Tài liệu Nghiên cứu hoạt tính chống oxy hóa của chitosan in vitro để ứng dụng trong chế biến chả cá đỏ củ

TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA SAU ĐẠI HỌC -------- HUỲNH THỊ THU NGUYỆT NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH CHỐNG OXY HÓA CỦA CHITOSAN IN VITRO ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG CHẾ BIẾN CHẢ CÁ ĐỎ CỦ LUẬN VĂN THẠC SỸ KHÁNH HÒA - 2017 i TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA SAU ĐẠI HỌC -------- HUỲNH THỊ THU NGUYỆT NGHIÊN CỨU HOẠT TÍNH CHỐNG OXY HÓA CỦA CHITOSAN IN VITRO ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG CHẾ BIẾN CHẢ CÁ ĐỎ CỦ LUẬN VĂN THẠC SỸ Ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 60420201 Quyết định giao đề tài: 67/QĐ – ĐHNT ngày 24/01/2017 Quyết định thành lập HĐ: 685/QĐ – 02/08/2017 Ngày bảo vệ: 21/8/2017 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. HUỲNH NGUYỄN DUY BẢO PGS.TS.TRANG SĨ TRUNG Chủ tịch Hội đồng: TS. NGÔ THỊ HOÀI DƢƠNG Khoa sau đại học: ii ĐHNT ngày LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan mọi kết quả của đề tài “Nghiên cứu hoạt tính chống oxy hóa của chitosan in vitro để ứng dụng trong chế biến chả cá đỏ củ” đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kì công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã đƣợc cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này đã đƣợc ghi rõ nguồn gốc. Nha trang, ngày 07 tháng 7 năm 2017 Tác giả luận văn Huỳnh Thị Thu Nguyệt iii LỜI CÁM ƠN Để hoàn thành luận văn này tôi đã nhận đƣợc rất nhiều sự giúp đỡ tận tình của các quý Thầy Cô, bạn bè và ngƣời thân. Xin chân thành cảm ơn: Ban Giám hiệu, các phòng ban chức năng, quý Thầy Cô giáo đã giảng dạy, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập tại Trƣờng. Quý Thầy Cô Trung tâm Thí nghiệm Thực hành đã luôn tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong quá trình thực hiện Luận văn. Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến TS. Huỳnh Nguyễn Duy Bảo và PGS.TS. Trang Sĩ Trung đã hƣớng dẫn tận tình và chu đáo trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành báo cáo Luận văn. Tôi cũng xin chân thành cám ơn đề tài nhiệm vụ hợp tác Quốc tế về Khoa học Công Nghệ theo Nghị định thƣ “Nghiên cứu sản xuất các sản phẩm giá trị gia tăng từ phế liệu tôm để ứng dụng trong nông nghiệp” đã hỗ trợ một phần kinh phí thực hiện nghiên cứu này. Cuối cùng tôi xin gởi lời cám ơn chân thành đến gia đình và tất cả bạn bè đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Khánh Hòa, ngày 07 tháng 7 năm 2017 Tác giả luận văn Huỳnh Thị Thu Nguyệt iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................iii LỜI CÁM ƠN ................................................................................................................... iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................viii DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................... x DANH MỤC HÌNH ........................................................................................................... x TRÍCH YẾU LUẬN VĂN ............................................................................................. xiv MỞ ĐẦU ........................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................................. 4 1.1. Tổng quan về chitosan ............................................................................................ 4 1.1.1. Cấu tạo .......................................................................................................... 4 1.1.2. Tính chất của chitosan ..................................................................................... 5 1.1.2.1. Tính chất hóa lý ............................................................................................ 