hệ thống phân phối nhũ tương trong thực phẩm chức năng

Đại học Bách Khoa Hà Nội
Viện 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 = λ
o / 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.

N
t
= N
0
exp (-D
c
t)
Trong đó: N
o
và N
t
là số lượng các giọt nhũ
tương ban đầu và sau thời gian t

ln D

t
= ln D
0
+ D
c
t/3
Trong đó: D
o
và D
t
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