Nghiên cứu bao gói tinh dầu màng tang (litsea cubeba essential oils) bằng β cyclodextrin

Trong khi đó quản lý nhà nước về sản xuất, buôn bán và sử dụng kháng sinh trong nông nghiệp không đáp ứng được yêu cầu đòi hỏi thực tế, hiểu biết và ý thức của người dân còn rất hạn chế

-BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

––––––––

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU BAO GÓI TINH DẦU MÀNG TANG (Litsea

cubeba Essential oils) BẰNG β-CYCLODEXTRIN

Giảng viên hướng dẫn: TS Hà Thị Hải Yên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BỘ MÔN KỸ THUẬT HÓA HỌC

––––––––

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU BAO GÓI TINH DẦU MÀNG TANG (Litsea

cubeba Essential oils) BẰNG β-CYCLODEXTRIN

Giảng viên hướng dẫn: TS Hà Thị Hải Yến Sinh viên thực hiện: Đặng Gia Hân

Mã số sinh viên: 56135191

Khánh Hòa, tháng 7/2018

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô Bộ mônKỹ thuật Hóa học - Khoa Công nghệ Thực phẩm trường Đại học Nha Trang đã quan tâm, dạy dỗ, chỉ bảo tận tình chu đáo để em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến giảng viên TS Hà Thị Hải Yến và TS Tạ Thị Minh Ngọc đã quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn em hoàn thành tốt đồ

án tốt nghiệp này trong thời gian qua

Em cảm ơn đến lãnh đạo Trường Đại học Nha Trang, Phòng Thí nghiệm khu Công Nghệ Cao, các Khoa Phòng Ban chức năng đã giúp đỡ, tạo điều kiện trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu thực hiện đồ án tốt nghiệp

Em cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn động viên, ủng hộ em trong suốt thời gian qua

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế, đồ án tốt nghiệp này không thể tránh được những thiếu sót Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô để em có thêm kiến thức làm hành trang vững chắc trong tương lai

Em xin kính chúc quý thầy cô trường Đại học Nha Trang lời chúc sức khỏe, thành công trên con đường giảng dạy

Nha Trang, ngày 01 tháng 07 năm 2018

Sinh viên

Đặng Gia Hân

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

––––––––

Nha Trang, ngày tháng năm 2018

Giảng Viên Hướng Dẫn

TS Hà Thị Hải Yến

MỤC LỤC

Trang bìa i

Quyết định giao ĐA/KLTN ii

Nhận xét của giảng viên hướng dẫn iii

Lời cảm ơn iv

Mục lục v

Danh mục hình vi

Danh mục bảng vii

Danh mục viết tắt viii

1.1.2 Thành phần hóa học của tinh dầu Màng tang 6

1.2.4 Ứng dụng cuae CD trong Công Nghệ Thực Phẩm và Chuyển Giao

1.3.3 Các phương pháp bao gói vi nang 17

3.1.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ % β-CD/H2O (w/w) 273.1.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ % LCEO/EtOH (w/w) 30

3.2.Đặc điểm hóa lý của phức bọc LCEO và β-CD 39

3.2.2 Phổ FTIR 40

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Quả non và hoa Màng tang 5

Hình 1.2 Lá Màng tang 5

Hình 1.3 Cấu trúc hóa học một số hợp chất trong LCEO 9

Hình 1.4 Cấu trúc và kích thước của β-CD 12

Hình 1.5 Hai dạng chính của viên bao nang : bao nang đơn nhân (trái) và đa nhân (phải) 18

Hình 2.1 β-CD 24

Hình 2.2 LCEO 24

Hình 2.3 Sơ đồ thí nghiệm 25

Hình 3.1 Sự phụ thuộc hàm lượng bột thu hồi vào tỷ lệ β-CD/H2O 30

Hình 3.2 Sự phụ thuộc hàm lượng tinh dầu trong bột vi nang vào tỷ lệ β-CD/H2O 31

Hình 3.3 Sự phụ thuộc hiệu suất và hiệu quả bao gói vi nang vào tỷ lệ β-CD/H2O 32

Hình 3.4 Sự phụ thuộc hàm lượng bột thu hồi vào tỷ lệ LCEO/EtOH 33

Hình 3.5 Sự phụ thuộc hàm lượng tinh dầu trong bột vi nang vào tỷ lệ LCEO/EtOH 34

Hình 3.6 Sự phụ thuộc hiệu suất và hiệu quả bao gói vi nang vào tỷ lệ LCEO/EtOH 35

