Nghiên cứu điều chế vi nhũ tương lutein ứng dụng làm chất màu cho nước giải khát

Do đó, để ứng dụng lutein làm chất màu thực phẩm cần chuyển hóa lutein thành các dạng chế phẩm có khả năng phân tán tốt trong pha nước và pha dầu, đồng thời bền màu dưới các điều kiện bả

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS HOÀNG THỊ HUỆ AN TS.TRẦN QUANG NGỌC CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG KHOA SAU ĐẠI HỌC

TS VŨ NGỌC BỘI

Khánh Hịa - 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu do tôi thực hiện Các số liệu và kết luận nghiên cứu trình bày trong luận văn chưa từng được công bố ở các nghiên cứu khác

Học viên

Võ Đình Nguyên Thảo

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ban Giám hiệu, Ban Chủ nhiệm khoa,

và quý thầy cô giảng viên trường Đại học Nha Trang đã tạo mọi điều kiện về cơ sở vật chất, cung cấp cho tôi những kiến thức và kỹ năng cần thiết trong suốt thời gian học tập tại trường, giúp đỡ tôi hoàn thành chương trình đào tạo Thạc sĩ ngành Công nghệ sau thu hoạch

Tôi xin chân thành cảm ơn cán bộ phụ trách Phòng thí nghiệm Bộ môn Hóa đã tạo điều kiện tốt nhất về dụng cụ và trang thiết bị trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn TS.Trần Quang Ngọc đã quan tâm hướng dẫn

và giúp đỡ nhiệt tình trong suốt thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp

Đặc biệt, tôi xin gửi lời biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến TS Hoàng Thị Huệ An đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết giúp đỡ tôi trong việc nâng cao kiến thức, rèn luyện kỹ năng thực nghiệm và tạo mọi điều kiện về trang thiết bị, vật tư cho tôi tiến hành nghiên cứu

Xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ và đóng góp cho tôi nhiều ý kiến quý báu trong suốt quá trình học tập và làm đồ án tốt nghiệp này

Nha Trang, tháng 04 năm 2015

Học viên

VÕ ĐÌNH NGUYÊN THẢO

MỤC LỤC

Trang phụ bìa

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH viii

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về chất màu thực phẩm 4

1.1.1 Tầm quan trọng của chất màu trong chế biến thực phẩm 4

1.1.2 Phân loại chất màu thực phẩm 4

1.1.2.1 Chất màu vô cơ 4

1.1.2.2 Chất màu tổng hợp 5

1.1.2.3 Chất màu tự nhiên 5

1.1.2.4 Chất màu tự nhiên bán tổng hợp 7

1.1.3 Nguyên tắc sử dụng chất màu thực phẩm 8

1.1.4 Tình hình nghiên cứu tách chiết và sử dụng chất màu tự nhiên 9

1.1.4.1 Trên thế giới 9

1.1.4.2 Trong nước 11

1.2 Tổng quan về chất màu lutein 12

1.2.1 Tính chất vật lý và hóa học của lutein 13

1.2.2 Chức năng sinh học và ứng dụng của lutein 14

1.2.2.1 Chức năng sinh học của lutein 14

1.1.2.2 Ứng dụng của chất màu lutein 15

1.2.3 Các nguồn lutein tự nhiên 16

1.3 Tổng quan về vi nhũ tương 17

1.3.1 Định nghĩa về vi nhũ tương 17

1.3.2 Ưu - nhược điểm của vi nhũ tương 18

1.3.3 Sự khác nhau giữa vi nhũ tương và nhũ tương 18

1.3.4 Thành phần của vi nhũ tương 20

1.3.5 Phương pháp điều chế vi nhũ tương 22

1.3.6 Các yếu tố ảnh hưởng tới tính chất của vi nhũ tương 23

1.3.6.1 Chất hoạt động bề mặt 24

1.3.6.2 Chất đồng diện hoạt 24

1.3.6.3 Pha dầu 24

1.3.7 Phân loại vi nhũ tương 25

1.3.8 Ưu - nhược điểm của các hệ vi nhũ tương dùng trong thực phẩm 25

1.3.8.1 Ưu điểm: 25

1.3.8.2 Nhược điểm: 26

1.3.9 Một số đặc tính của vi nhũ tương và cách đánh giá 26

1.3.10 Ứng dụng của vi nhũ tương trong thực phẩm 26

1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về vi nhũ tương 27

1.4.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 27

1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 29

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

2.1 Vật liệu - Hóa chất 30

2.2 Thiết bị 30

2.3 Phương pháp nghiên cứu 31

2.3.1 Quy trình dự kiến điều chế vi nhũ tương lutein 31

2.3.2 Tối ưu hóa điều kiện điều chế vi nhũ tương lutein tan trong nước 32

2.3.3 Thử nghiệm quy trình – Đánh giá chất lượng sản phẩm 34

2.3.3.1 Thử nghiệm quy trình 34

2.3.3.2 Đánh giá chất lượng sản phẩm 34

2.3.4 Khảo sát một số đặc tính hóa - lý của hệ vi nhũ tương lutein 34

2.3.5 Đánh giá độ ổn định của vi nhũ tương lutein 36

2.3.5.1 Đánh giá độ bền màu của vi nhũ tương lutein theo pH 36

2.3.5.2 Đánh giá độ bền màu của vi nhũ tương lutein theo điều kiện bảo quản 36

2.3.6 Ứng dụng tạo màu cho đồ uống - Đánh giá độ bền màu của sản phẩm 37

2.3.6.1 Chọn nồng độ vi nhũ tương lutein thích hợp để tạo màu 38

2.3.6.2 Đánh giá độ bền màu của sản phẩm sữa chua uống hương cam bổ sung vi nhũ tương lutein 38

2.3.7 Phương pháp đánh giá cảm quan 38

2.3.8 Phương pháp xử lý số liệu 39

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40

3.1 Kết quả tối ưu hóa điều kiện điều chế vi nhũ tương lutein 40

3.2 Thử nghiệm quy trình - Đánh giá chất lượng sản phẩm 48

3.2.1 Thử nghiệm quy trình 48

3.2.2 Đánh giá chất lượng sản phẩm 49

3.3 Đề xuất quy trình sản xuất thử nghiệm vi nhũ tương lutein 50

3.3 Đặc tính hóa – lý và độ ổn định của hệ vi nhũ tương lutein 51

3.3.1 Một số tính chất hóa - lý của hệ vi nhũ tương lutein 51

3.3.2 Kết quả đánh giá độ ổn định của vi nhũ tương lutein 54

3.3.2.1 Đánh giá độ bền màu của vi nhũ tương lutein theo pH 54

3.3.2.2 Đánh giá độ bền màu cuả vi nhũ tương lutein theo điều kiện bảo quản 55

3.4 Ứng dụng tạo màu cho sản phẩm sữa chua uống hương cam và đánh giá độ bền màu của sản phẩm theo thời gian bảo quản 57

3.4.1 Chọn nồng độ vi nhũ tương lutein thích hợp để tạo màu 57

3.4.2 Đánh giá độ bền màu của sữa chua uống hương cam theo thời gian bảo quản 58

3.5 Giá thành ước tính cho sản phẩm vi nhũ tương lutein 60

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62

Kết luận 62

Kiến nghị 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

λmax Wavelength of maximum

absorption

Bước sóng hấp thụ cực đại

UV- Vis Ultraviolet-Visible Tử ngoại- khả kiến

w/w Weight / weight Trọng lượng / trọng lượng HLB Hydrophilic Lipophilic Balance Chỉ số cân bằng ưa dầu ưa nước

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Các chất màu vô cơ dùng trong thực phẩm 4

Bảng 1.2 Những đặc tính cơ bản của một số chất màu tự nhiên thông dụng 6

Bảng 1.3 Tính chất của một số chất màu tự nhiên bán tổng hợp 8

Bảng 1.4 Sự khác nhau giữa các hệ nhũ tương và vi nhũ tương 19

Bảng 1.5 Các thành phần của hệ vi nhũ tương 22

Bảng 2.1: Các yếu tố ảnh hưởng chất lượng vi nhũ tương lutein và khoảng giá trị khảo sát 32

Bảng 2.2: Bảng quy hoạch thực nghiệm tối ưu hóa điều kiện điều chế 33

vi nhũ tương lutein 33

Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm theo phương án quy hoạch thực nghiệm tối ưu hóa 40 Bảng 3.2: Các hệ số hồi quy thu được từ thực nghiệm 41

Bảng 3.3: Các hệ số hồi quy thu được từ thực nghiệm 42

Bảng 3.4: Điều kiện tối ưu nhận được bằng phần mềm Modde 5.0 48

Bảng 3.5: Kết quả kiểm tra thực nghiệm mẫu vi nhũ tương lutein (500 g) 49

Bảng 3.6: Bảng đánh giá chất lượng của vi nhũ tương lutein 49

Bảng 3.7 So sánh công thức một số loại vi nhũ tương 50

Bảng: 3.8 Một số tính chất hóa - lý của hệ vi nhũ tương lutein 51

Bảng 3.9: Kết quả đánh giá các chỉ tiêu vật lý theo thời gian bảo quản 54

Bảng 3.10: Kết quả theo dõi độ bền của sữa chua uống bổ sung VNT lutein 58

Bảng 3.11: Giá thành ước tính cho 1 lít sản phẩm vi nhũ tương lutein 60

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Cấu tạo phân tử lutein (dạng đồng phân all-trans) 13

Hình 1.2 Sự khác nhau về kích thước hạt của dung dịch keo (micellar solution), 19

vi nhũ tương (microemulsion) và nhũ tương (emulsion) .19

Hình 1.3 Các thành phần cơ bản của vi nhũ tương .22

Hình 1.4: Sơ đồ bào chế vi nhũ tương 23

Hình 1.5 Phân loại vi nhũ tương 25

Hình 2.1: Quy trình dự kiến điều chế vi nhũ tương lutein 31

Hình 2.2 Bố trí thí nghiệm đánh giá độ ổn định của VNT lutein theo pH 36

Hình 2.3 Bố trí thí nghiệm đánh giá độ bền của vi nhũ tương lutein 37

theo điều kiện bảo quản 37

Hình 2.4 Bố trí thí nghiệm xác định nồng độ vi nhũ tương lutein bổ sung 38

Hình 3.1: Tương quan giữa giá trị độ đục thực nghiệm và độ đục dự đoán 42

từ mô hình (R2= 0,9889) 42

Hình 3.2: Tương quan giữa giá trị độ màu thực nghiệm và độ màu dự đoán từ mô hình (R2= 0,988) 43