5 1.1.2.2. Tính chất hóa học.......................................................................................... 7 1.1.2.3. Hoạt tính sinh học ......................................................................................... 7 1.2. Quá trình oxy hóa và hoạt tính chống oxy hóa của chitosan và các dung môi ..... 11 1.2.1. Quá trình oxy hóa .......................................................................................... 11 1.2.2. Cơ chế chống oxy hóa của chitosan............................................................... 12 1.2.3 Ảnh hƣởng của một số yếu tố đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan...... 12 1.3. Các phƣơng pháp phân tích hoạt tính chống oxy hóa........................................... 18 1.4. Giới thiệu về cá đỏ củ và các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm chả cá đỏ củ ........................................................................................................................ 20 1.4.1. Đặc điểm cấu tạo và giá trị dinh dƣỡng của cá đỏ củ: ................................... 20 1.4.2. Quy trình làm chả cá đỏ củ. ........................................................................... 22 1.4.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình oxy hóa lipid ........................................ 23 1.4.3.1. Ảnh hƣởng của công nghệ chiên ................................................................ 23 1.4.3.2. Ảnh hƣởng của công nghệ bảo quản .......................................................... 24 CHƢƠNG 2 ..................................................................................................................... 26 v ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................... 26 2.1. Nguyên vật liệu và hóa chất.................................................................................. 26 2.1.1 Chitosan .......................................................................................................... 26 2.1.2. Cá đỏ củ ......................................................................................................... 27 2.1.3 Hóa chất .......................................................................................................... 28 2.1.4. Thiết bị và dụng cụ ........................................................................................ 28 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................................... 29 2.2.1. Phƣơng pháp tiếp cận các nội dung của đề tài ............................................... 29 2.2.2. Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của độ deacetyl chitosan đến khả năng chống oxy hóa .......................................................................................................... 31 2.2.3. Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của khối lƣợng phân tử chitosan đến khả năng chống oxy hóa. ................................................................................................ 32 2.2.4. Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của dạng tồn tại (tự nhiên, muối, nano) chitosan đến khả năng chống oxy hóa ..................................................................... 33 2.2.5. Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của dung môi hòa tan chitosan đến hoạt tính chống oxy hóa................................................................................................... 34 2.2.6. Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng các chất gia vị đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan ....................................................................................................... 35 2.2.7. Thử nghiệm chitosan chống oxy hóa lipid trong chả cá viên chiên. ............. 38 2.2.7.1. Thí nghiệm ảnh hƣởng của quá trình chiên chả cá đến sự oxy hóa dầu. .... 38 2.2.7.2. Thí nghiệm ảnh hƣởng của bổ sung chitosan phân tử lƣợng thấp đến chất lƣợng chả cá đỏ củ trong quá trình bảo quản. .......................................................... 