Giới thiệu 

Mắc ca (Macadamia) là một loại cây quả có giá trị kinh tế cao đã có mặt tại Việt Nam từ những năm 1994. Chính phủ cũng xác định đưa mắc ca thành cây nông nghiệp chủ lực của nước ta trong thời gian tới. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của việc trồng và chế biến loại sản phẩm này, chất thải từ quá trình sản xuất mắc ca đang đặt ra nhiều thách thức về môi trường cần giải quyết [1].

Hiện nay, chế biến mắc ca tại Việt Nam sử dụng chủ yếu nhân hạt, các thành phần còn lại chưa được sử dụng. Điều này dẫn đến việc sản xuất mắc ca tạo ra một lượng lớn chất thải chiếm khoảng 50% tổng trọng lượng quả mắc ca. Do đó, cần có những nghiên cứu để chế biến các phụ phẩm này thành các sản phẩm khác nhau, giúp nâng cao giá trị kinh tế của mắc ca, đồng thời giảm thiểu tác động tiêu cực của chất thải này đối với môi trường.

Trên thế giới, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để phân tích thành phần của vỏ quả mắc ca và ứng dụng chúng trong các lĩnh vực khác nhau. Tuy nhiên ở Việt Nam, hiện chưa có nhiều nghiên cứu về việc ứng dụng vỏ hạt mắc ca làm nguyên liệu cho các sản phẩm khác.

Chính vì vậy, trong nghiên cứu này, chúng tôi tập trung vào việc nghiên cứu thành phần của vỏ hạt mắc ca và các tiềm năng ứng dụng từ phụ phẩm này. Đây là tiền đề quan trọng để khai thác tối đa giá trị của cây mắc ca, đồng thời giảm thiểu tác động tiêu cực tới môi trường từ việc sản xuất mắc ca. 

Phương pháp nghiên cứu: 

Nguyên vật liệu

Hạt Mắc ca (M. tetraphylla) được thu hái ở Đắk Nông, Việt Nam. Sau khi thu hoạch, vỏ của hạt được loại bỏ và sau đó được đông lạnh ngay lập tức để giảm thiểu quá trình oxy hóa và phân hủy các hợp chất hoạt tính sinh học. Sau đó, vỏ khô được nghiền bằng máy xay thương mại và giữ trong hộp kín và dán nhãn ở nhiệt độ 40C để tiến hành các phân tích tiếp theo.

Bảng 1. Tỷ lệ các thành phần của quả Mắc-ca

Phương pháp xác định đặc tính của hạt mắc ca

Để đo trọng lượng và kích thước của hạt, vỏ hạt, và vỏ nhân mắc ca, 20 hạt được chọn ngẫu nhiên. Trọng lượng của các bộ phận được cân bằng cân phân tích với độ chính xác đến bốn chữ số thập phân. Đối với kích thước, các phần của hạt mắc-ca được đo bằng thước đo với độ chính xác đến 04 chữ số thập phân. Kết quả trọng lượng được biểu thị bằng giá trị trung bình (g) cho trọng lượng và (mm) cho kích thước cùng độ lệch chuẩn.

Nghiên cứu chiết xuất

Để chiết tách các hoạt chất có trong hạt mắc ca, chin loại dung môi hữu cơ đã được sử dụng và so sánh. Các dung môi này bao gồm nước, methanol, ethanol, acetonitrile, acetone, methanol 50%, ethanol 50%, acetonitril 50% và acetone 50%. Phương pháp chiết xuất siêu âm đã được áp dụng cho các mẫu đã sấy khô, và nghiền nhỏ với tỷ lệ dung môi trên mẫu là 100:1 mL/g mẫu khô. Quá trình chiết xuất siêu âm đã được thực hiện trong buồng siêu âm với điều kiện nhiệt độ 350C, thời gian 30 phút và công suất 150 W. Sau đó các mẫu được khuấy đều trong 5 phút bằng máy khuấy Vortex. Sau khi quá trình chiết xuất siêu âm hoàn tất, dịch chiết được làm lạnh đến nhiệt độ phòng, lọc bằng giấy lọc và pha loãng 20 lần để tiến hành phân tích định lượng và xác định các chất chống oxy hóa.

