CÁC KỸ THUẬT VI BAO TINH DẦU VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÒNG NGỪA COVID-19

1. Giới thiệu

Các nhà nghiên cứu và người tiêu dùng ngày càng quan tâm đến việc sử dụng các loại tinh dầu (EO) có nguồn gốc sinh học với các hoạt động chức năng đa dạng. Tinh dầu thiên nhiên, được chiết xuất từ các bộ phận khác nhau của thực vật, chứa các hợp chất dễ bay hơi với nhiều đặc tính sinh học quan trọng như kháng khuẩn, kháng virus và chống oxy hóa. Cho đến nay, 3000 EO khác nhau đã được phát hiện và khoảng 300 trong số đó được sử dụng thương mại trong các ngành công nghiệp mỹ phẩm, nước hoa, thực phẩm, đồ uống, vệ sinh, nông học, y học và dược phẩm [1]. Thị trường EO toàn cầu đang tăng lên từng ngày và được phát hiện vượt quá 7,51 tỷ đô la Mỹ vào năm 2018 với mức tăng ước tính lớn hơn 9% so với tốc độ tăng trưởng hàng năm trong giai đoạn 2019 - 2026 [2].

Trong bối cảnh đại dịch COVID-19, việc tìm kiếm các hợp chất tự nhiên có khả năng hỗ trợ phòng ngừa và điều trị bệnh trở nên cấp thiết. Một số nghiên cứu gần đây đã chứng minh rằng một số loại tinh dầu như tinh dầu quế, đinh hương, bạc hà, tràm trà và sả chanh có hoạt tính chống lại virus SARS-CoV-2 thông qua ức chế enzyme Mpro hoặc làm suy giảm khả năng nhân lên của virus [3, 4]. Tuy nhiên, tinh dầu có đặc tính dễ bay hơi, nhạy cảm với ánh sáng, nhiệt và oxy, nên việc vi bao (encapsulation) là cần thiết để bảo vệ, ổn định và kiểm soát việc giải phóng tinh dầu trong ứng dụng thực tiễn.

2. Các kỹ thuật vi bao tinh dầu

Kỹ thuật vi bao (Encapsulation techniques) là một quá trình công nghệ dùng để bao bọc một hoặc nhiều hợp chất hoạt tính (như tinh dầu, vitamin, probiotic, thuốc…) bằng một lớp vật liệu bảo vệ (chất mang hoặc chất bao)  ở quy mô micro (1–5000 μm) hoặc nano (< 1 μm). Các phân tử bị giữ lại được bảo vệ khỏi các điều kiện bên ngoài đang xấu đi như phân hủy, bay hơi và oxy hóa [5]. Do kích thước giảm và tỷ lệ bề mặt trên thể tích tăng, các hạt micro và hạt nano cho phép khả dụng sinh học cao hơn và khuếch tán dễ dàng hơn các EO vào các vị trí mục tiêu của chúng, cho phép các hoạt động hiệu quả trong thời gian dài. Ngoài ra, lượng EO thấp hơn được sử dụng trong quá trình bao nang giúp giảm tác động cảm quan đến các sản phẩm thực phẩm, giảm khả năng phát triển khả năng kháng thuốc của vi sinh vật, giảm thiểu tác động độc hại của chúng và giảm chi phí kinh tế. Có nhiều phương pháp vi bao tinh dầu được nghiên cứu và ứng dụng, mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng:

2.1. Sấy phun

Sấy phun là một trong những kỹ thuật phổ biến và được áp dụng nhiều nhất để vi bao tinh dầu. Đây là phương pháp tách nước cơ học chuyển chất lỏng thành bột rắn khô thông qua quá trình gia nhiệt. Hỗn hợp nhũ tương chính được hình thành và sau đó được phun qua vòi phun trong buồng khí được gia nhiệt. Sau đó, dung môi sẽ bay hơi nhanh khi tiếp xúc với không khí nóng và do đó thu được các giọt rắn mịn của hợp chất hoạt tính sinh học (Hình 1). Trên thực tế, các điều kiện sấy đóng vai trò chính trong việc xác định hiệu quả và chất lượng vi bao, do đó cần tối ưu hóa các điều kiện quy trình để kết hợp hiệu quả tinh dầu và tránh sự bay hơi của chúng. Tinh dầu eugenol, thymol, carvacrol, citral đã được vi bao trong các vi nang bằng phương pháp sấy phun. Sấy phun chủ yếu được sử dụng để tạo nhũ tương và viên nang dùng cho thực phẩm, dược phẩm chức năng và thuốc diệt ấu trùng. Chỉ có polysaccharides và protein được sử dụng làm vật liệu mang trong phương pháp này. Ưu điểm của phương pháp này là khả năng sản xuất ở quy mô lớn và chi phí hợp lý. Tuy nhiên, nhiệt độ cao trong quá trình sấy có thể ảnh hưởng đến chất lượng của tinh dầu.

 

Hình 1: Quy trình sấy phun [3]

2.2. Nhũ hóa (emulsification)

Nhũ tương hóa là quá trình tạo hệ nhũ tương dầu trong nước (O/W) hoặc nước trong dầu (W/O), trong đó tinh dầu được phân tán trong pha liên tục với sự hỗ trợ của chất nhũ hóa. Sau đó, hệ nhũ tương được ổn định bằng cách thêm các polymer hoặc protein để tạo lớp vỏ bao quanh giọt tinh dầu. Phương pháp này thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu kích thước hạt nhỏ và đồng đều, nhưng độ ổn định của nhũ tương có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như pH và nhiệt độ.

