XATHAN GUM ỨNG DỤNG TRONG LĨNH vực mỹ PHẨM

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM Tiểu Luận môn hoạt chất bề mặt XATHAN GUM ỨNG DỤNG TRONG LĨNH VỰC MỸ PHẨM Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Phạm Quỳnh Anh Sinh viên thực : Lê Ngọc Phú Lớp : DH18HS MSSV : 18139150 MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ VÀ XATHAN GUM .4 TỔNG QUAN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT .4 1.1 Khái niệm 1.2 Phân loại Tổng quan xanthan gum 2.1 Khái niệm 2.2 Lịch sử đời xanthan gum: Chương II: CẤU TẠO & TÍNH CHẤT CỦA XATHAN GUM Cấu tạo tính chất 3.1 Cấu tạo 3.1.1 Cấu tạo phân tử 3.1.2 Khối lượng phân tử: 3.1.3 Trạng thái phân tử: 3.1.4 Thành phần cấu tạo 10 3.2 Tính chất .10 3.2.1 Tạo dung dịch có độ nhớt 10 3.2.2 Tính tương hợp xathangum 11 3.2.3 Gel thuận nghịch nhiệt độ: 12 3.2.4 Khả hydrat hóa .12 Chương III: NGUYÊN LIỆU & QUI TRÌNH SẢN XUẤT XATHAN GUM 12 Nguyên liệu sản xuất Xathan gum 12 4.1 Vi sinh vật 12 4.1.1 Giống vi sinh vật 12 4.1.2 Đặc điểm hình thái 13 4.1.3 Tiêu chí chọn giống 14 4.1.4 Nguyên liệu khác 15 4.2 Quy trình sản xuất Xathan gum 17 Chương IV: CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ & ỨNG DỤNG CỦA XATHAN GUM 17 Chỉ tiêu chất lượng xathan gum .17 5.1.1 Chỉ tiêu vật lý 17 5.1.2 Chỉ tiêu hóa học 17 5.1.3 Chỉ tiêu vật lý 18 5.1.4 Chỉ tiêu vi sinh .18 5.2 Ứng dụng .19 5.2.1 Ứng dụng công nghiệp dầu mỏ .19 5.2.2 Ứng dụng dược phẩm 19 5.2.3 Ứng dụng thực phẩm 19 5.2.4 Ứng dụng lĩnh vực mỹ phẩm 20 5.2.5 Về mức độ an toàn 22 Chương V: KẾT LUẬN 22 Những lợi ích, tác dụng phụ sử dụng Xathan gum 22 6.1 Lợi ích Xathan gum mỹ phẩm .22 6.2 Tác dụng phụ dị ứng .23 Lời mở đầu Xathan gum polysaccharide sinh tổng hợp từ vi sinh vật Có nhiều loại polysaccharide sinh tổng hợp vi sinh vật alginate, curlane, dextran, gellan, glucan, pullulan xathan Trong số loại xathan gum có vai trị vượt trội có tính định hướng, ứng dụng nhiều Đối với ngành thực phẩm, nhu cầu gum tự nhiên có xu hướng giảm dần xuống, xathan gum lại có xu hướng tăng Bài báo cáo giúp hiểu tính chất, chế tổng hợp ứng dụng xathan gum mỹ phẩm Tuy nhiên với số lượng khổng lồ kiến thức biết nên việc lựa chọn kiến thức phù hợp khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong ý kiến đóng góp CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ VÀ XATHAN GUM TỔNG QUAN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT 1.1 Khái niệm Chất hoạt động bề mặt hợp chất có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt hai chất lỏng, chất khí chất lỏng chất lỏng chất rắn Chúng hoạt động chất tẩy rửa, chất làm ướt, chất nhũ hóa, chất tạo bọt chất phân tán Các chất có khả hấp phụ lên lớp bề mặt, có độ tan tương đối nhỏ, khơng chúng có xu hướng rời khỏi bề mặt vào lòng chất lỏng Các chất hoạt động bề mặt nước đa số chất hữu acid béo, muối acid béo, ester, rượu, alkyl sulfate Các phân tử chất hoạt động bề mặt bao gồm hai phần: + Phần phân cực tái nước, nước, háo nước) thường chứa nhóm carboxylate, sulfonate, sulfate, amine bậc bốn Nhóm làm cho phân tử chất hoạt động bề mặt có lực lớn nước bị kéo vào lớp nước + Phần không phân cực (kỵ nước, ghét nước hay dầu, háo dầu, ưa dầu) gốc hydrocarbon không phân cực kỵ nước, không tan nước, tan pha hữu không phân cực nên bị đẩy đến pha không phân cực Phân tử chất hoạt động bề mặt biểu diễn sau: 1.2 Hình 