1.3.1 Cơ sở lý thuyết
11
Quá trình định hương là quá trình sử dụng các “chất mang” để hình thành lớp
màng bảo vệ ngăn tinh dầu tiếp xúc với các tác nhân oxy hóa, tăng cường độ ổn định các thành phần hóa học. Việc định hương còn làm giảm tốc độ bay hơi do hình thành các mạng lưới không gian ngăn cản việc khuếch tán nhanh, giúp cho mùi hương được lưu trữ lại trong thời gian lâu hơn. Bên cạnh đó, định hương làm tăng yếu tố cảm quan như màu sắc, độ đặc, khuếch tán mùi… của các loại tinh dầu. Cuối cùng, định hương giúp gia tăng tính chât vật lý và hoạt tính sinh học của sản phẩm bởi các “chất mang” được thêm vào trong quá trình định hương. Từ đó “chất mang” làm tăng tính ứng dụng của tinh dầu vào trong các sản phẩm phục vụ cho đời sống hằng ngày của con người [14].
1.3.2 Các phương pháp định hương
1.3.2.1 Sử dụng chất mang có nguồn gốc tự nhiên
Phương pháp định hương này sử dụng các “chất mang” (chế phẩm) có nguồn gốc
từ các loài động vật và thực vật trên thế giới. Các loại chất này có thể là các loại tinh dầu với tốc độ bay hơi thấp như các tinh dầu thuộc họ Woody, họ Amberry, … hoặc sử dụng các loại polymer có nguồn gốc từ thiên nhiên như pectin, sáp đậu nành, một số loại nhựa cây,… Kỹ thuật này có ưu điểm nổi trội như sau: các thành phần đều có nguồn gốc
tự thiên nên không gây hại đến sức khỏe con người, sử dụng nhiều trong các sản phẩm liên quan đến chăm sóc sức khỏe con người. Bên cạnh những ưu điểm đó thì kỹ thuật
sử dụng chất mang thiên nhiên cũng có nhiều nhược điểm: giá thành khá cao, mùi hương không đa dạng và độ ổn định thấp dẫn đến thời gian sử dụng không được dài. Chất mang này chịu ảnh hưởng bởi sự đa dạng sinh học, phụ thuộc vào điều kiện của từng quốc gia
và khu vực [14].
1.3.2.2 Sử dụng chất mang tổng hợp
“Chất mang” sử dụng trong phương pháp định hương này được tổng hợp từ các
hợp chất hóa học thông qua các phản ứng. “Chất mang” là những loại polymer như : carboxymethyl cellulose (CMC), parafin, sáp ong … hoặc các hợp chất hóa học như propylene glycol, glycerin,… hoặc hương liệu tổng hợp . Phương pháp này mang lại các
ưu điểm nổi trội sau : mùi hương tạo ra đa dạng, thời gian sử dụng lâu, độ ổn định mùi cao và giá thành thấp. Sử dụng phổ biến trong các sản phẩm hằng ngày, sản lượng lớn
12
và không phục thuộc vào điều kiện tự nhiên của các quốc gia. Tuy nhiên phương pháp
có một nhược điểm quan trọng nhất là các chất mang là những hợp chất tổng hợp nên ít nhiều cũng có tác động đến sức khỏe của con người và ảnh hưởng đến môi trường do các biện pháp xử lý [14].
Tóm lại việc sử dụng phương pháp định hương nào cần căn cứ vào điều kiện sử dụng của sản phẩm mà chúng ta sử dụng cho phù hợp. Hiện nay việc sử dụng chất mang
là các loại polymer đang là xu hướng trên thế giới. Polymer dễ tìm, chi phí thấp cũng như các đặc tính hóa lý phù hợp, giúp tăng cường khả năng ổn định mùi hương và kéo dài thời gian lưu trữ.
1.3.3 Các polymer trong định hương
1.3.3.1 Chitosan
Chitosan là dẫn xuất deacetyl hóa của chitin, trong đó nhóm –NH2 thay thế nhóm –NHCOCH3 ở vị trí C-2. Chitosan được cấu tạo từ các mắt xích D-glucosamine liên kết với nhau bởi các liên kết β-(1-4)-glicoside. Do vậy, chitosan có thể gọi là poly β-(1-4)- 2-amino-2-deoxy-D-glucose hoặc poly β-(1-4)-D-glucosamine (hình 1.5) .
Hình 1.3 Cấu trúc chitosan
Về mặt tính chất vật lý, chitosan được tìm thấy ở dạng kết tinh hoặc polymer khác nhau với mức độ deacetyl hóa không hoàn toàn tạo nên tính chất của một compolymer. Chitosan có màu trắng hay vàng nhạt, không mùi vị, không tan trong nước, dung dịch kiềm và acid đậm đặc nhưng tan trong acid loãng (pH = 6-6,6), tạo dung dịch keo trong suốt. Trọng lượng phân tử trung bình: 10.000 – 500.000 dalton, nhiệt độ nóng chảy 309 – 3110C và là một loại polyamine.
Về tính chất hóa học, chitosan có chứa các nhóm chức - OH, - NHCOCH3 trong các mắc xích N-acetyl-D-glucosamine và nhóm - OH, nhóm - NH2 trong các mắt xích
13
D-glucosamine. Điều này có nghĩa chitosan là alcohol vừa là amine và cũng vừa là amide. Phản ứng hóa học có thể xảy ra các ở vị trí này để tạo ra các dẫn xuất tương tự như các phản ứng của alcohol, amine và amide. Ngoài ra, chitosan là những polymer mà các monomer được nối bởi các liên kết β-1(1-4)-glucoside nên rất dễ bị đứt bởi các tác nhân hóa học như acid, base, tác nhân oxy hóa và các enzyme thủy phân [15].
