Đang tải... (xem toàn văn)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT − CÔNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ SINH HÓA − THỰC PHẨM THỰC TẬP THỰC TẾ CHUYÊN ĐỀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ỨNG DỤNG ANTHOCYANINS TRONG BAO BÌ THÔNG MINH Sinh viên thực hiện NGU[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT − CÔNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA CƠNG NGHỆ SINH HĨA − THỰC PHẨM THỰC TẬP THỰC TẾ CHUYÊN ĐỀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ỨNG DỤNG ANTHOCYANINS TRONG BAO BÌ THƠNG MINH Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THU THẢO Cần Thơ − 2022 h TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT − CƠNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA CƠNG NGHỆ SINH HĨA − THỰC PHẨM THỰC TẬP THỰC TẾ CHUYÊN ĐỀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ỨNG DỤNG ANTHOCYANINS TRONG BAO BÌ THƠNG MINH Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực T.S TRẦN THỊ MINH THƯ NGUYỄN THU THẢO MSSV 1900098 Ngành: CNTP − 2019 Cần Thơ − 2022 MỤC LỤC DANH SÁCH BẢNG i h DANH SÁCH HÌNH II ĐẶT VẤN ĐỀ NỘI DUNG 2.1 Giới thiệu bao bì .1 2.1.1 Vai trị bao bì thực phẩm .1 2.1.2 Bao bì thơng minh .2 2.2 Anthocyanins .2 2.2.1 Giới thiệu 2.2.2 Cấu trúc hóa học anthocyanins 2.2.3 Sự phân bố anthocyanin tự nhiên 2.2.4 Tính ổn định anthocyains .5 2.2.4.1 Hiệu ứng nồng độ dung môi anthocyanins 2.2.4.2 Cơ chế thay đổi màu sắc phụ thuộc pH anthocyanin .6 2.2.4.3 Hiệu ứng đồng sắc tố 2.2.5 Tác dụng anthocyanins 2.2.5.1 Hoạt động chống oxy hóa anthocyanins 2.2.5.2 Hoạt động kháng khuẩn anthocyanins 11 2.2.6 Một số phương pháp chiết xuất anthocyanins từ nguồn thực vật 12 2.3 Nghiên cứu anthocyanins hệ thống đóng gói thực phẩm 15 2.3.1 Tiềm ứng dụng đóng gói thực phẩm với động lực anthocyanins 15 2.3.2 Ứng dụng anthocyanins làm chất thị độ tươi thực phẩm .15 2.4 Các xu hướng tương lai 19 KẾT LUẬN 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO .ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED h DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1 Cấu trúc chất phổ biến nhóm anthocyanin Bảng 2.2 Hàm lượng tổng số số trái rau củ phổ biến Bảng 2.3 Các nguồn anthocyanin tự nhiên ứng dụng chúng chất thị pH dựa anthocyanins khác 17 Bảng 2.4 Phản ứng màu số chất thị dựa anthocyanin áp dụng cho sản phẩm thực phẩm .16 h DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1 Sự thay đổi màu sắc màng thị để đáp ứng với thay đổi độ pH thực phẩm tạo hợp chất dễ bay Error! Bookmark not defined Hình 2.2 Một số thực phẩm tự nhiên có chứa anthocyanins .3 Hình 2.3 Cấu trúc agylcone anthocyanins Hình 2.4 Ảnh hưởng pH đến cấu trúc màu sắc anthocyanins .7 Hình 2.5 Các phương pháp thử nghiệm sinh học chống oxy hóa anthocyanins .8 Hình 2.6 Sơ đồ chế độ hoạt động đo độ tươi thị 15 h ĐẶT VẤN ĐỀ Trong