Ứng dụng chitosan trong bảo quản cà chua

Trang 1

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH SÁCH CÁC BẢNG 4

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ 6

BẢN TÓM TẮT 7

MỞ ĐẦU 8

PHẦN I: TỔNG QUAN 10

1.1 TỔNG QUAN VỀ CHITOSAN 10

1.1.1 Lịch sử phát hiện 10

1.1.2 Nguồn gốc 10

1.1.3 Công thức cấu tạo 11

1.1.3.1 Cấu trúc hóa học của chitin 11

1.1.3.2 Cấu trúc hoá học của chitosan và một vài dẫn xuất 12

1.1.4 Độ deaxetyl hóa- DD (Degree of deaxetylation) 14

1.1.5 Tính chất vật lý của chitosan 14

1.1.6 Tính chất hoá học của chitin/chitosan 15

1.1.6.1.Các phản ứng của nhóm –OH 15

1.1.6.2 Phản ứng ở vị trí N 15

1.1.6.3 Phản ứng xảy ra tại vị trí O, N 16

1.1.6.4 Khả năng hấp phụ tạo phức với các ion kim loại chuyển tiếp của chitin/ chitosan 16

1.1.7 Tính chất sinh học của chitosan 17

1.1.8 Độc tính 19

1.1.9 Sản xuất chitosan 19

1.1.10 Ứng dụng của chitosan 23

1.1.10.1 Các ứng dụng của Chitosan trong công nghệ thực phẩm 23

1.1.10.2 Ứng dụng trong y học 24

1.1.10.3 Ứng dụng trong các lĩnh vực khác 24

1.2 ỨNG DỤNG CHITOSAN BẢO QUẢN RAU QUẢ 24

1.2.1 Thực trạng vấn đề bảo quản trái cây ở Việt Nam 24

1.2.2 Cơ sở khoa học ứng dụng chitosan trong bảo quản trái cây 25

1.2.2.1 Các quá trình xảy ra khi bảo quản rau quả tươi 25

1.2.2.2 Sự hư hỏng trong quá trình bảo quản 28

Trang 2

1.2.2.3 Bảo quản rau quả 28

1.2.3 Ưu điển của chitosan trong bảo quản trái cây 31

1.2.4 Các nghiên cứu đã đạt được 31

1.2.4.1 Các nghiên cứu trong nước 31

1.3 TỔNG QUAN QUẢ CÀ CHUA 36

1.3.1 Nguồn gốc 36

1.3.2 Hình thái 36

1.3.3 Tình hình sản suất và tiêu thụ cà chua trên thế giới và ở Việt Nam 37

1.3.4 Thời vụ 39

1.3.5 Giống cà chua 39

1.3.6 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng 39

1.3.7 Tình hình bảo quản và chế biến cà chua 42

1.4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU 43

1.4.1 Kết luận 43

1.4.2 Hướng nghiên cứu 43

PHẦN II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45

2.1 Phương pháp thiết kế thí nghiệm và xử lý số liệu 45

2.2 Phương pháp lấy mẫu phân tích 45

2.3 Các phương pháp phân tích 45

2.3.1 Đánh giá cảm quan 45

2.3.2 Chỉ tiêu vi sinh vật tổng số 47

2.3.3 Chỉ tiêu hóa lý 48

2.3.4 Chỉ tiêu hóa học 49

2.4 Đánh giá hiệu quả kinh tế: 53

PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 54

3.1 Lựa chọn giống cà chua cho bảo quản 54

3.2 Xác định độ chín thích hợp cho bảo quản 54

3.3 Chitosan và các nồng độ tạo màng bao 55

3.4 Khảo sát sơ bộ số lần nhúng chitosan phù hợp cho bảo quản 56

3.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 57

Trang 3

3.6.2 Bảo quản ở nhiệt độ lạnh 57

3.7 Biến đổi độ cứng của quả trong quá trình bảo quản 58

3.7.1 Biến đổi độ cứng trong mẫu bảo quản thường 58

3.7.2 Biến đổi độ cứng mẫu bảo quản lạnh 59

3.8 Khảo sát sự biến đổi màu sắc quả 60

3.9 Ảnh hưởng của màng chitosan tới cường độ hô hấp của cà chua 62

3.10 Biến đổi hàm lượng axit chung trong quá trình bảo quản 65

3.11 Biến đổi hàm lượng đường khử trong quá trình bảo quản 66

3.12 Hao hụt khối lượng trong quá trình bảo quản 68

3.12.1 Hao hụt khối lượng mẫu bảo quản lạnh 68

3.12.2 Hao hụt khối lượng mẫu bảo quản thường 70

3.13 Biến đổi chất khô hòa tan theo thời gian bảo quản 71

3.13.2 Biến đổi chất khô hòa tan mẫu bảo quản lạnh 72

3.14 Xác định vi sinh vật tổng số 72

3.15 Kết luận chung 74

3.16 Đánh giá cảm quan mẫu 74

3.16.1 Đánh giá cảm quan mẫu bảo quản ở điều kiện thường 74

3.16.2 Đánh giá cảm quan mẫu bảo quản ở điều kiện lạnh 78

3.17.Chi phí nguyên liệu cho bảo quản 81

3.18 Xây dựng quy trình bảo quản cà chua bằng chitosan 83

3.18.1 Sơ đồ quy trình bảo quản 83

3.18.2 Thuyết minh quy trình bảo quản 83

PHẦN IV: KẾT LUẬN 85

4.1 Kết luận 85

4.2 Kiến nghị 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

PHỤ LỤC 88

Trang 4

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 1: Hàm lượng chitin trong vỏ một số động vật giáp xác 20

Bảng 2: Chỉ tiêu sản xuất mặt hàng cà chua năm 2005 và năm 2010 39

Bảng 3: Thành phần các chất hoá học trong cà chua 40

Bảng 4: Hàm lượng hydrocarbon cà chua (thính theo % chất khô) 40

Bảng 5: Các chỉ tiêu đánh giá cảm quan 45

Bảng 6: Phiếu cho điểm của phép thử cảm quan 47

Bảng 7: Đặc tính của chitosan 56

Bảng 8: Biến đổi độ cứng (mẫu bảo quản thường- kg/cm2) 58

Bảng 9: Kết quả mẫu bảo quản thường 0% chitosan, (số 321) sau 20 ngày bảo quản 74

Bảng 10: Kết quả mẫu bảo quản thường 0.5% chitosan (số 981) sau 20 ngày bảo quản 75

Bảng 15: Kết quả đánh giá cảm quan mẫu bảo quản thường sau 20 ngày 77

Bảng 16: Kết quả mẫu bảo quản lạnh 2.5% chitosan (số 648) sau 30 ngày bảo quản 78

Bảng 21: Kết quả mẫu bảo quản lạnh 0% chitosan (số 661) sau 30 ngày bảo quản 80

Bảng 22: Kết quả đánh giá cảm quan mẫu bảo quản lạnh sau 30 ngày 81

Bảng 23: Tính giá thành phụ thuộc vào chi phí nguyên liệu chính: 81

Bảng 24: Biến đổi độ cứng theo thời gian bảo quản-kg/cm2 (mẫu bảo quản thường) 88

Bảng 25: Biến đổi độ cứng theo thời gian bảo quản-kg/cm2 (mẫu bảo quản lạnh) 88

Bảng 26: Cường độ hô hấp (mg CO2/kg.h) 88

Bảng 27: Hao hụt khối lượng theo thời gian bảo quản (bảo quản thường- % khối lượng) .89 Bảng 28: Hao hụt khối lượng theo thời gian bảo quản (bảo quản lạnh- % khối lượng) 89

Trang 5

Bảng 31: Biến đổi chất khô hòa tan theo thời gian bảo quản (mẫu bảo quản lạnh- 0Bx) 90Bảng 32: Hàm lượng đường khử tổng số theo thời gian bảo quản (bảo quản thường- %) 90Bảng 33: Hàm lượng axit tổng số theo thời gian bảo quản (mẫu bảo quản thường- %) 90Bảng 34: Lượng vi sinh vật tổng số (cfu/g) 91

Trang 6

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 1: Cấu trúc hoá học của chitin 11

