Luận văn thạc sĩ công nghệ thực phẩm study on extract loaded cashew nut testa using different emulsifiers by double nanoemulsion method

Luận văn về nghiên cứu chiết xuất vỏ lụa hạt điều bằng phương pháp nhũ nano kép, sử dụng chất nhũ hóa khác nhau. Tìm hiểu ứng dụng công nghệ thực phẩm.

• Tác giả: Huỳnh Lê Thanh Phúc
• Người hướng dẫn: Assoc. Nguyễn Thị Lan Phi
• Trường học: Ho Chi Minh University of Technology
• Chuyên ngành: Food Technology
• Đề tài: Nghiên cứu vi bao dịch chiết vỏ lụa hạt điều bằng phương pháp tạo nhũ nano kép sử dụng các chất mang khác nhau.
• Loại tài liệu: Master Thesis
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

Mục lục chi tiết

• Lời cảm ơn
• Tóm tắt
• Lời cam đoan
• Danh mục hình vẽ
• Danh mục bảng biểu
• Danh mục từ viết tắt
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Phân loại và phân bố
• 2.2. Tình hình sản xuất hạt điều trên thế giới và tại Việt Nam
• 2.3. Vỏ lụa hạt điều
• 2.4. Các hợp chất phenolic trong vỏ lụa hạt điều
• 2.5. Tiềm năng hoạt tính sinh học của vỏ lụa hạt điều
• 2.6. Nhũ tương nano kép và các loại khác
• 2.7. Các phương pháp tạo nhũ năng lượng cao
• 2.8. Kích thước giọt, chỉ số đa phân tán và thế Zeta
• 3. CHƯƠNG 3: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Nguyên liệu và hóa chất
• 3.2. Chiết xuất vỏ lụa hạt điều
• 3.3. Điều chế hệ nhũ tương nano kép W1/O/W2
• 3.4. Khảo sát các thành phần của hệ nhũ tương nano kép W1/O/W2
• 3.4.1. Khảo sát tỷ lệ W1 : O
• 3.4.2. Khảo sát hàm lượng Lecithin
• 3.4.3. Khảo sát tỷ lệ W2 : W1/O
• 3.4.4. Khảo sát tỷ lệ Tween 80 : WPI
• 3.5. Xác định hàm lượng phenolic tổng số (TPC)
• 3.6. Xác định hàm lượng flavonoid tổng số (TFC)
• 3.7. Xác định hàm lượng catechin tổng số (TCC)
• 3.8. Xác định khả năng quét gốc tự do DPPH
• 3.9. Xác định hiệu suất bao bọc
• 3.10. Xác định kích thước giọt, chỉ số đa phân tán và thế Zeta
• 3.11. Xác định độ ổn định của hệ nhũ tương nano kép
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 4.1. Hàm lượng các hợp chất polyphenol trong vỏ lụa hạt điều
• 4.2. Khảo sát các thành phần của hệ nhũ tương nano kép W1/O/W2
• 4.2.1. Khảo sát tỷ lệ W1 : O
• 4.2.2. Khảo sát hàm lượng Lecithin
• 4.2.3. Khảo sát tỷ lệ W2 : W1/O
• 4.2.4. Khảo sát tỷ lệ Tween 80 : WPI
• 4.3. Xác định độ ổn định của hệ nhũ tương nano kép
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• Phụ lục A: Các phương pháp phân tích
• Phụ lục B: Kết quả phân tích
• Phụ lục C: Hình ảnh mẫu

Tóm tắt

I. Nhũ Tương Nano Giải Pháp Chiết Xuất Vỏ Hạt Điều Ưu Việt

Vỏ hạt điều, một phụ phẩm nông nghiệp giá trị, chứa đựng nguồn bioactive compounds dồi dào, đặc biệt là catechin và epicatechin. Các hợp chất này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm và dược phẩm nhờ đặc tính chống oxy hóa, kháng khuẩn và kháng ung thư. Tuy nhiên, việc khai thác hiệu quả các hoạt chất này từ vỏ hạt điều vẫn còn nhiều thách thức. Phương pháp chiết xuất truyền thống thường kém hiệu quả và có thể làm biến đổi cấu trúc của các hợp chất mong muốn. Do đó, việc tìm kiếm một phương pháp chiết xuất tối ưu là vô cùng cần thiết. Nghiên cứu này tập trung vào nanoemulsion Cashew Testa Extract, một giải pháp đầy hứa hẹn để tối ưu hóa chiết xuất và bảo vệ các hoạt chất quý giá từ vỏ hạt điều.

1.1. Tổng Quan Về Vỏ Hạt Điều và Giá Trị Tiềm Năng

Vỏ hạt điều, chiếm 1-3% trọng lượng hạt, thường bị xem là phế phẩm. Tuy nhiên, thành phần hóa học của nó lại rất đáng chú ý. Vỏ hạt điều chứa khoảng 190 g/kg protein thô, 103 g/kg xơ thô và 20.2 g/kg tro, là nguồn năng lượng tiềm năng cho thức ăn chăn nuôi. Đặc biệt, vỏ hạt điều còn chứa hàm lượng tannin thủy phân đáng kể, khoảng 22%. Nghiên cứu cho thấy vỏ hạt điều là nguồn giàu phenolic compounds, mở ra cơ hội khai thác giá trị gia tăng từ phụ phẩm này, hướng đến các ứng dụng dược phẩm và mỹ phẩm.

1.2. Thách Thức Trong Chiết Xuất Hoạt Chất Từ Vỏ Hạt Điều

Các phương pháp chiết xuất truyền thống thường gặp hạn chế về hiệu suất, độ chọn lọc và khả năng bảo toàn các hoạt chất nhạy cảm. Quá trình chiết xuất có thể làm biến đổi cấu trúc của các hợp chất polyphenol, làm giảm hoạt tính sinh học của chúng. Hơn nữa, việc sử dụng các dung môi độc hại trong quá trình chiết xuất có thể gây ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người. Vì vậy, cần có một phương pháp chiết xuất tiên tiến hơn, thân thiện với môi trường và có khả năng bảo toàn tối đa các hoạt chất quý giá từ vỏ hạt điều.

