Nghiên Cứu Vi Bao Tinh Dầu Bưởi Bằng Phức Đa Điện Tích Giữa Protein Đậu Nành Và Mủ Trôm Thủy Phân

Bài viết khám phá phương pháp bảo quản tinh dầu bưởi bằng phức đa điện tích từ mủ trôm thủy phân và đậu nành, mang lại hiệu quả cao.

• Tác giả: Phạm Phương Hiền
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Vinh Tiến
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Hóa học
• Đề tài: Vi Bao Tinh Dầu Bưởi Bằng Phức Đa Điện Tích Giữa Protein Đậu Nành Và Mủ Trôm Thủy Phân
• Loại tài liệu: khóa luận
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu, mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
• 1.2. Mục tiêu đề tài
• 1.3. Nội dung nghiên cứu
• 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1.5.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 1.6. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.7. Giới thiệu về cây bưởi
• 1.7.1. Nguồn gốc và phân bố
• 1.7.2. Phân loại bưởi
• 1.7.3. Tinh dầu bưởi
• 1.7.3.1. Tính chất vật lý
• 1.7.3.2. Tính chất hóa học
• 1.7.3.3. Công dụng của tinh dầu bưởi
• 1.8. Giới thiệu về mủ trôm
• 1.8.1. Thành phần hóa học của mủ trôm
• 1.8.2. Tính chất vật lý của mủ trôm
• 1.8.2.1. Tính chất lưu biến
• 1.9. Giới thiệu về đậu nành
• 1.9.1. Nguồn gốc của đậu nành
• 1.9.2. Thành phần hóa học
• 1.9.2.1. Vitamins và khoáng chất
• 1.9.2.2. Protein đậu nành cô lập
• 1.9.2.2.1. Phương pháp sản xuất
• 1.9.2.2.2. Tính chất của protein đậu nành cô lập
• 1.9.2.2.2.1. Khả năng hydrat hóa
• 1.9.2.2.2.2. Khả năng tạo nhũ và ổn định nhũ
• 1.9.2.2.2.3. Khả năng tạo bọt
• 1.10. Kỹ thuật vi bao
• 1.10.1. Khái niệm vi bao
• 1.10.2. Nguyên liệu được sử dụng trong quá trình vi bao
• 1.10.3. Cấu tạo của hạt vi bao
• 1.10.4. Cơ chế giải phóng trong công nghệ vi bao
• 1.10.5. Một số kỹ thuật vi bao
• 1.10.6. Vi bao tinh dầu bằng quá trình đông tụ
• 1.10.7. Ứng dụng của vi bao
• 1.10.7.1. Thực phẩm và đồ uống
• 1.10.7.2. Năng lượng và hóa chất
• 2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Kiềm thủy phân mủ trôm (HKG)
• 2.2.2. Quy trình điều chế mủ trôm thủy phân (HKG)
• 2.2.3. Thuyết minh quy trình
• 2.2.4. Thu nhận protein đậu nành cô lập
• 2.2.5. Quy trình thu nhận protein đậu nành cô lập
• 2.2.6. Thuyết minh quy trình thu nhận protein đậu nành cô lập
• 2.2.7. Khảo sát điều kiện phù hợp để tạo phức protein đậu nành - mủ trôm
• 2.2.8. Ảnh hưởng của giá trị pH đến quá trình hình thành phức SPI:HKG
• 2.2.9. Ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn đến quá trình hình thành phức
• 2.2.10. Vi bao tinh dầu bưởi bằng phức protein đậu nành và mủ trôm thủy phân
• 2.2.10.1. Hiệu suất thu hồi
• 2.2.10.2. Hiệu suất vi bao tinh dầu
• 2.2.10.3. Lượng tinh dầu bề mặt
• 2.2.10.4. Lượng tinh dầu được vi bao
• 2.2.10.5. Xác định lượng tinh dầu trong dịch chiết
• 2.2.10.6. Hiệu suất vi bao tinh dầu bưởi
• 2.2.11. Hình thái hạt
• 2.2.12. Khả năng hút ẩm
• 2.2.13. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ tan của bột vi bao
• 2.2.14. Ảnh hưởng của pH đến độ tan của bột vi bao
• 2.2.15. Khả năng trương nở
• 2.2.16. Phân tích phổ hồng ngoại FTIR
• 2.2.17. Mức độ giải phóng tinh dầu
• 2.2.17.1. Khảo sát mức độ giải phóng tinh dầu trong nước cất
• 2.2.17.2. Khảo sát mức độ giải phóng tinh dầu trong đệm (pH=2) giả lập dịch dạ dày
• 2.2.17.3. Khảo sát mức độ giải phóng tinh dầu trong đệm (pH=7,4) giả lập dịch ruột non
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu vi bao tinh dầu bưởi bằng phức đa điện tích

Nghiên cứu vi bao tinh dầu bưởi bằng phức đa điện tích giữa protein đậu nành và mủ trôm thủy phân đang thu hút sự chú ý trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm và dược phẩm. Tinh dầu bưởi không chỉ mang lại nhiều lợi ích sức khỏe mà còn có ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Tuy nhiên, tính dễ bay hơi của tinh dầu bưởi đặt ra thách thức lớn trong việc bảo quản và sử dụng. Việc áp dụng công nghệ vi bao giúp bảo vệ và kéo dài thời gian sử dụng của tinh dầu, đồng thời nâng cao hiệu quả giải phóng các hợp chất hoạt tính sinh học.

