CHỦ đề BAO bì SINH học tự hủy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC BÁO CÁO MÔN HỌC: KỸ THUẬT HỆ THỐNG SINH HỌC CHỦ ĐỀ: BAO BÌ SINH HỌC TỰ HỦY Tháng 4/2013 MỤC LỤC I TỔNG QUAN Trang Tình hình chung Giới thiệu chung bioplastics ( nhựa phân hủy) Một vài khác bioplastics nhựa thông thường Lợi ích nhựa phân hủy Phân loại bao bì sinh học II CÁC DẠNG CHÍNH CỦA BAO BÌ SINH HỌC & ỨNG DỤNG TPS PLA 11 PHA 15 Vật liệu polysaccharide 16 Bao bì sinh học làm từ màng chitosan 27 III KẾT LUẬN 30 Tài liệu tham khảo 31 LỜI MỞ ĐẦU Ngày kinh tế ngày phát triển, đặc biệt công nghiệp, người tạo nhiều sản phẩm để phục vụ cho sống Nhưng bên cạnh đó, môi trường bị hủy hoại sản phẩm Cụ thể, vật liệu polymer từ hóa dầu làm cho người tiến xa phía trước, người ta nhận thấy rằng, loại vật liệu mối nguy hại tiềm ẩn cho môi trường sinh thái tự phân hủy Ngoài ra, hàng năm có khoảng 150 triệu polymer sản xuất để phục vụ nhu cầu người số ngày tăng theo đà tăng dân số đời sống Song song với điều đó, số lượng rác từ sản phẩm tăng lên đáng kể, thách thức lớn cho môi trường trái đất Chính thế, việc nghiên cứu sản xuất polymer phân hủy sinh học giai đoạn mối quan tâm toàn thể nhân loại cần thiết nhằm giúp giảm thiểu tình trạng ô nhiễm môi trường ảnh hưởng sản phẩm polymer tạo từ hóa dầu trước để lại Chính vậy, chủ đề nhóm chúng em lựa chọn Bao bì sinh học tự huỷ I TỔNG QUAN: Tình hình chung: Theo thống kê sơ Bộ Tài nguyên Môi trường, trung bình ngày/ người tiêu dùng phải sử dụng túi nilon - Nilon: thời gian phân hủy 50 năm - Nhựa nhiệt dẻo: thời gian phân hủy 10 – 30 năm, chí kỷ Giải pháp truyền thống: - Đốt: gây ô nhiễm không khí - Chôn lấp: tốn đất ảnh hưởng tới nguồn nước ngầm - Tái chế: cần đầu tư trang thiết bị đắt tiền, hiệu kinh tế thấp Chỉ riêng 1996, giới sử dụng 150 triệu nhựa nhiệt dẻo Chính lý mà nhiều nước giới bắt đầu nghiên cứu sử dụng polymer tự phân hủy từ năm 1980 nhiều lĩnh vực khác 1980: giới có -10 sáng chế lĩnh vực Đến tháng 10 – 2003, toàn giới có 1500 sáng chế Hiện Mỹ thay 30% nhựa nhiệt dẻo polymer tự phân hủy Sự phát triển dân số liên quan đến vấn đề rác thải nhu cầu phát triển vật liệu có tính chống đỡ tốt hơn, dẫn tới việc đời công ty nghiên cứu chế tạo vật liệu polymer phối trộn từ nguồn nông nghiệp Giới thiệu chung bioplastics: Bioplastics (nhựa phân hủy) nhựa mà phân hủy hiếu khí hay kị khí môi trường tự nhiên Sự phân hủy nhựa đạt vi sinh vật môi trường tiếp xúc chuyển hóa cấu trúc phân tử nhựa để tạo chất gọi mùn trơ, gây hại cho môi trường Bioplastics nhựa phân hủy sinh học thường sản xuất chủ yếu hoàn toàn từ nguồn tài nguyên tái tạo Ngành công nghiệp sản xuất bioplastics thường tập trung vào việc làm cho thuận tiện sinh hoạt phù hợp ổn định với môi trường Polyme xem “xanh” phải thỏa mãn yêu cầu: Một chúng phải tạo từ nguồn nguyên liệu tái tạo, làm đổi lại trồng… Hai chúng phải trở thành phân bón bị phân hủy Hai điều kiện không phụ thuộc vào Có loại: polymer tổng hợp tự nhiên Polymer tự nhiên tạo từ nguồn phục hồi lại tinh bột, cellulose Polymer tổng hợp dựa vào chế phẩm công nghiệp dầu mỏ Bao bì sinh học sản phẩm nguyên liệu tự nhiên polymer tách trực tiếp từ sinh vật (dạng 1) hay polymer tổng hợp từ monomer có nguồn gốc sinh học (dạng 2) hay hợp chất hữu thiên nhiên biến đổi (dạng 3) Bao bì từ vật liệu sinh học phải đáp ứng tiêu chuẩn như: tính chống thấm (nước, khí, ánh sáng, mùi), đặc tính quang học (trong suốt,…), tính co giãn, đóng dấu in ấn dễ dàng, kháng nhiệt hóa chất, tính ổn định thân thiện với môi trường có giá cạnh tranh Hơn bao bì phải phù hợp với quy định bao bì thực phẩm, tương tác bao bì thực phẩm phải đảm bảo chất lượng an toàn thực phẩm Vật liệu sinh học tự phân hủy thiên nhiên, không ảnh hưởng đến môi trường Nhờ không sử dụng hóa chất