Màng Protein ăn được đặc tính và cải thiện tính chất của màng

Các màng protein ăn được đã nhận được sự quan tâm chú ý trong những năm gần đây bởi vì những lợi thế của chúng, bao gồm sử dụng chúng để làm v ật liệu bao gói có thể ăn được, qua việc tổng hợp các màng. Ngoài ra, màng protein ăn đư ợc cũng có thể được sử dụng để đóng gói riêng lẻ của các phần nhỏ trong thực phẩm, đặc biệt là những sản phẩm hiện chưa được đóng gói riêng lẽ do những lý do thực tiễn, chẳng hạn như đậu, các loại hạt và hạt điều. Ngoài ra, màng protein ăn đư ợc có thể được ứng dụng trong thực phẩm không đồng nhất tại các mặt phân giới giữa các lớp khác nhau trong thành phần. Chúng có thể được thiết kế để ngăn sự giảm độ ẩm trong thành phần và biến đổi chất tan trong th ực phẩm như pizza, bánh và kẹo. Hơn nữa, màng protein ăn được có chức năng như các chất mang cho những chất kháng khuẩn và chống oxy hóa.

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ KHOA CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ  Tiểu luận: MÀNG PROTEIN ĂN ĐƯỢC ĐẶC TÍNH VÀ CẢI THIỆN TÍNH CHẤT CỦA MÀNG Học viên : Nguyễn Quốc Khánh Lớp : Cao học CNTP K20 Môn : Khai thác và sản xuất các sản phẩm từ protein Huế, 3/2015 2 MÀNG PROTEIN ĂN ĐƯỢC: ĐẶC TÍNH VÀ CẢI THIỆN TÍNH CHẤT CỦA MÀNG Thawien Wittaya 1 [1] Prince of Songkla University, Department of Material Product Technology,, Thailand (http://www.intechopen.com/books/structure-and-function-of-food-engineering/protein-based- edible-films-characteristics-and-improvement-of-properties#SEC3) 1. Giới thiệu Các màng protein ăn được đã nhận được sự quan tâm chú ý trong những năm gần đây bởi vì những lợi thế của chúng, bao gồm sử dụng chúng để làm vật liệu bao gói có thể ăn được, qua việc tổng hợp các màng. Ngoài ra, màng protein ăn được cũng có thể được sử dụng để đóng gói riêng lẻ của các phần nhỏ trong thực phẩm, đặc biệt là những sản phẩm hiện chưa được đóng gói riêng lẽ do những lý do thực tiễn, chẳng hạn như đậu, các loại hạt và hạt điều. Ngoài ra, màng protein ăn được có thể được ứng dụng trong thực phẩm không đồng nhất tại các mặt phân giới giữa các lớp khác nhau trong thành phần. Chúng có thể được thiết kế để ngăn sự giảm độ ẩm trong thành phần và biến đổi chất tan trong thực phẩm như pizza, bánh và kẹo. Hơn nữa, màng protein ăn được có chức năng như các chất mang cho những chất kháng khuẩn và chống oxy hóa. Thông qua một ứng dụng tương tự chúng cũng có thể được sử dụng ở bề mặt của thực phẩm để kiểm soát mức độ khuếch tán của các chất bảo quản từ bề mặt ngoài vào bên trong của thực phẩm.Một ứng dụng khả thi cho màng protein ăn được có thể sử dụng trong vật liệu đóng gói thực phẩm nhiều lớp cùng với màng không ăn được. Trong trường hợp này, màng protein ăn được sẽ là lớp bên trong tiếp xúc trực tiếp với nguyên liệu thực phẩm. Thông qua những chức năng liên quan đến tính cơ học và tính chống thấm, màng protein ăn được này có thể thay thế cho màng polymer tổng hợp. Trong trạng thái tự nhiên, protein thường tồn tại trong 2 loại protein dạng sợi và protein dạng cầu. Loại thứ nhất là không tan trong nước và đóng vai trò là các nguyên liệu cấu trúc chính của các mô động vật. Dạng protein hình cầu tan trong nước hoặc dung dịch của acid, bazo hoặc muối và có chức năng rộng rãi trong hệ thống đời sống. Protein dạng sợi mở rộng hoàn toàn và liên kết chặt chẽ với nhau trong cấu trúc song song, thường thông qua liên kết hydro, để tạo thành sợi. Protein dạng cầu gập lại thành cấu trúc hình cầu phức tạp được liên kết với nhau bằng một liên kết hydro, liên kết ion, 3 kỵ nước và liên kết cộng hóa trị (disulfide). Những tính chất hóa học và vật lý của những protein phụ thuộc vào giá trị tương đối của thành phần acid amin và vị trí của nó dọc theo chuỗi polymer