thập kỷ qua, polymer vật liệu sản xuất sử dụng cho ứng dụng đóng gói lĩnh vực khác Khi ngành công nghiệp thực phẩm phát triển nhu cầu vật liệu bao gói tăng lên, nhựa chuyển ngành công nghiệp thực phẩm lên tầm cao Tuy nhiên, polymer làm từ dầu mỏ thông thường phân hủy, nên việc tiêu thụ vật liệu polymer có nguồn gốc từ dầu mỏ trở thành vấn đề nghiêm trọng toàn cầu liên quan đến dư lượng polymer đó, gây ảnh hưởng cho môi trường mối đe dọa lớn cho đời sống thủy sinh, làm suy giảm chất lượng khơng khí,… q trình sản xuất xử lý chúng (Shaikh et al., 2021) Ngoài ra, vật liệu từ nhựa thông thường đáp ứng yêu cầu người tiêu dùng chất lượng an toàn thực phẩm. Do đó, phương pháp thay để kiểm soát, hạn chế rủi ro tạo vật liệu bao gói thơng minh Một hệ thống đóng gói dựa màu sắc từ việc sử dụng sắc tố anthocyanins tự nhiên cách khai thác tượng thay đổi màu sắc phụ thuộc vào độ pH chúng mà dễ dàng quan sát mắt thường Nhiều nhà nghiên cứu cố gắng cải tiến cảm biến dựa anthocyanins cho ứng dụng đóng gói thực phẩm như: cung cấp thơng tin chi tiết có giá trị yếu tố ảnh hưởng đến hiệu bao bì thơng minh, giảm thiểu vấn đề môi trường sức khỏe, tăng hiệu loại bao bì sinh học đại ngày sản xuất rộng rãi giới Anthocyanins hợp chất không bền đòi hỏi cần phải xem xét tất yếu tố để tối ưu hóa tính ổn định anthocyanins vật liệu đóng gói nhằm tạo vật liệu ứng dụng bao bì thơng minh có ổn định, tiêu chuẩn hóa có độ bền cao Bài báo cáo tập trung vào nghiên cứu gần liên quan đến việc sử dụng sắc tố tự nhiên anthocyanins cho ứng dụng đóng gói thực phẩm thông minh, cung cấp thông tin để xác định xu hướng thương mại hóa sắc tố tự nhiên, nâng cao hiểu biết lợi ích sắc tố tự nhiên anthocyanins loại vật liệu đóng gói thực phẩm NỘI DUNG 2.1 Giới thiệu bao bì 2.1.1 Vai trị bao bì thực phẩm Bao bì thực phẩm vai trị chủ đạo có mục đích bảo quản thực phẩm khỏi nhiễm mơi trường kiểm sốt chế vận chuyển oxy ức chế xâm nhập vi sinh vật, tạo lớp bao bọc phù hợp để bảo vệ thực phẩm nguyên vẹn kéo dài thời hạn sử dụng sản phẩm Đồng thời đảm bảo chất lượng h an toàn cao chuỗi sản xuất trình bảo quản (Gaikwad et al., 2018) 2.1.2 Bao bì thơng minh Vào kỷ 20, có nhiều bước tiến cơng nghệ đóng gói, số phát triển kỹ thuật đóng gói thơng minh phân thành loại chính: bao bì thơng minh (chỉ báo khí, báo độ hồn thiện sóng vi mơ) bao bì chủ động (chất khử oxy, chất hấp thụ độ ẩm việc kiểm sốt giải phóng chất kháng khuẩn) Bao bì thực phẩm thơng minh hay cịn gọi hệ thống đóng gói tích cực chế tạo cách bổ sung thành phần hoạt tính có chức sinh học chất chiết xuất từ thực vật tự nhiên, tinh dầu, chất kháng khuẩn, v.v… nhằm để đạt mục đích kéo dài thời hạn sử dụng sản phẩm thực phẩm (Singh et al., 2018) Bao bì thơng minh coi công cụ để đối mặt với thách thức tương lai đạt đến xã hội bền vững cách giảm lãng phí thực phẩm (Poyatos−Racionero et al., 2018) Mặc