nghiên cứu chế tạo màng chitosan - gelatin ứng dụng làm bao bì thực phẩm

Màng Chitosan có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, không sinh độc tố, giữnước tốt cho thực phẩm trong quá trình bảo quản nhưng màng Chitosan khá đắt tiềnnên dùng nó bao gói thực phẩm chưa

MỞ ĐẦU

1> Tính cấp thiết của đề tài:

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành công nghệ chế biến thủysản cũng phát triển vượt bậc và đóng góp một phần không nhỏ vào việc phát triểnnền kinh tế đất nước Tuy nhiên, công nghệ chế biến thủy sản phát triển bên cạnhnhững thuận lợi như chế biến ra các mặt hàng thủy sản có chất lượng cao, đảm bảovệ sinh an toàn thực phẩm phục vụ cho xuất khẩu và tiêu thụ trong nước còn có bấtlợi là lượng phế liệu thủy sản thải ra rất nhiều làm ô nhiễm môi trường Một trongnhững nguồn phế liệu thải ra là vỏ của các động vật giáp xác như tôm, cua, ghẹ…Nguồn phế liệu này hiện nay chủ yếu dùng làm thức ăn chăn nuôi hay làm phânbón nên hiệu quả kinh tế rất thấp Mục tiêu đặt ra cho các nhà công nghệ là nghiêncứu để tận dụng tối đa những thành phần có trong phế liệu thủy sản nhằm nâng caohiệu quả kinh tế của chúng và tránh được ô nhiễm môi trường do chúng gây nên Trong các mặt hàng thủy sản có giá trị kinh tế thì các mặt hàng thủy sản đônglạnh từ giáp xác chiếm từ 70 – 80% công suất chế biến Vì vậy, lượng phế liệu từ vỏgiáp xác do các nhà máy thủy sản thải ra khá lớn khoảng 70.000 tấn / năm Nguồnphế liệu này chứa một lượng lớn chitin – là nguyên liệu quan trọng cho công nghiệpsản xuất chitosan và các sản phẩm có giá trị khác

Chitosan là một dẫn xuất của Chitin, nó là một polyme hữu cơ phổ biến trongtự nhiên và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học công nghệ Một trongnhững ứng dụng của chitosan là làm màng mỏng bao gói thực phẩm Trong thực tếsản xuất hiện nay, vật liệu chính dùng bao gói thực phẩm là màng nhựa PE(polyethylen), P (polyprothylen) Tuy nhiên dùng các vật liệu này bao gói thựcphẩm thì có một số hạn chế là thời gian phân hủy chúng kéo dài, khó xử lý và gây ô

nhiễm môi trường Vì vậy, người ta nghiên cứu dùng màng chitosan để bao gói thựcphẩm thay thế cho bao PE, P nhằm hạn chế ô nhiễm môi trường do rác thải là cácpolyme tổng hợp

Màng Chitosan có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, không sinh độc tố, giữnước tốt cho thực phẩm trong quá trình bảo quản nhưng màng Chitosan khá đắt tiềnnên dùng nó bao gói thực phẩm chưa đem lại hiệu quả kinh tế Việc nghiên cứuphối trộn Chitosan với các chất khác nhằm tạo ra màng Chitosan có độ bền cao, giáthành phù hợp dùng làm bao gói thực phẩm là vấn đề đang được quan tâm hiện nay

Có nhiều nghiên cứu dùng Gelatin để chế tạo màng bao thực phẩm vì nguồnGelatin dồi dào, giá thành thấp lại có khả năng tạo màng cao, khi sử dụng làmmàng thực phẩm nó làm tăng giá trị cảm quan, hạn chế quá trình giảm trọng lượng

do bốc hơi nước Tuy nhiên, màng Gelatin yếu về mặt cơ học, không bền khi gặpmôi trường nước, dễ bị vi khuẩn, nấm tấn công nên khả năng bảo quản đối với thựcphẩm thấp

Việc nghiên cứu kết hợp giữa các polyme tự nhiên để sản xuất màng bảoquản thực phẩm đã được thực hiện nhiều như màng chitosan với xenlulose, chitosanvới alginate, chitosan với tinh bột, vv có thể tạo nên một số tính chất mới củamàng Tuy nhiên các nghiên cứu này cũng cần mở rộng với các polyme khác và kỹthuật tạo màng cho từng hỗn hợp polyme là rất khác nhau và phức tạp đòi hỏi sựđầu tư nghiên cứu nhiều trước khi tính đến khả năng thương mại hóa sản phẩm

Màng chitosan khi phối trộn với các gelatin tạo nên một số tính chất mới củamàng nên có thể làm thay đổi một số tính năng của màng chitosan như tính khángkhuẩn, kháng nấm… nên trong luận văn này nghiên cứu bổ sung thêm Natri benzoatnhằm tăng cường khả năng kháng khuẩn của màng chitosan phối trộn gelatin

Chính vì vậy, việc thực hiện đề tài “ Nghiên cứu chế tạo màng Chitosan Gelatin ứng dụng làm bao bì thực phẩm” nhằm tạo ra màng bao thực phẩm vừa cótính kháng nấm, kháng khuẩn, khả năng giữ nước cho thực phẩm vừa có giá thànhhợp lý ở Việt Nam hiện nay là vấn đề có ý nghĩa thực tiễn rất lớn.

-2> Ý nghĩa khoa học của đề tài:

- Xác định được nồng độ Chitosan, nồng độ Gelatin, nồng độ Natri benzoat phùhợp để có thể tạo ra màng mỏng vừa đáp ứng được các yêu cầu làm bao góithực phẩm vừa có giá thành phù hợp

- Đưa ra công thức phối trộn tối ưu cho quy trình sản xuất thích hợp đối vớimàng Chitosan – Gelatin sử dụng làm bao gói thực phẩm

- Xác định được những biến đổi về chất lượng và dinh dưỡng của sản phẩm cángừ đại dương fillet trong quá trình cấp đông và bảo quản đông

3> Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

- Dùng màng Chitosan – Gelatin để bao gói thực phẩm thay thế cho màng nhựa

PE, P vì màng mỏng bao gói từ Chitosan có tính kháng khuẩn và chống mấtnước cho thực phẩm rất tốt

- Góp phần giải quyết lượng phế liệu thủy sản có nguồn gốc từ vỏ giáp xác từcác xí nghiệp chế biến thủy sản đồng thời nâng cao giá trị kinh tế của cácloại phế liệu thủy sản so với việc chỉ dùng chúng làm thức ăn gia súc hay làmphân bón

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 TỔNG QUAN VỀ CHITOSAN:

1.1.1 Cấu trúc phân tử của chitosan:

Chitosan là một amino polysaccarit, được hình thành từ quá trình tách gốcacetyl của chitin bằng xử lý bằng xút đặc Chitosan được phát hiện lần đầu tiên bởiRouget vào năm 1859 Công thức cấu tạo của chitosan gần giống như chitin vàxellulose nhưng không giống vì chitin chỉ tan trong một số ít hệ dung môi, mà điểnhình là Lithium Chloride-Tertiary Amides, chitosan thì dễ tan trong các axít hữu cơ,thông thường dùng axit acetic nên có nhiều ứng dụng hơn chitin

Hình 1.1: Cấu trúc chitin, chitosan, xelluloseHình 1.1 : Cấu trúc chitin, chitosan, xellulose

Chitosan là một polyme hữu cơ có cấu trúc tuyến tính từ các đơn vị  - D –glucosamin liên kết với nhau bằng liên kết  - 1,4 Glucozit Chitosan là sản phẩmđược sản xuất từ chitin sau khi xử lý chitin trong kiềm đặc nóng (quá trình deacetylhóa chitin) [34], [43].

