Chitosan và ứng dụng trong bảo quản trái cây 2014 MỞ ĐẦU Nước ta là một nước nông nghiệp, hằng năm sản lượng nông sản thu được là rất lớn, cộng thêm điều kiện thời tiết nóng ẩm. Việc bảo quản các loại rau quả tươi gặp rất nhiều khó khăn. Chính vì vậy, vấn đề làm sao để bảo quản chúng, để giữ hoàn toàn chất lượng bên trong và làm sao để nâng cao giá trị dinh dưỡng, cảm quan cho các sản phẩm nông sản luôn là mối quan tâm hàng đầu. Xã hội ngày càng phát triển, con người càng quan tâm đến sức khỏe , giá trị cảm quan, ý thức môi trường sống cũng ngày được nâng cao. Mọi người, mọi nhà đều có xu hướng sử dụng các sản phẩm, chế phẩm tự nhiên, thân thiện với môi trường, an toàn cho người sử dụng. Trong những năm gần đây các cơ quan nghiên cứu Khoa Học Nông Nghiệp nước ta liên tục cho ra đời nhiều chế phẩm có tác dụng bảo quản rau quả tươi, đưa lại hiệu quả sử dụng và kinh tế, giảm được tỷ lệ hư hao, tăng thời gian bảo quản, nhằm kéo dài thời gian thu hoạch và tiêu thụ đồng thời không đe dọa đến môi trường và sức khỏe người tiêu dùng. Một trong những chế phẩm đã được nghiên cứu để ứng dụng trong bảo quản và chế biến nông sản đó chính là chế phẩm chitosan. Chitosan là một polysacarit có ứng dụng quan trọng trong chế biến và bảo quản rau quả…Chitosan được sản xuất từ vỏ các loài giáp xác như tôm cua… - phế phẩm của ngành chế biến thủy sản. Hàng năm các nhà máy chế biến đã thải bỏ một lượng vỏ giáp xác khá lớn khoảng 70.000 tấn/năm. Chính lượng phế tải này đã gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, gây ảnh hưởng đến cuộc sống sức khỏe của người dân, việc sản xuất chitosan có nguồn gốc từ vỏ tôm, cua…mang lại hiệu quả kinh tế cao và góp phần giải quyết một lượng lớn các rác thải rắn trong nghành thủy sản. Tuy nhiên hiểu biết của người dân về vấn đề này còn rất thấp, việc ứng dụng vỏ tôm cua vào sản xuất chưa phổ biến…Vì vậy chúng em chọn đề tài về Chitosan. 1 Chitosan và ứng dụng trong bảo quản trái cây 2014 QUI TRÌNH SẢN XUẤT CHITOSAN 1. Nguyên liệu : Chitosan là sản phẩm của quá trình Deacetyl hóa Chitin. Chitin có thể dược sản xuất từ phế liệu của ngành thủy sản: vỏ của các loài giáp xác (tôm, cua, hến, sò…) 2 Chitosan và ứng dụng trong bảo quản trái cây 2014 p 2. Sản xuất chitosan: Hiện nay có 2 phương pháp để sản xuất Chitosan là phương pháp sử dụng hóa chất và phương pháp sử dụng hóa chất kết hợp sinh học. Phương pháp sử dụng hóa chất tuy đơn giản dễ thực hiện, hiệu suất thu hồi cao, chi phí đầu tư lại thấp hơn nhưng lại vấp phải một só vẫn đề về môi trường (vấn đề xử lí nước thải, thu hồi hóa chất hay điều kiên làm việc với hóa chất nồng độ cao dễ gây hao mòn thiết bị và một số vấn đề khác ). Mặt khác, phương pháp sử dụng hóa chất kết hợp sinh học cũng có những hạn chế nhất định trong điều kiện nước ta hiện nay.  Bằng phương pháp hóa học: 3 Chitosan và ứng dụng trong bảo quản trái cây 2014 Thuyết minh qui trình: 1. Nguyên liệu: thu nhận phế phẩm (vỏ tôm, cua, giáp xác ) từ các nhà máy chế biến thủy hải sản 2. Rửa và sấy Phế liệu vỏ giáp xác được thu nhận và đun sôi trong 1 giờ để loại bỏ hết các mô. Vỏ tiếp tục được cho vào lò ở 163ºC trong 1 giờ, sau đó tách phần mô dã sấy khô còn sót lại trên vỏ và rửa sạch vỏ. 4 Chitosan và ứng dụng trong bảo quản trái cây 2014 Trong giai đoạn này ta còn có thêm nhiệm vụ là khử màu của vỏ bằng cách ngâm vào 1 số loại hóa chất tẩy trắng như: KmnO4, SO2, NaOCl… 3. Nghiền: Sau khi được làm sạch và tẩy trắng, nguyên liệu sẽ được sấy trong 48 giờ ở nhiệt độ 80ºC để phá vỡ cấu trúc tinh thể của Chitin. Tiếp tục làm nguôi nhanh bằng Nitơ lỏng. Mục đích của việc làm nguội nhanh là để hạn chế sự tái định hình của Chitin và giúo quá trình nghiền sau đó dễ dàng hơn. 4. Quá trình loại protein: Loại bỏ hoàn toàn protein bằng DD NAOH 3%, protein bị kiềm thủy phân thành các amin tự do tan và được loại ra trong qui trình rửa trôi. Lượng NAOH cho vào đến khi ngập toàn bộ vỏ tôm và kiểm tra pH=11-12 là được để đảm bảo loại bỏ protein được hoàn toàn. Đun ở nhiệt độ 90-95ºC trong 3.3-4h, sản phẩm sau khi nung được rửa sạch bằng nước thường hoặc nước cất đến pH=7. Tiếp đó tiến hành rửa trung tính nhằm rửa trôi hết các muối natri, các amin tự do và NAOH dư. Sấy khô ở 60ºC thu được chitin thô. 5. Quá trình khử khoáng: Trong vỏ tôm thành phần chủ yếu là các muối CaCO 3 , MgCO 3 , và rất ít Ca 3 (PO 4 ) 2 , nên người ta thường dùng các loại acid như HCl, H 2 SO 4 ,…để khử khoáng, nếu dùng H 2 SO 4 sẽ khó tan nên người ta thường dùng HCl. Trong quá trình rửa muối Cl + tạo thành được rủa trôi, nồng độ acid HCl có ảnh hưởng đến chất lượng của chitosan thành phẩm, đồng thời có ảnh hưởng đến thời gian và hiệu quả khử khoáng. Nếu nồng độ HCl cao sẽ rút ngắn được thời gian khử khoáng nhưng sẽ làm cắt các mạch do hiện tượng thủy phân β-1,4 glucozit để tạo thành các polymer có trọng lượng phân tử trung bình thấp, có khi thủy phận triệt để đến glucosamine. Ngược lại nếu nồng độ HCl quá thấp thì quá 5 Chitosan và ứng dụng trong bảo quản trái cây 2014 trình khử khoáng sẽ không triệt để và thởi gian khử khoáng sẽ dài ảnh hưởng đến chất lưởng sản phẩm. 6. Rửa và khử màu Sau khi khử khóang tiến hành rửa trung tính để rửa trôi hết các muối, acid dư trong nước. Quá trình này kết thúc khi dịch rửa có pH=7 -Phương pháp cơ học: Nguyên liệu được sấy khô và nghiền sau khi đã được tách tạp chất sau đó phận loại bằng quạt gio1, phần protein nặng sẽ được tách khỏi hỗn hợp. -Quá trình tẩy màu: Chitin thô có màu hồng nhạt do sắc tố astaxanthin. Do chitin ổn định với các chất oxy hóa như thuốc tím oxy già,… lợi dụng tính chất này để khử màu chitin. 7. Điều chế chitosan Quá trình này thực chất là quá trình deaety hóa chitin, chuyển hóa nhóm –NHCOCH 3 thành nhóm –CH 3 CO, chuyển hóa thành muối natri CH 3 COONa. Để thực hiện được quá trình này một cách hoàn toàn, người ta sử dụng NaOH đậm đặc 50% thời gian 4h nhiệt độ 110-120 o C. Sau đó chuẩn độ đến pH 7 với dung dịch HCl 1N. Chitosan sẽ kết tủa ta tién hành lọc hoặc ly tâm. Cuối cùng là sấy để thu Chitosan.  