Hình 2: Sắp xếp các mạch trong phân tử chitin 11

Hình 3: Cấu trúc chitosan (poly b-(1-4)-D- glucozamin) 12

Hình 4: Dẫn xuất N,O- Cacboxymetylchitin 12

Hình 5: Dẫn xuất N,O-cacbonxymetylchitosan 13

Hình 6: Dẫn xuất: N,O-axylchitosan 13

Hình 7: Dẫn xuất N-metylchitosan 13

Hình 8: Cấu trúc chitin,chitosan,xenluloza 13

Hình 9: Quá trình deaxetyl hoá 14

Hình 10: Phức của chitosan với kim loại 16

Hình 11: Sơ đồ sản xuất chitosan 21

Hình 12: Phiếu đánh giá cảm quan 46

Hình 13: Sơ đồ làm việc của hệ thống đo cường độ hô hấp 52

Hình 14: Sơ đồ bố trí tiến hành thí nghiệm 57

Hình 15: Biến đổi độ cứng theo thời gian (mẫu bảo quản thường) 58

Hình 16: Biến đổi độ cứng theo thời gian (mẫu bảo quản lạnh) 59

Hình 17: Biến đổi màu sắc theo thời gian 61

Hình 18: So sánh biến đổi màu mẫu lạnh và thường 62

Hình 19: Ảnh hưởng của màng chitosan tới cường độ hô hấp 63

Hình 20: Biến đổi hàm lượng axit chung theo thời gian bảo quản 65

Hình 21: Biến đổi đường khử theo thời gian bảo quản (mẫu bảo quản thường) 67

Hình 22: Hao hụt khối lượng theo thời gian bảo quản (mẫu bảo quản lạnh) 69

Hình 23: Hao hụt khối lượng theo thời gian bảo quản (Mẫu bảo quản thường) 70

Hình 24: Biến đổi chất khô hòa tan theo thời gian bảo quản (mẫu bảo quản thường) 71

Hình 25: Biến đổi chất khô theo thời gian (Mẫu bảo quản lạnh) 72

Hình 26: Lượng vi sinh vật tổng số (mẫu bảo quản thường) 73

Hình 27: Lượng vi sinh vật tổng số (mẫu bảo quản lạnh) 73

Hình 28: Sơ đồ quy trình công nghệ bảo quản cà chua bằng chitosan 83

Trang 12

Hình 1: Cấu trúc hoá học của chitin

Hình 2: Sắp xếp các mạch trong phân tử chitin

Hình 3: Cấu trúc chitosan (poly b-(1-4)-D- glucozamin)Công thức phân tử: (C6H11O4N)n

Phân tử lượng: Mchitosan =(161,07)n

Tuy nhiên trên thực tế thường có mắt xích chitin đan xen trong mạch cao phân tửchitosan (khoảng 10%) Vì vậy công thức chính xác của chitosan được thể hiện nhưsau:

m

O OH

H N HCOCH3

H H O

H H

CH 2 OH O

OH

H NH 2

H H O

H H

CH 2 OH

nTrong đó tỷ lệ m/n phụ thuộc vào mức độ deacetyl hóa

chế phẩm này còn có tên là PDP: Poly-  - (1  4) – D- glucosamin

Hay còn gọi là Poly- - (1- 4) – 2 – amino – 2- desoxy – D- glucosa

Dưới đây là công thức cấu tạo của các dẫn xuất:

 Dẫn xuất N,O- Cacboxymetylchitin:

Hình 4: Dẫn xuất

N,O-Cacboxymetylchitin

 Dẫn xuất

N,O-cacbonxymetylchitosan:

Trang 14

1.1.4 Độ deaxetyl hóa- DD (Degree of deaxetylation)

Là tỷ lệ thay thế nhóm (-NHCOCH3) bằng nhóm (-NH2) trong phân tử Chitin

Hình 9: Quá trình deaxetyl hoá

Nếu:

DD < 50%_ chitin

DD ≥ 50%_ chitosanCác 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

1.1.5 Tính chất vật lý của chitosan

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

-Chitosan có tính kiềm nhẹ Có mầu trắng hay vàng nhạt, không mùi vị, không tantrong nước, dung dịch kiềm và axít đậm đặc nhưng tan trong axít loãng (pH6), tạodung dịch keo trong, có khả năng tạo màng tốt

Trang 15

Khi hoà tan trong dung dịch acid acetic loãng sẽ tạo thành dung dịch keo dương, nhờ

đó mà keo chitosan không bị kết tủa khi có mặt của một số ion kim loại nặng như:

Pb3+, Hg+,…

- Nhiệt độ nóng chảy 309- 311oC

- Trọng lượng phân tử trung bình: 10.000- 500.000 Dalton (Li, 1997- Onsoyen vàSkaugrud, 1990) tùy loại Loại PDP có trọng lượng phân tử trung bình (M) từ200.000 đến 400.000 hay được dùng nhiều nhất trong y tế và thực phẩm [3]

- Chitosan là một polymer mang điện tích dương nên được xem là một polycationic(pH<6,5), có khả năng bám dính trên bề mặt có điện tích âm như protein,aminopolysaccharide (alginate), acid béo và phospholipid nhờ sự có mặt của nhómamino (NH2)

- Chitosan thương mại ít nhất phải có mức DD (degree of deacetylation) hơn 70%

- Chitosan có tính chất cơ học tốt, không độc, dễ tạo màng, có thể tự phân huỷ sinhhọc, có tính hoà hợp sinh học cao với cơ thể

1.1.6 Tính chất hoá học của chitin/chitosan

- Trong phân tử chitin/chitosan có chứa các nhóm chức -OH, -NHCOCH3 trong cácmắt xích N-axetyl-D-glucozamin và nhóm –OH, nhóm -NH2 trong các mắt xích D-glucozamin có nghĩa chúng vừa là ancol vừa là amin, vừa là amit Phản ứng hoá học

có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế O-, dẫn xuất thế N-, hoặc dẫn xuấtthế O-, N

- Mặt khác chitin/chitosan là những polime mà các monome được nối với nhau bởi cácliên kết β-(1-4)-glicozit; các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các chất hoá học như:axit, bazơ, tác nhân oxy-hóa và các enzim thuỷ phân

1.1.6.1.Các phản ứng của nhóm –OH

-Dẫn xuất sunfat

-Dẫn xuất O-axyl cuả chitin/chitosan

-Dẫn xuất O–tosyl hoá chitin/chitosan

1.1.6.2 Phản ứng ở vị trí N

-Phản ứng N-axetyl hoá chitosan

-Dẫn xuất N-sunfat chitosan

-Dẫn xuất N-glycochitosan (N-hidrroxy-etylchitosan)

Trang 16

-Dẫn xuất acroleylen chitossan.

- Chitosan phản ứng với acid đậm đặc tạo muối khó tan

- Chitosan tác dụng với Iốt trong môi trường H2SO4 cho phản ứng lên màu

tím Đây là phản ứng dùng trong phân tích định tính chitosan

1.1.6.4 Khả năng hấp phụ tạo phức với các ion kim loại chuyển tiếp của chitin/

chitosan

- Trong phân tử chitin/chitosan và một số dẫn xuất của chitin có chứa các nhóm chức

mà trong đó các nguyên tử Oxi và Nitơ của nhóm chức còn cặp electron chưa sử dụng,

do đó chúng có khả năng tạo phức, phối trí với hầu hết các kim loại nặng và các kimloại chuyển tiếp như: Hg2+, Cd2+, Zn2+, Cu2+,Ni2+,Co2+ Tuỳ nhóm chức trên mạchpolime mà thành phần và cấu trúc của phức khác nhau

- Ví dụ: với phức Ni(II) với chitin có cấu trúc bát diện với số phối trí bằng 6, còn phứcNi(II) với chitosan có cấu trúc tứ diện với số phối trí bằng 4

Trang 17

1.1.6.5 Phản ứng đặc trưng khác của chitosan

 Phản ứng Van-Wisselingh: chitosan tác dụng với Lugol tạo dung dịch màu nâutrong môi trường axit sunfuric có màu đỏ tím

 Phản ứng Alternative: tác dụng với axit sunfuric tạo tinh thể hình cầu chitosansunfat 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 khó tan

 Chitosan tác dụng với Iốt trong môi trường H2SO4 cho phản ứng lên màu tím Đây

là phản ứng dùng trong phân tích định tính chitosan

1.1.7 Tính chất sinh học của chitosan

- Vật liệu Chitosan có nguồn gốc tự nhiên, không độc, dùng an toàn cho người

- Chúng có tính hòa hợp sinh học cao với cơ thể, có khả năng tự phân huỷ sinhhọc

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

ẩm, tính kháng nấm, tính kháng khuẩn với nhiều chủng loại khác nhau, kích thích sựphát triển tăng sinh của tế bào, có khả năng nuôi dưỡng tế bào trong điều kiện nghèodinh dưỡng, tác dụng cầm máu, chống sưng u