II. Phương Pháp Nhũ Tương Nano Kép Bí Quyết Tối Ưu Hóa Chiết Xuất

Phương pháp nhũ tương nano kép nổi lên như một giải pháp hiệu quả để vượt qua các hạn chế của phương pháp chiết xuất truyền thống. Nhũ tương nano là một hệ phân tán keo trong đó một chất lỏng được phân tán dưới dạng các giọt nano trong một chất lỏng khác. Nhũ tương nano kép (W1/O/W2) là một hệ phức tạp hơn, trong đó các giọt nước nhỏ (W1) chứa hoạt chất được bao bọc trong pha dầu (O), và sau đó, các giọt dầu này lại được phân tán trong pha nước (W2). Cấu trúc này giúp bảo vệ hoạt chất khỏi các tác động từ môi trường bên ngoài, tăng cường khả năng hấp thụ và độ ổn định của chiết xuất.

2.1. Ưu Điểm Vượt Trội của Phương Pháp Nhũ Tương Nano Kép

So với các phương pháp chiết xuất thông thường, phương pháp nhũ tương nano kép mang lại nhiều ưu điểm vượt trội. Thứ nhất, nó giúp bảo vệ hoạt chất khỏi các tác nhân gây thoái hóa như nhiệt độ, ánh sáng và oxy. Thứ hai, nó tăng cường khả năng hấp thụ của hoạt chất bằng cách tăng diện tích bề mặt tiếp xúc. Thứ ba, nó cho phép kiểm soát kích thước hạt nano, từ đó điều chỉnh tốc độ giải phóng hoạt chất. Cuối cùng, nó có thể được sử dụng để tạo ra các sản phẩm có tính thẩm mỹ cao và dễ sử dụng.

2.2. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Chất Lượng Nhũ Tương Nano Kép

Chất lượng của nhũ tương nano kép phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm tỷ lệ pha, loại chất nhũ hóa, năng lượng đầu vào và các điều kiện môi trường. Tỷ lệ pha ảnh hưởng đến kích thước hạt nano và độ ổn định nhũ tương. Chất nhũ hóa giúp giảm sức căng bề mặt giữa các pha, ngăn ngừa sự kết tụ của các giọt nano. Năng lượng đầu vào cần đủ lớn để tạo ra các giọt nano có kích thước đồng đều. Các điều kiện môi trường như nhiệt độ và pH cũng có thể ảnh hưởng đến độ ổn định của nhũ tương.

III. Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Chất Nhũ Hóa Đến Nhũ Tương Nano Vỏ Điều

Nghiên cứu của Huynh Le Thanh Phuc đã khám phá ảnh hưởng của các chất nhũ hóa khác nhau (Lecithin, Tween 80, Whey Protein Isolate - WPI) đến đặc tính của nhũ tương nano chứa chiết xuất vỏ hạt điều (Cashew Testa Extract). Kết quả cho thấy sự kết hợp Lecithin (ưa béo) và Tween 80, WPI (ưa nước) trong hệ nhũ tương nano kép giúp tối ưu hóa hiệu suất bao bọc (Encapsulation Efficiency) và độ ổn định của nhũ tương. Tỷ lệ thành phần thích hợp đóng vai trò then chốt trong việc tạo ra nhũ tương nano có kích thước hạt nano nhỏ và phân bố đồng đều.

3.1. Lecithin Tween 80 WPI Bộ Ba Hoàn Hảo Cho Nhũ Tương Nano

Nghiên cứu chỉ ra rằng Lecithin, một phospholipid tự nhiên, đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định pha dầu của nhũ tương nano. Tween 80 và WPI, hai chất nhũ hóa ưa nước, giúp ổn định pha nước và ngăn ngừa sự kết tụ của các giọt nano. Sự kết hợp của ba chất nhũ hóa này tạo ra một hệ nhũ tương bền vững, có khả năng bảo vệ hoạt chất khỏi các tác động từ môi trường bên ngoài.

3.2. Tối Ưu Hóa Tỷ Lệ Thành Phần Để Đạt Hiệu Quả Bao Bọc Cao Nhất

Nghiên cứu đã xác định được tỷ lệ thành phần tối ưu cho nhũ tương nano kép, bao gồm tỷ lệ W1:O là 10:90 (w/w), hàm lượng Lecithin là 3% (w/w), tỷ lệ W2:W1/O là 80:20 (w/w) và tỷ lệ Tween:WPI là 2:3 (w/w). Với tỷ lệ này, nhũ tương nano đạt hiệu suất bao bọc cao nhất (91.37%) và kích thước giọt nhỏ nhất (267.2 nm), đồng thời có độ ổn định cao trong quá trình bảo quản.

IV. Ứng Dụng Nhũ Tương Nano Chiết Xuất Vỏ Điều Trong Thực Phẩm

Với khả năng bảo vệ và tăng cường khả năng hấp thụ của các hoạt chất, nhũ tương nano chứa chiết xuất vỏ hạt điều có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm. Các sản phẩm thực phẩm chức năng, đồ uống tăng cường sức khỏe và thực phẩm bổ sung dinh dưỡng có thể hưởng lợi từ công nghệ này. Chiết xuất vỏ hạt điều được bảo vệ trong nhũ tương nano giúp kéo dài thời gian sử dụng và tăng cường hiệu quả của sản phẩm.

