Nghiên cứu bao gói dầu gấc trong chitosan bằng phương pháp nhỏ giọt ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt và điều kiện đông tụ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  ĐÀO THỊ KIM THOA NGHIÊN CỨU BAO GÓI DẦU GẤC TRONG CHITOSAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHỎ GIỌT - ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT VÀ ĐIỀU KIỆN ĐÔNG TỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Nha Trang, tháng 6 năm 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  ĐÀO THỊ KIM THOA NGHIÊN CỨU BAO GÓI DẦU GẤC TRONG CHITOSAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHỎ GIỌT - ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT VÀ ĐIỀU KIỆN ĐÔNG TỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. TẠ THỊ MINH NGỌC Nha Trang, tháng 6 năm 2015 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên sinh viên: ĐÀO THỊ KIM THOA Lớp: 53CNTP-1 Ngành: Công nghệ thực phẩm Khoa: Công nghệ thực phẩm Tên đề tài: “Nghiên cứu bao gói dầu gấc trong chitosan bằng phương pháp nhỏ giọt - Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt và điều kiện đông tụ”. Số trang: 47 Số chương: 4 Số tài liệu tham khảo: 33 Hiện vật: 01 quyển đề tài tốt nghiệp, 01 đĩa CD. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. Kết luận: .............................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. Nha Trang, ngày tháng năm GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên) i LỜI CẢM ƠN Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè. Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy Cô ở Khoa Công Nghệ Thực Phẩm – Trường Đại Học Nha Trang đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian học tập tại trường và khoảng thời gian em thực hiện đồ án. Em xin chân thành tỏ lòng biết ơn đến cô tiến sĩ Tạ Thị Minh Ngọc và thầy thạc sĩ Trần Hải Đăng đã hướng dẫn tận tình chu đáo giúp em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp trong suốt thời gian em thực hiện đề tài. Với vốn kiến thức được tiếp thu trong quá trình học không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu đồ án mà còn là hành trang quý báu để em bước vào đời một cách vững chắc và tự tin. 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 những người thân yêu đã động viên, giúp đỡ và đóng góp ý kiến giúp em hoàn thành tốt đề tài. Em xin chân thành cảm ơn rất nhiều! Nha Trang, tháng 06 năm 2015 Sinh viên thực tập Đào Thị Kim Thoa ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ..........................................................................................................i MỤC LỤC ..............................................................................................................ii DANH MỤC BẢNG ..............................................................................................iv DANH MỤC HÌNH ................................................................................................ v LỜI MỞ ĐẦU .........................................................................................................1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU..........................................3 1.1.Giới thiệu về dầu gấc và ứng dụng .................................................................3 1.1.1. Giới thiệu về dầu gấc...............................................................................3 1.1.2. Công dụng của gấc ..................................................................................4 1.1.3. Tình hình trồng trọt và tiêu thụ gấc ở Việt Nam. .....................................7 1.1.4. Các nghiên cứu về quả gấc trong và ngoài nước......................................8 1.1.4.1. Các nghiên cứu ở trong nước ............................................................8 1.1.4.2. Các nghiên cứu ở nước ngoài ............................................................9 1.1.5. Các sản phẩm gấc hiện có trên thị trường .............................................. 10 1.2. Giới thiệu về công nghệ vi nang .................................................................. 12 1.2.1. Lịch sử hình thành và các công trình nghiên cứu công nghệ vi nang...... 12 1.2.2. Công nghệ vi nang là gì? ....................................................................... 13 1.2.3. Cơ chế tạo hạt chitosan theo phương pháp nhỏ giọt............................... 14 1.2.3.1. Tính chất của chitosan..................................................................... 14 1.2.3.2. Cơ chế tạo hạt chitosan theo phương pháp nhỏ giọt........................ 16 1.2.3.3. Kỹ thuật tạo vi nang bằng phương pháp nhỏ giọt ............................ 16 1.3. Tình hình nghiên cứu tạo vi nang dầu gấc ở Việt Nam. ............................... 19 CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......... 21 2.1. Đối tượng nghiên cứu.................................................................................. 21 2.2. Nguyên vật liệu nghiên cứu ......................................................................... 21 2.2.1. Nguyên liệu........................................................................................... 21 2.2.2. Hóa chất................................................................................................ 21 iii 2.2.3. Dụng cụ, trang thiết bị........................................................................... 27 2.3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 28 2.3.1. Quy trình tạo vi nang............................................................................. 28 2.3.2. Phân tích tính chất hạt vi nang............................................................... 28 2.3.2.1. Phân tích hàm lượng beta – carotene trong hạt ................................ 28 2.3.2.2. Phân tích tính lưu biến của hạt. ....................................................... 24 2.3.2.3. Phân tích kích thước và hình dạng hạt. ............................................ 29 2.3.3. Xử lý số liệu.......................................................................................... 29 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 30 3.1. Ảnh hưởng của điều kiện đông tụ tới hiệu quả tạo hạt .............................. 30 3.1.1. Ảnh hưởng của dung dịch kiềm và chất nhũ hóa tới hiệu quả tạo hạt..... 30 3.1.2. Ảnh hưởng của dung dịch kiềm và chất nhũ hóa tới hàm lượng betacarotene trong hạt theo thời gian bảo quản ...................................................... 31 3.1.3.Ảnh hưởng của nồng độ kiềm tới tính lưu biến của hạt........................... 32 3.2. Ảnh hưởng của điệu kiện đông tụ tới kích thước và hình dạng hạt. .............. 