1.4.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
Một nhóm sinh viên thuộc khoa Công nghệ thực phẩm – Đại học Nông Lâm nghiên cứu bảo quản bưởi bằng màng chitosan. Họ đã dùng 6 loại chitosan khác nhau ở 2 nồng độ khác nhau để tạo màng bảo quản bưởi. Với màng chitosan, màu sắc của vỏ bưởi chỉ thay đổi chút ít so với lúc mới hái nhưng vỏ bưởi vẫn có màu đều nhau và có thể ăn được sau 3 tháng bảo quản.
Đống Thị Anh Đào và các cộng sự (Khoa Công nghệ hoá học - Đại học Bách Khoa HCM) đã nghiên cứu tạo một số màng bán thấm polysaccharide như CMC, chitosan dùng làm bao gói bảo quản nhãn trong môi trường có nồng độ CO2
21
cao hơn trong môi trường khí quyển. Kết quả là nhãn được bao gói bằng màng bán thấm vẫn giữ được giá trị thương phẩm sau 45 ngày bảo quản (kéo dài thời gian bảo quản lên gấp 3 – 9 lần so với cùng điều kiện bảo quản không bao bì) [6].
Qua nghiên cứu của Châu Văn Minh và cộng sự thuộc Viện Hoá học các hợp chất tự nhiên, Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia đã điều chế được chế phẩm BQ-1 với nguyên liệu chính là chitosan có tác dụng bảo quản quả tươi (cà chua, nho vải, chuối,…) rất tốt. Chế phẩm này có tác dụng chống mốc, chống sự phá huỷ của một số nấm men, vi sinh vật gram âm trên các loại hoa quả. Từ kết quả nhận được, Châu Văn Minh tiếp tục thử nghiệm khả năng bảo quản thực phẩm tươi sống của BQ-1 (thịt bò, thịt lợn, trứng gà tươi). Nhờ khả năng ức chế sự phát triển của vi sinh vật gây thối của chế phẩm BQ-1 đã kéo dài được thời gian sử dụng của sản phẩm trong một thời gian nhất định [19], [20].
Năm 2001, Sở Khoa học Công nghệ Cần Thơ, Khoa Nông nghiệp trường Đại học Cần Thơ và Viện Nghiên cứu cây ăn quả miền Nam tham gia nghiên cứu cách bảo quản xoài cát Hoà Lộc. Sau khi thu hoạch, những trái không đạt tiêu chuẩn được loại bỏ. Tiếp đó, xoài được ngâm trong nước nóng 550C khoảng 5 – 10 phút, cộng thêm sự hỗ trợ của một số chất như benomyl (diệt nấm), chitosan (chống mất nước). Sau đó, bảo quản xoài ở 10 – 120C, độ ẩm 90%, sau 4 tuần, xoài vẫn còn xanh như khi mới hái. Hai ngày sau khi để ở nhiệt độ bình thường, xoài mới bắt đầu chín và vẫn giữ được trong 4 ngày nữa với chất lượng khá tốt. Họ tiếp tục nghiên cứu cho các đối tượng khác như bưởi, nhãn, cam sành, thanh long... Kết quả là bưởi, nhãn và cam sành có thể bảo quản được 2 tháng, thanh long được đến 6 tuần.
Bùi Văn Miên và Nguyễn Anh Trinh (Khoa Công nghệ thực phẩm – Đại học Nông Lâm) nghiên cứu tạo màng chitosan và ứng dụng trong bảo quản thủy sản. Cách tạo màng như sau: Pha 3% chitosan từ vỏ tôm trong dung dịch acid acetic 1,5%, bổ sung chất phụ gia PEG – EG 10% (tỉ lệ 1:1), để yên loại bọt khí. Sau đó, đem dung dịch đã pha quét đều lên một ống inox đã được nâng nhiệt 64 – 650C, để khô trong 35 phút rồi tách màng ra. Họ dùng màng này để bao gói xúc xích. Màng chitosan còn có tác dụng đặc biệt là không làm mất màu và mùi đặc trưng của hỗn hợp nguyên liệu xúc xích [18].
22
Từ thành công trên, các nhà khoa học tiếp tục nghĩ đến việc sử dụng màng chitosan để bảo quản thủy sản tươi và khô. Đối với cá tươi, họ nhúng cá đã xử lý vào dung dịch chitosan được pha sẳn ở các nồng độ 0,5%; 1%; 1,5%; 2% và 2,5% để trong tủ mát 10 phút tạo màng rồi cho vào tủ cấp đông. Màng chitosan làm giảm hiện tượng mất nước và giảm trọng lượng của cá khi rã đông. Đối với thủy sản khô như cá khô, mực khô thì nhúng chúng vào dung dịch chitosan 2% trong acetic acid 1,5%, làm khô ở 30oC, sản phẩm có thể bảo quản tốt ở nhiệt độ thường. Với độ ẩm 26 – 30%, cá bảo quản được 83 ngày, mực khô giữ được 85 ngày. Ở độ ẩm 41 – 45% thì cá khô giữ được 17 ngày, mực khô được 19 ngày.
