Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật hóa học: Nghiên cứu khả năng kháng oxy hóa của nano béo rắn bao bọc vitamin E & C ứng dụng trên vải bằng phương pháp ABTS

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

NGUYỄN MINH THU

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÁNG OXY HOÁ CỦA

NANO BÉO RẮN BAO BỌC VITAMIN E&C ỨNG DỤNG TRÊN VẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP ABTS

Chuyên ngành : Kỹ thuật hoá học Mã số: 8520301

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 Lê Thị Hồng Nhan

Chữ ký

1 Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Lê Vũ Hà Chữ ký

2 Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Đỗ Tường Hạ Chữ ký

Luận văn được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM, ngày 25 tháng 07 năm 2023

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1 Chủ tịch: PGS.TS Mai Huỳnh Cang

2 Thư ký: TS Phan Nguyễn Quỳnh Anh 3 Phản biện 1: TS Lê Vũ Hà

4 Phản biện 2: TS Đỗ Tường Hạ 5 Uỷ viên: TS Phan Thị Hoàng Anh

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)

PGS.TS Mai Huỳnh Cang

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 Minh Thu MSHV: 2170171 Ngày, tháng, năm sinh: 18/10/1998 Nơi sinh: Vĩnh Long Chuyên ngành: Kỹ thuật Hoá học Mã số: 8520301

I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÁNG OXY HOÁ CỦA NANO BÉO RẮN BAO BỌC VITAMIN E&C ỨNG DỤNG TRÊN VẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP ABTS

Tên tiếng anh: Research on antioxidant capacity of vitamin E&C loaded solid lipid nanoparticles for the textile use by ABTS method

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu điều chế hệ bao bọc vitamin E&C bằng

một số loại chất béo rắn (Emulgade, Naterol, Sabowax) với phương pháp bắt gốc tự do ABTS ứng dụng trên nền vải Cotton từ đó khảo sát được hiệu quả bao bọc, hiệu quả sử

dụng cũng như giải phóng hoạt chất của hệ bao bọc trên nền vải Cotton

• Chuẩn bị và đánh giá tính chất nguyên liệu • Điều chế hệ bao bọc hoạt chất bằng chất béo rắn

• Đánh giá tính chất hệ bao bọc hoạt chất bằng chất béo rắn

• Khảo sát hiệu quả bao bọc vitamin bằng phản ứng bắt gốc tự do ABTS

• Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả giải phóng hoạt chất trên vải cotton • Khảo sát hiệu quả và động học giải phóng hoạt chất trên vải cotton

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/02/2023

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 11/06/2023

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Lê Thị Hồng Nhan

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM đã tạo điều kiện để tôi có thể hoàn thành nghiên cứu này Đồng thời, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô Khoa Kỹ thuật Hoá học đã cung cấp và trang bị cho tôi những kiến thức, kinh nghiệm bổ ích trong suốt thời gian học tập tại trường

Bên cạnh đó, tôi muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô Lê Thị Hồng Nhan đã trực tiếp định hướng, giúp đỡ tôi tận tình và tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn thạc sĩ

Ngoài ra, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến những người bạn, người em đã cùng tôi trải qua những tháng ngày học tập dưới mái nhà B2 Cảm ơn em Tiến Thanh, Đông Triều, Ngọc Thuỵ đã sẵn sàng hợp tác, giúp đỡ và hỗ trợ tôi hoàn thành luận văn Tôi cũng không quên gửi lời cảm ơn đến các bạn trong lớp HC16CHC, HC16KSTN, đặc biệt là bạn Kim Yến, Minh Thư, Kim Nở đã luôn kề vai sát cánh, động viên tôi vượt qua những khó khăn trong học tập lẫn công việc

Từ sâu đáy lòng, con cám ơn ba mẹ đã luôn ủng hộ những quyết định của con, luôn động viên khi con vấp ngã, giúp con cố gắng thực hiện mục tiêu của bản thân Con cảm ơn ba mẹ nhiều lắm!

Cuối cùng tôi xin chúc cô và tất cả các bạn, các em thành công trên con đường sự nghiệp sắp tới

Tp Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 06 năm 2023 Nguyễn Minh Thu

TÓM TẮT

Trong luận văn này, chất béo rắn bao bọc hỗn hợp dầu olive, vitamin E, vitamin C theo tỷ lệ 6:3:1 bằng cách sử dụng chất béo rắn Emulgade, Naterol, Sabowax và chất nhũ hoá Tween 80 (1%) và khảo sát khả năng kháng oxy hoá bằng phương pháp bắt gốc tự do ABTS để ứng dụng trong lĩnh vực vải Bằng cách sử dụng phương pháp đồng hoá với tốc độ cao, hỗn hợp vitamin được bao giữ trong hệ chất béo rắn với hiệu quả sử dụng cao nhất là 96.08% khi sử dụng chất béo rắn Emulgade và hiệu quả bao bọc cao nhất ghi nhận được khi sử dụng Sabowax là 83.13% Đồng thời, nghiên cứu khảo sát ổn định của các hệ vi nang trong 10 ngày, ghi nhận sự ổn định của hệ béo rắn Emulgade với kích thước median là 0.38261 𝜇m (LDS) Vải cotton được tẩm với hệ vi nang thông qua các phương pháp ngâm và tẩm cho thấy khả năng lưu giữ và giải phóng hoạt chất trong phương pháp tẩm tốt hơn phương pháp ngâm Xu hướng giải phóng hoạt chất của các mẫu này vẫn còn tăng nhanh sau 60 phút trích ly bằng methanol Hiệu quả phóng thích của vải cotton cao hơn so với vải viscose ở cùng điều kiện khảo sát Ngoài ra, các đặc tính của vải sau các phương pháp cũng được khảo sát trong nghiện cứu này

ABSTRACT

In this thesis, solid lipid nanoparticles encapsulated a mixture of olive oil, vitamin E, and vitamin C in a ratio of 6:3:1 using solid lipid Emulgade, Naterol, Sabowax, and emulsifier Tween 80 (1%) and investigated their antioxidant capacity using the ABTS free radical scavenging method for application in the textile sector By employing a high-speed homogenization method, the vitamin mixture is effectively encapsulated within the solid lipid system, with the highest encapsulation efficiency of 96.08% achieved using Emulgade solid lipid, and the highest encapsulation efficiency of 83.13% achieved using Sabowax Additionally, the stability of the nanoparticle systems is studied over a period of 10 days, with the Emulgade solid lipid system demonstrating stability with a median size of 0.38261 μm (LDS) Cotton fabric is treated with the nanoparticle systems through impregnation and soaking methods, showing better retention and release of active ingredients in the soaking method compared to the impregnation method The release of active ingredients from these samples continues to increase rapidly after 60 minutes of extraction with methanol The release efficiency of cotton fabric is higher compared to viscose fabric under the same experimental conditions Furthermore, the properties of the fabric after the different treatment methods are also investigated in this study

LỜI CAM ĐOAN

Luận văn này là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Lê Thị Hồng Nhan Các số liệu, những nghiên cứu được trình bày trong luận văn này hoàn toàn là trung thực

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 06 năm 2023

Nguyễn Minh Thu

1.1 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN VẢI 3

1.1.1 Bước tiến mới trong ngành công nghiệp dệt may 3

1.1.2 Xu hướng phát triển vải kỹ thuật 6

1.2 CÔNG NGHỆ VI BAO (MICROENCAPSULATION) 9

1.2.1 Giới thiệu microencapsulation 9

1.2.2 Lịch sử hình thành và phát triển của công nghệ microencaptulation 11

1.2.3 Kỹ thuật sản xuất vi bao 12

1.3 CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN HỆ BAO BỌC HOẠT CHẤT 15

2.3.2 Đánh giá đặc tính hệ bao bọc 24

2.3.3 Đánh giá đặc tính hệ bao bọc trên nền vải cotton 25

2.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 25

2.4.1 Chuẩn bị và đánh giá tính chất của nguyên liệu 25

2.4.2 Điều chế hệ bao bọc hoạt chất bằng béo rắn 30

2.4.3 Đánh giá tính chất hệ bao bọc hoạt chất bằng chất béo rắn 31

2.4.4 Khảo sát hiệu quả bao bọc vitamin bằng phản ứng bắt gốc tự do ABTS 32

2.4.5 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả giải phóng hoạt chất trên vải cotton 33

2.4.6 Khảo sát hiệu quả và động học giải phóng hoạt chất trên vải cotton 34

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 36

3.1 ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT NGUYÊN LIỆU 36

3.1.1 Khả năng ức chế gốc tự do của nguyên liệu 36

3.1.2 Ảnh hưởng thời gian phản ứng 38

3.2 ĐIỀU CHẾ & ĐÁNH GIÁ HỆ BAO BỌC HOẠT CHẤT BẰNG CHẤT BÉO RẮN (SLN-VitEC) 39

3.2.1 Ngoại quan 40

3.2.2 Kích thước 40

3.2.3 Hiệu quả bao bọc 44

3.3 ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ BAO BỌC TRÊN VẢI 49

3.3.1 Cấu trúc 49

3.3.2 Đặc tính thấm ướt 52

3.4 ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ BAO BỌC ĐẾN HOẠT TÍNH VẢI COTTON 54