1: Phân tử chất hoạt động bề mặt Phân loại Các chất hoạt động bề mặt phân loại theo nhiều cách khác như: cấu trúc hóa học, tính chất vật lí, ứng dụng hóa học,… a) Phân loại theo cấu trúc hóa học b) Phân loại theo chất nhóm háo nước Theo chất háo nước chất hoạt động bề mặt chia thành nhóm sau: chất hoạt động bề mặt anion, cation, lưỡng tính không ion  Chất hoạt động bề mặt anion: - Trong dung dịch nước, phần thể hoạt tính chất hoạt động bề mặt tích điện âm - Một số chất điển hình xà phịng, alkylbenzene sulfonate este sulfate rượu aliphatic - Được tạo thành từ xà phòng axit yếu bazơ mạnh - Vì dung dịch nước có tính kiềm nên chất hoạt động bề mặt anion không tan lắng đọng dạng xà phòng canxi nước cứng - Được sử dụng chất nhũ hóa, chất phân tán, chất tạo bọt, chất hòa tan nhiều ứng dụng công nghiệp ứng dụng không chứa nước  Chất hoạt động bề mặt cation: - Trong dung dịch nước, phần thể hoạt tính chất hoạt động bề mặt tích điện dương dẫn xuất amin khác sử dụng - Không sử dụng chung với chất hoạt động bề mặt aninon chúng hình thành lên kết tủa khơng tan  Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính: - Gồm nhóm ưa nước anion nhóm ưa nước cation phân tử - Hình thành cation dung dịch pH điểm đẳng điện điểm đẳng điện xấp xỉ pH - Khi độ pH dung dịch chất hoạt động bề mặt lưỡng tính đạt đến điểm đẳng điện, độ hòa tan hoạt động bề mặt bị suy giảm - Có thể sử dụng với số chất hoạt động bề mặt khác độc chất hoạt động bề mặt cation - Có khả diệt khuẩn, chống tĩnh điện, làm mềm vải chất nhũ hóa  Chất hoạt động bề mặt không chứa ion: - Chất hoạt động bề mặt khơng chứa ion khơng thể tính ion dù có hịa tan nước thể hoạt động bề mặt - Chất hoạt động bề mặt điển hình chất bổ sung polyethylen este đường - Có thể sử dụng chất hoạt động bề mặt anion, cation chất hoạt động bề mặt lưỡng tính c) Phân loại theo chất nhóm kỵ nước - Gốc alkyl mạch thẳng C8-C18 - Gốc alkyl mạch ngắn CC3-C12 gắn vào nhân thơm - Olein nhánh C8-C20 - Hydrocarbon từ dầu mỏ - Hydrocarbon mạch dài thu từ phản ứng CO H2 d) Phân loại theo chất liên kết nhóm kỵ nước nước - Nhóm háo nước liên kết trực tiếp nhóm kỵ nước: RCOONa, ROSO3Na, RC6H4SO3Na gian - Nhóm háo nước liên kết nhóm kỵ nước thơng qua liên kết trung + Liên kết ester: RCOO-CH2CHOHCH2-OSO3Na + Liên kết amide: R-NHCOCH2SO3Na + Liên kết ether: ROC2H4OSO3Na e) Phân loại theo số HLB Tính ưa kỵ nước chất hoạt động bề mặt nhận biết số HLB (xhydrophilic lipophilic balance) có giá trị từ 40 Chỉ số cao hoạt chất dễ hòa tan nước ngược lại, số thấp dễ hịa tan dung mơi khơng phân cực Theo số HLB, tính chất chất hoạt động bề mặt sau: - Từ - 3: Chất hoạt động bề mặt có tính phá bọt - Từ - 9: Chất hoạt động bề mặt nhũ nước dầu - Từ – 11: Chất hoạt động bề mặt thấm ướt - Từ 11 - 15: Chất hoạt động bề mặt nhũ dầu nước - Trên 15: : Chất hoạt động bề mặt khuếch tán, chất phân tán Tổng quan xanthan gum 2.1 Khái niệm - Xanthan gum polysaccharide sử dụng phụ gia thực phẩm chất điều chỉnh lưu biến Là sản phẩm lên men glucose saccharose vi khuẩn Xanthomonas campestris - Xanthomonas campestris loại vi khuẩn gây bệnh mục đen cải, hoa lơ loại rau mỏng khác 2.2 Lịch sử đời xanthan gum: - Cách lâu, người tìm hiểu lồi Xanthomonas sản xuất khối sền sệt - Cuối năm 1950, xanthan phát minh Northern Reaseach Center (NRRC), Peoria, Illinois - Bà Allene Rosalind Jeanes cộng bà Viện Nông