Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật hóa học: Khảo sát quá trình cố định Citrial lên Maltodextrin, B-Cyclodextrin, Trehalose định hướng ứng dụng sản xuất hương liệu dạng bột

Khảo sát ảnh hưởng của phương pháp sấy sấy phun và phun tẩm-sấy tầng sôi, loại chất mang, nhiệt độ sấy, tỉ lệ citral/chất mang đến độ ẩm đến hiệu suất sấy, hiệu suất cố định và độ lưu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA



DƯƠNG THỊ LỆ HẰNG

KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH CỐ ĐỊNH CITRAL LÊN MALTODEXTRIN, -CYCLODEXTRIN, TREHALOSE ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG SẢN XUẤT HƯƠNG LIỆU

DẠNG BỘT

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN THỊ LAN PHI

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG - HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thị Lan Phi

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS Lê Thị Hồng Nhan

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Huỳnh Mai Cang

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG Tp HCM

Ngày 27 tháng 07 năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Chủ tịch : PGS.TS Nguyễn Thị Phương Phong PB1 : PGS.TS Lê Thị Hồng Nhan

PB2 : TS Huỳnh Mai Cang Ủy viên : TS Lê Xuân Tiến Thư ký : TS Huỳnh Khánh Duy Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chửa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: DƯƠNG THỊ LỆ HẰNG MSHV: 13051170 Ngày, tháng, năm sinh: 18/01/1990 Nơi sinh: Quảng Nam Chuyên ngành: KỸ THUẬT HÓA HỌC Mã số: 605275

I TÊN ĐỀ TÀI: “Khảo sát quá trình cố định citral lên maltodextrin, cyclodextrin, trehalose định hướng ứng dụng sản xuất hương liệu dạng bột”

-NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1 Khảo sát ảnh hưởng của phương pháp sấy (sấy phun và phun tẩm-sấy tầng sôi), loại chất mang, nhiệt độ sấy, tỉ lệ citral/chất mang đến độ ẩm đến hiệu suất sấy, hiệu suất cố định và độ lưu giữ citral

2 Phân tích và đánh giá chất lượng của sản phẩm thu được bằng các phương pháp phân tích công cụ (GC, FTIR, SEM)

3 Đánh giá cảm quan, hiệu quả kinh tế và độ lưu giữ của citral trong sản phẩm sau

thời gian bảo quản xác định II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/01/2015 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/06/2015 IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN THỊ LAN PHI

Tp HCM, ngày …… tháng… năm 2015

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA……… (Họ tên và chữ ký)

Xin kính gởi cảm ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Nguyễn Thị Lan Phi, người luôn đồng hành, hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành tốt luận văn của mình Cô đã tận tình chỉ dạy và truyền cho tôi nhiều kinh nghiệm quý báu không chỉ về chuyên môn mà còn là hành trang để tôi bước tiếp trên con đường học tập và làm việc,

Bên cạnh đó tôi cũng gởi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Lê Thị Kim Phụng, PGS.TS Lê Thị Hồng Nhan, Cô Đào Thị Kim Thoa, Thầy Nguyễn Sĩ Xuân Ân cùng các anh chị phụ trách phòng thí nghiệm trọng điểm công nghệ hóa học, phòng thí nghiệm hóa phân tích, phòng thí nghiệm chuyên đề hóa dầu, phòng thí nghiệm hóa vô cơ trường đại học Bách Khoa – ĐHQG TP HCM đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn này

Tôi cũng gởi lời cảm ơn đến trung tâm thí nghiệm thực hành trường đại học Công Nghiệp Thực Phẩm, xưởng thực tập công nghệ thực phẩm 3 của trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật đã hổ trợ máy sấy phun giúp tôi hoàn thành tốt luận văn này

Xin gởi lời cảm ơn đến ban lãnh đạo công ty TNHH SX TM XD Thái Hòa đơn vị nơi tôi đang công tác đã hỗ trợ cho tôi về mặt thời gian để tôi an tâm công tác và học tập

Cảm ơn Ban Giám Hiệu, phòng đào tạo sau đại học và khoa kỹ thuật hóa học đại học Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

Cuối cùng xin chân thành cảm ơn hội đồng chấm luận văn đã có những ý kiến đóng góp quý báu giúp tôi hoàn chỉnh luận văn này

TÓM TẮT

Citral là một trong những hương liệu quan trọng trong sản xuất thực phẩm và mỹ phẩm do có mùi sả chanh mạnh, tự nhiên Ngoài ra citral còn có khả năng chống nấm, kháng khuẩn, kháng viêm, lợi tiểu nên cũng là nguyên liệu phổ biến cho sản xuất dược phẩm Tuy nhiên citral không bền về mặt hóa học và dễ bị thoái biến do các phản ứng oxi hóa dẫn đến làm giảm mùi vị tự nhiên của citral Vì thế nhiệm vụ của luận văn là khảo sát quá trình cố định citral bằng hai phương pháp sấy phun và phun tẩm lên ba chất mang maltodextrin, -cyclodextrin và trehalose Ẩm độ, hiệu suất sấy, hiệu suất cố định, độ bền của citral, hình dạng, kích thước và cấu trúc sản phẩm bột tạo thành cũng được xem xét đánh giá Kết quả khảo sát cho thấy phương pháp sấy phun hiệu quả hơn phun tẩm và phần trăm citral cố định được bằng sấy phun trên chất mang maltodextrin là 22,45% đến 49,48%, trehalose là 28,68% đến 61,57% và -cyclodextrin là chất mang không thích hợp cho định hướng sản xuất hương liệu dạng bột Độ bền của citral cố định trên chất mang maltodextrin (44,73%) cao hơn trên chất mang trehalose(43,16%) sau 49 ngày lưu trữ ở nhiệt độ phòng, và cao hơn nhiều so với citral tự do (1,90%) Kết quả khảo sát cho thấy vi bao citral bằng phương pháp sấy phun hoàn toàn phù hợp cho định hướng sản xuất hương liệu dạng bột

ABTRACT

Citral is one of the most important ingredient in food, pharmacy and cosmetics with the high consumer acceptance because of having intense lemon aroma and natural flavoring It has a good antimicrobial properties, antifungal activity and promising raw material for the development of pharmaceutical products Citral is chemically unstable and degrades over time due to oxidative reactions leading to loss of desirable flavor Therefore, the aim of this work is to investigate imobiled citral using maltodextrin (MD),

-Cycodextrin (CD) and trehalose (TH) as carries and characterize particle containing citral and review stability of citral in this complex Two techniques of preparation were evaluated: Spray Drying (SD) and Dry Impregnation (DI), and three wall materials: maltodextrin, -cyclodextrin and trehalose were tested The particles were characterized in terms of water content, yield, percentage of inclusion, Scanning electron microscopy (SEM), infrared spectroscopy (FTIR) and Sensory evaluate, studies of stability were also conducted The result showed that spray drying more effecient than dry impregnation and the percentage of inclusion of citral into the microparticles was 22,45% to 49,48% using maltodextrin and 28,68% to 61,57% using trehalose, -cyclodextrin not suitable for encapsulated citral to apply in food flavor Citral degradation is slower than using maltodextrin (retension 44,73%) than trehalose (retension 43,16%) after 49 days at room temperature, and higher free citral (retension only 1,90%) The obtained results showed that encapsulation might have potential applications in produce citral powder flavor

