CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu Mủ trôm hay Gum karaya(GK) là nhựa được chiết xuất từ thân và cành của cây Trôm có tên khoa học là Sterculia urens thuộc họ Sterculiaceae[1]. Sterculia urens thường được tìm thấy ở các vùng cận, nhiệt nhiệt đới và có nguồn gốc từ châu Á[2]. Ở nước ta, cây Trôm được trồng nhiều ở các vùng Ninh Thuận, Bình Thuận.
Cây Trôm có thể phát triển,sinh trưởng trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt như lượng mưa thấp, nhiệt độ trung bình cao[2]. Mủ trôm được khai thác và ứng dụng cho rất nhiều mục đích khác nhau. Tuy nhiên, do nhu cầu sử dụng ngày càng tăng đã dẫn đến sự khai thác quá mức nên cần có các các biện pháp để cân bằng giữa khai thác và bảo tồn. Mủ trôm là một polysaccharide tự nhiên được hình thành bởi quá trình gummosis của cây Trôm[2].
Mủ trôm được tiết ra từ những vết thương trên vỏ cây. Mủ trôm được khai thác từ những cây trôm tưởng thành và có rất nhiều phương pháp để khai thác. Một trong những phương thức phổ biến thường được dùng để khai thác mủ trôm là khoan lỗ. Người ta sẽ cạo sơ vỏ cây và vệ sinh vị trí sẽ khoan lỗ.
Sau đó, sẽ dùng các dụng cụ cần thiết để khoan, đục các lỗ có kích thước khác nhau trên thân cây. Mủ trôm sẽ chảy ra và dần khô lại khi tiếp xúc với không khí và được thu hoạch. Mủ trôm sau khi thu hoạch sẽ được đem đi phân loại, sấy khô, làm sạch và bảo quản. Mủ trôm nguyên chất thường có màu từ trắng đến nâu và tuỳ theo hình thức, cách khai thác, chế biến, bảo quản mà chúng sẽ có kích thước, màu sắc, hình dạng khác nhau.
Mủ trôm thường được phân loại theo màu sắc, phần trăm tạp chất,.Năng suất của mủ trôm sẽ thay đổi theo các đặc tính di truyền và điều kiện khí hậu, địa điểm, thời điểm thu hoạch,.Năng suất của một cây có thể thay đổi từ 0,5 đến 4,5 kg mỗi mùa. [2] Mủ trôm có nhiều tính chất, đặc tính độc đáo như như khả năng tạo gel, hấp thu, trương nở trong nước, độ nhớt cao, tạo màng và sự tương thích sinh học, không độc hại và là nguồn 4 nguyên liệu sẵn có trong tự nhiên, tiết kiệm chi phí nên chúng được dùng trong nhiều ngành công nghiệp và trong đời sống như thực phẩm, dược phẩm, y tế, mỹ phẩm, vật liệu,.1: Mủ trôm nguyên chất Hình 1.2: Mủ trôm sau khi ngâm nở trong nước 1. Thành phần hóa học Mủ trôm là một polysaccharide loại ramnoda-lacturonane có chuỗi dài của các monosaccharides như galactose, rhamnose và galacturonic acid và có cấu trúc phân nhánh. Mủ trôm được acetyl hóa một phần và thường được tìm thấy dưới dạng muối của Ca2+ và Mg2+.
Mủ trôm có khối lượng phân tử từ 9 đến 16. [3] 5 Mủ trôm là một polymer ưa nước và chứa khoảng 8% nhóm acetyl, 37–40% axit glucuronic và galacturonic, 55–60% galactose và rhamnoses. Mủ trôm chứa 1% protein, thấp hơn so với % protein ở các loại nhựa cây khác[3]. Tùy vào điều kiện sinh trưởng ở các vùng khác nhau có thể dẫn đến sự khác nhau, thay đổi về các thành phần hóa học của mủ trôm.
Cấu trúc mạch chính của mủ trôm chủ yếu được tạo thành từ các đơn vị acid a-D- galacturonic và -L-rhamnose liên kết với nhau thông qua liên kết 1-2 và 1-4. Thông qua liên kết 1-3 Chuỗi bên axit glucuronic β-D được gắn với phần axit galacturonic và chuỗi bên β-D-galactose liên kết với rhamnose thông qua liên kết 1-4 và liên kết với axit galacturonic thông qua liên kết 1-2.3: Cấu trúc mủ trôm[2] 1. Độ hòa tan Do sự tồn tại của các nhóm acetyl và các ion kim loại trong cấu trúc polymer nên mủ trôm chỉ trương nở mà không tan trong nước[5]. Mủ trôm có thể trương nở tới hơn 60 lần trong nước[6].
