Tổng quan nghiên cứu

Theo báo cáo của Technavio, quy mô thị trường nấm ăn dự kiến đạt 72,5 tỷ USD vào năm 2027, trong đó thị trường nấm dược liệu ước tính đạt 13,88 tỷ USD vào năm 2022 với tốc độ tăng trưởng 9,54% năm 2023. Điều này phản ánh sự quan tâm ngày càng tăng của con người đối với các sản phẩm có nguồn gốc thiên nhiên nhằm nâng cao sức khỏe. Nấm Thượng hoàng (Phellinus spp.) là một loại nấm gỗ thuộc họ Hymenochaetaceae, sinh trưởng trên các cây thân gỗ như Dâu tằm, Dương, Liễu, Bạch dương, thường xuất hiện trong các khu rừng nguyên sinh nhiệt đới và cận nhiệt đới. Loài nấm này chứa nhiều hoạt chất có lợi như polysaccharide, terpenoid, steroid, polyphenol với các tác dụng kháng oxi hóa, kháng viêm, hỗ trợ sức khỏe.

Tuy nhiên, việc xác định nguồn gốc, phân tích thành phần và tối ưu hóa điều kiện trích ly các hợp chất có hoạt tính sinh học trong nấm Thượng hoàng vẫn còn nhiều thách thức. Luận văn tập trung nghiên cứu hai hợp chất styrylpyrone đặc trưng là inoscavin A và meshimakobnol A, nhằm phát triển phương pháp định lượng đồng thời bằng HPLC và khảo sát quá trình trích ly có hỗ trợ sóng siêu âm để thu nhận hàm lượng cao nhất hai hợp chất này. Nghiên cứu được thực hiện trên nguyên liệu nấm thu hái tại các khu bảo tồn thiên nhiên ở Việt Nam trong giai đoạn 2019-2023, với mục tiêu cung cấp cơ sở khoa học cho việc đánh giá chất lượng và ứng dụng nấm Thượng hoàng trong thực phẩm chức năng và dược liệu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) và nguyên lý trích ly có hỗ trợ sóng siêu âm. HPLC là phương pháp phân tích hiện đại, sử dụng pha tĩnh là cột C18 pha đảo và pha động là hỗn hợp methanol và nước chứa acid formic (pH = 2,2), cho phép tách và định lượng chính xác các hợp chất hữu cơ không bền nhiệt. Detector PDA (photodiode array) được sử dụng để phát hiện các hợp chất dựa trên phổ hấp thụ UV-Vis, đặc biệt phù hợp với các polyphenol như inoscavin A và meshimakobnol A.

Về trích ly, nguyên lý cơ bản gồm năm giai đoạn: tiếp xúc dung môi với nguyên liệu, thẩm thấu và khuếch tán chất tan vào dung môi, giải phóng các hợp chất nội bào, hòa tan trong dung môi và di chuyển ra pha lỏng. Sóng siêu âm năng lượng cao (tần số 20-500 kHz, cường độ >1 W/cm²) tạo ra hiện tượng xâm thực (cavitation), phá vỡ bề mặt tế bào, tăng diện tích tiếp xúc và thúc đẩy quá trình truyền khối, giúp tăng hiệu quả trích ly các hoạt chất sinh học.

Ba khái niệm chính được sử dụng trong nghiên cứu gồm: styrylpyrone (phân lớp polyphenol có hoạt tính sinh học cao), hiện tượng xâm thực trong siêu âm (tạo vi bọt khí và vi dòng giúp phá vỡ cấu trúc nguyên liệu), và thẩm định phương pháp phân tích (đánh giá độ nhạy, độ chính xác, độ đúng).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các mẫu nấm Thượng hoàng (Phellinus spp.) thu hái tại các khu bảo tồn thiên nhiên Pù Huống (Nghệ An), Ba Bể (Bắc Cạn), Phia Oắc - Phia Đén (Cao Bằng) và mẫu thương mại tại TP. Hồ Chí Minh. Tổng cộng 11 mẫu nấm gồm 8 loại Phellinus và 3 loại Ganoderma được sử dụng để phân tích hàm lượng inoscavin A và meshimakobnol A.

Phương pháp phân tích sử dụng thiết bị HPLC-PDA Shimadzu 2030C 3D với cột VertiSep™ GES C18 (250 mm × 4,6 mm, 5,0 µm), nhiệt độ cột 30°C, bước sóng 395 nm, tốc độ dòng 0,8 mL/phút, chương trình gradient dung môi methanol và nước acid formic (pH = 2,2). Phương pháp được thẩm định về độ đặc hiệu, tính tuyến tính, giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ), độ chính xác và độ đúng.

Quá trình trích ly có hỗ trợ sóng siêu âm dạng thanh được khảo sát qua các yếu tố: biên độ sóng siêu âm (µm), thời gian hỗ trợ siêu âm (phút), nồng độ dung môi ethanol (%), nhiệt độ trích ly (°C) và thời gian trích ly (phút). Các thí nghiệm đơn yếu tố được thực hiện để xác định điều kiện tối ưu nhằm thu nhận hàm lượng cao nhất inoscavin A và meshimakobnol A.

