Khóa luận Khảo sát vi bao dầu gấc bằng phương pháp sấy phun và nhỏ giọt (Phần 1)

Nội dung text: Khóa luận Khảo sát vi bao dầu gấc bằng phương pháp sấy phun và nhỏ giọt (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA VÀ THỰC PHẨM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM KHẢO SÁT VI BAO DẦU GẤC BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẤY PHUN VÀ NHỎ GIỌT GVHD: ThS. ĐẶNG THỊ NGỌC DUNG ThS. LÊ HOÀNG DU SVTH: NGUYỄN KHẮC QUÍ MSSV: 11116052 S K L 0 0 3 9 2 9 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015
2. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP MÃ SỐ: 2015-11116052 KHẢO SÁT VI BAO DẦU GẤC BẰNG PHƢƠNG PHÁP SẤY PHUN VÀ NHỎ GIỌT GVHD: Th.S ĐẶNG THỊ NGỌC DUNG Th.S LÊ HOÀNG DU SVTH: NGUYỄN KHẮC QUÍ MSSV: 11116052 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 07/2015
3. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Nguyễn Khắc Quí Ngành: Công nghệ Thực phẩm 1. Tên khóa luận: Khảo sát vi bao dầu gấc bằng phƣơng pháp sấy phun và nhỏ giọt 2. Nhiệm vụ của khóa luận: - Tổng quan về gấc: thành phần dinh dƣỡng và hóa học của dầu gấc, giới thiệu sơ lƣợc về các nguyên liệu sử dụng trong nghiên cứu. - Khảo sát thông số công nghệ trong quá trình sấy phun: nhiệt độ đầu vào-đầu ra, sự ổn định hệ nhũ tƣơng. - Khảo sát khả năng vi gel dầu gấc qua các yếu tố: kích thƣớc hạt, khả năng vi bao, tổn thất hoạt chất. 3. Ngày giao nhiệm vụ khóa luận: 20/01/2015 4. Ngày hoàn thành khóa luận: 20/07/2015 5. Họ tên ngƣời hƣớng dẫn 1: Th.S Đặng Thị Ngọc Dung Phần hƣớng dẫn: toàn bộ khóa luận 6. Họ tên ngƣời hƣớng dẫn 2:Th.S Lê Hoàng Du Phần hƣớng dẫn:thông số công nghệquá trình sấy phun Nội dung và yêu cầu khóa luận tốt nghiệp đã đƣợc thông qua bởi Trƣởng Bộ môn Công nghệ Thực phẩm Tp.HCM, ngày tháng năm 2015 Trƣởng Bộ môn Ngƣời hƣớng dẫn chính (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) i
4. LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, em bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với quý thầy cô trong Bộ môn Công nghệ thực phẩm trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt những năm học qua và đã nhiệt tình giúp đỡ em trong quá trình làm khóa luận tốt nghiệp. Đặc biệt, em xin gửi lòng biết ơn chân thành đến cô Đặng Thị Ngọc Dung đã tạo điều kiện thuận lợi, tận tình hƣớng dẫn và truyền đạt những kiến thức quý báu trong suốt thời gian thực hiện đề tài này. Và em xin cám ơn thầy Lê Hoàng Du, cám ơn thầy đã luôn trao đổi, đƣa ra những nhận xét về vấn đề trong đồ án và chia sẻ những kinh nghiệm để em có thể hoàn thiện đồ án tốt hơn. Bên cạnh đó, xin gửi lời cám ơn đến những ngƣời bạn lớp Công nghệ thực phẩm khóa 2015, cám ơn các bạn đã luôn bên trao đổi kiến thức và giúp đỡ nhau trong suốt quá trình làm khóa luận tốt nghiệp. Cuối cùng tất cả tình cảm và lòng biết ơn sâu sắc xin gửi về ba mẹ, gia đình, những ngƣời đã cho em niềm tin và nghị lực trong cuộc sống và trong học tập. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 07 năm 2015 Nguyễn Khắc Quí ii
5. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung đƣợc trình bày trong khóa luận tốt nghiệp là của riêng tôi. Tôi xin cam đoan các nội dung đƣợc tham khảo trong khóa luận tốt nghiệp đã đƣợc trích dẫn chính xác và đầy đủ theo qui định. Ngày tháng năm 2015 Ký tên iii