Nghiệp Hoa Kỳ (United States Department of Agriculture) tổ chức kiểm tra lồi vi sinh vật có khả sản xuất loại gum tan nước, số đó, xanthan polysaccharide tổng hợp phương pháp sinh học mà có tiềm ứng dụng lớn so với loại gum tan nước sản xuất phương pháp tự nhiên - Đầu năm 1960, xanthan trở thành sản phẩm thương mại công ty Kelco với tên thương mại Kelzan (theo Whistler) khơng thích hợp cho thương mại đến năm 1964 - Năm 1969, xanthan tổ chức FDA (the American Food and Drug - Administration) cho phép sử dụng làm phụ gia thực phẩm sau nghiên cứu thử nghiệm động vật Nó phép sử dụng nước: Hoa Kỳ, Canada, Châu Âu (1982) Số kí hiệu E415 Chương II: CẤU TẠO & TÍNH CHẤT CỦA XATHAN GUM Cấu tạo tính chất 3.1 Cấu tạo 3.1.1 Cấu tạo phân tử - Xanthan bao gồm cụm gốc đường lặp lại, cụm gồm gốc đường D - glucose, gốc đường D - mannose, gốc đường D - glucoronate gốc acetate, pyruvate với số lượng thay đổi - Mỗi cụm đơn vị mạch chuỗi polysaccharide bao gồm gốc β – D – glucose, liên kết với liên kết β – 1, glycoside Yếu tố giống với cấu trúc cellulose - Mạch nhánh gồm kết với gốc glucoronate nằm liên gốc mannose Vị trí thứ gốc D-glucoronate liên kết với vị trí thứ hai gốc D - mannose, cịn vị trí thứ tư gốc D-glucoronate liên kết với vị trí thứ gốc mannose khác - Mạch nhánh liên kết với mạch vị trí thứ gốc cellulose mạch vị trí thứ gốc mannose mạch nhánh - Khoảng nửa số gốc mannose cuối có nhóm acid pyruvic liên kết nhóm ketal tạo vịng vị trí – gốc mannose - Gốc mannose lại liên kết với acetyl vị trí thứ - Xanthan gum chứa ion dương hóa trị Na, K - Mạch nhánh mạch thẳng xoắn chặt với tạo thành hình dạng bền chặt Hình 2.1: Cấu trúc đơn vị xanthangum 3.1.2 Khối lượng phân tử: - Có thể từ 0.9 triệu đến 1.6 triệu Dalton, phụ thuộc vào nguồn vi sinh vật điều kiện thực q trình lên men - Đơi khối lượng phân tử xanthan lên đến 13 50 triệu Dalton Hình 2.2 Cấu tạo xanthan gum 10 - Xanthan gum có khả kết hợp với nhiều chất tạo gel, tạo sệt khác locust bean gum, konjac, guar gum 3.2.4 Khả hydrat hóa - Sự diện chuỗi tích điện âm phân tử xanthan gum làm tăng khả hydrate hóa tạo nên dung dịch xanthan nước lạnh - Xanthan gum chất háo nước, tan nước nóng nước lạnh - Điều kiện lạnh đông/rã đông: nhờ khả liên kết với nước nên dung dịch xanthan gum bền lạnh đông rã đông Chương III: NGUYÊN LIỆU & QUI TRÌNH SẢN XUẤT XATHAN GUM Nguyên liệu sản xuất Xathan gum 4.1 Vi sinh vật 4.1.1 Giống vi sinh vật - Xanthan sản xuất từ vi khuẩn Xanthanmonas campestris cô lập từ cải bắp, loại vi khuẩn gây bệnh nấm cho có màu đen 14 Hình 3.1 Vi khuẩn Xanthomonas campestris Hình 3.2 Cải bắp nhiễm vi khuẩn Xanthomonas campestris 4.1.2 Đặc điểm hình thái Vi khuẩn xanthomonas campestris • Giới: vi khuẩn • Ngành: Proteobacteria • Lớp: Gamma Proteobacteria • Bộ: Xanthomonadales • Họ: Xanthomonadaceae 15 • Giống: Xanthomonas Có dạng hình que đơn, thẳng, rộng 0,4-0,7 µm, dài 0,7-1,8µm  Vi khuẩn Gram âm  Có khả di động nhờ có tiên mao mọc cực  Là loại vi khuẩn dị dưỡng, hiếu khí bắt buộc  Khơng có khả khử nito, phản ứng catalase dương tính, oxidase âm tính  Phát triển mơi trường dinh dưỡng agar, bị ức chế 0.1% triphenyltetrazolium chloride Phần lớn chúng sống theo cặp X campestris làm thành đám mucoid màu vàng, trơn nhẵn sống môi trường rắn, tế bào bao quanh xanthangum (polysaccharide ngoại bào) Công thức hóa học sắc tố vàng xác định