Thời gian nghiên cứu kéo dài từ 2019 đến 2023, bao gồm giai đoạn phân lập, tinh sạch chất chuẩn, phát triển và thẩm định phương pháp HPLC, cũng như khảo sát quá trình trích ly.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Phát triển phương pháp HPLC đồng thời định lượng inoscavin A và meshimakobnol A: Phương pháp đạt độ nhạy cao với LOD lần lượt là 0,01 mg/mL và 0,02 mg/mL, độ chính xác RSD dưới 2%, độ đúng đạt trên 98%. Điều kiện phân tích tối ưu gồm nhiệt độ cột 30°C, bước sóng 395 nm, tốc độ dòng 0,8 mL/phút, sử dụng cột C18 và gradient methanol - nước acid formic (pH 2,2).

  2. Hàm lượng inoscavin A và meshimakobnol A trong các mẫu nấm: Trong 11 mẫu nấm phân tích, hàm lượng inoscavin A dao động từ 1,2 đến 9,6 mg/g, meshimakobnol A từ 10,5 đến 37,9 mg/g. Mẫu Phellinus igniarius thu hái tại Pù Huống có hàm lượng cao nhất với 9,577 mg/g inoscavin A và 37,910 mg/g meshimakobnol A.

  3. Ảnh hưởng các yếu tố công nghệ đến quá trình trích ly có hỗ trợ sóng siêu âm: Biên độ sóng siêu âm 31,5 µm, thời gian hỗ trợ 5 phút, nồng độ ethanol 80%, nhiệt độ trích ly 40°C và thời gian trích ly 80 phút là điều kiện tối ưu cho hàm lượng cao nhất hai hợp chất. Các yếu tố này ảnh hưởng rõ rệt đến hiệu quả trích ly, ví dụ, tăng biên độ sóng từ 10 đến 31,5 µm làm tăng hàm lượng inoscavin A lên khoảng 40%, tương tự meshimakobnol A tăng 35%.

  4. So sánh với các nghiên cứu trước: Kết quả hàm lượng và điều kiện trích ly phù hợp với các báo cáo quốc tế về nấm Phellinus, đồng thời phương pháp HPLC phát triển có độ chính xác và độ đúng cao hơn so với các phương pháp trước đây chỉ định tính hoặc phân tích đơn lẻ từng hợp chất.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu quả trích ly cao là do hiện tượng xâm thực tạo ra lực cơ học mạnh, phá vỡ cấu trúc tế bào nấm, tăng diện tích tiếp xúc giữa dung môi và mẫu, đồng thời vi dòng khuấy trộn làm tăng tốc độ truyền khối. Điều kiện biên độ sóng siêu âm và thời gian hỗ trợ được tối ưu nhằm tránh phá hủy các hợp chất mục tiêu do nhiệt độ hoặc quá trình trích ly kéo dài.

Phương pháp HPLC-PDA với bước sóng 395 nm tận dụng đặc tính hấp thụ UV của nhóm styrylpyrone, giúp tăng độ đặc hiệu và giảm nhiễu nền. Việc sử dụng cột C18 và điều chỉnh pH pha động bằng acid formic giúp tách sắc ký hiệu quả hai hợp chất có cấu trúc tương tự.

Kết quả nghiên cứu cung cấp dữ liệu định lượng chính xác, có thể trình bày qua biểu đồ sắc ký HPLC và bảng so sánh hàm lượng giữa các mẫu nấm. So sánh với các nghiên cứu trước cho thấy sự cải tiến về độ nhạy và tính đồng thời phân tích hai hợp chất, góp phần nâng cao chất lượng đánh giá nguyên liệu nấm Thượng hoàng.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng phương pháp HPLC-PDA đồng thời định lượng inoscavin A và meshimakobnol A trong kiểm soát chất lượng nguyên liệu nấm Thượng hoàng: Các cơ sở sản xuất và nghiên cứu nên triển khai phương pháp này để đảm bảo tính đồng nhất và chất lượng sản phẩm, với timeline áp dụng trong 6-12 tháng.

  2. Tối ưu hóa quy trình trích ly có hỗ trợ sóng siêu âm theo điều kiện nghiên cứu: Áp dụng biên độ 31,5 µm, thời gian siêu âm 5 phút, ethanol 80%, nhiệt độ 40°C, thời gian trích ly 80 phút để thu nhận hàm lượng cao nhất các hoạt chất, giúp nâng cao hiệu quả chiết xuất trong sản xuất thực phẩm chức năng, trong vòng 3-6 tháng.

  3. Phát triển sản phẩm thực phẩm chức năng và dược liệu từ nấm Thượng hoàng dựa trên các hợp chất styrylpyrone: Khuyến khích nghiên cứu ứng dụng inoscavin A và meshimakobnol A trong các sản phẩm hỗ trợ sức khỏe, đặc biệt về kháng oxi hóa và kháng viêm, với kế hoạch phát triển sản phẩm trong 1-2 năm.