Trong nước lạnh độ hòa tan của mủ trôm chỉ khoảng 10% và tăng lên khoảng 30% trong nước nóng[6]. Để tăng khả năng hòa tan của mủ trôm người ta thường dùng các dung dịch kiềm như NaOH, KOH,. để deacetyl hóa nhằm loại bỏ các nhóm acetyl. Mủ trôm đã khử acetyl có thể hòa tan 90% trong nước[3].
Độ nhớt Độ nhớt của mủ trôm phụ thuộc vào độ phân tán của nó trong nước. Độ nhớt của mủ trôm đạt khoảng 0,12 – 0,40 Pa. Độ nhớt của GK cao hơn trong nước lạnh và thấp hơn khi đun nóng. Khi sử dụng các dung dịch kiềm có thể làm giảm độ nhớt của dung dịch mủ trôm.
Độ ổn định pH Mủ trôm có thể chống thủy phân trong môi trường acid nhờ vào sự hiện diện của acid uronic trong cấu trúc polymer[3]. Độ pH của mủ trôm nguyên chất có tính acid tự nhiên dao động trong khoảng từ 4,4 – 5,2. Khi tăng độ pH sẽ gây ra hiện tượng deacetyl hóa khử đi các nhóm acetyl trong cấu trúc của chúng. Độ ổn định nhiệt Nhiệt độ sẽ gây ảnh hưởng lên độ nhớt của mủ trôm.
Khi gia nhiệt độ nhớt của mủ trôm sẽ giảm do độ tan tăng. Tuy nhiên, trong điều kiện áp suất và nhiệt độ được kiểm soát, nồng độ mủ trôm lên đến 20% có thể được điều chế để tạo ra dung dịch có độ nhớt rất lớn. Độ ổn định sinh học Mủ trôm rất dễ bị ảnh hưởng bởi các vi khuẩn nên khi ứng dụng trong thực phẩm cần phải dùng chất bảo quản như benzoic, sorbic, methyl và propyl parahydroxybenzoate, propylene glycol để bảo quản. Ứng dụng Mủ trôm là một polymer tự nhiên, an toàn với con người, có nhiều lợi ích về mặt kinh tế, có nhiều ứng dụng trong rất nhiều ứng dụng của đời sống và công nghiệp.
Y tế Mủ trôm có rất nhiều ứng dụng trong y tế. Mủ trôm được dùng để vận chuyển thuốc, phát triển hệ thống phân phối thuốc FDDS, phát triển các hạt microsphere để phân phối thuốc tại các vị trí cụ thể, điều chế các viên nang, vi bao mang thuốc, sử dụng làm thuốc nhuận tràng, keo dán răng giả, băng vết thương, tổng hợp các hạt nano,. Thực phẩm Mủ trôm có ứng dụng rộng rãi trong thực phẩm,mủ trôm được dùng làm chất ổn định, chất bảo quản, chất làm đặc, chất nhũ hóa,.vì các đặc tính như độ nhớt cao, khả năng giữ nước cao và dễ dàng sử dụng. Khả năng giữ nước và hydrocoloidal cao giúp nó phù hợp để tăng thời hạn sử dụng và làm chậm quá trình hư hại của các sản phẩm bánh.
Các tính chất độc đáo của mủ trôm như huyền phù, độ nhớt cao và ổn định axit khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng trong việc ổn định nhũ tương có độ pH thấp như nước sốt và nước sốt[3]. Mủ trôm còn được dùng làm chất kết dính trong phô mai, món salad, món tráng miệng đông lạnh, trong xúc xích[3],.Ngoài ra việc bổ sung mủ trôm vào các sản phẩm bánh mì giúp kéo dài thời hạn sử dụng và làm chậm quá trình lão hóa[3]. Nó cũng làm giảm ảnh hưởng của sự thay đổi trong việc bổ sung nước và thời gian trộn. Để giảm tình trạng ôi thiu trong các sản phẩm bánh mì, người ta sử dụng 0,1 đến 0,9% GK kết hợp với 0,01 đến 0,02% alginate/carrageenan[3].
