Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật hóa học: Nghiên cứu chế tạo bột curcumin bằng phương pháp sấy phun

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Công trình được hoàn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA–ĐHQG–HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Phan Nguyễn Quỳnh Anh

4 Ủy viên: TS Tống Thanh Danh 5 Ủy viên, thư ký: TS Lê Vũ Hà

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

PGS.TS Nguyễn Thị Phương Phong PSG.TS Nguyễn Quang Long

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA 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 Trọng Hùng MSHV: 2070645 Ngày, tháng, năm sinh: 13/08/1998 Nơi sinh: Đồng Nai

I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BỘT CURCUMIN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẤY PHUN

Tên tiếng Anh: Research on preparation of curcumin powder by spray drying method

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của giá mang đến

quá trình sấy phun, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy phun nâng cao hàm lượng Curcumin trong bột, tối ưu hóa quá trình sấy phun để tìm ra được điều kiện sấy phun phù hợp, khảo sát sản phẩm sau tối ưu Với nội dung:

● Tiến hành chuẩn bị hệ huyền phù Curcumin sử dụng phụ gia Gum Arabic ● Đánh giá tính chất hệ huyền phù (ngoại quan, kích thước và hàm lượng)

● Tiến hành tạo bột bằng phương pháp sấy phun Lựa chọn loại giá mang phù hợp và tối ưu hóa quá trình sấy phun

● Đánh giá tính chất, hàm lượng Curcumin trong sản phẩm

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 05/09/2022

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 18/12/2022 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Phan Nguyễn Quỳnh Anh

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

PGS TS Nguyễn Quang Long

Bên cạnh đó, xin dành lời cảm ơn trân trọng nhất cho gia đình, cho ba mẹ, những người luôn yêu thương tôi, là nguồn động lực lớn nhất để tôi cố gắng học tập và vượt qua những khó khăn trong cuộc sống

Do kiến thức và kinh nghiệm vẫn còn thiếu sót và thời gian hạn chế nên luận văn không tránh khỏi những sai sót trong quá trình thực hiện Rất mong nhận được những góp ý và nhận xét quý báu của quý thầy cô để em có thể hoàn thiện hơn nữa kiến thức và kỹ năng của mình

Xin kính chúc quý thầy cô luôn mạnh khỏe, luôn hạnh phúc và thành công trong cuộc sống, công việc, sẽ luôn là những người thầy – người cô, người bạn tuyệt vời của sinh viên Bách Khoa

TP Hồ Chí Minh, ngày 20, tháng 01, năm 2023

Nguyễn Trọng Hùng

ii

TÓM TẮT

Mục tiêu nghiên cứu của luận án này là tối ưu hóa quá trình tạo bột từ phương pháp sấy phun nhằm nâng cao tính chất của bột Đầu tiên, huyền phù 2 g/L được chuẩn bị với sự hỗ trợ của Gum Arabic Kích thước hạt của hệ huyền phù là 8.420 μm theo phương pháp LDS Huyền phù được chuyển thành bột bằng cách sấy phun với Maltodextrin làm giá mang Thiết kế mặt trung tâm phức hợp (CCD) của thí nghiệm được xây dựng để đánh giá bề mặt phản ứng của các đặc tính bột bao gồm hàm lượng Curcumin, khả năng giữ Curcumin dưới tác động của 3 yếu tố khảo sát: Nhiệt độ sấy, lưu lượng không khí sấy và lưu lượng phẩm cấp Các điều kiện được chọn dựa trên các điều là nhiệt độ không khí đầu vào 150°C, lưu lượng không khí sấy 290 m3/h và tốc độ dòng cấp liệu 0.7 L/h Ở điều kiện này hàm lượng Curcumin tối ưu hóa là 4.667% - sai biệt hàm lượng trung bình và hàm lượng trung bình tối ưu là 2.25% < 5% Bột tối ưu sau đó được đánh giá tính chất chung với hàm lượng Curcumin trong bột là 46.671 g/Kg, độ ẩm lưu giữ là 4.78% và màu sắc của bột theo hệ màu L, C, h lần lượt là 85.90; 42.61; 89.25 Bột nano Curcumin có kích thước median 1.900 µm khi phân tích bằng phương pháp tán xạ lazer LDS và nằm trong khoảng 1-3 µm khi phân tích bằng kỹ thuật kính hiển vi quét điện tử FESEM Độ hòa tan của bột ở 60 phút tại các pH 1.2; 4.5; 6.8 lần lượt là 1.099%; 1.743%; 1.969%

iii

ABSTRACT

The studied aim of this thesis is to optimize the powder forming process from the spray drying method in order to improve the properties of the powder First, a 2 g/L suspension was prepared with the simultaneous support of Gum Arabic The particle size of the suspension was 8,420 μm according to the LDS method The suspension was converted to a powder by spray drying with Maltodextrin as a carrier The complex center face design (CCD) of the experiment was built to evaluate the reaction surface of powder properties including Curcumin content, Curcumin retention ability under the influence of 3 survey factors: temperature drying, drying air flow and feed flow The conditions are selected based on the inlet air temperature 150°C, drying air flow 290 m3/h and feed flow rate 0.7 L/h In this condition, the optimal curcumin content was 4.667% - the difference between the average and the optimal average concentration was 2.25% < 5% The optimal powder was then evaluated for general properties with the Curcumin content in the powder was 46.671 g/Kg, the retention moisture was 4.78% and the color of the powder according to the color system L, C, h is 85.90; 42.61; 89.25 respectively Curcumin nanopowder has a median size of 1,900 µm when analyzed by LDS laser scattering method and ranges from 1-3 µm when analyzed by FESEM scanning electron microscopy technique Solubility of powder at 60 min at pH 1.2; 4.5; 6.8 is 1.099%; 1.743% and 1.969%

iv

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 TS Phan Nguyễn Quỳnh Anh Các số liệu, những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn này hoàn toàn trung thực

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

TP Hồ Chí Minh, ngày 20, tháng 01, năm 2023

Nguyễn Trọng Hùng

1.2 PHƯƠNG PHÁP ĐƯA HỆ HUYỀN PHÙ VỀ DẠNG BỘT 6

1.2.1 Tạo bột bằng phương pháp sấy phun 6

1.2.1.1 Nguyên lý của phương pháp sấy phun 6

1.2.1.2 Cấu tạo chung 6

1.2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy 8

1.2.1.4 Ưu và nhược điểm của công nghệ sấy phun 9

1.2.1.5 Ứng dụng của phương pháp sấy phun 9

1.2.2 Tạo bột bằng phương pháp đông khô 10

1.2.2.1 Các bước của quá trình sấy đông khô 10

1.2.2.2 Ưu và nhược điểm của phương pháp sấy đông khô 11

1.4 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU 17

1.4.1 Nghiên cứu tạo hệ nano Curcumin 17

1.4.1.1 Các nghiên cứu ngoài nước 17

1.4.1.2 Các nghiên cứu trong nước 18

1.4.2 Nghiên cứu hoạt tính của nano Curcumin 19

1.4.3 Nghiên cứu khả năng tạo bột nano Curcumin bằng phương pháp sấy phun 20

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 23

2.1 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 23

2.2 NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG 23

2.3.2.1 Phương pháp quang phổ hấp thu (UV – VIS) 25

2.3.2.2 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) 26

vii

2.3.3 Xác định phân bố kích thước và hình thái hạt 27

2.3.4 Xác định màu sắc ngoại quan 28

2.3.5 Xác định độ hòa tan 30

2.3.6 Xác định hiệu suất thu hồi Curcumin 31

2.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 32

2.4.1 Taọ bột Curcumin sấy phun với sự hỗ trợ của các loại giá mang 32

2.4.1.1 Tạo hệ huyền phù 32

2.4.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của giá mang đến quá trình sấy phun Curcumin

