Nghiên cứu quy trình tạo vi nang dầu gấc bằng phương pháp đông tụ sử dụng polymer sinh học biển

Tạo vi nang dầu gấc sẽ giúp bảo vệ được tốt hơn các hoạt tính quý giá của dầu gấc, đa dạng hóa các sản phẩm có sử dụng dầu gấc.. Các bộ phận của cây gấc như hạt, rễ, quả đều được ứng dụn

LỜI CẢM ƠN

Việc phấn đấu để trở thành một người thành đạt luôn là mơ ước của sinh viên Để ước mơ đó trở thành hiện thực thì trước hết mỗi sinh viên phải học tập, trau dồi kiến thức và bản thân phải luôn nỗ lực hết mình Sau bốn năm học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Nha Trang, để đạt được kết quả như ngày hôm nay

em đã nhận được sự giúp đỡ của gia đình cũng như thầy cô và bạn bè Để bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới:

Ban giám hiệu và các phòng ban trường Đại học Nha Trang

Ban chủ nhiệm khoa Công nghệ thực phẩm cùng toàn thể thầy cô giáo trong khoa đã tận tình giúp đỡ giải đáp những thắc mắc khó khăn của em trong quá trình học tập và thực hiện đề tài

Các cán bộ phòng Thí nghiệm các bộ môn công nghệ Thực phẩm, công nghệ Chế biến, công nghệ Sinh học, Hóa – Vi sinh đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đề tài của mình

Em xin chân thành tỏ lòng biết ơn đến cô Ngọc và thầy Đăng đã hướng dẫn tận tình, chu đáo giúp em hoàn thành tốt đồ án trong suốt thời gian em thực hiện đề tài Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn đến chị Tươi và những người bạn bè đã giúp đỡ, động viên em rất nhiều và đặc biệt xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình

đã tạo điều kiện thuận lợi về vật chất cũng như tinh thần giúp em hoàn thành tốt đồ

án này

Em xin chân thành cảm ơn!

Nha Trang, ngày 30 tháng 6 năm 2013

Sinh viên thực hiện

Lê Thị Hà

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH vi

DANH MỤC SƠ ĐỒ vii

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tổng quan về trái gấc 3

1.1.1 Đặc điểm, phân loại và mùa vụ trái gấc 3

1.1.2 Thành phần hóa học và công dụng của gấc 5

1.1.2.1 Thành phần hóa học của gấc 5

1.1.2.2 Công dụng của gấc 5

1.1.2.3 Tình hình trồng trọt và tiêu thụ gấc ở Việt Nam 7

1.1.2.4 Các nghiên cứu về quả gấc ở trong và ngoài nước 8

1.2 Các sản phẩm gấc hiện có trên thị trường 10

1.3 Giới thiệu về công nghệ vi nang 13

1.3.1 Công nghệ vi nang là gì 13

1.3.2 Công nghệ vi nang bao gói các hợp chất dạng dầu 14

1.3.3 Hệ nhũ tương dầu trong nước 15

1.3.3.1 Các kỹ thuật tạo nhũ tương 16

1.3.3.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của nhũ tương 18

1.3.3.3 Sử dụng chất hoạt động bề mặt và chất tạo nhớt để ổn định nhũ tương 21

1.3.4 Tạo vi nang bằng phương pháp đông tụ (coacervation) 23

1.3.4.1 Bản chất của phương pháp đông tụ 23

1.3.4.2 Phân loại các phương pháp đông tụ 24

1.3.4.3 Một số ứng dụng tạo vi nang các hợp chất dạng dầu bằng phương pháp đông tụ 25

1.4 Tình hình nghiên cứu tạo vi nang dầu gấc ở Việt Nam 25

CHƯƠNG II: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

2.1 Vật liệu dùng nghiên cứu 27

2.1.1 Nguyên liệu 27

2.1.2 Hóa chất 27

2.1.3 Dụng cụ, trang thiết bị 27

2.2 Phương pháp nghiên cứu 27

2.2.1 Xác định tỉ lệ pha phân tán φ (volume fraction) 27

2.2.2 Xác định kích thước các tiểu phân 29

2.2.3 Xác định độ nhớt – nồng độ polymer 29

2.2.4 Xác định vạch phân pha 29

2.2.5 Xác định hiệu suất bao gói 30

2.2.6 Xác định sự biến đổi lượng nước của hạt trong quá trình khuấy khi tạo hạt 31

2.3 Bố trí thí nghiệm 32

2.3.1 Quy trình dự kiến 32

2.3.2 Nghiên cứu thăm dò ảnh hưởng của chất nhũ hóa đến độ bền của hệ nhũ tương .33

2.3.3 Nghiên cứu thăm dò ảnh hưởng của nồng độ polymer đến khả năng tạo hạt và chất lượng hạt tạo thành .34

2.3.4 Nghiên cứu thăm dò ảnh hưởng của nhiệt độ tạo hạt đến hiệu quả tạo hạt và chất lượng hạt tạo thành 36

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39

3.1 Các yếu tố ảnh hưởng tới độ bền của nhũ tương gelatin – dầu gấc 39

3.1.1 Ảnh hưởng của nồng độ gelatin 39

3.1.2 Ảnh hưởng của chất nhũ hóa 41

3.1.3 Ảnh hưởng của chất hỗ trợ đông tụ 42

3.1.4 Biến đổi kích thước hạt nhũ tương 44

3.1.4.1 Ảnh hưởng của chất nhũ hóa 44

3.1.4.2 Ảnh hưởng của nồng độ polymer 46

3.1.5 Độ nhớt của pha liên tục 49

3.1.5.1 Biến đổi độ nhớt theo nồng độ polymer 49

3.1.5.2 Biến đổi độ nhớt theo nồng độ polymer có sự kết hợp của hai loại polymer .50

3.2 Quá trình tạo hạt từ hệ nhũ tương gelatin 51

3.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ polymer tới khả năng tạo hạt 51

3.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới khả năng tạo hạt 51

3.2.3 Ảnh hưởng của dung môi tới khả năng tạo hạt 52

3.3 Đánh giá hiệu quả bao gói dầu gấc của các hệ nhũ tương khác nhau 54

CHƯƠNG IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56

4.1 Kết luận 56

4.2 Kiến nghị 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

PHỤ LỤC 60

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần hóa học trong 100g màng gấc tươi 5 Bảng 1.2: Hàm lượng carotene trong 100g ở một số loại quả 6 Bảng 1.3: Sản lượng tiêu thụ gấc từ năm 2005 – 2009 ở công ty CPNN

Đông Phương 8 Bảng 2.1: Khối lượng riêng của nước ở áp suất 1atm ở các nhiệt độ khác

nhau 28 Bảng 3.1: Biến đổi vạch phân pha của hệ nhũ tương tạo thành với Gelatine ở

các nồng độ khác nhau theo thời gian (sử dụng chất nhũ hóa là Tween 80 5%) .39 Bảng 3.2: Biến đổi vạch phân pha của hệ nhũ tương tạo thành với Gelatine

20% và các chất nhũ hóa ở các nồng độ khác nhau 41 Bảng 3.3: Biến đổi vạch phân pha của hệ nhũ tương tạo thành với Gelatine

kết hợp carrageenan ở các nồng độ khác nhau với chất nhũ hóa là Span 80 (10%) .43 Bảng 3.4: Bảng mô tả trạng thái hạt ở các nồng độ polymer khi tạo hạt khác

nhau 51 Bảng 3.5: Bảng mô tả trạng thái hạt ở các nhiệt độ khuấy trong nước lạnh

khác nhau .52 Bảng 3.6: Hàm lượng carotene các mẫu hạt tạo bởi các hệ nhũ tương khác

nhau 54

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Quả gấc 3 Hình 1.2: Màng đỏ gấc 4 Hình 1.3: Một số sản phẩm từ gấc 11 Hình 1.4: Hai dạng nhũ tương dầu trong nước (o/w) và nước trong dầu