-Chitosan không những ức chế các vi khuẩn gram dương, gram âm mà cả nấm men vànấm mốc Khả năng kháng khuẩn của chitosan phụ thuộc một vài yếu tố như loạichitosan sử dụng (độ deacetyl, khối lượng phân tử), pH môi trường, nhiệt độ, sự cómặt của một số thành phần thực phẩm Khả năng kháng khuẩn của chitosan và dẫnxuất của nó đã được nghiên cứu bởi một số tác giả, trong đó cơ chế kháng khuẩn cũng

đã được giải thích trong một số trường hợp Mặc dù chưa có một giải thích đầy đủ chokhả năng kháng khuẩn đối với tất cả các đối tượng vi sinh vật, nhưng hầu hết đều chorằng khả năng kháng khuẩn liên quan đến mức độ hấp phụ chitosan lên bề mặt tế bào.Trong đó, chitosan hấp phụ lên bề mặt vi khuẩn gram âm tốt hơn vi khuẩn gramdương Một số cơ chế đã được giải thích như sau:

+Nhờ tác dụng của những nhóm NH3+ trong chitosan lên các vị trí mang điện âm

ở trên màng tế bào vi sinh vật, dẫn tới sự thay đổi tính thấm của màng tế bào.Quá trìnhtrao đổi chất qua màng tế bào bị ảnh hưởng Lúc này, vi sinh vật không thể nhận các

Trang 18

chất dinh dưỡng cơ bản cho sự phát triển bình thường như glucose dẫn đến mất cânbằng giữa bên trong và bên ngoài màng tế bào Cuối cùng dẫn đến sự chết của tế bào +Chitosan có thể ngăn cản sự phát triển của vi khuẩn do có khả năng lấy đi cácion kim loại quan trọng như Cu2+, Co2+, Cd+ của tế bào vi khuẩn nhờ hoạt động của cácnhóm amino trong chitosan có thể tác dụng với các nhóm anion của bề mặt thành tếbào Như vậy vi sinh vật sẽ bị ức chế phát triển do sự mất cân bằng liên quan đến cácion quan trọng[16].

+ Điện tích dương của những nhóm NH3+ của glucosamine monomer ở pH< 6.3tác động lên các điện tích âm ở thành tế bào của vi khuẩn, dẫn đến sự rò rỉ các phần tử

ở bên trong màng tế bào Đồng thời gây ra sự tương tác giữa sản phẩm của quá trìnhthuỷ phân có khả năng khuếch tán bên trong tế bào vi sinh vật với AND dẫn đến sự ứcchế mARN và sự tổng hợp protein tế bào

+ Chitosan có khả năng phá huỷ màng tế bào thông qua tương tác của nhữngnhóm NH3+ với những nhóm phosphoryl của thành phần phospholipid của màng tế bào

vi khuẩn

- Có 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 bềmặt quýt là 96%, trên bề mặt cà chua là 98% v.v

- Ngoài ra, Chitosan còn có tác dụng làm giảm cholesterol và lipid máu, làm to vi độngmạch và hạ huyết áp, điều trị thận mãn tính, chống rối loạn nội tiết

- Chitosan là chất thân mỡ có khả năng hấp thu dầu mỡ rất cao có thể hấp thu đến gấp6-8 lần trọng lượng của nó Chitosan nhỏ phân tử có điện tích dương nên có khả nănggắn kết với điện tích âm của lipid và acid mật tạo thành những chất có phân tử lớnkhông bị tác dụng bởi các men tiêu hóa và do đó không bị hấp thu vào cơ thể mà đượcthải ra ngoài theo phân qua đó làm giảm mức cholesterol nhất là LDL-cholesterol, aciduric trong máu nên có thể giúp ta tránh các nguy cơ bệnh tim mạch, bệnh gút, kiểmsoát được tăng huyết áp và giảm cân

- Với khả năng thúc đẩy hoạt động của các peptide- insulin, kích thích việc tiết rainsulin ở tuyến tuỵ nên Chitosan đã dùng để điều trị bệnh tiểu đường Nhiều công trình

đã công bố khả năng kháng đột biến, kích thích làm tăng cường hệ thống miễn dịch cơ

Trang 19

- Dùng Chitosan với trọng lượng phân tử thấp để tiêm tĩnh mạch, không thấy cótích lũy ở gan Loại Chitosan có DD =50 %, có khả năng phân huỷ sinh học cao, saukhi tiêm vào ổ bụng chuột, nó được thải trừ dễ dàng, nhanh chóng qua thận và nướctiểu, Chitosan không phân bổ tới gan và lá lách

- Những lợi điểm của Chitosan: tính chất cơ học tốt, không độc, dễ tạo màng, cóthể tự phân hủy sinh học, hoà hợp sinh học không những đối với động vật mà còn đốivới các mô thực vật, là vật liệu y sinh tốt làm mau liền vết thương

- Chitosan không độc hoặc độc tính rất thấp trên xúc vật thực nghiệm và nó cóthể được sử dụng an toàn trên cơ thể người

Trữ lượng chitin trong thiên nhiên ước tính 100 tỉ tấn/ năm nhưng lượng tiêu thụ chỉ có1100-1300 tấn/năm Điều này chứng tỏ nguyên liệu để khai thác là rất dồi dào [19].Sản phẩm tôm đông lạnh chiếm sản lượng lớn nhất trong các sản phẩm đông lạnh.Chính vì vậy, vỏ tôm phế liệu là nguồn nguyên liệu tự nhiên rất dồi dào, rẻ tiền, có sẵnquanh năm, nên rất thuận tiện cho việc cung cấp chitin và chitosan Các công trìnhnghiên cứu của nhiều nhà khoa học trên thế giới đã chứng minh, trong vỏ tôm có chứa27% chất Chitin, từ chất Chitin này, họ có thể chiết tách thành chất Chitosan

Trang 20

Sản lượng đánh bắt các loài giáp xác trên thế giới là: 6 triệu tấn/năm tạo ra nguồn phếliệu 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 đó khai thácđạt 1,95 triệu tấn, nuôi trồng 1,95 triệu tấn Dự kiến, năm 2008, tổng sản lượng thủysản sẽ đạt 4,1 triệu tấn, trong đó nuôi trồng là 2,15 triệu tấn, khai thác 1,95 triệu tấn[1]

Ngày nay, nghề nuôi tôm và chế biến đông lạnh ở nhiều nước trên thế giới đang pháttriển và nhất là ở Việt Nam Song song với nó, mỗi năm lại có hàng triệu tấn vỏ tôm bịvứt bỏ, nhưng bên trong nó lại chứa cả một kho tàng quý báu chất Chitosan- hữu dụngcho nhiều ngành kinh tế

Bảng 1: Hàm lượng chitin trong vỏ một số động vật giáp xácSTT Phân loại Hàm lượng chitin theo trọng lượng (%)

 Nguyên tắc chung sản xuất Chitosan

Trong phế thải thủy sản (vỏ tôm, đầu tôm, mai mực,vỏ cua…) có chứa chủ yếu là:protein, chitin và chất khoáng trong đó chitin chiếm khoảng 14-35% Như vậy muốnthu được chitin ta cần loại bỏ protein và khoáng chất sau đó deaxetyl hóa chitin thuđược chitosan [3]

Trang 21

Hình 11: Sơ đồ sản xuất chitosan

 Nguyên liệu:

Vỏ tôm, cua, mực từ các nhà máy đông lạnh được thu gom và sử lý sơ bộ bằng cách

rử sạch, sấy khô và nghiền nhỏ

 Loại bỏ protein:

Protein được loại bỏ bằng nhiều biện pháp khác nhau, có thẻ loại bỏ bằng phươngpháp sinh học (dùng enzim), hoặc bằng phương pháp hóa học (dùng kiềm hoặcaxit),cơ học

+ Dùng phương pháp sinh học:

Trong phương pháp này người ta có thể dùng các chế phẩm enzim proteaza hoặc hiệnnay 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 không triệt để

+ Phương pháp hóa học:

Nguyên liệu

NL đã loại protein

Chitin

Loại protein

Loại muối

vô cơ, tạp chất

Chitosan

Deaxetyl hóa

Trang 22

Protein thường được loại bỏ bằng axit HCl loãng hay sử dụng dung dịch kiền NaOH,KOH 5%

