TỔNG QUAN
Tổng quan về hành tây
Hành tây là một cây trồng lâu đời và phổ biến không chỉ ở Việt Nam mà còn cả trên thế giới Theo Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ, Ủy ban Hữu cơ Quốc gia (USDA Plants Database), hệ thống phân cấp chi loài của hành tây như sau [1]:
Loài: Allium cepa L – hành tây
Tên tiếng Anh: Yellow Onion
Tên tiếng Việt: Hành tây vàng Theo bài báo tổng quan về hành tây của Mariangelanăm 2018,loài Allium cepa L hay được gọi là hành tây, từ lâu đã được coi là một thành viên của họ Liliaceae Tuy nhiên, theo các sơ đồ phân loại gần đây thì chi Allium thuộc họ Amaryllidaceae, phân họ
Allioideae Chi này là một trong những chi một lá mầm lớn nhất vì nó bao gồm đến khoảng 850 loài khác nhau [1]
Hình 1.1 Hành tây - Allium cepa L
Theo Trung tâm Dữ liệu Thực vật Việt Nam (Vietnam Plant Data Center), hành tây (Allium cepa L.) là loài cây thân thảo sống lâu năm, có mùi đặc trưng, rễ hình sợi, ít tốn công chăm sóc nhưng có năng suất và hiệu quả kinh tế cao
Hình 1.2 Các phần của củ hành tây
Hành tây (Allium cepa L.) là một loài cây lưỡng niên với nhiều rễ phụ và rễ vòi, lá hình bầu dục được sắp xếp ở hai bên đối xứng, đồng tâm Cây lưỡng niên là loài cây tăng trưởng mạnh vào mùa xuân tạo bộ phận dinh dưỡng, giảm tăng trưởng vào mùa hè, tái lập tăng trưởng ở mùa thu để tạo chất dự trữ ở thân, rễ, củ và ngừng tăng trưởng vào mùa đông
Phần gốc lá bên ngoài khô đi, trở nên mỏng dần và có nhiều màu sắc khác nhau, tạo thành lớp vỏ bảo vệ, trong khi phần gốc lá bên trong dày lên thì phát triển thành phần củ Phần vỏ này thường có màu nâu nhạt đối với hành tây vàng, màu tím đậm đối với hành tím Thân chính nằm ở dưới, củ trưởng thành có thể có hình cầu hoặc có thể là tròn hơi dẹp hình bầu dục hoặc bầu dục dài, kích thước củ thay đổi tùy vào giống cây trồng thường có màu vàng, màu tím hoặc là màu trắng, đường kính củ khoảng 4 – 5cm, có lớp vỏ mỏng bao ở ngoài, củ có mùi đặc trưng Lá dài, ngắn hơn cán hoa, hình trụ, nhọn, rỗng ở giữa [1]
Quá trình hình thành và chín của củ hành tây diễn ra nhanh và sớm trong điều kiện ngày dài và ánh sáng mạnh Cây thường cao khoảng 15 đến 45 cm, có lá mọc xen kẽ thành hình rẽ quạt Hành tây được thu hoạch vào mùa thu, lúc này lá rụng đi và các vảy ngoài của hành tây trở nên khô, giòn và chuyển sang màu vàng sậm [1]
Nếu để lại củ hành tây trong đất qua mùa đông, chu kỳ phát triển của cây sẽ bắt đầu trở lại vào mùa xuân Thân cây sẽ mọc ra, xuất hiện lá mới, cụm hoa (dạng hình cầu với những bông hoa nhỏ màu trắng)
Các giống hành trồng ở nước ta chủ yếu là giống lai, hoặc hạt hành tây được nhập từ Pháp, Nhật, Mỹ và được trồng nhiều ở các tỉnh Ninh Thuận, Lâm Đồng, Vĩnh Phúc, Đà Lạt, Hải Dương,…
Theo số liệu thống kê của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc (FAO) năm 2016, nước sản xuất hành tây đứng đầu là Trung Quốc (23.849.053 tấn), sau đó là Ấn Độ (19.415.425 tấn), tiếp theo là Ai Cập và Mỹ (khoảng 3.000.000 tấn), Iran, Thổ Nhĩ Kỳ, Liên bang Nga, Pakistan, Bangladesh và Brazil (từ 2.345.768 đến 1.657.441 tấn) Hành được sản xuất ở các nước châu Âu chiếm 10,9% sản lượng thế giới, châu Á (65,5%) [1]
