Mở đầu Chương 2: Tổng quan Chương 3: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu Chương 4: Kết quả và bàn luận Chương 5: Kết luận và kiến nghị 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2. Tổng quan về màng thực phẩm ăn được 2. Khái niệm Màng bao thực phẩm được định nghĩa là lớp vật liệu mỏng có các hoạt tính sinh học được phủ trên bề mặt các loại sản phẩm thực phẩm, cụ thể là các loại trái cây, các loại màng này có khả năng thay thế cho lớp phủ sáp bảo vệ tự nhiên của chúng. Với mục đích bảo quản thực phẩm khỏi các tác nhân hóa học, cơ học, vi sinh, và hạn chế sự thất thoát giá trị dinh dưỡng, kéo dài thời gian sử dụng của chúng (Hoàng và cộng sự, 2022).
Nhờ các màng sinh học, sản phẩm sẽ được bảo quản bằng cách kiểm soát quá trình truyền ẩm, trao đổi khí và hô hấp của trái cây, ngăn cản nước, độ ẩm, O2, CO2, ethylene. Yêu cầu đặc biệt của lớp phủ không được ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm về mặt cảm quan, hay các trải nghiệm của người tiêu dùng trong thời gian sử dụng, màng bao không được chứa chất độc hại, các thành phần dễ gây dị ứng và không tiêu hóa (Hoàng và cộng sự, 2022). Phân loại Màng thực phẩm ăn được phân loại dựa trên các thành phần và nguyên liệu chính, bao gồm: màng polysaccharide, màng protein, màng lipid, màng composite (Galus & Kadzińska, 2015) Màng polysaccharide: ⁃ Thành phần: tinh bột, cellulose, alginate, chitosan,… ⁃ Ưu điểm: dễ tìm, giá thành rẻ, khả năng tạo màng tốt, khả năng chống thấm khí tốt. ⁃ Nhược điểm: khả năng chống thấm nước kém, khả năng chịu nhiệt kém.
⁃ Ứng dụng: bọc trái cây, rau, củ và quả. Màng protein: ⁃ Thành phần: gelatin, collagen,… ⁃ Ưu điểm: khả năng tạo màng tốt, khả năng chống thấm tốt, khả năng chịu nhiệt tốt. ⁃ Nhược điểm: giá thành cao, khả năng chống thấm khí kém ⁃ Ứng dụng: bọc thịt, cá, hải sản. Màng lipid: ⁃ Thành phần: sáp ong, dầu thực vật,… 4 ⁃ Ưu điểm: khả năng chống thấm nước tốt, khả năng chịu nhiệt tốt, khả năng tạo màng dẻo – dai.
⁃ Nhược điểm: khả năng tạo màng kém, giá thành cao. ⁃ Ứng dụng: bọc các loại thực phẩm có độ béo cao như thịt, phô mát,… Màng composite: ⁃ Thành phần: là sự kết hợp của hai hay nhiều thành phần từ các loại màng trên ⁃ Ưu điểm: sự kết hợp ưu điểm của các loại màng khác nhau, từ đó có thể ứng dụng cho nhiều loại thực phẩm đa dạng hơn. ⁃ Nhược điểm: giá thành cao cùng với quy trình sản xuất phức tạp, đòi hỏi phải có quá trình nghiên cứu và thử nghiệm. Ứng dụng: bọc được đa dạng các loại thực phẩm khác nhau.
Các phương pháp phủ màng Trái cây và rau quả là nguồn vitamin, khoáng chất, chất chống oxy hóa và nhiều các hợp chất sinh học có lợi, nhưng chúng lại rất dễ hư hỏng. Tuy nhiên, sự hư hỏng của thực phẩm có thể được kiểm soát bằng cách duy trì thành phần khí bên trong thông qua các lớp màng ăn được. Việc phủ lớp màng thực phẩm bằng cách nhúng hay phun lên bề mặt thực phẩm với mục đích kéo dài thời hạn sử dụng của nó bằng cách thay đổi tính thấm khí, thấm nước và duy trì các enzyme trong thực phẩm không bị phân hủy. Bởi sự đa dạng về kích thước và hình dạng của các loại trái cây nên lớp phủ sinh học được phun trực tiếp lên thực phẩm bằng nhiều phương pháp khác nhau như nhúng, phun tĩnh điện, hoặc quét, tầng sôi (Monteiro Fritz và cộng sự, 2019; Jose, 2020).
