BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
*
*
*
*
LÊ THỊ HÀ NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TẠO VI NANG
DẦU GẤC BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÔNG TỤ
SỬ DỤNG POLYMER SINH HỌC BIỂN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
SỬ DỤNG POLYMER SINH HỌC BIỂN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
GVHD: TS. TẠ THỊ MINH NGỌC
NHA TRANG - NĂM 2013
i
LỜI CẢM ƠN
Việc phấn đấu để trở thành một người thành đạt luôn là mơ ước của sinh
viên. Để ước mơ đó trở thành hiện thực thì trước hết mỗi sinh viên phải học tập,
trau dồi kiến thức và bản thân phải luôn nỗ lực hết mình. Sau bốn năm học tập và
nghiên cứu tại trường Đại học Nha Trang, để đạt được kết quả như ngày hôm nay
em đã nhận được sự giúp đỡ của gia đình cũng như thầy cô và bạn bè. Để bày tỏ
lòng biết ơn sâu sắc của mình em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới:
Ban giám hiệu và các phòng ban trường Đại học Nha Trang.
Ban chủ nhiệm khoa Công nghệ thực phẩm cùng toàn thể thầy cô giáo trong
khoa đã tận tình giúp đỡ giải đáp những thắc mắc khó khăn của em trong quá trình
học tập và thực hiện đề tài.
Các cán bộ phòng Thí nghiệm các bộ môn công nghệ Thực phẩm, công nghệ
Chế biến, công nghệ Sinh học, Hóa – Vi sinh đã tạo điều kiện thuận lợi cho em
hoàn thành đề tài của mình.
1.3 Giới thiệu về công nghệ vi nang 13
1.3.1 Công nghệ vi nang là gì 13
1.3.2 Công nghệ vi nang bao gói các hợp chất dạng dầu 14
1.3.3 Hệ nhũ tương dầu trong nước 15
1.3.3.1 Các kỹ thuật tạo nhũ tương 16
1.3.3.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của nhũ tương 18
1.3.3.3 Sử dụng chất hoạt động bề mặt và chất tạo nhớt để ổn định nhũ tương 21
1.3.4 Tạo vi nang bằng phương pháp đông tụ (coacervation) 23
1.3.4.1 Bản chất của phương pháp đông tụ 23
1.3.4.2 Phân loại các phương pháp đông tụ 24
1.3.4.3 Một số ứng dụng tạo vi nang các hợp chất dạng dầu bằng
phương pháp đông tụ 25
iii
1.4 Tình hình nghiên cứu tạo vi nang dầu gấc ở Việt Nam 25
CHƯƠNG II: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27
2.1 Vật liệu dùng nghiên cứu 27
2.1.1 Nguyên liệu 27
2.1.2 Hóa chất 27
2.1.3 Dụng cụ, trang thiết bị 27
2.2 Phương pháp nghiên cứu 27
2.2.1 Xác định tỉ lệ pha phân tán φ (volume fraction) 27
2.2.2 Xác định kích thước các tiểu phân 29
2.2.3 Xác định độ nhớt – nồng độ polymer 29
2.2.4 Xác định vạch phân pha 29
2.2.5 Xác định hiệu suất bao gói 30
2.2.6 Xác định sự biến đổi lượng nước của hạt trong quá trình khuấy khi
tạo hạt 31
2.3 Bố trí thí nghiệm 32
2.3.1 Quy trình dự kiến 32 v
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Thành phần hóa học trong 100g màng gấc tươi 5
Bảng 1.2: Hàm lượng carotene trong 100g ở một số loại quả 6
Bảng 1.3: Sản lượng tiêu thụ gấc từ năm 2005 – 2009 ở công ty CPNN
Đông Phương 8
Bảng 2.1: Khối lượng riêng của nước ở áp suất 1atm ở các nhiệt độ khác
nhau 28
Bảng 3.1: Biến đổi vạch phân pha của hệ nhũ tương tạo thành với Gelatine ở