33

2.4.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình sấy phun 33

2.4.1.4 Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng không khí đến quá trình sấy phun 34

2.4.1.5 Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng cấp phẩm đến quá trình sấy phun 35

2.4.1.6 Khảo sát nâng cao hàm lượng Curcumin bằng cách thay đổi tỉ lệ Curcumin/Giá mang 35

2.4.2 Tối ưu hóa điều kiện sấy phun 35

2.4.2.1 Phương pháp phân tích và đánh giá mô hình tối ưu 36

2.4.2.2 Đối chiếu kết quả dự đoán từ mô hình với kết quả thực nghiệm 37

2.4.3 Đánh giá tính chất của sản phẩm bột Curcumin 37

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 38

3.1 XÂY DỰNG ĐIỀU KIỆN SẤY PHUN BỘT CURCUMIN 39

3.1.1 Tạo hệ huyền phù 39

3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của giá mang đến quá trình sấy phun bột Curcumin

40

3.1.6 Khảo sát nâng cao hàm lượng hàm lượng Curcumin trong bột 46

3.2 TỐI ƯU HÓA ĐIỀU KIỆN SẤY PHUN 47

3.2.1 Tối ưu hóa theo hàm lượng trung bình 47

3.2.2 Đánh giá hiệu quả của quá trình 53

ix

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1 Quá trình chuyển hóa của Curcumin trong đường tiêu hóa 5

Hình 1 2 Cơ cấu phun trong thiết bị sấy phun 7

Hình 1 3 Buồng sấy phun sử dụng trong phòng thí nghiệm 8

Hình 1 4 Các tiểu phân chính trong cấu trúc của Gum Arabic 13

Hình 1 5 Cấu trúc của Maltodextrin 14

Hình 1 6 Cấu trúc của Isomalt [29] 16

Hình 1 7 So sánh khả năng kháng khuẩn của Curcumin và nano Curcumin đối với vi khuẩn gram âm (E coli) [36] 19

Hình 1 8 So sánh hoạt tính của nano Curcumin và Curcumin lên các loại tế bào ung thư với cùng nồng độ 25 µm [37] 20

Hình 2 1 Phổ đồ và kết quả xây dựng đường chuẩn của Curcumin theo phương pháp quang phổ hấp thu UV – VIS 26

Hình 2 2 Kết quả xây dựng đường chuẩn của Curcumin bằng phương pháp HPLC 27

Hình 2 3 Không gian màu CIE 29

Hình 2 4 Quy trình tạo hệ huyền phù Curcumin 32

Hình 3 1 Phân bố kích thước hạt của hệ huyền phù 2 g/L 40

Hình 3 2 Ảnh hưởng của giá mang đến ngoại quan của bột Curcumin sấy phun 40

Hình 3 3 Ảnh hưởng của giá mang đến hàm lượng của bột Curcumin sấy phun 41

Hình 3 4 Ảnh hưởng của giá mang đến kích thước hạt bột sấy phun 41

Hình 3 5 Ảnh hưởng của giá mang đến độ hòa tan 42

Hình 3 6 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến ngoại quan của bột Curcumin 43

xi

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1 Ưu và nhược điểm của phương pháp sấy phun 9

Bảng 1 2 Ưu và nhược điểm của phương pháp đông khô 11

Bảng 2 1 Nguyên liệu sử dụng và nguồn gốc 23

Bảng 2 2 Chế độ phân tích HPLC của Curcumin 26

Bảng 2 3 Điều kiện thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của giá mang đến quá trình sấy phun 33

Bảng 2 4 Điều kiện thí nghiệm khảo sát nhiệt độ sấy phun 34

Bảng 2 5 Điều kiện thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng không khi sấy 34Bảng 2 6 Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng phẩm cấp đến quá trình sấy phun 35

Bảng 2 7 Đánh giá mối tương quan giữa mô hình và thực nghiệm 36

Bảng 3 1 Tính chất hệ huyền phù nano Curcumin nồng độ 2 g/L 39

Bảng 3 2 Liên hệ giữa các biến mã hóa và biến thực 48

Bảng 3 3 Ma trận các thí nghiệm quy hoạch thực nghiệm và kết quả 48

Bảng 3 4 Kết quả phân tích hệ số trong mô hình hồi quy 49

Bảng 3 5 Số liệu kết quả của quá trình tối ưu 54

Bảng 3 6 Kiểm tra độ lặp lại của mô hình tối ưu hóa 54

Bảng 3 7 Tính chất bột nano Curcumin sấy phun 55

xii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ABTS 2,2' – azino – bis(3 – ethylbenzothiazoline – 6 – sulphonic acid)

BHT Butylated Hydroxyltoluene

CIE Commission Internationale de l'Eclairage

DLS Tán xạ ánh sáng động (Dynamic Light Scattering)

DMSO Dimethyl sulfoxit

DC Dược chất

EU Liên minh Châu Âu

FESEM Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy) GA Gum Arabic

HPLC Sắc lý lỏng hiệu năng cao (High Performance Liquid Chromatography)

HPMC Hydroxypropyl Methylcellulose

KTTP Kích thước tiểu phân

LDS Quang phổ nhiễu xạ laser (Laser Diffraction Spectrometry)

PCS Photon Correlation Spectroscopy

SLNs Nano chất béo rắn (Solid lipid nanoparticles)

SKD Sinh khả dụng

SLS Sodium lauryl sulfate

1

LỜI MỞ ĐẦU

Từ xưa đến nay, nghệ vàng được sử dụng như một vị thuốc công hiệu trong việc chữa đau dạ dày, làm trắng da, kháng viêm, kháng oxy hóa, hỗ trợ điều trị ung thư Hoạt chất chính thể hiện nên hoạt tính của củ nghệ đó chính là Curcumin Vì thế, Curcumin đã và đang trở thành mục tiêu của nhiều nhà nghiên cứu trong nước và thế giới, đặc biệt là các nghiên cứu trong lĩnh vực y dược Tuy nhiên, khả năng tan trong nước của Curcumin rất kém, gây khó khăn cho việc hấp thu vào cơ thể Một giải pháp không mới nhưng rất quan trọng đó chính là giảm kích thước hạt về mức nano nhằm tăng độ hòa tan cũng như hoạt tính sinh học của Curcumin

Do đó, việc tìm kiếm và phát triển các hệ phụ gia và cấu trúc nano có tác dụng gia tăng độ hoà tan nhằm tăng hiệu quả khi ứng dụng vào các sản phẩm phòng ngừa và chữa bệnh là điều cần thiết Dựa trên các nghiên cứu về tổng hợp nano Curcumin đã và đang thực hiện tại trường đại học Bách Khoa – ĐHQG Tp HCM thì Gum Arabic, Maltodextrin, Lactose và Isomalt là một số phụ gia có tác dụng rất tốt trong việc nâng cao độ hòa tan của Curcumin Tuy nhiên, các nghiên cứu chỉ mới dừng lại ở việc tạo hệ huyền phù nano Curcumin và thử nghiệm đưa về dạng bột mà chưa có những đánh giá và so sánh sâu hơn về các tính chất của các sản phẩm bột và ứng dụng của chúng trong thực phẩm chức năng Do đó, nghiên cứu này sẽ tiến hành khảo sát các phương pháp chuyển hệ phân tán Curcumin về dạng bột với các giá mang khác nhau, đánh giá và so sánh tính chất của sản phẩm, tạo điều kiện thuận lợi đưa sản phẩm ra thị trường

Cho đến nay, con người mặc dù sử dụng thực phẩm hàng ngày nhưng vẫn chưa hiểu biết đầy đủ về các thành phần các chất dinh dưỡng trong thực phẩm, về tác động của thực phẩm tới các chức năng sinh lý của con người [1]

