nghiên cứu chế tạo màng chitosan - gelatin ứng dụng làm bao bì thực phẩm

1
MỞ ĐẦU
1> Tính cấp thiết của đề tài:
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành công nghệ chế biến thủy
sản cũng phát triển vượt bậc và đóng góp một phần không nhỏ vào việc phát triển
nền kinh tế đất nước. Tuy nhiên, công nghệ chế biến thủy sản phát triển bên cạnh
những thuận lợi như chế biến ra các mặt hàng thủy sản có chất lượng cao, đảm bảo
vệ sinh an toàn thực phẩm phục vụ cho xuất khẩu và tiêu thụ trong nước còn có bất
lợi là lượng phế liệu thủy sản thải ra rất nhiều làm ô nhiễm môi trường. Một trong
những nguồn phế liệu thải ra là vỏ của các động vật giáp xác như tôm, cua, ghẹ…
Nguồn phế liệu này hiện nay chủ yếu dùng làm thức ăn chăn nuôi hay làm phân
bón nên hiệu quả kinh tế rất thấp. Mục tiêu đặt ra cho các nhà công nghệ là nghiên
cứu để tận dụng tối đa những thành phần có trong phế liệu thủy sản nhằm nâng cao
hiệu quả kinh tế của chúng và tránh được ô nhiễm môi trường do chúng gây nên.
Trong các mặt hàng thủy sản có giá trò kinh tế thì các mặt hàng thủy sản đông
lạnh từ giáp xác chiếm từ 70 – 80% công suất chế biến. Vì vậy, lượng phế liệu từ vỏ
giáp xác do các nhà máy thủy sản thải ra khá lớn khoảng 70.000 tấn / năm. Nguồn
phế liệu này chứa một lượng lớn chitin – là nguyên liệu quan trọng cho công nghiệp
sản xuất chitosan và các sản phẩm có giá trò khác.
Chitosan là một dẫn xuất của Chitin, nó là một polyme hữu cơ phổ biến trong
tự nhiên và được ứng dụng trong nhiều lónh vực khoa học công nghệ. Một trong
những ứng dụng của chitosan là làm màng mỏng bao gói thực phẩm. Trong thực tế
sản xuất hiện nay, vật liệu chính dùng bao gói thực phẩm là màng nhựa PE
(polyethylen), P. (polyprothylen). Tuy nhiên dùng các vật liệu này bao gói thực
phẩm thì có một số hạn chế là thời gian phân hủy chúng kéo dài, khó xử lý và gây ô
2
nhiễm môi trường. Vì vậy, người ta nghiên cứu dùng màng chitosan để bao gói thực
phẩm thay thế cho bao PE, P. nhằm hạn chế ô nhiễm môi trường do rác thải là các
polyme tổng hợp.
Màng Chitosan có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, không sinh độc tố, giữ
nước tốt cho thực phẩm trong quá trình bảo quản nhưng màng Chitosan khá đắt tiền

nên dùng nó bao gói thực phẩm chưa đem lại hiệu quả kinh tế. Việc nghiên cứu
phối trộn Chitosan với các chất khác nhằm tạo ra màng Chitosan có độ bền cao, giá
thành phù hợp dùng làm bao gói thực phẩm là vấn đề đang được quan tâm hiện nay.
Có nhiều nghiên cứu dùng Gelatin để chế tạo màng bao thực phẩm vì nguồn
Gelatin dồi dào, giá thành thấp lại có khả năng tạo màng cao, khi sử dụng làm màng
thực phẩm nó làm tăng giá trò cảm quan, hạn chế quá trình giảm trọng lượng do bốc
hơi nước. Tuy nhiên, màng Gelatin yếu về mặt cơ học, không bền khi gặp môi
trường nước, dễ bò vi khuẩn, nấm tấn công nên khả năng bảo quản đối với thực
phẩm thấp.
Việc nghiên cứu kết hợp giữa các polyme tự nhiên để sản xuất màng bảo
quản thực phẩm đã được thực hiện nhiều như màng chitosan với xenlulose, chitosan
với alginate, chitosan với tinh bột, vv có thể tạo nên một số tính chất mới của
màng. Tuy nhiên các nghiên cứu này cũng cần mở rộng với các polyme khác và kỹ
thuật tạo màng cho từng hỗn hợp polyme là rất khác nhau và phức tạp đòi hỏi sự
đầu tư nghiên cứu nhiều trước khi tính đến khả năng thương mại hóa sản phẩm.
Màng chitosan khi phối trộn với các gelatin tạo nên một số tính chất mới của
màng nên có thể làm thay đổi một số tính năng của màng chitosan như tính kháng
khuẩn, kháng nấm… nên trong luận văn này nghiên cứu bổ sung thêm Natri benzoat
nhằm tăng cường khả năng kháng khuẩn của màng chitosan phối trộn gelatin.
3
Chính vì vậy, việc thực hiện đề tài “ Nghiên cứu chế tạo màng Chitosan -
Gelatin ứng dụng làm bao bì thực phẩm” nhằm tạo ra màng bao thực phẩm vừa có
tính kháng nấm, kháng khuẩn, khả năng giữ nước cho thực phẩm vừa có giá thành
hợp lý ở Việt Nam hiện nay là vấn đề có ý nghóa thực tiễn rất lớn.
2> Ý nghóa khoa học của đề tài:
- Xác đònh được nồng độ Chitosan, nồng độ Gelatin, nồng độ Natri benzoat phù
hợp để có thể tạo ra màng mỏng vừa đáp ứng được các yêu cầu làm bao gói
thực phẩm vừa có giá thành phù hợp.
- Đưa ra công thức phối trộn tối ưu cho quy trình sản xuất thích hợp đối với
màng Chitosan – Gelatin sử dụng làm bao gói thực phẩm.

