Tổng quan nghiên cứu

Cây dâu tằm (Morus alba L.) là một loại thực vật có giá trị kinh tế và dược lý cao, được trồng phổ biến tại nhiều vùng ở Việt Nam như Tây Nguyên, Lâm Đồng và các bãi sông. Rễ cây dâu tằm chứa nhiều hợp chất polyphenol có hoạt tính sinh học đa dạng, đặc biệt là khả năng ức chế enzyme tyrosinase – một enzyme quan trọng trong quá trình tổng hợp melanin, liên quan đến các vấn đề về sắc tố da. Theo ước tính, hàm lượng polyphenol tổng trong dịch chiết rễ dâu tằm đạt khoảng 226,7 mg GAE/g cao khô, với hoạt tính ức chế tyrosinase có giá trị IC50 là 1,89 µM, cho thấy tiềm năng ứng dụng trong ngành mỹ phẩm làm trắng da.

Tuy nhiên, dịch chiết rễ dâu tằm còn chứa nhiều hợp chất khác như terpenoid, polysaccharid, lignan, làm giảm hiệu quả hoạt tính sinh học của polyphenol. Do đó, mục tiêu nghiên cứu là làm giàu các chất ức chế enzyme tyrosinase từ chiết xuất rễ cây dâu tằm bằng phương pháp hấp phụ trên nhựa macroporous, nhằm nâng cao hàm lượng polyphenol và tăng cường hoạt tính kháng enzyme. Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 9 đến tháng 12 năm 2022 tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. HCM.

Kết quả nghiên cứu không chỉ góp phần phát triển nguồn nguyên liệu tự nhiên an toàn, thân thiện cho ngành công nghiệp mỹ phẩm mà còn mở ra hướng ứng dụng các chiết xuất thực vật trong sản xuất các sản phẩm làm trắng da hiệu quả, đáp ứng nhu cầu làm đẹp ngày càng tăng của người tiêu dùng.

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 enzyme tyrosinase và cơ chế ức chế: Tyrosinase là enzyme xúc tác bước đầu trong quá trình tổng hợp melanin. Việc ức chế enzyme này giúp giảm sản xuất melanin, từ đó làm sáng da. Các hợp chất polyphenol trong rễ dâu tằm được xác định có khả năng ức chế enzyme này hiệu quả.

  • Mô hình hấp phụ trên nhựa macroporous: Nhựa macroporous là polymer hình cầu có cấu trúc xốp với đường kính lỗ xốp từ 90 đến 300 Å, cho phép hấp phụ các phân tử polyphenol dựa trên tương tác tĩnh điện, liên kết hydro và tạo phức. Nghiên cứu sử dụng năm loại nhựa với độ phân cực khác nhau (AB-8, ADS-17, HPD-100, D-101, DM-301) để khảo sát khả năng hấp phụ và giải hấp polyphenol.

  • Khái niệm polyphenol tổng (TPC): Được định lượng bằng phương pháp Folin-Ciocalteau, biểu thị hàm lượng các hợp chất phenolic trong dịch chiết, liên quan mật thiết đến hoạt tính kháng oxy hóa và ức chế enzyme tyrosinase.

  • Hoạt tính ức chế enzyme tyrosinase: Đánh giá bằng phương pháp đo hấp thu dopachrome ở bước sóng 475 nm, xác định giá trị IC50 – nồng độ ức chế enzyme đạt 50%.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Rễ cây dâu tằm 1,5 năm tuổi thu hoạch tại Lâm Đồng, được sấy khô đến độ ẩm dưới 12%, nghiền nhỏ và chiết xuất bằng ethanol 93% (v/v) với tỷ lệ rắn-lỏng 1:6 (g/ml) ở 45 ℃ trong 47 phút, chiết hai lần và cô quay chân không thu dịch chiết tổng.