các nồng độ khác nhau theo thời gian (sử dụng chất nhũ hóa là
Tween 80 5%) 39
Bảng 3.2: Biến đổi vạch phân pha của hệ nhũ tương tạo thành với Gelatine
20% và các chất nhũ hóa ở các nồng độ khác nhau 41
Bảng 3.3: Biến đổi vạch phân pha của hệ nhũ tương tạo thành với Gelatine
kết hợp carrageenan ở các nồng độ khác nhau với chất nhũ hóa là
Span 80 (10%). 43
Bảng 3.4: Bảng mô tả trạng thái hạt ở các nồng độ polymer khi tạo hạt khác
nhau 51
Bảng 3.5: Bảng mô tả trạng thái hạt ở các nhiệt độ khuấy trong nước lạnh
khác nhau. 52
Bảng 3.6: Hàm lượng carotene các mẫu hạt tạo bởi các hệ nhũ tương khác
nhau 54
vii
Hình 3.7: Biến đổi kích thước hạt theo thời gian ở các nồng độ gelatin khác
nhau 47
Hình 3.8: Biến đổi kích thước hạt theo thời gian ở các nồng độ carrageenan
khác nhau 48
Hình 3.9: Biến đổi kích thước hạt theo thời gian khi có sử dụng và không sử
dụng chất hỗ trợ đông tụ carrageenan 48
Hình 3.10: Ảnh hưởng của nồng độ polymer tới độ nhớt của pha liên tục
(40
o
C) 49
Hình 3.11: Ảnh hưởng của sự kết hợp hai loại polymer đến độ nhớt pha liên
tục 50
Hình 3.12: Sự biến đổi khối lượng của hạt theo thời gian trong quá trình
khuấy khi tạo hạt 53
Hình 3.13: Phổ hấp thụ UV-VIS của dịch chiết carotene các mẫu hạt tạo bởi
các hệ nhũ tương khác nhau 54
DANH MỤC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 2.1 : Sơ đồ quy trình dự kiến tạo vi nang dầu gấc. 32
Sơ đồ 2.2 : Thí nghiệm thăm dò ảnh hưởng của chất nhũ hóa đến độ bền nhũ
tương 33
Sơ đồ 2.3: Thí nghiệm thăm dò ảnh hưởng của nồng độ polymer đến khả
năng tạo hạt 35
Sơ đồ 2.4 : Thí nghiệm thăm dò ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng tạo hạt 37
- 1 -
LỜI MỞ ĐẦU
một cấu tử có kích thước micromet nhằm mục đích bảo vệ và giải phóng chúng một
cách có kiểm soát. Có rất nhiều phương pháp tạo vi nang, trong đó phương pháp
đông tụ là một phương pháp truyền thống, hiệu quả, có phạm vi ứng dụng rộng.
Tạo vi nang dầu gấc sẽ giúp bảo vệ được tốt hơn các hoạt tính quý giá của
dầu gấc, đa dạng hóa các sản phẩm có sử dụng dầu gấc.
Trong phạm vi đề tài này, chúng tôi nghiên cứu quy trình tạo vi nang dầu gấc
bằng phương pháp đông tụ sử dụng các polymer sinh học. Dầu gấc sẽ được nhũ hóa
trong môi trường polymer và đánh giá khả năng tạo nhũ tương cũng như tạo hạt
trong các điều kiện khảo sát khác nhau.
Sinh viên thực hiện
Lê Thị Hà - 3 -
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Tổng quan về trái gấc
1.1.1 Đặc điểm, phân loại và mùa vụ trái gấc
- Gấc nếp: Trái to, nhiều hạt, gai to, ít gai, khi chín chuyển sang màu đỏ cam
rất đẹp. Bổ trái ra bên trong cùi (cơm) vàng tươi, màng đỏ bao bọc hạt có màu đỏ
tươi rất đậm và dày thớ.
- Gấc tẻ: Trái nhỏ hoặc trung bình vỏ dày tương đối có ít hạt, gai nhọn, trái
chín bổ ra bên trong cơm có màu vàng nhạt và màng đỏ bao bọc hạt thường có màu
đỏ nhạt hoặc màu hồng không được đỏ tươi đậm như gấc nếp.
Nên chọn giống gấc nếp để có trái to nhiều nạc bao quanh và chất lượng màu
cũng tốt hơn.