Trong đó phương pháp nhúng và phun được sử dụng phổ biến nhất do ưu điểm không yêu cầu phương pháp hiện đại về máy móc, công nghệ, thuận tiện, dễ dàng thực hiện. Với phương pháp nhúng, sản phẩm được nhúng ngập trong dung dịch trong khoảng thời gian cố định, sau đó được lấy ra và tiến hành làm khô. Độ dày, hình dáng, sự đồng nhất của lớp màng bao phụ thuộc vào nồng độ, độ nhớt của dung dịch tạo màng cũng như thời gian nhúng và phương pháp làm khô sau đó. Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là dung dịch ngâm cần được thay mới thường xuyên để giảm thiểu khả năng lây nhiễm chéo mầm bệnh, khi nguồn nguyên liệu có mầm bệnh từ đầu sẽ làm hư hết toàn bộ sản phẩm nhúng sau 5 đó, vì vậy cần một lượng dịch đủ lớn để thực hiện phương pháp này (Monteiro Fritz và cộng sự, 2019; Jose, 2020).
Phương pháp quét màng là một kỹ thuật được sử dụng trong lĩnh vực tạo lớp màng bảo vệ trên bề mặt thực phẩm. Phương pháp quét cũng tương tự như phương pháp nhúng, tuy nhiên dung dịch lúc này được quét đều lên bề mặt thực phẩm bằng các cách sử dụng cọ. Dịch màng cũng phải thay đổi thường xuyên vì tránh sự nhiễm chéo, tuy nhiên dịch màng cần chuẩn bị ít hơn, tiết kiệm hơn, nhưng thời gian thực hiện kéo dài. Phương pháp phun áp dưới suất cao phù hợp với dung dịch ít nhớt để có thể đi qua vòi phun hoặc đĩa quay lên bề mặt trái cây, tạo lớp màng mỏng, đồng nhất và tiết kiệm dung dịch.
Hiệu quả của phương pháp phụ thuộc vào độ nhớt, đặc tính bề mặt dung dịch, áp lực nén, và thiết kế đầu phun. Phương pháp này giảm nguy cơ nhiễm chéo giữa các mẻ sản xuất, nhưng khó khăn về chi phí lắp đặt và bảo trì hệ thống cao (Monteiro Fritz và cộng sự, 2019; Jose và cộng sự, 2020). Nguồn gốc Carboxymethyl cellulose (CMC) còn được gọi là cellulose gum là dẫn xuất anion, tan trong nước quan trọng nhất của cellulose. CMC là chế phẩm của dạng bột trắng thu được do tác dụng của Cacboxymethylnatri (-CH2-COONa) với các nhóm hydroxyl của nhóm cellulose, phân tử lượng 40.
CMC được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp thực phẩm như một chất ổn định và làm đặc (Msagati, 2012) và được ứng dụng trong các lĩnh vực khác như công nghệ giấy, công nghệ may, dược phẩm, kỹ thuật y sinh, công nghệ môi trường (Rahman, 2021). CMC ban đầu được nghiên cứu chủ yếu như một polymer hydrogel, tuy nhiên nhiều nghiên cứu đã cho rằng dạng khô của CMC có khả năng phân hủy sinh học, và được xem như là một chất thay thế các vật liệu bao bì đóng gói thực phẩm thông thường (Roy, 2012). CMC được tổng hợp lần đầu tiên vào năm 1918, phương pháp thông thường để tổng hợp CMC là quá trình alkyl hóa – ete hóa. Ở bước đầu tiên, dịch chiết cellulose đã được tinh chế trước sẽ được trộn với thuốc thử kiềm (ví dụ NaOH) trong bình phản ứng ở một thời gian cụ thể.
Một tác nhân ete hóa được thêm vào bình phản ứng ở bước tiếp theo như natri monoloroacetate hoặc các thuốc thử khác phù hợp để thực hiện quá trình ether hóa. Sau hai quá trình kiềm hóa và ete hóa, CMC thu được dưới 6 dạng huyền phù, qua nhiều công đoạn xử lý sau đó như lọc, ly tâm để loại bỏ tạp chất và cặn. CMC được tác dụng với acid yếu (chủ yếu sử dụng acid acetic), và được rửa bằng cồn hoặc aceton nhằm loại bỏ nước và muối , cuối cùng sấy khô thu được sản phẩm CMC dạng rắn (Rahman, 2021).1: Sự khác biệt cơ bản về cấu trúc giữa cellulose và carboxymethyl cellulose (CMC) (Rahman, 2021) 2. Thành phần hóa học Hình 2.2: Cấu trúc của carboxymethyl cellulose (Ninan, 2013) CMC là một polysaccharide tuyến tính của anhydro-glucose, các đơn vị lặp lại được liên kết với nhau bởi liên kết đặc trưng β-1,4-glycosid.
