Khóa luận tốt nghiệp: Nghiên cứu hiệu quả bảo quản của màng bao chitosan khối lượng phân tử thấp so với màng bao chitosan khối lượng phân tử cao trên trứng gà tươi

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:84

Thêm vào BST

Báo xấu

47
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài xác định được nồng độ màng sinh học chitosan khối lượng phân tử thấp phù hợp cho bảo quản trứng gà tươi; xác định được nồng độ màng sinh học chitosan khối lượng phân tử cao phù hợp cho bảo quản trứng gà tươi; xác định được màng sinh học chitosan cho hiệu quả bảo quản tốt hơn.... Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp: Nghiên cứu hiệu quả bảo quản của màng bao chitosan khối lượng phân tử thấp so với màng bao chitosan khối lượng phân tử cao trên trứng gà tươi

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM LÊ MỸ HẠNH Tên đề tài: NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ BẢO QUẢN CỦA MÀNG BAO CHITOSAN KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ THẤP SO VỚI MÀNG BAO CHITOSAN KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ CAO TRÊN TRỨNG GÀ TƯƠI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo: Chính quy Ngành: Công nghệ Thực phẩm Khoa: CNSH - CNTP Khóa học: 2016 - 2020 Thái Nguyên, năm 2020
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM LÊ MỸ HẠNH Tên đề tài: NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ BẢO QUẢN CỦA MÀNG BAO CHITOSAN KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ THẤP SO VỚI MÀNG BAO CHITOSAN KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ CAO TRÊN TRỨNG GÀ TƯƠI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo: Chính quy Ngành: Công nghệ Thực phẩm Lớp: K48 - CNTP Khoa: CNSH - CNTP Khóa học: 2016 - 2020 Người hướng dẫn: TS. Lương Hùng Tiến Thái Nguyên, năm 2020
i LỜI CẢM ƠN Quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp là giai đoạn quan trọng nhất trong quãng đời mỗi sinh viên. Khóa luận tốt nghiệp là tiền đề nhằm trang bị cho em những kỹ năng nghiên cứu, những kiến thức quý báu trước khi lập nghiệp. Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn tới ban giám hiệu trường Đại Học Nông Lâm Thái Nguyên và ban chủ nhiệm khoa Công nghệ sinh học - Công nghệ thực phẩm đã tạo điều kiện về cơ sở vật chất với hệ thống thư viện hiện đại, đa dạng các loại sách, tài liệu thuận lợi cho việc tìm kiếm, nghiên cứu thông tin. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn - thầy TS. Lương Hùng Tiến đã tận tình chỉ dạy và trang bị những kiến thức cần thiết làm nền tảng giúp em có thể hoàn thành được bài khóa luận này. Bên cạnh đó, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô ThS. Phạm Thị Phương đã tận tình giúp đỡ, định hướng cách tư duy và cách làm việc khoa học. Đó là những góp ý hết sức quý báu không chỉ trong quá trình thực hiện khóa luận này mà còn là hành trang tiếp bước cho em trong lập nghiệp sau này. Sau cùng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và các anh chị sinh viên khóa trên đã luôn động viên, giúp đỡ em trong quá trình làm khóa luận. Do giới hạn kiến thức và khả năng lý luận của bản thân còn nhiều thiếu sót và hạn chế, kính mong sự chỉ dẫn và đóng góp của các Thầy, Cô để bài luận văn của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày.......tháng……năm 2020 Sinh viên
ii DANH MỤC VIẾT TẮT A. actinomycetemcomitans Actinobacillus actinomycetemcomitans CS Chitosan DDA Mức độ diacetyl hóa E. coli Escherichia coli FAO Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc HMW Chitosan khối lượng phân tử cao IC50 Nồng độ ức chế tối đa một nửa MIC Nồng độ ức chế tối thiểu MBC Nồng độ diệt khuẩn tối thiểu LMW Chitosan khối lượng phân tử thấp LSD50 Liều gây chết trung bình pKa Hằng số phân ly axit RWC Công suất đánh tương đối S. enterica Salmonella enterica S. aureus Staphylococcus aureus S. mutans Streptococcus mutans S. sobrinus Streptococcus sobrinus
iii DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1. Tỷ lệ các chất để xây dựng đường chuẩn .................................................26 Bảng 4.1. Ảnh hưởng của nồng độ màng Chitosan khối lượng phân tử thấp tới hao hụt khối lượng trứng gà tươi (%) .............................................................29 Bảng 4.2. Ảnh hưởng của nồng độ màng Chitosan khối lượng phân tử thấp tới giá trị pH albumin ..............................................................................................30 Bảng 4.3. Ảnh hưởng của nồng độ màng Chitosan khối lượng phân tử thấp tới sự biến đổi hàm lượng protein trứng gà tươi (%).................................................32 Bảng 4.4. Ảnh hưởng của nồng độ màng Chitosan khối lượng phân tử cao tới hao hụt khối lượng trứng gà tươi (%) .............................................................33 Bảng 4.5. Ảnh hưởng của nồng độ màng Chitosan khối lượng phân tử cao tới giá trị pH albumin ..............................................................................................35 Bảng 4.6. Ảnh hưởng của nồng độ màng Chitosan khối lượng phân tử cao tới sự biến đổi hàm lượng protein trứng gà tươi (%).................................................36 Bảng 4.7. Ảnh hưởng của biện pháp phủ màng Chitosan khối lượng phân tử thấp tới hao hụt khối lượng trứng gà tươi (%) ......................................................39 Bảng 4.8. Ảnh hưởng của biện pháp phủ màng Chitosan khối lượng phân tử thấp tới giá trị pH albumin ....................................................................................40 Bảng 4.9. Ảnh hưởng của biện pháp màng Chitosan khối lượng phân tử thấp tới sự biến đổi hàm lượng protein trứng gà tươi (%) .........................................41
