Titan dioxid – chất màu trắng, chất cản quang cho màng bao và nang

Titan dioxid (TiO₂, E171) là bột trắng vô cơ có chiết suất rất cao, tán xạ ánh sáng mạnh. Đây là chất màu trắng và chất cản quang phổ biến nhất trong dược phẩm: màng bao phim, viên bao đường, vỏ nang gelatin, đồng thời dùng trong mỹ phẩm, kem chống nắng và thực phẩm.

Thông tin nhanh

Applications

• Chất màu trắng trong hỗn dịch bao phim, viên bao đường và vỏ nang gelatin; có thể phối với chất màu khác để tạo màu nhạt, đều.
• Chất cản quang: nhờ chiết suất cao, lớp bao chứa TiO₂ che màu nhân viên và giúp bảo vệ hoạt chất nhạy sáng (ví dụ nifedipin) – mức bảo vệ tăng theo nồng độ TiO₂ và độ dày màng.
• Dải ánh sáng bị tán xạ phụ thuộc cỡ hạt: hạt trung bình khoảng 230 nm tán xạ ánh sáng khả kiến (màu trắng), hạt khoảng 60 nm tán xạ tia tử ngoại mà vẫn cho ánh sáng khả kiến đi qua – cơ sở của kem chống nắng dạng “trong suốt”.
• Chế phẩm da liễu, mỹ phẩm; ngoài ra dùng rộng rãi trong bánh kẹo, thực phẩm và ngành nhựa.

Lưu ý khi bao: TiO₂ cứng và mài mòn – đã ghi nhận hỗn dịch bao làm mòn nồi bao phủ thép, gây đốm đen trên viên trắng. Làm chất độn trong màng PVA hoặc methylcellulose, TiO₂ giảm độ giãn dài và độ bền kéo, tăng tính thấm hơi nước, nhưng tăng nhẹ độ bám dính của màng lên bề mặt viên.

Mô tả và tính chất

• Bột trắng, vô định hình, không mùi, không vị, không hút ẩm. Hạt sơ cấp trung bình dưới 1 µm nhưng bột thương mại thường kết tụ thành khối lớn hơn nhiều.
• Có ba dạng tinh thể: rutil (tứ phương), anatas (tứ phương) và brookit (trực thoi); chỉ rutil và anatas có giá trị thương mại. Rutil bền nhiệt động hơn và dùng nhiều hơn.
• Chiết suất: 2,55 (anatas), 2,76 (rutil). Tỷ trọng thực 3,8–4,1 g/cm³ (anatas), 3,9–4,2 g/cm³ (rutil); tỷ trọng biểu kiến 0,4–0,62 g/cm³, sau gõ 0,63–0,83 g/cm³.
• Độ cứng Mohs 5–6 (anatas), 6–7 (rutil); nhiệt độ nóng chảy 1855 °C; diện tích bề mặt riêng khoảng 10 m²/g; độ ẩm khoảng 0,44%.
• Thực tế không tan trong nước, dung môi hữu cơ và acid loãng (sulfuric, hydrocloric, nitric); tan trong acid hydrofluoric và acid sulfuric đặc nóng. Nung lâu làm giảm độ tan.
• Dược điển: định lượng 98,0–100,5% (Ph.Eur.) hoặc 99,0–100,5% (USP); giới hạn chất tan trong nước, chất tan trong acid, arsen, chì, kim loại nặng, antimon, bari, sắt. Nếu dùng làm chất màu nên đạt tiêu chuẩn phụ gia thực phẩm (chặt hơn dược điển).

Độ ổn định và bảo quản

• Rất bền ở nhiệt độ cao nhờ liên kết mạnh giữa Ti⁴⁺ và O²⁻.
• Dưới bức xạ có thể mất một lượng oxy cực nhỏ theo phản ứng quang hóa thuận nghịch; tuy nhỏ nhưng làm thay đổi đáng kể tính chất quang và điện của chất màu.
• Bảo quản trong bao bì kín, tránh ánh sáng, nơi khô mát.

Tương kỵ

• Do hiệu ứng quang xúc tác, TiO₂ có thể tương tác với một số hoạt chất, ví dụ famotidin (phụ thuộc độ ẩm).
• Gây quang oxy hóa lipid chưa bão hòa.
• Làm giảm tính chất cơ học và tăng tính thấm hơi nước của màng bao polyvinyl alcol.

Sản xuất

Có trong tự nhiên dưới dạng khoáng rutil, anatas, brookit. Sản xuất thương mại bằng kết hợp trực tiếp titan với oxy; xử lý muối titan trong dung dịch nước; cho hợp chất titan vô cơ dễ bay hơi phản ứng với oxy; hoặc oxy hóa, thủy phân hợp chất hữu cơ của titan.

An toàn và thao tác

• Dùng rộng rãi trong thực phẩm và chế phẩm uống, dùng ngoài; theo sách được xem là tá dược về cơ bản không kích ứng, không độc.
• Hạt cỡ khoảng 500 nm đã được báo cáo di chuyển tới các cơ quan chính sau khi cho chuột cống uống.
• (Ngoài sách) Năm 2021, EFSA kết luận không thể loại trừ lo ngại độc tính di truyền của E171 dạng hạt và không còn coi là an toàn làm phụ gia thực phẩm; EU cấm E171 trong thực phẩm từ năm 2022. Trong thuốc, TiO₂ vẫn được phép tạm thời trong khi đánh giá khả năng thay thế – nhiều nhà sản xuất đã phát triển hệ bao “không TiO₂” (ví dụ dùng calci carbonat, talc, tinh bột gạo). Nên kiểm tra quy định hiện hành của thị trường đích.
• Bụi tương đối vô hại nhưng có thể kích ứng đường hô hấp – dùng kính, găng tay, khẩu trang chống bụi. Giới hạn phơi nhiễm nghề nghiệp tại Anh (8 giờ): 10 mg/m³ bụi hít vào toàn phần, 4 mg/m³ bụi hô hấp.

Tình trạng pháp lý

• Theo sách: phụ gia thực phẩm được chấp nhận tại châu Âu (xem cập nhật ở trên).
• Có trong FDA Inactive Ingredients Guide (kem đánh răng; đặt tử cung; chế phẩm nhãn khoa; nang, hỗn dịch, viên nén uống; chế phẩm dùng ngoài và qua da); có trong thuốc không tiêm được cấp phép tại Anh; có trong danh mục tá dược được chấp nhận của Canada.
• Có chuyên luận trong BP, JP, Ph.Eur. và USP; có tiêu chuẩn trong Food Chemicals Codex.

Chất liên quan: các chất màu (xem bài chất màu dược dụng).

Nguồn tham khảo

Nội dung được CPC1 biên soạn, tóm lược có chọn lọc từ chuyên luận Titanium Dioxide trong:
Rowe R.C., Sheskey P.J., Owen S.C. (chủ biên). Handbook of Pharmaceutical Excipients, ấn bản 5.
Pharmaceutical Press (London) & American Pharmacists Association (Washington DC), 2006.
Bài viết không sao chép nguyên văn tài liệu gốc; các số liệu kỹ thuật được dẫn lại từ tài liệu này.

Ảnh minh họa: thiết kế của CPC1.

Lưu ý: thông tin mang tính tham khảo cho người làm chuyên môn bào chế, dựa trên ấn bản năm 2006.
Tiêu chuẩn chất lượng và tình trạng pháp lý có thể đã thay đổi — luôn đối chiếu dược điển và quy định
hiện hành trước khi sử dụng.