Tài liệu Luận văn thạc sĩ nghiên cứu phát triển màng bảo quản từ pectin kết hợp cao chiết vỏ bưởi da xanh (citrus maxima burm. merr.)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Trần Thị Yến Nhi NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÀNG BẢO QUẢN TỪ PECTIN KẾT HỢP CAO CHIẾT VỎ BƯỞI DA XANH (CITRUS MAXIMA BURM. MERR.) LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC Thành phố Hồ Chí Minh - 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Trần Thị Yến Nhi NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÀNG BẢO QUẢN TỪ PECTIN KẾT HỢP CAO CHIẾT VỎ BƯỞI DA XANH (CITRUS MAXIMA BURM. MERR.) Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Mã số: 8440414 LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Hướng dẫn 1: PGS.TS. Bạch Long Giang Hướng dẫn 2: PGS.TS. Trần Ngọc Quyển Thành phố Hồ Chí Minh - 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam kết đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, được thực hiện tại phòng thí nghiệm Viện Khoa học Môi trường, Trường Đại học Nguyễn Tất Thành dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Bạch Long Giang và PGS.TS Trần Ngọc Quyển. Các số liệu và kết quả được nêu trong luận văn là trung thực và chính xác, các ý tưởng tham khảo, so sánh với những kết quả từ các công trình khác đã được trích dẫn trong luận văn. TP.HCM, ngày tháng năm 2021 Trần Thị Yến Nhi LỜI CẢM ƠN Sau 2 năm học tập cao học tại Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đến nay tôi đã hoàn thành chương trình học tập. Để hoàn thành được bài luận văn thạc sĩ này, tôi xin chân thành bày tỏ lời cảm ơn đến Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và Quý Thầy Cô của Khoa Hóa học. Đặc biệt hơn, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến hướng dẫn khoa học của tôi, PGS.TS Bạch Long Giang (Trường Đại học Nguyễn Tất Thành) và PGS.TS Trần Ngọc Quyển (Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng) – Người Thầy đã định hướng, trực tiếp dẫn dắt và chỉ bảo cho tôi trong suốt thời gian học tập, thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học này. Bên cạnh đó, tôi cũng xin cảm ơn sự hợp tác từ các cộng sự, anh, chị, em đồng nghiệp tại Viện Khoa học Môi trường NTT, các đơn vị phối hợp, các bạn sinh viên đến từ trường Đại học Nguyễn Tất Thành, Đại học Nông Lâm TPHCM đã giúp tôi hoàn thành tốt luận văn này. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn Tập đoàn Vingroup - Công ty CP và hỗ trợ bởi Chương trình học bổng đào tạo Thạc sĩ, Tiến sĩ trong nước của Quỹ Đổi mới sáng tạo Vingroup (VINIF), Viện Nghiên cứu Dữ liệu lớn (VINBIGDATA) cho luận văn thạc sĩ này của tôi. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Tiếng Anh AA Ascorbic Acid ABTS Bx CA CE CFU CT DPPH DW GAE HPLC MFC MW PFE PPO PT SR TAM TCD TFC TPC TSS TYM UT WW Tiếng Việt Acid ascorbic Khả năng kháng oxy hoá Antioxidation activity by (2,2′bằng muối 2,2′-Azino-bis(3Azino-bis(3-thylbenzothiazolinethylbenzothiazoline-66-sulfonic acid) diammonium salt) sulfonic acid) diammonium ºBrix Đơn vị TSS Contact angle Góc tiếp xúc Catechin Equivalents Tương đương Catechin Colony Forming Unit Đơn vị hình thành tế bào Control Đối chứng Khả năng bắt gốc tự do bằng Free-radicals scavenging activity 2,2-Diphenyl-1by 2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl picrylhydrazyl Dried weight Khối lượng khô Gallic acid equivalent Tương đương acid gallic High-performance liquid Sắc ký lỏng hiệu năng cao chromatography Minimal processing of fresh-cut chế biến tối thiểu Microwave Vi sóng Cao chiết vỏ xanh bưởi da Pomelo’s flavedo extraction xanh Polyphenol oxydase Enzyme Polyphenol oxydase Pectin Pectin Sprayed Sau phun màng Total aerobic microorganisms Tổng số vi sinh vật hiếu khí Total colour difference Tổng số chênh lệch màu sắc Total flavonoid content Tổng hàm lượng flavonoid Total phenolics content Tổng hàm lượng phenolic Total soluble solids Tổng chất rắn hoà tan Total yeast, mold Tổng số nấm men, nấm mốc Ultrasound Siêu âm Wet weight Khối lượng ướt DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2. 1. Danh sách thiết bị .......................................................................... 26 Bảng 2. 2. Danh sách hóa chất sử dụng .......................................................... 27 Bảng 3. 1. Đặc điểm phân bố tỷ lệ của bưởi da xanh ..................................... 34 Bảng 3. 2. Tính chất hóa lý của các bộ phận chính trong bưởi da xanh ......... 35 Bảng 3. 3. Ảnh hưởng của các yếu tố trong quá trình ngâm chiết đến hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học .................................................................. 38 Bảng 3. 