Khóa luận vi bao dầu hoa rum bằng phức mủ trôm và protein đậu ngự

Nghiên cứu vi bao dầu hoa rum bằng phức đa điện tích từ mủ trôm thủy phân và protein isolate đậu ngự, giúp nâng cao độ bền sinh học và giá trị ứng dụng.

• Tác giả: Nguyễn Thị Thùy Dương
• Người hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Vinh Tiến
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
• Đề tài: Vi bao dầu hoa Rum (Safflower oil) bằng phức đa điện tích giữa mủ trôm thủy phân và protein isolate đậu ngự
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về vi bao dầu hoa rum bằng phức đa điện tích

Vi bao dầu hoa rum bằng phức đa điện tích là phương pháp sử dụng mủ trôm thủy phân mang điện tích âm kết hợp với protein isolate đậu ngự có điện tích dương để tạo lớp vỏ bảo vệ. Dầu hoa rum (safflower oil) giàu axit béo không no, đặc biệt là axit linoleic, có tác dụng chống oxy hóa và hỗ trợ sức khỏe tim mạch. Quá trình vi bao giúp ổn định dầu, ngăn ngừa oxy hóa, cải thiện khả năng hòa tan và kiểm soát giải phóng hoạt chất. Phương pháp này phù hợp cho các ứng dụng trong thực phẩm chức năng, dược phẩm và bổ sung dinh dưỡng nhờ tính an toàn, hiệu quả cao và khả năng bảo vệ tối ưu.

1.1. Vai trò của mủ trôm thủy phân trong vi bao

Mủ trôm thủy phân cung cấp các polysaccharide mang điện tích âm nhờ nhóm carboxyl (-COO-) sau quá trình thủy phân. Độ pH môi trường ảnh hưởng trực tiếp đến mật độ điện tích, quyết định khả năng tương tác với protein isolate đậu ngự. Mủ trôm thủy phân có khả năng tạo màng mỏng, bền vững, giúp tăng cường độ ổn định của hệ vi bao. Ngoài ra, thành phần polysaccharide còn hỗ trợ cải thiện khả năng hòa tan và tương thích sinh học.

1.2. Đặc tính của protein isolate đậu ngự trong phức đa điện tích

Protein isolate đậu ngự chứa các amino acid mang điện tích dương như lysine, arginine, giúp tương tác mạnh mẽ với mủ trôm thủy phân. Cấu trúc protein bền vững dưới tác động của nhiệt độ và pH, đảm bảo lớp vỏ vi bao không bị phá vỡ trong quá trình bảo quản. Protein isolate đậu ngự còn cung cấp giá trị dinh dưỡng bổ sung, tăng cường lợi ích sức khỏe khi sử dụng.

II. Phân tích các thách thức trong vi bao dầu hoa rum

Vi bao dầu hoa rum gặp phải thách thức về sự không ổn định của nhũ tương do mật độ điện tích không đồng đều giữa mủ trôm thủy phân và protein isolate đậu ngự. Sự thay đổi pH môi trường có thể phá vỡ cấu trúc phức đa điện tích, dẫn đến hiện tượng tách lớp hoặc mất khả năng bảo vệ. Ngoài ra, điều kiện nhiệt độ cao trong quá trình sấy có thể làm biến tính protein, ảnh hưởng đến hiệu quả vi bao. Cần tối ưu hóa quy trình để đảm bảo độ ổn định và hiệu suất bao gói.

2.1. Ảnh hưởng của điều kiện môi trường đến quá trình vi bao

pH môi trường quyết định mật độ điện tích của mủ trôm thủy phân và protein isolate đậu ngự. Độ pH quá thấp hoặc quá cao đều làm giảm tương tác điện tích, dẫn đến phức đa điện tích không bền vững. Nhiệt độ cao trong quá trình sấy có thể gây biến tính protein, làm giảm khả năng bảo vệ dầu hoa rum. Độ ẩm cũng ảnh hưởng đến độ ổn định của sản phẩm cuối cùng.

