Enzyme tự nhiên từ đông trùng hạ thảo: Giải pháp NTTU giúp nâng cao giá trị protein tổ yến

NTTU – Từ câu hỏi làm thế nào để nâng cao giá trị sinh học của tổ yến thay vì chỉ kết hợp nguyên liệu theo cách thông thường, nhóm nghiên cứu của Viện Kỹ thuật Công nghệ cao, Trường Đại học Nguyễn Tất Thành gồm ThS. Nguyễn Thị Phương, TS. Nguyễn Thị Khoa, TS. Vũ Văn Vân, TS. Vũ Minh Thiết, TS. Đỗ Hoàng Đăng Khoa và Nguyễn Thị Phước Lộc đã phát triển giải pháp hữu ích “Quy trình chế biến đồ uống tổ yến kết hợp đông trùng hạ thảo giúp tăng khả năng làm lành vết thương”. Giải pháp có đơn đăng ký số 1-2020-06624 ngày 16/11/2020, được chấp nhận theo Quyết định số 19725w/QĐ-SHTT ngày 24/12/2020 và được cấp Bằng độc quyền giải pháp hữu ích theo Quyết định số 96551/QĐ-SHTT ngày 10/11/2023

Điểm khác biệt của giải pháp không chỉ nằm ở việc kết hợp tổ yến và đông trùng hạ thảo trong cùng một sản phẩm mà còn ở công nghệ xử lý sinh học tạo nên giá trị vượt trội. Mặc dù hai nguyên liệu quý này đã xuất hiện trong nhiều dòng thực phẩm và đồ uống trên thị trường, nhóm nghiên cứu đã tạo dấu ấn riêng bằng cách khai thác enzyme tự nhiên từ đông trùng hạ thảo để phân cắt các protein có kích thước lớn trong tổ yến thành các peptide nhỏ hơn, giúp cơ thể dễ hấp thu hơn. Đồng thời, quy trình chế biến được kiểm soát nhiệt độ nhằm bảo toàn tối đa hoạt tính của enzyme, góp phần duy trì chất lượng và giá trị sinh học của sản phẩm. Đây chính là nền tảng công nghệ tạo nên lợi thế cạnh tranh và nâng tầm giá trị cho giải pháp.

Khi nguyên liệu quý chưa đồng nghĩa với khả năng sử dụng tối ưu

Tổ yến được xem là nguyên liệu thực phẩm có giá trị kinh tế cao và thường được sử dụng trong các sản phẩm dinh dưỡng dành cho người cao tuổi, người có nhu cầu phục hồi thể trạng hoặc người muốn bổ sung dưỡng chất. Tuy nhiên, giá trị của một nguyên liệu không chỉ phụ thuộc vào hàm lượng thành phần có trong sản phẩm, mà còn nằm ở khả năng các thành phần đó được hòa tan, tiêu hóa và sử dụng.

Theo dữ liệu kỹ thuật do nhóm nghiên cứu cung cấp, glycoprotein trong tổ yến có cấu trúc phức tạp và kích thước phân tử lớn, có thể vượt quá 100 kDa. Trong phương pháp chưng yến thông thường, tỷ lệ protein hòa tan được nhóm ghi nhận ở mức thấp. Đây là một nghịch lý đáng chú ý khi người tiêu dùng sẵn sàng chi trả cho một nguyên liệu đắt tiền, nhưng cách chế biến cùng thị hiếu ưa chuộng nước uống tổ yến nguyên sợi lại chưa chắc giúp phát huy tối đa giá trị vốn có của nguyên liệu.

Một số phương pháp nghiên cứu trước đây sử dụng các enzyme công nghiệp như pepsin, pancreatin hoặc alcalase để thủy phân protein. Tuy nhiên, việc sử dụng các enzyme này có thể làm tăng chi phí, đòi hỏi quy trình điều chế và kiểm soát phức tạp, đồng thời phải đáp ứng các điều kiện phù hợp khi đưa vào sản xuất thực phẩm. Bên cạnh đó, việc sử dụng các enzyme này chủ yếu hướng đến nâng cao hiệu quả thủy phân protein, trong khi chưa góp phần tạo ra sự đa dạng về hương vị cho sản phẩm nước uống tổ yến.