protein. Đối với các protein dạng sợi thì collagen được quan tâm nhiều trong việc sản xuất màng ăn được. Một số protein hình cầu, bao gồm gluten lúa mỳ, zein ngô, protein đậu nành, protein váng sữa và protein đậu ván, đã được nghiên cứu về tính chất tạo màng của chúng. Màng protein ăn được thường được tạo thành từ các dung dịch hoặc chất phân tán của protein khi bay hơi dung môi hoặc chất mang. Các dung môi hoặc chất mang thường bị hạn chế bởi nước, ethanol hoặc hỗn hợp ethanol và nước. Thông thường, protein phải được biến tính bởi nhiệt, acid, bazo, và/hoặc các dung môi nhằm tạo thành những cấu trúc dãn dài hơn để cho sự hình thành của màng. Sauk hi dãn ra, các chuỗi protein kết hợp thông qua liên kết hydro, ion, kỵ nước và cộng hóa trị. Mối tương tác của hai chuỗi cái mà tạo ra màng kết dính bị ảnh hưởng bởi mức độ dãn chuỗi và bản chất và trình tự các acid amin. Sự phân bố đồng đều của các nhóm phân cực, kỵ nước và/hoặc nhóm thiol dọc theo chuỗi polymer protein làm tang khả năng của những tương tác tương ứng. Kết quả việc thúc đẩy sự tương tác giữa hai chuỗi polymer trong màng là mạnh mẽ hơn nhưng giảm độ linh hoạt và chống thấm khí, hơi nước và chất lỏng. Polymer chứa các nhóm mà có thể kết hợp bằng các liên kết hydro và ion trong màng đó là chất chống thấm oxy tuyệt vời nhưng dễ bị ẩm. Như vậy, màng protein được xem là chất chống thấm oxy tốt tại độ ẩm tương đối thấp. Những polymer có chứa một ưu thế của các nhóm kỵ nước là những chất chống thấm oxy yếu nhưng lại là chống thấm độ ẩm tuyện với. Tuy nhiên, thực tế các protein không hoàn toàn kỵ nước và chứa chủ yếu hydrophilic acid amin làm hạn chế tính chống thấm của độ ẩm của nó. Việc tạo thành của màng protein ăn được với độ thấm hơi nước thấp đòi hỏi bổ sung thêm các thành phần kỵ nước. Điều này tương tự đối với các polymer tổng hợp. Tại đây nhưng polymer chống thấm oxy có tính nhạy cảm với độ ẩm phải kết hợp với một polymer kỵ nước khác hoặc kẹp giữa các lớp của polymer kỵ nước để hạn chế khả năng của nước tránh làm giảm tính chất chống thấm. Bởi vì tính chống hơi nước thấp của màng protein ăn được và chống lực cơ học thấp hơn so với polymer tổng hợp nên ứng dụng của chúng bị hạn chế ở trong đóng gói thực phẩm. Những cải tiến về tính chất của màng protein ăn được đã được nghiên cứu để tìm kiếm các ứng dụng phù hợp. Ở chương này cung cấp thông tin chi tiết của màng protein ăn được và những tính chất của chúng, sản xuất màng protein ăn được, những phương pháp sử dụng để tạo ra màng protein ăn được, sự cải thiện tính chất của màng và những ứng dụng tiềm năng của chúng. 4 2. Những loại màng protein ăn được 2.1 Màng Collagen Collagen là cấu trúc protein chính của các liên kết mô như xương, gân sụn và dây chằng. Chúng chiếm khoảng một phần ba của tổng số protein trong cơ thể động vật có vú. Có nhiều loại collagen khác nhau. Mỗi loại đều có trình tự acid amin của riêng nó, nhưng tất cả đều chứa một lượng đáng kể của cấu trúc xoắn ba. Bời vì đặc tính sinh học của nó và lợi ích của nó, Collagen loai I được sử dụng một cách rộng rãi như một vật liệu sinh học. Nó được sử dụng trong một loạt các hình thái vật chất như bọt biển, màng và vỏ mỏng (Sisken và cộng sự., 1993). Collagen có những đặc điểm như một vật liệu sinh học cái mà để phân biệt với những polymer tổng hợp. Collagen được sử dụng để tạo ra những màng protein ăn được thương mại hóa thành công nhất. Màng collagen có một số lợi thế: nó tương thích sinh học và không độc cho hầu hết các mô; nó đủ tài liệu kết cấu, vật lý, hóa học và các đặc tính miễn dịch; nó có thể được chế biến thành nhiều hình thức; và nó dễ được chiết suất và tinh chế với số lượng lớn. Việc sản xuất màng collagen từ da động vật có thể được thực hiện bằng cách sử dụng một quá trình khô hoặc ướt với một số điểm tương đồng. Chúng bao gồm: (a) xử lý kiềm để loại lông và thu lại collagen từ carbonhydrate và những protein khác; (b) trương nở acid và đồng nhất để tạo thành khoảng 4,5% gel ẩm (quá trình ướt) hoặc khoảng 10% bột gel ẩm (quá trình khô); (c) đùn thành một ống; và (d) trung hòa ống ép đùn, rửa ống của muối, xử lý ống bằng chất làm dẻo và các mối liên kết chéo và sấy khô đến độ ẩm từ 12-14% (thứ tự phụ thuộc vào quá trình làm ướt hay khô được sử dụng) (Hood, 1988). 