363 ỨNG DỤNG HỢP CHẤT CHITOSAN TRONG SẢN XUẤT SẢN PHẨM THỰC PHẨM Đỗ Thị Thảo Dung, Nguyễn Ngọc Linh, Võ Lê Ngân Hà, Trần Thủy Trúc, Phan Ngọc Hải Yến* Viện Khoa học Ứng dụng HUTECH, Trường Đại học Côn[.]
ỨNG DỤNG HỢP CHẤT CHITOSAN TRONG SẢN XUẤT SẢN PHẨM THỰC PHẨM Đỗ Thị Thảo Dung, Nguyễn Ngọc Linh, Võ Lê Ngân Hà, Trần Thủy Trúc, Phan Ngọc Hải Yến* Viện Khoa học Ứng dụng HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP Hồ Chí Minh GVHD: GVC.TS Nguyễn Lệ Hà TÓM TẮT Chitosan nhận ý đáng kể năm gần tác dụng sinh học số tính chất cơng nghệ quan trọng ngành cơng nghiệp thực phẩm Chitosan có tác dụng ức chế loại vi sinh vật khác khả kháng ơxy hóa, sử dụng làm màng bao thực phẩm giúp kéo dài thời gian sử dụng sản phẩm thực phẩm Ngoài ra, khả nhũ hóa khả điều chỉnh khơng khí bên màng chitosan ứng dụng nhiều loại thực phẩm khác Bài tổng quan tập trung ứng dụng chitosan sản xuất thực phẩm để hiểu rõ tầm quan trọng ý ngh a chitosan khía cạnh khác Từ khóa: Chitosan, kháng khuẩn, kháng ơxy hóa, thực phẩm GIỚI THIỆU Chitosan polymer sinh học có nguồn gốc từ chitin, dẫn xuất deacetyl hoá chitin, nhóm (–NH2) thay nhóm (-COCH3) vị trí C2 Chitosan cấu tạo từ mắt xích Dglucosamin liên kết với liên kết β-(1-4)-glucoside, chitosan gọi poly-β(1-4)-2-amino-2-dxy-D-glucose poly β-(1-4)-D- glucosamin (cấu trúc III) Tuy nhiên, thực tế thường có mắt xích chitin đan xen mạch cao phân tử chitosan (khoảng 10%) [2] Chitosan chất rắn, xốp, nhẹ, khơng mùi vị, có màu trắng vàng nhạt, không tan nước, dung dịch kiềm acid đậm đặc tan acid loãng (pH=6) [1] Sơ đồ cấu trúc chitin chitosan thể qua Hình Nó polysaccharide có tự nhiên nhiều thứ hai sau cellulose, có nguồn gốc từ chitin động vật giáp xác Polysaccharide có tính tương thích sinh học, phân hủy sinh học, khơng gây chết người, có khả miễn dịch thấp có đặc tính dược lý [12] Trọng lượng phân tử mức độ deacetyl hóa chitosan hai yếu tố ảnh hưởng lớn đến đặc tính ứng dụng 363 Hình 1: Sơ đồ cấu trúc chitin, chitosan chitsosan thương mại CÁC ỨNG DỤNG CỦA CHITOSAN TRONG SẢN XUẤT THỰC PHẨM Trái rau củ Trong trình bảo quản rau trái cây, q trình trao đổi chất hơ hấp thực vật gây hao hụt khối lượng thất ẩm nước, ơxy hóa vitamin C tiếp xúc với O2, giảm độ cứng trái gây chín mềm trái Màng bán thấm chitosan có khả điều chỉnh khơng khí bên màng chống thấm khí nên hạn chế q trình hơ hấp hiếu khí xảy ra, làm giảm đáng kể hư hỏng trình bảo quản Theo Qiu và cộng (2013) thực nghiên cứu ảnh hưởng màng bao chitosan đến chất lượng măng tây sau thu hoạch Măng tây sau thu hoạch phủ 0,5%, 0,25% chitosan (Trọng lượng phân tử cao - HMW) 0,25%, 0,5% chitosan (Trọng lượng phân tử thấp - LMW) bảo quản 20C 35 ngày Kết cho thấy, mẫu phủ 0,25% chitosan HMW mẫu phủ 0, 5% chitosan LMW cho kết tốt hơn, biến đổi màu thấp, hao hụt khối lượng đi, hàm lượng acid ascorbic thấp chất lượng