Tiểu luận Hệ thống phân phối nhũ tương trong thực phẩm chức năng

Đại học Bách Khoa Hà NộiViện đào tạo sau đại học--------  ------- Tiểu luận Đề tài: Hệ thống phân phối nhũ tương trong thực phẩm chức năng GVHD: PGS. TS Nguyễn Thị Minh Tú Học viên : Hồ Văn Duy Nguyễn Thị Hà Giới thiệu Mặc dù không có định nghĩa quốc tế chấp nhận cho thực phẩm chức năng, nhu cầu người tiêu dùng đối với sản phẩm tự nhiên chất lượng cao tăng trong những năm qua. Theo kết quả của xu hướng này, sự xuất hiện của các hợp chất dinh dưỡng với lợi ích sức khỏe cung cấp một cơ hội tuyệt vời để cải thiện sức khỏe cộng đồng. Được biết đến như các chất có hoạt tính sinh học (thực phẩm-thuốc), loại hợp chất này đã nhận được nhiều sự chú ý trong những năm gần đây từ cộng đồng khoa học, người tiêu dùng và nhà sản xuất thực phẩm. Danh sách các thực phẩm chức năng (ví dụ như vitamin, men vi sinh, peptide hoạt tính sinh học và chất chống oxy hóa) là vô cùng và bằng chứng khoa học viễn tưởng cho thấy hỗ trợ phát triển cho sức khỏe, thúc đẩy thành phần thực phẩm (Wildman 2001). Giới thiệu Mặc dù bản chất chính xác của sự tham gia của các thực phẩm thuốc trong chức năng sinh lý là chưa hiểu rõ, nó cũng được công nhận rằng việc bổ sung cho các thực phẩm matric làm giảm tỷ lệ mắc và rủi ro liên quan với một số bệnh và cải thiện sức khỏe chung của các đối tượng. Vì vậy, cộng đồng khoa học nên phát triển các loại thực phẩm chức năng sáng tạo có tiềm năng để tạo nên những lợi ích sinh lý hoặc làm giảm nguy cơ lâu dài của việc phát triển bệnh. Nhũ tương thực phẩm Nhiều loại thực phẩm được bán trong một trạng thái nhũ tương hóa và bao gồm các sản phẩm như kem, đồ tráng miệng, bơ, dầu trộn salad, nhũ tương thịt, súp, bơ thực vật và đồ uống (Barbosa-Canovas và cs 1996; McClements 2005). Nhũ tương được phân tán của pha lỏng một trong các hình thức giọt tốt trong một chất lỏng không thể trộn lẫn. Các giai đoạn này thường được trộn lẫn dầu và nước, do đó, nhũ tương có thể được phân loại là nhũ tương dầu trong nước hay nước trong dầu, tùy thuộc vào giai đoạn phân tán. Tuy nhiên, các hệ thống nhiệt động của nhũ tương không ổn định dễ bị bất ổn trong thời gian lưu trữ. Nhũ tương bất ổn có thể xảy ra thông qua một loạt các quá trình hoá lý khác nhau, bao gồm cả phân hấp dẫn, keo tụ, sự hợp nhất và Ostwald (Walstra 1993; McClements 2005). Thành phần của nhũ tương Hệ nhũ tương là một hệ phân tán cao của ít nhất hai chất lỏng mà thông thường không hòa tan được với nhau, một pha là pha phân tán và pha kia gọi là pha liên tục. Nhũ tương gồm 2 phần : Pha lỏng – Pha bị phân tán – Có dạng giọt d = 0,1 – 10 µm Pha không trộn lẫn – Pha phân tán – Pha liên tục Chất nhũ hóa Là chất làm giảm sức căng bề mặt của các pha trong hệ và từ đó duy trì được sự ổn định cấu trúc của hệ nhũ tương. Trong cấu trúc phân tử của chất nhũ hóa có cả phần háo nước và phần háo béo. Chất nhũ hóa đa số là ester của acid béo và rượu Cấu tạo Nhũ tương trong thực phẩm có 2 dạng chính: Dầu trong nước – là hệ mà trong đó cac giọt dầu phân tán trong pha liên tục là nước. Ví du: mayonnaises, kem sữa, bánh phết kem, …  thường có dạng