Tổng quan nghiên cứu
Trong bối cảnh nhu cầu làm đẹp và chăm sóc sức khỏe ngày càng tăng, collagen peptide và dầu hạt Sachi đã trở thành những thành phần quan trọng trong ngành công nghiệp mỹ phẩm và thực phẩm chức năng. Collagen peptide, chiết xuất từ vảy cá trắm, nổi bật với khả năng hấp thu cao và tính sinh học ưu việt, trong khi dầu hạt Sachi chứa hàm lượng lớn acid béo không bão hòa đa dạng, đặc biệt là omega-3, omega-6 và omega-9, góp phần cải thiện sức khỏe làn da và hệ miễn dịch. Nghiên cứu này tập trung vào việc chế tạo vi nhũ tương chứa collagen peptide và dầu hạt Sachi, định hướng làm chất mang vitamin A nhằm tăng hiệu quả hấp thu và ổn định hoạt chất trong sản phẩm.
Mục tiêu chính của luận văn là chiết tách collagen peptide từ vảy cá trắm, xây dựng hệ vi nhũ tương ba thành phần gồm collagen peptide, dầu hạt Sachi và chất nhũ hóa Tween 80/Propylene glycol (PG), đồng thời đánh giá đặc tính vật lý, hóa học và khả năng mang vitamin A của hệ vi nhũ tương này. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi thời gian năm 2023-2024 tại Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, với ứng dụng hướng tới sản xuất thực phẩm chức năng và mỹ phẩm chăm sóc da.
Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc tận dụng nguồn nguyên liệu phế thải từ ngành chế biến cá, đồng thời phát triển công nghệ vi nhũ tương nano giúp tăng cường khả năng giải phóng và hấp thu vitamin A, collagen peptide, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm chăm sóc sức khỏe và làm đẹp. Các chỉ số đánh giá như kích thước giọt trung bình, độ ổn định về điện tích bề mặt (Zeta potential), và hiệu suất giải phóng vitamin A được sử dụng làm metrics quan trọng trong nghiên cứu.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung lý thuyết áp dụng
Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết về cấu trúc và tính chất của collagen peptide, và lý thuyết về vi nhũ tương nano trong công nghệ phân tán. Collagen peptide là chuỗi polypeptide ngắn được thuỷ phân từ collagen tự nhiên, có kích thước phân tử nhỏ (3-6 kDa), dễ hòa tan trong nước và có khả năng hấp thu cao qua da hoặc đường tiêu hóa. Các amino acid chủ yếu gồm glycine, proline và hydroxyproline đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì cấu trúc và chức năng sinh học của collagen.
Vi nhũ tương nano (nano-emulsions) là hệ phân tán gồm pha dầu trong pha nước (O/W) hoặc ngược lại, với kích thước giọt nano từ 20 đến 200 nm, có tính ổn định cao nhờ sự hiện diện của chất nhũ hóa và chất đồng nhũ hóa. Lý thuyết về sự ổn định của vi nhũ tương dựa trên cân bằng lực giữa các phân tử ở giao diện pha, ảnh hưởng đến kích thước giọt và độ bền của hệ. Các khái niệm chính bao gồm: kích thước giọt trung bình, độ phân tán kích thước, điện tích Zeta, và hệ số phân bố kích thước.
Ngoài ra, nghiên cứu còn áp dụng mô hình Box-Behnken trong thiết kế thí nghiệm để tối ưu hóa tỷ lệ thành phần của hệ vi nhũ tương, nhằm đạt được kích thước giọt nhỏ nhất và độ ổn định cao nhất.
Phương pháp nghiên cứu
Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ quá trình chiết tách collagen peptide từ vảy cá trắm, chế tạo vi nhũ tương chứa collagen peptide và dầu hạt Sachi, cùng với các phân tích đặc tính vật lý và hóa học của sản phẩm. Cỡ mẫu collagen peptide được chiết tách từ 300 g vảy cá, sử dụng enzyme alcalase với nồng độ 2% ở nhiệt độ 55°C trong 3 giờ, đạt hiệu suất thu collagen peptide khoảng 15,95%.
