2.7.5.1 Phối hợp gelatin cá và các polymer sinh học khác
Các tính chất cơ học và “rào cản” của các màng gelatin cá có thể đƣợc tăng cƣờng bằng việc sản xuất các màng composite sử dụng các polymer sinh học khác nhau nhƣ protein, lipid, và các polysaccharide. Tách rời khỏi các khía cạnh công nghệ, có thể cũng có những mục đích kinh tế trong việc dự tính sản xuất các màng composite bằng cách trộn gelatin với các polymer sinh học khác. Vì là một nguồn protein động vật, gelatin đắt hơn các protein khác có nguồn gốc thực vật, chẳng hạn nhƣ protein isolate đậu nành (SPI) vốn là một hỗn hợp của một lƣợng lớn albumin và globulin, bao gồm các phân đoạn 7S và 11S, theo thứ tự chiếm 37% và 31% protein tổng trích ly (Ziegler và Foegeding, 1990) Những tính chất vật lý của các màng gelatin da bò composite và SPI đã đƣợc mô tả bởi Cao và cộng sự (2007a), đây là tác giả đã phát hiện ra rằng sự tăng lên tỷ lệ SPI trong các màng làm giảm đi sức căng, sự kéo dài đứt vỡ và khả năng trƣơng lên của màng. Thật vậy, các màng SPI đƣợc biết đến là khá giòn và có những tính chất cơ học tƣơng đối thấp (Rhim, Gennadios, Handa, Weller và Hanna, 2000). Trong một nghiên cứu trƣớc đây sử dụng gelatin da cá tuyết, các màng composite đạt đƣợc bằng cách thêm vào các tỷ lệ khác nhau của SPI chuẩn bị trong phòng thí nghiệm (0, 25, 50, 75, 100% w/w) và hỗn hợp glycerolesorbitol nhƣ một chất tạo dẻo (Denavi và cộng sự.2007). Công thức màng bao gồm 25%SPI/75% gelatin cá tuyết có lực đứt vỡ cực đại cao hơn (gần 7N) so sánh với màng gelatin nguyên chất và màng SPI nguyên chất (cao hơn1.8 và 2.8, theo tứ tự). Hơn nữa, công thức màng này có trị số biến dạng phần trăm cao nhƣ màng gelatin nguyên chất (gần 80%) và có cùng tính bán thấm hơi nƣớc tƣơng đối thấp nhƣ màng SPI nguyên chất (2.10-8 g.mm.h-1.cm-2.Pa- 1). Vì thế, các màng composite đƣợc làm từ gelatin và SPI có thể tạo lợi nhuận từ những tính chất thuận lợi của mỗi thành phần protein riêng biệt.
Tính chất ƣa nƣớc của các màng gelatin có thể không thuận lợi trong những ứng dụng nào đó, do đó, có những thú vị trong việc phát triển việc phối trộn chẳng hạn các thành phần nhƣ dầu hoặc sáp để tạo thêm các vùng ƣa nƣớc trong các màng và vì thế, giảm đƣợc WVP và sự hòa tan trong nƣớc. Có hai phƣơng pháp chính để thêm dầu vào công thức màng, đó là: hoặc là nhũ tƣơng hóa dung dịch tạo màng (Jongjareonrak, Benjakul, Visessanguan và Tanaka, 2006c) hoặc là làm màng kép (Morillon, Debeaufort, Blond,Capelle và Voilley, 2002). Jongjareonrak và cộng sự (2006c) đã trộn gelatin da cá chỉ vàng bigeye và cá hồng sọc nâu với các acid béo (FAs) (acid palmitic và acid stearic) hoặc ester sucrose (FASEs) của cùng những FA đó. Các màng composite đƣợc tạo thành giảm đáng kể WVP. Việc thêm FA sẽ làm thấp sức căng, trong khi đó, việc thêm vào FASE sẽ gây ra sự tăng lên liên tục về sức căng. Sự kéo dài đứt vỡ sẽ tăng lên đáng chú ý khi hoặc FA hoặc FASE đƣợc thêm vào các màng với tỷ lệ 25%.