  4. Đào tạo và chuyển giao công nghệ cho các đơn vị sản xuất nấm và thực phẩm chức năng: Tổ chức các khóa đào tạo về kỹ thuật phân tích HPLC và trích ly siêu âm nhằm nâng cao năng lực sản xuất và kiểm soát chất lượng, dự kiến thực hiện trong 12 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm, Hóa học phân tích: Luận văn cung cấp phương pháp phân tích hiện đại và quy trình trích ly tối ưu, hỗ trợ nghiên cứu sâu về các hợp chất hoạt tính sinh học trong nấm.

  2. Doanh nghiệp sản xuất thực phẩm chức năng và dược liệu từ nấm: Thông tin về hàm lượng hoạt chất và quy trình trích ly giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, đảm bảo tính đồng nhất và hiệu quả sinh học.

  3. Cơ quan quản lý chất lượng và an toàn thực phẩm: Phương pháp định lượng chính xác hỗ trợ kiểm soát chất lượng nguyên liệu và sản phẩm, bảo vệ quyền lợi người tiêu dùng.

  4. Các tổ chức bảo tồn và phát triển nguồn gen nấm dược liệu: Dữ liệu về thành phần hóa học và điều kiện trích ly giúp đánh giá giá trị kinh tế và sinh học của các loài nấm, phục vụ công tác bảo tồn và phát triển bền vững.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phương pháp HPLC-PDA có ưu điểm gì trong phân tích inoscavin A và meshimakobnol A?
    Phương pháp HPLC-PDA cho phép phân tích đồng thời hai hợp chất với độ nhạy cao, độ chính xác và độ đúng trên 98%. Detector PDA giúp nhận diện dựa trên phổ hấp thụ UV đặc trưng ở bước sóng 395 nm, giảm nhiễu nền và tăng tính đặc hiệu.

  2. Tại sao sử dụng sóng siêu âm trong quá trình trích ly?
    Sóng siêu âm tạo hiện tượng xâm thực, phá vỡ cấu trúc tế bào nấm, tăng diện tích tiếp xúc và thúc đẩy truyền khối, giúp tăng hiệu quả trích ly các hợp chất hoạt tính trong thời gian ngắn và nhiệt độ thấp, tiết kiệm dung môi.

  3. Hàm lượng inoscavin A và meshimakobnol A trong nấm Thượng hoàng có sự khác biệt như thế nào giữa các mẫu?
    Hàm lượng inoscavin A dao động từ 1,2 đến 9,6 mg/g, meshimakobnol A từ 10,5 đến 37,9 mg/g tùy thuộc vào loài và điều kiện sinh trưởng. Mẫu Phellinus igniarius tại Pù Huống có hàm lượng cao nhất, phản ánh sự đa dạng sinh học và ảnh hưởng môi trường.

  4. Điều kiện trích ly tối ưu được xác định như thế nào?
    Qua thí nghiệm đơn yếu tố, điều kiện tối ưu gồm biên độ sóng siêu âm 31,5 µm, thời gian hỗ trợ 5 phút, nồng độ ethanol 80%, nhiệt độ 40°C và thời gian trích ly 80 phút, giúp thu nhận hàm lượng inoscavin A và meshimakobnol A cao nhất.

  5. Phương pháp này có thể áp dụng cho các loại nấm khác không?
    Phương pháp HPLC-PDA và trích ly siêu âm có thể điều chỉnh để phân tích các hợp chất tương tự trong các loại nấm khác như Ganoderma, giúp mở rộng ứng dụng trong nghiên cứu và sản xuất thực phẩm chức năng từ nấm dược liệu.

Kết luận

  • Đã phát triển thành công phương pháp HPLC-PDA đồng thời định lượng inoscavin A và meshimakobnol A với độ nhạy và độ chính xác cao.
  • Xác định được hàm lượng hai hợp chất trong 11 mẫu nấm Phellinus và Ganoderma, với mẫu Phellinus igniarius có hàm lượng cao nhất.
  • Khảo sát và tối ưu hóa các yếu tố công nghệ trích ly có hỗ trợ sóng siêu âm, đạt hiệu quả trích ly tối ưu ở biên độ 31,5 µm, thời gian 5 phút, ethanol 80%, nhiệt độ 40°C, thời gian 80 phút.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc đánh giá chất lượng nguyên liệu nấm Thượng hoàng và phát triển sản phẩm thực phẩm chức năng.
  • Đề xuất áp dụng phương pháp và quy trình trích ly trong sản xuất, đồng thời khuyến khích nghiên cứu ứng dụng mở rộng trong ngành công nghệ thực phẩm và dược liệu.

Học viên và các đơn vị nghiên cứu, sản xuất được khuyến khích tiếp tục phát triển và ứng dụng kết quả nghiên cứu nhằm nâng cao giá trị kinh tế và sức khỏe cộng đồng.