luận văn thạc sĩ khảo sát một số đặc tính hóa lý của phức bọc lutein beta cyclodextrin điều chế bằng phương pháp đồng kết tủa

Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan mọi kết quả của đề tài: “Khảo sát một số đặc tính
hóa lý của phức bọc lutein-beta cyclodextrin điều chế bằng phương pháp
đồng kết tủa” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi và chưa từng được
công bố trong bất cứ công trình khoa học nào khác cho tới thời điểm này.
Nha Trang, ngày 09 tháng 10 năm 2019
Tác giả luận văn

Hồ Thị Hoàng Yến


Lời cảm ơn
Trong quá trình học tập và thực hiện bản luận văn này, tôi đã nhận
được rất nhiều sự giúp đỡ quý báu của các thầy cô giáo, các nhà khoa học
thuộc nhiều lĩnh vực cùng bạn bè trong lớp.
Đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Hoàng Thị Huệ An
và TS. Hà Thị Hải Yến đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện cho tôi hoàn
thành bản luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Học viện Khoa học và Công
nghệ, Khoa Hóa học và phòng Đào tạo của Học viện cũng như Ban lãnh đạo
Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang đã tạo mọi điều kiện
thuận lợi giúp tôi thực hiện luận văn và hoàn thành mọi thủ tục cần thiết.
Tôi xin cảm ơn các thầy cô tại Học viện Khoa học và Công nghệ, Khoa
Hóa học và Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang đã tận tình
truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt khóa học.
Tôi chân thành cảm ơn ban lãnh đạo và các thầy cô bộ môn Kỹ thuật
Hóa học và Trung tâm Thí nghiệm Thực hành Trường Đại học Nha Trang đã
hỗ trợ trang thiết bị thuận lợi giúp tôi thực hiện luận văn này.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân
và bạn bè đã luôn quan tâm, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học
tập và hoàn thành luận văn.

Trân trọng!
Nha Trang, ngày 09 tháng 10 năm 2019
Tác giả luận văn

Hồ Thị Hoàng Yến


Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt
Danh mục các ký hiệu
v/v

volume/volume

thể tích/thể tích

v/w

volume/weight

thể tích/khối lượng

w/w

weight/weight

khối lượng/khối lượng


Danh mục chữ viết tắt
Từ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

A

Absorbance

Độ hấp thụ

CD

Cyclodextrin

Cyclodextrin

α-CD

α - Cyclodextrin

α- Cyclodextrin

β-CD

β - Cyclodextrin

β - Cyclodextrin

γ-CD

γ- Cyclodextrin

γ - Cyclodextrin

DHA

Docosahexaenoic acid

Axit docosahexaenoic

DSC

Differential Scanning
Calorimetry

Phổ nhiệt lượng quét vi
phân

EtOH

Ethanol

Etanol

FT-IR

Fourier Transform Infrared

Quang phổ hồng ngoại

biến đổi Fourier

L-βCD

Lutein-β-cyclodextrin

Lutein-β-cyclodextrin

nm

Nanometer

Nanomet

TCVN

Vietnam Standard

Tiêu chuẩn Việt Nam

TGA

Thermogravimetric
Analysis

Phân tích nhiệt trọng
lượng

UV-Vis

Ultraviolet-Visible

Tử ngoại-khả kiến


Danh mục các bảng
Bảng 1.1. Hàm lượng beta caroten, lutein, lycopen trong các mẫu thực vật .12
Bảng 1.2. Mô tả một số phương pháp tạo vi nang ..................................... 15
Bảng 1.3. Một số thông số vật lý của các CD ................................................ 19
Bảng 1.4. Nồng độ β-CD sử dụng trong thực phẩm....................................... 21
Bảng 2.1. Khảo sát nồng độ và dung môi tạo phức bọc L- βCD....................36
Bảng 3.1. Kết quả tạo phức bọc L- βCD khi sử dụng dung etyl axetat..........47
Bảng 3.2. Một số đặc trưng hóa – lý quan trọng của phức bọc L-βCD..........49
Bảng 3.3. Độ tan lutein theo nồng độ β-CD trong dung dịch......................... 58
Bảng 3.4. Hàm lượng lutein trong phức bọc L-βCD...................................... 60
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của điều kiện bảo quản đến độ bền của lutein trong
phức bọc L- βCD............................................................................................. 61


Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Hình 1.1. Cấu tạo phân tử lutein (dạng đồng phân all-trans) ........................... 9
Hình 1.2. Hình dạng của hạt vi nang ............................................................... 14
Hình 1.3. Cấu trúc và kích thước của các CD.............................................. 18
Hình 1.4. Các dạng giản đồ pha – độ tan của phức bọc................................... 34
Hình 2.1. Sơ đồ tổng quát của quá trình điều chế phức bọc L-βCD tan trong
nước bằng phương pháp đồng kết tủa...............................................................35
Hình 3.1. Ảnh hưởng của nồng độ lutein trong etanol lên hiệu suất thu hồi vi nang
(%MY) của phức L-βCD và hiệu suất bọc lutein bằng β-CD (%ME)..................45
Hình 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ lutein trong axeton lên hiệu suất thu hồi vi nang
(%MY) của phức L-βCD và hiệu suất bọc lutein bằng β-CD (%ME)..................47