Phương pháp này có ưu điển hơn vì tách được triệt để protein song lại tạo ra nhiều chấtthải khó xử lý, tốn năng lượng, không ổn định và làm thay đổi khối lượng phân tửchitin do mạch bị cắt ngẫu nhiên dẫn đến thay đổi độ nhớt Trong công nghiệp hiệnnay phương pháp hóa học vẫn được sử dụng rộng rãi và phổ biến hơn cả

 Loại muối vô cơ và tạp chất:

Muối vô cơ (chủ yếu là CaCO3) thường được loại ra bằng việc sử dụng axit HCl loãng

có kết hợp đun sôi ở 120ºC trong khoảng 1-2 giờ

 Deaxetyl hóa:

Sau khi tách tạp chất, chất vô cơ, protein ta thu được chitin

Sử dụng dung dịch NaOH đặc để deaxetyl hóa chitin thu được chitosan, tùy thuộc vàomức độ deaxetyl mà ta thu được các chế phẩm chitosan có độ DD khác nhau, quá trìnhnày được khống chế bằng nồng độ NaOH (15M), nhiệt độ (150ºC) và thời gian 1-1,5giờ

 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 lượngcao

 Viện khoa học Việt Nam kết hợp với xí nghiệp hủy sản Hà Nội: sản xuất chitin ứngdụng trong nông nghiệp

 Trung tâm công nghệ sinh học và sinh học thủy sản phối hợp với đại học y dượcthành phố Hồ Chí Minh, phân viện khoa học Việt Nam, viện khoa học nông nghiệpViệt Nam

Trang 23

1.1.10 Ứng dụng của chitosan

1.1.10.1 Các ứng dụng của Chitosan trong công nghệ thực phẩm

Trong công nghệ thực phẩm, vật liệu Chitosan được dùng để bảo quản đóng góithức ăn, để bảo quản hoa quả tươi vì nó tạo màng sinh học không độc Người ta đã tạomàng Chitosan trên quả tươi để bảo quản quả đào, quả lê, quả kiwi, dưa chuột, ớtchuông, dâu tây, cà chua, quả vải, xoài, nho,

Là một polyme dùng an toàn cho người, lại có 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 có những sản phẩm ăn kiêng có chứa Chitosan để làm giảmcholesterol và lipid máu, giảm cân nặng, chống béo phì, dùng để tránh nguy cơ mắcbệnh tim mạch, tiểu đường (bánh mỳ, khoai tây chiên, dấm, nước chấm ) đã có bánrộng rãi trên thị trường

Cơ quan bảo vệ môi trường của Mỹ (USEPA) đã cho phép Chitosan không nhữngđược dùng làm thành phần thức ăn, mà còn dùng cả trong việc tinh chế nước uống.Năm 1983, Bộ thuốc và thực phẩm Mỹ (USFDA) đã chấp nhận Chitosan được dùnglàm chất phụ gia trong thực phẩm và dược phẩm.[14]

Chitosan đã chính thức được Tổ chức y tế thế giới (WHO) cho phép dùng trong y học

và thực phẩm[15]

N-cacboxymetyl chitosan còn được dùng như antioxidant để bảo quản thực phẩm dochúng có khả năng kết hợp với kim loại (Fe) là những chất xúc tác của quá trình ôi hóadầu mỡ, ngăn cho các sản phẩm chứa dầu mỡ khỏi bị ôi hóa

Tóm lại, chế phẩm Chitosan được dùng trong thực phẩm

 Dùng để bảo quản thực phẩm, hoa quả, rau tươi

 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, nướcgiải khát

 Dùng làm thuốc bổ dưỡng cơ thể (functional food, functional drug) đểgiảm cholesterol máu, lipid máu, hạ huyết áp, giảm cân nặng, chống béo phì, tăngcường miễn dịch cơ thể, điều trị bệnh tiểu đường, phòng chống u và ung thư

 Là phụ gia không độc để bảo quản thực phẩm khỏi thiu thối

1.1.10.2 Ứng dụng trong y học

- Ứng dụng Chitosan trong điều trị bỏng

Trang 24

- Khống chế sự gia tăng của tế bào ung thư.

- Chống viêm cấp trên mô lành

- Ngăn chặn sự phát triển của chứng nhồi máu cơ tim và bệnh đột quỵ

- Hạ cholesterol, thuốc chữa bệnh dạ dày, chống đông tụ máu, tăng sức đề kháng, chữaxương khớp, hỗ trợ chữa bệnh tiểu đường…

- Dược phẩm

1.1.10.3.Ứng dụng trong các lĩnh vực khác

Chitin/chitosan và các dẫn xuất của chúng có nhiều đặc tính quý báu như: có hoạt tínhkháng nấm, kháng khuẩn, có khả năng tự phân huỷ sinh học cao, không gây dị ứng,không gây độc hại cho người và gia súc, có khả năng tạo phức với một số kim loạichuyển tiếp như: Cu(II), Ni(II), Co(II) Do vậy chitin và một số dẫn xuất của chúngđược ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: Trong lĩnh vực xử lí nước thải và bảo vêmôi trường, dược học và y học, nông nghiệp, công nghiệp, công nghệ sinh học, mỹphẩm, công nghệ giấy,dệt…

1.2 ỨNG DỤNG CHITOSAN BẢO QUẢN RAU QUẢ

1.2.1 Thực trạng vấn đề bảo quản trái cây ở Việt Nam

 Vấn đề trong nước:

Hiện nay, ở nước ta chỉ có một số doanh nghiệp lớn và các siêu thị có phương thức tồntrữ trái cây ở nhiệt độ lạnh Còn lại, đa số các vựa thu mua trái cây cũng như nông dânđều thu hoạch và bán trái cây theo tập quán, không có qui trình bảo quản sau thuhoạch Điều này gây ảnh hưởng không 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 côngtrình nghiên cứu bảo quản trái cây sau thu hoạch cũng đang cho những kết quả khảquan…

 Vấn đề bảo quản trái cây xuất khẩu:

Sản phẩm trái cây của nước ta, đặc biệt trái cây của các tỉnh Đồng Bằng Sông CửuLong có nhiều lợi thế về chủng loại, sản lượng và chất lượng của trái cây miền nhiệtđới 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

Trang 25

Có nhiều nguyên nhân trong vấn đề này, trong đó việc bảo quản chưa được đầu tư vềcông nghệ và hệ thống thiết bị bảo quản một cách tương xứng với doanh nghiệp cóthương hiệu trái cây xuất khẩu.

Tại thị trường trong nước từ nhiều năm nay giá bán trái cây vào thời điểm thu hoạch rộthường bấp bênh, do sản phẩm cùng chủng loại nhiều vào thời điểm thu hoạch, bìnhquân khoảng 2 tháng/vụ, làm cho việc điều tiết tiêu thụ sản phẩm gặp nhiều khó 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 câythường được thu hoạch thậm chí khi chưa đến thời điểm thu hoạch, đa số trái câythường không qua khâu kiểm tra chất lượng và vệ sinh an toàn thực phẩm…Trong đóchỉ một số lượng trái tươi đủ tiêu chuẩn phẩm cấp được phân loại bảo quả ở kho lạnh

có nhiệt độ và độ ẩm thích hợp cho từng loại trái Đáng chú ý, hiện do nước ta có rất ítcác kho bảo quản nên chí phí bảo quản trong các khâu thu hái, bao gói và vận chuyểnlạnh 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

1.2.2 Cơ sở khoa học ứng dụng chitosan trong bảo quản trái cây

1.2.2.1.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 đó là nước từ 65-95% tùy thuộc vào từng loạiquả Sau khi thu hái rau quả bị mất hàm lượng nước trong suốt quá trình bảo quản dotham gia vào quá trình hô hấp hoặc bay hơi vào môi trường Đây là nguyên nhân chínhlàm cho rau quả bị hao hụt khối lượng so với ban đầu Sự mất nước còn làm tăng khảnăng nhạy cảm với sự biến đổi nhiệt độ và kết quả là làm tăng cường độ hô hấp củaquả Khi rau quả mất đi 5-10% khối lượng chúng sẽ bị héo và hư hỏng nhanh chóng

Do sự chênh lệch độ ẩm giữa quả và môi trường Tốc độ bay hơi phụ thuộc vào:

 Cấu tạo và hình thái của mô che chở: nếu phần vỏ cấu tạo bởi té bào cứng,chắc,nguyên vẹn sẽ làm giảm tốc độ mất nước

 Điều kiện môi trường: nhiệt độ càng cao, độ ẩm không khí càng thấp thì tốc độ bayhơi nước càng nhanh

 Tốc độ chuyển động của không khí: càng cao thì nức bay hơi càng nhiều

 Sự giảm khối lượng tự nhiên:

Trang 26

Nguyên nhân là trong quá trình bảo quản quả bị mất nước và mất chất khô do hô hấp.

