Tài liệu ứng dụng chitosan trong bảo quản cà chua và xoài

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ------  ------ MAK LY ỨNG DỤNG CHITOSAN TRONG BẢO QUẢN CÀ CHUA VÀ XOÀI LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ------  ------ MAK LY ỨNG DỤNG CHITOSAN TRONG BẢO QUẢN CÀ CHUA VÀ XOÀI CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS. NGUYỄN XUÂN PHƯƠNG HÀ NỘI, 2008 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân trọng cảm ơn Trung tâm đào tạo sau đại học, Viện Công nghệ sinh học – thực phẩm của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện để tôi hoàn thành bản luận văn. Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Xuân Phương đã trực tiếp tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện bản luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch, lãnh đạo và cán bộ Phòng Bảo quản Viện Cơ điện nông nghiệp và công nghệ sau thu hoạch, cán bộ phòng thí nghiệm Viện Công nghệ sinh học – thực phẩm của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong quá trình thực hiện các nghiên cứu liên quan đến luận văn. Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn quí thầy cô giáo, cán bộ phòng thí nghiệm và các bạn đồng nghiệp đã đóng góp những ý kiến quí báu để tôi hoàn thành bản luận văn này. Tác giả luận văn Mak Ly HÀ NỘI , 2008 MAK LY NGÀNH : CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM KHOÁ : 2006-2008 Hà Nội 2008 MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU ......................................................................................................................... 1 PHẦN I : TỔNG QUAN ......................................................................................................... 3 I.1. TỔNG QUAN VỀ CHITOSAN ...................................................................................... 4 I.1.1. Lịch sử phát hiện ...................................................................................................... 4 I.1.2. Nguồn gốc ............................................................................................................... 5 I.1.3. Cấu trúc và tính chất của chitosan .......................................................................... 5 I.1.4. Khái quát ứng dụng của chitosan ............................................................................ 7 I.2. TỔNG QUAN QUẢ CÀ CHUA ................................................................................... 12 I.2.1. Nguồn gốc .............................................................................................................. 12 I.2.2. Hình thái ................................................................................................................. 13 I.2.3. Tình hình sản suất và tiêu thụ cà chua trên thế giới và ở Việt Nam ...................... 15 I.2.4.Thời vụ ..................................................................................................................... 17 I.2.5.Giống cà chua ......................................................................................................... 17 I.2.6. Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng ............................................................ 17 I.2.7. Tình hình bảo quản và chế biến cà chua................................................................ 20 I.3. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU XOÀI ................................................................... 21 CHỦNG LOẠI .................................................................................................................... 23 I.3.1. Tình hình phát triển cây xoài trên thế giới và Việt Nam ........................................ 23 I.3.2. Các giống xoài chính hiện trồng ở Việt Nam và ở tỉnh Khánh Hoà ...................... 25 I.4. CÁC BIẾN ĐỔI CỦA RAU QUẢ SAU THU HÁI....................................................... 32 I.4.1. Biến đổi sinh hoá .................................................................................................... 32 I.4.2. Biến đổi vật lý ......................................................................................................... 35 a. Sự bay hơi nước ....................................................................................................... 35 b. Sự giảm khối lượng tự nhiên ................................................................................... 36 I.4.3. Biến đổi hóa học ..................................................................................................... 36 PHẦN II : ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................... 39 II.