Mới đây nhất tại Đại học Thủy sản Nha Trang, các kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học Trần Thị Luyến, Nguyễn Trọng Bách cho thấy chitosan có thể kết hợp với các phụ liệu tinh bột hồ hóa, sorbitol và PVA (polyvinyl acetate) để tạo màng bao có đặc tính cơ lý khá tốt (mềm dẻo và độ bền đứt cao) có khả năng đáp ứng yêu cầu bao gói thực phẩm. Đồng thời khi sử dụng màng bao chitosan tạo thành để bao gói thịt bò tươi, kết quả cũng cho thấy màng bao chitosan đã làm giảm đáng kể nồng độ vi sinh vật tổng số trên bề mặt thịt bò khi bảo quản ở nhiệt độ 0-50C [15], [16].
1.4.3.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Chitosan có tính tạo gel, tạo màng, tính kháng khuẩn, kháng nấm, tính kích thích tăng trưởng...nên chitosan đã và đang được nghiên cứu ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: trong mỹ phẩm như làm phụ gia trong dầu gội, kem dưỡng da; trong y học như vỏ bọc thuốc có tính kiểm soát quá trình giải phóng thuốc, chỉ khâu tự hủy, màng trị vết thương; trong nông nghiệp như làm màng bao hạt giống, kích thích nẩy mầm và tăng trưởng, chất chống nấm; trong thực phẩm như làm màng bao thực phẩm, chất kháng khuẩn... đặc biệt là trong lĩnh vực bảo quản nông sản, chitosan được dùng làm màng bán thấm có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, kéo dài thời gian bảo quản của nông sản do hạn chế tốc độ hô hấp và làm giảm sự mất nước [34], [38].
Rau quả sau khi thu hoạch vẫn còn hệ thống enzym hoạt động. Do đó, nó vẫn tiếp diễn các quá trình trao đổi chất, tạo ra sự miễn dịch tự nhiên, nghĩa là có bản năng chống lại VSV. Theo Rubin, sự miễn dịch tự nhiên của thực vật được
23
xem là quá trình sinh lý và nó chỉ xuất hiện ở các mô thực vật còn sống [1], [22]. Sự miễn dịch tự nhiên làm cho rau quả tươi, có loại bảo quản được vài tháng như bưởi, cam, bí ngô, có loại chỉ bảo quản được vài ngày như dưa chuột, dứa, chuối, có loại chỉ được 1 hoặc 2 ngày như cà chua, rau xanh. Một yếu tố khác có ảnh hưởng lớn đến khả năng bảo quản của rau quả là thành phần các chất khí của khí quyển. Các quá trình sống như trao đổi chất, hô hấp của rau quả chỉ có thể tiến hành khi có đủ oxy của không khí. Nếu thiếu oxy thì rau quả sẽ hô hấp yếm khí, các quá trình trao đổi chất chậm lại và các thành phần hóa học của rau quả sẽ biến đổi chậm hơn so với mức bình thường. Mặt khác, khi thiếu oxy thì phần lớn các VSV gây hư hỏng rau quả bị ức chế. Màng chitosan là màng bán thấm, có khả năng làm thay đổi thành phần các chất khí trong môi trường bảo quản. Màng chitosan 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. Hơn nữa, màng chitosan lại có tính kháng khuẩn, kháng nấm nên sự hư hỏng rau quả do VSV giảm hẳn đi.
Từ các tính chất trên của màng chitosan, các nhà khoa học đã nghiên cứu ứng dụng chitosan bảo quản nhiều loại rau quả như vải, dâu, xoài, chuối, táo, carrot…Trong số đó, vải và nhãn là một trong những loại quả có giá trị kinh tế cao nhưng lại có thời gian bảo quản rất ngắn dưới điều kiện bình thường [38], [39] và bị giảm giá trị nhanh do sự biến nâu của vỏ. Do đó, hạn chế chính của trái vải và nhãn là sự mất màu của vỏ sau thu hoạch [39]. Màu của vỏ vải và nhãn là do hàm lượng anthocyanin trên vỏ quyết định. Enzym polyphenol oxydase (PPO) có liên quan đến sự giảm hàm lượng anthocyanin và sự oxy hóa các hợp chất phenol, gây ra sự biến nâu của vỏ. Hoạt tính của PPO bị ức chế khi có mặt của chitosan, điều này có lẽ là do chitosan đã làm tăng hoạt tính chống oxy hóa của các mô trên vỏ và 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 [39]. Theo Zhang, Quantick (1997) và Jiang, Li (2003) thì chitosan 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 90-95%.
