Vì bản chất của tinh dầu nói chung và tinh dầu tiêu nói riêng là dễ bay hơi và khó phân tán đều trong môi trường thực phẩm, để cải thiện vấn đề này hệ nhũ tương nano là một lựa chọn tối
TỔNG QUAN
Giới thiệu về nhũ tương
Nhũ tương là một hệ phân tán của hai chất lỏng không tan lẫn hoặc tan rất ít vào nhau, một trong hai chất lỏng đó phân tán vào chất lỏng kia dưới dạng nhỏ giọt, kích thước giọt chất lỏng biến đổi trong phạm vi rộng Dạng nhũ tương phụ thuộc vào loại chất nhũ hoá đƣợc sử dụng, nhiệt độ, khối lƣợng các pha sử dụng Nếu pha lỏng nào dễ hòa tan chất nhũ hóa sẽ có xu hướng trở thành pha liên tục Trong một nhũ tương kích thước các giọt không đồng nhất Kích thước giọt phụ thuộc vào phương pháp chế tạo nhũ và nồng độ chất nhũ hóa Cũng nhƣ các hệ phân tán khác, nhũ tương là hệ không bền nhiệt động, do đó để duy trì nhũ tương tạo được phải cho vào chất bảo vệ (chất nhũ hóa) Hệ nhũ tương đơn giản gồm có hai thành phần nước và dầu
Các chất lỏng hoặc là có thể hòa tan tốt vào nước (chất lỏng ưa nước) hoặc là có thể hòa tan tốt vào dầu (chất lỏng kỵ nước) Nguyên nhân là do các phân tử nước chỉ tạo thành các lực liên kết hiđrô trong khi các phân tử mỡ chỉ tạo thành các lực Van Der Waals Chất nhũ hóa nhƣ xà phòng có thể liên kết các chất lỏng này Chúng có tính chất này vì các phân tử của chất nhũ hóa có một phần phân cực và một phần không phân cực Phần phân cực có thể tạo liên kết hiđrô và liên kết với các chất lỏng ưa nước trong khi phần không phân cực của phân tử tạo nên lực van der Waals và liên kết với các chất kỵ nước Điều này giải thích tác dụng tẩy rửa của xà phòng: xà phòng làm giảm sức căng bề mặt của nước và tạo điều kiện rửa các chất chỉ tan trong dầu mỡ bằng cách cho thêm nước vào……
Phân loại dựa vào pha khuyếch tán
Thực tế tồn tại hai loại nhũ tương là: nhũ tương dầu/ nước hay gọi là nhũ tương thuận, đây là loại nhũ tương mà pha phân tán là dầu còn pha liên tục là nước Nhũ tương nước/ dầu hay gọi là nhũ tương nghịch trong đó pha phân tán là nước còn pha liên tục là dầu
Phân loại theo nồng độ Phân loại theo nồng độ thể tích mà pha phân tán chiếm:
Nhũ tương loãng là loại nhũ tương mà pha phân tán chỉ chiếm 0,1% - 0,2% Giới hạn 0,1% -0,2% là tùy thuộc vào bản chất của hai pha nhũ tương Nhũ tương loãng có thể tồn tại ở dạng giọt có đường kính khoảng 0,1μm Nhũ tương loãng có tính chất của một hệ keo điển hình, hệ có thể có điện tích và cũng tuân theo quuy tắc keo tụ Điện tích xuất hiện các giọt của pha phân tán là do sự hấp thu các ion của các chất điện ly vô cơ có mặt trong môi trường Vì nồng độ nhỏ nên nhũ tương này có độ bền lớn
Nhũ tương đặc: với nhũ tương đặc pha phân tán chiếm khoảng 0,2% đến 74% thể tích hệ Đường kính giọt trong nhũ tương đặc vào khoảng 0,1 đến 1μm Nhũ tương đặc rất kém bền, trong hệ thường có chất nhũ hóa để bảo vệ Nhũ tương đặc dễ sa lắng hoặc nổi lên trên, nếu pha phân tán có khối lƣợng riêng lớn hơn khối lƣợng riêng của môi trường thì các giọt sẽ sa lắng và ngược lại
Nhũ tương đậm đặc: pha phân tán chiếm 74% đến 99% thể tích hệ Nhũ tương loại này chỉ tồn tại khi có chất nhũ hóa tốt Dung dịch chất nhũ hóa nằm giữa các giọt của pha phân tán dưới dạng những màng rất mỏng, độ dày của màng trong các nhũ này mỏng tới 100A0 hoặc bé hơn Các giọt dầu biến dạng thanh các hình đa diện và đƣợc ngăn cách với nhau bằng các màng mỏng của chất nhũ hóa và pha ngoài (pha liên tục) trong một số trường hợp hệ tạo thành khối gel, có ranh giới phân chia pha phức tạp
1.1.1.3 Nhận biết nhũ tương dầu /nước và nhũ tương nước /dầu
Có thể nhận biết hai loại này bằng cách:
Thêm một ít chất màu chỉ có khả năng tan vào một trong hai pha ( pha phân tán hoặc pha liên tục ) mà qua kính hiển vi có thể dễ dàng phân biệt đƣợc
Thêm một ít nước thì nó chỉ trôn lẫn trong nhũ tương loại dầu/ nước mà không
Một số yếu tố nảh hưởng đến sự tạo nhũ như: thiết bị sử dụng cho quá trình tạo nhũ, cường độ của năng lượng cung cấp, nhiệt độ trong qua trong quá trình tạo nhũ, sự có mặt của chất hoạt động bề mặt, sự có mặt của oxy, bản chất của dầu, hàm lƣợng protein hòa tan và các nhũ tương hóa của protein, độ hòa tan và khả năng trương hóa của protein có quan hệ tỷ lệ thuận Các loại protein không hòa tan có khả năng tạo nhũ tương thấp, ngoài ra pH, lực ion,bản chất của dầu, sự có mặt của oxy hay không cũng gây ảnh hưởng đên quá trình tạo nhũ
