Tổng quan nghiên cứu

Tam thất (Panax notoginseng (Burk.) F.H. Chen) là một trong những dược liệu quý thuộc họ Nhân sâm (Araliaceae), chứa hàm lượng saponin toàn phần dao động từ 4,42% đến 12% cùng hơn 200 hợp chất có giá trị sinh học cao. Năm saponin chủ chốt gồm Notoginsenosid R1, Ginsenosid Rg1, Re, Rb1 và Rd đã được chứng minh có tác dụng vượt trội trong bảo vệ hệ tim mạch, chống xơ vữa động mạch, chống viêm và ức chế tế bào ung thư. Tại thị trường Việt Nam, nhu cầu sử dụng cao Tam thất tinh chế làm nguyên liệu cho sản xuất thuốc y học cổ truyền và thực phẩm bảo vệ sức khỏe ngày càng tăng cao. Tuy nhiên, phần lớn các nguồn cao Tam thất giàu hoạt chất (hàm lượng saponin trên 75%) hiện nay vẫn phải phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu từ Trung Quốc do trong nước chưa có quy trình bào chế chuẩn hóa đạt quy mô công nghiệp.

Nhằm giải quyết bài toán tự chủ công nghệ chiết xuất và nâng cao giá trị dược liệu nội địa, luận văn thạc sĩ chuyên ngành Công nghệ dược phẩm và bào chế thuốc tại Đại học Dược Hà Nội đã thực hiện đề tài nghiên cứu toàn diện trong giai đoạn 2024–2025. Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là khảo sát các thông số kỹ thuật tối ưu trong quá trình chiết xuất siêu âm và làm giàu hoạt chất bằng nhựa macroporous D101, từ đó xây dựng quy trình bào chế cao khô Tam thất quy mô 3 kg/mẻ dùng đường uống đạt tiêu chuẩn Dược điển Trung Quốc (ChP 2020). Kết quả nghiên cứu đã tạo ra sản phẩm cao khô có hàm lượng saponin toàn phần đạt tới 82,05%, hiệu suất làm giàu đạt 57,97%, mở ra hướng đi bền vững cho ngành công nghiệp chiết xuất dược liệu trong nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên hai nền tảng lý thuyết cốt lõi trong công nghệ chiết xuất và tinh chế hoạt chất tự nhiên:

  • Lý thuyết chiết xuất hỗ trợ bằng sóng siêu âm (Ultrasound-Assisted Extraction - UAE): Ứng dụng hiện tượng tạo bọt khí (cavitation) sinh ra từ sóng siêu âm tần số 20 kHz. Sự hình thành và sụp đổ liên tục của các vi bọt khí tạo ra các vi sóng xung kích cực mạnh, làm phá vỡ cấu trúc vách tế bào mô củ Tam thất cứng chắc, giúp dung môi thâm nhập sâu vào tế bào và giải phóng saponin nhanh chóng ở nhiệt độ phòng mà không gây phân hủy nhiệt các hợp chất kém bền.
  • Lý thuyết hấp phụ và giải hấp phụ chọn lọc trên nhựa xốp lớn (Macroporous Resins - MPRs): Sử dụng chất hấp phụ polyme styren divinylbenzen không phân cực D101. Nhựa D101 tận dụng lực liên kết van der Waals và cơ chế rây kích thước mao quản (10–11 nm) để giữ chọn lọc các saponin khung dammaran có cấu trúc kỵ nước, đồng thời loại bỏ triệt để các tạp chất phân cực tan trong nước như đường khử, tinh bột, protein và chất nhầy thông qua dung môi rửa giải ethanol-nước có độ phân cực thích hợp.
  • Các khái niệm then chốt: Saponin toàn phần Tam thất (PNS), Thể tích cột (Bed Volume - BV), Dung lượng hấp phụ (A), Hiệu suất hấp phụ (E), và Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC).