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thiết kế thí nghiệm sấy phun

Bảng 2.2 Thiết kế thí nghiệm phun tẩm

Bảng 3.1 Phương pháp sấy phun trên ba chất mang maltodextrin, -cyclodextrin, trehalose và các yếu tố ảnh hưởng

Bảng 3.2 Phương pháp phun tẩm trên ba chất mang maltodextrin, -cyclodextrin, trehalose và các yếu tố ảnh hưởng

Bảng 3.3 Kết quả khảo sát mức độ ưa thích về mùi hương của 3 mẫu SD-CD, SD-MD và SD-TH

Bảng 3.4 Đánh giá cường độ mùi và đặc tính mùi ba mẫu SD-CD, SD-MD và SD-TH

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy phun đến độ ẩm, hiệu suất sấy, hiệu suất cố định citral trên mẫu SD-MD

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy phun đến độ ẩm, hiệu suất sấy, hiệu suất cố định citral trên mẫu SD-TH

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của tỉ lệ citral/maltodextrin đến độ ẩm, hiệu suất sấy, hiệu suất cố định citral

Bảng 3.8 Ảnh hưởng của tỉ lệ citral/trehalose đến độ ẩm, hiệu suất sấy, hiệu suất cố định citral

Bảng 3.9 So sánh độ bền của citral tự do với SD-TH1_25 và SD-MD1_25 sau 49 ngày

Bảng 3.10 Thống kê chi phí nguyên liệu để sản suất 1kg bột thành phẩm SD-TH1_25 và SD-MD1_25

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Hai đồng phân geranial (citral-a) và neral (citral-b)

Hình 1.2 Công thức cấu tạo của maltodextrin

Hình 1.3 Cấu trúc của α, β, γ-cyclodextrin tương ứng với 1A, 1B, 1C

Hình 1.4 Sơ đồ mô tả sự liên kết của citral bên trong β-cyclodextrin

Hình 1.5 Công thức cấu tạo của trehalose

Hình 1.6 Quá trình hình thành nhũ đa lớp bao quanh giọt dầu

Hình 3.6 Phổ hồng ngoại (FTIR) của citral

Hình 3.7 Phổ hồng ngoại (FTIR) của maltodextrin, DI-MD và SD-MD

Hình 3.8 Phổ hồng ngoại (FTIR) của -cyclodextrin, DI-CD và SD-CD Hình 3.9 Phổ hồng ngoại (FTIR) của trehalose, DI-TH và SD-TH

Hình 3.10 Bột citral trên nền maltodextrin, -cyclodextrin và trehalose bằng phương pháp sấy phun (3.10a) và phun tẩm (3.10b)

Hình 3.11 Dung dịch 0.1% trong nước của bột citral sấy phun (3.11a) và phun tẩm (3.11b) trên chất mang maltodextrin, -cyclodextrin và trehalose

Hình 3.12 Bề mặt bột citral sấy phun trên chất mang maltodextrin (3.2a), -cyclodextrin (3.12b) và trehalose (3.12c)

Hình 3.13 Bột citral sấy phun sau 30 ngày trên ba chất mang maltodextrin (SD-MD),

-cyclodextrin (SD-CD) và trehalose (SD-TH) Hình 3.14 Bột citral phun tẩm sau 30 ngày trên chất mang là -cyclodextrin (DI-CD) Hình 3.15 Bột citral phun tẩm sau 30 ngày trên chất mang là malodextrin (DI-MD)

Hình 3.16 Bột citral phun tẩm sau 30 ngày trên chất mang là trehalose (DI-TH)

DANH MỤC ĐỒ THỊ

Sơ đồ 2.1 Quy trình thực nghiệm tổng quát Đồ thị 3.1 Ảnh hưởng của phương pháp sấy đến độ ẩm sản phẩm Đồ thị 3.2 Hiệu suất cố định citral bằng phương pháp sấy phun và phương pháp phun tẩm

Đồ thị 3.3 Phân bố kích thước hạt mẫu SD-MD (3.3a) và mẫu DI-MD (3.3b) Đồ thị 3.4 Phân bố kích thước hạt mẫu SD-TH (3.4a) và mẫu DI-TH (3.4b) Đồ thị 3.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hiệu suất cố định citral

Đồ thị 3.6 Ảnh hưởng của tỉ lệ citral/chất mang đến hiệu suất cố định citral Đồ thị 3.7 Độ bền citral trong sản phẩm sấy phun và phun tẩm sau 30 ngày trên các chất mang khác nhau (matodextrin, -cyclodextrin, trehalose)

Đồ thị 3.8 Độ bền của citral tự do, SD-TH1_25 và SD-MD1_25 sau 49 ngày

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

CHỮ VIẾT TẮT NGUYÊN NGHĨA

1.1 GIỚI THIỆU VỀ CITRAL 3

1.2 MALTODEXTRIN, CYCLODEXTRIN, TREHALOSE VÀ CÁC NGHIÊN CỨU ĐÃ CÔNG BỐ 5

2.2 KHẢO SÁT VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH 13

2.2.1 Phương pháp sấy phun (Spray Drying) 15

2.2.2 Phương pháp phun tẩm (Dry Impregnation) 16

2.3 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÔNG CỤ 17

2.3.1 Hiệu suất thu sản phẩm (Hiệu suất sấy) [14] 17

2.3.2 Định lượng Citral trong mẫu bằng phương pháp sắc ký khí GC [30, 50] 17

2.3.3 Hiệu suất cố định citral (HSCD) 18

2.3.4 Phân tích hình ảnh SEM 18

2.3.5 Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) 18

2.4 ĐÁNH GIÁ CẢM QUAN 18

2.4.1 Đánh giá ngoại quan 18

2.4.2 Phép thử thị hiếu (Ranking test) [51] 18

2.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của chất mang [29, 30] 19

2.5 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN QUÁ TRÌNH CỐ ĐỊNH 20 2.6 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ LỆ CITRAL/CHẤT MANG 20

2.7 ĐỘ BỀN CỦA CITRAL TRONG SẢN PHẨM 21

2.8 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ 21

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 22

3.1 KHẢO SÁT PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH CITRAL 22

3.1.1 Phương pháp sấy phun 22

3.1.2 Phương pháp phun tẩm 23

3.1.3 Lựa chọn phương pháp cố định và lựa chọn chất mang 25

3.2 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CỦA BỘT CITRAL BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÔNG CỤ 29

3.2.1 Scanning Electron Microscopy (SEM) 29

3.2.2 Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (Fourier transform infrared spectroscopy - FTIR) 33

