CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Kỹ thuật vi bao Kỹ thuật vi bao là kỹ thuật được dùng để bảo vệ các chất rắn, lỏng hoặc khí trong các lớp vỏ bao cực mỏng, kín và có thể được giải phóng có kiểm soát trong các điều kiện nhất định [1]. Lớp vỏ này sẽ giữ và bảo vệ chất nền không bị biến đổi làm giảm chất lượng (đối với chất nền mẫn cảm với nhiệt) hay hạn chế tổn thất đối với chất nền dễ bay hơi. Các hạt vi bao có kích thước từ vài nanomet đến vài micromet, chúng có thể có một lớp hoặc nhiều lớp vỏ sắp xếp theo tầng với độ dày khác nhau xung quanh lõi.1: Cấu tạo của hạt vi bao.1, hạt vi bao gồm có 2 thành phần là lớp vỏ bao phủ (shell) và lớp nhân (core). Lớp vỏ bao phủ là chất trơ phủ quanh lớp nhân với độ dày mong muốn, tương thích với lớp nhân.
Lớp vỏ bao thường được sử dụng [1]: - Gôm: mủ trôm, thạch, natri alginate, carrageenan,. - Carbohydrate: tinh bột, dextran, saccarose, chitosan,. - Cellulose: carboxymethyl, cellulose, methycellulose,. - Lipids: sáp ong, acid stearic, phospholipids, paraffin,.
- Protein: gelatin, albumin, peptides,. Lớp nhân cần được bao bọc thường là enzymes, vi sinh vật, amino acid, chất béo, dầu ăn, vi dinh dưỡng, hương liệu, chất ngọt, khí, chất bảo quản.2 Lớp vỏ bao phủ 1.1 Mủ trôm Mủ trôm có tên tiếng Anh là Karaya Gum hay Sterculia Gum hoặc Indian Tragacanth, có tên khoa học là Sterculia foetida, có nguồn gốc từ Ấn Độ là nhựa cây trôm hay còn gọi là dịch tiết ra từ cây trôm. Ở nước ta, cây trôm được và được trồng nhiều ở vùng Nam Trung Bộ như Ninh Thuận, Bình Thuận. Trên thị trường, mủ trôm có sẵn ở dạng bột hoặc dạng hạt.
Màu của bột có thể từ nhạt đến xám hồng, có mùi acetic nhẹ.2: Mủ trôm đang thu hoạch và mủ trôm bán trên thị trường. Mủ trôm là vật liệu được sử dụng phổ biến trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, và sơn như một chất kết dính. Mủ trôm trong y học được sử dụng trong việc phát triển hydrogel để băng vết thương và y học tái tạo [2]. Mỗi lần khai thác, mỗi cây trôm cho ra từ 1 đến 5 kg mủ trôm và có thể được khai thác khoảng năm lần trong suốt thời gian sống của nó.
Mủ trôm được thu thập vào tháng 4 đến tháng 6 và một lần nữa vào tháng 9 sau các đợt gió mùa. Mủ trôm được thu hoạch từ cây có tuổi từ 5 đến 7 năm trở lên. Khi thu hoạch sẽ đục vỏ cây với nhiều lỗ ở vị trí riêng. Đục nhiều lỗ hay ít tùy thuộc vào kích thước của cây.
Các lỗ bị đục sẽ tiết ra mủ trôm, sau đó sấy khô, làm sạch, phân loại và bảo quản. Một cây có thể được khai thác khoảng 5 lần trong suốt vòng đời của nó với tổng năng suất lên 3 đến 5 kg mỗi mùa. Mủ trôm có thể được chia thành các mảnh có đường kính nhỏ hơn 25 mm và được phân loại theo màu và lượng tạp chất còn sót lại trước khi phân phối tiêu dùng. Các cấp độ của mủ trôm được sử dụng trong thương mại quốc tế là: - Cấp 1 tương ứng với tỷ lệ phần trăm tạp chất là 0,5%.
- Cấp 2 tương ứng với tỷ lệ phần trăm tạp chất là 2,0%. - Cấp 3 tương ứng với tỷ lệ tạp chất phần trăm là 3,0%. - Cấp sàng lọc tương ứng với tỷ lệ tạp chất phần trăm là 7,0%. Tỷ lệ tạp chất càng ít thì mủ trôm có màu càng sáng và khi hàm lượng tạp chất tăng lên, mủ trôm có màu càng đậm.
