Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi hòa tan/chất mang đến quá trình tạo nhũ tương trong sản xuất vi nang tinh dầu tỏi .... Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ tinh dầu tỏi/chất mang đến q
Trang 1VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Trang 2VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Trang 3Khoá Luận Tốt Nghiệp Phạm Thị Kim Liên -K18 CNSH
LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới TS.Bùi Thị Bích Ngọc – Viện công nghiệp thực phẩm, người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành Khóa Luận này
Tôi xin trân trọng cảm ơn tới PGS.TS Bùi Quang Thuật - Giám Đốc Trung Tâm Dầu, Hương liệu và Phụ gia thực phẩm - Viện công nghiệp thực phẩm, cùng các cô, chú, anh, chị đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài
Đồng thời, tôi xin tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô giáo khoa Công nghệ Sinh học - Viện Đại Học Mở Hà Nội đã nhiệt tình giảng dạy cho tôi trong suốt khóa học
Cuối cùng tôi xin gửi lời biết ơn đến gia đình, bạn bè đã giúp đỡ và ủng hộ, động viên trong thời gian qua
Do thời gian có hạn nên Khoá Luận khó tránh khỏi có những thiếu sót, tôi rất mong nhận được sự thông cảm và góp ý của các thầy cô giáo để Khoá Luận được hoàn thiện hơn
Hà N ội, ngày 22 tháng 05 năm 2015
Sinh viên
Phạm Thị Kim Liên
Trang 4Khoá Luận Tốt Nghiệp Phạm Thị Kim Liên -K18 CNSH
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong Khóa Luận này là trung thực
Tôi xin cam đoan rằng, mọi sữ giúp đỡ cho việc hoàn thành Khóa Luận này
đã được cảm ơn và các thông tin được trích dẫn trong Khóa Luận này đã được ghi
rõ nguồn gốc
Hà N ội, ngày 22 tháng 05 năm 2015
Người cam đoan
Phạm Thị Kim Liên
Trang 5Khoá Luận Tốt Nghiệp Phạm Thị Kim Liên -K18 CNSH
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
PHẦN I TỔNG QUAN 3
1.1 Giới thiệu về củ tỏi 3
1.1.1 Đặc tính thực vật 3
1.1.2 Nguồn gốc phân bố và thời gian thu hoạch 4
1.1.3 Công dụng của củ tỏi 8
1.2 Tinh dầu tỏi 9
1.2.1 Tính chất hóa lý của tinh dầu tỏi 9
1.2.2 Tính chất hóa học của tinh dầu tỏi 10
1.3 Giới thiệu về công nghệ vi nang 13
1.3.1 Công nghệ tạo vi nang và ứng dụng 13
1.3.2 Tình hình nghiên cứu, tiêu thụ hương liệu sản xuất từ phương pháp vi nang phân tử trong và ngoài nước 17
1.4 Giới thiệu về Cyclodextrin 19
1.4.1 Cấu tạo và cấu trúc của Cyclodextrin (CD) 19
1.4.2 Tính chất lý học của Cyclodextrin (CD) 20
1.4.3 Tính chất hóa học của Cyclodextrin 22
1.4.4 Chất phụ trợ ( Gôm) 22
1.5 Tình hình nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng tỏi và tinh dầu tỏi 23
1.5.1 Tình hình nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng tỏi và tinh dầu tỏi trên thế giới 23 1.5.2 Tình hình nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng tỏi và tinh dầu tỏi ở Việt Nam 24 PHẦN II NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27
2.1 Nguyên liệu và hóa chất 27
2.1.1 Nguyên liệu 27
2.1.2 Hóa chất 27
2.1.3 Thiết bị 27
2.2 Phương pháp nghiên cứu 29
Trang 6Khoá Luận Tốt Nghiệp Phạm Thị Kim Liên -K18 CNSH 2.2.1 Phương pháp xác định hiệu suất cố định hương 292.2.2 Phương pháp công nghệ 30
2.2.2.1 Nghiên c ứu lựa chọn điều kiện tạo nhũ tương thích hợp với phương pháp
t ạo phức để sản xuất vi nang tinh dầu tỏi 31
2.2.2.2 Nghiên c ứu lựa chọn điều kiện ủ thích hợp với phương pháp tạo phức để
s ản xuất vi nang tinh dầu tỏi 32
2.2.2.3 Nghiên c ứu lựa chọn điều kiện sấy phun thích hợp với phương pháp tạo
ph ức để sản xuất vi nang tinh dầu tỏi 32
PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 33
