Ưng dụng chitin, chitosan

ứng dụng chitin, chitosan trong thực phẩm. ứng dụng trong bảo quản Một số ứng dụng chính của chitin,chitosan,và dẫn xuất trong công nghệ thực phẩm QUY TRÌNH THU NHẬN, TÁCH CHIẾT, TINH SẠCH CHITIN, CHITOSAN TỪ VỎ TÔM (CUA)

CHÀO MỪNG THẦY VÀ CÁC BẠN ĐẾN VỚI BÀI THUYẾT TRÌNH CỦA

NHÓM 3

 Chất có hoạt tính sinh học: Là những phân tử sinh học không thiết yếu có mặt trong thực phẩm, xúc tác cho một hay nhiều quá trình trao đổi chất nhằm cải thiện sức khỏe con người.

 Quy tắc chung: (Thầy đã giảng, các bạn xem lại)

 Quy định liều lượng: (Thầy đã giảng, các bạn xem lại)

CHITIN- CHITOSAN

-LỊCH SỬ NGHIÊN

CỨU

-CẤU TẠO -SO SÁNH VỚI

XENLULOSE

-QUY TRÌNH -THUYẾT MINH QUY

TRÌNH

TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

-ĐH NHA TRANG -ĐH ĐÀ NẴNG

1 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU CHITIN CHITOSAN

 1821, Chitin được Henri Braconnot phát hiện đầu tiên

trong cặn dịch chiết từ một loại nấm Để ghi nhớ nguồn gốc của nó, ông đặt tên chất đó là “Fungine”

 Năm 1823 Odier phân lập được một chất từ bọ cánh cứng

mà ông gọi là chitin hay chiton, tiếng Hy lạp có nghĩa là

vỏ giáp Nhưng ông không phát hiện ra Nito có mặt trong

 1834, Children đã phát hiện ra sự có mặt của Nito

trong chitin

 1859, C Rouget phát hiện ra một hợp chất mới

khi đun nóng chitin trong dung dịch KOH đặc, có tính chất khác với chitin ông gọi là modifed - chitin

 1876, Ledderhose thủy phân vỏ tôm hùm bằng

dung dịch HCl và nhận được một muối Clorua của amin 6C Ông đề nghị cấu trúc: CHO

(CHOH)4.CH2NH2.HCl

 Từ những năm 1930 đến 1940 có rất

nhiều công trình nghiên cứu về chitin và chitosan, và Rammelberg đã xác định một cách chính xác nguồn gốc của chitin.

được xuất bản.

 1970 hàng loạt nghiên cứu về chitin và

chitosan được tiến hành với mục đích ban đầu là tận dụng nguồn phế liệu dồi dào từ việc chế biến thủy sản (vỏ tôm) gây ô nhiễm môi trường

 Tuy nhiên các nhà khoa học đã phát hiện ra,

chitin và các dẫn xuất của nó không chỉ giải

quyết vấn đề môi trường mà còn mở ra một triển vọng rất lớn trong việc ứng dụng chúng vào sản xuất

Tại trường ĐHNT, 2012 trở đi, các hội thảo, bài báo khoa học nghiên cứu về

chitin chitosan phát triển mạnh.

Các Thầy cô đi đầu trong nghiên cứu này là Thầy Trang Sĩ Trung và cô Phạm Thị Đan Phượng.

2 CẤU TẠO CHITIN, CHITOSAN

Chitin là một polysacharit có đạm bao gồm các gốc N-acetyl-D-glucosamin lên kết với nhau bằng liên kết 1,4- O- glycoside

CTPT: (C8H13NO5) n

Trong đó chứa 47,29%C ; 6,45%H ; 39,37%O và 6,89%N

Về cấu trúc hóa học: chitin cũng tương

tự cellulose ngoại trừ nhóm hydroxyl thứ 2 trên nguyên tử cacbon alpha trên phân tử cellulose được thay thế bằng

nhóm aceoaminde.

Phân bố:

Trong thiên nhiên nó phân bố rất rộng (vỏ xương của động vật không xương sống, trong móng chân, sừng, khớp xương của động vật có xương sống trong vỏ tế

bào thực vật đều có ít nhiều chi tin) Đặc biệt trong vỏ tôm, cua lượng chi tin rất cao, có tới 10-20% là nguyên liệu quan trọng trong sản xuất chitin

2-CTPT:(C 6 H 11 O 4 N) n

Là một loại bột không màu hoặc màu vàng nhạt có tính kiềm nhẹ, không hòa tan trong nước, cũng không hòa tan trong dung dịch có tính kiềm, hòa tan trong axit acetic loãng, làm thành

dung dịch nhờn, trong suốt.

