Vi bao tinh dầu bưởi bằng phức đa điện tích giữa mủ trôm thủy phân và đâu nành

Hiện nay, với sự gia tăng đáng kể về nhu cầu sử dụng các sản phẩm có tính thân thiện với môi trường, việc sử dụng mủ trôm và đậu nành làm nguyên liệu để vi bao vô cùng phù hợp. Mủ trôm là nguồn tài nguyên tái tạo, dồi dào, được trồng nhiều ở Hậu Giang, Vĩnh Long, Bến Tre,… và vẫn chưa được khai thác triệt để. Trong khi đó, đậu nành là một nguyên liệu phổ biến, chi phí thấp, không gây độc hại. Việc sử dụng những nguyên liệu này sẽ góp phần giảm ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường và thúc đẩy sự phát triển của nền công nghiệp xanh. Vì thế, trong nghiên cứu này, tôi dùng phương pháp vi bao đông tụ và phương pháp dùng phức của các polymerr đa điện tích. Dựa trên đặc tính của protein đậu nành và mủ trôm thủy phân, tôi chọn polycation là protein đậu nành và polyanion là mủ trôm thủy phân.

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin trân trọng cảm ơn đến các quý thầy cô Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh nói chung và các quý thầy cô trong Bộ môn Công nghệ Hóa học nói riêng đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi được hoàn thành khóa luận.

Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Vinh Tiến, giảng viên hướng dẫn trực tiếp tôi đề tài này, đã hết lòng hướng dẫn, chỉ bảo và truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm và kỹ năng cần thiết để tôi có thể thực hiện khóa luận hiệu quả và tốt nhất

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị Mỹ Lệ đã hỗ trợ, cho phép tôi sử dụng các thiết bị, máy móc trong phòng thí nghiệm.

Đồng thời, tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, động viên của gia đình, anh chị và bạn bè, đặc biệt là các bạn cùng nhóm thực hiện khóa luận do PGS.TS Nguyễn Vinh Tiến hướng dẫn Những lời động viên, sự hỗ trợ và hiểu biết của họ đã đóng một vai trò quan trọng trong việc hoàn thành khóa luận này.

Cuối cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô trong hội đồng chấm luận văn của tôi Những chuyên môn và quan điểm của thầy cô đã góp phần gia tăng chất lượng công việc của tôi Sự đánh giá tỉ mỉ, những gợi ý chu đáo và những lời phê bình mang tính xây dựng của thầy cô đã thúc đẩy tôi phấn đấu để trở nên tốt hơn và đã góp phần đáng kể vào việc hoàn thiện nghiên cứu của tôi.

Trong quá trình thực hiện, do bản thân còn nhiều hạn chế về kiến thức và khả năng lý luận nên khóa luận không thể tránh khỏi những thiếu sót, kính mong nhận được sự chỉ dẫn và đóng góp từ Quý thầy cô để đề tài của tôi có thể hoàn thiện hơn.

Tôi xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan khóa luận tốt nghiệp với đề tài “Vi bao tinh dầu bưởi bằng phức đađiện tích giữa protein đậu nành và mủ trôm thủy phân” là một nghiên cứu do tôi

thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Vinh Tiến Khóa luận được thực hiện tại Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Các tài liệu tham khảo sử dụng được chú thích rõ ràng và trích dẫn ở mục “Danh mục tài liệu tham khảo” Tôi cam đoan các số liệu và kết quả thu được là hoàn toàn trung thực và chịu hoàn toàn trách nhiệm với nghiên cứu này.

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2023 Sinh viên thực hiện

Phạm Phương Hiền

1.1.2 Nội dung nghiên cứu 2

1.1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

1.1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3

1.1.4.1 Ý nghĩa khoa học 3 1.1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn 3 1.1.5 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 3

1.2 Giới thiệu về cây bưởi 4

1.2.1 Nguồn gốc và phân bố 5

1.2.2 Phân loại bưởi 5

1.2.3 Tinh dầu bưởi 6

1.2.3.3 Công dụng của tinh dầu bưởi 7

1.3 Giới thiệu về mủ trôm 8

1.3.1 Thành phần hóa học của mủ trôm 9

1.3.2 Tính chất vật lý của mủ trôm 10

1.3.2.1 Tính chất lưu biến 10 1.3.2.2 Độ ổn định pH 10 1.3.1.4 Độ ổn định nhiệt 11 1.3.3 Ứng dụng của mủ trôm trong đời sống 11

1.4 Giới thiệu về đậu nành 11

1.4.1 Nguồn gốc của đậu nành 11 1.4.4 Tính chất của protein đậu nành cô lập 15

1.4.4.4 Khả năng tạo bọt 17

1.4.5 Ứng dụng 18

1.5 Kỹ thuật vi bao 18

1.5.1 Khái niệm vi bao 18

1.5.2 Nguyên liệu được sử dụng trong quá trình vi bao 19

1.5.3 Cấu tạo của hạt vi bao 19

1.5.4 Cơ chế giải phóng trong công nghệ vi bao 19

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU25

2.1 Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị 25

2.1.1 Nguyên liệu 25

2.1.2 Hóa chất 26

2.1.3 Thiết bị 26

2.2 Phương pháp nghiên cứu 27

2.2.1 Kiềm thủy phân mủ trôm (HKG) 27

2.2.1.1 Quy trình điều chế mủ trôm thủy phân (HKG) 27 2.2.1.2 Thuyết mình quy trình 28 2.2.2 Thu nhận protein đậu nành cô lập 28

2.2.2.1 Quy trình thu nhận protein đậu nành cô lập 28 2.2.2.2 Thuyết minh quy trình thu nhận protein đậu nành cô lập 30 2.2.3 Khảo sát điều kiện phù hợp để tạo phức protein đậu nành - mủ trôm 30

2.2.3.1 Ảnh hưởng của giá trị pH đến quá trình hình thành phức SPI:HKG 30 2.2.4.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn đến quá trình hình thành phức 31 2.2.4 Vi bao tinh dầu bưởi bằng phức protein đậu nành và mủ trôm thủy phân 31

2.2.5 Hiệu suất thu hồi 34

2.2.6 Hiệu suất vi bao tinh dầu 35

2.2.6.3 Xác định lượng tinh dầu trong dịch chiết 36

2.2.7 Hình thái hạt 37

2.2.8 Khả năng hút ẩm 37

2.2.9 Độ hòa tan 37

2.2.9.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ tan của bột vi bao 38 2.2.9.2 Ảnh hưởng của pH đến độ tan của bột vi bao 38 2.2.9.3 Khả năng trương nở 38 2.2.10 Độ ẩm 38

2.2.11 Màu sắc 38

2.2.12 Phân tích phổ hồng ngoại FTIR 39

2.2.13 Mức độ giải phóng tinh dầu 39 2.2.13.1 Khảo sát mức độ giải phóng tinh dầu trong nước cất Error!Bookmark not defined.

2.2.13.2 Khảo sát mức độ giải phóng tinh dầu trong đệm (pH=2) giả lập dịch

DANH MỤC BẢNG

No table of figures entries found.

DANH MỤC HÌNH

No table of figures entries found.

No table of figures entries found.