Hình 3.7 Sự phụ thuộc hàm lượng bột thu hồi vào nồng độ EtOH 36

Hình 3.8 Sự phụ thuộc hàm lượng tinh dầu trong bột vi nang vào nồng độ EtOH 37

Hình 3.9 Sự phụ thuộc hiệu suất và hiệu quả bao gói vi nang theo nồng độ EtOH 37

Hình 3.10 Sự phụ thuộc hàm lượng bột thu hồi vào tỷ lệ LCEO/β-CD 39

Hình 3.11 Sự phụ thuộc hàm lượng tinh dầu trong bột vi nang vào tỷ lệ LCEO/β-CD

40

Hình 3.12 Sự phụ thuộc hiệu suất và hiểu quả bao gói vi nang vào tỷ lệ LCEO/β-CD .41

Hình 3.13 Ảnh chụp hạt vi nang dưới kính hiển vi cụ thể mẫu 5:95 41

Hình 3.14 Ảnh chụp hạt vi nang dưới kính hiển vi cụ thể mẫu 3:97 42

Hình 3.15 Hạt β-CD nguyên chất 42 Hình 3.16 Phổ FTIR của LCEO, β-CD, phức bọc LCEO/β-CD, hỗn hợp vật lý β-CD

và LCEO 43

Hình pl1 Máy lắc 51 Hình pl2 Thiết bị Clavenger 51

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của tinh dầu thu được từ các bộ phận khác nhau của cây

Màng tang 6

Bảng 1.2 Vùng ức chế vi khuẩn của LCEO 10

Bảng 1.3 Nồng độ ức chế vi khuẩn của LCEO 11

Bảng 1.4 Một số thông số vật lý của các CD 13

Bảng 1.5 Nồng độ β-CD sử dụng trong thực phẩm 15

Bảng 1.6 Mô tả một số phương pháp tạo vi nang 19

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ β-CD/H2O đến tính chất hóa lý của phức bọc LCEO/β-CD 29

Bảng 3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ LCEO/EtOH đến tính chất hóa lý của phức bọc LCEO/β-CD 32

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của nồng độ EtOH đến tính chất hóa lý của phức bọc LCEO/β-CD 35

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ LCEO/β-CD đến tính chất hóa lý của phức bọc LCEO/β-CD 38

DANH MỤC VIẾT TẮT

LCEO :Litsea cubeba Essential oil

β-CD : Beta cycldextrin

NN&PTNT : Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn

FTIR : Fourrier Transformation InfraRed

ME : Microencapsulation efficiency

MY : Microencapsulation yiel

GDP :Gross Domestic Product

GC/MS : Gas Chromatography-Mass Spectrometry

GC(RI) : Gas Chromatography Retention Data

DD :Diameter of inhibition zone [mm] around the disks

impregnated with essential oil or the positive control levofloxacin

MIC : Minimum inhibitory concentrations

PCM : Phase Change Material

NASA : National Aeronautics and Space AdministrationTPHH : Thành phần hóa học

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam là một quốc gia đang phát triển có quy mô dân số tới hơn 96,3 triệu người và tỉ lệ tăng trưởng dân số hàng năm duy trì ở mức 1,07% Trong năm 2017, GDP của cả nước đã đạt mức 6,81%, cao nhất trong nhiều năm trở lại đây Trong đó nông nghiệp vẫn đóng vai trò quan trọng trong tổng thu nhập nội địa (GDP) của Việt Nam Trong mức tăng 6,81% của toàn nền kinh tế thì nông, lâm nghiệp và thủy sản đã có

sự gia tăng đáng kể với mức tăng 2,90% (cao hơn mức tăng 1,36% của năm 2016), đóng góp 0,44 điểm phần trăm vào mức tăng chung của GDP Trong khu vực nông, lâm nghiệp

và thủy sản thì ngành thủy sản có mức tăng cao nhất với 5,54% Nguyên nhân làm cho ngành thủy sản có mức tăng cao nhất là do sản xuất thủy sản năm 2017 có nhiều khởi sắc

so với năm 2016, đóng góp 0,17 điểm phần trăm vào mức tăng chung, sản lượng thuỷ sản