2.2 Màng gelatin Gelatin là duy nhất trong số những hydrocolloid trong việc hình thành một chất nhiệt thuận nghịch với nhiệt độ nóng chảy gần với nhiệt độ cơ thể, điều đó đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng ăn được và dược phẩm. Về cơ bản, gelatin thu được bằng cách kiểm soát quá trình thủy phân từ xơ không hòa tan protein, collagen, và được tìm thấy rộng rãi trong tự nhiên như các thành phần chính của da, xương và mô liên kết. Gelatin bao gồm một chuỗi duy nhất của các acid amin. Các tính chất đặc trưng của geatin là hàm lượng các acid amin glycine, proline và hydroxyproline. Gelatin cũng có một hỗn hợp của các chuỗi đơn và đôi không gập của một chất ưa nước (Ross- Murphy, 1992). Vào khoảng nhiệt độ 40 0 C, dung dịch gelain ờ trạng thái keo lỏng và hình thành kết cấu gel chịu nhiệt thuận nghịch khi được làm mát. Trong quá trình đặc 5 lại, các chuỗi trải qua một quá trình chuyển đổi rối loạn trật tự về hình dạng và có xu hướng phục hồi cấu trúc collagen xoắn ba (Ross-Murphy, 1992). Gelatin được sử dụng để đóng gói thực phẩm có độ ẩm thấp hoặc các nguyên liệu thực phẩm pha dầu và dược phẩm. Đóng gói có tác dụng bảo vệ chống lại oxy hóa và ánh sang, cũng như xác định số lượng thành phần hoặc liều lượng thuốc.Ngoài ra, màng gelatin được hình thành như là lớp phủ trên các loại thịt để giảm sự xâm nhập của oxy, độ ẩm và mất dầu (Gennadios và các cộng sự, 1994). Ngoài ra, gelatin có thể tạo thành màng rõ ràng và chắc chắn, được sử dụng để đóng gói và các chế phẩm vi nang và các viên nang trong sản xuất thực phẩm và dược phẩm.Màng gelatin có thể được tạo thành từ 20-30% gelatin, 10-30% chất làm dẻo (glycerin hoặc sorbitol) và 40-70% nước tiếp theo là làm khô gel gelatin (Guilbert, 1986). Tuy nhiên, màng gelatin cũng như hầu hết các màng protein khác, không phải là chất chống thấm nước lý tưởng, điều đó làm hạn chế về ứng dụng của nó như màng ăn được và vật liệu sinh học. Tuy nhiên, thay đổi của mạng lưới polymer thông qua liên kết chéo của các chuỗi polymer có thể được áp dụng để cải thiện các chức năng của màng protein. 2.3 Protein zein ngô Zein là protein quan trọng nhất trong ngô. Nó là một protein prolamin và do đó hòa tan trong 70-80% ethanol (Dickey và Parris, 2002). Zein là một loại nguyên liệu tương đối kỵ nước và nhiệt. Bản chất kỵ nước của zein có liên quan đến hàm lượng của các acid amin không phân cực (Shkla và Cheryan, 2001). Về mặt kỹ thuật, các màng được làm từ một loại protein hòa tan trong rượu như zein, có đặc tính chống thấm tương đối cao so với các protein khác. Zein là màng hoàn hảo về tính chất và được sử dung để chế tạo các màng phân hủy sinh học. Màng zein được hình thành thông qua sự phát triển của tương tác kỵ nước, liên kết hydro và hạn chế cầu nối disulfide giữa các chuỗi trong chất nền màng. (Gennadios và các cộng sự, 1994). Màng này giòn và do đó đòi hỏi phải bổ sung các chất làm dẻo để tăng tính linh hoạt. Màng zein chống thấm nước tương đối tốt so với những màng khác(Guilbert, 1986). Vỏ zein cũng có khả năng làm giảm độ ẩm và độ săn chắc và làm chậm sự biến đổi màu sắc ( giảm oxy và carbon dioxide) trong trái cây tươi. Ngoài ra, zein cũng có thể tham gia vào các lớp phủ nhựa bao bì thông thường. Mặc dù, zein không hòa