Luận Văn Nghiên cứu các thông số tạo hệ nhũ tương dầu trong nước, ứng dụng tạo hệ nhũ tương dầu gấc

Đồ án tốt nghiệp năm 2012
Đề tài: Nghiên cứu các thông số tạo hệ nhũ tương dầu trong nước (oil/water), ứng dụng tạo hệ nhũ tương dầu gấc


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC BẢNG iii
DANH MỤC HÌNH . iv
LỜI MỞĐẦU 1
CHƯƠNG I TỔNG QUAN 3
1.1 Tổng quan vềnhũ tương 3
1.1.1 Hệnhũ tương dầu trong nước .3
1.1.2 Các tính chất hóa lý cơ bản của nhũ tương .4
1.2.1.1 Các thành phần cơ bản đểtạo thành hệnhũ tương .4
1.1.2.2 Các kỹthuật tạo nhũ tương 5
1.2.2.3 Một sốyếu tố ảnh hưởng đến độbền của nhũ tương .13
1.2.2.4 Sửdụng chất hoạt động bềmặt và chất tạo nhớt để ổn định nhũ
tương 22
1.2.3 Một số ứng dụng của nhũ tương trong lĩnh vực thực phẩm, mỹphẩm,
dược phẩm 27
1.2 Các hợp chất carotenoids .28
1.2.1 Nguồn gốc, phân loại .28
1.2.1.1 Nguồn gốc 28
1.2.1.2. Phân loại Carotenoid 28
1.2.3 Carotenoid trong dầu gấc .31
CHƯƠNG II NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .33
2.1 Nguyên vật liệu 33
2.2 Phương pháp nghiên cứu .33
2.2.1 Phương pháp tạo nhũ tương .33
2.2.1.1 Chọn điều kiện khuấy thích hợp .35
2.2.1.2 Chọn điều kiện đồng hóa thích hợp .35
ii
2.2.2 Xác định độ bền của nhũ tương .36
2.2.2.1 Xác định tỉlệpha phân tán (volume fraction) 36
2.2.2.2 Xác định vạch phân pha .37
2.2.2.3 Xác định kích thước các tiểu phân .37
2.2.2.4 Xác định độnhớt 37
CHƯƠNG III: KẾT QUẢVÀ THẢO LUẬN 38
3.1 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới khảnăng tạo nhũ tương 38
3.1.1 Nồng độpolymer –Độnhớt của pha liên tục .38
3.1.1 Khảo sát điều kiện đồng hóa 38
3.1.3.1 Điều kiện đồng hóa nhũ tương chitosan 38
3.1.2.2 Khảo sát điều kiện đồng hóa nhũ tương Gelatine 39
3.1.2.3 Khảo sát tỷlệhai pha dầu/ nước .40
3.2 Tính chất của nhũ tương tạo thành với gelatine tại các nồng độkhác
nhau 40
3.2.1 Biến đổi tỷlệthểtích () nhũ tương theo thời gian 40
3.2.2 Biến đổi vạch phân pha theo thời gian 41
3.2.3 Ảnh hưởng của nồng độgelatin lên kích thước tiểu phân .42
3.2.4 Biến đổi kích thước tiểu phân theo thời gian 42
3.3 Tính chất của nhũ tương tạo thành với chitosan tại các nồng độkhác
nhau 43
3.3.1 Biến đổi tỷlệthểtích nhũ tương theo thời gian 43
3.3.2 Biến đổi vạch phân pha theo thời gian 44
3.3.3 Ảnh hưởng của nồng độchitosan tới phân bốkích thước của hệnhũ
tương ban đầu .45
3.3.4 Biến đổi kích thước tiểu phân theo thời gian 45
CHƯƠNG IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47
4.1 Kết luận 47
4.2 Kiến nghị 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO 48
iii
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Chỉsốcủa các nhóm ưa nước và kỵnước .21
Bảng 2.1Khối lượng riêng của nước ởáp suất 1atm ởcác nhiệt độkhác nhau 36
Bảng 3.1Kết quảkhảo sát áp suất đồng hóa nhũ tương Chitosan .39
Bảng 3.2:Kết quảkhảo sát áp suất đồng hóa nhũ tương Gelatine .39
Bảng 3.3Kết quảkhảo sát tỷlệdầu gấc/dung dịch polymer .40
Bảng 3.4 : Biến đổi vạch phân pha của hệnhũ tương tạo thành với Gelatine ởcác
