nghiên cứu kĩ thuật vi bao

nghiên cứu kĩ thuật vi bao

I.GIỚI THIỆU KĨ THUẬT VI BAO

1.LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU.

Kĩ thuật vi bao đã được áp dụng từ những năm 50 của thế kỷ trước để bao góinhững thành phần “nhạy cảm” trong thực phẩm (các chất dễ bay hơi, mẫn cảm vớinhiệt độ…) nhằm bảo vệ các thành phần này Kể từ đó, các nhà sản xuất thực phẩmngày càng chú ý đến kĩ thuật đầy tiềm năng này, bằng chứng là số lượng các nghiêncứu về lĩnh vực này tăng với tốc độ rất nhanh, thể hiện trong hình

Số lượng các nghiên cứu kĩ thuật vi bao bằng các phương pháp khác nhau từ 1955

đến 2005Chỉ trong năm 2002, đã có hơn 1.000 patent về các kĩ thuật vi bao mới, 300 trong số

đó đã được áp dụng trực tiếp vào quá trình vi bao các thành phần của thực phẩm Dùhiện nay nhiều patent rất khó ứng dụng được vào thực tiễn vì chi phí quá cao, khảnăng công nghiệp hóa thấp và phạm vi ứng dụng hẹp nhưng những patent này đã đưa

ra những phương pháp triển vọng cho quá trình vi bao thực phẩm ứng dụng trongnhững năm tới Hiện nay, người ta quan tâm nhiều hơn đến việc điều khiển sự vậnchuyển thành phần chất nền qua lớp màng bao, nhờ đó có thể cải thiện hiệu quả tácdụng của chất nền với thực phẩm

Trong những năm gần đây, kĩ thuật vi bao ngày càng có một vai trò quan trọng hơntrong nhiều ngành công nghiệp (thực phẩm, dược, mỹ phẩm) Trong công nghiệp thựcphẩm, kĩ thuật vi bao được áp dụng trên rất nhiều nguyên liệu khác nhau như các hợpchất dễ bay hơi, các chất hương, vitamin, tinh dầu, nhựa dầu, vi khuẩn, enzyme vàkhoáng chất.

Các nhà khoa học đã nghiên cứu thực hiện quá trình vi bao bằng nhiều kĩ thuật khácnhau như sấy phun, sấy lạnh, ép đùn, đĩa quay… trên các nguyên liệu khác nhau dựavào đặc điểm của từng phương pháp, tuy nhiên sấy phun là phương pháp phổ biến nhấtđược áp dụng để vi bao các thành phần của thực phẩm

2.KHÁI NIỆM KĨ THUẬT VI BAO

Kĩ thuật vi bao là kĩ thuật bao gói các chất rắn, lỏng hay khí (chất nền) vàotrong một lớp vỏ bao cực mỏng, lớp vỏ này sẽ giữ và bảo vệ chất nền không bị biếnđổi làm giảm chất lượng (đối với những chất nền mẫn cảm với nhiệt) hay hạn chế tổnthất (đối với chất nền dễ bay hơi), nó chỉ giải phóng các chất nền này ra ngoài trongmột số điều kiện đặc biệt

3.THÀNH PHẦN CỦA HẠT VI BAO

Gồm 2 thành phần:

a Vật liệu bao:

• Vật liệu dạng keo (gôm arabic, aginate, gelatin, chitonsan)

• Dẫn xuất tinh bột, cellulose

• Đường (lactose, sucrose, maltose)

• Chất béo

• Dầu ăn

• Vi dinh dưỡng: chất khoáng, vitamin

• Tác nhân lên men

4.CƠ CHẾ PHÓNG THÍCH TRONG CÔNG NGHỆ VI BỌC

a cơ chế khuếch tán :

b.cơ chế phân hủy sinh học :

c.phóng thích dưới tác động của áp suất :

d Các cơ chế khác :

• Vật liệu vách trương nở , giải phóng lõi

• Phóng thích do sự thay đổi PH

• Sự tan chảy màng bao

• Do sự nhạy cảm với nhiệt độ

Vì vậy cần dựa vào cơ chế phóng thícht, ính chất của hoạt chất ( tương kị với màngbao ) hiệu quả của quá trình mà lựa chọn phù hợp với công nghệ sẵn có để ứng dụngvào từng lĩnh vực khác nhau

Vật liệu bao

Qúa trình hóa học(giọt tụ, đông kết tụ, bao phân tử, polymer hóa bề mặt)

II CÁC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VI BAO.

