Tìm hiểu kỹ thuật vi bao trong công nghệ thực phẩm và ứng dụng của nó

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM
VIỆN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM-SINH HỌC
  




Tp. Hồ Chí Minh 3/ 2011
LỜI MỞ ĐẦU
Như chúng ta đã biết, dân số ngày càng tăng trong khi đó tài nguyên thiên nhiên dần
dần càng kiệt, bên cạnh đó những biến đổi khí hậu, thảm họa thiên nhiên thì ngày một diễn
ra, khủng hoảng kinh tế thì vẫn đang tiếp tục, tất cả những yếu tố đó đã tạo nên sức ép cho
con người, đòi hỏi con người phải có những sáng chế để giúp chính chúng ta đứng vững
trong cuộc sống. Vì vậy, chính con người đã không ngừng đưa ra những phát minh mới
vào phục vụ đời sống.
Và một trong những lĩnh vực được con người áp dụng rộng rãi đó là ngành công nghệ
thực phẩm. Năm 2011, thực phẩm đi theo hai khuynh hướng đó là ứng dụng công nghệ
Nano và quan tâm tới vấn đề an ninh lương thực với mục đích mang lại cho nhân loại
những giá trị tốt đẹp nhất, chẳng hạn như chúng ta đã ứng dụng thành công công nghệ
GMO, công nghệ Probiotic, công nghệ vi bao, kĩ thuật sấy phun, kĩ thuật ép đùn…., chính
những thành tựu đó đã mở ra cho nghành Công nghệ thực phẩm một bước ngoặt mới, tạo
ra bước đột phá trong việc đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng cho con người.
Với mong muốn tìm hiểu rõ hơn nữa những tính mới trong nghành thực phẩm,
nhóm chúng em xin được chọn đề tài : “Tìm hiểu kỹ thuật vi bao trong công nghệ thực
phẩm và ứng dụng của nó” .
MỤC LỤC
Chương I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VI BAO
I.1 Vi bao là gì?................................................................................................................3
I.2 Lịch sử ngành công nghệ vi bao..................................................................................4
Chương II PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ

II.1 Các phương pháp vi bao............................................................................................6
II.1.1 Phương pháp hóa học........................................................................................6
II.1.2 Phương pháp vật lý............................................................................................8
II.2 Công nghệ và thiết bị sử dụng trong kỹ thuật vi bao.................................................9
Chương III ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ VI BAO
II.1 Ứng dụng trong các nhành công nghệ.....................................................................11
III.1.1 Ứng dụng trong ngành in...............................................................................11
III.1.2 Ứng dụng trong ngành dệt.............................................................................12
III.1.3 Ứng dụng trong nông nghiệp.........................................................................12
III.1.4 Ứng dụng trong dược phẩm...........................................................................12
III.1.5 Ứng dụng trong sinh học................................................................................12
III.2 Ứng dụng trong thực phẩm.....................................................................................16
KẾT LUẬN....................................................................................................................23
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................24
Chương I
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VI BAO
I.1 Vi bao là gì?
Quá trình vi bao có thể được định
nghĩa là quá trình bao phủ một chất
trong một chất khác trên một quy mô rất
nhỏ, năng suất khác nhau từ viên nang
nhỏ hơn một micromet đến vài trăm
micromet. Nang siêu nhỏ có thể hình
cầu có hình dạng, với một lớp vỏ bao
bao quanh nhân, một số khác là có hình
dạng không đối xứng hoặc đa hình
dạng. Tất cả ba trạng thái của vật chất
(rắn, chất lỏng, và khí) đều được dùng trong vi bao. Điều này cho phép vật liệu lỏng và khí
được xử lý dễ dàng hơn là chất rắn.
Vi bao có thể đạt được bởi vô số các kỹ thuật để đạt được nhiều mục đích. Các chất

có thể được vi bao với ý định là vật liệu nhân được giới hạn trong lớp vỏ của viên trong
một khoảng thời gian cụ thể. Ngoài ra, vật liệu nhân có thể được đóng gói được giải phóng
hoặc là dần dần đi qua các lớp vỏ viên nang, được gọi là sự giải phóng hoặc khuếch tán có
kiểm soát, hoặc khi điều kiện bên ngoài kích hoạt các vỏ nang bị vỡ, tan chảy, hoặc phân
hủy.
Các chất được đóng gói có thể được gọi là vật liệu nhân, thành phần hoạt chất hoặc
tác nhân, chất nhồi, hạt nhân, hoặc pha nội. Các vật liệu dùng để bao gói được gọi là lớp
phủ, màng, vỏ, hoặc vật liệu vách. Các vi nang có thể có một lớp hoặc nhiều lớp vỏ sắp
xếp theo tầng lớp có độ dày khác nhau xung quanh lõi.
Vi bao ma
trận
Vi bao đa nhân
hoặc đa lõi
Túi đơn hoặc
đa phiến mỏng
Mixen
Hạt gel Hydro
Vi bao rỗng
hoặc màng bao
Các dạng vi bao:

I.2 Lịch sử ngành công nghệ vi bao:
1964: vi bao lần đầu tiên được mô tả bởi
1980: Một phạm vi nhỏ vi bao đuợc biết đến như tuyến
tụy nhân tạo sinh học được thực hiện bởi F.Lim và
M.Sun
* Lịch sử của vi bao trong cấy ghép:
Kể từ 1980-2005:
Những cải thiện về: tính ổn định, tính thấm, khả năng tương
thích sinh học.