- Xác đònh được những biến đổi về chất lượng và dinh dưỡng của sản phẩm cá
ngừ đại dương fillet trong quá trình cấp đông và bảo quản đông.
3> Ý nghóa thực tiễn của đề tài:
- Dùng màng Chitosan – Gelatin để bao gói thực phẩm thay thế cho màng nhựa
PE, P. vì màng mỏng bao gói từ Chitosan có tính kháng khuẩn và chống mất
nước cho thực phẩm rất tốt.
- Góp phần giải quyết lượng phế liệu thủy sản có nguồn gốc từ vỏ giáp xác từ
các xí nghiệp chế biến thủy sản đồng thời nâng cao giá trò kinh tế của các
loại phế liệu thủy sản so với việc chỉ dùng chúng làm thức ăn gia súc hay làm
phân bón.
4
Chương 1: TỔNG QUAN
1.1 TỔNG QUAN VỀ CHITOSAN:
1.1.1 Cấu trúc phân tử của chitosan:
Chitosan là một amino polysaccarit, được hình thành từ quá trình tách gốc
acetyl của chitin bằng xử lý bằng xút đặc. Chitosan được phát hiện lần đầu tiên bởi
Rouget vào năm 1859. Công thức cấu tạo của chitosan gần giống như chitin và
xellulose nhưng không giống vì chitin chỉ tan trong một số ít hệ dung môi, mà điển
hình là Lithium Chloride-Tertiary Amides, chitosan thì dễ tan trong các axít hữu cơ,
thông thường dùng axit acetic nên có nhiều ứng dụng hơn chitin.
Hình 1.1: Cấu trúc chitin, chitosan, xellulose
Hình 1.1 : Cấu trúc chitin, chitosan, xellulose
5
Chitosan là một polyme hữu cơ có cấu trúc tuyến tính từ các đơn vò β - D –
glucosamin liên kết với nhau bằng liên kết β - 1,4 Glucozit. Chitosan là sản phẩm
được sản xuất từ chitin sau khi xử lý chitin trong kiềm đặc nóng (quá trình deacetyl
hóa chitin) [34], [43].
1.1.2 Các loại nguyên vật liệu sản xuất chitin và chitosan chính:
Chitin và chitosan có thể được chiết rút từ nhiều nguồn nguyên liệu như từ vỏ
tôm cua, tảo, nấm, vi khuẩn và sâu bọ. Nguồn phế thải tôm, cua, ghẹ, nang mực

trong quá trình chế biến thủy sản là nguồn nguyên liệu sẵn có, nhiều, chứa hàm
lượng chitin, chitosan cao.
Bảng 1.1: Thành phần hóa học chủ yếu của các nguyên liệu chính sản xuất
chitin và chitosan ( Muzzarelli, 1997)
Nguyên liệu Thành phần
Độ ẩm Protit Tro Lipit Chitin
Cua
1. Callinectes sapidus
4,5 24 56 2 12,9
2. Chinonecetes opilio
29,19 40,6 1,35 26,65
3. Portunus trituberculatus
12,9 10,3 57,9 0,3 17,1
Tôm
1. Penaeus monodom
9,1 26,8 29,3 0,5 34,9
Phần vỏ giáp đầu ngực 9,7 42,8 20,8 1,2 36,5
Phần vỏ
2. Pandalus borealis
23,5 33,9 14,7 30,0
Tôm càng 9,24 61,6 26,67 1,4 30
Tôm sông nước ngọt 5,7 28,1 44 4,4 12,5
Con moi lân 44,6 24,7 1,8 19,9
1.1.3 Tính chất của chitosan:
Hình 1.2: Sơ đồ quá trình deacetyl hóa chitin.
6
Đặc tính cơ bản của Chitosan:
- Chitosan có nguồn gốc thiên nhiên, không độc, an toàn cho người khi sử
dụng làm thực phẩm, dược phẩm, có tính hòa hợp sinh học cao đối với cơ thể, có
khả năng tự phân hủy sinh học.

- Chitosan có nhiều tác dụng sinh học đa dạng như: khả năng hút nước,
giữ ẩm, kháng nấm, kháng khuẩn với nhiều chủng loại khác nhau [18], [25], [29],
[36], kích thích tăng sinh tế bào ở người và động thực vật, có khả năng nuôi dưỡng
tế bào trong điều kiện nghèo dinh dưỡng.
Tính chất hoá học:
- Chitosan là chất rắn, xốp, nhẹ, ở dạng bột có màu trắng ngà, dạng vẩy có màu
trắng trong hay hơi vàng.
- Không mùi, không vò.
- Chitosan có tính kiềm nhẹ, không hoà tan trong nước và trong kiềm nhưng hoà
tan dễ dàng trong các dung dòch axit loãng như axit acetic, axit propionic, axit lactic,
axit citric …. Khi hoà tan chitosan trong môi trường axit loãng tạo thành keo dương.
Đây là một điểm rất đặc biệt vì phần lớn các keo polyssacharit có điện tích âm.
Chitosan được xem như là một polycation có khả năng bám dính vào bề mặt các
điện tích âm và có khả năng tạo phức với một số ion kim loại.
- Chitosan khi hoà tan trong dung dòch axit acetic loãng có pH = 6 – 6.5 tạo
thành một dung dòch keo dương, nhờ đó mà keo Chitosan không bò kết tủa khi có
mặt của một số ion kim loại nặng như Pb
3+
, Hg
2+
.
- Chitosan kết hợp với aldehyt trong điều kiện thích hợp để hình thành gel, đây
là cơ sở để bẫy tế bào, enzym.
Tính chất của chitosan phụ thuộc rất nhiều vào độ tinh khiết, độ deacetyl hóa,
phân tử lượng và độ rắn. Chitosan có độ tinh khiết càng cao thì càng dễ tan, màu sắc
7
dung dòch hòa tan có độ trong cao, có tính kết dính cao và được ứng dụng vào nhiều
lónh vực hơn. Độ deacetyl hóa là một thông số quan trọng, đặc trưng cho tỉ lệ giữa 2-
acetamido-2-deoxy-D-glucopyranose với 2-amino-2-deoxy-D-glucopyranose trong
phân tử chitosan. Khả năng thấm nước của màng chitosan có độ deacetyl hóa thấp