3.6 KHẢO SÁT ĐỘ BỀN CỦA CITRAL 48

3.6.1 So sánh độ bền citral trong hai phương pháp sấy phun và phun tẩm 48

3.6.2 So sánh độ bền citral tự do với citral trong mẫu SD-MD1_25 và SD-TH1_25

51

3.7 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ 54

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

MỞ ĐẦU

Hàng năm, Việt Nam nhập khẩu từ 150 - 200 triệu USD tinh dầu, hương liệu cho ngành mỹ phẩm [1], trong khi đó kim ngạch nhập khẩu hương liệu phục vụ sản xuất thực phẩm trong nước còn cao hơn nhiều Thế nhưng, đa phần các doanh nghiệp lớn đều chọn nguồn hương liệu nổi tiếng quốc tế, trong khi các cơ sở nhỏ lại chọn nguồn hàng có giá rẻ từ Trung Quốc Xem xét lại thị trường hương liệu của Việt Nam, giới kinh doanh hương liệu thực phẩm đều khẳng định, thị trường đang thuộc về các doanh nghiệp nước ngoài vì phần lớn hương liệu đều nhập khẩu, một số đang được các công ty nước ngoài chế biến tại Việt Nam và các công ty Việt Nam sản xuất hương liệu chỉ ở dạng pha chế lại

Tinh dầu sả chanh (lemongrass oil) chứa 65-85% citral (3,7-Dimethyl-2,6-octadienal) là một trong những hương liệu quan trọng trong sản xuất nước giải khát, thực phẩm, mỹ phẩm bởi nó có mùi sả chanh mạnh tự nhiên Trên thế giới tổng sản lượng nhập khẩu lên tới hàng trăm tấn hằng năm, một vài năm ước tính lên tới khoảng 500 tấn [2]

Tuy nhiên citral không ổn định về mặt hóa học, phá hủy nhanh trong điều kiện bảo quản bởi những phản ứng oxi hóa và phản ứng tạo vòng Những phản ứng này làm giảm mùi vị vốn có của sả chanh cũng như tạo ra các mùi lạ làm hạn chế khả năng ứng dụng của citral trong ngành công nghiệp nước giải khát, thực phẩm và nước hoa [3] Nhiệm vụ và thử thách là tìm ra được điều kiện bảo quản tốt nhất cho citral, trong những nghiên cứu trước đây, hầu hết kĩ thuật bao hương và bảo quản citral dựa trên hệ keo là chủ yếu tuy nhiên, khía cạnh quan trọng cần xem xét là quá trình bảo quản phải sử dụng thành phần không tương thích sinh học, không ổn định trong môi trường có áp lực và quy trình tương đối phức tạp là những thách thức cho những nghiên cứu sau này

Ở một góc độ khác, cần phải thấy rằng khí hậu nhiệt đới của chúng ta rất phù hợp cho việc phát triển nguồn nguyên liệu để sản xuất hương liệu đặc biệt là sả chanh Tuy nhiên tính bấp bênh theo mùa vụ dẫn đến tình trạng giá cả thay đổi mạnh theo mùa, kỹ thuật lưu trữ và bảo quản còn hạn chế nên vào thời điểm trái mùa giá tinh dầu họ này lại lên rất cao không cạnh tranh được với các sản phẩm cùng loại nhập từ nước ngoài Từ thực tế đó đề tài cố định citral được đưa ra với hy vọng cung cấp một qui trình hoàn chỉnh,

đơn giản có thể thực hiện được tại Việt Nam và làm cơ sở cho việc cố định tinh dầu khác sau này Nếu thành công sẽ giải quyết được bài toán công nghệ mà bấy lâu nay ngành hương liệu trong nước còn bỏ ngỏ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU VỀ CITRAL

Citral hay 3,7-dimethyl-2,6-octadienal là một acyclic monoterpenoid bao gồm 2 đồng phân hóa học là geranial và neral

Geranial Neral

Hình 1.1: Hai đồng phân của citral: geranial và neral

Citral là chất lỏng có màu vàng nhạt, tan tốt trong dầu và không tan trong nước Khối lượng riêng 0,885–0,891 (25°C), nhiệt độ nóng chảy 228°C, chỉ số khúc xạ 1,486–1,490 (20°C) [4]

Citral có mùi sả chanh mạnh tự nhiên được sử dụng thương mại trong sản xuất Vitamin A, ionones và methylionones Hơn nữa, citral còn được sử dụng trong việc tổng hợp menthol, chất được ứng dụng trong sản xuất dược phẩm, mỹ phẩm, kem đánh răng, chewing gum và thuốc lá Trong tự nhiên citral được tìm thấy nhiều trong tinh dầu sả chanh, litsea cubeba và các cây thuộc họ Citrus Năm 1986 sản lượng tiêu thụ sả chanh trên thế giới ước tính khoảng 650 tấn, đạt khoảng 4,3 triệu đô, hầu hết nguồn tinh dầu gốc xuất phát từ Nam và Trung Mỹ (Argentina, Brazil, Guatemala, Honduras) Năm 1992-1994, lượng nhập khẩu tinh dầu trung bình của Mỹ là 80 tấn với giá 7,35 USD/kg [5] Mỹ, một số nước Tây Âu, Nhật Bản là những nước nhập khẩu chính tinh dầu litsea cubeba

Citral được sử dụng trong một số dược phẩm truyền thống như antispasmodic, analgesic, anti-inflammatory, antipyretic, diuretic và sedative Saddiq và Susan Khayyat

cho thấy rằng citral và citral-epoxide có khả năng kháng khuẩn và kháng vi nấm tốt như Penicillium italicum, Rizopussto lonifer và Staphylococus Citral có khả năng kháng nấm trên các tác nhân gây bệnh ở người và thực vật [6], nó cũng có hiệu quả trong việc khử mùi, lợi tiểu, kháng viêm, chống co thắt, kích thích sự ngon miệng [7]

Citral có độ nhạy cảm cao dễ bị acid và oxi hóa, bị phân hủy khá nhanh trong quá trình bảo quản bởi những chuỗi phản ứng oxi hóa và phản ứng vòng Phản ứng tạo vòng của citral làm giảm nồng độ của hương chanh tươi kết quả tạo ra những phức không mong muốn, làm hạn chế thời gian sử dụng của acid citrus trong nước uống và thực phẩm Citral bị thoái hóa là do isomer hóa geranial thành neral sau đó chuyển sang dạng monoterpene như là p-menthadien-8-ol và p-menthadien-4-ol Những monoterpene này oxi hóa thành p-cymene-8-ol sau đó trải qua phản ứng tách nước để tạo ra những hợp chất bền như α-p-dimethylstyrene, p-cymene và p-cresol [8-10] p-cresol và p-methylacetophenone là những chất gây ra sự thoái biến của citral nhiều nhất Để đáp ứng nhu cầu đa dạng của thị trường citral thường được kết hợp với nhiều loại tinh dầu khác của họ citrus để áp dụng trong thực phẩm và nước uống Tuy nhiên, thách thức chính là sự kết hợp của citral trong thực phẩm và nước uống trải qua những kỹ thuật phức tạp, bao gồm các bước sau:

 Citral phải được cố định trên chất mang, có thể hòa tan dễ dàng trong dung dịch của các sản phẩm nước giải khát thực phẩm, nước tương bởi vì nó là một chất lỏng có độ tan thấp

 Chất mang citral phải tương hợp với nền thực phẩm để cảm quan bên ngoài, cấu tạo, sự ổn định hay hương bên trong của sản phẩm không bị thay đổi