3.1 Nghiên cứu lựa chọn điều kiện tạo nhũ thích hợp với phương pháp tạo phức để sản xuất vi nang tinh dầu tỏi 333.1.1 Lựa chọn chất mang thích hợp cho quá trình tạo nhũ tương trong sản xuất vi nang tinh dầu tỏi 333.1.2 Lựa chọn hệ dung môi hòa tan chất mang thích hợp cho quá trình tạo nhũ tương trong sản xuất vi nang tinh dầu tỏi 343.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi hòa tan/chất mang đến quá trình tạo nhũ tương trong sản xuất vi nang tinh dầu tỏi 353.1.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ tinh dầu tỏi/chất mang đến quá trình tạo nhũ tương trong sản xuất vi nang tinh dầu tỏi 363.1.5 Nghiên cứu tỷ lệ ảnh hưởng của tỷ lệ gôm/chất mang đến quá trình tạo nhũ tương trong sản xuất vi nang tinh dầu tỏi 373.1.6 Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ đồng hóa đến quá trình tạo nhũ tương trong sản xuất vi nang tinh dầu tỏi 383.1.7 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đồng hóa đến quá trình tạo nhũ tương trong sản xuất vi nang tinh dầu tỏi 393.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình ủ dịch nhũ tương đến sản xuất vi nang tinh dầu tỏi 403.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ủ đến quá trình sản xuất vi nang tinh dầu tỏi 403.2.2 nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ủ đến quá trình sản xuất vi nang tinh dầu tỏi 41
Trang 7Khoá Luận Tốt Nghiệp Phạm Thị Kim Liên -K18 CNSH
3.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ hút dịch đến quá trình sản xuất vi nang tinh
dầu tỏi 42
3.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ sấy phun (inlet) đến quá trình sản xuất vi nang tinh dầu tỏi 43
3.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ dòng khí đến quá trình sản xuất vi nang tinh dầu tỏi 44
3.4 Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất vi nang tinh dầu tỏi 45
PHẦN IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47
4.1 Kết luận 47
4.2 Kiến nghị 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO 49
Trang 8Khoá Luận Tốt Nghiệp Phạm Thị Kim Liên -K18 CNSH
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Thành phần hóa học cơ bản của củ tỏi [27] 6
Bảng 1.2 Chỉ số hóa lý của tinh dầu tỏi thu được bằng phương pháp chưng cất [4] 9
Bảng 1.3 Chỉ số hóa lý của tinh dầu tỏi thu được bằng phương pháp chưng cất kết hợp với phương pháp trích ly 10
Bảng 1.4 Hàm lượng tinh dầu trong tỏi ở một số nước trên thế giới [4] 10
Bảng 1.5 Thành phần của một số chất trong củ tỏi tươi từ các nguồn khác nhau [27] 11
Bảng 1.6 Thành phần các sản phẩm tỏi ngâm dầu và cất hơi nước điển hình
trên thị trường thế giới [29] 12
Bảng 1.7 Mô tả một số phương pháp tạo vi nang [28] 16
Bảng 1.8 Một số thông số vật lý của CD [35, 36] 20
Bảng 1.9 Các sản phẩm thương mại và công dụng [29] 24
Bảng 3.1 Ảnh hưởng của chất mang đến quá trình tạo nhũ tương 33
Bảng 3.2 Ảnh hưởng của hệ dung môi hòa tan đến quá trình tạo nhũ tương 35
Bảng 3.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi hòa tan/chất mang đến quá trình tạo nhũ tương 36
Bảng 3.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ tinh dầu tỏi/chất mang đến quá trình tạo nhũ tương 37
Bảng 3.5.Ảnh hưởng của tỷ lệ gôm /chất mang đến quá trình tạo nhũ tương 38
Bảng 3.6 Ảnh hưởng của tốc độ đồng hóa đến quá trình tạo nhũ tương 39
Bảng 3.7.Ảnh hưởng của thời gian đồng hóa đến quy trình tạo nhũ tương 40
Bảng 3.8 Ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình ủ tạo liên kết đến quátrình sản xuất vi nang tinh dầu tỏi 41
Trang 9Khoá Luận Tốt Nghiệp Phạm Thị Kim Liên -K18 CNSH Bảng 3.10 Kết quả ảnh hưởng của tốc độ hút dịch đến quá trình sản xuất vi nang tinh dầu tỏi 43 Bảng 3.11 Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ sấy phun đến quá trình sản xuất vi nang tinh dầu tỏi 44 Bảng 3.12 Kết quả ảnh hưởng của tốc độ dòng khí đến quá trìnhsản xuất vi nang tinh dầu tỏi 44
Trang 10Khoá Luận Tốt Nghiệp Phạm Thị Kim Liên -K18 CNSH
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ
Hình 1 Cây tỏi 3
Hình 2 Tỏi vỏ tím 4
