Tìm hiểu về màng bao chitosan trong bảo quản rau quả

Nội dung text: Tìm hiểu về màng bao chitosan trong bảo quản rau quả

1. ĐỀ TÀI:TÌM HIỂU VỀ MÀNG BAO CHITOSAN TRONG BẢO QUẢN RAU QUẢ GVHD : ThS. Dương Văn Trường Lớp : ĐHTP6ALT Nhĩm SV : Hồng Trung Nghĩa 10325441 Lâm Thị Y Lành 10330771 Lê Đức Minh 10312451 Nguyễn Hồng Lân 10366921 TP.HCM, ngày 22 tháng 1 năm 2012
2. Lời mở đầu Hiện nay bên cạnh việc thu hoạch các loại rau quả vấn đề chúng ta cần quan tâm hơn hết là làm sao để bảo quản chúng, để giữ hồn tồn chất lượng bên trong Trong việc bảo quản các loại rau quả tươi rất khĩ khăn, cùng với xu hướng hiện nay là con người hướng đến sử dụng các sản phẩm, chế phẩm tự nhiện, thân thiện với mơi trường, an tồn cho người sử dụng. Đây là điều mà cĩ rất nhiều nghiên cứu cũng như ứng dụng vào thực tế, để chúng ta tìm ra một phương pháp khác thay thế cho cách bảo quản hiện nay, để giảm việc con người tiếp xúc sử dụng các hĩa chất, và phù hợp với xu hướng tiêu dùng an tồn thực phẩm trên thế giới. Trong những năm gần đây các cơ quan nghiên cứu Khoa học Nơng nghiệp nước ta liên tục cho ra đời nhiều chế phẩm cĩ tác dụng bảo quản rau tươi đưa lại hiệu quả sử dụng và kinh tế cao: Giảm được tỉ lệ hư hao, tăng thời gian bảo quản nhằm kéo dài thời gian thu hoạch và tiêu thụ. Hầu hết các chế phẩm này đều cĩ nguồn gốc sinh học, đơn giản, dễ sử dụng, sản phẩm được bảo quản bằng các chế phẩm này hồn tồn khơng độc hại, an tồn cho người sản xuất lẫn người sử dụng. Rau quả nĩi chung là một loại sản phẩm thực phẩm cĩ tính thời vụ. chính vì thế để đáp ứng cho lưu thơng, tàng trữ và sử dụng thì vấn đề quan trọng nhất đĩ chính là kéo dài thời gian sử dụng của chúng. Yêu cầu cơ bản trong bảo quản đĩ là giữ được trạng thái tự nhiên một cách tốt nhất, tính chất của rau quả khơng bị biến đổi trong thời gian bảo quản. Rau quả là một mơi trường sống mà ở đĩ luơn sảy ra rất nhiều biến đổi cơ lý, hĩa học , sinh học. Đã và đang tồn tại nhiều biện pháp để bảo quản rau quả: biện pháp hĩa học, sinh học, vật lý. Và cho tới nay thì việc sử dụng nhiệt độ thấp để bảo quản vẫn tỏ ra chiến ưu thế. Chitossan là một hợp chất sinh học cĩ tính ưu việt rất phù hợp cho việc bảo quản rau quả, ngồi khả năng kháng vi sinh vật, chitossan cịn cĩ khả năng hạn chế quá trình hơ hấp hiếu khí tự nhiên của rau quả vì thế trái cây sẽ được bảo quản lâu hơn và trạng thái tự nhiên biến đổi ít hơn- điều này đã được nhiều đề tài chứng minh bằng thực nghiệm. Việc kết hợp bảo quản lạnh cùng với sử dụng chitossan để bảo quản trái cây sẽ mang lại hiệu quả cao hơn thời gian bảo quản dài hơn, đặc tính tự nhiên biến đổi ít hơn.
3. Chitosan cịn cĩ khả năng kết hợp với các chất bảo quản khác (axit benzoic, benzoat ) chính vì thế hiệu quả bảo quản sẽ tăng lên. Hiểu được vấn đề trên do đĩ nhĩm đã tìm hiểu về màng bao sinh học Chitosan và ứng dụng của chúng trong việc bảo quản rau quả hiện nay. TP.HCM, ngày 22 tháng 1 năm 2012 Nhĩm sinh viên.
4. MỤC LỤC 3.2.thực nghiệm cho bảo quản: 31
5. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ CHITOSAN: 1.1.Lịch sử phát hiện Chitosan: Chitin được Bracannot phát hiện lần đầu tiên vào năm 1811 trong cặn dịch chiết của một loại nấm và đặt tên là “fungine” để ghi nhớ nguồn gốc tìm ra nĩ. Năm 1823 Odier đã phân lập được một chất từ bọ cánh cứng và ơng gọi là chitin hay “chitine” cĩ nghĩa là lớp vỏ. Nhưng khơng phát hiện sự cĩ mặt của Nitơ. Cuối cùng cả Bracannot và Odier đều cho rằng cấu trúc của chitin giống cấu trúc của xenluloza Năm 1929 Karrer đun sơi chitin 24h trong dung dịch KOH 5% và đun tiếp 50 phút ở 160ºC với kiềm bão hịa ơng thu đựơc sản phẩm cĩ phản ứng màu đặc trưng với thuốc thử, chất đĩ chính là Chitosan [1]. Việc nghiên cứu về dạng tồn tại, cấu trúc, tính chất lý hố ứng dụng của chitosan đã được cơng bố từ những năm 30 của thế kỷ XX. Những nước đã thành cơng trong lĩnh vực nghiên cứu sản xuất chitosan đĩ là: Nhật, Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ, Pháp. Nhật Bản là nước đầu tiên trên thế giới năm 1973 sản xuất 20 tấn/năm. Và đến nay đã lên tới 700 tấn/năm, Mỹ sản xuất trên 300 tấn/năm. Theo Know năm 1991 thì thị trường cĩ nhiều triển vọng của chitin, chitosan là Nhật Bản, Mỹ, Anh, Đức. Nhật được coi là nước dẫn đầu về cơng nghệ sản xuất và buơn bán chitin, chitosan. Người ta ước tính sản lượng chitosan sẽ đạt tới 118000 tấn/năm; trong đĩ Nhật, Mỹ là nước sản xuất chính [2]. Ở Việt Nam, việc nghiên cứu và sản xuất chitin, chitosan và ứng dụng của chúng trong sản xuất phục vụ đời sống là một vấn đề tương đối mới mẻ ở nước ta. Vào những năm 1978-1980, trường Đại học Thủy sản Nha Trang đã cơng bố qui trình sản xuất chitosan của tác giả Đỗ Minh Phụng đã mở đầu bước ngoặt quan trọng trong việc nghiên cứu, tuy nhiên chưa cĩ ứng dụng nào thực tế trong sản xuất [3] 1.2. Nguồn gốc: Chitin được xem là polymer tự nhiên quan trọng thứ hai của thế giới, cĩ nhiều thứ hai thế giới (chỉ sau xenlulo). Là một polymer động vật được tách chiết và biến tính từ vỏ các lồi giáp xác (tơm, cua, hến, trai, sị, mai mực, đỉa biển ), màng tế bào nấm họ Zygemycetes, các sinh khối nấm mốc, một số lồi tảo Chitin cĩ mặt trong vỏ các lồi giáp xác, màng tế bào nấm thuộc họ Zygemycetes cĩ trong sinh khối nấm mốc, và một vài loại tảo . Cịn chitosan chính là sản phẩm biến tính của chitin . Chitosan cĩ trong vỏ tơm. Ở nước ta, sản phẩm tơm đơng lạnh chiếm sản lượng lớn nhất trong các sản phẩm đơng lạnh. Chính vì vậy, vỏ tơm phế liệu là nguồn nguyên liệu tự nhiên rất dồi dào, rẻ tiền, cĩ sẵn quanh năm, nên rất thuận tiện cho việc cung cấp chitin và chitosan . ĐHTP06ALT 1
6. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường Các cơng trình nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trên thế giới đã chứng minh, trong vỏ tơm cĩ chứa 27% chất Chitin, từ chất Chitin này, họ cĩ thể chiết tách thành chất Chitosan để ứng dụng cho nhiều ngành kinh tế: hố dược, mỹ phẩm và đặc biệt trong ngành dược phẩm, chất Chitosan đã hỗ trợ đắc lực trong việc bào chế ra rất nhiều sản phẩm thuốc chữa được nhiều loại bệnh khác nhau.[4] 1.3 Cơng thức cấu tạo: 1.3.1. Cấu trúc hĩa học của chitin Chitosan cấu tạo bởi các đơn vị glucosamine. Chitin cĩ mặt rất phổ biến ở động vật bậc thấp, đặc biệt cĩ nhiều ở giáp xác, tảo. Thành phần này thường cĩ nhiều trong bột tơm, làm ảnh hưởng đến độ tiêu hĩa thức ăn, đặc biệt là độ tiêu hĩa protein của động vật thủy sinh. Chitin là polisaccarit mạch thẳng, cĩ thể xem như là dẫn xuất của xenlulozơ, trong đĩ nhĩm (-OH) ở nguyên tử C(2) được thay thế bằng nhĩm axetyl amino (-NHCOCH3) (cấu trúc I). Như vậy chitin là poli (N-axetyl-2-amino-2-deoxi-β-D-glucopyranozơ) liên kết với nhau bởi các liên kết b-(C-1-4) glicozit. Trong đĩ các mắt xích của chitin cũng được đánh số như của glucozơ: Hình 1: Cấu trúc hố học của chitin Phụ thuộc vào nguồn gốc đặc điểm từng vùng, chitin xuất hiện với hai loại cấu trúc đặc trưng, gọi là dạng α và dạng β. Sự khác nhau giữa hai dạng này được nhận biết bằng các phương pháp phổ nghiệm như phổ hồng ngoại, phổ NMR chụp trạng thái rắn kết hợp với XRD. Một dạng thứ ba kém phổ biến hơn là γ-chitin, nhưng xuất phát từ các số liệu phân tích, người ta vẫn cho rằng dạng thứ ba chỉ là một loại khác trong cấu trúc của α- chitin. α-chitin phổ biến nhất trong tự nhiên, nĩ cĩ mặt trong vỏ tơm, trong các lồi nhuyễn thể thức ăn của cá voi, trong dây chằng (tendon) và vỏ của tơm hùm và cua cũng như trong biểu bì của các loại cơn trùng Hiếm hơn là dạng β-chitin, được tìm ra trong protein ĐHTP06ALT 2
7. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường của mực ống [5] α chitin β chitin γ chitin Hình 2: Sắp xếp các mạch trong phân tử chitin 1.3.2. Cấu trúc hố học của chitosan và một vài dẫn xuất: Chitosan là dẫn xuất đề axetyl hố của chitin, trong đĩ nhĩm (–NH2) thay thế nhĩm (- COCH3) ở vị trí C(2). Chitosan được cấu tạo từ các mắt xích D-glucozamin liên kết với nhau bởi các liên kết b-(1-4)-glicozit, do vậy chitosan cĩ thể gọi là poly β-(1-4)-2- amino-2-deoxi-D-glucozơ hoặc là poly β-(1-4)-D- glucozamin (cấu trúc III). Hình 3: Cấu trúc chitosan (poly b-(1-4)-D- glucozamin) Cơng thức phân tử: (C6H11O4N)n Phân tử lượng: Mchitosan =(161,07)n Tuy nhiên trên thực tế thường cĩ mắt xích chitin đan xen trong mạch cao phân tử chitosan (khoảng 10%). Vì vậy cơng thức chính xác của chitosan được thể hiện như sau: CH2OH CH2OH O O H H H O H O OH H OH H H H H NH H N HCOCH 2 m 3 n Hình 4: cơng thức cấu tạo của chitosan ĐHTP06ALT 3
8. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường Trong đĩ tỷ lệ m/n phụ thuộc vào mức độ deacetyl hĩa chế phẩm này cịn cĩ tên là PDP: Poly- β - (1 → 4) – D- glucosamin Hay cịn gọi là Poly- β- (1- 4) – 2 – amino – 2- desoxy – D- glucosa Dưới đây là cơng thức cấu tạo của các dẫn xuất: Dẫn xuất N,O- Cacboxymetylchitin: Hình 5: Dẫn xuất N,O- Cacboxymetylchitin Dẫn xuất N,O-cacbonxymetylchitosan: Hình 6: Dẫn xuất N,O-cacbonxymetylchitosan Dẫn xuất: N,O-axylchitosan: ĐHTP06ALT 4
9. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường Hình 7: Dẫn xuất: N,O-axylchitosan Dẫn xuất N-metylchitosan: Hình 8: Dẫn xuất N-metylchitosan So sánh cấu trúc chitin, chitosan, xenluloza: Hình 9: Cấu trúc 1:Chitin , 2: Chitosan , 3: Xenluloza. 1.3.3.Độ deaxetyl hĩa- DD (Degree of deaxetylation): Là tỷ lệ thay thế nhĩm (-NHCOCH3) bằng nhĩm (-NH2) trong phân tử Chitin ĐHTP06ALT 5
10. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường Hình 10: Quá trình deaxetyl hố Nếu: DD < 50%_ chitin DD ≥ 50%_ chitosan Các phương pháp xác định: Dựa vào phổ cộnh hưởng từ hạt nhân proton (H-NMR) Phổ hồng ngoại IR Chưng cất chitin,chitosan với axit photphoric Phản ứng tạo màu với ninhidrin Xác định theo Nitơ 1.4.Tính chất vật lý của chitosan: -Là một chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy, cĩ thể xay nhỏ theo các kích cỡ khác nhau. -Chitosan cĩ tính kiềm nhẹ. Cĩ mầu trắng hay vàng nhạt, khơng mùi vị, khơng tan trong nước, dung dịch kiềm và axít đậm đặc nhưng tan trong axít lỗng (Ph=6), tạo dung dịch keo trong, cĩ khả năng tạo màng tốt. ĐHTP06ALT 6
11. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường Khi hồ tan trong dung dịch acid acetic lỗng sẽ tạo thành dung dịch keo dương, nhờ đĩ mà keo chitosan khơng bị kết tủa khi cĩ mặt của một số ion kim loại nặng như: Pb3+, Hg+, - Nhiệt độ nĩng chảy 309- 311oC. - Trọng lượng phân tử trung bình: 10.000- 500.000 Dalton (Li, 1997- Onsoyen và Skaugrud, 1990) tùy loại. Loại PDP cĩ trọng lượng phân tử trung bình (M) từ 200.000 đến 400.000 hay được dùng nhiều nhất trong y tế và thực phẩm. [4] - Chitosan là một polymer mang điện tích dương nên được xem là một polycationic (pH<6,5), cĩ khả năng bám dính trên bề mặt cĩ điện tích âm như protein, aminopolysaccharide (alginate), acid béo và phospholipid nhờ sự cĩ mặt của nhĩm amino (NH2) - Chitosan thương mại ít nhất phải cĩ mức DD (degree of deacetylation) hơn 70% - Chitosan cĩ tính chất cơ học tốt, khơng độc, dễ tạo màng, cĩ thể tự phân huỷ sinh học, cĩ tính hồ hợp sinh học cao với cơ thể. Hình 11. cấu tạo của Chitin và Chitosan 1.5.Tính chất hố học của chitin/chitosan: - Trong phân tử chitin/chitosan cĩ chứa các nhĩm chức -OH, -NHCOCH3 trong các mắt xích N-axetyl-D-glucozamin và nhĩm –OH, nhĩm -NH2 trong các mắt xích D- glucozamin cĩ nghĩa chúng vừa là ancol vừa là amin, vừa là amit. Phản ứng hố học cĩ thể xảy ra ở vị trí nhĩm chức tạo ra dẫn xuất thế O-, dẫn xuất thế N-, hoặc dẫn xuất thế O-, N. - Mặt khác chitin/chitosan là những polime mà các monome được nối với nhau bởi các liên kết β-(1-4)-glicozit; các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các chất hố học như: axit, bazơ, tác nhân oxy-hĩa và các enzim thuỷ phân 1.5.1.Các phản ứng của nhĩm –OH: -Dẫn xuất sunfat. ĐHTP06ALT 7
12. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường -Dẫn xuất O-axyl cuả chitin/chitosan. -Dẫn xuất O–tosyl hố chitin/chitosan. 1.5.2. Phản ứng ở vị trí N: -Phản ứng N-axetyl hố chitosan. -Dẫn xuất N-sunfat chitosan. -Dẫn xuất N-glycochitosan (N-hidrroxy-etylchitosan) -Dẫn xuất acroleylen chitossan. -Dẫn xuất acroleylchitosa 1.5.3. Phản ứng xảy ra tại vị trí O, N: - Dẫn xuất O,N–cacboxymetylchitosan. - Dẫn xuất N,O-cacboxychitosan. - Phản ứng cắt đứt liên kết β-(1-4) glicozit - Chitosan phản ứng với acid đậm đặc tạo muối khĩ tan. - Chitosan tác dụng với Iốt trong mơi trường H2SO4 cho phản ứng lên màu tím. Đây là phản ứng dùng trong phân tích định tính chitosan 1.5.4.Khả năng hấp phụ tạo phức với các ion kim loại chuyển tiếp của chitosan: - Trong phân tử chitin/chitosan và một số dẫn xuất của chitin cĩ chứa các nhĩm chức mà trong đĩ các nguyên tử Oxi và Nitơ của nhĩm chức cịn cặp electron chưa sử dụng, do đĩ chúng cĩ khả năng tạo phức, phối trí với hầu hết các kim loại nặng và các kim loại chuyển tiếp như: Hg2+, Cd2+, Zn2+, Cu2+,Ni2+,Co2+ Tuỳ nhĩm chức trên mạch polime mà thành phần và cấu trúc của phức khác nhau. - Ví dụ: với phức Ni(II) với chitin cĩ cấu trúc bát diện với số phối trí bằng 6, cịn phức Ni(II) với chitosan cĩ cấu trúc tứ diện với số phối trí bằng 4. ĐHTP06ALT 8
13. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường trong đĩ là mạng polime Hình 12: Phức của chitosan với kim loại 1.5.5.Phản ứng đặc trưng khác của chitosan: Phản ứng Van-Wisselingh: chitosan tác dụng với Lugol tạo dung dịch màu nâu trong mơi trường axit sunfuric cĩ màu đỏ tím Phản ứng Alternative: tác dụng với axit sunfuric tạo tinh thể hình cầu chitosan sunfat làm mất màu dung dịch fucsin 1% Khử amin nhờ: Ba(BrO)2, AgNO3, N2O2 . Cắt mạch bởi axit, enzim, bức xạ Chitosan phản ứng với acid đậm đặc tạo muối khĩ tan. Chitosan tác dụng với Iốt trong mơi trường H2SO4 cho phản ứng lên màu tím. Đây là phản ứng dùng trong phân tích định tính chitosan 1.6.Tính chất sinh học của chitosan: - Vật liệu Chitosan cĩ nguồn gốc tự nhiên, khơng độc, dùng an tồn cho người. - Chúng cĩ tính hịa hợp sinh học cao với cơ thể, cĩ khả năng tự phân huỷ sinh học. - Chitosan cĩ nhiều tác dụng sinh học đa dạng như: cĩ khă 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, cĩ khả năng nuơi dưỡng tế bào trong điều kiện nghèo dinh dưỡng, tác dụng cầm máu, chống sưng u. Ngồi ra cịn cĩ tác dụng làm giảm cholesterol và lipid máu, làm to vi động mạch và hạ huyết áp , điều trị thận mãn tính , chống rối loạn nội tiết . - Với khả năng thúc đẩy hoạt động của các peptide- insulin, kích thích việc tiết ra insulin ở tuyến tuỵ nên đã dùng để điều trị bệnh tiểu đường . - Nhiều cơng trình đã cơng bố khả năng kháng đột biến , kích thích làm tăng cường hệ thống miễn dịch cơ thể, khơi phục bạch cầu, hạn chế sự phát triển các tế bào u, ung thư, HIV/ AIDS . - Chống tia tử ngoại, chống ngứa . -Chitosan khơng những ức chế các vi khuẩn gram dương, gram âm mà cả nấm men và nấm mốc. Khả năng kháng khuẩn của chitosan phụ thuộc một vài yếu tố như loại ĐHTP06ALT 9
14. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường chitosan sử dụng (độ deacetyl, khối lượng phân tử), pH mơi trường, nhiệt độ, sự cĩ mặt của một số thành phần thực phẩm. Khả năng kháng khuẩn của chitosan và dẫn xuất của nĩ đã được nghiên cứu bởi một số tác giả, trong đĩ cơ chế kháng khuẩn cũng đã được giải thích trong một số trường hợp. Mặc dù chưa cĩ một giải thích đầy đủ cho khả năng kháng khuẩn đối với tất cả các đối tượng vi sinh vật, nhưng hầu hết đều cho rằng khả năng kháng khuẩn liên quan đến mức độ hấp phụ chitosan lên bề mặt tế bào. Trong đĩ, chitosan hấp phụ lên bề mặt vi khuẩn gram âm tốt hơn vi khuẩn gram dương. Một số cơ chế đã được giải thích như sau: +Nhờ tác dụng của những nhĩm 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 khơng thể nhận các chất dinh dưỡng cơ bản cho sự phát triển bình thường như glucose dẫn đến mất cân bằng giữa bên trong và bên ngồi màng tế bào. Cuối cùng dẫn đến sự chết của tế bào. +Chitosan cĩ thể ngăn cản sự phát triển của vi khuẩn do cĩ khả năng lấy đi các ion kim loại quan trọng như Cu2+, Co2+, Cd+ của tế bào vi khuẩn nhờ hoạt động của các nhĩm amino trong chitosan cĩ thể tác dụng với các nhĩm 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 [6]. + Điện tích dương của những nhĩm NH3+ của glucosamine monomer ở pH< 6.3 tác động lên các điện tích âm ở thành tế bào của vi khuẩn, dẫn đến sự rị rỉ các phần tử ở bên trong màng tế bào. Đồng thời gây ra sự tương tác giữa sản phẩm của quá trình thuỷ phân cĩ khả năng khuếch tán bên trong tế bào vi sinh vật với AND dẫn đến sự ức chế mARN và sự tổng hợp protein tế bào. + Chitosan cĩ khả năng phá huỷ màng tế bào thơng qua tương tác của những nhĩm NH3+ với những nhĩm phosphoryl của thành phần phospholipid của màng tế bào vi khuẩn. - Cĩ tác dụng làm giảm đáng kể số lượng vi sinh vật tổng số trên bề mặt thực phẩm. Với hàm lượng 1,5% đã giảm số lượng vi sinh vật trên bề mặt cam là 93%, trên bề mặt quýt là 96%, trên bề mặt cà chua là 98% v.v. - Ngồi ra, Chitosan cịn cĩ tác dụng làm giảm cholesterol và lipid máu, làm to vi động mạch và hạ huyết áp, điều trị thận mãn tính, chống rối loạn nội tiết. ĐHTP06ALT 10
15. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường - Chitosan là chất thân mỡ cĩ khả năng hấp thu dầu mỡ rất cao cĩ thể hấp thu đến gấp 6- 8 lần trọng lượng của nĩ. Chitosan nhỏ phân tử cĩ điện tích dương nên cĩ khả năng gắn kết với điện tích âm của lipid và acid mật tạo thành những chất cĩ phân tử lớn khơng bị tác dụng bởi các men tiêu hĩa và do đĩ khơng bị hấp thu vào cơ thể mà được thải ra ngồi theo phân qua đĩ làm giảm mức cholesterol nhất là LDL-cholesterol, acid uric trong máu nên cĩ thể giúp ta tránh các nguy cơ bệnh tim mạch, bệnh gút, kiểm sốt được tăng huyết áp và giảm cân. - Với khả năng thúc đẩy hoạt động của các peptide- insulin, kích thích việc tiết ra insulin ở tuyến tuỵ nên Chitosan đã dùng để điều trị bệnh tiểu đường. Nhiều cơng trình đã cơng bố khả năng kháng đột biến, kích thích làm tăng cường hệ thống miễn dịch cơ thể, khơi phục bạch cầu, hạn chế sự phát triển các tế bào u, ung thư, HIV/ AIDS. - Chống tia tử ngoại, chống ngứa. 1.7 Độc tính của chitasan: Để dùng trong y tế và thực phẩm, đã cĩ nhiều cơng trình nghiên cứu về độc tính của Chitosan và đưa ra các kết luận sau: - Chitosan hầu như khơng độc, khơng gây độc trên xúc vật thực nghiệm và người, khơng gây độc tính trường diễn [3]. - Chitosan là vật liệu hồ hợp sinh học cao, nĩ là chất mang lý tưởng trong hệ thống vận tải thuốc, khơng những sử dụng cho đường uống, tiêm tĩnh mạch, tiêm bắp, tiêm dưới da, mà cịn ứng dụng an tồn trong ghép mơ. - Dùng Chitosan với trọng lượng phân tử thấp để tiêm tĩnh mạch, khơng thấy cĩ tích lũy ở gan. Loại Chitosan cĩ DD =50 %, cĩ khả năng phân huỷ sinh học cao, sau khi tiêm vào ổ bụng chuột, nĩ được thải trừ dễ dàng, nhanh chĩng qua thận và nước tiểu, Chitosan khơng phân bổ tới gan và lá lách . - Những lợi điểm của Chitosan: tính chất cơ học tốt, khơng độc, dễ tạo màng, cĩ thể tự phân hủy sinh học, hồ hợp sinh học khơng những đối với động vật mà cịn đối với các mơ thực vật, là vật liệu y sinh tốt làm mau liền vết thương. - Chitosan khơng độc hoặc độc tính rất thấp trên xúc vật thực nghiệm và nĩ cĩ thể được sử dụng an tồn trên cơ thể người Để dùng trong y tế và thực phẩm, đã cĩ nhiều cơng trình nghiên cứu về độc tính của Chitosan - Ngay từ năm 1968, K.Arai và cộng sự đã xác định Chitosan hầu như khơng độc ĐHTP06ALT 11
16. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường (almost non- toxic ), chỉ số LD 50 =16g / kg cân nặng cơ thể , khơng gây độc trên xúc vật thực nghiệm và người, khơng gây độc tính 1.8.Tác dụng sinh học đa dạng : + Tính kháng nấm . + Tính kháng khuẩn với nhiều chủng loại khác nhau . + Kích thích sự phát triển tăng sinh của tế bào . + Cĩ khả năng nuơi dưỡng tế bào trong điều kiện nghèo dinh dưỡng . + Tác dụng cầm máu + Chống sưng u 1.9.Sản xuất chitosan: 1.9.1.Nguyên liệu: Nguồn nguyên liệu phong phú nhất để sản xuất chitosan là từ phế liệu của ngành thủy sản: từ vỏ các lồi giáp xác (tơm, cua, hến, trai, sị, mai mực, đỉa biển , ) Chitosan cĩ trong vỏ tơm. Ở nước ta cĩ bờ biển dài, lượng thủy sản lớn, ước tính hàng năm Việt Nam cĩ khoảng 30.000 tấn vỏ tơm phế thải từ các nhà máy tơm đơng lạnh, chỉ riêng ở tỉnh Bạc Liêu mỗi ngày thải ra 35 tấn đầu và vỏ tơm (theo Nguyễn Ngọc Tú-“Báo cáo tại hội nghị bỏng tồn quốc lần thứ 3”). Trữ lượng chitin trong thiên nhiên ước tính 100 tỉ tấn/ năm nhưng lượng tiêu thụ chỉ cĩ 1100-1300 tấn/năm. Điều này chứng tỏ nguyên liệu để khai thác là rất dồi dào [19]. Sản phẩm tơm đơng lạnh chiếm sản lượng lớn nhất trong các sản phẩm đơng lạnh. Chính vì vậy, vỏ tơm phế liệu là nguồn nguyên liệu tự nhiên rất dồi dào, rẻ tiền, cĩ sẵn quanh năm, nên rất thuận tiện cho việc cung cấp chitin và chitosan. Các cơng trình nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trên thế giới đã chứng minh, trong vỏ tơm cĩ chứa 27% chất Chitin, từ chất Chitin này, họ cĩ thể chiết tách thành chất Chitosan Sản lượng đánh bắt các lồi giáp xác trên thế giới là: 6 triệu tấn/năm tạo ra nguồn phế liệu ổn định là nguyên liệu cho sản xuất chitosan Trong năm 2007, sản lượng thủy sản cả nước ước đạt 3,9 triệu tấn trong đĩ khai thác đạt 1,95 triệu tấn, nuơi trồng 1,95 triệu tấn. Dự kiến, năm 2008, tổng sản lượng thủy sản sẽ đạt 4,1 triệu tấn, trong đĩ nuơi trồng là 2,15 triệu tấn, khai thác 1,95 triệu tấn Ngày nay, nghề nuơi tơm và chế biến đơng lạnh ở nhiều nước trên thế giới đang phát triển và nhất là ở Việt Nam. Song song với nĩ, mỗi năm lại cĩ hàng triệu tấn vỏ tơm bị vứt bỏ, nhưng bên trong nĩ lại chứa cả một kho tàng quý báu chất Chitosan- hữu dụng cho nhiều ngành kinh tế. ĐHTP06ALT 12
17. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường STT Phân loại Hàm lượng chitin theo trọng lượng (%) 1 Đầu tơm 11 2 Vỏ tơm 27 3 Vỏ tơm phế thải hỗn hợp 12-18 4 Vỏ tơm hùm 37 5 Càng cua tuyết 24 6 Chân cua tuyết 32 7 Mai mực ống 30-35 8 Đỉa biển 34-49 Bảng 1: Hàm lượng chitin trong vỏ một số động vật giáp xác (Theo: Chitosan-Its productinal and potential Zakaria M.B) 1.9.2.Quy trình sản xuất Chitasan: Nguyên tắc chung của việc sản xuất Chitosan: Cơng nghệ sản xuất Chitosan dựa trên nguyên tắc loại bỏ muối calcium, protein và các tạp chất khác cĩ trong vỏ tơm, cua Chitosan là chất rắn, xốp, nhẹ, cĩ thể xay nhỏ khích thước khác nhau.Cĩ màu trắng hay vàng nhạt.khơng mùi vị, khơng tan trong nước, dung dịch kiềm và acid đậm đặc.Nhưng tan trong acid lỗng (PH= 6-6.5) tạo dung dịch keo trong, cĩ khả năng tạo màng tốt, nhiệt độ nĩng chảy 3090C – 3110C.Trọng lượng phân tử trung bình 10.000-500.000 dalton tùy loại Chitosan là một polyamine nĩ được xem như là một polymer cationic cĩ khả năng cho các kim loại bám vào các bề mặt điện tích âm và tạo ra phức chất với kim loại kết tủa , noh72 vào những biến đổi của nhĩm OH qua phân tử copolymer và khả năng tạo nhĩm –NH2 Trên mỗi mắc xích của phân tử chitosan cĩ 3 nhĩm chức, các nhĩm chức này cĩ khả năng kết hợp với chất khác để tạo ra các dẫn xuất cĩ lợi khác nhau của chitosan (O- caylchitosan, N-acetylchitosan, N-phatylchitosan) Trong phế thải thủy sản (vỏ tơm, đầu tơm, mai mực,vỏ cua ) cĩ chứa chủ yếu là: protein, chitin và chất khống trong đĩ chitin chiếm khoảng 14-35%. Như vậy muốn thu được chitin ta cần loại bỏ protein và khống chất sau đĩ deaxetyl hĩa chitin thu được chitosan. [4] ĐHTP06ALT 13
18. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường Nguyên liệu Xử lý Loại khống Tách protein Chitin Deacetyl hĩa Chitosa n Hình13 : Sơ đồ sản xuất chitosan Nguyên liệu: Vỏ tơm, cua, mực từ các nhà máy đơng lạnh được thu gom và sử lý sơ bộ bằng cách rử sạch, sấy khơ và nghiền nhỏ. Loại bỏ protein: Protein được loại bỏ bằng nhiều biện pháp khác nhau, cĩ thẻ loại bỏ bằng phương pháp sinh học (dùng enzim), hoặc bằng phương pháp hĩa học (dùng kiềm hoặc axit),cơ học. + Dùng phương pháp sinh học: Trong phương pháp này người ta cĩ thể dùng các chế phẩm enzim proteaza hoặc hiện nay người ta đang nghiên cứu sử dụng các chủng vi vật để phân hủy protein. Ưu điểm của phương pháp sinh học là sạch, giảm chi phí, tạo những chất thải hữu cơ dễ phân hủy nhưng lượng protein tách ra khơng triệt để ĐHTP06ALT 14
19. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường + Phương pháp hĩa học: Protein thường được loại bỏ bằng axit HCl lỗng hay sử dụng dung dịch kiền NaOH, KOH 5% Phương pháp này cĩ ưu điển hơn vì tách được triệt để protein song lại tạo ra nhiều chất thải khĩ xử lý, tốn năng lượng, khơng ổn định và làm thay đổi khối lượng phân tử chitin do mạch bị cắt ngẫu nhiên dẫn đến thay đổi độ nhớt. Trong cơng nghiệp hiện nay phương pháp hĩa học vẫn được sử dụng rộng rãi và phổ biến hơn cả + Phương pháp cơ học: Nguyên liệu được sấy khơ và nghiền sau khi đã tách tạp chất, sau đĩ dùng quạt giĩ để phân loại, phần protein nặng hơn được tách ra khỏi hỗn hợp Ưu điểm của phương pháp này là cĩ thể thu được lượng protein để tái sử dụng vào việc khác nhưng nhược điểm chính là tách khơng chiệt để nên chitin thu được cĩ độ tinh khiết khơng cao Loại muối vơ cơ và tạp chất: Muối vơ cơ (chủ yếu là CaCO3) thường được loại ra bằng việc sử dụng axit HCl lỗng cĩ kết hợp đun sơi ở 120ºC trong khoảng 1-2 giờ . Deaxetyl hĩa: Sau khi tách tạp chất, chất vơ cơ, protein ta thu được chitin Sử dụng dung dịch NaOH đặc để deaxetyl hĩa chitin thu được chitosan, tùy thuộc vào mức độ deaxetyl mà ta thu được các chế phẩm chitosan cĩ độ DD khác nhau, quá trình này được khống chế bằng nồng độ NaOH (15M), nhiệt độ (150ºC) và thời gian 1-1,5 giờ [8] 1.9.3.Một số cơ sở đang nghiên cứu và sản xuất chitin-chitosan ở Việt Nam: - Trung tâm chế biến trường đại học thủy sản Nha Trang: sản xuất chitin chất lượng cao. - Viện khoa học Việt Nam kết hợp với xí nghiệp hủy sản Hà Nội: sản xuất chitin ứng dụng trong nơng nghiệp. - Trung tâm cơng nghệ sinh học và sinh học thủy sản phối hợp với đại học y dược thành phố Hồ Chí Minh, phân viện khoa học Việt Nam, viện khoa học nơng nghiệp Việt Nam. 1.10. Ứng dụng của chitosan: Chitosan được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực: - Trong y tế: nguyên liệu thuốc chữa bệnh, tá dược, vật liệu y sinh - Trong mỹ phẩm: kem dưỡng da, kem chống tia tử ngoại UV ĐHTP06ALT 15
20. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường - Trong thực phẩm: bảo quản rau quả, trái cây, phụ gia thực phẩm - Trong cơng nghiệp: xử lý nước thải, nước sinh hoạt - Trong nơng nghiệp: làm phân bĩn cho rau sạch 1.10.1. Các ứng dụng của Chitosan trong cơng nghệ thực phẩm: Trong cơng nghệ thực phẩm, vật liệu Chitosan được dùng để bảo quản đĩng gĩi thức ăn, để bảo quản hoa quả tươi vì nĩ tạo màng sinh học khơng độc. Người ta đã tạo màng Chitosan trên quả tươi để bảo quản quả đào, quả lê, quả kiwi, dưa chuột, ớt chuơng, dâu tây, cà chua, quả vải, xồi, nho, Là một polyme dùng an tồn cho người, lại cĩ hoạt tính sinh học đa dạng, Chitosan đã được đưa vào thành phần trong thức ăn: sữa chua, bánh kẹo, nước ngọt, Nhật bản đã cĩ những sản phẩm ăn kiêng cĩ chứa Chitosan để làm giảm cholesterol và lipid máu, giảm cân nặng, chống béo phì, dùng để tránh nguy cơ mắc bệnh tim mạch, tiểu đường (bánh mỳ, khoai tây chiên, dấm, nước chấm ) đã cĩ bán rộng rãi trên thị trường . Cơ quan bảo vệ mơi trường của Mỹ (USEPA) đã cho phép Chitosan khơng những được dùng làm thành phần thức ăn, mà cịn dùng cả trong việc tinh chế nước uống. Năm 1983, Bộ thuốc và thực phẩm Mỹ (USFDA) đã chấp nhận Chitosan được dùng làm chất phụ gia trong thực phẩm và dược phẩm.[2] Chitosan đã chính thức được Tổ chức y tế thế giới (WHO) cho phép dùng trong y học và thực phẩm [9] N-cacboxymetyl chitosan cịn được dùng như antioxidant để bảo quản thực phẩm do chúng cĩ khả năng kết hợp với kim loại (Fe) là những chất xúc tác của quá trình ơi hĩa dầu mỡ, ngăn cho các sản phẩm chứa dầu mỡ khỏi bị ơi hĩa. Các ứng dụng của Chitosan trong cơng nghệ thực phẩm - Là sản phẩm thay thế hàn the. Chitosan là chất phụ gia bảo quản tốt cho giị và bánh cuốn ở nhiệt độ phịng và bảo quản tốt đến 26 ngày ở T= 8 oC Trong chế biến bảo quản giị thì lượng Chitosan được dùng tốt nhất là 2,5g/kg thịt và được đưa vào ở giai đoạn xay nhuyễn cùng với muối và gia vị trước khi cho nước mắm của quy trình sản xuất giị truyền thống. Trong chế biến bảo quản bánh cuốn thì lượng Chitosan được dùng tốt nhất là 24g dung dịch 3,5% cho 1kg bột nước và được đưa vào ở giai đoạn trước khi tráng bánh Sản phẩm giị và bánh cuốn cĩ phụ gia Chitosan giá thành phù hợp với an tồn sức khoẻ. - Vật liệu Chitosan được dùng để: + Bảo quản đĩng gĩi thức ăn , + Để bảo quản hoa quả tươi vì nĩ tạo màng sinh học khơng độc . Người ta đã tạo màng PDP trên quả tươi để bảo quản quả đào, quả lê, quả kiwi, dưa chuột, ớt chuơng, dâu tây, ĐHTP06ALT 16
21. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường cà chua, quả vải, Xồi, nho Vỏ bọc thực phẩm bằng màng Chitosan đã được phép sử dụng ở Canada và Mỹ từ lâu . - Là một polyme dùng an tồn cho người, lại cĩ hoạt tính sinh học đa dạng, Chitosan đã được đưa vào thành phần trong thức ăn : sữa chua, bánh kẹo, nước ngọt, - Sản phẩm ăn kiêng cĩ chứa Chitosan để làm : + Giảm cholesterol và lipid máu. + Giảm cân nặng. + Chống béo phì. + Dùng để tránh nguy cơ mắc bệnh tim mạch, tiểu đường ( bánh mỳ, khoai tây chiên, dấm, nước chấm ) đã cĩ bán rộng rãi trên thị trường . - Liệu pháp y học để điều trị bệnh béo phì đã được đề xuất là chế độ ăn kiêng với các thức ăn cĩ Chitosan và axit ascorbic ( vitamin C) cho kết quả giảm cân tốt . - Ứng dụng quan trọng trong gĩi xúc xích và thủy sản Từ trước đến nay, việc bảo quản các loại thực phẩm tươi sống giàu đạm, dễ hư hỏng như thịt, cá trong điều kiện khí hậu nĩng ẩm của nước ta là một trong những vấn đề đã và đang được các nhà sản xuất, chế biến và các nhà khoa học quan tâm, nên sau khi vỏ bọc chitosan từ vỏ tơm được hồn thành, các nhà nghiên cứu đã nghĩ ngay đến việc dùng màng bọc chitosan từ vỏ tơm này để làm vỏ bọc xúc xích. + Các vỏ bọc này khi cho hỗn hợp nguyên liệu xúc xích vào thì dùng máy nhồi quay tay. Khi nhồi hỗn hợp nguyên liệu vào vỏ bọc xong thì buộc lại ở hai đầu. Do trong thành phần cĩ những chất phụ gia nên lớp chitosan này đã kết dính các mao mạch của vỏ tơm lại với nhau, với áp lực của máy nhồi tay, vỏ bọc khơng bị nứt, mà tiếp tục bám sát vào nguyên liệu bên trong tạo thành những hình xúc xích xinh xắn. Ngồi việc giúp cho sản phẩm xúc xích cĩ hình dáng đẹp, lớp vỏ màng chitosan này cịn cĩ tác dụng đặc biệt là khơng làm mất mầu và mùi đặc trưng của hỗn hợp nguyên liệu xúc xích. + Sử dụng vỏ bọc chitosan để bảo quản thủy sản tươi và khơ. Đối với cá tươi các tác giả đã tiến hành xử lý lấy ruột, mang (để nguyên con hoặc filê ) rồi rửa. Sau đĩ, nhúng cá đã xử lý vào dung dịch chitosan được pha sẵn ở các nồng độ 0,5%, 1%, 15%, 2%, 2,5% tùy theo độ lớn của từng loại cá. Sau đĩ để cá ráo trong tủ mát khoảng 10 phút để giúp màng chitosan được định hình rồi cho vào tủ cấp đơng Sau 18 tiếng đồng hồ cĩ thể tiến hành rã đơng. Cá là nguyên liệu cĩ cơ lỏng lẻo, nhiều nước. Trong quá trình cấp đơng chậm (nhiệt độ -25oC) sẽ xảy ra hiện tượng mất nước, làm cho trọng lượng của cá giảm. Mặt khác, do mơi trường trong tủ cấp đơng là khơng khí lạnh và khơ nên nước khuếch tán từ cơ thịt cá ra bề mặt của cá và từ bề mặt của cá ra mơi trường bên ngồi rất lớn. Tuy nhiên khi sử dụng màng bao chitosan từ vỏ tơm thì khắc phục được hiện tượng này, chứng tỏ việc sử dụng màng bao chitosan bao phủ bề mặt của cá là rất hiệu quả. Đặc biệt khi cho cá vào nước và nấu chín, dung dịch chitosan khơng làm thay đổi mùi vị của sản phẩm. Cịn đối với thủy sản khơ như cá khơ và cá mực thì tiến hành pha dung dịch chitosan 2% trong dung dịch axit acetic 1,5%. Sau đĩ nhúng cá và mực vào dung dịch được pha, làm khơ bằng cách sấy ở nhiệt độ 30oC cĩ quạt giĩ. Sản phẩm thu được cĩ thể bảo quản tốt ở nhiệt độ bình thường Tùy theo độ ẩm của cá và mực mà sản phẩm cĩ thời gian bảo quản khác nhau, độ ẩm càng thấp thời gian bảo quản càng dài. Với độ ẩm 26-30%, cá khơ bảo quản được 83 ngày, mực khơ giữ được 85 ngày cịn ở độ ẩm 41 - 45% thì cá khơ giữ được 17 ngày, mực khơ được 19 ngày [10] Tĩm lại, chế phẩm Chitosan được dùng trong thực phẩm Dùng để bảo quản thực phẩm, hoa quả, rau tươi ĐHTP06ALT 17
22. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường Lọc trong các loại nước quả ép, bia, rượu vang, nước giải khát Là thành phần bổ dưỡng đưa vào thực phẩm, thức ăn, bánh kẹo, nước giải khát. Dùng làm thuốc bổ dưỡng cơ thể (functional food, functional drug) để giảm cholesterol máu, lipid máu, hạ huyết áp, giảm cân nặng, chống béo phì, tăng cường miễn dịch cơ thể, điều trị bệnh tiểu đường, phịng chống u và ung thư. Là phụ gia khơng độc để bảo quản thực phẩm khỏi thiu thối. Hình 14. Hình so sánh giữa việc khơng dùng (trái) và dùng (phải) màng bao chitosan trong bảo quản dâu tây [11] 1.10.2 Ứng dụng trong y học: Chitosan cịn cĩ khả năng chống viêm cấp trên mơ lành. Băng cứu thương kiểu mới, kỹ thuật cao, cĩ thành phần cấu tạo bởi chất Chitosan. So với các loại băng thường, tốc độ cầm máu, tính sát khuẩn và thời gian lành mơ khi sử dụng loại băng này cĩ hiệu quả hơn gấp nhiều lần. - Và từ lâu, một số chuyên gia ở Trung tâm Huyết học thuộc Viện Hàn lâm Y học Nga cũng đã phát hiện, Chitosan cĩ thể ngăn chặn sự phát triển của chứng nhồi máu cơ tim và bệnh đột quỵ. - Nhờ vào tính ưu việt của Chitosan, cộng với đặc tính khơng độc, hợp với cơ thể, tự tiêu huỷ được, nên Chitosan đã được ứng dụng rộng rãi và cĩ hiệu quả trong kỹ nghệ bào chế dược phẩm + Làm thuốc chữa bỏng. + Giảm đau. + Thuốc hạ cholesterol. + Thuốc chữa bệnh dạ dày. + Chống đơng tụ máu. + Tăng sức đề kháng. + Chữa xương khớp. - Cĩ tác dụng hỗ trợ điều trị bệnh ung thư. - Thuốc kem Pokysan cĩ tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm, đặc biệt là chủng nấm Candila albicans, khơng gây dị ứng và tác dụng phụ, cĩ khả năng cầm máu, chống xưng u, kích thích tái tạo biểu mơ và tế bào da để làm mau liền các vết thương, vết bỏng, ĐHTP06ALT 18
23. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường chĩng lên da non và giảm bớt đau đớn cho người bệnh. Ứng dụng vật liệu chitin/chitosan từ dư phẩm của ngành chế biến thủy, hải sản (vỏ tơm, cua, mai mực) của tập thể cán bộ khoa học nữ Phịng Pơlyme dược phẩm (Viện Hĩa học-Viện Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam). Thuốc đã được thử nghiệm lâm sàng trên 500 bệnh nhân bỏng nơng và bỏng sâu tại Viện bỏng Quốc gia và các bệnh viện khác ở Việt Nam với hiệu quả tốt ngang thuốc bỏng nhập ngoại của Mỹ và Ấn Độ nhưng giá rẻ hơn nhiều. Cơng trình này đã được nhận Huy chương vàng tại Hội chợ quốc tế hàng cơng nghiệp Việt Nam năm 2001, được cấp bằng Độc quyền giải pháp hữu ích năm 2003, Huy chương Đồng tại Hội chợ sáng tạo quốc tế Seoul 12/2004, giải thưởng FAWICH tài năng sáng tạo nữ và Bằng danh dự của Tổng Liên đồn Lao động Việt Nam. Cơng nghệ sản xuất thuốc này cũng được chào bán ở chợ cơng nghệ TECHMARK Việt Nam năm 2003. Phĩ Giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Thị Ngọc Tú Từ Chitosan, người ta đã bào chế ra nhiều loại thuốc điều trị các bệnh như: nhiễm xạ, chữa bỏng, giảm đau, thuốc hạ cholesterol, chữa bệnh dạ dày, đơng tụ máu và chữa được cả bệnh ung thư. Đặc biệt tại Việt Nam, Viện Vacxin Nha Trang đã thu gom hàng ngàn tấn vỏ tơm được thải ra từ các nhà máy chế biến đơng lạnh tại địa phương để nghiên cứu và sản xuất ra 2 sản phẩm Chitosan chữa béo phì và Glusivac điều trị thối hố khớp. Hai loại thuốc này đã được Bộ Y tế cấp phép lưu hành tồn quốc vào đầu tháng 6/2005. 1.10.3.Ứng dụng trong các lĩnh vực khác: Chitin/chitosan và các dẫn xuất của chúng cĩ nhiều đặc tính quý báu như: cĩ hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn, cĩ khả năng tự phân huỷ sinh học cao, khơng gây dị ứng, khơng gây độc hại cho người và gia súc, cĩ khả năng tạo phức với một số kim loại chuyển tiếp như: Cu(II), Ni(II), Co Do vậy chitin và một số dẫn xuất của chúng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: Trong lĩnh vực xử lí nước thải và bảo vê mơi trường, dược học và y học, nơng nghiệp, cơng nghiệp, cơng nghệ sinh học, mỹ phẩm, cơng nghệ giấy,dệt 1.10.3.1. Xử lý nước: Từ trước tới nay , ở nước ta chất keo tụ được sử dụng để lắng trong nước sinh hoạt là nhơm sunfat (thường gọi là phèn đơn) hoặc nhơm kali, nhơm amon sunfat (thường gọi chung là phèn kép) hoặc dung dịch phèn nước (thơng thường là dung dịch (phèn nhơm sắt). Nhằm phịng chống một số bệnh tật, bệnh dịch người ta cịn sử dụng một số hĩa chất khác như clo (clo lỏng, nước javen, bột tẩy) cĩ tác dụng diệt khuẩn; vơi để hiệu chỉnh độ pH; natri silicofluorua chống bệnh sâu răng; polyacrylat để hồn thiện quá trình lắng trong nước Ứng dụng những tiến bộ kỹ thuật vào sản xuất các hĩa chất cĩ hiệu quả xử lý nước tốt hơn các loại phèn đơn, phèn kép truyền thống đã sử dụng hàng trăm năm nay. -Vật liệu hấp phụ sinh học mới và khả năng xử lý kim loại từ nước thải Nước thải của hoạt động khai thác mỏ, mạ kim loại, nhà máy điện, chế tạo thiết bị điện và đặc biệt là hoạt động của các tổ hợp nhiên liệu hạt nhân, các cơ sở quốc phịng, v.v cĩ chứa các kim loại cĩ độc tính cao như crơm, cađimi, chì, thủy ngân, niken, đồng cần được xử lý trước khi thải. Kết tủa hĩa học, oxy hĩa - khử, lọc cơ học, trao đổi ion, tách màng, hấp phụ trên vật liệu than là những phương pháp được sử dụng rộng rãi để tách ĐHTP06ALT 19
24. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường các kim loại nặng khỏi dịng thải. Hấp phụ sinh học là phương pháp sử dụng các vật liệu sinh học để tách kim loại hay các hợp chất và các hạt khỏi dung dịch. Trong những năm gần đây, phương pháp này được đánh giá là một trong những phương pháp hiệu quả về cả kinh tế và kỹ thuật để loại bỏ các kim loại gây nhiễm bẩn nguồn nước mặt và nhiều loại nước thải cơng nghiệp. Olin và Bailey đã đưa ra 12 loại chất hấp phụ cĩ khả năng tách kim loại khỏi các dịng thải với chi phí thấp. Trong số 12 loại này, chitosan cĩ dung lượng hấp phụ cao nhất đối với kim loại. Chitosan cĩ khả năng hấp phụ tốt các kim loại nặng. Do đặc tính của nhĩm amino tự do trong cấu trúc chitosan được tạo thành khi deacetyl hĩa chitin, các phức chelat của nĩ làm cho khả năng hấp phụ kim loại tăng gấp 5 đến 6 lần so với chitin. Khi ghép một số nhĩm chức vào khung cấu trúc của chitosan sẽ làm tăng khả năng hấp phụ kim loại của chitosan lên nhiều lần. Để tạo điều kiện tốt cho quá trình chuyển khối, đồng thời tăng dung lượng hấp phụ kim loại của chitosan,biến tính chitosan hấp phụ kim loại nặng trên mạng lưới liên kết mạch thẳng và chéo nhau. Kết quả là đã tạo ra được nhiều loại chitosan biến tính cĩ dung lượng hấp phụ kim loại cao. - Volesky, Holan, Wase và Foster cũng đã nghiên cứu một số chất hấp phụ sinh học và khả năng giữ các nguyên tố phĩng xạ như urani, thori. Họ đã nhận thấy khả năng ứng dụng rộng lớn của các loại chất hấp phụ sinh học trên cơ sở chitosan biến tính vì vậy chúng đã được tập trung nghiên cứu, phát triển và thương mại hĩa . Các chất hấp phụ sinh học ở dạng tự nhiên thường mềm, trong dung dịch nước cĩ xu hướng kết tụ hoặc tạo gel. Hơn nữa, ở dạng tự nhiên mạng lưới của chúng thực tế khơng cĩ khả năng hấp phụ. Sự di chuyển của kim loại nhiễm bẩn vào mạng lưới giam giữ đĩng vai trị rất quan trọng trong quá trình chế tạo vật liệu hấp phụ sinh học. Cần thiết phải cung cấp sự hỗ trợ vật lý và tăng cường sự thâm nhập của mạng giam giữ kim loại của chất hấp phụ sinh học trên các loại giá thể khi chuẩn bị vật liệu hấp phụ sinh học. Nhiều vật liệu hấp phụ sinh học với các loại màng chitosan biến tính trên các giá thể khác nhau đã được nghiên cứu cho mục đích này. Một nhĩm tác giả thuộc Phịng nghiên cứu kỹ thuật cơng trình của quân đội Mỹ kết hợp cùng Trung tâm nghiên cứu & Quản lý chất thải của ủy ban Quản lý Tài nguyên Thiên nhiên và Trường đại học Tổng hợp Illinois đã kết hợp nghiên cứu một loại vật liệu hấp phụ sinh học với màng chitosan trên nhơm oxit. - Vật liệu màng chitosan đã biến tính trên giá thể composit sứ - nhơm oxit đạt 153,8 mg Cr6+/g (với nồng độ ban đầu của Cr6+ đều ở 1000mg/l). Ảnh hưởng của cấu trúc lỗ, độ phân bố kích thước lỗ xốp và giá trị pH tới dung lượng hấp phụ rất rõ rệt. Nĩi chung, vật liệu cĩ bề mặt riêng 80 - 105 m2/g với kích thước hạt 100 - 150 micron là thích hợp. Ở giá trị pH thấp, dung lượng hấp phụ tăng. Sự cĩ mặt ở nồng độ cao của ion sunfat và clorua sẽ làm giảm khả năng hấp phụ kim loại. CHƯƠNG II:ỨNG DỤNG MÀNG BAO CHITOSAN TRONG BẢO QUẢN RAU QUẢ 2.1. Thực trạng trong việc bảo quản rau quả hiện nay: Hiện nay, ở nước ta chỉ cĩ một số doanh nghiệp lớn và các siêu thị cĩ phương thức tồn trữ trái cây ở nhiệt độ lạnh. Cịn lại, đa số các vựa thu mua trái cây cũng như nơng dân đều thu hoạch và bán trái cây theo tập quán, khơng cĩ qui trình bảo quản sau thu hoạch. ĐHTP06ALT 20
25. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường Điều này gây ảnh hưởng khơng nhỏ đến chất lượng sản phẩm và hiệu quả kinh tế. Thời gian gần đây vấn đề này được các nhà vườn rất quan tâm và đặc biệt các cơng trình nghiên cứu bảo quản trái cây sau thu hoạch cũng đang cho những kết quả khả quan Vấn đề bảo quản trái cây xuất khẩu: Sản phẩm trái cây của nước ta, đặc biệt trái cây của các tỉnh Đồng Bằng Sơng Cửu Long cĩ nhiều lợi thế về chủng loại, sản lượng và chất lượng của trái cây miền nhiệt đới nhưng việc bảo quản để xuất khẩu vào các thị trường lớn như Nhật, Mỹ, EU chưa ngang tầm với sản lượng thu hoạch hàng năm. Cĩ nhiều nguyên nhân trong vấn đề này, trong đĩ việc bảo quản chưa được đầu tư về cơng nghệ và hệ thống thiết bị bảo quản một cách tương xứng với doanh nghiệp cĩ thương hiệu trái cây xuất khẩu. Tại thị trường trong nước từ nhiều năm nay giá bán trái cây vào thời điểm thu hoạch rộ thường bấp bênh, do sản phẩm cùng chủng loại nhiều vào thời điểm thu hoạch, bình quân khoảng 2 tháng/vụ, làm cho việc điều tiết tiêu thụ sản phẩm gặp nhiều khĩ khăn, sản phẩm trái cây được tiêu thụ ở dạng tươi là chủ yếu ở tại địa phương và trong nước, nên thường gây ứ đọng, sản phẩm thường bị hư hỏng. Trong thực tế sản phẩm trái cây thường được thu hoạch thậm chí khi chưa đến thời điểm thu hoạch, đa số trái cây thường khơng qua khâu kiểm tra chất lượng và vệ sinh an tồn thực phẩm Trong đĩ chỉ một số lượng trái tươi đủ tiêu chuẩn phẩm cấp được phân loại bảo quả ở kho lạnh cĩ nhiệt độ và độ ẩm thích hợp cho từng loại trái. Đáng chú ý, hiện do nước ta cĩ rất ít các kho bảo quản nên chí phí bảo quản trong các khâu thu hái, bao gĩi và vận chuyển lạnh để xuất khẩu rất cao. Đây cũng là nguyên nhân hạn chế việc ứng dụng các tiến bộ kỹ thuật về bảo quản sản phẩm ở các trung tâm phát triển cây ăn quả trong cả nước. 2.2.Cơ sở khoa học ứng dụng chitosan trong bảo quản trái cây, rau quả: 2.2.1 Các quá trình xảy ra khi bảo quản rau quả tươi: Quá trình biến đổi vật lý: Sự bay hơi nước: Trong rau quả thì phần chiếm nhiều nhất đĩ là nước từ 65-95% tùy thuộc vào từng loại quả. Sau khi thu hái rau quả bị mất hàm lượng nước trong suốt quá trình bảo quản do tham gia vào quá trình hơ hấp hoặc bay hơi vào mơi trường. Đây là nguyên nhân chính ĐHTP06ALT 21
26. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường làm cho rau quả bị hao hụt khối lượng so với ban đầu. Sự mất nước cịn làm tăng khả năng nhạy cảm với sự biến đổi nhiệt độ và kết quả là làm tăng cường độ hơ hấp của quả. Khi rau quả mất đi 5-10% khối lượng chúng sẽ bị héo và hư hỏng nhanh chĩng. Do sự chênh lệch độ ẩm giữa quả và mơi trường. Tốc độ bay hơi phụ thuộc vào: Cấu tạo và hình thái của mơ che chở: nếu phần vỏ cấu tạo bởi té bào cứng, chắc,nguyên vẹn sẽ làm giảm tốc độ mất nước Điều kiện mơi trường: nhiệt độ càng cao, độ ẩm khơng khí càng thấp thì tốc độ bay hơi nước càng nhanh Tốc độ chuyển động của khơng khí: càng cao thì nức bay hơi càng nhiều Sự giảm khối lượng tự nhiên: Nguyên nhân là trong quá trình bảo quản quả bị mất nước và mất chất khơ do hơ hấp. Quá trình hĩa học: Đường: Bị giảm đáng kể do hơ hấp, tuy nhiên ở những loại quả mà khi thu hái hàm lượng đường chưa cao thì trong thời gian bảo quản dường cĩ thể tăng lên do tinh bột chuyển hĩa thành. Tinh bột: Cĩ thể tăng hoặc giả tùy thuộc vào từng loại rau quả. Nếu tinh bột đã đạt tới hạn thì trong quá trình bảo quản hàm lượng tinh bột sẽ giảm (ví dụ: chuối xanh) cịn nếu chua cao thì trong bảo quản lại tăng do tinh bột được tổng hợp (ví dụ: đậu non) Protopectin: Cĩ thể bị phân giải thành pectin hịa tan làm yếu các liên kết và quả bị mềm ra. Các axit hữu cơ: Hàm lượng axit hữu cơ giảm dần làm độ chua của rau quả giảm Các vitamin: Giảm đi rất nhanh do tác động của emzim nội bào và sự oxi hĩa Các chất màu: (clorofil, carotenoit,flavonoit) dưới tác dụng của oxi khơng khí sẽ bị chuyển hĩa làm biến đổi màu sắc tự nhiên của quả, một số chất màu mới được tổng hợp. Lượng chlorophill bị mất đi thay vào đĩ là sự tăng lên của các cấu tử mang màu khác như carotenoid (tạo cho quả cĩ màu vàng, da cam và màu đỏ). Các quá trình này đều cĩ sự tham gia của enzim. Các hợp chất phenon: polyphenon bị oxi hĩa bởi men PPO tạo thành flobafin cĩ màu nâu làm mất màu sắc tươi của quả khi bảo quản. Quá trình hơ hấp ĐHTP06ALT 22
27. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường Trong quá trình sinh trưởng và phát triển của quả luơn luơn xảy ra các quá trình đồng hĩa và dị hĩa: khi quả bắt đầu phát triển và cịn đang ở trên cây thì chủ yếu xảy ra quá trình đồng hĩa là chủ yếu, là quá trình tổng hợp các chất hữu cơ cho quả như tinh bột, đường, chất khống .quả ngày càng phát triển đầy đủ cho tới khi chín: kích thước quả tăng lên, màu sắc quả thay đổi rõ ràng Khi quả được thu hái vẫn xảy ra quá trình sống của rau quả nhưng lúc này trong rau quả chủ yếu xảy ra quá trình dị hĩa: đĩ là quá trình sử dụng các chất hữu cơ đã cĩ sẵn để duy trì sự sống của quả. Trong rất nhiều những biến đổi xảy ra sau khi thu hái rau quả thì hơ hấp là chủ yếu. Hơ hấp sử dụng tinh bột hoặc đường và các hợp chất khác. Dưới tác dụng của oxi khơng khí, các mạch hidrocacbon bị bẻ gãy và sản phẩm thu được là CO2 và nước. Phản ứng này tỏa ra năng lượng dưới dạng nhiệt. Khi lượng oxi trong khơng khí được cung cấp đầy đủ thì quá trình trên xảy ra rất mạnh mẽ và biến thiên theo từng thời kỳ bảo quản. Và kết quả của các quá trình này là rau quả ngày càng bị biến đổi sâu sắc cho tới khi hỏng hẳn. Cũng trong quá trình này cĩ những phản ứng làm tăng chất lượng của rau quả như sự chuyển thành đường của tinh bột Quá trình này là hơ hấp hiếu khí: cĩ sự tham gia của oxi khơng khí, sản phẩm của quá trình là CO2, H2O và nhiệt. Tiêu biểu là phản ứng: C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + 673 KCal Khi oxi trong mơi trường giảm xuống khoản thấp hơn 2 % thì quá trình lên men sẽ thay thế cho quá trình hơ hấp hiếu khí. Quá trình hơ hấp yếm khí này tạo ra một lượng lớn các chất trung gian trong đĩ đáng kể nhất là quá trình biến đổi đường thành rượu và khí cacbonic. Chính những sản phẩm trung gian này đã làm quá trình hư hỏng của quả xảy ra nhanh hơn bằng việc làm biến đổi màu sắc, mùi vị và trạng thái quả một các sâu sắc.Tiêu biểu là phản ứng: C6H12O6 → 2C2H5OH +2CO2 +28 Kcal Như vậy khi sự thơng khí trong khi bảo quản kém sẽ làm tăng nồng độ khí CO2 , nhiệt độ xung quanh quả và tạo mơi trường thuận lợi cho hơ hấp yếm khí và các vi sinh vật phát triển, kết quả là quả sẽ bị hư hong nhanh chĩng. Vì vậy việc đảm bảo sự thơng khí một các thích hợp tránh hơ hấp yếm khí và đảm bảo hơ hấp hiếu khí xảy ra thích hợp là rất quan trọng và cĩ ý nghĩa quyết định đến chất lượng của quá trình bảo quản. ĐHTP06ALT 23
28. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường Những loại quả cĩ quá trình hơ hấp tăng lên rất nhanh chĩng và sau đĩ lại giảm xuống gọi là hơ hấp đột biến (Climacteric), ví dụ như cà chua và xồi. Cịn những loại quả mà trong suốt quá trình bảo quản sự hơ hấp luơn giảm thì cường độ hơ hấp khơng cĩ điểm đột biến (non-climacteric) như táo, nho Khí etylen tạo ra trong suốt quá trình hơ hấp là nguyên nhân quan trọng thúc đẩy quá trình chín của quả. Etylen là một hormone thực vật tự nhiên liên quan đến quá trình sinh trưởng, phát triển, chín và sự lão hĩa của thực vật. Người ta cho rằng phytohormone này thúc đẩy quá trình chín của rất nhiều lồi quả như: chuối, dứa, cà chua, xồi, dưa hấu và đu đủ. Nĩ được tạo ra ở nhiều nồng độ khác nhau phụ thuộc vào nhiều loại quả. Nhưng khi nồng độ ethylene đạt từ 0,1 đến 1,0 ppm (phần triệu) thì bắt đầu xảy ra quá trình chín của quả vùng nhiệt đới. Sản phẩm ethylene trong quả là tín hiệu cho hoạt động của nhiều loại enzyme khác nhau dẫn đến những thay đổi sinh lý như: quả cĩ sự thay đổi màu sắc từ xanh sang đỏ, trạng thái quả chuyển sang mềm và cĩ mùi vị khác nhau. Như vậy trong quá trìng bảo quản quả cần phải hạn chế hơ hấp để tránh tổn thất chất khơ đồng thời phải tuyệt đối tránh hơ hấp yếm khí. Đây là một bài tốn tối ưu quan trọng quyết định lớn tới chất lượng bảo quản 2.2.2.Sự hư hỏng trong quá trình bảo quản: - Do vi sinh vật: Vi sinh vật thâm nhập từ mơi trường - Do hơ hấp - Do sự bay hơi nước - Do hoạy động của enzym - Do sự tự biến đổi các chất - Do tác động cơ học - Do tác động của những hĩa chất bảo vệ thực vật. 2.3.Yêu cầu của một bao bì sinh học: Bao bì sinh học là sản phẩm từ nguyên liệu tự nhiên.Bao bì từ vật liệu sinh học phải đáp ứng được các tiêu chuẩn như: - Tính chống thấm - Đặc quang sinh học - Tính co giãn - Cĩ thể đĩng dấu và in ấn dễ dàng ĐHTP06ALT 24
29. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường - Kháng nhiệt và hĩa chất - Ổn định, thân thiện với mơi trường cĩ giá thành cạnhn tranh hơn nữa bao bì phải phù hợp với quy định về bao bì thực phẩm, tương tác giữa bao bì và thực phẩm, đảm bảo an tồn vệ sinh chất lượng và an tồn thực phẩm 2.4.Ưu điểm của màng chitosan: Dễ phân huỷ sinh học Vỏ tơm phế liệu là nguồn nguyên liệu tự nhiên rất dồi dào, rẻ tiền, cĩ sẵn quanh năm, nên rất thuận tiện cho việc cung cấp chitin và chitosan Tận dụng phế thải trong chế biến thủy sản để bảo quản thực phẩm ở nước ta. Thành cơng này cịn gĩp phần rất lớn trong việc giải quyết tình trạng ơ nhiễm mơi trường do các chất thải từ vỏ tơm gây ra. 2.4.1.Ưu điển của chitosan trong bảo quản trái cây: - Cĩ khả năng tạo màng dẻo, dai: Ở nồng độ thích hợp chitosan cĩ khả năng tạo màng khá dai, khĩ xé rách, cĩ độ bền tương đương với một số chất dẻo vẫn dùng làm bao gĩi. - Cĩ khả năng kháng nấm, kháng khuẩn cao - Tránh mất ẩm của quả khi bảo quản lạnh - Hạn chế oxi cung cấp, giảm hơ hấp hiếu khí và tránh yếm khí - Làm chậm lại quá trình bị thâm của rau quả: Rau quả sau khi thu hoạch sẽ dần dần bị thâm, làm giảm chất lượng và giá trị. Rau quả bị thâm là do quá trình oxi hố tạo ra các sản phẩm polyme hĩa của orthoquinon. Nhờ bao gĩi bằng màng chitosan mà ức chế được hoạt tính oxy hĩa của các polyphenol, làm thành phần của anthocyamin, flavonoid và sự tổng lượng các hợp chất phenol ít biến đổi, giữ cho rau quả tươi lâu hơn. - Cĩ khả năng kết hợp với các chất bảo quản khác (axit benzoic ) - Dễ phân hủy sinh học và thân thiện với mơi trường - Cĩ khả năng hấp phụ màu mà khơng hấp phụ mùi, hấp phụ một số kim loại nặng -Chitosan cĩ khả năng tạo màng, giữ ẩm, kháng khuẩn, kháng nấm, tránh yếm khí, giảm sự hơ hấp và hư hỏng tự nhiên của quả -Cĩ khả năng kết hợp với các hĩa chất bảo quản khác. ĐHTP06ALT 25
30. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường - Cĩ thể sử dụng chitosan với nồng độ 1,5-2% để bảo quản giữ tươi một số loại quả, tuy nhiên cần nghiên cứu kết hợp với các phụ gia và điều kiện bao gĩi dể hiệu quả bảo quản được cao hơn. -Kết hợp với bảo quản lạnh để tăng thời gian bảo quản và giữ được tính chất của quả -Chitosan cĩ khả năng làm tăng thời gian bảo quản mà khơng ảnh hưởng nhiều tới chất lượng sản phẩm. Phân huỷ sinh học dễ hơn chitin. Chitosan và các dẫn xuất của chúng đều cĩ tính kháng khuẩn, như ức chế hoạt động của một số loại vi khuẩn như E.Coli, diệt được một số loại nấm hại dâu tây, cà rốt, đậu và cĩ tác dụng tốt trong bảo quản các loại rau quả cĩ vỏ cứng bên ngồi Khi dùng màng chitosan, dễ dàng điều chỉnh độ ẩm, độ thống khơng khí cho thực phẩm (Nếu dùng bao gĩi bằng PE thì mức cung cấp oxy bị hạn chế, nước sẽ bị ngưng đọng tạo mơi trường cho nấm mốc phát triển) Màng chitosan cũng khá dai, khĩ xé rách, cĩ độ bền tương đương với một số chất dẻo vẫn được dùng làm bao gĩi. Màng chitosan làm chậm lại quá trình bị thâm của rau quả. Rau quả sau khi thu hoạch sẽ dần 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 hĩa của oquinon. Nhờ bao gĩi bằng màng chitosan mà ức chế được hoạt tính oxy hĩa của các polyphenol, làm thành phần của anthocyamin, flavonoid và tổng lượng các hợp chất phenol ít biến đổi, giữ cho rau quả tươi lâu hơn. ĐHTP06ALT 26
31. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường Hình15.Hình Chuối mau bị mốc khi bảo quản bằng cách thơng thường (trái) Chuối tươi lâu nhờ sử dụng chế phẩm sinh học chitosan để bảo quản(phải) 2.5.Cách tạo màng bọc chitosan: 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 đĩ bổ sung chất phụ gia PEG - EG 10% (tỷ lệ 1:1) vào và trộn đều, để yên một lúc để loại bọt khí. Sau đĩ đem hỗn hợp thu được quét đều lên một ống inox đã được nung nĩng ở nhiệt độ 64-65oC (ống inox được nâng nhiệt bằng hơi nước). Để khơ màng trong vịng 35 phút rồi tách màng. Lúc này người ta thu được một vỏ bĩng cĩ mầu vàng ngà, khơng mùi vị, đĩ là lớp màng chitosan cĩ những tính năng mới ưu việt ĐHTP06ALT 27
32. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường CHƯƠNG III: MỘT SỐ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHÁC VỀ MÀNG BAO CHITOSAN TRONG VIỆC BẢO QUẢN. 3.1.Các nghiên cứu đã đạt được: Đã cĩ rất nhiều nghiên cứu về việc ứng dụng chitosan để bảo quản trái cây, một số nghiên cứu đã thu được những thành cơng nhất định Sau đây là một số nghiên cứu tiêu biểu: 3.1.1.Các nghiên cứu trong nước: Qui trình nghiên cứu bảo quản xồi được Sở Khoa học và Cơng nghệ TP Cần Thơ nghiệm thu đầu năm 2007. Nơng trường Sơng Hậu – nơi nghiên cứu hiện cĩ 150.000 cây xồi cát Hịa Lộc, trung bình, mỗi hộ cĩ 80-100 cây. Với sản lượng hàng năm lên đến cả hàng nghìn tấn xồi sản phẩm. Xồi Cát Hịa Lộc cĩ vỏ mỏng nên khĩ bảo quản lâu và vận chuyển xa, gây khĩ khăn cho việc xuất khẩu. Tiến sĩ Tồn cùng các cộng sự đã nghiên cứu khắc phục hạn chế trên bằng cách xử lý chần nước nĩng để ngăn bệnh thán thư và ruồi đục trái. Biện pháp này giúp đảm bảo sản phẩm đạt chất lượng theo yêu cầu kiểm dịch thực vật cho cây ăn trái. Sau đĩ, trái được nhúng vào dung dịch Chitosan, tạo nên một lớp màng bao phủ mỏng cĩ tác dụng chống mất ẩm, giảm hao hụt trọng lượng và kéo dài thời gian tồn trữ. Qua các thí nghiệm, xồi được tồn trữ tốt nhất là ở nhiệt độ lạnh từ 10-12 0C. Kết luận: “Qua quá trình xử lý và tồn trữ, trái xồi được bảo quản tốt nhất trong 4 tuần, thậm chí cĩ khả năng kéo dài 6 tuần, cĩ thể vận chuyển và phân phối đi xa”. Qua nhiều nghiên cứu các nhà khoa học đã đưa ra qui trình bảo quản trái quýt đường với thời gian tồn trữ đến 8 tuần. Đĩ là bảo quản trái bằng cách bao màng Chitosan ở nồng độ 0,25% kết hợp với bao Polyethylene (PE) đục 5 lỗ với đường kính mỗi lỗ 1 mm và ghép mí lại bằng máy ép. Sau đĩ, bảo quản ở nhiệt độ12○C. Với phương pháp này, phẩm chất bên trong trái như: hàm lượng đường, hàm lượng vitamin C luơn ổn định, tỷ lệ hao hụt trọng lượng thấp, màu sắc vỏ trái đồng đều và đẹp. ĐHTP06ALT 28
33. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường Đề tài: “Nghiên cứu sử dụng các hoạt chất sinh học biển để thay thế các chất độc hại trong bảo quản nơng thủy sản sau thu hoạch và chế biến thực phẩm” của PGS. TS Trần thị Luyến Khoa Chế Biến, Trường Đại Học Nha Trang đã đưa ra một số kết luận sau: Lần dầu tiên các dẫn liệu khoa học được đưa ra trên cơ sở nghiên cứu một cách chi tiết đầy đủ về khả năng bảo quản nơng thủy sản của chitosan, COS (chitosanolygosacharide) trên các đối tượng cá ồ, cam, quýt, cà chua, hành tím và dứa quả, thịt heo, thịt bị, cá ngân, và xúc xích Qua nghiên cứu của Châu Văn Minh và cộng sự thuộc Viện Hố học các hợp chất tự nhiên, Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Cơng nghệ Quốc gia đã điều chế được chế phẩm BQ-1 với nguyên liệu chính là chitosan cĩ tác dụng bảo quản quả tươi (cà chua, nho vải, chuối, ) rất tốt. Chế phẩm này cĩ tác dụng chống mốc, chống sự phá huỷ của một số nấm men, vi sinh vật gram âm trên các loại hoa quả. Mới đây nhất, tại Đại học Thủy sản Nha Trang, các kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học Trần Thị Luyến, Nguyễn Trọng Bách cho thấy chitosan cĩ thể kết hợp với các phụ liệu tinh bột hồ hĩa, sorbitol và PVA (polyvinyl acetate) để tạo màng bao cĩ đặc tính cơ lý khá tốt (mềm dẻo và độ bền đứt cao) cĩ khả năng đáp ứng yêu cầu bao gĩi thực phẩm. Đồng thời khi sử dụng màng bao chitosan tạo thành để bao gĩi thịt bị tươi, kết quả cũng cho thấy màng bao chitosan đã làm giảm đáng kể nồng độ vi sinh vật tổng số trên bề mặt thịt bị khi bảo quản ở nhiệt độ 0-5ºC [3]. Tại trường Đai hoc Cơng Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh cũng cĩ thử nghiệm về bảo quản trứng gà bằng Chitosan.bằng cách khảo sát màu sắc của quả trứng sau thời gian bảo quản và sự hao hụt trọng lượng Và đã kết luận như sau: trong 5 ngày đầu bảo quản độ hao hụt khối lượng trứng cĩ tạo màng (nồng độ chitosan 1%; 1,5% và 2%) khơng cĩ sự khác biệt lớn với trứng khơng tạo màng chitosan. Nồng độ chitosan tạo màng cũng khơng ảnh hưởng lớn đến độ hao hụt khối lượng trứng trong khoảng thời gian này. Điều này cĩ thể được giải thích: do trong thời gian đầu, khi màng bao tự nhiên của vỏ trứng chưa bị phân hủy nên cịn khả năng kháng vi sinh vật, hạn chế sự trao đổi khí và nước với mơi ĐHTP06ALT 29
34. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường trường bảo quản. Tuy nhiên, khi thời gian bảo quản càng dài thì ảnh hưởng của màng bao đến hao hụt khối lượng trứng càng rõ nét hơn. Sau 30 ngày, trứng được bảo quản bằng màng chitosan nồng độ 1,5% chỉ hao hụt 5,312%, trong khi đĩ mẫu đối chứng lên tới 10,911%. Qua quá trình khảo sát với các nồng độ chitosan 1%; 1,5% và 2% chitosan thì nhĩm đã chỉ ra được nồng độ 1,5% chitosan là tối ưu nhất để bảo quản cho chất lượng quả trứng tốt nhất.[12] 3.1.2.Các nghiên cứu nước ngồi: Nhĩm nghiên cứu B. Ratanachinakorn, W. KumsiriBuchsapawanich, J. Singto đã xây dựng chế độ bảo quản trái cây bằng chitosan, theo nghiên cứu nồng độ chitosan phù hợp là 1-2% - Nhĩm tác giả: Nurrachman, Purwoko, B. S., Susanto, S., Sutrisno thuộc Department of Agronomy, Bogor Agricultural University, Darmaga, Bogor 16680, Indonesia nghiên cứu ứng dụng chitosan trong bảo quản táo và đã đưa ra kết luận: sử dụng chitosan với nồng độ 0.5, 1.0 và 1.5% và bảo quản ở nhiệt độ phịng đã làm giảm 1,5% sự hao hụt khối lượng so với mẫu khơng dùng chitosan - Nhĩm nghiên cứu: Yoshii Fumiko, Kume Tamikazu, Nhật Bản đã nghiên cứu bảo quản xồi bằng chitosan và chỉ ra rằng: sau 15 ngày bảo quản ở nhiệt độ thường xồi vẫn giữ được màu sắc tự nhiên, tươi và mất đi 10% khối lượng - Các tác giả S. Bautista-Bađos. M. Hernández-Lĩpez, E. Bosquez-Molina C. L. Wilson từ Mexico đã nghiên cứu tác dụng kháng nấm của chitosan: ở nồng độ 1.5%-3% chitosan cĩ khả năng kháng nấm C. gloeosporioides cĩ trên táo mà khơng ảnh hưởng tới nồng độ chất rắn tổng số và sự hao hụt khối lượng quả trong suốt quá trình bảo quản - Svetlana Zivanovic, John R. Mount, Frances A. Draughon, Carl E. Sams đến từ khoa cơng nghệ thực phẩm trường đại học Tennessee nghiên cứu ứng dụng chitosan và chitosan cĩ bổ xung tinh dầu làm màng bao bảo quản dâu tây và nho: các tác giả đã dùng chitosan 1% ,chitosan 1% kết hợp với 4% tinh dầu làm màng bao quả và bảo quản ở nhiệt độ 4ºC, đánh giá sự phát triển của nấm mốc bằng phương pháp ĐHTP06ALT 30
35. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường nuơi cấy trên canh tường thạch Rose Bengal agar trong 3 ngày. Nghiên cứu đã đưa ra một số kết luận sau: sau 9 ngày bảo quản số tế bào nấm mốc đếm được lần lượt là: 4.40, 2.90,và 0 cfu/mL ứng với các mẫu khơng dùng chitosan, cĩ dùng chitosan và chitosan kết hợp với tinh dầu. sự phát triển của nấm mốc trên dâu tây sau 18 ngày bảo quản là 3.87 cfu/mL giảm đi nhiều so với 4,33 cfu/mL khi khơng dùng chitosan. Khi phân tích hàm lượng khí etylen thốt ra trong quá trình bảo quản thu được các kết quả sau: Lượng khí ethylen giảm từ 0.187 μL/kg.h xuống 0.028 and 0.012 μL/kg.h khi bảo quản bằng chitosan và chitosan cĩ kết hợp tinh dầu. Như vậy chitosan cĩ khả năng làm giảm và ức chế sự phát triển của nấm mốc, ngồi ra các quá trình sinh lý của quả cũng giảm xuống làm quả bảo quản được lâu hơn, chitosan cĩ khả năng dùng kết hợp với các hĩa chất bảo quản khác để tăng hiệu quả bảo quản - Năm 1996 các tác giả Lee SH, No HK, Jeong YH đã cơng bố kết quả bước đầu nghiên cứu sử dụng dung dịch chitosan trong bảo quản trứng Ngồi ra cịn cĩ rất nhiều nghiên cứu khác thực hiện trên các loại hoa quả khác nhau, đối chứng ở các nhiệt độ khác nhau đều đã đưa ra những điều kiện bảo quản tối ưu khi sử dụng chitosan. 3.2.thực nghiệm cho bảo quản: - với quả bưởi, khi dùng màng bao chitosan thì quả bưởi cĩ thể bảo quản trong 3 tháng, và khơng cĩ thay đổi nhiểu ảnh hưởng đến chất lượng bưởi.Thực nghiệm này được một nhĩm sinh viên của trường Đại Học Nơng Lâm nghiên cứu và chứng minh [12] - Với xồi, các tác giả khuyến cáo nên xử lý trái sau khi đã rửa sạch qua nước nĩng 48-500C trong 5-10 phút để ngăn ngừa bệnh thán thư và ruồi đục trái, sau đĩ nhúng GVHD ThS Nguyễn Thị Trâm Châu Trần Thanh Hồng vào dung dịch Chitosan và bảo quản ở nhiệt độ lạnh 10-120C thì sẽ lưu Nhĩmgiữ SVTH được Phạm Văn Quyền Vỏ Trọng Tường quả trong 4 tuần, thậm chí tới 6 tuần để cĩ thể vận chuyển đi xa an tồn. ĐHTP06ALT 31 Đồ thị 3.1: Biểu diển sự hao hụt khối lượng trứng theo thời gian
36. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường - Với cam quýt, đặc biệt là trái quít đường Lai Vung ( Đồng Tháp) các tác giả khuyến cáo quy trình bảo quản trái bằng cách bao màng Chitosan ở nồng độ 0,25% kết hợp với bao Polyethylene (PE) cĩ đục 5 lỗ với đường kính 1 mm được ghép mí bằng máy ép và bảo quản ở nhiệt độ lạnh 120C cĩ thể bảo quản được tới 8 tuần. 3.3.Các kết luận cụ thể: * Với nồng độ chitosan hợp lý từ 1,5 –2 % đã khơng ảnh hưởng đến chất lượng cảm quản của quả sau thu hoạch, đồng thời lại cĩ tác dụng làm cho trọng lượng của quả ít bị hao hụt. Từ đĩ cho thấy, cĩ thể sử dụng chitosan hoặc chitosan kết hợp thêm phụ liệu để bảo quản giữ tuơi các loại quả cho hiệu quả khá rõ ràng * Cam tươi đạt độ chín kỹ thuật đem nhúng trong dung dịch chitosan 1,5 %, hong khơ và bảo quản đựơc 25 ngày ở nhiệt độ thường, 36 ngày ở nhiệt độ lạnh 8-10 0C, vẫn đạt được độ tươi theo tiêu chuẩn nguyên liệu chế biến. * Quýt tươi đem nhúng trong dung dịch chitosan 1,5 %, hong khơ và bảo quản đựoc 15 ngày ở nhiệt độ thường, 32 ngày ở nhiệt độ lạnh 8-10 0C, vẫn đạt được độ tươi theo tiêu chuẩn nguyên liệu chế biến. * Hành tím được nhúng trong dung dịch chitosan 1,5 %, hong khơ và bảo quản đựơc 56 ngày ở nhiệt độ thường, vẫn đạt được tiêu chuẩn nguyên liệu chế biến. * Chitosan cĩ tác dụng làm giảm đáng kể số lượng vi sinh vật tổng số trên bề mặt thực phẩm. Với hàm lượng 1,5 % đã giảm số lượng vi sinh vật trên bề mặt cam là 93 %, trên bề mặt quýt là 96 %, v.v. * Dứa quả chín kỹ thuật đem nhúng trong dung dịch chitosan 1,5 % cĩ phụ liệu benzoat natri 0,1 %, hong khơ và bảo quản được 15 ngày ở nhiệt độ thường và 35 ngày ở nhiệt độ lạnh 8-10 0C, vẫn đạt được độ tươi theo tiêu chuẩn nguyên liệu chế biến. Trường hợp xử lý bằng olygoglucosamin 1% với phụ liệu benzoat natri 0,1 % thì giữ tươi được 12 ở nhiệt độ thường và 40 ngày ở nhiệt độ 8-10 0C . Tài liệu tham khảo ĐHTP06ALT 32
37. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường [1] [2]Production of chitosan oligosaccharide. (Sản xuất chitosan oligosaccharide và ứng dụng của nĩ trong thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm). [3] PGS-TS Trần Thị Luyến; GVC Đỗ Minh Phụng; TS Nguyễn Anh Tuấn. Sản xuất các chế phẩm kỹ thuật và y dược từ phế liệu thủy sản, NXB Nơng Nghiệp [4] Lưu Văn Chính. Tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính sinh học của một số dẫn xuất từ chitin. Luận án tiến sĩ [5]Ðặng Văn Luyến, Ðặng Mai Hương. Phương pháp sản xuất chitosan, 1992. (Ðề cập cơng nghệ sản xuất biopolyme, cụ thể là đề cập đến phương pháp thu nhận chitin từ vỏ tơm rồi chuyển hĩa tiếp thành chitosan). [6]Alvarez, Review: Active food packating. Food Sci. Tech Page 97-108 [7]Châu Văn Minh: “ sử dụng chitosan làm chất bảo quản quả tươi” Tạp chí khoa học, trang 34, số 4-1996 [8] dung.html [9]Joint FAO/WHO Food standards Progaramme Codex Alimentarius Commission (1994) [10] [11] ĐHTP06ALT 33
38. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường [12] option=com_content&view=article&id=107:chitosan-tng-quan-nghien-cu-ng- dng&catid=36:cong-nghe-va-ung-dung&Itemid=37 ĐHTP06ALT 34
39. Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường ĐHTP06ALT 35