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

SPI Soy protein isolate Protein đậu nành cô lập

FTIR Fourier - transform infrared

MỞ ĐẦU

Tinh dầu bưởi mang nhiều đặc tính có lợi, chẳng hạn như tác dụng chống viêm, kháng khuẩn, giảm căng thẳng, chống oxy hóa, Chúng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm mỹ phẩm, thực phẩm, dược phẩm Tuy nhiên, với đặc tính dễ bay hơi vốn có của tinh dầu đã đặt ra những thách thức về tính ổn định và sự bảo quản Do đó, việc nghiên cứu kỹ thuật vi bao có thể khắc phục vấn đề trên Từ đó, nâng cao thời gian sử dụng của tinh dầu Đồng thời, vi bao còn giúp bảo vệ các hợp chất hoạt tính sinh học của tinh dầu khỏi các yếu tố môi trường như ánh sáng, độ ẩm, oxy, nhiệt độ,… Việc vi bao tinh dầu cũng cho phép giải phóng tinh dầu có kiểm soát và hiệu quả.

Hiện nay, với sự gia tăng đáng kể về nhu cầu sử dụng các sản phẩm có tính thân thiện với môi trường, việc sử dụng mủ trôm và đậu nành làm nguyên liệu để vi bao vô cùng phù hợp Mủ trôm là nguồn tài nguyên tái tạo, dồi dào, được trồng nhiều ở Hậu Giang, Vĩnh Long, Bến Tre,… và vẫn chưa được khai thác triệt để Trong khi đó, đậu nành là một nguyên liệu phổ biến, chi phí thấp, không gây độc hại Việc sử dụng những nguyên liệu này sẽ góp phần giảm ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường và thúc đẩy sự phát triển của nền công nghiệp xanh Vì thế, trong nghiên cứu này, tôi dùng phương pháp vi bao đông tụ và phương pháp dùng phức của các polymerr đa điện tích Dựa trên đặc tính của protein đậu nành và mủ trôm thủy phân, tôi chọn polycation là protein đậu nành và polyanion là mủ trôm thủy phân.

Vì vậy, việc thực hiện đề tài nghiên cứu “Vi bao tinh dầu bưởi bằng phức đa điệntích giữa protein đậu nành và mủ trôm thủy phân” nhằm mục đích tận dụng nguồn

nguyên liệu sẵn có, kết hợp với hóa chất dễ tìm và sự hỗ trợ của thiết bị máy móc trong phòng thí nghiệm để tạo ra bột vi bao tinh dầu bưởi an toàn, thân thiện với môi trường, nâng cao tính ổn định và kéo dài thời gian sử dụng Đồng thời, thúc đẩy mở rộng ứng dụng của tinh dầu trong nhiều ngành công nghiệp như thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm.

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN

1.1.Tổng quan tình hình nghiên cứu, mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

1.1.1 Mục tiêu đề tài

Vi bao tinh dầu bưởi bằng phức đa điện giữa protein đậu nành và mủ trôm thủy phân Từ đó, đánh giá một số tính chất của hạt vi bao và ảnh hưởng của một số yếu tố đến quá trình vi bao.

1.1.2 Nội dung nghiên cứu

Đề tài “Vi bao tinh dầu bưởi bằng phức đa điện giữa protein đậu nành và mủ trôm thủy phân” gồm các nội dung nghiên cứu như sau:

● Điều chế mủ trôm thủy phân (HKG) và protein đậu nành cô lập (SPI).

● Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo phức SPI:HKG: sự thay đổi pH, tỉ lệ phối trộn giữa hai polymer.

● Điều chế bột vi bao tinh dầu bưởi bằng phức đa điện giữa protein đậu nành và mủ trôm thủy phân.

● Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo bột vi bao: tốc độ khuấy, nồng độ chất nhũ hóa Tween 80, tỉ lệ giữa vỏ và nhân, phương pháp sấy.

● Đánh giá hiệu suất vi bao tinh dầu bưởi và tính chất của bột vi bao: Độ trương, độ tan, khả năng hút ẩm, độ ẩm, hình thái hạt, màu sắc.

● Tiến hành đo phổ hồng ngoại (FTIR) nhằm xác định sự tương tác giữa các nhóm chức SPI, HKG đến sự hình thành phức và bột vi bao tinh dầu

● Khảo sát mức độ giải phóng tinh dầu trong những môi trường khác nhau.

1.1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Phức hợp tĩnh điện hình thành giữa protein đậu nành cô lập và mủ trôm thủy phân Bột vi bao tinh dầu bưởi từ phức mủ trôm thủy phân và protein đậu nành cô lập.

Phạm vi nghiên cứu:

● Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành phức và đưa ra điều kiện tối ưu để tạo ra phức SPI:HKG.

● Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến bột vi bao tinh dầu bưởi từ phức mủ trôm thủy phân và protein đậu nành cô lập Đưa ra điều kiện tối ưu nhất để tạo bột vi bao ● Đánh giá một số tính chất của bột vi bao.

● Nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm của ngành Công nghệ kĩ thuật Hóa học, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.

1.1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

1.1.4.1.Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu nhằm xác định điều kiện tối ưu để tạo vi bao tinh dầu bưởi từ phức mủ trôm thủy phân và protein đậu nành cô lập.

Thông qua nghiên cứu này góp phần vào sự đa dạng nguyên liệu protein - gum khác nhau.

1.1.4.2.Ý nghĩa thực tiễn

Góp phần làm tiền đề và cơ sở cho những nghiên cứu sau này.

1.1.5 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước đã cho thấy tinh dầu bưởi mang đến nhiều công dụng như chống oxy hóa, hỗ trợ tiêu hóa, hỗ trợ hô hấp, cải thiện da, tóc, thư giãn, giảm căng thẳng,…[1] Do đó, nó được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp như mỹ phẩm dược phẩm và thực phẩm Mặc dù tinh dầu có nhiều lợi ích và ứng dụng, nhưng chúng cũng có một số nhược điểm như dễ bay hơi, nhạy cảm với nhiệt độ, pH, dễ bị biến tính dưới tác động của môi trường, Ngoài ra, tinh dầu có thể gây ngộ độc, kích ứng da nếu sử dụng với nồng độ cao Vì thế, vi bao tinh dầu là một phương pháp đã được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi để bảo vệ, ổn định và cải thiện những đặc tính trên.

Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu vi bao tinh dầu từ nhiều vật liệu khác nhau Trong nghiên cứu của Eratte và cộng sự (2014) về vi bao dầu cá bằng phức whey protein cô lập và gôm Arabic giúp dầu có tính ổn định, chống lại quá trình oxy hóa tốt

hơn [2] Ở các tỷ lệ pH và nồng độ phối trộn polymer khác nhau sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả vi bao và kích thước hạt vi bao Ở nghiên cứu của Pilletti và cộng sự (2019),

dầu tỏi được vi bao bằng β - cyclodextrin làm tăng độ ổn định nhiệt độ, độ hòa tan và

duy trì đặc tính kháng khuẩn của tinh dầu tỏi [3].

Ngoài ra, việc vi bao còn giúp che dấu hương vị, mùi hương, màu sắc không mong muốn của một số hợp chất trước khi kết hợp chúng vào bất kì thực phẩm nào Ví dụ, tinh dầu bưởi và một số tinh dầu có vị đắng và cay nhất định có thể được sử dụng trong thực phẩm mà không làm cho thực phẩm có mùi vị khó chịu Trong nghiên cứu của Wyspiańska và cộng sự (2019) cho thấy mùi vị khó chịu và màu sắc của isoflavanoid được loại bỏ bằng cách vi bao chúng trong maltodextrin và inulin [4] Trong nghiên cứu của Dima và cộng sự (2016) đã chỉ ra rằng điều kiện môi trường, thành phần trong vi bao, kích thước hạt, nồng độ pH, nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình giải phóng tinh dầu Nhiệt độ tăng lên làm tăng khả năng giải phóng tinh dầu và ngược lại Ở nhiệt độ 60oC và môi trường có pH = 6.5, phần trăm giải phóng tinh dầu của các hạt vi bao có kích thước siêu nhỏ vượt quá 80% [5].

