Luận văn thạc sĩ Công nghệ hóa học: Nghiên cứu hệ hạt nano chất béo rắn bao giữ dầu gấc

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCMĐẠI HỌC BÁCH KHOA Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt NamĐộc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ THỊ THANH THỦY MSHV: 11054179Ngày, th

TỔNG QUAN

HẠT NANO CHẤT BÉO RẮN (SOLID LIPID NANOPARTICLE – SLN)

Dẫn truyền một phân tử thuốc đến vị trí mục tiêu là một trong những nghiên cứu đầy thách thức của lĩnh vực khoa học dược phẩm Vấn đề này đươc cải thiện đáng kể bằng cách phát triển hệ dẫn truyền như liposome, micell và các hạt nano.

Các hạt nano với những đặc điểm đặc biệt như kích thước nhỏ, diện tích bề mặt lớn và khả năng thay đổi tính chất bề mặt nên có rất nhiều lợi thế so với các hệ dẫn truyền thuốc khác (Kreuter, 1997) [1] Mặt khác, các hạt nano còn có lợi thế là dễ phân hủy, không độc hại, độ ổn định cao nên có khả năng được lưu trữ trong thời gian dài (Chowdary et al., 1997).

Từ một thập kỷ gần đây ngày càng nhiều các nghiên cứu sử dụng hạt nano lipid rắn (solid lipid nanoparticles – SLN) nhằm ứng dụng như một hệ dẫn truyền thuốc thay thế các hệ truyền thống như hệ nhũ tương lipid, liposome và các h ạt nano polymer SLN kết hợp những ưu điểm đồng thời cũng tránh một số nhược điểm của các hệ khác, như có khả năng vận chuyển hiệu quả các hoạt chất và thâm nhập dễ dàng vào màng tế bào vì kích thước vi hạt nano [2],các hoạt chất kỵ nước hoặc ít tan trong nước có thể được phối trộn dễ dàng vào hệ nano chất béo rắn, qui trình tổng hợp tương đối dễ thực hiện, chẳng những yêu cầu chi phí thấp mà còn không sử dụng dung môi hữu cơ độc hại, lại có thể tiến hành sản xuất ở quy mô công nghiệp.

Hình 2.1 [3] là hình ảnh chụp SEM của các hạt nano lipid rắn được tạo thành bởi triglycerit và chất hoạt động bề mặt không ion.

Hình 2.1: Hạt nano lipid rắn được tạo thành bởi triglycerit và chất hoạt động bề mặt không ion

Hình 2.2: Hạt nano lipid rắn bảo vệ dược chất amphotericin B.[3]

Hình 2.2 mô tả sự tạo thành hạt nano lipid rắn bằng cách trộn tristearin và acid stearic tạo thành lõi, lecithin và chất hoạt động Natri taurocholat được thêm vào để ổn định hệ, amphotericin B được bảo vệ bền trong lõi lipid.

Bảng 2.1: Một số lipid và chất hoạt động bề mặt được sử dụng để tạo hạt nano lipid rắn [4].

Tripalmtin Ethylene oxide/propylene oxide copolymer

Glycerol palmitostearate Sorbitan ethylene oxide/propylene oxide copolymer

Decanoic acid Alkylaryl polyether alcohol polymers

Para-acyl-calix-arenes Sodium taurodeoxycholate

Hệ hạt nano chất béo rắn được chia thành 3 dạng chính [4]:

Dạng ma trận : Hoạt chất được phân tán đều trong nền chất béo rắn Dạng vỏ : Hoạt chất bao bọc bên ngoài lõi chất béo rắn

Dạng lõi : Hoạt chất được bao bọc bên trong bởi lõi chất béo rắn

(a) dạng matrix (b) dạng vỏ (c) dạng lõi

Hình 2.3: Ba kiểu phân bố dược chất trong tiểu phân nano lipid

Trong ba dạng trên thì dạng ma trận là dạng phổ biến và dễ tạo nhất bằng những phương pháp đồng hóa thông dụng.Do đó, đề tài sẽ tập trung nghiên cứu chế tạo hệ hạt nano chất béo rắn có dạng ma trận.

2.1.2 Phương pháp tạo hệ nano chất béo rắn (SLN)

Hầu hết các nghiên cứu để tạo hệ nano chất béo rắn đều gồm 2 giai đoạn [5]:

Giai đoạn 1: tạo hệ nhũ thô dầu trong nước dạng vi nhũ Giai đoạn 2: Sự hóa rắn của pha phân tán.

