Chất nhũ hóa là một chất phụ gia được sử dụng rộng rãi trong sản xuất mỹ phẩm và thực phẩm. Tuy nhiên, khi hỏi chất nhũ hóa là gì thì không phải ai cũng có câu trả lời. Chính vì vậy, bài viết về chất nhũ hóa ngày hôm nay chính là bài viết mà bạn đọc không nên bỏ qua.
Chất nhũ hóa là gì?
Chất nhũ hóa là một chất có khả năng làm giảm sức căng bề mặt của các pha trong hệ nhũ tương, giúp duy trì được sự ổn định cấu trúc của hệ. Trong cấu trúc phân tử của chất nhũ hóa bao gồm 2 thành phần, đó là phần háo nước và phần háo béo.
Chất nhũ hóa được thêm vào khi sản xuất mỹ phẩm, thực phẩm để tạo sự ổn định cho hệ keo phân tán trong pha liên tục bằng cách hình thành một bề mặt điện tích trên nó. Ngoài ra, nó cũng giúp làm giảm sức căng bề mặt của các giọt phân tán để giảm năng lượng hình thành các giọt trong hệ.
Hiện nay, chất nhũ hóa đa phần là các ester của acid béo và rượu. Dưới đây là chuỗi phản ứng hóa học của hợp chất nhũ hóa:
R – OH + CH3 – [CH2]n – COOH -> CH3 – [CH2]n – CO.O – R + H2O
Trong đó R là Alcohol chain và n là Fatty acid chain Carbons number.
Mức độ ưa béo hay ưa nước được đánh giá bằng chỉ số HBL. Nếu HBL thấp, tức là có chứa nhiều gốc ưa nước hơn so với gốc ưa béo, thì chất nhũ hóa đó phù hợp với hệ nước trong dầu và ngược lại.
HLB = Hydrophilic. Balance/Lipophilic
Chất nhũ hóa là gì?
Vai trò của chất nhũ hóa
Nhũ tương là một hệ phân tán cao của hai chất lỏng mà thông thường, chúng không thể hòa tan được với nhau. Chất nhũ hóa giúp tạo độ bền cho nhũ tương bằng cách ngăn cản hỗn hợp tự tách ra thành các thành phần riêng lẻ.
Chất nhũ hóa có 2 phần là phần phân cực và phần không phân cực. Phần phân cực có thể tạo liên kết hydro để liên kết với các chất lỏng ưa nước còn phần không phân cực sẽ tạo nên lực van der Waals để liên kết với các chất kỵ nước. Nhờ đó, chất nhũ hóa giúp làm giảm sức căng bề mặt tại bề mặt tiếp xúc giữa hai chất lỏng, từ đó làm giảm sức căng bề mặt của một chất lỏng.
Nếu có hơn hai chất lỏng không hòa tan với nhau thì chất nhũ hóa sẽ làm tăng diện tích tiếp xúc giữa hai chất lỏng đó.
Khi thêm chất nhũ hóa vào trong một chất lỏng thì các phân tử của chúng có xu hướng tạo đám micelle khi được nồng độ tạo đám tới hạn. Nếu chất lỏng là nước thì các phân tử sẽ nối đuôi kỵ nước lại với nhau, đồng thời quay đầu ưa nước ra và tạo nên những hình dạng khác nhau như hình cầu , hình trụ hoặc màng.
Vai trò của chất nhũ hóa
Phân loại chất nhũ hóa
Hiện nay, chất nhũ hóa được chia làm 2 loại chính, bao gồm:
- Chất nhũ hóa thực sự: Có bản chất là các chất diện hoạt. Nó bao gồm chất diện hoạt anion, chất diện hoạt cation, chất diện hoạt lưỡng tính và chất diện hoạt không ion hóa.
- Chất nhũ hóa ổn định: Có bản chất là các chất đại phân tử, các polyme thiên nhiên hoặc nhân tạo. Nó bao gồm các sterol, các hydratcarbon, các polyme tổng hợp, các chất rắn được làm mịn hơn kích thước giọt và các saponin.