34 3.2.1. Ảnh hưởng của điều kiện đông tụ tới kích thước hạt.............................. 34 3.3.2. Ảnh hưởng của điều kiện đông tụ tới hình dạng hạt............................... 37 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................... 41 4.1.Kết luận........................................................................................................ 41 4.2. Kiến nghị..................................................................................................... 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 42 Phụ lục .................................................................................................................. 45 iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Hàm lượng carotene trong 100g ở một số loại quả...................................4 Bảng 1.2. Sản lượng tiêu thụ gấc từ năm 2005- 2009 của công ty CPNN Đông Phương ................................................................................................8 Bảng 2.1. Dụng cụ và trang thiết bị phục vụ nghiên cứu. ....................................... 27 Bảng 3.1. Giá trị Mode của phân bố diện tích hạt nồng độ kiềm (mm2) ................. 35 Bảng 3.2. Giá trị Median của phân bố diện tích hạt theo nồng độ kiềm (mm2)....... 36 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Đồ thị thể hiện hàm lượng lycopen cao gấp 70 lần so với cà chua, dưa hấu, ổi đỏ. ( Nguồn: http://ungbuouvietnam.com/) ....................................5 Hình 1.2. Dầu gấc Việt Nam G8 (Công ty VNPOFOOD)...................................... 10 Hình 1.3.Viên gấc Vinaga ( Công ty VNPOFOOD) .............................................. 10 Hình 1.4. Dầu gấc nguyên chất ( Công ty TNHH MTV Gấc Việt)........................ 11 Hình 1.5. Viên Nang dầu gấc ( Công ty TNHH MTV Gấc Việt) ........................... 11 Hình 1.6. Công thức hóa học chitosan ................................................................. 14 Hình 1.7. Sự khuếch ion OH- và tạo lớp vỏ chitosan trong quá trình đông tụ chitosan trong môi trường kiềm............................................................... 16 Hình 1.8. Kỹ thuật tạo vi nang. ............................................................................ 17 Hình 1.9. Hệ thống nhỏ giọt trong thí nghiệm ....................................................... 18 Hình 1.10. Hệ thống tạo hạt bằng phương pháp cắt. .............................................. 19 Hình 2.1. Công thức cấu tạo của chất hoạt động bề mặt Span 80 ........................... 21 Hình 2.2. Công thức cấu tạo của chất hoạt động bề mặt Tween 80 ........................ 22 Hình 2.3. Công thức cấu tạo của chất hoạt động bề mặt Lecithin........................... 23 Hình 2.4. Công thức cấu tạo của dung môi n – hexan ............................................ 23 Hình 2.5. Công thức cấu tạo của dung môi Petroleum ether .................................. 24 Hình 2.6. Công thức cấu tạo của dung môi Aceton................................................ 24 Hình 2.7. Công thưc cấu tạo của cồn tuyệt đối....................................................... 25 Hình 2.1: Quy trình tạo vi nang sử dụng đầu nhỏ giọt 6 đầu .................................. 28 Hình 3.1. Hàm lượng beta-carotene trong hạt tại các nồng độ kiềm khác nhau. ... 30 Hình 3.2. Hàm lượng beta-carotene trong hạt theo thời gian. ....................................... 31 Hình 3.3. Tỷ lệ carotenoids trong hạt theo thời gian ............................................. 32 Hình 3.4. Lực tạo gel của hạt tại các điều kiện đông tụ khác nhau. ....................... 33 Hình 3.5. Độ cứng của hạt tại các điều kiện đông tụ khác nhau. .......................... 34 Hình 3.6. Phân bố hạt theo diện tích ở các điều kiện đông tụ khác nhau. .............. 35 Hình 3.7. Tính chất hình học của hạt chitosan tạo thành trong dung dịchNaOH .... 37 vi Hình 3.8. Tính chất hình học của hạt chitosan tạo thành trong dung dịch KOH ..... 37 Hình 3.9. Chỉ số bề mặt của hạt xác định theo phần mềm ImageJ. ........................ 38 Hình 3.10. Bề mặt của mẫu hạt chitosan (trái) và mẫu hạt vi nang dầu gấc trong KOH (phải) ............................................................................................. 39 Hình 3.11. Sự tồn tại các giọt dầu gấc trên bề mặt hạt vi nang. KOH (trái) và NaOH (phải)....................................................................................................... 39 1 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu về thực phẩm của con người ngày càng cao. Không còn sử dụng thực phẩm để no nữa mà thực phẩm hiện nay phải đáp ứng các yêu cầu cao hơn của người tiêu dùng là đẹp, bổ dưỡng, đa dạng, phong phú để lựa chọn, an toàn vệ sinh thực phẩm và tiện lợi cả về mặt sử dụng và bảo quản. Vì vậy, thực phẩm chức năng là vấn đề đang được mọi người quan tâm. Thực phẩm chức năng có nhiều dạng: nguyên liệu chưa qua chế biến, đã qua chế biến,… được sản xuất từ các nguyên liệu khác nhau. Một trong nguồn nguyên liệu dồi dào chưa được sử dụng nhiều là gấc và dầu gấc. Như chúng ta đã biết gấc là một loại cây thực phẩm gần gũi với người dân Việt Nam từ muôn đời xa qua hình ảnh mâm xôi gấc màu đỏ vào những dịp lễ tết, cưới hỏi,… Gấc được sử dụng nhuộm màu thực phẩm, vừa tạo cảm quan tốt vừa bổ sung dinh dưỡng và mang lại hương vị thơm ngon cho thực phẩm. Không phải ngẫu nhiên mà người Mỹ gọi gấc là một loại “ quả đến từ thiên đường”. Theo GS.TS. Bùi Minh Đức – một trong những người đầu tiên đặt nền móng cho việc nghiên cứu Quả Gấc thì quả gấc có chứa hàm lượng beta – caroten 462.3mcg, lycopen 549.6mcg, vitamin E 19.7mcg và nhiều nguyên tố vi lượng khác cao gấp nhiều lần so với cà rốt. Với các nguyên tố vi lượng cao như vậy, quả gấc không chỉ kéo dài tuổi thanh xuân, chống lão hóa mà còn giúp con người chống được sự sa sút trí tuệ. Trong những năm gần đây, một loại sản phẩm mới được ra đời từ nguyên liệu trái gấc chính là dầu gấc. Dầu gấc được tạo ra từ việc tách chiết màng đỏ của hạt gấc, đây là thành phần chứa một hàm lượng rất cao beta – carotene ( hay còn gọi là tiền sinh tố A) rất tốt cho sức khỏe. Một số nghiên cứu cho thấy các hợp chất của carotene, lycopen, vitamin E ở trong dầu gấc có tác dụng làm vô hiêu hóa 75% các chất gây ung thư, nhất là ung thư vú. Ngoài ra, dầu gấc còn rất nhiều tác dụng khác như:  Giúp sáng mắt, phòng ngừa các bệnh về mắt như nhức mỏi mắt, khô mắt, quáng gà, đục thủy tinh thể.  