Nghiên cứu ảnh hưởng của một số dung môi hòa tan chitosan và chất gia vị dùng trong sản xuất chả cá đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM -------- ĐÀO THỊ HUỀ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ DUNG MÔI HÕA TAN CHITOSAN VÀ CHẤT GIA VỊ DÙNG TRONG SẢN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM



ĐÀO THỊ HUỀ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ DUNG MÔI HÕA TAN CHITOSAN VÀ CHẤT GIA VỊ DÙNG TRONG SẢN XUẤT CHẢ CÁ ĐẾN HOẠT TÍNH CHỐNG

OXY HÓA CỦA CHITOSAN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Công nghệ Chế Biến Thủy Sản

NHA TRANG, THÁNG 6 NĂM 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM



ĐÀO THỊ HUỀ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ DUNG MÔI

HÕA TAN CHITOSAN VÀ CHẤT GIA VỊ DÙNG TRONG

SẢN XUẤT CHẢ CÁ ĐẾN HOẠT TÍNH CHỐNG

OXY HÓA CỦA CHITOSAN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Công nghệ Chế Biến Thủy Sản

GVHD: TS HUỲNH NGUYỄN DUY BẢO

NHA TRANG, THÁNG 6 NĂM 2017

LỜI CÁM ƠN

Sau hơn 1 năm nghiên cứu làm đề tài, đến nay em đã hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp đại học Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Nha Trang, Ban Chủ nhiệm Khoa Công nghệ Thực Phẩm đã tạo điều kiện cho em học tập và nghiên cứu chuyên môn của mình

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Huỳnh Nguyễn Duy Bảo

đã trực tiếp, tận tình hướng dẫn trong suốt thời gian làm thực tập tốt nghiệp Xin chân thành cám ơn quý thầy cô giáo trong Khoa Công nghệ Thực phẩm trường Đại học Nha Trang đã tận tình giúp đỡ giải đáp những thắc mắc khó khăn tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đồ án

Cám ơn cán bộ các phòng thí nghiệm Công nghệ Chế biến, Công nghệ Thực phẩm, Công nghệ Sinh học, Hóa_Vi sinh, Trung tâm Thí nghiệm Thực hành đã tạo điều kiện cho em hoàn thành đề tài của mình

Cuối cùng, cám ơn sự giúp đỡ của gia đình và bạn bè đã động viên, khích lệ trong thời gian vừa qua Trong quá trình tiến hành thực nghiệm cũng như viết báo cáo đồ án không tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo quý thầy cô để bài báo cáo đồ án tốt nghiệp được hoàn thiện hơn Một lần nữa xin gửi lời tri ân sâu sắc đến quý thầy cô, những người lái đò luôn tận lòng, tận tâm Kính chúc quý thầy cô sức khỏe, nhiệt huyết, thành công Xin chân thành cảm ơn!

Nha Trang, tháng 6 năm 2017

Sinh viên thực hiện

Đào Thị Huề

MỤC LỤC

LỜI CÁM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG viii

DANH MỤC HÌNH ix

LỜI MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Cấu tạo, tính chất và ứng dụng của chitosan 4

1.1.1 Cấu tạo 4

1.1.2 Tính chất của chitosan 4

1.1.2.1.Tính chất vật lý 5

1.1.2.2 Tính chất hóa học 6

1.1.2.3 Hoạt tính sinh học 8

1.1.3 Ứng dụng của chitosan 9

1.2 Hoạt tính chống oxy hóa của chitosan và một số dung môi hòa tan chitosan 14

1.2.1 Hoạt tính chống oxy hóa của chitosan 14

1.2.1.1 Hoạt tính khử gốc tự do DPPH của chitosan 15

1.2.1.2 Tổng năng lực khử của chitosan 16

1.2.1.3 Hoạt tính chống oxy hóa lipid bằng mô hình phản ứng Feton trong hệ Lipid/FeCl2/H2O2 của chitosan 16

1.2.1.4 Khả năng khử H2O2 17

1.2.2 Hoạt tính chống oxy hóa của một số dung môi hòa tan 17

1.2.2.1 Khả năng hòa tan chitosan của một số loại dung môi 17

1.2.2.2 Khả năng chống oxy hóa của một số loại dung môi hòa tan chitosan 18

1.3 Hoạt tính chống oxy hóa của một số loại gia vị thường dùng trong sản xuất chả cá 25

1.3.1 Các gia vị thường dùng trong sản xuất chả cá 25

1.3.1.1 Công nghệ sản xuất chả cá 26

1.3.1.2 Vai trò và liều lượng sử dụng một số loại gia vị thường dùng trong sản xuất chả cá 27

1.3.2 Hoạt tính chống oxy hóa của một số loại gia vị thường dùng trong sản xuất

chả cá 33

1.3.2.1 Tiêu 33

1.3.2.2 Hành 34

1.3.2.3 Tỏi 35

1.4 Quá trình oxy hóa và cơ chế chống oxy hóa 36

1.4.1 Quá trình oxy hóa 36

1.4.2 Cơ chế chống oxy hóa 37

1.5 Các phương pháp phân tích hoạt tính chống oxy hóa 39

1.5.1 Phương pháp quang phổ 39

1.5.1.1 Phương pháp khử gốc tự do DPPH (Scavenging ability towards DPPH radicals) 39

1.5.1.2 Tổng năng lực khử (Total Reducing Power Ability) 40

1.5.1.3 Hoạt tính chống oxy hóa lipid bằng mô hình phản ứng Feton trong hệ Lipid/FeCl2/H2O2 41

1.5.1.4 Phương pháp đánh giá hoạt tính chống oxy hóa dựa và khả năng khử gốc hydroxyl tự do 42

1.5.1.5 Phương pháp TEAC (Trolox equivalent antioxidant capacity): Xác định hoạt tính chống oxi hóa so với khả năng chống oxi hóa của Trolox 43

1.5.1.6 Phương pháp ORAC (Oxygen radical absorbance capacity): Xác định khả năng hấp thụ gốc chứa oxi hoạt động 43

1.5.1.7 Phương pháp TRAP (Total radical-trapping antioxidant potential): Xác định khả năng bẩy các gốc tự do 44

1.5.1.8 Phương pháp FRAP (Ferric reducing-antioxidant power): Lực chống oxy hóa bằng phương pháp khử sắt 44

1.5.2 Phương pháp điện hóa 45

1.5.2.1 Cyclic voltammetry (đo điện thế) 45

1.5.2.2 Phương pháp amperometric 46

1.5.2.3 Phương pháp biamperometric 46

1.5.3 Phương pháp sắc kí 47

1.5.3.1 Phương pháp sắc kí khí (Gas chromatography) 47

1.5.3.2 HPLC (high performance liquid chromatography): phương pháp sắc kí lỏng

hiệu năng cao 47

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 48

2.1 Đối tượng nghiên cứu 48

2.1.2 Hóa chất nghiên cứu 48

2.1.3 Thiết bị và dụng cụ 49

2.2 Nội dung nghiên cứu 49

2.2.1 Cơ sở nguyên cứu 49

2.2.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 50

2.2.2.1 Sơ đồ nghiên cứu chung 50

2.2.2.2 Bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của dung môi hòa tan chitosan đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan 52

2.2.2.3 Bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của các chất gia vị đến hoạt tính chống oxy hóa chitosan 53

2.2.2.4 Bố trí thí nghiệm đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của chitosan và chitosan kết hợp với các chất gia vị, phụ gia ứng dụng trong bảo quản chả cá 57

2.2.3 Phương pháp chuẩn bị mẫu 58

2.2.3.1 Chuẩn bị dung dịch acid acetic, acid lactic, acid citric, acid ascorbic 58

2.2.3.2 Chuẩn bị dung dịch chitosan 59

2.3 Phương pháp phân tích 59

2.3.1 Xác định hoạt tính chống oxy hóa dựa vào khả năng khử gốc tự do DPPH 59

2.3.1.1 Chitosan trong các dung môi 60

2.3.1.2 Đối với mẫu dung môi 60

2.3.1.3 Đối với mẫu gia vị 60

2.3.2 Xác định hoạt tính chống oxy hóa dựa vào tổng năng lực khử 63

2.3.2.1 Đối với nghiên cứu của dung môi hòa tan chitosan 63

2.3.2.2 Đối với các mẫu dung môi 63

2.3.2.3 Đối với nghiên cứu ảnh hưởng của gia vị, phụ gia 63

2.3.3 Phương pháp đánh giá hoạt tính chống oxy hóa lipid bằng mô hình phản ứng Feton trong hệ Lipid/FeCl2/H2O2 65

2.4 Phương pháp xử lí số liệu 67

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 68

3.1 Ảnh hưởng của dung môi hòa tan chitosan đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan 68