cả năm 2017 ước tính đạt 7.225,0 nghìn tấn, tăng 5,2% so với năm trước, trong đó cá đạt 5.192,4 nghìn tấn, tăng 4,8%; tôm đạt 887,5 nghìn tấn, tăng 8,8% Cụ thể là sản lượng cá tra năm 2017 ước tính đạt 1.251,3 nghìn tấn, tăng 5,0%; sản lượng tôm sú đạt 254,9 nghìn tấn, tăng 4,4%; sản lượng tôm thẻ chân trắng đạt 432,3 nghìn tấn, tăng 14,3% Chính sự tăng trưởng này đã và đang góp phần quan trọng làm tăng thu nhập bình quân đầu người hàng năm, thu nhập bình quân đầu người ước 53,5 triệu đồng/năm (tương đương 2.385 USD, tăng 170 USD so với năm 2016) [28][4] Và cũng chính vì lẽ điều này nên trong những năm gần đây, đời sống nhân dân được cải thiện đã làm tăng nhu cầu tiêu thụ nội địa về các sản phẩm có nguồn gốc từ động vật Trước sức ép nhu cầu ngày càng tăng các sản phẩm xuất khẩu và tiêu dùng nội địa, sự thâm canh hóa nông nghiệp nói chung và nuôi trồng thủy sản nói riêng là một xu hướng phát triển tất yếu trong bối cảnh của Việt Nam Tuy nhiên,

do sự phát triển chủ yếu mang tính tự phát, không có chiến lược và qui hoạch rõ ràng cùng với yếu kém trong kiểm soát vệ sinh nên đã làm xuất hiện những rủi ro mới như sự ô nhiễm môi trường, diễn biến dịch bệnh phức tạp ngày càng đáng lo ngại[7] Vật nuôi sống trong điều kiện không thuận lợi nên ngày càng mẫn cảm hơn với dịch bệnh Chính vì thế, người sản xuất coi thuốc thú y nói chung và kháng sinh nói riêng là một giải pháp không thể thiếu để giảm thiểu rủi ro Để đáp ứng nhu cầu đó, thuốc thú y được sản xuất hoặc

nhập khẩu và bán rộng rãi trên thị trường Theo Cục Thú y (Bộ NN&PTNT), hiện nay đang có tình trạng người dân lạm dụng thuốc kháng sinh để dùng trong chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản, dẫn đến những tác hại rất lớn cho chính nền sản xuất nông nghiệp và sức khỏe của con người Trong khi đó quản lý nhà nước về sản xuất, buôn bán và sử dụng kháng sinh trong nông nghiệp không đáp ứng được yêu cầu đòi hỏi thực tế, hiểu biết và ý thức của người dân còn rất hạn chế đã gây nên những rủi ro lớn cho môi trường và sức khỏe con người (Ly, 2009)[15] Người sản xuất không quan tâm nhiều đến vấn đề vệ sinh

an toàn thực phẩm trong quá trình sản xuất, chính 2 lý do trên để giải thích sự hiện diện của thuốc thú y nói chung và kháng sinh nói riêng trong sản phẩm có nguồn gốc từ động vật và môi trường (Le và Munekage, 2004)[13] Do hạn chế trong khả năng giám sát, kiểm soát từ “Trang trại đến bàn ăn” cùng với nhận thức của người sản xuất về vệ sinh an toàn thực phẩm còn thấp nên việc lạm dụng, thậm chí sử dụng bất hợp pháp hóa chất, thuốc thú y nói chung và kháng sinh nói riêng trong chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản phục vụ thị trường nội địa ở Việt Nam còn rất phổ biến và đáng báo động Kết quả điều tra thực địa cho thấy enrofloxacin, norfloxacin, ciprofloxacin, oxolinic acid và flumequin, sulfamethoxazole và oxytetracycline là các kháng sinh được sử dụng phổ biến trong nuôi trồng thủy sản ở Việt Nam (Phuong et al., 2006; Dang et al., 2007)[21][9] Việc sử lạm dụng hoặc sử dụng không khoa học kháng sinh trong nông nghiệp sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho

sự xuất hiện các chủng vi khuẩn kháng thuốc trong môi trường, gây nên một mối nguy tiềm tàng ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng đã và đang gây lo ngại cho các nhà khoa học (Molback, 2004, Wang et al., 2006)[17][25] Ở Việt Nam, đã có một số nghiên cứu khẳng định sự xuất hiện các chủng vi khuẩn kháng kháng sinh trong chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản (Le et al., 2005; Trung et al., 2006, Hoai et al., 2008) [13][10][24] Mặc dù, các

cơ quan quản lý nhà nước đã có những qui đinh, khuyến cáo nông dân áp dụng đúng tiêu chuẩn quy trình thực hành sản xuất tốt (VietGAP), nhưng những cố gắng này mới chỉ dừng lại ở việc kiểm soát các cơ sở sản xuất phục vụ xuất khẩu Còn việc kiểm soát sự sử dụng hóa chất, thuốc thú y nói chung và kháng sinh nói riêng ở các nông hộ, trang trại và thị trường các sản phẩm nông sản, thực phẩm tiêu thụ nội địa vẫn còn rất hạn chế

Tinh dầu Màng tang sử dụng trong nghiên cứu này có tính kháng khuẩn cao, kháng được 4 chuẩn vi khuẩn sau: S.aureus, B.cereus, A.hydrophila, E.coli[[19].