2.2. Khó khăn trong kiểm soát kích thước hạt vi bao

Quá trình tạo giọt tụ phức tạp đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ các yếu tố như tốc độ khuấy, nồng độ dung dịch và thời gian tương tác. Kích thước hạt không đồng đều ảnh hưởng đến hiệu quả bảo vệ và khả năng giải phóng dầu. Phương pháp đồng hóa và ly tâm cần được tối ưu hóa để đạt kích thước hạt mong muốn, đảm bảo tính đồng nhất của sản phẩm.

III. Giải pháp vi bao dầu hoa rum bằng phức đa điện tích

Giải pháp bao gồm tối ưu hóa tỷ lệ mủ trôm thủy phân và protein isolate đậu ngự dựa trên phân tích điện thế zeta. Sử dụng phương pháp đồng hóa hai bước kết hợp với điều chỉnh pH để đạt mật độ điện tích tối ưu. Quá trình sấy thăng hoa được ưu tiên để bảo toàn cấu trúc protein và ngăn ngừa oxy hóa dầu. Kiểm soát nhiệt độ sấy dưới 40°C giúp duy trì độ ổn định của phức đa điện tích. Kết quả là sản phẩm có độ ổn định cao, khả năng giải phóng dầu chậm và kéo dài.

3.1. Tối ưu hóa tỷ lệ nguyên liệu trong phức đa điện tích

Tỷ lệ mủ trôm thủy phân (1-3%) và protein isolate đậu ngự (0.5-1.5%) được xác định thông qua thí nghiệm điện thế zeta. Tỷ lệ tối ưu giúp đạt mật độ điện tích đủ mạnh để tương tác bền vững. Các thí nghiệm lặp lại đảm bảo tính nhất quán và khả năng nhân rộng quy trình sản xuất.

3.2. Phương pháp sấy thích hợp cho vi bao dầu hoa rum

Sấy thăng hoa là phương pháp lý tưởng do không sử dụng nhiệt độ cao, bảo toàn cấu trúc protein và ngăn ngừa oxy hóa dầu. Quá trình sấy đối lưu có thể thay thế nhưng cần kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ và thời gian. Sấy chân không cũng được xem xét để giảm thiểu tác động của nhiệt độ lên sản phẩm.

IV. Kết luận và ứng dụng của vi bao dầu hoa rum

Nghiên cứu chứng minh vi bao dầu hoa rum bằng phức đa điện tích giữa mủ trôm thủy phân và protein isolate đậu ngự là phương pháp hiệu quả, an toàn và bền vững. Sản phẩm có độ ổn định cao, khả năng bảo vệ dầu tối ưu và khả năng giải phóng kiểm soát. Ứng dụng rộng rãi trong thực phẩm chức năng, bổ sung dinh dưỡng và dược phẩm. Phương pháp này mở ra triển vọng phát triển các sản phẩm giàu dinh dưỡng, đáp ứng nhu cầu tiêu dùng ngày càng cao về sức khỏe và an toàn thực phẩm.

4.1. Tiềm năng thương mại hóa sản phẩm

Sản phẩm vi bao dầu hoa rum có thể được thương mại hóa dưới dạng bột dinh dưỡng, viên nang hoặc thực phẩm chức năng. Thị trường tiêu thụ rộng rãi do nhu cầu về các sản phẩm giàu axit béo không no ngày càng tăng. Khả năng bảo quản dài hạn và khả năng hòa tan tốt là lợi thế cạnh tranh.

