TỔNG QUAN
TỔNG QUAN VỀ CURCUMIN
Việt Nam là quốc gia có tốc độ tăng trưởng kinh tế nhanh, cùng với đời sống, dân trí ngày một nâng cao, thì người dân cũng ngày càng có ý thức nhiều hơn với sức khỏe của mình do đó nhu cầu bảo vệ và nâng cao sức khỏe của người dân từ đó cũng gia tăng Bên cạnh việc ăn uống hàng ngày thì theo nhiều chuyên gia cho rằng nhu cầu bổ sung các thực phẩm chức năng giàu vitamin tất yếu sẽ trở thành xu hướng tương lai vì bên cạnh việc bổ sung các chất dinh dưỡng thì đây cũng là nguồn “vacxin” phòng những bệnh mạn tính không lây, giúp hỗ trợ chức năng các bộ phận trong cơ thể giúp nâng cao sức đề kháng giảm bớt các nguy cơ bệnh tật
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
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]
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
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
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 150-300 0 C 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
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-
250 0 C Nhiệt độ trung bình của không khí nóng thu được thấp hơn nhiệt độ hơi sử dụng là 10 0 C
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
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
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 Ưu điểm Nhược điểm
- Có thể điều khiển được tỷ trọng sản phẩm
- Bột sau khi sấy có độ hòa tan cao (90-
- 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]
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:
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
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]
Hình 1 4 Các tiểu phân chính trong cấu trúc của Gum Arabic
(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]
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
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]
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 65 o C 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 kớch thước hạt với sự hỗ trợ của Gum Arabic là 8.6728 àm Đỏnh giỏ 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 IC50 của hệ huyền phự 2 g/L là 21.23 àg/mL, cao gấp 7 lần Curcumin nguyờn liệu Khả năng khỏng oxy húa của bột nano Curcumin tốt (IC50 = 11.9 àg/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 (kớch thước 500 – 800 àm) và nano Curcumin trong ethanol 70% (kớch thước 100 – 160 àm) cú hỗ trợ siờu õm 5 phỳt 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 àg/mL thỡ khả năng khỏng 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 thụng thường Khi cựng tăng nồng độ Curcumin – nano lờn 25 àm thỡ khả năng sống của tế bào xuống dưới 20%, trong khi đối với Curcumin thường là 80%
(với tế bào gan) Khi khảo sát tăng nồng độ nano Curcumin với từng loại tế bào thì có khoảng 80% số lượng tế bào bị ức chế [37]
Hình 1 8 So sánh hoạt tính của nano Curcumin và Curcumin lên các loại tế bào ung thư với cựng nồng độ 25 àm [37]
Trong nước, không chỉ có những công trình nghiên cứu về tạo hệ nano Curcumin, nhóm nghiên cứu của PGS.TS Lê Thị Hồng Nhan còn có những công trình về đánh giá hoạt tính của hệ nano Curcumin Nhóm nghiên cứu Phạm Ngô Kim Thoa tạo hệ huyền phù nano Curcumin với sự hỗ trợ của chất hoạt động bề mặt lecithin (SCL) và 90G (SCG), hệ đạt kớch thước và nồng độ Curcumin lần lượt là 2.46 àm; 1.85 mg/mL và 4.59 àm; 1.88 mg/mL Khả năng giải phúng Curcumin trong dung môi nước từ hệ gel nano Curcumin sau khi được phối trộn hệ huyền phù vào tốt hơn gấp 10 lần so với hệ gel Curcumin phân tán trong nước Đánh giá khả năng kháng oxy hóa bằng phương pháp bắt gốc tự do ABTS và DPPH cũng cho thấy hoạt tính của hệ gel phối huyền phù nano Curcumin (IC50 theo phương pháp ABTS của SCL và SCG lần lượt là 18.58 àg/mL và 28.82 àg/mL) vượt trội hơn khoảng 20 lần so với hệ huyền phự Curcumin phõn tỏn trong nước (383.96 àg/mL)
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 110 0 C là đủ để tạo ra các vi hạt, không có sự phân hủy Curcumin rõ ràng được quan sát ở
150 0 C 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
(AUC) của Curcumin ở chuột sao hoàng cái tăng gấp 11 lần sau khi uống kích thước nano Curcumin so với hỗn dịch Curcumin thông thường [40]