4. Ảnh hưởng của các yếu tố trong quá trình chiết có hỗ trợ siêu âm đến hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học ......................................... 42 Bảng 3. 5. Ảnh hưởng của các yếu tố trong quá trình chiết có hỗ trợ vi sóng đến hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học ................................................ 43 Bảng 3. 6. Ảnh hưởng của các yếu tố trong quá trình chiết hoàn lưu Soxhlet đến hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học ......................................... 46 Bảng 3. 7. Định tính hóa thực vật cao chiết vỏ bưởi ...................................... 49 Bảng 3. 8. Hàm lượng naringin và hesperidin trong cao chiết vỏ bưởi .......... 51 Bảng 3. 9. Đường kính vòng kháng khuẩn của cao chiết vỏ bưởi .................. 52 Bảng 3. 10. Độ trương, độ hoà tan và hàm lượng nước của màng PT kết hợp glycerol ............................................................................................................ 54 Bảng 3. 11. Tính chất của màng PT kết hợp với glycerol tại nồng độ từ 0-1% ......................................................................................................................... 55 Bảng 3. 12. Ảnh hưởng của tỷ lệ PFE lên tính cơ lý của màng PT ................ 59 Bảng 3. 13. Các dao động đặc trưng của liên kết PT; PFE; CT và màng PT với nồng độ khác nhau .......................................................................................... 62 Bảng 3. 14. Các đặc tính của múi mít tươi (CT) và sau khi phun màng (SR) trước bảo quản ................................................................................................. 66 Bảng 3. 15. Sự thay đổi tính chất của mít Thái MFC theo thời gian bảo quản tại nhiệt độ phòng ................................................................................................. 67 Bảng 3. 16. Thay đổi trước và sau bảo quản tại hai mức nhiệt độ.................. 71 Bảng 3. 17. So sánh hiệu quả bảo quản màng trong đề tài với nghiên cứu khác ......................................................................................................................... 72 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1. 1. Nguồn gốc các polymers sinh học ................................................. 10 Hình 1. 2. Cấu trúc quả đặc trưng của nhóm cây có múi ................................ 13 Hình 1. 3. Nhóm flavonoid trong trái cây có múi ........................................... 15 Hình 1. 4. Cấu trúc chuỗi của pectin (C6H10O7)........................................... 18 Hình 2. 1. Bố trí thí nghiệm cho đánh giá nguyên liệu sơ bộ ......................... 24 Hình 2. 2. Bố trí thí nghiệm cho quá trình tách chiết bằng các phương pháp 25 Hình 2. 3. Đánh giá đặc điểm và thành phần của cao chiết vỏ bưởi............... 25 Hình 2. 4. Bố trí thí nghiệm khảo sát nồng độ glycerol .................................. 25 Hình 2. 5. Khảo sát nồng độ cao chiết PFE lên tính chất màng ..................... 26 Hình 2. 6. Bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của PFE/PT lên mít MFC ................ 26 Hình 2. 7. Quy trình chế tạo màng ăn được từ pectin dự kiến ........................ 28 Hình 3. 1. Ảnh hưởng phương pháp chiết lên hiệu quả thu hồi các thành phần có hoạt tính sinh học trong dịch chiết ............................................................. 48 Hình 3. 2. Phổ sắc kí lỏng HPLC của cao chiết vỏ bưởi da xanh ................... 50 Hình 3. 3. Quy trình chế tạo màng PT kết hợp glycerol ................................. 53 Hình 3. 4. Phổ FT-IR của màng PT-glycerol .................................................. 57 Hình 3. 5. Phổ FTIR của PT; PFE; màng PFE/PT .......................................... 61 Hình 3. 6. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) của a) màng 0,75% gly/PT; b) 3,2 gPFE/g PT; c) 3,4 gPFE/g PT; d) 3,6 gPFE/g PT ........................................... 63 Hình 3. 7. Góc tiếp xúc của màng PFE/PT a) CT; b) Tỷ lệ 3,2 g PFE/g PT; c) Tỷ lệ 3,4 g PFE/g PT; d) Tỷ lệ 3,6 g PFE/g PT .............................................. 63 Hình 3. 8. Hình thái A) bề mặt và B) bề dày của màng 3,4 g PFE/g PT ........ 64 Hình 3. 9. Ảnh hưởng của bảo quản nhiệt độ thấp đến độ giảm khối lượng của mít CT và SR ................................................................................................... 69 Hình 3. 10. Ảnh hưởng của thời gian bảo quản lên chênh lệch màu hệ Lab* trong múi mít thái A) không xử lý CT; B) Phun màng PFE:PT (SR) ............ 69 Hình 3. 11. Sự thay đổi TAM và TYM trong mít Thái MFC trong thời gian bảo quản nhiệt độ thấp ........................................................................................... 70 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................ 