nghiên cứu các thông số tạo hệ nhũ tương dầu trong nước, ứng dụng tạo hệ nhũ tương dầu gấc

LỜI CẢM ƠN Suốt thời gian học tập và rèn luyện tại trường, được sự chỉ đạo giảng dạy của thầy cô trong trường cũng như trong Viện Công nghệ sinh học và môi trường đã trang bị cho em những kiến thức lý thuyết và thực tế bổ ích, đồng thời đã tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thực hiện đề tài. Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô! Em xin chân thành tỏ lòng biết ơn đến TS. Tạ Thị Minh Ngọc và ThS. Trần Hải Đăng đã hướng dẫn tận tình, chu đáo giúp em hoàn thành tốt luận văn trong suốt thời gian em thực hiện đề tài. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô, anh chị, cán bộ phòng thí nghiệm đã tạo điều kiện giúp đỡ em rất tận tình về thiết bị máy móc để em hoàn thành tốt nội dung đề tài. Cảm ơn các thầy cô, bạn bè và gia đình đã động viên, giúp đỡ và đóng góp ý kiến giúp em hoàn tất đề tài của mình. Xin chân thành cảm ơn! Nha Trang, tháng 6 năm 2012 Sinh viên thực hiện Lê Ánh Nga i MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN DANH MỤC BẢNG iii DANH MỤC HÌNH iv LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG I TỔNG QUAN 3 1.1 Tổng quan về nhũ tương 3 1.1.1 Hệ nhũ tương dầu trong nước 3 1.1.2 Các tính chất hóa lý cơ bản của nhũ tương 4 1.2.1.1 Các thành phần cơ bản để tạo thành hệ nhũ tương 4 1.1.2.2 Các kỹ thuật tạo nhũ tương 5 1.2.2.3 Một số yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của nhũ tương 13 1.2.2.4 Sử dụng chất hoạt động bề mặt và chất tạo nhớt để ổn định nhũ tương 22 1.2.3 Một số ứng dụng của nhũ tương trong lĩnh vực thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm 27 1.2 Các hợp chất carotenoids 28 1.2.1 Nguồn gốc, phân loại 28 1.2.1.1 Nguồn gốc 28 1.2.1.2. Phân loại Carotenoid 28 1.2.3 Carotenoid trong dầu gấc 31 CHƯƠNG II NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33 2.1 Nguyên vật liệu 33 2.2 Phương pháp nghiên cứu 33 2.2.1 Phương pháp tạo nhũ tương 33 2.2.1.1 Chọn điều kiện khuấy thích hợp 35 2.2.1.2 Chọn điều kiện đồng hóa thích hợp 35 ii 2.2.2 Xác định độ bền của nhũ tương 36 2.2.2.1 Xác định tỉ lệ pha phân tán  (volume fraction) 36 2.2.2.2 Xác định vạch phân pha 37 2.2.2.3 Xác định kích thước các tiểu phân 37 2.2.2.4 Xác định độ nhớt 37 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38 3.1 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng tạo nhũ tương 38 3.1.1 Nồng độ polymer – Độ nhớt của pha liên tục 38 3.1.1 Khảo sát điều kiện đồng hóa 38 3.1.3.1 Điều kiện đồng hóa nhũ tương chitosan 38 3.1.2.2 Khảo sát điều kiện đồng hóa nhũ tương Gelatine 39 3.1.2.3 Khảo sát tỷ lệ hai pha dầu/ nước 40 3.2 Tính chất của nhũ tương tạo thành với gelatine tại các nồng độ khác nhau 40 3.2.1 Biến đổi tỷ lệ thể tích () nhũ tương theo thời gian 40 3.2.2 Biến đổi vạch phân pha theo thời gian 41 3.2.3 Ảnh hưởng của nồng độ gelatin lên kích thước tiểu phân 42 3.2.4 Biến đổi kích thước tiểu phân theo thời gian 42 3.3 Tính chất của nhũ tương tạo thành với chitosan tại các nồng độ khác nhau 43 3.3.1 Biến đổi tỷ lệ thể tích nhũ tương theo thời gian 43 3.3.2 Biến đổi vạch phân pha theo thời gian 44 3.