Quy trình công nghệ chung:

1.CÔNG NGHỆ SẤY PHUN

• Đây là phương pháp phổ biến nhất

• Sản phẩm của vi bọc bằng phương pháp này như hương vị thực phẩm, dầu cá, các chất màu, vi dưỡng chất như vitamin A, C, iod, enzyme, probiotic

• Bao gồm sự chuẩn bị vật liệu bao dạng nhũ tương trong dung dịch

• Vật liệu bao được bọc trong ma trận lỏng trong suốt quá trình sấy

• Nhược điểm:dễ mất các hợp chất dễ bay hơi trong quá trình sấyhạt tạo thành cókích thước nhỏ do vậy cần những quá trình xử lý tiếp theo ( kết tụ , tầng sôi )

Quy trình công nghệ sấy phun

a.Khái niệm sấy phun

Sấy phun là một trong những công nghệ sấy công nghiệp chính do khả năngsấy một bậc nguyên liệu từ dạng lỏng sang dạng bột khá đơn giản, dễ dàngkiểm 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 tháiphân tán nhằm tách ẩm ra khỏi vật liệu giúp tăng độ bền và bảo quản sản phẩmđược 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…

b.Nguyên lý của quá trình sấy phun

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

c.Cấu tạo hệ thống sấy phun

1 Bộ trao đổi nhiệt

hoạt chất cần bao bọc Vật liệu bao

dung môi hòa tan(nước )

t

sấy phun

Đưa vào sử dụng sau đó là quá trình giải phóng hoạt chất

d Công nghệ sấy phun trong sản xuất vi bao

2.CÔNG NGHỆ ÉP ĐÙN

a.Khái niệm

Ép đùn là quá trình tổng hợp của trộn, nấu, nhồi, cắt nghiến, nặn khuôn, và địnhhình Đây là quá trình chế biến thực phẩm từ hỗn hợp rời thành một dạng thực phẩmmới có hình dạng nhất định hoặc đã được nấu chín để ăn Nếu phân loại theo phươngthức hoạt động thì có ép đùn nguội (nhiệt độ < 1000C, áp suất < 15 at) và ép đùn nóng(nhiệt độ > 1000C, áp suất cao từ 15 – 200 at) Các sản phẩm như nui, mì, ống được épđùn nguội và sấy khô, cần phải nấu chín trước khi ăn Mì gói là sản phẩm ép đùn nguội

và được chiên lên để trở thành mì ăn liền Các sản phẩm snack, ngũ cốc nở phồngđược chế biến từ ép đùn nóng ( nhiệt độ > 1000C) Nếu phân loại theo cấu trúc thiết bịthì có ép đùn một trục vít và hai trục vít

b.Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý chung của ép đùn: nguyên liệu được trộn đều trogn thùng trộn, đẩyvào trống đùn, nhồi và cắt, sau đó được nén lại dọc trục vít, và được gia nhiệt( épnóng) hoặc làm nguội (ép nguội), tạo hình và đẩy ra ngoài, và cắt ngắn tạo thành khíchthước mong muốn Hình dạng sản phẩm tùy thuộc hình dạng khuôn ở cuối trống épđùn

c.Đặc điểm của ép đùn

• Tính linh hoạt: có thể chế tạo nhiều loại sản phẩm bằng cách thay công thứcphối trộn và điều khiển hoạt động cũng như loại khuôn

• Tính đặc thù: nhiều loại thực phẩm không thể chế tạo bằng phương pháp khác

• Giá thành giảm: giá thành sản xuất rẻ, năng suất cao

• Sản xuất ở năng suất cao và tự động: hoạt động liên tục, năng suất cao, dễ tựđộng hóa Ví dụ: thực phẩm snack 315kg/h, ép nguội 1200kg/h, nở phồng9000kg/h

• Chất lượng cao: đây là quá trình nhiệt độ cao với thời gian ngắn nên giảm ảnhhưởng nhiệt đến chất lượng sản phẩm