1 LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................... 2 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ....................................... 3 DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................. 4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ............................................................ 5 MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................... 6 1.1. BẢO QUẢN NÔNG SẢN SAU THU HOẠCH............................................ 6 1.1.1. Tác nhân ảnh hưởng đến chất lượng nông sản sau thu hoạch .............. 6 1.1.1.1. Nhiệt độ........................................................................................... 6 1.1.1.2. Thành phần chất khí........................................................................ 6 1.1.1.3. Độ ẩm tương đối ............................................................................. 7 1.1.2. Phương pháp bảo quản .......................................................................... 7 1.1.2.1. Phương pháp vật lý ......................................................................... 7 1.1.2.2. Sử dụng bao bì ................................................................................ 8 1.1.2.3. Phương pháp chiếu xạ..................................................................... 8 1.1.2.4. Phương pháp hóa học ..................................................................... 9 1.1.2.5. Phương pháp sinh học................................................................... 10 1.2. TỔNG QUAN MÀNG ................................................................................. 10 1.2.1. Polymer tổng hợp ................................................................................ 11 1.2.2. Polymer sinh học................................................................................. 11 1.3. BƯỞI VÀ DỊCH CHIẾT TỪ BƯỞI ............................................................ 12 1.3.1. Bưởi ................................................................................................ 12 1.3.2. Lợi ích sức khỏe .................................................................................. 14 1.4. SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT MÀNG KHI BỔ SUNG HOẠT TÍNH KHÁNG KHUẨN ............................................................................................... 15 1.4.1. Khả năng thẩm thấu ............................................................................ 16 1.4.2. Tính cơ lý, vật lý ................................................................................. 16 1.4.3. Tính chất nhiệt .................................................................................... 17 1.4.4. Tính chất quang................................................................................... 17 1.4.5. Tính kháng oxy hóa ............................................................................ 18 1.4.6. Tính kháng khuẩn ............................................................................... 18 1.5. PECTIN .................................................................................................... 18 1.6. NGHIÊN CỨU TRONG ỨNG DỤNG MÀNG SINH HỌC ...................... 19 2 1.6.1. Ngoài nước .......................................................................................... 19 1.6.2. Trong nước .......................................................................................... 22 CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU24 2.1. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU......................................................................... 24 2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ........................................................................ 24 2.3. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT THÍ NGHIỆM ............................ 26 2.3.1. Thiết bị ................................................................................................ 26 2.3.2. Hoá chất .............................................................................................. 27 2.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................ 27 2.4.1. Phương pháp tách chiết dịch từ vỏ bưởi ............................................. 27 2.4.2. Phương pháp chế tạo màng từ pectin kết hợp với dịch chiết vỏ bưởi dự kiến ................................................................................................................ 28 2.4.3. Phương pháp đánh giá chất lượng ...................................................... 29 2.4.3.1. Phương pháp xác định hàm lượng nước, độ hòa tan và độ trương của màng .................................................................................................... 