Hình 3.3. Sản phẩm phức bọc L-βCD được điều chế bằng phương pháp đồng
kết tủa................................................................................................................ 50
Hình 3.4. Phổ UV-Vis của β-CD trong EtOH/H2O 1:4 (v/v).......................... 52
Hình 3.5. Phổ UV-Vis của L-βCD trong EtOH/H2O 1:4 (v/v)........................ 52
Hình 3.6. Phổ FTIR của phức lutein tinh......................................................... 53
Hình 3.7. Phổ FTIR của phức bọc L-βCD........................................................53
Hình 3.8. Phổ FTIR của β-CD tinh...................................................................53
Hình 3.9. Giản đồ TGA của lutein....................................................................55
Hình 3.10. Giản đồ DSC của lutein.................................................................. 55
Hình 3.11. Giản đồ TGA của β-CD..................................................................56
Hình 3.12. Giản đồ DSC của β-CD.................................................................. 56
Hình 3.13. Giản đồ TGA của L-βCD............................................................... 57
Hình 3.14. Giản đồ DSC của L-βCD................................................................58


1
MỤC LỤC
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt
Danh mục chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
MỤC LỤC.......................................................................................................... 1
MỞ ĐẦU............................................................................................................ 6
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI..................................................................................6
2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI.............................................................................7
3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU............................................................................. 7
4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI............................ 7
4.1. Ý NGHĨA KHOA HỌC.............................................................................. 7

4.2. Ý NGHĨA THỰC TIỄN.............................................................................. 8
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU............................................................ 9
1.1. TỔNG QUAN VỀ LUTEIN....................................................................... 9
1.1.1. Lutein........................................................................................................ 9
1.1.2. Tính chất vật lý và hóa học của lutein..................................................... 9
1.1.2.1. Tính chất vật lý...................................................................................... 9
1.1.2.2. Tính chất hóa học................................................................................ 10
1.1.3. Hoạt tính sinh học của lutein................................................................. 10
1.1.4. Ứng dụng của lutein............................................................................... 10
1.1.4.1. Trong công nghiệp thực phẩm............................................................ 10
1.1.4.2. Trong y học..........................................................................................11


2
1.1.5. Các nguồn lutein quan trọng trong tự nhiên ......................................... 12
1.2. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT BAO GÓI VI NANG............................13
1.2.1. Khái quát.................................................................................................13
1.2.2. Cấu tạo hạt vi nang ................................................................................14
1.2.3. Các phương pháp bao gói vi nang..........................................................14
1.3. TỔNG QUAN VỀ CYCLODEXTRIN VÀ BETA CYCLODEXTRIN. 17
1.3.1. Cấu trúc hóa học và tính chất chung của các cyclodextrin.............................. 17
1.3.2. Tính chất vật lý của β-cyclodextrin........................................................19
1.3.3. Tính chất hóa học của β-CD.................................................................. 20
1.3.4. Tính an toàn của β-CD........................................................................... 20
1.3.5. Các phương pháp điều chế phức bọc với β-CD.....................................21
1.3.6. Ứng dụng phức bọc β-CD trong công nghệ thực phẩm và dược phẩm................ 22
1.3.6.1. Trong công nghệ thực phẩm................................................................23
1.3.6.2. Trong công nghiệp dược phẩm........................................................... 23
1.4. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC LIÊN QUAN
ĐẾN ĐỀ TÀI.................................................................................................... 24

1.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới.........................................................24
1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước...........................................................25
CHƯƠNG 2.NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..27
2.1. HÓA CHẤT...............................................................................................27
2.2. DỤNG CỤ - THIẾT BỊ............................................................................. 27
2.2.1. Dụng cụ:..................................................................................................27
2.2.2. Thiết bị:...................................................................................................27
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.............................................................28


3
2.3.1. Phương pháp nghiên cứu tính chất hóa lý của phức bọc tạo bởi
-cyclodextrin...................................................................................................28
2.3.1.1. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron
Microscopy, SEM)............................................................................................28
2.3.1.2. Phân bố kích thước hạt........................................................................ 29
2.3.1.3. Phổ hấp thụ UV-Vis ........................................................................... 29
2.3.1.4. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR: Fourrier Transformation
Infrared)............................................................................................................ 30
2.3.1.5. Phổ nhiệt lượng quét vi phân (DSC: Differential Scanning
Calorimetry)......................................................................................................31
2.3.1.6. Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA: Thermogravimetric Analysis).......... 31
2.3.1.7. Giản đồ độ tan pha (Phase Solubility Diagram)................................. 32
2.3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất điều chế phức bọc
lutein-β-cyclodextrin bằng phương pháp đồng kết tủa.................................... 35
2.3.2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm điều chế phức bọc L-βCD.............................35
2.3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của dung môi hữu cơ và nồng độ lutein............ 36
2.3.3. Phân tích một số đặc tính hóa lý của phức bọc lutein –β-cyclodextrin............37
2.3.3.1. Độ ẩm...................................................................................................37
2.3.3.2. Độ tan trong nước................................................................................38

