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

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

1> Tính cấy thiết của đề tài:

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành công nghệ chế biến thủy sản cũngphát triển vượt bậc và đóng góp một phần không nhỏ vào việc phát triển nền kinh tế đất nước.Tuy nhiên, công nghệ chế biến thủy sản phát triển bên cạnh những thuận lợi như chế biến racác mặt hàng thủy sản có chất lượng cao, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm phục vụ choxuất khẩu và tiêu thụ trong nước còn có bất lợi là lượng phế liệu thủy sản thải ra rất nhiều làm

ô nhiễm môi trường Một trong những nguồn phế liệu thải ra là vỏ của các động vật giáp xácnhư tôm, cua, ghẹ Nguồn phế liệu này hiện nay chủ yếu dùng làm thức ăn chăn nuôi haylàm phân bón nên hiệu quả kinh tế rất thấp Mục tiêu đặt ra cho các nhà công nghệ là nghiêncứu để tận dụng tốì đa những thành phần có trong phế liệu thủy sản nhằm nâng cao hiệu quảkinh 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 đông lạnh từgiáp xác chiếm từ 70 - 80% công suất chế biến Vì vậy, lượng phế liệu từ vỏ giáp xác do cácnhà máy thủy sản thải ra khá lớn khoảng 70.000 tấn / năm Nguồn phế liệu này chứa mộtlượng lớn chitin - là nguyên liệu quan trọng cho công nghiệp sản xuất chitosan và các sảnphẩm có giá trị khác

Chitosan là một dẫn xuất của Chitin, nó là một polyme hữu cơ phổ biến trong tự nhiên

và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học công nghệ Một trong những ứng dụng củachitosan là làm màng mỏng bao gói thực phẩm Trong thực tế sản xuất hiện nay, vật liệuchính dùng bao gói thực phẩm là màng nhựa PE (polyethylen), p (polyprothylen) Tuy nhiêndùng các vật liệu này bao gói thực phẩm thì có một sô" hạn chế là thời gian phân hủy chúngkéo dài, khó xử lý và gây ô nhiễm môi trường Vì vậy, người ta nghiên cứu dùng màng

Màng Chitosan có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, không sinh độc tô, giữ nước tốtcho thực phẩm trong quá trình bảo quản nhưng màng Chitosan khá đắt tiền nên dùng nó baogói thực phẩm chưa đem lại hiệu quả kinh tế Việc nghiên cứu phôi trộn Chitosan với các chấtkhác nhằm tạo ra màng Chitosan có độ bền cao, giá thành phù hợp dùng làm bao gói thựcphẩm là vấn đề đang được quan tâm hiện nay.

Có nhiều nghiên cứu dùng Gelatin để chế tạo màng bao thực phẩm vì nguồn Gelatindồi dào, giá thành thấp lại có khả năng tạo màng cao, khi sử dụng làm màng thực phẩm nólàm tăng giá trị cảm quan, hạn chế quá trình giảm trọng lượng do bốc hơi nước Tuy nhiên,

màng Gelatin yếu về mặt c ơ học, không bền khi gặp môi trường nước, dễ bị vi khuẩn, nâm

tấn công nên khả năng bảo quản đôi với thực phẩm thâp

Việc nghiên cứu kết hợp giữa các polyme tự nhiên để sản xuất màng bảo quản thựcphẩm đã được thực hiện nhiều như màng chitosan với xenlulose, chitosan với alginate,chitosan với tinh bột, vv có thể tạo nên một sô tính chất mới của màng Tuy nhiên cácnghiên cứu này cũng cần mở rộng với các polyme khác và kỹ thuật tạo màng cho từng hỗnhợp polyme là rất khác nhau và phức tạp đòi hỏi sự đầu tư nghiên cứu nhiều trước khi tínhđến khả năng thương mại hóa sản phẩm

