Nghiên cứu ảnh hưởng của một số chitosan khối lượng phân tử thấp tới chất lượng và thời gian bảo quản dưa chuột

TRẦN MẠNH HÙNG Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHITOSAN KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ KHÁC NHAU ĐẾN CHẤT LƯỢNG VÀ THỜI GIAN BẢO QUẢN DƯA CHUỘT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Chí

TRẦN MẠNH HÙNG

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHITOSAN KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ KHÁC NHAU ĐẾN CHẤT LƯỢNG VÀ THỜI GIAN

BẢO QUẢN DƯA CHUỘT

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo : Chính quy

Khoa : CNSH - CNTP

Khóa học : 2013 – 2017

Thái Nguyên – 2017

TRẦN MẠNH HÙNG

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHITOSAN KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ KHÁC NHAU ĐẾN CHẤT LƯỢNG VÀ THỜI GIAN

BẢO QUẢN DƯA CHUỘT

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo : Chính quy

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong khóa luận này là

trung thực

Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện khóa luận này đã đƣợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong các chuyên đề này đã đƣợc ghi rõ nguồn gốc

Thái Nguyên, ngày 26 tháng 05 năm 2017

Sinh viên

Trần Mạnh Hùng

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này, bên cạnh sự cố gắng nỗ lực của bản thân, tôi đã

nhận được sự động viên và giúp đỡ rất lớn của nhiều cá nhân và tập thể

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ThS Trịnh Thị Chung, giảng viên khoa Công nghệ Sinh học – Công nghệ Thực phẩm trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên đã tận tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi thực hiện và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này

Tôi xin chân thành cảm ơn tới sự giúp đỡ của cô Phạm Thị Phương và các thầy cô ở phòng thí nghiệm đã tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian thực hiện

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 26 tháng 5 năm 2017

Sinh viên

Trần Mạnh Hùng

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 4.1 Hao hụt KLTN của dưa chuột trong quá trình bảo quản 26

Bảng 4.2 Hàm lượng vitamin C của dưa chuột trong quá trình bảo quản 28

Bảng 4.3 Tỷ lệ tối hỏng của dưa chuột trong quá trình bảo quản 30

Bảng 4.4 Ảnh hưởng của khối lượng phân tử chitosan đến chất lượng cảm quan 31

Bảng 4.5 Hao hụt KLTN của dưa chuột trong quá trình bảo quản 32

Bảng 4.6 Biến đổi hàm lượng vitamin C trong quá trình bảo quản dưa chuột 34

Bảng 4.7 Tỷ lệ thối hỏng của dưa chuột trong quá trình bảo quản 37

Bảng 4.8 Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đến chất lượng cảm quan của dưa chuột 37

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Một số loài giáp xác chứa chitin 8

Hình 2.2 Công thức cấu tạo của chitin 8

Hình 2.3 Công thức cấu tạo của chitosan 8

Hình 2.4 Sơ đồ điều chế chitosan khối lượng phân tử thấp 16

Hình 4.1 Biểu đồ ảnh hưởng của khối lượng phân tử chitosan đến hàm lượng chất khô hòa tan tổng số 27

Hình 4.2 Sự biến đổi hàm lượng acid tổng số trong quá trình bảo quản dưa chuột 29

Hình 4.3 Biểu đồ ảnh hưởng của nồng độ chitosan đến hàm lượng chất khô hòa tan tổng số 33

Hình 4.4 Sự biến đổi hàm lượng acid tổng số trong quá trình bảo quản dưa chuột 35

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

PE TSS

DD

Da KLTN

LD50 KLTP CTS

Polyethylen Chất khô hòa tan tổng số

Độ đề axetyl hóa

Độ axetyl hóa Khối lƣợng tự nhiên Liều lƣợng gây chết trung bình Khối lƣợng phân tử

Chitosan

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ iv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN v

MỤC LỤC vi

PHẦN 1 : MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích, yêu cầu 2

1.2.1 Mục đích 2

1.2.2 Yêu cầu 2

PHẦN 2 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Giới thiệu về dưa chuột 3

2.1.1 Đặc điểm và sự phân bố của dưa chuột 3

2.1.2 Thành phần hóa học của dưa chuột 3

2.1.3 Các yếu tố ảnh hướng tới bảo quản dưa chuột 4

2.1.4 Các hư hỏng thường gặp trong quá trình bảo quản dưa chuột 5

2.1.5 Một số nghiên cứu bảo quản dưa chuột trong nước và trên thế giới 5

2.2 Giới thiệu về chitosan 7

2.2.1 Nguồn gốc và cấu trúc hóa học của chitosan 7

2.2.2 Khả năng tạo màng của chitosan 9

2.2.3 Tính chất sinh học và độc tính của chitosan 9

2.2.4 Tính kháng vi sinh vật của chitosan 10

2.3 Giới thiệu về chitosan khối lượng phân tử thấp 16

2.3.1 Phương pháp tổng hợp chitosan khối lượng phân tử thấp 16

2.3.2 Khả năng kháng khuẩn của chitosan khối lượng phân tử thấp 17

PHẦN 3 : ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

3.1 Đối tượng, vật liệu nghiên cứu 20

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu 20

3.1.2 Vật liệu nghiên cứu 20

3.1.3 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 21

3.2 Nội dung nghiên cứu 21

3.3 Phương pháp nghiên cứu 21

3.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng phân tử chitosan tới chất lượng và thời gian bảo quản dưa chuột 21

3.3.2 Xác định ảnh hưởng của nồng độ chitosan tới chất lượng và thời gian bảo quản dưa chuột 22

3.3.3 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu nghiên cứu 22

3.3.4 Phương pháp xử lý số liệu 25

PHẦN 4 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 26

4.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng phân tử chitosan tới chất lượng và thời gian bảo quản dưa chuột 26

4.1.2 Ảnh hưởng của khối lượng phân tử chitosan đến hàm lượng chất khô hòa tan tổng số 27

4.1.3 Ảnh hưởng của khối lượng phân tử chitosan đến hàm lượng vitamin C 28

4.1.4 Ảnh hưởng của khối lượng phân tử chitosan đến hàm lượng acid tổng số 29

4.1.5 Ảnh hưởng của khối lượng phân tử chitosan đến tỷ lệ thối hỏng 30

4.1.6 Ảnh hưởng của khối lượng phân tử chitosan đến chất lượng cảm quan 31

4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chitosan tới chất lượng và thời gian bảo quản dưa chuột 32

4.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đến hao hụt khối lượng tự nhiên 32

4.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đến hàm lượng chất khô hòa tan tổng

số 33

4.2.3 Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đến hàm lượng vitamin C 34

4.2.4 Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đến hàm lượng acid tổng số 35

4.2.5 Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đến tỷ lệ thối hỏng 36

4.2.6 Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đến chất lượng cảm quan 37

PHẦN 5 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39

5.1 Kết luận 39

5.2 Kiến nghị 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

Tiếng Việt 40

Tiếng Anh 42 PHỤ LỤC

PHẦN 1

MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Dưa chuột (Cucumis sativa L.) là một cây trồng phổ biến thuộc họ cucurbitaceae Dưa chuột được trồng ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, tuy nhiên

nó cũng là loài cây trồng quan trọng ở vùng khí hậu lạnh trong điều kiện nhà kính hoặc nhà lưới [48] Mùa vụ thu hoạch chính của dưa chuột là vào mùa hè Tuy nhiên dưa chuột cũng có thể được trồng vào mùa xuân, và mùa thu [24] Dưa chuột thường có thời gian bảo quản ngắn khoảng 10 đến 14 ngày, nhiệt độ bảo quản thích hợp từ 10 – 120C, độ ẩm trên 80% [48] Ở Việt Nam dưa chuột được trồng phổ biến

ở hầu hết các tỉnh miền bắc tuy nhiên chưa có nhiều công trình nghiên cứu bảo quản dưa chuột

Màng ăn được là môt giải pháp thân thiện với môi trường nhằm kéo dài thời gian bảo quản của rau quả tươi cũng như rau quả chế biến tối thiểu chúng tạo ra màng bán thấm để ngăn cản khí và hơi nước do đó làm giảm cường độ hô hấp và hao hụt khối lượng, giúp duy trì độ cứng và độ bóng cho quả Màng và lớp phủ ăn được cũng cải thiện được tính chất cơ học, tránh mất mát các hợp chất dễ bay hơi và hương [33], [35]

