Những nghiên cứu trong và ngoài nước tập trung chủ yếu vào việc tổng hợp dẫn xuất giữa chitosan và aldehyde.
Nguyễn Thị Huệ và Đỗ Sơn Hải (2006) [4], đã tổng hợp một số azometin của chitosan với một số aldehyde thơm: benzaldehyde, p-nitro, p-metoxi-benzaldehyde.
Phương trình phản ứng:
Trong đó X = -H, -NO2, -OCH3
R. Muzzarelli (1994) đã công bố công trình điều chế một loạt các azometin của chitosan với các aldehyde: salixylaldehyde, veratraldehyde, vanillin, syrinaldehyde, xeton thơm và axetolvainilon. R. Andreas (2000) đã tổng hợp một loạt azometin của chitosan với các aldehyde béo: focmaldehyde, propionaldehyde, capronaldehyde, phenylpropionaldehyde, với aldehyde thơm N-benzaldehyde [3]. Các công trình này chỉ nghiên cứu chế tạo dẫn xuất của chitosan với aldehyde là những dẫn xuất có lợi cho khoa học.
Ngoài ra, Chung Chin Yu, Kuang Hsuan Yang, Y chuan Liu, Bo Chuen Chen (2010) đã nghiên cứu công trình “Chế tạo kích thước các hạt nano vàng và ứng dụng xúc tác phản ứng phân hủy acetaldehyde của chitosan”. Trong công trình này, các nhà khoa học đã nghiên cứu kích thước các hạt nano vàng gắn trên chitosan trong dung dịch để xúc tác cải thiện khả năng phân hủy acetaldehyde ở nhiệt độ phòng.
Keng Liang Ou, Ting Chu Hsu, Yu Chuan Liu, Kuang Hsuan Yang (2013) đã nghiên cứu “Chiến lược phát hiện hiệu quả các acetaldehyde bằng cách sử dụng tăng cường bề mặt tán xạ Raman của hạt chitosan có cấu trúc Nano vàng”. Các nhà nghiên cứu cho rằng sự hiện diện của acetaldehyde trong cơ thể có thể gây nguy hại cho gan. Thông thường, nồng độ của acetaldehyde được đo bằng cách sử dụng sắc ký khí khối phổ. Phát triển công nghệ phân tích mới cho việc phát hiện acetaldehyde sẽ tăng cường sự an toàn đối với con người. Trong công trình này, các nhà nghiên cứu đã tăng cường bề mặt tán xạ Raman lên hạt chitosan bằng cách sử dụng các chu trình oxy hóa khử điện hóa để tập trung và phát hiện acetaldehyde. Tuy nhiên, acetaldehyde có thể phản ứng với cấu trúc nano trên hạt chitosan để tạo thành một Schiff Base.
Các công trình nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào việc thúc đẩy phản ứng giữa chitosan với acetaldehyde bằng cách bổ sung các chất xúc tác là các hạt nano vàng. Điều này đòi hỏi một trình độ khoa học kỹ thuật hiện đại tiên tiến, trong bối cảnh của Việt Nam cũng như điều kiện thí nghiệm của Trường Đại học Nha Trang thì không thể áp dụng được. Ngoài ra, những nghiên cứu trên chưa đưa kết quả ứng dụng vào một sản phẩm thực phẩm cụ thể như rượu, bia, đồ uống có cồn…
Như đã đề cập, đề tài này không chỉ nghiên cứu phản ứng giữa chitosan với aldehyde mà còn ứng dụng phản ứng đó hay nói cách khác chính là việc ứng dụng chitosan để khử aldehyde vào một sản phẩm cụ thể đó là rượu cồn trắng truyền thống, sản phẩm mà có sự tồn tại của aldehyde trong dung dịch của nó. Đây có thể coi là một đề tài khoa học hoàn toàn mới. Ngoài ra, chúng ta còn biết được nồng độ, loại chitosan được sử dụng như thế nào để khử aldehyde với hiệu suất cao nhất.
Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu
Rượu cồn: rượu cồn được mua tại gia đình chị Hoàng Thị Tâm
Địa chỉ: Phước Lợi – Phước Đồng – Thành Phố Nha Trang
Chitosan: chitosan dùng trong nghiên cứu được nhóm sinh viên chúng tôi trực
tiếp sản xuất theo phương pháp hóa học từ nguyên liệu vỏ tôm. Chitosan thành phẩm có dạng vảy, màu trắng ngà.
Các tính chất ban đầu của chitosan được phân tích và kết quả được trình bày trong Bảng 2.1.
Bảng 2.1. Các tính chất ban đầu của chitosan
Chỉ tiêu Kết quả Độ ẩm (%) 10 Độ tan (%) 98,7 Độ đục (FTU) 9 DD (%) 70-75 Độ nhớt (cps) 3250
Trọng lượng phân tử (KDal) ≥ 1000
Hàm lượng protein (%) 3,3
Kết quả cho thấy chitosan có khả năng hòa tan rất tốt trong dung dịch acid acetic 1%. Với độ nhớt > 3000 centipoises chứng tỏ mẫu chitosan này có trọng lượng phân tử ≥ 1000 KDal. Như vậy, để có được các mẫu chitosan có trọng lượng phân tử thấp và trung bình chúng ta phải thực hiện các công đoạn cắt mạch tiếp theo. Cũng như DD
nằm trong khoảng 70-75%, phải thực hiện các công đoạn deacetyl tiếp theo để mẫu chitosan có DD cao hơn.
Hóa chất: Các loại hóa chất được sử dụng nhiều như: acid acetic (CH3COOH), acid sunfuric (H2SO4), Ethanol 95% (theo thể tích), Fuchsin gốc, Na2S2O5, dung dịch acetaldehyde tiêu chuẩn.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát
Thuyết minh sơ đồ:
Rượu sau khi được mua về từ gia đình chị Hoàng Thị Tâm, Phước Lợi – Phước Đồng – Thành Phố Nha Trang được đem đi đo độ cồn và hàm lượng aldehyde có bên trong. Sau đó tiến hành đánh giá cảm quan sơ bộ mẫu rượu này về các yếu tố như độ đục độ trong, mùi vị, trạng thái dòng chảy. Kết quả đo được ghi chép lại để làm kết quả đối chứng.
Chitosan sau khi được sản xuất xong phải được tiến hành xác định các thông số tính chất ban đầu như độ DD, trọng lượng phân tử, độ ẩm… Cân chính xác khối lượng chitosan, hòa tan trong dung dịch acid acetic 1%. Dùng máy đo pH để xác định pH của dung dịch chitosan vừa pha, điều chỉnh về pH=3-6,2 bằng dung dịch NaOH hoặc HCl.
Sau đó, lấy 3 bình định mức, cho vào mỗi bình định mức 100 ml rượu. Cho tiếp dung dịch chitosan với cùng một thể tích vào 3 bình định mức trên, đậy nút lại và lắc đều rồi để yên ở điều kiện phòng thí nghiệm trong thời gian 24h. Mục đích của công đoạn này là xác định được nồng độ xử lý, độ DD, trọng lượng phân tử chitosan thích hợp nhất để khả năng khử aldehyde là tối ưu nhất.
Sau 24h, lấy rượu ở 3 bình định mức đem đi đo lại độ cồn và hàm lượng aldehyde còn lại bên trong. Tiến hành đánh giá lại các yếu tố cảm quan. Đối chiếu với kết quả đối chứng rồi đánh giá khả năng khử aldehyde trong rượu của chitosan.
Hình 2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát
Kết quả mong đợi:
- Xác định được loại chitosan với nồng độ xử lý thích hợp nhất để khử aldehyde thông qua hiệu suất khử, loại nào có hiệu suất khử cao hơn thì lựa chọn.
- Hàm lượng aldehyde trong rượu sau khi xử lý biến mất hoàn toàn hoặc giảm về mức thấp.
Rượu
Bổ sung chitosan để khử aldehyde trong rượu ở nhiệt độ phòng trong 24h
Xác định nồng độ chitosan thích hợp Xác định độ DD chitosan thích hợp Xác định phân tử lượng chitosan thích hợp
Đánh giá khả năng khử aldehyde của chitosan, thông qua: - Đo độ cồn trong rượu
- Đo hàm lượng aldehyde trong rượu
- Các yếu tố như cảm quan của rượu không thay đổi hoặc thay đổi rất ít khi xử lý rượu bằng chitosan.
2.2.2. Bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung dịch chitosan tới khả năng khử aldehyde trong rượu. khả năng khử aldehyde trong rượu.
Mục đích thí nghiệm: xác định được nồng độ dung dịch chitosan thích hợp nhất để khử aldehyde trong rượu với hiệu quả tối ưu nhất.
Thuyết minh sơ đồ:
Rượu sau khi được mua về từ gia đình chị Hoàng Thị Tâm, Phước Lợi – Phước Đồng – Thành Phố Nha Trang được đem đi đo độ cồn và hàm lượng aldehyde có bên trong. Sau đó tiến hành đánh giá cảm quan sơ bộ mẫu rượu này về các yếu tố như độ đục độ trong, mùi vị, trạng thái dòng chảy. Kết quả đo được ghi chép lại để làm kết quả đối chứng.
Sau đó, hòa tan 0,33 g chitosan trong 30 ml acid acetic 1% thành dung dịch chitosan 1% (tương đương 10.000 ppm). Dùng máy đo pH hoặc giấy đo pH để xác định pH của dung dịch chitosan vừa pha, điều chỉnh về pH=3-6,2 bằng dung dịch NaOH hoặc dung dịch HCl.
Lấy 7 bình định mức, cho vào lần lượt mỗi bình định mức 100 ml rượu, đánh số thứ tự để dễ dàng phân biệt. Thêm lần lượt từng thể tích dung dịch chitosan tương ứng với các nồng độ 10, 15, 20, 25, 50, 75, 100 ppm vào 7 bình định mức trên. Đậy nút bình định mức, trộn đều và để yên ở điều kiện phòng thí nghiệm trong vòng 24h.
Sau 24h, lấy mẫu rượu trong 7 bình định mức đi đo lại độ cồn và hàm lượng aldehyde còn lại bên trong. Tiến hành đánh giá lại các yếu tố cảm quan. Đối chiếu với kết quả đối chứng và chọn nồng độ dung dịch chitosan nào thích hợp nhất để khử aldehyde. Lặp lại các bước thí nghiệm 3 lần để có được kết quả chính xác nhất.
Kết quả mong đợi:
Xác định được nồng độ dung dịch chitosan thích hợp nhất để khử aldehyde thông qua hiệu suất khử, nồng độ nào có hiệu suất khử cao hơn thì lựa chọn.
Hàm lượng aldehyde trong rượu sau khi xử lý biến mất hoàn toàn hoặc giảm về mức thấp. Các yếu tố cảm quan của rượu không thay đổi hoặc thay đổi rất ít khi xử lý rượu bằng chitosan.
Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung dịch chitosan tới khả năng khử aldehyde trong rượu
Chọn nồng độ chitosan thích hợp Rượu
Bổ sung chitosan để khử aldehyde trong rượu ở nhiệt độ phòng trong 24h
Xác định nồng độ chitosan thích hợp
15ppm
10ppm 20ppm 25ppm 50ppm 75ppm 100ppm
Đánh giá khả năng khử aldehyde của chitosan, thông qua: - Đo độ cồn trong rượu
2.2.3. Bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của độ deacetyl chitosan tới khả năng khử aldehyde trong rượu . năng khử aldehyde trong rượu .
Mục đích thí nghiệm: xác định được độ DD chitosan thích hợp nhất để khử aldehyde trong rượu với hiệu quả tối ưu nhất.
Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của độ deacetyl chitosan tới khả năng khử aldehyde trong rượu
Đánh giá khả năng khử aldehyde của chitosan, thông qua: - Đo độ cồn trong rượu
- Đo hàm lượng aldehyde trong rượu Rượu
Bổ sung chitosan để khử aldehyde trong rượu ở nhiệt độ phòng trong 24h
70%-75% 80%-85% ≥90%
Lựa chọn độ DD thích hợp Xác định độ DD chitosan thích hợp
Thuyết minh sơ đồ:
Rượu sau khi được mua về từ gia đình chị Hoàng Thị Tâm, Phước Lợi – Phước Đồng – Thành Phố Nha Trang được đem đi đo độ cồn và hàm lượng aldehyde có bên trong. Sau đó tiến hành đánh giá cảm quan sơ bộ mẫu rượu này về các yếu tố như độ đục độ trong, mùi vị, trạng thái dòng chảy. Kết quả đo được ghi chép lại để làm kết quả đối chứng.
Lấy 3 loại chitosan có các độ deacetyl như sau: - Mẫu 1: độ deacetyl nằm trong khoảng 70%-75% - Mẫu 2: độ deacetyl nằm trong khoảng 80%-85% - Mẫu 3: độ deacetyl ≥ 90%
Hòa tan trong dung dịch acid acetic 1%. Điều chỉnh pH=3-6,2 bằng dung dịch NaOH hoặc dung dịch HCl.
Lấy 3 bình định mức, cho vào mỗi mẫu 100 ml rượu, đánh dấu số thứ tự để dễ dàng phân biệt. Thêm cùng 1 lượng thể tích dung dịch chitosan với nồng độ thích hợp nhất đã xác định ở thí nghiệm trên vào 3 bình định mức trên. Đậy nút bình định mức, trộn đều và để yên ở điều kiện phòng thí nghiệm trong vòng 24h.
Sau 24h, lấy mẫu rượu trong 3 bình định mức đi đo lại độ cồn và hàm lượng aldehyde còn lại bên trong. Tiến hành đánh giá lại các yếu tố cảm quan. Đối chiếu với kết quả đối chứng và chọn độ DD chitosan nào thích hợp nhất để khử aldehyde. Lặp lại các bước thí nghiệm 3 lần để có được kết quả chính xác nhất.
Kết quả mong đợi:
- Xác định được độ deacetyl chitosan thích hợp nhất để khử aldehyde thông qua hiệu suất khử, độ deacetyl nào có hiệu suất khử cao hơn thì lựa chọn.
- Hàm lượng aldehyde trong rượu sau khi xử lý biến mất hoàn toàn hoặc giảm về mức thấp
- Các yếu tố cảm quan của rượu không thay đổi hoặc thay đổi rất ít khi xử lý rượu bằng chitosan.
2.2.4. Bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của trọng lượng phân tử chitosan tới khả năng khử aldehyde trong rượu. chitosan tới khả năng khử aldehyde trong rượu.
Mục đích thí nghiệm: xác định được trọng lượng phân tử chitosan thích hợp nhất để khử aldehyde trong rượu với hiệu quả tối ưu nhất.
Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của trọng lượng phân tử chitosan tới khả năng khử aldehyde trong rượu
Đánh giá khả năng khử aldehyde của chitosan, thông qua: - Đo độ cồn trong rượu
- Đo hàm lượng aldehyde trong rượu Rượu
Bổ sung chitosan để khử aldehyde trong rượu ở nhiệt độ phòng trong 24h
≤200KDal 600-800KDal ≥1000KDal
Lựa chọn trọng lượng phân tử chitosan thích hợp Xác định độ trọng lượng phân
Thuyết minh sơ đồ:
Rượu sau khi được mua về từ gia đình chị Hoàng Thị Tâm, Phước Lợi – Phước Đồng – Thành Phố Nha Trang được đem đi đo độ cồn và hàm lượng aldehyde có bên trong. Sau đó tiến hành đánh giá cảm quan sơ bộ mẫu rượu này về các yếu tố như độ đục độ trong, mùi vị, trạng thái dòng chảy. Kết quả đo được ghi chép lại để làm kết quả đối chứng.
