Mở đầu Chương 2: Tổng quan Chương 3: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu Chương 4: Kết quả và bàn luận Chương 5: Kết luận, kiến nghị Tài liệu tham khảo Phụ lục 4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2. Tổng quan về lá nha đam 2. Đặc điểm sinh thái của nha đam Nha đam là một loại cây xương rồng có gai nhọn. Đây là một loại cây lâu năm hình thành cụm với cấu tạo gồm nhiều lá có bản to liên kết với nhau, thường là 12 – 16 lá mỗi cây, nặng tới 1.5 kg khi trưởng thành [22].
Cây trưởng thành khi khoảng 4 năm tuổi và có tuổi thọ khoảng 12 năm. Cây có thể được thu hoạch mỗi 6 – 8 tuần nếu mỗi lần thu hoạch khoảng 3 – 4 lá. Vì phải sinh trưởng trong điều kiện môi trường khô nóng nên loài cây này có xu hướng trữ nước và các hợp chất dinh dưỡng ở phần lá [23]. Phần lá của nha đam gồm ba phần chính lần lượt là lớp vỏ xanh bên ngoài, lớp ngoài thịt lá nha đam và cuối cùng là thịt lá nha đam - chiếm tỷ trọng cao nhất với 65 – 80% khối lượng tổng và được tiêu thụ nhiều nhất [24].
Cấu trúc của thịt lá nha đam gồm các tế bào nhu mô liên kết lại để tạo nên cấu trúc ẩm, mịn và nhớt. Phần chất lỏng trong suốt hiện diện trong các tế bào nhu mô được gọi là gel nha đam [25]. a) Lá nha đam [26] và b) cấu trúc mặt cắt ngang của lá nha đam [27]; chú thích E: lớp vỏ ngoài, D: lớp ngoài thịt lá, C: thịt lá nha đam. Thành phần hóa học của thịt lá nha đam Thành phần hóa học của thịt lá nha đam bao gồm: nước (chiếm từ 98.5% khối lượng), thành phần chất khô còn lại gồm protein (8.
Ngoài ra, thịt lá nha đam còn chứa hơn 200 hợp chất khác nhau bao gồm 5 polysaccharide và các dẫn xuất acetyl hóa của chúng, glycoprotein, các hợp chất phenolic (anthraquinone, flavonoid, flavonol), enzyme, sterol, saponin, acid hữu cơ, chất khoáng và các vitamin [27, 28]. Hơn 75 hợp chất trong số đó được chứng minh là có lợi ích về mặt sinh học. Trong số đó, polysaccharide là thành phần chủ yếu khi chiếm đến 60% tổng hàm lượng chất khô [29]. Acemannan và pectin là hai loại polysaccharide chính được tìm thấy trong thịt lá nha đam [13].
Các lợi ích sinh học của nha đam đã được chứng minh là do acemannan đem lại. Các nghiên cứu cho thấy acemannan có tác dụng trong việc điều trị các bệnh về tim mạch, trị bệnh tiểu đường, chống dị ứng và gia tăng hệ miễn dịch [30, 31]. Ngoài ra các thành phần khác có trong nha đam cũng đóng góp vào lợi ích sinh học của nha đam. Các hợp chất anthraquinone trong nha đam được chứng minh có vai trò chống oxy hóa, chống viêm và hạn chế sự nhiễm trùng [32].
