CHƯƠNG I. Khái niệm [1] - Nhũ tương là một hệ phân tán cao của hai hay nhiều chất lỏng không tan hoặc ít tan vào nhau, một trong hai có mặt dưới dạng những giọt nhỏ của pha bị phân tán, pha còn lại dưới dạng liên tục. Trong hầu hết thực phẩm, các giọt nhỏ có đường kính 0. Phân loại nhũ tương [7] ● Theo kiểu nhũ tương - Nhũ tương kiểu D/N: pha phân tán là pha dầu và môi trường phân tán là pha nước.
- Nhũ tương kiểu N/D: pha phân tán là pha nước và môi trường phân tán là pha dầu. - Nhũ tương kép N/D/N: pha phân tán là một nhũ tương N/D và môi trường phân tán là nước. - Để nhận biết kiểu nhũ tương, có thể xác định bằng các phương pháp: +) Pha loãng: lấy một giọt nước cất vào một lượng nhỏ nhũ tương dựng trên một lam kính. Nếu thấy giọt nước khuếch tán nhanh chóng vào khối nhũ tương và nhũ tương vẫn giữ nguyên tính đồng nhất thì nhũ tương đem thử là kiểu nhũ tương D/N.
Nếu giọt nước vẫn đọng thành khối riêng trên bề mặt của nhũ tương thì đó là nhũ tương kiểu N/D. +) Nhuộm màu: chất màu được sử dụng tan trong pha nào của nhũ tương pha đó sẽ có màu, pha thứ hai sẽ hoàn toàn không màu. Trên nguyên tắc này có thể dùng các chất màu tan trong nước hoặc trong dầu pha vào nhũ tương rồi quan sát trên kính hiển vi để xác định kiểu nhũ tương. + Đo độ dẫn điện: dựa trên nguyên tắc pha nước của nhũ tương (đặc biệt là khi có các chất điện ly) dẫn điện, còn pha dầu không dẫn điện.
Nhũ tương cho dòng điện chạy qua thì môi trường phân tán của nhũ tương là nước. ● Theo nguồn gốc - Nhũ tương thiên nhiên: gồm các sản phẩm có sẵn trong thiên nhiên dưới dạng nhũ tương (sữa, lòng đỏ trứng) và các nhũ tương chế từ các hạt có dầu như hạnh nhân, lạc, bí. Sinh viên: Phạm Văn Hưng – MT1901 2 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Trường ĐHDL Hải Phòng - Nhũ tương nhân tạo: là các nhũ tương được điều chế bằng cách dùng chất nhũ hóa thích hợp để phối hợp hai pha dầu và nước thành nhũ tương. ● Theo nồng độ pha phân tán - Nhũ tương loãng: gồm những nhũ tương có nồng độ pha phân tán < 2%.
- Nhũ tương đặc: gồm những nhũ tương có nồng độ pha phân tán > 2%. Đa số các nhũ tương thuốc là nhũ tương đặc có nồng độ pha phân tán 10 – 50%. - Về lý thuyết, pha phân tán có thể chiếm tỷ lệ lên đến 74% thể tích đối với nhũ tương D/N nếu chọn được chất nhũ hóa thích hợp. ● Theo kích thước pha phân tán - Vi nhũ tương: có kích thước các tiểu phân phân tán nhỏ gần bằng tiêu phân keo (khoảng 10 – 100 nm) nên nhìn bề ngoài, vi nhũ tương trong suốt hay trong mờ.
- Nhũ tương mịn: có các tiểu phân pha phân tán cỡ 0,5 – 1 µm. - Nhũ tương thô: có các tiểu phân có kích thước từ vài micromet trở lên. Tính chất [1],[5],[7] - Hệ nhũ tương là hệ không bền nhiệt động. - Sự nổi lên hoặc lắng xuống của các giọt dưới ảnh hưởng của trong lực, khối lượng riêng của giọt nào nặng hơn sẽ có xu hướng chìm.