thì sẽ cao hơn so với màng chitosan có độ deacetyl hóa cao [58]. Phân tử lượng của
chitosan cũng là một thông số quan trọng [59], nó quyết đònh tính chất của chitosan
như khả năng kết dính, tạo màng, tạo gel, khả năng hấp phụ chất màu [60]. Độ rắn
của chitosan phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nguồn gốc chitin, độ deacetyl hóa,
phân tử lượng và thường có 2 peak chính ở khoảng 9 – 10
0
và 20
0
quét khi xác đònh
bằng nhiễu xạ tia X (Hình 1.3).
Hình 1.3. Phổ nhiễu xạ tia X của các loại chitosan khác nhau.
a: Phân tử lượng thấp, độ deacetyl trung bình; b: Độ nhớt thấp, độ deacetyl cao
c: Độ nhớt cao, độ deacetyl hóa trung bình; d: Độ nhớt cao, độ deacetyl hóa cao
Nguồn: Nunthanid et al. (2001)
Hình 1.4: Phổ hồng ngoại-IR và phổ cộng hưởng từ hạt nhân-MNR của chitosan
Phổ hồng ngoại-IR của chitin (A) và chitosan (B)
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân-MNR của chitin (A) và chitosan (B)
8
9
1.2 TỔNG QUAN VỀ GELATIN
1.2.1 Nguồn gốc Gelatin:
- Gelatin là chế phẩm được tạo thành từ quá trình thủy phân Colagen (có loại
Colagen lúc đun nóng trong nước có thể biến thành Gelatin như Colagen vẩy cá
nhưng cũng có loại phải qua bước xử lý mới có thể biến thành Gelatin) [23].
- Khi làm biến tính collagen dưới tác động của tác nhân biến tính như nhiệt, vật
lý và hóa học ta thu được gelatin.
1.2.2. Cấu trúc của gelatin:
- Giống như cấu trúc của colagen, gelatin có cấu trúc dạng chuỗi. Chuỗi gelatin
gồm những phân tử có kích thước siêu nhỏ liên kết lại với nhau bằng liên kết hydro
tạo thành mạng lưới gelatin [40], [50].

- Công thức tiêu biểu của gelatin là - Alanin – Glycin – Prolin – Arginin –
Glycin – Glutamic – 4 Hydroxyproline – Glycin – Prolin – [60]
Hình 1.5: Cấu trúc phân tử gelatin
10
- Phân tích thành phần axit amin của một số loại gelatin ta được kết quả trình
bày trong Bảng 1.2
Bảng 1.2: Thành phần axit amin của một số loại gelatin [49]
Tên axit amin Số lượng axit amin / 1000 g gelatin
Gelatin da cá chép Gelatin da cá tuyết Gelatin da cá chó
Glycin
Alanin
Valin
Isoleucin
Leucin
Prolin
Hydroxyprolin
Phenylalanin
Tyrosin
Serin
Threoinin
Methionin
Cystin
Hydroxylysin
Lyzin
Histidin
Arginin
Aspartic axit
Glutamic axit
317
120

19
12
25
124
73
14
3,2
43
27
12
<1
4,5
27
4,5
53
47
74
345
107
19
11
23
102
53
13
3,5
69
25
13
<1

6
25
7,5
51
52
75
328
114
18
9,2
20
129
70
14
1,8
41
25
12
<1
7,9
22
7,4
45
54
81
11
Dựa vào cấu trúc phân tử gelatin và thành phần các axit amin của một số loại
geletin trình bày trong Bảng 1.2 ta thấy các axit amin chủ yếu cấu tạo nên phân tử
gelatin là Alanin, Glycin, Prolin, Arginin, Glutamic axit, Hydroxyprolin.
Công thức cấu tạo chung của axit amin là [9], [10]

Cho nên khi phối trộn chitosan và gelatin sẽ xảy ra tương tác hóa học giữa
nhóm – NH
2
của chitosan và nhóm – COOH của gelatin.
1.2.3 Tính chất Gelatin:
- Gelatin không tan trong nước dưới 20
0
C mà chỉ hút nước và trương nở. Khi
nhiệt độ tăng lên, nó tan ra và hình thành dung dòch thể keo. Dung dòch này đem
làm lạnh, dù nồng độ rất thấp (0,25%) cũng có thể đông đặc.
- Trong nước lạnh Gelatin không hoà tan, một phần nở ra, hút từ 5 – 15 lần
nước đồng thời hình thành keo đông. Trong môi trường nước Gelatin hút vào lượng
nước kết hợp chừng 66 – 71% (so với chất khô tuyệt đối). Lấy 1g Gelatin ngâm vào
100ml nước, xác đònh độ hoà tan của nó cho kết quả như Bảng 1.3 sau:
Bảng 1.3: Độ hoà tan của Gelatin theo nhiệt độ
Nhiệt độ (
0
C) 10 15 20 24 27 30
Số g trong 100ml nước 0,030 0,055 0,080 0,200 0,700 0,870
- Lực liên kết keo đông của Gelatin là liên kết Hydro thông qua cầu nối
Hydrat được thể hiện như hình vẽ sau:
C = O … H – OH … H – N
N – H … OH – H … O = C
C = O … H – OH … H – N
N – H … OH – H … O = C
Mạch
Gelatin
Mạch
Gelatin
R – CH – COOH

NH
2
12
Khi nhiệt độ tăng lên, keo đông tan ra hết do liên kết hydro không bền nhiệt,
nồng độ dung dòch trên 1% khi làm lạnh thì đông đặc trở lại.
Sức đông của dung dòch keo ngoài quan hệ với nồng độ ra còn liên quan tới
nguyên liệu và độ thuần khiết của nguyên liệu. Trong điều kiện áp lực, nhiệt độ cao
thì sức đông của nó giảm đi nhanh chóng do gelatin bò thủy phân cắt thành mạch
ngắn dần làm giảm liên kết hydro tạo gel.
- Nhiệt độ đông đặc của Gelatin phụ thuộc vào nồng độ của nó.
- Axit, kiềm, Cl
2
, Ca, Pb(CH
3
COO)
2
, MgCl
2
, FeSO
4
không làm cho Gelatin
kết tủa. Nhưng axit Photphotungstic hoặc muối thủy ngân có thể làm cho Gelatin kết
tủa. Cho (NH
4
)
2
SO
4

