- Phương pháp nghiên cứu: tại cơng đoạn khuấy, tiến hành bố trí thí nghiệm chọn điều kiện khuấy thích hợp với 2 thơng số:
+ Thời gian khuấy + Tốc độ khuấy
Hỗn hợp dầu gấc + Tween 80 (5%) + gelatine/chitosan (sau khi được phối trộn bằng phương pháp khuấy)
Đồng hĩa
Thời gian đồng hĩa (phút) Tốc độ đồng hĩa
Theo dõi thời gian phân pha
Thời gian và tốc độ đồng hĩa thích hợp
Sơ đồ 2.3: Bố trí thí nghiệm để chọn điều kiện đồng hĩa thích hợp 2.2.1.2 Chọn điều kiện đồng hĩa thích hợp
- Phương pháp nghiên cứu: tại cơng đoạn đồng hĩa, tiến hành bố trí thí nghiệm chọn điều kiện đồng hĩa thích hợp với 2 thơng số:
+ Thời gian đồng hĩa + Tốc độ đồng hĩa
2.2.2 Xác định độ bền của nhũ tương
2.2.2.1Xác định tỉ lệ pha phân tán (volume fraction)
Vật liệu:
- Pha liên tục: dung dịch gelatine/chitosan được pha theo các nồng độ khác nhau + Gelatine: 30%, 20%, 15%, 10%, 5%, 2%, 1% và 0.5%.
+ Chitosan: 3%, 2%, 1%, 0.5%, 0.1% và 0.05%. - Pha phân tán: dầu gấc nguyên chất G8.
- Mẫu nhũ tương. - Ống nghiệm - Bình đo tỷ trọng - Cân phân tích
Phương pháp
Đo khối lượng bình trống (mb) bằng cân phân tích
Điền nước cất vào bình trống và đo tổng khối lượng bình và nước cất (mt). Tính thể tích của bình (Vg) bằng cơng thức:
Vg = mw/ρw = (mt - mb)/ρw
mt là tổng khối lượng bình và nước cất mb là khối lượng bình trống
ρw là khối lượng riêng của nước ở các nhiệt độ đo lường cụ thể (Bảng 2.1)
Bảng 2.1 Khối lượng riêng của nước ở áp suất 1atm ở các nhiệt độ khác nhau
Điền vào bình dung dịch polymer và cân tổng khối lượng (mc). Tính tỉ trọng của pha liên tục (ρc):
mc: tổng khối lượng bình và dung dịch polymer Lặp lại phép đo với pha phân tán để xác tỉ trọng của nĩ (ρd):
ρd = (md – mb)/Vg
md: tổng khối lượng bình và dung dịch pha phân tán
Lặp lại phép đo với mẫu nhũ tương để xác định tỉ trọng của nĩ (ρ):
me : tổng khối lượng bình và mẫu nhũ tương tính tốn phần tỉ lệ pha phân tán (volume fraction – ):
= (ρ – ρd)/(ρc - ρd) 2.2.2.2Xác định vạch phân pha Vật liệu - Mẫu nhũ tương - Ống nghiệm - Tủ ấm 370C - Đèn pin Phương pháp
Cho mẫu nhũ tương vào ống nghiệm
Dán kín miệng ống nghiệm và để mẫu vào nơi tránh ánh sáng mạnh. Đối với hỗn hợp nhũ tương gelatine thì để trong tủ ấm 370C.
Đo chiều cao của tầng phân chia với thước đo vào những khoảng thời gian nhất định.
2.2.2.3Xác định kích thước các tiểu phân
- Mẫu nhũ tương lưu trữ trong ống nghiệm sẽ được lấy ra cho lên lam kính và soi dưới kính hiển vi theo các mốc thời gian nhất định.
- Hạt soi dưới kính hiển vi được chụp hình lại và đo kích thước bằng phần mềm Motic Image 2.0.
2.2.2.4Xác định độ nhớt
- Độ nhớt các polymer và hỗn hợp nhũ tương được xác định bằng máy đo độ nhớt BROOKFIELD dịng Viscometer – DV- I Prime.