 Quá trình hóa học:

 Đường: Bị giảm đáng kể do hô hấp, tuy nhiên ở những loại quả mà khi thu hái hàmlượng đường chưa cao thì trong thời gian bảo quản dường có thể tăng lên do tinh bộtchuyển hóa thành

 Tinh bột: Có thể tăng hoặc giả tùy thuộc vào từng loại rau quả Nếu tinh bột đã đạttới hạn thì trong quá trình bảo quản hàm lượng tinh bột sẽ giảm (ví dụ: chuối xanh)còn nếu chua cao thì trong bảo quản lại tăng do tinh bột được tổng hợp (ví dụ: đậunon)

 Protopectin: Có thể bị phân giải thành pectin hòa tan làm yếu các liên kết và quả bịmềm 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 hóa

 Các chất màu: (clorofil, carotenoit,flavonoit) dưới tác dụng của oxi không khí sẽ bịchuyển hóa làm biến đổi màu sắc tự nhiên của quả, một số chất màu mới được tổnghợp Lượng chlorophill bị mất đi thay vào đó là sự tăng lên của các cấu tử mang màukhác như carotenoid (tạo cho quả có màu vàng, da cam và màu đỏ) Các quá trình nàyđều có sự tham gia của enzim

 Các hợp chất phenon: polyphenon bị oxi hóa bởi men PPO tạo thành flobafin cómàu nâu làm mất màu sắc tươi của quả khi bảo quản

Trong quá trình sinh trưởng và phát triển của quả luôn luôn xảy ra các quá trình đồnghóa và dị hóa: khi quả bắt đầu phát triển và còn đang ở trên cây thì chủ yếu xảy ra quátrình đồng hóa là chủ yếu, là quá trình tổng hợp các chất hữu cơ cho quả như tinh bột,đường, chất khoáng….quả ngày càng phát triển đầy đủ cho tới khi chín: kích thướcquả 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 rauquả chủ yếu xảy ra quá trình dị hóa: đó là quá trình sử dụng các chất hữu cơ đã có sẵn

để duy trì sự sống của quả Trong rất nhiều những biến đổi xảy ra sau khi thu hái rauquả thì hô hấp là chủ yếu

Trang 27

Hô hấp sử dụng tinh bột hoặc đường và các hợp chất khác Dưới tác dụng của oxikhông 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 không 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 rauquả ngày càng bị biến đổi sâu sắc cho tới khi hỏng hẳn Cũng trong quá trình này cónhững phản ứng làm tăng chất lượng của rau quả như sự chuyển thành đường của tinhbột…

Quá trình này là hô hấp hiếu khí: có sự tham gia của oxi không khí, sản phẩm của quátrình là CO2, H2O và nhiệt Tiêu biểu là phản ứng:

C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + 673 KCalKhi oxi trong môi trường giảm xuống khoản thấp hơn 2 % thì quá trình lên men sẽthay thế cho quá trình hô hấp hiếu khí Quá trình hô hấp yếm khí này tạo ra một lượnglớn các chất trung gian trong đó 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 củaquả xảy ra nhanh hơn bằng việc làm biến đổi màu sắc, mùi vị và trạng thái quả mộtcác sâu sắc.Tiêu biểu là phản ứng:

C6H12O6 → 2C2H5OH +2CO2 +28 KcalNhư vậy khi sự thông khí trong khi bảo quản kém sẽ làm tăng nồng độ khí CO2 , nhiệt

độ xung quanh quả và tạo môi trường thuận lợi cho hô hấp yếm khí và các vi sinh vậtphát triển, kết quả là quả sẽ bị hư hong nhanh chóng Vì vậy việc đảm bảo sự thôngkhí một các thích hợp tránh hô hấp yếm khí và đảm bảo hô hấp hiếu khí xảy ra thíchhợp là rất quan trọng và có ý nghĩa quyết định đến chất lượng của quá trình bảo quản.Những loại quả có quá trình hô hấp tăng lên rất nhanh chóng và sau đó lại giảm xuốnggọi là hô hấp đột biến (Climacteric), ví dụ như cà chua và xoài Còn những loại quả

mà trong suốt quá trình bảo quản sự hô hấp luôn giảm thì cường độ hô hấp không cóđiểm đột biến (non-climacteric) như táo, nho… Khí etylen tạo ra trong suốt quá trình

hô hấp là nguyên nhân quan trọng thúc đẩy quá trình chín của quả Etylen là mộthormone thực vật tự nhiên liên quan đến quá trình sinh trưởng, phát triển, chín và sựlão hóa của thực vật Người ta cho rằng phytohormone này thúc đẩy quá trình chín củarất nhiều loài quả như: chuối, dứa, cà chua, xoài, dưa hấu và đu đủ Nó được tạo ra ởnhiều nồng độ khác nhau phụ thuộc vào nhiều loại quả Nhưng khi nồng độ ethylene

Trang 28

đạt từ 0,1 đến 1,0 ppm (phần triệu) thì bắt đầu xảy ra quá trình chín của quả vùng nhiệtđới Sản phẩm ethylene trong quả là tín hiệu cho hoạt động của nhiều loại enzymekhác nhau dẫn đến những thay đổi sinh lý như: quả có sự thay đổi màu sắc từ xanhsang đỏ, trạng thái quả chuyển sang mềm và có mùi vị khác nhau.

Như vậy trong quá trìng bảo quản quả cần phải hạn chế hô hấp để tránh tổn thất chấtkhô đồng thời phải tuyệt đối tránh hô hấp yếm khí Đây là một bài toán tối ưu quantrọng quyết định lớn tới chất lượng bảo quản

1.2.2.2 Sự hư hỏng trong quá trình bảo quản

 Do vi sinh vật: Vi sinh vật thâm nhập từ môi trường

 Do hô 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 hóa chất bảo vệ thực vật

1.2.2.3 Bảo quản rau quả

 Nguyên lý bảo quản rau quả:

Khi lưu trữ rau quả tươi sau khi thu hái trong điều kiện khí quyển bình thường , chấtlượng của chúng sẽ giảm dần và tiến tới hư hỏng hoàn toàn do thối rữa thời gian từkhi thu hái cho tới khi rau quả hỏng hoàn toàn dài hay ngắn phụ thuộc vào nhiều yếu

tố khác nhau như: giống, loại rau quả, thời gian thu hái, độ chín và diều kiện môitrường bảo quả… Nguyên nhân trực tiếp và cơ bản dẫ tới rau quả bị hư hỏng là dohiện tượng chín và hiện tượng nhiễm bệnh

Quá trìn chín của rau quả phụ thuộc vào cường độ hô hấp, hô hấp càng mạnh mẽ thìquá trình chín càng chóng xảy ra và thời hạn bảo quản của rau quả càng bị rút ngắn.Quả càng chín thì càng trở nên mềm và giảm khả năng chụi tác động cơ học quá trìnhtiến tới giai đoạn chín của rau quả là quá trình phân hủy các chất dinh dưỡng trong đó

có cả các chất có khả năng ức chế vi sinh vật như các axit, phitonxit….tạo điều kiệntốt cho vi sinh vật phát triển mạnh gây thối rũa và hư hỏng nhanh chóng

Như vậy để kéo dài thời hạn bảo quản của rau quả trước hết là kìm hãm hoạt động

Trang 29

được kìm hãm chứ không được đình chỉ nếu không sẽ dẫn tới hư hỏng nhanh chónghơn do hô hấp yếm khí.