tan trong nước có độ pH trung tính, nó có độ thẩm thấu hơi nước cao hơn so với các polymer tổng hợp điển hình. Tuy nhiên, các đặc tính chống thấm hơi nước có thể được cải thiện bằng cách thêm acid béo hoặc sử dụng một thuốc thử liên kết ngang. Tuy nhiên, khi chất liên kết chéo được sử dụng, tính ăn được của màng cần được xem xét. 6 2.4 Màng gluten lúa mì Gluten lúa mì là một protein không hòa tan của bột mì trong đó bao gồm một hỗn hợp của các phân tử polypeptide, và là protein hình cầu. Sự cố kết và độ đàn hồi của gluten tạo tính toàn vẹn cho bột mì và tạo điều kiện hình thành màng. Gluten lúa mì bao gồm hai nhóm chính của các protein không hòa tan: gliadins, bao gồm protein trọng lượng phân tử thấp; glutenins chứa protein trọng lượng phân tử cao. Gliadins là các protein monomeric duy nhất trong đó các cầu nối disulfide hình thành bên trong chuỗi protein hoặc không, trong khi glutenins tạo polymer phân tử lượng cao được duy trì bởi các liên kết disulfide liên chuỗi. Màng từ glutenins có đặc tính chống thấm mạnh và tốt hơn những màng từ Gliadin hoặc toàn bộ gluten. Màng Gliadin thể hiện tính chất quang học tốt hơn nhưng về khả năng chịu nước lại kém hơn. Các tính chất của những màng này làm cho chúng nhạy cảm với phương pháp xử lý nhiệt, có thể dẫn đến thay đổi tính chất của màng. Ngoài ra, Gliadin dễ hòa tan trong ethanol 70%, Glutenin thì không (Gennadios và Weller, 1990). Mặc dù không hòa tan trong nước tự nhiên, nhưng gluten lúa mì lại hòa tan trong dung dịch nước có pH cao hoặc thấp ở cường độ ion thấp (Krull và Inglett, 1971). Màng gluten lúa mì có thể phân hủy sinh học hoàn toàn sau 36 ngày trong quá trình lên men hiếu khí và trong vòng 50 ngày trong đất nông nghiệp mà không sinh ra các sản phẩm độc hại (Domenek và cộng sự, 2004). Về mặt kỹ thuật, màng gluten lúa mì có thể được hình thành bằng cách làm khô dung dịch trong ethanol. Sự phân tách liên kết disulfide mới trong quá trình làm khô màng sau đó được cho là quan trọng đối với sự hình thành cấu trúc màng gluten lúa mì, cùng với liên kết hydro và liên kết kỵ nước (Gennadios và Weller, 1990). Việc bổ sung các chất làm dẻo như glycerin trong màng gluten là cần thiết để cải thiện tính linh hoạt của màng gluten lúa mì. Tuy nhiên, tăng tính linh hoạt của màng bằng cách làm tăng hàm lượng dẻo có thể làm giảm các đặc tính chống thấm, độ đàn hồi của màng. Ngoài ra, độ tinh khiết của gluten lúa mì cũng ảnh hưởng đến sự tạo thành màng và tính chất cơ học; Gluten tinh khiết cao hơn thì màng được tạo nên có độ bền và chắc chắn hơn. Màng gluten lúa mì là màng chống oxy hiệu quả, nhưng lại chống thấm hơi nước kém. Sư chống thấm hơi nước kém cảu gluten lúa mì là do bản chất ưa nước của protein và số lượng đáng kể các chất là dẻo ưa nước để tạo nên tính linh hoạt cho màng. Các tính chất của màng gluten lúa mì có thể được cải thiện bằng cách sử dụng một tác nhân liên kết ngang như glutaraldehyde, hoặc xử lý nhiệt. 2.5 Màng protein đậu nành 7 Protein đậu nành từ hạt đậu nành đã được sử dụng như là một thành phần trong hầu hết mọi sản phẩm thực phẩm có sẵn cho người tiêu dùng, vì nó có chứa chất dinh dưỡng cao và đặc tính chức năng tuyệt vời. Hàm lượng protein của đậu nành (38 - 44%) cao hơn nhiều so với hàm lượng protein trong hạt ngũ cốc (8 - 15%). Các protein đậu tương phần lớn có trọng lượng phân tử khác nhau, 200 - 600 kDa. Hầu hết các protein đậu nành (90%) là globulin, có thể được phân đoạn thành 2S, 7S, 11s và 15s theo hệ số lắng của chúng. 