Nghiên cứu quá trình tạo hệ nhũ tương nano tinh dầu tiêu bằng phương pháp đồng hóa tốc độ cao và ứng dụng trong chế biến thực phẩm

Nghiên cứu quá trình tạo hệ nhũ tương nano
Tinh dầu tiêu bằng phương pháp đồng hóa tốc
Độ cao và ứng dụng trong chế biến thực phẩm

Lý Thị Minh Hiền

2020


MỤC LỤC

Đặt vấn đề ................................................................................................................. 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .................................................................. 2
1.1. Hệ nhũ tƣơng nano ........................................................................................... 2
1.1.1. Giới thiệu ........................................................................................................ 2
1.1.2. Các phƣơng pháp tạo hệ nhũ tƣơng nano ....................................................... 5
1.1.2.1. Phƣơng pháp năng lƣợng thấp (low energy method) .................................. 7
1.1.2.2. Phƣơng pháp năng lƣợng cao (high energy method) ................................. 10
1.1.3. Phƣơng pháp phân tích hệ nhũ tƣơng nano .................................................... 12
1.1.4. Một số nghiên cứu hệ nhũ tƣơng nano trong nƣớc......................................... 14
1.2. Tinh dầu và tinh dầu tiêu đen ............................................................................ 15
1.2.1. Giới thiệu tinh dầu .......................................................................................... 15
1.2.2. Thành phần và tính chất tinh dầu tiêu đen...................................................... 18
CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................... 22
2.1. Nguyên vật liệu – Thiết bị ................................................................................. 22
2.1.1. Nguyên vật liệu ............................................................................................... 22
2.1.2. Thiết bị ............................................................................................................ 24
2.2. Quy trình tạo hệ nhũ tƣơng bằng phƣơng pháp đồng hóa tốc độ cao ............... 25
2.3. Khảo sát sự tạo thành hệ nhũ tƣơng nano ......................................................... 28

i

2.3.1. Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hƣởng tỷ lệ pha dầu và pha nƣớc ..................... 28
2.3.2. Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hƣởng tỷ lệ tinh dầu tiêu đen- dầu nành ........... 29
2.3.3. Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hƣởng tỷ lệ dầu và Tween 80 ............................ 30
2.3.4. Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hƣởng tốc độ khuấy .......................................... 31
2.3.5. Thí nghiệm 5: Khảo sát ảnh hƣởng thời gian khuấy ..................................... 33
2.4. Khảo sát sự ổn định của hệ nhũ tƣơng .............................................................. 34
2.4.1. Thí nghiệm 6: Khảo sát ảnh hƣởng của q trình ly tâm ............................... 34
2.4.2. Thí nghiệm 7: Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ bảo quản ............................ 34
2.5. Khảo sát khả năng bảo quản thịt tƣơi của hệ nhũ tƣơng nano ......................... 35
2.5.1. Các quy trình xử lý mẫu thịt ........................................................................... 35
2.5.1.1. Quy trình xử lý mẫu thịt tƣơi ....................................................................... 35
2.5.1.2. Quy trình xử lý thịt ƣớp gia vị .................................................................... 37
2.5.2. Các thí nghiệm ứng dụng ............................................................................... 38
2.5.2.1. Thí nghiệm 8: Khảo sát khả năng bảo quản thịt heo tƣơi ........................... 38
2.5.2.2. Thí nghiệm 9: Khảo sát khả năng bảo quản thịt gà tƣơi ............................. 39
2.5.2.3. Thí nghiệm 10: Khảo sát khả năng bảo quản thịt heo ƣớp gia vị ................ 40
2.5.2.4. Thí nghiệm 11: Khảo sát khả năng bảo quản thịt gà ƣớp gia vị .................. 40
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN ................................................................ 42
3.1. Khảo sát quá trình tạo thành hệ nhũ tƣơng nano ............................................... 42
3.1.1. Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hƣởng tỷ lệ pha dầu và pha nƣớc ..................... 42

ii


3.1.2. Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hƣởng hàm lƣợng tinh dầu tiêu đen ................. 44
3.1.3. Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hƣởng tỷ lệ dầu và Tween ............................... 45
3.1.4. Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hƣởng tốc độ khuấy .......................................... 46
3.1.5. Thí nghiệm 5: Khảo sát ảnh hƣởng thời gian khuấy ..................................... 47

3.2. Khảo sát sự ổn định của hệ nhũ tƣơng .............................................................. 47
3.2.1. Thí nghiệm 6: Khảo sát ảnh hƣởng của chế độ ly tâm ................................... 47
3.2.2. Thí nghiệm 7: Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ bảo quản ............................ 49
3.3. Khảo sát khả năng bảo quản thịt của hệ nhũ tƣơng nano ................................. 52
3.3.1. Thí nghiệm 8: Khảo sát khả năng bảo quản thịt heo tƣơi .............................. 53
3.3.2. Thí nghiệm 9: Khảo sát khả năng bảo quản thịt gà tƣơi ................................ 54
3.3.3. Thí nghiệm 10: Khảo sát khả năng bảo quản thịt heo ƣớp gia vị ................... 55
3.3.4. Thí nghiệm 11: Khảo sát khả năng bảo quản thịt gà ƣớp gia vị ..................... 57
CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................... 59
4.1. Kết luận.............................................................................................................. 59
4.2. Kiến nghị ........................................................................................................... 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 61

iii


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Tinh dầu tiêu đen ...................................................................................... 22
Hình 2.2. Tween 80 .................................................................................................. 23
Hình 2.3. Dầu đậu nành ........................................................................................... 23
Hình 2.4. Thiết bị khuấy từ gia nhiệt ........................................................................ 24
Hình 2.5. Thiết bị đồng hóa tốc độ cao .................................................................... 24
Hình 2.6. Thiết bị đo kích thƣớc hạt ........................................................................ 25
Hình 2.7. Thiết bị quang phổ .................................................................................... 25
Hình 2.8. Sơ đồ quy trình tạo hệ nhũ tƣơng nano tinh dầu tiêu đen ........................ 27
Hình 2.9. Sơ đồ quy trình xử lý thịt tƣơi với dung dịch bảo quản .......................... 36
Hình 2.10. Sơ đồ quy trình xử lý thịt ƣớp gia vị ..................................................... 37
Hình 3.1. Sự thay đổi độ đục của mẫu ở các tỷ lệ dầu/ nƣớc khác nhau ................. 43
Hình 3.2. Sự phân bố kích thƣớc giọt nhũ của mẫu sau 1 giờ.................................. 51
Hình 3.3. Sự phân bố kích thƣớc giọt nhũ của mẫu 15 ngày ở 30oC ....................... 51

Hình 3.4. Sự phân bố kích thƣớc giọt nhũ của mẫu 15 ngày ở 5oC ......................... 52

iv


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Bảng bố trí thí nghiệm 1 .......................................................................... 28
Bảng 2.2. Bảng bố trí thí nghiệm 2 .......................................................................... 29
Bảng 2.3. Bảng bố trí thí nghiệm 3 .......................................................................... 31
Bảng 2.4. Bảng bố trí thí nghiệm 4 .......................................................................... 32
Bảng 2.5. Bảng bố trí thí nghiệm 5 .......................................................................... 33
Bảng 2.6. Bảng bố trí thí nghiệm 8 .......................................................................... 39
Bảng 2.7. Bảng bố trí thí nghiệm 9 .......................................................................... 39
Bảng 2.8. Bảng bố trí thí nghiệm 10 ........................................................................ 40
Bảng 2.9. Bảng bố trí thí nghiệm 11 ........................................................................ 41
Bảng 3.1. Tính chất hệ nhũ tƣơng nano ở các tỷ lệ pha dầu: pha nƣớc ................. 42
Bảng 3.2. Tính chất hệ nhũ tƣơng nano ở các tỷ lệ tinh dầu và dầu nành ............... 45
Bảng 3.3. Tính chất hệ nhũ tƣơng nano ở các tỷ lệ Tween 80: pha dầu .................. 45
Bảng 3.4. Tính chất hệ nhũ tƣơng nano ở các tốc độ khuấy ................................... 46
Bảng 3.5. Tính chất hệ nhũ tƣơng ở các thời gian khuấy ......................................... 47
Bảng 3.6. Độ đục của hệ nhũ tƣơng nano ở các chế độ ly tâm ................................ 48
Bảng 3.7. Độ đục của hệ nhũ tƣơng nano ở các nhiệt độ bảo quản ......................... 49
Bảng 3.8. Mật độ vi sinh vật hiếu khí trên thịt heo tƣơi bảo quản lạnh ................... 53
Bảng 3.9. Mật độ vi sinh vật hiếu khí trên thịt gà tƣơi bảo quản lạnh ..................... 54
Bảng 3.10. Mật độ vi sinh vật hiếu khí trên thịt heo ƣớp gia vị bảo quản lạnh ....... 56
Bảng 3.11. Mật độ vi sinh vật hiếu khí trên thịt gà ƣớp gia vị bảo quản lạnh ......... 57

