Tài liệu Ứng dụng sữa vào các sản phẩm chăm sóc da

LỜI MỞ ĐẦU [”\ Khi đời sống kinh tế ngày càng phát triển, con người ngày càng chú ý đến hình thức và vẻ đẹp của mình. Việc sở hữu một làn da đẹp luôn là ước mơ của mỗi người phụ nữ. Trong thời đại công nghiệp phát triển như ngày nay thì nhu cầu ấy càng trở nên cần thiết. Nền công nghiệp phát triển, ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng, lượng khói, bụi gia tăng, ánh nắng mặt trời ngày càng gây gắt…là những nguyên nhân gây hư tổn thậm chí hủy hoại làn da của con người, cho nên nhu cầu chăm sóc làn da của phụ nữ ngày càng cấp thiết. Đó là lí do hàng loạt các sản phẩm chăm sóc da liên tục ra đời, đã và đang đáp ứng được nhu cầu trên. Từ xa xưa, cách đây 4000 ngàn năm người Ai Cập cổ đã phát hiện ra sữa có tính năng nuôi dưỡng đồng thời tái tạo da rất hiệu quả. Chính vì lí do này họ đã sử dụng sữa vào việc làm đẹp của mình. Mãi cho đến ngày nay, sữa luôn được xem như một thành phần không thể thiếu trong nhiều loại mỹ phẩm chăm sóc cá nhân, đặc biệt là trong các sản phẩm dưỡng da vì trong sữa chứa rất nhiều tố chất quan trọng, phù hợp, góp phần cải thiện, phục hồi làn da hư tổn; chăm sóc và duy trì một làn da đẹp. Đề tài “Ứng dụng sữa vào các sản phẩm chăm sóc da” có thể cung cấp thêm hai loại sản phẩm chăm sóc da là sữa tắm và sữa dưỡng thể phù hợp với mọi làn da và đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng. Mục tiêu của đề tài là có thể tạo ra được các sản phẩm chăm sóc da có chứa hoạt chất sữa nhằm góp phần tăng thêm vẻ tươi trẻ của làn da khỏe mạnh, mịn màng giúp người phụ nữ trở nên tự tin hơn trong giao tiếp và trong mọi lĩnh vực của đời sống. http://www.ebook.edu.vn 1 PHẦN I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Việc làm đẹp đã được chú ý đến cách đây 10000 năm trước công nguyên. Đã có những cuộc khảo cổ chứng minh về việc sử dụng các sản phẩm chăm sóc cá nhân ở thời đại đồ đá và những sản phẩm làm đẹp đó cũng được cải tiến theo sự phát triển văn minh của nhân loại. Người Babylon đã tìm ra sơn môi, sau đó là việc sử dụng phấn trang điểm của người Hy Lạp cổ. Tất cả chúng đều có nguồn gốc từ thiên nhiên và hầu như được sử dụng dưới dạng dịch chiết được trích trực tiếp từ các loại thảo dược đó. Sữa lần đầu tiên được người Ai Cập cổ sử dụng đến như là một loại dầu tắm có tác dụng dưỡng da, làm cho việc tắm rửa dễ dàng, giúp nước dịu hơn. Đồng thời đối tượng sử dụng cũng có được cảm giác về một sản phẩm béo, trơn tru sau khi tắm bồn. Vào thời đại đó, người Ai Cập sử dụng trực tiếp sữa lừa dành cho việc tắm rửa. Kể từ đó, họ đã tìm ra phương pháp và phát triển các sản phẩm làm đẹp từ sữa, điển hình là kem bôi trơn. Ngày nay các sản phẩm ngày càng đa dạng về chủng loại. Sữa hay các thành phần được chiết xuất từ sữa có mặt hầu như trong tất cả các sản phẩm làm đẹp, đặc biệt là các sản phẩm liên quan đến da như sữa tắm, sữa dưỡng thể, sữa làm trắng da, lotion dưỡng da, kem làm trắng da, phai mờ vết thâm, ngăn ngừa mụn…. Nhiệm vụ thứ nhất của đề tài sẽ khảo sát tất cả tính chất, thành phần của sữa cũng như tính năng của sữa trong việc làm đẹp da. Ở đây, đề tài chỉ chủ yếu quan tâm đến sữa bò vì đây là loại sữa phổ biến nhất trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Nhiệm vụ thứ hai là tiến hành ứng dụng thành phần sữa vào sản phẩm sữa tắm và sữa dưỡng thể trong phòng thí nghiệm. http://www.ebook.edu.vn 2 Chương 1: LÝ THUYẾT VỀ MỸ PHẨM CHĂM SÓC DA 1.1. Giới thiệu chung Mỹ phẩm chăm sóc da là một loạt các sản phẩm rất quan trọng góp phần làm đẹp cho con người. Có đầy đủ các dạng sản phẩm chăm sóc da như dạng lotion, dạng sữa, dạng kem mềm, kem cứng, được sử dụng cho tất cả các loại da từ da khô, da nhờn, da trưởng thành đến da nhạy cảm. Tùy theo nhu cầu và mục đích sử dụng mà nhà sản xuất tạo ra từng