Kali và canxi là các chất khoáng có trong nha đam với hàm lượng cao nhất, chúng có vai trò trong việc làm dịu, chữa lành các vết thương bên ngoài da và cải thiện tình trạng răng miệng [25]. Các thành phần hóa học có trong nha đam và các lợi ích của chúng được liệt kê trong Bảng 2. Các thành phần hóa học có trong nha đam [33, 34] Thành phần Hợp chất Vai trò Anthraquinone Aloe-emodin, anthranol, isobarbaloin, emodin, Chống oxy hóa, nhuận /anthrone aloin A và B tràng, trị tiểu đường Carbohydrate Acetylated mannan, acetylated glucomannan, Chống viêm và dị ứng glucogalactomannan, galactan, pectin, xylan và cellulose Lipid và các Arachidonic acid, γ-linolenic acid, steroid Chống vi khuẩn hợp chất hữu (campestrol, cholesterol, β-sitosterol), cơ triglyceride, triterpenoid, gibberillin, lignin, potassium sorbate, salicylic acid và uric acid Protein Lectin và các hợp chất tương tự Chống vi khuẩn và hạn chế nhiễm trùng 6 Amino Acid Alanine, arginine, aspartic acid, phenylalanine, Tăng cường hệ miễn glutamic acid, glycine, histidine, isoleucine, dinh, phục hồi và tái leucine, lysine, methionine, proline, threonine, tạo mô cơ tyrosine và valine Enzyme Alkaline phosphatase, amylase, cyclooxidase, Giảm sưng tấy, phục carboxypeptidase, catalase, cyclooxygenase, hồi các mô bị tổn lipase, oxidase, phosphoenol và pyruvate thương carboxylase Khoáng K, Ca, Cu, Fe, Mg, P, Na và Zn Phát triển xương và răng, tăng cường hệ thống miễn dịch Vitamin B1, B2, B6, C, β-carotene, choline, folic acid, α- Chống oxy hóa, tổng tocopherol và β-tocopherol hợp collagen Trong gel nha đam thì acemannan là polysaccharide chủ yếu [35]. Acemannan là polysaccharide mạch thẳng được cấu tạo từ acetylated mannose (> 60%), glucose (~20%) và galactose (< 10%) lần lượt bằng các liên kết β-1,4-glycosidic (với mannose và glucose) và liên kết α-1,6-glycosidic (với galactose) [36, 37].
Sự acetyl hóa ở mannose thường sẽ diễn ra ở vị trí C2, C3 hoặc C6 của các nhánh galactose liên kết [25]. Cụ thể hơn, acemannan có cấu tạo từ một chuỗi tetrasaccharide bao gồm 2 đơn vị acetyl–D–mannose, 1 đơn vị D– glucose và 1 đơn vị galactose là nhánh được liên kết tại C6 của mannose [38]. Khối lượng phân tử của acemannan dao động trong khoảng 30 – 45 kDa, một số báo cáo khác đã ghi nhận ở mức cao hơn (>200 kDa) [39]. Công thức cấu tạo của Acemannan [38] Hàm lượng acemannan trong nha đam phụ thuộc rất nhiều vào loài và điều kiện canh tác.
Việc tưới tiêu sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hàm lượng polysaccharide, nếu nha đam bị thiếu nước ở khoảng 60% thì hàm lượng mannose sẽ giảm 41% và quá trình acetyl hóa của acemannan không thể diễn ra [40]. Ngoài ra, tuổi thọ và mùa vụ của nha đam cũng ảnh hưởng đến hàm lượng polysaccharide. Hàm lượng acemannan trong cây nha đam ba năm tuổi nhiều hơn hẳn so với cây nha đam bốn và hai năm tuổi [41]. Acemannan dễ bị phân hủy bởi các yếu tố ảnh hưởng như sự thay đổi pH, sự lây nhiễm từ vi khuẩn và sự phân giải do xúc tác của enzyme (ví dụ: mannanase hiện diện trong thịt lá) [42].
Cụ thể, pH kiềm sẽ thúc đẩy quá trình khử acetyl hóa của acemannan và làm chúng trở thành dạng không hòa tan [37]. Sự phát triển của vi sinh vật và sự phân giải do xúc tác của enzyme cũng làm giảm tính ổn định của acemannan. Các phương pháp xử lý nhiệt là giải pháp được đưa ra nhằm hạn chế các yếu tố ảnh hưởng trên, qua đó tăng tính ổn định của acemannan trong nha đam. Mặc dù vậy, các phương pháp xử lý nhiệt có thể ảnh hưởng đến hàm lượng polysaccharide nói chung và acemannan nói riêng trong nha đam.
Các phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là thanh trùng và sấy khô [14]. Ảnh hưởng của các phương pháp xử lý nhiệt đến tính chất hóa lý của acemannan trong nha đam ở các mức nhiệt khác nhau đã được nghiên cứu [41]. Hàm lượng acemannan khi áp dụng phương pháp sấy thăng hóa được cho là ít bị ảnh hưởng nhất. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là chi phí đầu tư và vận hành thiết bị khá cao [38].