1.1.1.5 Các biến đổi xảy ra trong quá trình tạo nhũ
Biến đổi vật lý : Đồng hóa làm giảm kích thước của các hạt phân tán trong hệ nhũ tương hoặc huyền phù, nhằm hạn chế hiện tƣợng tách pha trong quá trình bảo quản sản phẩm Kích thước của các hạt phân tán càng nhỏ thì khả năng bị tách pha của huyền phù hoặc nhũ tương càng khó xảy ra Đối với hệ nhũ tương, sau khi đồng hóa các chất lỏng trong hệ -thì độ nhớt của hệ sẽ lớn hơn độ nhớt của hệ ban đầu
Kết quả đồng hóa chất lỏng làm cho sự tiếp xúc lẫn nhau giữa các cấu tử đƣợc tăng lên và các cấu tử này có thể xảy ra các phản ứng hóa học với nhau Việc sử dụng áp lực cao để thực hiện quá trình đồng hóa sẽ làm tăng nhiệt độ của nguyên liệu Kết quả thực nghiệm cho thấy nếu nhƣ áp lực sử dụng tăng 40 bar thì nhiệt độ nguyên liệu sẽ tăng 1oC Trong công nghiệp thực phẩm, giá trị áp lực sử dụng thường dao động trong khoảng 200 – 300 bar tương đương với khoảng tăng nhiệt độ nguyên liệu trong quá trình đồng hóa là 5 – 7,5°C Nhƣ vậy, mức độ làm tăng nhiệt cho nguyên liệu là không lớn
Biến đổi hóa lý: Đồng hóa làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa hai pha phân tán và liên tục trong hệ nhũ tương hoặc huyền phù Khi đó các giá trị như năng lượng bề mặt và sức căng bề mặt trong hệ phân tán sẽ thay đổi Khi có sử dụng chất nhũ hóa, chúng sẽ phân bố tại vị trí bề mặt tiếp xúc pha trong hệ phân tán, nhờ đó mà độ bền pha phân tán của sản phẩm sẽ gia tăng.
Hệ nhũ tương nano
Hệ nhũ tương nano là hệ nhũ tương với pha phân tán có kích thước giọt từ 20 đến 500nm (Gupta và cộng sự, 2016)
Nhũ tương nano (giọt kích thước nhỏ hơn) lợi thế hơn các nhũ tương thông thường ( các giọt cỡ micromet) do kích thước giọt nhỏ của chngs làm cho chúng ổn định trầ trích hoặc dạng kem và ở khía cạnh quan học thì chúng trong suốt hoặc mờ (tương tự như vi nhũ tương) Tuy nhiên, nhũ tương nano, tương phản với các vi nhũ tương ổn định nhiệt động lực học là do hệ thống cân bằng không trãi qua quá trình keo tụ, kết tụ Tuy nhiên, với việc lựa chọn thích hợp các thành phần và phương pháp thích hợp thì có thể đạt được nhũ tương nano có độ ổn định động học cao
Hệ nhũ tương nano tiêu biểu chứa pha dầu, pha nước và chất nhũ hóa Chất nhũ hóa rất cần thiết để tạo thành giọt nhỏ vì chất nhũ hóa làm giảm sức căng bề mặt giữa pha dầu và pha nước Chất nhũ hóa còn đóng vai trò ổn định hệ nhũ tương nano thông qua tương tác đẩy tĩnh điện (repulsive electrostatic interactions) và tạo sự cản trở không gian (steric indrance) Chất nhũ hóa thường dùng là chất hoạt động bề mặt, nhưng protein và lipid cũng cho hiệu quả trong quá trình tạo nhũ tương nano
Hê nhũ tương nano thường dùng để mang và phân tán các hợp chất có hoạt tính sinh học Hiện nay nhiều hợp chất chức năng có lợi cho sức khỏe nhƣ ngăn chặn và điều trị bệnh thường có trên thị trường ở dạng thuốc hay thực phẩm chức năng Tuy nhiên, các hợp chất này đôi khi thể hiện hoạt tính sinh học kém Nguyên nhân chủ yếu là do nhiều hợp chất chức năng không ưa nước Kỹ thuật nano nói chung hay hệ nhũ tương nano nói riêng thường được sử dụng giúp cải thiện khả năng hòa tan và tăng hoạt tính sinh học của các hợp chất chức năng ưa béo Hệ nhũ tương nano là một ứng dụng phù hợp vì hệ nhũ nano giúp mang hay phân phối hợp chất ƣa béo nhƣ chất dinh dưỡng, thuốc, hương, chất chống oxy hóa và chất kháng khuẩn (Silva và cộng tương nano thường có kích thước đường kính hạt khoảng 100nm Với kích thước này (nhỏ hơn bước sóng ánh sáng nhìn thấy được từ 400-700nm), hệ nhũ tương nano có thể ở trạng thái trong suốt Tuy nhiên có thể điều chỉnh kích thước giọt để hệ nhũ này có thể chuyển từ trong suốt sang dạng trắng sữa Hệ nhũ tương nano có thể ổn định từ vài tháng đến vài năm Hệ nhũ nano ít nhạy cảm với sự pha loãng, nhiệt độ hay thay đổi pH hơn hệ nhũ micro
Với kích thước giọt phân tán nhỏ, hệ nhũ tương nano siêu ổn định dưới tác động trọng lực nhờ hiệu ứng chuyển động Brown Hoạt tính sinh học của hợp chất bao bọc trong hệ nhũ tương cũng được cải thiện đáng kể nhờ sự tăng diện tích bề mặt so với thể tích Cũng nhờ kích thước giọt phân tán nhỏ mà sự vận chuyển hợp chất chức năng này qua màng cũng tăng theo (Nirmal, 2018)