Phương pháp xác định tính chất hóa học

Tổng hàm lượng phenolic (TPC)

TPC được xác định bằng cách thêm 1 mL mẫu đã pha loãng vào 5 mL thuốc thử Folin - Ciocalteu 10% (v/v), sau đó thêm 4 mL Na2CO3 7,5% (w/v), sau đó trộn đều trên máy rung vortex trong 2 phút. phút và ủ trong bóng tối ở RT trong 1 giờ trước khi đo độ hấp thụ ở bước sóng 760nm bằng máy quang phổ UV-Vis. Axit gallic được sử dụng làm tiêu chuẩn cho đường chuẩn và kết quả được biểu thị bằng mg đường lượng axit gallic trên g mẫu (mg GAE/g).

Tổng số flavonoid

Tổng hàm lượng flavonoid được đo dựa theo nghiên cứu của Zhishen và cộng sự [2]. Đối với 0,5 mL mẫu đã pha loãng, 2 mL H2O và 0,15 mL NaNO2 5% (w/v) được thêm vào và để ở RT trong 6 phút. Sau đó, thêm 0,15 mL AlCl3 10% (w/v) và để ở RT trong 6 phút. Tiếp theo là thêm 2 mL NaOH 4% (w/v) và 0,7 mL H2O với dung dịch cuối cùng được trộn đều và để ở RT thêm 15 phút trước khi đo độ hấp thụ ở bước sóng 510 nm bằng máy quang phổ UV-Vis. Rutin được sử dụng làm tiêu chuẩn cho đường chuẩn và kết quả được biểu thị bằng mg đương lượng rutin trên g mẫu (mg RUE/g).

Kết quả và bàn luận: 

Đặc điểm quả mắc ca 

Bảng 1 thể hiện những đặc điểm quan trọng của hạt mắc ca. Trung bình khối lượng của một quả mắc ca là 8.2 gram, với một độ lệch chuẩn nhỏ là ± 0.5 gram. Điều này cho thấy, hạt mắc ca có sự đồng đều trong khối lượng. Tuy nhiên, có một điều đáng quan tâm là phần nhân, phần được sử dụng trong ẩm thực và thương mại, chỉ chiếm khoảng 42% tổng trọng lượng của hạt tươi. Phần còn lại, tức là khoảng 58%, được coi là phụ phẩm hoặc chất thải nông nghiêp. Điều này cho thấy, một lượng lớn chất thải được tạo ra hàng năm. Trong đó, hơn 40% tổng trọng lượng của hạt là phụ phẩm từ vỏ. Các kết quả này rõ ràng cho thấy, vỏ mắc ca là một nguồn tài nguyên dồi dào, có tiềm năng lớn để thu hồi các hợp chất có hoạt tính sinh học để sử dụng trong các ứng dụng tiếp theo.

Hình 1. Ảnh hưởng của dung môi đến khả năng thu TPC từ vỏ Mắc ca

Hình 2. Ảnh hưởng của dung môi đến khả năng thu Flavonoids từ vỏ Mắc ca.