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ..................................................................................... 40 II.1.1. Chitosan ................................................................................................................ 40 II.1.2. Cà chua ................................................................................................................. 40 II.1.3. Xoài ....................................................................................................................... 41 II.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................................... 41 II.3.1. Phương pháp xử lý số liệu .................................................................................... 41 II.3.2. Các phương pháp phân tích .................................................................................. 41 1. Xác định cường độ hô hấp: (phương pháp hở) ................................................. 41 2. Xác định độ hao hụt khối lượng............................................................................... 43 3. Xác định chỉ tiêu biến đổi cường độ màu ................................................................ 44 4. Xác định hàm lượng chất khô hòa tan ..................................................................... 44 5. Xác định độ cứng của quả ........................................................................................ 44 6. Xác định hàm lượng đường khử bằng phương pháp hóa học .................................. 44 7. Xác định hàm lượng axit tổng số theo phương pháp trung hòa............................... 46 8. Xác định hàm lượng vitamin C bằng phương pháp sử dụng Iodine ........................ 46 9. Chỉ tiêu vi sinh vật tổng số ...................................................................................... 47 10. Chỉ tiêu cảm quan .................................................................................................. 49 II.4. SƠ ĐỒ BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM .................................................................................... 53 II.4. 1.Sơ đồ bố trí thí nghiệm đối với cà chua ................................................................ 53 II.4.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm đối với quả xoài............................................................... 54 PHẦN III :KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................................... 55 III.1. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CHITOSAN ĐỂ BẢO QUẢN CÀ CHUA .................................................................................................................................. 56 III.1.1. Kết quả bảo quản cà chua ở nhiệt độ thường ( 22 – 34 oC) ................................ 56 1. Ảnh hưởng của nồng độ chitosan tới hao hụt khối lượng của cà chua .................... 56 2. Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đối với sự biến đổi màu sắc của cà chua ........... 57 3. Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đối với chất khô hoà tan..................................... 59 4. Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đối với độ cứng của quả cà chua........................ 60 5. Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đối với hàm lượng đường khử ........................... 61 6. Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đối với hàm lượng axit tổng số .......................... 62 7. Ảnh hưởng của màng chitosan đối với cường độ hô hấp ........................................ 64 8. Ảnh hưởng của màng chitosan đối với số lượng vi sinh vật tổng số trên bề mặt cà chua sau thời gian bảo quản ........................................................................ 65 III.1.2. Kết quả bảo quản cà chua ở nhiệt độ thấp (12 ± 1 oC) ....................................... 67 1. Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đối với hao hụt khối lượng................................. 67 2. Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đối với hàm lượng chất hoà tan ......................... 68 3. Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đối với độ cứng của quả ..................................... 69 4. Ảnh hưởng của màng chitosan đối với số lượng vi sinh vật tổng số ....................... 70 5. Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đối với chỉ tiêu cảm quan................................... 72 III.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CHITOSAN ĐỂ BẢO QUẢN XOÀI ................................................................................................................................... 74 III.2.1. Kết quả bảo quản xoài ở nhiệt độ thường ( 33 – 36oC) ...................................... 