 Đặc tính hương của citral và các hoạt tính sinh học trong sản phẩm thực phẩm qua suốt quá trình lưu giữ bảo quản, vận chuyển và sử dụng vì nó dễ bị ảnh hưởng bởi chất oxi hóa, proton, ion kim loại…cũng được quan tâm

 Chất mang citral phải tương thích sinh học, có tính chất vật lý thích hợp để có thể áp dụng hiệu quả trong y học và thực phẩm

1.2 MALTODEXTRIN, CYCLODEXTRIN, TREHALOSE VÀ CÁC NGHIÊN CỨU ĐÃ CÔNG BỐ

1.2.1 MALTODEXTRIN (MD)

Maltodextrin là các loại polysaccharide không ngọt, có công thức (C6H10O5) n.H2O, là sản phẩm thủy phân tinh bột không hoàn toàn (bằng enzym hoặc acid), có chỉ số dextrose (DE) từ 4 đến 20 chỉ số này càng cao thì chuỗi glucose càng ngắn, độ ngọt và độ tan trong nước càng cao

Hình 1.2: Công thức cấu tạo của maltodextrin

Maltodextrin được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực chế biến thực phẩm và dược phẩm đặc biệt là trong việc sử dụng làm chất mang hương liệu và dược phẩm do phức tạo thành có khả năng chống lại các tác nhân oxy hóa, ánh sáng, nhiệt độ giúp lưu giữ mùi hương và hoạt chất tốt [11, 12]

Khi nghiên cứu quá trình vi bao citral bằng phương pháp sấy phun sử dụng chất mang là maltodextrin Jarunee [13] đã cố định được 16% citral lên maltodextrin và lưu giữ 78% citral sau 21 ngày bảo quản ở 37oC Trong một nghiên cứu khác khi nghiên cứu quá trình cố định sulforaphane Yuangfeng [14] với hiệu quả cố định 39,5% và lưu giữ được 88,9% sulforaphane sau 6 giờ gia nhiệt ở 90oC Các nghiên cứu về vi bao tinh dầu cũng sử dụng maltodextrin làm chất mang, Alves [15] đã cố định được 65,80% tinh dầu hoa pterodon trên hệ chất mang gum arabic và maltodextrin với kích thước hạt sau sấy phun từ 1,12m đến 45,23m

1.2.2 CYCLODEXTRIN (CD)

Cyclodextrins có cấu tạo là những vòng oligosaccharid, đơn vị là gốc glucose, có lớp ngoài ưa nước tạo điều kiện cho quá trình hòa tan trong nước và các lỗ trống ưa dầu trong phân tử cho phép lưu giữ tốt các acid béo, tinh dầu, vitamin [16, 17] Cyclodextrin có ba dạng chínhcyclodextrin tương ứng với 6, 7, 8 đơn vị glucose với kích thước lỗ trống từ 0,5 đến 0,8 nm Cấu tạo của phân tử cyclodextrin có ý nghĩa vật lý quan trọng trong việc tạo phức với các cấu tử khác, giúp làm bền cấu tử được gắn lên, chống lại các tác nhân về nhiệt, ánh sáng, nhiệt độ, tác nhân oxy hóa, giảm khả năng bay hơi [18] Đặc biệt, phức tạo bởi cyclodextrin với các chất kỵ nước có khả năng cải thiện tính tan kém của chúng trong nước [19]

Hình 1.3: Cấu trúc của cyclodextrin tương ứng với 1A, 1B, 1C [20]

cyclodextrin được xem là một phụ gia thực phẩm [21] trong khi đó cyclodextrin

là một chất mang hiệu quả trong ngành hương liệu và dược phẩm [22] Cyclodextrin

không những giúp tăng khả năng hòa tan của tinh dầu trong nước, tăng độ ổn định của hương liệu, tinh dầu, hoạt chất mà còn giúp tăng tính sinh khả dụng của dược phẩm [23]

Hình 1.4: Sơ đồ mô tả sự liên kết của citral bên trong -cyclodextrin.[3]Khi khảo sát quá trình cố định citral lên -cyclodextrin bằng hai phương pháp sấy phun và đồng kết tủa (Precipitation), Weisheimer [24] công bố đã cố định được 57,2% citral bằng phương pháp kết tủa và 56,3% citral cố định được bằng sấy phun và sau 47 ngày lưu trữ ở 40 oC lượng citral còn lại trong mẫu sấy phun là 57%

So sánh hiệu quả cố định tinh dầu chanh lên cyclodextrin bằng hai phương pháp sấy phun và sấy thăng hoa, Bhadari [25] đã cố định được 83,19% tinh dầu chanh bằng phương pháp sấy phun và 83,81% bằng phương pháp sấy thăng hoa Các nghiên cứu khác của Astray [26], Ruktanonchal [27], Shengzhao Dong [28] cũng sử dụng -cyclodextrin làm chất mang để nghiên cứu quá trình vi bao hương liệu, cố định citral và astaxanthin cho định hướng ứng dụng trong thực phẩm

1.2.3 TREHALOSE (TH)

Trehalose (α-D-glucopyranosyl α-Dglucopyranoside), là một loại đường đôi đặc biệt có nhiều chức năng quan trọng được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp chế biến thực phẩm, trehalose có cấu trúc bền vững, bao gồm hai phân tử đường glucose liên kết với nhau bằng liên kết α,α-1,1 glycosidic [29]

Trehalose có tính ngọt dịu, độ hòa tan trong nước cao, tính bền vững về mặt hóa học cao, khả năng hút ẩm thấp nên được sử dụng không hạn chế liều lượng trong thực phẩm và dược phẩm

Hình 1.5: Công thức cấu tạo của trehalose

Sosa và các cộng sự [30, 31] nghiên cứu quá trình vi bao citral trên trehalose và sucrose bằng phương pháp sấy phun và độ bền của hệ vi nhũ, kết quả cố định citral cao nhất là 64% khi sử dụng hệ chất mang maltodextrin và tinh bột biến tính với độ lưu giữ sau 14 ngày lưu trữ ở 23oC đạt 75,44%, khi sử dụng trehalose hiệu suất cố định đạt 54,4% và còn lại 73,04% cũng sau 14 ngày ở 23oC

Trong môt nghiên cứu khác khi vi bao tinh dầu cam sử dụng hệ chất mang trehalose và maltodextrin, Natalia Sosa [32] công bố đã cố định được 78,8% tinh dầu cam lên hệ chất mang này so với hiệu suất cố định 72,3% trên hệ chất mang tinh bột biến tính và maltodextrin

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH CITRAL 1.3.1 Cố định bằng kỹ thuật sấy phun (Spray drying)

Sấy phun là phương pháp phổ biến, tiết kiệm và được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật cố định hương [33, 34] Đây là kỹ thuật quan trọng bởi tính hiệu quả trong việc lưu giữ hương và tính ổn định hóa học cao Chất mang hay vật liệu nền (maltodextrin, tinh bột biến tính, gum) được hòa vào nước, hương sẽ được thêm vào sau đó hỗn hợp sẽ được đồng hóa hoặc khuấy trộn mạnh để tạo thành một hỗn hợp đồng nhất Việc tạo ra hỗn hợp nhũ tương mịn sẽ làm tăng tính lưu hương trong quá trình sấy [35] Hỗn hợp nhũ sẽ được nhập liệu vào máy sấy và được phun qua vòi phun, dòng khí nóng bên trong thiết

bị sẽ tương tác trực tiếp với các giọt lỏng được phun ra làm bốc hơi nước, các hạt bột khô sẽ rớt xuống đáy của thiết bị và được thu lấy Ưu điểm của kỹ thuật sấy phun là thời gian thực hiện ngắn, lưu giữ mùi cho hương tốt, có thể sử dụng cho nhiều chất mang khác nhau

