Tìm hiểu về màng bao chitosan trong bảo quản rau quả

Tìm hiểu về màng bao chitosan trong bảo quản rau quả

ĐỀ TÀI:TÌM HIỂU VỀ MÀNG BAO CHITOSAN TRONG BẢO QUẢN RAU QUẢ GVHD : ThS. Dương Văn Trường Lớp : ĐHTP6ALT Nhóm SV : Hoàng Trung Nghĩa 10325441 Lâm Thị Y Lành 10330771 Lê Đức Minh 10312451 Nguyễn Hoàng Lân 10366921 TP.HCM, ngày 22 tháng 1 năm 2012 Lời mở đầu Hiện nay bên cạnh việc thu hoạch các loại rau quả vấn đề chúng ta cần quan tâm hơn hết là làm sao để bảo quản chúng, để giữ hoàn toàn chất lượng bên trong Trong việc bảo quản các loại rau quả tươi rất khó khăn, cùng với xu hướng hiện nay là con người hướng đến sử dụng các sản phẩm, chế phẩm tự nhiện, thân thiện với môi trường, an toàn cho người sử dụng. Đây là điều mà có rất nhiều nghiên cứu cũng như ứng dụng vào thực tế, để chúng ta tìm ra một phương pháp khác thay thế cho cách bảo quản hiện nay, để giảm việc con người tiếp xúc sử dụng các hóa chất, và phù hợp với xu hướng tiêu dùng an toàn thực phẩm trên thế giới. Trong những năm gần đây các cơ quan nghiên cứu Khoa học Nông nghiệp nước ta liên tục cho ra đời nhiều chế phẩm có tác dụng bảo quản rau tươi đưa lại hiệu quả sử dụng và kinh tế cao: Giảm được tỉ lệ hư hao, tăng thời gian bảo quản nhằm kéo dài thời gian thu hoạch và tiêu thụ. Hầu hết các chế phẩm này đều có nguồn gốc sinh học, đơn giản, dễ sử dụng, sản phẩm được bảo quản bằng các chế phẩm này hoàn toàn không độc hại, an toàn cho người sản xuất lẫn người sử dụng. Rau quả nói chung là một loại sản phẩm thực phẩm có tính thời vụ. chính vì thế để đáp ứng cho lưu thông, tàng trữ và sử dụng thì vấn đề quan trọng nhất đó chính là kéo dài thời gian sử dụng của chúng. Yêu cầu cơ bản trong bảo quản đó là giữ được trạng thái tự nhiên một cách tốt nhất, tính chất của rau quả không bị biến đổi trong thời gian bảo quản. Rau quả là một môi trường sống mà ở đó luôn sảy ra rất nhiều biến đổi cơ lý, hóa học , sinh học. Đã và đang tồn tại nhiều biện pháp để bảo quản rau quả: biện pháp hóa học, sinh học, vật lý. Và cho tới nay thì việc sử dụng nhiệt độ thấp để bảo quản vẫn tỏ ra chiến ưu thế. Chitossan là một hợp chất sinh học có tính ưu việt rất phù hợp cho việc bảo quản rau quả, ngoài khả năng kháng vi sinh vật, chitossan còn có khả năng hạn chế quá trình hô hấp hiếu khí tự nhiên của rau quả vì thế trái cây sẽ được bảo quản lâu hơn và trạng thái tự nhiên biến đổi ít hơn- điều này đã được nhiều đề tài chứng minh bằng thực nghiệm. Việc kết hợp bảo quản lạnh cùng với sử dụng chitossan để bảo quản trái cây sẽ mang lại hiệu quả cao hơn thời gian bảo quản dài hơn, đặc tính tự nhiên biến đổi ít hơn. Chitosan còn có khả năng kết hợp với các chất bảo quản khác (axit benzoic, benzoat ) chính vì thế hiệu quả bảo quản sẽ tăng lên. Hiểu được vấn đề trên do đó nhóm đã tìm hiểu về màng bao sinh học Chitosan và ứng dụng của chúng trong việc bảo quản rau quả hiện nay. TP.HCM, ngày 22 tháng 1 năm 2012 Nhóm sinh viên. MỤC LỤC 3.2.thực nghiệm cho bảo quản: . 