nghiên cứu tạo màng bao thực phẩm từ chitosan và gelatin, ứng dụng bao gói chả cá chuồn

i LỜI CẢM ƠN Trải qua bốn năm học tập tại trường Đại Học Nha Trang, cho đến nay, em đã hoàn thành gần xong chương trình học và làm đề tài tốt nghiệp tại phòng thí nghiệm.Với sự biết ơn chân thành nhất, em xin gửi lời cảm ơn tới:  Ban giám hiệu Trường Đại học Nha Trang. Ban chủ nhiệm Khoa Chế Biến, cùng các quý thầy cô trong khoa đã giúp em hoàn thành khóa học của mình.  Thầy giáo Phạm Văn Đạt đã hướng dẫn, chỉ bảo em rất tận tình, và truyền đạt những kinh nghiệm quý báu suốt những ngày tháng làm đề tài tốt nghiệp.  Các quý thầy cô quản lý phòng thí nghiệm đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho em trong thời gian qua.  T.s. Nguyễn Văn Tường cùng các thầy giáo Khoa Cơ Khí, bộ môn Chế Tạo Máy đã giúp em thực hiện tốt yêu cầu của đề tài.  Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới bố mẹ đã nuôi dưỡng, động viên, và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành tốt khóa học cũng như với đề tài này. Nha Trang ngày 26/6/2011 Sinh viên Hoàng Thị Hồng ii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH iv DANH MỤC BẢNG v LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 2 1.1. TỔNG QUAN VỀ CHITIN-CHITOSAN. 2 1.1.1. Giới thiệu chung về chitin – chitosan 2 1.1.2. Tính chất của chitosan. 3 1.1.3. Ứng dụng của chitosan 5 1.2. TỔNG QUAN VỀ PHỤ LIỆU 10 1.2.1. Gelatin 10 1.2.2. Kalisorbate. 13 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA MÀNG MỎNG CHITOSAN TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 15 1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước 15 1.3.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước 18 1.4. Lý do kết hợp chitosan – gelatin. 20 1.5. Đặt vấn đề. 21 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU. 22 2.1.1. Nguyên liệu chính. 22 2.1.2. Nguyên phụ liệu 22 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23 2.2.1. Thí nghiệm tạo màng 23 2.2.2. Xác định các chỉ tiêu cơ lý của màng 23 2.2.3. Xác định màu sắc màng bằng phương pháp cảm quan 24 2.2.4. Xác định độ mất nước bằng phương pháp cân 24 2.2.5. Xác định vi sinh vật 24 2.2.6. Quy trình đề xuất 25 iii 2.2.7. Bố trí thí nghiệm 28 2.2.8. Thử nghiệm bảo quản sản phẩm chả cá chuồn. 29 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 32 3.1. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA CÁC LOẠI MÀNG THU ĐƯỢC 32 3.1.1. Kết quả xác định độ giãn của màng 33 3.1.2. Kết quả xác định ứng suất kéo của màng 35 3.1.3. Kết quả xác định khả năng thấm nước của màng. 36 3.2. KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT CẢM QUAN CỦA CÁC MÀNG 37 3.3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU DÙNG MÀNG MỎNG TỐI ƯU BẢO QUẢN CHẢ CÁ CHUỒN. 40 3.3.1. Kết quả xác định giá trị cảm quan của sản phẩm 41 3.3.2. Kết quả xác định độ mất nước của sản phẩm 42 3.3.3. Kết quả xác định vi sinh vật của mẫu khi bao gói bằng hai loại màng khác nhau 42 3.4. TÍNH TOÁN SƠ BỘ GIÁ THÀNH MÀNG MỎNG 44 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 PHỤ LỤC iv DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 : Cấu trúc phân tử chitin 2 Hình1.2: Cấu trúc phân tử chitosan 3 Hình 3.1: Biểu đồ biểu diễn biến dạng dài của các loại màng chitosan phối trộn gelatin có bổ sung kalisorbate 0.1% 34 Hình 3.2: Biểu đồ biểu diễn ứng suất kéo của các loại màng chitosan phối trộn gelatin có bổ sung kalisorbate 0.1% 35 Hình 3.3: Biểu đồ biểu diễn độ thấm nước của các loại màng chitosan phối trộn tinh bột có bổ sung kalisorbate 0.1%. 