3.4.1 Ảnh hưởng của phương pháp đưa hoạt chất lên vải 55

3.4.2 Ảnh hưởng của dung tỷ đến hiệu quả giải phóng hoạt chất trên vải cotton 60

3.5 SO SÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH TRÊN VẢI VISCOSE VÀ COTTON 62 3.5.1 Hoạt tính tổng Qtotal giải phóng trên vải cotton và viscose 63

3.5.2 Lượng hoạt chất và hiệu quả giải phóng trên viscose và cotton theo thời gian 64

3.5.3 Ảnh hưởng của dung tỷ khi đưa hoạt chất lên vải với phương pháp ngâm 67

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

DANH MỤC PHỤ LỤC 75

PHỤ LỤC 77

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Sự xuất hiện của Cosmetotextiles 5

Hình 1 2 Cơ chế hoạt động của hàng dệt mỹ phẩm khi tiếp xúc với da 6

Hình 1 3 Hình ảnh quang học của vi nang chitosan bao bọc dầu jojoba 7

Hình 1 4 Cấu trúc của vi nang 9

Hình 1 5 Cơ chế bao bọc của hệ microcapsule 10

Hình 1 6 Một số cấu trúc của hệ microcapsule 11

Hình 1 7 Quy trình sản xuất bằng phương pháp sấy phun 13

Hình 2 1 Quy trình điều chế hệ bao bọc hoạt chất bằng béo rắn 30

Hình 3 1 Khả năng ức chế gốc tự do ABTS của các nguyên liệu theo nồng độ 37

Hình 3 2 Động học phản ứng của hỗn hợp vitamin 38

Hình 3 3 Ngoại quan của hệ bao bọc vitamin bằng chất béo rắn 40

Hình 3 4 Phân bố kích thước hạt vi nang hệ béo rắn a) Emulgade, b) Naterol, c) Sabowax 41

Hình 3 5 Kích thước mean và median của các hệ vi nang sử dụng 41

Hình 3 6 Kích thước các hệ bao a) Emulgade, b) Naterol, c) Sabowax 42

Hình 3 7 Ảnh hưởng của loại béo rắn đến phần trăm ức chế gốc tự do 45

Hình 3 8 Cấu trúc của vải cotton và viscose trước và sau khi phủ hệ bao bọc dưới kính hiển vi 50

Hình 3 9 Ảnh chụp SEM các hệ bao bọc hoạt chất trên vải viscose và cotton 51

Hình 3 10 Ảnh hưởng của phương pháp đưa hoạt chất lên vải đến hoạt tính tổng 55

Hình 3 11 Ảnh hưởng của phương pháp đưa hoạt chất lên vải đến hoạt tính và hiệu quả phóng thích 57

Hình 3 12 Ảnh hưởng của phương pháp đưa hoạt chất lên vải đến hoạt tính và hiệu quả phóng thích tĩnh sau 30 phút 59

Hình 3 13 Ảnh hưởng của dung tỷ đến hoạt tính tổng của hoạt chất khi đưa hệ bao bọc lên vải bằng phương pháp ngâm 61

Hình 3 14 Ảnh hưởng của dung tỷ đến hoạt tính và hiệu quả giải phóng của hoạt chất khi đưa hệ bao bọc lên vải bằng phương pháp ngâm 62

Hình 3 15 Ảnh hưởng của chất liệu vải đến hoạt tính tổng của hoạt chất 63 Hình 3 16 Mặt cắt ngang của sợi viscose và cotton 64 Hình 3 17 Ảnh hưởng của chất liệu vải đến hoạt chất và hiệu quả giải phóng theo thời

gian bằng phương pháp ngâm, tẩm 65

Hình 3 18 Ảnh hưởng của chất liệu vải đến hoạt chất và hiệu quả giải phóng sau 30 phút

bằng phương pháp ngâm, tẩm 66

Hình 3 19 Ảnh hưởng của chất liệu vải và dung tỷ đến hoạt tính tổng 67 Hình 3 20 Ảnh hưởng của chất liệu vải và dung tỷ đến lượng hoạt chất (a) và hiệu quả

giải phóng (b) tĩnh sau 30 phút 68

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2 1 Hóa chất sử dụng trong nghiên cứu 20

Bảng 2 2 Các thiết bị dùng trong nghiên cứu 21

Bảng 2 3 Thành phần các hóa chất trong dung dịch đệm phosphate pH=7.4 22

Bảng 2 4 Các tính chất của vitamin C 25

Bảng 2 5 Thành phần chính và tỷ lệ các chất trong Emulgade 27

Bảng 2 6 Các tính chất của Tween 80 28

Bảng 2 7 Các tính chất của vải 29

Bảng 2 8 Tỷ lệ giữa các thành phần trong hệ bao bọc 32

Bảng 3 1 Tính chất của các hệ béo rắn khác nhau bao bọc vitamin 43

Bảng 3 2 Ảnh hưởng của loại béo rắn đến hiệu quả sử dung và hiệu quả bao bọc 46

Bảng 3 3 Ảnh hưởng của phương pháp đo đến hiệu quả sử dụng và bao bọc của hệ 47

Bảng 3 4 Ngoại quan và độ thấm ướt của vải cotton giữa hai phương pháp ngâm, tẩm 52 Bảng 3 5 Ngoại quan và độ thấm ướt của vải viscose giữa hai phương pháp ngâm, tẩm 53

Bảng 4 1 Kết quả so sánh giữa vải cotton và viscose 70

18 TEM Transmission Electron Microscopy

LỜI MỞ ĐẦU

Khi xã hội ngày càng phát triển, khoa học công nghệ cũng dần tiên tiến hơn thì các nhu cầu cơ bản của con người được quan tâm trong đó ăn mặc là nhu cầu căn bản được quan tâm đến Con người dần trở nên đòi hỏi những yêu cầu cao hơn về chất lượng của vải dệt may, đặc biệt là có tích hợp những tính năng nổi trội, hữu ích cho người sử dụng như bảo vệ cơ thể, cải thiện sức khoẻ Nói đơn giản hơn là yêu cầu sản phẩm may mặc vừa đáp ứng được về mặt tinh thần và về mặt sinh lý Do đó các công ty đã tiến hành nghiên cứu các loại sản phẩm may mặc mới mang những tính năng ưu việt giúp nâng cao phân khúc khách hàng cũng như tạo ra những sản phẩm tiềm năng cho khách hàng của họ

Trong giai đoạn nghiên cứu này, một số chuyên gia đã hướng đến những nghiên cứu liên quan đến một loại vật liệu bao bọc hoạt chất để tẩm lên vải Nói đơn giản là thành phần hoạt chất sẽ được bao bọc lại thành các viên nang siêu nhỏ và gắn những viên nang lên vải từ đó sẽ được giải phóng nhờ các hoạt động sinh hoạt trong cuộc sống mỗi ngày Khi con người sử dụng những sản phẩm dệt may có tính năng ưu việt này thì các viên nang sẽ giải phóng lên bề mặt da tại nơi tiếp xúc, từ đó ứng dụng hữu ích của các hoạt chất sẽ mang lại cảm giác cũng như lợi ích về sức khoẻ mong muốn cho người sử dụng

Xu hướng hiện nay của nền công nghiệp dệt may là tạo ra các vi nang được ứng dụng để bao bọc các hoạt chất như vitamin, tinh dầu, chất dưỡng ẩm cho da hoặc các hợp chất để cung cấp năng lượng, tạo hương thơm, làm mát, thư giãn, chống tia cực tím đồng thời cải thiện độ săn chắc và đàn hồi của da Bên cạnh đó còn có các sản phẩm đem lại những đặc tính tốt hơn so với loại vải thông thường như độ bền, chống nhăn vải, chống thấm, xua đuổi côn trùng hay khả năng tự làm sạch bề mặt

Về ứng dụng có nhiều hoạt chất mang lại những hiệu quả rõ rệt VitC đã được chứng minh là một chất chống oxy hoá tuyệt vời cho da, ngăn ngừa tình trạng lão hoá da, làm giảm khô ráp, sần sùi trên da,… VitC hiện nay đã được sử dụng như một loại hoạt chất quen thuộc trong các sản phẩm mỹ phẩm chăm sóc da Tuy nhiên, VitC lại dễ bị oxy hoá, khi tiếp xúc không khí, ảnh sáng, nhất là môi trường có nhiệt độ cao do đó đưa VitC lên vải là một thách thức lớn đối với các nhà nghiên cứu Chính vì thế, nhiều công trình nghiên cứu khoa học,

nhất là các công trình về sử dụng công nghệ vi nang đã được thực hiện để cải tiến, khắc phục những hạn chế của vitC Vì những yếu tố trên, đề tài “ Nghiên cứu hệ bao bọc vitamin ứng dụng trên vải ” nhằm nghiên cứu và điều chế hệ bao bọc hỗn hợp hai vitamin này, ứng dụng trong giai đoạn hoàn tất vải, đồng thời đánh giá hiệu quả bao bọc, độ bền cũng như hiệu quả giải phóng hoạt chất trên vải

