Vi bao curcumin bằng phương pháp sấy phun với màng bao gum arabic

Mặc dù, tiềm năng chữa bệnh của nghệ vẫn chưa được nghiên cứu và chứng minh trước đó nhưng y học cổ truyền Tamil, còn được gọi là Siddha đã đề nghị sử dụng nghệ trong thực phẩm như một v

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

SKL 0 0 6 1 6 1

VI BAO CURCUMIN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẤY

PHUN VỚI MÀNG BAO GUM ARABIC

GVHD: NGUYỄN VINH TIẾN

LÊ TẤN HOÀNG SVTH: HUỲNH THIỆN MINH MSSV: 15116031

SVTH: NGUYỄN THỊ NHƯ QUỲNH MSSV: 15116044

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

Nguyễn Thị Như Quỳnh

Huỳnh Thiện Minh – 15116031

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 08/2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Huỳnh Thiện Minh – MSSV: 15116031

Nguyễn Thị Như Quỳnh – MSSV: 15116044

Ngành: Công nghệ Thực phẩm

1 Tên khóa luận: Vi bao curcumin bằng phương pháp sấy phun với màng bao gum

Arabic

2 Mã số đồ án: 2019 – 15116031

3 Nhiệm vụ của khóa luận: Khảo sát thông số vi bao và ảnh hưởng của chúng đối

với các điều kiện vi bao

4 Ngày giao nhiệm vụ khóa luận: 01/03/2019

5 Ngày hoàn thành khóa luận: 31/07/2019

6 Họ tên người hướng dẫn 1: TS Nguyễn Vinh Tiến

Phần hướng dẫn: Toàn bộ khóa luận

7 Họ tên người hướng dẫn 2: Ths Lê Tấn Hoàng

Phần hướng dẫn: Toàn bộ khóa luận

Nội dung và yêu cầu khóa luận tốt nghiệp đã được thông qua bởi

Trưởng Bộ môn Công nghệ Thực phẩm

Tp.hcm, ngày tháng năm 2019

Trưởng Bộ môn Người hướng dẫn chính

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này, chúng tôi được sự giúp đỡ của bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm trực thuộc khoa công nghệ hóa học và thực phẩm trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tphcm đã tận tâm giảng dạy và giúp đỡ trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu tại trường

Trước hết với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, chúng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy Ts Nguyễn Vinh Tiến và Ths Lê Tấn Hoàng – là người đã luôn tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và truyền đạt những kinh nghiệm cũng như kiến thức trong suốt quá trình làm đồ

án cũng như hướng dẫn viết luận văn Cảm ơn hai thầy vì ngoài kiến thức chuyên môn, kĩ năng chuyên môn và chúng tôi còn học được cách làm việc nhóm hiệu quả và khoa học

Cuối cùng chúng tôi xin chân thành cảm ơn thầy, cô và các bạn làm việc tại phòng thí nghiệm hóa sinh, vi sinh, xưởng công nghệ thực phẩm 3 đã tạo điều kiện cho chúng tôi hoàn thành luận văn cũng như là trong suốt quá trình làm đồ án

TP Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 07 năm 2019

Sinh viên:

1 Huỳnh Thiện Minh

2 Nguyễn Thị Như Quỳnh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung được trình bày trong khóa luận tốt nghiệp là do chính tôi thực hiện Tôi xin cam đoan các nội dung được tham khảo trong khóa luận tốt nghiệp đã được trích dẫn chính xác và đầy đủ theo qui định

Ngày 31 tháng 7 năm 2019

Ký tên

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP iii

LỜI CẢM ƠN iv

LỜI CAM ĐOAN v

PHIẾU ĐÁNH GIÁ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM KHÓA 2015

(NGƯỜI HƯỚNG DẪN) vi

PHIẾU ĐÁNH GIÁ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM KHÓA 2015

(PHẢN BIỆN) vii

PHIẾU ĐÁNH GIÁ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Error! Bookmark not defined KHÓA 2015 viii