7S và 11s là phần chính, là khoảng 37% và 31% tổng số protein chiết được và có khả năng trùng hợp (Cho và Rhee, 2004). Protein đậu nành bao gồm cả chuỗi phân cực và không phân cực. Chúng có các tương tác nội và ngoại phân tử mạnh, chẳng hạn như liên kết hydro, các tương tác lưỡng cực, điện tích và kỵ nước. Các tương tác phân cực và điện tích mạnh giữa chuỗi mạch bên của các phân tử protein đậu nành hạn chế luân chuyển phân đoạn và tính di động phân tử, làm tăng độ cứng, điểm hiệu suất và độ bền kéo của màng protein đậu nành (Zhang và cộng sự, 2001). Bởi vì protein đậu nành rất phong phú, không tốn kém, có khả năng tự phân hủy sinh học và dinh dưỡng cao, chúng cho thấy tiềm năng được phát triển như là màng ăn được và phân hủy sinh học. Sự hình thành của màng từ protein đậu nành đã được mô tả như là một quá trình hai bước: (a) dung dịch tạo màng được làm nóng, phá vỡ các cấu trúc protein, liên kết gốc disulfide bị tách ra và các nhóm sulfhydryl và nhóm kỵ nước lộ ra ngoài; (b) sự hình thành của liên kết disulfide, kỵ nước và hydrogen mới. Các protein không gấp cuộn thành cấu trúc thứ cấp này liên kết thông qua tương tác giữa các phân tử, chẳng hạn như cầu disulfide và các tương tác kỵ nước, dẫn đến sự hình thành của một mạng lưới, xảy ra trong quá trình sấy khô. Về mặt kỹ thuật, màng protein ăn được có thể hình thành liên kết tại các vị trí khác nhau và có tiềm năng cao để hình thành một số liên kết. Tuy nhiên, màng protein đậu nành còn có đặc tính chống thấm khí ẩm thấp do tính ưa nước của nó và do số lượng đáng kể các chất làm dẻo ưa nước được sử dụng trong quá trình sản xuất màng. Một phương pháp được sử dụng rộng rãi để làm tăng độ chống thấm hơi nước của màng là bổ sung các hợp chất kỵ nước như chất béo vào cấu trúc màng. Ngoài ra, cách khác để cải thiện các tính chất của màng protein đậu nành là thay đổi các protein thông qua mạng lưới liên kết chéo của các chuỗi protein. Sự hiện diện của các nhóm chức năng phản ứng trong chuỗi bên acid amin của protein làm cho liên kết quá trình ngang có thể nhờ hóa chất, enzyme hay xử lý vật lý. 2.6 Màng casein 8 Protein sữa có thể được phân thành hai loại: casein và protein whey. Casein bao gồm ba thành phần chính, α, ß, và κ-casein, cùng nhau tạo thành các keo micelle trong sữa, có chứa một số lượng lớn các phân tử casein và được ổn định bằng một cầu nối calcium phosphate (Kinsella, 1984). Các phân tử casein có một cấu trúc thứ cấp ít được xác định, thay cho một cấu trúc xoắn ngẫu nhiên mở. Casein, trong đó bao gồm 80% protein sữa, kết tủa khi sữa tách kem được acid hóa đến điểm đẳng điện casein khoảng 4.6 (Dalgleish, 1989). Acid hóa hòa tan các phosphate canxi, do đó giải phóng các phân tử casein riêng lẻ, trong đó kết hợp để tạo thành acid hòa tan casein. Các casein acid có thể được chuyển đổi sang các muối của casein hòa tan bằng cách trung hòa chức năng thông qua việc bổ sung các chất kiềm. Màng protein ăn được dựa trên các muối của casein khác nhau có thể thu được bằng cách hòa tan trong nước theo sau phương pháp đúc và sấy khô. Các muối của màng casein được làm từ dung dịch nước không qua xử lý nhiệt do tính chất cuộn xoắn ngẫu nhiên của chúng. Tương tác trong dung dịch tạo màng có thể bao gồm kỵ nước, ion, và liên kết hydro (Avena-Bustillos và Krochta, 1993). Màng caseinate là trong suốt và linh hoạt, nhưng có đặc tính chống thấm nước kém. Ở điều kiện thử nghiệm so sánh, màng caseinate xuất hiện để có các rào cản độ ẩm tương tự như màng gluten lúa mì và màng protein đậu nành nhưng những rào cản độ ẩm kém hơn so với màng zein ngô. Casein đã được nghiên cứu để hình thành các màng đứng riêng và lớp phủ trên các sản phẩm thực phẩm. Màng mỏng có chứa casein đã bảo vệ trái cây và các loại rau khô khỏi hấp thụ độ ẩm và sự oxy hóa. Lớp phủ nhũ tương caseinate-lipid thành công trong việc làm giảm sự thất thoát độ ẩm từ cà rốt và quả bí đã gọt vỏ (Avena-Bustillos và cộng sự, 1993). 