Báo cáo bao bì thực phẩm: bao bì chitin và chitosan

Báo cáo bao bì thực phẩm: bao bì chitin và chitosan

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC

GVHD: LÊ VĂN NHẤT HOÀI SVTH: DHTP6C

NHÓM: 6

Tp HCM, ngày 24 tháng 10 năm 2013

MỤC LỤC

MỤC LỤC 3

LỜI MỞ ĐẦU 4

NỘI DUNG 5

CHƯƠNG 1: CHITIN, CHITOSAN VÀ CÁC TÍNH CHẤT 5

1.1 Khái quát về chitin và chitosan 5

1.2 Cấu trúc hóa học của Chitin và Chitosan 7

1.2.1 Cấu trúc hóa học của chitin 7

1.2.2 Cấu trúc hóa học của Chitosan 8

1.2.3 Tác dụng của chitosan 8

1.3 Các tính chất 9

1.3.1 Tính chất vật lí 9

1.3.2 Tính chất sinh học 10

1.3.3 Tính chất hóa học 10

1.3.4 Khả năng tạo màng 12

1.4 Ưu điểm của màng chitosan: 12

1.5 Ứng dụng của chitin và chitosan 13

1.5.1 Ứng dụng chung 13

1.5.2 ứng dụng trong công nghệ thực phẩm 13

CHƯƠNG2: MÀNG BAO CHITOSAN 15

2.1 Đặc điểm của màng bao chitosan 15

2.2 Tác dụng bảo quản của màng bao chitosan 15

2.2.1 Kiểm soát thành phần không khí bên trong màng bao 15

2.2.2 Hạn chế quá trình hô hấp và quá trình chín 16

2.2.3 Hạn chế sự thoát hơi nước và đảm bảo cấu trúc sản phẩm 16

2.2.4 Làm rau quả lâu bị thâm, đảm bảo màu sắc cho quả 16

2.2.5 Hạn chế giảm lượng đường và acid 17

2.2.6 Kháng nấm và vi khuẩn 17

2.3 Ứng dụng màng bao chitosan trong bảo quản rau, củ, quả 18

2.3.1 Bảo quản hoa quả 19

2.3.2 Bảo quản các loại củ, gia vị 19

CHƯƠNG 3: SẢN XUẤT CHITOSAN VÀ CÁCH TẠO MÀNG BAO 21

3.1 Sản xuất Chitosan 21

3.1.1 Quy trình công nghệ sản xuất Chitosan bằng phương pháp hóa học 22

3.1.2 Quy trình công nghệ sản xuất chitosan sử dụng enzyme protease 25

3.2 Cách tạo màng bọc từ chitosan 27

KẾT LUẬN 28

TÀI LIỆU THAM KHẢO 29

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay bên cạnh việc thu hoạch các loại rau quả vấn đề chúng ta cần quan tâm hơn hết

là làm sao để bảo quản chúng, để giữ hoàn toàn chất lượng bên trong Trong việc bảo

quản các loại rau quả tươi rất khó khăn, cùng với xu hướng hiện nay là con người hướng

đến sử dụng các sản phẩm, chế phẩm tự nhiện, thân thiện với môi trường, an toàn cho

người sử dụng Đây là điều mà có rất nhiều nghiên cứu cũng như ứng dụng vào thực tế,

để chúng ta tìm ra một phương pháp khác thay thế cho cách bảo quản hiện nay, để giảm

việc con người tiếp xúc sử dụng các hóa chất, và phù hợp với xu hướng tiêu dùng an toàn

thực phẩm trên thế giới

Trong những năm gần đây các cơ quan nghiên cứu Khoa học Nông nghiệp nước ta liên

tục cho ra đời nhiều chế phẩm có tác dụng bảo quản rau tươi đưa lại hiệu quả sử dụng và

kinh tế cao: Giảm được tỉ lệ hư hao, tăng thời gian bảo quản nhằm kéo dài thời gian thu

hoạch và tiêu thụ Hầu hết các chế phẩm này đều có nguồn gốc sinh học, đơn giản, dễ sử

dụng, sản phẩm được bảo quản bằng các chế phẩm này hoàn toàn không độc hại, an toàn

cho người sản xuất lẫn người sử dụng Rau quả nói chung là một loại sản phẩm thực

phẩm có tính thời vụ Chính vì thế, để đáp ứng cho lưu thông, tàng trữ và sử dụng thì vấn

