CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu
2.3. Phương pháp nghiên cứu
2.3.3.2. Phương pháp đo kích thước hạt vi nang
Lấy 0,2 g bột vi nang cho vào cốc sạch rồi thêm nước cất vào và tiến hành rung siêu âm trong 1 phút. Lấy huyền phù thu được đem đi soi dưới kính hiển vi có thang đo kích thước. Lấy ngẫu nhiên kích thước của 3 hạt rồi tính giá trị trung bình ta được kích thước hạt vi nang.
2.3.4. Phương pháp xử lý số liệu
Mỗi thí nghiệm được thực hiện song song ba lần. Kết quả của thí nghiệm được biểu diễn bằng (giá trị trung bình) ± (độ không đảm bảo đo). Đồ thị được vẽ bằng phần mềm Microsoft Excel 2013.
Cà phê Decaf
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Điều chế vi nang LCEO/β-CD
Phức bọc LCEO/β-CD trong báo cáo này được điều chế bằng phương pháp paste.
Trong phương pháp này, các lỗ rỗng của β-CD chiếm giữ được LCEO nhờ bởi các tương tác giữa các liên kết cộng hóa trị không phân cực. Tất cả các mẫu bột vi nang thu được có bề mặt bột hơi vàng so với màu trắng ban đầu của BCD và có mùi thơm nhẹ của citral.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo thành phức bọc LCEO/β-CD bao gồm: tỷ lệ β- CD/H2O, tỷ lệ LCEO/EtOH, nồng độ EtOH và tỷ lệ LCEO/ β-CD được khảo sát (tất cả các tỷ lệ đều là % theo khối lượng).
3.1.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ % β-CD/H2O (w/w)
β-CD có cấu trúc lỗ rỗng với vùng ngoài ưa nước do β-CD có chứa các nhóm hydroxyl tự do. Trong phương pháp paste, β-CD đầu tiên được trộn với nước tạo hỗn hợp bột có độ kết dính cao nhờ vào tương tác của các nhóm hydroxyl này với các phân tử nước. Vì vậy, tỷ lệ β-CD/H2O đóng vai trò quan trọng trong quá trình điều chế phức bọc.
Trong báo cáo này, tỷ lệ % β-CD đối với nước được khảo sát lần lượt là: 90:10; 83;17;
70:30; 63:37; 55:45, các tỷ lệ khác được giữ nguyên: tỷ lệ % LCEO/EtOH được cố định là 28:72, nồng độ EtOH là 96° và tỷ lệ % LCEO/β-CD là 5:95.
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ β-CD/H2O đến tính chất hóa lý của phức bọc Tỷ lệ β-CD/H2O
Tính chất hóa lý 90:10 83:17 70:30 63:37 55:45
Độ ẩm 9,39 9,43 9,42 7,64 7,78
Hàm lượng bột thu hồi (%) 95,53 93,90 90,54 88,50 71,02 Hàm lượng tinh dầu bề mặt
(mg/g) 0,38 0,85 1,28 1,80 2,10
Hàm lượng dầu tổng (mg/g) 1,78 8,86 56,70 35,44 35,44 Hiệu suất bao gói vi nang (%) 2,26 3,89 89,39 54,26 53,77 Hiệu quả bao gói vi nang (%) 2,87 5,26 91,45 57,16 57,16
95.53 93.9 90.54 88.5
71.02
90:10 83:17 70:30 63:37 55:45
0 20 40 60 80 100 120
Hàm lượng bột thu hồi(%)
Hàm lượngbột thu hồi (%)
Tỷ lệ β-CD/H2O
Hình 3.1. Sự phụ thuộc Hàm lượng bột thu hồi vào tỷ lệ β-CD/H2O (w/w)
Lượng bột vi nang thu được bị thất thoát so với lượng bột ban đầu do sự mất mát phức bọc LCEO/BCD trong quá trình nhồi và do sự bay hơi của tinh dầu hoặc sự phân hủy của tinh dầu trong giai đoạn sấy. Từ hình vẽ 3.1 ta thấy ứng với tỷ lệ 90:10, hàm lượng bột thu hồi cao nhất (95,53%) cao nhất và ứng với tỷ lệ 55:45, hàm lượng bột thu hồi cao thấp nhất (71,92%). Lượng nước đem trộn với β-CD càng nhiều thì khả năng bao gói càng thấp. Điều này có thể giải thích dựa vào sự oxi hóa các chất dễ bay hơi (cụ thể ở đây là LCEO) xảy ra nhanh hơn khi tăng lượng nước trong mẫu[21]. Thêm vào đó, lượng nước dùng để nhào β-CD nhiều có thể làm thất thoát phức bọc nhiều hơn do lúc này phức bọc dẻo hơn nên kết dính với các dụng cụ nhào dễ hơn.