2.3.3.3. Khối lượng riêng................................................................................. 38
2.3.3.4. Hình dạng hạt...................................................................................... 38
2.3.3.5. Phân bố kích thước hạt........................................................................ 39
2.3.3.6. Phổ hấp thụ UV-Vis............................................................................ 39
2.3.3.7. Phổ FT-IR............................................................................................ 39
2.3.3.8. Phổ nhiệt lượng quét vi phân và phân tích nhiệt trọng lượng............ 39
2.3.3.9. Giản đồ độ tan pha (Phase Solubility Diagram)................................. 40


4
2.3.3.10. Hàm lượng lutein trong phức bọc, hiệu suất thu hồi vi nang, hiệu
suất bọc lutein................................................................................................... 41
2.3.3.11. Ảnh hưởng của điều kiện bảo quản đến độ bền của lutein...............43
2.4. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU......................................................... 44
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...................................................45
3.1. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA DUNG MÔI HỮU CƠ VÀ NỒNG
ĐỘ LUTEIN ĐẾN HIỆU SUẤT ĐIỀU CHẾ PHỨC BỌC L-βCD................45
3.1.1. Dung môi etanol..................................................................................... 45
3.1.2. Dung môi axeton.................................................................................... 46
3.1.3. Dung môi etyl axetat:............................................................................. 47
3.2. PHÂN TÍCH MỘT SỐ TÍNH CHẤT HÓA LÝ ĐẶC TRƯNG CỦA
SẢN PHẨM PHỨC BỌC L-βCD....................................................................49
3.2.1. Độ ẩm......................................................................................................50
3.2.2. Độ tan trong nước...................................................................................50
3.2.3. Khối lượng riêng.....................................................................................50
3.2.4.Ảnh SEM................................................................................................. 51
3.2.5. Phân bố kích thước hạt........................................................................... 51
3.2.6. Phổ hấp thụ phân tử UV-Vis.................................................................. 52
3.2.7. Phổ hấp thụ FTIR................................................................................... 53
3.2.8. Phổ nhiệt lượng TGA và DSC............................................................... 54

3.2.9. Giản đồ độ tan pha..................................................................................58
3.2.10. Hàm lượng lutein trong phức bọc - Hiệu suất thu hồi vi nang – Hiệu
suất bọc lutein................................................................................................... 59
3.2.11. Ảnh hưởng của điều kiện bảo quản đến độ bền của lutein trong phức
bọc L- βCD....................................................................................................... 61
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................... 63


5
KẾT LUẬN...................................................................................................... 63
KIẾN NGHỊ......................................................................................................64
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................65


6

MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Lutein là một sắc tố carotenoid màu vàng cam có trong nhiều loài thực
vật (các loại rau lá màu xanh lục đậm; hoa, quả) và động vật (lòng đỏ trứng
gia cầm. Ở người, lutein và zeaxanthin (một đồng phân của lutein) tập trung
nhiều trong hoàng điểm (macular), nó có chức năng tiếp nhận ánh sáng và do
đó có vai trò quan trọng đối với thị lực của người. Lutein còn có khả năng
ngăn ngừa triệu chứng lão hóa, chứng xơ vữa động mạch, bệnh đục thủy tinh
thể, chứng thoái hóa hoàng điểm do tuổi già (AMD: age-related macular
degeneration) và một số bệnh ung thư (ung thư da, phổi, buồng trứng,…).
Hiện nay, nhiều quốc gia sử dụng lutein làm phụ gia trong công nghiệp thực
phẩm (chất tạo màu cho thực phẩm), mỹ phẩm (kem dưỡng da chống lão hóa,
kem chống nắng, son dưỡng môi …) và dược phẩm (hoạt chất chống oxy hóa,
thuốc bổ mắt…) [1]. Tuy nhiên, lutein dễ bị oxi hóa bởi oxi không khí và các

tác nhân axit, dễ bị phân hủy bởi nhiệt và ánh sáng dẫn đến sự mất màu và
hoạt tính sinh học. Ngoài ra, lutein cũng là một hợp chất kém phân cực, dễ
tan trong dầu nhưng lại kém tan trong nước. Những tính chất này làm hạn chế
khả năng ứng dụng của lutein trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm.
Để cải thiện khả năng ứng dụng của lutein, cần chuyển hóa lutein
thành dạng chế phẩm bền và dễ tan trong nước. Một trong những kỹ thuật
thường dùng cho mục đích này là điều chế lutein dưới dạng vi nang
(microcapsule). Trong đó, lutein được bao bọc bằng một lớp vỏ vật liệu ưa
nước, tạo thành các hạt có kích thước nhỏ [2]. Ở Việt Nam đã có một số
nghiên cứu điều chế lutein vi nang bằng kỹ thuật sấy phun sử dụng
maltodextrin làm vật liệu bọc [3], [4]… Tuy nhiên, chế phẩm lutein vi nang
thu được kém bền, chưa đáp ứng yêu cầu ứng dụng thực tiễn. Nguyên nhân là
do chất mang sử dụng là maltodextrin chưa phù hợp.
Trong những năm gần đây, nhóm chất mang cyclodextrin (CD) được
ứng dụng nhiều trong công nghệ vi nang dược phẩm và thực phẩm. CD là tên
gọi chung của các oligosaccarit vòng có cấu trúc đặc biệt với bộ khung rỗng
kỵ nước bên trong và các nhóm hyđroxyl ưa nước bên ngoài. Với cấu trúc này