Ngày nay, người tiêu dùng muốn sử dụng sản phẩm có nguồn gốc từ thiên nhiên Mối quan tâm của người tiêu dùng về việc sử dụng các chất phụ gia nhân tạo trong các sản phẩm thực phẩm đã tăng lên rõ rệt Các cuộc khảo sát khác nhau đã chỉ ra rằng mọi người đang cần nhiều dữ liệu hơn về ảnh hưởng sức khỏe của các chất phụ gia thực phẩm [2] Và với việc có nhiều phản ánh tiêu cực về các chất phụ gia nhân tạo, thì Curcumin được xem là một giải pháp hữu ích, vì Curcumin có đặc tính như một chất phụ gia tự nhiên

Nghệ từ lâu đã được sử dụng làm gia vị và phụ gia thực phẩm, được sử dụng rộng rãi để cải thiện tính ngon miệng và làm chất ổn định, bảo quản của thực phẩm thông qua màu vàng, mùi vị và khả năng chống oxy hóa đặc trưng của nó [3] Thông qua đặc điểm cảm quan thân và củ nghệ, thì chúng có màu hơi vàng, mùi thơm và vị hơi đắng, cay [4]

Curcumin được xem là thuốc nhuộm màu vàng tự nhiên Liên minh châu Âu (EU) công nhận và cho phép nó là một phụ gia thực phẩm, và nó còn một số tên khác,

3

chẳng hạn như CI 75300, Natural Yellow 3 hoặc diferuloylmethane Độ ổn định của Curcumin trong dung dịch phụ thuộc vào độ pH, giới hạn tối ưu của nó nằm trong khoảng pH 1 – 6 Màu của Curcumin sẽ chuyển sang màu đỏ nếu nằm trong khoảng pH < 1 và pH > 7 [5] Việc Curcumin tiếp xúc với ánh sáng sẽ làm tăng khả năng phân hủy của nó [6]

Đối với mục đích dinh dưỡng, Curcumin thường được sử dụng với liều 5 – 500 mg/kg, tùy thuộc vào các loại thực phẩm khác nhau Nó chủ yếu sử dụng trong các sản phẩm sữa, ngũ cốc, đồ uống, thực phẩm cô đặc, các sản phẩm bánh mì,… [7], nó còn được trộn vào sốt mayonnaise và bơ [8] Curcumin là một chất thay thế tốt và rẻ cho nghệ tây, mặc dù nó không thể thay thế hương vị của nghệ tây, ở châu Âu nó được đặt một cái tên mỹ miều là “nhụy hoa nghệ tây Ấn Độ” [9] Là một chất phụ gia, Curcumin ổn định trong quá trình xử lý nhiệt và trong thực phẩm khô Nó tương đối trơ với các phản ứng với các thành phần khác, mặc dù có thể tạo thành muối với phthalates và citrate, và nó trơ trong các phản ứng với phốt phát, clorua và bicacbonat [10]

Một vấn đề quan trọng liên quan đến bảo quản là khả năng nhiễm vi sinh vật gây hư hỏng thực phẩm và ngộ độc bởi các mầm bệnh từ thực phẩm, nhưng nhiều nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng chất Curcumin thể hiện một số tác dụng kháng khuẩn [11] Liang và các cộng sự còn phát hiện ra rằng Curcumin có tác dụng bảo quản tốt đối với bánh mì, đậu phụ và thịt cừu nấu chín [12] Thịt gà được xử lý bằng dầu chiết xuất nghệ giàu Curcumin (1% hoặc 2%) sẽ đảm bảo an toàn và không bị nhiễm vi sinh vật trong 90 ngày bảo quản [13] Curcumin tăng tính ổn định oxy hóa của dầu đậu nành, giảm tổng số nấm mốc và nấm men trong các mẫu phi lê ức gà bởi vì nó ức chế quá trình peroxy hóa lipid và dường như một chất bảo quản tự nhiên đầy hữu ích [14] Quá trình oxy hóa axit linoleic thấp hơn nhiều khi có chất Curcumin và tác dụng chống oxy hóa là khoảng 80% khi nó được sử dụng như một chất bổ sung chế độ ăn uống [15] Đối với các loại thực phẩm khác, cần có các nghiên cứu sâu hơn để xác định các điều kiện tốt nhất của Curcumin

4

Vấn đề khó khăn đối với việc sử dụng Curcumin trên lâm sàng là sinh khả dụng (SKD) thấp Nghiên cứu dược động học của Curcumin được báo cáo bởi Yang K và cộng sự cho thấy: nồng độ tối đa Curcumin trong huyết tương chuột cống sau khi uống liều 500 mg/kg là 0.06 ± 0.01 μg/ml, chứng tỏ SKD đường uống chỉ khoảng 1% [16] Tương tự, theo nghiên cứu của Shoba G và cộng sự, nồng độ Curcumin cao nhất trong huyết tương là 1.35 ± 0.23 μg/ml sau 1 giờ dùng đường uống với liều 2 g/kg trên chuột cống, trong khi người tình nguyện khỏe mạnh (khối lượng 50 - 75 kg) uống liều đơn 2g Curcumin (4 viên nang 500 mg), nồng độ trong huyết tương rất thấp, chỉ khoảng 0.006 ± 0.005 μg/ml trong 1 giờ [17] Trong nghiên cứu đánh giá SKD trên chuột cống của Allam A N và cộng sự, với liều 340 mg/kg trên chuột cống, lượng Curcumin không hấp thu trong nhung mao ruột và lượng tìm thấy trong tế bào nhày khá lớn, trong khi lượng Curcumin trong huyết tương không thể tìm thấy Điều này còn chứng tỏ Curcumin có tính thấm kém qua hệ thống dạ dày - ruột [18]

Sau hấp thu, Curcumin bị chuyển hóa qua gan (chuyển hóa lần đầu) Sự chuyển hóa Curcumin thông qua liên hợp glucuronid, sulfat và quá trình khử thông qua alcol dehydrogenase, tạo ra nhiều chất chuyển hóa như dihydrocurcumin, tetrahydrocurcumin, hexahydrocurcumin, hexahydrocurcuminol, acid ferulic, acid dihydroferulic, curcumin glucuronid và curcumin sulfat Sau đó, curcumin bị thải trừ nhanh ở dạng liên hợp với glucuronid và sulfat Khoảng 60 - 70% curcumin dùng đường uống được thải trừ qua phân [19]

5

Hình 1 1 Quá trình chuyển hóa của Curcumin trong đường tiêu hóa

Như vậy, hấp thu Curcumin từ ruột kém có thể do độ tan thấp, tốc độ hòa tan chậm nên dược chất hòa tan không hoàn toàn Ngoài ra, Curcumin còn bị phân hủy trong môi trường sinh lý của hệ thống dạ dày ruột, tốc độ chuyển hóa và thải trừ nhanh SKD của Curcumin thấp, dẫn đến việc sử dụng trong điều trị hạn chế

Để cải thiện độ tan và tốc độ hòa tan của Curcumin, các công trình nghiên cứu đã đề cập đến các biện pháp làm thay đổi đặc tính vật lý của dược chất (DC) như giảm kích thước tiểu phân (KTTP) xuống kích cỡ nanomet (bào chế hệ nano) và tạo dạng bào chế trung gian chứa Curcumin như hệ phân tán rắn, hệ micel, vi nhũ tương, nhũ tương nano, hệ tự nhũ hóa hoặc dạng liên hợp Nano dược chất có kích thước dưới 1000 nm

Hệ huyền phù nano là một trong những giải pháp tối ưu để cải thiện độ hòa tan và tốc độ hòa tan của Curcumin Nhưng các bán thành phẩm huyền phù được tạo ra vẫn còn một số hạn chế như hệ huyền phù không bền, dễ lắng đáy, khó định lượng khi áp dụng vào sản xuất và khó lưu trữ, bảo quản.