măng tây tốt so với mẫu khác Chitosan chứng minh hạn chế hao hụt khối lượng khả chống thấm khí ngăn cản nước, độ ẩm, đồng thời làm giảm khuếch tán của O2, hàm lượng acid ascorbic trì tốc độ chín chậm lại[14] Điều giúp cho măng tây kéo dài thời gian sử dụng thêm ngày 0,25% chitosan HMW 0,5% chitosan LMW Bài nghiên cứu trọng lượng phân tử nồng độ chitosan có ảnh hưởng đến mức độ thấm khí màng chitosan tạo sản phẩm Ghasemnezhad cộng (2013) báo cáo lớp phủ chitosan trì hàm lượng anthocyanin hạt lựu cải thiện thời hạn sử dụng chất lượng trái lựu điều kiện bảo quản lạnh cách ức chế vi sinh vật hoạt động enzyme polyphenol oxidase (PPO) Quả lựu phủ trực tiếp dung dịch chitosan 0%, 0,25%, 0,5% 1% acid acetic 1% phút bảo quản điều kiện lạnh 12 ngày Kết nghiên cứu cho thấy mẫu lựu phủ dung dịch chitosan 1% cho thấy khả ức chế phát triển vi sinh vật 364 nấm tốt Lớp phủ ức chế hoạt động enzyme polyphenol oxidase (PPO) với chất pyrogallol hoạt tính diphenolase PPO với chất dopamine, cịn hoạt tính diphenolase PPO với chất pyrocatechol có xu hướng tăng lên trình bảo quản Hàm lượng nước lớp vỏ mẫu phủ dung dịch chitosan 0,5% 1% chitosan trì 12 ngày bảo quản [7] Công nghiệp nước ép trái Quá trình lọc sản xuất nước ép có vai trị quan trọng giúp đảm bảo ổn định nước ép, ức chế q trình hóa nâu gây biến màu sản phẩm kéo dài thời gian sử dụng cải thiện chất lượng cảm quan sản phẩm Alaa Jabbar Abd (2012) thực nghiên cứu ảnh hưởng chitosan chất lượng nước ép táo Chitosan bổ sung vào nước ép táo với nồng độ sử dụng 0,2 – g/L mẫu nước táo kết 25 ± oC 30,60 90 phút Kết cho thấy việc bổ sung chitosan nồng độ 0,4 g/L kết 25 ± oC 60 phút ý ngh a tiêu cảm quan Khi bổ sung chitosan nồng độ 0,2 – (g/L) kết 25 ± oC 60 phút ức chế phát triển vi khuẩn, nấm men, nấm mốc Nồng độ chitosan tăng giúp cải thiện chất lượng nước táo, giá trị pH tăng (3,71 – 4,22), làm giảm giá trị Brix, hạn chế q trình hóa nâu enzyme phi enzyme hư hỏng trình bảo quản kiểm sốt Chitosan có điện tích dương có tính liên kết với acid, có hiệu việc hỗ trợ tách hạt keo Polysaccharide nước ép táo tích điện dương làm đơng tụ chất rắn lơ lửng, làm tăng khả keo tụ chitosan làm giảm giá trị Brix [3] Tương tự, chitosan chứng minh giúp hỗ trợ cải thiện trình lọc nhờ khả keo tụ, tăng giá trị cảm quan kéo dài thời hạn sử dụng loại nước ép trái nước ép lựu [15], nước ép dâu tằm [16],… Thịt, hải sản sản phẩm từ thịt thủy sản Ojagh et al., 2010 thực nghiên cứu ảnh hưởng màng chitosan chứa dầu quế đến chất lượng cá hồi cầu vồng Cá hồi phủ dung dịch 2% chitosan, 2% chitosan + 1,5% dầu quế bảo quản nhiệt độ ± 10 oC 16 ngày Các mẫu phân tích tiêu vi sinh (tổng số vi sinh vật hiếu khí – TVC), số hóa học (hàm lượng bazo nitơ bay – TVB-N, số peroxide – PV) tiêu cảm quan (cá sống chín) Kết cho thấy hai mẫu có tác dụng ngăn chặn trình ơxy hóa chống vi sinh