Hình 3.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ O/W, nồng độ Tween 80 và Leucithin 44

đến độ đục của vi nhũ tương 44

Hình 3.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ O/W, nồng độ Tween 80 và Leucithin 46

đến cường độ màu vi nhũ tương 46

Hình 3.5: Sơ đồ quy trình điều chế vi nhũ tương lutein 50

Hình 3.6 Các sản phẩm vi nhũ tương lutein 51

Hình 3.7 Hình ảnh vi nhũ tương lutein chụp bằng 52

kính hiển vi điện tử truyền quaTEM 52

Hình 3.8 (a) Phổ hấp thụ khả kiến của vi nhũ tương lutein (λmax = 455; 484 nm) 53

(b) Phổ hấp thụ khả kiến của lutein tinh khiết (> 92%) trong n-hexan (λmax = 445; 472 nm) 53

Hình 3.9 Độ bền màu của vi nhũ tương lutein theo pH 55

Hình 3.10 Độ bền màu của vi nhũ tương lutein theo điều kiện bảo quản (mẫu không bổ sung vitamin E 0,1%) 55

Hình 3.11 Độ bền màu của vi nhũ tương lutein theo điều kiện bảo quản 56

Hình 3.12 Tổng điểm cảm quan của sản phẩm theo tỷ lệ VNT lutein bổ sung để tạo màu 57

LỜI MỞ ĐẦU

Đối với thực phẩm thì yếu tố hấp dẫn người tiêu dùng trước tiên chính là màu sắc Tuy nhiên, do chạy theo lợi nhuận mà một số nhà sản xuất đã sử dụng phẩm màu tổng hợp ngoài danh mục cho phép để nhuộm màu thực phẩm Các loại phẩm màu này

có thể gây ngộ độc cấp tính hoặc có nguy cơ gây ung thư do sự tích lũy lâu dài của những thành phần này trong cơ thể [29] Trong số đó có Tartrazine (E102), một loại phẩm màu thường dùng để tạo màu vàng cho mì ăn liền, nước giải khát, bánh mứt, siro,… Theo một số nghiên cứu, E102 có khả năng làm tăng sự hiếu động thái quá ở trẻ em, ảnh hưởng đến sự phát triển của trẻ, ảnh hưởng đến chức năng sinh sản của nam giới…[30] Chính vì vậy, hiện nay các nhà khoa học ngày càng quan tâm đến việc tìm kiếm những chất màu tự nhiên có khả năng thay thế chất màu tổng hợp độc hại Một trong số những sắc tố tự nhiên được chú ý gần đây là lutein

Trong bối cảnh đó, lutein được xem là sắc tố tự nhiên có tiềm năng ứng dụng lớn trong công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm do không chỉ có màu vàng sáng đẹp mà còn có tác dụng chống oxy hóa, chống lão hóa, ngăn ngừa bệnh thoái hóa điểm vàng, ngăn ngừa bệnh tim mạch và một số bệnh ung thư [21], [24] Lutein là một loại sắc tố carotenoid có màu vàng – cam thường có trong nhiều loài thực vật như súp

lơ xanh, rau bina, rau ngót, vi tảo,… và đặc biệt là có trong cánh hoa cúc vạn thọ châu

Phi (Tagetes erecta L.) với hàm lượng khá lớn (khoảng 1,6 g/kg trọng lượng khô) [19]

Chính vì vậy, trên thế giới và ở Việt Nam đã có một số công trình nghiên cứu chiết tách và tinh chế lutein từ hoa cúc vạn thọ nhằm ứng dụng làm nguyên liệu sản xuất chất màu thực phẩm [2]

Tuy nhiên, cũng như các carotenoid khác, với cấu trúc phân tử chứa mạch hydrocarbon liên hợp khá dài, lutein tan được trong dầu nhưng kém tan trong nước và lại dễ mất màu khi để trong không khí do bị phân hủy dưới tác dụng của các tác nhân acid, chất oxy hóa, ánh sáng và nhiệt độ cao [8] Do đó, để ứng dụng lutein làm chất màu thực phẩm cần chuyển hóa lutein thành các dạng chế phẩm có khả năng phân tán tốt trong pha nước và pha dầu, đồng thời bền màu dưới các điều kiện bảo quản thực phẩm nhất định

Vi nhũ tương (microemulsion) là một hệ phân tán có kích thước hạt từ 10– 200 nm, có độ trong suốt cao, bền nhiệt động học, phân tán tốt trong nước và dầu,

đồng thời giữ được hoạt tính của chất phân tán trong thời gian khá dài [21] Do những

ưu điểm trên, phương pháp điều chế vi nhũ tương hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm để tạo ra các chế phẩm chứa các chất màu, tinh dầu, vitamin, dưỡng chất… để tăng độ bền và khả năng chuyển giao hoạt chất [9], [14] Các nghiên cứu cũng cho thấy để điều chế các hệ vi nhũ tương có khả năng phân tán tốt trong pha nước và pha dầu, thường phải dùng một hệ gồm từ 2 đến 3 chất hoạt động bề mặt (HĐBM) khác nhau trong đó có chất HĐBM ưa dầu hơn (có chỉ số HLB1 thấp) đến chất ưa nước hơn (có HLB cao) Trong một số trường hợp

có thể dùng thêm chất đồng hoạt động bề mặt (co-surfactant) – thường là alcol có mạch dài trung bình, để giảm sức căng bề mặt của hệ và tăng tính ổn định của hệ vi nhũ tương thu được [14]

Ở nước ta, lutein cũng đã được Bộ Y tế đưa vào danh mục các chất màu thực phẩm được phép sử dụng từ năm 2012 [1] Tuy nhiên, chất màu này hiện vẫn đang được nhập khẩu với giá khá đắt (lutein 90% khoảng 8 – 11 triệu VNĐ/kg) Mặc dù đã

có một vài công trình nghiên cứu chiết tách lutein từ nguồn nguyên liệu cúc vạn thọ trong nước để thay thế cho sản phẩm ngoại nhập nhưng chưa có công bố nào liên quan

về việc điều chế lutein vi nhũ tương nhằm ứng dụng làm chất màu thực phẩm [2], [9] Việc điều chế vi nhũ tương lutein là một hướng đi mới, hứa hẹn được ứng dụng rộng rãi và có hiệu quả trong thực phẩm để thay thế các chất màu vàng độc hại như Sudan

II, Tartrazine, đồng thời là tiền đề cho việc điều chế vi nhũ tương các chất khác Do

vậy, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu điều chế vi nhũ tương lutein ứng dụng làm chất màu cho nước giải khát”

Mục tiêu đề tài:

Xây dựng quy trình thích hợp điều chế vi nhũ tương lutein ổn định trong nước,

có thể ứng dụng làm chất màu thực phẩm

Nội dung nghiên cứu:

• Xây dựng quy trình thích hợp điều chế vi nhũ tương lutein ổn định trong nước

• Đánh giá độ bền màu của vi nhũ tương lutein trong một số điều kiện bảo quản khác nhau

1

HLB (Hydrophyl Lipophyl Balance): chỉ số cân bằng ưa dầu – ưa nước

• Ứng dụng tạo màu và đánh giá độ bền màu cho nước giải khát Từ đó, đánh giá khả năng ứng dụng của sản phẩm

Ý nghĩa khoa học của đề tài:

Tạo ra sản phẩm chất màu mới, làm nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo về nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng chất màu

Tạo ra dẫn liệu khoa học làm tài liệu tham khảo cho các nhà nghiên cứu chất màu thực phẩm

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

Tạo ra được chế phẩm lutein tự nhiên, ứng dụng an toàn làm chất màu thực phẩm, nhờ đó hạn chế việc sử dụng các chất màu tổng hợp gây hại cho sức khỏe người tiêu dùng

Góp phần làm đa dạng hóa, tăng thêm sự lựa chọn chất màu thực phẩm cho những nhà chế biến, kinh doanh thực phẩm

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về chất màu thực phẩm

1.1.1 Tầm quan trọng của chất màu trong chế biến thực phẩm

Màu sắc là một trong những chỉ tiêu cảm quan quan trọng để đánh giá chất lượng sản phẩm, làm tăng giá trị cảm quan của thực phẩm (bánh kẹo, nước giải khát ) Quan trọng hơn hết là màu sắc ảnh hưởng đến chất lượng, mùi vị, độ ngọt của thực phẩm, nếu giữa màu sắc và mùi vị không có sự tương ứng, phù hợp lẫn nhau thì người tiêu dùng sẽ không cảm nhận được chính xác mùi vị và chất lượng của thực phẩm Do vậy, việc bổ sung chất màu trong thực phẩm có ý nghĩa rất quan trọng:

Giúp phục hồi lại chất màu tự nhiên của thực phẩm khi những chất màu này bị mất đi trong quá trình chế biến, hay trong quá trình bảo quản

Xác định rõ hay nhấn mạnh cho người tiêu dùng chú ý tới mùi tự nhiên của rất nhiều loại thực phẩm do giữa màu sắc và mùi vị thường có quan hệ với nhau

Gia tăng màu sắc đặc hiệu cho những loại thực phẩm không có màu hay có màu nhạt nhằm làm gia tăng giá trị cảm quan của chúng

Làm đồng nhất màu sắc của thực phẩm từ lô sản phẩm này đến lô sản phẩm khác Tạo cho thực phẩm có màu sắc hấp dẫn hơn [4]

1.1.2 Phân loại chất màu thực phẩm

Chất màu thực phẩm được chia thành các nhóm chính: chất màu vô cơ, chất màu tổng hợp, chất màu tự nhiên và chất màu bán tổng hợp

1.1.2.1 Chất màu vô cơ

Chất màu vô cơ được sản xuất rất nhiều, tuy nhiên trong thực phẩm thường chỉ dùng để trang trí Phần lớn các chất màu vô cơ có tính độc nên cần phải thận trọng khi

sử dụng trong thực phẩm [4].