v

ĐẶT VẤN ĐỀ
Tiêu là loại gia vị phổ biến dùng trong thực phẩm ở Việt Nam cũng nhƣ trên thế
giới. Trong tinh dầu tiêu có nhiều thành phần vừa đóng vai trò tạo hƣơng vị vừa giúp
bảo quản thực phẩm nhờ đặc tính kháng khuẩn và chống oxy hóa. Ngồi tiêu dạng bột,
hiện nay tinh dầu tiêu nguyên chất cũng đang đƣợc chú ý trong ngành thực phẩm và
dƣợc phẩm. Tuy nhiên tinh dầu nói chung và tinh dầu tiêu nói riêng rất dễ bay hơi và
khó phân tán đều trong môi trƣờng thực phẩm vốn chứa nhiều nƣớc, để cải thiện vấn
đề này, hệ nhũ tƣơng nano là một trong số nhiều giải pháp có thể thực hiện. Bằng cách
hòa tan tinh dầu tiêu vào pha ƣa béo và phân tán thành giọt nhũ với kích thƣớc bé hơn
200nm trong môi trƣờng nƣớc của thực phẩm sẽ đem lại nhiều ƣu điểm cho sản phẩm.
Giọt tinh dầu kích thƣớc nano sẽ phân tán đều hơn trong sản phẩm, khả năng bảo vệ
tinh dầu tốt hơn vì khó thất thốt do bay hơi cũng nhƣ giúp tăng hoạt tính sinh học của
tinh dầu với vai trò bảo quản sản phẩm. Từ những ý tƣởng trên, chúng tôi thực hiện
nghiên cứu: ―NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TẠO HỆ NHŨ TƢƠNG NANO TINH DẦU
TIÊU BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐỒNG HÓA TỐC ĐỘ CAO VÀ ỨNG DỤNG TRONG
CHẾ BIẾN THỰC PHẨM‖

Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng quy trình tạo hệ nhũ tƣơng nano tinh dầu tiêu
đen bằng phƣơng pháp đồng hóa tốc độ cao, sau đó đánh giá tính chất hóa lý và khả
năng bảo quản thực phẩm của hệ nhũ tƣơng nano tinh dầu tiêu đen.
Nội dung nghiên cứu: Khảo sát thông số kỹ thuật của quy trình tạo hệ nhũ tƣơng
nano tinh dầu tiêu đen: tỷ lệ pha dầu: nƣớc; hàm lƣợng tinh dầu tiêu đen, tỷ lệ dầu:
chất nhũ hóa, tốc độ khuấy, thời gian khuấy đến hệ nhũ tƣơng. Khảo sát độ ổn định
của hệ nhũ tƣơng nano tinh dầu tiêu đen ở các chế độ ly tâm và các nhiệt độ bảo quản
khác nhau. Khảo sát khả năng bảo quản thịt tƣơi và thịt ƣớp gia vị của hệ nhũ tƣơng
nano tinh dầu tiêu đen.

1

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Hệ nhũ tƣơng nano (nanoemulsion)
1.1.1. Giới thiệu
Hệ nhũ tƣơng nano là hệ nhũ tƣơng với pha phân tán có kích thƣớc giọt từ 20
đến 500nm (Gupta và cộng sự, 2016).
Hệ nhũ tƣơng nano tiêu biểu chứa pha dầu, pha nƣớc và chất nhũ hóa. Chất nhũ
hóa rất cần thiết để tạo thành giọt nhỏ vì chất nhũ hóa làm giảm sức căng bề mặt giữa
pha dầu và pha nƣớc. Chất nhũ hóa cịn đóng vai trị ổn định hệ nhũ tƣơng nano thơng
qua tƣơng tác đẩy tĩnh điện (repulsive electrostatic interactions) và tạo sự cản trở
khơng gian (steric indrance). Chất nhũ hóa thƣờng dùng là chất hoạt động bề mặt,
nhƣng protein và lipid cũng cho hiệu quả trong quá trình tạo nhũ tƣơng nano.
Hê nhũ tƣơng nano thƣờng dùng để mang và phân tán các hợp chất có hoạt tính
sinh học. Hiện nay nhiều hợp chất chức năng có lợi cho sức khỏe nhƣ ngăn chặn và
điều trị bệnh thƣờng có trên thị trƣờng ở dạng thuốc hay thực phẩm chức năng. Tuy
nhiên, các hợp chất này đơi khi thể hiện hoạt tính sinh học kém. Nguyên nhân chủ yếu
là do nhiều hợp chất chức năng khơng ƣa nƣớc. Kỹ thuật nano nói chung hay hệ nhũ
tƣơng nano nói riêng thƣờng đƣợc sử dụng giúp cải thiện khả năng hịa tan và tăng
hoạt tính sinh học của các hợp chất chức năng ƣa béo. Hệ nhũ tƣơng nano là một ứng
dụng phù hợp vì hệ nhũ nano giúp mang hay phân phối hợp chất ƣa béo nhƣ chất dinh
dƣỡng, thuốc, hƣơng, chất chống oxy hóa và chất kháng khuẩn. (Silva và cộng sự,
2012)
Theo Gupta (2016), hệ nhũ tƣơng nano có một số đặc điểm chung nhƣ: kích
thƣớc giọt nhỏ, độ ổn định cao, trong suốt. Những đặc điểm này làm hệ nhũ nano đƣợc
ứng dụng trong thực phẩm, mỹ phẩm, dƣợc phẩm và phân phối thuốc. Hệ nhũ tƣơng
nano thƣờng có kích thƣớc đƣờng kính hạt khoảng 100nm. Với kích thƣớc này (nhỏ
hơn bƣớc sóng ánh sáng nhìn thấy đƣợc từ 400-700nm), hệ nhũ tƣơng nano có thể ở
trạng thái trong suốt. Tuy nhiên có thể điều chỉnh kích thƣớc giọt để hệ nhũ này có thể
chuyển từ trong suốt sang dạng trắng sữa. Hệ nhũ tƣơng nano có thể ổn định từ vài
2

tháng đến vài năm. Hệ nhũ nano ít nhạy cảm với sự pha loãng, nhiệt độ hay thay đổi
pH hơn hệ nhũ micro.
Với kích thƣớc giọt phân tán nhỏ, hệ nhũ tƣơng nano siêu ổn định dƣới tác động
trọng lực nhờ hiệu ứng chuyển động Brown. Hoạt tính sinh học của hợp chất bao bọc
trong hệ nhũ tƣơng cũng đƣợc cải thiện đáng kể nhờ sự tăng diện tích bề mặt so với
thể tích. Cũng nhờ kích thƣớc giọt phân tán nhỏ mà sự vận chuyển hợp chất chức năng
này qua màng cũng tăng theo (Nirmal, 2018)
Hạn chế của hệ nhũ tƣơng nano là sự mất ổn định trong thời gian bảo quản dài
do hiện tƣợng tách pha sau khi giọt nhũ đông tụ, kết tụ hay do hiện tƣợng chín
Ostwald. Tuy nhiên sự mất ổn định này có thể đƣợc khắc phục nhờ sử dụng chất nhũ
hóa với tỷ lệ cao. Chất nhũ hóa thực phẩm thƣờng dùng tạo nhũ nano nhƣ lecithin,
polysorbate, ester đƣờng hay polymer sinh học (tinh bột biến tính, gum tự nhiên,
protein động thực vật). Các hợp chất này làm ảnh hƣởng đến tính lƣu biến, lực tĩnh
điện, lực đẩy không gian của hệ. (Nirmal, 2018)
Chất nhũ hóa sử dụng có thể dạng khơng ion, lƣỡng tính (zwitterionic), cation
hay anion.
Thành phần hệ nhũ nano có thể gây độc. Lƣợng lớn chất nhũ hóa có thể gây kích
thích hệ tiêu hóa hay da khi uống hay thoa cục bộ. Do đó, lựa chọn chất nhũ hóa rất
quan trọng. Sử dụng tối thiểu chất nhũ hóa thƣờng đƣợc tán thành. Chất nhũ hóa
khơng ion thƣờng ít độc hơn loại có tính ion và thƣờng có nồng độ tạo micelle tới hạn
thấp hơn (critical micelle concentration / CMC). Hệ nhũ dầu trong nƣớc để uống hay
dùng ngoài sử dụng chất nhũ hóa khơng ion thƣờng ổn định cho cơ thể hơn (Chime,
2014).
Thông số quan trọng khác để chọn chất nhũ hóa là sự cân bằng ƣa nƣớc ƣa béo
(hydrophile-lipophile balance / HLB). Chất nhũ hóa thƣờng tập trung ở mặt phân cách
hai pha dầu nƣớc và làm giảm năng lƣợng tạo nhũ tƣơng và cải thiện sự ổn định hệ.
Giá trị HLB để tạo hệ nhũ dầu trong nƣớc thƣờng lớn hơn 10. Sử dụng trộn lẫn hai
loại với HLB thấp và cao thƣờng tạo hệ nhũ bền khi hòa tan trong nƣớc (Chime,
2014).