Các ngành công nghiệp khác Ngoài các ứng dụng trên, mủ trôm còn có thể được sử dụng như chất làm đặc cho thuốc nhuộm dùng trong in màu cho vải cotton, sử dụng làm chất tạo gel thay thế cho agar[3]. Trong sản xuất giấy, mủ trôm đã được khử acetyl làm cho các nhóm carboxyl và hydroxyl hoạt động mạnh hơn và cải thiện sự liên kết với các sợi xenlulo nên được dùng làm chất kết dính cho sợi xenlulozo trong sản xuất giấy[3]. Ngoài ra GK còn được dùng để xử lý các vấn đề ô nhiễm môi trường như làm các chất keo tụ, hydrogel để hấp thụ các kim loại nặng, thuốc nhuộm,. GK còn được sử dụng làm chất làm đặc cho thuốc nhuộm hay tổng hợp các sợi nano có khả năng phân hủy sinh học.
Hạn chế và thách thức Mặc dù có tiềm năng rất lớn và các ứng dụng đa dạng nhưng việc sử dụng, ứng dụng rộng rãi mủ trôm vẫn gặp phải nhiều hạn chế và thách thức nhất định. Độ hòa tan hạn chế: Như đã nói mủ trôm rất ít tan và hầu như chỉ trương nở chứ không hòa tan trong nước và điều này có thể gây cản trở việc sử dụng chúng trong một số ứng dụng nhất định đòi hỏi độ hòa tan hoàn toàn. Có rất nhiều nghiên cứu khác nhau đã được 8 thực hiện để cải thiện, tăng cường khả năng hòa tan của mủ trôm thông qua nhiều phương thức, biện pháp khác nhau, chẳng hạn như xử lý kiềm và tối ưu hóa các điều kiện hòa tan, nhưng việc đạt được độ hòa tan hoàn toàn vẫn là một thách thức.[5] Tính đồng nhất: Vì mủ trôm là một polymer sinh học tự nhiên nên chất lượng của mủ trôm có thể bị thay đổi đáng kể do các yếu tố như điều kiện khí hậu, địa lý, phương pháp chiết xuất, thu hoạch. Sự không đồng nhất này có thể gây ảnh hưởng đến các đặc tính, tính chất của mủ trôm như độ nhớt, độ tinh khiết và tính chất của chúng trong các ứng dụng khác nhau[8].
Nên việc đảm bảo làm sao cho mủ trôm có chất lượng đồng nhất và ổn định đã và luôn là một thử thách, thách thức to lớn đối với nhà sản xuất. Nguồn nguyên liệu: Mặc dù mủ trôm là một nguyên liệu từ tự nhiên nhưng vẫn khá hạn chế ở một số khu vực vì cây Trôm là một loài cây nhiệt đới và cận nhiệt. Các yếu tố như nạn phá rừng, biến đổi khí hậu, khai thác quá mức và canh tác không đúng cách có thể làm cạn kiệt và ảnh hưởng đến nguồn nguyên liệu thô[2] Ngoài ra, độ ổn định của mủ trôm còn bị ảnh hưởng từ nhiều yếu tố như độ ẩm, các vi sinh vật,nhiệt độ, độ pH,. và điều này cũng đặt ra nhiều thách thức cho việc bảo quản vận chuyển, ứng dụng,.
Định nghĩa Hình 1.4: EDTA - Ethylenediaminetetraacetic acid 9 EDTA hay Ethylenediaminetetraacetic acid là một acid hữu cơ mạnh có nhiều ứng dụng đa dạng trong các ngành công nghiệp khác nhau. EDTA được điều chế bới Ferdinand Münz vào những năm 30 của thế kỷ 20 với mục đích thay thế cho acid citric[9]. Và từ đó EDTA, HEEDTA(hydroxyethylethylenediaminetriaceticacid),DTPA(diethylenetriaminepentaacet ic acid) và muối của chúng trở thành một hóa chất chelating quan trọng, hợp chất thiết yếu trong nhiều lĩnh vực như y học, nông nghiệp, môi trường[10]. Tùy thuộc vào điều kiện môi trường EDTA có thể tồn tại ở nhiều dạng khác nhau.
EDTA có thể tồn tại ở dạng acid hay dạng muối diamine thay thế của kim loại như H4EDTA, EDTA-2Na, EDTA-4Na, EDTA-Ca2Na,,.Một số dạng tồn tại phổ biến của EDTA: Dạng acid của EDTA (H4EDTA): Đây là dạng không ion của EDTA là một acid đa chức.