đề quan trọng nhất đó chính là kéo dài thời gian sử dụng của chúng Yêu cầu cơ bản trong

bảo quản đó là giữ được trạng thái tự nhiên một cách tốt nhất, tính chất của rau quả

không bị biến đổi trong thời gian bảo quản

Chitin và Chitossan là những hợp chất sinh học có tính ưu việt rất phù hợp cho việc bảo

quản rau quả, ngoài khả năng kháng vi sinh vật, chitossan còn có khả năng hạn chế quá

trình hô hấp hiếu khí tự nhiên của rau quả vì thế trái cây sẽ được bảo quản lâu hơn và

trạng thái tự nhiên biến đổi ít hơn- điều này đã được nhiều đề tài chứng minh bằng thực

nghiệm Việc kết hợp bảo quản lạnh cùng với sử dụng chitossan để bảo quản trái cây sẽ

mang lại hiệu quả cao hơn, thời gian bảo quản dài hơn, đặc tính tự nhiên biến đổi ít hơn

Để hiểu rõ hơn về các ứng dụng của chitin và chitosan trong việc bảo quản thực phẩm,

nhóm em xin tìm hiểu về đề tài “Bao bì chitin và chitosan”

NỘI DUNG

CHƯƠNG 1: CHITIN, CHITOSAN VÀ CÁC TÍNH CHẤT

1.1 Khái quát về chitin và chitosan

Chitin và chitosan là những polysaccarit tồn tại trong tự nhiên với sản lượng rất lớn

(đứng thứ 2 sau xenlulose)

Trong tự nhiên chitin tồn tại trong cả động vật và thực vật Trong động vật, chitin là một

thành phần quan trọng của một số động vật không xương sống như: côn trùng, nhuyễn

thể, giáp xác và giun tròn Trong động vật bậc cao monome của chitin là một thành phần

chủ yếu trong mô da giúp cho sự tái tạo và gắn liền các vết thương ở da Trong thực vật

chitin có trong thành tế bào nấm họ zygenmyetes, các sinh khối nấm mốc, một số loại

tảo Trong các loại thủy sản đặc biệt là trong vỏ tôm, cua, ghẹ hàm lượng chitin chiếm

khá cao, dao động từ 14-35% so với trọng lượng khô Vì vậy vỏ tôm, cua, ghẹ là nguyên

liệu chính để sản xuất chitin

Chitin lần đầu tiên được tìm thấy trong nấm bởi nhà khoa học người pháp Braconnot vào

năm 1811, nó cũng được tách ra từ biểu bì sâu bọ và được đặt tên là Chitin, có nghĩa là

bao bọc tức là vỏ bọc của cuộc sống trong tiếng Hy-Lạp, bởi nhà khoa học người Pháp

Odier vào năm 1823 Và chất được khử acetyl từ chitin đã được khám phá bởi Rougher

vào năm 1859, nó được đặt tên là chitosan bởii nhà khoa học người đức Hoppe Seyler

vào năm 1894 Chitosan (được chuyển hóa từ chitin) rất độc đáo, là polime hữu cơ tự

nhiên duy nhất mang điện tích dương do những nhóm amino tự do tích điện dương, điều

này khiến cho chitosan có những thuộc tính đặc biệt, hơn là nhóm amit và chitin

Chitin và xellulose đều là những polisaccarit thiên nhiên có cấu trúc hóa học gần giống

nhau, cả hai đều có trữ lượng rất lớn trong thiên nhiên, lượng chitin được tạo ra trong

thiên nhiên ước tính khoảng 100 tỉ tấn/năm, chỉ đứng sau xellulose Mặc dù chitin có rất

nhiều, được xem là hợp chất không độc, rất ít gây dị ứng, có khả năng tự phân hủy sinh

học và tương hợp sinh học, nhưng quá trình nghiên cứu chitin chỉ thực sự có hệ thống

vào giữa thế kỷ 20

Viêc nghiên cứu về dạng tồn tại, cấu trúc, tính chất lý hóa ứng dụng của chitosan được

công bố từ những năm 30 của thế kỷ XX Những nước đã thành công trong lĩnh vực

nghiên cứu sản xuất chitosan đó là Nhật Bản, Mỹ, Trung Quốc, Ấn độ, Pháp Nhật Bản là

nước đầu tiên trên thế giới năm 1973 sản xuất 20 tấn/năm Và đến nay lên tới 700

tấn/năm, Mỹ sản xuất trên 300 tấn/năm

Trước đây, người ta đã thử chiết tách chitin từ thực vật biển nhưng nguồn nguyên liệu

không đủ đáp ứng nhu cầu sản xuất, trữ lượng chitin phần lớn có nguồn gôc từ vỏ tôm,

cua Trong một thời gian, các chất phế thải này không được thu hồi mà thải ra ngoài gây

