luận văn thạc sĩ khảo sát một số đặc tính hóa lý của phức bọc lutein beta cyclodextrin điều chế bằng phương pháp đồng kết tủa

Nhờ sự tạo phức này mà các phân tử hoạt chất được bảovệ khỏi sự phân hủy dưới tác động của môi trường xung quanh, đồng thời độtan của hoạt chất ở dạng phức bọc được cải thiện so với dạng

hóa lý của phức bọc lutein-beta cyclodextrin điều chế bằng phương phápđồng kết tủa” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi và chưa từng đượccông bố trong bất cứ công trình khoa học nào khác cho tới thời điểm này.

Nha Trang, ngày 09 tháng 10 năm 2019

Tác giả luận văn

Hồ Thị Hoàng Yến

được rất nhiều sự giúp đỡ quý báu của các thầy cô giáo, các nhà khoa họcthuộc nhiều lĩnh vực cùng bạn bè trong lớp.

Đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Hoàng Thị Huệ An

và TS Hà Thị Hải Yến đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện cho tôi hoànthành bản luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Học viện Khoa học và Côngnghệ, Khoa Hóa học và phòng Đào tạo của Học viện cũng như Ban lãnh đạoViện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang đã tạo mọi điều kiệnthuận lợi giúp tôi thực hiện luận văn và hoàn thành mọi thủ tục cần thiết

Tôi xin cảm ơn các thầy cô tại Học viện Khoa học và Công nghệ, KhoaHóa học và Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang đã tận tìnhtruyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt khóa học

Tôi chân thành cảm ơn ban lãnh đạo và các thầy cô bộ môn Kỹ thuậtHóa học và Trung tâm Thí nghiệm Thực hành Trường Đại học Nha Trang đã

hỗ trợ trang thiết bị thuận lợi giúp tôi thực hiện luận văn này

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân

và bạn bè đã luôn quan tâm, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình họctập và hoàn thành luận văn

Trân trọng!

Nha Trang, ngày 09 tháng 10 năm 2019

Tác giả luận văn

Hồ Thị Hoàng Yến

v/v volume/volume thể tích/thể tích

v/w volume/weight thể tích/khối lượngw/w weight/weight khối lượng/khối lượng

FT-IR Fourier Transform Infrared Quang phổ hồng ngoại

biến đổi FourierL-βCD Lutein-β-cyclodextrin Lutein-β-cyclodextrin

UV-Vis Ultraviolet-Visible Tử ngoại-khả kiến

Bảng 1.2 Mô tả một số phương pháp tạo vi nang 15

Bảng 1.3 Một số thông số vật lý của các CD 19

Bảng 1.4 Nồng độ β-CD sử dụng trong thực phẩm 21

Bảng 2.1 Khảo sát nồng độ và dung môi tạo phức bọc L- βCD 36

Bảng 3.1 Kết quả tạo phức bọc L- βCD khi sử dụng dung etyl axetat 47

Bảng 3.2 Một số đặc trưng hóa – lý quan trọng của phức bọc L-βCD 49

Bảng 3.3 Độ tan lutein theo nồng độ β-CD trong dung dịch 58

Bảng 3.4 Hàm lượng lutein trong phức bọc L-βCD 60

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của điều kiện bảo quản đến độ bền của lutein trong phức bọc L- βCD 61

Hình 1.2 Hình dạng của hạt vi nang 14

Hình 1.3 Cấu trúc và kích thước của các CD 18

Hình 1.4 Các dạng giản đồ pha – độ tan của phức bọc 34

Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát của quá trình điều chế phức bọc L-βCD tan trong nước bằng phương pháp đồng kết tủa 35

Hình 3.1 Ảnh hưởng của nồng độ lutein trong etanol lên hiệu suất thu hồi vi nang (%MY) của phức L-βCD và hiệu suất bọc lutein bằng β-CD (%ME) 45

Hình 3.2 Ảnh hưởng của nồng độ lutein trong axeton lên hiệu suất thu hồi vi nang (%MY) của phức L-βCD và hiệu suất bọc lutein bằng β-CD (%ME) 47

Hình 3.3 Sản phẩm phức bọc L-βCD được điều chế bằng phương pháp đồng kết tủa 50

Hình 3.4 Phổ UV-Vis của β-CD trong EtOH/H2O 1:4 (v/v) 52

Hình 3.5 Phổ UV-Vis của L-βCD trong EtOH/H2O 1:4 (v/v) 52

Hình 3.6 Phổ FTIR của phức lutein tinh 53

Hình 3.7 Phổ FTIR của phức bọc L-βCD 53

Hình 3.8 Phổ FTIR của β-CD tinh 53

Hình 3.9 Giản đồ TGA của lutein 55

Hình 3.10 Giản đồ DSC của lutein 55

Hình 3.11 Giản đồ TGA của β-CD 56

Hình 3.12 Giản đồ DSC của β-CD 56

Hình 3.13 Giản đồ TGA của L-βCD 57

Hình 3.14 Giản đồ DSC của L-βCD 58

MỤC LỤC

Lời cam đoan

Lời cảm ơn

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt

Danh mục chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

MỤC LỤC 1

MỞ ĐẦU 6

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 6

2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 7

3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 7

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 7

4.1 Ý NGHĨA KHOA HỌC 7

4.2 Ý NGHĨA THỰC TIỄN 8

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 9

1.1 TỔNG QUAN VỀ LUTEIN 9

1.1.1 Lutein 9

1.1.2 Tính chất vật lý và hóa học của lutein 9

1.1.2.1 Tính chất vật lý 9

1.1.2.2 Tính chất hóa học 10

1.1.3 Hoạt tính sinh học của lutein 10

1.1.4 Ứng dụng của lutein 10

1.1.4.1 Trong công nghiệp thực phẩm 10

1.1.4.2 Trong y học 11

1.1.5 Các nguồn lutein quan trọng trong tự nhiên 12

1.2 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT BAO GÓI VI NANG 13

1.2.1 Khái quát 13

1.2.2 Cấu tạo hạt vi nang 14

1.2.3 Các phương pháp bao gói vi nang 14

1.3 TỔNG QUAN VỀ CYCLODEXTRIN VÀ BETA CYCLODEXTRIN 17 1.3.1 Cấu trúc hóa học và tính chất chung của các cyclodextrin 17

1.3.2 Tính chất vật lý của β-cyclodextrin 19

1.3.3 Tính chất hóa học của β-CD 20

1.3.4 Tính an toàn của β-CD 20

1.3.5 Các phương pháp điều chế phức bọc với β-CD 21

1.3.6.Ứngdụngphứcbọc β-CDtrongcôngnghệ thựcphẩmvàdược phẩm 22

1.3.6.1 Trong công nghệ thực phẩm 23

1.3.6.2 Trong công nghiệp dược phẩm 23

1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI 24

1.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 24

1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 25

CHƯƠNG 2.NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

2.1 HÓA CHẤT 27

2.2 DỤNG CỤ - THIẾT BỊ 27

2.2.1 Dụng cụ: 27

2.2.2 Thiết bị: 27

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28

2.3.1 Phương pháp nghiên cứu tính chất hóa lý của phức bọc tạo bởi

-cyclodextrin 28

2.3.1.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy, SEM) 28

2.3.1.2 Phân bố kích thước hạt 29

2.3.1.3 Phổ hấp thụ UV-Vis 29

2.3.1.4 Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR: Fourrier Transformation Infrared) 30

