Luận văn thạc sĩ Công nghệ thực phẩm: Khảo sát thành phần hóa học tinh dầu chi citrus và tạo hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi

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

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2023

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN 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)

KỸ THUẬT HÓA HỌC

ĐẠI 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

PGS TS Nguyễn Thị Lan Phi GS TS Lê Văn Việt Mẫn

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, em xin chân thành bày tỏ lời cảm ơn đến Quý Thầy Cô 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 hoàn thành luận văn Em xin gửi lời chúc sức khoẻ, hạnh phúc và thành đạt đến quý thầy cô, 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 không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô để em có thể hoàn thiện hơn

TP HCM, ngày 26 tháng 06 năm 2023

HỌC VIÊN CAO HỌC

Nguyễn Phạm Quỳnh Trâm

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

Kết quả phân tích thành phần hóa học của hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi cũng có các thành phần hóa học chính tương tự như của tinh dầu bưởi nguyên chất như limonene (64,20%), γ-terpinene (20,54%), sabinene (5,04%) Khả năng kháng oxy hóa của mẫu nhũ tương nano tinh dầu bưởi được xác định bằng phương pháp DPPH thông qua giá trị IC50 là 27,63 ± 0,27 mg/mL Điều này cho thấy hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi thể hiện khả năng kháng oxy hóa khá tốt

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

The chemical composition of the grapefruit EO nanoemulsion also has the same main chemical components as grapefruit EO such as limonene (64,20%), γ-terpinene (20,54%), sabinene (5,04%) The antioxidant capacity of grapefruit EO nanoemulsion according to DPPH was also determined by IC50 value (27,63 ± 0,27 mg/mL), showing that grapefruit EO nanoemulsion exhibits quite good antioxidant capacity

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các công 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

Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về các công việc đã thực hiện của mình

TP HCM, ngày 26 tháng 06 năm 2023

HỌC VIÊN CAO HỌC

Nguyễn Phạm Quỳnh Trâm

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

2.4 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

3.1 Nguyên liệu 33

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

4.2 Kết quả xác định thành phần hóa học của tinh dầu 47

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

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 Công thức cấu tạo Tween 80 22

Hình 2 9 Mô 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

Hình 4 9 Đồ thị thể hiện kích thước hạt của hệ nhũ tương nano tinh dầu bưởi ở các tỉ lệ chất nhũ hóa khác nhau 65

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 lôi 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

Hình C 9 Máy khuấy từ gia nhiệt IKA RH basic 2 104

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 Công thức các thí nghiệm khảo sát tỷ lệ tinh dầu : dầu dừa 40

Bảng 3 6 Công 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

Bảng B 6 Ảnh hưởng của hàm lượng chất nhũ hóa : pha tổng đến kích thước hạt của hệ nhũ tương nano tinh dầu 100

Bảng B 7 Ảnh hưởng của hàm lượng chất nhũ hóa : pha tổng đến hệ số phân tán PDI của hệ nhũ tương nano tinh dầu 100 Bảng B 8 Ảnh hưởng của hàm lượng chất nhũ hóa : pha tổng đến điện thế zeta của hệ nhũ tương nano tinh dầu 100 Bảng B 9 Giá trị IC50 của mẫu tinh dầu bưởi nguyên chất và mẫu nhũ tương nano tinh dầu bưởi 101

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

ROS – Reactive oxygen species, Chuỗi oxy hoạt động

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 công 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 lôi 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

Mặc dù tinh dầu có nhiều ưu điểm như khả năng kháng khuẩn, khả năng kháng oxy hóa, chất bảo quản tự nhiên… nhưng phạm vi ứng dụng của tinh dầu trong lĩnh vực thực phẩm chưa thực sự rộng rãi do các hạn chế như khả năng hòa tan trong môi trường nước kém, tính ổn định thấp đối với các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm và đặc tính dễ bay hơi của chúng [5] Do đó, người ta đã nghiên cứu và chỉ ra rằng việc bao bọc

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 môi 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 quá 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, tôi thực hiện đề tài “Khảo sát thành phần hóa học tinh dầu

phân tích để chọn ra loại tinh dầu có khả năng kháng oxy hóa cao nhất trong 3 loại tinh dầu bưởi, chanh, cam và tiến hành khảo sát quá trình tạo hệ nano nhũ tương tinh dầu Nghiên cứu này sẽ khảo sát sự ảnh hưởng của tỉ lệ tinh dầu trong pha dầu và tỉ lệ chất nhũ hóa trong pha tổng đến sự hình thành hệ nhũ tương nano tinh dầu Qua đó, các đặc điểm của hệ nhũ tương nano như kích thước hạt, chỉ số phân tán (PDI), điện thế zeta, sẽ được kiểm tra Ngoài ra, thành phần hóa học, hoạt tính kháng oxy hóa theo DPPH và hiệu suất vi bao của hệ nhũ tương nano tinh dầu cũng được xác định