Chống lão hóa, làm đẹp da, giúp da luôn mịn màng và tươi trẻ. 2  Phòng chống suy dinh dưỡng và thiếu vitamin A, đặc biệt đối với trẻ em và phụ nữ,… Tuy nhiên, điều kiện bảo quản dầu gấc rất khắc khe vì dầu gấc có tính nhạy cảm với ánh sáng và nhiệt độ. Khi tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng, không khí hoặc nhiệt độ cao beta – carotene dễ bị oxy hóa làm giảm hàm lượng, cường độ màu hoặc mất màu. Ở nhiệt độ trên 40oC, thành phần beta – carotene có trong dầu gấc sẽ biến tính làm mất tác dụng của dầu gấc và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Điều này hạn chế lĩnh vực ứng dụng của sản phẩm dầu gấc. Tạo vi nang là một quá trình bắt nhốt các hoạt chất cần bao gói vào trong một cấu tử có kích thước micromet nhằm mục đích bảo vệ và giải phóng chúng một cách có kiểm soát. Có rất nhiều phương pháp tạo vi nang, trong đó phương pháp nhỏ giọt là phương là phương pháp đang có triển vọng và đang được nghiên cứu ứng dụng phổ biến, hiệu quả đối với vi nang dầu gấc sử dụng chất bao gói chitosan. Mục đích cuối cùng của việc tạo vi nang dầu gấc là sẽ giúp bảo vệ được tốt hơn các hoạt tính quý giá của dầu gấc và đa dạng hóa sản phẩm có sử dụng dầu gấc. Vì vậy em đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu bao gói dầu gấc trong chitosan bằng phương pháp nhỏ giọt - Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt và điều kiện đông tụ”. Mục tiêu của đề tài là: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của điều kiện đông tụ tới quá trình tạo hạt và ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt tới quá trình tạo hạt. Nội dung thực hiện:  Ảnh hưởng của điều kiện đông tụ tới khả năng tạo vi nang.  Ảnh hưởng của điều kiện đông tụ tới kích thước và hình dạng hạt. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.Giới thiệu về dầu gấc và ứng dụng 1.1.1. Giới thiệu về dầu gấc Dầu gấc là thành phần chất béo được chiết ra từ màng hạt gấc, là chất lỏng, sánh, trong, màu đỏ máu, mùi thơm ngọt đặc biệt, vị béo, không khé cổ. Nếu để lâu hoặc ở nhiệt độ 0 - 50C xuất hiện cặn, cặn đó là các tinh thể carotenoid. Dầu gấc có thể được sản xuất bằng phương pháp khác nhau:  Chiết bằng dung môi ete dầu hỏa: người ta lấy kiệt dầu trong màng hạt gấc bằng dung môi ete dầu hỏa, sau đó thu hồi ete dầu hỏa bằng cách đun cách thủy trong môi trường khí trơ, cặn còn lại là dầu gấc.  Ép: màng đỏ đã sấy khổ, tán nhỏ đem đồ lên rồi ép.  Phương pháp thủ công nghiệp: màng hạt gấc đã sấy khô tán nhỏ cho vào chảo dầu lạc hay mỡ lợn đã đun nóng ở nhiệt độ 60-700C. Dầu lạc hay mỡ lợn sẽ hòa tan chất dầu chứa trong màng hạt gấc. Dầu gấc sau đó được bảo quản trong chai màu nâu, đóng đâỵ nút kín, để nơi khô ráo tránh tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời. Dầu gấc có các tính chất hóa lý sau:  Độ hòa tan: Hòa tan trong petroleum ether, chloroform và ethernol và aceton, không tan trong nước và cồn lạnh.  Độ nhớt: dầu gấc có tính nhớt, nhiệt độ càng cao tính nhớt càng giảm.  Tỷ trọng: D = 0.9151- 0.9156 g/cm3 ở 150C.  Chỉ số khúc xạ: 1.4681 - 1.4685.  Thành phần hóa học: trong 100g dầu gấc có 150 - 175 mg beta-carotene, khoảng 4g lycopene và 12mg α-tocopherol ( vitamin E thiên nhiên). Acid panmitic (33.4%), acid strearic (7.9%), đặc biệt là các acid béo không no như acid oleic (44%) và acid linoleic (14.7%) là hai acid béo rất cần thiết cho cơ thể. Dầu gấc còn chứa các vi lượng cần thiết như: sắt, đồng, coban, kali và kẽm… 4 1.1.2. Công dụng của gấc Gấc là loại cây mọc hoang và được trồng ở khắp nước ta, nhưng tác dụng của gấc tới sức khỏe con người thì ít người biết đến. Từ xưa người dân ta biết dựa vào màu sắc của màng hạt gấc mà sử dụng để tạo màu cho xôi. Ngoài ra trong dầu gấc, hàm lượng beta-carotene, lycopene, α-tocopherol… của dầu gấc cao gấp 68 lần cà chua và hàm lượng beta-carotene ( tiền vitamin A) cao gấp 14 lần so với cà rốt vì vậy mà gấc có ý nghĩa to lớn về mặt y học. Bảng 1.1. Hàm lượng carotene trong 100g ở một số loại quả Thực vật Đơn vị Hàm lượn beta-carotene Gấc Mcg 52520 Rau ngót Mcg 6650 Ớt vàng to Mcg 5790 Rau húng Mcg 5550 Tía tô Mcg 5520 Rau dền cơm Mcg 5300 Cà rốt Mcg 5040 Cần tây Mcg 5000 Rau đay Mcg 4560 Rau kinh giới Mcg 4360 Dưa hấu Mcg 4200 Rau dền đỏ Mcg 4080 Lá lốt Mcg 4050 Ngò Mcg 3980 Rau thơm Mcg 3560 Rau dền trắng Mcg 2855 Thìa là Mcg 2850 (Nguồn: Từ Giấy, 1994) 5  Trong y học:  Vitamin A: - Vitamin A có vai trò quan trọng trong việc phòng các bệnh do thiếu vitamin A như bệnh khô mắt, quáng gà, loét giác mạc, cận thị, chậm lớn ở trẻ em, ung thư gan. - Vitamin A còn tham gia vào quá trình hoạt động sinh lý trong cơ thể, tác động đến quá trình biệt hóa tế bào, sinh sản tinh trùng, phát triển bào thai, kích thích sinh trưởng, tăng sức đề kháng, đáp ứng miễn dịch của cơ thể và hoạt động của các cơ quan thính giác, vị giác.  Beta-carotene (tiền vitamin A): cao gấp 1,8 lần so với dầu gan cá thu, 15 lần so với cà rốt, là beta-carotene thiên nhiên nên có tác dụng chống lão hóa mạnh, đồng thời bổ sung vitamin A.  Bên cạnh beta-carotene, trong gấc còn chứa một hàm lượng cao lycopen. Với hàm lượng lycopen cao gấp 70 lần so với cà chua, đến mức có thể kết tinh thành tinh thể. Là chất carotenoid có khả năng chống lão hóa, ngăn ngừa chứng nhồi máu cơ tim và bảo về gene khỏi tổn thương, có khả năng phòng chống ung thư, hạn chế sự phát triền các tế bào ung thư. Ngoài ra lycopen có thể kích thích sự liên lạc giữa các tế bào, ngăn ảnh hưởng của những chất sinh ung thư nhất định, ngăn hủy hoại tế bào và ngăn sự phân chia tế bào không kiểm soát được… Hình 1.1. Đồ thị thể hiện hàm lượng lycopen cao gấp 70 lần so với cà chua, dưa hấu, ổi đỏ. ( Nguồn: http://ungbuouvietnam.com/) 6  Acid Linoleic (omega 6): giúp bền vững thành mạch máu, ngăn ngừa các bệnh về tim mạch, giúp hạ cholesterol máu.  Acid Oleic (Omega 9): giúp phát triển hệ thần kinh và các loại sợi có Myelin. Đặc biệt tốt cho bà mẹ mang thai và cho con bú, trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ. Không chỉ vậy, gấc còn chứa nhiều chất khác như vitamin E, carotene.. có tác dụng làm vô hiệu hóa 75% các chất ung thư đặc biệt là ung thư vú, ung thư tuyến tiền liệt, ngoài ra vitamin E và lycopen cùng với lutein, zeaxathin, βcryptoxanthin trong quả gấc ở dạng thiên nhiên còn có tác dụng quét loại các gốc tự do, gốc peroxyd trong cơ thể, phòng và điều trị nhồi máu cơ tim, đột quỵ, nguy cơ gãy xương ở phụ nữ, đặc biệt phụ nữ sau mãn kinh, dạ dày, ung thư gan, xơ gan và bệnh mãn tính, kéo dài tuổi thọ.  