kem Nước trong dầu – là hệ mà trong đó các giọt nước phân tán trong pha liên tục là dầu. Ví dụ: bơ, margarine, sốt dung với sa-lat,…  thường có dạng nhầy Sự hình thành nhũ tương: Gồm : * Sự tăng bề mặt liên pha: nếu càng nhỏ thì nhũ tương thu được càng dễ và ngược lại * Sự tăng năng lượng tự do Sự hình thành được đánh giá qua việc đo công cơ học cần thiết để nhũ hóa. Vai trò nhũ hóa của các tác nhân hoạt động bề mặt là làm giảm bớt sức căng bề mặt liên pha, bằng cách hấp thị vào bề mặt liên pha, như vậy thì nhũ tương thu được dễ dàng hơn nhiều. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của nhũ tương Độ nhớt của dầu Không giống như một giọt không linh động, giọt dầu trong chất lỏng có thể di chuyển khi một lực tác dụng lên giọt và làm tăng vận tốc creaming Độ phát tán Kích thước của giọt Chủ yếu phụ thuộc vào nồng độ của các giọt. Trong hệ thống pha loãng, như nhũ tương nước giải khát, vận tốc trung bình có thể được ước lượng từ các giọt bán kính trung bình Điện thế zeta Nhũ tương có chứa những giọt tích điện có xu hướng di chuyển chậm hơn so với các hạt không tích điện. Điện thế phát sinh từ sự có mặt của tích điện trong các hạt và môi trường tại các vùng cắt được gọi là “điện thế zeta”. Điện thế zeta phản ánh cả sự có mặt điện trong hệ thống và các ion phân ly kèm theo các hạt keo gốc. Bổ sung các chất điện cation có thể vô hiệu hóa điện thế zeta và tập hợp nguyên nhân để xảy ra do lực van der Waals-London. Kích thước hạt phân bố Định luật Stoke chỉ ra rằng vận tốc mà một giọt di chuyển tỉ lệ với bình phương bán kính của nó. Do đó, sự ổn định của nhũ tương có thể được tăng cường bằng cách giảm kích thước giọt. VD: Trong nước giải khát đóng chai, một hạt có đường kính 1 µm sẽ di chuyển lên nhanh hơn 100 lần so với một hạt có đường kính 0,1 µm Hoạt động bề mặt Việc giảm sức căng xen giữa hai bề mặt bởi sự có mặt của một phân tử hoạt động bề mặt được gọi là sức căng bề mặt, đó là: π = λo / w – λ phân tử hoạt động bề mặt Trong đó o / w là sức căng xen giữa hai bề mặt dầu nước và hoạt động bề mặt phân tử là sức căng xen giữa hai bề mặt có mặt của các chất nhũ hóa. Vì vậy, giảm sức căng bề mặt có thể liên quan đến hoạt động của các phân tử hoạt động bề mặt có trong nhũ tương. Lưu biến nhũ tương 1. Lưu biến của pha thành phần: Độ nhớt của một nhũ tương tỷ lệ thuận với độ nhớt của pha nước và do đó bất kỳ sự thay đổi nào trong các thuộc tính lưu biến của pha nước có ảnh hưởng tương ứng trên toàn bộ lưu biến của nhũ tương. 2. Phần thể tích pha dầu: Việc tăng độ nhớt của một nhũ tương với khối lượng dầu pha kích thước và phân bố kích thước giọt trên lưu biến của nhũ tương phụ thuộc vào pha dầu mỏ phần khối lượng và tính chất của sự tương tác dạng keo. Kích thước giọt: Kích thước trung bình và phân tán dài có ảnh hưởng đáng kể các lưu biến của một nhũ tương tập trung. Hiệu quả của cả hai kích thước và phân bố kích thước giọt trên lưu biến của nhũ tương phụ thuộc vào giai đoạn đầu phần khối lượng và bản chất của sự tương tác dạng keo. Tại cùng một khối lượng, một nhũ tương phân tán dài có độ nhớt thấp hơn nhũ tương phân tán ngắn. Hạt