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, ngoài ra còn có vụ chanh chiêm vào tháng 1 và tháng 2

Cam sành (Citrus sinensis, Citrus nobilis) được trồng phổ biến trên toàn cầu, được

coi là loại trái cây được sản xuất và tiêu thụ nhiều nhất, đặc biệt là để lấy nước ép và tinh dầu [13] Ở Việt Nam, cam sành phân bố rộng khắp Việt Nam từ các tỉnh miền Bắc đến các tỉnh khu vực phía Nam Nhìn chung, cam sành thích hợp với đất phù sa cổ màu mỡ, khí hậu nhiệt đới nóng ẩm như đồng bằng sông Cửu Long, tại đây một số vùng chuyên canh cam sành như: Tam Bình, Trà Ôn (Vĩnh Long), Cái Bè, Châu Thành, Chợ Gạo (Tiền Giang), Mỹ Khánh, Ô Môn (Cần Thơ),… Tại các tỉnh phía Bắc thì Hà Giang - Tuyên Quang - Yên Bái là vùng trồng cam trọng điểm

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

Ngành (division) Mangolliphyta Mangolliphyta Mangolliphyta

Lớp (class) Mangoliopsida Mangoliopsida Mangoliopsida

Loài (species) Citrus grandis Citrus latifolia Citrus nobilis

2.1.2 Đặc điểm thực vật

➢ Bưởi

Bưởi là loài cây to có múi, cây bưởi có thể cao từ 5 – 15 m ở giai đoạn trưởng thành tùy theo từng loại bưởi khác nhau Bưởi là cây thân gỗ, thân cây dày từ 4 – 12 cm, các nhánh cây thấp, không đều, trên cành cây và thân cây thường có gai dài, nhọn Lá cây mọc so le và có gân hình mang, lá dạng hình trứng thuôn dài hoặc dạng elip, chiều dài dao động từ 5 – 20 cm, rộng khoảng 4,5 – 5,5 cm; lá màu xanh sẫm, bóng ở trên, xỉn màu và có ít lông ở dưới, cuống lá có cánh rộng hoặc đôi khi gần như không có cánh Hoa bưởi mọc đơn lẻ hoặc thành chùm từ 2 – 10 bông, hoa bưởi có hương thơm nhẹ rất dễ chịu, hoa bưởi nhỏ và có màu trắng vàng Quả có dạng từ gần tròn đến hình quả lê, rộng từ 10 – 30 cm thường nặng từ 0,5 – 2,0 kg; vỏ dày, lớp vỏ trong có thể dày đến 2 cm, màu sắc của vỏ có thể thay đổi từ xanh lá cây sang vàng tùy giống Phần cùi bưởi bên trong được chia ra thành nhiều múi khác nhau, có thể rất mọng nước hoặc khá khô; hương vị thay đổi từ nhạt, ngọt nhẹ đến hơi chua tùy loại Tùy giống bưởi mà sẽ có thể có nhiều hay ít hạt Giống như các loại cây ăn quả khác, vòng đời cây bưởi đều trải qua ba giai đoạn: giai đoạn cây con (giai đoạn kiến thiết), giai đoạn ra hoa kết quả (giai đoạn kinh doanh) và cuối cùng là thời kỳ già cỗi

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 không 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, không 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 tròn, 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

- Bưởi Phúc Trạch: là giống bưởi được trồng lâu đời ở huyện Hương Khê - Hà

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, khô, 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, thuôn 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 còn 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

Chanh hiện nay có nhiều giống từ giống nguyên bản đến chanh lai, các giống chanh phổ biến ở Việt Nam bao gồm:

- Chanh không hạt (Citrus latifolia): trái chanh có vỏ xanh bóng, không có hạt,

nhiều nước, nước chanh ít chua, vị thanh, không 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

Ở Việt Nam hiện nay có nhiều giống cam khác nhau được canh tác và khai thác

- Cam sành Hà Giang: Trái cam sành có vỏ sần sùi, dày; vỏ quả màu xanh và khi chín vỏ chuyển màu vàng, quả tròn 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 Xoàn: Cam Xoàn có hình tròn, vỏ mỏng màu vàng nhạt, có những vòng xoáy 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 ngoài flavedo có

chứa các tuyến dầu và các bó mạch chạy qua toàn bộ lớp vỏ Tùy thuộc vào loài hoặc giống cây trồng, tỷ lệ của các mô riêng lẻ của quả có thể khác nhau [15]

Hình 2 4 Cấu tạo trái chi Citrus (Theo Sawamura [16])

Phần vỏ chiếm khoảng 10 – 30% tổng khối lượng của quả, chứa nhiều thành phần tự nhiên có giá trị như flavonoid, tinh dầu, cellulose, hemicellulose, pectin… Vỏ bưởi, chanh, cam bao gồm lớp vỏ trắng xốp bên trong (albedo), lớp vỏ xanh (flavedo) bên

ngoài chứa các túi tinh dầu và lớp biểu bì ngoài 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 ngoài quả là lớp biểu bì, bao gồm một lớp tế bào hình đa giác bao phủ toàn 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 không 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 còn 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

Trung Quốc cho thấy thành phần bay hơi được xác định trong các mẫu khảo sát bằng phường pháp phân tích sắc kí khối phổ GC-MS/MS là khác nhau giữa các mẫu khảo sát

[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

Bảng 2 2 Thành phần hóa học của tinh dầu chi Citrus [24]

“-” 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

Bên cạnh đó, tỉ lệ các hợp chất có trong tinh dầu còn thay đổi phụ thuộc vào các giống trái và vùng trồng khác nhau Theo Lan Phi và cộng sự (2015) [23], đối với bưởi Da Xanh ở Đồng Tháp (DX – ĐT) và bưởi Đường Cam ở Đồng Nai (ĐC – ĐN), thành phần hầu như áp đảo trong tinh dầu trích ly từ vỏ là limonene (tương ứng chiếm khoảng 90,1% và 95,7% tổng nồng độ tương đối), trong khi tinh dầu từ vỏ bưởi Năm Roi ở Vĩnh Long (NR – VL) và Bưởi Long ở Đồng Tháp (BL – ĐT) chứa tỷ lệ γ-terpinene, α-pinene, α- và β-phellandrene cao hơn, và thành phần limonene có phần thấp hơn so với các giống khác (69,4 – 77,6%) Bưởi Da Xanh – Bến Tre (DX – BT) và bưởi ĐC – ĐN không có thành phần γ-terpinene…

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

Trong khi đó, Wanying He và cộng sự (2019) tiến hành phân tích tinh dầu vỏ bưởi thu nhận được bằng phương pháp ép lạnh (cold – pressing extraction method) từ nguyên liệu bưởi thu mua tại tỉnh Fujian (Trung Quốc), qua phân tích sắc ký khí – khối phổ (GC-MS) đã xác định được 21 hợp chất chính có trong tinh dầu từ vỏ bưởi, trong đó các hợp chất terpene chiếm phần lớn trong tổng lượng tinh dầu thu nhận được là 94,15% Hàm lượng limonene cao nhất được tìm thấy là 55,92%, theo sau limonene là các hợp chất β-myrcene chiếm tỉ lệ 31,17%, β-pinene 3,16%, ocimene 1,42% và β-copaene 1,24% [21]

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 mô tả cấu trúc hóa học của một số hợp chất thường gặp trong tinh dầu chi Citrus

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

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 còn căng nên khi ép túi tinh dầu sẽ vỡ ra và tinh dầu dễ thoát ra ngoài

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) Không thích hợp cho các nguồn nguyên liệu không đảm bảo an toàn vì toàn 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 sôi thấp hơn nhiệt độ sôi 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 Không

đòi hỏi vật liệu phụ như các phương pháp tẩm trích, hấp thụ Thời gian tương đối nhanh

Nhược điểm: Không 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 luôn luôn có một lượng tinh dầu tương đối lớn Những tinh dầu có nhiệt độ sôi cao thường cho hiệu suất rất kém Khó điều chỉnh các thông số kỹ thuật như tốc độ và nhiệt độ chưng cất

➢ Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước (steam distillation)

Về mặt nguyên lý, đây là phương pháp gần giống với chưng cất trực tiếp bằng nước Nhưng sử dụng thiết bị để tạo nguồn hơi riêng, sau đó hơi nước tiếp xúc với

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: Không 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 quá 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 thoát ra bên ngoài, bị hơi nước lôi 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

giảm áp suất thấp hơn áp suất tới hạn thì CO2 chuyển sang dạng khí và thoát ra ngoài

còn sản phẩm được tháo ra ở bình chứa [25]

Ưu điểm: Thành phần các hợp chất trong tinh dầu không 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 lôi 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

quá 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

quét gốc tự do DPPH trong khoảng 84,87% và 74,73% Giá trị FRAP được xác định trong khoảng 7,76 mmol/g và 5,73 mmol/g, mẫu tinh dầu cũng được phân tích GC/MS và xác định được 44 hợp chất, trong đó hàm lượng limonene chiếm hàm lượng lớn áp đảo so với các thành phần khác, đồng thời, một số hợp chất chính khác được định danh