Hình vẽ 3.2 cho thấy tỷ lệ 90:10 có hàm lượng tinh dầu bề mặt thấp nhất (0,38 mg/g) và tỷ lệ 55:45 có hàm lượng tinh dầu bề mặt cao nhất (2,1 mg/g). Hàm lượng tinh dầu bề mặt tăng dần theo lượng nước dùng để nhào β-CD. Lượng tinh dầu tổng lớn nhất ở tỷ lệ 70:30 và thấp nhất ở tỷ lệ 90:10.
90:10 83:17 70:30 63:37 55:45 0
0.5 1 1.5 2 2.5
0 10 20 30 40 50 60
Hàm lượng tinh dầu bề mặt(mg/g) Hàm lượng dầu t
Hàm lượng tinh dầubềmặt (mg/g) Hàm lượngdầutổng (mg/g)
Tỷ lệ β-CD/H2O
Hình 3.2. Sự phụ thuộc Hàm lượng tinh dầu trong bột vi nang vào tỷ lệ β-CD/H2O (w/w)
Khi lượng nước tăng thì số phân tử nước bao quanh bề mặt ngoài của β-CD (dạng cốc) tăng lên do tương tác với các nhóm –OH của β-CD, khi LCEO/EtOH được thêm vào, các phân tử EtOH sẽ tương tác nhiều với các phân tử nước và nhóm –OH của β-CD làm cho LCEO trên bề mặt tăng lên theo lượng nước thêm vào. Thêm vào đó lượng nước tăng nên độ nhớt của hỗn hợp β-CD /H2O giảm tạo điều kiện cho hỗn hợp LCEO/H2O dễ dàng tiếp xúc với β-CD. Hàm lượng tinh dầu tổng đạt cực đại ở tỷ lệ 70:30 rồi giảm xuống khi lượng nước tiếp tục tăng cho thấy nước cản trở sự di chuyển của LCEO vào trong β-CD.
Hình vẽ 3.3.cho thấy tỷ lệ 90:10 có hiệu suất và hiệu quả bao gói thấp nhất và tỷ lệ 70:30 có hiệu suất và hiệu quả bao gói cao nhất. Hiệu suất và hiệu quả bao gói vi nang đạt đên cực đại tại tỷ lệ 70:30 rồi sau đó giảm xuống khi lượng nước tăng lên. Do đó ta chọn tỷ lệ β-CD/H2O 70:30, để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo.
90:10 83:17 70:30 63:37 55:45 0
20 40 60 80 100
0 20 40 60 80 100
Hiệu quả bao gói vi nang (%) Hiệu suất bao gói vi nang (%)
Hiệuquả bao gói vi nang (%) Hiệusuất bao gói vi nang (%)
Tỷ lệ β-CD/H2O
Hình 3.3. Sự phụ thuộc Hiệu suất và hiệu quả bao gói vi nang vào tỷ lệ β-CD/H2O (w/w)
3.1.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ % LCEO/EtOH (w/w)
Trong phương pháp paste, β-CD được trộn với nước trước để tạo hỗn hợp bột có độ kết dính cao nhờ vào tương tác của các nhóm hydroxyl này với các phân tử nước. Tuy nhiên, tinh dầu không tan được trong nước nên cần hòa tan vào EtOH để tạo thành dung dịch có thể trộn lẫn vào nước. Vì vậy, tỷ lệ LCEO/EtOH đóng vai trò quan trọng trong quá trình điều chế phức bọc. Trong báo cáo này, tỷ lệ % theo khối lượng của LCEO đối với dung môi EtOH lần lượt là: 60:40; 44:56; 28:72; 16:84 và 11:88, các tỷ lệ β-CD /H2O là 70:30, nồng độ EtOH là 96° và tỷ lệ LCEO/ β-CD là 5:95 được khảo sát.