iv DANH MỤC HÌNH Hình 2.1. Công thức cấu tạo của chitin .......................................................................5 Hình 2.2. Cấu trúc của chitosan ..................................................................................6 Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn đồ thị đường chuẩn albumin 0,1% .................................26 Hình 4.1. Biểu đồ cột biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ màng Chitosan khối lượng phân tử thấp tới hao hụt khối lượng trứng gà tươi (%)............................29 Hình 4.2. Biểu đồ cột biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ màng Chitosan khối lượng phân tử thấp tới giá trị pH albumin trứng gà tươi....................................31 Hình 4.3. Biểu đồ cột biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ màng Chitosan khối lượng phân tử thấp tới sự biến đổi hàm lượng protein trứng gà tươi (%)..........32 Hình 4.4. Biểu đồ cột biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ màng Chitosan khối lượng phân tử cao tới hao hụt khối lượng trứng gà tươi (%) .............................34 Hình 4.5. Biểu đồ cột biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ màng Chitosan khối lượng phân tử cao tới giá trị pH albumin trứng gà tươi .....................................35 Hình 4.6. Biểu đồ cột biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ màng Chitosan khối lượng phân tử cao tới sự biến đổi hàm lượng protein trứng gà tươi (%) ...........37 Hình 4.7. Sơ đồ quy trình bảo quản trứng gà tươi bằng màng sinh học ...................42
v MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i DANH MỤC VIẾT TẮT ........................................................................................... ii DANH MỤC BẢNG ................................................................................................. iii DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. iv MỤC LỤC ...................................................................................................................v PHẦN 1. MỞ ĐẦU ....................................................................................................1 1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................1 1.2. Mục tiêu của đề tài ...............................................................................................3 1.2.1. Mục tiêu tổng quát ............................................................................................3 1.2.2. Mục tiêu cụ thể ..................................................................................................3 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn..............................................................................3 1.3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài ..............................................................................3 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài...............................................................................4 PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .........................................................................5 2.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHITOSAN KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ CAO .......5 2.1.1. Nguồn gốc và cấu trúc hóa học của chitosan ....................................................5 2.1.2. Tính chất sinh học và độc tính của chitosan .....................................................6 2.1.3. Đặc tích kháng vi sinh vật của chitosan ............................................................7 2.1.4. Ứng dụng của Chitosan trong bảo quản trứng ................................................11 2.2. GIỚI THIỆU VỀ CHITOSAN KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ THẤP ..................12 2.2.1. Khái niệm về chitosan khối lượng phân tử thấp .............................................12 2.2.2. Khả năng kháng khuẩn của chitosan khối lượng phân tử thấp .......................13 2.2.3. Khả năng chống oxy hóa của chitosan khối lượng phân tử thấp ....................15 2.2.4. Ứng dụng chitosan khối lượng phân tử thấp trong bảo quản ..........................17 2.3. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU TRỨNG .....................................................18 2.3.1. Tình hình sản xuất trứng trên thế giới .............................................................18 2.3.2. Tình hình sản xuất trứng ở Việt Nam .............................................................19