tích điện: Khi một giọt tích điện di chuyển qua chất lỏng, các đám mây mất khả năng trung hòa về điện, nó trở nên biến dạng và gây ra một sức hấp dẫn giữa các hạt tích điện và các đám mây mất khả năng trung hòa về điện. Sức hút này ngăn cản việc di chuyển của giọt và làm tăng độ nhớt. Tương tác keo: điều chỉnh tương tác giọt keo liệu nhũ tương kết hợp lại hoặc vẫn là dạng đơn lẻ, cũng như xác định các đặc tính của bất cứ tổng hợp hình thành. Các tính chất lưu biến của nhũ tương phụ thuộc vào độ lớn tương đối của lực hấp dẫn (van der Waals, kỵ nước và sự suy giảm) và lực đẩy (điện, steric hình thành và nhiệt keo tụ) tương tác giữa các giọt nước. Các tính chất này có thể được điều khiển bằng cách điều khiển tương tác giữa các giọt keo. Ví dụ, độ nhớt của nhũ tương tăng với việc bổ sung polymer sinh học mà gây ra một tăng thu hút cạn kiệt, làm cầu nối và keo tụ Động học của hợp nhất các giọt Sự ổn định của nhũ tương chống lại sự hợp nhất giọt dầu cũng đã được xác định theo các thay đổi với thời gian của các kích thước giọt trung bình và tỷ lệ tập hợp giọt. Nt = N0 exp (-Dct) Trong đó: No và Nt là số lượng các giọt nhũ tương ban đầu và sau thời gian t ln Dt = ln D0 + Dct/3 Trong đó: Do và Dt là kích thước giọt ban đầu và sau thời gian t Hệ thống trao đổi vật liệu hoạt tính sinh học Mục tiêu của hệ thống phân phối nhũ tương như sau: Giảm thiểu các phản ứng của phần bên trong với môi trường bên ngoài (ánh sáng, độ chua, độ oxy, nước, kim loại nặng) Giảm sự bay hơi hoặc chuyển dịch của các vật liệu bên trong đối với môi trường bên ngoài Kiểm soát sự giải phóng của phần bên trong nhằm đạt được sự trì hoãn phù hợp cho tới khi tới vị trí cần kích thích trong đường tiêu hóa Mất một số hương vị và mùi ngoài như liên kết với các omega-3 và omega-6 từ dầu cá Tạo thuận lợi cho việc sử dụng của vật liệu lõi Các hệ thống phân phối nhũ tương cho các phân tử hoạt tính sinh học Nhũ tương, dầu / nước (O / W) hoặc nước /dầu (W / O), có thể được định nghĩa là sự vi phân tán của hai chất lỏng trộn lẫn, tạo nên một pha liên tục của hệ thống và các pha phân tán khác. Nhũ tương O / W có ứng dụng trong việc bảo vệ nhiều hợp chất hoạt tính sinh học trong các hệ thống thực phẩm khác nhau như sữa, nước trái cây, kem và sữa chua. Hệ đa nhũ tương Đa nhũ tương là hệ thống phân tán phức hợp, thường được gọi là nhũ tương của nhũ tương hoặc nhũ tương hai cấp. Nhiều nhũ tương phổ biến nhất được sử dụng trong thực phẩm là nhũ tương W / O / W, nhưng các O / W / O cũng có thể bảo vệ các hợp chất có hoạt tính sinh học ưa dầu. So với các nhũ tương thông thường, đây là những nhiệt động không ổn định nhiều hơn với xu hướng kết bông, sự hợp nhất và creaming. Hệ đa nhũ tương Biểu đồ đại diện của hệ đa nhũ tương Nhũ tương đa lớp Màng nhiều lớp được sản xuất bằng cách kết tụ lần lượt một chất nhũ hóa tích điện trái dấu. nhũ tương chính đầu tiên được tạo thành nhờ phân tán dầu trong dung dịch của ion chất nhũ hóa như lecithin, sau đó chất nhũ hóa được phối trộn với dung dịch polysaccharide tích điện dương như chitosan. Quy trình này có thể thực hiện bằng cách thêm các lớp vào các lớp