Trong lĩnh vực thực phẩm: Tại Việt Nam, thịt gấc được sử dụng chủ yếu để nhuộm màu các loại xôi, gọi là xôi gấc. Vì sắc đỏ nên xôi gấc được chuộng trong dịp lễ tết hay cưới hỏi. Người ta dùng màng hạt và hạt của gấc đánh với một ít rượu để trộn lẫn với gạo nếp sau đó đem thổi thành xôi, giúp cho món xôi có màu đỏ và thay đổi hương vị. Lá gấc non được dùng như loại gia vị không thể thiếu trong món củ niễng xào rươi, một món ăn đặt biệt ở miền Bắc. Gần đây, quả gấc đã bắt đầu được tiếp thị ra ngoài khu vực châu Á trong dạng nước ép trái cây bổ dưỡng, dầu gấc do nó có chứa hàm lượng tương đối cao các dinh dưỡng thực vật. Ngoài ra gấc còn được dùng để ép lấy dầu, chiết lấy màu thực phẩm để tạo màu cho các sản phẩm như magarin, đồ uống, bánh kẹo, món salad…  Trong lĩnh vực chăn nuôi: Bột gấc được dùng làm thức ăn cho gia cầm, giúp tăng sức đề kháng, tránh nhiễm dịch bệnh và nâng cao chất lượng thịt và trứng.  Trong lĩnh vực mỹ phẩm: Vitamin E ở dạng α - tocopherol: đây chính là vitamin E thiên nhiên nên có tác dụng mạnh hỗ trợ sự phát triển của cơ quan sinh sản và làm đẹp da. 7 Trong gấc có chứa lycopen thực vật có tác dụng dưỡng da, bảo vệ da, chữa sạm da, khô da, giúp cho da luôn hồng hào tươi trẻ và mịn màng, chữa trị rụng tóc, nổi sần…  Trong lĩnh vực dược phẩm: Quả gấc được tinh chế thành viên nang dầu gấc ( Vinaga, gacavit…) có tác dụng chống béo phì, chống lão hóa, phòng các bệnh tim mạch và chứng đột quỵ, phòng chống viêm gan, xơ gan, phòng chữa thiếu vitamin A, E, phòng và điều trị các bệnh ung thư…. 1.1.3. Tình hình trồng trọt và tiêu thụ gấc ở Việt Nam. Khi giá trị của gấc chưa được chú ý và biết đến thì gấc chỉ là cây mọc hoang và được xem như là 1 thứ gia vị dân gian như tạo màu cho xôi, một số vùng dùng để chế biến bánh, kẹo như bánh cáy. Vì vậy mà giá trị gấc rất thấp. Tuy nhiên, hiện nay gấc đã được xem như là loại quả đến từ thiên đường và được sử dụng trong công nghiệp dược phẩm, chiết xuất dầu gấc với thành phần vitamin A,E…. và cây gấc bắt đầu có vị thế đặc biệt trong nước và cả ngoài nước. Nhận thấy được vai trò và tiềm năng to lớn từ gấc về giá trị dinh dưỡng và giá trị kinh tế, nhiều công ty thực phẩm và dược phẩm đã và đang chú trọng vào nghiên cứu và cho ra nhiều sản phẩm từ quả gấc. Hiện nay, ở nước ta gấc được trồng hầu hết ở các tỉnh trong cả nước tuy nhiên đã hình thành nhiều vùng chuyên canh gấc như Hải Dương, Hà Nội, Nghệ An, Quảng Ninh, Thanh Hóa, Đồng Bằng Sông Cửu Long... và đây là nguồn cung ứng nguyên liệu gấc cho các công ty thực phẩm và dược phẩm trong nước. Gấc nguyên liệu chủ yếu được các doanh nghiệp thu mua để chế biến và xuất khẩu. Các cơ sở chế biến gấc như Công ty cổ phần dược vật tư y tế Hải Dương, công ty chế biến dầu thực vật và thực phẩm Việt Nam (VNPOFOOD), Công ty cổ phần nông nghiệp Đông Phương,…. Thu mua gấc làm nghiên liệu sản xuất viên nang mềm dầu gấc, áp dụng công nghệ tiên tiến sản xuất viên nang mềm dầu gấc phục vụ cho thị trường trong và ngoài nước. 8 Hầu hết các sản phẩm chế biến từ gấc đều được xuất khẩu ra nước ngoài với thị trường Mỹ, Anh, Pháp…. Bảng 1.2. Sản lượng tiêu thụ gấc từ năm 2005- 2009 của công ty CPNN Đông Phương Sản lượng tiêu thụ Sản phẩm 2005 2006 2007 2008 2009 Quả gấc tươi 122 230 350 570 1350 Màng gấc sấy khô 68 150 360 600 1000 44 270 300 550 120 250 290 850 90 167 350 Bột gấc khô Bột gấc nhão 48 đông lạnh Bột gấc đậu xanh (Nguồn: Vương Lộc và các cộng sự, 2002) 1.1.4. Các nghiên cứu về quả gấc trong và ngoài nước 1.1.4.1. Các nghiên cứu ở trong nước Từ những năm 1941, giáo sư Bùi Đình Sang và giáo sư Richard ở Trường ĐH Y Dược Hà Nội đã dùng dầu gấc để chế tạo son môi. Dầu gấc còn có thể được chế tạo làm kem dưỡng da. Theo Công ty chế biến dầu thực vật và thực phẩm Việt Nam (VNPOFOOD), doanh nghiệp đầu tiên nghiên cứu về gấc và xuất khẩu dầu gấc cho thị trường Mỹ từ những năm 1999, dầu gấc hoàn toàn có thể thay thế được Sudan trong ngành công nghiệp hóa mỹ phẩm và thực phẩm, khắc phục được những hiểm họa từ hóa chất độc hại gây ra. Bác sĩ Nguyễn Công Suất là người đã có nhiều năm tham gia nghiên cứu về gấc cùng với các nhà khoa học Mỹ và các giáo sư nổi tiếng trong ngành y dược Việt Nam. Ông là người đã mạnh dạn biến gấc thành thuốc, thành thương phẩm phục vụ cho sức khỏe cộng đồng và trở thành người đầu tiên đặt thương hiệu cho trái gấc Việt Nam với tên gọi VINAGA. 9 Giáo sư Nguyễn Văn Đàn và các cộng sự của mình ở Học viện quân y đã dùng dùng dầu gấc để làm giảm lượng cholesterol trong máu, phòng chống nguy cơ đột quỵ và các bệnh về tim mạch. Giáo sư Hà Văn Mạo và giáo sư Đinh Ngọc Lâm ở Viện Quân Y 108 đã sử dụng dầu gấc vào việc ngăn chặn nguy cơ ung thư gan nguyên phát. Giáo sư Phan Thị Kim và giáo sư Bùi Minh Đức ở Viện Dinh Dưỡng đã bảo vệ đề tài dùng dầu gấc phòng chữa bệnh dạ dày tá tràng… Gần đây, giáo sư Đinh Ngọc Lâm và giáo sư Hà Văn Mạo đã tiến hành nghiên cứu công trình khoa học cấp Nhà nước tạo ra chế phẩm Gacavit từ màng đỏ cùi gấc có tác dụng khắc phục tác hại của dioxin đối với cơ thể con người, phòng và chữa xơ gan và ung thư gan nguyên phát, giảm tác hại của ung thư. 1.1.4.2. Các nghiên cứu ở nước ngoài Theo nghiên cứu của Đại học Califomia thì hàm lượng lycopen có trong dầu gấc ở Việt Nam cao gấp 70 lần so với cà chua. Mặt khác, lycopen có trong cà chua phải chiên với dầu mỡ thì mới có tác dụng sinh học với cơ thể, còn trong trái gấc đã chứa sẵn các chất axit béo không no, vì thế lycopen được hào tan một cách tự nhiên. Tại trung tâm sức khỏe Haifa, các chuyên gia đã tiến hành kiểm tra hàm lượng lycopen trong các xét nghiệm của bệnh nhân và hoàn toàn bất ngờ bởi lycopen là chất chống oxy hóa rất tích cực, nó có khả năng ngăn ngừa sự hình thành oxy hóa LDL, lipoprotein tỉ trọng thấp hay được gọi là cholesterol “ có hại”, góp phần hình thành các mảng xơ vữa động mạch, do đó sẽ ngăn chặn được chứng xơ vữa động mạch và các nguy cơ dẫn đến đột quỵ. Tháng 5/2007, các giáo sư ở Trường Đại Học Tokyo ( Nhật Bản) đã nghiên cứu thành công đề tài khoa học dùng tinh dầu của gấc để điều trị những biến chứng của bệnh tiểu đường. Theo một số nghiên cứu của Mỹ được công bố gần đây cho thấy, các hợp chất của beta–carotene, lycopen, alphatocopherol… có trong dầu gấc có tác dụng làm vô hiệu hóa 75% các chất gây ung thư nói chung, nhất là ung thư vú ở phụ nữ (http://www.gacviet.com). 