I. Tổng quan về màng sericin kết hợp D glucose trong thực phẩm
Sericin là protein thiên nhiên chiết xuất từ kén tằm. Protein này chiếm khoảng 25–30% khối lượng kén. Sericin có cấu trúc vô định hình, dễ hòa tan trong nước nóng và chứa nhiều nhóm chức hydroxyl, carboxyl và amine. Những nhóm chức này tạo điều kiện thuận lợi để hình thành liên kết ngang với D-glucose thông qua phản ứng Maillard. Màng sericin kết hợp D-glucose được nghiên cứu tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Thực phẩm năm 2024. Nghiên cứu do TS. Phạm Khánh Dung hướng dẫn và thực hiện bởi sinh viên Trần Lê Đông Nghi và Nguyễn Vũ Đức Phát. Mục tiêu chính là khảo sát đặc điểm tính chất của màng sinh học này để ứng dụng bảo quản thực phẩm. Màng phân hủy sinh học từ sericin là giải pháp xanh, thay thế nhựa tổng hợp. Vật liệu này có khả năng phân hủy hoàn toàn trong môi trường tự nhiên. Nền tảng màng sử dụng carrageenan như chất hỗ trợ cấu trúc. Sự kết hợp giữa sericin, D-glucose và carrageenan tạo nên màng có tính chất cơ học và hàng rào tốt hơn so với màng sericin đơn thuần.
1.1. Nguồn gốc và thành phần hóa học của sericin từ kén tằm
Sericin được thu nhận từ vỏ kén tằm Bombyx mori. Quá trình trích ly thực hiện ở 100°C trong 30 phút sau khi ngâm kén đã cắt mỏng 1–2 mm trong nước cất 4 giờ. Sericin chứa hàm lượng cao các axit amin phân cực như serine, aspartate và glycine. Các nhóm hydroxyl dồi dào trên mạch polyme tạo khả năng liên kết hydrogen mạnh. Thành phần này quyết định tính ưa nước và khả năng tạo màng của protein.
1.2. Vai trò của D glucose và carrageenan trong hệ màng composite
D-glucose đóng vai trò tác nhân tạo liên kết ngang với sericin thông qua phản ứng Maillard. Phản ứng xảy ra giữa nhóm amine của protein và nhóm carbonyl của đường khử. Liên kết ngang này củng cố cấu trúc màng, tăng độ bền cơ học và giảm độ thấm hơi nước. Carrageenan là polysaccharide có nguồn gốc từ rong biển đỏ, được thêm vào hỗn hợp màng nhằm cải thiện tính linh hoạt và khả năng tạo gel của màng composite sericin–glucose.
II. Phân tích tính chất cơ lý và hàng rào của màng sericin glucose
Đặc điểm tính chất của màng sericin kết hợp D-glucose được đánh giá qua nhiều chỉ tiêu quan trọng. Các chỉ tiêu bao gồm độ ẩm, độ dày, tốc độ truyền hơi nước (WVTR), độ bền kéo và khả năng chịu đâm xuyên. Độ dày màng ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất hàng rào. Màng dày hơn thường có tốc độ truyền ẩm thấp hơn nhưng độ trong suốt giảm. Tỉ lệ sericin và D-glucose có tác động rõ rệt đến từng chỉ tiêu này. Thí nghiệm khảo sát ba tỉ lệ sericin/glucose: 1S:1G, 1,5S:1G và 2S:1G. Kết quả cho thấy tăng hàm lượng sericin cải thiện độ bền cơ học. Tuy nhiên, hàm lượng glucose thấp làm giảm mật độ liên kết ngang. Cân bằng tối ưu giữa hai thành phần quyết định chất lượng tổng thể của màng. Nghiên cứu cũng khảo sát hàm lượng carrageenan ở nhiều mức khác nhau. Carrageenan ảnh hưởng đến cấu trúc mạng lưới và tính đồng nhất của màng. Các thiết bị phân tích hiện đại được sử dụng tại phòng thí nghiệm bao gồm máy đo độ bền kéo, máy quang phổ UV-Vis UH5300 và máy FT-IR 4700.
2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng sericin đến tính chất cơ học của màng
Hàm lượng sericin tăng từ tỉ lệ 1S:1G lên 2S:1G cải thiện rõ rệt độ bền kéo và khả năng chịu đâm xuyên. Sericin là thành phần protein chính cung cấp mạng lưới polyme cho màng. Mật độ mạng lưới cao hơn làm tăng lực liên kết giữa các chuỗi phân tử. Tuy nhiên, hàm lượng sericin quá cao có thể làm màng trở nên giòn nếu không có đủ chất hóa dẻo. Kết quả thí nghiệm giúp xác định hàm lượng sericin tối ưu cho ứng dụng bảo quản thực phẩm.
2.2. Tốc độ truyền hơi nước và độ ẩm của màng sericin composite
Tốc độ truyền hơi nước (WVTR) là chỉ tiêu then chốt đánh giá hiệu quả bảo quản của màng. Màng có WVTR thấp bảo vệ thực phẩm khỏi mất ẩm và xâm nhập của độ ẩm bên ngoài tốt hơn. Liên kết ngang giữa sericin và D-glucose lấp đầy các khoảng trống trong mạng lưới polyme, giảm đường đi của phân tử nước. Độ ẩm cân bằng của màng cũng liên quan đến tỉ lệ sericin/glucose và ảnh hưởng đến tính ổn định trong quá trình bảo quản và vận chuyển thực phẩm.