1.1.2 Các loại nguyên vật liệu sản xuất chitin và chitosan chính:

Chitin và chitosan có thể được chiết rút từ nhiều nguồn nguyên liệu như từ vỏtôm cua, tảo, nấm, vi khuẩn và sâu bọ Nguồn phế thải tôm, cua, ghẹ, nang mựctrong quá trình chế biến thủy sản là nguồn nguyên liệu sẵn có, nhiều, chứa hàmlượng chitin, chitosan cao

Bảng 1.1: Thành phần hóa học chủ yếu của các nguyên liệu chính sản xuất

chitin và chitosan ( Muzzarelli, 1997)

Độ ẩm Protit Tro Lipit ChitinCua

1.1.3 Tính chất của chitosan:

Hình 1.2: Sơ đồ quá trình deacetyl hóa chitin

Đặc tính cơ bản của Chitosan:

- Chitosan có nguồn gốc thiên nhiên, không độc, an toàn cho người khi sửdụng làm thực phẩm, dược phẩm, có tính hòa hợp sinh học cao đối với cơ thể, cókhả năng tự phân hủy sinh học

- Chitosan có nhiều tác dụng sinh học đa dạng như: khả năng hút nước,giữ ẩm, kháng nấm, kháng khuẩn với nhiều chủng loại khác nhau [18], [25], [29],[36], kích thích tăng sinh tế bào ở người và động thực vật, có khả năng nuôi dưỡngtế bào trong điều kiện nghèo dinh dưỡng

Tính chất hoá học:

- Chitosan là chất rắn, xốp, nhẹ, ở dạng bột có màu trắng ngà, dạng vẩy có màutrắng trong hay hơi vàng

- Không mùi, không vị

- Chitosan có tính kiềm nhẹ, không hoà tan trong nước và trong kiềm nhưng hoàtan dễ dàng trong các dung dịch axit loãng như axit acetic, axit propionic, axit lactic,axit citric … Khi hoà tan chitosan trong môi trường axit loãng tạo thành keo dương.Đây là một điểm rất đặc biệt vì phần lớn các keo polyssacharit có điện tích âm.Chitosan được xem như là một polycation có khả năng bám dính vào bề mặt cácđiện tích âm và có khả năng tạo phức với một số ion kim loại

- Chitosan khi hoà tan trong dung dịch axit acetic loãng có pH = 6 – 6.5 tạothành một dung dịch keo dương, nhờ đó mà keo Chitosan không bị kết tủa khi cómặt của một số ion kim loại nặng như Pb3+, Hg2+

- Chitosan kết hợp với aldehyt trong điều kiện thích hợp để hình thành gel, đâylà cơ sở để bẫy tế bào, enzym

Tính chất của chitosan phụ thuộc rất nhiều vào độ tinh khiết, độ deacetyl hóa,phân tử lượng và độ rắn Chitosan có độ tinh khiết càng cao thì càng dễ tan, màu sắc

dung dịch hòa tan có độ trong cao, có tính kết dính cao và được ứng dụng vào nhiềulĩnh vực hơn Độ deacetyl hóa là một thông số quan trọng, đặc trưng cho tỉ lệ giữa 2-acetamido-2-deoxy-D-glucopyranose với 2-amino-2-deoxy-D-glucopyranose trongphân tử chitosan Khả năng thấm nước của màng chitosan có độ deacetyl hóa thấpthì sẽ cao hơn so với màng chitosan có độ deacetyl hóa cao [58] Phân tử lượng củachitosan cũng là một thông số quan trọng [59], nó quyết định tính chất của chitosannhư khả năng kết dính, tạo màng, tạo gel, khả năng hấp phụ chất màu [60] Độ rắncủa chitosan phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nguồn gốc chitin, độ deacetyl hóa,phân tử lượng và thường có 2 peak chính ở khoảng 9 – 100 và 200 quét khi xác địnhbằng nhiễu xạ tia X (Hình 1.3)

Hình 1.3 Phổ nhiễu xạ tia X của các loại chitosan khác nhau

a: Phân tử lượng thấp, độ deacetyl trung bình; b: Độ nhớt thấp, độ deacetyl caoc: Độ nhớt cao, độ deacetyl hóa trung bình; d: Độ nhớt cao, độ deacetyl hóa cao

Nguồn: Nunthanid et al (2001)

Hình 1.4: Phổ hồng ngoại-IR và phổ cộng hưởng từ hạt nhân-MNR của chitosan

Phổ hồng ngoại-IR của chitin (A) và chitosan (B)

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân-MNR của chitin (A) và chitosan (B)

1.2.1 Nguồn gốc Gelatin:

- Gelatin là chế phẩm được tạo thành từ quá trình thủy phân Colagen (có loạiColagen lúc đun nóng trong nước có thể biến thành Gelatin như Colagen vẩy cánhưng cũng có loại phải qua bước xử lý mới có thể biến thành Gelatin) [23]

- Khi làm biến tính collagen dưới tác động của tác nhân biến tính như nhiệt, vậtlý và hóa học ta thu được gelatin

1.2.2 Cấu trúc của gelatin:

- Giống như cấu trúc của colagen, gelatin có cấu trúc dạng chuỗi Chuỗi gelatingồm những phân tử có kích thước siêu nhỏ liên kết lại với nhau bằng liên kết hydrotạo thành mạng lưới gelatin [40], [50]

- Công thức tiêu biểu của gelatin là - Alanin – Glycin – Prolin – Arginin –Glycin – Glutamic – 4 Hydroxyproline – Glycin – Prolin – [60]

Hình 1.5: Cấu trúc phân tử gelatin

- Phân tích thành phần axit amin của một số loại gelatin ta được kết quả trìnhbày trong Bảng 1.2

Bảng 1.2: Thành phần axit amin của một số loại gelatin [49]

Tên axit amin Số lượng axit amin / 1000 g gelatin

Gelatin da cá chép Gelatin da cá tuyết Gelatin da cá chóGlycin

<14,5274,5534774

34510719112310253133,5692513

<16257,5515275

328114189,22012970141,8412512

<17,9227,4455481

Dựa vào cấu trúc phân tử gelatin và thành phần các axit amin của một số loạigeletin trình bày trong Bảng 1.2 ta thấy các axit amin chủ yếu cấu tạo nên phân tửgelatin là Alanin, Glycin, Prolin, Arginin, Glutamic axit, Hydroxyprolin

Công thức cấu tạo chung của axit amin là [9], [10]

Cho nên khi phối trộn chitosan và gelatin sẽ xảy ra tương tác hóa học giữanhóm – NH2 của chitosan và nhóm – COOH của gelatin

1.2.3 Tính chất Gelatin:

- Gelatin không tan trong nước dưới 200C mà chỉ hút nước và trương nở Khinhiệt độ tăng lên, nó tan ra và hình thành dung dịch thể keo Dung dịch này đemlàm lạnh, dù nồng độ rất thấp (0,25%) cũng có thể đông đặc

- Trong nước lạnh Gelatin không hoà tan, một phần nở ra, hút từ 5 – 15 lầnnước đồng thời hình thành keo đông Trong môi trường nước Gelatin hút vào lượngnước kết hợp chừng 66 – 71% (so với chất khô tuyệt đối) Lấy 1g Gelatin ngâm vào100ml nước, xác định độ hoà tan của nó cho kết quả như Bảng 1.3 sau:

Bảng 1.3: Độ hoà tan của Gelatin theo nhiệt độ

Số g trong 100ml nước 0,030 0,055 0,080 0,200 0,700 0,870

- Lực liên kết keo đông của Gelatin là liên kết Hydro thông qua cầu nốiHydrat được thể hiện như hình vẽ sau:

Khi nhiệt độ tăng lên, keo đông tan ra hết do liên kết hydro không bền nhiệt,nồng độ dung dịch trên 1% khi làm lạnh thì đông đặc trở lại.