THỰC NGHIỆM VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
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
NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG
Bảng 2 1 Nguyên liệu sử dụng và nguồn gốc
Nguyên liệu Nguồn gốc, xuất xứ
**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
Cân phân tích 2 số và 4 số
Thiết bị dùng để tạo hệ huyền phù và sản phẩm bột Curcumin gồm:
Máy đồng hóa GEA LAP Homogenirer twinPanda 400
Máy sấy phun Lab Spray Dryer ASD-2000SG
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 độ ẩm SATORIUS MA35
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
Trong đó: w: độ ẩm trung bình của nguyên liệu (%) n: số lần đo w i : độ ẩm của lần thí nghiệm thứ i (%) Điều kiện cài đặt khi đo mẫu:
Thời gian: từ 0 phút cho đến khi khối lượng không đổi
2.3.2 Xác định hàm lượng Curcumin
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
Kế thừa kết quả nghiên cứu của nhóm Trương Hữu Nghĩa, kết quả xây dựng đường chuẩn bằng phương pháp quang phổ hấp thu UV – VIS được trình bày trong
Hình 2 1 Phổ đồ và kết quả xây dựng đường chuẩn của Curcumin theo phương pháp quang phổ hấp thu UV – VIS
2.3.2.2 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC)
Toàn bộ thí nghiệm được tiến hành bằng máy HPLC Agilent 1260 tại phòng thí nghiệm của bộ môn Kỹ thuật Hóa Hữu cơ, khoa Kỹ Thuật Hóa Học, Đại học Bách Khoa – ĐHQG Tp.HCM Các thông số vận hành được trình bày ở Bảng 2 2
Bảng 2 2 Chế độ phân tích HPLC của Curcumin
Thông tin về thiết bị phân tích HPLC
Bộ lọc bọt khí chân không, bơm 4 cấp
Bộ phận ổn định nhiệt độ Tiêm mẫu tự động Đầu dò DAD Cột pha đảo C18 (150 × 4.6 mm; 5 mm)
Tốc độ bơm 0.8 mL/phút
Bước sóng 425 nm Đối với phương pháp HPLC, một lượng mẫu sẽ được pha loãng trong dung môi ethanol với nồng độ thích hợp rồi tiêm đến cột C18 của hệ thống HPLC, đầu dò DAD sẽ cho diện tích peak tại bước sóng 425 nm và dựa vào phương trình đường chuẩn thể hiện mối liên hệ giữa diện tích peak và nồng độ, hàm lượng Curcumin trong mẫu sẽ được xác định
Kế thừa kết quả nghiên cứu của nhóm Trương Hữu Nghĩa, kết quả xây dựng đường chuẩn bằng phương pháp HPLC được trình bày trong Hình 2 2
Hình 2 2 Kết quả xây dựng đường chuẩn của Curcumin bằng phương pháp HPLC 2.3.3 Xác định phân bố kích thước và hình thái hạt
Phân bố kích thước hạt và đường kính trung bình của hệ phân tán được xác định bằng phương pháp đo quang phổ tán xạ laser (Laser Diffraction Spectrometry – LDS)
Nguyên lý cơ bản của phương pháp tán xạ laser là việc sử dụng tia laser chiếu qua dung dịch huyền phù pha loãng, các đầu dò sẽ quét một góc từ 0 o đến 90 o để thu nhận các chùm tia khúc xạ và phản xạ, hàm phân bố kích thước sẽ đựợc tính toán dựa theo thuyết tán xạ Mie cho kết quả hàm phân bố kích thước và tính toán giá trị đường kính trung bình (dạng mean và median) Việc phân tích mẫu được thực hiện trên máy
Horiba LA – 950V2 tại phòng thí nghiệm Hữu Cơ thuộc bộ môn Kỹ thuật Hóa Hữu cơ, khoa Kỹ Thuật Hóa Học, trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM
Hình thái bề mặt hạt được xác định bằng kính hiển vi quét điện tử FESEM Hitachi S4300 Kính hiển vi điện tử là thiết bị có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt hạt bằng cách sử dụng chum các electron hẹp quét trên bề mặt hạt Việc tạo ảnh của hạt được thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức xạ phát ra từ tương tác của chùm điện tử với bề mặt hạt
2.3.4 Xác định màu sắc ngoại quan
Những yếu tố khác nhau tác động lên sản phẩm sẽ làm thay đổi màu sắc ngoại quan Do đó, màu sắc của sản phẩm cần được đánh giá cẩn thận để tìm ra sự khác biệt giữa các mẻ sản phẩm, trong các điều kiện sản xuất khác nhau
Màu sắc ngoại quan của mẫu được đo bằng phương pháp đo phản xạ bề mặt theo hệ thống không gian màu CIE, thực hiện trên máy đo Minolta CR 400 tại phòng thí nghiệm Hữu Cơ thuộc bộ môn Kỹ thuật Hóa Hữu cơ, khoa Kỹ Thuật Hóa Học, trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM Hệ thống đơn vị sử dụng là LCh (trong đó L là độ sáng, C là cường độ sáng, h là góc màu)
Cách đo: Nếu là mẫu dịch, sử dụng cuvet chứa mẫu Nếu là mẫu bột thì cho vào giữa 2 lam kính thuỷ tinh Đặt đầu dò lên bề mặt curvet hay lam kính có chứa mẫu Mẫu được đo 3 lần và lấy kết quả trung bình Sự biến thiên màu sắc được tính bằng công thức sau:
h thể hiện góc màu, liên quan đến tông màu Góc màu được biểu diễn trên vòng tròn màu, theo chiều ngược kim đồng hồ, có những giá trị đặc biệt sau:
0 hay 360 o : màu đỏ; 90 o : màu vàng; 180 o : màu xanh lục; 270 o : màu lam Các giá trị C và h được xác định từ a và b theo công thức:
C thể hiện cường độ màu hay độ bão hòa màu (saturation), cũng có giá trị từ
0 – 100, với 0 nằm ở trung tâm của vòng tròn tương ứng với màu sắc trung tính (không bão hòa) và 100 ở vòng ngoài hình tròn, đại diện cho màu sắc có độ bão hòa cao nhất Như vậy, vòng quanh vòng tròn sẽ là các màu có độ bão hòa cao nhất
L là độ sáng, có giá trị từ 0 ứng với màu đen đến 100 ứng với màu trắng
Những màu có cùng độ sáng nằm trên mặt phẳng song song với mặt phẳng giấy
Hình 2 3 Không gian màu CIE
2.3.5 Xác định độ hòa tan
Phương pháp đánh giá độ hòa tan được tiến hành theo quy định trong Dược điển Việt Nam V [41]
Chuẩn bị dung dịch đệm
Dung dịch đệm pH 1.2 được chuẩn bị bằng cách sử dụng 11.7 g NaCl hòa tan trong 85 mL dung dịch HCl 1 N, sau đó định mức đến 2000 mL bằng nước cất
Dung dịch đệm pH 4.5 được chuẩn bị bằng cách sử dụng 13.6 g KH2PO4 hòa tan trong 1500 mL nước cất, sau đó tiến hành điều chỉnh pH bằng dung dịch HCl 1
N hoặc NaOH 1 N (nếu cần) và định mức đến 2000 mL bằng nước cất
Dung dịch đệm pH 6.8 được chuẩn bị bằng cách sử dụng 13.6 g KH2PO4 hòa tan trong 45 mL dung dịch NaOH 1 N và định mức đến 2000 mL bằng nước cất
Cho một lượng xác định bột Curcumin vào bình chứa 900 mL dung dịch đệm, sau đó tiến hành thí nghiệm ở các điều kiện sau:
Thiết bị: kiểu cánh khuấy
Môi trường: 900 mL dung môi nước
Tốc độ khuấy: 100 vòng/phút
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.4.1 Taọ bột Curcumin sấy phun với sự hỗ trợ của các loại giá mang
Hình 2 4 Quy trình tạo hệ huyền phù Curcumin
Cân một lượng 2 g Curcumin xác định và phân tán trong 30 mL Ethanol Đồng thời, chất hoạt động bề mặt với tỷ lệ phù hợp được phân tán vào nước, thu được hỗn hợp A Sau đó cho từ từ hệ phân tán Curcumin trong cồn vào hỗn hợp A ở 60 o C và định mức đến 1000 mL, khuấy cho đến khi hệ phân tán đều Tiến hành đồng hóa hỗn hợp huyền phù bằng thiết bị đồng hóa áp suất cao GEA Lab homogenirer twinPANDA 400 ở áp suất 150 Bar, nhiệt độ thường trong 2 chu kỳ
Hệ huyền phù được kiểm tra ngoại quan, màu sắc, hàm lượng và phân bố kích thước, khả năng phân tán theo các phương pháp đã trình bày ở nội dung phần 2.3
Trộn + đun nóng Trộn Đồng hóa
2.4.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của giá mang đến quá trình sấy phun Curcumin
Maltodextrin, Lactose và Isomalt đóng vai trò như một lớp vỏ bao bọc hạt Curcumin, có tác dụng hỗ trợ quá trình tạo hạt, làm bền và hạn chế quá trình phân hủy của Curcumin Bảng 2 3 thể hiện các thí nghiệm để khảo sát ảnh hưởng của quá trình sấy phun Curcumin Bột sau sấy phun được đánh giá hàm lượng, độ hòa tan, độ màu, kích thước để lựa chọn loại giá mang sấy phun phù hợp cho các khảo sát sau
Bảng 2 3 Điều kiện thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của giá mang đến quá trình sấy phun
Hàm lượng giá mang (g) Curcumin
Sấy phun bằng thiết bị sấy phun Lab Spray Dryer ASD-2000SG với thông số: Nhiệt dộ sấy phun: 150 ⁰C
Lưu lượng không khí sấy: 300 m 3 /h
Tỉ lệ Curcumin/Giá mang: 1:38
2.4.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình sấy phun
Nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong quá trình sấy phun, nhiệt độ phù hợp giúp cho sản phẩm sau sấy phun đạt được độ ẩm mong muốn Đồng thời, nhiệt độ phù hợp quyết định cấu trúc bột cũng như hiệu suất của quá trình sấy phun Trong nghiên cứu này, nhiệt độ sấy phun sẽ được khảo sát ở các mức: 130, 150, 170, 190,
210 (⁰C) Bột sau sấy phun được đánh giá ngoại quan và hàm lượng để lựa chọn nhiệt độ sấy phun phù hợp cho các khảo sát sau
Bảng 2 4 Điều kiện thí nghiệm khảo sát nhiệt độ sấy phun
Hàm lượng giá mang (g) Curcumin
Sấy phun bằng thiết bị sấy phun Lab Spray Dryer ASD-2000SG với thông số: Nhiệt độ sấy phun: 130, 150, 170, 190, 210⁰C
*Điều kiện phù hợp đã được khảo sát trong phần 2.4.1.1
2.4.1.4 Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng không khí đến quá trình sấy phun