3


Loại và bản chất chất nhũ hóa cũng là yếu tố ảnh hƣởng đáng kể, chất nhũ hóa
khơng ion thƣờng đƣợc chọn vì ít bị ảnh hƣởng bởi pH và sự thay đổi lực ion, thƣờng
an tồn (GRAS).
Sự hịa tan của dầu và chất nhũ hóa cũng là yếu tố quan trọng. Chất nhũ hóa
khơng cần thiết phải hịa tan tốt với cả hợp chất chức năng và dầu. Sự hịa tan chất nhũ
hóa và dầu bƣớc đầu có thể xác định khả năng hình thành hệ nhũ nano.
Chất đồng nhũ hóa (cosurfactant) đƣợc cho thêm vào để tạo hệ nhũ nano với
nồng độ chất nhũ hóa thấp. Rƣợu có độ dài mạch từ ngắn – trung bình đến dài (C3–
C8) thƣờng đƣợc cho vào với vai trò đồng nhũ hóa để làm giảm sức căng bề mặt và
tăng độ lỏng (fluidity) của mặt phân cách. Chúng làm tăng tính linh động của đuôi
hydrocarbon và cho phép thấm dầu vào vị trí này. Alcohol có thể làm tăng sự hịa tan
của nƣớc và dầu vì tạo phần trung gian giữa hai pha. Đồng nhũ hóa dùng trong hệ nhũ
nano nhƣ Transcutol P, glycerin, ethyleneglycol, ethanol, propanol, ethanol, isopropyl
alcohol, n-butanol, PEG 400, Carbitol, và propylene glycol (Chime, 2014).
Hiện nay hệ nhũ tƣơng nano trong thực phẩm dùng để phân tán các loại hợp chất
màu tự nhiên hay các chất có hoạt tính sinh học cao nhƣ carotene, lycopene,
curcumin,…hay các loại chất tạo hƣơng vị kém tan trong nƣớc nhƣ các loại tinh dầu,
với vai trò tăng giá trị dinh dƣỡng, cảm quan sản phẩm hay bảo quản sản phẩm.
Trong đó, tinh dầu là nhóm lipid kỵ nƣớc chứa hỗn hợp chất hƣơng, là những
hợp chất trao đổi chất thứ cấp của tế bào giúp sinh vật chống lại các yếu tố có hại từ
ngoại cảnh nhƣ vi sinh gây bệnh, động vật ăn cỏ, côn trùng hay tia UV. Thành phần cơ
bản tinh dầu gồm terpen, terpenoid, phenylpropanoid và nhiều hợp chất khác. Nhiều
nghiên cứu cho thấy tinh dầu có khả năng kháng khuẩn nhƣ tinh dầu xả, tinh dầu xạ
hƣơng, tinh dầu quế, tinh dầu đinh hƣơng,… Tuy nhiên việc sử dụng tinh dầu trong
thực phẩm có hạn chế do sự kém ổn định của tinh dầu và hƣơng vị tinh dầu làm ảnh
hƣởng tính chất cảm quan thực phẩm. Do đó, bao bọc tinh dầu trong hệ nhũ tƣơng
nano làm tăng hoạt tính tinh dầu và hạn chế ảnh hƣởng đến mùi vị sản phẩm. (Nirmal,

2018)

4


Có nhiều nghiên cứu để tạo thành hệ nhũ tƣơng nano tinh dầu và ứng dụng chế
phẩm này trong thực phẩm đƣợc thực hiện. Theo nghiên cứu của Gharenaghadeh và
cộng sự (2017), hệ nhũ tƣơng tinh dầu Salvia multicaulis tạo thành bằng phƣơng pháp
đánh siêu âm tạo giọt có kích thƣớc 89,45nm sau 60 ngày vẫn ổn định trạng thái.
Tinh dầu tỏi thƣờng dùng trong thực phẩm với vai trò tạo hƣơng và bảo quản
thực phẩm khỏi vi sinh vật. Theo nghiên cứu của Katata-Seru và cộng sự (2017), hệ
nhũ tƣơng nano chứa tinh dầu tỏi có tính kháng khuẩn cao hơn tinh dầu tỏi thông
thƣờng và làm tăng đƣờng kính vịng kháng khuẩn E.coli O157 lên 2mm so với mẫu
tinh dầu thƣờng không tạo nhũ nano.
Tinh dầu tầm ma (nettle oil) tạo nhũ nano bằng phƣơng pháp đồng hóa áp suất
cao có khả năng kháng khuẩn tƣơng đƣơng kháng sinh kanamycin 50μg/ml với các
nồng độ thành phần phù hợp với 2,5% tinh dầu theo khối lƣợng, hàm lƣợng chất nhũ
hóa Tween 40 và Tween 80 bằng với lƣợng tinh dầu. (Gharibzahedi và cộng sự, 2016).
Tinh dầu Eugenia brejoensis đƣợc dùng để tạo nhũ nano và thử hoạt tính kháng
khuẩn của hệ nhũ tƣơng này. Kết quả ghi nhận đƣợc kích thƣớc vịng kháng khuẩn của
hệ nhũ tƣơng nano tinh dầu tạo thành với kích thƣớc hạt 143,13nm có khả năng ức chế
tƣơng tự dung dịch chứa chất kháng sinh chloramphenicol 1000ppm (Mendes và cộng
sự, 2018)
Nghiên cứu của Noori và cộng sự (2018), ứng dụng hệ nhũ tƣơng nano chứa tinh
dầu gừng bảo quản thịt gà tƣơi bảo quản lạnh bằng phƣơng pháp nhúng phủ bề mặt
cho thấy có sự khác biệt về mức độ nhiễm vi khuẩn sau 12 ngày bảo quản.
1.1.2. Các phƣơng pháp tạo hệ nhũ tƣơng nano
Vì hệ nhũ tƣơng nano là hệ khơng đạt cân bằng nhiệt động học, nên để tạo thành
hệ cần năng lƣợng lớn và nồng độ chất nhũ hóa cao hay cả hai điều kiện trên đồng
thời. Có hai nhóm phƣơng pháp để tạo thành hệ nhũ nano: nhóm phƣơng pháp năng

lƣợng cao và nhóm phƣơng pháp năng lƣợng thấp.

5


Mặc dù phƣơng pháp sử dụng năng lƣợng cao là cách truyền thống để tạo nhũ
nano nhƣng hiện nay, phƣơng pháp sử dụng năng lƣợng thấp cũng đƣợc quan tâm vì
khả năng ứng dụng rộng rãi và tạo hệ nhũ tƣơng nano với tính ổn định cao.
Nhìn chung, năng lƣợng cần đƣợc cung cấp vì quá trình tạo nhũ tƣơng khơng
phải là q trình ngẫu nhiên. Để tạo thành hệ nhũ nano cần năng lƣợng nhiều hơn hệ
nhũ macro. Sự có mặt của chất nhũ hóa làm giảm sức căng bề mặt giữa dầu và nƣớc.
Các phân tử nhỏ nhƣ chất nhũ hóa khơng ion làm giảm sức căng bề mặt tốt hơn chất
nhũ hóa dạng polymer nhƣ polyvinyl alcohol. Vai trị khác của chất nhũ hóa là làm
tăng diện tích mặt phân cách hai pha. Trong q trình tạo nhũ, diện tích mặt phân cách
hai pha tăng lên điều này gây ra hiện tƣợng giảm diện tích bề mặt dƣ thừa vừa đƣợc
tạo ra. Sự hình thành hệ nhũ ổn định đƣợc thực hiện nhờ sự hấp phụ chất nhũ hóa lên
bề mặt phân pha vừa tạo thành, điều này cần thời gian (thời gian sẽ giảm khi hoạt tính
nhũ hóa cao). Vì sự cân bằng tạo ra chậm khi dùng dạng polymer, sự hấp phụ không
kịp làm giảm diện tích mặt phân cách. Trong thực tế, hỗn hợp chất nhũ hóa có thể
đƣợc sử dụng để tạo nên ảnh hƣởng đến sức căng bề mặt và độ dãn của mặt phân pha
(dilatational modulus). Vài hỗn hợp chất nhũ hóa làm giảm sức căng bề mặt tốt hơn
nhờ kết hợp hai loại chất nhũ hóa. Vai trị quan trọng của chất nhũ hóa là tránh hiện
tƣợng kết giọt trong q trình tạo nhũ.
Chất nhũ hóa tạo diện tích bề mặt mới cho giọt nhũ tƣơng nano và bao phủ giọt
nhũ nano nhanh trong q trình nhũ hóa và tránh kết giọt. Hạt micelle chất hoạt động
bề mặt đƣợc tạo thành trong pha liên tục. Hạt micelle này tách ra thành monomer và
hấp phụ nhanh lên bề mặt pha phân tán và tạo giọt.
Hệ nhũ tƣơng nano có thể đƣợc tạo thành bởi phƣơng pháp sử dụng năng lƣợng
cao hay năng lƣợng thấp. Với phƣơng pháp năng lƣợng cao thiết bị sử dụng cung cấp
năng lƣợng cƣờng độ cao phá vỡ giọt phân tán kích thƣớc lớn tạo thành giọt phân tán

nano. Phƣơng pháp năng lƣợng thấp tạo giọt phân tán nano dựa trên sự tạo thành ngẫu
nhiên nhờ sự có mặt hệ chất nhũ hóa khi thay đổi điều kiện dung dịch và môi trƣờng.