(w/o) 16 Hình 1.5: Thiết bị đồng hóa áp suất cao 17 Hình 1.6: Vị trí phân bố của chất hoạt động bề mặt tiếp xúc giữa hai pha

nước – dầu trong hệ nhũ tương 20 Hình 1.7: Một micell với phần đầu kị nước hòa tan trong dầu, phần ưa nước

hướng ra ngoài .21 Hình 1.8: Hình dạng chất hoạt động bề mặt và các polymer sinh học 21 Hình 1.9: Cấu trúc của các màng bảo vệ các giọt nhỏ phụ thuộc vào cấu trúc

phân tử và các tương tác của các polymer sinh học 23 Hình 1.10: Vị trí phân bố của các polymer sinh học giữa hai pha dầu và nước 23 Hình 3.1: Biến đổi tỷ lệ thể tích theo thời gian ở các nồng độ gelatin khác

nhau 40 Hình 3.2: Biến đổi tỷ lệ thể tích theo thời gian của các mẫu nhũ tương sử

dụng các chất nhũ hóa ở các nồng độ khác nhau 42 Hình 3.3: Biến đổi tỷ lệ thể tích theo thời gian của các mẫu nhũ tương sử

dụng gelatin kết hợp carrageenan ở các nồng độ khác nhau 44 Hình 3.4: Ảnh hưởng của nồng độ các chất nhũ hóa lên kích thước hat nhũ

tương tại thời điểm 0h 45 Hình 3.5: Biến đổi kích thước hạt theo thời gian ở nồng độ các chất nhũ hóa

khác nhau 46 Hình 3.6: Ảnh hưởng của các nồng độ polymer lên kích thước hạt nhũ

tương tại thời điểm 0h 47

Hình 3.7: Biến đổi kích thước hạt theo thời gian ở các nồng độ gelatin khác

nhau 47 Hình 3.8: Biến đổi kích thước hạt theo thời gian ở các nồng độ carrageenan

khác nhau 48 Hình 3.9: Biến đổi kích thước hạt theo thời gian khi có sử dụng và không sử

dụng chất hỗ trợ đông tụ carrageenan 48 Hình 3.10: Ảnh hưởng của nồng độ polymer tới độ nhớt của pha liên tục

(40oC) 49 Hình 3.11: Ảnh hưởng của sự kết hợp hai loại polymer đến độ nhớt pha liên

tục 50 Hình 3.12: Sự biến đổi khối lượng của hạt theo thời gian trong quá trình

khuấy khi tạo hạt 53 Hình 3.13: Phổ hấp thụ UV-VIS của dịch chiết carotene các mẫu hạt tạo bởi

các hệ nhũ tương khác nhau 54

DANH MỤC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 2.1 : Sơ đồ quy trình dự kiến tạo vi nang dầu gấc .32

Sơ đồ 2.2 : Thí nghiệm thăm dò ảnh hưởng của chất nhũ hóa đến độ bền nhũ

LỜI MỞ ĐẦU

Như chúng ta đã biết, gấc là một loại cây thực phẩm gần gũi với người dân Việt Nam từ muôn đời xa Người ta thường dùng gấc để nhuộm màu các loại xôi, giúp cho xôi có màu đỏ và hương vị thơm ngon Không phải ngẫu nhiên mà người

Mỹ gọi gấc là một loại “quả đến từ thiên đường” Theo GS.TS Bùi Minh Đức – một trong những người đầu tiên đặt nền móng cho việc nghiên cứu quả gấc thì Quả gấc có chứa hàm lượng beta - carotene 462,3mcg, lycopen 549,6mcg, vitamin E 19,7mcg và nhiều nguyên tố vi lượng khác cao gấp nhiều lần so với cà rốt Với các nguyên tố vi lượng cao như vậy, quả gấc không chỉ kéo dài tuổi thanh xuân, chống lão hóa mà còn giúp con người chống được sự sa sút trí tuệ Trong những năm gần đây, một loại sản phẩm mới được ra đời từ nguyên liệu trái gấc đó chính là dầu gấc Dầu gấc được tạo ra từ việc tách chiết màng đỏ của hạt gấc, đây là thành phần chứa một hàm lượng rất cao beta - carotene (hay còn gọi là tiền sinh tố A) rất tốt cho sức khỏe

Một số nghiên cứu cho thấy các hợp chất của carotene, lycopen, vitamin E ở trong dầu gấc có tác dụng làm vô hiệu hóa 75% các chất gây ung thư, nhất là ung thư vú Ngoài ra, dầu gấc còn rất nhiều tác dụng khác như:

• Giúp sáng mắt, phòng ngừa các bệnh về mắt như nhức mỏi mắt, khô mắt, quáng gà, đục thuỷ tinh thể

• Chống lão hóa, làm đẹp da, giúp da luôn mịn màng, tươi trẻ

• Phòng chống suy dinh dưỡng và thiếu vitamin A, đặc biệt đối với trẻ em

và phụ nữ, …

Tuy nhiên, điều kiện bảo quản dầu gấc rất khắt khe vì dầu gấc có tính nhạy cảm với ánh sáng và nhiệt độ Khi tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng, không khí hoặc ở nhiệt độ cao beta - carotene dễ bị oxy hóa làm giảm hàm lượng, cường độ màu hoặc mất màu Ở nhiệt độ trên 400C, thành phần beta - carotene có trong dầu gấc sẽ bị biến tính làm mất đi tác dụng của dầu gấc và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Điều này hạn chế lĩnh vực ứng dụng của sản phẩm dầu gấc

Tạo vi nang là một quá trình bắt nhốt các hoạt chất cần bao gói vào trong một cấu tử có kích thước micromet nhằm mục đích bảo vệ và giải phóng chúng một cách có kiểm soát Có rất nhiều phương pháp tạo vi nang, trong đó phương pháp đông tụ là một phương pháp truyền thống, hiệu quả, có phạm vi ứng dụng rộng

Tạo vi nang dầu gấc sẽ giúp bảo vệ được tốt hơn các hoạt tính quý giá của dầu gấc, đa dạng hóa các sản phẩm có sử dụng dầu gấc

Trong phạm vi đề tài này, chúng tôi nghiên cứu quy trình tạo vi nang dầu gấc bằng phương pháp đông tụ sử dụng các polymer sinh học Dầu gấc sẽ được nhũ hóa trong môi trường polymer và đánh giá khả năng tạo nhũ tương cũng như tạo hạt trong các điều kiện khảo sát khác nhau

Sinh viên thực hiện

Lê Thị Hà

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về trái gấc

1.1.1 Đặc điểm, phân loại và mùa vụ trái gấc

- Tên khoa học: Momordica cochinchinensis (Lour) Spreng đồng nghĩa

Muricia cochinchinensis, Muricia mixta

- Tên khác: Mộc miết (Trung Quốc), Muricic (Pháp), Cochinchina

Momordica (Anh)

- Họ bầu bí: Cucurbitaceae

Hình 1.1: Quả gấc

Đặc điểm

- Thân: Gấc là loài cây thân thảo dây leo thuộc chi Mướp đắng Cây gấc leo

khỏe, chiều dài có thể mọc đến 15m Thân dây có tiết diện góc

- Lá: Lá gấc nhẵn, mọc so le, chia thuỳ khía sâu tới 1/ 2 phiến lá, thùy hình

chân vịt phân ra từ 3 đến 5 dẻ, dài 8-18 cm

- Hoa: Hoa đực, hoa cái riêng biệt, cánh hoa màu vàng nhạt

- Quả: Quả hình bầu dục, sắc xanh, khi chín chuyển sang màu đỏ cam, đường

kính 15-20 cm Vỏ gấc có gai rậm Bổ ra mỗi quả thường có sáu múi Thịt gấc màu

đỏ cam Trong quả có nhiều hạt xếp thành những hàng dọc, quanh hạt có màng màu

đỏ máu, tươi Bóc lớp màng đỏ sẽ thấy hạt

Phân loại

Trên thị trường hiện nay thường phân biệt 2 loại gấc:

- Gấc nếp: Trái to, nhiều hạt, gai to, ít gai, khi chín chuyển sang màu đỏ cam rất đẹp Bổ trái ra bên trong cùi (cơm) vàng tươi, màng đỏ bao bọc hạt có màu đỏ tươi rất đậm và dày thớ