Trong quá trình tạo hệ thì quan trọng nhất là giai đoạn đồng hóa.Có hai kỹ thuật chính để tạo hệ nano chất béo rắn là đồng hóa nóng (hot homogenization) và đồng hóa lạnh (cold homogenization) [3] ) Sự khác nhau giữa 2 quy trình tổng hợp được mô tả như sau:

2.1.3 Độ bền của hệ nano chất béo rắn Độ bền và ổn định của hệ hạt nano chất béo rắn được đánh giá dựa trên hai yếu tố là kích thước hạt phân bố và trạng thái kết tinh của hệ hạt nano, hay nói cách khác dựa trên kích thước và hình thái hạt: [3]

- Kích thước hạt ảnh hưởng đến cảm quan về sản phẩm (mắt người chỉ có thể phỏt hiện ỏnh sỏng tỏn xạ nếu kớch thước hạt lớn hơn 1 àm, và cũng là là một yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng đến khả năng hấp thu qua da (mỹ phẩm), qua màng ruột, mức độ tồn tại của hệ trong cơ thể và các cơ chế phân bố hoạt chất trong hệ thống màng nội bào (Reticulo endothelial system –RES).

- Trạng thái kết tinh của hệ tương thích mạnh đến khả năng phóng thích và kết hợp các loại thuốc.

Hoạt chất được phân tán trong pha chất béo rắn nóng chảy (hỗn hợp trộn thô)

Phân tán hh thô trong nước nóng có chưa chất HĐBM

Trộn lại bằng cách khuấy từ để tạo thành hệ nhũ thô

Hóa rắn hỗn hợp thô bằng nito lỏng hoặc đá khô

Xay hoặc nghiền tạo thành dạng bột mịn (50 – 100 àm) Đồng hóa áp uất cao hệ nhũ trên (t o > t o nóng chảy chất béo rắn)

Tạo hệ nhũ dầu trong nước

Phân tán bộ trong nước có hòa tan chất

HĐBM Đồng hóa áp suất cao (t o ≤ t o phòng)

Hóa rắn hệ nhũ nano (t o

≤ t o phòng) ĐỒNG HÓA NÓNG ĐỒNG HÓALẠNH

Vấn đề độ bền và tính ổn định của hệ nano chất béo rắn phụ thuộc vào các thông số quá trình thực hiện, chất HĐBM, công thức hệcần tiếp tục được nghiên cứu và tìm hiểu.

DẦU GẤC

Ở Việt Nam, từ lâu dầu gấc đã được sử dụng làm thuốc bổ, cung cấp vitamin A cho trẻ nhỏ, phụ nữ có thai và cho con bú Dầu gấc còn được sử dụng để bôi vết thương và vết bỏng giúp mau lành, nhanh lên da non Uống dầu gấc giúp người bệnh nhanh chóng phục hồi, tăng khả năng chống đỡ bệnh tật Ngày nay, cùng với sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu về gấc đã chỉ ra được thêm nhiều công dụng của dầu gấc như: tăng khả năng miễn dịch, chống lại quá trình oxy hóa và lão hóa tế bào [9], loại bỏ tác động độc hại của môi trường như các chất độc hóa học, tia phóng xạ Các thành phần carotenoid, lycopene và vitamin E trong dầu gấc có tác động trung hòa 75% các chất gây ung thư.

Carotenoid là các sắc tố tự nhiên tạo ra màu vàng, da cam, đỏ trong rất nhiều các loại hoa quả (gấc, chanh, đào, mơ, cam, nho, ), rau (cà rốt, cà chua, ), nấm và hoa Chúng cũng có mặt trong các sản phẩm động vật như trứng, tôm, cá, (Hình2.4) Ngày nay, các hợp chất carotenoid rất được quan tâm nghiên cứu, đã đạt được những kết quả không chỉ về ảnh hưởng của chúng lên cơ thể sinh vật mà còn đưa ra một số sản phẩm thuốc, thực phẩm chức năng bổ sung hàng ngày và tiềm năng ứng dụng trong mỹ phẩm [9].

Carotenoid được tìm thấy từ thế kỷ 19, năm 1831 Wachen đề xuất thuật ngữ

“carotene” cho một hợp chất màu phân cực được kết tinh từ rễ của cà rốt Berzelius gọi sắc tố màu vàng phân cực chiết xuất từ lá mùa thu “xanthophylls”, từ tiếng HyLạp Xanthos có nghĩa là màu vàng và phyllon có nghĩa là lá.