Kỹ thuật trồng và mùa vụ
Gấc mọc hoang và được trồng khắp nơi ở Việt Nam, nhiều nhất là ở miền
Bắc. Cây gấc được trồng bằng hạt hay giâm cành từ tháng 2, tháng 3 dương lịch,
tháng 12 là bắt đầu được thu hoạch. Sau khi thu hoạch quả xong, cắt bỏ toàn bộ thân
cành, để lại 10 đến 20 cm gốc, tiếp tục bón phân cho cây. Đến vụ xuân, từ gốc sẽ
mọc lên cây mới. Các năm sau, năng suất quả sẽ cao hơn năm đầu tiên. Cây gấc có
tuổi thọ rất cao, đến 30 năm, có thể ươm hạt thành cây con để trồng hoặc trồng bằng
giâm hom. Nhưng theo kinh nghiệm của những người trồng gấc lâu năm, trồng theo
- 5 -
hình thức giâm hom cây sẽ phát triển nhanh hơn và tỷ lệ là cây cái sẽ đạt 100%;
gieo hạt thì thường có đến 30% số cây là cây đực không cho quả. Điều đặc biệt là
cây gấc rất ít bị sâu bệnh. ()
1.1.2 Thành phần hóa học và công dụng của gấc
1.1.2.1 Thành phần hóa học của gấc
Trong quả gấc có nước, protein, glucid, cellulose, tinh bột, chất béo. Đặc biệt
trong quả gấc còn chứa một lượng lớn lycopen và carotene là những chất rất cần
thiết cho cơ thể.
Bảng 1.1 Thành phần hóa học trong 100g màng gấc tươi
Thành phần Hàm lượng (%)
Nước 77
Nguồn: Từ Giấy, 1994)
Vitamin A rất quan trọng trong việc đề phòng các bệnh do thiếu vitamin A,
bệnh khô mắt, quáng gà, loét giác mạc, cận thị, chậm lớn ở trẻ em, ung thư gan
nguyên phát. Vitamin A còn tham gia nhiều quá trình hoạt động sinh lý trong cơ
thể, tác động đến quá trình biệt hóa tế bào, sinh sản tinh trùng, phát triển bào thai,
kích thích sinh trưởng, tăng sức đề kháng, đáp ứng miễn dịch của cơ thể và hoạt
động của các cơ quan thính giác, vị giác.
Bên cạnh beta - carotene, trong gấc còn chứa một hàm lượng cao lycopen, là
một sắc tố cũng có khả năng ngăn ngừa và chữa bệnh ung thư.
Vitamin E và lycopen cùng với lutein, zeaxanthin, beta cryptoxanthin trong
quả gấc ở dạng thiên nhiên còn có tác dụng quét loại các gốc tự do, gốc peroxyd
trong cơ thể, phòng và điều trị nhồi máu cơ tim, đột quỵ, nguy cơ gãy xương ở phụ
nữ, đặc biệt phụ nữ sau mãn kinh, đái tháo đường, ung thư vú, tuyến tiền liệt, dạ
dày, ung thư gan, xơ gan và bệnh mạn tính, kéo dài tuổi thọ. (Lan Hương, 2009)
Những nghiên cứu dịch tễ học của Mỹ về tác dụng của lycopen cho thấy ở
vùng nào người dân ăn những loại quả có chứa lycopen thì tỉ lệ ung thư ống tiêu
hóa (đặc biệt dạ dày, trực tràng, kết tràng) thấp hơn những vùng người dân ăn ít
- 7 -
những quả này. Tỉ lệ chết vì ung thư giảm tới 50%. Kết quả ấn tượng nhất của
lycopene là đối với ung thư tuyến tiền liệt (Lan Hương, 2009).
Các bộ phận của cây gấc như hạt, rễ, quả đều được ứng dụng trong nhiều
lĩnh vực như thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm, chăn nuôi…
Trong lĩnh vực thực phẩm: Gấc được dùng để ép lấy dầu, chiết lấy màu thực
phẩm để tạo màu cho các sản phẩm như magarin, đồ uống, bánh kẹo, món salad,
các sản phẩm sữa, mì ống…Ngoài ra, gấc còn được chế biến thành món xôi gấc
quen thuộc với người dân Việt Nam. ()
Trong lĩnh vực dược phẩm: Quả gấc được tinh chế thành viên nang gấc
(Vinaga, Gacavit …) có tác dụng chống béo phì, chống lão hóa, phòng các bệnh tim
mạch và chứng đột quỵ, phòng chống viêm gan, xơ gan, phòng chữa thiếu Vitamin
A, E, phòng và điều trị các bệnh ung thư… (Vương Tịnh, 2007)
Bảng 1.3 Sản lượng tiêu thụ gấc từ năm 2005 – 2009 ở công ty CPNN
Đông Phương
Sản lượng tiêu thụ / năm (tấn)
Sản phẩm
2005 2006 2007 2008 2009
Quả gấc tươi 122 230 350 570 1.350
Màng gấc sấy khô 68 150 360 600 1.000
Bột gấc khô 44 270 300 550
Bột gấc nhão đông lạnh 48 120 250 290 850
Bột gấc đậu xanh 90 167 350
(Nguồn: Vương Lộc và các cộng sự, 2002)
1.1.2.4 Các nghiên cứu về quả gấc ở trong và ngoài nước
Các nghiên cứu ở nước ngoài
Theo nghiên cứu của Đại học California thì hàm lượng lycopen có trong dầu
quả gấc VN cao gấp 70 lần cà chua. Mặt khác, lycopen có trong cà chua phải chiên
với dầu mỡ thì mới có tác dụng sinh học với cơ thể, còn trong trái gấc đã chứa sẵn
các chất axit béo không no, vì thế lycopen được hòa tan một cách tự nhiên.
