Hệ nano chất béo rắn bao giữ dầu gấc trong kem dưỡng ẩm

Với mục tiêu nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện bảo quản: tia UV, nhiệt độ 45oC và nhiệt độ thường đến hệ nano chất béo rắn SLN-dầu gấc kết quả sau 30 ngày lưu trữ cho thấy tia UV và nhi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NGHIÊN CỨU TẠO HỆ NANO CHẤT BÉO RẮN BAO GIỮ DẦU GẤC THỬ NGHIỆM TRÊN NỀN KEM DƯỠNG ẨM

Chuyên ngành: Công nghệ hóa học

GVHD : PGS.TS LÊ THỊ HỒNG NHAN

TS MAI HUỲNH CANG

ThS LÊ THỊ THANH THỦY

SVTH : PHẠM ĐĂNG NGUYÊN

TRẦN THANH THỦY

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 09/2016

ii

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin gửi đến các thầy cô trong Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học, Trường Đại học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh lời cảm ơn chân thành vì đã tận tình truyền đạt cho em những kiến thức quý giá trong quá trình học tập, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để em thực hiện đề tài một cách tốt nhất

Em xin chân thành cảm ơn cô Lê Thị Hồng Nhan – giảng viên trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM, cô Lê Thị Thanh Thủy và cô Mai Huỳnh Cang, giảng viên Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học, Trường Đại học Nông Lâm Tp.HCM đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên em, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài này

iii

TÓM TẮT

Đề tài “ nghiên cứu tạo hệ nano chất béo rắn bao giữ dầu gấc thử nghiệm trên nền kem dưỡng ẩm” được thực hiện tại phòng thí nghiệm I4 thuộc Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học, trường Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh và phòng thí nghiệm Bộ môn Hữu cơ, trường Đại học Bách Khoa Tp HCM, thời gian từ tháng 8 năm 2015 đến tháng 12 năm 2016

Với mục tiêu nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện bảo quản: tia UV, nhiệt độ

45oC và nhiệt độ thường đến hệ nano chất béo rắn SLN-dầu gấc kết quả sau 30 ngày lưu trữ cho thấy tia UV và nhiệt độ 45oC làm thay đổi tính chất vật lý cũng như hóa học của hệ Cấu trúc nền kem dưỡng ẩm được điều chế từ thành phần thiên nhiên: sáp ong, dầu dừa và chất hoạt động bề mặt span 80 có độ đặc, độ nhớt, độ đồng đều cao và

ổn định sau 3 tháng bảo quản ở nhiệt độ thường, tránh sáng Kết quả phối trộn thử nghiệm 10% huyền phù SLN-dầu gấc với nền kem cũng cho kết quả khả quan

iv

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH HÌNH vi

DANH SÁCH BẢNG vii

DANH SÁCH PHỤ LỤC viii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ix

Chương 1:MỞ ĐẦU 1

Chương 2:TỔNG QUAN 2

2.1 GẤC 2

2.1.1 Giới thiệu 2

2.1.2 Thành phần hóa học 4

2.1.3 Carotenoid 5

2.1.4 β-carotene 6

2.1.5 Lycopen 8

2.2 HẠT NANO CHẤT BÉO RẮN 11

2.2.1 Giới thiệu 11

2.2.2 Phân loại 12

2.2.3 Thành phần 13

2.2.4 Độ bền của hệ SLN 14

2.2.5 Phương pháp tạo hệ nano chất béo rắn 14

2.2.6 Ưu điểm, tính chất nổi trội 16

2.3 MỘT SỐ CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 18

Chương 3:THỰC NGIỆM 21

3.1 ĐỐI TƯỢNG, THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM 21

3.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 21

3.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHÍNH 21

v

3.4 HÓA CHẤT – THIẾT BỊ 21

3.4.1 Hóa chất 21

3.4.2 Thiết bị 22

3.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

3.5.1 Đo LDS (Laser diffraction spectrometry) 22

3.5.2 Đo cấu trúc 23

3.6 TIẾN TRÌNH THÍ NGHIỆM 24

3.6.1 Điều chế SLN-dầu gấc 24

3.6.2 Khảo sát các điều kiện bảo quản hệ huyền phù SLN-dầu gấc25 3.6.3 Thử nghiệm điều chế nền kem dưỡng ẩm từ thành phần thiên nhiên ……….26

3.6.4 Khảo sát tỉ lệ sáp ong ảnh hưởng đến quá trình tạo nền kem dưỡng ẩm………… 26

Mục đích: Ổn định kem, tạo sự đồng nhất và độ mềm dẻo của nền kem dưỡng ẩm 26

Yếu tố cố định: Nhiệt độ, tốc độ đồng hóa, tỉ lệ các thành phần (tỉ lệ của nước và dầu là 6:4 so với hỗn hợp ) 26

Yếu tố thay đổi: tỉ lệ sáp ongthay đổi từ 2.5%, 3%, 3.5%, 4% 26

3.6.5 Thử nghiệm phối trộn SLN-dầu gấc trên nền kem dưỡng ẩm27 Chương 4: KẾT QUẢ 28

4.1 ĐIỀU CHẾ HỆ HUYỀN PHÙ NANO 28

4.2 ĐỘ BỀN CỦA SẢN PHẨM 29

4.2.1 Ảnh hưởng của chiếu xạ UV 29

4.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ 32

4.3 ĐIỀU CHẾ NỀN KEM DƯỠNG ẨM 33

4.4 ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG 35

Chương 5:KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 37

5.1 KẾT LUẬN 37

5.2 KIẾN NGHỊ 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

PHỤ LỤC 42

vi

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1:Quả gấc chín 2

Hình 2.2:Hạt gấc 3

Hình 2.3: Isoprene[7] 5

Hình 2.4: Cấu trúc phân tử của β-carotene[2] 7

Hình 2.5: Cấu trúc phân tử lycopene[2] 8

Hình2.6: Các dạng SLN từ trái qua là matrix, vỏ, lõi [19] 12

Hình2.7: Dạng matrix của hệ nano béo rắn[19] 13

Hình 2.8: Cấu tạo của SLN dạng matrix 13

Hình 3.1 :Nguyên lý LDS 22

Hình 3.2: Quy trình tạo hệ nano chất béo rắn 24

Hình 3.3 : Quy trình trích ly dầu gấc tự do bằng dung môi n-hexane 25

Hình 3.4: Quy trình tạo nền kem dưỡng ẩm 26

Hình 4.1: Mẫu SLN-dầu gấc (trái) và mẫu Blank SLN-dầu gấc (phải) trong điều kiện chiếu xạ UV 29

Hình 4.2: Mẫu Blank SLN-dầu gấc (trái) và SLN-dầu gấc (phải) sau 300 phút chiếu xạ UV 30

Hình 4.3: Phổ HPLC của dịch chiết n-hexan của mẫu SLN-dầu gấc (a) và Blank SLN-dầu gấc (b) khi chiếu xạ UV 30

Hình 4.4: Dịch trích n-hexane dầu gấc tự do trong mẫu SLN-dầu gấc (trái) và Blank SLN-dầu gấc (phải) trong điều kiện che kín 31

Hình 4 5: Kích thước trung bình hạt béo rắn SLN-dầu gấc khi bảo quản ở 10oC. 32

Hình 4.6:Sự thay đổi màu sắc và trạng thái của mẫu ở các ngày 0 (a), ngày 2 (b), ngày 4 (c)) trong quá trình lưu trữ tại nhiệt độ cao (mẫu SLN-dầu gấc-trái và mẫu Bank SLN-dầu gấc -phải) 33

Hình 4.7: Mẫu thử nền kem trắng (trái) –Mẫu thử nền kem chứa 10% huyền phù (phải) 35

vii

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1: Thành phần hóa học của gấc (tính trên 100g màng hạt)[6] 4

Bảng 2.2:Bảng hàm lượng β- carotene trong 100g thực phẩm ăn được 8

Bảng 2.3: Nguồn thực phẩm của lycopene 9

Bảng 2.4: Các phương pháp phổ biến tạo hệ SLN 16

Bảng 3.1:Điều kiện công nghệ và thành phần thích hợp 27

Bảng 4.1:Điều kiện công nghệ và thành phần thích hợp 28

Bảng 4 2: Hàm lượng lycopene trong dịch chiết hai mẫu SLN-dầu gấc và Blank SLN-dầu gấc trong điều kiện chiếu xạ UV và che kín 31

Bảng 4.3:Cấu trúc của nền kem dưỡng da trước khi trộn huyền phù SLN sau thời gian bảo quản ở 0 ngày và sau 90 ngày 34

Bảng 4.4: Một số tính chất vật lý của sản phẩm 35

viii

DANH SÁCH PHỤ LỤC

Phụ lục 1: NGUYÊN LIỆU 42 Phụ lục 2: KẾT QUẢ ĐO LDS 44 Phụ lục 3: KẾT QUẢ ĐO CẤU TRÚC 45

ix

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

SLN - Nano chất béo rắn

NLC - Nano chất béo mang hoạt chất

HPLC - Sắc ký lỏng hiệu năng cao

UV-Vis - Phổ tử ngoại-khả kiến

HĐBM - Chất hoạt động bề mặt

LDS - Laser diffraction spectrometry

v/p - vòng/phút

Gấc được xem như là thần dược với làn da, có tác dụng chống lão hóa, phòng chữa sạm da, dưỡng da, bảo bệ da, giúp cho da luôn hồng hào, tươi trẻ và mịn màng Trong gấc, β-Caroten (tiền Vitamin A): cao gấp 1,8 lần so với dầu gan cá thu, 15 lần

so với cà rốt, là β-caroten thiên nhiên thuần tuý nên có tác dụng chống lão hoá mạnh nhất đồng thời bổ sung nguồn Vitamin A giúp duy trì một làn da khỏe mạnh, tăng độ đàn hồi và độ ẩm cho da Trong gấc có chứa lycopen cao gấp 70 lần so với cà chua[9], đến mức có thể tự kết tinh thành những tinh thể Đây là chất carotenoid có khả năng chống lão hóa rất mạnh và cũng là carotenoid duy nhất có khả năng ngăn ngừa được chứng nhồi máu cơ tim và bảo vệ gen khỏi bị tổn thương (cơ thể không tự tổng hợp được chất này) Chính vì những giá trị đặc biệt này mà những nghiên cứu gần đây đã quan tâm tìm cách đưa carotenoid vào mỹ phẩm như kem dưỡng da nhằm dưỡng và bảo vệ làn da Tuy nhiên, khuyết điểm lớn nhất của carotenoid là nhạy vối nhiệt độ, ánh sáng, oxy nên thường dễ bị phân hủy Hiện nay người ta hướng theo công nghệ nano để giúp bảo vệ các chất kém bền như carotenoid