Sản xuất chitosan bằng phương pháp hóa học kết hợp sinh học. 6 Chitosan và ứng dụng trong bảo quản trái cây 2014 Giải thích quy trình: Việc sản xuất chitosan theo phương pháp sinh học kết hợp hóa học cũng thực hiện theo các bước: khử protein, khử khoáng và deacetyl. Chúng ta thấy công đoạn khử khoáng hiệu quả nhất và duy nhất chỉ thực hiện bằng phương pháp hóa học. Công đoạn khử Protein ở đây chúng ta dùng phương pháp sinh học, đó là khử protein bằng enzyme protease với nồng độ 13% tỷ lệ w/v = 1/5 với nồng độ pH thích hợp từ 5- 5.5 ở nhiệt độ 70 -80ºC trong thời gian 4 giờ. Trong phương pháp này người ta có thể dùng 7 Chitosan và ứng dụng trong bảo quản trái cây 2014 các chế phẩm enzyme protease hoặc hiện nay người ta đang nghiên cứu sử dụng các chủng vi vật để phân hủy protein. Ưu điểm của phương pháp sinh học là sạch, giảm chi phí, tạo những chất thải hữu cơ dễ phân hủy nhưng lượng protein tách ra không triệt để. Qúa trình khử khoáng được thực hiện tương tự như quy trình công nghệ sản xuất chitosan bằng phương pháp hóa học. Phương pháp cơ học được thực hiện tương tự như quy trình công nghệ sản xuất chitosan bằng phương pháp hóa học. Qúa trình tẩy màu được thực hiện tương tự như quy trình công nghệ sản xuất chitosan bằng phương pháp hóa học. Quá trình deacetyl hóa được thự hiện tương tự như qui trình công nghệ sản xuất chitosan bằng phương pháp hóa học. Ngoài ra quá trình deacetyl bằng enzyme deacetylase nhưng không hiệu quả bằng phương pháp hóa học. ỨNG DỤNG CỦA CHITOSAN TRONG BẢO QUẢN TRÁI CÂY 1. Phạm vi ứng dụng Hiện nay chitosan được ứng dụng rộng rãi tại các nước phát triển như Mỹ, Nhật, Pháp việc ứng dụng chitosan mang lại hiểu quả to lớn. Chitosan có thể dễ dàng phân hủy nên được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực: y tế, môi trường,xử lí nước thải, nông nghiệp và đặc biệt trong công nghệ thực phẩm. 2. Ứng dụng chitosan trong bảo quản trái cây Thông thường người ta thường sử dụng bao PE làm màng bao thực phẩm, nhưng đối với thực phẩm tươi sống thì có nhiều bất lợi do không khống chế được lượng ẩm và độ thoáng không khí cho thực phẩm. Việc sử dụng chitosan có thể giải quyết vấn đề trên nhờ tác dụng: • Kiểm soát thành phần không khí bên trong màng:chitosan có khả năng thấm chọn lọc O 2 vàCO 2 • Hạn chế quá trình hô hấp và quá trình chín: do tính thấm chọn lọc O 2 hơn CO 2 nên tỉ lệ O 2 trong màng thấp hơn,nhờ đó quá trình hô hấp bị hạn chế • Tỉ lệ CO 2 làm cho quá trình sản sinh etylen bị hạn chế 8 Chitosan và ứng dụng trong bảo quản trái cây 2014 • Hạn chế sự thoát hơi nước và cấu trúc sản phẩm được bảo đảm: chitosan có khả năng hạn chế hơi nước thấm qua từ đó hạn chế sự thoát hơi nước và hạn chế sự thất thoát khối lượng. • Làm rau quả lâu bị thâm,d uy trì màu sắc: màng chitosan ức chế các hoạt động oxy hóa của các polyphenol, tổng hợp các phenol biến đổi, giữ cho màu sắc rau quả ít bị biến đổi. • Hạn chế giảm lượng đường và acid: do quá trình hô hấp bị hạn chế. • Kháng nấm và vi khuẩn: bảo vệ các lại rau quả (đặc biệt là rau quả cắt tươi) hạn chế sự xâm nhiễm của vi khuẩn sau khi cắt.Chitosan là phân tử tích điện dương trong khi đó màng tế bào vi sinh vật tích điện âm, do đó xảy ra tương tác làm hỏng tế bào vi sinh vật, làm ngăn cản quá trình trao đổi chất qua màng tế bào, gây lỗ hỏng trên màng tế bào vi sinh vật=> tiêu diệt vi sinh vật. 3. Cách tạo màng bọc chitosan:  Chitosan được nghiền nhỏ bằng máy để gia tăng bề mặt tiếp xúc.  