Tìm hiểu việc sử dụng chitosan làm chất bảo quản quả tươi

Ứng dụng chitosan bảo quản cà chua Trần Đức Vinh MỤC LỤC MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC BẢNG DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ .6 BẢN TÓM TẮT .7 MỞ ĐẦU PHẦN I: TỔNG QUAN 10 1.1 TỔNG QUAN VỀ CHITOSAN 10 1.1.1 Lịch sử phát 10 1.1.2 Nguồn gốc 10 1.1.3 Công thức cấu tạo 11 1.1.3.1 Cấu trúc hóa học chitin 11 1.1.3.2 Cấu trúc hoá học chitosan vài dẫn xuất 12 1.1.4 Độ deaxetyl hóa- DD (Degree of deaxetylation) 14 1.1.5 Tính chất vật lý chitosan .14 1.1.6 Tính chất hố học chitin/chitosan 15 1.1.6.1.Các phản ứng nhóm –OH .15 1.1.6.2 Phản ứng vị trí N 15 1.1.6.3 Phản ứng xảy vị trí O, N 16 1.1.6.4 Khả hấp phụ tạo phức với ion kim loại chuyển tiếp chitin/ chitosan 16 1.1.7 Tính chất sinh học chitosan 17 1.1.8 Độc tính .19 1.1.9 Sản xuất chitosan 19 1.1.10 Ứng dụng chitosan 23 1.1.10.1 Các ứng dụng Chitosan công nghệ thực phẩm 23 1.1.10.2 Ứng dụng y học 24 1.1.10.3 Ứng dụng lĩnh vực khác 24 1.2 ỨNG DỤNG CHITOSAN BẢO QUẢN RAU QUẢ 24 1.2.1 Thực trạng vấn đề bảo quản trái Việt Nam .24 1.2.2 Cơ sở khoa học ứng dụng chitosan bảo quản trái .25 1.2.2.1 Các trình xảy bảo quản rau tươi 25 1.2.2.2 Sự hư hỏng trình bảo quản 28 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư thực phẩm Ứng dụng chitosan bảo quản cà chua Trần Đức Vinh 1.2.2.3 Bảo quản rau 28 1.2.3 Ưu điển chitosan bảo quản trái .31 1.2.4 Các nghiên cứu đạt 31 1.2.4.1 Các nghiên cứu 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 tiêu thụ cà chua giới Việt Nam 37 1.3.4 Thời vụ 39 1.3.5 Giống cà chua 39 1.3.6 Thành phần hóa học giá trị dinh dưỡng 39 1.3.7 Tình hình bảo quản 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 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 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 nồng độ tạo màng bao .55 3.4 Khảo sát sơ số lần nhúng chitosan phù hợp cho bảo quản .56 3.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 57 3.6 Điều kiện bảo quản 57 3.6.1 Bảo quản nhiệt độ thường 57 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư thực phẩm Ứng dụng chitosan bảo quản cà chua Trần Đức Vinh 3.6.2 Bảo quản nhiệt độ lạnh .57 3.7 Biến đổi độ cứng trình bảo quản .58 3.7.1 Biến đổi độ cứng mẫu bảo quản thường 58 3.7.2 Biến đổi độ cứng mẫu bảo quản lạnh 59 3.8 Khảo sát biến đổi màu sắc .60 3.9 Ảnh hưởng màng chitosan tới cường độ hô hấp cà chua 62 3.10 Biến đổi hàm lượng axit chung trình bảo quản 65 3.11 Biến đổi hàm lượng đường khử trình bảo quản 66 3.12 Hao hụt khối lượng 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 khơ hịa tan theo thời gian bảo quản .71 3.13.2 Biến đổi chất khơ hịa 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 điều kiện thường 74 3.16.2 Đánh giá cảm quan mẫu bảo quản điều kiện lạnh 78 3.17.Chi phí nguyên liệu cho bảo quản .81 3.18 Xây dựng quy trình bảo quản cà chua 