ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
NGUYỄN PHẠM QUỲNH TRÂM
KHẢO SÁT THÀNH PHẦN HÓA HỌC TINH DẦU CHI
CITRUS VÀ TẠO HỆ NHŨ TƯƠNG NANO TINH DẦU BƯỞI
Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Mã số : 8540101
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Trang 2CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Thị Lan Phi Chữ ký:
Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS Nguyễn Vũ Hồng Hà Chữ ký:
Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS.TS Mai Huỳnh Cang Chữ ký:
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP HCM ngày 26 tháng 07 năm 2023
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1 PGS.TS Phan Ngọc Hòa Chủ tịch
2 PGS.TS Trần Thị Thu Trà Thư ký
3 PGS.TS Nguyễn Vũ Hồng Hà Phản biện 1
4 PGS.TS Mai Huỳnh Cang Phản biện 2
5 PGS.TS Nguyễn Thị Lan Phi Ủy viên
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA
Trang 3ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: NGUYỄN PHẠM QUỲNH TRÂM MSHV: 2070641 Ngày, tháng, năm sinh: 06/06/1998 Nơi sinh: Đồng Nai Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm Mã số: 8540101
I TÊN ĐỀ TÀI
Khảo sát thành phần hóa học tinh dầu chi Citrus và tạo hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi (Investigation of chemical composition of Citrus peel essential oils and preparation of pomelo
essential oil nano-emulsion)
II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1 Trích li tinh dầu từ vỏ bưởi (C grandis), vỏ chanh không hạt (C latifolia) và vỏ cam sành (C nobilis)
2 Phân tích thành phần hóa học và khả năng kháng oxy hóa của tinh dầu vỏ bưởi, chanh không hạt và cam sành
3 Khảo sát hàm lượng tinh dầu và chất nhũ hoá để tạo hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi bằng phương pháp năng lượng thấp
4 Khảo sát thành phần hóa học, khả năng kháng oxy hóa và hiệu suất vi bao của hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi
III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/02/2023
IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 11/06/ 2023
V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS Nguyễn Thị Lan Phi
TP HCM, ngày 06 tháng 02 năm 2023
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
PGS TS Nguyễn Thị Lan Phi GS TS Lê Văn Việt Mẫn
Trang 4i
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, em xin chân thành bày tỏ lời cảm ơn đến Q Thầy Cơ Khoa Kỹ thuật Hóa học, Bộ môn Công nghệ Thực phẩm đã hỗ trợ em trong suốt quá trình học tập Đặc biệt hơn, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Nguyễn Thị Lan Phi đã tận tâm chỉ bảo, hướng dẫn em trong quá trình nghiên cứu và làm đề tài Kiến thức và những bài học quý giá từ cô sẽ là hành trang đáng trân trọng đi cùng em đến mãi sau này
Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến tất cả mọi người, đặc biệt là ba mẹ và người bạn thân đã luôn ở bên ủng hộ và giúp đỡ em cả về vật chất lẫn tinh thần trong suốt khoảng thời gian vừa qua để em có thể hồn thành luận văn Em xin gửi lời chúc sức khoẻ, hạnh phúc và thành đạt đến q thầy cơ, gia đình và bạn bè của mình
Mặc dù đã có nhiều cố gắng và nỗ lực để hoàn thành tốt luận văn nhưng chắc chắn sẽ khơng tránh khỏi những thiếu sót Kính mong nhận được sự góp ý của q thầy cơ để em có thể hồn thiện hơn
TP HCM, ngày 26 tháng 06 năm 2023
HỌC VIÊN CAO HỌC
Trang 5ii
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Trong nghiên cứu này, các nguyên liệu khác nhau thuộc chi Citrus bao gồm vỏ bưởi (Citrus grandis (L.) Osbeck), vỏ chanh không hạt (Citrus latifolia) và vỏ cam sành
(Citrus nobilis) được sử dụng là nguyên liệu để thu nhận tinh dầu bằng phương pháp
chưng cất lôi cuốn hơi nước Hiệu suất thu nhận tinh dầu dao động từ 1,36 – 2,74%, trong đó mẫu tinh dầu trích ly từ vỏ cam có hiệu suất trích ly cao nhất với 2,74 ± 0,21% Thành phần hóa học của các mẫu tinh dầu trích ly từ vỏ bưởi, vỏ chanh và vỏ cam được xác định bằng phương pháp GC-MS/MS, kết quả phân tích cho thấy các mẫu tinh dầu trong khảo sát đều bao gồm hầu hết các hợp chất dễ bay hơi đặc trưng cho tinh dầu chi
Citrus như limonene (59,81 – 80,27%), γ-terpinene (11,70 – 15,65%), β-pinene (3,37 –
13,50%), myrcene (1,22 – 6,45%), sabinene (3,17 – 5,52%) và linalool (0,65 – 0,77%) Hoạt tính kháng oxy hoá của các mẫu tinh dầu cũng được đánh giá theo phương pháp DPPH Kết quả cho thấy mẫu tinh dầu bưởi có hiệu quả kháng oxy hóa cao nhất với giá trị IC50 đạt 23,89 ± 0,31 mg/mL
Từ kết quả đó, tiến hành khảo sát tạo hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi với dầu dừa và chất nhũ hóa Tween 80 bằng phương pháp nhiệt độ đảo pha (Phase Inversion Temperature – PIT) Kết quả khảo sát cho thấy, các thành phần trong hệ nhũ tương nano có ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước trung bình, độ phân bố kích thước hạt (PDI) và điện thế zeta của hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi Kết quả tốt nhất được quan sát thấy ở mẫu nhũ tương nano tinh dầu bưởi với tỉ lệ thành phần tinh dầu : dầu dừa là 8 : 2 và tỉ lệ pha dầu : Tween 80 : nước tương ứng là 10 : 12 : 78 Tại điều kiện thí nghiệm, hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi có kích thước hạt là 23,46 ± 0,48 nm, giá trị PDI thấp 0,089 ± 0,013 cho thấy độ phân tán tốt và độ bền tương đối ứng với thế zeta -35,5 ± 1,0 mV Hiệu suất vi bao được xác định bằng máy quang phổ UV-Vis cho kết quả đạt khoảng 80%, điều này bước đầu chứng minh các cấu tử trong tinh dầu bưởi có khả năng được bao bọc hiệu quả bởi hệ nhũ tương nano tinh dầu tạo ra ở điều kiện năng lượng thấp
Trang 6iii
ABSTRACT
In this research, different materials belonging to the Citrus group including grapefruit peel (Citrus grandis (L.) Osbeck), lime peel (Citrus latifolia) and orange peel (Citrus nobilis) were used to get essential oil (EO) by steam distillation method The
extraction efficiency of essential oil from different materials ranged from 1,36 to 2,74%, in which the sample extracted from orange peel had the highest extraction efficiency with 2,74 ± 0,21% The chemical composition of EO samples extracted from grapefruit peel, lime peel and orange peel was determined by GC-MS/MS analysis, the results showed that the samples in the research included most of the volatile compounds typical
for Citrus essential oils such as limonene (59,81 – 80,27%), γ-terpinene (11,70 –