Phân lập hợp chất phenolic (TPC) từ vỏ quả mắc ca 

Ảnh hưởng của các loại dung môi khác nhau đến việc thu hồi TPC đã được phân tích chi tiết như bảng số liệu trong Hình 1. Chúng ta có thể nhận thấy rằng, dung môi chiết có ảnh hưởng đáng kể đến việc thu hồi TPC, và đặc biệt, hỗn hợp dung môi hữu cơ và nước đã cho hiệu suất thu hồi cao hơn so với việc sử dụng dung môi nguyên chất trong nghiên cứu này. Trong số các dung môi, metanol đã cho thấy hiệu suất thu hồi cao nhất với khoảng 127 mg GAE/g mẫu khô. Tiếp theo là metanol, sau đó là nước và ethanol, với tỷ lệ thu hồi TPC lần lượt là 56% và 20% so với metanol. Trong khi đó, cả acetone và axetonitril đều có hiệu suất thu hồi TPC thấp nhất, dưới 4% so với metanol. Tuy nhiên, khi kết hợp với nước hiệu suất thu hồi của TPC đã được cải thiện đáng kể đối với mọi dung môi hữu cơ được sử dụng trong nghiên cứu này. Điều đáng chú ý là acetone 50% và 50% metanol đã mang lại hiệu suất thu hồi cao nhất, vượt lên trên 130% so với metanol. Tiếp theo là 50% acetonitril và 50% ethanol.

Những kết quả này cho thấy, hiệu suất thu hồi TPC có thể biến đổi tùy thuộc vào loại dung môi được sử dụng, có thể được giải thích bằng các hằng số điện môi (e) và độ phân cực khác nhau của các dung môi này, điều này có thể ảnh hưởng đến khả năng thu hồi các hợp chất phenolic khác nhau từ vật liệu nguyên liệu. Điều này xác nhận rằng lựa chọn dung môi chiết là một yếu tố quan trọng trong việc thu hồi các hợp chất phenolic từ các nguồn nguyên liệu thực phẩm, và cần phải xem xét cẩn thận để tối ưu hóa hiệu suất chiết xuất.

Phần lập flavonoids từ vỏ quả mắc ca 

Flavonoid liên quan đến nhiều lợi ích sức khỏe khác nhau [3], [4], vì vậy việc xác định tác động của dung môi lên hiệu suất chiết xuất flavonoid để đạt được hiệu quả tối đa là vô cùng quan trọng. Kết quả trong Hình 2 đã cho thấy rằng dung môi cũng có tác động đáng kể lên hiệu suất chiết xuất flavonoid.

Sự kết hợp giữa metanol, acetonitril và acetone với nước (50%) cho thấy hiệu suất chiết xuất cao nhất, tiếp theo là metanol 50% và ethanol 50%. Nước có hiệu suất chiết xuất thấp hơn so với metanol hoặc sự kết hợp của nó với ethanol, metanol, acetonitril và acetone; tuy nhiên, nó có hiệu suất chiết xuất cao hơn so với ethanol, acetonitril hoặc acetone.

Các nghiên cứu trước đây của Addai và cộng sự cũng đã báo cáo về tương tự đã phát hiện rằng acetone 50%, ethanol 50% và metanol 50% có hiệu suất chiết xuất flavonoid cao hơn so với aceton, ethanol và metanol, cũng như nước [5].

Tuy nhiên nghiên cứu hiện tại của chúng tôi đã thấy, nước có hiệu suất chiết xuất tốt hơn so với ethanol, acetonitril và acetone. Sự khác biệt này có thể được giải thích bằng độ phân cực khác nhau của các dung môi, giúp chiết xuất có tính chọn lọc đối với các hợp chất flavonoid cụ thể từ nguồn nguyên liệu.

Đề xuất một số ứng dụng

Các bộ phận của hạt mắc ca chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học có tiềm năng lớn để sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau như mỹ phẩm, thực phẩm chức năng và dược phẩm. Các hợp chất phenolic có trong vỏ mắc ca có khả năng chống oxy hóa và làm dịu da. Do đó, vỏ mắc ca có thể được sử dụng trong sản xuất mỹ phẩm, bao gồm kem chống nắng, kem dưỡng da và sản phẩm chăm sóc tóc. Các thành phần từ mắc ca có thể giúp bảo vệ làn da khỏi tác động của tia UV và ngăn ngừa lão hóa da. Ngoài ra, các chất chống oxy hóa mạnh mẽ, từ các flavonoid và TPC có khả năng giảm nguy cơ viêm nhiễm và bệnh tật tim mạch. Vì vậy chúng có thể được sử dụng để sản xuất các sản phẩm dược phẩm và thực phẩm chức năng, bao gồm thuốc chống viêm nhiễm, thực phẩm bổ sung và dầu ăn có lợi cho sức khỏe. 