Các dung dịch tạo màng bao nhũ đƣợc nhũ tƣơng hóa làm từ gelatin da cá tuyết và tỷ lệ tăng lên của dầu hƣớng dƣơng (0, 0.3, 0.6, và 1% w/w) đã cho ra màng composite trắng, đục với trị số WVP thấp hơn (Perez-Mateos, Montero và Gomez-Guillen, 2009). Độ gãy vỡ cực đại giảm xuống 30 60%, phụ thuộc vào lƣợng dầu thêm vào. Khi nồng độ dầu trong màng càng cao, các phân đoạn protein trong chất hòa tan trong nƣớc thấp hơn, kết quả của sự tƣơng tác gelatin và dầu trong màng gây ra sự không tan của protein. Sự tƣơng tác lipidprotein (các liên kết hydro, sự hình thành ester) cũng nhƣ quá trình oxy hóa dầu sớm đƣợc quan sát bởi phổ hồng ngoại Fourier (Fourier
transform infrared (FTIR) spectroscopy) đƣợc liên hệ tới sự biến đổi trong cấu trúc
của màng compossite gelatin – dầu . So thay đổi đƣợc phát hiện nhiều hơn sau khi giữ lạnh màng ở nhiệt độ phòng trong vòng 1 tháng và làm giảm nhẹ tính lƣu biến và khả năng bán thấm hơi nƣớc. Đáng chú ý là các màng gelatin da cá tuyết, hầu nhƣ hòa tan hoàn toàn trong nƣớc, trở nên khá dễ hòa tan trong thời gian bảo quản. Màng ăn đƣợc làm từ gelatin da cá tuyết có khả năng hòa tan cao (Piotrowska, Kolodziejska, Januszewska-Jozwiak và Wojtasz-Pajak (2005). Gelatin da cá cũng đƣợc trộn với một lƣợng lớn polysaccharide nhƣ gellan và kappa-carrageenan (Pranoto, Lee và Park, 2007), pectin (Liu, Liu, Fishman và Hicks, 2007) hoặc chitosan (Ko1odziejska, Piotrowska, Bulge và Tylingo, 2006). Việc thêm gellan hay kappa-carrageenan làm tăng thêm sức căng và tính chất cản thấm hơi nƣớc của màng gelatin da cá rô nhƣng đồng thời nó cũng làm màng bao có màu tối hơn (Pranoto và cộng sự.2007).
Trị số kéo dãn thấp của màng gelatin da cá rô cũng thấp hơn màng gelatin của động vật có vú. Tuy nhiên, ở đây không sử dụng bất kỳ chất tạo dẻo, và trong bất kì trƣờng hợp nào, sự kéo dãn tăng nhẹ khi thêm hoặc gellan hoặc kappa-carrageenan. Phân tích nhiệt (DCS) và FTIR cho thấy sự tƣơng tác có hiệu quả giữa các phân tử gelatin và các polysaccharide và khi sử dụng gellan, ta thấy nó tăng cƣờng các tính chất cơ học và ngăn nƣớc của màng bao tốt hơn.
Các màng cũng đƣợc chuẩn bị từ gelatin cá loại B và pectin họ citrus cho thấy sự cải thiện các tính chất vật lý của các màng bao dựa trên pectin (Liu và cộng sự, 2007). So sánh với các màng pectin, các màng composite tỏ ra có lực cao hơn và khả năng hòa tan trong nƣớc và tốc độ vận chuyển nƣớc thấp hơn. Những tính chất hóa học và chống thấm nƣớc đƣợc cải thiện đáng kể khi xử lý các màng composite với glutaraldehyde/methanol. Những hợp chất này đã đem lại sự giảm xuống về các khoảng hở giữa các đại phân tử vì các liên kết ngang đƣợc kéo giãn.
Công dụng của các tác nhân tạo liên kết ngang khác nhau cũng đƣợc thảo luận. Yi, Kim, Bae, Whiteside, và Park (2006) đã chuẩn bị các màng gelatin thƣơng mại từ cá nƣớc lạnh có phân tử lƣợng cao đƣợc làm dẻo hóa với sorbitol bằng cách cảm ứng tạo liên kết ngang bằng enzyme của vi sinh vật transglutaminase (MTGase). Sức căng và khả năng thấm oxy của các màng MTGase điều chỉnh tăng, trong khi đó, sức kéo dài giảm xuống. Những tính chất cơ học và rào cản của các màng gelatin cũng đƣợc giải thích trên khía cạnh của thể tích tự do tổng của mạng lƣới màng. Nhờ cấu trúc xoắn
bậc 3 xuất hiện trong các phân tử gelatin, mạng lƣới gelatin thƣờng bị ép lại và kết quả là làm giảm khả năng bán thấm oxy. Các liên kết cộng hóa trị nội phân tử và liên phân tử đƣợc tạo thành bởi MTGase có thể làm giảm thể tích tự do của mạng lƣới polymer bằng cách cản trở sự hình thành cấu trúc xoắn. Một lƣợng thấp hơn các cấu trúc xoắn có thể làm giảm độ co giãn của mạng lƣới gelatin, trong khi đó, các liê n kết ngang ở mức độ cao hơn sẽ làm tăng sức căng của nó.
