1.5. Các phương pháp trích ly và tinh chế canthaxanthin
1.5.3. Ảnh hưởng các thông số chiết siêu âm
1.5.3.1. Thơng số vật lý
Vì siêu âm là một sóng cơ học, các đặc tính của nó như tần số, bước sóng và biên độ có thể ảnh hưởng đến sự tạo ra sóng âm. Cơng suất đầu vào, cũng như thiết kế thiết bị phản ứng và hình dạng của đầu dị có thể ảnh hưởng đến q trình chiết siêu âm. Tác động của các thơng số đó sẽ được xem xét trong phần này
a) Công suất và tần số
Phép đo công suất âm thanh trong q trình siêu âm khơng thường xun được cơng bố, mặc dù một số phương pháp vật lý cho phép đo trực tiếp hoặc gián tiếp năng lượng sử dụng đã có sẵn. Những phương pháp này ước lượng năng lượng truyền bằng cách đo các thay đổi hóa học hay vật lý trong môi trường khi siêu âm. Phương pháp vật lý phổ biến nhất là đo áp suất âm thanh sử dụng thiết bị đo tần số hoặc kính hiển vi quang học, phương pháp lá nhơm và phương pháp đo nhiệt lượng [48].
Nói chung, hiệu quả lớn nhất của chiết siêu âm có thể đạt được bằng cách tăng công suất siêu âm, giảm độ ẩm của gian bào thực phẩm để tăng cường tiếp xúc với dung mơi và tối ưu hóa nhiệt độ để có thời gian chiết ngắn. nhưng trong một số nghiên cứu cho thấy sự thay đổi cơng suất siêu âm có thể dẫn đến sự lựa chọn chọn lọc các phân tử mục tiêu, tỷ lệ của một số phân tử là một hàm của công suất áp tiêu thụ [49].
b) Cường độ
Cường độ siêu âm được biểu thị bằng năng lượng truyền trong 1 giây và trên 1 mét vuông bề mặt phát ra. Thông số này liên quan trực tiếp với biên độ của đầu do và biên độ áp suất của sóng âm [50]. Với việc tăng biên độ áp suất, sự vỡ của bong bóng sẽ càng mạnh mẽ hơn. Để đạt được ngưỡng xâm thực, giá trị nhỏ nhất của UI được yêu cầu. Về vấn đề chiết, việc xác định cường độ siêu âm (UI) là giá trị đầu vào thích hợp có tác động mạnh mẽ đến hiệu quả chiết. UI được tính tốn sử dụng cơng suất tính tốn được chia cho mơi trường được thể hiện trong phương trình sau
UI = Trong đó: UI là: cường độ siêu âm (W/cm2); P: là công suất siêu âm (W)
S: là diện tích bề mặt ảnh hưởng của đầu phát siêu âm
Sự tăng cường độ siêu âm (UI) nói chung dẫn đến việc tăng tác dụng sóng siêu âm [46]. Tuy nhiên, nên tăng lên biên độ khi hoạt động trong chất lỏng có độ nhớt cao như là dầu [50]. Kết quả biên độ siêu âm được đánh giá ở 16,4; 20,9 và 47,6 W/cm2 ở 20 kHz đối với việc chiết dầu đậu nành [51]. Nghiên cứu cho thấy hiệu suất tối ưu ở 20,9 W/cm2, khi tăng tiếp cường độ siêu âm hiệu suất không tăng. Một xu hướng tương tự được ghi nhận bởi Wang và cộng sự [52], nó nghiên cứu về chiết siêu âm pectin ở 20 kHz và cho thấy rằng biên độ siêu âm (thay đổi giữa 10,18 và 14,26 W/cm2). Do đó UI là thơng số cần được nghiên cứu để tối ưu của q trình chiết siêu âm.
c) Hình dạng và kích thước của thiết bị siêu âm
Sóng siêu âm được phản xạ lại khi bề mặt chất rắn, trong trường hợp chiết sử dụng bể siêu âm, hình dạng của thiết bị phản ứng là quan trọng. Sự lựa chọn tốt nhất là bình đáy phẳng như bình tam giác để có thể đạt được sự phản xạ nhỏ nhất của sóng [53]. Độ dày của bình nên giữ nhỏ nhất để giảm phản xạ [51]. Cần phải tính tốn kích thước tối ưu của thiết bị phản ứng và vị trí bộ phát sóng để có thể chuyển hóa năng
lượng đến mức tối đa vào môi trường [54]. Trong thiết bị phản ứng, áp suất khơng đồng nhất, vì vậy đây cũng là yếu tố được đưa vào tính tốn để tối ưu hóa q trình [55]. Trong trường hợp cường độ siêu âm giảm nhanh theo cả hướng từ tâm ra và hướng trục, vì vậy phải có khoảng cách tối thiểu từ đầu dò và vỏ thiết bị phản ứng, để tránh bị hư hỏng vò và đầu dò siêu âm [50]. Trong trường hợp sử dụng đầu dị siêu âm, hình dạng và đường kính của đầu dị có ảnh hưởng đến việc chiết. Đầu dị bước cho sự phóng đại biên độ cao nhất (cơng suất, mức tăng biên độ (D/d)2) của hình được hiển thị. Tuy nhiên, hình dạng đầu dị theo cấp số nhân tạo đường kính nhỏ, điều này làm cho nó đặc biệt phù hợp với các ứng dụng vi mô [50].
