CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về tinh dầu Màng tang
1.2. Tổng quan về vật liệu bao gói β-CD
Để bảo vệ LCEO trước những tác nhân oxi hóa bên ngoài ta có thể áp dụng kĩ thuật bao gói vi nang với chất mang phù hợp. Chất mang hay còn gọi là lớp vỏ ngoài được sử dụng trong sản xuất vi nang LCEO có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của vi nang LCEO. Bởi nó quyết định khả năng bảo vệ LCEO trước những tác nhân oxi hóa.
Một trong những loại chất mang thường được sử dụng trong sản xuất vi nang là cyclodextrin (CD)[1].
1.2.1. Cấu tạo và cấu trúc của CD [32]
Cyclodextrins ( hay còn gọi là cycloamylozơ) thuộc nhóm hợp chất được tạo thành từ các phân tử đường liên kết với nhau tạo thành vòng (vòng oligosaccarit). CD là hợp chất chứa từ 5 hoặc nhiều hơn các đơn vị đường -D-glucopyranoside theo liên kết 1-4, như trong amylozơ (một đoạn của tinh bột). Vòng có chứa 5 phân tử là không tự nhiên.
Gần đây phân tử CD lớn nhất đã được phát hiện có chứa 32 đơn vị 1,4- anhydroglucopyranoside trong khi như một hỗn hợp ít thuộc tính nhất, thậm chí có ít nhất oligosaccarit vòng có chứa 150 đơn vị đã biết đến. CD điển hình có chứa một số lượng các monome glucozơ nằm trong khoảng từ 6-8, tạo nên một hình nón, do vậy dễ cho electron.
- -CD: có chứa 6 phân tử đường trong vòng.
- -CD: có chứa 7 phân tử đường trong vòng.
- -CD: có chứa 8 phân tử đường trong vòng.
Hình 1.4. Cấu trúc và kích thước của CD
Cấu trúc vòng của cyclodextrin cho phép nó tạo phức bao dạng khách thể - hoạt chất cần được bao bọc.
1.2.2. Tính chất vật lý của CD [33]
Bảng 1.4. Một số thông số vật lý của các CD
Thông số α- CD β- CD γ- CD
Khối lượng phân tử 972 1135 1297
Số đơn vị glucoza 6 7 8
Số phân tử H2O trong lỗ 6 11 18
Ðường kính trong (Å) 4,7-5,3 6,0-6,6 7,5-8,3
Ðường kính ngoài (Å) 14,6 15,4 17,5
Chiều cao (Å) 79 79 79
Thể tích lỗ hang
-(ml/mol) 174 262 472
- (ml/gam) 0,1 0,14 0,2
- (nm3) 0,174 0.262 0,472
Ðộ tan trong nước
(g/100ml, 25oC) 14,2 1,85 23,2
Ðiểm nóng chảy ( oC) 255-260 255-265 240-245
PKa 12,33 12,2 12,08
Các phân tử khách thể có ảnh hưởng đến độ tan của CD. Một số hợp chất có thể tạo phức không tan với CD trong khi đó số khác có thế tạo phức tan rất tốt, thậm chí tan tốt hơn CD khi chưa tạo phức. Hiện tượng này là do các phân tử khách thể tương tác với các CD và làm thay đổi hướng quay của chúng. Vì vậy, có trường hợp phức tạo thành từ một chất khách thể với γ-CD có thế kém tan hơn phức với α- hay β-CD.
Do α-CD có khoang nhỏ hơn lỗ nang lông, thường chỉ bọc được phân tử khách nhỏ hơn; γ-CD có khoang lỗ lớn, nhưng chi phí sản xuất cao, ngành công nghiệp không sản xuất hàng loạt, các ứng dụng của nó còn hạn chế; -CD phân tử là phạm vi ứng dụng trung bình, chi phí sản xuất thấp, hiện đang được sử dụng nhiều nhất trong ngành công nghiệp sản phẩm Cyclodextrin. Nhưng vùng kỵ nước của β-CD và hoạt động xúc tác của nó là hạn chế, do đó nó bị giới hạn trong ứng dụng.