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1.1 Bước tiến mới trong ngành công nghiệp dệt may

Từ thời xa xưa, con người đã có ý thức sử dụng lá cây để làm vật che chắn cho cơ thể Khi xã hội ngày càng phát triển, công nghệ kỹ thuật được đầu tư và dần hoàn thiện thì con người dần biết đến vải, lúc này vải chỉ được xem là vật che phủ cơ thể, bảo vệ con người trước những tác nhân từ môi trường xung quanh Tuy các kỹ thuật may dệt cũng nhanh chóng phát triển theo hướng công nghiệp hoá của đất nước nhưng trong suốt những năm đó, con người cũng vẫn chỉ dùng các nguyên liệu tự nhiên, lấy từ cây cỏ như các sợi bông, sợi đay, sợi lanh hay từ động vật như da, sợi len, tơ tằm,…Vì thế sản xuất bị giới hạn, vải vóc trở thành mặt hàng xa xỉ, chất liệu cao cấp chỉ dành cho giới quý tộc, thượng lưu còn đa số dân chúng chỉ mặc vải thô, giá thành rẻ Vào khoảng những năm 1920-1950, các nhà khoa học ở Châu Âu đã có nhiều nghiên cứu phát minh ra sợi vải tổng hợp là kết quả của quá trình chế tạo sợi từ các phản ứng hoá học và chất xúc tác do con người thực hiện Kể từ đây vải vóc dần trở nên là một nhu yếu phẩm cơ bản của mọi người, mọi tầng lớp, không còn chỉ là sản phẩm quý giá của tầng lớp quý tộc

Chúng ta đã trải qua thời kỳ mà chất lượng vải đa phần được đánh giá bằng thị giác Giờ đây, những sự tiến triển trong công nghệ và những nghiên cứu mang tính đổi mới ngày càng gia tăng, đã tác động đến việc định hình lại thị trường thời trang một cách mạnh mẽ trong những năm tiếp theo Những sản phẩm đổi mới từ những cải tiến trong công nghệ đang tạo nên sự cạnh tranh khốc liệt hơn trong thị trường dệt may Với tốc độ sản xuất ngành dệt may vô cùng lớn, sự hạn chế trong thị trường vải hiện nay có thể được khắc phục bằng việc cải tiến quá trình hoàn tất vải [1] để tăng giá trị cho vải, tạo ra dòng sản phẩm vải thơm mang tính khác biệt và đổi mới

Ước tính rằng trong 20 năm tiếp theo, 80% sản phẩm vải sẽ mang tính kỹ thuật và được chức năng hóa [2] Sự xuất hiện các xu hướng làm đẹp bằng những sản phẩm tự nhiên, không gây hại cho sức khỏe đã dần định hướng các mối quan tâm của người tiêu dùng tới những sản phẩm quần áo không chỉ đáp ứng các nhu cầu cơ bản như che phủ, làm đẹp mà

còn phải có những chức năng đặc biệt như tạo mùi thơm, siêu hút ẩm, dễ giặt giũ, khử mùi hôi, chống côn trùng, …Thêm vào đó, các sản phẩm vải hiện nay phải thân thiện với môi trường, mang lại cuộc sống tự nhiên và khỏe mạnh hơn

Ngành dệt may không ngừng nỗ lực đổi mới kỹ thuật sản xuất để nâng cao chất lượng sản phẩm và điều quan trọng nữa là các sản phẩm này phải được phát triển theo hướng thân thiện với môi trường Bên cạnh chức năng truyền thống là che phủ cho con người trước tác động của môi trường, hàng dệt giờ đây mang đến sự thoải mái vừa đáp ứng nhu cầu thị giác của con người mà con thêm vào đó các hoạt chất để tạo nên những tính năng riêng biết cho loại sản phẩm này Các yêu cầu quan trọng nhất đối với trang phục bảo hộ đó là tính hiệu quả của rào cản và sự thoải mái về nhiệt sinh lý cho người mặc [1]

Công nghệ vi bao (microencapsulation) đã ra đời, được sử dụng để bao bọc hoạt chất và hệ microcapsules chứa hoạt chất được sử dụng trong quy trình hoàn tất vải để tăng giá trị cho vải, cũng như khử đi các mùi khó chịu vốn có của các hoạt chất dùng cho sản xuất vải Cũng chính nhờ sự phát triển của công nghệ này, nhiều dạng hoạt chất đã được phối vào nền vải nhằm mang lại những đặc tính, công dụng riêng biệt cho người sử dụng Đây cũng là yếu tố tác động mạnh mẽ đến sự ra đời của Cosmetotextiles (vải mỹ phẩm)

Hàng dệt mỹ phẩm là một loại vải có chứa thêm thành phần hoạt chất bền ứng dụng trong mỹ phẩm như sử dụng các cao chiết từ thiên nhiên, các hoạt chất dưỡng ẩm và đặc biệt là các loại vitamin Các thành phần này sẽ giải phóng có kiểm soát khi người mặc sử dụng chúng Theo chỉ thị của cục Mỹ phẩm châu Âu: Bất kỳ loại vải nào chứa hợp chất hay chất pha chế được phân tán theo thời gian trên những bề mặt khác nhau của cơ thể con người, đặc biệt là trên da người và có chức năng đặc biệt như làm sạch, thay đổi mùi hương bên ngoài, bảo vệ, giữ trong tình trạng tốt, hay khử mùi cơ thể được gọi là Cometotextiles Sự ứng dụng hiệu quả của mỹ phẩm và khả năng chữa bệnh lên vải không còn là một khái niệm mới Bằng chứng cho thấy những loại vải từ thời cổ xưa đã được tạo thành từ tơ sợi thiên nhiên, cùng với các chất nhuộm màu chiết xuất từ các loại thảo mộc thiên nhiên để mang lại những tác dụng có lợi cho da Vì thế, có thể nói rằng việc sử dụng vải và quần áo như một giải pháp cho sức khỏe chỉ là một khái niệm rất cũ, được gọi là Ayurvastra [2]

Các loại vải ngày nay đã phát triển nhanh chóng và có sự đa dạng chưa từng có Điều này có được là do những bước tiến nổi bật của khoa học và công nghệ của hàng thập kỉ trước như phát minh ra công nghệ vi bao (Encapsulation), dệt 3D, ứng dụng lên sợi micro, nano hay vật liệu chuyển pha Các phát minh này đã đem lại những tính năng đặc biệt cho các loại vải kỹ thuật như vải thoáng mát, vải y khoa, vải chống nắng, chống nhăn, chống côn trùng,… Và gần đây là sự phát triển của hàng dệt mỹ phẩm Trong các loại chất liệu may mặc hiện đại, hàng dệt mỹ phẩm đã dần khẳng định vị trí chiếm lĩnh trong thị trường dệt may, không chỉ là mang lại các đặc tính cơ bản mà còn tăng cường thêm các đặc tính khác như chống oxy hóa, chống sưng viêm, tăng cường độ ẩm,… đồng thời phải có tính bảo vệ môi trường ngay cả ở sản phẩm và quy trình công nghệ sản xuất

Hình 1 1 Sự xuất hiện của Cosmetotextiles [2]

Những hàng dệt này cung cấp mỹ phẩm và hiệu suất cao về sinh học, sinh lý con người như cảm giác dễ chịu, tràn đầy năng lượng, giảm béo, làm mới, tăng sức sống, sáng da, chống lão hoá, chăm sóc cơ thể, vóc dáng và sức khoẻ Hàng dệt may có thể để truyền đạt các đặc tính chăm sóc da, giảm lão hoá và cải thiện cảm giác về sức khoẻ hoặc phúc lợi [3]

1.1.2 Xu hướng phát triển vải kỹ thuật

Sự ứng dụng các hiệu quả của mỹ phẩm và khả năng chữa bệnh lên vải không còn là một khái niệm mới Bằng chứng cho thấy những loại vải từ thời cổ xưa đã được tạo thành từ tơ sợi thiên nhiên, cùng với các chất nhuộm màu chiết xuất từ các thảo mộc thiên nhiên để mang lại những tác dụng dụng có lợi cho da Vải mỹ phẩm là sự kết hợp giữa các thành phần từ tự nhiên như các thảo mộc tự nhiên, các hương thơm từ thực vật và chất nhuộm màu từ tự nhiên cùng với các cải tiến trong công nghệ dệt may