3.1.1 Đánh giá khả năng chống oxy hóa của 4 dung môi hòa tan chitosan 68

3.1.2 Ảnh hưởng của dung môi hòa tan đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan 72

3.1.3 Mối tương quan của các mẫu chitosan trong các dung môi 79

3.2 Ảnh hưởng của các chất gia vị đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan 81

3.2.1.Đánh giá quá trình sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính chống oxy hóa bắt gốc tự do DPPH, tổng năng lực khử, hoạt tính chống oxy hóa hóa lipid bằng mô hình Fenton trong hệ Lipid/FeCl2/H202 theo thiết kế thí nghiệm Plackett-Burman 81 3.2.1.1 Đánh giá quá trình sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính chống oxy hóa bắt gốc tự do DPPH theo thiết kế thí nghiệm Plackett-Burman 84

3.2.1.2 Đánh giá quá trình sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính chống oxy hóa dựa vào tổng năng lực khử theo thiết kế thí nghiệm Plackett-Burman 87

3.2.1.3 Đánh giá quá trình sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính chống oxy hóa lipid bằng mô hình Fenton trong hệ Lipid/FeCl2/H202 theo thiết kế thí nghiệm Plackett-Burman 90

3.2.2 Đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của chitosan và chitosan kết hợp với các chất gia vị, phụ gia 92

Chương 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT KIẾN NGHỊ 95

4.1 Kết luận 95

4.2 Kiến nghị 96 PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Kí hiệu viết tắt Viết đầy đủ

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

BHA : Butylated hydroxyanisole

BHT : Butylated hydroxytoluen

DD : Degree of Deacetyl

FAO : Food and Agriculture Organization Of The United Nation JECFA : The Joint Expert Committee on Food Additives

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Một số ứng dụng chitosan trong thực phẩm 10

Bảng 1.2 Một số ứng dụng chitosan trong xử lí môi trường 12

Bảng 1.3 Mức độ hòa tan chitosan trong các dung môi 18

Bảng 1.4 Tính chất của sorbitol 32

Bảng 2.1 Tên thiết bị và dụng cụ 49

Bảng 2.2 Các biến trong ma trận thí nghiệm sàng lọc theo thiết kế Plackett-Burman 53

Bảng 2.3 Ma trận bố trí thí nghiệm sàng lọc các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan theo thiết kế Plackett-Burman 54

Bảng 2.4 Ma trận bố trí các thí nghiệm đầy đủ theo thiết kế Plackett-Burman 54

Bảng 3.1 Mô tả sự khác biệt của chitosan trong các mẫu dung môi hòa tan acid acetic, acid lactic, acid citric và giữa các nồng độ của Chitosan trong cùng 1 dung môi thông qua chỉ tiêu khử gốc tự do DPPH 79

Bảng 3.2 Mô tả sự khác biệt của chitosan trong các mẫu dung môi hòa tan acid acetic, acid lactic, acid citric và giữa các nồng độ của chitosan trong cùng 1 dung môi thông qua chỉ tiêu khử sắt 80

Bảng 3.3 Đánh giá ảnh hưởng của các chất gia vị từ ma trận đầy đủ theo thiết kế thí nghiệm Plackett-Burman ảnh hưởng đến hoạt tính chống oxy hóa bắt gốc tự do DPPH, tổng năng lực khử, hoạt tính chống oxy hóa hóa lipid bằng mô hình Fenton trong hệ Lipid/FeCl2/H202 82

Bảng 3.4 Phân tích ANOVA ảnh hưởng của các chất gia vị đến hoạt tính tự do bắt gốc DPPH của mẫu chitosan 86

Bảng 3.5 Kết quả phân tích ANOVA ảnh hưởng của các chất gia vị đến tổng năng lực khử của mẫu chitosan 89

Bảng 3.6 Kết quả phân tích ANOVA ảnh hưởng của các chất gia vị đến hoạt tính chống oxy hóa lipid bằng mô hình Fenton trong Lipid/FeCl2/H202 của mẫu chitosan 92

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Công thức cấu tạo chitosan 4

Hình 1.2.Chọn lọc ion của chitosan: số lượng (mol) của hóa trị II và hóa trị III cation cố định cho mỗi hàng 7

Hình 1.3 Công thức cấu tạo của acid acetic 19

Hình 1.4 Công thức cấu tạo của acid latic 20

Hình 1.5 Công thức cấu tạo acid citric 21

Hình 1.6 Công thức cấu tạo của acid ascorbic 22

Hình 1.7 Quá trình chuyển hóa gốc tự do của acid ascorbic 23

Hình 1.8 Cơ chế quá trình chống oxy hóa của acid ascorbic [63] 24

Hình 1.9 Quy trình công nghệ sản xuất chả cá [6] 26

Hình 1.10 Sơ đồ phản ứng giữa chất chống oxy hóa và gốc tự do DPPH 40

Hình 1.11 Phương trình phản ứng giữa MDA và acid thiobarbituric 42

Hình 1.12 Cơ chế phản ứng của phương pháp FRAP 45

Hình 2.1 Sơ đồ nghiên cứu chung 51

Hình 2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của dung môi hòa tan chitosan đến hoạt tính chống oxy hóa chitosan 52

Hình 2.3 Sơ đồ khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính chống oxy hóa theo phần mềm DESIGN EXPERT 10 56

Hình 2.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm đánh giá khả năng chống oxy hóa của chitosan và chitosan kết hợp với các chất gia vị, phụ gia dùng trong công nghệ sản xuất chả cá 57

Hình 2.5 Sơ đồ chuẩn bị dung dịch acid acetic, acid lactic, acid citric, acid ascorbic 58

Hình 2.6 Sơ đồ chuẩn bị dung dịch chitosan 59

Hình 2.7 Đường chuẩn DPPH 62

Hình 2.8 Đường chuẩn BHT 65 Hình 3.1 Hoạt tính chống oxy hóa của 4 mẫu dung môi đến khả năng khử gốc tự do

DPPH Số liệu trên đồ thị là giá trị trung bình của 3 lần thí nghiệm SD Các kí tự khác nhau thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (P<0.05) 68

Hình 3.2 Hoạt tính chống oxy hóa của 4 mẫu dung môi đến tổng năng lực khử Số

liệu trên đồ thị là giá trị trung bình của 3 lần thí nghiệm SD Các kí tự khác nhau thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (P<0.05) 70 Hình 3.3 Hoạt tính chống oxy hóa của 4 mẫu dung môi theo mô hình phản ứng