Chính vì mong muốn cái thiện được tình hình lạm dụng thuốc kháng sinh trong nông nghiệp, cải thiện được chất lượng các sản phẩm thực phẩm từ nông sản để từ đó có thể đảm bảo được sức khỏe cho người tiêu dùng ở Việt Nam, tôi đã thực hiện nghiên cứu

đề tài “Nghiên cứu bao gói tinh dầu Màng Tang (Litsea cubeba Essential oil) bằng - cyclodextrin”

2 Mục tiêu

Điều chế vi nang BCD-LCEO sử dụng β- cyclodextrin làm vật liệu bao gói

Khảo sát một số đặc tính hóa lý của sản phẩm điều chế được

3 Nội dung nghiên cứu

Khảo sát tỷ lệ phần trăm (%) LCEO/BCD, tỷ lệ BCD/H2O, tỷ lệ LCEO/EtOH để hiệu suất tạo ra viên nang BCD-LCEO tốt nhất có thể

Khảo sát một số đặc trưng hóa – lý của vi nang BCD-LCEO thu được (hình dạng, kích thước hạt, đặc tính quang phổ)

Đánh giá chất lượng (hàm lượng LCEO, hiệu suất bao gói LCEO)

4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết: tổng qua các tài liệu về -CD, LCEO

Phương pháp bao gói vi nang (phương pháp Paste): bố trí thí nghiệm chọn tỷ lệ phần trăm giữa -CD và LCEO, tỷ lệ -CD/H2O, tỷ lệ LCEO/EtOH, nồng độ EtOH thích hợp để tối ưu hóa quá trình điều chế vi nang

Phương pháp đo phổ FTIR

Phương pháp xác định hàm lượng LCEO

Phương pháp xác định hiệu suất bao gói LCEO

Phương pháp xác định độ ẩm

Phương pháp xác định hàm lượng bột thu hồi

Phương pháp xác định lượng tinh dầu bề mặt

Phương pháp đo kích thước hạt

5 Đối tượng nghiên cứu

LCEO (tinh dầu Màng Tang)

BCD làm vật liệu bao gói

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài

Ý nghĩa khoa học: Xác định điều kiện tối ưu để bao gói vi nang LCEO

Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở khoa học để sản xuất sản phẩm vi nang BCD-LCEO ứng dụng làm kháng sinh trong nông nghiệp nhằm thay thế một số chất kháng sinh có thành phần một vài chất cấm đang được bán rộng rãi trên thị trường có thể gây hại cho sức khỏe người tiêu dùng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về tinh dầu Màng tang

1.1.1 Cây Màng tang

Màng tang hay sơn kê tiêu (Litsea cubeba) là cây bụi hoặc thường xanh, cao

5-12m, thuộc họ Nguyệt quế Đây là loài bản địa của Đông Nam Á và Trung Quốc[30]

Màng tang là một loài cây nhỏ, lá mọc so le, hình mác, mép nguyên, có cuống ngắn, mặt trên xanh xẫm, mặt dưới màu tro trắng, vò có mùi thơm mát của xả Hoa khác gốc có màu trắng Quả nhỏ lúc non có màu xanh, khi chín có màu đen giống như quả hồ tiêu Ở Việt Nam, cây màng Tang mọc hoang dại ở khắp vùng núi cao có khí hậu lạnh hoặc mát mẻ như Lai Châu, Lào Cai, Yên Bái, Hà Giang, Tuyên Quang Khoảng hơn 10 năm trở lại đây nhân dân ta bắt đầu khai thác quả để chưng cất tinh dầu Một số nơi đã đặt vấn đề trồng để bảo đảm nguồn thu nguyên liệu lâu dài Cây Màng tang được gieo trồng bằng hạt vào mùa đông và mùa xuân Mùa hoa nở vào tháng 1-3 và mùa quả vào tháng 4-

Lá và quả màng tang dùng để chiết tinh dầu, nhưng tinh dầu lá màng tang chất lượng thấp hơn tinh dầu từ quả Gỗ màng tang có thể làm đồ nội thất, mỹ nghệ Một số bộ phận của cây được dùng làm thuốc Quả màng tang chứa 3-5% tinh dầu Tinh dầu màng tang chủ yếu là citral chiếm 70-85% Tinh dầu màng tang chủ yếu được sản xuất tại Trung Quốc với sản lượng ước tính 500 - 1.500 tấn mỗi năm Loại tinh dầu này được dùng làm chất thơm, ví dụ trong xà phòng bánh Đây cũng là một nguồn nguyên liệu trong công nghiệp hóa chất để tổng hợp vitamin A và một số chất khác[30]