Phương pháp chọn mẫu là lấy mẫu collagen peptide thuỷ phân từ vảy cá trắm tại Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, dầu hạt Sachi nhập khẩu từ Peru và vitamin A dạng tan trong dầu. Hệ vi nhũ tương được chế tạo bằng phương pháp vi nhũ tương dầu trong nước (O/W) sử dụng chất nhũ hóa Tween 80 và đồng nhũ hóa Propylene glycol với tỷ lệ khác nhau, kết hợp rung siêu âm và vortex để tạo hệ nhũ đồng nhất.
Phân tích kích thước giọt và điện tích Zeta được thực hiện bằng kỹ thuật tán xạ ánh sáng động (DLS) trên thiết bị SZ-100Z2 của Horiba, đo ở nhiệt độ 25°C. Phổ hồng ngoại (IR) và phổ UV-Vis được sử dụng để xác định cấu trúc hóa học và khả năng hấp thụ ánh sáng của collagen peptide và hệ vi nhũ tương. Hiệu suất giải phóng vitamin A được đánh giá trong môi trường đệm pH 2 và pH 7,4 mô phỏng điều kiện dạ dày và ruột, theo thời gian 3 giờ.
Thiết kế thí nghiệm tối ưu hóa tỷ lệ thành phần hệ vi nhũ tương được thực hiện theo mô hình Box-Behnken với 17 thí nghiệm, biến số chính gồm tỷ lệ dầu Sachi (SO), chất nhũ hóa (Smix) và dung dịch collagen peptide (FCPS). Các chỉ tiêu đánh giá gồm kích thước giọt trung bình (Y1), độ phân tán kích thước (Y2), điện tích Zeta (Y3) và độ ổn định quang học (Y4).
Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Những phát hiện chính
Hiệu suất chiết tách collagen peptide: Quá trình thu collagen peptide từ vảy cá trắm ở điều kiện 55°C, 3 giờ, enzyme alcalase 2% đạt hiệu suất cao nhất là 15,95%. Kích thước phân tử collagen peptide thu được dao động trong khoảng 3-6 kDa, phù hợp với tiêu chuẩn peptide có khả năng hấp thu tốt.
Đặc tính vật lý của collagen peptide: Phổ IR cho thấy các nhóm chức chính như OH, NH (3390,96 cm⁻¹), amide I (1619,40 cm⁻¹), amide II (1556,27 cm⁻¹) và các nhóm C-H (1473,35 cm⁻¹) được bảo tồn sau quá trình thuỷ phân. Phổ UV-Vis hấp thụ mạnh tại bước sóng khoảng 210 nm, chứng tỏ cấu trúc peptide ổn định. Hình ảnh SEM cho thấy collagen peptide có kích thước hạt từ 10-40 µm với bề mặt nhẵn.
Tối ưu hóa hệ vi nhũ tương: Qua 17 thí nghiệm theo mô hình Box-Behnken, tỷ lệ tối ưu của dầu Sachi, chất nhũ hóa Tween 80/PG và dung dịch collagen peptide được xác định để đạt kích thước giọt trung bình nhỏ nhất (khoảng 244,47 nm), điện tích Zeta ổn định (khoảng -40 mV đến -60 mV), và độ phân tán kích thước thấp. Mô hình bậc hai phù hợp với dữ liệu thực nghiệm với hệ số R² trên 0,9 cho các chỉ tiêu.
Khả năng giải phóng vitamin A: Hệ vi nhũ tương collagen peptide/dầu Sachi mang vitamin A có khả năng giải phóng vitamin A hiệu quả trong môi trường pH 2 và pH 7,4, với tỷ lệ giải phóng tăng dần theo thời gian 3 giờ. Điều này cho thấy hệ vi nhũ tương có thể bảo vệ vitamin A khỏi phân hủy và tăng cường hấp thu trong cơ thể.