74 1. Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đối với hao hụt khối lượng................................. 74 2. Ảnh hưởng của màng chitosan đối với tốc độ chín của xoài ................................... 75 3. Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đối với lượng chất khô hoà tan .......................... 76 4. Biến đổi hàm lượng vitamin C theo thời gian bảo quản .......................................... 77 5. Sự biến đổi hàm lượng đường khử theo thời gian bảo quản.................................... 79 6. Sự biến đổi hàm lượng axit tổng số theo thời gian bảo quản .................................. 80 7. Ảnh hưởng của màng bao chitosan đối với cường độ hô hấp ................................. 81 8. Ảnh hưởng của màng bao chitosan đến số lượng vi sinh vật (VSV) tổng số trên bề mặt xoài sau thời gian bảo quản .................................................................. 82 9. Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đối với chỉ tiêu cảm quan................................... 83 3.2.2. Kết quả bảo quản xoài ở nhiệt độ thấp ( 12±1oC )................................................ 84 1. Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đối với sự hao hụt khối lượng ............................ 84 2. Ảnh hưởng của màng chitosan đối với hàm lượng chất khô hoà tan ...................... 85 3. Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đối với cường độ màu ........................................ 86 4. Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đối với lượng axit tổng số .................................. 87 5. Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đối với chỉ tiêu cảm quan................................... 88 III.3. CHI PHÍ NGUYÊN LIỆU CHO BẢO QUẢN........................................................... 90 1. Chi phí nguyên liệu cho bảo quản cà chua ................................................................. 90 2. Chi phí nguyên liệu cho bảo quản xoài ...................................................................... 90 III.4. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH BẢO QUẢN BẰNG CHITOSAN ..................................... 91 III.4.1. Đề xuất quy trình bảo quản cà chua bằng chitosan ............................................ 91 III.4.2. Đề xuất quy trình bảo quản xoài bằng chitosan.................................................. 94 PHẦN IV :KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... 96 IV.1. KẾT LUẬN ................................................................................................................ 97 IV.2. KIẾN NGHỊ................................................................................................................ 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................... 99 DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 : Bảng phân loại khoa học của cà chua ........................................................... 12 Bảng 1.2 : Bảng quốc gia đứng đầu về sản xuất cà chua ............................................... 16 Bảng 1.3: Chỉ tiêu sản xuất mặt hàng cà chua năm 2005 và năm 2010 ......................... 17 Bảng 1.4 : Thành phần các chất hoá học trong cà chua................................................. 18 Bảng 1.5 : Hàm lượng hydrocarbon cà chua (thính theo % chất khô) .......................... 19 Bảng 1.6 : Bảng phân loại khoa học của xoài ................................................................ 21 Bảng 1.7 : Bảng giới thiệu một số loài xoài trên thế giới ............................................... 22 Bảng 1.8 : Hiện trạng diện tích và sản lượng cây xoài của tỉnh Khánh Hoà ................. 24 Bảng 1.9 : Các giống xoài chính ở Việt Nam .................................................................. 25 Bảng 1.10 : Một số đặc điểm chính của các giống xoài Cam Ranh ............................... 26 Bảng 1.11 : Diện tích xoài phân theo địa phương 1998 - 2000 ...................................... 27 Bảng 1.12 : Diện tích gieo trồng xoài phân theo địa phương 2001-2005 ...................... 27 Bảng 1.13 : Tổng diện tích gieo trồng xoài phân theo địa phương 2006-2007 .............. 28 Bảng 1.14 : Diện tích cho sản phẩm xoài phân theo địa phương 2001-2005................. 28 Bảng 1.15 : Diện tích cho sản phẩm xoài phân theo địa phương 2006-2007................. 29 Bảng 1.16 : Năng xuất xoài phân theo địa phương 2001-2005 ...................................... 29 Bảng 1.17 : Năng suất xoài phân theo địa phương 2006-2007 ...................................... 30 Bảng 1.18 : Sản lượng xoài phân theo địa phương 1998-2000 ...................................... 30 Bảng 1.19 : Sản lượng xoài phân theo địa phương 2001-2005 ...................................... 31 Bảng 1.20 : Sản lượng xoài phân theo địa phương 2006-2007 ...................................... 31 Bảng 2.1 : Các chỉ tiêu đánh giá cảm quan của cà chua ................................................ 49 Bảng 2.2 : Các chỉ tiêu đánh giá cảm quan của xoài...................................................... 50 Bảng 2.3 : Phiếu cho điểm của phép thử cảm quan ....................................................... 50 Bảng 3.1 : Ảnh hưởng của nồng độ chitosan tới hao hụt khối lượng của cà chua theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ thường ............................................................ 56 Bảng 3.2 : Biến đổi màu sắc theo thời gian của cà chua ở nhiệt độ thường ................. 58 Bảng 3.3 : Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đối với lượng chất hoà tan của cà chua theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ thường........................................................ 59 Bảng 3.4 : Biến đổi độ cứng của cà chua theo thời gian ở nhiệt độ thường.................. 60 Bảng 3.5 : Biến đổi đường khử theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ thường của cà chua ............................................................................................................................. 61 Bảng 3.6 : Biến đổi hàm lượng axit tổng số theo thời gian của cà chua theo thời gian bao quản ở nhiệt độ thường ............................................................................. 63 Bảng 3.7: Ảnh hưởng của màng chitosan đối với cường độ hô hấp của cà chua theo thời gian ......................................................................................................... 64 Bảng 3.8 : Ảnh hưởng của màng chitosan đến số lượng VSV tổng số trên bề mặt cà chua bảo quản ở nhiệt độ thường ....................................................................... 65 Bảng 3.9 : Bảng đánh giá cảm quan của cà chua ở nhiệt độ thường ............................. 66 Bảng 3.10 : Kết quả đánh giá cảm quan của cà chua ở nhiệt độ thường ....................... 67 Bảng 3.11 : Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đối với hao hụt khối lượng của cà chua bảo quản ở nhiẹt độ thấp ................................................................................. 67 Bảng 3.12 : Biến đổi chất khô hoà tan theo thời gian của cà chua bảo quản ở nhiệt độ thấp .................................................................................................................... 68 Bảng 3.13 : Biến đổi độ cứng theo thời gian của cà chua ở nhiệt độ thấp ..................... 69 Bảng 3.14 : Ảnh hưởng của màng chitosan đối với lượng VSV tổng số trên bề mặt của cà chua bảo quản ở nhiệt độ thấp...................................................................... 71 Bảng 3.15 : Bảng đánh giá cảm quan cà chua bảo quản nhiệt đọ thấp ......................... 72 Bảng 3.16 : Kết quả đánh giá cảm quan cà chua bảo quản nhiệt độ thấp ..................... 72 Bảng 3.17 : Ảnh hưởng màng chitosan đối với hao hụt khối lượng của xoài bảo quản ở nhiệt độ thường ............................................................................................ 74 Bảng 3.18 : Biến đổi cường độ màu sắc sau thời gian bảo quản của xoài ở nhiệt độ thường ............................................................................................................... 75 Bảng 3.19 : Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đối với lượng chất khô hoà tan của xoài bảo quản ở nhiệt độ thường ............................................................................. 76 Bảng 3.20 : Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đối với lượng vitamin C trong xoài bảo quản ở nhiệt độ thường .................................................................................... 78 Bảng 3.21 : Sự biến đổi hàm lượng đường khử theo thời gian của xoài bảo quản ở nhiệt độ thường .................................................................................................... 79 Bảng 3.22 : Sự biến đổi hàm lượng axit theo thời gian của xoài ở nhiệt độ thường .............................................................................................................................. 80 Bảng 3.23 : Ảnh hưởng của màng chitosan đối với cường độ hô hấp của xoài ............. 81 Bảng 3.24 : Ảnh hưởng của màng chitosan tới lượng VSV tổng số trên bề mặt của xoài bảo quản ở nhiệt độ thường .............................................................................. 82 Bảng 3.25 : Bảng đánh giá cảm quan của xoài ở nhiệt độ thường ................................. 