Hình 3 Tỏi vỏ trắng 5
Hình 4 Cấu trúc và kích thước của CD 20
Hình 5 Dầu tỏi Việt Mỹ BBW 25
Hình 6 Viên dầu tỏi Tuệ Linh 26
Hình 7 Thiết bị cô quay chân không Buch 28
Hình 8 Thiết bị máy sấy phun 28
Sơ đồ 2.1 Sơ đồ tổng quát quy trình sản xuất vi nang tinh dầu tỏi 30
Sơ đồ 3.1 Thuyết minh quy trình công nghệ sản xuất vi nang tinh dầu tỏi 45
Trang 11Khoá Luận Tốt Nghiệp Phạm Thị Kim Liên -K18 CNSH
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
CD : Cyclodextrin
MD : Maltodextrin
TD : Tinh Dầu
SP : Sản phẩm
Trang 12MỞ ĐẦU
Ngày nay, khi kinh tế xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu đảm bảo sức khỏe
là mối quan tâm hàng đầu của mỗi con người Chính từ thực tế đó đã thúc đẩy các nhà khoa học không ngừng nghiên cứu, áp dụng công nghệ hiện đại để phát triển và tạo ra các sản phẩm có tính năng vượt trội với chất lượng hoàn hảo hơn, có khả năng giúp con người duy trì và nâng cao sức khỏe Một trong số những công nghệ đang phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng rộng rãi đó chính là công nghệ vi nang Đây là một hình thức bao gói các hợp chất dạng rắn hay dạng lỏng trong một lớp vỏ bọc bằng các vật liệu có kích thước micromet giúp bảo vệ các hợp chất có hoạt tính sinh học cao như enzyme, tế bào probiotic, chất màu thực phẩm, đặc biệt là các loại tinh dầu rất dễ bị biến đổi thành phần do yếu tố môi trường (như tinh dầu gừng, tinh dầu tỏi…) thành những viên nang nhỏ thuận tiện cho quá trình sử dụng và là một biện pháp hữu hiệu để bảo vệ hoạt tính quý giá của các loại tinh dầu này
Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa nên khí hậu nước ta có đặc điểm nóng ẩm, mưa nhiều tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của nhiều loại cây tinh dầu có giá trị Một trong những tinh dầu đang được các nhà sản xuất thực phẩm cũng như dược phẩm quan tâm là tinh dầu tỏi Đây là loại tinh dầu tạo nên vị thơm, cay, nóng của củ tỏi, có tác dụng kháng khuẩn và chữa bệnh rất tốt Từ hơn
4000 năm nay, tỏi đã được sử dụng như một nguồn thực phẩm có nhiều dinh dưỡng
và là loại thảo mộc có tác dụng chữa được nhiều bệnh
Tuy nhiên, các hợp chất dễ bay hơi và các chất có hoạt tính sinh học cao trong tinh dầu tỏi lại rất dễ bị tác động bởi các yếu tố của môi trường (nhiệt độ, ánh sáng, oxy, độ ẩm…) làm biến đổi hoặc mất đi các hoạt tính quý báu của chúng Những biện pháp bảo quản thông thường khó duy trì được lâu các hoạt tính của sản phẩm chế biến từ tinh dầu tỏi
Trang 13cũng như mở rộng phạm vi ứng dụng của sản phẩm tinh dầu tỏi ở Việt Nam, em mạnh dạn lựa chọn đề tài với nội dung:
“Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất vi nang tinh dầu tỏi, ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm”
Trong khuôn khổ đề tài này, em sẽ thực hiện nghiên cứu 3 nội dung chính:
• Lựa chọn nguyên liệu phù hợp với công nghệ sản xuất vi nang tinh dầu tỏi
• Lựa chọn được các yếu tố công nghệ phù hợp với quy trình sản xuất vi nang tinh dầu tỏi
• Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất vi nang tinh dầu tỏi
Trang 14PHẦN I TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu về củ tỏi
Củ tỏi có tên khoa học là Allium sativumL, thuộc họ hành tỏi, ở Trung Quốc gọi là Đại Tỏi, tiếng anh gọi là Garlic.Allium sativumL có nguồn gốc ở Địa Trung
Hải và nhiều vùng khác ở Châu Á Ngày nay, tỏi được trồng nhiều trên khắp thế giới, với sản lượng vào khoảng 6,5 triệu tấn, trong đó Trung Quốc là quốc gia đứng đầu chiếm 66-67% sản lượng toàn thế giới, tiếp đó là Nam Triều Tiên và Ấn Độ với 5% và Mỹ với 3% Tuy nhiên, nước tiêu thụ tỏi lớn nhất hiện nay là Mỹ với nhu cầu ngày càng tăng cao [29]
có nhiều rễ ngắn, mỗi tép giữ vai trò như một hệ dự trữ và bao quanh điểm thực bì, tất
cả được bao bởi một màng vỏ có bao chung, từ các tép này cuống hoặc thân không có nhánh trên, rỗng, ở đây được bao bởi các lỏ dạng ống [11, 27]