4.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu sâu hơn về tối ưu hóa quy trình sản xuất, đánh giá độ ổn định lâu dài và thử nghiệm lâm sàng trên người tiêu dùng. Khám phá khả năng ứng dụng trong các sản phẩm khác như sữa bột, đồ uống dinh dưỡng. Phát triển công nghệ sản xuất quy mô lớn để đáp ứng nhu cầu thị trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Ngày nay, người tiêu dùng đặt chất lượng thực phẩm quan trọng hơn bao giờ hết, họ luôn tìm kiếm nguồn thực phẩm có hàm lượng dinh dưỡng cao và an toàn. Tuy nhiên, một số hoạt chất sinh học trong thực phẩm mang đặc điểm không ổn định trong chế biến trong đó phải kể đến các thành phần acid béo không bão hòa trong dầu thực vật. Như dầu hoa Rum một nguồn dầu thực vật với hàm lượng lớn acid linoleic, nhược điểm của dầu này là sự không ổn định về mặt hóa học và dễ bị oxy hóa đặc biệt là khi tiếp xúc với oxy, ánh sáng, độ ẩm và nhiệt dẫn đến giảm thời hạn sử dụng, đặc tính cảm quan. Sự phân hủy oxy hóa, hình thành mùi vị khó chịu và mùi vị khác, và sự hình thành các gốc tự do trong dầu sẽ làm giảm chất lượng thực phẩm khi bổ sung nó vì vậy công nghệ vi bao là một lựa chọn khả thi để duy trì đặc tính sinh học và chức năng của dầu thực vật (Barky và cộng sự, 2016).

Tính linh hoạt của công nghệ này phụ thuộc vào kỹ thuật và vật liệu được sử dụng trong quá trình vi bao. Trong vi bao các chất dinh dưỡng, vật liệu dùng để bao bọc được sử dụng rất đa dạng: carbohydrate, protein, hydrocolloids, cellulose và lipid (Shahidi và cộng sự, 1993). Việc kết hợp protein và gum được sử dụng làm lớp vỏ bao có thể xem một rào cản tốt đối với oxy và các mùi không mong muốn (Conto và cộng sự, 2013). Trong nghiên cứu này, dầu hoa Rum được vi bao bằng lớp vật liệu sử dụng là hỗn hợp giữa mủ trôm thủy phân – protein đậu ngự.

Trong đó, mủ trôm được thủy phân bằng kiềm để cải thiện khả năng hòa tan và phạm vi ứng dụng so với mủ trôm gốc, protein trích ly từ đậu ngự - loại đậu có chứa protein hàm lượng cao với giá thành rẻ hơn, có thể trở thành nguồn cung cấp protein thay thế cho nguồn protein từ động vật có vai trò quan trọng trong nghiên cứu và ứng dụng. Việc kết hợp giữa mủ trôm thủy phân và protein isolate đậu ngự để vi bao dầu Rum là một nghiên cứu mới trong việc lựa chọn và sử dụng vật liệu bao bọc và hoạt chất bên trong từ đó giúp đánh giá khả năng hiệu quả, cũng như mở rộng ứng dụng của lớp vật liệu này trong bảo quản thực phẩm. Mục tiêu đề tài 1 Đề tài tập trung khảo sát các yếu tố đến sự hình thành lớp vỏ vi bao, thiết lập quy trình vi bao dầu hoa Rum. Đồng thời, khảo sát các tính chất của bột vi bao cũng như đánh giá tính ứng dụng của bột.

Nội dung nghiên cứu Đề tài “Vi bao dầu hoa Rum (Safflower oil) bằng phức đa điện tích giữa mủ trôm thủy phân và protein isolate đậu ngự. - Tổng hợp tài liệu, xác định quy trình công nghệ để sản xuất mủ trôm thủy phân và protein isolate từ đậu ngự - Khảo sát các yếu tố (zeta, pH, hiệu suất thu hồi) để xác định tỉ lệ thích hợp cho sự hình thành lớp vỏ vi bao - Xây dựng quy trình vi bao dầu hoa Rum hoàn chỉnh, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất vi bao - Khảo sát một số tính chất vật lý của bột vi bao với các phương pháp sấy khác nhau, xác định độ bền oxy hóa dầu từ đó lựa chọn kiểu sấy phù hợp. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Bột vi bao dầu hoa Rum bằng phức mủ trôm thủy phân và protein isolate đậu ngự - Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát các yếu tố để hình thành lớp vỏ vi bao, các tính chất của bột vi bao dầu Rum. Nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm của ngành Công nghệ Thực phẩm, khoa Đào tạo Chất Lượng cao, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể sử dụng như tài liệu tham khảo cho nghiên cứu, học tập ở các trường đại học, là nền tảng cho những nghiên cứu mới và chuyên sâu hơn. - Ý nghĩa thực tiễn: Góp phần đa dạng hóa kỹ thuật vi bao vào ngành thực phẩm, ứng dụng mở rộng không chỉ ở quy mô thí điểm mà có thể áp dụng vào thực tế. Tổng quan về công nghệ vi bao 2. Định nghĩa Vi bao được mô tả là một quá trình bao bọc các hạt chất rắn hoặc giọt chất lỏng hoặc khí có kích thước ở micromet trong một lớp vật liệu khác, từ đó cô lập và bảo vệ chúng khỏi môi trường bên ngoài (Saihi và cộng sự, 2006).