29 2.4.3.2 Phương pháp xác định hàm lượng polyphenol .............................. 29 2.4.3.3 Phương pháp xác định hoạt tính kháng oxy hóa của dịch chiết và màng ăn được bằng DPPH và ABTS......................................................... 29 2.4.3.4. Phương pháp xác định hàm lượng ascorbic acid .......................... 30 2.4.3.5. Phương pháp xác định hoạt tính kháng khuẩn ............................. 30 2.4.3.6. Phương pháp xác định tính chất cơ lý của màng .......................... 31 2.4.3.7. Phương pháp HPLC ...................................................................... 31 2.4.3.8. Phương pháp phun màng .............................................................. 32 2.4.3.9. Định tính hoá thực vật .................................................................. 32 2.4.3.10. Đánh giá TAM và TYM ............................................................. 32 2.4.3.11. Phương pháp xử lý số liệu .......................................................... 33 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 34 3.1. KHẢO SÁT NGUỒN NGUYÊN LIỆU ĐẦU VÀO ................................... 34 3.1.1. Khảo sát hình thái, đặc tính của nguyên liệu bưởi da xanh ................ 34 3.1.2. Khảo sát quy trình tách chiết và cô đặc dịch chiết từ vỏ bưởi ............ 36 3.1.2.1. Ảnh hưởng của quá trình ngâm chiết ........................................... 36 3.1.2.2. Ảnh hưởng của quá trình chiết có hỗ trợ sóng siêu âm ................ 41 3.1.2.3. Ảnh hưởng của quá trình chiết có hỗ trợ vi sóng ......................... 43 3.1.2.4. Ảnh hưởng của quá trình chiết hoàn lưu Soxhlet ......................... 45 3 3.1.2.5. So sánh phương pháp chiết lên hiệu quả thu hồi các thành phần có hoạt tính sinh học trong dịch chiết............................................................. 47 3.1.3. Phân tích một số thành phần và đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của cao chiết vỏ bưởi. .......................................................................................... 49 3.1.3.1. Định tính hóa thực vật .................................................................. 49 3.1.3.2. Định lượng thành phần cao chiết vỏ bưởi bằng phương pháp HPLC ......................................................................................................... 50 3.1.3.3. Khả năng kháng khuẩn của cao chiết vỏ bưởi .............................. 52 3.2. XÂY DỰNG QUY TRÌNH CHẾ TẠO CÔNG THỨC MÀNG PT KẾT HỢP CAO CHIẾT .................................................................................................... 53 3.2.1. Nghiên cứu công thức màng PT-polysaccharide khác ....................... 53 3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ PFE lên tính chất màng và cơ chế kết hợp màng PT với một số thành phần trong vỏ bưởi. .................................... 58 3.3.3. Quy trình công nghệ tạo màng PFE/PT hoàn chỉnh ........................... 65 3.3. ỨNG DỤNG MÀNG TRONG BẢO QUẢN MÍT THÁI CHẾ BIẾN GIẢM THIỂU .................................................................................................... 65 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................... 73 4.1. KẾT LUẬN .................................................................................................. 73 4.2. KIẾN NGHỊ ................................................................................................. 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 74 PHỤ LỤC ........................................................................................................... 89 SẢN PHẨM LIÊN QUAN ĐỀ TÀI ............................................................... 154 4 MỞ ĐẦU Vấn đề kéo dài thời gian bảo quản của trái cây và các sản phẩm chế biến giảm thiểu được quan tâm để kịp thời đáp ứng được thời gian vận chuyển, lưu kho, lưu kệ của sản phẩm mà không ảnh hưởng lớn đến chất lượng, giải quyết đầu ra cho người nông dân. Các biện pháp được đề xuất đến từ dạng bao bì và hóa chất bảo quản gây ảnh hưởng đến lợi ích sức khỏe cũng như gánh nặng môi trường. Màng sinh học được nhắc đến như một dạng hỗ trợ có tiềm năng trong bảo quản trái cây theo hướng an toàn và thân thiện môi trường. Song, nhận thấy sự cần thiết trong việc bảo quản không chỉ ở dạng trái cây nguyên quả mà còn cần lưu ý đến các sản phẩm chế biến giảm thiểu, dạng sản phẩm sử dụng tươi trực tiếp sau khi được mua. Chính vì thế, nhu cầu về chế phẩm an toàn có thể ăn trực tiếp cùng với sản phẩm chế biến là điểm mới cần được đầu tư quan tâm đúng mức. Xu hướng kết hợp cao chiết giàu phenolics đã và đang được đề cập cùng định hướng hoá học xanh. Có khoảng 110-120 