mơn dibromoaryl polynen Tính khơng ổn định thuộc di chuyển vi khuẩn X Campestris ảnh hưởng đến chất lượng số lượng xanthan xuất ni cấy Sự đột biến gen có liên quan đến việc hình thành dạng khác nhau: L (large) S (small) VS (very small) Trong dạng L sản xuất lượng lớn xathan với tính chất lưu biến học mong muốn dạng S lại cho lượng sản phẩm chất lượng Cịn VS khơng tổng hợp xanthan 16 Những chức xathan chưa nhận biết đầy đủ, có chứng chắn có lớp polysaccharide xung quanh màng tế bào, bảo vệ tế bào tránh khỏi tác động môi trường xung quanh Ví dụ khả giữ nước xanthan, cung cấp lớp màng bảo vệ điều kiện mơi trường hanh khơ 4.1.3 Tiêu chí chọn giống Giống vi khuẩn sử dụng phải đạt chuẩn mực định phép sử dụng Các yếu tố giống vi khuẩn sử dụng lên men thu nhận xanthan gồm: - Giống vi khuẩn phải có khả sinh tổng hợp xanthan mạnh, sảnphẩm có chất lượng số lượng cao hẳn sản phẩm phụ khác trình trao đổi chất chúng - Giống phải có khả sử dụng nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm - Giống vi khuẩn có tính thích nghi cao hơn, đặc biệt phải thích nghi với điều kiện sản xuất cơng nghiệp, có ổn định nhiệt độ, pH, … - Giống phải có tốc độ sinh sản phát triển mạnh điều kiện môi trường cơng nghiệp Tính chất này quan trọng nhiễm vi sinh vật lạ giống dùng sản xuất phải có khả át chế phát triển vi sinh vật lạ 17 - Giống phải ổn định bảo quản dễ dàng bảo quản 4.1.4 Nguyên liệu khác a) Nguồn cacbon Glucose saccharose hai nguồn carbon sử dụng phổ biến để cung cấp cho vi khuẩn Xanthanmonas campestris trình lên men thu nhận xanthan Trong glucose nguồn carbon vi khuẩn Xanthanmonas campestris dễ sử dụng Tuy nhiên, nồng độ cao ảnh hưởng xấu tới trình lên men vi khuẩn, theo nghiên cứu nồng độ glucose – 4% w/w mơi trường lý tưởng cho trình lên men Để thuận tiện chủ động cho việc sản xuất, ta dùng syrup glucose làm nguồn cung cấp carbon cho vi khuẩn Syrup glucose làm nguồn cung cấp cho vi khuẩn Ở châu Âu người ta dùng syrup bắp để làm nguồn nguyên liệu sản xuất xanthan Syrup bắp gọi high fructose corn syrup (HFCS) có hàm lượng fuctose cao, sử dụng phổ biến loại kẹo đồ uống b) Nguồn nitơ Vi khuẩn Xanthanmonas campestris sử dụng nguồn nitơ hữu nguồn vơ Vì dùng nước ngâm hạt ngũ cốc, dịch thủy phân casein, dịch chiết nấm men, dịch chiết từ đậu nành, nhiên nguồn nito thường dùng muối amoni Xathan sản xuất có chất lượng tốt X 18 campestris nuôi dưỡng môi trường tổng hợp đơn giản bao gồm NH4Cl2, glucose muối c) Nguồn khống yếu tố sinh trưởng Ngồi việc cung cấp nguyên tố để trình lên men diễn tốt ta cần cung cấp đầy đủ cho vi khuẩn nguyên tố khoáng yếu tố sinh trưởng Các muối vô nguồn chất dinh dưỡng thiếu sinh trưởng vi sinh vật Chúng có chức sinh lý chủ yếu là: tham gia vào thành phần hoạt tính enzyme vi sinh vật, trì tính ổn định kết cấu đại phân tử tế bào, điều tiết trì cân áp suất thẩm thấu tế bào, khống chế điện oxy hoá khử tế bào nguồn vật chất sinh lượng số loài vi sinh vật 19 4.2 Quy trình sản xuất Xathan gum Hình 3.1 Qui trình sản xuất xathan gum Chương IV: CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ & ỨNG DỤNG CỦA XATHAN GUM Chỉ tiêu chất lượng xathan gum 5.1.1 Chỉ tiêu vật lý Tan hồn tồn nước nóng nước lạnh 20 5.1.2 Chỉ tiêu hóa học a) Thành phần dinh dưỡng - Năng lượng: 237 kJ/100g - Protein: 5-6g - Tổng lượng glucid: 78g - Chất xơ: 73g Natri: 1-2g b) Độc tố - Arsenic