Sosa [31] đã chứng minh rằng độ nhớt và kích thước hạt phân tán ảnh hưởng đến tính ổn định của nhũ, đồng thời nhũ sẽ có độ bền cao nhất ở một kích thước giới hạn Tuy nhiên quá trình tạo nhũ để có một hỗn hợp ổn định với độ nhớt, kích thước hạt phân tán theo ý muốn là không đơn giản Ngoài ra nhược điểm của kỹ thuật này là sản phẩm bột tạo thành rất dễ bị tích tụ lại với nhau, độ ẩm không đạt yêu cầu và cần phải có một quy trình để tăng khả năng hòa tan của bột thu được khi ứng dụng trong các sản phẩm lỏng

1.3.2 Cố định bằng cách tạo nhũ oil-in-water (O/W)

Việc tạo nhũ O/W dựa trên nguyên tắc của quá trình đồng hóa hỗn hợp gồm dầu, nước và chất nhũ hóa Đây là dạng nhũ mà các giọt dầu nhỏ phân tán trong pha nước được ổn định bởi chất nhũ hóa Các chất ưa dầu sẽ kết hợp chặt chẽ với nhau trong pha dầu và các hợp chất ưa nước sẽ kết hợp với nhau trong pha nước và đồng hóa hai hỗn hợp Nhũ O/W được sử dụng để cố định citral đã được báo cáo [36, 37], theo đó nhũ được tạo thành bằng cách khuấy trộn rồi đồng hóa hỗn hợp gồm 5% w/w triacetin/ medium chain triglycerols ( MCT) với 95% w/w dung môi chứa 1–5% w/w Tween 80, 20 mM sodium citrate buffer, pH 3.0 Để đánh giá tác động của pH lên sự biến đổi hóa học của citral, các tác giả đã sử dụng dung dịch có nồng độ citral ban đầu 0,05% w/w và lưu trữ ở 20oC trong điều kiện pH khác nhau Kết quả quan sát được sau một tuần lưu trữ cho thấy citral ít thay đổi và được lưu giữ tốt ở pH trung tính

Sự phân tán của citral trong hỗn hợp nhũ ở các tỉ lệ MCT và triacetin khác nhau cũng cho thấy rằng phần trăm Citral trong dung dich tăng lên tương ứng với việc tăng hàm lượng triacetin và giảm nồng độ MCT Điều này được giải thích do sự hình thành các giọt microemulsion của triacetin dẫn đến tăng độ hòa tan và tăng khả năng phân tán citral trong pha nước 5% w/w MCT và 5% w/w triacetin có thể làm giảm quá trình thoái biến citral ở pH 3 Tuy nhiên việc sử dụng nồng độ MCT và triacetin khá cao 5% w/w lại không phù hợp cho việc sử dụng trong thực phẩm Nghiên cứu này cũng không làm

sáng tỏ ảnh hưởng của nhiệt độ và các chất phụ gia thường dùng trong thực phẩm liệu có ảnh hưởng đến sự thoái biến citral trong quá trình lưu trữ hay không

Trong một nghiên cứu khác, Choi và cộng sự [38] sử dụng micelle và reverse micelles trong quá trình tạo nhũ để nghiên cứu quá trình kìm hãm sự thoái biến citral Nhũ được tạo bao gồm 5% MCT ( pha dầu) hoặc 10% polyglycerol polyricinoleate ( PGPR) và 95% pha nước chứa 1-5% Tween 80 và 20mM đệm natri citrate Họ tiến hành nghiên cứu sự thay đổi nồng độ citral trong đệm ở pH 3 suốt quá trình lưu trữ ở 20oC và đánh giá ảnh hưởng của nồng độ micelles (Tween 80) trong pha nước và reverse micelles (PGPR) trong pha dầu Kết quả nghiên cứu được công bố rằng khi tăng nồng độ micelles thì có thể làm tăng lượng citral trong nhũ đồng thời cũng tăng tính bền vững hóa học của citral, tuy nhiên nồng độ PGPR trong pha dầu tăng sẽ làm giảm sự thoái biến của citral nhưng lượng citral trong nhũ cũng phải giảm xuống

1.3.3 Cố định bằng cách tạo nhũ nhiều lớp (Multilayer emulsion)

Đây là phương pháp tạo nhũ O/W bằng cách bao phủ lên bề mặt phân pha nhiều lớp nhũ gọi là Layer-by-layer (LBL) Các LBL này được hình thành bắt đầu từ sự hấp thu một polyelectrolyte vào một bề mặt tích điện trái dấu thông qua lực hút tĩnh điện Sự lặp lại của quá trình hấp thu dẫn đến sự hình thành cấu trúc nhũ đa lớp [39]

Moreau và cộng sự [40], Ogawa và cộng sự [41], Mun và cộng sự [42] kết luận rằng nhũ đa lớp hiệu quả hơn nhũ đơn lớp trong việc bảo vệ citral khi môi trường có nồng độ muối cao, trong các quy trình sử dụng nhiệt, nồng độ calcium cao…thường gặp trong quá trình sản xuất thực phẩm Nhũ đa lớp cũng hiệu quả hơn đơn lớp trong việc chống lại các tác nhân oxy hóa

Hình 1.6: Quá trình hình thành nhũ đa lớp bao quanh giọt dầu.[3]

Mặc dù có nhiều ưu điểm hơn so với tạo nhũ đơn lớp nhưng phương pháp tạo nhũ đa lớp vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi do bước chuẩn bị quá phức tạp

1.3.4 Cố định bằng nhũ nano kết hợp với chất chống oxy hóa

Nhũ nano thường được gọi miniemulsion là hệ nhũ có kích thước hạt phân tán nhỏ hơn 100 nm [43, 44]

Yang và cộng sự [45] tạo hệ nhũ nano O/W bằng phương pháp đồng hóa nóng, kết quả nghiên cứu cho thấy quá trình cố định citral trong hệ nhũ nano có thêm vào một số chất chống oxy hóa chẳng hạn như -carotene, tanshinone, chiết xuất trà đen, axit ascorbic có hiệu quả đáng kể trong viêc nâng cao độ ổn định của citral trong sản phẩm

Cố định citral bằng cách tạo nhũ nano là phương pháp hiệu quả trong việc chống thoái biến citral tuy nhiên cũng như các phương pháp sấy phun và tạo nhũ đơn lớp quy trình tạo hệ nhũ nano là vô cũng phức tạp đòi hỏi nhiều công đoạn chuẩn bị

1.3.5 Cố định trên hệ thống chất mang tự sắp xếp có sự hiện diện của chất hoạt động bề mặt (Self- assembly delivery systems)