Chitosan là một polymer tự nhiên được hình thành từ quá trình diacetyl hóa chitin, và khi so sánh với các polysaccharide khác, chitosan có nhiều ưu điểm hơn, như, khả năng tương thích sinh học, phân hủy sinh học và không độc, tính kháng khuẩn và kháng nấm [31] Đặc tính cation của chitosan cho phép chitosan thiết lập tương tác tĩnh điện với các hợp chất khác Do những đặc điểm này mà chitosan được sử dụng rộng rài để sản xuất các loại màng ăn được Trong nhiều nghiên cứu gần đây ứng dụng chitosan để bảo quản rau quả tươi đều có chung kết luận rằng chitosan có tác dụng làm chậm quá trình chín, và già hóa làm giảm cường độ hô hấp của rau quả, làm giảm sự hao hụt khối lượng tự nhiên, giữ được màu sắc [37]

Mặc dù chitosan thông thường có nhiều tính chất ưu việt được ứng dụng rộng rãi trong thực tế, tuy nhiên hạn chế của chitosan là khả năng kháng vi sinh vật và tính

tan kém Chitosan có nồng độ 1% không có tác dụng tiêu diệt hầu hết các loại nấm mốc gây hư hỏng quả sau thu hoạch, mặt khác chitosan không tan trong nước, mà chỉ tan trong dung dịch axit yếu dẫn đến làm giảm khả năng kết hợp của chitosan với các hợp chất khác, nhất là khi muốn kết hợp chitosan với một số hợp chất có tính kiềm gây ra hiện tượng kết tủa chitosan Dung dịch pH axit cũng có thể gây hiệu ứng sinh lý bất lợi cho hoa quả khi phủ lên bề mặt Trong những năm gần đây,

để cải thiện khả năng kháng khuẩn và tính tan của chitosan, các nhà khoa học đã tổng hợp chitosan khối lượng phân tử thấp, có khả năng tan trong một giải pH rộng hơn và khả năng kháng vi sinh vật được đánh giá là tốt hơn so với chitosan thông thường [51], [37]

Để hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của khối lượng phân tử chitosan tới chất lượng và

thời gian bảo quản dưa chuột, tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài “ Nghiên cứu ảnh hưởng của một số chitosan khối lượng phân tử thấp tới chất lượng và thời gian bảo quản dưa chuột”

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Giới thiệu về dưa chuột

2.1.1 Đặc điểm và sự phân bố của dưa chuột

Dưa chuột (Cucumis sativa L.) là một cây trồng phổ biến thuộc họ

cucurbitaceae, ở miền Nam còn gọi là “dưa leo”, là loại rau ăn quả thương mại quan trọng, nó được trồng lâu đời trên thế giới và trở thành thực phẩm của nhiều nước Dưa chuột dạng cây thảo, sống hàng năm, thân dây, có nhiều cành, tua cuốn đơn, lá khía thuỳ nông, cuống lá dài 8-20 cm, có lông ngắn cứng Phiến lá hình tim, chiều dài 7-20cm Gân lá hình chân chim từ gốc toả ra các thuỳ Hai mặt lá đều có lông Mép lá khía răng cưa nhỏ Hoa của cây dưa chuột có màu vàng, cuống hoa ngắn, hoa đực và hoa cái cùng gốc Quả dài thẳng hoặc uốn cong, vỏ quả xanh Quả già có những u lồi hình gai hoặc đầu tù, hạt dẹt màu trắng [25]

Dưa chuột được trồng ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, tuy nhiên nó cũng là loài cây trồng quan trọng ở vùng khí hậu lạnh trong điều kiện nhà kính hoặc nhà lưới [48] Dưa chuột là loại cây ưa thời tiết mát mẻ Nhiệt độ thích hợp cho cây sinh trưởng là 20-250

C [45] Mùa vụ thu hoạch chính của dưa chuột là vào mùa hè Tuy nhiên dưa chuột cũng có thể được trồng vào mùa xuân, và mùa thu [24]

Dưa chuột cung cấp các chất dinh dưỡng cho con người Dưa chuột được ăn, hoặc chúng có thể được ngâm Những nước dẫn đầu về diện tích gieo trồng và năng suất là: Trung Quốc, Nga, Nhật Bản, Mỹ, Hà Lan, Thổ Nhĩ Kỳ, Ba Lan, Ai Cập và Tây Ban Nha Tại Việt Nam dưa chuột được trồng phần lớn ở các vùng như Cao Bằng, Thái Bình, Vĩnh Phúc và một số tỉnh ở miền Nam [12]

2.1.2 Thành phần hóa học của dưa chuột

Dưa chuột ngon, bổ dưỡng, thành phần chủ yếu của dưa chuột là nước ( chiếm hơn 90%) Vì vậy, nó cung cấp nước và các chất dinh dưỡng cho cơ thể chúng ta khi ăn Dưa chuột có chứa các chất chống oxy hóa, chất chống viêm và các chất chống ung thư Ngoài ra, vỏ và hạt có chứa chất xơ và β-carotene (tiền vitamin A) rất tốt cho mắt Một nghiên cứu đã chỉ ra rằng khoáng chất được tìm thấy trong dưa

chuột là kali, magiê rất hữu ích trong việc điều hòa huyết áp Cũng có báo cáo cho thấy nước ép dưa chuột chứa insulin có lợi đối với bệnh nhân mắc bệnh tiểu đường Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng một hợp chất gọi là sterol trong dưa chuột có thể giúp giảm mức cholesterol [44]

Dưa chuột có tác dụng làm sạch axit và độc tố trong máu, ngăn ngừa sự rối loạn trên da và làm giảm sự mệt mỏi ở mắt Nó làm giảm sự mất nước và loại bỏ sự kích thích trong nước tiểu Nếu dưa chuột được dùng như salat với một lát bánh mỳ, thì

nó là thực đơn hữu ích cho những ai muốn giảm cân Nó cũng làm giảm huyết áp cao, bảo vệ chúng ta khỏi những bệnh do virus gây ra Dưa chuột chứa nhiều nước

và nhiều chất dinh dưỡng khác cần thiết cho cơ thể con người [17], [18] Các nhà nghiên cứu đã cho thấy một số thành phần dinh dưỡng của dưa chuột ( giá trị/100g):

có tới 39 calo trong 100g dưa chuột, hydratcacbon chiếm 8,3g, chất xơ (2,4g), natri (6mg), kali (433mg), canxi (42mg), kém (0,6mg), sắt (0,8mg), vitamin C (647mg)

và hàm lượng vitamin B chiếm (0,13mg) [45]

2.1.3 Các yếu tố ảnh hướng tới bảo quản dưa chuột

Nhiệt độ và độ ẩm không khí bảo quản tối ưu: Nhiệt độ và độ ẩm bảo quản

tối ưu: 10-12,50C; 95% R.H Thời gian bảo quản dưa chuột tối đa ít hơn 14 ngày vì hình thức và chất lượng cảm quan bị giảm đi nhanh chóng Nhiệt độ tồn trữ ngắn hạn và trong vận chuyển thấp hơn khoảng nhiệt độ đó, chẳng hạn 7,20C cũng

thường được dùng nhưng quả sẽ bị tổn thương lạnh sau 2-3 ngày [45]

Cường độ hô hấp và cường độ sinh etilen: Hô hấp dao động trong khoảng rộng

trên 100C do các giai đoạn chín khác nhau Dưa chưa chín thuần thục có cường độ

hô hấp cao hơn [45]

Phản ứng với ethylen và môi trường khí quyển kiểm soát (CA):

Dưa chuột rất nhạy cảm với ethylen ngoại sinh Trong quá trình phân phối và tồn trữ, tốc độ vàng hoá nhanh khi nồng độ ethylen thấp (1-5ppm) Vì vậy khi bảo quản dưa chuột, không để lẫn với chuối, dưa hấu, cà chua [38]

Giữ mức O2 ở tỷ lệ thấp (3-5%) sẽ làm chậm sự vàng hóa một vài ngày Tăng

CO2 (CA) lên 10% nhưng khi tăng quá 10% CO2 sẽ sinh ra quá trình hô hấp yếm khí, phá vỡ cân bằng các quá trình sinh lý làm mất khả năng kháng tự nhiên của dưa dẫn đến sự thâm đen và thối hỏng [45]

2.1.4 Các hư hỏng thường gặp trong quá trình bảo quản dưa chuột

2.1.4.1 Các rối loạn sinh lý và cơ lý

Tổn thương lạnh: Dưa chuột bị tổn thương lạnh ở nhiệt độ dưới 100C nếu giữ

ở điều kiện đó đến hơn 3 ngày tùy thuộc vào nhiệt độ và giống Hậu quả của việc tổn thương lạnh là dẫn đến dưa chuột có những vết ướt nước, các lỗ thủng nhỏ và nhanh chóng bị hư hỏng Các giống khác nhau thì mức tổn thương lạnh là khác nhau [45]