Chitosan có nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp, y dược và bảo vệ môi trường

Trong y dược: từ chitosan vỏ tôm, cua có thể sản xuất Glucosamin – một dược chất quý đang phải nhập khẩu ở nước ta để sản xuất dạng dược phẩm tương tự có tên Glusivac (dùng trong điều trị bệnh khớp và giảm béo)

Ngoài ra còn sản xuất các loại dược liệu khác

nhau như chỉ phẫu thuật tự hoại,

choto-oligosaccharite, da nhân tạo, … cũng được nghiên cứu sản xuất từ chitin – chitosan

3 Sự khác nhau giữa chitin, chitosan và cellulose

Qua cấu trúc của chitin và chitosan ta thấy chitin chỉ

có 1 nhóm chức hoạt động là OH (H ở nhóm

hidroxyl bậc 1 linh động hơn H ở nhóm hidroxyl bậc

2 trong vòng 6 cạnh)

Còn chitosan có 2 nhóm chức hoạt động là NH2 và OH) do đó dễ dàng tham gia phản ứng hóa học hơn chitin

Cellulose không có sự có mặt của nito

=>Trong thực tế các mạch chitin-chitosan đan xen

nhau,vì vậy tạo ra nhiều sản phẩm đồng thời,việc

tách và phân tích chúng vì thế vô cùng phức tạp

II THU NHẬN, TÁCH CHIẾT, TINH SẠCH CHITIN, CHITOSAN TỪ VỎ TÔM (CUA)

Những nội dung chính cần nắm:

1 Nguyên t c: ắ

Dùng PP hóa h c kh đi các t p ch t ọ ử ạ ấ cacbonatcanxi,

protit, d u m , s c t ta ầ ỡ ắ ố thu đ ượ c chitin có màu tr ng ắ

không hòa tan trong n ướ c, ki m, axit loãng và các dung môi ề

h u c nh ete, r ữ ơ ư ượ u….

Chitin đun nóng trong HCl đ m đ c thì th y phân thành ậ ặ ủ glucosamin: 85.5% d-glucosamin và 22,5% axit acetic

Chitin đun nóng trong ki m đ c, kh g c axetyl thu ề ặ ử ố

đ ượ c chitosan

Chitosan ph n ng v i axit đ m đ c, ả ứ ớ ậ ặ sinh thành kh i mu i khó tan, tác d ng ố ố ụ

v i iot và axit sunfuric thành ph n ng ớ ả ứ

màu tím có th dùng trong phân tích đ nh ể ị tính chitosan

Cơ sở kỹ thuật sản xuất

chitosan:

Vỏ tôm cua dùng làm nguyên liệu sản xuất

chitosan ngoài thành phần chitin ra còn có các protite chất béo, cacbonate canxi, sắc tố,

2 QUY TRÌNH THU NHẬN, TÁCH CHIẾT, TINH SẠCH CHITIN, CHITOSAN TỪ VỎ TÔM (CUA)

Na2S2O3Xút đặc

Gi i thích quy trình: ả

Gi i thích quy trình: ả

1 Xử lý nguyên liệu: Xử lý nguyên liệu

 Tôm cua nguyên liệu còn tươi (nếu tôm cua

đã thối rữa thì chất lượng của chitin rất kém)

dùng nước rửa sạch, nếu nguyên liệu không thể tiến hành chế biến ngay thì cần phải rửa sạch phơi để bảo quản.

 Trong quá trình ngâm thường xuyên khuấy, phát hiện thấy nguyên liệu chưa mềm mà

không thấy bọt nổi lên thì chứng tỏ acid không

đủ, nên cho thêm vào

 Lúc nguyên liệu đã mềm, bọt không nổi lên nữa thì quá trình ngâm acid có thể kết thúc,

thời gian tùy vào nguyên liệu mà quyết định

 Ngâm xong vớt ra dùng nước để khử sạch acid

3 Nấu xút

Sau khi ngâm acid vỏ tôm có màu đỏ, thành phần chủ yếu là protid, chitin, và một ít chất béo.