vật thời gian bảo quản so với mẫu đối chứng, nhiên, kết hợp lớp phủ chitosan với dầu quế hiệu việc làm giảm phát triển psychrotrophs tổng số vi sinh vật cá hồi cầu vồng giữ đặc tính cảm quan tự nhiên kéo dài thời hạn sử dụng đến hết ngày bảo quản thứ 16 mẫu cá đối chứng có thời hạn sử dụng có – 10 ngày Cinnamaldehyd có khả ức chế amino acid decarbôxylase vi khuẩn gốc [10] xác định thành phần tinh dầu quế, bổ sung vào lớp phủ chitosan không làm tăng khả kháng khuẩn, kháng ôxy hóa chất béo mà cịn giảm tính thấm nước màng góp phần kéo dài thời gian bảo quản cá hồi cầu vồng fillet 365 Ngoài ra, chitosan sử dụng làm vật liệu bao gói dầu cá Việc đóng gói giúp làm chậm trình tự ơxy hóa chất béo, cải thiện độ ổn định dầu, kéo dài thời gian bảo quản, hạn chế phát triển mùi vị kiểm soát phóng thích vào thực phẩm [4] Chitosan có khả nhũ hóa hoạt động chất ổn định, hình thành phức chất với lactoglobulin (-LG) để tạo hàng rào ngăn dầu cá ôxy Chitosan sử dụng để cải thiện tính chất keo sản phẩm hải sản sản phẩm surimi cá [5] tăng độ bền gel gelatin da cá [9] Các sản phẩm từ sữa, trứng Theo Chen cộng (2015), chitosan sử dụng làm chất keo tụ chế biến phô mai, gây ổn định đơng tụ mixen casein thông qua tương tác protein sữa – chitosan Chitosan cịn sử dụng làm chất keo tụ để tương tác với protein đậu nành sữa đậu nành để tạo thành phức chất khơng hịa tan chế biến đậu phụ [6] Huang cộng (2012) phức chất hình thành thơng qua tương tác t nh điện nhóm amin chitosan (-NH3+) nhóm carbôxyl protein đậu nành (-COO-), với liên kết hydro tham gia vào tương tác protein đậu nành chitosan[17] Yu-Hsuan Hsiao (2017) thực hiên nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng chitosan đến chất lượng sữa đậu nành (phần viên sữa đậu nành (SPF) sữa đậu nành siêu nhỏ (SSF)) Các mẫu sữa đậu nành ủ với số lượng chitosan khác (0,0%, 0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,4% 0,5%) 30 oC Kết cho thấy nồng độ chitosan 0,4% gây kết tụ tiểu đơn vị protein đậu nành dẫn đến biến đổi từ SSF đến SPF Đồng thời, hàm lượng isoflavone SSF bắt đầu giảm, ngược lại, nồng độ isoflavone SPF tăng theo nồng độ chitosan Cơ chế mà chitosan gây đồng hóa protein đậu nành bao gồm hai ước, sau: (1) vùng kỵ nước phân tử protein trạng thái tự nhiên tiếp xúc với mơi trường bên ngồi cách biến tính nhiệt; (2) cách thêm chitosan, chitosan cảm ứng giá trị pH xấp xỉ 6.0 để tích điện dương Điện tích âm nhóm carbơxyl protein đậu nành tạo thành phức chất với nhóm amin chitosan tích điện dương thông qua tương tác t nh điện Khi cân điện tích xảy ra, protein đậu nành phân tử chitosan tồn thông qua tương tác kỵ nước[17] Trứng tươi có thời hạn sử dụng 10 – 12 ngày điều kiện bảo quản thường dễ bị hư hỏng nhiệt độ bảo quản xâm nhập vi khuẩn, thay đổi trọng lượng chất dinh dưỡng trứng, chẳng hạn bị vữa, bị mốc,… Một cách sử dụng kéo