7

các CD có khả năng tương tác và bao gói các phân tử hoạt chất kém phân cực
vào trong cấu trúc rỗng tạo thành một dạng hợp chất đặc biệt gọi là phức bọc
(inclusion complex). Nhờ sự tạo phức này mà các phân tử hoạt chất được bảo
vệ khỏi sự phân hủy dưới tác động của môi trường xung quanh, đồng thời độ
tan của hoạt chất ở dạng phức bọc được cải thiện so với dạng tự do.
Mặc dù ở Việt Nam đã có một số nghiên cứu sử dụng các CD để bao gói
các thành phần nhạy cảm có trong thực phẩm và dược phẩm [3], [4] nhưng chưa
có công trình công bố nào liên quan đến phức bọc lutein với CD. Do vậy, chúng
tôi thực hiện đề tài “Khảo sát một số đặc tính hóa lý của phức bọc lutein-beta

cyclodextrin điều chế bằng phương pháp đồng kết tủa”.
2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất điều chế phức bọc
lutein-β-cyclodextrin (L-βCD) bằng phương pháp đồng kết tủa.
Phân tích một số đặc tính hóa lý của sản phẩm phức bọc L-βCD thu được.
3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Hiện nay, trên thị trường có nhiều phương pháp tạo phức bọc và nhiều
dạng chất mang CD như: -CD, -CD, -CD, hyđroxypropyl-cyclodextrin…
Tuy nhiên, trong đề tài này chúng tôi hạn chế sử dụng:
- Chất mang -cyclodextrin (β-CD)
- Phương pháp đồng kết tủa (co-precipitation) để tạo phức bọc
4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
4.1. Ý NGHĨA KHOA HỌC
Đề tài cung cấp những dữ liệu khoa học mới về:
- Điều kiện thích hợp để điều chế vi nang lutein bằng phương pháp
đồng kết tủa.
- Các đặc trưng hóa lý của sản phẩm phức bọc giữa lutein và β-CD thu được.


8

4.2. Ý NGHĨA THỰC TIỄN
- Đánh giá khả năng ứng dụng phương pháp đồng kết tủa để điều chế
phức bọc lutein với β-CD.
- Làm cơ sở cho việc nghiên cứu hoàn thiện và phát triển sản phẩm lutein bao
gói bởi β-CD nhằm ứng dụng trong công nghệ thực phẩm và dược phẩm ở Việt Nam.


9

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. TỔNG QUAN VỀ LUTEIN
1.1.1. Lutein
Lutein là dẫn xuất 3,3' điol của β, ε-caroten, có công thức phân tử là
C40H56O2 (M = 568,88 g/mol). Đây là một loại sắc tố carotenoid có màu
vàng – cam thường có trong nhiều loài thực vật, đặc biệt là có nhiều trong
cánh hoa cúc vạn thọ châu Phi (Tagetes erecta L.).
Trong phân tử lutein ngoài khung isoprenoid C40 giống như các carotenoid
khác, nó còn có chứa 2 nhóm –OH ở 2 vòng 6 đầu mạch (một vòng β- và một
vòng α-ionon). Mặc dù chuỗi nối đôi liên hợp trong phân tử lutein có thể tồn
tại dưới dạng đồng phân trans hay cis (mono-cis hay poly-cis) nhưng phần lớn
lutein tự nhiên tồn tại ở dạng all-trans.

17
2

HO

3

20

19
16
1

6

7

8

9

10

12

5
4

14'

15

11

18

13

14

15'

13'

20'

10'

12'
11'

9'
19'

8'

18'

4'

5'
6'

7'

16'

OH

3'
1'

2'
17'

Hình 1.1. Cấu tạo phân tử lutein (dạng đồng phân all-trans) [5].
1.1.2. Tính chất vật lý và hóa học của lutein [6], [7]

1.1.2.1. Tính chất vật lý
Về trạng thái: Lutein tinh thể ở dạng bột chảy tự do có màu vàng cam.
Nhiệt độ nóng chảy: 190oC.
Tính tan: là hợp chất kém phân cực nên không tan trong nước, tan trong
các dung môi không phân cực hoặc phân cực kém. Cụ thể, khả năng hòa tan
lutein của một số dung môi hữu cơ lần lượt là: hexan (20 mg/l), etanol (300
mg/l), axeton (800 mg/l), etyl axetat (800 mg/l), điclometan (800 mg/l) và
một số dung môi không phân cực khác [8].
Sự hấp thụ ánh sáng: lutein hấp thụ mạnh ánh sáng xanh (hấp thụ cực
đại ở 445nm và 473 nm) và tia tử ngoại [3].