Bảng 1.1 Các chất màu vô cơ dùng trong thực phẩm [4]

Tên chất màu Sử dụng Liều dùng (mg/kg thể trọng)

1.1.2.2 Chất màu tổng hợp

Các chất màu tổng hợp là những chất màu được tạo ra bằng các phản ứng tổng hợp hóa học như Tartrazin, Azorubin, Amaranth

Các loại chất màu hữu cơ tổng hợp được chia làm 3 nhóm:

Nhóm A: gồm các chất không mang độc tính nhưng gây ngộ độc tích lũy

Nhóm B: gồm 5 loại màu là β-caroten tổng hợp, xanh lơ VRS (kí hiệu CI.42090), Erythrozin (kí hiệu CI.45430), Indigocarmin (kí hiệu CI.73015), xanh lục sáng FCF

Nhóm C: bao gồm tất cả các loại màu hữu cơ tổng hợp khác nhau chưa được nghiên cứu, hoặc nghiên cứu không rõ ràng

Các chất màu tổng hợp được sử dụng trong phạm vi tương đối hẹp, thường sử dụng trong sản xuất bánh kẹo và các lọai đồ uống không cồn, trong sản xuất đồ hộp chủ yếu là đồ hộp hoa quả Tất cả các chất màu tổng hợp đều độc với con người nên khi sử dụng phải tuân theo sự chỉ dẫn trong tài liệu kỹ thuật [4]

Hiện nay một số chất màu hữu cơ tổng hợp, (đặc biệt là thuốc nhuộm azo) bị hạn chế sử dụng do người ta nghi ngại về những ảnh hưởng không tốt của nó đối với sức khỏe con người Chẳng hạn, một số nghiên cứu đã phát hiện những enzyme trong ruột non có khả năng xúc tác cho phản ứng khử các phẩm màu azo để sinh ra các tác nhân gây ung thư

1.1.2.3 Chất màu tự nhiên

Chất màu tự nhiên là những chất màu hữu cơ thu nhận được từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên có thể ăn được (động vật, thực vật, vi sinh vật) Ngoài ra chất màu tự nhiên cũng có thể được hình thành trong quá trình nấu nướng (ví dụ: caramel) Chất màu tự nhiên đã được con người biết đến và sử dụng từ lâu để tạo màu cho thực phẩm Ưu điểm của chất màu tự nhiên là không độc, tạo ra màu sắc đẹp cho sản phẩm, đồng thời chúng lại có mùi, vị gần giống như nguồn tự nhiên của chúng Một

số chất màu tự nhiên còn có họat tính sinh học tốt với sức khỏe (như khả năng chống oxy hóa, tăng cường sức đề kháng của cơ thể…) Tuy nhiên, so với chất màu tổng hợp, chất màu tự nhiên thường kém bền (dễ mất màu dưới tác dụng của ánh sáng, nhiệt độ, pH) và có giá thành cao do việc thu hồi, tách chiết chúng từ các nguồn tự nhiên khá tốn kém Vì vậy, trước đây việc sử dụng chúng trong chế biến thực phẩm

chưa phổ biến lắm Tuy nhiên, khoảng 25 - 30 năm gần đây, khi người tiêu dùng bắt đầu lo ngại về sự an toàn của một số chất màu tổng hợp (ví dụ: Tartrazine gây nên sự hiếu động thái quá và ảnh hưởng đến khả năng nhận thức ở trẻ em) thì người ta mới bắt đầu quan tâm đến việc thương mại hóa và ứng dụng chất màu tự nhiên trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm Để khắc phục nhược điểm của nhiều chất màu tự nhiên là kém tan trong nước, nhạy cảm với tác nhân oxy hóa và nhiệt độ cao, các nhà sản xuất đã ứng dụng các công nghệ hiện đại (điều chế chất màu dạng vi nang hay vi nhũ tương) để tạo ra các loại phẩm màu với các gam màu khác nhau, đáp ứng yêu cầu người sử dụng Vì vậy, trong những năm gần đây, ngành công nghiệp sản xuất chất màu tự nhiên trên thế giới đang phát triển nhanh chóng và trở thành một trong những lĩnh vực kinh doanh đầy tiềm năng

Chất màu tự nhiên được chia làm ba nhóm chính:

- Anthocyan làm hoa quả có màu đỏ và màu xanh lam

- Carotenoid có màu vàng

- Chlorophyll: sắc tố xanh lá cây [4]

Bảng 1.2 Những đặc tính cơ bản của một số chất màu tự nhiên thông dụng [6] Chất màu Nguồn tự

Curcumin Củ nghệ Vàng cam sáng Không tan trong nước Nhạy với

ánh sáng khi hòa tan và có mặt nước Dùng phổ biến trong các món tráng miệng và mứt quả

Lutein Hoa cúc vạn

thọ, cỏ linh lăng

Vàng kim Sắc tố carotenoid tan trong dầu

Có nhiều trong thực phẩm tự nhiên Đã phát triển thành sản phẩm tan trong nước, bền với sự oxy hóa nhằm tạo màu cho các món tráng miệng, nước giải khát, bánh nướng

Vàng kim cam Hỗn hợp carotenoid tan trong dầu

(chủ yếu là β-carotene) Nhạy với

sự oxy hóa, có hoạt tính tiền vitamin A

Bixin/

Norbixin

Hạt điều nhuộm

Cam Bixin tan trong dầu; Norbixin

phân tán trong nước Trước đây dùng phổ biến ở EU, nay hạn chế Dùng phổ biến trong kem lạnh, phomai, chất béo màu vàng,

cá hun khói

Capsanthin/

Capsorubin

Ớt (

Capsicum anmum L.)

Cam đỏ Carotenoid tan trong dầu Mùi

capsanthin phải < 250 ppm (quy định của EU) Dùng trong các món xốt, mứt quả, bánh nướng Lycopen Cà chua Đỏ cam Carotenoid tan trong dầu Ít được

thương mại hóa do kém tan, giá thành cao Không có trong danh mục chất màu ở Mỹ

Hồng – đỏ Là son nhôm của acid carminic

Trong môi trường acid có thể biến đổi màu và kết tủa

Betanin Củ cải đỏ Hồng đến đỏ Tan trong nước, mất màu khi gia

nhiệt Dùng phổ biến trong kem lạnh, món tráng miệng

Anthocyanin Vỏ nho đen,

bắp cải tím

Hồng/đỏ/tím/xanh tùy theo pH

Có nhiều trong các loại hoa quả, rau màu đỏ Nguồn tự nhiên lớn nhất là vỏ nho (phế phẩm của công nghiệp rượu vang) Dùng phổ biến trong nước giải khát

Chlorophyll Cỏ, linh lăng,

tầm ma

Xanh lục Chlorophyll phân tán trong dầu,

tan ít trong nước Ít dùng do kém tan, màu không tươi

Đồng

chlorophyll

Cỏ, linh lăng, tầm ma

Lục lam Trao đổi Mg2+ trong khung

porphyrin của chlorophyll bởi

Cu2+, tạo chất màu lục lam sáng

và bền hơn

Crocin Cây nghệ tây,

quả dành dành

Vàng Carotenoid tan trong nước không

còn trong danh mục chất màu của

EU

TiO2 Khoáng vật

anatase

Trắng Không tan trong nước dùng

trong mứt quả, bánh kem

1.1.2.4 Chất màu tự nhiên bán tổng hợp

Chất màu tự nhiên bán tổng hợp là những chất màu được tổng hợp để có cấu trúc phân tử giống như dạng tự nhiên của chúng Được ứng dụng nhiều nhất là các carotenoid tổng hợp như β-apocarotenal, β-carotene… Do các carotenoid này dễ bị oxy hóa dẫn đến mất màu nên chúng thường được phối trộn với các chất chống oxy hóa (như tocopherol, ascorbyl palmitat) để ngăn ngừa hiệu ứng này [4]

Bảng 1.3 Tính chất của một số chất màu tự nhiên bán tổng hợp [4]

β-carotene (E160a) Vàng đến cam Ít tan trong dầu, có hoạt tính tiền

vitamin A β-Apo-8’-carotenal (E160e) Cam hơi đỏ Ít tan trong dầu, có hoạt tính tiền

vitamin A nhưng kém hơn β-carotene Ethyl ester của β-apo-8-

carotenoic acid (E160f)

Vàng/cam Tan trong dầu, có hoạt tính tiền vitamin

A nhưng kém hơn β-carotene Riboflavin; Riboflavin 5’

phosphate (E101) (I&II)

vàng Tan ít trong nước, nhạy cảm với ánh

sáng (dễ mất màu) Canthaxanthin (E161g) Hồng hơi cam Chỉ cho phép dùng trong xúc xích

Strassbourg Có trong cá hồi, tôm và hồng hạc

1.1.3 Nguyên tắc sử dụng chất màu thực phẩm

Về nguyên tắc, bổ sung chất màu thực phẩm nhằm phục hồi màu vốn có của thực phẩm bị tổn thất trong quá trình chế biến Không được dùng chất màu để che đậy khuyết điểm của thực phẩm hoặc để người tiêu dùng nhầm lẫn về sự có mặt của một vài thành phần thực phẩm [4] Trước khi quyết định sử dụng chất màu thực phẩm bổ sung vào một sản phẩm ta cần quan tâm đến các yếu tố sau:

- Trạng thái của chất màu: chất màu ở dạng lỏng hay dạng bột, người tiêu dùng vẫn ưa dùng chất màu ở dạng lỏng hơn

- Sự chuyển màu mới như thế nào: thường phối trộn nhiều màu với nhau để đạt được màu mong muốn cho thực phẩm

- Thành phần các chất trong thực phẩm: sự có mặt của protein, nước, chất béo, tannin sẽ ảnh hưởng đến độ trong hay vẩn đục của chất màu phối trộn trong thực phẩm đó

- pH: sự ổn định cũng như sự chuyển màu của chất màu đều có thể bị ảnh hưởng của pH của môi trường thực phẩm

- Điều kiện chế biến: đặc biệt là thời gian và nhiệt độ ảnh hưởng tới chất lượng màu phối trộn

- Điều kiện bao gói: quyết định đến mức độ xâm nhập của không khí và ánh sáng vào thực phẩm, có thể làm biến đổi chất màu

- Điều kiện bảo quản và thời gian sử dụng: Chất màu sử dụng chỉ bền dưới những điều kiện bảo quản thích hợp và trong một thời hạn nhất định [4]

Ngoài ra, chất màu thực phẩm cần phải hội đủ các tiêu chuẩn sau về phương diện vệ sinh an toàn thực phẩm và cảm quan:

- Không có độc tính

- Không là nguyên nhân hay tác nhân gây bệnh

- Không gây mùi lạ và làm ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm

1.1.4 Tình hình nghiên cứu tách chiết và sử dụng chất màu tự nhiên

mẽ trong việc nghiên cứu và thương mại hóa các chất màu tự nhiên hay tự nhiên bán tổng hợp Tuy vậy, những chất màu tổng hợp đã được chứng nhận an toàn vẫn chiếm thị phần khá lớn trên thị trường chất màu toàn cầu do giá thành rẻ và bền màu Tính đến năm 2000, thị trường chất màu toàn cầu ước tính khoảng 940 triệu USD, trong đó chất màu tổng hợp chiếm 400 triệu USD (42%), chất màu tự nhiên là 250 triệu USD (27%), chất màu tự nhiên bán tổng hợp là 189 triệu USD (20%), chất màu caramel chiếm 100 triệu USD (11%) Theo dự báo, trong tương lai thị trường chất màu tự nhiên và chất màu tự nhiên bán tổng hợp sẽ tăng trưởng 5 – 10% / năm, còn chất màu tổng hợp thì thấp hơn (3 – 5% / năm) [6]