Fenton Số liệu trên đồ thị là giá trị trung bình của 3 lần thí nghiệm SD Các kí tự khác nhau thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (P<0.05) 71 Hình 3.4 Ảnh hưởng của dung môi hòa tan chitosan đến hoạt tính chống oxy hóa

của chitosan qua phương pháp phân tích khử gốc tự do DPPH Số liệu trên đồ thị là giá trị trung bình của 3 lần thí nghiệm SD Các kí tự khác nhau thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (P<0.05) 72 Hình 3.5 Ảnh hưởng của dung môi hòa tan chitosan đến hoạt tính chống oxy hóa

của chitosan qua phương pháp phân tích tổng năng lực khử Số liệu trên

đồ thị là giá trị trung bình của 3 lần thí nghiệm SD Các kí tự khác nhau thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (P<0.05) 75 Hình 3.6 Ảnh hưởng của dung môi hòa tan chitosan đến hoạt tính chống oxy hóa

của chitosan theo mô hình phản ứng Fenton Số liệu trên đồ thị là giá trị trung bình của 3 lần thí nghiệm SD Các kí tự khác nhau thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (P<0.05) 77 Hình 3.7 Cơ chế bất hoạt gốc tự do của nhóm chức amin 78 Hình 3.8 Biểu đồ Pareto thể hiện ảnh hưởng của các chất gia vị đến khả năng bắt

gốc tự do DPPH của mẫu chitosan 85 Hình 3.9 Biểu đồ Pareto ảnh hưởng của các chất gia vị đến đến tổng năng lực khử

của mẫu chitosan 88 Hình 3.10 Biểu đồ Pareto ảnh hưởng của các chất gia vị đến hoạt tính chống oxy hóa

lipid bằng mô hình Fenton trong hệ Lipid/FeCl2/H202 của mẫu chitosan 90 Hình 3.11 Hoạt tính chống oxy hóa của mẫu chitosan và chitosan kết hợp với 7 loại gia

vị thông qua chỉ tiêu DPPH (a), tổng năng lực khử (b), theo mô hình phản ứng Fenton (c) Số liệu trên đồ thị là giá trị trung bình của 3 lần thí nghiệm SD Các kí tự khác nhau thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (P<0.05) 94

1

LỜI MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Quá trình oxy hóa là một trong những phản ứng phổ biến xảy ra trong hệ thống thực phẩm Là nguyên nhân chính làm giảm chất lượng và giá trị dinh dưỡng cho thực phẩm, làm mất mùi vị ban đầu và hình thành các hợp chất độc hại cho thực phẩm và là một trong những nguyên nhân gián tiếp gây ra những căn bệnh mãn tính cho cơ thể Và một trong những biện pháp có thể mang lại hiệu quả ngăn chặn hoặc làm chậm quá trình oxy hóa trong thực phẩm là sử dụng chất chống oxy hóa để bổ sung vào thực phẩm

Trong công nghệ chế biến và bảo quản thực phẩm các chất oxy hoá được sử dụng rộng rãi để kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm Mặc dù, có một số chất chống oxy hóa tổng hợp như Butylated Hydroxyl Anisol (BHA) và Butylated Hydroxyl Toluene (BHT), tuy nhiên người tiêu dùng đang lo ngại về sự an toàn của phụ gia thực phẩm tổng hợp Điều này đã làm dấy lên một mối quan tâm lớn trong các chất phụ gia tự nhiên Ngoài ra, người tiêu dùng cũng có xu hướng không muốn

sử dụng các chất chống oxy hóa tổng hợp, do lo ngại những ảnh hưởng xấu của chúng đến sức khỏe Chitosan được biết đến như là một polymer sinh học không độc hại với nhiều đặc tính quan trọng trong đó có tác dụng chống oxy hóa có khả năng ngăn chặn và hình thành gốc tự do

Được biết chitosan có khả năng hòa tan trong nhiều loại dung môi khác nhau: acid acetic, acid lactic, acid citric, acid ascorbic… và phổ biến nhất là sử dụng acid acetic 1% Tuy nhiên đối với mỗi loại dung môi khác nhau thì khả năng hòa tan cũng như khả năng chống oxy hóa cũng sẽ khác nhau Hơn nữa các dung môi này

có nguồn gốc từ tự nhiên, có tính an toàn và không gây độc hại cho người tiêu dùng

Để hiểu được nó ảnh hưởng như thế nào đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan

để từ đó tìm ra loại dung môi phù hợp cho mục đích ứng dụng chitosan như một chất chống oxy hóa tự nhiên trong chế biến và bảo quản thực phẩm

2

Mặt khác, lipid là một trong những thành phần quan trọng của thực phẩm, tuy nhiên trong quá trình chế biến và bảo quản, lipid dễ bị phân hủy do các phản ứng oxy hóa Peroxide, các sản phẩm bậc I của quá trình tự oxy hóa, bị phân hủy thành các sản phẩm bậc II như aldehyt, xetone, các acid hữu cơ mạch ngắn, Những hợp chất này làm giảm giá trị dinh dưỡng và chất lượng cảm quan của thực phẩm như màu vàng hoặc nâu sẫm, mùi ôi khét, vị đắng Để ngăn ngừa hiện tượng oxy hóa lipid trong thực phẩm, nhiều giải pháp đã được áp dụng, trong đó sử dụng các chất chống oxy hóa được quan tâm nhiều nhất Chả cá là một thực phẩm được người tiêu dùng ưa chuộng bởi giá trị dinh dưỡng… nên việc ứng dụng chitosan để bảo quản chả cả là một hướng đi mới cần được quan tâm nghiên cứu Các chất gia vị dùng trong chả cá như: hành, tiêu, tỏi, muối đường, bột ngọt, sorbitol không những tạo vị cho thực phẩm mà còn có tác dụng chống oxy hóa Do đó việc kết hợp chitosan cùng các chất gia vị dùng trong chả cá có ảnh hưởng như thế nào tới hoạt tính chống oxy hóa của chitosan Xuất phát từ những thực tế trên đề tài này đã tiến hành

thực hiện: “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số dung môi hòa tan chitosan và chất

gia vị dùng trong sản xuất chả cá đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan”

2 Nội dung nghiên cứu

- Khảo sát ảnh hưởng của một số dung môi hòa tan chitosan đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan

- Khảo sát ảnh hưởng của một số gia vị dùng trong sản xuất chả cá đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan

3 Mục tiêu đề tài

- Tìm hiểu tổng quan về chitosan, tổng quan về quá trình oxy hóa và tổng quan về các phương pháp kiểm tra hoạt tính chống oxy hóa, tổng quan về một số chất gia vị dùng trong công nghệ sản xuất chả cá

- Khảo sát hoạt tính chống oxy hóa của 4 loại dung môi hòa tan chitosan: acid acetic, acid lactic, acid citric, acid ascorbic ở cùng nồng độ

- Khảo sát hoạt tính chống oxy hóa chitosan trong các mẫu dung môi

Trân trọng cám ơn!

Công thức cấu tạo:

Hình 1.1 Công thức cấu tạo chitosan

Các tính chất hóa lý của chitosan phụ thuộc nhiều vào nguồn gốc của chitin và các điều kiện quả quá trình sản xuất chitin/chitosan Ngoài ra, những đặc tính của chitosan còn đƣợc quyết định bởi khối lƣợng phân tử (MW), độ deacetyl (DD) và các thông số hóa lý khác [27]

5

1.1.2.1 Tính chất vật lý

- Độ deacetyl (Degree of Deacetyl DD)

Độ deacetyl (DD) đặc trưng cho tỷ lệ giữa glucopyranose với 2-amino-2-deoxy-D-glucopyranose trong phân tử chitin và chitosan Độ deacetyl (DD) càng cao nghĩa là số lượng nhóm acetyl còn lại trên mạch chitosan càng ít [16] Độ deacetyl liên quan đến các tính chất vật lí, hóa học của chitosan bởi vì nó liên quan trực tiếp đến các tính chất cation của chitosan [7]

2-acetaMediumo-2-deoxy-D-Độ deacetyl của sản phẩm chitosan thu được phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như: nồng độ và tỉ lệ NaOH sử dụng, nhiệt độ và thời gian xử lý của quá trình deacetylchitin, tạo nên những phân tử chitosan có tính chất hóa lý khác nhau Nồng

độ NaOH và nhiệt độ xử lý càng cao thì số lượng nhóm acetyl loại bỏ càng nhiều, chitosan có độ deactyl càng cao và khối lượng phân tử (MW) càng thấp Để đạt được độ deacetyl (DD) cao trên 90% thì cần thực hiện quá trình deacetyl nhiều lần [15], [54]

Độ deacetyl (DD) của chitosan được xác định bằng nhiều kỹ thuật khác nhau như: Phân tích nguyên tố, chuẩn độ thế năng, quang phổ hồng ngoại, phân tích nguyên tố IR, phương pháp sắc kí lỏng và rắn… [28] Tuy nhiên, các phương pháp phổ biến hiện nay sử dụng là sử dụng UV, NMR và IR [3]