Hình 1 Cây tỏi
Trang 151.1.2 Nguồn gốc phân bố và thời gian thu hoạch
Cây tỏi của miền Trung Châu Á, được gây trồng nhiều ở nước ôn đới Ở nước ta cũng trồng nhiều, có những vùng trồng tỏi có tiếng ở Quảng Ngãi, Hà Bắc, Hải Dương… Tỏi là gia vị rất quen thuộc trong đời sống của nhân dân ta
Nhiệt độ thích hợp để cây sinh trưởng và phát triển là 18-22oC Cây tỏi thích hợp với đất cát pha, màu mỡ, thoáng khí, có độ Ph = 5,5-7,0 Do tỏi có bộ rễ chum ngắn nên đất trồng tỏi phải có độ ẩm cao khoảng 70% thì cây mới sử dụng được chất dinh dưỡng có trong đất Thông thường người ta thu hoạch vào cuối đông, đầu xuân Có thể dùng tươi hay phơi khô dùng dần
Về cơ bản, tỏi được chia làm hai loại là tỏi vỏ tím và tỏi vỏ trắng
• Tỏi vỏ tím (đỏ)
Hình 2 Tỏi vỏ tím
Trang 16Tỏi vỏ tím có lá dày, cứng, màu lá xanh nhạt, củ cứng và cay hơn tỏi vỏ trắng Dọc thân gần củ có màu tía Khi thu hoạch có màu trắng ngà Mỗi củ có 10-
11 nhánh (tép), đường kích củ 3,5-4 cm
Nước tỏi đặc dính, lá tỏi cay, phẩm chất khá tốt, dùng để ăn sống, ăn chín và muối tỏi đường Thân và củ to khỏe, tươi non, có mùi thơm Tỏi vỏ tím chịu rét, chín sớm.Giống này có hương vị đặc biệt nên được trồng nhiều hơn tỏi trắng
• Tỏi vỏ trắng
Hình 3 Tỏi vỏ trắng
Lá xanh đậm to bản, củ to, đường kích củ 4-4,5 cm Khi thu hoạch vỏ lụa củ màu trắng, tép nhỏ và số lượng nhiều So với tỏi vỏ tím, tỏi vỏ trắng chịu rét, chín
muộn, vỏ non trắng, vị cay nhạt, khả năng bảo quản kém, hay bị óp hơn tỏi tía
Thành phần hóa học của củ tỏi thay đổi tùy thuộc vào loại giống, đất đai, khí hậu, điều kiện chăm sóc nhưng nhìn chung nó gồm những chất chính được thể hiện ở bảng 1.1
Trang 17Bảng 1.1 Thành phần hóa học cơ bản của củ tỏi [27]
Cacbonhydrat % theo trọng lượng tỏi tươi 9,5-27,4
Trang 191.1.3 Công dụng của củ tỏi
Tỏi là một gia vị thông dụng đối với hầu hết các gia đình Việt Nam cũng như trên thế giới, nhất là ở các nước Châu Á Nó không thể thiếu được trong ẩm thực Việt Nam, một món ăn sẽ mất hấp dẫn nếu không có mùi thơm của tỏi Ngoài tác dụng tăng sự kích thích về khứu giác, tỏi còn được sử dụng như một nguồn thực phẩm có nhiều dinh dưỡng và là loại thảo mộc chữa nhiều bệnh [8] Trong suốt chiến tranh thế giới thứ II, tỏi được sử dụng như một linh vật để xua đi mọi điều không may Ngoài ra, nó còn được sử dụng để thay thế thuốc pinicillin
Các nghiên cứu dược lý hiện đại chứng thực tỏi có nhiều tác dụng:
• Tác dụng tăng cường hệ miễn dịch: Tỏi có tác dụng đáng kể lên hệ miễn dịch: tăng hoạt tính các thực bào lymphocyte giúp cơ thể bảo vệ màng tế bào chống
tổn thương nhiễm sắc thể AND, kháng virus, phòng chống nhiễm trùng
• Tác dụng giảm đường huyết: Tỏi có tác dụng gia tăng sự phóng thích Insulin
tự do trong máu, tăng cường chuyển hóa glucose trong gan - giảm lượng đường trong máu và trong nước tiểu (tác dụng tương đương với Tolbutamid, một loại
sunfamid chữa tiểu đường type II)
• Tác dụng kháng sinh: Tỏi có tác dụng kháng khuẩn, kháng virus, diệt ký sinh
trùng và nguyên sinh động vật và diệt côn trùng
• Tác dụng đối với hệ thống mạch máu lưu: Tỏi làm giảm tryglycerid và cholesterol trong máu Tỏi làm tăng hàm lượng cholesterol tốt (HDL) và giảm lượng cholesterol xấu (LDL) do đó làm giảm các rối loạn chuyển hóa mỡ trong
máu, chống xơ cứng động mạch vành, động mạch não và động mạch ngoại vị
• Tác dụng đối với tế bào ung thư: Tỏi có tác dụng chống lại tiến trình phát
triển của khối u và của nhiều loại ung thư khác nhau
• Tác dụng chống nhiễm độc chất phóng xạ: Tỏi làm tăng thải trừ các đồng vị phóng xạ và giảm sự tích đọng các chất đồng vị phóng xạ trong cơ thể Ngoài ra, tỏi
còn có tác dụng bảo vệ gan và chống các bệnh đường hô hấp
Trang 201.2 Tinh dầu tỏi
1.2.1 Tính chất hóa lý của tinh dầu tỏi