39 2.2.7.3. Thí nghiệm ảnh hƣởng của nồng độ chitosan bổ sung đến chất lƣợng chả cá đỏ củ trong quá trình bảo quản. ........................................................................... 41 2.2.7.4. Thí nghiệm ảnh hƣởng của dạng tồn tại chitosan bổ sung đến chất lƣợng chả cá đỏ củ trong quá trình bảo quản. .................................................................... 43 2.3. Các phƣơng pháp phân tích .................................................................................. 45 2.4. Phƣơng pháp xử lý số liệu .................................................................................... 47 CHƢƠNG 3 ..................................................................................................................... 48 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................................................... 48 vi 3.1. Ảnh hƣởng của độ deacetyl và khối lƣợng phân tử của chitosan đến hoạt tính chống oxy hóa .............................................................................................................. 48 3.1.1. Ảnh hƣởng của độ deacetyl của chitosan đến hoạt tính chống oxy hóa ........ 48 3.1.2. Ảnh hƣởng của khối lƣợng phân tử chitosan đến hoạt tính chống oxy hóa .. 51 3.2. Ảnh hƣởng của dạng tồn tại chitosan đến hoạt tính chống oxy hóa ..................... 55 3.3. Ảnh hƣởng của dung môi hòa tan chitosan đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan ........................................................................................................................ 60 3.3.1. Đánh giá khả năng chống oxy hóa của dung môi hòa tan chitosan ................... 60 3.3.2. Ảnh hƣởng của dung môi hòa tan đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan............. 63 3.4. Ảnh hƣởng của các chất gia vị đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan. ......... 68 3.4.1 Đánh giá quá trình sàng lọc các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính chống oxy hóa bắt gốc tự do DPPH, tổng năng lực khử, hoạt tính chống oxy hóa hóa lipid bằng mô hình Fenton trong hệ Lipid/FeCl2/H202 theo thiết kế thí nghiệm PlackettBurman. ....................................................................................................................... 68 3.4.2. Ảnh hƣởng của các chất gia vị, phụ gia khi kết hợp với chitosan đến hoạt tính chống oxy hóa của chúng. .................................................................................... 74 3.5. Thử nghiệm chitosan chống oxy hóa lipid trong chả cá viên chiên ..................... 76 3.5.1. Ảnh hƣởng của chất lƣợng dầu trƣớc và sau khi chiên đến chỉ số peroxyde .... 76 3.5.2. Ảnh hƣởng của bổ sung chitosan phân tử lƣợng thấp đến sự thay đổi chỉ số peroxide, TBARS, giá trị cảm quan và độ đông kết của chả cá đỏ củ trong quá trình bảo quản. ...................................................................................................................... 77 3.5.3. Ảnh hƣởng của nồng độ chitosan đến sự thay đổi chỉ số peroxide, TBARS, giá trị cảm quan và độ đông kết của chả cá đỏ củ trong quá trình bảo quản. .............. 82 CHƢƠNG 4 ..................................................................................................................... 93 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................................... 93 4.1. Kết luận ................................................................................................................. 93 4.2. Kiến nghị .............................................................................................................. 