Tinh dầu Màng tang LCEO được thu bằng cách chưng cất lôi cuốn hơi nước từ các

bộ phận khác nhau của cây sau khi được sấy khô và được đem đi phân tích bằng GC(RI)

và GC/MS Các thành phần trong tinh dầu được xác định với tỷ lệ phần trăm tương đối của chúng như trong Bảng 1.1 dưới đây

Sản lượng dầu (%, w/w) của các bộ phận khác nhau giảm theo thứ tự: hoa (3,1%)> alabastrum (2,3%)> trái cây (2,1%)> lá (1,3%)> gốc (0,31%) > thân cây (0,29%) Tổng cộng có 33, 29, 33, 27, 27, và 29 thành phần đã được xác định và định lượng tương ứng của chúng với các bộ phận khác nhau của cây Màng tang Monoterpenes là thành phần chính của rễ và quả, và hydrocacbon monoterpene là thành phần chính của các bộ phần khác của cây Màng tang (Bảng 1.1)

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của tinh dầu thu được từ các bộ phận khác nhau của cây

Dưới đây là cấu trúc hóa học của một số hợp chất tồn tại trong tinh dầu nhưng ít được biết đến được trình bày trong Hình 1.3 dưới đây

Hình 1.3 Cấu trúc hóa học một số hợp chất trong LCEO

1.1.3 Tính chất hóa lý của LCEO

1.1.3.1 Tính chất hóa lý

Cảm quan: Chất lỏng màu vàng nhạt

Mùi thơm: Mùi thơm citral đặc trưng

Nhiệt độ sôi: 100-112°C ( lấy theo nhiệt độ sôi của thành phần chính Geranial).Tính tan: là chất mùi không phân cực nên không tan trong nước, tan trong các dung môi không phân cực, có thể tan trong một thể tích cồn 80° ÷ 99,6°

Nhiệt độ, ánh sáng, không khí, acid ảnh hưởng đến độ bền màu và mùi của tinh dầu trong điều kiện thường Tinh dầu dễ bị oxy hóa mất màu và mùi nên phải bảo quản trong bình kín tối màu

Thành phần chính của tinh dầu chủ yếu là các hợp chất Geranial, Neral và Limonene đều thuộc nhóm Terpenoid nên tính chất hóa học của LCEO giống như tính chất hóa học của Terpenoid.

1.1.3.2 Hoạt tính sinh học và ứng dụng của LCEO

LCEO có thể được sử dụng như một hương liệu hoặc thuốc thảo dược Đã có một

số báo cáo về các tính chất chức năng của LCEO như điều trị bệnh[26] ,hoạt tính kháng khuẩn (như trên), và hoạt động chống oxy hóa[12]

LCEO có tác dụng kháng khuẩn đối với V parahaemolyticus, L monocytogenes,

L plantarum và H anomala trong các hệ thống thực phẩm

Ngoài ra, LCEO có tác dụng kháng khuẩn với các chủng Bacillus mycoides, B.subtilus, B.pyocyaneus, Eschirichia, Klebsiella sp., Mycobacterium tuberculosis, Proteus vulgaris, Salmonella typhi, Shigella dysenteriae, Shigella flexneri, Staphylococcus LCEO có tính nóng có thể pha chế làm dầu xoa bóp, làm tan chỗ bầm tím, làm khô miệng vết thương LCEO còn được dùng trong kỹ nghệ sản xuất nước hoa ,

kỹ nghệ hương liệu Là nguồn tinh dầu giàu citral, được dùng trong kỹ nghệ dược để tổng hợp vitamin A để điều trị bệnh khô mắt, quáng gà[34]

Tinh dầu thu được từ các bộ phận khác nhau của cây Màng tang ở Trung Quốc như

rễ, thân, alabastrum, hoa, quả được đem thi thử nghiệm hoạt tính kháng khuẩn với 5 chuẩn vi khuẩn để xác định giá trị vùng ức chế (DD) và nồng độ ức chế tối thiểu (MIC mg/ml) Nghiên cứu này cho thấy tinh đâu thu được từ các bộ phận của cây Màng Tang đều có hoạt tính kháng khuẩn[11] Thông qua nghiên cứu này ta có thể thấy được LCEO là một nguồn dược liệu tìm năng

Bảng 1.2 Vùng ức chế vi khuẩn của LCEO [11]

