Nghiên cứu cắt mạch carrageenan thành oligo carrageenan bằng phương pháp chiếu xạ chùm tia điện tử để ứng dụng trong bảo quản tôm đông lạnh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP MÃ SỐ: 2019-15116161 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 08/2019 N

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

MÃ SỐ: 2019-15116161

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 08/2019

NGHIÊN CỨU CẮT MẠCH CARRAGEENAN THÀNH OLIGO-CARRAGEENAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾU XẠ CHÙM TIA ĐIỆN TỬ ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG

BẢO QUẢN TÔM ĐÔNG LẠNH

G

NGUYỄN NGỌC THẢO NGUYÊN

VHD: ThS PHẠM THỊ THU HỒNG SVTH:

MSSV: 15116161

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

MÃ SỐ: 2019-15116161

NGHIÊN CỨU CẮT MẠCH CARRAGEENAN THÀNH OLIGO-CARRAGEENAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾU XẠ CHÙM TIA ĐIỆN TỬ ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG

BẢO QUẢN TÔM ĐÔNG LẠNH

GVHD: ThS PHẠM THỊ THU HỒNG SVTH: NGUYỄN NGỌC THẢO NGUYÊN MSSV: 15116161

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 08/2019

LỜI CẢM ƠN

Cảm ơn Thầy Trịnh Khánh Sơn đã tạo cầu nối để em được nghiên cứu và thực hành khóa luận tốt nghiệp tại Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ -VINNAGAMMA

Cảm ơn Cô Phạm Thị Thu Hồng đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi cho

em trong quá trình làm khóa luận tại Trung tâm Trong thời gian làm khóa luận, em đã học

và bổ sung thêm một số thao tác kỹ thuật hóa học và thực nghiệm, biết cách sử dụng thiết bị

và máy móc đặc thù ở Trung tâm Không những thế, nhờ sự nhắc nhở và chỉ dẫn những lưu

ý trong quá trình làm khóa luận của cô mà em biết cách thực hiện, chỉnh sửa và hoàn thành quá trình đo đạc và xử lý dữ liệu Trong những lúc khó khăn, cô đã giúp đỡ nhiệt tình và hướng dẫn em cách giải quyết vấn đề Nhờ thế, em đang dần trưởng thành và phát triển bản thân

Cảm ơn các Thầy Cô, Anh Chị trong Trung tâm đã tạo không gian thoải mái cho các bạn sinh viên đến thực tập Trong quá trình thực tập, em đã hiểu rõ hơn về văn hóa ứng xử với nhau trong công việc Qua đó, em đút kết được những kinh nghiệm cần thiết sẽ là hành trang quan trọng trong tương lai

Cảm ơn các Thầy Cô trong ngành Công nghệ Thực phẩm, Khoa Đào tạo Chất Lượng Cao đã tạo điều kiện cho em thực hành thí nghiệm bảo quản tại Xưởng 1, 3 và Phòng thí nghiệm Hóa sinh của trường

Em sẽ ngày càng cải thiện khả năng làm việc nâng cao ý thức tự giác, trách nhiệm của bản thân đối với tập thể, cộng đồng qua những cách ứng xử, thái độ, kỹ năng và kiến thức nhận được khi thực hiện khóa luận ở Trung tâm và trường Đại học

Trân trọng Nguyễn Ngọc Thảo Nguyên

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC xvi

DANH MỤC HÌNH xix

DANH MỤC BẢNG xxi

TÓM TẮT KHÓA LUẬN xxiii

MỞ ĐẦU xxiv

Đặt vấn đề xxiv

Mục tiêu khóa luận xxvi

Nội dung nghiên cứu xxvi

Ý nghĩa khoa học xxvi

Ý nghĩa thực tiễn xxvi

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1

1.1 Giới thiệu về carrageenan 1

1.1.1 Nguồn nguyên liệu sản xuất carrageenan 1

1.1.2 Cấu trúc của carrageenan 1

1.1.3 Tính chất đặc trưng của carrageenan 3

1.1.4 Sản xuất carrageenan 6

1.1.5 Ứng dụng của carrageenan trong thực phẩm 6

1.2 Giới thiệu về oligo-carrageenan 7

1.3 Công nghệ bức xạ 8

1.4 Giới thiệu về tôm sú 10

1.4.1 Phân bố tôm sú ở Việt Nam 10

1.4.2 Đặc điểm hình thái của tôm sú 11

1.4.3 Thành phần khối lượng và hóa học của tôm sú 11

1.5 Kỹ thuật bảo quản lạnh đông tôm sú 13

1.5.1 Kỹ thuật lạnh đông 13

1.5.2 Phụ gia sử dụng trong bảo quản lạnh đông thủy sản 14

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 17

2.1 Thời gian và địa điểm thực hiện nghiên cứu 17

2.2 Nguyên vật liệu và thiết bị 17

2.2.1 Nguyên vật liệu 17

2.2.2 Thiết bị 18

2.3 Quy trình chế tạo oligo- ĸ-car 19

2.4 Quy trình bảo quản tôm bóc nõn đông lạnh 20

2.5 Bố trí thí nghiệm 25

2.5.1 Thí nghiệm 1 25

2.5.2 Thí nghiệm 2 26

2.6 Các phương pháp xác định các chỉ tiêu theo dõi 28

2.6.1 Phương pháp xác định độ nhớt động học 28

2.6.2 Phương pháp xác định khối lượng phân tử trung bình 28

2.6.3 Phương pháp đo màu 29

2.6.4 Phương pháp đo phổ UV-vis 30

2.6.5 Phương pháp đo phổ FTIR 30

2.6.6 Phương pháp xác định vi cấu trúc mô cơ thịt 30

2.6.7 Phương pháp tính toán hao hụt rã đông 30

2.6.8 Phương pháp đo độ cứng 30

2.6.9 Phương pháp đo độ pH 31

2.6.10 Phương pháp phân tích chỉ tiêu vi sinh 31

2.6.11 Phương pháp xử lý số liệu 31

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 32

3.1 Tính chất hóa lý đặc trưng của oligo-к-car theo dãy liều chiếu 32

3.1.1 Xác định khối lượng phân tử trung bình 32

3.1.2 Xác định độ nhớt động học 32

3.1.3 Xác định độ màu 34

3.1.4 Phân tích phổ UV-vis 35

3.1.5 Phân tích phổ FTIR 37

3.2 Mô tả vi cấu trúc mô cơ thịt tôm 39

3.2.1 Vi cấu trúc mô cơ thịt tôm sau 0 ngày trữ đông 40

3.2.2 Vi cấu trúc mô cơ thịt tôm sau 21 ngày trữ đông 43

3.3 Hao hụt rã đông, độ cứng và độ pH của tôm bóc nõn đông lạnh trong từng dung dịch ngâm theo thời gian trữ đông 0 và 21 ngày 46