6

1.2 PHƯƠNG PHÁP ĐƯA HỆ HUYỀN PHÙ VỀ DẠNG BỘT

Do hệ huyền phù tạo thành khó lưu trữ, dễ bị biến đổi tính chất hóa lý theo thời gian nên việc đưa sản phẩm về dạng bột để cải thiện các nhược điểm trên là điều cần thiết Huyền phù nano Curcumin sẽ được tạo thành và chuyển thành dạng bột nano Curcumin Các đặc tính cơ bản và quan trọng nhất là khả năng tái phân tán (độ hoà tan) của bột sản phẩm sẽ được xây dựng quy trình và khảo sát độ hòa tan Hệ huyền phù sẽ được đưa về dạng bột bằng các phương pháp sấy phun, đông khô và tẩm thủ

công với những ưu và nhược điểm khác nhau 1.2.1 Tạo bột bằng phương pháp sấy phun

Sấy phun là một trong những công nghệ sấy công nghiệp chính do khả năng sấy do khả năng sấy một bậc nguyên liệu từ dạng lỏng sang dạng bột khá đơn giản, dễ dàng kiểm soát nhiệt độ và định dạng hạt sản phẩm một cách chính xác Thiết bị sấy phun dùng để sấy các dạng dung dịch và huyền phù trong trạng thái phân tán nhằm tách ẩm ra khỏi vật liệu giúp tăng độ bền và bảo quản sản phẩm được lâu hơn Sản phẩm của quá trình sấy phun là dạng bột mịn như bột đậu nành, bột trứng, bột sữa, hoặc các chế phẩm sinh học, dược liệu,…

1.2.1.1 Nguyên lý của phương pháp sấy phun

Một hệ phân tán mịn của nguyên liệu từ chất lỏng hòa tan, nhũ tương, huyền phù đã được cô đặc trước (40-60% ẩm) được phun để hình thành những giọt mịn, rơi vào trong dòng khí nóng cùng chiều hoặc ngược chiều ở nhiệt độ khoảng 150-3000C trong buồng sấy lớn Kết quả là hơi nước được bốc đi nhanh chóng, các hạt sản phẩm được tách ra khỏi tác nhân sấy nhờ hệ thống thu hồi riêng

1.2.1.2 Cấu tạo chung

Tất cả các thiết sấy phun đều bao gồm

Cơ cấu phun: Có chức năng đưa nguyên liệu (dạng lỏng) vào buồng sấy dưới dạng hạt mịn (sương mù) Quá trình tạo sương mù sẽ quyết định kích thước các giọt và sự phân bố của chúng trong buồng sấy, do đó sẽ ảnh hưởng đến giá trị bề mặt

7

truyền nhiệt và tốc độ sấy Cơ cấu phun có các dạng như: Cơ cấu phun áp lực, cơ cấu phun bằng khí động, đầu phun ly tâm

a) Cơ cấu phun áp lực b) Cơ cấu phun bằng khí động

Hình 1 2. Cơ cấu phun trong thiết bị sấy phun

 Tác nhân sấy: Không khí nóng là tác nhân sấy thông dụng nhất Hơi là tác nhân gia nhiệt phổ biến nhất Nhiệt độ hơi sử dụng thường dao động trong khoảng 150-2500C Nhiệt độ trung bình của không khí nóng thu được thấp hơn nhiệt độ hơi sử dụng là 100C

 Hệ thống thu hồi sản phẩm: Bột sau khi sấy phun được thu hồi tại của đáy buồng sấy Để tách sản phẩm ra khỏi khí thoát, người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như xoáy tâm, lọc, lắng tĩnh điện và phổ biến nhất là phương pháp lắng xoáy tâm sử dụng cyclon

 Buồng sấy: Là nơi hòa trộn mẫu sấy (dạng sương mù) và tác nhân sấy (không khí nóng) Buồng sấy phun có thể có nhiều hình dạng khác nhau nhưng phổ biến nhất là buồng sấy hình trụ đứng, đáy côn Kích thước buồng sấy (chiều cao, đường kính, ) được thiết kế phụ thuộc vào kích thước các hạt lỏng và quỹ đạo chuyển động của chúng

8

Hình 1 3 Buồng sấy phun sử dụng trong phòng thí nghiệm

1.2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy

Nồng độ chất khô của nguyên liệu: Nồng độ cao sẽ giảm được thời gian bốc hơi nhưng lại tăng độ nhớt của nguyên liệu, gây khó khăn cho quá trình sấy phun ngược lại nồng độ thấp thì tốn nhiều thời gian và năng lượng cho quá trình Trên thực tế nồng độ khoảng 45-52% [20]

Nhiệt độ tác nhân sấy: Đây là yếu tố ảnh hưởng quyết định đến độ ẩm của sản phẩm sau khi sấy phun Khi cố định thời gian sấy, độ ẩm của bột sản phẩm thu được sẽ giảm đi nếu tăng nhiệt độ tác nhân sấy Tuy nhiên, việc gia tăng nhiệt độ cao có thể gây phân hủy một số cấu tử trong nguyên liệu mẫn cảm với nhiệt và làm tăng mức tiêu hao năng lượng cho toàn bộ quá trình

Ngoài ra kích thước, số lượng, quỹ đạo chuyển động của các hạt nguyên liệu trong buồng sấy, tốc độ bơm đưa dòng nguyên liệu vào cơ cấu phun sương, lưu lượng không khí nóng vào buồng sấy, cấu tạo và kích thước buồng sấy cũng ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình sấy phun

9

1.2.1.4 Ưu và nhược điểm của công nghệ sấy phun

Bảng 1 1 Ưu và nhược điểm của phương pháp sấy phun

- Quá trình sấy nhanh

- Có thể điều khiển được tỷ trọng sản phẩm - Bột sau khi sấy có độ hòa tan cao (90-100%), độ ẩm thấp

- Vận hành liên tục và có thể tự động hóa hoàn toàn Vận hành và bảo dưỡng đơn giản - Thiết kế đa dạng cho từng loại sản phẩm, từng loại quy mô nhà máy

- Áp dụng được cho nhiều loại sản phẩm - Vật liệu hầu như không tiếp xúc với bề mặt kim loại của thiết bị

- Chi phí đầu tư cao

- Yêu cầu độ ẩm ban đầu cao để đảm bảo nguyên liệu có thể bơm đến thiết bị tạo giọt lỏng

- Chi phí năng lượng cao hơn (để tách ẩm)

- Thất thoát các chất dễ bay hơi cao hơn

1.2.1.5 Ứng dụng của phương pháp sấy phun

Đối với thực phẩm chất là thực phẩm ở dạng lỏng như sữa, cà phê, chè, trứng, ngũ cốc, các loại gia vị, hương liệu, tinh bột và các dẫn xuất tinh bột, vitamin, enzyme, chất tạo màu, việc đa dạng của sản phẩm phụ thuộc nhiều vào công nghệ chế biến do tính chất dễ hư hỏng dưới tác động của vi sinh vật, của môi trường xung quanh Vì vậy để kéo dài thời gian bảo quản cũng như giúp sản phẩm trở nên đa dụng hơn việc sử dụng phương pháp sấy phun tạo bộ cho các sản phẩm này là điều vô cùng hợp lý Ngoài ra phương pháp sấy phun còn ứng dụng trong ngành Dược để tạo thuốc kháng sinh, các thành phần y tế, phụ gia dược học, và trong ngành Công nghiệp khi dùng nó để sản xuất màu sơn, vật liệu gốm, hỗ trợ chất xúc tác, vi tảo,… [20]