10

1.1.2.2. Tính chất hóa học
Lutein rất nhạy với axit và chất oxy hóa nhưng lại bền vững với kiềm.
Với cấu trúc phân tử chứa chuỗi polyen liên hợp, lutein dễ bị oxy hóa bởi oxy
không khí, phản ứng với các tác nhân axit, bị phân hủy bởi ánh sáng, bị đồng
phân hóa từ dạng trans thành dạng cis dưới tác dụng của nhiệt, dẫn đến sự mất
màu nhanh chóng [5], [7], [9].
Vì vậy, trong quá trình tiến hành nghiên cứu, lutein phải được hạn chế
tiếp xúc với ánh sáng, nhiệt độ cao… để tránh làm phân hủy lutein.
1.1.3. Hoạt tính sinh học của lutein
Phần lớn hoạt tính sinh học của chất màu lutein dựa trên khả năng hấp thụ
ánh sáng và khả năng bắt giữ các gốc tự do của phân tử lutein. Theo những kết
quả nghiên cứu đã công bố, do phân tử chứa nhiều nối đôi liên hợp (gồm 8 đơn vị
isopropenoid liên kết với nhau) lutein có khả năng hấp thụ tia tử ngoại, bắt giữ
oxy singlet hình thành trong cơ thể, nhờ đó lutein có khả năng chống oxy hóa vượt
trội và có những hoạt tính sinh học quan trọng như sau [10]:
Lutein có khả năng hấp thụ tia tử ngoại và ánh sáng xanh, do đó lutein

có khả năng bảo vệ da, mắt khỏi tác hại của các bức xạ này, ngăn ngừa ung
thư da, thoái hóa điểm vàng .
Lutein có hoạt tính chống oxy hóa và bắt giữ các gốc tự do sinh ra
trong tế bào do đó có khả năng bảo vệ cơ thể khỏi nguy cơ mắc các bệnh tim
mạch như xơ vữa động mạch, đột quỵ,…
1.1.4. Ứng dụng của lutein
1.1.4.1. Trong công nghiệp thực phẩm
Trong công nghệ thực phẩm, màu sắc đóng một vai trò rất quan trọng,
giúp cho sản phẩm bắt mắt hơn, hấp dẫn hơn. Tuy nhiên, việc sử dụng chất
màu tổng hợp tuy đẹp mắt nhưng lại không an toàn, thậm chí gây ung thư.
Hiện nay, có nhiều loại chất màu có nguồn gốc tự nhiên không độc hại lại tạo
được sản phẩm có màu sắc đặc trưng, hấp dẫn. Trong số đó, lutein được xem
là một chất màu tự nhiên có tiềm năng do có màu vàng cam sáng đẹp và bắt


11

mắt. Đặc biệt, lutein giúp giảm nguy cơ mù lòa ở người cao tuổi do thoái hóa
điểm vàng. Lutein đã được phép sử dụng làm chất tạo màu vàng cho một số
thực phẩm như bánh nướng, nước giải khát, nước ép trái cây, ngũ cốc, kẹo
cao su, kẹo cứng, các sản phẩm từ sữa, trứng, các loại thực phẩm cho trẻ sơ sinh
và trẻ mới biết đi, chất béo và dầu, nước thịt, nước sốt và súp hỗn hợp [11].
1.1.4.2. Trong y học
Lutein bảo vệ khỏi các bệnh rối loạn về mắt
Lutein có mặt ở hoàng điểm, một khu vực của võng mạc giúp bảo
vệ mắt khỏi ánh sáng mạnh. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra mối quan hệ trực tiếp
giữa mức tiêu thụ lutein và sắc tố của mắt Các chuyên gia đánh giá lutein là
“phương pháp tự nhiên” để điều trị thoái hóa điểm vàng. Lutein lọc và giảm tỉ
lệ tia UV bước sóng ngắn gây ảnh hưởng đến võng mạc nhạy cảm của mắt.
Nghiên cứu mật độ sắc tố mắt ở bệnh nhân thoái hóa điểm vàng do tuổi già

sau 1 năm khi bổ sung dinh dưỡng bằng lutein và axit docosahexaenoic (DHA)
mật độ sắc tố mắt tăng đáng kể [12], [13].
Việc bổ sung 12 mg lutein mỗi ngày có thể làm chậm sự suy giảm chức
năng thị giác ở người trưởng thành [14]. Lutein còn có tác dụng làm giảm tình
trạng mỏi mắt, chói mắt, nhạy cảm với ánh sáng và tăng cường thị lực.
Lutein bảo vệ sức khỏe làn da
Lutein có khả năng ngăn chặn các tổn thương trên da do ánh sáng, làm
chậm tốc độ mất cân bằng oxy hóa và ngăn ngừa ung thư da. Do đó, một số
sản phẩm kem chống nắng có công thức thảo dược chứa lutein ester chiết suất
từ hoa cúc vạn thọ Tagetes erecta L. đã được đưa ra thị trường [15].
Lutein góp phần cho sự phát triển não bộ
Những nghiên cứu khoa học năm 2017 thực hiện bởi Tập đoàn Abbott
(Hoa Kỳ) đã phát hiện ra rằng lutein và vitamin E đóng vai trò quan trọng cho
sự phát triển của não. Lutein, vitamin E tự nhiên cùng với DHA đã được tìm
thấy ở những vùng não bộ liên quan tới khả năng học hỏi. Nghiên cứu cho
thấy, công thức sữa bột kết hợp lutein với DHA giúp tăng cường hơn 81% kết
nối thần kinh so với DHA riêng lẻ, cũng như cung cấp nhiều dưỡng chất hơn