6


1.1.2.1. Phƣơng pháp năng lƣợng thấp (low energy method)
Nhƣ đƣợc đề cập trong tên gọi, phƣơng pháp tạo nhũ năng lƣợng thấp cần mức
năng lƣợng thấp để hình thành hệ nhũ. Những phƣơng pháp này chủ yếu dựa trên sự
điều chỉnh trạng thái mặt phân pha (modulation of interfacial phenomenon/phase
transitions) và điều chỉnh bản chất hóa lý của chất hoạt động bề mặt/ chất đồng nhũ
hóa và dầu để tạo giọt nhũ nano. Phƣơng pháp năng lƣợng thấp còn gọi là phƣơng
pháp tụ giọt (condensation method), dựa trên sự chuyển pha (the phase transitions) xảy
ra trong quá trình tạo nhũ. Sự chuyển pha là kết quả của sự thay đổi tính chất của chất
hoạt động bề mặt và đạt đƣợc ở thành phần cố định nhờ làm thay đổi hình dạng
(spontaneous curvature) ngẫu nhiên của chất hoạt động bề mặt không ion nhờ nhiệt
độ, phƣơng pháp này đƣợc gọi là phƣơng pháp chuyển pha nhờ nhiệt độ (Phase
Inversion Temperature/ PIT), dùng phổ biến trong cơng nghiệp. Hay có thể tạo hệ nhũ
tƣơng nano nhờ cố định nhiệt độ nhƣng thay đổi thành phần của hệ nhờ phƣơng pháp
điểm chuyển pha hệ nhũ tƣơng (Emulsion Inversion Point / EIP).
Trong các phƣơng pháp này hệ nhũ tƣơng nano tạo thành nhờ sử dụng năng
lƣợng dự trữ trong hệ để tạo giọt nhỏ. Q trình tạo nhũ đạt đƣợc nhờ làm thay đổi
thơng số kỹ thuật làm ảnh hƣởng đến sự cân bằng ƣa kỵ nƣớc của hệ (HLB) nhƣ nhiệt
độ, thành phần,… Hạn chế của phƣơng pháp này là kỹ thuật phức tạp, độ chính xác
cao và dùng nhiều chất hoạt động bề mặt tổng hợp.
 Phƣơng pháp chuyển pha nhờ thay đổi nhiệt độ
Phƣơng pháp này dựa vào sự hòa tan của chất nhũ hóa khơng ion theo nhiệt độ,
ví dụ nhƣ chất nhũ hóa polyethoxylate, sự thay đổi khả năng ái nƣớc hay kỵ nƣớc của
nó sẽ tùy thuộc nhiệt độ. Điều này thực hiện đƣợc là nhờ chất hoạt động bề mặt
polyethoxylate có khuynh hƣớng trở nên ƣa béo khi ở nhiệt độ cao và tạo nên sự

dehydrate hóa của nhóm polyoxyethylene. Hiện tƣợng này là cơ sở để tạo nhũ nano
bằng phƣơng pháp PIT.
Phƣơng pháp chuyển pha nhờ nhiệt độ (Phase inversion temperature/ PIT, chất
nhũ hóa có khả năng đặc biệt đƣợc sử dụng (thƣờng là chất nhũ khơng ion). Sự thay
đổi đặc tính ái nƣớc ái dầu khi thay đổi nhiệt độ của chất nhũ hóa trong điều kiện nồng
độ các thành phần của hệ không thay đổi làm hình thành hệ nhũ tƣơng nano. Phƣơng
7


pháp này bao gồm sự phá vỡ hệ nhũ micro đột ngột ở điểm chuyển pha nhờ làm lạnh
nhanh hệ nhũ tƣơng. Hệ nhũ nano hình thành ngay lập tức ở trạng thái ổn định động
học và không thể nghịch đảo đƣợc. Phƣơng pháp này khá đơn giản, ngăn chặn hợp
chất mang hoạt tính sinh học bị phân hủy trong q trình sản xuất, tiêu thụ ít năng
lƣợng và dễ dàng cơng nghiệp hóa.
Tinh dầu bạc hà và dầu dừa đƣợc Tubtimsri và cộng sự (2018) dùng làm nguyên
liệu tạo hệ nhũ tƣơng nano bằng phƣơng pháp chuyển pha nhờ nhiệt độ. Pha dầu đƣợc
chuẩn bị bằng cách định lƣợng và trộn các thành phần tinh dầu bạc hà, dầu dừa và chất
nhũ hóa. Q trình trộn pha dầu thực hiện ở 62°C. Nƣớc đƣợc gia nhiệt lên 65°C sau
đó pha dầu đƣợc trộn vào nƣớc. Hỗn hợp sau đó đƣợc đồng hóa tốc độ cao ở điều kiện
khuấy 3800 vòng/ phút và làm mát về nhiệt độ phòng. Trong nghiên cứu này cho thấy
sự thay đổi hàm lƣợng chất nhũ hóa, loại chất nhũ hóa và tỷ lệ tinh dầu - dầu dừa làm
thay đổi kích thƣớc giọt và tính chất hệ. Hệ nhũ tƣơng thành phẩm cho thấy khả năng
phân hủy tế bào ung thƣ KON trong điều kiện in vitro.
Chuesiang và cộng sự (2018) tiến hành tạo hệ nhũ tƣơng nano từ tinh dầu quế
với các thành phần pha dầu 10% (tinh dầu quế, triglyceride độ dài mạch trung bình),
pha nƣớc 80% và chất nhũ hóa Tween 80 (10%). Trong công bố này, pha dầu đƣợc
trộn lẫn trong 3 phút sau đó chất nhũ hóa và nƣớc đƣợc cho vào, khuấy trộn thêm 30
phút để tạo hệ nhũ tƣơng thô. Hỗn hợp đƣợc nâng nhiệt lên đến 90oC sau đó hạ nhiệt
đến nhiệt độ chuyển pha (PIT). Bƣớc tiếp theo làm lạnh nhanh hỗn hợp với nƣớc ở
4oC và khuấy trong 3 phút. Tác giả định nghĩa nhiệt độ PIT là nhiệt độ là ở đó hệ có

độ đục thấp nhất do hình thành hệ nhũ tƣơng micro. Do đó, nhiệt độ PIT đƣợc nhóm
tác giả xác định bằng phƣơng pháp đo độ đục ở bƣớc sóng 600nm.
 Phƣơng pháp điểm chuyển hệ nhũ (Emulsion inversion point):
Với phƣơng pháp này, thành phần hệ nhũ đƣợc thay đổi trong điều kiện nhiệt độ
cố định. Cấu trúc hệ đƣợc hình thành nhờ q trình pha lỗng từ từ với nƣớc hay dầu
để tạo hệ nhũ tƣơng nano ổn định động học.

