Khảo sát ảnh hưởng tinh dầu quế đến tính chất màng agar tinh bột - ĐH SPKT

Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của tinh dầu quế đến cấu trúc và tính chất màng agar tinh bột, đánh giá độ bền kéo và khả năng kháng khuẩn.

• Tác giả: Nguyễn Thị Tuyết Hoa
• Người hướng dẫn: TS. Võ Thị Ngà
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
• Đề tài: Khảo sát ảnh hưởng của tinh dầu quế đến một số tính chất màng agar-tinh bột
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về tinh dầu quế ảnh hưởng màng agar tinh bột

Tinh dầu quế (CEO) chiết xuất từ vỏ cây quế chứa hoạt chất cinnamaldehyde có khả năng kháng khuẩn, chống oxy hóa và điều chỉnh tính chất vật liệu. Màng agar-tinh bột là vật liệu bao gói sinh học tiềm năng nhờ đặc tính thân thiện môi trường và khả năng phân hủy sinh học. Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của CEO đến các tính chất như độ bền kéo, độ ẩm, khả năng hòa tan và kháng vi sinh vật nhằm tối ưu hóa ứng dụng trong bảo quản thực phẩm. CEO được chứng minh có thể cải thiện tính chất cơ học và chức năng của màng polymer thông qua tương tác hóa học và vật lý.

1.1. Tính chất sinh học của tinh dầu quế

CEO chứa cinnamaldehyde chiếm 60-80% có tác dụng ức chế vi khuẩn Gram dương/âm và nấm mốc nhờ phá vỡ màng tế bào vi sinh vật. Hoạt chất này cũng ngăn chặn sản sinh oxit nitric và gốc tự do, thể hiện khả năng chống oxy hóa tương đương vitamin E. Ngoài ra, eugenol và linalool trong CEO góp phần tăng cường hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm. Các hợp chất này tương thích sinh học, an toàn cho ứng dụng thực phẩm.

1.2. Đặc điểm màng agar tinh bột

Màng agar-tinh bột có cấu trúc mạng lưới xốp, độ ẩm hấp thụ tốt nhưng độ bền cơ học hạn chế. Agar cung cấp độ dai, tinh bột tăng khả năng hòa tan. Độ ẩm màng phụ thuộc vào tỷ lệ agar/tinh bột và điều kiện môi trường. Màng này dễ bị vi sinh vật tấn công do thiếu hoạt tính kháng khuẩn bẩm sinh. Kết hợp CEO có thể cải thiện độ bền, giảm độ ẩm và tăng khả năng chống thấm.

II. Phân tích tác động tinh dầu quế đến tính chất màng

CEO ảnh hưởng trực tiếp đến cấu trúc vi mô màng agar-tinh bột thông qua tương tác kỵ nước và liên kết hydro. Nghiên cứu sử dụng phương pháp đo độ bền kéo, phân tích phổ FTIR và UV-Vis để đánh giá thay đổi cấu trúc. Kết quả cho thấy nồng độ CEO 1-3% làm tăng độ bền kéo từ 25-40% nhưng giảm độ giãn dài. Độ ẩm màng giảm 15-20% do CEO hạn chế hấp thụ nước. Khả năng hòa tan trong nước cũng giảm đáng kể do sự hình thành mạng lưới chặt chẽ hơn.

2.1. Ảnh hưởng đến độ bền cơ học

Độ bền kéo tăng nhờ sự phân tán đều CEO trong nền polymer, tạo liên kết chéo giữa các phân tử agar-tinh bột. Tinh dầu quế hoạt động như chất hóa dẻo, giảm khoảng cách giữa các chuỗi polymer. Tuy nhiên, hàm lượng CEO trên 3% gây ra hiện tượng kết tụ, làm giảm độ bền. Độ giãn dài giảm do cấu trúc màng trở nên cứng hơn. Kết quả phù hợp với nghiên cứu Hosseini et al. (2009) trên màng chitosan.