nồng độkhác nhau theo thời gian .41
Bảng 3.5: Biến đổi vạch phân pha của hệnhũ tương tạo thành với Chitosan ởcác
nồng độkhác nhau theo thời gian .44
iv
DANH MỤC HÌNHVÀ SƠ ĐỒ
Hình 1.1 Hai dạng nhũ tương dầu trong nước (o/w) và nước trong dầu (w/o) .3
Hình 1.2 Thiết bịđồng hóa áp suất cao .8
Hình 1.3:Sựhình thành hệnhũ tương từdầu và nước qua giai đoạn đồng hóa 8
Hình 1.4: Kích thước giọt phân tán được sản xuất trong quá trình đồng hóa phụ
thuộc vào thời gian chất nhũ hóa hấp thụvào bềmặt giọt nhỏvà thời gian các giọt
nhỏva chạm với nhau. 9
Hình 1.5: Thiết bịđồng hóa sửdụng áp lực cao. Bao gồm: (1) motor chính,(2) bộ
phận truyền đai, (3) đồng hồđo áp suất, (4) trục quay, (5) piston, (6) hộp piston, (7)
bơm, (8) van, (9) bộphận đồng hóa, (10) hệthống tạo áp suất thủy lực. .11
Hình 1.6: Các bộphận chính trong thiết bịđồng hóa. Bao gồm: (1) bộphận sinh
lực thuộc hệthống tạo đối áp,(2) vòng đập,(3) bộphận tạo khe hẹp,(4) hệthống
thủy lựctạo đối áp,(5) khe hẹp 12
Hình 1.8Các trạng thái không bền của nhũ tương thông qua các cơ chếvật lý bao
gồm: tạo cream, lắng gạn, kết tụ, đảo pha và hợp giọt. .17
Hình 1.9Vịtrí phân bốcủa chất hoạt động bềmặt tiếp xúc giữa hai pha nước –
dầu trong hệnhũ tương .19
Hình 1.10: Một micell với phần đầu kịnước hòa tan trong dầu, phần ưa nước
hướng ra ngoài. .20
Hình 1.11:Một sốkiểu cấu trúc tiêu biểu được thành lập từsựtập hợp của các
chất hoạt động bềmặt ởnồng độtương đối thấp .20
Hình 1.12 Hình dạng chất hoạt động bềmặt và các polymer sinh học .22
Hình 1.13:Hình dạng đặc trưng của các polymer sinh học có cấu trúc lưỡng cực 23
Hình 1.15: Vịtrí phân bốcủa các polymer sinh học giữa hai pha dầu và nước 24
Hình 1.22 Cấu trúc β-carotene .29
Hình 1.27 Cấu trúc Lycopene .29
Hình 1.28 Cấu trúc hóa học của lutein và zeaxanthin 30
v
Hình 3.2. Tỷlệthểtích nhũ tương Gelatine biến đổi theo thời gian ởcác nồng độ
khác nhau 40
Hình 3.3 Ảnh hưởng của nồng độgelatine lên kich thước hạt nhũ tương .42
Hình 3.4: Biến đổi kích thước hạt nhũ tương theo thời gian tại các nồng độgelatine
khác nhau 43
Hình 3.5 Tỷlệthểtích () nhũ tương Chitosan ởcác nồng độkhác nhau biến đổi
theo thời gian 44
Hình 3. 6 Phân bốkích thước hạt nhũ tương theo nồng đô chitosan .45
Hình 3.7 Biến đổi kích thước hạt nhũ tương theo thời gian tại các nồng độchitosan
khác nhau 46
Sơ đồ2.1:Sơ đồbốtrí thí nghiệm tạo nhũ tương 34
Sơ đồ2.2:Bốtrí thí nghiệm đểchọn điều kiện khuấy thích hợp 34
Sơ đồ2.3:Bốtrí thí nghiệm đểchọn điều kiện đồng hóa thích hợp 35
1
LỜI MỞĐẦU
Nhiều loại thực phẩm, chưa hay đã qua chếbiến tồn tại dưới dạng nhũ
tương như: sữa tươi, kem, bơ, yaout, magarin, chocolate, nước sốt . Các chỉtiêu về
hóa, lý và cảm quan đặc truwg của các thực phẩm dạng nhũ tương được hình thành
chủyếu bởi 2 nhóm yếu tố: thành phần hóa học và điều kiện chếbiến. Hầu hết
thuộc tính của hệnhũ tương phụthuộc vào cấu trúc vi mô của hệ, các chất nhũ hóa,
độnhớt của pha liên tục.