Thảo luận kết quả
Hiệu suất chiết tách collagen peptide đạt gần 16% cho thấy quy trình enzymatic alcalase ở 55°C là điều kiện tối ưu, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về thuỷ phân collagen từ nguồn cá biển. Kích thước phân tử nhỏ và cấu trúc peptide ổn định giúp collagen peptide dễ dàng hòa tan và hấp thu, tăng hiệu quả sinh học.
Việc sử dụng Tween 80 kết hợp với Propylene glycol làm chất nhũ hóa và đồng nhũ hóa đã tạo ra hệ vi nhũ tương ổn định với kích thước nano, phù hợp với yêu cầu công nghiệp mỹ phẩm và thực phẩm chức năng. Các chỉ số Zeta tiềm năng âm mạnh giúp hệ vi nhũ tương tránh được sự kết tụ, duy trì tính ổn định trong thời gian dài.
Khả năng giải phóng vitamin A trong môi trường mô phỏng dạ dày và ruột cho thấy hệ vi nhũ tương có thể bảo vệ vitamin A khỏi sự phân hủy do pH acid hoặc kiềm, đồng thời tăng cường khả năng hấp thu. So sánh với các nghiên cứu về vi nhũ tương mang vitamin A sử dụng polymer bán tổng hợp, hệ vi nhũ tương collagen peptide/dầu Sachi có ưu điểm về tính tự nhiên và khả năng tương thích sinh học cao hơn.
Việc tận dụng nguồn nguyên liệu phế thải từ vảy cá trắm không chỉ giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra sản phẩm có giá trị kinh tế cao, góp phần phát triển bền vững ngành công nghiệp thực phẩm chức năng và mỹ phẩm tại Việt Nam.
Đề xuất và khuyến nghị
Ứng dụng công nghệ vi nhũ tương nano trong sản xuất thực phẩm chức năng: Khuyến nghị các doanh nghiệp nghiên cứu và phát triển sản phẩm collagen peptide kết hợp dầu hạt Sachi mang vitamin A nhằm nâng cao hiệu quả hấp thu và ổn định sản phẩm, với mục tiêu giảm kích thước giọt trung bình dưới 300 nm trong vòng 12 tháng.
Tối ưu quy trình chiết tách collagen peptide: Đề xuất áp dụng quy trình enzymatic alcalase ở 55°C trong 3 giờ với nồng độ enzyme 2% để đạt hiệu suất thu collagen peptide cao nhất, đồng thời giảm chi phí sản xuất và tăng tính bền vững.
Phát triển sản phẩm mỹ phẩm chăm sóc da tự nhiên: Khuyến khích nghiên cứu sâu hơn về khả năng tái tạo collagen và dưỡng ẩm của hệ vi nhũ tương collagen peptide/dầu Sachi mang vitamin A, nhằm phát triển các sản phẩm kem dưỡng, serum có hiệu quả chống lão hóa trong vòng 24 tháng.
Nâng cao nhận thức và đào tạo kỹ thuật: Đề xuất tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật về công nghệ vi nhũ tương nano và ứng dụng collagen peptide cho các nhà nghiên cứu, kỹ sư trong ngành công nghiệp mỹ phẩm và thực phẩm chức năng, nhằm thúc đẩy chuyển giao công nghệ và nâng cao năng lực sản xuất.
Đối tượng nên tham khảo luận văn
Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa học, Công nghệ thực phẩm: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về chiết tách collagen peptide, công nghệ vi nhũ tương nano và ứng dụng trong mang vitamin, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới.
Doanh nghiệp sản xuất mỹ phẩm và thực phẩm chức năng: Thông tin về quy trình chế tạo vi nhũ tương collagen peptide/dầu Sachi mang vitamin A giúp doanh nghiệp tối ưu hóa công nghệ sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm và đáp ứng nhu cầu thị trường.
Chuyên gia dinh dưỡng và y học thẩm mỹ: Hiểu rõ về tác dụng sinh học của collagen peptide và dầu hạt Sachi trong chăm sóc da và sức khỏe, từ đó tư vấn và phát triển liệu trình điều trị phù hợp.