Hình 2.4: Các hợp chất carotenoid có thể được tìm thấy nhiều trong các loại rau và quả có màu đỏ, cam, vàng

Cấu trúc hóa học của carotenoid đã được Kauren (1948) và Kuhn (1954) phát hiện, việc tổng hợp nhân tạo β-carotenoid và lycopene được thực hiện lần đầu tiên vào năm 1950 ở phòng thí nghiệm của Kauren Kể từ đó carotenoid được quan tâm nghiên cứu trong các lĩnh vực hóa học, y học, vật lý, sinh học và nhiều ngành khoa học khác Cơ sở cấu trúc của các carotenoid là cấu trúc polyisoprene gồm 40 nguyên tử carbon, mỗi carotenoid chứa 8 phân tử isoprene (Hình 2.5).

Phần trung tâm của phân tử gồm 18 nguyên tử carbon hình thành một hệ thống các liên kết đôi xen kẽ liên kết đơn, trên đó có gắn thêm 4 nhóm CH 3 Chính hệ thống này quy định màu sắc của chúng, ngoài ra màu sắc của chúng còn phụ thuộc vào cấu trúc, trạng thái của chúng khi hòa tan vào các dung môi khác nhau, dạng tinh thể hay phức hợp ở đồng phân cis và trans [10] Đặc điểm cấu trúc đã quyết định đến tính chất lý hóa của carotenoid, do cấu trúc là gốc kỵ nước nên hợp chất này rất kỵ nước, chúng không tan trong nước mà tan trong lipid và các dung môi hữu cơ.

Carotenoid có một số chức năng sinh học như sau:

Một số carotenoid có vai trò tiền vitamin A: tiền vitamin A là những chất thuộc họ carotenoid mà có khả năng cắt giữa mạch C40 và chuyển hoá thành một hay hai phân tử vitamin A Trong cơ thể,người ta đã khám phá được có khoảng 70 loại carotenoid là tiền vitamin A, phổ biến là α-carotene, (ε- carotene, γ- carotene Trong đó β- carotene là có hoạt tính cao hơn cả (do có khả năng tạo ra hai phân tử vitamin A) nên được quantâm nhiều nhất.

Tăng khả năng miễ n d ị ch

Carotenoid có những đăc tính kích thích tính miễn dịch rất cao do đó nhiềunăm qua các carotene đặc biệt là β - carotene đã được các nhà nghiên cứu sửdụng trong điều tri AIDS.

Các nhà khoa học đã xác định Lycopen có hiệu ứng chống ung thư, đặc biệt làm giảm tỷ lệ sinh ung thư thực quản, dạ dày, kết tràng, tiền liệt tuyến.

Lycopen là chất mà cơ thể con người không thể tổng hợp được mà phải bổ sung từ bên ngoài.

Cà chua có chứa nhiều lycopen, hàm lượng lycopen trong cà chua nhiều hay ít phụ thuộc vào giống và độ chín của cà chua Cà chua thật đỏ chứa 50mg lycopen, trong khi đó cà chua vàng chỉ có 5mg lycopen trong 1kg cà chua Nhu cầu hàng ngày của mỗi người là 5mg lycopen.

Gốc tự do (free radical) là chất có trong cơ thể con người, sinh ra trong quá trình hoạt động của cơ thể và gây nên các tác động xấu gọi chung là sự lão hóa.

Chống oxy hoá là cách tốt nhất ngăn chặn sự lão hóa của cơ thể Chất chống oxy hóa có khả năng tiêu hủy gốc tự do, ngăn chặn được những phản ứng liên hoàn do gốc tự do gây ra, nhờ vậy mà chống được quá trình lão hóa.

Các carotenoid cũng được dùng làm chất phụ gia cho nhiều thực phẩm như chất tạo màu cho các thực phẩm và nước uống Năm 1954, β-carotene tổng hợpđược đưa vào thị trường đầu tiên bởi Roche Nó cũng được dùng làm màu cho kem, bơ, nước ép trái cây với tính an toàn cao hơn rất nhiều so với cácchất màu nhân tạo. Đồng thời các carotenoid khác cũng đư ợc làm chất phụ gia cho thức ăn gia súc, tạo màu đỏ cho lòng đỏ trứng gà cũng như trứng các loại gia cầm khác, và tạo màu cho thịt của cá và động vật nuôi

Trước đây, một số hợp chất carotenoid như xanthophylls, staxanthin,Zeaxanthin là sản phẩm công nghiệp được tổng hợp bằng phương pháp hóa học và đã được bổ sung vào thức ăn vật nuôi Tuy nhiên, gần đây, các sản phẩm tổng hợp hóa học không được chấp nhận làm chất phụ gia cho thực phẩm và thức ăn vật nuôi do hậu quả không an toàn cho sức khỏe Do đó, khuynh hướng hiện nay là phát triển quá trình chiết các hợp chất carotenoid từ thiên nhiên.