93 PHỤ LỤC vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu viết tắt Viết đầy đủ BHA : Butylated hydroxyanisole BHT : Butylated hydroxytoluen CTS : Chitosan DD : Deacetyl degree DPPH : 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl DPPH-H : 2,2-diphenyl-1- picrylhydrazyl EPA : Acid eicosapentaenoic FerrylMb : Ferrylmyoglobin HMWC : Hight Molecular Weight Chitosan MDA : Malondialdehyde LMWC : Low Molecular Weight Chitosan Mb : Myoglobin MetMb : Metmyoglobin MMWC : Medium Molecular Weight Chitosan MW : Molecular Weight TBA : Acid thiobarbituric TBARS : Thiobarbituric acid reactive substances TCA : Tricloacetic acid TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam viii TPP : Tripolyphosphate-pentasodium ix DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Nồng độ dung môi thƣờng sử dụng để hòa tan chitosan.......................... 15 Bảng 1.2. Thành phần dinh dƣỡng của thịt cá đỏ củ ................................................ 21 Bảng 2.1. Đặc điểm của các mẫu chitosan dùng trong nghiên cứu ......................... 26 Bảng 2.2. Tên thiết bị và dụng cụ ............................................................................. 28 Bảng 2.3. Các biến trong ma trận thí nghiệm sàng lọc theo thiết kế Plackett-Burman .................................................................................................................................. 36 Bảng 2.4. Ma trận bố trí các thí nghiệm đầy đủ theo thiết kế Plackett-Burman ...... 36 Bảng 3.1. Kết quả phân tích ANOVA ảnh hƣởng của các chất gia vị đến hoạt tính tự do bắt gốc DPPH của mẫu Chitosan......................................................................... 69 Bảng 3.2. Kết quả phân tích ANOVA ảnh hƣởng của các chất gia vị đến tổng năng lực khử của mẫu chitosan ......................................................................................... 71 Bảng 3.3. Phân tích ANOVA ảnh hƣởng của các chất gia vị đến hoạt tính chống oxy hóa lipid bằng mô hình Fenton trong Lipid/FeCl2/H202 của mẫu chitosan. ............. 73 x DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Sự chuyển đổi cấu trúc khi deacetyl hóa chitin .......................................... 4 Hình 1.2. Công thức hóa học của chitosan ................................................................ 4 Hình 1.3. Tỷ lệ nhóm chức trong cấu trúc của chitin và chitosan .............................. 6 Hình 1.4. Liên kết ion giữa chitosan và TPP ............................................................ 18 Hình 1.5 Cá đỏ củ nguyên con ................................................................................. 21 Hình 1.6. Quy trình làm chả cá đỏ củ ....................................................................... 22 Hình 2.1. Sơ đồ cách tiếp cận tổng quát các nội dung của đề tài ............................. 30 Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của độ deacetyl chitosan đến khả năng chống oxy hóa ........................................................................................... 31 Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của khối lƣợng phân tử chitosan đến khả năng chống oxy hóa. ..................................................................... 32 Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của dạng tồn tại chitosan đến khả năng chống oxy hóa .......................................................................................... 33 Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát hoạt tính chống oxy hóa của các dung môi hòa tan chitosan ................................................................................................. 34 Hình 2.6. Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của dung môi hòa tan chitosan đến hoạt tính chống oxy hóa. .................................................................................... 35 Hình 2.7. Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng các chất gia vị đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan. ..................................................................................... 38 Hình 2.8. Sơ đồ bố tri thí nghiệm ảnh hƣởng của bổ sung chitosan phân tử lƣợng thấp đến chất lƣợng chả cá trong quá trình bảo quản ............................................... 