Tổn thương đông lạnh: Tổn thương đông lạnh ở dưa chuột xảy ra khi nhiệt độ

-0,50C Những hư hỏng khi dưa chuột bị tổn thương đông lạnh bao gồm thịt quả bị nhão, nước trở nên màu nâu và keo nhớt [38]

Tổn thương cơ lý: Thu hoạch dưa bằng phương pháp cắt để tránh gây tổn

thương, trầy xước cho dưa chuột Dưa chuột bị tổn thương, trầy xước do khi thu hoạch không cẩn thận hay các biện pháp sau đó như xếp đống [42]

2.1.4.2 Các rối loạn bệnh do vi sinh vật

Vi sinh vật gây bệnh làm cho dưa chuột bị hư hỏng và tổn thất nặng Một loạt tác nhân gây bệnh là vi khuẩn và nấm gây ra tổn thất sau thu hoạch trong quá trình

vận chuyển, tồn trữ và khâu tiêu thụ Các chủng Alternaria, Didymella, Rhizopus là

những loại gây hỏng dưa chuột phổ biến [38], [45]

2.1.5 Một số nghiên cứu bảo quản dưa chuột trong nước và trên thế giới

2.1.5.1 Một số nghiên cứu bảo quản dưa chuột trên thế giới

Trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về tính năng của màng sinh học để bảo quản dưa chuột và thu được nhiều kết quả có lợi cho quá trình bảo quản Giúp cho dưa chuột bảo quản được thời gian lâu hơn, giảm hao hụt khối lượng, chất lượng, giá trị dinh dưỡng…

Theo Ghaouth et al, (1991) đã nghiên cứu sử dụng màng chitosan bảo quản quả dưa chuột ở 13 và 200C (RH 85%) Kết quả màng chitosan đã hạn chế không đáng kể hao hụt khối lượng tự nhiên của quả dưa chuột ở cả hai nhiệt độ trong quá trình tồn trữ Màng chitosan có tác dụng tốt trong việc hạn chế biến đổi màu sắc, cường độ hô hấp và ức chế sự phát triển nấm mốc trên quả dưa chuột trong quá

trình bảo quản Màng chitosan có nồng độ (1,0 và 1,5%) cho hiệu quả tốt hơn cả trong việc ngăn cản mất nước của quả dưa chuột [25]

Theo Moret et al, (2009) nghiên cứu sử dụng chitosan phun quả dưa chuột trước khi thu hoạch Kết quả những quả dưa chuột được phun chitosan có màu sắc đẹp hơn, ít bị vết hỏng do vi sinh vật gây hại khi thu hái hơn những quả dưa chuột không được phun chitosan Phun chitosan vào quả dưa chuột trước thu hái có tác dụng tốt đến hạn chế biến đổi màu, cường độ hô hấp và hư hỏng do vi sinh vật trong quá trình tồn trữ sau thu hoạch [41]

Yan et al, (2008) đã nghiên cứu ảnh hưởng của màng phủ chitosan với nồng độ khác nhau trên quả dưa chuột được lưu trữ ở nhiệt độ phòng Kết quả dưa chuột được bao phủ chitosan có tác dụng giữ nước, chất khô hoà tan và hạn chế biến đổi màu tốt hơn không sử dụng màng bao [50]

2.1.5.2 Một số nghiên cứu bảo quản dưa chuột trong nước

Ở Việt Nam, hầu hết dưa chuột chưa có tác động kỹ thuật bảo quản Thường các hộ gia đình thu hái rồi đem bán buôn hoặc bán lẻ ngay Quan sát thấy chất lượng dưa chuột bán tại các cửa hàng hoặc chợ có trạng thái cảm quan xấu như mềm, nhăn nheo mất nước, mầu nhạt không tươi,… Thêm vào đó chất lượng bên trong không tươi mà nghiêng về trạng thái khô dần Hầu hết một số chợ để ý thấy các đống dưa chuột hỏng đổ ở các bãi cuối chợ cho thấy tỉ lệ hỏng là không nhỏ Thực tế sản xuất tại Công ty Cổ phần chế biến thực phẩm CLC Hải Hưng cho thấy dưa chuột thu mua về nhà máy nếu không chế biến kịp (đóng lọ, hộp) thì chỉ sau 2 ngày là hỏng sau 3 ngày là hỏng hoàn toàn, dưa mềm, chuyển vàng, chảy nước và thối hỏng [16]

Sử dụng bao bì LDPE 0,075mm cho kết quả khả quan nhất sau 7-10 ngày bảo quản dưa chuột ở nhiệt độ thường và 20-25 ngày ở 120C [22]

Dưa chuột được xử lý nhiệt ở 470C trong 5 phút, kết hợp với khử trùng bằng Javen 50 ppm, nhúng trong dung dịch BQE 15 nồng độ 92%, bọc từng quả bằng màng căng Zipper, bảo quản ở nhiêt độ thường được 15 ngày, tỉ lệ hư hỏng 7% [10]

2.2 Giới thiệu về chitosan

2.2.1 Nguồn gốc và cấu trúc hóa học của chitosan

2.2.1.1 Nguồn gốc của chitosan

Chitin được Bracannot phát hiện lần đầu tiên vào năm 1811 trong cặn dịch triết của một loại nấm và đặt tên là “Fungine” để ghi nhớ nguồn gốc của nó Năm 1823, Odier phân lập được một chất từ bọ cánh cứng mà ông gọi là “chitin” hay “chiton”, tiếng Hy Lạp nghĩa là vỏ giáp, nhưng ông không phát hiện ra sự có mặt của nito Cuối cùng cả Bracannot và Odier đều cho rằng cấu trúc của chitin giống cấu trúc của cellulose [9]

Trong động vật, chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng của vỏ một số động vật không xương sống như: côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác và giun tròn Trong động vật bậc cao monomer của chitin là một thành phần chủ yếu trong mô da

nó giúp cho sự tái tạo và gắn liền các vết thương ở da Trong thực vật chitin có ở

thành tế bào nấm họ Zygenmyctes, các sinh khối nấm mốc, một số loại tảo [6]

Chitosan chính là sản phẩm biến tính của chitin Chitosan được xem là polymer

tự nhiên quan trọng nhất Với đặc tính có thể hòa tan tốt trong môi trường acid yếu, chitosan được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm,…Giống như cellulose, chitosan là chất xơ, không giống chất xơ thực vật, chitosan có khả năng tạo màng, có các tính chất của cấu trúc quang học Chitosan

có khả năng tích điện dương do đó nó có khả năng kết hợp với những chất tích điện

âm như chất béo, lipid và acid Chitosan là polymer không độc, có khả năng phân hủy sinh học và có tính tương thích về mặt sinh học Trong các loại thủy sản đặc biệt là trong vỏ tôm, cua, ghẹ, hàm lượng chitin-chitosan chiếm khá cao, dao động

từ 14-34% so với hàm lượng chất khô Vì vậy, vỏ của chúng là nguồn nguyên liệu quan trọng để sản xuất chitin [9], [40]

Hình 2.1 Một số loài giáp xác chứa chitin

2.2.1.2 Cấu trúc hóa học của chitosan

Hình 2.2 Công thức cấu tạo của chitin

Hình 2.3 Công thức cấu tạo của chitosan

Chitosan thu được nhờ phản ứng deacetyl hóa chitin, biến đổi nhóm N-acetyl (-COCH3) thành nhóm amin (-NH2) ở vị trí C2 Chitosan được cấu tạo từ các mắt xích D-glucosamine liên kết với nhau bởi liên kết β-1,4-glucoside Do đó quá trình deacetyl xảy ra không hoàn toàn nên người ta quy ước nếu mức độ deacetyl hóa ( degree of deacetylation-DD) DD > 50% gọi là chitosan, nếu DD < 50% gọi

là chitin [6]

2.2.2 Khả năng tạo màng của chitosan

Chitosan có khả năng tạo màng sử dụng trong bảo quản thực phẩm nhằm hạn chế các tác nhân gây bệnh Khi dùng màng chitosan, dễ dàng điều chỉnh độ ẩm, độ thoáng không khí cho thực phẩm Nếu dùng bao gói bằng Polyethylen (PE) thì mức cung cấp oxy bị hạn chế, nước sẽ bị ngưng đọng tạo môi trường cho nấm mốc phát triển Màng chitosan cũng khá dai, khó xé rách, có độ bền tương đương với một số chất dẻo vẫn được dùng làm bao gói [42]