15,65%), β-pinene (3,37 – 13,50%), myrcene (1,22 – 6,45%), sabinene (3,17 – 5,52%) and linalool (0,65 – 0,77%) The DPPH antioxidant activity of the EO samples was also evaluated, the results showed that the grapefruit EO sample has a highest antioxidant effect with IC50 value reaching 23,89 ± 0,31 mg/mL
From that result, conduct create a grapefruit EO nanoemulsion with coconut oil and Tween 80 by Phase Inversion Temperature (PIT) method The results show that the components in the nanoemulsion system have a direct influence on the average size, polydispersity index (PDI) and zeta potential The best results were observed in the grapefruit EO nanoemulsion with the ratio of essential oils: coconut oil respectively 8 : 2 and the ratio of oil phase : Tween 80: water respectively 10 : 12 : 78 At experimental conditions, the grapefruit EO nanoemulsion has a particle size of 23,46 ± 0,48 nm, a low PDI value of 0,089 ± 0,013 showing good dispersion and relative stability with a zeta potential of -35,5 ± 1,0 mV The encapsulation efficiency determined by UV-Vis spectrophotometer gave a result 80%, which initially proves that the components in grapefruit EO can be effectively encapsulated by the EO nanoemulsion system created at low energy conditions
Trang 7iv
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các cơng việc trong luận văn thạc sĩ do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Nguyễn Thị Lan Phi
Các kết quả trong luận văn là hoàn toàn đúng với sự thật và chưa được công bố ở các nghiên cứu khác, ngoại trừ các kết quả liên quan đến luận văn đã được trích dẫn trong phần tài liệu tham khảo
Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm về các cơng việc đã thực hiện của mình
TP HCM, ngày 26 tháng 06 năm 2023
HỌC VIÊN CAO HỌC
Trang 8v
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
TÓM TẮT LUẬN VĂN ii
ABSTRACT iii
LỜI CAM ĐOAN v
MỤC LỤC v
DANH MỤC HÌNH VẼ viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU x
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xii
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 3
2.1 Tổng quan về bưởi, chanh cam 3
2.1.1 Giới thiệu chung 3
2.1.2 Đặc điểm thực vật 4
2.1.3 Cấu tạo 8
2.2 Tổng quan về tinh dầu vỏ bưởi, chanh, cam 9
2.2.1 Thành phần hoá học tinh dầu 9
2.2.2 Các phương pháp chiết xuất tinh dầu 14
2.2.3 Hoạt tính kháng oxy hóa của tinh dầu 16
2.3 Hệ nhũ tương nano 17
2.3.1 Chất nhũ hóa 17
2.3.2 Hệ nhũ tương nano 22
2.3.3 Chất ức chế q trình Ostwald ripening 23
2.3.4 Đặc tính hệ nhũ tương nano 24
2.4 Các phương pháp tạo nhũ tương nano 26
2.4.1 Tạo hệ nhũ tương nano bằng phương pháp năng lượng thấp 27
2.4.2 Tạo hệ nhũ tương nano bằng phương pháp năng lượng cao 29
2.5 Ứng dụng của hệ nhũ tương nano tinh dầu trong thực phẩm 30
2.6 Tính cấp thiết – tính mới của đề tài 32
CHƯƠNG 3 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33
Trang 9vi 3.1.1 Tinh dầu 33 3.1.2 Tween 80 33 3.1.3 Dầu dừa 34 3.2 Hóa chất và thiết bị 34 3.2.1 Hóa chất 34 3.2.2 Thiết bị 34
3.3 Nội dung nghiên cứu 35
3.3.1 Mục đích nghiên cứu 35
3.3.2 Sơ đồ nghiên cứu 35
3.4 Quy trình thực hiện 36
3.4.1 Quy trình thu nhận tinh dầu 36
3.4.2 Quy trình tổng hợp nhũ tương tinh dầu bưởi 38
3.5 Hoạch định thí nghiệm 39
3.5.1 Xác định hiệu suất chưng cất tinh dầu 39
3.5.2 Xác định thành phần hóa học tinh dầu 40
3.5.3 Xác định hoạt tính kháng oxy hóa của tinh dầu 40
3.5.4 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ tinh dầu : dầu dừa đến hệ nhũ tương nano tinh dầu…… 40
3.5.5 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ chất nhũ hóa : pha tổng đến hệ nhũ tương nano tinh dầu 41
3.5.6 Xác định hiệu suất vi bao của nhũ tương nano tinh dầu 41
3.5.7 Xác định hoạt tính kháng oxy hóa của nhũ tương nano tinh dầu 42
3.6 Các phương pháp phân tích 42
3.6.1 Phương pháp xác định hiệu suất chưng cất tinh dầu 42
3.6.2 Phương pháp xác định thành phần hoá học của tinh dầu và hệ nhũ tương nano tinh dầu 42
3.6.3 Phương pháp xác định hoạt tính kháng oxy hóa của tinh dầu và hệ nhũ tương nano tinh dầu 43
3.6.4 Phương pháp xác định tính chất hệ nhũ tương nano tinh dầu 43
3.6.5 Phương pháp xác định hiệu suất vi bao nhũ tương nano tinh dầu 43
3.7 Phương pháp xử lí số liệu 44
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 45
4.1 Kết quả khảo sát hiệu suất trích ly tinh dầu bưởi, chanh, cam 45
Trang 10vii
4.3 Kết quả khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa của tinh dầu 54
4.4 Kết quả khảo sát tạo hệ nhũ tương nano tinh dầu bằng phương pháp nhiệt độ đảo pha (PIT) 57
4.4.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ tinh dầu/dầu dừa đến tính chất của hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi 57
4.4.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ chất nhũ hóa đến tính chất của hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi 64
4.5 Kết quả xác định thành phần hóa học của hệ nano nhũ tương tinh dầu 70
4.6 Kết quả khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa của hệ nhũ tương nano tinh dầu 73
4.7 Kết quả xác định hiệu suất vi bao hệ nhũ tương nano tinh dầu 75
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78
5.1 Kết luận 78
5.2 Kiến nghị 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO 81
PHỤ LỤC A CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 97
A.1 Xác định hoạt tính kháng oxy hóa theo DPPH 97
PHỤ LỤC B SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM 99
Trang 11viii
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2 1 Cây bưởi và trái bưởi 5
Hình 2 2 Cây chanh và trái chanh 6
Hình 2 3 Cây cam và trái cam 7
Hình 2 4 Cấu tạo trái chi Citrus (Theo Sawamura [16]) 8
Hình 2 5 Cấu trúc hóa học của các hợp chất chủ yếu trong tinh dầu chi Citrus (1)
limonene, (2) β-myrcene, (3) β-pinene, (4) β-copaene và (5) ocimene 13
Hình 2 6 Cấu tạo chất nhũ hóa 18
Hình 2 7 Nhóm các chất nhũ hóa điện hoạt 20
Hình 2 8 Cơng thức cấu tạo Tween 80 22
Hình 2 9 Mơ phỏng quá trình Ostwald ripening 23
Hình 3 1 Sơ đồ nghiên cứu 36
Hình 3 2 Quy trình thu nhận tinh dầu từ vỏ bưởi, chanh, cam bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước 37
Hình 3 3 Quy trình tạo hệ nhũ tương nano tinh dầu bằng phương pháp nhiệt độ đảo pha 38
Hình 4 1 Hiệu suất thu nhận tinh dầu từ vỏ bưởi, cam, chanh 45