Còn ở nước ta, trên cơ sở số liệu thống kê được của Tổng cục Thống kê công bố tỉnh Hải Dương năm 2019, sản lượng gieo trồng của một số cây trồng chủ lực của tỉnh như lúa có diện tích lúa đạt 114.887 ha, chiếm 73,8% tổng diện tích gieo trồng; giảm 1,3% so với năm 2018; diện tích ngô 3.589 ha, chiếm 2,3%, giảm 7,5%; hành tây 5.758 ha, chiếm 3,7%, tăng 11,7% so với năm 2018 Năm 2019, năng suất của hầu hết cây rau đều thấp hơn so với năm 2018, chủ yếu là giảm ở vụ Đông xuân như: cà rốt (giảm 19,03 tạ/ha), hành củ tươi (giảm 9,4 tạ/ha), mía (giảm 3,85 tạ/ha), củ đậu (giảm 34,39 tạ/ha) [2] Hành tây cũng là một loại củ có tiềm năng phát triển trong tương lai, đem lại giá trị xuất khẩu cho Việt Nam Theo Bản tin Thị trường Sản phẩm nông nghiệp của Ban Chỉ đạo
Bộ Công thương năm 2021, Anh là một thị trường nhập khẩu rau quả lớn trên thế giới. Đối với trái cây, Anh ở vị trí thứ sáu sau Mỹ, Đức, Nga, Trung Quốc và Hà Lan Nước Anh nhập khẩu chủ yếu cà chua (khoảng 400.000 tấn) và hành tây (từ 300.000 đến 400.000 tấn) Tác động của Brexit đầu năm 2021 đã khiến Anh giảm nhập khẩu hàng rau quả từ Liên minh châu Âu (EU), thay vào đó, đẩy mạnh nhập khẩu hàng rau quả từ các thị trường ngoài EU Cũng theo bản báo cáo này, tỷ trọng hàng Việt Nam trên tổng nhập khẩu của Anh ở mặt hàng rau và trái cây trong 07 tháng năm 2021 là 0,650% Rau – củ – quả hiện là nhóm hàng nông sản có lợi thế sản xuất tại Việt Nam, trong khi tỷ trọng nhóm hàng này của Việt Nam tại Anh vẫn còn thấp Trong bối cảnh Hiệp định thương mại tự do Việt Nam – Anh đã được ký kết và có hiệu lực từ ngày 21/5/2021, nước ta vẫn có cơ hội mở rộng thị phần hàng hóa tại Anh [2]
Trong bối cảnh nhu cầu sử dụng hành tây tăng sẽ kèm theo đó là một lượng phế phẩm từ loại củ này, trong đó chủ yếu là phần vỏ Tại làng Thuận Quang ở xã Dương Xá, huyện Gia Lâm, Hà Nội – là một làng nghề chuyên sản xuất và cung cấp hành phi cho toàn thủ đô, mỗi chủ cơ sở sản xuất hành phi ở đây cho biết, khi sản xuất thì sẽ sử dụng máy bóc hành để bóc lớp vỏ khô từ củ hành tươi Ước tính, cứ khoảng 5kg hành tây được lột vỏ bằng máy thì sẽ cho tỷ lệ sạch vỏ lên đến 80 – 85% Như vậy, lượng vỏ phát sinh sau khi xử lý sơ bộ trước khi đến giai đoạn tiếp theo để chế biến thành hành phi là một con số đáng kể Theo chủ các cơ sở, hầu hết các lượng vỏ phế phẩm được đem ra đồng ruộng, phần khác đem ra thùng rác đổ cùng rác thải làm bốc mùi nồng nặc, ảnh hưởng đến sức khỏe người dân xung quanh khu vực Vì vậy, cần có hướng xử lý hoặc tái sử dụng lượng phế phẩm này, qua đó ngăn chặn được vấn đề ô nhiễm môi trường trong tương lai [2]
Hành tây chứa lượng lớn flavonoid ở lớp vỏ khô ngoài cùng, giảm dần từ bên ngoài vào bên trong trên cả trọng lượng tươi và khô [3, 4, 5] Tùy thuộc vào các điều kiện sinh trưởng khác nhau như đất, khí hậu, ánh sáng, giống cây, dinh dưỡng, thời gian thu hoạch, điều kiện bảo quản… mà lượng flavonoid thay đổi nhiều hay ít Các hợp chất flavonoid chính được tìm thấy trong vỏ hành tây có thể kể đến gồm quercetin aglycone (quercetin tự do không có liên kết với phân tử đường), quercetin-3,4’-O-diglucoside, quercetin-4’- O-monoglucoside, isorhamnetin (methylether của quercetin), isorhamnetin monoglucoside, rutin và kaempferol [7] Quercetin diglucoside và monoglucoside chiếm tới 90% tổng lượng flavonol được tìm thấy trong vỏ hành tây [8] Quercetin aglycone tồn tại rất ít hoặc không có trong phần thịt hành nhưng vỏ hành lại chứa một lượng đáng kể [9]
Quercetin: R1= H, R2= OH Kaempferol: R1= R2= H Myricetin: R1=R2= OH
Hình 1.4 Công thức cấu tạo của flavonol