2.2. Thay đổi khả năng hấp thụ nước

CEO làm giảm khả năng hấp thụ nước do tính kỵ nước của cinnamaldehyde ngăn cản sự thâm nhập của phân tử nước. Độ ẩm màng giảm từ 12% (đối chứng) xuống 8-10% khi bổ sung 2% CEO. Sự thay đổi này quan trọng cho ứng dụng bảo quản thực phẩm tươi sống. Kết quả tương đương với nghiên cứu của Phan The et al. (2020) trên màng tinh bột sắn.

III. Phương pháp khảo sát và tối ưu hóa màng

Nghiên cứu sử dụng phương pháp trộn nóng chảy (melt blending) để kết hợp CEO với dung dịch agar-tinh bột. Quá trình khảo sát bao gồm đo độ bền kéo (ASTM D882), phân tích độ ẩm (gravimetric), khả năng hòa tan (ISO 6427) và kháng khuẩn (disk diffusion). Kết quả được xử lý bằng phần mềm thống kê để xác định nồng độ tối ưu. Mẫu đối chứng không chứa CEO được so sánh với các mẫu có nồng độ 1%, 2%, 3% CEO. Phương pháp này đảm bảo độ chính xác và khả năng tái lập.

3.1. Quy trình tạo màng

Dung dịch agar 1,5% và tinh bột sắn 1% được trộn theo tỷ lệ 7:3, gia nhiệt đến 80°C. CEO được thêm vào với nồng độ 1-3% và khuấy đều 30 phút. Hỗn hợp được đổ vào khuôn, sấy khô ở 50°C trong 24 giờ. Độ dày màng kiểm soát ở 0,15±0,02 mm. Quy trình này đảm bảo phân tán đều tinh dầu trong nền polymer.

3.2. Phương pháp đánh giá tính chất

Độ bền kéo đo bằng máy Instron 5565 theo tiêu chuẩn ASTM D882. Độ ẩm xác định bằng phương pháp sấy khô đến khối lượng không đổi. Khả năng hòa tan đo sau 24 giờ ngâm trong nước ở 25°C. Kháng khuẩn đánh giá bằng phương pháp đĩa thạch chống lại E. coli và S. aureus. Phổ FTIR xác định tương tác hóa học giữa CEO và nền polymer.

IV. Kết luận ứng dụng màng agar tinh bột CEO

Kết quả nghiên cứu chứng minh CEO cải thiện đáng kể tính chất màng agar-tinh bột: tăng độ bền kéo 30-40%, giảm độ ẩm 15-20%, hạn chế khả năng hòa tan. Khả năng kháng khuẩn và chống oxy hóa cũng được nâng cao. Nồng độ tối ưu là 2% CEO mang lại sự cân bằng giữa tính chất cơ học và chức năng. Màng này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong bảo quản thực phẩm, đặc biệt là trái cây tươi và thực phẩm dễ hư hỏng.

4.1. Đánh giá hiệu quả tổng thể

Màng agar-tinh bột bổ sung 2% CEO đạt độ bền kéo 18,5 MPa, độ giãn dài 15%, độ ẩm 9,2%. Khả năng kháng E. coli đạt 92%, S. aureus đạt 88%. Độ hòa tan giảm 40% so với mẫu đối chứng. Kết quả này vượt trội so với nghiên cứu tương tự trên màng chitosan. Màng cũng thể hiện khả năng chống oxy hóa 75% sau 30 ngày bảo quản.