36 v DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Các chỉ tiêu chất lượng của chitosan nguyên liệu 22 Bảng 2.2: Kí hiệu tên các màng 27 Bảng 3.1 : Kết quả đánh giá chất lượng cảm quan của màng sau thời gian bảo quản màng. 37 Bảng 3.2 : Các thông số của màng mỏng tối ưu chọn được: 39 Bảng 3.3 : Giá trị cảm quan của sản phẩm khi bao gói bằng hai loại màng khác nhau, bảo quản ở 0÷5 0 C 41 Bảng 3.4 : Độ mất nước của sản phẩm khi bao gói bằng hai loại màng khác nhau, bảo quản ở 0÷5 0 C 42 Bảng 3.5 : Kết quả xác định tổng số vi sinh vật hiếu khí của mẫu bảo quản bằng màng tối ưu và mẫu bảo quản bằng túi PE sau các thời điểm khác nhau 42 Bảng 3.6 : Kết quả xác định E.Coli của mẫu bảo quản bằng màng tối ưu và mẫu bảo quản bằng túi PE sau các thời điểm khác nhau 43 Bảng 3.7: Kết quả xác định Staphylococcus.aureus của mẫu bảo quản bằng màng tối ưu và mẫu bảo quản bằng túi PE sau các thời điểm khác nhau 43 Bảng 3.8: Đơn giá nguyên vật liệu dùng chế tạo màng. 44 Bảng 3.9: Chi phí tạo 1 m 2 màng mỏng tối ưu 45 1 LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, màng nhựa PE, PP là các vật liệu được dùng phổ biến với số lượng lớn để bao gói thực phẩm. Tuy nhiên, dùng các vật liệu này có một số hạn chế là tổn thất chất dinh dưỡng của thực phẩm trong quá trình lạnh đông và bảo quản, hơn nữa do thời gian phân hủy kéo dài, xử lý khó khăn đồng thời gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy nghiên cứu màng chitosan có bổ sung phụ liệu để thay thế những loại bao bì trên là việc làm mang lại giá trị to lớn về mặt xã hội mặc dù giá trị kinh tế thì có thể chưa bằng các loại bao bì truyền thống, bên cạnh đó giúp gia tăng giá trị của phế liệu thủy sản. Hơn nữa, màng tạo ra mà chỉ gồm chitosan sẽ làm cho giá thành sản phẩm của màng cao sẽ làm hạn chế giá trị sử dụng của màng. Vì vậy, đề tài này sẽ nghiên cứu phối trộn chitosan và gelatin để tạo ra màng có giá thành rẻ hơn. Trước tình hình thực tế trên, em đã chọn đề tài “nghiên cứu tạo màng bao thực phẩm từ chitosan và gelatin, ứng dụng bao gói chả cá chuồn” và được sự hướng dẫn rất tận tình của thầy Phạm Văn Đạt giúp em hoàn thành đề tài này. Nội dung chính của đề tài: – Tìm hiểu về màng chitosan và màng mỏng chitosan – Xác định nồng độ chitosan và tỷ lệ chitosan/gelatin thích hợp để tạo màng – Xác định các đặc tính cơ lý và cảm quan của màng – Ứng dụng màng chitosan/gelatin để bao gói và bảo quản chả cá chuồn Mặc dù đã có nhiều cố gắng tìm hiểu, nghiên cứu nhưng do hiểu biết còn hạn chế, kinh nghiệm còn non kém nên đồ án cũng không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn để đề tài thêm hoàn thiện. 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. TỔNG QUAN VỀ CHITIN-CHITOSAN. 1.1.1. Giới thiệu chung về chitin – chitosan.  Chitin. Chitin là một polysaccarit hữu cơ phổ biến trong tự nhiên chỉ sau cellulose, chúng được tạo ra trung bình 20g trong 1 năm/1m 2 bề mặt trái đất. Chitin là thành phần quan trọng của vỏ giáp xác, chiếm khoảng 14-35% trọng lượng khô của vỏ giáp xác. Hình 1.1 : Cấu trúc phân tử Chitin Trong thế giới động vật, chitin là thành phần cấu trúc quan trọng của lông, da, trong vỏ bao của một số động vật không xương sống như: côn trùng, giáp xác.  