MỤC LỤC viii

DANH MỤC HÌNH xxi

DANH MỤC BẢNG BIỂU xxiv

TÓM TẮT KHÓA LUẬN xxv

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1

1 Nghệ 1

1.1 Tổng quan về nghệ 1

1.2 Thành phần hóa học của nghệ 1

1.3 Curcuminoid 1

1.4 Tính chất vật lý và hóa học của curcumin 2

2 Tổng quan về vi bao 3

2.1 Công nghệ vi bao 3

2.2 Nguyên liệu được sử dụng trong quá trình vi bao 4

2.3 Công nghệ được sử dụng trong vi bao 5

2.4 Một số màng bao được sử dụng vi bao thực phẩm 6

2.5 Một số ví dụ về vi bao trong thực phẩm: 6

3 Vi bao Curcumin 7

3.1 Vai trò của việc vi bao curcumin 7

3.2 Cơ chế vi bao 8

3.3 Các thông số của curcumin trong quá trình vi bao 9

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 10

1 Vật liệu và thiết bị 10

1.1 Vật liệu 10

1.2 Thiết bị 12

2 Phương pháp 12

2.1 Trích ly curcumin 12

2.2 Chuẩn bị hệ vi bao curcumin 19

2.3 Xác định các thông số 22

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 26

1 Kết quả 26

1.1 Khảo sát tỷ lệ nhân/màng bao 26

1.2 Khảo sát độ bền pH 27

1.3 Độ bền tối 34

1.4 Độ bền sáng 35

1.4 Độ bền nhiệt 36

1.5 Mẫu tối ưu 40

2 Khảo sát thời gian sóng siêu âm 40

2.1 Độ bền pH 41

2.2 Độ bền sáng 44

2.3 Độ bền tối 44

2.4 Độ bền nhiệt 45

2.5 Giản đồ phân bố kích thước hạt 47

2.6 Kết luận mẫu tối ưu khi khảo sát thời gian siêu âm 49

3 Khảo sát nhiệt độ sấy 49

3.1 Độ bền pH 50

3.2 Độ bền sáng 52

3.3 Độ bền tối 52

3.4 Độ bền nhiệt 53

3.5 Mẫu tối ưu 54

4 Kết quả vi bao 55

4.1 Phổ hồng ngoại FTIR 55

4.2 XRD (X – ray diffraction) 55

4.3 Hình thái học 56

4.4 DSC (Differential scanning calorimetri, phân tích nhiệt quét vi sai) 57

4.5 Hoạt tính chống oxy hóa 58

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 61

1 KẾT LUẬN 61

1.1 Kết luận 61

1.2 Đề nghị 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO i

PHỤ LỤC vii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Phân tử curcumin 3 Hình 1.2: Cơ chế vi bao curcumin bằng phương pháp sấy phun với màng bao gum Arabic 9

Hình 2.1: Sơ đồ tóm tắt quá trình trích ly curcumin bằng hệ thống Soxhlet 13 Hình 2.2: Trích ly curcumin bằng hệ thống Soxhlet 14 Hình 2.3: Hình thiết bị cô quay chân không 15 Hình 2.4: Chất rắn còn lại sau khi cô quay 16 Hình 2.5: Curcumin sau khi trích ly 16 Hình 2.6: Sắc ký bản mỏng curcumin so với mẫu chuẩn 17 Hình 2.7: Kết quả sắc ký ở điều kiện thường, 254nm, 365nm 18 Hình 2.8: Đường chuẩn curcumin trong ethanol 19 Hình 2.9: Tóm tắt quy trình vi bao curcumin bằng phương pháp sấy với màng bao gum Arabic 21 Hình 2.10: So sánh độ tan của curcumin tự do trong dung dịch lần lượt từ trái sang phải là Tween 80, lecithin 23

Hình 3.1: tóm tắt các thông số cần được khảo sát và phân tích trong thí nghiệm 26 Hình 3.2: Độ bền của curcumin ở các giá trị pH môi trường bảo quản khác nhau (a)

curcumin vi bao, (b) curcumin tự do 28 Hình 3.3: Hình độ bền pH qua các giờ bảo quản curcumin vi bao tỷ lệ 1 – 3 (hình a),

curcumin tự do (hình b) 29 Hình 3.4: Độ bền pH qua các giờ bảo quản của curcumin vi bao với tỷ lệ 1 – 5 (hình a), curcumin tự do (hình b) 29 Hình 3.5: Độ thị biễu diễn độ bền pH của curcumin vi bao với các tỷ lệ nhân/màng bao với curcumin tự do, pH 7 (hình a), pH 9 (hình b) 30 Hình 3.6: Mạch heptadiene của curcumin 31 Hình 3.7: Các sản phẩm phân hủy của curcumin 32 Hình 3.8: Curcumin tự do được bảo quản ở pH 2, 7, 9 lần lượt từ trái sang phải 33 Hình 3 9: Trạng thái Keto (hình trên), Enol (hình dưới) của curcumin 33 Hình 3.10: Độ bền tối của các tỷ lệ nhân/màng bao 34

Hình 3.11: Độ bền sáng ở các tỷ lệ nhân/ màng bao 35 Hình 3.12: Độ hấp thụ cực đại của gum Arabic 36 Hình 3.13: Hình độ bền ở 8oC qua các ngày bảo quản 37 Hình 3.14: Độ bền ở nhiệt độ phòng qua thời gian 38 Hình 3.15: Độ bền ở nhiêt độ cao qua các giờ bảo quản 39 Hình 3.16: Độ bền pH của curcumin vi bao khi khảo sát T =0.4 (hình a), curcumin tự do (hình b) 41 Hình 3.17: Độ bền pH curcumin vi bao khi khảo sát T =0.8 (hình a), curcumin tự do (hình b) 42 Hình 3.18: Độ bền pH curcumin vi bao khi khảo sát T =1 (hình a), curcumin tự do (hình b) 43 Hình 3.19: Độ bền tại pH 7 (hình a), pH 9 (hình b) 43 Hình 3.20: Độ bền sáng theo thời gian 44 Hình 3.21: Độ bền tối theo thời gian 45 Hình 3.22: Độ bền nhiệt độ qua các ngày bảo quản 46 Hình 3.23: độ bền nhiệt độ qua các ngày bảo quản 46 Hình 3.24: Độ bền nhiệt độ qua các ngày bảo quản 47 Hình 3.25: giản đồ phân bố hạt ở T =0.4 47 Hình 3.26: Giản đồ phân bố hạt ở T =0.6 48 Hình 3 27: Giản đồ phân bố hạt ở T =0.8 48 Hình 3.28: Giản đồ phân bố hạt T =1.0 48 Hình 3.29: Độ bền pH curcumin vi bao qua các giờ bảo quản (hình a), curcumin tự do (hình b) 50 Hình 3.30: Độ bền pH curcumin vi bao qua các giờ bảo quản (hình a), curcumin tự do (hình b) 50 Hình 3.31: độ bền pH curcumin vi bao qua các giờ bảo quản (hình a), curcumin tự do (hình b) 51 Hình 3 32: Độ bền pH 7 (hình a), pH 9 (hình a) 51 Hình 3.33: Độ bền sáng qua thời gian 52 Hình 3.34: Độ bền tối qua các ngày bảo quản 52 Hình 3.35: Độ bền nhiệt theo thời gian 53 Hình 3.36: độ bền theo thời gian 53