Hình 4 2 Sắc kí đồ TIC của tinh dầu bưởi, chanh, cam 47
Hình 4 3 Giá trị IC50 của mẫu tinh dầu bưởi, chanh, cam và Vitamin C 55
Hình 4 4 Hình ảnh của hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi trong thí nghiệm khảo sát thay đổi hàm lượng tinh dầu trong pha dầu 58
Hình 4 5 Đồ thị thể hiện kích thước hạt của hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi ở các tỉ lệ tinh dầu khác nhau trong pha dầu 59
Hình 4 6 Đồ thị thể hiện giá trị PDI của hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi ở các tỉ lệ tinh dầu khác nhau trong pha dầu 61
Hình 4 7 Đồ thị thể hiện giá trị điện thế zeta của hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi ở các tỉ lệ tinh dầu khác nhau trong pha dầu 62
Hình 4 8 Hình ảnh của hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi trong thí nghiệm khảo sát thay đổi hàm lượng chất nhũ hóa Tween trong pha tổng 64
Trang 12ix
Hình 4 10 Đồ thị thể hiện giá trị PDI của hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi ở các tỉ lệ
chất nhũ hóa khác nhau 67
Hình 4 11 Đồ thị thể hiện giá trị điện thế zeta của hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi ở các tỉ lệ chất nhũ hóa khác nhau 68
Hình 4 12 Sắc kí đồ TIC của hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi 70
Hình 4 13 Giá trị IC50 của mẫu tinh dầu bưởi nguyên chất và mẫu nhũ tương nano tinh dầu bưởi 73
Hình 4 14 Đồ thị biểu diện đường chuẩn của tinh dầu bưởi tại bước sóng 273 nm 76
Hình A 1 Cơ chế phản ứng với gốc tự do của DPPH 97
Hình B 1 Đường chuẩn kháng oxy hóa của tinh dầu bưởi, chanh, cam và vitamin C 101
Hình C 1 Cân phân tích 4 số lẻ, PA214 Ohaus, Mỹ 102
Hình C 2 Máy đo pH LAB 850 SI Analytic, Đức (Schott) 102
Hình C 3 Cân phân tích 2 số lẻ, TE612S Sartorius, Đức 102
Hình C 4 Hệ thống chưng cất lơi cuốn hơi nước 102
Hình C 5 Thiết bị sắc kí khí GC/MS 7890/5977A 103
Hình C 6 Máy ly tâm Hermle - Z 32 HK, Đức 103
Hình C 7 Máy quang phổ UV VIS V730 JASCO 103
Hình C 8 Máy đo kích thước hạt Zetasizer nano ZS90 104
Trang 13x
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2 1 Phân loại khoa học của bưởi, cam chanh 4
Bảng 2 2 Thành phần hóa học của tinh dầu chi Citrus [24] 10
Bảng 2 3 Thành phần hóa học trong tinh dầu vỏ bưởi của một số giống bưởi tại Việt Nam [23] 12
Bảng 2 4 Thành phần hóa học trong tinh dầu vỏ bưởi thu hoạch tại Trung Quốc [21] 13
Bảng 2 5 Ứng dụng của hệ nhũ tương nano tinh dầu trong bảo quản thực phẩm 30
Bảng 3 1 Chỉ tiêu chất lượng của Tween 80 33
Bảng 3 2 Hóa chất sử dụng trong nghiên cứu 34
Bảng 3 3 Các thiết bị sử dụng trong nghiên cứu 34
Bảng 3 4 Các thông số của quy trình chưng cất tinh dầu 39
Bảng 3 5 Cơng thức các thí nghiệm khảo sát tỷ lệ tinh dầu : dầu dừa 40
Bảng 3 6 Cơng thức các thí nghiệm khảo sát tỷ lệ chất nhũ hóa : pha tổng 41
Bảng 4 1 Thành phần hóa học chủ yếu trong tinh dầu vỏ bưởi, vỏ chanh, vỏ cam 48
Bảng 4 2 Hàm lượng (%) một số thành phần có hoạt tính kháng oxy hóa cao trong tinh dầu chi Citrus 56
Bảng 4 4 Một số hợp chất bay hơi chính trong thành Phần hóa học của hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi 70
Bảng B 1 Hiệu suất thu nhận tinh dầu từ vỏ bưởi, vỏ cam, vỏ chanh bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước 99
Bảng B 2 Giá trị IC50 của mẫu tinh dầu bưởi, chanh, cam và Vitamin C 99
Bảng B 3 Ảnh hưởng của hàm lượng tinh dầu : pha dầu đến kích thước hạt của hệ nhũ tương nano tinh dầu 99
Bảng B 4 Ảnh hưởng của hàm lượng tinh dầu : pha dầu đến hệ số phân tán PDI của hệ nhũ tương nano tinh dầu 99
Bảng B 5 Ảnh hưởng của hàm lượng tinh dầu : pha dầu đến điện thế zeta của hệ nhũ tương nano tinh dầu 100
Trang 14xi
Trang 15xii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ANOVA – Analysis of variance, Phân tích phương sai DLS – Dynamic light scattering, Tán xạ ánh sáng động
DPPH – 1,1-diphenyl-2-picrylhy-drazil
EA – Etyl axetate
EE – Encapsulation efficiency, Hiệu suất vi bao
EO – Essential oil, Tinh dầu
FRAP – Ferric ion Reducing Antioxidant Power, Khả năng kháng oxy hóa được thể
hiện qua sự khử ion Fe3+
GC-MS – Gas chromatography – Mass spectroscopy, Sắc ký khí – khối phổ
HLB – Hydrophilic-lipophilic balance, Hệ số cân bằng ưa nước – ưa dầu
LCT – Long chain triglycerides, Chuỗi triglycerides dài
MCT – Medium chain triglycerides, Chuỗi triglycerides trung bình
NE – Nano emulsion, Nhũ tương nano
PDI – Polydispersity index, Chỉ số đa phân tán
PIT – Phase inversion temperature, Phương pháp nhiệt độ đảo pha
Trang 16Trang 1
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU
Trái bưởi (C grandis (L.) Osbeck), chanh không hạt (Citrus latifolia) và cam sành
(Citrus nobilis) thuộc chi Citrus, họ Rutaceae là các loại cây được trồng rất phổ biến ở
Việt Nam, hiện nay có rất nhiều loại bưởi, chanh và cam với những đặc điểm và mùi vị đặc trưng khác nhau Các loại trái này có rất nhiều cơng dụng có thể sử dụng với nhiều mục đích khác nhau, tuy nhiên hiện nay vẫn chưa được khai thác triệt để mà chỉ được sử dụng chủ yếu là phần múi như một loại trái cây hoặc dùng làm nước ép trong ngành công nghiệp sản xuất nước giải khát - một loại thức uống giàu vitamin C, do đó phần vỏ bưởi, vỏ chanh và vỏ cam thường được bỏ đi Theo nghiên cứu của Boluda Aguilar và cộng sự, phần phế liệu (vỏ, múi sau khi ép lấy nước và hạt) của các loại trái có múi
(Citrus) chiếm khoảng 50% tổng khối lượng trái [1] Hơn nữa, vỏ của các loại trái cây
này được đặc trưng bởi hàm lượng đường, cellulose, hemicellulose và pectin [2], nhờ
sự đa dạng về thành phần nên vỏ của chúng có thể được sử dụng để tạo ra các sản phẩm có giá trị cao, một trong số đó là tinh dầu - sản phẩm thu được từ quá trình tách chiết từ
vỏ chi Citrus Tinh dầu ngày nay được sử dụng phổ biến, làm nguyên liệu cho nhiều
ngành công nghiệp khác nhau như dược phẩm, mỹ phẩm, nước hoa, thực phẩm Tinh
dầu vỏ các loại nhóm trái cây chi Citrus là một sản phẩm có mùi thơm đặc trưng và hoạt
tính sinh học cao [3]
Hiện nay, tinh dầu được sản xuất bằng rất nhiều phương pháp khác nhau như ép lạnh, chưng cất bằng nước hoặc vi sóng, chưng cất lơi cuốn hơi nước, trích ly CO2 siêu tới hạn… [4] Các nghiên cứu cho thấy, trích ly tinh dầu bằng các phương pháp khác nhau sẽ cho ra các loại tinh dầu với chất lượng và hiệu suất thu hồi tinh dầu khác nhau Vì phương pháp trích ly tinh dầu sẽ tác động trực tiếp đến nguyên liệu sử dụng trích ly tinh dầu, nên phương pháp trích ly tinh dầu có ảnh hưởng rất lớn đối với thành phần tinh dầu thành phẩm