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 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư thực phẩm Ứng dụng chitosan bảo quản cà chua Trần Đức Vinh DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1: Hàm lượng chitin vỏ số động vật giáp xác 20 Bảng 2: Chỉ tiêu sản xuất mặt hàng cà chua năm 2005 năm 2010 .39 Bảng 3: Thành phần chất hoá học cà chua .40 Bảng 4: Hàm lượng hydrocarbon cà chua (thính theo % chất khơ) 40 Bảng 5: Các tiêu đánh giá cảm quan 45 Bảng 6: Phiếu cho điểm phép thử cảm quan .47 Bảng 7: Đặc tính chitosan 56 Bảng 8: Biến đổi độ cứng (mẫu bảo quản thường- kg/cm2) .58 Bảng 9: Kết mẫu bảo quản thường 0% chitosan, (số 321) sau 20 ngày bảo quản .74 Bảng 10: Kết mẫu bảo quản thường 0.5% chitosan (số 981) sau 20 ngày bảo quản .75 Bảng 11: Kết mẫu bảo quản thường 1.0% chitosan (số 194) sau 20 ngày bảo quản 75 Bảng 12: Kết mẫu bảo quản thường 1.5% chitosan (số 763) sau 20 ngày bảo quản 76 Bảng 13: Kết mẫu bảo quản thường 2.0% chitosan (số 462) sau 20 ngày bảo quản 76 Bảng 14: Kết mẫu bảo quản thường 2.5% chitosan (số 281) sau 20 ngày bảo quản 77 Bảng 15: Kết đánh giá cảm quan mẫu bảo quản thường sau 20 ngày 77 Bảng 16: Kết mẫu bảo quản lạnh 2.5% chitosan (số 648) sau 30 ngày bảo quản .78 Bảng 17: Kết mẫu bảo quản lạnh 2.0% chitosan (số 745) sau 30 ngày bảo quản .78 Bảng 18: Kết mẫu bảo quản lạnh 1.5% chitosan (số 543) sau 30 ngày bảo quản .79 Bảng 19: Kết mẫu bảo quản lạnh 1.0% chitosan (số 263) sau 30 ngày bảo quản .79 Bảng 20: Kết mẫu bảo quản lạnh 0.5% chitosan (số 487) sau 30 ngày bảo quản .80 Bảng 21: Kết mẫu bảo quản lạnh 0% chitosan (số 661) sau 30 ngày bảo quản 80 Bảng 22: Kết 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 Bảng 29: Biến đổi màu sắc theo thời gian bảo quản (mẫu bảo quản thường-ΔE) .89 Bảng 30: Biến đổi chất khơ hịa tan theo thời gian bảo quản (bảo quản thường- 0Bx) 90 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư thực phẩm Ứng dụng chitosan bảo quản cà chua Trần Đức Vinh Bảng 31: Biến đổi chất khơ hịa tan theo thời gian bảo quản (mẫu bảo quản lạnh- 0Bx) 90 Bảng 32: Hàm lượng đường khử tổng số theo thời gian bảo quản (bảo quản thường- %) 90 Bảng 33: Hàm lượng axit tổng số theo thời gian bảo quản (mẫu bảo quản thường- %) 90 Bảng 34: Lượng vi sinh vật tổng số (cfu/g) 91 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư thực phẩm Ứng dụng chitosan bảo quản cà chua Trần Đức Vinh DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1: Cấu trúc hoá học chitin .11 Hình 2: Sắp xếp mạch 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: Q trình deaxetyl hố 14 Hình 10: Phức 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 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 thường 62 Hình 19: Ảnh hưởng màng chitosan tới cường độ hơ 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 khơ hịa 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 