Ở nghiên cứu vi bao tinh dầu đậu nành và Curcumin bằng phức gelatin và mủ trôm thủy phân của Vinh Tien và cộng sự (2021) cho thấy nồng độ phối trộn polymer, tỉ lệ vỏ:lõi, tốc độ đồng hóa, nồng độ chất nhũ hóa và kỹ thuật sấy khô ảnh hưởng đến chất lượng hạt vi bao, hiệu quả đóng gói và khả năng giải phóng tinh dầu Nghiên cứu cho thấy rằng việc tăng nồng độ chất nhũ hóa cho thấy các hạt vi bao nhỏ hơn và đồng nhất hơn Sự giải phóng curcumin và tinh dầu nhanh hơn khi sử dụng phương pháp sấy thăng hoa và giảm tỷ lệ vỏ nhân [6].

1.2.Giới thiệu về cây bưởi

Bưởi có tên khoa học là Citrus Maxima Burm.Merr, Citrus Grandis (L.) Osbeck, trongdân gian còn được gọi là bòng, dữu, xú dữu, thuộc họ Rutaceae Phân loại khoa học

của bưởi được thể hiện ở Bảng 1.1 [7] Bưởi không chỉ là loại trái cây bổ dưỡng quen

thuộc đối với người Việt Nam mà còn là vị thuốc quý có nhiều công dụng [8].

Bảng 1.1 Phân loại khoa học của bưởi

Tên khoa học Citrus Maxima Burm.Merr, Citrus Grandis (L.) Osbeck

Bưởi được cho là có nguồn gốc từ Nam Á và Malaysia Vào thế kỷ 17, thuyền trưởng Shaddock đã mang hạt của loại quả này từ Quần đảo Malaysia đến Tây Ấn và vì thế, bưởi còn được gọi là Shaddock Bưởi được trồng nhiều ở các nước như Bangladesh, Ấn Độ, Trung Quốc, Nhật Bản, Hoa Kỳ, Brazil, Đông Nam Á,… [9].

1.2.2 Phân loại bưởi

Hình 1.1: Bưởi (Citrus grandis) và bưởi chùm (Citrus paradisi).

Bưởi có 2 loài: bưởi (Citrus grandis) hình 1.1a và bưởi chùm (Citrus paradisi) hình

Bưởi chùm (Citrus paradisi) hay còn gọi là bưởi đắng, là giống lai giữa bưởi (CitrusGrandis) và cam ngọt (Citrus sinensis) Bưởi chùm có kích thước nhỏ (đường kính

khoảng 10 - 20 centimeters), quả có hình tròn hoặc hơi bầu dục, vỏ màu vàng đến hơi hồng Ruột bưởi đặc, khó bóc, có màu vàng nhạt đến đỏ hồng tùy thuộc vào giống Có

vị từ rất chua đến ngọt nhạt và đắng Bưởi chùm được trồng nhiều ở Hoa Kỳ, Mexico, Israel,…

Bưởi chùm là nguồn cung cấp dồi dào vitamin C và các chất dinh dưỡng khác như chất xơ, kali, vitamin A Ngoài ra, ruột bưởi chùm có màu hồng là do nó có chứa lycopene, một chất chống oxy hóa có lợi cho sức khỏe Nó cũng chứa hàm lượng nước cao, là một loại trái cây tươi mát và bổ sung nước [9].

Bưởi (Citrus Grandis) được biết đến với hương vị ngọt, thơm, mọng nước, được trồng

rộng rãi ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới Có kích thước lớn (đường kính khoảng 15 - 25 centimeters), có vỏ dày, màu vàng xanh hoặc xanh, tương đối dễ bóc Ở Việt

Nam và các quốc gia Đông Nam Á, bưởi chủ yếu được trồng là loại bưởi CitrusGrandis Bưởi Citrus Grandis là một loại bưởi đa dạng về giống, có nguồn gốc từ việclai tạo với các loài khác trong họ Citrus Qua quá trình lai tạo đã tạo ra sự phát triển đa

dạng về hình dạng, kích thước và màu sắc.

Ở miền Nam có các loại bưởi như bưởi da xanh, bưởi da vàng, bưởi Tân Triều, bưởi ổi, bưởi Năm Roi, Quả bưởi thường to, hình dáng đẹp và tròn trịa, có vị ngọt Bưởi được trồng nhiều ở các tỉnh như Bến Tre, Tiền Giang, Vĩnh Long,…

Ở miền Bắc có bưởi Diễn (Hà Nội), bưởi Đoan Hùng (Phú Thọ), bưởi Phúc Trạch (Hà Tĩnh), bưởi Luận Văn (Thanh Hóa),… với vị ngọt, thơm và mang lại hiệu quả kinh tế cao.

1.2.3 Tinh dầu bưởi

Trong lá, hoa, vỏ bưởi đều có chứa tinh dầu Trong đó, vỏ bưởi chứa hàm lượng tinh dầu nhiều nhất Vỏ bưởi chứa khoảng 0.4 - 1% tinh dầu, loại tinh dầu này chứa hỗn hợp các chất thơm dễ bay hơi, có giá trị kinh tế cao và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm, [10].

Tinh dầu bưởi được chiết xuất bằng nhiều phương pháp khác nhau, trong đó sử dụng phổ biến nhất là phương pháp chưng cất và ép nhiệt Tùy vào phương pháp chiết xuất mà thành phần, mùi thơm, hiệu lực và chất lượng tinh dầu cũng khác nhau [11].

1.2.3.1.Tính chất vật lý

Tính chất vật lý của tinh dầu bưởi được thể hiện trong Bảng 1.3 [12].Bảng 1.1: Tính chất vật lý của tinh dầu bưởi

Màu sắc Trong suốt hoặc vàng nhạt

Tinh dầu bưởi thường chứa limonene (80 - 88%),“β - pinene (0.8 - 1.2%), linalool (0.7 1.1%), citral (1 10%), α terpinene (0.7 1%), geraniol (0.1 1%), myrcene (0.5

-15%),…”Trong đó, limonene là thành phần chính tạo ra mùi thơm tươi mát, ngọt ngào đặc trưng cho tinh dầu Ngoài ra, tinh dầu bưởi còn có nhiều hoạt tính kháng khuẩn Staphylococcus aureus, Enterococcus faecalis, Staphylococcus cholermidis, Escherichia coli, Salmonella typhimurium và Proteus vulgaris [10].

Hình 1.2: Cấu trúc của limonene

1.2.3.3.Công dụng của tinh dầu bưởi

Công dụng của tinh dầu bưởi được thể hiện qua các thành phần chính của nó

● Limonene (hình 1.4) là thành phần chính của tinh dầu bưởi và chịu trách nhiệm cho mùi hương cam quýt của tinh dầu.”Nó có khả năng kháng viêm, chống oxy hóa, chống ung thư, hạ huyết áp và nhiều tác dụng khác có lợi cho sức khỏe”[13].

● Myrcene (hình 1.3a) là một hợp chất nổi bật khác trong tinh tinh dầu bưởi Nó được biết đến với tác dụng an thần, thư giãn, kháng viêm, chống lão hóa, oxy hóa, nhiễm trùng,…[14].