Hầu hết các bộ phát đầu dò được làm từ hợp kim titan, do nguyên liệu này chịu nhiệt và họat động tốt trong điều kiện ăn mòn. Sự ăn mòn của nguyên liệu làm đầu dò đưa các hợp chất kim loại loại vào trong môi trường chiết. Một số nguyên liệu mới đã được nghiên cứu cho đầu dò siêu âm, như là thạch anh và Pyrex, những thứ có thể giải quyết vấn đề giảm thiểu sự ăn mòn đầu dị [56].
1.5.3.2. Thơng số mơi trường
Mơi trường có các đặc điểm bên trong cần phải xem xét để đạt được kết quả cao trong quá trình chiết bằng siêu âm.
a) Dung mơi
Dung mơi được lựa chọn trong chiết siêu âm phụ thuộc vào: khả năng hịa tan của chất chuyển hóa, sức căng bề mặt, áp suất hơi và độ nhớt của dung môi. Những thơng số vật lý đó sẽ ảnh hưởng đến hiện tượng xâm thực sóng âm, cụ thể hơn là ngưỡng xâm thực. Sự bắt đầu xâm thực trong chất lỏng yêu cầu áp suất âm trong suốt chu kỳ giãn phải vượt qua lực kết dính giữa các phân tử trong chất lỏng. Sự gia tăng sức căng bề mặt, dẫn đến sự tăng tác động lẫn nhau của các phân tử, do đó tăng một cách đáng kể ngưỡng xâm thực. Theo cách này, biên độ nên được tăng khi làm việc với mẫu có độ nhớt cao. Do đó nên sử dụng cường độ cao để đạt được các rung động cơ học cần thiết để dẫn đến hiện tượng xâm thực [50]. Dung môi với áp suất hơi thấp được sử dụng phổ biến cho chiết siêu âm, do sự vỡ của bong bóng xâm thực mạnh hơn so với dung mơi có áp suất hơi cao [57]. Tuy nhiên, áp suất hơi phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường lỏng.
Nhiệt độ có tác động mạnh đến tính chất dung môi. Tăng nhiệt độ dẫn đến việc giảm độ nhớt, giảm sức căng bề mặt và làm áp suất hơi tăng. Việc áp suất tăng hơi khiến cho nhiều dung môi dạng hơi đi vào trong lỗ hổng bong bóng và nhiều bong bóng xâm thực sẽ vỡ với lực nhẹ và giảm hiệu ứng siêu âm tế bào [50]. Kết quả là, ở nhiệt độ cao, hiệu suất siêu âm tế bào gây ra bởi sự vỡ của bong bóng xâm thực có thể giảm. Do đó, hiện tượng siêu âm tế bào phù hợp với chiết xuất ở nhiệt độ thấp và có thể kiểm sốt được nhiệt độ trong q trình chiết [58].
Đối với quá trình chiết, nhiệt độ góp phần vào hiệu suất chiết. Thơng thường, khi tăng nhiệt độ dẫn đến tăng hiệu suất chiết [59]. Trong trường hợp chiết siêu âm, một số tác giả báo cáo về lợi ích tác dụng của nhiệt độ tăng từ 200C đến 700C so sánh với chiết không siêu âm. Tuy nhiên, hiệu quả giảm khi nhiệt độ gần với điểm sôi của dung môi và nhiều tác giả báo cáo tác dụng có lợi của nhiệt độ thấp (dưới 30ºC) trong trường hợp chiết siêu âm [60]. Cấn thiết phải lựa chọn nhiệt độ chiết cho phù hợp dung môi chiết [61]. Việc chọn nhiệt độ chiết cấn phải phù hợp với sản phẩm chiết, nếu nhiệt độ chiết cao làm biến tính các sản phẩm khơng bền nhiệt. Việc tối ưu hóa nhiệt độ để đạt được hiệu suất cao của sản phẩm là hàm mục miêu, do thơng số này có thể thay đổi phụ thuộc vào tính chất của sản phẩm.
c) Ảnh hưởng của khí hịa tan và áp suất bên ngồi
Sự vắng mặt của khí gây khó khăn cho việc hình thành bọt, vì bọt được hình thành từ khí hịa tan trong chất lỏng. Khí hịa tan trong dung mơi đóng vai trị như hạt nhân tạo bong bóng [46]. Tuy nhiên, sử dụng siêu âm có xu hướng khử chất lỏng. Bọt khí có thể được sử dụng để kiểm sốt thành phần của bong bóng xâm thực và có thể ảnh hưởng đến hiện tượng siêu âm tế bào. Nói chung, trong lĩnh vực chiết, thành phần của khí hịa tan trong dung mơi là khơng kiểm soát được.
