Đặt vấn đề Trong những năm gần đây, nguy cơ về sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch và những biến đổi tiêu cực của môi trường do việc sử dụng bao bì nhựa đang là vấn đề chung của nhiều quốc gia trên thế giới. Với mục tiêu đưa ra giải pháp nhằm hạn chế những tác động tiêu cực này, các nghiên cứu hiện nay đang hướng tới việc sản xuất các loại vật liệu bao gói thay thế có nguồn gốc từ các loại polymer sinh học. Trong số đó, tinh bột là nguyên liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong việc chế tạo màng và lớp phủ vì chi phí thấp và tính sẵn có của nó (Pelissari và cộng sự, 2018). Hiện có rất nhiều nghiên cứu liên quan đến việc sử dụng tinh bột từ các nguồn khác nhau để sản xuất màng và lớp phủ có tính chất riêng biệt, đa dạng về khả năng ứng dụng.
Nhìn chung, màng tinh bột trong các nghiên cứu trước đó được sản xuất dựa trên ba bước cơ bản là hồ hóa, đúc định hình và sấy khô (Bangar và cộng sự, 2021). Cụ thể, hạt tinh bột có cấu trúc bán kết tinh và không tan trong nước lạnh, dưới sự tác động của nhiệt độ sẽ dần mất đi cấu trúc tinh thể và hình thành mạng gel liên tục. Gel này sau khi đúc khuôn và sấy khô sẽ hình thành lớp màng. Tuy nhiên, màng tinh bột thô lại có bản chất cứng và dễ bị phân hủy khi gặp nước.
Chính vì vậy, hàng loạt các nghiên cứu liên quan đến việc biến tính tinh bột được đặt ra nhằm cải thiện các tính chất cơ học của màng. Có nhiều phương pháp biến tính khác nhau bao gồm biến tính bằng phương pháp biến tính vật lý, enzyme và hóa học (Carmona-Garcia và cộng sự, 2009). Trong đó, phương pháp hóa học được đánh giá là có hiệu suất và tính ổn định cao. Đối với phương pháp tạo liên kết ngang hóa học các thuốc thử được sử dụng thường xuyên bao gồm sodium trimetaphotphate (STMP), sodium photphate, sodium tripolyphotphat (STPP), epichlorohydrin (EPI), photphoryl clorua (POCl3), acetic acid hay vinyl clorua.
Trong quá trình liên kết ngang, liên kết giữa các phân tử được hình thành một cách ngẫu nhiên tạo cấu trúc mạng dày đặc hơn. Các tác nhân liên kết ngang (SMTP, EPI) có thời gian biến tính càng dài thì khả năng thâm nhập sâu hơn vào các hạt càng lớn dẫn đến mức độ liên kết ngang cao hơn (Włodarczyk-Stasiak và cộng sự, 2017). Chính vì thế, nghiên cứu này tập trung vào đánh giá sự thay đổi của thời gian biến tính tinh bột bằng hỗn hợp STMP:STPP đến sự thay đổi mức độ liên kết ngang trong tinh bột. Tinh bột có mức độ liên kết ngang khác nhau sẽ tạo ra màng tinh bột với những đặc tính vật lý và cơ lý khác nhau phù hợp với từng mục đích sử dụng.
Bên cạnh đó, màng tinh bột ngoài khả năng bao gói, chúng còn có thể đóng vai trò là chất mang phụ gia thực phẩm (ví 1 dụ như các chất chống oxy hóa và các chất bảo quản). Đặc biệt, chúng còn được xem xét về khả năng kéo dài thời hạn sử dụng sản phẩm trong bảo quản quả (Pelissari và cộng sự, 2018). Sau thu hoạch, tuổi thọ và chất lượng của rau quả chịu ảnh hưởng bởi tốc độ diễn ra phản ứng trao đổi chất. Đặc biệt là đối với các loại quả có đỉnh hô hấp, quá trình chín sau thu hoạch thường diễn ra nhanh và gây nhiều tổn thất.