loại sản phẩm khác nhau. Mỹ phẩm chăm sóc da là hệ nhũ tương tướng dầu và tướng nước có tác dụng giữ ẩm, chăm sóc da, phục hồi và cải tạo làn da tổn thương. Chúng giữ vai trò tạo màng mỏng trên da, tác dụng làm mềm, ngăn ngừa sự khô da và duy trì lượng nước cho da, có tác dụng lấy bẩn, loại thải tế bào chết trên da một cách nhẹ nhàng, tạo sự tươi mát, sạch sẽ trên da. 1.2. Thành phần cơ bản trong mỹ phẩm chăm sóc da [5] 1.2.1. Chất dầu Sản phẩm mỹ phẩm dạng nhũ nói chung là một hệ nhũ gồm có một pha dầu, một pha nước được kết hợp với nhau nhờ một chất nhũ hóa. Vì vậy, chất dầu là một thành phần cơ bản trong sản xuất mỹ phẩm. Tùy theo yêu cầu và công dụng sản phẩm mà chất dầu có thể là dầu, mỡ hay sáp. Ngày nay, các chất dầu sử dụng trong mỹ phẩm có nguồn gốc rất rộng, có thể phân ra các nhóm chính sau đây: - Dầu và mỡ có nguồn gốc từ động vật, thực vật. - Các dẫn xuất từ dầu mỏ. - Các rượu và acid béo. - Dầu, mỡ, sáp tổng hợp. Vai trò của chất dầu trong mỹ phẩm cũng rất đa dạng, có thể là tác nhân trợ nhũ, chất làm mềm, tạo độ bóng hoặc giữ vai trò tạo màng chống thấm nhờ tính kị nước. http://www.ebook.edu.vn 3 1.2.2. Chất giữ ẩm Trong suốt qúa trình lão hóa da, số lượng mucopolysaccarit ở lớp biểu bì dưới da giảm dẫn đến sự giảm lượng nước của da. Những biến đổi vật lí và hóa học của lớp biểu bì cũng dẫn đến sự khô da. Qúa trình lão hóa này sẽ tăng nhanh dưới bức xạ tia UV. Khi da khô lớp sừng của da bị bong vẩy. Và khi da bị khô sẽ trở nên cứng và không đàn hồi như trước nữa. Da cũng có thể bị rạn nứt. Với lí do trên mà thành phần chủ yếu trong sản phẩm chăm sóc da là chất giữ ẩm có tác dụng lôi cuốn và giữ nước, kết quả là tích trữ được lượng nước cho làn da. Trong công thức pha chế sản phẩm luôn có các loại dầu hỗ trợ quá trình lưu trữ nước. Vì sự có mặt của các giọt dầu nhỏ sẽ làm giảm tốc độ mất nước trên bề mặt da. Chất giữ ẩm có khả năng giữ ẩm cho da bằng cách hấp phụ hơi ẩm có trong thành phần của lotion và bảo vệ da không bị khô. Lượng nước thu được trong da lúc này bao hàm lượng nước trong thành phần của lotion và lượng nước vốn có của da. Chất giữ ẩm là các vật liệu hút ẩm có tính chất hút hơi nước từ không khí ẩm cho đến khi đạt được cân bằng. Chất giữ ẩm được thêm vào các kem mỹ phẩm, đặc biệt là loại mỹ phẩm dầu trong nước như lotion dưỡng da để tránh các kem bị khô khi tiếp xúc với không khí. Tuy nhiên chất giữ ẩm chắc chắn không loại trừ được hoàn toàn sự khô sản phẩm. Nó chỉ có thể làm giảm tốc độ mất nước vào không khí, do đó bao bì đóng gói có một vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa sự khô sản phẩm. Các loại chất giữ ẩm: - Chất giữ ẩm vô cơ: CaCl2 là điển hình. - Chất giữ ẩm cơ kim (kim loại – hữu cơ): chất chính là natri lactat, hút ẩm cao hơn glycerine, nhưng không tương hợp với một số vật liệu thô, thường được dùng trong kem da vì không độc và không gây viêm da. - Chất giữ ẩm hữu cơ: được sử dụng rộng rãi nhất là các rượu đa chức, các ester và ete của chúng như ethylenglycol, glycerine, sorbitol. http://www.ebook.edu.vn 4 Các hợp chất thường được sử dụng nhất cho mục đích hút ẩm trong sản phẩm mỹ phẩm dưỡng da là: glycerine, ethylen glycol, propylen glycol, glycerol, sorbitol, polyethylene glycol. 1. Pha H2O ngoài cùng đảm bảo hàm lượng ẩm cho da. 2. Pha Dầu gồm những giọt dầu nhỏ tạo thành lớp trên da. 3. Pha H2O duy trì độ ẩm cho làn da. 4. Lớp biểu bì. Hình 1.1: Cơ chế giữ ẩm da của mỹ phẩm chăm sóc da [9] 1.2.3. Chất làm mềm Chất làm mềm da là sản phẩm được công nhận có tính năng làm da trở nên nhẵn bóng và căng mịn. Chúng có thể là chất ưa nước như glyxerine, sorbitol… hoặc những chất kị nước như dầu paraffin, mỡ hải ly, triglyxerit, vaselin vàng, dầu khoáng, dầu thực vât, mỡ cừu, silicon lỏng … Trong đó dầu khoáng trắng được dùng phổ biến nhất. Dầu