3.3.1 Hao hụt rã đông 46

3.3.2 Độ cứng 50

3.3.3 Độ pH 51

3.4 Kết quả đo vi sinh vật 52

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1

PHỤ LỤC 5

Phụ lục 1: Kết quả xử lý thống kê từ phần mềm SPSS 5 1.1 Thời gian chảy của dung dịch 1% ĸ-car theo dãy liều chiếu ở nhiệt độ 𝟒𝟓 ± 𝟏°C 5

1.2 Thời gian chảy của dung dịch 1% ĸ-car theo dãy liều chiếu ở nhiệt độ 𝟕𝟓 ± 𝟏°C 6 1.3 Sự thay đổi sắc thái màu đen – trắng của của dung dịch 1% ĸ-car theo dãy liều

chiếu 8

1.4 Sự thay đổi sắc thái màu đỏ - lục của của dung dịch 1% ĸ-car theo dãy liều chiếu 9

1.5 Sự thay đổi sắc thái màu vàng –xanh của dung dịch 1% ĸ-car theo dãy liều chiếu 11

1.6 Hao hụt rã đông (%) của tôm đông lạnh theo từng loại dung dịch ngâm sau 0 ngày trữ đông 12

1.7 Hao hụt rã đông (%) của tôm đông lạnh theo từng loại dung dịch ngâm sau 21 ngày trữ đông 15

1.8 Tương tác giữa loại dung dịch ngâm và ngày trữ đông lên hao hụt rã đông (%) của tôm đông lạnh 16

1.9 Độ pH của tôm theo từng loại dung dịch ngâm sau 0 ngày trữ đông 18

1.10 Độ pH của tôm theo từng loại dung dịch ngâm sau 21 ngày trữ đông 20

Phụ lục 2: Kết quả đo GPC của dung dịch 1% ĸ-car theo dãy liều chiếu từ 9 đến 30 kGy 23

2.1 Kết quả đo GPC của dung dịch 1% ĸ-car ỏ liều 9 kGy 23

2.2 Kết quả đo GPC của dung dịch 1% ĸ-car ỏ liều 15 kGy 24

2.3 Kết quả đo GPC của dung dịch 1% ĸ-car ỏ liều 21 kGy 25

2.4 Kết quả đo GPC của dung dịch 1% ĸ-car ỏ liều 30 kGy 26

Phụ lục 3: Kết quả đo phổ FTIR của mẫu ĸ-car dạng bột và ĸ-car theo dãy liều chiếu từ 3 đến 30 kGy dạng rắn 27

Phụ lục 4: Kết quả đo vi cấu trúc mô cơ thịt tôm sau 0 và 21 ngày trữ đông 31

4.1 Kết quả đo vi cấu trúc mô cơ thịt tôm sau 0 ngày trữ đông 31

4.2 Kết quả đo vi cấu trúc mô cơ thịt tôm sau 21 ngày trữ đông 35

Phụ lục 5: Kết quả đo vi sinh của hai mẫu tôm đông lạnh ngâm trong dung dịch 1% ĸ-car liều 9 và 30 kGy sau 0 và 21 ngày trữ đông 39

5.1 Kết quả đo vi sinh của hai mẫu tôm đông lạnh ngâm trong dung dịch 1% ĸ-car liều 9 và 30 kGy sau 0 ngày trữ đông 39

5.2 Kết quả đo vi sinh của hai mẫu tôm đông lạnh ngâm trong dung dịch 1% ĸ-car liều 9 và 30 kGy sau 21 ngày trữ đông 42

Phụ lục 6: Một số hình ảnh trong quá trình chế tạo vật liệu và bảo quản tôm 44

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Sơ đồ chuyển hóa tương ứng đơn vị cấu trúc của ba dạng λ-, μ-, ν-car thành θ-, ĸ, ι-car Các ký tự mã cho các đơn vị hợp phần khác nhau trong các dạng car được phát triển bởi Knutsen, Myladobodski, Larsen và Usov (1994)

Hình 1.2: Cơ chế tạo gel carrageenan

Hình 1.3: Cấu tạo tôm sú

Hình 2.1: Sơ đồ quy trình chế tạo vật liệu

Hình 2.2: Sơ đồ quy trình sản xuất tôm bóc nõn đông lạnh

Hình 2.3: Tôm sú ướp đá đựng trong thùng xốp

Hình 2.4: Tôm sau khi lặp đẩu, rút chỉ và lột vỏ

Hình 3.1: Đồ thị thể hiện sự biến đổi của độ nhớt động học ở khoảng nhiệt độ 45 ± 1°C và

75 ± 1°C theo dãy liều chiếu

Hình 3.2: Các dung dịch 1% к-car theo dãy liều chiếu

Hình 3.3A: Phổ UV-vis của dung dịch 1% ĸ-car theo dãy liều chiếu từ 0 đến 30 kGy

Hình 3.3B: Đồ thị biểu diễn độ hấp thu tại bước sóng 260 nm của dung dịch 1% ĸ-car theo dãy liều chiếu từ 0 đến 30 kGy

Hình 3.4: Cấu trúc hóa học của ĸ-car Các con số chỉ ra các tín hiệu đỉnh trong phổ IR đặc trưng cho ba nhóm chức quan trọng để định dạng car

Hình 3.5: So sánh mẫu mô cơ ở phần cắt ngang và dọc của đốt thứ hai của tôm sau 0 ngày trữ đông

Hình 3.6: So sánh mẫu mô cơ ở phần cắt ngang và dọc của đốt thứ hai của tôm sau 21 ngày trữ đông

Hình 3.7: Ảnh chụp tôm ở từng loại dung dịch ngâm sau khi rã đông 0 và 21 ngày (từ trái sang phải)

Hình 3.8: Đồ thị cột biểu diễn sự thay đổi hao hụt rã đông của tôm đông lạnh ở từng loại dung dịch ngâm sau 0 và 21 ngày trữ đông

Hình 3.9: Đồ thị thể hiện sự thay đổi độ cứng trung bình của tôm ở từng loại dung dịch ngâm theo thời gian trữ đông

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của tôm sú

Bảng 1.2: Các hợp chất nitơ trong tôm sú

Bảng 1.3: Sự thay đổi hàm lượng nước đóng băng theo nhiệt độ

Bảng 2.1: Phân hạng đối với tôm bóc nõn

Bảng 2.2: Các nghiệm thức trong thí nghiệm 1

Bảng 2.3: Các nghiệm thức trong thí nghiệm 2

Bảng 2.4: Số lượng mẫu cho từng nghiệm thức ở thí nghiệm 2

Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật và hằng số K của hai loại nhớt kế mao quản Ubbelohde

Bảng 3.1: Thời gian chảy của dung dịch 1% к-car ở 45 ± 1oC và 75 ± 1oC theo dãy liều chiếu

Bảng 3.2: Kết quả đo GPC về MW (khối lượng phân tử trung bình, Da) của từng dung dịch 1% к-car theo liều chiếu từ 9 đến 30 (kGy)