10

1.2.2 Tạo bột bằng phương pháp đông khô

Phương pháp đông khô là một kỹ thuật làm khô trong đó sản phẩm được làm khô bằng cách đông lạnh dung môi chứa hoạt chất (thường là nước) sau đó làm bay hơi bằng cách thăng hoa Sự biến đổi của pha rắn thành pha khí diễn ra mà không phải đi qua trạng thái lỏng

Trong quá trình này, sản phẩm mất hơn 90% lượng nước ban đầu Một đặc điểm của đông khô khác với các kỹ thuật khử nước khác là quá trình này ít gây biến tính về mặt hóa học hơn do làm việc ở nhiệt độ thấp Ngoài ta trong điều kiện làm việc làm việc chân không giúp giảm thiểu tác động của quá trình oxy hóa Những ưu điểm này đã làm cho đông khô trở thành một kỹ thuật được chấp nhận rộng rãi để chế biến các sản phẩm không bền nhiệt như enzym và protein để lưu trữ lâu dài.Một đặc điểm nổi bật khác của đông khô là sản phẩm vẫn giữ được kết cấu ban đầu và lấy lại hình thái ban đầu khi bổ sung một lượng dung môi thích hợp (thường là nước) Trên thực tế, sấy đông khô tránh được sự biến tính gây ra bởi các quy trình gia nhiệt được sử dụng trong các phương pháp sấy khô thông thường

1.2.2.1 Các bước của quá trình sấy đông khô

Quá trình đông khô về cơ bản gồm có 3 bước:

- Làm lạnh: phần lớn nước có trong mẫu được chuyển thành nước đá bằng cách làm lạnh Lượng nước đá được tạo thành và lượng vật liệu không đông lại phụ thuộc vào nhiệt độ mẫu và nồng độ chất rắn ban đầu trong mẫu, do đó, đây là hai biến số ảnh hưởng rõ rệt nhất đến hiệu quả của bước đông lạnh

- Thăng hoa: trong đó băng hình thành ở bước trước được chuyển thành hơi, quá trình chuyển từ rắn sang khí diễn ra mà không có sự chuyển đổi trung gian của nước sang trạng thái lỏng Bước thăng hoa đòi hỏi phải kiểm soát rất cẩn thận hai trong số các yếu tố quan trọng của quá trình đông khô là nhiệt độ và áp suất, năng lượng, được cung cấp dưới dạng nhiệt, là yếu tố quan trọng thứ ba trong quá trình đông khô

11

- Giải hấp phụ: nước liên kết chặt chẽ với chất nền được loại bỏ khi áp suất của nước liên kết rắn bằng áp suất nước của bình ngưng Trong giai đoạn này, nhiệt độ được tăng lên cao hơn so với giai đoạn sấy sơ cấp, và thậm chí có thể trên 0°C (32°F), để phá vỡ bất kỳ tương tác lý-hóa nào đã hình thành giữa các phân tử nước và vật liệu đông lạnh

1.2.2.2 Ưu và nhược điểm của phương pháp sấy đông khô

Bảng 1 2 Ưu và nhược điểm của phương pháp đông khô

- Gia hạn thời gian sử dụng - Hiệu suất thu hồi sản phẩm lớn - Bột sau khi sấy độ ẩm thấp

- Sản phẩm vẫn giữ được tính chất ban đầu và không biến tính bởi nhiệt độ

- Chi phí đầu tư cao

- Thời gian của toàn bộ quá trình rất lớn (chỉ tính bước cấp đông đã là 4h)

- Chi phí năng lượng cao hơn

- Sự phát triển tiềm tàng của vi sinh vật vẫn còn trong quá trình cấp đông - Rò rỉ dầu silicon

- Sản phẩm có khả năng bị nhiễm các chất bẩn trong quá trình sản xuất dẫn đến ảnh hưởng độ tinh khiết sản phẩm

1.2.2.3 Ứng dụng phương pháp sấy đông khô trong dược phẩm và công nghệ sinh học

Các công ty dược phẩm thường sử dụng phương pháp đông khô để tăng thời hạn sử dụng của sản phẩm, chẳng hạn như vắc xin vi rút sống, phẩm và các loại thuốc tiêm khác Bằng cách loại bỏ nước khỏi vật liệu và niêm phong vật liệu trong lọ thủy tinh , vật liệu có thể dễ dàng được bảo quản, vận chuyển và sau đó được hoàn nguyên về dạng ban đầu để tiêm Một ví dụ khác từ ngành công nghiệp dược phẩm là sử dụng

Mặc dù cả hai phương pháp sấy phun và đông khô đều giúp gia tăng độ bền của hệ bằng cách đưa từ dạng huyền phù sang dạng bột Tuy nhiên với những ưu và nhược điểm riêng của từng phương pháp dẫn đến việc lựa chọn áp dụng vào luận văn tốt nghiệp cần được xem xét rõ ràng Trong khuôn khổ luận văn sử dụng hệ phân tán huyền phù của hoạt chất Curcumin, bản chất vật lý của Curcumin rất ít biến tính bởi nhiệt độ cho nên yếu tố đặt lên trên hết đó chính là chất lượng sản phẩm bột thu hồi và kinh phí để sản xuất ra sản phẩm bột Phương pháp đông khô mặc dù cho hiệu suất cao và sản phẩm có độ ẩm thấp tuy nhiên cần kinh phí lớn và rất hao tốn năng lượng hơn so với phương pháp sấy phun (đông khô cần cung cấp năng lượng cho toàn bộ quá trình hơn 4h trong khi sấy phun chỉ mất 30 phút), đồng thời yếu tố tính khuyết và độ an toàn của sản phẩm bột sấy phun tốt hơn vì không tiếp xúc trực tiếp với kim loại và nhiệt độ cao giúp tránh được nguy hiểm tiềm tàng của vi sinh vật bị ức chế so với phương pháp đông khô Vì vậy trong khuôn khổ luận văn chọn phương pháp sấy phun cho toàn bộ các sản phẩm bột tạo ra

1.3 TỔNG QUAN VỀ GIÁ MANG TRONG QUÁ TRÌNH SẤY PHUN

Giá mang đóng vai trò như một lớp màng bao bọc hạt nano Curcumin bên trong, bảo vệ hoạt chất khỏi tác nhân nhiệt và tránh thất thoát trong quá trình sấy phun

1.3.1 Gum Arabic

Gum Arabic là chất tiết ra và để khô từ thân và cành của cây Acacia verek Guil

và Perr (= Acacia senegal (L.) Wild.), họ Trinh nữ - Minosaceae [22]

13 O

Hình 1 4 Các tiểu phân chính trong cấu trúc của Gum Arabic

(A) d – galactopyranose (B) l – arabinofuranose

(C) l – rhamnopyranose (D) d – glucopyranosuronic acid Gum Arabic có sẵn dưới dạng phiến mỏng, hạt hình cầu, bột màu trắng hoặc trắng ngà, không mùi và có vị ngọt dịu Dung dịch Gum Arabic trong nước có pH nằm trong vùng từ 4,5 - 5,0 Hàm ẩm cân bằng của bột Arabic là 8 - 13% theo khối lượng Độ hòa tan của Gum Arabiclà 1/20 trong glycerin; propylen glycol; 1/2,7 trong nước, thực tế không hòa tan trong ethanol 95% Độ nhớt động học của dung dịch Gum Arabic thay đổi theo nguồn gốc, điều kiện bảo quản, pH, nhiệt độ dung dịch và sự hiện diện của các muối vô cơ [23]