Mủ trôm cấp độ 1 được sử dụng cho các chế phẩm thực phẩm và dược phẩm đòi hỏi độ nhớt cao, màu dung dịch tốt và giữ ẩm tốt. Mủ trôm có hàm lượng tạp chất trên 3% đước sử dụng trong công nghiệp.1 Thành phần của mủ trôm Mủ trôm là một hợp chất polysaccharide cao phân tử có một nhánh và bị axetyl hóa một phần, có tính anion, ưa nước và nó được thu dưới dạng muối canxi và magie [3]. Khi thủy phân mủ trôm ta thu được ba monosaccharide: acid D-galacturonic, D- galactose, L-rhamnose và các tạp chất khác theo tỷ lệ khác nhau tùy theo chất lượng và nguồn gốc khai thác. Theo nghiên cứu, thì tỷ lệ của ba loại này là 5:6:4.
Trong mủ trôm thì hàm lượng L-rhamnose cao hơn so với các loại gum khác [4]. Cấu trúc mủ trôm còn chứa khoảng 40% dư lượng axit uronic. Các nghiên cứu về polyme sinh học ứng dụng trong lĩnh vực dược phẩm cho thấy trong thành phần mủ trôm tồn tại ba chuỗi polyme khác nhau như sau: − Chuỗi 1 chiếm khoảng 50% trong mủ trôm, được tạo thành từ 4 gốc axit galacturonic dưới dạng các đơn vị lặp lại, các gốc l -rhamnose ở đầu khử và nhánh β - D -galactose. 4 − Chuỗi 2 chiếm khoảng 17% thành phần mủ trôm, được tạo thành từ oligorhamnan có chứa các gốc D - galactose và nhánh axit D - galacturonic.
− Chuỗi 3 chiếm khoảng 30% thành phần mủ trôm, được tạo ra từ gốc axit D - glucuronic bao gồm gốc axit galactose, rhamnose và uronic.3: Cấu trúc của mủ trôm.2 Tính chất của mủ trôm Độ tan Mủ trôm là hợp chất ít tan trong nước và tạo ra dung dịch ở nồng độ rất thấp (nhỏ hơn 0,02% trong nước lạnh và 0,06% trong nước nóng) điều này là do các nhóm acetyl trong cấu trúc của mủ trôm [5]. Các nhóm acetyl ngăn không cho mủ trôm hòa tan hoàn toàn trong nước nhưng vẫn tạo ra sự trương nở. Mủ trôm hấp thụ nước và nở ra gấp 70–100 lần so với thể tích ban đầu. Ngoài ra khả năng hòa tan của mủ trôm còn phụ thuộc vào kích thước hạt: hạt càng mịn thì tốc độ hòa tan càng nhanh và đồng nhất dễ dàng hơn.
Có thể cải thiện độ tan và khả năng phân tán bằng cách gia nhiệt kết hợp tác động cơ học, điều chỉnh pH [6] sử dụng kiềm để khử các nhóm acetyl trong mủ trôm làm thay đổi đặc tính của mủ trôm từ dễ trương nở sang tan trong dung dịch. Mủ trôm tạo thành dung dịch nhớt trong dung dịch hydroalcoholic chứa tới 60% cồn – điều này phân biệt mủ trôm với hầu hết các lại gum thực vật khác. 5 Độ nhớt Mủ trôm ở nồng độ 0,5% độ nhớt có giá trị gần 120-400 (cPs) và ở nồng độ 3% là khoảng 10 000 (cPs). Các dung dịch mủ trôm có nồng độ thấp, thì độ nhớt tăng tuyến tính theo thời gian và phụ thuộc nồng độ [7].
Dung dịch pha từ dạng bột mịn có độ nhớt thấp hơn so với từ dạng thô hoặc dạng nhựa mới tiết ra từ cây. Độ ẩm và nhiệt độ lưu trữ cao cũng là nguyên nhân làm giảm độ nhớt của dung dịch mủ trôm. Ngoài ra độ nhớt của mủ trôm cũng bị ảnh hưởng trong quá trình đẩy nhanh tốc độ hydrate hóa bằng nhiệt độ và thêm các chất điện giải sẽ làm chậm khả năng tạo độ nhớt tối đa [8]. Độ pH Dung dịch mủ trôm có tính acid, nồng độ dung dịch 1% thì pH dao động từ 4,5-4,7 [4].
