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 gói những thành phần “nhạy cảm” trong thực phẩm (các chất dễ bay hơi, mẫn cảm với nhiệt độ…) nhằm bảo vệ các thành phần này. Kể từ đó, các nhà sản xuất thực phẩm ngày càng chú ý đến kĩ thuật đầy tiềm năng này, bằng chứng là số lượng các nghiên cứu 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 2005 Chỉ 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. Dù hiện nay nhiều patent rất khó ứng dụng được vào thực tiễn vì chi phí quá cao, khả năng 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 trong những năm tới. Hiện nay, người ta quan tâm nhiều hơn đến việc điều khiển sự vận chuyển thành phần chất nền qua lớp màng bao, nhờ đó có thể cải thiện hiệu quả tác dụng của chất nền với thực phẩm. Trong những năm gần đây, kĩ thuật vi bao ngày càng có một vai trò quan trọng hơn trong nhiều ngành công nghiệp (thực phẩm, dược, mỹ phẩm). Trong công nghiệp thực phẩm, kĩ thuật vi bao được áp dụng trên rất nhiều nguyên liệu khác nhau như các hợp chất dễ bay hơi, các chất hương, vitamin, tinh dầu, nhựa dầu, vi khuẩn, enzyme và khoáng chất. Các nhà khoa học đã nghiên cứu thực hiện quá trình vi bao bằng nhiều kĩ thuật khác nhau như sấy phun, sấy lạnh, ép đùn, đĩa quay… trên các nguyên liệu khác nhau dựa vào đặc điểm của từng phương pháp, tuy nhiên sấy phun là phương pháp phổ biến nhất được 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) vào trong một lớp vỏ bao cực mỏng, lớp vỏ này sẽ giữ và bảo vệ chất nền không bị biến đổi làm giảm chất lượng (đối với những chất nền mẫn cảm với nhiệt) hay hạn chế tổn thất (đối với chất nền dễ bay hơi), nó chỉ giải phóng các chất nền này ra ngoài trong một 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) • Maltodextrin và siro bắp • Dịch protein, casein, đậu nành • Cyclodextrin • Liposome • Chất béo và sáp b. Hoạt chất cần được bao bọc: • Enzymes • Vi sinh vật • Amino acid • Chất béo • Dầu ăn • Vi dinh dưỡng: chất khoáng, vitamin • Tác nhân lên men • Hương vị • Muối • Các hợp chất màu • Hương liệu • Chất ngọt • Khí • Chất bảo quản 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 màng bao ) hiệu quả của quá trình mà lựa chọn phù hợp với công nghệ sẵn có để ứng dụng vào 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 có kích 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 năng sấy một bậc nguyên liệu từ dạng lỏng sang dạng bột khá đơn giản, dễ dàng kiểm soát nhiệt độ và định dạng hạt sản phẩm một cách chính xác. Thiết bị sấy phun dùng để sấy các dạng dung dịch và huyền phù trong trạng thái phân tán nhằm tách ẩm ra khỏi vật liệu giúp tăng độ bền và bảo quản sản phẩm được lâu hơn. Sản phẩm của quá trình sấy phun là dạng bột mịn như bột đậu nành, bột trứng, bột sữa,… hoặc các chế phẩm sinh học, dược liệu… b.Nguyên lý của quá trình sấy phun Một hệ phân tán mịn của nguyên liệu từ chất lỏng hòa tan, nhũ tương, huyền phù đã được cô đặc trước (40 - 60% ẩm) được phun để hình thành những giọt mịn, rơi vào trong dòng khí nóng cùng chiều hoặc ngược chiều ở nhiệt độ khoảng 150 - 3000C trong buồng sấy lớn. Kết quả là hơi nước được bốc đi nhanh chóng. Các hạt sản phẩm được tách ra khỏi tác nhân sấy nhờ một hệ thống thu hồi riêng. c.Cấu tạo hệ thống sấy phun 1. Bộ trao đổi nhiệt 2. Quạt hút khí nóng 3. Béc phun 4. Bơm áp lực phun sấy 5. Đồng hồ áp lực 6.Bộ phận phối nhiệt 7. Tháp sấy 8.Cửa vệ sinh 9. Ống hút sản phẩm sấy 10. Lấy thành phẩm 11.Cửa xả thành phẩm 12. Sàn rung thành phẩm 13. Quạt hút hơi ẩm 14. Cyclo tách bụi 15. Quạt tuần hoàn hoạt chất cần bao bọc Vật liệu bao dung môi hòa tan(nước ) phối trộn phối trộn 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 định hình. Đây là quá trình chế biến