Ảnh hưởng của việc biến tính mủ trôm và hàm lượng cinnamaldehyde đến các tính chất của màng hoạt tính trên nền tinh bột mủ trôm

MỤC LỤC NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i LỜI CẢM ƠN ii LỜI CAM ĐOAN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH vii DANH MỤC BẢNG ix DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT x TÓM TẮT KHÓA LUẬN xi MỞ ĐẦU xii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .1 1.1 Tồng quan màng bao hoạt tính 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2 Phân loại 1.1.2.1 Phân loại theo chức 1.1.2.2 Phân loại theo nguyên liệu tạo màng 1.1.3 1.2 Các nguyên liệu sản xuất màng bao hoạt tính Giới thiệu mủ trôm 1.2.1 Nguồn gốc mủ trôm 1.2.2 Thành phần hóa học mủ trơm 1.2.3 Đặc tính mủ trơm 1.2.4 Một số ứng dụng mủ trôm công nghệ chế biến thực phẩm 1.3 Cơ chế q trình thủy phân mủ trơm 10 1.4 Cơ chế q trình oxy hóa NaIO4 12 1.5 Giới thiệu cinnamaldehyde 13 1.6 Tình hình nghiên cứu giới 15 CHƯƠNG : VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 17 2.1 Vật liệu, hóa chất thiết bị sử dụng 17 2.1.1 Vật liệu hóa chất 17 iv 2.1.2 2.2 Thiết bị sử dụng 17 Phương pháp nghiên cứu 17 2.2.1 Sơ đồ nghiên cứu 17 2.2.2 Quy trình sản xuất 19 2.2.2.1 Thủy phân mủ trôm kiềm 19 2.2.2.2 Oxy hóa mủ trôm NaIO4 20 2.2.2.3 Tạo màng 21 2.3 Nội dung phương pháp phân tích 22 2.3.1 Các tính chất mủ trơm trước sau biến tính 22 2.3.2 Các tính chất màng mủ trôm – tinh bột 24 2.3.2.1 Khả kháng đâm xuyên 24 2.3.2.2 Khả kháng kéo giãn 25 2.3.2.3 Độ ẩm, khả hấp thụ nước, khả hòa tan 26 2.3.2.4 Khả thấm ẩm 27 2.3.2.5 Khả chống oxy hóa 28 2.3.2.6 Phổ hấp thụ UV – Vis độ truyền quang 29 2.3.2.7 Xác định độ dày màng 29 2.3.2.8 Khả kháng nấm mốc 29 2.3.2.9 Khả kháng vi khuẩn 29 2.3.2.10 Phương pháp xử lí số liệu thống kê 30 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ - BÀN LUẬN 31 3.1 Các tính chất mủ trơm ngun thủy, mủ trơm thủy phân, mủ trơm oxy hóa, mủ trơm thủy phân oxy hóa 31 3.1.1 Phổ FTIR 31 3.1.2 Độ tan 33 3.1.3 Độ nhớt dung dịch mủ trôm 35 3.1.4 Xác định hàm lượng nhóm aldehyde 36 3.1.5 Độ hút ẩm bột 37 3.2 Các tính chất màng tinh bột bổ sung mủ trôm thủy phân, oxy hóa, thủy phân oxy hóa 38 v 3.2.1 Khả kháng đâm xuyên kháng kéo giãn 38 3.2.2 Độ ẩm, khả hấp thụ nước, khả hòa tan 42 3.2.3 Khả thấm ẩm 45 3.2.4 Khả chống oxy hóa 49 3.2.5 Phổ hấp thụ UV – Vis độ truyền quang 50 3.2.6 Khả kháng nấm mốc 54 3.2.7 Khả kháng vi khuẩn 57 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN .61 TÀI LIỆU THAM KHẢO .62 PHỤ LỤC 69 vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc hóa học mủ trôm (Stephen, A M., & Churms, S C , 1995) Hình Cơ chế khử acetyl mủ trôm kiềm 11 Hình Cấu trúc mủ trơm dạng khơng hịa tan (trái) khơng hịa tan (phải) 11 Hình Minh họa q trình oxy hóa CMC thành DCMC 12 Hình Cơng thức hóa học cinnamaldehyde hình nhánh quế 13 Hình Sơ đồ nghiên cứu ảnh hưởng việc thủy phân oxy hóa mủ trơm đến tính chất màng 18 Hình 2 Sơ đồ thủy phân mủ trôm kiềm 19 Hình Sơ đồ oxy hóa mủ trơm NaIO4 20 Hình Sơ đồ tạo màng mủ trôm – tinh bột 21 Hình Thiết bị đo khả kháng đâm xuyên 25 Hình Thiết bị đo khả kháng kéo giãn 26 Hình Cốc sử dụng để đo khả thấm ẩm 28 Hình Phổ FTIR mẫu mủ trôm… 31 Hình Độ tan mủ trơm trước sau biến tính 34 Hình 3 Độ nhớt tương đối mủ trơm sau biến tính 35 Hình Độ hút ẩm bột