● Linalool (hình 1.3b) là một terpene có trong nhiều loại tinh dầu, trong đó có tinh dầu bưởi Nó có mùi hương hoa và”có tác dụng làm dịu, giảm căng thẳng Linalool cũng có đặc tính kháng khuẩn, kháng viêm, giảm đau, chống oxy hóa, ung thư, đuổi côn trùng,…[15].

● Citral (hình 1.3c) là hợp chất chính tạo mùi chanh cho tinh dầu bưởi.”Nó đã được nghiên cứu về các đặc tính kháng nấm, kháng khuẩn và kháng virus [16] Ngoài ra, citral cũng có thể diệt công trùng và được sử dụng trong thuốc chống côn trùng tự nhiên.”

Hình 1.3: Cấu trúc của một số hợp chất trong tinh dầu bưởi

Từ thành phần của tinh dầu bưởi, ta có thể thấy được công dụng tiềm năng và được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như dược phẩm, thực phẩm, nước hoa và nhiều ngành công nghiệp khác.”

1.3.Giới thiệu về mủ trôm

Mủ trôm (gum karaya), là nhựa tự nhiên được lấy từ thân và cành của cây Trôm, tên

khoa học là Sterculia urens thuộc họ Sterculiaceae.“Đây là một loại cây thân bụi lớn, cao tới khoảng 30 meters, được tìm thấy ở Ấn Độ Ban đầu được giới thiệu như một chất thay thế cho gum tragacath, tuy nhiên nhiều công dụng đã được tìm thấy và việc sử dụng nó trong thương mãi đã tăng rất nhanh Hiện nay, mủ trôm được trồng và sử

dụng rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giới Ở Việt Nam, Ninh Thuận và Bình Thuận là vùng trồng nhiều mủ trôm nhất [17].

Mủ trôm được khai thác từ những cây trôm trưởng thành Người ta sẽ dùng dụng cụ để đục các lỗ với kích thước khác nhau trên thân cây Sau đó, mủ trôm sẽ chảy ra, đông lại trên các lỗ này và được thu hoạch Mủ trôm sau khi thu hoạch sẽ được phân loại, làm sạch, sấy khô và bảo quản Mủ trôm thường có nhiều loại, có màu từ trắng đến nâu, màu sắc của mủ trôm phụ thuộc vào tạp chất, quá trình chế biến và bảo quản mủ trôm.

Mủ trôm tự nhiên giá thành tương đối rẻ và được sử dụng rộng rãi Mủ trôm được phân loại phụ thuộc vào tỷ lệ phần trăm tạp chất, thành phần hữu cơ và màu sắc của mủ trôm.”

Hình 1.4: Mủ trôm

1.3.1 Thành phần hóa học của mủ trôm

Mủ trôm là một polysaccharide phân nhánh, có tính acid, được acetyl hóa một phần và thu được ở dạng thương mại là muối Ca2+ và Mg2+ Có khối lượng phân từ (9 - 16 MDa) bao gồm các monosacarit trung tính (13 - 26% galactose và 15 - 30% rhamnose) và acid đường (30 - 43% galacturonic với glucuronic 6%) và 8% nhóm acetyl [6] Cấu trúc của mủ trôm có dạng chuỗi galacturonorhamnan, chuỗi chính bao gồm 0 - 4

đơn vị α - D - galacturonic acid và 0–2 đơn vị L - rhamnose Các chuỗi bên được liênkết với chuỗi chính bởi (1⟶2) β D galactose và một lượng nhỏ (1⟶3) β D

-glucuronic acid liên kết với các đơn vị galacturonic acid [18].

Khi thủy phân mủ trôm ta thu được ba monosaccharide: acid D galacturonic, D -galactopyranose, L - rhamnose và các tạp chất khác theo tỷ lệ khác nhau tùy theo chất

lượng và nguồn gốc khai thác [19].

Do chứa dư lượng galacturonic acid, mủ trôm có thể tồn tại dưới dạng polyanion và tương tác với các polycation khác để tạo thành các phức hợp đa điện tích được gọi là phức hợp đông tụ Sự hình thành của các chất đông tụ này, được gọi là sự đông tụ phức hợp, thường được sử dụng để bao bọc, bảo vệ và giải phóng có kiểm soát các thành phần hoạt tính và không ổn định trong thực phẩm và thuốc [6].

Hình 1.5: Cấu trúc của mủ trôm [6]

1.3.2 Tính chất vật lý của mủ trôm

1.3.2.1.Tính chất lưu biến

Mủ trôm là hợp chất ít tan trong nước, điều này do các nhóm acetyl gây nên Do đó người ta cải thiện khả năng hòa tan của nó bằng cách thêm các dung dịch kiềm như NaOH, NH4OH, KOH,… Độ nhớt của dung dịch mủ trôm 0.5% khoảng 120 - 400 cPs Trong dung dịch ở nồng độ thấp, độ nhớt của mủ trôm tăng tuyến tính theo nồng độ cho đến khi đạt đến nồng độ 0.5% Ở dạng bột, độ nhớt giảm theo thời gian.

1.3.2.2.Độ ổn định pH

Mủ trôm tương đối ổn định ở các giá trị pH acid Mủ trôm 1% ổn định ở pH 4.5 - 4.7 Độ nhớt giảm đi khi acid hoặc kiềm được thêm vào Hiện tượng deacetyl hóa xảy ra khi tăng pH và dung dịch trở nên đặc quánh Ngoài ra, mủ trôm có khả năng ổn định trong acid, do đó thích hợp cho sản phẩm có tính acid.

1.3.2.3.Độ ổn định nhiệt

Trong quá trình gia nhiệt, cấu trúc polymerr của mủ trôm sẽ thay đổi dẫn đến độ hòa tan tăng lên và độ nhớt giảm Nồng độ dung dịch mủ trôm có thể đạt đến 5% trong nước lạnh và khoảng 18 - 20% trong nước nóng ở áp suất thấp.

1.3.3 Ứng dụng của mủ trôm trong đời sống

Mủ trôm được sử dụng rộng rãi và đa dạng trong nhiều ngành công nghiệp và sản phẩm khác nhau Bột mủ trôm được sử dụng làm phụ gia trong nhiều món ăn như nước sốt, chè, chất tạo đặc cho pho mát, chất ổn định,…

Trong dược phẩm, mủ trôm được sử dụng trong y học cổ truyền do đặc tính chữa bệnh của nó Nó được cho là có tác dụng làm dịu, chống viêm, giảm kích ứng, nhuận tràng,… [18, 20].

Mủ trôm còn được sử dụng làm chất tạo đặc, tạo màng, chất ổn định và cải thiện kết cấu cho mỹ phẩm Nó có thể được tìm thấy trong các sản phẩm như kem, kem đánh răng, sản phẩm chăm sóc tóc,… Bên cạnh đó, nhờ vào đặc tính giữ ẩm mà mủ trôm có thể cải thiện quá trình lão hoát của da Vì vậy, nó được sử dụng trong các sản phẩm chăm sóc da như kem dưỡng ẩm, mặt nạ để mang lại tác dụng dưỡng ẩm và làm dịu.” Ngoài ra, mủ trôm còn được sử dụng làm chất tạo đặc cho thuốc nhuộm vải trong quá trình in, cải thiện độ bám dính cho các sản phẩm kết dính như băng keo, nhãn và tem [21].