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ chitosan tới phân bố kích thước của hệ nhũ tương ban đầu 45 3.3.4 Biến đổi kích thước tiểu phân theo thời gian 45 CHƯƠNG IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47 4.1 Kết luận 47 4.2 Kiến nghị 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 iii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Chỉ số của các nhóm ưa nước và kỵ nước 21 Bảng 2.1 Khối lượng riêng của nước ở áp suất 1atm ở các nhiệt độ khác nhau 36 Bảng 3.1 Kết quả khảo sát áp suất đồng hóa nhũ tương Chitosan 39 Bảng 3.2: Kết quả khảo sát áp suất đồng hóa nhũ tương Gelatine 39 Bảng 3.3 Kết quả khảo sát tỷ lệ dầu gấc/dung dịch polymer 40 Bảng 3.4 : Biến đổi vạch phân pha của hệ nhũ tương tạo thành với Gelatine ở các nồng độ khác nhau theo thời gian 41 Bảng 3.5: Biến đổi vạch phân pha của hệ nhũ tương tạo thành với Chitosan ở các nồng độ khác nhau theo thời gian 44 iv DANH MỤC HÌNH VÀ SƠ ĐỒ Hình 1.1 Hai dạng nhũ tương dầu trong nước (o/w) và nước trong dầu (w/o) 3 Hình 1.2 Thiết bị đồng hóa áp suất cao 8 Hình 1.3: Sự hình thành hệ nhũ tương từ dầu và nước qua giai đoạn đồng hóa 8 Hình 1.4: Kích thước giọt phân tán được sản xuất trong quá trình đồng hóa phụ thuộc vào thời gian chất nhũ hóa hấp thụ vào bề mặt giọt nhỏ và thời gian các giọt nhỏ va chạm với nhau. 9 Hình 1.5: Thiết bị đồng hóa sử dụng áp lực cao. Bao gồm: (1) motor chính,(2) bộ phận truyền đai, (3) đồng hồ đo áp suất, (4) trục quay, (5) piston, (6) hộp piston, (7) bơm, (8) van, (9) bộ phận đồng hóa, (10) hệ thống tạo áp suất thủy lực 11 Hình 1.6: Các bộ phận chính trong thiết bị đồng hóa. Bao gồm: (1) bộ phận sinh lực thuộc hệ thống tạo đối áp,(2) vòng đập,(3) bộ phận tạo khe hẹp,(4) hệ thống thủy lực tạo đối áp,(5) khe hẹp 12 Hình 1.8 Các trạng thái không bền của nhũ tương thông qua các cơ chế vật lý bao gồm: tạo cream, lắng gạn, kết tụ, đảo pha và hợp giọt. 17 Hình 1.9 Vị trí phân bố của chất hoạt động bề mặt tiếp xúc giữa hai pha nước – dầu trong hệ nhũ tương 19 Hình 1.10: Một micell với phần đầu kị nước hòa tan trong dầu, phần ưa nước hướng ra ngoài 20 Hình 1.11: Một số kiểu cấu trúc tiêu biểu được thành lập từ sự tập hợp của các chất hoạt động bề mặt ở nồng độ tương đối thấp 20 Hình 1.12 Hình dạng chất hoạt động bề mặt và các polymer sinh học 22 Hình 1.13: Hình dạng đặc trưng của các polymer sinh học có cấu trúc lưỡng cực23 Hình 1.15: Vị trí phân bố của các polymer sinh học giữa hai pha dầu và nước 24 Hình 1.22 Cấu trúc β-carotene 29 Hình 1.27 Cấu trúc Lycopene 29 