cơng nghệ bảo quản cà chua chitosan 83 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư thực phẩm Ứng dụng chitosan bảo quản cà chua Trần Đức Vinh BẢN TÓM TẮT Yêu cầu bảo quản rau tránh tổn thất khối lượng giữ trạng thái tươi cho rau quả, biện pháp bảo quản phải đơn giản chi phí đầu tư thấp Vì bảo quản màng bao mang lại nhiều hiệu Cà chua loại trồng phổ biến, có giá trị dinh dưỡng loại có tuổi thọ kém, hô hấp đột biến Chitosan polyme động vật thu từ phế thải ngành thuỷ sản, mang nhiều đặc tính phù hợp để bảo quản rau Nghiên cứu sử dụng chitosan làm màng bao để bảo quản cà chua Nghiên cứu màng bao chitosan có nồng độ 2% thích hợp cho việc bảo quản cà chua điều kiện thường điều kiện nhiệt độ lạnh Ở nồng độ màng chitosan có khả hạn chế hô hấp tốt nhất, lượng CO sau bảo quản có trạng thái cảm quan tốt Độ chín cà chua thích hợp để bảo quản độ chín vàng (Breaker), số lần nhúng cà chua vào dung dịch chitosan để tạo màng tốt hai lần Qua nghiên cứu phân tích xây dựng quy trình bảo quản cà chua chitosan Đồ án tốt nghiệp kỹ sư thực phẩm Ứng dụng chitosan bảo quản cà chua Trần Đức Vinh MỞ ĐẦU Trong công nghệ thực phẩm sản phẩm ngành trồng chọt chiếm tỷ lệ lớn, đặc trưng chúng có tính thời vụ, vấn đề mà việc bảo quản sản phẩm sau thu hoạch có tầm quan lớn bối cảnh giới đứng trước nạn thiếu lương thực an ninh lương thực vấn đề mà quốc gia phải quan tâm Rau nói chung sau thu hái ln có hoạt động sống mà điển hình q trình hơ hấp kết hoạt động hao hụt khối lượng giá trị dinh dưỡng sản phẩm Theo ước tính sau q trình vận chuyển bảo quản rau 20-25 phần trăm (theo Kader, 1992) Đây tổn thất lớn, mà nghiên cứu ln hướng tới mục tiêu giảm tới mức thấp tổn hao khối lượng, tránh hư hỏng , giữ phát huy tính chất q báu sản phẩm Hơ hấp trình diễn bảo quản rau quả, hàng loạt phản ứng trình chín hư hỏng rau diễn nhanh hay chậm phụ thuộc chủ yếu vào trình Yếu tố quan trọng định trực tiếp tới cường độ hô hấp thành phần khơng khí trao đổi với quả, theo hơ hấp hiếu khí yếm khí luợng oxi cung cấp không đủ Hô hấp diễn mạnh mẽ chín nhanh, hư hỏng nhanh Như tuổi thọ rau phụ thuộc vào nhiều yếu tố quan trọng q trình hơ hấp Để kéo dài thời gian bảo quản rau cần phải hạn chế hơ hấp hiếu khí tránh hơ hấp yếm khí tạo sản phẩm trung gian làm hỏng Bảo quản rau tươi môi trường khí cải biến (MA_ Modified atmosphere) nhiều biện pháp hạn chế hô hấp Đặc điểm phương pháp sử dụng màng polyme có tính thẩm thấu khí chọn lọc để bao bọc bề mặt, cách ly tiếp xúc trực tiếp với môi trường, nhờ hơ hấp giảm thiểu Đã từ lâu người ta biết tới chitosan polyme có nguồn gốc động vật mang nhiều đặc trưng quý giá Trong khả thấm khí tạo màng, tính diệt khuẩn cao khơng có hại sử dụng đặc biệt phù hợp cho bảo quản rau tươi Cà chua loại trồng sử dụng phổ biến nước ta Chúng có tuổi thọ ngắn cấu trúc nhiều nước khơng có vỏ cứng bảo vệ Thời vụ thu hái cà chua kéo dài từ tháng 11 