Các liên kết ngang đƣợc cảm ứng bằng hóa chất và enzyme, theo tuần tự là 1-ethyl- 3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) và MTGase đã cho thấy là làm giảm tính hòa tan của màng gelatinchitosan của cá tuyết, với phƣơng pháp cảm ứn bằng hóa chất cho hiệu quả cao hơn so với cách xử lý bằng enzyme (Ko1odziejska và Piotrowska, 2007; Ko1odziejska và cộng sự, 2006). Hơn nữa, liên kết ngang cảm ứng bởi enzyme sẽ làm tăng độ giòn của các màng, khi đó cần thiết phải có chất tạo dẻo. Những nghiên cứu sau này của cùng một tác giả cho thấy khi thêm nồng độ glycerol lên đến 30% sẽ không làm thay đổi khả năng hòa tan hoặc WVP của các màng MTGase điều chỉnh nhƣng làm giảm sức căng đột ngột đồng thời sự kéo dài cũng tăng lên (Kolodziejska và Piotrowska, 2007). Bản chất ƣa nƣớc của các chất tạo dẻo thêm vào cũng làm tăng WVP và che giấu tác động của các liên kết ngang đƣợc cảm ứng bởi MTGase. Những màng gelatinchitosan đƣợc tạo liên kết ngang này đƣợc cho là có khả năng phân hủy sinh học hoàn toàn vì chúng nhạy cảm với sự phân hủy gây ra bởi proteinase N của Bacillus subtilis, một vi sinh vật điển hình trong tự nhiên (Sztuka và Ko1odziejska, 2008).
Chitosan đƣợc đề xuất là một thành phần giá trị đƣợc sử dụng để sản xuất các màng bao phân hủy sinh học vì chúng không độc, có thể phân hủ sinh học và có sự tƣơng thích sinh học (Coma và cộng sự, 2002). Polymer của N-acetyl-D-glucosamine này đạt đƣợc từ chitin tự nhiên, một trong những polymer tự nhiên dồi dào nhất, có mặt trong các loài giáp xác, côn trùng, và nấm men. Một lƣợng lớn các nghiên cứu kết hợp gelatin và chitosan (phổ biến nhất là từ vỏ giáp xác) để sản xuất ra các màng ăn đƣợc đã đƣợc thực hiện (Arvanitoyannis, Nakayama và Aiba, 1998b; Ko1odziejska và cộng sự, 2006; Sztuka và Ko1odziejska, 2008). Gelatin và chitosan đã cho thấy là có sự tƣơng tác chủ yếu thông qua các liên kết ion và hydro (Taravel và Domard, 1995), nhờ đó ảnh hƣởng lên các tính chất vật lý của hỗn hợp và làm tăng lên các tiềm năng ứng dụng về y dƣợc để phát triển một thế hệ mới các bộ phận giả đƣợc cấy ghép, da nhân tạo, kính đeo lồng vào ngƣời, thuốc giảm đau có điều khiển, chỉ phẫu thuật và đại loại nhƣ vậy (Sionkowska, Wisniewski, Skopinska, Kennedy và Wess, 2004).
Gelatin đƣợc trích ly từ da cá ngừ bằng quy trình đƣợc báo cáo bởi Montero và Gomez-Guillen (2000) đƣợc sử dụng để sản xuất màng composite với chitosan (deacetyl 95%) thu đƣợc từ chitin của vỏ tôm với tỷ lệ của gelatin : chitosan là 2:1.5. Các màng đƣợc làm dẻo hóa với glycerol+sorbitol (30 g sorbitol và glycerol/100 d gelatin+chitosan) (Gomez-Estaca, 2007). Phân tích động lực học của độ nhớt dẻo thể
các màng chắc hơn đối với gelatin da cá ngừ, và kém hơn đối với gelatin da bò. Sự tƣơng tác này đã gây ra sự tăng lên về lực căng và làm giảm sự biến dạng và khả năng tan trong nƣớc của các màng composite khi so sánh với các màng gelatin nguyên chất, mặc dầu WVP vẫn không đổi.