1.1. Ý nghĩa của nghiên cứu vi bao tinh dầu bưởi

Nghiên cứu này không chỉ giúp bảo vệ tinh dầu bưởi khỏi các yếu tố môi trường mà còn nâng cao tính ổn định và hiệu quả sử dụng. Vi bao tinh dầu bưởi còn mở ra cơ hội mới cho việc phát triển các sản phẩm thân thiện với môi trường.

1.2. Các ứng dụng của tinh dầu bưởi trong đời sống

Tinh dầu bưởi được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng tinh dầu bưởi có tác dụng kháng khuẩn, chống viêm và hỗ trợ tiêu hóa, mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu vi bao tinh dầu bưởi

Mặc dù tinh dầu bưởi có nhiều lợi ích, nhưng việc bảo quản và sử dụng chúng gặp nhiều khó khăn do tính dễ bay hơi và nhạy cảm với nhiệt độ. Các yếu tố như pH, nhiệt độ và ánh sáng có thể làm giảm chất lượng và hiệu quả của tinh dầu. Do đó, việc nghiên cứu các phương pháp vi bao là cần thiết để khắc phục những vấn đề này.

2.1. Tính dễ bay hơi của tinh dầu bưởi

Tinh dầu bưởi có đặc tính dễ bay hơi, điều này khiến cho việc bảo quản và sử dụng gặp nhiều khó khăn. Việc áp dụng công nghệ vi bao giúp bảo vệ tinh dầu khỏi sự bay hơi và kéo dài thời gian sử dụng.

2.2. Ảnh hưởng của môi trường đến chất lượng tinh dầu

Các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng có thể làm giảm chất lượng của tinh dầu bưởi. Việc nghiên cứu các phương pháp vi bao giúp bảo vệ tinh dầu khỏi những tác động tiêu cực này.

III. Phương pháp vi bao tinh dầu bưởi bằng phức đa điện tích

Phương pháp vi bao tinh dầu bưởi bằng phức đa điện tích giữa protein đậu nành và mủ trôm thủy phân là một trong những giải pháp hiệu quả nhất hiện nay. Phương pháp này không chỉ giúp bảo vệ tinh dầu mà còn nâng cao tính ổn định và khả năng giải phóng có kiểm soát. Việc sử dụng các nguyên liệu tự nhiên như mủ trôm và protein đậu nành cũng góp phần tạo ra sản phẩm thân thiện với môi trường.

3.1. Nguyên liệu sử dụng trong vi bao

Mủ trôm và protein đậu nành là hai nguyên liệu chính trong nghiên cứu này. Mủ trôm có khả năng tạo phức tốt với protein, giúp tạo ra các hạt vi bao ổn định và hiệu quả.

3.2. Quy trình thực hiện vi bao tinh dầu

Quy trình vi bao bao gồm các bước như điều chế mủ trôm thủy phân, thu nhận protein đậu nành cô lập và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo phức. Các yếu tố như pH, tỉ lệ phối trộn và tốc độ khuấy sẽ được nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp vi bao tinh dầu bưởi bằng phức đa điện tích mang lại hiệu quả cao trong việc bảo vệ và kéo dài thời gian sử dụng của tinh dầu. Các hạt vi bao thu được có kích thước đồng nhất và khả năng giải phóng tinh dầu tốt. Nghiên cứu này mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm.

4.1. Hiệu suất vi bao tinh dầu bưởi

Hiệu suất vi bao tinh dầu bưởi đạt được trong nghiên cứu này cho thấy khả năng bảo vệ tinh dầu khỏi các yếu tố môi trường, đồng thời nâng cao tính ổn định và hiệu quả sử dụng.

4.2. Ứng dụng trong ngành công nghiệp

Nghiên cứu này có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm, giúp phát triển các sản phẩm an toàn và hiệu quả hơn.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu vi bao tinh dầu bưởi bằng phức đa điện tích giữa protein đậu nành và mủ trôm thủy phân đã chứng minh được tính khả thi và hiệu quả. Việc sử dụng các nguyên liệu tự nhiên không chỉ giúp bảo vệ tinh dầu mà còn góp phần phát triển các sản phẩm thân thiện với môi trường. Tương lai, nghiên cứu này có thể mở rộng ra nhiều lĩnh vực khác nhau, tạo ra những sản phẩm mới và cải tiến hơn.

5.1. Triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu có thể được mở rộng để khám phá thêm nhiều loại tinh dầu khác và các phương pháp vi bao mới, từ đó tạo ra các sản phẩm đa dạng và hiệu quả hơn.

5.2. Tác động đến ngành công nghiệp xanh

Việc áp dụng công nghệ vi bao tinh dầu bưởi không chỉ giúp bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp xanh.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khóa luận tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học của tác giả Phạm Phương Hiền, do PGS. Nguyễn Vinh Tiến hướng dẫn tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (năm 2023), tập trung vào đề tài "Vi bao tinh dầu bưởi bằng phức đa điện tích giữa protein đậu nành và mủ trôm thủy phân".