ô nhiễm môi trường Năm 1977, viên kỹ thuật masachusetts (Mỹ) khi tiến hành xác định

giá trị của chitin và protein trong vỏ tôm, cua đã cho thấy việc thu hồi các chất này có lợi

nếu sử dụng trong công nghiệp Phần protein thu được sẽ dùng để chế biến thức ăn gia

súc, còn phần chitin sẽ được dùng như một chất khởi đầu để các dẫn xuất có nhiều ứng

dụng

Việc nghiên cứu sản xuất chitin và chitosan và các ứng dụng của chúng trong sản xuất

phục vụ đời sống là một hướng nghiên cứu tương đối mới mẻ ở nước ta

1.2 Cấu trúc hóa học của Chitin và Chitosan

1.2.1 Cấu trúc hóa học của chitin

Chitin là polisaccarit mạch thẳng, có thể xem là dẫn xuất của xenlulozo, trong đó nhóm

(-OH) ở nguyên tử C(2) được thay thế bởi nhóm axetyl amino (-NHCOCH3) Như vậy

chitin là poli (N-axety-2 amino-2 deoxi-β-D-glucopyranozơ ) liên kết với nhau bởi các

liên kết β-(C-1-4) glicozit

Tên gọi: poly (1-4) -2 –axetamido-2 deoxy-β-D-Glucose

Công thức phân tử: (C8H13O5N)n

Chitin có cấu trúc tinh thể rất chặt chẽ và đều đặn Bằng phương pháp nhiễu xạ tia X,

người ta chứng minh được chitin tồn atij ở 3 dạng cấu hình α, β, γ-chitin, các dạng này

chỉ khác nhau về hướng sắp xếp của mỗi mắt xích

N-axetyl-2-amino-2-deoxi-β-1)-glucopyranozo α-chitin phổ biến nhất trong tự nhiên, nó có mạt trong vỏ tôm, trong các

loài nhuyễn thể, thức ăn của cá voi, trong dây chằng, và vỏ của tôm hùm, nó được tìm ra

trong protein của mực ống Còn α-chitin thì rất hiếm

1.2.2 Cấu trúc hóa học của Chitosan

Chitosan là dẫn xuất để axetyl hóa của chitin, trong đó nhóm (-NH2) thay thế nhóm

(-COCH3) ở vị trí C(2)

Chitosan được cấu tạo từ các mắt xích D-glucozamin liên kết với nhau bởi các liên kết

β-(1-4)-glicozit, do vậy chitosan có thể gọi là poly β-(14)-2-amino-2-deoxi-D-glucozo hoặc

là poly β-(1-4)-D-glucozamin

Tên gọi:poly(1-4)-2- amino-2-deoxi-β-d-gucose

Công thức phân tử: (C6H11O4N)n

Qua cấu trúc hóa học của chitin và chitosan ta thấy chỉ có chitin chỉ có một nhóm chức

hoạt động là –OH (H ở nhóm hydroxyl bậc 1 linh động hơn H ở nhóm hidroxyl bậc 2

trong vòng 6 cạnh), còn chitosan có 2 nhóm chức hoạt động –OH và NH2, do đó dễ dàng

tham gia phản úng hóa học hơn chitin

1.2.3 Tác dụng của chitosan

Phân huỷ sinh học dễ hơn chitin

Chitosan và các dẫn xuất của chúng đều có tính kháng khuẩn, như ức chế hoạt động của

một số loại vi khuẩn như E.Coli, diệt được một số loại nấm hại dâu tây, cà rốt, đậu và có

tác dụng tốt trong bảo quản các loại rau quả có vỏ cứng bên ngoài

Khi dùng màng chitosan, dễ dàng điều chỉnh độ ẩm, độ thoáng không khí cho thực phẩm

(Nếu dùng bao gói bằng PE thì mức cung cấp oxy bị hạn chế, nước sẽ bị ngưng đọng tạo

môi trường cho nấm mốc phát triển)

Màng chitosan cũng khá dai, khó xé rách, có độ bền tương đương với một số chất dẻo

vẫn được dùng làm bao gói

Màng chitosan 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 lên men

tạo ra các sản phẩm polyme hóa của oquinon Nhờ bao gói bằng màng chitosan mà ức

chế được hoạt tính oxy hóa của các polyphenol, làm thành phần của anthocyamin,

flavonoid và tổng lượng các hợp chất phenol ít biến đổi, giữ cho rau quả tươi lâu hơn