2.2.3 Tính chất sinh học và độc tính của chitosan

2.2.3.1 Tính chất sinh học của chitosan

Chitosan là hợp chất tự nhiên không độc, dùng an toàn với con người Chitosan

có tính tương thích sinh học cao và có khả năng phân hủy sinh học nên không gây phản ứng phụ, không gây tác hại với môi trường [40]

Chitosan có nhiều tác dụng sinh học đa dạng như: Có khả năng hút nước, giữ

ẩm, tính kháng nấm, tính kháng khuẩn với nhiều chủng loại khác nhau, kích thích

sự phát triển tăng sinh của tế bào, có khả năng nuôi dưỡng tế bào trong điều kiện nghèo dinh dưỡng, tác dụng cầm máu, chống sung u Có khả năng tương thích sinh học với các cơ quan, mô, tế bào động vật và thực vật Không gây đáp ứng miễn dịch trong mô và cơ quan động vật Với khả năng thúc đẩy hoạt động của các peptit-insulin, kích thích việc tiết ra insulin ở tuyến tụy nên chitosan đã được dùng để điều trị bệnh tiểu đường Nhiều công trình đã tuyên bố khả năng kháng đột biến, kích thích làm tăng cường hệ thống miễn dịch cơ thể, khôi phục bạch cầu, hạn chế sự phát triển các tế bào u, ung thư, HIV/AIDS… của chitosan [35]

Ngoài ra, chitosan còn có tác dụng làm giảm cholesterol và lipid máu, hạ huyết

áp, điều trị thận mãn tính, chống rối loạn nội tiết [20]

2.2.3.2 Độc tính của chitosan

Knorr (1984) đã chứng minh rằng chất độc trong chitosan ở nồng độ 18g chitosan/kg trọng lượng cơ thể/ngày mới có hại đối với chuột Liều lượng LD50 = 16g/kg trọng lượng cơ thể, không gây độc trên động vật thực nghiệm và người [6]

Nhiều tác giả đã chỉ rõ những ưu điểm của chitosan: tính chất cơ học tốt, không độc, dễ tạo màng, có thể tự phân hủy sinh học, có tính thương thích với động thực vật, là vật liệu y sinh tốt làm mau liền vết thương [23]

Chitosan cũng được cục Vệ sinh An toàn Thực phẩm Việt Nam cho phép sản xuất và lưu hành trên toàn quốc theo hồ sơ công bố năm 2003 Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (Food and Drug Administration) cho phép sử dụng chitosan là chất phụ gia làm sạch nước uống tại Mỹ [35]

2.2.4 Tính kháng vi sinh vật của chitosan

Gần đây những nghiên cứu về tính kháng khuẩn của chitosan đã chỉ ra rằng chitosan có khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn, nấm men, nấm mốc Khả năng kháng khuẩn của chitosan phụ thuộc vào một vài yếu tố như loại chitosan sử dụng ( độ deacetyl hóa, khối lượng phân tử), pH môi trường, nhiệt độ, sự có mặt của một số thành phần thực phẩm Khả năng kháng khuẩn của chitosan được nghiên cứu bởi một số tác giả và cơ chế giải thích đều chỉ ra rằng việc ức chế vi khuẩn của chitosan là do liên kết giữa chuỗi polyme của chitosan với các ion kim loại trên bề mặt vi khuẩn làm thay đổi tính thấm của màng tế bào Trong đó, chitosan tác dụng trên vi khuẩn Gram (-) tốt hơn vi khuẩn Gram (+) Theo một số nghiên cứu, tất cả các vi khuẩn Gram âm đều có lớp màng ngoài là lipopolysaccharide (LPS), trong đó đóng góp vào sự ổn định của lớp LPS thông qua tương tác tĩnh điện với các cation, chitosan loại bỏ các cation đó Việc giải phóng LPS làm mất sự ổn định của màng ngoài [30] Một số cơ chế giải thích như sau:

Chitosan là polyme tích điện dương trong khi màng tế bào vi sinh vật đa số tích điện âm Do đó xảy ra tương tác tính điện làm cho màng tế bào vi sinh vật bị thay đổi, ngăn cản quá trình trao đổi chất qua màng, đồng thời xuất hiện các lỗ hổng trên thành tế bào tạo điều kiện cho protein và các thành phần khác cấu tạo nên thành tế bào bị thoát ra ngoài từ đó dẫn đến tiêu diệt vi sinh vật Nhờ tác dụng của nhóm

NH3+ trong chitosan lên các vị trí mang điện âm ở trên màng tế bào vi sinh vật, dẫn tới sự thay đổi tính thấm của màng tế bào Quá trình trao đổi chất qua màng tế bào

bị ảnh hưởng Lúc này, vi sinh vật không thể nhận các chất dinh dưỡng cơ bản như

glucose cho sự phát triển bình thường của nó, dẫn đến mất cân bằng giữa bên trong

và bên ngoài màng tế bào, cuối cùng dẫn đến sự chết của tế bào Theo giải thích của một số tác giả thì chính sự tác động giữa polycation chitosan sẽ liên kết với polyme mang tính axit (polyanion) trên bề mặt tế bào vi sinh vật tạo nên polyelectrolic đã gây khó khăn trong quá trình trao đổi chất [36] Chitosan có khả năng phá huỷ màng

tế bào thông qua tương tác của nhóm NH3+ với những nhóm phosphoryl của thành phần phospholipid của màng tế bào vi khuẩn Quan sát dưới kính hiển vi sự phá hủy

tế bào S aureus, sự phân chia của tế bào bị rối loạn, sự tạo thành tế bào không theo

quy luật: Tế bào tạo thành không có màng hoặc màng tế bào tạo thành rất mỏng gây nên sự rò rỉ các hợp chất nội bào [8]

Chitosan có thể cản trở và làm mất cân bằng sự phát triển của vi sinh vật do có khả năng lấy đi các ion kim lọai đóng vai trò quan trọng trong thành phần enzyme như Cu2+

, Co2+, Cd2+… của tế bào vi sinh vật do sự tạo phức với nhóm NH3+ có trong phân tử chitosan, đồng thời các nhóm này có thể tác dụng với các nhóm anion của bề mặt thành tế bào Như vậy vi sinh vật sẽ bị ức chế phát triển do sự mất cân bằng liên quan đến các ion quan trọng [7]

Các phân tử chitosan khi phân tán xung quanh tế bào vi sinh vật sẽ tạo ra các tương tác làm thay đổi AND ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp mARN, tổng hợp protein ngăn cản sự hình thành bào tử, ngăn cản sự trao đổi chất và hấp thu các chất dinh dưỡng của vi sinh vật [32]

Trong một nghiên cứu khá rộng về tính kháng khuẩn của chitosan từ tôm chống

lại vi khuẩn E.coli, người ta đã tìm ra rằng nhiệt độ cao và pH acid của thức ăn làm

tăng ảnh hưởng của chitosan đến vi khuẩn Nghiên cứu cũng chỉ ra cơ chế ức chế vi khuẩn của chitosan là do liên kết giữa chuỗi polyme của chitosan với các ion kim loại trên bề mặt vi khuẩn làm thay đổi tính thấm của màng tế bào Khi bổ sung chitosan vào môi trường, tế bào vi khuẩn sẽ chuyển từ tích điện âm sang tích điện dương

Cũng từ thí nghiệm này người ta thấy rằng có rất nhiều ion kim loại có thể ảnh hưởng đến đặc tính kháng khuẩn của chitosan như: K+, Na+, Mg2+ và Ca2+ Nồng độ

lớn các ion kim loại có thể khiến mất tính chất này, ngoại trừ ảnh hưởng của Na+

đối với hoạt động kháng Staphylococcus aureus Người ta cũng thấy rằng chitosan

có thể làm yếu đi chức năng bảo vệ của thành tế bào nhiều vi khuẩn Khi sử dụng chitosan, thì một lượng lớn các ion K+ với ATP bị rò rỉ ở vi khuẩn Staphylococcus aureus và nấm candida albicans Cả chitosan phân tử lượng 50kDa và 5kDa đều

kháng tốt hai loại trên nhưng chitosan phân tử lượng 50kDa làm mất nhiều gấp 2-4 lần ion K+ và ATP so với chitosan 5kDa Điều này thể hiện cơ chế kháng khuẩn khác nhau ở chitosan khối lượng phân tử thấp và cao Hoạt động kháng khuẩn của chitosan phân tử lượng khác nhau đã được nghiên cứu trên 6 loài vi khuẩn Và cơ chế kháng khuẩn này đã được chứng minh dựa trên việc đo tính thấm của màng tế bào vi khuẩn và quan sát sự nguyên vẹn của tế bào Kết quả chỉ ra rằng khả năng này giảm khi khối lượng nguyên tử tăng và nó tăng cao ở nồng pH thấp, giảm rõ rệt khi có mặt ion Ca2+, Mg2+ Nồng độ ức chế thấp nhất khoảng 0,03-0,25%, thay đổi tùy từng loài vi khuẩn và khối kượng phân tử của chitosan Chitosan cũng là nguyên nhân làm thoát các chất trong tế bào và phá hủy thành tế bào [9]

