Công nghệ sản xuất CS từ nguồn sụn động vật
Với mục tiêu chính là xác định được công nghệ sản xuất CS từ nguồn sụn động vật, cho phép tiến tới sản xuất CS tại Việt Nam, đề tài trên đã được Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM nghiệm thu trong năm 2018.
GS.TS Đống Thị Anh Đào (chủ nhiệm đề tài) cho biết, CS là hợp chất thiên nhiên thuộc nhóm glycosaminoglycan (GAGs) hay mucopolysacchride, có thể được thu nhận từ mô sụn động vật như sụn cá mập, sụn gà, cá nhám,… CS kết hợp với một số hợp chất như glucosamin, axit hyaluronic sẽ trở thành dạng food pharmaceutical để phòng ngừa và hỗ trợ điều trị các bệnh về xương khớp. Bên cạnh đó, CS có độ tinh sạch cao (98-99%) được dùng trong thuốc nhỏ mắt khi mổ mắt, do là thành phần cần thiết để nuôi dưỡng tế bào giác mạc.
CS chiếm tỷ lệ cao trong nhóm GAGs, được trích ly từ các loại sụn của động vật, đã được các nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu trích ly, tinh sạch và ứng dụng để sản xuất thực phẩm chức năng. Tại Việt Nam, nhu cầu sử dụng CS rất cao nhưng công nghệ sản xuất trong nước chưa có, chủ yếu sử dụng sản phẩm từ nguồn ngoại nhập.
Trong khi đó, phế liệu sụn ức gà chứa hàm lượng cao hợp chất GAGs, là nguyên liệu tiềm năng để trích ly thu nhận CS. Chăn nuôi gà ở Việt Nam phát triển nhanh chóng trong những năm qua, sản lượng năm 2017 lên đến 385,46 triệu con và ước tính đến năm 2020, số lượng gia cầm khoảng 397,9 triệu con. Nguồn phụ phẩm sau quá trình giết mổ, sản xuất thịt như xương, sụn, đặc biệt là sụn ức gà rất lớn, sẽ là một nguồn nguyên liệu phong phú cho ngành công nghiệp sản xuất CS.
Nhóm tác giả đã nghiên cứu phương pháp xử lý nguyên liệu để trích ly đạt hiệu suất cao; thiết lập quy trình công nghệ thu nhận CS bằng phương pháp thủy phân; nghiên cứu quá trình tinh sạch CS bằng phương pháp lọc màng, phương pháp hóa học và hóa lý; xác lập quy trình công nghệ sản xuất CS tinh chế, có độ tinh sạch theo yêu cầu của USP38; xây dựng quy trình phân tích định lượng CS bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC).
Theo quy trình công nghệ sản xuất CS tinh chế đã được xây dựng và áp dụng sản xuất thử 2 kg sản phẩm CS ở quy mô phòng thí nghiệm, sau khi xử lý nhiệt ở 85oC trong vòng 5 phút và loại thịt bám trên sụn, sụn được nghiền đến kích thước 2-3mm và thủy phân bằng enzyme Protamex ở pH5,8 trong dung dịch đệm phosphate với hàm lượng enzyme/cơ chất là 0,85% (w/wpro), nhiệt độ 55oC, thời gian 206 phút thì thu được dung dịch GAGs (hay dịch CS thô có hàm lượng GAGs là 25,28% so với chất khô nguyên liệu).
Tiếp đó, tiến hành quá trình tinh sạch bằng cách kết tủa CS bởi CPC (N - cetylpyridinium Chloride) với hàm lượng 1,4% (w/wdd), rồi rửa kết tủa bằng dung dịch muối NaCl nồng độ 0,4M để loại sạch các thành phần GAGs khác (như hyaluronic,…). Sau đó, hòa tan kết tủa CS-CPC bằng dung dịch NaCl nồng độ 2,57M và sử dụng dung dịch KSCN (Potassium thiocyanate) nồng độ 1,5% (w/wdd) để tạo kết tủa với CPC, phóng thích CS vào dung dịch. Dung dịch CS cuối cùng được tinh sạch bằng phương pháp siêu lọc qua màng PS20 để loại những phần tử có MW<20kDa gồm peptid, axit amin, khoáng, axit, CS và loại nước. Sau quá trình siêu lọc, dung dịch CS có hàm lượng chất khô là 4,06%, được sấy phun tạo dạng bột bằng thiết bị sấy phun Lab-Plant SD-06AG ở điều kiện nhiệt độ 120oC, với lưu lượng dòng là 285mL/phút.
Như vậy, quy trình công nghệ sản xuất CS tinh chế đã kết hợp phương pháp hóa học với phương pháp siêu lọc màng PS20 ở giai đoạn cuối để loại sạch axit amin, muối khoáng và giảm lượng nước, đem lại hiệu quả kinh tế cao, đáp ứng điều kiện sấy phun tạo CS dạng bột hòa tan. Hàm lượng protein tổng chỉ còn lại 5,54%, hàm lượng CS đạt 90,93% so với tổng chất khô của sản phẩm, và hiệu suất thu nhận CS đạt khoảng 20,31% so với chất khô nguyên liệu.