, MgSO
4
, ZnSO
4
vào dung dòch Gelatin cho đến khi bão hoà thì
Gelatin kết tủa hoàn toàn. Tanin và fomaldehyt cũng có thể làm cho Gelatin kết tủa.
- Gelatin có thể làm giảm độ hoà tan của một số muối dễ hoà tan như NH
4
Cl,
MgCl
2
nhưng lại làm tăng độ hoà tan của một số muối khó hoà tan như CaSO
4
,
CaCO
3
…
- Cho chất điện phân vào dung dòch Gelatin thì có thể làm thay đổi tốc độ và
nhiệt độ đông đặc của nó (rút ngắn thời gian đông đặc). Trong đó, sự ảnh hưởng của
các ion âm rất lớn, các ion của các axit sulfuric, axit nitric, axit tartaric và axit
acetic có thể rút ngắn thời gian đông đặc, đồng thời nhiệt độ đông đặc của nó lại
tăng lên. Nhưng ion âm của axit chlohydric thì có tác dụng ngược lại.
- Độ dính của dung dòch Gelatin chòu ảnh hưởng của rất nhiều nhân tố như
thời gian, nhiệt độ, khuấy trộn, mức độ thủy phân, môi trường thủy phân bằng axit
hay kiềm, ảnh hưởng của tỷ lệ muối.
- Gelatin có nhiều ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm. Người ta ứng dụng
gelatin làm tác nhân chuyển thể của sữa trong sản xuất kem, làm tác nhân tạo bọt,
tạo màng, làm tác nhân trợ lọc trong công nghệ sản xuất rượu vang và nước ép trái
cây.
13

- Người ta nghiên cứu dùng Gelatin để chế tạo màng bao thực phẩm vì nguồn
Gelatin dồi dào, giá thành thấp lại có khả năng tạo màng cao, khi sử dụng làm màng
thực phẩm nó làm tăng giá trò cảm quan, hạn chế quá trình giảm trọng lượng do bốc
hơi nước[26], [32]. Tuy nhiên, màng Gelatin yếu về mặt cơ học, không bền khi gặp
môi trường nước, dễ bò vi khuẩn, nấm tấn công dẫn đến khả năng bảo quản đối với
thực phẩm thấp [23], [37], [38].
1.2.4 So sánh Chitosan và Gelatin:
Chitosan là 1 polyme tự nhiên có nhiều đặc tính rất độc đáo như khả năng
kháng khuẩn, kháng nấm, không sinh độc tố, tạo màng, tạo sợi. Màng Chitosan có
độ bền cao, khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, khả năng giữ nước cho thực phẩm
tốt nhưng giá thành còn rất cao [41].
Gelatin cũng có khả năng tạo màng nhưng màng Gelatin không bền về mặt cơ
học, không bền khi gặp môi trường nước, dễ bò vi khuẩn, nấm tấn công, khả năng
bảo quản đối với thực phẩm thấp [40].
Chitosan có trong nhiều loại nấm hoặc trong lớp vỏ của nhiều động vật giáp
xác như tôm, cua, ghẹ.
Gelatin có trong vẩy, xương, bong bong cá và da cá và da của động vật.
Chitosan không tan trong nước mà chỉ tan trong các dung dòch axit hữu cơ
loãng.
Gelatin không tan trong nước dưới 20
0
C mà chỉ hút nước và trương nở.
Kết hợp khả năng ưu việt của màng Chitosan là khả năng kháng nấm, kháng
khuẩn, khả năng giữ nước cho thực phẩm với khả năng dễ tạo màng và giá thành rẻ
của Gelatin để chế tạo màng Chitosan – Gelatin bao gói thực phẩm có giá thành
phù hợp nhằm làm giảm mức độ mất nước của thực phẩm trong quá trình bảo quản
lạnh và bảo quản đông.
14
1.3 TỔNG QUAN VỀ CÁC CHẤT BẢO QUẢN DÙNG TRONG SẢN PHẨM
THỰC PHẨM NHẰM TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG KHÁNG KHUẨN CỦA

THỰC PHẨM
Theo quy đònh danh mục các chất phụ gia được phép sử dụng trong thực phẩm,
các chất bảo quản thực phẩm cho vào thực phẩm nhằm tăng cường khả năng kháng
khuẩn của thực phẩm bao gồm 2 nhóm chính:
- Axit sorbic và các muối của nó như natri sorbat, kali sorbat, canxi sorbat.
- Axit benzoic và các muối của nó như natri benzoat, kali benzoat, canxi benzoat.
Tuy nhiên đã có công trình của tác giả Pranoto và các cộng tác viên (2005)
nghiên cứu bổ sung một số tác nhân kháng khuẩn như dầu tỏi, kali sorbat, nisin làm
tăng cường khả năng kháng khuẩn của màng chitosan nên trong luận văn này
nghiên cứu bổ sung chất kháng khuẩn là natri benzoat vào màng chitosan - gelatin.
1.4 TỔNG QUAN VỀ BENZOAT
Benzoat là muối của axit benzoic [44]. Axit benzoic có tác dụng ức chế mạnh
nấm men, nấm mốc, vi khuẩn. Vì axit benzoic khó hòa tan trong nước nên ngườI ta
thường sử dụng muối của nó là Natri benzoat.
 Công thức cấu tạo
 Công thức cấu tạo: C
7
H
5
O
2
Na
 Khối lượng phân tử: 144.11
Hình 1.6 : Axit benzoic và Natri benzoat
Benzoic axit Natri benzoat
15
 Tính chất lý hóa:
Natri benzoat ở dạng bột màu trắng, có mùi hăng, tan tốt trong nước
(55g/100ml H
2