mủ trôm trước sau biến tính 37 Hình Ứng suất đâm xuyên độ giãn dài đứt mẫu màng 39 Hình Độ cứng mẫu màng 40 Hình Lực kéo giãn cực đại mẫu màng 41 Hình Độ ẩm mẫu màng 43 Hình Khả hịa tan mẫu màng 43 Hình 10 Khả hấp thụ nước mẫu màng 44 Hình 11 Khả thấm ẩm mẫu màng 46 Hình 12 Phần trăm độ hấp thụ DPPH giảm mẫu màng có 5% cinnamaldehyde 49 Hình 13 Phần trăm ánh sáng truyền qua mẫu màng khơng có cinnamaldehyde 51 Hình 14 Phần trăm ánh sáng truyền qua mẫu màng khơng có có cinnamaldehyde 53 vii Hình 15 Khả kháng nấm mốc mẫu màng qua ngày 56 Hình 16 Khả kháng vi khuẩn mẫu màng qua ngày 59 viii DANH MỤC BẢNG Bảng Phân tích phổ hồng ngoại mẫu mủ trôm 32 Bảng Hàm lượng nhóm CHO mủ trơm oxy hóa thủy phân – oxy hóa 36 Bảng 3 Thơng số kết ảnh hưởng việc biến tính mủ trơm hàm lượng cinnamaldehyde đến tính chất màng 48 Bảng Trung bình phần trăm ánh sáng truyền qua mẫu ba vùng bước sóng 50 ix DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT E coli Escherichia coli CMC Carboxymethyl cellulose DCMC Dialdehyde carboxymethyl cellulose RH Relative humidity (độ ẩm tương đối) x TÓM TẮT KHÓA LUẬN Trong nghiên cứu này, mủ trơm biến tính phương pháp thủy phân với NaOH M oxy hóa NaIO4 Sau đó, khảo sát so sánh tính chất: độ hịa tan, độ nhớt, phổ hồng ngoại, độ hút ẩm hàm lượng nhóm aldehyde mủ trơm trước sau biến tính (ngun thủy, thủy phân, oxy hóa thủy phân – oxy hóa) Kết cho thấy mủ trơm sau thủy phân có độ hịa tan, độ nhớt cao so với mủ trôm ban đầu loại bỏ nhóm acetyl khỏi cấu trúc mủ trơm ban đầu Đối với mủ trơm oxy hóa thủy phân – oxy hóa có độ hịa tan, độ nhớt độ hút ẩm thấp mủ trôm ban đầu Bên cạnh đó, kết phân tích cho thấy hàm lượng aldehyde mủ trơm oxy hóa cao mủ trơm thủy phân – oxy hóa Màng tạo thành từ tinh bột bắp – mủ trôm (ban đầu biến tính) với hàm lượng glycerol, cinnamaldehyde cố định để khảo sát ảnh hưởng việc biến tính mủ trơm hàm lượng cinnamaldehyde đến tính chất màng Kết cho thấy trình thủy phân giúp khả kháng kéo giãn, độ ẩm, độ hấp thụ hòa tan nước, khả thấm ẩm màng tăng lên Ngồi màng thủy phân có độ suốt Mặt khác, q trình oxy hóa làm ứng suất đâm xuyên tăng, màng có khả chống ẩm, chống UV chống oxy hóa, nhiên khả kéo giãn giảm màng trở nên đục Đặc biệt việc bổ sung cinnamaldehyde (5%) làm cho màng có hoạt tính kháng khuẩn (Escherichia coli), kháng nấm mốc (Colletotrichum gloeosporioides) khả chống oxy hóa cinnamaldehyde sử dụng chất hóa dẻo giúp tăng độ giãn dài đứt màng Qua đó, tùy vào mục đích sử dụng tính chất sản phẩm mà lựa chọn phương pháp biến tính phù hợp để tạo màng bao hoạt tính Một số đề xuất ứng dụng màng bao hoạt tính trên: sử dụng để bao bọc, bảo quản thực phẩm, chống nước, giá trị dinh dưỡng thực phẩm Màng bao hoạt tính giúp kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm nhờ đặc tính kháng khuẩn kháng mốc, sử dụng màng để gói thực phẩm thịt tươi sống, loại rau xanh hay loại trái xồi, chuối, ổi… gói gia vị xi MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Ngày nay, có nhiều nghiên cứu giới loại bao bì thực phẩm, mục tiêu hướng tới khả bảo quản thực phẩm đặc biệt giảm thiểu ô nhiễm môi trường Việc sử dụng vật liệu sinh học, có khả tái chế để tạo bao bì hoạt tính giải pháp tiềm cho việc bảo vệ môi trường Tinh bột carbohydrate tự nhiên, cho nguyên vật liệu có sẵn, hữu ích cho việc tạo màng bao thực phẩm