Bảng 3.2. Ảnh hưởng tỷ lệ LCEO/EtOH đễn tính chất hóa lý của phức bọc Tỷ lệ LCEO/EtOH
Tính chất hóa lý 60:40 44:56 28:72 16:84 11:88
Độ ẩm 8,69 9,03 9,42 8,79 8,28
Hàm lượng bột thu hồi (%) 87,94 85,55 84,57 80,93 77,60 Hàm lượng tinh dầu bề mặt (mg/g) 0,00 0,84 1,28 2,32 2,84 Hàm lượng dầu tổng (mg/g) 0,00 17,72 56,70 53,16 53,16
Hiệu suất bao gói vi nang (%) 0,00 27,23 89,39 82,00 81,16 Hiệu quả bao gói vi nang (%) 0,00 28,58 91,45 85,74 85,74
87.94
85.55
84.57
80.93
77.6
60:40 44:56 28:72 16:84 11:88
70 75 80 85 90
Hàm lượng bột thu hồi(%)
Hàm lượngbột thu hồi (%)
Tỷ lệ LCEO/EtOH
Hình 3.4. Sự phụ thuộc Hàm lượng bột thu hồi vào tỷ lệ LCEO/EtOH (w/w)
Hình vẽ 3.4. cho thấy tỷ lệ % LCEO/EtOH, có hàm lượng bột thu hồi cao nhất là tỷ lệ 60:40 (87,94%) và tỷ lệ 11:88 có hàm lượng bột thu hồi thấp nhất (77,6%). Khi lượng EtOH dùng để hòa tan LCEO càng tăng thì hàm lượng bột thu hồi giảm do lượng LCEO bay hơi cùng với EtOH trong quá trình sấy tăng lên.
60:40 44:56 28:72 16:84 11:88 0
0.5 1 1.5 2 2.5 3
0 10 20 30 40 50 60
Hàm lượng tinh dầu bề mặt(mg/g) Hàm lượng dầu tổng(mg/g)
Hàm lượng tinh dầubềmặt (mg/g) Hàm lượngdầutổng (mg/g)
Tỷ lệ LCEO/EtOH
Hỉnh 3.5. Sự phụ thuộc Hàm lượng tinh dầu trong bột vi nang vào tỷ lệ LCEO/EtOH (w/w)
Hình vẽ 3.5 cho thấy tỷ lệ % LCEO/EtOH, tỷ lệ 60:40 hầu như không có tinh dầu bề mặt và tỷ lệ 11:88 có hàm lượng tinh dầu bề mặt cao nhất (2,84mg/g). Vì tinh dầu không tan được trong nước nên phải hòa tan LCEO vào EtOH tạo thành dung dịch tan được trong nước. Vì vậy khi tỷ lệ EtOH càng tăng thì hàm lượng tinh dầu bề mặt càng tăng. Hầu như không có tinh dầu sau quá trình chưng cất và tỷ lệ 28:72 có hàm lượng tinh dầu tổng cao nhất (0,2835g).
Hình vẽ 3.6 dưới đây cho thấy tỷ lệ 60:40 không có hiệu suất và hiệu quả bao gói, tỷ lệ 28:72 có hiệu suất bao gói cao nhất (89,39%) và hiệu quả bao gói cao nhất (91,45%).
Hiệu suất và hiệu quả bao gói vi nang đạt cực đại tại tỷ lệ 28:72 sau đó giảm xuống.
Ta chọn tỷ lệ % LCEO/EtOH (w/w) 28:72 để khảo sát các yếu tố tiếp theo.
60:40 44:56 28:72 16:84 11:88 0
20 40 60 80 100
0 20 40 60 80 100
Hiệu quả bao gói vi nang (%) Hiệu suất bao gói vi nang (%)
Hiệuquả bao gói vi nang (%) Hiệusuất bao gói vi nang (%)
Tỷ lệ LCEO/EtOH)
Hình 3.6. Sự phụ thuộc Hiệu quả và hiệu suất bao gói vi nang vào tỷ lệ LCEO/EtOH (w/w)
3.1.3. Ảnh hưởng của nồng độ EtOH
Như ta đã biết, nước có ảnh hưởng lớn đến quá trình tạo phức bọc LCEO/β-CD.
EtOH dùng để hòa tan LCEO có chứa một lượng nước nhất định. Vì thể, trong báo cáo này vai trò nồng độ EtOH đối với quá trình tạp phức được khảo sát. Nồng độ của EtOH lần lượt là: 99,5°, 96°, 90° và 80°, tỷ lệ β-CD/H2O là 70:30, tỷ lệ LCEO/EtOH là 28:72 và tỷ lệ LCEO/β-CD 5:95 được khảo sát.
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ EtOH đến tính chất hóa lý của phức bọc Nồng độ EtOH
Tính chất hóa lý 99,5° 96° 90° 85° 80°
Độ ẩm 9,43 9,44 9,44 9,43 9,42
Hàm lượng bột thu hồi (%) 93,52 93,43 93,86 93,73 93,67 Hàm lượng tinh dầu bề mặt
(mg/g) 1,18 1,21 1,16 1,19 1,18
Hàm lượng dầu tổng (mg/g) 56,70 56,70 56,70 56,70 56,13 Hiệu suất bao gói vi nang (%) 89,56 89,50 89,58 89,53 80,94
93.52
93.57
93.63
93.71
93.67
99,5° 96° 90° 85° 80°
93.5 93.6 93.7 93.8
Hàm lượng bột thu hồi (%)
Hàm lượngbột thu hồi (%)
Nồng độ EtOH
Hình 3.7. Sự phụ thuộc Hàm lượng bột thu hồi vào nồng độ EtOH
Hình vẽ 3.7 cho thấy nồng độ EtOH hầu như không làm thay đổi nhiều đến hàm lượng bột thu được giữa các mẫu.
Hình vẽ 3.8 dưới đây cho ta thấy hầu như không có sự thay đổi nhiều về hàm lượng tinh dầu bề mặt và hàm lượng dầu tổng trong các mẫu bột vi nang.
99,5° 96° 90° 85° 80°
1.12 1.14 1.16 1.18 1.2 1.22
55.8 56 56.2 56.4 56.6 56.8
Hàm lượng tinh dầu bề mặt(mg/g)
Hàm lượng tinh dầu trong bột vi nang(mg/g)
Hàm lượng tinh dầubềmặt (mg/g) Hàm lượngdầutổng (mg/g)
Nồng độ EtOH
Hình 3.8. Sự phụ thuộc Hàm lượng tinh dầu trong bột vi nang vào nồng độ EtOH
99,5° 96° 90° 85° 80°
84 87 90 93
78 84 90
Hiệu quả bao gói vi nang (%) Hiệu suất bao gói vi nang (%)
Hiệuquả bao gói vi nang (%) Hiệusuất bao gói vi nang (%)
Nồng độ EtOH
Hình 3.9. Sự phụ thuộc Hiệu suất và hiệu quả bao gói vi nang vào nồng độ EtOH
Hình 3.9 cho thấy hiệu quả và hiệu suất bao gói của các mẫu không có sự thay đổi nhiều khi nồng độ EtOH nằm trong khoảng 85° - 99,5°. EtOH có vai trò làm dung môi hòa tan tinh dầu để tạo thành dung dịch trộn lẫn được với nước, giúp cho tinh dầu dễ dàng
len vào các khoang kỵ nước của β-CD. Nồng độ EtOH (80° - 90°) không ảnh hưởng đến hiệu suất và hiệu quả bao gói vi nang. Vì nghiên cứu muốn ứng dụng vào quy mô công nghiệp nên chọn nồng độ EtOH 96° (cồn công nghiệp) để tiến hành nghiên cứu.
3.1.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ % LCEO/β-CD
Trong báo cáo này, các tỷ lệ LCEO/β-CD lần lượt là: 2:98; 3:97; 5:95; 10:90;
15:85, tỷ lệ β-CD/H2O là 70:30, tỷ lệ LCEO/EtOH là 28:72 và nồng độ EtOH là 96° được khảo sát.
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ LCEO/β-CD đến tính chất hóa lý của phức bọc Tỷ lệ LCEO/β-CD
Tính chất hóa lý 2:98 3:97 5:95 10:90 15:85
Độ ẩm 9,09 9,11 9,44 7,80 8,19
Hàm lượng bột thu hồi
(%) 97,29 88,49 86,88 83,93 82,14
Hàm lượng tinh dầu bề
mặt (mg/g) 0,00 0,78 1,17 2,08 2,17
Hàm lượng dầu tổng
(mg/g) 0,00 17,72 56,70 79,74 88,60
Hiệu suất bao gói vi nang
(%) 0,00 56,47 89,56 69,34 48,99
Hiệu quả bao gói vi nang
(%) 0,00 59,07 91,45 72,49 50,23
Hàm lượng bột thu hồi là tỷ lệ phần trăm bột thu được so với khối lượng bột ban đầu. Như dự đoán ban đầu, ta thấy ở tất cả các mẫu thì khối lượng sau sấy đều bị giảm bớt so với khối lượng bột ban đầu.
Nguyên nhân của sự giảm khối lượng này có thể là do sự mất mát phức hợp LCEO/β-CD trong quá trình nhào trộn, do sự bay hơi của dung dịch EtOH+LCEO hoặc sự bay hơi của tinh dầu trong quá trình sấy.
97.29
88.49
86.88
83.93
82.14
2:98 3:97 5:95 10:90 15:85
75 80 85 90 95 100
Hàm lượng bột thu hồi (%)
Hàm lượngbột thu hồi (%)
Tỷ lệ LCEO/β-CD
Hình 3.10. Sự phụ thuộc Hàm lượng bột thu hồi theo tỷ lệ LCEO/β-CD (w/w)
Hình vẽ 3.10 cho thấy tỷ lệ 2:98 có hàm lượng bột thu hồi cao nhất (97,29%) và tỷ lệ 15:85 có hàm lượng bột thu hồi thấp nhất (82,14%). Ta thấy rằng khi lượng bột thu hồi giảm khi tăng lượng LCEO cho vào phức. Khi nồng độ LCEO/ β-CD tăng lên, lượng tinh dầu bị bẫy trong lỗ rỗng của cốc β-CD và tinh dầu tích tụ trên bề mặt nhiều hơn dẫn đến lượng tinh dầu bị phân hủy hoặc bay hơi nhiều hơn trong quá trình sấy. Vì thế, lượng bột thu hồi giảm.
2:98 3:97 5:95 10:90 15:85 0.00
0.50 1.00 1.50 2.00 2.50
0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00
Nồng độ tinh dầu bè mặt(mg/g) Hàm lượng dầu tổng (mg/g) Tỷ lệ LCEO/β-CD
Hàm lượng tinh dầubềmặt (mg/g) Hàm lượngdầutổng (mg/g)
Hình 3.11. Sự phụ thuộc Hàm lượng tinh dầu trong bột vi nang vào tỷ lệ LCEO/β-CD (w/w)
Hàm lượng tinh dầu bề mặt và tinh dầu tổng có xu hướng tăng tuyến tính với lượng tăng của LCEO cho vào phức bọc (Hình 3.11). Ở tỷ lệ LCEO/ β-CD là 2:98, hầu như không có tinh dầu bề mặt và tinh dầu tổng. Ở tỷ lệ LCEO/ β-CD là 15:85 có hàm lượng tinh dầu bề mặt và tinh dầu tổng cao nhất, tương ứng là 2,17mg/g. và 443 mg/g. Tùy vào chất lượng tinh dầu, thời gian khuấy và khối lượng phân tử tinh dầu mà ta có lượng tinh dầu đi vào phức bọc khác nhau. So với các kết quả của các tác giả khác[22][27], lượng tinh dầu có mặt trong phức bọc trong báo cáo này là tương đối cao cho thấy tiềm năng bao gói tinh dầu LCEO bằng vật liệu β-CD.
Hình 3.12 dưới đây cho thấy tỷ lệ 2:98 hầu như không có hiệu suất và hiệu quả bao gói vi nang, tỷ lệ 5:95 có hiệu suất bao gói vi nang (89,56%) và hiệu quả bao gói vi nang (91,45%) cao nhất.
2:98 3:97 5:95 10:90 15:85 0
20 40 60 80 100
0 20 40 60 80 100
Hiệu quả bao gói vi nang (%) Hiệu suất bao gói vi ang (%)
Hiệuquả bao gói vi nang (%) Hiệusuất bao gói vi nang (%)
Tỷ lệ % LCEO/β-CD
Hình 3.12. Sự phụ thuộc Hiệu suất và hiệu quả bao gói vi nang vào tỷ lệ LCEO/β-CD (w/w)