Tổng quan nghiên cứu

Lá dâu tằm trắng (Morus alba L.) là một loại thảo dược truyền thống được sử dụng rộng rãi tại các nước châu Á nhờ vào các hoạt tính sinh học đa dạng, đặc biệt là khả năng hỗ trợ kiểm soát đường huyết và chống oxy hóa. Tại Việt Nam, theo ước tính của Bộ Y tế năm 2021, có khoảng 5,3 triệu người mắc bệnh đái tháo đường, trong đó 90-95% là đái tháo đường type II. Việc kiểm soát đường huyết sau ăn là một trong những mục tiêu quan trọng trong điều trị và phòng ngừa bệnh này. Hoạt chất 1-deoxynojirimycin (DNJ) trong lá dâu tằm trắng được biết đến với khả năng ức chế enzyme α-glucosidase, làm chậm hấp thu carbohydrate và giảm tăng đường huyết sau ăn.

Nghiên cứu này nhằm mục tiêu tối ưu hóa điều kiện trích ly dịch chiết giàu DNJ và các hợp chất phenolic từ lá dâu tằm trắng bằng phương pháp siêu âm, đồng thời ứng dụng dịch chiết này để bổ sung vào bánh quy dành cho người ăn kiêng. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lá dâu tằm thu hái tại tỉnh Lâm Đồng trong năm 2021, với các điều kiện trích ly được khảo sát gồm công suất siêu âm, tỷ lệ rắn-lỏng, nhiệt độ và thời gian trích ly. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc phát triển sản phẩm bánh quy có hàm lượng hoạt chất sinh học cao, phù hợp với xu hướng tiêu dùng thực phẩm chức năng, hỗ trợ kiểm soát đường huyết và cải thiện sức khỏe người ăn kiêng.

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:

  • Lý thuyết về hoạt tính sinh học của DNJ: DNJ là alkaloid có cấu trúc tương tự glucose, cạnh tranh gắn vào trung tâm hoạt động của enzyme α-glucosidase, ức chế quá trình thủy phân carbohydrate, từ đó làm giảm hấp thu đường và kiểm soát đường huyết.
  • Mô hình trích ly siêu âm: Sử dụng hiện tượng xâm thực khí do sóng siêu âm tạo ra để phá vỡ cấu trúc tế bào, tăng hiệu quả truyền khối và thu nhận các hoạt chất sinh học trong lá dâu tằm.
  • Khái niệm về hoạt tính chống oxy hóa: Đánh giá khả năng trung hòa gốc tự do của dịch chiết thông qua các phương pháp DPPH và FRAP, phản ánh tiềm năng bảo vệ tế bào khỏi stress oxy hóa.
  • Mô hình phát triển sản phẩm bánh quy cho người ăn kiêng: Tối ưu hóa công thức bánh quy với tỷ lệ bổ sung dịch chiết nhằm cân bằng giữa chất lượng cảm quan và hàm lượng hoạt chất sinh học.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Lá dâu tằm trắng thu hái tại Lâm Đồng, tháng 12/2021; nguyên liệu sản xuất bánh quy gồm bột mì, bơ, trứng, đường, isomalt và các phụ gia theo tiêu chuẩn Việt Nam.
  • Phương pháp trích ly: Sử dụng thiết bị siêu âm dạng đầu nhúng với các thông số công suất (0-300W/g), tỷ lệ bột lá/dung môi (1:10 đến 1:50 g/mL), nhiệt độ (30-60°C) và thời gian (10-40 phút). Dung môi trích ly là ethanol 55%.
  • Phân tích hoạt tính sinh học: Xác định hàm lượng DNJ bằng HPLC, hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase (IC50), hàm lượng phenolic tổng (phương pháp Folin-Ciocalteu), hoạt tính chống oxy hóa theo DPPH và FRAP.
  • Sản xuất bánh quy: Bổ sung dịch chiết vào bánh quy với tỷ lệ 0%, 1,5%, 3%, 6% và 9%. Đánh giá các chỉ tiêu hóa học (độ ẩm, protein, lipid, đường, tro, DNJ, phenolic), chỉ tiêu vật lý (độ cứng, màu sắc, kích thước, tỉ lệ nở) và cảm quan (màu sắc, vị ngọt, cấu trúc, hậu vị, mức độ ưa thích).
  • Timeline nghiên cứu: Thực hiện từ tháng 9/2021 đến tháng 6/2022, gồm các giai đoạn tiền xử lý nguyên liệu, khảo sát điều kiện trích ly, sản xuất và đánh giá bánh quy.
  • Phân tích số liệu: Sử dụng phần mềm MINITAB 18, phân tích phương sai ANOVA với mức ý nghĩa α=0,05, mỗi thí nghiệm lặp lại ba lần.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của công suất siêu âm đến hàm lượng DNJ: Hàm lượng DNJ tăng từ 0,712 ± 0,016 mg/g chất khô (0W) lên 1,168 ± 0,046 mg/g chất khô tại công suất 150W/g, tương đương tăng 1,64 lần. Tuy nhiên, khi công suất tăng lên 225W/g, hàm lượng DNJ giảm còn 0,988 ± 0,029 mg/g chất khô (p<0,05).