Hợp chất carotenoid đã được các nhà nghiên cứu dùng để sản xuất các loại thực phẩm và dược phẩm phục vụ nhu cầu phòng bệnh và chữa bệnh.Ví dụ như sản xuất một số chế phẩm làm thuốc bổ điều trị suy dinh dưỡng cho trẻem và một số bệnh về mắt, phòng chông lão hóa; thuốc bồi dưỡng cho phụnữ có thai và sau khi sinh; thuốc để phòng và điều trị một số bệnh ung thư.

Ngoài ra, các carotenoid cũng là nguồn nguyên liệu phong phú cho côngnghiệp mỹ phẩm.

Người ta gọi lycopene là một carotenoid mới được trích ly ra từ quả cà chua đỏ, nó đóng một vai trò rất quan trọng trong cơ thể con người như: chống oxi hóa (lycopene là một chất chống oxy hóa rất mạnh, có hoạt tính chống oxy hóa mạnh hơn vitamin E gấp 100 lần) kháng mutagens có công hiệu chống lại tác nhân gây đột biến cho các tế bào của các sinh vật và kháng tác nhân gây ung thư (carcinogens).

Lycopene có nhiều trong các loại trái cây màu đỏ như: cà chua, dưa hấu, cà tím, đu đủ, lựu, anh đào, lê, ớt ngọt,

Về thành phần hóa học, phân tử lycopene có công thức phân tử là C 10 H 56 có 13 nối đôi, nhiều hơn tất cả các carotenoid khác (Hình 2.6).

Hình 2.6 : Cấu trúc phân tử Lycopene

ỨNG DỤNG NANO CHẤT BÉO RẮN BAO TINH DẦU GẤC TRONG MỸ PHẨM

Lý do cho sự ứng dụng rộng rãi công nghệ nano cũng như vật liệu nano trong mỹ phẩm là ở kích thước nano, các thành phần hoạt chất trong mỹ phẩm bộc lộ được các đặc tính mới, ưu việt hơn so với chính chúng ở các kích thước lớn Các tính chất này bao gồm màu sắc, độ trong, độ hòa tan, khả năng kháng khuẩn và hoạt tính hóa sinh học khiến vật liệu nano phù hợp và có tiềm năng ứng dụng trong ngành công nghiệp mỹ phẩm.

Một số mỹ phẩm ứng dụng công nghệ nano bằng cách kiểm soát kích thước hạt của thành phần mỹ phẩm ở mức độ nano và tác dụng của các lọai mỹ phẩm này phụ thuộc vào kích thước hạt Chẳng hạn như trong các sản phẩm kem chống nắng của Clinique, Johnson & Johnson, Sunblock Australia, Kit Cosmetics, Neutrogena…, titanium dioxide và oxit kẽm với phạm vi kích thước khoảng 20 nm được sử dụng như các bộ lọc UV hiệu quả Ưu điểm chính của chúng là khả năng chống tia UV rộng và không gây ra các tác dụng bất lợi cho sức khỏe da.

Nhiều công ty mỹ phẩm hàng đầu như L’Oreal, Avon, Shiseido, Estee Lauder, Kao Corp… ứng dụng công nghệ nano bằng cách sử dụng các loại vật liệu nano khác nhau trong sản phẩm của họ để tăng cường hiệu quả tác dụng của các mỹ phẩm như khả năng chống tia cực tím tốt hơn, sự thâm nhập sâu hơn, ảnh hưởng lâu dài hơn, tăng thời gian sử dụng, màu sắc và chất lượng tốt hơn… Các loại vật liệu nano được sử dụng trong mỹ phẩm bao gồm liposome, hệ nhũ tương nano (nanoemulsions), nang polymer nano (nanocapsules), hạt lipid thể rắn nano, tinh thể nano, hạt bạc nano, hạt vàng nano, dendrimer, cubosomes, hydrogel, fullerene…

Carotenoid trong quả gấc được xem như như là mỹ phẩm thiên nhiên, có tác dụng chống lão hóa, phòng chữa sạm da, trứng cá, khô da, rụng tóc, nổi sẩn … có các dụng dưỡng da, bảo vệ da, giúp cho da luôn hồng hào tươi trẻ và mịn màng Có hai con đường chính để tích lũy carotenoid trong biểu bì là phân tán từ các mô mỡ, máu, dòng bạch huyết và sự bài tiết tuyến mồ hôi, tuyến nhờn trên bề mặt da và sự thâm nhập của nó sau đó Nhóm các carotenoid có giá trị với da của con người bao gồm: α-, γ-, β-carotene, lycopene, lutein, zeaxanthin và các đồng phân của nó [8].