Những cải tiến kỹ thuật: sự tinh khiết vật liệu.
Sự cấy ghép: Tạo hình dị mô, mô hình động vật lớn hơn, liệu pháp điều trị thử nghiệm.
Những tính chất quan trọng của việc bao gói: tính ổn định, tính thấm,kích cỡ, khả
năng tương thích sinh học.
Tính chất của alginat phụ thuộc vào thành phần cấu tạo của alginat: tính hình thành
gel alginat với cation hóa trị II phụ thuộc vào hàm lượng G cũng như liên kết đặc hiệu giữa
G với ion hóa trị II.
T.M.S. Chang
Chương II
PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ
II.1 Các phương pháp vi bao:
Phương pháp vi bao thường được phân loại thành hai nhóm: phương pháp hóa học và
phương pháp cơ học hoặc vật lý. Tuy nhiên, cách phân loại này có thể không hoàn toàn
chính xác vì một số phương pháp được phân loại như cơ học có thể có hoặc thậm chí dựa
trên một phản ứng hóa học và một vài kỹ thuật hóa học đôi khi chỉ dựa trên các thông số
vật lý. Một dấu hiêu rõ ràng hơn để phân loại một phương pháp bao là có hoặc không có
vi nang được sản xuất trong thùng chứa hoặc hoặc lò phản ứng có chất lỏng, như trong
phương pháp hoá học, trái với phương pháp cơ học hoặc vật lý, nó có sử dụng pha khí như
một phần của quá trình bao và chủ yếu dựa trên các thiết bị có giá trị cao để tạo ra vi bao.
II.1.1 Phương pháp hóa học:
Viên nang cho giấy phi cacbon và cho nhiều ứng dụng khác được sản xuất bởi kỹ
thuật hóa học được gọi là sự tạo giọt phức tạp. Phương pháp bao này lợi dụng phản ứng
của các phân tử polyme (-) và (+) dạng dung dịch như gelatin và gum Arabic. Các polymer
hình thành một trạng thái cô đặc được gọi là giọt phức tạp. Giọt này tồn tại ở trạng thái cân
bằng với pha loãng nỗi trên bề mặt. Khi hỗn hợp vật liệu nhân và nước được đưa vào hệ
thống, màng mỏng của những giọt polymer này phủ lên các giọt nhân đã được phân tán.
Lớp màng mỏng này sau đó được làm đặc lại để tạo thành vi nang.
Interfacial polymerization (IFP) là một phương pháp hóa học khác của vi bao. Kỹ
thuật này được đặc trưng bởi sự hình thành vách qua sự trùng hợp nhanh của các monome
trên bề mặt của các giọt nhỏ hoặc các hạt nhân đã được phân tán. Một monome đa chức