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng tạo nhũ tương
3.1.1 Nồng độ polymer – Độ nhớt của pha liên tục
Tơi tiến hành xác định độ nhớt của dung dịch gelatin tại các nồng độ khác nhau từ 0,5% tới 30%. Nhiệt độ tiến hành thí nghiệm là 300C, kết quả thu được như sau:
Hình 3.1: Ảnh hưởng của nồng độ polymer tới độ nhớt của pha liên tục
Thảo luận: Như vậy đối với cả hai polymer sử dụng, độ nhớt của dung dịch tỷ lệ thuận với nồng độ polmer. Đặc biệt, đối voiws chitosan độ nhớt dung dịch tăng rất nhanh và đột ngột theo nồng độ. Các polymer sử dụng để tạo nhũ tương ngồi tính chất tạo gel, tạo đặc pha liên tục cịn được dùng như một chất hoạt động bề mặt do tính nhớt và cấu trúc của chúng. Độ nhớt pha liên tục là một yeus tố rất quan trọng trong việc làm bền nhũ tương. Độ nhớt càng cao thì càng giảm được hiện tượng kết tụ, tạo kem, lắng gạn của các phân tử trong hệ nhũ tương. Điều này rất cĩ ý nghĩa cho sự ổn định lâu dài của hệ nhũ tương. Ngồi ra, độ nhớt của pha liên tục trong hệ nhũ tương o/w cũng gĩp phần quyết định cấu trúc và cảm quan của nhũ tương.
3.1.1 Khảo sát điều kiện đồng hĩa
3.1.3.1 Điều kiện đồng hĩa nhũ tương chitosan
Tơi khảo sát các điều kiện đồng hĩa khác nhau với giải áp suất đồng hố từ 3 - 6 bar, trong các khoảng thời gian khác nhau từ 5 – 20 phút. Tiêu chí đánh giá là thời gian suất hiện vạch phân pha. Kết quả thu được thể hiện trong bảng 3.1
Bảng 3.1 Kết quả khảo sát áp suất đồng hĩa nhũ tương Chitosan
Áp suất đồng hĩa Độ tạo bọt Độ đục Thời gian xuất hiện vạch phân pha
3 bar ++ +++ 30 phút
4 bar +++ ++++ 40 phút
5 bar ++++ +++++ 70 phút
6 bar +++++ +++++ 50 phút
Qua bảng ta thấy được với áp suất đồng hĩa 5 bar thì thời gian xuất hiện vạch phân pha là chậm nhất. Ở áp suất 6bar, thời gian xuất hiện vạch phân pha vừa nhanh mà lớp bọt hình thành lên quá nhiều. Đồng thời ở áp suất 6bar, nhiệt độ sau khi đồng hĩa lại tăng lên rất nĩng ảnh hưởng đến carotenoid trong dầu gấc, các giọt dầu nổi lên rất nhiều theo lớp phân pha.
3.1.2.2 Khảo sát điều kiện đồng hĩa nhũ tương Gelatine
Tơi khảo sát các điều kiện đồng hĩa khác nhau với giải áp suất đồng hố từ 3 - 6 bar, trong các khoảng thời gian khác nhau từ 5 – 20 phút. Tiêu chí đánh giá là thời gian suất hiện vạch phân pha . Kết quả thu được thể hiện trong bảng 3.4
Bảng 3.2: Kết quả khảo sát áp suất đồng hĩa nhũ tương Gelatine
Áp suất đồng hĩa Độ tạo bọt Độ đục Thời gian xuất hiện vạch phân pha
3 bar ++ +++ 20 phút
4 bar +++ ++++ 80 phút
5 bar ++++ +++++ 70 phút
6 bar +++++ +++++ 60 phút
Qua bảng 3.2 ta thấy áp suất đồng hĩa 4bar cĩ thời gian xuất hiện vạch phân pha là chậm nhất.
Kết luận : Qua khảo sát điều kiện đồng hĩa nhũ tương Chitosan và Gelatine ta rút ra được áp suất đồng hĩa tốt nhất đối với Chitosan là 5bar và đối với Gelatine là 4bar trong thời gian 10 phút.