1.2.3. Tính chất hóa học của CD[5]
Về độ bền hóa học: Cyclodextrin có độ bền hóa học cao so với các oligosacarit mạch thẳng, có thể bị thủy phân bởi axit mạnh như axit clohydric tạo ra hỗn hợp các oligosacarit khác nhau (từ mạnh thẳng do phân tử CD bị mở vòng cho đến tận glucoza).
Cũng như các oligosacarit và polisacarit không có tính khử khác, CD không bị thủy phân bởi bazơ,thậm chí ở nhiệt độ cao và trong dung dịch kiềm. CD khá bền với nhiệt độ, tia UV hay IR. Với các tác nhân oxi hóa, CD có thể bị oxi hóa làm mở vòng glucoza, nhưng không tạo ra formaldehit hay axit focmic (vốn là các chất độc) do CD không có tính khử.
Về khả năng biến đổi hóa học: Bằng phương pháp hóa học hoặc bằng enzim có thể thay thế các nhóm hydroxyl của CD bằng các nhóm (metyl, amin, ete...) khi đó đường kính của CD không bị thay đổi nhưng chiều sâu các lỗ hang giảm xuống nhằm thay đổi độ hòa tan, khả năng tạo phức (độ bền phức, độ chọn lọc khách thể...) hoặc thêm các nhóm chức năng đặc hiệu làm xúc tác.
1.2.4. Ứng dụng cuae CD trong Công Nghệ Thực Phẩm và Chuyển Giao Dược Phẩm
1.2.4.1. Tính an toàn
Theo danh mục phụ gia được phép sử dụng trong thực phẩm ban hành kèm theo Thông tư số 27/2012/TT-BYT ngày 30 tháng 11 năm 2012 cho phép nồng độ beta- cyclodextrin cho phép trong Bảng 1.5 như sau
Bảng 1.5. Nồng độ β-CD sử dụng trong thực phẩm BETA-CYCLODEXTRIN
INS Tên phụ gia
459 beta-Cyclodextrin
Mã nhóm thực phẩm Nhóm thực phẩm ML
(mg/kg) Ghi chú
01.2.1 Sữa lên men (nguyên chất) 5 CS243
06.4.3 Mỳ ống, mì dẹt đã được làm chín và các sản phẩm tương tự
1000 CS249
14.1.4 Đồ uống hương liệu, bao gồm đồ uống “thể thao năng lượng” hoặc đồ uống “điện giải” và các đồ uống đặc biệt khác
500
15.1 Snack khoai tây, ngũ cốc, bột và tinh bột (từ thân củ, rễ, hạt họ dậu)
500
Trong dược phẩm, bằng cách làm tăng độ tan của thuốc CD giúp tăng hiệu quả trị liệu nên làm giảm độc tính của thuốc do chỉ sử dụng ở liều thấp nhất. Các độc tính có liên quan đến sự kết tinh lại của các thuốc kém tan trong dạng thuốc tiêm có thể được giảm thiểu bằng cách tạo phức hợp thuốc CD dễ tan. Ngoài ra, CD kết hợp với thuốc ở mức độ phân tử nên hạn chế được sự tiếp xúc trực tiếp của thuốc với màng sinh học, do đó làm giảm tác dụng không mong muốn và sự kích ứng tại chỗ mà không ảnh hưởng đến hiệu quả trị liệu. Phức hợp thuốc CD cũng làm giảm kích ứng mắt do làm giảm nồng độ thuốc tự do tại vùng tiền sừng đến mức thấp nhất[2].