Hình 1.28 Cấu trúc hóa học của lutein và zeaxanthin 30 v Hình 3.2. Tỷ lệ thể tích nhũ tương Gelatine biến đổi theo thời gian ở các nồng độ khác nhau 40 Hình 3.3 Ảnh hưởng của nồng độ gelatine lên kich thước hạt nhũ tương 42 Hình 3.4: Biến đổi kích thước hạt nhũ tương theo thời gian tại các nồng độ gelatine khác nhau 43 Hình 3.5 Tỷ lệ thể tích (  ) nhũ tương Chitosan ở các nồng độ khác nhau biến đổi theo thời gian 44 Hình 3. 6 Phân bố kích thước hạt nhũ tương theo nồng đô chitosan 45 Hình 3.7 Biến đổi kích thước hạt nhũ tương theo thời gian tại các nồng độ chitosan khác nhau 46 Sơ đồ 2.1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm tạo nhũ tương 34 Sơ đồ 2.2: Bố trí thí nghiệm để chọn điều kiện khuấy thích hợp 34 Sơ đồ 2.3: Bố trí thí nghiệm để chọn điều kiện đồng hóa thích hợp 35 1 LỜI MỞ ĐẦU Nhiều loại thực phẩm, chưa hay đã qua chế biến tồn tại dưới dạng nhũ tương như: sữa tươi, kem, bơ, yaout, magarin, chocolate, nước sốt Các chỉ tiêu về hóa, lý và cảm quan đặc truwg của các thực phẩm dạng nhũ tương được hình thành chủ yếu bởi 2 nhóm yếu tố: thành phần hóa học và điều kiện chế biến. Hầu hết thuộc tính của hệ nhũ tương phụ thuộc vào cấu trúc vi mô của hệ, các chất nhũ hóa, độ nhớt của pha liên tục. Những nguyên lý nền tảng cho khoa học nhũ tương bắt nguồn từ những môn khoa học polymer, khoa học về hệ keo, hóa học các chất bề mặt, cơ lưu chất. Để tạo ra một hệ nhũ tương có những tính chất mong muốn, với độ bền lâu nhất thì vấn đề cần quan tâm đến là những tính chất của nguyên liệu ban đầu, điều kiện phối trộn, điều kiện đồng hóa, chất nhũ hóa, chất hoạt động bề mặt. Theo xu hướng thời hiện đại, nhu cầu phát triển các sản phẩm chức năng có tác dụng phòng chống một số bệnh do tuổi tác và tác động xấu đến môi trường đang ngày càng ưa chuộng. Bên cạnh đó người tiêu dùng cũng có xu hướng lựa chọn những loại thực phẩm sẵn có tiện dụng. Các thành phần giúp tăng cường sức khỏe như vitamin, carotenoid, probiotic, chất khoáng, omega3, phytosterol… thường nhạy cảm với oxy, ánh sáng, nhiệt độ và nước. Các tác nhân này gây nên hạn chế về thời hạn sử dụng, sự khả dụng về hoạt tính sinh học trong các phức hợp thực phẩm. Nếu các sản phẩm có hoạt tính sinh học bị thoái hóa, chúng có thể bị mất màu, mùi, thậm chí hình thành các hợp chất gây ung thư. Do đó, tuổi thọ của các sản phẩm có bổ sung các chất này thường bị giới hạn. Hệ nhũ tương tạo một lớp áo bảo vệ các sản phẩm thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm để giảm thiểu các phản ứng với môi trường bên ngoài như ánh sáng, oxy, nước, kim loại năng, nhiệt độ… 2 Hệ nhũ tương giúp giảm sự bay hơi và dịch chuyển các hợp chất có hoạt tính sinh học trong các sản phẩm thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm ra môi trường bên ngoài. Ngoài ra, nó còn kiểm soát được sự phân giải phần bên trong nhằm đạy được