2.3.1.5 Phổ nhiệt lượng quét vi phân (DSC: Differential Scanning Calorimetry) 31

2.3.1.6 Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA: Thermogravimetric Analysis) 31

2.3.1.7 Giản đồ độ tan pha (Phase Solubility Diagram) 32

2.3.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất điều chế phức bọc lutein-β-cyclodextrin bằng phương pháp đồng kết tủa 35

2.3.2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm điều chế phức bọc L-βCD 35

2.3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của dung môi hữu cơ và nồng độ lutein 36

2.3.3 Phân tích một số đặc tính hóa lý của phức bọc lutein –β-cyclodextrin 37

2.3.3.1 Độ ẩm 37

2.3.3.2 Độ tan trong nước 38

2.3.3.3 Khối lượng riêng 38

2.3.3.4 Hình dạng hạt 38

2.3.3.5 Phân bố kích thước hạt 39

2.3.3.6 Phổ hấp thụ UV-Vis 39

2.3.3.7 Phổ FT-IR 39

2.3.3.8 Phổ nhiệt lượng quét vi phân và phân tích nhiệt trọng lượng 39

2.3.3.9 Giản đồ độ tan pha (Phase Solubility Diagram) 40

2.3.3.10 Hàm lượng lutein trong phức bọc, hiệu suất thu hồi vi nang, hiệu

suất bọc lutein 41

2.3.3.11 Ảnh hưởng của điều kiện bảo quản đến độ bền của lutein 43

2.4 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 44

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45

3.1 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG MÔI HỮU CƠ VÀ NỒNG ĐỘ LUTEIN ĐẾN HIỆU SUẤT ĐIỀU CHẾ PHỨC BỌC L-βCD 45

3.1.1 Dung môi etanol 45

3.1.2 Dung môi axeton 46

3.1.3 Dung môi etyl axetat: 47

3.2 PHÂN TÍCH MỘT SỐ TÍNH CHẤT HÓA LÝ ĐẶC TRƯNG CỦA SẢN PHẨM PHỨC BỌC L-βCD 49

3.2.1 Độ ẩm 50

3.2.2 Độ tan trong nước 50

3.2.3 Khối lượng riêng 50

3.2.4.Ảnh SEM 51

3.2.5 Phân bố kích thước hạt 51

3.2.6 Phổ hấp thụ phân tử UV-Vis 52

3.2.7 Phổ hấp thụ FTIR 53

3.2.8 Phổ nhiệt lượng TGA và DSC 54

3.2.9 Giản đồ độ tan pha 58

3.2.10 Hàm lượng lutein trong phức bọc - Hiệu suất thu hồi vi nang – Hiệu suất bọc lutein 59

3.2.11 Ảnh hưởng của điều kiện bảo quản đến độ bền của lutein trong phức bọc L- βCD 61

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63

KẾT LUẬN 63 KIẾN NGHỊ 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Lutein là một sắc tố carotenoid màu vàng cam có trong nhiều loài thựcvật (các loại rau lá màu xanh lục đậm; hoa, quả) và động vật (lòng đỏ trứnggia cầm Ở người, lutein và zeaxanthin (một đồng phân của lutein) tập trungnhiều trong hoàng điểm (macular), nó có chức năng tiếp nhận ánh sáng và do

đó có vai trò quan trọng đối với thị lực của người Lutein còn có khả năngngăn ngừa triệu chứng lão hóa, chứng xơ vữa động mạch, bệnh đục thủy tinhthể, chứng thoái hóa hoàng điểm do tuổi già (AMD: age-related maculardegeneration) và một số bệnh ung thư (ung thư da, phổi, buồng trứng,…).Hiện nay, nhiều quốc gia sử dụng lutein làm phụ gia trong công nghiệp thựcphẩm (chất tạo màu cho thực phẩm), mỹ phẩm (kem dưỡng da chống lão hóa,kem chống nắng, son dưỡng môi …) và dược phẩm (hoạt chất chống oxy hóa,thuốc bổ mắt…) [1] Tuy nhiên, lutein dễ bị oxi hóa bởi oxi không khí và cáctác nhân axit, dễ bị phân hủy bởi nhiệt và ánh sáng dẫn đến sự mất màu vàhoạt tính sinh học Ngoài ra, lutein cũng là một hợp chất kém phân cực, dễtan trong dầu nhưng lại kém tan trong nước Những tính chất này làm hạn chếkhả năng ứng dụng của lutein trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm

Để cải thiện khả năng ứng dụng của lutein, cần chuyển hóa luteinthành dạng chế phẩm bền và dễ tan trong nước Một trong những kỹ thuậtthường dùng cho mục đích này là điều chế lutein dưới dạng vi nang(microcapsule) Trong đó, lutein được bao bọc bằng một lớp vỏ vật liệu ưanước, tạo thành các hạt có kích thước nhỏ [2] Ở Việt Nam đã có một sốnghiên cứu điều chế lutein vi nang bằng kỹ thuật sấy phun sử dụngmaltodextrin làm vật liệu bọc [3], [4]… Tuy nhiên, chế phẩm lutein vi nangthu được kém bền, chưa đáp ứng yêu cầu ứng dụng thực tiễn Nguyên nhân là

do chất mang sử dụng là maltodextrin chưa phù hợp

Trong những năm gần đây, nhóm chất mang cyclodextrin (CD) đượcứng dụng nhiều trong công nghệ vi nang dược phẩm và thực phẩm CD là têngọi chung của các oligosaccarit vòng có cấu trúc đặc biệt với bộ khung rỗng

kỵ nước bên trong và các nhóm hyđroxyl ưa nước bên ngoài Với cấu trúc này

các CD có khả năng tương tác và bao gói các phân tử hoạt chất kém phân cựcvào trong cấu trúc rỗng tạo thành một dạng hợp chất đặc biệt gọi là phức bọc(inclusion complex) Nhờ sự tạo phức này mà các phân tử hoạt chất được bảo

vệ khỏi sự phân hủy dưới tác động của môi trường xung quanh, đồng thời độtan của hoạt chất ở dạng phức bọc được cải thiện so với dạng tự do

Mặc dù ở Việt Nam đã có một số nghiên cứu sử dụng các CD để bao góicác thành phần nhạy cảm có trong thực phẩm và dược phẩm [3], [4] nhưng chưa

có công trình công bố nào liên quan đến phức bọc lutein với CD Do vậy, chúng

tôi thực hiện đề tài “Khảo sát một số đặc tính hóa lý của phức bọc lutein-beta

cyclodextrin điều chế bằng phương pháp đồng kết tủa”.

