Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của công nghệ nano và nhu cầu ứng dụng các hợp chất tự nhiên trong dược phẩm và mỹ phẩm, việc nâng cao độ hòa tan và sinh khả dụng của các hoạt chất có nguồn gốc thực vật trở thành thách thức lớn. Lá dó bầu (Aquilaria crassna) là nguồn nguyên liệu quý giá chứa nhiều hoạt chất sinh học, đặc biệt là mangiferin – một polyphenol có hoạt tính kháng oxy hóa, kháng viêm, kháng khuẩn và chống ung thư. Tuy nhiên, mangiferin và các chiết xuất từ lá dó bầu có đặc tính kém tan trong nước, hạn chế khả năng ứng dụng trong các sản phẩm chăm sóc sức khỏe.

Nghiên cứu này tập trung vào việc tạo ra các hệ phân tán từ cao chiết lá dó bầu, chế phẩm lá dó bầu đã được nâng cao hàm lượng mangiferin, và mangiferin tinh khiết nhằm cải thiện độ hòa tan và hoạt tính sinh học. Phương pháp đồng hóa tốc độ cao kết hợp với lecithin được sử dụng để tạo hệ phân tán, sau đó các hệ phân tán được chuyển sang dạng bột bằng kỹ thuật sấy phun. Nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh trong năm 2022, với mục tiêu định hướng ứng dụng vào mỹ phẩm và dược phẩm.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các sản phẩm từ nguồn nguyên liệu tự nhiên, góp phần nâng cao giá trị kinh tế của cây dó bầu và mở rộng ứng dụng công nghệ nano trong lĩnh vực kỹ thuật hóa học. Các chỉ số đánh giá như kích thước hạt, độ hòa tan ở các môi trường pH khác nhau, hoạt tính kháng oxy hóa (IC50) và độ bền của hệ phân tán được sử dụng làm tiêu chí đánh giá hiệu quả.

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:

  • Công nghệ nano và vật liệu nano: Vật liệu nano có kích thước từ 1 đến 100 nm, với diện tích bề mặt lớn và hiệu ứng lượng tử, giúp tăng cường khả năng hòa tan và hoạt tính sinh học của các hợp chất tự nhiên.
  • Nguyên lý tạo hệ nano: Sử dụng phương pháp top-down (đồng hóa tốc độ cao) để giảm kích thước hạt chiết xuất và mangiferin, tạo hệ phân tán đồng nhất.
  • Hệ phân tán nano: Hệ phân tán là hệ huyền phù các hạt nano trong môi trường lỏng, giúp cải thiện độ hòa tan và sinh khả dụng của hoạt chất.
  • Hoạt tính kháng oxy hóa: Đánh giá khả năng bắt gốc tự do ABTS ∙+ của các hệ phân tán, thể hiện qua giá trị IC50.
  • Phương pháp sấy phun: Chuyển hệ phân tán dạng lỏng sang dạng bột nhằm tăng tính ổn định và thuận tiện trong ứng dụng.

Các khái niệm chính bao gồm: mangiferin, cao chiết lá dó bầu, hệ phân tán nano, đồng hóa tốc độ cao, hoạt tính kháng oxy hóa, độ hòa tan, và sấy phun.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Lá dó bầu thu hoạch tại Bình Phước, Việt Nam; mangiferin tinh khiết mua từ nhà cung cấp; các hóa chất và thiết bị tiêu chuẩn phục vụ phân tích.
  • Phương pháp điều chế: Chiết xuất ethanol 60% từ lá dó bầu, nâng cao hàm lượng mangiferin bằng phương pháp hấp phụ - rửa giải trên nhựa macroporous HPD300.
  • Tạo hệ phân tán: Sử dụng máy đồng hóa rotor-stator tốc độ cao (FSH-2A) với lecithin làm chất hoạt động bề mặt, khảo sát các thông số như tỷ lệ nguyên liệu:lecithin, thời gian và tốc độ đồng hóa, nồng độ mẫu.
  • Phân tích kích thước hạt: Phương pháp tán xạ ánh sáng laser (LDS) và kính hiển vi điện tử quét (SEM).
  • Đánh giá hoạt tính kháng oxy hóa: Phương pháp ABTS với xác định giá trị IC50.
  • Đánh giá độ hòa tan: Thử nghiệm trong các môi trường đệm pH 1,2; 4,5 và 6,8 theo tiêu chuẩn Dược điển Việt Nam IV.
  • Chuyển dạng bột: Sấy phun hệ phân tán để tạo sản phẩm bột, đánh giá tính chất ngoại quan, hàm lượng hoạt chất và hoạt tính kháng oxy hóa.
  • Timeline nghiên cứu: Thực hiện từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2022, bao gồm các giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu, điều chế, phân tích và đánh giá sản phẩm.