Hệ huyền phù sẽ được sấy phun với các điều kiện trình bày ở Bảng 2 5 Bột sau sấy phun được đánh giá ngoại quan và hàm lượng để lựa chọn lưu lượng không khí sấy phù hợp cho các khảo sát sau
Bảng 2 5 Điều kiện thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng không khi sấy
Hàm lượng giá mang (g) Curcumin
Sấy phun bằng thiết bị sấy phun Lab Spray Dryer ASD-2000SG với thông số: Nhiệt độ sấy phun*: 150 ⁰C
Lưu lượng không khí sấy: 240, 270, 300, 330 m 3 /h
*Điều kiện phù hợp đã được khảo sát trong phần 2.4.1.1 và 2.4.1.2
2.4.1.5 Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng cấp phẩm đến quá trình sấy phun
Bảng 2 6 Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng phẩm cấp đến quá trình sấy phun
Hàm lượng giá mang (g) Curcumin
Sấy phun bằng thiết bị sấy phun Lab Spray Dryer ASD-2000SG với thông số: Nhiệt độ sấy phun*: 150⁰C
Lưu lượng không khí sấy*: 300 m 3 /h
*Điều kiện phù hợp đã được khảo sát trong phần 2.4.1.1; 2.4.1.2 và 2.4.1.3
2.4.1.6 Khảo sát nâng cao hàm lượng Curcumin bằng cách thay đổi tỉ lệ
Hàm lượng Curcumin trong bột sẽ ảnh hưởng đến các quá trình sản xuất sản phẩm sau này, hàm lượng Curcumin trong bột sấy phun cần được cải thiện Trong nghiên cứu này, thực hiện khảo sát thay đổi tỉ lệ Curcumin/Giá mang ở các mức: 1:15, 1:20, 1:25, 1:30 Bột sau sấy phun được đánh giá hàm lượng, tỉ lệ thu hồi để lựa chọn tỉ lệ phù hợp cho các khảo sát sau
2.4.2 Tối ưu hóa điều kiện sấy phun
Sau khi khảo sát các điểm thí nghiệm, phương pháp mặt mục tiêu (RSM) kết hợp với mô hình lặp tâm (CCD) được chọn để tìm ra mối liên hệ giữa các thông số và hàm mục tiêu Khi có được phương trình mô tả, phương trình này sẽ cho thấy sự ảnh hưởng của từng thông số và sự tương tác giữa các thông số lên hàm mục tiêu, từ đó dự đoán được điểm tối ưu của mô hình Phân tích các dữ liệu thực nghiệm được thực hiện thông qua phần mềm máy tính JMP Pro 13 Các thí nghiệm quy hoạch thực nghiệm được thiết lập sau khi đã khảo sát điều kiện (miền giá trị) của các yếu tố ảnh
36 hưởng Phương pháp HPLC, LDS và kỹ thuật kính hiển vi quét điện tử FESEM cũng được thực hiện để đánh giá hàm lượng, kích thước và hình thái hạt của bột sấy phun
2.4.2.1 Phương pháp phân tích và đánh giá mô hình tối ưu
Phân tích sự tương quan giữa mô hình và thực nghiệm dựa vào tiêu chuẩn Fisher với mức ý nghĩa P < 0,05 Trong trường hợp hệ số tiêu chuẩn Fisher của mô hình lớn hơn hệ số tiêu chuẩn Fisher được tra bảng có thể kết luận phương pháp đánh giá ảnh hưởng đến hàm mục tiêu Đại diện tốt nhất cho sự phù hợp giữa mô hình và thực nghiệm là R 2 R 2 là hệ số xác định giữa mô hình và thực nghiệm, cho thấy sự đánh giá cao về tương tác giữa chúng R 2 càng gần đến 1 thì chứng tỏ mô hình càng tốt
Bảng 2 7 Đánh giá mối tương quan giữa mô hình và thực nghiệm
R 2 < 0,1 Tương quan ở mức thấp 0,1 ≤ R 2 < 0,25 Tương quan ở mức trung bình 0,25 ≤ R 2 < 0,5 Tương quan khá chặt chẽ 0,5 ≤ R 2 < 0,8 Tương quan chặt chẽ
R 2 0,8 Tương quan rất chặt chẽ
Dự đoán ảnh hưởng của các thông số thông qua việc phân tích hệ số của các biến và suy ra phương trình hồi quy Phương trình theo biến mã hóa có dạng:
Với B 0 là hệ số đáp ứng tại tâm, B i là hệ số đáp ứng bậc 1, B ii là hệ số đáp ứng bậc 2, B ij là hệ số đáp ứng tương tác đôi, X i là biến mã hóa của các biến thực
Vẽ đồ thị bề mặt đáp ứng RSM và dự đoán tương tác ảnh hưởng giữa các thông số đáp ứng lên hàm mục tiêu Sự ảnh hưởng của từng thông số và sự tương tác của các thông số lên hàm mục tiêu được dự đoán thông qua dạng biến đổi của các cặp đồ thị bề mặt đáp ứng dạng 3D
2.4.2.2 Đối chiếu kết quả dự đoán từ mô hình với kết quả thực nghiệm
Dựa vào bề mặt đáp ứng của các thông số lên hàm mục tiêu để nhận biết được sơ bộ các giá trị lân cận làm cho giá trị hàm mục tiêu đạt cực trị Sau đó sử dụng phần mềm JMP Pro 13 để xuất ra giá trị tối ưu và các điều kiện đồng hóa thích hợp được dự đoán từ mô hình Kết quả dự đoán được thực nghiệm với độ lặp lại là 3 thí nghiệm Kết quả chấp nhận được khi độ sai khác phần trăm ∆% < 5%
2.4.3 Đánh giá tính chất của sản phẩm bột Curcumin
