Sản xuất màng ăn được từ gluten của lúa mì ứng dụng làm bao bì thực phẩm

MỤC LỤC LỜI CẢM TẠ .i DANH SÁCH BẢNG iii DANH SÁCH HÌNH iv MỤC LỤC v CHƯƠNG I GIỚI THIỆU .1 1.1 Đặt vấn đề .1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Nội dung nghiên cứu .1 CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Sơ lược ngũ cốc .2 2.1.1 Protein ngũ cốc 2.1.2 Cấu trúc protein hạt ngũ cốc 2.1.3 Thành phần hóa học protein ngũ cớc 2.1.4 Phân loại protein hạt ngũ cốc 2.2 Lúa mì .5 2.2.1 Gluten 2.2.2 Phân loại lúa mì 2.3 Bao bì màng 10 2.3.1 Yêu cầu màng 10 2.3.2 Đặc điểm màng 10 2.3.3 Màng protein .11 2.3.4 Phương pháp tạo màng ăn 13 2.3.5 Các yếu tớ ảnh hưởng đến tính chất màng 14 CHƯƠNG III PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 3.1 Phương tiện nghiên cứu 16 3.1.1 Địa điểm nghiên cứu 16 3.1.2 Thời gian thực đề tài 16 3.1.3 Nguyên liệu thí nghiệm 16 3.1.4 Hóa chất, chất chuẩn 16 3.1.5 Thiết bị dụng cụ 16 3.2 Phương pháp nghiên cứu 16 Khảo sát ảnh hưởng của bột nguyên liệu, glycerol đến lớp màng ăn được từ gluten của lúa mì .16 3.3 Phương pháp xử lý số liệu 20 CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 21 Khảo sát ảnh hưởng của bột nguyên liệu, glycerol đến lớp màng ăn được từ gluten của lúa mì .21 CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 26 5.1 Kết luận 26 5.2 Kiến nghị 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO .27 PHẦN PHỤ LỤC .29 i CHƯƠNG I GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Kết số nghiên cứu kết luận polyme tổng hợp thực phẩm có vài ảnh hưởng không mong muốn vấn đề thải bỏ ô nhiễm môi trường Điều dẫn đến hướng phát triển phim phân huỷ sinh học bao bì vật liệu ăn được Tuy nhiên, khơng phải hồn tồn thay bao bì tổng hợp, họ có khả thay bao bì truyền thớng sớ ứng dụng Màng ăn được được sử dụng cho sản phẩm thực phẩm đa để giảm tổn thất độ ẩm, hạn chế hấp thụ oxy, giảm oxy hoá chất béo, cải thiện cảm quan, tránh tổn thất mặt vật lý, cung cấp thay cho bao bì thương mại Phân huỷ sinh học màng bao bì ăn được từ biopolyme tái tạo có hội lớn để bổ sung giá trị cho sản phẩm nơng nghiệp cũng kiểm sốt chất thải, xử lý phân hủy tự nhiên Các polyme sinh học được sử dụng miếng ăn được protein Hiện nay, nghiên cứu bao bì tập trung nhiều vào loại phim ăn được có khả phân huỷ sinh học, được làm từ trồng nguồn protein động vật ăn được gluten lúa mì, ngơ zein, đậu nành đậu phộng, hạt bơng, albumin, gelatin, collagen, casein protein hồ tan Trong sớ protein, gluten lúa mì được sử dụng rộng rãi cho phim ăn được Gluten lúa mì, cấu tạo nên protein sản phẩm phụ chế tạo tinh bột, điều thú vị nguyên vật liệu cho phát triển biopolymer, sẵn có với sớ lượng lớn cùng với chi phí tiết kiệm Gluten được sử dụng cho biopolymer cho thấy giải pháp cho tiềm tạo polymer, rẻ, dồi dào, dễ phân huỷ ăn được Bên cạnh hiệu rào chắn, màng ăn được lớp phủ phải được thẩm thấu tương thích với thực phẩm Áp dụng trực tiếp cho thực phẩm cấu trúc màng bọc thức ăn sau làm Được xem thành phần thực phẩm, màng ăn được lớp phủ thường phải không vị tốt để không bị phát sản phẩm thực phẩm đóng gói ăn được Khi