Trang 17Trang 2
các hợp chất có hoạt tính dễ bay hơi trong tinh dầu có thể bảo vệ tinh dầu và hỗ trợ khả năng kháng khuẩn, kháng oxy hóa của tinh dầu dưới các yếu tố vật lý và tác động từ môi trường [6] Kỹ thuật vi bao có thể làm được điều này là phương pháp nhũ hóa tạo hệ nhũ tương nano, việc kết hợp tinh dầu để tạo hệ nhũ tương nano có thể giúp tạo ra những giọt có kích thước nanomet, việc này làm tăng khả năng phân tán, bảo quản tốt các thành phần có hoạt tính có trong tinh dầu và tăng khả năng hấp thu do kích thước phần tử nhỏ Hệ nhũ tương nano tinh dầu trong nước được nghiên cứu nhằm tạo giải pháp ổn định động học của hệ trong mơi trường có hàm lượng nước cao và giúp kéo dài hiệu quả hoạt động của tinh dầu trong thực phẩm
Nhũ tương nano có thể được tạo ra theo phương pháp nhũ hóa sử dụng năng lượng cao hoặc năng lượng thấp Trong những năm gần đây, phương pháp nhũ hóa sử dụng năng lượng thấp đang thu hút được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu do ưu điểm đầu tư thiết bị và chi phí thấp hơn so với phương pháp nhũ hóa sử dụng năng lượng cao Hơn nữa, phương pháp nhũ hóa sử dụng năng lượng thấp cũng thích hợp với những dược chất nhạy cảm với nhiệt độ Trong đó, kỹ thuật đảo pha là kỹ thuật nhũ hóa sử dụng năng lượng thấp dựa trên sự chuyển đổi pha trong q trình nhũ hóa được coi là một trong những phương pháp hiệu quả để tạo hệ nhũ tương nano đang được áp dụng rộng rãi [7] Trên cơ sở đó, tơi thực hiện đề tài “Khảo sát thành phần hóa học tinh dầu
chi Citrus và tạo hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi” Mục đích của nghiên cứu này là
Trang 18Trang 3
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN
2.1 Tổng quan về bưởi, chanh cam 2.1.1 Giới thiệu chung
Các nhóm cây thuộc chi Citrus có nguồn gốc từ hơn 4000 năm trước ở Đông Nam
Á trước khi lan rộng khắp thế giới [8] Bưởi là một trong những loại cây ăn quả có múi được trồng, tiêu thụ và sử dụng khá phổ biến ở Việt Nam cũng như nhiều các quốc gia khác trong khu vực Châu Á như Trung Quốc, Malaysia, Thái Lan, Ấn Độ, Philippin… Bưởi là cây có lịch sử lâu đời và nguồn gốc của chúng thì vẫn chưa được thống nhất cho đến nay Một số nghiên cứu cho rằng, bưởi là cây bản xứ của Malaysia và quần đảo Polynesia, sau đó được mở rộng sang Ấn Độ, phía nam Trung Quốc và các nước khu vực châu Âu, châu Mỹ [9], tác giả Chawalit (1992) cũng cho rằng bưởi có nguồn gốc từ Malaysia, sau đó được lan rộng sang Indonesia, Trung Quốc, Nhật Bản, Ấn Độ, Địa Trung Hải và Mỹ… [10] Trong khi đó, nghiên cứu của Bretschneider (1898) và Vũ Công Hậu cùng cộng sự (1996) lại cho rằng bưởi có nguồn gốc ban đầu là từ Trung Quốc [11]
Cây chanh được trồng khắp nơi ở nước ta, nhưng được trồng chủ yếu ở các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long, Tuyên Quang, Hưng Yên, Nghệ An Việt Nam có khoảng 20 000 hecta chanh và hàng năm cung cấp cho thị trường khoảng 250 000 tấn chanh [12] Cây chanh được trồng và đơm hoa kết trái quanh năm nhưng ra trái nhiều nhất từ tháng 5 tới tháng 9, ngồi ra cịn có vụ chanh chiêm vào tháng 1 và tháng 2
Cam sành (Citrus sinensis, Citrus nobilis) được trồng phổ biến trên toàn cầu, được
Trang 19Trang 4
Trái bưởi, chanh, cam được phân loại khoa học như Bảng 2.1 bên dưới: [14]
Bảng 2 1 Phân loại khoa học của bưởi, cam chanh
Tên khoa học Citrus grandis Citrus latifolia Citrus nobilis
Giới (regnum) Plantae Plantae Plantae
Ngành (division) Mangolliphyta Mangolliphyta Mangolliphyta
Lớp (class) Mangoliopsida Mangoliopsida Mangoliopsida
Bộ (ordo) Sapindales Sapindales Sapindales
Họ (familia) Rutaceae Rutaceae Rutaceae
Chi (genus) Citrus Citrus Citrus
Loài (species) Citrus grandis Citrus latifolia Citrus nobilis
2.1.2 Đặc điểm thực vật
➢ Bưởi
Trang 20Trang 5
Hình 2 1 Cây bưởi và trái bưởi
Hiện nay có nhiều giống bưởi khác nhau được canh tác và khai thác ở Việt Nam, các giống bưởi phổ biến bao gồm:
- Bưởi năm roi (Citrus maxima (Burm) Merr): trái bưởi có hình dạng quả lê, khi
chín tâm quả rỗng và vỏ quả có màu vàng, trên vỏ có các tuyến tinh dầu phình to làm bề mặt vỏ quả nhám Vỏ quả dày từ 2,0 – 2,5 cm Lớp vỏ trong có màu trắng, có mùi thơm, tép màu vàng nhạt, bó chặt, dễ tách khỏi vách múi và nhiều nước, thịt quả mềm, vị ngọt và hơi chua thanh (độ brix 9 - 11%), tỷ lệ thịt quả từ 60% đến lớn hơn 60%, thường có ít hạt đến khơng hạt Trọng lượng quả từ 1,2 – 1,4 kg Giống bưởi này cho năng suất cao từ 280 – 300 trái/cây/năm (cây lớn hơn 10 năm tuổi)
- Bưởi Da xanh: trái thuộc loại khá to, có trọng lượng 1,6 – 2,0 kg, dạng quả hình cầu, khi chín vỏ màu xanh nhưng đôi khi ngả sang màu xanh hơi vàng, tâm quả rỗng, vỏ quả dày khoảng 17 mm, vỏ thường mỏng hơn khi cây cho quả ổn định, lớp vỏ trong có màu hồng Quả có 13 – 14 múi, tróc khỏi vách múi tốt, tỷ lệ thịt quả lớn hơn 60%, hương vị ngọt, độ brix 9,7 – 10,4%, pH= 4,62, bưởi có vị ngọt thanh, khơng có vị chua nhiều
- Bưởi Đoan Hùng: là giống bưởi ngọt được trồng lâu đời ở Đoan Hùng - Phú Thọ Cây sinh trưởng khoẻ, cao trung bình 4 - 5 m; đường kính tán trung bình 4 - 6m; lá xanh vàng Ra hoa tháng 2 - 3, quả chín vào tháng 10 - 11 Quả trịn, khối lượng trung bình 0,8 – 1,2 kg/quả Vỏ quả mỏng khi chín có màu vàng, tép quả màu hung vàng, ăn có vị ngọt, thơm mát
Trang 21Trang 6
m Ra hoa tháng 2 – 3, quả chín vào tháng 9 – 10 Quả hình cầu hơi dẹt, trọng lượng trung bình 1,0 – 1,5 kg/quả Vỏ quả mỏng, khi chín có màu vàng, tép quả màu hung vàng, khơ, ăn có vị ngọt, thơm mát Màu sắc thịt trái và tép múi màu phớt hồng, vách múi giòn dễ tách rời, vị ngọt hơi chua Độ brix 12-14%
- Bưởi Tân Triều: hay còn được gọi là bưởi đường lá cam, loại bưởi này có quả to và đẹp, dạng quả lê khi chín có màu xanh vàng Bưởi có hương thơm dịu như mùi ổi chín và khi ăn có vị hơi chua ngọt đặc trưng của giống bưởi này
➢ Chanh
Cây chanh cao từ 0,5 – 3,0 m, thường mọc xòe, tán rộng, thân cành có gai Lá chanh màu xanh đậm, dày, cứng, thn nhọn ở hai đầu và có mùi thơm đặc biệt Hoa chanh nhỏ, có màu trắng và mọc đơn độc ở kẽ lá Trái chanh có hình cầu hoặc hình cầu hơi dẹt, thường có nhiều hạt, vỏ mỏng nhẵn hay sần sùi, chanh có mùi thơm đặc trưng, khi chín có màu vàng Trái chanh có vị chua, tính mát thường được dùng làm gia vị hoặc nước giải khát