Bảng 3.3: Ba sắc thái màu sắc cơ bản của dung dịch 1% к-car và dung dịch 1% oligo-к-car theo dãy liều chiếu

Bảng 3.4: Các số sóng (cm-1) đặc thù của các nhóm chức chính ở ĸ-car dạng bột và các dung dịch 1% ĸ-car theo dãy liều chiếu trong phổ IR

Bảng 3.5: Khoảng cách trung bình bó cơ và sợi cơ (µm) của mô cơ thịt tôm tươi và tôm đông lạnh sau 0 ngày trữ đông đo từ độ phóng đại X40

Bảng 3.6: Khoảng cách trung bình bó cơ và sợi cơ (µm) của mô cơ thịt tôm tươi và tôm đông lạnh sau 21 ngày trữ đông đo từ độ phóng đại X40

Bảng 3.7: Hao hụt rã đông của tôm đông lạnh ở từng loại dung dịch ngâm sau 0 và 21 ngày trữ đông

Bảng 3.8: Độ pH của tôm rã đông ở từng loại dung dịch ngâm sau trữ đông 0 và 21 ngày Bảng 3.9: Chỉ tiêu vi sinh vật của hai mẫu khảo sát sau 0 và 28 ngày trữ đông

TÓM TẮT KHÓA LUẬN

Oligo-carrageenan – một loại oligo-saccharide mang hoạt tính sinh học, được tạo thành

từ quá trình thủy phân car bằng tác nhân vật lý, hóa học và hóa sinh Oligo-carrageenan đã được ứng dụng trong nông nghiệp vì khả năng kích thích sinh trưởng và thụ tinh cho nhiều loại cây trồng; trong y học nhờ vào khả năng chống oxi hóa, chống viêm loét, kháng khuẩn, chống tạo khối u, đặc biệt là tiềm năng chống ung thư bằng cách thúc đẩy hệ miễn dịch; trong thực phẩm dựa trên khả năng ức chế sự hình thành và phát triển tinh thể đá, làm giảm

sự phá hủy vật lý của cấu trúc các sản phẩm đông lạnh từ thủy sản Thông qua đó, chúng tôi tiếp tục nghiên cứu về khả năng chống biến tính đông lạnh của carrageenan trong bảo quản tôm đông lạnh

Một số các tính chất hóa lý đặc trưng của oligo-carrageenan đã được khảo sát theo dãy liều chiếu từ 3 đến 30 kGy gồm độ nhớt động học, khối lượng phân tử trung bình, độ màu Bên cạnh đó, các tính chất về cấu trúc hóa học của oligo-car cũng được khảo sát thông qua phổ quang phổ tử ngoại (UV-vis) và hồng ngoại (FTIR) Dựa vào kết quả phân tích, chúng tôi lựa chọn dung dịch 1% к-car ở liều xạ 9 và 30 kGy để thử nghiệm lên khả năng chống biến tính trong tôm đông lạnh thông qua đo vi cấu trúc mô cơ, hạo rụt rã đông (%), độ cứng

và độ pH So sánh chúng với các mẫu đối chứng gồm dung dịch 1% tetranatri pyrophosphate (đối chứng dương) và nước cất (đối chứng âm) Từ đó, nhận ra được dung dịch 1% к-car ở liều 30 kGy có hiệu quả bảo quản tốt hơn những mẫu còn lại

Bên cạnh đó, hai loài rong biển cho hàm lượng car cao nhất ở Việt Nam là rong Hồng

Vân (Eucheuma gelatinae) và rong Sụn (Kappaphycus alvarezii) (Trần Đình Toại và cộng

sự, 2006) Trong đó, rong Sụn đang đuọc nuôi trồng và canh tác diện rộng tại các vùng biển miền Trung và miền Nam và chiếm trữ lượng cao hơn so với rong Hồng Vân (Trần Đình Toại và cộng sự, 2006) Dựa trên hàm lượng car và mức độ phổ biến cao, chúng tôi chọn bột ĸ-car (ĸ-carrageenan) từ rong Sụn để thực hiện nghiên cứu

Hiện nay, các nhà khoa học trong và ngoài nước có thêm nhiều nghiên cứu sản xuất oligo-carrageenan – một loại oligo-saccharide mang hoạt tính sinh học, được tạo thành từ quá trình thủy phân car (Jing Ji, 2011) Oligo-car (oligo-carrageenan) đã được ứng dụng trong nông nghiệp vì khả năng kích thích sinh trưởng và thụ tinh cho nhiều loại cây trồng, trong y học nhờ vào khả năng chống oxi hóa, chống viêm loét, kháng khuẩn, chống tạo khối

u, đặc biệt là tiềm năng chống ung thư bằng cách thúc đẩy hệ miễn dịch,…( Jing Ji, 2011; Trần Đình Toại và cộng sự, 2006) Tuy nhiên, chúng tôi thấy có rất ít các nghiên cứu về hiệu quả của việc sử dụng oligo-car trong thực phẩm Thông qua việc tìm hiểu, chúng tôi nhận thấy các cryoprotective saccharide là các chất phụ gia chống biến tính protein khi đông lạnh thuộc nhóm cryoprotectant được chấp nhận rộng rãi ở nhiều nước, vì chúng làm giảm sự tổn

thất dịch chiết khi tan băng, duy trì kết cấu và làm chậm quá trình biến tính protein trong thủy sản đông lạnh (Bin Zhang và cộng sự, 2018) Trong một nghiên cứu mới nhất về tác dụng ức chế của oligo-car và xylo-oligosaccharide lên sự phát triển tinh thể băng trong tôm

chân trắng (Litopenaeus vannamei) đã bóc vỏ trong quá trình lạnh đông, Bin Zhang và cộng

sự (2018) đã khẳng định hiệu quả bảo quản của oligo-car tốt hơn khi xử lý bằng tetranatri diphosphate sau tám tuần trữ đông

Ngoài ra, chế tạo oligo-car từ car qua phản ứng thủy phân được thực hiện bằng ba phương pháp chính gồm: hóa học, hóa sinh và vật lý (L.V Abad và cộng sự, 2010) Mỗi phương pháp đều có các ưu nhược điểm khác nhau Đối với phương pháp hóa học, chúng ta

sử dụng dung dịch acid hoặc bazơ đậm đặc, phương pháp này cho hiệu quả cắt mạch không cao và gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người sản xuất và ô nhiễm môi trường (Bùi Huy Chích và cộng sự, 2014) Phương pháp hóa sinh sử dụng polysacchase (thường là cellulase) làm chất xúc tác cho quá trình thủy phân; nó đem lại hiệu quả cắt mạch cao, không gây hại đến sức khỏe người lao động và không ô nhiễm môi trường (Bùi Huy Chích và cộng sự, 2014) Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp làm độ nhớt và cường độ gel của dung dịch car giảm nhẹ (Bùi Huy Chích, 2017) Cuối cùng, phương pháp vật lý đang được ứng dụng

và nghiên cứu trong khoảng thời gian gần đây bởi Viện nghiên cứu hạt nhân Philippines (PNRI) (Lucille V Abad, 2014) Bằng cách sử dụng chùm tia bức xạ từ Cobalt 60 hoặc chùm tia bức xạ điện tử chiếu vào dung dịch car để tiến hành quá trình phân ly nước Công nghệ bức xạ được xem là thân thiện với môi trường, vì nó mang đến hiệu quả cắt mạch cao nhất khi sản xuất ra oligo-car có khối lượng phân tử thấp và quá trình chế tạo oligo-car đơn giản hơn (L.V Abad và cộng sự, 2010; Lucille V Abad, 2014) Chùm tia điện tử được lựa chọn

là tác nhân thủy phân car, vì thời gian chiếu xạ ngắn (với suất liều tính bằng kGy/s) và tính đâm xuyên tốt