vi PHẦN 3. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....21 3.1. ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU, ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN NGHIÊN CỨU ......21 3.1.1. Đối tượng nghiên cứu......................................................................................21 3.1.2. Vật liệu nghiên cứu .........................................................................................21 3.1.3. Dụng cụ, hóa chất, thiết bị nghiên cứu............................................................21 3.1.4. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ...................................................................22 3.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..............................................................................22 3.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................................................................22 3.3.1. Phương pháp pha màng ...................................................................................22 3.3.2. Phương pháp nghiên cứu biến đổi chất lượng trứng gà tươi trong quá trình bảo quản ...........................................................................................................................23 PHẦN 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................28 4.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ màng chitosan khối lượng phân tử thấp đến chất lượng và thời gian bảo quản trứng gà tươi ........................................................28 4.1.1. Ảnh hưởng của nồng độ màng Chitosan khối lượng phân tử thấp tới hao hụt khối lượng trứng gà tươi ...........................................................................................28 4.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ màng Chitosan khối lượng phân tử thấp tới giá trị pH albumin trứng gà tươi ................................................................................................29 4.1.3. Ảnh hưởng của nồng độ màng Chitosan khối lượng phân tử thấp tới sự biến đổi hàm lượng protein trứng gà tươi .........................................................................31 4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ màng chitosan khối lượng phân tử cao đến chất lượng và thời gian bảo quản trứng gà tươi ........................................................33 4.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ màng Chitosan khối lượng phân tử cao tới hao hụt khối lượng trứng gà tươi ...........................................................................................33 4.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ màng Chitosan khối lượng phân tử cao tới giá trị pH albumin trứng gà tươi ................................................................................................34 4.2.3. Ảnh hưởng của nồng độ màng Chitosan khối lượng phân tử cao tới sự biến đổi hàm lượng protein trứng gà tươi ...............................................................................36 4.3. Lựa chọn màng chitosan phù hợp cho bảo quản trứng gà tươi ..........................37
vii 4.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của biện pháp phủ màng tới chất lượng và thời gian bảo quản trứng gà tươi .....................................................................................................38 4.4.1. Ảnh hưởng của biện pháp phủ màng Chitosan khối lượng phân tử thấp tới hao hụt khối lượng trứng gà tươi .....................................................................................38 4.4.2. Ảnh hưởng của biện pháp phủ màng Chitosan khối lượng phân tử thấp tới giá trị pH albumin trứng gà tươi .....................................................................................39 4.4.3. Ảnh hưởng của biện pháp phủ màng Chitosan khối lượng phân tử thấp tới sự biến đổi hàm lượng protein trứng gà tươi .................................................................40 4.5. Hoàn thiện quy trình công nghệ bảo quản trứng gà tươi bằng màng sinh học chitosan......................................................................................................................42 PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................43 5.1. Kết luận ..............................................................................................................43 5.2. Kiến nghị ............................................................................................................43 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................44 PHỤ LỤC
1 PHẦN 1 MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Gần đây màng sinh học chitosan đã và đang được sử dụng rộng rãi để kéo dài thời hạn sử dụng thực phẩm do chitosan là hợp chất tự nhiên không độc, an toàn với người, có khả năng tự phân hủy sinh học và có tính kháng vi sinh vật [25]. Giữa chitosan khối lượng phân tử thấp và chitosan khối lượng phân tử cao, loại chitosan nào có tính kháng vi sinh vật tốt hơn thì vẫn đang là một câu hỏi cần giải đáp. Tính kháng vi sinh vật của chitosan không chỉ phụ thuộc vào các điều kiện bên ngoài (vi sinh vật, tính chất của môi trường, pH, nhiệt độ…), mà còn phụ thuộc vào các yếu tố bên trong (như trọng lượng phân tử, và mức độ polymer hóa và mức độ diacetyl hóa) [56]. Chitosan có khối lượng phân tử thấp được cho là có khả năng kháng khuẩn cao hơn so với chitosan thông thường có khối lượng phân tử cao [21] vì chitosan