Thu nhận CHITIN, CHITOSAN từ vỏ tôm để ứng dụng làm màng bao sinh học trong bảo quản thực phẩm

MỞ ĐẦU  Lý do chọn đề tài Chitin là một polysaccharide đứng thứ hai về lượng trong tự nhiên chỉ sau cellulose.[3] Chitin và các sản phẩm của chúng hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU



ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

THU NHẬN CHITIN, CHITOSAN TỪ VỎ TÔM ĐỂ ỨNG DỤNG LÀM MÀNG BAO SINH HỌC TRONG BẢO QUẢN

Chủ biên: Nguyễn Thị Nga Ký tên

Phối hợp: Ký tên

GVHD: Ts Nguyễn Thị Minh Nguyệt Ký tên

Ts Đặng Thu Thủy Ký tên

Xác nhận đã chỉnh sửa theo ý kiến hội đồng

Cán bộ phản biện 1 Cán bộ phản biện 2 Chủ tịch Hội đồng

Để hoàn thành bài báo khoa học này, lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm khoa hóa học và công nghệ thực phẩm cùng các thầy cô trong khoa đã tạo điều kiện tốt cho em làm bài báo này tại phòng thí nghiệm trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới 2 cô giáo hướng dẫn: Ts Nguyễn Thị Minh Nguyệt và Ts Đặng Thu Thủy là những người đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và tạo điều kiện cho em hoàn thành bài báo này

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Minh Nhựt phụ trách phòng thí nghiệm thực phẩm đã giúp đỡ và hướng dẫn cho em trong quá trình làm các thí nghiệm tại phòng thí nghiệm

Em xin cảm ơn thầy Vương của Viện Công nghệ Thực phẩm và Sinh học, trường Đại học Công nghiệp Tp.HCM đã giúp đỡ và hướng dẫn em trong quá trình em phân tích mẫu tại trường Đại học Công nghiệp Tp.HCM

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã giúp đỡ động viên và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình làm bài báo này

Tuy nhiên vì kiến thức thực tế còn hạn hẹp do đó trong quá trình thực hiện bài đồ

án tốt nghiệp khó có thể tránh được thiếu sót Em rất mong được sự đóng góp của các thầy cô và bạn bè để có thêm về kiến thức chuyên môn

Em xin chân thành cảm ơn!

Vũng Tàu, tháng 07 năm 2013

Sinh viên

Nguyễn thị Nga

MỞ ĐẦU

 Lý do chọn đề tài

Chitin là một polysaccharide đứng thứ hai về lượng trong tự nhiên chỉ sau cellulose.[3] Chitin và các sản phẩm của chúng hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: y học, sản xuất mỹ phẩm, bảo quản nông sản, xử lý môi trường.[5] Ngoài ra khi ta khử acetylene trong hợp chất chitin sẽ tạo thành chitosan

là đơn vị cao phân tử của glucosamine, là một chất có ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp nhẹ, thực phẩm, nông nghiệp Việc nghiên cứu và tách chiết chitin từ vỏ giáp xác đã được thực hiện hơn một thế kỷ nay

Hiện nay, tôm là mặt hàng chế biến chủ lực của ngành thuỷ sản Việt Nam, chủ yếu là tôm đông lạnh Theo báo cáo của Bộ thuỷ sản, sản lượng tôm năm 2010 là 693,3 nghìn tấn, tuỳ thuộc vào sản phẩm chế biến và sản phẩm cuối cùng, phế liệu tôm có thể lên tới 40 – 70% khối lượng nguyên liệu.[8] Tương ứng với sản lượng tôm hàng năm sẽ có khối lượng phế liệu khổng lồ gồm đầu và vỏ tôm được tạo ra Hiện nay, ở nước ta nguồn phế liệu đầu và vỏ tôm chưa được tận dụng trên quy mô lớn Tình trạng trên đặt ra yêu cầu cấp bách cho các nhà khoa học công nghệ, cho ngành thuỷ sản là phải sử dụng hợp lý và hiệu quả lượng phế liệu tôm rất lớn do các nhà máy chế biến thuỷ sản tạo ra hàng ngày để sản xuất ra sản phẩm có giá trị cao - chitin – chitosan

Việc bảo quản các loại thực phẩm tươi sống giàu đạm dễ hư hỏng như: thịt, cá, rau quả …trong điều kiện khí hậu nóng ẩm của nước ta là một trong những vấn đề

đã và đang được quan tâm của các nhà sản xuất, chế biến và của các nhà khoa học thực phẩm Chính vì vậy nên làm màng bao sinh học để bảo quản thực phẩm bằng màng bao sinh học từ chitosan đã và đang được quan tâm và nghiên cứu nhiều năm qua

 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết về nguyên liệu, chitin – chitosan

- Nghiên cứu quá trình khử khoáng và tách protein trong vỏ tôm để thu được chitin

- Nghiên cứu quá trình deacetyl chitin để tạo ra chitosan

- Nghiên cứu tối ưu các yếu tố ảnh hưởng đến tính kéo đứt của màng chitosan thu nhận từ vỏ tôm

- Nghiên cứu quá trình bảo quản táo xanh bằng màng chitosan

- Nghiên cứu các biến đổi của táo trong quá trình bảo quản

- Tiến hành thực nghiệm tách chiết chitin từ nguyên liệu vỏ tôm

- Deacetyl chitin để thu chitosan , dùng ph ổ IR để xác đ ịnh mức độ deacetyl Xác định một số chỉ tiêu của chitosan thu nhận được

- Tìm hiểu các yếu tố có ảnh hưởng đến sự tạo màng Thực nghiệm và chọn ra các yếu tố có ảnh hưởng đến tính ch ất của màng Tiến hành tối ưu các yếu tố này v ới mục tiêu xác định được các thông số kỹ thuật cần thiết cho việc chế tạo ra màng bao sinh học có tính kéo đứt tốt

- So sánh khả năng ứng dụng của màng trên sản phẩm táo qua khảo sát một số chỉ tiêu như trạng thái cảm quan , sự hao hụt khố i lượng, hàm lượng vitamin C , hàm lượng đư ờng khử, đường tổng, hàm lượng các acid hữu có trong mẫu táo sau thời gian bảo quản giữa mẫu táo có và không có bọc màng chitosan

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Chitin và chitosan

1.1.1 Nguồn gốc và sự tồn tại của chitin – chitosan trong tự nhiên

Chitin – chitosan là một polysaccharide tồn tại trong tự nhiên với sản lượng rất lớn đứng thứ hai sau cellulose Trong tự nhiên chitin tồn tại trong cả động vật Chitin – chitosan là polysaccharide có đạm không độc, có khối lượng phân tử lớn Cấu trúc của chitin là tập hợp các monosaccharide (N-acetyl-D-glucosamine) liên kết với nhau bởi các cầu nối glucoside và hình thành một mạng các sợi có tổ chức Hơn nữa chitin tồn tại rất hiếm ở trạng thái tự do và hầu như luôn luôn nối bởi các liên kết đồng hóa trị với các protein, CaCO3 và các hợp chất hữu cơ khác [4]

Về mặt lịch sử, chitin được Braconnot phát hiện đầu tiên vào 1821, trong cặn

dịch chiết từ một loại nấm Ông đặt tên cho chất này là “Fungine” để ghi nhớ nguồn

gốc của nó Năm 1823 Odier phân lập một chất từ bọ cánh cứng mà ông gọi là

chitin hay “chiton”, tiếng Hy Lạp có nghĩa là vỏ giáp, nhưng ông không phát hiện

ra sự có mặt của nitơ trong đó Cuối cùng cả Odier và Braconnot đều đi đến kết luận chitin có dạng công thức giống như cellulose [3]

1.1.2 Chitin

1.1.2.1 Khái niệm

Trong động vật, chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng của các vỏ một

số động vật không xương sống như: côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác và giun tròn Trong động vật bậc cao monomer của chitin là một thành phần chủ yếu trong mô da

nó giúp cho sự tái tạo và gắn liền các vết thương ở da Ngoài ra chitin có ở thành tế

bào nấm họ Zygenmycetas, sinh khối nấm mốc, một số loại tảo Trong động vật

thủy sản đặc biệt là tôm, cua, ghẹ, hàm lượng chitin khá cao, từ 14 – 35% so với trọng lượng khô Vì vậy vỏ tôm, cua, ghẹ là nguồn nguyên liệu tiềm năng sản xuất

chitin – chitosan và các sản phẩm từ chúng [4]

Chitin có khối lượng phân tử lớn

Mchitin = (203,09)n [4]

Công thức phân tử chitin: (C8H13O5N)n [9]

Tùy thuộc vào loại nguyên liệu để chiết tách chitin mà giá trị n sẽ thay đổi như sau:

Với tôm thẻ: n = 400 - 500

Với tôm hùm: n = 700 - 800

Với cua: n= 500 - 600

Qua nhiều nghiên cứu về sự thuỷ phân chitin bằng enzyme hay acid HCl đậm đặc thì người ta thấy rằng chitin có cấu trúc là một polymer được tạo thành từ các đơn vị N-acetyl D-glucosamine liên kết với nhau bởi liên kết β-(1-4) glucoside.[9]

Công thức cấu tạo chitin được thể hiện dưới hình sau:

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của chitin [9]

Tên gọi: Poly(1-4)-2-acetamido-2-deoxy-D-glucopyranose

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

xạ tia X, người ta có thể chứng minh được chitin tồn tại ở 3 dạng cấu hình: α, β, γ – chitin [ 9]

Các dạng này của chitin chỉ do sự sắp xếp khác nhau về hướng của mỗi mắt xích (N-acetyl-D-glucosamin) trong mạch

Có thể biểu diễn mỗi mắt xích này bằng mũi tên chỉ nhóm –CH2OH, phần đuôi chỉ nhóm –NHCOCH3, thì các cấu trúc α, β, γ - chitin được mô tả như sau:

α – chitin β - chitin γ – chitin

α– chitin có cấu trúc các mạch được sắp xếp ngược chiều nhau đều đặn, nên ngoài liên kết hydro trong một lớp và hệ chuỗi, nó còn có liên kết hydro giữa các lớp do các chuỗi thuộc lớp kề nhau nên rất bền vững Do các mắt xích sắp xếp đảo

chiều, xen kẽ thuận lợi về mặt không gian và năng lượng Đây cũng là dạng phổ biến trong tự nhiên Có nhiều ở phần cứng vỏ động vật [9]

β, γ - chitin do mắt xích ghép với nhau theo kiểu song song (β- chitin ) và hai song song một ngược chiều (γ - chitin ), giữa các lớp không có loại liên kết hydro Dạng β- chitin cũng có thể chuyển sang dạng α– chitin nhờ quá trình acetyl hoá cho cấu trúc tinh thể bền vững hơn Chúng có nhiều ở phần mềm của động vật [9]

1.1.2.2 Tính chất vật lý của chitin

Chitin có màu trắng, cũng giống như cellulose, chitin có tính kỵ nước cao và không tan trong nước, trong kiềm, trong acid loãng và các dung môi hữu cơ như ete, rượu… Tính không tan của chitin là do chitin có cấu trúc chặt chẽ, có liên kết trong

và liên phân tử mạnh thông qua các nhóm hydroxyde và acetamide Tuy nhiên, β – chitin có tính trương nở với nước cao Chitin bị hòa tan bởi dung dịch acid đậm đặc như HCl, H3PO4 và dimethylacetamide chứa 5% lithiumchoride [9]

Chitin có cấu trúc rắn chắc hơn các polymer sinh học khác Độ rắn cao của chitin sẽ thay đổi theo từng loại chitin được chiết rút ra từ các nguyên liệu khác nhau [5]

Chitin tự nhiên có độ deacetyl dao động trong khoảng từ 8 - 12%, phân tử

lượng trung bình lớn hơn 1 triệu Dalton Tuy nhiên, chitin chiết từ vi sinh vật thì có phân tử lượng thấp, chỉ khoảng vài chục nghìn Dalton [5]

Khả năng hấp thụ tia hồng ngoại của chitin ở bước sóng:  = 884 - 890µm [5]

1.1.2.3 Tính chất hóa học

Cấu trúc của chitin là tập hợp các monosacharide (N-acetyl-β-D- glucosamim)

có liên kết với nhau bởi các cầu nối glucoside và hình thành các mạng sợi có tổ chức Hơn nữa chitin tồn tại rất hiếm ở trạng thái tự do và hầu như luôn luôn liên kết đồng hóa trị với các protein, CaCO3, và các hợp chất hữu cơ khác [8]

Chitin tương đối ổn định với các chất oxy hóa, như thuốc tím (KMnO4), nước oxy già (H2O2), nước javen (NaClO) hay Ca(ClO)2…[9] lợi dụng tính chất này người ta sẽ khử chitin bằng các chất oxy hóa trên

Phản ứng thủy phân hoàn toàn xảy ra khi đun nóng chitin trong acid HCl đậm đặc sẽ thu được glucosamin Quá trình thủy phân xảy ra đầu tiên ở cầu nối glucoside sau đó loại nhóm acetyl (-CO-CH3) [9]

Phản ứng este hóa:

- Chitin tác dụng với HNO3 đậm đặc cho sản phẩm chitin nitrat [5]

- Chitin tác dụng với anhydride sunfuric trong pyridin, dioxan và dimetylanilin cho sản phẩm chitin sunfonat [5]

N,N-Từ thế kỷ trước các nghiên cứu về việc hấp thu, tạo phức với kim loại nặng đã được thực hiện Chitin có thể tạo phức với nhiều kim loại như đồng, chì, crom …[5]

1.1.3 Chitosan

1.1.3.1 Khái niệm

Chitosan được xem như là polymer tự nhiên quan trọng nhất Với đặc tính là

có thể hoà tan tốt trong môi trường acid, chitosan được ứng dụng trong nhiều lĩnh

Cấu trúc của chitosan

Chitosan là dẫn xuất đề acetyl hoá của chitin, trong đó nhóm (–NH2) thay thế nhóm (-COCH3) ở vị trí C (2) Chitosan được cấu tạo từ các mắt xích D-glucosamin liên kết với nhau bởi các liên kết β-(1-4)-glucoside, do vậy chitosan có thể gọi là poly β-(1-4)-2-amino-2-deoxi-D-glucose hoặc là poly β-(1-4)-D- glucosamin (cấu

trúc III) [9]

Hình 1.2 Công thƣ́c cấu tạo của chitosan (poly β -(1-4)-D- glucozamin) [9]

- Công thức phân tử: (C6H11O4N)n [9]

- Phân tử lượng: Mchitosan = (161,07)n [9]

Tuy nhiên, trên thực tế thường có mắt xích chitin đan xen trong mạch cao phân tử chitosan (khoảng 10%) [9] Vì vậy công thức chính xác của chitosan được thể hiện như sau:

Trong đó tỷ lệ m/n phụ thuộc vào mức độ deacetyl hóa Chế phẩm này còn có tên là PDP: Poly- β - (1, 4) – D- glucosamin, hay còn gọi là Poly- β - (1- 4) – 2 – amino – 2- deoxy – D- glucose [9]

Chitosan có cấu trúc rất giống cellulose

Hình 1.3 Công thức so sánh cấu tạo của chitin, chitosan, cellulose [9]

1 Chitin 2 Chitosan 3 Cellulose

Như công thức ở hình 2.3, thì sự khác biệt duy nhất giữa chitosan và cellulose

là nhóm amin (-NH2) ở vị trí C2 của chitosan thay thế nhóm hydroxyl (-OH) ở cellulose

Nhiệt độ nóng chảy 309 – 3110C [4]

Khi hoà tan trong dung dịch acid acetic loãng sẽ tạo thành dung dịch keo dương, nhờ đó mà keo chitosan không bị kết tủa khi có mặt của một số ion kim loại nặng như: Pb2+, Hg+…[8]

Trọng lượng phân tử trung bình: 10.000- 500.000 Dalton tùy loại Loại PDP

có trọng lượng phân tử trung bình từ 200.000 đến 400.000 hay được dùng nhiều nhất trong y tế và thực phẩm [4]

Do là một polycationic mang điện tích dương (pH<6,5) nên chitosan có khả năng bám dính trên các bề mặt có điện tích âm như protein, aminopolysaccharide (alginate), acid béo và phospholipid nhờ sự có mặt của nhóm amino (NH2) [4] Chitosan có tính chất cơ học tốt, không độc, dễ tạo màng, có thể tự phân huỷ sinh học, có tính hoà hợp sinh học cao với cơ thể [4]

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 [3]

1.1.3.3 Tính chất hóa học của chitosan

Trong phân tử chitin/chitosan có chứa các nhóm chức -OH, -NHCOCH3 trong các mắt xích N-acetyl-D-glucosamin và nhóm –OH, nhóm –NH2 trong các mắt xích D-glucosamin có nghĩa chúng vừa là alcol vừa là amin, vừa là amit Phản ứng hoá học có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế -OH, dẫn xuất thế N-, hoặc dẫn xuất thế O, N- [8]

Mặt khác chitin/chitosan là những polimer mà các monomer được nối với nhau bởi các liên kết β-(1-4)-glucoside; các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các chất hoá học như: acid, base, tác nhân oxy-hóa và các enzyme thuỷ phân [8]

a Các phản ứng của nhóm –OH [8]

- Dẫn xuất sunfat

- Dẫn xuất O-acyl của chitin/chitosan

- Dẫn xuất O–tosyl hoá chitin/chitosan

b Phản ứng ở vị trí N [8]