1.3.3.2 Pectin
Pectin có cấu trúc và chức năng là polysacarite phức tạp nhất trong thành tế bào thực vật. Pectin có chức năng tăng trưởng hình thái, phát triển và bảo vệ thực vật. Pectin cũng đóng vai trò là chất keo, polymer ổn định trong tế bào. Pectin có chứa ít nhất 65% acid galacturonic được liên kết với nhau bằng liên kết α-1,4-glycoside, trong đó một số gốc – COOH được methoxyl hóa – CH3O (hình 1.6).
Hình 1.4 Cấu trúc pectin Tính chất của pectin được đặc trưng bởi chỉ số methoxyl (MI) và chỉ số ester hóa (DE) trong cấu trúc của pectin. Dựa trên chỉ số DE, pectin được chia làm 2 loại: pectin methoxyl hóa cao (high metholxyl pectin – HMP) với chỉ số DE >50% và pectin methoxyl hóa thấp (low methoxyl pectin – LMP) với DE<50%. Phân tử lượng của các loại pectin tách từ các nguồn quả khác nhau thay đổi trong giới hạn rộng 25000 – 50000 đvc làm ảnh hưởng ảnh hưởng đến độ nhớt và độ hòa tan của pectin. Pectin tinh chế là dạng bột màu trắng hoặc hơi vàng hoặc màu xám và tan trong nước.
Khả năng tạo gel: các pectin đều là những chất keo háo nước nên có khả năng hydrat hóa cao nhờ sự gắn các phân tử nước vào nhóm hydroxyl của chuỗi polymethyl galacturonic. Ngoài ra, trong phân tử pectin có mang điện tích âm nên chúng có khả năng đẩy lẫn nhau làm giãn mạch và làm tăng độ nhớt của dung dịch. Khi làm giảm độ
14
tích điện và hydrat hóa sẽ làm cho sợi pectin xích lại gần tương tác với nhau tạo nên một mạng lưới ba chiều rắn chứa pha lỏng ở bên trong. Khả năng tao gel của pectin tùy thuộc nguồn gốc, mức độ methoxyl hóa và phân tử lượng của pectin. Khả năng này được sử dụng để ổn định nhiều pha trong những sản phẩm sử dụng để tạo ra cấu trúc gel cho thực phẩm. Tác dụng của pectin là tạo ra cấu trúc mứt đông, mứt trái cây không bị thay đổi trong quá trình vận chuyển, tạo ra mùi vị thơm ngon cho sản phẩm và giảm sự phá
vỡ cấu trúc. Ngoài ra, pectin có thể tạo tủa với rượu, axeton, ete hoặc benzen [16, 17].
1.2.3.3 Carboxymethyl cellulose (CMC)
Carboxymethyl cellulose(CMC) là dẫn xuất cellulose với các nhóm carboxymethyl
(-CH2COOH) liên kết với một số nhóm hydroxyl của các glucopyranose monomer tạo nên khung sườn cellulose, CMC thường được sử dụng dưới dạng muối natri carboxymethyl cellulose.
R = H OR CH2COOH
Hình 1.5 Cấu trúc CMC Tính chất vật lý của CMC: Độ tan phụ thuộc vào giá trị DS (mức độ thay thế), giá trị DS cao cho độ hòa tan thấp và nhiệt độ tạo kết tủa thấp hơn do sự cản trở của các nhóm hydroxyl phân cực. CMC tan tốt ở nhiệt độ 400C và 500C. Độ nhớt của dung dịch CMC phụ thuộc vào nồng độ của CMC, nhiệt độ và pH. Độ nhớt của CMC giảm khi tăng nhiệt độ và ngược lại. Ngoài ra độ nhớt của dung dịch CMC còn phụ thuộc vào sự hiện diện của các cation trong dung dịch: Cation có hóa trị +1 thường không ảnh hưởng trừ agar+, cation có hóa trị +2 làm giảm độ nhớt và cation có hóa trị +3 làm tạo gel dung dịch.
CMC có nhiều ứng dụng trong việc cố định và tăng cường khả năng phân tán mùi hương cho sản chẩm trong thực tế. CMC là chế phẩm ở dạng bột trắng, hơi vàng, hầu
15
như không mùi hạt hút ẩm. CMC tạo dung dịch dạng keo với nước, không hòa tan trong ethanol, phân tử ngắn hơn so với cenllulose, dùng trong thực phẩm với liều lượng 0,5- 0,75%, cả dạng muối và acid đều là tác nhân tạo đông tốt, tạo khối đông với độ ẩm cao (98%). Độ chắc và độ tạo đông còn phụ thuộc vào hàm lượng acetat nhôm, hầu hết các CMC tan nhanh trong nước lạnh và giữ nước ở bất cứ nhiệt độ nào. Chất ổn định nhũ tương sử dụng để kiểm soát độ nhớt mà không gel, chất làm đặc và chất ổn định nhũ tương. CMC được sử dụng như chất kết dính khuôn mẫu cho các cải tiến dẻo, kết dính
và ổn định, hiệu lực phân tán đặc biệt cao khi tác dụng trên các chất màu [18].