có khối lượng phân tử thấp có khả năng tan trong nước cao hơn dẫn đến phản ứng tốt hơn với các vị trí hoạt động của vi sinh vật. Tuy nhiên kết quả nghiên cứu khả năng kháng khuẩn của chitosan phụ thuộc vào khối lượng phân tử là không hoàn toàn tương thích. Chitosan có khối lượng phân tử dưới 300 kDa, tác dụng kháng khuẩn đối với S. aureus tăng khi khối lượng phân tử tăng nhưng tác dụng kháng khuẩn đối với E. coli thì ngược lại [59]. Ngoài hoạt dộng kháng khuẩn, chitosan còn có tác dụng chống nấm đã được chứng minh chống một số loại nấm bao gồm Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus niger, Trichophyton rubrum và Candidaspp với nồng độ ức chế tối thiểu MIC là 1,3 mg/ml [50] đồng thời kết quả nghiên cứu cho thấy chitosan khối lượng phân tử cao có khả năng chống nấm tốt hơn chitosan có khối lượng phân tử thấp. Màng chitosan được sử dụng rộng rãi trong bảo quản thực phẩm như trên đối tượng rau, củ, quả nghiên cứu của Nguyễn Đức Tuân và cộng sự cho thấy với nồng độ dung dịch chitosan 1,5% có thể bảo quản quả bưởi Đoan Hùng trong vòng 90 ngày vẫn cho chất lượng tốt [7]. Trên đối tượng thịt, cá nghiên cứu của Lê Thị Minh Thủy và Trương Thị Mộng Thu cho thấy có thể sử dụng dung dịch chitosan 0,5% bảo quản cá Tra fillet đông lạnh làm giảm đáng kể sự thay đổi chất lượng cá trong suốt 6 tháng
2 bảo quản [6]. Trên đối tượng trứng gà tươi, có nghiên cứu của Nguyễn Thị Lan và Huỳnh Thái Nguyên sử dụng màng chitosan nồng độ 1 - 1,6% để làm giảm đáng kể sự biến đổi chất lượng trứng gà tươi trong 30 ngày bảo quản ở nhiệt độ thường [1]. Trứng là một sản phẩm thực phẩm cơ bản của con người bởi có nguồn dinh dưỡng đa dạng cùng với khả năng tiêu hóa cao và giá cả phải chăng [47]. Hơn nữa, trứng là thực phẩm có nguồn gốc động vật vừa cung cấp protein, sắt, vitamin A, riboflavin… cho chi phí thấp nhất vừa cung cấp kẽm, canxi cho chi phí thấp thứ hai [20], ngoài ra trứng còn cung cấp khoảng 140 kcal/100g [44] nên trứng là một tiềm năng ẩm thực tuyệt vời. Ở nước ta, do điều kiện khí hậu nóng ẩm đặc biệt là miền Bắc nên trứng dễ bị hư hỏng. Ở nhiệt độ thường (28 - 300C) trứng gà đã bị biến đổi về trọng lượng, chất lượng cũng như biến đổi thành phần dinh dưỡng và giá trị thương phẩm (trứng mốc, trứng loãng lòng, thối vỡ) do tác động của hiện tượng tự phân huỷ, hoạt động của vi sinh vật qua các lỗ khí trên bề mặt trứng gây ra [2]. Do đó, việc sử dụng màng bao trên bề mặt vỏ trứng nhằm hạn chế sự trao đổi không khí và chống sự xâm nhập của vi sinh vật, kéo dài thời gian bảo quản đang được nhiều tác giả quan tâm và chú ý. Các kết quả nghiên cứu của Lee và Mahony [39], Bhale và cộng sự [15], Cengiz [16] đã cho thấy việc sử dụng màng bao chitosan khối lượng phân tử thấp trên bề mặt trứng gà tươi có hiệu quả đáng kể trong việc hạn chế sự hao hụt khối lượng và biến đổi chất lượng trứng khi bảo quản ở nhiệt độ thường. Nhưng chưa có nghiên cứu nào chỉ ra rằng màng bao chitosan khối lượng phân tử thấp hay màng bao chitosan khối lượng phân tử cao khi bảo quản trên trứng gà tươi cho chất lượng tốt hơn. Chính vì vậy tôi tiến hành đề tài, “Nghiên cứu hiệu quả bảo quản của màng bao chitosan khối lượng phân tử thấp so với màng bao chitosan khối lượng phân tử cao trên trứng gà tươi”.
3 1.2. Mục tiêu của đề tài 1.2.1. Mục tiêu tổng quát Xác định được nồng độ màng sinh học chitosan khối lượng phân tử thấp phù hợp cho bảo quản trứng gà tươi. Xác định được nồng độ màng sinh học chitosan khối lượng phân tử cao phù hợp cho bảo quản trứng gà tươi. Xác định được màng sinh học chitosan cho hiệu quả bảo quản tốt hơn. Xác định được biện pháp phủ màng phù hợp cho bảo quản trứng gà tươi. Hoàn thiện quy trình công nghệ bảo quản trứng gà tươi bằng màng bao chitosan. 1.2.2. Mục tiêu cụ thể Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ màng sinh học chitosan khối lượng phân tử thấp tới chất lượng và thời gian bảo quản trứng gà tươi. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ màng sinh học chitosan khối lượng phân tử cao tới chất lượng và thời gian bảo quản trứng gà tươi. Lựa chọn màng sinh học chitosan phù hợp cho bảo quản trứng gà tươi. Nghiên cứu biện pháp phủ màng phù hợp cho bảo quản trứng gà tươi. Hoàn thiện quy trình công nghệ bảo quản trứng gà tươi bằng màng sinh học chitosan. 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1.3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài  Đề tài động viên khích lệ sinh viên tham gia công tác nghiên cứu khoa học  Giúp sinh viên có cơ hội tiếp cận với các thao tác kỹ thuật trong thực tế, củng cố các kiến thức đã học.  Bổ sung kiến thức thông qua hoạt động nghiên cứu thực tiễn, trau dồi kiến thức bản thân, tích lũy kinh nghiệm thực tế, đồng thời tiếp cận công tác nghiên cứu khoa học phục vụ cho công việc nghiên cứu và công tác sau này.  Giúp sinh viên củng cố và hệ thống hóa lại kiến thức đã học vào nghiên cứu khoa học
4 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài  Giúp sinh viên có thêm kỹ năng làm việc thực tế sau khi ra trường về quan sát, chế biến, đánh giá sản phẩm, quản lý chất lượng.  Xây dựng được quy trình công nghệ bảo quản trứng gà tươi bằng màng chitosan khối lượng phân tử thấp.  Là cơ sở cho các nghiên cứu bảo quản trứng gà tươi sau này.