Để loại bỏ protid và chất béo thì phải nấu sôi với xút có nồng độ 8-10%

Trong quá tình nấu, protid bị xút phân giải, chất béo bị xà phòng hóa và hòa tan trong dung dịch xút, ngoài ra một phần sắc tố cũng

bị phá hoại

Thời gian dài ngắn tùy theo nguyên liệu thường thì 2h.

1-Nguyên liệu sau nấu sôi với xút mềm lại và màu sắc

nhạt hơn, vớt ra dùng nước rửa sạch xút (để rút ngắn thời gian rửa và tiết kiệm nước nên cho vào một ít acid loãng

để trung hòa bớt xút)

4 Oxh t y màu ẩ

 Sắc tố chủ yếu trong vỏ tôm cua là astacin

 Người ta dùng KMnO4để tẩy màu, khuyết điểm lớn nhất của

nó là thành phẩm vẫn có màu vàng nhạt

 Nguyên nhân: do MNO2 tồn tại mà Mn4+ tồn tại là do trong quá trình Oxh khử, KMnO4 không khử hết được hoặc Mn 2+ bị không khí Oxh, đặc biệt là trong điều kiện acid không đủ do đó

sự tồn tại của acid và bước rửa sau lúc oxh có ý nghĩa quan

trọng trong vấn đề đảm bảo chất lượng.

Quá trình làm: Vỏ tôm cua sau khi nấu xút đem rửa sạch, ép khô, rồi cho dung dịch acid 3-5%, có nồng độ 1% KMnO4,

ngâm từ 1-2h Sau đó vớt ra dùng nước rửa sạch KMnO4 Nếu yêu cầu về màu sắc không cao thì có thể giảm bước này Thực nghiệm chứng minh: sản phẩm như thế thì màu sắc tương đối đậm, nhưng những tính năng khác thì không có thay đổi gì

5 Khử

Nguyên liệu sau khi xử ký bằng KMnO4 thì tiến hành khử mới loại bỏ hết màu tím của KMnO4 Chất khử có thể dùng acid oxalic, Na2S2O3, thường dùng Na2S2O3

nồng độ 1,5% Trong quá trình khử phải luôn luôn khuấy

để màu bay được đều đặn, khử cho đến lúc màu tím của KMnO4 mất hết thì thôi, thời gian từ 5-10 phút, vớt ra

làm khô ta được bán thành phẩm chitin.

Như trên đã nói chitin qua bước xử lý bằng xút đậm đặc 40%

Tẩy gốc axetyl ta được chitosan Nhiệt độ lúc xử lý với xút có

ảnh hưởng rất lớn đến màu sắc của thành phẩm

Từ kết quả của bảng trên ta thấy rằng nhiệt độ

nấu dưới 30oC thì màu sắc đẹp, thời gian quá dài, nhiệt độ nấu tăng lên 100oC thì chỉ cần 3h màu sắc kém Do đó, trong sản xuất, nếu muốn sản

phẩm có màu sắc đẹp thì nên nấu ở nhiệt độ thấp, nếu yêu cầu về màu sắc không cao thì có thể nấu

ở nhiệt độ cao hơn Nói chung trong sản xuất,

nấu ở nhiệt độ 60-80oC thì thời gian 20-24h

Phương pháp kiểm nghiệm gốc axetyl:

 Lấy một miếng chitin đem rửa sạch xút rồi cho vào dung dịch acid axetyl (3-5%), nếu hòa tan thì gốc axetyl đã bị khử hết Chitin sau khi đã tẩy hết gốc axetyl thì vớt ra, dùng nước rửa sạch xút, làm khô ta được chitosan.

 Nếu muốn chế thành bột thì đem chitosan hòa vào acid acetic 2-5%, lọc bỏ tạp chất rồi cho kiềm lỏng vào dung dịch kiềm nhẹ, lúc đó chitosan kết tủa lắng xuống, phân ly, dùng nước rửa sạch, làm khô ta được chitosan dạng bột.

III/ ỨNG DỤNG CHITIN, CHITOSAN TRONG THỰC PHẨM

 Trong công nghiệp: từ chitosan có thể chế tạo nhiều sản phẩm có giá trị cao như:

 Vải chitosan có khả năng diệt khuẩn.

 Mực in ấn có độ bám dính cao.

 Sản xuất sơn chống thấm và chống mốc

 Trong nông nghiệp: chitosan được sử dụng

để bảo quản quả, hạt mang lại hiệu quả cao (thời gian bảo quản gấp 3 lần)

Trong CNMT: chitosan được dùng trong xử

lý nước thải công nghiệp rất hiệu quả:

 Xử lý nước thải nhuộm vải.