Trái chanh (lime) thường có hình cầu, đường kính dao động từ 3 – 6 cm Trái chanh khi cịn non có màu xanh đậm, khi chín chuyển sang màu hơi vàng, vỏ mỏng, với nhiều múi và hạt Nước chanh có vị chua với hàm lượng acid cao cùng mùi thơm nồng dễ chịu
Hình 2 2 Cây chanh và trái chanh
Trang 22Trang 7
- Chanh không hạt (Citrus latifolia): trái chanh có vỏ xanh bóng, khơng có hạt,
nhiều nước, nước chanh ít chua, vị thanh, khơng có vị đắng như chanh giấy Trái chanh có đường kính khoảng 3 – 5 cm và khối lượng trái trung bình từ 50 – 100g
- Chanh giấy (Citrus aurantifolia): trái hình cầu, đường kính từ 3,5 – 4,0 cm, vỏ
mỏng, có nhiều hạt, chanh cho nhiều nước và có mùi vị nồng, chua hơn những loại khác Trái chanh nặng trung bình 40 g
- Chanh núm (Citrus limonia): Trái chanh có hình trái xoan, vỏ dày màu xanh đậm
và hơi sần Kích thước trái từ 4,0 – 4,8 cm và có khối lượng trung bình từ 45 – 50 g
- Chanh Thái (Kaffir lime): còn gọi là chanh chúc hoặc chanh trúc, trái hơi bầu, vỏ
chanh dày, có nếp nhăn, nhiều nước và nước chanh có vị chua the đặc trưng, mùi thơm giữ được rất lâu
➢ Cam
Cây cam là các cây bụi lớn hay cây thân gỗ nhỏ, cao tới 5 – 15 m tùy loại, với thân cây có gai và các lá thường mọc so le Hoa mọc đơn hay thành nhiều hoa nhỏ, mỗi hoa có đường kính 2 – 4 cm với 5 cánh hoa màu trắng và rất nhiều nhị hoa
Trái cam là loại quả có múi, trái hình cầu và hơi dẹp hai đầu, chiều dài 4 – 30 cm và đường kính 4 – 20 cm Vỏ ngoài cam sần sùi, dày 3 – 5 mm, bên trong quả khi bóc lớp vỏ và cùi sẽ thấy lớp vỏ mỏng, dai, màu trắng bao quanh các múi bên trong chứa nhiều tép mọng nước Trái cam có đặc điểm mang màu xanh sậm đến khi chín thì ngả màu vàng, dáng tròn dẹt, hương vị chua ngọt, thịt trái nhiều nước
Hình 2 3 Cây cam và trái cam
Trang 23Trang 8
- Cam sành Hà Giang: Trái cam sành có vỏ sần sùi, dày; vỏ quả màu xanh và khi chín vỏ chuyển màu vàng, quả trịn Giống cam này có mùi thơm nhẹ, vị ngọt, tép cam mọng nước màu vàng, nhiều múi
- Cam Cao Phong: Loại cam này có vỏ mỏng, có mùi thơm nhẹ, đặc biệt vị ngọt mát cứ không khé như những loại khác
- Cam Vinh: Đặc trưng của cam Vinh là vỏ rất mỏng, tép bên trong có màu vàng nhạt, khi ăn, trái có vị ngọt thanh, cũng có quả có vị chua nhẹ
- Cam Xồn: Cam Xồn có hình trịn, vỏ mỏng màu vàng nhạt, có những vịng xốy như đồng tiền, ruột vàng, ăn có vị ngọt đậm, thanh mát, mùi thơm nhẹ
2.1.3 Cấu tạo
Cấu tạo trái thuộc chi Citrus bao gồm múi (pulp), hạt (seed), trụ (central wall) và
vỏ (peel) Vỏ bao gồm lớp biểu bì (epidermis), lớp vỏ ngoài (flavedo), lớp vỏ trong
(albedo) và lớp vỏ màng (segment wall) (Hình 2.4) Bên trong lớp vỏ ngồi flavedo có
chứa các tuyến dầu và các bó mạch chạy qua tồn bộ lớp vỏ Tùy thuộc vào loài hoặc giống cây trồng, tỷ lệ của các mơ riêng lẻ của quả có thể khác nhau [15]
Hình 2 4 Cấu tạo trái chi Citrus (Theo Sawamura [16])
Trang 24Trang 9
ngoài chứa các túi tinh dầu và lớp biểu bì ngồi cùng Lớp vỏ trắng xốp albedo chứa lượng lớn chất xơ, đặc biệt là pectin, chiếm khoảng 20% Trái lại, lớp vỏ xanh flavedo chủ yếu chứa tinh dầu và flavonoid, là các thành phần có hoạt tính sinh học Lượng tinh dầu chứa tại đây chiếm khoảng 1,0 – 1,7% tổng khối lượng quả tươi Tinh dầu vỏ trái
cây chi Citrus bao gồm nhiều thành phần dễ bay hơi, được phân thành một số nhóm
chính như terpenoid, aldehyde, các alcohol mạch thẳng, ester, ketone và acid Các nhóm trên chiếm khoảng 93% – 99% tổng lượng tinh dầu, và có thể bao gồm 130 thành phần
khác nhau Flavonoid cũng là một thành phần quan trọng của vỏ trái cây chi Citrus, và
thường được chia thành nhóm nhỏ gồm flavanone, flavanone glycoside, flavone, flavone glycoside, và flavanol [17] [18] Lớp bao bọc bên ngồi quả là lớp biểu bì, bao gồm một lớp tế bào hình đa giác bao phủ tồn bộ bề mặt Thành tế bào bên ngoài của lớp này chủ yếu được hình thành từ lớp cutin và một phần được bao phủ bởi chất sáp Lớp sáp và lớp cutin hóa giúp trái khơng bị mất nước quá nhiều [19]
2.2 Tổng quan về tinh dầu vỏ bưởi, chanh, cam 2.2.1 Thành phần hoá học tinh dầu
Lớp vỏ ngoài flavedo của trái cây chi Citrus chứa rất nhiều tuyến tinh dầu, tinh
dầu từ vỏ có chứa hơn 50 các hợp chất tạo mùi và hơn 60 các hợp chất bay hơi [20] Các cấu tử dễ bay hơi của tinh dầu vỏ quả là nguồn gốc chính của mùi hương và các tính chất chức năng của nó Thành phần hóa học của tinh dầu trong vỏ quả được xác định bao gồm monoterpene hydrocarbon, sesquiterpene hydrocarbon, alcohol, aldehyde, ketone và ester [21] [22] Trong đó, thành phần chủ yếu của tinh dầu vỏ quả là nhóm các hợp chất limonene, α-pinene, sabinene, β-pinene, myrcene, α-terpinene, terpinolene, γ-terpinene và linalool với tổng phần trăm vào khoảng 85,9 – 96,5%, với limonene được cho là chiếm tỷ lệ cao nhất [21] [23]
Tuy nhiên tỉ lệ các hợp chất có trong tinh dầu cịn thay đổi phụ thuộc tùy vào từng loại nguyên liệu khác nhau, theo nghiên cứu của Yan Li cùng cộng sự (2022) trên các
loại tinh dầu chi Citrus bao gồm bưởi, cam ngọt, cam bergamot, chanh thu hoạch tại
Trang 25Trang 10
[24] Bảng 2.2 bên dưới thể hiện chi tiết thành phần hóa học có trong tinh dầu bưởi, cam
ngọt, cam bergamot và chanh trong nghiên cứu này
Trang 26Trang 11
“-” không phát hiện GEO: tinh dầu bưởi, SEO: tinh dầu cam ngọt, BEO: tinh dầu cam bergamot, LEO: tinh dầu chanh, DLEO: tinh dầu d-limonene
Trang 27Trang 12
Bảng 2 3 Thành phần hóa học trong tinh dầu vỏ bưởi của một số giống bưởi tại Việt Nam [23]
RIa: Identification based on Retention Index
Trang 28Trang 13
Bảng 2 4 Thành phần hóa học trong tinh dầu vỏ bưởi thu hoạch tại Trung Quốc [21]
Nhìn chung, thành phần tinh dầu từ vỏ chi Citrus thu nhận được tại các khu vực
địa lí khác nhau về điều kiện thời tiết, trồng trọt và chăm sóc thì sẽ có thành phần hóa học thay đổi khác nhau Nhưng thành phần chủ yếu trong tinh dầu vẫn là terpene, cụ thể hơn là monoterpene với hợp chất limonene chiếm tỉ lệ phần trăm cao nhất, tiếp sau đó
là myrcene, và một số hợp chất khác Hình 2.5 bên dưới mơ tả cấu trúc hóa học của một số hợp chất thường gặp trong tinh dầu chi Citrus
Trang 29Trang 14
2.2.2 Các phương pháp chiết xuất tinh dầu
Hiện nay có rất nhiều phương pháp chiết xuất thu nhận tinh dầu từ vỏ quả chi
Citrus, bao gồm:
➢ Phương pháp ép lạnh (Cold pressing)