Sau đây, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu chi tiết về các chất này:
1. Chất nhũ hóa thực sự
- Cấu trúc:
Là chất có cấu trúc lưỡng phân, bao gồm một đầu thân dầu và một đầu thân nước.
- Đầu thân nước là các nhóm phân cực như -OH, -COOH, -SO3H, -NH, … với khả năng nhũ hóa tăng dần, cụ thể là -OH [alcol]< -OH [phenol]< -COOH< -SO3H. Nếu phần thân nước càng mạnh thì hoạt tính bề mặt càng mạnh và ngược lại, phần thân nước càng yếu thì hoạt tính bề mặt càng yếu.
- Đầu thân dầu là các gốc hydrocarbon mạch thẳng, mạch vòng hoặc gốc hydrocarbon thơm. Gốc hydrocarbon càng dài thì khả năng nhũ hóa càng mạnh và ngược lại. Tuy nhiên, gốc R có từ 10 đến 18 carbon là có độ tan thích hợp nhất để chất nhũ hóa tập trung trên bề mặt phân cách pha.
Chất nhũ hóa có chỉ số HLB từ 3 - 6 cho nhũ tương nước trong dầu còn HLB từ 8 - 18 cho nhũ tương dầu trong nước. Nếu trong công thức có nhiều chất nhũ hóa thì giá trị HLB của hỗn hợp được xác định theo công thức:
HLB= f1.HLB1+ f2.HLB2+ … + fi.HLBi+ …
- Cơ chế nhũ hoá:
Chất nhũ hóa diện hoạt sẽ tập trung trên bề mặt phân cách của hai pha và làm giảm sức căng bề mặt hai pha cũng như làm giảm năng lượng để phân tán hai pha vào nhau, nhờ đó, nhũ tương dễ hình thành. Chất này thân với pha nào thì sẽ kéo bề mặt hai pha lõm về phía pha đó, biến pha đó thành môi trường phân tán trong khi pha còn lại sẽ đóng vai trò làm giọt phân tán khi hình thành sự cân bằng.
- Phân loại:
- Chất nhũ hóa diện hoạt cation
Là loại có đặc tính phân ly trong nước và tạo cation. Chúng tương kỵ với anion và có độc tính cao. Đại diện của nhóm chất này là các hợp chất amoni bậc 4 như cetrimide, benzalkonium clorid [thường phối hợp với alcol cetostearylic] và hợp chất pyridium như hexadecyl pyridinium clorid.
Chất nhũ hóa diện hoạt cation chủ yếu được sử dụng để tạo nhũ tương dầu trong nước và chúng thường được dùng kết hợp với các chất nhũ hóa không ion hóa tan trong dầu để tạo nên hệ nhũ tương bền vững. Tuy nhiên, vì có độc tính cao nên chúng chỉ được sử dụng cho nhũ tương dùng ngoài với tỉ lệ thích hợp. Benzalkonium clorid là loại được dùng phổ biến trong sản xuất chất sát khuẩn của nhiều chế phẩm thuốc.
- Chất nhũ hóa diện hoạt anion
Là loại khi phân ly trong nước sẽ tạo ra anion, tương kỵ với cation và có độc tính cao. Đại diện của nhóm chất này là alkylsulfat như natri laurylsulfat, natri cetostearyl sulfat, các xà phòng như natri, amoni hoặc kali stearate, triethanolamine stearate hay oleat [tạo nhũ tương dầu trong nước], calci oleat [tạo nhũ tương nước trong dầu], các sulfonate hữu cơ như natri docusate [tạo nhũ tương dầu trong nước].
Các chất nhũ hóa diện hoạt anion có thể tạo nhũ tương dầu trong nước hoặc nước trong dầu nhưng do có độc tính cao nên chúng chỉ được dùng cho các chế phẩm nhũ tương dùng ngoài.