O, ở 20
0
C)
Tính kháng khuẩn, kháng nấm của 1g Natri benzoat tương đương 0,827g axit
benzoic.
 Tính kháng khuẩn, kháng nấm:
Natri benzoat có tác dụng ức chế mạnh nấm men, nấm mốc, vi khuẩn. Có tác
dụng bảo quản mạnh trong môi trường axit (pH = 3,5 – 4).
 Cơ chế ức chế vi sinh vật:
Cơ chế tác dụng của axit benzoic và những dẫn xuất của chúng là làm ức chế
quá trình hô hấp của tế bào, ức chế quá trình oxi hóa gluco và pyruvat. Mặt khác,
axit benzoic làm tăng nhu cầu oxi trong suốt quá trình oxi hóa gluco. Benzoat tác
động làm hạn chế khả năng nhận cơ chất của tế bào.
 Ứng dụng:
Natri benzoat được dùng để bảo quản nước quả, bánh kẹo, mứt … Nồng độ
benzoat được phép sử dụng trong thực phẩm theo khuyến nghò của WHO là không
được quá 0,1% tính theo khối lượng (ở Mỹ, FDA quy đònh lượng sử dụng trong thực
phẩm là 0,05 – 0,1% tính theo khối lượng). Nhược điểm của việc sử dụng benzoat
trong việc bảo quản một số sản phẩm thực phẩm như mứt, mứt đông, tương cà chua,
tương ớt, tương quả … là có thể làm cho sản phẩm bò thâm đen và dễ nhận biết dư vò.
 Độc tính:
Ở các nồng độ cho phép sử dụng như trên, chưa có bằng chứng cụ thể nào cho
thấy tác động không tốt đến sức khỏe của người tiêu dùng. Tiến hành thí nghiệm
trên chó cho thấy mức sử dụng dưới 1g/1kg thì không ảnh hưởng nhưng khi sử dụng
vựot quá mức trên thỉ chó bắt đầu có biểu hiện co giật thần kinh, một vài trường hợp
có thể dẫn đến chết. Đối với người, nếu sử dụng các sản phẩm thực phẩm có nồng
độ Natri benzoat cao sẽ ảnh hưởng đến thần kinh nhất là đối với trẻ em.
16
1.5 TỔNG QUAN VỀ CÁ NGỪ ĐẠI DƯƠNG
1.5.1 Giới thiệu một số loài cá ngừ đại dương:

Cá ngừ đại dương là động vật máu nóng. Chúng có kích thước, màu sắc rất đa
dạng và giá trò kinh tế cao. Cá ngừ đại dương có rất nhiều loài nhưng hiện nay chỉ
có 5-6 loài cá ngừ cho sản lượng lớn và là đối tượng khai thác chính:
- Cá ngừ vằn (Thunnus pelanus) - Cá ngừ vây vàng (Thunnus abbacares)
- Cá ngừ mắt to (Thunnus obesus) - Cá ngừ vây dài (Thunnus alaluga)
- Cá ngừ xanh (Thunnus thunnus)
Loại cá ngừ có sản lượng lớn và phân bố rộng ở vùng biển miền Trung, Đông
Nam Bộ, đặc biệt là vùng biển Khánh Hòa là cá ngừ vây vàng. Đây cũng chính là
đối tượng nghiên cứu trong luận văn này.
1.5.2 Thành phần hóa học của cá ngừ đại dương:
Cá ngừ đại dương là một trong những loài hải sản được ưa chuộng và q
hiếm trên thế giới hiện nay. Theo nghiên cứu của ủy ban đào tạo nghề cá
Queenland, thành phần hóa học của cá ngừ theo Bảng 1.4
Bảng 1.4 : Thành phần hóa học của cá ngừ
Đơn vò tính: g/100g phần ăn được
TT Loài Nước Protein Lipid Gluxid Tro
1
Cá ngừ vây xanh
- Cơ thòt đỏ
- Cơ thòt trắng
68,7
52,6
28,3
21,4
1,4
24,6
0,1
0,1
1,5
1,3

2
Cá ngừ vây xanh phương nam
- Cơ thòt đỏ
- Cơ thòt trắng
5,6
63,9
23,6
23,1
9,3
11,6
0,1
0,1
1,4
0,3
3
Cá ngừ vây vàng
- Cơ thòt đỏ
74,2 22,2 2,1 0,1 1,4
4
Cá ngừ vằn
70,4 25,8 2,0 0,4 1,4
17
Điểm đặc biệt là thành phần lipid của cá ngừ đại dương có hàm lượng
cholesterol rất thấp. Đây là ưu điểm rất lớn của cá ngừ đại dương và góp phần để cá
ngừ đại dương được sử dụng chế biến các món ăn cao cấp (sashimi, sushi…)
Bảng 1.5: Thành phần hóa học của lipid cá ngừ đại dương
Đơn vò tính: g/100g của phần ăn được
STT Thành phần lipid Khối lượng
1
2

3
Axit béo không no (một nối đôi)
Axit béo không no (nhiều nối đôi)
(trong đó có Cholesterol)
Axit béo bão hòa
0,197
0,363
(0,058)
0,301
Ngoài ra, thòt cá ngừ đại dương chứa đầy đủ, cân đối lượng axit amin thay thế
và không thay thế nên cá ngừ đại dương là loại nguyên liệu tuyệt vời để cung cấp
dinh dưỡng cho cơ thể.
Các thành phần dinh dưỡng trong cá ngừ đại dương rất dễ tổn thất trong quá
trình chế biến và bảo quản nên cần có biện pháp hạn chế tổn thất chất dinh dưỡng.
Mục đích của luận văn là nghiên cứu dùng màng chitosan phối trộn phụ liệu tối ưu
làm màng bao cá ngừ đại dương fillet.
18
1.6 ỨNG DỤNG CỦA CHITOSAN
Chitosan và dẫn xuất của chúng có rất nhiều ứng dụng trong nông nghiệp, công
nghiệp thực phẩm, công nghiệp nhẹ, y học và một số ngành khác. Chitosan có thể
được bào chế ra nhiều hình thức khác nhau: chất dẻo, bột nhuyễn, lát mỏng, sợi
chất lỏng hoặc hơi xòt…
1.6.1. Ứng dụng trong nông nghiệp:
- Chitosan được dùng như một thành phần chính trong thuốc phòng trừ nấm bệnh
(đạo ôn, khô văn…), làm thuốc kích thích sinh trưởng cây trồng như lúa, cây công
nghiệp cây ăn quả, cây cảnh… Chitosan không độc hại, giữ tác dụng lâu trên lá, cây,
làm tăng độ nẩy mầm của hạt, tăng việc tạo diệp lục trên lá, tăng khả năng đâm rễ,
thúc đẩy quá trình ra hoa kết quả và làm tăng năng suất thu hoạch của cây trồng.
- Các nhà khoa học Nguyễn Thò Huệ, Lâm Ngọc Thụ - trường Đại Học Khoa
Học Tự Nhiên, ĐHQG Hà Nội và Nguyễn Văn Hoan – trường ĐH Nông Nghiệp 1