- Phản ứng N-acetyl hoá chitosan

- Dẫn xuất N-sunfat chitosan

- Dẫn xuất N-glycochitosan (N-hidrroxy-etylchitosan)

- Dẫn xuất acroleylen chitossan

- Dẫn xuất acroleylchitosan

c Phản ứng xảy ra tại vị trí O, N [8]

- Dẫn xuất O, N–cacboxymetylchitosan

- Dẫn xuất N, O-cacboxychitosan

- Phản ứng cắt đứt liên kết β-(1-4) glucoside

- Chitosan phản ứng với acid đậm đặc tạo muối khó tan

- Chitosan tác dụng với iod trong môi trường H2SO4 cho phản ứng lên màu tím Đây là phản ứng dùng trong phân tích định tính chitosan

d Khả năng hấp phụ tạo phức với các ion kim loại chuyển tiếp

Hình 1.4 Công thƣ́c phức của chitosan với kim loại [8]

Trong phân tử chitin/chitosan và một số dẫn xuất của chitin có chứa các nhóm

chức mà trong đó các nguyên tử oxi và nitơ của nhóm chức còn cặp electron chưa

sử dụng, do đó chúng có khả năng tạo phức, phối trí với hầu hết các kim loại nặng

và các kim loại chuyển tiếp như: Hg+, Cd2+, Zn2+, Cu2+, Ni2+, Co2+… tùy nhóm chức

trên mạch polymer mà thành phần và cấu trúc của phức khác nhau [8]

Ví dụ: với ph ức Ni (II) nếu chitin có cấu trúc bát diện có số phối trí bằng 6, nếu chitosan có cấu trúc tứ diện có số phối trí bằng 4

- Khử amin nhờ: Ba(BrO)2, AgNO3, N2O2…

- Cắt mạch bởi acid, enzyme, bức xạ

1.1.3.4 Tính chất sinh học của chitosan

- Vật liệu chitosan có nguồn gốc tự nhiên, không độc, dùng an toàn cho người Chúng có tính hòa hợp sinh học cao với cơ thể, có khả năng tự phân huỷ sinh học Chitosan có nhiều tác dụng sinh học đa dạng như: có khả năng hút nước, giữ ẩm, tính kháng nấm, tính kháng khuẩn với nhiều chủng loại khác nhau, kích thích sự phát triển tăng sinh của tế bào, có khả năng nuôi dưỡng tế bào trong điều kiện nghèo dinh dưỡng, tác dụng cầm máu, chống sưng u [4]

- Chitosan không những ức chế các vi khuẩn gram dương, gram âm mà cả nấm men và nấm mốc Khả năng kháng khuẩn của chitosan phụ thuộc một vài yếu

tố như loại chitosan sử dụng (độ deacetyl, khối lượng phân tử), pH môi trường, nhiệt độ, sự có mặt của một số thành phần thực phẩm Khả năng kháng khuẩn của chitosan và dẫn xuất của nó đã được nghiên cứu bởi một số tác giả, trong đó cơ chế kháng khuẩn cũng đã được giải thích trong một số trường hợp Mặc dù chưa có một giải thích đầy đủ cho khả năng kháng khuẩn đối với tất cả các đối tượng vi sinh vật, nhưng hầu hết đều cho rằng khả năng kháng khuẩn liên quan đến mức độ hấp phụ chitosan lên bề mặt tế bào Trong đó, chitosan hấp phụ lên bề mặt vi khuẩn gram âm tốt hơn vi khuẩn gram dương [4] Một số cơ chế đã được giải thích như sau:

+ Nhờ tác dụng của những nhóm NH3+ trong chitosan lên các vị trí mang điện tích âm ở trên màng tế bào vi sinh vật, dẫn tới sự thay đổi tính thấm của màng tế bào làm cho quá trình trao đổi chất qua màng tế bào bị ảnh hưởng Lúc này, vi sinh vật không thể nhận các chất dinh dưỡng cơ bản cho sự phát triển bình

thường như glucose dẫn đến mất cân bằng giữa bên trong và bên ngoài màng

tế bào và cuối cùng dẫn đến sự chết của tế bào [7]

+ Chitosan có thể ngăn cản sự phát triển của vi khuẩn do có khả năng lấy đi các ion kim loại quan trọng như Cu2+, Co2+, Cd2+ của tế bào vi khuẩn nhờ hoạt động của các nhóm amino trong chitosan có thể tác dụng với các nhóm anion của bề mặt thành tế bào[4] Như vậy vi sinh vật sẽ bị ức chế phát triển do sự mất cân bằng liên quan đến các ion quan trọng

+ Điện tích dương của những nhóm NH3+của glucosamine monomer ở pH< 6,3 tác động lên các điện tích âm ở thành tế bào của vi khuẩn, dẫn đến sự rò rỉ các phần tử ở bên trong màng tế bào Đồng thời gây ra sự tương tác giữa sản phẩm của quá trình thuỷ phân có khả năng khuếch tán bên trong tế bào vi sinh vật với ADN dẫn đến sự ức chế mARN và sự tổng hợp protein tế bào [7]

+ Chitosan có khả năng phá huỷ màng tế bào thông qua tương tác của những nhóm NH3+ với những nhóm phosphoryl của thành phần phospholipid của màng tế bào vi khuẩn [7]

- Có tác dụng làm giảm đáng kể số lượng vi sinh vật tổng số trên bề mặt thực phẩm Với hàm lượng 1,5% đã giảm số lượng vi sinh vật trên bề mặt cam là 93%, trên bề mặt quýt là 96%, trên bề mặt cà chua là 98% … [7]

- Ngoài ra, chitosan còn có tác dụng làm giảm cholesterol và lipid máu, làm

to vi động mạch và hạ huyết áp, điều trị thận mãn tính, chống rối loạn nội tiết [4]

- Chitosan là chất thân mỡ có khả năng hấp thụ dầu mỡ rất cao có thể hấp thu đến gấp 6-8 lần trọng lượng của nó Chitosan phân tử có điện tích dương nên có khả năng gắn kết với điện tích âm của acid béo và acid mật tạo thành những chất có phân tử lớn không bị tác dụng bởi các enzyme tiêu hóa và do đó không bị hấp thụ vào cơ thể mà được thải ra ngoài theo phân qua đó làm giảm mức cholesterol nhất

là LDL-cholesterol, acid uric trong máu nên có thể giúp ta tránh các nguy cơ bệnh tim mạch, bệnh gút, kiểm soát được tăng huyết áp và giảm cân [4]

- Với khả năng thúc đẩy hoạt động của các peptid, insulin, kích thích việc tiết ra insulin ở tuyến tụy nên chitosan đã dùng để điều trị bệnh tiểu đường Nhiều công trình đã công bố khả năng kháng đột biến, kích thích làm tăng cường hệ thống miễn dịch cơ thể, khôi phục bạch cầu, hạn chế sự phát triển các tế bào u, ung thư, HIV/AIDS [4]

- Chitosan chống tia tử ngoại, chống ngứa [4]

1.1.4 Ứng dụng của chitin – chitosan

1.1.4.1 Ứng dụng chitosan trong ngành công nghệ thực phẩm

a Chất làm trong - Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất nước quả

Trong sản xuất nước quả, việc làm trong là yêu cầu bắt buộc Thực tế hiện nay đang sử dụng các chất làm trong như: gelatin, bentonite, kali caseinat, tannin, polyvinyl pyrovinyl chitosan là tác nhân tốt loại bỏ độ đục, giúp điều chỉnh acid trong nước quả Đối với dịch quả táo, nho, chanh, cam không cần qua xử lý pectin,

sử dụng chitosan để làm trong Đặc biệt nước táo, độ đục có thể giảm tối thiểu chỉ ở mức xử lý với 0,8 kg/m3 mà không hề gây ảnh hưởng xấu tới chỉ tiêu chất lượng của

nó Nghiên cứu đã chỉ ra rằng chitosan có ái lực lớn với các polyphenol như catechin, proanthocyanydin, acid cinamic, dẫn xuất của chúng; những chất mà có

thể biến màu nước quả bằng phản ứng oxy hóa [13]

b Sử dụng trong thực phẩm chức năng

Chitosan có khả năng làm giảm hàm lượng cholesterol trong máu Nếu sử dụng thực phẩm chức năng có bổ sung 4% chitosan thì lượng cholesterol trong máu giảm đi đáng kể chỉ sau 2 tuần Ngoài ra chitosan còn xem là chất chống đông tụ máu Nguyên nhân việc giảm cholesterol trong huyết và chống đông tụ máu được biết là ngăn không cho tạo các micelle Điều chú ý là, ở pH = 6- 6,5 chitosan bắt đầu bị kết tủa, toàn bộ chuỗi polysacchride bị kết lắng và giữ lại toàn bộ lượng micelle trong đó [4] Chính nhờ đặc điểm quan trọng này chitosan ứng dụng trong

sản phẩm thực phẩm chức năng

c Thu hồi protein

Nước Whey được coi là chất thải của trong công nghiệp sản xuất format, nó có chứa lượng lớn lactose và protein ở dạng hòa tan Nếu thải trực tiếp ra ngoài nó gây