- Chất nhũ hóa diện hoạt lưỡng tính
Là chất nhũ hóa tồn tại ở dạng cation khi pH thấp và anion khi pH cao. Khi nồng độ pH của môi trường tiến đến pH đẳng điện thì khả năng nhũ hóa của chất nhũ hóa lưỡng tính bị giảm nhũ hóa và tạo thành nhũ tương dầu trong nước. Các chất nhũ hóa điển hình là lipoid, lecithin, muối amoni bậc 4, sphingomyelin, các acid amino sulfonic hoặc ester sulfat, phosphatidylcholine, …
Chất nhũ hóa diện hoạt lưỡng tính có thể tạo nhũ tương dầu trong nước hoặc nước trong dầu và được sử dụng chủ yếu trong sản xuất mỹ phẩm chăm sóc da tóc, ít dùng trong ngành dược.
- Chất nhũ hóa không ion hóa
Bao gồm các chất nhũ hóa tan trong nước để tạo thành nhũ tương dầu trong nước và các chất nhũ hóa tan trong dầu để tạo thành nhũ tương nước trong dầu. Cả hai loại này đều có thể được sử dụng đồng thời trong cùng một công thức nhũ tương có tác dụng duy trì sự ổn định trạng thái phân tán của nhũ tương bằng cách tạo ra một lớp áo kép bao phủ bề mặt phân cách của hai pha.
Chất nhũ hóa không ion hóa tương hợp được với nhiều dược chất và các thành phần khác trong công thức nhũ tương với đại diện là các chất nhũ hóa tan trong dầu như span,…chất nhũ hóa tan trong nước như các dẫn chất polyoxyethylen như tween, poloxamer [lutrol], cremophor, cetomacrogol hay các alcol polyoxyethylenglycol ether như ceteth 20 và cetomacrogol 1000.
2. Các chất nhũ hóa ổn định
Các chất nhũ hóa ổn định chịu sự ảnh hưởng của nồng độ, chất điện giải, chất hút nước, pH nên dễ bị biến tính trong quá trình bảo quản. Tuy nhiên nhóm chất nhũ hóa này có mùi vị dễ chịu, không độc và ít gây kích ứng nên được sử dụng trong nhũ tương uống, tiêm hoặc dùng tại chỗ.
- Cấu trúc:
Có bản chất là các chất đại phân tử, các polyme thiên nhiên hoặc nhân tạo và không có khả năng làm giảm sức căng của bề mặt phân cách pha nên chúng không thực sự có tác dụng nhũ hóa.
- Cơ chế nhũ hóa:
Mặc dù không làm giảm sức căng bề mặt phân cách pha nhưng chất nhũ hóa ổn định có khả năng làm tăng độ nhớt pha ngoại hoặc hấp phụ lên bề mặt phân cách pha, từ đó cân bằng tỷ trọng hai pha và ổn định hệ nhũ tương.
- Phân loại:
- Các polymer tổng hợp giúp làm tăng độ nhớt cho nhũ tương [dầu trong nước]: Dẫn xuất cellulose như CMC, Na CMC, HPMC hoặc PEG, carbomer.
- Các sterol như cholesterol [tạo nhũ tương nước trong dầu], natri cholat hay natri tauro cholat [tạo nhũ tương dầu trong nước].
- Các hydratcarbon tạo nhũ tương uống dầu trong nước như gôm arabic, gôm xanthan, gôm adragant hoặc acid alginic.
- Các saponin tạo nhũ tương nước trong dầu dùng ngoài như cồn bồ hòn, cồn bồ kết, …. Tuy nhiên, saponin chỉ được dùng ngoài vì nó có thể gây phá máu.
- Các chất rắn được làm mịn hơn kích thước giọt tạo nhũ tương dầu trong nước như hectorit, magnesi nhôm silicat, bentonite, kaolin.
Các phương pháp phối hợp của chất nhũ hóa
Các chất nhũ hóa có thể được hòa tan từ bên ngoài hoặc được tạo thành từ quá trình phối hợp hai pha.
1. Phương pháp hòa tan chất nhũ hóa từ bên ngoài
Hòa tan chất nhũ hóa vào pha dầu, sau đó thêm pha nước vào hoặc hòa tan chất nhũ hóa vào pha nước rồi thêm pha dầu vào. Đây là phương pháp được áp dùng với hầu hết các chất nhũ hóa như cremophor, tween, span, các alkylsulfat, … Tuy nhiên, vì mất nhiều thời gian để di chuyển chất nhũ hóa từ pha dầu hoặc pha nước đến bề mặt phân cách pha nên quá trình nhũ hóa diễn ra chậm và kém ổn định.