- Phương pháp đồng kết tủa (co-precipitation) để tạo phức bọc

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

4.1 Ý NGHĨA KHOA HỌC

Đề tài cung cấp những dữ liệu khoa học mới về:

- Điều kiện thích hợp để điều chế vi nang lutein bằng phương phápđồng kết tủa

- Các đặc trưng hóa lý của sản phẩm phức bọc giữa lutein và β-CD thu được

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 TỔNG QUAN VỀ LUTEIN

1.1.1 Lutein

Lutein là dẫn xuất 3,3' điol của β, ε-caroten, có công thức phân tử là

C40H56O2 (M = 568,88 g/mol) Đây là một loại sắc tố carotenoid có màuvàng – cam thường có trong nhiều loài thực vật, đặc biệt là có nhiều trong

cánh hoa cúc vạn thọ châu Phi (Tagetes erecta L.).

Trong phân tử lutein ngoài khung isoprenoid C40giống như các carotenoidkhác, nó còn có chứa 2 nhóm –OH ở 2 vòng 6 đầu mạch (một vòng β- và mộtvòng α-ionon) Mặc dù chuỗi nối đôi liên hợp trong phân tử lutein có thể tồntại dưới dạng đồng phân trans hay cis (mono-cis hay poly-cis) nhưng phần lớn

lutein tự nhiên tồn tại ở dạng all-trans.

5

OH

2 3 4

6

8 9 10 12 14 16

18

O

H

11 13 15

Hình 1.1 Cấu tạo phân tử lutein (dạng đồng phân all-trans) [5].

1.1.2 Tính chất vật lý và hóa học của lutein [6], [7]

Sự hấp thụ ánh sáng: lutein hấp thụ mạnh ánh sáng xanh (hấp thụ cựcđại ở 445nm và 473 nm) và tia tử ngoại [3]

1.1.2.2 Tính chất hóa học

Lutein rất nhạy với axit và chất oxy hóa nhưng lại bền vững với kiềm.Với cấu trúc phân tử chứa chuỗi polyen liên hợp, lutein dễ bị oxy hóa bởi oxykhông khí, phản ứng với các tác nhân axit, bị phân hủy bởi ánh sáng, bị đồngphân hóa từ dạng trans thành dạng cis dưới tác dụng của nhiệt, dẫn đến sự mấtmàu nhanh chóng [5], [7], [9]

Vì vậy, trong quá trình tiến hành nghiên cứu, lutein phải được hạn chếtiếp xúc với ánh sáng, nhiệt độ cao… để tránh làm phân hủy lutein

1.1.3 Hoạt tính sinh học của lutein

Phần lớn hoạt tính sinh học của chất màu lutein dựa trên khả năng hấp thụánh sáng và khả năng bắt giữ các gốc tự do của phân tử lutein Theo những kếtquả nghiên cứu đã công bố, do phân tử chứa nhiều nối đôi liên hợp (gồm 8 đơn vịisopropenoid liên kết với nhau) lutein có khả năng hấp thụ tia tử ngoại, bắt giữoxy singlet hình thành trong cơ thể, nhờ đó lutein có khả năng chống oxy hóa vượttrội và có những hoạt tính sinh học quan trọng như sau [10]:

Lutein có khả năng hấp thụ tia tử ngoại và ánh sáng xanh, do đó lutein

có khả năng bảo vệ da, mắt khỏi tác hại của các bức xạ này, ngăn ngừa ungthư da, thoái hóa điểm vàng

Lutein có hoạt tính chống oxy hóa và bắt giữ các gốc tự do sinh ratrong tế bào do đó có khả năng bảo vệ cơ thể khỏi nguy cơ mắc các bệnh timmạch như xơ vữa động mạch, đột quỵ,…

1.1.4 Ứng dụng của lutein

1.1.4.1 Trong công nghiệp thực phẩm

Trong công nghệ thực phẩm, màu sắc đóng một vai trò rất quan trọng,giúp cho sản phẩm bắt mắt hơn, hấp dẫn hơn Tuy nhiên, việc sử dụng chấtmàu tổng hợp tuy đẹp mắt nhưng lại không an toàn, thậm chí gây ung thư.Hiện nay, có nhiều loại chất màu có nguồn gốc tự nhiên không độc hại lại tạođược sản phẩm có màu sắc đặc trưng, hấp dẫn Trong số đó, lutein được xem

là một chất màu tự nhiên có tiềm năng do có màu vàng cam sáng đẹp và bắt

mắt Đặc biệt, lutein giúp giảm nguy cơ mù lòa ở người cao tuổi do thoái hóađiểm vàng Lutein đã được phép sử dụng làm chất tạo màu vàng cho một sốthực phẩm như bánh nướng, nước giải khát, nước ép trái cây, ngũ cốc, kẹocao 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 [11]

1.1.4.2 Trong y học

Lutein bảo vệ khỏi các bệnh rối loạn về mắt

Lutein có mặt ở hoàng điểm, một khu vực của võng mạc giúp bảo

vệ mắt khỏi ánh sáng mạnh Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra mối quan hệ trực tiếpgiữa mức tiêu thụ lutein và sắc tố của mắt Các chuyên gia đánh giá lutein là

“phương pháp tự nhiên” để điều trị thoái hóa điểm vàng Lutein lọc và giảm tỉ

lệ tia UV bước sóng ngắn gây ảnh hưởng đến võng mạc nhạy cảm của mắt.Nghiên cứu mật độ sắc tố mắt ở bệnh nhân thoái hóa điểm vàng do tuổi giàsau 1 năm khi bổ sung dinh dưỡng bằng lutein và axit docosahexaenoic (DHA)mật độ sắc tố mắt tăng đáng kể [12], [13]

Việc bổ sung 12 mg lutein mỗi ngày có thể làm chậm sự suy giảm chứcnăng thị giác ở người trưởng thành [14] Lutein còn có tác dụng làm giảm tìnhtrạng mỏi mắt, chói mắt, nhạy cảm với ánh sáng và tăng cường thị lực

Lutein bảo vệ sức khỏe làn da

Lutein có khả năng ngăn chặn các tổn thương trên da do ánh sáng, làmchậm tốc độ mất cân bằng oxy hóa và ngăn ngừa ung thư da Do đó, một sốsản phẩm kem chống nắng có công thức thảo dược chứa lutein ester chiết suất

từ hoa cúc vạn thọ Tagetes erecta L đã được đưa ra thị trường [15].

Lutein góp phần cho sự phát triển não bộ

Những nghiên cứu khoa học năm 2017 thực hiện bởi Tập đoàn Abbott(Hoa Kỳ) đã phát hiện ra rằng lutein và vitamin E đóng vai trò quan trọng cho

sự phát triển của não Lutein, vitamin E tự nhiên cùng với DHA đã được tìmthấy ở những vùng não bộ liên quan tới khả năng học hỏi Nghiên cứu chothấy, công thức sữa bột kết hợp lutein với DHA giúp tăng cường hơn 81% kếtnối thần kinh so với DHA riêng lẻ, cũng như cung cấp nhiều dưỡng chất hơn

cho sự phát triển não bộ của trẻ sơ sinh Hơn nữa, kiểm tra mối quan hệ giữamức độ nhận thức và lutein cho thấy lutein liên quan đến một loạt các chứcnăng điều hành, ngôn ngữ, học tập và trí nhớ [16].