Tuy nhiên do carotenoid rất nhạy với nhiệt, với oxi, với ánh sáng, do đó khi phối trộn trong mỹ phẩm dễ bị thoái hóa, do đó ý tưởng được đề ra là bao hoạt chất carotenoid trong các hạt nano lipid rắn nhằm tăng độ bền, độ ổn định khi phối trộn trong kem dưỡng da.

MỘT SỐ CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN

Nghiên cứu tạo ra hệ SLN chứa các loại hoạt chất khác nhau để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau đã và đang thu hút rất nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới Có rất nhiều công trình đã và đang đư ợc thực hiện được trình bày dưới đây:

Năm 2007, nhóm tác giả gồm Waree Tiyaboonchai, Wacharaphorn Tungpradit, Pinyupa Plianbangchang đã sử dụng phương pháp microemulsion tạo hệ SLN tại nhiệt độ 75 o C thành công Pha nước chứa 0,1% dẫn xuất curcuminoids, 5- 15% poloxomer 188, 5-15% AOT, 5-20% ethanol và nước khử ion vừa đủ 100%.

Pha nước đun đến 75 o C trước khi pha dầu được cho vào [15] Pha dầu chứa 5-12,5% acid stearic, 4% GMS, cũng được đun nóng đến 75 o C Sau khi trộn lẫn hai pha này thu được hệ microemulsion, để ấm và phân tán trong nước lạnh 2 o C (tỉ lệ 1:20) và thực hiện đồng hóa tốc độ cao trong 15 phút, 8000 vòng/ phút thu được hệ nano chất béo rắn Sau đó hệ được lọc siêu âm hai lần với nước khử ion hóa Cuối cùng, cho vào hệ nhũ nano 4% mannitol trước khi làm lạnh nhanh trong nitơ lỏng và làm lạnh khô ở áp suất 0,4mbar, nhiệt độ -30 o C, trong 24 giờ Kết quả tạo thành hệ SLN chứa curcuminoids có kích thước gần 450 nm Hệ duy trì được tính ổn định trong 6 tháng bảo quản ở nhiệt độ phòng không có ánh sáng Sản phẩm bước đầu đã đư ợc sử dụng thử nghiệm trên cơ thể người và mang lại kết quả tốt trong việc chữa trị vết nhăn.

Năm 2009, nhóm tác giả Thrandur Helgason, Tarek S Awad, Kristberg Kristbergsson, Eric Andrew Decker, David Julian McClements, Jochenweiss đã công bố nghiên cứu về ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt lên các đặc tính lý hóa của hệ SLN chứa β-carotene [16] Nhũ dầu trong nước được tạo ra bằng cách đồng hóa 10% w/w pha lipid (1mg β-carotene trong 1g chất béo mang) với 90% w/w nước có chứa chất hoạt động bề mặt ở pH = 7 và 75 o C sau đó làm lạnh xuống 20 o C Các ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt đã được nghiên cứu (2,4% w/w lecithin điểm chảy cao (HM); 2,4% w/w lecithin điểm chảy thấp (LM); và 1,4% w/w Tween 60 hay 1,4% w/w Tween 80) và cosurfactant (0,6% taurodeoxycholate) Hệ thống ổn định được để lắng trong 21 ngày lưu trữ β-Carotene suy giảm sau 21 ngày lưu trữ là 11, 97, 100, và 91% trong các hạt rắn (tripalmitin) và 16, 21, 95, và 90% trong các giọt chất lỏng (medium chain triglycerides - MCT) cho HM-lecithin, LM- lecithin, Tween 80, và Tween 60, tương ứng Những kết quả này gợi ý rằng β-carotene có thể ổn định bằng LM- hoặc HM-lecithin khi lipid mang lỏng được sử dụng và HM- lecithin khi lipid rắn được sử dụng.