3.1.2.3 Khảo sát tỷ lệ hai pha dầu/ nước
Tơi khảo sát các tỷ lệ dầu gấc/polymer khác nhau : 0.25/50, 0.5/50, 0.75/50, 1/50 trong cùng điều kiện đồng hĩa. Tiêu chí đánh giá là thời gian suất hiện vạch phân pha . Kết quả thu được thể hiện trong bảng 3.3
Bảng 3.3 Kết quả khảo sát tỷ lệ dầu gấc/dung dịch polymer Lượng dầu gấc
(ml) Cảm quan
0.25 ml Màu hỗn hợp nhũ tương nhạt, ít váng dầu nổi lên
0.5 ml Màu hỗn hợp nhũ tương đậm hơn, đẹp hơn, váng dầu vừa phải 0.75 ml Màu hỗn hợp nhũ tương đậm, váng dầu thừa nổi lên trên nhiều 1 ml Màu hỗn hợp nhũ tương quá đậm, váng dầu thừa nổi lên quá nhiều
Tỷ lệ dầu gấc/polymer thích hợp nhất là 0.5/50 (1/100). Ở tỷ lệ này, lượng dầu gấc hịa tan hết vào pha liên tục, màu hỗn hợp của nhũ tương cũng đẹp. Càng nhiều dầu, tỷ lệ dầu gấc/polymer càng lớn thì lượng dầu dư thừa nhiều, dầu khơng hịa tan vào hết pha liên tục. Lớp váng dầu nổi lên rất nhanh và màu rất đậm. Các giọt dầu nổi lên cùng với lớp phân pha rất nhiều, ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng và cảm quan của hỗn hợp nhũ tương. Nhưng nếu quá ít dầu gấc thì hàm lượng dầu gấc trong nhũ tương lại quá ít. Lúc này hỗn hợp nhũ tương chỉ tồn polymer là chủ yếu.
3.2 Tính chất của nhũ tương tạo thành với gelatine tại các nồng độ khác nhau
3.2.1 Biến đổi tỷ lệ thể tích () nhũ tương theo thời gian
Hình 3.2. Tỷ lệ thể tích nhũ tương Gelatine biến đổi theo thời gian ở các nồng độ khác nhau
Thảo luận : Theo biểu đồ 3, tỷ lệ thể tích pha liên tục của nhũ tương được
tạo thành với gelatine ở các nồng độ khác nhau biến đổi theo thời gian và theo nồng độ của polymer sử dụng . Giá trị tỉ trọng của dầu gấc và gelatine là khơng đổi nên tỉ trọng nhũ tương càng cao thì mức độ phân pha của hệ nhũ tương càng lớn. Do theo thời gian, các hạt dầu khơng cịn được giữ trong hệ thống nhũ tương, các hạt dầu này nhẹ hơn sẽ di chuyển lên phía trên. Pha dưới cịn lại là pha liên tục. Nếu tỉ trọng nhũ tương bằng tỉ trọng gelatine thì hệ nhũ tương đã phân pha hồn tồn. Các hệ nhũ tương cĩ nồng độ gelatine thấp thì tỉ trọng hệ nhũ tương càng lớn và tốc độ phân pha càng nhanh.