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu và mẫu nghiên cứu: Nguyên liệu củ Tam thất có xuất xứ từ vùng trồng Vân Nam, đạt tiêu chuẩn Dược điển Trung Quốc 2020 với hàm ẩm 9,60 ± 0,16% và hàm lượng saponin toàn phần đạt 6,91 ± 0,05% (tính theo dược liệu khô kiệt). Mẫu nghiên cứu được nghiền thành bột nửa mịn qua rây 0,355 mm và chia thành các mẻ khảo sát từ 20 g đến quy mô pilot 3 kg/mẻ.
  • Phương pháp phân tích và định lượng: Sử dụng hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC Agilent 1260 Infinity II, đầu dò PDA ở bước sóng 203 nm, cột pha đảo C18 Luna (250 x 4,6 mm; 5 µm). Chương trình rửa giải gradient nước - acetonitril kéo dài 70 phút. Phương pháp định lượng được lựa chọn vì cho phép phân tách và định lượng chính xác đồng thời cả 5 saponin chính (R1, Rg1, Re, Rb1, Rd) thay vì chỉ định lượng 3 saponin như Dược điển Việt Nam V, khắc phục hoàn toàn hiện tượng nhiễu phổ của phương pháp đo quang UV-Vis thông thường.
  • Thẩm định phương pháp: Thẩm định theo đúng hướng dẫn của ICH và AOAC về độ thích hợp hệ thống (RSD thời gian lưu từ 0,44% đến 0,79%, RSD diện tích pic từ 1,01% đến 1,71%), độ đặc hiệu, khoảng tuyến tính (R² > 0,99 cho cả 5 chất chuẩn), và độ lặp lại (RSD = 0,71%).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình thực nghiệm đã xác định được các thông số kỹ thuật tối ưu và ghi nhận các phát hiện quan trọng:

  • Tối ưu hóa quá trình chiết xuất siêu âm: Tỷ lệ dung môi ethanol 70%/nguyên liệu tối ưu là 8/1 (ml/g), thời gian chiết siêu âm 60 phút mỗi lần và số lần chiết là 2 lần. Hiệu suất chiết saponin ở lần 1 đạt 83,05%, lần 2 đạt thêm 6,35%, nâng tổng hiệu suất chiết ở quy mô pilot 3 kg/mẻ lên 89,71 ± 1,69% (tương đương thu hồi 168,21 g saponin), giúp tiết kiệm 33% lượng dung môi so với tỷ lệ 12/1.
  • Chuẩn hóa quy trình làm giàu bằng nhựa D101 và khử màu: Tỷ lệ dịch hấp phụ tương đương 2 g dược liệu/1 g nhựa D101 cho dung lượng hấp phụ tối ưu 128,26 mg/g với thời gian tuần hoàn 120 phút ở tốc độ 2 BV/giờ. Rửa tạp bằng 2 BV nước khử khoáng giúp loại bỏ tạp chất phân cực, sau đó giải hấp phụ bằng 3 BV ethanol 80% thu hồi 94,7% lượng saponin hấp phụ. Xử lý dịch rửa giải bằng 2% bột than hoạt tính trong 60 phút giúp dịch trong sáng màu và tỷ lệ saponin bảo tồn đạt 91,70%.
  • Hiệu quả bào chế quy mô 3 kg/mẻ và độ ổn định: Từ 3 kg củ Tam thất thu được trung bình 108,69 ± 5,07 g cao khô có hàm ẩm 4,01 ± 0,18% (đáp ứng tiêu chuẩn < 5%). Hàm lượng saponin toàn phần trong cao khô đạt 82,05 ± 0,85%, vượt xa mức quy định tối thiểu 75% của ChP 2020 dùng cho đường uống. Sau 30 ngày theo dõi độ ổn định, hàm lượng saponin ở điều kiện lão hóa cấp tốc đạt 79,30 ± 0,55% và điều kiện thường đạt 81,51 ± 0,67%.

Thảo luận kết quả

Các dữ liệu thực nghiệm có thể được hệ thống hóa rõ nét qua các bảng sắc ký đồ HPLC và biểu đồ đường cong giải hấp phụ:

+------------------------+-------------------+--------------------+
| Thành phần Saponin     | Cao khô thực tế   | Tiêu chuẩn ChP2020 |
+------------------------+-------------------+--------------------+
| Notoginsenosid R1      | 7,44% - 8,14%     | >= 5,0%            |
| Ginsenosid Rg1         | 25,62% - 26,41%   | >= 25,0%           |
| Ginsenoside Re         | 7,28% - 7,49%     | >= 2,5%            |
| Ginsenosid Rb1         | 31,42% - 34,66%   | >= 30,0%           |
| Ginsenoside Rd         | 7,45% - 8,91%     | >= 5,0%            |
| Tổng 5 Saponin (TSC)   | 81,55% - 83,19%   | >= 75,0%           |
+------------------------+-------------------+--------------------+

Nguyên nhân tạo nên độ tinh khiết cao của sản phẩm bắt nguồn từ sự phối hợp nhịp nhàng giữa dung môi ethanol 70% và sóng siêu âm 20 kHz. Ethanol nồng độ cao hạn chế sự trương nở và hồ hóa của tinh bột trong củ Tam thất, giúp giảm độ nhớt và tăng tốc độ lọc. Trên biểu đồ giải hấp phụ theo thể tích phân đoạn, nồng độ saponin đạt đỉnh ở 2 BV đầu tiên và kết thúc gần như hoàn toàn ở 3 BV ethanol 80%.

