Nhũ tương là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Giới thiệu

Nhũ tương (emulsion) là một hệ phân tán lỏng-lỏng, trong đó hai chất lỏng không hòa tan lẫn nhau được trộn đều dưới dạng một pha phân tán trong pha kia. Hệ này bao gồm các giọt nhỏ của một chất lỏng (pha phân tán) được phân bố trong một chất lỏng khác (pha liên tục) và ổn định bởi chất hoạt động bề mặt hay chất nhũ hóa. Đây là dạng keo phổ biến trong đời sống và công nghiệp, đóng vai trò quan trọng trong thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm và hóa chất công nghiệp.

Trong tự nhiên và công nghiệp, nhũ tương tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như sữa (dầu trong nước), bơ (nước trong dầu) hoặc nhũ tương tiêm truyền (lipid trong nước). Đặc điểm nổi bật của nhũ tương là sự không đồng nhất ở cấp độ vĩ mô nhưng có thể kiểm soát tốt tính chất bằng các thành phần và điều kiện tạo thành. Tùy vào mục đích sử dụng, nhũ tương có thể được điều chỉnh để mang lại độ nhớt, độ ổn định hoặc khả năng phân phối hoạt chất mong muốn.

Phân loại nhũ tương

Nhũ tương được chia thành nhiều loại dựa trên pha phân tán và pha liên tục. Loại cơ bản nhất là:

• Nhũ tương dầu trong nước (O/W): các giọt dầu phân tán trong nước; thường thấy trong thực phẩm, thuốc uống, và mỹ phẩm da dầu.
• Nhũ tương nước trong dầu (W/O): các giọt nước phân tán trong dầu; thường dùng trong kem dưỡng ẩm, thuốc mỡ, hoặc thực phẩm giàu lipid.

Nhũ tương kép là dạng phức hợp hơn, ví dụ như nhũ tương W/O/W, trong đó các giọt nước nhỏ chứa trong giọt dầu lại được phân tán tiếp trong nước. Cấu trúc này cho phép mang hoạt chất trong lớp trong cùng và kiểm soát giải phóng ở lớp ngoài, phù hợp cho mục đích dẫn thuốc hoặc đóng gói chất nhạy cảm.

Bảng phân loại nhũ tương dưới đây minh họa một số loại điển hình:

Loại nhũ tương	Pha phân tán	Pha liên tục	Ứng dụng
O/W	Dầu	Nước	Sữa, nước xốt, thuốc uống
W/O	Nước	Dầu	Thuốc mỡ, kem dưỡng, thực phẩm béo
W/O/W	Nước (trong dầu)	Nước	Dẫn thuốc, vi nhũ tương chức năng

Cơ chế hình thành nhũ tương

Để hình thành nhũ tương, cần cung cấp năng lượng cơ học (khuấy, nghiền, siêu âm, hoặc đồng hóa áp suất cao) để phá vỡ pha phân tán thành các giọt nhỏ và phân bố chúng đều trong pha liên tục. Tuy nhiên, do lực đẩy giữa hai pha lỏng không đồng cực, nhũ tương có xu hướng phân tách trở lại theo thời gian nếu không có chất ổn định.

Chất nhũ hóa là các phân tử lưỡng tính có khả năng định hướng tại bề mặt giọt giữa hai pha lỏng, làm giảm sức căng bề mặt và tạo nên lớp màng bền quanh mỗi giọt. Những chất này có thể là:

• Surfactant tổng hợp (Tween, Span)
• Phospholipid tự nhiên (lecithin)
• Polyme tan trong nước (xanthan gum, gelatin)
• Hạt rắn nhỏ (Pickering emulsion)

Sự lựa chọn chất nhũ hóa quyết định loại nhũ tương hình thành và độ bền của nó theo quy tắc HLB (Hydrophilic-Lipophilic Balance). Các chất có HLB cao (trên 10) thường tạo O/W, trong khi HLB thấp (dưới 7) tạo W/O.