Trong đó: DD: Đường kính vùng ức chế [mm] xung quanh đĩa (6 mm) được ngâm tẩm

bằng tinh dầu (3 mg/đĩa)

Bảng 1.3 Nồng độ ức chế vi khuẩn của LCEO [11]

1.2 Tổng quan về vật liệu bao gói β-CD

Để bảo vệ LCEO trước những tác nhân oxi hóa bên ngoài ta có thể áp dụng kĩ

thuật bao gói vi nang với chất mang phù hợp Chất mang hay còn gọi là lớp vỏ ngoài

được sử dụng trong sản xuất vi nang LCEO có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của vi

nang LCEO Bởi nó quyết định khả năng bảo vệ LCEO trước những tác nhân oxi hóa

Một trong những loại chất mang thường được sử dụng trong sản xuất vi nang là

cyclodextrin (CD)[1]

1.2.1 Cấu tạo và cấu trúc của CD [32]

Cyclodextrins ( hay còn gọi là cycloamylozơ) thuộc nhóm hợp chất được tạo thành

từ các phân tử đường liên kết với nhau tạo thành vòng (vòng oligosaccarit) CD là hợp chất chứa từ 5 hoặc nhiều hơn các đơn vị đường -D-glucopyranoside theo liên kết 1-4, như trong amylozơ (một đoạn của tinh bột) Vòng có chứa 5 phân tử là không tự nhiên Gần đây phân tử CD lớn nhất đã được phát hiện có chứa 32 đơn vị 1,4-anhydroglucopyranoside trong khi như một hỗn hợp ít thuộc tính nhất, thậm chí có ít nhất oligosaccarit vòng có chứa 150 đơn vị đã biết đến CD điển hình có chứa một số lượng các monome glucozơ nằm trong khoảng từ 6-8, tạo nên một hình nón, do vậy dễ cho electron

- -CD: có chứa 6 phân tử đường trong vòng

- -CD: có chứa 7 phân tử đường trong vòng

- -CD: có chứa 8 phân tử đường trong vòng

Hình 1.4 Cấu trúc và kích thước của CD

Cấu trúc vòng của cyclodextrin cho phép nó tạo phức bao dạng khách thể - hoạt chất cần được bao bọc

1.2.2 Tính chất vật lý của CD [33]

Bảng 1.4 Một số thông số vật lý của các CD

Do α-CD có khoang nhỏ hơn lỗ nang lông, thường chỉ bọc được phân tử khách nhỏ hơn; γ-CD có khoang lỗ lớn, nhưng chi phí sản xuất cao, ngành công nghiệp không sản xuất hàng loạt, các ứng dụng của nó còn hạn chế; -CD phân tử là phạm vi ứng dụng trung bình, chi phí sản xuất thấp, hiện đang được sử dụng nhiều nhất trong ngành công nghiệp sản phẩm Cyclodextrin Nhưng vùng kỵ nước của β-CD và hoạt động xúc tác của

nó là hạn chế, do đó nó bị giới hạn trong ứng dụng

1.2.3 Tính chất hóa học của CD [5]

Về độ bền hóa học: Cyclodextrin có độ bền hóa học cao so với các oligosacarit

mạch thẳng, có thể bị thủy phân bởi axit mạnh như axit clohydric tạo ra hỗn hợp các oligosacarit khác nhau (từ mạnh thẳng do phân tử CD bị mở vòng cho đến tận glucoza) Cũng như các oligosacarit và polisacarit không có tính khử khác, CD không bị thủy phân bởi bazơ,thậm chí ở nhiệt độ cao và trong dung dịch kiềm CD khá bền với nhiệt độ, tia

UV hay IR Với các tác nhân oxi hóa, CD có thể bị oxi hóa làm mở vòng glucoza, nhưng không tạo ra formaldehit hay axit focmic (vốn là các chất độc) do CD không có tính khử

Về khả năng biến đổi hóa học: Bằng phương pháp hóa học hoặc bằng enzim có thể thay thế các nhóm hydroxyl của CD bằng các nhóm (metyl, amin, ete ) khi đó đường kính của CD không bị thay đổi nhưng chiều sâu các lỗ hang giảm xuống nhằm thay đổi độ hòa tan, khả năng tạo phức (độ bền phức, độ chọn lọc khách thể ) hoặc thêm các nhóm chức năng đặc hiệu làm xúc tác