2. Phương pháp tạo thành chất nhũ hóa khi phối hợp hai pha
Đây là phương pháp được sử dụng chủ yếu để tạo ra xà phòng. Vì được tạo thành ngay ở bề mặt phân cách pha nên thời gian nhũ hóa sẽ diễn ra nhanh và ổn định hơn. Khi khuấy trộn, các acid và kiềm sẽ tác dụng với nhau ngay lập tức nên có thể nhũ hóa để tạo giọt nhỏ, tạo nhũ tương ổn định và có độ mịn hơn.
Các ứng dụng điển hình của chất nhũ hóa
1. Chất nhũ hóa trong thực phẩm
Chất nhũ hóa là nguyên liệu quan trọng dùng trong sản xuất nước giải khát, các loại bánh kẹo, bơ, sữa chua, kem,… nhằm tạo cảm giác ngon miệng và kéo dài thời gian sử dụng cho sản phẩm.
- Chất nhũ hóa tự nhiên dùng trong sản xuất sữa chua thường được chiết xuất từ rong biển và gelatin. Chúng có khả năng tạo thành gel cấu trúc giúp bền cấu trúc và chống tách lớp ở những sản phẩm có hàm lượng chất béo sữa thấp.
- Trong sản xuất kem, Moonoglyceride, ester polyoxyethyene sorbitan của acid béo được sử dụng phổ biến nhằm làm tăng màng protein bao quanh bọt khí trong kem.
- Lexithin được sử dụng trong ngành sản xuất socola với vai trò là tạo cấu trúc và chống hiện tượng nở hoa trên bề mặt sản phẩm. Liều lượng lexithin phù hợp là từ khoảng 0,3 – 0,5%.
- Diglyceride được dùng trong sản xuất sữa với tác dụng tạo lớp membarene mỏng bao quanh các giọt béo có trong sữa, giúp duy trì sự ổn định bề mặt xúc tiếp của các giọt béo trong quá trình đồng hóa sữa.
- Triglyceride, ester đường của của acid béo và ester sorbitan của acid béo được sử dụng trong sản xuất bánh kẹo.
- Trong sản xuất ngũ cốc, chất nhũ hóa làm tăng thời gian bảo quản của bột, giảm thời gian trộn, tăng khả năng hấp thụ nước của bột ngũ cốc.
- Trong thành phần của Mayonnaise có dầu ăn, chất nhũ hóa, đường, muối, acid acetic,…
Vai trò của chất nhũ hóa trong thực phẩm
2. Chất nhũ hóa trong mỹ phẩm
Với khả năng hòa lần dầu và nước mà chất nhũ hóa trở thành nguyên nhân không thể thiếu trong các loại kem, sữa dưỡng da,…
- Cyclomethicone với đặc tính không tạo cảm giác nhờn rít mà tạo cảm giác mượt mà trên da được sử dụng trong sản xuất các loại kem dưỡng thể, sản phẩm chăm sóc tóc, dầu tắm, xịt phòng,…
- Thành phần của son lì có các chất nhũ hóa như sáp ong, sáp candelilla hoặc sáp carnauba,..
- Thành phần của dầu gội có sáp nhũ hóa sữa, sáp nhũ hóa mềm, cetyl alcohol,…
- Các loại kem trị mụn cần các loại chất nhũ hóa giống như sáp nhũ hóa chống trôi, cetyl alcohol, sáp nhũ hóa mềm mượt,..
Vai trò của chất nhũ hóa trong ngành mỹ phẩm
Đó là một số thông tin về chất nhũ hóa là gìmà chúng tôi muốn chia sẻ đến bạn đọc. Hy vọng nó sẽ mang lại cho các bạn những kiến thức hữu ích. Truy cập ngay //ammonia-vietchem.vn/ để xem thêm nhiều bài viết hay và ý nghĩa hơn.
Xem thêm:
Nước cất là gì? Dùng để làm gì? Nước cất có dẫn điện không?
H2O2 là gì? Tính chất, điều chế, ứng dụng của Hydrogen Peroxide