Sự thay đổi thị hiếu người tiêu dùng trong việc tìm đến các thực phẩm tự nhiên hơn cũng đã đặt ra cho các nhà khoa học và các nhà sản xuất nghiên cứu và ứng dụng công nghệ hiện đại nhằm cải thiện những nhược điểm của chất màu tự nhiên là kém tan trong nước, kém bền màu dưới tác dụng của nhiệt độ, acid và ánh sáng

Việc nghiên cứu phát triển chất màu tự nhiên trong những năm gần đây bao gồm các xu hướng sau:

Tìm nguồn sắc tố mới: Điều tra, phát hiện và nghiên cứu tách chiết chất màu từ nguồn nguyên liệu tự nhiên (chủ yếu là từ thực vật) Đây là hướng nghiên cứu được

nhiều quan tâm vì chất màu thu được có độ an toàn cao Theo hướng nghiên cứu này nhiều chất màu đã được sản xuất và ứng dụng

Ví dụ: chiết chất màu anthocyan (màu tím) từ vỏ quả nho; chất màu anthocyanin acetyl hóa (có màu hồng ở pH thấp, màu tím hoa cà – tím đỏ ở pH 5 -6 , màu xanh lam

ở pH 7 – 8) từ cà rốt đen hay bắp cải đỏ (Brassica oleracea); betalain từ củ cải đỏ;

indigotin (màu xanh chàm) từ là cây chàm; annatto (màu đỏ - cam) từ hạt điều nhuộm; lycopen (màu đỏ) từ cà chua hay màng hạt gấc; lutein ( màu vàng – cam) từ hoa cúc

vạn thọ; phycocyanin (màu xanh lam) từ vi tảo Spirulina…[6], [11]

Hiện nay, một số loài thực vật cho chất màu thực phẩm được trồng và khai thác với số lượng lớn tại một số nước

Ví dụ: cây điều nhuộm (Bixa orellana) được trồng nhiều ở Peru, Kenya, Ấn Độ để

thu chất màu annatto xuất khẩu sang Mỹ, Nhật, Đông Âu (10.000 tấn/năm); cây cúc

vạn thọ (Tagetes erecta) được trồng nhiều ở Trung Quốc, Ấn Độ, Brazil, Peru để tách chiết chất màu lutein; cây nghệ vàng (Curcuma longa) được trồng nhiều ở Ấn Độ để

chiết chất màu curcumin…[6], [11], [12]

Bán tổng hợp chất màu từ các hợp chất thu được từ thực vật: Đây là hướng nghiên cứu có nhiều triển vọng, có thể sản xuất nhiều loại chất màu khác nhau (ví dụ: β-carotene, β-apo-carotenal…) Tuy nhiên giá thành khá cao và đòi hỏi công nghệ phức tạp

Nghiên cứu sản xuất chất màu thực phẩm bằng công nghệ sinh học: Đây là hướng nghiên cứu đang được triển khai ở các nước có trình độ kỹ thuật cao Theo hướng này các kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật, lên men vi sinh vật, ghép gen, đã được nghiên cứu ứng dụng để sinh tổng hợp chất màu (anthocyan, carotenoid, betalain,…)

từ các hợp chất hữu cơ có trong môi trường nuôi cấy Trong đó, phương pháp nuôi cấy

mô thực vật được xem là hiệu quả hơn cả để sản sinh chất màu tự nhiên [20]

Ví dụ: Nuôi cấy mô sần cây Aralina để thu chất màu đỏ tự nhiên; nuôi cấy mô sần cây Hồng hoa (Carthamus tinctorius) để thu màu đỏ hoa rum; điều chế chất màu bằng cách cho nấm men Aspergillus phát triển trong môi trường nuôi cấy chứa nguyên

liệu thực vật (đã được nghiền nát và thanh trùng), chất màu thu được do quá trình sinh

tổng hợp bởi Aspergillus sau đó sẽ được chọn lọc và cô đặc [20]

Tuy nhiên, không thể sản xuất liên tục theo phương pháp này vì chất màu được lưu giữ bên trong các mô chứ không tiết ra môi trường nuôi cấy Vì vậy, cho đến nay

chưa có chất màu thực phẩm tự nhiên nào được sản xuất ở quy mô lớn bằng công nghệ sinh học Do đó, phương pháp này chỉ có ý nghĩa khi không thể trồng hay nhân giống các loại thực vật sinh ra chất màu

Ngoài ra, việc sinh tổng hợp chất màu tự nhiên từ một số tảo đơn bào hay nấm mốc cũng là những kỹ thuật có triển vọng Chẳng hạn, gần đây đã sinh tổng hợp β-carotene

từ nấm mốc Blakeslea trispora và sản phẩm này đã được thương mại hóa thành chất

màu tự nhiên bởi công ty Gist Brocades (DSM Gist Brocades Delft, Heerlen, Hà Lan) [6], [11], [20]

1.1.4.2 Trong nước

Hiện nay, tất cả các chất màu thực phẩm ở nước ta đều được nhập khẩu Theo quy định của luật thực phẩm, chỉ có các chất màu nằm trong danh mục cho phép của

Bộ Y Tế mới được dùng trong chế biến thực phẩm Tuy nhiên, ở nước ta việc quản lý

sử dụng phụ gia tạo màu trong chế biến thực phẩm còn rất lỏng lẻo Hơn nữa, các cơ

sở sản xuất do chạy theo lợi nhuận nên thường sử dụng những chất màu hóa học rẻ tiền (không nhãn mác, xuất xứ) và không đúng liều lượng cho phép hoặc thậm chí sử dụng những chất màu độc hại, không có trong danh mục cho phép của Bộ Y Tế

Ví dụ: Tạo màu tương ớt bằng Sudan; nhuộm màu đỏ cho hạt dưa bằng Rhodamin B; tạo màu cho đồ uống (trà, sữa, rượu, bia…), kẹo, đồ nướng và thức ăn cho vật nuôi bằng Blue No.1 và No.2 (gây ung thư ở chuột); tạo ra màu đỏ anh đào cho rượu cocktail, kẹo và đồ nướng bằng Red No.3 (gây ra khối u tuyến giáp); tạo màu cho kẹo và nước giải khát bằng Green No.3 (gây ung thư bàng quang); tạo màu cho nước giải khát, xúc xích, gelatin, đồ nướng và kẹo bằng Yellow No.6 (có thể gây khối

u ở thận và tuyến thượng thận) [29]

Theo xu hướng chung của thế giới, người tiêu dùng trong nước cũng ngày càng quan tâm hơn đến vấn đề an toàn thực phẩm, ưa chuộng các loại thực phẩm được nhuộm màu tự nhiên Do vậy, nhu cầu sử dụng chất màu tự nhiên là khá lớn Trong khi đó, nước ta nằm trong vùng nhiệt đới nóng ẩm, thích hợp cho nhiều loại cây cỏ, thực vật cho lá, hoa, quả có màu sắc phong phú để làm nguyên liệu sản xuất các chất màu ứng dụng trong công nghệ thực phẩm Vì vậy, việc điều tra nguồn nguyên liệu và nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất chất màu tự nhiên có chất lượng tốt, giá thành hạ, quy trình sản xuất đơn giản phù hợp với điều kiện sản xuất trong nước rất được quan tâm

Lưu Đàm Cư và Trần Minh Hợi đã điều tra và sơ lược đánh giá các cây nhuộm màu thông dụng ở nước ta, trong đó ghi nhận có 200 loại cây cho chất nhuộm màu thuộc 57 chi Ngoài ra, cũng đã phát hiện 114 loài cây đã được sử dụng hay có khả năng khai thác làm chất màu thực phẩm ở Việt Nam [2]

Trong khoảng 15 – 20 năm gần đây, tại các trường đại học và các viện nghiên cứu trong nước cũng đã thực hiện nhiều nghiên cứu về công nghệ chiết xuất chất màu

tự nhiên như: chiết chất màu anthocyan từ cây cẩm (Peristrophe bilvavis), đài hoa bụp dấm (Hibicus sabdariffa L.), từ lá gai (Boechmeria nivea L Gaudich); betalain từ củ dền (Beta vulgaris L.); annatto từ hạt điều (Bixa orellana L.), carotene từ màng hạt gấc (Momordica cochinchinensis L Spreng.); curcumin từ củ nghệ vàng (Curcuma longa L.); crocin từ quả dành dành (Gardenia jasminoides), lutein từ hoa cúc vạn thọ (Tagetes erecta L.)… Đáng chú ý nhất là các đề tài xây dựng quy trình công nghệ

chiết tách curcumin từ củ nghệ và đề tài nghiên cứu công nghệ sản xuất chất màu

anthocyan từ đài quả bụt giấm (Hibicus) và chlorophyll từ lá tre nứa (Bambusa) Các

sản phẩm của đề tài này đã được thương mại hóa (curcumin) hoặc đã sản xuất ở quy

mô pilot và ứng dụng trên một số thực phẩm Ngoài ra, còn nhiều công trình khác chỉ mới dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm chứ chưa được ứng dụng như:

- Trần Thị Huyền Nga và cộng sự đã nghiên cứu chiết xuất, tinh chế và xác định hoạt tính sinh học của một vài carotenoid từ cây cỏ Việt Nam Nhóm tác giả đã xác định được hàm lượng của các carotenoid trong 68 mẫu thực vật Theo đó, β-carotene có nhiều nhất trong quả gấc (màng hạ gấc: 22mg/100g; cùi thịt: 11,4mg/100g) Đặc biệt là mẫu lá gấc bánh tẻ có chứa hàm lượng β-caroten và lycopen khá cao (15 mg/100 g) Lycopen có nhiều nhất trong quả thịt cà chua (45 mg/100 g), còn lutein có nhiều nhất trong cánh hoa cúc vạn thọ (714 mg/100 g) [5]

- Hoàng Thị Huệ An và cộng sự đã nghiên cứu tách chiết và tinh chế lutein từ

hoa cúc vạn thọ (Tagetes erecta L.) Đề tài đã xác định được điều kiện thích hợp để xử

lý hoa cúc vạn thọ nhằm mang lại hiệu suất chiết lutein cao nhất và xây dựng được quy trình tách chiết và tinh chế lutein từ hoa cúc vạn thọ đảm bảo yêu cầu về độ tinh khiết [2]