tổng hợp, bao bì từ sinh học an toàn thực phẩm sức khỏe người Theo nghiên cứu Viện NOVA sản xuất bao bì sinh học tăng gấp lần từ năm 2007 đến năm 2011 Riêng Châu Âu tăng gấp lần – từ 262.000 đến 1.502.000 triệu (Hình 1): Hình 1: Tình hình sản xuất bao bì sinh học qua năm Hình 2: Thống kê sản xuất bioplastics qua năm Một vài khác nhựa phân hủy sinh học với nhựa thông thường: Nhựa phân hủy có thuộc tính sau: - Phân hủy - Làm từ nguồn nguyên liệu tái tạo - Được chế biến để thân thiện với môi trường Chất dẻo hay nhựa truyền thống không đáp ứng với thuộc tính Chất dẻo truyền thống khó để phân hủy, chúng tạo từ nguyên liệu hóa thạch, không tái tạo có hại với môi trường sống chúng góp phần làm tăng lượng chất thải rắn gây ô nhiễm môi trường Nhựa truyền thống làm từ nhiên liệu hóa thạch không tái tạo, chứa n h i ề u c a c b o n t r o n g n h ự a , t r i n g ợ c v i c c h s ả n x u ấ t n h ự a p h â n h ủ y , cacbon vĩnh viễn bị mắc kẹt lại lưới nhựa tái chế Mặt khác nhựa phân hủy có thành phần polymer tự nhiên nên dễ để vi sinh vật phân hủy Lợi ích nhựa phân hủy: Những ưu điểm nhựa phân hủy: Trọng lượng nhẹ, chi phí tương đối thấp, khả phân hủy hoàn toàn đầy đủ số phân trộn Thay cố gắng tái chế số lượng tương đối nhỏ nhựa hỗn hợp, chất dẻo phân hủy dễ dàng kết hợp với chất thải hữu khác, qua cho phép phân trộn có vị cao chất thải rắn Nhựa phân hủy làm giảm gánh nặng việc phân hủy xử lý chất thải bãi rác Việc sử dụng chất dẻo phân hủy xem khả khác việc xử lý chất thải, ngoại trừ việc đốt tro chôn chất thải xuống đất Phân loại bao bì sinh học tự hủy: Hiện vật liệu bao bì sinh học chủ yếu từ polymer sinh học như: tinh bột, cellulose, protein…và monomer từ chất hữu lên men Có nhiều cách để phân loại bao bì sinh học: Theo nguồn nguyên liệu, theo phương pháp sản xuất, hướng sử dụng, thời gian phân hủy Trên sở phương pháp sản xuất, vật liệu polymer sinh học chia thành ba nhóm sau: - Polymer tách trực tiếp từ nguồn tự nhiên (chủ yếu thực vật), ví dụ polysaccarit (tinh bột, cellulose) protein (casein, gluten bột mì) - Polymer sản xuất phương pháp tổng hợp hóa học từ monomer Ví dụ polylactat polyeste sinh học polymer hóa từ monomer axit lactic Các monomer sản xuất nhờ phương pháp lên men cacbon hyđrat tự nhiên - Polymer sản xuất nhờ vi sinh vật vi khuẩn cấy truyền gen, chúng sản xuất chất dẻo dễ phân huỷ Điển hình polyhydroxy - alkanoat; Chủ yếu polyhydroxybutyrat (HB) copolymer HB hydroxy- valerat (tên thương mại biopol công ty Zeneca (Anh) sản xuất, sử dụng chủng vi khuẩn biến đổi gen Ralstonia eutropha biến đổi glucose số axit hữu thành polymer có tính dẻo) Trong tương lai, loại nhựa sinh học tự hủy có tiềm lớn thay loại bao bì nhựa truyền thống II CÁC DẠNG CHÍNH CỦA BAO BÌ SINH HỌC TỰ HỦY: TPS (thermoplastic starches): Polymer TPS polymer 100% tinh bột có chỗ đứng thị trường Nó có ưu điểm là: Chi phí lượng thấp, giá thấp với plastic truyền thống Để có thuộc tính plastic, TPS trộn với vật liệu khác Tinh bột liên kết với polymer khác với hàm lượng tinh bột lớn 50% tạo nên loại plastic khác a Starch/ Vinyl alcohol copolymers: Tùy theo điều kiện gia công, loại tinh bột thành phần copolymers tạo nên nhiều loại plastic với hình dạng hoạt tính khác Plastic chứa tinh bột có tỷ lệ AM/AP lớn 20/80 không hòa tan nước sôi, ngược lại bị hòa tan phần Điểm hạn chế vật liệu giòn nhạy với độ ẩm Cơ chế phân hủy: - Thành phần tự nhiên: dù che chắn cấu trúc mạng bị phân hủy enzymes ngoại bào vi sinh vật - Thành phần tổng hợp: phân hủy hấp phụ bề mặt vi sinh vật, tạo bề mặt trống cho thủy phân thành phần tự nhiên b Aliphatic polyesters: Khi trộn tinh bột với polyester béo tạo thành vật liệu nhiệt dẻo dễ thổi tạo hình Một số polyester béo thích hợp: Poly - - capro - lactone, polymer tạo thành từ phản