triệu tấn vỏ trái cây nhóm citrus bị loại bỏ mỗi năm, điều này gây lãng phí nguồn nguyên liệu. Riêng vùng đồng bằng sông Cửu Long, sản lượng trái cây và bưởi da xanh tăng mỗi năm cho thấy phụ phẩm vỏ bưởi cần được tận dụng hiệu quả. Hướng giải quyết được đề xuất tách chiết nhóm phenolics từ vỏ của bưởi da xanh bằng cách sử dụng phương pháp chiết phù hợp kết hợp với màng sinh học từ pectin và ứng dụng bảo quản mít Thái chế biến giảm thiểu. Thành công của đề tài “Nghiên cứu phát triển màng bảo quản từ pectin kết hợp dịch chiết vỏ bưởi da xanh (Citrus maxima burm. merr.)” không chỉ cung cấp phương pháp chiết tách vỏ bưởi phù hợp mà còn xây dựng được một quy trình tạo màng có khả năng bảo quản nông sản. Ngoài ra, cùng với sự phát triển các phương pháp chế tạo màng bảo quản, tính mới trong đề tài hướng đến là khả năng ăn được và hạn chế tối thiểu các ảnh hưởng tiêu cực về cảm quan cho trái cây cũng như các sản phẩm đã chế biến từ nguyên liệu này mà điển hình là ảnh hưởng của màng pectin kết hợp cao chiết vỏ bưởi da xanh lên khả năng bảo quản mít Thái chế biến giảm thiểu. 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. BẢO QUẢN NÔNG SẢN SAU THU HOẠCH 1.1.1. Tác nhân ảnh hưởng đến chất lượng nông sản sau thu hoạch 1.1.1.1. Nhiệt độ Nhiệt độ được xem là nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến thời gian bảo quản của rau quả tươi và cần được điều kiển trong suốt quá trình xử lý, tồn trữ, thương mại tại các kênh phân phối. Tốc độ hô hấp của trái cây và rau quả tăng lên 2-3 lần khi nhiệt độ tăng 10°C trong khoảng nhiệt độ 4-30°C [1]. Nhiệt độ không khí thấp giúp làm giảm quá trình sản sinh ethylene và quá trình trao đổi chất, từ đó giúp trái cây lâu chín hơn. Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của các vi sinh vật gây bệnh. Một số loại nấm gây rối loạn cho trái cây không thể sinh trưởng ở nhiệt độ thấp. Ngoài ra, tốc độ phản ứng do enzyme và hô hấp tỷ lệ thuận với nhiệt độ, điều này nhận thấy rõ ràng trong một số loại rau quả có hô hấp đột phát. Tuy nhiên, quá trình làm lạnh không phù hợp cho một vài loại nguyên liệu dễ bị tổn thương lạnh [2]. 1.1.1.2. Thành phần chất khí Thành phần không khí chứa tỷ lệ O2, CO2 và C2H4 tác động trực tiếp đến sự hô hấp và thời gian bảo quản nông sản. Thông thường nồng độ O2 thấp làm giảm tốc độ hô hấp nhưng lại thúc đẩy các quá trình hô hấp yếm khí sinh ra màu và mùi không mong muốn nhưng yếu tố này có thể được ngăn ngừa, nồng độ O2 cao hơn 8% làm tăng quá trình sản sinh ethylene và ngược lại đối với CO2 cao hơn 10% [3]. Mặt khác, tỷ lệ CO2 cao có thể ức chế vi khuẩn hiếu khí nhưng gây bất lợi cho rau củ khi vượt ngưỡng giới hạn, biểu hiện của tổn thương do nồng độ khí CO2 cao như xuất hiện các vết nâu ở rau nhiếp, màu vàng của nấm rơm [4]. Tuy nhiên, trong không khí cần có tối thiểu là 1 đến 3% khí O2 để tránh hiện tượng chuyển từ hô hấp hiếu khí sang kỵ khí của trái cây. Trong điều kiện kỵ khí, chu trình Krebs sẽ bị thay thế bằng quá trình phân hủy glucose và acid pyruvic bị decarboxylate để tạo thành acetaldehyde, CO2 và ethanol gây ra các vị lạ cho trái cây. 6 1.1.1.3. Độ ẩm tương đối Độ ẩm tương đối kiểm soát quá trình thoát hơi nước ở trái cây. Sự thoát hơi nước là quá trình nước di chuyển từ tế bào quả ra môi trường không khí xung quanh từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp. Độ ẩm môi trường càng thấp, cường độ hô hấp và tốc độ bay hơi nước của rau quả sẽ càng cao làm giảm khối lượng tự nhiên đáng kể. Ngoài ra, độ ẩm môi trường tác động lên sự phát triển của sâu bệnh, một số rối loạn sinh lý và sự chín đồng đều của quả. Do đó, để hạn chế các biến đổi không mong muốn, cần lựa chọn và tạo môi trường độ ẩm thích hợp để tránh bị mất nước, giảm trọng lượng và khô của rau quả (85-95%) [2]. 1.1.2. Phương pháp bảo quản 1.1.2.1. Phương pháp vật lý a. Phương pháp bảo quản lạnh Quá trình làm lạnh đòi hỏi sự truyền nhiệt từ nông sản đến môi chất làm mát. Các quá trình truyền nhiệt bao gồm dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ nhiệt và bay hơi. Các quá trình này nhằm giữ nông sản ở nhiệt độ an toàn thấp nhất (phụ thuộc từng loài cây) để giảm cường độ hô hấp của tế bào, giảm độ nhạy với khí ethylen và giảm sự mất nước. Nếu nguồn điện luôn sẵn sàng để cung cấp thì hệ thống làm lạnh cơ khí sẽ cung cấp nguồn lạnh tốt nhất [5]. b. Các phương pháp làm lạnh thông thường bao gồm: - Làm lạnh kiểu phòng: phương pháp làm mát tương đối rẻ, tốc độ chậm. Sản phẩm được đưa vào trong phòng lạnh, không khí lạnh được lưu thông giữa các thùng, các tải, các khối hàng. Phương pháp này phù hợp nhất đối với các loại hàng ít thối hỏng, như khoai tây, hành tây, táo, khoai lang, và quả có múi, vì các hàng nông sản dễ hư hỏng hơn sẽ giảm giá