83 Bảng 3.25 : Kết quả đánh giá cảm quan của xoài ở nhiệt độ thường ............................. 84 Bảng 3.26 : Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đối với hao hụt khối lượng của xoài bảo quản ở nhiệt độ thấp ........................................................................................ 84 Bảng 3.27 : Sự biến đổi lượng chất khô theo thời gian của xoài bảo quản ở nhiệt độ thấp ................................................................................................................... 85 Bảng 3.28 : Sự thay đổi màu sắc theo thời gian của xoài bảo quản ở nhiệt độ thấp ................................................................................................................................. 86 Bảng 3.29 : Sự biến đổi hàm lượng axit tổng số theo thời gian của xoài bảo quản ở nhiệt độ thấp ....................................................................................................... 87 Bảng 3.30 : Bảng đánh giá cảm quan của xoài ở nhiệt độ thấp ..................................... 88 Bảng 3.31 : Kết quả đánh giá cảm quan của xoài ở nhiệt độ thấp ................................. 88 Bảng 3.32: Tính giá thành phụ thuộc vào chi phí nguyên liệu chính: ............................ 90 DANH MỤC CÁC HÌNH ĐỒ THỊ Trang Sơ đồ 2.1 : Sơ đồ làm việc của hệ thống đo cường độ hô hấp ........................................ 42 Hình 3.1 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ chitosan tới hao hụt khối lượng của cà chua ở nhiệt độ thường .............................................................................. 56 Hình 3.2 : Đồ thị biểu diễn sự biến đổi màu sắc của cà chua ở nhiệt độ thường theo thời gian bảo quản ...................................................................................... 58 Hình 3.3 : Đồ thị biểu diễn biến đổi hàm lượng chất khô hoà tan của cà chua theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ thường ..................................................................... 59 Hình 3.4 : Đồ thị biễu diễn sự biến đổi độ cứng của cà chua ở nhiệt độ thường ............................................................................................................................. 60 Hình 3.5 : Biểu đồ biểu diễn sự biến đổi đường khử của cà chua bảo quản ở nhiệt độ thường ................................................................................................................ 62 Hình 3.6 : Biểu đồ biểu diễn sự thay đổi axit tổng số của cà chua bảo quản ở nhiệt độ thường ................................................................................................................ 63 Hình 3.7 : Sơ đồ ảnh hưởng của màng chitosan đối với cường độ hô hấp của cà chua ............................................................................................................................. 64 Hình 3.8 : Biểu đồ ảnh hưởng của chitosan đến lượng VSV tổng số trên bề mặt cà chua bảo quản ở nhiệt độ thường ........................................................................ 65 Hình 3.11 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ chitosan đối với hao hụt khối lượng của cà chua bảo quản ở nhiệt độ thấp ......................................................... 68 Hình 3.12 : Đồ thị biểu diễn sự biến đổi chất khô theo thời gian bảo quản của cà chua ở nhiệt độ thấp .................................................................................................. 69 Hình 3.13 : Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ cứng theo thời gian bảo quản của cà chua ở nhiệt độ thấp ................................................................................................... 70 Hình 3.14 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưỏng của màng chitosan tới lượng VSV tổng số trên bề mặt của cà chua bảo quản ở nhiệt độ thấp ............................................. 71 Hình 3.17 : Đồ thị ảnh hưởng của màng chitosan đối với hao hụt khối lượng của xoài bảo quản ở nhiệt độ thường .............................................................................. 74 Hình 3.18 : Đồ thị biểu diễn sự thay đổi màu sắc theo thời gian bảo quản của xoài ở nhiệt độ thường ..................................................................................................... 75 Hình 3.19 : Đồ thị biểu diễn sự biến đổi chất khô hoà tan theo thời gian của xoài ở nhiệt độ thường ..................................................................................................... 76 Hình 3.20 : Đồ thị biểu diễn sự thay đổi lượng vitamin C theo thời gian bảo quản của xoài ở nhiệt độ thường ..................................................................................... 