Để cải thiện độ tan của citral trong môi trường nước, trong quá trình cố định citral lên chất mang, các chất hoạt động bề mặt được thêm vào đến một nồng độ giới hạn để hình thành các micelle có thể tự động sắp xếp trong pha nước Rao và cộng sự hòa tan tinh dầu chanh trong hoạt động bề mặt để cải thiện tính ổn định cho citral Động lực và khả năng hòa tan phụ thuộc nhiều vào loại hoạt động bề mặt và nồng độ [46]

Maswal và Dar [3] kết luận rằng tỉ lệ thoái biến của citral giảm khi tăng lượng hoạt động bề mặt, điều này được giải thích do sự hình thành micelle bảo vệ citral, ngoài ra sự thoái biến citral cũng tăng khi nhiệt độ tăng

1.3.6 Cố định bằng cách tạo phức (Molecular complexes)

Trong phương pháp này, chất mang và citral sẽ tương tác vật lý với nhau nhằm làm tăng độ bền hóa học cho Citral cũng như tăng khả năng hòa tan của citral trong nước cyclodextrin là chất mang được nghiên cứu nhiều nhất

Khi nghiên cứu sử dụng cyclodextrin làm chất mang citral, Astray và các cộng sự [47] đã đưa ra kết luận rằng -cyclodextrin có khả năng mang citral tốt hơn -

cyclodextrin do kích thước lỗ trống lớn hơn (-cyclodextrin là 0,5 nm và -cyclodextrin 0,7 nm) Sau đó hai nhóm tác giả khác Weisheimer và cộng sự [24] và Ruktanonchai và

cộng sự [48] khảo sát quá trình cố định citral lên 2 chất mang (-cyclodextrin, cyclodextrin và HP--cyclodextrin cũng thu được kết quả tương tự, -cyclodextrin là vật liệu nền hiệu quả hơn hẳn so với các chất mang khác Nhóm tác giả cũng báo cáo rằng phức citral/cyclodextrin bền nhiệt hơn so với citral tự nhiên trong tinh dầu xả chanh [49]

-Nhược điểm chính của phương pháp là kiểm soát khả năng hòa tan của phức tạo thành và để hỗn hợp phức đạt trạng thái cân bằng thì phải có một khoảng thời gian nhất định

1.4 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Cố định citral lên chất mang rắn để làm giảm sự thoái biến citral, dễ dàng vận chuyển, bảo quản với định hướng ứng dụng sản xuất hương liệu dạng bột Quá trình khảo sát bao gồm những mục tiêu chính sau:

1 Khảo sát ảnh hưởng của phương pháp sấy (sấy phun và phun tẩm-sấy tầng sôi), loại chất mang, nhiệt độ sấy, tỉ lệ citral/chất mang đến độ ẩm, hiệu suất sấy, hiệu suất cố định và độ lưu giữ citral

2 Phân tích và đánh giá chất lượng của sản phẩm thu được bằng các phương pháp phân tích công cụ (GC, FTIR, SEM)

3 Đánh giá cảm quan, hiệu quả kinh tế và độ bền của citral trong sản phẩm sau thời gian

bảo quản xác định

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 2.1 HÓA CHẤT, THIẾT BỊ

2.1.1 Hóa chất:

Citral bao gồm neral và geranial (Sigma), gum arabic (Thái Lan), maltodextrin (Roqueete - Pháp),–cyclodextrin (Qingdao -Trung Quốc) và trehalose (Nagase Group - Nhật) tất cả đạt chuẩn tinh khiết và cho phép dùng trong thực phẩm

n-hexan, methyl myristate tinh khiết dùng trong phân tích

2.1.2 Dụng cụ và thiết bị

 Máy sấy phun Spray Dryer SD-06AG của Labplant

 Máy sấy tầng sôi Mini fluid Bed Dryer của Camsizer

 Máy khuấy cơ D25-2F (Trung Quốc)

 Máy đồng hóa FJ-200 (Trung Quốc)

 Máy đo ẩm Mettler Toledo HB43-S

 Các dụng cụ thủy tinh cần thiết

2.2 KHẢO SÁT VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH

TÓM TẮT QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM

Sơ đồ 2.1: Quy trình thực nghiệm tổng quát

Với cùng tỷ lệ citral/chất mang chọn ra phương pháp hiệu quả hơn

Sấy phun (Spray Drying) Phun tẩm (Dry Impregnation)

Lựa chọn phương pháp cố định

Lựa chọn chất mang Maltodextrin, cyclodextrin, trehalose

chọn chất mang thích hợp nhất

Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ sấy

Thay đổi tỷ lệ citral/chất mang từ 1/25 – 1/5 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ citral/chất mang

Thay đổi nhiệt độ sấy từ 130oC – 190oC và lựa chọn nhiệt độ thích hợp nhất

Quy trình hoàn chỉnh Phương pháp, loại chất mang, nhiệt độ

sấy, tỉ lệ citral/chất mang thích hợp nhất

Phân tích, đánh giá chất lượng sản

phẩm

Đánh giá hiệu quả kinh tế

Khảo sát độ bền của citral trong sản phẩm

Phương pháp phân tích công cụ GC,

SEM, FTIR

Đánh giá cảm quan

2.2.1 Phương pháp sấy phun (Spray Drying)

Dựa theo kết quả nghiên cứu của Sosa và cộng sự [30], citral được cố định lên chất mang bằng phương pháp sấy phun (Spray Drying) với ba chất mang được chọn để khảo sát là maltodextrin (MD), -cyclodextrin (CD) và trehalose (TH)

Bảng 2.1: Thiết kế thí nghiệm sấy phun

Chất mang và gum arabic được hòa tan vào nước ấm (khoảng 60oC ± 3oC) khuấy mạnh 5 phút để tạo thành dung dịch đồng nhất, sau đó thêm citral vào tiếp tục khuấy 25 phút, đồng hóa tốc độ 12.000 vòng/phút trong 5 phút Khi quá trình đồng hóa kết thúc, hỗn hợp đồng hóa được giữ yên để tạo phức ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ nhằm làm cho phức được hình thành và ổn định Phức tạo thành đưa vào máy sấy phun (Minni Spray Dryer, Labplant) với nhiệt độ hơi vào 160±3oC, nhiệt độ hơi ra 83±3oC, tốc độ phun 5 mL/phút, áp suất không khí 1,8 bar tốc độ gió 4,3 m/s và kính thước vòi phun 1,5 mm

Nguyên tắc của phương pháp sấy phun là sự tương tác trực tiếp giữa không khí nóng với các giọt nhũ được phun ra từ vòi phun làm nước bốc hơi tạo thành hạt bột là matrix của chất mang (vật liệu nền) và hoạt chất Hạt bột tạo thành rớt xuống dưới buồng sấy theo ống dẫn qua xyclon lắng và được thu lấy (Hình 2.1)

Thí nghiệm

Tên mẫu

Citral ( g )

Chất mang rắn ( g)