Tinh dầu bưởi (Citrus grandis) là nguồn hợp chất thiên nhiên có nhiều hoạt tính sinh học giá trị như kháng khuẩn, kháng viêm, chống oxy hóa và giảm căng thẳng. Tuy nhiên, do thành phần chính là các hợp chất terpene dễ bay hơi, nhạy cảm với ánh sáng, nhiệt độ, oxy và độ ẩm môi trường, tinh dầu bưởi dễ bị suy giảm chất lượng và biến tính trong quá trình bảo quản. Đồng thời, ở nồng độ cao, tinh dầu có thể gây kích ứng. Kỹ thuật vi bao (microencapsulation) bằng phương pháp đông tụ phức hợp (complex coacervation) được xem là giải pháp hữu hiệu nhằm bảo vệ các hoạt chất, che giấu mùi vị không mong muốn và kiểm soát quá trình giải phóng.

Xuất phát từ xu hướng phát triển các sản phẩm thân thiện với môi trường, nghiên cứu tận dụng hai nguồn nguyên liệu sinh học sẵn có trong nước:

• Mủ trôm (Sterculia urens): Nguồn polysaccharide tự nhiên dồi dào tại các tỉnh Ninh Thuận, Bình Thuận và Đồng bằng sông Cửu Long, có khả năng tích điện âm sau khi thủy phân (polyanion).
• Đậu nành (Glycine max): Nguồn nguyên liệu giàu protein, giá thành thấp, không độc hại; protein đậu nành cô lập (SPI) có tính chất lưỡng tính và hoạt động như một polycation ở môi trường pH thích hợp.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục tiêu tổng quát của đề tài là tiến hành vi bao tinh dầu bưởi bằng hệ phức đa điện tích giữa protein đậu nành cô lập và mủ trôm thủy phân; từ đó đánh giá các tính chất lý - hóa của bột vi bao và khảo sát ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến quá trình tạo hạt.

Nhiệm vụ nghiên cứu được triển khai cụ thể theo 7 nội dung:

1. Điều chế mủ trôm thủy phân (HKG) và protein đậu nành cô lập (SPI).
2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo phức SPI:HKG (sự thay đổi giá trị pH và tỉ lệ phối trộn giữa hai polymer).
3. Điều chế bột vi bao tinh dầu bưởi bằng phức đa điện tích giữa SPI và HKG.
4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo bột vi bao: tốc độ khuấy đồng hóa, nồng độ chất nhũ hóa Tween 80, tỉ lệ giữa vỏ và nhân, phương pháp sấy.
5. Đánh giá hiệu suất vi bao tinh dầu bưởi và các đặc tính hóa lý của bột vi bao (độ trương nở, độ hòa tan, khả năng hút ẩm, độ ẩm, hình thái hạt, màu sắc).
6. Phân tích phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) nhằm xác định sự tương tác giữa các nhóm chức trong SPI, HKG và sự hình thành phức vi bao tinh dầu.
7. Khảo sát mức độ giải phóng tinh dầu bưởi trong các môi trường khác nhau (nước cất, dung dịch đệm pH = 2 giả lập dịch dạ dày và dung dịch đệm pH = 7,4 giả lập dịch ruột non).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Phức hợp tĩnh điện hình thành giữa protein đậu nành cô lập (SPI) và mủ trôm thủy phân (HKG); bột vi bao tinh dầu bưởi thu được từ hệ phức này.
• Phạm vi nghiên cứu:
  • Đánh giá các thông số ảnh hưởng và xác định điều kiện tối ưu để hình thành phức SPI:HKG và tạo bột vi bao tinh dầu.
  • Phân tích cấu trúc, hình thái và tính chất giải phóng in vitro của chế phẩm vi bao.
  • Địa điểm thực hiện: Phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Hóa học, Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và nguyên liệu nghiên cứu

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết đông tụ phức hợp (complex coacervation) dựa trên tương tác tĩnh điện giữa các đại phân tử tích điện trái dấu để tạo màng bao bọc lõi kỵ nước:

• Tinh dầu bưởi: Mẫu thử do Công ty TNHH TM&DV Mỹ Long cung cấp (nguồn gốc 100% bưởi Việt Nam, chưng cất lôi cuốn hơi nước, hàm lượng limonene đạt 78% theo phân tích GC-MS).
• Mủ trôm thủy phân (HKG): Polysaccharide phân nhánh có cấu trúc chuỗi galacturonorhamnan (chứa 30 - 43% galacturonic acid, 6% glucuronic acid, 13 - 26% galactose, 15 - 30% rhamnose và 8% nhóm acetyl). Việc kiềm thủy phân giúp khử acetyl, tăng độ tan và bộc lộ các nhóm carboxylat tích điện âm (polyanion).
• Protein đậu nành cô lập (SPI): Chiết xuất từ hạt đậu nành thương phẩm (chứa 90% protein, chủ yếu là 7S β-conglycinin và 11S glycinin). Ở các giá trị pH thấp hơn điểm đẳng điện, SPI mang điện tích dương tổng thể (polycation) và thể hiện tính chất hoạt động bề mặt lưỡng tính giúp nhũ hóa tinh dầu.