Trong trường hợp hô hấp được hạn chế tới mức thấp nhất nhưng khi vi sinh vật nhất lànấm mốc có điều kện phát triển mạnh thì rau quả cũng sẽ bị hư hỏng nhanh chóng Vìvậy nguyên tắc tiếp theo đó là ngăn ngừa, loại bỏ hoạt động của vi sinh vật.[8]

Dựa trên những nguyên lý sinh học, giáo sư Nikitin chia các phương pháp bảo quảnthành 3 nhóm:

 Nhóm thứ nhất bao gồm các phương pháp dựa trên nguyên lý bảo toàn sự Bioza: rau quả được giữ nguyên trạng thái sống bình thường không cần tác động bất

sống-cứ giả pháp sử lý nào ngoài một vài tác động hạn chế cường độ sống nhằm giảm mứcphân hủy thành phần dinh dưỡng do hô hấp và giảm tổn hao khối lượng tự nhiên dobay hơi

 Nhóm thứ hai: gồm các phương pháp dựa trên nguyên lý tiềm sinh-Anabioza.Làm chậm, ức chế hoạt động sống của quả và của vi sinh vật nên làm chậm thời gian

hư hỏng và thối rữa của rau quả Trong nhóm này gồm các phương pháp: bảo quảnlạnh , lạnh đông, cô đặc, sấy điều chỉnh thành phần khí quyển, muối chua, dầmgiấm….đặc điểm chung của các phương pháp này là tạo ra môi trường không thuận lợicho hoạt đông sống của quả và của vi sinh vật

 Nhóm thứ ba là nhóm dựa trên nguyên lý phi tiềm sinh-Abioza Đó là cácphương pháp loại bỏ sự sống của quả cũng như của vi sinh vật Khi không còn hoạtđộng sống thì quả cũng mất tính kháng bệnh tự nhiên chính vì thế chúng trỏ thành môitrường thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật , muốn giữ sản phẩm khỏi hư hỏngthì phải tiêu diệt hay ức chế hoàn toàn vi sinh vật có trong sản phẩm các phương phápthuộc nhóm này có: thanh trùng, tiệt trùng, các phương pháp bảo quản bằng hóa chấthay bằng kháng sinh, phương pháp lọc vi sinh, chiếu xạ…

 Những yếu tố ảnh hưởng tới thời hạn bảo quản rau-quả:

Thời hạn bảo quản rau quả tươi phụ thộc vào rất nhiều yếu tố khác nhau trong đó đáng

kể nhất đó là nhiệt độ, độ ẩm và thành phần khí quyển

-Nhiệt độ là yếu tố rất quan trọng có yếu tố quyết định tới thời hạn bảo quản của rauqua, sự thay đổi nhiệt độ trước hết ảnh hưởng tới cường độ hô hấp nhiệt độ càng caotốc độ phản ứng sinh hóa xảy ra trong rau quả càng nhanh Tuy nhiên sự phụ thuộc tỉ

lệ thuận đó chỉ đến giới hạn nhất định, cụ thể khi tăng nhiệt độ từ 25oC trở lên thì

Trang 30

cường độ hô hấp lại giảm Như vậy muốn ức chế hoạt động sống của rau quả thì bảoquản ở nhiệt độ càng hấp càng tốt Tuy nhiên nhiệt độ quá thấp không hẳn đã kéo dàiđược thời gian bảo quản của rau quả vì tế bào thự vật bị phá hủy do dịch bào bị đóngbăng mặt khác nhiệt độ thấp làm rối loạn một số quá trình sinh lý, sinh hóa của quả, ví

dụ như chuối xanh bảo quản dưới 12oC chuối sẽ không chín, chuối chín dưới 11oC thì

sẽ bị thâm

Như vậy mỗi loại rau quả thích hợp với một nhiệt độ nhất định nào đó-nhiệt độ bảoquản tối ưu

-Độ ẩm tương đối của không khí quyết định tới tốc độ bay hơi nước của rau quả Độ

ẩm càng thấp thì cương độ hô hấp và tốc độ bay hơi nước càng cao làm giảm khốilượng và làm quả bị héo Nhưng độ ẩm thấp làm giảm khả năng hoạt động của vi sinhvật nên hạn chế bệnh cho quả Ngược lại nếu độ ẩm cao làm giảm quá trình bay hơinước và hô hấp, tuy nhiên nếu độ ẩm quá cao sẽ tạo điều kiên thuận lợi cho vi sinh vậtphát triển ngoài ra còn làm ngưng tụ nước trên bề mặt rau quả dẫn đến rối loạn hô hấp

Vì thế cần chọn độ ẩm thích hợp cho từng loại quả khi bảo quản-độ ẩm tối ưu

-Thành phần khí quyển đó là thành phần khí O2 và CO2 Hai thành phần này phải thíchhợp với từng loại quả để giảm tối đa hô hấp hiếu khí nhưng phải tránh điều kiện để xảy

ra hô hấp yếm khí, từ đó hạn chế tối đa quá trình sống cũng như không sinh ra nhữngchất có hại sinh ra do hô hấp yếm khí đầu độc quả

 Các phương pháp bảo quản rau quả [8]:

 Bảo quản ở điều kiện thường

 Bảo quản lạnh và lạnh đông

 Bảo quản trong môi trường thay đổi thành phần khí quyển và một số phươngpháp sử lý

 Bảo quản CA (Controled Atmosphere)_thay đổi thành phần không khí

 Bảo quản trong môi trường khí quyển cải biến (MA_ Modifiedatmosphere)_quả được đựng trong túi hay tạo màng bao polyme

 Bảo quản bằng hóa chất

 Bảo quản bằng tia bức xạ

Trang 31

1.2.3 Ưu điển của chitosan trong bảo quản trái cây

 Có khả năng tạo màng dẻo, dai: Ở nồng độ thích hợp chitosan có khả năng tạomàng khá dai, khó xé rách, có độ bền tương đương với một số chất dẻo vẫn dùng làm baogói

 Có khả năng kháng nấm, kháng khuẩn cao

 Tránh mất ẩm của quả khi bảo quản lạnh

 Hạn chế oxi cung cấp, giảm hô 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 hoátạo ra các sản phẩm polyme hóa của orthoquinon Nhờ bao gói bằng màng chitosan mà

ức chế được hoạt tính oxy hóa 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 lâuhơn

 Có khả năng kết hợp với các chất bảo quản khác (axit benzoic…)

 Dễ phân hủy sinh học và thân thiện với môi trường

 Có khả năng hấp phụ màu mà không hấp phụ mùi, hấp phụ một số kim loại nặng

1.2.4 Các nghiên cứu đã đạt được

Đã có rất nhiều nghiên cứu về việc ứng dụng chitosan để bảo quản trái cây, một sốnghiên cứu đã thu được những thành công nhất định

Sau đây là một số nghiên cứu tiêu biểu:

1.2.4.1 Các nghiên cứu trong nước

Qui trình nghiên cứu bảo quản xoài được Sở Khoa học và Công nghệ TP Cần Thơnghiệm thu đầu năm 2007 Nông trường Sông Hậu – nơi nghiên cứu hiện có 150.000cây xoài cát Hòa Lộc, trung bình, mỗi hộ có 80-100 cây Với sản lượng hàng năm lênđến cả hàng nghìn tấn xoài sản phẩm Xoài Cát Hòa Lộc có vỏ mỏng nên khó bảoquản lâu và vận chuyển xa, gây khó khăn cho việc xuất khẩu Tiến sĩ Toàn cùng cáccộng sự đã nghiên cứu khắc phục hạn chế trên bằng cách xử lý chần nước nóng đểngăn bệnh thán thư và ruồi đục trái Biện pháp này giúp đảm bảo sản phẩm đạt chấtlượng theo yêu cầu kiểm dịch thực vật cho cây ăn trái Sau đó, trái được nhúng vàodung dịch Chitosan, tạo nên một lớp màng bao phủ mỏng có tác dụng chống mất ẩm,giảm hao hụt trọng lượng và kéo dài thời gian tồn trữ Qua các thí nghiệm, xoài đượctồn trữ tốt nhất là ở nhiệt độ lạnh từ 10-12 0C Kết luận: “Qua quá trình xử lý và tồn

Trang 32

trữ, trái xoài được bảo quản tốt nhất trong 4 tuần, thậm chí có khả năng kéo dài 6 tuần,

có 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 đườngvới thời gian tồn trữ đến 8 tuần Đó là bảo quản trái bằng cách bao màng Chitosan ởnồng 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 đó, bảo quản ở nhiệt độ12○C Với phương phápnày, phẩm chất bên trong trái như: hàm lượng đường, hàm lượng vitamin C luôn ổnđịnh, tỷ lệ hao hụt trọng lượng thấp, màu sắc vỏ trái đồng đều và đẹp

Đề tài: “Nghiên cứu sử dụng các hoạt chất sinh học biển để thay thế các chất độc hạitrong bảo quản nông thủy sản sau thu hoạch và chế biến thực phẩm” của PGS TS Trầnthị 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 tiếtđầy đủ về khả năng bảo quản nông thủy sản của chitosan,OS(chitosanolygosacharide)trên các đối tượng cá ồ, cam, quýt, cà chua, hành tím và dứa quả, thịt heo, thịt bò, cángân, và xúc xích