Khi tiếp xúc với da và cơ thể con người, hàng dệt mỹ phẩm được thiết kế để chuyển hoạt chất mỹ phẩm một cách có mục đích Một ví dụ cụ thể là việc truyền hoạt chất dưỡng ẩm cho da được giải phóng từ hàng dệt mỹ phẩm đến cơ thể con người Để đạt được mục đích chỉ cần bằng cách truyền đạt và giải phóng các thành phần mỹ phẩm và dược phẩm và vải một cách đơn giản tự nhiên với chuyển động của cơ thể, làn da sẽ dần tươi mới và cải tạo lại Để đạt được những tính năng vượt trội trên, công nghệ vi nang dường như là một phương pháp tối ưu để cung cấp các tính năng với hiệu suất cao, độ bền tăng lên Cơ chế giải phóng hoạt chất của hàng dệt mỹ phẩm khi tiếp xúc với da được minh hoạ như Hình 1.2 dưới đây [4]

Hình 1 2 Cơ chế hoạt động của hàng dệt mỹ phẩm khi tiếp xúc với da [4]

Khả năng giải phóng hoạt chất có kiểm soát đối với hàng dệt mỹ phẩm là một khía cạnh quan trọng cần được nghiên cứu Theo cơ chế phân phối hoạt chất với tốc độ giải

phóng chậm, hoạt chất mỹ phẩm có thể được giải phóng vào da người một cách kiểm soát để tránh quá liều [5,6]

Khả năng tương thích sinh học của hệ bao bọc cũng là mối quan tâm trong sự phát triển, yêu cầu không độc hại, không gây ung thư, không gây đột biến và quái thai,… Là một ứng dụng in vivo, hàng dệt mỹ phẩm không gây kích ứng da đồng thời giải phóng hoạt chất [5]

Hình 1 3 Hình ảnh quang học của vi nang chitosan bao bọc dầu jojoba [5]

Trước nhu cầu sử dụng các hạt vi nang ngày càng tăng lên, các nhà nghiên cứu và nhà sản xuất sản phẩm dệt may đã đầu tư đáng kể vào ngành dệt mỹ phẩm để nghiên cứu và phát triển sản phẩm Một số yếu tố quan trọng được chú trọng như sau:

- Ứng dụng thẩm mỹ và chăm sóc sức khoẻ của hàng dệt may

- Kết hợp các chất hoạt tính theo các chức năng khác nhau với độ bền tăng lên - Mô hình hoá các đặc tính có hệ thống để đánh giá độ an toàn của hàng dệt may mỹ phẩm

- An toàn sinh học và lợi ích sinh học đối với da người

Bên cạnh đó, nhiều loại vải với các cấu trúc khác nhau đã được tận dụng bởi các nhà khoa học làm môi trường chứa và kiểm soát khả năng giải phóng hoạt chất Vì thế, nhiều công nghệ bao bọc được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi nhằm mục đích bao bọc các hoạt

chất trong một lớp vỏ, giúp kiểm soát khả năng giải phóng theo các yếu tố mong muốn Công nghệ vi bao đã trở nên phổ biến và được ứng dụng rộng rãi bởi tính hiệu quả và linh động của chúng

1.2 CÔNG NGHỆ VI BAO (MICROENCAPSULATION) 1.2.1 Giới thiệu microencapsulation

Microencapsulation là một công nghệ dùng để bao bọc các hoạt chất hay các hợp chất dễ bay hơi dưới dạng các viên nang có kích thước micro hay nano, còn được gọi là microcapsule [7] Các hạt microcapsule là hình cầu hoặc vô định hình, có chứa một hoặc nhiều thành phần lõi là các chất lỏng, rắn hãy là một hỗn hợp huyền phù được bao bọc bởi lớp vỏ bên ngoài Lớp vỏ có thể là polymer tự nhiên hay tổng hợp, hoặc là nền các chất béo rắn Thành phần lõi bên trong sẽ được lớp vỏ bảo vệ khỏi các tác động bên ngoài nhằm kiểm soát khả năng phóng thích cũng như tăng độ bền

Hình 1 4 Cấu trúc của vi nang [7]

Phần vỏ còn được gọi là tường, vật liệu thành, lớp phủ, chất đóng gói, pha ngoài, màng, ma trận hay chất nền Đây là lớp bên ngoài của hạt vi nang được làm bằng polymer tự nhiên hay tổng hợp hoặc bán tổng hợp hay nền của chất béo rắn,… Vỏ có tác dụng bảo vệ phần bên trong (phần chứa hoạt chất của vi nang) khỏi những tác động bên ngoài và nhằm mục đích kiểm soát hiệu quả khả năng giải phóng hoạt chất đồng thời tăng độ bền sản phẩm Phần vỏ cần phải đáp ứng các điều kiện sau: khả năng tương thích hoá lý với các thành phần lõi, linh động, không thấm ướt, bền trong các điều kiện ứng dụng

Phần lõi còn được gọi là vật liệu lõi, pha bên trong, chất bao bọc, pha tải trọng hay chất lấp đầy Đây là phần bên trong của vi nang được bao bên ngoài bởi phần vỏ, có chứa hoạt chất chính Thành phần hoạt tính là chất có thể ở dạng lỏng, rắn hay là một hỗn hợp huyền phù,… Các loại vật liệu khác nhau như hoạt chất dược phẩm, protein, peptide, dầu dễ bay hơi, nguyên liệu thực phẩm, bột màu, thuốc nhuộm, monome, chất xúc tác, thuốc trừ sâu,… có thể được bao bọc bằng các loại vật liệu lớp phủ hoặc vỏ khác nhau như

ethylcellulose, hydroxyl propylmethyl cellulose, natri carboxy methyl cellulose, natri alginate, PLGA, gelatine, polyeste, chitosan,… [9]

Vi bao được mô tả là một quá trình bao bọc các hạt chất rắn hoặc giọt chất lỏng hoặc khí có kích thước micron trong một lớp vỏ, từ đó cách ly và bảo vệ chúng khỏi tác động của môi trường bên ngoài Các sản phẩm thu được từ quá trình này được gọi là vi hạt, vi nang và vi cầu phân biệt về hình thái và cấu trúc bên trong Khi kích thước hạt nhỏ hơn 1 mm, chúng lần lượt được gọi là hạt nano, viên nang nano, quả cầu nano và các hạt có đường kính từ 3-800 mm được gọi là hạt siêu nhỏ, viên nang siêu nhỏ Các hạt lớn hơn 1000 mm được gọi là hạt lớn Vi bao có thể được thực hiện để bảo vệ các dược chất nhạy cảm với môi trường bên ngoài, để che dấu các đặc tính cảm quan như màu, vị, mùi của dược chất, để giải phóng dược chất có kiểm soát, để xử lý an toàn các vật liệu độc hại, để giải phóng thuốc theo mục tiêu và để tránh các tác dụng phụ như kích ứng dạ dày [9]

Hình 1 5 Cơ chế bao bọc của hệ microcapsule [9]

Khả năng tương thích giữa thành phần lõi và vật liệu vỏ là một yếu tố quan trọng trong hiệu quả của nền microcapsule Kích thước lõi đóng vai trò quan trọng trong khả năng phân tác, thấm ướt và kiểm soát quá trình phóng thích hoạt chất Vật liệu vỏ sẽ đóng vai trò bảo vệ tạm thời hay lâu dài lõi khỏi các tác nhân bên ngoài Cấu trúc của hệ đa dạng, phụ thuộc vào các thông số như độ cứng của lớp phủ, loại vật liệu lõi và phương pháp điều chế Nhưng đa phần thì cấu trúc hình cầu chiếm đa số

Hình 1 6 Một số cấu trúc của hệ microcapsule [4]

1.2.2 Lịch sử hình thành và phát triển của công nghệ microencaptulation

Lĩnh vực vi nang kết hợp các công nghệ khác nhau từ các lĩnh vực công nghiệp không liên quan khác, được hợp nhất để tạo ra một sản phẩm mới cho một ứng dụng cụ thể Hơn nữa, sự phát triển của công nghệ vi nang đi kèm với việc giảm kích thước của các hạt, trong khi các ứng dụng đầu tiên có phạm vi tỷ lệ vĩ mô, được giảm dần xuống phạm vi tỷ lệ vi mô Do đó, các hạt nano hiện tại có thể được tìm thấy trên thị trường [10]

Quan điểm sớm nhất về microencapsulation được ra đời vào năm 1930 với định nghĩa đây là sự bao bọc hoặc giữ tính chất của vật liệu lõi được bao bọc bởi một vật liệu khác bên ngoài bằng kỹ thuật sấy phun [11] Cho đến những năm 1950, ứng dụng quan trọng đầu tiên của công nghệ đóng gói đã được phát triển bởi Barrett Green của Công ty Máy tính Tiền Quốc gia để cung cấp giấy sao chép không carbon sử dụng kỹ thuật bảo quản phức tạp Điều này được sử dụng trong một hệ thống in mới, kết hợp thuốc nhuộm không màu trong các pha dầu và phủ một tờ báo đánh giá thứ hai bằng đất sét có tính acid [12]

