3.1.1. Xác định thời gian thủy phân chitosan bằng H2O2
Tiến hành 4 mẫu thí nghiệm thủy phân chitosan bằng H2O2 với nồng độ 5.4%, ở nhiệt độ 47.10
C, các mẫu thí nghiệm đều sử dụng 2g chitosan hoà tan trong acid acetic 1% và thủy phân trong các khoảng thời gian khác nhau: mẫu 1 trong 3h, mẫu 2: 4h, mẫu 3: 5 h và mẫu 4: 6h. Sau khi thủy phân tách lƣợng chitosan chƣa bị thủy phân đem sấy đến khối lƣợng không đổi và cân để tính lƣợng chitosan chƣa bị thủy phân cũng nhƣ đánh giá lƣợng oligochitosan thu đƣợc sau quá trình thủy phân. Kết quả đƣợc trình bày ở hình 3.1 và 3.2.
Hình 3.2. Ảnh hƣởng của thời gian thủy phân đến hiệu suất thu hồi oligochitosan
Nhận xét
Từ kết quả phân tích ở hình 3.1 và 3.2 cho thấy:
* Vềlƣợng chitosan bị thủy phân
Kết quả nghiên cứu cho thấy theo thời gian thủy phân lƣợng chitosan còn lại
sau khi thủy phân bằng H2O2 giảm dần. Cụ thể ở các mẫu thủy phân chitosan với
thời gian thủy phân khác nhau 3h, 4h, 5h, 6h thì lƣợng chitosan còn lại tƣơng ứng là là 0,8%; 0,65%; 0,39%; 0,18%. Tức là theo thời gian thủy phân càng dài thì lƣợng chitosan bị thủy phân càng lớn.
* Vềhiệu suất thu oligochitosan
Kết quả phân tích ở hình 3.2 cho thấy theo thời gian thủy phân lúc đầu hiệu suất thu nhận oligochitosan tăng dần theo thời gian thủy phân và đạt cực đại ở thời điểm sau 5h thủy phân. Tuy vậy nếu tiếp tục tăng thời gian thủy phân > 5h thì hiệu suất thu nhận oligochitosan lại giảm. Kết quả này có thể lý giải là oligochitosan đƣợc tạo thành có thể tiếp tục bị thủy phân thành những đoạn ngắn hơn nên hiệu suất kết tủa giảm. Theo nhiều nghiên cứu trƣớc đây cho thấy khối lƣợng phân tử của oligochitosan càng nhỏ thì độ tan trong nƣớc càng lớn nhƣng khả năng kháng
khuẩn lại giảm. Do vậy không nên duy trì thời gian thủy phân chitosan quá dài bởi sẽ ảnh hƣởng đến khả năng sử dụng oligochitosan trong bảo quản.
Từ các đánh giá ở trên cho thấy thời gian thich hợp cho quá trình thủy phân chitosan bằng H2O2 trong thử nghiệm sản xuất oligochitosan là 5h.
3.1.2. Xác định nồng độ cồn sử dụng để kết tủa oligochitosan
Tiến hành 5 mẫu thí nghiệm kết tủa oligochitosan thu đƣợc sau quá trình thủy phân chitosan bằng H2O2 với nồng độ 5.4%, ở nhiệt độ 47.10C, trong thời gian 5h. Sau khi thủy phân sử dụng dung dịch cồn ở các nồng đô khác nhau để kết tủa oligochitosan: mẫu 1 kết tủa bằng cồn ở nồng độ 55%, Mẫu 2: 60%, Mẫu 3: 65%, Mẫu 4: 70%, Mẫu 5: 75%. Quá trình kết tủa tiến hành ở 2-50C. Sau khi kết tủa, ly tâm thu kết tủa và sấy ở nhiệt độ 300C đến khối lƣợng không đổi, cân để tính lƣợng oligochitosan thu đƣợc sau quá trình thủy phân. Kết quả đƣợc trình bày ở hình 3.3.
