Trong ngành công nghiệp dược phẩm, Cyclodextrin (CD) được sử dụng như một loại tá dược thế hệ mới, có thể tác động làm thay đổi khả năng hòa tan trong nước của các loại thuốc hòa tan kém, từ đó tăng hoạt tính sinh dược học và độ ổn định của chúng. Ngoài ra, CD có thể được sử dụng để giảm kích ứng thuốc tiêu hóa, chuyển đổi thuốc dạng lỏng thành vi tinh thể hoặc dạng bột vô định hình và ngăn ngừa tương tác thuốc và thuốc-tá dược.

Trên toàn thế giới có khoảng 30 sản phẩm dược phẩm khác nhau chứa CD có trên thị trường. Trong 3 loại CD tự nhiên, β-cyclodextrin (β-CD) được sử dụng trên thực tế nhiều hơn do có kích thước hốc trống phù hợp và ít độc tính hơn. β-CD có khả năng tạo phức phân tử ở trạng thái dung dịch hoặc rắn trong 1 phạm vi rất rộng với các chất béo dạng rắn, lỏng, khí. Các chất bị bẫy trong β-CD sẽ bị thay đổi về các tính chất hóa, lý và sinh học. Các tính chất chịu ảnh hưởng nhiều hơn cả là độ tan trong nước của các khách thể không hòa tan tốt, sự ổn định của khách thể không bền chống lại những tác động phân hủy của quá trình oxy hóa, kiểm soát tính dễ bay hơi và thăng hoa, phân tách vật lý các hợp chất không tương thích, giảm mùi bằng cách giấu mùi, vị khó chịu và kiểm soát độ phóng thích của thuốc và hương vị.

Tuy nhiên, các ứng dụng của β-CD trong ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm vẫn còn bị hạn chế bởi độ tan trong nước tương đối kém của nó. Việc nghiên cứu biến đổi về mặt hóa học của β-CD là một giải pháp đầy hứa hẹn cho vấn đề này. Trong các dẫn xuất của β-CD, methyl β-cyclodextrin (M-β-CD) đã thu hút được nhiều sự quan tâm chú ý do có các đặc tính độc đáo như khả năng hòa tan vượt trội, tổng hợp dễ dàng, cấu trúc linh hoạt, có khả năng phân hủy sinh học và độc tính thấp.

Hơn nữa, M-β-CD có thể thích ứng với nhiều loại môi trường khác nhau bao gồm dung môi nước và dung môi hữu cơ bằng cách điều chỉnh mức thay thế trung bình của nó, tức là số lượng nhóm methyl trên phân tử mỗi β-CD. Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến tổng hợp M-β-CD từ β-CD sử dụng một trong các tác nhân methyl hóa như CH3X (X=Cl, Br, I), (CH3)2SO4…

Việt Nam là nước xuất khẩu tinh bột sắn đứng thứ 3 trên thế giới. Tinh bột sắn chủ yếu được sử dụng trực tiếp hoặc xuất khẩu. Việc phát triển các công nghệ chuyển hóa tinh bột sắn thành các sản phẩm có giá trị gia tăng cao vẫn chưa được quan tâm đúng mức. Ở Việt Nam, việc nghiên cứu chuyển hóa tinh bột sắn thành β-CD đã được nghiên cứu bài bản, ứng dụng β-CD với vai trò tạo phức cũng bước đầu được nghiên cứu. Tuy nhiên, chưa có công trình nào nghiên cứu công nghệ chế biến sâu tinh bột sắn thành M-β-CD từ quy mô phòng thí nghiệm đến quy mô bán công nghiệp, mang lại giá trị gia tăng cao cho nguồn tinh bột sắn sẵn có ở Việt Nam.

Nhằm xây dựng được quy trình công nghệ, mô hình thiết bị quy mô bán công nghiệp và sản xuất methyl β-cyclodextin độ tinh 2 khiết cao (≥ 98%) đạt tiêu chuẩn chất lượng và an toàn thực phẩm làm phụ gia thế hệ mới trong các ngành công nghiệp thực phẩm chức năng, mỹ phẩm và dược phẩm, nhóm nghiên cứu, Phòng Thí nghiệm trọng điểm Công nghệ lọc, hóa dầu - Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam, do TS. Phạm Thị Nam Bình làm chủ nhiệm đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu công nghệ sản xuất metyl-β-cyclodextrin từ tinh bột sắn làm phụ gia thế hệ mới cho ngành công nghiệp mỹ phẩm, dược phẩm và thực phẩm chức năng”.

Sau một thời gian thực hiện, đề tài thu được những kết quả như sau:

1. Về nghiên cứu tổng hợp M-β-CD từ tinh bột sắn

· Đã xây dựng qui trình công nghệ chuyển hóa tinh bột sắn thành β-CD với độ tinh khiết cao (≥ 98%) từ tinh bột sắn trên hệ thiết bị sản xuất qui mô 200 kg nguyên liệu/mẻ. Qui trình có độ ổn định và hiệu quả cao (hiệu suất chuyển hóa 27%, hiệu suất thu hồi β-CD 84%), có khả năng triển khai ở qui mô công nghiệp.