24
Tốc độ biến nâu của vải và sự hao hụt khối lượng có liên quan đến pH của vỏ [26]. Do đó, để hạn chế sự biến nâu của vải, Jacques Joas và cộng sự đã kết hợp chitosan với các acid hữu cơ (citric hoặc tartaric) để xử lý vải. Vải được nhúng vào các dung dịch có pH 0,8; 1,0 và 1,3 của dung dịch citric acid, dung dịch tartaric acid, dung dịch chitosan 1% trong citric acid hoặc dung dịch chitosan 1% trong tartaric acid và bảo quản ở 100C. Thực tế, pH của vỏ không xử lý acid và chitosan tăng lên 4,4 – 4,8 sau hơn 10 ngày bảo quản và vải bị biến nâu hoàn toàn khi bảo quản ở 100C trong vòng 15 ngày. pH của vỏ là 3,8 khi xử lý acid có pH 1,3, với pH này thì tốc độ biến nâu nhanh hơn so với những quả có pH vỏ là 3,3 và 3,5 khi xử lý acid có pH tương ứng 0,8 và 1,0. Do đó, mục đích của việc xử lý acid là làm giảm pH của vỏ và ức chế hoạt động của enzym làm giảm hàm lượng anthocyanin. Sự acid hóa của vỏ xảy ra tốt hơn khi kết hợp với chitosan.
Cùng nghiên cứu về sự biến nâu của vải nhưng nồng độ chitosan dùng trong các nghiên cứu lại khác nhau. Sự khác biệt này có thể là do sự khác nhau về khối lượng phân tử, độ deacetyl và nguồn gốc của chitosan.
Ngoài vải, nhãn thì dâu tây là một trong những loại quả thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học vì dâu tây cũng thuộc loại quả có thời gian bảo quản rất ngắn do nó có hoạt tính trao đổi chất cao và rất nhạy cảm với nấm mốc gây hư hỏng, chủ yếu là mốc xám Botrytis cinerea, dễ tổn thương cơ học vì cấu trúc của nó rất mềm và thiếu lớp vỏ cứng bảo vệ [24], [29].
Để gia tăng độ cứng của vỏ và giá trị dinh dưỡng của dâu, năm 2004, Han, Zhao và các cộng sự dùng màng chitosan kết hợp với canxi hoặc vitamin E. Dâu được nhúng vào 1 trong 3 loại dung dịch: chitosan 2%; 2% chitosan/Calcium gluconate 5%; 2% chitosan/DL--tocopherylacetate 0,2% và bảo quản ở 20C, 88% RH trong 3 tuần. Dâu là loại quả giàu các chất dinh dưỡng nhưng lại nghèo caxi và vitamin E – đây là một trong những lý do để Han, Zhao và các cộng sự kết hợp canxi và vitamin E với chitosan để bảo quản dâu [35]. Mặt khác, canxi đóng vai trò chính trong việc duy trì chất lượng của dâu vì hàm lượng canxi cao trong thành tế bào mô sẽ làm tăng độ cứng của tế bào mô (Poovaiah, 1986). Canxi có thể tương tác với pectic acid trong thành tế bào tạo ra calcium pectate - một chất giúp duy trì cấu trúc của quả [37].
25
Chitosan làm tăng khả năng kháng nấm của dâu. Ghaouth và các cộng sự cho rằng chitosan tạo ra chitinase [35]. Enzym này xúc tác thủy phân chitin - một hợp phần chung của thành tế bào nấm mốc [35]. Vì vậy, nó ngăn cản sự phát triển của nấm mốc trên quả dâu. Dung dịch chitosan chứa 0,2% vitamin E có thể kiểm soát sự phát triển nấm mốc tốt hơn dung dịch chitosan hoặc chitosan có 5% Calcium gluconate. Điều này có thể là do vitamin E ở dạng dầu acetate, nó bao kín bề mặt của quả, trong khi đó, muối canxi là chất gây ẩm, nó sẽ hấp thụ và giữ ẩm làm cho bề mặt của dâu ẩm ướt hơn, tạo môi trường thuận lợi cho nấm mốc phát triển.
Một ưu điểm khác của chitosan là 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 của quả trong thời gian bảo quản. Tính chất ngăn cản ẩm của chitosan được cải thiện đáng kể khi kết hợp với 5% Calcium gluconate hoặc 0,2% vitamin E vì muối canxi làm tăng tương tác ion giữa các phân tử với các ion khoáng tạo ra các lớp liên kết làm giảm sự khuếch tán ẩm qua màng và tính ưa nước của chitosan. Vitamin E là một chất có tính kị nước nên khi thêm vào màng sẽ làm tăng trở lực của màng đối với sự truyền ẩm [37].