Pha dung dịch chitosan 3% trong dung dịch axit axetic 1,5%  Sau đó bổ sung chất phụ gia PEG-EG 10% ( tỉ lệ 1:1) vào và trộn đều, để yên một lúc để loại bọt khí.  Sau đó đem hỗn hợp thu được quét đều lên một ống inox đã được nung nóng ở nhiệt độ 64-65 o C (ống inox được nâng nhiệt bằng hơi nước).  Để khô màng trong vòng 35 phút rồi tách màng  Lúc này người ta thu được một vỏ bóng có màu vàng ngà, không mùi vị, đó là màng chitosan có những tính năng ưu việt. • Chúng ta cũng có thể nhúng trực tiếp trái cần bảo quản vào dung dịch chitosan được pha loãng bằng acid acetic sau đó để khô và bảo quản lạnh. Ví dụ: Với xoài, sau khi đã rửa sạch nên xử lí trái qua nước nóng 48-50ºC trong 5-10 phút để ngăn ngừa bệnh thán thư và ruồi đục trái, sau đó nhúng vào dung dịch chitosan và bảo quản ở nhiệt độ lạnh 10- 20ºC thì sẽ lưu giữ quả được trong 4 tuần, thậm chí 6 tuần để có thể vận chuyển xa an toàn. Với cam quýt, đặc biệt là quýt đường Lai Vung( Đồng Tháp) người ta khuyến cáo quy trình bảo quản trái bằng cách bao màng Chitosan ở nồng độ 0,25% kết hợp với 9 Chitosan và ứng dụng trong bảo quản trái cây 2014 bao Polyethylene (PE) có đục 5 lỗ với đường kính 1mm được ghép mí bằng máy ép và bảo quản ở nhiệt độ lạnh 12ºC có thể bảo quản được tới 8 tuần. • Ưu điểm của màng chitosan • Dễ phân hủy sinh học • Vỏ tôm phế liệu là nguồn nguyên liệu tự nhiên rất dồi dào, rẻ tiền có sẵn quanh năm nên rất thuận tiện cho việc cung cấp nguyên liệu để sản xuất Chitosan. • Góp phần lớn trong việc giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường do các chất thải tôm gây ra. KẾT LUẬN Chitosan, sản phẩm chính thu được từ chitin, có nguồn gốc sinh học, đơn giản, dễ sử dụng, vì vậy các sản phẩm được chế biến và bảo quản bằng chế phẩm này không những hoàn toàn không độc hại, an toàn cho người sản xuất lẫn sử dụng. ngoài ra chitosan còn có tác dụng giảm cân, kiểm soát cholesterol , phòng chống ung thư,… rất tốt cho sức khỏe. Việc kết hợp bảo quản lạnh cùng với sử dụng chitossan để bảo quản trái cây sẽ mang lại hiệu quả cao hơn, thời gian bảo quản dài hơn, đặc tính tự nhiên biến đổi ít hơn. Bên cạnh đó Chitosan còn giúp nâng cao giá trị dinh dưỡng và cảm quan cho sản phẩm nước quả, đưa lại hiệu quả kinh tế và sử dụng. Bên cạnh đó việc sử dụng chitosan từ vỏ giáp xác góp phần bảo vệ môi trường, tận thu được lượng phế thải của ngành thủy sản, tiết kiệm được nhiều tài nguyên cho đát nước. 10 . pháp hóa học. ỨNG DỤNG CỦA CHITOSAN TRONG BẢO QUẢN TRÁI CÂY 1. Phạm vi ứng dụng Hiện nay chitosan được ứng dụng rộng rãi tại các nước phát triển như Mỹ, Nhật, Pháp việc ứng dụng chitosan mang. việc ứng dụng vỏ tôm cua vào sản xuất chưa phổ biến…Vì vậy chúng em chọn đề tài về Chitosan. 1 Chitosan và ứng dụng trong bảo quản trái cây 2014 QUI TRÌNH SẢN XUẤT CHITOSAN 1. Nguyên liệu : Chitosan. hến, sò…) 2 Chitosan và ứng dụng trong bảo quản trái cây 2014 p 2. Sản xuất chitosan: Hiện nay có 2 phương pháp để sản xuất Chitosan là phương pháp sử dụng hóa chất và phương pháp sử dụng hóa