 

Hình 2: Quá trình nhũ hóa [3]

2.3. Phương pháp đồng kết tủa (Coacervation)

Phương pháp đồng kết tủa, còn được gọi là phân tách pha (phase separation), là tạo ra các vi hạt dựa trên hiện tượng phân tách hai pha lỏng không trộn lẫn trong một hệ keo. Có hai loại chính: đồng kết tủa đơn giản (một polymer) và phức tạp (hai polymer trái dấu như gelatin và gum Arabic). Phương pháp này được chia thành đồng kết tủa đơn giản nếu quá trình phân tách xảy ra với một loại polymer duy nhất được hòa tan trong pha nước hoặc pha hữu cơ, và đồng kết tủa phức tạp nếu quá trình này diễn ra giữa hai polymer mang điện tích trái dấu được hòa tan trong pha nước.

Các chất mang như PLGA, gelatin và gum Arabic, cùng với các tác nhân liên kết ngang như octamethylcyclotetrasiloxane (OCMTS), formaldehyde, transglutaminase, glutaraldehyde hoặc acid tannic, đã được sử dụng để tạo các vi nang chứa tinh dầu thyme (húng tây), citronella (sả) và lavender (oải hương) thông qua kỹ thuật đồng kết tủa.

Đồng kết tủa là một phương pháp đơn giản, không yêu cầu nhiệt độ cao hoặc sử dụng dung môi độc hại. Tuy nhiên, nhược điểm chính của phương pháp này là khó kiểm soát kích thước vi hạt. Ngoài ra, các đồng kết tạo ra chỉ ổn định trong một khoảng rất hẹp về nhiệt độ và pH. Hơn nữa, phần lớn các chất liên kết chéo hiệu quả hiện nay lại là các hóa chất độc hại, không được phép sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm.

 

Hình 3: Sơ đồ quy trình đồng kết tủa [3]

2.4. Phương pháp hydrat hóa màng mỏng (Thin film hydration)

Phương pháp hydrat hóa màng mỏng chủ yếu được sử dụng để tạo liposome. Trong kỹ thuật này, hỗn hợp lipid (thường là cholesterol, phosphatidylcholine hoặc lecithin) được hòa tan trong dung môi hữu cơ, sau đó dung môi này được loại bỏ bằng phương pháp bay hơi quay để tạo thành một lớp màng lipid khô. Màng lipid sau đó được hydrat hóa bằng dung dịch đệm nước dưới điều kiện khuấy mạnh để hình thành các liposome (Hình 4). Mặc dù đây là một kỹ thuật đơn giản, nhưng phương pháp hydrat hóa màng mỏng thường tạo ra các liposome có độ ổn định thấp và phân bố kích thước rộng. Do đó, các liposome tạo thành cần được xử lý thêm bằng các phương pháp như siêu âm (ultrasonication), làm đông – tan băng (freeze-thawing) hoặc ép qua màng lọc (extrusion) để thu được các hạt đồng nhất và có kích thước nhỏ hơn. Các liposome bao vi các hợp chất như tinh dầu đinh hương, quế, carvacrol, thymol và γ-terpinene bằng phương pháp này đã được ứng dụng chủ yếu trong lĩnh vực thực phẩm, mỹ phẩm và y học.

 

Hình 4: Sơ đồ quy trình hydrat hóa màng mỏng [3]

3. Kết luận

Vi bao tinh dầu là một hướng đi đầy hứa hẹn trong việc nâng cao hiệu quả sử dụng các hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học mạnh trong phòng ngừa COVID-19. Sự kết hợp giữa các kỹ thuật như nanoencapsulation và liposome có thể mở ra hướng phát triển các sản phẩm bảo vệ sức khỏe vừa tự nhiên, vừa hiệu quả. Tuy nhiên, cần thêm các nghiên cứu lâm sàng để xác nhận hiệu quả trên người cũng như đảm bảo an toàn và ổn định sản phẩm trong ứng dụng thực tiễn.

 Tài liệu tham khảo

1. da Silva BD, Bernardes PC, Pinheiro PF, Fantuzzi E, Roberto CD (2021) Chemical composition, extraction sources and action mechanisms of essential oils: natural preservative and limitations of use in meat products. Meat Sci 176:108463. https://doi.org/10.1016/j.meatsci.2021.108463

2. Sharmeen JB, Mahomoodally FM, Zengin G, Maggi F (2021) Essential oils as natural sources of fragrance compounds for cosmetics and cosmeceuticals. Molecules 26:666. https://doi.org/10.3390/molecules26030666

3. Joyce Kelly R da Silva et al. (2021). Essential oils as antiviral agents: Potential against SARS-CoV-2. Frontiers in Pharmacology, 12, 658999.

4. Menendez, C. et al. (2021). Antiviral properties of essential oils and their main compounds. Viruses, 13(5), 851.

5. Chihib, NE., Gharsallaoui, A. et al. Advances in essential oils encapsulation: development, characterization and release mechanisms. Polym. Bull. 81, 3837–3882 (2024). https://doi.org/10.1007/s00289-023-04916-0