khác, để thuận tiện cho việc đánh giá độ tươi, chất lượng thực phẩm yếu tố môi trường xung quanh theo thời gian thực thơng qua nhiều tín hiệu số như: pH, nhiệt độ, độ ẩm, hóa chất cụ thể, v.v… từ khâu sản xuất, bảo quản nhà máy đến tay người tiêu dùng (Yousefi et al., 2019) thể Hình 2.1 h Do đó, hệ thống đóng gói thực phẩm thơng minh tạo dựa mối tương quan hiệu sản phẩm thực phẩm, vật liệu đóng gói, yếu tố mơi trường bên trong, bên ngồi người tiêu dùng Bao bì thực phẩm thơng minh phát triển chức bao bì truyền thống dựa cảm biến chất lượng, số phương pháp truy xuất nguồn gốc để thông báo cho người tiêu dùng số thơng tin có lợi thay đổi chất lượng an toàn thực phẩm toàn chuỗi cung ứng thực phẩm (Sohail et al., 2018) 2.2 Anthocyanins 2.2.1 Giới thiệu Thuật ngữ anthocyanin bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, anthocyanins kết hợp anthos (hoa) kyanos (màu xanh lam) (Kong et al., 2003) Anthocyanins phân loại thành hai nhóm dựa thành phần hóa học chúng, flavonoid (C 15H10O2) phenolics (C6H5OH) Chúng sắc tố thực vật cạn, tan tốt nước, gần phổ biến glycoside polymerthoxyl polyhydroxyl có nguồn gốc từ muối flavylium 2−phenylbenzopyrylium, khác dựa cấu trúc hydroxyl methoxyl (Mann, 1987) Anthocyanins không độc hại nguồn cung cấp màu sắc đa dạng từ đỏ cam đến xanh lam đậm nhiều loại thực vật trái (Singh et al., 2018) h Hình 2.1 Một số thực phẩm tự nhiên có chứa anthocyanin 2.2.2 Cấu trúc hóa học anthocyanins Các anthocyanins phân lập từ lồi thực vật khác có cấu trúc dựa ion flavylium cấu trúc lõi (Pervaiz et al, 2017) Ion flavylium hợp chất chromophore anthocyanins nguyên nhân gây đặc tính khơng ổn định cao tính dễ bị phân hủy hợp chất có màu (Smeriglio et al., 2016) Các anthocyanidin (hoặc aglycone) có cấu trúc flavonoid C6−C3−C6, bao gồm chất thơm [A] liên kết với vịng dị vịng có chứa oxy [C], liên kết với gốc đường khác liên kết liên kết carbon−carbon với vòng thơm thứ ba [B] (Konczak & Zhang, 2004) Khi anthocyanidin tìm thấy dạng glycoside chúng gọi anthocyanins Màu sắc phân tử lần giải thích Pauling vào năm 1939, người đề xuất cấu trúc cộng hưởng ion flavylium gây cường độ màu chúng (Wrolstad et al., 2005) R5 R4 O+ A R3 2' R2 1' C ' 3' B 6' R6 4' 5' R7 R1 Hình 2.2 Cấu trúc agylcone anthocyanins (Castaneda−Ovando et al., 2009) h Dựa thống kê có khoảng 23 anthocyaninidin khác với biến thể số lượng mức độ metyl hóa nhóm hydroxyl vịng có 500 loại anthocyanins khác nghiên cứu (Andersen & Jordheim, 2006) Trong giới thực vật, người ta ghi nhận loại anthocyanins sử dụng rộng rãi tìm thấy mơi trường tự nhiên bao gồm delphinidin, peonidin, cyanidin, malvidin, pelargonidin petunidin cấu trúc hóa học phổ biến anthocyanin (Yue et al., 2021) trình bày Bảng 2.1 Bảng 2.1 Cấu trúc chất phổ biến nhóm anthocyanin R3' R5' Anthocyanidin R3 H H Pelargonidin Glucose H H Pelargonidin Glucose OH