6. MỤC LỤC NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i LỜI CẢM ƠN ii LỜI CAM ĐOAN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ix TÓM TẮT KHÓA LUẬN x MỞ ĐẦU xii CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1 1.1.Cở sở lý thuyết 1 1.1.1.Khái niệm 1 1.1.2.Phân loại 1 1.1.3.Lịch sử 2 1.1.4.Vật liệu sử dụng cho công nghệ vi bao 4 1.1.4.1.Vật liệu sử dụng làm chất vỏ 4 1.1.4.2.Vật liệu sử dụng làm lõi- Dầu Gấc 10 1.1.5.Vi bao (vi cầu, microsphere) 15 1.1.6.Thành phần hạt vi bao 16 1.1.7.Quy trình 17 1.1.7.1.Tạo sƣơng 17 1.1.7.2.Trùng hợp nhũ tƣơng 18 1.1.7.3.Phƣơng pháp vi bao dựa trên sấy phun 19 1.1.8.Tính chất vật liệu vi bao 19 1.2. Những kết quả nghiên cứu trong nƣớc 22 1.3. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc 23 CHƢƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24 2.1. Nguyên liệu 24 2.1.1. Soy protein isolate 24 2.1.2.Polysaccharide 25 2.1.2.1.Maltodextrin 25 iv
7. 2.1.2.2.Alginate 25 2.1.3.Dầu gấc 26 2.2.Hóa chất và thiết bị 27 2.3.Sơ đồ nghiên cứu 27 2.4.Phƣơng pháp nghiên cứu 29 2.4.1.Khảo sát phƣơng pháp vi gel sử dụng kỹ thuật sấy phun 29 2.4.1.1.Khảo sát ảnh hƣởng của hệ nhũ tƣơng đến khả năng tạo hạt trong quá trình sấy phun . 29 2.4.1.2.Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi bột và sự thay đổi màu sắc trong quá trình sấy phun 31 2.4.2.Phƣơng pháp vi gel áp dụng kỹ thuật nhỏ giọt 32 2.4.2.1.Khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ dầu gấc bổ sung đến thời gian sấy thăng hoa mẫu sau nhỏ giọt . 32 2.4.2.2.Khảo sát khả năng vi bao dầu gấc sau nhỏ giọt và sấy thăng hoa 32 2.4.2.3.Xác định sự thay đổi màu sắc của sản phẩm sau quá trình sấy thăng hoa 33 2.4.2.4.Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến sự oxy hóa của dầu gấc 34 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 35 3.1. Phƣơng pháp vi gel sử dụng kỹ thuật sấy phun 35 3.1.1.Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng của hệ nhũ tƣơng đến hiệu suất sấy phun: độ pH, độ nhớt . 35 3.1.2.Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi bột và thay đổi màu sắc trong quá trình sấy phun 42 3.1.2.1.Khảo sát ở mức nhiệt độ đầu vào 1400C và 1500C 42 3.1.2.2.Khảo sát ở mức nhiệt độ đầu vào 1600C và 1700C 43 3.1.2.3.Khảo sát ở dãy nhiệt độ đầu vào 1800C và 1900C 44 3.2. Phƣơng pháp vi gel sử dụng kỹ thuật nhỏ giọt 47 3.2.1.Khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ dầu gấc đến thời gian sấy thăng hoa mẫu sau nhỏ giọt . 47 3.2.2.Khảo sát khả năng vi bao khi sử dụng kỹ thuật nhỏ giọt 48 3.3. Thí nghiệm sự thay đổi độ sáng hạt vi gel 50 3.4. Đánh giá khả năng oxy hóa dầu gấc 52 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 v
8. DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Cấu trúc hạt vi bao (Microencapsulaton in the Food Industry) 15 Hình 1.2. Hình thái học của hạt vi bao (Microencapsulaton in the Food Industry) 16 Hình 1.3. Kỹ thuật tạo sƣơng 18 Hình 1.4. Các bƣớc cơ bản mô tả phƣơng pháp trùng hợp nhũ tƣơng(Microencapsulaton in the Food Industry). 19 Hình 1.5. Quá trình vi bao bằng phƣơng pháp sấy phun 19 Hình 1.6. Một sản phẩm dầu gấc đƣợc sản xuất trong nƣớc 22 Hình 2.1. Cấu tạo hóa học của alginate với β-D-mannuronic (M) và α-L-guluronic (G). 26 Hình 2.2. Các chuỗi poly-L-guluronate của alginate liên kết với nhau và cuộn ngẫu nhiên tạo hình ruy-băng để liên kết với ion Ca2+. 