Sức đông của dung dịch keo ngoài quan hệ với nồng độ ra còn liên quan tớinguyên liệu và độ thuần khiết của nguyên liệu Trong điều kiện áp lực, nhiệt độ caothì sức đông của nó giảm đi nhanh chóng do gelatin bị thủy phân cắt thành mạchngắn dần làm giảm liên kết hydro tạo gel

- Nhiệt độ đông đặc của Gelatin phụ thuộc vào nồng độ của nó

- Axit, kiềm, Cl2, Ca, Pb(CH3COO)2, MgCl2, FeSO4 không làm cho Gelatinkết tủa Nhưng axit Photphotungstic hoặc muối thủy ngân có thể làm cho Gelatin kếttủa Cho (NH4)2SO4, MgSO4, ZnSO4 vào dung dịch Gelatin cho đến khi bão hoà thìGelatin kết tủa hoàn toàn Tanin và fomaldehyt cũng có thể làm cho Gelatin kết tủa

- Gelatin có thể làm giảm độ hoà tan của một số muối dễ hoà tan như NH4Cl,MgCl2 nhưng lại làm tăng độ hoà tan của một số muối khó hoà tan như CaSO4,CaCO3 …

- Cho chất điện phân vào dung dịch Gelatin thì có thể làm thay đổi tốc độ vànhiệt độ đông đặc của nó (rút ngắn thời gian đông đặc) Trong đó, sự ảnh hưởng củacác ion âm rất lớn, các ion của các axit sulfuric, axit nitric, axit tartaric và axitacetic có thể rút ngắn thời gian đông đặc, đồng thời nhiệt độ đông đặc của nó lạităng lên Nhưng ion âm của axit chlohydric thì có tác dụng ngược lại

- Độ dính của dung dịch Gelatin chịu ảnh hưởng của rất nhiều nhân tố nhưthời gian, nhiệt độ, khuấy trộn, mức độ thủy phân, môi trường thủy phân bằng axithay kiềm, ảnh hưởng của tỷ lệ muối

- Gelatin có nhiều ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm Người ta ứng dụnggelatin làm tác nhân chuyển thể của sữa trong sản xuất kem, làm tác nhân tạo bọt,tạo màng, làm tác nhân trợ lọc trong công nghệ sản xuất rượu vang và nước ép tráicây

- Người ta nghiên cứu dùng Gelatin để chế tạo màng bao thực phẩm vì nguồnGelatin dồi dào, giá thành thấp lại có khả năng tạo màng cao, khi sử dụng làmmàng thực phẩm nó làm tăng giá trị cảm quan, hạn chế quá trình giảm trọng lượng

do bốc hơi nước[26], [32] Tuy nhiên, màng Gelatin yếu về mặt cơ học, không bềnkhi gặp môi trường nước, dễ bị vi khuẩn, nấm tấn công dẫn đến khả năng bảo quảnđối với thực phẩm thấp [23], [37], [38]

1.2.4 So sánh Chitosan và Gelatin:

Chitosan là 1 polyme tự nhiên có nhiều đặc tính rất độc đáo như khả năngkháng khuẩn, kháng nấm, không sinh độc tố, tạo màng, tạo sợi Màng Chitosan cóđộ bền cao, khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, khả năng giữ nước cho thực phẩmtốt nhưng giá thành còn rất cao [41]

Gelatin cũng có khả năng tạo màng nhưng màng Gelatin không bền về mặt cơhọc, không bền khi gặp môi trường nước, dễ bị vi khuẩn, nấm tấn công, khả năngbảo quản đối với thực phẩm thấp [40]

Chitosan có trong nhiều loại nấm hoặc trong lớp vỏ của nhiều động vật giápxác như tôm, cua, ghẹ

Gelatin có trong vẩy, xương, bong bong cá và da cá và da của động vật

Chitosan không tan trong nước mà chỉ tan trong các dung dịch axit hữu cơloãng

Gelatin không tan trong nước dưới 200C mà chỉ hút nước và trương nở

Kết hợp khả năng ưu việt của màng Chitosan là khả năng kháng nấm, khángkhuẩn, khả năng giữ nước cho thực phẩm với khả năng dễ tạo màng và giá thành rẻcủa Gelatin để chế tạo màng Chitosan – Gelatin bao gói thực phẩm có giá thànhphù hợp nhằm làm giảm mức độ mất nước của thực phẩm trong quá trình bảo quảnlạnh và bảo quản đông

1.3 TỔNG QUAN VỀ CÁC CHẤT BẢO QUẢN DÙNG TRONG SẢN PHẨMTHỰC PHẨM NHẰM TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG KHÁNG KHUẨN CỦATHỰC PHẨM

Theo quy định danh mục các chất phụ gia được phép sử dụng trong thực phẩm,các chất bảo quản thực phẩm cho vào thực phẩm nhằm tăng cường khả năng khángkhuẩn của thực phẩm bao gồm 2 nhóm chính:

- Axit sorbic và các muối của nó như natri sorbat, kali sorbat, canxi sorbat

- Axit benzoic và các muối của nó như natri benzoat, kali benzoat, canxi benzoat.Tuy nhiên đã có công trình của tác giả Pranoto và các cộng tác viên (2005)nghiên cứu bổ sung một số tác nhân kháng khuẩn như dầu tỏi, kali sorbat, nisin làmtăng cường khả năng kháng khuẩn của màng chitosan nên trong luận văn nàynghiên cứu bổ sung chất kháng khuẩn là natri benzoat vào màng chitosan - gelatin.1.4 TỔNG QUAN VỀ BENZOAT

Benzoat là muối của axit benzoic [44] Axit benzoic có tác dụng ức chế mạnhnấm men, nấm mốc, vi khuẩn Vì axit benzoic khó hòa tan trong nước nên ngườI tathường sử dụng muối của nó là Natri benzoat

 Công thức cấu tạo

 Công thức cấu tạo: C7H5O2Na

 Khối lượng phân tử: 144.11

Hình 1.6 : Axit benzoic và Natri benzoatBenzoic axit Natri benzoat

 Tính chất lý hóa:

Natri benzoat ở dạng bột màu trắng, có mùi hăng, tan tốt trong nước(55g/100ml H2O, ở 200C)

Tính kháng khuẩn, kháng nấm của 1g Natri benzoat tương đương 0,827g axitbenzoic

 Tính kháng khuẩn, kháng nấm:

Natri benzoat có tác dụng ức chế mạnh nấm men, nấm mốc, vi khuẩn Có tácdụng bảo quản mạnh trong môi trường axit (pH = 3,5 – 4)

 Cơ chế ức chế vi sinh vật:

Cơ chế tác dụng của axit benzoic và những dẫn xuất của chúng là làm ức chếquá trình hô hấp của tế bào, ức chế quá trình oxi hóa gluco và pyruvat Mặt khác,axit benzoic làm tăng nhu cầu oxi trong suốt quá trình oxi hóa gluco Benzoat tácđộng làm hạn chế khả năng nhận cơ chất của tế bào

 Ứng dụng:

Natri benzoat được dùng để bảo quản nước quả, bánh kẹo, mứt … Nồng độbenzoat được phép sử dụng trong thực phẩm theo khuyến nghị của WHO là khôngđược quá 0,1% tính theo khối lượng (ở Mỹ, FDA quy định lượng sử dụng trong thựcphẩm là 0,05 – 0,1% tính theo khối lượng) Nhược điểm của việc sử dụng benzoattrong việc bảo quản một số sản phẩm thực phẩm như mứt, mứt đông, tương cà chua,tương ớt, tương quả … là có thể làm cho sản phẩm bị thâm đen và dễ nhận biết dư vị

 Độc tính:

Ở các nồng độ cho phép sử dụng như trên, chưa có bằng chứng cụ thể nào chothấy tác động không tốt đến sức khỏe của người tiêu dùng Tiến hành thí nghiệmtrên chó cho thấy mức sử dụng dưới 1g/1kg thì không ảnh hưởng nhưng khi sử dụngvựot quá mức trên thỉ chó bắt đầu có biểu hiện co giật thần kinh, một vài trường hợpcó thể dẫn đến chết Đối với người, nếu sử dụng các sản phẩm thực phẩm có nồngđộ Natri benzoat cao sẽ ảnh hưởng đến thần kinh nhất là đối với trẻ em