8


Phƣơng pháp điểm chuyển hệ nhũ là một phƣơng pháp năng lƣợng thấp tạo hệ
nhũ tƣơng nano khi pha nƣớc đƣợc chuẩn độ từ từ vào pha dầu có chứa chất hoạt động
bề mặt. Giai đoạn đầu, hình thành hệ nhũ tƣơng nƣớc trong dầu kém ổn định vì hàm
lƣợng pha dầu cao hơn pha nƣớc trong hệ. Khi nƣớc đƣợc bổ sung thêm vào, hệ
chuyển sang cấu trúc khác nhƣ pha liên tục, nhũ kép,… Quá trình này xảy ra là do hệ
nhũ ban đầu đƣợc tạo thành với chất hoạt động bề mặt thân pha phân tán (nƣớc) hơn
pha liên tục (dầu). Do vậy, hệ nhũ tƣơng ở giai đoạn đầu khơng ổn định, q trình
khuấy trộn liên tục cần đƣợc thực hiện để tạo sự đồng nhất cho hệ, quá trình mất ổn
định tăng dần cho đến khi chuyển thành hệ nhũ tƣơng ngƣợc lại (ví dụ: từ hệ nhũ
tƣơng nƣớc trong dầu thành hệ nhũ tƣơng dầu trong nƣớc). Sự tăng tốc độ kết tụ là lý
do tạo sự chuyển pha khi thay đổi thành phần, và hiện tƣợng này tạo thành do sự tăng
dần thể tích pha phân tán ban đầu (pha nƣớc) và nhờ tác động liên tục của q trình
khuấy. Do đó, thơng số quan trọng của quá trình tạo nhũ bằng phƣơng pháp điểm
chuyển pha là tốc độ chuẩn độ nƣớc (tốc độ thêm nƣớc), loại chất nhũ hóa, nồng độ
chất nhũ hóa, phƣơng pháp khuấy và tốc độ khuấy. (Borrin và cộng sự, 2016)
Trong nghiên cứu của Letsididi và cộng sự (2018), hợp chất trans-cinnamic acid
đƣợc sử dụng để tạo chế phẩm nhũ tƣơng nano và đánh giá khả năng kháng khuẩn của
chế phẩm này với Staphylococcus aureus, Salmonella typhimurium và Pseudomonas
aeruginosa. Phƣơng pháp tạo nhũ tƣơng nano bằng chuyển pha đƣợc thực hiện. Pha
hữu cơ đƣợc trộn từ các thành phần 10% hoạt chất, 80% acetone, 10% triglyceride có

độ dài mạch trung bình. Pha nƣớc với 4% Tween 80 đƣợc bổ sung từ từ vào pha hữu
cơ để tạo hệ nhũ nano. Giọt nhũ tạo thành với kích thƣớc giọt 46,7nm và chỉ số phân
tán kích thƣớc hạt 0,27.
Trong một nghiên cứu khác của Li và cộng sự (2015), hoạt chất allyl
isothiocyanate đƣợc sử dụng tạo hệ nhũ tƣơng nano với kích thƣớc giọt dao động từ
137 – 215nm và ứng dụng làm chất bảo quản trong thực phẩm. Thành phần hệ nhũ
tƣơng gồm nƣớc 74%, chất nhũ hóa (hỗn hợp Tween 80 và Span 80) 6%, hoạt chất
allyl isothiocyanate 1% và dầu khoáng 19%. Pha dầu tạo thành từ các thành phần hoạt
chất, dầu khoáng và hỗn hợp chất nhũ hóa. Pha dầu đƣợc trộn đều bằng thiết bị khuấy

9


gia nhiệt với tốc độ 1200 vịng/ phút. Sau đó nƣớc đƣợc cho từ từ vào pha dầu với tốc
độ 1mL/ phút và khuấy thêm 30 phút trƣớc khi kiểm tra mẫu.
1.1.2.2. Phƣơng pháp năng lƣợng cao (high energy method)
Sự hình thành hệ nhũ nano bằng phƣơng pháp năng lƣợng cao đƣợc thực hiện
nhờ việc chọn lựa thành phần tạo hệ nhũ tƣơng (chất nhũ hóa, hợp chất chức năng) và
cƣờng độ năng lƣợng ứng dụng trong quá trình tạo nhũ. Các quá trình thiết bị sử dụng
để tạo nhũ nano có thể chia thành ba nhóm tùy theo thiết bị sử dụng:
 Đồng hóa áp suất cao: Hỗn hợp nhũ tƣơng kích thƣớc lớn đƣợc tạo thành sau
đó đƣa vào hệ thống đồng hóa áp suất cao. Với lực cắt lớn sẽ phá vỡ cấu trúc giọt phân
tán và tạo thành giọt nhỏ. Gharibzahedi và cộng sự (2016) tiến hành tạo nhũ tƣơng
nano với tinh dầu tầm ma bằng phƣơng pháp đồng hóa áp suất cao ở 75MPa lặp lại 5
lần với hàm lƣợng chất nhũ hóa thay đổi tạo giọt phân tán kích thƣớc 100nm và có khả
năng kháng vi sinh vật tƣơng đƣơng kháng sinh Kanamycin ở một số nghiệm thức.
Chang và cộng sự (2014) tạo hệ nhũ nano tinh dầu xạ hƣơng với đồng cơ chất dầu bắp
và chất nhũ hóa lauric alginate cation (LAE). Hệ nhũ tƣơng đƣợc tạo thành bằng
phƣơng pháp đồng hóa áp suất cao (10kPa). Ít nhất 60% dầu bắp sẽ làm giảm hiện
tƣợng chín Ostwald và giúp hệ nhũ tƣơng ổn định khi kiểm tra ở ngày thứ 30. Sự có

mặt của tinh dầu và LAE làm tăng khả năng ức chế nấm men Zygosaccharomyces
bailli so với khơng có LAE (hàm lƣợng 200µg/ml dịch chế phẩm trong dịch ni cấy
so với 400μg/ml chế phẩm khi khơng có LAE)
 Siêu âm: Khi hai dung dịch khơng hịa tan vào nhau đƣợc đánh siêu âm với sự
có mặt của chất nhũ hóa, giọt nhũ đƣợc tạo thành bởi sự hình thành bóng khí. Điều
này tạo sự xáo trộn của dung dịch xung quanh và tạo thành tia dung dịch phun với tốc
độ cao, kết quả tạo thành giọt nhũ. Tuy nhiên kỹ thuật này chứng tỏ không hiệu quả
khi ứng dụng quy mô công nghiệp. Noori và cộng sự (2018), sử dụng phƣơng pháp
đánh sóng siêu âm với tần số 20kHz mức năng lƣợng 200W trong 5 phút đạt hiệu quả
tạo thành hệ nhũ tƣơng nano có kích thƣớc hạt trung bình 57,4nm và chỉ số đa phân
tán 0,222. Cũng với phƣơng pháp tạo nhũ nano bằng sóng siêu âm, Shadnam và cộng
sự (2017) đã tạo đƣợc hệ nhũ tƣơng nano từ tinh dầu hoa Zataria multiflora Boiss và
10


đồng cơ chất dầu hƣớng dƣơng. Chế phẩm này sau đó đƣợcsử dụng xử lý fillet cá và
bảo quản sản phẩm đƣợc trong 15 ngày ở 4oC, tạo nên sự khác biệt có ý nghĩa so với
nghiệm thức đối chứng.
 Đồng hóa tốc độ cao/ Khuấy tốc độ cao: Phƣơng pháp đồng hóa tốc độ cao
đƣợc sử dụng trong quá trinh tạo hệ nhũ nano với nhiều vai trò tăng cƣờng khả năng
phân tán giọt, hỗ trợ các phƣơng pháp tạo giọt (theo năng lƣợng thấp và năng lƣợng
cao). Tác giả Katata-Seru và cộng sự (2017) đã sử dụng phƣơng pháp tạo nhũ nano
năng lƣợng thấp sau đó kết hợp đồng hóa tốc độ cao trong hai phút với tốc độ khuấy từ
10.000 – 20.000vòng/phút. Để tăng cƣờng khả năng phân tán pha dầu trong nƣớc
trƣớc khi đồng hóa áp suất cao, Gharibzahedi và cộng sự (2016) đã áp dụng phƣơng
pháp đồng hóa tốc độ cao hai pha dầu (10%) và pha nƣớc (90%) ở tốc độ
12.500vòng/phút trong 2,5 phút. Kết quả sau khi kết hợp hai phƣơng pháp đồng hóa
cho hệ nhũ với kích thƣớc 100nm.
Phƣơng pháp đồng hóa tốc độ cao và phƣơng pháp siêu âm đƣợc sử dụng kết hợp
để tạo hệ nhũ tƣơng nano citral (Theo Lu và cộng sự , 2018). Chất nhũ hóa Span 80 và

Brij 97 đƣợc sử dụng để tạo thành hỗn hợp chất nhũ hóa với chỉ số HLB dao động từ
2-12. Hệ nhũ tƣơng thô đƣợc tạo thành từ pha dầu, pha nƣớc, hỗn hợp chất nhũ hóa và
đồng dung mơi ethylene glycol với phƣơng pháp đồng hóa tốc độ cao trong 10 phút
với tốc độ cao nhất của thiết bị (PT-MR 3000, Kinematica AG, Littau, Switzerland).
Hệ nhũ tƣơng thô đƣợc tiến hành đánh siêu âm với tần số 20kHz với năng lƣợng và
thời gian thay đổi để phân tán giọt nhũ thành kích thƣớc nano. Hệ nhũ tƣơng có giọt
bé nhất đạt 28nm với hỗn hợp chất nhũ hóa có HLB 12.
Tuy nhiên, phƣơng pháp này cũng có thể đƣợc sử dụng làm cơng cụ chính để
phân tán và tạo giọt nano nhƣ trong một số nghiên cứu. Mendes và cộng sự (2018) tạo
hệ nhũ nano với tinh dầu Eugenia brejoensis bằng phƣơng pháp đồng hóa tốc độ cao
với hai chế độ khuấy 8.000 và 12.000vòng/ phút, tạo đƣợc kích thƣớc hạt lần lƣợt là
355,63 và 143,13nm tƣơng ứng chỉ số phân tán kích thƣớc hạt là 0,5 và 0,3. Chất hoạt
động bề mặt đƣợc sử dụng ổn định hệ nhũ tƣơng là Tween 80.
Trong một nghiên cứu khác của Silva Gundel và cộng sự (2018), tinh dầu xả
đƣợc tạo nhũ nano với hỗn hợp chất nhũ hóa Span 80 và Tween 80 trong pha nƣớc.
11