26 Hình 2.3. Sơ đồ nghiên cứu toàn bộ nghiên cứu tiến hành trong bài 28 Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn độ nhớt của các mẫu 1, 2, 3, 4, 5, 6 với các giá trị: 35 Hình 3.2. Đồ thị thể hiện độ pH của các mẫu 37 Hình 3.3. Hệ nhũ tƣơng của 6 mẫu chuẩn bị theo tỷ lệ Bảng 2.2 39 Hình 3.4. Ảnh chụp các mẫu trƣớc khi đem đi bảo quản lạnh 40C 40 Hình 3.5. Ảnh chụp các mẫu từ 1 đến 6 sau thời gian bảo quản 12h trong ngăn lạnh 40C . 40 Hình 3.6. Mẫu chuẩn bị cho quá trình sấy phun 42 Hình 3.7. Kết quả sấy phun ở 2 mức nhiệt độ 1400C và 1500C 42 Hình 3.8. Kết quả sấy phun ở 2 dãy nhiệt độ 1600C và 1700C 43 44 Hình 3.9. Lƣợng bột thu đƣợc sau sấy ở dãy nhiệt độ trên 44 Hình 3.10. Sản phẩm sấy phun ở dãy nhiệt 1800C và 1900C 45 47 Hình 3.11. Mẫu hạt đã vi gel 47 Hình 3.12. Mẫu dầu gấc chứa 25ml 48 Hình 3.13. Mẫu dầu gấc chứa 30ml 48 49 Hình 3.14. Mẫu dầu gấc chứa 15ml thành phẩm 49 Hình 3.15. mẫu chụp kính hiển vi điện tử quét sau khi vi gel hạt dầu gấc bằng alginate và maltodextrin 50 vi
9. Hình 3.16. Sơ đồ xác định khả năng tồn tại của dầu gấc sau thời gian 3 tuần bảo quản 52 vii
10. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1.Vật liệu dùng trong Microencapsulation của chất kị nƣớc 4 Bảng 1.2. Vật liệu dùng trong Microencapsulation của chất ƣa nƣớc 5 Bảng 1.3. Các phƣơng pháp sử dụng trong microencapsulation (Microencapsulation in the Food Industry) 5 Bảng 1.4. Hàm lƣợng các chất có hoạt tính sinh học trong gấc (Tuyen Chan Kha và Minh H. Nguyen, 2013). 11 Bảng 1.5. Hàm lƣợng carotene trong gấc và một số rau quả khác (Vuong et al., 2002). 12 Bảng 1.6. Thành phần acid béo trong màng hạt gấc (Tuyen Chan Kha, Minh H. Nguyen, 2013; Vuong, 2002) 14 Bảng 1.7. Chỉ tiêu thành phần dầu gấc 15 Bảng 2.1. Thành phần của các chế phẩm Soy protein 24 Bảng 2.2. Hàm lƣợng một số chất trong dầu gấc. 27 Bảng 2.3. Tỷ lệ phối trộn các thành phần nguyên liệu 29 Bảng 2.4. Độ nhớt các mẫu trƣớc khi đem sấy phun, tính giá trị trung bình theo 3 lần đo 30 Bảng 2.5. Thông số nhiệt độ đầu vào cần khảo sát trong quá trình sấy phun 31 Bảng 3.1. Độ nhớt các mẫu sau khi xử lý số liệu bằng phần mềm SPSS 36 Bảng 3.2. Sự khác nhau về độ nhớt giữa các mẫu so sánh 36 Bảng 3.3. Độ pH của các mẫu trƣớc khi đem sấy phun, đo 3 lần và lấy giá trị trung bình . 37 Bảng 3.4. Khả năng tách lớp của các mẫu sau khoảng thời gian 4h, 8h, 12h khi bảo quản trong ngăn lạnh 40C 38 Bảng 3.5. Kết quả đo độ màu của mẫu sau nhỏ giọt và sấy thăng hoa 50 Bảng 3.6. Đo độ màu của dầu gấc nguyên liệu 51 Bảng 3.7. Sự khác biệt các thông số tính toán E, L*, a*, b* giữa các mẫu sấy và dầu . 51 viii
11. DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT PC: Protein Concentrate PI: Protein Isolate SPI: Soy Protein Isolate MD: Maltodextrin SE(M): Scanning Electron Microscope ix