Quercetin là chất phổ biến nhất trong các chất thuộc nhóm flavonol và cũng là hoạt chất chứa nhiều nhất trong vỏ hành tây Quercetin có công thức hóa học là C15H10O7, danh pháp theo IUPAC là 2-(3,4-dihydroxyphenyl)-3,5,7-trihydroxychromen-4-on Do có chứa nhiều nhóm –OH phenol nên các flavonol này có thể liên kết với nhau hoặc liên kết với các phân tử đường (dạng glycoside) tạo nên các hợp chất khác và phức tạp hơn Quercetin có khả năng kháng oxy hóa do gốc tự do gây ra, kháng khuẩn, chống lão hóa, bảo vệ gan, chống ung thư, làm giảm nguy cơ mắc bệnh Alzheimer [7, 8, 10] Đây là một hoạt chất tốt giúp cải thiện sức khỏe của con người
Ngoài ra, trong vỏ hành tây còn chứa một lượng nhỏ các thiosulfinate tạo mùi hăng cay, mùi hôi đặc trưng riêng Các chất được tìm thấy chủ yếu là (S)-alk(en)yl-substituted cysteine sulphoxides và γ-glutamyl peptide có hàm lượng tăng dần từ lớp vỏ vào phần thịt củ hành tây [7, 10, 11]
Hình 1.5 Công thức hóa học của γ-Glutamyl-S-methyl-L-cysteine
Tổng quan về Chitosan
Tên gọi khoa học: Poly(1,4)-2-amino-2-deoxy-β-D-glucose hoặc poly(1,4)-2-amino-2- deoxy-β-D-glucopyranose Ngoài ra, chitosan còn có tên gọi là 2-amino-2-deoxyl-β-D- glucosamine
Công thức phân tử của chitosan: [C6H11O4N]n
Chitosan có thể được coi là một vật liệu đầy hứa hẹn không chỉ do tính chất vật lý (cấu trúc phân tử, không độc hại, phân hủy sinh học,…) hay có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực (công nghệ sinh học, y học, màng, mỹ phẩm, công nghiệp thực phẩm, ), mà còn cả khả năng hấp phụ Từ sau công trình nghiên cứu cơ bản của Muzzarelli vào năm 1969 mô tả quá trình tổng hợp và đánh giá khả năng hấp phụ của chitosan để loại bỏ các ion kim loại khỏi chất hữu cơ và nước biển, nhiều bài báo sau đó cũng đã công bố về việc sử dụng chitosan làm chất hấp phụ trong việc khử các chất ô nhiễm khác có nguồn gốc từ hữu cơ (thuốc nhuộm, thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu,…) hoặc các chất vô cơ (kim loại, ion,…) có trong nước thải [18]
Chitin là thành phần tạo nên lớp vỏ của một số loài giáp xác như: tôm, cua, Ở các loại động vật giáp xác hoặc cụ thể hơn là động vật có vỏ, chitin được tìm thấy như một thành phần của một mạng lưới phức tạp với các protein mà trên đó canxi cacbonat lắng đọng để tạo thành lớp vỏ cứng
Chitosan là một polysaccharide mạch hở tạo ra từ chitin.Chitosan thu được bằng cách khử (một phần) chitin trong môi trường kiềm (NaOH đặc) hoặc bằng cách thủy phân bằng enzym với sự có mặt của deacetylase chitin [7]
Hình 1.7 Phương trình phản ứng deacetyl hóa chitin cho ra sản phẩm chitosan
Chitosan và các dẫn xuất của nó được coi là chất thúc đẩy hoạt động sinh học đa dạng, bao gồm tác dụng như chống oxy hóa, hạ huyết áp, chống viêm, chống đông máu, kháng u, kháng khuẩn, hạ cholesterol máu và chống đái tháo đường [19]
Chitosan còn là một polyme tự nhiên có thể phân hủy sinh học, có thể ăn được và tương thích sinh học, chitosan đã nhận được rất nhiều sự chú ý với nhiều ứng dụng trong nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và các quy trình công nghệ sinh học [20]
Chitosan là dẫn xuất deacetyl hóa của chitin, trong đó nhóm (-NH2)thay thế cho nhóm (-COCH3) Chitosan được cấu tạo từ các mắt xích D-glucosamine (đơn vị đã deacetyl hóa) và N-acetyl-D-glucosamine (đơn vị chứa nhóm acetyl), liên kết với nhau bởi các liên kết β-(14)-glycoside