ứng Glycol Sự kết hợp tăng thuộc tính cơ, giảm nhạy với nước, tăng khả phân hủy Đã có nhiều nghiên cứu thay bao bì plastic từ chế phẩm dầu mỏ bao bì plastic từ bắp Vật liệu làm từ nguồn nguyên liệu hạn chế việc gây ô nhiễm môi trường phân hủy không tạo chất gây độc Hình 3: Một số vật dụng làm bằng nhựa Aliphatic polyesters PLA (poly lactic acid): Được sản xuất từ lên men tinh bột Loại polymer tiêu tốn lượng plastic Mặc dù thân thiện với môi trường không sử dụng rộng rãi chi phí sản xuất cao Người ta sản xuất PLA dựa vào nguồn nguyên liệu từ tinh bột bắp Bắp xay cán Sau đường hóa thành dextrin Các dextrin chuyển thành acid lactic trình lên men Quá trình cô đặc làm cho phân tử plastic kết hợp lại thành cấu trúc vòng gọi lactid Hợp chất làm qua trình chưng cất Sau chúng trùng hợp tạo chuỗi polymer mạch dài Sau đó, vật liệu bán cho công ty gia công thêm sản phẩm cuối Sau thời gian sử dụng PLA bị hủy tái chế lại Sau vật liệu bán cho công ty để gia công them cho sản phẩm cuối Sau thời gian PLA hủy tái chế lại Khuyết điểm PLA: - Thuộc tính PLA phụ thuộc nhiều vào độ ẩm, tinh bột dễ tương tác với nước Vì thế, PLA không dùng cho thị trường chai lọ với loại chất lỏng - PLA chịu nhiệt độ tối đa khoảng 114 OF, vượt qua nhiệt độ này, PLA tan chảy, nên cần lưu ý môi trường sử dụng Quy trình sản xuất PLA: Sự thay đổi hình thái học cấu trúc bề mặt sản phẩm PLA qua thời gian phân hủy: Hình 5: Kết chụp SEM sản phẩm PLA Từ kết chụp SEM quan sát thấy bề mặt PLA có vết nứt gãy bị ăn mòn dần theo thời gian Sự đứt gãy xuất nhiều rõ sau khoảng thời gian 2, 3, tháng Kết luận: Vật liệu PLA hoàn toàn đáp ứng yêu cầu ứng dụng lĩnh vực đời sống hàng ngày thay cho loại nhựa truyền thống, lĩnh vực y tế, công nghiệp… PHA (Polyhydroxylalkanoates): Là loại vật liệu polymer có nhiều hứa hẹn Polymer nghiên cứu để thay cho bao bì plastic Các nhà sinh học biết đến tồn PHA từ năm 1925 tế bào vi khuẩn, nhiều loại PHA tổng hợp từ nguồn Cacbon, vi sinh vật hữu khác có qua trình gia công Có phương pháp tổng hợp PHA: - Phương pháp lên men gồm: Trồng bắp, thu hoạch, tách chiết glucose từ trồng sau lên men đường tế bào chứa PHA, rửa xoáy đảo tế bào để giải phóng PHA, sau cô đặc phơi khô khuôn - Quá trình tổng hợp dựa vào phát triển PHA trồng kỹ thuật nghiên cứu, trình giống với trình mô tả bỏ qua giai đoạn lên men Người ta sử dụng lượng lớn dung môi để trích ly từ nhựa trồng, sau phải tìm cách loại bỏ dung môi tốn lượng Một ưu điểm PHA so với PLA khả tự phân hủy cao dễ tổng hợp, đặt vào môi trường sinh vật tự nhiên tự phân hủy thành CO nước Do đó, vật liệu PHA có nhiều ứng dụng sống Vật liệu polysaccharide: a Cellulose: Cellulose nguồn nguyên liệu phong phú, không hòa tan nước hầu hết dung môi hữu Cellophane (giấy bóng kính) dạng phổ biến bao bì Cenllulose, sử dụng cho nhiều loại thực phẩm tính chống thấm dầu, ngăn cản công vi khuẩn tính suốt Cellophane thường phủ lớp với nitro cellulose hay acrylate để tăng khả chống thấm Ngoài ra, Cellulose Acetate kết hợp với tinh bột tạo nên plastic dễ phân hủy vi sinh vật Cellulose kết hợp với chitosan tạo màng có khả thấm khí thấm nước cao Một số loại thực phẩm bao vật liệu từ cellulose : xúc xích hay loại hoa trái cây… Hình 6: Bao bì cellulose b Màng tinh bột: Giống chất cao phân tử khác, tinh bột có khả tạo màng tốt Để tạo màng, phân tử tinh bột (Amilose Amilopectin) dàn phẳng ra, xếp lại tương tác trực tiếp với liên kết hydro gián tiếp qua phân tử nước Có thể thu màng từ dung dịch phân tán nước Màng thu từ thể phân tán nước thường dễ dàng tan nước Plastics từ tinh bột tạo cách ép đùn thổi khí đúc thành khuôn, thường dùng bao gói thực phẩm khô chocolate, kẹo bánh… Ngoài ra, với plastics từ tinh bột kết hợp protein, sau sử dụng ta nghiền làm thức ăn gia súc, hàm lượng