4.1. Phát Triển Thực Phẩm Chức Năng Giàu Chất Chống Oxy Hóa

Do đặc tính chống oxy hóa mạnh mẽ, chiết xuất vỏ hạt điều có thể được sử dụng để phát triển các sản phẩm thực phẩm chức năng giúp bảo vệ tế bào khỏi các gốc tự do và ngăn ngừa các bệnh mãn tính. Các sản phẩm này có thể bao gồm viên nang, viên nén, bột hòa tan hoặc đồ uống chức năng. Nhũ tương nano giúp tăng cường khả năng hấp thụ của các hoạt chất chống oxy hóa, từ đó nâng cao hiệu quả của sản phẩm.

4.2. Ứng Dụng Trong Các Sản Phẩm Bổ Sung Dinh Dưỡng

Chiết xuất vỏ hạt điều cũng có thể được sử dụng để bổ sung dinh dưỡng cho các sản phẩm thực phẩm, đặc biệt là các sản phẩm dành cho người lớn tuổi và trẻ em. Các hoạt chất trong chiết xuất vỏ hạt điều có thể giúp tăng cường hệ miễn dịch, cải thiện chức năng não bộ và hỗ trợ sức khỏe tim mạch. Nhũ tương nano giúp bảo vệ các hoạt chất khỏi bị phân hủy trong quá trình chế biến và bảo quản, đồng thời tăng cường khả năng hấp thụ của chúng.

V. Triển Vọng Nghiên Cứu Mở Rộng Ứng Dụng Của Nhũ Tương Nano

Nghiên cứu về nhũ tương nano chứa chiết xuất vỏ hạt điều vẫn còn nhiều tiềm năng chưa được khai phá. Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình sản xuất nhũ tương nano, khám phá các ứng dụng mới trong lĩnh vực dược phẩm và mỹ phẩm, cũng như đánh giá độ an toàn và độc tính của sản phẩm. Sự phát triển của công nghệ nanoemulsion delivery system hứa hẹn sẽ mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe con người và ngành công nghiệp chế biến.

5.1. Nghiên Cứu Độ An Toàn và Độc Tính Của Nhũ Tương Nano

Mặc dù nhũ tương nano được coi là an toàn, nhưng cần có thêm các nghiên cứu để đánh giá đầy đủ độ an toàn và độc tính của sản phẩm, đặc biệt là khi sử dụng trong thực phẩm và dược phẩm. Các nghiên cứu này nên tập trung vào việc đánh giá ảnh hưởng của kích thước hạt nano, thành phần chất nhũ hóa và liều lượng sử dụng đến sức khỏe con người.

5.2. Khám Phá Ứng Dụng Trong Cosmeceutical Applications

Ngoài ứng dụng trong thực phẩm và dược phẩm, nhũ tương nano chứa chiết xuất vỏ hạt điều còn có tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực cosmeceutical applications. Đặc tính chống oxy hóa và kháng viêm của chiết xuất vỏ hạt điều có thể giúp bảo vệ da khỏi các tác động từ môi trường bên ngoài, giảm nếp nhăn và cải thiện tình trạng da. Các sản phẩm mỹ phẩm sử dụng nhũ tương nano có thể mang lại hiệu quả cao hơn nhờ khả năng thẩm thấu sâu và giải phóng hoạt chất một cách có kiểm soát.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam hiện là quốc gia xuất khẩu hạt điều hàng đầu thế giới với kim ngạch xuất khẩu vượt mốc 3 tỷ USD vào năm 2020 và sản lượng nhân đạt 348.504 tấn. Trong quá trình chế biến nông sản này, vỏ lụa hạt điều chiếm khoảng 1% đến 3% tổng khối lượng hạt nhưng chủ yếu bị loại bỏ làm phân bón, chất đốt hoặc thức ăn gia súc giá trị thấp. Các phân tích khoa học cho thấy vỏ lụa hạt điều là nguồn nguyên liệu dồi dào các hợp chất có hoạt tính sinh học cao, tiêu biểu là flavan-3-ols như catechin và epicatechin với khả năng chống oxy hóa, kháng khuẩn và kháng viêm vượt trội. Tuy nhiên, các polyphenol tự nhiên này rất nhạy cảm với nhiệt độ, ánh sáng, oxy không khí và môi trường kiềm, dẫn đến nguy cơ suy giảm hoạt tính nhanh chóng trong quá trình chế biến và bảo quản thực phẩm.

Nhằm giải quyết bài toán bảo toàn hoạt tính sinh học và gia tăng giá trị cho phụ phẩm nông nghiệp, luận văn thạc sĩ chuyên ngành Công nghệ thực phẩm của tác giả Huỳnh Lê Thanh Phúc, dưới sự hướng dẫn của Phó Giáo sư Tiến sĩ Nguyễn Thị Lan Phi tại Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, tập trung nghiên cứu công nghệ vi bao nano kép W1/O/W2 cho dịch chiết vỏ lụa hạt điều. Đề tài được triển khai từ ngày 02/02/2023 đến ngày 06/06/2023 với mục tiêu tối ưu hóa các tỷ lệ phối trộn thành phần tạo nhũ và đánh giá độ ổn định của hệ nano qua 28 ngày bảo quản ở 25°C. Kết quả nghiên cứu đã nâng hiệu suất bao bọc hoạt chất lên mức 91,37% với kích thước hạt đạt 267,2 nm, mở ra tiềm năng ứng dụng thực tiễn to lớn trong việc phát triển các dòng thực phẩm chức năng và hệ phân phối dưỡng chất tiên tiến.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết nhũ tương nano kép hệ Nước trong Dầu trong Nước (W1/O/W2), một cấu trúc phân tán phức hợp trong đó các giọt nước nội W1 chứa hợp chất sinh học ưa nước được bao bọc bên trong các giọt dầu O, sau đó toàn bộ cấu trúc này lại được phân tán đồng nhất trong pha nước ngoại W2. Cấu trúc vi bao hai lớp này cung cấp hàng rào bảo vệ vững chắc, ngăn chặn sự tiếp xúc của polyphenol với các tác nhân oxy hóa từ môi trường bên ngoài.