Những nguyên lý nền tảng cho khoa học nhũ tương bắt nguồn từnhững
môn khoa học polymer, khoa học vềhệkeo, hóa học các chất bềmặt, cơ lưu chất.
Đểtạo ra một hệnhũ tương có những tính chất mong muốn, với độbền lâu
nhất thì vấn đềcần quan tâm đến là những tính chất của nguyên liệu ban đầu, điều
kiện phối trộn, điều kiện đồng hóa, chất nhũ hóa, chất hoạt động bềmặt.
Theo xu hướng thời hiện đại, nhu cầu phát triển các sản phẩm chức năng có
tác dụng phòng chống một sốbệnh do tuổi tác và tác động xấu đến môi trường đang
ngày càng ưa chuộng. Bêncạnh đó người tiêu dùng cũng có xu hướng lựa chọn
những loại thực phẩm sẵn có tiện dụng.
Các thành phần giúp tăng cường sức khỏe như vitamin, carotenoid, probiotic,
chất khoáng, omega3, phytosterol thường nhạy cảm với oxy, ánh sáng, nhiệt độ
và nước. Các tác nhân này gây nên hạn chếvềthời hạn sửdụng, sựkhảdụng về
hoạt tính sinh học trong các phức hợp thực phẩm. Nếu các sản phẩm có hoạt tính
sinh học bịthoái hóa, chúng có thểbịmất màu, mùi, thậm chí hình thành các hợp
chất gây ung thư. Do đó, tuổi thọcủa các sản phẩm có bổsung các chất này thường
bịgiới hạn.
Hệnhũ tương tạo một lớp áo bảo vệcác sản phẩm thực phẩm, mỹphẩm,
dược phẩm đểgiảm thiểu các phản ứng với môi trường bên ngoài như ánh sáng, oxy,
nước, kim loại năng, nhiệt độ
2
Hệnhũ tương giúp giảm sựbay hơi và dịch chuyển các hợp chất có hoạt
tính sinh học trong các sản phẩm thực phẩm, mỹphẩm, dược phẩm ra môi trường
bên ngoài.
Ngoài ra, nó còn kiểm soát được sựphân giải phần bên trong nhằm đạy
được sựtrì hoãn phù hợp cho đến khi thực phẩm được đưa vào cơ thể.
Mặt khác, lớp nhũ tương còn giấu được vài mùi hương không mong muốn như
Omega 3 và Omega 6.
Mục đích cuối cùng của nhũ tương là tạo sựthuận tiện và hiệu quảcao nhất
với cáchợp chất có hoạt tính sinh học.
Vì vậy em đã thực hiện đềtài: “Nghiên cứu các thông sốtạo hệ nhũ tương
dầu trong nước (oil/water), ứng dụng tạo hệnhũ tương dầu gấc”.
Mục tiêu của đềtài là nghiên cứu, khảo sát các điều kiện tạo ra một hệnhũ
tương bền.
Nội dung thực hiện:
 Nghiên cứu, khảo sát ảnh hưởng của polymer
 Nghiên cứu, khảo sát ảnh hưởng của tỷlệdầu/nước
 Nghiên cứu, khảo sát ảnh hưởng của điều kiện đồng hóa
 Nghiên cứu, khảo sát ảnh hưởng của các chất hoạt động bềmặt
3
CHƯƠNG I TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan vềnhũ tương
1.1.1 Hệnhũ tương dầu trong nước
Nhũ tương là hệphân tán của một pha nằm trong pha khác nhưng hai pha này
không trộn lẫn với nhau. Một trong các pha tồn tại như những giọt nước riêng lẽlơ
lửng trong pha thứ2, và có một lớp ranh giới giữa 2 pha. Nhũ tương có nhiều ứng
dụng quan trọng trong công nghiệp mỹphẩm cũng như thực phẩm và tính chất của
chúng có thểđược kiểm soát bằng cách thay đổi các chất hoạt động bềmặt được sử
dụng và các thành phần có trong các pha nước (Stig E. Friberg and Kare Larson,
1997). So sánh với các hệthống vĩ mô mởrộng, năng lượng tựdo của các hệphân
tán là lớn hơn bởi sốlượng tổng thểcủa năng lượng bềmặt. Bởi vậy, sựva chạm
giữa các giọt nhũ tương tinh khiết là kết quảtrong sựhóa hợp của chúng và cuối
cùng là trong sựchia tách của nhũ tương thành các pha riêng biệt.