Hình 3.3. Ảnh hƣởng của nồng độ cồn đến hiệu suất thu hồi oligochitosan Nhận xét:
Từ kết quả phân tích ở hình 3.3 cho thấy khi sử dụng cồn với nồng độ khác nhau thì hiệu suất thu hồi oligochitosan cũng khác nhau. Khi nồng độ cồn tăng thì hiệu suất thu hồi oligochitosan cũng tăng theo. Hiệu suất thu hồi oligochitosan ở khi sử dụng cồn kết tủa ở các nồng độ kết tủa 55%; 60%; 65%; 70% và 75% lần lƣợt là: 10,25%; 33,21%; 75,73%; 86,87% và 87,02%. Kết quả này cho thấy khi nồng độ
cồn gây kết tủa tăng lên tới 65% trở lên thì hiệu suất thu hồi tăng chậm, đặc biệt khi nồng độ cồn đạt mức 70% và 75% thì hiệu suất thu hồi tăng không đáng kể. Nhƣ vậy khi nồng độ cồn gây kết tửa đạt mức ≥70% thì hiệu suất thu hồi oligochitosan bắt đầu đạt đến mức gần cực đại, nếu tiếp tục tăng nồng độ cồn hơn mức này thì hiệu suất thu hồi oligochitosan cũng tăng nhƣng không đáng kể. Kết quả này có thể lý giải là do cồn tách cạnh tranh nƣớc với oligochitosan nên nồng độ cồn càng cao lƣợng oligochitosan bị kết tủa càng lớn. Khi lƣợng oligochitosan bị kết tủa đã gần hết thì mức độ kết tủa thêm của oligochitosan càng khó.
Do vậy, để tiết kiệm chi phí cho việc sản xuất oligochitosan nên chúng tôi chọn nồng độ cồn để kết tủa oligochitosan là 70%.
3.1.3. Đề xuất quy trình thủy phân chitosan để thu nhận oligochitosan
Từ các nghiên cứu ở trên cho phép đề xuất quy trình thủy phân chitosan để thu nhận oligochitosan bằng phƣơng pháp sử dụng H2O2 nhƣ sau:
Hình 3.4. Sơ đồ quy trình sản xuất oligochitosan
Thuyết minh quy trình:
+ Nguyên liệu chitosan: đƣợc sản xuất theo quy trình Hình 2.2 , sau đó đem đi xay mịn bằng máy nghiền cắt để tạo điều kiện cho việc hòa tan dễ dàng.
+ Chitosan đƣợc cho vào trong acid acetic 1% với nồng độ là 1% (1g chitosan hòa trong 100ml acid acetic). Tiến hành đem đi lắc cho đến khi chitosan tan hoàn toàn trong dung dịch acid.
Chitosan
Hòa trong acid acetic 1%
Nâng nhiệt lên 47,10C trong bể ổn nhiệt
Nhỏ H2O2 30% trên máy khuấy từ ở 47,10C
Cắt mạch chitosan Điều chỉnh về pH=7 bằng kiềm Lọc Kết tủa bằng cồn Giữ ở 2-50C trong 12h Lọc lấy kết tủa Sấy Oligochitosan
+ Sau đó đem dịch chitosan nâng nhiệt lên nhiệt độ thủy phân (47.10C) trong bể ổn nhiệt, tiếp tục nhỏ từ từ H2O2 30% vời nồng độ 5.4% so với thể tích dịch chitosan vào bình phản ứng kết hợp khuấy đảo trên máy khuấy từ.
+ Tiến hành phản ứng thủy phân cắt mạch chitosan trên máy lắc ổn nhiệt, với nhiệt độ thủy phân là 47.10C, thời gian thủy phân là 5h và tốc độ lắc là 120rpm.
+ Kết thúc thời gian thủy phân, điều chỉnh pH của dịch đến 7 bằng dung dịch kiềm. Sau đó tiến hành lọc để loại bỏ phần kết tủa chitosan chƣa đƣợc cắt mạch.
+ Bổ sung cồn sao cho dung dịch đạt nồng độ cồn 70% và giữ ở nhiệt độ 2- 50C ở tủ lạnh trong 12h.
+ Sau đó tách kết tủa, lọc và sấy ở 40-500C trong thiết bị sấy chân không thu đƣợc sản phẩm Oligochitosan.