1.2.4 Ứng dụng cuae CD trong Công Nghệ Thực Phẩm và Chuyển Giao Dược Phẩm

1.2.4.1 Tính an toàn

Theo danh mục phụ gia được phép sử dụng trong thực phẩm ban hành kèm theo Thông tư số 27/2012/TT-BYT ngày 30 tháng 11 năm 2012 cho phép nồng độ beta- cyclodextrin cho phép trong Bảng 1.5 như sau

06.4.3 Mỳ ống, mì dẹt đã được làm

chín và các sản phẩm tương tự

14.1.4 Đồ uống hương liệu, bao gồm

đồ uống “thể thao năng lượng” hoặc đồ uống “điện giải” và các đồ uống đặc biệt khác

tự do tại vùng tiền sừng đến mức thấp nhất[2]

1.2.4.2 Ứng dụng của CD trong Công Nghệ Thực Phẩm

Trong thực phẩm beta- cyclodextrin có những vai trò sau:

Khả năng tạo ra phức bọc bằng cách sử dụng các khoang kỵ nước của cyclodextrins trộn với các chất hương liệu hay chất màu tự nhiên dễ bị oxy hóa bới các yếu tố như ánh sáng, nhiệt độ, axit và kiềm, để đạt được phức bọc có tính ổn định tốt Vì vậy cyclodextrins có thể được sử dụng để bảo vệ các chất thơm, mùi và duy trì sự ổn định của sắc tố Cyclodextrins cũng có thể loại bỏ mùi, loại bỏ các thành phần có hại như lòng

đỏ, kem loãng và thực phẩm khác có chứa phần lớn lượng cholesterol

Dầu tỏi là một loại gia vị thực phẩm quan trọng, mà còn là thuốc chống bệnh tim mạch, nhưng nó dễ bị oxy hóa trong điều kiện thường.Sau khi dầu tỏi làm từ phức hợp bao gồm cyclodextrin, sự ổn định oxy hóa đã được cải thiện đáng kể

Trong chế biến trái cây Đồ uống lon do lưu trữ lâu dài sẽ sản xuất một chất kết tủa trắng, do đó làm giảm giá trị của hàng hoá, được bổ sung β-CD vào sẽ ngăn chặn quá

trình kết tủa Khi sản xuất nước ép nho, nước ép cam do ép cả vỏ nên nước sẽ có vị đắng, thêm β-CD có thể làm giảm vị đắng của nước trái cây.

Các cải tiến chất lượng Vitamin được bổ sung như một phụ gia trong thực phẩm nướng nên rất dễ phân hủy do nhiệt, khi tạo phức bọc với β-CD thì độ ổn định của vitamin sẽ được nâng cao

1.2.4.3 Ứng dụng của CD trong Chuyển Giao Dược Phẩm[2]

Trong ngành công nghiệp dược phẩm có một loạt các loại thuốc cay đắng, β-CD có thể được sử dụng để ngăn chặn vị đắng của loại thuốc để làm giảm cảm giác khó chịu uống Vì vậy, β-đĩa CD đã được sử dụng rộng rãi để sản xuất dược phẩm

CD là các oligosaccharid vòng có khả năng tạo phức hợp bằng các cầu nối không hóa trị với phần lớn các hoạt chất Nhờ tính chất đa chức năng và đáp ứng sinh học tốt, các CD đang ngày càng được ứng dụng trong các hệ thống phân phối thuốc

CD đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện độ tan của các thuốc kém tan trong nước bằng cách tạo phức hay hệ phân tán rắn Đối với các thuốc có phân tử lượng không thích hợp để tạo phức, CD đóng vai trò là một chất mang thân nước CD cũng sẽ là chất làm tăng độ hòa tan của các thuốc có hàm lượng cao, khó có thể tạo phức hợp thuốc CD như paracetamol CD cũng được xem là chất làm tăng tốc độ phóng thích một số hoạt chất

từ khung matrix (naproxen, ketoprofen, theophylline )

CD cải thiện sinh khả dụng của các thuốc không tan bằng cách làm tăng độ tan, độ hòa tan hoặc tính thấm của thuốc CD làm tăng tính thấm của các thuốc thân dầu, không tan trong nước bằng cách làm cho thuốc hiện diện tại bề mặt của các hàng rào sinh học như da, màng nhầy, giác mạc từ đó thuốc đi vào trong màng mà không gây phá vỡ các lớp lipid màng Trong trường hợp này, chỉ cần dùng đủ lượng CD để hòa tan thuốc trong chất dẫn thân nước vì lượng dư sẽ làm giảm khả dụng của thuốc Đối với các thuốc tan trong nước, CD làm tăng tính thấm bằng cách tác động trực tiếp lên màng (hóa lỏng và làm lõm màng) và gia tăng sự hấp thu hoặc sinh khả dụng của thuốc

CD có thể cải thiện độ ổn định của các thuốc nhạy cảm với các phản ứng dehydrat hóa, thủy phân, oxi hóa và phân hủy bởi ánh sáng, do vậy làm tăng tuổi thọ của thuốc Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng CD làm tăng độ ổn định bằng cách ngăn chặn sự tương tác

của thuốc với chất dẫn hoặc ức chế sự sinh chuyển hóa thuốc tại vị trí hấp thu Trong phức hợp, CD che chở các thuốc kém bền dưới dạng phân tử và như vậy cách ly chúng khỏi các tiến trình phân hủy.