4.2. Triển vọng ứng dụng thực tế

Màng có thể ứng dụng làm lớp phủ bảo quản cho chuối, giúp kéo dài thời gian chín từ 5-7 ngày. CEO an toàn cho sức khỏe, được FDA chấp thuận. Chi phí sản xuất thấp do sử dụng nguyên liệu sinh học. Công nghệ này thân thiện môi trường, phù hợp xu hướng bao gói xanh. Cần nghiên cứu thêm về khả năng phân hủy sinh học trong môi trường tự nhiên.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Trong những năm gần đây, màng bao hoạt tính nhận được nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu và ngành công nghiệp như một sự thay thế cho bao bì thực phẩm do những tác động tích cực của chúng tới môi trường. Các polyme tự nhiên có thể là một nguồn thay thế để phát triển bao bì do khả năng phân hủy sinh học của chúng (Shreaz S, Sheikh RA, Bhatia R, Hashmi AA, Manzoor N, Khan LA. Trong số các polyme tự nhiên, tinh bột được coi là một trong những vật liệu được sử dụng để nghiên cứu màng bao thực phẩm nhiều nhất bởi giá thành rẻ, dễ mua và đặc tính nhựa dẻo của nó (Mali et al. Agar có khả năng tạo gel tốt ở nồng độ thấp, trong công nghiệp thực phẩm, thường được dùng để làm vật liệu tạo gel cho màng, lớp phủ,.Có nhiều nghiên cứu về việc thêm agar vào màng protein để cải thiện độ bền thủng và khả năng thấm ẩm (Letendre et al.

Cho đến nay, không có nhiều báo cáo về ảnh hưởng của agar với màng tinh bột cũng như bổ sung tinh dầu quế vào màng agar-tinh bột. Tinh dầu quế được biết đến với khả năng kỵ nước và kháng khuẩn tuyệt vời, đồng thời tinh dầu còn có nhiều tác dụng như giúp thư giãn đầu óc, cải thiện stress,.Vì vậy, để khảo sát những tác động của tinh dầu quế đến tính chất màng agar-tinh bột, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu : “Khảo sát ảnh hưởng của tinh dầu quế đến một số tính chất màng agar-tinh bột” nhằm thể hiện được sự thay đổi của màng tinh bột sau khi kết hợp với agar và tinh dầu quế. Mục tiêu nghiên cứu Để tìm hiểu về sự ảnh hưởng của tinh dầu quế như thế nào đối với các tính chất của màng bao thực phẩm trên nền agar-tinh bột và khả năng kháng khuẩn với kháng mốc khi bổ sung tinh dầu vào màng, chúng tôi đã tiến hành các thí nghiệm khảo sát và so sánh tính chất của màng trước và sau khi bổ sung tinh dầu quế. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: tinh bột, agar, tinh dầu quế - Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu này được thực hiện với quy mô phòng thí nghiệm 1 1.

Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu về việc tao màng agar-tinh bột bổ sung tinh dầu quế, khảo sát khả năng hòa tan, độ giãn dài khi đứt, độ ẩm, tính bán thấm, độ truyền quang, phổ hồng ngoại FTIR, khả năng chống oxy hóa của màng Nghiên cứu về ảnh hưởng của hàm lượng tinh dầu quế lên màng, tăng khả năng kháng khuẩn và kháng mốc 1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Nghiên cứu khả năng tạo màng agar-tinh bột - Nâng cao giá trị và mở rộng phạm vi ứng dụng của tinh dầu quế - Đặt nền tảng cho phương pháp tạo màng từ tinh bột và agar kết hợp với tinh dầu quế - Tạo ra màng bao hoạt tính từ nguyên liệu mới thân thiện với môi trường 2 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN 2. Tồng quan màng bao hoạt tính Màng bao hoạt tính được sử dụng nhằm mục đích giúp cho thực phẩm bảo quản được lâu, tránh khỏi những tác động xung quanh và tác động từ môi trường. Chất lượng của các loại sản phẩm thực phẩm như trái cây, rau củ, thịt, cá được cải thiện tránh khỏi những biến đổi mất độ ẩm, phản ứng của các enzyme, hiện tượng hóa nâu, oxy hóa chất béo, tạo mùi khó chịu từ những tác động vật lý, hóa học và các loại vi khuẩn và nấm gây nên.

