Tìm hiểu kỹ thuật vi bao trong công nghệ thực phẩm và ứng dụng của nó

Nang siêu nhỏ có thể hình cầu có hình dạng, với một lớp vỏ bao bao quanh nhân, một số khác là có hình dạng không đối xứng hoặc đa hình dạng

Như chúng ta đã biết, dân số ngày càng tăng trong khi đó tài nguyên thiên nhiên dầndần càng kiệt, bên cạnh đó những biến đổi khí hậu, thảm họa thiên nhiên thì ngày mộtdiễn ra, khủng hoảng kinh tế thì vẫn đang tiếp tục, tất cả những yếu tố đó đã tạo nên sức

ép cho con người, đòi hỏi con người phải có những sáng chế để giúp chính chúng ta đứngvững trong cuộc sống Vì vậy, chính con người đã không ngừng đưa ra những phát minhmới vào phục vụ đời sống

Và một trong những lĩnh vực được con người áp dụng rộng rãi đó là ngành côngnghệ thực phẩm Năm 2011, thực phẩm đi theo hai khuynh hướng đó là ứng dụng côngnghệ Nano và quan tâm tới vấn đề an ninh lương thực với mục đích mang lại cho nhânloại những giá trị tốt đẹp nhất, chẳng hạn như chúng ta đã ứng dụng thành công côngnghệ GMO, công nghệ Probiotic, công nghệ vi bao, kĩ thuật sấy phun, kĩ thuật ép đùn….,chính những thành tựu đó đã mở ra cho nghành Công nghệ thực phẩm một bước ngoặtmới, tạo ra bước đột phá trong việc đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng cho con người

Với mong muốn tìm hiểu rõ hơn nữa những tính mới trong nghành thực phẩm,

nhóm chúng em xin được chọn đề tài : “Tìm hiểu kỹ thuật vi bao trong công nghệ thực

phẩm và ứng dụng của nó”

MỤC LỤC

Chương I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VI BAO

I.1 Vi bao là gì? 3

I.2 Lịch sử ngành công nghệ vi bao 4

Chương II PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ II.1 Các phương pháp vi bao 6

II.1.1 Phương pháp hóa học 6

II.1.2 Phương pháp vật lý 8

II.2 Công nghệ và thiết bị sử dụng trong kỹ thuật vi bao 9

Chương III ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ VI BAO II.1 Ứng dụng trong các nhành công nghệ 11

III.1.1 Ứng dụng trong ngành in 11

III.1.2 Ứng dụng trong ngành dệt 12

III.1.3 Ứng dụng trong nông nghiệp 12

III.1.4 Ứng dụng trong dược phẩm 12

III.1.5 Ứng dụng trong sinh học 12

III.2 Ứng dụng trong thực phẩm 16

KẾT LUẬN 23

TÀI LIỆU THAM KHẢO 24

Chương I

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VI BAO I.1 Vi bao là gì?

Quá trình vi bao có thể được định

nghĩa là quá trình bao phủ một chất

trong một chất khác trên một quy mô

rất nhỏ, năng suất khác nhau từ viên

nang nhỏ hơn một micromet đến vài

trăm micromet Nang siêu nhỏ có thể

hình cầu có hình dạng, với một lớp vỏ

bao bao quanh nhân, một số khác là có

hình dạng không đối xứng hoặc đa hình

dạng Tất cả ba trạng thái của vật chất

(rắn, chất lỏng, và khí) đều được dùng trong vi bao Điều này cho phép vật liệu lỏng vàkhí được xử lý dễ dàng hơn là chất rắn

Vi bao có thể đạt được bởi vô số các kỹ thuật để đạt được nhiều mục đích Các chất

có thể được vi bao với ý định là vật liệu nhân được giới hạn trong lớp vỏ của viên trongmột khoảng thời gian cụ thể Ngoài ra, vật liệu nhân có thể được đóng gói được giảiphóng hoặc là dần dần đi qua các lớp vỏ viên nang, được gọi là sự giải phóng hoặckhuếch tán có kiểm soát, hoặc khi điều kiện bên ngoài kích hoạt các vỏ nang bị vỡ, tanchảy, hoặc phân hủy

Các chất được đóng gói có thể được gọi là vật liệu nhân, thành phần hoạt chất hoặctác nhân, chất nhồi, hạt nhân, hoặc pha nội Các vật liệu dùng để bao gói được gọi là lớpphủ, màng, vỏ, hoặc vật liệu vách Các vi nang có thể có một lớp hoặc nhiều lớp vỏ sắpxếp theo tầng lớp có độ dày khác nhau xung quanh lõi

