Tài liệu 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