Trọng lượng phân tử của polyme tự nhiên này nằm trong khoảng từ 10.000 đến 1.000.000 Dalton (Da) tùy thuộc vào quá trình chế biến và loại sản phẩm Trọng lượng phân tử khác nhau dẫn đến các đặc tính và việc ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp cũng khác nhau Không có tiêu chuẩn cụ thể để xác định trọng lượng phân tử, nhưng người ta chấp nhận rằng chitosan trọng lượng phân tử 150kDa [21]
Cấu trúc phân tử của chitosan có một nhóm amine (nằm ở vị trí C2) và 2 nhóm hydroxyl (ở vị trí C3 và C6), tạo thành liên kết hydro giữa các phân tử quyết định độ ổn định của polyme Trong khi đó, chitin chỉ mang một loại nhóm chức hoạt động đó là nhóm (-OH), còn nhóm (-NHCOCH3) có hoạt tính thấp hơn Do vậy, chitosan có thể dễ dàng biến đổi về mặt hóa học thông qua các nhóm amino (-NH2) và hydroxyl (-OH) [19]
Hình 1.8 Cấu trúc phân tử của chitosan
Hình 1.9 Cấu trúc phân tử của chitin
Theo bài báo của Rinaudo (2006), chitosan thể rắn là một polyme bán tinh thể có màu trắng hoặc hơi vàng, không mùi, không vị, có thể xay nhỏ theo các kích thước khác nhau [7]
Chitosan không hòa tan trong nước, trong dung dịch kiềm và dung môi hữu cơ Tuy nhiên, chitosan hòa tan trong dung dịch axit loãng dưới pH 6,3 Các acid vô cơ loãng như acetic acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, carbonic acid, nitric acid và perchloric acid là những dung môi thường dùng để hòa tan chitosan Một trường hợp ngoại lệ là sulfuric acid tạo thành chitosan sulfate không tan Chitosan tạo thành muối hòa tan trong nhiều acid hữu cơ như acetic acid, lactic acid, formic acid [22]
Chitosan được xem là chất hấp phụ kim loại, có khả năng tạo phức tốt Các nhóm -NH2 trên chuỗi polymer tham gia vào các tương tác cụ thể với kim loại và các kim loại chuyển tiếp như Hg 2+ , Cd 2+ , Zn 2+ , Cu 2+ , … tùy thuộc vào nhóm chức trên mạch polymer mà các phức tạo thành có thành phần và cấu trúc khác nhau [7]
Thông số quan trọng để xác định đặc tính của chitosan là độ deacetyl hóa ảnh hưởng đến các đặc tính và ứng dụng của nó Độ deacetyl hóa là thông số thể hiện tỷ lệ đơn vị D- glucosamine trên tổng số đơn vị (N-acetyl-D-glucosamine và D-glucosamine) Đối với một số nhà nghiên cứu, độ deacetyl hóa chitin đạt khoảng 50% được coi là chitosan, thông thường, thông số deacetyl hóa của chitosan thương mại nằm trong khoảng 60% – 98% [20]
Chitosan có độ nhớt cao Độ nhớt của nó phụ thuộc nhiều yếu tố như: trọng lượng phân tử, độ deacetyl hóa, nồng độ dung dịch, pH, nhiệt độ…
Trong phân tử chitin/chitosan chứa các nhóm chức -OH, -NHCOCH3 trong các mắt xích N-acetyl-D-glucosamine và nhóm -OH, nhóm -NH2 trong các mắt xích D-glucosamine, nghĩa là chúng vừa là ancol vừa là amine, vừa là amide Phản ứng hoá 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- % [20]
Theo Anraku và cộng sự (2008) đã nghiên cứu khả năng của chitosan 2.800 Da trong việc bảo vệ albumin huyết thanh người khỏi việc bị oxy hóa bởi các gốc peroxyl Các nhà nghiên cứu nhận thấy chitosan có hiệu quả tương đương với vitamin C trong việc ngăn chặn sự hình thành các nhóm carbonyl và hydroperoxide khi albumin huyết thanh tiếp xúc với các gốc peroxyl Ngoài ra, chitosan có thể hoạt động như một chất ức chế mạnh đối với những thay đổi cấu trúc của albumin huyết thanh Kết quả cho thấy rằng việc sử dụng chitosan trọng lượng phân tử thấp có thể ức chế hoạt hóa bạch cầu trung tính và oxy hóa albumin huyết thanh, làm giảm hiện tượng stress oxy hóa [23]
Trong công trình của Tomida và cộng sự (2009), chitosan có trọng lượng phân tử thấp (