78 Hình 3.21 : Đồ thị biểu diễn sự biến đổi lượng đường khử theo thời gian của xoài ở nhiệt độ thường ..................................................................................................... 79 Hình 3.22 : Đồ thị biểu diễn sự thay đổi lượng axit theo thời gian của xoài ở nhiệt độ thường ................................................................................................................ 80 Hình 3.23 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của màng chitosan tới cường độ hô hấp ................................................................................................................................... 81 Hình 3.24 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của màng chitosan tới lượng VSV tổng số trên bề mặt của xoài bảo quản ở nhiệt độ thường .............................................. 82 Hình 3.26 : Đồ thị biểu diễn sự hao hụt khối lượng theo thời gian của xoài ở nhiệt độ thấp .................................................................................................................... 84 Hình 3.27 : Đồ thị biểu diễn sự thay đổi lượng chất khô hoà tan của xoài ở nhiệt độ thấp .................................................................................................................... 85 Hình 3.28 : Đồ thị biểu diễn sự thay đổi màu theo thời gian của xoài ở nhiệt độ thấp ............................................................................................................................. 86 Hình 3.29 : Đồ thị biểu diễn sự thay đổi lượng axit tổng số của xoài bảo quản ở nhiệt độ thấp ................................................................................................................. 87 Hình 3.30 : Sơ đồ quy trình công nghệ bảo quản cà chua bằng chitosan ...................... 92 Hình 3.31 : Sơ đồ quy trình công nghệ bảo quản xoài bằng chitosan ........................... 94 1 LỜI NÓI ĐẦU Trong thời gian gần đây, cùng với sự phát triển của nền kinh tế, ngành nông nghiệp nói chung và nghề trồng cây rau quả nói riêng của nước Việt Nam không ngừng lớn mạnh với diện tích và sản lượng ngày một tăng nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu thụ trong nước và xuất khẩu. Sản lượng rau quả thu hoạch khá lớn nhưng sản lượng rau quả xuất khẩu được lại rất ít. Việt Nam là một nước nhiệt đới, điều kiện khí hậu, đất đai thuận lợi do đó có thể trồng nhiều loại cây rau quả như : cam, quýt, bưởi, dứa, xoài, đu đủ, vải, nhãn, hồng xiêm, dứa, cà rốt, cà chua, khoai tây, bắp cải… Để các loại rau quả tươi trên thực sự trở thành mặt hàng có giá trị kinh tế cao thì cần phải có công nghệ bảo quản thích hợp. Vì trong quả tươi, ngoài các thành phần dinh dưỡng chính như đường, vitamin, chất khoáng… thì 80 – 85% khối lượng quả là nước, nên quả tươi rất dễ bị dập nát khi va chạm mạnh, đồng thời dễ bị thối hỏng khi tồn trữ trong điều kiện không thuận lợi. Nhiều công trình nghiên cứu về bảo quản rau quả tươi sau thu hoạch trong và ngoài nước đã và đang tiến hành với nhiều phương pháp khác nhau nhưng chủ yếu sử dụng các loại hoá chất. Hiện nay, trên thị trường đã xuất hiện nhiều chế phẩm bảo quản không rõ nguồn gốc, có thể giữ được quả tươi sau thu hoạch trong thời gian dài. Do đó, người tiêu dùng không khỏi băn khoăn về dư lượng hóa chất khi mua những rau quả tươi trái vụ hoặc được nhập từ thị trường xa. Để góp phần khắc phục trở ngại trên, tôi tiến hành nghiên cứu bảo quản cà chua và quả xoài bằng hợp chất hữu cơ không độc – chitosan, giữ ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau với mục đích kéo dài thời gian bảo quản, đảm bảo chất lượng dinh dưỡng và vệ sinh an toàn thực phẩm cho quả tươi. Màng bọc chitosan với những khả năng đặc biệt như hạn chế mất nước, kháng khuẩn, kháng nấm, từ lâu đã được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước nghiên cứu ứng dụng có kết quả khả quan trong nhiều lĩnh vực đặc biệt trong bảo quản thực phẩm. Tuy vậy, ở Việt Nam việc nghiên cứu sử dụng màng bọc chitosan trong bảo quản rau quả tươi đến nay vẫn 2 còn khá mới mẻ và chỉ dừng lại ở mức độ thử nghiệm thăm dò, chưa đưa ra được qui trình có thể áp dụng trong thực tế ở qui mô công nghiệp. Do đó việc nghiên cứu ứng dụng màng chitosan vào mục đích kéo dài thời gian bảo quản rau quả tươi như xoài và cà chua không chỉ tạo ra giải pháp hiệu quả giảm tổn thất sau thu hoạch mà còn giúp đa dạng hóa các ứng dụng của chitosan, nâng cao giá trị kinh tế của nguồn phế liệu vỏ tôm, cua… giải quyết một lượng lớn phế liệu thủy sản thuộc nhóm động vật giáp xác. Xuất phát từ những lý do trên, đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng chitosan trong bảo quản cà chua và xoài” là có tính bức thiết, có