1.5 TỔNG QUAN VỀ CÁ NGỪ ĐẠI DƯƠNG

1.5.1 Giới thiệu một số loài cá ngừ đại dương:

Cá ngừ đại dương là động vật máu nóng Chúng có kích thước, màu sắc rất đadạng và giá trị kinh tế cao Cá ngừ đại dương có rất nhiều loài nhưng hiện nay chỉcó 5-6 loài cá ngừ cho sản lượng lớn và là đối tượng khai thác chính:

- Cá ngừ vằn (Thunnus pelanus) - Cá ngừ vây vàng (Thunnus abbacares)

- Cá ngừ mắt to (Thunnus obesus) - Cá ngừ vây dài (Thunnus alaluga)

- Cá ngừ xanh (Thunnus thunnus)

Loại cá ngừ có sản lượng lớn và phân bố rộng ở vùng biển miền Trung, ĐôngNam Bộ, đặc biệt là vùng biển Khánh Hòa là cá ngừ vây vàng Đây cũng chính làđối tượng nghiên cứu trong luận văn này

1.5.2 Thành phần hóa học của cá ngừ đại dương:

Cá ngừ đại dương là một trong những loài hải sản được ưa chuộng và quíhiếm trên thế giới hiện nay Theo nghiên cứu của ủy ban đào tạo nghề cáQueenland, thành phần hóa học của cá ngừ theo Bảng 1.4

Bảng 1.4 : Thành phần hóa học của cá ngừ

Đơn vị tính: g/100g phần ăn được

28,321,4

1,424,6

0,10,1

1,51,3

23,623,1

9,311,6

0,10,1

1,40,3

3

Cá ngừ vây vàng

Điểm đặc biệt là thành phần lipid của cá ngừ đại dương có hàm lượngcholesterol rất thấp Đây là ưu điểm rất lớn của cá ngừ đại dương và góp phần để cángừ đại dương được sử dụng chế biến các món ăn cao cấp (sashimi, sushi…)

Bảng 1.5: Thành phần hóa học của lipid cá ngừ đại dương

Đơn vị tính: g/100g của phần ăn được

Axit béo bão hòa

0,1970,363(0,058)0,301Ngoài ra, thịt cá ngừ đại dương chứa đầy đủ, cân đối lượng axit amin thay thếvà không thay thế nên cá ngừ đại dương là loại nguyên liệu tuyệt vời để cung cấpdinh dưỡng cho cơ thể

Các thành phần dinh dưỡng trong cá ngừ đại dương rất dễ tổn thất trong quátrình chế biến và bảo quản nên cần có biện pháp hạn chế tổn thất chất dinh dưỡng.Mục đích của luận văn là nghiên cứu dùng màng chitosan phối trộn phụ liệu tối ưulàm màng bao cá ngừ đại dương fillet

1.6 ỨNG DỤNG CỦA CHITOSAN

Chitosan và dẫn xuất của chúng có rất nhiều ứng dụng trong nông nghiệp, côngnghiệp thực phẩm, công nghiệp nhẹ, y học và một số ngành khác Chitosan có thểđược bào chế ra nhiều hình thức khác nhau: chất dẻo, bột nhuyễn, lát mỏng, sợichất lỏng hoặc hơi xịt…

1.6.1 Ứng dụng trong nông nghiệp:

- Chitosan được dùng như một thành phần chính trong thuốc phòng trừ nấm bệnh(đạo ôn, khô văn…), làm thuốc kích thích sinh trưởng cây trồng như lúa, cây côngnghiệp cây ăn quả, cây cảnh… Chitosan không độc hại, giữ tác dụng lâu trên lá, cây,làm tăng độ nẩy mầm của hạt, tăng việc tạo diệp lục trên lá, tăng khả năng đâm rễ,thúc đẩy quá trình ra hoa kết quả và làm tăng năng suất thu hoạch của cây trồng

- Các nhà khoa học Nguyễn Thị Huệ, Lâm Ngọc Thụ - trường Đại Học KhoaHọc Tự Nhiên, ĐHQG Hà Nội và Nguyễn Văn Hoan – trường ĐH Nông Nghiệp 1đã sử dụng các chất có hoạt tính sinh học cao từ chitin để kích thích nảy mầm nhữnghạt lúa giống quốc gia ĐH 60 đã bảo quản được 19 – 21 tháng, đặc biệt là các hạtgần như mất hết khả năng nảy mầm Đồng thời khi sử dụng các chất có hoạt tínhsinh học này còn có khả năng kích thích cho sức sống của hạt giống cao hơn, chấtlượng cây mầm tốt hơn, góp phần nâng cao giá trị gieo trồng của hạt giống 16.Viện Khoa học nông nghiệp Miền Nam và Trung tâm công nghệ sinh học Thủysản cùng tham gia nghiên cứu tác dụng của chitosan lên một số loài hạt dễ mất khảnăng nảy mầm và góp phần thúc đẩy sinh trưởng, phát triển của cây trồng ngoàiđồng Kết quả là có khả năng kéo dài thời gian sống và duy trì khả năng nảy mầmtốt của hạt giống cà chua và hạt giống đậu cô ve sau thời gian bảo quản 9 – 12tháng trong điều kiện bình thường 11

- Năm 1987, Bentech đã được cấp bằng sáng chế nhờ nghiên cứu dùng chitosantrong việc bọc nang hạt giống để ngăn ngừa sự tấn công của nấm trong đất Trongnhững vùng mà cây trồng thường bị nấm tấn công vào hệ rễ, nếu hạt giống được bọcnang bằng chitosan sẽ nâng cao được hiệu suất thu hoạch lên 20% so với khôngdùng chitosan Ngoài ra, chitosan có tác dụng cố định phân bón, thuốc trừ sâu.

1.6.2 Ứng dụng trong y dược:

- Từ chitosan sản xuất glucozamin có khả năng thúc tiến thuốc kháng sinh tố và cóthể dùng làm nguyên liệu để nuôi vi trùng và chế thuốc

- Trong kỹ nghệ bào chế dược phẩm, chitosan có thể dùng làm chất phụ gia nhưlàm tá dược độn, tá dược dính, chất tạo màng viên nang mềm và cứng và chất mangsinh học dẫn thuốc… Theo nghiên cứu dùng chitosan làm tá dược dính trong một sốcông thức viên có dược chất dễ bị tác động bởi các ion kim loại nặng của NguyễnThị Ngọc Tú, Nguyễn Phúc Khuê và Nguyễn Thị Thanh Hải cho kết quả chitosanlàm tá dược dính trên viên Vitamin C tốt ngang PVP (dung dịch cồn polyvinylpirovidin) và là tác nhân khoá ion kim loại nặng tương tự EDTA_Na2 (EtylenDiamin Tetra Natriacetat) Chitosan có khả năng dùng thay thế hỗn hợp PVP,EDTA_Na2 trong tế bào thuốc viên vì có khả năng tạo màng phim trên viên, thíchhợp để bao các viên có thành phần trung tính hoặc axit nhẹ

 Chitosan và các dẫn xuất của nó được dùng làm thuốc chữa bệnh,thuốc hạ Cholesterol trong máu, thuốc chữa vết thương, vết bỏng, thuốc chữa đau dạdày, thuốc chống đông tụ máu, tác dụng tăng cường miễn dịch cơ thể

 Khoa dược trường Đại Học Y Dược Thành Phố Hồ Chí Minh đãnghiên cứu thuốc chữa viêm loét dạ dày tá tràng từ chế phẩm của chitosan: Gelchitosan, gel chitin, gel chitosan và Al(OH)3 22

 Chitosan đã được nghiên cứu và bào chế thành sản phẩm thuốckem chữa bỏng Polysan17], [19], [24 Khảo sát trên súc vật thực nghiệm cho thấythuốc này không có tác dụng phụ, không gây dị ứng , lại có tác dụng kích thích môđể tạo điều kiện cho vết thương nhanh liền, không bị nhiễm trùng, không để lại sẹo.

