Luận văn thạc sĩ công nghệ thực phẩm tính chất màng chỉ thị ph và có khả năng viết điện hóa ứng dụng trong bao bì chỉ báo sự hư hỏng của thực phẩm

Luận văn thạc sĩ công nghệ thực phẩm nghiên cứu tính chất màng chỉ thị pH và ứng dụng điện hóa trong bao bì nhận biết sự hư hỏng thực phẩm.

• Tác giả: Hồ Mai Huyền Anh
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Vinh Tiến
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm
• Đề tài: Tính chất màng chỉ thị pH và có khả năng viết điện hóa: Ứng dụng trong bao bì chỉ báo sự hư hỏng của thực phẩm
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM TẠ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục tiêu của đề tài
• 1.3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Nội dung nghiên cứu
• 1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.6. Bố cục của báo cáo
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Tổng quan về bao bì chỉ thị pH
• 2.2. Tổng quan về vật liệu tạo bao bì thông minh
• 2.3. Tinh bột khoai mì (Tapioca starch)
• 2.4. Cơ chế thủy phân mủ trôm
• 2.5. Cấu trúc hóa học
• 2.6. Một số yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của anthocyanin
• 2.7. Tổng quan về ứng dụng điện hóa trên bao bì thông minh
• 3. CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Sơ đồ nghiên cứu
• 3.2. Phương pháp nghiên cứu
• 3.3. Chuẩn bị vật liệu
• 3.4. Dịch chiết anthocyanin từ bắp cải tím
• 3.5. Thủy phân mủ trôm
• 3.6. Phương pháp khảo sát chất màu chỉ thị
• 3.7. Xác định phổ hấp thụ và khả năng đổi màu theo pH của dịch chiết bắp cải tím
• 3.8. Xác định hàm lượng anthocyanin trong dịch chiết bắp cải tím theo phương pháp pH vi sai
• 3.9. Phương pháp phân tích ngoại quan màng (Màu sắc)
• 3.10. Phương pháp phân tích đặc tính vật lý màng
• 3.11. Khả năng truyền ẩm (Water vapor permeability)
• 3.12. Độ dày và tính cơ học
• 3.13. Các phương pháp phân tích đặc tính hóa học màng
• 3.14. Phổ hồng ngoại FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)
• 3.15. Khả năng chống oxy hóa
• 3.16. Ứng dụng theo dõi sự hư hỏng của sữa tươi và thịt heo tươi của màng hỗn hợp
• 3.17. Phương pháp xử lý thống kê
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 4.1. Khả năng đổi màu theo pH và phổ hấp thụ của dịch chiết anthocyanin từ bắp cải tím
• 4.2. Khảo sát các đặc tính của màng chỉ thị
• 4.2.1. Màu sắc ngoại quan ban đầu của màng
• 4.2.2. Khả năng thay đổi màu sắc của màng theo pH
• 4.3. Khả năng truyền quang
• 4.4. Độ bền kéo và độ giãn dài
• 4.5. Khả năng truyền ẩm (Water vapor permeability)
• 4.6. Độ ẩm, khả năng hòa tan
• 4.7. Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)
• 4.8. Khả năng chống oxy hóa
• 4.9. Ứng dụng theo dõi sự hư hỏng của thịt heo và sữa tươi của màng chỉ thị
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu và tính cấp thiết của đề tài

Luận Văn Thạc Sĩ này tập trung vào việc phát triển màng chỉ thị pH từ các vật liệu sinh học như polyvinyl alcohol (PVA), tinh bột sắn, và mủ trôm, kết hợp với dịch chiết anthocyanin từ bắp cải tím. Mục tiêu chính là tạo ra bao bì thông minh có khả năng nhận biết sự hư hỏng của thực phẩm thông qua sự thay đổi màu sắc. Bao bì thông minh đang trở thành xu hướng trong ngành công nghiệp thực phẩm, giúp người tiêu dùng dễ dàng nhận biết tình trạng thực phẩm mà không cần mở bao bì. Nghiên cứu này cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc sử dụng vật liệu sinh học thân thiện với môi trường, thay thế các vật liệu nhựa truyền thống.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu nhằm đạt được các mục tiêu cụ thể: (1) Tạo ra màng polymer sinh học từ PVA, tinh bột sắn, và mủ trôm với tỷ lệ phối trộn khác nhau. (2) Tích hợp dịch chiết anthocyanin để khảo sát khả năng đổi màu theo pH. (3) Đánh giá các tính chất vật lý và hóa học của màng, bao gồm độ bền cơ học, khả năng truyền ẩm, và khả năng chống tia UV. (4) Ứng dụng thực tế trong việc theo dõi sự hư hỏng của sữa tươi và thịt heo.