1.4.Giới thiệu về đậu nành

1.4.1 Nguồn gốc của đậu nành

Đậu nành hay đậu tương có tên khoa học là Glycine max, là cây thuộc họ Fabaceae, có

nguồn gốc từ Trung Quốc Phân loại khoa học của đậu nành được thể hiện ở Bảng 1.2

[22] Đậu nành được biết đến như một nguồn dinh dưỡng cho người và động vật, đồng

thời là nguyên liệu thô cho mục đích công nghiệp Có rất nhiều sản phẩm thương mại được chế biến từ đầu nành [23].

Bảng 1.2: Phân loại khoa học của đậu nànhTên khoa học Glycine max

Đậu nành“có khả năng thích ứng linh hoạt với nhiều loại khí hậu khác nhau Chúng được trồng và sử dụng rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giới.”Hoa Kỳ, Brazil, Trung Quốc và Argentina sản xuất 87% đậu nành trên thế giới [24] Ở Việt Nam, đậu nành được trồng ở nhiều tỉnh từ Bắc đến Nam như Hà Nội, Hưng Yên, Hải Phòng, các tỉnh miền Trung, vùng Tây Nguyên và khu vực đồng bằng Sông Cửu Long.”

Đậu nành không những là nguồn cung cấp lương thực mà nó còn là loại hạt cung cấp lượng dầu thực vật dồi dào Khoảng một nửa sản lượng dầu thực vật trên thế giới đến từ hạt đậu nành [24].

Bên cạnh đó, đậu nành còn mang đến nhiều lợi ích cho sức khỏe Chúng là một nguồn cung cấp protein hoàn chỉnh, nghĩa là chúng cung cấp tất cả các loại amino acid cần thiết cho cơ thể con người Việc sử dụng protein đậu nành có thể làm giảm cholesterol, cải thiện sức khỏe tim mạch và giảm nguy cơ mắc một số bệnh mãn tính, chẳng hạn như bệnh tim mạch và một số loại ung thư [25].

1.4.2 Thành phần hóa học

Thành phần chính của hạt đậu nành là protein, dầu, carbohydrate, oligosaccharide, đường và khoáng chất Ngoài ra, trong đậu nành có chứa các hợp chất nhóm phyto như isoflavone, saponin và phenolic acid.

Protein đậu nành là một loại protein globulin và đậu nành chứa 35 - 40% protein Ba loại sản phẩm giàu protein có thể được chế biến từ đậu nành đã tách vỏ và tách chất béo là bột đậu nành, protein cô lập và protein isolate [26].

Trong đó 90 - 95% protein là 35% conglycinin (7S) và 52% β - glycinin (11S) [27].Glycinin với trong lượng phân từ 340 - 375 kDa và β - glycinin với trọng lượng phân

tử là 140 - 170 kDa [28] Các thành phần này tồn tại dưới dạng phân tử có lớp vỏ ưa nước và lõi kỵ nước Những protein này chứa tất cả amino acid thiết yếu cho cơ thể và làm cho các sản phẩm đậu nành có lượng protein gần như tương đương với các nguồn protein động vật, nhưng ít chất béo hơn và không có cholesterol.

Ngoài ra, đậu nành cũng chứa các thành phần protein hoạt tính sinh học như

hemagglutinin, chất ức chế trypsin, α - amylase và lipoxygenase [29].1.4.2.2.Dầu

Đậu nành chứa khoảng 19% là dầu, trong đó chất béo trung tính là thành phần chính Dầu đầu nành chứ phần lớn là acid béo không bão hòa, khoảng 55% linoleic acid và

8% α - linolenic acid (Hình 1.6) trong tổng số acid béo [30] Các thành phần khác của

dầu đậu nành thô là phospholipid, được gọi chung là lecithin, cũng như phytosterol và tocopherol.

Linoleic acid trong dầu đậu nành là một acid béo thiết yếu và có chức năng sinh lý,

dinh dưỡng quan trọng α - linolenic acid cũng đóng vai trò quan trọng trong việc điều

chỉnh một số con đường trao đổi chất Tuy nhiên, do sự hiện diện của lipoxygenase trong đâu nành nên linoleic acid làm cho đậu nành dễ bị ôi thiu [29].

Hình 1.6: Cấu trúc của các acid béo trong dầu đậu nành

Đậu nành chứa 35% carbohydrate, hầu hết là polysaccharide không tinh bột Carbohydrate của đậu nành được chia thành hai nhóm chính Đầu tiên là carbohydrate phi cấu trúc gồm các loại đường có khối lượng phân tử thấp, polysaccharide dự trữ và oligosaccharide như stachyose (4%) và raffinose (1.1%) [31] Stachyose là một tetraose có cấu trúc galactose - galactose - glucose - fructose, trong khi raffinose là một bộ ba có cấu trúc galactose - glucose - fructose Polysaccharide bao gồm chủ yếu là chất xơ không hòa tan [32].

1.4.2.4.Vitamins và khoáng chất

Đậu nành là nguồn cung cấp vitamin B tốt hơn so với ngũ cốc, mặc dù nó thiếu vitamin B12 và vitamin C.“Dầu đậu nành cũng chứa tocopherols [33, 34], là chất

chống oxy hóa tự nhiên tuyệt vời Ngoài ra, dầu đậu nành còn chứa α tocopherol, β -tocopherol, γ - tocopherol và δ - tocopherol Đậu nành cũng chứa ~5% khoáng chất

[34] Nó tương đối giàu K, P, Ca, Mg và Fe.”

1.4.3 Protein đậu nành cô lập

1.4.3.1.Giới thiệu

Protein đậu nành cô lập (SPI) bao gồm 90% protein; thành phần chính của chúng là

34% glycinin (11S) và 27% β - conglycinin (7S) Các thành phần khác là whey protein,chẳng hạn như γ - conglycinin, 7S globulin, lipoxygenase, agglutinin, và β - amylase

và các chất ức chế trypsin đậu nành [35].

Globulin 11S (glycinin) là một protein oligomeric rất không đồng nhất có kích thước

từ 340 đến 375 kDa Nó bao gồm sáu chuỗi polypeptides (A) có tính acid (37 - 45 kDa; PI = 4.2 - 4.8) và sáu chuỗi base polypeptides (B) (18 - 20 kDa; pI = 8.0 - 8.5) Các polypeptides này nối với nhau bằng các liên kết disulfide Bốn loại polypeptides acid (A1 - A4) và base polypeptides (B1 - B4) khác nhau cũng đã được tìm thấy [36], Lei và cộng sự đã báo cáo rằng có 13 polypeptide acid và 11 base polypeptide [37].

7S globulin (β - conglycinin) là một glycoprotein trimeric 140 - 170 kDa, bao gồm baloại tiểu đơn vị: α’, α, và β lần lượt là 58, 57 và 42 kDa Ngoài ra, còn có một tiểu đơnvị được gọi là γ có 42 kDa Các tiểu đơn vị α’ và α thể hiện mức độ tương đồng cao,không bị giới hạn ở các vùng đầu N β và γ cũng thể hiện sự tương đồng với α’ và αtrong của β - conglycinin Đã có báo cáo rằng β gồm bốn thành phần có điểm đẳngđiện trong khoảng 5,8 - 6,2 (β1 - β4), trong khi α’ và α bao gồm các thành phần đơn lẻcó điểm đẳng điện lần lượt là 5,2 và 5,3 [35] Cấu trúc trimeric của β - conglycinin

được ổn định hoàn toàn bởi cường độ ion cao hơn 0,5 M; nó được hình thành bởi bảy loại oligome khác nhau: B1 (α’β2); B2(αβ2), B3(αα’β2), B4(α2β), B5(α2α’), B6(α3) [38] và B0(β3) [39].