12. TÓM TẮT KHÓA LUẬN Quả gấc là một trong số ít các loại quả có hàm lƣợng carotenoids cao. Dầu gấc đƣợc trích ly theo quy trình sản xuất công nghiệp, để thời gian bảo quản dầu duy trì lâu hơn, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Khảo sát một số phƣơng pháp vi bao dầu gấc”. Với mục đích tăng cƣờng thời gian lƣu giữ carotenoids trong dầu gấc lâu hơn dựa trên những phƣơng pháp bảo quản kỹ thuật hiện đại, chúng tôi tiến hành nhƣ sau: Trƣớc tiên, tiến hành tổng quan cơ sở lý thuyết về kỹ thuật vi gel sử dụng phƣơng pháp sấy phun và nhỏ giọt. Đồng thời giới thiệu về nguồn nguyên liệu sử dụng trong nghiên cứu này, sau khi xác định các tính chất của nguyên liệu và cách thức chuẩn bị mẫu sử dụng trong nghiên cứu chúng tôi tiến hành khảo sát theo các bƣớc: - Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng của hệ nhũ tƣơng đến hiệu suất sấy phun: độ pH, độ nhớt, độ ổn định của hệ sau bảo quản lạnh 40C. - Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi bột và thay đổi màu sắc của kỹ thuật vi gel sử dụng phƣơng pháp sấy phun: các giá trị khảo sát là 1400C, 1500C, 1600C, 1700C, 1800C và 1900C với các tỷ lệ mẫu chuẩn bị khác nhau. - Khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ dầu gấc dến thời gian sấy thăng hoa mẫu sau nhỏ giọt với lƣợng dầu gấc lần lƣợt từ 15ml, 20ml, 25ml và 30ml. - Khảo sát khả năng dầu gấc có đƣợc vi bao khi tiến hành sử dụng phƣơng pháp nhỏ giọt. - Khảo sát sự thay đổi độ sáng của mẫu sau vi gel bằng phƣơng pháp nhỏ giọt và thời gian mẫu còn tồn tại hoạt tính carotenoids. Qua quá trình tiến hành thực nghiệm, chúng tôi thu đƣợc kết quả nhƣ sau: - Phƣơng pháp sấy phun không cho hiệu suất thu hồi bột cao, màu sắc hạt vi bao giảm dần khi tăng nhiệt độ từ 120÷1900C. - Một số yếu tố nhƣ độ nhớt, thời gian bảo quản trong ngăn lạnh ở 40C ảnh hƣởng đến độ ổn định của hệ nhũ tƣơng nhƣ mẫu chứa 9% khối lƣợng chất khô trong hệ. - Khảo sát tỷ lệ dầu gấc bổ sung vào hệ nhũ tƣơng cho thấy lƣợng dầu càng nhiều từ 15÷30ml, thời gian sấy thăng hoa một mẫu đạt độ ẩm 12.8% là khá lâu, cụ thể từ 36÷72h. x
13. - Phƣơng pháp vi gel áp dụng kỹ thuật nhỏ giọt kết hợp sấy thăng hoa tạo ra hạt vi bao có kích thƣớc từ 10÷30µm, nhờ đó vẫn giữ lại màu sắc đáng kể so với mẫu dầu nguyên liệu. - Khảo sát thời gian tổn thất carotenoids trong gấc cho thấy sau ba tuần, lƣợng lycopen và carotenoids vẫn còn tồn tại trong mẫu vi gel. xi
14. MỞ ĐẦU 1. Vấn đề Khi chất lƣợng của cuộc sống đƣợc nâng cao thì nhu cầu của con ngƣời về việc sử dụng các loại thực phẩm có hoạt tính sinh học ngày càng tăng, vấn đề sức khỏe và sắc đẹp luôn đƣợc quan tâm hàng đầu. Do đó, nhiều nơi tổ chức các nghiên cứu, sản xuất đa dạng thực phẩm chức năng, dƣợc phẩm có nguồn gốc thiên nhiên, tuy nhiên vấn đề kéo dài thời gian bảo quản hay nói cách khác là gia tăng tuổi thọ sản phẩm nảy sinh nhiều vấn đề. Đặc biệt việc hạn chế tổn thất các hợp chất màu nhƣ carotenoids, flavonoids luôn đƣợc quan tâm. Carotenoids nhóm chất nhạy cảm với nhiệt nhƣng là nguồn cung cấp giá trị dinh dƣỡng và y dƣợc cao. Trong gấc nguồn carotenoids rất cao, đặc biệt là carotene và lycopene. Chúng dễ nhạy cảm với nhiệt độ, oxy không khí, ánh sáng, tác nhân hóa học, bị mất đi trong quá trình chế biến hoặc bảo quản. Nhằm tăng khả năng lƣu giữ chất này lâu hơn, các nhà khoa học đề xuất nhiều biện pháp nhƣ dùng màng bao, các tác nhân chất chống oxy hóa, sấy đối lƣu, sấy chân không, bảo quản lạnh Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng kỹ thuật sấy phun và nhỏ giọt dựa trên những nguyên vật liệu mới không chỉ duy trì thời gian bảo quản các hoạt chất trong gấc lâu hơn mà còn mở ra triển vọng tạo ra nguồn nguyên liệu đa dạng trong ngành vi bao thực phẩm. 2. Mục tiêu - Đa dạng hóa các phƣơng pháp bảo quản dầu gấc. - Nghiên