1.2 Tổng quan về chất màu lutein

Lutein có nguồn gốc từ luteum, theo tiếng Latinh có nghĩa là noãn hoàng, do lần đầu tiên được phát hiện và tách chiết từ noãn hoàng [5]

Lutein là một sắc tố màu vàng thuộc nhóm sắc tố carotenoid, được coi là tiền thân của vitamin A, là dẫn xuất 3,3’-diol của β, ε-caroten [2]

Công thức phân tử: C40H56O2;

Trọng lượng phân tử: 568,88 g/mol

Công thức cấu tạo: Lutein là một oxycarotenoid, trong phân tử ngoài khung isoprenoid C40 cơ bản chung cho tất cả các carotenoid còn có chứa 2 nhóm – OH ở 2 vòng đầu mạch (một vòng β- và một vòng α-ionon) Mặc dù chuỗi liên kết đôi có mặt

trong lutein có thể tồn tại trong cấu hình trans hay cis (mono-cis và poly-cis) nhưng phần lớn lutein tự nhiên tồn tại ở cấu hình trans (Hình 1.1)

6 7

8 9

10 11

12 13

14 15

15'

14'

13' 12'

7' 6'

19' 3

HO

1

1 2

16' 17' 18'

Hình 1.1 Cấu tạo phân tử lutein (dạng đồng phân all-trans)

1.2.1 Tính chất vật lý và hóa học của lutein

a Tính chất vật lý

Lutein tinh thể ở dạng bột chảy tự do có màu đỏ cam

Lutein kết tinh ở dạng tinh thể hình kim, khối lăng trụ đa diện, dạng lá hình thoi với điểm nóng chảy 190 – 193oC Tinh thể lutein được bảo quản tốt nhất ở -18°C

Lutein không tan trong nước, ít tan trong hexan, trong alcol và ete, nhưng tan tốt trong diclorometan.

Do có chuỗi polyen liên hợp trong phân tử nên lutein hấp thụ được bức xạ khả kiến, trong đó bước sóng hấp thụ cực đại vào khoảng 445 nm Tuy nhiên, cực đại hấp thụ này thay đổi ít nhiều tùy theo dung môi được sử dụng [8], [19]

b Tính chất hóa học

Lutein rất nhạy cảm đối với acid, các tác nhân ánh sáng, nhiệt độ, bền vững với kiềm Hệ thống nối đôi liên hợp (polyen) là nguyên nhân chính làm cho các phân tử lutein ở dạng tự do trong dung dịch rất dễ bị oxy hóa hoặc bị đồng phân hóa, hydro hóa dẫn đến sự nhạt màu hay mất màu Các tác nhân ảnh hưởng đến độ bền màu của lutein như: nhiệt độ, ánh sáng, phản ứng oxy hóa trực tiếp, tác dụng của ion kim loại,

enzyme, nước Tuy nhiên, lutein trong các mô động vật thường ở dạng liên kết với các acid béo, lipid, lipoprotein,… nên bền hơn lutein dạng tự do

Nhóm hydroxyl ở hai đầu phân tử lutein hoạt động mạnh, dễ dàng tham gia vào các phản ứng oxy hóa nên lutein có hoạt tính chống oxy hóa khá mạnh, có khả năng hấp thụ và làm giảm sự nguy hại của các gốc tự do gây ra Một số nghiên cứu cho thấy khi cung cấp một lượng lutein vừa đủ trong võng mạc mắt thì gốc tự do gây hại ở mức thấp nhất [25]

Vì lutein dễ bị oxy hóa nên cần bảo quản lutein dạng tự do trong khí trơ hay chân không, bảo quản ở nhiệt độ thấp, đậy kín, tránh ánh sáng mặt trời [13]

1.2.2 Chức năng sinh học và ứng dụng của lutein

1.2.2.1 Chức năng sinh học của lutein

Phần lớn chức năng sinh học của chất màu lutein đều dựa trên khả năng hấp thụ ánh sáng, khả năng dễ bị oxy hóa và khả năng bắt giữ các gốc tự do của phân tử lutein [24]

a Khả năng hấp thụ ánh sáng

Lutein có khả năng hấp thụ tia tử ngoại và ánh sáng xanh trong dải bức xạ khả kiến, do đó có khả năng bảo vệ da, mắt khỏi tác hại của các bức xạ này, ngăn ngừa ung thư da, thoái hóa điểm vàng [24]

b Hoạt tính chống oxy hóa - Giá trị dược học

Nhiều thí nghiệm đã chứng minh rằng các lutein có khả năng bảo vệ cơ thể khỏi những chứng bệnh hiểm nghèo như các bệnh về mắt, ung thư, bệnh tim, viêm màng bồ đào,… Người ta cho rằng tác dụng này của các phân tử lutein nhờ vào khả năng chống oxy hóa và bắt giữ các gốc tự do sinh ra trong tế bào

Các loại oxy hoạt tính (ROS: Reactive oxygen species) ở trong tế bào và mô có thể gây tác hại đến DNA, protein, carbohydrate và lipid Sự gây hại này được kiểm soát bởi lutein do nó có khả năng khử các chất oxy hóa và dọn sạch các gốc tự do Khả năng chống oxy hóa của lutein có thể được giải thích bởi cấu trúc hóa học chứa chuỗi polyen liên hợp của nó Đặc biệt, lutein có hai nhóm hydroxyl làm cho tính chống oxy hóa trở nên mạnh hơn so với một số các carotenoid khác như β-carotene, lycopen, Lutein có tác động loại trừ và ngăn chặn sự xâm nhập của chất oxy hóa và các gốc tự

do như oxyt nitric và DPPH (2,2-diphenyl-1 picrylhydrazyl) qua màng tế bào, giúp ngăn chặn sự oxy hóa lipid, hạn chế sự suy giảm khả năng miễn dịch đối với cơ thể

Do đó, lutein có ảnh hưởng mạnh đến sự tăng hoạt tính chống oxy hóa trong máu và tế bào [22]

1.1.2.2 Ứng dụng của chất màu lutein

a Trong công nghiệp thực phẩm

Lutein có khả năng tạo màu vàng cam rất đẹp nên có thể dùng làm chất màu thực phẩm Lutein đã được các tổ chức FDA ở Mỹ, Canada, EU cho phép sử dụng làm chất màu trong chế biến thực phẩm Chất nhuộm màu vàng có nguồn gốc lutein tách

chiết từ hoa cúc vạn thọ (Tagetes erecta L.) được sử dụng như một chất tạo màu vàng

tự nhiên cho nhiều loại thực phẩm (ký hiệu là E 161b) Chẳng hạn, lutein được dùng

để tạo màu vàng tự nhiên cho vỏ ngoài của giò chả, các loại thực phẩm quý, các bán thành phẩm từ thịt gà, sữa chua đặc làm từ hoa quả Lutein tạo màu vàng cam sáng đẹp

và bắt mắt cho các sản phẩm bánh nướng, nước giải khát, nước ép trái cây, ngũ cốc điểm tâm, kẹo cao su, kẹo cứng, các sản phẩm từ sữa, trứng, các loại thực phẩm cho trẻ

sơ sinh và trẻ mới biết đi, chất béo và dầu, nước thịt, nước sốt và súp hỗn hợp [12], [13]

b Trong chăn nuôi

Carotenoid, trong đó có lutein, là những nguồn sắc tố chính quyết định đến màu sắc của cá cảnh nhiệt đới Điều kiện nuôi như thức ăn, môi trường sống không tốt sẽ làm màu sắc cá cảnh nhạt đi, kém hấp dẫn người mua Cá giống như các động vật khác không tự tổng hợp carotenoid mà cần phải được cung cấp qua chế độ dinh dưỡng hàng ngày Vì vậy, thường xuyên cho cá ăn thức ăn bổ sung lutein sẽ làm tăng sắc tố trên da

cá [7] Lutein còn được bổ sung vào thức ăn cho gà công nghiệp để tạo màu vàng cho

da, chân và làm tăng cường mảu vàng cho lòng đỏ trứng gà [7]

c Trong công nghiệp dệt nhuộm

Hiện nay, ngành công nghiệp dệt may sử dụng quá nhiều thuốc nhuộm tổng hợp, ước tính khoảng 10 triệu tấn/ năm Việc sản xuất và sử dụng chất màu tổng hợp làm thải ra môi trường một lượng chất thải màu lớn, ảnh hưởng nghiêm trọng và nguy hiểm tới sức khỏe và làm xáo trộn cân bằng sinh thái của thiên nhiên Ngày nay, việc xem xét vấn đề sinh thái trở thành yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn và sản xuất các hàng tiêu dùng trên toàn thế giới Kể từ giữa những năm 1980, các doanh nghiệp nhỏ đã bắt đầu xem xét đến khả năng sử dụng các loại thuốc nhuộm tự nhiên để tạo màu sắc và hạn chế một lượng thuốc nhuộm tổng hợp Chính vì vậy, lutein trở thành

chất màu ngày càng phổ biến được sử dụng trong ngành dệt nhuộm màu vì giá trị màu sắc tuyệt vời của nó [6]

d Trong y học

Hệ thống các liên kết đơn và đôi xen kẽ cùng với sự có mặt của nhóm hydroxyl

ở hai vòng đầu mạch phân tử giúp lutein có khả năng hấp thụ năng lượng thừa từ các phân tử khác Điều này giải thích cho hoạt tính chống oxy hóa mạnh của lutein Chính

vì vậy, lutein đóng vai trò quan trọng đối với sức khỏe con người [25]

Lutein tập trung trong một khu vực nhỏ của võng mạc gọi là điểm vàng, bảo vệ mắt chống stress do sự oxy hóa Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh tác dụng

có lợi của lutein trong việc ngăn ngừa các bệnh về mắt liên quan đến tuổi như bệnh đục thủy tinh thể, bệnh cườm mắt, viêm võng mạc sắc tố Có thể giảm nguy cơ mắc các bệnh này đáng kể bởi chế độ ăn giàu lutein Ví dụ, chế độ ăn uống bao gồm trứng, bông cải xanh và cải spina cũng sẽ giúp giảm nguy cơ đục thủy tinh thể (khoảng 20%)

và thoái hóa điểm vàng liên quan đến tuổi già (lên đến 40%) [22]