40 Hình 2.9. Sơ đồ bố trí thí ảnh hƣởng của nồng độ chitosan đến chất lƣợng chả cá trong quá trình bảo quản. .......................................................................................... 42 Hình 2.10. Sơ đồ bố trí thí ảnh hƣởng của của dạng tồn tại chitosan đến chất lƣợng chả cá trong quá trình bảo quản. ............................................................................... 44 Hình 3.1. Ảnh hƣởng của độ deacetyl chitosan đến hoạt tính khử gốc tự do DPPH. .................................................................................................................................. 48 Hình 3.2. Ảnh hƣởng của độ deacetyl chitosan đến tổng năng lực khử................... 49 Hình 3.3. Ảnh hƣởng của độ deacetyl chitosan đến hoạt tính ức chế sự oxy hóa lipid ................................................................................................................................................... 50 xi Hình 3.4. Ảnh hƣởng của khối lƣợng phân tử chitosan đến hoạt tính khử gốc tự do DPPH. ....................................................................................................................... 52 Hình 3.5. Ảnh hƣởng của khối lƣợng phân tử chitosan đến tổng năng lực khử. ..... 53 Hình 3.6. Ảnh hƣởng của khối lƣợng phân tử chitosan đến hoạt tính ức chế sự oxy hóa lipid. .................................................................................................................... 54 Hình 3.7. Ảnh hƣởng của dạng tồn tại của chitosan đến hoạt tính khử gốc tự do DPPH ........................................................................................................................ 56 Hình 3.8. Ảnh hƣởng của dạng tồn tại đến tổng năng lực khử. ............................... 58 Hình 3.9. Ảnh hƣởng của dạng tồn tại đến hoạt tính ức chế sự oxy hóa lipid của chitosan ..................................................................................................................... 59 Hình 3.10. Ảnh hƣởng của dung môi hòa tan chitosan đến khả năng khử gốc tự do DPPH ........................................................................................................................ 61 Hình 3.11. Ảnh hƣởng của dung môi hòa tan đến tổng năng lực khử. .................... 62 Hình 3.12. Ảnh hƣởng của dung môi đến hoạt tính ức chế sự oxy hóa lipid. .......... 63 Hình 3.13. Ảnh hƣởng của dung môi hòa tan chitosan đến hoạt tính chống khử gốc tự do DPPH . ............................................................................................................. 64 Hình 3.14. Ảnh hƣởng của dung môi hòa tan chitosan đến tổng năng lực khử.. ..... 65 Hình 3.15. Ảnh hƣởng của dung môi hòa tan chitosan đến hoạt tính ức chế sự oxy hóa lipid. ................................................................................................................... 67 Hình 3.16. Biểu đồ patero thể hiện ảnh hƣởng của các chất gia vị đến khả năng bắt gốc tự do DPPH mẫu chitosan .................................................................................. 68 Hình 3.17. Biểu đồ thể hiện patero ảnh hƣởng của các chất gia vị đến đến tổng năng lực khử của mẫu chitosan ......................................................................................... 70 Hình 3.18. Biểu đồ patero ảnh hƣởng của các chất gia vị đến hoạt tính chống oxy hóa lipid bằng mô hình Fenton trong hệ Lipid/FeCl2/H202 của mẫu chitosan.......... 72 Hình 3.19. Hoạt tính chống oxy hóa của mẫu chitosan và chitosan kết hợp với 7 loại gia vị thông qua chỉ tiêu DPPH (a), tổng năng lực khử (b), theo mô hình phản ứng Fenton (c). ............................................................................................................................................. 75 Hình 3.20. Chỉ số peroxide của dầu trƣớc và sau khi chiên các mẫu chả cá đỏ củ. . 