năng được hòa tan trong vật liệu nhân, và dung dịch này sẽ phân tán trong một pha có
nước. Một chất phản ứng với đơn phân được thêm vào pha nước, và sự trùng hợp nhanh
chóng xảy ra trên bề mặt lõi của các giọt nhỏ, hình thành nên màng vi nang. IFP có thể sẵn
sàng được sử dụng cho các vi bao lớn hơn, nhưng quá trình sản xuất các vi nang nhỏ hơn
trong phạm vi khoảng 20 – 30 µm thì có giá trị thương mại hơn, sử dụng cho thuốc diệt cỏ
và thuốc trừ sâu, hay thậm chí là có đường kính nhỏ hơn 3-6 µm đối với mực in giấy
carbon.
Polymer – polymer không tương thích cũng được gọi là sự phân chia pha, thường
được nhóm chung với các kỹ thuật bao hóa học khác, mặc dù thực tế thường không có
phản ứng hóa học tham gia vào quá trình này. Phương pháp này sử dụng hai polymer hòa
tan trong một dung môi phổ biến nhưng không kết hợp với nhau trong dung dịch.
Những polyme có hai pha riêng biệt, một phần trong polyme tham gia vào quá trình
hình thành màng vi nang, những phần khác có trong polyme polymer không tương
thích dùng để tạo ra sự tách biệt của hai pha. Các polymer thứ hai không có xu hướng để
trở thành một phầncủa màng vi bao hoàn chỉnh. mặc dù một số có thể bị giữ lại bên
trong vỏ nang và giữ lại như là một chất không tinh khiết.
Hỗn hợp polyme hóa là kỹ thuật bao hóa học rất giống với polyme hóa giữa hai bề
mặt phân cách. Đặc điểm phân biệt của hỗn hợp trùng hợp là không có chất phản ứng chứa
trong nhân. Tất cả các trùng hợp xảy ra trong pha liên tục, hơn là trên cả hai mặt của bề
mặt phân cách giữa pha liên tục và vật liệu nhân. Ví dụ về phương pháp này bao gồm hệ
thống bao urê-formaldehyde (UF) và formaldehyde melamine (MF)….
Quá trình ly tâm đã được phát triển từ những năm 1940 để bao các loại
dầu cá và vitamin, khỏi quá trình oxy hóa. Trong phương pháp này một hệ nhũ
tương dầu và nước được ép qua các lỗ nhỏ trong một cốc quay bên trong một bể dầu. Phần
nước của nhũ tương có nhiều trong trùng hợp nước hòa tan, giống như gelatin khi được
làm lạnh. Những giọt thu được được làm lạnh để hình thành những hạt ma trận-polyme
hóa gel chứa những giọt dầu phân tán mà đã được sấy khô để tách riêng.
Tương tự như quá trình ly tâm, quá trình sử dụng ống phun ngập để sản xuất vi
nang khi vật liệu dầu trong nhân được ép với gelatin thông qua một vòi phun hai chất lỏng.
Những giọt dầu sẽ được bọc trong gelatin khi chúng được ép qua vòi. Sau đó, các viên

nang được làm mát để làm đông tụ màng , trước khi được thu lại và sấy khô.
II.1.2 Phương pháp vật lý
Sấy phun là một phương pháp vi bao cơ học được phát triển vào những năm 1930.
Một nhũ tương được chuẩn bị bằng cách phân tán vật liệu nhân, thường là một loại dầu
hoặc thành phần hoạt chất trộn lẫn với nước, cho vào một dung dịch vật liệu vỏ bao đậm
đặc cho đến khi các giọt dầu đạt được kích thước mong muốn. Nhũ tương được phun vào
các giọt bằng cách bơm chất lỏng thông qua một đĩa quay vào trong khoang đốt nóng của
máy sấy phun. Các viên thu được thông qua quá trình xả liên tục từ buồng sấy phun.
Fluid bed coating, một phương pháp đóng gói cơ học, bị hạn chế để đóng gói vật liệu
nhân rắn, bao gồm cả chất lỏng
thấm vào chất rắn xốp. Kỹ thuật
này được sử dụng rộng rãi để
đóng gói dược phẩm. Các hạt rắn
được lơ lửng trên một luồng
phun không khí và sau đó được
phủ bằng một lớp sơn vật liệu
lỏng. Các viên này sau đó được
chuyển đến một nơi mà vỏ của
họ là kiên cố hóa bằng cách làm
lạnh hoặc làm bốc hơi dung môi.
Quá trình lơ lửng, phun, và làm
mát được lặp lại cho đến khi vỏ ngoài của các viên nang có độ dày mong muốn. Quá trình
này được gọi là quá trình Wurster khi vòi phun được đặt ở dưới cùng của tầng sôi của các
hạt. Cả hai phương pháp fluidized bed coating và quá trình Wurster là biến thể của phương
pháp pan coating. Trong pan coating, các hạt rắn được trộn lẫn với một vật liệu sơn khô và
nhiệt độ được nâng lên để các vật liệu sơn tan chảy và bao bọc các hạt nhân, và sau đó làm
rắn bằng cách làm lạnh.
Quá trình phun ly tâm thường sản xuất viên nang có kích thước lớn hơn, từ 250
micrometi một đường kính vài milimet. Các vật liệu nhân và vỏ không nên để lẫn với nhau,
được đẩy qua một máy quay chất lỏng hai vòi. Chuyển động này tạo thành một sợi dây

không đứt đoạn mà tự nhiên chia thành những giọt tròn ngay sau khi ra khỏi vòi phun. Các
lớp vỏ được củng cố bằng cách làm lạnh hoặc tẩm gel, tùy thuộc vào thành phần và tính
chất của vật liệu lớp phủ.
Một quá trình bao gói cơ học khác là phân đĩa phương pháp kéo sợi. Pha nhân phân
tán vào trong các nguyên liệu vỏ dạng lỏng và hỗn hợp được nâng lên một đĩa quay. Giọt
vật liệu vỏ được ném ra khỏi vành của đĩa quay cùng với các hạt rời rạc của vật liệu nhân
nằm trong một lớp vật liệu vỏ. Sau khi đã được làm rắn bằng cách làm lạnh sẽ thu thập
được các vi nang rời rạc nhau.
II.2 Công nghệ và thiết bị sử dụng trong kỹ thuật vi bao:
Phương pháp nhỏ giọt