Màng chitosan khi phôi trộn với các gelatin tạo nên một sô" tính chất mới của màngnên có thể làm thay đổi một sô tính năng của màng chitosan như tính kháng khuẩn, khángnấm nên trong luận văn này nghiên cứu bổ sung thêm Natri benzoat nhằm tăng cường khảnăng kháng khuẩn của màng chitosan phôi trộn gelatin

Chính vì vậy, việc thực hiện đề tài “ Nghiên cứu chế tạo màng Chitosan - Gelatin ứngdụng làm bao bì thực phẩm” nhằm tạo ra màng bao thực phẩm vừa có tính kháng nấm, kháng

2> Ỷ nshĩa khoa hoc của đề tài:

- Xác định được nồng độ Chitosan, nồng độ Gelatin, nồng độ Natri benzoat phù hợp để

có thể tạo ra màng mỏng vừa đáp ứng được các yêu cầu làm bao gói thực phẩm vừa cógiá thành phù hợp

- Đưa ra công thức phôi trộn tôi ưu cho quy trình sản xuất thích hợp đôi với màngChitosan - Gelatin sử dụng làm bao gói thực phẩm

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

3> Ý nghĩa thưc tiễn của đề tài:

- Dùng màng Chitosan - Gelatin để bao gói thực phẩm thay thế cho màng nhựa PE, p vìmàng mỏng bao gói từ Chitosan có tính kháng khuẩn và chông mất nước cho thựcphẩm rất tốt

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

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1.1 Cấu trúc phân tử của chitosan:

Chitosan là một amino polysaccarit, được hình thành từ quá trình tách gốc acetyl củachitin bằng xử lý bằng xút đặc Chitosan được phát hiện lần đầu tiên bởi Rouget vào năm

1859 Công thức cấu tạo của chitosan gần giông như chitin và xellulose nhưng không giông vìchitin chỉ tan trong một sô ít hệ dung môi, mà điển hình là Lithium Chloride-Tertiary Amides,

Hình 1.1 : Câu trúc chitin, chitosan, xellulose

1.1.2 Các loai nguvên vât liêu sán xuất chỉtin và chitosan chính:

Chitin và chitosan có thể được chiết rút từ nhiều nguồn nguyên liệu như từ vỏ tômcua, tảo, nấm, vi khuẩn và sâu bọ Nguồn phế thải tôm, cua, ghẹ, nang mực trong quátrình chế biến thủy sản là nguồn nguyên liệu sẵn có, nhiều, chứa hàm lượng chitin,chitosan cao

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

Tôm sông nước ngọt 5,7 28,1 44 4,4 12,5

thực phẩm, dược phẩm, có tính hòa hợp sinh học cao đôi với cơ thể, có khả năng tự phân hủysinh học.

Chitosan có nhiều tác dụng sinh học đa dạng như: khả năng hút nước, giữ ẩm, khángnấm, 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 dưỡng tế bào trong điều kiện nghèo dinhdưỡng

Tính chất hoá hoc:

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

- Không mùi, không vị

- Chitosan có tính kiềm nhẹ, không hoà tan trong nước và trong kiềm nhưng hoà tan dễdàng 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 rấtđặc biệt vì phần lớn các keo polyssacharit có điện tích âm Chitosan được xem như là mộtpolycation có khả năng bám dính vào bề mặt các điện tích âm và có khả năng tạo phức vớimột sô ion kim loại

- Chitosan khi hoà tan trong dung dịch axit acetic loãng có pH = 6 - 6 5 tạo thành mộtdung dịch keo dương, nhờ đó mà keo Chitosan không bị kết tủa khi có mặt của một sô ionkim loại nặng như Pb3+, Hg2+

- Chitosan kết hợp với aldehyt trong điều kiện thích hợp để hình thành gel, đây là cơ sở