cứu các phƣơng pháp tạo hạt khác nhau sấy phun, nhỏ giọt. - Chọn ra những tỷ lệ tối ƣu của chất bao làm tăng hiệu suất bảo quản carotenoids. - Xây dựng các thông số thích hợp: nhiệt độ, tốc độ dòng nhập liệu. 3. Nội dung đề tài - Tổng quan về gấc: thành phần dinh dƣỡng và hóa học của dầu gấc, giới thiệu sơ lƣợc về các nguyên liệu sử dụng trong nghiên cứu. - Khảo sát thông số công nghệ trong quá trình sấy phun: nhiệt độ đầu vào-đầu ra, sự ổn định hệ nhũ tƣơng. - Khảo sát khả năng vi gel dầu gấc qua các yếu tố: kích thƣớc hạt, khả năng vi bao, tổn thất hoạt chất. - Thu thập, phân tích, nhận xét các kết quả đo đƣợc. xii
15. - Đƣa ra những bàn luận, mở rộng vấn đề. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: - Tìm kiếm, tổng hợp, phân tích các bài báo khoa học trong và ngoài nƣớc có liên quan. - Trao đổi các vấn đề, khó khăn và hƣớng đi với các chuyên gia, thầy cô. Nguyên cứu thực tiễn: - Tiến hành làm thực nghiệm để thu thập thông số, xử lý kết quả có đƣợc. - Đề xuất lối đi mở rộng cho công nghệ vi bao. 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 5.1. Ý nghĩa khoa học Gấc là loại quả chứa nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học cao, những hợp chất này chủ yếu trong lớp màng đỏ bao quanh hạt gấc. Màu đỏ và vàng cam cho thấy sự hiện diện cao của nhóm carotenoids đặc biệt là carotene và lycopen. Carotenoids có tác dụng chống oxy hóa, chống viêm, nâng cao hệ miễn dịch và nhiều công dụng khác. Quả gấc từ xƣa đƣợc ngƣời dân sử dụng trong bữa ăn hằng ngày, từ công dụng tuyệt vời của gấc, các nhà nghiên cứu nỗ lực đƣa nó vào quy trình công nghiệp tạo ra những sản phẩm nguồn dinh dƣỡng cao và phổ biến mọi nơi. Đáp ứng nhu cầu trên, các nghiên cứu nhiều vật liệu mới có thể vi bao dầu gấc và tính chất phù hợp đang đƣợc nghiên cứu rộng rãi. Với mục tiêu vận dụng những phƣơng pháp vi bao nhƣ sấy phun, vi gel, để duy trì, bảo vệ và phát huy tiềm năng của loại quả này. 5.2. Ý nghĩa thực tiễn Đề tài phát triển nhằm phục vụ công việc nghiên cứu trong lĩnh vực bảo quản và lƣu giữ các chất có hoạt tính sinh học trong gấc, tạo tiền đề cho quá trình ứng dụng sản phẩm vào đời sống dễ dàng hơn, đƣa sản phẩm đến tay ngƣời tiêu dùng thật tiện lợi và đơn giản trong sử dụng. Đề tài cũng tăng kiến thức trong lĩnh vực vi bao nguồn nguyên liệu tự nhiên sản xuất ra các sản phẩm khác tƣơng tự, tránh lãng phí nguồn thực phẩm quý. xiii
16. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Cở sở lý thuyết 1.1.1. Khái niệm Vi bao (áp dụng trong ngành công nghệ thực phẩm) là quá trình bao phủ một chất trong một chất khác, ở đây là các loại thực phẩm khác nhau đƣợc bảo vệ trong một lớp vỏ và chúng sẽ đƣợc giải phóng sau khi sử dụng. Đặc biệt hơn, quá trình vi bao bao quanh các hạt nhỏ, có thể là chất lỏng, khí hoặc rắn nằm phía trong lớp vỏ. Thông thƣờng, vi bao không sử dụng các viên nang có chiều dài lớn hơn 3mm. Quá trình đóng gói này nằm trong giới hạn từ 100÷1000nm đƣợc gọi là microencapsulation, giới hạn từ 1÷100nm thì đƣợc gọi là nanocapsules hay nanoencapsulation (Thies, 1996). Những vật liệu làm nên lớp vỏ vi bao thƣờng là không hòa tan và không phản ứng với phần lõi bên trong. Lớp vỏ chiếm khoảng 1÷80% khối lƣợng của các viên nang siêu nhỏ. Vỏ của vi nang có thể làm từ các vật liệu các loại đƣờng, gums, protein, polysccharides