- Gấc tẻ: Trái nhỏ hoặc trung bình vỏ dày tương đối có ít hạt, gai nhọn, trái

chín bổ ra bên trong cơm có màu vàng nhạt và màng đỏ bao bọc hạt thường có màu

đỏ nhạt hoặc màu hồng không được đỏ tươi đậm như gấc nếp

Nên chọn giống gấc nếp để có trái to nhiều nạc bao quanh và chất lượng màu cũng tốt hơn

Kỹ thuật trồng và mùa vụ

Gấc mọc hoang và được trồng khắp nơi ở Việt Nam, nhiều nhất là ở miền Bắc Cây gấc được trồng bằng hạt hay giâm cành từ tháng 2, tháng 3 dương lịch, tháng 12 là bắt đầu được thu hoạch Sau khi thu hoạch quả xong, cắt bỏ toàn bộ thân cành, để lại 10 đến 20 cm gốc, tiếp tục bón phân cho cây Đến vụ xuân, từ gốc sẽ mọc lên cây mới Các năm sau, năng suất quả sẽ cao hơn năm đầu tiên Cây gấc có tuổi thọ rất cao, đến 30 năm, có thể ươm hạt thành cây con để trồng hoặc trồng bằng giâm hom Nhưng theo kinh nghiệm của những người trồng gấc lâu năm, trồng theo

hình thức giâm hom cây sẽ phát triển nhanh hơn và tỷ lệ là cây cái sẽ đạt 100%; gieo hạt thì thường có đến 30% số cây là cây đực không cho quả Điều đặc biệt là cây gấc rất ít bị sâu bệnh (http://www.quagac.com)

1.1.2 Thành phần hóa học và công dụng của gấc

1.1.2.1 Thành phần hóa học của gấc

Trong quả gấc có nước, protein, glucid, cellulose, tinh bột, chất béo Đặc biệt trong quả gấc còn chứa một lượng lớn lycopen và carotene là những chất rất cần thiết cho cơ thể

Bảng 1.1 Thành phần hóa học trong 100g màng gấc tươi

(Nguồn: Từ Giấy, 1994)

1.1.2.2 Công dụng của gấc

Gấc là loại thực phẩm chứa hàm lượng chất màu cao Chất màu từ quả gấc

không những tạo ra sản phẩm đẹp cho thực phẩm mà ngoài ra nó còn chứa hàm lượng beta - carotene (tiền vitamin A) rất cao, cao gấp 14 lần so với cà rốt vốn được coi là sản phẩm giàu tiền vitamin A nhất, nên gấc còn có ý nghĩa to lớn về mặt y học

Bảng 1.2 Hàm lượng carotene trong 100g ở một số loại quả

Thực vật Đơn vị Hàm lượng carotene

Rau ngót mcg 6650

Ớt vàng to mcg 5790

Cà rốt mcg 5640 Tía tô mcg 5520 Rau dền cơm mcg 5300 Rau hung mcg 5550 Rau đay mcg 5000 Rau kinh giới mcg 4560 Khoai lang mcg 4360

(Nguồn: Từ Giấy, 1994) Vitamin A rất quan trọng trong việc đề phòng các bệnh do thiếu vitamin A, bệnh khô mắt, quáng gà, loét giác mạc, cận thị, chậm lớn ở trẻ em, ung thư gan nguyên phát Vitamin A còn tham gia nhiều quá trình hoạt động sinh lý trong cơ thể, tác động đến quá trình biệt hóa tế bào, sinh sản tinh trùng, phát triển bào thai, kích thích sinh trưởng, tăng sức đề kháng, đáp ứng miễn dịch của cơ thể và hoạt động của các cơ quan thính giác, vị giác

Bên cạnh beta - carotene, trong gấc còn chứa một hàm lượng cao lycopen, là một sắc tố cũng có khả năng ngăn ngừa và chữa bệnh ung thư

Vitamin E và lycopen cùng với lutein, zeaxanthin, beta cryptoxanthin trong quả gấc ở dạng thiên nhiên còn có tác dụng quét loại các gốc tự do, gốc peroxyd trong cơ thể, phòng và điều trị nhồi máu cơ tim, đột quỵ, nguy cơ gãy xương ở phụ

nữ, đặc biệt phụ nữ sau mãn kinh, đái tháo đường, ung thư vú, tuyến tiền liệt, dạ

dày, ung thư gan, xơ gan và bệnh mạn tính, kéo dài tuổi thọ (Lan Hương, 2009)

Những nghiên cứu dịch tễ học của Mỹ về tác dụng của lycopen cho thấy ở vùng nào người dân ăn những loại quả có chứa lycopen thì tỉ lệ ung thư ống tiêu hóa (đặc biệt dạ dày, trực tràng, kết tràng) thấp hơn những vùng người dân ăn ít

những quả này Tỉ lệ chết vì ung thư giảm tới 50% Kết quả ấn tượng nhất của

lycopene là đối với ung thư tuyến tiền liệt (Lan Hương, 2009)

Các bộ phận của cây gấc như hạt, rễ, quả đều được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm, chăn nuôi…

Trong lĩnh vực thực phẩm: Gấc được dùng để ép lấy dầu, chiết lấy màu thực

phẩm để tạo màu cho các sản phẩm như magarin, đồ uống, bánh kẹo, món salad, các sản phẩm sữa, mì ống…Ngoài ra, gấc còn được chế biến thành món xôi gấc quen thuộc với người dân Việt Nam (http://www.gacviet.com)

Trong lĩnh vực dược phẩm: Quả gấc được tinh chế thành viên nang gấc

(Vinaga, Gacavit …) có tác dụng chống béo phì, chống lão hóa, phòng các bệnh tim mạch và chứng đột quỵ, phòng chống viêm gan, xơ gan, phòng chữa thiếu Vitamin

A, E, phòng và điều trị các bệnh ung thư… (Vương Tịnh, 2007)

Trong lĩnh vực mỹ phẫm: Trong dầu gấc có chứa lycopen thực vật có tác

dụng dưỡng da, bảo vệ da, chữa sạm da, khô da, giúp cho da luôn hồng hào tươi trẻ

và mịn màng, chữa trị rụng tóc, nổi sẩn (Vương Tịnh, 2007)

Trong chăn nuôi: Bột gấc được dùng làm thức ăn cho gia cầm, giúp tăng sức đề

kháng, tránh nhiễm dịch bệnh và nâng cao chất lượng thịt và trứng (Vương Tịnh, 2007)

1.1.2.3 Tình hình trồng trọt và tiêu thụ gấc ở Việt Nam

Khi giá trị của cây gấc chưa được chú ý, nó chỉ được xem như một thứ gia

vị, dân gian sử dụng chủ yếu vào dịp lễ tết, giỗ chạp với món truyền thống là xôi gấc, một số vùng dùng chế biến bánh, kẹo như bánh cáy Giá trị gấc vì vậy rất thấp Hiện nay, gấc đã được sử dụng trong công nghiệp dược phẩm, chiết xuất dầu gấc

với thành phần Vitamin A và E Cây gấc bắt đầu có vị thế đặc biệt

Thấy được vai trò to lớn của quả gấc về cả giá trị dinh dưỡng và giá trị kinh

tế, nhiều công ty thực phẩm và dược phẩm đã và đang chú trọng vào nghiên cứu và cho ra nhiều sản phẩm từ quả gấc

Hiện nay, ở nước ta hình thành nhiều vùng chuyên canh gấc như ở Hải Dương, Hà Nội, Nghệ An, Quảng Ninh, Thanh Hoá, đồng bằng sông Cửu Long… Đây là nguồn cung ứng nguyên liệu gấc cho các công ty thực phẩm và dược phẩm trong nước

Qua thời gian hoạt động, các vùng chuyên canh này đã thu được nhiều tín hiệu khả quan, người dân có đời sống khá lên nhờ vào quả gấc, cây gấc trở thành cây xoá đói giảm nghèo

Gấc nguyên liệu chủ yếu được các doanh nghiệp thu mua để chế biến và xuất khẩu Các cơ sở chế biến gấc như công ty cổ phần Dược Vật tư y tế Hải Dương, Công ty Chế biến dầu thực vật và thực phẩm Việt Nam (VNPOFOOD), Công ty cổ phần nông nghiệp Đông Phương thu mua quả gấc làm nguyên liệu sản xuất viên nang mềm dầu gấc, áp dụng công nghệ tiên tiến sản xuất viên nang mềm dầu gấc phục vụ cho thị trường trong và ngoài nước