Nếu áp suất bên ngồi tăng thì cần có áp suất âm thanh lớn hơn để sinh ra xâm thực. Nhưng một khi ngưỡng xâm thực đạt được dưới áp suất bên ngoài (> 1atm), cường độ của bong bóng xâm thực vỡ cao hơn so với khơng có áp lực, do đó, sự tăng cường hiện tượng hóa siêu âm đạt được [50].
d) Ảnh hưởng của gian bào
Phụ thuộc vào mục đích của chiết siêu âm và các phần tử mục tiêu, gian bào thực vật có thể sử dụng dạng tươi (như nấm men, tảo…) hoặc khơ (như hoa, hạt có dầu...). Quá trình tiền xử lý của gian bào rất quan trọng và có thể tác động đến hiệu suất chiết.
e) Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi và nguyên liệu chiết
Độ hòa tan và ổn định của các hợp chất mục tiêu trong dung môi được chọn và nhiệt độ của mơi trường lỏng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình chiết. Hiệu suất chiết có thể thay đổi do cấu trúc nguyên liệu thực vật, độ dẻo hay sự khác biệt về thành phần sẽ dẫn đến mức độ ảnh hưởng khác nhau từ hiện tượng xâm thực, tỷ lệ dung mơi và ngun liệu chiết có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất q trình chiết.
1.6. Giới thiệu về liposome và ứng dụng của liposome 1.6.1. Giới thiệu về liposome 1.6.1. Giới thiệu về liposome
1.6.1.1. Lịch sử liposome
Từ “liposome” bắt nguồn từ hai từ Hy Lạp: lipo ("chất béo") và soma ("cơ thể"); Nó được đặt tên như vậy vì thành phần của nó chủ yếu là phospholipid. Liposome được nhà huyết học người Anh Alec D Bangham [62] mô tả lần đầu tiên vào năm 1961 (xuất bản năm 1964), tại Viện Babraham, ở Cambridge. Chúng được phát hiện khi Bangham và R. W. Horne đang thử nghiệm kính hiển vi điện tử mới của viện bằng cách thêm vết âm vào phospholipid khơ. Hình ảnh kính hiển vi là bằng chứng đầu tiên cho thấy màng tế bào là một cấu trúc lipid kép [63]. Weissmann - trong một cuộc thảo luận ở Cambridge với Bangham - lần đầu tiên đặt tên cho cấu trúc là "liposome" theo tên lysosome, mà phịng thí nghiệm của ơng đã nghiên cứu: một bào quan đơn giản, độ trễ liên kết cấu trúc có thể bị phá vỡ bởi chất tẩy rửa và streptolysin [64]. Có thể dễ dàng phân biệt liposome với các pha lipid và pha lipid lục giác bằng kính hiển vi điện tử truyền màu âm tính [65]. Chính Weissmann đã đề xuất thuật ngữ liposome cho đến ngày nay [65].
1.6.1.2. Cấu tạo của liposome
Liposome là một túi hình cầu có ít nhất một lớp lipid kép. Liposome có thể được sử dụng như một phương tiện phân phối thuốc để tải các chất dinh dưỡng và dược phẩm [67]. Liposome thường bao gồm các phospholipid, đặc biệt là phosphatidylcholine, nhưng cũng có thể bao gồm các lipid khác, chẳng hạn như phosphatidylethanolamine của trứng, miễn là chúng tương thích với cấu trúc lớp lipid kép [68]. Một cách tạo ra liposome có thể sử dụng các phối tử bề mặt để gắn vào các mơ khơng lành mạnh [69].
Hình 1.6.1. Sơ đồ liposome được hình thành bởi phospholipid trong dung dịch nước
Liposome là cấu trúc tổng hợp được tạo ra từ các phospholipid và có thể chứa một lượng nhỏ các phân tử khác. Mặc dù liposome có thể có kích thước khác nhau từ phạm vi micromet thấp đến hàng chục micromet, liposome thường ở phạm vi kích thước thấp hơn với các phối tử nhắm mục tiêu khác nhau được gắn vào bề mặt của chúng cho phép chúng bám vào bề mặt và tích tụ trong các khu vực bệnh lý để điều trị bệnh tật [70].
1.6.1.3. Ứng dụng của liposome
Liposome được sử dụng làm mơ hình cho các tế bào nhân tạo.