Eurand America có trụ sở tại Mỹ đã giành được quyền để phát triển và đưa vào thị trường công nghệ vi bao cho tất cả các ứng dụng mới Sau đó, kỹ thuật bao bọc đa năng này đã ứng dụng trong một phạm vi lớn các lĩnh vực bao gồm dược phẩm, hóa chất, nông nghiệp, thực phẩm và mỹ phẩm Ngành công nghiệp dệt đã phản ứng chậm với các khả năng của vi bao Mãi đến những năm 1990, một số ứng dụng thương mại mới xuất hiện ở giai đoạn nghiên cứu và phát triển Trong thế kỷ 21, các ứng dụng thương mại của vi bao

trong ngành dệt may có thể được tìm thấy nhiều hơn, đặc biệt là ở Tây Âu, Nhật Bản và Bắc Mỹ Kỹ thuật này đang được sử dụng để phát triển hàng dệt may với các đặc tính mới và giá trị gia tăng; bao gồm vật liệu kiểm soát khí hậu, vải phát hành nước hoa, hàng dệt mỹ phẩm, trị liệu và y tế Các nhà sản xuất hàng dệt may rất lạc quan rằng công nghệ mới này sẽ mở ra các cơ hội thị trường thú vị và một thế giới tiềm năng cho người tiêu dùng [13,14]

1.2.3 Kỹ thuật sản xuất vi bao

Có rất nhiều phương pháp sản xuất vi bao nhưng các phương pháp đều bao gồm 3 bước cơ bản: bao bọc các thành phần hoạt chất làm lõi, hình thành vi nang và làm cứng vi nang

Một số phương pháp sản xuất vi bao hiện nay như polyme hoá bề mặt (Interfacial Polymerisation), trùng hợp tại chỗ (In Situ Polymerisation), sự trùng hợp huyền phù (Suspension Polymerisation), đông tụ pha (Phase Coacervation), làm cứng nhũ tương (Emulsion Hardening), bay hơi dung môi (Solvent Evaporation), đông tụ phức tạp (Complex Coacervation), gel hoá ion (Ionic Gelation), sấy phun (Spray Drying)

Việc lựa chọn kỹ thuật nào cần dựa trên chi phí xử lý và việc sử dụng dung môi hữu cơ đối với sức khoẻ và môi trường

a) Phương pháp nhũ tương hoá và bay hơi

Vật liệu ưa dầu được hoà tan trong một dung môi hữu cơ trộn lẫn với nước được nhũ hoá khi pha với nước SLN thu được bằng cách làm bay hơi dung môi dưới áp suất thấp Khi dung môi bay hơi, sự phân tán của các hạt nano được hình thành bởi kết tủa của lipid trong dung nước

Ưu điểm của phương pháp này giúp tránh khỏi được sự tác động của nhiệt nhưng khuyết điểm lớn nhất là phải sử dụng dung môi hữu cơ

b) Phương pháp sử dụng siêu giới hạn

Chuẩn bị bằng cách khuấy hỗn hợp quang học trong suốt tại nhiệt độ 65-70 o

C bao gồm một acid béo dễ nóng chảy, chất nhũ hoá và nước Bỏ vi nhũ tương nóng chảy vào nước lạnh (2-3 oC) và khuấy đều Bằng cách sử dụng chất lỏng siêu giới hạn Có thể được

chuẩn bị bằng cách mở rộng siêu giới hạn nhanh chóng Phương pháp giải quyết carbon dioxide (RESS) với 99.99% là dung môi

Ưu điểm của phương pháp này giúp cho quá trình chế biến ngắn, ít ảnh hưởng vết dung môi còn lại

c) Phương pháp sấy phun

Sấy phun đóng vai trò như một kỹ thuật vi bao khi vật liệu lõi được hòa tan hoặc phân tán trong dung dịch nóng chảy hoặc dung dịch polymer và chúng được bao lại khi sấy khô lớp vật liệu bên ngoài Trong quy trình sấy phun được sử dụng rộng rãi, quá trình sấy khô tạo thành hạt rắn được tạo thành bằng cách phun dung dịch của vật liệu lõi và vật liệu làm màng bao bọc dưới dạng những giọt mịn vào không khí nóng Sau đó, lỏng bay hơi và chất rắn khô được tách bằng bộ phận thu hồi riêng biệt

Phương pháp này được sử dụng để bao bọc các vật liệu không bền vì thời gian tiếp xúc ngắn trong máy sấy phun Tuy nhiên, nhược điểm của việc sử dụng phương pháp sấy phun là một số hương liệu có nhiệt độ sôi thấp dễ bị bay hơi hoặc biến tính trong quá trình sấy Một nhược điểm khác là vật liệu lõi cũng có thể hình thành trên bề mặt của vi nang, vì vậy có thể bị oxy hoá hoặc thay đổi mùi hương của sản phẩm được bao bọc

Hình 1 7 Quy trình sản xuất bằng phương pháp sấy phun

Ưu điểm của phương pháp này giúp cho hệ ở trạng thái bền nhất, thuận lợi cho bảo quản, phối chế Nhưng nhược điểm lớn nhất của phương pháp này phải sấy ở nhiệt độ cao trên 70 oC và hạt dính chùm trong quá trình sấy

d) Polymer hoá tại bề mặt pha và trùng hợp tại chỗ

Trong phương pháp trùng hợp bề mặt, vỏ vi nang được hình thành trên bề mặt của giọt tụ hoặc hạt bằng phản ứng trùng hợp của monomer Một monomer đa chức năng được hoà tan trong dung dịch chứa vật liệu lõi Dung dịch thu được được phân tán đến kích thước giọt mong muốn trong pha nước chứa tác nhân trợ phân tán Một chất đồng phản ứng thường là một amine đa chức năng được thêm vào pha nước Phản ứng trùng hợp diễn ra nhanh chóng tại bề mặt và tạo thành vỏ vi nang Cả giọt lỏng hay các hạt rắn đều có thể được bao bọc bởi phương pháp này

Tuy nhiên, trùng hợp tại chỗ là phương pháp hoá học khá giống với polymer hoá tại bề mặt phân pha (Interfacial Polymerisation) Điểm khác biệt chính của phương pháp này là không có chất phản ứng nào trong vật liệu lõi Tất cả các quá trình trùng hợp diễn ra trong pha liên tục, thay vì ở bề mặt của giao diện hai pha

Ví dụ về phương pháp bao bọc urea–formaldehyde và hệ bao bọc melamine formaldehyde Thông thường một pha dầu được nhũ hóa trong nước sử dụng polymer hòa tan trong nước và máy khuấy trộn có lực cắt cao, tạo ra nhũ tương ổn định ở kích thước giọt cần thiết Một melamine resin hoà tan trong nước được thêm vào và phân tán Sau đó giảm pH bằng cách bổ sung acid, quá trình trùng hợp diễn ra hình thành liên kết chéo và lắng đọng tại mặt phân cách giữa hai pha Trong quá trình đông cứng, sự phân tán các giọt dầu trong pha nước được bao bọc bởi polymer được tạo ra [15]

e) Phương pháp bay hơi dung môi (Solvent Evaporation)

Việc sử dụng bay hơi dung môi hoặc phương pháp chiết xuất dung môi để chuẩn bị vi nang đã được sử dụng rộng rãi và được nghiên cứu trong lĩnh vực dược phẩm, và ít được nghiên cứu cho các ứng dụng dệt, ngoại trừ việc bao gói hương thơm bằng acid polylactic (PLA) hoặc hợp chất nhiệt từ cellulose etylic Kỹ thuật này liên quan đến việc sử dụng nhũ tương hóa dung dịch chứa polyme phủ và một chất hoạt tính trước đó đã được hòa tan trong dung môi dễ bay hơi trong môi trường liên tục mà chúng không thể trộn lẫn Việc loại bỏ

dần dung môi khỏi pha phân tán bằng cách làm nóng hệ thống cho phép chất cốt lõi được bọc bởi polyme Đại cương của phương pháp này bao gồm bốn bước liên tiếp được thực hiện dưới sự khuấy trộn: (1) hòa tan hoặc phân tán hoạt chất trong dung môi hữu cơ có chứa vật liệu phủ; (2) tạo nhũ tương của pha hữu cơ này trong pha bất phân hủy liên tục thứ hai; (3) chiết xuất dung môi từ pha phân tán bằng pha liên tục bằng cách đun nóng và (4) thu hoạch và làm khô các vi nang Các đặc tính của vi nang phụ thuộc chủ yếu vào công thức và các thông số quá trình, chẳng hạn như thông số độ hòa tan của các hợp chất, loại và nồng độ của chất phân tán, tỷ lệ polyme/hoạt chất đã chọn, tốc độ khuấy và nhiệt độ [16]