- Sự kết tụ của các giọt giam đột ngột các điện tích nên kéo theo làm giảm các lực đẩy tỉnh điện giữa các giọt, thường xảy ra khi thay đổi pH và lực ion. Sự kết tụ làm tăng kích thước bên ngoài của các giọt do dó làm tăng tốc độ phân lớp. - Sự hợp giọt một cách tự phát sẽ làm tăng dần kích thước các giọt và cuối cùng dẫn đến phân chia thành hai lớp ngăn cách nhau bằng bề mặt phân chia phẳng, điện tích lúc này sẽ cực tiểu. - Sự xa lắng, sự kết tụ và các va chạm do chuyển động Brown hoặc chuyển động khuấy khác sẽ làm cho các giọt gần lại nhau.
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành và bền vững của nhũ tương[7] - Sự lên bông: sự liên kết yếu giữa các giọt chất lỏng pha phân tán nhưng vẫn ngăn cách nhau bởi một lớp mỏng của pha liên tục, nhũ tương có thể trở về trạng thái phân tán đều khi lắc. Sự lên bông có thể khơi mào cho sự kết dính. Sinh viên: Phạm Văn Hưng – MT1901 3 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Trường ĐHDL Hải Phòng - Sự nổi kem hay sự lắng cặn: các giọt của pha phân tán hay khối kết bông bị tách ra dưới ảnh hưởng của trọng lực tạo thành một lớp nhũ tương có nồng độ đậm đặc ở phía trên (sự nổi kem) hoặc phía dưới (sự lắng cặn). - Sự kết dính: các giọt của pha phân tán kết dính thành giọt có kích thước lớn hơn giọt ban đầu và nếu tiếp tục sẽ dẫn đến sự tách pha.
Nếu có sự kết dính, nhũ tương bị phá vỡ hoàn toàn và không hồi phục được. - Ngoài các hiện tượng trên còn có hiện tượng đảo pha. Nguyên nhân của hiện tượng đảo pha thường là do sự tương tác của các thành phần trong công thức làm phá vỡ hoặc thay đổi tính chất của chất nhũ hóa. - Hệ thức Stokes dùng để tính vận tốc tách ra của các tiểu phân phân tán, cho phép xác định một số yếu tố ảnh hưởng đến sự bền vững của nhũ tương.
Trong đó: V: vận tốc tách ra của các tiểu phân pha phân tán (cm/s). R: bán kính của các giọt chất lỏng (cm). d1 – d2: hiệu số tỷ trọng giữa hai pha. η: độ nhớt của môi trường phân tán.
g: gia tốc trọng trường (980 cm/s). - Sự quan trọng của gia tốc trọng trường được ứng dụng trong việc theo dõi nhanh độ ổn định của nhũ tương bằng phương pháp ly tâm để gia tốc sự tách lớp. - Nhũ tương càng bền khi vận tốc tách lớp càng nhỏ. - Ảnh hưởng do chênh lệch tỷ trọng của 2 pha: nhũ tương càng bền khi sự chênh lệch tỷ trọng giữa 2 pha càng nhỏ.
- Ảnh hưởng do kích thước tiểu phân của pha phân tán: +) Nhũ tương bền khi kích thước tiểu phân của pha phân tán nhỏ. Khi tiểu phân có kích thước lớn, vận tốc tách lớp xảy ra nhanh hơn dẫn đến hiện tượng lắng cặn (lắng xuống đáy) hay hiện tượng kết bông, hai hiện tượng trên có thể khơi mào cho sự tách pha dễ dàng hơn. Sinh viên: Phạm Văn Hưng – MT1901 4 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Trường ĐHDL Hải Phòng +) Trong điều chế pha nội được phân tán bằng tác dụng của lực cơ học. Lực phân tán lớn tác động trong thời gian thích hợp làm cho kích thước tiểu phân pha nội càng nhỏ và đồng đều.