5 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHITOSAN KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ CAO 2.1.1. Nguồn gốc và cấu trúc hóa học của chitosan 2.1.1.1. Nguồn gốc chitin/chitosan Về mặt lịch sử, chitin được Braconnot phát hiện đầu tiên vào năm 1811, trong cặn dịch chiết từ một loại nấm. Ông đặt tên cho chất này là “Fungine” để ghi nhớ nguồn gốc của nó. Năm 1923, Odier phân lập được một chất từ bọ cánh cứng mà ông gọi là “chitin” hay “chitine”, tiếng Hy Lạp gọi là vỏ giáp, nhưng ông không phát hiện ra sự có mặt của nitơ. Cuối cùng cả Odier và Braconnot đều đi đến kết luận chitin có dạng công thức giống với cellulose. Sự có mặt của nitơ trong chitin đã được Lassaige chứng minh vào năm 1843, từ đó nhân loại bắt đầu nghiên cứu và ứng dụng lâu dài hợp chất này và các dẫn xuất của nó [51]. Ở động vật chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng trong vỏ một số động vật không xương sống như côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác, giun tròn. Hàm lượng chitin (theo % chất khô) ở động vật giáp xác như tôm, cua (58,85%), côn trùng (20 - 60%), động vật thân mềm (3 - 26%), giun đốt (20 - 28%), ruột khoang (3 - 30%), rong biển chứa một lượng nhỏ chitin, nấm có chứa khoảng 45% chitin [12]. Ở động vật bậc cao, monome của chitin là một thành phần chủ yếu trong mô da giúp cho sự tái tạo và gắn liền các vết thương ở da. Ở vi sinh vật chitin có trong thành tế bào nấm, trong sinh khối nấm mốc và một số loại tảo [52]. 2.1.1.2. Cấu trúc hóa học của chitosan a. Công thức cấu tạo của chitin Chitin có cấu trúc là một polyme được tạo thành từ các đơn vị N - acetyl - β - D - glucosamin liên kết với nhau bởi liên kết β - 1 - 4 - glucoside. Hình 2.1. Công thức cấu tạo của chitin
6 Chitosan thu được từ quá trình diacetyl hóa chitin, thay thế nhóm N-acetyl thành nhóm amin ở vị trí C2. Do quá trình acetyl hóa xảy ra không hoàn toàn nên người ta quy ước nếu độ diacetyl hóa (degree of deacetylation) (DDA), DDA > 50% thì gọi là chitosan, nếu DDA < 50% thì gọi là chitin. Chitosan có cấu trúc tuyến tính từ đơn vị 2 - deoxy - β - D - glucosamine liên kết với nhau bằng liên kết β - (1 - 4) - glucozit. b. Cấu trúc hóa học của Chitosan Hình 2.2. Cấu trúc của chitosan Tên gọi khoa học: Poly(1-4)-amino-2deoxy-β-D-glucose; poly(1-4)-amino- 2deoxy- β-D-glucopyranose. Công thức phân tử: [C6H11O4N]n Phân tử lượng: Mchitosan = (161,07)n Trong thực tế các mạch chitin - chitosan đan xen nhau, vì vậy tạo ra nhiều sản phẩm đồng thời, việc tách và phân tích chúng rất phức tạp [31]. 2.1.2. Tính chất sinh học và độc tính của chitosan Chitosan là hợp chất tự nhiên không độc, dùng an toàn cho người, có tính hòa hợp sinh học cao với cơ thể, có khả năng tự phân hủy sinh học [25]. Chitosan có nhiều tác dụng sinh học đa dạng như: có khả năng hút nước, giữ ẩm, tính kháng nấm, tính kháng khuẩn, với nhiều chủng loại vi sinh vật khác nhau, kích thích sự phát triển tăng sinh của tế bào, có khả năng nuôi dưỡng tế bào trong điều kiện ngèo dinh dưỡng, tác dụng cầm máu, chống sưng u [58]. Hsieh và cộng sự (2007) chỉ ra rằng chitosan là chất thân lipid có khả năng hấp thụ dầu mỡ cao, chúng có thể hấp thụ 6 - 8 lần trọng lượng phân tử. Chitosan phân tử lượng nhỏ có điện tích dương nên có khả năng gắn kết với điện tích âm của lipid và