khoáng trắng là phần sản phẩm lấy từ dầu mỏ, được sử dụng trong mỹ phẩm nên còn gọi là dầu mỹ phẩm, có tỷ trọng từ 0.84-0.88 ở 60oF, phạm vi nhiệt độ sôi từ 310o-410oF. Dầu khoáng trắng là một hỗn hợp phức tạp của các loại hydocacbon khác nhau, chúng là các hợp chất polymethylen đa vòng hay các vòng no với công thức chung (CH2)n. Ngoài ra, dầu khoáng trắng có chứa một lượng nhỏ parafin mạch dài, các napthten, hệ đa vòng chứa nhân thơm. Trong hệ vòng naphten gắn với nhánh parafin, nhóm – CH là nơi dễ bị oxy hóa, khi tiếp xúc với không khí, đặc biệt khi có ánh sáng mặt trời, có thể làm biến đổi màu hay gây mùi khó chịu. http://www.ebook.edu.vn 5 1. Cung cấp lớp dầu nhằm ngăn cản sự mất nước của da 2. Xuyên qua lớp trên làn da nhằm hồi phục làn da hư tổn Hình 1.2: Cơ chế làm mềm da của mỹ phẩm chăm sóc da [9] 1.2.4. Chất làm đặc Chất làm đặc sử dụng trong mỹ phẩm chăm sóc da có tác dụng như: - Làm đặc dung dịch - Tạo độ nhớt cho sản phẩm - Chống sự tái bám bẩn trở lại - Chuyển cấu trúc sản phẩm về dạng gel - Tạo cảm quan tốt cho sản phẩm Thường sử dụng chất làm đặc polymer như Poly vinyl alcolhol (PVA), Carboxy metyl cellulose (CMC), Hydroxy ethyl cellulose (HEC), Carbomer…Trong đó người ta dùng phổ biến nhất là Carbomer 940 do nó có tính năng làm đặc tốt, cho độ nhớt cao, hút nước và ngậm nước tốt, chống tái bám bẩn cao. 1.2.5. Chất hoạt động bề mặt Hiện tượng cơ bản của chất hoạt động bề mặt là hấp phụ, nó có thể dẫn đến hai hiệu ứng hoàn toàn khác nhau: - Làm giảm một hay nhiều sức căng bề mặt ở các mặt phân chia giới trong hệ thống. http://www.ebook.edu.vn 6 - Bền hóa một hay nhiều mặt phân giới bằng sự tạo thành các lớp bị hấp phụ. Tác nhân hoạt động bề mặt có tính chất làm thay đổi năng lượng bề mặt mà nó tiếp xúc. Sự giảm năng lượng bề mặt có thể dễ quan sát thấy trong sự tạo bọt, sự lan rộng một chất lỏng trên một chất rắn, sự phân tán các hạt rắn trong môi trường lỏng và tạo sự huyền phù. Chất hoạt động bề mặt trong mỹ phẩm có 5 lĩnh vực tùy thuộc vào tính chất của chúng: - Tẩy rửa. - Làm ướt khi cần có sự tiếp xúc tốt giữa dung dịch và đối tượng. - Tạo bọt. - Nhũ hóa trong các sản phẩm. - Làm tan khi cần đưa vào sản phẩm cấu tử không tan. Chất hoạt động bề mặt gồm 2 phần: một phần tử kị nước và một phần ưa nước. Phần kị nước thường là các mạch hay vòng hydrocacbon hay hỗn hợp của cả hai, phần ưa nước thường là các nhóm phân cực như các nhóm carbocylic, sulfate, sulfonate, hay trong các CHĐBM không ion, nó là một số nhóm hydroxyl hay ether. Chất hoạt động bề mặt được chia 4 loại: - Anion: là các chất mà phân tử của chúng trong nước có ion hoạt động bề mặt tích điện âm như: alkyl sulfate, alkyl sulfonate, alkyl aryl sulfonate… - Cation: hoạt động bề mặt trong dung dịch tích điện dương như: muối alkyl trimethyl amonium, muối dialkyl dimetyl amonium, muối alkyl benzyl dimethyl amonium… - Không ion: phần ưa nước thường cấu tạo từ vô số các nhóm phân cực - Lưỡng tính: có khả năng tạo các ion họat động bề mặt tích điện dương lẫn âm. 1.2.6. Chất bảo quản Chất bảo quản được thêm vào sản phẩm với 2 lý do: - Ngăn ngừa hư hỏng sản phẩm. - Bảo vệ người tiêu dùng. http://www.ebook.edu.vn 7 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng các chất bảo quản: - pH của môi trường - Nồng độ của chất bảo quản - Hệ số phân bố - Sự tương tác giữa các cấu tử và chất bảo quản - Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt 1.3. Cơ chế tẩy rửa và nuôi dưỡng da [3,5] 1.3.1. Sữa tắm Mục đích của sản phẩm sữa tắm là loại bỏ những chất không cần thiết ra khỏi bề mặt da như chất nhờn, bụi bẩn… Những chất này có thể ở dạng lớp film mỏng hay hạt rắn. Cách tẩy rửa cổ điển là sử dụng nước với xà phòng và cho đến ngày nay là các sản phẩm tẩy rửa dạng kem, lotion hay dạng sữa. Đối với nước, qúa trình tẩy rửa đơn