tự nhiên và biến đổi, chất béo, sáp và polymers tổng hợp (Gibbs et al., 1999). Vi bao đƣợc sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp dƣợc phẩm, hóa chất, thực phẩm và nông nghiệp. Công nghệ vi bao phát triển nhằm bảo vệ thành phần bên trong tránh tiếp xúc với các yếu tố bên ngoài nhƣ oxi, nhiệt độ, ánh sáng. Công nghệ này còn giúp giảm (hạn chế) mùi và màu sắc không mong muốn của vật liệu, tăng hiệu suất sản phẩm. 1.1.2. Phân loại Ngƣời ta phân vi bao thành 2 loại: vi nang (microcapsules) và vi cầu (microspheres). Các nhóm dựa trên các phƣơng pháp sử dụng để sản xuất các vật liệu. Loại thứ nhất, các microcapsule, đƣợc đặt tên nhƣ vậy bởi vì nó đã đƣợc xác định rõ hình thái học vỏ lõi. Nang siêu nhỏ đƣợc tạo ra theo truyền thống chỉ bằng phƣơng thức hóa, hình thành trong một bồn chứa đầy chất lỏng hoặc bình phản ứng dạng ống (Thies et al, 1996). Loại thứ hai, các microsphere, đƣợc hình thành cơ học, thông qua một quá trình tạo sƣơng hoặc quá trình nghiền, nhờ đó mà các hoạt chất đƣợc giải ngân trong ma trận. Ngoài ra, còn có những phƣơng pháp lai của 2 loại trên, trong đó một hạt nền có thể đƣợc bọc trong lớp vỏ có hình thái học. 1
17. 1.1.3. Lịch sử Công nghệ vi bao có thể thể truy nguyên đến thời điểm khởi đầu của một trong những kỹ thuật sấy phun. Công nghệ sấy phun lần đầu tiên đƣợc cấp bằng sáng chế vào năm 1872 bởi Samuel Percy trong quá trình bảo quản sữa đặc (Percy, 1872). Percy vạch ra một "kỹ thuật hút ẩm và phun đồng thời" cho việc cải thiện chất lỏng desolvating. Phát minh mới của ông đã chứng minh rằng chất lỏng phun sƣơng có thể đƣợc trộn với không khí (nƣớc nóng hoặc ở nhiệt độ môi trƣờng xung quanh), nhờ đó làm khô nhanh chóng sẽ xảy ra, dẫn đến việc sản xuất các loại bột có độ ẩm thấp. Ứng dụng sấy cho dextrin, tinh bột, và gelatin đƣợc trình bày trong bằng sáng chế. Mặc dù bằng sáng chế của Percy là không đặc hiệu với kỹ thuật đóng gói, nó tạo cơ sở cho nhiều ngành công nghệ bao gói trong tƣơng lai. Ngay sau khi công bố bằng sáng chế của Percy, William Cains (Cains, 1875) đã nhận đƣợc một bằng sáng chế về "Cải tiến thiết bị Sugar Coating dành cho bánh kẹo, thuốc, vv" bằng sáng chế này mô tả một phƣơng pháp bao gói vĩ mô có thể đƣợc sử dụng để bao bọc thực phẩm và các thành phần bánh kẹo, cũng nhƣ lớp phủ của thuốc. Kỹ thuật bao phủ này thƣờng đƣợc gọi là "pan coating." Trong khi công nghệ này không trực tiếp mở rộng để cấp vi mô, nhƣng nó tạo ra nền tảng cơ bản cho quá trình phủ lớp thực phẩm và tiền đề quan trọng cho ngày nay. Việc sản xuất các viên nang gelatin khó khăn lần đầu tiên đƣợc báo cáo trong năm 1890. Tồn tại nhiều vấn đề xung quanh việc sản xuất trong những năm 1930. Những vấn đề này bao gồm các viên nang bị rò rỉ và đo không chính xác các thành phần đang hoạt động vì sự bao gồm của các bong bóng không khí trong quá trình hàn kín. Nhƣ trích dẫn của Scherer, "Sự hình thành của những viên nang theo cách này là một kỹ thuật tƣơng đối mất thời gian bởi vì nó đòi hỏi phải thao tác cẩn thận của ngƣời điều khiển các tấm gelatin, và các sản phẩm tạo ra không chỉ thiếu tính thống nhất vì các lý do về yếu tố con ngƣời tham gia, nhƣng chất lƣợng thấp kém lý do thực tế là nó là gần nhƣ không thể ngăn chặn sự xâm nhập của không khí vào một số các viên nang hình thành trong mỗi khuôn nghiền do thao tác bất cẩn của các nhà điều hành "(Scherer, 1934 ). Năm 1934, Scherer có bằng sáng chế một quá trình mà những vấn đề này có thể đƣợc giải quyết (Scherer, 1934). Kỹ thuật này sử dụng một hệ thống các tấm trong đó một màng về gelatin sẽ đƣợc đặt trên mỗi tấm với chất lỏng hoạt động nằm ở giữa và sau đó bịt kín. Scherer giới thiệu trên thế giới 2