đến tháng năm sau Trong thời gian thu hoạch lúc nên giá cà chua thấp (có thời điểm 500 VND kilogam), người nông Đồ án tốt nghiệp kỹ sư thực phẩm Ứng dụng chitosan bảo quản cà chua Trần Đức Vinh dân không muốn thu hái giá bán khơng bù đủ cơng sức Nhưng trái vụ giá cà chua lại cao, nhà máy khơng có cà chua để sản suất Từ trước tới biện pháp bảo quản cà chua chủ yếu sản xuất bán sản phẩm (nuớc ép, bột, cà chua đặc…) dù cơng nghệ có nhiều cải tiến song tính chất quý cà chua sản phẩm bị đi, đặc biệt mùi vị vitamin Đứng trước thực tế đề tài nghiên cứu ứng dụng chitosan để tạo màng bảo quản cà chua, kéo dài thời gian bảo quản quan trọng giữ trạng thái, tính chất rau tươi để đáp ứng sử dụng sản xuất Nhiệm vụ đề tài là:  Đánh giá khả bảo quản cà chua màng bao chitosan  Tìm nồng độ chitosan phù hợp cho bảo quản  Xây dựng quy trình tổng quát để bảo quản cà chua chitosan Đồ án tốt nghiệp kỹ sư thực phẩm Ứng dụng chitosan bảo quản cà chua Trần Đức Vinh PHẦN I: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ CHITOSAN 1.1.1 Lịch sử phát Chitin Bracannot phát lần vào năm 1811 cặn dịch chiết loại nấm đặt tên “fungine” để ghi nhớ nguồn gốc tìm Năm 1823 Odier phân lập chất từ bọ cánh cứng ông gọi chitin hay “chitine” có nghĩa lớp vỏ Nhưng khơng phát có mặt Nitơ Cuối Bracannot Odier cho cấu trúc chitin giống cấu trúc xenluloza[21] Năm 1929 Karrer đun sôi chitin 24h dung dịch KOH 5% đun tiếp 50 phút 160ºC với kiềm bão hịa ơng thu đựơc sản phẩm có phản ứng màu đặc trưng với thuốc thử, chất Chitosan[21] Việc nghiên cứu dạng tồn tại, cấu trúc, tính chất lý hố ứng dụng chitosan công bố từ năm 30 kỷ XX Những nước thành công lĩnh vực nghiên cứu sản xuất chitosan là: Nhật, Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ, Pháp Nhật Bản nước giới năm 1973 sản xuất 20 tấn/năm Và đến lên tới 700 tấn/năm, Mỹ sản xuất 300 tấn/năm Theo Know năm 1991 thị trường có nhiều triển vọng chitin, chitosan Nhật Bản, Mỹ, Anh, Đức Nhật coi nước dẫn đầu công nghệ sản xuất buôn bán chitin, chitosan Người ta ước tính sản lượng chitosan đạt tới 118000 tấn/năm; Nhật, Mỹ nước sản xuất chính[14] Ở Việt Nam, việc nghiên cứu sản xuất chitin, chitosan ứng dụng chúng sản xuất phục vụ đời sống vấn đề tương đối mẻ nước ta Vào năm 1978-1980, trường Đại học Thủy sản Nha Trang công bố qui trình sản xuất chitosan tác giả Đỗ Minh Phụng mở đầu bước ngoặt quan trọng việc nghiên cứu, nhiên chưa có ứng dụng thực tế sản xuất [7] 1.1.2 Nguồn gốc Chitin xem polymer tự nhiên quan trọng thứ hai giới, có nhiều thứ hai giới (chỉ sau xenlulo) Là polymer động vật tách chiết biến tính từ vỏ lồi giáp xác (tơm, cua, hến, trai, sò, mai mực, đỉa biển…), màng tế bào nấm họ Zygemycetes, sinh khối nấm mốc, số lồi tảo … Các cơng trình nghiên cứu nhiều nhà khoa học giới chứng minh, vỏ tơm có chứa 27% chất Chitin, từ chất Chitin này, họ chiết tách thành chất Đồ án tốt nghiệp kỹ sư thực phẩm