CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1. Tổng quan về màng thực phẩm ăn được Khái niệm và ứng dụng Màng bao thực phẩm ăn được là bất kỳ loại vật liệu nào được sử dụng để bao bọc thực phẩm (dạng phủ hoặc dạng gói) giúp kéo dài thời gian sử dụng của sản phẩm, có thể được ăn cùng với thực phẩm. Lớp màng tạo ra bề mặt vô trùng và giảm sự thất thoát các chất dinh dưỡng quan trọng trong thực phẩm.
[1] Màng ăn được nâng cao chất lượng sản phẩm thực phẩm, bảo vệ chúng khỏi suy giảm vật lý, hóa học và sinh học. Màng bao thực phẩm cũng có thể bảo vệ các sản phẩm thực phẩm khỏi sự mất ẩm, sự trao đổi ẩm giữa thực phẩm với môi trường, sự phát triển của vi sinh vật, biến đổi hóa học do ánh sáng, oxy hóa các chất dinh dưỡng và phản ứng enzyme không mong muốn. [2] Trong thế kỷ thứ 12 ở Trung Quốc, sáp đã được áp dụng cho cam và chanh để làm chậm mất nước. Màng ăn được đầu tiên, được phát triển ở Nhật Bản từ sữa đậu nành trong thế kỷ 15 và được sử dụng để bảo quản thực phẩm.
Trong thế kỷ 16, các sản phẩm thực phẩm được phủ chất béo (ví dụ: mỡ lợn) để kiểm soát mất độ ẩm. Hiện nay, màng và lớp phủ ăn được được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau, bao gồm cả vỏ cho xúc xích và lớp phủ sô cô la cho các loại hạt và trái cây. [3] Màng ăn được đã nhận được sự chú ý đáng kể trong những năm gần đây vì những lợi thế của chúng so với màng tổng hợp. Ưu điểm chính của màng ăn được so với tổng hợp truyền thống là chúng có thể được tiêu hóa được cùng với thực phẩm.
Chúng có thể góp phần giảm ô nhiễm môi trường. [4] Màng ăn được được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu tái tạo có thể giúp giảm việc sử dụng bao bì tổng hợp, chủ yếu để lưu trữ các sản phẩm sau thu hoạch. Các chất chống oxy hóa hoặc kháng khuẩn có thể được kết hợp vào các công thức màng, mang lại lợi ích bổ sung khi so sánh với các màng thông thường. 2 do an Màng đóng gói phân hủy sinh học được sản xuất từ các nguồn sinh học tái tạo, thường được gọi là biopolyme, với các tính chất cơ học và rào cản tốt và có thể phân hủy sinh học vào cuối thời hạn sử dụng của nó.
Biopolyme đã được coi là một thay thế tiềm năng thân thiện với môi trường thay thế cho các vật liệu bao bì nhựa không phân hủy và không tái tạo. [5] Màng ăn bao thực phẩm ăn được được phân thành 4 loại dựa trên các nguyên liệu sử dụng để làm ra màng: hydrocolloid, protein, lipid và màng composite. Chất hóa dẻo được thêm vào để tăng tính linh động và độ đàn hồi cho màng. Các chất phụ gia khác như là chất ức chế vi khuẩn, chất tạo màu sắc, tạo hương và các chất giúp tăng đặc tính và chức năng của màng.
1 Phân loại màng ăn được [4] [6] Các polysaccharide như pectin, alginate, carrageenan, tinh bột, cellulose và các dẫn xuất của chúng cũng như các protein như gelatin, casein, albumin trứng, gluten lúa mì và zein đã được thử nghiệm như polyme để sản xuất màng bao. Tuy nhiên, hàng rào hơi nước của các màng bao này không hiệu quả do bản chất ưa nước của chúng. [7] 3 do an Các loại màng được làm từ chitosan, carrageenan, hay các polysaccharide khác có ưu điểm là hàng rào hiệu quả đối với các hợp chất thơm không phân cực, ngăn ngừa mất mùi và oxy hóa. [8] Các loại màng được làm từ hydrocolloid, như alginate và carboxymethylcellulose, có thể được sử dụng để giữ độ ẩm và giảm sự hấp thu chất béo trong thực phẩm chiên, nhiều chất béo.