Phần nằm bên trong được xem là nhân, thành phần hoạt chất hoặc tác nhân và vật liệu bao bọc chúng được gọi là vỏ, màng hoặc lớp phủ. Các sản phẩm thu được từ quá trình này được gọi là vi hạt, vi nang và vi cầu khác nhau về hình thái và cấu trúc bên trong, có thể có các kích thước khác nhau tùy thuộc vào kỹ thuật vi bao được sử dụng, dao động từ 1 đến 1000 μm (Ozkan và cộng sự, 2019). Khi kích thước của vi bao nhỏ hơn (1 đến 1000 nm, nhưng nói chung là 100 – 500 nm), chúng được coi là vi bao ở dạng nano (Pathak và cộng sự, 2019). Nhìn chung, vi bao có thể được phân biệt bởi hai loại là đơn (nhân và vỏ) và matrix (loại đa nhân và/ hoặc đa vỏ).

Loại đơn có một lớp vật liệu vỏ hoàn toàn bao quanh và chỉ chứa một vật liệu bên trong (Drioli và Giorno, 2016). Loại matrix với nhân bên trong ở dạng giọt tương đối nhỏ, phân phối rộng và đồng nhất bên trong lớp vỏ bọc hoặc là được phủ thêm một hay nhiều lớp vỏ bên ngoài.1: Vi bao loại đơn (trái), loại matrix đa nhân (giữa) và matrix đa nhân và vỏ (phải) (Zuidam và Shimoni, 2010) Việc áp dụng kĩ thuật vi bao mang đến những lợi ích bao gồm: – Tăng độ ổn định giúp tăng thời hạn sử dụng và hiệu quả: Nhờ được bọc trong lớp vật liệu, phần nhân có thể được bảo vệ khỏi tiếp xúc với các điều kiện xung quanh gây ảnh hưởng như độ ẩm, ánh sáng, oxy, pH và nhiệt, vì vậy có thể tránh được sự phân hủy của nó (Rocha và cộng sự, 2012). 3 – Kiểm soát khả năng giải phóng: Tùy thuộc vào kỹ thuật vi bao và vật liệu vỏ sử dụng, cơ chế giải phóng có thể được kích hoạt bởi các yếu tố khác nhau như sự phân tán, nhiệt độ, áp suất, pH và các enzyme trong số những yếu tố khác (Esser‑Kahn AP và cộng sự, 2016). Việc giải phóng có thể được điều chỉnh để xảy ra trong một giai đoạn chế biến, bảo quản hoặc tiêu thụ cụ thể, hoặc thậm chí ở một vị trí cụ thể trong cơ thể đối với các vi bao chứa thuốc hoặc hoạt chất trong thực phẩm (Anal và Singh , 2007).

– Dễ kiểm soát: Vi bao cho phép cải thiện khả năng chảy và xử lý các thành phần hoạt tính bằng cách giảm độ dính, độ hút ẩm hoặc điều chỉnh điểm nóng chảy của nó. Nó cũng có thể cho phép chuyển hóa các chất lỏng thành bột khô chảy tự do và dễ bảo quản (Bakry và cộng sự, 2016). – Che dấu mùi vị, màu sắc (Sohi và cộng sự, 2004). – Giúp phân tách các thành phần của hỗn hợp nếu chúng không phản ứng với nhau, đồng thời cũng giúp phân tán đồng đều các nhân với nhau (Champagne và Fustier, 2007).