Trong những năm qua các nhà nghiên cứu đã tiến hành rất nhiều cuộc thí nghiệm để cải thiện và cho ra nhiều ý tưởng áp dụng lên màng và lớp phủ ăn được vào công nghiệp thực phẩm như một hệ thống đóng gói thay thế và cung cấp các sản phẩm thực phẩm chất lượng và an toàn cho người tiêu dùng. Trước đây màng và lớp phủ ăn được thường chỉ có một thành phần để tạo màng. Tuy nhiên vài năm trở lại đây có rất nhiều bài nghiên cứu đã triển khai kết hợp hai hay nhiều thành phần nguyên liệu làm màng có thể ăn được để tạo màng phức hợp với mục đích làm cho màng tổng thể có những đặc tính, tính chất vượt trội hơn so với với màng chỉ sử dụng một thành phần nguyên liệu. Màng bao hoạt tính nên có những đặc điểm như sau, theo (Pavlath, 2009).

- Giúp ổn định cấu trúc và giảm thiểu các thiệt hại vật lý trong quá trình xử lý, vận chuyển. - Không chứa các thành phần gây ngộ độc và dị ứng đối với người sử dụng. - Khả năng bám dính tốt trên bề mặt sản phẩm thực phẩm phẩm. - Duy trì tốt khả năng giữ ẩm của thực phẩm.

- Hạn chế tối đa những quá trình làm các giá trị dinh dưỡng thiết yếu trong thực phẩm. - Có khả năng kháng các loại vi sinh vật gây hại tới thực phẩm. - Quá trình sản xuất màng dễ dàng và mang lại hiệu quả về mặt kinh tế. Phân loại theo nguyên liệu màng ❖ Hydrocolloid 3 Polysaccharide được sử dụng cho màng bao gồm cellulose, dẫn xuất tinh bột, dẫn xuất pectin, chiết xuất rong biển và chitosan (Bourtoom, 2008) Polysaccharide tan tốt trong nước, khả năng ngăn cản hơi nước là không cao.

Mặc dù màng nền polysaccharide không có khả năng ngăn cản hơi nước tốt, nhưng các lớp phủ này được báo cáo rằng hoạt động như các tác nhân làm chậm mất độ ẩm từ sản phẩm thực phẩm. (Dehghani, 2018) ❖ Màng lipid Các hợp chất lipid được sử dụng làm lớp phủ bảo vệ bao gồm monoglyceride đã acetyl hóa, sáp tự nhiên. Các loại lipid hiệu quả nhất là parafin và sáp ong. Chức năng chính của lớp phủ lipid là ngăn chặn sự vận chuyển hơi ẩm vì độ phân cực của chúng tương đối thấp.

Tính kỵ nước của lipid làm cho màng dày hơn, giòn hơn, do đó chúng phải được kết hợp với các chất tạo màng như protein hoặc các dẫn xuất của cellulose. Màng lipid thường liên kết với chất nền như polysaccharid để tạo độ bền cơ học. (Dehghani, 2018) ❖ Màng protein Màng prtein có rất nhiều loại khác nhau như ngô,sữa, gellatin, lúa mì và collagen đã được sử dụng khá rộng rãi. Ở trạng thái tự nhiên, protein thường tồn tại dưới dạng protein dạng sợi (không hòa tan trong nước) hoặc protein hình cầu (hòa tan trong nước hoặc dung dịch axit, bazơ hoặc muối).

Protein được giữ chặt với nhau bằng các liên kết hydro để tạo thành sợi. Các protein hình cầu gấp lại thành các cấu trúc hình cầu phức tạp thông qua các liên kết hydro, ion,…. Các đặc tính hóa lý của protein này phụ thuộc vào số lượng gốc axit amin và vị trí sắp xếp của chúng ở trên chuỗi polymer protein. Tính chất màng của một số protein hình cầu, bao gồm gluten lúa mì, zein, protein đậu nành và whey protein, đã được nghiên cứu.

(Dehghani et al.2 Các nguyên liệu sản xuất ❖ Polysaccharide Polysaccharides không gây ảnh hưởng xấu cho sức khỏe và con người có thể tiêu thụ được, chúng có nhiều trong tự nhiên. Khi các monosaccharide và disaccharide được trùng hợp. Chúng liên kết với nhau theo một cấu trúc cụ thể bằng các liên kết glycoside tạo thành polysaccharide. Trong polysaccharide có mặt các nhóm hydroxyl tự do và sẽ tạo liên kết hydro với các chất được thêm vào.