  • Phương pháp phân tích:

    • Định lượng polyphenol tổng bằng phương pháp Folin-Ciocalteau với chuẩn gallic acid.
    • Đánh giá hoạt tính ức chế enzyme tyrosinase theo phương pháp Narisa Kamkaen, sử dụng kojic acid làm chất chuẩn đối chiếu.
    • Khảo sát hấp phụ tĩnh và động trên năm loại nhựa macroporous, xác định thời gian cân bằng hấp phụ (120 phút), dung môi pha loãng dịch chiết (ethanol 90%) và dung môi giải hấp (ethanol các nồng độ từ 10% đến 99,5%).
    • Phân đoạn dịch chiết bằng sắc ký cột nhựa DM-301, thu hồi polyphenol từ các phân đoạn rửa giải với ethanol 50%, 60%, 70%, 80% (v/v).
    • Đánh giá định tính bằng sắc ký lớp mỏng (TLC) với thuốc thử FeCl3 để xác định sự hiện diện của các hợp chất phenolic.

  • Timeline nghiên cứu:

    • Chuẩn bị nguyên liệu và chiết xuất: tháng 9 - tháng 10/2022
    • Khảo sát hấp phụ tĩnh và động, lựa chọn nhựa và dung môi: tháng 10 - tháng 11/2022
    • Phân đoạn sắc ký cột và đánh giá hoạt tính: tháng 11 - tháng 12/2022
    • Tổng hợp kết quả và hoàn thiện luận văn: tháng 12/2022

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu suất chiết xuất và hàm lượng polyphenol tổng:

    • Hiệu suất chiết xuất đạt khoảng 6,5% (w/w) trên nguyên liệu khô.
    • Hàm lượng polyphenol tổng trong dịch chiết là 226,7 mg GAE/g cao khô, cho thấy dịch chiết có nồng độ polyphenol cao, phù hợp cho việc làm giàu hoạt chất.

  2. Lựa chọn dung môi pha loãng dịch chiết:

    • Ethanol 90% được xác định là dung môi tối ưu để hòa tan polyphenol trong dịch chiết, giúp tránh hiện tượng kết tủa và tăng hiệu quả hấp phụ trên nhựa.
    • Các dung môi khác như ethanol 80%, ethyl acetate, acetone chỉ hòa tan một phần, gây cản trở quá trình hấp phụ.

  3. Khả năng hấp phụ và giải hấp trên nhựa macroporous:

    • Trong năm loại nhựa khảo sát, nhựa DM-301 thể hiện khả năng hấp phụ và giải hấp polyphenol cao nhất với tỷ lệ hấp phụ đạt khoảng 70% và tỷ lệ giải hấp trên 80%.
    • Thời gian cân bằng hấp phụ được xác định là 120 phút, sau đó khả năng hấp phụ không tăng đáng kể.

  4. Phân đoạn sắc ký cột và hoạt tính ức chế enzyme tyrosinase:

    • Phân đoạn rửa giải bằng ethanol 60% (3 BV) thu được hàm lượng polyphenol tổng cao nhất là 669,18 mg GAE/g.
    • Phân đoạn này có hoạt tính ức chế enzyme tyrosinase mạnh với giá trị IC50 là 1,38 ± 0,04 µg/ml, vượt trội so với dịch chiết ban đầu (IC50 khoảng 1,89 µg/ml) và gần gấp đôi so với kojic acid (IC50 khoảng 1,3 µg/ml).
    • Các phân đoạn rửa giải bằng ethanol 50%, 70%, 80% cũng cho kết quả tốt nhưng thấp hơn ethanol 60%.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy phương pháp hấp phụ trên nhựa macroporous DM-301 là hiệu quả trong việc làm giàu polyphenol từ dịch chiết rễ dâu tằm, đồng thời tăng cường hoạt tính ức chế enzyme tyrosinase. Việc lựa chọn ethanol 90% làm dung môi pha loãng giúp polyphenol duy trì trạng thái hòa tan tốt, tránh hiện tượng kết tủa làm giảm hiệu quả hấp phụ. Thời gian hấp phụ 120 phút được xác định dựa trên đường cong động học hấp phụ, đảm bảo cân bằng giữa hiệu quả và thời gian thực hiện.