Hệ nano chất béo rắn được giới thiệu năm 1991 như là một hệ phân tán có kích thước 50-1000nm, có nhiều ưu điểm có thể khắc phục được hạn chế của các hệ hạt nano khác trong hệ keo truyền thống Hệ này có khả năng phóng thích hoạt chất đúng mục đích và là một hệ dẫn truyền tốt đối với các hoạt chất có tính kỵ nước, khó hấp thu vào cơ thể[22,5]

Do đó, tạo hạt nano chất béo rắn bao carotenoid là phương pháp mới để tối đa hoạt tính của catotenoid, tăng độ bền khi phối trộn vào các sản phẩm mỹ phẩm Đây cũng chính là lý do thực hiện của đề tài này

2

Chương 2 TỔNG QUAN

2.1 GẤC

2.1.1 Giới thiệu

Gấc (danh pháp hai phần: Momordica cochinchinensis),gấc là cây thuốc thực

phẩm, sinh trưởng phát triển ở vùng nhiệt đới Ở Việt Nam cây mọc hoang và được trồng từ lâu đời trên khắp các vùng lãnh thổ, vùng núi cao trên 1500m không gặp Gấc

ưa sáng nên thân luôn leo cao vươn lên chiếm ánh sáng Gấc ưa đất giàu mùn, ẩm nhưng không úng, nhiệt độ thích hợp là 20 - 25oC, vũ lượng 1500 - 2000 mm/năm Nhiệt độ dưới 15oC cây sinh trưởng chậm, ra hoa không đậu quả Ở Việt Nam hiện có

2 giống: giống quả chín màu đỏ thường trồng ở vùng đồng bằng và trung du, giống quả chín màu vàng thường trồng ở các tỉnh miền núi như Lai Châu, Sơn La Ở trên thế giới, gấc chủ yếu được trồng ở ấn Độ, Trung Quốc, Philippin, Lào, Việt Nam [1]

Gấc giàu các chất carotenoid và lycopene

Hình 2.1:Quả gấc chín

Ngoài việc sử dụng trong ẩm thực, gấc còn được sử dụng trong y học tại Việt Nam Màng hạt được dùng để hỗ trợ điều trị bệnh khô mắt, giúp tăng cường thị lực do

nó là nguồn khá tốt để bổ sung vitamin A dưới dạng carotenoid Tương tự, trong y học

cổ truyền Trung Hoa người ta cũng dùng hạt gấc cả trong cơ thể lẫn ngoài da Phân tích hóa học của quả gấc cho thấy nó có hàm lượng cao của một số chất dinh dưỡng thực vật, điều này đã gây chú ý cho một số học giả Nhật Bản và phương Tây

3

Gấc đặc biệt giàu lycopene Theo tỷ lệ khối lượng, nó chứa nhiều lycopene gấp 70 lần cà chua[9] Người ta cũng phát hiện thấy nó chứa beta-caroten nhiều gấp 10 lần cà rốt hoặc khoai lang Hạt gấc còn có tên gọi khác là: mộc tất tử, thổ mộc miết, mộc biệt tử Đông y gọi hạt gấc là "mộc miết tử" vì nó dẹt, hình gần như tròn, vỏ cứng, mép có răng cưa, hai mặt có những đường vân lõm xuống, trông tựa như con ba ba nhỏ Theo các sách cổ, nhân hạt gấc vị đắng, hơi ngọt, tính ôn, hơi độc, vào hai kinh can và đại tràng, có tácdụng chữa mụn nhọt, tiêu thũng[1]

Hình 2.2:Hạt gấc

β-Caroten(150mg%), cao gấp 2 lần so với dầu gan cá thu, 15 lần so với cà rốt,

là β-caroten thiên nhiên thuần tuý nên có tác dụng chống lão hoá mạnh nhất đồng thời

bổ sung nguồn Vitamin A một cách hợp lý và an toàn (dùng Vitamin A tổng hợp có nguy cơ gây thừa, sẽ nguy hại cho cơ thể)

Lycopene: Dầu gấc nhiều lycopene đến mức có thể tự kết tinh thành những tinh thể, đây là chất carotenoid có khả năng chống lão hóa rất mạnh và vô hiệu hoá 75% các chất gây ung thư

Vitamin E:(12mg%): 100% Vitamin E trong dầu gấc ở dạng – α tocopherol, đây chính là Vitamin E thiên nhiên nên có tác dụng mạnh nhất Vitamin E có khả năng

hỗ trợ sự phát triển của cơ quan sinh sản và làm đẹp da

Acid Linoleic(Omega 6) 15%: Còn gọi là Vitamin F, chất này giúp bền vững thành mạch máu, ngăn ngừa các bệnh về tim mạch, giúp hạ cholesterol máu

Acid Oleic(Omega 9) 44%: Giúp phát triển hệ thống thần kinh nhất là các loại sợi có Myelin Chất này đặc biệt tốt cho bà mẹ mang thai và cho con bú, trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ (một tỷ lệ cao ngạc nhiên so với các loại dâù thực vật khác)

Các nguyên tố vi lượng như: Cobon, sắt kẽm, selen… Sản phẩm được sản xuất trên công nghệ khép kín đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm, không có hoá chất, chất bảo quản

và oxy Ở động vật carotenoid là chất chống oxy hóa và hoạt động như một nguồn vitamin A Tuy nhiên chúng không có khả năng tổng hợp carotenoid mà phải được cung cấp từ thức ăn Carotenoid được chia làm hai loại:

- Carotenoid trong công thức phân tử có chứa oxy như lutein và zeaxanthin được gọi là xanthophyll

- Carotenoid không chứa oxy trong phân tử (oxy tự do), chỉ chứa carbon và hydro như α-carotene, β-carotene và lycopene được gọi là carotene[7,8]

Carotenoid là sắc tố mà về mặt hóa học gần với carotene Đó là các hydrocarbon gồm các đơn vị isoprene Xanthophyll là carotenoid gồm nhiều chất dẫn xuất chứa nhóm hydroxyl, epoxy, aldehyde và keton Nhiều carotenoid chứa 8 đơn vị isoprene hay chứa 40 nguyêntử carbon Các carotenoid có chuỗi hydrocarbon chưa bão hòa, nối π tiếp cách, có thể khép vòng ở đầu, đôi khi có sự đối xứng trong phân tử

Hình 2.3: Isoprene[7]

2.1.3.2 Tính chất của carotenoid

Carotenoid tan trong lipid và các chất hòa tan lipid, không tan trong nước Nguyên nhân chủ yếu làm tổn thất carotenoid trong suốt quá trình chế biến và tồn trữ thực phẩm là sự oxy hóa do enzyme và không enzyme[2]

- Oxy hóa do enzyme: Enzyme lipoxygenase thúc đẩy sự oxy hóa carotenoid, tạo ra các peroxyde làm mất màu carotenoid

6

- Oxy hóa không enzyme: Do các nối đôi trong phân tử nhạy cảm với ánh sáng

và nhiệt độ Sự oxy hóa mất màu carotenoid là vấn đề quan trọng được chú ý nhiều trong công nghệ chế biến thực phẩm Sự oxy hóa tăng nhanh khi có sự hiện diện của sulfite, ion kim loại, nhiệt độ, độ ẩm, oxy không khí H2O2 và ion halogen cũng có thể làm mất màu carotenoid Thời gian chế biến nhiệt càng dài, nhiệt độ chế biến càng cao thì tổn thất carotenoid càng nhiều

Tuy nhiên, những biến đổi phản ứng hóa học và làm mất màu trong thực phẩm xảy ra do sự oxy hóa nhiều hơn do quá trình xử lý nhiệt (thông thường carotenoid chịu được nhiệt độ nấu t ≤ 100oC, có thể ổn định ở nhiệt độ 100oC trong 15 phút)

2.1.3.3 Tác dụng của carotenoid

Khoa học đã tìm được những bằng chứng xác tính rằng tính chất của carotenoid đóng vai trò rất quan trọng trong cơ thể con người, có nhiệm vụ[2]:

- Chống lại những oxidation (oxit hóa) nguy hại

- Kháng tố mutagens có công hiệu chống lại tác nhân gây đột biến cho các tế bào của các sinh vật

- Chống lại bất cứ chất nào khi tiếp xúc mô sống có thể tạo thành một tế bào ung thư

β-carotene có màu cam, thường thấy trong các loại trái cây và rau quả có màu cam như cà rốt, bí ngô, đào, khoai lang đỏ,…Nhiều nghiên cứu đã chứng tỏ vai trò và ích lợi của β-carotene trên hệ miễn dịch, ngăn ngừa nhiều loại ung thư và giảm tác hại của ánh nắng mặt trời

carotene thiên nhiên gồm hai loại phân tử gọi là các đồng phân[2]:9-cis carotene và all-trans β-carotene

Các đồng phân này đều có công thức phân tử giống nhau, nhưng cách sắp xếp của chúng trong không gian ba chiều lại khác nhau Các đồng phân như vậy thường có

7

những đặc tính sinh hóa học rất khác biệt

Hình 2.4: Cấu trúc phân tử của β-carotene[2]

2.1.4.2 Tính chất của  -carotene

 Là đồng phân quan trọng của hydrocarbon carotenoid

 Công thức phân tử là C40H56 , M = 536,85

 Nhiệt độ nóng chảy là 176 - 1830C, có kèm theo sự phân hủy

 - carotene tan tốt trong chloroform, benzen, CS2, tan trung bình trong ether, petroleum ether, dầu thực vật, tan rất hạn chế trong methanol, etanol, không tan trong nước, acid, hợp chất alkane

Tinh thể - carotene có dạng hình lăng trụ 6 mặt màu tím đậm nếu kết tinh từ dung môi benzen_methanol và có dạng lá hình thoi có màu đỏ nếu kết tinh từ dung môi petroleum ether Dung dịch - carotene loãng có màu vàng

Vì có cả 2 vòng - ionone ở 2 đầu nên -carotene có họat tính provitamin A mạnh nhất: 1 g - carotene có họat tính vitamin A là 1.67IU/g

8

Bảng 2.2:Bảng hàm lượng β- carotene trong 100g thực phẩm ăn được

Tên thực phẩm β- carotene(mcg) Tên thực phẩm β- carotene(mcg)

Hình 2.5: Cấu trúc phân tử lycopene[2]

 Lycopen là 1 chất chống oxi hóa, có tác dụng trong việc ngăn ngừa bệnh ung thư tuyến tiền liệt, ngoài ra còn làm giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch

9

2.1.5.2 Tính chất của lycopen

 Thuộc nhóm carotene, tan tốt trong ete dầu hỏa, hexan

 Dạng tinh thể màu đỏ, không bền nhiệt, acid, bazơ

 Có tỉ trọng khoảng 0,889g/cm3, điểm nóng chảy là 172-173 0C,điểm sôi 660,90C [10]

 Màng của hạt gấc có hàm lượng lycopen 380 mg/g, gấp mười lần so với trái cây giàu lycopen đã được biết như trái cà chua[11,13]

Bảng 2.3: Nguồn thực phẩm của lycopene

Nguồn mg/g trọng lượng ướt

Nước ép cà chua 86 – 100 Nước sốt cà chua 63 – 131

 Hàm lượng lycopen trong thịt gấc là 2.227 mg/g gấc tươi

 Lycopene là một chất chống oxy hóa rất mạnh, mạnh hơn 100 lần so với vitamin E Lycopene có nhiều trong các quả có màu đỏ như cà chua, ổi đỏ, đu đủ, gấc…

 Trong quá trình chín, lượng lycopene tăng gấp 10 lần, nhưng không có họat tính vitamin

 Tuy nhiên carotenoid lại không bền dưới tác dụng của ánh sáng, nhiệt và không khí

10

 Từ nghiên cứu [14] cho thấy độ bền của lycopene, ß-carotene biến đổi như sau: Dưới tác dụng của tia UV: ß-carotene< lycopene< zeaxanthin<lutein Dưới tác dụng của ánh nắng tự nhiên: lycopene< ß-carotene< zeaxanthin<lutein

 Lee và Chen [15] nghiên cứu sự ảnh hưởng của ánh sáng đối với sự thoái hóa lycopene trong điều kiện sử dung mức độ chiếu sáng từ 2000-3000 lux ở 25oC trong 6 ngày Kết quả cho thấy tổng lycopene giảm 94% sau 144h

 Một nghiên cứu khác [16] về độ bền của những carotenoid ở điều kiện 37ºC trong bóng tối nhận thấy sau 72h lycopene giảm đến 74-84%, còn ß-carotene giảm đến 64-68%

 Do tính chất kém bền nên hoạt chất được định hướng sẽ sử dụng hệ nano chất béo rắn để vừa có tác dụng dẫn truyền vừa tạo lớp bọc bảo vệ tránh khỏi việc hoạt chất bị phá hủy

Vitamin E, lycopene, lutein…trong gấc ở dạng tự nhiên có tác dụng loại các gốc tự do, gốc peroxide trong cơ thể, phòng ngừa nhồi máu cơ tim, đột qụy, nguy cơ gãy xương ở phụ nữ, kéo dài tuổi thọ…

Vai trò của lycopene trong quả gấc cũng đã được ngành y dược nước ta nghiên cứu trong vài năm gần đây Các nghiên cứu này bước đầu đã cho thấy lycopene và một

số vitamin trong dầu gấc đã có tác dụng dưỡng da, chống lão hóa, giúp bệnh nhân ung thư sau điều trị phẫu thuật, xử lý hóa chất hay tia xạ phục hồi sức khỏe nhanh chóng, giúp chữa viêm gan, xơ gan, hạ huyết áp, chống khô mắt, mờ mắt và đặc biệt giúp trẻ

là kích thước

Xu hướng đang được quan tâm đặc biệt của khoa học ứng dụng hiện nay là lĩnh vực khoa học về công nghệ nano với nhiều ưu điểm và đặc tính khác hẳn tính chất của vật liệu khối Các hạt nano là những hạt có kích thước từ 1 đến 100 nm Hạt nano

có diện tích bề mặt riêng rất cao và kích thước vi hạt làm cho chúng dễ dàng đi qua màng tế bào sinh vật, là hệ dẫn truyền thuốc tốt và tương tác nhanh chóng với hệ thống sinh học trong cơ thể Nghiên cứu về hạt nano là một nghiên cứu khoa học rộng lớn do tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau phục vụ cho cuộc sống con người, đặc biệt là trong điều trị bệnh, chăm sóc sức khỏe cá nhân

Hạt nano chất béo rắn (solid lipid nanopartcles - SLN) được giới thiệu từ những năm 1990 là một hệ phân tán có kích thước 50-1000nm, có nhiều ưu điểm khắc phục được hạn chế của các hệ nano khác trong hệ keo truyền thống như có khả năng vận chuyển hiệu quả các hoạt chất và thâm nhập dễ dàng vào màng tế bào vì kích thước vi hạt nanomet [18], các hoạt chất kỵ nước hoặc ít tan trong nước có thể được phối trộn dễ dàng vào hệ nano chất béo rắn, qui trình tổng hợp tương đối dễ thực hiện, chẳng những yêu cầu chi phí thấp mà còn không sử dụng dung môi hữu cơ độc hại, lại

có thể tiến hành sản xuất ở quy mô công nghiệp

SLN được sản xuất bằng cách thay thế chất béo dạng lỏng của một hệ nhũ bằng chất béo dạng rắn hoặc hỗn hợp nhiều chất béo rắn Hệ nano chất béo rắn đã được sản xuất thành công với đường kính siêu nhỏ, trong khoảng từ 40 nm đến 1000

nm

Trong hệ nano chất béo rắn, pha dầu là chất béo ở dạng rắn thay thế chất béo dạng lỏng, đó là điểm khác biệt so với các hệ nano khác [19] Hệ SLN này có khả năng tương thích sinh học tốt khi vào cơ thể, ít độc hại, độ bền, độ ổn định cao Đặc biệt, hệ

12

SLN là một hệ dẫn truyền tốt đối với các hoạt chất có tính chất kỵ nước và khó hấp thu vào cơ thể [18,20] Tuy nhiên, hệ SLN cũng có những hạn chế nhất định như sự dẫn truyền được những hoạt chất bị hạn chế bởi tính hòa tan trong chất béo rắn Mặt khác, các hạt lipid dễ bị sa lắng, kết tụ dẫn đến sự rò rĩ thuốc trong quá trình bảo quản

hệ Một khuyết điểm nữa của hệ là nồng độ hạt trong pha phân tán thấp, chỉ từ 1% đến 30% [19] Hệ tiểu phân nano lipid thế hệ hai NLC [21] đã được phát triển để khắc phục những hạn chế trên của SLN trong một số nghiên cứu, nhằm tăng hiệu suất nạp thuốc trong các hệ dẫn truyền thuốc

2.2.2 Phân loại

Sự phân chia loại hệ SLN phụ thuộc thành phần các chất và loại chất béo rắn,

độ tan của hoạt chất trong chất béo nóng chảy, bản chất và nồng độ của chất hoạt động

bề mặt, phương pháp tổng hợp và nhiệt độ khi tổng hợp hệ Có thể chia hệ thành 3 dạng [19]:

 SLN matrix: Hoạt chất và chất béo rắn nóng chảy phân tán vào nhau Sau khi chất béo đông đặc trở lại thì hoạt chất đã được phân bố đều

 SLN dạng vỏ (shell): Hoạt chất bao bọc bên ngoài lõi chất rắn

 SLN dạng lõi (core): Hoạt chất được bao bọc bởi lớp vỏ chất béo rắn

Hình2.6: Các dạng SLN từ trái qua là matrix, vỏ, lõi [19]

Trong ba dạng trên thì dạng ma trận là dạng phổ biến và dễ tạo nhất bằng những phương pháp đồng hóa thông dụng Do đó, đề tài sẽ tập trung nghiên cứu chế tạo hệ SLN có dạng ma trận

 Độ tan của dược chất trong lipid chảy lỏng

 Khả năng trộn lẫn của hoạt chất và lipid ở thể lỏng

 Cấu trúc vật lý và hoá học của hệ lipid-hoạt chất

 Trạng thái đa hình của lipid

2.2.3.2 Lipid

14

Các chất béo rắn thường có điểm nóng chảy cao hơn nhiệt độ cơ thể (370C), thường dùng gồm: triglycerides, acylglycerols, acid béo (acid stearic, acid palmitic, steroids (cholesterol), sáp (cetyl palmitate), cetyl alcohol, glycerol monostearate (GMS)… hay các hỗn hợp của chúng Sự lựa chọn chất béo rắn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: độ bền của hệ, nhiệt độ nóng chảy… Loại lipid sử dụng ảnh hưởng nhiều đến các thông số của tiểu phân nano lipid như: kích thước hạt, tốc độ kết tinh lipid, trạng thái kết tinh, hình dạng tinh thể lipid

2.2.3.3 Chất hoạt động bề mặt

Các chất hoạt động bề mặt là các loại chất béo màng sinh học như lecithin, taurocholate natri, oxit ethylene/copolyme propylen, polysorbate 80 (tween 80), sorbitan oleate (span 80), ethoxylates acid béo, hay các hỗn hợp của chúng [5]… Chất hoạt động bề mặt ảnh hưởng đầy đủ đến đặc trưng của hệ trong các bước nhũ hóa Bên cạnh đó, các chất trợ nhũ hóa được thêm vào hệ để làm tăng độ ổn định cho hệ Nồng

độ chất hoạt động bề mặt ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của hệ tiểu phân nano lipid như: kích thước hạt, hiệu suất nạp hoạt chất và khả năng giải phóng dược chất

2.2.4 Độ bền của hệ SLN

Độ bền và ổn định của hệ SLN được đánh giá dựa trên hai yếu tố là kích thước hạt phân bố và trạng thái kết tụ của hệ SLN, hay dựa trên kích thước và hình thái hạt [19]

Mặc dù tính ổn định là khó đạt được nhưng theo các nghiên cứu hệ nano chất béo rắn khi phân tán có thể đạt độ bền hơn một năm Do đó, để cải thiện sự ổn định của hệ, nhiều nghiên cứu đã được tiến hành và chứng minh rằng dùng kĩ thuật làm khô lạnh hay phun xịt khô sẽ làm tăng tính ổn định của hệ Vấn đề độ bền và tính ổn định của hệ nano chất béo rắn đã và đang tiếp tục được nghiên cứu để ngày càng hoàn thiện, cho hiệu quả cao

2.2.5 Phương pháp tạo hệ nano chất béo rắn

Hầu hết các nghiên cứu tạo hệ nano chất béo rắn đều gồm 2 giai đoạn [23,24]: Giai đoạn 1: Tạo hệ nhũ thô dầu trong nước dạng vi nhũ

Giai đoạn 2: Sự hóa rắn của pha phân tán

15

Trong quá trình tạo hệ thì quan trọng nhất là giai đoạn đồng hóa Có hai kỹ thuật chính để tạo hệ nano chất béo rắn là đồng hóa nóng (hot homogenization) và

đồng hóa lạnh (cold homogenization) [19]

Hiện nay có nhiều phương pháp đồng hóa khác nhau, sau đây là bản tóm tắt một số phương pháp dễ thực hiện và được sử dụng phổ biến trong tạo hệ SLN:

16

Bảng 2.4: Các phương pháp phổ biến tạo hệ SLN

Phương pháp đồng hóa

tốc độ cao

Kỹ thuật đơn giản Yêu cầu chi phí thấp Phù hợp với quy mô phòng thí nghiệm

Tiêu hao điện năng lớn Ảnh hưởng hoạt tính sinh học

Biến tính không mong muốn

Phương pháp đồng hóa

bằng sóng siêu âm Giảm được ứng suất cắt

Kích thước hạt không đều

Tiêu hao năng lượng lớn

Dễ bị nhiễm kim loại

Phương pháp phun sấy Phân bố kích thước đồng đều Không khí để sấy

nóng, nitơ

Phương pháp

Microfluidizer

Kích thước hạt đồng nhất cực nhỏ

Năng lượng đầu vào thấp

Độ ổn định cao

Nồng độ hạt nano thấp Nhiều nhân công có trình độ chuyên môn sâu Sản phẩm dễ bị hỏng Chi phí năng lượng cao

Phương pháp đồng hóa

áp suất cao

Điều chế thuốc có độ hoà tan kém

Không gây ăn mòn vật liệu

Dễ tạo hạt kích thước nhỏ

Thiết bị đắt tiền

Ảnh hưởng hoạt chất sinh học

Biến tính không mong muốn

2.2.6 Ưu điểm, tính chất nổi trội

Hệ nano chất béo rắn được xem như là hệ vận chuyển hiệu quả các hoạt chất

do có kích thước vi hạt nanomet (50-1000nm) được tổng hợp trên nền chất béo ở trạng thái rắn ở nhiệt độ phòng hoặc trạng thái lỏng khi tăng nhiệt độ Đối với các hoạt chất

kỵ nước hoặc ít tan trong nước có thể được phối dễ dàng vào hệ nano chất béo rắn và

17

đưa vào sử dụng Hệ nano chất béo rắn có tất cả các ưu điểm của các hệ dẫn truyền khác như polymeric nanoparticles, hệ vi nhũ hay hệ liposomes Những ưu điểm của hệ SLN [19,25]

Kích thước hệ hạt vào cỡ nano tạo điều kiện cho các hoạt chất được phối vào trong hệ SLN dễ dàng tương thích với cơ thể khi thâm nhập vào màng tế bào [26]

Qui trình tổng hợp tương đối dễ thực hiện, chi phí rẻ, không sử dụng dung môi hữu cơ và các hóa chất độc hại Có thể đưa ra sản xuất công nghiệp

Có thể kiểm soát được quá trình phóng thích hoạt tính của thuốc do hoạt chất thuốc được giữ trong các lõi matrix của chất béo rắn Tốc độ thoái hóa trong cơ thể xảy ra càng chậm thì thời gian phóng thích thuốc càng dài Trong tương lai, bằng cách phủ một số chất định hướng hoặc gắn các ligand vào nền hệ nano chất béo rắn nhằm tăng phạm vi trị đúng mục tiêu của thuốc

Hạn chế sự biến chất của hoạt chất được phối vào hệ, cũng như sự rò rĩ thuốc khi đưa vào cơ thể, đảm bảo sự phóng thích hoạt chất đúng nơi

Có thể giữ đươc cả hai loại hoạt chất ưa nước và kỵ nước

Hệ nano chất béo rắn có độ bền và tính ổn định cao hơn so với các hệ khác, có thể giữ được hơn một năm Bằng phương pháp phân tích dưới kính quang phổ photon (photon correlation spectroscopy –PCS), Muller đã chỉ ra rằng hệ hạt SLN sử dụng chất béo glycerol palmitostearate và tribehenate có độ bền đến 3 năm [27]

Hệ SLN sản phẩm có thể làm lạnh khô dưới dạng bột hoặc sử dụng các biện pháp tiệt trùng Hệ SLN cũng dễ tái sản xuất bằng phương pháp đồng hóa áp lực cao

SLN là kem chống nắng vật lý tăng khả năng chống UV so với nhũ khác Kết hợp với các chất chống nắng phân tử trong SLN dẫn đến hiệu ứng UV-blocking hiệp đồng Vì vậy, nồng độ của các chất chống nắng phân tử của một công thức có thể được giảm trong khi duy trì mức độ bảo vệ Trong cơ thể SLN thể hiện là phương tiện tuyệt vời cho việc giữ ẩm da [28]

Do các ưu điểm nổi bật trên, hệ nano chất béo rắn đang được ứng dụng rất rộng rãi trong dược phẩm, mỹ phẩm, tạo dẫn truyền Hiện nay đã có một số nghiên cứu

về bảo vệ các loại vitamin, bao giữ các hương trong sản phẩm nước hoa hay nước xả vải,… Hơn nữa hệ này còn rất thích hợp bao giữ bảo vệ các hoạt chất dễ bị oxy hóa,

18

giúp dẫn truyền tốt do chất béo có khả năng làm mềm da đặc biệt là các họ chất carotenoid rất kém bền dễ bị oxy hóa với đại diện tiêu biểu là lycopene

2.3 MỘT SỐ CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN

Nghiên cứu tạo ra hệ SLN chứa các loại hoạt chất khác nhau để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau đã và đang thu hút rất nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới Có rất nhiều công trình đã và đang được thực hiện được trình bày dưới đây:

Năm 2007, nhóm tác giả gồm Waree Tiyaboonchai, Wacharaphorn Tungpradit, Pinyupa Plianbangchang đã sử dụng phương pháp microemulsion tạo hệ SLN tại nhiệt độ 75oC thành công Pha nước chứa 0,1% dẫn xuất curcuminoids, 5-15% poloxomer 188, 5-15% AOT, 5-20% ethanol và nước khử ion vừa đủ 100% Pha nước đun đến 75oC trước khi pha dầu được cho vào [29] Pha dầu chứa 5-12,5% acid stearic, 4% GMS, cũng được đun nóng đến 75oC Sau khi trộn lẫn hai pha này thu được hệ microemulsion, để ấm và phân tán trong nước lạnh 2oC (tỉ lệ 1:20) và thực hiện đồng hóa tốc độ cao trong 15 phút, 8000 vòng/ phút thu được hệ nano chất béo rắn Sau đó

hệ được lọc siêu âm hai lần với nước khử ion hóa Cuối cùng, cho vào hệ nhũ nano 4% mannitol trước khi làm lạnh nhanh trong nitơ lỏng và làm lạnh khô ở áp suất 0,4mbar, nhiệt độ -30oC, trong 24 giờ Kết quả tạo thành hệ SLN chứa curcuminoids có kích thước gần 450 nm Hệ duy trì được tính ổn định trong 6 tháng bảo quản ở nhiệt độ phòng không có ánh sáng Sản phẩm bước đầu đã được sử dụng thử nghiệm trên cơ thể người và mang lại kết quả tốt trong việc chữa trị vết nhăn

Năm 2009, nhóm tác giả Thrandur Helgason, Tarek S Awad, Kristberg Kristbergsson, Eric Andrew Decker, David Julian McClements, Jochenweiss đã công

bố nghiên cứu về ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt lên các đặc tính lý hóa của hệ SLN chứa β-carotene [30] Nhũ dầu trong nước được tạo ra bằng cách đồng hóa 10% w/w pha lipid (1mg β-carotene trong 1g chất béo mang) với 90% w/w nước có chứa chất hoạt động bề mặt ở pH = 7 và 75oC sau đó làm lạnh xuống 20oC Các ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt đã được nghiên cứu (2,4% w/w lecithin điểm chảy cao (HM); 2,4% w/w lecithin điểm chảy thấp (LM); và 1,4% w/w Tween 60 hay 1,4% w/w Tween 80) và cosurfactant (0,6% taurodeoxycholate) Hệ thống ổn định được để lắng trong 21 ngày lưu trữ β-Carotene suy giảm sau 21 ngày lưu trữ là 11, 97, 100, và 91%

19

trong các hạt rắn (tripalmitin) và 16, 21, 95, và 90% trong các giọt chất lỏng (medium chain triglycerides - MCT) cho HM-lecithin, LM- lecithin, Tween 80, và Tween 60, tương ứng Những kết quả này gợi ý rằng β-carotene có thể ổn định bằng LM- hoặc HM-lecithin khi lipid mang lỏng được sử dụng và HM-lecithin khi lipid rắn được sử dụng

Nhóm tác giả V Vijayan, Shaik Aafreen, S Sakthivel, K Ravindra Reddy năm 2013 đã thành công trong việc nghiên cứu điều trị mụn trứng cá và mụn nhọt cũng như cải thiện độ đàn hồi da bằng các hạt nano lipid rắn (SLN) chứa dầu Neem [31] Phương pháp: dầu Neem (1 ml) như một chất tự nhiên được kết hợp vào SLN được chuẩn bị bằng phương pháp nhũ tương hóa kép sử dụng chất nhũ hóa lecithin (100 mg) và chất hoạt động bề mặt Tween 80 (4%) Dầu Neem được thêm từ từ vào hỗn hợp lipid (lecithin + cholesterol 10 mg) và đồng hóa trong 15 phút ở 15 000 vòng/phút Sau đó hệ nhũ thô được cho thêm 2% PVA tiếp tục đồng hóa trong 10 phút

ở 15 000 vòng/phút Kết quả thu được nhũ w/o/w được bảo quản ở nhiệt độ phòng Các dung môi được bốc hơi hết ở 45oC Các nhũ tương ổn định được đông khô ở -

20oC áp suất thấp để có được bột khô của hạt nano lipid rắn Đường kính khoảng 222

nm, khả năng giữ hoạt chất là 82% Kết quả kết luận rằng dầu Neem trong hạt nano lipid rắn với nhiều lecithin có hiệu lực bền vững trong việc kháng các vi khuẩn mụn

Do đó dầu Neem trong SLN đã được sử dụng thành công để điều trị mụn kéo dài

Mới đây trong năm 2015 nhóm tác giả Sara Laserra, Abdul Basit, Piera Sozio, Lisa Marinelli, Erika Fornasari, Ivana Cacciatore, Michele Ciulla, Hasan Türkez, Fatime Geyikoglu, Antonio Di Stefano đã công bố những chứng cứ, nghiên cứu mô tả

quá trình chuẩn bị, đặc tính hóa lý, khả năng giải phóng và gây độc in vitro của SLN

cũng như cách tiếp cận cải thiện khả năng hòa tan và hấp thu qua đường tiêu hóa của lipoyl-memantine (LA-MEM), một loại codrug có tiềm năng chống bệnh Alzheimer [24] 33,36 mg acid stearic (SA) được hòa tan hoàn toàn trong 8 ml acetone khuấy từ nhẹ ở 40±2oC, bổ sung thêm LA-MEM vào pha hữu cơ với tỷ lệ thuốc:lipid là 1: 5 Đồng thời, chất hoạt động bề mặt (Brij 78 – 0,03%) trong nước khử ion, đã được chuẩn bị và đun nóng ở 75±2oC Pha hữu cơ được thêm từng giọt vào pha lỏng trong khi khuấy tốc độ cao (1000 vòng/phút) để có được nhũ tương lipid sau đó cho hỗn hợp dung môi bay hơi 11,2 ml ở 75±2oC Hệ thống nhũ mờ nhanh chóng thêm vào 11,2 ml