Các nghiên cứu gần đây còn cho thấy lutein có thể giúp duy trì sức khỏe tim mạch do có khả năng ngăn chặn sự gia tăng hàm lượng và sự bám dính của cholesterol xấu (LDL) vào thành mạch máu, ức chế sự xơ vữa động mạch, do đó có khả năng ngăn ngừa các bệnh tim mạch, đột quỵ [22]

e Trong công nghiệp mỹ phẩm

Lợi ích của lutein trong con người không dừng lại với việc cải thiện chức năng thị lực của mắt Dưới ảnh hưởng của ánh sáng mặt trời, các gốc tự do được hình thành bên trong da, những gốc tự do có thể gây hại cho tế bào Nhờ khả năng chống oxy hóa

và bắt giữ các gốc tự do, lutein có thể bảo vệ làn da khỏi bị tổn thương bởi tia cực tím, góp phần ức chế ung thư da và chăm sóc da Việc thử nghiệm một số loại kem chống nắng có chứa lutein hay lutein ester (được hòa tan cùng với các loại dầu thảo dược và các hợp chất không no) đã cho thấy lutein có thể dễ dàng thâm nhập vào da và cho hiệu quả chống nắng tốt [22]

1.2.3 Các nguồn lutein tự nhiên

Nguồn nguyên liệu tự nhiên giàu lutein nhất hiện nay là hoa cúc vạn thọ châu

Phi (Tagetes erecta L.) Lutein chiết tách từ hoa cúc vạn thọ có màu sắc rất tự nhiên

Do đó, hoa cúc vạn thọ được trồng phổ biến ở nhiều nước trên thế giới (Peru, Ấn Độ,

Trung Quốc, Mexico,…) để tách chiết lutein trên quy mô công nghiệp [2]

Ngoài ra, các loại thực phẩm chứa nhiều lutein có thể kể đến như cải bina, súp

lơ xanh, cải xoăn, bắp, trái kiwi Lutein tập trung ở rau súp lơ xanh, cải bina nhiều hơn

5 lần so với sự hiện diện của β-carotenoid trong rau củ Tuy nhiên, hàm lượng lutein trong các loại rau này ít hơn nhiều so với trong hoa cúc vạn thọ (ở rau cải xoăn thấp hơn 10 lần, ở cải bina thấp hơn 20 lần) [2] Bột ngô và huyết tương của người cũng

chứa một lượng nhỏ đồng phân cis-lutein

Đặc biệt, lutein là carotenoid có nhiều trong lòng đỏ trứng gà (nhất là loại gà được nuôi bằng hoa cúc vạn thọ có thể chứa đến 60% lutein trong tổng hàm lượng carotenoid của nó) Tuy trứng chứa ít lutein hơn so với các loại rau nhưng lutein từ trứng tốt dễ được hấp thụ hơn từ cải bina hoặc từ viên nang bổ sung lutein [2] Negro

J và cộng sự (2002) cũng phát hiện lutein tập trung trong da, đặc biệt là ở phần da mặt màu vàng của kền kền (khoảng 98µg/g).

1.3 Tổng quan về vi nhũ tương

1.3.1 Định nghĩa về vi nhũ tương

Vi nhũ tương được khám phá khá sớm, từ những năm 40 của thế kỷ XX, do hai nhà khoa học Hoar và Schuman sau khi hai ông tình cờ hòa nhũ tương sữa vào hexanol Từ đó đến nay đã có rất nhiều nghiên cứu về vi nhũ tương, có rất nhiều định nghĩa được đưa ra để tiện cho việc nghiên cứu dạng điều chế này

Theo Danielsson và Lindman vi nhũ tương có thể được định nghĩa như sau:

“ Vi nhũ tương là hệ phân tán dị thể có kích thước hạt từ 10 – 200nm, gồm pha

dầu và pha nước phân tán đồng nhất vào nhau và được ổn định bởi phân tử các chất hoạt động bề mặt trên bề mặt phân cách hai pha, có tính đẳng hướng về mặt quang học, ổn định về mặt nhiệt động học giống một dung dịch lỏng”

Như vậy trong thành phần vi nhũ tương có hai pha dầu và nước, có các chất hoạt động bề mặt (viết tắt: chất HĐBM) đóng vai trò là tác nhân hình thành và ổn định

vi nhũ tương bằng cách giảm sức căng bề mặt phân cách hai pha Định nghĩa này cũng yêu cầu vi nhũ tương có tính ổn định về mặt nhiệt động học (bền và không bị phân lớp), đẳng hướng về mặt quang học (trong suốt hoặc trong mờ, ánh sáng có thể đi qua

dễ dàng) [3]

1.3.2 Ưu - nhược điểm của vi nhũ tương

Ưu điểm:

- Hệ vi nhũ tương làm tăng khả năng hòa tan hoạt chất trong hệ, đặc biệt với các hoạt chất ít tan trong nước

- Có khả năng bảo vệ tốt các hoạt chất, đặc biệt là những hoạt chất dễ bị phân hủy

- Hình thức vi nhũ tương trong, đẹp hơn nhũ tương

- Có độ ổn định về nhiệt động học cao, bền vững, không bị phân lớp sau thời gian bảo quản dài

- Kỹ thuật điều chế đơn giản [21]

1.3.3 Sự khác nhau giữa vi nhũ tương và nhũ tương

Vi nhũ tương cấu tạo bởi các hạt phân tán có kích thước khá nhỏ (khoảng 10 –

100 nm) nên tương đối bền vững về mặt nhiệt động học (có thể để lâu mà không bị phân lớp), còn nhũ tương thì nói chung kém ổn định hơn nhiều (không bền và dễ bị phân lớp)

Về mặt hình thức, vi nhũ tương trong suốt (ánh sáng có thể đi qua dễ dàng), còn nhũ tương thì đục hơn nhiều (kích thước hạt nhũ tương lớn nên phân tán ánh sáng mạnh)

Vi nhũ tương bào chế khá đơn giản nhưng cần lượng chất HĐBM nhiều hơn, còn để tạo thành nhũ tương cần có lực phân tán lớn để tạo thành [21]

Bảng 1.4 Sự khác nhau giữa các hệ nhũ tương và vi nhũ tương [21]

Tính đẳng hướng quang học Bất đẳng hướng Đẳng hướng

Tỷ lệ của pha phân tán 30 – 60% 23-40% (độ nhớt không tăng

theo tương ứng)

Cấu trúc vi mô Tĩnh (bề mặt phân chia

pha không thay đổi)

Động (bề mặt phân chia pha

tự thay đổi liên tục)

Yêu cầu năng lượng Cần tiêu tốn nhiều năng

lượng để điều chế

Tự hình thành, không đòi hỏi năng lượng

động học và động học (dễ tách pha)

Bền về mặt nhiệt động học

và động học (thời gian ổn định dài)

Nồng độ chất nhũ hóa 2 – 3% khối lượng > 6% khối lượng

lỏng và ưa lỏng Điều chế Đòi hỏi năng lượng lớn,

giá thành cao

Dễ điều chế, giá thành tương đối thấp đối với các sản phẩm thương mại

lỏng Newton)

Hình 1.2 Sự khác nhau về kích thước hạt của dung dịch keo (micellar solution),

vi nhũ tương (microemulsion) và nhũ tương (emulsion) [21]

1.3.4 Thành phần của vi nhũ tương

Vi nhũ tương gồm có các thành phần sau:

Pha dầu: gồm những chất lỏng không phân cực như dầu lạc, dầu nành, dầu

hướng dương, isopropyl myristate, triglyceride mạch carbon trung bình, acid oleic…và các chất hòa tan hay đồng tan vào chúng như menthol, terpen, tinh dầu…

Pha nước: gồm những chất lỏng phân cực như nước, ethanol, propylen glycol

và những chất dễ hòa tan hay đồng tan vào chúng

Chất hoạt động bề mặt: là những chất có khả năng làm giảm sức căng bề mặt

phân chia pha, qua đó giúp hình thành vi nhũ tương Một số chất HĐBM hay dùng như natri lauryl sulfat, polyoxyethylen oleyl ether, cremophor EL2… Trong công thức vi nhũ tương, tỷ lệ chất HĐBM cao hơn trong nhũ tương thông thường

Một chất HĐBM điển hình là những hợp chất lưỡng thân, tức là trong phân tử vừa có chứa phần ưa nước và phần ưa dầu

- Phần ưa nước của chất HĐBM thường được cấu tạo bởi các nhóm chức phân cực như nhóm hydroxyl –OH, carboxyl –COO-, sulfat SO42-, sunfit SO32-… nên có mômen lưỡng cực cao

- Phần ưa dầu thường là gốc hydrocacbon không phân cực hoặc ít phân cực (có mômen lưỡng cực thấp)

Chỉ những chất HĐBM mà trong phân tử có hai thành phần này không cân bằng mới có thể làm giảm năng lượng tự do bề mặt pha, từ đó làm giảm sức căng bề mặt phân cách hai pha Khi cho chất HĐBM vào hỗn hợp pha nước và pha dầu, các phân

tử chất HĐBM sẽ tự sắp xếp trên bề mặt hai pha tạo thành cấu trúc tự liên kết có dạng micell hình cầu, micell hình ống, micell dạng bản mỏng, hoặc micell đảo…

Các chất HĐBM được chia làm 4 loại:

- Chất HĐBM anion: phần phân cực là anion

- Chất HĐBM cation: phần phân cực là cation

- Chất HĐBM lưỡng tính: phần phân cực vừa có cation vừa có anion

2 Cremophor EL là một chất làm tăng khả năng hòa tan và nhũ hóa không ion, có thành phần chính là glycerol polyethylene glycol ricinoleate và chỉ số HLB từ 12-14

- Chất HĐBM không ion hóa

Để đặc trưng cho tính chất ưa dầu hay ưa nước hơn của chất HĐBM, người ta dùng chỉ số HLB Theo hệ thống phân loại của W Griffin, mỗi chất HĐBM có một giá trị HLB xác định, trong đó cao nhất là natri lauryl sulfat, thấp nhất là acid oleic Các chất HĐBM còn lại có HLB trung gian

Dựa vào chỉ số HLB người ta xác định được khả năng ứng dụng của chất HĐBM đó [21]

Chất HĐBM có HLB từ 15-18: dùng làm chất cải thiện độ tan

Chất đồng diện hoạt (co-surfactant):

Trong công thức vi nhũ tương hiện đại, các nhà bào chế còn cho thêm một thành phần nữa có vai trò tương tự như chất HĐBM, gọi là chất đồng diện hoạt (co-surfactant) Chất đồng diện hoạt có bản chất giống chất HĐBM, tức cũng là một chất lưỡng thân nhưng phần không phân cực là các hydrocarbon mạch ngắn hơn Khi cho vào nhũ tương, các phân tử chất đồng diện hoạt sẽ có mặt trên màng mỏng do chất HĐBM tạo ra trên bề mặt phân cách pha

