Bảo quản dầu hoạt tính sinh học với công nghệ vi bao

dầu

Giới thiệu

Dầu hoạt tính sinh học thường được sử dụng trong các ứng dụng thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm. Những loại dầu này thường giàu axit béo không bão hòa và không bão hòa đa. Cơ thể con người có thể tự sản xuất ra phần lớn các axit béo, tuy nhiên omega-3 và omega-6, những chất thiết yếu trong dinh dưỡng của con người, không thể tổng hợp được mà phải được cung cấp từ thực phẩm. Do đó, dầu giàu axit béo không bão hòa được sử dụng rộng rãi trong chế biến thực phẩm hoặc để tiêu dùng trực tiếp. Mặc dù vậy, chúng được báo cáo là không ổn định về mặt hóa học và bị hư hỏng thông qua các cơ chế như quá trình oxy hóa sơ cấp và thứ cấp hoặc ôi hóa do thủy phân khi tiếp xúc với oxy, ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm hoặc các ion kim loại chuyển tiếp. Sự ôi hóa của dầu ăn và các sản phẩm gốc dầu thông qua quá trình oxy hóa lipid thường được coi là một vấn đề nghiêm trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm. Độ ổn định oxy hóa của dầu chưa bão hòa bị ảnh hưởng bởi mức độ không bão hòa, vị trí và số lượng axit béo không bão hòa đa. Tóm lại, càng có nhiều liên kết đôi và/hoặc nhóm cho electron thì axit béo càng dễ bị oxy hóa.

Giá trị của các loại dầu hoạt tính sinh học này không chỉ nằm ở lượng axit béo không bão hòa mà còn ở sự hiện diện của các hợp chất hoạt động khác như sterol, caroteinoid, xanthophyll, lavonol hoặc monoterpenes. Các hợp chất hoạt động này được báo cáo là có các đặc tính đặc biệt như chống viêm, chống oxy hóa, kháng khuẩn, kháng vi-rút, chống ung thư hoặc hoạt động tái tạo, tuy nhiên chúng cũng khá dễ vỡ.

Việc bao vi nang các loại dầu hoạt tính sinh học trong một hệ thống thuận tiện, thích hợp đang được quan tâm. Nó thể hiện một cách tiếp cận khả thi và hiệu quả để điều chỉnh sự phóng thích dầu, tăng độ ổn định vật lý, bảo vệ khỏi phản ứng oxy hóa, tăng cường hoạt tính sinh học, giảm độc tính, giảm mùi vị khó chịu, nâng cao sự tuân thủ

Một số phương pháp hiện có để chiết xuất dầu cho ngành công nghiệp thực phẩm, phương pháp được sử dụng nhiều nhất là chiết bằng dung môi hoặc phương pháp chiết cơ học như ép hoặc ly tâm. Quy định liên quan đến hexane đã dẫn đến thiết kế quy mô lớn mới cho các phương pháp như chiết CO2 siêu tới hạn. Mặc dù ép lạnh và chiết bằng CO2 siêu tới hạn có thể là các phương pháp chiết phù hợp hơn để bảo quản omega-3, omega-6 và chất chống oxy hóa, chiết bằng dung môi vẫn có thể được sử dụng thành công và được chọn trong thí nghiệm này vì sự tiện lợi cho quy trình.

Trong nghiên cứu này, hai loại dầu có hàm lượng axit linoleic (cây gai dầu) cao và axit linolenic (cây lanh) cao lần lượt được chọn cho nghiên cứu này vì chúng đại diện cho loại dầu cao cấp được trồng tại địa phương, cùng với một loại dầu chứa axit linoleic cao mới được chiết xuất từ hạt chia. Mục tiêu của công việc này là chiết xuất dầu từ hạt bằng phương pháp chiết Soxhlet cổ điển và sau đó tiến hành bao vi nang để bảo vệ khỏi quá trình oxy hóa. Bột khô được sản xuất bằng phương pháp Sấy phun bằng Máy sấy phun mini B-290 và các hạt ướt bằng công nghệ ép đùn sử dụng Máy tạo vi nang B-395 Pro.

Thiết bị, Hóa chất và Vật liệu

Thiết bị

Hóa chất

  • n- Hexane, technical grade, VWR
  • Calcium chloride dihydrate, ACS reagent, 99 %, Sigma Aldrich
  • Sodium alginate low viscosity grade, BUCHI (11058394)
  • Maltodextrin DE 19
  • Gum Arabic, Sigma Aldrich

Mẫu

  • Hạt lanh, công bố hàm lượng chất béo 31 g/100g
  • Hạt Chia công bố hàm lượng chất béo 33 g/100g
  • Hạt gai dầu, công bố hàm lượng chất béo 32 g/100g

Thí nghiệm

Đầu tiên, hạt được nghiền thành bột mịn bằng máy nghiền siêu ly tâm có sàng thích hợp (Retsch ZM200). Sau khi nghiền, dầu được chiết bằng máy chiết tách Soxhlet sử dụng hexan (cấp kỹ thuật, VWR) ở 68°C trong 3 giờ. Sau đó, dầu được thu hồi bằng cách làm bay hơi dung môi trên thiết bị cô quay TM P-6 theo phương pháp trong Bảng 1, ở 50°C với tốc độ quay là 5.