để bẫy tê bào, enzym

tan có độ trong cao, có tính kết dính cao và được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực hơn Độdeacetyl hóa là một thông sô" quan trọng, đặc trưng cho tỉ lệ giữa 2- acetamido-2-deoxy-D-glucopyranose với 2-amino-2-deoxy-D-glucopyranose trong phân tử chitosan Khả năng thâmnước của màng chitosan có độ deacetyl hóa thấp thì sẽ cao hơn so với màng chitosan có độdeacetyl hóa cao [58] Phân tử lượng của chitosan cũng là một thông sô" quan trọng [59], nóquyết định tính chất của chitosan như khả năng kết dính, tạo màng, tạo gel, khả năng hấp phụchất màu [60] Độ rắn của chitosan phụ thuộc vào nhiều yếu tô như nguồn gốc chitin, độdeacetyl hóa, phân tử lượng và thường có 2 peak chính ở khoảng 9 - 10° và 20° quét khi xácđịnh bằng 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 cao c: Độ nhớt cao, độ

deacetyl hóa trung bình; d: Độ nhớt cao, độ deacetyl hóa cao Nguồn: Nunthanid e t a l

(2001)

Hình 1.5: Cấu trúc phân tử gelatin

lúc đun nóng trong nước có thể biến thành Gelatin như Colagen vẩy cá nhưng cũng có loạiphải 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, vật lý vàhóa học ta thu được gelatin

1.2.2 Câu trủc của gelatin:

Giông như cấu trúc của colagen, gelatin có cấu trúc dạng chuỗi Chuỗi gelatin gồmnhững phân tử có kích thước siêu nhỏ liên kết lại với nhau bằng liên kết hydro tạo thànhmạng lưới gelatin [40], [50]

- Công thức tiêu biểu của gelatin là - Alanin - Glycin - Prolin - Arginin - Glycin -

Glutamic - 4 Hydroxyproline - Glycin - Prolin - [60]

NHj

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

Bảng 1.3: Độ hoà tan của Gelatin theo nhiệt độ

SÔ 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 nối Hydrat được thể hiện nhưhình vẽ sau:

Từ kết quả phổ hồng ngoại phân tích ra ta thấy có sự kết hợp giữa nhóm amino của phân tử chitosan vớinhóm cacboxyl của phân tử gelatin và Natri benzoat làm cho cấu trúc màng chặt chẽ hơn Chính sự kếthợp giữa chitosan và gelatin cũng như với tác nhân kháng khuẩn Natri benzoat sẽ làm thay đổi các tínhchất cơ học, tính chất vật lý của màng chitosan và làm giảm tính chất kháng khuẩn của màng.

Các tác giả Pranoto và các cộng tác viên (2005) cũng tiến hành phân tích phổ hồng ngoại của màng

chitosan bổ sung tác nhân kháng khuẩn là dầu tỏi, potassium sorbate, nisin ở các nồng độ khác nhau

[41] thì cũng thây rằng tất các các phổ đều có 3 peak chính là 3400 cm'1 tương ứng với sự duỗi củanhóm - OH và - NH, peak 1550 - 1590 tương ứng với sự duỗi của nhóm - NH2 và peak 1400 cho biết sựduỗi của nhóm - cocr Phổ hồng ngoại của màng chitosan kết hợp dầu tỏi cho thấy không có sự thay đổicấu trúc của chitosan nghĩa là không có sự kết hợp giữa nhóm hoạt động của dầu tỏi với nhóm chứcnăng của chitosan Phổ hồng ngoại của màng chitosan kết hợp kali sorbat thì thấy có sự thay đổi cấu trúctương ứng với peak 1638 cm'1, gia tăng nồng độ kali sorbat thì thấy có sự tương tác giữa nhóm - NH2

của chitosan và nhóm - coo của sorbat Phổ hồng ngoại của màng chitosan kết hợp nisin thì thấy có sựthay đổi cấu trúc tương ứng với peak 1638 cm’ , gia tăng nồng độ nisin thì thấy có sự tương tác giữanhóm - NH2 của chitosan và nhóm chức năng của nisin và kết quả làm tăng cường độ peak Kết quả nàyphù hợp với kết quả nghiên cứu của luận văn này