Lutein có thể giảm nguy cơ mắc ung thư

Chế độ ăn cung cấp đủ lượng lutein cần thiết giúp giảm nguy cơ ungthư vú, trực tràng, cổ tử cung và ung thư phổi Người sử dụng vừa đủ lượngvitamin A, retinol và một số carotenoid bao gồm beta cryptoxanthin, lycopen,lutein và zeaxanthin có nguy cơ mắc ung thư biểu mô tế bào thấp hơn

1.1.5 Các nguồn lutein quan trọng trong tự nhiên [17]

Con người không thể tổng hợp carotenoid trong cơ thể Do đó, lutein đivào cơ thể người thông qua chế độ ăn uống Lutein có trong nhiều thực phẩmnhư: rau ngót, cải bó xôi, diếp cá, rau muống, sú lơ xanh, rau mồng tơi, ngô,

lá đinh lăng, trứng, đu đủ

Bảng 1.1.Hàm lượng beta caroten, lutein, lycopen trong các mẫu thực vật [18]

Tuy trứng chứa ít lutein hơn so với các loại rau, nhưng lutein trong trứng

có tác dụng sinh học tốt hơn Các nghiên cứu cho thấy rằng lutein được hấpthụ từ trứng tốt hơn từ cải bó xôi hoặc từ viên nang [19]

Nguồn nguyên liệu tự nhiên giàu lutein nhất hiện nay là hoa cúc vạnthọ châu Phi Nghiên cứu cho thấy cánh hoa cúc vạn thọ khô chứa khoảng1,6g carotenoid tổng số/kg trọng lượng khô, trong đó carotenoid chủ yếu làlutein ester [11].

Hoa cúc vạn thọ được trồng phổ biến, thu hoạch và chế biến theo quy môcông nghiệp có vai trò quan trọng như một nguồn chất màu lutein có giá trị cao.1.2 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT BAO GÓI VI NANG

1.2.1 Khái quát

Kỹ thuật bao gói vi nang (micro-encapsulation) đã ra đời vào nhữngnăm 1930 áp dụng để bao gói những thành phần “nhạy cảm” trong thực phẩm(các chất dễ bay hơi, dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ) nhằm bảo vệ chúng Do đó,các nhà sản xuất thực phẩm ngày càng chú ý đến kĩ thuật đầy tiềm năng này

Về bản chất, bao gói vi nang là kỹ thuật bao bọc các chất rắn, lỏng haykhí (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 dễ

bị ảnh hưởng bởi nhiệt) hay hạn chế tổn thất (đối với chất nền dễ bay hơi), nóchỉ giải phóng các chất nền này ra ngoài trong một số điều kiện đặc biệt [20]

Kỹ thuật vi nang thích hợp với nhiều nhóm chất khác nhau (rắn, lỏng, hợp chất

dễ bay hơi, hỗn hợp …)

Kỹ thuật bao gói vi nang nhằm các mục đích 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

+ Tăng độ tan trong nước, dễ dàng phân tán hơn trong thực phẩm

+ Tăng cường một số tiêu chuẩn kỹ thuật của sản phẩm: kéo dài thờihạn sử dụng, hạn chế tương tác không mong muốn giữa các chất, không bịbiến tính trong quá trình xử lý công nghệ, có thể điều khiển quá trình giảiphóng hoạt chất được bao gói…

1.2.2 Cấu tạo hạt vi nang [21]

Một vi nang thường bao gồm hai thành phần chính:

Phần lõi: chứa hoạt chất cần được bao gói Đây được xem là thành

phần quan trọng của một vi nang, là các hoạt chất dễ bị bay hơi hoặc dễ bị ảnhhưởng bởi các tác nhân bên ngoài cần được bao bọc Thành phần hoạt chất cóthể ở dạng lỏng hoặc rắn

Lớp vỏ bao bọc: là lớp polymer bao phủ quanh các phần lõi chứa hoạt

chất, nó được xem như là bức tường ngăn cản các tác nhân của môi trườngbên ngoài tác động đến các chất khác trong hệ thống Lớp vỏ này có thể làmột polymer có nguồn gốc tự nhiên (polymer sinh học) hay polymer bán tổnghợp hoặc tổng hợp

Có nhiều hình thái vi nang được tạo ra, nhưng hai hình thái chủ yếuthường thấy là nang đơn nhân (có một lõi đơn bao phủ bởi một lớp vỏ) vànang đa nhân tập hợp (có nhiều lõi nhúng vào trong một nền) Hình dạng cụthể của chúng trong vi nang chịu ảnh hưởng bởi công nghệ xử lý, và bởicác vật liệu lõi và vật liệu vỏ tạo ra các viên nang này

Hình 1.2 Hình dạng của hạt vi nang [22]

1.2.3 Các phương pháp bao gói vi nang

Hiện nay, để tạo được vi nang người ta có thể tiến hành bằng nhiềuphương pháp Các phương pháp này được phân làm 3 nhóm chính [21]:

- Nhóm phương pháp hóa học gồm: polyme hóa trên bề mặt, polyme

hóa trong nhũ tương…

- Nhóm phương pháp hóa lý gồm: đông tụ, bay hơi dung môi, tĩnh diện,

Bảng 1.2 Mô tả một số phương pháp tạo vi nang [2]

Quá trình Mô tả quá trình

Hiệu suất bọc (%)

Kích thước

vi nang (µm)

Sấy phun - Hòa tan hoặc phân tán lõi cần bao

Ðông tụ - Tạo nhũ tương

- Thêm yếu tố tạo sự tách pha 40 – 90

10–800

- Làm lạnh, tạo liên kết ngang

- Tạo nhũ tương lõi/vỏ

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

Liposome -Phân tán lõi vào dung dịch lipid

- Ðồng hóa để giảm kích thước hạt 5 – 10 10–1000Sấy lạnh

hoặc sấy

chân không

- Trộn lẫn vỏ và lõi trong nước

- Ðông lạnh hỗn hợp, sấy khô

- Nghiền

Trong quá trình điều chế vi nang, đầu tiên hoạt chất được nhũ hóa hoặcphân tán trong các chất mang dạng dung dịch Sau đó, hỗn hợp này đượcđồng hóa nhằm phân tán hoạt chất thành các phân tử có kích thước rất nhỏ,đồng thời giúp chúng phân tán đều trong dung dịch chất mang và tạo ra hỗnhợp nhũ tương ổn định Người ta thường đồng hóa hỗn hợp bằng cáchkhuấy trộn với tốc độ cao Ðối với chất mang có khả năng tạo phức cao, ta

cần để một thời gian nhằm giúp phức vi nang ổn định trước khi sấy Sau khi

ổn định, nhũ tương hay dung dịch phức vi nang được chuyển vào thiết bị làmkhô để được hạt vi nang