Bên cạnh đó, nghiên cứu dựa trên lý thuyết tương tác bề mặt và hoạt tính của các chất nhũ hóa đa thành phần. Chất nhũ hóa ưa béo Lecithin đóng vai trò hạ thấp sức căng bề mặt tại pha tiếp xúc W1/O, trong khi hệ phối trộn giữa chất hoạt động bề mặt không ion Tween 80 và protein lưỡng tính Whey Protein Isolate (WPI) tạo nên lớp màng phim nhớt đàn hồi bền vững ở pha ngoại W2. Trạng thái và độ bền của hệ nhũ tương nano kép được kiểm soát thông qua 4 khái niệm đo lường cốt lõi: kích thước giọt hạt nano trong khoảng 20 nm đến 500 nm, chỉ số đa phân tán PDI phản ánh độ đồng đều của kích thước hạt, thế điện động Zeta thể hiện lực đẩy tĩnh điện ngăn ngừa hiện tượng hợp giọt, và hiệu suất bao bọc phản ánh tỷ lệ phần trăm hoạt chất phenolic được giữ lại thành công trong lõi nano.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn nguyên liệu vỏ lụa hạt điều thu gom từ vùng trồng trọng điểm tỉnh Bình Phước được sấy khô ở 45°C trong 24 giờ, nghiền mịn và rây qua cỡ lưới 35 mesh. Dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ quy trình trích ly kết hợp enzyme và sóng siêu âm (E-UAE) với enzyme Pectinex-SPL tỷ lệ 2% v/w tại 50°C trong 60 phút, bất hoạt ở 90°C trong 10 phút và siêu âm ở tần số 40 kHz trong 40 phút. Phương pháp này được lựa chọn vì khả năng phá vỡ cấu trúc thành tế bào thực vật một cách có chọn lọc mà không làm thoái hóa các polyphenol nhạy nhiệt.

Toàn bộ các phép đo đạc được thực hiện với cỡ mẫu lặp lại 3 lần độc lập (n = 3) nhằm bảo đảm tính chính xác và độ lặp lại cao. Phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên đồng nhất được áp dụng cho toàn bộ các mẻ thí nghiệm. Các chỉ tiêu hóa học được xác định bằng phương pháp quang phổ UV-Vis chuẩn hóa: hàm lượng polyphenol tổng (TPC) đo bằng thuốc thử Folin-Ciocalteu tại bước sóng 725 nm, hàm lượng flavonoid tổng (TFC) xác định qua phản ứng tạo phức nhôm clorua tại 510 nm, hàm lượng catechin tổng (TCC) định lượng bằng phản ứng Vanillin tại 500 nm và hoạt tính chống oxy hóa đo bằng phương pháp quét gốc tự do DPPH tại bước sóng 515 nm. Các thông số vật lý gồm kích thước giọt hạt, chỉ số PDI và thế Zeta được phân tích bằng kỹ thuật tán xạ ánh sáng động (DLS) trên thiết bị Horiba SZ-100 sau khi pha loãng mẫu ở tỷ lệ 1:4000 bằng nước khử ion. Dữ liệu được xử lý thống kê bằng phần mềm Statgraphics Centurion phiên bản 19 thông qua phân tích phương sai một chiều ANOVA với mức ý nghĩa 95% (p < 0,05).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích thành phần hóa thực vật cho thấy dịch chiết vỏ lụa hạt điều là nguồn dược chất vô cùng giá trị với hàm lượng polyphenol tổng TPC đạt 123,06 ± 0,45 mg GAE/g chất khô, hàm lượng flavonoid tổng TFC đạt 100,41 ± 0,08 mg CAT/g chất khô, hàm lượng catechin tổng TCC đạt 22,13 ± 0,41 mg CAT/g chất khô và khả năng quét gốc tự do DPPH đạt 1,08 ± 0,02 mmol TE/g chất khô. Hàm lượng flavonoid này cao hơn khoảng 30% so với ghi nhận từ vỏ hạt dẻ cười (Pistachio skin) vốn chỉ đạt khoảng 70,42 mg CAT/g.

Quá trình khảo sát tối ưu hóa các thông số tạo hệ nhũ tương nano kép W1/O/W2 đã xác định được công thức phối chế tối ưu với tỷ lệ pha nội W1:O là 10:90 (w/w), hàm lượng chất nhũ hóa Lecithin ở mức 3% (w/w), tỷ lệ pha ngoại W2:W1/O đạt 80:20 (w/w) và tỷ lệ phối trộn chất nhũ hóa ưa nước Tween 80:WPI là 2:3 (w/w).

Ở điều kiện tối ưu này, hệ nhũ tương nano kép thu được sở hữu các thông số kỹ thuật lý tưởng: hiệu suất bao bọc đạt 91,37 ± 2,48%, đường kính giọt hạt trung bình đạt 267,2 ± 2,8 nm, chỉ số đa phân tán PDI đạt 0,228 ± 0,007 và điện thế Zeta đạt -62,0 ± 0,6 mV.

Sau 28 ngày lưu trữ ở nhiệt độ phòng 25°C, hệ nhũ vẫn bảo toàn được tính bền vững về mặt cấu trúc vật lý với kích thước hạt ổn định ở mức 257,6 ± 1,4 nm, chỉ số PDI đạt 0,303 ± 0,026 và thế Zeta đạt -69,4 ± 1,8 mV, mặc dù hiệu suất bao bọc suy giảm còn 21,40 ± 1,79% do hiện tượng khuếch tán nội tại của phân tử catechin qua màng dầu sang pha nước ngoại.