1.3 Tổng quan về kỹ thuật bao gói vi nang

1.3.1 Khái quát [3][36]

Kĩ thuật vi bao đã được áp dụng từ những năm 50 của thế kỷ trước để bao gói những thành phần “nhạy cảm” trong thực phẩm (các chất dễ bay hơi, mẫn cảm với nhiệt độ…) nhằm bảo vệ các thành phần này Kể từ đó, các nhà sản xuất thực phẩm ngày càng chú ý đến kĩ thuật đầy tiềm năng này, bằng chứng là số lượng các nghiên cứu về lĩnh vực này tăng với tốc độ rất nhanh

Về bản chất, kĩ thuật vi bao là kĩ thuật bao gói các chất rắn, lỏng hay khí (chất nền) vào trong một lớp vỏ bao cực mỏng, lớp vỏ này sẽ giữ và bảo vệ chất nền không bị biến đổi làm giảm chất lượng (đối với những chất nền mẫn cảm với nhiệt) hay hạn chế tổn thất (đối với chất nền dễ bay hơi), nó chỉ giải phóng các chất nền này ra ngoài trong một số điều kiện đặc biệt

Kỹ thuật này còn nhằm mục đích sau:

Bảo vệ các chất được bao gói khỏi tác động cua môi trưòng

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

Các kỹ thuật bao gói để điều chế vi hạt hay siêu vi hạt tương ứng được gọi là kỹ thuật vi nang (micro-encapsulation) hay siêu vi nang (nano-encapsulation)

1.3.2 Thành phần của hạt vi nang [35]

Cấu trúc chung của một vi nang thường bao gồm hai thành phần chính:

+ Lõi chứa hoạt chất cần được bao: Thành phần hoạt chất là chất có thể ở dạng lỏng hoặc rắn Nó là thành phần quan trọng của một vi nang

+ Lớp vỏ bao bọc

Một lớp polymer bao phủ quanh các thành phần hoạt chất, nó được xem như là bức tường ngăn cản các tác nhân bên ngoài môi trường tác động đến các chất khác trong hệ thống Lớp vỏ này có thể là một polymer có nguồn gốc tự nhiên (polymer sinh học) hay polymer bán tổng hợp hoặc tổng hợp

Có nhiều hình thái bao nang được tạo ra, nhưng hai hình thái chủ yếu thường thấy

là nang đơn nhân, trong đó có một lõi đơn bao phủ bởi một lớp vỏ Trong khi hình thái thứ hai khác là nang đa nhân tập hợp, trong đó có nhiều lõi nhúng vào trong một nền (Hình 1.5) Hình dạng cụ thể của chúng trong các hệ thống khác nhau bị ảnh hưởng bởi các công nghệ xử lý, và bởi các vật liệu lõi và cách làm ra các viên nang này

Hình 1.5 Hai dạng chính của viên bao nang : bao nang đơn nhân (trái) và đa nhân

(phải)

1.3.3 Các phương pháp bao gói vi nang [6]

Phương pháp để tạo vi nang được phân làm 3 nhóm phương pháp chính:

Các phương pháp hóa học: polyme hóa trên bề mặt, polyme hóa trong nhũ tương.Các phương pháp hóa lý: đông tụ, bay hơi dung môi, tĩnh diện, sử dụng chất lỏng siêu tới hạn…

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 như sau

Bảng 1.6 Mô tả một số phương pháp tạo vi nang [18]

gói (%)

Kích thước vi nang (µm)

- Tạo nhũ tương lõi/vỏ

- Thêm chất tạo gel 20 – 50 10 – 1000

Dung môi siêu

tới hạn

- Hòa tan vỏ vào dung môi ở trạng thái siêu tới hạn

- Phân tán lõi vào vỏ, hạ áp suất

để loại bỏ dung môi

20 – 50 10 – 400

Tạo Inclusion - Trộn vỏ, lõi và nước Sấy khô. 5 – 15 0,001 – 0,01

Liposome - Phân tán lõi vào dung dịch