H Cyanidin Glucose OH H Cyanidin Glucose OH OH Delphinidin Glucose OH OH Delphinidin Glucose OCH3 OH Petunidin Glucose OCH3 OH Petunidin Glucose OCH3 H Peonidin Glucose OCH3 H Peonidin Glucose OCH3 OCH3 Malvidin Glucose OCH3 OCH3 Malvidin Glucose R5 − Glucose − Glucose − Glucose − Glucose − Glucose − Glucose Anthocyanins Pelargonidin 3−glucoside Pelargonidin 3,5−diglucoside Cyanidin 3−glucoside Cyanidin 3,5−diglucoside Delphinidin 3−glucoside Delphinidin 3,5−diglucoside Petunidin 3−glucoside Petunidin 3,5−diglucoside Peonidin 3−glucoside Peonidin 3,5−diglucoside Malvidin 3−glucoside Malvidin 3,5−diglucoside *: Các aglycone anthocyanins khác nhóm gắn vào vị trí R1 R2, H, OH OCH3 (Nguồn: Vũ Thị Hương Quỳnh, 2015) 10 h thêm độ pH (7 − 10) thay đổi màu dung dịch pha loãng từ màu tím sáng sang màu xanh lam đậm Bản chất đo màu thị pH giám sát chất lượng hư hỏng thực phẩm đóng gói trình phân phối bảo quản (Pourjavaher et al., 2017) Cà tím (Solanum melongena) xem nguồn anthocyanins dồi đặc biệt vỏ đen cà tím chứa nhiều anthocyanins (173,17 mg/ g) so với vỏ tím (93,10 mg/ g) Vì vậy, để chiết xuất anthocyanins từ cà tím, khoảng 100 g vỏ thêm vào 500 mL hỗn hợp gồm dung dịch cồn ethylic 80% HCl 1% giữ 4℃ 24 Sau đó, dung dịch thu phương pháp ly tâm nhiệt độ làm lạnh 15 phút, cô đặc 35℃ cuối sấy khô để thu dịch chiết cuối (Ge et al., 2018) Hơn nữa, để kiểm tra độ nhạy pH dịch chiết, pha loãng với dung dịch đệm khác khoảng pH từ − 13 Yong et al (2019), nghiên cứu ảnh hưởng độ nhạy pH chiết xuất cà tím cà tím đen có chứa anthocyanins tính chất màng dựa chitosan báo cáo chất thị nhạy cảm với pH theo dõi chất lượng hư hỏng sữa Độ acid sữa trùng tăng chậm từ 13,25 đến 17,73°T 10 bảo quản độ acid sữa tiệt trùng Cà rốt đen (Daucus carota) loại thực vật phổ biến khác có chứa số loại sắc tố hịa tan nước, bao gồm nhóm acyl hóa hoạt động có chứa anthocyanins sử dụng rộng rãi việc chuẩn bị chất thị cảm biến pH cho hệ thống đóng gói thơng minh (Kirca et al., 2007) Moradi et al (2019), chuẩn bị chất thị cảm biến pH cách kết hợp sắc tố anthocyanins cà rốt đen với sợi nanocellulose vi khuẩn (môi trường hỗ trợ) để theo dõi độ tươi cá hồi vân fillet (Oncorhynchus mykiss) cá chép (Cyprinus carpio), thơng thường q trình bảo quản điều kiện làm lạnh Ngoài ra, nhà nghiên cứu phát triển chất thị phương pháp ngoại vi, chất thị chế tạo cách phủ màng cellulose vi khuẩn lên anthocyanins cà rốt làm khô màng 30 phút Để đánh giá chất lượng cá, chất thị đặt phần đầu gói sản phẩm cá khử trùng Giá trị pH ban đầu xác định cá cá hồi vân fillet 6,36 cá chép 6,24 Tuy nhiên, cá bị hỏng điều kiện bảo quản lạnh chất chuyển hóa tạo thơng qua phát triển vi khuẩn ưa lạnh (Pseudomonas) Điều làm tăng độ pH fillet cá hồi vân cá chép lên 7,09 7,22 Những thay đổi độ pH nhạy cảm với thay đổi màu sắc chất thị thể ba màu ba điều kiện bảo quản khác