Cỡ mẫu nghiên cứu gồm các hệ phân tán cao chiết, chế phẩm và mangiferin với nhiều nồng độ khác nhau, mỗi thí nghiệm được thực hiện tối thiểu 3 lần để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Nâng cao hàm lượng mangiferin trong chế phẩm: Qua quá trình hấp phụ - rửa giải bằng nhựa HPD300, hàm lượng mangiferin trong chế phẩm đạt 16%, tăng gần 1,95 lần so với cao chiết ban đầu. Hiệu suất hấp phụ và rửa giải đạt mức cao, chứng tỏ phương pháp hiệu quả trong việc làm giàu hoạt chất.

  2. Kích thước hạt hệ phân tán: Hệ phân tán cao chiết 2 g/L có kích thước trung bình 0,283 µm (LDS) và 0,1 – 0,3 µm (SEM); hệ phân tán chế phẩm 2 g/L đạt 2,181 µm (LDS) và 1 – 2 µm (SEM); hệ phân tán mangiferin 0,314 g/L có kích thước 2,490 µm (LDS). Kích thước nhỏ giúp tăng diện tích bề mặt, cải thiện độ hòa tan.

  3. Độ hòa tan và hoạt tính kháng oxy hóa: Các hệ phân tán thể hiện độ hòa tan tốt ở các môi trường pH giả lập, đặc biệt tại pH 6,8. Giá trị IC50 của hệ phân tán cao chiết, chế phẩm và mangiferin lần lượt là 10,37 ppm, 4,01 ppm và 3,73 ppm, cho thấy hoạt tính kháng oxy hóa được nâng cao so với nguyên liệu ban đầu.

  4. Độ bền và khả năng gia tăng nồng độ: Hệ phân tán cao chiết và chế phẩm có thể nâng nồng độ lên đến 10 g/L, duy trì độ bền ngoại quan, kích thước và hàm lượng sau 2 tuần tốt hơn so với hệ phân tán mangiferin. Sản phẩm bột sấy phun từ các hệ phân tán vẫn giữ được khả năng hòa tan và hoạt tính kháng oxy hóa với IC50 lần lượt là 12,44 ppm (bột cao chiết), 5,39 ppm (bột chế phẩm) và 5,39 ppm (bột mangiferin).

Thảo luận kết quả

Việc nâng cao hàm lượng mangiferin trong chế phẩm thông qua hấp phụ trên nhựa macroporous giúp tăng hiệu quả hoạt chất trong hệ phân tán. Kích thước hạt nano nhỏ của hệ phân tán cao chiết và chế phẩm góp phần làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, từ đó cải thiện độ hòa tan và khả năng bắt gốc tự do. So với mangiferin tinh khiết, các hệ phân tán từ cao chiết và chế phẩm có ưu thế về độ bền và khả năng gia tăng nồng độ, phù hợp cho ứng dụng thực tế.

So sánh với các nghiên cứu trước đây về nano mangiferin, phương pháp đồng hóa tốc độ cao kết hợp lecithin cho phép tạo hệ phân tán ổn định với kích thước hạt phù hợp, đồng thời giữ được hoạt tính sinh học. Việc chuyển hệ phân tán sang dạng bột bằng sấy phun giúp tăng tính ổn định và thuận tiện trong bảo quản, vận chuyển và ứng dụng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố kích thước hạt, đồ thị độ hòa tan theo thời gian ở các pH khác nhau, và biểu đồ IC50 thể hiện hoạt tính kháng oxy hóa. Bảng so sánh các chỉ số về kích thước, độ hòa tan và IC50 giữa các hệ phân tán cũng giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của từng hệ.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Ứng dụng công nghệ đồng hóa tốc độ cao kết hợp lecithin để tạo hệ phân tán nano từ chiết xuất lá dó bầu và mangiferin, nhằm nâng cao độ hòa tan và hoạt tính sinh học. Thời gian thực hiện: 6 tháng; chủ thể: các phòng thí nghiệm nghiên cứu và doanh nghiệp dược mỹ phẩm.

  2. Phát triển sản phẩm dạng bột sấy phun từ các hệ phân tán để tăng tính ổn định và tiện lợi trong bảo quản, vận chuyển. Thời gian: 3-4 tháng; chủ thể: nhà sản xuất mỹ phẩm và dược phẩm.

  3. Khảo sát mở rộng ứng dụng trong mỹ phẩm và dược phẩm dựa trên các đặc tính kháng oxy hóa, kháng viêm của sản phẩm, tập trung vào các sản phẩm chăm sóc da và hỗ trợ điều trị. Thời gian: 12 tháng; chủ thể: các công ty nghiên cứu phát triển sản phẩm.

  4. Nghiên cứu tối ưu hóa quy trình sản xuất quy mô công nghiệp nhằm đảm bảo tính đồng nhất, hiệu quả và chi phí hợp lý. Thời gian: 12-18 tháng; chủ thể: các đơn vị sản xuất và viện nghiên cứu.