2.7 Màng protein đậu xanh Đậu xanh được biết đến như một thành phần tiềm năng của màng biopolymeric vì hàm lượng protein cao. Các hạt đậu xanh chứa khoảng 25-30% protein. Các protein từ đậu xanh chứa nhiều protein có trọng lượng phân tử (MW) lớn giữa 24 và 55 kDa với một số có ít hơn 24 kDa. Tuy nhiên, có một lượng nhỏ protein có khối lượng phân tử giữa 24 và 14,2 kDa. Các thành phần acid amin của đậu xanh rất giàu các acid amin thiết yếu như leucine, isoleucine, lysine, và phenylalanine và cũng rất giàu amino acid có tính acid như acid glutamic và acid aspartic. Tuy nhiên, acid amin có chứa lưu huỳnh, như methionine và cysteine cũng được phát hiện trong protein đậu xanh (2,75 và 3,62%) (Keereekasetsuk và cộng sự, 2009). Bourtoom (2008) chuẩn bị và phân tích những màng từ protein đậu xanh. Nó đã được tìm thấy các tính chất cơ học (độ bền kéo và độ giãn dài tại điểm gãy) của các màng protein đậu xanh có tính chất cơ học cao và đặc tính chống thấm hơi nước. Chúng tốt hơn so với các nguồn protein khác như casein, protein đậu nành cô lập, gluten lúa mì, protein đậu 9 phộng và protein cá tan trong nước. Tuy nhiên, những màng protein đậu xanh vẫn cho thấy đặc tính chống thấm khí và hơi nước thấp hơn đáng kể so với một số loại polyme tổng hợp (polyethylene mật độ cao, polyvinyl chloride, cellulose acetate và polyester). Khả năng chống thấm của các màng protein đậu xanh protein thấm hơi nước là hạn chế do các đầu ưa nước vốn có của protein. Việc chuyển hơi nước thông qua màng protein cũng được hỗ trợ bởi sự hiện diện của một chất làm dẻo ưa nước, ưa hấp phụ của các phân tử nước. Tuy nhiên, các tính chất của màng protein đậu xanh có thể được cải thiện bằng cách thêm các vật liệu kỵ nước và cũng sử dụng hóa chất và enzyme liên kết chéo. 3. Sự hình thành các màng protein ăn được Các loại màng protein ăn được có thể được hình thành bởi hai phương pháp khác nhau: phương pháp tạo màng bề mặt và các phương pháp lắng. 3.1 Sự tạo thành màng ở bề mặt Màng thu được bằng cách làm nóng kéo dài dung dịch màng và chúng được thu nhận từ bề mặt, để ráo nước và khô. Việc sử dụng phương pháp này đã được mô tả như là một quá trình hai bước liên quan đến sự biến tính nhiệt của các protein tiếp theo là mất nước bề mặt. Dưới tác dụng của nhiệt làm thay đổi cấu trúc ba chiều của protein và các nhóm chức năng hiện hữu; chẳng hạn như CO và NH của liên kết peptid, các nhóm amin mạch bên, các nhóm chất kỵ nước, tham gia vào các nội phân tử liên kết hydro và tương tác tĩnh điện (Wang và Damodaran, 1991). Trong quá trình sấy, các protein mở ra đến được với nhau và trở thành liên kết thông qua tương tác giữa các phân tử (disulfide và tương tác kỵ nước). Điều này dẫn đến sự hình thành một mạng lưới protein để bẫy các thành phần của màng như các chất làm tăng độ dẻo (Gennadios và Weller, 1991). Màng được tạo thành xảy ra trong điều kiện biến tính, điều này được giả định rằng các protein trong màng vẫn còn ở trạng thái biến tính hoàn toàn. Tuy nhiên, hoàn toàn có thể là các protein biến tính sẽ trải qua một phần sự gấp cuộn lại, do đó hồi phục một số cấu trúc thứ cấp trong quá trình tạo màng. Có thể hiểu rằng mức độ refolding như vậy ảnh hưởng đến số lượng các nhóm chức năng có sẵn cho các tương tác giữa các phân tử và do đó sự hình thành và sự ổn định của mạng lưới màng (Subirade và cộng sự, 1998). Wu và Bates (1973) đã nghiên cứu màng từ sữa đậu phộng. Họ báo cáo rằng trong thời gian gia nhiệt sữa đậu phộng, phân tử protein có trọng lượng cao được chia thành các phân tử có trọng lượng thấp hơn. Lần xử lý nhiệt đầu làm phân tách các conarachin và sau đó phân chia arachin để tạo thành các tiểu đơn vị nhỏ của phức hợp không hòa tan ở bề mặt. Ngoài ra, các lực của mặt phân giới có thể bắt đầu hình thành các 10 mạng lưới protein bằng cách bẫy các giọt dầu và nước thoát ra khỏi bề mặt để tạo điều kiện thuận lợi cho sự hình thành của mạng lưới protein (Farnum và cộng sự, 1976.). 