Công nghệ vi nang trong thực phẩm chức năng

Tương tự như các phương pháp đóng gói truyền thống với lớp vỏ bảo vệ phần lõi nhạy cảm, ví dụ đậu phộng phủ sô cô la để giảm tiếp xúc với oxy xung quanh dẫn đến ôi thiu, vi nang đã cho thấy những lợi thế nhất định của công nghệ này, đó là tỷ lệ ôi thiu thấp hơn nhiều. Lợi thế đó có được nhờ cách đóng gói, khiến viên nang bảo vệ được chất cốt lõi chống lại sự xuống cấp của một số thành phần nhất định, hoặc phản ứng với các thành phần khác, đồng thời bảo vệ thực phẩm khỏi mùi vị không mong muốn.

Hơn nữa, các thành phần đóng gói, ở dạng khô hoặc lỏng (ví dụ bột khô rắn hoặc nhũ tương) có thể dễ dàng cho vào các mặt hàng thực phẩm trong hầu hết các quy trình và đạt được sự đồng nhất.

Một lợi thế khác của công nghệ này là khả năng giải phóng thành phần bị trì hoãn hoặc có kiểm soát từ viên nang, có thể được kích hoạt bằng nhiều phương pháp khác nhau (ví dụ như thời gian, áp suất, nhiệt độ, pH, thời gian, enzyme, vv…). Cấu trúc thực phẩm được sử dụng trực tiếp như một phương tiện vận chuyển cho một thành phần chức năng nếu chất hoạt tính sinh học được bảo vệ đầy đủ. Để an toàn hơn, trước tiên, phân tử hoạt động có thể được đóng gói (ở dạng rắn hoặc lỏng) và sau đó được thêm vào trong hệ thống cấu trúc. Tuy nhiên, việc sử dụng các thành phần chức năng này không nên làm thay đổi đặc tính của sản phẩm. Do đó, việc phát triển một thành phần đặc biệt là cần thiết cho từng sản phẩm. Để khắc phục vấn đề công nghệ liên quan đến các thành phần hoạt tính sinh học bổ sung trong thực phẩm, vi nang hiện là công nghệ tiên tiến cho các nhà sản xuất. Việc đóng gói thành công các chất dinh dưỡng có công hiệu, dinh dưỡng ở dạng bột hoặc dạng lỏng lúc đầu được phát triển bởi ngành công nghiệp dược phẩm và hóa học nhằm bảo vệ các hoạt chất dược phẩm hoặc các hợp chất hóa học khác, điều này đã được chứng minh.

Tổng quan về công nghệ vi nang

Các phương pháp đóng gói thực phẩm nói chung được thực hiện nhằm bảo vệ mặt hàng khỏi những hư hỏng không mong muốn. Vi nang thực chất là một công nghệ đóng gói ở quy mô nhỏ hơn, một thành phần được đóng gói siêu nhỏ phải qua điều chỉnh và phát triển cho phù hợp với điều kiện sản phẩm, thành phần hóa học, các yếu tố chế biến, ứng dụng và cách thức lưu trữ. Với một loạt các phương pháp đóng gói và vật liệu khác nhau hiện có, có thể phát triển và sản xuất rộng rãi các thành phần chức năng. Bằng cách áp dụng các vật liệu vỏ và phương pháp đóng gói khác nhau, các viên nang siêu nhỏ có thể được sản xuất với các thuộc tính cụ thể, ví dụ kích thước hạt, hình dạng, điểm và kích hoạt lõi. Tuy nhiên, quy trình đóng gói điển hình cho từng loại thành phần phải được thiết kế cụ thể và điều này được xác định bởi chức năng của thành phần và ma trận xung quanh. Để xác định tính khả thi về công nghệ, một vật liệu vỏ phù hợp, yếu tố giải phóng lõi và điều kiện môi trường đảm bảo kết cấu của viên nang không bị phá vỡ. Được áp dụng rộng rãi trong ngành dược phẩm, việc sử dụng một thành phần đóng gói cũng góp phần vào tỷ suất lợi nhuận nhỏ trong ngành thực phẩm. Bản thân vật liệu vỏ phải chứng minh một số tính chất nhất định, cho phép nó được ứng dụng trong quy trình phủ về khả năng chịu nhiệt và tính chất lưu biến. Hơn nữa, chất đóng gói, tức là vật liệu phủ cần phải trơ đối với vật liệu lõi và đồng thời có thể bảo vệ lõi trong quá trình xử lý hoặc lưu trữ. Một trong những khía cạnh quan trọng nhất khi lựa chọn vật liệu phủ là sự tương thích đối với sản phẩm thực phẩm. Nói cách khác, vật liệu phủ không được ảnh hưởng tiêu cực đến thực phẩm và nó phải là loại thực phẩm trong suốt quá trình sản xuất và ứng dụng.