Hình 1.1 Hai dạng nhũ tương dầu trong nước (o/w) và nước trong dầu (w/o)
Giữa bềmặt phân pha dầu và nước tồn tại một dạngnăng lượng bềmặt (năng
lượng tựdo Gibbs). Docác sức căngbềmặt giữa dầu và nước, bất kỳnhũ tương
nào cũng sẽtìm cách giảm thiểu năng lượng bềmặt bằng cách làm cho diện tích bề
mặt giữa dầu và nước càng nhỏcàng tốt. Sựgiảm thiểu của sức căng bềmặt đạt
được bởi sự ho a hợp của giọt dầu, tạo thành các hạt dầu có kích thước lơn hơn và
sau cùng là sự phân tách lớp dầu và nước. Sựhiện diện của các phân tửbềmặt hấp
4
phụsẽlàm giảm sức ép bềmặt giữa giai đoạn dầu và nước, do đó làm giảm động
lực củasự hóa hợp (phân pha).
1.1.2 Các tính chất hóa lý cơ bản của nhũ tương
1.2.1.1Các thành phần cơ bản đểtạo thành hệnhũ tương
Một hệnhũ tươngthông thường bao gồm 2 thành phần: pha phân tán và pha
liên tục. Các pha này có thểlà dạng khí, lỏng hoặc rắn.
Phân loại hệphân tán:
- Theo kíchthước hạt phân tán:
+ Hệphân tán phân tử(dung dịch, dung dịch thực): d < 10
-7
cm, (phân tử,
ion đơn giản), hệđồng thể, bền, không có khảnăng sa lắng.
+ Hệphân tán keo: d = 10
-7
–10
-4
cm, hệsiêu dịthể, lơ lủng, không bền, có
thểtập hợp và lắngxuống. Ví dụ, hệkeo silic, khói, sương mù
+ Hệphân tán thô: d > 10
-4
cm, hệvi dịthể, không bền, chất phân tán dễ
dàng lắng/nổi (phụthuộc ρ của hạt và môi trường). Ví dụ, nhũ tương: các giọt lỏng
phân bốtrong môi trường lỏng ( các giọt dầu trong nước).
- Theo trạng thái tập hợp pha của hệ:
+ Môi trường phân tán khí: lỏng/khí(sương mù), rắn/khí(khói bụi).
+ Môi trường phân tán l ỏng: khí/l ỏng (O2
trong nư ớc), l ỏng/l ỏng(rư ợu trong nư ớc)
+ Môi trường phân tán rắn: khí/rắn, lỏng/rắn(muối trong nước), rắn/rắn.
- Theo cường độtương tác giữa pha phân tán và môi trường của hệ.
+ Hệưa lưu
+ Hệghét lưu
o Keo ưa lưu đặc trưng bởi tương tác mạnh giữa chất phân tán và môi trường
phân tán. Các chất phân tán sau khi tách ra khỏi dung môi và nếu như cho tiếpxúc
lại với dung môi thì nó có khảnăng phân tán trởlại. Chính vì thếmà ta gọi keo này
là keo thuận nghịch. Ví dụ: keo gelatin, tinh bột, gum arabic .
5
o Keo ghét lưu do tương tác yếu nên chất phân tán sau khi kết tủa không có
khảnăng phân tán lại. Chúnglà những keo bất thuận nghịch. Ví dụ:keo bạc sunfua,
asen sunfua, bạc iotdua .
Nằm ởvịtrí trung gian giữa keo ưu lưu và keo ghét lưu là loại keo lưỡng
tính như các hidroxit kim loại.
Sựhình thành một nhũ tương bao gồm sựtăng bềmặt liên pha kèmtheo sựtăng
năng lượng tựdo. Việc hình thành các giọt nhũ tương sẽđi đôi với việc tạo nên một
bềmặt liên pha quan trọng giữa hai pha lỏng không trộn lẫn được. Sức căng bềmặt
liên pha càng nhỏthì nhũ tương thu được càng dễdàng.