giản là qúa trình hòa tan các chất bẩn có thể tan trong nước và như vậy chúng sẽ được loại ra khỏi bề mặt. Đối với vết dầu hay chất rắn không tan trong nước thì vẫn còn nằm trên bề mặt nên quá trình tẩy rửa bằng nước không cho hiệu quả cao nhất. Cảm giác sau khi rửa mặt hay tắm rửa bằng nước là da sẽ bị nhờn hay khô và không thật sạch. Để đạt hiệu qủa tẩy rửa tốt, người ta sử dụng xà phòng và nước. Có thể hình dung qúa trình tẩy rửa bằng xà phòng giống như qúa trình giặt quần áo, các chất hoạt động bề mặt có trong xà phòng sẽ giúp loại bỏ cả chất bẩn dạng dầu trên bề mặt da. Đó là nhờ các phần ưa dầu của chất hoạt động bề mặt tấn công vào chất bẩn trong khi đầu ưa nước sẽ kết hợp với nước và kết quả là sẽ bị nước kéo ra khỏi bề mặt da. Tuy quá trình tẩy rửa bằng xà phòng cho hiệu quả tẩy rửa tốt vì loại được cả chất bẩn tan trong nước và dầu nhưng sau khi tẩy rửa lại làm cho bề mặt da khô và ráp. Vì vậy, ngày nay sản phẩm tẩy rửa dạng nhũ rất được ưa thích. Gọi là sản phẩm sữa tắm. Sử dụng sản phẩm sữa tắm có nhiều ưu điểm nổi bật hơn so với phương pháp cổ điển ở trên. Một mặt, các sản phẩm sữa tắm có thể dễ dàng loại bỏ chất bẩn một cách hiệu quả mà không gây khô ráp da. Mặt khác, bằng cách thay đổi các thành phần trong công thức nền, người ta có thể phối chế ra một http://www.ebook.edu.vn 8 sản phẩm tẩy rửa đa chức năng, vừa có tính năng tấy sạch làn da vừa có tính năng dưỡng da. Cơ chế tẩy rửa của sữa tắm cũng tương tự như xà phòng là nhờ vào chất hoạt động bề mặt. Thêm vào đó, vì sữa tắm ở dạng nhũ hay lỏng sẽ giúp các chất dễ dàng phân tán và thấm vào da. Vì vậy, quá trình tẩy rửa sẽ diễn ra dễ dàng hơn. Sau khi lấy đi vết bẩn, một lớp film mỏng sẽ được giữ trên bề mặt da giúp da có cảm giác mềm mại và duy trì được độ ẩm. Một số sản phẩm còn có các hoạt chất như sũa tươi, chiết suất thiên nhiên từ dưa leo, aloe vera, mật ong…đóng vai trò thực hiện một chức năng nào đó trên da như làm sáng da, trắng da, nuôi dưỡng da… Một số sản phẩm sữa tắm có chứa hoạt chất sữa trên thị trường: Hình 1.3: Một số hình ảnh sữa tắm 1.3.2. Sữa dưỡng thể Các sản phẩm dưỡng da có nhiều loại với nhiều tác dụng khác nhau. Nhìn chung, các tác dụng thường gặp của sản phẩm dưỡng thể là làm ẩm, làm se lỗ chân lông, làm sáng và trắng da, chống lão hóa da, làm phai mờ nếp nhăn… Trong đó, cơ chế làm ẩm là tác dụng chính của các sản phẩm sữa dưỡng thể. Làn da khỏe mạnh bình thường có khả năng duy trì một độ ẩm nhất định. Tuy nhiên, vì nhiều nguyên nhân mà da có thể bị mất nước và bị khô. Các tác động bên ngoài như nắng, gió… thường là nguyên nhân gây khô da. Cũng có trường hợp da thuộc loại khô do tuyến nhờn hoạt động không tốt. Nhưng dù do nguyên nhân gì thì da khô cũng gây nhiều bất lợi, vì vậy để duy trì độ ẩm cần thiết cho da, người ta thường sử dụng các sản phẩm làm ẩm. http://www.ebook.edu.vn 9 Lotion dưỡng thể thường được sử dụng sau sữa tắm, khi mà da đã được làm sạch. Khi sử dụng, các sản phẩm này sẽ tạo một lớp dầu thật mỏng trên bề mặt da, giúp hạn chế sự thoát hơi nước từ bề mặt da và như thế giúp da duy trì độ ẩm. Chính vì vậy, các sản phẩm dưỡng thể thường có dạng lotion hay dạng sữa vì hai dạng này dễ dàng phân tán và tan đều trên bề mặt da. Cũng tương tự như sữa tắm, sản phẩm dưỡng thể cũng thường được kết hợp một số hoạt chất để tạo sự hấp dẫn cho sản phẩm và tăng hiệu quả làm đẹp cho làn da. Một số sản phẩm sữa dưỡng thể có hoạt chất sữa trên thị trường: Hình 1.4: Một số hình ảnh sữa dưỡng thể 1.3.3. Sự khác nhau cơ bản giữa cơ chế tẩy rửa và cơ chế dưỡng da Qua phân tích về cơ chế tẩy rửa và cơ chế dưỡng da như trên, sự khác nhau giữa hai loại sản phẩm sữa tắm và sữa dưỡng thể thể hiện rất rõ: - Sản phẩm sữa tắm chủ yếu có tác dụng làm sạch là chính, tác dụng dưỡng da chỉ có ở một vài sản phẩm đa năng nhưng