Trong quá trình sản xuất các thành phần, cần chú ý đến khâu đóng gói chính nó và cách mà vật liệu phủ tác động lên lõi. Một viên nang nguyên vẹn có thể bảo vệ và giữ lõi, và thường lớp vỏ này được áp dụng cho nhiều lớp phía trong. Để hình thành lớp vỏ phù hợp này, vật liệu phủ phải được áp dụng theo một quy trình cụ thể và được thiết kế riêng. Nói chung, các quy trình đóng gói có thể bao gồm nhũ hóa và ép đùn, đồng trùng hợp, bẫy liposome, sấy phun, làm lạnh phun, phủ chất lỏng, vv… Sự đa dạng của các thành phần thực phẩm có thể bao gồm từ các thành phần quan trọng trong quá trình chế biến và sản xuất thực phẩm, ví dụ vi sinh vật, hương vị, chất ngọt, chất tạo màu, lipit, chất dinh dưỡng vi mô/vĩ mô, enzyme, cho đến những thành phần mới có tác dụng tích cực đối với sức khỏe con người được dùng cho thực phẩm chức năng (TPCN).

Cấu trúc vật lý của các thành phần thực phẩm vi nang

Hình dạng của một thành phần đóng gói được mô tả như một vật liệu cốt lõi (thành phần chức năng, thường được tinh chế và/hoặc ổn định bởi một tinh chất khác) được bao quanh bởi lớp vỏ đơn hoặc nhiều lớp của vật liệu phù hợp. Thành phần khối lượng có thể ở dạng lỏng, bột nhão hoặc dạng rắn/khô. Theo tính chất của thành phần cốt lõi, phương pháp sản xuất vật liệu vỏ được áp dụng đúng mục đích sử dụng và có kích thước từ máy đo độ sâu đến vài mm. Sự bảo vệ được đưa ra bởi các màng nhất định và nhiều lớp bảo vệ khác. Trong trường hợp này, lớp vỏ bảo vệ lõi bên trong ở một mức độ nào đó để có thể chống lại những thiệt hại cơ học và các điều kiện môi trường khắc nghiệt. Những viên nang siêu nhỏ này có thể có vô số hình dạng khác nhau, tùy thuộc vào vật liệu và phương pháp được sử dụng để điều chế chúng.