tinh bột protein bao bì cao Cấu trúc tinh bột: Tinh bột cacbohydrat cao phân tử bao gồm đơn vị D-glucose nối với liên kết α-glucozit Công thức phân tử gần (C 6H10O5)n n có giá trị từ vài trăm đến khoảng mười nghìn Tinh bột có dạng hạt màu trắng tạo hai loại polime amilose amilopectin Amilose polymer mạch thẳng gồm đơn vị D- glucozơ liên kết với liên kết α-1,4- glucozit Hình 7: Một phần cấu trúc amylose Hình 8: Một phần cấu trúc amilopectin Quy trình chung tạo màng tinh bột: - Cho tinh bột phân tán nước đến nồng độ định không đặc không loãng, hồ hoá sơ để tạo độ nhớt định Khuấy thật kỹ,rót dung dịch tinh bột thành lớp mỏng lên bề mặt kim loại phẳng nhẵn gia nhiệt thích hợp Để màng khỏi bị dính lại sau khô, phết parafin để trơ hoá bề mặt kim loại - Giai đoạn 1: Từ bề mặt nước bốc hơi, nồng độ tinh bột tăng lên, hạt tinh bột dịch gần nhau, hướng từ biên vào tâm tác dụng dòng môi trường phân tán xếp lại thành lớp đơn hạt đặc - Giai đoạn 2: Nước nằm hạt tiếp tục bốc Các hạt tiếp xúc nhiều bị biến dạng Sức căng bề mặt lúc có vai trò lớn, có khuynh hướng làm căng bề mặt hệ thống Mức độ biến dạng hạt phụ thuộc vào modun độ nhớt chúng Có thể thêm vào chất hoá dẻo để tạo màng có độ đồng thể - Giai đoạn 3: Khi tiếp xúc với hạt bắt đầu thể lực cố kết Các tính chất lý màng phụ thuộc vào tượng xảy giai đoạn Khi khô thể tích màng bị giảm, dẫn đến co ngót chiều dày xuất ứng suất nội Sự co ngót màng lớn nồng độ tinh bột nhỏ hydrat hoá cao Do người ta thường thêm vào chất pha loãng để làm giảm hydrat hoá Tinh bột Hồ hóa Nước Khuấy Rót dịch Hình 9: Quy trình sơ tạo màng tinh bột Để thu màng tinh bộtMàng có tính chất đàn hồi cao thêm chất hoá tinh bột dẻo để chúng làm tăng khoảng cách phân tử, làm giảm lực Vander Walls làm yếu lực cố kết nước làm tăng động phân tử Chất hóa dẻo thường chất hoá học có trọng lượng phân tử bé Vì màng tinh bột thực phẩm người ta hay dùng glycerin làm chất hoá dẻo Cũng thu màng tinh bột từ dung dịch tinh bột hoà tan kiềm sau tái sinh lại Khi hàm lượng tinh bột polymer tăng, tính tự hoại tăng theo phần khó phân hủy giảm Sự giảm cấp sinh học polymer gốc tinh bột kết men thủy giải công vào liên kết glycoside nhóm đường dẫn đến giảm chiều dài mạch polymer giải phóng đơn vị đường đơn môi trường Hình 10: Quá trình tự hủy polymers tự hủy sau tuần, tuần, tháng tháng Tính chất: - Ngăn khí tốt, tính nhiệt dẽo, khả phân hủy cao - Tính bền học kém, khả hút ẩm cao Hình 11: Ứng dụng làm bao bì màng tinh bột c Màng Bacterial cellulose: Sự tổng hợp lớp màng cellulose ngoại bào vi khuẩn A xylinum nhà bác học Brown báo cáo lần vào năm 1886 Tuy nhiên đến nửa sau kỉ XX, nhà khoa học thực nghiên cứu rộng rãi BC Năm 1943 – 1954, Hestrin cộng nghiên cứu khả tổng hợp BC vi khuẩn Acetobacter xylinum, họ chứng minh A xylinum sử dụng đường O2 để tạo nên cellulose Năm 1957, Next Colvin chứng minh cellulose A xylinum tổng hợp môi trường có đường ATP Càng ngày, cấu trúc BC hiểu rõ theo tiến khoa học kĩ thuật Hình 12: Cấu trúc Bacterial Cenllulose Tổng quan BC: Là lớp màng đặc vi khuẩn Acetobacter xylinum tạo nên bề mặt môi trường có chất hemicellulose Hemicellulose polysaccharic không hòa tan nước hòa tan dung dịch kiềm tính Màng sinh học ( Bacterial cellulose; Biocellulose; BC) có cấu trúc đặc tính giống với cellulose thực vật (gồm phân tử glucose liên kết với liên kết β-1,4 glucorit) Cellulose vi khuẩn khác với Cellulose thực vật chỗ không chứa hợp chất cao phân tử như: Ligin, Hemicellulose, Peptin sáp nến…do chúng có đặc tính vượt trội với độ dẻo dai, bề Màng sinh học Bacterial Cellulose hình thành từ số loài vi khuẩn nuôi cấy chúng môi trường chứa glucose số nguồn cabon hữu khác Cenllulose vi khuẩn cấu tạo chuỗi polymer 1-4 pyranose mạch thẳng tổng hợp từ số loài vi khuẩn, đặc biệt