Thảo luận kết quả

Hiệu suất bao bọc vượt trội trên 91% đạt được ở tỷ lệ W1:O là 10:90 được giải thích bởi lượng pha dầu dồi dào tạo thành lớp vỏ kỵ nước dày, ngăn cản sự rò rỉ của các phân tử flavonoid tan trong nước ra ngoài môi trường phân tán. Sự kết hợp giữa Tween 80 và Whey Protein Isolate theo tỷ lệ 2:3 mang lại hiệu ứng hiệp đồng hoàn hảo: protein WPI hấp phụ nhanh trên bề mặt phân cách tạo lớp màng viscoelastic bền chắc, trong khi các chuỗi polyoxyethylene dài của Tween 80 cung cấp lực cản trở không gian, triệt tiêu nguy cơ kết tụ giữa các giọt nhũ.

Giá trị thế điện động Zeta đạt mức âm cao -62,0 mV chứng minh các hạt nano mang điện tích âm mạnh, tạo ra lực đẩy tĩnh điện liên hạt đủ lớn để chống lại hiện tượng hợp giọt và lắng tụ cơ học. Kết quả này tương đồng với các công bố khoa học quốc tế về hệ liposome chứa polyphenol trà xanh với thế Zeta đạt -67,2 mV.

Các dữ liệu thực nghiệm có thể được hệ thống hóa trực quan thông qua bảng so sánh các thông số vật lý và biểu đồ đường biểu diễn động học suy giảm hiệu suất bao bọc theo thời gian từ ngày 0 đến ngày 28. Dạng biểu đồ cột so sánh sự thay đổi chỉ số PDI và kích thước hạt qua từng tuần phản ánh rõ rệt rằng kích thước nano được duy trì ổn định không bị phình to, nhưng hiện tượng thẩm thấu hoạt chất đòi hỏi phải có thêm các giải pháp kiểm soát độ thẩm thấu pha dầu trong nghiên cứu tiếp theo.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, mở rộng quy mô sản xuất hệ nhũ tương nano kép W1/O/W2 từ quy mô phòng thí nghiệm lên hệ thống pilot công nghiệp với công suất 50 đến 100 lít mỗi mẻ. Nhóm nghiên cứu thuộc các trường đại học và viện nghiên cứu cần phối hợp cùng doanh nghiệp chế biến hạt điều trong vòng 6 đến 12 tháng tới để chuẩn hóa quy trình đồng hóa áp lực cao kết hợp đầu phát siêu âm liên tục, hướng tới mục tiêu duy trì hiệu suất bao bọc trên 85% ở quy mô lớn.

Thứ hai, cải tiến độ bền hóa học và giảm thiểu hiện tượng thất thoát hoạt chất sau 28 ngày bảo quản bằng cách bổ sung các chất điều chỉnh áp suất thẩm thấu vào pha nước nội W1 và thêm chất ức chế hiện tượng chín Ostwald vào pha dầu thực vật. Mục tiêu cụ thể là nâng tỷ lệ lưu giữ hoạt chất catechin sau 30 ngày ở nhiệt độ phòng từ mức 21,40% hiện tại lên trên 60%, thực hiện bởi các chuyên gia R&D trong giai đoạn từ quý 3/2024 đến quý 1/2025.

Thứ ba, nghiên cứu chuyển đổi trạng thái hệ nhũ tương nano lỏng thành dạng bột vi bao nano khô thông qua công nghệ sấy phun nhiệt độ thấp hoặc sấy thăng hoa sử dụng chất mang maltodextrin kết hợp gum arabic. Giải pháp này do các nhà khoa học công nghệ thực phẩm thực hiện trong giai đoạn 2024 - 2025 nhằm hạ độ ẩm bột xuống dưới 5%, kéo dài thời hạn bảo quản sản phẩm lên trên 12 tháng.

Thứ tư, chuẩn hóa tiêu chuẩn cơ sở và đánh giá thử nghiệm tiền lâm sàng về độ khả dụng sinh học in vitro và in vivo của dịch chiết vi bao. Doanh nghiệp dược phẩm và thực phẩm chức năng cần chủ động đầu tư nguồn lực trong giai đoạn 2024 - 2026 nhằm chứng minh khả năng tăng cường hấp thu catechin qua đường tiêu hóa gấp ít nhất 2,5 lần so với dạng dịch chiết tự do.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Doanh nghiệp và nhà máy chế biến hạt điều xuất khẩu: Nghiên cứu cung cấp giải pháp công nghệ giá trị cao để chuyển hóa hàng nghìn tấn phụ phẩm vỏ lụa thải bỏ mỗi năm thành nguồn nguyên liệu sinh học cao cấp, giúp gia tăng từ 15% đến 30% giá trị gia tăng cho toàn bộ chuỗi cung ứng ngành điều.

Kỹ sư R&D trong ngành thực phẩm và đồ uống chức năng: Tài liệu mang lại công thức thực nghiệm chuẩn xác để ứng dụng hệ nhũ nano kép W1/O/W2 vào các sản phẩm nước giải khát, sữa chua, nước xốt hoặc thực phẩm bổ sung, giúp bảo vệ hoạt chất chống oxy hóa mà không làm biến đổi hương vị hay màu sắc của sản phẩm.

Nhà nghiên cứu và doanh nghiệp sản xuất mỹ phẩm, dược phẩm: Luận văn mở ra hướng khai thác hoạt tính kháng khuẩn và chống lão hóa của catechin vỏ lụa hạt điều để bào chế các dòng serum dưỡng da, kem bôi chống viêm hoặc viên nang mềm hỗ trợ sức khỏe tim mạch.

Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Công nghệ thực phẩm, Kỹ thuật Hóa học: Đây là tài liệu tham khảo mẫu mực về quy trình chiết xuất xanh hỗ trợ enzyme - siêu âm, kỹ thuật tạo nhũ tương nano hiện đại và phương pháp phân tích cỡ hạt DLS tiên tiến.

