Tổng quan nghiên cứu

Tinh dầu chi Citrus, bao gồm tinh dầu từ vỏ bưởi (Citrus grandis), chanh không hạt (Citrus latifolia) và cam sành (Citrus nobilis), là nguồn nguyên liệu quý giá trong ngành công nghệ thực phẩm và dược phẩm nhờ đặc tính kháng oxy hóa và mùi thơm đặc trưng. Hiện nay, phần lớn vỏ của các loại trái cây này bị bỏ đi, trong khi đó phần vỏ chiếm khoảng 10-30% tổng khối lượng quả và chứa nhiều hợp chất có giá trị như flavonoid, pectin và tinh dầu. Hiệu suất thu nhận tinh dầu từ vỏ các loại quả dao động từ 1,36% đến 2,74%, trong đó tinh dầu từ vỏ cam có hiệu suất cao nhất với 2,74 ± 0,21%. Thành phần hóa học chủ yếu của tinh dầu chi Citrus gồm limonene (59,81 – 80,27%), γ-terpinene (11,70 – 15,65%), β-pinene (3,37 – 13,50%), myrcene (1,22 – 6,45%), sabinene (3,17 – 5,52%) và linalool (0,65 – 0,77%).

Mục tiêu nghiên cứu là khảo sát thành phần hóa học và hoạt tính kháng oxy hóa của tinh dầu chi Citrus, đồng thời phát triển hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi nhằm cải thiện tính ổn định và khả năng ứng dụng trong thực phẩm. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2023, tại các địa phương Đồng Nai, Long An và Vĩnh Long, Việt Nam. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc tận dụng phụ phẩm nông nghiệp, nâng cao giá trị kinh tế và mở rộng ứng dụng tinh dầu trong bảo quản thực phẩm, tăng cường khả năng kháng oxy hóa và ổn định hóa học của tinh dầu thông qua công nghệ nhũ tương nano.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Thành phần hóa học tinh dầu chi Citrus: Tinh dầu chi Citrus chứa chủ yếu các hợp chất monoterpene hydrocarbon như limonene, γ-terpinene, β-pinene, myrcene, sabinene và linalool, có vai trò quan trọng trong hoạt tính sinh học và mùi thơm đặc trưng.
  • Hoạt tính kháng oxy hóa theo phương pháp DPPH: Phương pháp đo khả năng khử gốc tự do DPPH được sử dụng để đánh giá hiệu quả kháng oxy hóa của tinh dầu và hệ nhũ tương nano.
  • Hệ nhũ tương nano: Là hệ phân tán gồm các giọt dầu có kích thước nano (20-200 nm) trong pha nước, giúp tăng tính ổn định, khả năng phân tán và hấp thu các thành phần hoạt tính. Các thông số quan trọng gồm kích thước hạt, chỉ số đa phân tán (PDI) và điện thế zeta.
  • Phương pháp tạo nhũ tương nano bằng năng lượng thấp (Phase Inversion Temperature - PIT): Sử dụng sự thay đổi nhiệt độ để tạo nhũ tương nano với ưu điểm tiết kiệm năng lượng, phù hợp với các hợp chất nhạy nhiệt như tinh dầu.
  • Chất nhũ hóa Tween 80: Chất nhũ hóa không ion có giá trị HLB cao (15,0), giúp tạo nhũ tương dầu trong nước ổn định, kích thước hạt nhỏ và độ bền cao.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Tinh dầu được chiết xuất từ vỏ bưởi Tân Triều (Đồng Nai), chanh không hạt (Long An) và cam sành (Vĩnh Long) bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước. Thành phần hóa học được phân tích bằng sắc ký khí khối phổ GC-MS/MS. Hoạt tính kháng oxy hóa được đánh giá theo phương pháp DPPH.
  • Phương pháp tạo nhũ tương nano: Hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi được tạo bằng phương pháp nhiệt độ đảo pha (PIT) với dầu dừa và chất nhũ hóa Tween 80. Các tỷ lệ tinh dầu : dầu dừa và pha dầu : chất nhũ hóa : nước được khảo sát để tối ưu kích thước hạt, PDI và điện thế zeta.
  • Phân tích đặc tính hệ nhũ tương: Kích thước hạt, PDI và điện thế zeta được đo bằng máy tán xạ ánh sáng động (DLS). Hiệu suất vi bao được xác định bằng máy quang phổ UV-Vis. Hoạt tính kháng oxy hóa của hệ nhũ tương nano được đánh giá bằng phương pháp DPPH.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2023, bao gồm các giai đoạn thu nhận nguyên liệu, chiết xuất tinh dầu, phân tích thành phần hóa học, tạo và khảo sát hệ nhũ tương nano, đánh giá hoạt tính kháng oxy hóa và hiệu suất vi bao.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu suất thu nhận tinh dầu: Hiệu suất thu nhận tinh dầu từ vỏ bưởi, chanh và cam dao động từ 1,36% đến 2,74%, trong đó tinh dầu vỏ cam có hiệu suất cao nhất là 2,74 ± 0,21%. Điều này cho thấy sự khác biệt rõ rệt về hàm lượng tinh dầu giữa các loại vỏ quả.