• Có thể áp dụng trong lĩnh vực polymer để sản xuất bao bì

- Màng bao : đường , hỗn hợp siro đường

- Hoạt chất được thêm vào trong giai đoạn chất bao chảy nhão trong buồng ép

Quy trình công nghệ

Vật liệu bao

Hoạt chất cần được bao

Sản phẩm

3 CÔNG NGHỆ VI BAO BẰNG CLODEXTRIN.

Cyclodextrin có khả năng tạo nội phức với các hương liệu , chất màu và vitamine ,

do vậy giúp giảm quá trình bay hơi của hương iệu hay ngăn chặn sự tấn công củacác tác nhân khác như oxy , ánh sang …

4.CÔNG NGHỆ VI BAO BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TINH

Hoạt chất được đưa vào khi màng bao ( đa số là đường ) chuẩn bị kết tinh và hoạt chất

sẽ kết tinh cùng lúc với màng bao

Sản phẩm : vitamine , hương liệu , khoáng , chất béo…

5.VI BỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP LIPOSOME

• Bọc vật liệu được bao ở trung tâm của nó

6 KĨ THUẬT BAO PHÂN TỬ

• Cyclodextrin có vùng trung tâm rỗng ở giữa để nhấn các phân tử không phân cực vào

• Sử dụng: bao bọc các hương vị, tách cholesterol từ trứng và bơ, tách các phân

tử cay đắng từ những trái cây vàng xanh, bao bọc chất màu

• Đưa trực tiếp phân tử cyclodextrin vào trong sản phẩm

• Đưa chất lỏng qua buồng chứa bột cyclodextrin

• Trộn vật liệu được bao vào trong đó

• Cho vật liệu bao ở dạng dung dịch cyclodextrin vào

7.KĨ THUẬT TẠO GEL

• Sử dụng để bao bọc probiotics

• Hòa trộn dung dịch sodium alginate (2-3%) và probiotics thành một hạt nhỏ

• Sản phẩm probiotic dành cho ruột rất tốt cho sức khỏe

• Những sản phẩm có chứa probiotic (yoghurt, nước ép)

• Probiotic tồn tại trong sản phẩm và trong môi trường acid ở bụng

• Probiotic được bao bọc và cũng như được phủ để cải thiện tính chất bên trong

Hydrogel bead entrapment

8 PHƯƠNG PHÁP BAO BỌC DẠNG HẠT ALGINATE

Sự phân tán của probiotics (10^9/ml) trong dung dịch sodium alginate

Hình thành những giọt nhỏ

Cho vào dung dịch CaCl2 (0.05M)

Vật liệu bọc

Hoạt chất cần bọc

Sản phẩm

Bọc các hạt lại để làm giảm các khe hở và tồn tại được trong dịch vị và dịch

ruột: bọc chitosan và poly-L-lysine

9 KĨ THUẬT SẤY TẦNG SÔI

Một trong những kĩ thuật phổ biến

Khái niệm:Trạng thái tầng sối là trạng thái mà ở đó các hạt rắn lơ lưng như các hạt lưu

chất.Mang một số đặc trưng như các hạt lưu chất

Ưng dụng trong vi bọc

• Dùng để bọc vật liệu là các hạt có kích thước lớn

• Bọc các loại bột kém hiệu quả cũng như bọc bằng kĩ thuật sấy phun

• Vật liệu bao bọc là sáp, chất béo, loại dung dịch

• Bọc các hạt có kích thước nhỏ micro khó hơn do sự dính liền của các hạt này

Quy trình công nghệ

Bản tổng kết các quá trình công nghệ vi bao

III.CÁC ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT

1.CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VI BAO CHẤT BÉO ĐỂ SẢN XUẤT BỘT SỮA DỪA HÒA TAN

Chất béo là một trong những nguyên liệu dễ bị oxy hóa dẫn đến ôi hóa, đặc biệtkhi ở nhiệt độ cao Trước đây, trong công nghiệp sản xuất sữa bột hàm lượng béo cao,người ta gặp rất nhiều khó khăn trong việc thu hồi sản phẩm vì bột sữa bám chặt trênthành thiết bị Đó là do sự hình thành của lớp chất béo bên ngoài hạt, ở nhiệt độ caochúng nóng chảy làm các hạt dễ bị kết dính Ngoài ra, chất béo có thể bị oxy hóa làmgiảm chất lượng sản phẩm Áp dụng kĩ thuật vi bao sẽ bảo vệ các chất béo, hạn chế sựtiếp xúc của chất béo với oxy ở nhiệt độ cao nên mức độ bị oxy hóa cũng như các biếnđổi bất lợi khác được hạn chế, nhờ vậy chất lượng và hiệu suất thu hồi sản phẩm sẽtăng cao