18. một cách mới về các hoạt chất sản xuất hàng loạt có thể đƣợc bọc và bảo vệ khỏi môi trƣờng. Những lợi thế khác của kỹ thuật này là đo đƣợc cải thiện của các hoạt chất và tránh cả các bong bóng khí và tiềm năng cho các đƣờng nối bị rò rỉ. Các kỹ thuật và hóa học minh họa bởi Scherer, tuy nhiên chƣa đƣợc chuyển sang mức vi bao. Mãi cho đến năm 1957 có Barrett K. Green và Lowell Schleicher của Công ty National Cash Register phát minh ra một kỹ thuật để sản xuất dầu hỏa có chứa các viên nang cực nhỏ (Green và Schleicher, 1957). Sau đó vào năm 1957, Horton E. Swisher khám phá các tính chất nhớt và đàn hồi của các polysaccharides đƣợc sử dụng nhƣ chất liệu vỏ áp dụng vi bao hƣơng liệu rắn. Swishermô tả kỹ thuật vi bao nhƣ sau:các polysaccharides đƣợc nóng chảy ra và pha trộn với dòng hƣơng liệu lỏng. Thành phần tan chảy pha trộn này sau đó đƣợc ép đùn qua một tấm cố định và ƣớp lạnh trong bồn chứa dung môi làm lạnh (Swisher, 1957). Kỹ thuật này ngăn cản tƣơng tác với môi trƣờng, nhƣng không ngăn chặn các quá trình hóa học có thể diễn ra bên trong chất. Vào giữa thập niên 1960, ngƣời ta tìm thấy các hạt vi bao hình thành nên cấu trúc lyposome trong vánh tế bào. Nghiên cứu đầu tiên về lyposome và là ngƣời tiên phong là Alec Bangham và nhóm của ông (Bangham and Horne, 1962, 1964; Glauert et al., 1962; Horne et al., 1963). Năm 1970, Matson sáng tạo ra kỹ thuật đóng gói aminoplast, kỹ thuật này cải tiến hơn kỹ thuật tạo giọt. Nhƣợc điểm kỹ thuật này là sử dụng gelatin có quá nhiều biến đổi, dẫn đến vấn đề là làm sao phải kiểm soát đƣợc chất lƣợng (Matson, 1970). Trƣớc năm 1970, công nghệ vi bao hầu hết chỉ là bảo vệ thành phẩm, nhƣng phƣơng pháp này rất hạn chế, nhiều kỹ thuật phụ thuộc vào cơ khí. Đến giữa những năm 1980, hàng loạt sáng chế ra đời sử dụng vật liệu vỏ để bảo vệ thành phẩm nhất là các chất hoạt tính cao. Lớp vỏ xốp đƣợc phát minh bởi (Lim and Moss, 1982; Won, 1987). Công nghệ này có thể bảo quản thành phần bên trong nhƣ vitamins, dƣợc phẩm trong một thời gian dài. Nguyên liệu sử dụng để bẫy có hình dạng là mạng tinh thể thông qua cơ chế nhiệt động lực học sử dụng để phát triển khả năng giữ và bảo vệ các hoạt chất. Các nhà sáng chế cho rằng phƣơng pháp này dùng trong đóng gói hƣơng vị, chất ngọt (Abrutyn et al., 1989). 3
19. Từ khoảng những năm 1980 đến 2005, ngành công nghệ vi bao càng ngày cải tiến về:Những cải thiện về: tính ổn định, tính thấm, khả năng trƣơng thích sinh học.Những cải tiến kỹ thuật: sự tinh khiết vật liệu. 1.1.4. Vật liệu sử dụng cho công nghệ vi bao 1.1.4.1. Vật liệu sử dụng làm chất vỏ Vật liệu làm chất bao sử dụng rất hạn chế trong ngành công nghệ thực phẩm. Hạn chế này dựa trên các thành phần đƣợc cho phép sử dụng. Thông thƣờng, để hình thành một lớp vỏ bên ngoài chất chính thì phải xuất hiện sự không tƣơng thích giữa chất làm lớp phủ và chất bên trong. Vật liệu ƣa nƣớc đƣợc dùng để bảo vệ các chất kị nƣớc bên trong. Nhiều loại