7 acid tạo thành những chất có phân tử lượng lớn không bị tác dụng bởi men tiêu hóa. Do đó không bị hấp phụ vào cơ thể mà được thải ra ngoài làm giảm cholesterol, acid uric trong máu nên tránh được nguy cơ bệnh tim mạch, bệnh gut, kiểm soát được tăng huyết áp và giảm cân. Với khả năng thúc đẩy hoạt động của các peptide - insulin, kích thích việc tiết ra insulin ở tuyến tụy nên chitosan đã được dùng để điều trị bệnh tiểu đường. Nhiều công trình nghiên cứu đã công bố khả năng kháng đột biến, kích thích làm tăng cường hệ thống miễn dịch cơ thể, tăng cường bạch cầu, hạn chế sự phát triển các tế bào u, ung thư, HIV/AIDS, chống tia tử ngoại, chống ngứa… của chitosan. Vào năm 1968, Arai và cộng sự đã xác định chitosan hầu như không độc, chỉ số LSD50 = 16g/kg cân nặng cơ thể, không gây độc lên súc vật thực nghiệm và người, không gây độc tính trường diễn. Dùng chitosan loại trọng lượng phân tử trung bình thấp để tiêm tĩnh mạch không thấy có tích lũy ở gan. Loại chitosan có DDA = 50% có khả năng phân hủy sinh học cao, sau khi tiêm vào ổ bụng chuột, nó được thải trừ dễ dàng, nhanh chóng qua thận và nước tiểu, chitosan không phân bố tới gan và lá lách [22]. 2.1.3. Đặc tích kháng vi sinh vật của chitosan Chitosan có khả năng kháng nhiều loài vi sinh vật như vi khuẩn Gram âm, vi khuẩn Gram dương, nấm mốc và nấm men. Khả năng kháng khuẩn của chitosan được cho là do tương tác tĩnh điện giữa các polycation của chitosan với các ion âm trên màng tế bào vi sinh vật. Nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) của chitosan đối với vi khuẩn Gram âm và Gram dương từ 100 - 2000ppm [30]. Nghiên cứu khả năng kháng một số vi sinh vật gây hư hỏng thực phẩm của chitosan cho thấy, nấm men bị loại bỏ hoàn toàn khi tăng thêm 0,3g chitosan trên mỗi lít nước ép táo đóng chai tiệt trùng được lưu trữ tại 70C. Số lượng vi khuẩn lactic tăng với tốc độ chậm hơn. Tuy nhiên sự gia tăng số lượng vi khuẩn thấp hơn so với đối chứng [40]. Chitosan sử dụng để xử lý nước ép trái cây kết quả cho thấy chitosan ức chế nấm men nhưng không ức chế E. coli O157:H7 [36]. Tuy nhiên, Niamah (2012) cho rằng chitosan ở nồng độ 0,2 - 1g/l trong nước ép táo có thể ức chế sự tăng trưởng của một số vi khuẩn, nấm mốc và nấm
8 men gây hư hỏng nước ép táo. Gần đây phức chitosan arginine cho thấy hoạt động kháng khuẩn E. coli O157 trong nước cốt gà [38]. Nghiên cứu hiệu quả kháng nấm mốc gây hư hỏng quả của chitosan nồng độ 0,5; 1; 1,5 và 2% cho thấy chitosan có tác dụng kháng nấm ở các giai đoạn phát triển khác nhau (sự tăng trưởng của sợi nấm, sự nảy mầm của bào tử) của cả Colettochitrum musae phân lập từ chuối, Colettochitrum gloeosporioides phân lập từ đu đủ và thanh long [57]. Kết quả này cũng tương tự như kết quả của Bautista-Baños et al (2004) cho rằng sự tăng trưởng của sợi nấm và sự này mầm của bảo tử nấm Fusarium, Penicillium, và Rhizopus bị ức chế bởi chitosan. Tuy nhiên so với Penicillium và Rhizopus thì Fusarium là nấm nhạy cảm nhất. Việc giảm tối đa trọng lượng khô của sợi nấm và ức chế hình thành bào tử được quan sát thấy ở chitosan nồng độ 2% đối với Colettochitrum musae phân lập từ chuối, Colettochitrum gloeosporioides phân lập từ đu đủ và thanh long [57]. Hiệu ứng tương tự cũng được chứng minh trong các nghiên cứu trước đây về Fusarium oxysporum phân lập từ đu đủ [13]. Các nghiên cứu khác cũng đã chỉ ra rằng chitosan kích thích hình thành bào tử của Penicillium digitatum [13], và Colettochitrum gloeosporioides [14]. 