ý nghĩa thực tế và khoa học, với mục tiêu: - Kéo dài thời gian bảo quản cà chua và xoài - Dùng màng chitosan thay thế màng PE hay các hoá chất độc hại đang được sử dụng để bảo quản rau quả. - Mở rộng phạm vi ứng dụng của chitosan 3 PHẦN I : TỔNG QUAN 4 I.1. TỔNG QUAN VỀ CHITOSAN I.1.1. Lịch sử phát hiện Chitin được Bracannot phát hiện lần đầu tiên vầo năm 1811 trong cặn dịch chiết của một loại nấm và đặt tên là “fungine” để ghi nhớ nguồn gốc tìm ra nó. Năm 1823 Odier đã phân lập được một chất từ bọ cánh cứng và ông gọi là chitin hay “chitine” có nghĩa là lớp vỏ. Nhưng không phát hiện sự có mặt của Nitơ. Cuối cùng cả Bracannot và Odier đều cho rằng cấu trúc của chitin giống cấu trúc của xenluloza. Năm 1929 Karrer đun sôi chitin 24h trong dung dịch a KOH 5% và đun tiếp 50 phút ở 160ºC với kiềm bão hòa ông thu đựơc sản phẩm có phản ứng màu đặc trưng với thuốc thử, chất đó chính là Chitosan. Việc nghiên cứu về dạng tồn tại, cấu trúc, tính chất lý hoá ứng dụng của chitosan đã được công bố từ những năm 30 của thế kỷ XX. Những nước đã thành công trong lĩnh vực nghiên cứu sản xuất chitosan đó là: Nhật, Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ, Pháp. Nhật Bản là nước đầu tiên trên thế giới năm 1973 sản xuất 20 tấn/năm. Và đến nay đã lên tới 700 tấn/năm, Mỹ sản xuất trên 300 tấn/năm. Theo Know năm 1991 thì thị trường có nhiều triển vọng của chitin, chitosan là Nhật Bản, Mỹ, Anh, Đức. Nhật được coi là nước dẫn đầu về công nghệ sản xuất và buôn bán chitin, chitosan. Người ta ước tính sản lượng chitosan sẽ đạt tới 118000 tấn/năm; trong đó Nhật, Mỹ là nước sản xuất chính. Ở Việt Nam, việc nghiên cứu và sản xuất chitin, chitosan và ứng dụng của chúng trong sản xuất phục vụ đời sống là một vấn đề tương đối mới mẻ . Vào những năm 19781980, trường Đại học Thủy sản Nha Trang đã công bố qui trình sản xuất chitosan của tác giả Đỗ Minh Phụng đã mở đầu bước ngoặt quan trọng trong việc nghiên cứu, tuy nhiên chưa có ứng dụng nào thực tế trong sản xuất . Chitin có gốc từ chữ "chiton", tiếng Hy Lạp có nghĩa là vỏ giáp. Chitin là thành phần cấu trúc chính trong vỏ (bộ xương ngoài) của các động vật không xương sống trong đó có loài giáp xác (tôm, cua). Khi chế biến những loại hải sản giáp xác, lượng chất thải (chứa chitin) chiếm tới 50% khối lượng đầu vào và con số này tính trên toàn thế giới là 5,ll triệu tấn/năm. 5 I.1.2. Nguồn gốc Chitin được xem là polymer tự nhiên quan trọng thứ hai của thế giới, có nhiều thứ hai thế giới (chỉ sau xenlulo). Là một polymer động vật được tách chiết và biến tính từ vỏ các loài giáp xác (tôm, cua, hến, trai, sò, mai mực, đỉa biển…), màng tế bào nấm họ Zygemycetes, các sinh khối nấm mốc, một số loài tảo .. Chitosan được xem là polymer tự nhiên quan trọng nhất, là dẫn xuất của chitin. Với đặc tính có thể hoà tan tốt trong môi trường acid, chitosan được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Các công trình nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trên thế giới đã chứng minh, trong vỏ tôm có chứa 27% chất Chitin, từ chất Chitin này, họ có thể chiết tách thành chất Chitosan để ứng dụng cho nhiều ngành kinh tế: hoá dược, mỹ phẩm và đặc biệt trong ngành dược phẩm, chất Chitosan đã hỗ trợ đắc lực trong việc bào chế ra rất nhiều sản phẩm thuốc chữa được nhiều loại bệnh khác nhau. I.1.3. Cấu trúc và tính chất của chitosan Chitosan là một dẫn xuất của chitin. Trong tự nhiên, chất chitosan rất hiếm và chỉ có ở màng tế bào nấm mốc thuộc họ Zygemyceces và ở vài loài côn trùng như thành bụng của các mối chúa, ở một vài loại tảo. Ngoài ra nó có nhiều trong vỏ động vật giáp xác tôm, cua, ghẹ và mai mực. Vì vậy vỏ tôm cua ghẹ là nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất chitin-chitosan và dẫn xuất của chúng. Cấu tạo hoá học của chitosan tương tự với cellulose, chỉ khác một nhóm chức ở vị trí C2 của mỗi đơn vị D-glucose (thay nhóm hydroxyl ở cellulose bằng nhóm amino ở chitosan), nhưng tính chất của chúng lại khác nhau. Tên hoá học của chitosan là: Poly--(1,4)-D-glucosamin, hay còn gọi là poly--(1,4)2-amino-2-deoxy-D-glucose. 