Hình 3.37: Độ bền nhiệt qua các ngày bảo quản 54 Hình 3.38: Phổ hồng ngoại của curcumin, gum và curucmin vi bao 55 Hình 3.39: XRD curcumin và curcumin vi bao 55 Hình 3.40: Hình chụp TEM curcumin vi bao với màng gum Arabic 56 Hình 3 41: Hình chụp SEM của curcumin vi bao với màng bao gum Arabic 57 Hình 3.42: Kết quả DSC của curcumin, curcumin vi bao và gum Arabic 58 Hình 3 43: Đồ thị biễu diễn hoạt tính chỗng oxy hóa của curcumin và curcumin vi bao 59 Hình 3.44: Cơ chế chống oxy hóa của curcumin (Ak & Gülçin, 2008) 60

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Thành phần bột nghệ 10 Bảng 2.2: Thành phần của lecithin 10 Bảng 2.3: thành phần của gum Arabic 11 Bảng 2.4: Thành phần của ethanol 11 Bảng 2.5: Thành phần của butyl acetate 12 Bảng 2.6: Nồng độ curcumin và độ hấp thụ tại 424nm của các dung dịch chuẩn 19 Bảng 2.7: Tỷ lệ khối lượng giữa nhân và màng bao 20 Bảng 2.8: Các thông số cần được khảo sát 20

Bảng 3.1: Thông số vi bao 26 Bảng 3.2: Thông số vi bao 41 Bảng 3.3: Thông số vi bao 49 Bảng 3.4: Hoạt tính chống oxy hóa của curcumin và curcumin vi bao 59

TÓM TẮT KHÓA LUẬN

Đề tài: Vi bao curcumin bằng phương pháp sấy phun với màng bao gum Arabic

Trong nghiên cứu này, mẫu vi bao curcumin được vi bao với tỷ lệ nhân và mang bao

1 – 3, thời gian siêu âm T = 0.6, nhiệt độ sấy 150oC, được xem là mẫu tối ưu nhất khi khảo sát vi bao curcumin Bên cạnh đó, ở mẫu vi bao này cho thấy hàm lượng curcumin còn lại khi bảo quản dưới những điều kiện khác nhau của môi trường Măt khác, khả năng chống oxi hóa cũng đã thể hiện rõ rệt và tốt hơn so với curcumin tự do (chưa được vi bao) Để chứng minh được khả năng vi bao của màng bao, chúng tôi sử dụng các FTIR (phổ hồng ngoại), DSC (Phân tích nhiệt quét vi sai), XRD (nhiễu xạ tia X) và thông qua các hình chụp

bề mặt và cấu trúc đã chứng tỏ curcumin đã được vi bao trong màng bao

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1 Nghệ

1.1 Tổng quan về nghệ

Nghệ là một cây thân thảo lâu năm thuộc họ gừng, có củ dưới mặt đất (Chan et al., 2009)

Nó có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới Tamil Nadu, phía đông nam Ấn Độ Nhiệt độ sinh trưởng

từ 20oC tới 30oC và cần một lượng mưa hằng năm nhiều mới phát triển mạnh

Nghệ mọc hoang trong các khu rừng ở Nam Á và Đông Nam Á Củ nghệ được xem là một loại gia vị phổ biến trong nhiều món ăn ở Châu Á đặc biệt là Ấn Độ Bên cạnh đó, bột nghệ từ củ nghệ cũng được sử dụng để thêm hương vị và màu sắc cho gạo, mì ống, thịt và các món ăn rau, xà lách Mặc dù, tiềm năng chữa bệnh của nghệ vẫn chưa được nghiên cứu

và chứng minh trước đó nhưng y học cổ truyền Tamil, (còn được gọi là Siddha) đã đề nghị

sử dụng nghệ trong thực phẩm như một vị thuốc có khả năng chữa bệnh Theo một số nghiên cứu, ở Châu Á trong hơn 2500 năm, củ nghệ được đã được sử dụng như một phương thuốc chữa bệnh về dạ dày và gan cũng như khả năng kháng khuẩn(Chaturvedi, 2009)

1.2 Thành phần hóa học của nghệ

Thành phần hóa học của củ nghệ bao gồm: carbohydrate (69.4%), protein (6.3%), lipid (5.3%), độ ẩm (13.1%) và (5.9%) curcuminoid Phần bột nghệ sau khi nghiền và sấy có chứa các curcuminoid chiếm 5.9% khối lượng bột nghệ Theo đó, curcuminoid một hỗn hợp các hợp chất có hoạt tính sinh học có màu vàng cam cụ thể là curcumin (77%), demethoxycucurmin (DMC 17%) và bisdemethoxycurcumin (BDMC 3%) (Kocaadam and Şanlier (2017)),(Deogade & Ghate, 2015) Curcumin đang là tâm điểm nghiên cứu hiện nay

vì khả năng phòng ngừa, chữa một số chứng bệnh bao gồm: ung thư, Alzheimer, tiểu đường,

dị ứng, viêm khớp, và các loại bệnh mãn tính khác (Nagpal & Sood, 2013).Gần đây, các hợp chất polyphenol có vai trò rất quan nhờ vào khả năng ngăn ngừa một số chứng bệnh liên quan đến thoái hóa, đặc biệt là ung thư (Sohrab et al., 2013) Việc kiểm tra tác dụng của curcumin đối với sức khỏe là một việc làm rất ý nghĩa

nhưng chỉ chiếm nồng độ rất thấp khoảng nhỏ hơn 6 % trong củ nghệ và khả năng tan trong nước rất kém, khó hấp thụ bởi ruột, chuyển hóa chậm, rất dễ bị loại khỏi cơ thể do đó hoạt tính sinh học rất thấp