2.CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PROBIOTIC ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP VI BAO

Sử dụng công nghệ vi bao để bảo quản cũng như đảm bảo các Probiotic được đưa đếnruột vẫn còn nguyên vẹn không bị ảnh hưởng bởi các hệ sinh vật, enzyme, PH…Đảm bảo quá trình phóng thích Probiotic trong ruột người một cách hiệu quả nhất.Công nghệ sử dụng tạo vi bọc được lựa chọn là công nghệ sấy phun

3.BAO NANG BẢO VỆ CÁC POLYPHENOL

Gần đây các nghiên cứu và ứng dụng họ polyphenol đã thu hút rất nhiều sựquan tâm trong các ngành công nghiệp sản xuất thực phẩm chức năng, dinh dưỡng vàdược phẩm, vì những tiềm năng lợi ích sức khỏe của chúng đối với con người Tuynhiên, hiệu quả bảo quản chất polyphenol phụ thuộc vào sự ổn định, hoạt tính sinh học

và sinh khả dụng của các thành phần hoạt tính Ngoài ra, hương vị khó chịu của hầuhết các hợp chất phenolic cũng hạn chế ứng dụng của chúng Việc sử dụng cácpolyphenol đã được bao nang hiệu quả thay vì ở dạng tự do có thể làm giảm bớt nhữngnhược điểm này Các công nghệ bao nang polyphenol, bao gồm cả sấy phun, tách phađồng tích (coacervation), bao gói bằng liposome, giỏ phức phân tử, đồng kết tinh, tạonang nano, đông khô, bao nang nhờ men và nhũ tương hóa sẽ được trình bày trongtổng quan này

Polyphenols là một trong những nhóm nhiều và phổ biến nhất của các chất chuyển hóathực vật Chúng là một phần tích hợp của cả hai chế độ ăn của con người và động vậttrong đó có một phổ cao của các hoạt tính sinh học, bao gồm tính chống oxy hóa, chứcnăng kháng viêm, kháng khuẩn, và kháng vi-rút Nhiều công trình lớn nghiên cứu tiềnlâm sàng và xây dựng dữ liệu dịch tễ học cho thấy polyphenol thực vật có thể làmchậm sự lan triển của ung thư, giảm nguy cơ bệnh tim mạch, bệnh thoái hóa thần kinh,tiểu đường, hoặc loãng xương Các thông tin cũng cho thấy polyphenol thực vật cóhoạt động như tiền chất ngăn ngừa và chống ung thư ở người

Các polyphenol chính, nguồn gốc và tính chất của chúng

Thật không may, nồng độ các polyphenol có hiệu quả xuất hiện trong ống nghiệmthường mức độ cao hơn mức tính trong cơ thể Hiệu quả sản phẩm theo liệu pháp dinhdưỡng trong phòng ngừa bệnh phụ thuộc vào bảo tồn hoạt tính sinh học các thànhphần hoạt chất Đây là một thách thức lớn, vì qua đường uống, do không đủ thời gian

cư trú ở dạ dày, độ thấm thấp và / hoặc khả năng hòa tan trong ruột, cũng như các điềukiện trải qua trong chế biến thực phẩm và lưu trữ (nhiệt độ, ôxy, ánh sáng), hoặc ởđường tiêu hóa (pH, men, sự hiện diện các chất dinh dưỡng khác), tất cả đều làm giảm

hoạt tính, giới hạn và làm mất dần các lợi ích tiềm năng cho sức khỏe của các thànhphần polyphenol theo liệu pháp dinh dưỡng Việc phân phối của các hợp chất này do