Hầu hết, các sản phẩm chế biến từ gấc đều được xuất khẩu ra nước ngoài, với các thị trường như Mỹ, Anh, Pháp…

Bảng 1.3 Sản lượng tiêu thụ gấc từ năm 2005 – 2009 ở công ty CPNN

Đông Phương

Sản lượng tiêu thụ / năm (tấn) Sản phẩm 2005 2006 2007 2008 2009 Quả gấc tươi 122 230 350 570 1.350 Màng gấc sấy khô 68 150 360 600 1.000 Bột gấc khô 44 270 300 550

Các nghiên cứu ở nước ngoài

Theo nghiên cứu của Đại học California thì hàm lượng lycopen có trong dầu quả gấc VN cao gấp 70 lần cà chua Mặt khác, lycopen có trong cà chua phải chiên với dầu mỡ thì mới có tác dụng sinh học với cơ thể, còn trong trái gấc đã chứa sẵn các chất axit béo không no, vì thế lycopen được hòa tan một cách tự nhiên

Tại trung tâm sức khoẻ Haifa, các chuyên gia đã tiến hành kiểm tra hàm lượng lycopen trong các xét nghiệm của bệnh nhân và hoàn toàn bất ngờ bởi lycopen là chất chống oxy hoá rất tích cực, nó có khả năng ngăn ngừa sự hình thành oxy hoá LDL, Lipoprotein tỉ trọng thấp hay được gọi là cholesterol “có hại”, góp phần hình thành các mảng xơ vữa động mạch, do đó sẽ ngăn chặn được chứng xơ vữa động mạch và các nguy cơ dẫn tới đột quỵ

Tháng 5/2007, các giáo sư ở Trường ĐH Tokyo (Nhật Bản) đã nghiên cứu thành công đề tài khoa học dùng tinh dầu của gấc để điều trị những biến chứng của bệnh tiểu đường.Theo một số nghiên cứu của Mỹ được công bố gần đây cho thấy, các hợp chất của beta - carotene, lycopen, Alphatocopherol… có trong dầu gấc có tác dụng làm vô hiệu hóa 75% các chất gây ung thư nói chung, nhất là ung thư vú ở phụ nữ (http://www.gacviet.com)

Các nghiên cứu trong nước

Từ những năm 1941, GS Bùi Đình Sang và GS Richard ở Trường ĐH Y Dược Hà Nội đã dùng dầu gấc để chế tạo son môi Dầu gấc còn có thể được chế tạo làm kem dưỡng da

Theo Công ty chế biến dầu thực vật và thực phẩm Việt Nam (VNPOFOOD), doanh nghiệp đầu tiên nghiên cứu về gấc và xuất khẩu dầu gấc cho thị trường Mỹ từ những năm 1999, dầu gấc hoàn toàn có thể thay thế được Sudan trong ngành công nghiệp hóa mỹ phẩm và thực phẩm, khắc phục được những hiểm họa từ hóa chất độc hại gây ra

Bác sỹ Nguyễn Công Suất là người đã có nhiều năm tham gia nghiên cứu về gấc cùng với các nhà khoa học Mỹ và các giáo sư nổi tiếng trong ngành y dược Việt Nam Ông là người đã mạnh dạn biến gấc thành thuốc, thành thương phẩm phục vụ cho sức khỏe cộng đồng và trở thành người đầu tiên đặt thương hiệu cho trái gấc Việt Nam với tên gọi VINAGA

Giáo sư Nguyễn Văn Đàn và các cộng sự của mình ở Học viện quân y đã dùng dầu gấc để làm giảm lượng cholesterols trong máu, phòng chống nguy cơ đột quỵ và các bệnh về tim mạch

Giáo sư Hà Văn Mạo và GS Đinh Ngọc Lâm ở Viện Quân Y 108 đã sử dụng dầu gấc vào việc ngăn chặn nguy cơ ung thư gan nguyên phát

Giáo sư Phan Thị Kim và GS Bùi Minh Đức ở Viện Dinh Dưỡng đã bảo vệ

đề tài dùng dầu gấc phòng chữa bệnh dạ dày tá tràng…

Gần đây, Đinh Ngọc Lâm và Hà Văn Mạo đã tiến hành nghiên cứu công trình khoa học cấp Nhà nước tạo ra chế phẩm Gacavit từ màng đỏ cùi gấc - có tác dụng khắc phục tác hại của dioxin đối với cơ thể con người, phòng, chữa xơ gan và ung thư gan nguyên phát, giảm tác hại của ung thư

Từ những nghiên cứu trên ta thấy, công dụng của quả gấc là vô cùng to lớn, đây thật sự là loại quả có giá trị kinh tế và dinh dưỡng cao Tuy nhiên, hiện nay các sản phẩm từ gấc chưa được quan tâm nghiên cứu nhiều, đặc biệt là đối với những sản phẩm dạng vi nang Vì vậy, đề tài này sẽ mở ra một hướng mới về chế biến sản phẩm từ gấc

1.2 Các sản phẩm gấc hiện có trên thị trường

Hiểu được công dụng của quả gấc rất to lớn nên nhiều cơ sở sản xuất chế biến thực phẩm đã đi vào nghiên cứu và cho ra thị trường nhiều sản phẩm từ gấc, đáp ứng nhu cầu tiêu thụ, mang lại sự bổ dưỡng, tiện lợi và giá cả phù hợp với túi tiền của người tiêu dùng

Sau đây là một số sản phẩm chế biến từ quả gấc có mặt trên thị trường hiện nay:

Hình 1.3: Một số sản phẩm từ gấc

Thị trường Mỹ rất ưa chuộng các sản phẩm thực phẩm chức năng từ gấc Việt Nam và gọi gấc là “Quả đến từ thiên đường – Fruit from heaven” Các sản phẩm từ gấc hiện nay chủ yếu tồn tại dưới dạng dầu gấc, viên nang gấc, bột màng gấc sấy khô, nước uống gấc … Năm 2003, Viện dinh dưỡng đã hợp tác với Trung tâm CEDERO, Bùi Đình Sang và Bùi Đình Oánh, trường Đại học Bách Khoa, Đại học Nông nghiệp 1, Công ty Đồng Nam Dược Hà Nội, xây dựng dự án phát triển trồng gấc quy mô gia đình và công nghiệp, triển khai sản xuất màng đỏ hạt gấc sấy khô,

ép dầu gấc xuất khẩu và tiêu dùng nội địa, sản xuất mứt kẹo, bánh kem xốp gấc, sản

Viên gấc Vinaga (Do công ty VNPOFOOD sản xuất)

Gấc nếp (Do công ty TNHH DVTM và Sx Hưng

Hà sản xuất)

Dầu gấc Việt Nam G8

(Do công ty

VNPOFOOD sản xuất)

xuất trứng gà có lượng vitamin A, E cao, cholesterol thấp, góp phần phòng và điều trị một số bệnh mạn tính thiếu vitamin A và tăng cường sức khỏe bền vững cho cộng đồng Nhà cung cấp sản phẩm từ gấc lớn nhất Việt Nam hiện nay là công ty Vnpofood (sản lượng 3000 tấn gấc/ năm) với các sản phẩm như viên dầu gấc Vinaga có bổ sung hoặc không DHA, bán với giá dao động từ 60 – 72 nghìn đồng/

lọ 100 viên nang mềm, dầu gấc G8 có giá 68 nghìn đồng/ lọ 100ml (daugac.com) Ngoài ra còn có Garotene của trường Đại học Dược Hà Nội, Mordica của công ty

cổ phần Nông nghiệp Đông Phương (Gấc Việt)… Tất cả các sản phẩm này đều tồn tại dưới dạng viên nang mềm, đóng vỉ hoặc bỏ lọ 50 – 100 viên/ lọ Ngoài ra, công

ty Đông Phương còn có các sản phẩm bột gấc sấy khô và gấc đông lạnh dùng cho

bổ sung dinh dưỡng mẹ và bé và bổ sung dinh dương trong chăn nuôi gia cầm Sản phẩm dạng lỏng duy nhất hiện nay là G3 của Pharmanex với thành phần chính là dầu gấc có giá bán 92,75$/chai 1 lít (Pharmanex Singapore) …