Hạn chế của hệ nhũ tương nano là sự mất ổn định trong thời gian bảo quản dài do hiện tƣợng tách pha sau khi giọt nhũ đông tụ, kết tụ hay do hiện tƣợng chín Ostwald Tuy nhiên sự mất ổn định này có thể đƣợc khắc phục nhờ sử dụng chất nhũ hóa với tỷ lệ cao Chất nhũ hóa thực phẩm thường dùng tạo nhũ nano như lecithin, polysorbate, ester đường hay polymer sinh học (tinh bột biến tính, gum tự nhiên, protein động thực vật) Các hợp chất này làm ảnh hưởng đến tính lưu biến, lực tĩnh điện, lực đẩy không gian của hệ (Nirmal, 2018)
Chất nhũ hóa sử dụng có thể dạng không ion, lƣỡng tính (zwitterionic), cation hay anion Thành phần hệ nhũ nano có thể gây độc Lƣợng lớn chất nhũ hóa có thể gây kích thích hệ tiêu hóa hay da khi uống hay thoa cục bộ Do đó, lựa chọn chất nhũ hóa rất quan trọng Sử dụng tối thiểu chất nhũ hóa thường được tán thành Chất nhũ hóa không ion thường ít độc hơn loại có tính ion và thường có nồng độ tạo micelle tới hạn thấp hơn (critical micelle concentration / CMC) Hệ nhũ dầu trong nước để uống hay dùng ngoài sử dụng chất nhũ hóa không ion thường ổn định cho cơ thể hơn (Chime, 2014)
Thông số quan trọng khác để chọn chất nhũ hóa là sự cân bằng ưa nước ưa béo (hydrophile-lipophile balance / HLB) Chất nhũ hóa thường tập trung ở mặt phân cách hai pha dầu nước và làm giảm năng lượng tạo nhũ tương và cải thiện sự ổn định hệ Giá trị HLB để tạo hệ nhũ dầu trong nước thường lớn hơn 10 Sử dụng trộn lẫn hai loại với HLB thấp và cao thường tạo hệ nhũ bền khi hòa tan trong nước (Chime,
Loại và bản chất chất nhũ hóa cũng là yếu tố ảnh hưởng đáng kể, chất nhũ hóa không ion thường được chọn vì ít bị ảnh hưởng bởi pH và sự thay đổi lực ion, thường an toàn (GRAS) Sự hòa tan của dầu và chất nhũ hóa cũng là yếu tố quan trọng Chất nhũ hóa không cần thiết phải hòa tan tốt với cả hợp chất chức năng và dầu Sự hòa tan chất nhũ hóa và dầu bước đầu có thể xác định khả năng hình thành hệ nhũ nano
Chất đồng nhũ hóa (cosurfactant) đƣợc cho thêm vào để tạo hệ nhũ nano với nồng độ chất nhũ hóa thấp Rƣợu có độ dài mạch từ ngắn – trung bình đến dài (C3– C8) thường được cho vào với vai trò đồng nhũ hóa để làm giảm sức căng bề mặt và tăng độ lỏng (fluidity) của mặt phân cách Chúng làm tăng tính linh động của đuôi hydrocarbon và cho phép thấm dầu vào vị trí này Alcohol có thể làm tăng sự hòa tan của nước và dầu vì tạo phần trung gian giữa hai pha Đồng nhũ hóa dùng trong hệ nhũ nano nhƣ Transcutol P, glycerin, ethyleneglycol, ethanol, propanol, ethanol, isopropyl alcohol, n-butanol, PEG 400, Carbitol, và propylene glycol (Chime, 2014)
Hiện nay hệ nhũ tương nano trong thực phẩm dùng để phân tán các loại hợp chất màu tự nhiên hay các chất có hoạt tính sinh học cao nhƣ carotene, lycopene, curcumin,…hay các loại chất tạo hương vị kém tan trong nước như các loại tinh dầu, với vai trò tăng giá trị dinh dƣỡng, cảm quan sản phẩm hay bảo quản sản phẩm
Trong đó, tinh dầu là nhóm lipid kỵ nước chứa hỗn hợp chất hương, là những hợp chất trao đổi chất thứ cấp của tế bào giúp sinh vật chống lại các yếu tố có hại từ ngoại cảnh nhƣ vi sinh gây bệnh, động vật ăn cỏ, côn trùng hay tia UV Thành phần cơ bản tinh dầu gồm terpen, terpenoid, phenylpropanoid và nhiều hợp chất khác Nhiều nghiên cứu cho thấy tinh dầu có khả năng kháng khuẩn nhƣ tinh dầu xả, tinh dầu xạ hương, tinh dầu quế, tinh dầu đinh hương,…Tuy nhiên việc sử dụng tinh dầu
Theo nghiên cứu của Gharenaghadeh và cộng sự (2017), hệ nhũ tương tinh dầu Salvia multicaulis tạo thành bằng phương pháp đánh siêu âm với kích thước hạt 89,45nm sau 60 ngày vẫn ổn định trạng thái
Tinh dầu tỏi thường dùng trong thực phẩm với vai trò tạo hương và bảo quản thực phẩm khỏi vi sinh vật Theo nghiên cứu của Katata-Seru và cộng sự (2017), hệ nhũ tương nano chứa tinh dầu tỏi có tính kháng khuẩn cao hơn tinh dầu tỏi thông thường và làm tăng đường kính vòng kháng khuẩn E.coli O157 lên 2mm so với mẫu tinh dầu thường không tạo nhũ nano
Tinh dầu tầm ma (nettle oil) tạo nhũ nano bằng phương pháp đồng hóa áp suất cao có khả năng kháng khuẩn tương đương kháng sinh kanamycin 50μg/ml với các nồng độ thành phần phù hợp với 2,5% tinh dầu theo khối lƣợng, hàm lƣợng chất nhũ hóa Tween 40 và Tween 80 bằng lƣợng tinh dầu (Gharibzahedi và cộng sự,