2.2.5 Ứng dụng của chitosan trong bảo quản rau quả tươi

Trong những năm gần đây đã có nhiều công trình nghiên cứu cho thấy nhiều chế phẩm có tác dụng bảo quản rau quả tươi đưa lại hiệu quả sử dụng và kinh tế cao: Giảm được tỉ lệ hư hỏng, tăng thời gian bảo quản nhằm kéo dài thời gian thu hoạch và tiêu thụ Yêu cầu cơ bản trong bảo quản đó là giữ được trạng thái tự nhiên một cách tốt nhất, tính chất của rau quả không bị biến đổi trong thời gian bảo quản Chitossan là một hợp chất sinh học có tính ưu việt rất phù hợp cho việc bảo quản rau quả Trong công nghệ thực phẩm chitosan có tác dụng ổn định màu, mùi vị của thực phẩm Màng chitosan được tạo thành có tính kháng khuẩn và hạn chế tổn thất chất dinh dưỡng cho thực phẩm Trong bảo quản thực phẩm, chitosan dùng để sản xuất màng mỏng bao gói thực phẩm thay thế cho túi PE Thông thường người ta dùng màng PE để bao gói các thực phẩm khô Nếu dùng PE để bao gói thực phẩm tươi sống thì sẽ có nhiều bất lợi do không khống chế được độ ẩm và độ thoáng không khí cho thực phẩm Trong khi đó, chitosan có khả năng thấm chọn lọc O2 và

CO2, trong đó O2 bị hạn chế hơn so với CO2 nhờ đó sẽ giải quyết được các vấn đề trên [12]

Do có cấu trúc mạng, màng chitosan giúp hạn chế hơi nước thấm qua nhờ đó làm hạn chế sự thất thoát hơi nước Màng chitosan ức chế hô hấp nên cũng hạn chế giảm lượng đường và acid của rau quả trong quá trình bảo quản Ngoài ra, chitosan còn làm chậm quá trình bị thâm của rau quả Rau quả sau khi thu hoạch sẽ 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 chitosan mà ức chế được hoạt tính của các polyphenol, là thành phần anthocyamin, flavonoid và tổng hợp các hợp chất phenol ít biến đổi giúp cho rau quả tươi lâu hơn Màng mỏng chitosan dùng trong thực phẩm: Chitosan không hòa tan trong nước, kiềm, alcol và cetol nhưng tan trong dung dịch axit loãng, chitosan tạo trạng thái keo Dung dịch keo này khi bao phủ trên mặt sản phẩm sẽ tạo thành một lớp màng bảo vệ bán thấm Các phương pháp dùng chitosan bảo quản quả tươi dựa trên tính chất này, lớp màng bảo

vệ này có thể hạn chế sự bay hơi nước của rau quả, giảm bớt cường độ hô hấp Phương pháp sử dụng màng chitosan đã cho kết quả tốt ở Anh, Úc khi bảo quản táo

và một số rau quả ôn đới khác trong thời gian từ 5 – 6 tháng [18]

2.2.5.1 Các nghiên cứu ứng dụng chitosan trong bảo quản rau quả trên thế giới

Hesham (2008), đã nghiên cứu tác dụng của chitosan tới các đặc tính của nấm tươi bảo quản ở 40C Kết quả cho thấy việc tăng nồng độ chitosan đã làm tăng hàm lượng chất khô hòa tan Trong nấm, trong suốt quá trình bảo quản ở 40C trong 15ngày, 20g/kg lớp phủ chitosan ức chế sự phát triển của vi khuẩn, nấm men và nấm mốc Chitosan cũng có ảnh hưởng tốt đến sự phát triển của các đặc tính màu sắc của nấm trong quá trình bảo quản ở 40C Kết quả cho thấy việc gia tăng nồng độ chitosan có tác dụng kéo dài tuổi thọ và duy trì chất lượng của nấm tươi [33]

Đã có nghiên cứu cho thấy tác dụng của chitosan có hiệu lực ức chế thối củ khoai tây Kết quả cho thấy bảo quản bằng chitosan ở nồng độ: 0,5 hoặc 1% có hiệu quả kiểm soát thối củ khoai tây cao nhất [26]

Ảnh hưởng của lớp phủ chitosan lên đặc tính lý hoá của quả ổi được lưu trữ tại nhiệt độ phòng (28-320C và 32-41% RH) Sự hao hụt khối lượng, tốc độ hô hấp và chất khô hòa tan tổng số (TSS) tăng lên trong khi độ cứng và hàm lượng acid giảm với thời gian lưu trữ Kết quả cho thấy, chitosan 1% được nghiên cứu có hiệu quả trong việc kéo dài thời gian bảo quản lên đến 7 ngày Tuy nhiên, trái cây được xử lý với chitosan 2% cho thấy sự chín không đồng đều, do tổn thương CO2 [37]

Chien et al, (2005) đã có nghiên cứu về hiệu quả của chitosan để duy trì chất lượng và kéo dài thời gian bảo quản của lát xoài Màng tạo thành từ chitosan giúp duy trì hàm lượng vitamin C, hàm lượng acid tổng số và hàm lượng chất khô hòa tan tổng số, đồng thời màng chitosan có khả năng chống vi sinh vật gây bệnh trên trái xoài [29]

Nghiên cứu bảo quản chuối bằng chitosan tạo ra từ vỏ tôm Kết quả cho thấy xử

lý chuối bằng chitosan nồng độ 1% có tác dụng làm giảm hao hụt khối lượng tự nhiên thấp nhất, duy trì được màu sắc, chất lượng dinh dưỡng, chất lượng cảm quan tốt nhất, mức độ nhiễm bệnh, tỷ lệ bệnh thấp nhất và kéo dài thời gian bảo quản chuối 16,6 ngày bảo quản ở nhiệt độ thường [34]

2.2.5.2 Các nghiên cứu ứng dụng chitosan trong bảo quản rau quả tại Việt Nam

Bưởi là một mặt hàng xuất khẩu được ưa chuộng, nhưng sản lượng thấp, thời gian bảo quản ngắn, đồng thời bưởi bị giảm hương vị, trọng lượng và màu sắc Nguyễn Mạnh Khải (2006) đã có nghiên cứu ứng dụng chitosan trong bảo quản bưởi so sánh với các loại màng bao khác như nhựa PE Với màng chitosan, màu sắc của vỏ bưởi chỉ thay đổi chút ít so với lúc mới hái, nhưng vỏ bưởi vẫn có màu đều nhau, và có thể ăn được sau 3 tháng So sánh với bao nhựa PE, màng chitosan cho chất lượng tốt hơn trong 3 tháng bảo quản [3]

Điều kiện nóng ẩm ở nước ta khiến cho việc bảo quản rau quả tươi gặp rất nhiều khó khăn Vì vậy, vấn đề làm sao để bảo quản chúng, để giữ hoàn toàn chất lượng bên trong và làm sao để nâng cao giá trị dinh dưỡng, cảm quan cho các sản phẩm nông sản luôn là mối quan tâm hàng đầu Quýt cũng là hàng nông sản cần được bảo quản để giữ được chất lượng tốt nhất Nguyễn Duy Lâm (2003), đã dùng

màng chitosan nồng độ 0,25% kết hợp với bao PE để bảo quản quýt đường Kết quả cho thấy có thể bảo quản quýt đường được 8 tuần [4]

Ở Việt Nam, chanh là loại cây ăn quả lâu đời được trồng ở khắp mọi miền Các sản phẩm của chanh rất gần gũi và không thể thiếu trong đời sống người dân Tuy đóng vai trò quan trọng như vậy nhưng do có hàm lượng nước cao, vỏ mỏng nên tỷ

lệ hư hỏng sau thu hoạch của quả chanh là rất lớn Nguyễn Thị Bích Thuỷ và cộng

sự (2008) đã có nghiên cứu sử dụng màng chitosan ở các nồng độ khác nhau để bảo quản chanh Kết quả cho thấy chitosan có tác dụng kéo dài thời gian bảo quản của chanh tươi lên đến 30 ngày Sau 30 ngày bảo quản, chanh được xử lý chitosan ở nồng độ 1,5% giữ được màu sắc đẹp nhất, có hao hụt khối lượng tự nhiên thấp nhất

và độ cứng biến đổi ít nhất,giữ hàm lượng chất khô tổng số, hàm lượng axit hữu cơ tổng số và vitamin C vẫn ở mức cao trong suốt thời gian bảo quản [15]