Tinh dầu tỏi là các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi có vị cay, nóng, mùi thơmđặc trưng của tỏi Tinh dầu tỏi, ở điều kiện thường là một chất lỏng có màu vàng nhạt đến vàng hơi xanh tùy thuộc vào phương pháp khai thác
Để khai thác tinh dầu tỏi từ củ tỏi tươi, người ta thường sử dụng phương pháp chưng cất lôi cuốn theo hơi nước ngoài ra còn có thể sử dụng kết hợp trưng cất với trích ly Tinh dầu tỏi được khai thác từ nguồn khác nhau theo các phương pháp
xử lý nguyên liệu khác nhau thì chỉ số hóa lý tinh dầu cũng khác nhau, điều này được thể hiện ở bảng 1.2
Bảng 1.2 Chỉ số hóa lý của tinh dầu tỏi thu được bằng phương pháp chưng cất [4]
Trang 21Bảng 1.3 Chỉ số hóa lý của tinh dầu tỏi thu được bằng phương pháp chưng cất
kết hợp với phương pháp trích ly
Tinh dầu tỏi có độ nhớt không cao, dễ dàng bị cuốn theo hơi nước, tan ít trong nước, nó gồm cả phần tinh dầu nặng và tinh dầu nhẹ nên ở trong nước thì tồn tại ở dạng lơ lửng, tan tốt trong petan, dietyl ete, etyl axetat, CO2 lánh
1.2.2 Tính chất hóa học của tinh dầu tỏi
Thành phần hóa học của tinh dầu tỏi cụ thể hơn là hàm lượng các chất hữu
cơ chứa sunphua dễ bay hơi được nghiên cứu tỷ mỉ và chính xác bởi nhiều công trình khoa học trên thế giới Các công trình nghiên cứu đều thống nhất với nhau về
số lượng các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi chứa sunphua và một số chất khác có mặt trong tinh dầu tỏi nhưng lại chưa có sự thống nhất với nhau về hàm lượng của chúng
Theo một số tài liệu, hàm lượng tinh dầu trong củ tỏi phụ thuộc vào giống, điều kiện chăm sóc, khí hậu, đất đai, phương pháp khai thác… Hàm lượng tinh dầu trong củ tỏi dao động trong khoảng 0,06-0,25% so với nguyên liệu tươi (bảng 1.4)
Bảng 1.4 Hàm lượng tinh dầu trong tỏi ở một số nước trên thế giới [4]
Nguồn gốc
Hàm lượng tinh dầu ( theo % trọng lượng tỏi tươi)
Trang 22Bảng 1.5 Thành phần của một số chất trong củ tỏi tươi từ các nguồn
Ngoài các thành phần cơ bản trong bảng trên trong tinh dầu tỏi cũng chứa
methylthiiran, 1 - metylthio-1 propendecan, dimethyldisunphit, metyl 1 -propenyl- disunphit,2,4-imidazolidindion, dimethyltrisunphit, 2-propenyldisunphit, 1,3,5,7- xiclooctatetran, methyl 2-propyltrisunphit, vinydithiin, ajoen, alixin,
dialylpentasunphit, dialylheptasunphit…[4, 27, 29]
Để đánh giá chất lượng của tinh dầu tỏi, ngoài việc dựa vào thông số hóa lý của nó, người ta cũng dựa vào hàm lượng allicin có mặt trong sản phẩm Tuy nhiên, allicin không có mặt ngay trong củ tỏi mà nó tồn tại dưới dạng tiền chất là: S-alyl-L-xysteinsunphoxit gọi là alliin Khi các tế bào của củ tỏi bị phá trong quá trình xay nghiền… thì alliin sẽ tiếp xúc trực tiếp với enzym alinaza có trong củ tỏi, enzym này phân cắt alliin thành allicin Sự chuyển hóa alliin thành allicin nhờ enzym alinaza rất nhanh bởi trong các tép tỏi hàm lượng alliin và alinaza xấp xỉ bằng nhau Điều dó giải thích tại sao alliin lại chuyển hóa thành các thiosulfid quá nhanh khi tỏi được ép ra Alliin là chất dễ dàng hòa tan trong nước và cũng dễ dàng bị nhiệt phân
ở 120-180oC, trong một giờ tạo ra hơn 40 hợp chất sulfur khác nhau như dialylsulfide, dialyldisulfide, alylalchol, 1,4-dithiepan… Việc sử dụng các phương pháp khai thác khác nhau cũng làm thay đổi hàm lượng các thành phần trong sản phẩm tỏi, sự khác biệt được thể hiện ở bảng 1.6
Trang 23Bảng 1.6 Thành phần các sản phẩm tỏi ngâm dầu và cất hơi nước điển hình
trên thị trường thế giới [29]
Trang 24năng chống oxy hóa, có tính kích thích da, có mùi vị giống như tỏi, nó dễ dàng bị phân hủy bởi nhiệt độ tạo ra dialyldisulfide, dialyltrisulfide và các hợp chất có chứa sulfur khác nhau Allicin dễ dàng mất do bị oxy hóa và do đó mất tính kháng sinh