cũng với tác dụng tạo sự hấp dẫn cho người tiêu dùng. - Sản phẩm sữa dưỡng thể có tác dụng chính là làm ẩm, đưa các hoạt chất vào da để nuôi dưỡng da. Hiện nay, trong cả hai loại sản phẩm đều được sử dụng các hoạt chất thiên nhiên để gây hấp lực cho người tiêu dùng. Tuy nhiên, để hoạt chất thực sự có tác dụng thì cần một thời gian lưu nhất định trên da. Vì thế, hoạt chất được dùng trong sản phẩm dưỡng da mới thể hiện hết tác dụng của nó http://www.ebook.edu.vn 10 Chương 2: LÝ THUYẾT VỀ NHŨ MỸ PHẨM 2.1. Một số khái niệm [5] 2.1.1. Nhũ tương mỹ phẩm Nhũ tương là hệ hai pha chứa hai chất lỏng không tan lẫn vào nhau, trong đó một pha phân tán trong pha còn lại dưới dạng những hạt cầu nhỏ có đường kính trong khoảng 0.2 – 50 µm. Pha là một thành phần riêng biệt, đồng nhất, phân biệt với các thành phần khác của hệ thống qua bề mặt phân cách xác định. Khi nói đến nhũ tương mỹ phẩm, người ta không hạn chế ở những hệ lỏng–lỏng đơn giản mà còn những hệ phức. Tuy nhiên, đặc trưng chung của hệ đó là phải có một pha háo nước và một pha háo dầu. Khi pha háo nước phân tán trong pha háo dầu, ta có hệ W/O và ngược lại ta có hệ O/W. Nhũ Dầu/H2O (O/W) Nhũ H2O/Dầu (W/O) 1. PhaDầu, 2.PhaH2O Hình 2.1: Hình ảnh mô tả các pha trong nhũ tương [9] http://www.ebook.edu.vn 11 a) 1. Pha H2O bên ngoài b) 1. Pha dầu bên ngoài 2. Pha dầu bên trong 2. Pha H2O bên trong Hình 2.2: Sự phân bố pha trong nhũ tương W/O(a) và O/W(b) [9] 2.1.2. Nhũ phức Dầu có thể phân tán trong pha nước của nhũ W/O để tạo ra hệ phức O/W/O. Nhà sản xuất không chú ý tạo ra loại nhũ này, như sự hình thành nhũ phức xảy ra một cách tự nhiên trong một vài sản phẩm mỹ phẩm. Tương tự, ta cũng có hệ phức W/O/W. 2.1.3. Nhũ trong Phần lớn các loại nhũ được đề cập ở trên đều đục, do ánh sáng bị tán xạ khi gặp các hạt nhũ phân tán. Khi đường kính của những giọt cầu xuống khoảng 0.05 µm, tác dụng tán xạ giảm, lúc này mắt không thấy được các hạt phân tán và khi đó nhũ sẽ trong suốt. Nhũ trong còn được gọi là vi nhũ. Có hai loại nhũ trong: W/O và O/W. Hệ nhũ trong O/W được ứng dụng trong những sản phẩm vệ sinh cũng như các sản phẩm mỹ phẩm cao cấp. 2.2. Những vấn đề trong sản xuất nhũ 2.2.1. Định hướng nhũ Trong trường hợp đơn giản, không dùng chất nhũ hóa khi trộn pha nước vào pha dầu và ngược lại. Định hướng của nhũ tùy thuộc vào máy khuấy, vận tốc khuấy cũng như vị trí đặt cánh khuấy. - Nếu cánh khuấy được đặt trong pha W thì nhũ O/W hình thành và ngược lại. - Tương tự, nếu ban đau bình chứa pha nào đó thì pha này rất dễ là pha http://www.ebook.edu.vn 12 liên tục trước khi thêm pha thứ hai vào. - Ngoài ra, khi vận tốc khuấy cao thì pha nặng có khuynh hướng là pha liên tục. 2.2.2. Kiểm tra loại nhũ tương Để kiểm tra loại nhũ tương, ta có thể căn cứ vào: - Phẩm màu: Nếu nhũ nhuộm màu methyl violet nhũ thuộc loại O/W. Nếu nhũ nhuộm màu xanh thì nhũ thuộc loại W/O. - Đo độ dẫn điện: Nếu nhũ dẫn điện: nhũ thuộc loại O/W. Nếu nhũ không dẫn điện: nhũ thuộc loại W/O. 2.2.3. Kiểm tra nhanh tính ổn định của sản phẩm Tất cả các sản phẩm loại nhũ như kem, lotion, dạng sữa rất dễ bị phá nhũ trong thời gian lưu trữ. Các yếu tố gây phá nhũ rất đa dạng như ánh sáng, nhiệt độ, chuyển động cơ học, môi trường. Vì vậy, trong sản xuất, để có kết quả nhanh người ta thực hiện các phép thử căn cứ vào các yếu tố tác động mạnh lên sản phẩm. Hai thông số được chọn thường là thử nhiệt độ và thử tác động cơ học. - Thử nhiệt độ: giữ màu ở điều kiện -5oC và 40oC trong vòng 24h. - Thử ly tâm hoặc lắc: nhũ tốt có thể chịu được tốc độ ly tâm từ 500010000 vòng/phút. 2.2.4. Một số yếu tố làm phá nhũ Nhũ tương có thể bị phá vỡ trong một số trường hợp sau đây: - Thêm chất điện ly hóa trị cao vào hệ. Nhóm ion hóa trị cao có thể tác dụng với nhóm ion của nhũ tạo những hợp chất không tan trong nước, chuyển