ô nhiễm môi trường, còn nếu xử lý nước thải thì tốn kém trong vận hành hệ thống

mà hiệu quả kinh tế không cao Việc thu hồi protein trong whey được xem là biện pháp làm tăng hiệu quả kinh tế của sản xuất format Whey protein khi thu hồi được

bổ sung vào đồ uống, thịt băm, và các loại thực phẩm khác Đã đưa ra nhiều phương pháp khác nhau nhằm thu hồi protein này và chitosan được coi mang lại hiệu suất tách cao nhất Tỷ lệ chitosan để kết bông các chất lơ lửng là 2,15% (30mg/lit); độ đục thấp nhất ở pH 6,0 Nghiên cứu về protein thu được bằng phương pháp này: không hề có sự khác biệt về giá trị giữa protein có chứa chitosan và protein thu được bằng đông tụ casein hoặc whey protein [4] Ngoài việc thu h ồi protein từ whey, người ta sử dụng chitosan trong thu hồi các acid amin trong nước của sản xuất đồ hộp , thịt, cá …

e Ứng dụng làm màng bao (bảo quản hoa quả)

Lớp màng không độc bao toàn bộ khu cư trú từ bề mặt khối nguyên liệu nhằm hạn chế sự phát triển vi sinh vật bề mặt nguyên nhân chính gây thối hỏng thực phẩm

Màng chitosan cũng có lợi ích lớn với việc làm cứng thịt quả, ổn định acid, làm chậm phản ứng tổng hợp anthocyanin trong dâu tây khi để ở 40C Sau 31 ngày thịt quả cứng hơn, độ acid ổn định hơn so với việc sử dụng thuốc diệt nấm Ngoài ra

nó còn làm giảm tỷ lệ “nâu hóa” Điều này được chỉ ra bởi nó làm giảm lượng anthocyanin chứa trong quả Nấm là thủ phạm chính dễ gây thối quả nhất, trong khi

đó ưu điểm của chitosan là khả năng kháng n ấm Thêm vào đó, màng chitosan gần giống như môi trường bên ngoài mà không gây ra nguyên nhân hô hấp kị khí, nó có thể hấp thu chọn lọc tới oxy nhiều hơn là carbonic [12]

Một nghiên cứu khác trên tỏi và hạt tiêu chỉ ra rằng màng chitosan rõ ràng đã làm giảm tổn thất hạt ở 13-200C (độ ẩm tương đối 85%), bằng việc nhúng dung dịch nồng độ 1,5% Mức độ hô hấp, mất màu, bị héo, hay bị nhiễm n ấm giảm đi đáng kể [12]

Các kiểm tra trên hạt tiêu xanh, khoai tây, carrot, củ cải, hành tây cho thấy ch ỉ

có khoai tây và hạt tiêu xanh có phản ứng lại với màng, không làm giảm sự khối lượng thực phẩm, làm chậm lại sự lão hóa Khả năng ngăn ch ặn quá trình hư th ối cũng đã tìm thấy ở carrot, củ cải, măng tây được phủ màng Chất màng này cũng có thể gây hại đến các loại quả bằng cách làm tăng khả năng thối hỏng Việc sử dụng 2% (w/v) màng chitosan cho hạt tiêu xanh làm giảm sự hư thối, giảm nâu, tăng CO2

và làm giảm O2 bên trong màng [12] Trong khi đó nó cũng không có hiệu qu ả với các quả, củ có hơi nước bị mất thông qua các sẹo trên củ như khoai tây Tuy vậy lớp màng này giảm tỷ lệ nâu hóa trong hơn 12 ngày của quá trình bảo quản

Ngoài việc chỉ s ử dụng màng chitosan để bảo quản , hiện nay ở Việt Nam có

sự kết hợp giữa bảo quản bởi màng chitosan và PE

Qui trình bảo quản trái quýt đường với thời gian tồn trữ đến 8 tuần Đó là bảo quản trái bằng cách bao màng chitosan ở nồng độ 0,25% kết hợp với bao polyethylene có đ ục 5 lỗ với đường kính mỗi lỗ 1 mm và ghép mí lại bằng máy ép

Sau đó, bảo quản ở nhiệt độ 120

C [12] Với phương pháp này, phẩm chất bên trong trái như: hàm lượng đường, hàm lượng vitamin C luôn ổn định, tỷ lệ hao hụt trọng lượng thấp, màu sắc vỏ trái đồng đều và đẹp

1.1.4.2 Ứng dụng trong nghành công nghiệp khác

a Trong y dƣợc [4]

Từ chitosan vỏ cua, vỏ tôm có thể sản xuất glucosamin, một dược chất quý dùng để chữa khớp đang phải nhập khẩu ở nước ta [4] Ngoài ra còn sản xuất ra một số chất như:

- Da nhân tạo

- Kem chống khô da

- Kem dưỡng da ngăn chặn tia cực tím phá hoại da

- Dùng làm thuốc chữa bệnh viêm loét dạ dày – tá tràng

b Trong công nghiệp [7]

- Vải col dùng cho may mặc

- Vải chịu nhiệt, chống thấm

- Vải chitosan dùng cho may quần áo diệt khuẩn trong y tế

- Làm tăng độ bền của giấy

- Dùng làm thấu kính tiếp xúc

c Trong nông nghiệp [7]

- Bảo quản quả, hạt giống mang lại hiệu quả cao

- Dùng như một thành chính trong thuốc trừ nấm bệnh (đạo ôn, khô vằn…)

- Dùng làm thuốc kích thích sinh trưởng cây trồng cho lúa, cây công nghiệp, cây ăn quả, cây cảnh …

- Không tan trong nước

- Tan trong acid loãng như acid acetic

d Trong các ngành công nghệ khác [3]

- Dùng làm mực in cao cấp trong công nghệ in

- Tăng độ bám dính của mực in

- Trong công nghệ môi trường

- Xử lý nước thải công nghiệp rất hiệu quả

- Xử lý nước thải trong công nghiệp nhuộm vải

- Xử lý nước trong công nghiệp nuôi tôm, cá

e Trong công nghệ sinh học [3]

Chất mang cố định enzyme và cố định tế bào

1.1.5 Nguồn thu nhận chitin – chitosan

Chitin – chitosan được chiết xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau: phế liệu thủy sản, vi nấm, vi khuẩn… tuy nhiên nguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin – chitosan là phế liệu thủy sản, đặc biệt là vỏ tôm, ghẹ, mực Tùy theo từng nguyên liệu mà hàm lượng chitin biến đổi khác nhau, trong đó nang mực có hàm lượng chitin cao nhất kế đến là tôm sú và tôm thẻ

Bảng 1.1 Thành phần hóa học một số phế liệu thủy sản để sản xuất chitin [9]

Nguyên liệu Thành phần hóa học (%)

Độ ẩm Protein Khoáng Lipid Chitin

1.1.5.1 Thành phần phế liệu tôm

Bảng 1.2 Thành phần hóa học của vỏ tôm [9]

STT Thành phần (% khối lượng) Trong vỏ tôm tươi Trong vỏ tôm khô

75

45,16 23,25 27,50 Chưa xác định

4

Phế liệu tôm từ các cơ sở chế biến là những phần phế thải như đầu, vỏ, chân

và đuôi tôm Trong thành phần của tôm, phần đầu chiếm khoảng 35 = 45% khối lượng, phần vỏ, chân và đuôi chiếm khoảng 10 -15% Như đã nói trên, thành phần hóa sinh của vỏ tôm gồm có chitin, protein, chất khoáng, lipid, và các sắc tố Tỷ lệ giữa các thành phần này không ổn định mà thay đổi giữa các giống, loài, đặc điểm, sinh thái, sinh lý cũng như giai đoạn phát triển con tôm

 Protein

Trong phế liệu tôm protein tồn tại ở 2 dạng tự do và phức tạp [9]:

- Dạng tự do: thịt tôm lẫn vào phế liệu tôm hoặc phần thịt và nội tạng còn sót lại trong vỏ đầu tôm

- Dạng phức tạp: ở dạng này protein không hòa tan và thường liên kết với chitin, CaCO3, lipid tạo thành lipoprotein

 Chitin

Chitin được bao bọc bởi sáu sợi xoắn protein, tồn tại dạng phức hợp chitin – protein bởi những liên kết đồng hóa trị Ngoài ra chitin còn liên kết với lipid và các hợp chất hữu cơ khác [3]