1.3 TỔNG QUAN VỀ CYCLODEXTRIN VÀ BETA CYCLODEXTRIN

Để bảo vệ hoạt chất nhạy cảm với những tác nhân oxy hóa bên ngoài

có thể áp dụng kĩ thuật bao gói vi nang sử dụng chất mang phù hợp Chấtmang (hay còn gọi là lớp vỏ ngoài) được sử dụng trong sản xuất vi nang cóảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của vi nang bởi vì nó quyết định khả năngbảo vệ hoạt chất trước những tác nhân oxy hóa, khả năng hấp thụ chất trongthành ruột Một trong những loại chất mang không độc hại thường được sửdụng trong sản xuất vi nang thực phẩm và dược phẩm là CD [22] Các loại

CD thường dùng gồm có: -CD, -CD, - CD

Trong đó, β-CD là một trong những CD thuộc họ oligosaccarit vòngvới cấu trúc lỗ trống trung tâm ưa béo và bề mặt ngoài ưa nước [23] β-CDcòn có tên gọi khác là cycloamylose, cyclomalto oligosaccarit, cyclomaltohoặc Schardinger dextrin

1.3.1 Cấu trúc hóa học và tính chất chung của các cyclodextrin [24], [25]

CD là các oligosaccarit vòng chứa các đơn vị glucopyranose nối nhaubởi các liên kết α-(1,4) Chúng có cấu trúc đặc biệt với bộ khung rỗng bêntrong kỵ nước và phần bên ngoài ưa nước và có thể tạo phức bọc với nhiềuloại phân tử khách Khi phản ứng với CD, các phân tử hoạt chất kém phâncực sẽ chui vào phần cấu trúc rỗng kỵ nước của CD, tạo thành phức bọc Nhờ

đó, hoạt chất được bảo vệ và độ tan trong nước được cải thiện Các CD tựnhiên được ứng dụng rộng rãi là α-CD, β-CD và γ-CD chứa lần lượt 6, 7 và 8đơn vị glucopyranose, trong đó dạng β-CD được ứng dụng nhiều hơn cả dogiá thành hợp lý và kích thước lỗ trống trung bình

Hình 1.3 Cấu trúc và kích thước của các CD [24]

Cấu trúc vòng của CD cho phép nó tạo phức bao dạng khách thể - hoạtchất cần được bao bọc Các phân tử khách thể có ảnh hưởng đến độ tan của

CD Một số hợp chất có thể tạo phức không tan với CD trong khi đó số khác

có thế tạo phức tan rất tốt, thậm chí tan tốt hơn CD khi chưa tạo phức Hiệntượng này là do các phân tử khách thể tương tác với các CD và làm thay đổihướng quay của chúng Vì vậy, có trường hợp phức tạo thành từ một chấtkhách thể với γ-CD có thể kém tan hơn phức với α- CD hay β-CD

Hiện nay, một số dẫn xuất của β-CD cũng đã được tổng hợp để cảithiện độ tan của β-CD trong nước như: sulfobutylether β-cyclodextrin;hyđropropyl β-cyclodextrin, β-cyclodextrin metyl hóa ngẫu nhiên (RM-β-CD:randomly metylated β-CD) Tuy nhiên, những sản phẩm này khá đắt tiền nênchưa ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp [25]

1.3.2 Tính chất vật lý của β-cyclodextrin

Bảng 1.3 Một số thông số vật lý của các CD [26]

Tính chất vật lý chung của các CD được thể hiện qua bảng 1.3 Trong

đó, kích thước lỗ trống của cyclodextrin liên quan đến khả năng tạo phức bọc

Từ bảng 1.3 ta thấy thể tích lỗ trống trong bộ khung cyclodextrin tăng dầntheo thứ tự: α-CD< β-CD < γ-CD

α-CD thường chỉ bọc khách thể kích thước phân tử nhỏ γ-CD có thể tích

lỗ trống lớn nhất chi phí sản xuất cao nên ứng dụng của nó còn hạn chế -CD cóthể tích lỗ trống trung bình phù hợp với nhiều loại phân tử, chi phí sản xuất thấpnên hiện đang được sử dụng nhiều nhất trong ngành công nghiệp sản phẩm CD

Tuy độ tan trong nước của β-CD còn thấp hơn so với α-CD và γ-CDnhưng khi bao gói các phân tử khách thể độ tan này sẽ có thay đổi Một sốhợp chất có thể tạo phức không tan với CD trong khi đó số khác có thế tạophức tan rất tốt, thậm chí tan tốt hơn CD khi chưa tạo phức Hiện tượng này

là do các phân tử được bao gói tương tác với các CD và làm thay đổi hướngquay của chúng Vì vậy, phức bọc β-CD với các phân tử khách thể được sửdụng khá phổ biến trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm, đặcbiệt trong y học…

1.3.3 Tính chất hóa học của β-CD

Do sự hình thành cấu tạo ghế của các đơn vị glucopyranose nên phân tửβ-CD có hình dạng giống như chóp cụt β-CD có khả năng bao các phân tử kháchvào trong lỗ trống của nó nhờ các nhóm hyđroxyl trên phân tử β-CD được sắp xếp

ở cả mặt ngoài và mặt trong của lỗ trống Mặt trong của lỗ trống là môi trường kịnước có thể giúp β-CD dễ dàng bắt lấy các phân tử khách kị nước [27]

Đồ uống hương liệu, bao gồm đồ uống

“thể thao năng lượng” hoặc đồ uống “điện

giải” và các đồ uống đặc biệt khác

sự kích ứng tại chỗ mà không ảnh hưởng đến hiệu quả trị liệu [28]

1.3.5 Các phương pháp điều chế phức bọc với β-CD [27]

Có nhiều phương pháp đã được áp dụng để điều chế phức bọc với β-CDnhư phương pháp hòa tan, phương pháp đồng kết tủa, phương pháp trung hòa,phương pháp nhào, phương pháp nghiền, phương pháp huyền phù đặc…

Sau đây là một số phương pháp tạo phức bọc thông dụng:

Phương pháp đồng kết tủa (Co-precipitation):

Phương pháp này sử dụng khá phổ biến trong phòng thí nghiệm Đểthực hiện phương pháp này thì β-CD cần được hòa tan vào nước Sau đó, hoạtchất (chất cần được bao gói) được thêm vào khi đang khuấy dung dịch β-CD.Dung dịch thu được trong nhiều trường hợp cần làm lạnh và khuấy trước khi

kết tủa được tạo thành Kết tủa được thu bằng cách gạn, ly tâm hoặc lọc Sau

đó kết tủa được rửa với một lượng nhỏ dung môi phù hợp

Phương pháp này cần phải sử dụng một lượng lớn nước; trang thiết bị

để chứa, nung nóng, làm lạnh nhưng các liên kết tạo phức lại bền chặt dẫnđến hoạt chất được bao bọc tốt hơn

Phương pháp nghiền (paste):