Curcumin được xác định là hợp chất có màu vàng vào khoảng 200 năm trước Vào giữa năm 1942 curcumin được coi là một chất có hoạt tính sinh học, có tính kháng khuẩn,

do nó có hiệu quả chống một số vi sinh vật như: Staphylococcus aureus, Salmonella

paratyphi, Mycobacterium tuberculosis Năm 1953, Srinivasan đã xác định sự tồn tại của

các thành phần khác được gọi là curcuminoid thông qua phương pháp sắc ký Sau đó, curcumin được cho là có khả năng giảm Cholesterol, chống tiểu đường, kháng viêm và chống oxy hoá có hoạt tính chống ung thư ở cả mô hình in vitro và in vivo, với các nghiên cứu lâm sàng được tiến hành với người, người ta đã xác định được curcumin là an toàn và hiệu quả Mặt khác, curcumin là một hợp chất "được công nhận là an toàn" bởi Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm (FDA) (Patil, Jayaprakasha, Chidambara Murthy, & Vikram, 2009), (Prasad, Gupta, Tyagi, & Aggarwal, 2014)

Curcumin hiện nay được điều chế theo hai cách: hoặc là trích ly từ các dung môi có tính phân cực thấp như ethanol, ethyl acetate… hoặc tổng hợp Phương pháp trích ly sử dụng hệ thống Soxhlet để trích ly curcumin từ nghệ thì dễ thực hiện, ít tốn chi phí, mặt khác dung môi có thể thu hồi bằng thiết bị cô quay chân không (Revathy, Elumalai, & Antony, 2011) Sau khi thu được bột curcumin tiến hành chạy sắc ký bản mỏng (TLC) để kiểm tra

độ tinh sạch của curcumin (Kulkarni, Maske, Budre, & Mahajan, 2012) Ưu điểm của phương pháp trích ly curcumin thu được rất sạch độ tinh khiết >95% (Verghese, 1993) Nhược điểm của phương pháp này là phải tinh sạch nhiều lần bằng ethanol hoặc butyl acetate Bên cạnh đó, phương pháp ngâm nghệ để trích ly curcuminoid cũng được sử dụng rộng rãi Ưu điểm của phương pháp này là có thể trích ly rất nhiều curcuminoid trong một lần trích ly Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là độ tinh sạch ko cao, quá trình tinh sạch rất lâu và mất thời gian

1.4 Tính chất vật lý và hóa học của curcumin

Curcumin có công thức hóa học là C21H12O6 (Hình 1.1), có khối lượng phân tử là 368,37g/mol và nhiệt độ nóng chảy là 183oC Curcumin là một hợp chất kị nước và khả năng tan trong nước kém (Feng, Wei, Lee, & Zhao, 2017) Curcumin không hòa tan trong nước ở

pH axit và trung tính, tuy nhiên curcumin tan trong môi trường kiềm và chuyển thành màu

đỏ (Goel, Kunnumakkara, & Aggarwal, 2008) Curcumin có khả năng hòa tan trong acetone,

methanol, ethanol và một số dung môi có độ phân cực thấp khác Curcumin có độ hấp thu cực đại ở

425 ± 5 nm Bên cạnh đó, curcumin cực kì nhạy cảm với ánh sáng, nhiệt độ và theo một số nghiên cứu thì curcumin nên được bảo vệ khỏi ánh sáng mặt trời

Vì khả năng tan trong nước kém ( < 0.125mg/L) (Anand, Kunnumakkara, Newman,

& Aggarwal, 2007) nên dẫn đến khả năng hấp thụ trong cơ thể rất thấp và rất dễ bị đào thải

ra khỏi cơ thể Theo một số nghiên cứu trước đây Schiborr và cộng sự đã khảo sát khả năng hấp thu curcumin ở chuột bằng cách cho uống trực tiếp và tiêm qua màng bụng Các tác giả nhận thấy rằng khi cho chuột uống dung dịch chứa curcumin (liều lượng 50mg/kg) thì sau

30 phút không phát hiện trong máu, gan và não Bên cạnh đó, với phương pháp tiêm qua màng bụng (liều lượng 100mg/kg) thì sau khoảng thời gian trên chỉ có 4 – 5mg/kg được phát hiện (Schiborr, Eckert, Rimbach, & Frank, 2010) Một nghiên cứu khác, với liều lượng 100mg/kg curcumin được tiêm vào tĩnh mạnh đuôi của chuột thì sau 20 phút của nồng độ curcumin ở gan, thận, phổi và tim được xác định bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) lần lượt là 8µg/g, 0.35µg/g, 0.17µg/g, 0.06µg/g, sau 40 phút curcumin chỉ còn lại 0.04µg/g trong gan và sau 100 phút thì không còn phát hiện trong các các cơ quan và máu (Pan, Huang, & Lin, 1999)