1.4.3.2.Phương pháp sản xuất

SPI được chuẩn bị bằng cách tách các chất xơ và carbohydrate (cellulose, pectin và hemicellulose, sucrose, raffinose, stachyose) từ protein đậu nành cô đặc thông thường Bằng cách sử dụng nước kiềm ở pH 8 - 9, tiếp theo là cô đặc đẳng điện ở pH 4.2 - 4.6 Sau đó, sử dụng clohydric acid hoặc photphoric acid để điều chỉnh độ pH và loại bỏ protein không hòa tan khỏi cacbohydrat hòa tan bằng cách ly tâm [40].

1.4.4 Tính chất của protein đậu nành cô lập

1.4.4.1.Khả năng hydrat hóa

Khả năng hydrat hóa của SPI đề cập đến khả năng hấp thụ và giữ nước của nó SPI có khả năng liên kết nước cao, có nghĩa là nó có thể giữ một lượng nước đáng kể và tạo thành cấu trúc giống như gel khi ngậm nước.

Khả năng hydrat hóa của SPI bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố, bao gồm nhiệt độ, nồng độ protein, độ pH, và sự có mặt của các thành phần khác [41] Nó có thể khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng dự định và sản phẩm cụ thể.

Các đặc tính liên kết với nước của SPI làm nó có thể ứng dụng trong nhiều thực phẩm khác nhau Nó có thể được sử dụng làm chất ổn định, chất nhũ hóa hoặc chất làm đặc trong các sản phẩm thực phẩm như đồ uống, các sản phẩm thay thế thịt, các mặt hàng bánh mì và các chất tương tự từ sữa Khả năng giữ nước của SPI giúp cải thiện kết cấu, khả năng giữ ẩm và chất lượng tổng thể của các sản phẩm thực phẩm này.”

Ngoài ra, khả năng hydrat hóa của SPI có thể được sửa đổi hoặc tăng cường thông qua các quá trình như xử lý nhiệt, biến đổi enzyme hoặc pha trộn với các thành phần khác để đạt được các tính năng muốn có trong các ứng dụng cụ thể [41].

1.4.4.2.Độ hòa tan

Phần lớn protein đậu nành cô lập là globulin Globulin được cho là hợp chất không hòa tan trong nước và chỉ hòa tan trong nước muối SPI thường“có khả năng hòa tan trong nước kém, đặc biệt là ở các giá trị pH gần với trung tính, đây là một thuộc tính gây khó khăn cho việc kết hợp nó vào các hệ thống dinh dưỡng phức tạp [42].

Khả năng hòa tan của SPI bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm độ pH, nhiệt độ, nồng độ protein và sự có mặt của các thành phần hoặc chất phụ gia khác Việc điều chỉnh độ pH của các chất phân tán SPI thành các điều kiện acid (pH 2 - 4.6) hoặc kiềm (pH 6.9 - 9) làm tăng khả năng hòa tan, với quá trình xử lý nhiệt ở các giá trị pH này hoạt động phối hợp để tăng khả năng hòa tan hơn nữa [42, 43].”

SPI thường được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm cho các ứng dụng khác nhau Nó có thể dễ dàng được kết hợp vào đồ uống, súp, nước sốt, nước xốt và các sản phẩm dạng lỏng khác để tăng cường protein, cải thiện kết cấu và tăng cường thành phần dinh dưỡng Khả năng hòa tan cũng tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng SPI như một thành phần chức năng trong chế biến thực phẩm, nơi nó có thể đóng góp vào các đặc tính mong muốn của sản phẩm cuối cùng, chẳng hạn như độ nhớt, khả năng nhũ hóa và tạo bọt.

1.4.4.3.Khả năng tạo nhũ và ổn định nhũ

SPI có đặc tính nhũ hóa, nó có thể tạo và ổn định nhũ tương khi trộn với dầu hoặc chất béo Khả năng tạo nhũ tương của SPI là do bản chất lưỡng tính của nó, do nó có cả vùng ưa nước và kỵ nước (ưa dầu) trong cấu trúc phân tử của nó [44] Điều này cho phép SPI tương tác với cả hai pha dầu và nước, tạo thành một bề mặt phân cách ổn định giữa chúng và ngăn chặn sự phân tách của nhũ tương.

Khi SPI được thêm vào hệ thống dầu và nước và được trộn hoặc khuấy, nó có thể tạo thành màng mỏng xung quanh các giọt dầu, được gọi là nhũ tương Màng protein này hoạt động như một rào cản, làm giảm sức căng bề mặt giữa các pha dầu và nước, đồng thời ngăn chặn sự kết tụ hoặc tách các giọt theo thời gian [45].

Nhờ vào đặc tính nhũ hóa mà SPI được ứng dụng trong nhiều loại thực phẩm khác nhau Nó thường được sử dụng để ổn định nhũ tương trong các sản phẩm như nước xốt, nước xốt, sốt mayonnaise, các chất tương tự từ sữa và các sản phẩm thay thế thịt có nguồn gốc thực vật SPI giúp cải thiện kết cấu, cảm giác ngon miệng, độ ổn định và các đặc tính cảm quan tổng thể của các sản phẩm này.

Đặc tính nhũ hóa của SPI có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như pH, nhiệt độ, nồng độ protein, độ nhớt, độ phân tán, điều kiện chế biến và sự có mặt của các chất nhũ hóa hoặc phụ gia khác [44, 45] Sự hình thành và ổn định nhũ tương tối ưu có thể được điều chỉnh theo công thức và quy trình cụ thể để đạt được kết quả mong muốn.

1.4.4.4.Khả năng tạo bọt

SPI có khả năng tạo bọt từ trung bình đến tốt, nó có thể tạo và ổn định bọt khi khuấy hoặc đánh với không khí hoặc các loại khí khác Khả năng tạo bọt của SPI chủ yếu là do khả năng mở rộng và làm biến tính các phân tử protein của nó, cho phép khí bị giữ lại trong ma trận protein.

Khi SPI được trộn với nước, khuấy trộn hoặc đánh bông cơ học, nó sẽ tạo thành bọt ổn định với khối lượng lớn và kết cấu mịn Các protein có thể hấp thụ ở bề mặt phân cách không khí - nước, tạo ra một mạng lưới bẫy các bọt khí và ổn định cấu trúc bọt Khả năng tạo bọt được tăng cường nhờ sự hiện diện của các vùng kỵ nước trong cấu trúc protein, giúp ổn định bọt khí [46].

Khả năng tạo bọt của SPI có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như độ pH, nồng độ protein, nhiệt độ [47] và sự hiện diện của các thành phần hoặc chất phụ gia khác.

1.4.5 Ứng dụng

Nhờ vào những đặc tính trên mà SPI được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm Nó thường được sử dụng để ổn định nhũ tương trong các sản phẩm súp, đồ uống, nước sốt, sốt mayonnaise, bánh, các sản phẩm tương tự từ sữa và các sản phẩm thay thế thịt có nguồn gốc thực vật,… SPI giúp cải thiện kết cấu, làm chất tạo đặc, chất ổn định, nhũ hóa, tạo cảm giác ngon miệng và các đặc tính cảm quan tổng thể của các sản phẩm này Ngoài ra, nó còn được sử dụng trong dược phẩm, thực phẩm dinh dưỡng như một chất bổ sung protein cho cơ thể Trong mỹ phẩm, SPI được sử dụng làm chất tạo bọt, nhũ hóa cho các sản phẩm chăm sóc cá nhân như dầu gội, sữa tắm và các sản phẩm chăm sóc da [41, 47].