dài thời gian sử dụng trứng áp dụng bảo quản điều kiện lạnh ngâm dung dịch muối Phương pháp kéo dài thời gian sử dụng lên khoảng – tháng mùi vị trứng bị thay đổi độ tươi trứng giảm Kim cộng (2009) thực nghiên cứu ảnh hưởng chitosan bảo quản trứng gà vị trí bảo quản khác Kết cho thấy, trứng bao phủ chitosan có hao hụt khối lượng hai lần so với trứng khơng phủ chitosan sau tuần bảo quản [8] Sự hao hụt khối lượng bay nước CO2 từ albumen qua vỏ [11][13] để đo chất lượng albumen người ta sử dụng đơn vị Haugh Giá trị Haugh cao chất lượng albumen trứng tốt [13] Trứng bao phủ chitosan có giá trị Haugh cao trứng không phủ chitosan suốt tuần bảo quản, điều chứng tỏ chitosan có khả bảo vệ chất lượng albumen trứng 366 Các thực phẩm chức năng: Việc sử dụng chitosan chất xơ thay chất béo thực phẩm giúp tăng cường sức khỏe bánh ăn kiêng, mì sản phẩm giấm [4] Sử dụng chất xơ chitosan không làm giảm hàm lượng chất béo cải thiện đặc tính dinh dưỡng cho sản phẩm mà cịn giúp giảm nguy béo phì, bệnh tim mạch ung thư ruột kết KẾT LUẬN Việc ứng dụng chitosan l nh vực thực phẩm thực rộng rãi năm gần Dựa vào cấu trúc tính chất chitosan mà chitosan sử dụng làm phụ gia chống vi sinh vật, phụ gia chống ơxy hóa, phụ gia điều chỉnh cấu trúc (chất làm trong, chất nhũ hóa) giúp trì chất lượng an tồn thực phẩm thời gian sử dụng Chitosan màng bao phủ ăn vật liệu đóng gói cho nhiều loại thực phẩm khả kháng khuẩn khả kháng ơxy hóa hiệu nhằm kéo dài thời hạn sử dụng, biết đến nhiều trái rau tươi Nó sử dụng với loại thực phẩm khác bao gồm sản phẩm từ sữa, thịt nước giải khát, trái rau chất chống vi khuẩn chống ơxy hóa TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Văn Miên, Nguyễn Thị Anh Trinh (2003) Nghiên cứu tạo màng vỏ bọc chitosan từ vỏ tôm ứng dụng bảo quản thủy sản Trường Đại học Nông Lâm Tp.HCM [2] Trần Thị Luyến (2004) Báo cáo tổng kết dự án sản xuất thử nghiệm cấp Bộ- Sản xuất ChitinChitosan từ phế liệu chế biến thủy sản (vỏ tôm, vỏ ghẹ) Vụ Khoa học Công nghệ Bộ GD-ĐT, mã số B2002-33-01-DA [3] Alaa Jabbar Abd, Alaa Kareem Niamah (2012) Effect of chitosan on apple juice quality International Journal of Agricultural and Food Science Acta Sci Pol Technol Aliment., 14 (3), 207–213 [4] Ayşe Gurel Inanli, Elif T.Aksun Tümerkan, Nariman EL Abed, Joe M Regenstein, Fatih Özogul (2020) The impact of chitosan on seafood quality and human health: A review Trends in Food Science & Technology [5] Benjakul, S., Vısessanguan, W., Tanaka, M., Ishızakı, S., Suthıdhum, R A & Sungpech, O (2000) Effect of chitin and chitosan on gelling properties of surimi from barred garfish (Hemiramphus far) Journal of the Science of Food and Agriculture, 81, 102-108 [6] Chen, H., Song, Y., Liu, N., Wan, H., Shu, G., and Liao, N (2015) Effect of complexation conditions on microcapsulation of Lactobacillus acidophilus in