Tinh dầu Eugenia brejoensis đƣợc dùng để tạo nhũ nano và thử hoạt tính kháng khuẩn của hệ nhũ tương này Kết quả ghi nhận được kích thước vòng kháng khuẩn của hệ nhũ tương nano tinh dầu tạo thành với kích thước hạt 143,13nm có khả năng ức chế tương tự dung dịch chứa chất kháng sinh chloramphenicol 1000ppm (Mendes và cộng sự, 2018)
Tinh dầu tiêu
1.1.3.1 Giới thiệu về tinh dầu
Theo Baser và cộng sự, 2010) thì tinh dầu là hỗn hợp gồm nhiều hợp chất dễ bay hơi tạo thành từ tế bào sống và phân tách bởi các phương pháp vật lý như ép hay chƣng cất từ toàn bộ thực vật hay một bộ phận của thực vật Các thành phần chính của tinh dầu được sinh tổng hợp từ ba con đường :
Con đường mevalonate tạo sesquiterpenes
Con đường methyl-erithrytol tạo mono và diterpene Con đường shikimic acid tạo phenylpropene
Tinh dầu tên tiếng Anh là Essential Oil, là dạng lỏng tập trung của các chất dễ bay hơi tự nhiên trong thực vật có mùi thơm Người ta ví tinh dầu là nhựa sống của cây, mang sức sống và năng lƣợng tinh khiết nhất Chúng mạnh hơn 50 đến 100 lần các loại thảo dược sấy khô Các phân tử tinh dầu có xu hướng thay đổi nhanh chóng từ trạng thái lỏng hoặc rắn sang khí ở nhiệt độ phòng Bằng cách bay hơi nhanh chóng này tinh dầu dễ dàng tương tác trực tiếp đến khứu giác Vì vậy khi mở nắp tinh dầu bạn sẽ cảm nhận được mùi hương rất mạnh ở một khoảng cách nhất định Đa số các loại tinh dầu đều trong veo, nhƣng cũng có một số có màu vàng hoặc hổ phách như: tinh dầu sả chanh Lemongrass, tinh dầu cam ngọt Orange, tinh dầu hoắc hương
Từ thời trung cổ, các loại tinh dầu đã đƣợc sử dụng rộng rãi trong việc diệt khuẩn, diệt virut, diệt nấm, chống nhiễm trùng, diệt côn trùng, cả trong dƣợc phẩm và mỹ phẩm đặc biệt là hiện nay trong các ngành công nghiệp dƣợc phẩm, mỹ phẩm, nông nghiệp và thực phẩm Tùy vào cách tách chiết, tinh dầu chủ yếu đƣợc tách chiết bằng chƣng cất từ thực vật thơm, chúng chứa nhiều loại phân tử thơm dễ bay hơi nhƣ terpen và terpenoid, thành phần thơm có nguồn gốc phenol và thành phần aliphatic Xét nghiệm hóa lý trong ống nghiệm hầu hết chúng là các chất chống oxy hóa Tuy nhiên, nghiên cứu gần đây cho thấy trong các tế bào nhân chuẩn, tinh dầu có thể hoạt đông như các chất chống oxy hóa ảnh hưởng đến màng tế bào bên trong và các bào quan nhƣ ty thể Tùy thuộc vào từng loại và nồng độ khác nhau, tinh dầu thể hiện tác dụng của chúng trên các tế bào sống nhưng thường không gây độc
Dầu thực vật và chiết xuất của nó đã đƣợc sử dụng cho nhiều mục đích trong ngàn năm qua (Jones 1996) Những mục đích này khác nhau từ việc sử dụng làm nước hoa, đến hương liệu đồ uống như tinh dầu chanh, thì là hoặc cây bách xù (Lawless 1995), và sử dụng dầu sả để bảo quản cây lương thực dự trữ ( Mishra và Dubey 1994) Đặc biệt, khả năng kháng khuẩn của dầu và chiết xuất của nó đã hình thành nên cơ sở cho nhiều ứng dụng, bao gồm bảo quản thực phẩm thô và chế biến, dƣợc phẩm, thuốc thay thế và liệu pháp tự nhiên (Reynold 1996; Lis-balchin và Deans 1997)
Một số loại dầu đƣợc sử dụng trên cơ sở đặc tính chống vi khuẩn đã đƣợc ghi nhận rõ ràng trong phòng thí nghiệm, một số dữ liệu đã đƣợc công bố (Morris và cộng sự 1979; Ross và cộng sự 1980; Yousef và Tawil 1980; Dean và Ritchie 1987; Hili et al 1997) Một số nghiên cứu thỉ tập trung vào một loại dầu hoặc một loại vi sinh vật Mặc dù các số liệu này rất có ích nhƣng các báo cáo này không thể dùng để
Trừ một số loại tinh dầu nguyên chất từ dƣợc thảo không ăn uống đƣợc nhƣ: tinh dầu bách, tinh dầu lộc đề xanh Wintergreen,…Nếu không đủ tinh khiết từ thiên nhiên thì tinh dầu không thể dùng để ăn uống đƣợc
Tinh dầu không nguyên chất : Là tinh dầu nguyên chất đã pha các thành phần hóa học khác Cũng có thể là tinh dầu đƣợc đƣợc chiết xuất từ thực vật nhƣng chƣa đạt chất lƣợng tinh khiết trong thành phần có lợi cho sức khỏe
Tinh dầu không nguyên chất vẫn giữ được mùi hương của tinh dầu Vì vậy, ngay cả các chuyên gia cũng không thể đánh giá đƣợc chất lƣợng, độ tinh khiết của tinh dầu bằng cách nhìn hoặc ngửi Tinh dầu tổng hợp còn gọi là hương liệu, dầu thơm hóa tổng hợp có tên tiếng Anh là: Perfume / Perfume Oil / Fragrance Oil / Scented Oil Tinh dầu tổng hợp là tinh dầu được tổng hợp từ hương liệu bắt chước mùi thơm của tinh dầu Chúng còn tạo ra mùi thơm của các loại cây không có tinh dầu (như táo, dâu tây,…) hay mùi hương mới (mùi biển Hawaii,…)