Đây là phương pháp thường được sử dụng cho các nguồn nguyên liệu có chứa tinh dầu trong các túi tinh dầu, hàm lượng tinh dầu cao, dễ bị ép bể Khi sử dụng phương pháp này phải sử dụng nguyên liệu tươi, vì khi đó tế bào ở cạnh túi tinh dầu cịn căng nên khi ép túi tinh dầu sẽ vỡ ra và tinh dầu dễ thốt ra ngồi
Ưu điểm: Phương pháp này cho ra tinh dầu nguyên chất và thiết bị đơn giản Nhược điểm: Phương pháp này lẫn màu và mùi của nguyên liệu (phần không phải
tinh dầu) Khơng thích hợp cho các nguồn ngun liệu khơng đảm bảo an tồn vì tồn bộ các chất hóa học tan trong dầu cũng sẽ ở trong tinh dầu thu nhận
➢ Phương pháp chưng cất trực tiếp (hydrodistillation)
Nguyên lý cơ bản của phương pháp này là hỗn hợp nhiều cấu tử không tan lẫn vào nhau thì có nhiệt độ sơi thấp hơn nhiệt độ sơi của các cấu tử thành phần
Nguyên liệu và nước cùng cho vào một thiết bị Khi đun sôi, hơi nước bay ra sẽ cuốn theo tinh dầu, ngưng tụ hơi bay ra sẽ thu được hỗn hợp gồm nước và tinh dầu, hai thành phần này không tan vào nhau và tinh dầu nhẹ hơn nước nên dễ dàng tách ra khỏi hỗn hợp bằng phương pháp chiết
Ưu điểm: Quy trình kỹ thuật tương đối đơn giản Thiết bị gọn, dễ chế tạo Khơng
địi hỏi vật liệu phụ như các phương pháp tẩm trích, hấp thụ Thời gian tương đối nhanh
Nhược điểm: Khơng có lợi đối với những nguyên liệu có hàm lượng tinh dầu thấp
Chất lượng tinh dầu có thể bị ảnh hưởng nếu trong tinh dầu có những cấu tử dễ bị phân
hủy Trong nước sau chưng cất ln ln có một lượng tinh dầu tương đối lớn Những tinh dầu có nhiệt độ sơi cao thường cho hiệu suất rất kém Khó điều chỉnh các thơng số kỹ thuật như tốc độ và nhiệt độ chưng cất
➢ Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước (steam distillation)
Trang 30Trang 15
nguyên liệu lôi cuốn theo tinh dầu và chuyển sang bộ phận làm lạnh để ngưng tụ thành dạng lỏng
Ưu điểm: Dễ dàng thực hiện Thiết bị dễ chế tạo và vận hành đơn giản, giá thành
rẻ Có thể sử dụng nhiều loại nguồn nhiệt khác nhau như điện, đốt củi, than, một cách trực tiếp hoặc gián tiếp
Nhược điểm: Khơng thích hợp cho một số loại tinh dầu có thành phần dễ phân hủy
ở nhiệt độ cao Tiêu tốn rất nhiều năng lượng cho q trình hóa hơi nước Thời gian chưng cất thường khá lâu
➢ Phương pháp chưng cất bằng vi sóng (microwave distillation)
Đây là phương pháp chưng cất tinh dầu giống với các phương pháp trên, điểm khác biệt là nguồn cung cấp năng lượng là dạng vi sóng Dưới tác dụng của vi sóng, nước trong các tế bào thực vật bị nóng lên, áp suất bên trong tăng đột ngột làm các mô chứa tinh dầu bị vỡ ra Tinh dầu thốt ra bên ngồi, bị hơi nước lơi cuốn sang hệ thống ngưng tụ Trong phương pháp này, nước bị tác dụng nhanh chóng, các cấu tử phân cực (hợp chất có chứa oxygen) hiện diện trong tinh dầu cũng bị ảnh hưởng bởi vi sóng Ngược lại các cấu tử hydrocarbon ít chịu ảnh hưởng của vi sóng (do chúng có độ phân cực kém) nên sự ly trích chúng gần giống trong phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước bình thường nhưng với vận tốc nhanh hơn rất nhiều vì nước được đun nóng nhanh bởi vi
sóng
Ưu điểm: Hiệu suất thu tinh dầu cao trong thời gian ngắn Tiết kiệm năng lượng Nhược điểm: Chi phí thiết bị cao
➢ Phương pháp trích ly CO2 siêu tới hạn (carbon dioxide supercritical extraction)
Trang 31Trang 16
giảm áp suất thấp hơn áp suất tới hạn thì CO2 chuyển sang dạng khí và thốt ra ngồi
cịn sản phẩm được tháo ra ở bình chứa [25]
Ưu điểm: Thành phần các hợp chất trong tinh dầu khơng bị biến tính Dễ dàng tách
tinh dầu ra khỏi hỗn hợp
Nhược điểm: Hệ thống phức tạp, giá thành tinh dầu cao hơn rất nhiều so với các
loại tinh dầu được tách chiết bằng các phương pháp khác Các chất không mong muốn như sáp, chất béo cũng bị lôi cuốn theo bên cạnh việc lơi cuốn tinh dầu
2.2.3 Hoạt tính kháng oxy hóa của tinh dầu
Tinh dầu là một trong những sản phẩm quan trọng trong nhóm sản phẩm có nguồn
gốc từ các loại trái cây thuộc chi Citrus, đặc biệt tinh dầu từ vỏ Tinh dầu từ vỏ của
chúng là hỗn hợp của các cấu tử dễ bay hơi như terpene và các hợp chất chống oxy hóa
Tinh dầu chi Citrus thể thể hiện khả năng oxy hóa của chúng do hoạt động như một rào
cản vật lý để ngăn chặn việc tạo ra ROS (Reactive Oxygen Species) – các gốc OH, superoxide, hydrogen peroxide, hypochloride và peroxynitrite… Vào năm 2019, Mustafa Durmus và cộng sự, đã thực hiện nghiên cứu và khẳng định rằng tinh dầu vỏ
trái cây thuộc chi Citrus bao gồm, cam, quýt, bưởi, chanh có thể ứng dụng để ức chế
q trình oxy hóa chất béo ở cá hồi [26]
Wanying He và cộng sự (2019) thực hiện phân tích mẫu tinh dầu được chiết xuất
từ bưởi Guan Xi tại Trung Quốc đã cho thấy khả năng kháng oxy hóa của mẫu khảo sát
theo DPPH tại nồng độ 150 (mg/mL) là 68,13% và giá trị IC50 là 70,12 (mg/mL), thành phần chính trong mẫu khảo sát bao gồm limonene (55,92%), tiếp sau đó là β–myrcene (31,17%), β–pinene (3,16%), ocimene (1,42%) và β–copaene (1,24%) [27] Nghiên cứu
của Shahnawaz và cộng sự (2019) được tiến hành tại Ấn Độ trên mẫu bưởi (Citrus
paradisi) cũng cho thấy hoạt tính kháng oxy hóa của tinh dầu bưởi thông qua khả năng
Trang 32Trang 17
gồm myrcene, decanal, dodecanal, nonanal, sabinene, geranial, ostole, citronellol, shyobunol, neral [28]
Theo đó, Shahid Mahmud cùng các cộng sự của mình (2009) cũng đã tiến hành nghiên cứu về các cấu tử bay hơi cũng như hoạt tính kháng oxy hóa của tinh dầu vỏ chanh Thành phần các hợp chất bay hơi trong tinh dầu được phân tích bởi GC-MS bao gồm o-cymene (16,62%), α-cedrene (10,57%), bisabolene (5,066%) và β-humelene (4,135%), citronellyl acetate (2,371%), linalool acetate (2,371%),… Hoạt tính kháng oxy hóa của tinh dầu vỏ chanh được đo bằng phương pháp DPPH Kết quả cho thấy nó có thể khử gốc DPPHthành DPPH có màu vàng, đạt 91,7% Khi so sánh với acid ascorbic (vitamin C), tinh dầu vỏ chanh có khả năng kháng oxy hóa mạnh tương đương [29] Ở một nghiên cứu khác năm 2017, Amwaj Mohammed cùng các cộng sự đã nghiên cứu về hoạt tính kháng oxy hóa của tinh dầu vỏ chanh từ các vùng khác nhau theo phương pháp DPPH Kết quả chỉ ra rằng tất cả các mẫu tinh dầu đều có hoạt tính kháng oxy hóa tốt với giá trị IC50 đạt 41,02 – 41,62 (μg/mL) và acid ascorbic (vitamin C) đạt
14,01 (μg/mL) tại cùng một nồng độ (5 – 50 μg/mL) [30]
2.3 Hệ nhũ tương nano
2.3.1 Chất nhũ hóa
Chất nhũ hóa là một chất phụ gia được sử dụng làm giảm sức căng bề mặt tiếp xúc của các pha trong hệ, thường là pha dầu – pha nước, và từ đó duy trì được sự ổn định cấu trúc của hệ nhũ tương [31] Trong cấu trúc phân tử của chất nhũ hóa bao gồm 2 phần chính là phần kị nước và phần ưa nước:
- Phần kỵ nước, thường là acid béo chuỗi dài Phần kỵ nước của chất nhũ hóa hịa tan trong pha dầu
Trang 33Trang 18
Hình 2 6 Cấu tạo chất nhũ hóa
Chất nhũ hóa được sử dụng nhằm tạo sự ổn định của hệ keo phân tán trong pha liên tục bằng cách hình thành một bề mặt điện tích trên nó Đồng thời nó cịn làm giảm sức căng bề mặt của các giọt phân tán từ đó giảm được năng lượng hình thành các giọt trong hệ Chất nhũ hóa đa số là ester của acid béo và rượu Mức độ ưa béo hay ưa nước được đánh giá bằng chỉ số HLB (Hydrophilic-lipophilic balance), chỉ số này đại diện cho sự cân bằng của gốc ưa nước và gốc ưa béo trong phân tử chất nhũ hóa, giá trị thường nằm trong khoảng từ 1 đến 18 Nếu tỷ lệ gốc ưa béo so với gốc ưa nước cao thì HLB thấp, chất nhũ hóa này sẽ phù hợp với hệ nước trong dầu và ngược lại [32] Nghiên cứu này tập trung vào hệ nhũ tương nano dầu/nước (với tinh dầu là pha dầu phân tán trong pha nước), nên chất nhũ hóa phải có HLB khá cao Protein, phospholipid, muối natri và kali, hydrocolloid, alginate và este của acid béo polyoxyetylen (Tween), carboxy methyl cellulose và guar gum là những ví dụ về chất nhũ hóa có số HLB = 10 – 18, hịa tan ưu tiên trong nước và có xu hướng tạo nhũ tương dầu trong nước
Các chất nhũ hóa có các đặc tính cơ bản sau:
- Có khả năng làm giảm sức căng bề mặt tại bề mặt tiếp xúc giữa hai chất lỏng - Nếu có nhiều hơn hai chất lỏng khơng hịa tan thì chất hoạt động bề mặt làm
tăng diện tích tiếp xúc giữa hai chất lỏng đó
Trang 34Trang 19
- Các chất cao phân tử hòa tan được trong pha liên tục, để tăng cường độ nhớt của pha này hoặc để được hấp thụ vào bề mặt liên pha
- Đối với các chất khơng hịa tan và có mức độ phân chia rất nhỏ và có thể thấm ướt được bởi hai pha, khi được hấp thụ vào bề mặt liên pha sẽ tạo ra vật chắn chống lại hiện tượng hợp giọt
Nhìn chung, các chất nhũ hóa đóng vai trị then chốt trong việc giữ độ bền của nhũ tương nano thơng qua kích thước hạt, độ nhớt, sức căng bề mặt, điện tích hạt Vì thế, việc lựa chọn chất nhũ hóa sao cho phù hợp nhất để vi bao tinh dầu là một việc quan trọng và cấp thiết
Dựa vào tính chất của chất nhũ hóa, người ta chia chúng thành chất nhũ hóa điện hoạt và chất nhũ hóa ổn định [33]
➢ Chất nhũ hóa điện hoạt
Chất nhũ hóa điện hoạt có cấu tạo gồm đầu ưa nước là các nhóm phân cực như -OH, -CO-OH, SO3H, -NH… Đầu ưa dầu là các gốc hydrocacbon có thể là mạch thẳng, mạch vịng hoặc chứa nhân thơm Các gốc này càng dài thì khả năng nhũ hóa càng mạnh Nhóm chất nhũ hóa điện hoạt có 4 loại chính:
- Chất nhũ điện hoạt cation: Khi phân ly trong nước tạo thành cation Ví dụ như cetrimide, benzalkonium clorid… Nhóm này có tác dụng tạo nhũ tương dầu trong nước Thường được kết hợp với chất nhũ hóa khơng ion hóa tan trong dầu để tạo hệ nhũ tương
- Chất nhũ hóa điện hoạt anion: Khi phân ly trong nước tạo thành anion Ví dụ như natri laurylsulfat, natri cetostearyl sulfat… Nhóm này có tác dụng tạo nhũ tương dầu trong nước hoặc nước trong dầu
Trang 35Trang 20
- Chất nhũ hóa khơng ion hóa: Khi phân ly khơng tạo ra ion Nhóm chất nhũ hóa này có tác dụng tạo một lớp áo bao ngồi bề mặt phân cách từ đó ổn định trạng thái phân tán của hệ nhũ tương
Hình 2 7 Nhóm các chất nhũ hóa điện hoạt
➢ Chất nhũ hóa ổn định
Nhóm các chất nhũ hóa này bản chất là các đại phân tử, polyme thiên nhiên hoặc nhân tạo, có các đầu ưa nước và ưa dầu Ví dụ như gum arabic, gum xanthan, gum adragant… có tác dụng làm tăng độ nhớt pha ngoại, giúp hấp thụ các bề mặt phân tách pha Vì vậy giúp cân bằng tỷ trọng hai phá từ đó làm ổn định hệ nhũ hóa
Việc kết hợp sử dụng các chất nhũ hóa có đặc tính khác nhau có thể cải thiện được tính ổn định và độ bền của hệ nhũ tương nano tốt hơn Ví dụ, kết hợp chất nhũ hóa ưa dầu và chất nhũ hóa ưa nước có thể hỗ trợ làm tăng việc sản xuất các hạt nhỏ pha phân tán cả bằng cách áp dụng kỹ thuật tạo hệ nhũ tương bằng năng lượng thấp và năng lượng cao Bên cạnh đó, sử dụng một hệ thống các chất nhũ hóa hỗn hợp có thể làm tăng tính ổn định của hệ nhũ tương nano bằng cách làm chậm quá trình kết tụ hạt [34]
Trang 36Trang 21
➢ Chất nhũ hóa tổng hợp
Chất nhũ hóa tổng hợp được sử dụng rộng rãi trong cơng nghiệp nói chung và cơng nghiệp thực phẩm nói riêng từ nửa sau thế kỷ XX và cho thấy khả năng hiệu quả của mình khi có thể giữ các hệ nhũ bền lên đến 1 năm mà không bị tách lớp [35] Một số chất nhũ hóa tổng hợp thường được sử dụng trong ngành cơng nghệ thực phẩm có thể kể đến như tween 20 (Polyoxyethylene sorbitan monooleate), tween 60 (Polyoxyethylene sorbitan monostearate), tween 80 (Polyoxyethylene sorbitan monolaurate), span 20 (Sobitan monolaurate) Trong đó tween 80 đã được nghiên cứu và tìm hiểu nhiều hơn cả Tween 80 được biết đến với vai trò là chất nhũ hóa tổng hợp thuộc dạng nonionic, có giá trị HLB là 15,0, chỉ số xà phịng hóa là 45 – 55 [36] Khả năng nhũ hóa của tween 80 dựa trên đặc điểm về cấu tạo phân tử, phân tử tween 80 gồm hai phần: phần ưa nước là nhóm polyoxyethylenevà phần kỵ nước là nhóm oleic Đầu kỵ nước của tween 80 có liên kết đơi và độ khơng bão hòa thấp hơn so với các loại tween khác dẫn đến khả năng di chuyển tương đối nhanh trong nhũ tương giúp ngăn chặn quá trình keo tụ và phân tách do che phủ bề mặt phân cách tốt hơn so với các loại tween khác [37]
➢ Chất nhũ hóa tự nhiên
Chất nhũ hóa tự nhiên là các chất nhũ hóa có nguồn gốc từ động thực vật mà không trải qua các phản ứng tổng hợp [38] Các chất nhũ hóa tự nhiên được đánh giá cao vì chúng tương đối khơng độc hại và có thể phân hủy sinh học Trong những năm gần đây, các chất nhũ hóa tự nhiên càng được nhiều sự chú trọng trong khoa học và cơng nghiệp Một số chất nhũ hóa tự nhiên có thể kể đến hiện nay như: pectin, lecithin, arabic gum, gelatin…
Nghiên cứu này sử dụng tween 80 làm chất nhũ hóa cho hệ nhũ tương nano
Tween 80 được cấu tạo từ acid oleic và sorbitan polyethoxyl như Hình 2.8 Trong đó,
Trang 37Trang 22
kích ứng và dễ hình thành nhũ tương nano bằng cả phương pháp tạo nhũ bằng năng lượng cao và năng lượng thấp, các chất hoạt động bề mặt không ion thường được sử dụng để tạo nhũ tương nano
Hình 2 8 Cơng thức cấu tạo Tween 80
2.3.2 Hệ nhũ tương nano