Hạn chế của sản phẩm chế biến từ gấc

Tuy nhiên, những sản phẩm kể trên có nhược điểm là do ở dạng viên nang mềm nên rất dễ bị tác động bởi độ ẩm, nhiệt độ…làm cho lớp vỏ bị tan, hay dính vào nhau làm cho những hợp chất carotenoids trong dầu gấc dễ tương tác với môi trường và do đó mất đi hoạt tính quí báu của mình

Hơn nữa, những phương pháp bảo quản thông thường thường khó duy trì được lâu hoạt tính của sản phẩm chế biến từ gấc trong quá trình bảo quản và đặc biệt trong quá trình chế biến thực phẩm (gia nhiệt, phối trộn, sự có mặt của oxy…)

Ví dụ: sau 3 tuần bảo quản, hàm lượng lycopen hao hụt 100% đối với hệ nhũ tương Lecithin/ nước, 70% đối với hệ nhũ tương Lecithin/ sữa Nghiên cứu của Nguyễn Minh Thủy (Đại học Cần Thơ) trên các sản phẩm sử dụng bột màng gấc sấy khô cũng chỉ ra rằng hàm lượng beta - carotene trong bột gấc giảm theo quá trình xử lý nhiệt và thời gian bảo quản sản phẩm Sự biến đổi này tuân theo mô hình động học bậc nhất hoặc bậc nhất biến đổi một phần Ví dụ: đối với sản phẩm jelly gấc, bảo quản ở 10oC sau 2 tuần giảm 25%, sau 7 tuần giảm hơn 60% hàm lượng beta - carotene

Vấn đề đặt ra trong chế biến và bảo quản sản phẩm từ gấc

Quả gấc Việt Nam chứa rất nhiều hoạt chất quý giá đối với sức khoẻ con người Sử dụng gấc hàng ngày có thể phòng và trị nhiều bệnh trong đó có cả những bệnh hiểm nghèo như ung thư Tuy nhiên, các hợp chất quý giá này của gấc lại chỉ được hấp thu tốt nhất khi tồn tại dưới dạng hoà tan trong dầu (dầu gấc) và rất dễ bị các tác nhân môi trường phá huỷ (oxy hoá) Điều này hạn chế khả năng sử dụng của dầu gấc trong công nghiệp thực phẩm và thời gian bảo quản dầu gấc

Ở nước ta cho tới nay, việc sử dụng gấc vẫn chưa phong phú ngoại trừ các món ăn truyền thống của dân tộc như xôi gấc, chè gấc Đa dạng hóa các sản phẩm chế biến từ gấc là một hướng đi quan trọng nhằm tăng khả năng sử dụng của gấc trong thành phần dinh dưỡng hàng ngày của người Việt Nam

Vấn đề đặt ra là chế biến gấc như thế nào để vừa bảo vệ được các hoạt tính sinh học quý báu của nó, vừa tăng giá trị sử dụng và ứng dụng của quả gấc

1.3 Giới thiệu về công nghệ vi nang

1.3.1 Công nghệ vi nang là gì

Công nghệ vi nang là quá trình mà trong đó các hạt (dạng rắn) hay các giọt (dạng lỏng) của vật liệu có hoạt tính sinh học (lõi, nhân) được bao lại trong một mạng lưới tạo bởi các vật liệu sinh học (vỏ, màng bao) để tạo ra các phần tử có kích thước micromet (từ 1 đến 5000 µm) gọi là vi nang Vật liệu làm lõi có thể là hương liệu, dầu, chất béo, vitamin, chất tạo màu, enzyme, probiotique Vật liệu làm vỏ có thể là tinh bột, protein, gôm và một số vật liệu khác như cyclodextrin, liposome, vi sinh vật

Công nghệ tạo vi nang với mục đích bao gói các hoạt chất quan tâm trong một lớp vỏ bọc có kích thước micromet là một công cụ mạnh mẽ giúp biến đổi và bảo vệ các hợp chất có hoạt tính sinh học cao như enzyme, tế bào (probiotic), chất thơm, chất màu thực phẩm là một biện pháp hữu hiệu để bảo vệ hoạt tính đồng thời nâng cao giá trị sử dụng của chúng Ngoài lĩnh vực ứng dụng chính là sản xuất dược phẩm, công nghệ vi nang còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như in

ấn, vật liệu, sơn đặc biệt vi nang đang được nghiên cứu để tạo ra những công thức mới đột phá trong ngành công nghiệp thực phẩm

Công nghệ này cho phép phân phối các thành phần của sản phẩm tới đúng vị trí và thời điểm mong muốn Ví dụ: tùy theo lựa chọn chất bao gói, người ta có thể điều khiển sự phân giải các hoạt chất bên trong vi nang tại dạ dày hay trong ruột non dựa trên sự khác nhau về pH của hai cơ quan này Trong công nghệ thực phẩm hay dinh dưỡng, người ta có thể sử dụng kỹ thuật vi nang để che dấu mùi vị không mong muốn của sản phẩm như vị đắng của Vitamin B1, thậm chí tăng hương vị cho

nó bằng cách ướp hương vật liệu dùng để bao gói Tạo vi nang cũng có thể bảo vệ các hoạt chất khỏi sự tương tác lẫn nhau hay tương tác với môi trường gây mất hoạt tính sinh học hoặc tạo ra các chất mới không mong muốn

Công nghệ vi nang cũng có thể ứng dụng trong việc cố định tế bào hay enzyme và kiểm soát hoạt động của chúng Ngoài ra, công nghệ vi nang có thể chuyển các chất ở dạng lỏng, dạng dầu, dễ bay hơi sang dạng bột tiện lợi cho việc bảo quản, vận chuyển, cân, đong, đo, đếm hay phân tán vào trong các hệ ưa nước

Nhìn chung, kỹ thuật vi nang có những ưu điểm sau:

• Bảo vệ chất được bao gói khỏi tác động của môi trường

• Che dấu những mùi, vị không mong muốn đối với sản phẩm

• Tăng khả năng hấp thụ của hoạt chất qua thành ruột

• Thích hợp với nhiều nhóm chất khác nhau (rắn, lỏng, hợp chất dễ bay hơi, hỗn hợp )

• Thuận lợi cho việc cân đong đo đếm và sử dụng, dễ dàng phân tán hơn trong pha thực phẩm

• Tăng cường một số tiêu chuẩn kỹ thuật của sản phẩm: tăng hạn sử dụng, hạn chế tương tác không mong muốn giữa các chất, chịu được tốt hơn quá trình công nghệ, có thể điều kiển quá trình giải phóng chất được bao gói

1.3.2 Công nghệ vi nang bao gói các hợp chất dạng dầu

Để mở rộng phạm vi ứng dụng cho các hợp chất dạng dầu (dầu gấc, tinh dầu–thường chứa các chất dễ bị oxy hóa, các hợp chất dễ bay hơi) cần phải tìm biện

pháp bảo vệ nhằm giảm mức độ oxy hóa/ bay hơi của những hợp chất trên, từ đó kéo dài thời hạn sử dụng cho sản phẩm có chứa các hợp chất đó Công nghệ vi nang

là một lựa chọn đầu tiên để giải quyết yêu cầu này

Có rất nhiều phương pháp để tạo vi nang Về cơ bản, người ta phân ra làm 3 nhóm phương pháp chính:

- Nhóm các phương pháp hóa học: polymer hóa trên bề mặt, polymer hóa trong nhũ tương

- Nhóm các phương pháp hóa lý: đông tụ, bay hơi dung môi, tĩnh điện, sử dụng chất lỏng siêu tới hạn

- Nhóm các phương pháp cơ học: sấy phun, sấy tầng sôi, nghiền, ly tâm, ép đùn

Trong hầu hết các phương pháp tạo vi nang đều yêu cầu trước tiên là tạo ra một hệ nhũ tương giữa vật liệu tạo nhân, vật liệu tạo vỏ cùng với nước hoặc dung môi thích hợp Vì vậy, những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo nhũ tương (nhiệt