Tinh dầu tổng hợp thường được dùng để tạo hương trong ngành mỹ phẩm, xà phòng, thuốc lá, sản phẩm vệ sinh,…
1.1.3.2 Thành phần hóa học của hạt tiêu đen:
Theo nghiên cứu của GS-TS Đỗ Tất Lợi trong hạt tiêu đen có chứa tinh dầu (1-1,5-2,2%), alkaloid (5-8%), tinh bột (36%), chất béo (8%), tro (4%) và các muối khoáng… Năm 1821, vị cay của hạt tiêu đen đã đƣợc tìm thấy là do piperine
Tinh dầu tập trung ở vỏ quả giữa, có màu vàng hay lục nhạt, mùi thơm, vị dịu gồm các hydrocacbua nhƣ phelandren, cadinen, caryphyllen, các tecpen nhƣ pinen, limonen và một ít hợp chất chứa oxy
Chất lƣợng tiêu đƣợc quyết định bởi hai thành phần: piperine tạo vị cay và tinh dầu dễ bay hơi tạo mùi hương Oleoresin của tiêu đen, tạo thành từ quá trình trích ly với dung môi nguyên liệu bột tiêu khô chứa cả hương và vị cay
Mùi tiêu là do thành phần tinh dầu, và tinh dầu này thu hồi bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước Tinh dầu chứa monoterpene, sesquiterpene và dẫn xuất chứa oxy của chúng Nhiệt độ sôi từ 80–200ºC.Trong sản xuất tinh dầu công nghiệp, phương pháp lôi cuốn hơi nước được thực hiện để sản xuất tinh dầu, hơi nước được bơm qua bột tiêu trong khoang chưng cất Tinh dầu dễ bay hơi cuốn theo hơi nước và thu bằng các ngƣng tụ, làm khô và bảo quản tránh không khí
Một số hợp chất có trong tinh dầu hạt tiêu đen: β- Caryophyllene, Limonene, pinene, eugenol, -humulene Có 2 alkaloid chủ yếu trong hồ tiêu là piperine và chavixin
Piperine (C17H19O3N) có trong hạt tiêu từ 5-9%, tinh thể không màu, koong mùi, không tan trong nước sôi, rất tantrong rượu nóng, tính kiềm nhẹ, đồng phân với morphin Khi đun với rƣợu kali, cho muối kali của axit piperic C12h10O4 và một alkaloid khác lỏng, bay hơi là piperidine C5H11N axit piperic đu với MnO4K sẽ cho pipernol dùng để điều chế nước hoa
Chavixin (C17H19O3N) chiếm khoảng 2,2-4,6%, tập trung phía ngoài vỏ, chất lỏng sền sệt, có vị cay hắc làm cho hồ tiêu có vị cay nóng, tan trong rƣợu, ete, chất béo, đặc ở 0 độ C Chavixin là đồng phân quang học của piperine, thủy phân cho piperidine và axit chavinic
Các nhà khoa học tại trường Đại Học Gorakhpur Ấn Độ và Đại Học Tucuman Nacinal Organic Argentina năm 2009 đã nghiên cứu về tinh dầu và nhựa dầu của hạt tiêu đen Tih dầu hạt tiêu đen đƣợc trích xuất với bộ dụng cụ Clevevger, đƣợc phân tích GC-MS cho thấy sự hiện diện của 54 thành phần đại diện cho khoảng 96,6% của tổng lƣợng Caryophyllene(29,9%), beta-pinen (7-9%), sabinene (5,9%) và một số nhỏ các thành phần khác Nhựa dầu đã đƣợc chiết Soxhlet với 2 loại dung môi etanol và ethyl acetate Thành phần chính của cả nhựa chiết trong ethanol và ethyl acetate là piperine (63,9 và 39,0%), với nhiều thành phần khác có hàm lƣợng ít hơn
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nguyên vật liệu
Tinh dầu tiêu đen đựơc mua ở Công ty TNHH Tinh Dầu Thảo Dƣợc Dalosa Việt Nam
Hinh 2.1 : Tinh dầu tiêu đen
Tween 80% đƣợc mua từ nhà cung cấp Công ty cổ phần hóa chất 3C nguồn tinh dầu từ Ấn Độ
Thiết bị: máy khuấy từ gia nhiệt ARE-VELP
Hinh 2.2: Thiết bị máy khuấy từ gia nhiệt
Quy trình dự kiến
Hình 3.1 Quy trình dự kiến tạo nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen bằng phương pháp chuyển pha
Cân chất nhũ hóa Tween 80, tinh dầu, dầu nành (nếu có) theo từng nghiệm thức đã được tính trước, trộn đều tạo thành hỗn hợp Sau đó cho 10%-30% nước vào 1 becher đặt lên máy khuấy từ và dùng ống nhỏ giọt nhỏ từng giọt hỗn hợp tinh dầu, Tween 80 và dầu nành (nếu có) vào becher đang khuấy
Sau khi nhỏ hết hỗn hợp để khuấy 5 phút Sau đó cho buret đã chứa nước được đong sẵn trước đó cho nhỏ giọt đến khi đủ lượng nước theo từng nghiệm thức Sau khi đã đủ lượng nước tiếp tục để khuấy từ trong vòng 30 phút Để mẫu ổn định và kiểm tra tính chất của hệ nhũ Đo kích thước hạt và chỉ số đa phân tán kích thước hạt (Đo bằng phương pháp DLS) Đo độ hấp thu ở các bước sóng 600nm tại các thời điểm 0 phút, 60 phút, 120 phút và sau 24 giờ
Bảo quản hệ nhũ tương nano ở nhiệt độ thường để kiểm tra độ tách lớp.
