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.
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.
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 do an - Đƣa ra những bàn luận, mở rộng vấn đề. 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. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 5. 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.
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 do an CHƢƠNG 1. Cở sở lý thuyết 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. 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. 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.
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 do an 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.