đã sử dụng các chất có hoạt tính sinh học cao từ chitin để kích thích nảy mầm những
hạt lúa giống quốc gia ĐH 60 đã bảo quản được 19 – 21 tháng, đặc biệt là các hạt
gần như mất hết khả năng nảy mầm. Đồng thời khi sử dụng các chất có hoạt tính
sinh học này còn có khả năng kích thích cho sức sống của hạt giống cao hơn, chất
lượng cây mầm tốt hơn, góp phần nâng cao giá trò gieo trồng của hạt giống [16].
Viện Khoa học nông nghiệp Miền Nam và Trung tâm công nghệ sinh học Thủy
sản cùng tham gia nghiên cứu tác dụng của chitosan lên một số loài hạt dễ mất khả
năng nảy mầm và góp phần thúc đẩy sinh trưởng, phát triển của cây trồng ngoài
đồng. Kết quả là có khả năng kéo dài thời gian sống và duy trì khả năng nảy mầm
tốt của hạt giống cà chua và hạt giống đậu cô ve sau thời gian bảo quản 9 – 12
tháng trong điều kiện bình thường [11].
19
- Năm 1987, Bentech đã được cấp bằng sáng chế nhờ nghiên cứu dùng chitosan
trong việc bọc nang hạt giống để ngăn ngừa sự tấn công của nấm trong đất. Trong
những vùng mà cây trồng thường bò nấm tấn công vào hệ rễ, nếu hạt giống được bọc
nang bằng chitosan sẽ nâng cao được hiệu suất thu hoạch lên 20% so với không
dùng chitosan. Ngoài ra, chitosan có tác dụng cố đònh phân bón, thuốc trừ sâu.
1.6.2 Ứng dụng trong y dược:
- Từ chitosan sản xuất glucozamin có khả năng thúc tiến thuốc kháng sinh tố và có
thể dùng làm nguyên liệu để nuôi vi trùng và chế thuốc.
- Trong kỹ nghệ bào chế dược phẩm, chitosan có thể dùng làm chất phụ gia như
làm tá dược độn, tá dược dính, chất tạo màng viên nang mềm và cứng và chất mang
sinh học dẫn thuốc… Theo nghiên cứu dùng chitosan làm tá dược dính trong một số
công thức viên có dược chất dễ bò tác động bởi các ion kim loại nặng của Nguyễn
Thò Ngọc Tú, Nguyễn Phúc Khuê và Nguyễn Thò Thanh Hải cho kết quả chitosan
làm tá dược dính trên viên Vitamin C tốt ngang PVP (dung dòch cồn polyvinyl
pirovidin) và là tác nhân khoá ion kim loại nặng tương tự EDTA_Na
2
(Etylen
Diamin Tetra Natriacetat). Chitosan có khả năng dùng thay thế hỗn hợp PVP,

EDTA_Na
2
trong tế bào thuốc viên vì có khả năng tạo màng phim trên viên, thích
hợp để bao các viên có thành phần trung tính hoặc axit nhẹ.
• Chitosan và các dẫn xuất của nó được dùng làm thuốc chữa bệnh,
thuốc hạ Cholesterol trong máu, thuốc chữa vết thương, vết bỏng, thuốc chữa đau dạ
dày, thuốc chống đông tụ máu, tác dụng tăng cường miễn dòch cơ thể.
• Khoa dược trường Đại Học Y Dược Thành Phố Hồ Chí Minh đã
nghiên cứu thuốc chữa viêm loét dạ dày tá tràng từ chế phẩm của chitosan: Gel
chitosan, gel chitin, gel chitosan và Al(OH)
3
[22].
20
• Chitosan đã được nghiên cứu và bào chế thành sản phẩm thuốc
kem chữa bỏng Polysan [17], [19], [24]. Khảo sát trên súc vật thực nghiệm cho thấy
thuốc này không có tác dụng phụ, không gây dò ứng , lại có tác dụng kích thích mô
để tạo điều kiện cho vết thương nhanh liền, không bò nhiễm trùng, không để lại sẹo.
1.6.3 Ứng dụng trong công nghệ sinh học:
- Dùng chitsan trong cố đònh tế bào và enzym.
+ Chitin-chitosan là một chất mang phù hợp cho sự cố đònh enzym tế bào.
Enzym cố đònh tế bào là một chất xúc tác sinh học hoạt động trong một không gian
linh hoạt. Enzym cố đònh cho phép mở ra việc sử dụng rộng rãi enzym trong công
nghiệp, trong y học, khoa học phân tích… Enzym cố đònh được sử dụng lâu dài,
không cần thay đổi chất xúc tác, nhất là trong công nghệ làm sạch nước, làm trong
nước quả, sử dụng enzym cố đònh rất thuận lợi và đạt hiệu quả cao
+ Đặc điểm quan trọng của các nguyên liệu được sử dụng làm chất mang
enzym là diện tích bề mặt trên một đơn vò thể tích hay trọng lượng phải rộng, không
bò phân giải, không tan, bền vững với các yếu tố hoá học, giá rẻ, dễ kiếm. Trong
các loại polyme thì chitin và chitosan thoả mãn yêu cầu trên.
+ Phương pháp cố đònh enzym bao gồm: enzym được dính trên chất mang