12

cho sự phát triển não bộ của trẻ sơ sinh. Hơn nữa, kiểm tra mối quan hệ giữa
mức độ nhận thức và lutein cho thấy lutein liên quan đến một loạt các chức
năng điều hành, ngôn ngữ, học tập và trí nhớ [16].
Lutein có thể giảm nguy cơ mắc ung thư
Chế độ ăn cung cấp đủ lượng lutein cần thiết giúp giảm nguy cơ ung
thư vú, trực tràng, cổ tử cung và ung thư phổi. Người sử dụng vừa đủ lượng
vitamin A, retinol và một số carotenoid bao gồm beta cryptoxanthin, lycopen,
lutein và zeaxanthin có nguy cơ mắc ung thư biểu mô tế bào thấp hơn.
1.1.5. Các nguồn lutein quan trọng trong tự nhiên [17]

Con người không thể tổng hợp carotenoid trong cơ thể. Do đó, lutein đi
vào cơ thể người thông qua chế độ ăn uống. Lutein có trong nhiều thực phẩm
như: rau ngót, cải bó xôi, diếp cá, rau muống, sú lơ xanh, rau mồng tơi, ngô,
lá đinh lăng, trứng, đu đủ.
Bảng 1.1.Hàm lượng beta caroten, lutein, lycopen trong các mẫu thực vật [18]

Tuy trứng chứa ít lutein hơn so với các loại rau, nhưng lutein trong trứng
có tác dụng sinh học tốt hơn. Các nghiên cứu cho thấy rằng lutein được hấp
thụ từ trứng tốt hơn từ cải bó xôi hoặc từ viên nang [19].


13

Nguồn nguyên liệu tự nhiên giàu lutein nhất hiện nay là hoa cúc vạn
thọ châu Phi. Nghiên cứu cho thấy cánh hoa cúc vạn thọ khô chứa khoảng
1,6g carotenoid tổng số/kg trọng lượng khô, trong đó carotenoid chủ yếu là
lutein ester [11].
Hoa cúc vạn thọ được trồng phổ biến, thu hoạch và chế biến theo quy mô
công nghiệp có vai trò quan trọng như một nguồn chất màu lutein có giá trị cao.
1.2. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT BAO GÓI VI NANG
1.2.1. Khái quát
Kỹ thuật bao gói vi nang (micro-encapsulation) đã ra đời vào những
năm 1930 áp dụng để bao gói những thành phần “nhạy cảm” trong thực phẩm
(các chất dễ bay hơi, dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ) nhằm bảo vệ chúng. Do đó,
các nhà sản xuất thực phẩm ngày càng chú ý đến kĩ thuật đầy tiềm năng này.
Về bản chất, bao gói vi nang là kỹ thuật bao bọc các chất rắn, lỏng hay
khí (chất nền) vào trong một lớp vỏ bao cực mỏng, lớp vỏ này sẽ giữ và bảo
vệ chất nền không bị biến đổi làm giảm chất lượng (đối với những chất nền dễ
bị ảnh hưởng bởi nhiệt) hay hạn chế tổn thất (đối với chất nền dễ bay hơi), nó
chỉ giải phóng các chất nền này ra ngoài trong một số điều kiện đặc biệt [20].

Kỹ thuật vi nang thích hợp với nhiều nhóm chất khác nhau (rắn, lỏng, hợp chất
dễ bay hơi, hỗn hợp …).
Kỹ thuật bao gói vi nang nhằm các mục đích sau:
+ Bảo vệ các chất được bao gói khỏi tác động của môi trường.
+ Che giấu những mùi vị không mong muốn đối với sản phẩm.
+ Tăng khả năng hấp thụ của hoạt chất qua thành ruột.
+ Tăng độ tan trong nước, dễ dàng phân tán hơn trong thực phẩm.
+ Tăng cường một số tiêu chuẩn kỹ thuật của sản phẩm: kéo dài thời
hạn sử dụng, hạn chế tương tác không mong muốn giữa các chất, không bị
biến tính trong quá trình xử lý công nghệ, có thể điều khiển quá trình giải
phóng hoạt chất được bao gói…