1.2.4.2. Ứng dụng của CD trong Công Nghệ Thực Phẩm Trong thực phẩm beta- cyclodextrin có những vai trò sau:
Khả năng tạo ra phức bọc bằng cách sử dụng các khoang kỵ nước của cyclodextrins trộn với các chất hương liệu hay chất màu tự nhiên dễ bị oxy hóa bới các yếu tố như ánh sáng, nhiệt độ, axit và kiềm, để đạt được phức bọc có tính ổn định tốt. Vì vậy cyclodextrins có thể được sử dụng để bảo vệ các chất thơm, mùi và duy trì sự ổn định của sắc tố. Cyclodextrins cũng có thể loại bỏ mùi, loại bỏ các thành phần có hại như lòng đỏ, kem loãng và thực phẩm khác có chứa phần lớn lượng cholesterol
Dầu tỏi là một loại gia vị thực phẩm quan trọng, mà còn là thuốc chống bệnh tim mạch, nhưng nó dễ bị oxy hóa trong điều kiện thường.Sau khi dầu tỏi làm từ phức hợp bao gồm cyclodextrin, sự ổn định oxy hóa đã được cải thiện đáng kể.
Trong chế biến trái cây. Đồ uống lon do lưu trữ lâu dài sẽ sản xuất một chất kết tủa trắng, do đó làm giảm giá trị của hàng hoá, được bổ sung β-CD vào sẽ ngăn chặn quá
trình kết tủa. Khi sản xuất nước ép nho, nước ép cam do ép cả vỏ nên nước sẽ có vị đắng, thêm β-CD có thể làm giảm vị đắng của nước trái cây.
Các cải tiến chất lượng. Vitamin được bổ sung như một phụ gia trong thực phẩm nướng nên rất dễ phân hủy do nhiệt, khi tạo phức bọc với β-CD thì độ ổn định của vitamin sẽ được nâng cao.
1.2.4.3. Ứng dụng của CD trong Chuyển Giao Dược Phẩm[2]
Trong ngành công nghiệp dược phẩm có một loạt các loại thuốc cay đắng, β-CD có thể được sử dụng để ngăn chặn vị đắng của loại thuốc để làm giảm cảm giác khó chịu uống. Vì vậy, β-đĩa CD đã được sử dụng rộng rãi để sản xuất dược phẩm.
CD là các oligosaccharid vòng có khả năng tạo phức hợp bằng các cầu nối không hóa trị với phần lớn các hoạt chất. Nhờ tính chất đa chức năng và đáp ứng sinh học tốt, các CD đang ngày càng được ứng dụng trong các hệ thống phân phối thuốc.
CD đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện độ tan của các thuốc kém tan trong nước bằng cách tạo phức hay hệ phân tán rắn. Đối với các thuốc có phân tử lượng không thích hợp để tạo phức, CD đóng vai trò là một chất mang thân nước. CD cũng sẽ là chất làm tăng độ hòa tan của các thuốc có hàm lượng cao, khó có thể tạo phức hợp thuốc CD như paracetamol. CD cũng được xem là chất làm tăng tốc độ phóng thích một số hoạt chất từ khung matrix (naproxen, ketoprofen, theophylline...)
CD cải thiện sinh khả dụng của các thuốc không tan bằng cách làm tăng độ tan, độ hòa tan hoặc tính thấm của thuốc. CD làm tăng tính thấm của các thuốc thân dầu, không tan trong nước bằng cách làm cho thuốc hiện diện tại bề mặt của các hàng rào sinh học như da, màng nhầy, giác mạc từ đó thuốc đi vào trong màng mà không gây phá vỡ các lớp lipid màng. Trong trường hợp này, chỉ cần dùng đủ lượng CD để hòa tan thuốc trong chất dẫn thân nước vì lượng dư sẽ làm giảm khả dụng của thuốc. Đối với các thuốc tan trong nước, CD làm tăng tính thấm bằng cách tác động trực tiếp lên màng (hóa lỏng và làm lõm màng) và gia tăng sự hấp thu hoặc sinh khả dụng của thuốc.
CD có thể cải thiện độ ổn định của các thuốc nhạy cảm với các phản ứng dehydrat hóa, thủy phân, oxi hóa và phân hủy bởi ánh sáng, do vậy làm tăng tuổi thọ của thuốc.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng CD làm tăng độ ổn định bằng cách ngăn chặn sự tương tác
của thuốc với chất dẫn hoặc ức chế sự sinh chuyển hóa thuốc tại vị trí hấp thu. Trong phức hợp, CD che chở các thuốc kém bền dưới dạng phân tử và như vậy cách ly chúng khỏi các tiến trình phân hủy.