1.6.3 Ứng dụng trong công nghệ sinh học:

- Dùng chitsan trong cố định tế bào và enzym

+ Chitin-chitosan là một chất mang phù hợp cho sự cố định enzym tế bào.Enzym cố định tế bào là một chất xúc tác sinh học hoạt động trong một không gianlinh hoạt Enzym cố định cho phép mở ra việc sử dụng rộng rãi enzym trong côngnghiệp, trong y học, khoa học phân tích… Enzym cố định được sử dụng lâu dài,không cần thay đổi chất xúc tác, nhất là trong công nghệ làm sạch nước, làm trongnước quả, sử dụng enzym cố định rất thuận lợi và đạt hiệu quả cao

+ Đặc điểm quan trọng của các nguyên liệu được sử dụng làm chất mangenzym là diện tích bề mặt trên một đơn vị thể tích hay trọng lượng phải rộng, không

bị phân giải, không tan, bền vững với các yếu tố hoá học, giá rẻ, dễ kiếm Trongcác loại polyme thì chitin và chitosan thoả mãn yêu cầu trên

+ Phương pháp cố định enzym bao gồm: enzym được dính trên chất mangbằng liên kết hấp phụ hay liên kết tĩnh điện (liên kết ion), hoặc liên kết vùi tronglưới gel, liên kết ngang (Cross linking) Enzym được cố định trong chitosan bằngliên kết hấp phụ hay liên kết ngang qua cầu nối trung gian như Glutaraldehyt hoặccó khi enzym bị vùi trong lưới gel tạo thành liên kết ngang giữa chitosan vàGlutaraldehyt

- Qua nhiều nghiên cứu cho thấy chitosan có các đặc điểm sau:

+ Chitosan là một nguyên liệu dẻo, linh hoạt, nó có thể cố định enzymbằng các hấp phụ đơn giản, bằng hấp phụ dạng lưới gel hay bằng liên kết ion quanhân tố chức năng trung gian hoặc ở dạng thể vùi

+ Sự liên kết ion NH3+ của chitosan với các ion âm tự do khác trên enzym,là nhân tố hình thành liên kết hấp phụ hay ion.

Hiệu suất cố định theo phương pháp hấp phụ có khuynh hướng cao hơn theoliên kết ion, cho phép thực hiện trong điều kiện nhẹ nhàng

+ Khi so sánh với các chất mang khác thì chitosan có khả năng chứa đựnglượng protein 10 – 30mg/g chitosan …

1.6.4 Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm:

Chitosan có nguồn gốc tự nhiên, không độc và rất an toàn cho người khi sửdụng làm thực phẩm [28], [33] Chitosan có những tính chất rất đặc trưng như có khảnăng kháng khuẩn, kháng nấm, tạo màng, có khả năng hấp thụ màu mà không hấpthụ mùi, hấp thụ một số kim loại nặng nên nó được ứng dụng rộng rãi trong côngnghiệp thực phẩm và dùng để bảo quản thực phẩm

- Do chitosan có tính kháng khuẩn, không hoà tan trong nước, trong kiềm, rượu vàaceton nhưng lại tan trong dung dịch axit acetic loãng Dùng hỗn hợp chitosan hòatan trong axit acetic loãng tráng mỏng trên tấm kính hay tấm nilon phẳng rồi làmkhô ở nhiệt độ 40-60oC hoặc phơi nắng khi đã khô bóc ra ta được màng mỏngchitosan Màng mỏng này được thay thế polyetylen để sản xuất giấy bóng kính, làmmàng bao bọc thực phẩm cao cấp hoặc để bọc lót các linh kiện khác

- Chitosan bột có tính tẩy màu mà không hấp thụ mùi và các thành phần khác nênngười ta ứng dụng nó vào việc khử màu nước uống ở nồng độ 1g chitosan bột cho100ml nước uống

- Chitosan dùng để lọc trong các loại nước ép hoa quả, rượu bia, nước ngọt và cóthể tẩy lọc các nguồn nước thải công nghiệp từ các nhà máy chế biến thực phẩmnhờ khả năng làm đông các thể lơ lững, rắn giàu protein trong nước thải của quátrình chế biến thịt, rau cải và công nghệ chế biến tôm nhờ khả năng kết dính tốt các

ion kim loại nặng Hg, Pb… của keo dương chitosan Vì vậy các ion kim loại trên bịgiữ lại mà keo chitosan không bị keo tụ [33].

Dung dịch keo chitosan có thể bọc hạt Gel Alginat trong việc cố định tế bàonấm men để lên men rượu và dịch quả nhiều lần

1.6.5 Ứng dụng trong một số ngành công nghiệp khác:

 Trong công nghiệp giấy:

Chỉ cần bỏ 1% Chitin tính theo trọng lượng vào bột giấy cũng đã đủ làm tăngsức dẻo dai của giấy, giảm thời gian cần thiết để rút nước ra khỏi bột, để gia tăngsố lượng chất sợi trong giấy Nhờ đó các nhà máy có thể dùng dùng ít chất sợi hơnnhưng vẫn giữ được phần tốt của giấy Loại giấy được chế tạo bằng chitin dễ in hơnloại giấy bình thường và khó rách hơn khi bị ướt nên có thể được dùng trong việcchế tạo tã lót thay cho trẻ em, khăn giấy và bao giấy gói hàng

 Trong công nghiệp dệt:

- Chitin dùng để hồ vải, cố định hình in hoa, màu sắc Ưu điểm là làm cho vảihoa, tơ sợi bền màu, bền sợi, chịu được cọ xát mặt ngoài thì ánh đẹp

- Chitosan là nguyên liệu quan trọng được dùng để hồ vải chống nước Hoà tanchitosan trong dung dịch CH3COOH loãng 1,5% dùng với acetat nhôm và axitstearic đem sơn trên vải, khi khô tạo thành màng mỏng chắc bền chịu được nước,chống lửa, cách nhiệt, chịu nắng và chống thối Vải này được sử dụng để sản xuấtvải bao dây điện, những dụng cụ bảo hộ trong sản xuất, nghiên cứu

- Từ chitin có thể sản xuất ra sợi chitin theo phương pháp sản xuất sợi keo dínhhoặc acetat xellulose rồi cho tác dụng với CS2 chế thành Sulfonate Sau đó quanhững quá trình lọc tẩy bột thành sợi chitin… Sợi chitin có ưu điểm là chịu được axit,ánh sáng, không độc hại…Nhưng khuyết điểm là khó nhuộm, giá thành cao

 Dùng trong mỹ phẩm:

Chitosan dùng làm chất phụ gia, làm kem bôi mặt, thuốc làm mềm da, làmtăng khả năng hoà hợp sinh học giữa thuốc và da, chế tạo thuốc định hình tóc, kembôi da lột mặt

Từ năm 1969: chitin dã được dùng nhiều trong kỹ thuật bào chế mỹ phẩm Vàihãng đã đùng nó trong kem và thuốc bôi ngoài da để làm cho kem đặc lại và nhữnghãng khác đang thí nghiệm nó trong việc bào chế thuốc trị sốt và sơn móng tay.Chitosan được cho thêm vào trong thuốc gội đầu để làm cho nước loãng hơn bằngcách khoá các ion Fe, Ca,và Mg lại với nhau

 Dùng trong phim ảnh và một số ngành công nghiệp khác:Phim chitosan có độ nét cao, không tan trong nước, axit nhưng tan trong axitloãng như axit acetic

Chitosan được dùng làm mực in trong công nghệ in

Chitin – chitosan làm tăng độ bền gỗ trong công nghệ chế biến gỗ

Hãng kỹ thuật của Matsushita còn dùng chitosan trong việc chế tạo máy phátthanh

Chitosan còn dùng trong xử lý nước thải công nghiệp, nó có khả năng tạophức với kim loại nặng độc hại, dùng để lọc trong nước sạch tiêu dùng, thanh lọcnước nhiễm chất độc hại và chất phóng xạ do chitosan khoá chặt các ion kim loạinhư: Hg, Pb và Uranium