chất nhũ hóa về dạng không hoạt động. - Dùng thêm chất nhũ hóa có tác dụng ngược với chất nhũ hóa ban đầu. - Đưa vào hệ một chất hoat động bề mặt hoặc chất nào đó có khả năng đẩy chất nhũ hóa ra khỏi hệ. - Nhũ có thể bị phá bằng cách ly tâm, lọc, điện li, đun nóng. http://www.ebook.edu.vn 13 Chương 3: LÝ THUYẾT VỀ SỮA 3.1. Một số tính chất vật lý của sữa bò [2] Sữa bò là một chất lỏng đục. Độ đục của sữa là do các chất béo, protein và một số chất khoáng trong sữa tạo nên. Màu sắc của sữa phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng β-caroten có trong chất béo của sữa. Sữa bò thường có màu trắng đến vàng nhạt Sữa bò có mùi rất đặc trưng và vị ngọt nhẹ. Giá trị pH của sữa trung bình là 6.6 Sữa no, tức phần sữa đầu tiên trong một chu kỳ tiết sữa của động vật, có giá trị pH thường thấp hơn và khoảng chừng 6.0 Khi sữa bị nhiễm vi sinh vật như nhóm vi khuẩn lactic, chúng sẽ chuyển hóa lượng lactose trong sữa thành axit lactic và làm giảm giá trị pH của sữa. Độ chua: thường được biểu diễn bằng độ Soxhlet Henkel (oSH), độ Thorner (oTh) hoặc độ Dornic (oD). Trong đó: o SH: là số ml dung dịch NaOH N/4 cần thiết để chuẩn độ 100ml sữa có bổ sung vài giọt phenolphthalein cho đến khi xuất hiện màu hồng bền trong 20 giây. Sữa bò tươi có độ chua trung bình 7oSH. o Th: là số ml dung dịch NaOH N/10 cần thiết để chuẩn độ hỗn hợp 100ml sữa và 200ml nước cất có bổ sung vài giọt phenolphtlein cho đến khi xuất hiện màu hồng bền trong 20 giây. Sữa bò bình thường có độ chua 17oTh. o D: là số ml dung dịch NaOH N/9 cần thiết để chuẩn độ 100ml sữa có bổ sung vài giọt phenolphtlein cho đến khi xuất hiện màu hồng bền trong 20 giây. Bảng 3.1: Mối liên hệ giữa các đơn vị đo độ chua của sữa o SH o o o 1 2.5 2.25 o 0.4 1 0.9 o 4/9 10/9 1 SH Th D http://www.ebook.edu.vn Th D 14 Tỉ trọng sữa: tỉ trọng sữa là do hàm lượng các chất khô trong sữa quyết định. Các chất béo có tỷ trọng nhỏ hơn 1 g/cm3, hàm lượng chất béo trong sữa càng cao thì tỉ trọng sữa càng thấp. Khi biết được thành phần khối lượng các chất béo và các chất không béo có trong sữa, ta có thể tính được tỉ trọng của sữa ở 15.5oC theo công thức sau: D15.5 oC = 100/(F/0.93 + SNF/1.608 + W) Trong đó: F: hàm lượng chất béo có trong sữa (% khối lượng) SNF: hàm lượng các chất khô không béo trong sữa (% khối lượng) W: hàm lượng nước trong sữa (% khối lượng) W = 100 − F − SNF (%) Điểm đông đặc của sữa dao động trong sữa khoảng từ −0.54-0.59oC. 3.2. Thành phần hóa học của sữa bò [2] Sữa là một hỗn hợp với các thành phần chính bao gồm: nước, lactose, protein và các chất béo. Ngoài ra sữa còn có một số hợp chất khác với hàm lượng nhỏ như các hợp chất chứa nitơ phi protein, vitamin, hormon, các chất màu và khí. Hàm lượng các chất trong sữa có thể dao động trong một khoảng rộng và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chủng động vật nuôi, tình trạng sinh lí của từng con vật, điều kiện chăn nuôi. Bảng 3.2: Thành phần hóa học của sữa ở một số động vật và người (%kl) Động vật Protein tổng Casein Chất béo Carbonhydrate Khoáng Bò 3.4 2.8 3.9 4.8 0.8 Dê 3.6 2.7 4.1 4.7 0.8 Cừu 5.8 4.9 7.9 4.5 0.8 Ngựa 2.2 1.3 1.7 6.2 0.5 Người 1.2 0.5 3.8 7.0 0.2 http://www.ebook.edu.vn 15 Bảng 3.3: Sự thay đổi hàm lượng các chất trong sữa bò (% kl) Các thành phần chính Khoảng biến thiên Giá trị trung bình Nước 85.5-89.5 87.5 Tổng các chất khô 10.5-14.5 13.0 Lactose 3.6-5.5 4.8 Protein 2.9 -5.0 3.4 Chất béo 2.5-6.0 3.9 Khoáng 0.6- 0.9 0.8 Vitamin 0.3-0.7 0.4 Tổng các chất khô là lượng các chất còn lại trong sữa sau quá trình bài khí và làm bốc hơi toàn bộ lượng nước có trong sữa. Đại lượng này thường được biểu diễn dưới dạng % khối lượng. Chất khô không béo là hiệu số giữa tổng các chất khô và hàm lượng chất béo trong sữa. Từ bảng trên suy ra giá trị trung bình hàm lượng chất khô