Cụ thể, trong quá trình chín, quả thường sản sinh ra khí ethylen có khả năng kích thích quá trình chín của quả. Chính vì thế, có rất nhiều nghiên cứu được thực hiện nhằm ức chế hoạt động của ethylen như sử dụng các chất ức chế 1-methylcyclopropene, TiO2,… Bên cạnh đó, lớp phủ cũng được ứng dụng để làm chậm quá trình chín của quả nhờ điều chỉnh quá trình khuếch tán khí qua màng. Quá trình khuếch tán khí qua màng chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau như mức độ liên kết ngang hay độ dày màng,… Tận dụng điều này, ngoài nghiên cứu về việc thay đổi thời gian biến tính, nghiên cứu này cũng hướng đến việc đánh giá các tính chất cơ lý màng ở các độ dày khác nhau. Cuối cùng đánh giá khách quan về sự ảnh hưởng của độ dày và mức độ liên kết ngang lên khả năng làm chậm quá trình chín của chuối.
Mục tiêu đề tài Trên cơ sở các nghiên cứu trước của các nhóm tác giả khác nhau, chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của sự thay đổi về thời gian biến tính tinh bột sắn bằng cách tạo liên kết ngang với hỗn hợp STMP:STPP ở các khoảng thời gian biến tính khác nhau (từ 2 đến 8 giờ). Bên cạnh đó, đối với mỗi thời gian biến tính khác nhau tiến hành thay đổi tỉ lệ của nước: hàm lượng chất khô để theo dõi sự thay đổi độ dày của màng và ảnh hưởng của nó lên tính chất cơ lý, khả năng thấm ẩm thấm khí của màng. Từ đó ứng dụng lên bảo quản quả để tìm ra màng sử dụng loại tinh bột liên kết ngang có độ dày phù hợp giúp làm chậm quá trình chín của quả. Phạm vi nghiên cứu Màng tinh bột tại quy mô phòng thí nghiệm sẽ được sản xuất bằng phương pháp đúc khuôn.
Hỗn hợp tinh bột và các chất phụ gia sau khi được hồ hóa đạt trạng thái đồng nhất được đổ vào khuôn với cùng khối lượng. Các khuôn này sau đó được sấy khô và bảo quản 48 giờ trong môi trường muối bão hòa. Các mẫu màng được tiến hành khảo sát và đánh giá các tính chất cơ lý, hóa lý. Cuối cùng, thực hiện đánh giá thực tế bằng mô hình bảo quản quả 2 theo phương pháp nhúng.
Toàn bộ nghiên cứu là kết quả đánh giá khách quan về hiệu quả bảo quản của màng tinh bột sắn. Nội dung nghiên cứu Trong nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành các nội dung sau: - Tạo tinh bột sắn liên kết ngang bằng tác nhân phản ứng từ hỗn hợp STMP:STPP với tỉ lệ 99:1 (w/w). - Tạo màng phân hủy sinh học từ tinh bột sắn thô hoặc tinh bột sắn liên kết ngang. - Nghiên cứu, đánh giá các thay đổi về cấu trúc – hình thái từ mẫu tinh bột sắn đã được xử lý như: đo quang phổ FTIR, xác định các nhóm chức, đo độ nhớt nội tại và xác định khối lượng phân tử trung bình.
- Nghiên cứu, đánh giá các thay đổi về tính chất cơ lý từ các mẫu màng tinh bột sắn đã được xử lý về khả năng kháng đâm xuyên. - Nghiên cứu, đánh giá các thay đổi về một số tính chất công nghệ từ các mẫu màng tinh bột sắn đã được xử lý như: đo độ trương nở, đo độ truyền suốt, đo độ hòa tan, đo độ truyền ẩm và thấm dầu. - Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ tinh bột sắn thô hoặc tinh bột sắn liên kết ngang (2,7; 5,4; 8,1% w/v) trên lớp phủ đến tính chất sinh lý và hóa sinh trên mô hình chuối: độ giảm khối lượng, màu sắc. 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.