ăn màng chất phủ, đặc điểm cảm quan chúng phải phù hợp với thực phẩm Vì vậy, nghiên cứu được thực với mục tiêu sử dụng gluten từ lúa mì bột để sản xuất màng ăn được để kiểm tra tính chất hóa lý màng từ gluten 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Sản xuất màng ăn được từ gluten lúa mì ứng dụng làm bao bì thực phẩm 1.3 Nợi dung nghiên cứu Khảo sát ảnh hưởng bột nguyên liệu, glycerol đến lớp màng ăn được từ gluten lúa mì CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Sơ lược ngũ cốc Ngũ cốc từ chung số loại có hạt dùng để ăn như: ngơ, lúa gạo, lúa mì, … Trong đó, lúa mì lúa gạo hai loại lương thực được người sử dụng Hình 2.1 Ngũ cớc (Nguồn: https://songkhoe.vn) 2.1.1 Protein ngũ cốc Hàm lượng protein ngũ cốc thay đổi nhiều phụ thuộc vào giống điều kiện phát triển Đối với hạt ngũ cốc, protein khơng có giá trị mặt dinh dưỡng mà góp phần lớn để tạo cấu trúc cho sản phẩm lương thực Hàm lượng protein, tỉ lệ acid amin, cấu trúc protein ảnh hưởng nhiều đến tính chất cơng nghệ loại bột từ hạt (như tạo độ nở cho bánh mì, độ dai cho mì sợi ) Bảng 2.1 Thành phần dinh dưỡng sớ loại ngũ cớc Lúa mì Cao lương Kê Ngô Lúa gạo Tinh bột (%) 63,8 71,7 59,0 69,2 62,4 Protein (%) 16,8 12,7 11,3 10,6 7,9 Lipid (%) 2,0 3,2 3,8 4,3 2,2 Cellulose (%) 2,0 1,5 8,9 2,0 9,9 Tro (%) 1,8 1,6 3,6 1,4 5,7 Nước (%) 13,6 9,9 13,0 12,5 11,9 (Nguồn: Trần Thị Thu Trà, 2007) 2.1.2 Cấu trúc protein hạt ngũ cốc Trong hạt ngũ cốc, protein tồn dưới dạng: protein dự trữ protein chức - Protein dự trữ: tồn chủ yếu nội nhũ, nhằm để dành cho trình nảy mầm Tồn dưới dạng protein hình cầu có màng bao Các hạt có thẻ nằm riêng biệt hay kết dính với tạo mạng lưới protein bao bọc quanh hạt tinh bột, chúng tập trung nhiều gần thành tế bào góp phần tạo độ cứng cho hạt Vì vậy, hàm lượng protein nhiều hạt cứng - Protein chức năng: tồn lớp aleurone phôi, chúng được hiểu enzym Trong nội nhũ cũng có chứa enzym hàm lượng nhỏ Do đó, bột xay từ nguyên hạt thường dễ hư hỏng nhiều có nhiều enzym bột thượng hạng thu được từ lõi hạt 2.1.3 Thành phần hóa học protein ngũ cốc Protein loại hạt khác có thành phần acid amin khác nhau, nhiên chúng có đặc diểm chung hàm lượng lysine methionine thường thấp nhiều so với protein sữa, trứng hay thịt Do đó, sử dụng hạt ngũ cốc thức ăn cho người gia súc cần phải phới hợp với loại thực phẩm khác Tuy nhiên, ngày với phát triển khoa học, người lai tạo được sớ giớng lúa mạch bắp có hàm lượng lysine cao Bảng 2.2 Thành phần % acid amin so với lượng protein tổng số loại ngũ cốc Acid amin Threonine Serine Proline Glycine Alanine Cystine Valine Methionine Isoleucine Leucine Tyrosine Phenylalanine Histidine Lysine Arginine Tryptophan Lúa mì (%) 3,2 6,6 12,6 6,1 4,3 1,8 4,9 1,4 3,8 6,8 2,3 3,8 1,8 1,8 2,9 0,7 Lúa gạo (%) 4,1 6,8 5,2 7,8 8,1 1,6 6,7 2,6 4,2 8,1 3,8 4,1 2,2 3,3 6,4 0,8 Ngô (%) 3,7 6,4 10,8 4,9 11,2 1,6 5,0 1,8 3,6 14,1 3,1 4,0 2,2 1,4 2,4 0,2 Lúa mạch (%) 3,8 6,0 14,3 6,0 5,1 1,5 6,1 1,6 3,7 6,8 2,7 4,3 1,8 2,6 3,3 0,7 Yến mạch (%) 3,9 6,6 6,2 8,2 6,7 2,6 6,2 1,7 4,0 7,6 2,8 4,4 2,0 3,3 5,4 0,8 Kê (%) 4,5 6,6 7,5 5,7 11,2 1,2 