Vật liệu được sử dụng trong vi bao Các tiêu chí quan trọng để lựa chọn vật liệu vi bao là khả năng khi bao bọc phải hạn chế được các ảnh hưởng xấu đối với vật liệu vỏ bọc, nồng độ của chất được bao bọc, yêu cầu về độ ổn định và các hạn chế về chi phí. Vật liệu được sử dụng để thiết kế vỏ bảo vệ của vi bao phải làm từ một loại thực phẩm và có thể phân hủy sinh học và tạo thành một rào cản đối với các tác nhân hoạt động và môi trường xung quanh nó. Là chất trơ bao bọc nhân với các độ dày khác nhau, tương thích với vật liệu được bao, không phản ứng với các thành phần vật liệu được bao; kiểm soát các vấn đề phát sinh bên trong các điều kiện cụ thể. Lớp vỏ bao bọc có thể dẻo, giòn, cứng, mỏng, dày,.

từ các nguyên liệu có sẵn, dồi dào. Vật liệu làm nhân: vật liệu được bao phủ, có thể dạng lỏng hoặc rắn; nhân là chất lỏng có thể là vật liệu để hòa tan hoặc phân tán. Các vật liệu vỏ ưa nước cho vi bao là thích hợp nhất cho các nhân kỵ nước và ngược lại. Tùy thuộc vào loại và sự thay đổi của vật liệu nền polyme ưa nước, các yếu tố như tỷ lệ hòa tan, khả năng giấu mùi vị, nhiệt oxy và độ ổn định áp suất sẽ thay đổi.

Trong khi, vật liệu vỏ kỵ nước có thể được phân biệt với vật liệu ưa nước của chúng nhờ tính không liên kết với nước và ái lực với các thành phần ưa nước như chất béo, acid béo, rượu béo và sáp. Thuật ngữ phổ biến cho vật liệu kỵ nước là lipids. Bởi vì chất béo thể hiện điểm nóng chảy là một đặc 4 tính quan trọng, đặc tính này trong chất béo được sử dụng phổ biến nhất cho vi bao dẫn đến sự đông đặc theo nhiệt. Vi bao trong lipids được tạo ra bằng cách đông tụ chất béo ở nhiệt độ thấp hơn điểm nóng chảy của chúng (Vasisht, 2014).1: Vật liệu vỏ được sử dụng để vi bao nhân kị nước (Sobel và cộng sự, 2014) Polysaccharides Protein Polymers Không biến tính Biến tính Gums Thực vật Động vật Đường Dextrin Gum arabic Đậu nành Gelatin PEG Tính bột Cyclodextrin Alginate Lúa mì Casein PVA Glucose syrup OSA starch Carageenan Ngô WPC PVP Maltodextrin Cellulose Pectin WPI Các dẫn Caseinate xuất của Cellulose Chitosan Bảng 2.2: Vật liệu vỏ được sử dụng để vi bao nhân ưa nước (Sobel và cộng sự, 2014) Lipids Sáp Polymers Chất béo động vật Sáp ong Shellac Chất béo hydro hóa Sáp paraffin Ethyl cellulose Glycerides Sáp tinh thể Phospholipids Sáp carnuba Fatty acids Sterols thực vật Sorbitan esters 2.

Các kỹ thuật vi bao Kĩ thuật vi bao có thể được phân loại tùy thuộc vào quá trình hình thành của vi hạt. Mỗi kĩ thuật là một phương pháp hình thành khác nhau, dẫn đến các hạt có sự giới hạn về vật liệu, kích thước hạt, khối lượng nhân, hình thái và các chi phí liên quan, điều này làm cho các kỹ thuật vi bao có những ưu điểm và nhược điểm riêng (Carvalho và cộng sự, 2016).