đó đòi hỏi các nhà phối chế sản phẩm và nhà sản xuất cung cấp cơ chế bảo vệ để cóthể duy trì dạng phân tử hoạt tính cho đến thời điểm tiêu hóa, và cung cấp dạng thứcnày đến các cơ quan trong cơ thể Một số đặc tính hóa lý và thuộc tính thực phẩm củapolyphenol từ các nguồn thực vật khác nhau được trình bày trong bảng 1, trong đó nêu

rõ giới hạn ổn định và tính hòa tan có điều kiện của chúng Một đặc tính không may làpolyphenols mang hương vị khó chịu, chẳng hạn như vị se đắng của epicatechin (Bảng1) Khi sử dụng trong thực phẩm, chúng cần phải được che mùi hạn chế vị trước khiphối trộn vào thực phẩm

Việc sử dụng polyphenol bao nang thay vì các hợp chất tự do có thể khắc phục những

sự bất ổn của chúng, làm giảm bớt mùi vị khó chịu, cũng như cải thiện khả dụng sinhhọc và thời gian lưu có hoạt tính của các hợp chất này trong cơ thể và trong ốngnghiệm

Với các kỹ thuật khác nhau, đặc tính bao nang polyphenol tạo thành phụ thuộc vào cấudạng của chúng Bảng 2 mô tả tóm lượt các cấu dạng đặc trưng bao nang polyphenolcủa từng kỹ thuật

IV CÂU HỎI THẢO LUẬN

1 Chất gây đắng trong vỏ cam là gì?

 Chất gây đắng trong vỏ cam có tên khoa học là Naringin

 Thành phần hóa học

Naringin - 4',5,7-Trihydroxyflavanone-7-rhamnoglucoside có công thức phân

tử là C27H32O14 Là hợp chất thuộc nhóm flavanone glycoside có trong các trái cómúi, naringin làm cho các các loại trái đó có tính đắng

Naringin có khối lượng mol là 580,54 g/mol, nóng chảy ở 166 oC

Cấu trúc phẳng phân tử Naringin – dihydro-5-hydroxy-2-(4-hydroxyphenyl)-4H-1-benzopyran-4-one) – nguồn wholehealthmd.com

(7-[[2-O-(6-Deoxy-α-L-mannopyranosyl)-β-D-glucopyranosyl]]oxy]-2,3- Hoạt tính sinh học

Trong cơ thể người nó được chuyển hóa thành flavanone naringenin Naringintác động đến khả năng hấp thụ thuốc trong ruột già và sự phân hủy của thuốc tronggan

Naringin có những tác động dược lý rất có lợi như kháng oxy hóa, làm giảmhàm lượng cholesterol trong máu, chống ung thư Ức chế sự chuyển hóa củaenzyme cytochrome P450, bao gồm CYP3A4, CYP1A2 Sử dụng naringin hoặcnhững flavonoid liên quan cũng tác động chút ít đến việc hấp thụ thuốc ở màngruột, có thể làm tăng hoặc giảm mức độ lưu thông của thuốc Để tránh việc gây trởngại đến việc hấp thụ và chuyển hóa thuốc, chúng ta không được dùng trái câychua hoặc những loại nước của quả có thịt với thuốc cùng lúc

Naringin cũng giúp làm giảm sự tổn hại đến trí nhớ và sự oxy hóa tế bào

2 Cho ví dụ các sản phẩm ứng dụng công nghệ vi bọc trên thị trường.

Theo – dur tablets

Smithkline & French laboratoriesMerch sharp & Dohme

G D Searle & Co

Key

Theo – dur sprinkle

Inderal LA capsules

Slowbid capsules

KeyAyerst LaboratoriesRorer Group , Inc

 Sản phẩm chăm sóc cá nhân

EstrasorbDegree ultraclear

CoastOrdor derstroyer shoe short

Mentadent

GracewayUnileverHenkel VN

Dr Sholl’sUnilever

Skincare Group

DiorLoreal ParisLoreal ParisROCOhui

 Thực phẩm

Dark chocolate

Crystal Light

Blue Raszberry Pop Rocks

Ice breaker sours gum

Finishing sauce

M & M’s Brand

M & M’s BrandAirHeads CandyThe Wm Wrigley Jr Company

Mc Cormick