 Sắc tố

Trong phế liệu tôm còn có một lượng astaxanthin đáng kể Lúc các sinh vật biển còn sống, astaxanthin tồn tại dạng phức hợp với lipoprotein gợi là cyanin, nhưng trong quá trình gia nhiệt, protein bị biến tính và astaxanthin bị tách ra nên màu đỏ cam xuất hiện [9]

 Chất khoáng

Trong vỏ tôm có chứa một lượng muối vô cơ chủ yếu là CaCO3 Bên cạnh đó

vỏ tôm còn còn chứa rất ít Ca3(PO4)2 Hợp chất này trong quá trình khử khoáng dễ hình thành CaHPO4 khó tan trong HCl Điều này gây khó khăn cho việc khử khoáng khi chiết xuất chitin [9]

 Lipid

Ngoài những thành phần chính trên, trong vỏ tôm còn chứa một lượng nhỏ lipid Thông thường, lượng lipid này cũng được loại bỏ trong công đoạn khử

protein

1.1.5.2 Ứng dụng của phế liệu tôm

 Sản xuất chitin, chitosan và glucosamine

Chitin – chitosan có tính ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đã nói trên Một hướng khác, từ việc thủy phân chitin bằng HCl đặc ta sẽ thu được glucosamine[3] Chất này được ứng dụng trong y học, đặc biệt là bào chế thuốc đặc

trị thoái hóa khớp

 Sản xuất thức ăn chăn nuôi

Đây là hướng sản xuất phổ biến hiện nay khi việc tận dụng nguồn phế liệu thủy sản vào sản xuất chitin – chitosan và các hướng khác chưa được sản xuất rộng rãi Trong thành phần của bột tôm có chứa acid amin tương tự như acid amin của đậu nành hay của bột cá, vì vậy rất nhiều thức ăn chăn nuôi hiện nay có chứa bột

tôm Hiện nay có hai phương pháp chế biến thức ăn chăn nuôi được sử dụng phổ biến là phương pháp sấy khô bằng nhiệt và phương pháp ủ xilo [4]

1.2 Tổng quan về táo

1.2.1 Nguồn gốc và cấu tạo của táo

Cây táo là loại cây thân gỗ thuộc họ Hoa hồng (Rosaceae), chi Malus, loài M

domestica Trong chi Malus có khoảng 30 – 35 loài và chủ yếu sống ở châu Âu và

Bắc Mỹ [20]

Cây táo tây có nguồn gốc ở Trung Á, hiện vẫn còn loài táo dại tổ tiên của táo tây mọc ở vùng này Tổng sản lượng táo tây năm 2005 trên toàn thế giới là trên 55 triệu tấn, trị giá khoảng 10 tỷ đô la Mỹ Trong đó, sản lượng của Trung Quốc chiếm 35% Mỹ là nước có sản lượng táo cao thứ nhì, chiếm hơn 7,5% tổng sản lượng thế giới Thổ Nhĩ Kỳ, Pháp, Italia, và Iran cũng là những nước xuất khẩu táo hàng đầu [20]

Cây táo tây cao khoảng 3–12 m, tán rộng và rậm Đến thu cây rụng lá, lá táo hình bầu dục, rộng 3–6 cm, dài 5–12 cm; đầu lá thắt nhọn với cuống lá khoảng 2–

5 cm Rìa lá dạng răng cưa [20]

Hoa táo nở vào mùa xuân cùng lúc khi mầm lá nhú Hoa sắc trắng, có khi pha chút màu hồng rồi phai dần Hoa có năm cánh, đường kính 2,5-3,5 cm Trái chín vào mùa thu và thường có đường kính cỡ 5–9 cm Ruột táo bổ ra có năm "múi" chia thành ngôi sao năm cánh Mỗi múi có 1-3 hột [20]

Trái hình tròn màu sắc tùy loại táo như: táo Gala màu đỏ thẫm, táo Klever fruits có màu cam và vàng, táo xanh mỹ có màu xanh, táo Fuji Mỹ có màu vàng xen lẫn các chấm đỏ hồng đến đỏ đậm [20]

Hình 1.5 Táo Klever fruits Hình 1.6 Táo táo gala

Hình 1.7 Táo xanh Mỹ

1.2.2 Thành phần hóa học của táo

Năng lượng trong 100g táo là 229 Kj (54 Kcal) [16]

Bảng 1.3 Các thành phần hóa học của táo

Bảng 1.4 Thành phần các acid amin của táo

Hydrocacbon trong táo chủ yếu là các loại đường, sorbit, tinh bột [16]

Acid hữu cơ trong táo có khá nhiều về acid hữu cơ nhưng củ yếu là acid malic (550mg), acid citric(16mg) ngoài ra còn có các cid như: acid oxalic, salycilic acid, purin [16]

Các lipid chủ yếu: acid palimitic, acid steric, acid oleic, acid linolic, acid linoleic [16]

1.2.3 Các quá trình xảy ra trong khi tồn trữ

Phần lớn những biến đổi của rau quả sau thu hoạch là tiếp tục các biến đổi trong quá trình phát triển của chúng, nhưng theo chiều hướng phân hủy và tiêu hao vật chất để sinh năng lượng duy trì quá trình sống

Trong quá trình tồn trữ rau quả tươi, các biến đổi về vật lý, sinh lý, sinh hóa có quan hệ chặt chẽ và phụ thuộc vào tính chất tự nhiên của rau quả tươi: giống , loài, điều kiện trồng trọt và chăm sóc, độ chín khi thu hoạch, kỹ thuật thu hái, vận chuyển và những yếu tố kỹ thuật trong quá trình tồn trữ [6]

bề mặt rau quả và môi trường bên ngoài dẫn đến quá trình thoát hơi nước Khi chưa qua thu hoạch lượng nước luôn được bù đắp do rễ hút từ đất, còn trong bảo quản, quá trình hô hấp của rau quả sinh nhiệt và ẩm nên chênh lệch nhiệt ẩm giúp tăng tốc quá trình bốc hơi ẩm Sự mất nước này ảnh hưởng không tốt đến quá trình trao đổi chất, làm giảm tính trương của tế bào, làm mất độ dòn, rau quả bị héo và làm giảm khối lượng chung [6]

Để giảm sự mất nước của rau quả, người ta thường áp dụng các biện pháp sau:

hạ thấp nhiệt độ, tăng độ ẩm và giảm tốc độ chuyển động của không khí trong kho bảo quản…

b Sự giảm khối lƣợng tự nhiên

Sự giảm khối lượng tự nhiên của rau quả trong quá trình bảo quản do bay hơi nước và tiêu tốn các chất hữu cơ trong khi hô hấp Sự giảm khối lượng tự nhiên này không thể tránh khỏi trong bất kỳ điều kiện nào nhưng có thể giảm tối thiểu khi tạo được điều kiện bảo quản tối ưu

Khối lượng giảm trong bảo quản phụ thuộc vào nhiều yếu tố: loại và giống trái, vùng và khí hậu trồng, phương pháp và điều kiện bảo quản, thời gian bảo quản, thời hạn bảo quản và mức độ bị xây xát của trái [6]

c Sự sinh nhiệt

Tất cả nhiệt sinh ra trong rau quả tươi khi bảo quản là do hô hấp Lượng nhiệt

do hô hấp sinh ra chủ yếu tỏa ra môi trường xung quanh, làm tăng nhiệt trong kho

Do đó trong quá trình bảo quản cần liên tục điều chỉnh duy trì các thông số (do hô hấp của vi sinh vật) dẫn đến hư hỏng rau quả nhanh chóng [6]

d Các biến đổi về tính chất cơ lý

Trong quá trình chín của rau quả, do các biến đổi về sinh hóa mà các tính chất

cơ lý của quả cũng thay đổi Trong suốt quá trình chín, phản ứng thủy phân protopectin thành pectin làm độ cứng của trái giảm và quá trình này ph ụ thuộc vào giống và điều kiện chín của quả[6]

1.2.3.2 Các biến đổi sinh lý, sinh hóa

a Sự hô hấp

Rau quả dù đã thu hái tách khỏi cây mẹ nhưng vẫn là cơ thể sống, do đó vẫn

hô hấp để lấy năng lượng phục vụ cho hoạt động sống của mình Quá trình hô hấp

là quá trình quan trọng nhất cần đo đạc trong quá trình bảo quản rau trái Về mặt bản chất hóa học, quá trình hô hấp chính là quá trình oxy hóa các chất phức tạp có trong tế bào thực vật để thành các phân tử đơn giản hơn, nhằm mục đích thu năng lượng và một số chất cần thiết cho sinh tổng hợp của tế bào rau quả Các chất có thể

bị oxy hóa bao gồm tinh bột, đường, acid hữu cơ và cả các chất béo [6] Quả thường

có hai dạng hô hấp:

- Hô hấp thường: cường độ hô hấp giảm dần sau thu hoạch, không có sự thay đổi cường độ hô hấp trong quá trình chín (như quả họ cam quýt, sơ ri, dâu, dứa) [6]