3.2 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH XRD

Tiến hành phân tích XRD - X-ray diữactograms tại phòng thí nghiệm trực thuộc trung tâm phântích thí nghiệm - 2 Nguyễn Văn Thủ ta được kết quả như sau trình bày trong hình 3.17 như sau:

peak nhọn ở vùng 20°9 (đặc trưng của chitosan) thể hiện độ rắn của chitosan tương đôi cao Kể cả saukhi tạo màng, màng chitosan cũng có độ rắn

Ngược lại gelatin và màng gelatin không có peak nào rõ thể hiện độ rắn thấp

giải phóng chậm khi ứng dụng trong việc tạo màng bao bọc các chất có hoạt tính sinh học trong kỹ thuậtkiểm soát quá trình giải phóng hoạt chất và kỹ thuật cô định các hoạt chất khác.

3.3 KẾT QUẢ NGHIÊN cứu DÙNG MÀNG MỎNG Tối ưu BẢO QUẢN SẢN PHẨM CÁ NGỪĐẠI DƯƠNG

Hai loại màng mỏng tối ưu CG2 và CGB3-2 được thử nghiệm ứng dụng bảo quản sản phẩm cángừ đại dương fillet, sản phẩm cá ngừ đại dương fillet chủ yếu dùng để chế biến thực phẩm ăn sông nhưsushi, sashimi nên thời gian bảo quản không được kéo dài và trong suôt thời gian bảo quản phải đảmbảo sản phẩm tuân thủ một sô" yêu cầu sau [14]:

- Trạng thái cảm quan không biến đổi nhiều

- Hạn chê được sự phát triển của vi sinh vật trong suôt quá trình bảo quản

- Hạn chê được sự tổn thất chất dinh dưỡng trong quá trình bảo quản

- Hàm lượng histidine trong cá không có điều kiện phát triển thành histamin là chất gây dị ứng chongười tiêu dùng ở liều lượng thấp thậm chí gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến tính mạng người tiêu dùngnếu liều lượng quá cao

Tất cả những yêu cầu này rất khó được đảm bảo nếu bảo quản lạnh hoặc cấp đông sản phẩm Việcnghiên cứu thử nghiệm dùng màng mỏng chitosan phôi trộn phụ liệu bao gói sản phẩm rồi đem đi cấpđông để xem xét tác dụng kháng khuẩn, khả năng chông mất nước, khả năng hạn chế tổn thất chất dinhdưỡng trong quá trình làm đông, khả năng ức chế sự phát triển histidine thành histamin trong thời gianbảo quản là 45 ngày ở nhiệt độ -10°c

3.4.1 Xác đinh khá năng kháng khuẩn của màng chitosan phối trôn phu liêu dùng báo quản sán phẩm cá ngừ đai dương fillet bằng phương pháp xác đinh lương vi sinh vât hiếu khí trẽn bể măt:

6

1.5 0.5 -

3.18

Đ

3.5

-I * 1

thịbiểu

diễn

mức

độ

g

lượng

vikhuẩn

hiếu

mặtsản

phẩm

cá

ng

đạidương

filletcó

và

có

bao

góibằng

mà

chitosan

phôitrộn

ph

liệu

tốiưu

Th

ảo luậ

n :

Qua

Bả

3.11

cho

thấy

tổng

s

"

vi

sinh

vật

hiếu

khí

bề

mặt

sản

phẩm

c

ngừ

đại

dương

fillet

đầu

là

2,6.10

3

cfu/

2

Sau

đó

mẫu

này

đượ

đem

đi

cấp

đông

và

bả

quản

ở

nhiệt

độ

1 0

-° c

thời

gian

bảo

qu

45

ngày,

tổng

sô

"

vi

vật

hiếu

khí

trên

mặt

tăng

lên

3,5.10

cfu/cm

2

Ta

thấy

dù

đ

cấp

đông

và

bảo

quả

đông

nhưng

sô

vi

sinh

hiếu

khí

vẫn

tăng

Dùng

2

loại

màng

m

tôi

ưu

là

c ,

c

2

bao

cá

ngừ

đại

dương

s

đó

đem

cấp

đông

và

b

quản

đông

thì

thấy

t

sô

vi

sinh

vật

hiếu

trên

bề

mặt

sản

ph

giảm

đi

khá

mạnh

còn

o

3

cfu/cm

2

(Mi)