Tôm sú (Penaeus monodon) là một trong ba sản phẩm xuất khẩu chính của phân ngành

tôm trong ngành nuôi trồng thủy hải sản, đóng góp lớn trong cơ cấu giá trị thủy hải sản ở Việt Nam do đem lại nguồn lợi nhuận lớn Với tốc độ tăng trưởng ổn định, giá cả tăng nhanh theo từng năm và thị trường xuất khẩu sẵn có, tôm sú đông lạnh và các mặt hàng giá trị gia tăng cần tiếp tục giữ vững hoặc nâng cao chất lượng để mang lại lợi thế cạnh tranh trên thị trường cho Việt Nam Đây là nguồn nguyên liệu dễ đánh bắt và nuôi trồng, giá thành ổn định

và có giá trị xuất khẩu cao ở nước ta nên chúng tôi chọn tôm sú làm đối tượng thí nghiệm

Vì những hiệu quả khoa học, giá trị kinh tế, khả năng thương mại hóa mà oligo-car có thể mang lại trong ngành công nghiệp thực phẩm nói chung và ngành nuôi trồng thủy sản nói riêng, chúng tôi hình thành lên ý tưởng đề tài: “Nghiên cứu cắt mạch carrageenan thành oligo-carrageenan bằng phương pháp chiếu xạ chùm tia điện tử để ứng dụng trong bảo quản tôm đông lạnh”

Mục tiêu khóa luận

Nghiên cứu chế tạo oligo-ĸ-car (oligo-ĸ-carrageenan) từ dung dịch 1% ĸ-car carrageenan) bằng phương pháp chiếu xạ chùm tia điện tử và ứng dụng oligo-ĸ-car trong quá trình bảo quản tôm sú bóc nõn đông lạnh

(ĸ-Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu cắt mạch ĸ-car thành oligo-ĸ-car bằng phương pháp chiếu xạ chùm tia điện tử theo dãy liều chiếu từ 3 đến 30 kGy gồm 3, 9, 15, 21 và 30 kGy;

Khảo sát các tính chất hóa lý đặc trưng và cấu trúc của oligo-ĸ-car đã chiếu xạ theo dãy liều;

Thử nghiệm và đánh giá hiệu quả của oligo-ĸ-car về khả năng ức chế sự tăng trưởng của các tinh thể băng trong quá trình bảo quản tôm sú bóc nõn đông lạnh bằng đo vi cấu trúc;

So sánh chỉ tiêu hao hụt rã đông, độ cứng và độ pH giữa mẫu đối chứng (tôm sú đông lạnh không xử lý bằng oligo-ĸ-car) và mẫu khảo sát (tôm sú đông lạnh xử lý bằng oligo-ĸ-car, tetranatri diphosphate và nước cất)

Ý nghĩa khoa học

Khóa luận sử dụng phương pháp chiếu xạ bằng chùm tia điện tử để cắt mạch ĸ-car thành oligo-ĸ-car dưới dạng dung dịch 1% và đánh giá các tính chất hóa lý và cấu trúc đặc trưng của oligo-ĸ-car Đồng thời, đánh giá hiệu quả bảo quản của oligo-ĸ-car đối với tôm sú bóc nõn đông lạnh thông qua một loạt thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của oligo-ĸ-car có khối lượng phân tử khác nhau và thời gian trữ đông của tôm lên vi cấu trúc mô cơ, hao hụt

rã đông, độ cứng, độ pH Từ đó, kết luận dung dịch oligo-ĸ-car nào mang lại hiệu quả tốt trong quá trình bảo quản tôm sú bóc nõn đông lạnh

Ý nghĩa thực tiễn

Thông qua kết quả nghiên cứu, oligo-ĸ-car có tiềm năng trở thành phụ gia chống biến tính lạnh đông thuộc nhóm cryoprotective saccharide và có thể thay thế các phụ gia bảo quản

cấu trúc khác đối với sản phẩm thủy sản đông lạnh Không những thế, nó còn có khả năng thương mại hóa cao vì nguồn nguyên liệu dồi dào, quá trình chế tạo đơn giản, chí phí thấp

và hiệu quả bảo quản lạnh đông cao khi so với tetranatri diphosphate Từ đó, một phần đem lại lợi ích kinh tế cho người dân nuôi trồng rong biển và các nhà sản xuất car, oligo-car; góp phần thúc đẩy kinh tế khi sản xuất ra oligo-ĸ-car có trị gia tăng và nâng cao chất lượng cho những mặt hàng thủy sản đông lạnh xuất khẩu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Giới thiệu về carrageenan

1.1.1 Nguồn nguyên liệu sản xuất carrageenan

Theo các phân tích ở vùng biển Việt Nam, nguồn nguyên liệu dùng trong sản xuất car được lấy từ hai loài rong Đỏ cho trữ lượng cao và hàm lượng car cao nhất khoảng 60% trọng

lượng khô là rong Sụn (Kappaphycus alvarezii) và rong Hồng Vân (Eucheuma gelatinae)

Trong đó, rong Sụn được nuôi trồng chính ở vùng biển Nam Trung Bộ, rong Hồng Vân được canh tác chủ yếu ở vùng biển phía Nam (Trần Đình Toại và cộng sự, 2006)

Trong bài khóa luận này, chúng tôi sử dụng bột ĸ-car trích ly từ rong Sụn Car được chiết xuất từ rong Sụn có tên thương mại là “cottonii”, có hàm lượng chủ yếu là ĸ-car và hàm lượng ι-car, methylated car và dư lượng từ tiền chất µ-car rất thấp (Leila Hayashi và cộng sự, 2007)

1.1.2 Cấu trúc của carrageenan

Car là một polysaccharide mạch thẳng của galactose (tên thông thường là galactan) đã được sulfate hóa với hàm lượng ester-sulfate từ 15% đến 40%, cụ thể nó là một galactan sulphate (Trần Đình Toại và cộng sự, 2006; J Necas, 2013) Vị trí và số lượng nhóm sulfate nằm trên mạch polysaccharide khác nhau, tùy thuộc vào từng dạng (Trần Đình Toại và cộng

sự, 2006)