So sánh với các nghiên cứu trước, giá trị IC50 của phân đoạn ethanol 60% thấp hơn nhiều so với dịch chiết thô và tương đương hoặc vượt trội hơn các chất ức chế tyrosinase tự nhiên khác được báo cáo. Điều này khẳng định hiệu quả của quy trình làm giàu polyphenol bằng nhựa macroporous trong việc nâng cao hoạt tính sinh học.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ đường cong hấp phụ polyphenol trên các loại nhựa theo thời gian, bảng so sánh tỷ lệ hấp phụ và giải hấp, cũng như biểu đồ cột thể hiện hàm lượng polyphenol và giá trị IC50 của các phân đoạn rửa giải khác nhau.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Ứng dụng quy trình làm giàu polyphenol bằng nhựa DM-301 trong sản xuất mỹ phẩm:

    • Động từ hành động: Triển khai quy trình hấp phụ và giải hấp trên quy mô pilot.
    • Target metric: Tăng hàm lượng polyphenol trong nguyên liệu đầu vào lên ít nhất 2,5 lần.
    • Timeline: 6 tháng.
    • Chủ thể thực hiện: Các doanh nghiệp sản xuất mỹ phẩm và phòng nghiên cứu phát triển sản phẩm.

  2. Phát triển sản phẩm mỹ phẩm chứa chiết xuất rễ dâu tằm làm trắng da:

    • Động từ hành động: Xây dựng công thức serum và kem dưỡng da chứa phân đoạn polyphenol giàu hoạt tính.
    • Target metric: Đạt hiệu quả làm trắng da với chỉ số IC50 ≤ 1,5 µg/ml trong thử nghiệm in vitro.
    • Timeline: 9 tháng.
    • Chủ thể thực hiện: Bộ phận R&D của công ty mỹ phẩm.

  3. Nghiên cứu mở rộng về tính ổn định và an toàn của chiết xuất:

    • Động từ hành động: Thực hiện các thử nghiệm ổn định hóa học và sinh học, đánh giá độc tính trên da.
    • Target metric: Đảm bảo độ ổn định ≥ 12 tháng và không gây kích ứng da.
    • Timeline: 12 tháng.
    • Chủ thể thực hiện: Các viện nghiên cứu và trung tâm kiểm nghiệm.

  4. Khảo sát khả năng phối hợp chiết xuất rễ dâu tằm với các thành phần tự nhiên khác:

    • Động từ hành động: Thử nghiệm phối trộn với các chiết xuất có hoạt tính chống oxy hóa và chống lão hóa.
    • Target metric: Tăng cường hiệu quả chống oxy hóa và làm trắng da ít nhất 20% so với đơn chất.
    • Timeline: 6 tháng.
    • Chủ thể thực hiện: Các nhóm nghiên cứu và doanh nghiệp mỹ phẩm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Kỹ thuật Hóa học, Công nghệ Sinh học:

    • Lợi ích: Hiểu rõ quy trình chiết xuất, làm giàu polyphenol và đánh giá hoạt tính enzyme tyrosinase.
    • Use case: Áp dụng phương pháp hấp phụ nhựa macroporous trong nghiên cứu các hợp chất sinh học khác.

  2. Doanh nghiệp sản xuất mỹ phẩm thiên nhiên:

    • Lợi ích: Nắm bắt công nghệ làm giàu hoạt chất tự nhiên, phát triển sản phẩm làm trắng da an toàn, hiệu quả.
    • Use case: Tối ưu hóa nguyên liệu đầu vào, nâng cao chất lượng sản phẩm.