  5. Đào tạo và chuyển giao công nghệ cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ trong lĩnh vực dược liệu và mỹ phẩm để thúc đẩy ứng dụng rộng rãi. Thời gian: liên tục; chủ thể: các trường đại học và viện nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật hóa học, công nghệ sinh học: Nghiên cứu cung cấp phương pháp và dữ liệu thực nghiệm về tạo hệ phân tán nano từ chiết xuất thực vật, giúp phát triển các đề tài liên quan.

  2. Doanh nghiệp sản xuất dược phẩm và mỹ phẩm thiên nhiên: Tham khảo quy trình nâng cao hàm lượng hoạt chất và tạo hệ phân tán để cải thiện chất lượng sản phẩm, tăng tính cạnh tranh trên thị trường.

  3. Chuyên gia phát triển sản phẩm và kỹ thuật viên phòng thí nghiệm: Áp dụng các kỹ thuật đồng hóa tốc độ cao, sấy phun và đánh giá hoạt tính sinh học để tối ưu hóa công thức và quy trình sản xuất.

  4. Cơ quan quản lý và tổ chức nghiên cứu phát triển: Sử dụng kết quả nghiên cứu làm cơ sở khoa học cho việc cấp phép, hỗ trợ phát triển sản phẩm từ nguồn nguyên liệu tự nhiên có tiềm năng kinh tế cao.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần nâng cao hàm lượng mangiferin trong chiết xuất lá dó bầu?
    Mangiferin là hoạt chất chính có nhiều tác dụng dược lý nhưng có hàm lượng thấp trong chiết xuất ban đầu. Nâng cao hàm lượng giúp tăng hiệu quả sinh học và giảm liều lượng sử dụng, đồng thời cải thiện tính ổn định và khả năng ứng dụng.

  2. Phương pháp đồng hóa tốc độ cao có ưu điểm gì trong tạo hệ phân tán?
    Phương pháp này giúp giảm kích thước hạt nhanh chóng, tạo hệ phân tán đồng nhất với kích thước nano, tăng diện tích bề mặt và khả năng hòa tan của hoạt chất, đồng thời dễ dàng điều chỉnh các thông số để tối ưu hóa sản phẩm.

  3. Lecithin đóng vai trò gì trong hệ phân tán?
    Lecithin là chất hoạt động bề mặt tự nhiên, giúp ổn định hệ phân tán bằng cách giảm sức căng bề mặt, ngăn ngừa kết tụ hạt và tăng khả năng phân tán đều trong môi trường nước, từ đó nâng cao độ hòa tan và sinh khả dụng.

  4. Hoạt tính kháng oxy hóa được đánh giá như thế nào?
    Hoạt tính kháng oxy hóa được đánh giá bằng phương pháp ABTS, đo khả năng bắt gốc tự do của mẫu. Giá trị IC50 thể hiện nồng độ cần thiết để ức chế 50% gốc tự do, giá trị thấp hơn cho thấy hoạt tính mạnh hơn.

  5. Sản phẩm bột sấy phun có ưu điểm gì so với dạng lỏng?
    Dạng bột có độ bền cao hơn, dễ bảo quản và vận chuyển, giảm nguy cơ phân hủy hoạt chất do tác động của môi trường. Ngoài ra, bột có thể dễ dàng phối trộn vào các công thức mỹ phẩm và dược phẩm khác nhau.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã thành công trong việc nâng cao hàm lượng mangiferin trong chế phẩm lá dó bầu lên gần 2 lần so với cao chiết ban đầu bằng phương pháp hấp phụ - rửa giải trên nhựa macroporous HPD300.
  • Các hệ phân tán từ cao chiết, chế phẩm và mangiferin được tạo thành bằng phương pháp đồng hóa tốc độ cao với lecithin có kích thước hạt nano phù hợp, cải thiện đáng kể độ hòa tan và hoạt tính kháng oxy hóa.
  • Hệ phân tán cao chiết và chế phẩm có khả năng gia tăng nồng độ lên đến 10 g/L và duy trì độ bền tốt hơn so với hệ phân tán mangiferin tinh khiết.
  • Sản phẩm dạng bột sấy phun từ các hệ phân tán giữ được hoạt tính sinh học và độ hòa tan, mở ra tiềm năng ứng dụng trong mỹ phẩm và dược phẩm.
  • Đề xuất tiếp tục nghiên cứu tối ưu quy trình sản xuất quy mô lớn, mở rộng ứng dụng và chuyển giao công nghệ để phát triển sản phẩm từ lá dó bầu.

Luận văn này là cơ sở khoa học quan trọng cho các nghiên cứu tiếp theo và ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực kỹ thuật hóa học và công nghệ sinh học. Để khai thác tối đa tiềm năng của lá dó bầu, các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp được khuyến khích áp dụng và phát triển các công nghệ nano tiên tiến dựa trên kết quả này.