3.2.2 Biến đổi vạch phân pha theo thời gian
Bảng 3.4 : Biến đổi vạch phân pha của hệ nhũ tương tạo thành với Gelatine ở các
nồng độ khác nhau theo thời gian
Vạch phân pha (cm) Nồng độ Gelatine (%) 0h 10 phút 20 phút 30 phút 1 giờ 4 giờ 24 giờ 30 0 0 0 0 0 0 6 20 0 0 0 0 0 5 7 15 0 0 0 0 3.5 5.6 7.2 10 0 0 0 3.3 3.8 7 7.5 5 0 0 0 3.5 7.4 7.7 7.7 2 0 0 4.5 6.5 7.5 8 8.2 1 0 0 6.5 7.5 8 8.2 8.2 0.5 0 4.5 7 7.2 7.5 8.2 8.2
Thảo luận : qua bảng 3.4, nhận thấy rằng nồng độ gelatine 30% cĩ vạch phân pha thấp nhất – sau 24h mới thấy rõ vạch phân pha, gelatine 0.5% cĩ vạch phân pha nhiều và xuất hiện sớm – thời gian 10 phút đầu đã cĩ hiện tượng phân pha. Nồng độ gelatine càng đậm đặc thì tốc độ phân pha càng chậm, hệ nhũ tương được bền vững hơn. Vì độ nhớt của pha liên tục lớn sẽ giữ các phân tử trong hệ nhũ tương lâu hơn. Gelatine cĩ độ đặc và độ nhớt lớn sẽ giảm được sức căng bề mặt giữa các giọt dầu và pha liên tục, giữ các hạt nhũ tương duy trì kích thước nhỏ lâu hơn, tránh được hiện tượng hĩa hợp giữa các hạt.
3.2.3 Ảnh hưởng của nồng độ gelatin lên kích thước tiểu phân
Tơi tiến hành khảo sát sự phân bố kích thước các hạt tiểu phân tại thời điểm ban đầu theo các nồng độ gelatin khác nhau. Kết quả thu được như sau:
Hình 3.3 Ảnh hưởng của nồng độ gelatine lên kich thước hạt nhũ tương
Kết quả cho thấy, phân bố kích thước hạt nhũ tương hầu như khơng thay đổi theo nồng độ gelatine sử dụng. Kích thước hạt tập trung chủ yếu trong khoảng từ 20 – 40 µm tại tất cả các nồng độ khảo sát.
3.2.4 Biến đổi kích thước tiểu phân theo thời gian
Tơi tiến hành khảo sát sự biến đổi kích thước các tiểu phân nhũ tương theo nồng độ và thời gian cụ thể, sự biến đổi về kích thước được thể hiện kết quả trong hình
Hình 3.4: Biến đổi kích thước hạt nhũ tương theo thời gian tại các nồng độ gelatine khác nhau
Thảo luận : Tơi thấy rằng kích thước các tiểu phân biến đổi theo thời gian
phụ thuộc vào nồng độ pha liên tục. Nồng độ pha liên tục càng lớn thì kích thước các hạt càng nhỏ. Kích thước các hạt càng nhỏ thì nhũ tương càng bền và chậm phân pha. Nồng độ polymer càng lỗng thì khả năng hĩa hợp các giọt càng nhanh và càng nhiều. Do độ nhớt polymer thấp thì khơng đủ khả năng giảm sức căng bề mặt giữa dầu và nước.
3.3 Tính chất của nhũ tương tạo thành với chitosan tại các nồng độ khác nhau
Hình 3.5 Tỷ lệ thể tích () nhũ tương Chitosan ở các nồng độ khác nhau biến đổi theo thời gian
Thảo luận: Tỷ lệ thể tích của nhũ tương được tạo thành với chitosan ở các nồng độ khác nhau biến đổi theo thời gian của hệ nhũ tương. Theo thời gian càng dài thì volume fraction càng cao. Giá trị tỉ trọng của dầu gấc và chitosan là khơng đổi nên tỉ trọng nhũ tương càng cao thì mức độ phân pha của hệ nhũ tương càng lớn. Do theo thời gian, các hạt dầu khơng cịn được giữ trong hệ thống nhũ tương, các hạt dầu này nhẹ hơn phân tử chitosan sẽ di chuyển lên phía trên. Pha dưới cịn lại là pha liên tục. Nếu tỉ trọng nhũ tương bằng tỉ trọng chitosan thì hệ nhũ tương đã phân pha hồn tồn. Các hệ nhũ tương cĩ nồng độ chitosan thấp thì tỉ trọng hệ nhũ tương càng lớn và tốc độ phân pha càng nhanh.