3.2 Phương pháp lắng Màng thu được bằng phương pháp này thường được thực hiện bằng cách đúc và làm khô màng trên một bề mặt không dính. Về mặt kỹ thuật, quá trình đúc bao gồm làm khô lớp dung dịch hoặc lớp ở trạng thái gel với độ dày của màng được kiểm soát. Kỹ thuật này rất hữu ích để bắt chước một số quy trình công nghiệp để hình thành màng tinh bột như là trường hợp cho dip-molding. Trong phương pháp này, được sử dụng cho lớp phủ thực phẩm cũng như các ứng dụng không phải thực phẩm, trạng thái gel thường được ưa thích để thiết lập các dung dịch nóng trên bề mặt khi làm mát. Jaynes và Chou (1975) sử dụng phương pháp này để sản xuất màng protein-lipid đậu nành. Họ đã sử dụng phương pháp phân lập protein ở pH tự nhiên 6,6 đúc trên chảo nướng tráng Teflon và sấy khô ở 1000C. Màng được làm từ phương pháp kết tủa thì đồng đều hơn so với phương pháp tạo màng ở bề mặt. Độ dày màng có thể được kiểm soát bởi số lượng tổng chất rắn trong lớp dung dịch không giống như trường hợp phương pháp tạo màng ở bề mặt đã sử dụng. Trong những năm gần đây, hầu hết các nhà nghiên cứu đã sử dụng kỹ thuật kết tủa để sản xuất những màng ăn được. Tuy nhiên, tạo hình vật chất và đúc nhiệt độ có thể thay đổi tùy theo tình trạng và loại bề mặt. Các kỹ thuật lắng đã được sử dụng để làm màng từ protein gluten lúa mì, zein ngô, casein, whey protein phân lập, đậu nành protein phân lập và cô đặc protein gạo. 4. Các yếu tố ảnh hưởng đến màng protein ăn được 4.1 Loại nguyên liệu Các nguyên liệu được sử dụng trong các dung dịch màng được phân loại theo đặc tính hòa tan của chúng, phân thành hai loại, ưa nước và kỵ nước. Vật liệu hút nước như protein đậu nành phân lập, whey protein phân lập, protein cá hòa tan trong nước và protein đậu xanh tan trong nước. Nhóm kỵ nước như zein của ngô, sáp là không tan trong nước nhưng chúng tan trong chất lỏng không phân cực như rượu. Sự khác biệt về đặc tính hòa tan của các nguyên liệu ảnh hưởng đến năng lượng cần thiết để thu được màng protein khô và sử dụng nó trên các loại thực phẩm. Carbohydrate như alginate, carregeenan, pectin, tinh bột, cellulose và các dẫn xuất cellulose cung cấp mạng lưới màng đứng riêng vững chắc, nhưng khả năng chống thấm nước kém vì bản chất ưa nước của nguyên liệu được sử dụng (Kester và Fennema, 1986). Protein cung cấp hàng rào khí tốt nhưng đặc tính chống thấm hơi nước kém. Tuy nhiên, một số màng protein như màng zein bắp hiện khả năng chống nước tốt hơn so với các màng protein khác vì zein có chứa lượng cao các acid amin mạch bên kỵ [...]... xác định được việc sử dụng các chất làm dẻo kỵ nước đã làm giảm nhẹ tính chất này, khi được quan sát trên màng gelatin được chuẩn bị với glycerol và sorbitol 5 Cải thiện màng protein ăn được 5.1 Cải thiện màng protein ăn được bằng phương pháp hóa học Protein được hứa hẹn là màng vật liệu sinh học với những tính chất chống thấm khí Tuy nhiên, những hạn chế chính của màng protein tương tự như các polyme... cũng như đặc tính cơ học khá tốt Tuy nhiên, tính chống thấm hơi nước kém do tính chất ưa nước của chúng (Avena-Bustillos và Krochta, 1993) Nhiều nhà nghiên cứu đã tập trung vào việc cải thiện các tính chất màng protein, 24 đặc biệt là đặc tính chống thấm khí và hơi nước Tuy nhiên, bất chấp những cải tiến trong chất màng protein, tính chất vật lý, nhiệt, và cơ học của chúng vẫn không đạt yêu cầu và những... cơ lý của màng protein cũng tốt hơn so với các màng polysaccharide và chất béo vì protein có cấu trúc độc đáo Về mặt kỹ thuật, các tính chất của màng protein ăn được phụ thuộc vào loại protein, đặc tính hóa học của polyme, điều kiện chế biến và chất phụ gia sử dụng Tuy nhiên, màng protein ăn được