31 Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ CHITOSAN: 1.1.Lịch sử phát hiện Chitosan: Chitin được Bracannot phát hiện lần đầu tiên vào năm 1811 trong cặn dịch chiết của một loại nấm và đặt tên là “fungine” để ghi nhớ nguồn gốc tìm ra nó. Năm 1823 Odier đã phân lập được một chất từ bọ cánh cứng và ông gọi là chitin hay “chitine” có nghĩa là lớp vỏ. Nhưng không phát hiện sự có mặt của Nitơ. Cuối cùng cả Bracannot và Odier đều cho rằng cấu trúc của chitin giống cấu trúc của xenluloza Năm 1929 Karrer đun sôi chitin 24h trong dung dịch KOH 5% và đun tiếp 50 phút ở 160ºC với kiềm bão hòa ông thu đựơc sản phẩm có phản ứng màu đặc trưng với thuốc thử, chất đó chính là Chitosan [1]. Việc nghiên cứu về dạng tồn tại, cấu trúc, tính chất lý hoá ứng dụng của chitosan đã được công bố từ những năm 30 của thế kỷ XX. Những nước đã thành công trong lĩnh vực nghiên cứu sản xuất chitosan đó là: Nhật, Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ, Pháp. Nhật Bản là nước đầu tiên trên thế giới năm 1973 sản xuất 20 tấn/năm. Và đến nay đã lên tới 700 tấn/năm, Mỹ sản xuất trên 300 tấn/năm. Theo Know năm 1991 thì thị trường có nhiều triển vọng của chitin, chitosan là Nhật Bản, Mỹ, Anh, Đức. Nhật được coi là nước dẫn đầu về công nghệ sản xuất và buôn bán chitin, chitosan. Người ta ước tính sản lượng chitosan sẽ đạt tới 118000 tấn/năm; trong đó Nhật, Mỹ là nước sản xuất chính [2]. Ở Việt Nam, việc nghiên cứu và sản xuất chitin, chitosan và ứng dụng của chúng trong sản xuất phục vụ đời sống là một vấn đề tương đối mới mẻ ở nước ta. Vào những năm 1978-1980, trường Đại học Thủy sản Nha Trang đã công bố qui trình sản xuất chitosan của tác giả Đỗ Minh Phụng đã mở đầu bước ngoặt quan trọng trong việc nghiên cứu, tuy nhiên chưa có ứng dụng nào thực tế trong sản xuất [3] 1.2. Nguồn gốc: Chitin được xem là polymer tự nhiên quan trọng thứ hai của thế giới, có nhiều thứ hai thế giới (chỉ sau xenlulo). Là một polymer động vật được tách chiết và biến tính từ vỏ các loài giáp xác (tôm, cua, hến, trai, sò, mai mực, đỉa biển…), màng tế bào nấm họ Zygemycetes, các sinh khối nấm mốc, một số loài tảo … Chitin có mặt trong vỏ các loài giáp xác, màng tế bào nấm thuộc họ Zygemycetes có trong sinh khối nấm mốc, và một vài loại tảo . Còn chitosan chính là sản phẩm biến tính của chitin . Chitosan có trong vỏ tôm. Ở nước ta, sản phẩm tôm đông lạnh chiếm sản lượng lớn nhất trong các sản phẩm đông lạnh. Chính vì vậy, vỏ tôm phế liệu là nguồn nguyên liệu tự nhiên rất dồi dào, rẻ tiền, có sẵn quanh năm, nên rất thuận tiện cho việc cung cấp chitin và chitosan . ĐHTP06ALT 1 Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường Các công trình nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trên thế giới đã chứng minh, trong vỏ tôm có chứa 27% chất Chitin, từ chất Chitin này, họ có thể chiết tách thành chất Chitosan để ứng dụng cho nhiều ngành kinh tế: hoá dược, mỹ phẩm và đặc biệt trong ngành dược phẩm, chất Chitosan đã hỗ trợ đắc lực trong việc bào chế ra rất nhiều sản phẩm thuốc chữa được nhiều loại bệnh khác nhau.[4] 1.3 Công thức cấu tạo: 1.3.1. Cấu trúc hóa học của chitin Chitosan cấu tạo bởi các đơn vị glucosamine. Chitin có mặt rất phổ biến ở động vật bậc thấp, đặc biệt có nhiều ở giáp xác, tảo. Thành phần này thường có nhiều trong bột tôm, làm ảnh hưởng đến độ tiêu hóa thức ăn, đặc biệt là độ tiêu hóa protein của động vật thủy sinh. Chitin là polisaccarit mạch thẳng, có thể xem như là dẫn xuất của xenlulozơ, trong đó nhóm (-OH) ở nguyên tử C(2) được thay thế bằng nhóm axetyl amino (-NHCOCH3) (cấu trúc I). Như vậy chitin là poli (N-axetyl-2-amino-2-deoxi-β-D-glucopyranozơ) liên kết với nhau bởi các liên kết b-(C-1-4) glicozit. Trong đó các mắt xích của chitin cũng được đánh số như của glucozơ: Hình 1: Cấu trúc hoá học của chitin Phụ thuộc vào nguồn gốc đặc điểm từng vùng, chitin xuất hiện với hai loại cấu trúc đặc trưng, gọi là dạng α và dạng β. Sự khác nhau giữa hai dạng này được nhận biết bằng các phương pháp phổ nghiệm như phổ hồng ngoại, phổ NMR chụp trạng thái rắn kết hợp với XRD. Một dạng thứ ba kém phổ biến hơn là γ-chitin, nhưng xuất phát từ các số liệu phân tích, người ta vẫn cho rằng dạng thứ ba chỉ là một loại khác trong cấu trúc của α- chitin. α-chitin phổ biến nhất trong tự nhiên, nó có mặt trong vỏ tôm, trong các loài nhuyễn thể thức ăn của cá voi, trong dây chằng (tendon) và vỏ của tôm hùm và cua cũng như trong biểu bì của các loại côn trùng … Hiếm hơn là dạng β-chitin, được tìm ra trong protein ĐHTP06ALT 2 Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường của mực ống [5] Hình 2: Sắp xếp các mạch trong phân tử chitin 1.3.2. Cấu trúc hoá học của chitosan và một vài dẫn xuất: Chitosan là dẫn xuất đề axetyl 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-glucozamin liên kết với nhau bởi các liên kết b-(1-4)-glicozit, do vậy chitosan có thể gọi là poly β-(1-4)-2- amino-2-deoxi-D-glucozơ hoặc là poly β-(1-4)-D- glucozamin (cấu trúc III). Hình 3: Cấu trúc chitosan (poly b-(1-4)-D- glucozamin) Công thức phân tử: (C 6 H 11 O 4 N) n Phân tử lượng: M chitosan =(161,07) n Tuy nhiên trên thực tế thường có mắt xích chitin đan xen trong mạch cao phân tử chitosan (khoảng 10%). Vì vậy công thức chính xác của chitosan được thể hiện như sau: m O OH H N HCOCH 3 H H O H H CH 2 OH O OH H NH 2 H H O H H CH 2 OH n Hình 4: công thức cấu tạo của chitosan ĐHTP06ALT β chitin α chitin γ chitin 3 Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường 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- desoxy – D- glucosa Dưới đây là công thức cấu tạo của các dẫn xuất: Dẫn xuất N,O- Cacboxymetylchitin: Hình 5: Dẫn xuất N,O- Cacboxymetylchitin Dẫn xuất N,O-cacbonxymetylchitosan: Hình 6: Dẫn xuất N,O-cacbonxymetylchitosan Dẫn xuất: N,O-axylchitosan: ĐHTP06ALT 4 Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường Hình 7: Dẫn xuất: N,O-axylchitosan Dẫn xuất N-metylchitosan: Hình 8: Dẫn xuất N-metylchitosan So sánh cấu trúc chitin, chitosan, xenluloza: Hình 9: Cấu trúc 1:Chitin , 2: Chitosan , 3: Xenluloza. 1.3.3.Độ deaxetyl hóa- DD (Degree of deaxetylation): Là tỷ lệ thay thế nhóm (-NHCOCH3) bằng nhóm (-NH2) trong phân tử Chitin ĐHTP06ALT 5 Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường Hình 10: Quá trình deaxetyl hoá Nếu: DD < 50%_ chitin DD ≥ 50%_ chitosan Các phương pháp xác định: Dựa vào phổ cộnh hưởng từ hạt nhân proton (H-NMR) Phổ hồng ngoại IR Chưng cất chitin,chitosan với axit photphoric Phản ứng tạo màu với ninhidrin Xác định theo Nitơ 1.4.Tính chất vật lý của chitosan: -Là một chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy, có thể xay nhỏ theo các kích cỡ khác nhau. -Chitosan có tính kiềm nhẹ. Có mầu trắng hay vàng nhạt, không mùi vị, không tan trong nước, dung dịch kiềm và axít đậm đặc nhưng tan trong axít loãng (Ph=6), tạo dung dịch keo trong, có khả năng tạo màng tốt. ĐHTP06ALT 6 . ĐHTP06ALT 15 Màng Bao Chitosan Trong Bảo Quản Rau Quả GVHD:Th.s Dương Văn Trường - Trong thực phẩm: bảo quản rau quả, trái cây, phụ gia thực phẩm - Trong công. dùng để bảo quản đóng gói thức ăn, để bảo quản hoa quả tươi vì nó tạo màng sinh học không độc. Người ta đã tạo màng Chitosan trên quả tươi để bảo quản quả