- Hô hấp đột biến: có sự tăng nhanh tốc độ hô hấp sau thu hoạch (như táo, mơ,

bơ, chuối, xoài, đu đủ…) [6]

b Sự thay đổi thành phần hóa học

Rau quả là một cơ thể sống nên ngoài quá trình hô hấp, trong rau quả còn xảy

ra các biến đổi về hóa học Trong đó, chủ yếu nhất là phản ứng thủy phân các chất phức tạp thành các hợp chất đơn giản Trong quá trình phát triển và chín của rau quả, hàm lượng các chất hòa tan tăng Chất hòa tan tích tụ chậm trong quá trình phát triển nhưng tăng nhanh trong quá trình chín Trong quá trình bảo quản, nhìn chung tổng hàm lượng các chất tan tăng, nhưng sau đó giảm nhẹ vào cuối quá trình

- Sự biến đổi glucid: các hợp chất thuộc nhóm glucid là thành phần có những biến đổi lớn và mạnh mẽ nhất trong quá trình hình thành và bảo quản Khi trái đang hình thành hàm lượng tinh bột tăng nhanh, nhưng trong quá trình trái chín hàm lượng tinh bột giảm do quá trình đường hóa do tác dụng của các enzyme thủy phân

có sẵn trong tế bào [6]

- Sự biến đổi của các hợp chất chứa nitơ: ở đây chủ yếu là các protein, trong quá trình bảo quản lượng protein có thể bị giảm do các phản ứng thủy phân và các

phản ứng oxy hóa khử bên trong tế bào Trong quá trình chín của quả, hàm lượng các protein cũng thay đổi Tổng protein nhìn chung giảm, tỷ lệ giữa các protein tan trong nước và không tan trong nước thay đổi tùy loại quả [6]

- Biến đổi của lipid: lipid có trong rau quả không nhiều tập trung chủ yếu ở lớp vỏ dưới dạng cutin Trong quá trình chín và bảo quản, hàm lượng và chất lượng cũng của các chất béo cũng bị biến đổi theo xu hướng thủy phân và oxy hóa Không chỉ tổng lượng chất béo bị thay đổi mà tỷ lệ giữa các loại acid béo cũng bị thay đổi [6]

- Sự biến đổi của các vitamin: trong quá trình chín và bảo quản rau quả hàm lượng vitamin có khuynh hướng giảm và làm giảm giá trị dinh dưỡng của quả Vì 90% hàm lượng vitamin C cung cấp cho con người hằng ngày là thông qua rau quả nên hàm lượng vitamin C là một trong những thông số để đánh giá chất lượng rau quả [13] Trong quá trình chín vitamin C cuả quả có thể tăng hay giảm tùy loại quả Nhưng trong quá trình bảo quản hàm lượng vitamin C giảm đi nhanh do không khí thâm nhập và do các phản ứng hóa học

- Sự biến đổi của các sắc tố: các chấ màu thay đổi rõ rệt nhất trong quá trình chín Chlorophyll ( màu xanh lá ) giảm, đồng thời carotenoid ( màu vàng, đỏ bao gồm carotene, licopen, xantophyll) và flavonoid ( màu vàng đến tím) tăng Do khi chlorophyll bị oxy hóa tạo ra các hợp chất không màu, trong khi carotenoid hoặc flavonoid lại được tổng hợp nên tạo màu sắc của rau quả [6]

- Sự biến đổi của các acid hữu cơ: các acid hữu cơ bị phân hủy trong quá trình

hô hấp và quá trình decarboxyl hóa Tổng acid hữu cơ trong quá trình bảo quản giảm đi nhưng riêng từng acid có thể tăng lên do những nguyên nhân khác nhau Sự thay đổi của acid phụ thuộc vào sự trưởng thành của quả và nhiệt độ bảo quản [13]

- Sự biến đổi của các phenolic: quá trình chín của rau quả sẽ làm hàm lượng các chất gây vị chát giảm đi và giảm ngày càng nhanh [13]

- Sự biến đổi các glycoside: khi rau quả chín, dưới tác dụng của acid hay enzyme glycoside sẽ bị phân giải thành đường và aglycon Dưới tác dụng của enzyme khác nhau sản phẩm phân giải của glycoside sẽ khác nhau [13]

- Sự biến đổi của các hợp chất thơm: quá trình chín sẽ tăng các loại chất thơm (thường các loại tinh dầu) trong quả Hàm lượng tinh dầu nhiều nhất là giai đoạn quả chín hoàn toàn Tinh dầu đặc trưng cho từng loại quả, tạo ra mùi thơm đặc trưng với các hàm lượng khác nhau [13]

CHƯƠNG 2 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

- Máy đo quang

- Thiết bị để tạo dung dịch

nhúng chitosan

- Thiết bị Instron Food Testing Fixtures để khảo sát tính chất cơ

lý của màng

b Thuyết minh quy trình

 Rửa và sấy

Mục đích: nhằm loại bỏ các tạp chất và một số thịt tôm còn sót lại trong vỏ tôm Sấy nhằm làm mất nước có trong vỏ tôm để bảo quản vỏ tôm được thời gian dài để chuẩn bị cho thí nghiệm

Rửa: đầu tiên bằng nước sạch sau đó rửa lại bằng nước muối

Sấy: sấy ở nhiệt độ 40 – 450C

 Nghiền và lọc

Mục đích: làm nhỏ nguyên liệu để thuận lợi cho các quy trình tiếp theo

Nghiền: dùng cối nghiền sứ để nghiền nhỏ nguyên liệu

 Khử protein

Mục đích: nhằm loại bỏ protein và chất béo trong sản phẩm

Khử protein: Ta tiến hành loại bỏ hoàn toàn protein bằng dung dịch NaOH 5%, protein bị kiềm thủy phân thành các amin tự do tan và được loại ra theo quy trình rửa trôi Lượng NaOH 5% cho vào đến khi ngập toàn bộ vỏ tôm và kiểm tra

pH = 11 – 12 là được để đảm bảo việc loại bỏ protein được hoàn toàn Đun ở nhiệt

độ 80 - 850

C trong 2,5 giờ (trong quá trình nấu lưu ý vấn đề trào dung môi do tạo bột nhiều và mùi bay ra khó chịu) Sản phẩm sau khi nung được rửa sạch bằng nước thường hoặc nước cất đến pH = 7

Tiếp đó là công đoạn r ửa trung tính nhằm rửa trôi hết muối natri, các amin tự

do và NaOH dư Sấy khô ở 600C thu được chitin thô

 Khử khoáng

Mục đích: Nhằm loại bỏ Canxi và khoáng trong sản phẩm

Khử khoáng: Trong vỏ tôm thành phần chủ yếu là muối CaCO3, MgCO3 và rất

ít Ca3(PO4)2, nên người ta thường dùng các loại acid như HCl, H2SO4 để khử khoáng Khi khử khoáng, nếu dùng H2SO4 sẽ tạo muối khó tan nên ít sử dụng, người ta dùng HCl để khử khoáng theo các phản ứng sau:

MgCO3 + 2HCl = MgCl2 + CO2 + H2O CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2 + H2O

Ca3(PO4)2 + 6HCl = 3CaCl2 + 2H3PO4 Trong quá trình rửa, muối Cl- tạo thành được rửa trôi, nồng độ acid HClcó ảnh hưởng lớn đến chất lượng của chitosan thành phẩm, đồng thời có ảnh hưởng lớn đến thời gian và hiệu quả khử khoáng Nếu nồng độ HCl cao sẽ rút ngắn được thời gian khử khoáng nhưng sẽ làm cắt mạch do có hiện tượng thủy phân các liên kết β-(1-4) glucoside để tạo thành tạo ra các polymer có trọng lượng phân tử trung bình

thấp, có khi thủy phân triệt để đến glucosamin Ngược lại, nếu nồng độ HCl quá thấp thì quá trình khử khoáng sẽ không triệt để và thời gian xử lý kéo dài ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

Sau khi khử khoáng tiến hành rửa trung tính, công đoạn này có tác dụng rửa trôi hết các muối, acid dư tan trong nước Qúa trình rửa kết thúc khi dịch rửa cho giá trị pH = 7

 Rửa và tẩy màu

Mục đích: loại bỏ màu trong chitin thô

Tẩy màu: Chitin thô có màu hồng nhạt do có sắc tố astaxanthin Do chitin ổn định với các chất oxy hóa như thuốc tím (KMnO4), H2O2 lợi dụng tính chất này người ta sử dụng các chất này để khử màu chitin