1.7 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA MÀNG CHITOSAN

1.7.1 Nghiên cứu trong nước:

- Tác giả Đống Thị Anh Đào và Châu Trần Diễm Ái (Khoa Công Nghệ HoáHọc Và Dầu Khí – Trường Đại Học Bách Khoa TpHCM) đã nghiên cứu chế tạo mộtsố màng bán thấm polysaccaride như CMC, Chitosan dùng bao gói bảo quản nhãntrong môi trường có nồng độ CO2 cao hơn môi trường khí quyển7 Kết quả là nhãnđược bao gói bằng màng bán thấm vẫn giữ được giá trị thương phẩm sau 45 ngàybảo quản (kéo dài thời gian bảo quản nhãn lên gấp 3 – 9 lần so với cùng điều kiệnbảo quản không có bao bì)

- Các nhà khoa học thuộc Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên đã nghiên cứudùng màng mỏng Chitosan để chế ra các đồ dùng sinh hoạt hàng ngày như cốc, bát,dĩa thức ăn, giấy gói kẹo dùng một lần thì thấy sau khi sử dụng chỉ cần bỏ chúngvào trong thùng rác có nước là chúng tự phân hủy trong một thời gian ngắn13

- Tác giả Bùi Văn Miên và Nguyễn Anh Trinh (Khoa công nghệ thực phẩmtrường Đại Học Nông Lâm) đã nghiên cứu dùng Chitosan tạo màng để bao gói thựcphẩm 2], [12 Màng Chitosan có tính kháng khuẩn, tính giữ nước dùng bao gói cácloại thực phẩm tươi sống giàu đạm như cá, thịt… Đồng thời, bổ sung phụ gia là cácchất hoá dẻo (Ethylen Glycol – EG, Polyethylen Glycol – PEG) để tăng tính dẻo daivà đàn hồi cho màng Các tác giả đã ứng dụng màng này bao gói xúc xích thì thấyrằng ngoài việc giúp cho sản phẩm xúc xích có hình dáng đẹp lớp màng Chitosannày còn có tác dụng không làm mất màu và mùi đặc trưng của xúc xích

Các tác giả này cũng nghiên cứu dùng vỏ bọc Chitosan bảo quản các loạithủy sản tươi và khô [1] Bảo quản cá tươi bằng Chitosan hạn chế được hiện tượngmất nước và tổn thất chất dinh dưỡng của cá khi cấp đông và sau khi rã đông Đốivới thủy sản khô như cá khô, cá mực … thì tiến hành pha dung dịch Chitosan 2%

trong dung dịch axit acetic 1,5% Sau đó nhúng cá khô và mực khô vào dung dịchđược pha, làm khô bằng cách sấy ở nhiệt độ 300C có quạt gió Sản phẩm thu đượccó thể bảo quản tốt ở nhiệt độ bình thường Tùy theo độ ẩm của cá và mực mà sảnphẩm có thời gian bảo quản khác nhau, với độ ẩm 26 – 30%, cá khô bảo quản được

83 ngày, mực khô 85 ngày còn độ ẩm 41 – 45% thì cá khô giữ được 17 ngày, mựckhô giữ được 19 ngày

- Tác giả Châu Văn Minh, Phạm Hữu Điển, Đặng Lan Hương, Trịnh Đức Hưng,Hoàng Thanh Hương đã nghiên cứu dùng màng Chitosan để bảo quản hoa quả tươi

3], [4 thì thấy dùng màng Chitosan bảo quản thì thời gian bảo quản hoa quả kéodài hơn so với hoa quả chỉ được bảo quản lạnh Kiểm tra số lượng vi sinh vật thìthấy hoa quả được bảo quản bằng màng Chitosan có khả năng kháng khuẩn rất tốt

1.7.2 Nghiên cứu ngoài nước:

- Krasavtsev và các cộng tác viên đã nghiên cứu ứng dụng màng Chitosan làmbao gói để bảo quản cá và các sản phẩm từ cá 45 Người ta dùng Chitosan đượcchiết rút từ các nguồn phế liệu thủy sản khác nhau như tôm, cua, ghẹ lần lượt làmmàng mỏng bao gói cá thì thấy màng Chitosan chiết rút từ vỏ tôm có độ dày, độ bềnkéo, đàn hồi cao nhất Màng Chitosan giúp cho sản phẩm giữ nước rất tốt và giữđược các đặc tính tự nhiên của sản phẩm

- Attaya Kungsuwan và các cộng tác viên đã nghiên cứu sử dụng dung dịchChitosan (hoà tan 5g Chitosan trong 500 ml axit acetic 1%) làm bao gói bảo quản cá

27 thì thấy cá có bảo quản bằng màng Chitosan kéo dài thời gian bảo quản tới 2tháng trong khi cá không được bảo quản bằng màng Chitosan thì thời gian bảo quảnchỉ kéo dài tối đa 1 tháng trong cùng một điều kiện bảo quản

- Blaise Ouattara và các cộng sự đã nghiên cứu dùng màng Chitosan bao gói thịtthì có thể ức chế được sự phát triển của các vi sinh vật gây thối rữa nhằm kéo dàithời gian bảo quản thịt và các sản phẩm từ thịt29

- Lopez – Caballero và các cộng sự đã nghiên cứu dùng hỗn hợp gelatin bao gói bảo quản chả cá thì thấy sau 20 ngày bảo quản mùi vị của chả cáhầu như không biến đổi nhiều và các tính chất khác như độ cứng, độ cố kết, độ mềmdẻo … hầu như không đổi [ 39]

chitosan Sobral và các cộng sự đã nghiên cứu các tính chất cơ lý của màng Gelatin ảnhhưởng bởi nguồn gốc Gelatin và chất tạo dẻo sorbitol Cụ thể là khi tăng hàm lượngsorbitol thì tính ngăn cản thoát hơi nước của màng giảm 40 Ảnh hưởng của nồngđộ Gelatin sử dụng để tạo màng và các chất tạo dẻo khác nhau như glycerol, PEGvà EG được nghiên cứu với nhiều nồng độ khác nhau từ 10 đến 30 g/100 g Gelatin[26], [32] Việc nghiên cứu tính chất của màng tạo từ hỗn hợp Gelatin và một sốpolyme khác cũng được thực hiện như kết hợp Gelatin với carrageenan, tinh bột,alginate cho phép chúng ta thay đổi tính chất cơ học, lý học của màng, làm màng cóđộ bền thích hợp, khả năng chịu được hơi ẩm tốt hơn, phù hợp hơn cho việc ứngdụng trong thực phẩm, thường có độ ẩm cao [35]

1.8 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÀNG CHITOSAN

Màng mỏng chitosan có một vai trò hết sức quan trọng, dùng nó để bao bọcthực phẩm sẽ hạn chế khả năng mất nước cũng như kháng sự phát triển của vi sinhvật của thực phẩm trong quá trình bảo quản lạnh

Chitosan có tác dụng làm bất động các tế bào vi trùng động vật hoặc thực vậthay các enzym Đó là tính kháng khuẩn, kháng nấm (chitosan bổ sung vào thức ăn

gia súc sẽ kích thích sự phát triển của vi khuẩn Bifido Bacterium trong ruột, vi khuẩn

này tạo ra enzym lactaza cần thiết cho sự tiêu hoá và cản trở sự sinh trưởng của các

vi sinh vật khác) Cơ chế kháng khuẩn của chitosan vẫn chưa chắc chắn Tuy nhiênmột vài suy đoán tin cậy đã đề xuất ý kiến rằng:

- Chitosan sẽ lấy đi từ các vi sinh vật này các ion quan trọng ví dụ như ion

Cu++ Như vậy vi sinh vật sẽ chết do mất cân bằng các ion quan trọng

- Ngăn chặn phá hoại chức năng màng tế bào

- Gây ra sự tổng hợp của polyelectrolyte với polyme mang tính chất axit trênbề mặt tế bào vi khuẩn

Như vậy việc dùng màng chitosan bao bọc thực phẩm có thể kéo dài thời gianbảo quản, giảm sự thối hỏng do khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của nó