10 Từ những nghiên cứu trên ta thấy, công dụng của gấc là vô cùng to lớn, đây thật sự là loại quả có kinh tế và giá trị dinh dưỡng cao. Tuy nhiên, hiện nay các sản phẩm từ gấc chưa được quan tâm nhiều, đặc biệt là đối với sản phẩm dạng vi nang. Vì vậy, đề tài này sẽ mở ra một hướng mới về chế biến sản phẩm từ gấc. 1.1.5. Các sản phẩm gấc hiện có trên thị trường Hiểu được công dụng của quả gấc to lớn nên nhiều cơ sở sản xuất chế biến thực phẩm đã đi nghiên cứu và cho ra thị trường nhiều sản phẩm từ gấc, đáp ứng nhu cầu tiêu thụ, mang lại sự bổ dưỡng, tiện lợi và giá cả phù hợp với túi tiền của người tiêu dùng. Dưới đây là một số sản phẩm chế biến từ gấc có mặt trên thị trường hiện nay: Hình 1.2. Dầu gấc Việt Nam G8 Hình 1.3.Viên gấc Vinaga (Công ty VNPOFOOD) ( Công ty VNPOFOOD) 11 Hình 1.4. Dầu gấc nguyên chất ( Công ty TNHH MTV Gấc Việt) Hình 1.5. Viên Nang dầu gấc ( Công ty TNHH MTV Gấc Việt) Thị trường Mỹ rất ưa chuộng các sản phẩm thực phẩm chức năng từ gấc Việt Nam và gọi gấc là “ Quả đến từ thiên đường – Fruit from heaven”. Các sản phẩm từ gấc hiện nay chủ yếu tồn tại dạng dầu gấc , viên nang dầu gấc, bột màng gấc sấy khô, nước uống gấc, bột nhão từ gấc,…. Năm 2003, Viện Dinh Dưỡng đã hợp tác với Trung tâm CEDERO, giáo sư Bùi Đình Sang và giáo sư Bùi Đình Oánh, trường Đại học Bách Khoa, Đại học Nông nghiệp 1, Công ty Đồng Nam Dược Hà Nội, xây dựng dự án phát triển trồng gấc quy mô gia đình và công nghiệp, triển khai sản xuất màng đỏ hạt gấc sấy khô, ép dầu gấc xuất khẩu và tiêu dùng nội địa, sản xuất mứt kẹo, bánh kem xốp gấc, sản xuất trứng gà có lượng vitamin A, E cao, cholesterol thấp góp phần phòng và điều trị bệnh mãn tính thiếu vitamin A và tăng cường sức khỏe. Hạn chế của sản phẩm chế biến từ gấc: Những sản phẩm hiện nay chủ yếu ở dạng viên nang mềm rất dễ bị tác động bởi độ ẩm, nhiệt độ,… làm cho lớp vỏ bị tan, hay dính vào nhau làm cho những hợp chất carotenoids trong dầu gấc dễ tương tác với môi trường và do đó mất đi hoạt tính của sản phẩm chế biến từ gấc trong quá trình bảo quản và đặc biệt trong quá trình chế biến thực phẩm ( gia nhiệt, phối trộn, sự có mặt của oxy,…). Ví dụ: sau 3 tuần bảo quản, hàm lượng lycopen hao hụt 100% đối với hệ nhũ tương Lecithin/ nước, 70% đối với hệ nhũ tương Lecithin/ sữa. Nguyên cứu của Nguyễn Minh Thủy ( Đại học Cần Thơ) trên các sản phẩm sử dụng bột màng gấc sấy khô 12 cũng chỉ rằng hàm lượng beta–carotene trong bột gấc giảm theo quá trình xử lý nhiệt và thời gian bảo quản sản phẩm. Sự biến đổi này tuân theo mô hình động học bậc nhất biến đổi một phần. Vấn đề đặt ra trong chế biến và bảo quản sản phẩm từ gấc: Quả gấc Việt Nam chứa rất nhiều hoạt chất quý giá đối với sức khỏe con người. Sử dụng gấc hàng ngày có thể phòng và trị nhiều bệnh trong đó có những bệnh hiểm nghèo như ung thư. Tuy nhiên, các hợp chất quý giá của gấc lại chỉ được hấp thu tốt nhất khi tồn tại dưới dạng hòa tan trong dầu ( dầu gấc) và rất dễ bị các tác nhân môi trường phá hủy ( oxy hóa). Điều này hạn chế khả năng sử dụng của dầu gấc trong công nghiệp thực phẩm và thời gian bảo quản dầu gấc. Hiện nay, việc sử dụng gấc vẫn chưa phong phú ngoại trừ các món ăn truyền thống của dân tộc như xôi gấc, chè gấc. Đa dạng hóa các sản phẩm chế biến từ gấc là một hướng đi quan trọng nhằm tăng khả năng sử dụng của gấc trong thành phần dinh dưỡng hàng ngày của người Việt Nam. Vấn đề đặt ra là làm thế nào để vừa bảo vệ được các hoạt tính sinh học quý báu của nó, vừa tăng giá trị sử dụng và ứng dụng của gấc. 1.2. Giới thiệu về công nghệ vi nang 1.2.1. Lịch sử hình thành và các công trình nghiên cứu công nghệ vi nang  Năm 1964 vi nang lần đầu tiên được mô tả bởi T.M.S.Chang.  Năm 1980 một phạm vi nhỏ vi bao được biết đến như tuyến tụy nhân tạo sinh học được thực hiện bởi F.Lim và M.Sun.  Kể từ 1980 đến 2005: những cải thiện về tính ổn định, tính thấm, khả năng tương thích sinh học của vi nang càng ngày được cải thiện. Đồng thời trong thời gian này những cải tiến về mặt kỹ thuật như sự tinh khiết vật liệu và sự cấy ghép như tạo hình dị mô, mô hình động vật lớn hơn, liệu pháp điều trị thử nghiệm cũng được cải thiện. Trong những năm gần đây, kĩ thuật vi nang 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 nang được áp dụng trên rất nhiều nguyên liệu khác 13 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 nang 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 tạo vi nang các thành phần của thực phẩm. 1.2.2. Công nghệ vi nang là gì? Công nghệ vi nang là quá trình mà trong đó các hạt (dạng rắn) hay các giọt (dạng lỏng) của vật liệu có hoạt tính sinh học (lõi, nhân) được bao lại trong một mạng lưới tạo bởi các vật liệu sinh học (vỏ, màng bao) để tạo ra các phần tử có kích thước micromet ( từ 1 đến 1000µm) gọi là vi nang. Vật liệu làm lõi có thể là hương liệu, dầu, chất béo, vitamin, chất tạo màu, enzyme, probiotique. Vật liệu làm vỏ có thể là tinh bột, protein, gôm và một số vật liệu khác như cyclodextrin, liposome, vi sinh vật. Mục đích của công nghệ tạo vi nang: Tạo một lớp vỏ bọc có kích thước micromet đóng vai trò như một công cụ giúp biến đổi và bảo vệ các hợp chất có hoạt tính sinh học cao như enzyme, tế bào (probiotic), chất thơm, chất màu thực phẩm, vitamin,… là một biện pháp hữu hiệu để bảo vệ hoạt tính của các vật liệu chính khỏi các điều kiện bất lợi về môi trường, chẳng hạn như tác động không mong muốn của ánh sáng, độ ẩm, và oxy, qua đó góp phần làm tăng tuổi thọ của sản phẩm, và thúc đẩy một giải phóng có kiểm soát các hoạt chất trong viên bao nang đồng thời nâng cao giá trị sử dụng của chúng. Trong ngành công nghiệp thực phẩm, quá trình bọc vi nang có thể được áp dụng cho nhiều lý do. Các lý do có thể được tóm tắt như sau:  Bảo vệ của vật liệu lõi (hoạt chất) khỏi của sự suy thoái bằng cách giảm phản ứng của nó với môi trường bên ngoài.  Giảm bay hơi hoặc tốc độ truyền chất của vật liệu lõi ra môi trường bên ngoài  Tăng khả năng hấp thụ của hoạt chất qua thành ruột.. 14  Thích hợp với nhiều nhóm chất khác nhau ( rắn, lỏng, hợp chất dễ bay hơi, hỗn hợp ).  Thuận lợi cho việc cân đo đong đếm và sử dụng, dễ dàng phân tán hơn trong pha thực phẩm.  Biến cải các đặc tính vật lý của vật liệu ban đầu để cho phép xử lý dễ dàng hơn.  Tinh chỉnh sự phát thải chất liệu lõi ra môi trường từ từ theo thời gian, hoặc tại một thời điểm cụ thể.  Để che dấu một hương hoặc vị không mong muốn của vật liệu lõi.  Pha loãng của vật liệu lõi dù rằng nồng độ hoạt chất là nhỏ nhưng vẫn đạt được sự phân tán đồng nhất hoạt chất trong vật liệu lưu giữ.  Để giúp tách riêng các thành phần của một hỗn hợp nếu không chúng sẽ phản ứng với nhau.  Nguyên liệu thực phẩm như chất tạo vị chua, hương liệu, chất làm ngọt, chất màu, chất béo, vitamin và khoáng chất, các enzym và vi sinh vật, được bao bọc bằng cách sử dụng các công nghệ khác nhau.  