1.1.2.2 Các kỹthuật tạo nhũ tương
a.Các kỹthuật phối trộn
 Quá trình phối trộn
Là quá trình phối chếvà đảo trộn. Phối chếlà quá trình pha trộn giữa hai hay
nhiều cấu tử(thành phần) khác nhau đểthu được một hỗn hợp (sản phẩm) đáp ứng
yêu cầu đã định. Còn đảotrộn là quá trình cơ học nhằm khuấy trộn các thành phần
trong hỗn hợp đểchúng phân bốđều nhau. (Lê Bạch Tuyết, 1985).
 Mục đích công nghệvà phạm vi thực hiện quá trình
 Tạo ra sản phẩm mới: Đa sốcác loại sản phẩm thực phẩm không phải
từmột nguyên liệu mà gồm hai hay nhiều loại nguyên liệu khác. Những thành phần
tham gia tạo nên sản phẩm mới là không thểthiếu, chúng phải được phối trộn với
nhau đểcho sản phẩm có chất lượng đặc trưng.
 Tăng chất lượng sản phẩm: Một sốloại thực phẩm nếu tồn tại một
mình thì chất lượng không tốt lắm nhưng khi bổsung cho chúng một sốthành phần
khác thì chất lượng sản phẩm lại được tăng lên.
 Hỗtrợmột sốquá trình công nghệ: Phối trộn một sốthành phần lại
với nhau được thực hiện nhằm hỗtrợcho một công đọa trong quytrình công nghệ.
Quá trình phối trộn giúp phân bốđồng nhất các cấu tửtrong hỗn hợp, tạo điều kiện
cho các quá trình hóa học, sinh học tiến triển nhanh hơn, triệt đểhơn. Quá trình này


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu Tiếng Việt
1. Lê Văn Việt Mẫn, Công nghệsản xuất các sản phẩm từsữa và thức uống,
NXB ĐH Quốc gia Tp. HồChí Minh, 2004
2. Giáo trình hóa keo, TS Nguyễn Xuân Vận (chủbiên), Nguyễn Tiến Quý,
2006, chương 5 , Tính bền các hệkeo và sựkeo tụ
3. Trần Lê Bảo Hà (2004), Nghiên cứu đánh giá màng gelatine –alginate
4. Polymer sinh học biển, Ngô Đăng Nghĩa, Trang Sĩ Trung, 2010
5. Lê Bạch Tuyết, Các quá trình cơ bản trong công nghệthực phẩm, Tài liệu
giảng dạy ĐHBK, 1985
6. Lê Ngọc Tú, Hóa sinh công nghiệp, Nxb Khoa học và Kĩ thuật.
Tài liệu nước ngoài
7. G.O Philips A. William –Handbook of hydrocolloids –New York: CRC
Press Publishing 2000
8. Reinhard Schrieber, Herbert Gareis –Gelatine handbook
9. Formulation Technology: Emulsions, Suspentions,Soil Forms; Hans Mollet,
Arnoid Grubenmann; 2001; Emulsions –Properties and Production.
10. Current Protocols in Food Analytical Chemistry; John Wiley and Sons; 2002;
Emulsion Stability Determination.
11. W.C. Griffin, J.Soc. Cosmet. Chem. 1,311 (1950); 5,294 (1954).
12. McCutcheon’s Detergents and Emulsifiers, Int. Ed., Ridgewood, New York.
13. Structure and properties of carotenoids in relation to function, George
Brittion, Vol.9 December, 1995.
14. Food emulsions, Third Edition Reversed and Expanded, edited by StigE.
Friberg and Kare Larson, 1997.
49
15. R.D. Bee, J. Hoogland, and R.H. Ottewill, in Food Colloids and Polymers,
Stability and Mechanical Properties (E.Dickinson and P. Walstra, eds.) Royal
Society of Chemistry, Cambridge, 1993.
16. P.Walstra, in Food Structure and Behavior (J.M.V. Blanshard and P.
Lillford ,eds.), Academic Press, London, 1987.
17. D.S. Horne , Biopolymers (1984) .
18. E. Dickinson, J.A. Hunt, and D.G. Dalgleish, Food Hydrocolloids (1991).
Tài liệu Internet
19. http://gmap –gelatine.com
20. http://www.hoahocvietnam.com/Home/Moi-tuan-mot-hoa-chat/Nhung-dac-diem-cua-Chitin-Chitosan-va-dan-3.html
21. http://ykhoa.net