6,7 2,9 3,9 9,6 2,7 4,0 2,1 2,5 3,1 1,0 (Nguồn: Trần Thị Thu Trà, 2007) 2.1.4 Phân loại protein hạt ngũ cốc Hiện nay, cách phân loại theo T.B.Osborne được chấp nhận rộng rãi Osborne phân loại protein hạt lương thực dựa tính tan chúng dung môi khác thành nhóm chính: - Albumin: nhóm protein tan nước dịch ḿi có nồng độ lỗng Albumins bị đơng tụ dưới tác dụng nhiệt Một ví dụ điển hình cho protein thuộc nhóm ovalbumin lòng trắng trứng - Globulin: nhóm protein khơng tan nước tinh khiết tan được dung dịch ḿi lỗng - Prolamin: nhóm protein tan được tốt dung dịch rượu ethanol 70% - Glutelin: protein tan được acid base Bảng 2.3 Một sớ tính chất vật lý protein ngũ cớc Protein Tan Không tan M Albumin Nước 45000 ÷ 65000 Globulin Ḿi lỗng ÷ 10% Nước, acid lỗng 10000 ÷ 30000 Prolamin Ethanol 70 ÷ 80% Nước, ḿi lỗng 26000 ÷ 40000 Glutelin Kiềm lỗng 0,2 ÷ 2% 50000 ÷ vài triệu D (Nguồn: Trần Thị Thu Trà, 2007) - Cách phân loại không xác phân chia nhóm khơng được rõ ràng Ví dụ: Prolamin cũng tan nước hay dung dịch ḿi lỗng có lực ion nhỏ - Ứng với loại hạt, protein có tên riêng Ví dụ: phần Prolamin ngơ có tên Zein; kê có tên Penisetin; lúa mì có tên Gliadin; đại mạch có tên Hordein; mạch đen có tên Secalin Phần Glutelin lúa mì có tên Glutenin; đại mạch có tên Hordenin; ngơ, mạch đen thóc có tên Glutelin; yến mạch có tên Avenin Bảng 2.4 Tên riêng số loại protein hạt ngũ cốc thành phần chúng Loại protein Albumin Globulin Prolamin Glutenlin Lúa mì (%) Lúa gạo (%) Leukosin 2÷5 ÷ 15 Edestin ÷ 10 ÷ 10 Gliadin Oryzin 40 ÷ 50 1÷5 Glutenin Oryzenin 30 ÷ 45 75 ÷ 90 Ngô (%) Đại mạch (%) Mạch đen (%) Yến mạch (%) Kê (%) ÷ 10 ÷ 10 20 ÷ 30 ÷ 10 ÷ 10 ÷ 20 10 ÷ 20 ÷ 10 Zein 50 ÷ 55 Zeanin 30 ÷ 45 Hordein Secalin 35 ÷ 50 20 ÷ 30 Hordenin Secalinin 25 ÷ 45 30 ÷ 40 Avenalin 50 ÷ 60 Avenin 10 ÷ 16 Cafirin 50 ÷ 60 ÷ 20 30 ÷ 40 0÷5 (Nguồn: Trần Thị Thu Trà, 2007) - Các nhóm protein riêng biệt tương đới khác thành phần acid amin, acid amin khơng thay Các nhóm Glutelin Prolamin chứa nhiều acid glutamic prolin, hàm lượng lysine tryptophan lại - Trong nhóm protein Albumin Globulin có thành phần acid amin cân đối hơn, chúng chứa nhiều acid amin không thay quan trọng Trong đó, nhóm Glutelin prolamin có thành phần acid amin khơng cân đối, chúng nghèo acid amin không thay lysine, tryptophan, methionine - Phần lớn protein chức thuộc nhóm Albumin Globulin Ngược lại, protein dự trữ lại lại thuộc nhóm Prolamin Glutelin 2.2 Lúa mì - Hạt lúa mì thường chứa trung bình 13% protein, cá biệt lai tạo giớng có loại chứa đến 25% - Gliadin Glutenin chiếm phần chủ yếu protein lúa mì Gliadin đặc trưng cho độ giãn, Glutenin đặc trưng cho độ đàn hồi bột nhào Lúa mì loại hạt ngũ cớc có chứa lượng đáng kể Glutenin phân tử lượng lớn khơng hòa tan acid acetic 0,1M Chính nhờ tính chất đàn hồi protein mà bột mì mới làm bánh mì được Các Gliadin Glutenin lúa mì có hàm lượng Glutamin lớn (40 ÷ 45%) kéo theo hàm lượng nitơ cũng lớn Hàm lượng glutamin cao hình thành nhiều liên kết hidro chuỗi peptit với với phân tử nước, tạo cho gluten có tính nhớt dẻo cao Hàm lượng acid amin ưa béo tương đối cao cho