Tính chất vật lý và hóa học

Nhũ tương là hệ keo không đồng nhất về mặt hình thái học nhưng có thể kiểm soát được kích thước giọt và sự phân bố bằng công nghệ chế tạo. Kích thước giọt trung bình thường dao động từ vài chục nanomet đến vài chục micromet. Dựa vào kích thước này, nhũ tương được chia thành:

• Macroemulsion: kích thước giọt >1 µm, không trong suốt, ổn định động học.
• Microemulsion: kích thước 10–100 nm, trong suốt, ổn định nhiệt động học.
• Nanoemulsion: giống microemulsion nhưng không ổn định nhiệt động học, cần năng lượng lớn để tạo thành.

Các tính chất quan trọng gồm:

• Độ nhớt – ảnh hưởng đến ứng dụng và tính ổn định cơ học.
• Tính dẫn điện – giúp phân biệt O/W và W/O.
• Thế zeta – phản ánh độ bền tĩnh điện của hệ nhũ.

Việc đo các chỉ số như DLS (Dynamic Light Scattering), kính hiển vi quang học hoặc điện thế zeta giúp đánh giá chi tiết cấu trúc và độ ổn định của nhũ tương trong nghiên cứu và sản xuất.

Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

Nhũ tương giữ vai trò thiết yếu trong nhiều sản phẩm thực phẩm nhờ khả năng ổn định pha dầu và nước, tạo cảm quan mượt, độ nhớt phù hợp, và kiểm soát vị cũng như hương. Nhũ tương loại dầu trong nước (O/W) đặc biệt phổ biến trong các loại như sữa, kem, nước sốt mayonnaise, salad dressing, nước xốt, nước giải khát có hương và kem phết.

Các chất nhũ hóa được chấp thuận trong ngành thực phẩm phải có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp an toàn sinh học, thường gồm:

• Lecithin (từ trứng hoặc đậu nành)
• Mono- và diglycerid acid béo
• Polysorbate (Tween 20, Tween 80)
• Protein sữa như casein, whey protein

Nhũ tương thực phẩm còn có vai trò trong đóng gói hoạt chất nhạy cảm như vitamin tan trong dầu (A, D, E, K), carotenoid, flavonoid và acid béo omega-3, nhằm tăng khả năng hòa tan và sinh khả dụng trong hệ tiêu hóa. Nhiều nghiên cứu hiện đại đã phát triển hệ nhũ nano để kiểm soát giải phóng dinh dưỡng trong ruột non.

Ứng dụng trong dược phẩm và y học

Trong dược phẩm, nhũ tương là hệ phân phối dược chất hiệu quả nhờ khả năng hòa tan tốt cho các hoạt chất kém tan trong nước, che giấu mùi vị và kiểm soát giải phóng thuốc. Nhũ tương tiêm truyền, đặc biệt là lipid emulsion, được dùng làm nguồn năng lượng ở bệnh nhân ICU và nền dẫn truyền thuốc như propofol.

Một số dạng nhũ tương phổ biến trong y học:

• Nhũ tương nano dẫn thuốc kháng ung thư, kháng nấm, kháng virus (paclitaxel, amphotericin B, ritonavir)
• Nhũ tương chứa vaccine – sử dụng dầu squalene làm adjuvant (ví dụ: MF59, AS03)
• Dạng kem, lotion, thuốc mỡ – cải thiện hấp thu qua da, giảm kích ứng tại chỗ

Gần đây, nghiên cứu tập trung vào nhũ tương cảm ứng pH và enzyme – tự động phân hủy tại vị trí tổn thương hoặc mô đích, giúp tối ưu hóa tác dụng điều trị và hạn chế độc tính toàn thân.

Ứng dụng trong mỹ phẩm và chăm sóc cá nhân

Nhũ tương là thành phần nền tảng trong công thức mỹ phẩm như kem dưỡng ẩm, kem chống nắng, kem nền, serum nhũ hóa và sản phẩm làm sạch da. Chúng không chỉ mang lại cảm giác mềm mại, dễ tán, mà còn tăng khả năng thẩm thấu hoạt chất xuống lớp biểu bì nhờ cấu trúc lưỡng pha của hệ.