So sánh với các công bố quốc tế, hàm lượng saponin toàn phần 82,05% trong nghiên cứu này cao hơn rõ rệt so với nghiên cứu của Qian R. năm 2020 (đạt trên 70%) và Liang F. năm 2020 (đạt 78%). Sự suy giảm nhẹ hiệu suất toàn quy trình (57,97%) so với hiệu suất chiết dịch (89,71%) chủ yếu do hao hụt vật lý khi cắn chiết bám dính thành thiết bị cô quay ở quy mô nhỏ. Vấn đề này hoàn toàn có thể được khắc phục khi áp dụng chu trình sản xuất liên hoàn ở quy mô công nghiệp lớn hơn.

Đề xuất và khuyến nghị

Để thương mại hóa và ứng dụng quy trình vào thực tiễn sản xuất dược phẩm, các khuyến nghị cụ thể được đề xuất như sau:

  • Nâng cấp quy mô thiết bị lên 10–50 kg/mẻ: Các doanh nghiệp sản xuất thuốc thảo dược cần phối hợp với nhóm nghiên cứu để chế tạo hệ thống bồn chiết siêu âm công nghiệp tích hợp cánh khuấy liên tục và tháp hấp phụ D101 tự động trong thời gian 6–12 tháng tới, nhằm duy trì hiệu suất làm giàu trên 65% và giảm tỷ lệ hao hụt cắn bám dính xuống dưới 3%.
  • Ứng dụng mô hình tối ưu hóa đa biến (RSM): Các viện nghiên cứu và trường đại học nên sử dụng phần mềm Design-Expert kết hợp mô hình Box-Behnken trong vòng 3–6 tháng để khảo sát đồng thời tương tác giữa nhiệt độ, công suất siêu âm và kích thước tiểu phân, giúp giảm thêm 15% năng lượng tiêu hao.
  • Chuẩn hóa quy trình hoàn nguyên và tái sinh nhựa D101: Bộ phận kỹ thuật tại các nhà máy chiết xuất cần tiến hành thẩm định chu kỳ tái sử dụng của hạt nhựa D101 qua 10–15 chu kỳ trong 6 tháng, đảm bảo dung lượng hấp phụ không giảm quá 10%, nhằm cắt giảm 40% chi phí hạt nhựa trong giá thành sản xuất.
  • Triển khai nghiên cứu độ ổn định dài hạn: Phòng Đảm bảo chất lượng (QA/QC) mở rộng thử nghiệm độ ổn định của cao khô trong bao bì lọ thủy tinh kín và vỉ nhôm ở điều kiện vùng khí hậu IVb trong 12–24 tháng, hoàn thiện hồ sơ đăng ký lưu hành nguyên liệu làm thuốc.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  • Chuyên viên R&D tại các công ty Dược phẩm và Thực phẩm chức năng: Ứng dụng trực tiếp thông số 8 bước công nghệ để phát triển các dạng bào chế hiện đại như viên nang cứng, viên nén bao phim hỗ trợ điều trị bệnh tim mạch và xơ vữa động mạch từ cao Tam thất chuẩn hóa.
  • Kỹ sư công nghệ Hóa dược và Chiết xuất: Tham khảo chi tiết sơ đồ kiểm soát quy trình sản xuất (IPC), bảng thông số vận hành cột nhựa macroporous D101 và phương pháp khử màu bằng than hoạt để thiết kế phân xưởng chiết xuất.
  • Kiểm nghiệm viên và Chuyên viên phân tích: Sử dụng quy trình định lượng HPLC pha đảo gradient và các tiêu chí thẩm định theo ICH để xây dựng tiêu chuẩn cơ sở cho dược liệu và thành phẩm chứa Panax notoginseng.
  • Giảng viên, Học viên cao học và Sinh viên ngành Dược: Khai thác làm tài liệu học tập, nghiên cứu chuyên sâu về công nghệ chiết xuất xanh bằng sóng siêu âm và kỹ thuật tinh chế hoạt chất tự nhiên bằng vật liệu hấp phụ polyme.

Câu hỏi thường gặp

1. Chiết xuất bằng sóng siêu âm mang lại lợi ích gì vượt trội so với đun hồi lưu truyền thống?
Chiết xuất siêu âm 20 kHz tạo hiện tượng vi bọt khí phá vỡ màng tế bào dược liệu nhanh chóng ở nhiệt độ phòng, rút ngắn thời gian chiết xuống 60 phút (so với 2–4 giờ của hồi lưu), đồng thời bảo toàn cấu trúc nhiệt của các saponin quý và nâng hiệu suất chiết lên 89,71%.

2. Nhựa macroporous D101 đóng vai trò gì trong việc nâng cao chất lượng cao Tam thất?
Nhựa D101 có khung styren divinylbenzen không phân cực giúp hấp phụ chọn lọc saponin và loại bỏ các tạp chất phân cực (đường, chất nhầy, protein) qua bước rửa nước 2 BV, từ đó nâng hàm lượng saponin toàn phần trong cao khô từ 24,32% lên tới 82,05%.

3. Tại sao luận văn chọn tiêu chuẩn Dược điển Trung Quốc (ChP 2020) để kiểm nghiệm thay vì Dược điển Việt Nam V?
Dược điển Việt Nam V chỉ quy định định lượng tổng 3 saponin (R1, Rg1, Rb1), trong khi ChP 2020 kiểm soát đồng thời cả 5 saponin chính (bổ sung Re và Rd), phản ánh chính xác và toàn diện hơn hàm lượng saponin toàn phần của cao Tam thất thành phẩm.

4. Quy trình sản xuất quy mô 3 kg/mẻ có tính khả thi chuyển giao công nghệ như thế nào?
Quy trình gồm 8 bước rõ ràng, sử dụng các dung môi an toàn, thân thiện môi trường (ethanol, nước RO) và trang thiết bị phổ biến trong ngành dược, đạt năng suất 108,69 g cao khô/mẻ với độ lặp lại cao qua 3 lô sản xuất thử nghiệm.

5. Cao khô Tam thất giàu saponin có giữ được hoạt tính ổn định trong điều kiện bảo quản thực tế không?
Thử nghiệm độ ổn định sau 30 ngày cho thấy hàm lượng saponin trong cao khô đạt 79,30% ở điều kiện lão hóa cấp tốc (40°C, 75% RH) và 81,51% ở điều kiện thường (30°C, 75% RH), đều vượt tiêu chuẩn chất lượng dùng đường uống (≥ 75%).

Kết luận

  • Thiết lập thành công phương pháp định lượng HPLC-PDA đồng thời 5 saponin Tam thất đạt độ đặc hiệu cao, khoảng tuyến tính R² > 0,99 và độ lặp lại RSD = 0,71%.
  • Xác định bộ thông số chiết siêu âm tối ưu: dung môi ethanol 70%, tỷ lệ 8/1, thời gian 60 phút, chiết 2 lần đạt hiệu suất trích ly 89,71 ± 1,69%.
  • Chuẩn hóa điều kiện làm giàu bằng nhựa D101 kết hợp 2% than hoạt tính, thu hồi 94,7% hoạt chất với hàm lượng saponin trong sản phẩm đạt 82,05 ± 0,85%.
  • Hoàn thiện quy trình công nghệ 8 bước ở quy mô pilot 3 kg/mẻ, tạo ra cao khô mịn đồng nhất đạt tiêu chuẩn Dược điển Trung Quốc 2020 dùng đường uống.
  • Chứng minh sản phẩm có độ ổn định vật lý và hóa học tốt sau 1 tháng thử nghiệm ở cả điều kiện thường và lão hóa cấp tốc.

Luận văn đã đóng góp một giải pháp công nghệ hoàn chỉnh và mang tính ứng dụng cao cho ngành Dược Việt Nam trong giai đoạn 2025–2030. Các đơn vị sản xuất và nhà nghiên cứu có thể tiếp tục mở rộng quy mô pilot lên công nghiệp nhằm sớm thương mại hóa nguồn nguyên liệu cao Tam thất định chuẩn chất lượng cao phục vụ chăm sóc sức khỏe cộng đồng.