 Xử lý nước đầm hồ.

Trong CNSH:dùng làm chất mang cố định enzyme và cố định tế bào.

Trong CNTP: chitin,đặc biệt là chitosan

là những hợp chất polyme tự nhiên an toàn có:

ỨD làm chất keo tụ tạo bông để làm trong trong công nghệ sản xuất nước quả.

Một số ứng dụng chính của

chitin,chitosan,và dẫn xuất trong công nghệ thực phẩm được trình bày ở bảng

dưới đây:

Ứng dụng Đối tượng Loại Dạng

chống oxy hóa trong bảo

quản,chế biến thịt,cá,đậu

phụ,bánh mì.

Dâu Chitosan Dung dịch Vải Chitosan Dung dịch Nhãn Chitosan Dung dịch

Na Chitosan Dung dịch Xoài,thanh long,cà

rốt cắt lát Chitosan Dung dịchRau diếp Chitosan Dung dịch Thịt bò tẩm gia vị Chitosan Dung dịch Xúc xích heo Chitosan Màng Xúc xích gà surimi oligoglucosa

Cá Chitosan Dung dịch Mực một nắng Chitosan Dung dịch Trứng gà Chitosan Dung dịch Nước táo ép Chitosan Dung dịch Đậu phụ Chitosan Dung dịch Bánh mì Chitosan Dung dịch

Chitosan là chất trợ

lắng,làm trong trong công

nghệ sản xuất nước quả và

rượu.

Nước táo,nước vải,nước cà chua,rượu

Chitosan Dung dịch

Chitosan có khả năng tạo màng rất tốt (màng bán

thấm),do đó làm thay đổi thành phần các chất khí

trong môi trường bảo quản.

=> Ứng dụng màng chitosan làm màng bao: tạo ra rào cản hạn chế sự cung cấp oxy trên bề mặt rau quả

và hàm lượng CO2 bên trong màng tăng lên => quá trình hô hấp của rau quả bị ức chế,hạn chế biến nâu rau quả

nấm=> sự hư hỏng của rau quả do vsv sẽ giảm đi.

1 Ứng dụng chitosan trong tạo màng,chống biến nâu,mất nước,kháng nấm,bảo quản trái cây, rau:

Ứng dụng trong bảo quả các loại rau quả như

vải,dâu,xoài,chuối,táo,cà rốt

Bưởi bảo quản bằng màng

chitosan sau 2 tháng

Chuối mau bị mốc khi bảo

quản bằng cách thông thường Chuối tươi lâu nhờ sử dụng chế phẩm sinh học chitosan để bảo quản

Trái cây được bảo quản bằng màng chitosan

Sử dụng chitosan 2% có hiệu quả tốt nhất để kiểm soát sự biến nâu, kéo dài thời gian bảo quản của vãi, nhãn ở 2oC, độ ẩm 90-95%:

Chitosan(%)

53,6 Sau bảo quản

 Đối với 1 số loại quả có vỏ mềm như dâu, hồng, cà chua, để tăng độ cứ của vỏ trong

bảo quản, chitosan được bổ sung với canxi trong tạo màng

 Đối với dâu, pha dung dịch:chitosan

2%/canxi gluconat 5% và nhúng dâu vào,

sau đó bảo quản ở 20 độ C, độ ẩm 88% đạt chất lượng tốt trong 3 tuần

Để tăng khả năng cách ẩm của chitosan, thường

phối trộn dd chitosan với 5% canxi gluconat hoặc 0,2% vitamin E

 Muối canxi làm tăng tương tác ion giữa các phân

tử với các ion khoảng tạo ra các lớp liên kết làm

giảm sựu khuếch tán ẩm qua mang

 Vitamin E là một chất có tính kị nước nên khi

thâm vào màng sẽ làm tăng trở lực của màng làm giảm sự truyền ẩm

o Cần lựa chọn chitosan có độ deacetyl và

phân tử lượng phù hợp trong bảo quản vì

chúng có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả bảo quản

o Chitosan còn có hiệu quả trong bảo

quản quả cắt lát như thanh

long,chuối,xoài,cà rốt thanh long cắt lát có thể bảo quản trong 7 ngày ở 8 độ

C sau khi nhúng chitosan 1%

 Ngoài yếu tố độ deacetyl và phân tử lượng của

chitosan, nồng độ chitosan sử dụng để tạo màng,

dung môi sử dụng để hòa tan chitosan và đặc điểm từng loại rau quả đóng vai trò rất quan trọng trong việc áp dụng thành công chitosan trong bảo quản

rau quả

=>Vì vậy, tùy theo từng loại rau quả, mục đích bảo quản mà chọn loại chitosan và chế độ bảo quản khác nhau cho phù hợp

Thịt và các sản phẩm từ thịt rất dễ bị hư hỏng do vi

sinh vật và quá trình oxi hóa lipit do đó các chất bảo

quản thịt cần phải có cả 2 dặc tính kháng khuẩn và

chống oxi hóa lipid.