Nhũ tương là một hệ gồm hai chất lỏng khơng hịa tan nhưng được trộn lẫn với nhau Trong đó, một chất lỏng sẽ tồn tại dưới dạng giọt nhỏ hay còn gọi là “hạt phân tán” (pha không liên tục, pha phân tán hoặc pha nội) trong cùng một hệ, chất lỏng còn lại được gọi là pha liên tục (pha không phân tán hay pha ngoại) Hệ nhũ tương là hệ không bền nhiệt động, nó rất dễ bị tách pha bởi các nguyên nhân sau:
- Sự nổi lên hoặc lắng xuống của các giọt dưới ảnh hưởng của trọng lực, khối lượng riêng của giọt nào nặng hơn sẽ có xu hướng chìm xuống
- Sự kết tụ của các giọt giảm đột ngột các điện tích nên kéo theo làm giảm các lực đẩy tĩnh điện giữa các giọt, thường xảy ra khi thay đổi pH và lực ion Sự kết tụ làm tăng kích thước bên ngồi của các giọt, do dó làm tăng tốc độ phân lớp - Sự hợp giọt một cách tự phát sẽ làm tăng dần kích thước các giọt và cuối cùng
dẫn đến phân chia thành hai lớp ngăn cách nhau bằng bề mặt phân chia phẳng, điện tích lúc này sẽ cực tiểu
- Sự xa lắng, sự kết tụ và các va chạm do chuyển động Brown hoặc chuyển động khuấy khác sẽ làm cho các giọt gần lại nhau
Trang 38Trang 23
một pha duy nhất bằng chất nhũ hóa Kích thước giọt của nhũ tương nano thường nằm trong khoảng 20 – 200 nm [40] Sự khác biệt chính giữa nhũ tương và nhũ tương nano nằm ở kích thước và hình dạng của các hạt phân tán trong pha liên tục Vì kích thước giọt nhỏ nên trọng lực tác động lên các giọt phân tán thường thấp Từ đó hệ nhũ tương nano thường chậm bị tách pha hơn hệ nhũ tương truyền thống Với sự cân bằng lực, hệ nhũ tương nano có thể bảo quản trong thời gian dài Hệ nhũ tương nano phù hợp cho quá trình thẩm thấu nhanh các chất có hoạt tính vì kích thước giọt nhỏ và diện tích bề mặt tiếp xúc lớn của pha phân tán [41]
Thông thường để tạo thành hệ nhũ tương nano thường cần năng lượng lớn và nồng độ chất nhũ hóa cao hơn nhũ tương thơng thường để giúp phân tán được giọt nhũ với đường kính nhỏ đồng nhất và ổn định hệ theo thời gian Có hai nhóm phương pháp để tạo thành hệ nhũ nano: nhóm phương pháp năng lượng cao (áp suất cao, siêu âm cường độ cao, đồng hoá cơ tốc độ cao…) và nhóm phương pháp năng lượng thấp (tạo nhũ ngẫu nhiên, chuyển pha do nhiệt độ, đảo pha do thay đổi tỷ lệ pha…)
2.3.3 Chất ức chế quá trình Ostwald ripening
Q trình Ostwald ripening là ngun nhân chính làm cho hệ nhũ tương tinh dầu hoặc nhũ tương nano trở nên khơng ổn định do khả năng hịa tan trong nước tương đối cao của tinh dầu, gây ra sự vận chuyển khối lượng của pha phân tán từ giọt này sang giọt khác Theo các nghiên cứu trước đó, q trình Ostwald ripening có thể được giảm tốc độ hoặc bị ngăn chặn bằng cách thêm các loại dầu cực kỳ kỵ nước như triacylglycerol chuỗi trung bình (MCT) và triacylglycerol chuỗi dài (LCT) vào pha tinh dầu trước khi đồng hóa hỗn hợp dung dịch
Hình 2 9 Mơ phỏng q trình Ostwald ripening
Trang 39Trang 24
các giọt nhỏ ở phạm vi kích thước nano [42] Ryu cùng cộng sự (2018) đã nghiên cứu ảnh hưởng của các loại chất ức chế q trình Ostwald ripening (dầu ngơ, dầu cọ, dầu dừa và dầu hạt cải) để đánh giá tính ổn định của hệ nhũ tương, sự hình thành và hoạt tính kháng khuẩn của nhũ tương tinh dầu cỏ xạ hương Nồng độ thích hợp của các chất ức chế quá trình Ostwald ripening được xác định là khoảng 40% pha dầu, trong khi hoạt tính kháng khuẩn tốt hơn được quan sát thấy trong hệ nhũ tương nano ổn định với các giọt dầu nhỏ (d<70 nm) sau khi bảo quản [43]
Theo nghiên cứu của Tubtimsri và cộng sự (2021) trên hệ nhũ tương nano tinh dầu bạc hà, với tỷ lệ dầu bạc hà và dầu dừa nguyên chất là 80:20 cho ra hệ nhũ tương nano có kích thước giọt nhỏ nhất, các giọt dầu hình cầu có kích thước khoảng 50 nm và phân bố kích thước đồng đều Hơn nữa, các giọt dầu có bề mặt nhẵn và khơng kết tụ, cho thấy khả năng chống quá trình Ostwald ripening khá cao [44] Qua đó ta thấy, việc bổ sung dầu dừa vào pha dầu cùng với tinh dầu có thể là một chất ức chế quá trình Ostwald ripening phù hợp để hỗ trợ ổn định nhũ tương nano Tuy nhiên, việc tăng lượng chất ức chế quá trình Ostwald ripening trong pha dầu nhìn chung có khả năng làm giảm hiệu quả kháng khuẩn của nhũ tương nano
2.3.4 Đặc tính hệ nhũ tương nano
Đặc tính của hệ nhũ tương nano tinh dầu được đánh giá hiệu quả qua những thơng số như kích thước hạt, hệ số phân tán (PDI) và điện thế zeta
➢ Kích thước hạt và hệ số phân tán PDI
Kích thước hạt trung bình của nhũ tương nano là một thơng số quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến tính ổn định, khả dụng sinh học và các đặc tính cảm quan của hệ nhũ tương Kích thước càng nhỏ thì diện tích bề mặt tiếp xúc sẽ càng lớn, chúng sẽ tăng cường khả năng hấp thụ và cải thiện độ ổn định bằng cách giảm khả năng tách pha và keo tụ Ngoài ra, các giọt nhỏ có thể tạo ra các mẫu trong suốt, chúng phù hợp với các ứng dụng yêu cầu độ trong suốt của sản phẩm như trong các sản phẩm thực phẩm [45]
Trang 40Trang 25
bố kích thước giọt Hệ số phân tán cũng được tính bằng phương pháp tích lũy Giá trị PDI dưới 10% phản ánh mẫu đơn phân tán và chỉ ra rằng tất cả các hạt được đo có kích thước gần như giống nhau Tuy nhiên, chỉ số PDI không cung cấp bất kỳ thơng tin nào về hình dạng của phân bố kích thước hoặc tỷ lệ giữa các kích thước hạt [46]
Phương pháp tán xạ ánh sáng động (DLS) là một phương pháp khá phổ biến dùng để xác định kích thước hạt ở phạm vi nanomet Phương pháp DLS dựa trên nguyên tắc của chuyển động Brownian của các hạt phân tán Khi các hạt phân tán chuyển động trong chất lỏng, chúng sẽ chuyển động ngẫu nhiên theo nhiều hướng, liên tục va chạm vào các phân tử dung môi, tạo ra những năng lượng nhất định và gây ra những chuyển động của hạt Năng lượng truyền đi sẽ có tác động lớn hơn đối với các hạt có kích thước nhỏ hơn, do đó các hạt có kích thước nhỏ hơn sẽ chuyển động nhanh hơn các hạt có kích thước lớn hơn Khi biết rõ các thơng số ảnh hưởng đến tốc độ chuyển động của hạt ta có thể xác định được kích thước của hạt thơng qua việc đo tốc độ di chuyển của hạt đó
Mối quan hệ giữa kích thước hạt với tốc độ chuyển động của hạt được quy định bằng phương trình Stokes - Einstein Điều kiện để áp dụng phương trình Stokes - Einstein là các hạt phân tán phải tuân theo chuyển động Brownian
BHk TD6 R=Trong đó:
D là hệ số khuếch tán tịnh tiến (m2/s) - “tốc độ của hạt” kB là hằng số Boltzmann (m2 kg/K.s2)
T là nhiệt độ (K) 𝜂 là độ nhớt (Pa.s)
RH là bán kính thủy động lực học (m)