nhau: màu đỏ đậm giai đoạn tươi ban đầu, màu hồng cho thấy phù hợp để tiêu dùng, màu xanh thạch đậu màu vàng (màu khaiki), độ hư hỏng cá Vì vậy, cách sử dụng số pH, chất lượng cá xác định dễ dàng thơng qua kiểm tra trực quan (Moradi et al., 2019) 19 h Các loại mọng, đặc biệt việt quất mâm xôi, nguồn giàu chất chống oxy hóa anthocyanin Kurek et al (2018), phát triển chất thị nhạy cảm với độ pH có chứa sắc tố anthocyanins sản xuất từ việt quất dâu đen chất hỗ trợ dựa chitosan Sắc tố anthocyanins chiết xuất thơng qua quy trình chiết xuất có hỗ trợ vi sóng (MAE), sử dụng phản ứng vi sóng tập trung chế độ đơn 2450 MHz dịch chiết anthocyanin cuối trì điều kiện đông lạnh sâu sử dụng Để chuẩn bị chất thị dựa anthocyanin, bột chitosan đổ vào dung dịch acid acetic 1% (v/v) để tạo dung dịch tạo màng 2% (w/v) Sau đó, 20% (w/w) glycerol thêm vào dung dịch khuấy liên tục Cuối cùng, anthocyanin chiết xuất từ việt quất bã dâu đen thêm vào dung dịch, đồng hóa 10 phút sấy khơ 30℃ ngày để trì độ ẩm tương đối (RH) mức 50% Chỉ số pH tạo nghiên cứu tác giả thể thay đổi màu sắc phạm vi có pH rộng từ – 12, màu anthocyanins có nguồn gốc từ việt quất thay đổi từ đỏ tươi sang xanh đậm Tuy nhiên, màu sắc anthocyanins có nguồn gốc từ dâu đen thay đổi từ đỏ tươi sang xanh đậm độ pH tăng từ − 12 Những thay đổi màu sắc đánh giá trực tiếp mức độ hư hỏng chất lượng sản phẩm thực phẩm Hơn nữa, mọng chứa nhiều hợp chất phenolic khác có hoạt tính chống oxy hóa sử dụng để sàng lọc sản phẩm thực phẩm Do đó, chất thị dựa anthocyanins mọng đen dâu xanh sử dụng hiệu làm chất thị chống oxy hóa so màu (Kurek et al 2018) Chiết xuất ngơ tím có chứa anthocyanins (PCE) sử dụng rộng rãi làm chất tạo màu đặc tính đo màu nhạy cảm với pH chúng (Luna−Vital et al., 2021) Qin et al (2019), phát triển chất thị nhạy cảm với pH có chứa sắc tố anthocyanins dựa PCE chitosan làm mơi trường hỗ trợ Ngồi ra, hạt nano bạc (AgNP) kết hợp chất thị dạng vật liệu chống vi khuẩn tia cực tím (UV) Trong nghiên cứu báo cáo, anthocyanins chiết xuất từ hạt ngơ tím tươi cách trộn với dung dịch ethanol 80% chứa HCl 0,5% đặt qua đêm 4℃ Các dung dịch chiết xuất lọc để loại bỏ ethanol tinh chế cột nhựa xốp vĩ mô AB−8 Mẫu PCE cuối giữ 20 ℃ trước sử dụng (Qin et al 2019) Tương tự vậy, màng bao bì thơng minh có tính nhạy cảm với độ pH điều chế cách đổ PCE anthocyanins vào dung dịch tạo màng chitosan/AgNP tạo sẵn (2% trọng lượng chitosan, 30% trọng lượng glycerol bột AgNP) Màng phim khử khí, đúc cuối sấy khô 30℃ 48 giờ, trì độ ẩm tương đối 50% Để xác minh thuộc tính so màu anthocyanin, hai loại màng chitosan/PCE chitosan/AgNPs/PCE kiểm tra, hai thể thay đổi màu đáng kể khoảng pH từ − 10 Các dạng anthocyanin pseudobase quinooid carbinole gây màu tím màng chitosan/PCE pH từ − 6, màng chuyển sang màu xanh lam pH từ − 10 (Koosha & Hamedi, 2019) Ngược lại, việc kết hợp 20 h