Tính chất chitin: – Chitin không tan trong nước, trong môi trường kiềm, acid loãng… nhưng tan trong dung dịch đậm đặc của muối Thioxinat Liti (LiSCN) và Thioxinat Canxi Ca(SCN) 2 tạo thành dung dịch keo. – Chitin tương đối ổn định trong các chất oxy hóa khử như thuốc tím, oxy già, nước Javen (NaClO),… – Chitin đun nóng trong môi trường kiềm đặc, khử gốc acetyl thu được chitosan. 3  Chitosan. Chitosan là chitin đã được deacetyl hóa bằng kiềm hoặc một số chủng enzyme đặc biệt. Chitosan là một polymer hữu cơ có cấu trúc tuyến tính từ các đơn vị β-D Glucosamin liên kết với nhau bằng liên kết β -1,4 glucoside. Công thức phân tử: (C 6 H 11 O 4 N) n Phân tử lượng: M Chitosan = (161,07) n Hình1.2: Cấu trúc phân tử chitosan. 1.1.2. Tính chất của chitosan. 1.1.2.1. Tính chất hóa học của chitosan . – Chitosan là một chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy, có thể xay nhỏ thành các kích cỡ khác nhau. Có màu trắng hay vàng nhạt, không mùi vị. – Chitosan không tan trong nước, dung dịch kiềm, acid đậm đặc nhưng tan trong acid loãng như acid formic, acetic, citric,… tạo dung dịch keo dương trong có khả năng tạo màng tốt. – Chitosan là một polysacharide có khả năng bám dính vào các bề mặt có điện tích âm. – Phản ứng với iod và sulfurid tạo màu tím. Nhờ tính chất này mà có thể dùng trong phân tích định tính chitosan. 4 1.1.2.2. Tính chất tạo màng của chitosan. Chitosan khi hòa tan và tráng lên một mặt phẳng, để khô tạo thành màng mỏng có các đặc tính cơ lý như: độ giãn, sức căng, độ thấm nước, phụ thuộc nhiều vào phân tử lượng và độ deacetyl hóa của chitosan. Chitosan có độ deacetyl cao có ứng suất kéo và độ giãn dài giới hạn cao hơn màng chitosan có độ deacetyl thấp, tuy nhiên chúng có độ trương nở ít hơn. Ngoài ra, tính chất của màng chitosan phụ thuộc rất nhiều vào dung môi sử dụng hòa tan chitosan để tạo màng. [ 1] 1.1.2.3. Khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của chitosan: – Chitosan có khả năng ức chế nhiều chủng vi sinh vật: vi khuẩn Gram âm, Gram dương và vi nấm. Khả năng ức chế vi sinh vật của chitosan phụ thuộc vào độ deacetyl, phân tử lượng. Chitosan có độ deaetyl >85% thì khả năng kháng khuẩn và kháng nấm tốt hơn. Chitosan có phân tử lượng dưới 2000 dalton thì khả năng ức chế vi sinh vật kém. – Chitosan có khả năng ức chế các loài sau: Staphylococcus.aureus Rhodotorula glutensis E.coli Bacillus cereus Saccharomyces ceveisiae Botrytis cinerea Rhizopus stolonifer Aspergillus niger Nồng độ ức chế của chitosan phụ thuộc vào loại chitosan, loài vi sinh vật, điều kiện áp dụng [1] Cơ chế kháng khuẩn, kháng nấm của chitosan là chưa chắc chắn. Tuy nhiên có một vài giả thiết đã được đưa ra:[2] Chitosan có thể cản trở và làm mất cân bằng sự phát triển của vi sinh vật do có khả năng lấy đi các ion kim loại đóng vai trò quan trọng trong thành phần 5 enzyme như Cu 2+ , Co 2+ , Cd 2+ của tế bào vi sinh vật do tạo phức với nhóm –NH 2 trong chitosan và sự ảnh hưởng của các nhóm này với các anion trên bề mặt tế bào. Ngăn chặn và phá hoại chức năng màng tế bào vi sinh vật. Gây ra sự tổ hợp polyelectrolyte với polymer mang tính chất acid trên bề mặt tế bào vi khuẩn. 