Mô tả sản phẩm
Oligochitosan thu đƣợc đạt các chỉ tiêu: - Trạng thái: dạng bột mịn
- Màu sắc:màu trắng ngà đến hơi vàng - Độ ẩm: 18.7 (%)
- Độ hòa tan: 95 (%)
- Hàm lƣợng chì: 27.8 (µ/kg)
- Hàm lƣợng thủy ngân: 0.21 (µ/kg) - Hàm lƣợng Asen: 22.3 (µ/kg)
3.1.4. Tính toán sơ bộ chi phí nguyên vật liệu
Chi phí nguyên vật liệu liệu cho sản xuất 100g oligochitosan thể hiện ở bảng 3.1.
Bảng 3.1. Chi phí nguyên vật liệu cho sản xuất 100g oligochitosan
STT Nguyên vật liệu Số lƣợng Đơn vị tính
1 Chitin 150 gam
2 HCl 30% 150 ml
3 NaOHCN 1,2 kg
5 H2O2 30% 650 ml
6 Cồn 12 lít
Bảng 3.2. Sơ bộ tính toán chi phí nguyên vật liệu cho 100g oligochitosan
STT Nguyên vật liệu Số lƣợng Đơn giá Thành tiền (VNĐ) 1 Chitin 150 g 100.000/kg 15.000 2 HCl 30% 150 ml 120.000/lít 18.000 3 NaOHCN 1,2 kg 25.000/kg 30.000 4 Acid acetic 99,5% 120 ml 100.000/lít 12.000 5 H2O2 30% 650 ml 80.000/lít 52.000 6 Cồn 12 lít 22.000/lít 264.000 Tổng cộng 391.000
Nhƣ vậy, để sản xuất 100g Oligochitosan thì chi phí nguyên vật liệu cần phải trả là 391.000 VNĐ.
3.2. THỬ NGHIỆM SỬ DỤNG OLIGOCHITOSAN ĐỂ BẢO QUẢN MĂNG TÂY
Măng tây đƣợc thu mua ở Ninh Thuận, vận chuyện về rửa sạch và tiến hành sử dụng trong thí nghiệm. Mỗi một mẫu thí nghiệm dùng 50g măng tây phần ngọn (19- 23cm).
3.2.1. Xác định tỷ lệ COS sử dụng xử lý măng tây
Trong quá trình bảo quản có những biến đổi rau quả nói chung và măng tây nói riêng, có nhiều phản ứng xảy ra hết sức phức tạp, cũng nhƣ những biến đổi sinh hóa xáy ra trong nguyên liệu làm thay đổi về chất lƣợng rau quả.
Măng tây là một loại rau có chứa rất nhiều nƣớc nên luôn xảy ra hiện tƣợng bốc thoát hơi nƣớc dẫn đến hao hụt khối lƣợng, bên cạnh đó trong cây măng còn
xảy ra quá trình hô hấp của rau làm giảm hàm lƣợng chất khô. Cả hai yếu tố này đều làm hao hụt khối lƣợng của rau trong suốt quá trình bảo quản, trong đó 75-85% sự giảm khối lƣợng là do bay hơi nƣớc còn lại là do hô hấp làm tiêu hao hàm lƣợng chất khô.
Trong thí nghiệm này, chúng tôi tiến hành 5 mẫu thí nghiệm xử lý măng tây bằng dung dịch oligochitosan (ký hiệu là COS) với các nồng độ khác nhau: Mẫu 1 là mẫu đối chứng, mẫu 2 xử lý oligochitosan với nồng độ 0,4%; mẫu 3: 0,6%; mẫu 4: 0,8% và mẫu 5: 1,0% với thời gian nhúng 3 phút và nhiệt độ nhúng là 300C. Sau khi xử lý, bao gói măng tây bằng bao bì PP và bảo quản lạnh ở nhiệt đô 2-50C. Sau các thời gian bảo quản: 5 ngày, 10 ngày, 13 và 15 ngày, lấy mẫu đánh giá các chỉ tiêu: cảm quan, độ hao hụt khối lƣợng. Kết quả thể hiện ở hình 3.5, 3.6 và bảng 3.3.