Các nguyên liệu có độ thấm hơi nước cao có thể được sử dụng để giảm thiểu sự di chuyển muối vào thực phẩm trong quá trình đông lạnh. Ngoài ra, một số nguyên liệu có tính thấm chọn lọc có thể hạn chế việc mất mùi và vị trong quá trình sấy lạnh. [9] Màng ăn được đã được thúc đẩy bởi cả hai nhu cầu ngày càng tăng của người tiêu dùng về an toàn, chất lượng cao, thực phẩm tiện lợi với thời hạn sử dụng dài và ý thức sinh thái về tài nguyên thiên nhiên hạn chế và tác động môi trường của chất thải bao bì. Tuy nhiên, màng bao ăn được thường không có nghĩa là thay thế hoàn toàn bao bì thông thường.
Thay vào đó, việc màng ăn được như bao bì thứ cấp được sử dụng cùng với bao bì không ăn được để tăng thêm sự bảo vệ khỏi không khí và ngăn ngừa ô nhiễm từ vi sinh vật hoặc các vật lạ. [6] Chất hóa dẻo và các chất phụ gia khác được kết hợp với các chất sinh học tạo màng để sửa đổi các tính chất vật lý hoặc chức năng của màng. Cơ chế tạo màng của các polymer sinh học bao gồm các lực liên phân tử như cộng hóa trị (ví dụ: liên kết disulfide và liên kết ngang) và tương tác tĩnh điện, kỵ nước hoặc ion [2]. 1 Các thành phần có trong màng thực phẩm ăn được [10] Thành phần chức năng Vật liệu Polysaccharides: starch, modified starch, modified cellulose (CMC, MC, HPC, HPMC), alginate, carrageenan, pectin, Vật liệu tạo màng pullulan, chitosan, xanthan gum Protein: collagen, genlatin, casein, whey protein, corn zein, wheat gluten, soy 4 do an protein, egg white protein, fish myofibrillar protein, sorghum protein, pea protein, rice bran protein Lipid: waxes ( beeswax, paraffin, rice bran wax), resins Glycerol, propylene glycol, sorbitol, Chất tạo dẻo sucrose, corn syrup Chất chống oxy hóa, chất chống vi sinh vật, Thành phần chất phụ gia chất dinh dưỡng, màu sắc, hương liệu Chất nhũ hóa ( lecithin, tweens, spans), nhũ Chất phụ gia khác tương lipid ( fatty acid, edible waxes) CMC, carboxy methylcellose; MC, methylcellulose; HPC, hydroxyl cellulose; HPMC, hydroxypropyl methylcellulose Màng bao thực phẩm từ tinh bột Polysaccharide là các polyme chuỗi dài được hình thành từ các đơn vị lặp lại mono- hoặc disaccharide liên kết với nhau bằng liên kết glycoside.
Là kết quả của số lượng lớn các nhóm hydroxyl và các gốc ưa nước khác có trong cấu trúc của chúng, liên kết hydro đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành và đặc tính của màng. Màng polysaccharide được hình thành bằng cách phá vỡ sự tương tác giữa các phân đoạn polymer chuỗi dài và hình thành liên kết hydrophilic liên phân tử và liên kết hydro mới khi bay hơi dung môi để tạo ra màng. [6] Polysaccharide được sử dụng cho màng ăn được bao gồm cellulose, dẫn xuất tinh bột, dẫn xuất pectin, chiết xuất rong biển, gum, gum lên men bởi vi sinh vật và chitosan. Polysaccharide thường rất ưa nước do đó tính chất rào cản hơi nước và khí kém.
[4], nhưng là những rào cản hiệu quả chống lại dầu và lipid. [6] 5 do an Tinh bột có khả năng được sử dụng để tạo màng ăn được vì nó có khả năng tạo thành màng không mùi, không vị, trong suốt với những đặc tính tương tự như polymer tổng hợp. Tuy nhiên, màng tinh bột thường có độ bền cơ học kém và nhạy với độ ẩm. Để khắc phục hạn chế này, người ta thường kết hợp tinh bột với một số chất khác, thường là hydrocolloids.