Tăng cường một số tiêu chuẩn kỹ thuật của sản phẩm: tăng hạn sử dụng, hạn chế tương tác không mong muốn giữa các chất, chịu được tốt hơn quá trình công nghệ, có thể điều khiển quá trình giải phóng chất được bao gói. 1.2.3. Cơ chế tạo hạt chitosan theo phương pháp nhỏ giọt 1.2.3.1. Tính chất của chitosan Chitosan là một polymer hữu cơ có cấu trúc tuyến tính từ các đơn vị β – D Glucosamin liên kết với nhau bằng liên kết β – 1,4 glucoside. Khối lượng mol của chitosan phụ thuộc nguồn gốc nguyên liệu và công nghệ phân tách, song nó có thể lên tới 5*105 g/mol. Hình1.6. Công thức hóa học chitosan 15 Có thể xếp chitosan vào nhóm chất điện phân đa điềm có khả năng tích điện dương không bền. Do có giá trị pKa xấp xỉ 6.5 nên chitosan có thể mang điện tích dương và có khả năng hòa tan trong môi trường từ acid đến trung tính. Mật độ điện tích và độ hòa tan phụ thuộc mức độ deacetyl của phân tử. Những phân tử chitosan có mức độ deacetyl không vượt quá 40% mới có thể tan trong dung dịch acid. Ngoại trừ trường hợp của các oligomer, chúng có độ hòa tan cao hơn trong khoảng pH rộng hơn. Chitosan có thể tạo gel với tripolyphosphate và alginate, ngoài ra nó cũng có khả năng tạo màng rất tốt. - Độ deacetyl của chitosan Độ deacetyl của chitosan là một thông số quan trong, đặc trưng cho tỉ lệ giữa 2- acetamido-2-deoxy-D-glucopyranose với 2-amino-2-deoxy-D-glucopyranose trong phân tử chitosan. Tính chất của chitosan như khả năng hút nước, khả năng hấp phụ chất màu, kim loại, kết dính với chất béo, kháng khuẩn, kháng nấm, mang DNA… phụ thuộc rất lớn vào độ deacetyl hóa. Chitosan có độ deacetyl cao thì có khả năng hấp phụ chất màu, tạo phức với kim loại tốt hơn. Tương tự, khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của chitosan cao hơn ở các mẫu chitosan có độ deacetyl cao. Cụ thể, khả năng kháng khuẩn tốt đối với chitosan có độ deacetyl trên 90%. Tuy nhiên, khả năng hút nước của chitosan thì giảm đi khi tăng độ deacetyl. Kết quả nghiên cứu của Trung và cộng sự (2006) cho thấy khả năng hút nước của chitosan có độ deacetyl hóa thấp (75%) đạt đến 659% cao hơn nhiều so với chitosan có độ deacetyl hóa cao chỉ đạt 486%. - Phân tử lượng và độ nhớt của chitosan. Phân tử lượng của chitosan cũng là một thông số quan trọng, nó quyết định tính chất của chitosan như khả năng kết dính, tạo màng, tạo gel, khả năng hấp phụ chất màu, đặt biệt là khả năng ức chế vi sinh vật. Chitosan có phân tử lượng càng lớn thì độ nhớt càng sao, tuy nhiên chitosan có phân tử lượng thấp thì thường có hoạt tính sinh học cao hơn, thường có nhiều ứng dụng trong công nghiệp, y học và công nghệ sinh học. Chitosan có phân tử lượng lớn có khả năng tạo màng tốt và màng chitosan tạo thành có sức căng tốt, thông thường phân tử lượng của chitosan nằm trong khoảng từ 100000 Dalton đến 1200000 Dalton (Li và cộng sự 1997). 16 1.2.3.2. Cơ chế tạo hạt chitosan theo phương pháp nhỏ giọt Phương pháp này dựa trên khả năng đông tụ (tạo gel) của vật liệu làm vỏ bao khi được nhỏ giọt vào trong một môi trường thích hợp. Phương pháp nhỏ giọt sử dụng tính chất của chitosan là một polysaccharide bazơ yếu, chitosan không tan trong dung dịch kiềm và trung tính chính vì thế chitosan bị kết tủa tạo giọt ngay khi dung dịch chitosan tiếp xúc với dung dịch kiềm ( NaOH, KOH). Khi được hòa tan trong môi tường acid, chitosan tan do các nhóm – NH2 ở vị trí C – 2 của đơn vị D – ghucosamine bị proton hóa. Vì thế , quá trình tạo nối ngang ion để tạo thành hạt vi nang chitosan. Ví dụ điển hình của phương pháp nhỏ giọt là hiện tượng dung dịch muối alginate 0.6-4% (theo khối lượng) đông tụ thành gel trong dung dịch canxi clorua nồng độ từ 0.05-1.5M. Ngoài ra, người ta cũng có thể dựa vào tính chất đông tụ của từng polymer cụ thể để thiết lập hệ thống tạo giọt phù hợp: chitosan đông tụ trong môi trường kiềm, gelatin đông tụ khi hạ nhiệt độ, carrageenan đông tụ khi gặp lạnh và có mặt ion K+ … Hình 1.7. Sự khuếch ion OH- và tạo lớp vỏ chitosan trong quá trình đông tụ chitosan trong môi trường kiềm 1.2.3.3. Kỹ thuật tạo vi nang bằng phương pháp nhỏ giọt Để bảo về các hợp chất có lợi trong dầu gấc như beta-carotene, lycopene, vitamin E...... đồng thời mở rộng phạm vi ứng dụng cho sản phẩm dầu gấc thì cần 17 phải tìm biện pháp bảo vệ nhằm giảm mức độ oxy hóa/ bay hơi của những hợp chất này, nhằm mục đích kéo dài thời hạn sử dụng cho sản phẩm chứa các hợp chất đó. Công nghệ vi nang là một lựa chọn đầu tiên để giải quyết yêu cầu này. Thiết bị nhỏ giọt có thể chỉ đơn giản là một ống hút, ống tiêm, vòi phun, ống phun, máy cắt, đĩa phun, luồng không khí đồng trục, hoặc điện trường (hình 1.8 bởi Zhang và cộng sự năm 2007 cho cấu tạo một hệ thống nhỏ giọt và phun). Thông thường, các hạt được tạo ra có đường kính từ 0.2 đến 5 mm tùy thuộc vào công cụ nhỏ giọt và độ nhớt của dung dịch alginate. Ngoài ra, phương pháp ép đùn hoặc nhỏ giọt có thể được sử dụng với một vòi phun đồng trục (co-extrusion) để tạo ra loại hạt vi bao dạng lõi-vỏ (core-shell) với lõi (core) là một hợp chất ưa lipit và vỏ (shell) là một mạng lưới gel. Trong một nghiên cứu gần đây của Prüsse và cộng sự (2008), các kỹ thuật khác nhau được sử dụng phổ biến để tạo hạt được phân tích để kiểm tra khả năng tương tác với những chất lỏng có độ nhớt khác nhau. Công nghệ nhỏ giọt hoặc ép đùn này chỉ phù hợp cho việc sản xuất các hạt dạng hình cầu (đường kính lên tới 800 mm) từ các dung dịch natri alginate có độ nhớt thấp với nồng độ nhỏ hơn 2% (w/w), trong khi các dung dịch natri alginate có độ nhớt cao khó có thể được xử lý với kỹ thuật rung. Với các công nghệ tĩnh điện, hệ thống cắt phản lực, và luồng không khí thổi đồng trục các vi cầu tạo ra được phân bố đều và kích thước khá đồng nhất . Hình 1.8. Kỹ thuật tạo vi nang. (a) cắt dòng, (b) nhỏ giọt, (c) ly tâm, (d) nhỏ giọt có dòng khí, (e) nhỏ giọt trong điện trường. Hơn nữa, kỹ thuật nhỏ giọt được so sánh với những phương pháp khác trên phương diện năng suất. Năng suất thu được hạt từ công nghệ sử dụng dòng khí 18 đồng trục và tĩnh điện là rất thấp. Vì vậy, các công nghệ này được giới hạn cho các ứng dụng nhỏ hoặc quy mô phòng thí nghiệm khi chỉ có một số lượng ít mẫu được xử lý. Hình 1.9. Hệ thống nhỏ giọt trong thí nghiệm Kỹ thuật rung giúp tăng năng suất tới hơn 50 lần so với các kỹ thuật nói trên. Ngoài ra, hệ thống rung rất thích hợp cho quy mô phòng thí nghiệm cũng như các quy mô ứng dụng lớn khi sử dụng các thiết bị đa vòi phun cho quy mô lớn. Kỹ thuật sử dụng máy cắt có thể phù hợp cho cả quy mô phòng thí nghiệm và quy mô công nghiệp để sản xuất các vi cầu. Ngoài cách sử dụng hệ tạo gel canxialginate, người ta có thể chuẩn bị các vi cầu với nhiều hệ khác, ví dụ, bằng cách thả k-carrageenan 4% vào kali clorua 0,3 M, hoặc sử dụng gelatin hay một dung dịch agar được đun nóng thả vào một bể được làm lạnh. 19 Hình 1.10. Hệ thống tạo hạt bằng phương pháp cắt. 1.3. Tình hình nghiên cứu tạo vi nang dầu gấc ở Việt Nam. Công nghệ vi nang là một lĩnh vực rất được thế giới quan tâm và cũng đã có rất nhiều công bố khoa học về tạo vi nang các hợp chất hòa tan trong dầu ( tinh dầu, dầu cá, axit béo không no PUFA,…). Phương pháp phổ biến sử dụng là phương pháp sấy phun và phương pháp đông tụ. Tuy nhiên, vi nang dầu gấc thì hiện nay có rất ít công bố trên thế giới. Công bố gần đây nhất là của Kha và cộng sự nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện sấy đối với quá trình sấy màng gấc ở nhiệt độ từ 120oC đến 200oC với vật liệu trợ sấy là maltodextrin ở các nồng độ khác nhau ( 10%, 20%, 30%). Hiệu suất tạo vi nang đạt từ 30 – 80% (Kha và cộng sự 2010). Nghiên cứu của Vương và cộng sự 2005, Viện Công nghiệp thực phẩm, thử nghiệm tạo vi nang beta – carotene thu được từ nấm sợi Blakeslea trispora bằng phương pháp đông tụ với gelatin làm rắn bằng glutaraldehyde và phương pháp bay hơi dung môi sử dụng chitosan. Đối với phương pháp bay hơi dung môi, vi nang tạo thành có màu nâu đậm, hiệu suất tạo vi nang đạt được 27.27%, đồng thời hạt vi nang có kích thước dưới 100µm. Đối với phương pháp đông tụ, nhóm tác giả đã tạo 20 được vi nang có màu vàng cam, có kích thước dưới 400µm với hiệu suất tạo vi nang lên tới 80.68%. Tuy nhiên, sản phẩm vi nang tạo thành theo hai phương pháp này không có khả năng hòa tan vào trong nước. Nghiên cứu của Đặng và cộng sự 2009, Đại học Dược Hà Nội, nghiên cứu tạo hạt nano dầu gấc với phương pháp khuếch tán nhũ tương và polymer hóa bề mặt. Nghiên cứu sử dụng polyvinyl alcohol làm vỏ vi nang. Ngoài ra, các công bố về sản xuất bột gấc mới chỉ quan tâm đến chế độ tách chiết và sấy để bảo quản hoạt tính của dầu gấc chứ chưa quan tâm tới biện pháp bảo vệ các hoạt tính đó (tạo vi nang) (Tran 2007). 21 CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là nghiên cứu công nghệ tạo vi nang dầu gấc sử dụng chất bao gói chitosan theo phương pháp nhỏ giọt. 2.2. Nguyên vật liệu nghiên cứu 2.2.1. Nguyên liệu Dầu gấc nguyên chất sản xuất tại Công ty TNHH Đông Phương, Cần Thơ. Chitosan nguồn gốc Trung Quốc, độ DA > 90%, độ nhớt dung dịch 1% trong acid acetic 1% đạt 13,3 – 14,3 cP. 2.2.2. Hóa chất a. Acid Acetic Acid acetic, hay còn gọi là etanoic, là một axít hữu cơ, mạnh hơn acid carbonic. Phân tử gồm nhóm methyl liên kết với nhóm carboxyl. Giấm là acid acetic nồng độ từ 2–6%. Giấm được điều chế bằng cách lên men rượu etylic.  Công thức: C2H4O2  Điểm nóng chảy: 16 °C  Mật độ: 1,05 g/cm³  Điểm sôi: 118 °C  Khối lượng phân tử: 60,05 g/mol b. Chất hoạt động bề mặt  Span 80 Hình 2.1. Công thức cấu tạo của chất hoạt động bề mặt Span 80  Công thức phân tử: C24H44O6  Khối lượng phân tử 428,61g/ mol  Là chất lỏng như dầu, màu nâu vàng, không độc hại 22  Chỉ số OH: 190 – 220 (mg KOH/g)  Tỷ trọng: 0.994g/ml ở 20oC  Điểm chớp cháy: > 110oC  Chỉ số Iot: 60 – 75 (mg Iot/g)  Chỉ số HLB: 4.3  Chỉ số xà phòng hóa: 140 – 160 (mg KOH/g)  Hàm lượng nước: 0.5% max  Chỉ số acid: 8.0 max (mg KOH/g)  Tween 80 Hình 2.2. Công thức cấu tạo của chất hoạt động bề mặt Tween 80  Công thức phân tử: C66H124O26  Khối lượng phân tử: 1310 g/mol  Là chất lỏng màu vàng nhạt, không độc hại  Nhiệt độ sôi: 100oC  Tỷ trọng: 1.08 g/ml  Chỉ số HLB: 15  Điểm chớp cháy: >110oC  Chỉ số xà phòng hóa: 45 – 55 (mg KOH/g)  Điểm vẩn đục: 93oC  Hàm lượng nước: 3% max  Chỉ số acid: 2.0 max (mg KOH/g) 23  Lecithin Hình 2.3. Công thức cấu tạo của chất hoạt động bề mặt Lecithin  Có tính tạo nhũ và làm bền nhũ tương  Có màu nâu vàng, khồng độc hại  Phân tán trong nước  Tan tốt trong dầu, các dung môi không phân cực  Ký hiệu: E322  Chỉ số HLB = 3 – 4 ( đối với lecithin phân cực thấp), HLB = 10 -12 (đối với lecithin hiệu chỉnh) c. Dung môi  n – hexan Hình 2.4. Công thức cấu tạo của dung môi n – hexan  Là một thành phần quan trọng của xăng. Chất lỏng không màu ở nhiệt độ phòng. Là dung môi không phân cực, dễ bay hơi có mù giống xăng. Tương đối an toàn và phần lớn trơ với các chất khác.  Công thức phân tử: C6H14 24  Khối lượng phân tử: 86.18 g/mol  Tỉ trọng: 0.655 g/cm3  Nhiệt độ đông đặc: -95oC  Nhiệt độ sôi: 69oC  Điểm từ phát cháy: 233.9oC  Petroleum ether Hình 2.5. Công thức cấu tạo của dung môi Petroleum ether  Petroleum ether còn được gọi là benzine, naphtha petroleum hay ligroine, là một hỗn hợp hydrocarbon lỏng không màu, dễ bay hơi, dễ cháy, không tan trong nước, thường được sử dụng như một dung môi không phân cực.  Khối lượng phân tử: 87 – 90 g/mol  Khối lượng riêng : 0.625 – 0.660 g/cm3  Nhiệt độ sôi: 20 – 75oC  Aceton Hình 2.6. Công thức cấu tạo của dung môi Aceton  Aceton là hợp chất hữu cơ. Là một chất lỏng dễ bay hơi, dễ cháy, không màu và là dạng ceton đơn giản nhất.  Điểm nóng chảy: - 95oC  Công thức phân tử: C3H6O 25  Điểm sôi: 56oC  Khối lượng phân tử: 58.08 g/mol  Cồn tuyệt đối. \ Hình 2.7. Công thưc cấu tạo của cồn tuyệt đối  Công thức phân tử: C2H5OH  Nồng độ 99.5%  Là chất lỏng không màu, mùi thơm dễ chịu và đặc trưng, vị cay, nhẹ hơn nước  Khối lượng riêng: 0.7963g/ml ở 15oC  Nhiệt độ sôi: 78.39oC, dễ bay hơi, hóa rắn ở -114.15oC  Tan trong nước vô hạn, tan trong eter và chloroform hút ẩm, dễ cháy, khi cháy không có khói và ngọn lửa có màu xanh da trời. d. Kiềm  NaOH  Natri hydroxit tạo thành dung dịch kiềm mạnh khi hào tan trong dung môi như nước.  Điểm nóng chảy: 318oC  Khối lượng phân tử: 39.997 g/mol  Điểm sôi: 1.388oC  Có thể tan trong nước, methanol, etanol.  KOH  Kali hydroxit là một hydroxit kiềm mạnh có tính ăn mòn. Là một chất rắn kết tinh màu trắng, ưa ẩm.  Tan trong nước. 26  Điểm nóng chảy: 406oC  Khối lượng phân tử: 56.1056 g/mol  Điểm sôi: 1.327oC e. Nước cất. 27 2.2.3. Dụng cụ, trang thiết bị Bảng 2.1. Dụng cụ và trang thiết bị phục vụ nghiên cứu. Dụng cụ Trang thiết bị Pipet 10ml, đồ bóp nhựa. Cân phân tích. Con cá từ. Cân kỹ thuật. Cốc thủy tinh. Máy khuấy từ. Ống đong 250ml. Tủ lạnh. Đũa thủy tinh. Thiết bị đồng hóa (hiệu IKA T18 Ống hút nhựa. Basic, ULTRA_TURRAX). Bình định mức 10ml. Bể ổn nhiệt (tủ ấm 40 – 45oC). Ống nghiệm nút xoáy. Tủ sấy 105oC. Giấy lọc, giấy bạc. Kính hiển vi soi nổi: Model Motic Đĩa nhựa, muỗng, rây lọc, thau BA 300; kính hiển vi 3 mắt ngắm có nhựa, khăn giấy. camera và máy tính. Ống nhỏ hạt 6 đầu. Phần mềm chụp ảnh MC Camera. Băng keo, giấy ghi nhãn, túi Phần mềm đo kích thước hạt ImageJ đựng mẫu. 14.6. Phểu lọc thủy tinh. Máy đo quang UV-VIS Cốc sứ 30ml có nắp. Máy đo lưu biến. Bình hút ẩm. Máy Vortex. Găng tay, khẩu trang y tế. Máy đo độ nhớt hiệu Ống đong 250ml. BROOKFEIELD dòng Viscometer – Ống ly tâm. DV – I Prime, mode LVDV_I, serial AP 6522124. Máy đo pH cầm tay. Máy ly tâm. Thiết bị lọc hút chân không. Máy nghiền mẫu khô. Máy đánh siêu âm. 28 2.3. Phương pháp nghiên cứu 2.3.1. Quy trình tạo vi nang Hình 2.1: Quy trình tạo vi nang sử dụng đầu nhỏ giọt 6 đầu Thuyết minh quy trình: Dung dịch chitosan 3,5% được chuẩn bị trong acid acetic 1%, để tan hoàn toàn qua đêm. Nhũ tương chitosan – dầu gấc được tạo thành bằng cách đồng hóa hỗn hợp (chitosan, dầu gấc 3%, chất nhũ hóa 5%) tại tốc độ 19000 v/ph trong 10 phút. Nhũ tương sau đó được nhỏ giọt vào dung dịch kiềm NaOH hoặc KOH với các nồng độ khác nhau (0.5M, 1M, 1.5M, 2M). Hạt được ngâm trong kiềm 60 phút, rửa bằng nước cất 3 lần và để khô tự nhiên. 2.3.2. Phân tích tính chất hạt vi nang 2.3.2.1. Phân tích hàm lượng beta – carotene trong hạt Hàm lượng beta-carotene trong hạt được xác định theo phương pháp xây dựng bởi Nguyễn Thị Hiền (2014). Beta-carotene được trích ly với hỗn hợp Petroleum ether/ Aceton (1/1 v/v). Dịch chiết được mang xác định độ hấp thụ ánh sáng tại bước sóng 451nm. Hàm lượng beta-carotene được tính từ đường chuẩn sau : 29 Hàm lượng beta-carotene trong dịch mang đo (µg/ml) = BC = 55,968*A451 + 8,2593 Hàm lượng beta-carotene trong mẫu (mg/g) = BC*1000*v*f/m Trong đó : - v là thể tích dịch chiết (ml) - f là hệ số pha loãng - m là khối lượng mẫu 2.3.2.2. Phân tích tính lưu biến của hạt. Tính chất lưu biến của hạt được đo trên máy đo lưu biến CR-500DX. Cường độ lực nén sử dụng 1N, tốc độ di chuyển đầu do 60 (mm/min). Các thông số khảo sát: - Lực tạo gel (Gel strength) - Độ cứng (Hardness) 2.3.2.3. Phân tích kích thước và hình dạng hạt. Kích thước và hình dạng của hạt được quan sát dưới kính hiển vi soi nổi sử dụng camera và phần mềm chụp ảnh Future WinJoe. Hình ảnh sau đó được xử lý trên phần mềm ImageJ 14.6. Các thông số được xác định bao gồm: - Phân bố kích thước hạt (theo diện tích – Area) - Độ tròn – Circularity (Tỷ lệ giữa chu vi thực của hạt và chu vi của đường tròn có cùng diện tích, có giá trị từ 0 – 1). oĐộ tròn > 0,96: Hạt tròn (Primery spheres) oĐộ tròn [...]... nghiên cứu ứng dụng phổ biến, hiệu quả đối với vi nang dầu gấc sử dụng chất bao gói chitosan Mục đích cuối cùng của việc tạo vi nang dầu gấc là sẽ giúp bảo vệ được tốt hơn các hoạt tính quý giá của dầu gấc và đa dạng hóa sản phẩm có sử dụng dầu gấc Vì vậy em đã thực hiện đề tài: Nghiên cứu bao gói dầu gấc trong chitosan bằng phương pháp nhỏ giọt - Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt và điều kiện đông tụ ... của đề tài là: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của điều kiện đông tụ tới quá trình tạo hạt và ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt tới quá trình tạo hạt Nội dung thực hiện:  Ảnh hưởng của điều kiện đông tụ tới khả năng tạo vi nang  Ảnh hưởng của điều kiện đông tụ tới kích thước và hình dạng hạt 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.Giới thiệu về dầu gấc và ứng dụng 1.1.1 Giới thiệu về dầu gấc Dầu gấc. .. chất đông tụ của từng polymer cụ thể để thiết lập hệ thống tạo giọt phù hợp: chitosan đông tụ trong môi trường kiềm, gelatin đông tụ khi hạ nhiệt độ, carrageenan đông tụ khi gặp lạnh và có mặt ion K+ … Hình 1.7 Sự khuếch ion OH- và tạo lớp vỏ chitosan trong quá trình đông tụ chitosan trong môi trường kiềm 1.2.3.3 Kỹ thuật tạo vi nang bằng phương pháp nhỏ giọt Để bảo về các hợp chất có lợi trong dầu gấc. .. sản xuất bột gấc mới chỉ quan tâm đến chế độ tách chiết và sấy để bảo quản hoạt tính của dầu gấc chứ chưa quan tâm tới biện pháp bảo vệ các hoạt tính đó (tạo vi nang) (Tran 2007) 21 CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là nghiên cứu công nghệ tạo vi nang dầu gấc sử dụng chất bao gói chitosan theo phương pháp nhỏ giọt 2.2 Nguyên... của dầu gấc và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Điều này hạn chế lĩnh vực ứng dụng của sản phẩm dầu gấc Tạo vi nang là một quá trình bắt nhốt các hoạt chất cần bao gói vào trong một cấu tử có kích thước micromet nhằm mục đích bảo vệ và giải phóng chúng một cách có kiểm soát Có rất nhiều phương pháp tạo vi nang, trong đó phương pháp nhỏ giọt là phương là phương pháp đang có triển vọng và đang được nghiên. .. quan tâm và cũng đã có rất nhiều công bố khoa học về tạo vi nang các hợp chất hòa tan trong dầu ( tinh dầu, dầu cá, axit béo không no PUFA,…) Phương pháp phổ biến sử dụng là phương pháp sấy phun và phương pháp đông tụ Tuy nhiên, vi nang dầu gấc thì hiện nay có rất ít công bố trên thế giới Công bố gần đây nhất là của Kha và cộng sự nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện sấy đối với quá trình sấy màng gấc ở... tạo hạt chitosan theo phương pháp nhỏ giọt Phương pháp này dựa trên khả năng đông tụ (tạo gel) của vật liệu làm vỏ bao khi được nhỏ giọt vào trong một môi trường thích hợp Phương pháp nhỏ giọt sử dụng tính chất của chitosan là một polysaccharide bazơ yếu, chitosan không tan trong dung dịch kiềm và trung tính chính vì thế chitosan bị kết tủa tạo giọt ngay khi dung dịch chitosan tiếp xúc với dung dịch... phương pháp đông tụ, nhóm tác giả đã tạo 20 được vi nang có màu vàng cam, có kích thước dưới 400µm với hiệu suất tạo vi nang lên tới 80.68% Tuy nhiên, sản phẩm vi nang tạo thành theo hai phương pháp này không có khả năng hòa tan vào trong nước Nghiên cứu của Đặng và cộng sự 2009, Đại học Dược Hà Nội, nghiên cứu tạo hạt nano dầu gấc với phương pháp khuếch tán nhũ tương và polymer hóa bề mặt Nghiên cứu. .. dụng gấc hàng ngày có thể phòng và trị nhiều bệnh trong đó có những bệnh hiểm nghèo như ung thư Tuy nhiên, các hợp chất quý giá của gấc lại chỉ được hấp thu tốt nhất khi tồn tại dưới dạng hòa tan trong dầu ( dầu gấc) và rất dễ bị các tác nhân môi trường phá hủy ( oxy hóa) Điều này hạn chế khả năng sử dụng của dầu gấc trong công nghiệp thực phẩm và thời gian bảo quản dầu gấc Hiện nay, việc sử dụng gấc. .. phần chất béo được chiết ra từ màng hạt gấc, là chất lỏng, sánh, trong, màu đỏ máu, mùi thơm ngọt đặc biệt, vị béo, không khé cổ Nếu để lâu hoặc ở nhiệt độ 0 - 50C xuất hiện cặn, cặn đó là các tinh thể carotenoid Dầu gấc có thể được sản xuất bằng phương pháp khác nhau:  Chiết bằng dung môi ete dầu hỏa: người ta lấy kiệt dầu trong màng hạt gấc bằng dung môi ete dầu hỏa, sau đó thu hồi ete dầu hỏa bằng ... bề mặt điều kiện đông tụ Mục tiêu đề tài là: Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện đông tụ tới trình tạo hạt ảnh hưởng chất hoạt động bề mặt tới trình tạo hạt Nội dung thực hiện:  Ảnh hưởng điều kiện. .. nang dầu gấc giúp bảo vệ tốt hoạt tính quý giá dầu gấc đa dạng hóa sản phẩm có sử dụng dầu gấc Vì em thực đề tài: Nghiên cứu bao gói dầu gấc chitosan phương pháp nhỏ giọt - Ảnh hưởng chất hoạt động. .. VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  ĐÀO THỊ KIM THOA NGHIÊN CỨU BAO GÓI DẦU GẤC TRONG CHITOSAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHỎ GIỌT - ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT VÀ