1.3 CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN HỆ BAO BỌC HOẠT CHẤT

Năm 2006, nhóm nghiên cứu của Francessco Lai đã tiến phát triển hệ dẫn truyền mới

cho thuốc trừ sâu sinh thái bằng cách kết hợp tinh dầu Artemisia arborescens L 1% (tinh

dầu cây ngải cứu bao gồm α-pinene, β-thujone, camphor, beta-capophyllene, chamazulene) vào trong hệ hạt chất béo rắn Chất béo rắn sử dụng trong nghiên cứu là comptritol 888 ATO, được đun nóng lên 85 oC rồi trộn với tinh dầu đã được phân tán vào trong nước nóng có chứa chất hoạt động bề mặt (poloxamer 188 hoặc miranol ultra C32) Hỗn hợp được khuấy trong vòng 1 phút với tốc độ 8000 vòng/phút, sau đó đồng hóa áp suất cao ở 500 bar, 90 oC Kết quả đo phân bố kích thước hạt cho biết sử dụng poloxamer làm chất hoạt động bề mặt cho hạt nhỏ hơn so với việc sử dụng miranol ultra C32 Sau 60 ngày bảo quản ở các nhiệt độ khác nhau, kích thước của hệ gia tăng không đáng kể đặc biệt là hệ sử dụng poloxamer để ở nhiệt độ 4 oC (từ 199 nm lên 207 nm) Hiệu quả bao giữ tinh dầu cũng được tiến hành kiểm tra và cho thấy cả hai chất hoạt động bề mặt sử dụng đều đạt hiệu suất cao, 87% khi dùng poloxamer 188 và 92% khi dùng miranol ultra C32 [17]

Năm 2007, nhóm tác giả gồm Waree Tiyaboonchai, Wacharaphorn Tungpradit, Pinyupa Plianbangchang đã sử dụng phương pháp microemulsion tạo hệ hạt chất béo rắn tại nhiệt độ 75 o

C thành công Pha nước chứa 0,1% dẫn xuất curcuminoids, 5-15% poloxomer 188, 5-15% AOT, 5-20% ethanol và nước khử ion vừa đủ 100% Pha nước đun đến 75 oC trước khi được cho vào pha dầu [18] Pha dầu chứa 5-12,5% acid stearic, 4% GMS, cũng được đun nóng đến 75 o

C Sau khi trộn lẫn hai pha này thu được hệ microemulsion, để ấm và phân tán trong nước lạnh 2oC (tỉ lệ 1:20) và thực hiện đồng hóa

tốc độ cao trong 15 phút, 8000 vòng/ phút thu được hệ chất béo rắn Sau đó hệ được lọc siêu âm hai lần với nước khử ion hóa Cuối cùng, cho vào hệ nhũ 4% mannitol trước khi làm lạnh nhanh trong nitơ lỏng và làm lạnh khô ở áp suất 0,4 mbar, nhiệt độ -30o

C, trong 24 giờ Kết quả tạo thành hệ hạt chất béo rắn chứa curcuminoids có kích thước gần 450 nm Hệ duy trì được tính ổn định trong 6 tháng bảo quản ở nhiệt độ phòng không có ánh sáng Sản phẩm bước đầu đã được sử dụng thử nghiệm trên cơ thể người và mang lại kết quả tốt trong việc chữa trị vết nhăn

Năm 2007, nhóm tác giả gồm Waree Tiyaboonchai, Wacharaphorn Tungpradit, Pinyupa Plianbangbang đã thành công trong việc bao giữ curcuminoid bằng hệ hạt chất béo rắn với phương pháp microemulsion Nghiên cứu cho thấy rằng sự thành đổi thành phần của hệ ảnh hưởng lớn đến khả năng bao giữ cũng như kích thước hạt tạo thành Pha nước bao gồm 0,1% dẫn xuất curcuminoid, các chất poloxomer 188, dioctyl sodium sulfosuccinate (AOT), ethanol và nước khử ion được đun nóng lên đến 75 oC sau đó trộn với pha dầu chứa stearic acid và 4% GMS cũng được đun nóng lên 75 oC Hệ nhũ được phân tán lại trong nước lạnh ở 2oC bằng máy đồng hóa trong vòng 15 phút với tốc độ 8000 vòng/phút Sau đó hệ được lọc siêu âm rồi trộn với nhũ 4% mannitol Cuối cùng, hệ được làm lạnh trong nitơ lỏng với áp suất 0,4 mbar ở nhiệt độ -30 oC trong 24 giờ Kết quả khảo sát chỉ ra nồng độ thành phần các chất thích hợp là 5% poloxomer, 5% AOT, 15% ethanol, 5% stearic acid sẽ đạt hệ có kích thước 450 nm và có thể ổn định trong 6 tháng bảo quản ở nhiệt độ phòng [19]

Năm 2010, V Chandrasekaran và M Senthikumar đã thành công nghiên cứu hệ bao bọc vitamin E lên vải dệt kim bằng phương pháp nitric acid hay còn gọi là phương pháp tận trích (Exhaustion method) Mục tiêu của nghiên cứu là các mẫu vải dệt kim đã được phủ lớp hoàn thiện vitamin E và xem xét hiệu suất của chúng thông qua các phương pháp thử nghiệm thương mại [20]

Các giá trị thực nghiệm thu được từ phương pháp SEM cho thấy hiệu suất tốt ngay cả sau mười chu trình giặt, hình ảnh chụp từ SEM cũng cho thấy được sự rõ rệt của vải trước và sau khi có lớp phủ vitamin E Trong khi đó, phương pháp thử nghiệm chuyển giao

với collagen da dê cho thấy vitamin hoàn thiện trên vải có khả năng chuyển vào da dê, đồng thời cho thấy rằng vitamin có thể chuyển vào da người trong sử dụng Ngoài ra, các đánh giá chủ quan cho thấy hiệu quả của vải hoàn thiện vitamin E trên đối tượng nghiên cứu khác nhau, nhóm đối tượng sử dụng vải hoàn thiện vitamin E liên tục trong mười ngày cho thấy hàm lượng vitamin E trong huyết thanh tăng thêm 2mg/dl trong khi nhóm đối tượng không sử dụng giảm một lượng khoảng 1 kmg/dl vitamin E trong huyết thanh Kết quả từ ba thử nghiệm này cho thấy rằng vải giàu vitamin e có thể được sử dụng như một sản phẩm giá trị gia tăng đáp ứng mong đợi của người tiêu dùng [21]

Tháng 4/2017, Fatemeh Ghaheh và các cộng sự đã thành công phủ các loại vải cotton bằng các hạt nano protein có chứa vitamin E bằng phương pháp xử lý miếng đệm Hoạt tính kháng oxy hoá của miếng vải phủ được đánh giá bằng phương pháp bắt gốc tự do ABTS Các mẫu vải được phủ bằng các hạt nano chứa lượng vitamin E dạng vi nang cao nhất (20% pha dầu) cho thấy hoạt tính chống oxy hoá là cao nhất Lớp phủ protein được duy trì trong ít nhất 10 chu kỳ giặt, chứng minh độ tin cậy của phương pháp xử lý bằng miếng đệm để cố định các hạt nano trên bề mặt cotton Một lượng lớn vật liệu có thể được chuyển và giải phóng sang các chất nền khác, chẳng hạn như vải và da, thông qua tác động tổng hợp của mồ hôi và ma sát Một loạt các ứng dụng mỹ phẩm và y tế có thể thực hiện được với phương pháp phủ và giải phóng hoạt chất đã phát triển, trong đó vitamin E sẽ mang lại những lợi ích quan trọng như sản phẩm bảo vệ da, chống lão hoá hoặc dưỡng ẩm cho da [22]

Năm 2013, Talita A Comunian đã thành công trong việc tạo hệ bao bọc vitC bằng cách đông tụ phức hợp sử dụng cả gelatin và gum arabic làm chất bao bọc Để làm cho quá trình đông tụ của vật liệu lõi ưa nước, nhũ tương nước trong dầu đầu tiên được điều chế bằng cách sử dụng dầu ngô, dung dịch 30% vitC và polyglycerol polyricinoleate (PGPR 90) làm chất hoạt động bề mặt Chín công thức vi nang được điều chế có chứa gelatin, gum arabic và vitC với tỷ lệ 1:1:0,5; 1:1:0,75 và 1:1:1, với lần lượt là 0,025; 0,05 và 0,075 g/mL polymer Bài nghiên cứu đã sử dụng nhiều phương pháp đánh giá như hình thái của các vi nang đông khô được phân tích bằng SEM và TEM, độ hút ẩm, độ hòa tan, kích thước hạt,

hiệu suất đóng gói, quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier và độ ổn định của vật liệu được đóng gói Tất cả các công thức vi nang đều có hình cầu, đa nhân và có hòa tan và hút ẩm nhẹ Hiệu suất đóng gói cao khoảng 98% Do đó, có thể bao bọc vitC một cách hiệu quả bằng cách sử dụng phương pháp nhũ tương kép, sau đó là đông tụ phức hợp Điều này chứng minh được khả năng bảo vệ vitC và ổn định của vi nang tốt hơn là trong dung dịch Như vậy, nghiên cứu này chứng minh việc sử dụng kỹ thuật nhũ tương kép trước khi đông tụ phức tạp có thể thu được các vi nang có lõi ưa nước [20]