tiếp xúc. Nhũ tương đa lớp Đối với các ứng dụng như hệ thống phân phối, hệ đa nhũ tương hiện nay có nhiều khả năng là lợi thế so với nhũ tương đơn giản, một số lý do gồm: - Kiểm soát độ dày và tính chất của các lớp tiếp xúc, ảnh hưởng tới động học giải phóng các thành phần chức năng. Sự giải phóng này có thể được kiểm soát bằng cách thay đổi độ dày của lớp tiếp xúc bề mặt như sức mạnh của chức năng ion hóa, pH, nhiệt độ, độ pha loãng và các điều kiện môi trường bên ngoài. - Oxy hóa ổn định của axit béo có thể giảm bằng cách giảm thiểu mối tương tác giữa các ion kim loại và chất béo thông qua việc điều chỉnh mức độ tiếp xúc và độ dày (klinkesorn và cs, 2005). - Các thành phần và tính chất của lớp tiếp xúc đóng một vai trò quan trọng trong sự ổn định của nhũ tương chống lại các tác nhân như pH, xử lý nhiệt, tác động cơ lý và mất nước (Harnsilawat và cs, 2006; guzey và McClements 2007). - Nhũ tương đa lớp được sử dụng để đóng gói các giọt chất béo có xu hướng kết tinh hoặc kết tinh một phần như carotenoit, phytosterol, những chất có xu hướng tổng hợp (walstra, 2003). Sự hình thành độ dày pha trộn của đại phân tử sinh học xung quanh giọt chất béo kết tinh sẽ ngăn cản sự tập hợp của chất này. Đông tụ Quá trình đông tụ liên quan đến việc phân chia các pha nước của lớp phủ vật liệu từ một dung dịch cao phân tử thông qua bổ sung các chất hóa học khác hoặc ngược tính hydrocolloid. Có hai phương pháp của coacervation, lớp phủ polymer đơn giản và phức tạp. Trong đông tụ phức tạp, hai polyme được pha trộn với nhau (một với điện tích âm và một với điện tích dương) để tạo thành một phức không tan trên bề mặt của giọt dầu Nhũ tương nano Nhũ tương nano được định nghĩa là nhũ tương bao gồm phạm vi kích thước từ 50 đến 200 nm (trong suốt) hoặc lên đến 500 nm (sữa xuất hiện). Kích thước nhỏ và động học của chúng ổn định cao cho phép sử dụng chủ yếu trong các ứng dụng dược phẩm và mỹ phẩm Đóng gói các axit béo không bão hòa - một ví dụ ứng dụng Nghiên cứu của McClements và Decker (2000) chỉ ra rằng quá trình oxy hóa chất béo trong nhũ tương dầu/nước được cho là do sự tương tác giữa lipid hydroperoxides nằm trên bề mặt giọt chất béo và kim loại từ quá trình vận chuyển trong pha dung dịch, là nguyên nhân phổ biến nhất của sự mất ổn định oxy hóa. Kết hợp chất chống oxy hóa trong thực phẩm là một trong những biện pháp hữu hiệu nhất làm chậm lại sự oxy hóa chất béo. Trong nhũ tương dầu/nước, biện pháp chống oxy hóa thành công nhất là liên kết càng cua các kim loại vận chuyển. Liên kết càng cua là kết quả phức tạp của sự kết hợp ion kim loại và multidentate ligand với dạng ligand có hai hoặc nhiều liên kết với kim loại, kết quả là cấu trúc vòng bao gồm cả ion kim loại(miller 1996). Càng cua hoạt động như chất chống oxy hóa có khả năng ức chế kim loại xúc tác phản ứng bằng nhiều cơ chế khác nhau, bao gồm ngăn ngừa chu trình oxy hóa khử kim loại, phản ứng liên kết với kim loại, tạo chướng ngại steric cho tương tác giữa kim loại và các cấu trúc lipid (Mc Clements và Decker, 2000). Đóng gói các axit béo không bão hòa - một ví dụ ứng dụng Nghiên cứu của Hu và cộng