trị nhanh chóng trước khi được làm mát thích hợp. Nhiệt độ tồn trữ từ 10-13℃ phù hợp cho nông sản ít chịu tổn thương lạnh. Việc thiết kế và sắp xếp phòng lạnh khá đơn giản và không đòi hỏi nhiều thiết bị đặc biệt. - Làm lạnh bằng không khí cưỡng bức: là đưa không khí đi qua các thùng chứa sản phẩm nhờ quạt hoặc thiết bị đối lưu, tốc độ làm mát sản phẩm rất lớn. - Làm mát bằng chất bay hơi: thông thường chất bay hơi được sử dụng trong phương pháp này là dung dịch nước. Lúc này nước sẽ được thấm ướt trên một 7 vật liệu xơ có khả năng giữ ẩm cao nhưng vẫn đảm bảo độ thoáng khí, không khí được quạt đối lưu đưa qua vật liệu đã được thấm ướt, không khí đi qua nước sẽ được làm mát, nhờ vậy không khí trong kho lưu trữ sẽ giảm đáng kế so với môi trường ngoài. Phương pháp bảo quản lạnh CAS (Cells Alive System) hoạt động với nguyên lý đi ngược lại lò vi sóng. Bên trong tủ đá lạnh, vật thể đang đông lạnh bị khóa bằng từ trường mạnh. Vùng từ tường này giữ các phân tử nước trong thực phẩm ở quanh trạng thái lỏng ngay cả khi nhiệt độ của chúng giảm xuống. Khi vùng từ trường bị tắt, vật thể bị đông cứng ngay lập tức, không có thời gian để hình thành tinh thể. Những tinh thể băng này thường làm tổn thương thành tế bào hữu cơ, làm giảm cấu trúc và hương vị của thực phẩm. 1.1.2.2. Sử dụng bao bì - Bao bì thông thường: vật liệu bao gói được sản xuất từ plastic, nhôm, nhựa,… có khả năng ngăn cản một phần các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nông sản. Ngoài ra, bao bì còn đóng góp một phần trong che đậy khuyết điểm của sản phẩm, mang thông tin và kích thích thị hiếu và các vấn đề trong ổn định vị trí sản phẩm - Bao bì hút chân không (VP) (Vacuum Packaging) được hiểu đơn giản là tạo môi trường bao gói với áp suất chân không, tại đây ức chế các quá trình sinh trưởng thông thường. - Bao bì đóng gói điều chỉnh kí quyển MAP (Modified Atmosphere Packaging) là thiết lập không khí bằng cách cân chỉnh tỷ lệ khí O2, CO2, N2 phù hợp với tốc độ hô hấp của nguyên liệu nhưng vẫn đảm bảo độ an toàn bởi các nguyên nhân khác 1.1.2.3. Phương pháp chiếu xạ Trong đó thực phẩm tiếp xúc trực tiếp với lượng ion hoá sự bức xạ. Nghiên cứu và ứng dụng thực tế trong nhiều thập kỷ đã chỉ ra rằng chiếu xạ có thể làm chậm sự hư hỏng thực phẩm và giảm sự xâm nhập của côn trùng hoặc ô nhiễm bởi các sinh vật khác. Những phương pháp vật lý chủ yếu được sử dụng để kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm tương đối, để đưa nông sản vào khoảng nhiệt độ và độ ẩm mà nông sản sẽ giảm được nhịp hô hấp của tế bào giúp quá trình oxi hóa chậm lại. Một số phương pháp sẽ có tác dụng lên cả vi sinh vật và côn trùng, giúp hạn chế 8 việc phát sinh bệnh hoặc nấm mốc gây thối hỏng. Trước đây, phơi nắng được xem như một dạng chiếu xạ theo kiểu truyền thống để phá vỡ sinh trưởng của vi sinh vật, tuy nhiên điều này ảnh hưởng khá lớn đến chất lượng thực phẩm bởi khó kiểm soát thông số và biến động của điều kiện khí hậu. 1.1.2.4. Phương pháp hóa học a. Dung dịch Hypoclorit Phương pháp nhúng rửa rau củ qua dung dịch hypoclorit nồng độ 25-70ppm được sử dụng nhằm mục địch kiểm soát vi khuẩn, nấm men và nấm mốc. b. Muối bicacbonat Sử dụng muối bicacbonat để phòng ngừa thối hỏng sau thu hoạch đã được sử dụng trên ớt tưới, cà chua, carot và các quả có múi. Giá thành rẻ và an toàn nên được xem là phương pháp dễ thực hiện và chiếm phần lớn lựa chọn. c. Sulfur Sulfur dioxit: SO2 được sử dụng như chất tẩy uế, khử trùng (với khả năng chịu đựng thuốc tồn dư là 10 ppm) trên nho để kiểm soát nấm Botrytis, Rhizopus và Aspergillus. Cần tính toán lượng sử dụng SO2 phù hợp với quá trình xử lý phần dư. d. Bisulfit Thường được chứa bên trong các tấm đệm bằng giấy hoặc nhựa dẻo, có thể được đặt vào trong thùng carton để giải phóng SO2, giúp kiểm soát nấm mốc trên nho trong suốt quá trình vận chuyển và tồn trữ. e. Vôi bột và phèn: Được sử dụng để ngăn cản Vi khuẩn gây thối (Erwinia) đa phần tìm thấy trên bắp cải. Sau khi xử lý dung dịch cần làm ráo sản phẩm từ 10-20 phút. Các hóa chất được cho phép sử dụng trong bảo quản nông sản, thường tác động lên bề mặt của nông sản, với mục đích làm sạch hoặc đóng vai trò sát khuẩn, một số hóa chất giúp ức chế hay loại bỏ một số nấm mốc và vi sinh vật nhất định. Tuy nhiên, ít có loại hoá chất nào có thể thoả mãn tất cả các yêu cầu trên, cho nên khi sử dụng phải chọn lựa cho phù hợp nhằm đảm bảo đồng thời chất lượng bảo quản và an toàn thực phẩm. Phương pháp bảo quản bằng hoá chất cũng bộc lộ một 9 số nhược điểm như: hoá chất có thể làm biến đổi phần nào chất lượng của hoa quả, tạo mùi vị không tốt, gây hại cho sức khoẻ con người, có thể gây ngộ độc tức khắc hoặc lâu dài. Vì vậy cần thận trọng khi sử dụng hoá chất để bảo quản hoa quả. 