Trong phương pháp này, phân tử khách dạng dầu hoặc lỏng được trộnvới CD dạng bột nhão có chứa 10-20% nước và CD không được hòa tan,nghiền sau vài giờ, dạng bột nhão tạo thành là phức ở dạng bột

Nếu trộn phân tử khách với bột CD dạng sệt thì sử dụng lượng dư phân

tử khách Sau khi làm lạnh, lượng dư đó bị loại bỏ bằng cách rửa cẩn thận vớidung môi tạo phức yếu

Như vậy, phương pháp này có ưu điểm là tránh được lượng nước dưtrong dung môi, tuy nhiên các liên kết không được bền vững, đòi hỏi thời gianthực hiện lâu

Điều chế phức trong huyền phù (Extended Co-precipitation):

β-CD được hòa tan vào nước với hàm lượng cao tới 50-60% Sau đó,khuấy trộn phân tử khách vào β-CD trong dung dịch nước Sự tạo phức hoàntất trong 2-24h ở nhiệt độ phòng

Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp Việckhuấy trộn bằng sóng cao tần sẽ cải tiến hiệu suất tạo phức

1.3.6.Ứngdụngphứcbọc β-CDtrongcôngnghệ thực phẩmvàdược phẩm

Việc tạo phức bọc với β-CD giúp các phân tử khách (thường là nhữnghoạt chất kém bền) được bảo vệ chống lại các tác nhân oxy hóa, tác dụng ánhsáng, sự phân hủy do nhiệt, sự tự phân hủy, sự mất mát do bay hơi hay thănghoa Ngoài ra, việc tạo phức bọc còn giúp giảm mùi vị không mong muốn, giảmviệc nhiễm vi sinh, giảm chi phí đóng gói và tăng độ tan của chất trong nước

1.3.6.1 Trong công nghệ thực phẩm

Bằng phương pháp tạo phức bọc, β-CD giúp loại bỏ thực phẩm mùi và

vị đắng của thực phẩm, giúp bảo vệ những chất màu tự nhiên nhạy cảm vớiánh sáng, nhiệt độ, axit, kiềm khỏi bị bay hơi, oxy hóa, phân hủy bởi ánh sáng

và nhiệt Do vậy, β-CD ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệpchế biến thực phẩm và thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của ngành côngnghiệp phụ gia thực phẩm

1.3.6.2 Trong công nghiệp dược phẩm [28]

-CD có khả năng tạo phức hợp bằng các cầu nối không hóa trị với phầnlớn các hoạt chất Nhờ tính chất đa chức năng và đáp ứng sinh học tốt, các -CDđang ngày càng được ứng dụng nhiều trong công nghiệp dược phẩm

-CD đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện độ tan của các thuốckém tan trong nước bằng cách tạo phức hay hệ phân tán rắn Đối với cácthuốc có phân tử khối không thích hợp để tạo phức, -CD sẽ đóng vai trò làmột chất ưa nước

-CD cũng được xem là chất làm tăng tốc độ phóng thích một số hoạtchất khỏi vật liệu bọc (naproxen, ketoprofen, theophylline )

Bên cạnh đó, -CD còn cải thiện tính thấm của thuốc CD làm tăng tínhthấm của các thuốc ưa béo không tan trong nước bằng cách làm cho thuốchiện 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

-CD có thể cải thiện độ ổn định của các thuốc nhạy cảm với các phảnứng dehydrat hóa, thủy phân, oxy hóa và phân hủy bởi ánh sáng, do vậy làmtăng tuổi thọ của thuốc Trong phức hợp, -CD che chở các thuốc kém bềndưới dạng phân tử và như vậy cách ly chúng khỏi các tiến trình phân hủy

1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC LIÊN QUANĐẾN ĐỀ TÀI

1.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Estrella De Castro và cộng sự (2006) đã nghiên cứu sản xuất vi nanglutein bằng kỹ thuật bao gói vi nang Nghiên cứu này đã khảo sát trên nhiềudung môi dùng để hòa tan lutein trong quá trình điều chế nhũ tương lutein(etyl axetat, propyl axetat, isopropyl axetat, butyl axetat, isobutyl axetat,điclometan) đồng thời tìm vật liệu thích hợp cho việc bao gói lutein Kết quảcho thấy: dung môi hòa tan lutein tốt nhất là điclometan và các vật liệu baogói có nguồn gốc từ tinh bột như maltodextrin, cyclodextrin cho hiệu quả baogói lutein tốt nhất (hiệu suất bọc dao động từ 90 - 95%) Sản phẩm vi nanglutein tạo thành có khả năng hòa tan tốt trong nước, hạn chế sự oxy hóa, giữnguyên được trạng thái ban đầu sau một khoảng thời gian dài bảo quản [35]

Itaciara Larroza Nunes và Adriana Zerlotti Mercadante (2007) đã tiếnhành bao gói lycopen bằng -CD theo phương pháp sấy phun, năng suất trungbình đạt 51% Sự tạo phức được hình thành khi tỉ lệ mol giữa lycopen: β-CD

là 1:4 [36]

B Ozcelik và cộng sự (2009) cũng đã nghiên cứu tạo vi nang bằng các

kỹ thuật bao gói khác nhau như: sấy phun, đông khô, bẫy alginat để tạo lớp

vỏ bao bọc bảo vệ β-caroten bên trong Kết quả nghiên cứu đã đi đến kết luậnrằng tạo vi nang β-caroten bằng kỹ thuật sấy phun sử dụng chất nhũ hóa làTween 80 với vật liệu bao gói là maltodextrin đạt hiệu suất bọc tốt nhất (81%),sản phẩm vi nang β-caroten tạo thành cũng có khả năng hòa tan trong nướccao nhất đạt 87% [37]

Zheng-de TAN và cộng sự (2016) đã tiến hành nghiên cứu quá trìnhbao gói lutein bằng vật liệu β-CD Vật liệu được điều chế qua 2 phương pháp

là sấy khô và phương pháp đồng kết tủa Lutein vi nang thu được không độchại và có khả năng phóng thích lutein tốt hơn [38]

1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Trong những năm gần đây hướng nghiên cứu về tách chiết, thu nhậncác hợp chất thuộc nhóm carotenoid (như lycopen, lutein, zeaxanthin… ) vàứng dụng chúng trong các ngành thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm đangthu hút được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trong nước:

Bùi Quang Thuật (2010) đã sử dụng hỗn hợp chất mang đặc hiệuβ-CD/MD (maltodextrin DE 12) DE1tỉ lệ 9:1 để bao gói hương cam và hươnggừng đạt hiệu suất cố định hương lần lượt là 92,55% và 93,97% [39]

Trần Hải Đăng và cộng sự (2013) đã nghiên cứu điều chế vi nang dầugấc bằng phương pháp sấy phun Trong nghiên cứu này, các tác giả đã khảosát khả năng tạo vi nang dầu gấc của hệ nhũ tương maltodextrin tại các nồng

độ và điều kiện sấy khác nhau [40]