Nước ( g) Gum

arabic Trehalose Maltodextrin

cyclodextrin

2.2.2 Phương pháp phun tẩm (Dry Impregnation)

Bảng 2.2: Thiết kế thí nghiệm phun tẩm

Trong thiết bị sấy tầng sôi (Mini fluid bed dryer, Camsizer), cho hỗn hợp gồm chất mang rắn (maltodextrin/ -cyclodextrin/ trehalose) và gum arabic vào Thí nghiệm phun tẩm được bố trí với tỉ lệ citral và chất mang giống phương pháp sấy phun Citral được phun trực tiếp lên chất mang với tốc độ 5 mL/ phút nhiệt độ buồng sấy 80oC qua vòi phun có kích thước vòi phun 0,8 mm

Hình 2.1: Hệ thống sấy phun Hình 2.2: Hệ thống sấy tầng sôi

Thí

nghiệm Tên mẫu

Citral %

Maltodextrin %

-Cyclodextrin

%

Trehalose %

Gum arabic

%

2.3 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÔNG CỤ

2.3.1 Hiệu suất thu sản phẩm (Hiệu suất sấy) [14]

Hiệu suất sản phẩm là tỉ số giữa tổng lượng bột thu được sau cố định và tổng lượng vật liệu khô ban đầu

 sp (%) = m mbột citral sau sấy

chất khô ban đầu .100 (2.1)

2.3.2 Định lượng Citral trong mẫu bằng phương pháp sắc ký khí GC [30, 50]

Dựa theo phương pháp xử lý mẫu của Sosa [30], trong ống ly tâm 15 mL cho vào 0,5 g bột citral, thêm vào 10 g nước cất 60oC, khuấy cho tan hoàn toàn rồi cho vào bể siêu âm ở 40oC trong 30 phút, sau đó thêm vào 2 g hexane lắc mạnh rồi ly tâm với tốc độ 3000 vòng/phút trong 10 phút, thu lấy m1 (g) pha hexane thêm vào mM (g) nội chuẩn methyl myristate

Lượng citral có trong mẫu được xác định bởi phương pháp sắc ký khí (GC-FID) sử dụng cột HP5 (30m x 0,25mm x 0,25m), chu trình nhiệt độ cột bắt đầu ở 150oC giữ trong 10 phút sau đó tăng lên 250oC với tốc độ 30oC/phút giữ trong 5 phút sau cùng tăng lên 280oC giữ trong 5 phút Lượng citral có trong mẫu được tính toán bằng phương pháp nội chuẩn [50]

% mcitral = SC KC mM

SM KM m1 100 (2.2)Trong đó SC, SM là diện tích peak của citral và methyl myristate

KC, KM hệ số hiệu chỉnh của citral và methyl myristate

Với KC = SM mC

SC mM (2.3) mM (g) khối lượng nội chuẩn Methyl myristate

m1 (g) khối lượng của mẫu

2.3.3 Hiệu suất cố định citral (HSCD)

Hiệu suất cố định Citral (HSCD) là tỉ số giữa lượng citral ban đầu (g/g chất khô) và lượng citral chứa trong sản phẩm (g/g bột)

 cđ (%) = mcitral trong bột sau sấy

mcitral ban đầu 100 (2.4)

2.3.4 Phân tích hình ảnh SEM

Hình dạng, kích thước, độ đồng đều của sản phẩm được ghi lại bởi kính hiển vi điện tử quét Scanning Electron Microscopy (SEM) loại máy S-4800, điện áp 10 kV (Serial: HI-9057-0006, HITACHI), tại phòng thí nghiệm siêu cấu trúc, viện vệ sinh dịch tễ trung ương (Hà Nội)

Từ kết quả SEM xây dựng đường phân bố kích thước hạt, xác định kích thước hạt trung bình của mẫu, nhận xét hình dạng tính chất bề mặt và độ đồng đều của mẫu thu được

2.3.5 Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)

Các nhóm chức đặt trưng của citral nguyên chất, chất mang nguyên chất và bột citral được so sánh và phân tích quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (Fourier transform infrared spectroscopy- FTIR) trên máy ALPHA – E (Bruker), tại phòng thí nghiệm trọng điểm công nghệ hóa học và dầu khí (Đại học Bách Khoa TP HCM)

2.4 ĐÁNH GIÁ CẢM QUAN 2.4.1 Đánh giá ngoại quan

Hình dạng, màu sắc và độ ẩm của bột citral trong quá trình khảo sát và của sản phẩm cuối cùng sau khi tối ưu các điều kiện về phương pháp được ghi nhận và so sánh đánh giá

2.4.2 Phép thử thị hiếu (Ranking test) [51]

Mục đích của phép thử là đánh giá mức độ ưa thích hơn hoặc không ưa thích của các sản phẩm với nhau Điểm logic của phương pháp dựa trên khả năng cảm nhận riêng của người tham gia đánh giá để đo mức độ hài lòng, chấp nhận và ưa thích của họ Kết quả đánh giá sẽ định hướng cho nghiên cứu sao cho phù hợp với thị hiếu, giảm thời gian, chi phí nghiên cứu

Bột citral được pha loãng với nồng độ 0,05% (lấy 25mg bột citral pha loãng trong 50mL nước) Hội đồng cảm quan gồm 17 người (5 nam và 12 nữ) có độ tuổi từ 24 đến 40 được mời để đánh giá, mỗi người sẽ đánh giá và cho điểm theo thang đánh giá sau:

Xếp hạng (không được xếp đồng hạng)

Hạng 1 = ít được ưa thích nhất Hạng 2 = được ưa thích trung bình Hạng 3 = ưa thích nhất

Trật tự xếp hạng của từng người thử được tổng hợp đầy đủ vào bảng kết quả, người thử được xếp theo cột và thứ hạng sản phẩm trình bày theo hàng

Kiểm định Friedman được sử dụng để so sánh kết quả Giá trị Friedman tính toán Ftest được tính theo công thức sau:

Ftest = 12j.p (p+1) ( R12 +R22 + + R2p) – 3.j ( p +1) (2.5)

Trong đó: j là số người thử P là số sản phẩm

Ri là tổng hạng mẫu thử (i=0,1,2, ,p)

So sánh Ftest với Ftra bảng (phụ lục 8, bảng 1)

- Nếu Ftest ≥ Ftra bảng cho thấy có một sự khác biệt thật sự tồn tại giữa các sản phẩm đánh giá ở mức ý nghĩa α được chọn

- Nếu Ftest ≤ Ftra bảng không tồn tại sự khác biệt có nghĩa giữa các sản phẩm đánh giá ở mức ý nghĩa α được chọn

Mức ý nghĩa α = 0,05 hoặc α = 0,01

2.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của chất mang [29, 30]

Việc lựa chọn chất mang cho quá trình cố định hương là rất quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả cố định và tỉ lệ lưu giữ, cũng như tính bền vững của sản phẩm trong quá trình lưu trữ và bảo quản Vì thế khi đã chọn được phương pháp cố định

thích hợp tiếp tục khảo sát ảnh hưởng của chất mang để chọn lựa chất mang thích hợp nhất

Mục đích của việc khảo sát ảnh hưởng của chất mang là tìm ra chất mang có hiệu quả cố định citral cao nhất đồng thời đáp ứng những yêu cầu khác như hiệu suất sản phẩm, độ ẩm, đặc tính mùi vị, khả năng hòa tan trong nước, kích thước và cấu trúc hạt

