Tiểu luận môn hóa sinh thực phẩm tìm hiểu về tính chất tạo màng của thực phẩm

c Acid amin mang điện tíchTính chất của màng phụ thuộc vào các đặc tính của Protein, các acid amin cấu tạo, kích cỡ phân tử, hình dạng các chất…Màng protein có thể được hình thành từ: 3.

14084031 Nguyễn Anh Huy

14072091 Nguyễn Thùy Dung

14051641 Nguyễn Lê Việt Hùng

I THÀNH PHẦN CỦA MÀNG TRONG THỰC PHẨM

 Giới thiệu:

Các loại màng trong thực phẩm có vai trò rất quan trọng và được chú ý trong những năm gần đây vì chúng đem lại những lợi ích, bao gồm cả việc chúng được sử dụng như những bao bì cho vật ăn được, hơn là màng tổng hợp Đặc biệt, tính chất tạo màng từ các chất căn bản protein, glucid, lipid được ứng dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm Các loại màng có thể sử dụng cho bao bì thực phẩm đặc biệt là các sản phẩm hiện nay, chẳng hạn như thịt tươi, đồ ăn sẵn, sản phẩm bơ sữa , đồ uống, hoa quả và rau tươi, đồ ăn nhẹ, sản phẩm đông lạnh, sản phẩm khô,…Ngoài ra, các loại màng được ứng dụng trong nhiều loại thực phẩm không có nhiều lớp không đồng nhất ví dụ như bánh, kẹo Hơn nữa, các loại màng có thể ăn được có thể hoạt động như một chất mang kháng khuẩn và chất chống oxi hóa đang được nghiên cứu

Nội dung dưới đây trình bày các vấn đề xoay quanh tính chất tạo màng của thực phẩm vàcác yếu tố tác động cũng như ứng dụng tiềm năng của màng

2 Bản chất tạo màng

Tạo màng là kết quả của quá trình tương tác giữa các chuỗi protein thông qua các tương tác điện, liên kết hydro, lực liên kết vander waals, liên kết cộng hóa trị, cầu nối disulfua… Protein có khả năng tạo màng khi thành phần của nó có chứa các acid amin sau đây:

(a) Acid amin không phân cực

(b) Acid amin phân cực

(c) Acid amin mang điện tích

Tính chất của màng phụ thuộc vào các đặc tính của Protein, các acid amin cấu tạo, kích cỡ phân tử, hình dạng các chất…Màng protein có thể được hình thành từ:

3 Tính chất tạo màng

3.1 Màng Casein

Protein sữa có thể được phân thành hai loại: casein và whey protein Casein bao gồm bathành phần chính, Casein ^s, Casein β và Casein κ cùng nhau tạo thành các mixen keo trongsữa, chứa một số lượng lớn các phân tử casein và được ổn định bằng một cầu calciumphosphate (Kinsella, 1984)

Các phân tử casein có một cấu trúc thứ cấp ít được xác định, thay cho một cấu trúc xoắnngẫu nhiên mở Casein, trong đó bao gồm 80% protein sữa, kết tủa khi sữa tách kem đượcaxit hóa đến điểm đẳng điện casein (Dalgleish, 1989)

Sự axit hóa có khả năng hòa tan các phosphate canxi, do đó giải phóng các phân tử caseinriêng lẻ, chúng kết hợp để tạo thành axit hòa tan casein Các casein axit có thể được chuyểnđổi sang các muối của casein hòa tan bằng cách trung hòa bởi chất kiềm Tương tác trongdung dịch tạo màng có thể bao gồm kỵ nước, ion, và liên kết hydro (Avena-Bustillos &Krochta, 1993).