Bột tạo thành sẽ được đánh giá về độ ẩm, màu sắc ngoại quan và kích thước bằng các phương pháp đã nêu ra ở phần 2.3 Sau đó, bột Curcumin thỏa các tiêu chí đề ra sẽ được kiểm tra khả năng tái phân tán thông qua phương pháp đánh giá độ hòa tan của hạt thuốc trong các dung dịch đệm pH khác nhau Trong đề tài này, ba dung dịch đệm pH được chọn là 1.2; 4.5 và 6.8 nhằm mô phỏng cho môi trường ở dạ dày, ruột non và đại tràng khi thuốc được đưa vào cơ thể [42]
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
XÂY DỰNG ĐIỀU KIỆN SẤY PHUN BỘT CURCUMIN
Từ các khảo sát sơ bộ, có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy phun bột Curcumin Tuy nhiên, nhiệt độ sấy, lưu lượng không khí sấy và lưu lượng phẩm cấp là ba yếu tố cơ bản có ảnh hưởng lớn đến quá trình sấy phun [20] Do đó, luận văn sẽ lựa chọn ba thông số trên làm ba yếu tố chính của quá trình tối ưu hóa
Thực hiện tạo hệ huyền phù Curcumin, điều kiện tạo hệ huyền phù được trình bày chi tiết ở mục 2.4.1.1
Bảng 3 1 Tính chất hệ huyền phù Curcumin nồng độ 2 g/L
Phương pháp UV-VIS 1.921 Phương pháp HPLC 1.893 Color
Ngoại quan của hệ huyền phù có màu vàng cam và các giá trị màu LCh cho thấy rõ điều đó Cụ thể giá trị h là 88.72 (gần 90)
Bằng phương pháp UV-VIS và HPLC, nồng độ Curcumin được xác định lần lượt là 1.921 và 1.893 g/L so với lý thuyết là 2 g/L Điều này chứng tỏ đã có sự thất thoát trong quá trình đồng hóa để hình thành hệ huyền phù
Kớch thước trung bỡnh của hệ huyền phự trong khoảng 8.420 àm khi được phõn tích bằng phương pháp nhiễu xạ lazer (LDS) Hình 3.1 cho thấy đồ thị phân bố có dạng hình chuông chứng tỏ kích thước hệ huyền phù đồng đều
Hình 3 1 Phân bố kích thước hạt của hệ huyền phù 2 g/L 3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của giá mang đến quá trình sấy phun bột Curcumin
Khảo sát ba loại giá mang Maltodextrin, Lactose và Isomalt Điều kiện sấy phun được trình bày chi tiết ở mục 2.4.1.2 Kết quả được thể hiện trong Hình 3 2 và Hình
Hình 3 2 Ảnh hưởng của giá mang đến ngoại quan của bột Curcumin sấy phun
Về ngoại quan, bột sử dụng giá mang Maltodextrin mịn, phân bố đồng đều và màu vàng tươi (Hình 3 2) Bột sử dụng giá mang Lactose mịn, phân bố đều có màu vàng sẫm hơn so với bột sử dụng giá mang Maltodextrin Bột sử dụng giá mang Isomalt có hiện tượng vón cục, phân bố không đều, có hiện tượng nóng chảy
Hình 3 3 Ảnh hưởng của giá mang đến hàm lượng của bột Curcumin sấy phun
Xét về hàm lượng, hàm lượng Curcumin trong bột có sự thay đổi rõ rệt khi sử dụng các loại giá mang khác nhau, bột sử dụng giá mang Maltodextrin có hàm lượng cao hơn so với bột sử dụng giá mang Lactose và Isomalt
Hình 3 4 Ảnh hưởng của giá mang đến kích thước hạt bột sấy phun
Xét về kích thước, kích thước median và kích thước mean có sự thay đổi khi sử dụng các giá mang khác nhau kích thước hạt khi sử dụng giá mang Maltodextrin có kích thước mean nhỏ hơn so với giá mang Lactose Điều này chứng tỏ giá mang có ảnh hưởng lớn đến khả năng sấy phun của bột, giúp việc sấy phun đạt được kích thước phù hợp Trong nghiên cứu này, cần hạt bột có hàm lượng cao, độ đồng đều cao và kích thước hạt nhỏ để tăng khả năng ứng dụng vào các sản phẩm giai đoạn sau nên giá mang Maltodextrin được chọn để thực hiện cho các khảo sát phía sau
Giá mang khảo sát HÀM LƯỢNG CURCURMIN TRONG BỘT
Kích thước median Kích thước mean
Hình 3 5 Ảnh hưởng của giá mang đến độ hòa tan
Xét về độ hòa tan, độ hòa tan của bột có sự chênh lệch không đáng kể khi sử dụng các giá mang khác nhau Tại môi trường pH 6.8 và 4.5, bột sử dụng giá mang Maltodextrin và giá mang Lactose có độ hòa tan trung bình 1.55% Tuy nhiên, ở môi trường pH 1.2, bột sử dụng giá mang Maltodextrin có độ hòa tan tốt hơn hẳn giá mang Lactose Điều này chứng tỏ, ở môi trường trung tính và acid yếu, độ hòa tan của hai loại giá mang là tương tự nhau và ở môi trường acid mạnh, giá mang Maltodextrin có độ hoà tan tốt hơn giá mang Lactose
Các nghiên cứu chứng tỏ giá mang có ảnh hưởng lớn đến khả năng sấy phun của bột, giúp việc sấy phun đạt được tính chất phù hợp Trong nghiên cứu này, cần hạt bột có hàm lượng và độ đồng đều cao và kích thước hạt nhỏ và dễ hòa tan để tăng khả năng ứng dụng vào các sản phẩm giai đoạn sau nên giá mang Maltodextrin được chọn để thực hiện cho các khảo sát phía sau
3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ sấy phun đến quá trình sấy phun bột