vẫn biểu diễn độ bền cơ học cũng như khả năng chống thấm hơi nước kém so với các polyme tổng hợp và điều... methylcellulose, tinh bột và pectin tương ứng 500, 260, 540 và 670 lần (Cuq và cộng sự, 1998) Ngoài ra, các tính chất cơ học của màng ăn được làm từ protein cũng tốt hơn so với các polysaccharide và màng làm từ chất béo Điều này là do các protein có cấu trúc độc đáo mà cung cấp một phạm vi rộng hơn của các tính chất chức năng, đặc biệt là liên kết giữa các phân tử tính năng cao Màng protein ăn được có thể phần... cơ và dầu tốt hơn so với những màng tổng hợp Tuy nhiên, các đặc tính cơ học yếu và tính thấm nước cao của màng protein làm giới hạn ứng dụng của nó trong vật liệu đóng gói Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để cải thiện hiệu quả các màng protein ăn được Kỹ thuật để cải thiện các chức năng của màng là thay đổi mạng lưới polyme thông qua tạo liên kết ngang giữa các chuỗi Một kỹ thuật hữu hiệu để cải thiện. .. sự cải thiện các tính chất của màng protein ăn được bởi xử lý enzyme cũng bị ảnh hưởng bởi nồng độ enzyme, bởi vì sự đông lại hoặc kết tụ làm giảm các tính chất cơ học của màng Jiang và cộng sự (2007) đã báo cáo rằng các tính chất của màng protein đậu nành, đặc biệt là độ bền kéo và độ kỵ nước, có thể được điều chỉnh bởi enzym transglutaminase Tuy nhiên, họ chỉ ra rằng việc thay đổi các thuộc tính của. .. ra sự cải thiện trong hình dạng β được sắp xếp tốt hơn các màng protein sữa không được chiếu xạ Ngoài ra, sự hiện diện của các thể cấu tạo của protein mà được sắp xếp tốt hơn trong gel thu được từ các dung 22 dịch chiếu xạ dẫn đến sản xuất ra nhiều màng ''tinh thể'' hơn Những màng này được đặc trưng bởi tính chất chống thấm và sức bền cơ học được cải thiện và độ cứng cao hơn so với những màng được chuẩn... McHugh và Krochta (1994) sản xuất được màng whey protein và màng nhũ tương chất béo Họ thấy rằng khả năng thấm hơi nước của màng đã được giảm thông qua sự kết hợp của chất béo Màng acid béo và nhũ tương sáp ong cho thấy tính thấm hơi nước rất thấp Gontard và cộng sự (1994) cũng báo cáo rằng sáp ong là lipid hiệu quả nhất để cải thiện tính chống thấm độ ẩm của màng tạo từ gluten lúa mì Kết hợp protein. .. phải được xem xét Do độc tính của các aldehyd, nhiều nhà nghiên cứu đã cố gắng sử dụng liên kết ngang “tự nhiên” để cải thiện chất màng protein Theo Oriliac và cộng sự (2002) xác định các tác động của tự nhiên liên kết ngang (tannin và acid gallic) trên tính chất của màng được đúc bằng nhiệt được sản xuất từ protein của hoa hướng dương Kết quả cho thấy sự kết hợp của tannin và acid gallic dẫn đến các màng. .. cơ học và tính chống thấm hơi nước kém vì bản chất ưa nước của nó Một phương pháp rất hiệu quả để cải thiện khả năng chống nước, tính gắn kết, độ cứng và độ bền cơ học và các tính chất chống thấm của các màng nước là liên kết chéo Để làm được điều này các nhóm chức khác nhau của các protein có thể được sử dụng Mạng lưới protein có khả năng tương tác với một loạt các hợp chất hoạt động Điều này được thực . (http://www.intechopen.com/books/structure-and-function-of-food-engineering/protein-based- edible-films-characteristics-and-improvement-of-properties#SEC3) 1. Giới thiệu Các màng protein ăn được đã nhận được sự quan tâm ch ý trong những năm gần. TÍNH CH T CỦA MÀNG Thawien Wittaya 1 [1] Prince of Songkla University, Department of Material Product Technology,, Thailand (http://www.intechopen.com/books/structure-and-function-of-food-engineering/protein-based- edible-films-characteristics-and-improvement-of-properties#SEC3). những tính ch t ch ng thấm khí. Tuy nhiên, những hạn ch ch nh của màng protein tương tự như các polyme khác là ch ng thiếu độ bền vững cơ học và tính ch ng thấm hơi nước kém vì bản ch t ưa nước