Màng caseinate trong suốt và linh hoạt, nhưng có đặc tính ngăn cản sự thoát nước kém Ởđiều kiện thử nghiệm so sánh, màng caseinate ngăn cản nước tương tự như màng gluten lúa

mì và màng protein đậu nành nhưng ngăn cản độ ẩm kém hơn so với màng zein ngô

Casein đã được nghiên cứu để hình thành màng độc lập và lớp phủ trên các sản phẩmthực phẩm Màng nhiều lớp casein bảo vệ trái cây và các loại rau khô hấp thụ độ ẩm và oxyhóa Hệ caseinate - lipid đã thành công trong việc giảm mất nước từ cà rốt gọt vỏ vàzucchini (Avena-Bustillos et al., 1993)

3.2 Màng Collagen

Collagen là protein xơ đệm, chiết xuất từ mô liên kết, dây chằng, da, xương và hệ thốngmạch máu Collagen có nhiều loại khác nhau Mỗi loại có trình tự axit amin riêng , nhưngtất cả đều chứa một lượng đáng kể các cấu trúc xoắn ba

Do đặc tính sinh học và lợi ích của nó, collagen được sử dụng rộng rãi như là một vậtliệu sinh học Collagen có những đặc điểm như một vật liệu sinh học khác biệt với những

Chú thích : A: d ưới-micelle i-micelle

B : chu i b m t ỗi bề mặt ề mặt ặt C: Phosphat canxi D: – κ – casein E: nhóm phosphat.

Cấu tạo một micelle casein

polymer tổng hợp Collagen được sử dụng sản xuất màng protein ăn được thương mại thànhcông nhất

Việc sử dụng màng collagen có một số lợi thế: nó tương thích sinh học và không độc hạicho hầu hết các mô; nó có đủ tài liệu về kết cấu, vật lý, hóa học, và các đặc tính miễn dịch;

nó có thể được chế biến bằng nhiều hình thức; và nó là dễ chiết xuất và tinh chế với sốlượng lớn

Việc sản xuất của màng collagen từ da động vật có thể được thực hiện bằng cách sử dụngmột quá trình khô hoặc ướt với một số điểm tương đồng Chúng bao gồm:

(a) xử lý kiềm để loại bỏ lông và tách collagen từ carbohydrate và protein khác;

(b) sự trương nở axit và đồng nhất để tạo thành khoảng 4.5% gel ẩm (phương pháp ướt)hoặc ~ 10% bột gel ẩm (quá trình khô);

(c) đùn thành một ống;

(d) trung hòa ống ép đùn, rửa ống muối, xử lý ống bằng chất làm dẻo và các mối liên kếtchéo và làm khô đến độ ẩm 12-14% (theo thứ tự phụ thuộc vào việc các quá trình ướt haykhô được sử dụng) (Hood, 1988)

3.3 Màng Gluten (lúa mì)

Gluten lúa mì là một protein không hòa tan của bột mì trong đó bao gồm một hỗn hợpcủa các phân tử polypeptide và là protein hình cầu Sự cố kết và độ đàn hồi của gluten tạotính toàn vẹn cho bột mì và tạo điều kiện hình thành màng

Gluten lúa mì bao gồm hai nhóm chính của các protein không hòa tan: gliadins, bao gồmprotein trọng lượng phân tử thấp; và glutenins chứa protein trọng lượng phân tử cao Màng

từ glutenins chắc chắn hơn và có đặc tính chống thấm tốt hơn so với những màng từ gliadinshoặc gluten Màng gliadin thể hiện tính chất quang học tốt hơn nhưng khả năng chịu nướclại kém hơn

Mặc dù không hòa tan trong nước tự nhiên, gluten lúa mì hòa tan trong dung dịch nướccủa pH cao hay thấp ở cường độ ion thấp (Krull & Inglett, 1971) Màng gluten lúa mì có thểphân hủy sinh học hoàn toàn sau 36 ngày trong quá trình lên men hiếu khí và trong vòng 50ngày trong đất đất nông nghiệp mà không sinh các sản phẩm độc hại (Domenek et al.,2004)

Ngoài ra, độ tinh khiết của gluten lúa mì cũng ảnh hưởng đến sự hình thành của màng vàtính chất cơ học; gluten tinh khiết hơn trong màng thì màng càng chắc chắn hơn và rõ rànghơn Màng gluten lúa mì là màng ngăn oxy hiệu quả, nhưng ngăn hơi nước kém Tính chốngthấm hơi nước kém của màng gluten lúa mì là do bản chất ưa nước của protein