Nguyễn Đức Tuân và cộng sự (2010) đã nghiên cứu ứng dụng màng chitosan

trong bảo quản quả bưởi Đoan Hùng (Citrus grandis Osbeck) sau thu hoạch, với

chitosan nồng độ 1-2,5% bảo quản ở nhiệt độ 200C Kết quả cho thấy bảo quản quả bưởi tươi với nồng độ chitosan 1,5% cho tỷ lệ hao hụt khối lượng tự nhiên của quả thấp nhất, hàm lượng vitamin C cao nhất Với nồng độ dung dịch chitosan 1,5% có thể bảo quản quả bưởi Đoan Hùng trong vòng 90 ngày vẫn cho chất lượng tốt [21] Theo tác giả Trần Thị Thu Huyền, Nguyễn Thị Bích Thủy (2011) Nghiên cứu ảnh hưởng của chitosan đến biến đổi hóa lý của quả nhãn sau thu hoạch cho biết bảo quản nhãn bằng phương pháp bao màng chitosan và để trong bao bì có đục lỗ, kết hợp với điều chỉnh nhiệt độ môi trường ở mức 100C có tác dụng kéo dài thời gian bảo quản và duy trì chất lượng quả Nhãn được bảo quản bằng màng chitosan với nồng độ 2% có thể duy trì chất lượng của quả trong thời gian 20 ngày, đảm bảo tiêu chuẩn về dinh dưỡng và cảm quan được người tiêu dùng chấp nhận [2]

2.3 Giới thiệu về chitosan khối lƣợng phân tử thấp

2.3.1 Phương pháp tổng hợp chitosan khối lượng phân tử thấp

2.3.1.1 Tổng hợp chitosan khối lượng phân tử thấp bằng acid HCl

Quá trình đề polymer hóa β-chitosan khối lƣợng phân tử thấp dựa trên nguyên tắc dùng acid HCl kết hợp với nhiệt để cắt đứt liên kết β(1,4) glucozit trong mạch chitosan Phản ứng xảy ra theo sơ đồ:

Hình 2.4 Sơ đồ điều chế chitosan khối lƣợng phân tử thấp

Điều kiện của phản ứng thủy phân chitosan là: nhiệt độ phản ứng ở 80o

Sấy kết tủa thu đƣợc

ở nhiệt độ 400C Kết quả đã điều chế đƣợc oligo-chitosan có phân tử lƣợng nằm trong khoảng từ 2283 đến 30414 Da [11]

2.3.2.3 Sản xuất chitosan khối lượng phân tử thấp bằng acid sunfuric

Các mẫu 0,25g chitosan trọng lượng phân tử cao được trộn với 25ml acid sulfuric với nồng độ 72; 216 và 360mM trong lọ thủy tinh 100ml được đậy kín và đặt trong một bể dầu ở 1200C trong 5-240 phút Sau đó các mẫu được làm lạnh để

hạ nhiệt độ xuống trong một bể đá, và pH của chúng được tăng 8-10 bằng cách thêm 30ml NaOH nồng độ 150; 450 và 750mM tương ứng cho các dung dịch acid 72; 216 và 360mM Chitosan kết tủa sau đó được tách ra từ chất lỏng và rửa sạch với nước cho đến khi pH trung tính Các chitosan sau đó được sấy khô, cân, và được lưu trữ tại nhiệt độ phòng Sự phục hồi chitosan trọng lượng phân tử thấp được tính theo phương trình:

Phục hồi= x 100

Trong đó W0 là trọng lượng ban đầu của chitosan trọng lượng phân tử cao và W

là trọng lượng của chitosan thu hồi [51]

2.3.2 Khả năng kháng khuẩn của chitosan khối lượng phân tử thấp

Chúng ta biết rằng, chitosan có khả năng kháng khuẩn và chitosan có khả năng

ức chế sự phát triển của vi khuẩn, nấm men, nấm mốc Nhưng chitosan khối lượng phân tử thấp còn có khả năng kháng khuẩn cao hơn Báo cáo rằng chitosan trọng lượng phân tử thấp là phù hợp hơn cho nhiều ứng dụng y sinh học do độ hòa tan cao hơn trong nước Chitosan khối lượng phân tử thấp có thể được sử dụng như là một chất kháng khuẩn, thuốc chống nấm, thuốc hạ sốt, và như một loại thuốc hạ lipid Ngoài ra, chitosan khối lượng phân tử thấp có tác dụng bảo vệ thận đối với các nghiên cứu về bệnh tiểu đường [11], [51]

Tikhonov et al, (2006) cho thấy chitosan khối lượng phân tử thấp có hoạt tính

chống lại Escherichia coli, Pseudomonas aureofaciens, Enterobacter agglomerans, Bacillus subtilis, Candida kruisei and Fusarium oxysporum f sp radicis lycopersici Kết quả cho thấy chitosan nồng độ 0,01% (w/v) có hoạt tính cao chống

lại tất cả các vi khuẩn, nấm men và nấm sợi Hoạt tính kháng khuẩn của chitosan và

dẫn xuất của nó cao hơn với mức độ thay thế 3%mol cho E coli và B subtilis, trong

khi mức độ thay thế 9%mol có hoạt tính kháng cao hơn đối với P aureofaciens, E agglomerans và C kruesei [49]

Nghiên cứu khả năng kháng khuẩn của chitosan có khối lượng phân tử khác nhau chỉ ra rằng cả chitosan khối lương phân tử thấp thấp và cao đều có khả năng

ức chế các loại nấm gây bệnh thực vật trong ống nghiệm trong khi chitosan khối lượng phân tử thấp có hiệu quả hơn trong việc ức chế nấm trong cơ thể Hoạt tính kháng khuẩn của chitosan tăng hoặc giảm tùy thuộc vào sự tăng hoặc giảm khối lượng phân tử và điều kiện ứng dụng, vì chitosan khối lượng phân tử cao tạo thành màng ngăn cản sự hấp phụ chất dinh dưỡng nhưng các chitosans khối lượng phân tử thấp đi vào các tế bào vi sinh dễ dàng hơn gây cản trở sự trao đổi chất của tế bào [47]

Hiệu quả kháng S.aureus là tốt hơn khi sử dụng chitosan có trọng lượng phân

tử thấp so với chitosan có trọng lượng phân tử lớn Trong một nghiên cứu khác với

E.coli cho thấy hiệu quả kháng vi khuẩn này giảm khi trọng lượng phân tử tăng và

thích hợp khi trọng lượng phân tử là 15kDa Ở nồng độ 0,5% oligosaccharide có thể

ức chế hoàn toàn sự phát triển của E coli Chitosan có trọng lượng phân tử là 40 kDa ở 0,5% có thể ức chế được 90% sự phát triển S.aureus và E coli và ở 180 kDa

có thể ức chế hoàn toàn sự phát triển của hai vi khuẩn này ở 0,05% [51]

Tại Trường Đại học Nha Trang một số công trình nghiên cứu sử dụng oligosaccharide để bảo quản thịt heo, thịt bò, xúc xích của Trần Thị Luyến và cộng

sự, 2006 đã chứng minh rằng khả năng kháng khuẩn của oligosaccharide là đáng kể Kết quả đã kéo dài được thời gian bảo quản của các đối tượng trên

Chitosan phân tử lượng thấp có nhiều tính ưu việt hơn chitosan, tuy nhiên hiện nay ở nước ta chưa có nhiều công trình nghiên cứu sản xuất chitosan phân tử lượng thấp được ứng dụng ra thực tế, các công trình này mới chỉ được áp dụng ở quy mô phòng thí nghiệm [5]

2.3.3 Ứng dụng của chitosan khối lượng phân tử thấp trong bảo quản rau quả tươi

Nghiên cứu sử dụng chitosan để bảo quản na của Lê Thị Hằng Phương (2007) cho thấy sử dụng chitosan có độ diacetyl hóa 75% ở nồng độ 1,5 – 2% cho kết quả tốt hơn chitosan có độ diacetyl hóa 85% và 95%, có thể kéo dài thời gian bảo quản

từ 12 – 15 ngày sau khi thu hoạch [14]

Nghiên cứu dùng chitosan khối lượng phân tử thấp để bảo quản dứa trong 18 ngày ở điều kiện môi trường (300C, 75% RH) Kết quả cho thấy dứa vẫn giữ được chất lượng cảm quan tốt Giảm hao hụt khối lượng, giữ được hàm lượng vitamin C

và hàm lượng acid cao trong thời gian bảo quản [46]