- 9 -
Tại trung tâm sức khoẻ Haifa, các chuyên gia đã tiến hành kiểm tra hàm
lượng lycopen trong các xét nghiệm của bệnh nhân và hoàn toàn bất ngờ bởi
lycopen là chất chống oxy hoá rất tích cực, nó có khả năng ngăn ngừa sự hình thành
oxy hoá LDL, Lipoprotein tỉ trọng thấp hay được gọi là cholesterol “có hại”, góp
phần hình thành các mảng xơ vữa động mạch, do đó sẽ ngăn chặn được chứng xơ
vữa động mạch và các nguy cơ dẫn tới đột quỵ.
Tháng 5/2007, các giáo sư ở Trường ĐH Tokyo (Nhật Bản) đã nghiên cứu
thành công đề tài khoa học dùng tinh dầu của gấc để điều trị những biến chứng của
bệnh tiểu đường.Theo một số nghiên cứu của Mỹ được công bố gần đây cho thấy,
các hợp chất của beta - carotene, lycopen, Alphatocopherol… có trong dầu gấc có
sản phẩm từ gấc chưa được quan tâm nghiên cứu nhiều, đặc biệt là đối với những
sản phẩm dạng vi nang. Vì vậy, đề tài này sẽ mở ra một hướng mới về chế biến sản
phẩm từ gấc.
1.2 Các sản phẩm gấc hiện có trên thị trường
Hiểu được công dụng của quả gấc rất to lớn nên nhiều cơ sở sản xuất chế
biến thực phẩm đã đi vào nghiên cứu và cho ra thị trường nhiều sản phẩm từ gấc,
đáp ứng nhu cầu tiêu thụ, mang lại sự bổ dưỡng, tiện lợi và giá cả phù hợp với túi
tiền của người tiêu dùng.
Sau đây là một số sản phẩm chế biến từ quả gấc có mặt trên thị trường hiện nay:
- 11 -
Hình 1.3: Một số sản phẩm từ gấc
bổ sung dinh dưỡng mẹ và bé và bổ sung dinh dương trong chăn nuôi gia cầm. Sản
phẩm dạng lỏng duy nhất hiện nay là G3 của Pharmanex với thành phần chính là
dầu gấc có giá bán 92,75$/chai 1 lít (Pharmanex Singapore) ….
Hạn chế của sản phẩm chế biến từ gấc
Tuy nhiên, những sản phẩm kể trên có nhược điểm là do ở dạng viên nang
mềm nên rất dễ bị tác động bởi độ ẩm, nhiệt độ…làm cho lớp vỏ bị tan, hay dính
vào nhau làm cho những hợp chất carotenoids trong dầu gấc dễ tương tác với môi
trường và do đó mất đi hoạt tính quí báu của mình.
Hơn nữa, những phương pháp bảo quản thông thường thường khó duy trì
được lâu hoạt tính của sản phẩm chế biến từ gấc trong quá trình bảo quản và đặc
biệt trong quá trình chế biến thực phẩm (gia nhiệt, phối trộn, sự có mặt của oxy…).
Ví dụ: sau 3 tuần bảo quản, hàm lượng lycopen hao hụt 100% đối với hệ nhũ tương
Lecithin/ nước, 70% đối với hệ nhũ tương Lecithin/ sữa. Nghiên cứu của Nguyễn
Minh Thủy (Đại học Cần Thơ) trên các sản phẩm sử dụng bột màng gấc sấy khô
cũng chỉ ra rằng hàm lượng beta - carotene trong bột gấc giảm theo quá trình xử lý
nhiệt và thời gian bảo quản sản phẩm. Sự biến đổi này tuân theo mô hình động học
bậc nhất hoặc bậc nhất biến đổi một phần. Ví dụ: đối với sản phẩm jelly gấc, bảo
quản ở 10
o
C sau 2 tuần giảm 25%, sau 7 tuần giảm hơn 60% hàm lượng beta -
carotene.