 Rửa và sấy

Mục đích: nhằm kéo dài thời gian bảo quản chitin

Sấy: sau khi thu được chitin thành phẩm ta cần sấy ở nhiệt độ 600C

 Quá trình deacetyl hóa

Quá trình điều chế chitin thành chitosan thực chất là quá trình deaetyl chitin, chuyển hóa nhóm –NHCOCH3 thành nhóm NH2 và loại bỏ nhóm –CH3CO, chuyển hóa thành muối natri CH3COONa Để quá trình deacetyl thực hiện được hoàn toàn, người ta sử dụng NaOH đậm đặc 46% thời gian 2,5giờ nhiệt độ ở 90 - 950

C [9] Sau quá trình deacetyl , tiến hành rửa trung tính đến khi pH = 7 Sau khi rửa , đem đi sấy khô ở nhiệt độ 600

C

Các chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng của chitosan

Chất lượng chitin – chitosan được đánh giá thông qua chất lượng chitosan của công ty Protan – Biopolymer là một trong những công ty sản xuất và phân phối chitosan lớn nhất thế giới (theo tạp chí Thủy sản số 2 – 1992) [9] Gồm các chỉ tiêu sau:

2.2.2 Các phương pháp phân tích chitosan

 Xác định màu sắc độ mềm mại

Màu sắc và độ mềm mại được xác định bằng phương pháp cảm quan Đưa chitin – chitosan lên trên tờ giấy trắng để phân tích màu sắc Dùng tay để xác định độ mềm mại của mẫu

 Xác định hàm lượng ẩm

Việc xác định độ ẩm của thực phẩm được tiến hành theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) - 4326-86

a Nội dung và phương pháp:

Xác định hàm lượng nước mất đi khi sấy mẫu chitin ở nhiệt độ 100- 1050

C đến khối lư ợng không đổi Sai số cho phép giữa hai lần cân lặp lại trên cùng một mẫu thử không quá 0,2% trị số trung bình

b Cách tiến hành:

Sấy khô chén ở nhiệt độ 1000C, để nguội trong bình hút ẩm và cân trọng lượng chén (m) Lấy khoảng 3-5 g mẫu (tuỳ loại mẫu), cho vào chén cân đã sấy khô, cân trọng lượng chén với mẫu (m1) trước khi cho vào sấy Cho chén với mẫu vào tủ sấy, sấy ở nhiệt độ 100-1050C trong khoảng 6-8 giờ (tuỳ loại mẫu), để nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng, cân đến trọng lượng mẫu không đối chén với mẫu (m2)

c Tính độ ẩm

Độ ẩm (%) 100

1

2 1

m m

m m







 Xác định hàm lượng tro

Xác định hàm lượng tro tổng số được tiến hành theo TCVN 4327 – 1993

a Nội dung phương pháp:

Xác định hàm lượng tro thô của mẫu chitin sau khi khử protein và khử khoáng được thực hiện bằng cách nung mẫu ở nhiệt độ 6000

C

b Cách tiến hành:

Cân 3 - 5g mẫu chitin cho vào chén nung , chén đã sấy khô đem cân trọng lượng m1, đốt lên bếp điện khi không còn khói đen , đưa chén có mẫu vào lò nung , nung ở nhiệt độ 6000

C, trong vòng 3 - 6 giờ Sau khi nung , đưa mẫu ra sấy ở nhiệt độ 1000C trong vòng 1 giờ, cân trọng lượng (mẫu + chén) m2

Trong đó:

m: Trọng lượng mẫu phân tích

m2 : Trọng lượng chén + mẫu sau khi nung ở nhiệt độ 6000C

m1: Trọng lượng chén đã sấy ở nhiệt độ 1000C

 Xác định độ hòa tan theo phương pháp lọc [1]

Phương pháp được thực hiện dựa trên nguyên lý chitosan được hòa tan trong acid acetic loãng còn chitin và các tạp chất khác không hòa tan

Cân chính xác m (g) chitosan hòa tan trong acid acetic loãng 1%, khuấy đều trong 30 phút để cho chitosan hòa tan hoàn toàn Sau đó đem đi lọc qua giấy lọc rồi rửa lại bằng nước cất, đem sấy khô đến khi khối lượng không đổi ta xác định độ hòa tan của chitosan

m

m m

Trong đó: X: độ hòa tan của chitosan

m2: khối lượng giấy lọc + tạp chất

m1: khối lượng giấy lọc trước khi sấy

m: khối lượng chitosan

 Độ deacetyl [9]

Xác định độ deacetyl bằng quang phổ hồng ngoại (IR) Phương IR dựa trên sự hấp thụ năng lượng bức xạ trong vùng hồng ngoại của phân tử do sự thay đổitrạng thái năng lượng chuyển động quay và chuyển động dao động từ trạng thái năng lượng cơ bản đến năng lượng trạng thái kích thích [1] Vì thế, tần số hấp thụ hồng ngoại là những thông tin hữu ích cho việc nghiên cứu chi tiết cấu trúc phân tử Với thí nghiệm này chúng tôi gửi mẫu đến phòng phân tích Hóa Lý, Viện Khoa Học Vật Liệu và Ứng Dụng Tp.HCM để phân tích

Công thức xác định độ deacetyl:

2.2.3 Phương pháp thăm dò vùng biến thiên của các yếu tố khảo sát [2]

Để chọn miền biến thiên của 3 yếu tố khảo sát gồm thời gian (phút), acid acetic (%v), ethylene glycol (%w/v), chúng tôi tạo màng bằng dung dịch gel chitosan (3% w) hòa tan trong acid acetic 1,5% (khi hòa tan chitosan vào acid acetic phải để 10 giờ để chitosan ổn định cấu trúc gel)và sử dụng 15% phụ gia ethylene glycol Cân 20g dung dịch gel chitosan và đúc trên mặt phẳng kính có kích thước 20cm x 20cm, làm khô ở nhiệt độ 650C trong thời gian 50 phút Chúng tôi cố định 2 yếu tố khi khảo sát miền biến thiên thích hợp cho 2 yếu tố còn lại Màng thu được của các thí nghiệm thăm dò này được tiến hành phân tích đánh giá cảm quan

Để khảo sát vùng biến thiên của các yếu tố ảnh hưởng đến tính kéo đứt của màng chitosan chúng tôi dùng phương pháp đánh giá cảm quan theo phương pháp cho điểm Nội đánh giá và cho điểm theo bảng sau:

Bảng 2.1 Bảng điểm cảm quan cho các tính chất của chitosan

5 Bóng và đồng đều Kéo dãn được và mềm mại

4 Hơi bóng và đồng đều Kéo dãn được và hơi cứng

3 Bóng và ít đồng đều hơi kéo dãn được và mềm mại

2 Bóng và không đồng đều Kéo dãn được và cứng

1 Không bóng và đồng đều Không kéo dãn được và mềm mại

0 Không bóng và không đồng đều Không kéo dãn được và cứng

2.2.4 Phương pháp tối ưu trực giao cấp một [2]

2.2.4.1 Mục đích

Tìm điều kiện tối ưu để thực hiện các quá trình hoặc chọn lựa thành phần tối

ưu của hệ nhiều phần tử Phương pháp quy hoạch thực nghiệm nhiều yếu tố cho phép thay đổi đồng thời nhiều yếu tố, xác định được tương tác giữa các yếu tố, nhờ

đó giảm bớt số thí nghiệm

2.2.4.2 Phương pháp tính toán

Phương trình hồi quy được xây dựng từ các kết quả thực nghiệm Tính tương thích với thực nghiệm được đánh giá dựa trên giá trị R2 Các hệ số trong phương trình hồi quy mô tả ảnh hưởng của các yếu tố nghiên cứu đến hoạt tính enzym Ảnh hưởng của các yếu tố được đánh giá dựa trên xác suất tin cậy hay mức ý nghĩa p của chúng

Ảnh hưởng được coi là rất lớn khi p  0,0001, ảnh hưởng là đáng kể khi 0,0001 < p  0,05 và không đáng kể khi p > 0,05

Chỉ có những hệ số biểu diễn ảnh hưởng rất lớn và đáng kể mới được giữ lại trong phương trình hồi quy cuối cùng Khi ảnh hưởng bậc hai của các yếu tố hay ảnh hưởng tương hỗ giữa các yếu tố là đáng kể thì hệ số biểu diễn ảnh hưởng bậc nhất của các yếu tố đó luôn được giữ lại trong phương trình

Phương trình hồi quy xây dựng có dạng:

Trong đó:

Y là hàm mục tiêu tương ứng với ứng suất kéo căng (Tensile stress-MPa)

xi biểu diễn ảnh hưởng riêng (ảnh hưởng bậc 1) của từng yếu tố (biến số), xixj biểu diễn ảnh hưởng tương hỗ của hai yếu tố

bo, bi, bij, bjj là các hệ số trong phương trình hồi quy

Để đơn giản trong tính toán, chuyển từ hệ trục tự nhiên sang hệ trục không thứ nguyên (hệ mã hóa) Xét yếu tố được kí hiệu là zi