Hiện mủ trôm sử dụng thực phẩm nhờ vào giá thành thấp, nguồn cung cấp dồi dào, có khả tạo gel hấp thụ nước cao Ngồi ra, mủ trơm có nhiều đặc tính tốt sức khỏe người, mủ trôm ứng dụng nhiều lĩnh vực y học, chẳng hạn chữa trị nhuận tràng, điều hòa đường huyết, ổn định huyết áp, giải độc gan, Trong thực phẩm, mủ trôm thường sử dụng loại phụ gia ổn định cấu trúc Mủ trơm tạo thành màng có đặc tính mềm dẻo, kháng vi khuẩn kháng mốc kết hợp với hợp chất glycerol cinnamaldehyde Hiện nay, khả tạo màng mủ trôm biết đến, việc ứng dụng mủ trơm biến tính vào màng chưa nghiên cứu Để khảo sát tác động mủ trôm hàm lượng cinnamaldehyde đến tính chất màng tinh bột chúng tơi tiến hành nghiên cứu: “ Ảnh hưởng việc biến tính mủ trơm hàm lượng cinnamaldehyde đến tính chất màng hoạt tính tinh bột – mủ trơm” nhằm thấy thay đổi tính chất màng tinh bột sau bổ sung mủ trơm cinnamaldehyde, tảng để lựa chọn ứng dụng phù hợp Mục tiêu nghiên cứu Nhằm tìm hiểu ảnh hưởng mủ trơm trước sau biến tính có ảnh hưởng tính chất màng bao thực phẩm tinh bột khả kháng khuẩn với kháng mốc bổ sung cinnamaldehyde vào màng, chúng tơi tiến hành thí nghiệm khảo sát so sánh tính chất mủ trơm trước sau biến tính tính chất màng bổ sung mủ trôm cinnamaldehyde Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: mủ trôm, cinnamaldehyde tinh bột - Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu thực với quy mơ phịng thí nghiệm xii Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu việc biến tính mủ trơm phương pháp thủy phân oxy hóa, khảo sát khả hịa tan, độ nhớt, độ hút ẩm, phổ hồng ngoại hàm lượng nhóm aldehyde mủ trơm trước sau biến tính Nghiên cứu ảnh hưởng mủ trôm cinnamaldehyde đến tính chất màng tinh bột Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Nghiên cứu khả hịa tan mủ trơm - Nâng cao giá trị mở rộng phạm vi ứng dụng mủ trôm - Đặt tảng cho phương pháp tạo màng từ tinh bột mủ trôm kết hợp với cinnamaldehyde - Tạo màng bao hoạt tính từ nguyên liệu thay cho loại màng bao từ plastic nylon, giảm thiểu ô nhiễm môi trường nâng cao hiệu bảo quản thực phẩm chống lại vi khuẩn nấm mốc xiii Kyo M, Manabu G, Tokio F, Kei Y 1988 Toxycity of allylisothiocyanate and Cinnamic aldehyde assessed using cultured human KB cells and yeast, Saccharomyces cervisiae Bull Environ Contam Toxycol ;40:339-42 Labuza, T.P and Breene, W.M 1989 Applications of “Active Packaging” for improvement of shelf-life and nutritional quality of fresh and extended shelf-life foods J Food Proc Preserv., 13:1–69 Le Cerf, D., Irinei, F., & Muller, G 1990 Solution properties of gum exudates from Sterculia urens (karaya gum) Carbohydrate Polymers, 13(4), 375-386 Li, H L., Wu, B., Mu, C D., & Lin, W 2011 Concomitant degradation in periodate oxidation of carboxymethyl cellulose Carbohydrate Polymers, 84(3), 881-886 López-Mata, M A., Ruiz-Cruz, S., de Jesús Ornelas-Paz 2018 Mechanical, barrier and antioxydant properties of chitosan films incorporating Cinnamaldehyde Journal of Polymers and the Environment, 26(2), 452-461 Lourdin, D., Bizot, H and Colonna, P 1997 Antiplasticization in starch–glycerol films J Appl Polym Sci 63, 1047–1053 M Preis, K Knop, J Breitkreutz 2014 Mechanical strength test for orodispersible and buccal films International Journal of Pharmaceutics 461, 22– 29 Ma, Y., Li, L., & Wang, Y 2017 