Dựa trên thị hiếu tiêu dùng sản phẩm nước uống tổ yến đông trùng hạ thảo, nhóm nghiên cứu NTTU lựa chọn một hướng tiếp cận khác, không bổ sung enzyme công nghiệp từ bên ngoài mà khai thác nguồn enzyme tự nhiên vốn có trong đông trùng hạ thảo (Cordyceps militaris). Đây là bước chuyển quan trọng về tư duy công nghệ. Đông trùng hạ thảo không còn chỉ là một nguyên liệu được thêm vào để tăng thành phần hoặc tạo khác biệt về hương vị mà trở thành tác nhân sinh học tham gia trực tiếp vào quá trình biến đổi cấu trúc protein của tổ yến.

Từ phối trộn nguyên liệu đến quy trình sinh học có kiểm soát

Trong nhiều sản phẩm tổ yến kết hợp đông trùng hạ thảo, hai nguyên liệu thường được đưa vào chế biến cùng nhau ở nhiệt độ cao. Cách làm này đơn giản nhưng có một điểm yếu lớn: nhiệt độ cao có thể làm giảm hoặc làm mất hoạt tính của enzyme tự nhiên trong đông trùng hạ thảo. Khi đó, nguyên liệu vẫn hiện diện trong sản phẩm nhưng chức năng phân cắt protein không còn được khai thác hiệu quả.

Giải pháp hữu ích của NTTU thay đổi chính trình tự này. Tổ yến được ngâm mềm, chưng để hòa tan protein, sau đó hỗn hợp phải được hạ nhiệt xuống dưới 50°C trước khi bổ sung đông trùng hạ thảo. Việc kiểm soát nhiệt độ là bước then chốt để các enzyme tự nhiên tiếp tục hoạt động và phân cắt những phân tử protein lớn thành các peptide nhỏ hơn.

Theo quy trình do nhóm nghiên cứu mô tả, tổ yến được sử dụng ở tỷ lệ phù hợp, ngâm trong nước khoảng 30-60 phút rồi chưng trong thời gian hơn một giờ. Sau khi nhiệt độ giảm xuống dưới 50°C, đông trùng hạ thảo mới được bổ sung để xảy ra quá trình thủy phân. Hỗn hợp có thể được ủ trong khoảng 30-60 phút ở 25-40°C hoặc để qua đêm ở 4-8°C. Sau giai đoạn này, sản phẩm được gia nhiệt lại trong thời gian ngắn để kết thúc hoạt động enzyme và hoàn thiện công thức với các thành phần phù hợp.

Trình tự tưởng như chỉ thay đổi một bước nhưng lại quyết định bản chất của toàn bộ quy trình. Nếu đông trùng hạ thảo được đưa vào quá sớm và chịu nhiệt độ cao kéo dài, enzyme sẽ không còn đủ hoạt tính. Nếu nhiệt độ được hạ nhưng không kiểm soát đúng thời gian phản ứng, protein có thể chưa được phân cắt như mong muốn. Vì vậy, giải pháp không phải một công thức pha trộn đơn giản, mà là một quy trình sinh học có kiểm soát về nhiệt độ, thời gian và tỷ lệ nguyên liệu.

“Chiếc kéo” tự nhiên cắt nhỏ protein tổ yến

Có thể hình dung enzyme trong đông trùng hạ thảo như những “chiếc kéo sinh học”. Các enzyme này tác động lên protein kích thước lớn của tổ yến và phân cắt chúng thành những đoạn peptide nhỏ hơn. Theo kết quả nhóm nghiên cứu cung cấp, protein tổ yến có kích thước lớn hơn 100 kDa sau xử lý đã được chuyển thành các phân đoạn nhỏ hơn 15 kDa.

Sự thay đổi này được kiểm tra bằng phương pháp điện di SDS-PAGE, một kỹ thuật thường được sử dụng để phân tách và quan sát protein dựa trên kích thước phân tử. Kết quả điện di là một trong những bằng chứng quan trọng cho thấy quy trình không chỉ làm thay đổi trạng thái cảm quan của sản phẩm, mà tạo ra sự biến đổi thật sự ở cấp độ phân tử.

Việc tạo ra các peptide kích thước nhỏ hơn được kỳ vọng giúp quá trình tiêu hóa và hấp thụ diễn ra thuận lợi hơn so với protein có cấu trúc lớn, phức tạp. Tuy dữ liệu hiện có đã chứng minh sự thay đổi kích thước phân tử trong phòng thí nghiệm nhưng chưa có nghiên cứu lâm sàng trên người để kết luận chính xác tỷ lệ hấp thụ sau khi sử dụng sản phẩm.