;

2

(M

2

)

Từ

kết

q

trên

ta

thấy

rằng

mà

Chitosan

có

tác

dụng

vi

sinh

vật

khá

và

màng

chitosan

có

trộn

chât

kháng

k

thì

khả

năng

kháng

sinh

vật

càng

mạnh

nên

có

tác

dụng

bảo

sản

phẩm

rất

tốt

3.4.2 Xá c đin h hà m lươ ng hỉst am in của sán ph ẩm cá ng ừ đai dư ơn g

fill et kh ông và cổ bao gỏi bằ ng mà ng chi tos an ph ôi trô n ph u liêu tổí

Ưu :

Bảng3.12:Hàmlượnghistamintrongsảnphẩmcủacácmẫungh

MĐC (không bao gói bằng màng chitosan đem đi cấp

đông và bảo quản ở 10°c trong 45 ngày)

39

M] (bao gói bằng màng CG3 đem đi cấp đông và bảo

quản ở 10°c trong 45 ngày)

36

M2 (bao gói bằng màng CGB3-2 đem đi cấp đông và

bảo quản ở 10°c trong 45 ngày)

34

Nhìn

chungtheothờigianbảoquảndướitácđộngcủađiềukiệnchếbiến,

phươngphápcấpđông,thờigianbảoquảnvàchếđộbảoquản,hàmlượng

n sẽcóxuhướngtănglên.Cácđơngiảnnhấ

t đểkhôngchếsựpháttriể

n làkiểmsoátnhiệtđộtrongquátrìnhthumua,vận

chuyểnvàchếbiếnkhôngđượcvượtquá4°c.Đâylàmộtvấnđềkhó.Trong

luậnvănnày, tôithửnghiệmdùngmàngchitosanphôitrộngelatincóvàkhô

ngcóbổsungchấtkhángkhuẩnNatribenzoattôiưubaogóisảnphẩmcángừ

đạidươngthìthấysảnphẩmđượcbaogóibằngmàngnàyrồiđemđicấp

c sựpháttriểncủahistami

n sovớimẫuđôichứng.Tuy

nhiêncơchếcủanócầnđượcnghiêncứu

Mẫu cá ngừ đại dương không bao gói, chưa cấp đông MBĐ đem đi xác định các thành phần dinhdưỡng như hàm lượng các axit béo, hàm lượng axit amin được các kết quả sau:

Bảng 3.13: Hàm lượng lipid và axit béo trong mẫu cá ngừ đại dương M BĐ , Mđc, M),

khi cấp đông và bảo quản ở nhiệt độ -10°c EPA và DHA bị tổn thất rất nhiều Với mẫu không đượcbao gói bằng màng chitosan thì sau quá trình cấp đông và bảo quản ở nhiệt độ -10uc sau 45 ngày thìthấy hàm lượng EPA tổn thất 22,45% và DHA tổn thất 5,1% so với mẫu ban đầu Với 2 mẫu được baogói bằng 2 màng CG3 và CGB3-2 thì sau quá trình cấp đông và bảo quản ở nhiệt độ -10°c sau 45 ngàythì thấy hàm lượng EPA tổn thất tương ứng là 22,43%và 22,43% còn DHA tổn thất 4,56% và 3,85% sovới mẫu ban đầu Từ kết quả trên ta thấy rằng dùng màng chitosan phôi trộn phụ liệu bao gói cá ngừđại dương trước khi cấp đông cũng hạn chế được sự tổn thất lipid và axit béo nói chung và tổn thấtEPA và DHA nói riêng so với mẫu không được bao gói.

Bảng 3.14: Hàm lượng protein và axit amin trong mẫu cá ngừ đại dương MRĐ, Mđc,