Vì vậy, người ta cho rằng tác dụng kháng sinh của allicin là nguyên tử oxy có trong phân tử tạo ra Allicin dễ dàng kết hợp với một axit amin có gốc -SH là xystein, mà gốc -SH được coi là nguyên nhân kích thích sự sinh sản vi sinh vật và tế bào Do đó allicin ức chế sự sinh sản của các vi sinh vật bằng cách phá hoại gốc -SH của xystein [23] Phương trình phản ứng như sau:
C3H5-S -S-C3H5 + 2H-CH-CH-COOH 2 C3H5-S-S-CH2-CH-COOH
O NH2 NH2
1.3 Giới thiệu về công nghệ vi nang
1.3.1 Công nghệ tạo vi nang và ứng dụng
Theo nghiên cứu của Ghosh, Zuidam và Shimoni, 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 Cấu trúc của vi nang gồm 2 phần chính: phần lõi và phần vỏ 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… [14, 2]
Công nghệ tạo vi nang với mục đích bao gói các hợp 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, 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, sơn… Đặc biệt vi nang đang được nghiên cứu để tạo ra những công thức mới đột phá trong
Trang 25Công nghệ này cho phép phân phối các thành phẩm của sản phẩm tới đúng vị trí và thời điểm mong muốn Trong công nghệ thực phẩm hay dinh dưỡng, người ta
có thể sử dụng kỹ thuật vi nang để che giấu mùi vị không mong muốn của sản phẩm như vị đắng của vitamin B1, thậm chí tăng hương cho chúng bằng cách ướp hương vật liệu dùng để bao gói Tạo vi nang cũng có thể bảo vệ các hợp 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 dạng lỏng, dạng dầu dễ bay hơi sang dạng bột tiện lợi cho quá trình bảo quản, vận chuyển, cân, đo, đong, đếm hay phân tán vào trong các hệ ưa nước Đối với các chất thơm, phương pháp vi nang phân tử sẽ giúp bảo vệ chúng khỏi tác động của môi trường (nhiệt độ, ánh sáng, ôxy) bằng cách khóa chúng trong các chất mang rắn, có thể hòa tan nhanh chóng trong nước khi sử dụng (tạo phức vi nang: casule hay phức bao) Điều này có nghĩa là các phức bao được tạo ra nhằm bảo vệ các chất thơm khỏi quá trình bay hơi, quá trình oxy hóa… trong khi bảo quản, vận chuyển hay chế biến Nhìn chung, quá trình tạo phức vi nang chia thành 3 giai đoạn
+ Giai đoạn 1: Nhũ hóa hoặc phân tán đều các chất thơm dạng lỏng trong dung dịch chất mang
+ Giai đoàn 2: Làm khô phức vi nang
+ Giai đoạn 3: Làm khô phức vi nang
Trong quá trình sản xuất, đầu tiên các chất thơm được nhũ hóa hoặc phân tán trong các chất mang dạng dung dịch (hay chất mang tạo phức vi nang với chất thơm) Phương pháp phổ biến là hòa chất thơm dạng lỏng vào dung dịch chất mang ( bao gồm: chất mang + chất tạo màng + nước), sau đó hỗn hợp này được đồng hóa nhằm xé nhỏ chất thơm thành các phần tử có kích thước nhỏ bé, đồng thời giúp chúng phân tán đều trong dung dịch chất mang, kết quả tạo ra hỗn hợp nhũ tương
ổn định Người ta thường đồng hóa bằng cách khuấy trộn với tốc độ cao Đối với chất mang có khả năng tạo phức cao, cần phải có thời gian tạo phức vi nang ổn định
Trang 26trước khi sấy Sau khi ổn định, nhũ tương hay dung dịch phức vi nang được chuyển vào thiết bị làm khô (ở đây thường sử dụng thiết bị sấy phun là phổ biến) Trong thiết bị sấy phun, dung dịch được phun vào buồng sấy dưới dạng sương mù, các hạt sương (hạt bụi) này hòa trộn với không khí nóng có nhiệt độ120 – 1250C Hỗn hợp chất mang, chất tạo màng sẽ nhanh chóng tạo thành một lớp vỏ bao bọc lấy các chất thơm trước khi nước bay hơi, lớp vỏ này có tính xuyên thấm chọn lọc, chỉ cho nước thấm qua, không cho O2 đi qua và giữ các chất thơm ở lại Trong suốt quá trình sấy,
ít nhất 90% nước được bay hơi, nhưng hầu hết các chất thơm được giữ lại nếu duy trì chế độ sấy tối ưu Sở dĩ như vậy là do dưới tác dụng của nhiệt độ cao, nước được bốc hơi nhanh chóng đến mức chưa có sự phân hủy quá giới hạn của các chất xảy