Chien et al, (2005) đã cho thấy bảo quản quả có múi bằng chitosan khối lượng phân tử thấp 15kDa ở nồng độ 0,1% và 0,2% đã kiểm soát sự phát triển của nấm, cải thiện độ cứng, giảm được sự hao hụt hàm lượng vitamin C và hàm lượng nước của quả có múi ở nhiệt độ 150C trong 56 ngày [28] Cũng theo nghiên cứu của Chien et al, (2006) nghiên cứu đánh giá chất lượng lớp phủ chitosan trọng lượng phân tử thấp để kéo dài thời hạn sử dụng và duy trì chất lượng của thanh long đỏ Kết quả màng chitosan khối lượng phân tử thấp làm chậm sự mất nước và tăng chất lượng cảm quan, do đó giữ được hàm lượng chất rắn hòa tan, hàm lượng vitamin C Giúp hiệu quả duy trì chất lượng và kéo dài thời hạn sử dụng của thanh long đỏ [27]

PHẦN 3 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng, vật liệu nghiên cứu

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu

Dưa chuột được thu hái tại Xã Thúc Duyên Thành phố Thái Nguyên, Thái Nguyên

3.1.2 Vật liệu nghiên cứu

- CH3COOH ( Axít acetic)

-CH3COONa (muối natri acetate)

- Acid HCl ( Axít clohidric )

- Chiết quang kế cầm tay Atago (Nhật Bản)

- Cân điện tử (Trung Quốc)

- Máy đo pH (Trung Quốc)

- Nhiệt kế

3.1.3 Địa điểm và thời gian nghiên cứu

Địa điểm nghiên cứu

Tại phòng thí nghiệm vi sinh - Khoa Công Nghệ Sinh Học và Công Nghệ

Thực Phẩm trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên

Thời gian nghiên cứu

Thời gian từ: 14/11/2015 – 14/05/2016

3.2 Nội dung nghiên cứu

Nội dung 1: Nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng phân tử chitosan tới chất

lượng và thời gian bảo quản dưa chuột

Nội dung 2: Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chitosan tới chất lượng và

thời gian bảo quản dưa chuột

3.3 Phương pháp nghiên cứu

3.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng phân tử chitosan tới chất lượng và thời gian bảo quản dưa chuột

Dưa chuột thí nghiệm được thu hái tại Xã Thúc Duyên Thành phố Thái Nguyên, Thái Nguyên Vỏ quả có màu xanh sáng, màu gai quả trắng Thịt quả chắc, giòn, không sâu bệnh, tổn thương cơ giới, có kích thước tương đối đồng đều Mỗi công thức lựa chọn 60 quả lặp lại 2 lần Dưa chuột trước khi phủ màng được rửa sạch bằng nước máy, để khô tự nhiên sau đó tiến hành phủ màng cho dưa chuột theo từng công thức Để cho màng chitosan khô tự nhiên, ta cho dưa chuột vào túi

PE đã được đục lỗ và bảo quản ở nhiệt độ 2-60C

Bố trí thí nghiệm

Đối chứng ( không bọc chitosan)

Công thức 1: 30.104 Da (chitosan thông thường)

Công thức 2: 7.104 Da

Công thức 3: 6,5.104 Da

Công thức 4: 6.104 Da

Các chỉ tiêu theo dõi

- Hao hụt khối lượng tự nhiên

Các chỉ tiêu theo dõi

- Hao hụt khối lượng tự nhiên

3.3.3 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu nghiên cứu

a Phương pháp xác định hao hụt khối lượng tự nhiên

Cân khối lượng của quả ở mỗi công thức trước khi bảo quản và ở mỗi lần phân tích bằng cân kỹ thuật với 3 lần lặp lại

Hao hụt khối lượng tự nhiên được tính theo công thức

1

2 1

M

M M

Trong đó:

X: Hao hụt khối lượng tự nhiên ở mỗi lần phân tích

M1: Khối lượng mẫu trước bảo quản

M2: Khối lượng mẫu ở các lần phân tích

b Phương pháp xác định hàm lượng chất khô hòa tan tổng số

Chất khô hòa tan tổng số (0Brix) được đo bằng chiết quang kế cầm tay (Atago, Nhật Bản)

c Phương pháp xác định hàm lượng axit tổng số

Nghiền nhỏ 5gam mẫu trong cối sứ, sau đó chuyển sang bình tam giác 250

ml, thêm nước đến thể tích 150 ml Đun 30 phút cách thuỷ trên bếp điện ở 80 –

900C, thỉnh thoảng lắc Khi dung dịch nguội, lọc vào bình định mức 250, lên thể tích tới vạch bằng nước cất

Lấy 50 ml dịch lọc cho vào bình tam giác, cho thêm vào 1 – 2 giọt phenolphetalein rồi chuẩn độ bằng NaOH cho đến khi xuất hiện màu hồng

Hàm lượng axit tính theo công thức

c v

T V a

X

.

100 0067 , 0



Trong đó:

X: Hàm lượng axit (%)

a: Số ml NaOH 0,1N cần để chuẩn độ

0,0067: Số gam acid tương ứng với 1 ml NaOH 0,1N

T: Hệ số hiệu chỉnh đối với NaOH 0,1N

V: Tổng thể tích dung dịch chiết

v: Số ml dung dịch lấy để chuẩn độ

c: Khối lượng mẫu (gam)

d Phương pháp xác định hàm lượng vitamin C

Tiến hành: Cho vào cối sứ 10 gam nguyên liệu và một ít HCl 2%, nghiền nhỏ Sau đó chắt lấy nước chiết trong, lặp lại tương tự 3-4 lần Dùng 10 ml HCl tráng cối, chày sứ có cả bã sang bình định mức 100 ml, lên thể tích bằng nước cất Đặt bình định mức trong bóng tối khoảng 10 phút, cho lượng vitamin C trong nguyên liệu được hoà tan hoàn toàn, lọc lấy dịch trong Lấy 30 ml dịch lọc trong cho vào bình tam giác 100 ml Thêm vào 10 giọt tinh bột 1%, Lắc nhẹ, dùng I20,01N chuẩn độ đến khi dung dịch xuất hiện màu xanh lam nhạt là được

Hàm lượng vitamin C được tính theo công thức

v c

V a

X  . .0,00088. .100.1000

Trong đó:

X: Hàm lượng vitamin C có trong nguyên liệu (mg%)

a: Số ml I2 0,01N dung để chuẩn độ

v: Số ml dung dịch mẫu đi phân tích

V: Thể tích của toàn bộ dịch chiết

c: Khối lượng nguyên liệu đem phân tích

0,00088: Số gam vitamin C tương ứng với 1 ml I2 0,01N

e Phương pháp xác định tỷ lệ thối hỏng

Tỷ lệ thối hỏng được xác định theo công thức sau:

X (%) = (M1/M2) * 100 Trong đó:

M1: Tổng số quả theo dõi

M2: Tổng số quả thối hỏng sau các lần kiểm tra định kỳ

X (%): Tỷ lệ thối hỏng

f Phương pháp đánh giá cảm quan

Đánh giá chất lượng cảm quan theo phương pháp cho điểm theo TCVN

32-1579 Đánh giá cảm quan theo phương pháp cho điểm, sử dụng thang điểm 5 gồm 6 bậc (0-5 điểm) Đánh giá các chỉ tiêu như màu sắc vỏ quả, mùi vị, độ giòn, màu sắc

thịt quả Chuẩn bị mẫu thử gồm các bước mã hóa mẫu chẳng hạn CT 1 và CT2, được mã hóa bằng các chữ cái A, B, , chuẩn bị mẫu, chuẩn bị phiếu trả lời Hội đồng cảm quan gồm 10 thành viên Mỗi thành viên được phát một phiếu đánh giá cảm quan và các mẫu mận đã được mã hóa bằng các chữ cái in hoa, thứ tự các mẫu khi phát cho các thành viên của hội đồng là không giống nhau Sau mỗi lần thử các thành viên phải sử dụng nước lọc để thanh vị trước khi thử mẫu tiếp theo Tập hợp các mẫu, lập bảng thống kê điểm đối với từng mẫu

Hệ số quan trọng đối với sản phẩm dưa chuột như sau:

ta dùng hệ điểm 20 để xây dựng 1 thang thống nhất 6 bậc 5 điểm (từ 0 đến 5) trong

đó điểm 0 ứng với mức chất lượng sản phẩm bị hỏng, còn từ 1-5 ứng với mức khuyết tật giảm dần Ở điểm 5 sản phẩm coi như không có lỗi nào trong tính chất đang xét, sản phẩm có tính đặc trưng và rõ rệt cho chỉ tiêu đó