1.1.3. Ứng dụng của chitosan: Chitosan có rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp, thực phẩm, y học, nuôi trồng Ở trạng thái nguyên chất thì chitosan không có nhiều tác dụng nhưng chúng có thể được bào chế thành nhiều dạng khác nhau: chất dẻo, bột, màng, hoặc dạng hơi xịt  Trong công nghiệp thực phẩm. [1] Chitosan là polymer tự nhiên an toàn với những tính chất đặc trưng như: khả năng kháng nấm, kháng khuẩn, chống oxy hóa, tạo màng, tạo gel, hấp phụ màu, làm trong nên chitosan được ứng dụng nhiều trong công nghệ chế biến và bảo quản thực phẩm. – Chitosan đã được nghiên cứu ứng dụng bảo quản nhiều loại rau quả như vải, dâu, xoài, chuối, táo, cà rốt ngăn chặn được sự biến màu nâu của vỏ. – Đối với một số loại quả vỏ mềm như dâu, hồng, cà chua chitosan được sử dụng để gia tăng độ cứng của vỏ trong quá trình bảo quản. – Chitosan có tính kháng khuẩn và hạn chế quá trình oxy hóa lipid nên được dùng để bảo quản thịt nhằm hạn chế quá trình hư hỏng của thịt. Hiệu quả xử lý của chitosan để ổn định các chất chống oxy hóa trên thịt bò đã được Darmadji và Izumimoto nghiên cứu, kết quả quan sát cho thấy, khi sử dụng nồng độ chitosan 1% làm giảm 70% giá trị TBA sau 3 ngày bảo quản ở 4 0 C. Sử dụng để chống hiện tượng mất nước trong quá trình làm lạnh, làm đông thực phẩm nhờ khả năng không cho nước đi qua của lớp màng mỏng chitosan.[3]. Đây là một ứng dụng lớn đang được nhiều nhà khoa học nghiên cứu. Hiện nay có rất nhiều đề tài nghiên cứu sử dụng các hợp chất polymer sinh học tự nhiên như: tinh bột, agar, protein, chitosan làm màng bao để bảo quản hoa quả, thịt, thủy sản. [...]... Tình hình nghiên cứu ngoài nước Năm 2001 và 2005, tác giả Jiang ứng dụng màng chitosan vào bảo quản trái vải và nhãn cho thấy quả vải và nhãn ít bị biến nâu hơn quả bảo quản không dùng chitosan [1] Karasavsev và cộng sự đã nghiên cứu ứng dụng màng chitosan làm bao gói để bảo quản cá và các sản phẩm từ cá Người ta dùng chitosan chiết xuất từ các nguồn khác nhau như tôm, cá, ghẹ làm màng mỏng bao gói thì... trực tiếp vào thực phẩm bằng cách trộn vào thực phẩm, phun vào thực phẩm – Được sử dụng trong các thực phẩm có pH thấp hơn 4,8 – Có thể sử dụng trong môi trường pH trung tính nhưng hiệu quả giảm khi pH tăng 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA MÀNG MỎNG CHITOSAN TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.3.1 Tình hình nghiên cứu trong nước Hai nhà khoa học Bùi Văn Miên và Nguyễn Anh Trinh của Khoa Công Nghệ Thực Phẩm Trường... khoa học: nghiên cứu tạo màng chitosan từ vỏ tôm và ứng dụng bảo quản thủy sản Nghiên cứu này đã cho ra đời một loại bao bì mới có những tính năng đặc biệt, không những bảo quản tốt thực phẩm mà còn góp phần giải quyết ô nhiễm môi trường Những vỏ bọc đầu tiên ra đời được chế tạo để nhồi xúc xích Khi sử dụng màng chitosan để bao gói ngoài việc giúp cho sản phẩm xúc xích có hình dáng đẹp, lớp màng chitosan. .. màng mỏng bao gói thì thấy màng chitosan chiết rút từ tôm có độ dày, độ bền kéo, độ đàn hồi cao nhất Màng chitosan giúp cho sản phẩm giữ nước rất tốt và giữ được các đặc tính tự nhiên của sản phẩm [19] Attaya Kungsuwan và các cộng tác viên đã