Do quá trình khử acetyl xảy ra không hoàn toàn nên người ta qui ước nếu độ deacetyl DD > 50% thì gọi là chitosan, nếu DD < 50% thì gọi là chitin [3], [19]

- Khối lượng phân tử (Molecular Weight MW)

Khối lượng phân tử chitosan khác nhau tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu và phương pháp sản xuất Phân tử lượng chitosan là một thông số cấu trúc quan trọng, nó quyết định tính chất chitosan như khả năng kết dính, tạo màng, tạo gel, khả năng hấp phụ chất màu, đặc biệt là khả năng ức chế vi sinh vật và chống oxy hóa [15], [27] Hầu hết chitosan thương mại có giá trị DD > 70% và trọng lượng phân tử từ 100.000 đến 1.200.000 Da Chitosan có phân tử lượng thấp thì thường có hoạt tính

- Độ nhớt

Các quá trình sản xuất chitosan có ảnh hưởng nhiều đến độ nhớt của chitosan

Độ nhớt của chitosan phụ thuộc rất nhiều vào mức độ deacetyl (DD), khối lượng phân tử (MW), nồng độ dung dịch, cường độ ion, pH và nhiệt độ [15] Ví dụ: độ nhớt chitosan giảm khi tăng thời gian khử khoáng Theo nghiên cứu của Bough (1978), quá trình khử của giai đoạn khử khoáng trong quá trình sản xuất chitosan từ chitin sẽ làm giảm độ nhớt của chitosan

Chitosan có khối lượng phân tử càng lớn thì độ nhớt càng cao Chitosan có phân tử lượng thấp có độ nhớt từ 30-200 cps và chitosan có phân tử lượng lớn hơn 1 triệu Da có độ nhớt lên đến 3.000-4.000 cps Độ nhớt của dung dịch chitosan liên quan đến trọng lượng phân tử polymer theo phương trình Mark-Houwwink:

[ ] = KMa

Trong đó:

[ ]: độ nhớt nội

M: khối lượng phân tử trung bình

K, a: là hằng số hệ thống dung môi- chất tan và nhiệt độ [28]

1.1.2.2 Tính chất hóa học

Chitosan có khả năng tạo phức tốt với ion kim loại, phản ứng tạo phứt giữa chitosan và dung dịch đồng loãng xảy ra tại pH = 4.5, các nhóm NH2 trong mạch tham gia phản ứng tương tác trực tiếp với các ion đồng và tạo thành phức chất khác nhau

7

[Cu(-NH2)]2+, 2OH-, H2O (a)

[Cu(-NH2)]2+, 2OH- (b)

Phức chất (a) đƣợc tạo thành trong điều kiện pH = 5-5.8, phức chất (b) đƣợc

tạo thành ở pH 5.8 Cơ chế tạo phức phụ thuộc vào độ pH và nồng độ của dung dịch đồng loãng và trạng thái cuả chitosan (bột, gel, màng…) Phản ứng tạo phức tốt hơn khi chitosan thu hồi từ quá trình deacettyl chitin có độ deacyl (DD) cao Điều này chứng tỏ sự tạo phức còn phụ thuộc số lƣợng nhóm NH2 cũng nhƣ là sự sắp xếp các nhóm NH2 trên mạch chitosan

Mặt khác, chitosan có khả năng tạo phức với sắt Phức hợp của chitosan với

Fe3+ đƣợc tạo thành bằng cách cho chitosan (dạng bột) phản ứng với sắt clorua 1.5M, kết tủa thu đƣợc rửa sạch, sấy khô và khảo sát Sản phẩm cuối cùng là một phức hợp phức tạp [Chitosan-Fe3+] với 1 ion Fe3+ kết với 2 phân tử chitosan, 3 phân

tử H2O kết hợp với 1 ion Cl Công thức tổng quát của phức: [Fe(H2O)3(Glu)2Cl].H2O, (Glu: Glucosamine)

Hình 1.2 Chọn lọc ion của chitosan: số lƣợng (mol) của hóa trị II và hóa trị III

cation cố định cho mỗi hàng

Ngoài ra, chitosan còn có thể hình thành phức tĩnh điện trong điều kiện acid nhƣ: chất hoạt động bề mặt (SPEC) và phức polyelectrolyte (PEC)

8

1.1.2.3 Hoạt tính sinh học

- Khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của chitosan:

Chitosan có tác dụng kháng khuẩn mạnh và an toàn cho cơ thể con người Chitosan có khả năng ức chế rất nhiều chủng vi sinh vật: vi khuẩn Gram âm, vi khuẩn Gram dương và vi nấm Khả năng ức chế vi sinh vật của chitosan phụ thuộc vào độ deacetyl, phân tử lượng So với chitin thì chitosan có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm tốt hơn vì dung dịch chitosan tích điện đương ở vị trí C2 ở pH<6 Chitosan có độ deacetyl (DD) cao trên 85% thì có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm tốt Chitosan có phân tử lượng dưới 2000 Da thì khả năng ức chế vi sinh vật kém Chitosan có phân tử lượng trên 9000 Da thì có khả năng ức chế vi sinh vật cao [29]

Chitosan được hòa tan trong các dung môi hữu cơ như acid acetic, acid lactic

và được sử dụng để xử lý kháng khuẩn, kháng nấm

Có rất nhiều nghiên cứu thảo luận về hoạt động kháng khuẩn của chitosan trong những điều kiện khác nhau Nghiên cứu Lian-Ying Zheng [36] về hoạt tính

kháng khuẩn của các loại chitosan có khối lượng phân tử (MW) khác nhau trên E

coli và Staphylococus aureus cho thấy: khả năng kháng khuẩn của chitosan trên Staphylococus aureus tăng khi khối lượng phân tử (MW) của chitosan tăng và khả

năng kháng khuẩn của chitosan trên E coli giảm khi khối lượng phân tử (MW) của

chitosan tăng [36]

- Tính phân hủy sinh học

Hầu hết polymer ngày nay là nguyên liệu tổng hợp, nên khả năng tự phân hủy sinh học của chúng bị hạn chế hơn nhiều so với các polymer tự nhiên như: cenlulose, chitin, chitosan bà những dẫn xuất của chúng [38] Chitosan dễ bị phân hủy bởi vi sinh vật trong đất và vi sinh vật trong nước, nên chitosan được xem là polymer thân thiện với môi trường [54]

Nhiều nghiên cứu trên thế giới đã cho kết quả rằng chitin và chitosan là các polymer có tính phân hủy sinh học [28] Theo nghiên cứu của Davies và cộng sự,

9

chitosan dễ bị phân hủy bởi lysozyme ở pH = 5.2, và pHopt = 5.2-8.0 Pangburn và cộng sự nghiên cứu về ảnh hưởng của lysozyme tới tính nhạy cảm của chitin/chitosan và kết quả cho thấy rằng chitin tinh khiết (0% deacetylation) dễ bị phận hủy bởi lysozyme nhất, trong khi chitosan tinh khiết (100% deacetylation) không bị phân hủy bởi lysozyme

Phương pháp sản xuất chitosan cũng ảnh hưởng đến tính thủy phân sinh học của chitosan và kết quả là chitosan được sản xuất theo phương pháp đồng nhất dễ bị thủy phân bởi lysozyme hơn chitosan được sản xuất theo phương pháp không đồng nhất [55] Cả hai phương pháp sản xuất chitosan đều gồm ba bước cơ bản: khử protein, khử màu và deacetyl Phương pháp không đồng nhất tiến hành quá trình khử khoáng trước, tiếp theo là khử protein và sau đó là deacetyl Phương pháp đồng nhất thì ngược lại, tiến hành khử protein trước, khử khoáng sau và cuối cùng là deacetyl [57]

1.1.3 Ứng dụng của chitosan

Với những thuộc tính vốn có như: dễ bị phân hủy, đọc tính thấp, không có hại đối với người và động vật nên chitosan được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp Các ứng dụng quan trọng bao gồm: các kỹ thuật xử lí nước, công nghiệp dệt, nhuộm, sản xuất giấy, cố định enzyme, vector chuyển gen, tạo viên bọc

tế bào trong công nghệ sinh học, tái tạo xương, điều trị thấp khớp, kiểm soát quá trình giải phóng của thuốc, giảm mỡ trong huyết thanh, làm da nhân tạo trong y học, làm chất giữ ẩm cho da, chất ổn định trong mỹ phẩm, dùng làm chất điều hòa sinh trưởng cho cây, kháng nấm trong nông nghiệp, dùng trong thực phẩm chức năng, làm bao bì trong công nghệ thực phẩm [15], [39], [42]