14

1.2.2. Cấu tạo hạt vi nang [21]
Một vi nang thường bao gồm hai thành phần chính:
Phần lõi: chứa hoạt chất cần được bao gói. Đây được xem là thành
phần quan trọng của một vi nang, là các hoạt chất dễ bị bay hơi hoặc dễ bị ảnh
hưởng bởi các tác nhân bên ngoài cần được bao bọc. Thành phần hoạt chất có
thể ở dạng lỏng hoặc rắn.
Lớp vỏ bao bọc: là lớp polymer bao phủ quanh các phần lõi chứa hoạt
chất, nó được xem như là bức tường ngăn cản các tác nhân của môi trường
bên ngoài tác động đến các chất khác trong hệ thống. Lớp vỏ này có thể là
một polymer có nguồn gốc tự nhiên (polymer sinh học) hay polymer bán tổng
hợp hoặc tổng hợp.
Có nhiều hình thái vi nang được tạo ra, nhưng hai hình thái chủ yếu
thường thấy là nang đơn nhân (có một lõi đơn bao phủ bởi một lớp vỏ) và
nang đa nhân tập hợp (có nhiều lõi nhúng vào trong một nền). Hình dạng cụ
thể của chúng trong vi nang chịu ảnh hưởng bởi công nghệ xử lý, và bởi

các vật liệu lõi và vật liệu vỏ tạo ra các viên nang này.

Hình 1.2. Hình dạng của hạt vi nang [22]
1.2.3. Các phương pháp bao gói vi nang
Hiện nay, để tạo được vi nang người ta có thể tiến hành bằng nhiều
phương pháp. Các phương pháp này được phân làm 3 nhóm chính [21]:
- Nhóm phương pháp hóa học gồm: polyme hóa trên bề mặt, polyme


15

hóa trong nhũ tương…
- Nhóm phương pháp hóa lý gồm: đông tụ, bay hơi dung môi, tĩnh diện,
sử dụng chất lỏng siêu tới hạn…
- Nhóm phương pháp cơ học gồm: sấy phun, sấy tầng sôi, nghiền, ly
tâm, ép đùn…
Cấu trúc của vi nang tạo thành cũng như kích thước và hiệu suất bọc
phụ thuộc vào phương pháp lựa chọn và được liệt kê ở bảng 1.2:
Bảng 1.2. Mô tả một số phương pháp tạo vi nang [2]
Quá trình

Mô tả quá trình

Sấy phun

- Hòa tan hoặc phân tán lõi cần bao
vào dung dịch vỏ

Hiệu suất Kích thước
bọc (%)

vi nang
(µm)

5 – 50

10–400

5 – 50

5–5000

5 – 40

300-5000

1 – 100

0,2-5000

- Phun vào buồng sấy
Sấy tầng sôi

- Phun dung dịch vỏ vào lớp lõi ở
trạng thái tầng sôi
- Làm lạnh hoặc sấy khô

Ép đùn

- Làm nóng chảy vỏ, phân tán lõi
vào trong vỏ

- Tạo hạt bằng thiết bị ép đùn. Làm
nguội.

Nhũ
tương hóa
Ðông tụ

- Hòa tan lõi và chất nhũ hóa.
- Ðồng hóa bằng áp suất
- Tạo nhũ tương
- Thêm yếu tố tạo sự tách pha

10–800
40 – 90


16

- Làm lạnh, tạo liên kết ngang

- Tạo nhũ tương lõi (thường trong
Nhỏ giọt alginate)
- Nhỏ giọt vào dung dịch tạo gel

20 – 50

200–5000

Tạo vi hạt
trong nhũ

tương

- Thêm chất tạo gel

20 – 50

10–1000

Dung môi
- Hòa tan vỏ vào dung môi ở trạng
siêu tới hạn thái siêu tới hạn

20 – 50

10–400

5 – 15

0,001– 0,01

5 – 10

10–1000

-

20– 5000

- Tạo nhũ tương lõi/vỏ

- Phân tán lõi vào vỏ, hạ áp suất để
loại bỏ dung môi
Tạo phức
bọc

- Trộn vỏ, lõi và nước. Sấy khô

Liposome

-Phân tán lõi vào dung dịch lipid
- Ðồng hóa để giảm kích thước hạt

Sấy lạnh
hoặc sấy
chân không

- Trộn lẫn vỏ và lõi trong nước
- Ðông lạnh hỗn hợp, sấy khô.
- Nghiền

Trong quá trình điều chế vi nang, đầu tiên hoạt chất được nhũ hóa hoặc
phân tán trong các chất mang dạng dung dịch. Sau đó, hỗn hợp này được
đồng hóa nhằm phân tán hoạt chất thành các phân tử có kích thước rất nhỏ,
đồng thời giúp chúng phân tán đều trong dung dịch chất mang và tạo ra hỗn
hợp nhũ tương ổn định. Người ta thường đồng hóa hỗn hợp bằng cách
khuấy trộn với tốc độ cao. Ðối với chất mang có khả năng tạo phức cao, ta