Các chất đồng diện hoạt có thể là chất HĐBM không ion hóa, các alcol, các alkanoic, các alkyl amin có trị số HLB trung bình Trong một số trường hợp, bản thân hoạt chất cũng đóng vai trò như chất đồng diện hoạt [21] Một số chất đồng diện hoạt hay dùng như isopropanol, n-propanol, alcol benzylic, glyceryl caprilat…

Ngoài ra, trong vi nhũ tương còn có thể chứa những chất khác như chất tăng khả năng hấp thu, chất tạo mùi, chất bảo quản…[18]

Bảng 1.5 Các thành phần của hệ vi nhũ tương [21]

LCD Dầu bắp, dầu nành, dầu hướng dương,

dầu dừa, dầu oliu…

Mono/diglycerid Glyceryl caprylat/caprat (Capmul

MCM), glycerol monoleat (Capmul GMO)

Acid béo Acid oleic

Pha dầu

Propylen glycol ester

Capmul PG-8, propylen glycol monolaurat (Lauroglycol) HLB < 10 Phosphatidylcholin (Phospholipon),

sorbitan monopalmitat (Span 40), sorbitan monooleat (Span 80)…

Chất HĐBM

HLB > 10 Polyoxyethylen 20 sorbitan

monolaurat (Tween 20), Polyoxyethylen 20 sorbitan monooleat (Tween 80), Polyoxyl 35 castor oil (Cremophore EL), PEG-8 carprylic (Labrasol), polyoxyl 40 hydrogenated castor oil (Cremophor RH 40)

Chất đồng diện hoạt Propylen glycol, polyethylen glycol, ethanol…

Hình 1.3 Các thành phần cơ bản của vi nhũ tương [21]

1.3.5 Phương pháp điều chế vi nhũ tương

Phương pháp bào chế vi nhũ tương khá đơn giản, được thể hiện trong Hình 1.4

Hình 1.4: Sơ đồ bào chế vi nhũ tương [3]

Vi nhũ tương là hệ có khả năng tự nhũ hóa, vì vậy trình tự phối hợp các chất hầu như không ảnh hưởng tới sự hình thành của hệ Tuy nhiên, đôi khi điều này lại ảnh hưởng đến thời gian hình thành [3]

H Chen và cộng sự trong quá trình điều chế vi nhũ tương triptolid đã thấy rằng khi phối hợp chất HĐBM Tween 80 vào hỗn hợp pha dầu (acid oleic) và chất đồng diện hoạt (propylen glycol) rồi thêm dần nước vào thì phải mất 2 – 3 h mới thu được vi nhũ tương trong, còn khi hòa Tween 80 vào nước trước rồi mới phối hợp vào hỗn hợp acid oleic và propylen glycol trong pha dầu thì vi nhũ tương hình thành rất nhanh Tuy vậy, trong cả hai trường hợp thì các đặc tính pha của vi nhũ tương tạo thành đều như nhau Trong nghiên cứu này, các tác giả cũng chứng minh rằng khi propylen glycol hòa tan trong pha dầu hoặc pha nước sau đó phối trộn với pha còn lại thì thời gian hình thành cũng như đặc tính lý hóa của vi nhũ tương không thay đổi [3]

1.3.6 Các yếu tố ảnh hưởng tới tính chất của vi nhũ tương

Vi nhũ tương được hình thành một cách dễ dàng bằng cách phối hợp hai pha dầu và nước lại với nhau Sự hình thành của vi nhũ tương có được là do sự vận động không ngừng của các pha, trong đó đóng vai trò quyết định là hoạt động của các phân

tử chất HĐBM cũng như chất đồng diện hoạt Loại pha dầu, pha nước, loại chất HĐBM, tỷ lệ các thành phần là các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành vi nhũ tương [14], [21]

Phối hợp các chất thuộc

pha nước với nhau, phối

hợp các chất diện hoạt tan

trong nước

Phối hợp các chất thuộc pha dầu với nhau, phối hợp các chất diện hoạt tan trong dầu

Vi nhũ tương Chất đồng diện

hoạt + khuấy nhẹ

1.3.6.1 Chất hoạt động bề mặt

Sự phối hợp chất hoạt động bề mặt hay được sử dụng trong điều chế vi nhũ tương để tạo được vi nhũ tương có kích thước hạt rất nhỏ, tăng hàm lượng hoạt chất trong công thức và tăng độ ổn định vật lý Sự phối hợp này, đặc biệt giữa chất hoạt động bề mặt ion hóa và không ion hóa, thường có hiệu quả trong việc tăng diện tích vùng tạo vi nhũ tương [21]

X Li và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của các chất HĐBM khác nhau đến

sự hình thành vi nhũ tương và nhận thấy khi cho hỗn hợp đồng lượng chất HĐBM cation và anion vào công thức sẽ làm tăng khả năng hòa tan của pha nước và pha dầu trong vi nhũ tương [3]

1.3.6.2 Chất đồng diện hoạt

Thông thường nếu sử dụng một mình chất HĐBM thì không bảo đảm giảm sức căng bề mặt tạo vi nhũ tương và cũng không tạo được thành cấu trúc vi mô đặc trưng của vi nhũ tương Khi cho thêm chất đồng diện hoạt sẽ làm cho các màng mỏng mà chất diện hoạt tạo ra linh hoạt đủ để nhanh chóng bao lấy các hạt vi nhũ tương, đồng thời làm giảm sự tương tác đẩy nhau giữa đầu không phân cực và đầu phân cực của các phân tử chất HĐBM Các chất đồng diện hoạt còn có vai trò làm giảm sự khác biệt

về độ phân cực giữa hai chất HĐBM chính trong công thức Ngoài ra, một số chất đồng diện hoạt có khả năng nhũ hóa giống chất HĐBM thông thường [21]

1.3.6.3 Pha dầu

Việc điều chế vi nhũ tương trước đây thường sử dụng các loại dầu khoáng, đó là những chất HĐBM tổng hợp rất độc hại, không được phép sử dụng trong công nghiệp dược phẩm và thực phẩm Do đó, cần phải nghiên cứu điều chế những hệ vi nhũ tương không độc hại bằng cách sử dụng những thành phần an toàn Những loại dầu tự nhiên

và dẫn xuất của chúng như triglyceride và những acid béo được xem là an toàn [18]

Nghiên cứu của Alander và Warnheimn (1989) cho thấy rằng những loại dầu có trọng lượng phân tử lớn thì có vùng tạo vi nhũ tương nhỏ hơn những loại dầu có trọng lượng phân tử nhỏ Điều này được giải thích là do các loại dầu có trọng lượng phân tử lượng lớn sẽ có sức căng bề mặt lớn, dẫn đến làm cho sự xuyên thấm và gắn vào đầu không phân cực của chất HĐBM vào pha dầu khó khăn hơn [18]

Để tăng diện tích vùng tạo vi nhũ tương, có thể sử dụng một chất ưa nước thích hợp để làm mất ổn định các pha, dẫn đến sự hình thành vi nhũ tương Khi điều chế các

vi nhũ tương triglycerid có thể sử dụng kết hợp saccharose và các alcol mạch ngắn như ethanol để làm giảm sự ổn định của các pha Saccharose làm tăng khả năng tạo vi nhũ tương O/W, nhưng làm giảm khả năng tạo vi nhũ tương W/O [18]

1.3.7 Phân loại vi nhũ tương

Sự liên kết giữa chất HĐBM, chất đồng diện hoạt với hai pha dầu nước tạo cho

vi nhũ tương có nhiều cấu trúc vi mô khác nhau, có ba loại thường gặp nhất là:

 Vi nhũ tương dầu/nước (O/W microemulsion)

 Vi nhũ tương hai pha liên tục (Bicontinous microemulsion)

 Vi nhũ tương nước/ dầu (W/O microemulsion) [21]

Tùy thuộc vào đặc tính của hoạt chất và thành phần trong công thức mà loại vi nhũ tương nào sẽ có mức độ hấp thu hoạt chất cao hơn

Hình 1.5 Phân loại vi nhũ tương [21]

1.3.8 Ưu - nhược điểm của các hệ vi nhũ tương dùng trong thực phẩm

- Vị được cải thiện

- Dễ điều chế và dễ nâng cấp sản xuất theo quy mô công nghiệp [14]

Vi nhũ tương 2 pha liên tục giàu nước Vi nhũ tương 2 pha liên tục giàu dầu

Vi nhũ tương dầu/nước Vi nhũ tương nước/dầu

1.3.8.2 Nhược điểm:

- Cần sử dụng một lượng lớn chất HĐBM và đồng diện hoạt để ổn định hệ thống

- Khả năng hòa tan hạn chế đối với các hoạt chất có nhiệt độ nóng chảy cao

- Chất HĐBM và đồng diện hoạt được sử dụng phải không độc đối với người sử dụng

- Độ ổn định của hệ vi nhũ tương phụ thuộc vào các yếu tố môi trường ngoài (nhiệt độ, pH) [14]

1.3.9 Một số đặc tính của vi nhũ tương và cách đánh giá

Việc mô tả cấu trúc vi mô của vi nhũ tương là rất cần thiết, nó thể hiện các đặc tính của vi nhũ tương Để tìm hiểu cấu trúc vi mô của vi nhũ tương ta cần quan tâm đến các đặc tính vĩ mô của nó:

- Kích thước tiểu phân: Vi nhũ tương có kích thước tiểu phân trong khoảng

10 nm – 200 nm và được đánh giá bằng kỹ thuật cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) hoặc bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) [3]

1.3.10 Ứng dụng của vi nhũ tương trong thực phẩm

Vi nhũ tương được ứng dụng khá rộng rãi trong công nghiệp dược phẩm, mỹ phẩm nhằm làm tăng hiệu quả chuyển giao hoạt chất và cải thiện độ tan, vị và màu sắc vốn có của hoạt chất

Vi nhũ tương là đối tượng được quan tâm nghiên cứu trong công nghiệp thực phẩm Có nhiều công trình nghiên cứu điều chế vi nhũ tương O/W nhằm ứng dụng như một hệ cung cấp dưỡng chất hòa tan trong nước, cũng như tạo hương vị và màu sắc cho thực phẩm [14].Chẳng hạn:

- Nghiên cứu tạo ra sản phẩm sữa bổ sung vi nhũ tương vitamin A;