Hình 3.5. Sự thay đổi về mức độ hao hụt khối lƣợng theo thời gian bảo quản của các mẫu măng tây xử lý bằng oligochitosan với nồng độ khác nhau
Bảng 3.3. Tổng điểm trung bình chung cảm quan theo thời gian bảo quản của các mẫu măng tây xử lý oligochitosan với nồng độ khác nhau
Thời gian bảo quản
(ngày)
Nồng độ oligochitosan sử dụng xử lý măng tây ĐC (0%) 0,40% 0,60% 0,80% 1,00% 0 20 20 20 20 20 5 16.14 16.96 17.36 18.76 17.42 10 14.76 15.02 15.62 16.52 15.36 13 13.14 13.42 14.18 15.56 13.74 15 10.96 11.18 11.98 14.16 12.56
Hình 3.6. Ảnh hƣởng của nồng độ COS đến chất lƣợng cảm quan của các mẫu măng tây xử lý bằng oligochitosan với nồng độ khác nhau
Nhận xét:
Từ các kết quả nghiên cứu ở các hình 3.4, 3.5 và bảng 3.3 cho thấy:
+ Về mặt hao hụt khối lƣợng:
Kết quả ở hình 3.4 cho thấy theo thời gian bảo quản măng tây đều bị hao hụt khối lƣợng. Thời gian bảo quản càng lớn thì hao hụt khối lƣợng của măng càng lớn. Kết quả này cho thấy ở điều kiện thí nghiệm măng vẫn xảy ra quá trình hô hấp và mất nƣớc nên tất cả các mẫu thí nghiệm đều hao hụt khối lƣợng.
Nồng độ oligochitosan xử lý măng càng lớn thì hao hụt khối lƣợng măng càng ít. Kết quả này là do khi xử lý măng tây với nồng độ oligochitosan xử lý cao thì oligochitosan tạo thành lớp màng trên bề mặt cây măng nên hạn chế sự thoát hơi nƣớc ra khỏi cây măng nên hao hụt khối lƣợng thấp. Mặt khác có thể cƣờng độ hô hấp của măng tây cũng bị ức chế một phần do tác động của oligochitosan nên khối lƣợng của rau bị giảm chậm hơn.
Ở bất kỳ thời điểm bảo quản nào mẫu xử lý măng tây bằng COS ở tỷ lệ 0,8% và 1,0% đều có sự hao hụt khối lƣợng ít nhất. Sau 15 ngày bảo quản mẫu đối chứng hao hụt khối lƣợng 4%; mẫu xử lý bằng COS 0,4% măng chỉ bị hao hụt 3,87% khối lƣợng so với ban đầu; Tƣơng tự nhƣ vậy các mẫu xử lý COS 0,6%; 0,8% và 1,0% độ hao hụt khối lƣợng tƣơng ứng sau 15 ngày bảo quản là 3,65%; 3% và 2,96% so với ban đầu. Kết quả này đã cho thấy tính hiệu quả của oligochitosan trong việc ngăn chặn bay hơi nƣớc và ức chế hô hấp của măng tây trong điều kiện thí nghiệm.
Kết quả này cho thấy oligochitosan có khả năng làm giảm đáng kể sự hao hụt khối lƣợng măng tây khi bảo quản ở điều kiện bao gói bằng PP, lƣu giữ ở nhiệt độ 2-50C. Nồng độ oligochitosan càng cao thì khả năng hạn chế hao hụt khối lƣợng càng nhiều. Các mẫu xử lý măng tây bằng oligochitosan với nồng độ 0,8% và 1,0% có mức hao hụt khối lƣợng măng sau thời gian bảo quản 15 ngày là thấp nhất.
+ Về mặt chất lƣợng cảm quan của măng tây sau bảo quản:
Từ kết quả phân tích trên cho thấy chất lƣợng cảm quan của măng tây giảm dần theo thời gian bảo quản, các mẫu đã qua xử lý COS thì chất lƣợng cảm quan có giảm nhƣng mức độ giảm chậm hơn so với mẫu đối chứng. Sau 15 ngày bảo quản mẫu có nhúng COS 0,8% có điểm chất lƣợng cao nhất và đạt 14,16 điểm. Trong khi đó mẫu đối chứng (ĐC) và các mẫu xử lý măng bằng dung dịch COS 0,4%; 0,6%; 1,0% có tổng điểm trung bình cảm quan thấp hơn và chỉ đạt tƣơng ứng lần lƣợt chỉ là: 10,96 và 11,18; 11,98; 12,56 điểm. Bên cạnh đó khi cảm quan nhận thấy rằng mẫu măng tây xử lý COS 0,8% thì măng tây ít bị biến đổi về màu sắc nhất trong các mẫu.
