Tinh chế hoạt chất Saponin từ bồ kết và bồ hòn

Là một chất hoạt động bề mặt không ion có nguồn gốc từ tự nhiên, dễ phân hủy sinh học, có đặc tính tạo bọt giống như xà phòng và nhiều đặc tính đáng chú ý khác như chống nấm, kháng khuẩn và kháng viêm, saponin có thể được sử dụng để làm hợp chất tẩy rửa thân thiện với môi trường hay ứng dụng trong các sản phẩm dược, mỹ phẩm như dầu gội, sữa tắm,...

Với một nền y học cổ truyền lâu đời và có đến hơn 5.100 loài cây có tác dụng dược lý (theo ghi nhận trong “Danh lục Cây thuốc Việt Nam” của Viện Dược liệu), không có gì bất ngờ khi từ xa xưa, người dân Việt Nam đã biết dùng bồ kết và bồ hòn - hai loại cây quen thuộc có chứa saponin - để làm nước gội đầu, giặt quần áo. Trong xu hướng ưu tiên các nguyên liệu có nguồn gốc từ thiên nhiên như hiện nay, ngày càng có nhiều sản phẩm tẩy rửa, chăm sóc cơ thể sử dụng saponin để thay thế chất tẩy rửa hóa học ra đời và được nhiều người tiêu dùng lựa chọn.

Dù đã được ứng dụng rộng rãi như vậy, song dưới góc nhìn của một nhà nghiên cứu như TS. Lưu Xuân Cường, nguồn saponin ở Việt Nam vẫn giống như một “viên ngọc thô” còn nhiều tiềm năng tỏa sáng hơn nữa nếu như được “mài giũa” đúng cách. “Nguồn saponin được sử dụng ở trong nước hiện nay là saponin thô, thường được sản xuất bằng cách rang, xay bồ kết, bồ hòn và trích ly với nước ở nhiệt độ 90-100°C, rồi sau đó cô đặc để thu được dịch”, TS. Lưu Xuân Cường - Viện trưởng Viện đào tạo và Phát triển công nghệ Hóa dược và là Giám đốc Công ty Cổ phần Quốc tế AOTA - cho biết. Với cách làm này, lượng saponin thô trong dịch sẽ dao động trong khoảng từ 17-30%, còn lại là chất béo, tinh bột, đường và Triglycerol.

Điều này gây ra nhiều vấn đề: Vấn đề thứ nhất và lớn nhất là hỗn hợp saponin thô có thể tạo điều kiện cho các vi sinh vật phát triển, “chỉ khoảng mười ngày là hỗn hợp bị chua và lên men, khiến cho thời gian bảo quản của sản phẩm bị rút lại rất ngắn”, anh cho hay. Về mặt cảm quan, màu sắc và mùi của saponin thô cũng không đạt - một yếu tố ảnh hưởng lớn đến việc thương mại hóa. Quan trọng hơn, do có chứa đường và tinh bột nên saponin thô có khả năng làm sạch và tạo bọt kém, đồng thời, khả năng kháng viêm, kháng khuẩn, kháng nấm của hỗn hợp cũng còn rất nhiều hạn chế do chỉ chứa saponin với nồng độ thấp.

“Nguồn nguyên liệu saponin ở Việt Nam mình được sử dụng rất lâu rồi nhưng chưa có nghiên cứu bài bản để ra được nguồn nguyên liệu đúng chuẩn. Đúng chuẩn ở đây có nghĩa là mình có những tiêu chuẩn cụ thể để chuẩn hóa nguyên liệu đầu vào cho sản phẩm”, TS. Cường chia sẻ tại sự kiện hợp tác công nghệ cuối tháng 11 vừa qua của Trung tâm Thông tin và Thống kê Khoa học và Công nghệ TP. HCM (CESTI). “Và nếu chưa có nghiên cứu bài bản để đảm bảo sự ổn định của saponin thì tất cả những sản phẩm mà chúng ta phát triển từ nguyên liệu này sẽ rất khó kiểm soát được chất lượng đầu ra, cũng như xây dựng các tiêu chuẩn cơ sở cho sản phẩm về sau”.

Nhận thấy độ tinh khiết của hoạt chất saponin là yếu tố quyết định đến các đặc tính quan trọng của sản phẩm, từ năm 2020, nhóm nghiên cứu của TS. Lưu Xuân Cường đã bắt tay vào tìm quy trình để tinh chế saponin. “Ý tưởng chính của chúng tôi là loại bỏ đường tạp và tinh bột lẫn trong dung dịch trích ly saponin thô”, anh nhớ lại.