1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu này đóng góp vào sự phát triển của bao bì thông minh và thân thiện với môi trường, giúp giảm thiểu tác động của vật liệu nhựa truyền thống. Màng chỉ thị pH không chỉ cải thiện khả năng bảo quản thực phẩm mà còn cung cấp thông tin trực quan về tình trạng thực phẩm, phù hợp với nhu cầu ngày càng cao của ngành công nghiệp thực phẩm.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp khoa học để chế tạo và đánh giá màng chỉ thị pH. Polymer nền bao gồm PVA, tinh bột sắn, và mủ trôm được thủy phân và phối trộn với glycerol làm chất hóa dẻo. Dịch chiết anthocyanin từ bắp cải tím được trích ly và tích hợp vào màng. Các tính chất của màng được khảo sát thông qua các phương pháp đo lường độ bền cơ học, khả năng truyền ẩm, và khả năng đổi màu theo pH.

2.1. Chuẩn bị vật liệu

Polymer nền được hòa tan và phối trộn với tỷ lệ cố định, sau đó bổ sung glycerol và dịch chiết anthocyanin. Dung dịch được đổ màng trên đĩa Petri và sấy khô trong 24 giờ. Dịch chiết anthocyanin được trích ly từ bắp cải tím ở nhiệt độ 50°C trong 30 phút.

2.2. Khảo sát tính chất màng

Màng được thử nghiệm với các dung dịch đệm pH từ 2 đến 12 để đánh giá khả năng đổi màu. Các phương pháp đo lường được áp dụng để đánh giá độ bền kéo, khả năng truyền ẩm, và khả năng chống tia UV. Phương pháp viết điện hóa được sử dụng để tạo ra sự thay đổi màu sắc trên màng thông qua phản ứng điện phân.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy màng chỉ thị pH có khả năng đổi màu rõ rệt theo sự thay đổi pH. Ở pH thấp (2-3), màng chuyển sang màu đỏ, trong khi ở pH cao (8-12), màng chuyển sang màu vàng. Màng chứa tỷ lệ dịch chiết bắp cải tím cao nhất (F20E) cho thấy sự thay đổi màu sắc rõ rệt nhất. Khả năng truyền quang của màng giảm khi bổ sung anthocyanin, đồng thời khả năng chống tia UV được cải thiện đáng kể.

3.1. Khả năng đổi màu theo pH

Màng chuyển màu từ đỏ (pH 2-3) sang tím (pH 6-7) và vàng (pH 8-12) do sự thay đổi cấu trúc của anthocyanin. Màng F20E cho thấy sự thay đổi màu sắc rõ rệt nhất, phù hợp để ứng dụng trong bao bì thông minh.

3.2. Ứng dụng thực tế

Màng được sử dụng để theo dõi sự hư hỏng của sữa tươi và thịt heo. Sau 24 giờ bảo quản, màng đổi màu từ tím sang hồng đỏ đối với sữa, và từ tím sang vàng nâu đối với thịt heo, phản ánh sự thay đổi pH trong quá trình bảo quản.

IV. Kết luận

Nghiên cứu đã thành công trong việc phát triển màng chỉ thị pH từ các vật liệu sinh học, với khả năng đổi màu rõ rệt theo pH. Màng không chỉ cải thiện khả năng bảo quản thực phẩm mà còn cung cấp thông tin trực quan về tình trạng thực phẩm. Phương pháp viết điện hóa mở ra tiềm năng ứng dụng trong in nhãn thông minh và theo dõi sản phẩm. Nghiên cứu này đóng góp quan trọng vào sự phát triển của bao bì thông minh và thân thiện với môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh ngành công nghiệp thực phẩm ngày càng phát triển, việc bảo quản và theo dõi chất lượng thực phẩm đóng vai trò quan trọng nhằm giảm thiểu lãng phí và đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng. Theo ước tính, hàng năm có khoảng 1,3 tỷ tấn thực phẩm bị mất hoặc lãng phí trên toàn cầu, tương đương từ 1/4 đến 1/3 sản lượng ngũ cốc. Bao bì thông minh với khả năng chỉ thị pH đã trở thành giải pháp tiềm năng để giám sát sự hư hỏng của thực phẩm một cách trực quan và hiệu quả. Luận văn này tập trung nghiên cứu phát triển màng polymer sinh học có khả năng đổi màu theo pH, ứng dụng trong bao bì chỉ báo sự hư hỏng của thực phẩm, đặc biệt là sữa tươi và thịt heo.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là tạo ra màng polymer sinh học từ polyvinyl alcohol (PVA), tinh bột sắn và mủ trôm thủy phân, tích hợp dịch chiết anthocyanin từ bắp cải tím để khảo sát tính năng đổi màu theo pH và khả năng viết điện hóa trên màng. Nghiên cứu cũng đánh giá các đặc tính vật lý, hóa học của màng như độ bền cơ học, khả năng truyền ẩm, độ truyền quang và khả năng chống tia UV. Phạm vi nghiên cứu tập trung tại thành phố Hồ Chí Minh trong năm 2024, với ứng dụng thực tế trên các mẫu sữa tươi và thịt heo bảo quản ở nhiệt độ phòng.

Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ nằm ở việc phát triển vật liệu bao bì thân thiện môi trường, phân hủy sinh học mà còn góp phần nâng cao nhận thức người tiêu dùng về chất lượng thực phẩm thông qua bao bì thông minh. Đồng thời, nghiên cứu mở ra hướng ứng dụng công nghệ viết điện hóa xanh trên màng polymer, tạo tiền đề cho các giải pháp in nhãn thông minh trong ngành công nghiệp thực phẩm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về bao bì thông minh, vật liệu polymer sinh học và chỉ thị pH từ sắc tố tự nhiên. Hai khung lý thuyết chính được áp dụng gồm:

1. Lý thuyết về bao bì chỉ thị pH: Bao bì chỉ thị pH sử dụng các chất chỉ thị nhạy cảm với sự thay đổi pH để phản ánh trạng thái hư hỏng của thực phẩm thông qua sự biến đổi màu sắc. Anthocyanin từ bắp cải tím là sắc tố tự nhiên có khả năng đổi màu theo pH, từ đỏ ở pH thấp đến vàng ở pH cao, dựa trên sự chuyển đổi cấu trúc phân tử của cation flavylium, quinoidal base và chalcone.

2. Mô hình vật liệu polymer sinh học: Sử dụng polyvinyl alcohol (PVA), tinh bột sắn và mủ trôm thủy phân làm nền polymer. PVA có khả năng tạo màng tốt, phân hủy sinh học và chịu được môi trường ẩm. Tinh bột sắn cung cấp cấu trúc polysaccharide, trong khi mủ trôm thủy phân cải thiện tính cơ học và khả năng truyền ẩm của màng. Sự phối trộn các polymer này tạo thành màng composite có tính năng vật lý và hóa học ưu việt.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Anthocyanin: sắc tố tự nhiên nhạy cảm với pH, đóng vai trò chỉ thị màu.
• Viết điện hóa: kỹ thuật sử dụng dòng điện một chiều để tạo phản ứng điện phân trên màng, làm thay đổi pH cục bộ và màu sắc màng.
• Khả năng truyền ẩm (Water Vapor Permeability): chỉ số đo lượng hơi nước đi qua màng, ảnh hưởng đến bảo quản thực phẩm.
• Độ bền cơ học: khả năng chịu lực kéo và độ giãn dài của màng, đảm bảo tính ổn định khi sử dụng.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các mẫu màng polymer tổng hợp trong phòng thí nghiệm, kết hợp với dịch chiết anthocyanin từ bắp cải tím. Cỡ mẫu gồm nhiều loại màng với tỷ lệ phối trộn khác nhau giữa PVA, tinh bột sắn và mủ trôm thủy phân, cùng các nồng độ anthocyanin khác nhau.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Chuẩn bị vật liệu: PVA, tinh bột sắn và mủ trôm thủy phân được hòa tan và phối trộn theo tỷ lệ cố định. Dịch chiết anthocyanin được trích ly ở 50°C trong 30 phút. Glycerol được thêm làm chất hóa dẻo. Dung dịch tạo màng được đổ trên đĩa Petri và sấy khô 24 giờ.
• Đánh giá đặc tính màng:
  • Đổi màu theo pH được khảo sát bằng cách ngâm màng trong dung dịch đệm pH từ 2 đến 12.
  • Đo độ bền kéo và độ giãn dài bằng máy đo cơ học.
  • Khả năng truyền ẩm được xác định theo tiêu chuẩn đo lường hơi nước qua màng.
  • Độ truyền quang và khả năng chống tia UV được đo bằng máy quang phổ UV-Vis.
  • Viết điện hóa được thực hiện bằng cách sử dụng dòng điện một chiều để tạo phản ứng điện phân trên màng, quan sát sự thay đổi màu sắc.
• Ứng dụng thực tế: Màng được sử dụng để theo dõi sự hư hỏng của sữa tươi và thịt heo bảo quản ở nhiệt độ phòng, ghi nhận sự thay đổi màu sắc theo thời gian.
• Phân tích thống kê: Dữ liệu được xử lý bằng các phương pháp thống kê phù hợp để đánh giá độ tin cậy và ý nghĩa của kết quả.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng 6 tháng, từ chuẩn bị vật liệu, thực hiện thí nghiệm đến phân tích và báo cáo kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Khả năng đổi màu theo pH của màng:
   Màng polymer chứa anthocyanin từ bắp cải tím thể hiện sự thay đổi màu sắc rõ rệt theo pH. Ở pH 2-3, màng chuyển sang màu đỏ do sự hình thành cation flavylium. Ở pH trung tính 6-7, màng có màu tím đặc trưng của dạng quinoidal base. Khi pH tăng lên 8-12, màu sắc chuyển từ xanh lam sang vàng do cấu trúc anthocyanin mở ra thành chalcone. Mẫu màng F20E với tỷ lệ dịch chiết anthocyanin cao nhất cho thấy sự thay đổi màu sắc rõ nét nhất.

2. Đặc tính truyền quang và chống tia UV:
   Việc bổ sung anthocyanin làm giảm độ truyền sáng của màng từ 53,6% xuống còn 12,4% tại bước sóng 550 nm, đồng thời tăng khả năng chặn tia UV hiệu quả, giúp bảo vệ thực phẩm khỏi tác động của ánh sáng mặt trời.

3. Độ bền cơ học và khả năng truyền ẩm:
   Màng chứa tỷ lệ mủ trôm cao (SP30G) có độ bền kéo tăng hơn 20% so với màng không chứa mủ trôm, đồng thời khả năng truyền ẩm tăng khi tỷ lệ mủ trôm và glycerol tăng, do cấu trúc polymer chứa nhiều nhóm hydroxyl hơn.

4. Khả năng viết điện hóa:
   Màng polymer có thể đổi màu rõ rệt khi kích thích bằng dòng điện. Khi điện cực âm tiếp xúc, màng chuyển từ tím sang xanh; khi điện cực dương tiếp xúc, màng chuyển sang vàng. Việc bổ sung chất điện ly làm tăng tốc độ phản ứng điện phân, màu sắc viết điện hóa giữ ổn định và rõ nét sau 20 ngày. Màng có thể in thành các mẫu hoa văn dùng cho nhãn thông minh.

5. Ứng dụng theo dõi sự hư hỏng thực phẩm:

   • Sữa tươi: Sau 24 giờ bảo quản ở nhiệt độ phòng, màng đổi màu từ tím sang hồng đỏ, phản ánh sự thay đổi pH do lên men.
   • Thịt heo tươi: Sau 48 giờ, màng chuyển từ tím sang vàng nâu, biểu thị sự hư hỏng do pH tăng trong quá trình phân hủy.

Thảo luận kết quả

Sự thay đổi màu sắc của màng theo pH được giải thích bởi cấu trúc hóa học của anthocyanin, vốn nhạy cảm với môi trường axit và kiềm. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu trước đây về tính nhạy pH của anthocyanin trong bao bì thông minh. Việc bổ sung mủ trôm thủy phân không chỉ cải thiện độ bền cơ học mà còn tăng khả năng truyền ẩm, giúp màng phù hợp hơn với điều kiện bảo quản thực phẩm có độ ẩm cao.

Khả năng viết điện hóa trên màng polymer là điểm mới nổi bật, mở ra tiềm năng ứng dụng trong in nhãn thông minh, cung cấp thông tin bảo quản và truy xuất nguồn gốc sản phẩm một cách an toàn và thân thiện môi trường. Sự ổn định màu sắc sau 20 ngày cho thấy tính bền vững của công nghệ này.

Biểu đồ màu sắc theo pH và bảng so sánh độ bền kéo, khả năng truyền ẩm giữa các mẫu màng sẽ minh họa rõ nét các phát hiện trên, giúp người đọc dễ dàng hình dung sự khác biệt và hiệu quả của từng thành phần phối trộn.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển quy trình sản xuất màng chỉ thị pH quy mô công nghiệp

   • Tăng cường phối trộn PVA, tinh bột sắn và mủ trôm thủy phân với tỷ lệ tối ưu để đảm bảo tính đồng nhất và ổn định.
   • Mục tiêu: Đạt độ bền cơ học và khả năng đổi màu ổn định trong sản xuất hàng loạt.
   • Thời gian: 12-18 tháng.
   • Chủ thể thực hiện: Các doanh nghiệp công nghệ thực phẩm và viện nghiên cứu.

2. Ứng dụng công nghệ viết điện hóa trong in nhãn thông minh

   • Phát triển thiết bị viết điện hóa phù hợp với màng polymer để in thông tin bảo quản, ngày sản xuất.
   • Mục tiêu: Tăng tính minh bạch và truy xuất nguồn gốc sản phẩm.
   • Thời gian: 6-12 tháng.
   • Chủ thể thực hiện: Công ty công nghệ in ấn và bao bì.

3. Nâng cao tính ổn định màu sắc và khả năng chống oxy hóa của màng

   • Bổ sung các chất chống oxy hóa tự nhiên để kéo dài tuổi thọ màng và duy trì độ nhạy pH.
   • Mục tiêu: Tăng thời gian sử dụng màng trong điều kiện bảo quản thực tế.
   • Thời gian: 6 tháng.
   • Chủ thể thực hiện: Các phòng thí nghiệm nghiên cứu vật liệu sinh học.

4. Mở rộng ứng dụng theo dõi chất lượng thực phẩm đa dạng

   • Thử nghiệm màng trên các loại thực phẩm khác như hải sản, rau củ quả để đánh giá tính ứng dụng rộng rãi.
   • Mục tiêu: Đa dạng hóa sản phẩm và tăng khả năng thương mại hóa.
   • Thời gian: 12 tháng.
   • Chủ thể thực hiện: Các viện nghiên cứu và doanh nghiệp thực phẩm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ thực phẩm

   • Lợi ích: Nắm bắt kiến thức về vật liệu polymer sinh học, bao bì thông minh và ứng dụng chỉ thị pH.
   • Use case: Phát triển đề tài nghiên cứu mới hoặc cải tiến sản phẩm bao bì.

2. Doanh nghiệp sản xuất bao bì và thực phẩm

   • Lợi ích: Áp dụng công nghệ màng chỉ thị pH để nâng cao giá trị sản phẩm và bảo quản thực phẩm hiệu quả.
   • Use case: Sản xuất bao bì thông minh thân thiện môi trường, tăng tính cạnh tranh.

3. Cơ quan quản lý chất lượng và an toàn thực phẩm

   • Lợi ích: Tham khảo giải pháp giám sát chất lượng thực phẩm nhanh chóng, chính xác.
   • Use case: Xây dựng tiêu chuẩn và quy định về bao bì thông minh.

4. Nhà phát triển công nghệ in ấn và nhãn thông minh

   • Lợi ích: Khai thác công nghệ viết điện hóa trên màng polymer để tạo ra sản phẩm in xanh, an toàn.
   • Use case: Phát triển nhãn thông minh có khả năng thay đổi màu sắc theo điều kiện bảo quản.

Câu hỏi thường gặp

1. Màng chỉ thị pH này có thể sử dụng cho những loại thực phẩm nào?
   Màng đã được thử nghiệm thành công trên sữa tươi và thịt heo tươi, có thể áp dụng cho các loại thực phẩm dễ hư hỏng khác như hải sản, rau củ quả nhờ khả năng đổi màu theo pH phản ánh sự biến đổi chất lượng.

2. Khả năng phân hủy sinh học của màng như thế nào?
   Màng được làm từ PVA, tinh bột sắn và mủ trôm thủy phân đều là polymer sinh học có khả năng phân hủy hoàn toàn trong môi trường tự nhiên, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường so với bao bì nhựa truyền thống.

3. Viết điện hóa trên màng có an toàn cho thực phẩm không?
   Công nghệ viết điện hóa sử dụng dòng điện một chiều và anthocyanin tự nhiên, không dùng mực hóa học độc hại, đảm bảo an toàn cho thực phẩm và thân thiện với môi trường.

4. Màng có thể giữ màu sắc viết điện hóa trong bao lâu?
   Kết quả nghiên cứu cho thấy vùng màu sắc được tạo ra bằng viết điện hóa vẫn giữ nguyên và nhìn thấy rõ sau 20 ngày, phù hợp cho các ứng dụng nhãn thông minh có thời gian bảo quản trung bình.

5. Làm thế nào để cải thiện độ bền cơ học của màng?
   Bổ sung mủ trôm thủy phân vào màng giúp tăng độ bền kéo và độ giãn dài hơn 20% so với màng không chứa mủ trôm, đồng thời tăng khả năng truyền ẩm, giúp màng bền hơn trong điều kiện bảo quản thực phẩm.

Kết luận

• Đã phát triển thành công màng polymer sinh học chứa anthocyanin từ bắp cải tím với khả năng đổi màu theo pH rõ rệt, phù hợp cho bao bì thông minh.
• Màng có khả năng chống tia UV và độ bền cơ học được cải thiện nhờ bổ sung mủ trôm thủy phân và anthocyanin.
• Công nghệ viết điện hóa tích hợp trên màng mở ra tiềm năng ứng dụng trong in nhãn thông minh và đánh dấu sản phẩm.
• Ứng dụng thực tế trên sữa tươi và thịt heo cho thấy màng có thể theo dõi sự hư hỏng thông qua thay đổi màu sắc trong quá trình bảo quản.
• Nghiên cứu góp phần phát triển bao bì thân thiện môi trường, nâng cao chất lượng và an toàn thực phẩm trong ngành công nghiệp thực phẩm.

Next steps: Tiếp tục hoàn thiện quy trình sản xuất quy mô công nghiệp, mở rộng ứng dụng trên các loại thực phẩm khác và phát triển thiết bị viết điện hóa phù hợp.

Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm và bao bì thông minh nên hợp tác để ứng dụng và phát triển công nghệ màng chỉ thị pH này nhằm nâng cao giá trị sản phẩm và bảo vệ môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu Chương 4: Kết quả và bàn luận Chương 5: Kết luận Tài liệu tham khảo Phụ lục 4 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Tổng quan về bao bì chỉ thị pH Trong quá trình bảo quản, vận chuyển và bán hàng, thực phẩm sẽ bị hư hỏng do vi sinh vật, enzyme, nhiệt độ và các yếu tố khác làm giảm độ tươi của thực phẩm. Hàng năm, khoảng 1,3 tỷ tấn hoặc từ 1/4 đến 1/3 số ngũ cốc trên thế giới bị mất hoặc lãng phí trong chuỗi cung ứng thực phẩm. Vì vậy, người tiêu dùng quan tâm nhiều hơn đến chất lượng, an toàn thực phẩm và cần có được thông tin chính xác về chất lượng thực phẩm.

Cần cung cấp một phương pháp thuận tiện và theo thời gian thực để giám sát chất lượng và an toàn trong quá trình cung cấp thực phẩm, điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc tiêu chuẩn hóa của thị trường thực phẩm và bảo vệ quyền và lợi ích của người tiêu dùng (Food and Agriculture Organization of the United Nations. Bao bì thực phẩm đóng một vai trò rất quan trọng trong chuỗi cung ứng thực phẩm, có thể được sử dụng như một lớp bảo vệ để ngăn ngừa ô nhiễm thực phẩm và duy trì chất lượng thực phẩm. Tuy nhiên, hệ thống đóng gói truyền thống chỉ cách ly thực phẩm với môi trường bên ngoài và không thể cung cấp thông tin về độ tươi của thực phẩm cho người sản xuất, người bán và người tiêu dùng. Phương pháp hóa lý, đặc tính vi sinh vật và đánh giá cảm quan là các phương pháp thông thường để phát hiện độ tươi của thực phẩm.

Nhược điểm của các phương pháp trên là vận hành cồng kềnh, thời gian phát hiện dài, chi phí cao, phá hủy mẫu do tiền xử lý, v., gây khó khăn cho việc phát hiện nhanh chóng và làm mất độ tươi của thực phẩm (Ludwicka et al. Bao bì thông minh là công nghệ đóng gói mới tích hợp các chức năng thông minh với hệ thống đóng gói thông thường. Bao bì thông minh có thể cảm nhận, phát hiện và ghi lại những thay đổi bên ngoài hoặc bên trong của sản phẩm, đồng thời cung cấp thông tin về chất lượng và an toàn thực phẩm, từ đó mở rộng chức năng thông tin của bao bì. Bao bì thông minh đảm nhận các chức năng nhận biết, lưu trữ, truyền tải và phản hồi thông tin từ cung cấp nguyên liệu thô đến sản xuất sản phẩm, 5 đóng gói sản phẩm, phân phối hậu cần, bán hàng và xử lý chất thải bao bì trong quá trình chế biến thực phẩm(Sohail et al.

Chỉ báo độ tươi (Freshness Indicator - FI) là một phần không thể thiếu của bao bì thông minh, chủ yếu hai loại: thẻ chỉ thị (nhãn) và màng chỉ thị. Sự thay đổi màu sắc của FI do đặc tính dễ bay hơi của thực phẩm có thể phản ánh trực tiếp độ tươi của thực phẩm. Điều này dựa trên các loại khí dễ bay hơi không trung tính khác nhau như amin, hydro sunfua và carbon dioxide, có thể được tạo ra trừ thực phẩm trong quá trình hư hỏng. Các khí dễ bay hơi này tiếp xúc với các chất chỉ thị nhạy cảm với pH, như anthocyanin từ bắp cải tím, dẫn tới làm thay đổi màu sắc của các chất chỉ thị đó.

FI có thể cung cấp thông tin định tính hoặc bán định lượng về sự thay đổi chất lượng thực phẩm do thay đổi sinh lý hoặc sự phát triển của vi sinh vật mà không phá hủy bao bì thực phẩm và do đó có thể giúp người tiêu dùng đánh giá chất lượng thực phẩm một cách trực quan và khoa học. Mặc dù FI có những ưu điểm như vậy nhưng việc ứng dụng FI như một công nghệ đóng gói thông minh mới trong ngành thực phẩm vẫn còn hiếm (Ghaani et al. Mặc dù nhiều nghiên cứu về bao bì thực phẩm sử dụng alginate, chitosan và các polysaccharide khác đã được công bố nhưng có rất ít nghiên cứu về in trên màng polysaccharide, có lẽ là do yêu cầu cao về mực ăn được và nhu cầu về loại mực phù hợp lộ trình in ấn. Việc in trên bao bì thực phẩm có thể cung cấp thông tin quan trọng về thực phẩm, chẳng hạn như ngày sản xuất và tình trạng bảo quản thực phẩm.

Quy trình in truyền thống bao gồm việc phun mực lên bề mặt bao bì và độ ổn định của quá trình in phụ thuộc vào độ bám dính giữa mực và bề mặt nền. Vì vậy, việc phát triển các kỹ thuật mới để in trên màng polysaccharide là rất cần thiết. Quy trình viết điện hóa dựa trên sự thay đổi màu sắc đáp ứng độ pH của anthocyanin cung cấp phương pháp in xanh để trình bày thông tin cần thiết của sản phẩm, chẳng hạn như thông tin bảo quản và thành phần dinh dưỡng của thực phẩm một cách an toàn. Điều quan trọng là thông tin ghi trên màng vẫn được giữ nguyên trong toàn bộ quá trình, chứng tỏ tính ổn định của chữ viết điện hóa và tính đa chức năng của màng.

Tuy nhiên, theo hiểu 6 biết tốt nhất của chúng tôi, có rất ít nghiên cứu về in trên màng polyme sinh học (Caro et al. Tổng quan về vật liệu tạo bao bì thông minh Vì vấn đề quá tải rác thải nhựa nên ngày nay những vật liệu có nguồn gốc từ tự nhiên được cân nhắc sử dụng hơn, thường là từ ba nguồn gốc sau: protein, polysaccharide, lipid. Màng protein rào cản tốt đối với O2, CO2, chất thơm và lipid giúp ngăn chặn sự hư hỏng của thực phẩm nhưng tính thấm hơi nước cao (Water Vapor Permeability) (Janjarasskul & Krochta, 2010). Các vật liệu bản chất là lipid được sử dụng chính là làm lớp phủ cho bao bì, giúp cải thiện tính chất rào cản chống lại hơi nước do bản chất kỵ nước của nó, cải thiện độ bóng bề mặt của vật liệu polymer.

Tuy nhiên, lớp phủ dễ ôi thiu và không tạo độ cố kết cho màng, bề mặt nhờn (Popović et al. Do đó, trong nghiên cứu này chủ yếu sử dụng vật liệu có nguồn từ polysaccharide. Các vật liệu polysaccharide thường gặp là tinh bột, các dẫn xuất của cellulose, chitosan, alginate, pectin, carrageenan… Màng được hình thành bằng cách phá vỡ sự tương tác giữa các đoạn polymer chuỗi dài trong quá trình tụ giọt và hình thành liên kết hydro liên phân tử khi bay hơi dung môi tạo ra mạng lưới màng (Janjarasskul & Krochta, 2010). Vì vậy, các liên kết hydro đóng vai trò quan trọng trong sự tạo thành và đặc tính của màng.

Màng thể hiện tính cản khí, lipid hiệu quả, tính cơ học tốt nhưng khả năng ngăn cản hơi nước kém do số lượng lớn các nhóm hydroxyl và các thành phần ưa nước khác có trong cấu trúc của chúng (Popović et al. Nhưng nhìn chung, polysaccharide là vật liệu đem lại những đặc tính chức năng cần có của bao bì. Để cải thiện một số nhược điểm về tính chất vật lý khi sử dụng đơn lẻ một loại vật liệu, bao bì tổng hợp được phát triển. Bằng cách kết hợp hai hoặc ba thành phần tạo màng sinh học (cùng hoặc khác nguồn) bên cạnh việc bổ sung chất màu chiết xuất từ tự nhiên, một số tính chất của màng được tăng cường.

Chẳng hạn như màng biopolymer kết hợp protein và một loại polysaccharide làm tăng khả năng cản khí ở độ ẩm tương đối (RH) thấp, hay khi 7 polysaccharide hoặc protein kết hợp với lipid kị nước, sản phẩm màng có tác dụng chống lại sự di chuyển của độ ẩm cao hơn màng làm từ một vật liệu đơn lẻ (Janjarasskul & Krochta, 2010). Như trong nghiên cứu của (Siripatrawan & Vitchayakitti, 2016a) về sự ảnh hưởng của nồng độ chitosan bổ sung đến tính chất cơ học và rào cản của màng làm từ tinh bột bắp. Kết quả chỉ ra rằng khi nồng độ chitosan trong dung dịch càng tăng, khả năng thấm hơi nước của màng thấp hơn đáng kể còn độ bền kéo tăng cao so với màng chỉ làm từ tinh bột bắp (đo ở điều kiện 75% RH). Chất tạo màu sắc tố tự nhiên thường được sử dụng làm chất phát triển màu trong các chất chỉ thị độ tươi của công thức màu tự nhiên, do nguồn rộng, an toàn, giàu sắc ký cao (từ đỏ cam đến tím) (Becerril et al.

Anthocyanin, carotenoids, chlorophyll, curcumin và betaine là những chất màu tự nhiên phổ biến (Bhargava et al. Tuy nhiên, các sắc tố tự nhiên này tương đối không ổn định nên thời gian bảo quản và thời gian sử dụng của các chỉ số đó tương đối ngắn (Sun et al. Ví dụ, anthocyanin dễ kết hợp với nhóm electron tự do hoặc oxy phản ứng do thiếu electron trong cấu trúc hóa học. Vì vậy, việc cải thiện tính ổn định của các sắc tố tự nhiên là một trong những trọng tâm trong các ứng dụng chỉ thị công thức tạo màu tự nhiên.

Với sự phát triển của các chất tạo màu tự nhiên, một số chất tạo màu tự nhiên được sử dụng trong màng ăn được chỉ thị độ tươi. Shukla, Kandeepan, Vishnuraj và Soni (2016) đã cố định anthocyanin từ hoa hồng và hoa bắp cải đỏ trên giấy lọc để chuẩn bị các chỉ số đo màu bao bì thông minh có thể phát hiện khí amoniac. Dựa trên cơ chế tương tự, một loại màng thông minh ăn được sử dụng bauhinia anthocyanin làm chỉ thị và chitosan làm chất nền tạo màng đã được điều chế, có thể đáp ứng với phạm vi pH 2. Zhang et al.

Một màng thông minh pectin sử dụng anthocyanin bắp cải tím làm chất chỉ thị cũng đã được chế tạo để theo dõi độ tươi của thịt gà, tôm và cá tuyết, vốn có độ nhạy cao với các amin khí (Dudnyk et al., 2018) Ngoài ra, các hợp chất polyphenol và các chất tự nhiên khác làm chất chỉ thị pH trong màng ăn được cũng có thể làm cho màng thông minh có nhiều ứng dụng đa 8 chức năng nhờ đặc tính chống oxy hóa và kháng khuẩn. Curcumin, Tara gum và polyvinyl Alcohol được sử dụng để chế tạo màng chỉ thị, không chỉ cho biết độ tươi của tôm mà còn kéo dài thời gian bảo quản của tôm nhờ khả năng chống oxy hóa (J. Liu et al. Màng chỉ thị đo màu dựa trên sự kết hợp của chiết xuất dâu tây đen vào κ-carrageenan được sử dụng để biểu thị độ tươi của sữa, có phạm vi cảm biến pH và khả năng chống oxy hóa rộng (J.

Liu et al., 2018) Thấy được tiềm năng cũng như khả năng ứng dụng của màng bao thông minh, trong nghiên cứu này chúng tôi quyết định phát triển loại màng có các tính chất vật lý được cải thiện cũng như tăng cường tính ứng dụng của màng khi được bổ sung các hợp chất sinh học.