III. Phương pháp chế tạo và tối ưu hóa màng sericin kết hợp D glucose
Quy trình chế tạo màng sericin–glucose bao gồm bốn thí nghiệm khảo sát chính. Thí nghiệm 1 xác định tỉ lệ carrageenan phù hợp cho quá trình tạo màng. Thí nghiệm 2 khảo sát hàm lượng sericin tối ưu. Thí nghiệm 3 xác định tỉ lệ sericin/glucose hiệu quả nhất. Thí nghiệm 4 đánh giá khả năng bảo quản thực tế trên táo và cà chua bi. Nguyên liệu sử dụng gồm dịch trích sericin, carrageenan, D-glucose và nước cất. Quá trình trích ly sericin từ kén tằm thực hiện theo quy trình của Sothornvit. Kén tằm được cắt mỏng 1–2 mm, ngâm nước cất 4 giờ rồi trích ly ở 100°C trong 30 phút. Dịch thu được lọc để tách sericin khỏi fibroin. Dịch sericin sau đó phối trộn với carrageenan và D-glucose theo tỉ lệ định trước. Hỗn hợp được đổ lên khuôn phẳng và sấy khô ở nhiệt độ kiểm soát để tạo màng. Màng thành phẩm được kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý và hàng rào trước khi ứng dụng thực tế.
3.1. Quy trình trích ly sericin và chuẩn bị dung dịch tạo màng
Vỏ kén tằm được làm sạch, loại bỏ tơ và nhộng bên trong trước khi cắt thành sợi 1–2 mm. Kích thước nhỏ giúp tăng diện tích tiếp xúc, nâng cao hiệu suất trích ly. Kén được ngâm trong nước cất 4 giờ ở nhiệt độ phòng rồi trích ly tại 100°C trong 30 phút. Dịch lọc thu được chứa sericin hòa tan. Fibroin không tan được loại bỏ qua bước lọc. Dịch sericin được bảo quản lạnh cho đến khi phối trộn với D-glucose và carrageenan để tạo màng.
3.2. Cơ chế hình thành liên kết ngang giữa sericin và D glucose
Phản ứng Maillard xảy ra giữa nhóm ε-amine của lysine trong sericin và nhóm aldehyde khử của D-glucose. Phản ứng tạo ra hợp chất Amadori và sau đó hình thành cầu nối cộng hóa trị giữa hai phân tử. Liên kết ngang này làm giảm tính hòa tan của protein trong nước, tăng độ bền nhiệt và cơ học. Mức độ liên kết ngang phụ thuộc vào tỉ lệ mol sericin/glucose, nhiệt độ và thời gian phản ứng. Kiểm soát các thông số này quyết định chất lượng cuối cùng của màng composite.
IV. Kết quả ứng dụng màng sericin glucose trong bảo quản thực phẩm
Màng sericin kết hợp D-glucose được thử nghiệm bảo quản hai loại thực phẩm tươi. Táo được bảo quản trong 12 giờ và cà chua bi được theo dõi trong 6 ngày. Kết quả đánh giá bao gồm sự thay đổi khối lượng, màu sắc, cấu trúc và trạng thái bề mặt theo thời gian. Màng tạo rào cản vật lý, hạn chế quá trình bay hơi ẩm và tiếp xúc oxy. Đây là hai yếu tố chính gây hư hỏng thực phẩm tươi. Màu sắc bề mặt được đo bằng máy Chroma Meter CR-400. Sự thay đổi màu sắc phản ánh quá trình oxi hóa và mất nước của sản phẩm. Màng sericin composite cho thấy tiềm năng ứng dụng thực tế rõ ràng. Vật liệu hoàn toàn có nguồn gốc tự nhiên, an toàn thực phẩm và phân hủy sinh học. Đây là ưu điểm vượt trội so với màng bọc thực phẩm từ nhựa tổng hợp. Kết quả nghiên cứu đóng góp cơ sở khoa học cho việc phát triển bao bì xanh trong ngành công nghiệp thực phẩm Việt Nam.
4.1. Hiệu quả bảo quản táo và cà chua bi bằng màng sericin composite
Thí nghiệm bảo quản táo trong 12 giờ và cà chua bi trong 6 ngày cho kết quả đáng khích lệ. Mẫu phủ màng sericin–glucose duy trì tốt hơn về độ cứng, màu sắc và khối lượng so với mẫu đối chứng không xử lý. Màng giảm tốc độ thoát ẩm và hạn chế tiếp xúc với oxy không khí. Hai tác động này làm chậm quá trình hô hấp và oxi hóa của trái cây sau thu hoạch. Kết quả khẳng định màng có khả năng kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm tươi.
4.2. Tiềm năng phát triển bao bì xanh từ sericin trong công nghiệp thực phẩm
Sericin là phụ phẩm của ngành tơ tằm, hiện nay thường bị loại bỏ trong quá trình ươm tơ. Tận dụng sericin để sản xuất màng bao gói thực phẩm mang lại giá trị kinh tế cao và giảm chất thải công nghiệp. Màng sericin–glucose phân hủy hoàn toàn trong môi trường, không để lại vi nhựa gây ô nhiễm. Định hướng nghiên cứu tiếp theo có thể mở rộng sang bảo quản hải sản, rau củ và thịt tươi, mở ra hướng đi bền vững cho ngành bao bì thực phẩm Việt Nam.