  2. Hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase: Giá trị IC50 giảm từ 1,168 ± 0,045 mg/mL (0W) xuống 0,586 ± 0,021 mg/mL tại 150W/g, cho thấy hoạt tính ức chế tăng gấp đôi. Công suất siêu âm cao hơn 150W/g làm giảm hoạt tính ức chế (p<0,05).

  3. Hàm lượng phenolic tổng và hoạt tính chống oxy hóa: Hàm lượng phenolic đạt 33,739 ± 0,647 mg GAE/g chất khô, giá trị DPPH và FRAP lần lượt là 285,201 ± 15,544 µmol TE/g và 169,243 ± 1,407 µmol TE/g chất khô dưới điều kiện trích ly tối ưu (50°C, 20 phút, 150W, tỷ lệ 1:40 g/mL).

  4. Ảnh hưởng của tỷ lệ bổ sung dịch chiết vào bánh quy: Bánh quy bổ sung 3% dịch chiết có hàm lượng DNJ và phenolic cao hơn đáng kể so với mẫu không bổ sung (p<0,05), đồng thời đạt điểm cảm quan cao nhất với điểm tổng thể 7,8/9. Tỷ lệ bổ sung trên 6% làm giảm độ ưa thích do thay đổi màu sắc và cấu trúc bánh.

Thảo luận kết quả

Hiện tượng xâm thực khí do siêu âm làm tăng hiệu quả trích ly DNJ và các hợp chất phenolic, đồng thời tăng hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase, phù hợp với các nghiên cứu trước đây cho thấy công suất siêu âm tối ưu khoảng 150W. Việc giảm hiệu quả trích ly và hoạt tính ở công suất cao hơn có thể do sự hình thành bong bóng khí lớn cản trở truyền năng lượng siêu âm.

Hàm lượng phenolic và hoạt tính chống oxy hóa cao trong dịch chiết góp phần tăng giá trị dinh dưỡng và chức năng bảo vệ sức khỏe của sản phẩm bánh quy. Kết quả cảm quan cho thấy bổ sung 3% dịch chiết là tỷ lệ tối ưu, cân bằng giữa giá trị sinh học và chất lượng sản phẩm, phù hợp với xu hướng tiêu dùng thực phẩm chức năng cho người ăn kiêng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện sự biến đổi hàm lượng DNJ và IC50 theo công suất siêu âm, bảng so sánh thành phần hóa học và điểm cảm quan các mẫu bánh quy với tỷ lệ bổ sung khác nhau, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của dịch chiết lá dâu tằm trong sản phẩm.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng công nghệ trích ly siêu âm với công suất 150W, nhiệt độ 50°C, thời gian 20 phút và tỷ lệ bột lá/dung môi 1:40 g/mL để thu nhận dịch chiết giàu DNJ và phenolic, nhằm tối ưu hiệu quả trích ly và hoạt tính sinh học.

  2. Bổ sung dịch chiết lá dâu tằm trắng vào bánh quy với tỷ lệ 3% để tạo sản phẩm bánh quy cho người ăn kiêng có hàm lượng hoạt chất sinh học cao, đảm bảo chất lượng cảm quan và giá trị dinh dưỡng.

  3. Khuyến khích các doanh nghiệp thực phẩm phát triển dòng sản phẩm bánh quy chức năng dành cho người tiểu đường và người ăn kiêng, tận dụng nguồn nguyên liệu tự nhiên, an toàn và có lợi cho sức khỏe.

  4. Tiến hành nghiên cứu mở rộng về bảo quản sản phẩm bánh quy bổ sung dịch chiết lá dâu tằm, đánh giá sự ổn định hoạt chất và chất lượng cảm quan trong thời gian bảo quản dài hạn, nhằm đảm bảo hiệu quả sử dụng thực tế.

  5. Chủ thể thực hiện: Các viện nghiên cứu, trường đại học chuyên ngành công nghệ thực phẩm, doanh nghiệp sản xuất bánh kẹo và thực phẩm chức năng. Timeline: 6-12 tháng cho nghiên cứu mở rộng và phát triển sản phẩm thương mại.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ thực phẩm: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực nghiệm về trích ly hoạt chất sinh học từ lá dâu tằm và ứng dụng trong sản phẩm bánh quy, hỗ trợ phát triển đề tài liên quan.

