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 :
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 <0,96 và 0,896: hạt méo (Primery misshapen)
oĐộ tròn <0,896: Kết tụ (Agglomerates)
- Tính liên tục của bề mặt – Solidity (Tỷ lệ giữa diện tích thực của hạt và diện tích đa giác ngoại tiếp nhỏ nhất, có giá trị từ 0 – 1).
2.3.3. Xử lý số liệu
Mỗi thí nghiệm được lặp lại ít nhất 3 lần. Số liệu được xử lý trên phần mềm Statistica 7.1.
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Ảnh hưởng của điều kiện đông tụ tới quá trình tạo hạt 3.1.1. Ảnh hưởng của điều kiện đông tụ tới hiệu quả tạo hạt
Chitosan có khả năng tạo hạt khi tiếp xúc với dung dịch kiềm. Ở đây, chúng tôi khảo sát 2 loại dung dịch kiềm có hằng số phân lý khác nhau: KOH và NaOH. Nồng độ khảo sát trong khoảng 0.5M – 2.0M. Hiệu quả tạo hạt được đánh giá thông qua hàm lượng beta-carotene có trong hạt. Ba loại chất nhũ hóa đồng thời được khảo sát bao gồm: Span80, Tween80 và Lecithin (sau đây được gọi là mẫu Span, mẫu Tween và mẫu Lecithin).
Hình 3.1. Hàm lượng beta-carotene trong hạt tại các nồng độ kiềm khác nhau. (A) NaOH; (B) KOH
Thảo luận:
Ảnh hưởng của dung dịch kiềm
Khi trích ly mẫu Span, Tween, Lecithin nhỏ giọt trong dung dịch kiềm NaOH và KOH với các nồng độ 0.5 M, 1 M, 1.5 M, 2M với dung môi PE – acetone thì phổ dịch chiết beta–carotene (hấp thụ ánh sáng UV – Vis ) của các mẫu hạt vi nang thể hiện sự đồng dạng với phổ hấp thụ ánh sáng UV – Vis của mẫu dầu gấc ban đầu. Điều này chứng tỏ quá trình tạo hạt không bị ảnh hưởng tới tính chất của dầu gấc, có thể đảm bảo an toàn được cấu trúc của hoạt chất. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Carotenoid là hoạt chất có tính bền trong môi trường kiềm. Phân tích ANOVA cho thấy không có sự khác biệt có ý nghĩa (p = 0.05) về hàm lượng beta- carotene trong hạt giữa các nồng độ kiềm sử dụng cùng một chất nhũ hóa. Nói cách khác, nồng độ kiềm không ảnh hưởng tới hiệu quả bao gói.
Ảnh hưởng của chất nhũ hóa
Quan sát ảnh hưởng của chất nhũ hóa tới hiệu quả tạo hạt, chúng tôi nhận thấy có sự khác biệt giữa các chất nhũ hóa sử dụng. Sự khác biệt này có phụ thuộc vào môi trường kiềm dùng để tạo hạt. Cụ thể, ở hầu hết các nồng độ kiềm sử dụng, với dung dịch NaOH, chất nhũ hóa cho hiệu quả bao gói cao nhất là Lecithin, trong khi đó Span80 và Tween80 không có sự khác biệt rõ rệt. Đối với dung dịch KOH, Span80 lại cho hiệu quả thấp nhất trong khi Tween80 và Lecithin không thể hiện sự khác biệt rõ rệt. Do đó, tùy vào điều kiện tạo hạt, chúng ta có thể lựa chọn chất nhũ hóa phù hợp. Ví dụ, đối với NaOH nên dùng chất nhũ hóa là Lecithin; đối với KOH có thể sử dụng cả Tween80 và Lecithin.
3.1.2. Ảnh hưởng của điều kiện đông tụ tới hàm lượng beta-carotene trong hạt theo thời gian bảo quản
Chúng tôi tiến hành xác định hàm lượng beta-carotene có trong hạt theo thời gian bảo quản. Kết quả được thể hiện trong Hình 3.2. Tỷ lệ carotenoids trong hạt được thể hiện trong Hình 3.3.
Dung dịch kiềm NaOH, chất nhũ hóa Tween 80
Hình 3.3. Tỷ lệ carotenoids trong hạt theo thời gian (LYC) Lycopen, (BC) Beta-carotene
Thảo luận:
Từ Hình 3.2, ta có thể nói rằng càng theo thời gian, thời gian càng lâu hàm lượng beta–carotene có xu hướng giảm dần. Mẫu NaOH có hàm lượng beta- carotene giảm ngay từ ngày thứ 2 (từ 10 – 30%) trong khi hàm lượng beta-carotene trong mẫu KOH sau 2 ngày không có sự thay đổi. Tuy nhiên, sau 7 ngày cả hai mẫu KOH và NaOH đều có hàm lượng beta-carotene sụt giảm từ 40 – 60%.
Thành phần carotenoids trong hạt hay nói cách khác là tỷ lệ giữa beta- carotene và lycopene (được tính theo công thức dựa trên sự hấp thụ quang tại hai bước sóng đặc trưng 450nm và 503nm) không có sự khác biệt giữa các nồng độ kiềm khác nhau (Hình 3.3) nhưng có sự tăng tỷ lệ lycopene (tương ứng với sụt giảm beta-carotene) theo thời gian. Cụ thể, sau 2 ngày, tỷ lệ lycopene/ beta-carotene đạt 30/70; sau 5 ngày và 8 ngày tỷ lệ này tăng lên 40/60. Đặc biệt, đối với mẫu NaOH 2M, tại thời điểm 8 ngày, tỷ lệ lycopene/ beta-carotene tăng vọt đạt 90/10. Cần tiến hành phân tích sắc ký để có thể kết luận được sự thay đổi thành phần carotenoids trong hạt theo thời gian.
3.2. Ảnh hưởng của điều kiện đông tụ tới tính lưu biến của hạt
Tính chất hạt được đánh giá thông qua các kết quả đo tính lưu biến của hạt bao gồm các thông số: Lực tạo gel (Gel strength) và độ cứng (Hardness).
Tiến hành đo tính lưu biến của hạt để xác định các tính chất của hạt vi nang tạo thành sau khi mới lọc rửa xong để ráo nước từ các mẫu hạt tạo trong các điều kiện đông tụ khác nhau (nồng độ kiềm, loại kiềm). Thí nghiệm được lặp lại 2 lần.
a. Lực tạo gel
Kết quả khảo sát lực tạo gel được thể hiện trong Hình 3.4.
Hình 3.4. Lực tạo gel của hạt tại các điều kiện đông tụ khác nhau. (A) Tween80; (B) Span80
Thảo luận:
Theo kết quả thể hiện trong Hình 3.4, lực tạo gel dao động trong khoảng 0,0131 – 0,0135 (N) và không có sự khác biệt giữa các điều kiện đông tụ (loại kiềm, nồng độ kiền, chất nhũ hóa). Kết quả nghiên cứu trước đó cho thấy, khi theo dõi khối lượng hạt cũng như pH của môi trường tạo hạt theo thời gian, khối lượng hạt và pH giảm nhanh trong khoảng 10 phút đầu và đạt tới cân bằng sau 30 phút đối với dải nồng độ kiềm trong khoảng từ 0.5M – 2.0M. Như vậy, hạt tạo thành sau 60 phút đã đạt tới trạng thái cân bằng và không thay đổi về tính chất.
b. Độ cứng
Kết quả khảo sát độ cứng của hạt được thể hiện trong Hình 3.5.
Hình 3.5. Độ cứng của hạt tại các điều kiện đông tụ khác nhau. (A) Tween80; (B) Span80
Thảo luận:
Kết quả xác định độ cứng của hạt tương đồng với kết quả xác định lực tạo gel. Khi thay đổi điều kiện đông tụ bao gồm loại kiềm, nồng độ kiềm và chất nhũ hóa, hạt tạo ra có độ cứng như nhau, nằm trong khoảng từ 0,013 – 0,016 (MPa).
3.3. Ảnh hưởng của điệu kiện đông tụ tới kích thước và hình dạng hạt.
Chúng tôi sử dụng phần mềm ImageJ 14.6 để phân tích phân bố kích thước hạt cũng như hình dạng của hạt dựa trên 3 thông số: diện tích, độ tròn, tính bề mặt. Kết quả được thể hiện trong các hình sau.
3.3.1.Ảnh hưởng của điều kiện đông tụ tới kích thước hạt
Phân bố kích thước của hạt được xác định thông qua phân bố diện tích hạt. Kết quả thể hiện trong Hình 3.6.
Hình 3.6. Phân bố hạt theo diện tích ở các điều kiện đông tụ khác nhau. (A) KOH; (B) NaOH.
Bảng 3.1. Giá trị Mode của phân bố diện tích hạt nồng độ kiềm (mm2)
Nồng độ kiềm (M) Dung dịch (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
kiềm 0.5 1.0 1.5 2.0 KOH 0.091 0.091 0.083 0.115 NaOH 0.093 0.087 0.096 0.101
Bảng 3.2. Giá trị Median của phân bố diện tích hạt theo nồng độ kiềm (mm2) Nồng độ kiềm (M) Dung dịch kiềm 0.5 1.0 1.5 2.0 KOH 0.089 0.090 0.086 0.112 NaOH 0.084 0.089 0.092 0.112 Thảo luận:
Phổ phân bố kích thước hạt đông tụ trong NaOH và trong KOH là đồng dạng với nhau và với các nồng độ khảo sát. Phổ phân bố kích thước hạt tạo thành theo phương pháp này rất tập trung (giá trị CV% < 10). Đối với nồng độ 0.5M, mức độ tập trung của hạt cao hơn so với 3 nồng độ còn lại (CV% ~ 5 – 6%).
Giá trị Mode và Median của các mẫu khảo sát tương đối tập trung và nằm trong khoảng 0.083 – 0.115 (mm2), tương ứng với đường kính hạt từ 325 - 383 (µm). Nếu chỉ xem xét giá trị Mode, sự ảnh hưởng của nồng độ kiềm tới kích thước hạt không được thể hiện rõ rệt. Tuy nhiên, khi quan sát đồ thị tỷ lệ tích lũy trong Hình 3.6, chúng tôi nhận thấy có sự thay đổi về giá trị Median giữa các nồng độ kiềm khác nhau. Đối với mẫu NaOH, giá trị Median tăng dần theo nồng độ NaOH sử dụng. Đối với mẫu KOH, giá trị Median tại 3 nồng độ 0.5M; 1.0M và 1.5M không có sự khác biệt rõ rệt trong khi tại nồng độ 2.0M giá trị này tăng vọt. Ta có thể dễ dàng quan sát thấy điều này trên đồ thị Hình 3.6, đường thể hiện tỷ lệ tích lũy của mẫu KOH 2.0M nằm tách hẳn so với đồ thị thể hiện tỷ lệ tích lũy của 3 nồng độ còn lại.
Điều này có thể giải thích dựa trên tốc độ khuếch tán và tốc độ đông tụ khác nhau giữa các nồng độ kiềm và loại kiềm. Ở nồng độ kiềm thấp, sự khuếch tán diễn ra chậm đồng thời với sự mất nước của hạt tăng lên, dẫn tới hạt co lại, giảm kích thước. Ở nồng độ kiềm cao, sự đông tụ diễn ra tức khắc trên bề mặt hạt tạo thành lớp vỏ cứng ngăn cản sự khuếch tán ion OH- vào bên trong hạt cũng như sự mất nước của hạt, dẫn đến kích thước hạt không giảm đi.
3.3.2. Ảnh hưởng của điều kiện đông tụ tới hình dạng hạt
Hình dạng của hạt được xác định thông qua các thông số như độ tròn (circularity) và tính chất bề mặt (solidity).
Độ tròn của hạt
Độ tròn của hạt là giá trị thể hiện hình dạng một hạt gần với hình tròn nhất. Trong tính toán, độ tròn được tính thông qua tỷ lệ giữa diện tích của hạt và chu vi của hạt theo công thức:
Độ tròn =
Hình 3.7. Tính chất hình học của hạt chitosan tạo thành trong dung dịchNaOH
Thảo luận:
Kết quả ở hình 3.7 và ở hình 3.8 cho thấy, trong các điều kiện tạo hạt khác nhau, độ tròn của hạt lại tương đồng, không phụ thuộc vào loại dung dịch kiềm cũng như nồng độ dung dịch kiềm sử dụng. Theo phương pháp phân tích này, hạt có hình dạng méo với giá trị độ tròn thấp giá trị độ tròn lớn nhất đạt 0,84 - 0,86 và giá trị Median đạt 0,80.
Tính chất bề mặt của hạt
Tính chất bề mặt của hạt có thể được thể hiện thông qua chỉ số bề mặt Solidity (tỷ lệ giữa chu vi thực và chu vi ngoại tiếp nhỏ nhất). Giá trị này càng gần với 1 thì bề mặt hạt càng nhẵn và ngược lại.
Hình 3.9. Chỉ số bề mặt của hạt xác định theo phần mềm ImageJ. (A) Mẫu NaOH; (B) Mẫu KOH
Thảo luận:
Khi phân tích theo phương pháp sử dụng chỉ số bề mặt solidity, chúng tôi nhận thấy các mẫu vi nang đều có bề mặt có tính trơn cao với giá trị solidity đạt từ 0,91 – 0,98 (Hình 3.9). Điều này được quan sát ở tất cả các mẫu kiềm và các nồng độ kiềm khảo sát.
Cấu trúc bề mặt của hạt vi nang
Để quan sát cấu trúc bề mặt của hạt vi nang, chúng tôi tiến hành chụp hạt dưới kính hiển vi điện tử quét bề mặt (SEM). Kết quả được thể hiện trong Hình 3.10 và Hình 3.11.
Hình 3.10. Bề mặt của mẫu hạt chitosan (trái) và mẫu hạt vi nang dầu gấc trong KOH (phải)
Hình 3.11. Sự tồn tại các giọt dầu gấc trên bề mặt hạt vi nang. KOH (trái) và NaOH (phải)
Khi quan sát trên kính hiển vi điện từ bề mặt quét (SEM), so sánh giữa mẫu đối chứng không có dầu gấc và mẫu hạt vi nang có dầu gấc (Hình 3.10), chúng tôi nhận thấy trên bề mặt của vi nang có xuất hiện những điểm trắng khác biệt so với mẫu đối chứng. Kết quả phóng to cho thấy những điểm sáng này rất có thể là các giọt dầu gấc bám trên bề mặt hạt (Hình 3.11). Phương pháp tạo hạt từ nhũ tương cho phép thu nhận được hạt vi nang dạng matrix – các hạt nhũ tương (dầu gấc) phân tán liên tục trong pha polymer (chitosan). Kết quả SEM trong Hình 3.11 khẳng định cấu trúc này của vi nang thu được. Bên cạnh đó, có thể cần tiến hành nhuộm vi nang với các mồi lipid đặc hiệu để có thể thấy rõ hơn các hạt dầu trên bề mặt hạt.
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1.Kết luận.
Đề tài đã xây dựng được hệ thống đầu nhỏ giọt với 6 đầu và sử dụng trong nghiên cứu tạo vi nang dầu gấc với chitosan. Các yếu tố được khảo sát bao gồm loại kiềm, nồng độ kiềm và chất nhũ hóa. Hiệu quả quá trình bao gói được đánh giá qua hàm lượng beta-carotene có trong hạt. Tính chất hạt được đánh giá thông qua tính lưu biến và tính hình học của hạt.
Kết quả của nghiên cứu này cho thấy, trong khoảng khảo sát của đề tài, quá trình tạo hạt cũng như tính chất hạt tạo thành không chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố khảo sát. Vi nang tạo thành có độ rời rạc cao, có độ tròn trung bình.
4.2. Kiến nghị.
- Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng phân tử chitosan tới khả năng bao gói dầu gấc.
- Tiến hành phân tích tính chất hình học của hạt bằng phương pháp hiện đại hơn như chụp SEM, TEM để khẳng định kết quả nghiên cứu. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu Tiếng Việt.
1. Trần Hải Đăng và cộng sự (2013), Nghiên cứu tạo vi nang dầu gấc đạt tiêu
chuẩn thực phẩm, Đề tài KC07 – TN04 11/15, Đại học Nha Trang.
2. Lê Thị Hà (2013), Nghiên cứu quy trình tạo vi nang dầu gấc bằng phương
pháp đông tụ sử dụng polymer sinh học biển, Đồ án tốt nghiệp, Đại học Nha
Trang.
3. Nguyễn Thị Hiền (2014), Nghiên cứu lựa chọn chất hỗ trợ đông tụ thích hợp
để bao gói dầu gấc theo phương pháp đa nhũ tương, Đồ án tốt nghiệp, Đại
học Nha Trang.
4. Nguyễn Ngọc Hưng (2010), Xác định một số acid béo trong dầu gấc bằng kỹ
thuật sắc kí khí, Luận văn thạc sĩ, Đại học Khoa Học Tự Nhiên Quốc Gia Hà
Nội.
5. Trần Thị Lan Hương (2009), Nghiên cứu quy trình công nghệ chế biến một
số loại thực phẩm giàu carotenoid ( nước uống dinh dưỡng, bộ dinh dưỡng),
mã số đề tài: TTRIG2009 – 08 – 51 EEC 8.3C, Đại học Nông nghiệp Hà Nội.
6. Lê Văn Việt Mẫn (2004), Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa và thức uống, Nhà Xuất Bản Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh.