Đồ án: Ảnh hưởng của mủ trôm biến tính và cinnamaldehyde đến màng hoạt tính

Khóa luận phân tích tính chất màng hoạt tính từ tinh bột, mủ trôm biến tính và cinnamaldehyde. Nghiên cứu tiềm năng ngành Công nghệ Thực phẩm.

• Tác giả: Trần Thị Mỹ Lành
• Người hướng dẫn: 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: Màng Hoạt Tính Từ Mủ Trôm, Tinh Bột Và Cinnamaldehyde - Ảnh Hưởng Của Việc Biến Tính Mủ Trôm Và Hàm Lượng Cinnamaldehyde Đến Các Tính Chất Của Màng Hoạt Tính Trên Nền Tinh Bột – Mủ Trôm
• Loại tài liệu: Khóa Luận Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Màng Hoạt Tính từ Mủ Trôm và Tinh Bột

Màng hoạt tính là một trong những công nghệ tiên tiến nhất trong bảo quản thực phẩm hiện đại. Với sự kết hợp giữa mủ trôm, tinh bột và cinnamaldehyde, những màng này có khả năng bảo vệ sản phẩm thực phẩm một cách hiệu quả. Mủ trôm là một polysaccharide tự nhiên có nguồn gốc từ tảo đỏ, được biết đến với tính chất keo dẻo và khả năng tạo thành màng bảo vệ. Tinh bột được sử dụng như một chất nền chính để tăng cường cấu trúc và độ bền của màng. Cinnamaldehyde là một hợp chất hóa học tự nhiên với đặc tính kháng khuẩn và chống oxy hóa mạnh mẽ. Sự phối hợp ba thành phần này tạo ra một sản phẩm có khả năng kéo dài thời hạn sử dụng của thực phẩm đồng thời đảm bảo an toàn và chất lượng sản phẩm.

1.1. Định nghĩa Màng Hoạt Tính

Màng hoạt tính là một lớp mỏng được tạo ra từ các polymer tự nhiên hoặc nhân tạo, có khả năng phóng thích các chất hoạt tính như chất chống oxy hóa, chất kháng khuẩn hoặc chất bảo quản. Loại màng này không chỉ bảo vệ thực phẩm khỏi các yếu tố bên ngoài mà còn giúp kéo dài thời hạn sử dụng mà không cần sử dụng quá nhiều chất bảo quản hóa học.

1.2. Ứng Dụng trong Công Nghệ Thực Phẩm

Trong công nghệ thực phẩm, màng hoạt tính từ mủ trôm được ứng dụng rộng rãi để bảo vệ các sản phẩm dễ hỏng như thịt, cá, sữa và các sản phẩm bột. Nhờ khả năng kháng vi khuẩn và chống oxy hóa của cinnamaldehyde, những màng này giúp giảm thiểu sự phát triển của mold và bacteria.

II. Thành Phần và Tính Chất Vật Lý của Mủ Trôm

Mủ trôm là một polysaccharide phức tạp được trích xuất từ tảo đỏ, chứa các nhóm hóa học đặc biệt như nhóm sulfate và pyruvate. Thành phần hóa học này giúp mủ trôm có khả năng tương tác mạnh mẽ với các chất khác và tạo thành các màng bền vững. Khi biến tính mủ trôm bằng thủy phân kiềm hoặc oxy hóa NaIO4, cấu trúc của nó thay đổi, tạo ra những tính chất mới và cải thiện khả năng tạo màng. Độ nhớt của dung dịch mủ trôm giảm đáng kể sau khi biến tính, giúp việc xử lý và tạo màng trở nên dễ dàng hơn. Ngoài ra, độ hút ẩm của bột mủ trôm cũng bị ảnh hưởng bởi quá trình biến tính, ảnh hưởng trực tiếp đến đặc tính bảo vệ ẩm của màng cuối cùng.

2.1. Quá Trình Thủy Phân Mủ Trôm

Thủy phân mủ trôm bằng kiềm là quá trình khử acetyl các nhóm axit acetyl trên chuỗi polysaccharide. Quá trình này giảm độ nhớt và cải thiện khả năng tan của mủ trôm, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tạo phim. Kết quả là một dung dịch mủ trôm thủy phân có tính chất lý-hóa học tốt hơn.

2.2. Oxy Hóa Mủ Trôm bằng NaIO4

Oxy hóa mủ trôm bằng NaIO4 là quá trình cắt mở vòng pyranose, tạo ra các nhóm aldehyde (CHO) trên chuỗi mủ trôm. Những nhóm aldehyde này có khả năng phản ứng với các chất khác, tạo ra các liên kết chéo giúp tăng cường độ cứng và khả năng kháng nước của màng.

III. Vai Trò của Cinnamaldehyde trong Màng Hoạt Tính

Cinnamaldehyde là một hợp chất hữu cơ tự nhiên được tìm thấy trong dầu từ quế, với công thức hóa học C₆H₅-CH=CH-CHO. Chất này được biết đến rộng rãi với những đặc tính kháng khuẩn và chống oxy hóa mạnh mẽ. Khi được thêm vào màng mủ trôm-tinh bột, cinnamaldehyde có thể phóng thích từng bước trong quá trình bảo quản, tạo một môi trường bất lợi cho sự phát triển của các microorganism gây hại. Hàm lượng cinnamaldehyde ảnh hưởng trực tiếp đến các tính chất cơ học của màng như ứng suất đâm xuyên, lực kéo giãn và độ cứng. Ngoài ra, cinnamaldehyde cũng cải thiện khả năng chống oxy hóa của màng, giúp bảo vệ các sản phẩm thực phẩm khỏi quá trình oxy hóa gây hư hỏng chất lượng.

3.1. Đặc Tính Kháng Khuẩn của Cinnamaldehyde

Cinnamaldehyde có khả năng kháng vi khuẩn bằng cách phá vỡ tường tế bào của vi khuẩn. Các nghiên cứu cho thấy cinnamaldehyde hiệu quả chống lại nhiều loại vi khuẩn gây bệnh như E. coli, Staphylococcus aureus và các loại nấm mốc phổ biến.

3.2. Khả Năng Chống Oxy Hóa

Chất này hoạt động như một chất chống oxy hóa bằng cách trung hòa các gốc tự do được tạo ra trong quá trình lưu trữ thực phẩm. Khả năng chống oxy hóa của cinnamaldehyde được đánh giá thông qua phương pháp DPPH, cho thấy hiệu quả bảo vệ rất cao khi thêm 5% cinnamaldehyde vào màng.

IV. Tính Chất Vật Lý Hóa Học của Màng Mủ Trôm Tinh Bột Cinnamaldehyde

Màng hoạt tính tạo từ mủ trôm biến tính, tinh bột và cinnamaldehyde có nhiều tính chất ưu việt. Khả năng kháng đâm xuyên và lực kéo giãn của màng thay đổi tùy theo loại mủ trôm được sử dụng (nguyên thủy, thủy phân, oxy hóa hay thủy phân-oxy hóa). Mẫu màng chứa mủ trôm oxy hóa cho thấy độ cứng cao nhất, trong khi mủ trôm thủy phân mang lại độ mềm dẻo tốt hơn. Độ ẩm, khả năng hấp thụ nước và khả năng hòa tan của màng đều bị ảnh hưởng bởi thành phần polysaccharide và lượng cinnamaldehyde. Khả năng thấm ẩm (water vapor transmission rate - WVTR) là một chỉ số quan trọng cho biết mức độ bảo vệ của màng đối với ẩm độ môi trường. Thêm vào đó, phổ hấp thụ UV-Vis cho thấy màng có độ truyền quang thích hợp, giúp bảo vệ sản phẩm khỏi ánh sáng trong khi vẫn cho phép quan sát sản phẩm bên trong.

4.1. Các Tính Chất Cơ Học của Màng

Ứng suất đâm xuyên (puncture strength) đo khả năng chống lại sự đâm xuyên của một vật sắc nhọn. Mẫu màng với mủ trôm oxy hóa thường có giá trị cao hơn, biểu thị độ bền tốt hơn. Lực kéo giãn cực đại (tensile strength) và độ giãn dài khi đứt (elongation at break) cho biết khả năng chịu đựng của màng khi bị kéo giãn.

4.2. Khả Năng Kháng Nấm Mốc và Vi Khuẩn

Khả năng kháng nấm mốc của màng được kiểm tra bằng cách chủng nấm trực tiếp lên bề mặt màng. Mẫu chứa cinnamaldehyde cho thấy sự ức chế rõ rệt về sự phát triển của mold. Khả năng kháng vi khuẩn được đánh giá thông qua các test với các loại vi khuẩn gram dương và gram âm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tồng quan màng bao hoạt tính 1. Giới thiệu chung Thuật ngữ "bao bì hoạt tính" được Labuza áp dụng lần đầu tiên vào năm 1987 và có thể được định nghĩa là bao bì thực hiện một số khả năng mong muốn khác ngoài việc bao gói thực phẩm (Labuza, T. Việc sử dụng các vật liệu và phương pháp đóng gói thích hợp để giảm thiểu hư hỏng thực phẩm, cung cấp các sản phẩm thực phẩm an toàn và lành mạnh luôn là trọng tâm của bao bì thực phẩm.

Thông thường, bao bì hoạt tính được sử dụng để ngăn ngừa mất độ ẩm trong quá trình lưu trữ và vận chuyển thực phẩm, ngày nay chúng đang được sử dụng nhiều để đảm bảo chất lượng cho thực phẩm, kìm hãm sự phát triển của vi sinh vật gây hư hỏng thực phẩm và tăng hạn sử dụng của sản phẩm, đặc biệt là hạn chế ô nhiễm môi trường (Hotchkiss, J. Ngoài ra, các màng bao này được kết hợp với các hợp chất chống oxy hóa và kháng khuẩn để ức chế sự hình thành màu sắc không mong muốn, oxy hóa lipid và hư hỏng vi sinh trong thực phẩm. Trong hầu hết các trường hợp, các thuật ngữ màng và lớp phủ được sử dụng thay thế cho nhau để chỉ ra rằng bề mặt của một thực phẩm được bao phủ bởi lớp vật liệu tương đối mỏng có thành phần nhất định. Lớp màng sẽ là lớp rào cản chống lại sự thoát hơi nước, giúp kiểm soát các hoạt động sinh lý và hóa sinh diễn ra bên trong thực phẩm, góp phần duy trì độ cứng của sản phẩm trong quá trình bảo quản (Sapper, M.

Hầu hết thực phẩm tiêu thụ đến trực tiếp từ thiên nhiên, ngoài việc có thể được sử dụng ngay sau khi thu hoạch từ nông trại thì để thực phẩm có thể đến tay của người tiêu dùng phải qua một loạt các bước xử lý, lưu trữ và vận chuyển tốn khá nhiều thời gian, sản phẩm bắt đầu mất nước, mất cảm quan, hương vị, giá trị dinh dưỡng và dẫn tới hư hỏng. Nếu không có sự bảo vệ đặc biệt nào, thiệt hại có thể xảy ra trong vài giờ hoặc vài ngày, ngay cả khi thiệt hại này không thể nhìn thấy ngay lập tức (Kester, J. Màng bao thực phẩm nên có các đặc điểm sau (Pavlath, A. , 2009): - Giúp ổn định cấu trúc và ngăn ngừa thiệt hại cơ học trong quá trình vận chuyển, xử lý và trưng bày - Không chứa các thành phần độc hại, dị ứng 1 - Có độ bám dính tốt trên bề mặt thực phẩm - Kiểm soát hàm lượng nước ở thực phẩm để duy trì độ ẩm mong muốn - Ngăn ngừa mất hoặc hấp thu các thành phần ổn định hương vị, dinh dưỡng và đặc điểm cảm quan của thực phẩm - Có thể chống mốc và vi khuẩn có hại - Duy trì hoặc tăng cường tính thẩm mỹ và các thuộc tính cảm quan (ngoại hình, mùi vị, v.) của sản phẩm - Dễ dàng sản xuất và có hiệu quả kinh tế - Thân thiện với môi trường 1.

Phân loại theo chức năng ❖ Bộ hấp thụ oxy (Oxygen Scavengers) Mức độ oxy cao trong bao gói thực phẩm có thể tạo điều kiện cho sự phát triển của vi sinh vật, sinh ra mùi hôi khó chịu, thay đổi màu sắc và thất thoát dinh dưỡng, do đó làm giảm đáng kể thời hạn sử dụng của thực phẩm. Vì vậy, việc kiểm soát mức độ oxy trong gói thực phẩm là quan trọng để hạn chế khả năng hư hỏng trong thực phẩm. Hệ thống hấp thụ oxy cung cấp một giải pháp thay thế cho việc đóng gói bằng khí và chân không, đồng thời cải thiện chất lượng và thời hạn sử dụng của sản phẩm. Hơn nữa, chúng có hiệu quả kinh tế trong việc giảm chi phí đóng gói và tăng lợi nhuận.

Bộ hấp thụ oxy không thích hợp cho thực phẩm lỏng, vì sự tiếp xúc trực tiếp của chất lỏng thường gây ra sự cố tràn các chất trong bộ hấp thụ oxy. Gói hấp thụ oxy được bán ở Hoa Kỳ được yêu cầu dán nhãn "Không ăn", vì lý do an toàn và các mục đích quản lý do Cục Thực phẩm và Dược phẩm yêu cầu. Mặc dù các gói có thể được bọc bởi các gói thứ cấp, tuy nhiên phương pháp này làm tăng phí đóng gói (Ozdemir, M. ❖ Những chất loại bỏ và những chất thải ra khí CO2 (Carbon Dioxyde Scavengers and Emitters ) Hàm lượng carbon dioxyde cao thường đóng một vai trò có lợi trong việc làm chậm sự phát triển của vi sinh vật trên bề mặt thịt, gia cầm và trong việc trì hoãn tốc độ hô hấp của trái cây và rau quả.

Carbon dioxyde dễ thấm qua nhiều màng bao hơn oxy nên được sử dụng cho bao bì thực phẩm, hầu hết carbon dioxyde bên trong gói thường thấm qua màng. Đối với các trường hợp bao bì có tính thấm cao đối với carbon dioxyde, hệ thống thải carbon dioxyde có thể 2 cần thiết để giảm tốc độ hô hấp và ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật. Việc sử dụng một hệ thống chức năng kép bao gồm một bộ lọc oxy và một bộ phát thải carbon dioxyde thường để tăng thời hạn sử dụng của thực phẩm dễ hư hỏng (Ozdemir, M. ❖ Bộ hấp thụ độ ẩm (Moisture Scavengers) Việc kiểm soát độ ẩm trong gói thực phẩm là rất quan trọng, ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật và ngăn ngừa sự hình thành màng sương.

Nếu bao bì có độ thấm hơi nước thấp, thì sự tích tụ nước bên trong bao bì càng rõ rệt. Sự hình thành nước bên trong gói thực phẩm thường xảy ra do sự hô hấp của sản phẩm tươi, sự dao động nhiệt độ trong các gói thực phẩm có độ ẩm tương đối cao. Sự tích tụ của nước thừa bên trong bao bì thúc đẩy vi khuẩn và nấm mốc phát triển, dẫn đến giảm chất lượng và giảm thời hạn sử dụng. Một cách hiệu quả để kiểm soát sự tích tụ nước dư thừa trong gói thực phẩm có lớp cản hơi nước cao phải sử dụng chất hút ẩm, chẳng hạn như silica gel, đất sét tự nhiên (ví dụ, montmorillonite), canxi clorua hoặc các chất hút ẩm khác.

Silica gel là chất hút ẩm được sử dụng rộng rãi nhất vì nó không độc hại và không ăn mòn (Ozdemir, M. ❖ Màng kháng khuẩn Từ thời tiền sử, con người đã phát triển các phương pháp để bảo quản thực phẩm của họ và ức chế sự phát triển của các loài vi sinh vật không mong muốn. Đóng hộp, thanh trùng, khử nước, đông lạnh, làm lạnh, sấy khô và lên men chính là các phương pháp bảo quản thực phẩm ngày nay. Khi kết hợp chất bảo quản hóa học với các kỹ thuật bảo quản thực phẩm này sẽ mang lại những lợi ích trong việc ngăn ngừa nhiễm vi sinh sau quá trình xử lý và đạt được tác dụng ức chế mạnh hơn đối với vi sinh vật.

Màng có chứa chất kháng khuẩn có giá trị lớn trong việc ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật bề mặt và tăng thời hạn sử dụng. Một màng bao nhiều lớp với đặc tính kháng khuẩn thường bao gồm bốn lớp, bao gồm cả lớp bên ngoài, lớp rào cản, lớp matrix và lớp điều khiển (control layer). Một chất chống vi khuẩn được nhúng vào lớp nền. Sự giải phóng của nó từ lớp nền (matrix) đến bề mặt thực phẩm được điều khiển bởi lớp điều khiển ngay bên cạnh lớp matrix.

Trong số các vấn đề gặp phải trong màng kháng khuẩn là hoạt chất có thể làm mất một phần hoặc hoàn toàn tính kháng khuẩn của nó khi nó được đưa vào màng. Do đó, việc xử lý polymer hoặc tạo dẫn xuất của các hoạt chất trước để bổ sung chúng vào polymer là cần thiết để tăng khả năng tương thích giữa tác nhân hoạt động và polymer (Ozdemir, M. 3 ❖ Các loại bao bì hoạt tính khác Các bao bì hoạt tính khác dự kiến sẽ phát triển trong tương lai bao gồm màng giải phóng chất chống oxy hóa, màng chứa màu, hệ thống hấp thụ - điều tiết ánh sáng, màng chống mờ và chống dính, màng thấm khí - thoáng khí và màng có chứa chất chống côn trùng. Ví dụ, màng kết hợp chống oxy hóa có thể dùng để ngăn cản quá trình oxy hóa dầu mỡ dẫn đến ôi thiu.

Chúng cũng có thể được sử dụng để ngăn chặn sự hình thành mùi hôi và mùi vị khác trong thực phẩm. Han et al. đã chứng minh rằng màng nhựa có chứa chất chống oxy hóa có thể được sử dụng thành công để ngăn chặn quá trình oxy hóa của yến mạch đóng gói (Han, J. Phân loại theo nguyên liệu tạo màng ❖ Hydrocolloids Polysaccharide được sử dụng cho màng bao gồm cellulose, dẫn xuất tinh bột, dẫn xuất pectin, chiết xuất rong biển và chitosan (Bourtoom, T,, 2008).

Polysaccharide rất ưa nước, hiệu ứng ngăn cản độ ẩm của lớp phủ polysaccharide là không đáng kể. Mặc dù lớp phủ polysaccharitde có thể không cung cấp một hàng rào ngăn cản hơi nước tốt, có báo cáo rằng các lớp phủ này có thể hoạt động như các tác nhân làm chậm mất độ ẩm từ sản phẩm thực phẩm (Dehghani, S. ❖ Màng lipid Các hợp chất lipid được sử dụng làm lớp phủ bảo vệ bao gồm các monoglyceride acetylated, sáp tự nhiên. Các chất lipid hiệu quả nhất là sáp parafin và sáp ong.

Chức năng chủ yếu của lớp phủ lipid là ngăn chặn vận chuyển độ ẩm do độ phân cực tương đối thấp của chúng. Đặc tính kỵ nước của lipid sẽ hình thành màng dày hơn và giòn hơn, vậy nên chúng phải được liên kết với các tác nhân tạo màng chẳng hạn như protein hoặc dẫn xuất cellulose. Màng lipid thường được kết hợp với một chất nền như polysaccharide, để cung cấp độ bền cơ học (Dehghani, S. ❖ Màng protein Màng từ nhiều nguồn protein khác nhau, chẳng hạn như ngô, sữa, đậu nành, lúa mì và váng sữa, đã được sử dụng trong nhiều năm.

Ở trạng thái tự nhiên, protein thường tồn tại ở dạng protein sợi (không hòa tan trong nước) hoặc protein hình cầu (hòa tan trong nước hoặc dung dịch axit, bazơ hoặc muối). Protein dạng sợi liên kết chặt chẽ với nhau, thông qua liên kết hydro, 4 để tạo thành sợi. Các protein hình cầu gấp thành cấu trúc hình cầu phức tạp nhờ các liên kết hydro, liên kết ion, liên kết kỵ nước và liên kết cộng hóa trị (disulfide). Các tính chất hóa lý của các protein này phụ thuộc vào số lượng gốc acid amin và vị trí của chúng dọc theo chuỗi polymer protein.

Một số protein hình cầu, bao gồm gluten lúa mì, zein ngô, protein đậu nành và whey protein đã được nghiên cứu cho tính chất màng (Dehghani, S.