Sự kết hợp của tinh bột với các hydrocolloid khác đã được chứng minh làm thay đổi đặc tính cơ học của màng. Hơn nữa, sự kết hợp của hydrocolloid trong màng tinh bột ăn được làm tăng độ nhớt và giảm tốc độ thoái hóa. Tương tác giữa tinh bột và các hydrocolloids khác được xác định bằng khối lượng phân tử, cấu trúc hóa học, sự phù hợp. Tinh bột đã được sử dụng để sản xuất màng phân hủy sinh học để thay thế một phần hoặc toàn bộ polyme nhựa vì chi phí thấp và khả năng tái tạo, và nó có tính chất cơ học tốt.
[4] Màng tinh bột là rào cản tốt đối với oxy, vì oxy là khí không phân cực và không thể hòa tan trong màng tinh bột. Tuy nhiên, tính thấm oxy của màng tinh bột bị ảnh hưởng nhiều bởi hàm lượng nước trong màng phim. (Các màng chứa không quá 15% nước là màng chắn oxy tốt, trong khi những màng chứa nhiều hơn 20% nước làm mất đặc tính ngăn oxy. Tuy nhiên, màng tinh bột kém bền với CO2 (khí phân cực) hơn so với O2 (không phân cực khí), do độ hòa tan của CO2 trong màng tinh bột cao hơn.
Tổng quan về tinh bột Cấu trúc của tinh bột Tinh bột được tìm thấy nhiều trong các loại củ như khoai tây, sắn, củ mài, và một số loại quả như chuối và nhiều loại rau. Tinh bột từ các nguồn khác nhau, có tính chất vật lý và thành phần hóa học khác nhau, nó phụ thuộc vào giống, điều kiện trồng trọt. Tinh bột thường được tách ra từ hạt như ngô và lúa mì; từ rễ và củ như sắn, khoai tây, dong là những loại tinh bột thường dùng trong công nghiệp. [12] Tinh bột là một polysaccharide bao gồm các đơn vị D-glucose, được gọi là homoglucan hoặc glucopyranose.
Các polyme D-glucopyranose trong tinh bột được liên nối với nhau qua liên kết -1,4 và -1,6 glycosidic. Về mặt hóa học, tinh bột là hỗn hợp 6 do an của hai loại polysaccharide là amylose và amylopectin, chiếm khoảng 98 - 99% trọng lượng khô. Amylose và amylopectin có cấu trúc và tính chất khác nhau. [13] Tỷ lệ của hai polyme glucopyranose này khác nhau dựa trên nguồn gốc thực vật của tinh bột.Trong hầu hết các loại tinh bột phổ biến, thì tỷ lệ phần trăm trọng lượng của amylose và amylopectin nằm trong khoảng từ 72 đến 82 % amylopectin và 18 – 33% amylose [14].
Amylose là một đại phân tử được tìm thấy trong tinh bột với các liên kết -glucan tương đối dài, hơi phân nhánh hoặc có chứa khoảng 99% -1,4 và -1,6, trọng lượng phân tử của amylose cao tới 106 g. Thành phần chính của tinh bột là amylopectin, bao gồm một số lượng lớn các chuỗi tương đối ngắn hơn nhưng phân nhánh nhiều. Các liên kết -1,6 đóng vai trò là điểm phân nhánh của chuỗi tuyến tính -1,4 dẫn đến cấu trúc phân nhánh của amylopectin. Tuy nhiên, các liên kết -1,6 này chỉ chiếm khoảng 5% cấu trúc amylopectin.
Amylopectin có trọng lượng phân tử 109 g. 2 Cấu tạo của Amylose và Amylopectin [13] 7 do an Hình thái hạt tinh bột Mặc dù tinh bột đều được tạo thành từ các polymer có tiểu đơn vị là glucose, hình thái của từng loại hạt tinh bột lại rất đa dạng (hình cầu, hình elipe, hình đa giác,. Tùy thuộc vào nguồn gốc của giống loài mà chúng thể hiện sự khác nhau về kích thước, hình dạng và vị trí tâm của hạt.