  2. Doanh nghiệp sản xuất thực phẩm chức năng và bánh kẹo: Tham khảo công thức và quy trình sản xuất bánh quy bổ sung dịch chiết lá dâu tằm, phát triển sản phẩm mới đáp ứng nhu cầu thị trường người ăn kiêng và bệnh nhân tiểu đường.

  3. Chuyên gia dinh dưỡng và y tế cộng đồng: Hiểu rõ tác dụng của DNJ và phenolic trong kiểm soát đường huyết, từ đó tư vấn chế độ ăn phù hợp cho người bệnh đái tháo đường và người cần kiểm soát cân nặng.

  4. Cơ quan quản lý và phát triển chính sách thực phẩm: Căn cứ vào kết quả nghiên cứu để xây dựng tiêu chuẩn, quy định về sản phẩm thực phẩm chức năng có nguồn gốc tự nhiên, đảm bảo an toàn và hiệu quả cho người tiêu dùng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Dịch chiết lá dâu tằm trắng có tác dụng gì trong kiểm soát đường huyết?
    Dịch chiết chứa DNJ, một alkaloid ức chế enzyme α-glucosidase, làm chậm quá trình thủy phân carbohydrate và hấp thu đường, giúp giảm tăng đường huyết sau ăn. Ví dụ, giá trị IC50 của dịch chiết đạt 0,586 mg/mL, cao gấp đôi so với mẫu không sử dụng siêu âm.

  2. Tại sao sử dụng phương pháp trích ly siêu âm?
    Siêu âm tạo hiện tượng xâm thực khí phá vỡ tế bào, tăng hiệu quả truyền khối, rút ngắn thời gian trích ly và giảm lượng dung môi cần dùng. Nghiên cứu cho thấy công suất 150W là tối ưu để thu DNJ với hàm lượng 1,168 mg/g chất khô.

  3. Tỷ lệ bổ sung dịch chiết vào bánh quy là bao nhiêu phù hợp nhất?
    Tỷ lệ 3% dịch chiết được đánh giá là tối ưu, vừa tăng hàm lượng hoạt chất sinh học, vừa giữ được chất lượng cảm quan tốt với điểm tổng thể 7,8/9. Tỷ lệ cao hơn làm giảm độ ưa thích do thay đổi màu sắc và cấu trúc bánh.

  4. Hoạt tính chống oxy hóa của dịch chiết được đánh giá như thế nào?
    Hoạt tính chống oxy hóa được xác định qua các chỉ số DPPH (285,201 µmol TE/g) và FRAP (169,243 µmol TE/g), cho thấy dịch chiết có khả năng trung hòa gốc tự do, góp phần bảo vệ tế bào khỏi stress oxy hóa.

  5. Sản phẩm bánh quy bổ sung dịch chiết có phù hợp cho người tiểu đường không?
    Bánh quy bổ sung dịch chiết lá dâu tằm trắng có hàm lượng DNJ và phenolic cao, giúp ức chế enzyme tiêu hóa carbohydrate, giảm chỉ số glycemic, phù hợp với chế độ ăn kiêng của người tiểu đường và người cần kiểm soát cân nặng.

Kết luận

  • Đã xác định được điều kiện trích ly tối ưu dịch chiết lá dâu tằm trắng bằng siêu âm: 150W công suất, 50°C, 20 phút, tỷ lệ bột lá/dung môi 1:40 g/mL, thu được hàm lượng DNJ 2,207 mg/g chất khô và hoạt tính ức chế enzyme α-glucosidase IC50 là 436,07 µg/mL.
  • Dịch chiết có hàm lượng phenolic tổng 33,739 mg GAE/g và hoạt tính chống oxy hóa cao theo DPPH và FRAP.
  • Bổ sung dịch chiết vào bánh quy với tỷ lệ 3% tạo ra sản phẩm có chất lượng cảm quan tốt và hàm lượng hoạt chất sinh học cao, phù hợp cho người ăn kiêng.
  • Nghiên cứu góp phần phát triển sản phẩm thực phẩm chức năng tự nhiên, hỗ trợ kiểm soát đường huyết và nâng cao giá trị dinh dưỡng của bánh quy.
  • Đề xuất tiếp tục nghiên cứu bảo quản sản phẩm và mở rộng ứng dụng dịch chiết trong các loại thực phẩm khác.

Hành động tiếp theo: Áp dụng quy trình trích ly và công thức bánh quy vào sản xuất thử nghiệm quy mô công nghiệp, đồng thời tiến hành nghiên cứu bảo quản và đánh giá tác dụng sinh học trên người tiêu dùng thực tế.