2.7.5.2 Phối hợp gelatin cá và chất kháng sinh hoặc các hợp chất chống oxy hóa
Đến nay, chitosan đã đƣợc sử dụng rộng rãi, không chỉ vì khả năng cho ra màng của nó mà còn vì các tính chất chống oxy hóa và vi sinh vật nữa (Coma và cộng sự, 2002; Huang, Mendis và Kim, 2005). Gelatin da lợn và các màng ăn đƣợc từ chitosan cũng đƣợc sử dụng để tăng cƣờng thời gian bảo quản của cá mòi hun khói nguội (Sardina pilchardus) (Gomez-Estaca, Montero, Gimenez và Gomez-Guillen, 2007). Sử dụng màng làm giảm cả số vi sinh vật hiếu khí đếm đƣợc và các vi sinh vật sản sinh H2S từ 2-3 log sau thời gian trữ ở 50C trong vòng 20 ngày, so sánh với cá mòi hun khói nguội nhƣng không đƣợc bảo vệ bởi màng. Tuy nhiên, màng này không ngăn chặn đƣợc sự oxy hóa lipid đƣợc đo lƣờng bằng phƣơng phápTBAR (thiobarbituric acid reactive substances – các hợp chất phản ứng acid thiobarbituric) và bằng chỉ số peroxide. Các màng chitosan đã cho thấy là có khả năng ức chế cả quá trình oxy hóa chất béo sơ cấp và thứ cấp trong cá trích và cá tuyết Đại Tây Dƣơng (Jeon, Kamil và Shahidi, 2002). Điều này cũng cho thấy khả năng cản oxy của màng. Hơn nữa, Xue, Yu, Hirata, Terao, và Lin (1998) cũng đã cho thấy cơ chế chống oxy hóa của chitosan là có thể tạo phức với ion kim loại và/hoặc liên kết với lipid. Vì thế, có thể dự đoán là những cơ chế của chất chống oxy hóa đều có thể bị cản trở, đây là một kết quả của sự tƣơng tác chitosangelatin trong các màng composite.
Một màng bao đƣợc hình thành bằng cách trộn chitosan và gelatin da cá megrim với nhau đã đƣợc ứng dụng để làm lạnh chả cá tuyết để tiến hành sử dụng màng bao nhƣ một chất bảo quản (Lopez-Caballero và cộng sự, 2005). Dƣới điều kiện trữ lạnh, các điều kiện bảo quản khuyến cáo cho chả cá viên , hỗn hợp này có thể hình thành một dạng gel bền chắc, đóng vai trò nhƣ một rào cản mỏng bảo vệ, và màng này sẽ đƣợc tan chảy khi nấu. Ảnh hƣởng của màng bao lên sự ôi hóa không đƣợc xác định một cách thuyết phục vì các chỉ số TBAR thấp thu đƣợc ở cá tuyết chƣa đƣợc xử lý. Tuy nhiên, màng bao có thể ngăn cản chống lại sự hƣ hỏng của chả cá tuyết viên. Điều này đƣợc phản ánh thông qua chỉ số nitơ bay hơi tổng thấp hơn và lƣợng vi khuẩn thấp hơn, đặc biệt là đối với vi khuẩn G (-). Các tác giả đã kết luận các màng bao đã cung cấp những tính chất cảm quan tốt và sự hƣ hỏng ở cá đƣợc trì hoãn.
Các tinh dầu cũng đƣợc sử dụng trong công thức màng ăn đƣợc, đƣợc chuẩn chị từ nhiều polymer hình thành màng khác nhau chẳng hạn nhƣ chitosan (Zivanovic và cộng sự, 2005) và protein sữa (Oussalah và cộng sự, 2004) và đã cho thấy những kết quả hứa hẹn nhƣ một chất kháng sinh cho công tác bao gói thực phẩm. Chúng cũng đƣợc sử dungh trong các màng gelatin da cá trong những nổ lực để cải thiện các thuộc tính chống vi sinh vật của màng. Gomez-Estaca, Lo pez de Lacey, Gomez-Guillen, Lopez-
Caballero và Montero đã chuẩn bị các màng bằng cách trộn chitosan với tinh dầu đinh hƣơng và đã đạt đƣợc những kết quả chống vi sinh vật tốt trong việc kháng lại
Pseudomonas fluorescens, Lactobacillus acidophilus, Listeria và Escherichia coli
trong phòng thí nghiệm. Công thức tƣơng tự nhƣ vậy cũng đã trì hoãn tổng số vi khuẩn ở 2 log khi dùng chúng để trữ lạnh nguyên liệu cá hồi sắt lát thô ở 20C trong 11 ngày.