Các thí nghiệm
2.4.1 khảo sát quá trình tạo hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen
2.4.1.1Thí nghiệm 1 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng tinh dầu tiêu đen và dầu nành đến hệ nhũ tương
Mục tiêu: Tìm ra hàm lƣợng tinh dầu tiêu đen tối ƣu để hệ nhũ ổn định nhất và có kích thước hạt nhỏ nhất
Bảng 2.1 : Bảng bố trí thí nghiệm 1
Tỷ lệ tinh dầu tiêu đen và dầu nành
Pha dầu (tinh dầu tiêu đen và dầu nành) 10
Tỷ lệ Tween 80 : pha dầu là 1:2
Tỷ lệ tinh dầu tiêu đen: dầu nành theo số liệu thí nghiệm 1
Thời gian khuấy từ: 30 phút
Tiến hành thí nghiệm theo quy trình dự kiến
Mẫu sau khi hoàn thành sẽ đƣợc để ổn định trong 5 phút sau đó bắt đầu mang đi pha loãng 1000 lần và đo OD ở bước sóng 600nm vào các thời điểm khác nhau: 0 phút, 60 phút, 120 phút và 24 giờ
2.4.1.2 Thí nghiệm 2 : Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ thành phần hệ nhũ tương
Mục tiêu: Tween 80 (polysorbate 80, polyoxyethylene (20) sorbitan monooleate) là một loại chất hoạt động bề mặt không mang ion và là chất nhũ hóa có thể dùng cho thực phẩm và có chỉ số HLB 15 sẽ phù hợp cho hệ nhũ tương dầu trong nước Trong quá trình tạo hệ nhũ nano sự có mặt của chất nhũ hóa là yếu tố không thể thiếu để giữ giọt nhũ ổn định kích thước và phân tán đồng đều Hợp chất này là một chất lỏng màu vàng tan trong nước, nhớt Mục đích của thí nghiệm này là tìm ra tỷ lệ chất nhũ hóa tối ưu để hệ nhũ ổn định nhất và có kích thước hạt nhỏ nhất
Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm đƣợc bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên một yếu tố
Bảng 2.2 : Bảng bố trí thí nghiệm 2
Khối lượng các chất đươc cân theo từng nghiệm thức của thí nghiệm 2
Tiến hành thí nghiệm theo quy trình dự kiến Đánh giá thí nghiệm:
Sau khi tiến hành thí nghiệm, các mẫu nhũ tương được đo độ hấp thu ở dãy bước sóng 600nm để xem mức độ ổn định của hệ thông qua việc xác định sự thay đổi độ hấp thu của mẫu theo thời gian 0 phút, 60 phút, 120 phút, 24 giờ, 1 tuần sau khi tạo nhũ Mẫu đƣợc giữ ở nhiệt độ phòng
2.4.1.3Thí nghiệm 3: Khảo sát thời gian khuấy đến sự hình thành hệ nhũ tương
Mục tiêu: Tìm ra thời gian khuấy tối ƣu để hệ nhũ ổn định nhất và có kích thước hạt nhỏ nhất
Bố trí thí nghiệm theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên một yếu tố
Bảng 2.3 Bảng bố trí thí nghiệm 3
STT Nghiệm thức Thời gian khuấy (phút)
Tỷ lệ Tween 80 : dầu nành theo kết quả thí nghiệm 2 Đánh giá thí nghiệm
Mẫu sau khi hoàn thành sẽ đƣợc để ổn định trong 5 phút sau đó bắt đầu mang đi pha loãng 1000 lần và đo OD ở bước sóng 600nm vào các thời điểm khác nhau: 0 phút, 60 phút, 120 phút và 24 giờ, 1 tuần
Mẫu thí nghiệm đạt yêu cầu sẽ được đo kích thước giọt nhũ và chỉ số phân bố hệ nhũ bằng phương pháp DLS sau khi tạo thành
2.4.2 Khảo sát tính ổn định của hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen
2.4.2.1 Thí nghiệm 4 : Khảo sát ảnh hưởng của thời gian bảo quản đến trạng thái hệ nhũ tương
Mục tiêu : Thí nghiệm nhằm kiểm tra độ ổn định của hệ nhũ tương nano dưới tác động từ thời gian bảo quản
Bố trí thí nghiệm : Thí nghiệm đƣợc bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên
Bảng 2.4 Bảng bố trí thí nghiệm 4
Ban đầu Sau 1 giờ Sau 2 giờ Sau 3 giờ Sau 4 giờ Sau 24 giờ
Mẫu không có dầu nành
Ban đầu Sau 1 giờ Sau 2 giờ Sau 3 giờ Sau 4 giờ Sau 24 giờ Cách tiến hành : Sau khi tạo hệ nhũ tương nano, 2 mẫu được cho vào ống
2.4.2.1 Thí nghiệm 5 : Khảo sát ảnh hưởng chế độ ly tâm đến trạng thái hệ nhũ tương
Mục tiêu : Thí nghiệm nhằm mục đích kiểm tra độ ổn định của hệ nhũ tương nano dưới tác động của lực ly tâm
Bố trí thí nghiệm : Thí nghiệm đƣợc bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên
Bảng 2.5 Bảng bố trí thí nghiệm 5
STT Tốc độ ly tâm
2 Mẫu không có dầu nành
Cách tiến hành : Sau khi tạo hệ nhũ tương nano xong, các mẫu được cho vào ống ly tâm và tiến hành ly tâm trong thời gian cần nghiên cứu Đánh giá thí nghiệm : Sau khi tiến hành thí nghiệm,các mẫu đƣợc đem đi đo
OD ở bước sóng 600nm và tiến hành đo độ nhớt sau khi ly tâm
2.4.2.3 Thí nghiệm 6: Khảo sát ảnh hưởng của độ pha loãng đến trạng thái hệ nhũ tương
Mục tiêu : Thí nghiệm nhằm mục đích kiểm tra độ ổn định của hệ nhũ tương nano dưới tác động của các nồng độ pha loãng
Bố trí thí nghiệm : Thí nghiệm đƣợc bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên
Bảng 2.6 Bảng bố trí thí nghiệm 6
1 Mẫu có dầu nành Độ pha loãng 10 -
2 Mẫu không có dầu nành
Cách tiến hành : Sau khi hoàn thành tạo hệ nhũ nano, các mẫu cần nghiên cứu đƣợc cho vào ống nghiệm và tiến hành pha loãng đến các nồng độ cần thiết cho nghiên cứu Đánh giá thí nghiệm: sau khi pha loãng mẫu ở nồng độ cần nghiên cứu,tiến hành đo độ hấp thu ở bước sóng 600nm trong các khoảng thời gian Ban đầu,1 giờ,2 giờ,3 giờ,24 giờ sau khi đã pha loãng
2.4.2.4 Thí nghiệm 7 : Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ bảo quản đến trạng thái hệ nhũ tương
Mục tiêu : Thí nghiệm nhằm mục đích kiểm tra độ ổn định của hệ nhũ tương dưới tác động của nhiệt độ bảo quản
Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm đƣợc bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên
Bảng 2.7 Bảng bố trí thí nghiệm 7
Ban đầu Sau 3 ngày Sau 6 ngày
Mẫu không có dầu nành
Sau 9 ngày Sau 12 ngày Sau 15 ngày
Cách tiến hành: Sau khi tạo hệ nhũ tương nano, 2 mẫu được cho vào ống nghiệm và đƣợc bảo quản ở các điều kiện nhiệt độ cần nghiên cứu Đánh giá thí nghiệm: Sau khi tiến hành thí nghiệm, các mẫu nhũ tương được đo OD ở bước sóng 600nm và độ nhớt của mẫu Đo kích thức hạt bằng phương pháp DLS mẫu sau 15 ngày bỏ quản.