1.1.2.5. Phương pháp sinh học Các chất điều tiết sinh trưởng như Axit Gibberelic (Pro Gibb) và 2,4D (Citrus Fix) có thể được sử dụng để làm chậm sự già hóa của quả có múi và vì vậy hạn chế được sự thối hỏng. Các sản phẩm kiểm soát sinh học (sinh vật đối kháng) điển hình là Preudomonas syringae Biosave và Candida oleophila (Aspire), hiện nay được sử dụng như một công cụ bổ sung (bổ sung cho xử lý hóa học hoặc xử lý nhiệt) để quản lý sự thối hỏng sau thu hoạch, giúp ngăn chặn những sinh vật gây ra quá trình thối hỏng hoặc có khả năng phát sinh sự chín. Phương pháp sinh học tác động trực tiếp đến các sinh vật gây hại cho nông sản và điều tiết quá trình sinh trưởng ở nông sản sau thu hoạch. Phương pháp sinh học thông thường đóng vai trò hỗ trợ cho các phương pháp vật lý và phương pháp hóa học nhằm đảm bảo chất lượng tối ưu của nông sản. 1.2. TỔNG QUAN MÀNG Hình 1. 1. Nguồn gốc các polymers sinh học Sự phát triển trong khoa học và kỹ thuật vật liệu đã tạo ra một loại bao bì mới được biết như bao bì hoạt tính để hỗ trợ cho việc duy trì chất lượng và đảm 10 bảo an toàn thực phẩm. Gần đây nhiều nghiên cứu đã tập trung vào việc phát triển bao gói thực phẩm có hoạt tính sinh học để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về an toàn thực phẩm của xã hội. Ngoài những tính chất chống thấm khí, hơi ẩm và nước, bao bì hoạt tính cần những chức năng bảo vệ chống lại sự thâm nhập của vi khuẩn nhằm kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm [6] Sự kết hợp các thành phần hoạt tính vào trong polymer sinh học hoặc polymer tổng hợp và những ứng dụng của chúng trong việc tạo ra chất bao phủ là chiến lược quan trọng để tăng thời gian sử dụng của thực phẩm bên trong bao gói. Các chất chiết xuất từ động, thực vật được chọn lựa để chế tạo polymer sinh học có khả năng tạo màng và bảo vệ nông sản. 1.2.1. Polymer tổng hợp Hợp chất cao phân tử, trong lượng từ 50000 đến 200000 Da, có nguồn gốc từ dầu mỏ, là các mắc xích theo chuỗi trong cấu tạo lặp đi lặp lại nhiều lần. Nhờ vào độ linh động trong định hình, ứng dụng polymer tổng hợp phù hợp với ngành công nghiệp bao bì, sản xuất nhựa,…Ngoài ra, gia công nhiệt triệt để, giá rẻ, khối lượng thấp,..cũng là những ưu điểm nổi bậc. Tuy vậy, màng polymer tổng hợp gây ra sự cản trở đối với sự di hành của các phân tử có khả năng kháng khuẩn từ lớp màng phủ sản phẩm, làm giảm tác dụng bảo vệ của màng. Ngoài ra, vấn đề phôi nhiễm màng polymer tổng hợp khi kết hợp hợp chất sinh học vào sản phẩm thực phẩm gây tranh cãi, thời gian phân hủy dài gây ra ô nhiễm môi trường [7]. 1.2.2. Polymer sinh học Các lớp phủ ăn được thường bao gồm lipit, protein, polysacarit hoặc từ sự kết hợp của chúng và những comosit khác có khả năng bị phân hủy bởi vinh sinh vật tạo thành CO2, CH4, H2O, các hợp chất vô cơ hoặc sinh khối chủ yếu do hoạt động enzyme của vi sinh vật [8] Vật liệu chế tạo polymer sinh học có tiềm năng cao được đề xuất là tinh bột và xenlulo bởi giá thành rẻ thuận tiện trong chế tạo quy mô công nghiệp. Với tính chất cơ kém và tính kỵ nước cao đặc trưng, polymer sinh học thường được xem như một chất nền hữu cơ có thể phối trộn với tác nhân kháng khuẩn nhưng chỉ phù hợp cho quá trình cơ nhiệt ép nóng và ép đùn. Trong khi đó, độ tương thích với các hợp chất kháng khuẩn tự nhiên (cao chiết, tinh dầu,..) được đánh giá cao [9]. 11 Lớp phủ ăn được làm giảm sự chuyển động của nước (thoát hơi nước) và khí (gián tiếp làm giảm hô hấp) thông qua bề mặt trái cây làm giảm nước và mất chất tan, sự gia tăng các hoạt động chống vi trùng và do đó cải thiện khả năng lưu trữ trái cây [10]. 1.3. BƯỞI VÀ DỊCH CHIẾT TỪ BƯỞI 1.3.1. Bưởi Bưởi (pomelo hay grapefruit) là loại cây ăn quả thuộc họ quýt cam, có tên khoa học là Citrus maxima thuộc nhóm Citrus trong họ Rutaceace. Bắt nguồn từ Đông Nam Á (nhiều nhất ở Thái Lan và Malaysia) [11]. Cây cao to từ 8-13cm. Vỏ thân màu vàng nhạt. Cành có nhiều gai dài, nhọn ở kẽ lá. Lá có hình trứng hoặc hình trái xoan, mọc so le, dài 11-12 cm, rộng 4.55.5 cm, hai đầu tù, nguyên, dai, cuống có dìa cánh to. Hoa đều, to, mọc thành chùm 6-10 hoa, màu trắng, có mùi thơm. Quả hình cầu, vỏ màu xanh đến vàng, cùi dày, bên trong là các múi chứa các tép mọng nước. Hạt dẹp có cạnh và chất nhày bao quanh. Lá và vỏ quả có nhiều tinh dầu thơm. Cây bưởi là giống cây ưa sáng, khí hậu nhiệt đới. Không thích hợp vùng núi cao và khí hậu lạnh 13-18°C (quả bị chua, cằn cỗi). Trong quả bưởi tươi, cùi tươi chiếm 10-40%, hạt tươi chiếm 3-6% (có quả hạt lép chỉ còn vài hạt mẩy), vỏ ngoài 10%. Từ ngoài vào trong, bưởi gồm các thành phần: vỏ xanh chứa tinh dầu; vỏ trắng chứa cellulose, pectin và hemicellulose [11]; phần trong cùng là thịt bưởi gồm múi bưởi chứa nhiều tép nhỏ mọng nước, glucose, fruitose