17

cần để một thời gian nhằm giúp phức vi nang ổn định trước khi sấy. Sau khi
ổn định, nhũ tương hay dung dịch phức vi nang được chuyển vào thiết bị làm
khô để được hạt vi nang.
1.3. TỔNG QUAN VỀ CYCLODEXTRIN VÀ BETA CYCLODEXTRIN
Để bảo vệ hoạt chất nhạy cảm với những tác nhân oxy hóa bên ngoài
có thể áp dụng kĩ thuật bao gói vi nang sử dụng chất mang phù hợp. Chất
mang (hay còn gọi là lớp vỏ ngoài) được sử dụng trong sản xuất vi nang có
ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của vi nang bởi vì nó quyết định khả năng
bảo vệ hoạt chất trước những tác nhân oxy hóa, khả năng hấp thụ chất trong
thành ruột. Một trong những loại chất mang không độc hại thường được sử
dụng trong sản xuất vi nang thực phẩm và dược phẩm là CD [22]. Các loại
CD thường dùng gồm có: -CD, -CD, - CD.
Trong đó, β-CD là một trong những CD thuộc họ oligosaccarit vòng
với cấu trúc lỗ trống trung tâm ưa béo và bề mặt ngoài ưa nước [23]. β-CD
còn có tên gọi khác là cycloamylose, cyclomalto oligosaccarit, cyclomalto
hoặc Schardinger dextrin.
1.3.1. Cấu trúc hóa học và tính chất chung của các cyclodextrin [24], [25]
CD là các oligosaccarit vòng chứa các đơn vị glucopyranose nối nhau
bởi các liên kết α-(1,4). Chúng có cấu trúc đặc biệt với bộ khung rỗng bên
trong kỵ nước và phần bên ngoài ưa nước và có thể tạo phức bọc với nhiều
loại phân tử khách. Khi phản ứng với CD, các phân tử hoạt chất kém phân
cực sẽ chui vào phần cấu trúc rỗng kỵ nước của CD, tạo thành phức bọc. Nhờ
đó, hoạt chất được bảo vệ và độ tan trong nước được cải thiện. Các CD tự
nhiên được ứng dụng rộng rãi là α-CD, β-CD và γ-CD chứa lần lượt 6, 7 và 8
đơn vị glucopyranose, trong đó dạng β-CD được ứng dụng nhiều hơn cả do
giá thành hợp lý và kích thước lỗ trống trung bình.


18

Hình 1.3. Cấu trúc và kích thước của các CD [24]
Cấu trúc vòng của CD cho phép nó tạo phức bao dạng khách thể - hoạt
chất cần được bao bọc. Các phân tử khách thể có ảnh hưởng đến độ tan của
CD. Một số hợp chất có thể tạo phức không tan với CD trong khi đó số khác
có thế tạo phức tan rất tốt, thậm chí tan tốt hơn CD khi chưa tạo phức. Hiện
tượng này là do các phân tử khách thể tương tác với các CD và làm thay đổi
hướng quay của chúng. Vì vậy, có trường hợp phức tạo thành từ một chất
khách thể với γ-CD có thể kém tan hơn phức với α- CD hay β-CD.
Hiện nay, một số dẫn xuất của β-CD cũng đã được tổng hợp để cải
thiện độ tan của β-CD trong nước như: sulfobutylether β-cyclodextrin;
hyđropropyl β-cyclodextrin, β-cyclodextrin metyl hóa ngẫu nhiên (RM-β-CD:
randomly metylated β-CD). Tuy nhiên, những sản phẩm này khá đắt tiền nên
chưa ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp [25].


19

1.3.2. Tính chất vật lý của β-cyclodextrin
Bảng 1.3. Một số thông số vật lý của các CD [26]
Thông số

α- CD

β- CD

γ- CD

Số đơn vị glucose

6

7

8

Công thức phân tử

C36H60O30

C42H70O35

C48H80O40

Phân tử khối (g/mol)

972,85

1134,99

1297,14

Chiều cao của lỗ trống (Å)

7,9-8

7,9-8

7,9-8

Ðường kính trong (Å)

4,7-5,3

6,0-6,6

7,5-8,4

Ðường kính ngoài (Å)

14,6-15

15,4-15,8

17,5-17,9

Thể tích lỗ trống (ml/mol)

174

262

472

pKa ở 250C

12,332

12,202

12,081

Nhiệt độ nóng chảy (oC)

275

280

275

Ðộ tan trong nước(g/100ml,
25oC)

14,5

1,85

23,2

Số phân tử nước được ngậm

6-7

10-12

7-13

Tính chất vật lý chung của các CD được thể hiện qua bảng 1.3. Trong
đó, kích thước lỗ trống của cyclodextrin liên quan đến khả năng tạo phức bọc.
Từ bảng 1.3 ta thấy thể tích lỗ trống trong bộ khung cyclodextrin tăng dần
theo thứ tự: α-CD< β-CD < γ-CD.

α-CD thường chỉ bọc khách thể kích thước phân tử nhỏ. γ-CD có thể tích
lỗ trống lớn nhất chi phí sản xuất cao nên ứng dụng của nó còn hạn chế. -CD có
thể tích lỗ trống trung bình phù hợp với nhiều loại phân tử, chi phí sản xuất thấp
nên hiện đang được sử dụng nhiều nhất trong ngành công nghiệp sản phẩm CD.