độ, chất nhũ hóa, mức độ đồng hóa mẫu, .) đều ảnh hưởng đến quá trình tạo vi nang

1.3.3 Hệ nhũ tương dầu trong nước

 Nhũ tương là hệ phân tán của một pha nằm trong pha khác nhưng hai pha này không trộn lẫn với nhau Một trong các pha tồn tại như những giọt nước riêng lẽ

lơ lửng trong pha thứ 2 và có một lớp ranh giới giữa 2 pha Nhũ tương có nhiều ứng dụng quan trọng trong công nghiệp mỹ phẩm cũng như thực phẩm và tính chất của chúng có thể được kiểm soát bằng cách thay đổi các chất hoạt động bề mặt được sử dụng và các thành phần có trong các pha nước (Stig E Friberg and Kare Larson, 1997) So sánh với các hệ thống vĩ mô mở rộng, năng lượng tự do của các hệ phân tán là lớn hơn bởi số lượng tổng thể của năng lượng bề mặt Bởi vậy, sự va chạm giữa các giọt nhũ tương tinh khiết là kết quả trong sự hóa hợp của chúng và cuối cùng là trong sự chia tách của nhũ tương thành các pha riêng biệt

Hình 1.4: Hai dạng nhũ tương dầu trong nước (o/w) và nước trong dầu (w/o)

 Giữa bề mặt phân pha dầu và nước tồn tại một dạng năng lượng bề mặt (năng lượng tự do Gibbs) Do các sức căng bề mặt giữa dầu và nước, bất kỳ nhũ tương nào cũng sẽ tìm cách giảm thiểu năng lượng bề mặt bằng cách làm cho diện tích bề mặt giữa dầu và nước càng nhỏ càng tốt Sự giảm thiểu của sức căng bề mặt đạt được bởi sự hóa hợp của giọt dầu, tạo thành các hạt dầu có kích thước lớn hơn

và sau cùng là sự phân tách lớp dầu và nước Sự hiện diện của các phân tử bề mặt hấp phụ sẽ làm giảm sức ép bề mặt giữa giai đoạn dầu và nước, do đó làm giảm động lực của sự hóa hợp (phân pha)

1.3.3.1 Các kỹ thuật tạo nhũ tương

Các kỹ thuật phối trộn

• Quá trình phối trộn

Là quá trình phối chế và đảo trộn Phối chế là quá trình pha trộn giữa hai hay nhiều cấu tử (thành phần) khác nhau để thu được một hỗn hợp (sản phẩm) đáp ứng yêu cầu đã định Còn đảo trộn là quá trình cơ học nhằm khuấy trộn các thành phần trong hỗn hợp để chúng phân bố đều nhau (Lê Bạch Tuyết, 1985)

• Mục đích công nghệ và phạm vi thực hiện quá trình:

 Tạo ra sản phẩm mới: Đa số các loại sản phẩm thực phẩm không phải từ một nguyên liệu mà gồm hai hay nhiều loại nguyên liệu khác Những thành phần tham gia tạo nên sản phẩm mới là không thể thiếu, chúng phải được phối trộn với nhau để cho sản phẩm có chất lượng đặc trưng

 Tăng chất lượng sản phẩm: Một số loại thực phẩm nếu tồn tại một mình thì chất lượng không tốt lắm nhưng khi bổ sung cho chúng một số thành phần khác thì chất lượng sản phẩm lại được tăng lên

 Hỗ trợ một số quá trình công nghệ: Phối trộn một số thành phần lại với nhau được thực hiện nhằm hỗ trợ cho một công đọan trong quy trình công nghệ Quá trình phối trộn giúp phân bố đồng nhất các cấu tử trong hỗn hợp, tạo điều kiện cho các quá trình hóa học, sinh học tiến triển nhanh hơn, triệt để hơn Quá trình này tăng cường khả năng trao đổi nhiệt; chống hiện tượng trao đổi nhiệt cục bộ bằng cách tạo xáo động, đối lưu cưỡng bức để đồng nhất nhiệt độ

Các kỹ thuật đồng hóa

• Định nghĩa: quá trình đồng hóa là sự pha trộn lẫn nhau của các chất để hình thành các pha không hòa tan khác nhau về tính đồng nhất để tạo được huyền phù hoặc nhũ tương

• Ứng dụng: một trong những ứng dụng trước đây của quá trình đồng hóa là trong quá trình chế biến sữa, hỗn hợp của một vài nhóm sữa khác nhau để tạo nên sữa đặc nguyên chất trước khi chế biến và để ngăn chặn hay làm trì hoãn sự phân tách tự nhiên của kem từ phần còn lại của nhũ tương Chất béo trong sữa phân tách thông thường từ nước và được thu từ phần trên của sữa Sự đồng hóa phá vỡ các phần tử chất béo thành những phần tử nhỏ hơn nên những phân tử này không còn bị phân tách nữa

• Phương pháp: việc đồng hóa được thực hiện bởi một khối lượng hỗn hợp nhũ tương, sau đó tạo một áp suất lớn cho hỗn hợp thông qua một khe nhỏ

Hình 1.5: Thiết bị đồng hóa áp suất cao

Kỹ thuật đồng hóa hệ nhũ tương bao gồm các phương pháp phá vỡ, làm giảm kích thước những hạt thuộc pha phân tán và phân bố đều chúng trong pha liên tục Việc tăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa hai pha và sức căng bề mặt sẽ làm cho hệ nhũ tương ổn định hơn và tránh được hiện tượng tách pha (Lê Văn Việt Mẫn, 2004)

1.3.3.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của nhũ tương

Chuyển động Brown của các tiểu phân pha phân tán

Năm 1827 Brown, nhà sinh vật người Anh đã quan sát bằng kính hiển vi sự chuyển động hỗn loạn và không ngừng của các hạt rất nhỏ trong chất lỏng, quá trình này gọi là chuyển động Brown

Thực tế đối với hạt có kích thước cỡ 5µm chuyển động Brown là chuyển động gần như dao động ở một vị trí nào đó Khi kích thước hạt lớn hơn 5µm thì chuyển động Brown của hạt thực tế dừng hẳn Trong một giây, hướng va chạm của tiểu phân thay đổi 106 lần (Nguyễn Xuân Vận, 2006)

Nguyên nhân chuyển động Brown của các hạt keo là do chuyển động nhiệt của các phân tử dung môi gây nên chuyển động nhiệt của các hạt keo Chuyển động của các phần tử môi trường là hỗn loạn dẫn đến chuyển động của các hạt nhũ tương cũng thay đổi vận tốc và có hướng Chuyển động hạt nhũ tương làm cho hạt tương phân bố không đồng đều trong thể tích Kích thước hạt tăng thì dẫn đến cường độ chuyển động giảm Do chuyển động Brown nên hệ nhũ tương duy trì được trạng thái phân bố đều của các hạt trong toàn bộ thể tích và chống lại khuynh hướng sa lắng

Sự phá hủy nhũ tương - sự kết tụ, sự tạo kem

Sự nổi lên hay sự lắng xuống của các giọt là do ảnh hưởng của trọng lực, vật

sẽ rơi với tốc độ tăng dần cho đến khi cân bằng với lực ma sát cản sinh ra do môi trường xảy ra sự rơi

Sự kết tụ các giọt do sự giảm đột ngột các điện tích nên kéo theo làm giảm lực đẩy tĩnh điện giữa các giọt, thường xảy ra khi thay đổi pH hoặc lực ion Sự kết

tụ làm tăng kích thước bề ngoài của các giọt do đó làm tăng tốc độ phân lớp

Sự kết hợp giọt một cách tự phát sẽ làm tăng dần kích thước các giọt và cuối cùng dẫn đến sự phân chia hai pha thành hai lớp ngăn cách nhau bằng một bề mặt

phân chia phẳng và điện tích sẽ cực tiểu

Sự sa lắng, sự kết tụ và các va chạm do chuyển động Brown hoặc chuyển động khuấy khác sẽ làm cho các giọt gần lại nhau và thường đến trước sự kết hợp giọt

Sự keo tụ là quá trình kết dính, và sa lắng của các hạt phân tán, làm cho tính bền của hệ nhũ tương biến mất Trong đó, pha keo tụ là hạt của chất phân tán; pha lỏng là môi trường phân tán