Trần Hải Minh (2016) nghiên cứu thay đổi điều kiện tạo nhũ tương vàđiều kiện bao gói nhằm cải thiện độ bền màu của sản phẩm lutein vi nangdùng maltodextrin làm vật liệu bao gói [3]

Đặng Gia Hân (2018) cũng đã tiến hành bao gói tinh dầu mang tangbằng β-CD để dùng làm kháng sinh trong nông nghiệp (cụ thể dùng làmkháng sinh cho nuôi trồng thủy sản) [41]

Tác giả Lưu Thái Danh và công sự (2019) đã điều chế thành công phứchợp curcumin-hyđroxypropyl-β-cyclodextrin và phức hợp curcumin-hyđroxypropyl-β-cyclodextrin - tinh dầu nghệ Các phức hợp này có độ hòatan trong nước cao hơn hẳn curcumin, đặc biệt là phức hợpcurcumin-hyđroxypropyl-β-cyclodextrin - tinh dầu nghệ [42]

Trong dược phẩm có rất nhiều nghiên cứu điều chế vi nang sử dụng vậtliệu bao gói β-CD giúp tăng khả năng ứng dụng của các hoạt chất [27],[28]

Trong nước hiện nay vẫn chưa có nghiên cứu nào điều chế vi nang lutein

sử dụng β-CD làm vật liệu bao gói Vì vậy, trong đề tài này chúng tôi thửnghiên cứu bao gói lutein bằng β-CD nhằm bảo vệ lutein khỏi những tác nhân

1 DE là dextrose equivalent

môi trường tốt hơn Đồng thời việc khảo sát một số đặc tính hóa – lý củalutein vi nang cũng là cơ sở quan trọng để đánh giá khả năng ứng dụng củasản phẩm trong thực phẩm và dược phẩm.

- BHT (Butylated Hydroxy Toluene): thuộc loại tinh khiết phân tích(Merck, Đức)

Tất cả dung môi sử dụng trong quá trình chuẩn bị mẫu đều có thêm0,1% BHT để chống oxy hóa

2.2 DỤNG CỤ - THIẾT BỊ

2.2.1 Dụng cụ:

- Cốc thủy tinh có mỏ các cỡ 50; 100; 250 ml (BOMEX, Trung Quốc)

- Phễu chiết 125 ml (ISOLAB, Đức)

- Ống nhựa ly tâm đáy nhọn 25; 50 ml (ISOLAB, Đức)

- Pipet và micropipet các cỡ

- Syringe thủy tinh 5 ml

- Đầu lọc (chứa màng lọc PTFE 0,45 m)

- Bình định mức các cỡ (ISOLAB, Đức)

2.2.2 Thiết bị:

- Cân phân tích ± 0,1 mg (Satorius, Nhật)

- Máy khuấy rung Vortex 2 (IKA, Đức)

- Máy khuấy từ gia nhiệt RCT Basic – 20002620 (IKA, Đức)

- Máy ly tâm để bàn EBA21 (Hettich, Đức)

- Tủ sấy chân không VO400(Memmert, Đức)

- Máy lắc ổn nhiệt KS 4000 i Control (IKA, Đức)

- Quang phổ kế UV-Vis Libra S50 (BIOCHROM-UK, Mỹ)

- Quang phổ kế hồng ngoại Alpha FT-IR (Brucker, Đức)

- Kính hiển vi điện tử quét JEOL 6490 JED 2300 (Jeol, Nhật Bản)

- Thiết bị phân tích nhiệt trọng lượng và nhiệt vi sai (TGA-DTA) củahãng Seterarm (Pháp)

- Máy đo kích thước hạt SZ-100Z (Horiba, Nhật)

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.3.1 Phương pháp nghiên cứu tính chất hóa lý của phức bọc tạo bởi -cyclodextrin

2.3.1.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy, SEM) [29]

Nguyên tắc: Sử dụng chùm tia electron để chụp ảnh mẫu nghiên cứu.

Ảnh đó khi đến màn huỳnh quang sẽ được phóng đại theo yêu cầu

Chùm tia electron được tạo ra từ catôt (súng điện tử) qua 2 tụ quang sẽđược hội tụ lên mẫu nghiên cứu Chùm electron này được quét đều trên mẫu.Khi chùm electron đập vào mẫu, trên bề mặt mẫu phát ra các electron phát xạthứ cấp Mỗi một electron phát xạ này qua điện thế gia tốc vào phần thu và biếnđổi sẽ biến thành một tín hiệu ánh sáng, chúng được khuếch đại, đưa vào mạnglưới điều khiển tạo độ sáng tối trên màn ảnh Mỗi điểm trên mẫu nghiên cứucho một điểm tương ứng trên màn ảnh Độ sáng tối trên màn ảnh tùy thuộclượng electron thứ cấp phát ra và tới bộ thu và phụ thuộc vào hình dạng bề mặt

của mẫu nghiên cứu Đặc biệt do có khả năng hội tụ chùm tia nên chùmelectron có thể đi sâu vào trong mẫu, cho phép nghiên cứu cả phần bên trongcủa vật chất.

Hiển vi điện tử quét thường được sử dụng để nghiên cứu kích thước

và hình dạng tinh thể vật chất do khả năng phóng đại và tạo ảnh của mẫu rất

rõ nét và chi tiết

2.3.1.2 Phân bố kích thước hạt

Phân tích kích thước hạt dựa trên nguyên lý tán xạ ánh sáng động học(Dynamic light scattering-DLS) Dựa vào đặc tính vật lý của hệ mẫu, dải hạt

đo được từ 0,3 nm – 8 µm Giới hạn dưới bị ảnh hưởng bởi nồng độ, mẫu tán

xạ mạnh hay yếu và sự có mặt của một số hạt kích thước lớn không mongmuốn Giới hạn trên bị ảnh hưởng bởi mật độ của hạt vì DLS được tính toándựa trên chuyển động Brownian, không phụ thuộc vào trọng lượng hạt

Điện tích trên bề mặt hạt được phân loại bằng phương pháp đo thếzeta trong mẫu huyền phù Mẫu được tiêm vào cell dùng một lần và kết quả

đo thế zeta được tính từ thế điện di di động của hệ hạt Thế zeta của mẫu được

sử dụng nhiều nhất để xác định độ ổn định của hệ Giá trị thế zeta lớn chỉ rarằng các hạt tích điện lớn và hệ có xu hướng bền vững Việc đo thế zeta giúpcác nhà chế tạo tạo ra những sản phẩm mới với tuổi thọ cao Ngược lại khi thếzeta bằng 0 là cho phép chọn điều kiện tốt nhất để làm tích tụ và tách các hạttrong mẫu

2.3.1.3 Phổ hấp thụ UV-Vis [30]

Khi chiếu một chùm sáng có bước sóng phù hợp đi qua một dung dịchchất màu, các phân tử hấp thụ sẽ hấp thụ một phần năng lượng chùm sáng,một phần ánh sáng truyền qua dung dịch Xác định cường độ chùm ánh sángtruyền qua đó ta có thể xác định được nồng độ của dung dịch Sự hấp thụ ánhsáng của dung dịch tuân theo định luật Bughe – Lambert – Beer (1.1)