, z2o, z3o, …, zko

)gọi là tâm của phương án Việc mã hóa được thực hiện dễ dàng nhờ chọn tâm của miền được nghiên cứu làm gốc tọa độ:

Giá trị mã hóa:

i

o i i i

z

z z x

i i i

z z

z  

zi là khoảng biến thiên của yếu tố zi tính từ mức cơ sở

Vậy trong hệ trục không thứ nguyên, mức trên là 1, mức dưới là -1, tọa độ của tâm phương án bằng 0

Các hệ số trong phương trình hồi quy được tính theo công thức

k

y b

k i i

k i j ij i

k i

i i j i ij





 1

) (

(1)

Kiểm định ý nghĩa các hệ số hồi quy

Các hệ số được kiểm định theo tiêu chuẩn Student (tiêu chuẩn t)

3 2 23 3 1 13 2 1 12 3 3 2 2 1 1

b

b S

b

t  (2) b: các hệ số trong phương trình hồi quy

Sb: độ lệch bình phương của các hệ số hồi quy

- Nếu t < tp(f): hệ số b được giữ lại trong phương trình hồi quy

- Nếu t > tp(f): hệ số b bị loại khỏi phương trình hồi quy

(p: mức ý nghĩa, f: bậc tự do tái hiện)

Kiểm định sự tương thích của phương trình hồi quy với thực nghiệm

Sự tương thích của phương trình hồi quy được kiểm định theo tiêu chuẩn Fisher

2 2

2 0 0 2

n

u u

) (

n u u

th y y

Và

) 1 ( 0

s s

Trong đó: f = N – l – (n0 – 1); l là hệ số có ý nghĩa trong phương trình hồi qui

Giá trị ở bảng tiêu chuẩn Fisher với mức ý nghĩa p = 0,05 có các bậc tự do f1

= N – l – (n0 – 1) và f2 = n0 – 1 Tra bảng F1-p

- Nếu F < F1-p thì phương trình tương thích với thực nghiệm

- Nếu F > F1-p: phương trình hồi quy không tương thích với thực nghiệm và phải tăng bậc đa thức

Để thực hiện việc tối ưu hóa theo phương pháp trực giao bậc hai (N=2n

) ở các mức kết hợp khác nhau của ba thông số ảnh hưởng là nhiệt độ, hàm lượng acid acetic và hàm lượng ethylene glycol Chúng tôi tiến hành 11thí nghiệm, gồm 23

=8thí nghiệm ma trận trực giao và 3 thí nghiệm tại tâm Thí nghiệm theo ho ạch định như bảng 2.2

Bảng 2.2 Bảng ma trận quy hoạch thực nghiệm

Số

TN x1 x2 x3

Thời gian (phút)

Acid acetic (%)

Ethylene glycol (%)

Ứng suất kéo (Y) (MPa)

điểm tối ưu

2.2.5 Phương pháp bảo quản táo bằng màng bao chitosan

Tiến hành tạo màng tại điều kiện tối ưu nhận được ở mục 2.2.3 và thử nghiệm bảo quản trên táo xanh theo tóm tắt sau : Táo nguyên liệu → Rửa , phân loại → Làm khô → Bọc màng bao → Bảo quản ở điều kiện phòng

Nguyên liệu táo sau khi mua về sẽ được rửa sạch và phân loại, lựa chọn những quả có kích thước tương đương nhau, loại những quả bị xây xát nhẹ, bị bầm dập tránh cho quá trình bảo quản không đạt kết quả tốt

Tiến hành phân tích các chỉ tiêu vật lý, hóa sinh của táo sau khi đã xử lý, sau

đó bảo quản táo ở nhiệt độ thường từ (27 – 340

C)

Cách bảo quản: táo sau khi làm khô được bảo quản theo hai nghiệm thức sau:

 Mẫu thí nghiệm (TN) là mẫu sử dụng màng chitosan đ ể bảo quản Bao gói táo bằng phương pháp nhúng táo thí nghi ệm trong dung dịch chitosan sau đó để khô khoảng 30 phút, tiếp tục nhúng lần thứ 2 nhằm tạo màng chắc chắn đảm bảo sự bám dính trên bề mặt táo tốt hơn

 Mẫu đối chứng (ĐC) là mẫu không sử dụng màng bao chitosan

Hình 2.2 Mẫu thí nghiệm Hình 2.3 Mẫu đối chứng

Lấy ngẫu nhiên mẫu ở hai nghiệm thức (TN và ĐC ), được lấy định kỳ 10 ngày/lần và mỗi lần lấy 2 mẫu để phân tích So sánh các mẫu đối chứng và mẫu thí nghiệm sau các thời gian bảo quản qua các thông số: sự hao hụt khối lượng tự nhiên (chỉ tiêu vật lý), hàm lượng chất khô, hàm lượng acid tổng số, hàm lượng vitamin

C, hàm lượng đường (chỉ tiêu hóa sinh ) và trạng thái bên ngoài , màu sắc (chỉ tiêu cảm quan)

2.2.6 Các phương pháp đánh giá chất lượng táo

2.2.6.1 Phương pháp phân tích vật lý

 Xác định hao hụt khối lượng tự nhiên [14]

Cân khối lượng của từng quả táo trước và sau khi b ảo quản bằng cân kỹ thuật với 3 lần lặp lại Hao hụt khối lượng tự nhiên được tính theo công thức:

% 100 1

2 1

G

G G

G 



Trong đó: G: hao hụt khối lượng tự nhiên ở mỗi lần phân tích (%)

G1: khối lượng (g) mẫu trước khi bảo quản

G2: khối lượng (g) mẫu sau khi bảo quản

2.2.6.2 Phương pháp phân tích hóa sinh

 Xác định hàm lượng chất khô tổng số [14]

Cân 5g táo đem đi sấy ở nhiệt độ 850

C trong 2 giờ sau đó nâng lên 1050C trong vòng 1 giờ và sấy đến khối lượng không đổi (lặp lại thí nghiệm 3 lần)

Chất khô tổng số được tính theo công thức:

%100

M1: khối lượng (g) mẫu trước khi sấy

M2: khối lượng (g) mẫu sau khi sấy

 Xác định hàm lượng acid tổng số [14]

Nghiền nhỏ 2 – 3g mẫu táo trong cối sứ, sau đó cho vào erlen 250ml đậy bằng nút cao su để hạn chế sự bay hơi của các acid hữu cơ, thêm nước cất đến vạch 150ml Đun cách thủy trên bếp điện 80 – 900

C trong 30 phút, thỉnh thoảng lắc nhẹ Khi dung dịch nguội, lọc vào erlen 250ml và cho vào bình định mức 250 ml dùng nước cất định mức đến vạch

Lấy 50ml dung dịch lọc cho vào erlen, cho thêm 1- 2 giọt phenolphthalein Chuẩn độ bằng NaOH 0,1N cho đến khi xuất hiện màu hồng Lặp lại thí nghiệm 3 lần

Hàm lượng acid tính theo công thức:

m V

V K V A

h

đm

.

100

Vđm: thể tích mẫu pha loãng

Vh: số ml dung dịch mẫu lấy để chuẩn độ

m: khối lượng mẫu

 Xác định hàm lượng vitamin C [14]

Cân 5g táo và nghiền nhanh trong cối sứ với 5ml HCl 5% Dịch chiết thu được cho vào bình định mức 100ml và thêm nư ớc cất đến vạch (dùng nước cất rửa và tráng cối chày và bã vài lần rồi đổ vào bình), khuấy đều rồi lọc

Chuẩn bị 3 erlen Hút vào mỗi bình 20ml dung dịch chiết có chứa vitamin C,

5 – 10 giọt hồ tinh bột 1% và chuẩn độ ngay bằng dung dịch iod 0,01N đến khi màu xanh xuất hiện Ghi nhận thể tích dung dịch iod 0,01N dùng trong mỗi lần chuẩn độ

Hàm lượng vitamin C trong táo được tính theo công thức:

m V

V V C

h

c

.

1000

00088 ,

0



Trong đó:

C: hàm lượng vitamin C trong nguyên liệu (mg)

Vc: giá trị trung bình của số ml dung dịch iod 0,01N dùng để chuẩn độ

V: thể tích của dịch chiết 100ml

Vh: số ml dung dịch mẫu lấy để chuẩn độ

0,0088: số gam vitamin C tương ứng với 1ml 0,01N

m: khối lượng mẫu

- Cách xác định hàm lượng đường khử

Cho vào erlen 250ml: 10ml dung dịch Fehling A + 10ml dung dịch Fehling B + 10ml dịch lọc đã chuẩn bị trên và khoảng 20ml nước cất Đun sôi hỗn hợp 3phút tính từ khi xuất hiện bọt nước đầu tiên Sau khi đun sôi dung dịch v ẫn còn màu xanh biếc đặc trưng Nếu dung dịch mất màu hoàn toàn thì chứng tỏ lượng Fehling