Câu hỏi thường gặp

Phương pháp trích ly có hỗ trợ enzyme và sóng siêu âm mang lại lợi ích gì so với trích ly truyền thống? Phương pháp E-UAE kết hợp enzyme Pectinex-SPL 2% và sóng siêu âm 40 kHz giúp cắt đứt các liên kết pectin và cellulose tại thành tế bào, giải phóng tối đa polyphenol mà không cần xử lý nhiệt độ cao kéo dài, giúp dịch chiết đạt hàm lượng TPC 123,06 mg GAE/g và bảo toàn nguyên vẹn hoạt tính chống oxy hóa.

Hệ nhũ tương nano kép W1/O/W2 có ưu điểm gì vượt trội so với các hệ nhũ tương đơn thông thường? Hệ nhũ W1/O/W2 tạo ra cấu trúc bảo vệ kép với lớp dầu bao bọc pha nước nội, ngăn ngừa sự phân hủy của catechin trước ánh sáng và enzyme tiêu hóa, đồng thời cho phép phân tán đồng đều các hợp chất ưa nước vào các sản phẩm thực phẩm dạng lỏng mà không bị tách pha.

Tại sao tỷ lệ phối trộn Tween 80 và WPI là 2:3 lại cho độ ổn định hạt nano tối ưu nhất? Tỷ lệ 2:3 tạo nên sự cân bằng hoàn hảo giữa tính linh động của chất hoạt động bề mặt phân tử nhỏ Tween 80 và màng protein WPI nhớt đàn hồi, giúp chỉ số PDI giảm xuống 0,228 và ngăn ngừa hiện tượng hợp giọt trong suốt quá trình phân tán.

Nguyên nhân nào khiến hiệu suất bao bọc giảm từ 91,37% xuống 21,40% sau 28 ngày bảo quản ở nhiệt độ phòng? Sự sụt giảm này xuất phát từ chênh lệch áp suất thẩm thấu giữa pha nước nội và pha nước ngoại, cùng hiện tượng khuếch tán tự nhiên của các phân tử flavonoid kích thước nhỏ qua màng dầu mỏng sau thời gian dài lưu trữ ở 25°C.

Hệ nhũ nano vỏ lụa hạt điều có thể ứng dụng vào những sản phẩm cụ thể nào trên thị trường? Hệ nhũ nano có thể ứng dụng trực tiếp làm chất bảo quản tự nhiên chống oxy hóa lipid trong sốt mayonnaise, làm phụ gia tăng cường tính năng trong sữa chua uống, nước trái cây đóng chai hoặc bào chế thành mỹ phẩm chống lão hóa da.

Kết luận

Nghiên cứu của luận văn đã đạt được những kết quả và đóng góp khoa học nổi bật sau:

• Định lượng chi tiết giá trị sinh học vượt trội của vỏ lụa hạt điều Bình Phước với hàm lượng polyphenol đạt 123,06 mg GAE/g và flavonoid đạt 100,41 mg CAT/g.
• Xây dựng thành công quy trình công nghệ tạo nhũ tương nano kép W1/O/W2 tối ưu với tỷ lệ W1:O là 10:90, Lecithin 3%, W2:W1/O là 80:20 và Tween 80:WPI là 2:3.
• Chế tạo thành công hệ nhũ nano có hiệu suất bao bọc đạt 91,37%, kích thước hạt siêu mịn 267,2 nm và chỉ số đa phân tán đồng đều PDI 0,228.
• Chứng minh độ bền tĩnh điện vững chắc của hệ hạt nano với thế Zeta duy trì ổn định ở mức -69,4 mV sau 28 ngày bảo quản ở nhiệt độ thường.
• Cung cấp luận cứ khoa học vững chắc giúp tái tận dụng hàng chục nghìn tấn phụ phẩm nông nghiệp, thúc đẩy mô hình kinh tế tuần hoàn bền vững cho ngành điều Việt Nam.

Kế hoạch phát triển tiếp theo trong giai đoạn 2024 - 2026 sẽ tập trung thử nghiệm sản xuất ở quy mô pilot 100 lít, hoàn thiện kỹ thuật vi bao dạng bột khô và thực hiện các thử nghiệm đánh giá sinh khả dụng. Quý doanh nghiệp chế biến nông sản và sản xuất thực phẩm chức năng quan tâm đến việc chuyển giao công nghệ tạo nhũ nano kép xin vui lòng liên hệ trực tiếp với nhóm nghiên cứu tại Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh để cùng hợp tác phát triển sản phẩm thương mại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

HO CHI MINH NATIONAL UNIVERSITY HO CHI MINH UNIVERSITY OF TECHNOLOGY HUYNH LE THANH PHUC STUDY ON EXTRACT – LOADED CASHEW NUT TESTA USING DIFFERENT EMULSIFIERS BY DOUBLE NANOEMULSION METHOD Major: Food Technology Major Code: 8540101 MASTER THESIS HO CHI MINH CITY, July 2023 THIS THESIS IS COMPLETED AT HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY – VNU-HCM Supervisor: Assoc. Nguyen Thi Lan Phi Examiner 1: Assoc. Nguyen Vu Hong Ha Examiner 2: Assoc. Mai Huynh Cang This master’s thesis is defended at HCM City University of Technology, VNU- HCM City on July 14th , 2023 Master’s Thesis Committee: 1.

Phan Ngoc Hoa 2. Nguyen Vu Hong Ha 3. Mai Huynh Cang 4. Council Member: Assoc.

Nguyen Thi Lan Phi 5. Tran Thi Thu Tra Approval of the Chair of Master’s Thesis Committee and Dean of Faculty of Chemical Engineering after the thesis being corrected (If any). CHAIRMAN OF THESIS COMMITTEE DEAN OF FACULTY OF CHEMICAL ENGINEERING ii VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY - HO CHI MINH CITY SOCIALIST REPUBLIC OF VIET NAM HO CHI MINH UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Independent – Liberty - Happiness THE TASK SHEET OF MASTER’S THESIS Student’s name: HUYNH LE THANH PHUC. Student ID: 2170459 Date of birth: March 3rd, 1998.