Development of antimicrobial active film containing CINnamaldehyde and its application to snakehead (Ophiocephalus argus) fish Journal of Food Process Engineering, 40(5), e12554 Moreno, O., Cárdenas, J., Atarés, L., & Chiralt, A 2017 Influence of starch oxydation on the functionality of starch-gelatin based active films Carbohydrate Polymers, 178, 147-158 Mousavi, F.; Bojko, B.; Bessonneau, V 2016 Cinnamaldehyde characterization as an antibacterial agent toward E coli metabolic profile using 96-blade solid-phase microextraction coupled to liquid chromatography-mass spectrometry J Proteome Res, 15, 963−975 Nair, U A., Selvam, S P., Dharini, V., Nambiar, R B 2020 Development of antifungal biocomposite film against postharvest pathogens Colletotrichum gloeosporioides and Lasiodiplodia theobromae Materials Today: Proceedings 65 Nostro, A., Scaffaro, R., D’Arrigo, M., Botta 2012 Study on carvacrol and Cinnamaldehyde polymeric films: mechanical properties, release kinetics and antibacterial and antibiofilm activities Applied microbiology and biotechnology, 96(4), 1029-1038 Nhân, P T., & Trinh, H T K 2019 Tổng quan trôm tiềm phát triển lồi số vùng khơ hạn Việt Nam Tạp chí Khoa học Đại học Đà Lạt, 9(2), 81-93 Otoni CG, de Moura MR, Aouada FA, Camilloto GP, Cruz RS 2014 Antimicrobial and physical-mechanical properties of pectin/papaya puree/Cinnamaldehyde nanoemulsion edible composite flms Food Hydrocoll 41:188–194 Ozdemir, M and Sadikoglu, H 1998 A new and emerging technology: Laser-induced surface modification of polymers Trends Food Sci Technol., 9:159–167 Pavlath, A E., & Orts, W 2009 Edible films and coatings: why, what, and how? In Edible films and coatings for food applications 1-23 Springer, New York, NY Pillai, K C., Devi, K S., Kumar, A S., & Moon, I S 2018 Selective and low potential electrocatalytic oxidation of NADH using a 2, 2-diphenyl-1-picrylhydrazyl immobilized graphene oxide-modified glassy carbon electrode Journal of Solid State Electrochemistry, 22(11), 3393-3408 Prasad, K., Siddiqui, M., Sharma, R 2018 Edible Coatings and Their Effect on Postharvest Fruit Quality In Innovative Packaging of Fruits and Vegetables: Strategies for Safety and Quality Maintenance 161-197: Apple Academic Press Ramoji, A., Yenagi, J., Tonannavar, J., Jadhav, V B 2010 Vibrational and ab initio studies of 3-acetyl-6-bromocoumarin and 3-acetyl-6- methylcoumarin Spectrochimica Acta Part A, Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 77(5), 1039 S Shreaz, W.A Wani, J.M Behbehani 2016 Cinnamaldehyde and its derivatives, a novel class of antifungal agents, Fitoterapia, 116 -131 Sahraee, S., Milani, J M., Ghanbarzadeh, B., & Hamishehkar, H 2017 Physicochemical and antifungal properties of bio-nanocomposite film based on gelatin-chitin nanoparticles International journal of biological macromolecules, 97, 373-381 Sanla‐Ead, N., Jangchud, A., Chonhenchob 2012 Antimicrobial Activity of Cinnamaldehyde and eugenol and their activity after incorporation into cellulose‐based packaging films Packaging Technology and Science, 25(1), 7-17 66 Sapper, M., & Chiralt, A 2018 Starch-Based Coatings for Preservation of Fruits and Vegetables Coatings, 8(5) Shreaz S, Sheikh RA, Bhatia R, Hashmi AA, Manzoor N, Khan LA 2010 Anticandidal activity of Cinnamaldehyde, its ligand