Tháng 4/2021, Jiyoo Baek và các cộng sự đã nghiên cứu thành công hệ bao bọc vitC bằng chitosan (GCh) với hai tác nhân liên kết chéo là tinh thể nano cellulose được phosphoryl hóa (PCNC) và tripolyphosphate (TPP) Quá trình hình thành hệ bao bọc vi nang được thực hiện thông quá tương tác tĩnh điện giữa GCh và glycidyltrimethylammonium clorua (GTMAC) làm lớp vỏ Sau đó, TPP và PCNC được

thêm vào làm tác nhân tạo liên kết chéo nhằm tăng hiệu quả bao bọc

Mục tiêu của công trình nghiên cứu của Jiyoo Baek và các cộng sự là xem xét hai tác nhân liên kết chéo PCNC so với TPP nhằm đánh giá độ ổn định của hệ bao bọc, khả năng bao bọc và giải phóng vitC Do đó, bài nghiên cứu đã đưa ra các đánh giá về kích thước hạt vi nang, điện tích bề mặt, hiệu quả bao bọc, khả năng giải phóng vitC, thử nghiệm bắt gốc tự do, thử nghiệm kháng khuẩn và có một số kết luận ban đầu PCNC có thể ổn định hệ thống một cách hiệu quả thông qua sự gel hóa ion mạnh hơn so với TPP Tính ổn định của vitC trong hệ thống phụ thuộc nhiều vào ánh sáng, độ pH và oxy hòa tan của môi trường Các viên nang sử dụng tác nhân liên kết ngang PCNC sở hữu cấu hình phát hành bền vững hơn, từ đó PCNC được xem là tác nhân lý tưởng cho việc lưu trữ vitC trong thời gian dài Ngoài ra, hệ vitC-GCh-PCNC có khả năng kháng oxy, kháng khuẩn cao hơn hệ bao bọc vitC-GCh-TPP [23]

Năm 2020, Xin Liu và các cộng sự đã nghiên cứu thành công việc tạo ra hệ đồng bao bọc vitC và β-Carotene (βC) trong liposome (L) bằng cách sử dụng đồng thời các chất ưa nước và kỵ nước thông qua phương pháp tiêm ethanol Đầu tiên, một lượng lecithin lòng đỏ, cholesterol và βC được hòa tan trong 15 mL dung dịch hỗn hợp diclometan - ethanol

với tỉ lệ về thể tích là 1:2 Tiếp tục cho 2 mg vitC được hòa tan trong 15 mL dung dịch đệm phosphat có nồng độ 0.01 M, pH 6.8 Sau đó, dung dịch được bơm từng giọt bằng ống tiêm vào dung dịch đệm Phosphat được duy trì ở 35 °C với khuấy từ Sau khi tiêm, thu được liposome thô bằng cách khuấy trong 20 phút ở 35°C Làm bay hơi ở 40°C để loại bỏ diclometan và ethanol Sau khi thể tích của mẫu được điều chỉnh đến 15mL bằng dung dịch đệm phosphat, sau đó được loại bỏ bởi màng nitrat cellulose 0.45 μm để thu được liposome đồng nhất Liposome trắng (un-L), liposome nạp vitC (L-vitC) và liposome nạp βC (L-βC) được điều chế theo cùng một cách Mỗi mẫu được chuẩn bị làm ba lần và tất cả sản phẩm được bảo quản ở 4°C trong bóng tối

Các kết quả về cấu trúc liposome được đặc trưng bởi kích thước hạt, chỉ số phân tán, thế Zeta và TEM cho thấy cấu trúc vi mô của tất cả các mẫu liposome là hình cầu không có sự kết dính hoặc vỡ Kích thước của liposome đã bao bọc vitC và β-Carotene (L-vitC-βC) lớn hơn L-vitC và L-βC Hiệu quả đóng gói của VitC trong L-vitC-βC cao hơn đáng kể so với L-vitC, và hiệu quả bao bọc của βC trong L-vitC-βC không có thay đổi đáng kể so với trong L-βC Tỷ lệ phản ứng gốc tự do của L-vitC-βC cao hơn đáng kể so với L-βC, trong khi nó không có thay đổi đáng kể so với L-vitC Ngoài ra, độ ổn định lưu trữ của βC trong L-vitC-βC được cải thiện rất nhiều so với trong L-βC

Kết quả cho thấy rằng sự đồng bao bọc của vitC và βC có thể cải thiện đáng kể độ ổn định lưu trữ của βC và không có ảnh hưởng đáng kể đến độ ổn định lưu trữ của vitC liposome có thể bảo vệ các hoạt chất khỏi bị hư hại trong dạ dày và giải phóng chúng trong ruột non, nơi chúng có thể được hấp thụ Hơn thế nữa, kết quả của nghiên cứu này sẽ cung cấp ý nghĩa to lớn để cải thiện độ ổn định lưu trữ của βC Đồng thời, tạo tiền đề cho việc thiết kế các hệ thống phân phối hiệu quả cho các chất hoạt tính sinh học bằng cách sử dụng đồng thời các chất ưa nước và kỵ nước trong liposome Từ nghiên cứu này mở ra nhiều triển vọng và nhiều ứng dụng tiềm năng trong ngành công nghiệp thực phẩm và mỹ phẩm [24]

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM2.1 MỤC TIÊU

Ở nghiên cứu trước, Nguyễn Tiến Thanh đã tạo thành công hệ bao bọc vitamin E&C bằng chất béo rắn Emulgade với phương pháp bắt gốc tự do DPPH trên vải cotton Tiếp nối các kết quả thu được ở đề tài trước, trong bài báo cáo này sẽ tập trung nghiên cứu điều chế hệ bao bọc vitamin E&C bằng một số loại chất béo rắn (Emulgade, Naterol, Sabowax) với phương pháp bắt gốc tự do ABTS ứng dụng trên nền vải cotton từ đó khảo sát được hiệu quả bao bọc, hiệu quả sử dụng cũng như giải phóng hoạt chất của hệ bao bọc trên nền vải cotton

Để đạt được mục tiêu này, luận văn dự kiến thực hiện các nội dung như sau - Chuẩn bị và đánh giá tính chất nguyên liệu

- Điều chế hệ bao bọc hoạt chất bằng chất béo rắn

- Đánh giá tính chất hệ bao bọc hoạt chất bằng chất béo rắn

- Khảo sát hiệu quả bao bọc vitamin bằng phản ứng bắt gốc tự do ABTS

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả giải phóng hoạt chất trên vải cotton - Khảo sát hiệu quả và động học giải phóng hoạt chất trên vải cotton

2.2 HOÁ CHẤT VÀ THIẾT BỊ 2.2.1 Hoá chất

Bảng 2 1 Hóa chất sử dụng trong nghiên cứu

Emulgade SE-PF Lớp vỏ béo rắn của vi nang

Sabowax FL65K Lớp vỏ béo rắn của vi nang

Vitamin C (STAR-VCE) Thành phần hoạt tính Vitamin E Acetate Care Thành phần hoạt tính

Dầu olive Thành phần hoạt tính

Dung môi hòa tan vitamin E

Bảng 2 3 Thành phần các hóa chất trong dung dịch đệm phosphate pH=7.4

❖ Phương pháp đánh giá sự kháng oxy hoá dựa vào khả năng bắt gốc ABTS+.có cùng cơ chế hoạt động với phương pháp bắt gốc DPPH, tuy nhiên ABTS bản chất không phải gốc tự do, đòi hỏi sự chuyển đổi bằng một tác nhân oxy hoá mạnh là K2S2O8 Khi bị oxy hoá hoá, ABTS mất một điện tử và tạo ra gốc tự do ABTS+ Chính điện tử độc thân trên gốc tự do đã hình thành nên hệ liên hợp điện tử và làm cho ABTS chuyển màu xanh, có độ hấp thu cực đại ở bước sóng 734 nm Nếu bị khử bởi chất có hoạt tính kháng oxy hoá, ABTS+ sẽ chuyển về dạng ban đầu ABTS không màu Khả năng khử ABTS+ của một chất kháng oxy hoá được thể hiện ở mức độ làm giảm màu của dung dịch ABTS, xác định được bằng cách đo độ hấp thu ở bước sóng cực đại 734 nm