Arabic được xem như một chất nhũ hóa đã được ứng dụng rộng rãi trong hệ nhũ tương thực phẩm, đặc biệt là các loại thực phẩm từ sữa Tính chất giữ nước cao của Gum mang lại bề mặt mịn màng cho các mặt hàng đông lạnh bằng cách hạn chế sự sắp xếp của các tinh thể nước đá Bên cạnh đó, nhờ vào độ hòa tan và đặc tính nhũ tương có độ nhớt thấp, Gum Arabic đã được khuyến khích sử dụng để đóng gói và bảo trì hương liệu thực phẩm thương mại dễ bay hơi [24]

Gum Arabic đã được áp dụng để làm giảm các tác dụng đối nghịch của suy thận mãn tính và có tác dụng tích cực đối với độc tính trên thận, làm giảm huyết áp và nồng độ cholesterol trong huyết tương Ngoài ra, Gum Arabic là một chất chống oxy hóa tốt, bảo vệ chống lại độc tính cho tim và gan Với đặc tính hấp thụ, Gum Arabic có thể là một loại thuốc trị bệnh tiêu chảy hiệu quả Gum Arabic có tác dụng kháng

14

khuẩn và được biết như một loại prebiotic hiệu quả tốt như inulinvà làm tăng số lượng

các lợi khuẩn (Lactobacilli, Bifidobacteria và Bacteroides) [24]

Trong sản xuất dược phẩm, Gum Arabic được dùng để bào chế nhũ dịch, hỗn dịch, làm chất dính cho viên nén, bao film, bào chế thuốc phiến, viên tròn, potio, một số kem bôi da,… Ngoài ra còn được dùng trong kỹ nghệ dược phẩm keo dán (như miếng dán hạ sốt, miếng dán giảm đau) [22]

Năm 2005, nhóm nghiên cứu của Y Doi (Nhật Bản) công bố công trình nghiên cứu độc tính của Gum Arabic qua đường uống trong 90 ngày trên giống chuột F344 và chứng minh rằng các ảnh hưởng là không đáng kể, chuột không có dấu hiệu bất thường hay tử vong [25]

1.3.2 Maltodextrin

Maltodextrin là một polysaccharide được sản xuất từ tinh bột bằng cách thủy phân một phần tinh bột (amylum) bằng enzyme Tinh bột (amylum) là một loại carbohydrate bao gồm một số lượng lớn các đơn vị glucose liên kết với nhau bằng liên kết glycosidic và có mặt với số lượng lớn trong ngô, khoai tây, lúa mì, Maltodextrin có đương lượng dextrose nhỏ hơn 20 chứng tỏ rằng nó có chuỗi carbohydrate dài cùng với 2-3% glucose và 5-7% maltose và có sẵn ở dạng bột sấy phun hút ẩm màu trắng hơi ngọt gần như không có mùi vị [26]

Hình 1 5 Cấu trúc của Maltodextrin

Maltodextrin hòa tan và dễ phân tán trong nước và hầu như không tan trong rượu Cơ thể tiêu hóa Maltodextrin như một loại carbohydrate đơn giản và do đó có thể dễ dàng chuyển đổi thành năng lượng tức thì Do chất lượng này, nó được sử dụng trong đồ uống thể thao và túi năng lượng nhanh cho các vận động viên sức bền Maltodextrin giống như tinh bột bao gồm một tỷ lệ amylose và amylopectin cụ thể,

15

tỷ lệ khác nhau Amyloza được tạo thành từ các đơn vị glucoza liên kết α (1 → 4) trong khi amylopectin có các đơn vị glucoza liên kết tuyến tính với liên kết α (1 → 4) glyosidic với liên kết α (1 → 6) xảy ra cứ sau 24 đến 30 đơn vị glucoza

1.3.3 Lactose

Đường Lactose là một trong những loại đường phổ biến có trong sữa mẹ và các loại sữa khác, nó chiếm khoảng từ 2 – 8% trong tổng lượng sữa Để có thể tiêu hóa đường Lactose, cơ thể cần có enzyme Lactase, enzyme này sẽ phân tách đường Lactose thành đường glucose và gaLactose Hai loại đường này sau khi được cơ thể hấp thu sẽ chuyển hóa thành năng lượng và các dưỡng chất cần thiết cho cơ thể, đồng thời giúp hệ tiêu hóa của trẻ hoạt động tốt hơn, giảm thiểu rối loạn tiêu hóa, táo bón, tiêu chảy… Ngoài ra, chúng sẽ được dự trữ ở gan và sẽ phát huy tác dụng khi cơ thể trẻ có dấu hiệu thiếu hụt năng lượng

Đường glucose được tạo ra từ Lactose là nguồn cung và dự trữ năng lượng cho não bộ và các hoạt động hàng ngày Theo nghiên cứu của Viện nghiên cứu dinh dưỡng California, Lactose thúc đẩy các lợi khuẩn trong ruột phát triển, giúp hệ tiêu hóa hoạt động hiệu quả hơn Ngoài ra, nó còn giúp giảm nguy cơ mắc các bệnh béo phì, cao huyết áp, tiểu đường…

Lactose cũng được các nhà sản xuất thêm vào trong sữa bột với hàm lượng tùy theo từng loại sữa Sữa công thức chính là nguồn bổ sung Lactose thường dùng và hiệu quả cho trẻ em

Nó là nguồn carbohydrate cho công đoạn lên men bằng các nguồn giống khởi động để sản xuất axit lactic để bảo quản trong các loại xúc xích khô như salami Chất hỗ trợ để khử các mùi lạ và dư vị gây ra do sự kết tương của muối, phosphate, và các hợp chất đắng trong ngành công nghiệp thịt và xúc xích

Chất làm loãng trong các viên nén được sản xuất qua quy trình tạo khối ẩm Tác nhân làm đầy trong các công thức viên nang Chất vận chuyển các dược chất qua hô hấp

16

1.3.4 Isomalt

Isomalt là chất thay thế đường, một loại rượu đường được sử dụng chủ yếu vì các đặc tính vật lý giống như đường của nó Nó ít hoặc không ảnh hưởng đến lượng đường trong máu và không kích thích giải phóng insulin [27] Nó cũng không gây sâu răng và được coi là thân thiện với răng Giá trị năng lượng của nó là 2 kcal mỗi gam, bằng một nửa so với đường [28] Nó ít ngọt hơn đường, nhưng có thể pha trộn với chất làm ngọt cường độ cao như sucralose để tạo ra hỗn hợp có cùng độ ngọt như sucrose ('đường')

Isomalt là một hỗn hợp cân bằng mol của hai disacarit diastereomeric, mỗi loại bao gồm hai loại đường :glucose và mannitol (α-D-glucopyranosido-1,6-mannitol) và cả glucose và sorbitol (α-D-glucopyranosido-1,6-sorbitol) Thủy phân hoàn toàn isomalt thu được glucose (50%), sorbitol (25%) và mannitol (25%) [27] Nó là một chất kết tinh màu trắng, không mùi, chứa khoảng 5% nước kết tinh

Hình 1 6 Cấu trúc của Isomalt [29]

Isomalt được sử dụng rộng rãi để sản xuất kẹo không đường, đặc biệt là kẹo cứng, vì nó chống lại sự kết tinh tốt hơn nhiều so với sự kết hợp tiêu chuẩn của sucrose và xi-rô ngô [30] Isomalt cũng có thể được sử dụng làm chất hóa dẻo cho màng pectin methoxyl cao Nó làm giảm độ cứng của màng ăn được bằng cách tăng thể tích tự do trong cấu trúc của màng Ngoài ra, isomalt cũng làm giảm tính thấm hơi nước của màng, do đó làm tăng chất lượng của màng vì nó làm giảm tốc độ hô hấp, sự di chuyển hơi ẩm và sự mất mát của các hợp chất dễ bay hơi [31]

17

1.4 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU 1.4.1 Nghiên cứu tạo hệ nano Curcumin

