Trong công nghệ thực phẩm, chitin đặc biệt chitosan là những hợp chất polymer tự nhiên an toàn với những tính chất đặc trưng như khả năng kháng khuẩn, kháng nẩm, chống oxy hóa, tạo màng, tạo gel, hấp phụ màu, làm trong nên chitosan được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực công nghệ chế biến và bảo quản thực phẩm.
Ứng dụng chitosan trong tạo màng, chống biến nâu, mất nước, kháng nấm, bảo quản trái cây, rau
Chitosan có khả năng tạo màng rất tốt và màng chitosan là màng bán thấm, do đó có khả năng làm thay đổi các thành phần của chất khí trong môi trường bảo quản, việc ứng dụng chitosan làm màng bao sẽ tạo ra rào cản hạn chế sự cung cấp oxy trên
bề mặt rau quả và hàm lượng CO2 bên trong màng tăng lên nên quá trình hô hấp của rau quả bị ức chế và hạn chế quá trình biến nâu của quả. Hơn nữa màng chitosan có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm nên sự hư hỏng do rau quả sẽ giảm.
Chitosan đã nghiên cứu ứng dụng trong bảo quản nhiều loại rau quả như vải, dâu, xoài, chuối, táo, cà rốt…vải và nhãn là những loại quả có giá trị kinh tế cao nhưng lại có thời gian bảo quản rất ngắn dưới điều kiện bình thường và chúng giảm giá trị nhanh do sự biến nâu của vỏ. Màu quả vỏ vải và nhãn là do hợp chất phenol trên vỏ quyết định, hợp chất này rất dễ bị oxy hóa bởi polyphenol oxydase gây ra sự biến nâu của vỏ. Màng chitosan hạn chế lượng oxy qua màng nên quá trình hô hấp của quả chậm dần, quá trình oxy hóa các hợp chất phenol cũng giảm đi. Sử dụng chitosan có nồng độ 2% có hiệu quả tốt nhất để kiểm soát sự biến nâu và kéo dài thời gian bảo quản của vải và nhãn ở 20C, độ ẩm từ 90 - 95%.
Dung dịch chitosan được tạo ra bằng cách hòa tan trong giấm ăn pha loãng 1% và dùng làm dung dịch gốc, tùy theo từng loại trái cây và chủng vi sinh vật mà ta pha loãng đến nồng độ thứ cấp khác nhau ứng dụng trong việc bảo quản, sau đó phun lên bề mặt trái cây, ưu điểm của phương pháp này là kéo dài thời gian bảo quản độ tươi của chuối gấp ba lần so với mẫu đối chứng (không được phun dung dịch chitosan).
Chuối mau bị mốc khi bảo quản bằng cách thông thường
Chuối tươi lâu nhờ sử dụng màng bao chitosan để bảo quản
Đối với một số lại quả có vỏ mềm như là cà chua, dâu, hồng để gia tăng độ cứng của của vỏ trong quá trình chế biến, chitosan được bổ sung với canxi trong quá trình tạo màng. Đối với dâu, pha dung dịch chitosan 2% chitosan/ canxi gluconat 5% và nhúng dâu vào, sau đó bảo quản ở 200C ở độ ẩm 88% đạt chất lượng tốt trong ba tuần. Chitosan còn có khả năng tạo màng trên bề mặt quả, gây trở ngại cho sự dịch chuyển ẩm từ trong quả ra môi trường ngoài, hạn chế sự mất nước, hao hụt khối lượng của quả trong thời gian bảo quản.
Khi sử dụng chitosan để bảo quản rau quả thì cần phải sử dụng loại chitosan có tính chất phù hợp. Trong đó, độ deacetyl và phân tử lượng của chitosan có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả bảo quản trái cây vì vậy cần chọn chitosan có độ deacetyl và phân tử lượng phù hợp. Theo nghiên cứu của Nguyễn Thị Hằng Phương (2007) đối với việc sử dụng chitosan trong việc bảo quản na thì màng chitosan có độ deacetyl 75% có khả năng duy trì chất lượng quả na tốt hơn so với màng chitosan có độ deacetyl 86 và 94%. Mặc dù, khả năng kháng khuẩn của màng chitosan có độ deacetyl 75% thấp hơn so với màng chitosan có độ deacetyl 86% và 94% nhưng điều này không ảnh hưởng nhiều vì lượng vi khuẩn tổng số bề mặt na có bao màng chitosan 75% sau 12 ngày bảo quản không vượt quá giới hạn cho phép.
Ngoài yếu tố độ deacetyl và phân tử lượng của chitosan thì nồng độ chitosan sử dụng để tạo màng, dung môi sử dụng để hòa tan chitosan và đặc điểm của từng loại rau quả đóng vai trò quan trọng trong việc áp dụng thành công chitosan trong bảo quản rau quả. Vì vậy, tùy vào từng loại rau quả, mục địch bảo quản mà chọn loại chitosan và chế độ bảo quản khác nhau cho phù hợp.