Từ các phân tích ở trên cho thấy nồng độ COS thích hợp để bảo quản măng tây là 0,8%. Do vậy chúng tôi lựa chọn nồng độ COS sử dụng để bảo quản măng tây trong các lần nghiên cứu sau là 0,8%.
3.2.2. Đánh giá khả năng kháng khuẩn của oligochitosan 0,8% trong quá trình bảo quản măng tây trình bảo quản măng tây
Sau khi chọn đƣợc nồng độ dung dịch COS thích hợp để bảo quản măng tây là 0,8%. Chúng tôi tiến hành 2 mẫu thí nghiệm: mẫu 1: đối chứng và mẫu 2: mẫu thí nghiệm xử lý măng tây bằng oligochitosan 0,8% trong thời gian 3 phút. Sau khi bảo quản măng tây trong cùng điều kiện bao gói bằng PP và nhiệt độ bảo quản 2-50C trong thời gian 10 ngày, lấy mẫu đánh giá tổng số vi sinh vật hiếu khí trên bề mặt của măng tây. Kết quả thể hiện ở hình 3.7.
Hình 3.7. Ảnh hƣởng COS 0,8% đến tổng số vi sinh vật hiếu khí trên bề mặt măng tây sau 10 ngày bảo quản
Nhận xét:
Kết quả phân tích ở trên cho thấy sau 10 ngày bảo quản thì tổng số vi sinh vật hiếu khí trên bề mặt măng tây ở mẫu đối chứng là 1,8 x 102 và mẫu đƣợc bảo quản bằng COS 0,8% là 1,2 x 102. Kết quả phân tích này cho thấy tổng số vi sinh vật hiếu khí trên bề mặt măng tây của mẫu đối chứng không xử lý nhiều hơn so với mẫu có xử lý oligochitosan tới 1,5 lần. Điều này cho thấy COS có khả năng kháng khuẩn nên mẫu qua xử lý oligochitosan vi sinh vật trên bề mặt măng bị ức nên chất lƣợng của măng tây tốt hơn mẫu đối chứng bảo quản ở cùng điều kiện và thời gian.
3.2.3. Xác định thời gian bảo quản măng tây
Tiến hành 2 mẫu thí nghiệm: Mẫu 1 là mẫu đối chứng, mẫu 2 xử lý măng tây bằng oligochitosan với nồng độ 0,8% với thời gian nhúng 3 phút và nhiệt độ nhúng là 300C. Sau khi xử lý, bao gói măng tây bằng bao bì PP và bảo quản lạnh ở nhiệt độ 2- 50C. Sau các thời gian bảo quản: 5 ngày, 10 ngày, 15 ngày, 18 ngày, 20 ngày, 22 ngày, 24 ngày và 26 ngày lấy mẫu đánh giá cảm quan. Kết quả thể hiện ở hình 3.7.
Hình 3.8. Sự biến đổi chất lƣợng cảm quan của măng tây theo thời gian bảo quản
Nhận xét:
Từ kết quả phân tích ở hình 3.8 cho thấy ở cùng điều kiện bảo quản, mẫu đối chứng luôn có chất lƣợng cảm quan thấp hơn so với mẫu măng tây có xử lý COS 0,8%. Cụ thể mẫu măng tây bảo quản không xử lý oligochitosan (đối chứng) sau 20 ngày bảo quản chỉ có tổng điểm trung bình cảm quan đạt 6,6 điểm tƣơng đƣơng với xếp vào loại rất kém, loại này không đƣợc lƣu hành trên thi trƣờng. Trong khi đối với mẫu có xử lý COS 0,8% thì đến ngày thứ 26 mới bị biến đổi đến mức xếp vào loại rất kém.
Từ các phân tích ở trên, căn cứ vào mức xếp hạng cảm quan chúng tôi nhận thấy măng tây không nhúng oligochitosan và bảo quản ở 2-50C chỉ có thể bảo quản trong 18 ngày, trong khi đó măng tây xử lý bằng cách nhúng vào dung dịch COS 0,8% có thời gian bảo quản được 24 ngày.
Từ kết quả nghiên cứu ở trên cho phép đề xuất quy trình bảo quản măng tây