Nhưng hiện nay các phương pháp mới như vi bao, nano, tạo phức đã được nghiên cứu và phát triển để làm tăng hoạt tính sinh học của curcumin (Shehzad & Lee, 2010) Vì thế, hiện nay vi bao curcumin để cải thiện hoạt tính sinh học của curcumin là một trong những chủ đề đang rất được quan tâm

là micromet hoặc nanomet (Wandrey, Bartkowiak, & Harding, 2010) Hợp chất sử dụng để

vi bao thường được gọi là lớp vỏ, màng bao hay vỏ bọc (Nedovic, Kalusevic, Manojlovic, Levic, & Bugarski, 2011)

Trong công nghiệp thực phẩm, quá trình vi bao là một quá trình được ứng dụng rộng rãi nhất bởi vì vi bao được sử dụng như một công cụ để cải thiện hoạt tính của một số phân

tử sinh học như: chất chống oxi hóa, vitamin, phytosterol, acid béo, lycopene và các tế bào sống ( ví dụ: probiotic) (de Vos, Faas, Spasojevic, & Sikkema, 2010) Hầu hết các trường hợp vi bao trong kỹ thuật thường một phân tử được bao bọc lại và bảo vệ khỏi các tác nhân vật lý, hóa học và điều kiện của môi trường

Công nghệ vi bao được phát triển cách đây 60 năm được ứng dụng rộng rãi trong ngành dược phẩm (đặc biệt là thuốc và vaccine) ít được ứng dụng trong thực phẩm Nhưng trong những năm gần đây, xu hướng bổ sung các hợp chất có chức năng vào trong quá trình sản xuất Nhiều hợp chất sử dụng thường hay nhạy cảm với điều kiện môi trường như là ánh sáng, độ ẩm, oxy, hoặc môi trường dạ dày, do đó quá trình vi bao cải thiện được tính chất của hệ và bảo vệ chúng dưới tác động của những điều kiện trên cũng như là tăng vòng đời của sản phẩm (shelf life) Những nhóm chức năng thường được sử dụng để ổn định được màu sắc, mùi, cấu trúc hoặc là tính chât bảo quản (Lesmes & McClements, 2009)

2.2 Nguyên liệu được sử dụng trong quá trình vi bao

Phần lớn các nguyên liệu cần được vi bao trong thực phẩm là các hợp chất hữu cơ có hoạt tính sinh học Tuy nhiên một số nguyên liệu khác cũng cần được bảo vệ tối đa khỏi các tác động của điều kiện môi trường hoặc giữ nguyên được cấu trúc ban đầu trong quá trình chế biến, dưới những ảnh hưởng của các điều kiện khác nhau và không phản ứng với màng bao và có tinh lưu biến tốt Một trong những loại màng bao được sử dụng rộng rãi nhất là các polysaccharide, tinh bột biến tính và các dẫn xuất của chúng - amyloza, amylopectin, dextrins, maltodextrins, polydextrose, syrups, cellulose Bên cạnh đó, những hợp chất chiết xuất từ biển như carrageenans và alginate cũng được sử dụng để vi bao Ngoài các polysaccharide tự nhiên và nhân tạo thì protein và lipid cũng thích hợp cho việc vi bao Một

ví dụ về protein phổ biến nhất là casein, gelatine, gluten, cũng có khả năng vi bao nhưng chúng thường đóng vai trò là một chất nhũ hóa hơn là màng bao và sau đó kết hợp với màng bao Bên cạnh đó, lipid thích hợp cho các khả năng ứng dụng để vi bao thực phẩm, đặc biệt

là các phospholipid vừa đóng vai trò một màng bao và có thể đóng vai trò là một chất nhũ hóa

2.3 Công nghệ được sử dụng trong vi bao

Hiện nay thì có rất nhiều công nghệ được sử dụng để vi bao thực phẩm, đa phần các hợp chất vi bao thường ở dạng lỏng và dùng công nghệ để hỗ trợ cho quá trình vi bao Có nhiều kỹ thuật sấy khác nhau như: sấy phun khô, sấy phun lạnh, sấy lạnh… được sử dụng trong quá trình vi bao (F Gibbs, 1999), (Zuidam & Heinrich, 2010) Sấy phun là một trong những phương pháp lâu đời nhất và được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghệ vi bao thực phẩm Do tính linh động, không gián đoạn, nhưng điều quan trong hơn là có thể kiểm soát được chi phí trong quá trình sản xuất Sấy phun tạo hạt vi bao có chất lượng rất tốt, với kích thước nhỏ hơn 40µm (Zuidam & Heinrich, 2010)

Đầu tiên các chất đóng vai trò như là màng bao sẽ được phân tán vào trong nước tạo thành dung dịch có độ nhớt cao, nguyên liệu cần được bao sẽ được đồng hóa với dung dịch ban đầu Sau đó hỗn hợp sẽ được đưa vào thiết bị sấy phun, hơi nóng sẽ làm bay hơi nước, vòi phun sẽ phun và dạng vi bao sẽ được hình thành (F Gibbs, 1999)

Tính chất này đạt được tính cảm quan và kết cấu mong muốn ở sản phẩm cuối cùng Mặc dù phương pháp sấy phun được phổ biến rộng rãi trong công nghệ thực phẩm, nhưng

nó cũng có một số nhược điểm như: thiết bị phức tạp, hạt không đồng nhất về kích thước, không phải lúc nào cũng kiểm soát dễ dàng được kích thước hạt Bên cạnh đó một hạn chế của phương pháp sấy phun là hạn chế về mặt sử dụng vật liệu làm màng bao, vật liệu đó phải tan được trong nước (Milanovic et al., 2010), (Porzio, 2007), (Desai & Jin Park, 2005)