Liposome cũng có thể được thiết kế để phân phối thuốc theo những cách khác. Các liposome có độ pH thấp (hoặc cao) có thể sản xuất các loại thuốc dạng nước hịa tan sẽ được tích điện trong dung dịch (tức là độ pH nằm ngoài phạm vi đẳng điện của thuốc). Khi độ pH trung hòa tự nhiên trong liposome, thuốc cũng sẽ được trung hịa, cho phép nó tự do đi qua màng. Các liposome này hoạt động để phân phối thuốc bằng cách khuếch tán chứ không phải bằng cách dung hợp tế bào trực tiếp [70].
Thuốc chống ung thư như doxorubicin (Doxil) và daunorubicin có thể được sử dụng qua liposome. Liposomal cisplatin đã nhận được chỉ định thuốc điều trị ung thư tuyến tụy cho trẻ em [71].
Liposome được sử dụng như một loại thuốc tẩy độc: Một cách tiếp cận tương tự có thể được khai thác trong q trình oxy hóa sinh học của thuốc bằng cách tiêm vào các liposome rỗng với gradient pH xuyên màng. Trong trường hợp này, các mụn nước đóng vai trị như bồn rửa để hút thuốc trong tuần hoàn máu và ngăn chặn tác dụng độc hại của nó [72].
Đã có nghiên cứu sử dụng liposome làm "chất mang nano" để bón chất dinh dưỡng để điều trị cây trồng bị suy dinh dưỡng hoặc ốm yếu. Kết quả cho thấy rằng các
hạt tổng hợp này "ngấm vào lá cây dễ dàng hơn các chất dinh dưỡng thường", xác nhận thêm việc sử dụng công nghệ nano để tăng năng suất cây trồng [73].
Một nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng liposome có thể được sử dụng như các hạt nano kháng khuẩn cho các bề mặt tiếp xúc với thực phẩm. [74]
Liposome có thể được sử dụng làm chất mang để phân phối thuốc nhuộm cho ngành dệt, thuốc trừ sâu cho thực vật, enzym và chất bổ sung dinh dưỡng cho thực phẩm, và mỹ phẩm cho da [73]. Liposome cũng được sử dụng làm vỏ ngoài của một số chất cản quang microbubble được sử dụng trong siêu âm tăng cường chất cản quang [80].
Ngồi ra liposome cịn được ứng dụng trong bổ sung dinh dưỡng: Các ứng dụng lâm sàng của liposome là để phân phối thuốc mục tiêu, nhưng các ứng dụng mới để phân phối đường ăn uống của một số chất bổ sung dinh dưỡng đang được phát triển [75]. Ứng dụng mới này của liposome một phần là do tỷ lệ hấp thụ và sinh khả dụng thấp của các viên nén và viên nang dinh dưỡng trong chế độ ăn uống truyền thống. Khả năng ứng dụng đường uống cao, sự hấp thụ nhiều chất dinh dưỡng đã được ghi nhận trên lâm sàng [76]. Do đó, sự bao bọc tự nhiên của các chất dinh dưỡng ưa nước và ưa nước trong liposome sẽ là một phương pháp hiệu quả để bỏ tránh hiện tượng viêm loét dạ dày khi sử dụng thuốc, cho phép chất dinh dưỡng được bao bọc được phân phối một cách hiệu quả đến các tế bào và mô [77].
1.6.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến sản xuất liposome
Việc lựa chọn phương pháp sản xuất liposome phụ thuộc vào các yếu tố sau [71].
- Các đặc tính hóa lý của vật liệu được đưa vào liposome và các đặc tính của các thành phần liposomal;
- Bản chất của môi trường trong các túi lipid được phân bố chất bị hấp thụ; - Quy trình bổ sung liposome;
- Kích thước tối ưu, độ phân tán và thời hạn sử dụng của các liposome;
- Khả năng sản xuất hàng loạt và khả năng sản xuất quy mơ lớn các sản phẩm liposomal an tồn và hiệu quả;
Các liposome hữu ích hiếm khi hình thành một cách tự phát. Chúng thường hình thành sau khi cung cấp đủ năng lượng cho sự phân tán của lipid (phospho) trong
lipid kép. [69]; [70]. Do đó, liposome có thể được tạo ra bằng cách tạo phân tán các lipid lưỡng tính, chẳng hạn như phospholipid, trong nước [78]. Tỷ lệ hấp thụ cao tạo ra các liposome đa sao. Các tập hợp ban đầu, có nhiều lớp giống như một chum rễ, do đó hình thành các liposome ngoài sao nhỏ dần và cuối cùng là các liposome ngồi sao (thường khơng ổn định, do kích thước nhỏ và các khuyết tật tạo ra). Phương pháp phân tán lipid lưỡng tính thường được coi là một phương pháp bào chế "thơ" vì nó có thể