sự 2004 chỉ ra rằng sự ổn định oxy hóa của nhũ tương dầu/nước có thể được cải thiện bằng kỹ thuật bề mặt của giọt nhũ tương để giảm mối tương tác giữa lipid và kim loại vận chuyển. Điều này có thể được thực hiện trong nhũ tương protein ổn định có pH thấp hơn pI của protein và các giọt nhũ tương tích điện dương. Sự kết hợp của protein và polysaccharide, tuy nhiên là một trong những phương tiện đầy hứa hẹn để giảm sự oxy hóa chất béo. Đóng gói các axit béo không bão hòa - một ví dụ ứng dụng WPI là một protein hình cầu có hoạt tính bề mặt có thể được hấp thụ lên bề mặt giọt dầu tạo thành một lớp đơn. Đặc tính nhũ tương hóa của WPI phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cấu trúc và mạng điện tích, pH và mức độ ion hóa và đặc tính của lớp màng tiếp xúc (độ dày, độ đàn hồi và độ nhớt). Thành phần chính của wpi là beta lactobglobulin và lactalbumin, chúng chứa dư lượng cysteyl, liên kết disulfit và nhóm chức năng thiol có thể thu dọn các gốc tự do, ức chế sự oxy hóa lipid (cayot và lorient 1997). Do đó, nhũ tương được ổn định bằng wpi có thể hoạt động như một hệ thống chống oxy hóa. Đóng gói các axit béo không bão hòa - một ví dụ ứng dụng Xanthan gum (XG) là một polysaccharide âm tính, là sản phẩm của vi khuẩn xathomonas campestris. XG có cấu trúc khung cellulose với nhánh trisaccharide ở vị trí C3. Phần dư manose ở vị trí cuối cùng là 4,6 pyruvate có thể tạo phức càng cua với ion kim loại, chống oxy hóa và ức chế sự oxy hóa lipid (morris và fosster 1994). Đặc tính quan trọng nhất của XG là độ nhớt thấp và đặc tính làm loãng mạnh. Độ nhớt tương đối thấp ở tỷ lệ loãng cao tạo điều kiện dễ dàng cho phối trộn, đổ và bơm, độ nhớt ở tốc độ bơm thấp làm cho chất này có đặc tính cố định và giữ ổn định cho quá trình tạo keo. Sự kết hợp của protein và polysaccharide cung cấp hệ thống có hoạt tính bề mặt cao và độ nhớt cao, lớp phủ dày độ hấp phụ như gel. Cơ chế mạnh của lớp hấp phụ như điện tích (lực đẩy tĩnh điện của các giọt nhũ tương được tích điện) và steric (rào cản của lớp màng dày ổn định) có hiệu quả như là tác nhân quan trọng nhất góp phần vào sự ổn định động học của nhũ tương dầu/nước. Kết luận Phát triển sản phẩm mới đặc biệt trở nên khó khăn khi tính đến độ an toàn của sản phẩm, điều kiện chuẩn bị và chất lượng cảm quan của sản phẩm không bị tổn hại do kết hợp với các chất háo nước, kỵ nước và các thành phần có hoạt tính sinh học không hòa tan. Một số chiến lược để củng cố các loại thực phẩm độc lập đã được mô tả trong các sáng chế và các bài báo cáo. Các loại phân tử được bảo vệ, các thông tin chi tiết về các thành phần có hoạt tính sinh học, ma trận sinh tổng hợp và thoái hóa của sản phẩm cũng như đặc tính cuối cùng của phức hợp thực phẩm là một tỏng những yêu cầu cần được định nghĩa trước khi lựa chọn công nghệ vi bao. Mỗi loại hệ thống bao gói đều có những lợi thế cũng như bất lợi riêng cho sự bao gói và phân phối các thành phần chức năng. Tiếp cập toàn diện với định nghĩa chính xác là mục tiêu của quá trình vi bao. Do vậy, là yêu cầu trươc khi phát triển một ứng dụng cụ thể nào đó. Cảm ơn các bạn đã quan tâm theo dõi!