Thực tế, ý tưởng này sẽ không quá khó nếu chỉ thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm, và nhóm của TS. Cường không phải là những người duy nhất ở Việt Nam nghiên cứu việc tinh chế saponin. Song, việc tạo ra được saponin với độ tinh khiết cao, ổn định trên quy mô công nghiệp lại là một bài toán khác và phức tạp hơn hẳn. Là nhà nghiên cứu nhưng đồng thời cũng là người đang điều hành doanh nghiệp, tiếp xúc trực tiếp với việc phát triển sản phẩm, TS. Cường hiểu rằng để sản phẩm có thể đi đường dài và vươn ra thị trường nước ngoài, họ sẽ phải lựa chọn ra đúng phương pháp giải quyết được đa mục tiêu. “Mục tiêu thứ nhất là sản phẩm phải đạt độ tinh khiết và có thể đáp ứng được các tiêu chuẩn hữu cơ trên thế giới. Thứ hai, sản phẩm phải đảm bảo được yêu cầu về hiệu quả kinh tế”, TS. Cường chia sẻ về thách thức lớn nhất mà nhóm nghiên cứu phải đối mặt.

Dù trên thế giới có khá nhiều nghiên cứu về việc tinh chế saponin, tuy nhiên, “tất cả những tài liệu tham khảo được đều chỉ ở quy mô phòng thí nghiệm, không thể áp dụng được ở quy mô lớn mà phải hiệu chỉnh lại hết”, TS. Cường cho biết. Nhóm nghiên cứu phải thử rất nhiều cách khác nhau. Có những lúc, họ tưởng như đã thành công với phương pháp lên men bằng nấm men, song khi triển khai thử ở quy mô lớn thì không đạt tính ổn định, “mẻ được, mẻ lại hỏng” - TS. Cường nhớ lại. Thất bại này khiến nhóm nghiên cứu phải chuyển sang thử nghiệm một phương pháp khác mà cho đến nay đã giúp nhóm áp dụng thành công khi sản xuất ở quy mô pilot và sản xuất thực tế: kết tủa tinh bột bằng dung môi.

Cụ thể, nhóm của TS. Cường đã sử dụng dung môi hữu cơ Ethanol để kết tủa lượng đường và tinh bột có trong dịch trích thô, thu cao, cô quay bằng cồn 70º, từ đó thu được cao bồ kết thành phẩm đã tinh chế ở dạng lỏng hoặc dạng bột. Thực tế, nhóm của TS. Cường đã khảo sát hai dung môi phổ biến trong các nghiên cứu trên thế giới là Butanol và Ethanol. Kết quả cho thấy, “Butanol có hiệu quả tinh chế cao hơn Ethanol, nhưng rất tiếc là khi so sánh với các tiêu chuẩn nguyên liệu hữu cơ như ECOCERT, COSMOS thì xác suất không đăng ký được rất cao. Như vậy, nếu sản phẩm làm ra rồi thì cùng lắm chỉ sử dụng được trong nước chứ gần như không bao giờ bán được cho thị trường thế giới hoặc xây dựng được chuẩn nguyên liệu hữu cơ”, TS. Cường chia sẻ về quyết định lựa chọn dung môi Ethanol trong quy trình. Lựa chọn này cũng là một ví dụ nhỏ cho thấy quá trình nghiên cứu của nhóm luôn gắn liền với những yêu cầu thực tiễn từ thị trường - một trong những yếu tố quan trọng để có thể thương mại hóa sản phẩm.

Nhờ sự tiếp sức từ các đề tài nghiên cứu của nhà nước và quỹ nghiên cứu của Vingroup, nhóm của TS. Cường đã hoàn thiện quy trình tinh chế saponin với độ ổn định, tinh khiết cao (>70%), có thể sẵn sàng hợp tác với các doanh nghiệp để triển khai ở quy mô lớn với giá thành phù hợp (khi thử nghiệm ở quy mô vừa phải, chi phí sản xuất là khoảng 2 triệu đồng/kg saponin tinh chế). “Điều quan trọng là việc sử dụng dung môi cồn giúp cho saponin sau khi tinh chế có thể đạt được các tiêu chuẩn hữu cơ của châu Âu như COSMOS, ECOCERT”, TS. Cường cho biết. Hiện nay, nhóm của anh đang cùng với một đội kỹ thuật xây dựng các tiêu chuẩn để tính tới phương án xuất khẩu (Trước đó, họ đã phối hợp với Công ty TNHH Dermatech Việt Nam để xây dựng tiêu chuẩn cho nguyên liệu dầu mù u theo tiêu chuẩn COSMOS). “Việc chuẩn hóa nguyên liệu đầu vào, đặc biệt là từ dược liệu tự nhiên đòi hòi những thông số kỹ thuật rất cao, bởi vậy nó là cả một quá trình dài”, TS. Cường cho biết.