Nƣớc đƣợc bơm vào pha dầu trong điều kiện khuấy 10.000 vịng/phút. Q trình
khuấy tiếp tục với tốc độ 17.000 vòng/ phút kéo dài 60 phút sau khi nƣớc đƣợc cho
vào hết. Quá trình khuấy này đƣợc làm mát với bể nƣớc đá để không ảnh hƣởng chất
lƣợng hệ nhũ tƣơng. Kích thƣớc giọt nhũ tạo thành 78,46nm với chỉ số đa phân tán
0,25. Hệ hầu nhƣ không thay đổi sau 90 ngày bảo quản ở nhiệt độ lạnh.
1.1.3. Phƣơng pháp phân tích hệ nhũ tƣơng nano
Tính chất hệ nhũ tƣơng nano đƣợc xác định bằng một số phân tích vật lý và hóa
học để đánh giá những thơng số nhƣ thành phần hệ nhũ tƣơng, hình dạng thành phần,
trạng thái, pH, độ nhớt, tỷ trọng, độ dẫn điện, sức căng bề mặt, kích thƣớc hạt, thế zeta
của pha phân tán.
Phân tích nhiệt quét vi sai (Differential scanning calorimetry/ DSC) cung cấp
thông tin về sự tƣơng tác giữa các thành phần và kính hiển vi phân cực để khẳng định

hƣớng của thành phần trong mẫu.
Q trình tự nhũ hóa có thể đánh giá bằng cách tiếp cận hình ảnh. Hiệu quả q
trình xác định thơng qua tốc độ nhũ hóa và sự phân bố kích thƣớc hạt.
Đo độ đục của mẫu để xác định nhanh trạng thái cân bằng nhờ đạt đƣợc do sự
phân tán và tái sắp xếp của q trình nhũ hóa.
Kích thƣớc hạt là yếu tố quan trọng để xem trạng thái hệ nhũ tƣơng. Phƣơng
pháp quang phổ tƣơng quan photon (Photon correlation spectroscopy/ PCS) và kỹ
thuật phân tán ánh sáng bao gồm phân tán ánh sáng tĩnh (static light scattering/SLS),
phân tán ánh sáng động (dynamic light scattering /DLS) là phƣơng pháp hữu dụng để
phân tích kích thƣớc hạt nhũ.
Độ nhớt, độ dẫn điện và hằng số điện môi cung cấp thông tin ở trạng thái vĩ mơ.
Độ nhớt xác định sự có mặt micelle đảo dạng que. Độ dẫn điện (conductivity
measurement) cho biết hệ nhũ nano có pha liên tục dầu hay nƣớc.
Đo hằng số điện môi (Dielectric measurement) là phƣơng pháp phát hiện cả cấu
trúc và động học hệ nhũ nano. Cấu trúc hệ có thể nghiên cứu nhờ phƣơng pháp cộng
hƣởng từ hạt nhân khuyếch tán (self-diffusion nuclear magnetic resonance /SD NMR)
và phân tán tia X góc hẹp (small angle xray scattering/SAXS).
12


Kính hiển vi điện tử tách mẫu kết đơng (Freeze fracture electron microscopy)
cũng đƣợc dùng để nghiên cứu cấu trúc hệ nhũ tƣơng nano, tuy nhiên làm lạnh thật
nhanh cần đƣợc thực hiện để duy trì cấu trúc.
Sự phân cực của giọt nhũ cũng là yếu tố quan trọng để xem hiệu quả tạo hệ nhũ.
Chỉ số cân bằng ƣa nƣớc ƣa béo, độ dài và sự bất bão hòa của acid béo, khối lƣợng
phân tử của phần ƣa nƣớc và nồng độ chất nhũ hóa sẽ ảnh hƣởng đến sự phân cực của
giọt dầu. Sự phân cực đại diện cho ái lực của hợp chất chức năng với dầu hay nƣớc và
loại liên kết tạo thành hệ. Điện tích giọt dầu trong hệ nhũ nano là tính chất khác cần
quan tâm. Thƣờng giọt dầu mang điện âm do có mặt acid béo, tuy nhiên nếu liên kết
lipid mang điện dƣơng nhƣ oleylamine ở nồng độ 1-3%, hệ nhũ nano mang điện

dƣơng. Sau đây là các thông số cần đo đạc của hệ nhũ tƣơng nano.
 Thơng số đo hình thái (Morphology): hình thái hệ nhũ tƣơng nano đƣợc xác
định bằng phƣơng pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (transmission electron
microscopy /TEM) và kính hiển vi điện tử quét (scanning electron microscopy/SEM).
SEM mơ tả hình ảnh 3 chiều của hình cầu. Mẫu đƣợc đo ở sự xoay chiều hiệu điện thế
phù hợp với độ phóng đại khác nhau. Đây là một phƣơng pháp phân tích hình thái bề
mặt tốt đối với pha phân tán. Phần mềm phân tích hình ảnh đƣợc thêm vào thiết bị để
hỗ trợ phân tích hình thái và bề mặt.
Với phƣơng pháp TEM, hình ảnh độ phân giải cao của pha phân tán đƣợc chụp.
Kích thƣớc hạt và sự phân bố kích thƣớc hạt đƣợc thể hiện nhờ phần mềm hình ảnh kỹ
thuật số.
Những kỹ thuật khác nhƣ tia X, phân tán neutron (neutron scattering), kính hiển
vi lực nguyên tử (atomic force microscopy) hay kính hiển vi điện tử nghiệm lạnh
(cryo-electron microscopy) là những phƣơng pháp tiêu biểu để khám phá cấu trúc và
sự chuyển động của hệ nhũ nano.
 Kích thƣớc giọt, sự đa phân tán và thế zeta (Droplet size, polydispersity
and zeta potential): Phƣơng pháp phân tán ánh sáng động (Dynamic light
scattering/DLS) đƣợc dùng để phân tích sự dao động ở một mật độ phân tán của giọt
nhũ dựa vào chuyển động Brown (Brownian motion). Kích thƣớc giọt, sự đa phân tán
và thế zeta đƣợc đo bằng phƣơng pháp này. Chỉ số đa phân tán đo đạc đƣợc thể hiện

13


sự đồng nhất của pha phân tán. Thiết bị còn cho biết kích thƣớc trung bình của giọt.
Nhiễu xạ laser (Laser diffraction) là một kỹ thuật khác dùng để đo kích thƣớc hạt.
 Độ nhớt (Viscosity): Đƣợc đo bằng nhớt kế. Độ nhớt hệ nhũ tƣơng nano ảnh
hƣởng bởi thành phần chất hoạt động bề mặt, nƣớc và dầu cùng với nồng độ các thành
phần này trong hệ. Tăng hàm lƣợng nƣớc thƣờng làm giảm độ nhớt, trong khi giảm
lƣợng chất hoạt động bề mặt làm tăng sức căng bề mặt giữa nƣớc và dầu từ đó làm