  3. Chuyên gia phát triển sản phẩm và R&D:

    • Lợi ích: Tham khảo quy trình phân đoạn sắc ký cột và đánh giá hoạt tính sinh học chi tiết.
    • Use case: Thiết kế công thức mỹ phẩm chứa chiết xuất rễ dâu tằm với hiệu quả cao.

  4. Cơ quan quản lý và kiểm định chất lượng sản phẩm:

    • Lợi ích: Hiểu rõ thành phần, hoạt tính và quy trình sản xuất chiết xuất tự nhiên để đánh giá chất lượng sản phẩm.
    • Use case: Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và quy định an toàn cho sản phẩm mỹ phẩm chứa chiết xuất thực vật.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao chọn rễ cây dâu tằm làm nguyên liệu chiết xuất?
    Rễ dâu tằm chứa hàm lượng polyphenol cao và các hợp chất có hoạt tính ức chế enzyme tyrosinase mạnh, được chứng minh qua nhiều nghiên cứu với giá trị IC50 thấp, phù hợp cho ứng dụng làm trắng da.

  2. Phương pháp hấp phụ trên nhựa macroporous có ưu điểm gì?
    Phương pháp này giúp làm giàu các hợp chất polyphenol hiệu quả, có thể tái sử dụng nhựa, chi phí thấp và dễ dàng kiểm soát quy trình, đồng thời giữ được hoạt tính sinh học của hợp chất.

  3. Làm thế nào để xác định thời gian cân bằng hấp phụ?
    Thời gian cân bằng được xác định qua đường cong động học hấp phụ, trong nghiên cứu này là 120 phút, khi khả năng hấp phụ không tăng đáng kể thêm dù kéo dài thời gian.

  4. Giá trị IC50 thể hiện điều gì trong hoạt tính ức chế enzyme?
    IC50 là nồng độ chất ức chế cần thiết để giảm 50% hoạt động enzyme. Giá trị IC50 càng thấp chứng tỏ hoạt tính ức chế càng mạnh và hiệu quả.

  5. Có thể ứng dụng chiết xuất rễ dâu tằm trong sản phẩm mỹ phẩm nào?
    Chiết xuất có thể được phối trộn vào các sản phẩm serum, kem dưỡng da, hoặc thực phẩm chức năng làm trắng da, chống oxy hóa và chống lão hóa, đáp ứng nhu cầu làm đẹp an toàn từ thiên nhiên.

Kết luận

  • Đã xác định được quy trình chiết xuất và làm giàu polyphenol từ rễ cây dâu tằm bằng phương pháp hấp phụ trên nhựa macroporous DM-301 hiệu quả, với hàm lượng polyphenol tăng từ 226,7 mg GAE/g lên đến 669,18 mg GAE/g sau phân đoạn.
  • Phân đoạn ethanol 60% thu được có hoạt tính ức chế enzyme tyrosinase mạnh với IC50 là 1,38 ± 0,04 µg/ml, vượt trội so với dịch chiết ban đầu và tương đương các chất chuẩn.
  • Thời gian hấp phụ tối ưu là 120 phút, dung môi pha loãng và giải hấp thích hợp là ethanol 90% và ethanol 60% tương ứng.
  • Kết quả nghiên cứu mở ra hướng ứng dụng chiết xuất rễ dâu tằm trong sản xuất mỹ phẩm làm trắng da an toàn, hiệu quả, phù hợp với xu hướng sử dụng nguyên liệu thiên nhiên.
  • Đề xuất các bước tiếp theo bao gồm phát triển công thức mỹ phẩm, đánh giá tính ổn định và an toàn, cũng như mở rộng nghiên cứu phối hợp với các thành phần tự nhiên khác để nâng cao hiệu quả sản phẩm.

Quý độc giả và các nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng và phát triển thêm các kết quả này nhằm thúc đẩy ứng dụng khoa học trong ngành công nghiệp mỹ phẩm và dược liệu tự nhiên.