CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về tinh dầu Màng tang
1.3. Tổng quan về kỹ thuật bao gói vi nang
Kĩ thuật vi bao đã được áp dụng từ những năm 50 của thế kỷ trước để bao gói những thành phần “nhạy cảm” trong thực phẩm (các chất dễ bay hơi, mẫn cảm với nhiệt độ…) nhằm bảo vệ các thành phần này. Kể từ đó, các nhà sản xuất thực phẩm ngày càng chú ý đến kĩ thuật đầy tiềm năng này, bằng chứng là số lượng các nghiên cứu về lĩnh vực này tăng với tốc độ rất nhanh.
Về bản chất, kĩ thuật vi bao là kĩ thuật bao gói các chất rắn, lỏng hay khí (chất nền) vào trong một lớp vỏ bao cực mỏng, lớp vỏ này sẽ giữ và bảo vệ chất nền không bị biến đổi làm giảm chất lượng (đối với những chất nền mẫn cảm với nhiệt) hay hạn chế tổn thất (đối với chất nền dễ bay hơi), nó chỉ giải phóng các chất nền này ra ngoài trong một số điều kiện đặc biệt.
Kỹ thuật này còn nhằm mục đích sau:
Bảo vệ các chất được bao gói khỏi tác động cua môi trưòng.
Che giấu những mùi vị không mong muốn đối với sản phẩm.
Tăng khả năng hấp thụ của hoạt chất qua thành ruột.
Thích hợp với nhiều nhóm chất khác nhau (rắn, lỏng, hợp chất dễ bay hơi, hỗn hợp ) Tăng cường một số tiêu chuẩn kỹ thuật của sản phẩm: tăng hạn sử dụng, hạn chế tương tác không mong muốn giữa các chất, chịu được tốt hơn quá trình công nghệ, có thể điều khiển quá trình giải phóng chất được bao gói…
Các kỹ thuật bao gói để điều chế vi hạt hay siêu vi hạt tương ứng được gọi là kỹ thuật vi nang (micro-encapsulation) hay siêu vi nang (nano-encapsulation).
1.3.2. Thành phần của hạt vi nang [35]
Cấu trúc chung của một vi nang thường bao gồm hai thành phần chính:
+ Lõi chứa hoạt chất cần được bao: Thành phần hoạt chất là chất có thể ở dạng lỏng hoặc rắn. Nó là thành phần quan trọng của một vi nang.
+ Lớp vỏ bao bọc
Một lớp polymer bao phủ quanh các thành phần hoạt chất, nó được xem như là bức tường ngăn cản các tác nhân bên ngoài môi trường tác động đến các chất khác trong hệ thống. Lớp vỏ này có thể là một polymer có nguồn gốc tự nhiên (polymer sinh học) hay polymer bán tổng hợp hoặc tổng hợp.
Có nhiều hình thái bao nang được tạo ra, nhưng hai hình thái chủ yếu thường thấy là nang đơn nhân, trong đó có một lõi đơn bao phủ bởi một lớp vỏ. Trong khi hình thái thứ hai khác là nang đa nhân tập hợp, trong đó có nhiều lõi nhúng vào trong một nền (Hình 1.5). Hình dạng cụ thể của chúng trong các hệ thống khác nhau bị ảnh hưởng bởi các công nghệ xử lý, và bởi các vật liệu lõi và cách làm ra các viên nang này.
Hình 1.5. Hai dạng chính của viên bao nang : bao nang đơn nhân (trái) và đa nhân (phải)
1.3.3. Các phương pháp bao gói vi nang [6]
Phương pháp để tạo vi nang được phân làm 3 nhóm phương pháp chính:
Các phương pháp hóa học: polyme hóa trên bề mặt, polyme hóa trong nhũ tương.
Các phương pháp hóa lý: đông tụ, bay hơi dung môi, tĩnh diện, sử dụng chất lỏng siêu tới hạn…
Các phương pháp cơ học: sấy phun, sấy tầng sôi, nghiền, ly tâm, ép đùn…
Cấu trúc của vi nang tạo thành cũng như kích thước và hiệu suất bao gói phụ thuộc vào phương pháp lựa chọn như sau
Bảng 1.6. Mô tả một số phương pháp tạo vi nang[18]
Quá trình Mô tả quá trình Hiệu suất bao
gói (%)
Kích thước vi nang (àm)
Sấy phun
- Hòa tan hoặc phân tán lõi cần bao vào dung dịch vỏ.
- Phun vào buồng sấy. 5 – 50 10 – 400
Sấy tầng sôi
- Phun dung dịch vỏ vào lớp lõi ở trạng thái tầng sôi.
- Làm lạnh hoặc sấy khô. 5 – 50 5 – 5000
Ép đùn
- Làm nóng chảy vỏ, phân tán lõi vào trong vỏ.
- Tạo hạt bằng thiết bị ép đùn.
Làm nguội.
5 – 40 300 – 5000
Nhũ tương Hóa
- Hòa tan lõi và chất nhũ hóa.
- Ðồng hóa bằng áp suất. 1 – 100 0,2 – 5000
Ðông tụ
- Tạo nhũ tương.
- Thêm yếu tố tạo sự phân pha.
- Làm lạnh.
40 – 90 10 – 800
Nhỏ giọt
- Tạo nhũ tương lõi (thường trong alginate).
- Nhỏ giọt vào dung dịch tạo gel.
20 – 50 200 – 5000
Tạo vi hạt trong nhũ tương
- Tạo nhũ tương lõi/vỏ.
- Thêm chất tạo gel. 20 – 50 10 – 1000
Dung môi siêu tới hạn
- Hòa tan vỏ vào dung môi ở trạng thái siêu tới hạn .
- Phân tán lõi vào vỏ, hạ áp suất để loại bỏ dung môi.
20 – 50 10 – 400
Tạo Inclusion - Trộn vỏ, lõi và nước. Sấy khô. 5 – 15 0,001 – 0,01
Liposome - Phân tán lõi vào dung dịch
lipid. 5 – 10 10 – 1000
- Ðồng hóa để giảm kích thước hat.
Sấy lạnh hoặc sấy chân không
- Trộn lẫn vỏ và lõi trong nước.
- Ðông lạnh hỗn hợp, sấy khô và
nghiền. - 20 – 5000
Trong quá trình sản xuất, đầu tiên hoạt chất được nhũ hóa hoặc phân tán trong các chất mang dạng dung dịch (hay chất mang tạo phức vi nang với hoạt chất). Đầu tiên, hòa hoạt chất dạng lỏng vào dung dịch chất mang ( bao gồm: chất mang + chất tạo màng + nước), sau đó hỗn hợp này được đồng hóa nhằm xé nhỏ hoạt chất thành các phân tử có kích thước nhỏ bé, đồng thời giúp chúng phân tán đều trong dung dịch chất mang, kết quả tạo ra hỗn hợp nhũ tương ổn định. Người ta thường đồng hóa bằng cách khuấy trộn với tốc độ cao. Ðối với chất mang có khả năng tạo phức cao, cần phải có thời gian tạo phức vi nang ổn định trước khi sấy. Sau khi ổn định, nhũ tương hay dung dịch phức vi nang được chuyển vào thiết bị làm khô để được hạt vi nang.
1.3.4. Ứng dụng trong các ngành công nghệ [3][36]
Ứng dụng trong ngành in
Trong lịch sử, giấy phi cacbon là sản phẩm tiêu dùng đầu tiên sử dụng màng vi bao. Một lớp màng vi bao không màu được áp dụng cho các tờ đầu tiên và tiếp tục được áp dụng cho các tờ tiếp theo. Khi viết tạo ra một áp lực, các viên nang phá vỡ và mực phản ứng với thuốc tráng để tạo ra màu đen cho bản sao.
Ứng dụng trong ngành dệt
Ngày nay, ngành công nghiệp dệt may sử dụng các vật liệu vi bao để tăng năng suất sản phẩm. Một ứng dụng ngày càng được sử dụng là sự kết hợp những vật liệu thay đổi lớp vi bao (PCMs). Những vật liệu thay đổi này hấp thụ và giải phóng nhiệt để thích ứng với những thay đổi nhiệt độ môi trường. Khi nhiệt độ tăng lên, các vật liệu thay đổi tan ra, hấp thụ nhiệt quá mức, và trở nên mát hơn. Ngược lại, khi nhiệt độ giảm, PCM giảm nhiệt để đông đặc lại, trở nên ấm hơn . Vì vậy, sử dụng các vật liệu thay đổi lớp vi
thao, thiết bị quân sự, giường, quần áo, vật liệu xây dựng, và các sản phẩm tiêu dùng khác. Vi bao PCMs thậm chí còn được sử dụng trong các hệ thống bảo vệ bằng nhiệt NASA cho tàu vũ trụ.
Ứng dụng trong nông nghiệp
Thuốc trừ sâu được bao sẽ phát tán theo thời gian, cho phép nông dân sử dụng thuốc trừ sâu ít hơn thay vì đòi hỏi nồng độ rất cao và có thể ứng dụng các chất độc ban đầu bằng cách sử dụng lặp đi lặp lại để chống lại sự mất hiệu quả do rửa trôi, bay hơi, và suy thoái. Bảo vệ khỏi việc nhiễm thuốc trừ sâu đến các yếu tố làm giảm các nguy cơ đối với môi trường và những người tiếp xúc với các hoá chất và đưa ra kế hoạch kiểm soát dịch hại hiệu quả hơn.
Ứng dụng trong dược phẩm[16]
Có nhiều loại thuốc uống và tiêm được vi bao để kéo dài thời gian và cố định vị trí trong cơ thể. Ví dụ, như Aspirin,có thể gây ra viêm loét dạ dày vàchảy máu nếu dùng nhiều cùng một lúc. Vì vậy thuốc viên aspirin thường được sản xuất bằng cách nén các viên nang siêu nhỏ lại và sau đó nó sẽ dần dần sẽ giải phóng các aspirin thông qua lớp vỏ, giảm nguy cơ tổn thương dạ dày.
Ứng dụng trong thực phẩm[20]
Thành phần trong thực phẩm được bao gói với nhiều lý do. Hầu hết các hương liệu dễ bay hơi, do vậy bao gói thực phẩm nhằm kéo dài thời gian bảo quản bằng cách giữ lại mùi vị của gia vị để ổn định sản phẩm mà không ảnh hưởng hương vị tự nhiên của sản phẩm. Ngoài ra, thực phẩm có một số thành phần được bao gói để giữ lại vị, chẳng hạn như các chất dinh dưỡng được bổ sung, hương vị đôi khi được bao gói để làm tăng tính dai dẻo của sản phẩm, như trong kẹo cao su. Lượng hương liệu dạng rắn được bao gói ít hơn hương dạng lỏng, vì hương liệu lỏng dễ bị mất và khó thu lại trong suốt quá trình nhai. Hương liệu gồm hai thành phần tương tác với nhau, thì được bao gói riêng, có thể được thêm vào các sản phẩm đã hoàn thành một cách riêng biệt để không phản ứng và tạo hương vị sớm. Một số hương liệu cũng phải được bảo vệ để tránh quá trình oxy hóa hoặc các phản ứng khác do tiếp xúc với ánh sáng.