bằng liên kết hấp phụ hay liên kết tónh điện (liên kết ion), hoặc liên kết vùi trong
lưới gel, liên kết ngang (Cross linking). Enzym được cố đònh trong chitosan bằng
liên kết hấp phụ hay liên kết ngang qua cầu nối trung gian như Glutaraldehyt hoặc
có khi enzym bò vùi trong lưới gel tạo thành liên kết ngang giữa chitosan và
Glutaraldehyt .
- Qua nhiều nghiên cứu cho thấy chitosan có các đặc điểm sau:
+ Chitosan là một nguyên liệu dẻo, linh hoạt, nó có thể cố đònh enzym
bằng các hấp phụ đơn giản, bằng hấp phụ dạng lưới gel hay bằng liên kết ion qua
nhân tố chức năng trung gian hoặc ở dạng thể vùi.
21
+ Sự liên kết ion NH
3
+
của chitosan với các ion âm tự do khác trên enzym,
là nhân tố hình thành liên kết hấp phụ hay ion.
Hiệu suất cố đònh theo phương pháp hấp phụ có khuynh hướng cao hơn theo
liên kết ion, cho phép thực hiện trong điều kiện nhẹ nhàng.
+ Khi so sánh với các chất mang khác thì chitosan có khả năng chứa đựng
lượng protein 10 – 30mg/g chitosan …
1.6.4 Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm:
Chitosan có nguồn gốc tự nhiên, không độc và rất an toàn cho người khi sử
dụng làm thực phẩm [28], [33]. Chitosan có những tính chất rất đặc trưng như có khả
năng kháng khuẩn, kháng nấm, tạo màng, có khả năng hấp thụ màu mà không hấp
thụ mùi, hấp thụ một số kim loại nặng nên nó được ứng dụng rộng rãi trong công
nghiệp thực phẩm và dùng để bảo quản thực phẩm.
- Do chitosan có tính kháng khuẩn, không hoà tan trong nước, trong kiềm, rượu và
aceton nhưng lại tan trong dung dòch axit acetic loãng. Dùng hỗn hợp chitosan hòa
tan trong axit acetic loãng tráng mỏng trên tấm kính hay tấm nilon phẳng rồi làm
khô ở nhiệt độ 40-60
o

C hoặc phơi nắng khi đã khô bóc ra ta được màng mỏng
chitosan. Màng mỏng này được thay thế polyetylen để sản xuất giấy bóng kính, làm
màng bao bọc thực phẩm cao cấp hoặc để bọc lót các linh kiện khác.
- Chitosan bột có tính tẩy màu mà không hấp thụ mùi và các thành phần khác nên
người ta ứng dụng nó vào việc khử màu nước uống ở nồng độ 1g chitosan bột cho
100ml nước uống.
- Chitosan dùng để lọc trong các loại nước ép hoa quả, rượu bia, nước ngọt và có
thể tẩy lọc các nguồn nước thải công nghiệp từ các nhà máy chế biến thực phẩm
nhờ khả năng làm đông các thể lơ lững, rắn giàu protein trong nước thải của quá
trình chế biến thòt, rau cải và công nghệ chế biến tôm nhờ khả năng kết dính tốt các
22
ion kim loại nặng Hg, Pb… của keo dương chitosan. Vì vậy các ion kim loại trên bò
giữ lại mà keo chitosan không bò keo tụ [33].
Dung dòch keo chitosan có thể bọc hạt Gel Alginat trong việc cố đònh tế bào
nấm men để lên men rượu và dòch quả nhiều lần.
1.6.5 Ứng dụng trong một số ngành công nghiệp khác:
 Trong công nghiệp giấy:
Chỉ cần bỏ 1% Chitin tính theo trọng lượng vào bột giấy cũng đã đủ làm tăng
sức dẻo dai của giấy, giảm thời gian cần thiết để rút nước ra khỏi bột, để gia tăng
số lượng chất sợi trong giấy. Nhờ đó các nhà máy có thể dùng dùng ít chất sợi hơn
nhưng vẫn giữ được phần tốt của giấy. Loại giấy được chế tạo bằng chitin dễ in hơn
loại giấy bình thường và khó rách hơn khi bò ướt nên có thể được dùng trong việc
chế tạo tã lót thay cho trẻ em, khăn giấy và bao giấy gói hàng.
 Trong công nghiệp dệt:
- Chitin dùng để hồ vải, cố đònh hình in hoa, màu sắc. Ưu điểm là làm cho vải
hoa, tơ sợi bền màu, bền sợi, chòu được cọ xát mặt ngoài thì ánh đẹp.
- Chitosan là nguyên liệu quan trọng được dùng để hồ vải chống nước. Hoà tan
chitosan trong dung dòch CH
3
COOH loãng 1,5% dùng với acetat nhôm và axit

stearic đem sơn trên vải, khi khô tạo thành màng mỏng chắc bền chòu được nước,
chống lửa, cách nhiệt, chòu nắng và chống thối. Vải này được sử dụng để sản xuất
vải bao dây điện, những dụng cụ bảo hộ trong sản xuất, nghiên cứu.
- Từ chitin có thể sản xuất ra sợi chitin theo phương pháp sản xuất sợi keo dính
hoặc acetat xellulose rồi cho tác dụng với CS
2
chế thành Sulfonate. Sau đó qua
những quá trình lọc tẩy bột thành sợi chitin… Sợi chitin có ưu điểm là chòu được axit,
ánh sáng, không độc hại…Nhưng khuyết điểm là khó nhuộm, giá thành cao.
23
 Dùng trong mỹ phẩm:
Chitosan dùng làm chất phụ gia, làm kem bôi mặt, thuốc làm mềm da, làm
tăng khả năng hoà hợp sinh học giữa thuốc và da, chế tạo thuốc đònh hình tóc, kem
bôi da lột mặt.
Từ năm 1969: chitin dã được dùng nhiều trong kỹ thuật bào chế mỹ phẩm. Vài
hãng đã đùng nó trong kem và thuốc bôi ngoài da để làm cho kem đặc lại và những
hãng khác đang thí nghiệm nó trong việc bào chế thuốc trò sốt và sơn móng tay.
Chitosan được cho thêm vào trong thuốc gội đầu để làm cho nước loãng hơn bằng
cách khoá các ion Fe, Ca,và Mg lại với nhau.
 Dùng trong phim ảnh và một số ngành công nghiệp khác:
Phim chitosan có độ nét cao, không tan trong nước, axit nhưng tan trong axit
loãng như axit acetic .
Chitosan được dùng làm mực in trong công nghệ in.
Chitin – chitosan làm tăng độ bền gỗ trong công nghệ chế biến gỗ.
Hãng kỹ thuật của Matsushita còn dùng chitosan trong việc chế tạo máy phát
thanh.
Chitosan còn dùng trong xử lý nước thải công nghiệp, nó có khả năng tạo
phức với kim loại nặng độc hại, dùng để lọc trong nước sạch tiêu dùng, thanh lọc
nước nhiễm chất độc hại và chất phóng xạ do chitosan khoá chặt các ion kim loại
như: Hg, Pb và Uranium.