ra Tuy nhiên, nếu nhiệt độ quá cao cũng sẽ gây ra sự tổn thất cũng như biến đổi hương lớn Các hạt bột khô tạo ra sau khi sấy phun sẽ được làm mát xuống nhiệt độ thường rồi mới đóng gói, bảo quản Trong kỹ thuật này, kích thước hạt chất thơm sau khi đồng hóa, thời gian tạo phức, độ bền và độ nhớt của nhũ tương, tốc độ phun, kích thước và hình dạng hạt sương, nhiệt độ sấy có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của sản phẩm hương dạng bột Vì vậy, cần điều chỉnh các thông số này một cách thích hợp và duy trì ổn định để tạo ra sản phẩm có chất lượng cao
Nhìn chung, kỹ thuật vi nang có những ưu điểm sau:
• Bảo vệ các chất được bao gói khỏi tác động của môi trường
• Che giấu 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
Có rất nhiều phương pháp để tạo vi nang Về cơ bản người ta phân làm 3
Trang 27- Nhóm các phương pháp hóa học: polyme hóa trên bề mặt, polyme 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… Cấu trúc của vi nang tạo thành cũng như kích thước và hiệu suất bao gói phụ thuộc vào phương pháp lựa chọn (Bảng 1.7)
Bảng 1.7 Mô tả một số phương pháp tạo vi nang [28]
Quá trình Mô tả quá trình
Hiệu suất bao gói (%)
Kích thước
vi nang (µm)
Sấy phun Hòa tan hoặc phân tán lõi cần bao
vào dung dịch vỏ Phun vào buồng sấy
5 – 50 10 – 400
Sấy tầng sôi Phun dung dịch vỏ vào lớp lõi ở
trạng thái tầng sôi.Làm lạnh hoặc sấy khô
5 – 50 5 – 5000
Ép đùn Làm nóng chảy vỏ, phân tán lõi
vào trong vỏ Tạo hạt bằng thiết bị
Đông tụ Tạo nhũ tương o/w của lõi Thêm
yếu tố tạo sự phân pha Làm lạnh
Crosslinking
40 – 90 10 – 800
Nhỏ giọt Tạo nhũ tương lõi (thường trong
alginate) Nhỏ giọt vào dung dịch tạo gel
20 – 50 200 – 5000
Trang 28Tạo Inclusion Trộn vỏ, lõi và nước Sấy khô 5 – 15 0,001 – 0,01
Liposome Phân tán lõi vào dung dịch lipid
Đồng hóa để giảm kích thước hạt 5 – 10 10 – 1000 Sấy lạnh hoặc
sấy chân
không
Trộn lẫn vỏ và lõi trong nước
Đông lạnh hỗn hợp, sấy khô
Đến nay đã có vô số các công trình khoa học công bố quan tâm đến lĩnh vực này.Trong đó nhiều nhất là nghiên cứu các phương pháp tạo sản phẩm [21, 22, 17,
25, 30, 31] Ngoài ra, nhiều tác giả đã đi sâu nghiên cứu các phương pháp mới, chi tiết ở quy mô phòng thí nghiệm nhằm phục vụ các phương pháp nghiên cứu Indra Padukka và cộng sự đã đưa ra một phương pháp mới tạo hương chanh dạng bột với chất mang là β- cyclodextrin [50] Tinh dầu chanh pha trong etanol được từ từ cho vào hỗn hợp 10% β- cyclodextrin trong hệ dung môi etanol : nước ( tỉ lệ 1:2) ở nhiệt
độ 550C Dung dịch được khuấy trộn liên tục trong 4 giờ cho tới khi nhiệt độ khối
Trang 29thời gian 24h, rồi sấy khô trong thiết bị sấy ở nhiệt độ phòng trong 24h, rồi sấy khô trong thiết bị sấy ở nhiệt độ 500C Kết qủa thu được hương chanh dạng bột có hiệu suất cố định hương khá cao và chất lượng tốt
Nhiều nhà khoa học cũng quan tâm nghiên cứu đến thành phần và tỷ lệ nguyên liệu, dung môi hòa tan và các thành phần phụ trợ khác để sản xuất các loại hương liệu dạng bột cho phương pháp vi nang phân tử với làm khô sản phẩm bằng
kỹ thuật sấy phun [ 16, 36, 34, 20] Nhìn chung để sản xuất hương liệu dạng bột theo phương pháp này cần có đủ các thành phần chính như sau:
- Hương liệu dạng lỏng
- Chất mang (cyclodextrin, maltodextri,…)
- Chất tạo màng (gôm Arabic, tinh bột biến tính…)
- Nước (có thể là cồn etylic để tăng độ hòa tan cho chất mang)
Một nghiên cứu khác của Hidefumi Yoshii và cộng sự [18] đã nghiên cứu sâu về chế độ sấy phun trong công nghệ tạo hương dạng bột bằng phương pháp vi nang phấn tử đồng thời nghiên cứu sự giải phóng hương khỏi bao nang của hương dạng bột Các tác giả đã mô tả kỹ lưỡng việc chuẩn bị mẫu dung dịch nhũ tương từ etyl-butyrat (chất thơm dạng lỏng), maltodextrin (chất mang), gôm guar ( chất phụ trợ) và dung môi hòa tan là nước ấm, cũng như đưa ra chế độ đồng hóa ( tạo phức) trước khi mô tả chi tiết các điều kiện cho chế độ sấy phun Mặt khác, các tác giả cũng chỉ ra rằng tốc độ giải phóng hương khỏi các bao nang không phụ thuộc vào