Cơ quan quản lý và phát triển công nghệ: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển công nghệ sinh học, thúc đẩy ứng dụng nguyên liệu tự nhiên và công nghệ nano trong ngành công nghiệp làm đẹp và dinh dưỡng.
Câu hỏi thường gặp
Collagen peptide là gì và có ưu điểm gì so với collagen thông thường?
Collagen peptide là chuỗi polypeptide ngắn thuỷ phân từ collagen tự nhiên, có kích thước phân tử nhỏ (3-6 kDa), dễ hòa tan và hấp thu hơn collagen thông thường. Ví dụ, collagen peptide có khả năng hấp thu lên đến 95%, giúp tăng hiệu quả bổ sung cho da và mô liên kết.Tại sao dầu hạt Sachi được sử dụng trong vi nhũ tương?
Dầu hạt Sachi giàu acid béo không bão hòa đa như omega-3, omega-6 và omega-9, có tác dụng chống viêm, dưỡng ẩm và bảo vệ da. Ngoài ra, dầu này có chỉ số cân bằng hydrophilic-lipophilic (HLB) phù hợp (khoảng 8,5) giúp tạo vi nhũ tương ổn định.Vi nhũ tương nano có lợi ích gì trong việc mang vitamin A?
Vi nhũ tương nano giúp tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, cải thiện độ ổn định và khả năng giải phóng vitamin A từ hệ mang, đồng thời bảo vệ vitamin khỏi phân hủy do môi trường acid hoặc kiềm, tăng hiệu quả hấp thu khi sử dụng.Phương pháp tối ưu tỷ lệ thành phần trong vi nhũ tương được thực hiện như thế nào?
Nghiên cứu sử dụng mô hình thiết kế thí nghiệm Box-Behnken để khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ dầu Sachi, chất nhũ hóa và dung dịch collagen peptide đến kích thước giọt, điện tích Zeta và độ ổn định, từ đó xác định tỷ lệ tối ưu cho hệ vi nhũ tương.Ứng dụng thực tiễn của hệ vi nhũ tương collagen peptide/dầu Sachi mang vitamin A là gì?
Hệ vi nhũ tương này có thể được ứng dụng trong sản xuất thực phẩm chức năng, mỹ phẩm dưỡng da chống lão hóa, giúp tăng cường hấp thu collagen và vitamin A, cải thiện sức khỏe làn da và hỗ trợ điều trị các vấn đề về da.
Kết luận
- Đã chiết tách thành công collagen peptide từ vảy cá trắm với hiệu suất thu cao nhất khoảng 15,95% ở điều kiện enzymatic alcalase 2%, 55°C, 3 giờ.
- Hệ vi nhũ tương nano dầu hạt Sachi – collagen peptide được xây dựng ổn định với kích thước giọt trung bình dao động từ 244 đến 675 nm, điện tích Zeta âm mạnh, đảm bảo tính ổn định lâu dài.
- Mô hình Box-Behnken cho phép tối ưu tỷ lệ thành phần hệ vi nhũ tương, phù hợp với yêu cầu công nghiệp mỹ phẩm và thực phẩm chức năng.
- Hệ vi nhũ tương mang vitamin A có khả năng giải phóng hiệu quả trong môi trường pH mô phỏng dạ dày và ruột, tăng cường hấp thu và bảo vệ vitamin.
- Nghiên cứu góp phần tận dụng nguồn nguyên liệu phế thải từ ngành chế biến cá, phát triển công nghệ vi nhũ tương nano ứng dụng trong chăm sóc sức khỏe và làm đẹp.
Next steps: Triển khai thử nghiệm ứng dụng sản phẩm trong quy mô pilot, đánh giá hiệu quả sinh học và an toàn trên người; mở rộng nghiên cứu ứng dụng các vitamin và hoạt chất khác trong hệ vi nhũ tương này.
Call to action: Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp được khuyến khích hợp tác phát triển sản phẩm dựa trên nền tảng công nghệ vi nhũ tương collagen peptide và dầu hạt Sachi để nâng cao giá trị sản phẩm và đáp ứng nhu cầu thị trường.