thực phẩm từ hỗn hợp rời thành một dạng thực phẩm mới có hình dạng nhất định hoặc đã được nấu chín để ăn. Nếu phân loại theo phương thức hoạt động thì có ép đùn nguội (nhiệt độ < 100 0 C, áp suất < 15 at) và ép đùn nóng (nhiệt độ > 100 0 C, áp suất cao từ 15 – 200 at). Các sản phẩm như nui, mì, ống được ép đùn 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 phồng được chế biến từ ép đùn nóng ( nhiệt độ > 100 0 C). Nếu phân loại theo cấu trúc thiết bị thì 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, đẩy vào trống đùn, nhồi và cắt, sau đó được nén lại dọc trục vít, và được gia nhiệt( ép nóng) hoặc làm nguội (ép nguội), tạo hình và đẩy ra ngoài, và cắt ngắn tạo thành khích thước mong muốn. Hình dạng sản phẩm tùy thuộc hình dạng khuôn ở cuối trống ép đùn. c.Đặc điểm của ép đùn • Tính linh hoạt: có thể chế tạo nhiều loại sản phẩm bằng cách thay công thức phối 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 tự động hóa. Ví dụ: thực phẩm snack 315kg/h, ép nguội 1200kg/h, nở phồng 9000kg/h • Chất lượng cao: đây là quá trình nhiệt độ cao với thời gian ngắn nên giảm ảnh hưởng nhiệt đến chất lượng sản phẩm • Có thể áp dụng trong lĩnh vực polymer để sản xuất bao bì [...]... mạch máu và phân phối vật liệu được bao • Kĩ thuật bao bọc này có ích trong ngành dược và các sản phẩm làm đẹp • Ứng dụng : bao bọc enzyme 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... 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… Hoạt chất cần được bao Vật liệu bao Đun sôi Kết tinh Sản phẩm 5 .VI BỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP LIPOSOME • Bọc vật liệu được bao ở trung tâm của nó • Điều khiển... công nghệ ép đùng trong công nghệ vi bao - Sản phẩm : hương liệu thực phẩm 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 Hoạt chất cần bao Vật liệu bao Nóng chảy Ép đùn 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... bị oxy hóa làm giảm chất lượng sản phẩm Áp dụng kĩ thuật vi bao sẽ bảo vệ các chất béo, hạn chế sự tiếp xúc của chất béo với oxy ở nhiệt độ cao nên mức độ bị oxy hóa cũng như các biến đổi bất lợi khác được hạn chế, nhờ vậy chất lượng và hiệu suất thu hồi sản phẩm sẽ tăng 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... 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 Hoạt chất cần bọc Vật liệu bọc Hòa trộn Sấy tầng sôi Sản phẩm Bản tổng kết các quá trình công nghệ vi bao III.CÁC... 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... hết các hợp chất phenolic cũng hạn chế ứng dụng của chúng Vi c sử dụng các polyphenol đã được bao nang hiệu quả thay vì ở dạng tự do có thể làm giảm bớt những nhược điểm này Các công nghệ bao nang polyphenol, bao gồm cả sấy phun, tách pha đồng tích (coacervation), bao gói bằng liposome, giỏ phức phân tử, đồng kết tinh, tạo nang nano, đông khô, bao nang nhờ men và nhũ tương hóa sẽ được trình bày trong... 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) 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... chất chuyển hóa thực vật Chúng là một phần tích hợp của cả hai chế độ ăn của con người và động vật trong đó có một phổ cao của các hoạt tính sinh học, bao gồm tính chống oxy hóa, chức năng kháng vi m, kháng khuẩn, và kháng vi- rút Nhiều công trình lớn nghiên cứu tiền lâm sàng và xây dựng dữ liệu dịch tễ học cho thấy polyphenol thực vật có thể làm chậm sự lan triển của ung thư, giảm nguy cơ bệnh tim mạch,... Vi c 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 sinh học và thời gian lưu có hoạt tính của các hợp chất này trong cơ thể và trong ống nghiệm Với các kỹ thuật khác nhau, đặc tính bao nang polyphenol tạo thành phụ thuộc vào cấu dạng của chúng Bảng 2 mô tả tóm lượt các cấu dạng đặc trưng bao