Tại sao máy siêu âm dạng đầu dò là lựa chọn tốt nhất để chiết xuất nấm?

Bạn đang thắc mắc tại sao việc chiết xuất nấm bằng bể siêu âm hoặc bể làm sạch siêu âm không mang lại hiệu suất chiết xuất như mong muốn? Tìm hiểu tại đây tất cả những điều bạn cần biết về thành tế bào cứng chắc chứa chitin của nấm, kỹ thuật chiết xuất tốt nhất và các dung môi phù hợp!

Tại sao cần lực mạnh để chiết xuất nấm?

Tất cả các loại nấm ăn được đều có thành tế bào cấu tạo từ chitin, cùng loại vật liệu tạo nên lớp vỏ của động vật giáp xác và côn trùng. Chitin là một vật liệu rất bền chắc, mang lại độ dai cao cho tế bào nấm. Thành tế bào tạo thành rào cản bao quanh các khoang nội bào, nơi chứa các phân tử có hoạt tính sinh học của nấm. Các phân tử quan trọng của nấm bao gồm, chẳng hạn, α-glucan và β-glucan, polysaccharide, terpene, chất chống oxy hóa, vitamin hoặc các hợp chất gây ảo giác. Mỗi loài nấm có một tập hợp các hợp chất có hoạt tính sinh học riêng biệt. Để giải phóng các chất có lợi cho sức khỏe này khỏi tế bào nấm, cần phá vỡ thành tế bào. Do có chứa chitin, việc phá vỡ tế bào nấm là một nhiệm vụ khó khăn, đòi hỏi kiến thức nhất định và thiết bị tinh vi.

Phá vỡ thành tế bào nấm chứa chitin bằng siêu âm

Mặc dù chitin là nguồn cung cấp dồi dào chất xơ, prebiotic và chất chống oxy hóa, vấn đề là con người không có khả năng phân giải chitin. Điều này cũng có nghĩa là khi ăn nấm sống chưa qua xử lý, bạn sẽ không nhận được lợi ích từ nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học trong nấm, vì chúng bị giữ bên trong các tế bào được bảo vệ bởi thành tế bào bền chắc chứa chitin.
Chiết xuất bằng siêu âm giúp các hợp chất có hoạt tính sinh học từ nấm có khả năng được cơ thể hấp thu, nhờ đó cơ thể người có thể hấp thu dưỡng chất nhanh chóng và hoàn toàn. Ngoài ra, trong dịch chiết nấm bằng siêu âm, các dưỡng chất có lợi được cô đặc, nên ngay cả một lượng nhỏ dịch chiết nấm cũng mang lại tác dụng có lợi cho sức khỏe như mong muốn.

Ứng dụng siêu âm để chiết xuất nấm

Xử lý siêu âm là quá trình sử dụng sóng âm tần số cao để tạo ra các bọt khí xâm thực trong chất lỏng. Khi các bọt khí này sụp đổ, chúng tạo ra lực cắt cục bộ mạnh có thể phá vỡ tế bào và giải phóng các thành phần bên trong tế bào vào chất lỏng.
Trong chiết xuất nấm, siêu âm có thể được sử dụng để phá vỡ thành tế bào nấm và giải phóng các hợp chất có hoạt tính sinh học của nấm vào dung môi. Có hai loại máy siêu âm: dạng bể và dạng đầu dò.

Tại sao bể siêu âm của tôi cho kết quả chiết xuất nấm kém?

Máy siêu âm dạng bể là thiết bị trong đó mẫu được đặt trong một bình chứa đầy dung môi và sóng siêu âm được áp dụng lên toàn bộ bình chứa. Phương pháp này được biết đến là khá kém hiệu quả, vì bể siêu âm phân bố năng lượng siêu âm không đồng đều và ở cường độ thấp. Do mẫu nấm trong bể siêu âm được xử lý siêu âm gián tiếp, sóng siêu âm không thể xuyên sâu vào mẫu. Sóng siêu âm phải đi qua thành bình trước khi tiếp xúc với nguyên liệu nấm. Vì vậy, sóng siêu âm vốn đã có cường độ thấp của bể siêu âm lại càng bị suy giảm thêm.

Các phép đo UV-Vis này cho thấy sự khác biệt đáng kể về khả năng chiết xuất giữa đầu dò siêu âm và bể siêu âm. Máy siêu âm dạng đầu dò UP100H (đồ thị màu đen) cho hiệu suất thu dịch chiết nấm chaga cao hơn đáng kể so với bể siêu âm (đồ thị màu đỏ).

Chiết xuất bằng siêu âm cường độ cao sử dụng đầu dò siêu âm

Mặt khác, máy siêu âm dạng đầu dò được trang bị một đầu – gọi là sonotode hay đầu dò – có thể đưa trực tiếp vào mẫu, cho phép truyền năng lượng siêu âm tập trung và cục bộ hơn. Điều này giúp phá vỡ tế bào và chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học hiệu quả hơn đáng kể, đặc biệt ở những vùng đặc hoặc khó tiếp cận trong mẫu.
Việc truyền năng lượng siêu âm tập trung và cục bộ bằng máy siêu âm dạng đầu dò đảm bảo chitin nhận đủ năng lượng để bị phá vỡ.
Ngoài ra, có thể di chuyển đầu dò đến các vùng khác nhau của mẫu, tạo thêm sự trộn vĩ mô để đảm bảo tất cả các phần của nấm đều được xử lý siêu âm đầy đủ. Điều này đặc biệt quan trọng đối với nấm có thành tế bào dày hoặc cấu trúc đặc, vì khi sử dụng các phương pháp khác, việc đảm bảo chiết xuất hoàn toàn có thể gặp khó khăn.

