CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Khái niệm [1] 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] *Loại nhũ tương, sau đây là ba loại thường gặp: - Hệ nhũ tương dầu trong nước: các giọt dầu được phân tán trong pha nước.
Ví dụ: mayonnaise, sữa, kem, sốt, súp… - Hệ nhũ tương nước trong dầu: các giọt nước phân tán trong pha dầu. Ví dụ: bơ, margarin, các chất phết lên bánh… - Hệ nhũ tương nước trong dầu trong nước (N – D – N): gồm những giọt nước phân tán trong những pha dầu lớn và chính những giọt này lại phân tán trong pha liên tục là nước. Ngoài ra còn có hệ nhũ tương dầu trong - nước trong dầu (D – N – D) khá phức tạp. * Phân loại theo nồng độ thể tích: - Nhũ tương loãng: là các nhũ tương chứ khoảng 0.
Là nhũ tương có độ phân tán bé chế tạo bằng cách pha loãng nhũ tương đậm đặc. Các hạt trong nhũ tương loãng có kích thước hạt của các nhũ tương đặc và rất đặc. Các nhũ tương loãng là hệ phân tán cao có đường kính hạt phân tán quanh 10-5 cm, thường được tạo nên mà không cần thêm vào hệ các chất nhũ hóa đặc biệt. - Nhũ tương đậm đặc: là những hệ phân tán lỏng có chứa một lượng lớn tướng phân tán, đến 74% thể tích.
Kích thước các hạt tương đối lớn 0. Các nhũ tương đậm đặc rất dễ sa lắng, đặc biệt là SV: Phạm Thành Trung- MT 2 Luan van KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG khi có sự khác biệt về khối lượng riêng giữa tướng phân tán và môi trường phân tán càng cao. - Nhũ tương rất đậm đặc: là các hệ lỏng trong đó có độ chưa của tướng phân tán vượt quá 74% thể tích. * Phân loại dựa vào pha phân tán: - Nhũ phức: dầu có thể phân tán trong nước của nhũ W/O để tạo ra phức O/W/O (dầu/nước/dầu), tương tự có hệ phức W/O/W (nước/dầu/nước).
- Nhũ trong: phần lớn là các loại nhũ đều đục do ánh sáng bị tán xạ khi gặp các hạt nhũ phân tán, khi đường kính của các giọt dầu giảm xuống khoảng 0.5 µm tác dụng của ánh sáng bị tán xạ giảm khi đó nhũ sẽ trong suốt, nhũ trong còn gọi là vi nhũ. - Trạng thái keo: khi hòa tan đường và nước, các phân tử đường phân tán vào nước ở dạng riêng rẽ, trạng thái này gọi là trạng thái hòa tan hoàn toàn. Đối với các nhũ đục đường kính hạt phân tán lớn hơn 0. Trạng thái keo là trạng thái trung gian giữa hai trạng thái: hòa tan hoàng toàn vào nhũ đục.
Kích thước hạt keo khoảng 0.3 Tính chất [1],[5],[7] Về mặt nhiệt động lực học thì nhũ tương là một hệ thống không bền. - Các chất lỏng thường có thể hòa tan tốt vào nước (chất lỏng ưa nước) hoặc có thể hòa tan tốt vào dầu (chất lỏng kỵ nước) bởi các phân tử nước chỉ tạo thành các lực liên kết hydro trong khi các phân tử mỡ chỉ tạo thành các lực Van der Waals. Chất nhũ hóa giúp liên kết các chất lỏng này, vì các phân tử của chất nhũ hóa có một phần phân cực và một phần không phân cực. Tính chiết quang - Hiện tượng đục ở một số nhũ có liên quan đến chỉ số khúc xạ của hai pha.
Nếu hai pha có chỉ số khúc xạ như nhau nhưng năng lượng phân tán quang học khác nhau thì nhũ trong suốt được hình thành. SV: Phạm Thành Trung- MT 3 Luan van KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG - Đối với nhũ tốt, có kích thước phân tán khoảng 1µm, độ đục độc lập với nồng độ pha phân tán, khi nồng độ pha phân tán lớn hơn 5%. Tính dẫn điện - Nhũ tương tốt là nhũ ít dẫn điện, vì vậy phương pháp đo độ dẫn điện là một phương pháp đơn giản để xác định loại nhũ. Với những nhũ tương ổn định không ion, tính dẫn điện có thể một yếu tố trong sự ăn mòn này.
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành và bền vững của nhũ tương [7] a) 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. b) 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). c) 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. d) 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. e) 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.
SV: Phạm Thành Trung- MT 4 Luan van KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG 2r2 (d1 −d2 )g o V= 9η o V: vận tốc tách ra của các tiểu phân pha phân tán (cm/s). o R: bán kính của các giọt chất lỏng (cm). o d1 – d2: hiệu số tỷ trọng giữa hai pha. o η: độ nhớt của môi trường phân tán.
o 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.
- Ví dụ: lắc dầu hướng dương với ethanol 60% sẽ cho nhũ tương bền do tỷ trọng của dầu hướng dương và của ethanol 60% tương đương nhau. Tuy nhiên, khi lắc dầu hướng với nước hay bromoform với nước thì nhũ tương thường không vững bền do sự chênh lệch tỷ trọng đáng kể giữa hai pha. Giải quyết trong pha chế - Tăng tỷ trọng của môi trường phân tán của nhũ tương D/N bằng cách thêm vào môi trường phân tán các chất có tỷ trọng lớn hơn nước như kết hợp với các chất có tác dụng làm ngọt, làm tăng độ nhớt. Tuy nhiên, biện pháp này không làm tăng tỷ trọng được nhiều.
- Giảm tỷ trọng của pha phân tán của nhũ tương D/N khi pha phân tán có tỷ trọng lớn như trường hợp của bromoform. Bromoform có tỷ trọng 2,8. Rất khó phân tán bromoform vào nước do sự chênh lệch tỷ trọng giữa hai pha quá lớn. Do đó bromoform được hòa tan trong lượng dầu thích hợp để làm giảm tỷ trọng của pha dầu xuống.
SV: Phạm Thành Trung- MT 5 Luan van KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG 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. - 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 : năng lượng bề mặt tự do (N. : Sức căng liên bề mặt (N/m). SV: Phạm Thành Trung- MT 6 Luan van KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG 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 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.