  2. Thành phần hóa học tinh dầu: Phân tích GC-MS/MS cho thấy limonene chiếm tỷ lệ cao nhất trong các mẫu tinh dầu (59,81 – 80,27%), tiếp theo là γ-terpinene (11,70 – 15,65%) và β-pinene (3,37 – 13,50%). Các hợp chất này là đặc trưng của tinh dầu chi Citrus và đóng vai trò quan trọng trong hoạt tính sinh học.

  3. Hoạt tính kháng oxy hóa của tinh dầu nguyên chất: Tinh dầu bưởi có hoạt tính kháng oxy hóa cao nhất với giá trị IC50 là 23,89 ± 0,31 mg/mL, vượt trội so với tinh dầu chanh và cam. Giá trị IC50 thấp hơn biểu thị khả năng kháng oxy hóa mạnh hơn.

  4. Đặc tính hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi: Hệ nhũ tương nano tối ưu có tỷ lệ tinh dầu : dầu dừa là 8 : 2 và tỷ lệ pha dầu : Tween 80 : nước là 10 : 12 : 78. Kích thước hạt trung bình đạt 23,46 ± 0,48 nm, PDI thấp 0,089 ± 0,013 cho thấy phân bố kích thước đồng đều, điện thế zeta âm -35,5 ± 1,0 mV đảm bảo độ bền tĩnh điện cao. Hiệu suất vi bao đạt khoảng 80%, chứng minh khả năng bao bọc hiệu quả các thành phần hoạt tính trong tinh dầu.

  5. Hoạt tính kháng oxy hóa của hệ nhũ tương nano: Hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi có giá trị IC50 là 27,63 ± 0,27 mg/mL, chỉ giảm nhẹ so với tinh dầu nguyên chất, cho thấy hệ nhũ tương vẫn duy trì khả năng kháng oxy hóa khá tốt.

Thảo luận kết quả

Hiệu suất thu nhận tinh dầu cao nhất ở vỏ cam có thể do cấu trúc vỏ và hàm lượng tuyến tinh dầu phong phú hơn so với bưởi và chanh. Thành phần hóa học chủ yếu là limonene và các monoterpene khác phù hợp với các nghiên cứu trước đây, khẳng định tính đặc trưng của tinh dầu chi Citrus. Hoạt tính kháng oxy hóa cao của tinh dầu bưởi được giải thích bởi sự hiện diện của các hợp chất có khả năng quét gốc tự do mạnh như limonene và γ-terpinene.

Việc tạo hệ nhũ tương nano bằng phương pháp nhiệt độ đảo pha (PIT) với chất nhũ hóa Tween 80 và dầu dừa đã thành công trong việc tạo ra hệ nhũ tương có kích thước hạt nhỏ, phân bố đồng đều và độ bền cao. Kích thước hạt nano giúp tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, cải thiện khả năng phân tán và hấp thu tinh dầu trong môi trường nước, đồng thời giảm thiểu sự bay hơi và phân hủy của các thành phần hoạt tính. Giá trị điện thế zeta âm lớn giúp hệ nhũ tương ổn định về mặt tĩnh điện, hạn chế sự kết tụ hạt.

Hiệu suất vi bao khoảng 80% chứng tỏ hệ nhũ tương nano có khả năng bảo vệ các thành phần hoạt tính khỏi tác động của môi trường bên ngoài. Hoạt tính kháng oxy hóa của hệ nhũ tương chỉ giảm nhẹ so với tinh dầu nguyên chất, điều này phù hợp với các nghiên cứu về nhũ tương nano tinh dầu khác, cho thấy hệ nhũ tương nano là giải pháp hiệu quả để duy trì hoạt tính sinh học của tinh dầu trong ứng dụng thực phẩm.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ kích thước hạt, PDI và điện thế zeta theo các tỷ lệ thành phần khác nhau, bảng thành phần hóa học và biểu đồ IC50 so sánh tinh dầu nguyên chất và hệ nhũ tương nano.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tối ưu hóa quy trình tạo nhũ tương nano: Khuyến nghị tiếp tục nghiên cứu điều chỉnh tỷ lệ tinh dầu, dầu dừa và chất nhũ hóa để đạt kích thước hạt nhỏ hơn 20 nm và tăng hiệu suất vi bao trên 85%, nhằm nâng cao độ ổn định và hoạt tính sinh học. Thời gian thực hiện trong 6 tháng, do phòng thí nghiệm công nghệ thực phẩm đảm nhiệm.

  2. Ứng dụng hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi trong bảo quản thực phẩm: Đề xuất thử nghiệm trên các sản phẩm thực phẩm tươi như cá, thịt và rau quả để đánh giá khả năng kéo dài thời gian sử dụng và duy trì chất lượng. Mục tiêu tăng thời gian bảo quản thêm ít nhất 4 ngày so với sản phẩm không xử lý. Thời gian thực hiện 12 tháng, phối hợp với các doanh nghiệp chế biến thực phẩm.

  3. Nghiên cứu mở rộng sang các loại tinh dầu khác của chi Citrus: Khuyến khích khảo sát tạo hệ nhũ tương nano từ tinh dầu chanh và cam để so sánh hiệu quả và mở rộng phạm vi ứng dụng. Thời gian thực hiện 9 tháng, do nhóm nghiên cứu thực hiện.

  4. Phát triển sản phẩm thực phẩm chức năng và mỹ phẩm từ hệ nhũ tương nano tinh dầu: Đề xuất phối hợp với ngành công nghiệp mỹ phẩm và thực phẩm chức năng để phát triển các sản phẩm có tính năng kháng oxy hóa và bảo vệ da, sức khỏe. Mục tiêu thương mại hóa sản phẩm trong vòng 2 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ thực phẩm: Có thể áp dụng phương pháp chiết xuất tinh dầu và tạo nhũ tương nano để phát triển các đề tài nghiên cứu liên quan đến bảo quản thực phẩm và ứng dụng tinh dầu.

  2. Doanh nghiệp sản xuất thực phẩm và dược phẩm: Tận dụng kết quả nghiên cứu để cải tiến công nghệ bảo quản, tăng thời gian sử dụng sản phẩm và phát triển các sản phẩm mới có giá trị gia tăng từ tinh dầu chi Citrus.

  3. Chuyên gia phát triển sản phẩm mỹ phẩm thiên nhiên: Áp dụng công nghệ nhũ tương nano để tạo ra các sản phẩm mỹ phẩm chứa tinh dầu với độ ổn định cao, tăng hiệu quả hoạt tính sinh học và cải thiện cảm quan sản phẩm.