Sáu dạng car trong tự nhiên tồn tại gồm: Iota (ι)-, Kappa (ĸ)-, Lamda (λ), Mu (μ)-, Nu (ν)- và Theta (θ)-car, chúng được chiết tách từ những loài rong biển khác nhau (Vanessa Leiria Campo và cộng sự, 2009) Trong đó, dạng car thường gặp là λ, μ, ν; chúng không có khả năng tạo gel Tuy nhiên, dưới tác động của môi trường kiềm hay enzyme trong quá trình chiết tách, các dạng λ-, μ-, ν-car dễ chuyển hóa tương ứng thành θ-, ĸ-, ι-car có khả năng tạo gel và một số tính chất khác (Trần Đình Toại và cộng sự, 2006)

Các dạng car có thành phần hóa học và tính chất khác nhau dựa vào mức độ sunlfate hóa tại các vị trí cụ thể trong mạch polymer Cụ thể, hàm lượng ester-sulfate có trong ĸ-car khoảng 25-30%, ι-car khoảng 28-30% và λ-car khoảng 32 -39% Tính chất của chúng cũng thay đổi vì khi hàm lượng ester-sulfate cao hơn có nghĩa là nhiệt độ hòa tan thấp hơn và độ bền gel thấp hơn (J Necas, 2013)

Cấu trúc car được hình thành từ một loạt các đơn vị cấu trúc là disaccharide lặp lại, trong đó monosaccharide nằm xen kẽ và liên kết với nhau bằng hai liên kết α-1,3 và β-1,4-glycoside (Trần Đình Toại và cộng sự, 2006; Vanessa Leiria Campo và cộng sự, 2009) Disaccharide được tạo thành từ hai đơn vị hợp phần là các monosaccharide, bao gồm ba đơn

vị chính gồm: 3-β-D-galactopyranose (đơn vị G), α-D-galactopyranose (đơn vị D) và 3,6-anhydro-α-D-galactopyranose (đơn vị DA) (Vanessa Leiria Campo và cộng sự, 2009)

4-Vì thế, car có hai đơn vị cấu trúc cơ bản là G-D và G-DA, giúp phân loại car thành hai nhóm theo sự hiện diện của cầu 3,6-anhydro (Vanessa Leiria Campo và cộng sự, 2009) Tùy thuộc vào dạng car mà trên mạch carbon của các đơn vị cấu trúc có thể có nhóm sulphate ở những

vị trí khác nhau

Hình 1.1: Sơ đồ chuyển hóa tương ứng đơn vị cấu trúc của ba dạng λ-, μ-, ν-car thành θ-, ĸ-, ι-car Các ký tự mã cho các đơn vị hợp phần khác nhau trong các dạng car được phát triển bởi Knutsen, Myladobodski, Larsen và Usov (1994) (Vanessa Leiria Campo và cộng

sự, 2009) Sau khi chuyển hóa, đơn vị hợp phần thứ hai của tất cả ba dạng đầu đều chuyển từ đơn

vị D sang DA, số lượng nhóm ester-sulfate giảm một nhóm (vì trong môi trường kiềm hay dưới tác dụng của enzyme nhóm sulphate OSO3- bị khử tách dần khỏi cấu trúc của car) (Trần Đình Toại và cộng sự, 2006) và vị trí của chúng cũng thay đổi dẫn đến làm biến đổi đơn vị

cấu trúc từ G-D thành G-DA Tuy nhiên, đơn vị hợp phần thứ nhất giữ nguyên là đơn vị G,

số lượng và vị trí nhóm ester-sulfate trên nó không thay đổi

Hiện nay, khi phân tích cấu trúc hóa học của car, các nhà nghiên cứu đã phát triển và

sử dụng những phương pháp phân tích khác nhau (mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng) Tuy nhiên, những phương pháp áp dụng nhiều nhất chính gồm: phân tích nguyên tố, quang phổ hồng ngoại (IR), phân tích methyl hóa và cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) (Vanessa Leiria Campo và cộng sự, 2009)

Tóm lại, các dạng car có cấu trúc khác biệt dẫn đến sự khác nhau về thành phần hóa học, các tính chất hóa lý và hoạt tính sinh học của car

1.1.3 Tính chất đặc trưng của carrageenan

1.1.3.1 Tính chất hóa lý

Tương tự như các polysaccharide tự nhiên khác, car đặc trưng về sự phân bố khối lượng phân tử, tính chất hóa lý, khả năng tạo gel và tính chất hóa học (Trần Đình Toại và cộng sự, 2006) Car thương mại (gồm ĸ-, ι-, λ-car) có khối lượng phân tử trung bình từ 100 đến 1000 kDa (Vanessa Leiria Campo và cộng sự, 2009)

Tất cả car đều tan trong nước, không hòa tan trong dung môi hữu cơ, dầu hoặc chất béo (Vanessa Leiria Campo và cộng sự, 2009) Độ hòa tan trong nước của chúng chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượng của nhóm ester-sulfate (nhóm chất rất ưa nước) và các cation liên quan của chúng (J Necas và cộng sự, 2013); ngoài ra còn phụ thuộc cấu trúc car, nhiệt độ

và pH (Trần Đình Toại và cộng sự, 2006) Các cation ion hóa chính được tìm thấy trong car

là natri, kali, canxi và magie; những ion khác cũng có thể xuất hiện với tần suất thấp hơn (Vanessa Leiria Campo và cộng sự, 2009) Hơn nữa, đối với nhóm car có cầu 3,6-anhydro luôn khó tan trong nước hơn nhóm không có (Trần Đình Toại và cộng sự, 2006) Cụ thể, λ-car tan trong nước dưới điều kiện bất kỳ vì nó không có cầu 3,6-anhydro và có đến ba nhóm ester-sulfate Đây là dạng có khả năng tan trong nước tốt nhất trong ba dạng car thương mại ĸ-car khó tan trong nước vì nó có cầu 3,6-anhydro và chỉ có duy nhất một nhóm ester-sulfate Tuy nhiên, muối natri của ĸ-car tan trong nước lạnh, còn muối kali ĸ-car tan trong nước nóng (Trần Đình Toại và cộng sự, 2006)

Khi cho car vào nước, car sẽ hút nước và xảy ra hiện tượng hydrate hóa dẫn tới sự hòa tan (Bùi Huy Chích, 2017) Khi hòa tan trong nước, car tạo thành dung dịch lỏng có độ nhớt cao Độ nhớt của car phụ thuộc vào nồng độ, nhiệt độ, sự hiện diện của các cation, cấu trúc car và khối lượng phân tử của nó (J Necas và cộng sự, 2013) Đặc biệt, độ nhớt chịu ảnh

hưởng chính từ nồng độ và nhiệt độ của dung dịch car Cụ thể, độ nhớt tăng dần cấp số nhân theo nồng độ và giảm dần theo nhiệt độ (J Necas và cộng sự, 2013) Trong ba dạng car chính, λ-car có khả năng tạo độ nhớt cao hơn hai dạng còn lại (Trần Đình Toại và cộng sự, 2006)