Place of Birth: HCM City Major: Food Technology. THESIS TITLE (In Vietnamese): Nghiên cứu vi bao dịch chiết vỏ lụa hạt điều bằng phương pháp tạo nhũ nano kép sử dụng các chất mang khác nhau. THESIS TITLE (In English): Study on extract-loaded cashew nut testa using different emulsifiers by double nano- emulsion method. TASKS AND CONTENT: - Analysis of total content of Phenolic, Flavonoid, Catechin compounds and antioxidant capacity of cashew nut testa extract.

- Investigation of encapsulation conditions of bioactive compounds in cashew nut testa extract by double emulsion method with different emulsifiers. - Investigation of the stability of the emulsion system of cashew nut testa extract. THESIS START DAY: February 2nd, 2023 V. THESIS COMPLETION DAY: June 6th , 2023 VI.

Nguyen Thi Lan Phi Ho Chi Minh City, date… SUPERVISOR HEAD OF FOOD TECHNOLOGY DEPARTMENT HEAD OF CHEMICAL ENGINEERING DEPARTMENT iii ACKNOWLEDGMENT This thesis is done in Central Experimental Laboratory of Ho Chi Minh City University of Food Industry (HUFI) and Laboratory of Food Processing and Technology B2 of Ho Chi Minh University of Technology (HCMUT) under the instruction of Associate Professor. Nguyen Thi Lan Phi. To accomplish this thesis, in addition to my own efforts, I have received a lot of support from my supervisors and friends. I would like to express my sincere thanks to everyone who accompanies and helps me.

At first, I would like to thank my dear family, I would like to especially express profound love to my parents and brother – who always stand behind and encourage me. Secondly, I would like to express my sincere gratitude to Associate Professor. Nguyen Thi Lan Phi and Professor Pham Van Hung. Not only has they instructed and given precious advices to me in order to deal with the experimental difficulties and calculations but they also supported favorable conditions as well as chemicals during our thesis.

Also, I am very grateful for the helping of MSc. Hoang Van Thanh and MSc. Truong Thanh An of Central Experimental Laboratory, Msc. Mai Nguyen Tram Anh of International University and PhD.

Tran Thi Tuong An of Laboratory of Food Processing and Technology B2 for supporting the necessary experimental instruments, chemicals and creating comfortable environment as well as giving suitable suggestions during the implement of my thesis. Thank you, all friends who work together in the Central Experimental Laboratory and Laboratory of Food Processing and Technology in the process of implementing the thesis. Eventually, I would like to express sincere thanks to the anyone who always motivates and sympathizes with me. i ABSTRACT The bioactive compounds in cashew nut testa has many functional benefits for human health which can be applied in food industry as well as needing to be effectively preserved.

In the study, the enzyme and ultrasonic - assisted (E-UAE) cashew nut testa extract was emulsified in the 𝑊1 /𝑂/𝑊2 system which uses Lecithin as lipophilic and Tween 80, Whey protein Isolate (WPI) as hydrophilic emulsifiers. Furthermore, some ratios of components in the system are investigated in order to choose the best ratios as well as investigating the stability of the emulsion in 28 days at room temperature. The cashew nut testa extract has total phenolic content (TPC) is 123.08 (mg CAT/g DW sample), total catechin content is 22.41 (mg CAT/ g DW sample) and the antioxidant capacity is 1. The results show the best conditions of the emulsification which include 𝑊1 : 𝑂 ratio, Lecithin content, 𝑊2 : 𝑊1 /𝑂 ratio, Tween : WPI ratio are 10 : 90 (w/w), 3 % (w/w), 80 : 20 (w/w) and 2 : 3 (w/w), respectively.

The double nanoemulsion has the encapsulation efficiency (EE) is 91.48 %, the droplet size is 267.8 nm, the polydispered index is 0.007 and the Zeta value is −62. The stability of the double emulsion is also investigated which has encapsulation efficiency is 21.79 %, droplet size is 257.4 nm, Polydispered Index is 0.026 and the Zeta value is −69.8 after 28 days storage at room temperature. From the results, it can be show the ability of double nanoemulsion systems in the protection of the internal bioactive compounds of cashew nut testa which can be potentially applied in the food industry. ii TÓM TẮT Các hợp chất có hoạt tính sinh học trong vỏ hạt điều có nhiều công dụng hữu ích đối với sức khỏe con người, có thể ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm cũng như cần được bảo quản hiệu quả.

Trong nghiên cứu, chiết xuất vỏ lụa hạt điều có sự hỗ trợ của enzyme và sóng siêu âm (E-UAE) được nhũ hóa trong hệ nhũ tương nano kép 𝑊1 /𝑂/𝑊2 sử dụng Lecithin làm chất nhũ hóa ưa béo và Tween 80, Whey protein Isolate (WPI) làm chất nhũ hóa ưa nước. Ngoài ra, một số tỷ lệ thành phần trong hệ nhũ tương cũng được khảo sát nhằm lựa chọn tỷ lệ tốt nhất cũng như khảo sát độ ổn định của hệ nhũ tương trong 28 ngày ở nhiệt độ phòng. Dịch chiết vỏ lụa hạt điều có hàm lượng phenolic tổng (TPC) là 123,06 ± 0,45 (mg GAE/g chất khô), hàm lượng flavonoid tổng (TFC) là 100,41 ± 0,08 (mg CAT/g chất khô), hàm lượng catechin tổng là 22,13 ± 0,41 (mg CAT/g chất khô) và khả năng chống oxy hóa là 1,08 ± 0,02 (mmol TE/g chất khô). Kết quả cho thấy tỷ lệ thành phần tốt nhất của quá trình nhũ hóa bao gồm tỷ lệ 𝑊1 : 𝑂, hàm lượng Lecithin, tỷ lệ 𝑊2 : 𝑊1 /𝑂, tỷ lệ Tween : WPI lần lượt là 10 : 90 (w/w), 3 % (w/w), 80 : 20 (w/w) và 2 : 3 (w/w), tương ứng.