Ở pH cao hơn, chủ yếu là trên pH 8, mủ trôm được chuyển thành chất nhầy mềm và dai do mất các nhóm acetyl từ các phân tử do quá trình xà phòng hóa nhanh chóng. Do sự hiện diện của hàm lượng axit uronic cao, mủ trôm phân tán chịu được điều kiện axit thực sự tốt và chống lại sự thủy phân trong dung dịch HCl 10% ở nhiệt độ phòng trong ít nhất 8 giờ. Tính ổn định nhiệt Trong quá trình gia nhiệt, polyme thay đổi cấu trúc, dẫn đến độ hòa tan tăng lên và độ nhớt giảm vĩnh viễn. Trong nước lạnh, sự phân tán có thể lên đến đến 5% trong khi trong nước nóng và áp suất thấp, có thể đạt được khoảng 18 và 20% [9].
Tính ổn định vi sinh: Trừ khi sử dụng chất bảo quản, nếu không, mủ trôm có trong thực phẩm dễ bị vi sinh vật tấn công. Tùy thuộc vào công thức thực phẩm được sử dụng, axit benzoic hoặc axit sorbic, metyl và propyl parahydroxybenzoat và propylen glycol thường được sử dụng.3 Ứng dụng của mủ trôm Mủ trôm được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hoàn toàn không liên quan khác nhau vì các đặc tính như hút nước/ hút ẩm, tạo gel và tạo màng, khả năng kết dính. Nó có khả năng chống thủy phân cao bởi axit nhẹ và phân hủy bởi hầu hết các vi sinh vật. 6 Trong dược liệu Mủ trôm là như một loại thuốc nhuận tràng vì khả năng tạo thành gel nhầy khi tiếp xúc với nước.
Nó không gây ra bất kỳ vấn đề nào về đường ruột, nên những người bị táo bón thường xuyên có thể sử dụng mủ trôm như một loại thuốc nhuận tràng Mủ trôm còn được phát hiện rằng đã chữa lành vết loét ở một số bệnh nhân. Bột mủ trôm hỗ trợ vào vết thương làm tăng mô hạt thông thường và cũng làm tăng lớp biểu bì. Mủ trôm cũng được sử dụng trong chất kết dính men răng, băng dính y tế để xử lý các bệnh về viêm miệng và cũng được sử dụng tạo thạch y sinh, bột nhão. Mủ trôm đã được ứng dụng để làm các loại vỏ thuốc, vỏ vi bao, chất mang cho các ứng dụng dược phẩm.
Trong mỹ phẩm Đặc tính tạo màng của mủ trôm làm cho nó trở nên hữu ích trong các chế phẩm ủ tóc của kem ủ tóc và kem dưỡng da dạng sóng ngón tay. Trong công nghiệp thực phẩm Mủ trôm cải thiện chất lượng nước trái cây trong ngành công nghiệp nước giải khát. Mủ trôm cũng được coi như một chất nhũ hóa và chất kết dính trong quá trình chế biến thịt. Trong ngành công nghiệp salad, mủ trôm được sử dụng như một chất ổn định bằng cách hấp thụ nước, nhũ tương dầu do đó ngăn chặn hoặc làm chậm sự phân tách.
Mủ trôm cũng hoạt động như một chất ổn định trong nước sốt, gia vị, sốt cà chua bằng cách tăng độ nhớt. Một loại hỗn hợp của mủ trôm và mủ arbic đã mang lại một số kết quả tốt như chất nhũ hóa cải thiện hương vị và mùi trong bánh quy và độ mềm trong bánh mì, tăng khối lượng và cải thiện độ mềm, đối xứng, cao độ, màu kem, hương vị, mùi. Các ứng dụng khác Ngoài ra, mủ trôm còn được sử dụng trong sản phẩm giấy, dệt, bánh mì, các sản phẩm từ sữa và chế tạo vật liệu tổng hợp và chất hấp phụ hydrogel,.2 Chitosan Chitosan là một sản phẩm của quá trình deacetyl hóa chitin. Chitin là một hợp chất chính trong lớp vỏ của động vật giáp xác, côn trùng và động vật chân đốt.