Bảng 1: Phương pháp bay hơi sử dụng Máy cô quay TM P-6

Áp suất thực nghiệm Áp suất cuối cùng Thời gian
Áp suất không khí 350 mbar Nhanh nhất có thể
350 mbar 350 mbar 1 phút
350 mbar 250 mbar 3 phút
250 mbar 250 mbar 2 phút
250 mbar 180 mbar 3 phút
180 mbar 180 mbar 15 phút
180 mbar 120 mbar 1 phút
120 mbar 120 mbar 5 phút

Dung môi còn lại được làm bay hơi trong tủ sấy ở 100°C trong 60 phút sau quá trình chiết.

Sau khi chiết tách, dầu được đóng gói thành bột khô bằng Máy sấy phun B-290 Mini. 10 g Maltodextrin, 5 g dầu và 5 g Arabic gum được trộn với 100 mL nước bằng máy trộn có độ mịn cao để tạo ra nhũ tương. Nhũ tương sau đó được đưa vào máy sấy phun bằng các thông số sau (Bảng 2).

Bảng 2: Thông số sấy phun của dầu chiết được.

Thông số Giá trị
Nhiệt độ đầu vào 150°C
Nhiệt độ đầu ra 80°C
Tỷ lệ cung cấp 15-25%
Dòng khí phun 35-40mm
Máy hút 100%
Cài đặt Chế độ mở với đầu phun 0,7/1,5 mm

Để sản xuất các hạt ướt, Máy tạo vi nang B-395 Pro được sử dụng với các thông số trong Bảng 3.

Bảng 3: Các thông số đóng gói dầu chiết bằng hệ thống vòi phun đồng tâm.

Nồng độ Alginate 2%
Nồng độ canxi clorua 0.1 M
Vỏ đầu phun 400 μm
Lõi đầu phun 300 μm
Áp suất 500 mbar
Tần số 680-720 Hz
Điện áp 2500 V
Tốc độ dòng chảy dầu 4-6 mL/min

Kết quả

Dầu đã được chiết tách thành công từ hạt lanh, hạt chia và hạt cây gai dầu bằng cách sử dụng Soxhlet và Máy cô quay P-12 để làm bay hơi dung môi chiết. Sản lượng thu được trên 85 % so với hàm lượng chất béo được công bố theo lý thuyết. Dầu hạt lanh mang lại hiệu suất trên 100%, tuy nhiên, ở sản phẩm tự nhiên, giá trị dầu thực tế có thể khác với giá trị lý thuyết, điều này sẽ ảnh hưởng đến kết quả năng suất.

Sự hiện diện của dung môi còn sót lại cũng có thể được xem là nguyên nhân giải thích cho hiệu suất cao này, tuy nhiên, điều này khó xảy ra do bước bay hơi tiếp theo trong lò.

Kết quả thu hồi dầu

Dầu Lượng dầu lý thuyết [goil/100 gseeds] Lượng dầu thu hồi [goil/ 100 gseeds] Năng suất [%]
Hạt lanh 31 39,2 126
Cây gai dầu 32 28,8 87
Hạt chia 33 30,8 93

theo giá trị kê khai của cơ sở sản xuất thực phẩm

Dầu chiết tách được bao vi nang bằng cả Máy sấy phun B-290 Mini Máy tạo vi nang B-395 Pro. Các viên nang vỏ lõi Alginate đã thu được thành công bằng cách sử dụng các thông số trong Bảng 3. Các viên nang có kích thước khoảng 800 μm thu được với lượng dầu nạp vào khoảng 50 % (Hình 1). Với sấy phun, người ta thu được bột khô gồm các hạt có kích thước từ 1 μm đến 15 μm (Hình 2). Tải lượng dầu của các hạt khô là 25%.

Kết luận

Sự kết hợp của các thiết bị BUCHI cho phép chiết xuất và đóng gói thành công dầu hoạt tính sinh học. Thiết bị cô quay cho phép làm bay hơi dung môi nhanh chóng và hiệu quả sau quá trình chiết Soxhlet trong khi Máy sấy phun B-290 Mini Máy tạo vi nang B-395 Pro cho phép quá trình đóng gói nhẹ dầu được chiết xuất. Các polyme cổ điển, thông thường đã được sử dụng cho cả quy trình tạo vi nang và sấy phun, tuy nhiên người ta có thể tưởng tượng để điều chỉnh quy trình đóng gói bằng cách sử dụng các polyme dựa trên carbohydrate hoặc protein khác; Viên nang lõi dầu có thể được sản xuất theo cách tương tự với Máy tạo vi nang sử dụng các polyme ưa nước khác như thạch hoặc gelatin chẳng hạn.

Để xác định và kiểm soát chất lượng dầu, BUCHI cũng cung cấp một số giải pháp chiết phân tích; trong số đó có Bộ chiết tách E-816 SOX hoặc SpeedExtractor E-916. Những thiết bị này có thể được sử dụng để chiết xuất dầu nhằm xác định hàm lượng chất béo và thành phần chất béo như hàm lượng axit béo omega từ hạt, sản phẩm trung gian và cuối cùng.

Nguồn: https://www.buchi.com/en/knowledge/applications/protection-bioactive-oils-using-encapsulation

Minh Khang là nhà phân phối và nhập khẩu trực tiếp các sản phẩm hãng Buchi.