1.4.1.1 Các nghiên cứu ngoài nước

Các nhóm nghiên cứu của Nina Justina tại Indonesia đã tiến hành tạo hệ nano

Curcumin từ rễ cây nghệ vàng Curcuma xanthorriza Roxb bằng phương pháp đồng

hóa rotor – stator Các yếu tố khảo sát gồm tốc độ khuấy, thời gian khuấy và nồng độ Curcumin Chất nhũ hóa sử dụng trong nghiên cứu là Tween 80 và maltodextrin trong dung dịch đệm phosphate pH 7 Quá trình đồng hóa được tiến hành ở nhiều điều kiện khác nhau, tỷ lệ dịch chiết Curcumin – hệ nhũ là 20:80 và 30:70, thời gian khuấy là 20, 30 và 40 phút, tốc độ khuấy (20 000, 22 000, 24 000 rpm) Kết quả cho thấy kích thước nhỏ nhất có thể đạt được là dưới 100 nm với tốc độ khuấy 24 000 rpm, thời gian khuấy 40 phút, nồng độ Curcumin là 30% Khảo sát khả năng hòa tan cho thấy nano Curcumin tan 90% trong nước, tan hoàn toàn trong hexane và 50% trong ethyl acetate Khảo sát hoạt tính sinh học cho kết quả là nano Curcumin xâm nhập qua màng tế bào 20.7% trong khi Curcumin thường chỉ là 13.7% [32]

Năm 2014, nhóm nghiên cứu của Mohamed Habibur Rahman đã sử dụng Axit stearic được sử dụng làm chất béo, tween 80 làm chất hoạt động bề mặt và các chất đồng hoạt động bề mặt khác nhau được sử dụng để điều chế SLN Sử dụng phương pháp đồng hóa tốc độ cao với tốc độ 20000 vòng/phút SLN đã chuẩn bị được đặc trưng bằng cách sử dụng zeta sizer, phân tích FESEM và kích thước hạt trung bình nằm trong khoảng 80 nm 200nm.[33]

Năm 2015, nghiên cứu tạo hệ nano Curcumin và đánh giá độ hòa tan, khả năng kháng oxy hóa của Carvalho cho thấy khả năng tạo hệ nano với nguyên lý bottom – up cũng rất khả quan Curcumin nguyên chất được hòa tan trong dichloromethane, sau đó dung dịch được bơm vào hệ gồm nước và chất hoạt động bề mặt Tween 80 với lưu lượng thấp Hệ được gia nhiệt đến 65oC và hỗ trợ siêu âm tần số 40 kHz giúp phân tán các hạt Kết quả đo kích thước hạt DLS (Dynamic Light Scattering) cho thấy

18

đường kính trung bình của hệ là 118.6 nm, trong đó 92.2% các hạt có kích thước khoảng 102.1 nm [34]

1.4.1.2 Các nghiên cứu trong nước

Trong nước, hiện nay cũng đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về tạo hệ nano Curcumin cũng như hoạt tính của nó Trong đó, tiêu biểu nhất là các công trình nghiên cứu tại Đại học Bách Khoa – ĐHBK Tp.HCM

Năm 2015, nhóm nghiên cứu của PGS.TS Lê Thị Hồng Nhan, Hồ Thị Ngọc Sương đã tiến hành tạo hệ huyền phù submicron Curcumin bằng phương pháp sục hơi nước ở áp suất cao từ dịch chiết củ nghệ vàng Quá trình tạo hệ được thực hiện ở các áp suất hơi nước khác nhau (3, 4, 5 atm) Kết quả cho thấy việc tăng áp suất sẽ làm cho hệ có đường kính hạt nhỏ hơn Tại áp suất 5 atm, thu được hệ huyền phù có đường kính trung bình 479 nm khi phân tích bằng phương pháp LDS và 300 nm khi phân tích bằng phương pháp SEM [35]

Năm 2018, nhóm nghiên cứu của sinh viên Dương Bảo Hoàng tiến hành tạo hệ huyền phù nano Curcumin bằng phương pháp đồng hóa rotor – stator Hàm lượng Curcumin sử dụng được nâng đến 2 g/L Gum Arabic được sử dụng làm phụ gia hỗ trợ phân tán, tỉ lệ giữa hàm lượng Curcumin và phụ gia là 1:6 (g/g) Kết quả phân tích LDS cho thấy kích thước hạt với sự hỗ trợ của Gum Arabic là 8.6728 µm Đánh giá khả năng kháng oxy hóa của hệ huyền phù bằng phương pháp ABTS, kết quả cho thấy hoạt tính bắt gốc tự do của hệ huyền phù được nâng cao rõ rệt với giá trị IC50của hệ huyền phù 2 g/L là 21.23 µg/mL, cao gấp 7 lần Curcumin nguyên liệu Khả năng kháng oxy hóa của bột nano Curcumin tốt (IC50 = 11.9 µg/mL), cao gấp 13 lần Curcumin nguyên liệu, thể hiện tính ứng dụng cao vào các sản phẩm dược phẩm và thực phẩm chức năng Các kết quả trên đã mở ra định hướng mới cho các nghiên cứu sau này về tạo hệ huyền phù nano Curcumin với sự hỗ trợ bằng Gum Arabic với những đặc tính nổi bật Bên cạnh đó, hệ huyền phù và bột sấy phun thu được thể hiện tiềm năng lớn trong việc ứng dụng vào các sản phẩm dược phẩm hay thực phẩm chức năng trong thực tế Tuy nhiên, nghiên cứu chỉ mới bước đầu tạo ra sản phẩm dạng

19

bột mà chưa có những nghiên cứu sâu hơn về tính chất, hoạt tính cũng như ứng dụng của bột nano Curcumin

1.4.2 Nghiên cứu hoạt tính của nano Curcumin

Nghiên cứu của A.K.Verma và các cộng sự tại phòng thí nghiệm Nanobiotech, Đại học Delhi đã tiến hành thử nghiệm so sánh khả năng kháng khuẩn của Curcumin và nano Curcumin Kết quả thu được chứng tỏ rằng với các thuốc kỵ nước thì kích thước nano làm tăng sinh khả dụng và có khả năng tan tốt hơn Các mẫu Curcumin trong nước (kích thước 500 – 800 µm) và nano Curcumin trong ethanol 70% (kích thước 100 – 160 µm) có hỗ trợ siêu âm 5 phút được sử dụng để tiến hành đo chỉ số

kháng vi khuẩn Gram (-) E coli Khả năng ức chế vi khuẩn này của Curcumin và

nano Curcumin lần lượt là 81% và 95% Đồng thời tại giá trị nồng độ tối thiểu 100 µg/mL thì khả năng kháng vi khuẩn cao nhất của Curcumin là 88% và nano Curcumin là 97% [36]

Hình 1 7 So sánh khả năng kháng khuẩn của Curcumin và nano Curcumin đối với vi

khuẩn gram âm (E coli) [36]

Nhóm nghiên cứu tại viện Công nghệ kỹ thuật Delhi, Ấn Độ đã tiến hành thử nghiệm đánh giá khả năng kháng ung thư của hệ nano Curcumin lên các tế bào ung thư Kích thước hạt khoảng 2 – 40 nm và nồng độ là 3 g/L Đánh giá hoạt tính kháng ung thư lên các tế bào ung thư phổi (A549), gan (HepG2) và da (A431) Kết quả cho thấy hệ nano Curcumin có khả năng ức chế sự phát triển của các tế bào tốt hơn so với Curcumin thông thường Khi cùng tăng nồng độ Curcumin – nano lên 25 µm thì khả năng sống của tế bào xuống dưới 20%, trong khi đối với Curcumin thường là 80%