sự trì hoãn phù hợp cho đến khi thực phẩm được đưa vào cơ thể. Mặt khác, lớp nhũ tương còn giấu được vài mùi hương không mong muốn như Omega 3 và Omega 6. Mục đích cuối cùng của nhũ tương là tạo sự thuận tiện và hiệu quả cao nhất với các hợp chất có hoạt tính sinh học. Vì vậy em đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu các thông số tạo hệ nhũ tương dầu trong nước (oil/water), ứng dụng tạo hệ nhũ tương dầu gấc”. Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu, khảo sát các điều kiện tạo ra một hệ nhũ tương bền. Nội dung thực hiện:  Nghiên cứu, khảo sát ảnh hưởng của polymer  Nghiên cứu, khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ dầu/nước  Nghiên cứu, khảo sát ảnh hưởng của điều kiện đồng hóa  Nghiên cứu, khảo sát ảnh hưởng của các chất hoạt động bề mặt 3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về nhũ tương 1.1.1 Hệ nhũ tương dầu trong nước Nhũ tương là hệ phân tán của một pha nằm trong pha khác nhưng hai pha này không trộn lẫn với nhau. Một trong các pha tồn tại như những giọt nước riêng lẽ lơ lửng trong pha thứ 2, và có một lớp ranh giới giữa 2 pha. Nhũ tương có nhiều ứng dụng quan trọng trong công nghiệp mỹ phẩm cũng như thực phẩm và tính chất của chúng có thể được kiểm soát bằng cách thay đổi các chất hoạt động bề mặt được sử dụng và các thành phần có trong các pha nước (Stig E. Friberg and Kare Larson, 1997). So sánh với các hệ thống vĩ mô mở rộng, năng lượng tự do của các hệ phân tán là lớn hơn bởi số lượng tổng thể của năng lượng bề mặt. Bởi vậy, sự va chạm giữa các giọt nhũ tương tinh khiết là kết quả trong sự hóa hợp của chúng và cuối cùng là trong sự chia tách của nhũ tương thành các pha riêng biệt. Hình 1.1 Hai dạng nhũ tương dầu trong nước (o/w) và nước trong dầu (w/o) Giữa bề mặt phân pha dầu và nước tồn tại một dạng năng lượng bề mặt (năng lượng tự do Gibbs). Do các sức căng bề mặt giữa dầu và nước, bất kỳ nhũ tương nào cũng sẽ tìm cách giảm thiểu năng lượng bề mặt bằng cách làm cho diện tích bề mặt giữa dầu và nước càng nhỏ càng tốt. Sự giảm thiểu của sức căng bề mặt đạt được bởi sự hoa hợp của giọt dầu, tạo thành các hạt dầu có kích thước lơn hơn và sau cùng là sự phân tách lớp dầu và nước. Sự hiện diện của các phân tử bề mặt hấp 4 phụ sẽ làm giảm sức ép bề mặt giữa giai đoạn dầu và nước, do đó làm giảm động lực của sự hóa hợp (phân pha). 1.1.2 Các tính chất hóa lý cơ bản của nhũ tương 1.2.1.1 Các thành phần cơ bản để tạo thành hệ nhũ tương Một hệ nhũ tương thông thường bao gồm 2 thành phần: pha phân tán và pha liên tục. Các pha này có thể là dạng khí, lỏng hoặc rắn. Phân loại hệ phân tán: - Theo kích thước hạt phân tán: + Hệ phân tán phân tử (dung dịch, dung dịch thực): d < 10 -7 cm, ( phân tử, ion đơn giản), hệ đồng thể, bền, không có khả năng sa lắng. + Hệ phân tán keo: d = 10 -7 – 10 -4 cm, hệ siêu dị thể, lơ lủng, không bền, có thể tập hợp và lắng xuống. Ví dụ, hệ keo silic, khói, sương mù… + Hệ phân tán thô: d > 10 -4 cm, hệ vi dị thể, không bền, chất phân tán dễ dàng lắng/nổi (phụ thuộc ρ của hạt và môi trường). Ví dụ, nhũ tương: các giọt lỏng phân bố trong môi trường lỏng ( các giọt dầu trong nước). - Theo trạng thái tập hợp pha của hệ: + Môi trường phân tán khí: lỏng/khí (sương mù), rắn/khí (khói bụi). + Môi trường phân tán lỏng: khí/lỏng (O 2 trong nước), lỏng/lỏng (rượu trong nước) + Môi trường phân tán rắn: khí/rắn, lỏng/rắn (muối trong nước), rắn/rắn. - Theo cường độ tương tác giữa pha phân tán và môi trường của hệ. + Hệ ưa lưu + Hệ ghét lưu o Keo ưa lưu đặc trưng bởi tương tác mạnh giữa chất phân tán và môi trường phân tán. Các chất phân tán sau khi tách ra khỏi dung môi và nếu như cho tiếp xúc lại với dung môi thì nó có khả năng phân tán trở lại. Chính vì thế mà ta gọi keo này là keo thuận nghịch. Ví dụ : keo gelatin, tinh bột, gum arabic…. [...]... bền thì các giọt sẽ dung hợp với nhau qua sự hóa hợp giọt Trong hệ nhũ tương khơng bền dầu/ nước, chỉ khi xảy ra sự hóa hợp thì nhũ tương bị phá hủy khơng thể phục hồi: các giọt nhũ tương có thể tập trung lại với nhau bằng cách khuếch tán các phân tử hoặc đối lưu nếu lực liên kết ngồi của chúng nhỏ Trong một hệ nhũ tương, các giọt được ngăn cách bởi 1 lớp mỏng màng 15 chất lỏng Hình dạng của các giọt... được bản chất hòa tan được trong dầu hay trong nước, từ đó biết sử dụng cho kiểu nhũ tương nào Nếu chất hoạt động bề mặt có HLB từ 3 – 6 thì chúng được sử dụng để ổn địn hệ nhũ tương nước trong dầu (W/O) Ngược lại, nếu giá trị HLB từ 8 – 18 thì chúng thích hợp để ổn định các hệ nhũ tương dầu trong nước (O/W)  Phân loại: Tùy theo tính chất mà chất hoạt động bề mặt được phân theo các loại khác nhau Nếu... sử dụng phổ biến trong thực phẩm vì nó khơng có vị lạ với các tính chất duy nhất như tạo nhũ tương, liên kết, ổn định và tạo gel Gelatine được biết đến như là một chất hoạt động bề mặt có khả năng ổn định hệ nhũ tương O/W Đặc điểm của gelatine là khi sử dụng độc lập thì khả năng nhũ hóa sẽ khơng cao Khi sử dụng chúng làm chất nhũ hóa trong q trình đồng hóa thì hệ nhũ tương tạo ra có kích thước các. .. khoảng cách giữa các hạt 17 Sự ổn định của nhũ tương chống lại sự hợp nhất của giọt dầu cũng đã được xác định theo các thay đổi với thời gian của các kích thước giọt trung bình và tỉ lệ tập hợp giọt Trong đó, N0 và Nt lần lượt là số lượng các giọt nhũ tương ban đầu và sau thời gian t Trong đó, D0, Dt là kích thước giọt ban đầu và sau thời gian t Các trạng thái khơng ổn định của nhũ tương: Nhũ tương. .. thấy trong các loại thực phẩm ngâm, món tráng miệng gelatin, xà phòng lỏng, gel tắm, và các vitamin Nó cũng có thể được tìm thấy trong nhiều loại thuốc 1.2.3 Một số ứng dụng của nhũ tương trong lĩnh vực thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm - Nhũ tương là một dạng cấu trúc xuất hiện trong đa số các loại thực phẩm Nhiều sản phẩm có cấu trúc nhũ tương như bơ, phomat, mayonaise, sữa, sữa chua, chocolate, các sản... thành thể đồng nhất Nhũ tương trong mỹ phẩm có loại nhũ tương trị đốm nâu, nám da có tác dụng làm da sáng lên, củng cố sự bảo vệ của làn da Nhũ tương chống bóng nhờn, kem lạnh (cold creams) có tác dụng làm sạch da - Trong dược phẩm, nhũ tương là các dạng thuốc lỏng chứa các tiểu phân lỏng phân tán đồng nhất trong một chất lỏng khơng đồng tan Có thể dùng uống, tiêm hoạc dùng ngồi Nhũ tương dạng lỏng dùng... để uống gọi là nhũ dịch Ưu điểm của nhũ tương trong dược phẩm là có khả năng che dấu được mùi vị khó chịu của thuốc, giảm tác dụng gây kích ứng niêm mạc đường tiêu hóa của dược chất Nhũ tương dùng đường tiêm khơng gây tắc mạch như các thuốc tiêm dạng dầu Ví dụ nhũ tương tiêm tĩnh mạch Propofol Abbott, là dạng nhũ tương trắng đục, vơ trùng khơng chứa nhiệt tố, ít tan trong nước, có tác dụng an thần,... tính bền của một hệ nhũ tương Ngồi ra, trạng thái điện tích bề mặt, điện thế bề mặt cũng tạo nên sự tương tác giữa các hạt Thế hút giữa các hạt là tổng lực hút của các phân tử tạo nên hạt, có dấu âm, độc lập với chất điện ly của mơi trường A: hằng số của thế hút l: khoảng cách giữa 2 hạt n: số ngun dương, phụ thuộc vào giá trị l 16 Thế đẩy giữa các hạt: xuất hiện khi các hạt keo nhũ tương mang điện... 1990; Dickinson, 1992) Các polymer có cấu trúc lưỡng cực dạng ngẫu nhiên và dạng cuộn phân bố một cách linh hoạt giữa bề mặt pha dầu và pha nước và các vùng tự do, tạo nên màng bảo vệ có cấu trúc dày và hệ nhũ tương ở đây sẽ có độ nhớt thấp; trong khi đó các cấu trúc dạng cầu phân bố và sắp xếp một cách chậm chạp, tạo nên màng bảo vệ xung quanh các giọt nhỏ có cấu trúc mỏng và hệ nhũ tương ở đây sẽ có độ... đoạn Nhũ tương được phối trộn đồng đều trước khi đồng hóa Các giọt phân tán sau khi qua thiết bị đồng hóa sẽ có kích thước nhỏ hơn so với giai đoạn phối trộn Điều đó giúp hệ nhũ tương được bền hơn Đồng hóa bằng áp suất cao Đồng hóa bằng áp suất cao là phương pháp đồng hóa thơng dụng nhất để sản xuất ra hệ nhũ tương có chất lượng tốt Phương pháp này rất hiệu quả để tạo ra một hệ nhũ tương tốt đi từ hệ nhũ . về nhũ tương 3 1.1.1 Hệ nhũ tương dầu trong nước 3 1.1.2 Các tính chất hóa lý cơ bản của nhũ tương 4 1.2.1.1 Các thành phần cơ bản để tạo thành hệ nhũ tương 4 1.1.2.2 Các kỹ thuật tạo nhũ tương. nước (oil/water), ứng dụng tạo hệ nhũ tương dầu gấc . Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu, khảo sát các điều kiện tạo ra một hệ nhũ tương bền. Nội dung thực hiện:  Nghiên cứu, khảo sát ảnh. cùng của nhũ tương là tạo sự thuận tiện và hiệu quả cao nhất với các hợp chất có hoạt tính sinh học. Vì vậy em đã thực hiện đề tài: Nghiên cứu các thông số tạo hệ nhũ tương dầu trong nước