thấy tương tác ưa béo tham gia vào cấu trúc bậc glutenin mà liên kết được với lipid cũng tạo được mạng lưới gluten bột nhào Hàm lượng prolin cao (10 ÷ 15%) đặc biệt Gliadin cũng có ảnh hưởng đến cấu trúc bậc hai protein phá hủy phần xoắn  cũng vùng có cấu trúc xếp  Các gốc cystin vượt xa gớc cystein cũng chứng tỏ cầu disulfua có tham dự vào hình thể tập hợp protein - Trong protein lúa mì có khoảng 20 acid amin Các acid amin không thay có thành phần protein lúa mì tỉ lệ chúng khơng cân đới Trong phơi có chứa nhiều leucine, nội nhũ chứa nhiều leucine phenylalanin Bảng 2.5 Hàm lượng acid amin trung bình protein lúa mì (% theo lượng nito nói chung) Arginine Histidine Lysine Tyrosine Trong toàn hạt 4,2 1,9 2,5 4,0 Trong nội nhũ 3,3 2,0 2,1 3,8 Trong phôi 6,4 2,3 5,6 3,8 Tryptophane Cystine Phenylalanine Methionine Threonine Leucine Isoleucine Valine 1,0 1,9 5,1 1,3 2,8 6,2 3,6 4,2 1,0 2,2 5,5 1,8 2,6 10,0 3,7 3,8 1,0 1,0 3,8 1,8 4,2 7,0 3,2 4,2 (Nguồn: Trần Thị Thu Trà, 2007) - Gliadin: tên gọi riêng prolamin lúa mì Trong lúa mì có hai nhóm prolamin chính: + Gliadin , ,  có phân tử lượng 30000 ÷ 45000 đvC + Gliadin  có phân tử lượng nằm 60000 80000 đvC Khi hình thành mạng lưới gluten, Gliadin liên kết với cầu hydro gốc glutamine để tạo sợi có phân tử lượng hàng triệu đvC - Glutenin: tên riêng Glutelin lúa mì Các Glutenin có xu hướng tự liên kết với tương tác ưa béo, liên kết hidro cầu disulfua lớn so với Gliadin Khối lượng phân tử Glutenin lên đến 20.10 đvC Ở trạng thái ngậm nước, Glutenin tạo khuôn màng mỏng chắc, đàn hồi, có tính cớ kết cao chịu được kéo căng Sở dĩ có được tính chất cường độ tương tác cũng số lượng tương tác chuỗi protein 2.2.1 Gluten - Khi đem bột nhào với nước, hai nhóm protein khơng tan nước bột Prolamin Glutenlin hấp thụ nước, duỗi mạch, định hướng, xếp lại thành hàng làm phát sinh tương tác ưa béo hình thành cầu đisunfua mới (qua phản ứng trao đổi –SH/–SS) Kết tạo thành mạng protein chiều có tính nhớt, dẻo, dính đàn hồi bao xung quanh hạt tinh bột hợp phần khác Hỗn hợp gọi bột nhào - Rửa bột nhào cho tinh bột trơi lại khới dẻo khơng tan gọi gluten ướt Trong gluten ướt có khoảng 60 ÷ 70% nước Trong chất khơ gluten ướt có chứa đến 90% protein Như vậy, gluten chất hóa học xác định mà hỗn hợp chất gồm protein nhiều chất khác Hình 2.2 Thành phần nhóm protein tham gia tạo mạng gluten (Nguồn: Trần Thị Thu Trà, 2007) - Khơng phải hạt lương thực cũng có khả tạo được khới gluten ướt có tính dẻo, dai đàn hồi Các loại hạt lúa mì, mạch đen, đại mạch có khả tạo màng gluten có chất lượng cao Gluten bột nhiều chất lượng bột cao Hàm lượng gluten ướt bột lúa mì dao động từ 15 ÷ 50%, gluten khơ chiếm từ ÷ 18% Thơng thường, lúa mì có hàm lượng protein cao chứa 35 ÷ 40% gluten ướt, hàm lượng protein thấp chứa 15 ÷ 20% Do tính chất vừa dai, vừa đàn hồi nên gluten ướt góp phần tạo hình dạng, tạo khung, cấu trúc tính chất độ cứng, độ đặc, độ dai, độ đàn hồi hay khả tạo gel cho sản phẩm thực phẩm Gluten ướt có tính cớ kết, dẻo giữ khí nên gia nhiệt khí nở thành cấu trúc xớp Hình 2.3 Mạng gluten, gliadin glutenin bột mì (Nguồn: Trần Thị Thu Trà, 2007) - Chất lượng gluten ướt được đánh giá dựa tiêu cảm quan số vật lý màu sắc, độ dai, độ căng đứt, độ đàn hồi Càng nhóm –SH nhiều nhóm – S – S – chất lượng gluten tốt Chất lượng gluten được thể số sau: màu sắc, khả hút nước, độ đàn hồi độ căng đứt, độ bền ban đầu thay đổi thể tích gluten nướng (bánh) + Màu sắc: quan sát màu sắc gluten sau tách nước Gluten tớt có màu trứng ngà vàng, gluten xấu màu xám, tới + Khả hút nước: độ ẩm gluten tươi sau tách nước, gluten tớt có khả hút nước cao (tính theo lượng nước được hút 100 g gluten khơ) + Độ đàn hồi: tính chất quan trọng gluten biểu khả giữ khí bột nhào, được xác định cách cân g gluten tươi, vò tròn đặc nhiệt độ thường sau 30 phút Nếu ấn ngón tay vào viên gluten thả phồng trở lại vị trí cũ gluten tớt, phồng chậm hay khơng vị trí cũ gluten xấu + Độ căng đứt: cùng đặc trưng cho khả giữ khí bột, được xác định độ dài kéo đứt 2,5 g gluten tươi  Gluten có độ căng đứt kém: ≤ cm  Guluten có độ căng đứt trung bình: ÷ 15 cm  Gluten có độ căng đứt cao: > 15 cm + Độ bền ban đầu gluten được đặc trưng độ đàn hồi độ căng đứt ban đầu sau tách gluten ÷ 3h + Sự thay đổi thể tích gluten nướng: sớ đặc trưng cho độ nở gluten Với viên gluten tươi 2,5 g đem nướng lò 160 ÷ 165 oC 30 phút Nếu gluten tớt thể tích tăng gấp đơi, gluten xấu tăng ít, khơng tăng chí bị cháy 2.2.2 Phân loại lúa mì Các lồi lúa mì được gieo trồng: - Lúa mì thơng thường (Triticum aestivum): loài lục bội được gieo trồng nhiều giới Hình 2.4 Lúa mì thơng thường (Triticum aestivum) (Nguồn: https://wikipedia.org) - Lúa mì cứng (Triticum durum): dạng tứ bội được sử dụng rộng rãi ngày lồi lúa mì được gieo trồng nhiều thứ hai Hình 2.5 Lúa mì cứng (Triticum durum) (Nguồn: https://wikipedia.org) - Lúa mì Einkron (Triticum monococcum): lồi lưỡng bội với thứ hoang dại gieo trồng Dạng gieo trồng được dưỡng cùng thời với lúa mì Emmer, chưa có được tầm quan trọng ngang lồi Hình 2.6 Lúa mì Einkron (Triticum monococcum) (Nguồn: https://wikipedia.org) - Lúa mì Emmer (Triticum dicoccon): dạng tứ bội, được gieo trồng thời kỳ cổ đại ngày khơng được sử dụng rộng rãi Hình 2.7 Lúa mì Emmer (Triticum dicoccon) (Nguồn: https://wikipedia.org) - Lúa mì spenta (Triticum spelta): lồi lục bội được gieo trồng với số lượng hạn chế sức mạnh lớp màng Đới với màng có nồng độ glycerol khác nhau, giá trị WVP màng từ bột A2 cao so với màng từ bột A1 Đặc tính chớng thấm nước màng lớp phủ ăn được khác nhiều thành phần, có mặt bong bóng lỗ kim loại màng (Pascat, 1986) McHugh, Aujard Krochta (1994) xác định tính thấm nước màng gluten được làm dẻo glycerol 25 °C, thay đổi tuyến tính với nồng độ chất làm dẻo có hệ sớ tương quan tớt Các hành thức tương tự được quan sát thấy công việc Gontard et al (1993) Sobral et al (2001) báo cáo độ thấm nước tăng lên với gia tăng nồng độ chất làm dẻo c Độ bền cấu trúc Kiểm tra đâm thủng đo lực cần thiết để đẩy thủng thăm dò vào sản phẩm thực phẩm thực phẩm Màng gluten từ bột A có giá trị sức mạnh đâm thủng cao so với màng gluten lúa mì được chế biến từ bột A Màng gluten từ bột A1 cho thấy sức mạnh đâm thủng cao (p