Lấy mẫu chitosan đã xác định được độ deacetyl cùng nồng độ xử lý thích hợp nhất, đưa đi xác định trọng lượng phân tử và cắt mạch để chuẩn bị các mẫu chitosan như sau:
- Mẫu 1: chitosan có trọng lượng phân tử ≤ 200 KDal
- Mẫu 2: chitosan có trọng lượng phân tử nằm trong khoảng 600-800 KDal - Mẫu 3: chitosan có trọng lượng phân tử ≥1000 KDal
Hòa tan trong dung dịch acid acetic 1%. Điều chỉnh pH=3-6,2 bằng dung dịch NaOH hoặc dung dịch HCl.
Lấy 3 bình định mức, cho vào mỗi mẫu 100 ml rượu, đánh dấu số thứ tự để dễ dàng phân biệt. Thêm cùng 1 lượng thể tích dung dịch chitosan với nồng độ thích hợp nhất đã xác định ở thí nghiệm trên vào 3 bình định mức trên. Đậy nút bình định mức, trộn đều và để yên ở điều kiện phòng thí nghiệm trong vòng 24h.
Sau 24h, lấy mẫu rượu trong 3 bình định mức đi đo lại độ cồn và hàm lượng aldehyde còn lại bên trong. Tiến hành đánh giá lại các yếu tố cảm quan. Đối chiếu với kết quả đối chứng và lựa chọn trọng lượng phân tử chitosan nào thích hợp nhất để khử aldehyde. Lặp lại các bước thí nghiệm 3 lần để có được kết quả chính xác nhất.
2.3. Các phương pháp phân tích
2.3.1. Độ ẩm, hàm lượng khoáng được phân tích theo phương pháp chuẩn của AOAC [20].
2.3.2. Xác định hàm lượng protein trong chitosan bằng phương pháp Microbiuret của Rao và cộng sự [23].
2.3.3. Xác định độ nhớt biểu kiến của chitosan được đo bằng nhớt kế Brookfield [18].
2.3.4. Xác định độ đục của chitosan bằng máy đo độ đục [17].
2.3.5. Xác định độ tan của chitosan bằng phương pháp hòa tan trong acid acetic 1% và lọc, xác định lượng không tan [20].
2.3.6. Xác định độ deacetyl hóa của chitosan được xác định theo phương pháp quang phổ [25].
2.3.7. Xác định trọng lượng phân tử của chitosan.
2.3.8. Phương pháp xác định hàm lượng aldehyde của rượu bằng phương pháp quang phổ kết hợp phương pháp chuẩn của TCVN ( TCVN 8009:2009) [15].
2.3.9. Xác định độ cồn của rượu được đo bằng cồn kế bách phân.
2.4. Phương pháp xử lý số liệu
Số liệu báo cáo là trung bình của 3 lần phân tích. Kết quả được xử lý bằng phần mềm Microsoft Exel. Giá trị của p < 0.05 được xem là có ý nghĩa về mặt thống kê.
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Thành phần và tính chất của rượu trước khi khử aldehyde
Bảng 3.1. Thành phần và tính chất của rượu trước khi khử aldehyde
Thành phần, tính chất Kết quả
Độ cồn 38-40 độ
Hàm lượng aldehyde 5,67-7,35 mg/L
Màu sắc Trắng trong
Mùi Mùi đặc trưng của nguyên liệu lên men,
không có mùi lạ
Vị Không có vị lạ, êm dịu
Trạng thái Trong, không vẩn đục, không có cặn
Rượu cồn được mua tại gia đình chị Hoàng Thị Tâm, Phước Lợi – Phước Đồng