3.3.4 Phương pháp xử lý số liệu

Số liệu được xử lý bằng phần mềm SPSS 16.0 So sánh sự sai khác giữa các giá trị trung bình bằng so sánh Duncan

PHẦN 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng phân tử chitosan tới chất lượng và thời gian bảo quản dưa chuột

4.1.1 Ảnh hưởng của khối lượng phân tử chitosan đến hao hụt khối lượng

Rau quả nói chung và dưa chuột nói riêng đều xảy ra hiện tượng hao hụt khối lượng tự nhiên sau thu hoạch Sự hao hụt khối lượng tự nhiên của rau quả không thể tránh khỏi trong bất cứ điều kiện tồn trữ nào, do sự thoát hơi nước và sự tổn hao chất hữu cơ trong quá trình hô hấp Khi khối lượng tự nhiên (KLTN) hao hụt lớn không chỉ gây tổn thất về số lượng mà còn ảnh hưởng đến chất lượng cảm quan của rau quả Chất lượng cảm quan tác động trực tiếp đến sức mua và giá trị của rau quả,

từ đó ảnh hưởng đến lợi ích của nhà sản xuất và kinh doanh Do đó mọi phương pháp bảo quản đều cố gắng hạn chế đến mức tối thiểu tỷ lệ hao hụt KLTN [2] Ảnh hưởng của khối lượng phân tử chitosan đến tỷ lệ hao hụt KLTN của quả dưa chuột được trình bày theo bảng 4.1

Bảng 4.1 Hao hụt KLTN của dưa chuột trong quá trình bảo quản

27,89% và thấp nhất ở CT2 (8,37%), tiếp theo CT1 (18,82%), CT4 (16,86%), CT3 (13,61%) Kết quả này có thể là do dưa chuột ở công thức đối chứng (không được phủ màng) tác dụng trực tiếp với môi trường dẫn đến quá trình mất nước diễn ra nhanh Ở các công thức được xử lý thì hao hụt KLTN thấp hơn là do màng chitosan

có tính thấm chọn lọc do đó hạn chế hô hấp, dẫn đến hạn chế hao hụt khối lượng Đồng thời màng chitosan cũng có tác dụng ngăn cản sự thoát hơi nước [12]

4.1.2 Ảnh hưởng của khối lượng phân tử chitosan đến hàm lượng chất khô hòa tan tổng số

Đối với quả dưa chuột, đường cũng là một thành phần chất khô hòa tan trong dịch quả và đây là nguyên liệu chính cung cấp cho các hoạt động sống của quả sau thu hoạch, đặc biệt là quá trình hô hấp Trong quá trình bảo quản, hàm lượng chất khô hòa tan của quả có thể tăng hoặc giảm tùy thuộc vào điều kiện bảo quản, các quá trình biến đổi sau thu hoạch [37] Ảnh hưởng của khối lượng phân tử chitosan đến sự biến đổi hàm lượng chất khô hòa tan của quả dưa chuột trong quá trình bảo quản được trình bày ở đồ thị hình 4.1

Hình 4.1 Biểu đồ ảnh hưởng của khối lượng phân tử chitosan đến hàm

lượng chất khô hòa tan tổng số

Từ đồ thị 4.1 cho thấy hàm lượng TSS tăng cao nhất sau 21 ngày bảo quản ở tất

cả các công thức kể cả đối chứng, sau đó giảm dần ở các ngày tiếp theo và giảm thấp nhất ở ngày thứ 35 Sự gia tăng ban đầu của TSS chủ yếu là do sự biến đổi tinh bột thành các dạng đường đơn và sự giảm TSS sau đó do sử dụng nhanh chóng lượng đường vào quá trình hô hấp [37] Công thức ĐC biến đổi hàm lượng TSS ở thời gian bảo quản đều lớn hơn so công thức tạo màng Có thể lý giải là do các công thức tạo màng đã hạn chế được quá trình hô hấp, sự mất nước tự nhiên nên tốc độ biến đổi hàm lượng TSS ít hơn, quả không bị héo nhăn so với ĐC Sau 35 ngày bảo quản thì CT2 có sự biến đổi hàm lượng TSS ít nhất Kết quả này cho thấy quá trình chín của dưa chuột trong CT2 đã bị ức chế Mặt khác, TSS của CT2 giảm vì hầu hết đường được sử dụng để chuyển hóa trong trái cây [27]

4.1.3 Ảnh hưởng của khối lượng phân tử chitosan đến hàm lượng vitamin C

Vitamin C là chỉ tiêu hóa sinh quan trọng đánh giá chất lượng của rau quả sau thu hoạch Hàm lượng vitamin C của dưa chuột giảm dần theo thời gian bảo quản

Sự biến đổi hàm lượng vitamin C của dưa chuột xử lý dung dịch tạo màng chitosan được thể hiện ở bảng 4.2

Bảng 4.2 Hàm lượng vitamin C của dưa chuột trong quá trình bảo quản

(Các giá trị trong cùng một cột có chỉ số mũ khác nhau thì khác nhau có nghĩa

ở mức ý nghĩa α = 0,05)

Qua bảng 4.2 ta thấy được hàm lượng vitamin C giảm dần trong quá trình bảo quản Sau 35 ngày bảo quản hàm lượng vitamin C ở CT2 giảm ít nhất (giảm 5,96 mg%), vitamin C giảm nhiều nhất ở công thức ĐC (giảm 8,78 mg%) Như vậy, thời

gian bảo quản càng dài thì hàm lượng vitamin C trong quả càng thấp Ngoài ra, sự suy giảm hàm lượng vitamin C còn do quá trình oxy hóa vitamin C Kết quả này phù hợp với kết luận của Nguyễn Thị Bích Thủy và cộng sự (2008)

4.1.4 Ảnh hưởng của khối lượng phân tử chitosan đến hàm lượng acid tổng số

Axit hữu cơ tổng số là một trong những chỉ tiêu hóa sinh đánh giá chất lượng quả nói chung và dưa chuột nói riêng Axit hữu cơ tổng số đóng vai trò quan trọng trong hoạt động trao đổi chất của rau quả sau thu hoạch Ở một số mô trong nông sản axit hữu cơ tổng số tồn tại dưới dạng năng lượng dự trữ Mặt khác axit hữu cơ còn quyết định chất lượng của rau quả, tạo nên mùi vị đặc trưng cho rau quả Đồng thời, nó cũng

là nguyên liệu tham gia vào quá trình hô hấp của rau quả [15], [21] Kết quả nghiên cứu xác định hàm lượng axit tổng số được trình bày qua đồ thị hình 4.2

Hình 4.2 Sự biến đổi hàm lượng acid tổng số trong quá trình bảo quản

dưa chuột

Từ đồ thị 4.2 ta thấy hàm lượng acid tổng số giảm dần trong quá trình bảo quản Sau 7 ngày đầu bảo quản hàm lượng acid giảm xuống 77,94mg%; 81,83mg%; 85,07mg%; 84;21mg%; 80,6mg% lần lượt ở các công thức ĐC, CT1, CT2, CT3 và CT4 Sau 35 ngày bảo quản hàm lượng acid ở công thức ĐC giảm mạnh mẽ nhất so với các công thức được phủ màng chitosan, giảm từ 88 mg% xuống 54,78 mg%, CT2 giữ được hàm lượng acid trong dưa chuột cao nhất (giảm từ 88 mg% xuống 68,99 mg%) Điều này có thể giải thích do trong thời gian bảo quản dưa chuột vẫn tiếp tục hô hấp Kết quá cho thấy trong quá trình này dưa chuột sử dụng các chất có trong quả để làm nguyên liệu hô hấp, trong đó có axit hữu cơ như acid malic và acid citric là nguyên liệu cho quá trình hô hấp [15] Do vậy mà cùng với sự gia tăng của thời gian bảo quản hàm lượng axit giảm dần Điều này cho thấy chitosan KLTP thấp gây trở ngại cho sự chuyển hóa axit trong trái cây [27]

4.1.5 Ảnh hưởng của khối lượng phân tử chitosan đến tỷ lệ thối hỏng

Công tác bảo quản rất quan tâm đến tỷ lệ thối hỏng do ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả bảo quản và giá trị kinh tế Nếu phương pháp bảo quản tốt sẽ giảm tỷ lệ thối hỏng của rau quả sau thời gian bảo quản Kết quả ảnh hưởng của KLTP chitosan đến tỷ lệ thối hỏng của dưa chuột được trình bày theo bảng 4.3

Bảng 4.3 Tỷ lệ tối hỏng của dưa chuột trong quá trình bảo quản