chủng vi khuẩn Glucoacetobater Xylinum Khi nuôi cấy môi trường dịch lỏng, điều kiện nuôi cấy tĩnh hình thành lớp màng, màng chất cenllulose liên kết với tế bào vi khuẩn Do màng vừa có cấu trúc đặc tính học giống với màng cenllulose từ thực vật, có thêm số tính chất hóa lý đặc biệt như: độ bền học, đường kính sợi nhỏ, độ tinh khiết cao, tính đàn hồi lớn, dộ thấm hút nước nhanh, khả polymer hóa lớn Nhờ đặc tính mà BC xem nguồn polymer sinh học thu hút nhiều ý nhiều nhà khoa học giới từ nửa sau kỷ XX ứng dụng nhiều lĩnh vực Cơ chế hình thành BC: Hình 13: Cơ chế hình thành Bacterial cellulose Trong đó: Glu : Glucose GHK : Glucose hexokinase G6P : Glucose PhosPhat G1P : Glucose Phosphat PGM : PhosPhoGlucoemutase UGP : UDP Glucose Pyro-Gluco Phosphat PGA : Phosphogluconic acid PGI: Phosphoglucose Isomerase FHK : Fructose Hexokinas Frc F6P : Fructose Phosphat 1PFK : Fructose Phosphate kinas : Fructose F1P : Fructose Phosphate PTS : Phosphotransfer system FDP : Fructose 1,6 Phosphate G6PD Dehydrogenase Glu : Glucose GHK : Glucose hexokinase G6P : Glucose PhosPhat G1P : Glucose Phosphat PGM : PhosPhoGlucoemutase UGP : UDP Glucose Pyro-Gluco : Glucose Phosphate Phosphat PGA : Phosphogluconic acid PGI: Phosphoglucose Isomerase FHK : Fructose Hexokinas Frc F6P : Fructose Phosphat 1PFK : Fructose Phosphate kinas F1P : Fructose Phosphate PTS FDP : Fructose 1,6 Phosphate G6PD : Fructose : Phosphotransfer system : Glucose Phosphate Dehydrogenase Công thức phân tử cellulose vi khuẩn (C6H10O5) giống cellulose thực vật, tính chất vật lý tính hóa học khác Cellulose vi khuẩn ưa thích cellulose thực vật có độ tinh khiết cao có mức độ trùng hợp số tinh thể cao Nó có độ bền kéo khả giữ nước cao so với cellulose thực vật Sợi cellulose vi khuẩn nhỏ khoảng 100 lần so với cellulose thực vật, nên dùng sản xuất vật liệu xốp, dùng việc chuyển kháng sinh loại thuốc khác vào vết thương với hiệu cao chống lại lây nhiễm bên Do sử dụng rộng rãi chữa lành vết thương ứng dụng thực Phẩm (P.R Chawla) BC chuỗi polymer nhóm glucose liên kết với qua cầu nối ß-1,4 glucan Các chuỗi glucan liên kết với qua cầu nối Vander Walls Qua nối hydro đơn phân tử liên kết với tạo nên cấu trúc sợi với chiều rộng 1,5nm Các tiền sợi liên kết với tạo thành tiền sợi với chiều dài 3-4 nm chiều rộng 70-80 nm So với PC ( Plant Cenllulose_Cenllulose thực vật) BC BC có độ polymer hóa cao kích thước nhỏ hơn, BC có độ polymer hóa từ 2000-6000,có trường hợp lên đến từ 160000-200000 Khi nuôi cấy A xylinum môi trường có nguồn dinh dưỡng đầy đủ , chủ yếu cabonhydrat, vitamin B1, B2, B12 chất kích thích sinh trưởng, chúng kích thích trình sinh trưởng cách hấp thụ chất dinh duỗng từ môi trường bên vào thể, phần để thể sinh trưởng phát triển, phần để tổng hợp cellulose thải môi trường bên Các sợi tơ nhỏ phát triển ngày dài từ đáy lên bề mặt môi trường nuôi cấy Thiaman (1962) giải thích trình tạo thành cellulose sau: tế bào A xylinum sống môi trường lỏng thực trình trao đổi chất cách hấp thu glucose, kết hợp với acid béo để tạo thành tiền chất nằm màng tế bào Tiền chất tiết nhờ hệ thống lỗ nằm màng tế bào với enzyme polymer hóa cenllulose thành glucose Quá trình hình thành cellulose nhà bác học Muhlethaler sử dụng kính hiển vi điện tử để nghiên cứu cho rằng: tế bào vi khuẩn tiết chất nhầy bao bọc xung quanh chúng, tiếp hình thành sợi cellulose polymer hóa từ đơn phân glucose vị trí α-1,6, tác dụng enzyme có bao nhầy Các sợi ngày dày lên kết nối với tạo thành lớp cellulose bên bào nhầy Lớp cellulose sau thoát khỏi tế bào hoàn toàn Màng BC thu nhận phương pháp lên men bề mặt sau ngày Sau xử lý, màng thực phẩm BC đạt giá trị cảm quan, có độ chịu lực cao không bị biết tính xử lý nhiệt Dung dịch môi trường ban đầu có dạng huyền phù mịn, chuyển sang dạng rời rạc, sau kết lại thành khối lớn dạng gel chứa tế bào vi khuẩn Bộ khung gel mạng lưới cellulose với thành phần chủ yếu nước Nó hình thành mức tối đa 30 phút sau có tiếp xúc vi khuẩn Acetobacterium Xylinum với glucose oxy Tính chất BC: Độ tinh sạch: độ tinh tốt nhiều so với cellulose khác, phân hủy sinh học, tái chế hay phục hồi hoàn toàn Độ bền học: có độ bền tinh thể cao, sức căng lớn, trọng lượng thấp, ổn định kích thước hướng (đặc biệt cellulose I) Tính hút nước: có khả giữ nước đáng kể (lên đến 99%), có tính xốp, ẩm độ cao, chịu thể tích đáng kể bề mặt (lực bền học cao) Ứng dụng BC: Trên giới màng Bacterial Cellulose ứng dụng nhiều lĩnh vực công nghệ khác nhau: dùng làm màng phân tách cho trình xử lí nước, chất mang đặc biệt cho pin lượng cho tế bào,dùng làm chất biến đổi độ nhớt sản xuất sợi truyền quang, làm môi trường chất sinh học, thực phẩm hay thay thực phẩm Đặc biệt lĩnh vực y học, màng BC ứng dụng làm da tạm thời thay da trình điều trị bỏng, loét da, làm mạch máu nhân tạo điều trị bệnh tim mạch, làm mặt nạ dưỡng da cho người Sử dụng màng BC hấp phụ Bacteriocin 200 Au/ml bảo quản ngày thịt tươi sơ chế tối thiếu nhiệt độ mát cách: cố định tế bào vi khuẩn Lactococcus lactic BC để ứng dụng lên men thu nhận bacteriocin bảo quản thịt tươi sơ chế tối thiểu Hiệu sử dụng chế phẩm tế bào vi khuẩn cố định BC để lên men thu nhận Bacteriocin cao: tái sử dụng 9-10 lần mà đảm bảo mặt thời gian lên men, số lượng chất lượng bacteriocin so với đối chứng - Màng bao thực Phẩm, màng bảo quản trái - Chất ổn định thực Phẩm Bao bì sinh học làm từ màng chitosan: Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, ngành công nghệ chế biến thủy sản phát triển vượt bậc đóng góp phần không nhỏ vào việc phát triển kinh tế đất nước Tuy nhiên, công nghệ chế biến thủy sản phát triển bên cạnh thuận lợi chế biến mặt hàng thủy sản có chất lượng cao, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm phục vụ cho xuất tiêu thụ nước có bất lợi lượng phế liệu thủy sản thải nhiều làm ô nhiễm môi trường Một nguồn phế liệu thải vỏ động vật giáp xác tôm, cua, ghẹ… Nguồn phế liệu chủ yếu dùng làm thức ăn chăn nuôi hay làm phân bón nên hiệu kinh tế thấp Trong mặt hàng thủy sản có giá trị kinh tế mặt hàng thủy sản đông lạnh từ giáp xác chiếm từ 70 – 80% công suất chế biến Vì vậy, lượng phế liệu từ vỏ giáp xác nhà máy thủy sản thải lớn khoảng 70.000 / năm Nguồn phế liệu chứa lượng lớn chitin – nguyên liệu quan trọng cho công nghiệp sản xuất chitosan sản phẩm có giá trị khác Mục tiêu đặt cho nhà công nghệ nghiên cứu để tận dụng tối đa thành phần có phế liệu thủy sản nhằm nâng cao hiệu kinh tế chúng tránh ô nhiễm môi trường chúng gây nên Và kết công nghệ chế tạo bao bì từ màng chitosan đời Có nguồn gốc thực vật - động vật - chuyển dạng thành chitosan đa phức Thành phần chủ yếu CaCO3 (Cacbonatcanxi) có Đá Vôi , Vỏ Sò , hến , Chính vậy, vỏ tôm phế liệu nguồn nguyên liệu tự nhiên dồi dào, rẻ tiền, có sẵn quanh năm, nên thuận tiện cho việc cung cấp chitin deacetyl chitosan Màng Chitosan có khả kháng khuẩn, kháng nấm, không sinh độc tố, giữ nước tốt cho thực phẩm trình bảo quản Do vật liệu có khả ứng dụng cao cho ngành sản xuất bao bì bảo quản thực phẩm Nguồn gốc tồn chitin – chitosan tự nhiên: Trong tự nhiên chitin tồn động vật thực vật Trong động vật, chitin thành phần cấu trúc quan trọng vỏ số động vật không xương sống như: côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác giun tròn Trong động vật bậc cao monome chitin thành phần chủ yếu mô da giúp cho tái tạo gắn liền vết thương da Trong thực vật chitin có thành tế bào nấm họ zygenmyctes, sinh khối nấm mốc, số loại tảo Hình 14: Chitin vỏ tôm - Vật liệu từ Chitin Chitosan Tính chất sinh học chitosan: Chitosan không độc, dùng an