1.5.Kỹ thuật vi bao

1.5.1 Khái niệm vi bao

Vi bao có thể được định nghĩa là một quá trình bao bọc một chất (tác nhân hoạt tính) bên trong một chất khác (vật liệu vỏ) Chất được bao bọc có thể được gọi là pha lõi, pha lấp đầy, pha hoạt động, pha bên trong hoặc pha tải trọng Chất vi bao thường được gọi là lớp phủ, màng, vỏ, viên nang, vật liệu mang, pha ngoài [48].

Mục đích chính của vi bao là để bảo vệ vật liệu cốt lõi, kiểm soát quá trình giải phóng hoặc nâng cao chức năng của vật liệu đó Vật liệu vỏ hoạt động như một rào cản, che chắn vật liệu lõi khỏi các yếu tố bên ngoài như ánh sáng, độ ẩm, nhiệt hoặc phản ứng hóa học Nó cũng giúp kiểm soát việc giải phóng vật liệu lõi theo thời gian hoặc trong các điều kiện cụ thể, chẳng hạn như độ pH hoặc nhiệt độ.

Các hạt vi bao thường có kích thước từ vài nanometers đến micrometers, có dạng một quả cầu nhỏ Chúng có thể được bao phủ bởi một hoặc nhiều lớp vỏ xếp theo tầng với độ dày khác nhau xung quanh lõi [49].

1.5.2 Nguyên liệu được sử dụng trong quá trình vi bao

Các vật liệu được sử dụng trong quá trình vi bao có thể khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể, các đặc tính mong muốn và kỹ thuật vi bao được sử dụng Tuy nhiên, vật liệu phủ được sử dụng trong vi bao phải sao cho có thể tạo thành màng dính trên lõi, làm ổn định và cung cấp độ bền cho viên nang, trơ, để nó không có phản ứng với vật liệu lõi, không cung cấp bất kỳ hương vị cụ thể nào cho sản phẩm, không thấm nước, có khả năng giải phóng lõi tại một thời điểm cụ thể và có khả năng phân hủy sinh học Ngoài ra, vật liệu được sử dụng trong quá trình vi bao thực phẩm phải đạt yêu cầu về an toàn và không gây hại cho sức khỏe người dùng.

Trong số tất cả các vật liệu, vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất để vi bao trong các ứng dụng thực phẩm là carbonhydrate (tinh bột, dextran, sucrose, chitosan, xanhthan, gellan), cellulose và các dẫn xuất của chúng Ngoài ra, gum ( gum Arabic, mủ trôm, gum tragacanth, carrageenan, alginate), protein (gelatin, albumin), lipid (sáp ong, acid stearic, phospholipid) và polysaccharide vi sinh vật, động vật như dextran, chitosan, xanthan và gellan cũng được sử dụng [48, 49].

1.5.3 Cấu tạo của hạt vi bao

Hình 1.7: Cấu tạo của hạt vi bao

Cấu tạo của hạt vi bao được thể hiện ở Hình 1.7 Hạt vi bao gồm 2 thành phần là vật liệu bao phủ như gum, carbohydrate, lipids, protein, cellulose và dẫn xuất của nó; vật liệu lõi như chất béo, tinh dầu, dược phẩm, khí, thực phẩm, đồ uống,…

1.5.4 Cơ chế giải phóng trong công nghệ vi bao

Trong công nghệ vi bao, cơ chế giải phóng là cách vật liệu lõi được giải phóng khỏi lớp vỏ bảo vệ Cơ chế giải phóng là một yếu tố quan trọng trong việc kiểm soát thời gian, tốc độ và mức độ giải phóng, có thể được điều chỉnh để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng cụ thể Một số cơ chế giải phóng trong vi bao như khuếch tán (Hình 2.10a, 2.10b), ăn mòn vỏ (Hình 2.10c), hòa tan (Hình 2.10d), giải phóng dưới áp suất cao (Hình 2.10e),… [50].

Hình 1.8: Cơ chế giải phóng hạt vi bao

1.5.4 Một số kỹ thuật vi bao

1.5.4.1.Sấy phun

Sấy phun là một trong những kỹ thuật vi bao lâu đời nhất và được sử dụng rộng rãi nhất trong lĩnh vực công nghiệp thực phẩm Vật liệu lõi được phân tán trong dung dịch vật liệu vỏ và được nguyên tử hóa thành các giọt nhỏ, sau đó được sấy khô để tạo thành các hạt vi bao siêu nhỏ Nó tạo ra các hạt có chất lượng tốt, kích thước nhỏ hơn 40 micrometers [48].

Một số ưu điểm của phương pháp này là tiết kiệm, linh hoạt, có thể sử dụng cho nhiều loại vật liệu khác nhau và có thể mở rộng quy mô dễ dàng Mặc dù sấy phun là một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất cho vi bao và cũng có nhiều ưu điểm đã nêu trên, nhưng một số nghiên cứu đã chỉ ra những hạn chế nhất định của kỹ thuật này Fang và cộng sự cho biết khi sử dụng không khí nóng làm môi trường sấy để bao bọc acid béo omega - 3, bột sấy khô có các hạt có cấu trúc xốp cao, làm cho bột dễ bị oxy hóa, do đó làm giảm thời gian bảo quản [51] Kết quả tương tự đã được báo cáo bởi Kolanowsk, trong khi phát triển bột dầu cá khô phun [52].

1.5.4.2.Phun lạnh

Phương pháp vi bao phun lạnh rất giống với phương pháp sấy phun trong quá trình vận hành, sự khác biệt chính là việc sử dụng không khí lạnh trong đó Tại đây, hỗn hợp vật liệu lõi và vật liệu vỏ được nguyên tử hóa để tạo thành sương mù bên trong buồng, bên trong có luồng không khí lạnh Nhiệt độ thấp trong buồng dẫn đến sự hóa rắn của các giọt siêu nhỏ, dẫn đến sự hình thành bột vi nang [49] Một số ứng dụng thành công của kỹ thuật này trong quá trình vi bao bao gồm vi nang hóa tocopherol trong chất nền lipid, với hiệu quả vi bao cao tới 90%, vi bao sắt, iod, vitamin A và nhiều chất khác.

1.5.4.3.Đông tụ

Đông tụ là một kỹ thuật đơn giản liên quan đến việc hình thành một lớp đồng nhất của vật liệu thành polymer xung quanh vật liệu lõi Điều này đạt được bằng cách thay đổi các tính chất hóa lý của vật liệu vỏ bằng cách thay đổi nhiệt độ, pH hoặc cường độ ion Tại đây, vật liệu lõi và vật liệu vỏ được hòa vào dung môi và được trộn lẫn với nhau để tạo thành một dung dịch không thể trộn lẫn Sau đó, quá trình tách pha được thực hiện bằng cách thay đổi cường độ ion, độ pH hoặc nhiệt độ Khi sự tách pha xảy ra, quá trình tạo phức cũng diễn ra, dẫn đến sự hình thành pha đông tụ Pha đông tụ rất giàu polymer hoặc đại phân tử và các chất đông tụ này sẽ bao quanh vật liệu lõi, tạo thành các viên nang siêu nhỏ Nhờ vào tương tác tĩnh điện giữa các polymer tích điện trái dấu sẽ hình thành các chất đông tụ.

Đông tụ được phân thành 2 loại là đông tụ đơn giản và đông tụ phức tạp Đông tụ đơn giản chỉ có một polymer tham gia, trong khi đó đông tụ phức tạp là quá trình tách pha gây ra bởi sự tương tác giữa hai hoặc nhiều chất tích điện trái dấu như protein, polysaccharide.