Thực hiện với bốn mẫu gồm olive, vitE, vitC và hỗn hợp olive, vitE, vitC với tỉ lệ tương ứng 6:3:1 tương ứng với thể tích 100 μL

Quy trình thực hiện như sau:

Bước 1: Tiến hành pha dung dịch ABTS 7 mM và dung dịch K2S2O8 2.45 mM như sau cân 0.0192 g ABTS + 5 mL nước và cân 0,0040 g K2S2O8 + 6 mL nước cất Hút 5 mL K2S2O8 vào hủ ABTS ủ 16 tiếng trong bóng tối ở nhiệt độ phòng sẽ thu được dugn dịch stock Sau khoảng thời gian trên, dung dịch stock được ủ tối trong tủ lạnh Pha loãng dung

dịch stock bằng dung dịch đệm 7.4 đến độ hấp thu 𝑂𝐷734= 0.7 ± 0.02 trước khi tiến hành phản ứng

Bước 2: Sàng lọc khoảng nồng độ ức chế bằng cách phân tán mẫu trong dung dịch

đệm 7,4 thành các nồng độ thử nghiệm thích hợp đối với từng đối tượng khảo sát

Bước 3: Tiến hành phản ứng như sau:

• Hỗn hợp mẫu âm chứa 2000 µL dung dịch stock đã được pha loãng và 1000 µL dung dịch đệm

• Hỗn hợp mẫu trắng chứa 2000 µL dung dịch đệm và 1000 µL dung dịch mẫu ở nồng độ cần đo

• Hỗn hợp đo chứa 2000 µL dung dịch stock đã được pha loãng và 1000 µL dung dịch mẫu ở nồng độ cần thử nghiệm

Các hỗn hợp phải được lắc đều và để yên cho phản ứng ở nhiệt độ phòng trong thời gian cần khảo sát rồi tiến hành đo giá trị độ hấp thu; các hỗn hợp mẫu trắng và mẫu đo cần được đem siêu âm trong 5 phút trước khi tiến hành đo

Từ kết quả khảo sát mẫu ở các nồng độ thử nghiệm, tiến hành thí nghiệm tương tự với các nồng độ phù hợp Mỗi nồng độ được thực hiện ít nhất 3 lần để tính giá trị trung bình

Phần trăm bắt gốc tự do ABTS được tính theo công thức Q (%) = [1 −(A − Ao)

(An) ] ∙ 100% Trong đó:

A: độ hấp thu quang của mẫu phân tích Ao: độ hấp thu của dung dịch chứa mẫu trắng

An: độ hấp thu của dung dịch chứa mẫu đối chứng âm

2.3.1.2 Đánh giá tính chất nguyên liệu

Khả năng kháng oxy hoá của nguyên liệu được đánh giá thông qua phản ứng bắt gốc tự do ABTS theo từng mẫu nguyên liệu Bốn mẫu gồm dầu olive, vitC, vitE và mẫu mix (là sự kết hợp của dầu olive, vitE, vitC với tỉ lệ khối lượng lần lượt là 6:3:1) được đo khả năng

kháng oxy hoá tương tự như quy trình ở mục 2.3.1.1

2.3.2 Đánh giá đặc tính hệ bao bọc

2.3.2.1 Xác định phân bố kích thước hạt hệ phân tán bằng phương pháp đo LDS

Phân bố kích thước hạt và đường kính trung bình của hệ phân tán được xác định bằng phương pháp LDS Nguyên lý cơ bản của phương pháp là sử dụng tia laser chiếu qua dung dịch huyền phù pha loãng, các đầu dò sẽ quét một góc từ 0o

đến 90o để thu nhận các chùm tia khúc xạ và phản xạ, hàm phân bố kích thước và giá trị đường kính hạt (kích thước mean và median) được tính toán dựa theo thuyết tán xạ Mie Việc phân tích mẫu được thực hiện bằng thiết bị Horiba LA – 950V2 tại phòng thí nghiệm bộ môn Kỹ thuật Hóa hữu cơ, khoa Kỹ thuật Hóa học, trường đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM

2.3.2.2 Xác định hình thái hạt bằng phương pháp SEM

Xác định hình thái hạt thông qua kính hiển vi quét SEM (Scaning Electron Microscopy): Phương pháp sử dụng một chùm điện tử hội tụ cao trong chân không quét qua bề mặt mẫu, thu thập các tín hiệu từ mẫu phát ra, tái tạo thành một hình ảnh lớn hơn của bề mặt mẫu và hiển thị lên màn hình

2.3.2.3 Xác định hiệu quả bao bọc

Hiệu quả bao bọc và hiệu quả sử dụng của hệ bao bọc là hai thông số quan trọng để xác định được hiệu quả của phương pháp điều chế, nó được đánh giá thông qua phản ứng

bắt gốc tự do với ABTS như đã trình bày ở mục 2.3.1.1 Các hệ bao bọc sau khi được điều

chế, sẽ siêu âm cho phá bọt và tiến hành xác định hàm lượng các hoạt chất có bên trong, trên vỏ hạt và tồn tại tự do bên ngoài hạt vi nang

Để đánh giá được hiệu quả bao bọc của hạt nano chất béo rắn, ta cần tính toán được sự hao hụt của các thành phần nguyên liệu do bay hơi và thao tác trong quá trình tạo thành hệ bao bọc Hiệu quả sử dụng là tỷ lệ giữa lượng nguyên liệu có trong hệ sau khi được điều chế so với toàn bộ lượng nguyên liệu có trong hỗn hợp điều chế ban đầu Hiệu quả bao bọc là tỷ lệ giữa lượng hoạt chất bên trong và bên trên vỏ hạt vi nang với lượng hoạt chất tự do trong hệ bao bọc

2.3.3 Đánh giá đặc tính hệ bao bọc trên nền vải cotton

2.3.3.1 Đánh giá khả năng giải phóng hoạt chất của hệ bao bọc trên nền vải cotton

Vải cotton sau khi được xử lý bằng hai phương pháp (tẩm và ngâm) được dùng để đánh giá khả năng kháng oxy hoá thông qua phản ứng bắt gốc tự với với ABTS tương tự

như mục 2.3.1.1 Đánh giá và so sánh các điều kiện khác nhau của từng hệ bao bọc và đưa

ra nhận xét về hiệu quả của từng phương pháp đưa hoạt chất lên hệ bao bọc

2.3.3.2 Đánh giá ảnh hưởng của dung tỷ đến khả năng giải phóng hoạt chất trên nền vải cotton

Vải cotton sẽ được ngâm với các hệ bao bọc khác nhau trong 24 giờ ứng với từng thể tích dung dịch bao bọc khác nhau Sau đó, vải sẽ được phơi khô và siêu âm phá bọt để đánh giá khả năng giải phóng hoạt chất Tiếp tục đo kháng oxy hoá của dung dịch sau siêu âm

thu được thông qua phản ứng bắt gốc tự do ABTS như được trình bày ở mục 2.3.1.1 Từ

đó đưa ra đánh giá về ảnh hưởng của dung tỷ đến khả năng và hiệu quả giải phóng hoạt chất

2.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

2.4.1 Chuẩn bị và đánh giá tính chất của nguyên liệu

Thực hiện đánh giá hoạt tính kháng oxy hoá của bốn mẫu bao gồm vitC, vitE, dầu

olive và mẫu mix thông qua phản ứng bắt gốc tự do tương tự như quy trình ở mục 2.3.1.1

Sau đó vẽ đồ thị thể hiện phần trăm ức chế gốc tự do theo mẫu vitamin C trên

Tên INCI Ethyl Ascorbic Acid

Tên thông thường STAR-VCE Công thức phân tử C8H12O6Khối lượng phân

Trạng thái (20oC) Bột, màu trắng Độ tinh khiết 99.58 %

VitE được sử dụng trong nghiên cứu này là α-tocopheryl acetate, đây là dẫn xuất este

của tocopherol VitE được dùng là loại phổ biến trong ngành mỹ phẩm, là chất lỏng có màu vàng nhạt, tan tốt trong dầu, đặc biệt là dầu olive VitE trong nghiên cứu có độ bền tốt, nhiệt độ phân hủy cao cũng như tác dụng dưỡng ẩm, tăng khả năng đàn hồi của da,… nên dẫn xuất của VitE được lựa chọn làm thành phần hoạt tính trong bài nghiên cứu này

❖ Dầu olive

Dầu olive nguyên chất chứa 84% acid béo không bão hòa và một số các loại vitamin khác, đặc biệt là vitE Dầu olive là một loại dầu tự nhiên có thể hòa tan được vitE nên có thể sử dụng để tạo ra hỗn hợp đồng nhất tốt

❖ Chất béo rắn (Emulgade SE-PFTM

)