Qua nghiên cứu của Châu Văn Minh và cộng sự thuộc Viện Hoá học các hợp chất tựnhiên, Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia đã điều chế được chếphẩm BQ-1 với nguyên liệu chính là chitosan có tác dụng bảo quản quả tươi (cà chua,nho vải, chuối,…) rất tốt Chế phẩm này có tác dụng chống mốc, chống sự phá huỷ củamột 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 nhàkhoa học Trần Thị Luyến, Nguyễn Trọng Bách cho thấy chitosan có thể kết hợp vớicác phụ liệu tinh bột hồ hóa, sorbitol và PVA (polyvinyl acetate) để tạo màng bao cóđặc tính cơ lý khá tốt (mềm dẻo và độ bền đứt cao) có khả năng đáp ứng yêu cầu baogói thực phẩm Đồng thời khi sử dụng màng bao chitosan tạo thành để bao gói thịt bòtươi, kết quả cũng cho thấy màng bao chitosan đã làm giảm đáng kể nồng độ vi sinhvật tổng số trên bề mặt thịt bò khi bảo quản ở nhiệt độ 0-5ºC [5]

Trang 33

MỘT SỐ KẾT LUẬN CỤ THỂ

* Với nồng độ chitosan hợp lý từ 1,5 –2 % đã không ảnh hưởng đến chất lượng cảm

quản của quả sau thu hoạch, đồng thời lại có tác dụng làm cho trọng lượng của quả ít

bị hao hụt Từ đó cho thấy, có thể sử dụng chitosan hoặc chitosan kết hợp thêm phụliệu 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 khô

và bảo quản đựơc 25 ngày ở nhiệt độ thường, 36 ngày ở nhiệt độ lạnh 8-10 0C, vẫn đạtđược độ tươi theo tiêu chuẩn nguyên liệu chế biến

* Quýt tươi đem nhúng trong dung dịch chitosan 1,5 %, hong khô và bảo quản đựoc

15 ngày ở nhiệt độ thường, 32 ngày ở nhiệt độ lạnh 8-10 0C, vẫn đạt được độ tươi theotiêu chuẩn nguyên liệu chế biến

* Hành tím được nhúng trong dung dịch chitosan 1,5 %, hong khô và bảo quản đựơc

56 ngày ở nhiệt độ thường, vẫn đạt được tiêu chuẩn nguyên liệu chế biến

* Chitosan có tác dụng làm giảm đáng kể số lượng vi sinh vật tổng số trên bề mặt thựcphẩm 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 % có phụ liệubenzoat natri 0,1 %, hong khô 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 giữtươi được 12 ở nhiệt độ thường và 40 ngày ở nhiệt độ 8-10 0C

1.2.4.2 Các nghiên cứu nước ngoài

 Nhóm nghiên cứu B Ratanachinakorn, W KumsiriBuchsapawanich, J Singto đãxây dựng chế độ bảo quản trái cây bằng chitosan, theo nghiên cứu nồng độ chitosanphù hợp là 1-2%

 Nhóm tác giả: Nurrachman, Purwoko, B S., Susanto, S., Sutrisno thuộcDepartment of Agronomy, Bogor Agricultural University, Darmaga, Bogor 16680,Indonesia nghiên cứu ứng dụng chitosan trong bảo quản táo và đã đưa ra kết luận: sửdụng chitosan với nồng độ 0.5, 1.0 và 1.5% và bảo quản ở nhiệt độ phòng đã làmgiảm 1,5% sự hao hụt khối lượng so với mẫu không dùng chitosan

Trang 34

 Nhóm nghiên cứu: Yoshii Fumiko, Kume Tamikazu, Nhật Bản đã nghiên cứu bảoquản xoài bằng chitosan và chỉ ra rằng: sau 15 ngày bảo quản ở nhiệt độ thường xoàivẫn giữ được màu sắc tự nhiên, tươi và mất đi 10% khối lượng

 Các tác giả S Bautista-Baños M Hernández-López, E Bosquez-Molina C L.Wilson từ Mexico đã nghiên cứu tác dụng kháng nấm của chitosan: ở nồng độ 1.5%-

3% chitosan có khả năng kháng nấm C gloeosporioides có trên táo mà không ảnh

hưởng tới nồng độ chất rắn tổng số và sự hao hụt khối lượng quả trong suốt quá trìnhbảo quản

 Svetlana Zivanovic, John R Mount, Frances A Draughon, Carl E Sams đến từkhoa công nghệ thực phẩm trường đại học Tennessee nghiên cứu ứng dụng chitosan vàchitosan có bổ xung tinh dầu làm màng bao bảo quản dâu tây và nho: các tác giả đãdùng chitosan 1% ,chitosan 1% kết hợp với 4% tinh dầu làm màng bao quả và bảoquản ở nhiệt độ 4ºC, đánh giá sự phát triển của nấm mốc bằng phương pháp nuôi cấytrên canh tường thạch Rose Bengal agar trong 3 ngày Nghiên cứu đã đưa ra một số kếtluận sau: sau 9 ngày bảo quản số tế bào nấm mốc đếm được lần lượt là: 4.40, 2.90,và 0cfu/mL ứng với các mẫu không dùng chitosan, có dùng chitosan và chitosan kết hợpvới 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 không dùng chitosan

Khi phân tích hàm lượng khí etylen thoát 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 L/kg.h xuống 0.028 and 0.012 μL/kg.h xuống 0.028 and 0.012 μL/kg.h khi L/kg.h khi bảo quản bằng chitosan và chitosan có kết hợp tinh dầu

Như vậy chitosan có khả năng làm giảm và ức chế sự phát triển của nấm mốc, ngoài racác quá trình sinh lý của quả cũng giảm xuống làm quả bảo quản được lâu hơn,chitosan có khả năng dùng kết hợp với các hóa chất bảo quản khác để tăng hiệu quảbảo quản

 Năm 1996 các tác giả Lee SH, No HK, Jeong YH đã công bố kết quả bước đầunghiên cứu sử dụng dung dịch chitosan trong bảo quản trứng

 Năm 2003 nhóm các tác giả S D Bhale, H K No, W Prinyawiwatkul, K.Nadarajah, A J Farr, S P Meyers thuộc 2 trường Đại học Louisiana của Mỹ và Đạihọc Daegu, Hayang Hàn Quốc đã cùng tiến hành nghiên cứu sử dụng màng phủ

Trang 35

dịch tạo màng với các nồng độ chitosan 1và 2% (trong acid acetic) sau 5 tuần bảo quản

ở 250C trứng có các chỉ số chất lượng biến đổi chậm hơn so với mẫu đối chứng

Trang 36

1.3 TỔNG QUAN QUẢ CÀ CHUA

1.3.1 Nguồn gốc

Cà chua thuộc ngành Magnoliophyta họ Cà (Solanaceae), tên khoa học là

Lycopersicum esculentum, bắt nguồn ở vùng Andes (Peru, Ecuado, Bolivia) xa xôi ở

Nam Mỹ, cà chua được người Tây Ban Nha đem về châu Âu từ thế kỷ 16 và gọi têntheo tiếng thổ dân Mỹ là "tomato"

Các nhà thực vật học xếp cà chua vào họ cà chung nhóm với loại cà gây độc chếtngười, đó là cà độc dược Vì nghĩ rằng cà chua tuy có màu đỏ đẹp nhưng độc nênngười ta chỉ trồng làm cảnh và đặt cho nó biệt danh "trái đào của chó sói" Đến năm

1776, cà chua còn được thực dân Anh âm ưu cùng đầu bếp riêng của tướng GeorgeWashington dùng làm thực phẩm để đầu độc vị tướng tài ba này Thế nhưng dù ăn hết

cả món ăn được nấu với "cà độc" tướng Washington vẫn bình yên vô sự và còn đánhthắng thực dân Anh để trở thành Tổng thống đầu tiên của Hiệp Chủng Quốc Hoa Kỳ

Sở dĩ cà chua bị nỗi oan như thế là vì quả cà chua còn xanh có chứa một loại alcaloidđộc tố tên là solanin và khi cà chua chín thì độc tố này không còn

Mãi đến năm 1778, cà chua mới được xem là trái cây ăn được Cách mạng Pháp, càchua lên ngôi và được gọi bằng tên mỹ miều "táo vàng", "táo tình yêu" và có mặt trongcác thực đơn của nhà hàng Paris Đầu thế kỷ 20, cà chua được di thực vào nước ta rồisau đó được trồng và thu hoạch theo diện rộng