76 Hình 3.21. Ảnh hƣởng của chitosan phân tử lƣợng thấp đến sự thay đổi chỉ số peroxide (a) và chỉ số TBARS (b) của chả cá đỏ củ trong quá trình bảo quản ......... 78 xii Hình 3.22. Ảnh hƣởng của chitosan phân tử lƣợng thấp đến sự thay đổi điểm cảm quan (a) và độ đông kết (b) của sản phẩm. ............................................................... 81 Hình 3.23. Ảnh hƣởng của nồng độ chitosan bổ sung đến sự biến đổi chỉ số peroxide (a) và chỉ số TBARS (b) của chả cá đỏ củ trong quá trình bảo quản ......... 83 Hình 3.24. Ảnh hƣởng của nồng độ chitosan đến sự thay đổi điểm cảm quan (a) và độ đông kết (b) của sản phẩm. .................................................................................. 85 Hình 3.25. Ảnh hƣởng của dạng tồn tại chitosan đến sự thay đổi chỉ số peroxide (a) và chỉ số TBARS (b) của chả cá đỏ củ trong thời gian bảo quản............................. 87 Hình 3.26. Ảnh hƣởng của dạng tồn tại chitosan bổ sung đến sự thay đổi điểm cảm quan (a) và độ đông kết (b) của sản phẩm. ............................................................... 89 Hình 3.27. Sơ đồ quy trình đề xuất sản xuất chả cá đỏ củ. ...................................... 91 xiii TRÍCH YẾU LUẬN VĂN Chitosan là dẫn xuất của chitin, đƣợc tách chiết từ vỏ các loài giáp xác, hoạt tính chống oxy hóa của chitosan phụ thuộc vào nhiều yếu tố, do đó để đƣa ra đƣợc điều kiện tối ƣu nhằm phát huy hoạt tính chống oxy hóa của chitosan tốt nhất, việc nghiên cứu đầy đủ các yếu tố (khối lƣợng phân tử và độ deacetyl của chitosan, các loại acid dùng làm dung môi hòa tan chitosan, một số phụ gia thực phẩm phổ biến) ảnh hƣởng đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan có ý nghĩa rất lớn, là cơ sở để sử dụng hiệu quả chitosan làm chất chống oxy lipid cho các sản phẩm thực phẩm nhằm nâng cao chất lƣợng và kéo dài thời hạn. Bên cạnh đó, thủy sản là nguồn nguyên liệu rất lớn, việc chế biến theo nhiều cách khác nhau giúp đa dạng hơn các sản phẩmvà một trong những cách đó là làm ra sản phẩm chả cá. Tuy nhiên hàm lƣợng lipid trong chả cá chiên cao, dễ bị oxy hóa, ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm mùi vị cũng nhƣ màu sắc, do đó việc đƣa ra phƣơng pháp để kéo dài thời hạn bảo quản đối với sản phẩm này là cần thiết và quan trọng. Chính vì vậy, đề tài này đã tiến hành:“Nghiên cứu hoạt tính chống oxy hóa của chitosan in vitro để ứng dụng trong chế biến chả cá đỏ củ.” Mục tiêu của đề tài : (1) Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan (khối lƣợng phân tử và độ deacetyl của chitosan, các loại acid dùng làm dung môi hòa tan chitosan, một số phụ gia thực phẩm phổ biến). (2) Ứng dụng chitosan để chống oxy hóa lipid trong chả cá đỏ củ chiên. Phƣơng pháp nghiên cứu: - Đánh giá hoạt tính khử gốc tự do DPPH, tổng năng lực khử và hàm lƣợng MDA bằng phản ứng Fenton trong hệ Lipid/FeCl2/H2O2. - Xác định chỉ số TBARS, chỉ số peroxyde, xác định độ bền đông kết và phƣơng pháp đánh giá cảm quan. - Áp dụng các phƣơng pháp xử lý số liệu và đánh giá kết quả đảm bảo yêu cầu khách quan về độ chính xác cho phép với sự hỗ trợ của phần mềm Microsoft Excel 2010, SPSS, Design Expert 10. xiv Kết quả thu đƣợc: Mẫu chitosan có khối lƣợng phân tử càng thấp và độ deacetyl càng cao thì hoạt tính chống oxy hóa càng cao. Trong ba dạng chitosan khảo sát, dạng nano thể hiện hoạt tính chống oxy hóa tốt nhất, tiếp đến là dạng tự nhiên và cuối cùng hoạt tính thấp nhất là dạng muối. Hoạt tính chống oxy hóa của 4 mẫu dung môi hòa tan chitosan bằng các phƣơng pháp khác nhau: acid ascorbic là chất có khả năng chống oxy hóa cao nhất, tiếp đến là acid citric, acid lactic và thấp nhất là acid acetic. Tuy nhiên khi kết hợp với chitosan thì hoạt tính của acid axetic tăng đáng kể, nên acid axetic đƣợc xem là dung môi phù hợp nhất để hòa tan chitosan. Các gia vị có ảnh hƣởng thuận đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan và theo thứ tự nhƣ sau: Tiêu > tỏi > hành > đƣờng > sorbitol > bột