Một số phương pháp được sử dụng cũng phổ biến cũng không kém đó là sử dụng chất nhũ hóa Nó được sử dụng trong trường hợp thực phẩm kém hòa tan trong nước có sự kết hợp của hệ nhũ tương và tăng khả năng tan trong nước cũng như tăng khả năng hấp thụ trong cơ thể Hệ nhũ tương bao gồm: hệ nước trong dầu hoặc hệ dầu trong nước, nước trong dầu trong nước và ngược lại Một hệ nhũ tương có thể được làm khô sau khi nhũ hóa bởi nhiều phương pháp sấy khác nhau chẳng hạn như: sấy phun hoặc sấy thăng hoa thường được

sử dụng dưới dạng bột và được dung trong chế biến thực phẩm (Zuidam & Heinrich, 2010)

Về cơ bản, hệ nhũ tương bao gồm ít nhất 2 chất lỏng không tan vào nhau thường là dầu và nước, với một chất lỏng phân tán (pha phân tán) dưới dạng những giọt nhỏ có hình cầu trong chất lỏng còn lại (pha liên tục) (Friberg, Larsson, & Sjoblom, 2003) Thông thường, đường kính của giọt chất lỏng dao động từ 0.1 - 100µm (McClements, Decker, Park, & Weiss, 2009)

Bên cạnh phương pháp sử dụng chất nhũ hóa thì phương pháp liposome cũng được

sử dụng để vi bao Liposome được mô tả bởi Bangham và đồng nghiệp vào năm 1965 ở Cambridge University (Bangham, Standish, & Watkins, 1965) Chúng bao gồm một hệ keo trong đó một hệ thống màng được hình thành bởi màng lipid kép bao quanh một không gian

có dung dịch ưa nước Nó bao gồm cả 2 đầu ưa nước và kị nước, tăng khả năng hòa tan trong môi trường kị nước và ưa nước Bên cạnh đó, vai trò chính của chúng là khả năng điều khiển được tốc độ giải phóng của màng bao và nguyên liệu vào đúng thời điểm thích hợp (Schäfer

et al., 1992) Dạng liposomes này có thể bảo vệ nhân trong môi trường dịch vị dạ dày và có mức độ hấp thu đáng kể ở ruột non cũng như là hệ tiêu hóa và dẫn đến việc gia tăng được hoạt tính sinh học của chúng (Takahashi et al., 2007)

Vi bao với kích thước nano liên quan đến sự hình thành những hạt có đường kính dao động từ 1 – 1000nm (Reis, Neufeld, Ribeiro, & Veiga, 2006) So với những hạt được vi bao với kích thước micro thì những hạt có kích thước nano có diện tích bề mặt lớn hơn, cung cấp cho một khả năng tan tốt hơn, độ hấp thụ của nguyên liệu khi vi bao sẽ tốt hơn, cải thiện được hoạt tính sinh học và điều khiển được quá trình phân ly (Mozafari et al., 2008)

2.4 Một số màng bao được sử dụng vi bao thực phẩm

Lecithin đậu nành là một chất nhũ hóa có tính ưa béo do cấu trúc có 2 nhóm

choline và 1 nhóm phosphate Bên cạnh đó lecithin được sử dụng phổ biến vì chúng có những tính chất rất tốt, đặc biệt là khả năng nhũ hóa, màu sắc và hương vì cùng với giá thành rẻ nên được sử dụng rất rộng rãi trong thực phẩm nói chúng và công nghệ vi bao nói riêng (Van Nieuwenhuyzen, 1976)

Gum Arabic là một loại polysaccharide có nguồn gốc từ cây Acacia và được sử dụng hang ngàn năm nay như một phụ gia và thành phần chính trong công nghiệp dược phẩm Arabic gum là một polysaccharide có độ phân nhánh, khối lượng phân tử cao và tan trong nước tạo thành dung dịch có độ nhớt thấp rất phù hợp để sấy phun (Imeson, 2010)

2.5 Một số ví dụ về vi bao trong thực phẩm:

Một trong những lý do quan trọng nhất để vi bao các thành phần có hoạt tính là cải thiện sự ổn định trong các sản phẩm ở trạng thái cuối cùng và trong quá trình chế biến Ví dụ: probiotic rất nhạy cảm với pH, áp suất cơ học và các enzyme tiêu hóa trong dạ dày Vi khuẩn probiotic được định nghĩa là nhóm vi khuẩn sống có hoạt tính sinh học tốt cho sức khỏe nói chung đặc biệt là hệ tiêu hóa nếu chúng có mặt một lượng đủ (de Vos et al., 2010) Hiện nay, probiotic là một dạng của các thực phẩm chức năng, đặc biệt là trong sữa, duy trì

chức năng của chúng để hỗ trợ sức khỏe con người Những tế bào sống này cần phải tồn tại trong quá trình chế biến, lưu trữ và tác động của acid dạ dày Quá trình vi bao chúng không chỉ tăng khả năng hoạt động của chúng và bảo vệ chúng trong điều kiện dịch vị dạ dày và chúng dễ dàng đi đến ruột non thực hiện các chức năng liên quan đến hỗ trợ tiêu hóa