Ứng dụng chitosan trong kháng khuẩn, kháng nấm, chống oxy hóa, chống hao hụt trọng lượng trong bảo quản và chế biến thịt, cá, đậu phụ, bánh mì
Thịt và các sản phẩm từ thịt rất dễ bị hư hỏng do vi sinh vật và quá trình oxy hóa lipid do đó các chất bảo quản thịt cần phải có cả hai đặc tính là kháng nấm và chống oxy lipid. Chitosan có tính kháng khuẩn và có khả năng chống oxy hóa lipid nên được sử dụng để bảo quản thịt nhằm hạn chế quá trình hư hỏng của thịt. Đặc biệt,
chitosan rất phù hợp trong việc ứng dụng để bảo quản các sản phẩm khô và sản phẩm ăn liền.
Tính chất kháng khuẩn của chitosan được thể hiện rất rõ trong việc ứng dụng để bảo quản thực phẩm, các mẫu thịt bò quay được nhúng trong dung dịch chitosan 0,5 - 1%, sau đó đóng gói và bảo quản lạnh 40C thì lượng vi khuẩn Listeria monocytogenes giảm đáng kể so với mẫu không sử lý chitosan. Đối với thịt bò tẩm gia vị, kết quả nghiên cứu của Youn và cộng sự (2002) cũng cho thấy chất lượng của thịt bò tẩm gia vị có bổ sung 1 % chitosan (120 kDt, 85% DD) hòa tan trong 0,3% acid lactic được cải thiện đáng kể, do chitosan đã làm giảm lượng vi sinh vật tổng số và ức chế sự oxy hóa lipid trong thời gian 10 ngày bảo quản ở 40C. Đối với sản phẩm thịt heo, thời gian bảo quản của thịt heo cũng tăng lên khi nhúng trong 1% chitosan trong thời gian xử lý một phút, màu đỏ hồng của thịt không thay đổi trong thời gian bảo quản (Lee và cộng sự, 2003). Ngoài ra, hòa tan chitosan trong acid acetic có khả năng kháng khuẩn tốt hơn so với acid lactic (Beverlya và cộng sự, 2008). Ngoài ra, để nâng cao hiệu quả kháng khuẩn, kháng nấm người ta thường kết hợp chitosan với các chất kháng khuẩn, kháng nấm thông dụng như nitrite, natri benzonate, nisin, dầu tỏi, tinh dầu bạc hà…Xử lý kết hợp 0,5% chitosan và 100ppm nitrite đã ức chế mạnh sự phát triển của vi khuẩn (Darmadji và Izumimoto, 1994b). Xúc xích heo có bổ sung chitosan - tinh dầu bạc hà bảo quản được hơn ba tuần ở nhiệt độ lạnh 0 - 30C (Sweetie và cộng sự, 2008).
Chitosan có trọng lượng phân tử thấp (oligoglucosamin) có thể sử dụng thay thế NaNO3 trong bảo quản xúc xích gà surimi. Kết quả cho thấy có thể dùng oligoglucosamin 0,4% làm chất bảo quản xúc xích gà surimi, sau bốn tuần thì xúc xích vẫn đạt loại khá, trạng thái xúc xích thẳng, tròn, bề mặt khá láng và mịn, có mùi và màu vàng đặc trưng của thịt gà, chỉ tiêu vi sinh vật đạt yêu cầu (Luyến và Hiên, 2006).
Đối với các sản phẩm thủy sản, chitosan và dẫn xuất của nó được ứng dụng trong quá trình chế biến và bảo quản nhờ khả năng chống oxy hóa, kháng khuẩn, tạo màng. Chitosan được sử dụng với mục đích hạn chế quá trình oxy hóa lipid trong bảo
quản các loại cá chứa nhiều mỡ như cá trích, cá tra, cá hồi. Phân tử lượng của chitosan ảnh hưởng lớn đến khả năng chống oxy hóa, hoạt tính chống oxy hóa của chitosan cao khi dùng chitosan có phân tử lượng thấp. Chitosan có thể hạn chế sự oxy hóa lipid do khả năng tạo phức với sắt trong thịt cá, các nhóm amino trong cấu trúc của chitosan tham gia tạo phức với các ion kim loại (Peng và cộng sự, 1998).