ngọt > muối Bƣớc đầu đã thử nghiệm chống oxy hóa lipid của chả cá viên chiên bằng dung dịch chitosan và bảo quản trong 27 ngày, chỉ số biểu hiện khả năng oxy hóa của lipid trong chả cá viên chiên( PV, TBARS) giảm đáng kể so với mẫu đối chứng không bổ sung chitosan. Từ khóa: hoạt tính chống oxy hóa, chitosan, chả cá đỏ củ chiên. xv MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Giáp xác là nguồn nguyên liệu thủy sản dồi dào chiếm 1/3 tổng sản lƣợng nguyên liệu thủy sản ở Việt Nam, hằng năm các nhà máy chế biến đã thải bỏ một lƣợng lớn phế liệu giáp xác, việc tận dụng nguồn phế liệu này để sản xuất chitin, chitosan không chỉ góp phần bảo vệ môi trƣờng mà còn đem lại hiệu quả kinh tế cao. Chitosan là polysacharide nhiều thứ hai sau cellulose đƣợc tìm thấy trong tự nhiên, có rất nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp, y dƣợc và bảo vệ môi trƣờng với các hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm và đặc biệt là hoạt tính chống oxy hóa. Nó đƣợc nghiên cứu và ứng dụng rất nhiều, đặc biệt là những sản phẩm dễ bị oxy hóa, có giá trị cao [7]. Hoạt tính chống oxy hóa của chitosan bên cạnh phụ thuộc nhiều vào độ deacetyl và khối lƣợng phân tử, có thể gắn kết tốt với lipid, protein và các chất màu, nó không tan trong nƣớc nên ổn định hơn trong môi trƣờng nƣớc so với các polymer tan trong nƣớc nhƣ agar, alginate. Khi bổ sung cùng với các phụ gia bảo quản thì ít nhiều các phụ gia này sẽ ảnh hƣởng đến hoạt tính của chitosan, nó có thể làm tăng hoặc khối lƣợng phân tử, độ deacetyl, giảm hoạt tính chống oxy hóa của chất này, do đó việc nghiên cứu sự ảnh hƣởng của các yếu tố nhƣ phụ gia đến hoạt tính chống oxy hóa có ý nghĩa rất lớn, nó giúp ta có 1 cái nhìn khái quát về ảnh hƣởng của các chất phụ gia, từ đó lựa chọn và điều chỉnh sao cho phù hợp với quy trình nghiên cứu. Hơn nữa, hoạt tính chống oxy hóa của chitosan còn thể hiện rõ hơn khi hòa tan nó trong acid, tuy nhiên mỗi loại acid lại ảnh hƣởng khác nhau đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan . Thêm vào đó, khi đƣợc sản xuất ra ở các dạng khác nhau thì hoạt tính oxy hóa của nó cũng khác, đặc biệt là đối với muối chitosan và nano chitosan. Do đó để đƣa ra đƣợc điều kiện tối ƣu nhằm phát huy hoạt tính chống oxy hóa của chitosan tốt nhất, việc nghiên cứu đầy đủ các yếu tố (khối lƣợng phân tử và độ deacetyl của chitosan, các loại acid dùng làm dung môi hòa tan chitosan, một số phụ gia thực phẩm phổ biến) ảnh hƣởng đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan có ý 1 nghĩa rất lớn, là cơ sở để sử dụng hiệu quả chitosan làm chất chống oxy lipid cho các sản phẩm thực phẩm nhằm nâng cao chất lƣợng và kéo dài thời hạn. Thủy sản là nguồn nguyên liệu rất lớn, việc chế biến theo nhiều cách khác nhau giúp đa dạng hơn các sản phẩm, đáp ứng nhu cầu thị trƣờng, và một trong những cách đó là làm ra sản phẩm chả cá, đây là loại sản phẩm đƣợc thị trƣờng ƣa chuộng, không chỉ do hƣơng vị mà nó đem đến mà còn do tính tiện dụng của sản phẩm. Tuy nhiên hàm lƣợng lipid trong chả cá chiên cao, dễ bị oxy hóa, ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm mùi vị cũng nhƣ màu sắc, do đó việc đƣa ra phƣơng pháp để kéo dài thời hạn bảo quản đối với sản phẩm này là cần thiết và quan trọng, tuy nhiên cho đến hiện tại, chƣa có công trình nào nghiên cứu về chống oxy hóa lipid cho sản phẩm này. Xuất phát từ thực tế nêu trên, tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu hoạt tính chống oxy hóa của chitosan in vitro để ứng dụng trong chế biến chả cá đỏ củ.” 2. Mục tiêu đề tài Phân tích các yếu tố (khối lƣợng phân tử và độ deacetyl của chitosan, các loại acid dùng làm dung môi hòa tan chitosan, một số phụ gia thực phẩm phổ biến) ảnh hƣởng đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan in vitro để có cơ sở sử dụng hiệu quả chitosan làm chất chống oxy hóa lipid trong bảo quản chả cá viên chiên. 