Ảnh hưởng bởi độ nhớt của pha phân tán

Không giống như một giọt linh động, giọt dầu trong chất lỏng có thể di chuyển khi một lực tác dụng lên giọt và làm tăng tốc tạo kem

Độ nhớt của một pha nhũ tương tỷ lệ thuận với độ nhớt của pha nước và do

đó bất kỳ sự thay đổi nào trong thuộc tính lưu biến của pha nước có ảnh hưởng tương ứng trên toàn bộ lưu biến của nhũ tương

Việc tăng độ nhớt của một nhũ tương với khối lượng và kích thước pha dầu, phân bố kích thước giọt trên lưu biến của nhũ tương phụ thuộc vào khối lượng pha dầu và tính chất của sự tương tác dạng keo

Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt

Chất họat động bề mặt (Surface active agent) đó là một chất làm ướt có tác

dụng làm giảm sức căng bề mặt của một chất lỏng, là chất mà phân tử của nó phân cực: một đầu ưa nước và một đuôi kị nước

Trong hệ nhũ tương, các chất hoạt động bề mặt được phân bố tại vị trí bề mặt

tiếp xúc giữa hai pha: đầu phân cực sẽ nằm trong pha nước – hướng về pha nước và

đầu không phân cực sẽ nằm trong pha dầu – hướng về pha dầu Với cách phân bố

phân tử như trên, các chất nhũ hóa sẽ hình thành nên một lớp bảo vệ quanh các hạt

phân tán giúp cho hệ nhũ tương được bền vững

Dầu Chất hoạt động bề mặt

Hình 1.6: Vị trí phân bố của chất hoạt động bề mặt tiếp xúc

giữa hai pha nước – dầu trong hệ nhũ tương

Nếu có nhiều hơn hai chất lỏng không hòa tan thì chất hoạt hóa bề mặt làm

tăng diện tích tiếp xúc giữa hai chất lỏng đó Khi hòa chất hoạt hóa bề mặt vào

trong một chất lỏng thì các phân tử của chất hoạt hóa bề mặt có xu hướng tạo đám

(micelle), nồng độ mà tại đó các phân tử bắt đầu tạo đám được gọi là nồng độ tới

hạn (critical micell concentration), viết tắt là CMC (Myers, 1988; Lindman, 2001)

Nguyên nhân của sự hình thành micelle là do hiệu ứng kỵ nước Các cấu trúc

micelle được hình thành ở đây để giảm tối thiểu diện tích tiếp xúc giữa các đầu kỵ

nước của phân tử chất hoạt động bề mặt và nước

Nước

Hình 1.7: Một micelle với phần đầu kị nước hòa tan trong dầu,

phần ưa nước hướng ra ngoài

1.3.3.3 Sử dụng chất hoạt động bề mặt và chất tạo nhớt để ổn định nhũ tương

Mối tương quan giữa cấu trúc hóa học các chất hoạt động bề mặt và hoạt động

nhũ hóa của chúng rất phức tạp vì kết cấu của pha dầu và nước có tính biến thiên

Chất nhũ hóa là một hợp chất có khả năng làm bền nhũ tương nhờ làm tăng

tính ổn định động học của nó Chất nhũ hóa ảnh hưởng đến kiểu và độ bền của nhũ

tương Vì vậy nên phối hợp chất nhũ hóa gây phân tán và chất nhũ hóa ổn định với

nồng độ sử dụng thích hợp để tạo lớp áo bảo vệ liên tục bền vững (tailieu.vn)

Chất nhũ hóa được chia làm 2 nhóm chính: chất hoạt động bề mặt

(surfactants) và các polymer sinh học có cấu trúc lưỡng cực (amphiphilic biopolymers)

Hình 1.8: Hình dạng chất hoạt động bề mặt và các polymer sinh học

Các polymer sinh học có cấu trúc lưỡng cực (amphiphilic biopolymer) là những phân tử có kích thước và khối lượng phân tử lớn, được đặc trưng bởi các chỉ

số như tính linh động, tính ưa/ kị nước, khả năng tương tác, độ nhớt…Các thuộc tính chức năng này được quyết định bởi kiểu, số lượng, thứ tự sắp xếp các monomer Trong thực tế, chúng thường tồn tại ở hình dạng sao cho có năng lượng

tự do cực tiểu Hình dạng này phụ thuộc vào các hiện tượng hóa – lý như tương tác tĩnh điện, tương tác kỵ nước, liên kết hydro, liên kết Vanderwaals

Hoạt tính bề mặt và khả năng ổn định hệ nhũ tương của polymer sinh học: thường thì các polymer phải phân tán và tan trong dung dịch và sau đó thực hiện chức năng nhũ hóa Sự solvat hóa các polymer là cần thiết trước khi đồng hóa để hình thành hệ nhũ tương Quá trình này bao gồm một số giai đoạn như phân tán, thấm ướt, nở ra, hòa tan… hiệu quả hòa tan phụ thuộc vào nhiều yếu tố như bản chất, dạng tồn tại (dạng bột, dạng lỏng hoặc rắn), kiểu polymer, pH, nhiệt độ…

Khi một polymer sinh học được phân bố đến bề mặt liên pha thì các nhóm không cực được định vị trong pha dầu, còn các nhóm ưa nước thì được định vị trong pha nước Với cách phân bố như vậy giúp giảm sự tiếp xúc giữa dầu và nước, giảm lực căng mặt ngoài, hình thành màng bảo vệ cho các giọt nhỏ chống lại sự kết tụ Hình dạng các polymer và thuộc tính lý hóa của màng bảo vệ phụ thuộc vào cấu trúc phân tử và các tương tác giữa chúng (Das and Kinsella, 1990; Dickinson, 1992)

Các polymer có cấu trúc lưỡng cực dạng ngẫu nhiên và dạng cuộn phân bố một cách linh hoạt giữa bề mặt pha dầu và pha nước và các vùng tự do, tạo nên màng bảo vệ có cấu trúc dày và hệ nhũ tương ở đây sẽ có độ nhớt thấp; trong khi đó các cấu trúc dạng cầu phân bố và sắp xếp một cách chậm chạp, tạo nên màng bảo vệ xung quanh các giọt nhỏ có cấu trúc mỏng và hệ nhũ tương ở đây sẽ có độ nhớt cao Điều này có thể thấy trong thục tế là các màng bảo vệ các giọt nhỏ hình thành bởi các polymer hình cầu bền vững hơn bởi các polymer ở hai dạng kia

Hình 1.9: Cấu trúc của các màng bảo vệ các giọt nhỏ phụ thuộc vào cấu trúc

phân tử và các tương tác của các polymer sinh học

Hình 1.10: Vị trí phân bố của các polymer sinh học giữa hai pha dầu và nước 1.3.4 Tạo vi nang bằng phương pháp đông tụ (coacervation)

1.3.4.1 Bản chất của phương pháp đông tụ

Quá trình đông tụ (coacervation), theo định nghĩa của Speiser (1976), là một quá trình nhằm vận chuyển các đại phân tử có khả năng tạo màng từ trạng thái solvate hóa trong pha trung gian, tức pha đông tụ, sang một pha khác trong đó

những đại phân tử này sẽ tạo thành lớp màng bao quanh mỗi phần tử thuộc pha này,

và trong giai đoạn cuối cùng, lớp màng này sẽ được làm cứng lại

1.3.4.2 Phân loại các phương pháp đông tụ

Hai phương pháp đông tụ thường dùng để tạo vi nang bao gồm:

 Quá trình đông tụ đơn giản (simple coacervation) dựa trên phương thức đẩy một polymer ra khỏi pha nước bằng cách bổ sung các chất (ví như muối hay rượu)

có ái lực với nước mạnh hơn polymer đó Quá trình này có bản chất của một quy trình tách nước trong đó quá trình phân tách pha lỏng giúp hình thành nên các phần

tử dạng rắn do các giọt dầu được bao trong lớp vỏ polymer và khi lớp vỏ cứng lại sẽ tạo thành các hạt vi nang