- Nghiên cứu điều chế vi nhũ tương chứa các loại tinh dầu thơm để hòa tan cho nước giải khát có và không có cồn;

- Nghiên cứu thủy phân chất béo trong sữa bằng cách sử dụng hệ vi nhũ tương chứa micelle đảo ngược ;

- Kiểm soát chất béo trong sữa bởi lipase được áp dụng trong ngành công nghiệp sữa để sản xuất sữa với bơ có hương vị phomat;

- Hệ vi nhũ tương gồm dầu bạc hà/ Tween 20/ nước đã được nghiên cứu;

- Nghiên cứu tốc độ oxy hóa vitamin C hòa tan trong nước và vi nhũ tương vitamin C ở 45oC trong điều kiện hiếu khí và trong nước được điều chỉnh pH với các giá trị khác nhau Kết quả cho thấy vitamin C trong hệ vi nhũ tương có tốc độ oxy hóa chậm hơn so với vitamin C hòa tan trong nước [9],[14], [18]

Tuy số nghiên cứu khá nhiều nhưng hiện nay chỉ có một số ít hệ vi nhũ tương được ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm Sau đây là một số nguyên nhân: Thứ nhất, một lượng lớn chất nhũ hóa sử dụng trong vi nhũ tương là một rào cản kinh tế trong việc ứng dụng thực tiễn, làm cho giá thành của vi nhũ tương khá cao Thứ hai, lượng chất nhũ hóa lớn cũng là vấn đề khó khăn để bảo đảm sự chấp thuận của FDA [18] Do vậy, hướng nghiên cứu hiện nay là tìm kiếm những chất nhũ hóa đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn thực phẩm và có giá thành chấp nhận được

1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về vi nhũ tương

1.4.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài

Ở nước ngoài đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về vi nhũ tương nhằm ứng dụng trong thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm và đã đạt được những kết quả đáng kể

Sarkhejiya Naimisha và cộng sự đã nghiên cứu sự hình thành vi nhũ tương, tính sinh khả dụng, ưu - nhược điểm, các yếu tố ảnh hưởng và ứng dụng của vi nhũ tương

Gần đây, các loại dược phẩm thường được bào chế dưới dạng vi nhũ tương nhằm tăng khả năng chuyển giao hoạt chất, đồng thời giữ được hoạt tính của các thành phần, do đó kéo dài thời hạn sử dụng thuốc [21]

Solmaz Maleki Dizaj, nghiên cứu điều chế vi nhũ tương vitamin A để làm tăng khả năng hòa tan của vitamin A trong nước giúp làm tăng hiệu quả sử dụng vitamin A qua đường uống Hệ vi nhũ tương vitamin A bao gồm: dầu hướng dương, chất hoạt động bề mặt (Tween 80), vitamin A, các chất đồng hoạt động bề mặt và nước Ảnh hưởng của các chất đồng diện hoạt khác nhau được nghiên cứu, bao gồm glycerol, saccharose, ethanol và 1-propanol Kết quả cho thấy saccharose là chất đồng diện hoạt tốt nhất Tác giả cũng đã nghiên cứu độ ổn định của vi nhũ tương vitamin A ở các

nhiệt độ khác nhau: 4oC, 45oC và ở nhiệt độ phòng Kết quả nghiên cứu cho thấy 90% các mẫu vi nhũ tương ổn định ở các nhiệt độ bảo quản khác nhau [23]

M.A.S.Abd El-Galeel đã nghiên cứu độ tan và độ ổn định của các chất màu tự nhiên dưới dạng vi nhũ tương Kết quả cho thấy khi hòa tan trong ethanol và các loại dầu thực vật, curcumin ở dạng vi nhũ tương tan tốt hơn nhiều so với dạng tự do Ngoài

ra, vi nhũ tương curcumin ổn định trong thời gian dài dưới tác động của tia UV và ánh sáng nhân tạo Nghiên cứu này cũng chứng minh rằng những chất màu khác có đặc tính tương tự curcumin khi tồn tại ở dạng vi nhũ tương sẽ có độ tan và độ ổn định cao hơn [18]

Hussam S Basheer và cộng sự đã nghiên cứu đặc tính của vi nhũ tương isopropyl palmitat được điều chế bằng cách sử dụng các chất HĐBM và các chất đồng diện hoạt khác nhau Kết quả cho thấy khả năng nhũ hóa của các chất HĐBM và chất đồng diện hoạt biến thiên theo quy luật sau: Twen 80 > 60 > 40 > 20, còn đối với các chất đồng diện hoạt thì: 1-butanol > 1-pentanol > 1-propanol > ethanol = methanol Tỷ lệ chất HĐBM : chất đồng diện hoạt tốt nhất là 3:1 Để điều chế được vi nhũ tương ổn định và

có khả năng chuyển giao thuốc tốt nhất thì sử dụng kết hợp Tween 80 và 1- butanol với tỷ lệ 3:1 [17]

Wolf và cộng sự đã nghiên cứu vi nhũ tương của những loại tinh dầu ăn được (như tinh dầu chanh) Thành phần của vi nhũ tương bao gồm nước, tinh dầu, cồn và một chất HĐBM Chất HĐBM sử dụng phải có chứa một chất HĐBM có HLB cao hoặc có thể sử dụng hỗn hợp chất HĐBM có HLB cao và HLB thấp Tuy nhiên, để tạo thành vi nhũ tương không cần sử dụng cả ba loại chất HĐBM [9]

Logan và cộng sự nghiên cứu hương thơm của giấm cho thấy những vi nhũ tương dầu trong giấm bao gồm 20% - 70% giấm, 5% - 35% ethanol, 0,1% - 5% chất mùi và 0,5% - 5% chất HĐBM Có thể sử dụng các chất HĐBM có HLB cao và một lượng nhỏ chất HĐBM có HLB thấp (4 đến 9) [9]

Nagahana và cộng sự nghiên cứu điều chế các loại vi nhũ tương để sử dụng làm các loại thuốc tan trong dầu Hỗn hợp cần có một loại dầu có tính phân cực cao, một loại dầu có tính phân cực thấp, polyglycerol và cồn có nhiều nhóm hydroxyl có khả năng hòa tan trong nước [9]

Bauer và cộng sự nghiên cứu các loại vi nhũ tương dầu trong nước bao gồm 10% - 99% chất nhũ hóa triglycerol, 1% - 20% các hợp chất ưa dầu (như beta-

carotene, vitamin A, vitamin E) và nước Các vi nhũ tương này có thể được ứng dụng trong thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm [9]

Vlad nghiên cứu độ trong và độ ổn định của vi nhũ tương sử dụng làm chất tạo hương cho nước giải khát Những vi nhũ tương này sử dụng các đồng dung môi, trong

đó tỷ lệ giữa chất đồng dung môi và chất HĐBM là 1:1 Hỗn hợp chất HĐBM được sử dụng gồm ít nhất hai chất HĐBM có HLB trung bình khoảng 9 - 18 (tốt hơn là từ 12 -15) Những vi nhũ tương này bao gồm ít nhất 30% dầu, 1% đến 30% hỗn hợp chất HĐBM, không quá 20% chất đồng dung môi và ít nhất 35% là nước [9]

1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Hiện nay trong nước chỉ mới có một vài nghiên cứu liên quan đến việc định lượng, tách chiết và tinh chế lutein từ thực vật nhằm thu nhận lutein dạng tự do ứng dụng làm dược phẩm [2], [5]

Việc nghiên cứu điều chế vi nhũ tương hiện nay chủ yếu chỉ mới ứng dụng trong dược phẩm Các nghiên cứu điều chế vi nhũ tương ứng dụng trong thực phẩm còn rất hạn chế Ví dụ: Tiến sĩ Nguyễn Trần Linh (Đại học Dược Hà Nội) đã nghiên cứu bào chế vi nhũ tương vitamin K1 và vi nhũ tương natri diclofenac dùng thấm qua

da Kết quả thử nghiệm cho thấy ở dạng vi nhũ tương thì tốc độ giải phóng hoạt chất giải và tốc độ thấm qua da nhanh hơn so với các dạng bào chế khác [3]

Các nhà khoa học thuộc Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ Sau thu hoạch đã nghiên cứu thành công chế phẩm sáp vi nhũ tương để tạo màng bảo quản rau quả tươi, giữ cho rau quả đảm bảo chất lượng, ít biến đổi về độ cứng và hương vị, đồng thời an toàn cho người sử dụng và thân thiện với môi trường [26]

Cho tới nay ở trong nước chưa thấy công trình nào nghiên cứu điều chế vi nhũ tương lutein ứng dụng làm chất màu thực phẩm

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Vật liệu - Hóa chất

Lutein tinh thể (tinh khiết trên 92%) thu nhận được từ hoa cúc vạn thọ

(Tagetes erecta L.) theo quy trình của tác giả Hoàng Thị Huệ An và cộng sự [2]

Các chất HĐBM được sử dụng gồm:

Tween 80 (polyoxyethylen 20 sorbitan monooleat): mã số E433, là chất HĐBM ưa nước có HLB = 15), ở dạng lỏng hơi sệt, có màu vàng, loại dùng trong thực phẩm (xuất xứ Trung Quốc)

Leucithin (phospholipid hydroxyl hóa): mã số E322, là chất HĐBM ưa dầu,

có HLB = 7 - 9), ở dạng lỏng hơi sệt, màu vàng nâu, loại dùng trong thực phẩm (xuất

xứ Trung Quốc)

Dầu đậu nành: loại dùng trong chế biến thực phẩm của Công ty dầu Tường

An (TP Hồ Chí Minh)

Vitamin E: loại dùng trong chế biến thực phẩm (xuất xứ Pháp)

Hương cam: ở dạng lỏng, là loại dùng trong công nghiệp thực phẩm (xuất xứ Singapore)

Sữa chua uống Long Thành (Công ty sữa Long Thành, Việt Nam)

Nước cất 2 lần do Trung tâm Thí nghiệm – Thực hành (Trường Đại học Nha Trang) cung cấp

2.2 Thiết bị

Cân phân tích chính xác +/- 10-4 g (Satorius, Nhật)

Máy đồng hóa Ultra Turax 18 Basic (IKA, Trung Quốc)

Bể siêu âm Elmasonic S 100 H (ELMA, Đức)

Máy đo pH CyberScan 1500 (Eutech, Singapore)

Nhớt kế LDV-E (Brookfield, USA)

Quang phổ kế tử ngoại – khả kiến Cary 50 (Varian, Mỹ)

Khúc xạ kế để bàn AR40 (Kruss, Đức)

Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) model JEOL 2000EX (JEOL, Nhật)