and Ni (II) complex: Effect of increase in ring and side chain Microb Pathogeneis ;49:75-82 Sothornvit, r and krochta, j.m 2005 Plasticizers in edible films and coatings, in Innovations In Innovations in Food Packagings, (J.H Han, ed.) Elsevier, Amsterdam, The Netherlands Standard & ISO 1996 ASTM, Standard test methods for water vapor transmission of materials-Method E-96 Stephen, A M., & Churms, S C 1995 Gums and mucilages In: A M Stephen (Ed.), Food polysaccharides and their applications 398–399 Veelaert, S., de Wit, D., Gotlieb, K F., & Verhé, R 1997 Chemical and physical transitions of periodate oxidized potato starch in water Carbohydrate Polymers, 33, 153–162 Veiga-Santos, P., Oliveira, L M., Cereda, M P., Alves, A J., & Scamparini, A R P 2005 Mechanical properties, hydrophilicity and water activity of starch-gum films: effect of additives and deacetylated xanthan gum Food Hydrocolloids 19(2), 341-349 Verbeken, D., Dierckx, S., & Dewettinck, K 2003 Exudate gums: occurrence, production, and applications Applied microbiology and biotechnology, 63(1), 10-21 Weadock, K., Olson, R M., & Silver, F H 1984 Evaluation of collagen crosslinking techniques Biomaterials, Medical Devices, and Artificial Organs, 11(4), 293-318 Wongsagon, R., Shobsngob, S., & Varavinit, S 2005 Preparation and physicochemical properties of dialdehyde tapioca starch Starch‐Stärke, 57(3‐4), 166-172 Xie XM, Fang JR, Xu Y 2004 Study of antifungal effect of Cinnamaldehyde and citral on Aspergillus flavus Food Science ;25:32-34 Y Lopez-Franco et al 2009 Other exudates: tragancanth, karaya, mesquite gum and slarchwood arabinogalactan In: Handbook of Hydrocolloids (G.O Phillips and P.A Williams, eds) CPC Press LLC 495–527 67 Yichao Ma, Li, L., & Wang, Y 2017 Development of antimicrobial active film containing CINnamaldehyde and its application to snakehead (Ophiocephalus argus) fish Journal of Food Process Engineering, 40(5), e12554 Zain, N M 2014 Green synthesis of silver and copper nanoparticles using ascorbic acid and chitosan for antimicrobial applications Carbohydrate polymers, 112, 195-202 Zhang, S D., Zhang, Y R., Zhu, J., Wang, X L., Yang, K K 2007 Modified corn starches with improved comprehensive properties for preparing thermoplastics Starch‐ Stärke, 59(6), 258-268 Zuanon, L A C., Malacrida, C R., & Telis, V R N 2013 Production of turmeric Oleoresin microcapsules by complex Coacervation with gelatin–gum A rabic Journal of Food Process Engineering, 36(3), 364-373 68 PHỤ LỤC Phụ lục Lực đâm xuyên mẫu màng Lực đâm xuyên (N) 0 Thời gian (s) Nguyên thủy Thủy phân Oxy hóa Thủy phân - Oxy hóa Nguyên thủy cinnamaldehyde Thủy phân cinnamaldehyde Oxy hóa cinnamaldehyde Thủy phân - Oxy hóa cinnamaldehyde Phụ lục Lực kéo giãn đứt mẫu màng Lực kéo giãn đứt (N) -1 10 15 Thời gian (s) Nguyên thủy Thủy phân Oxy hóa Thủy phân - Oxy hóa 20 25 30 Nguyên thủy cinnamaldehyde Thủy phân cinnamaldehyde Oxy hóa cinnamaldehyde Thủy phân - Oxy hóa cinnamaldehyde 69 Phụ lục Độ tan mủ trôm trước sau biến tính Độ tan (%) Mẫu Nguyên thủy 0,018 ± 0,001b Thủy phân 0,226 ± 0,004a Oxy hóa 0,011 ± 0,001c Thủy phân – Oxy hóa 0,015 ± 0,001bc Các giá trị bảng biểu thị giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn Các giá trị có ký hiệu khác cột biểu thị khác biệt có ý nghĩa mặt thống kê (p