Vi bao ma trận

Vi bao đa nhânhoặc đa lõi

Túi đơn hoặc

đa phiến mỏng Mixen

Hạt gel Hydro

Vi bao rỗng hoặc màng bao

Các dạng vi bao:

I.2 Lịch sử ngành công nghệ vi bao:

1964: vi bao lần đầu tiên được mô tả bởi

1980: Một phạm vi nhỏ vi bao đuợc biết đến như tuyến

tụy nhân tạo sinh học được thực hiện bởi F.Lim

Những cải tiến kỹ thuật: sự tinh khiết vật liệu

Sự cấy ghép: Tạo hình dị mô, mô hình động vật lớn hơn, liệu pháp điều trị thử nghiệm

Những tính chất quan trọng của việc bao gói: tính ổn định, tính thấm,kích cỡ, khảnăng tương thích sinh học

Tính chất của alginat phụ thuộc vào thành phần cấu tạo của alginat: tính hìnhthành gel alginat với cation hóa trị II phụ thuộc vào hàm lượng G cũng như liên kết đặchiệu giữa G với ion hóa trị II

T.M.S Chang

Chương II

PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ

II.1 Các phương pháp vi bao:

Phương pháp vi bao thường được phân loại thành hai nhóm: phương pháp hóa học

và phương pháp cơ học hoặc vật lý Tuy nhiên, cách phân loại này có thể không hoàn

dựa trên một phản ứng hóa học và một vài kỹ thuật hóa học đôi khi chỉ dựa trên cácthông số vật lý Một dấu hiêu rõ ràng hơn để phân loại một phương pháp bao là có hoặckhông có vi nang được sản xuất trong thùng chứa hoặc hoặc lò phản ứng có chất lỏng,như trong phương pháp hoá học, trái với phương pháp cơ học hoặc vật lý, nó có sử dụngpha khí như một phần của quá trình bao và chủ yếu dựa trên các thiết bị có giá trị cao đểtạo ra vi bao

II.1.1 Phương pháp hóa học:

Viên nang cho giấy phi cacbon và cho nhiều ứng dụng khác được sản xuất bởi kỹthuật hóa học được gọi là sự tạo giọt phức tạp Phương pháp bao này lợi dụng phản ứngcủa các phân tử polyme (-) và (+) dạng dung dịch như gelatin và gum Arabic Cácpolymer hình thành một trạng thái cô đặc được gọi là giọt phức tạp Giọt này tồn tại ởtrạng thái cân bằng với pha loãng nỗi trên bề mặt Khi hỗn hợp vật liệu nhân và nước

được đưa vào hệ thống, màng mỏng của những giọt polymer này phủ lên các giọt nhân đãđược phân tán Lớp màng mỏng này sau đó được làm đặc lại để tạo thành vi nang.

Interfacial polymerization (IFP) là một phương pháp hóa học khác của vi bao Kỹthuật này được đặc trưng bởi sự hình thành vách qua sự trùng hợp nhanh của cácmonome trên bề mặt của các giọt nhỏ hoặc các hạt nhân đã được phân tán Một monome

đa chức năng được hòa tan trong vật liệu nhân, và dung dịch này sẽ phân tán trong mộtpha có nước Một chất phản ứng với đơn phân được thêm vào pha nước, và sự trùng hợpnhanh chóng xảy ra trên bề mặt lõi của các giọt nhỏ, hình thành nên màng vi nang IFP cóthể sẵn sàng được sử dụng cho các vi bao lớn hơn, nhưng quá trình sản xuất các vi nangnhỏ hơn trong phạm vi khoảng 20 – 30 µm thì có giá trị thương mại hơn, sử dụng chothuốc diệt cỏ và thuốc trừ sâu, hay thậm chí là có đường kính nhỏ hơn 3-6 µm đối vớimực in giấy carbon

Polymer – polymer không tương thích cũng được gọi là sự phân chia pha, thườngđược nhóm chung với các kỹ thuật bao hóa học khác, mặc dù thực tế thường không cóphản ứng hóa học tham gia vào quá trình này Phương pháp này sử dụng hai polymer hòatan trong một dung môi phổ biến nhưng không kết hợp với nhau trong dung dịch