1.4.3 Nghiên cứu khả năng tạo bột nano Curcumin bằng phương pháp sấy phun

Năm 2014, nhóm nghiên cứu của Jing Du đã so sánh hiệu quả của năm giá mang sấy khác nhau trong quá trình sấy phun bột quả hồng Kết quả chỉ ra rằng một lượng nhỏ protein (10% đối với EA và 25% đối với WPC) có hiệu quả thu hồi bột khoảng 70%, trong khi phải dùng một lượng lớn MD (45%), GA (30%) và SSOS (30 %) mới

21

thu được hiệu suất tương tự MD và SSOS hiệu quả hơn trong việc bảo quản polyphenol và đặc tính hoàn nguyên tốt hơn, nhưng bột nhạt hơn so với bột có whey protein cô đặc và albumin trứng Về hình thái, tất cả các giá mang đều có thể giúp hình thành các vi nang hình cầu không đều màu hồng, nhưng các hạt được tạo ra bằng SSOS, WPC và EA thì kết tụ và co lại nhiều hơn, góp phần làm tăng giá trị độ thấm ướt và bảo vệ sắc tố thấp hơn Dữ liệu thực nghiệm về sự hấp phụ nước được phù hợp tốt với mô hình GAB Nói tóm lại, tinh bột natri octenyl succinat và Gum Arabic là giá mang tốt cho quá trình sấy phun của quả hồng, và albumin trứng cũng là một lựa chọn khôn ngoan với yêu cầu thấp hơn cho cùng một loại bột [38]

Năm 2016, nhóm nghiên cứu của Wenjie Liu đã Cải thiện khả năng hòa tan của Curcumin trong nước bằng cách tạo phức thành WPI trước khi sấy phun các vi hạt WPI-Curcumin Sau khi tạo phức, độ hòa tan của Curcumin đã được tăng hiệu quả lên đến 124.9 ± 4.8 mg / mL ở 10% trọng lượng WPI, do đó cho thấy độ hòa tan tăng lên 11.355 lần so với tinh thể Curcumin thô Các vi hạt WPI-Curcumin hiển thị hoạt tính chống oxy hóa cao hơn 4.4% - 7.7% so với bột WPI tùy thuộc vào nồng độ của phức hợp WPI-Curcumin trong các giải pháp Sấy phun ở nhiệt độ đầu vào 1100C là đủ để tạo ra các vi hạt, không có sự phân hủy Curcumin rõ ràng được quan sát ở 1500C Chiến lược tương tự có thể được mở rộng cho vi bao các thành phần hoạt tính sinh học ưa béo khác trong phát triển thực phẩm chức năng và dược phẩm [39]

Năm 2020, nhóm nghiên cứu của Roopa G người Ấn độ đã kết hợp thành công Curcumin trong nền Chitosan, tạo hệ có kích thước hạt trung bình là 25 ± 0.2 nm Các biểu đồ nhiệt DSC đã chứng kiến sự biến đổi dạng tinh thể của Curcumin thành dạng vô định hình, với độ hòa tan và độ ổn định tốt hơn Hình ảnh SEM cho thấy kích thước nano thể hiện bản chất hình cầu, rời rạc và đồng nhất % tích lũy nghiên cứu giải phóng thuốc cho thấy thuốc giải phóng rất ít ở cả dịch dạ dày mô phỏng và dịch đường ruột mô phỏng thể hiện sự phóng thích kéo dài Curcumin tinh khiết cho thấy sự giải phóng khoảng 95% trong 2 giờ ở SGF, sau đó là sự suy giảm nồng độ (sau 2 giờ ở SIF) do sự phân hủy kiềm tăng lên đáng kể Khả dụng sinh học đường uống

về dạng rắn là cần thiết Cụ thể, nhóm nghiên cứu sẽ tập trung khảo sát đưa hệ huyền

phù về dạng bột bằng phương pháp sấy phun để tăng thời gian lưu trữ, dễ dàng định lượng cũng như độ đồng đều hàm lượng được cải thiện

23

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

2.1 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Trong quá trình tạo bột sấy phun các sản phẩm từ hợp chất tự nhiên, việc sử dụng các loại giá mang khác nhau ảnh hưởng đến các tính chất của sản phẩm bột thu được là đáng kể Chính vì vậy, việc lựa chọn các loại giá mang sử dụng cho phương pháp sấy phun là một điều rất cần thiết Mục tiêu của luận văn nghiên cứu sự ảnh hưởng của giá mang lên hiệu quả tạo bột Curcumin, sau đó tối ưu hóa quá trình sấy phun để tìm ra được điều kiện sấy phun phù hợp, khảo sát sản phẩm sau tối ưu Từ đó đưa ra được phương pháp tối ưu cho quá trình sấy bột Curcumin Với mục tiêu đó nội dung nghiên cứu sẽ bao gồm:

 Tiến hành chuẩn bị hệ huyền phù Curcumin sử dụng phụ gia Gum Arabic  Đánh giá tính chất hệ huyền phù (ngoại quan, kích thước và hàm lượng)

 Tiến hành tạo bột bằng phương pháp sấy phun với các loại giá mang khác nhau Maltodextrin, Lactose, Isomalt Lựa chọn loại giá mang phù hợp và tối ưu hóa quá trình sấy phun

 Đánh giá ngoại quan, màu sắc, hình thái và khả năng tái phân tán của bột Curcumin

2.2 NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG 2.2.1 Nguyên liệu

Bảng 2 1 Nguyên liệu sử dụng và nguồn gốc

24

**Các nguyên liệu đã tinh khiết và sẽ được sử dụng trực tiếp cho nghiên cứu mà không cần tinh chế

2.2.2 Thiết bị sử dụng trong nghiên cứu

Dụng cụ sử dụng trong nghiên cứu:

 Cốc thủy tinh 50 mL, 100 mL, 500 mL, 1000 mL  Bình định mức 10 mL, 25 mL, 50 mL

 Ống đong 25 mL, 50 mL, 100 mL  Micropipet, Pasteur pipet

Thiết bị phân tích và đánh giá:

 Máy đo màu sắc Minolta CR400

 Máy HPLC Agilent 1260 (sắc ký lỏng hiệu năng cao)  Máy đo kích thước hạt (Horiba LA – 950V2)

 Máy đo độ hấp thu UV – VIS (Helios Epsilon)  Máy đo độ hòa tan Erweka D06

 Kính hiển vi điện tử truyền qua JEM1010 – JEOL  Máy đo pH MP220

 Máy đo độ ẩm SATORIUS MA35

25

2.3 PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ 2.3.1 Xác định độ ẩm

Độ ẩm của sản phẩm được xác định bằng máy đo độ ẩm SATORIUS MA35 tại phòng thí nghiệm bộ môn Kỹ thuật Hóa Hữu cơ, trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG Tp.HCM Khoảng 0.4 g đến 0.5 g Curcumin được sử dụng cho mỗi lần đo, tiến hành

đo độ ẩm 3 lần và lấy kết quả trung bình

(2 1) Trong đó: w: độ ẩm trung bình của nguyên liệu (%)

2.3.2.1 Phương pháp quang phổ hấp thu (UV – VIS)

Mẫu được hòa tan trong dung dịch ethanol 98%, lọc bỏ bã và định mức đến thể tích xác định, có thể pha loãng nếu mẫu quá đậm đặc với hệ số pha loãng thích hợp Sử dụng máy đo quang phổ hấp thu UV – VIS (Helios Epsilon) tại phòng thí nghiệm bộ môn Kỹ Thuật Hóa Hữu cơ, trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG Tp.HCM để xác định nồng độ Curcumin

Đường chuẩn thể hiện mối liên quan giữa nồng độ Curcumin – độ hấp thu A được thực hiện bằng cách hòa tan bột Curcumin chuẩn vào dung dịch ethanol 98% và đo độ hấp thu tại bước sóng 425 nm với các nồng độ khác nhau