Kết luận

Tóm lại, nghiên cứu này đã phân tích các đặc điểm của hạt mắc ca và thu được những thông tin quan trọng về kích thước và tỷ lệ của các phần khác nhau của hạt mắc ca trồng tại Việt Nam. Hạt mắc ca có kích thước đáng kể, với trung bình đường kính quả và hạt là 272.0 mm và 233.0 mm tương ứng. Tỷ lệ vỏ quả, vỏ hạt và nhân là 27.8%, 21.8% và 45.0%, lần lượt. Ngoài ra, nghiên cứu cũng đã đi sâu vào việc xác định ảnh hưởng của các loại dung môi khác nhau đối với việc thu hồi các TPC và flavonoid từ hạt mắc ca. Kết quả cho thấy, dung môi chiết đóng vai trò quan trọng trong quá trình chiết xuất và có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất thu hồi. Đặc biệt, hỗn hợp dung môi hữu cơ và nước đã cho hiệu suất thu hồi cao hơn so với dung môi nguyên chất. Trong số các dung môi, metanol đã cho thấy hiệu suất thu hồi cao nhất cho cả TPC và flavonoid. Thông tin này có thể hữu ích cho việc tối ưu hóa hiệu suất chiết xuất các hợp chất quan trọng từ hạt mắc ca từ đó ứng dụng vào các ngành khác nhau, từ ngành thực phẩm chức năng và mỹ phẩm đến dược phẩm và nông nghiệp hữu cơ.

Tài liệu tham khảo:

1.    “[:vi] GS. Hoàng Hòe và câu chuyện về cây Mắc ca[:],” Viện Khoa học Kỹ thuật Nông lâm nghiệp Tây Nguyên, Sep. 01, 2021. http://wasi.org.vn/gs-hoang-hoe-va-cau-chuyen-ve-cay-mac-ca/(accessed Sep. 07, 2023);

2.    J. Zhishen, T. Mengcheng, and W. Jianming, “The determination of flavonoid contents in mulberry and their scavenging effects on superoxide radicals,” Food Chemistry, vol. 64, no. 4, pp. 555–559, Mar. 1999, doi: 10.1016/S0308-8146 (98)00102-2;

3.    M. D’Archivio, C. Filesi, R. Benedetto, R. Gargiulo, C. Giovannini, and R. Masella, “Polyphenols, dietary sources and bioavailability,” Annali dell’Istituto superiore di sanità, vol. 43, pp. 348–61, Feb. 2007;

4.    S. Kumar and A. K. Pandey, “Chemistry and Biological Activities of Flavonoids: An Overview,” The Scientific World Journal, vol. 2013, p. e162750, Dec. 2013, doi: 10.1155/2013/162750;

5.    Addai, Z. R., Abdullah, A., & Mutalib, S. A. (2013). Effect of extraction solvents on the phenolic content and antioxidant properties of two papaya cultivars. Journal of Medicinal Plants Research, 7(47), 3354-3359.

NGUYỄN THÀNH DƯƠNG, VÕ AN QUÂN

    Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

    VƯƠNG VĂN QUÂN

    Đại học Newcastle, Australia

    NGUYỄN TRẦN ĐIỆN, NGUYỄN TRẦN DINH

    Viện Công nghệ Môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

    NGUYỄN THỊ HỒNG MỴ

    Công ty Cổ phần công ghệ Reno5tech

Nguồn: Tạp chí Tài nguyên và Môi trường số 17+18 (Kỳ 1+2) tháng 9 năm 2023