Những polyme có hai pha riêng biệt, một phần trong polyme tham gia vào quátrình hình thành màng vi nang, những phần khác có trong polyme polymer không tươngthích dùng để tạo ra sự tách biệt của hai pha Các polymer thứ hai không có xu hướng đểtrở thành một phầncủa màng vi bao hoàn chỉnh mặc dù một số có thể bị giữ lại bêntrong vỏ nang và giữ lại như là một chất không tinh khiết

Hỗn hợp polyme hóa là kỹ thuật bao hóa học rất giống với polyme hóa giữa hai bềmặt phân cách Đặc điểm phân biệt của hỗn hợp trùng hợp là không có chất phảnứng chứa trong nhân Tất cả các trùng hợp xảy ra trong pha liên tục, hơn là trên cả haimặt của bề mặt phân cách giữa pha liên tục và vật liệu nhân Ví dụ về phươngpháp này bao gồm hệ thống bao urê-formaldehyde (UF) và formaldehyde melamine (MF)

…

Quá trình ly tâm đã được phát triển từ những năm 1940 để bao các loạidầu cá và vitamin, khỏi quá trình oxy hóa Trong phương pháp này một hệ nhũtương dầu và nước được ép qua các lỗ nhỏ trong một cốc quay bêntrong một bể dầu Phần nước của nhũ tương có nhiều trong trùng hợp nước hòa tan, giốngnhư gelatin khi được làm lạnh Những giọt thu được được làm lạnh để hình thành những

hạt ma trận-polyme hóa gel chứa những giọt dầu phân tán mà đã được sấy khô để táchriêng.

Tương tự như quá trình ly tâm, quá trình sử dụng ống phun ngập để sản xuất vinang khi vật liệu dầu trong nhân được ép với gelatin thông qua một vòi phun hai chấtlỏng Những giọt dầu sẽ được bọc trong gelatin khi chúng được ép qua vòi Sau

đó, các viên nang được làm mát để làm đông tụ màng , trước khi được thu lại và sấy khô

II.1.2 Phương pháp vật lý

Sấy phun là một phương pháp vi bao cơ học được phát triển vào những năm 1930.Một nhũ tương được chuẩn bị bằng cách phân tán vật liệu nhân, thường là một loại dầuhoặc thành phần hoạt chất trộn lẫn với nước, cho vào một dung dịch vật liệu vỏ bao đậmđặc cho đến khi các giọt dầu đạt được kích thước mong muốn Nhũ tương được phun vàocác giọt bằng cách bơm chất lỏng thông qua một đĩa quay vào trong khoang đốt nóng củamáy sấy phun Các viên thu được thông qua quá trình xả liên tục từ buồng sấy phun

Fluid bed coating, một phương pháp đóng gói cơ học, bị hạn chế để đóng gói vậtliệu nhân rắn, bao gồm cả chất

lỏng thấm vào chất rắn xốp Kỹ

thuật này được sử dụng rộng rãi

để đóng gói dược phẩm Các hạt

rắn được lơ lửng trên một luồng

phun không khí và sau đó được

phủ bằng một lớp sơn vật liệu

lỏng Các viên này sau đó được

chuyển đến một nơi mà vỏ của

họ là kiên cố hóa bằng cách làm

lạnh hoặc làm bốc hơi dung

môi Quá trình lơ lửng, phun, và

làm mát được lặp lại cho đến khi vỏ ngoài của các viên nang có độ dày mong muốn Quátrình này được gọi là quá trình Wurster khi vòi phun được đặt ở dưới cùng của tầng sôicủa các hạt Cả hai phương pháp fluidized bed coating và quá trình Wurster là biến thểcủa phương pháp pan coating Trong pan coating, các hạt rắn được trộn lẫn với một vậtliệu sơn khô và nhiệt độ được nâng lên để các vật liệu sơn tan chảy và bao bọc các hạtnhân, và sau đó làm rắn bằng cách làm lạnh

Quá trình phun ly tâm thường sản xuất viên nang có kích thước lớn hơn, từ 250micrometi một đường kính vài milimet Các vật liệu nhân và vỏ không nên để lẫn vớinhau, được đẩy qua một máy quay chất lỏng hai vòi Chuyển động này tạo thành một sợidây không đứt đoạn mà tự nhiên chia thành những giọt tròn ngay sau khi ra khỏi vòiphun Các lớp vỏ được củng cố bằng cách làm lạnh hoặc tẩm gel, tùy thuộc vào thànhphần và tính chất của vật liệu lớp phủ.

Một quá trình bao gói cơ học khác là phân đĩa phương pháp kéo sợi Pha nhân phântán vào trong các nguyên liệu vỏ dạng lỏng và hỗn hợp được nâng lên một đĩa quay Giọtvật liệu vỏ được ném ra khỏi vành của đĩa quay cùng với các hạt rời rạc của vật liệu nhânnằm trong một lớp vật liệu vỏ Sau khi đã được làm rắn bằng cách làm lạnh sẽ thu thậpđược các vi nang rời rạc nhau

II.2 Công nghệ và thiết bị sử dụng trong kỹ thuật vi bao:

Phương pháp nhỏ giọt

Công nghệ sấy phun

Chương III ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ VI BAO

Có rất nhiều ứng dụng đối với công nghệ vi bao Công nghệ vi bao được sử dụngtrong nông nghiệp, dược phẩm, thực phẩm, mỹ phẩm và nước hoa, giấy dệt may, sơn, keodán, in ấn , và các ngành công nghiệp khác…

III.1 Ứng dụng trong các ngành công nghệ:

III.1.1 Ứng dụng trong ngành in:

Trong lịch sử, giấy phi carbon là sản phẩm tiêu dùng đầu tiên sử dụng màng vi bao.Một lớp màng vi bao không màu được áp dụng cho các tờ đầu tiên và tiếp tục được ápdụng cho các tờ tiếp theo Khi viết tạo ra một áp lực, các viên nang phá vỡ và mực phảnứng với thuốc tráng để tạo ra màu đen cho bản sao

III.1.2 Ứng dụng trong ngành dệt:

Ngày nay, ngành công nghiệp dệt may sử dụng các vật liệu vi bao để tăng năng suấtsản phẩm Một ứng dụng ngày càng được sử dụng là sự kết hợp những vật liệu thay đổilớp vi bao (PCMs) Những vật liệu thay đổi này hấp thụ và giải phóng nhiệt để thích ứngvới những thay đổi nhiệt độ môi trường Khi nhiệt độ tăng lên, các vật liệu thay đổi tan

ra, hấp thụ nhiệt quá mức, và trở nên mát hơn Ngược lại, khi nhiệt độ giảm, PCM giảmnhiệt để đông đặc lại, trở nên ấm hơn Vì vậy, sử dụng các vật liệu thay đổi lớp vi bao cóthể được ứng dụng để làm tăng mức độ thoải mái cho người sử dụng dụng cụ thể thao,thiết bị quân sự, giường, quần áo, vật liệu xây dựng, và các sản phẩm tiêu dùng khác Vibao PCMs thậm chí còn được sử dụng trong các hệ thống bảo vệ bằng nhiệt NASA chotàu vũ trụ

III.1.3 Ứng dụng trong nông nghiệp:

Thuốc trừ sâu được bao sẽ phát tán theo

thời gian, cho phép nông dân sử dụng thuốc trừ

sâu ít hơn thay vì đòi hỏi nồng độ rất cao và có

thể ứng dụng các chất độc ban đầu bằng cách sử

dụng lặp đi lặp lại để chống lại sự mất hiệu quả

do rửa trôi, bay hơi, và suy thoái Bảo vệ khỏi

việc nhiễm thuốc trừ sâu đến các yếu tố làm giảm

các nguy cơ đối với môi trường và những người

tiếp xúc với các hoá chất và đưa ra kế hoạch kiểm soát dịch hại hiệu quả hơn

III.1.4 Ứng dụng trong dược phẩm:

Có nhiều loại thuốc uống và tiêm được vi bao để kéo dàithời gian và cố định vị trí trong cơ thể Ví dụ, nhưAspirin,có thể gây ra viêm loét dạ dày vàchảy máu nếudùng nhiều cùng một lúc Vì vậy thuốc viên aspirinthường được sản xuất bằng cách nén các viên nang siêunhỏ lại và sau đó nó sẽ dần dần sẽ giải phóng các aspirinthông qua lớp vỏ , giảm nguy cơ tổn thương dạ dày

III.1.5 Ứng dụng trong sinh học:

A - Nghiên cứu về “Sự giải phóng acid ascorbic vi bao trong ống nghiệm và ảnh hưởng của nó đến giá trị sinh học của sắt”

Các nghiên cứu này được thực hiện để kiểm tra sự ổn định của acid ascorbic vi baotrong dạ dày và đường ruột mô phỏng trong ống nghiệm và hiệu quả củaacid ascorbic đối với giá trị sinh học của sắt Vật liệu lớp phủ được sử dụng là

polyglycerol monostearate (PGMS) và triacylglycerol chuỗi trung bình (MCT), và nhânbên trong là L- acid ascorbic và sắt amoni sulfat Khi acid ascorbic được vi bao bởiMCT, mức độ giải phóng acid ascorbic là 6,3% ở pH=5 và 1,32% ở pH=2 trong dịch dạdày mô phỏng trong thời gian 60 phút Khi acid ascorbic được vi baobởi PGMS, các acid ascorbic được giải phóng nhiều hơn, khoảng 9,5-16,0% Tương

tự, lượng acid ascorbic giải phóng ra tăng lên đáng kể khoảng 94,7% và 83,8% khi đượcbao bởi MCT và PGMS cũng với 60 phút nuôi cấy trong dung dịch ruột mô phỏng Với các nghiên cứu tiếp theo về kiểm tra xem acid ascorbic có làm tăng giá trị sinhhọc của sắt hay không Kết quả thu được cho thấy, thành phần và độ bão hòa sắt huyếtthanh tăng lên đáng kể khi đối tượng tiêu thụ sữa có chứa cả sắt vi bao và acid ascorbic vibao, so với những đối tượng tiêu thụ sắt không bao gói hoặc sắt được bao gói mà không

có acid ascorbic Do đó, các dữ liệu hiện tại cho thấy rằng acid ascorbic được vibao với cả hai loại PGMS và MCT là phương pháp hiệu quả để bổsung acid ascorbic vào sữa và tăng cường giá trị sinh học của sắt

Sữa là thực phẩm thông dụng và bổ dưỡng, tuy nhiên, nó có chứa một hàm lượng sắtrất thấp (Hegenauer et al, 1979.) Theo các cuộc điều tra dinh dưỡng gần đây, thiếumáu do thiếu sắt là một vấn đề rất phổ biến và đáng quan tâm, nguyên nhân do không

đủ lượng sắt, đặc biệt là ở trẻ em, thanh thiếu niên, và phụ nữ trong độ tuổi có kinh trêntoàn thế giới (Hanes, 1974; Dinh dưỡng Canada 1973 ) Gần đây, các bác sĩ nhikhoa và các chuyên gia dinh dưỡng khuyến cáo nên bổ sung sắt vào công thức chếbiến thực phẩm để cải thiện tình trạng thiếu máu (Hegenauer và cộng sự, 1979) Tuynhiên, việc tăng cường sắt trong chế biến thực phẩm là rất khó khăn do sự ôxi hóa tiềm

ẩn các vị lạ, sự biến đổi màu sắc, sự lắng cặn và vị kim loại (Jackson và Lee, 1991) cũng

có thể là do kết quả của sự ôi hóa lipid của chất béo có trong sữa (Edmonson et al, 1971.).Axit Ascorbic được biết đến là tham gia vào việc trao đổi chất của sắt trong độngvật (NRC, 1993) Ascorbic acid giúp tăng cường hấp thu sắt từ ruột bằng cách đưa sắtIII về sắt II, một dạng hòa tan nhiều hơn để dễ hấp thu hơn (Monsen, 1982).Axit Ascorbic cũng tham gia với adenosine triphosphate (ATP) trong việc giải phóng vàlàm giảm sắt III trong ferritin (phức sắt - protrein), và sau đó hợp nhất với protein,apoferritin và transferrin, vào ferritin mô (Lim và cộng sự năm 2000.) Tuyvậy, acid ascorbic rất không ổn định và dễ dàng bị phá hủy trong quá trình chếbiến bởi nhiệt độ, pH, oxy, tia UV… Để khắc phục một số hạn chế của axit ascorbic, kỹthuật vi bao có thể là một ứng dụng tốt Vi bao cho thấy tiềm năng như là một chất mangtrong hệ thống thực phẩm, có thể là một phương pháp tốt cho việc bổ sung acid ascorbic,sắt vào các sản phẩm chế biến từ sữa (Jackson và Lee, 1991; Berseneva và cộng sự năm1990.) Hiện tại, đã có sự quan tâm đáng kể trong việc phát triển các hương vị và cácenzym được bao lại Uddin và cộng sự (2001) chỉ ra rằng acid ascorbic vi bao cóthể ngăn cản sự biến đổi màu sắc do acid ascorbic, làm chậm tốc độ giải phóng ra của