6 Công thức cấu tạo: Công thức phân tử: (C6H11O4N)n Phân tử lượng: Mchitosan =(161,07)n Tuy nhiên trên thực tế thường có mắt xích chitin đan xen trong mạch cao phân tử chitosan (khoảng 10%). Vì vậy công thức chính xác của chitosan được thể hiện như sau: Trong đó tỷ lệ n/m phụ thuộc vào mức độ deacetyl hóa. Chitosan có những tính chất cơ bản sau: - Chitosan là một chất rắn, xốp, nhẹ, ở dạng bột có màu trắng ngà, ở dạng vảy có màu trắng trong hay màu hơi vàng. Chitosan thương mại ít nhất phải có mức DD (degree of deacetylation) hơn 70% và trọng lượng phân tử gần 100.000-1200.000 Dalton ( Li, 1997Onsoyen và Skaugrud, 1990). - Chitosan có tính kiềm nhẹ, không hoà tan trong nước, trong kiềm nhưng hoà tan trong acid acetic loãng sẽ tạo thành một dung dịch keo nhớt trong suốt. Chitosan khi hoà tan trong dung 7 dịch acid acetic loãng sẽ tạo thành dung dịch keo dương, nhờ đó mà keo chitosan không bị kết tủa khi có mặt của một số ion kim loại nặng như: Pb3+, Hg+,… - Chitosan phản ứng với acid đậm đặc tạo muối khó tan. - Chitosan tác dụng với Iốt trong môi trường H2SO4 cho phản ứng lên màu tím. Đây là phản ứng dùng trong phân tích định tính chitosan. - Chitosan là một polymer mang điện tích dương nên được xem là một polycationic (pH<6,5), có khả năng bám dính trên bề mặt có điện tích âm như protein, aminopolysaccharide (alginate), acid béo và phospholipid nhờ sự có mặt của nhóm amino (NH2) (Knorr, 1984, Muzzanelli, 1996). - Chitosan có tính kháng nấm, kháng khuẩn cao. - Trên mỗi mắc xích của phân tử chitosan có ba nhóm chức, các nhóm chức này có khả năng kết hợp với chất khác tạo ra các dẫn xuất có lợi khác nhau của chitosan (Oacetylchitosan, N-acetylchitosan, N-phatylchitosan). - Chitosan có tính chất cơ học tốt, không độc, dễ tạo màng, có thể tự phân huỷ sinh học, có tính hoà hợp sinh học cao với cơ thể. I.1.4. Khái quát ứng dụng của chitosan Trong nông nghiệp chitosan được sử dụng để bọc các hạt giống nhằm mục đích ngăn ngừa sự tấn công của nấm trong đất, đồng thời nó còn có tác dụng cố định phân bón, thuốc trừ sâu, tăng cường khả năng nẩy mầm của hạt. Ngày nay, chitosan còn được dùng làm nguyên liệu bổ sung vào thức ăn cho tôm, cá, cua để kích thích sinh trưởng và làm thức ăn tăng trưởng cho gà, không độc hại. Trong y học, đây là ứng dụng quan trọng nhất, mang lại hiệu quả kinh tế cao của chitosan, đang được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm. Do khả năng kháng khuẩn và tạo màng nên chitosan được ứng dụng phối hợp với một số thành phần phụ liệu khác để tạo da nhân tạo chống nhiễm khuẩn và cầm máu. Hiện nay, Việt Nam cũng đã chế tạo được màng chữa tổn thương về da có tên là Vinachitin do các ngành khoa học thuộc Viện Hoá học - Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia cùng các bác sĩ Trường Đại học Y khoa Hà Nội - Bộ y tế phối hợp 8 nghiên cứu. Màng vinachitin được dùng để chữa các vết thương ở diện rộng và tương đối sâu. Chúng có khả năng hoà hợp sinh học rất cao và thúc đẩy việc gắn liền vết thương, bị phân huỷ sau hai tuần. Nó có tác dụng bảo vệ, chống nhiễm trùng, chống mất nước, tăng khả năng tái tạo da và đặc biệt khi vết thương lành không để lại sẹo. Viện Hoá học các hợp chất thiên nhiên - Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia, Học viên Quân y - Bộ Quốc phòng và Khoa hoá, Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội phối hợp cùng nghiên tác dụng hạ cholesterol trong máu của N,N,NTrimethylchitosan (TMC). Theo tác giả tác dụng hạ cholesterol của TMC là do trong phân tử của nó có chứa nhóm –N+(CH3)3, các nhóm này có khả năng kết hợp với Cl- của acid béo có trong muối mật và được đào thải ra khỏi cơ thể. Tác giả Lê Văn Thảo và cộng sự thuộc bệnh viện U Bướu Hà Nội đã tiến hành nghiên cứu sử dụng chế phẩm chitosan mang thuốc điều trị trên 60 bệnh nhân mắc nhiều loại ung thư. Kết quả tất cả 60 bệnh nhân đều có thể trạng chung tốt, ăn được ngủ ngon, trọng lượng cơ thể không thay đổi trước và sau điều trị. Đặc biệt giá trị bạch cầu có giảm nhưng trong giới hạn cho phép còn hồng cầu và tiểu cầu không có sự thay đổi. Đồng thời nhóm nghiên cứu cũng đã ghi nhận sự giảm cholesterol trong máu những bệnh nhân nói trên. Hoá trị và xạ trị là hai trong số các phương pháp quan trọng nhất trong điều trị ung thư. Tuy nhiên, nhược điểm của các liệu pháp này là làm giảm lượng hồng cầu, bạch cầu trong cơ thể dẫn tới sự suy sụp thể trạng của bệnh nhân. Các bác sĩ bệnh viện U Bướu Hà Nội vừa cho biết, chế phẩm chitosan có thể giảm thiểu tối đa các tác dụng phụ này. Và đưa ra kiến nghị sử dụng nó để hổ trợ điều trị bệnh ung thư bằng hoá trị và xạ trị. Chitosan cũng được ứng dụng trong việc điều trị viêm loét dạ dày. Năm 1983, Marshall và Warren phát hiện một loại vi khuẩn hiện diện trong niêm mạc dạ dày có tên là Helicobacter pylori có mối liên hệ với bệnh viêm loét dạ dày- tá tràng. Vì vậy mà vấn đề diệt trừ H.pylori là một liệu pháp quan trọng trong điều trị viêm loét. Tuy số lượng thuốc dùng trong điều trị có khá nhiều, đa dạng và có nhiều tiến bộ trong điều trị nhưng việc nghiên cứu tìm ra thuốc mới, đặc biệt từ các hợp chất thiên nhiên nhằm khắc phục các tác dụng phụ do thuốc là hoá chất tổng hợp vẫn được đặt ra. Chitosan là hợp chất được điều chế từ nguồn thiên nhiên, chúng được ghi nhận có tính bảo vệ niêm mạc. Đặc biệt ở Việt Nam chitosan