Tình hình nghiên cứu 2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước Một nghiên cứu trước của Hernández-Muñoz và cộng sự (2004) đã khảo sát về ảnh hưởng của liên kết ngang sử dụng tác nhân liên kết ngang glutaraldehyde (GTA), glyoxal (GLY) và formaldehyde (FA) đối với các đặc tính của màng giàu glutenin. Phương pháp nghiên cứu, phần giàu gliadin được tách ra bằng dung dịch ethanol 70% (v/v). Phần giàu glutenin được phân tán trong dung dịch ethalnol 50% (v/v) ở 40oC và pH = 5. GTA, GLY và FA được thêm ở nồng độ (2;4;8%) (g/100g protein khô) vào dung dịch tạo màng gluten lúa mì có bổ sung glycerol.
Màng được đúc và sấy khô ở 23oC và 40% RH trong 10 giờ. Kết quả khảo sát cho thấy khả năng thấm hơi nước giảm 30% khi kết hợp FA, GTA hoặc GLY. Độ bền kéo cao nhất khi sử dụng FA > GTA > GLY. Một số nghiên cứu Maqbool và cộng sự (2011) đã khảo sát về ảnh hưởng của hỗn hợp gum arabic (GA) (5; 10; 15; 20%) và chitosan (CH) (1%) đối với các đặc tính sinh hóa và sinh lý của quả chuối được bảo quản ở 13±1oC và 80±3% độ ẩm tương đối (RH) trong 28 ngày và 5 ngày sau đó ở các điều kiện mô phỏng thực tế trong thương mại (25oC, 60% RH).
Nghiên cứu cho thấy sự khác biệt đáng kể có nghĩa (p≤0,05) của việc sử dụng hỗn hợp GA và CH để phủ lên quả chuối với mẫu đối chứng (sử dụng nước tinh khiết để phủ quả). Kết quả cho thấy, sau 33 ngày bảo quản cho thấy khối lượng giảm và nồng độ chất rắn hòa tan của trái cây được phủ hỗn hợp (10% GA; 1,0% CH) thấp hơn 54% và hỗn hợp giúp làm chậm quá trình thay đổi màu sắc, giảm tốc độ hô hấp và sự phát triển ethylene trong quá trình bảo quản so với mẫu đối chứng. Từ đó duy trì chất lượng tổng thể quả chuối. Ngoài ra, các mẫu bảo quản cũng được soi bằng kính hiển vi điện tử quét, cho thấy rõ với hỗn hợp 10% GA và 1,0% CH thì quả sẽ có rất ít vết nứt và bề mặt nhẵn.
Các kết quả nghiên cứu trên, chứng minh được với tỉ lệ hỗn hợp 10% GA, 1,0% CH quả chuối có thể bảo quản được đến 33 ngày. Theo nghiên cứu De Aquino và cộng sự (2015) khảo sát về tác động của màng bao chitosan-tinh bột sắn được làm giàu bằng hỗn hợp kiểu gen Lippa gracilis Schauer (EOM) đến thời hạn sử dụng của ổi (Psidium guajava L.) trong quá trình bảo quản ở nhiệt độ phòng. Phương pháp nghiên cứu bằng cách bổ sung 2,0% tinh bột sắn, 2,0% chitosan và 1,0%, 2,0%, 0,3% EOM để ức chế vi khuẩn. Kết quả ngày thứ 10 cho thấy tổng số lượng vi khuẩn ưa khí 4 trung bình, nấm men và nấm mốc thấp hơn về mặt thống kê (p<0,05) ngoài ra còn cải thiện được khả năng chịu lực.
Theo nghiên cứu của S. Li và cộng sự. (2020) hai loài vi khuẩn axit lactic (LAB): Lactobacillus plantarum và Pedocococcus pentosaceus có sản lượng exopolysaccharide (EPS) cao, cùng với phụ gia natri carboxymethy cellulose (CMC) được bổ sung vào huyền phù tinh bột sắn. Quả chuối được chọn làm đối tượng nghiên cứu, và được nhúng qua dung dịch huyền phù.
Kết quả: khi bổ sung men vi sinh, hoạt tính chống oxy hóa của màng tổng hợp được tăng lên đáng kể. plantarum cho thấy sự phân bố đồng đều trong ma trận tinh bột sắn/CMC tạo thành một cấu trúc dày đặc hơn, ngăn chặn hiệu quả sự xâm nhập của các phân tử nước và thể hiện khả năng chống tia cực tím tốt.