A= lgI0/ I = ɛlC (1.1)trong đó: A: mật độ quang

T=I0/I: độ truyền quaɛ: hệ số hấp thụl: chiều dày cuvétC: nồng độ chất nghiên cứu ( mol/l)Phương pháp phân tích UV-Vis được sử dụng rộng rãi vào nhiều mụcđích thực tiễn khác nhau Phương pháp có thể áp dụng để xác định các chất cónồng độ đa lượng hay vi lượng, đặc biệt có thể xác định các tạp chất đến nồng

độ giới hạn 10-5÷10-6 % Phương pháp phân tích đo quang thường có sai sốtương đối 3 ÷ 5% được ứng dụng để xác định hơn 50 nguyên tố trong các đốitượng khác nhau trong các lĩnh vực thực phẩm, hoá học, luyện kim, địa chất,nông nghiệp

2.3.1.4 Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR: Fourrier Transformation Infrared)

Phương pháp FT-IR hoạt động dựa trên sự hấp thụ bức xạ hồng ngoạicủa chất cần nghiên cứu

Phổ hồng ngoaị là phép phân tích phổ biến cho biết các liên kết và cácpha trong vâ liệu được phân tích Nguyên tắc chung đo phổ hồng ngoại nhưsau: khi chiếu một chùm tia đơn sắc có bước sóng nằm trong vùng hồng ngoạiqua mẫu phân tích, một phần năng lượng bị hấp thụ làm giảm cường độ tiatới Sự hấp thụ này tuân theo định luật Lambert-Beer (1.1) trong mục 1.3.7.3

Phương trình (1.1) là phương trình cơ bản cho các phương pháp phântích phổ hấp thụ nguyên tử cũng như phân tử Đường cong biểu diễn sự phụthuộc mật độ quang và chiều dài bước sóng kích thích gọi là phổ Một số phân

tử khi dao động có gây ra sự thay đổi mômen lưỡng cực điện, có khả năng hấpthụ bức xạ hồng ngoại để cho hiệu ứng phổ hồng ngoại hay (phổ dao động).Theo quy tắc này, các phân tử có hai nguyên tử giống nhau không cho hiệu ứngphổ hồng ngoại Khi tần số dao động của nhóm nguyên tử nào đó trong phân tử

ít phụ thuộc vào các thành phần còn lại của phân tử thì tần số dao động đó đượcgọi là tần số đặc trưng cho nhóm đó Các tần số đặc trưng cho nhóm (hay còngọi là tần số nhóm) thường được dùng để phát hiện các nhóm chức trong phân

tử Dựa vào tần số đặc trưng, cường độ đỉnh trong phổ hồng ngoại , người ta cóthể phán đoán trực tiếp về sự có mặt của các nhóm chức, các liên kết xác địnhtrong phân tử nghiên cứu, từ đó xác định được cấu trúc của chất nghiên cứu.

2.3.1.5 Phổ nhiệt lượng quét vi phân (DSC: Differential Scanning Calorimetry)

Cơ sở của phương pháp [31]:

DSC là phương pháp phân tích nhiệt mà ở đó độ chênh lệch về nhiệt độgiữa hai mẫu chuẩn và mẫu nghiên cứu luôn được duy trì bằng không Thayvào đó người ta sẽ xác định entanpy của các quá trình này bằng cách xác địnhlưu lượng nhiệt vi sai cần để duy trì mẫu vật liệu và mẫu chuẩn trơ ở cùngnhiệt độ Nhiệt độ này thường được lập trình để quét một khoảng nhiệt độbằng cách tăng tuyến tính ở một tốc độ định trước Ta sẽ xác định được nănglượng đó thông qua tính diện tích giới hạn bởi đồ thị mà chúng ta thu được

Tính năng của phương pháp:

DSC cũng cho chúng ta những thông tin về sự chuyển pha của vật chất.Trong những nghiên cứu về chuyển pha, người ta hay sử dụng phương phápDSC vì nó cho chúng ta những thông tin trực tiếp về năng lượng chuyển pha.Phương pháp cũng có thể được dùng để xác định nhiệt dung, độ phát xạ nhiệt

và độ tinh khiết của mẫu rắn

Đo nhiệt lượng vi sai DSC là kỹ thuật nghiên cứu các tính chất củapolymer khi ta thay đổi nhiệt độ tác dụng Với DSC có thể đo được các hiệntượng chuyển pha: nóng chảy, kết tinh, thủy tinh hóa hay nhiệt của phản ứnghóa học của polymer

2.3.1.6 Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA: Thermogravimetric Analysis)

Cơ sở của phương pháp [32]:

TGA là phương pháp dựa trên cơ sở xác định khối lượng của mẫu vậtchất bị mất đi (hoặc nhận vào) trong quá trình chuyển pha như là một hàm củanhiệt độ Khi vật chất bị nung nóng khối lượng của chúng sẽ bị mất đi từ cácquá trình đơn giản như bay hơi hoặc từ các phản ứng hóa học giải phóng khí

Một số vật liệu có thể nhận được khối lượng do chúng phản ứng với khôngkhí trong môi trường kiểm tra.

Phép đo TGA nhằm xác định:

- Khối lượng bị mất trong quá trình chuyển pha

- Khối lượng bị mất theo thời gian và theo nhiệt độ do quá trình khửnước hoặc phân ly

Đường phổ TGA đặc trưng cho một hợp chất hoặc một hệ do thứ tự củacác phản ứng hóa học xuất hiện tại một khoảng nhiệt độ xác định là một hàmcủa cấu trúc phân tử

Sự thay đổi của khối lượng là kết quả của quá trình đứt gãy hoặc sựhình thành vô số các liên kết vật lý và hóa học tại một nhiệt độ gia tăng dẫnđến sự bay hơi của các sản phẩm hoặc tạo thành các sản phẩm nặng hơn

Nhiệt độ sử dụng bình thường khoảng 12000C

Tính năng của phương pháp:

Các quá trình diễn ra trong phương pháp phân tích này thông thường làbay hơi, huỷ cấu trúc, phân huỷ cacbonat, oxi-hoá sufua, oxi-hoá florua… Đó

là các quá trình tạo lên những đứt gãy hoặc hình thành lên các liên kết vật lý,hoá học xảy ra trong mẫu chất

Đây là phương pháp phân tích khối lượng nên những thông tin ta nhậnđược rất tốt cho việc xác định thành phần khối lượng các chất có mặt trongmột mẫu chất nào đó Bên cạnh đó, ta xác định được thành phần độ ẩm, thànhphần dung môi, chất phụ gia, của một loại vật liệu nào đó

2.3.1.7 Giản đồ độ tan pha (Phase Solubility Diagram)

Nghiên cứu giản đồ pha độ tan theo phương pháp Higuchi và Connors(1965) [33] để xác định hằng số bền biểu kiến (KC) của phức bọc, đó là giá trịbiểu thị ái lực của hoạt chất lõi đối với vật liệu làm phức bọc trong nước

Nguyên tắc phương pháp: