Nam
• Trờn thế giới, kỹ nghệ sản xuất hương dạng bột đó được phỏt triển mạnh mẽ trong khoảng chục năm trở lại đõy. Sản lượng, chất lượng và chủng loại hương dạng bột khụng ngừng tăng lờn.
Cyclodextrin được tỡm thấy lần đầu tiờn vào cuối thế kỷ XIX bởi Villiers (1891). Sau đú cỏc chất này lại được Schardinger tỡm hiểu và nghiờn cứu
trong những năm 1900-1910 nờn cũn thường được gọi là cỏc dextrin Shardinger. Cyclodextrin là những oligomeres dạng vũng tạo bởi cỏc phõn tử glucoza và cú cụng thức tổng quỏt là (C6H10O5)n và mang từ 6 đến 12 đơn vị α-D-gluco-pyranoza. Cú ba loại cyclodextrin chớnh là α-, β-, γ-cyclodextrin
chứa lần lượt 6, 7 và 8 phõn tử glucoza. Cỏc phõn tử glucoza này đó được chứng minh là ở dạng cấu hỡnh dạng ghế. Trong điều kiện bỡnh thường, cyclodextrin ở dạng tinh thể khụng màu, cú vị ngọt nhẹ, cú độ hoà tan thấp
(14,5 – 23,2 g/ml). Cả ba loại cyclodextrin chớnh đều cú cấu trỳc dạng hỡnh
xuyến hay hỡnh nún cụt với tất cả cỏc gốc ưa nước (gốc OH-) đều nằm ở lớp ngoài của phõn tử cyclodextrin. Cỏc gốc ‘rượu bậc 1’ (mỗi phõn tử glucoza mang một gốc rượu bậc 1 ở vị trớ C6) tập trung gần nhau ở phần hẹp của lớp trong của phõn tử cyclodextrin, cỏc gốc ‘rượu bậc 2’ (ở vị trớ C2 và C3) trỏi lại lại tập trung ở phần rộng phớa trong phõn tử cyclodextrin. Do cú cấu trỳc phõn tử như vậy mà cỏc cyclodextrin, cú mặt ngoài ưa nước và mặt bờn trong kỵ nước. Vỡ vậy cỏc phõn tử này cú khả năng giữ bờn trong mỡnh cỏc phõn tử kỵ nước để tạo thành cỏc phức tan trong nước. Ngoài ra, cấu trỳc vũng của cyclodextrin cho phộp nú tạo phức bao dạng khỏch thể - chủ thể với nhiều hợp chất hữu cơ. Sự tạo phức bao này dẫn đến làm thay đổi tớnh chất lý hoỏ của phõn tử chất khỏch thể.
Sản phẩm của quỏ trỡnh cyclodextrin hoỏ thường là một hỗn hợp của α, β, γ- cyclodextrin. Để thu nhận từng loại phải tiến hành tỏch chỳng ra khỏi hỗn
hợp. Thụng thường, trờn thế giới người ta sử dụng nhiều loại dung mụi khỏc nhau để phõn lập cỏc dạng cyclodextrin, tuy nhiờn sản phẩm thu được thường cũn chứa dư lượng dung mụi khỏ cao nờn khụng dựng được trong cụng nghiệp thực phẩm. Trong thời gian gần đõy, ở Nhật Bản, cyclodextrin được tỏch bằng cụng nghệ enzim khụng sử dụng dung mụi nờn cyclodextrin được sử dụng như một chất phụ gia thực phẩm. Hiện tại trờn thế giới, quỏ trỡnh tỏch
và làm sạch cyclodextrin bằng cỏc phương phỏp lý hoỏ, sinh học khỏc cũng được nghiờn cứu và được ứng dụng vào sản xuất cụng nghiệp, đảm bảo độ tinh khiết cao và an toàn cho người sử dụng.
Cú thể núi, cyclodextrin đó và đang là vấn đề được nhiều người quan tõm
trờn khắp thế giới. Theo 'CD News', tớnh đến cuối năm 2003 số lượng cỏc
cụng trỡnh nghiờn cứu cú liờn quan đến cyclodextrin đó được cụng bố vượt quỏ con số 26000 bài. Nhờ vậy mà cụng nghệ và thiết bị sản xuất CD khụng ngừng được hoàn thiện, sản lượng và chất lượng của cyclodextrin ngày càng tăng cao. Hiện nay tổng sản lượng cyclodextrin sản xuất ra hàng năm trờn thế giới đó đạt đến 10 000 tấn/năm, chủ yếu là dạng hồn hợp và dạng β- cyclodextrin. Riờng dạng α-, γ- và cỏc dạng dẫn xuất của cyclodextrin chỉ được sản xuất cụng nghiệp với quy mụ 1-100 tấn/năm tuỳ loại. Cỏc nước sản xuất và tiờu thụ cyclodextrin nhiều nhất trờn thế giới là Nhật bản, Mỹ và Trung quốc. Tuy nhiờn, ở cỏc nước này sản xuất vẫn chưa ứng đủ cho nhu cầu trong nước sử dụng cyclodextrin, theo cỏc chuyờn gia tinh toỏn thị trường tiềm năng của cyclodextrin cú thể lờn đến 30-40 nghỡn tấn/năm.
Trờn cơ sở khả năng cú thể tạo phức bao với nhiều loại hợp chất hữu cơ, qua đú thay đổi cỏc tớnh chất húa lý của chỳng nờn cyclodextrin đó được sử dụng vào nhiều mục đớch khỏc nhau trong cỏc ngành cụng nghiệp và cuộc sống. Cỏc ứng dụng này chủ yếu nhằm :
- Tăng độ hoà tan của cỏc hợp chất ưa bộo ớt tan trong nước. - Chuyển cỏc chất từ dạng lỏng sang dạng rắn .
- Gắn cố định cỏc chất dễ bay hơi, bảo vệ cỏc chất dễ hỳt ẩm - Loại cỏc mựi vị khú chịu trong sản phẩm .
- Phối trộn được cỏc phõn tử hoạt động mạnh mà khụng xảy ra tương tỏc
giữa chỳng (bằng cỏch bao bọc cỏc nhúm định chức).
- Lựa chọn, định hướng phản ứng (bằng cỏch bao bọc cỏc nhúm định
chức).
- Tỏch cỏc hợp chất ra dưới dạng phức (kết tủa từ dung dịch hấp thụ trờn polime Cyclodextrin)
- Kiểm soỏt sự giải phúng cỏc thành phần hoạt động như chất thơm hay dược chất.
Với ưu điểm là độ hoạt động tương đối thấp lại ớt độc nờn cyclodextrin được sử dụng rộng rói trong nhiều lĩnh vực nghiờn cứu và ứng dụng, đặc biệt đối với cụng nghiệp dược phẩm và thực phẩm. Trong cụng nghệ thực phẩm cyclodextrin được dựng để bảo vệ chất thơm, chất màu, cỏc chất dễ bị oxi húa, hoặc dựng để loại cholesterol hay cỏc chất gõy mựi vị khú chịu trong thực phẩm (giảm độ đắng của nước chanh, cam…). Cyclodextrin cũn được sử dụng để tăng độ hũa tan của một số thành phần của thực phẩm (như
flavonoids, terpenoids…).
Cyclodextrin được ứng dụng rất nhiều trong cụng nghiệp dược với khả năng nổi bật là làm tăng hoạt tớnh sinh học của thuốc thụng qua làm tăng độ hoà tan, độ bền, độ hấp thụ và làm giảm tỏc dụng phụ của thuốc.
Trong cụng nghiệp mỹ phẩm lợi ớch của cyclodextrin là ổn định và
kiểm soỏt hương thơm, tăng độ tan, chuyển cỏc chất dạng lỏng thành dạng rắn. Cyclodextrin được ứng dụng rộng rói trong sản xuất kem đỏnh răng, kem dưỡng da, giấy vệ sinh v.v… Cyclodextrin cũng được sử dụng trong một số mỹ phẩm để khử mựi cơ thể hoặc trong cỏc sản phẩm chăm súc túc để giảm sự bay hơi của cỏc mercaptan vốn gõy mựi khú chịu. Độ nhũ húa của cỏc loại kem dưỡng da cũng được tăng lờn nhờ tỏc dụng của cyclodextrin.
Một trong những hướng ứng dụng quan trọng của cyclodextrin hiện
đang được nhiều người quan tõm là sản xuất hương liệu dạng bột. Như chỳng ta đó biết hương liệu đúng vai trũ rất quan trọng trong chất lượng của thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm. Chỳng được dựng để tạo nờn mựi thơm hấp dẫn và làm mất đi mựi vị khụng mong muốn trong thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm mỹ phẩm. Hương liệu bao gồm chất thơm và chất mang, thường cú hai dạng phổ biến đú là hương dạng bột và dạng lỏng.
Cho đến nay hương dạng lỏng vẫn chiếm phổ biến do cụng nghệ sản xuất đơn giản, rẻ tiền, hương thường được pha trộn bằng tinh dầu, oleoresin, chiết suất từ cõy tự nhiờn và cỏc chất thơm tổng hợp với chất mang dạng lỏng như cồn, propylen glycol, glyxerin, đặc tớnh của chỳng khụng bền ở nhiệt độ cao, khú pha trộn trong những sản phẩm dạng bột. Trong những năm gần đõy, do sự phỏt triển và nhu cầu đa dạng về sản phẩm dược phẩm, cỏc loai thực phẩm chức năng làm giảm lượng chất bộo và chất đường, tăng cỏc chất cú nguồn gốc hương vị tự nhiờn, nhu cầu về hương liệu cũng tăng theo, đặc biệt
là hương dạng bột. Trờn thế giới hương dạng bột thường được dựng như trong
cụng nghiệp thực phẩm: cho đồ uống, cỏc loại sỳp, nước canh, sỳp hoà tan, cỏc lọai nước chấm, cỏc loại bỏnh trỏng miệng, bỏnh putđinh, cỏc lọai nước uống dạng núng như chố, coffe, cỏc lọai bỏnh mỳ, bỏnh nướng, snack hương vị mặn, cỏc lọai thực phẩm đúng gúi ở dạng bột; trong dược phẩm: cho vào thuốc và cỏc viờn nang; trong mỹ phẩm: sỏp thơm, phấn thơm, phấn trang điểm.
Hương dạng bột chất mang được sử dụng dưới dạng đường muối, dextrin,
maltodextrin, cyclodextrin. Trong 20 năm gần đõy cyclodextrin đươc sử dụng nhiều hơn cả nhờ đặc tớnh bảo vệ hương của chỳng. Cyclodextrin là sản phẩm đa đường tự nhiờn, được sản xuất từ tinh bột thụng qua phản ứng thuỷ phõn bằng enzym khụng đắt tiền. Cyclodextrin cú mạch vũng lớn, được tạo bởi sỏu,
bảy và tỏm đơn vị đường glucopyranose được gọi tắt là a-, b- và g- Cyclodextrin tương ứng. Cyclodextrin cú cấu trỳc hỡnh nún cụt, vỏ ngoài chứa những nhúm hydroxit (OH) ưa nước, và khoảng rỗng bờn trong kỵ nước (hỏo
mỡ) do cỏc cầu nối oxy của cỏc nhúm glucoside, vỡ vậy Cyclodextrin cú khả năng tạo nờn cỏc tổ hợp bao bọc “chủ-khỏch” phự hợp với kớch thước của phõn tử kỵ nước, đặc biệt phõn tử khỏch được bao bọc bởi Cyclodextrin cú thể thay đổi tớnh chất vật lý, hoỏ học và sinh học. Cú những nghiờn cứu cho thấy rằng Cyclodextrin cú khả năng bảo vệ những thành phần hoạt hoỏ: chống oxy hoỏ, cỏc phản ứng gõy nờn do ỏnh sỏng, sự phõn huỷ do nhiệt, cũng như tổn thất bởi bay hơi hoặc thăng hoa, giảm cỏc vị khụng ưa thớch, mựi tạp, ụ nhiễm do vi sinh vật cũng như những thành phần khụng mong muốn khỏc. Cyclodextrin cú tỏc dụng như chất mang hương liệu (flavour carrier), chỳng cú thể được xem như cỏc bao rỗng, sự kết hợp giữa Cyclodextrin và hương liệu là quỏ trỡnh bao bọc ở mức phõn tử, đảm bảo cho việc bảo vệ một cỏch hiệu quả bất kỳ đơn hương nào cú trong hệ thống thực phẩm đa thành phần, việc bao bọc cỡ phõn tử này ngăn chặn những tương tỏc phõn tử giữa cỏc đơn hương.