Vật liệu vỏ sử dụng trong kỹ thuật này thường là gelatin, chitosan, gum Arabic, polysaccharide và protein Đã có một số nghiên cứu chỉ ra rằng protein đậu nành được sử dụng trong quá trình đông tụ [53-55] Nhờ vào những đặc tính của nó như khả năng tạo nhũ, độ hòa tan, tạo màng, khả năng liên kết với nước, thân thiện với môi trường, chi phí thấp và có giá trị dinh dưỡng cao Ngoài ra, do tính chất lưỡng tính của SPI (ưa nước và kỵ nước), các protein này thể hiện khả năng khuếch tán và hấp phụ tốt, đồng thời ổn định bề mặt phân cách của các giọt dầu trong quá trình nhũ hóa, do đó đóng

vai trò là chất nhũ hóa hiệu quả để hình thành và ổn định nhũ tương dầu trong nước Mặc dù, protein đậu nành có độ hòa tan thấp, nhưng nó có thể được tăng lên bằng cách thêm một loại polymer khác [54, 56].

1.5.4.4.Nhũ hóa

Vi bao bằng kỹ thuật nhũ hóa được thực hiện bằng cách phân tán lõi trong dung môi hữu cơ, có chứa vật liệu làm vỏ Sau đó, chất phân tán được nhũ hóa trong dầu hoặc nước, chất ổn định nhũ tương được thêm vào Sự vi bao của lõi xảy ra bằng cách hình thành một lớp polymer bao xung quanh nó, bằng cách làm bay hơi dung môi hữu cơ Đây là một trong những kỹ thuật vi bao thường được sử dụng vì các bước thực hiện rất đơn giản Kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi để vi bao enzyme và vi sinh vật [49].

1.5.4.5.Ép đùn

Công nghệ ép đùn cho vi nang có thể được sử dụng để sản xuất các vi nang có mật độ cao Để sử dụng phương pháp này, vật liệu lõi và vỏ phải không trộn lẫn được Ở đây, lõi được truyền vào vỏ thông qua các vòi đồng tâm, do đó, tạo thành các giọt chứa lõi được bao quanh bởi vật liệu või Sau đó, quá trình hóa rắn được thực hiện bằng cách làm mát hoặc sử dụng bể tạo gel thích hợp Khi đó, các giọt nhỏ sẽ rơi xuống và đông đặc lại do sự hình thành phức Các lớp vỏ bọc được hình thành bằng phương pháp này có kích thước tương đối lớn hơn so với được hình thành bằng bất kỳ phương pháp nào khác và đồng thời, công nghệ này rất hữu ích với các vật liệu vỏ hạn chế [48].

1.5.5 Vi bao tinh dầu bằng quá trình đông tụ

Quá trình vi bao tinh dầu bằng quá trình đông tụ phức tạp diễn ra theo từng giai đoạn Đầu tiên là hydrat hóa và chuẩn bị vật liệu vỏ Tinh dầu và chất nhũ hóa (ví dụ: Tween 20, 60, 80) được thêm vào các dung dịch này và quá trình nhũ hóa được thực hiện Bước này rất cần thiết vì chất lượng của nhũ tương và sự tương tác giữa các giọt của nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định của các viên nang siêu nhỏ được sản xuất sau này Cuối cùng là sấy khô để bảo quản chúng [57]

Quá trình tạo vi nang tinh dầu bằng cách sử dụng quá trình đông tụ phức hợp cho phép giải phóng chúng một cách có kiểm soát Quá trình này bị ảnh hưởng bởi các điều kiện môi trường, loại tinh dầu, thành phần của vi nang (protein, polysaccharide, gum).

1.5.6 Ứng dụng của vi bao

1.5.6.1.Thực phẩm và đồ uống

Xu hướng của xã hội hiện nay là hướng tới cuộc sống khỏe mạnh hơn, bao gồm nhận thức ngày càng tăng của người tiêu dùng trong những gì họ ăn và những gì có lợi cho việc duy trì sức khỏe tốt Một sản phẩm độc đáo được sử dụng để phòng bệnh bằng ăn uống được gọi là "thực phẩm” Tuy nhiên, một vài thành phần nhạy cảm dễ bị xuống cấp và mất hoạt tính của chúng, hoặc trở nên nguy hiểm bởi các phản ứng oxi hóa Thành phần này cũng có thể phản ứng với các thành phần hiện diện trong hệ thống thực phẩm, có thể hạn chế khả dụng sinh học.

Vi bao được sử dụng để vượt qua tất cả những thách thức này bằng cách cung cấp sự pha trộn kết cấu khả thi, giải phóng hương thơm hấp dẫn, vị, mùi và màu Công nghệ vi bao cho phép các công ty thực phẩm kết hợp khoáng chất, vitamin, hương liệu và tinh dầu, đồng thời giúp che đậy hương vị, cải thiện tính ổn định của sản phẩm, kéo dài thời hạn sử dụng và cung cấp khả năng giải phóng có kiểm soát.

1.5.6.2.Dược phẩm

Vi bao được sử dụng rộng rãi trong ngành dược phẩm để phân phối thuốc có kiểm soát Nó cho phép giải phóng thuốc một cách bền vững, tăng cường tính ổn định của chúng và cung cấp khả năng phân phối có mục tiêu đến các vị trí cụ thể trong cơ thể Công nghệ này được sử dụng trong các công thức thuốc uống, miếng dán xuyên da, thuốc hít và hệ thống tiêm.

1.5.6.3.Nông nghiệp

Trong nông nghiệp, vi nang được ứng dụng trong các lĩnh vực như bảo vệ cây trồng và phân bón giải phóng có kiểm soát Thuốc trừ sâu hoặc thuốc diệt cỏ có thể được vi bao để cải thiện hiệu quả của chúng, giảm tác động đến môi trường và cung cấp khả năng giải phóng mục tiêu cho sâu bệnh hoặc cỏ dại Ngoài ra, phân bón được vi bao đảm bảo chúng được giải phóng dần dần và cây trồng hấp thụ chất dinh dưỡng tốt hơn.

1.5.6.4.Mỹ phẩm

Vi bao được sử dụng trong mỹ phẩm và các sản phẩm chăm sóc cá nhân cho nhiều mục đích khác nhau Nó có thể vi bao các thành phần hoạt tính như vitamin, chất

chống oxy hóa hoặc kem chống nắng, cho phép giải phóng có kiểm soát và ứng dụng có mục tiêu Vi bao cũng giúp bảo vệ các loại nước hoa dễ bay hơi hoặc các thành phần nhạy cảm khỏi bị xuống cấp, tăng cường tính ổn định và hiệu suất của sản phẩm.

1.5.6.5.Dệt may

Vi bao là một công nghệ được sử dụng trong ngành dệt may Các chất được vi bao như thuốc nhuộm, nước hoa hoặc chất kháng khuẩn cho phép chúng được giải phóng có kiểm soát trên vải Điều này cho phép các chức năng như lưu hương lâu, chống phai màu hoặc đặc tính kháng khuẩn trong hàng dệt may.

1.5.6.6.Năng lượng và hóa chất

Các chất được vi bao trong ngành năng lượng và hóa chất như phụ gia nhiên liệu, chất xúc tác hoặc chất phản ứng Vi bao có thể cải thiện tính ổn định và hiệu quả của các công thức hoặc bảo vệ các hóa chất phản ứng trong quá trình bảo quản hoặc vận chuyển.