3. Nội dung nghiên cứu Đề tài đã thực hiện các nội dung nghiên cứu nhƣ sau: (1) Khảo sát ảnh hƣởng của khối lƣợng phân tử và độ deacetyl đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan. (2) Khảo sát ảnh hƣởng của dung môi hòa tan chitosan (acid axetic, acid lactic, acid citric, acid sorbic) đến hoạt tính chống oxy hóa của dung dịch chitosan. (3) Khảo sát ảnh hƣởng của một số chất phụ gia thực phẩm phổ biến (muối, đƣờng, tiêu, bột ngọt, sorbitol, hành, tỏi) đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan. (4) Khảo sát ảnh hƣởng của dạng tồn tại (chitosan tự nhiên, muối chitosan, nano chitosan) đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan. (5) Thử nghiệm chống oxy hóa lipid trong chả cá đỏ củ chiên bằng chitosan. 2 4. Ý nghĩa khoa học của đề tài Đề tài xác định ảnh hƣởng của khối lƣợng phân tử và độ deacetyl của chitosan, các loại acid dùng làm dung môi hòa tan chitosan và một số phụ gia thực phẩm phổ biến đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan in vitro tạo cơ sở khoa học cho việc ứng dụng hoạt tính sinh học tự nhiên chitosan làm chất chống oxy hóa trong chế biến và bảo quản thực phẩm. 5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Kết quả nghiên cứu của đề tài bƣớc đầu đã thử nghiệm khả năng chống oxy hóa lipid trong chế biến và bảo quản sản phẩm chả cá đỏ củ bằng hoạt tính chống oxy hóa của chitosan. 3 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về chitosan 1.1.1. Cấu tạo Chitosan là một dẫn xuất của chitin đƣợc hình thành khi tách nhóm acetyl khỏi chitin, do đó chitosan chứa rất nhiều nhóm amino. Chitosan đƣợc phát hiện lần đầu tiên bởi Rouget vào năm 1859. Chitosan thƣờng ở dạng vảy hoặc dạng bột có màu trắng ngà. Công thức cấu tạo của chitosan gần giống nhƣ chitin và cellulose chỉ khác là chitosan chứa nhóm amin ở cacbon thứ 2 [12]. Chitosan là polymer hữu cơ có cấu trúc tuyến tính từ các đơn vị β-D glucosamin liên kết với nhau bằng liên kết β-1,4 glucoside [12]. H nh 1.1. Sự chuyển đổi cấu trúc khi deacetyl hóa chitin [12]. Trong thực tế thƣờng có mắt xích chitin đan xen trong mạch cao phân tử chitosan khoảng 10%. Vì vậy công thức chính xác của phân tử chitosan là: Hình 1.2. Công thức hóa học của chitosan [12]. 4 (Trong đó tỷ lệ m/n phụ thuộc vào mức độ deacetyl hóa.) Công thức phân tử: ( C6H11O4 )n Phân tử lƣợng: Mchitosan = (161,07)n Chitosan có tên khoa học là poly [-(1-4)-2- amido -2-deoxy-D-glycopyranose]. Cấu trúc phân tử của chitosan là polysacaride mạch thẳng đƣợc cấu tạo từ các 2-minodeoxy-β-D-glucopyranose (D-glucosamine, đơn vị đã deaxetyl hóa), 2-acetamido-2deoxy-β-D-glucopyranose (N-acetyl-D-Glucosamine, đơn vị chứa nhóm acetyl) liên kết tại vị trí β (1,4) [12]. 1.1.2. Tính chất của chitosan 1.1.2.1. Tính chất hóa lý Khả năng hòa tan của chitosan Chitosan dễ hòa tan trong dung dịch axid loãng có pH dƣới 6. Các axid hữu cơ nhƣ acetic, formic, axid lactic đƣợc sử dụng để hòa tan chitosan và thông dụng nhất là dung dịch axid axetic 1% có pH khoảng 4. Chitosan cũng hòa tan trong axid hydrocloric (HCl) 1% nhƣng không tan trong axid sulfuric (H2SO4) và photphoric (H3PO4). Khả năng hòa tan của chitosan trong các axid vô cơ là khá hạn chế. Ở pH lớn hơn 7, khả năng hòa tan của chitosan rất kém. Tại pH cao hơn, sự kết tủa hay gel hóa có xu hƣớng xảy ra và dung dịch chitosan tạo phức ion cao phân tử với các anion hydrocolloid dẫn đến sự hình thành gel [34]. Độ deacetyl (DD) Về mặt định lƣợng thì DD là tỷ số giữa số nhóm -NH2 so với tổng số nhóm -NH2 và nhóm -NHCOCH3 trong phân tử chitin/CTS. DD là thông số cơ bản dùng để phân biệt chitin với CTS. CTS thƣờng có DD > 50%, nghĩa là số nhóm NH2 > số nhóm NHCOCH3. Sự khác biệt về số lƣợng của các nhóm trên dẫn tới sự khác biệt rõ rệt về tính chất của hai loại polymer này. CTS có DD khác nhau dẫn tới sự khác nhau về khối lƣợng phân tử, độ nhớt, khả năng hòa tan trong axit... DD càng cao thì khối lƣợng phân tử và độ nhớt càng giảm [20]. 5