Có thể nói giải pháp đã tạo được nền tảng kỹ thuật để cải thiện khả năng hòa tan và mở ra tiềm năng nâng cao khả năng sử dụng protein tổ yến. Đây là bước tiến quan trọng nhưng vẫn cần các nghiên cứu sâu hơn trước khi chuyển thành những tuyên bố cụ thể về hiệu quả dinh dưỡng trên người.

Kết quả thử nghiệm mở ra hướng nghiên cứu về hoạt tính sinh học

Bên cạnh việc đánh giá sự thay đổi kích thước protein, nhóm nghiên cứu còn kiểm tra hoạt tính của sản phẩm trên mô hình tế bào người trong phòng thí nghiệm. Theo thông tin được cung cấp, mẫu tổ yến thủy phân bằng enzyme từ đông trùng hạ thảo cho thấy tốc độ khép vùng tổn thương trên mô hình tế bào cao hơn so với các mẫu đối chứng chỉ sử dụng tổ yến hoặc đông trùng hạ thảo riêng biệt.

Trong điều kiện thử nghiệm, vùng mô phỏng tổn thương ở nhóm tế bào được xử lý bằng sản phẩm gần như khép lại hoàn toàn. Kết quả này vượt kỳ vọng ban đầu của nhóm và là cơ sở để giải pháp hữu ích được định hướng tới khả năng hỗ trợ hoạt tính làm lành vết thương.

Dù vậy, giới hạn của kết quả phải được nhìn nhận rõ ràng. Đây là thử nghiệm in vitro trên dòng tế bào, chưa phải thử nghiệm trên động vật và càng chưa phải thử nghiệm lâm sàng trên người. Hiệu quả quan sát được trong đĩa nuôi cấy không thể tự động chuyển thành khẳng định rằng đồ uống sẽ giúp người sau phẫu thuật, phụ nữ sau sinh hoặc người đang có vết thương phục hồi nhanh hơn.

Do đó, để xác nhận công dụng đối với sức khỏe con người, nhóm nghiên cứu và doanh nghiệp phát triển sản phẩm cần tiếp tục thực hiện các bước đánh giá an toàn, thử nghiệm tiền lâm sàng, nghiên cứu lâm sàng và đăng ký sản phẩm theo quy định.

Tiềm năng hợp tác và chuyển giao với doanh nghiệp

Theo định hướng của nhóm nghiên cứu, giải pháp có thể được chuyển giao cho các doanh nghiệp sản xuất yến chưng, đồ uống dinh dưỡng hoặc thực phẩm có sử dụng protein tổ yến. Doanh nghiệp không nhất thiết phải xây dựng một dây chuyền hoàn toàn mới mà có thể nghiên cứu tích hợp thêm các công đoạn kiểm soát nhiệt độ, bổ sung đông trùng hạ thảo và thủy phân protein vào hệ thống sản xuất hiện có. Lợi thế của giải pháp nằm ở việc sử dụng nguyên liệu quen thuộc và thiết bị tương đối phổ biến trong ngành chế biến đồ uống; giá trị chuyển giao tập trung chủ yếu ở bí quyết công nghệ như tỷ lệ phối trộn, trình tự xử lý, nhiệt độ, thời gian phản ứng và phương pháp đánh giá chất lượng sản phẩm.

Nếu kết nối được với doanh nghiệp phù hợp, nhóm nghiên cứu kỳ vọng có thể tiếp tục hoàn thiện quy trình và triển khai sản phẩm thử nghiệm ở quy mô nhà máy trong 1–3 năm tới. Đây sẽ là giai đoạn quan trọng để đánh giá toàn diện khả năng mở rộng về công suất, chi phí, độ ổn định, chất lượng và mức độ chấp nhận của người tiêu dùng trước khi đưa sản phẩm ra thị trường.

Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục trao đổi chuyên môn và phối hợp với các đơn vị có nhu cầu nhằm nghiên cứu, đánh giá khả năng ứng dụng quy trình vào sản xuất các sản phẩm từ yến sào, đồ uống dinh dưỡng và thực phẩm. Các tổ chức, doanh nghiệp hoặc cá nhân quan tâm có thể liên hệ ThS. Nguyễn Thị Phương (email: [email protected]) hoặc TS. Nguyễn Thị Khoa (email: [email protected]), Viện Kỹ thuật Công nghệ cao NTT, Trường Đại học Nguyễn Tất Thành để trao đổi thông tin về định hướng nghiên cứu, phát triển và ứng dụng công nghệ.

Hồ Quý (P. KHCN) – Nguyễn Thị Phương (Viện KTCNC NTT)