Một số phương pháp sấy khác như bức xạ hồng ngoại xa (FIR–Far infrared) và điện trường cao áp (HVEF - High Voltage Electrostatic Field) cho thấy polysaccharide trong nha đam khá ổn định ở nhiệt độ khoảng 70oC [41]. Với 8 phương pháp sấy đối lưu thì tính chất hóa lý của polysaccharide bị ảnh hưởng đáng kể ở khoảng nhiệt độ 70 - 80oC [38]. Hơn nữa, nghiên cứu của Chang và cộng sự (2006) cho thấy hàm lượng polysaccharide bị giảm mạnh ở nhiệt độ xử lý 90oC [43]. Nhìn chung, tùy thuộc vào phương pháp và nhiệt độ xử lý mà có thể ảnh hưởng ít hoặc nhiều đến hàm lượng acemannan trong nha đam.
Bên cạnh acemannan thì pectin cũng là polysaccharide hiện diện trong nha đam. Trong khi acemannan nằm bên trong tế bào nhu mô, pectin lại hiện diện chủ yếu trong thành tế bào. Pectin thường chiếm khoảng 36% trên tổng hàm lượng polysaccharide trong nha đam [13]. Khối lượng phân tử của pectin dao động trong khoảng 200 – 523 kDa [44].
Pectin trong nha đam có hàm lượng acid galacturonic cao, các đơn vị galacturonic acid có thể ở dạng acid hoặc ở dạng methyl ester. Tùy thuộc vào chỉ số DE mà có thể ảnh hưởng đến khả năng hình thành gel khi có mặt các các ion đa hóa trị (ví dụ: Ca2+) [45]. Chỉ số DE của pectin trong nha đam (mức độ methyl ester hóa) tương đối thấp (từ 2 – 20%) [44, 46]. Nhưng trong nghiên cứu của Serra và cộng sự (2024), kết quả cho thấy chỉ số DE của pectin ổn định ở mức 60% [13].
Qua đó thấy được chỉ số DE của pectin có thể dao động tùy thuộc vào giống cây, khí hậu, thổ nhưỡng điều kiện canh tác. Các ứng dụng của thịt lá nha đam trong thực phẩm Ngày nay, nha đam được trồng ở nhiều nước trên thế giới với quy mô lớn để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ và cung cấp nguyên liệu cho các ngành công nghiệp mỹ phẩm, y học và thực phẩm [25]. Ước tính diện tích trồng nha đam trên toàn thế giới vào năm 2017 lên đến 23000 hecta đất và còn phát triển trong tương lai [47]. Sau thực phẩm thì mỹ phẩm và dược phẩm cũng được cho là các ngành ứng dụng gel nha đam với các vai trò như chất nền cho các loại kem dưỡng, xà phòng và dầu gội [19].
Trong lĩnh vực thực phẩm, nha đam được ứng dụng vào nhiều sản phẩm với đa dạng các vai trò khác nhau. Nha đam chủ yếu được dùng trong các sản phẩm nước giải khát có gas và các sản phẩm trà, việc bổ sung này nhằm để gia tăng tính cảm quan cho sản phẩm [19]. Ngoài ra, các sản phẩm sữa chua, kem lạnh, buttermilk cũng sử dụng thịt lá nha đam để tăng giá trị cảm quan và sự đặc trưng cho sản phẩm [48]. Bên cạnh đó, một hướng phát triển khác của nha đam cũng đã được nghiên cứu gần đây là ứng dụng nha đam để tạo màng 9 thực phẩm có khả năng bảo quản rau củ quả tránh tác động của vi sinh vật và các loại nấm men, nấm mốc; từ đó giúp gia tăng được thời hạn sử dụng của rau củ quả tươi [49, 50].
Với hoạt độ nước cao thì gel nha đam tươi chỉ có hạn sử dụng vào khoảng 3 – 4 ngày ở nhiệt độ phòng, do đó các phương pháp cô đặc và sấy khô thường được sử dụng cho nha đam để kéo dài hạn sử dụng [38]. Bột nha đam là sản phẩm thứ cấp được tạo ra từ quá trình sấy khô thịt lá nha đam, việc sấy khô sẽ giúp tăng thời hạn sử dụng và thuận tiện hơn cho việc thương mại hóa [25]. Các nghiên cứu ứng dụng nha đam gần đây thường ưu tiên việc sử dụng bột khô để dễ kiểm soát chất lượng nguyên liệu.