và sucrose, được bao bên ngoài là màng bao múi bưởi. Trái bưởi có dạng hình cầu, nặng trung bình từ 1.2 – 2.5 kg/trái; vỏ có màu xanh đến xanh hơi vàng khi chín, dễ lột và khá mỏng (14–18 mm); tép bưởi bó chặt và dễ tách khỏi vách múi, đường kính từ 9.5-14.5cm [12]; vị ngọt không chua (độ brix: 9.5–12%); mùi thơm; không hạt đến khá nhiều hạt (có thể có đến 30 hạt/trái); tỷ lệ thịt/trái >55%. Màng bao múi được cấu tạo từ cellulose, hemicullose and pectin (thành phần chính của vỏ bưởi) tạo nên tính bền cơ học, tính đàn hồi, và hình dạng của bưởi. Tỉ lệ các thành phần này khác nhau tùy thuộc từng giai đoạn phát triển của quả. 12 Từ ngoài vào trong, trái bưởi được cơ bản chia ra 3 phần chính: (1) Flavedo (vỏ ngoài cùng - chứa tuyến dầu, hợp chất màu), (2) Albedo (phần trắng – cùi bưởi chứa cellulose, pectin và hemicellulose), và (3) Pulp (phần ruột bưởi gồm nhiều múi bưởi kết dính với nhau, phần này chứa hạt, chất màu, đường khử, và citrate) [13]. Thành phần pectin, cellulose và hemicellulose và tính liên kết giữa chúng phần lớn phụ thuộc vào giống và thời gian thu hoạch (độ chín). Naringin và limonin là hợp chất gây ra vị đắng khi dùng bưởi [14]. Hợp chất này chứa nhiều trong lớp Albedo. Màu sắc của bưởi hay họ trái cây có múi thường do các sắc tố tạo màu cơ bản: chlorophylls, carotenoids, anthocyanin và lycopen. Nồng độ lycopenes tùy thuộc vào giai đoạn chín trái và tăng nhanh khi quả đạt trạng thái trưởng thành. Mùi thơm được tạo nên bởi các hợp chất mùi thuộc các nhóm terpene, alcohol, ester (hợp chất dễ bay hơi). Hình 1. 2. Cấu trúc quả đặc trưng của nhóm cây có múi Thành phần và hàm lượng đường, axit hữu cơ, chất bay hơi và carotenoids đã được kiểm tra bằng HPLC và GC [15]. Kết quả cho thấy hàm lượng sucrose trong bưởi chiếm ưu thế (40,08-59,68% tổng lượng đường và tỷ lệ fructose so với glucose là gần như 1:1). Acid citric là acid hữu cơ chính và chiếm 39,1063,55% tổng lượng, kế đến là acid quininic. Các tỷ lệ của từng loại đường và acid hữu cơ đóng một vai trò quan trọng trong xác định hương vị bưởi. Monoterpen và Sesquiterpenes là những chất bay hơi chiếm ưu thế trong bưởi, đặc biệt là D-limonene và caryophyllene. Caryophyllene, a-humulene, humulen(v1), blinalool và tert-butyl 2-methylpropanoate là các hợp chất hương thơm đặc trưng của bưởi. Mặc dù β-carotene là carotene chính trong bưởi, màu thịt quả 13 chủ yếu được xác định bởi các tỷ lệ của zeaxanthin, b-cryptoxanthin và lycopene [15]. 1.3.2. Lợi ích sức khỏe Bưởi là loại trái cây có giá trị cao về mặt dinh dưỡng và y học, trong một trái bưởi có chứa nhiều thành phần dưỡng chất khác nhau rất có lợi cho sức khỏe [16], [17]. Bưởi còn có thể điều trị bệnh cúm. Ngoài ra còn dùng để giải khát và có tác dụng hạ sốt. Trong bưởi có chứa Quinine, rất hữu ích trong việc điều trị bệnh sốt rét và chứng cảm lạnh. Đặc biệt có khả năng giảm căng thẳng, mệt mỏi. Điều đặc biệt hơn cả là các nhà khoa học đã minh chứng bưởi có khả năng làm giảm ung thư tuyến tiền liệt, do bưởi chứa một lượng lớn Lycopene (chất chống oxy hóa). Không chỉ như thế, trong bưởi chứa acid phenolic, chất này ngăn chặn một số bệnh ung thư và các bệnh mãn tính khác như viêm khớp, bệnh luput [15] Thịt quả là phần được dùng chủ yếu nhưng vỏ quả lại chiếm một tỷ lệ lớn và mang nhiều thành phần có giá trị như pectin, tinh dầu thơm,….Vỏ bưởi chứa nhiều flavonoid như naringin, hesperidin, diosmin,…đặc biệt chứa lượng lớn cellulose. Tinh dầu chủ yếu nằm ở lớp vỏ ngoài có vị cay, đắng, hơi ngọt, tính ấm có tác dụng trị ho, giải đau. Vỏ chứa tinh dầu có tác dụng kháng viêm, làm giãn mạch. Ngoài ra vỏ bưởi còn có tác dụng hỗ trợ tiêu hoá và trị cảm cúm. Pectin trong vỏ bưởi và trong hạt bưởi ngày nay đã được tách chiết để phục vụ cho ngành thực phẩm, dược phẩm. Pectin có rất nhiều tác dụng đối với sức khoẻ con người: kéo dài thời gian tiêu hóa thức ăn trong ruột, có tác dụng tăng hấp thu dưỡng chất và giảm béo. Vỏ bưởi có khả năng giảm hấp thụ lipid và cholesterol toàn phần trong máu, ngoài ra còn có tác dụng khống chế tăng đường huyết trước và sau khi ăn đối với người bị bệnh tiểu đường, chống táo bón, cầm máu, sát trùng. Glucosid có tác dụng bảo vệ thành mao mạch, giảm tính thấm, giúp cho mao mạch đàn hồi và bền vững hơn. Từ đó giúp ngăn ngừa những tai biến do vỡ các mạch máu, gián tiếp giúp hạ huyết áp [18]. Vỏ quả bưởi có chứa một lượng cao bioflavonoid. Các bioflavonoid có trong bưởi giúp phát hiện và ngăn chặn các tế bào ung thư lan rộng ở những bệnh nhân ung thư vú bằng cách thu thập những estrogen thừa của cơ thể. Thành phần vitamin C trong bưởi giúp tăng cường và duy trì độ đàn hồi của động mạch, tăng cường hệ miễn dịch của cơ thể, bảo vệ cơ thể chống lại stress, các bệnh liên quan 14