Đối với thủy sản khô (như cá khô, mực khô) khi được nhúng vào dung dịch chitosan 2% trong acid acetic 1,5%, làm khô ở 300C thì có thể bảo quản ở nhiệt độ thường. Ở độ ẩm từ 26 - 30%, cá có màng chitosan có thể bảo quản trên 130 ngày, gấp 1,5 lần so với mẫu đối chứng, mực khô cũng có thời gian bảo quản giống cá khô ở cùng độ ẩm trên. Đối với sản phẩm mực một nắng, chitosan được sử dụng để tạo màng bao hạn chế sự mất nước và ức chế sự phát triển của vi sinh vật trong quá trình bảo quản, sử dụng chitosan 2% để bảo quản mực một nắng sau 40 ngày bảo quản ở - 200C mực bị mất nước 0,4 %, bảo quản ở -100C thì mực bị mất nước 2,8% và bảo quản ở 100C mực bị mất nước 13,1%. Thêm vào đó, chitosan hạn chế sự phát triển vi sinh vật trên bề mặt sản phẩm, ngoài ra khi bảo quản bằng chitosan thì sản phẩm có cảm quan tốt hơn so với mẫu không xử lý (Nguyễn Văn Thành, 2006).
Ngoài các sản phẩm trên thì do có tính chất kháng khuẩn và tạo gel nên chitosan cũng được ứng dụng trong quá trình sản xuất đậu phụ để kéo dài thời gian bảo quản và tăng độ bền gel, sử dụng chitosan có thể kéo dài thời gian sử dụng hơn ba ngày so với đậu phụ sử dụng CaCl2 (Chun và cộng sự, 1997). Bổ sung 2% đã làm tăng độ bền gel của đậu phụ, độ bền gel của đậu phụ tăng lên khi khối lượng phân tử chitosan tăng (189, 720 và 2780 kDa), trong khi đó thời gian bảo quản đậu phụ kéo dài khi tăng độ deacetyl hóa của chitosan (Chang và cộng sự, 2003).
Chitosan được ứng dụng trong sản xuất bánh mì nhờ khả năng kháng nấm và tạo màng chống mất nước, bánh mì bao với chitosan 1% sẽ giảm tổn thất khối lượng, mềm mại và sự thoái hóa tinh bột chậm so với các mẫu khác trong trong thời gian bảo quản 36 giờ ở 250C. Bề mặt bao gói chitosan làm rào cản sự truyền ẩm qua bề mặt bánh mì nên tổn thất khối lượng giảm, vỏ bánh mì mềm, thời gian sử dụng tăng 12 giờ so với bánh mì không bao chitosan (Park và cộng sự, 2002b).
Ngoài ra, chitosan còn được sử dụng trong bảo quản trứng, chitosan 1% và 2% (trong acid acetic) dùng bảo quản trứng sau 5 tuần ở 250C, trứng có các chỉ số chất lượng tốt hơn so với mẫu đối chứng (BHale và cộng sự, 2003). Ngoài ra để tăng cường độ dẻo, kiểm soát quá trình bán thấm của chitosan thì có thể bổ sung thêm glycerol. Trứng có thể bảo quản bằng chitosan 3% có phối hợp với 0,25 mL glycerol/g chitosan giữ được chất lượng trứng tươi ít nhất hai tuẩn ở nhiệt độ 250C (Caner và cộng sự, 2005). Để tăng cường khả năng kháng nấm của chitosan, dung dịch chitosan dùng để bọc trứng có bổ sung thêm natri benzoat, trứng được bọc chitosan ở nồng độ 1,5 và 2% có bổ sung 0,05% natri sorbet có tác dụng hạn chế biến đổi chất lượng trứng trong thời gian dài (Long, 2009).
Ứng dụng chitosan làm chất keo tụ, tạo bông để làm trong trong công nghệ sản xuất nước quả
Trong công nghệ sản xuất nước quả, làm trong nước quả là bước quan trọng để thu được độ trong, sáng, màu sắc đẹp. Hiện tượng nước quả bị đục do ảnh hưởng của các hợp chất phenol, chất keo và các chất lơ lửng còn lại. Chitosan thể hiện là một chất keo tụ, tạo bông và làm trong rất tốt. Chitosan với hàm lượng 0,8 kg/m3 có thể làm tăng độ trong của nước táo ép lên rất nhiều lần so với việc sử dụng một số chất khác làm tác nhân trợ lắng, ổn định độ trong cho nước quả. Chitosan có ái lực tốt đối với các hợp chất polyphenol như catechin, proanthocyanidin, cinnamic acid và các dẫn xuất của chúng (Soto-Perlata, Muller và Knorr, 1989).
Khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của chitosan cũng được ứng dụng vào công nghệ sản xuất nước quả. Chitosan glutamate có hiệu quả hạn chế những hư hỏng do nấm mốc gây ra trong nước táo (pH 3,4). Chitosan glutamate (DD=75-85%) với nồng độ từ 0,1 - 5 g/ Lít đã ức chế được sự phát triển của tất cả các nấm mốc có trong nước táo ở 250C trong 32 ngày. Chitosan sử dụng ở nồng độ 0,3g chitosan/ Lít nước quả có tác dụng ức chế hoàn toàn nấm mốc trong nước táo sau 13 ngày bảo quản (Roller và Covill, 1999; Rhoades và Roller, 2000).