Màng nền polysaccharide tạo một rào cản oxy, giữ lại mùi hương 4 tốt,. Tuy nhiên màng nền polysaccharide ưa nước nên tính toàn vẹn của bao bì sẽ giảm trong môi trường có độ ẩm cao nhưng ở loại màng nền polysaccharide có thể được cải thiện bằng cách thêm một số chất ưa béo như là sáp hay dầu,.và có thể bổ sung thêm các hoạt chất chống vi sinh vật và hoạt chất chống oxy hóa vào vật liệu đóng gói giúp làm giảm quá trình nhanh chín hay hư hỏng của sản phẩm thực phẩm và tăng thời gian sử dụng. Polysaccharide có thể được chia thành nhiều loại dựa vào nguồn gốc từ động vật, thực vật và vi sinh vật. ❖ Protein Protein đã và đang được nghiên cứu phổ biến để chế tạo ra màng sinh học liên qua đến các tinh chất của nó sau quá trình xử lý và biến tính.

Biến tính protein bằng cách xử lý nhiệt, thay đổi pH hoặc sử dụng dung môi. Các phân tử tương tác với nhau giữa các chuỗi peptide kéo dài, tiếp theo là sự hình thành các ma trận màng protein. Sự hình thành các màng nền protein chủ yếu phụ thuộc vào chuỗi protein, cách xử lý biến tính cũng như các điều kiện chế tạo. Mà theo các báo cáo đặc tính cơ học cũng như quang học từ màng nền protein là rất tốt.

Các màng dựa trên nền protein này cũng có khả năng chống lại sự vận chuyển mùi hương, CO2, oxi và lipid. Tuy nhiên màng làm từ protein có tính ưa nước, khả năng cản nước kém đến trung bình vì đặc tính ưa nước này nên màng nên protein sẽ giảm tính toàn vẹn khi ở điều kiện độ ẩm cao. Màng ăn được làm từ protein cũng có khả năng chống lại vi sinh vật và chống oxy hóa (Lokesh Kumar, 2021). ❖ Lipid Các màng nền lipid rất dễ vỡ, thiếu tính kết dính do lipid không có khả năng tạo polymer.

Lipid thiếu liên kết cộng hóa trị và không tạo thành các chuỗi dài vì chúng ko có đơn vị lặp lại .Chúng có bản chất là kị nước vì vậy chúng có đặc tính ngăn nước tuyệt vời, tuy nhiên tính cản khí kém hơn so với màng nền polysaccharide và màng nền protein. Lipid không phân cực vì vậy chúng có thể được kết hợp với các màng phức hợp để cải thiện hàng rào độ ẩm tổng thể. Ngoài ra chất béo cũng có bề mặt nhẵn và mùi vị đặc trưng riêng vì thế các loại chất béo từ nhựa gỗ, nhựa terpene, nhựa shellac được ứng dụng để mang lại vẻ bề ngoài bóng bẩy và hấp dẫn, tăng giá trị bên ngoài cho các sản phẩm thực phẩm. Trong số tất cả các bao bì làm từ nền lipid thì màng sáp cho thấy các đặc tính chống ẩm tốt nhất.

Sáp là một chuỗi dài của rượu và este và có thể được chiết xuất từ động thực vật. Do tính không ưa nước của chúng 5 nên lipid khi sử dụng vào màng nền tinh bột hay protein có thể làm giảm tính thấm hơi nước cho các loại thực phẩm. ❖ Màng hỗn hợp Màng hỗn hợp là màng khi chúng ta kết hợp hơn 1 hay nhiều thành phần kể trên. Sự kết hợp này nhằm mục đích có thể lợi dụng và khai thác cải thiện được các đặc tính không có của màng khi chỉ dùng 1 nguyên liệu.

Màng tổng thể sẽ cho nhiều tính chất vượt trội hơn so với màng chỉ có 1 vật liệu.