Một ví dụ cho quy trình kỹ thuật đóng gói ở dạng khô là đóng gói các hợp chất hoạt tính sinh học thành dạng bột bằng cách phun hạt. Ở đây, các hợp chất hoạt tính sinh học, ví dụ caroten là colourant, trong dung dịch lỏng được phun lên các hạt lõi trơ; Ví dụ tinh thể đường với một phân loại kích thước cụ thể, dung dịch sau đó khô và tạo thành một lớp hạt rắn xung quanh. Một lớp bảo vệ bổ sung có thể được áp dụng. Đối với việc đóng gói các vitamin lipophilic (A, D, E, K), phun lạnh được sử dụng rộng rãi. Các hợp chất hoạt tính sinh học được hòa tan trong dầu và được nhũ hóa bằng dung dịch gelatin. Sau đó, được phun lên một lớp bột, làm lạnh bằng không khí lạnh và đông cứng xung quanh hạt. Các hạt thu được sẽ được sấy khô thêm trong máy sấy/máy làm mát tầng sôi. Các thành phần khác như các chất ưa nước, yêu cầu các điều kiện xử lý khác nhau, trong đó năng lượng nhiệt được áp dụng để tạo thành một lớp phủ khô (của chất lỏng phun lên các hạt bằng cách loại bỏ dung môi). Trong quá trình sản xuất các hạt khác nhau này, cũng phải kiểm soát sự kết tụ, vì ta cần tránh việc đó xảy ra, chí ít cũng phải dự tính được khi nào nó xảy ra. Ví dụ, việc bổ sung tinh bột mịn vào tầng sôi sau khi đóng gói có chức năng chống kết tụ. Bên cạnh các phương pháp trong sản xuất các hạt bột khô, các viên nang lỏng/semisolid cũng có các ứng dụng của chúng. Và một ví dụ phổ biến cho sản xuất là đồng bảo quản. Để đạt được điều này, thành phần hoạt tính sinh học được trộn khi pha lỏng và trộn với chất lỏng thứ hai, chứa vật liệu tạo vỏ như alginate và các thành phần khác dễ bị tạo thành gel. Các viên nang hình thành tự phát hoặc các hạt siêu nhỏ được xử lý thêm bằng cách phun lạnh hoặc sấy phun để dễ dàng xử lý.

Công nghệ vi nang của polyphenol và carotenoids

Với sự phát triển của vi nang và sự thích ứng với ngành công nghiệp thực phẩm, polyphenol và carotenoids là thành phần hoạt tính sinh học có sẵn dung cho nhiều loại sản phẩm, với nhiều mục đích khác nhau. Xu hướng chính để phát triển và tại thời điểm này là ứng dụng đóng gói hợp chất hoạt tính sinh học, cung cấp các thành phần có lợi cho sức khỏe trong TPCN. Vai trò quan trọng của nó đối với sức khỏe người tiêu dùng, khả năng phòng chống dịch bệnh và điều trị đang được các nhà khoa học nghiên cứu từ nguồn tự nhiên đặc biệt, đó là hóa chất thực vật.

Trong việc xác định phương pháp đóng gói phù hợp cho carotenoids, một hệ thống thực phẩm cụ thể sẽ xác định cơ sở ban đầu để quyết định. Quy trình sản xuất phải được tính đến, cũng như các đặc tính thực phẩm (sản phẩm khô/lỏng), các khía cạnh cảm quan, chi phí sản xuất, sinh khả dụng của carotenoids sau khi bảo quản và tiêu thụ. Hơn nữa, các yêu cầu của thị trường và luật pháp địa phương cũng cần xem xét. Một số phương pháp đóng gói đã chứng minh sự phù hợp của chúng trong việc đóng gói carotenoids (bao gồm β-carotene, lycopene, astaxanthin, zeaxanthin và lutein - là những thành phần phổ biến được sử dụng để tạo màu thực phẩm và thêm giá trị dinh dưỡng do hoạt động chống oxy hóa của chúng), ví dụ các quá trình nhũ hóa khác nhau, đồng nhất áp suất cao, bẫy liposome, sản xuất hạt vi mô, sấy phun và sấy đông lạnh.

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc đóng gói polyphenol không bảo vệ chức năng và sự ổn định của nó, hơn nữa có thể tạo ra lợi ích sức khỏe bằng cách điều chỉnh cơ chế đóng gói/giải phóng để tăng tính khả dụng sinh học. Ví dụ, lycopen đã được mã hóa bằng công nghệ nhũ tương để tăng cường khả năng hòa tan và khả dụng sinh học. Cũng như các thành phần thực phẩm chức năng khác, polyphenol hiện đang là tâm điểm chú ý nhờ các đặc tính có lợi cho sức khỏe, hầu hết các phương pháp đóng gói có sẵn đã được điều chỉnh thành công. Những thành phần được sản xuất này dẫn đến những thay đổi lớn về hình thái, cấu trúc, đặc điểm và do đó mang lại một loạt các ứng dụng khả thi.