Tuy nhiên, sức căng liên bề mặt giữa 2 pha lớn cũng cản trở quá trình phân tán. - Ảnh hưởng do độ nhớt của môi trường phân tán: +) Nhũ tương càng bền khi độ nhớt của môi trường phân tán càng lớn. Độ nhớt lớn làm cho sự chuyển động của tiểu phân pha phân tán giảm xuống, sự va chạm giữa các tiểu phân và sự kết hợp thành giọt lớn hơn sẽ được giảm thiểu, điều này giải thích các nhũ tương lỏng kém bền hơn các dạng thuốc mỡ, đạn, trứng có thể chất đặc sệt kiểu nhũ tương. +) Để làm tăng độ nhớt của pha ngoại khi pha chế các nhũ tương D/N thường sử dụng các chất làm tăng độ nhớt như siro, glycerin, PEG, các gôm, thạch, dẫn chất, cellulose, các chất rắn dạng hạt rất nhỏ như bentonit…Đối với nhũ tương N/D dùng các xà phòng stearat kim loại…vừa làm chất nhũ hóa làm tăng độ nhớt của pha ngoại.
- Ảnh hưởng của sức căng liên bề mặt giữa 2 pha lỏng không đồng tan: +) Khi phân tán để phân chia một pha lỏng thành các tiểu phân có kích thước nhỏ trong môi trường không đồng tan làm cho diện tích bề mặt tiếp xúc giữa 2 pha tăng lên, năng lượng tự do bề mặt của hệ thống cũng tăng tương ứng theo.S Trong đó: : năng lượng bề mặt tự do (N. : Sức căng liên bề mặt (N/m). S: diện tích liên bề mặt (m2). +) Sự tăng năng lượng tự do bề mặt làm tăng tính bất ổn định về mặt động học của hệ phân tán.
Để đạt được trạng thái bền hệ cần có năng lượng tự do tối thiểu do đó cân bằng của hệ sẽ đạt được khi =0. Theo phương trình trên điều này có thể đạt được bằng cách giảm sức căng liên bề mặt () hoặc giảm diện tích tiếp xúc bề mặt (S). Để giảm diện tích bề mặt, các giọt có khuynh hướng co lại thành hình cầu và khi gần nhau, các giọt chất lỏng có khuynh hướng kết tụ lại để Sinh viên: Phạm Văn Hưng – MT1901 5 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Trường ĐHDL Hải Phòng giảm diện tích bề mặt trong khi sức căng bề mặt không thay đổi. Sự kết tụ sẽ tiếp tục xảy ra cho đến khi diện tích tiếp xúc bề mặt giữa 2 pha thu lại như ban đầu, dẫn đến sự tách pha hoàn toàn.
Vì vậy để nhũ tương được bền vững ở mức độ phân tán đạt được, phải làm giảm sức căng bề mặt tiếp xúc giữa 2 pha bằng tác dụng của các chất nhũ hóa. - Ảnh hưởng do tỉ lệ của pha phân tán: +) Nhũ tương càng bền khi nồng độ của pha phân tán càng nhỏ. Ví dụ nhũ tương điều chế với 0,2 ml dầu trong 1000 ml nước sẽ bền hơn nhũ tương điều chế với 2 ml dầu trong 1000 ml nước. +) Trong thực tế, các nhũ tương thuốc là nhũ tương đặc, tỷ lệ pha phân tán chiếm từ 2 – 50% nên khi điều chế phải có chất nhũ hóa thích hợp.
- Ảnh hưởng của chuyển động Brown: chyển động Brown là kết quả lực đẩy của các phân tử môi trường phân tán trên những tiểu phân của pha phân tán. Chuyển động này làm thay đổi hướng chuyển động bình thường các tiểu phân (quá trình xích lại gần nhau của các tiểu phân để đạt tới cân bằng) làm các tiểu phân này rời xa những vị trí tự nhiên trong cân bằng, chống lại khuynh hướng kết hợp lại, do đó giúp nhũ tương ổn định hơn. - Ảnh hưởng của chất nhũ hóa: chất nhũ hóa vừa giúp phân tán để tạo thành nhũ tương ở giai đoạn bào chế, vừa giúp cho nhũ tương ổn định trong suốt quá trình bảo quản. - Ảnh hưởng do thời gian phân tán và cường độ của lực gây phân tán: +) Cần xác định thời gian tối ưu cho quá trình nhũ hóa (thường nằm trong khoảng 1-5 phút).
+) Trong điều kiện bình thường, kích thước các tiểu phân phân tán giảm đi rất nhanh trong những giây ban đầu và dần đạt đến giá trị tới hạn sau 1 – 5 phút.