Nhiệt độ sấy được khảo sát tại các điểm 130, 150, 170, 190, 210 (⁰C) Điều kiện sấy phun được trình bày ở mục 2.4.1.3 Kết quả được thể hiện trong Hình 3 6 và Hình 3 7
Hình 3 6 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến ngoại quan của bột Curcumin
Hình 3 7 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hàm lượng của bột Curcumin
Về ngoại quan, khi tăng nhiệt độ sấy phun bột có màu sẫm dần (Hình 3 6) Khi sấy với nhiệt độ 210⁰C, bột có hiện tượng vón cụn, bám nhiều ở thành buống sấy ảnh hưởng đến hiệu quả sấy phun
Về hàm lượng, khi tăng nhiệt độ từ 130⁰C đến 150⁰C hàm lượng Curcumin trong bột tăng và giảm dần từ 170⁰C đến 210⁰C Điều này là do khi nhiệt độ sấy cao sẽ ảnh hưởng đến bột tạo thành và giá mang có hiện tượng bị nóng chảy trước khi vào cyclon Vì vậy các khảo sát sau chỉ dừng lại ở nhiệt độ sấy 170⁰C (nhiệt độ biên) và nhiệt độ sấy
150⁰C được chọn để khảo sát tiếp các yếu tố khác
3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng không khí sấy đến quá trình sấy phun bột Curcumin
Lưu lượng không khí sấy được khảo sát tại các điểm thí nghiệm 240, 270, 300,
330 m 3 /h Điều kiện thí nghiệm được trình bày chi tiết ở mục 2.4.1.4 Ảnh hưởng của
44 lưu lượng không khí sấy đến quá trình sấy phun bột Curcumin được trình bày Hình
Hình 3 8 Ảnh hưởng của lưu lượng không khí sấy đến ngoại quan của bột Curcumin
Hình 3 9 Ảnh hưởng của lưu lượng không khí sấy đến hàm lượng của bột Curcumin
Về ngoại quan, khi tăng lưu lượng không khí sấy, màu sắc bột có sự thay đổi không đáng kể ( Hình 3 8 ) Với lưu lượng không khí 240m 3 /h, không thu được bột do lưu lượng không khí sấy không đủ để đưa bột vào cyclon, hệ huyền phù bám vào buồng sấy
Về hàm lượng, cũng có xu hướng thay đổi như ngoại quan khi tăng lưu lượng không khí sấy hàm lượng có sự thay đổi không đáng kể.Vì vậy khảo sát chỉ dừng lại ở lưu lượng không khí sấy 270m 3 /h và lưu lượng không khí sấy 300m 3 /h được chọn để khảo sát tiếp các yếu tố khác
3.1.5 Khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng phẩm cấp đến quá trình sấy phun bột
Lưu lượng phẩm cấp được khảo sát tại các điểm thí nghiệm 0.6, 0.9, 1.2 L/h Điều kiện thí nghiệm được trình bày chi tiết ở mục 2.4.1.5 Ảnh hưởng của lưu lượng không khí sấy đến quá trình sấy phun bột Curcumin được trình bày Hình 3 10 và
Hình 3 10 Ảnh hưởng của lưu lượng phẩm cấp đến ngoại quan của bột Curcumin
Hình 3 11 Ảnh hưởng của lưu lượng phẩm cấp đến hàm lượng của bột Curcumin
Về ngoại quan, khi tăng lưu lượng phẩm cấp bột màu sắc bột có sự thay đổi không đáng kể (Hình 3 10)
Về hàm lượng, khi tăng lưu lượng phẩm cấp hàm lượng có sự thay đổi không đáng kể Tuy nhiên, hàm lượng khi sấy với lưu lượng phẩm cấp 1.2 L/h thấp hơn, điều này là do lưu lượng phẩm cấp cao, làm cho bột không đạt độ ẩm khi kết thúc lưu trình tại buồng sấy, ảnh hưởng đến chất lượng của bột tại bình thu mẫu.Vì vậy khảo
46 sát chỉ dừng lại ở lưu lượng phẩm cấp 1.2 L/h và lưu lượng phẩm cấp 0.9 L/h được chọn để khảo sát tiếp các yếu tố khác
3.1.6 Khảo sát nâng cao hàm lượng hàm lượng Curcumin trong bột
Bột sấy phun với hàm lượng hoạt chất quá ít rất khó để ứng dụng vào các sản phẩm khác và bị hao hụt trong quá trình sản xuất Vì vậy, đề tài tiến hành các thí nghiệm như mục 2.4.1.6 nhằm nâng cao hàm lượng curcuumin trong bột, hướng đến quy mô sản xuất công nghiệp Ngoại quan và hàm lượng của bột được trình bày tại
Hình 3 12 Ảnh hưởng của tỷ lệ Cur/Giá mang đến ngoại quan của bột Curcumin
TỐI ƯU HÓA ĐIỀU KIỆN SẤY PHUN
3.2.1 Tối ưu hóa theo hàm lượng trung bình
Theo các kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo hệ huyền phù ở mục 3.1, các yếu tố được chọn để tối ưu quá trình sấy phun trong luận văn này là nhiệt độ sấy, lưu lượng không khí sấy và lưu lượng phẩm cấp Thiết bị sử dụng là máy sấy phun Lab Spray Dryer ASD-2000SG, nồng độ Curcumin giữ ở mức 2 g/L Vùng giới hạn ba biến được xác định trong phạm vi:
Lưu lượng không khí sấy : 270 – 330 m 3 /h
Ma trận các thí nghiệm quy hoạch thực nghiệm được xây dựng, thể hiện sự tương tác giữa ba yếu tố nhiệt độ sấy, lưu lượng không khí sấy và lưu lượng phẩm cấp với hàm mục tiêu là hàm lượng Curcumin có trong bột Mỗi yếu tố được chia làm ba mức thay đổi, được trình bày ở Bảng 3 2
Bảng 3 2 Liên hệ giữa các biến mã hóa và biến thực
Lưu lượng không khí sấy (R) (m 3 /h)
Từ bảng 3.2, ma trận thí nghiệm tối ưu được thiết lập bằng phương pháp mặt mục tiêu (RSM) kết hợp với mô hình lặp tâm (CCD) với ba biến số: nhiệt độ sấy (⁰C), lưu lượng không khí sấy (m 3 /h) và lưu lượng phẩm cấp (L/h) Phần mềm JMP PRO 13.0 được sử dụng để xử lý và phân tích số liệu thực nghiệm từ Bảng 3 3
Bảng 3 3 Ma trận các thí nghiệm quy hoạch thực nghiệm và kết quả
Biến mã hóa (X) Hàm mục tiêu
Lưu lượng không khí sấy X 2
Hàm lượng Curcumin trong hệ (%)
Sau khi chạy mô hình bằng phần mềm JMP Pro 13.0, kết quả ước tính cho mô hình chuẩn được trình bày ở Bảng 3 4
Bảng 3 4 Kết quả phân tích hệ số trong mô hình hồi quy
Yếu tố Hệ số Sai số chuẩn t Ratio Prob > |t|
Lưu lượng không khí sấy -0.014 0.016 -2.096 0.002
Nhiệt độ sấy × Lưu lượng không khí sấy -0.014 0.017 -0.795 0.032
Nhiệt độ sấy × Lưu lượng phẩm cấp 0.003 0.017 0.160 0.117
Lưu lượng không khí sấy ×
Nhiệt độ sấy × Nhiệt độ sấy 0.027 0.025 -42.937 0.003
Lưu lượng không khí sấy ×
Lưu lượng không khí sấy -1.044 0.025 -41.330 0.159
Lưu lượng phẩm cấp × Lưu lượng phẩm cấp -1.05 0.025 -45.926 0.001 Để minh họa các hiệu ứng tương tác giữa các biến trên bề mặt phản hồi, các bề mặt phản hồi được vẽ trong đó hàm lượng được lấy là trục tung và hai biến là trục
50 ngang Trong mỗi ô, biến vắng mặt được giữ ở giá trị trung tâm của nó Nó cho thấy rằng ảnh hưởng của cả nhiệt độ sấy và lưu lượng không khí sấy đến hàm lượng Curcumin trong bột là tương tự nhau khi nhiệt độ sấy hoặc lưu lượng không khí sấy tăng dẫn đến hàm lượng Curcumin trong bột cao hơn Tuy nhiên, mối quan hệ này chỉ giữ ở một mức tham số nhất định mà sau đó xu hướng ngược được hiển thị Mặt khác, sự tương tác giữa nhiệt độ sấy và lưu lượng phẩm cấp cho thấy một mô hình khác trong đó lưu lượng phẩm cấp tăng dường như dẫn đến giảm hàm lượng Curcumin trong bột và cặp điều kiện tối ưu có thể nằm ngoài phạm vi thử nghiệm, do yếu tố thứ ba (lưu lượng không khí sấy) được duy trì tại điểm trung tâm Cuối cùng, biểu đồ bề mặt minh họa sự tương tác giữa lưu lượng không khí sấy và lưu lượng phẩm cấp cho thấy hàm lượng Curcumin tối đa có thể đạt được trong phạm vi lưu lượng không khí sấy 280 – 300 m 3 /h và lưu lượng không khí sấy rất thấp hoặc rất cao có thể tạo ra bột có hàm lượng Curcumin thấp hơn
(a) Nhiệt độ sấy × Lưu lượng không khí
(b) Nhiệt độ sấy × Lưu lượng phẩm cấp
(c) Lưu lượng không khí × Lưu lượng phẩm cấp
Hình 3 14 Hiệu ứng tương tác giữa các cặp yếu tố Hình 3 15 mô phỏng các điểm dữ liệu được hình thành bởi các phản hồi thực tế và dự đoán Phân phối dữ liệu gần với đường 45 độ, cho thấy kết quả thử nghiệm phù hợp với kết quả dự đoán Ngoài ra, hệ số hồi quy được tính toán là R 2 = 0.96 và giá trị RSME là 0.1012 cho thấy sự phù hợp giữa dữ liệu thử nghiệm và mô hình đã thiết lập
Hình 3 15 Tương tác giữa các yếu tố khảo sát với hàm mục tiêu Ảnh hưởng của các yếu tố riêng lẻ đến hàm lượng Curcumin trung bình trong bột được thể hiện trong Hình 3 16 Trong mỗi yếu tố, một biến được phép thay đổi và hai biến bị thiếu được giữ ở các điểm trung tâm của chúng Rõ ràng, hàm lượng Curcumin phản ứng nhanh nhất với những thay đổi về lưu lượng phẩm cấp, thể hiện qua độ dốc của các đường cong và tăng tốc độ lên trên 0.9 L/h khiến hàm lượng Curcumin trong bột giảm rất nhiều Mặt khác, nhiệt đọ sấy tương quan tích cực với kết quả trong khi lưu lượng không khí sấy dường như không tương quan rõ rệt đến hàm lượng Curcumin trong bột
Hàm l ư ợng Curcu min tr ong bột 4 6808 71 [4 5636 9 ; 4 7980 5 ]
300 Lưu lượng không khí sấy
Hình 3 16 Xu hướng thay đổi kích thước trung bình khi thay đổi các yếu tố khảo sát
Sau khi làm gọn mô hình bằng cách loại bỏ các biến có giá trị p-values lớn hơn 0.05; hàm mục tiêu được mô tả bằng phương trình 3.1
Suy ra từ mô hình cuối cùng, hàm lượng Curcumin trong bột bị ảnh hưởng bởi các yếu tổ nhiệt độ sấy (X1), lưu lượng không khí sấy (X2) và lưu lượng phẩm cấp (X3) Nhiệt độ sấy (X1), có ảnh hưởng đến hàm lượng Curcumin trong bột, khi giữ nguyên các tác nhân còn lại tại trung tâm, hàm lượng có sự chênh lệch khi ở 150⁰C (4.673%) so với 170⁰C (4.514%) và 130⁰C (4.526%)
Lưu lượng không khí sấy (X2), có tác động đến hàm lượng Curcumin trong bột nhỏ hơn so với hai tác nhân còn lại, ở cùng nhiệt độ sấy 130⁰C, lưu lượng phẩm cấp 0.6 L/h có thể thấy hàm lượng Curcumin không thay đổi quá nhiều khi thay đổi lưu lượng không khí sấy từ 270 m 3 /h (4.457%) đến 330 m 3 /h (4.413%), tương tự tại các cặp tác nhân (130⁰C+1.2L/h; 150⁰C+0.9L/h; 170⁰C+0.6L/h; 170⁰C+1.2L/h)
Lưu lượng phẩm cấp (X3), tác động lớn đến hàm lượng Curcumin trong bột Khi giữ nguyên các tác nhân còn lại tại trung tâm, hàm lượng có sự chênh lệch lớn khi thay đổi lưu lượng phẩm cấp từ 0.6 L/h đế 1.2 L/h Tại nhiệt độ sấy 130⁰C và lưu lượng không khí sấy 270m 3 /h, hàm lượng Curcumin khi thay đổi từ 0.6, 1.2 L/h lần lượt là 4.457% và 3.757% Có thể thấy sự chênh lệch này đối với các cặp nhiệt độ sấy và lưu lượng không khí sấy khác (130⁰C+330m 3 /h; 150⁰C+300m 3 /h; 170⁰C+270m 3 /h; 170⁰C+ 330m 3 /h)
3.2.2 Đánh giá hiệu quả của quá trình Điều kiện của các thông số đáp ứng mục tiêu hàm lượng Curcumin trung bình của bột Curcumin được trình bày trong Bảng 3 5
Bảng 3 5 Số liệu kết quả của quá trình tối ưu
Thông số Giá trị tới hạn Giá trị lựa chọn
Lưu lượng không khí sấy (m 3 /h) 286.544 290
Giá trị tới hạn là giá trị của các thông số mà tại đó hàm mục tiêu đạt giá trị cực trị Để đơn giản trong quá trình vận hành thí nghiệm trong thực tế, các gía trị tới hạn được lựa chọn cho thích hợp với điều kiện thực hiện cũng như thuận tiện cho việc tính toán, giá trị của các yếu tố được lựa chọn như trong Bảng 3 5 Với các giá trị lựa chọn này, thay vào phương trình hồi quy, giá trị hàm lượng trung bình của hệ thu được là 4,775% Để kiểm tra sự tương thích của kết quả mô hình và thực nghiệm, tiến hành sấy phun bột Curcumin với các điều kiện tối ưu đã chọn, thí nghiệm được lặp lại 3 lần Kết quả kiểm tra độ lặp lại của mô hình tối ưu hóa được trình bày ở Bảng 3 6
Bảng 3 6 Kiểm tra độ lặp lại của mô hình tối ưu hóa
Lưu lượng không khí sấy X 2
Hàm lượng Curcumin trong hệ (%)
Kết quả hàm lượng Curcumin trung bình của hệ sau ba lần lặp lại thí nghiệm là 4.667% Sai biệt hàm lượng trung bình của ba thí nghiệm và hàm lượng trung bình tối ưu là 2.250% < 5%, điều này thể hiện mô hình có độ tương tích cao và đáng tin cậy
Đánh giá tính chất của sản phẩm
Tiến hành sấy phun với các điều kiện tối ưu ở phần 3.2 và thu được bột Curcumin sấy phun với các tính chất được tình bày trong Bảng 3 7
Bảng 3 7 Tính chất bột Curcumin sấy phun
Hàm lượng Curcumin trong bột (g/kg) * 46.671
Màu ngoại quan (L,C,h) (85.90; 42.61; 89,25) Độ ẩm
(*) Hàm lượng được kiểm tra bằng phương pháp HPLC
Hình 3 17 Kích thước hạt bột được đo bằng phương pháp LDS
Hình 3 18 Hình thái bề mặt hạt được xác định bằng kính hiển vi quét điện tử FESEM
Bột Curcumin cú kớch thước median 1.900 àm, phần lớn cỏc hạt phõn bố trong khu vực từ 1-10 àm khi phõn tớch bằng phương phỏp tỏn xạ lazer LDS (Hỡnh 3 17) Đường phân bố có hình chuông đối xứng và trong vùng hẹp, thể hiện hệ có phân bố kích thước rất tốt, đuôi của đường phân bố nhỏ, chứng tỏ các hạt ở kích thước lớn khụng nhiều Tuy nhiờn, kết quả xuất hiện kớch thước tại khu vực 100 àm, điều này chứng tỏ là do các hạt bị vón cục và kết chùm trong quá trình đo mẫu Bằng kỹ thuật kính hiển vi quét điện tử FESEM, hạt bột Curcumin được xác định có hình dáng gần như trũn (Hỡnh 3 18) Đường kớnh hạt nằm trong khoảng 1-3 àm và cỏc hạt cú kớch thước tương đối đồng đều, kết quả này phù hợp với kết quả phân tích bằng LDS trước đó
3.3.3 Độ hòa tan Độ hòa tan của các sản phẩm Curcumin được đánh giá theo quy trình tham chiếu trong Dược điển Hoa Kỳ đối với các thuốc ít tan trong nước Môi trường thử nghiệm là dung dịch đệm pH 1.2, 4.5 và 6.8 được bổ sung 0.1% SLS để mô phỏng môi trường trong dạ dày, tá tràng và hỗng tràng tương ứng
Các thí nghiệm được tiến hành trong môi trường đệm pH 1.2, 4.5 và 6.8 tương ứng theo quy trình được mô tả trong phần 2.3.5 để đánh giá độ hòa tan của sản phẩm bột Curcumin tối ưu (BTU) Đồng thời, Curcumin nguyên liệu được sử dụng làm đối
57 chứng 1 (C1) và bột Curcumin trước khi tối ưu hóa được sử dụng làm đối chứng 2 (C2) Kết quả được thể hiện trong Hình 3 19
Hình 3 19 Độ hòa tan bột Curcumin trong các môi trường pH khác nhau
Nhìn chung, độ hòa tan của mẫu trong ba môi trường nghiên cứu nhỏ (