độ ẩm của sản phẩm hương dạng bột mà còn phụ thuộc nhiều vào nhiều yếu tố khác như: chế độ đồng hóa, chế độ sấy phun,… đặc biệt là việc cho thêm 1% gelatin sẽ giúp cho khả năng lưu giữ chất thơm của sản phẩm tăng lên đáng kể
Ở Việt nam, việc nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng hương liệu dạng bột còn rất mới mẻ Chúng ta chưa thể sản xuất loại hương này ở quy mô công nghiệp.Trong khi đó nhu cầu về các sản phẩm này ngày càng tăng, chủ yếu là trong công nghiệp thực phẩm và công nghiệp mỹ phẩm Hàng năm, nước ta phải tiêu tốn rất nhiều ngoại tệ để nhập hương liệu dạng bột về phục vụ sản xuất trong nước Đây
là một trong những nghịch lý đang làm các nhà nghiên cứu về hương liệu phải băn khoăn bởi tiềm năng để phát triển sản xuất hương dạng bột của chúng ta rất lớn trong khi trong nước lại chưa thể sản xuất được
Trang 301.4 Giới thiệu về Cyclodextrin
Chất mang hay còn gọi là lớp vỏ ngoài được sử dụng trong sản xuất vi nang tinh dầu tỏi có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của vi nang tinh dầu tỏi, bởi nó quyết định trực tiếp đến khả năng giữ hương của sản phẩm Mỗi loại hương thơmsẽ đòi hỏi một loại chất mang phù hợp Một trong những loại chất mang thường được
sử dụng trong sản xuất vi nang tinh dầu là cyclodextrin (CD) [2]
CD (còn được gọi là dextrin Schardinger) đã được biết đến từ hơn 100 năm
nay Năm 1881, CD lần đầu tiên được sản xuất từ tinh bột bằng vi khuẩn Basillus
amylobacter Năm 1903, cấu trúc và tính chất của các hợp chất này đã được biết đến qua mô tả của Schardinger [26] Sau đó, Tilden và Hudson (1939) đã chứng minh ezym cyclodextrin glucosyltransferaza, chiết xuất từ môi trường nuôi cấy vi
khuẩn Bacillus macerans, là tác nhân chuyển hóa tinh bột thành CD Từ năm 1950
cho tới nay, rất nhiều nhà khoa học đã quan tâm nghiên cứu các tính chất của CD, cũng như việc sản xuất và ứng dụng của nó Kể từ năm 1981, các thành tựu trong lĩnh vực này được công bố thường xuyên trong các hội thảo quốc tế về CD được tổ chức hai năm một lần [33,24]
Cyclodextrin là một ví dụ tuyệt vời của quá trình biến hình sinh học các tinh bột Cấu trúc vòng của cyclodextrin cho phép nó tạo phức bao dạng khách thể - chủ thể với nhiều hợp chất hữu cơ Sự tạo phức bao này dẫn đến làm thay đổi tính chất
lý hóa của phân tử chất khách thể Nhờ đó, cyclodextrin được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau Trong công nghiệp thực phẩm, cyclodextrin được dùng làm chất mang hữu hiệu cho các hương liệu vốn dễ bị mất mùi trong quá trình chế biến và bảo quản Trong công nghệ dược phẩm, cyclodextrin được dùng để ổn định các hoạt chất, làm tăng khả năng hòa tan và khả năng hấp thụ thuốc đồng thời làm giảm tác dụng phụ của thuốc Trong công nghiệp
mỹ phẩm, cyclodextrin góp phần làm ổn định màu và mùi thơm của sản phẩm Cyclodextrin cũng được ứng dụng trong nông nghiệp để sản xuất các loại thuốc diệt
cỏ, thuốc trừ sâu
1.4.1 Cấu tạo và cấu trúc của Cyclodextrin (CD)
Trang 31thường gặp là α-CD, β-CD và γ-CD chứa tương ứng 6, 7 và 8 đơn vị glucoza trong phân tử Trong vòng CD, các gốc glucoza được sắp xếp sao cho các nhóm hydroxyl bậc 2 (C2 và C3) nằm về một phía của vòng, còn các nhóm hydroxyl bậc 1(C6) nằm ở phía bên kia Kết quả là tạo ra phân tử có dạng hình nón cụt với phía chứa C6 hẹp hơn do khả năng quay tự do của C6 [7] (Hình 4)
Hình 4 Cấu trúc và kích thước của CD
1.4.2 Tính chất lý học của Cyclodextrin (CD)
Trong phân tử CD, các nhóm hydroxyl đều hướng ra bên ngoài, do đó CD có khả năng tan trong nước Khi nhiệt độ tăng, độ tan của CD tăng: ở 25oC, độ tan của α-, β-, γ-CD tương ứng là 14,2; 1,85; 23,2 g/100ml và ở 50oC, độ tan tương ứng là 43,5; 5,62; và 93,8 g/100ml [24]
Một số thông số vật lý của CD được cho ở trong bảng 1.8