- Ứng dụng trong thực phẩm

Trong công nghiệp thực phẩm, chitosan là hợp chất polymer tự nhiên an toàn với những tính chất đặc trưng như khả năng kháng nấm, kháng khuẩn, chống oxy

Một số ứng dụng chitosan trong thực phẩm đƣợc trình bày ở bảng 1.1 [15]

Dung dịch

- Ứng dụng trong mỹ phẩm

Đối với các ứng dụng trong mỹ phẩm, chitin và chitosan có tính diệt nấm và kiềm hãm hoạt tính của nấm Những vật liệu này đƣợc sử dụng trong các loại kem, sữa và một số dẫn xuất của chúng đƣợc sử dụng trong công nghệ sợn móng tay Ngoài ra, chitosan còn đƣợc nghiên cứu để làm keo dƣỡng da, dầu gội, sử dụng để

11

sản xuất kem chống khô da, do bản chất chitosan cố định dễ dàng trên biểu bì của

da bởi nhóm NH4+ liên kết với nhóm tế bào sừng hóa của da [38]

- Ứng dụng chitosan trong nông nghiệp

Chitosan được sử dụng để tăng cường sự hoạt động của các vi sinh vật có lợi trong đất, bọc các hạt giống nhằm mục đích ngăn ngừa sự tấn công của nấm trong đất và tăng cường khả năng nẩy mầm của hạt, giảm stress cho cây, kích thích sinh trưởng và tăng năng suất thu hoạch Đặc biệt, chitosan có đóng vai trò là chất kích thích hệ miễn dịch của cây (plant defence booster) và sự hoạt động của enzyme chitinase Chitosan được nghiên cứu thử nghiệm phun lên rau cải (Brassica campestrissp) Cho lượng cải thu hoạch tăng lên Hạt giống ngâm bằng chitosan và phun chitosan lên lá có thể tăng năng suất lên 1,6 lần Đối với hạt giống lúa mì, khi được xử lý trong dung dịch chitosan thì tỷ lệ nảy chồi hình thành cây con tăng lên 25%, rễ và lá phát triển mạnh hơn so với mẫu không xử lý chitosan [3]

Để mở rộng ứng dụng của chitin, chitosan cần phát triển nghiên cứu thử nghiệm trên các đối tượng cây trồng khác nhau, thử nghiệm nhiều loại chitosan, tìm

ra loại chitosan, lượng sử dụng cho từng loại cây và từng giai đoạn phát triển của cây Phát triển lợi thế đa chức năng, đa tác dụng khi sử dụng chitosan như bảo vệ hạt giống, bảo vệ cây trồng, tăng năng suất

- Ứng dụng chitosan trong nuôi trồng thủy sản

Chitosan được nghiên cứu bổ sung vào thức ăn cho tôm, cá để kích thích sinh trưởng, tăng miễn dịch và cải thiện môi trường ao nuôi Thức ăn bổ sung chitosan

có khả năng làm tăng sự phát triển và tỷ lệ sống của cá so với thức ăn bình thường Ngoài ra chitosan cũng được ứng dụng làm màng bao, làm chất kết dính để làm tăng độ ổn định của thức ăn tôm

- Ứng dụng chitosan trong xử lí môi trường

Chitosan được ứng dụng khá phổ biến trong xử lý môi trường nhờ khả năng hấp phụ, tạo phức với các ion kim loại (Pb, Hg, Cd, Fe, Cu…), các chất màu, khả

Chì Chitosan, dẫn xuất chitosan Hạt, bột Catmi Chitosan, dẫn xuất chitosan Hạt, vi hạt

Đồng Chitin, chitosan và dẫn xuất Hạt, vi hạt

Urani Chitosan, dẫn xuất chitosan

(glutamate glucan) Hạt, vi hạt Vanadi Chitosan, dẫn xuất chitosan Hạt, vi hạt Các kim loại khác Chitin, chitosan và dẫn xuất Hạt, vi hạt

Xử lí chất

màu

Monoazo, Diazo Anthraquynone Triphenylmethane

Chitin, chitosan và dẫn xuất Hạt

Hỗn hợp chất màu từ nhà máy dệt nhuộm Chitin, chitosan Hạt

Xử lí thu

13

- Ứng dụng trong y học

Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu ứng dụng chitin, chitosan trong lĩnh vực y học được phát triển rất nhanh Chitosan là polymer tự nhiên với cấu trúc độc đáo, tính đa chiều và nhiều tính chất đặc trưng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng y sinh học Chitosan có khả năng hòa hợp sinh học rất cao và thúc đẩy việc gắn liền vết thương Nó có tác dụng bảo vệ, chống nhiễm trùng, chống mất nước, tăng khả năng tái tạo da [38]

Theo nghiên cứu của Jae Kweon Park về khả năng chống ung thư của chitosan

có khối lượng phân tử cao Kết quả cho thấy rằng chitosan có khả năng chống ung thư, trong đó khối lượng phân tử và độ deacetyl của chitosan là thông số quan trọng ngăn chặn sự tăng tưởng tế bào ung thư [25]

Ứng dụng chitin và chitosan làm chất chống đông máu và chất làm lành vết thương Nhiều dẫn xuất chitin và chitosan sulfat cũng được ứng dụng làm chất chống đông máu Dẫn xuất N-octanoyl and N-hexanoyl của chitosan thì tương thích sinh học với máu và chịu được sự thủy phân bởi enzyme lysozyme nên có thể sử dụng trong chế tạo màng thẩm tích máu [49]

Chitin và chitosan đã nghiên cứu và thử nghiệm rất nhiều về tính chất thúc đẩy quá tình làm lành vết thương Chitosan có khả năng làm tăng nhanh quá trình làm lành vết thương vì chitosan có xu hướng tạo phức polymer điện ly (polyelectrolyte complex) với heparin [19]

- Ứng dụng trong sinh học

Chitin, chitosan với tính chất tương thích sinh học cao, tự hủy sinh học, kháng nấm, kháng khuẩn, tạo màng, tạo gel, có nguồn gốc sinh học đã có rât nhiều ứng dụng trong công nghệ sinh học như: trong nuôi cây mô, cố định tế bào, làm chất mang DNA trong kỹ thuật liệu pháp gen, chất kháng khuẩn, kháng nấm sinh học, cảm biến sinh học Ứng dụng trong cố định enzyme và tế bào, ứng dụng chitosan và

độ tinh khiết của chitosan và thường biến động lớn với các mẫu chitosan Chitosan

có độ deacetyl cao thì thường hấp phụ màu tốt

- Các yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng chống oxy hóa của chitosan

Nồng độ chitosan: Nồng độ chitosan càng cao số lượng nhóm amin trong phân

tử càng nhiều thì khả năng phản ứng của chitosan càng tốt và ngược lại [36], [39]

Khối lượng phân tử (MW): Chitosan có khối lượng phân tử càng thấp thì khả

năng chống oxy hóa càng cao Điều này được giải thích là chitosan có khối lượng phân tử càng cao, kích thước càng lớn thì cấu trúc cồng kềnh, khó dịch chuyển chính vì vậy phản ứng các nhóm chức chậm hơn làm hạn chế khả năng chống oxy hóa của nó Đồng thời, khối lượng phân tử của chitosan càng cao thì khả năng tan trong dung dịch càng khó, độ nhớt càng cao hạn chế sự phân bố của chitosan trong dung dịch [15], [26]

Độ deacetyl (DD): Chitosan còn là một polymer mang điện tích dương nên

được xem là một polycationic có khả năng bám dính trên bề mặt có điện tích âm như protein, aminopolysaccharide, acid béo,… vì vậy chitosan có độ deacetyl hóa