Ở mức độ phân tử, CMC có một số nhóm carboxymethyl anion (tức là –CH2COOH) trong cấu trúc, đó chính là sự khác biệt chính giữa CMC và cellulose. Đặc tính Đặc tính đặc biệt nhất của CMC phải kể đến là khả năng tạo gel. Gel được tao thành bởi CMC có tính trong suốt. Tuy nhiên, khả năng tạo gel của CMC phụ thuộc vào nhiều yếu tố: muối kim loại được sử dụng trong quá trình tạo liên kết, độ pH của dung dịch tạo gel, nhiệt độ của dung dịch tạo gel (Zhang, 2022).
Ngoài ra, CMC có khả năng tương thích sinh học cao, ít độc tính cùng với khả năng phân hủy sinh học tốt, thân thiện với môi trường. Vì thế, CMC đang là một trong những vật liệu tiềm năng trong lĩnh vực y tế và nông nghiệp (Li, 2020; Chen, 2020). Ứng dụng An và cộng sự (2020) đã chỉ ra các đặc tính lưu biến và hiệu suất làm đặc của CMC và CMHPC ( Carboxymethyl hydroxypropyl cellulose – một dẫn xuất của CMC) trong ngành công nghiệp thuốc nhuộm dựa trên các đặc tính về độ nhớt cao và khả năng tạo màng. CMC được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm bởi các đặc tính như không mùi, không vị, không calo, tạo dung dịch gel trong suốt,… nhờ vậy CMC được sử dụng rộng rãi.
Các ứng dụng của CMC phải kể đến như chất làm đặc, chất ổn định, lớp phủ cho thực phẩm, làm lớp màng sinh học cho thực phẩm (Rahman, 2021). Nguồn gốc Pectin là một thành phần tự nhiên của thực vật, chủ yếu tồn tại dưới dạng chất pectin hoặc protopectin, pectin tan trong nước. Pectin được xem là một phần thiết yếu của cấu trúc thành tế bào thực vật, đóng vai trò là chất kết dính cho mạng lưới cellulose và là chất giữ ẩm của tế tào thực vật. Trong các tế bào thực vật, pectin sẽ được gắn với các thành phần khác của tế bào như cellulose, hemicellulose hay protein bằng liên kết cộng hóa trị, liên kết hydro hay tương tác ion.
Nhóm carboxyl còn lại sẽ được trung hòa với các cation canxi, kali và magie có trong các mô của tế bào thực vật (Flutto, 2003). Ngày nay, pectin được sản xuất thương mại chủ yếu từ bã táo và vỏ cam quýt thông qua quá trình chiết xuất, tách, tinh chế, cô lập, sau đó sấy khô, nghiền và chuẩn hóa (Flutto, 2003). Thành phần hóa học Pectin là polysaccharide, mạch thẳng, cấu tạo từ sự liên kết giữa các phân tử acid D- galacturonic C6H10O7 bằng liên kết 1,4- glycoside. Trong đó một số gốc acid có chứa nhóm thế methoxyl (-OCH3).
Chiều dài của chuỗi acid polygalacturonic có thể biến đổi từ vài đơn vị tới hàng trăm đơn vị acid galacturonic (Dam và cộng sự, 2011).3: Cấu trúc của pectin (Kıtır Şen & Yildirim, 2018) 2. Đặc tính Đặc tính quan trọng nhất của pectin là khả năng tạo gel. Pectin hút nước và tan tốt trong nước, không tan trong ethanol. Khi được hydrate hóa ở dạng bột khô, pectin có xu hướng bị vón cục.
Pectin được chia thành hai loại dựa theo mức độ este hóa (degree of esterification – DE), chỉ số este hóa được định nghĩa là phần trăm số gốc acid galacturonic được ester hóa trên tổng số acid galacturonic trong phân tử pectin.