không béo trong sữa bò là 13.0 – 3.9 = 9.1% 3.2.1. Đường lactose Lactose là một disaccharide do một phân tử flucose và một phần tử galactose liên kết với nhau tạo thành. Trong sữa, đường lactose tồn tại dưới 2 dạng: - Dạng α-lactose monohydrate C12H12O11.H2O (phân tử α-lactose ngậm 1 phân tử nước). - Dạng β-lactose anhydrous C12H12O11 (phân tử β-lactose khan). Bảng3.4: Tính chất vật lí của Lactose Đại lượng Đơn vị đo α-lactose β-lactose monohydrate anhydrous Phân tử lượng Da 360 342 Nhiệt độ nóng chảy o C 202 242 g đường/100g nước 7 50 độ +89.4 +35 Độ hòa tan ở 15oC Góc quay cực [α]D20 http://www.ebook.edu.vn 16 Khi hòa tan α-lactose monohydrate dạng tinh thể vào nước, góc quay cực của dung dịch sẽ là +89.4o. Nếu giữ dung dịch ở nhiệt độ phòng, sau 24 giờ góc quay cực sẽ giảm xuống còn +55o. Đó là do 1 phân tử α-lactose monohydrate đã chuyển sang dạng β-lactose anhydrous. Trong dung dịch tồn tại sự cân bằng: L - α-lactose monohydrate = L - β-lactose anhydrous Bảng3.5: Tỉ lệ thành phần α-lactose monohydrate và β-lactose anhydrous ở trạng thái cân bằng trong dung dịch tại các nhiệt độ khác nhau. Nhiệt độ dung dịch (oC) 15 20 50 70 90 Tỉ lệ thành phần (%kl) 1/1.63 1/1.59 1/1.51 1/1.45 1/1.40 Lactose là đường khử. Độ ngọt của lactose thấp hơn nhiều so với disccharide và monosaccharide thường gặp. Nếu như độ ngọt của saccharose được đánh giá với chỉ số 100, của maltose là 32, glucose là 74, frucose là 173 thì của lactose là 16. Lactose có thể bị thủy phân tạo ra 2 monosaccharide là glucose và galactose bởi enzyme β-galactosidase. 3.2.2. Các hợp chất có chứa Nitơ: 100% a) Protein (95%) gồm casein và protein hòa tan Casein (75-85%): αs-casein, β-casein, χ-casein, γ-casein. Phân đoạn protein trong micell (đông tụ ở pH = 4.6). Casein là thành phần chủ yếu có trong sữa. Chúng tồn tại ở dạng micell. Mỗi micell chứa khoảng 65% nước, phần còn lại là các loại casein và khoáng. Mỗi micell do khoảng 400-500nm tiểu micell hợp thành. Tiểu micell có dạng hình cầu, đường kính dao động 10-15nm bao gồm khoảng 10 phân tử casein kết hợp lại với nhau…Thành phần các casein αs, β và κ trong tiểu micell có thể thay đổi theo những tỉ lệ khác nhau. Các phân tử αs và β-casein nằm tập trung tại tâm tiểu micell tạo nên vùng ưa béo, còn các phân tử κ – casein được bố trí tại vùng biên tiểu micell. Phân tử κ -casein có 2 đầu, đầu ưa nước sẽ hướng ra ngoài vùng biên micell. http://www.ebook.edu.vn 17 Ở nhiệt độ thấp, các mạch β-casein bị phân li từ từ và hydroxyphosphate calic bị tách ra khỏi cấu trúc micell. Đó là do β-casein có các gốc ưa béo, sự tương tác giữa các gốc ưa béo thường bị yếu đi khi nhiệt độ giảm. Casein là những protein có tính axit vì phân tử của chúng có chứa nhiều gốc axit glutamic và axit aspartic. Các phân tử casein thường được phosphoryl hóa với những mức độ khác nhau trên gốc serine và therononine. Casein trong sữa có nguồn gốc từ những chủng bò khác nhau có thể có cấu trúc bậc I khác nhau. Tuy nhiên cấu trúc bậc I của cùng một loại casein chỉ khác nhau bởi vài góc acid amin trong phân tử protein của chúng. Casein có tính bền nhiệt hơn so với các protein còn lại có trong sữa. Khi sữa được đun sôi, protein hòa tan sẽ bị thủy phân trong khi casein vẫn bền nhiệt trong một khoảng thời gian dài.Khi thủy phân casein sẽ cho ta các amino acid có mạch ngắn hơn, tên thương mại là Nutrilan ® MilK. Protein hòa tan (15-25%) gồm: β-lactoglobulin; α-lactabulin; Proteosepeptone; Aserum-abumin, Imunoglubulin. b) Các hợp chất chứa nitơ phi protein (5%) gồm Acid amin tự do, Nucleotide, Ure, Acid uric. Để xác định hàm lượng nitơ tổng trong sữa, người ta sử dụng phương pháp Kjedahl, từ đó ta sẽ suy ra được nitơ phi protein trong sữa. 3.2.3. Enzym Năm 1881, lần đầu tiên Arnold phát hiện sự có mặt của enzym trong sữa bò. Enzym lần đầu tiên được tìm thấy trong sữa là lactoperoxydase. Đến nay hàng trăm nghiên cứu công bố hơn 60 enzym khác nhau đã tìm thấy trong sữa. Chúng do tuyến vú tiết ra hoặc do các vi sinh vật trong sữa tổng hợp. Enzym là những chất xúc tác phản ứng, có bản chất là protein. Sự có mặt của các enzym có trong sữa là nguyên nhân gây biến đổi thành phần hóa học của sữa trong quá trình bảo quản, từ đó làm giảm chất lượng hoặc làm hư hỏng sữa. Tuy nhiên một số enzym có trong sữa như lactoperoxydase, lysozym có vai trò kháng khuẩn. Chúng tham gia vào việc ổn định chất lượng sữa tươi trong quá trình bảo quản trước khi chế biến. http://www.ebook.edu.vn 18 Hàm lượng vi sinh vật trong sữa càng cao thì thành phần enzym có trong sữa đa dạng và hoạt tính enzym sẽ càng cao. Người ta sử dụng phương pháp định tính thông qua việc phát hiện sự có mặt vài enzym trong sữa và xem đó là một chỉ tiêu có trong sữa như: a) Lactoperoxydase: Có pH thích hợp là 6.8, khi đun nóng sữa đến 80oC trong vài giây lactoperoxydase sẽ bị vô hoạt. b) Catalse: Được tìm thấy trong protein màng bao xung quanh các hạt cầu béo. Khi casein bị đông tụ, một số phân tử catalse cũng bị đông tụ theo, pH thích hợp là 6.8-7.0. Catalse bị vô hoạt ở 75oC sau 1 phút hoặc ở 65-68oC sau 30 phút. c) Lipase: Chúng xúc tác thủy phân liên kết ester trong triglycerid và giải phóng ra các axit béo tự do. Trong sữa, một số lipase hấp thụ lên màng bao xung quanh các hạt cầu béo, một số khác được tìm thấy trong plasma, chúng liên kết với các micell của casein. d) Phosphate: Chủ yếu thuộc về nhóm phosphomonoesterase. Có 2 dạng trong sữa là phosphate kiềm và phostphate acid, pH tối ưu là 9.6. - Phosphate kiềm: tính chất đặc trưng của photphase kiềm là khả năng tái hoạt hóa sau khi được thanh trùng, đến nay vẫn chưa có lời giải thích rõ ràng. Để tránh hiện tượng này, ta cần làm lạnh nhanh sữa sau quá trình thanh trùng và bảo quản sữa ở nhiệt độ thấp (2oC). - Phosphate acid: pH tối ưu là 4.7, là enzyme bền nhiệt nhất trong sữa. e) Lysozyme: Bền nhiệt với pH tối ưu là 7.9, xúc tác phản ứng thủy phân liên kết β giữa acid muramic và glucosamine của mucopolysaccharide trong màng tế bào vi khuẩn, từ đó gây phân hủy tế bào. f) Protease: http://www.ebook.edu.vn 19 Thường liên kết với casein, cũng bị kết tủa ở pH là 4.6, có 2 loại protease xúc tác thủy phân protein, tạo các sản phẩm như protease-peptone, peptide và các acid amin tự do. κ-casein ít bị tấn công nhất. Protease acid có pH tối ưu là 4.0, protease kiềm là 7.5-8.0. Chúng bị vô hoạt hoàn toàn ở 80oC. 3.2.4. Chất béo a) Acid bão hòa Acid bão hòa gồm: acid Butyric, acid Caproic, acid Caprylic, acid Capric, acid Lauric, acid Myristic, acid Palmitic, acid Stearic, acid Arachidic. b) Acid không bão hòa Acid không bão hòa gồm: acid Oleic, acid Linoleic, acid Linolenic, acid Arachidonic. Hàm lượng các acid béo không bão hòa trong sữa được xác định bởi chỉ số iod của chất béo. Chỉ số khúc xạ của sữa thay đổi phụ thuộc vào thành phần định tính và định lượng các acid béo trong sữa. Đối với bò, chỉ số dao động từ 40-60. Nếu sữa chứa nhiều acid béo nóng chảy ở nhiệt độ cao thì lipid sữa có “cấu trúc cứng”; ngược lại, sữa chứa nhiều acid béo nóng chảy ở nhiệt độ thấp thì lipid sữa sẽ có “cấu trúc mềm” hơn. c) Lipid phức tạp gồm 2 nhóm: - Nhóm 1: hợp chất với glycerol - Nhóm 2: hợp chất với sphigosine (C18H37NO2) Các chất béo trong sữa thường có dạng hình cầu, đường kính dao động từ 0,1-20μm. Có thể coi sữa là hệ nhũ tương dầu trong nước O/W. Các hạt cầu béo được bao bọc bởi 1 màng lipo-protein tích điện âm. Các màng này có vai trò làm bền hệ nhũ tương trong sữa. Bảng 3.6: Thành phần chất béo trong sữa bò Thành phần Lipid đơn giản Hàm lượng (% so với tổng khối lượng chất béo) 98.5 Glyceride gồm: - Triglyceride http://www.ebook.edu.vn 95-96 20