xanthan‐chitosan polyelectrolyte complex gels [7] Ghasemnezhad, M., Zareh, S., Rassa, M., Sajedi, R.H., 2013 Effect of chitosan coating on maintenance of aril quality, microbial population and PPO activity of pomegranate (Punica granatum L cv Tarom) at cold storage temperature J Sci Food Agric 93(2), 368-374 367 [8] Kim, S H., Youn, D K., No, H K., Choi, S W., & Prinyawiwatkul, W (2009) Effects of chitosan coating and storage position on quality and shelf life of eggs International Journal of Food Science & Technology, 44(7), 1351–1359 [9] Kolodziejska, I., & Piotrowska, B (2007) The water vapour permeability, mechanical properties and solubility of fish gelatin-chitosan films modified with transglutaminase or 1ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) cabodiimide (EDC) and plasticized with glycerol Food Chemistry, 103, 295–300 [10] Ojagh, S.M., Rezaei, M., Razavi, S.H., Hosseini, S.M.H., 2010 Effect of chitosan coatings enriched with cinnamon oil on the quality of refrigerated rainbow trout Food Chem 120, 193198 [11] Obanu, Z.A &Mpieri, A.A (1984) Efficiency of dietary vegetable oils in preserving the quality of shell eggs under ambient tropical conditions Journal of the Science of Food and Agriculture, 35, 1311–1317 [12] Shanta Pokhrel, Paras Nath Yadav, Rameshwar Adhikari (2015) Applications of Chitin and Chitosan in Industry and Medical Science: A Review Nepal Journal of Science and Technology Vol 16, No.1 (2015) 99-104 [13] Stadelman, W.J (1986) Quality identification of shell eggs In: Egg Science and Technology (edited by W.J Stadelman & O.J Cotterill) Pp 37–73 Westport, CT: AVI Publishing [14] Qiu, M., Jiang, H., Ren, G., Huang, J., & Wang, X (2013) Effect of chitosan coatings on postharvest green asparagus quality Carbohydrate Polymers, 92(2), 2027–2032 [15] Tastan, O., & Baysal, T (2015) Clarification of pomegranate juice with chitosan: Changes on quality characteristics during storage Food Chemistry, 180, 211–218 [16] Yanhua Zhao,Chengrui Tian,Yuanyang Wang, et al Food Science,Vol.26(8)(2005), p.267-270 [17] Yu-Hsuan Hsiao, Y.-H., Hsia, S.-Y., Chan, Y.-C., & Hsieh, J.-F (2017) Complex Coacervation of Soy Proteins, Isoflavones and Chitosan Molecules, 22(6), 1022 368 ... đồ cấu trúc chitin, chitosan chitsosan thương mại CÁC ỨNG DỤNG CỦA CHITOSAN TRONG SẢN XUẤT THỰC PHẨM Trái rau củ Trong trình bảo quản rau trái cây, trình trao đổi chất hô hấp thực vật gây hao hụt... chức năng: Việc sử dụng chitosan chất xơ thay chất béo thực phẩm giúp tăng cường sức khỏe bánh ăn kiêng, mì sản phẩm giấm [4] Sử dụng chất xơ chitosan không làm giảm hàm lượng chất béo cải thiện... albumen trứng tốt [13] Trứng bao phủ chitosan có giá trị Haugh cao trứng không phủ chitosan suốt tuần bảo quản, điều chứng tỏ chitosan có khả bảo vệ chất lượng albumen trứng 366 Các thực phẩm chức