3.4 Màng protein đậu nành

Hàm lượng protein của đậu nành (38-44%) cao hơn nhiều so với hàm lượng protein tronghạt ngũ cốc (8-15%) Protein đậu nành bao gồm cả chuỗi phân cực và không phân cực Có

những tương tác nội và ngoại phân tử mạnh, như liên kết hydro, các tương tác lưỡng cực,điện tích và kỵ nước Các tương tác phân cực và điện tích mạnh giữa chuỗi mạch bên củacác phân tử protein đậu nành hạn chế luân chuyển phân đoạn và tính di động phân tử, làmtăng độ cứng, điểm hiệu suất và độ bền kéo của màng protein đậu nành (Zhang et al., 2001).Protein đậu nành rất phong phú, không tốn kém, phân hủy sinh học và giá trị dinh dưỡngcao, nó cho thấy tiềm năng được phát triển như là màng ăn được và phân hủy sinh học.Màng protein đậu nành còn có đặc tính ngăn cản khí ẩm thấp do tính ưa nước của nó

Sự hình thành của màng từ protein đậu nành đã được mô tả như là một quá trình haibước:

(a) dung dịch tạo màng được làm nóng, phá vỡ các cấu trúc protein, liên kết gốc disulfide

bị tách ra và các nhóm sulfhydryl và nhóm kỵ nước lộ ra ngoài;

(b) sự hình thành của liên kết disulfide, kỵ nước và hydrogen mới Các protein gấp liênkết thông qua tương tác giữa các phân tử, chẳng hạn như liên kết disulfide và các tương tác

kỵ nước, dẫn đến sự hình thành của một mạng lưới xảy ra trong quá trình làm khô

3.5 Màng Zein (protein từ ngô)

Zein là protein quan trọng nhất trong ngô Nó là một protein prolamin và do đó hòa tantrong 70-80% ethanol (Dickey & Parris, 2002) Zein tương đối kỵ nước và nhiệt Bản chất

kỵ nước của zein là do trong thành phần của nó chứa nhiều các axit amin không phân cực(Shukla & Cheryan, 2001)

Các màng được tạo từ một loại protein hòa tan trong rượu như zein, có đặc tính chốngthấm khí tương đối cao so với các protein khác Zein là màng hoàn hảo về tính chất và cóthể được sử dụng để chế tạo các màng phân hủy sinh học Màng zein được hình thành thôngqua sự phát triển của của tương tác kỵ nước và giảm cầu nối disulfide giữa các chuỗi zein(Guilbert, 1986) Sự hình thành của màng zein ngô được cho là liên quan đến sự phát triểncủa tương tác kỵ nước và hạn chế cầu nối disulfide giữa các chuỗi zein trong chất nền màng(Gennadios et al., 1994) Màng zein có khả năng chống thấm nước tương đối tốt so vớinhững màng ăn được khác (Guilbert, 1986)

Màng zein không hòa tan trong nước có độ pH trung tính, nó có độ thẩm thấu hơi nướccao so với các polyme tổng hợp điển hình

4 Yếu tố ảnh hưởng đến tính chất tạo màng

4.1 Loại nguyên liệu ban đầu

Trong dung dịch dùng để tạo màng nguyên liệu được phân loại Theo đặc tính hòa tancủa nó, chúng được phân thành hai loại: nhóm ưa nước và nhóm kỵ nước Nhóm ưa nướcnhư protein đậu nành, whey protein, protein cá hòa tan trong nước và protein đậu xanh tan

trong nước Nhóm kỵ nước như zein của ngô là không tan trong nước nhưng chúng tantrong chất lỏng không phân cực như rượu Sự khác biệt về đặc tính hòa tan của các nguyênliệu ảnh hưởng đến năng lượng cần thiết để thu được màng protein khô và sử dụng nó trêncác loại thực phẩm