1.3.2 Hình thái

Cây cà chua có 2 loại hình sinh trưởng: có hạn và vô hạn Cà chua là cây dài ngày, tựthụ phấn Quả cà chua mọng, khi chín có màu vàng hoặc đỏ, có nhiều hình dạng: tròn,dẹt, có cạnh, có múi…

Cây cà chua có thể sinh trưởng trên nhiều loại đất khác nhau như đất sét, đất cát, đấtpha cát,có độ pH= 6 - 6,5 Đất có độ ẩm cao và ngập nước kéo dài sẽ làm giảm khảnăng sinh trưởng của cây cà chua Nhiệt độ thích hợp cho cà chua để đạt năng suấtcao, chất lượng tốt là khoảng 21 – 240C và thời tiết khô Tuỳ đặc trưng giống và điềukiện thời tiết, quả cà chua chín ở độ tuổi 30-35 ngày.Trong quá trình chín cà chua phảiqua các thời kỳ sau đây:

-Thời kỳ quả xanh: Quả và hạt phát triển chưa hoàn chỉnh Màu quả xanh hoàn toàn

Trang 37

Diện tích trồng cà chua của Việt Nam những năm gần đây vào khoảng 10.000-12.000

ha mỗi năm Vùng sản xuất chính là đồng bằng sông Hồng, Đà Lạt, thành phố Hồ ChíMinh Hơn 70% sản lượng cà chua (khoảng 80.000 tấn) được thu hoạch trong vụ đôngxuân (tháng12-3) Theo số liệu của Bộ NN&PTNT, diện tích trồng cà chua trong 3năm 1996-1998 đều có sự gia tăng, mức rung bình là 10%/năm Năng suất cà chuatrung bình ở Việt Nam còn thấp, chưa ổn định, thực tế qua 3 năm gần đây: 1996 là15,74 tấn/ha; 1997 là 16,60 tấn/ha và năm 1998 là 16,4 tấn/ha Dự báo diện tích càchua sẽ tăng mạnh trong những năm tới

Nếu có biện pháp bảo quản tốt thì ngoài việc cung cấp cho thị trường trong nước còn

có thể suất khẩu sang các nước Châu Âu ở dạng tươi mà thời điểm đó họ không sảnxuất được cà chua Bởi vì cà chua trồng ở miền bắc Việt Nam cho thu hoạch từ đầutháng 12 đến tháng 3 hàng năm- là thời điểm ở các nước Châu Âu và Trung Quốc làtrái vụ, ngược lại ở Việt Nam là chính vụ (theo báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấpnhà nước của viện nghiên cứu rau quả 2002) Cũng với sự theo dõi của FAO thì càchua là loại rau có nhu cầu tiêu thụ lớn trong khối EC 95kg/người/năm), Nhật Bản làrất lớn (100kg/người/năm) Bên cạnh đó thị trường chế biến có triển vọng lớn các loạisản phẩm đóng hộp, nước uống, bột rau…đang ngày càng được đa dạng hóa và ưachuộng Nhận thấy điều đó, nhà nước ta đã đặt cà chua là đối tượng ưu tiên số 1 vềrau; dành 6000ha trồng cà chua làm nguyên liệu cho chế biến và xuất khẩu tươi, đượcchia làm hai giai đoạn:

Bảng 2: Chỉ tiêu sản xuất mặt hàng cà chua năm 2005 và năm 2010

Năm Sản lượng quả (nghìn tấn) Sản phẩm chế biến (nghìn tấn) Xuất khẩu (triệu USD)

Trang 38

- Vụ chính gieo cuối tháng 9 đến đầu tháng 10

- Vụ muộn gieo từ tháng 11 đến giữa tháng 12

- Vụ xuân gieo từ tháng 1 - 2 năm sau

Như vậy chính vụ cà chua thu hoạch khoảng tháng 11 đến tháng 2 năm sau

- Cà chua múi: quả to, nhiều ngăn tạo thành múi, là giống cây sinh trưởng vô hạn, thờigian sinh trưởng dài, năng suất và khả năng chống chịu khá nhưng chất lượng khôngbằng cà chua hồng

- Cà chua bi: quả nhỏ, chua, giá trị thấp, thường dùng làm nguyên liệu tạo giống

1.3.6 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng

Cà chua cung cấp rất nhiều các chất dinh dưỡng cho cơ thể như các chất khoáng(Calci, sắt, kali, phosphor, magnesium, lưu huỳnh, nickel, cobalt, iod, các axid hữu cơdưới dạng muối citrat, malat và tuỳ môi trường trồng mà cà chua còn có đồng,molibden).Và các vitamin đặc biệt là các vitamin nhóm B, vitamin A,C axit folic, tiềnvitamin A (lycopen, β-caroten,γ- caroten), các hợp chất flavonoid, phytosterol…

Trang 39

Bảng 3: Thành phần các chất hoá học trong cà chua

(theo Dương Thị Trang Nhung, 1997)

Trong cà chua nước chiếm 90% trọng lượng quả Khi quả còn đang trong giai đoạnphát triển thành phần gluxit chủ yếu là tinh bột, theo thời gian phát triển sinh lý củaquả, khi chín tinh bột dần chuyển thành đường Thành phần đường chính trong cà chua

là glucoza, và thành phần axit chiếm chủ yếu là axit Citric Độ PH của quả nằm trongkhoảng 4,0-4,5 và tăng lên trong suốt quá trình phát triển của quả

Bảng 4: Hàm lượng hydrocarbon cà chua (thính theo % chất khô)

(Dương Thị Trang Nhung, 1997)

Quả cà chua gồm có vỏ (4-10%), thịt, nước quả (80-93%) và hạt (2-7%) Thành quả càng dày thì quả càng nạc và ít hạt Ruột quả chia thành nhiều ngăn hạt, các vách ngăn

Trang 40

này được ngăn cách bởi các thành trong, giữa các khoảng trống của các ngăn chứa đầy nước quả.

Cà chua được xem là một thực phẩm giàu chất dinh dưỡng để tiêu hoá, tăng cường sức

đề kháng của cơ thể Mùa hè cà chua có tỉ lệ đường/ độ chua cao nhất, được kể là 10

so với mùa xuân là 7 Lượng vitamin C thấp nhất vào mùa xuân (12mg/100g) so với15mg đầu hè và cao nhất vào cuối hè Khi cà chua chín, màu đỏ tươi của cà chua tạonên vẻ đẹp rất bắt mắt trong việc trình bày món ăn Màu đỏ của cà chua cũng cho thấyhàm lượng vitamin A thiên nhiên trong cà chua cao, trung bình 100g cà chua chín tươi

sẽ đáp ứng được 13% nhu cầu hàng ngày về vitamin A, vitamin B6, vitamin C Ngoài

ra, còn có vitamin B1, B2

Chính nhờ có thành phần dinh dưỡng đa dạng mà cà chua có rát nhiều tác dụng đối với

cơ thể con người trong việc ngăn ngừa và phòng chống một số bệnh, có thể kể ra đâymột số tác dung của cà chua:

Tác dụng chống lão hóa và phòng ngừa ung thư: Sắc tố Lycopen có trong cà chua,hiện đang được đánh giá cùng với beta - caroten là những chất chống ôxy hoá mạnh,vừa ngăn chặn tế bào ung thư, vừa chống sự hình thành của các cục máu đông trongthành mạch máu Nhiều tài liệu nói chính nhờ lycopen có trong cà chua mà tạo vị thế

“thủ khoa” cho cà chua Hàm lượng của chất này có nhiều hay ít trong cà chua tùythuộc vào chủng loại và độ chín Cà chua thật đỏ thì cứ 1.000g có khoảng 50mglycopen, còn nếu màu vàng thì ít hơn, khoảng 5mg Lycopen còn có nhiều trong gấc,dưa hấu, bưởi, hồng, nho Cơ thể con người không thể tự tổng hợp được lycopen màchỉ hấp thu chất này từ thực phẩm hoặc qua các dược phẩm có chứa lycopen Về hóahọc, lycopen thuộc loại carotenoid, có khả năng chống ôxy hóa mạnh, so với beta -caroten nó mạnh gấp 2 lần và gấp 100 lần so với vitamin E

Chất kiềm cà chua có tác dụng kiềm chế vi khuẩn gây bệnh, hình thành những tổ chứcnha bào

Axit malic thúc đẩy dịch vị phân giải mỡ, giảm cholesterol trong máu, chống xơ cứngđộng mạch

Giảm nguy cơ về các bệnh tim mạch:

Hiện nay bệnh này vẫn là một trong những nguyên nhân gây tử vong cho nhiều người