Nhũ tương nano kép tốt nhất có hiệu suất bao bọc (EE) là 91,37 ± 2,48 %, kích thước giọt là 267,2 ± 2,8 nm, chỉ số polydispered là 0,228 ± 0,007 và giá trị Zeta là -62,0 ± 0,6. Độ ổn định của nhũ tương kép tốt nhất cũng được nghiên cứu với hiệu suất bao bọc là 21,40 ± 1,79 %, kích thước giọt là 257,6 ± 1,4 nm, Chỉ số đa phân tán là 0,303 ± 0,026 và giá trị Zeta là -69,4 ± 1,8 sau 28 ngày bảo quản ở nhiệt độ phòng. Từ kết quả thu được, có thể cho thấy khả năng của hệ nhũ tương nano kép trong việc bảo vệ các hợp chất có hoạt tính sinh học bên trong vỏ hạt điều và cho thấy tiềm năng trong việc ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm. iii COMMITMENT I hereby declare that this is my own independent scientific work.

The results in this study do not reproduce or infringe the copyright of any other source. The reference to the document has been cited and the source of the reference is recorded in accordance with regulations. Student iv CONTENTS ACKNOWLEDGMENT. v LIST OF FIGURES.

viii LIST OF TABLES. ix LIST OF ABBREVIATIONS. 1 CHAPTER 2: LITERATURE REVIEW. Classification and distribution.

Production of cashew nut in the world and Vietnam. Cashew nut testa. Phenolic compounds in cashew nut testa. Bioactivity potentials of cashew nut testa.

Double nanoemulsions and other types. High – energy methods. Droplet size, Polydispersity index and Zeta – potential. 23 CHAPTER 3: MATERIAL AND METHODS.

Materials and chemicals. Extraction of Cashew nut Testa. Preparation of Double Nanoemulsion 𝑾𝟏/𝑶/𝑾𝟐. Investigating the components of Double Nanoemulsion 𝑾𝟏/𝑶/𝑾𝟐.

Investigation of 𝑾𝟏: 𝑶 ratio. Investigation of Lecithin content. Investigation of 𝑾𝟐 : 𝑾𝟏/𝑶 ratio. Investigation of Tween 80 : WPI ratio.

Determination of Total Phenolic content (TPC). Determination of Total Flavonoid content (TFC). Determination of Total Catechin content (TCC). Determination of DPPH radical scavenging assay.

Determination of Encapsulation Efficiency. Determination of Droplet Size, Polydisperity Index and Zeta Potential. Determination of Stablity of double nanoemulsion. 34 CHAPTER 4: RESULTS AND DISCUSSION.

Polyphenol compounds content in cashew nut testa. Investigating the components of Double Nanoemulsion 𝑾𝟏/𝑶/𝑾𝟐. Investigation of 𝑾𝟏: 𝑶 ratio. Investigation of Lecithin content.

Investigation of 𝑾𝟐 : 𝑾𝟏/𝑶 ratio. Investigation of Tween 80 : WPI ratio. Determination of Stablity of double nanoemulsion. 42 CHAPTER 5: CONCLUSION AND RECOMMENDATION.

46 APPENDIX A: ANALYTICAL METHODS. 60 APPENDIX B: ANALYTICAL RESULTS. 63 APPENDIX C: SAMPLE PICTURES. 69 vii LIST OF FIGURES Figure 2.

Cashew tree and their fruit. The column chart of global cashewnut yield from 2010 – 2020. Cashew nut cross – section. Cashew nut testa.Comparison between 3 types of emulsions.

Schematic illustration of high and low – energy emulsification methods. Schematic illustration of cross – flow (left) and pre – mix (right) membrane emulsification methods. Sample preparation process. Cashew nut testa enzymatic extraction process.

Cashew nut testa double emulsion preparation process. 29 viii LIST OF TABLES Table 2. Major components in cashew nut. Major chemical components in cashew nut testa.

List of experimental intrustments. Chemical parameters of Cashew nut testa. Encapsulation efficiency and physical parameters of double nanoemulsions at different 𝑊1: 𝑂 Ratios. Encapsulation efficiency and physical parameters of double nanoemulsions at different Lecithin concentrations.

Encapsulation efficiency and physical parameters of double nanoemulsions at different 𝑊2 : 𝑊1/𝑂 ratios. Encapsulation efficiency and physical parameters of double nanoemulsions at different Tween 80 : WPI ratios. Effect of storage time on the EE and physical parameters of double nanoemulsion at room temperature. 43 ix LIST OF ABBREVIATIONS E – UAE Enzyme and ultrasonic assisted – extraction.

UAE Ultrasonic assisted – extraction. EAE Enzymatic assisted – extraction. WPC Whey protein concentration. WPI Whey protein isolate.

DW Dry weight. TPC Total phenolic content. TFC Total flavonoid content. TCC Total catechin content.

EE Encapsulation efficiency. PDI Polydispersity Index. PGPR Polyglycerol polyricinoleate GAE Gallic acid equivalents. CAT Catechin equivalents.

TE Trolox equivalents. DPPH 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl. SET Single electron transfer. Z – value Zeta potential HR Conventional heat flux method DLS Dynamic light scattering UV–Vis Ultra Violet-Visible x CHAPTER 1: INTRODUCTION The cashew nut (Anacardium occidentale) is one the most popular exporting agricultural commodities in Vietnam.

There are many by-products from the cashew nut processing such as outer hard shell, cashew apple or the cashew nut testa. The cashew nut testa is a rich source of bioactive compounds such as catechin and epicatechin which is the primary flavonoids [1]. These bioactive compounds have potential applications in food or pharmaceutical industry because of their antioxidant, antibacterial or anticancer activities. However, the testa is only usually used for livestock feeding, leather production or biomass.

So that, the potential of bioactive compounds in the testa are not fully ultilized.