4.3 pH

pH đóng một vai trò quan trọng trong các màng protein được làm từ nguyên liệu proteinhòa tan trong nước, chẳng hạn như tách chiết protein đậu nành; whey protein, nhưng khảnăng hòa tan của các protein phụ thuộc vào điểm đẳng điện của chúng (pI) Trong quá trìnhphân ly của các chất đại phân tử, các lực liên kết chặt chẽ giữa các phân tử chất tan bị trunghòa bởi các phân tử dung môi (Banker, 1966) Khả năng hòa tan protein tối đa thu được tại

pH điểm đẳng điện của nó (pI) Tuy nhiên, để sản xuất một màng ăn được tại pH khắcnghiệt, thuộc tính cảm quan cũng phải được xem xét cùng với các tính chất màng khác

ẩm tương đối thấp cũng có thể được sử dụng để tạo thành màng ở nhiệt độ thấp

4.5 Nồng độ của dung dịch tạo màng

Nồng độ các chất trong dung dịch tạo màng ảnh hưởng đến tính tự dính của các polymercao phân tử và tỷ lệ của chúng tạo thành màng chế phẩm Bên cạnh đó, nồng độ proteintrong lớp dung dịch cũng có thể ảnh hưởng đến sự hình thành của màng protein Ở nồng độprotein thấp hơn có ít sự tương tác giữa protein-protein, trong khi ở nồng độ protein cao hơnthì chúng tự khuếch tán Ở nồng độ tối ưu, với độ nhớt trung gian có thể thu được liên kếtbền vững giữa các phân tử cao nhất Tuy nhiên, nồng độ tối ưu của mỗi màng protein đòi

hỏi khác nhau Việc sản xuất màng từ whey protein đòi hỏi nồng độ protein tương đối cao(> 8%) để hình thành cầu nối S-S trong trong màng protein (Sothornvit và Krochta, 2001).Trong khi đó, những màng được sản xuất từ protein cá với nồng độ 1,5-2% cho thấy màngvững chắc hơn ở các nồng độ khác

sự thay đổi đặc tính Điều này được cho là do sự trương phồng các chuỗi polymer với nước,cho phép tương tác hóa học diễn ra giữa các axit amin và chất khí Hàm lượng nước tăng lêntrong màng là kết quả của việc thúc đẩy mối quan hệ giữa chất khí và bộ khung protein, dẫnđến giá trị hấp phụ vượt trội tại độ ẩm tương đối cao

4.7 Chất bổ sung vào màng

Các vật liệu khác nhau có thể được đưa vào màng protein gây ảnh hưởng đến các tínhchất cơ học, bảo quản, cảm quan, hoặc dinh dưỡng Chất làm dẻo là chất phụ gia chứa mộtlớp chất quan trọng có khối lượng phân tử hợp chất không bay hơi thấp được sử dụng rộngrãi trong các ngành công nghiệp polymer Trong thực tế việc bổ sung một chất làm dẻo chomàng protein để sản xuất màng mà ít có khả năng phá vỡ màng; trở nên linh hoạt hơn vàbền vững hơn Việc bổ sung ngày càng tăng các chất làm dẻo kỵ nước đã làm giảm đáng kể

độ bền kéo Về tính thấm hơi nước, nó đã được xác định rằng việc sử dụng các chất hoá dẻo

kỵ nước giảm nhẹ

5 Ứng dụng của màng Protein trong thực phẩm

 Gliadin và glutenin tạo ra cấu trúc xốp cho ruột bánh mì Casein tạo cấu trúc chophomai và màng gelatin tạo ra mành mỏng

 Có thể thu được các mành mỏng lipoprotein tự hình thành trên bề mặt sữa đậu nành để

ở 95°C trong vài giờ Màng này có thể được sử dụng làm tàu hủ ky

Chitosan là một dạng chitin đã bị khử axetyl, nhưng không giống chitin nó lại tan đượctrong dung dịch axit Ở Việt Nam, Chitosan được sản xuất từ vỏ tôm, cua,… đã được sửdụng thay hàn the trong sản xuất bánh cuốn, bánh su sê