2 Ứng dụng chitosan trong kháng khuẩn, kháng nấm, chống oxi hóa, chống hao hụt trọng lượng trong bảo quản và chế biến thịt, cá, đậu phụ,

bánh mì

Chitosan có tính kháng khuẩn và hạn chế quá trình oxi hóa lipid nên được dùng để bảo quản thịt nhằm hạn chế quá trình hư hỏng của thịt đặc biệt chitosan rất phù hợp trong việc ứng dụng để bảo quản các sản phẩm khô, sản phẩm ăn liền.

Đối với thủy sản khô khi được nhúng chitosan 2%

trong acetic acid 1,5%, làm khô ở 30 o C thì có thể bảo

quản tốt ở nhiệt độ thường Ở độ ẩm 26-30%, cá có

màng bao chtosan có thể bảo quản trên 130 ngày gấp 1,5 lần so với mẫu đối chứng (83 ngày).

Do có tính chất kháng khuẩn và tạo gel nên

chitosan cũng được ứng dụng trong quá trình sản xuất đậu phụ để kéo dài thời gian sử dụng hơn 3 ngày so với đậu phụ sử dụng CaCl2 , bổ sung

chitosan 2% tăng độ bền gel của đậu phụ

Ngoài ra chitosan cũng được ứng dụng trong sản xuất bánh mì nhờ khả năng kháng nấm và tạo

màng bao chống mất nước

Bánh mì bao với chitosan 1% ngăn cản

sự truyền ẩm qua bề mặt bánh mì nên tổn thát khối lượng giảm, mềm mại

hơn và sự thoái hóa tinh bột chậm hơn

so với các mẫu khác trong 36h ở 25oC.

=>Thời gian sử dụng bánh mì tăng lên 24h so với bánh mì không bao là 12h

Đối với trứng được ứng dụng khá phổ biến.

Chitosan 1% và 2% trong cid axetic trong bảo quản trứng sau 5 tuần ở 25 o C, trứng có chỉ số chất lượng tốt hơn so với mẫu đối chứng.

Trứng có thể bảo quản bằng chitosan 3% có phối hợp với 0,25ml glycerol/g chitosan giữ được trứng tươi ít nhất 2 tuần ở 25 o C

Tương tự trứng bao bằng chitosan hòa tan trong acid axetic có 2% glycerol hạn chế đáng kể tổn

thất khối lượng và kéo dài thời gian bảo quản hơn

Ở nhiệt độ thường, trứng gà tươi bọc màng chitosan nồng độ 1,5% có bổ sung 0,05% Sodium Benzoate

hoặc 1% Sorbitol có khả năng duy trì hạng chất lượng

ở mức A đến 15-20 ngày sau khi đẻ

Trong công nghệ sản xuất nước quả:hiện

tượng nước quả bị đục là do ảnh hưởng

của hợp chất phenol chất keo và các chất

lơ lửng

Chitosan là một chất keo tụ, tạo bông làm

trong rất tốt nên được ứng dụng khá nhiều

trong công nghệ sản xuất nước quả.

3 Ứng dụng chitosan làm chất keo tụ tạo bông để làm trong trong công nghệ sản xuất nước quả.

•Chitosan (0,8 kg/m3) có thể làm giảm độ đục của nước táo ép xuống nhiều lần, thậm chí xuống 0, kết quả làm tăng độ trong của nước ép táo lên rất nhiều lần so với

dùng một số chất khác làm tác nhân trợ lắng, ổn định độ

trong của nước quả.

•Chitosan có ái lực tốt đối với các hợp chất polyphenol

như cetachin, cinnamic acid….

do nấm mốc gây ra trong nước táo (pH 3,4)

•Chitosan glutamat (DD= 75-85% ) với nồng độ từ

0,1-5g/l đã ức chế sự phát triển của tất cả nấm mốc trong

nước táo.