Car tương tác với protein trong sữa và các sản phẩm từ sữa thông qua sự tương tác tĩnh điện giữa nhóm ester-sulfate tích điện âm dọc theo chuỗi polypeptide trong car và nhóm acid amin tích điện dương trên bề mặt mixen của casein trong sữa (Thomas Hubertus và cộng sự, 1967) Điều này thể hiện rõ hơn đối với ĸ-car và ĸ-casein (Trần Đình Toại và cộng sự, 2006) Ngoài ra, ĸ-car có tương tác hiệp lực với locust bean gum giúp làm tăng độ bền gel, với các hydrocoloid khác cũng có thể tạo ra độ bền và độ đàn hồi của gel khác biệt (J Necas và cộng

sự, 2013)

1.1.3.2 Khả năng tạo gel

Một trong những tính chất quan trọng và đặc trưng nhất của car đó là sự tạo gel ở nồng

độ thấp (có thể nhỏ hơn 0,5%) (Trần Đình Toại và cộng sự, 2006) Dung dịch ĸ-car và ι-car

dễ dàng tạo gel, trong khi λ-car không có khả năng tạo gel mà chỉ làm tăng độ nhớt dung dịch (Thomas Hubertus và cộng sự, 1967) Các đơn vị DA (chứa cầu 3,6-anhydro) trong chuỗi polypeptide của ĸ-car và ι-car có cấu hình 1C4 cho phép hình thành cấu trúc xoắn bậc hai cần thiết trong quá trình tạo gel (Vanessa Leiria Campo và cộng sự, 2009)

Hình 1.2: Cơ chế tạo gel carrageenan (William R Blakemore, 2010)

Gel hình thành từ hai dạng car này đã được mô tả là một mạng lưới không gian ba chiều bao gồm các liên kết chéo xoắn kép của những đoạn polymer chứa các phân tử nước thông qua sự hòa tan của car trong nước (Thomas Hubertus và cộng sự, 1967) Cơ chế hình

thành gel gồm hai bước riêng biệt và kế tiếp nhau: lúc đầu là sự chuyển đổi cấu hình từ dạng cuộn sang xoắn khi làm mát, tiếp theo là tập hợp phụ thuộc vào cation giữa các chuỗi xoắn kép (Vanessa Leiria Campo và cộng sự, 2009) Cụ thể, bước thứ nhất khi hạ nhiệt độ đến giới hạn nhất định thì cấu hình car chuyển đổi từ dạng cuộn ngẫu nhiên sang dạng xoắn có trật tự (Trần Đình Toại và cộng sự, 2006) Bước thứ hai là các chuỗi xoắn trong dung dịch

sẽ phân nhánh và kết hợp để tạo thành chuỗi xoắn kép; khi hoàn tất, các chuỗi xoắn kép tập hợp và sắp xếp trật tự tạo ra mạng lưới liên kết gọi là gel (Trần Đình Toại và cộng sự, 2006; Thomas Hubertus và cộng sự, 1976)

Quá trình tạo gel chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố gồm: sự có mặt của các cation, lực ion, nhiệt độ dung dịch car, cấu trúc hóa học của car và nồng độ của car trong dung dịch Tuy nhiên, hai yếu tố quan trọng nhất là các cation có mặt và nhiệt độ của dung dịch car (Thomas Hubertus và cộng sự, 1976)

sự hình thành cầu 3,6-anhydro (Vanessa Leiria Campo và cộng sự, 2009)

Các liên kết α-1,3-glycoside trong car bị bẻ gãy dễ dàng dưới tác động của acid và chất oxy hóa khi nhiệt độ càng cao và thời gian càng dài Quá trình này cắt chuỗi polypeptide thành các đơn vị carrabiose (Trần Đình Toại và cộng sự, 2006) Trong khi, các liên kết β-1,4-glycoside giữa đơn vị G và DA hay G và D bị cắt đứt dưới tác động của enzyme thủy phân car (hay gọi là carrageenase) và tạo ra các đơn vị neocarrabiose (Trần Đình Toại và cộng sự, 2006) Hiện tượng này gọi là thủy phân, quá trình thủy phân car tạo ra các oligo-car có hoạt tính sinh học và tính chất chức năng đặc biệt đang được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực (Bùi Huy Chích, 2017)

Mặt khác, car còn bị methyl hoá tạo ra các dẫn xuất methyl như 2, 3, 4, D(L)-galactose hoặc 2,4,6-tri-methyl-D(L)-galactose và dựa vào đặc tính này người ta đã xác định thành phần cấu trúc hóa học của nó (Bùi Huy Chích, 2017)

6-tetra-methyl-1.1.4 Sản xuất carrageenan

Các phương pháp chiết tách car đều dựa trên tính tan trong nước và dung môi vô cơ

của nhóm rong Carrageenophyte Phương pháp đầu tiên được áp dụng là chiết car từ rong

biển bằng nước nóng (Trần Đình Toại và cộng sự, 2006) Tuy nhiên, việc tách riêng các dạng car và loại bỏ các dư lượng carbohydrate khác có thể có trong các chế phẩm carrageenan, chẳng hạn như xylose, glucose và acid uronic; và một số nhóm thế như ether methyl, các nhóm pyruvate (Vanessa Leiria Campo và cộng sự, 2009) vẫn chưa hoàn toàn triệt để nên thường thu nhận car dạng bán thành phẩm Ở phương pháp thứ hai, thường dùng một số loại dung môi vô cơ điển hình như KCl, KOH, NaOH, Ca(OH)2 để chiết tách car (Trần Đình Toại và cộng sự, 2006; Bùi Huy Chích, 2017) Sự khác nhau cơ bản giữa car tinh chế và bán tinh chế là car bán tinh chế chứa cellulose, trong khi car tinh chế thì cellulose đã được tách hoàn toàn trong quá trình sản xuất (Bùi Huy Chích, 2017)

Ngoài ra, trong công nghiệp hiện nay còn áp dụng thêm một vài phương pháp chiết tách khác như: kết tủa car bằng ethanol hoặc isopropanol; xử lý bằng dung môi hữu cơ như aceton, diethyl ether bằng cách lựa chọn nhiệt và thời gian phù hợp; chiết dung dịch car bằng nước ấm rồi làm lạnh tạo gel, sau đó rã đông và khử nước bằng cồn, cuối cùng sấy gel để thu car; sử dụng enzyme (thường là cellulose) với nhiệt độ cao, (Trần Đình Toại và cộng

sự, 2006; Bùi Huy Chích, 2017) Tùy thuộc vào từng loại rong và điều kiện cơ sở vật chất

mà lựa chọn phương pháp sản xuất car hiệu quả

1.1.5 Ứng dụng của carrageenan trong thực phẩm

Car đóng một vai trò rất quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm (chiếm 80%) khi nó là một phụ gia tạo cấu trúc như cải thiện kết cấu, tạo gel và sự ổn định vật lý trong các sản phẩm thực phẩm (William R Blakemore, 2010) Ở Liên minh châu Âu và Việt