Cấu trúc hóa học của chitin gần giống với xenluloza Cả chitin và chitosan đều có nhiềuứng dụng trong công nghiệp và cuộc sống, đặc biệt là trong chế biến và bảo quản thựcphẩm

 Đặc tính:

- Là polysacharide có đạm không độc hại, có khối lượng phân tử lớn

- Là một chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy, có thể xay nhỏ theo các kích cỡ khác nhau

- Chitosan có màu trắng hay vàng nhạt, không mùi vị

- Không tan trong nước, dung dịch kiềm và axit đậm đặc nhưng tan trong axit loãng (pH6),tạo dung dịch keo trong, có khả năng tạo màng tốt, nhiệt độ nóng chảy 309 - 311oC

2.1.1 Tính chất tạo màng

 Theo phương pháp hóa học:

 Theo phương pháp công nghiệp:

- Chitosan được nghiền nhỏ bằng máy để gia tăng bề mặt tiếp xúc.

- Pha dung dịch chitosan 3% trong dung dịch axit axetic 1,5%

- Sau đó bổ sung chất phụ gia PEG - EG 10% (tỷ lệ 1:1) vào và trộn đều, để yên một lúc đểloại bọt khí

- Sau đó đem hỗn hợp thu được quét đều lên một ống inox đã được nung nóng ở nhiệt độ64-65 oC (ống inox được nâng nhiệt bằng hơi nước)

- Để khô màng trong vòng 35 phút rồi tách màng

- Lúc này người ta thu được một vỏ bóng có mầu vàng ngà, không mùi vị, đó là lớp màngchitosan có những tính năng mới ưu việt

 Tác dụng của màng Chitosan:

- Phân huỷ sinh học dễ hơn chitin

- Chitosan và các dẫn xuất của chúng đều có tính kháng khuẩn, như ức chế hoạt động củamột số loại vi khuẩn như E.Coli, diệt được một số loại nấm hại dâu tây, cà rốt, đậu và có tácdụng tốt trong bảo quản các loại rau quả có vỏ cứng bên ngoài

- Khi dùng màng chitosan, dễ dàng điều chỉnh độ ẩm, độ thoáng không khí cho thực phẩm(Nếu dùng bao gói bằng PE thì mức cung cấp oxy bị hạn chế, nước sẽ bị ngưng đọng tạomôi trường cho nấm mốc phát triển)

- Màng chitosan cũng khá dai, khó xé rách, có độ bền tương đương với một số chất dẻo vẫnđược dùng làm bao gói

- Màng chitosan làm chậm lại quá trình bị thâm của rau quả Rau quả sau khi thu hoạch sẽdần dần bị thâm, làm giảm chất lượng và giá trị Rau quả bị thâm là do quá trình lên men tạo

ra các sản phẩm polyme hóa của oquinon Nhờ bao gói bằng màng chitosan mà ức chế đượchoạt tính oxy hóa của các polyphenol, làm thành phần của anthocyamin, flavonoid và tổnglượng các hợp chất phenol ít biến đổi, giữ cho rau quả tươi lâu hơn

2.1.2 Ứng dụng của Chitosan

Trong thực tế người ta đã dùng màng chitosan để đựng và bảo quản các loại rau quả nhưđào, dưa chuột, đậu, quả kiwi v.v

- Màu hơi vàng, màu nâu vàng nhạt hay màu trắng.

- Dạng bột thô, bột mịn và gần như không mùi

- Không tan trong ethanol, tan trong nước ở nhiệt độ khoảng 80oC tạo thành một dung dịchsệt hay dung dịch màu trắng đục có tính chảy; phân tán dễ dàng trong nước hơn nếu ban đầuđược làm ẩm với cồn, glycerol, hay dung dịch bão hòa glucose và sucrose trong nước

- Độ nhớt của dung dịch tùy thuộc vào loại carrageenan, khối lượng phân tử, nhiệt độ, cácion có mặt và hàm lượng carrageenan

- Cũng như những polymer mạch thẳng có mang điện tích khác, độ nhớt tỉ lệ thuận với hàmlượng