tăng độ nhớt. Độ nhớt rất quan trọng trong sự ổn định hệ và phóng thích thuốc. Hệ nhũ
tƣơng nano làm chất mang thƣờng là hệ dầu trong nƣớc và thƣờng ít nhớt hơn hệ nhũ
nƣớc trong dầu. Hệ dầu trong nƣớc sẽ giúp phóng thích hoạt chất nhanh hơn và dễ rửa
hơn sau khi thoa lên da với thuốc bôi da. Nhiều thiết bị và phƣơng pháp dùng để đo
đặc điểm lƣu biến học (rheological properties) của hệ nhũ tƣơng.
1.1.4. Một số nghiên cứu hệ nhũ tƣơng nano trong nƣớc
Hệ nhũ tƣơng nano cùng các kỹ thuật nano khác đƣợc ứng dụng nhiều ở Việt
Nam để vận chuyển và bảo vệ các hợp chất có hoạt tính sinh học ứng dụng trong các
lĩnh vực nhƣ mỹ phẩm, dƣợc phẩm và thực phẩm. Các nghiên cứu về nano hữu cơ nói
chung và hệ nhũ tƣơng nói riêng tại Việt Nam hiện nay chủ yếu nghiên cứu phục vụ
ứng dụng trong dƣợc phẩm. Các ứng dụng cấu trúc nano này trong thực phẩm tại Việt
Nam cịn rất hạn chế.
Trong Tạp chí Dƣợc học tháng 6 năm 2017, Lê Khắc Tuấn và Phạm Đình Duy
đã thực hiện điều chế giá mang hệ nhũ tƣơng nano để vận chuyển hoạt chất miconazol,
một loại thuốc kháng nấm kỵ nƣớc. Trong cơng trình này, nhóm tác giả chọn lựa
phƣơng pháp tạo nhũ nano bằng cách thay đổi nhiệt độ và thành phần hỗn hợp để tạo
giọt nano. Kích thƣớc giọt nhũ tối ƣu là 123nm và hiệu suất mang thuốc trung bình đạt
đƣợc 84,4%.
Trong một nghiên cứu khác của tác giả Lê Thị Kim Vân và cộng sự (2016), hệ
nano nhũ tƣơng tạo thành bằng phƣơng pháp đồng hóa áp suất cao chứa hoạt chất
sarpogrelat và rosuvastatin, hệ nhũ tƣơng này sau đó đƣợc sấy phun để tạo thành chế
phẩm thuốc với kích thƣớc hạt bé hơn 200nm.

14


Trong cùng lĩnh vực bào chế thuốc nhiều tác giả khác chọn kỹ thuật nhũ tƣơng
nano nhƣ Lê Thị Thu Hòa và cộng sự (2014) nghiên cứu bào chế viên nang tan nhanh
chứa natri diclofenac bằng nano nhũ tƣơng, Vũ Thị Thu Giang và Nguyễn Thị Kim
Thu (2016), tạo chế phẩm vitamin C bằng kỹ thuật nano nhũ tƣơng kép, Đàm Xuân

Thanh và cộng sự (2017) bào chế vi nang chứa Lactobacillus acidophilus bằng
phƣơng pháp đông tụ nhũ tƣơng.
1.2. Tinh dầu và tinh dầu tiêu đen
1.2.1. Giới thiệu tinh dầu (Theo Baser và cộng sự, 2010)
Tinh dầu là hỗn hợp gồm nhiều hợp chất dễ bay hơi tạo thành từ tế bào sống và
phân tách bởi các phƣơng pháp vật lý nhƣ ép hay chƣng cất từ toàn bộ thực vật hay
một bộ phận của thực vật. Các thành phần chính của tinh dầu đƣợc sinh tổng hợp từ ba
con đƣờng:
- Con đƣờng mevalonate tạo sesquiterpenes,
- Con đƣờng methyl-erithrytol tạo mono và diterpene
- Con đƣờng shikimic acid tạo phenylpropene
Tuy nhiên, có rất nhiều hợp chất đơn và sự đa dạng trong thành phần tinh dầu.
Nhiều hợp chất dễ bay hơi đảm nhận vai trò tác động đến hệ sinh thái. Chúng đóng vai
trị nhƣ truyền thơng tin trong cơ thể nhƣ hợp chất bảo vệ khỏi động vật ăn cỏ hay côn
trùng xâm nhiễm. Tất cả thực vật đều tạo ra hợp chất dễ bay hơi tuy nhiên với hàm
lƣợng thấp. Một số lồi thực vật đặc biệt có thể dùng sản xuất tinh dầu thƣơng mại.
Hai nguyên tắc quyết định loài thực vật trở thành loài khai thác tinh dầu:
- Các loài hoa: hoa hồng, hoa lài, hoa huệ. Những lồi hoa này tạo và phóng thích tinh
dầu nhờ lớp biểu bì của cánh hoa.
- Sự tạo thành và tích lũy hợp chất dễ bay hơi trong những cấu trúc đặc biệt. Loại thực
vật này tạo hàm lƣợng tinh dầu cao hơn hoa.
Tinh dầu là thành phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày. Tinh dầu
đƣợc ứng dụng tạo hƣơng vị thực phẩm, phụ gia thức ăn chăn nuôi, hƣơng liệu thuốc
lá, thành phần mỹ phẩm và nƣớc hoa. Hơn nữa, tinh dầu cịn đƣợc dùng làm sạch
khơng khí, khử mùi. Hiện nay tinh dầu cịn dùng diệt côn trùng, sát khuẩn. Tinh dầu

15


còn là nguồn sản phẩm thƣơng mại nguồn gốc tự nhiên và dùng làm nguyên liệu tổng

hợp hóa chất.
Tinh dầu đƣợc con ngƣời biết đến từ hàng trăm năm trƣớc. Trƣớc cả khi nƣớc
hoa đƣợc sử dụng, tinh dầu đã đƣợc biết đến. Trƣớc khi có nền y tế nhƣ hiện nay, tự
chữa lành là cách để con ngƣời chống bệnh tật. Sau đó tinh dầu đƣợc dùng để làm mỹ
phẩm, bột giặt và xà phịng. Khi ngành cơng nghiệp tổng hợp hóa học bắt đầu và phát
triển nhanh suốt thế kỷ 19, sản xuất tinh dầu cũng tăng vì sự cần thiết của nó với cuộc
sống. Sản lƣợng mỗi loại tinh dầu cũng rất khác nhau có thể hơn 35.000 tấn hay vài kg
một năm. Giá của tinh dầu cũng khác nhau 1,8 đô cho tinh dầu vỏ cam hay 120 ngàn
đô cho tinh dầu orris.
Sản xuất tinh dầu có thể dựa vào nguồn nguyên liệu dại hay từ trồng trọt ở khắp
nơi trên thế giới kể cả vùng lạnh có tuyết. Dự đốn có khoảng 300.000 lồi thực vật,
trong đó khoảng 10% có tinh dầu và có thể khai thác đƣợc. Nhiều quốc gia, đặc biệt ở
châu Phi và châu Á, sản xuất tinh dầu là nguồn xuất khẩu chính.
Tinh dầu thƣơng mại đƣợc sản xuất chủ yếu bằng hai phƣơng pháp: ép lạnh và
lôi cuốn hơi nƣớc
Ép lạnh (Cold expression) là quá trình ép thực hiện ở nhiệt độ thƣờng trong gia
nhiệt, đƣợc sử dụng trƣớc khi phƣơng pháp lôi cuốn hơi nƣớc đƣợc phát minh. Dụng
cụ bằng gỗ hay đá đƣợc sử dụng để phá vỡ tế bào chứa tinh dầu và giải phóng hợp
chất tạo hƣơng. Phƣơng pháp này dùng để thu tinh dầu từ vỏ trái cây thuộc họ citrus.
Phƣơng pháp cơ học đƣợc sử dụng để thu tinh dầu citrus vì loại tinh dầu này
chứa các hợp chất aldehyde không ổn định nhiệt. Các hợp chất nhƣ heptanal, octanal,
nonanal, decanal và dodecanal rất dễ bị oxy hóa bởi oxy trong khơng khí dẫn đến hình
thành acid. Do đó, terpenoid dạng aldehyde nhƣ neral, geranial, citronellal và perilla
aldehyde hay α và β sinensal rất nhạy cảm với sự oxy hóa. Dùng phƣơng pháp chƣng
cất sẽ thu đƣợc tinh dầu citrus với chất lƣợng thấp vì phản ứng hóa học xảy ra nhanh
hơn ở nhiệt độ và sự phân hủy aid tạo hợp chất dễ bay hơi kém ổn định. Hơn nữa, vài
hợp chất hydrocarbon terpen và ester trong tinh dầu citrus cũng nhạy cảm với nhiệt và
oxy.
Phƣơng pháp chƣng cất đƣợc sử dụng để trích kiệt vỏ chanh đã đƣợc ép lạnh.