- 13 -
Vấn đề đặt ra trong chế biến và bảo quản sản phẩm từ gấc
Quả gấc Việt Nam chứa rất nhiều hoạt chất quý giá đối với sức khoẻ con
người. Sử dụng gấc hàng ngày có thể phòng và trị nhiều bệnh trong đó có cả những
bệnh hiểm nghèo như ung thư. Tuy nhiên, các hợp chất quý giá này của gấc lại chỉ
được hấp thu tốt nhất khi tồn tại dưới dạng hoà tan trong dầu (dầu gấc) và rất dễ bị
các tác nhân môi trường phá huỷ (oxy hoá). Điều này hạn chế khả năng sử dụng của
dầu gấc trong công nghiệp thực phẩm và thời gian bảo quản dầu gấc.
Ở nước ta cho tới nay, việc sử dụng gấc vẫn chưa phong phú ngoại trừ các
các hoạt chất khỏi sự tương tác lẫn nhau hay tương tác với môi trường gây mất hoạt
tính sinh học hoặc tạo ra các chất mới không mong muốn.
Công nghệ vi nang cũng có thể ứng dụng trong việc cố định tế bào hay
enzyme và kiểm soát hoạt động của chúng. Ngoài ra, công nghệ vi nang có thể
chuyển các chất ở dạng lỏng, dạng dầu, dễ bay hơi sang dạng bột tiện lợi cho việc
bảo quản, vận chuyển, cân, đong, đo, đếm hay phân tán vào trong các hệ ưa nước.
Nhìn chung, kỹ thuật vi nang có những ưu điểm sau:
• Bảo vệ chất được bao gói khỏi tác động của môi trường
• Che dấu 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 )
• Thuận lợi cho việc cân đong đo đếm và sử dụng, dễ dàng phân tán hơn
trong pha thực phẩm.
• 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 kiển quá trình giải phóng chất được bao gói
1.3.2 Công nghệ vi nang bao gói các hợp chất dạng dầu
Để mở rộng phạm vi ứng dụng cho các hợp chất dạng dầu (dầu gấc, tinh
dầu–thường chứa các chất dễ bị oxy hóa, các hợp chất dễ bay hơi) cần phải tìm biện
- 15 -
pháp bảo vệ nhằm giảm mức độ oxy hóa/ bay hơi của những hợp chất trên, từ đó
kéo dài thời hạn sử dụng cho sản phẩm có chứa các hợp chất đó. Công nghệ vi nang
là một lựa chọn đầu tiên để giải quyết yêu cầu này.
Có rất nhiều phương pháp để tạo vi nang. Về cơ bản, người ta phân ra làm 3
nhóm phương pháp chính:
- Nhóm các phương pháp hóa học: polymer hóa trên bề mặt, polymer hóa
trong nhũ tương.
- Nhóm các phương pháp hóa lý: đông tụ, bay hơi dung môi, tĩnh điện, sử
dụng chất lỏng siêu tới hạn
hấp phụ sẽ làm giảm sức ép bề mặt giữa giai đoạn dầu và nước, do đó làm giảm
động lực của sự hóa hợp (phân pha).
1.3.3.1 Các kỹ thuật tạo nhũ tương
Các kỹ thuật phối trộn
• Quá trình phối trộn
Là quá trình phối chế và đảo trộn. Phối chế là quá trình pha trộn giữa hai hay
nhiều cấu tử (thành phần) khác nhau để thu được một hỗn hợp (sản phẩm) đáp ứng
yêu cầu đã định. Còn đảo trộn là quá trình cơ học nhằm khuấy trộn các thành phần
trong hỗn hợp để chúng phân bố đều nhau. (Lê Bạch Tuyết, 1985)
• Mục đích công nghệ và phạm vi thực hiện quá trình:
Tạo ra sản phẩm mới: Đa số các loại sản phẩm thực phẩm không phải từ
một nguyên liệu mà gồm hai hay nhiều loại nguyên liệu khác. Những thành phần
tham gia tạo nên sản phẩm mới là không thể thiếu, chúng phải được phối trộn với
nhau để cho sản phẩm có chất lượng đặc trưng.
Copyright: Tài liệu đại học ©