Hiện nay trờn thế giới dựng 2 phương phỏp sản xuất hương dạng bột:
1- Phương phỏp hấp phụ: dựng phối trộn bằng phương phỏp cơ học, hương dạng lỏng kết hợp với chất mang theo thiết bị thớch hợp, sau đú mang sấy để tạo ra hương dạng bột. Chất mang thường được sử dụng là đường, muối, tinh bột và dextrin.Phương phỏp này cú ưu điểm là sản xuất ở nhiệt độ thấp, giỏ thành rẻ, phự hợp với những chất hương dễ bay hơi. Nhưng bờn cạnh đú nú cũng cú những hạn chế: vỡ hấp phụ nờn chất thơm được sử dụng khụng quỏ 5% so với chất mang, nờn mựi hương yếu, ngoài ra khi hoà tan trong nước hương liệu sẽ bị tỏch khỏi pha nước làm cho sản phẩm khụng đồng nhất
2- Phương phỏp vi nang (flavour encapsulation): Cụng nghệ về vi nang, chất thơm được chuyển sang thể nhũ bằng cỏch hoà với dung dịch nước và chất mang, khuấy bằng mỏy đồng hoỏ, sau đú tỏch nước bằng cỏch sấy trong cột sấy phun (phương phỏp phổ biến) hoặc sấy chõn khụng ( dựng cho cỏc loại hương chứa nhiều axit amin và chất đạm). Chất thơm dạng bột được bao bọc trong chất mang. Phần lớn cỏc chất mang là gum arabic, maltodextrin,
cyclodextrin. Phương phỏp này cú ưu điểm chống lại sự oxy hoỏ và bay hơi của cỏc phần tử hương, cú thể sử dụng rộng rói trong cụng nghiệp thực phẩm. Nhưng cú hạn chế do sấy ở nhiệt độ cao, nờn cú thể bị bay hơi một số hương dễ bay hơi ở nhiệt độ thấp. Mức cho phộp của chất thơm khoảng 5-30% so với chất mang. Ưu điểm về cụng nghệ: tớnh ổn định cao, hoà tan tốt trong nước, giảm chi phớ bao bỡ, bảo quản được lõu, tiết kiệm cụng lao động, cú hiệu quả kinh tế cao.
Ở Việt Nam việc nghiờn cứu sản xuất, ứng dụng cyclodextrin và hương
liệu dạng bột cũn rất mới mẻ. Hầu hết cỏc sản phẩm được sản xuất từ nguyờn liệu cyclodextrin như cỏc gia vị hương liệu (mự tạp, hương liệu dạng bột…), trong sản xuất đồ uống như làm giảm độ đắng của nước chanh, nước cam xanh trong sản xuất bỏnh làm mền bột và giữ được hương lõu…hay trong sản xuất mỹ phẩm để khử mựi hụi của cơ thể và lưu được hương lõu tại Việt Nam hoàn toàn thụng qua nhập khẩu từ nước ngoài.
Trong khi đú nhu cầu về cỏc sản phẩm này ngày càng tăng, chủ yếu là trong cụng nghiệp thực phẩm và cụng nghiệp mỹ phẩm. Hàng năm, chỳng ta phải tiờu tốn rất nhiều ngoại tệ để nhập hương dạng bột về để phục vụ cho sản xuất trong nước. Đõy là một trong những nghịch lý đang làm cỏc nhà nghiờn cứu về hương liệu của chỳng ta phải băn khoăn bởi tiềm năng để phỏt triển sản xuất hương dạng bột của chỳng ta rất lớn trong khi trong nước lại chưa thể sản xuất được. Cú nhiều nguyờn nhõn được đưa ra để lý giải song nguyờn nhõn chủ yếu là do việc đầu tư và nghiờn cứu loại sản phẩm này chưa được quan tõm, đầu tư thớch đỏng.
Tuy nhiờn, từ vài năm trở lại đõy, Viện Cụng Nghiệp Thực Phẩm đó bắt đầu tiến hành nghiờn cứu và sản xuất thành cụng cỏc loại cyclodextrin dựng làm chất mang cho sản xuất hương dạng bột. Cho đến đầu năm 2007, Viện Cụng nghiệp thực phẩm chớnh thức nghiờn cứu sản xuất hương dạng bột trờn quy mụ phũng thớ nghiệm và tiến tới đưa vào sản xuất trờn quy mụ cụng nghiệp.