 Quá trình đông tụ phức hợp (complex coacervation) lại hình thành nên phức

hệ mang điện trái dấu Quá trình này bao gồm việc phối trộn hai dung dịch keo tại giá trị pH thích hợp sao cho một dung dịch keo tích điện âm, trong khi dung dịch keo còn lại sẽ tích điện dương, việc phối trộn như vậy sẽ dẫn đến hiện tượng tách pha và các phần tử dạng rắn hay các giọt lỏng sẽ được bao trong lớp vỏ hình thành

từ hỗn hợp keo trên (Rabiskova và Valaskova, 1998)

Một số thông số như trọng lượng phân tử của polymer, tỷ lệ về khối lượng giữa các polymer sử dụng, nhiệt độ và thời gian tiến hành đều có thể tác động đến quá trình hình thành cũng như mức độ hoàn thiện của giọt đông tụ Phương pháp đông tụ thích hợp khi vật liệu nhân nang ở thể rắn hoặc lỏng thuộc nhóm chất không tan trong nước, như vậy các hoạt chất sẽ không bị hòa tan vào pha nước Có thể sử dụng các chất hoạt động bề mặt kỵ nước nhằm tăng hiệu suất bao quanh pha dầu (Rabiskova và Valeskova, 1998)

Các giọt tụ coacervate được hình thành thông qua cơ chế tách pha lỏng-lỏng

từ một dung dịch nước thành một pha lỏng giàu polymer (pha đông tụ) và một pha lỏng nghèo polymer Tùy theo số lượng các dạng polymer hiện diện trong chất lỏng

mà quá trình có thể được xếp loại như sau: quá trình đông tụ (đơn giản) khi chỉ có một loại polymer hiện diện, hay là quá trình đông tụ phức hợp khi trong dung dịch

có chứa ít nhất hai loại polymer tích điện trái dấu Trong đó, dạng giọt tụ phức hợp thường được dùng để tạo vi nang chứa các chất mang hoạt tính

1.3.4.3 Một số ứng dụng tạo vi nang các hợp chất dạng dầu bằng phương pháp đông tụ

Có nhiều nhà nghiên cứu đã thành công về việc tạo vi nang bằng phương pháp đông tụ với hỗn hợp là protein (gelatin .) và tinh bột (gôm Arabica, Cellulose ) Tuy nhiên hiệu suất bao gói phụ thuộc nhiều vào độ ổn định của hỗn hợp nhũ tương trước và sau khi tiến hành đông tụ Ví dụ như Rabisco và cs đã bổ sung Span 85, Span 80, Span 40, lecithin từ lòng đỏ, Tween 80 vào trong quá trình bao gói acide oleic (Rabiskova & Valaskova 1998) Zhi-Jian-Dong và cs đã dùng transglutaminase để thay thế formaldehyde hay glutaraldehyde trong quá trình bao gói dầu bạc hà (Dong et al 2011) Sovilj và cs trong nghiên cứu về tạo vi nang đối với dầu từ hạt hướng dương, từ quả hạt bí đỏ và từ hỗn hợp dầu từ hạt hướng dương

và hạt lanh, đã dùng chất hoạt động bề mặt sodium dodecylsulfate (SDS) kết hợp với 1% hydroxypropylmethylcellulose (HPMC)/sodium carboxymethycellulose (NaCMC) tỷ lệ (0.7/0.3) Hiệu quả của việc tạo vi nang sau khi sấy từ 3 loại dầu trên đạt khoảng 5 g dầu/ g vi nang (Sovilj & Petrovic 2006)

Một nghiên cứu khác của Zimit and Livney (2009) đã tạo được các hạt vi nang DHA với kích thước 100 µm với chất bao gói là betalactoglobulin và pectin Theo nhóm nghiên cứu này thì 0,22 mM DHA được trộn với 0,05% betalactoglobulin, sau đó thêm 0,6% pectin, và chỉnh pH = 4,5 Các hạt vi nang tạo

ra bền và trong suốt trong môi trường nước Tuy nhiên, hàm lượng DHA được bao gói thì tương đối thấp so với các phương pháp khác

1.4 Tình hình nghiên cứu tạo vi nang dầu gấc ở Việt Nam

Công nghệ vi nang là một lĩnh vực rất được thế giới quan tâm và cũng đã có rất nhiều công bố khoa học về tạo vi nang các hợp chất tan trong dầu (tinh dầu, dầu

cá, axit béo không no PUFA ) Phương pháp phổ biến sử dụng là phương pháp sấy phun và phương pháp đông tụ Tuy nhiên, vi nang dầu gấc thì hiện nay có rất ít công bố thế giới

Công bố gần đây nhất là của Kha và cs nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện sấy đối với quá trình sấy màng gấc ở nhiệt độ từ 1200C đến 2000C với vật liệu trợ sấy là maltodextrin ở các nồng độ khác nhau (10%, 20%, 30%) Hiệu suất tạo vi nang đạt được từ 30 – 80% (Kha et al.2010)

Nghiên cứu của Vương và cs (Vuong et al 2005), Viện Công nghiệp thực

phẩm, thử nghiệm tạo vi nang beta – caroten thu được từ nấm sợi Blakeslea trispora

bằng phương pháp đông tụ với gelatin làm rắn bằng glutaraldehyde và phương pháp bay hơi dung môi sử dụng chitosan Đối với phương pháp bay hơi dung môi, vi nang tạo thành có màu nâu đậm, hiệu suất tạo vi nang đạt được 27.27%, đồng thời hạt vi nang có kích thước dưới 100 µm Đối với phương pháp đông tụ, nhóm tác giả

đã tạo được hạt vi nang có màu vàng cam, có kích thước dưới 400 µm với hiệu suất tạo vi nang lên tới 80.68% Tuy nhiên, sản phẩm vi nang tạo thành theo hai phương pháp này không có khả năng hòa tan vào trong nước

Nghiên cứu của Đặng và cs (Dang et al 2009), Đại học Dược Hà Nội, nghiên cứu tạo hạt nano dầu gấc với phương pháp khuếch tán nhũ tương và polymer hóa bề mặt Nghiên cứu này sử dụng polyvinyl alcohol làm vỏ vi nang

Ngoài ra, các công bố về sản xuất bột gấc mới chỉ quan tâm đến chế độ tách chiết và sấy để bảo quản hoạt tính của dầu gấc chứ chưa quan tâm tới biện pháp bảo

vệ các hoạt tính đó (tạo vi nang) (Tran 2007)

CHƯƠNG II: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

 Polymer sinh học biển sử dụng trong đề tài gồm gelatin và carrageenan

 Chất nhũ hóa sử dụng là Tween 80 và Span 80

2.1.3 Dụng cụ, trang thiết bị

Dụng cụ Trang thiết bị

Pipet 5000 Cân kĩ thuật 1000g

Con cá từ Cân phân tích

Cốc thủy tinh Máy khuấy từ

Nhiệt kế thủy ngân Thiết bị đo độ nhớt hiệu BROOKFIELD dòng Viscometer –

DV- I Prime, model LVDV_I, serial AP 6522124

Phần mềm đo kích thước hạt Motic Images Plus 2.0 MIPlus Phần mềm chụp ảnh MC Camera

Tủ sấy Máy đo quang UV

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Xác định tỉ lệ pha phân tán φφφ (volume fraction)

Phương pháp

• Đo khối lượng bình trống (mb) bằng cân phân tích

• Điền nước cất vào bình trống và đo tổng khối lượng bình và nước cất (mt)

• Tính thể tích của bình (Vg) bằng công thức:

V g = m w /ρ w = (m t - m b )/ρ w

 mt là tổng khối lượng bình và nước cất

 mb là khối lượng bình trống

 ρw là khối lượng riêng của nước ở các nhiệt độ đo lường cụ thể (Bảng 2.1)

Bảng 2.1 Khối lượng riêng của nước ở áp suất 1atm ở các nhiệt độ khác nhau

• Điền vào bình dung dịch polymer và cân tổng khối lượng (mc) Tính tỉ trọng của pha liên tục (ρc):

ρ c = (m c – m b )/V g

mc: tổng khối lượng bình và dung dịch polymer

• Lặp lại phép đo với pha phân tán để xác tỉ trọng của nó (ρd):

ρ d = (m d – m b )/V g