Nguyên liệu / Hóa chất	Đặc điểm / Vai trò	Nguồn gốc / Đơn vị cung cấp
Mủ trôm thô	Polysaccharide tạo màng vỏ (Polyanion)	Công ty TNHH MTV Tam Nông Việt Nam
Hạt đậu nành	Trích ly protein SPI tạo màng vỏ (Polycation)	Công ty TNHH MTV Tam Nông Việt Nam
Tinh dầu bưởi	Vật liệu lõi (Hoạt chất sinh học, Limonene 78%)	Công ty TNHH TM&DV Mỹ Long
Tween 80	Chất nhũ hóa bề mặt	Trung Quốc
NaOH, HCl	Hóa chất điều chỉnh pH và thủy phân	Trung Quốc
Ethanol (98%, 75%), Hexane	Dung môi kết tủa, rửa và chiết phân tích	Trung Quốc
NaCl, KCl, NaH₂PO₄·2H₂O, KH₂PO₄	Hóa chất tạo môi trường ẩm và pha hệ đệm	Trung Quốc

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu sử dụng chuỗi phương pháp phân tích thực nghiệm và hóa lý chuyên ngành:

[Mủ trôm thô]  --> Thủy phân kiềm (NaOH 1N) --> Kết tủa cồn --> [HKG]
                                                                  |
                                                                  +--> Phối trộn & Đồng hóa --> Chỉnh pH 3.5 --> Làm lạnh 8-10h --> Sấy thăng hoa --> [Bột vi bao]
                                                                  |
[Đậu nành]     --> Trích ly kiềm (pH 10) --> Tủa acid (pH 4.5) -> [SPI]
                                                    + [Tinh dầu bưởi + Tween 80]

• Xác định điểm tạo phức tối ưu: Đo độ đục bằng quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis (Hitachi UH5300) ở bước sóng 600 nm tại các dải pH khác nhau; xác định hiệu suất thu hồi phức sau khi sấy ở 50 °C.
• Định lượng tinh dầu và hiệu suất vi bao: Xây dựng đường chuẩn tinh dầu bưởi trong dung môi hexane bằng quang phổ UV-Vis ở bước sóng cực đại 205 nm. Xác định các phân đoạn:
  • Tinh dầu tự do trên bề mặt ($m_{dbm}$): Rửa bề mặt bằng hexane.
  • Tinh dầu được bao gói ($m_{dvb}$): Phá vỡ màng vỏ bằng HCl 4 M trong 2 giờ, sau đó chiết bằng hexane.
  • Tinh dầu tồn dư trong dịch chiết ($m_{ddc}$): Trích ly pha lỏng sau ly tâm bằng hexane.
• Phân tích cấu trúc và đặc tính hóa lý của hạt:
  • Hình thái hạt: Kính hiển vi điện tử quét SEM (Hitachi TM4000Plus, thế tăng tốc 10 kV).
  • Tương tác nhóm chức: Quang phổ hồng ngoại FTIR (Perkin Elmer Spectrum RXI, dải sóng 4000 - 400 cm⁻¹).
  • Khả năng hút ẩm: Bảo quản trong bình hút ẩm chứa NaCl bão hòa ($RH = 75%$, 25 °C) trong 5 ngày.
  • Độ tan: Khảo sát tại các mức nhiệt độ (30, 60, 80, 100 °C) và pH (2, 4, 6).
  • Độ trương nở, độ ẩm (sấy 70 °C trong 24 giờ), màu sắc ($L^, a^, b^*$ bằng thiết bị đo màu Linshang).
  • Mức độ giải phóng tinh dầu in vitro: Đo hàm lượng tinh dầu khuếch tán ra môi trường nước cất, đệm acid pH = 2 (mô phỏng dạ dày) và đệm phosphat pH = 7,4 (mô phỏng ruột non).

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương này tổng hợp cơ sở lý luận về nguyên liệu, kỹ thuật vi bao và các nghiên cứu liên quan:

• Cây bưởi và tinh dầu bưởi: Tổng quan phân loại thực vật họ Rutaceae (Citrus grandis và Citrus paradisi). Tinh dầu vỏ bưởi có tỷ trọng riêng 0,8572; chỉ số acid 0,3556; chỉ số xà phòng hóa 2,7772; chỉ số ester 1,5216; chứa thành phần hoạt chất chính là limonene (80 - 88%), β-pinene (0,5 - 15%), citral, linalool...
• Mủ trôm (Gum karaya): Trình bày cấu tạo polysaccharide phân nhánh khối lượng phân tử 9 - 16 MDa. Phân tích đặc tính lưu biến (ít tan trong nước lạnh do nhóm acetyl, tăng độ nhớt khi hòa tan trong kiềm), độ ổn định pH (bền trong môi trường acid pH 4, xảy ra hiện tượng deacetyl hóa khi tăng pH) và độ ổn định nhiệt.
• Đậu nành và Protein đậu nành cô lập (SPI): Trình bày thành phần hạt đậu nành (35 - 40% protein, 19% dầu, 35% carbohydrate, ~5% khoáng chất). SPI có hàm lượng protein trên 90%, gồm hai hợp phần chính là globulin 11S glycinin (340 - 375 kDa) và globulin 7S β-conglycinin (140 - 170 kDa). Phân tích các tính chất chức năng của SPI: khả năng hydrat hóa, độ hòa tan theo điểm đẳng điện (kém tan ở vùng trung tính, tan tốt ở pH < 4,6 và pH > 6,9), khả năng tạo nhũ tương lưỡng tính và tạo bọt.
• Kỹ thuật vi bao và phương pháp đông tụ: So sánh các phương pháp sấy phun, phun lạnh, nhũ hóa, ép đùn và đông tụ phức hợp. Đánh giá cơ chế giải phóng hoạt chất (khuếch tán, áp suất, hòa tan màng vỏ).
• Tổng quan các công trình tiền đề: Phân tích kết quả từ các nghiên cứu của Eratte và cộng sự (2014) về vi bao dầu cá bằng SPI - gum Arabic; Pilletti và cộng sự (2019) về dầu tỏi; Wyspiańska và cộng sự (2019) về isoflavonoid; Dima và cộng sự (2016) về động học giải phóng tinh dầu (đạt > 80% ở 60 °C, pH 6,5); và nghiên cứu của Vinh Tiến và cộng sự (2021) về vi bao curcumin bằng gelatin - mủ trôm thủy phân.

Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương này mô tả chi tiết quy trình chế bị nguyên liệu, thiết lập hệ vi bao và các phương pháp kiểm tra:

• Quy trình kiềm thủy phân mủ trôm (HKG):
  1. Hạt mủ trôm thô nghiền mịn (100 g/mẻ) bằng máy nghiền Seka.
  2. Tạo huyền phù nồng độ 2% (w/v) trong nước cất, khuấy từ 24 giờ ở tốc độ 1000 rpm để trương nở hoàn toàn.
  3. Thủy phân bằng dung dịch NaOH 1 N theo tỉ lệ thể tích $V_{NaOH} : V_{huyền,phù} = 3 : 1$, khuấy 30 phút ở 1000 rpm.
  4. Trung hòa lượng kiềm dư bằng dung dịch HCl 1 N về pH = 4,5, khuấy 30 phút.
  5. Kết tủa bằng ethanol 98% (tỉ lệ thể tích 1:1), lọc và rửa kết tủa bằng ethanol 75% đến khi tủa trắng hoàn toàn.
  6. Sấy khô tủa ở 50 °C trong 8 - 10 giờ và nghiền mịn thành bột HKG.
• Quy trình thu nhận protein đậu nành cô lập (SPI):
  1. Hạt đậu nành ngâm nước 6 giờ, tách bỏ vỏ, sấy khô ở 50 °C trong 9 - 10 giờ và nghiền thành bột (100 g/mẻ).
  2. Hòa bột đậu nành vào nước cất theo tỉ lệ 1:10 (w/w), chỉnh pH lên 10 bằng NaOH để hòa tan protein, khuấy 2 giờ ở 1000 rpm.
  3. Ly tâm 10000 rpm trong 10 phút, gạn lấy dịch trong, loại bỏ váng béo phía trên và bã xơ lắng phía dưới.
  4. Hạ pH dịch chiết xuống 4,5 bằng HCl 1 N để kết tủa đẳng điện protein, khuấy 2 giờ ở 1000 rpm.
  5. Bảo quản lạnh dung dịch ở nhiệt độ ngăn mát 2 giờ, sau đó ly tâm 10000 rpm trong 10 phút để thu tủa protein.
  6. Sấy khô tủa ở 50 °C trong 2 giờ và nghiền mịn thành bột SPI.
• Khảo sát tạo phức SPI:HKG và quy trình vi bao tinh dầu:
  • Khảo sát các tỉ lệ phối trộn thể tích giữa dung dịch SPI 0,1% và HKG 0,1% (4:1; 3:1; 2:1; 1:1; 1:2; 1:3; 1:4) qua phép đo độ đục UV-Vis ở 600 nm trên dải pH từ 7 xuống acid.
  • Phối trộn hệ vi bao với tỉ lệ SPI:HKG = 4:1, khảo sát tỉ lệ vỏ:lõi (1:1, 2:1, 3:1, 4:1), chất nhũ hóa Tween 80 (0%, 1%, 2% so với khối lượng lõi) và tốc độ đồng hóa (6000, 7000, 9000 rpm).
  • Tinh dầu và Tween 80 được nhũ hóa vào dung dịch SPI (đã nâng pH 10 để hòa tan), tiến hành đồng hóa trong 5 phút; bổ sung dung dịch HKG, điều chỉnh pH hệ thống về 3,5 bằng HCl 1 N, ủ lạnh 8 - 10 giờ, ly tâm thu phần kết tụ và sấy thăng hoa.
• Phương pháp xác định các chỉ tiêu hóa lý:
  • Hiệu suất thu hồi bột vi bao ($H%$): $$H% = \frac{m_{vb}}{m_{bđ}} \times 100$$ (Trong đó $m_{vb}$ là khối lượng bột thu được sau sấy; $m_{bđ}$ là tổng khối lượng các chất ban đầu gồm SPI, HKG, tinh dầu bưởi và Tween 80).
  • Hiệu suất vi bao tinh dầu ($H_{vb}%$): $$H_{vb}% = \frac{m_{dvb}}{m_{ddc} + m_{dbm} + m_{dvb}} \times 100$$ (Trong đó $m_{dvb}$, $m_{dbm}$, $m_{ddc}$ lần lượt là khối lượng tinh dầu được vi bao, tinh dầu bề mặt và tinh dầu sót lại trong dịch chiết, định lượng qua đường chuẩn UV-Vis ở bước sóng 205 nm).
  • Độ hòa tan ($m_{ht}%$): Phân tán 0,5 g mẫu vào 50 mL nước cất, ly tâm 10000 rpm trong 5 phút, chiết loại tinh dầu bằng hexane, sấy khô phần dịch nước ở 70 °C đến khối lượng không đổi ($m_2$): $$m_{ht}% = \frac{m_2 - m_1}{0,5} \times 100$$
  • Độ ẩm ($W%$): Xác định bằng cách sấy 0,5 g mẫu ở 70 °C trong 24 giờ.
  • Độ trương nở: Đánh giá khối lượng tăng lên của 0,5 g bột vi bao sau khi ngâm nước cất 1 giờ.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật chính