2.1.3.1. Những yếu tố ảnh hưởng đến khả năng kháng vi sinh vật của chitosan Tính kháng vi sinh vật của chitosan không chỉ phụ thuộc vào các điều kiện bên ngoài (vi sinh vật đích, tính chất của môi trường, pH, nhiệt độ, vv), mà còn phụ thuộc vào các yếu tố bên trong (như trọng lượng phân tử, và mức độ polymer hóa và mức độ diacetyl hóa) [56]. Trọng lượng phân tử: Nhiều nhà nghiên cứu đã thông báo rằng hoạt tính kháng khuẩn của chitosan phụ thuộc vào trọng lượng phân tử. Nghiên cứu của Hwang (1998) khảo sát khả năng kháng E. coli của chitosan có trọng lượng phân tử từ 10000 - 170000 Dalton cho rằng chitosan có trọng lượng phân tử lớn hơn 30000 Dalton có hiệu quả diệt E. coli cao nhất. Chitosan có khối lượng phân tử thấp được cho là có khả năng kháng khuẩn cao hơn so với chitosan thông thường có khối lượng phân tử cao [23] vì chitosan có khối lượng phân tử thấp có khả năng tan trong nước cao hơn dẫn đến phản ứng tốt hơn với các vị trí hoạt động của vi sinh vật. Tuy nhiên kết quả
9 nghiên cứu khả năng kháng khuẩn của chitosan phụ thuộc vào trọng lượng phân tử là không hoàn toàn tương thích. Trọng lượng phân tử tăng làm giảm hoạt tính kháng E. coli của chitosan [27]. Mức độ diacetyl hóa (DDA): Hiệu quả kháng khuẩn của chitosan cũng phụ thuộc vào mức độ diacetyl hóa. Mức độ diacetyl hóa cao làm tăng khả năng hòa tan chitosan và tăng mật độ điện tích do đó cải thiện độ bám dính của chitosan lên các tế bào vi sinh vật [10]. Mặt khác sự gia tăng DDA có nghĩa là số lượng các nhóm amin trong chitosan tăng lên, kết quả là trong môi trường có tính acid làm gia tăng sự tương tác giữa chitosan và các điện tích âm trên màng tế bào vi sinh vật [24]. Độ pH: Hoạt động kháng khẩn của chitosan bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi pH. Ở môi trường có giá trị pH thấp, có khả năng hòa tan chitosan cao và proton trong dung dịch chitosan cao làm tăng hiệu quả kháng khuẩn [10]. Nghiên cứu của Tsai & Su (1999) kiểm soát hoạt động kháng khuẩn của chitosan (DDA ≥ 98%) đối với E. coli ở các giá trị pH khác nhau là 5,0; 6,0; 7,0; 8,0; 9,0 cho rằng chitosan có khả năng kháng khuẩn tốt nhất ở pH = 5,0 và chitosan có hoạt tính kháng khuẩn kém ở pH = 9,0. Các nhà nghiên cứu khác cũng kết luận rằng chitosan không có hoạt tính kháng khuẩn ở pH = 7,0 do nhóm amin và độ hòa tan của chitosan ở pH này rất kém. Điều này cho thấy hoạt tính kháng khuẩn còn phụ thuộc vào bản chất cation của chitosan [54]. Nhiệt độ: Nhiệt độ cũng có ảnh hưởng đến hoạt tính kháng khuẩn của chitosan. Nhiệt độ cao hơn 370C làm tăng cường hoạt tính kháng khuẩn của chitosan so với nhiệt độ lạnh. Tuy nhiên, ảnh hưởng lớn nhất về hoạt động kháng khuẩn là môi trường xung quanh. Tsai và Su (1999) kiểm tra tác động của nhiệt độ đến hoạt động kháng E. coli của chitosan cho biết huyền phù tế bào E. coli trong đệm phosphate (pH = 6) có chứa chitosan nồng độ 150 ppm được nuôi ở các nhiệt độ là 4, 15, 25, 37oC trong các khoảng thời gian khác nhau và định lượng tế bào còn sống sót. Kết quả là hoạt động kháng khuẩn của chitosan tỷ lệ thuận với nhiệt độ. Ở nhiệt độ 25 và 370C các tế bào E. coli đã hoàn toàn bị giết chết trong vòng 1 giờ. Tuy nhiên, ở nhiệt độ thấp hơn (40C và 150C) số lượng E. coli giảm trong vòng 5 giờ đầu tiên và sau đó ổn định. Các
10 tác giả kết luận rằng hoạt động kháng vi khuẩn giảm do tỷ lệ tương tác giữa chitosan và các tế bào vi khuẩn ở nhiệt độ thấp thì thấp hơn ở nhiệt độ cao [54]. Vi sinh vật đích: Các vi sinh vật đích cũng có một vai trò quan trọng trong hiệu quả kháng khuẩn của chitosan. Mật độ điện tích trên bề mặt tế bào vi sinh vật là một yếu tố quyết định đến lượng chitosan hấp phụ. Lượng chitosan hấp phụ nhiều rõ ràng sẽ dẫn đến những thay đổi lớn trong cấu trúc và tính thấm của màng tế bào. Nấm men và nấm mốc thường nhạy cảm nhất, tiếp theo là vi khuẩn Gram dương và vi khuẩn Gram âm [10]. 