3.3.2 Biến đổi vạch phân pha theo thời gian
Bảng 3.5: Biến đổi vạch phân pha của hệ nhũ tương tạo thành với Chitosan ở các nồng độ khác nhau theo thời gian
Vạch phân pha (cm)
Nồng độ
Chitosan (%) 0h 10 phút 20 phút 30 phút 1 giờ 4 giờ 24 giờ
3 0 0 0 0 0 0 2.8 2 0 0 0 0 0 0 7.3 1 0 0 0 0 6.3 6.5 7.4 0.5 0 0 0 0 6.5 7 7.5 0.1 0 7 7.2 7.2 7.3 7.5 7.7 0.05 0 7.5 7.8 8 8.1 8.1 8.1
Thảo luận : Nồng độ chitosan 3% cĩ vạch phân pha thấp nhất và thời gian
phân pha chậm nhất. Nồng độ càng thấp thì tốc độ phân pha càng nhanh và vạch phân pha càng cao. Khi độ nhớt của pha liên tục cao thì tốc độ phân pha của hệ nhũ tương diễn ra chậm. Độ nhớt thấp dẫn đến độ đặc của pha liên tục cũng giảm, độ đặc thì liên quan đến độ bền của nhũ tương.
3.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ chitosan tới phân bố kích thước của hệ nhũ
tương ban đầu
Tơi tiến hành khảo sát sự phân bố kích thước các hạt tiểu phân tại thời điểm ban đầu theo các nồng độ chitosan khác nhau. Kết quả thu được như sau :
Hình 3. 6Phân bố kích thước hạt nhũ tương theo nồng đơ chitosan
Thảo luận: Từ kết quả trên nhận thấy, khác với gelatine, đối với hệ nhũ
tương chitosan, nồng độ polymer cĩ ảnh hưởng tới phân bố kích thước hạt ban đầu. Với nồng độ chitosan càng cao thì kích thước hạt càng tập trung và càng nhỏ. Ví dụ, với chitosan 3%, 100% hạt cĩ kích thước nhỏ hơn 20 µm, trong khi với nồng độ 0,05%, hạt phân bố rải rác từ 20 tới 140 µm.
3.3.4 Biến đổi kích thước tiểu phân theo thời gian
Tơi tiến hành khảo sát kích thước hạt nhũ tương theo thời gian tại các nồng độ chitosan khác nhau. Kết quả thu được như sau :
Hình 3.7 Biến đổi kích thước hạt nhũ tương theo thời gian tại các nồng độ chitosan khác nhau
Thảo luận : Ta thấy rằng kích thước các tiểu phân biến đổi theo thời gian
phụ thuộc vào nồng độ polymer. Nồng độ polymer càng đặc thì kích thước các tiểu phân càng nhỏ. Kích thước các tiểu phân càng nhỏ thì tốc độ phân pha của nhũ tương càng chậm. Nồng độ polymer càng lỗng thì kích thước các tiểu phân càng lớn do xảy ra sự hĩa hợp các giọt xảy ra mạnh mẽ và nhanh chĩng.
CHƯƠNG IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1 Kết luận
Đã nghiên cứu các thơng số tạo hệ nhũ tương dầu trong nước (oil/water) để tạo ra hệ nhũ tương bền. Qua đề tài này tơi đã nghiên cứu, khảo sát được các điều kiện, yếu tố ảnh hưởng sau:
- Ảnh hưởng của điều kiện đồng hĩa: qua khảo sát điều kiện đồng hĩa, tơi lựa chọn được áp suất đồng hĩa thích hợp cho 2 loại nhũ tương dầu gấc được tạo với Chitosan và gelatine. Đối với nhũ tương Chitosan áp suất đồng hĩa là 5bar, với nhũ tương Gelatine áp suất đồng hĩa là 4bar.
- Ảnh hưởng của tỷ lệ dầu/nước: qua khảo sát, tơi đã lựa chọn được tỷ lệ dầu gấc thích hợp để phối trộn với polymer là 1/100.
- Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt: chất hoạt động bề mặt được sử dụng ở đây là Tween 80 với nồng độ 5%.
- Ảnh hưởng của polymer pha liên tục
+ Đối vơi Chitosan, khảo sát thấy được rằng ở nồng độ 3% và 2% thì hệ nhũ tương tạo được đẹp, mịn, kích thước hạt nhỏ, cĩ thời gian sống và ổn định lâu nhất.