Nhóm tác giả V Vijayan, Shaik Aafreen, S Sakthivel, K Ravindra Reddy năm 2013 đã thành công trong việc nghiên cứu điều trị mụn trứng cá và mụn nhọt cũng như cải thiện độ đàn hồi da bằng các hạt nano lipid rắn (SLN) chứa dầu Neem [17 Phương pháp: dầu Neem (1 ml) như một chất tự nhiên được kết hợp vào SLN được chuẩn bị bằng phương pháp nhũ tương hóa kép s ử dụng chất nhũ hóa lecithin (100 mg) và chất hoạt động bề mặt Tween 80 (4%) Dầu Neem được thêm từ từ vào hỗn hợp lipid (lecithin + cholesterol 10 mg) và đồng hóa trong 15 phút ở 15 000 vòng/phút Sau đó hệ nhũ thô được cho thêm 2% PVA tiếp tục đồng hóa trong 10 phút ở 15 000 vòng/phút Kết quả thu được nhũ w/o/w được bảo quản ở nhiệt độ phòng Các dung môi được bốc hơi hết ở 45 o C Các nhũ tương ổn định được đông khô ở -20 o C áp suất thấp để có được bột khô của hạt nano lipid rắn Đường kính khoảng 222nm, khả năng giữ hoạt chất là 82% Kết quả kết luận rằng dầu Neem trong hạt nano lipid rắn với nhiều lecithin có hiệu lực bền vững trong việc kháng các vi khuẩn mụn Do đó dầu Neem trong SLN đã được sử dụng thành công để điều trị mụn kéo dài.

Nhiều nghiên cứu về ứng dụng SLN trong công nghệ mỹ phẩm và dược phẩm đã được công bố Tuy nhiên, nghiên cứu về ứng dụng SLN để bao bọc carotenoid thì còn hạn chế: nhóm tác giả Michael D Triplett cùng cộng sự (2009) đã nghiên cứu tối ưu hóa quy trình tạo nano chất béo rắn bao carotenoid bằng kỹ thuật đồng hóa, thu được các hạt có kích thước nano ổn định trong khoảng 1 tháng Theo nghiên cứu này, acid stearic và sodium taurocholate lần lượt được xem là lipid và chất ổn định tốt nhất, có sự tương quan giữa các yếu tố thời gian, vận tốc, kích thước và độ phân tán hạt nano Hiệu suất bọc β-carotene khoảng 40% [18] Năm 2011, nhóm tác giả Gomes G.V.L và cộng sự thuộc khoa công nghệ thực phẩm, Đại học Sao Paulo, Brazil đã nghiên cứu vi bọc β-carotenoid trong hạt micro hoặc nano lipid rắn của acid stearic, hướng đến ứng dụng trong kỹ thuật dẫn truyền thuốc [19].

Hiện nay, ở Việt Nam đã có một số nghiên cứu liên quan đến việc tạo hệ hạt phân tán nano chất béo rắn, cụ thể là:

PGS.Tiến sĩ Lê Thị Hồng Nhan và cộng sự gần đây đã thực hiện một nghiên cứu về việc tạo SLN và nghiên cứu đặc tính hóa lý hệ nano chất béo rắn mang hương limonene sử dụng trên 4 nền chất béo rắn khác nhau là: Emulgade SE-PFTM, cetyl alcohol, glycerol monostearate (GMS) and stearic acid và sử dụng 2 chất hoạt động bề mặt là Tween80 and Span80 Kết quả nghiên cứu cho thấy, hệ SLN mang hương limonene được điều chế thành công bằng kỹ thuật đồng hóa tốc độ cao 5000 vòng/phút trong thời gian 30 phút và sử dụng một lượng nhỏ PVA (2%) để chống lại sự kết tụ của các hạt nano Kết quả thí nghiệm cho thấy: Emulgade SE-PFTM có hiệu quả tốt hơn so với GMS khi điều chế SLN Kết quả đo LDS cho thấy, các hệ nano chất béo rắn bao giữ hương limone có kích thước hạt ổn định hơn khi sử dụng Tween 80 Nghiên cứu đã cho thấy các SLN này là rất phù hợp cho các ứng dụng trong sản phẩm mỹ phẩm cũng như các s ản phẩm liên quan đến hương liệu.

Và còn rất nhiều nghiên cứu khác cũng đã đư ợc tiến hành với những loại chất béo rắn cũng như ho ạt chất, chất hoạt động bề mặt khác nhau Tuy hoạt chất sử dụng khác nhau nhưng đây là những định hướng hết sức quan trọng trong việc tăng hoạt tính của các hoạt chất chất kị nước và mở rộng tiềm năng ứng dụng của chúng ỞViệt Nam, tạo hệ SLN là một đề tài còn mới mẻ và việc nghiên cứu đề tài này là cần thiết.

THỰC NGHIỆM

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu tạo hệ hạt nano chất béo rắn ứng dụng bao giữ dầu gấc và các điều kiện thích hợp để thu được hệ nano chất béo rắn bền, ổn định, định hướng ứng dụng trong sản phẩm kem massage.

ĐỐI TƯỢNG, THỜI GIAN ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU

 Thời gian: đề tài được tiến hành từ tháng 6/2015 – 12/2015.