Một lợi ích khác của quá trình vi bao là giảm sự bốc hơi nước và sự bay hơi của những hợp chất dễ bay hơi, chẳng hạn như các chất tạo hương thường chứa hỗn hợp các phân tử hữu cơ dễ bay hơi Bên cạnh đó, hương vị thường rất đắt nên các nhà sản xuất thực phẩm thường quan tâm đến việc bảo quản hương vị (Milanovic et al., 2010) Nhờ quá trình

vi bao mà hợp chất tạo hương trong thực phẩm được phủ một màng bảo vệ chống được các quá trình bay hơi và phản ứng hóa học (Madene, Jacquot, Scher, & Desobry, 2006)

3 Vi bao Curcumin

3.1 Vai trò của việc vi bao curcumin

Do curcumin kém bền với ánh sáng, nhiệt độ, enzyme và khả năng hấp thụ kém trong

cơ thể người nên sử dụng curcumin trong dược phẩm cũng như là ngành công nghiệp thực phẩm rất khó nếu không cải thiện hoạt tính sinh học của curcumin Nhưng hiện nay công nghệ vi bao nói chung và vi bao curcumin nói riêng đã khắc phục được những nhược điểm

và cải thiện được hoạt tính sinh học của curcumin và có thể giải quyết được những vấn đề này (Heidebach, Först, & Kulozik, 2009)

Các phương pháp vi bao curcumin hiện nay chủ yếu là tạo dạng liposomes để làm tăng hoạt tính sinh học một số phương pháp để tạo dang liposomes này bao gồm: thin – film method, freeze – thawing method, injection method, reversed method, evaporation method

…

Vì thế vi bao curcumin để cải thiện hoạt tính sinh học của chúng là cần thiết Hiện nay có rất nhiều phương pháp vi bao curcumin của các tác giả nước ngoài trong đó phải kể

đến là Hong – Hao – Jin và cộng sự đã tạo dạng liposomes curcumin bằng phương pháp thin

film ultrasonic dispersion method Curcumin được phân tán đều trong ethanol, lecithin

đậu nành hoặc là MFMG (milk fat global membrane) được hòa tan trong dung dịch chloroform Sau đó phối trộn hai hỗn hơp trên vào bình cầu và tiến hành cô quay ở 35oC cho đến khi một màng mỏng hình thành trên bình cầu Lớp màng này được rửa với PBS (Phosphate buffered saline) để hydrate hóa trong vòng 2 giờ Sau đó, dung dịch này được phân tán ở bể siêu âm trong vòng 4 phút Khi đó dạng curcumin liposomes được hình thành Hiệu suất vi bao của phương pháp này 63% khi chọn tỷ lệ curcumin và phospholipid là 1:40,

sau khi sử dụng phương pháp siêu âm trong 3 phút, hiệu chỉnh pH = 5.5, nồng độ và thể tích PBS lần lượt là 0.07mol/L, 15ml thì hiệu suất vi bao tăng đến 76% có kích thước hạt trung bình là 212.3nm và hiệu suất vi bao là 56% của curcumin và lecithin là 1:20 sau khi sử dụng phương pháp siêu âm trong 3 phút, hiệu chỉnh pH = 6, nồng độ và thể tích PBS lần lượt là 0.01mol/L, 20ml thì hiệu suất vi bao tăng đến 62% và có kích thước hạt là 471.4nm (Jin,

Lu, & Jiang, 2016) Tiếp đến các tác giả Isuru R Ariyarathna, D Nedra Karunaratne, đã vi bao curcumin bằng protein trong đậu gà Phương pháp này sử dụng chủ yếu là đậu gà, khi

đó các tác giả đã hiệu chỉnh pH = 4.5 là pH đẳng điện của protein Curcumin sẽ được trích

ly bằng phương pháp Soxhlet và tinh sạch Sau đó, hòa tan hai hỗn hợp trên ta sẽ được dạng

vi bao curcumin Phương pháp này hiệu suất vi bao 78.6% ± 2.3% và kích thước hạt dao động từ (1-20)µm (Ariyarathna & Karunaratne, 2016) Kế đến là theo Larissa Angélica Cirelli Zuanon và cộng sự đã vi bao curcumin bằng phức gelatin và gum arabic, phương pháp này thực hiện bằng cách nhũ hóa curcumin với dung dịch gelatin bằng máy khoáy trộn tốc độ cao để tạo thành hệ nhũ tương Hệ nhũ tương này sẽ trộn với dung dịch gum Arabic bằng khuấy từ, pH của dung dịch được hiệu chỉnh là 4 bằng HCl (0.5M) và nhiệt độ được giữ ở 50oC Sau đó huyền phù này sẽ được khuấy từ được giữ ở nhiệt độ dưới 10oC và phải được bảo vệ khỏi áng sáng mặt trời Cuối cùng, được làm lạnh xuống 3oC để tạo kết tủa Sau quá trình kết tủa, loại nước ra khỏi dung dịch bằng phương pháp sấy thăng hoa Thu hồi bột

và tiến hành quá trình phân tích Hiệu suất vi bao của phương pháp này trên 80% đối với các

tỷ lệ khác nhau, và độ tan trên 85% và kích thước hạt dao động khoảng 50µm (Zuanon, Malacrida, & Telis, 2013)

3.2 Cơ chế vi bao

Quá trình vi bao bằng phương pháp sấy phun curcumin liên quan đến sự hình thành

hệ nhũ tương trong đó gồm có curcumin, lecithin, gum Arabic và các dung môi giúp hòa tan

là nước, cồn và butyl acetate Trong đó, vật liệu đóng vai trò là nhân của hệ vi bao là curcumin và lecithin (là chất nhũ hóa giúp kết nối curcumin và màng gum bên ngoài), vật liệu đóng vai trò là lớp màng bao bảo vệ là gum Arabic Tất cả các hạt vi bao đều có cấu trúc gần với dạng hình cầu và có vết nhăn, lúm trên bề mặt có thể được giải thích là do nhiệt