Dựa trên thiết kế thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu được xây dựng trong văn bản:

1. Thiết lập thành công quy trình điều chế nguyên liệu màng:
   • Thủy phân mủ trôm bằng NaOH 1 N ở tỉ lệ thể tích 3:1 (khuấy 30 phút, 1000 rpm), thu hồi tủa HKG bằng ethanol 98% (1:1) tại pH = 4,5 và làm sạch bằng ethanol 75%.
   • Thu nhận protein đậu nành cô lập (SPI) bằng phương pháp trích ly kiềm ở pH = 10, kết tủa đẳng điện ở pH = 4,5 kết hợp ly tâm 10000 rpm.
2. Xác định các thông số tạo phức và vi bao tinh dầu:
   • Hệ phức đa điện tích giữa SPI và HKG được hình thành qua tương tác tĩnh điện, với tỉ lệ phối trộn khảo sát từ 4:1 đến 1:4.
   • Điều kiện tạo nhũ và bao gói tinh dầu bưởi được cố định ở tỉ lệ SPI:HKG = 4:1; chuyển dịch pH về 3,5 sau quá trình đồng hóa (khảo sát các mức 6000, 7000, 9000 rpm) cùng chất nhũ hóa Tween 80 (0 - 2%), hoàn thiện thu nhận bột bằng phương pháp sấy thăng hoa.
3. Bộ phương pháp đánh giá toàn diện: Thiết lập hệ thống công thức và quy trình chuẩn để định lượng hiệu suất vi bao tinh dầu bưởi qua quang phổ UV-Vis tại bước sóng cực đại 205 nm, kiểm tra hình thái hạt SEM, phổ tương tác hồng ngoại FTIR (4000 - 400 cm⁻¹) và mô hình giải phóng tinh dầu in vitro tại pH = 2 và pH = 7,4.

Thông số công nghệ	Điều kiện khảo sát trong nghiên cứu	Mục đích đánh giá
Tỉ lệ phối trộn SPI : HKG	4:1; 3:1; 2:1; 1:1; 1:2; 1:3; 1:4	Xác định độ đục và hiệu suất thu hồi phức
Tỉ lệ Vỏ : Lõi (SPI+HKG : Tinh dầu)	1:1; 2:1; 3:1; 4:1	Tối ưu hóa hiệu suất vi bao và độ bền vỏ
Tốc độ đồng hóa cơ học	6000; 7000; 9000 rpm	Đánh giá kích thước hạt và độ đồng nhất nhũ tương
Nồng độ chất nhũ hóa Tween 80	0%; 1%; 2% (theo khối lượng tinh dầu)	Ổn định bề mặt phân cách pha dầu - nước
Giá trị pH tạo phức vi bao	Chỉnh về pH = 3,5	Gây đông tụ tĩnh điện giữa SPI(+) và HKG(-)
Môi trường thử nghiệm giải phóng	Nước cất; Đệm pH = 2; Đệm pH = 7,4	Đánh giá khả năng giải phóng có kiểm soát

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

• Ứng dụng kỹ thuật đông tụ phức hợp kết hợp sấy thăng hoa để chuyển đổi tinh dầu bưởi từ dạng lỏng dễ bay hơi sang dạng bột khô ổn định, hạn chế thất thoát hoạt chất.
• Tận dụng nguồn phế phụ phẩm hoặc nguyên liệu bản địa giá rẻ (mủ trôm tự nhiên và đậu nành) để tạo hệ vật liệu vi bao sinh học có khả năng phân hủy, thay thế các polyme tổng hợp.

Đóng góp khoa học và thực tiễn

• Về mặt khoa học: Cung cấp dữ liệu thực nghiệm về cơ chế tương tác tĩnh điện giữa hệ polycation (protein thực vật - SPI) và polyanion (polysaccharide tự nhiên - HKG); làm phong phú thêm cơ sở dữ liệu về vật liệu màng bao sinh học trong công nghệ vi bao.
• Về mặt thực tiễn: Xây dựng quy trình công nghệ điều chế bột vi bao tinh dầu bưởi hoàn chỉnh ở quy mô phòng thí nghiệm; mở ra tiềm năng ứng dụng chế phẩm trong các ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

• Các khảo sát và thử nghiệm mới dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm với dung tích mẻ nhỏ (100 g nguyên liệu thô/mẻ).
• Việc phân tích định lượng tinh dầu bề mặt và tinh dầu bao gói vẫn sử dụng dung môi hữu cơ (hexane) và acid mạnh (HCl 4 M), đòi hỏi nhiều bước xử lý chiết tách.
• Đề tài chỉ tập trung khảo sát trên một loại tinh dầu bưởi thương phẩm cụ thể và một hệ tỷ lệ polymer cố định trong giai đoạn vi bao (SPI:HKG = 4:1).

Hướng nghiên cứu tiếp

• Mở rộng quy mô thực nghiệm và đánh giá độ ổn định, hạn sử dụng của bột vi bao tinh dầu bưởi trong điều kiện bảo quản thực tế kéo dài.
• Nghiên cứu ứng dụng trực tiếp bột vi bao vào các hệ sản phẩm cụ thể (như thực phẩm chức năng, nước giải khát, mỹ phẩm dưỡng da hoặc màng kháng khuẩn).
• Khảo sát tối ưu hóa quy trình sấy nhằm tìm kiếm giải pháp thay thế sấy thăng hoa (như sấy phun nhiệt độ thấp) để nâng cao tính khả thi về mặt kinh tế khi triển khai công nghiệp.

---

Giá trị tham khảo

Bản khóa luận là tài liệu học thuật hữu ích cho:

• Sinh viên và học viên cao học các ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, Công nghệ Thực phẩm, Công nghệ Sinh học và Hóa Dược đang thực hiện các đề tài liên quan đến kỹ thuật vi bao, trích ly protein thực vật và biến tính polysaccharide tự nhiên.
• Cán bộ nghiên cứu và phòng R&D doanh nghiệp quan tâm đến việc ứng dụng mủ trôm và protein đậu nành làm hệ chất mang sinh học an toàn, thân thiện với môi trường.

Các nội dung đáng tham khảo nhất trong văn bản:

• Quy trình chuẩn hóa việc kiềm thủy phân mủ trôm (HKG) bằng dung dịch NaOH 1 N và tinh chế tủa bằng cồn.
• Quy trình trích ly và thu nhận protein đậu nành cô lập (SPI) bằng phương pháp kết tủa đẳng điện ở pH = 4,5.
• Thiết kế thực nghiệm chi tiết về vi bao đông tụ phức hợp (từ khâu nhũ hóa, chỉnh pH đến sấy thăng hoa) và phương pháp xác định hiệu suất vi bao qua quang phổ UV-Vis tại bước sóng 205 nm.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Nguyên lý tạo phức đa điện tích giữa protein đậu nành cô lập (SPI) và mủ trôm thủy phân (HKG) là gì?

Nguyên lý dựa trên tương tác hút tĩnh điện giữa hai polymer tích điện trái dấu ở dải pH xác định. Mủ trôm sau khi kiềm thủy phân bị deacetyl hóa, bộc lộ các nhóm acid galacturonic tích điện âm (polyanion). Protein đậu nành là phân tử lưỡng tính; khi điều chỉnh pH về vùng acid thích hợp (dưới điểm đẳng điện của SPI, cụ thể là pH = 3,5), SPI tích điện dương tổng thể (polycation). Lực hút tĩnh điện giữa SPI(+) và HKG(-) dẫn đến hiện tượng đông tụ phức hợp (complex coacervation), tạo thành màng bao bọc quanh các giọt tinh dầu bưởi kỵ nước.

2. Quy trình điều chế mủ trôm thủy phân (HKG) gồm những bước cơ bản nào?

Mủ trôm thô sau khi nghiền mịn được phân tán trong nước cất để tạo huyền phù 2% (w/v), khuấy 24 giờ ở 1000 rpm để trương nở. Dịch huyền phù được thủy phân bằng NaOH 1 N (tỉ lệ thể tích $V_{NaOH} : V_{huyền,phù} = 3:1$) trong 30 phút ở 1000 rpm. Hỗn hợp được trung hòa bằng HCl 1 N đến pH = 4,5, sau đó kết tủa bằng ethanol 98% (tỉ lệ 1:1), lọc và rửa bằng ethanol 75% đến khi tủa trắng hoàn toàn. Cuối cùng, tủa được sấy khô ở 50 °C trong 8 - 10 giờ và nghiền mịn thành bột HKG.

3. Phương pháp định lượng tinh dầu bưởi và xác định hiệu suất vi bao được tiến hành ra sao?

Nghiên cứu sử dụng quang phổ hấp thụ UV-Vis ở bước sóng cực đại 205 nm (dựa trên đường chuẩn tinh dầu bưởi pha trong hexane ở nồng độ từ dung dịch gốc 100 µg/mL). Hiệu suất vi bao ($H_{vb}%$) được tính bằng tỉ lệ phần trăm giữa khối lượng tinh dầu được vi bao ($m_{dvb}$, thu được sau khi phá vỏ bằng HCl 4 M trong 2 giờ và chiết bằng hexane) trên tổng lượng tinh dầu gồm tinh dầu vi bao, tinh dầu tự do trên bề mặt ($m_{dbm}$, rửa bằng hexane) và tinh dầu tồn dư trong dịch chiết ($m_{ddc}$).

4. Tinh dầu bưởi sử dụng trong nghiên cứu có những đặc tính hóa lý nào?

Theo số liệu trong văn bản, tinh dầu bưởi là chất lỏng trong suốt hoặc vàng nhạt, mùi thơm ngọt đặc trưng, tỷ trọng riêng 0,8572; chỉ số acid 0,3556; chỉ số xà phòng hóa 2,7772; chỉ số ester 1,5216. Theo kết quả phân tích sắc ký khí khối phổ (GC-MS) tại Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam do nhà sản xuất cung cấp, tinh dầu có hàm lượng hợp chất chính limonene đạt 78% (trong tự nhiên dao động 80 - 88%).

5. Quá trình giải phóng tinh dầu bưởi được khảo sát trong những điều kiện môi trường nào?

Mức độ giải phóng tinh dầu từ bột vi bao được khảo sát in vitro trong ba hệ môi trường khác nhau: môi trường nước cất thông thường, môi trường dung dịch đệm có pH = 2 (mô phỏng điều kiện dịch vị dạ dày) và môi trường dung dịch đệm có pH = 7,4 (mô phỏng điều kiện dịch ruột non), nhằm đánh giá khả năng bảo vệ hoạt chất và giải phóng có kiểm soát của màng phức SPI:HKG.

---

Kết luận

Khóa luận của tác giả Phạm Phương Hiền đã xây dựng thành công quy trình vi bao tinh dầu bưởi bằng kỹ thuật đông tụ phức hợp sử dụng hệ vật liệu sinh học kết hợp giữa protein đậu nành cô lập (SPI) và mủ trôm thủy phân (HKG). Nghiên cứu đã hệ thống hóa các bước điều chế nguyên liệu màng, thiết lập điều kiện tạo nhũ tương đồng hóa, cố định tỉ lệ tạo phức tại pH = 3,5 và hoàn thiện chế phẩm bằng phương pháp sấy thăng hoa. Các phương pháp kiểm tra hóa lý, hình thái cấu trúc SEM, phổ FTIR và mô hình giải phóng in vitro được thiết lập hoàn chỉnh, cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu thực nghiệm quan trọng cho việc phát triển các dạng chế phẩm tinh dầu bưởi vi bao có tính ổn định cao phục vụ ngành thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Tinh dầu bưởi mang nhiều đặc tính có lợi, chẳng hạn như tác dụng chống viêm, kháng khuẩn, giảm căng thẳng, chống oxy hóa,. Chúng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm mỹ phẩm, thực phẩm, dược phẩm. Tuy nhiên, với đặc tính dễ bay hơi vốn có của tinh dầu đã đặt ra những thách thức về tính ổn định và sự bảo quản. Do đó, việc nghiên cứu kỹ thuật vi bao có thể khắc phục vấn đề trên.

Từ đó, nâng cao thời gian sử dụng của tinh dầu. Đồng thời, vi bao còn giúp bảo vệ các hợp chất hoạt tính sinh học của tinh dầu khỏi các yếu tố môi trường như ánh sáng, độ ẩm, oxy, nhiệt độ,… Việc vi bao tinh dầu cũng cho phép giải phóng tinh dầu có kiểm soát và hiệu quả. Hiện nay, với sự gia tăng đáng kể về nhu cầu sử dụng các sản phẩm có tính thân thiện với môi trường, việc sử dụng mủ trôm và đậu nành làm nguyên liệu để vi bao vô cùng phù hợp. Mủ trôm là nguồn tài nguyên tái tạo, dồi dào, được trồng nhiều ở Hậu Giang, Vĩnh Long, Bến Tre,… và vẫn chưa được khai thác triệt để.

Trong khi đó, đậu nành là một nguyên liệu phổ biến, chi phí thấp, không gây độc hại. Việc sử dụng những nguyên liệu này sẽ góp phần giảm ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường và thúc đẩy sự phát triển của nền công nghiệp xanh. Vì thế, trong nghiên cứu này, tôi dùng phương pháp vi bao đông tụ và phương pháp dùng phức của các polymerr đa điện tích. Dựa trên đặc tính của protein đậu nành và mủ trôm thủy phân, tôi chọn polycation là protein đậu nành và polyanion là mủ trôm thủy phân.

Vì vậy, việc thực hiện đề tài nghiên cứu “Vi bao tinh dầu bưởi bằng phức đa điện tích giữa protein đậu nành và mủ trôm thủy phân” nhằm mục đích tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có, kết hợp với hóa chất dễ tìm và sự hỗ trợ của thiết bị máy móc trong phòng thí nghiệm để tạo ra bột vi bao tinh dầu bưởi an toàn, thân thiện với môi trường, nâng cao tính ổn định và kéo dài thời gian sử dụng. Đồng thời, thúc đẩy mở rộng ứng dụng của tinh dầu trong nhiều ngành công nghiệp như thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm. Tổng quan tình hình nghiên cứu, mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 1. Mục tiêu đề tài Vi bao tinh dầu bưởi bằng phức đa điện giữa protein đậu nành và mủ trôm thủy phân.

Từ đó, đánh giá một số tính chất của hạt vi bao và ảnh hưởng của một số yếu tố đến quá trình vi bao. Nội dung nghiên cứu Đề tài “Vi bao tinh dầu bưởi bằng phức đa điện giữa protein đậu nành và mủ trôm thủy phân” gồm các nội dung nghiên cứu như sau: ● Điều chế mủ trôm thủy phân (HKG) và protein đậu nành cô lập (SPI). ● Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo phức SPI:HKG: sự thay đổi pH, tỉ lệ phối trộn giữa hai polymer. ● Điều chế bột vi bao tinh dầu bưởi bằng phức đa điện giữa protein đậu nành và mủ trôm thủy phân.

● Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo bột vi bao: tốc độ khuấy, nồng độ chất nhũ hóa Tween 80, tỉ lệ giữa vỏ và nhân, phương pháp sấy. ● Đánh giá hiệu suất vi bao tinh dầu bưởi và tính chất của bột vi bao: Độ trương, độ tan, khả năng hút ẩm, độ ẩm, hình thái hạt, màu sắc. ● Tiến hành đo phổ hồng ngoại (FTIR) nhằm xác định sự tương tác giữa các nhóm chức SPI, HKG đến sự hình thành phức và bột vi bao tinh dầu ● Khảo sát mức độ giải phóng tinh dầu trong những môi trường khác nhau.