16


Chƣng cất lôi cuốn hơi nƣớc là phƣơng pháp phổ biến dùng trích ly tinh dầu từ
thực vật. Phƣơng pháp này có lịch sử lâu đời trong ngành sản xuất nƣớc hoa và chất dễ
hay hơi khác. Hệ thống chƣng cất đƣợc thiết kế rất khác nhau.
Tất cả dung dịch sẽ bay hơi tùy nhiệt độ, thậm chí một số chất lỏng bay hơi ở
nhiệt độ phịng. Điều đó là do nhiệt độ làm phân tử lỏng di chuyển và các phân tử trên
bề mặt sẽ khuyếch tán vào không khí. Sự phóng thích tinh dầu trong ống tinh dầu của
thực vật là do sự phá vỡ tế bào chứa tinh dầu do tăng áp suất khi nhiệt độ tăng làm
giãn nở các thành phần trong tế bào tinh dầu.
Nguyên liệu đƣợc ngâm trong nƣớc sơi trong q trình trích ly. Tinh dầu
khuyếch tán khỏi tế bào bằng phƣơng pháp thẩm thấu. Khi tinh dầu thốt ra, nó sẽ bay
hơi và đƣợc mang đi nhờ hơi nƣớc. Khả năng bay hơi của thành phần tinh dầu không
phụ thuộc vào tốc độ bay hơi mà phụ thuộc vào khả năng hòa tan của tinh dầu trong
nƣớc. Nhƣ vậy, thành phần dễ tan trong nƣớc sẽ bay hơi trƣớc thành phần khó tan
trong nƣớc. Một vài thành phần trong tinh dầu không có trong thực vật mà đƣợc tạo ra
trong q trình chƣng cất. Chúng đƣợc tạo thành do phản ứng phân hủy hóa sinh hay
hóa học trong q trình chƣng cất từ những phân tử khối lƣợng lớn và phân tử khơng
bay hơi.
Thủy phân ester thành alcohol và acid có thể xảy ra trong quá trình chƣng cất hơi
nƣớc. Điều này làm ảnh hƣởng đến loại tinh dầu nhiều ester và cần có biện pháp hạn
chế sự phân hủy này. Ví dụ nhƣ tinh dầu hoa lavender nhiều linalyl acetate và tinh dầu
nhục đậu khấu nhiều α-terpinyl acetate.
Ngành công nghiệp tinh dầu phát triển là do yêu cầu phát triển của công nghệ
thực phẩm và mỹ phẩm từ những năm cuối thế kỷ 18.
Từ năm 1806, William Colgate mở cửa hàng đầu tiên bán xà phòng và bột giặt.
Năm 1866, Colgate sản xuất sản phẩm xà phòng thơm và nƣớc hoa đầu tiên. Năm
1837, William Proctor và Jame Gamble bắt đầu sản xuất xà phòng. Sau 22 năm, P &
G đạt doanh số 1 triệu đơ.

Cùng khoảng thời gian đó, tinh dầu đƣợc dùng trong sản xuất thực phẩm và nƣớc
uống. Năm 1790, nƣớc soda bão hòa CO2 xuất hiện ở Mỹ. Năm 1833, ra đời sản phẩm
nƣớc ngọt hƣơng chanh. Bia gừng ra đời tại Ireland năm 1851. Đến 1905, sản phẩm
17


Coca Cola ra mắt. Ngành nƣớc uống chỉ sử dụng hạn chế một số loại tinh dầu từ trái
cây họ citrus, gừng, quế, đinh hƣơng, bạc hà. Các loại tinh dầu này cịn dùng trong sản
xuất bánh kẹo, bánh mì, sản phẩm ngành sữa.
Ngành thức ăn nhanh và sản phẩm chế biến dùng nhiều loại tinh dầu từ gia vị và
rau gia vị nhƣ tiêu, gừng, ớt, hung quế, thì là,….
1.2.2. Thành phần và tính chất tinh dầu tiêu đen
Tiêu đen là loại gia vị thông dụng trong chế biến thực phẩm từ rất lâu đời ở Việt
Nam và trên thế giới.
Ngồi ra, tiêu đen cịn là thành phần quan trọng trong ngành dƣợc tại Ấn Độ.
Tiêu có một số chức năng nhƣ giảm đau và hạ sốt, chống oxy hóa và chống vi sinh
vật.
Với thực phẩm, tiêu giúp kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm, hạn chế hƣ hỏng
vì có khả năng kháng vi sinh vật. Tinh dầu tiêu ức chế nhiều loại vi sinh vật nhƣ
Vibrio cholerae, Staphylococcus albus, Clostridium diphthereae, Shigella dysenteriae,
Streptomyces faecalis, Bacillus spp., Pseudomanas spp.,…Tinh dầu tiêu làm ngƣng sự
phát triển và tạo aflatoxin của Aspergillus parasitics ở nồng độ 0,2–1%. Tinh dầu lá
tiêu cũng ức chế nấm mốc.
Tiêu đen dùng rộng rãi trong thực phẩm với vai trò gia vị. Tiêu đen tạo hƣơng vị,
chống nấm, chống vi khuẩn và chống oxy hóa.
Chất lƣợng tiêu đƣợc quyết định bởi hai thành phần: piperine tạo vị cay và tinh
dầu dễ bay hơi tạo mùi hƣơng. Oleoresin của tiêu đen, tạo thành từ quá trình trích ly
với dung mơi ngun liệu bột tiêu khơ chứa cả hƣơng và vị cay.
Mùi tiêu là do thành phần tinh dầu, và tinh dầu này thu hồi bằng phƣơng pháp
chƣng cất lôi cuốn hơi nƣớc. Tinh dầu chứa monoterpene, sesquiterpene và dẫn xuất

chứa oxy của chúng. Nhiệt độ sôi từ 80–200ºC. Trong sản xuất tinh dầu công nghiệp,
phƣơng pháp lôi cuốn hơi nƣớc đƣợc thực hiện, hơi nƣớc đƣợc bơm qua bột tiêu trong
khoang chƣng cất. Tinh dầu dễ bay hơi cuốn theo hơi nƣớc và thu bằng các ngƣng tụ,
làm khơ và bảo quản tránh khơng khí.
Oleoresin chứa cả vị cay và hƣơng tiêu. Oleoresin sản xuất bằng phƣơng pháp
trích bằng dung mơi từ bột tiêu với các dung mơi nhƣ acetone, ethanol, ethyl acetate
hay ethylene dichloride. Có thể dùng quy trình một hay hai giai đoạn để thu sản phẩm
18


này. Trong quy trình một giai đoạn, dùng dung mơi trích ly thu resin. Ở phƣơng pháp
hai giai đoạn, tinh dầu thu hồi bằng phƣơng pháp lôi cuốn hơi nƣớc, sau đó, bã đƣợc
trích ly tiếp với dung mơi thu oleoresin. Sau đó, hai thành phần đƣợc trộn lại.
Thành phần hóa học tiêu đen đƣợc cơng bố bởi các tác giả Guenther (1952),
Govindarajan (1977), Parmar et al. (1997) và Narayanan (2000).
Piperine đƣợc phân tách lần đầu bởi Oersted (1819) ở dạng tinh thể màu vàng.
Loại alkaloid này tạo nên vị cay chính cho tiêu. Ngồi ra, 5 loại alkaloid với hàm
lƣợng thấp khác cũng đƣợc phát hiện trong dịch trích tiêu.
Piperine (C17H19O3N; nhiệt độ nóng chảy 128–130ºC) là base yếu, bị thủy phân
bởi HNO3 hay dung dịch kiềm tạo base dễ bay hơi piperidine (C5H11N). Sản phẩm
acid hóa của quá trình thủy phân là piperic acid (C17H19O4).
Piperine có bốn đồng phân là 2 trans 4 trans (piperine); 2 cis 4 trans
(isopiperine); 2 trans 4 cis (isochavicine) và 2 cis 4 cis (chavicine ). Sự tổng hợp các
đồng phân này đƣợc thực hiện bởi Grewe et al. (1970). Ba đồng phân của piperine ít
cay. Piperine rất nhạy cảm với ánh sáng. Chiếu xạ piperine hịa tan trong dung mơi
alcohol tạo hỗn hợp isopiperine and isochavicine.
Piperine có thể định lƣợng nhờ thiết bị quang phổ UV nhờ đo độ hấp thu cực đại
tại 342–345 nm trong dung môi benzine hay ethylene dichloride. Vì dung dịch
piperine rất nhạy cảm ánh sáng nên khơng đƣợc tiếp xúc trực tiếp ánh sáng. Năm hợp
chất cấu trúc giống piperine đƣợc phân tách và kiểm tra tính chất bởi nhiều tác giả

Govindarajan (1977), Narayanan (2000). Các hợp chất đó là piperettine, piperanine,
piperylin A, piperolein B và pipericine. Parmar et al. (1997) liệt kê các hợp chất
alkaloid khác ngồi nhóm piperine nhƣ đã đề cập gồm: brachymide B, guineesine,
retrofractamide A, sarmentine, sarmentosine và tricholein.
Tinh dầu tiêu là hỗn hợp các hợp chất dễ bay hơi. Hƣơng đặc trƣng tạo thành bởi
sự có mặt của tất cả các hợp chất này. Hơn 80 thành phần đƣợc báo cáo có trong tinh
dầu tiêu. Một số hợp chất tiêu biểu nhƣ sau.
Nhóm hợp chất monoterpene hydrocarbon và monoterpen chứa oxy
Bao gồm: camphene, δ-carene, ρ-cymene, limonene, myrcene, cis-ocimene, αphellandrene, β-phellandrene, α-pinene, β-pinene, sabinene, α-terpinene, γ-terpinene,

19