 Địa điểm: PTN Bộ môn CNHH, Trường Đại học Nông Lâm Tp HCM và PTNHóa Hữu cơ, Khoa Kỹ thuật Hóa học, Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Trong phạm vi nghiên cứu, đề tài định hướng khả năng sử dụng hệ nano chất béo rắn bao giữ carotenoid trong tinh dầu gấc ứng dụng phối trộn vào kem massage.

 Lựa chọn nguyên liệu: dầu gấc tự chiết xuất và dầu gấc thương mại.

 Thử nghiệm khả năng tạo hạt solid lipid nanoparticles bao giữ dầu gấc và khảo sát điều kiện tối ưu.

 Đánh giá độ ổn định và khả năng lưu giữ hoạt chất của hệ nano chất béo rắn nói trên theo thời gian và trong các điều kiện khác nhau.

 Ứng dụng vào nền mỹ phẩm là kem massage và khảo sát điều kiện bảo quản.

HÓA CHẤT – THIẾT BỊ

- Nguyên liệu chính: dầu gấc được cung cấp từ công ty Gấc Việt.

- Chất béo rắn: Emulgade SE-PF (glyceryl stearate, ceteareth-20, ceteareth-12, cetearyl alcohol, cetyl palmitate).

- Chất hoạt động bề mặt: Tween 80, Span 80 (xuất xứ Trung Quốc).

- Máy khuấy từ, cá từ.

- Máy đồng hóa tốc độ cao IKA T25 digital ULTRA-TURRAX.

- Máy đo màu Chroma Meter CR-300.

- Máy đo độ nhớt Brookfield RVDVE.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Thiết bị xác định kích thước hạt LDS được thực hiện tại phòng thí nghiệm hữu cơ ĐH Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM bằng máy Horiba LA 920.

Nguyên lý: Laser nhiễu xạ là phương pháp phân tích sự phân bố kích thước hạt bằng cách đo sự thay đổi cường độ và gốc quay của tia tán xạ khi chùm laser qua một môi trường phân tán chứa các hạt nhỏ Khi ánh sáng va đập vào các hạt, sự phân tán xảy ra Ánh sáng được phân tán theo mọi hướng nhưng hạt lớn có góc tán xạ ánh sáng tương đối nhỏ so với chùm tia laser và các hạt nhỏ phân tán ánh sáng với góc lớn hơn Các dữ liệu về góc tán xạ cường độ tán xạ sau đó được phân tích để tính toán kích thước của các hạt tạo ra mô hình phân tán, sử dụng thuyết Mie về sự tán xạ ánh sáng.[25]

Thông qua kết quả chụp LDS, xác định được sự phân bố kích thước hạt, thu được các giá trị về đường kính hạt tương ứng với các tỉ lệ phân bố 10%, 50%,90% của các hạt phân tán.

Giá trị kích thước mean được định nghĩa là kích thước trung bình của các hạt trong hệ Giá trị median là kích thước mà tại đó số hạt có kích thước lớn hơn bằng với số hạt có kích thước nhỏ hơn.

3.2.2 Đo TEM (Transmission electron microscopy)

Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission electron microscopy - TEM) là một thiết bị nghiên cứu vi cấu trúc vật rắn, sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao chiếu xuyên qua mẫu vật rắn mỏng và sử dụng các thấu kính từ để tạo ảnh với độ phóng đại lớn (có thể tới hàng triệu lần), ảnh có thể tạo ra trên màn huỳnh quang, hay trên film quang học, hay ghi nhận bằng các máy chụp kỹ thuật số [26].

Những mẫu cho kết quả LDS tốt sẽ được chụp TEM (bằng máy JEM1010- JEOL) để xác định kích thước hạt chính xác cũng như quan sát cấu trúc hạt tại Phòng Kiểm Định Vật Liệu - Phòng TN TĐ VL Polyme & Compozit, Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM.

Màu sắc ngoại quan của hệ sẽ được đo bằng máy đo màu Minolta CR 300 với hệ thống không gian màu CIELCh tại phòng thí nghiệm bộ môn Kỹ Thuật Hữu Cơ, trường Đại Học Bách Khoa TPHCM.

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.

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 kết tủa hay bão hòa cao nhất Như vậy, vòng quanh vòng tròn, sẽ là các màu có độ bão hòa cao nhất. h thể hiện góc màu, liên quan đến tông màu Góc màu được biểu diễn trên vòng tròn màu, theo ngược chiều 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 Mẫu được đo màu trực tiếp mà không cần pha loãng trong một cuvet thủy tinh 1cm.