70-Nam, car (bao gồm furcellaran) và rong biển eucheuma đã qua chế biến là các chất phụ gia

thực phẩm được phê duyệt và gán tương ứng các số E407 và E407a (William R Blakemore, 2010; Bộ Y tế, 2012) Car sử dụng thực phẩm phải đáp ứng thông số độ nhớt không nhỏ hơn

5 mPa s (hoặc 5 cPs) trong dung dịch 1,5% car ở 75°C (Quy định của Ủy ban thực phẩm Hoa Kỳ, 2012; Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp của Liên Hợp Quốc, 2007; Codex Hóa

chất Thực phẩm, 2013; Hiệp hội Phụ gia Thực phẩm Nhật Bản, 2009) và khối lượng phân

tử khoảng 200 000 – 800 000 Da (Myra L Weiner, 2014)

Tính ứng dụng của car phổ biến trong ngành công nghiệp thực phẩm được thể hiện qua bốn dặc điểm sau:

 Tham gia như một chất tạo gel đối với sữa và một số sản phẩm từ sữa, gel nước tráng miệng và nước men;

 Làm bền hệ nhũ tương, giúp cân bằng trạng thái nhũ tương của dung dịch để tránh tách lớp đối với sữa và một số sản phẩm từ sữa, nước sốt và nước chấm;

 Thay đổi kết cấu sản phẩm với tính chất hóa lý mong muốn trong các sản phẩm bánh kẹo, thịt và và sản phẩm từ thịt;

 Ổn định tinh thể trong các sản phẩm bánh kẹo và ngăn chặn đường và nước bị kết tinh trong kem (William R Blakemore, 2010; Đàm Sao Mai, 2012)

1.2 Giới thiệu về oligo-carrageenan

Oligo-car là một oligosaccharide tạo thành từ car bị cắt mạch thông qua quá trình thủy phân Car sau khi thủy phân ở những mức độ khác nhau tạo thành car thoái hóa - là hỗn hợp của các polysaccharide có khối lượng phân tử thấp dưới 100 kDa và các oligosaccharide có khối lượng phân tử thấp dưới 10 kDa (Lucille V Abad và cộng sự, 2014; Guangli Yu và cộng sự, 2002) Các oligo-car thường có khối lượng phân tử dưới 5000 Da, cấu thành từ 1 đến 4 monosaccharide (Guangli Yu và cộng sự, 2002)

Các oligo-car được sản xuất từ ba phương pháp chính gồm: hóa học như thủy phân bằng acid, phân giải qua quá trình oxy hóa; vật lý như quá trình cắt mạch dưới tác động của chùm tia bức xạ, tia cực tím hoặc vi sóng; và hóa sinh như thủy phân bằng carrageenase, cellulose, amylase (Sheng-Jun Wu, 2012) Trong khóa luận này, chúng tôi tập trung mô tả quá trình cắt mạch car bằng phương pháp chiếu xạ chùm tia điện tử (vật lý) đã nêu ở phần đặt vấn đề Ưu điểm của công nghệ bức xạ là không có phân số kháng phân hủy, không sử dụng hóa chất, dễ dàng tạo ra các oligo-car có khối lượng phân tử đa dạng, quá trình chế tạo dơn giản và phản ứng tiến hành ở nhiệt độ phòng, có thể dễ dàng chấm dứt khi ngừng chiếu

xạ (Lorna Relleve, 2015) Do đó, nó mang lại hiệu quả kinh tế trong quá trình chế tạo và sản xuất thực tế

Tương tự như car, các oligo-car tồn tại nhiều ứng dụng tiềm năng trong lĩnh vực y dược và công nghệ sinh học nhờ vào các hoạt tính sinh học của chúng (Josiane Courtois, 2009) Chúng đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sinh học bao gồm: thụ tinh,

chống oxy hóa, chống viêm, chống nhiễm ký sinh trùng, tăng trưởng tế bào và bảo vệ hệ miễn dịch (Y Sun và cộng sự, 2015) Không những thế, hoạt tính chống oxy hóa protein của oligo-car đã thể hiện tác dụng rõ rệt khi ổn định cấu trúc protein cơ, ức chế hiệu quả quá trình thoái hóa và oxy hóa của protein cơ trong quá trình bảo quản đông lạnh (Zhang Bin và cộng sự, 2018) Hơn nữa, oligo-car giúp kiểm soát tốt sự hao hụt khối lượng khi lạnh đông

và rã đông và ức chế sự tăng trưởng của tinh thể băng trong thịt và thủy hải sản đông lạnh (Bin Zhang và cộng sự, 2018) ThS Bùi Huy Chích (2017) đã thử nghiệm sử dụng car và oligocar trong sản xuất surimi từ cá đổng cho thấy bổ sung car 1% hoặc oligocar 0,2% vào surimi cá đổng có thể làm tăng chất lượng, tăng tính ổn định, hạn chế biến đổi chất lượng của surimi trong quá trình bảo quản lạnh đông Vì thế, oligo-car đươc xem là phụ gia chống biến tính khi đông lạnh thuộc nhóm cryoprotectant (Bin Zhang và cộng sự, 2018; Zhang Bin

và cộng sự, 2018) Ngoài ra, oligo-car còn được sử dụng như phụ gia chế biến vì làm tăng

độ cứng và độ đàn hồi của giò sống, chả,…; hay phụ gia bảo quản giúp ức chế sự phát triển của vi sinh vật trong thịt và một số sản phẩm từ thịt mà vẫn giữa được màu sắc, hương vị của sản phẩm (Đàm Sao Mai và cộng sự, 2012)

1.3 Công nghệ bức xạ

Các nguồn phát tia gamma của hai đồng vị phóng xạ Cobalt 60 hoặc Cesium 137 và máy gia tốc điện tử đã trở thành nguồn bức xạ phổ biến trong lĩnh vực y tế và công nghiệp (Nguyễn Tiến Lực, 2016) Công nghệ bức xạ phát triển đi kèm với các ứng dụng trong ngành môi trường và thực phẩm như chế tạo vật liệu cấu trúc (chất hấp thụ, polymer tổng hợp,…), gel nước băng vết thương, phụ gia,…( A.G Chmielewski, 2004; Guillermina Burillo và cộng

sự, 2002) Khi chiếu xạ, một phần năng lượng từ tia bức xạ điện từ của đồng vị bức xạ và dòng điện tử chuyển đến vật liệu cần chiếu xạ (Nguyễn Tiến Lực, 2016), tạo ra hiện tượng ion hóa làm thay đổi cấu trúc, tính chất vật lý, hóa học và sinh học của vật liệu (A.G Chmielewski, 2004) Đối với polymer, chiếu xạ được sử dụng để thực hiện ba mục đích sau:

 Tăng cường tính chất cơ học và đặc tính của vật liệu thu hồi hoặc hỗn hợp vật liệu, chủ yếu thông qua hình thành liên kết ngang hoặc biến tính bề mặt của các pha khác nhau để kết hợp;

 Xử lý hoặc thúc đẩy sự xuống cấp của các polymer, cụ thể thông qua sự phân cắt chuỗi tạo hỗn hợp polymer có khối lượng phân tử thấp, để sử dụng làm nguyên liệu hóa học hoặc phụ gia;

 Sản xuất vật liệu polymer tiên tiến được thiết kế để tương thích với môi trường (Guillermina Burillo và cộng sự, 2002)

Trên thế giới, oligo-car đã được nghiên cứu và chế tạo bằng nhiều công nghệ bức xạ khác nhau Đối với chiếu xạ bằng tia gamma (từ Cobalt 60), tác nhân cắt mạch là các gốc tự

do hình thành trong quá trình chiếu xạ giống với tia tử ngoại và chùm tia điện tử Mặc dù,

nó có tính đâm xuyên rất cao nhưng thời gian chiếu xạ dài (suất liều là kGy/ h) so với chùm tia điện tử có tính đâm xuyên khá cao và thời gian chiếu xạ rất ngắn (suất liều là kGy/s) (Nguyễn Tiến Lực, 2016) Quá trình chiếu xạ chùm tia điện từ, một dòng điện tử năng lượng cao đi từ máy phát gia tốc điện tử tuyến tính sẽ phát ra bức xạ ion hóa có năng lượng 10 MeV vào trong dung dịch car Phương pháp này rất phù hợp cho oligo-car khi dùng trong bảo quản thực phẩm đông lạnh và an toàn cho người sử dụng vì không tồn tại các chất phóng

xạ (J P Fouassier, 1993)

Lorna Relleve và Lucille Abad (2014) đã nghiên cứu các đặc tính và tính chống oxy hóa của oligo-ĸ-car qua chiết xuất bằng isopropyl alcohol (IPA) từ κ-car được chiếu xạ bằng tia gamma (dạng rắn ở liều 100 kGy và dạng dung dịch 1% ở liều 30 kGy) Nghiên cứu này

đã nhận định hiệu suất thu hồi oligo-ĸ-car từ dung dịch 1% ĸ-car cao hơn nhiều từ dạng bột ĸ-car Không những thế, khối lượng phân tử trung bình của các phân đoạn oligomer từ dung dịch 1% ĸ-car (Mw lần lượt là 9800, 3200 và 2500 Da) thấp hơn oligomer từ dạng bột ĸ-car (Mw là 54000 Da) rất nhiều lần Nguyên nhân là do hiệu ứng phóng xạ gián tiếp của nước dẫn đến sự phân hủy ĸ-car cao hơn trong dung dịch Khi chiếu xạ car dạng rắn, sự cắt mạch chuỗi chủ yếu dưới tác động trực tiếp của bức xạ ion hóa Sự xuống cấp polymer trong dạng rắn xảy ra thông qua sự hình thành các gốc tự do lớn và nguyên tử hydro tạo các chuỗi polymer có khối lượng phân tử thấp và cần sử dụng liều chiếu xạ cao hơn 100 kGy Đối với chiếu xạ car dạng dung dịch, phần lớn năng lượng bức xạ được hấp thụ bởi nước Quá trình cắt mạch xảy ra chủ yếu thông qua tác động gián tiếp của sự phóng xạ nước (phương trình 1.1 đến 1.8) Sự phóng xạ nước tạo các chất phản ứng như các gốc hydroxyl và các nguyên

tử hydro có thể tách H từ liên kết C-H và tạo ra nhiều vị trí phản ứng dọc theo chuỗi polysaccharide, tạo điều kiện cho quá trình cắt mạch polymer Nhờ đó, các phân đoạn oligomer được hình thành với số lượng lớn hơn trong dung dịch Sự tạo ra các gốc tự do từ nước cũng có thể xảy ra khi chiếu xạ car dạng rắn vì sự hiện diện của độ ẩm trong car (Lorna Relleve, 2015)

Cơ chế xuống cấp gián tiếp của dạng dung dịch (L.V Abad và cộng sự, 2009):

ROSO3−+ H∗ → ROH + HSO3− (1.8) (1.8)

Trong khóa luận này, chúng tôi sử dụng chiếu xạ chùm tia điện tử để thực hiện mục đích là cắt mạch ĸ-car thành oligo-ĸ-car trong dung dịch có mặt oxy không khí – đã và đang được nghiên cứu để trở thành phụ gia chống biến tính đông lạnh cho sản phẩm tôm đông lạnh Dưới tác dụng bức xạ ion hóa, phần lớn các phân tử protein của vi sinh vật bị phân hủy khiến vi sinh vật bị tiêu diệt, nước trong dung dịch 1% ĸ-car bị ion hóa nên hình các gốc tự

do hydroxyl xúc tác cho quá trình xuống cấp polymer (Josiane Courtois, 2009; Nguyễn Tiến Lực, 2016)

1.4 Giới thiệu về tôm sú

1.4.1 Phân bố tôm sú ở Việt Nam

Họ tôm Penaeidae thường được nuôi trồng ở thủy vực nội địa và đánh bắt ở các vùng

biển ven bờ, xa bờ Ở nước ta, họ tôm này gồm 77 loài nhưng những loài khai thác quan

trọng chỉ có khoảng 22 loài, gồm tôm sú (Penaeus monodon), tôm he mùa (Penaeus

merguiensis), tôm thẻ (Penaeus semisulcatus), tôm rảo (Metapennaeus ensis),…Ở miền

Nam, đối tượng nuôi trồng và đánh bắt chủ yếu là tôm sú và tôm thẻ Miền Trung thì tập trung nuôi và đánh bắt tôm sú (chiếm 50%), tôm bạc và tôm rảo Đối với miền Bắc, nuôi trồng tôm sú chỉ chiếm khoảng 10% (Nguyễn Trọng Cẩn, 2006)

Tôm sú phân bố rộng từ ao nước lợ đến gần bờ biển ở độ sâu khoảng 40 m, nhưng tập trung nhiều ở độ sâu từ 10 đến 25 m Mùa vụ chính thu hoạch tôm sú là tháng 2-4 và tháng 7-10, khi đó tôm phải đáp ứng đầy đủ các chỉ tiêu về hình thái (từ thời kỳ thiếu niên đến trưởng thành), kích thước (150-250 mm) và khối lượng (50-150 g) (Nguyễn Tiến Lực, 2016)