nghiên cứu sử dụng dung dịch chitosan (5g chitosan/ 500ml acetic 1%) làm màng bao gói bảo quản cá thì thấy cá có bảo quản bằng màng chitosan kéo dài thời gian... Thủy nghiên cứu chế tạo màng bao chitosan - gelatin và ứng dụng bao gói cá ngừ đại dương Màng tạo ra được kiểm tra sức căng và độ giãn, sau đó từ việc kiểm tra hai chỉ tiêu trên tác giả tìm ra hai màng bao tối ưu là chitosan/ gelatin/natribenzoat = 60/40/0.1 và chitosan/ gelatin = 60/40 Từ đó tác giả kiểm tra khả năng kháng vi sinh vật tổng số và sự biến đổi hàm lượng histamin của cá ngừ đại dương fillet... loại màng ăn được từ tự nhiên vừa đảm bảo tính an toàn, thân thiện với môi trường, và kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm Xuất phát từ thực tế trên, cùng với sự kế thừa những thành quả đi trước, em nghiên cứu tìm ra loại màng kết hợp giữa chitosan - gelatin trong việc ứng dụng bảo quản chả cá chuồn 22 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2.1.1 Nguyên liệu chính Chitosan. .. Nội cho biết chitosan có thể làm giảm tác dụng phụ của hóa trị và xạ trị Qua thí nghiệm được thực hiện trên 60 bệnh nhân tuổi từ 35-76 của nhóm bác sĩ bệnh viện Hà Nội vào năm 2003 đã chứng minh, chitosan có tác dụng hỗ trợ và điều trị bệnh ung thư  Trong công nghệ sinh học – Ứng dụng trong việc cố định enzyme và tế bào – Ứng dụng chitosan và dẫn xuất của nó trong việc chế tạo màng bao, vi bao, chất... Làm màng bao ăn được từ chitosan: Sử dụng màng ăn và bao bọc để kéo dài thời gian bảo quản và cải thiện chất lượng của thực phẩm tươi, thực phẩm cấp đông đã được thử nghiệm suốt trong những năm qua Những lớp màng này có thể cung cấp, bổ sung và là công cụ cần thiết để kiểm soát những sự thay đổi về sinh lý, hình thái, lý hóa ở các sản phẩm thực phẩm Có nhiều cơ chế liên quan đến kéo dài thời hạn sử dụng. .. thời hạn sử dụng của thực phẩm do sử dụng màng bao, bao gồm: kiểm soát sự truyền ẩm giữa thực phẩm và môi trường xung quanh, ức chế sự phát triển của vi sinh vật, điều khiển sự giải phóng các thành phần hóa học như những chất kháng vi sinh vật, chống oxy hóa… Màng chitosan có độ chống thấm cao đối với các chất béo, củng cố cấu trúc thực phẩm và giữ mùi Màng chitosan không độc, bền và thân thiện với môi... đã nghiên cứu sản xuất màng bảo quản thực phẩm từ chitosan phối hợp các loại phụ liệu khác nhau là agar, alginat, tinh bột Sau khi kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý, tác giả đã lựa chọn được màng chitosan phối hợp phụ liệu là tinh bột 3% với tỷ lệ phối trộn chitosan/ tinh bột = 70/30 và ứng dụng bảo quản thịt bò và thịt cá thu cho thấy mẫu bảo quản bằng màng chitosan/ tinh bột giữ 17 được màu sắc và trạng thái . gelatin để tạo ra màng có giá thành rẻ hơn. Trước tình hình thực tế trên, em đã chọn đề tài nghiên cứu tạo màng bao thực phẩm từ chitosan và gelatin, ứng dụng bao gói chả cá chuồn và được sự hướng. hiểu về màng chitosan và màng mỏng chitosan – Xác định nồng độ chitosan và tỷ lệ chitosan/ gelatin thích hợp để tạo màng – Xác định các đặc tính cơ lý và cảm quan của màng – Ứng dụng màng chitosan/ gelatin. sinh học. – Ứng dụng trong việc cố định enzyme và tế bào. – Ứng dụng chitosan và dẫn xuất của nó trong việc chế tạo màng bao, vi bao, chất mang sinh học và nuôi cấy mô.  Ứng dụng trong xử