· Đã sản xuất 509,3 kg b-CD đạt tiêu chuẩn làm nguyên liệu đầu vào cho quá trình sản xuất M-β-CD.

· Đã khảo sát các điều kiện thích hợp cho phản ứng tổng hợp M-β-CD từ βCD. Bộ thông số thích hợp thu được là: nhiệt độ 85oC, tỷ lệ khối lượng các chất tham gia phản ứng: mDMC: mβCD: mK2CO3 = 4,86:1:0,1, thời gian 48 giờ, áp suất tự sinh

· Đã xây dựng qui trình công nghệ và hệ thiết bị qui mô bán công nghiệp (260 kg nguyên liệu/mẻ) sản xuất M-β-CD có độ tinh khiết cao (≥99%). Qui trình có độ ổn định cao, hiệu suất đạt khoảng 74%.

· Đã sản xuất 101,7 kg M-β-CD đạt tiêu chuẩn về vệ sinh an toàn thực phẩm.

· Đã xây dựng tiêu chuẩn cơ sở cho sản phẩm M-β-CD Như vậy, Đề tài đã vượt yêu cầu về số lượng cũng như chất lượng so với đăng ký.

2. Về nghiên cứu ứng dụng M-β-CD trong sản xuất sản phẩm thực phẩm chức năng CoQ10 dạng viên nang chứa tá dược tan M- β-CD

· Đã nghiên cứu công thức thực phẩm chức năng CoQ10 dạng viên nang chứa tá dược tan M-β-CD.

· Đã sản xuất 50.000 viên nang cứng CoQ10 chứa tá dược tan M-β-CD với hàm lượng CoQ10 300 mg/viên.

· Đã xác định sinh khả dụng, thử nghiệm hoạt tính, nghiên cứu độ ổn định và xác định hạn dùng của sản phẩm thực phẩm chức năng dạng viên nang cứng chứa CoQ10 và tá dược tan M-β-CD. Hồ sơ kết quả thử nghiệm hoạt tính của sản phảm có số liệu đầy đủ, đáng tin cậy. Như vậy, Đề tài đã đạt yêu cầu về số lượng cũng như chất lượng so với đăng ký.

3. Về nghiên cứu ứng dụng M-β-CD trong sản xuất sản phẩm chức năng kem dưỡng da chứa phức CoQ10/M-β-CD

· Đã nghiên cứu công thức kem dưỡng da chứa phức CoQ10/M-β-CD

· Đã sản xuất 1000 lọ (50 ml/lọ) sản phẩm kem dưỡng da chứa phức CoQ10/M-β-CD

· Đã xác định sinh khả dụng, thử nghiệm hoạt tính, nghiên cứu độ ổn định và xác định hạn dùng của sản phẩm kem dưỡng da chứa phức CoQ10/M-βCD. Hồ sơ kết quả thử nghiệm hoạt tính của sản phảm có số liệu đầy đủ, đáng tin cậy.

· Đã tiến hành kiểm nghiệm chất lượng thành phẩm kem dưỡng da và đăng ký sản phẩm ra thị trường. Đây là nội dung vượt yêu cầu so với đăng ký.

Như vậy, đề tài đã nghiên cứu 1 cách bài bản, có hệ thống và toàn diện công nghệ chuyển hóa tinh bột tạo β-CD và công nghệ methyl hóa β-CD trên qui mô bán công nghiệp. Công nghệ methyl hóa β-CD mà Đề tài xây dựng sử dụng hệ phản ứng tổng hợp M-β-CD dưới áp suất tự sinh. Quá trình dưới áp suất tự sinh đã giúp đơn giản hóa hệ thiết bị. Sản phẩm M-β-CD được ứng dụng để nghiên cứu sản xuất thực phẩm chức năng và mỹ phẩm (kem dưỡng da) chứa hoạt chất CoQ10 - một loại coenzyme có chức năng hỗ trợ tim mạch, giảm cholesterol máu, điều hòa huyết áp, chống ôxy hóa và chống lão hóa. M-β-CD và CoQ10 được bào chế dưới dạng phức bao. Sự hình thành phức bao CoQ10/M-β-CD có tác dụng tăng khả năng phân tán của CoQ10 trong nước, từ đó làm tăng hiệu quả sử dụng và độ ổn định của sản phẩm.

Việc sử dụng công nghệ tổng hợp M-β-CD dưới điều kiện áp suất tự sinh mang lại hiệu quả kinh tế cao nhờ đơn giản hóa thiết bị, tiết kiệm năng lượng, giảm phát sinh phế thải. Đồng thời, góp phần nâng cao giá trị gia tăng của nguồn sản phẩm nông nghiệp tinh bột sắn ở nước ta và góp phần vào sự nghiệp chăm sóc sức khỏe cộng đồng và phát triển ngành công nghệ sinh học của Việt Nam.