Tới đây, polyphenol, carotenoids và các thành phần thực phẩm khác có khả năng tạo thành dược phẩm bổ sung. Kiến thức sâu rộng hơn về các tính chất chức năng và lợi ích sức khỏe của polyphenol và carotenoids sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các sản phẩm thực phẩm mới. Những cải tiến trong công nghệ sản xuất, sự ổn định và sinh khả dụng có kiểm soát sẽ khiến cho số lượng sản phẩm thực phẩm có lợi cho sức khỏe ngày càng tăng trong tương lai. Các hoạt động nghiên cứu và phát triển rất có thể sẽ tập trung vào việc thích ứng và khai thác các phương pháp phân phối tiếp theo, các sản phẩm được đóng gói với sự kết hợp thành phần phù hợp với nhu cầu dinh dưỡng và hiệu quả cho thị trường đại chúng.

Cơ chế cung cấp có kiểm soát và cung cấp các thành phần hoạt tính sinh học

Lợi thế của việc thực phẩm được củng cố bằng một thành phần hoạt tính sinh học đã được mô tả trước đó và lợi thế của việc cung cấp có kiểm soát đã được nêu rõ. Nền tảng kiến ​​thức sâu rộng trong ngành dược phẩm đã mang lại lợi thế lớn cho sự phát triển của hệ thống phân phối thực phẩm. Các hệ thống này có thể được thiết kế đặc biệt để không ảnh hưởng tiêu cực đến các đặc tính của sản phẩm. Đồng thời, họ có thể đưa hợp chất mong muốn đến điểm cụ thể trong cơ thể người, ví dụ như miệng, dạ dày, ruột non hoặc ruột kết. Các thành phần hoạt tính sinh học, vật liệu đóng gói và ma trận thực phẩm có thể thay đổi đáng kể trong quá trình chế biến, lưu trữ, tiêu thụ và tiêu hóa, ví dụ những thay đổi gây ra bởi pH, cường độ ion, hoạt động bề mặt, hoạt động enzyme (lipase, protease, amylase), lực và dòng chảy (áp lực, gián đoạn, kích động) liên quan đến nhai, dạ dày và ruột. Các thành phần này có thể trở thành lợi thế từ những thay đổi liên quan như suy thoái do pH axit, phân tách bởi các enzyme như deglycosylase, tạo phức bởi các thành phần dinh dưỡng khác và các thay đổi hóa lý liên quan. Hơn nữa, một trong những tác động tiêu hóa này có thể được áp dụng như là tác nhân kích hoạt giải phóng thành phần hoạt tính sinh học đóng gói. Ví dụ protease tụy có thể hoạt động như một tác nhân hòa tan một viên nang, được thiết kế để chống lại pH axit và pepsin trong dạ dày.

Để mô tả các phương pháp phân phối thực phẩm và thuốc này, một số mô hình toán học đã được phát triển với nền tảng kiến thức về các thông số như kích thước hạt, nồng độ thành phần hoạt chất trong hạt, ma trận xung quanh và các hệ số khuếch tán. Các mô hình này có thể được áp dụng để hỗ trợ cho quá trình động học. Lượng dữ liệu thực nghiệm có sẵn để phân phối thuốc là rất lớn. Tuy nhiên, cơ sở dữ liệu tương tự cho các thành phần thực phẩm vẫn còn thiếu và dữ liệu liên quan chỉ mới xuất hiện.

Cách sắp xếp cấu trúc thực phẩm để kiểm soát sự ổn định, tiêu hóa, giải phóng và hấp thụ các thành phần thực phẩm lipophilic cũng như các cơ chế giải phóng cho phép một loạt các ứng dụng được thực hiện trong việc phát triển các thành phần TPCN. Kiến thức về mối quan hệ giữa tính chất thực phẩm và sự hấp phụ thành phần hoạt tính sinh học là yếu tố quan trọng hỗ trợ việc nghiên cứu nguyên liệu thực phẩm và phương pháp đóng gói, sau khi đã bảo vệ thành phần bên trong và đã được kiểm soát tại các điểm cụ thể trong đường tiêu hóa.

HOÀNG NAM

Tổng hợp