toàn cho người Chúng có tính hoà hợp sinh học cao với thể, có khả tự phân huỷ sinh học Chitosan có nhiều tác dụng sinh học đa dạng như: tính kháng nấm, tính kháng khuẩn với nhiều chủng loại khác Công nghệ tạo màng tự hủy: Quy trình tạo chitosan từ vỏ tôm dựa nguyên tắc loại bỏ muối canxi, protein tạp chất khác Quy trình tóm lược sau: Vỏ tôm xử lý thành vỏ tôm loại khoáng tách protein chitin deacetyl, sau chuyển hoá thành chitosan Từ nguồn chitosan chuyển hoá thu này, tạo lớp vỏ màng bọc chitosan cách sử dụng chất phụ gia khác (nhưng có chất hoá học), thường chất hoá dẻo sử dụng nhằm làm tăng tính dẻo dai đàn hồi màng Như phụ gia : ethylen glycol (EG), polyethylen glycol (PEG), glycerin , Enzim Poly vinin ancol (PVA) Cách tạo màng vỏ bọc sau: Chitosan thu từ vỏ tôm đem nghiền nhỏ máy để nhằm mục đích gia tăng bề mặt tiếp xúc Pha dung dịch chitosan 3% dung dịch axit acetic 1,5% Sau bổ sung chất phụ gia PEG-EG 10% (tỷ lệ 1:1), với 0,1% mol PVA trộn để yên lúc để loại bọt khí Sau đem dung dịch pha phủ lên ống inox nâng nhiệt 64-65ºC (ống inox nâng nhiệt nước nóng đun sôi) Để khô vòng 35 phút tách màng Lúc ta lớp màng ( dầy mỏng phụ thuộc vào độ phủ dd ) bóng có mầu vàng, ngà, không mùi vị, lớp màng vỏ bọc chitosan có tính ưu việt III KẾT LUẬN: Trước tình trạng nguồn nguyên liệu sản xuất nhựa hóa học ngày khan hiếm, với tác hại việc sản xuất tiêu hủy sản phẩm nhựa truyền thống nói chung đặc biệt túi nilon nói riêng sóng hạn chế sử dụng bao bì nilon lan rộng khắp quốc gia Điều tạo nhu cầu lớn loại túi thay làm vật liệu có khả tái sinh giúp bảo vệ môi trường, bao gồm loại túi tái sử dụng túi dễ phân huỷ Có thể nói “Đại dương xanh” tương lai Bao bì sinh học nhận diện thị trường thích hợp Loại bao bì thay túi nilon Với lợi bảo vệ môi trường an toàn cho sức khỏe người sử dụng Ngoài trình sản xuất bao bì sinh học tiêu thụ lượng thải khí gây hiệu ứng nhà kính bao bì loại bao bì truyền thống Bao bì sinh học có lợi mặt chi phí túi nilon, bao gồm chi phí xử lý rác Ngoài bao bì sinh học đạt điểm bao bì truyền thống không phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu hóa thạch ngày khan Đó xu hướng mà bao bì sinh học ủng hộ bao bì truyền thống TÀI LIỆU THAM KHẢO - Báo cáo môn học: Bao bì đóng gói GVHD: Phạm Tuấn Anh – khoa Công - Nghệ Thực Phẩm – Đại học Nông Lâm TP HCM Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu điều chế glucosamin từ vỏ tôm- VNCG- - VDC (13/11/2003) Tạp chí khoa học công nghệ, đại học Đà Nẵng - SỐ 3(26).2008 Nghiên cứu bao bì PGS TS Trương Vĩnh – Bộ môn Công nghệ hóa học - - Đại học Nông Lâm TP HCM Báo cáo bao bì thực phẩm – đại học Bách Khoa TPHCM - 2008 http://bionext.com.br/PdF/theFutureProsPects.PdF hoahocngaynay.com [...]... dương xanh” trong tương lai Bao bì sinh học hiện nay được nhận diện như là một thị trường thích hợp Loại bao bì mới này có thể thay thế được túi nilon Với các lợi thế như bảo vệ môi trường và an toàn cho sức khỏe người sử dụng Ngoài ra quá trình sản xuất bao bì sinh học tiêu thụ năng lượng và thải ra khí gây hiệu ứng nhà kính ít hơn bao bì các loại bao bì truyền thống Bao bì sinh học cũng có lợi thế về... chi phí hơn túi nilon, bao gồm cả chi phí xử lý rác Ngoài ra bao bì sinh học còn đạt được điểm hơn bao bì truyền thống vì không phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu hóa thạch đang ngày càng khan hiếm Đó là những xu hướng mà bao bì sinh học được ủng hộ hơn bao bì truyền thống TÀI LIỆU THAM KHẢO - Báo cáo môn học: Bao bì đóng gói GVHD: Phạm Tuấn Anh – khoa Công - Nghệ Thực Phẩm – Đại học Nông Lâm TP HCM Đồ... thành phần chủ yếu trong mô da nó giúp cho sự tái tạo và gắn liền các vết thương ở da Trong thực vật chitin có ở thành tế bào nấm họ zygenmyctes, các sinh khối nấm mốc, một số loại tảo Hình 