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
Khảo sát quá trình tạo nhũ nano tinh dầu tiêu đen
3.1.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng tinh dầu tiêu đen và dầu nành đến hệ nhũ tương
Bảng 3.1: Ảnh hưởng thành phần tinh dầu tiêu đen và dầu nành đến hệ nhũ
Tỷ lệ tinh dầu tiêu đen và dầu nành
Trong cùng một cột, các số có cùng mẫu tự thì không khác biệt ở mức ý nghĩa 0,05% qua phép thử Ducan
Qua các thí nghiệm đã thực hiện với các tỷ lệ tinh dầu tiêu đen và dầu nành khác nhau Kết quả cho thấy, các tỷ lệ khác nhau thì độ hấp thu của ánh sáng khác nhau
Thí nghiệm đƣợc bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên một yếu tố
P value OD 24 gi ờ = 0,48660 > 0,05 nhƣ vậy độ đục giữa các mẫu không có sự khác biệt có ý nghĩa
P độ tách lớp = 0,0071 < 0,05 nhƣ vậy có sự khác biệt có ý nghĩa Trong
Kết luận: chọn mẫu A5 vì mẫu này chứa lƣợng tinh dầu nhiều nhất trong các mẫu thí nghiệm và sự ổn định của nó tốt hơn các mẫu còn lại.
Hình 3.2 : Kết quả đo OD trung bình cuả các mẫu ở bước sóng 600nm
3.1.2 Thí nghiệm 2 Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ thành phần hệ nhũ tương
Bảng 3.2 Ảnh hưởng tỷ lệ chất nhũ hóa đến hệ nhũ tương
Trong cùng một cột, các số có cùng mẫu tự thì không khác biệt ở mức ý nghĩa 0,05% qua phép thử Ducan
Thí nghiệm đƣợc bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên một yếu tố
P value OD 0 giờ = 0 4975 > 0 05 nhƣ vậy không có sự khác biệt có ý nghĩa
P value OD 2 giờ = 0 0002 < 0 05 nhƣ vậy có sự khác biệt có ý nghĩa Kết luận: Không có sự khác biệt có ý nghĩa khi đo độ hấp thu ánh sáng của các mẫu qua các thí nghiệm ở thời gian 0 phút Tuy nhiên, thời gian 120 phút có sự khác biệt có ý nghĩa qua thống kê Mẫu thí nghiệm B1, B2 và B6 với tỷ lệ tinhh dầu tiêu đen và Tween là 1 và 1,5 cho kết quả OD thấp nhất có sự khác biệt với các mẫu còn lại và mẫu B4 và B5 với tỷ lệ tinh dầu tiêu đen và chất nhũ hóa Tween tương ứng là 1,5 cho kết quả OD cao hơn, điều này cho thấy kích thước hạt của hai mẫu B4 và B5 lớn hơn các mẫu B1, B2, B6
Hình 3.3 : Kết quả đo OD trung bình cuả các mẫu ở bước sóng 600nm
Nhận xét: Qua đồ thị ta có thể thấy kết quả đo OD qua từng giờ có sự chênh lệch với nhau Điều đó cho thấy sự bật ổn định của mẫu theo thời gian Mẫu có sự bất ổn định nhất là mẫu B3 và B7.