- Cơ chế chống oxy hóa của chitosan

Park và cộng sự cho rằng chitosan có thể khử gốc tự do khác nhau do tác động của Nitơ vào vị trí cacbon số 2 của chitosan [17]

Xie và cộng sự báo cáo rằng cơ chế xử lí của chitosan có liên quan đến một thực tế là các gốc tự do có thể phản ứng với các ion hydro từ các ion amoni NH3+

được hình thành bởi các nhóm amoni hấp thụ một ion hydro từ các dung dịch [10] Jeon và cộng sự cũng cho rằng cơ chế chống oxy hóa của chitosan có thể là do hoạt tính tạo phức với các ion kim loại hoặc do chitosan kết hợp với lipid Màng chitosan cũng thể hiện tác dụng hạn chế oxy hóa lipid do màng chitosan làm rào cản đối với oxy [17]

Trần Thị Luyến cho rằng do các nhóm amino của phân tử chitosan có thể kìm hãm sự oxy hóa lipid do tác động kìm hãm vậy mới hạn chế được sự hoạt động oxy hóa nhóm kim loại [12]

1.2.1.1 Hoạt tính khử gốc tự do DPPH của chitosan

Theo A Rajalakshmi và cộng sự khả năng khử gốc tự do DPPH đã nói rằng: khả năng quét gốc tự do DPPH của chitosan ở nồng độ 1 mg/ml được xác định bởi Các mẫu được hòa tan trong 500ml nước cất (1 mg/ml) Sau đó cho thêm 375 ml ethanol 99.5% và 125 ml DPPH 0.02% Hỗn hợp lắc đều rồi đem ủ trong tối 60 phút Sau đó lắc đều rồi đem đi đo ở máy UV-Vis ở bước sóng 517 nm Ta thấy dung dịch DPPH bị mất màu Điều này đồng nghĩa với dung dịch chitosan có hoạt tính khử gốc tự do DPPH rất cao [16] Cũng theo đó khả năng chống oxy hóa của

về DPPH-H

Với lý do trên ta có thể kết luận rằng chitosan có hoạt tính chống oxy hóa và nồng độ gốc tự do DPPH bị khử càng nhiều khi nồng độ chitosan càng tăng [8]

1.2.1.2 Tổng năng lực khử của chitosan

Nghiên cứu của Nguyễn Đức Nhẫn cho thấy rằng chitosan có hoạt tính chống oxy hóa vì có khả năng khử Fe3+ thành Fe2+ làm chuyển màu vàng của hỗn hợp phản ứng sang màu xanh hấp thụ ở bướcc sóng 700 nm Kết quả phân tích cũng cho thấy hoạt tính chống oxy hóa của chitosan cũng phụ thuộc vào nồng độ của nó trong hỗn hợp phản ứng hay nói các khác là nồng độ chitosan càng cao thì độ hấp thụ ở bước sóng 700 nm càng lớn tức là khả năng khử Fe3+ thành Fe2+ càng nhiều Trong phân tử chitosan có nhiều nhóm -NH2, -OH mà trong đó các nguyên tử nitơ và oxy còn có cặp electron chưa sử dụng Do đó chúng có khả năng cho đi 1 eclectron để khử Fe3+ thành Fe2+ Với lý do trên thì có thể kết luận rằng chitosan có hoạt tính chống oxy hóa và năng lực khử của chitosan tăng khi ta tăng nồng độ chitosan [8]

1.2.1.3 Hoạt tính chống oxy hóa lipid bằng mô hình phản ứng Feton trong hệ

Lipid/FeCl 2 /H 2 O 2 của chitosan

Chitosan có hoạt tính chống oxy hóa vì ức chế được sự oxy hóa lipid trong hệ phản ứng Fenton Kết quả phân tích theo phương pháp này cho thấy hoạt tính chống

17

oxy hóa của chitosan tăng phụ thuộc vào nồng độ của nó trong hỗn hợp phản ứng vậy trong dung dich chiotsan chứa nhiều nhóm amin –NH2 và nhóm amino NH3+ đã cho điện tử hoặc cho hydrogen để để trung hòa các gốc tự do khơi mào phản ứng oxy hóa lipid và các gốc tự do được sinh ra từ bước đầu tiên của sự oxy hóa lipid làm cho phản ứng oxy hóa lipid bị khống chế (hay bị đứt đoạn không tiếp tục xảy ra nữa)

Vì lý do trên ta có thể kết luận rằng chitosan có khả năng chống oxy hóa lipid

và khả năng chống oxy hóa lipid của chitosan tăng khi ta tăng nồng độ chitosan [8]

1.2.1.4 Khả năng khử H 2 O 2

Chitosan có hoạt tính chống oxy hóa vì có khả năng khử H2O2 Tương tự như khả năng khử gốc tự do DPPH và tổng năng lực khử, khả năng khử H2O2 của chitosan tăng phụ thuộc vào nồng độ của nó trong hỗn hợp phản ứng [8]

Trong dung dịch chitosan số lượng nhóm amin -NH2 hoặc amino NH3+ rất nhiều (vì DD=83%) nên sẽ dễ dàng cho điên tử để đưa gốc OH* về trạng thái bình thường, vô hại Với lý do trên thì có thể kết luận rằng chitosan có khả năng chống oxy hóa và H2O2 bị khử càng tăng khi ta tăng nồng độ chitosan [8]

1.2.2 Hoạt tính chống oxy hóa của một số dung môi hòa tan

1.2.2.1 Khả năng hòa tan chitosan của một số loại dung môi

Không giống như chitin chỉ tan trong một số ít hệ dung môi, chitosan không hòa tan trong nước nhưng tan trong các dung môi có tính acid pH<6 như acid acetic, acid formic, acid lactic, acid citric…và phổ biến nhất được sử dụng là acid acetic 1% [15], [54]

Khi hòa tan chitosan trong môi trường acid loãng tạo thành keo dương Đây là một điểm rất đặc biệt vì đa số các keo polysaccharit tự nhiên thích điện âm Chitosan tích điện dương sẽ có khả năng bám dính bề mặt các ion tích điện âm và

có khả năng tạo phức với các ion kim loại và tương tác tốt với các polymer tích điện

âm Một số dung môi thường được dùng để hòa tan chitosan được trình bày ở bảng 1.3 Chitosan không hòa tan trong nước, cồn, kiềm [15]

Acid propionic

1-2 1-2

Trong thực tế, độ hòa tan của chitosan là một thông số rất khó khăn để kiểm soát: nó liên quan đến độ deacetyl (DD), nồng độ ion, độ pH, nhiệt độ và tính chất của acid sử dụng cho proton,… ngoài ra, độ hòa tan của chitosan còn phụ thuộc vào

sự phân bố của các nhóm glucosamine trong phân tử Cụ thể, chitosan phân bố dạng rời rạc thì dễ tan hơn chitosan phân bố dạng khối [15], [39]

1.2.2.2 Khả năng chống oxy hóa của một số loại dung môi hòa tan chitosan

Các dung môi hòa tan chitosan có nguồn gốc từ tự nhiên: là các chất có khả năng chống oxy hóa có sẵn trong thành phần các loại rau củ quả Lợi ích chính của việc sử dụng chất chống oxy hóa từ tự nhiên là tính an toàn so với việc sử dụng những chất chống oxy hóa tổng hợp Bên cạnh đó một số dung môi hòa tan tốt chitosan là chất chống oxy hóa tiêu biểu trong thực phẩm nhƣ: acid acetic, acid lactic, acid citric và acid ascorbic

19

a Khả năng chống oxy hóa của acid acetic (giấm)

Công thức phân tử: CH3COOH

Công thức cấu tạo:

Hình 1.3 Công thức cấu tạo của acid acetic

Acid acetic là một dung môi phân cực tốt Nó thường được dùng làm dung môi tái kết tinh cho các hợp chất hữu cơ tinh khiết Nó được dùng làm dung môi trong việc sản xuất acid terephtalic (TPA), một nguyên liệu thô để sản xuất polyetylen terephtalat (PET)