1.3 Các tính chất

1.3.1 Tính chất vật lí

Chitin và chitosan là những polymer sinh học có khối ượng phân tử lớn

Chitin có hình thái tự nhiên ở dạng rắn Màu của vỏ giáp xác hình thành từ hợp chất của

chitin ( dẫn xuất của 4-xeton và 4, 4’ dixeton-β-carotene), có màu trắng hoặc phớt hồng,

dạng vảy hoặc dạng bột, không mùi không vị, không tan trong nước, trong môi trường

kiềm, axit loãng và các dung môi hữu cơ như ete, rượu nhưng tan trong dung dịch đặc

nóng của muối thioxianat liti (LiSCN) và thioxianat canxi tạo thành dung dịch keo, nó

cũng có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại có bước sóng 884-890 cm-1

Chitosan có màu trắng ngà hoặc màu vàng nhạt, tồn tại dạng bột hoặc dạng vảy không

mùi không vị nhiệt nóng chảy 309-311oC

Chitosan có tính kiềm nhẹ, không tan trong nước nhưng hòa tan được trong dung dịch

axit hữu cơ loãng như axit axetic, axit fomic, axit lactic tạo thành dung dịch keo nhớt

loãng

Giống như cellulose, chitosan là chất xơ, nhưng không giống chất xơ thực vật có khả

năng tạo màng, có các tính chất của cấu trúc quang học Chitosan có khả ăng tích điện

dương do đó nó có khả năng kết hợp với những chất tích điện âm như chất béo, lipid và

acid mật

Chitosan là chất có độ nhớt cao Độ nhớt của chitosan phụ thuộc vào nhiều yếu tố như

mức độ deacetyl hóa, khối lượng nguyên tử, nồng độ dung dịch, độ mạnh của lực ion, pH

và nhiệt độ

Tỷ trọng của chitin từ tôm và cua thường là 0.06 và 0.17 g/ml, điều này cho thấy chitin

từ tôm xốp hơn từ cua, từ nhuyễn thể xốp hơn từ cua 2.6 lần Tỷ trọng của chitin và

chitosan từ giáp xác rất cao (0.39 g/cm3) nó phụ thuộc vào phương pháp chế biến ngoài

ra mức độ deacetyl hóa cũng làm tăng tỷ trọng của chúng

1.3.2 Tính chất sinh học

Chitosan không độc, dùng an toàn cho người, chúng có tính hòa hợp sinh học cao với cơ

thể, có khả năng tự phân hủy sinh học Nó là chất mang lý tưởng trong hệ thống vận tải

thuốc, không những sử dụng cho đường ống, tiêm tĩnh mạch, tiêm bắp, tiêm dưới da, mà

còn sử dụng an toàn trong ghép mô

Chitosan có nhiều tác dụng sinh học đa dạng như: tính kháng nấm, tính kháng khuẩn với

nhiều chủng loại khác nhau, kích thích sự phát triển tăng sinh của tế bào cầm máu, chống

sưng u

Ngoài ra Chitosan có tác dụng làm giảm cholesterol và lipid trong máu, hạ huyết áp, điều

trị thận mãn tính

Với khả năng thúc đẩy hoạt động của các peptit-insulin, kích thích việc ra insulin ở tuyến

tụy nên nó được dùng để điều trị bệnh tiểu đường

1.3.3 Tính chất hóa học

Trong phân tử chitin/chitosan có chứa các nhóm chức –OH, -NHCOCH3 trong các mắt

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 hóa học có

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

O-, N-

Mặt khác chitin/chitosan là những polime mà các monome được nối với nhau bởi các liên

kết β-(1-4)-glicozit, các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các chất hóa học như: axit, bazơ,

tác nhân oxy-hóa và các enzyme thủy phân

Chitin ổn định với các chất oxy hóa mạnh như thuốc tím, nước oxy già , nước Giaven

nhờ những tính chất này mà người ta sử dụng các chất oxy hóa để khử màu cho chitin

Khi đun nóng trong dung dịch NaOH đậm đặc (40-50%) ở nhiệt độ cao thì chitin sẽ bị

mất gốc axetyl tạo thành chitosan:

Khi đun nóng trong axit HCl đậm đặc, ở nhiệt độ cao thì chitin sẽ bị cắt mạch thu được

glucosamin

Phản ứng este hóa:

Chitin tác dụng với HNO3 đậm đặc cho sản phẩm chitin nitrat

Chitin tác dụng với anhidrit sunfunric trong piridin,dioxan và N,N-dimetylanilin cho sản

phẩm chitin sunfonat

Chitosan phản ứng với axit đậm đặc tạo muối khó tan,tác dụng với iot trong môi trường

H2SO4 cho phản ứng lên màu tím.Chitosan tham gia phản ứng dễ dàng hơn so với chitin

1.3.4 Khả năng tạo màng

Chitosan có khả năng tạo màng sử dụng trong bảo quản thực phẩm nhằm hạn chế cáctác

nhân gây bệnh trong các sản phẩm đóng gói khi áp suất thay đổi của thịt, cá tươi hay đã

qua chế biến

Khi dùng màng Chitosan, dễ dàng điều chỉnh độ ẩm, độ thoáng không khí cho thực

phẩm Nếu dùng bao gói bằng PE thì mức cung cắp oy bị hạn chế, nước sẽ bị ngưng đọng

tạo môi trường cho nấm phát triển

Màng Chitosan khá dai, khó xé rách, có độ bền tương đương với một số chất dẻo dùng

bao gói thực phẩm

Màng Chitosan làm chậm lại quá trình bị thâm của rau quả Rau quả sau khi thu hoạch sẽ

bị thâm dần dần làm giảm chất lượng và giá trị Rau quả bị thâm là do quá trình lên men

tạo các sản phẩm polyme hóa của oquinon Nhờ bao gói bằng Chitosan mà ức chế được

hoạt tính oy hóa của polyphenol, thành phần của anthocyanin, flavonoid và tổng hợp các

hợp chất phenol ít biến đổi, ưiux cho rau quả tươi lâu hơn Táo có phủ màng Chitosan có

thể giữ tươi trong 6tháng, nó cũng làm chậm quá trình chín chuối hơn 30 ngày, chuối có

màu vàng nhạt khác hẳn với màu thâm như bảo quản thông thường

1.4 Ưu điểm của màng chitosan:

Dễ phân huỷ sinh học

Vỏ tôm phế liệu là nguồn nguyên liệu tự nhiên rất dồi dào, rẻ tiền, có sẵn quanh năm, nên

rất thuận tiện cho việc cung cấp chitin và chitosan

Tận dụng phế thải trong chế biến thủy sản để bảo quản thực phẩm ở nước ta Thành công

này còn góp phần rất lớn trong việc giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường do các chất

thải từ vỏ tôm gây ra

1.5 Ứng dụng của chitin và chitosan

1.5.1 Ứng dụng chung

Sản phẩm chitin và chitosan đã có nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng trong thực tế

Chitin có ứng dụng làm da nhân tạo và là nguyên liệu trung gian cho các chất quan trọng

như chitosan, glucosamin và các chất có giá trị khác Chitosan có nhiều ứng dụng trong

các ngành công nghiệp, nông nghiệp, y dược và bảo vệ môi trường như: sản xuất

glucosamin, chỉ khâu phẫu thuật, thuốc kem, vải, sơn, chất bảo vệ hoa quả, bảo vệ môi

Màng công nghiệp ăn được Hạn chế di chuyển ẩm giữa thực phẩm và

môi trường xung quanh

Ngăn chặn sự thất thoát của các tác nhân chống vi sinh vật

Hạn chế thất thoát chất chống oxy hóa

Hạn chế mất mát chất dinh dưỡng và mùi

Giảm áp suất riêng phần của oxy

Kiềm chế hoạt động của enzyme hóa nâu

Tác nhân tạo đông và ổn định.

Chất lượng inh dưỡng Chất xơ cho ăn kiêng

Tác dụng giảm cholesterol

Giảm hấp thu lipid

Tạo vách protein

Tác nhân chống viêm dạ dày

Thu hồi nguyên liệu rắn từ phế thải của

Công nghệ in, phim ảnh

Phụ gia trong sản xuất giấy cao cấp

Y học: phụ gia bào chế dược phẩm, bao bì

sơ cấp, vật liệu y sinh,

(Nguồn: shaha et aL, 1999)

Trong thực tế người ta đã dùng màng chitosan để đựng và bảo quản các loại rau quả như

đào, dưa chuột, đậu, quả kiwi v.v

CHƯƠNG 2: MÀNG BAO CHITOSAN

2.1 Đặc điểm của màng bao chitosan

Là một lớp màng mờ bao bọc bên ngoài rau quả

Được tạo thành bằng cách nhúng rau quả vào dung dịch chitosan pha sẵn với nồng độ xác

định

Màng bao chitosan có thể dùng để bảo quản các loại rau quả đông lạnh, các sản phẩm

fresh-cut,