2.1.3.2. Cơ chế kháng vi sinh vật của chitosan Mặc dù cơ chế kháng khuẩn chính xác của chitosan chưa được hiểu một cách đầy đủ, tuy nhiên có 2 cơ chế giải thích khả năng kháng khuẩn của chitosan là: Khả năng kháng khuẩn của chitosan là do sự tương tác giữa điện tích dương của nhóm amin (NH3+) ở giá trị pH thấp hơn 6,3 (các pKa của chitosan) và bề mặt tích điện âm của vi khuẩn. Kết quả là làm thay đổi các đặc tính của màng bán thấm, do đó gây mất cân bằng thẩm thấu bên trong và bên ngoài dẫn đến ức chế sự tăng trưởng của vi sinh vật [51]. Chitosan thủy phân peptidoglycan trong thành tế bào vi sinh vật dẫn đến làm rò rỉ các chất điện giải trong tế bào như các ion kali, và các thành phần protein có trọng lượng phân tử thấp khác (như protein, axit nucleic, glucoza, và lactat dehydrogenaza) [23]. Trong nghiên cứu về tính kháng E. coli của chitosan từ vỏ tôm người ta cho rằng khả năng ức chế vi khuẩn của chitosan là do liên kết giữa chuỗi polyme của chitosan với các ion kim loại trên bề mặt của vi khuẩn làm thay đổi tính thấm của màng tế bào. Khi bổ sung chitosan vào môi trường, tế bào vi khuẩn sẽ chuyển từ điện tích âm sang điện tích dương. Quan sát trên kính hiển vi huỳnh quang cho thấy chitosan không trực tiếp hoạt động ức chế vi khuẩn E. coli mà do sự kết lại của các tế bào và sự tích điện dương ở màng tế bào của vi khuẩn. Các hoạt động kháng khuẩn của sáu chitosan và sáu chitosan khối lượng phân tử thấp với các trọng lượng phân tử khác nhau (MWS) đã được kiểm tra chống lại bốn vi khuẩn gram âm (Escherichia coli, Pseudomonas fluorescens, Salmonella
11 typhimurium và Vibrio parahaemolyticus) và 7 vi khuẩn gram dương (Listeria monocytogenes, Bacillus megaterium, Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus brevis, and Lactobacillus bulgaricus). Chitosans cho thấy hoạt động kháng khuẩn cao hơn so với chitosan khối lượng phân tử thấp, ức chế rõ rệt sự tăng trưởng của hầu hết các vi khuẩn được thử nghiệm mặc dù với các trọng lượng phân tử khác nhau của chitosan có tác dụng ức chế các vi khuẩn là khác nhau. Chitosan thường cho thấy tác dụng diệt khuẩn mạnh hơn với vi khuẩn gram dương so với vi khuẩn gram âm với sự hiện diện của 0,1% chitosan. Nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) của chitosan dao động từ 0,05% đến lớn hơn 0,1% tùy thuộc vào vi khuẩn và khối lượng phân tử của chitosan. Hoạt tính kháng khuẩn của chitosan bị ảnh hưởng nghịch bởi pH (pH 4,5 - 5,9 đã được kiểm tra) hoạt tính kháng khuẩn cao hơn ở giá trị pH thấp hơn [32]. 2.1.4. Ứng dụng của Chitosan trong bảo quản trứng Hiện nay chitosan đang được quan tâm nghiên cứu, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đời sống. Do chitosan có khả năng tạo màng, hạn chế mất nước, kháng khuẩn, kháng nấm nên từ lâu chitosan được nhiều tác giả trong và ngoài nước nghiên cứu ứng dụng trong bảo quản thực phẩm. Trên đối tượng trứng gà tươi thương phẩm, các kết quả nghiên cứu [15] [16] [39] đã cho thấy việc sử dụng màng bọc chitosan trên bề mặt trứng gà tươi đã có tác dụng đáng kể biến đổi chất lượng bên trong và hạn chế hao hụt khối lượng trứng khi bảo quản ở nhiệt độ thường. Trong nghiên cứu của Võ Hương Thảo (2001), trứng muối xử lý (nhúng) chitossan ở 3 nồng độ: C’ (1g chitossan, 1g axit lactic, 198g nước), C1 (2g chitosan, 2g axit lactic, 196g nước), C2 (3g chitossan, 3g axit lactic, 194g nước), C3 (4g chitossan, 4g axit lactic, 192g nước), sấy khô ở 500C trong 30 phút, bảo quản nhiệt độ phòng. Kết quả ở nồng độ C1, bảo quản được 90 ngày mà trứng vẫn giũa được giá trị dinh dưỡng cũng như cảm quản [4]. Nghiên cứu của Lê Thị Thiện (2001), trứng tươi làm sạch, lau dung dịch muối 1% nhúng chitossan nồng độ: 1%, 1,5%, 2% bảo quản ở nhiệt độ phòng. Kết quả sử dụng chitossan ở 1%, thời gian bảo quản dài nhất so với các mẫu còn lại (hao hụt khối