Lặp lại thí nghiệm ở bảng 2.1 hoặc bảng 2.2 tương ứng với phương pháp sấy phun hoặc phun tẩm đã chọn trên 3 chất mang khác nhau maltodextrin, -cyclodextrin và trehalose

Ghi nhận kết quả và chọn ra thí nghiệm có hiệu suất cố định (HSCD) cao nhất đồng thời đánh giá các giá trị khác như hiệu suất thu sản phẩm, độ ẩm, đặc tính mùi vị, khả năng hòa tan trong nước, kích thước và cấu trúc hạt

2.5 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN QUÁ TRÌNH CỐ ĐỊNH

Thay đổi nhiệt độ, nếu sấy phun sẽ thay đổi từ 130oC đến 190oC với bước nhảy là 20oC, nếu phun tẩm sẽ sẽ thay đổi nhiệt độ từ 50oC đến 90oC và bước nhảy là 10oC đánh giá hiệu suất sản phẩm và hiệu suất cố định ở từng mức nhiệt độ để chọn lựa nhiệt độ tối ưu cho quá trình cố định

2.6 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ LỆ CITRAL/CHẤT MANG

Trên chất mang đã xác định được ở mục 2.2.2 tiến hành thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ citral/chất mang đến hiệu suất thu sản phẩm và hiệu suất cố định Lần lượt khảo sát việc tăng tỉ lệ citral/chất mang từ 1/25 đến 1/5 và cố định các thông số kỹ thuật như nhiệt độ, vận tốc phun, kích thước vòi phun

Quy trình sau 4 bước cung cấp được thông tin về phương pháp cố định, loại chất mang, tỉ lệ chất mang và nhiệt độ thích hợp sao cho hiệu suất cố định, tỉ lệ lưu giữ theo thời gian là lớn nhất

2.7 ĐỘ BỀN CỦA CITRAL TRONG SẢN PHẨM

Citral nguyên chất và bột citral được lưu trữ trong cùng điều kiện ở nhiệt độ phòng sau mỗi khoảng thời gian xác định mẫu được lấy ra, xử lý và phân tích GC để xác định lượng citral còn lại trong mẫu So sánh và đánh giá hiệu quả cố định citral của khảo sát với citral tự do và các nghiên cứu đã công bố

2.8 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ

Tính kinh tế là yếu tố vô cùng quan trọng trong việc ứng dụng sản suất thực tế, quá trình khảo sát được đánh giá hiệu quả kinh tế thông qua thống kê và so sánh chi phí nguyên liệu để sản xuất ra cùng một khối lượng sản phẩm có yêu cầu chất lượng giống nhau

Sau khi đánh giá hiệu quả kinh tế sẽ xem xét mức độ phù hợp, tính khả thi và chọn ra một qui trình với các điều kiện cố định đảm bảo chất lượng nhưng mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 KHẢO SÁT PHƯƠNG PHÁP CỐ ĐỊNH CITRAL

3.1.1 Phương pháp sấy phun

Kết quả phân tích GC của ba mẫu SD-MD, SD-CD và SD-TH được so sánh sơ bộ ở hình 3.1 Citral bao gồm hai đồng phân neral và geranial có thời gian lưu ở khoảng 6,6 giây và 7,1 giây, methyl myristate có thời gian lưu ở lân cận 15,3 giây Từ diện tích peak thu được, áp dụng công thức 2.3 tính được lượng citral có trong mẫu, hiệu suất cố định citral và các yếu tố ảnh hưởng được trình bày ở bảng 3.1

Hình 3.1: Sắc ký đồ phân tích GC mẫu SD-MD, SD-CD và SD-TH sau sấy 1 ngày

(a, b, c) và sau sấy 30 ngày (d, e, f)

Bảng 3.1: Phương pháp sấy phun trên ba chất mang maltodextrin, -cyclodextrin, trehalose và các yếu tố ảnh hưởng (Phụ lục 1)

Thí nghiệm Ký hiệu Chất mang

Độ ẩm %

Hiệu suất sấy

%

Hiệu suất cố định

%

Độ lưu giữ*

% 1 SD-MD Maltodextrin 6,13±0,08 58,06±3,23 23,98±3,05 87,99±0,46 2 SD-CD -Cyclodextrin 5,88±0,18 62,90±1,61 21,07±3,37 80,60±1,59 3 SD-TH Trehalose 5,75±0,35 43,55±3,23 46,14±3,67 66,55±1,81 * Bột citral được lưu trữ trong túi plastic, ở nhiệt độ phòng trong 30 ngày sau đó định lượng citral còn lại bằng GC

Kết quả bảng 3.1 cho thấy ở cùng điều kiện về các thông số kỹ thuật (nhiệt độ, áp suất, vận tốc bơm, tỉ lệ citral/chất mang) hiệu suất sấy, hiệu suất cố định citral và độ lưu giữ citral có sự khác biệt khi sử dụng ba chất mang khác nhau trong khi đó độ ẩm không có khác biệt đáng kể

Độ ẩm bột citral trong ba mẫu SD-MD, SD-CD và SD-TH trong khoảng từ 5,75% đến 6,13% giá trị này phù hợp cho yêu cầu về độ ẩm (<10%) trong hương liệu Kết quả khảo sát cũng cho thấy hiệu suất sấy phun khá thấp (cao nhất 62,90%) và hiệu suất cố định citral cao nhất là 46,14% thấp hơn các nghiên cứu đã công bố trước đó [25, 26, 31]

3.1.2 Phương pháp phun tẩm

Thí nghiệm phun tẩm được bố trí với tỉ lệ citral/chất mang giống với sấy phun để dễ dàng so sánh hiệu quả của hai phương pháp Kết quả phân tích GC của ba mẫu DI-MD, DI-CD, DI-TH sau sấy 1 ngày và sau sấy 30 ngày được mô tả ở hình 3.2, thời gian lưu của neral và geranial ở lân cận 6,6 và 7,1 giây, methyl myristate có thời gian lưu ở khoảng 15,3 giây tương tự kết quả phân tích GC của phương pháp sấy phun

Hình 3.2: Sắc ký đồ kết quả phân tích GC mẫu DI-MD, DI-CD và DI-TH sau sấy 1

ngày (a, b, c) và sau sấy 30 ngày (d, e, f)

Áp dụng công thức 2.3 tính được hiệu suất cố định citral trên các mẫu MD, CD và DI-TH Phương pháp phun tẩm với các yếu tố ảnh hưởng khác như độ ẩm, hiệu suất sấy, độ lưu giữ được trình bày ở bảng 3.2

DI-Bảng 3.2: Phương pháp phun tẩm trên ba chất mang maltodextrin, -cyclodextrin, trehalose và các yếu tố ảnh hưởng (Phụ lục 2)

Thí nghiệm Ký hiệu Chất mang

Độ ẩm %

Hiệu suất sấy

%

Hiệu suất cố định

%

Độ lưu giữ*

% 1 DI-MD Maltodextrin 8,20±0,95 76,53±0,21 37,63±2,11 1,49±0.95 2 DI-CD -Cyclodextrin 13,84±3,80 74,73±0,49 46,70±6,49 3,33±1.18 3 DI-TH Trehalose 10,66±1,89 74,95±0,62 21,39±1,21 3,98±2.06