Màng mỏng chitosan có thể ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp baogói, bao bì thực phẩm vì nó có thể thay thế PE để sản xuất giấy bóng kính bao bọcthực phẩm cao cấp Đặc biệt màng mỏng chitosan còn có khả năng bảo quản thựcphẩm và thực phẩm tươi sống Ngoài ra người ta sử dụng chitosan làm màng mỏngphủ trên trái cây để tăng thời gian bảo quản

Mặt khác hiện nay ô nhiễm môi trường là vấn đề bức xúc đang được quan tâmcủa toàn cầu, đang tìm mọi cách khắc phục, như lượng rác thải, nước thải côngnghiệp …Trong đó vật dụng bao bì từ PE, PVC,… mà hằng ngày thải ra môi trườngmột lượng rất lớn và việc xử lý nó rất phức tạp, gây ô nhiễm môi trường trầm trọng,ngoài ra ảnh hưởng đến sức khoẻ con người Chính vì vậy việc ứng dụng màngmỏng chitosan trong công nghiệp bao gói là hết sức quan trọng

Hình 1.7 : Phản ứng tạo phức giữa ion Cu++ và phân tử chitosan

(theo Kaminski và Modrjewska, 1997)

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

2.1.1 Nguyên liệu chính:

Đối tượng nghiên cứu là chitosan được chiết tách từ vỏ tôm sú sau khi đã quacông đoạn khử khoáng bằng axit HCl, khử protein và deacetyl hóa bằng NaOH đậmđặc Chitosan nghiên cứu được cung cấp bởi trung tâm chế biến Đại Học Thủy Sản

Các chỉ tiêu chất lượng của chitosan nguyên liệu:

- Màu sắc, trạng thái : trắng, dạng mảnh

- Độ ẩm : 11%

- Hàm lượng tro : 0,9%

- Độ deacetyl (DD) : 95%

- Độ tan : 99,8% (trong axit acetic 1%)

2.1.2 Nguyên liệu phụ:

Nguyên liệu phụ được sử dụng trong đề tài dùng để phối trộn với chitosan làgelatin và natri benzoat

 Gelatin: sản phẩm do Pháp sản xuất – được phân phối tại Việt Nam tại công

ty hóa chất Thái Hòa - 138 Tô Hiến Thành quận 3 TPHCM

Các chỉ tiêu chất lượng của gelatin:

- Màu sắc, trạng thái : màu vàng nhạt, dạng bột mịn

- Độ tinh khiết : 99%

- Độ hòa tan : 100% trong nước nóng (trên 300C)

 Natri benzoat:

Các chỉ tiêu chất lượng của Natri benzoat:

- Màu sắc, trạng thái : màu trắng, dạng tinh thể

- Độ tinh khiết : 98%

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2.1 Phương pháp tạo màng mỏng chitosan phối trộn gelatin và natri benzoat:

Màng chitosan – gelatin được tạo ra bằng phối trộn chitosan (DD = 95%, M =9.105  106 Dalton) với gelatin theo tỉ lệ phối trộn là 0/100, 80/20, 60/40, 40/60,20/80, 0/100 Bổ sung natri benzoat 0,05%; 0,1%; 0,15%; 0,2% rồi hòa tan trongdung dịch axit acetic 1% Sau đó, dung dịch này sẽ được rót vào khuôn mica có diệntích 30 cm x 30 cm Dựa vào nguyên lý bốc hơi, sau một thời gian là 2 – 3 ngày tathu được màng mỏng trên tấm mica Tiến hành tách khuôn và đem màng mỏng đibảo quản và xác định các chỉ tiêu cơ lý

2.2.2 Xác định các chỉ tiêu c ơ lý:

2.2.2.1 Xác định các tính chất cơ lý của màng như sức căng của màng

(Tensile strength – TS), độ giãn của màng (Elongation – E) được tiến hành đo tạiphòng thí nghiệm của trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng 3 – Quatest

3 trên máy đo Instron Model 5566 theo phương pháp thử ASTM D 882 – 02

Các màng này được giữ trong môi trường có nhiệt độ và độ ẩm ổn định trongthời gian 24h trước khi tiến hành đo Môi trường phòng thí nghiệm có nhiệt độ là(25±3)0C và độ ẩm là (55 ± 5) %

2.2.2.2 Xác định khả năng thấm nước của màng ( water vapor permeability –

WVP)

Phương pháp xác định khả năng thấm nước của màng được xác định như sau:các loại màng chitosan phối trộn phụ liệu có và không có bổ sung chất kháng khuẩnthu được đem kiểm tra khả năng thấm nước phải được giữ trong điều kiện ổn địnhvề nhiệt độ và độ ẩm (t0 = 25 ± 30C,  = 55 ± 5%) trong thời gian là 24h Sau thờigian này đem các màng nay đi cân và ghi nhận lại khối lượng của từng màng (m1)rồi được ngâm trong nước trong thời gian 1h Sau đó lau khô từng màng bằng giấyhút nước và cân lại khối lượng của từng màng (m2) Khả năng thấm nước của từngmàng sẽ được tính theo công thức sau:

Trong đó:

WC là khả năng thấm nước của màng (%)

m1, m2 lần lượt là khối lượng của màng trước và sau khi ngâm trong nước (mg)

2.2.2.3 Đánh giá màu sắc, trạng thái của màng:

Màu sắc và trạng thái của màng được đánh giá bằng phương pháp cảm quan

2.2.3 Phương pháp kiểm tra khả năng kháng khuẩn của màng: [15], [20]

Phương pháp kiểm tra khả năng kháng khuẩn của màng được tiến hành như sau:

- Cắt một mẩu nhỏ màng có đường kính 17mm từ các màng cần kiểm tra

- Thanh trùng môi trường nuôi cấy (môi trường MHA – Mueller Hinton Agar)rồi rót môi trường vào dĩa petri Cấy 0,1 ml dịch chứa vi sinh vật với lượng 105  106cfu/ml (trong đề tài này cần kiểm tra khả năng kháng khuẩn của màng đối với 4

loại vi sinh vật là Staphylococcus aureus, Salmonella typhmurium, Escherichia coli,

Vibrio parahaemolyticus vào môi trường nuôi cấy rồi đặt từng mẩu màng lên trên

- Đặt dĩa petri trong tủ ấm ở nhiệt độ 370C trong thời gian 24h Tiến hành đovùng kháng khuẩn xung quanh mẩu, vùng kháng khuẩn là vùng tròn sạch (clearzone) xung quanh màng Đường kính vùng kháng khuẩn tạo thành phải > 17mm thìmới kết luận màng có tính kháng khuẩn

2.2.4 Phân tích phổ hồng ngoại của màng:

Phổ hồng ngoại của màng được phân tích tại phòng thí nghiệm trực thuộc trungtâm phân tích thí nghiệm TPHCM Bước sóng của tia hồng ngoại sử dụng từ 500 –

4000 cm-1 Máy dò sử dụng là máy TGS (Tri – Glycine – Sulfate)

2.2.5 Phân tích phổ nhiễu xạ tia X:

Phổ nhiễu xạ tia X được phân tích tại Viện Hóa Học Dầu Khí trên máy nhiễuxạ tia X – Model XPERT PRO (Philips)

2.2.6 Phương pháp bố trí thí nghiệm để lựa chọn tỉ lệ phối trộn chitosan – gelatin tối ưu:

Hình 2.1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm lựa chọn tỷ lệ phối trộn chitosan-gelatin -benzoat

Chitosan / Gelatin Tỷ lệ 100/0; 80/20; 60/40; 40/60; 20/80; 0/100

Tạo hỗn hợp Chitosan / Gelatin có nồng độ

Không bổ sung

chất kháng khuẩn Bổ sung Natri

Bổ sung Natri benzoat 0,15% Bổ sung Natri benzoat 0,2%

Khả năng kháng khuẩn của màng

Màu sắc

của

màng

Phổ hồng ngoại

Sức căng của màng(MPa)

Độ giãn của màng (%)

Độ thấm nước của màng (%)