Cuvet chứa mẫu huyền phù pha loãng sẽ được đặt vào một hộp chứa mẫu để tiến hành phép đo Mẫu được đo 3 lần và lấy kết quả trung bình Sự biến thiên màu sắc được tính bằng công thức sau:

Nội dung nghiên cứu được mô tả theo sơ đồ

3.3.1 Đánh giá đặc tính nguyên liệu dầu gấc

Dầu gấc nguyên chất thương mại được cung cấp từ Công ty Gấc Việt được xác định một số tính chất vật lý (màu sắc, độ nhớt, tỷ trọng, ) và hàm lượng carotenoid tổng, hàm lượng hoạt chất lycopene.

3.3.2 Điều chế hệ nano chất béo rắn SLN-dầu gấc

Giai đoạn 1: Đồng hóa nóng: Chất béo rắn được đun nóng chảy tạo thành pha dầu và giữ hỗn hợp này ở nhiệt độ thích hợp Trộn pha dầu vào pha nước có chứa chất hoạt động bề mặt (được nâng nhiệt độ bằng với nhiệt độ của pha dầu), tiến hành khuấy trộn 15 phút bằng máy khuấy từ (giữ nhiệt độ bằng cách đun cách thủy) và đồng hóa nóng bằng máy đồng hóa tốc độ cao IKA (khảo sát tốc độ cũng như thời gian đồng hóa) thu được hệ nhũ thô dầu trong nước.

Thử nghiệm phối trộn với nền kem massage, khảo sát các điều kiện bảo quản khác nhau.

Tạo hệ huyền phù SLN-dầu gấc, khảo sát các yếu tố: tốc độ đồng hóa, thời gian đồng hóa nóng, thời gian đồng hóa lạnh, nâng cao hàm lượng hoạt chất Đánh giá hiệu quả bao giữ hoạt chất của mẫu SLN-dầu gấc

 Dầu gấc tự chiết xuất

 Dầu gấc sau khi xà phòng hóa.

 Bóng tối, lạnh Khảo sát độ bền trong các điều kiện khác nhau

Sơ đồ 3.1: Nội dung nghiên cứu

Giai đoạn 2: Đồng hóa lạnh Sau thời gian đồng hóa nóng, hạ nhiệt độ của hệ xuống 0 – 5 o C bằng cách đặt vào thau nước đá, tiếp tục đồng hóa lạnh mẫu với tốc độ và thời gian bằng với đồng hóa nóng Sản phẩm sau khi được tạo thành được đo kích thước hạt và độ phân bố bằng phương pháp LDS và bảo quản trong tủ lạnh, tránh sáng.

3.3.2.1 Kh ảo sát ảnh hưởng của điều kiện đồng hóa

Thực hiện các thí nghiệm với các điều kiện tối ưu sơ bộ kế thừa từ các công trình nghiên cứu trước của nhóm về việc bao giữ limonene bởi chất béo rắn Khảo sát này sử dụng phương pháp tối ưu từng yếu tố: thay đổi một thành phần, các thành phần còn lại sẽ giữ cố định Tùy vào từng trường hợp sẽ thay đổi thành phần nào để khảo sát. a.Ảnh hưởng của tốc độ đồng hóa

Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của tốc độ đồng hóa nóng được bố trí như Bảng 3.1

Bảng 3.1: Bố trí thí nghiệm khảo sát tốc độ đồng hóa

PHA DẦU (Carotenoid + chất béo rắn)

PHA NƯỚC (Chất HĐBM + nước cất)

1 Đồng hóa IKA 80 o C, 30 phút 2 Đồng hóa IKA 0-5 o C, 30 phút

Hệ huyền phù nano béo rắn sản phẩm

Sơ đồ 3.2: Quy trình điều chế hệ huyền phù chất béo rắn

Các mẫu sau khi tạo thành được đo LDSvà LCh khi vừa tạo và sau một khoảng thời gian lưu trữ Từ kết quả chọn tốc độ đồng hóa tối ưu để khảo sát các thí nghiệm tiếp theo. b Ảnh hưởng của thời gian đồng hóa nóng

Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian đồng hóa nóng được bố trí như Bảng 3.2.

Bảng 3.2: Bố trí thí nghiệm khảo sát thời gian đồng hóa nóng

Thời gian (ph) Tốc độ (rpm)

Các mẫu sau khi tạo thành được đo LDS khi vừa tạo và sau một khoảng thời gian lưu trữ Từ kết quả chọn tốc độ đồng hóa tối ưu để khảo sát các thí nghiệm tiếp theo. c Ảnh hưởng của thời gian đồng hóa lạnh.

Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian đồng hóa nóng được bố trí như Bảng 3.3.

Bảng 3.3: Bố trí thí nghiệm khảo sát thời gian đồng hóa lạnh

Thời gian (ph) Tốc độ (rpm)