Acid acetic là một acid yếu thường được sử dụng làm dung môi hòa tan chitoan Chính vì vậy mà acid acetic được ứng dụng nhiều trong ngành công nghiệp thực phẩm, acid acetic được sử dụng theo mã phụ gia thực phẩm E260 là một điều chỉnh độ chua và như một thứ gia vị Là một phụ gia thực phẩm được phê chuẩn để

sử dụng trong EU, Hoa Kỳ và Úc và New Zealand [59]

- Cơ chế chống oxy hóa của acid aceitic

Gốc RCOO* tạo thành có thể được ổn định nhờ vào sự chuyển một nguyên tử hydro ở xa hơn để tạo thành quinone hoặc phản ứng với gốc tự do khác Với sự phát triển liên tục như vậy sẽ tạo ra một chuỗi các phản ứng Với cơ chế chuyển nguyên

tử hydro phù hợp với kiểu phân cắt liên kết C-O-H trong acid acetic Năng lượng

Công thức cấu tạo:

Hình 1.4 Công thức cấu tạo của acid latic

Acid lactic tồn tại rộng rãi trong tự nhiên, được tìm thấy ở người, động vật, thực vật và vi sinh vật Acid lactic là acid hữu cơ được sử dụng như một chất acid thực phẩm, được ứng dụng trong bảo quản và là chất chống oxy hóa trong thực phẩm

Acid lactic là chất rắn kết tinh, tan tốt trong nước, chúng bị thủy phân khi chưng cất ở áp suất thường Do có mặt trong phân tử nhóm (-OH) là nhóm hút electron, lực acid của acid lactic mạnh hơn một chút so với acid tương ứng chưa có nhóm (-OH) thay thế

- Cơ chế chống oxy hóa của acid lactic

Cơ chế này được hình thành dựa trên khả năng cho một nguyên tử hydro và hình thành gốc tự do của hợp chất acid lactic đặc trưng bởi lực liên kết giữa gốc O-

H trong acid lactic Đây là đại lượng mô tả sự ổn định của liên kết hydroxyl Vì vậy chất nào có lực liên kết giữa O-H càng lỏng lẻo thì khả năng tách H+ dễ dàng nhất

21

c Khả năng chống oxy hóa của acid citric

Công thức phân tử: C6H8O7 (dạng khan) và C6H8O7.H20 (dạng monohydrate) Công thức cấu tạo:

Hình 1.5 Công thức cấu tạo acid citric

Acid citric monohydrate được ứng dụng là một chất bảo quản tự nhiên và là chất chống oxi hóa, chất tạo độ mềm và dẻo Là một acid hữu cơ yếu và nó thường được tìm thấy trong một số loại trái cây thuộc họ cam quýt (citrus) Trong chanh hàm lượng citric rất cao

Tính acid của citric là do ảnh hưởng của nhóm carboxyl –COOH, mỗi nhóm carboxyl có thể cho đi một proton để tạo thành ion citrate Các muối citrate dùng làm dung dịch đệm rất tốt để hạn chế sự thay đổi pH của các dung dịch acid

Acid Citric được sử dụng trong quá trình chống oxy hóa lipid trong cá fillet

Acipenser persicus khả năng chống oxy hóa của acid citric đã làm giảm oxy hóa

lipid trong quá trình bảo quản cá fillet Acipenser persicus đông lạnh Từ đó làm

tăng chất lượng cảm quan cho sản phẩm: mùi, vị, màu sắc, trạng thái Ức chế hoặc khử hoạt tính của enzyme, làm ngừng các phản ứng trong quá trình trao đổi chất của

tế bào vi sinh vật làm chậm quá trình oxy hóa lipid, ức chế sự hư hỏng của thực phẩm và các sản phẩm khác có chứa chất béo, protein và acid amin [22]

- Cơ chế chống oxy hóa của acid citric:

Acid citric được dùng trong qua trình sản xuất salami nhằm hỗ trợ trong quá trình acid hóa Thông thường khi bổ sung 1 gam acid citric vào 1kg salami thì có

22

thể giảm giá trị pH khoảng 0.2 - 0.3 đơn vị Acid citric thể hiện khả năng acid hóa salami tốt gấp 2 đến 3 lần so với GDL (gluconodelta-lactone), một hợp chất được dùng nhằm làm giảm pH của sản phẩm

Ngoài ra, acid này cũng đóng vai trò tác nhân tạo phức khi nó kết hợp với những ion kim loại nặng như Cu, Fe Những ion kim loại này có khả năng làm tăng tốc độ phản ứng oxi hóa Khi acid citric tạo phức với những kim loại trên thì chúng

sẽ không oxy hóa chất béo được nữa Trong bản thân chất béo của động vật, hàm lượng ion kim loại nặng không cao nhưng trong những sản phẩm như xúc xích, hàm lượng ion kim loại này khá cao do xâm nhập trong quá trình chế biến [61]

d Khả năng chống oxy hóa của acid ascorbic (Vitamin C)

Công thức phân tử: C6H8O6

Công thức cấu tạo:

Hình 1.6 Công thức cấu tạo của acid ascorbic

Vitamin C có nhiều trong các loại rau quả tươi như nước cam, chanh, quýt và

có hàm lượng cao trong rau xanh, đặc biệt là bông cải xanh, tiêu, khoai tây… lượng vitamin C có trong nhiều loại trái cây: trong 100g ớt đó có 1900 mg, trong đu đủ, dâu, cam, chanh có từ 40-60 mg

O

OH

O HO

HO

OH

23

Là một chất chống oxy hóa tự nhiên Là chất rắn màu trắng, tan tốt trong nước tạo tính acid nhẹ Ascorbic acid là một chất lưỡng tính, nó vừa mang tính khử, vừa mang tính oxy hóa, thế nhưng tính khử của nó mạnh hơn nhiều thể hiện ở khả năng bắt giữ O2 dù trong công thức cấu tạo không có nhóm –COOH nhưng vitamin C vẫn

có tính acid Nó có tính chất hóa học tương tự như các acid thông thường, có khả năng bị oxy hóa và bị phân hủy thành CO2 và nước ở 1930C

Khả năng chống oxy hóa của ascorbic trong thực phẩm: giảm tình trạng ôi hóa của nhiều kim loại và hóa trị có thể ảnh hưởng đến quá trình xúc tác oxy hóa Hiệu quả của ascorbate như chất chống oxy hóa phụ thuộc vào chất nền và các hợp chất cần được bảo vệ bởi vị trí 2 và 3 của acid ascorbic [20]

Ngoài ra acid ascorbic sẽ làm giảm các ion kim loại tạo ra gốc tự do thông qua phản ứng Fenton Hoạt động chống oxy hóa của nó liên quan đến tỉ lệ ung thư giảm

- Cơ chế chống oxy hóa của vitamin C

AscH- + R* Asc*- + RH

AscH- phản ứng nhanh với chất oxy hóa tương tự và làm cho nó trở thành một chất chống oxy hóa mạnh

Hình 1.7 Quá trình chuyển hóa gốc tự do của acid ascorbic

AscH- cho một nguyên tử hydrogen (H* hoặc H+ + e-) cho một gốc oxy hóa để tạo ra gốc tự do tricarbonyl ascorbate (Asc*-) [20]

Asc AscH

O

OH

O HO

O

24

- Đối với trong quá trình bảo quản thịt:

Khi acid ascorbic được bổ sung vào thịt đã qua xử lí, nó sẽ bị oxy hóa thành dehydroacid ascorbic Xảy ra đồng thời với quá trình oxy hóa này là sự khử nitrosomet-myoglobin thành nitrosomyoglobin, từ đó giữ được màu của thịt Acid ascorbic ngăn chặn sự hình thành nitrosamine bằng cách khử nitrate thành nitrogen oxide, hợp chất này không tác dụng với amine để tạo thành nitrosamine

Hình 1.8 Cơ chế quá trình chống oxy hóa của acid ascorbic [63]

Acid ascorbic có thể ngăn chặn sự oxy hóa chất béo ở cả thịt tươi và thịt đã qua xử lí Quá trình oxy hóa chất béo gây ra sự ôi hóa, tạo mùi hôi Acid ascorbic ngăn không cho oxi trong môi trường tiếp xúc với chất béo để tạo thành peroxide Màu của thịt tươi và thịt đã qua xử lí rất dễ bị biến đổi trong quá trình oxy hóa myoglobin ở các mô Ở đây ascorbic ngăn chặn sự oxy hóa myoglobin thành metmyoglubin, do đó thịt không bị chuyển sang màu nâu