3.1.3 Thí nghiệm 3 : Khảo sát thời gian khuấy đến sự hình thành hệ nhũ tương
Bảng 3.3 : Ảnh hưởng thời gian khuấy đến hệ nhũ tương
Nghiệm thức Thời gian khuấy (phút)
Thí nghiệm đƣợc bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên một yếu tố Pvalue OD 0 giờ 0,0084 < 0,05 nhƣ vậy có sự khác biệt có ý nghĩa
Trong cùng một cột, các số có cùng mẫu tự thì không khác biệt ở mức ý nghĩa 0,05% qua phép thử Ducan
3.2 Khảo sát tính ổn định của hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu đen
3.2.1 Thí nghiệm 4 : Khảo sát ảnh hưởng của thời gian bảo quản đến trạng thái hệ nhũ tương
Sau khi tạo hệ nhũ tương nano,mẫu nhũ tương nano không có dầu nành và có dầu nành đƣợc cho vào ống nghiệm với thể tích đồng đều và đƣợc bảo quản ở nhiệt độ phòng theo các mốc thời gian 0 giờ,1 giờ,2 giờ,3 giờ,4 giờ,24 giờ
Bảng 3.4: Ảnh hưởng của thời gian bảo quản đến độ ổn định của hệ nhũ tương nano không có dầu nành
Ghi chú : trong cùng một cột,các số có cùng mẫu tự không khác biệt ở mức ý nghĩa 0,05 qua phép thử Duncan
Mẫu sau khi xử lý phương sai bằng 0,0219 < α=0,05 , giữa các mốc thời gian có sự khác biệt có
Gía trị OD ở mốc thời gian ban đầu bắt đầu mất ổn định so với các mốc thời gian sau 2 giờ,sau 3 giờ, sau 4 giờ, sau 24 giờ vì do ảnh hưởng từ vận tốc hạt khi vừa tạo hệ nhũ xong Bắt đầu tách lớp ở mốc thời gian sau 24 giờ Mẫu không giữ đƣợc ổn định theo thời gian bảo quản
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của thời gian bảo quản đến độ ổn định của hệ nhũ tương nano có dầu nành
Ghi chú : trong cùng một cột,các số có cùng mẫu tự không khác biệt ở mức ý nghĩa 0,05 qua phép thử Duncan
Mẫu sau khi xử lý phương sai bằng 0,0491 < α=0,05 , giữa các mốc thời gian có sự khác biệt có nghĩa
Gía trị OD ở mốc thời gian ban đầu khác so với OD ở các mốc thời gian sau 1 giờ,sau 2 giờ, sau 3 giờ, sau 4 giờ vì do ảnh hưởng từ vận tốc hạt của hệ khi vừa tạo hệ xong, nhƣng bắt đầu ổn định sau 1 giờ và giữ ổn định đƣợc đến sau 24 giờ Mẫu giữ đƣợc ổn định theo thời gian bảo quản
Hình 3.4 Biểu đồ giá trị OD của mẫu nhũ tương nano tại các thời gian bảo quản khác nhau
Nhận xét : Qua đồ thị ta có thể thấy kết quả đo OD của mẫu có dầu nành giảm dần theo thời gian Điều đó cho thấy mẫu nhũ tương có dầu nành từ từ đi vào ổn định theo thời gian Tuy nhiên ta cũng thấy sự bất ổn định nhỏ ở mẫu nhũ tương không có dầu nành
3.2.2 Thí nghiệm 5 : Khảo sát ảnh hưởng chế độ ly tâm đến trạng thái hệ nhũ tương
Sau khi tạo hệ nhũ tương nano xong, mẫu nhũ tương nano có dầu nành và không có dầu nành đƣợc cho vào ống ly tâm và tiến hành ly tâm trong thời gian cần nghiên cứu là 5 phút, 10 phút, 15 phút, 20 phút, 25 phút, 30 phút
Bảng 3.6: Ảnh hưởng của lực ly tâm 3000 vòng đến độ ổn định của hệ nhũ tương nano không có dầu nành
STT Thời gian ly tâm OD Độ nhớt
BD sau 1 gio sau 2 gio sau 3 gio sau 4 gio sau 24 gio
Mẫu có dầu nành Mẫu không dầu nành
Ghi chú : Trong cùng một cột,các số có cùng mẫu tự không khác biệt ở mức ý nghĩa 0,05 qua phép thử Duncan
Gía trị OD : Mẫu nhũ tương không có dầu nành sau khi xử lý phương sai bằng 0,8536 > α=0,05 , giữa các thời gian ly tâm giá trị OD không có sự khác biệt có aĩhgn.Suy ra hệ nhũ tương nano không có dầu nành giữ được độ ổn định ở chế độ chế ly tâm 3000 vòng
Gía trị độ nhớt: Mẫu nhũ tương không có dầu nành sau khi xử lý phương sai bằng 0,0017 < α=0,05 , giữa các thời gian l y tâm giá trị độ nhớt có sự khác biệt có nghĩa
Mẫu nhũ tương nano không có dầu nành được ly tâm ở chế độ 3000 vòng trong các thời gian 5 phút, 10 phút, 15 phút, 20 phút, 25 phút, 30 phút Mẫu giữ đƣợc tính ổn định dưới tác động của lực ly tâm 3000 vòng nhưng có sự khác biệt về độ nhớt ở các mẫu
Bảng 3.7 Ảnh hưởng của lực ly tâm 4000 vòng đến độ ổn định của hệ nhũ tương nano không có dầu nành
STT Thời gian ly tâm
Ghi chú : trong cùng một cột,các số có cùng mẫu tự không khác biệt ở mức ý nghĩa 0,05 qua phép thử Duncan
Gía trị OD : Mẫu nhũ tương không có dầu nành sau khi xử lý phương sai bằng 0,5059 > α=0,05 , giữa các thời gian ly tâm giá trị OD không có sự khác biệt có ý nghĩa ầđ ến hở ahị oổaĩ anaư hiaĩ à uầ aóah ĩôh yon yu ơa yũah ệ hr yu gđ 0 0mmm t aĩ
Gía trị độ nhớt : Mẫu nhũ tương không có dầu nành sau khi xử lý phương sai bằng 0,0802 > α=0,05 , giữa các thời gian l y tâm giá trị độ nhớt không có sự khác biệt có nghĩa
Mẫu nhũ tương nano không có dầu nành được ly tâm ở chế độ 4000 vòng trong các thời gian 5 phút, 10 phút, 15 phút, 20 phút, 25 phút, 30 phút Mẫu giữ đƣợc tính ổn định dưới tác động của lực ly tâm và cả về độ nhớt ở các mẫu cũng giữ được ổn định
Bảng 3.8 Ảnh hưởng của lực ly tâm 3000 vòng đến độ ổn định của hệ nhũ tương nano có dầu nành
STT Thời gian ly tâm
Ghi chú : trong cùng một cột,các số có cùng mẫu tự không khác biệt ở mức ý nghĩa 0,05 qua phép thử Duncan
Gía trị OD : Mẫu nhũ tương có dầu nành sau khi xử lý phương sai bằng