Hai dạng nhũ tương phổ biến trong mỹ phẩm:

• O/W: nhẹ, ít nhờn, dễ rửa sạch – phù hợp da dầu, mỹ phẩm trang điểm
• W/O: dưỡng ẩm cao, bền nước – phù hợp da khô, chống nắng lâu trôi

Chất nhũ hóa sử dụng phải an toàn da liễu, không gây kích ứng hoặc gây tắc nghẽn lỗ chân lông. Các xu hướng mới như nhũ tương hữu cơ, nhũ tương xanh (green emulsions) và nhũ tương không chất bảo quản đang được đẩy mạnh trong thị trường mỹ phẩm tự nhiên.

Các phương pháp đánh giá độ ổn định

Độ ổn định là tiêu chí quan trọng trong nghiên cứu và ứng dụng nhũ tương vì ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả và độ an toàn sản phẩm. Các hiện tượng mất ổn định thường gặp gồm:

• Phân lớp (phase separation)
• Kết tụ giọt (coalescence)
• Chảy váng (creaming)
• Lắng cặn (sedimentation)

Các kỹ thuật phân tích được sử dụng để đánh giá độ ổn định bao gồm:

• Ly tâm tăng tốc (centrifugation) mô phỏng thời gian bảo quản dài hạn
• Quan sát quang học và kính hiển vi để theo dõi kích thước, hình thái giọt
• Phân tích phân bố kích thước giọt bằng DLS (Dynamic Light Scattering)
• Đo thế zeta – chỉ số phản ánh ổn định điện động học của hệ keo

Việc kiểm soát yếu tố ảnh hưởng như nhiệt độ, pH, ánh sáng và loại chất nhũ hóa là yếu tố quyết định giữ hệ nhũ ổn định lâu dài. Ứng dụng polymer sinh học hoặc chất diện hoạt có khả năng điều chỉnh nhiệt độ giúp cải thiện đáng kể thời hạn sử dụng sản phẩm.

Xu hướng nghiên cứu và công nghệ mới

Các công nghệ nhũ hóa hiện đại đang tập trung vào nhũ tương nano, nhũ tương Pickering (dùng hạt rắn thay cho chất nhũ hóa), và nhũ tương phản ứng môi trường như pH hoặc enzyme để kiểm soát giải phóng. Pickering emulsion đặc biệt hấp dẫn nhờ không cần dùng chất hoạt động bề mặt, tăng khả năng tương thích sinh học và giảm nguy cơ dị ứng.

Hệ nhũ tương cũng đang được phát triển để đóng vai trò như:

• Hệ vận chuyển hướng đích trong điều trị ung thư
• Hệ cảm biến phản ứng môi trường (bio-responsive emulsions)
• Vật liệu mềm chức năng như hydrogel nhũ

Sự kết hợp giữa công nghệ nano, sinh học phân tử và kỹ thuật bề mặt đang thúc đẩy sự ra đời của các hệ nhũ thông minh, mở ra nhiều ứng dụng mới trong y học tái tạo, trị liệu chính xác và đóng gói thực phẩm chức năng.

Tài liệu tham khảo

1. McClements, D.J., “Food Emulsions: Principles, Practice, and Techniques,” CRC Press, 2015.
2. Anton, N. et al., “Nano-emulsions and nanocarriers for drug delivery,” International Journal of Pharmaceutics, 2008.
3. Gupta, A. et al., “Pickering emulsions: A review on characterization and applications in food and pharmaceuticals,” Colloids and Surfaces B, 2016.
4. U.S. FDA - Inactive Ingredient Database. Link
5. European Medicines Agency – Pharmaceutical quality. Link
6. Nature Reviews Drug Discovery – Emulsion-based drug delivery systems. Link