polysaccharide, protein và polyme đƣợc sử dụng làm vật liệu vi bao, chúng đƣợc liệt kê trong Bảng 1.1. Bảng 1.1.Vật liệu dùng trong Microencapsulation của chất kị nƣớc Polysaccharide Polysaccharid Polysaccharide Proteins Proteins Polymers s (unmodified) s s (vegetable (Animal) (modified) (gums) ) Đƣờng Dextrin Gum Arabic Soy Gelatin PEG Tinh bột Cyclodextrin Alginate Wheat Casein PVA Glucose syrup Tinh bột OSA Carageenan Corn WPC PVP (zein) Maltodextrin Cellulose Pectin Cellulose Derivatie s Caseinat Chitosan e Chữ viết tắt: OSA, octenyl succinate; WPC, whey protein concentration; WPI, whey protein isolate; PEG, polyethylene glycol; PVA, polyvinyl acetate; PVP, polyvinyl pyrrolidone. 4
20. Bảng 1.2.Vật liệu dùng trong Microencapsulation của chất ƣa nƣớc Lipids Các loại sáp Polymers Béo rắn Sáp ông Shellac Hydrogenated fat Paraffin wax Ethyl cellulose Glycerides Sáp tinh thể nhỏ Phospholipids Sáp carnuba Acid béo Sterols của thực vật Sorbitan esters Bảng 1.3.Các phƣơng phápsử dụng trong microencapsulation (Microencapsulation in the Food Industry) Physical Methods Chemical Methods Sấy phun Tách pha Phun lạnh Bay hơi dung môi Đĩa quay/xoay Coacervation Sấy tầng sôi Trùng hợp bề mặt Ép đùn Liposome Coextrusion Coextrusion Vi bao phân tử Nanoencapsulation Trùng hợp nhũ tƣơng a. Soy protein isolate 5
21. Khái niệm Theo định nghĩa của Association of American Feed Control Officials, Inc. (AAFCO) thì SPI đƣợc sản xuất từ bột đậu nành đã tách vỏ, tách béo và loại hết những phần không phải là protein và chứa ít nhất là 90% protein trên hàm lƣợng chất khô. Protein đậu nành là một sản phẩm đƣợc chế biến bằng cách trích ly protein từ đậu nành với hàm lƣợng protein cao (>90%), để cung cấp cho các nhà máy chế biến các sản phẩm thịt. Protein đậu nành có tính năng cải thiện cấu trúc hay tạo cấu trúc trong các dạng sản phẩm khác nhau (dạng gel, nhũ tƣơng ), có khả năng giữ nƣớc, liên kết các thànhphần chất béo, protein nhanh chóng nên đƣợc đƣa vào trực tiếp trong quá trình tạo nhũ tƣơng. Protein isolate là protein đậu nành có hàm lƣợng protein cao nhất, đƣợc làm từ quá trình trích ly hạt đậu nành, loại bỏ hầu hết chất béo và carbohydrate. Kết quả thu đƣợc là sản phẩm chứa trên 90% protein. Vì vậy, protein isolate có mùi vị trung tính so với các sản phẩm protein đậu nành khác. Protein isolate từ đậu nành đƣợc sử dụng phần lớn trong công nghiệp thực phẩm. Phân loại Protein concentrate (PC):đƣợc sản xuất từ nguồn nguyên liệu giàu protein, đa loại đi phần lớn các tạp chất phi protein và sản phẩm thông thƣờng chứa tối thiểu từ 65% protein trở lên (tính trên hàm lƣợng chất khô). Protein isolate (PI):là sản phẩm protein đa qua tinh chế. PI cũng đƣợc sản xuất từ nguồn nguyên liệu giàu protein, nhƣng đa đƣợc loại đi gần nhƣ toàn bộ các tạp chất phi protein, sản phẩm chứa tối thiểu từ 90% protein trở lên. Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm Protein isolate đƣợc sử dụng trong công nghiệp thực phẩm với mục đích dinh dƣỡng (tăng hàm lƣợng protein trong sản phẩm), cảm quan (ngon miệng hơn, hợp khẩu vị hơn) và những lý do chức năng (cần thiết cho sự chuyển thành thể sữa, sự hấp thụ nƣớc, chất béo, chất kết dính). Protein isolate đƣợc sử dụng trong công nghiệp sản xuất các sản phẩm sau: - Snacks - Thức ăn nhanh từ ngũ cốc 6
22. S K L 0 0 2 1 5 4