Các màng ăn đƣợc với các tính chất chống vi sinh vật đã đƣợc làm từ gelatin da cá nƣớc lạnh với việc bổ sung thêm lysozyme, enzyme kháng sinh vật an toàn cho thực phẩm (Bower, Avena-Bustillos, Olsen, McHugh và Bechtel, 2006). Các màng đuwọc tăng cƣờng bởi lysozyme đã cho thấy sự tăng lên nhẹ khả năng bán thấm hơi nƣớc đƣợc so sánh với các màng điều chỉnh và chúng đã cho thấy hiệu quả trong việc chống lại vi khuẩn G (+) nhƣ Bacillus subtilis và Streptococcus cremoris. Tuy nhiên, những màng này lại không ức chê sự sinh trƣởng của E.coli vì lysozyme đƣợc biết là vi khuẩn không thể đâm thủng màng lipopolysaccharide của vi khuẩn G (-) (Masschalck và Michiels, 2003).
Vị lạ do ôi hóa và các hợp chất hóa học không mong muốn xuất hiện trong thực phẩm có nguyên nhân hầu hết là từ quá trình oxy hóa lipid, làm hƣ hỏng chất lƣợng và làm ngắn thời gian sống của sản phẩm. Nhằm phục vụ cho nhu cầu “thực phẩm an toàn”, ngƣời ta đã phát triển việc sử dụng các loại chất chiết thực vật từ các nguồn tự nhiên khác nhau của hợp chất polyphenol để bảo quản thực phẩm trong việc thay thế các chất chống oxy hóa tổng hợp. Polyphenol trộn sẵn với công thức màng bao ăn đƣợc để tạo ra những nguyên liệu đóng gói có hoạt tính. Ví dụ, chất mầm nguyên sinh của murta (Ugni molinae Turcz), một loại cây bụi mọc hoang ở vùng phía Nam của Chile, đã bộc lộ đặc điểm là một nguồn các chất chống oxy hóa polyphenol (Rubilar và cộng sự, 2006). Hai dịch chiết tan trong nƣớc từ lá của 2 kiểu sinh thái cây murta khác nhau (Soloyo Grande and Soloyo Chico) đã đƣợc thêm vào các màng gelatin da cá ngừ (Gomez-Guillen và cộng sự, 2007). Hàm lƣợng phenolic cao của những dịch trích này cho ra các màng composite có màu nâu vàng và tăng cƣờng nhẹ tính chất rào cản của màng đƣợc xác định bằng cách phơi màng ngoài ánh sang với bƣớc sóng trong khoảng 690-200nm và đƣợc đo đạc bằng cách hấp thụ. Hàm lƣợng polyphenol càng cao trong Soloyo Chico làm tăng hoạt tính chống oxy hóa của màng, đƣợc đo lƣờng bằng phƣơng pháp FRAP (Ferric Reducing Ability of Plasma – Khả năng làm giảm chất sắt của huyết tƣơng) nhƣng làm giảm tính chất cơ học của màng vì có sự tƣơng tác lớn hơn giữa các polyphenol và protein. Một nghiên cứu nữa đã đƣợc thực hiện, sử dụng chất chiết hòa tan trong nƣớc của cây oregano (Origanum vulgare) và cây hƣơng thảo (Rosmarinus officinalis) đƣợc chuẩn bị từ những lá đƣợc sấy thăng hóa (Gomez- Estaca, Bravo, Gomez-Guillen, Aleman và Montero, 2009). Các màng đƣợc chuẩn bị từ gelatin da cá ngừ và dịch chiết từ lá oregano và lá hƣơng thảo đƣợc thêm vào với nồng độ phenol tƣơng tự. Các dịch chiết về mặt căn bản làm tăng hoạt tính chống oxy