So sánh đầu dò siêu âm và bể siêu âm trong chiết xuất nấm

Tóm lại, cường độ cao của quá trình xử lý siêu âm dạng đầu dò là cần thiết để phá vỡ chitin trong thành tế bào nấm và giải phóng các hợp chất có hoạt tính sinh học. Việc truyền năng lượng siêu âm tập trung và cục bộ bằng máy siêu âm dạng đầu dò đảm bảo chitin được xử lý siêu âm đầy đủ, giúp chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học từ nấm hiệu quả và triệt để hơn.
Máy siêu âm dạng đầu dò thường được xem là hiệu quả hơn trong chiết xuất nấm, vì thiết bị này có thể chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học đồng đều và triệt để hơn so với máy siêu âm dạng bể.
Đọc thêm về sự khác biệt trong xử lý siêu âm bằng đầu dò siêu âm và bể siêu âm!
 

Dung môi lý tưởng cho chiết xuất nấm bằng siêu âm là gì?

Siêu âm, khi được sử dụng làm phương pháp chiết xuất, tương thích với mọi dung môi. Điều này có nghĩa là việc lựa chọn dung môi phù hợp phải dựa trên loài nấm và các hợp chất có hoạt tính sinh học cần chiết xuất.
Nấm chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học như polysaccharide, beta-glucan, triterpenoid, các hợp chất phenolic và ergosterol, đã được chứng minh là mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe. Có thể chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học này từ nấm bằng nhiều dung môi khác nhau, mỗi loại đều có ưu điểm và nhược điểm riêng. Dưới đây là một số dung môi thường được sử dụng để chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học từ nấm:

• Nước: Nước là dung môi phổ biến để chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học từ nấm. Polysaccharide và beta-glucan tan trong nước, khiến nước trở thành dung môi lý tưởng để chiết xuất các hợp chất này. Nước cũng là dung môi an toàn và không độc hại, khiến nước trở thành dung môi lý tưởng cho thực phẩm và các sản phẩm dùng làm thuốc.
• Ethanol: Ethanol là dung môi phân cực thường được sử dụng để chiết xuất các hợp chất phenolic và triterpenoid từ nấm. Ethanol cũng có thể được sử dụng để chiết xuất polysaccharide và beta-glucan, nhưng hiệu suất chiết thấp hơn so với nước.
• Dung dịch ethanol trong nước: Ethanol trong nước là hỗn hợp nước và ethanol. Tỷ lệ nước so với ethanol có thể được điều chỉnh theo yêu cầu. Việc sử dụng ethanol trong nước làm dung môi có một số ưu điểm so với việc chỉ sử dụng nước hoặc ethanol. Thứ nhất, việc bổ sung ethanol vào nước có thể cải thiện độ hòa tan của một số hợp chất có hoạt tính sinh học vốn không dễ hòa tan trong nước đơn thuần, chẳng hạn như một số hợp chất phenolic và triterpenoid. Thứ hai, việc sử dụng ethanol trong nước có thể mang lại hiệu suất chiết xuất cao hơn so với chỉ dùng nước hoặc ethanol, vì dung môi này có thể chiết xuất nhiều loại hợp chất có hoạt tính sinh học hơn.
  Việc lựa chọn nồng độ ethanol trong dung môi ethanol trong nước phụ thuộc vào độ phân cực của các hợp chất có hoạt tính sinh học được chiết xuất. Có thể sử dụng nồng độ ethanol cao hơn (70–100%) để chiết xuất các hợp chất ít phân cực hơn, trong khi có thể sử dụng nồng độ ethanol thấp hơn (30–50%) để chiết xuất các hợp chất phân cực hơn.
• Methanol: Methanol là một dung môi phân cực khác có thể được sử dụng để chiết xuất các hợp chất phenolic từ nấm. Methanol có độc tính nên cần thận trọng khi sử dụng. Cần áp dụng quy trình tinh chế chuyên sâu để loại bỏ methanol sau khi chiết xuất.
• Acetone: Acetone là dung môi không phân cực thường được sử dụng để chiết xuất ergosterol từ nấm. Acetone dễ cháy và có độc tính nên cần thận trọng khi sử dụng.
• Hexane: Hexane là dung môi không phân cực có thể được sử dụng để chiết xuất các hợp chất ưa lipid từ nấm. Hexane dễ cháy và có độc tính nên cần thận trọng khi sử dụng.

Việc lựa chọn dung môi để chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học từ nấm phụ thuộc vào loại hợp chất được chiết xuất và ứng dụng dự kiến. Nước và ethanol trong nước nhìn chung là những dung môi an toàn nhất và được sử dụng phổ biến nhất để chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học từ nấm. Tuy nhiên, các dung môi khác như ethanol, methanol, acetone và hexane có thể được sử dụng cho những ứng dụng cụ thể hoặc khi chiết xuất bằng nước chưa đáp ứng đủ yêu cầu. Điều quan trọng là phải thận trọng khi sử dụng các dung môi này và tuân thủ các quy trình an toàn phù hợp.