Acid ascorbic chống oxy hóa thực phẩm bằng cách trung hòa các gốc tự do sản sinh từ các phản ứng chuyển hóa Acid ascorbic bị oxy hóa cho acid dehydroascorbic Đây là phản ứng oxy hóa khử thuận nghịch Qua đó vitamin C tác dụng như một yếu tố tham gia vào nhiều phản ứng hóa sinh trong cơ thể [63]

Acid ascorbic + nitrosometmyoglobin dehydroascorbicacid + nitrosomyoglobin

oxidation

reduction

Ascorbic acid + NO2 NO + dehydroascorbic acid + H20

25

1.3 Hoạt tính chống oxy hóa của một số loại gia vị thường dùng trong sản xuất chả cá

1.3.1 Các gia vị thường dùng trong sản xuất chả cá

Chả cá là sản phẩm thủy sản được sản xuất bằng cách xay phối trộn thịt cá với các chất phụ gia Gia vị để có được độ quánh dẻo, sau đó định hình và gia nhiệt đặc điểm chung của chả cá là dính, dai, đàn hồi do sự liên kết của protein cơ thịt cá kết hợp với khả năng tạo gel của phụ gia với protein khi được phối trộn trong điều kiện thích hợp [59], [60]

Khả năng tạo gel của sản phẩm thủy sản được sản phẩm phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: loại và tỉ lệ phụ gia, phương pháp xử lí nhiệt, thời gian định hình, độ tươi của nguyên liệu, pH, hàm lượng protein,… đây là những yếu tố đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành mạng lưới liên kết trong sản phẩm và cần được kiểm soát trong quá trình chế biến [12], [14]

Nguyên liệu sử dụng: chất ức chế enzyme tự phân, cơ thịt cá chứa hàm lượng enzyme proteaza nội bào khá cao Những enzyme này sẽ phân hủy protein ngay lập tức sau khi thu hoạch cá và trong quá trình sơ chế, chế biến cũng như bảo quản Như vậy hoạt động của enzyme proteaza góp phần làm giảm khả năng tạo liên kết

cơ thịt cá Do đó trong quá trình sản xuất sản phẩm chả cá người ta tìm cách bổ sung những chất ức chế enzyme proteaza dạng protein (không có nguồn gốc từ cá) hay những chất kết dính như lòng trắng trứng, bột mì, protein đậu tương,… để cải thiện khả năng tạo độ chắc và tính kết dính của cơ thịt cá [60]

Ngoài những thành phần của bản thân nguyên liệu, sản phẩm chả cá còn phải

bổ sung thêm những chất gia vị và phụ gia khác nhằm tăng giá trị cảm quan, chất lượng cũng như tăng thời hạn sử dụng trong quá trình bảo quản

Một số gia vị và các chất phụ gia thường dùng trong sản xuất chả cá:

- Muối, đường, bột ngọt: phải xay mịn

- Tiêu, hành, tỏi: phải giã nhỏ

- Dầu: chỉ số acid <1

- Phụ gia chống oxy hóa: vitamin C, sodium Erythorebate: chống oxy hóa, ngăn xậm màu khi để ngoài không khí

- Nhóm tinh bột tăng khả năng giữ nước

- Phụ gia tạo màu như D-Xylose tạo màu vàng tự nhiên, bền, đẹp, không nhăn, giảm hiện tượng mât nước cho sản phẩm [12], [60]

- Muối có vai trò:

Đây là chất điều vị quan trọng, nó tạo cho thực phẩm có vị ngọt đậm đà, tạo vị mặn Muối làm giảm tỉ lệ oxi hòa tan trong môi trường, làm ức chế các vi sinh vật hiếu khí

NaCl hòa tan sẽ tạo thành các ion Cl- kết hợp với protein ở các mối nối peptit làm cho các men phân hủy protein của vi sinh vật không còn khả năng để phá vỡ protein lấy chất dinh dưỡng để sinh sống, vì vậy vi sinh vật chậm phát triển và bảo quản sản phẩm được lâu hơn [59]

- Liều lượng sử dụng:

Theo FDA khuyến nghị thì nên sử dụng lượng muối tiêu thụ ít hơn 2300 mg

muối/ngày Những người trên 51 năm tuổi, là người da đen, hoặc những người có

huyết áp cao, tiểu đường, hoặc bệnh thận mãn tính (không phân biệt tuổi) nên hạn

Trong chế biến thực phẩm đường sử dụng là đường cát trắng có hàm lượng saccharose trên 99%, lượng nước hỏ hơn 0.2%, không có vị chua, không có tạp chất, tinh thể rời, không vón cục Theo TCVN 1695-87 [9]

- Đường có vai trò:

Tạo vị ngọt dễ chịu cho chả cá, tăng giá trị dinh dưỡng nhờ bổ sung hàm lượng glucose Đường có tác dụng tạo màu, tạo mùi khi gia nhiệt cho sản phẩm, làm tăng giá trị dinh dưỡng, tăng khả năng giữ nước và bảo quản cho

sản phẩm

Đường tác dụng với acid amin trong quá trình chế biến tạo phản ứng melanoidin, quinolamin làm cho sản phẩm có màu đẹp, mùi thơm khi gia nhiệt Nồng độ đường cao có tác dụng bảo quản thực phẩm [59]

- Liều lượng sử dụng:

Theo khuyến cáo của WHO, cả người lớn và trẻ em nên giới hạn lượng đường tự

do đến dưới 10% tổng lượng calo tiêu thụ Điều đó có nghĩa là nếu bạn đang ăn một chế

độ cho người trưởng thành, trung bình khoảng 2.000 calo mỗi ngày, lượng đường tiêu thụ nên dưới 200 calo, tương đương khoảng 50 gam hoặc 12 thìa cà phê Tiêu thụ dưới mức 5% thậm chí còn tốt hơn nữa và mang lại lợi ích cho sức khỏe [63]

Công thức cấu tạo: HOOC-(CH2)2-CHNH2-COONa.H2O

Bột ngọt tồn tại ở dạng tinh thể trắng, có vị ngọt của thịt, hơi mặn, hào tan tốt trong nước, điểm đầu vị là 0.03%, ở pH 5 - 6.5% thì thể hiện rõ nhất, ở pH=4 thì không thể hiện được vị [14]

- Vai trò của bột ngọt trong thực phẩm:

Natri glutamate vừa tạo vị ngọt dịu cho thực phẩm lại vừa cung cấp một thành phần hữu cơ cho thực phẩm Tuy nhiên quá trình bổ sung bột ngọt cần chú ý tránh gia nhiệt quá mức nếu không chất này sẽ biến tính và tạo ra tiền chất gây ảnh hưởng đến sức khỏe [59]

- Liều lượng sử dụng:

Quy định sử dụng chất điều vị 621

Là một gia vị được sử dụng phổ biến trên thế giới, MSG/Bột ngọt đã được nhiều tổ chức y tế và sức khỏe hàng đầu trên thế giới nghiên cứu về tính an toàn cũng như về liều lượng sử dụng Năm 1987, Ủy ban các chuyên gia về Phụ gia thực

phẩm (The Joint Expert Committee on Food Additives – JECFA) của tổ chức Nông Lương Liên Hợp Quốc và tổ chức Y Tế Thế giới (FAO/WHO) đã xác nhận tính an

toàn của bột ngọt và không đưa ra bất kì giới hạn nào cho liều lượng sử dụng hàng ngày (ADI (Acceptale Daily Intake) not specified) Tại Hoa Kỳ, bột ngọt cùng với muối, tiêu, đường và giấm,…được nằm trong danh sách các phụ gia thực phẩm được công nhận là an toàn quy định bởi Cơ quan quản lý Thực phẩm và Dược phẩm

Hoa Kỳ (US/FDA) Ủy ban khoa học về Thực phẩm Cộng đồng chung Châu Âu