Phổ nhiễu xạ tia X

Kết quả thu được 30 màng mỏng như sau:

CG 1: màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 100/0

CG 2: màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 80/20

CG 3: màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 60/40

CG 4: màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 40/60

CG 5: màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 20/80

CG 6: màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 0/100

CGB 1-1: màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 100/0 bổ sung 0,05%Natri benzoat

CGB 2-1: màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 80/20 bổ sung 0,05%Natri benzoat

CGB 3-1 : màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 60/40 bổ sung 0,05%Natri benzoat

CGB 4-1 : màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 40/60 bổ sung 0,05%Natri benzoat

CGB 5-1 : màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 20/80 bổ sung 0,05%Natri benzoat

CGB 6-1 : màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 0/100 bổ sung 0,05%Natri benzoat

CGB 1-2: màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 100/0 bổ sung 0,1% Natribenzoat

CGB 2-2 : màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 80/20 bổ sung 0,1%Natri benzoat

CGB 3-2 : màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 60/40 bổ sung 0,1%Natri benzoat

CGB 4-2 : màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 40/60 bổ sung 0,1%Natri benzoat

CGB 5-2 : màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 20/80 bổ sung 0,1%Natri benzoat

CGB 6-2 : màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 0/100 bổ sung 0,1%Natri benzoat

CGB 1-3: màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 100/0 bổ sung 0,15%Natri benzoat

CGB 2-3 : màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 80/20 bổ sung 0,15%Natri benzoat

CGB 3-3 : màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 60/40 bổ sung 0,15%Natri benzoat

CGB 4-3 : màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 40/60 bổ sung 0,15%Natri benzoat

CGB 5-3 : màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 20/80 bổ sung 0,15%Natri benzoat

CGB 6-3 : màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 0/100 bổ sung 0,15%Natri benzoat

CGB 1-4: màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 100/0 bổ sung 0,2% Natribenzoat

CGB 2-4 : màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 80/20 bổ sung 0,2%Natri benzoat

CGB 3-4 : màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 60/40 bổ sung 0,2%Natri benzoat

CGB 4-4 : màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 40/60 bổ sung 0,2%Natri benzoat

CGB 5-4 : màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 20/80 bổ sung 0,2%Natri benzoat

CGB 6-4 : màng chitosan – gelatin với tỷ lệ phối trộn là 0/100 bổ sung 0,2%Natri benzoat

Các màng mỏng thu được này sẽ được xác định các chỉ tiêu sau:

- Chỉ tiêu 1 (CT1): Sức căng của màng

- Chỉ tiêu 2 (CT2): Độ giãn của màng

- Chỉ tiêu 3 (CT3): Khả năng thấm nước của màng (WVP – water vaporpermeability)

- Chỉ tiêu 4 (CT4): Màu sắc và trạng thái của màng

- Chỉ tiêu 5 (CT5): Khả năng kháng khuẩn của màng đối với 4 loại vi khuẩn là

Staphylococcus aureus, Salmonella typhmurium, Escherichia coli, Vibrio parahaemolyticus.

- Chỉ tiêu 6 (CT6): Phân tích phổ hồng ngoại của màng

- Chỉ tiêu 7 (CT7): Phân tích phổ nhiễu xạ tia X của màng

Mỗi chỉ tiêu được kiểm tra 3 lần, kết quả cuối cùng là giá trị trung bình của 3lần kiểm tra (áp dụng đối với các CT1, CT2, CT3, CT4, CT5)

2.2.7 Bố trí thí nghiệm dùng màng chitosan phối trộn phụ liệu tối ưu bảo quản sản phẩm cá ngừ đại dương fillet:

Từ 30 màng mỏng thu được sau khi đem xác định các chỉ tiêu chọn rađược 2 màng mỏng tối ưu là màng CG3, CGB3-2 Dùng 2 màng mỏng này thửnghiệm bao gói sản phẩm fillet cá ngừ đại dương

Hình 2.2: Sơ đồ bố trí thí nghiệm dùng màng mỏng tối ưu bảo quản cá ngừ đại

dươngSản phẩm fillet cá ngừ đại dương mua tại công ty XNK Nam Trung Bộ - đường23/10 Nha Trang Phải đảm bảo nhiệt độ sản phẩm trong suốt quá trình chế biến kếtừ khâu tiếp nhận nguyên liệu cho đến khi fillet ra sản phẩm nhiệt độ không đượcvượt quá 40C nhằm hạn chế sự phát triển histidine thành histamin

Fillet cá ngừ đại dương

Mẫu đối chứng (không

dùng màng bảo quản)

Dùng màng mỏng tối ưu để bao gói bảo quản

Cấp đông ở - 200C

Bảo quản

Xác định một số chỉ tiêu:

- Tổng số vi khuẩn hiếu khí bề mặt

- Hàm lượng histamin

- Khả năng hạn chế tổn thất chất dinh dưỡng

Nhiệt độ - 100CThời gian 45 ngày

Bảng 2.1: Kí hiệu các mẫu fillet cá ngừ đại dương nghiên cứuSTT Chuẩn bị các mẫu fillet cá ngừ đại dương Kí hiệu mẫu1

2

3

4

Fillet cá ngừ đại dương không bảo quản, không bao gói

Fillet cá ngừ đại dương không bao gói, cấp đông và bảo

quản ở - 100 trong thời gian 45 ngày

Fillet cá ngừ đại dương bao gói bằng màng CG3 , cấp đông

và bảo quản ở - 100 trong thời gian 45 ngày

Fillet cá ngừ đại dương bao gói bằng màng CGB 3-2, cấp

đông và bảo quản ở - 100 trong thời gian 45 ngày

MBĐMĐC

M 1M2

2.3 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM

Số liệu thực nghiệm được xử lý theo phương pháp thống kê toán học trên phần mềm tin học MS Excel 2000 [5]

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ PHỐI TRỘN CHITOSAN VÀ GELATIN TỐI ƯU

3.1.1 Kết quả xác định các chỉ tiêu cơ lý của các loại màng mỏng thu được:

3.1.1.1 Kết quả nghiên cứu:

Mục đích của đề tài là sản xuất ra màng chitosan phối trộn gelatin có các tínhchất ưu việt của màng chitosan như khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, chống mấtnước cho thực phẩm trong quá trình bảo quản và có giá thành phù hợp, ta tiến hànhphối trộn chitosan/gelatin ở các tỉ lệ phối trộn 100/0, 80/20, 60/40, 40/60, 20/80,0/100 Để tăng cường khả năng kháng khuẩn của màng, ta phối trộn thêm natribenzoat ở các tỉ lệ 0,05%; 0,1%, 0,15%; 0,2%

Sau khi tạo thành màng mỏng khô tiến hành xác định các chỉ tiêu cơ lý củamàng như sức căng của màng (MPa), độ giãn của màng (%) Kết quả đo được trìnhbày trong bảng 4.1 phần phụ lục 4

3.1.1.2 Nhận xét và thảo luận:

 Chỉ tiêu độ bền kéo:

- Theo chiều dọc:

Mẫu kiểm tra

Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn sức căng của các loại màng chitosan

phối trộn gelatin

Tác giả Qurashi và các cộng sự (1992) nghiên cứu phối trộnpolyvinylpyrrolidone (PVP) bổ sung vào màng chitosan cũng theo tỉ lệ phối trộn100/0, 80/20, 60/40, 40/60, 20/80, 0/100 thì thấy độ bền kéo của màng có phối trộnPVP giảm dần khi tỷ lệ phối trộn PVP tăng lên [48] Màng có độ bền kéo cao nhấtlà màng Ch/PVP là 100/0, độ bền kéo của màng giảm dần khi tỷ lệ phối trộnCh/PVP tăng dần và độ bền kéo thấp nhất là màng 20/80.

33.3

0102030405060

Mẫu kiểm tra

Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn sức căng của các loại màng chitosan phối

trộn gelatin có bổ sung natri benzoat 0,05%