14: Chitin và vỏ tôm - Vật liệu từ Chitin và Chitosan Tính chất sinh học của chitosan: Chitosan không độc, dùng an toàn cho người Chúng có tính hoà hợp sinh học cao với cơ thể, có khả năng tự phân huỷ sinh học Chitosan... ngoài môi trường Hình 10: Quá trình tự hủy của polymers tự hủy sau 2 tuần, 3 tuần, 1 tháng và 3 tháng Tính chất: - Ngăn khí tốt, tính nhiệt dẽo, khả năng phân hủy cao - Tính bền cơ học kém, khả năng hút ẩm cao Hình 11: Ứng dụng làm bao bì của màng tinh bột c Màng Bacterial cellulose: Sự tổng hợp lớp màng cellulose ngoại bào của vi khuẩn A xylinum được nhà bác học Brown báo cáo lần đầu tiên vào năm... chứng - Màng bao thực Phẩm, màng bảo quản trái cây - Chất ổn định thực Phẩm 5 Bao bì sinh học làm từ màng chitosan: Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành công nghệ chế biến thủy sản cũng phát triển vượt bậc và đóng góp một phần không nhỏ vào việc phát triển nền kinh tế đất nước Tuy nhiên, công nghệ chế biến thủy sản phát triển bên cạnh những thuận lợi như chế biến ra các mặt hàng thủy sản... học Nông Lâm TP HCM Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu điều chế glucosamin từ vỏ tôm- VNCG- - VDC (13/11/2003) Tạp chí khoa học và công nghệ, đại học Đà Nẵng - SỐ 3(26).2008 Nghiên cứu bao bì PGS TS Trương Vĩnh – Bộ môn Công nghệ hóa học - - Đại học Nông Lâm TP HCM Báo cáo bao bì thực phẩm – đại học Bách Khoa TPHCM - 2008 http://bionext.com.br/PdF/theFutureProsPects.PdF hoahocngaynay.com ... là khả năng tự phân hủy rất cao và dễ tổng hợp, khi đặt vào môi trường sinh vật tự nhiên thì nó sẽ tự phân hủy thành CO 2 và nước Do đó, vật liệu PHA có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống 4 Vật liệu polysaccharide: a Cellulose: Cellulose là nguồn nguyên liệu phong phú, không hòa tan trong nước và hầu hết các dung môi hữu cơ Cellophane (giấy bóng kính) là 1 trong những dạng phổ biến của bao bì Cenllulose,... chất hoá học nhưng có trọng lượng phân tử bé hơn Vì vậy màng tinh bột thực phẩm người ta hay dùng glycerin làm chất hoá dẻo Cũng có thể thu được màng tinh bột từ dung dịch tinh bột hoà tan trong kiềm sau đó tái sinh lại Khi hàm lượng tinh bột trong polymer tăng, tính tự hoại của nó cũng tăng theo và các phần khó phân hủy sẽ giảm đi Sự giảm cấp sinh học của polymer gốc tinh bột là kết quả của men thủy giải... liệu sản xuất nhựa hóa học ngày càng khan hiếm, cùng với những tác hại do việc sản xuất và tiêu hủy các sản phẩm nhựa truyền thống nói chung và đặc biệt là túi nilon nói riêng thì một làn sóng hạn chế sử dụng bao bì nilon lan rộng khắp các quốc gia Điều này sẽ tạo ra một nhu cầu rất lớn đối với các loại túi thay thế làm bằng vật liệu có khả năng tái sinh giúp bảo vệ môi trường, bao gồm các loại túi có... cấp chitin deacetyl và chitosan Màng Chitosan có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, không sinh độc tố, giữ nước tốt cho thực phẩm trong quá trình bảo quản Do đó là một vật liệu có khả năng được ứng dụng cao cho các ngành sản xuất bao bì bảo quản thực phẩm Nguồn gốc và sự tồn tại chitin – chitosan trong tự nhiên: Trong tự nhiên chitin tồn tại trong cả động vật và thực vật Trong động vật, chitin là một thành ... loại bao bì sinh học tự hủy: Hiện vật liệu bao bì sinh học chủ yếu từ polymer sinh học như: tinh bột, cellulose, protein…và monomer từ chất hữu lên men Có nhiều cách để phân loại bao bì sinh học: ... xuất bao bì sinh học tiêu thụ lượng thải khí gây hiệu ứng nhà kính bao bì loại bao bì truyền thống Bao bì sinh học có lợi mặt chi phí túi nilon, bao gồm chi phí xử lý rác Ngoài bao bì sinh học. .. polymer có tính dẻo) Trong tương lai, loại nhựa sinh học tự hủy có tiềm lớn thay loại bao bì nhựa truyền thống II CÁC DẠNG CHÍNH CỦA BAO BÌ SINH HỌC TỰ HỦY: TPS (thermoplastic starches): Polymer TPS