- Carrageenan có khả năng tương tác với nhiều loại gum đặc biệt là locust bean gum, trong

đó tùy thuộc vào hàm lượng nó sẽ có tác dụng làm tăng độ nhớt, độ bền gel và độ đàn hồicủa gel

- Hàm lượng cao carrageenan làm tăng độ bền gel của guar gum nhưng ở hàm lượng thấp,

Trong công nghiệp sữa :

-Carrageenan có khả năng liên kết với protein của sữa, làm cho hạt nhũ tương sữa – nướcbền vững, không bị phân lớp - Quá trình tạo gel : do liên kết giữa các ion sulfat với các đuôimang điện của các phân tử protein và các cation Ca2+, K+ có mặt trong sữa.Mức độ tạogel : Kappa, Iota không tan trong sữa lạnh, Lambda tan trong sữa lạnh nên Lambda được sửdụng nhiều hơn

-Tham gia như một chất tạo đông đối với một số sản phẩm như: kem, sữa, bơ, pho mát Tạocấu trúc gel trong các sản phẩm mứt trái cây

-Bổ sung vào bia, rượu, dấm làm tăng độ

-Trong Trong sản xuất bánh mì, bánh bicquy, bánh bông lan…carrageenan tạo cho sảnphẩm có cấu trúc mềm xốp Bổ sung vào chocolate để làm tăng độ đồng nhất, độ đặc nhấtđịnh

Trong các ngành khác :

-Chất nhũ hóa trong ngành dược phẩm để sản xuất các loại sản phẩm như: Các loại thuốcdạng nhờn, nhũ tương để thoa lên các vết thương làm vết thương mau lành, làm màng baocho thuốc Giữ cố định enzyme và tế bào

-Được ứng dụng trong công nghiệp sợi nhân tạo, phim ảnh, sản xuất giấy

2.3 Algenat

 Nguồn gốc:

- Axit alginic được Standford phát hiện ra vào năm 1881 Chiết suất từ tảo nâu dưới dạngnatri alginat có M ~ 20.000 - 60.000 Cấu tạo hóa học của axit alginic gồm 2 phần: β -D-mannuronic và ^ -L-guluronic liên kết với nhau bằng liên kết 1,4-glucozit Các axit alginic

ít tan trong nước (giống các polysaccarit) nên chúng thường được chế biến dưới dạngalginat của Na, K, amoni, Mg, Ca, propylen glycol

2.3.1 Tính chất tạo màng

-Màng được tạo ra bằng cách cho bay hơi nước từ 1 lớp mỏng của dd algenat

-Là chất không thấm dầu và mỡ nhưng giống polysaccharide ưa nước là có tính thấm hơinước cao

-Khả năng phản ứng của algenat là phản ứng với cation hóa trị II và III dùng để chế tạomàng algenat

-Ion Ca2+ là tác nhân tạo gel hiệu quả hơn Mg2+, K+, Al3+, Fe2+, Fe3+, nó tạo cầu nốialgenat với nhau qua tương tác ion, hiện tượng này là liên kết hidro giữa mạch

2.3.2 Ứng dụng của Algenat

- Gia tăng thời gian bảo quản thực phẩm mà vẫn giữ được chất lượng ban đầu của thựcphẩm

- Một trong những ứng dụng của màng alginate là bảo quản táo cắt miếng

- Ngày nay việc bảo quản thịt chủ yếu bảo quản ở nhiệt độ thấp, tuy nhiên quá trình làmlạnh và thời gian làm lạnh có thể ảnh hưởng đến phẩm chất và chất lượng thịt như sự rỉ dịch,mất màu và làm mền thịt

- Thịt heo bao màng natri alginate làm giảm sự chảy nước của thịt, có tác dụng tốt đối vớitính chất của thịt đông lạnh và hạn chế mất protein hòa tan Thịt heo được bao màng có thể

duy trì chất lượng trong suốt quá trình bảo quản Điều kiện tốt nhất của màng có thể duy trìchất lượng tốt cho thịt là nồng độ sodium alginate 3%, nồng độ CaCl2 7%.