Một nghiên cứu khác về sự kết hợp chitosan với canxi để bảo quản dâu là của Pilar Hernández – Munoz và Eva Almenar (2005) [37]. Họ xử lý dâu với 1,5% chitosan + 1% calcium gluconate và bảo quản ở 200C trong 4 ngày, 70% RH. Điều này cho thấy ảnh hưởng của nhiệt độ bảo quản, độ ẩm tương đối và nồng chitosan đến thời gian bảo quản của dâu là rất lớn. Dâu chỉ bảo quản được 4 ngày ở 200C, 70% RH khi có 1,5% chitosan (Hernández – Munoz và Eva Almenar, 2005) và bảo quản được 12 ngày ở 10C khi bao với 1% chitosan, 87 – 90% RH (Chucheep, Gemma và các cộng sự, 2002) [31]. Trong khi đó, thời gian bảo quản có thể lên đến 3 tuần ở 20C và 88% RH nếu dâu được xử lý với 2% chitosan (Han, Zhao và các cộng sự, 2004) [35].
Romanazzi và cộng sự (2003) đã kết hợp chitosan với xử lý ở áp suất thấp để bảo quản cherry. Cherry được nhúng vào chitosan 1%, sau đó xử lý ở áp suất thấp 0,5 at trong 4 giờ. Thời gian bảo quản cherry phụ thuộc vào nhiệt độ, ở 10C
26
thì bảo quản được 14 ngày và chỉ 8 ngày ở 200C. Áp suất thấp lấy đi lượng ethylene khỏi các mô quả, vì vậy, thời gian chín của cherry được kéo dài [50].
Chitosan không những có hiệu quả khi bảo quản nguyên quả tươi mà còn có hiệu quả khi bảo quản quả cắt lát như thanh long, chuối, carrot cắt lát [28]. Chien và cộng sự (2006) bảo quản được các lát thanh long trong 7 ngày ở 80C khi đã nhúng vào chitosan 1% (MW = 12,36 kDa, DD = 95 – 98%). Durango và cộng sự (2005) dùng chitosan 1,5% (MW = 48,5 kDa, DD = 88,76%) để đánh giá lượng VSV trên carrot cắt lát dày 5 mm, bảo quản ở 100C trong 15 ngày. Với nồng độ chitosan 1,5% đã ức chế hoàn toàn sự phát triển của vi khuẩn lactic và coliform tổng số - các vi khuẩn có liên quan đến sự hư hỏng của carrot trong thời gian bảo quản [33].
Chitosan còn được dùng để bảo quản các loại quả có vỏ cứng như măng cụt. Piyabutr Wanichpongpan và cộng sự (2002) đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của bao gói bề mặt đến măng cụt bằng dung dịch chitosan. Thí nghiệm được tiến hành với 2 nồng độ chitosan 1,5% và 2% trong acetic acid 2% và 3 chế độ bảo quản: 40C, 130C và nhiệt độ phòng, độ ẩm 95%. Măng cụt bảo quản ở 130C có chất lượng tốt hơn và bảo quản được 30 ngày, ở 40C thời gian bảo quản là 24 ngày và để ở nhiệt độ phòng chỉ kéo dài được 15 ngày. Hơn nữa, màng chitosan 2% duy trì chất lượng và kiểm soát độ chín của quả tốt hơn so với màng chitosan 1,5% vì chitosan 2% tạo ra màng dày hơn nên sự tích tụ CO2 bên trong màng nhiều hơn so với màng chitosan 1,5%. Lượng CO2 càng cao thì sự hô hấp của quả càng bị ức chế. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chunprasert và cộng sự (2004) đã kết hợp chitosan với các loại bao bì như LLDPE (Linear low density polyethylene) và PE (polyethylene) để bảo quản na. Na sau khi nhúng vào dung dịch chitosan 0,5% và 1% được bao gói riêng từng quả bằng hai loại bao bì trên, sau đó đem bảo quản ở 130C, độ ẩm không khí 95%. Kết quả cho thấy bao gói bằng PE rất có hiệu quả trong việc giảm hao hụt trọng lượng, kéo dài quá trình chín và vẫn giữ được màu sắc của vỏ sau 12 ngày bảo quản.
Benassi và cộng sự (2003) dùng 1-Methylciclopropene với các khoảng nồng độ 0, 30, 90, 270 và 810 nL/L để xử lý na trong 12 giờ, bảo quản ở 120C
27
trong 4 ngày. Kết quả là những quả xử lý 810 nL/L 1-MCP duy trì được độ cứng