độ đầu vào cảu không khí quá cao gây ra sự mất nước đột ngột (Drusch, 2007) Cấu trúc bên trong được tìm thấy bao gồm cả cấu trúc đa nhân và cấu trúc đơn nhân, hiện tượng này xảy

ra là do sự ảnh hưởng của độ nhớt dung dịch và điều kiện của quá trình sấy phun (Gharsallaoui et al., 2010)

Hình 1.2: Cơ chế vi bao curcumin bằng phương pháp sấy phun với màng bao gum Arabic

3.3 Các thông số của curcumin trong quá trình vi bao

Các thông số để vi bao curcumin bao gồm: tỷ lệ curcumin, chất nhũ hóa và màng bao, nhiệt độ, tỷ lệ chất mang, độ nhớt của dung dịch trong quá trình sấy phun

Theo (Jin et al., 2016) thì các tác giả đã khảo sát được tỷ lệ tối ưu của curcumin và lecithin là 1:20 Nên nhóm đã chọn tỷ lệ phức curcumin và lecithin là 1:20 sau đó kết hợp với màng bao gum Arabic theo tỷ lệ 1:1, 1:3, 1:5 tương ứng với curcumin và lecithin : gum Arabic)

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

Khoáng 3 – 7 Protein 6 – 8

Carbonhydrate 60 – 70

- Lecithin đậu nành: được mua tại Công ty Hóa Chất Hóa Nam

Bảng 2.2: Thành phần của lecithin (theo công ty hóa chat Hóa Nam)

Thành phần Hàm lượng % Phosphatidycholine (PC) 17 Inositol phosphatides (PI) 9 Dầu đậu nành 42 Phosphatidylethanolamine (PE) 15 Phosphatic acid (PA) 5 Một số hợp chất khsc 12

- Gum Arabic: được mua tại công ty Cát Vàng

Bảng 2.3: thành phần của gum Arabic (theo công ty Cát Vàng)

Thành phần Hàm lượng % Galactose 36.2 ± 2.3 Arabinose 30.5 ± 3.5 Rahamnose 13 ± 1.1 Glucuronic acid 19.5 ± 0.2 Protein 2.24 ± 0.15

- Ethanol absolute (thuộc nhãn hiệu Chemsol): được mua tại công ty hóa chất Hóa

Nam

Bảng 2.4: Thành phần của ethanol (theo Công ty hóa chất Hóa Nam)

Thành phần Hàm lượng (%) Ethanol 99.5 Acetaldehyde <0.1 Methyl acetate <0.1 Acetal <0.1

2 – butanol <0.1 Furfural <0.1

N – propanol <0.1

- Butyl acetate (thuộc nhãn hiệu AR): được mua tại công ty hóa chất Hóa Nam

Bảng 2.5: Thành phần của butyl acetate (Công ty hóa chất Hóa Nam)

Thành phần Hàm lượng %

n – butyl acetate >99.5

n – butanol <0.5 Nước <0.05 Acid acetic <0.01

- DPPH (100%) (thuộc nhãn hiệu Aldrich) được mua tại công ty hóa chất Hóa Nam

- Nước cất

Theo (Jin et al., 2016) các tác giả sử dụng dung môi để hòa tan lecithin là chloroform nhưng theo WHO choloroform là chất hạn chế sử dụng trong thực phẩm và theo tổ chức Delaware Health and Social Services là không được sử dụng trong các sản phẩm thực phẩm

Vì vậy nhóm đã thay thế dung môi là chloroform bằng butyl acetate vì tính chất không phân cực của 2 dung môi là như nhau dựa vào hằng số điện môi của chloroform là 4.81 và n – butyl acetate là 5.01 (Nalwa, 1999)

1.2.Thiết bị

- Máy quang phổ khả kiến Dynamica Halo Vis 10, Thụy Sĩ

- Máy ly tâm Hettich EBA 21, Đức

- Máy sấy phun B290 Buchi, Thụy Sĩ

- Máy sấy đối lưu Memmert UN55, Đức

- Máy lắc ống nghiệm Vortex ZX3, Đức

- Máy khuấy từ gia nhiệt 85-2A, Trung Quốc

- Máy đồng hóa siêu âm Hielscher UP100H, Đức

- Máy đồng hóa cơ T18 digital ULTRA-TURRAX – 3720000 – IKA, Đức

- DSC (Differential Scanning Calorimeter) Netzsch 214 Polyma, Đức

- Các dụng cụ thủy tinh phòng thí nghiệm khác

2 Phương pháp

2.1 Trích ly curcumin

Curcumin được trích ly từ bột nghệ bằng hệ thống Soxhlet trong 8h và ethanol là dung môi trích ly

Sấy Đun sôi

Bột curcumin

Hình 2.2: Trích ly curcumin bằng hệ thống Soxhlet

2.1.2 Cô quay

Cô quay dung dịch sau trích ly với mục đích đuổi dung môi ra khỏi bình cầu, thu hồi dung môi giảm chi phí quá trình trong quá trình sản xuất Bình cầu chứa dung dịch curcumin sau khi trích ly được tiến hành cô quay bằng thiết bị cô quay chân không trong thời gian 25 – 30 phút, nhiệt độ 65oC, áp suất 76mmHg (0.1atm)