  4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm: Sử dụng kết quả nghiên cứu để khuyến khích tận dụng phụ phẩm nông nghiệp, thúc đẩy phát triển công nghiệp chế biến tinh dầu và sản phẩm từ tinh dầu, góp phần phát triển kinh tế bền vững.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tinh dầu chi Citrus có đặc điểm gì nổi bật về thành phần hóa học?
    Tinh dầu chi Citrus chủ yếu chứa các hợp chất monoterpene như limonene (59,81 – 80,27%), γ-terpinene, β-pinene và myrcene. Limonene là thành phần chiếm tỷ lệ cao nhất, đóng vai trò quan trọng trong mùi thơm và hoạt tính sinh học của tinh dầu.

  2. Phương pháp tạo nhũ tương nano nào được sử dụng trong nghiên cứu?
    Nghiên cứu sử dụng phương pháp nhiệt độ đảo pha (Phase Inversion Temperature - PIT), một kỹ thuật năng lượng thấp, giúp tạo nhũ tương nano ổn định với kích thước hạt nhỏ và phân bố đồng đều, phù hợp với các hợp chất nhạy nhiệt như tinh dầu.

  3. Hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi có ưu điểm gì so với tinh dầu nguyên chất?
    Hệ nhũ tương nano giúp tăng tính ổn định hóa học, giảm bay hơi, cải thiện khả năng phân tán trong môi trường nước và duy trì hoạt tính kháng oxy hóa gần tương đương tinh dầu nguyên chất, từ đó mở rộng ứng dụng trong thực phẩm và mỹ phẩm.

  4. Hiệu suất vi bao của hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi đạt bao nhiêu?
    Hiệu suất vi bao được xác định khoảng 80%, chứng tỏ hệ nhũ tương nano có khả năng bao bọc hiệu quả các thành phần hoạt tính trong tinh dầu, bảo vệ chúng khỏi tác động của môi trường bên ngoài.

  5. Ứng dụng thực tiễn của hệ nhũ tương nano tinh dầu trong ngành thực phẩm là gì?
    Hệ nhũ tương nano tinh dầu có thể được sử dụng để bảo quản thực phẩm tươi như cá, thịt, rau quả, giúp kéo dài thời gian sử dụng, ngăn ngừa sự phát triển của vi sinh vật và duy trì chất lượng sản phẩm, đồng thời tăng cường tính an toàn và dinh dưỡng.

Kết luận

  • Hiệu suất thu nhận tinh dầu từ vỏ bưởi, chanh và cam dao động từ 1,36% đến 2,74%, với tinh dầu vỏ cam có hiệu suất cao nhất.
  • Thành phần hóa học chủ yếu của tinh dầu chi Citrus là limonene, γ-terpinene và β-pinene, góp phần tạo nên hoạt tính kháng oxy hóa mạnh mẽ.
  • Tinh dầu bưởi có hoạt tính kháng oxy hóa cao nhất với IC50 là 23,89 ± 0,31 mg/mL.
  • Hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi được tạo thành bằng phương pháp nhiệt độ đảo pha có kích thước hạt trung bình 23,46 ± 0,48 nm, PDI thấp và điện thế zeta âm đảm bảo độ ổn định cao.
  • Hệ nhũ tương nano duy trì hoạt tính kháng oxy hóa tốt với IC50 là 27,63 ± 0,27 mg/mL và hiệu suất vi bao khoảng 80%, mở ra tiềm năng ứng dụng trong bảo quản thực phẩm và phát triển sản phẩm mới.

Tiếp theo, nghiên cứu sẽ tập trung vào tối ưu hóa công thức nhũ tương, mở rộng ứng dụng thực tiễn và phát triển sản phẩm thương mại. Đề nghị các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp quan tâm phối hợp để khai thác hiệu quả tiềm năng của tinh dầu chi Citrus trong công nghiệp thực phẩm và mỹ phẩm.