Khảo sát độ ổn định của sản phẩm nghiên cứu cho thấy có hạn sử dụng khoảng 2 năm (trong điều kiện bao gói kín yếm khí, không tiếp xúc ánh sáng, nhiệt độ 300C). Kết quả kiểm nghiệm của Viện Vệ sinh Y tế công cộng TP.HCM cho thấy khá phù hợp với điều kiện tiêu chuẩn của dược điển UPS (USP38). Bên cạnh đó, xác định khối lượng phân tử mẫu sản phẩm bằng phương pháp GPC (Gel permeation chromatography) với Mw= 157kDa, kết quả phân tích FTIR (Fourier – transform infrared spectroscopy) cho thấy CS thu được có độ tương đồng với mẫu chuẩn CS4.
Quy trình phân tích định lượng CS trong các chế phẩm dược bằng HPLC cũng được xây dựng. Kết quả thẩm định cho thấy, phương pháp đạt các tiêu chuẩn về thẩm định phương pháp theo tiêu chuẩn bộ hồ sơ kỹ thuật chung ACTR 2008. Quy trình định lượng CS này đã được áp dụng để kiểm tra hàm lượng CS trong nguyên liệu tinh sạch dùng trong công nghiệp dược và một số chế phẩm, thực phẩm chức năng nội và ngoại nhập đang lưu hành trên thị trường.
Tiềm năng ứng dụng sản xuất thực phẩm chức năng
Theo GS.TS Đống Thị Anh Đào, đề tài đã tạo ra được công nghệ sản xuất CS từ sụn ức gà và một số loại nguyên liệu sụn khác (như khí quản động vật), bằng phương pháp hóa lý kết hợp siêu lọc, sấy phun. Công nghệ không quá phức tạp, hiệu suất thu nhận CS cao, chất lượng đáp ứng yêu cầu USP38. Quy trình công nghệ xử lý nguyên liệu, trích ly bằng xúc tác thủy phân bởi protamex hay alcalase, tinh sạch bằng tác nhân CPC và kết hợp phương pháp siêu lọc CS, tạo nên bột CS hòa tan tốt trong nước, có thể áp dụng ở quy mô sản xuất lớn. Sản phẩm dạng bột hòa tan có thể sử dụng đóng thành viên nén hoặc viên nang mềm.
Hiện tại, trên thị trường đang lưu hành các sản phẩm CS dạng bột (nhập từ Trung Quốc) để đóng viên thuốc hoặc dạng phối trộn với các chất như glucosamin, hyaluronic, khoáng canxi, phospho,…với hàm lượng CS là 1.000mg/viên,...Do đó, kết quả này có thể tiến đến quy mô pilot, và có tiềm năng ứng dụng phát triển ngành sản xuất thực phẩm chức năng CS tại Việt Nam, thay thế hàng ngoại nhập trong việc hỗ trợ phòng ngừa và điều trị các bệnh xương khớp. Sản xuất được CS có thể cung cấp cho các xí nghiệp dược để đóng viên hoặc phối trộn với glucosamin theo tỷ lệ thích hợp để cung cấp cho các bệnh viện hoặc các đại lý thuốc.
Tuy nhiên, hiện nguồn nguyên liệu sụn động vật có giá khá đắt, khó thu gom số lượng lớn, và một phần bị xuất khẩu sang Trung Quốc, khiến giá thành sản phẩm CS còn khá cao (tính toán của nhóm nghiên cứu cho thấy, thành phẩm CS đã tinh chế có giá hơn 2,8 triệu đồng/kg, cao hơn 1,9 lần so với sản phẩm chất lượng khá nhập từ Trung Quốc) nên khả năng triển khai ứng dụng ngay vào thực tế còn gặp khó khăn.
Vì vậy, để triển khai sản xuất CS, thực phẩm chức năng CS với quy mô công nghiệp, cần tiến hành các bước: xây dựng nguồn nguyên liệu ổn định, giá thành thấp; ứng dụng kết quả nghiên cứu ban đầu ở quy mô pilot với trang thiết bị phù hợp; đầu tư nhân lực và kinh phí để thử nghiệm ở quy mô sản xuất lớn hơn, kiểm nghiệm sản phẩm, thử nghiệm lâm sàng, công bố chất lượng và tiến hành chuyển giao công nghệ.
Hiện tại nhóm tác giả đã sẵn sàng chuyển giao công nghệ sản xuất CS (cung cấp quy trình, công nghệ theo sở hữu trí tuệ) cho các doanh nghiệp trong lĩnh vực sản xuất thực phẩm chức năng hoặc doanh nghiệp có nhu cầu.
Vân Nguyễn (CESTI)