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 DPPHthành 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

- Phần kỵ nước, thường là acid béo chuỗi dài Phần kỵ nước của chất nhũ hóa hòa tan trong pha dầu

- Phần ưa nước có thể tích điện hoặc không tích điện Phần ưa nước hòa tan trong pha nước, tạo thành sự phân tán của các giọt dầu nhỏ

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 còn 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, hòa 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 không hòa tan thì chất hoạt động bề mặt làm

tăng diện tích tiếp xúc giữa hai chất lỏng đó

- Khi hòa chất nhũ hóa vào trong một chất lỏng thì các phân tử của chúng có xu hướng tạo đám (micelle), nồng độ mà tại đó các phân tử bắt đầu tạo đám được gọi là nồng độ tạo đám tới hạn Nếu chất lỏng là nước thì các phân tử sẽ nối đuôi kị nước lại với nhau và quay đầu ưa nước ra tạo nên những hình dạng khác nhau như hình cầu, hình trụ

- 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 không hòa 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 trò then chốt trong việc giữ độ bền của nhũ tương nano thông 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, -COOH, SO3H, -NH… Đầu ưa dầu là các gốc hydrocacbon có thể là mạch thẳng, mạch vòng 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 không 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

- Chất nhũ hóa điện hoạt lưỡng tính: Khi phân ly trong nước tạo thành cation ở pH thấp và anion khi pH cao Ví dụ như lipid, lecithin, muối amoni bậc 4… Nhóm này có tác dụng tạo nhũ tương dầu trong nước hoặc nước trong dầu và thường được sử dụng trong sản xuất mỹ phẩm

- Chất nhũ hóa không ion hóa: Khi phân ly không tạo ra ion Nhóm chất nhũ hóa này có tác dụng tạo một lớp áo bao ngoài 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]

Ngoài ra, chất nhũ hóa còn có thể được phân loại theo nguồn gốc như từ tự nhiên (lecithin đậu nành, lecithin trong lòng đỏ trứng…) hoặc tổng hợp (polymer tổng hợp…)

➢ Chất nhũ hóa tổng hợp

Chất nhũ hóa tổng hợp được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp nói chung và công 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 công 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 phòng 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 đôi và độ không 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 không 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 công 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,

acid oleic là nhóm ưa béo trong khi nhóm polyoxyetylen ưa nước Tween 80 di chuyển tương đối nhanh trong nhũ tương vì đuôi monooleate của nó có liên kết đôi và mức độ không bão hòa của nó thấp hơn nhiều so với các tween khác Tween 80 tạo ra được hạt pha phân tán có kích thước nhỏ hơn và có độ che phủ bề mặt tốt hơn so với các tween

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 Công thức cấu tạo Tween 80

2.3.2 Hệ nhũ tương nano

Nhũ tương là một hệ gồm hai chất lỏng không hòa 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 ngoài 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

Hệ nhũ tương nano là nhũ tương có kích thước nano, được tạo ra để cải thiện việc bảo vệ và cung cấp các thành phần có hoạt tính Đây là hệ thống đẳng hướng ổn định về mặt nhiệt động lực học, trong đó hai chất lỏng không hòa tan được trộn lẫn để tạo thành

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 thông 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

Quá trình Ostwald ripening là nguyên nhân chính làm cho hệ nhũ tương tinh dầu hoặc nhũ tương nano trở nên không ổn định do khả năng hòa 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, quá 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 Mô phỏng quá trình Ostwald ripening

Các nghiên cứu đã chứng minh rằng các hợp chất có khả năng hòa tan trong nước kém có thể vừa ức chế quá trình Ostwald ripening bằng cách tăng entropy của quá trình trộn để cân bằng hiệu ứng độ cong bề mặt và vừa có thể giúp pha phân tán hình thành

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 quá trình Ostwald ripening (dầu ngô, 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 không 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 thông 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 thông 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]

Hệ số phân tán (PDI) được đưa ra để mô tả độ rộng của phân bố kích thước hạt trung bình trong một mẫu, nó cho biết tính đồng nhất hoặc không đồng nhất của sự phân

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 thông 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 thông số ảnh hưởng đến tốc độ chuyển động của hạt ta có thể xác định được kích thước của hạt thông 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

k TD

=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)

Phương pháp DLS không xác định kích thước hạt bằng cách đo trực tiếp mà dựa trên chuyển động của hạt