24
1.7 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA MÀNG CHITOSAN
1.7.1 Nghiên cứu trong nước:
- Tác giả Đống Thò Anh Đào và Châu Trần Diễm Ái (Khoa Công Nghệ Hoá
Học Và Dầu Khí – Trường Đại Học Bách Khoa TpHCM) đã nghiên cứu chế tạo một
số màng bán thấm polysaccaride như CMC, Chitosan dùng bao gói bảo quản nhãn
trong môi trường có nồng độ CO
2
cao hơn môi trường khí quyển [7]. Kết quả là nhãn
được bao gói bằng màng bán thấm vẫn giữ được giá trò thương phẩm sau 45 ngày
bảo quản (kéo dài thời gian bảo quản nhãn lên gấp 3 – 9 lần so với cùng điều kiện
bảo quản không có bao bì).
- Các nhà khoa học thuộc Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên đã nghiên cứu
dùng màng mỏng Chitosan để chế ra các đồ dùng sinh hoạt hàng ngày như cốc, bát,
dóa thức ăn, giấy gói kẹo dùng một lần thì thấy sau khi sử dụng chỉ cần bỏ chúng
vào trong thùng rác có nước là chúng tự phân hủy trong một thời gian ngắn [13].
- Tác giả Bùi Văn Miên và Nguyễn Anh Trinh (Khoa công nghệ thực phẩm
trường Đại Học Nông Lâm) đã nghiên cứu dùng Chitosan tạo màng để bao gói thực
phẩm [2], [12]. Màng Chitosan có tính kháng khuẩn, tính giữ nước dùng bao gói các
loại thực phẩm tươi sống giàu đạm như cá, thòt… Đồng thời, bổ sung phụ gia là các
chất hoá dẻo (Ethylen Glycol – EG, Polyethylen Glycol – PEG) để tăng tính dẻo dai
và đàn hồi cho màng. Các tác giả đã ứng dụng màng này bao gói xúc xích thì thấy
rằng ngoài việc giúp cho sản phẩm xúc xích có hình dáng đẹp lớp màng Chitosan
này còn có tác dụng không làm mất màu và mùi đặc trưng của xúc xích.
Các tác giả này cũng nghiên cứu dùng vỏ bọc Chitosan bảo quản các loại
thủy sản tươi và khô [1]. Bảo quản cá tươi bằng Chitosan hạn chế được hiện tượng
mất nước và tổn thất chất dinh dưỡng của cá khi cấp đông và sau khi rã đông. Đối
với thủy sản khô như cá khô, cá mực … thì tiến hành pha dung dòch Chitosan 2%
25
trong dung dòch axit acetic 1,5%. Sau đó nhúng cá khô và mực khô vào dung dòch

được pha, làm khô bằng cách sấy ở nhiệt độ 30
0
C có quạt gió. Sản phẩm thu được
có thể bảo quản tốt ở nhiệt độ bình thường. Tùy theo độ ẩm của cá và mực mà sản
phẩm có thời gian bảo quản khác nhau, với độ ẩm 26 – 30%, cá khô bảo quản được
83 ngày, mực khô 85 ngày còn độ ẩm 41 – 45% thì cá khô giữ được 17 ngày, mực
khô giữ được 19 ngày.
- Tác giả Châu Văn Minh, Phạm Hữu Điển, Đặng Lan Hương, Trònh Đức Hưng,
Hoàng Thanh Hương đã nghiên cứu dùng màng Chitosan để bảo quản hoa quả tươi
[3], [4] thì thấy dùng màng Chitosan bảo quản thì thời gian bảo quản hoa quả kéo
dài hơn so với hoa quả chỉ được bảo quản lạnh. Kiểm tra số lượng vi sinh vật thì
thấy hoa quả được bảo quản bằng màng Chitosan có khả năng kháng khuẩn rất tốt.
1.7.2 Nghiên cứu ngoài nước:
- Krasavtsev và các cộng tác viên đã nghiên cứu ứng dụng màng Chitosan làm
bao gói để bảo quản cá và các sản phẩm từ cá [45]. Người ta dùng Chitosan được
chiết rút từ các nguồn phế liệu thủy sản khác nhau như tôm, cua, ghẹ lần lượt làm
màng mỏng bao gói cá thì thấy màng Chitosan chiết rút từ vỏ tôm có độ dày, độ bền
kéo, đàn hồi cao nhất. Màng Chitosan giúp cho sản phẩm giữ nước rất tốt và giữ
được các đặc tính tự nhiên của sản phẩm.
- Attaya Kungsuwan và các cộng tác viên đã nghiên cứu sử dụng dung dòch
Chitosan (hoà tan 5g Chitosan trong 500 ml axit acetic 1%) làm bao gói bảo quản cá
[27] thì thấy cá có bảo quản bằng màng Chitosan kéo dài thời gian bảo quản tới 2
tháng trong khi cá không được bảo quản bằng màng Chitosan thì thời gian bảo quản
chỉ kéo dài tối đa 1 tháng trong cùng một điều kiện bảo quản.
- Blaise Ouattara và các cộng sự đã nghiên cứu dùng màng Chitosan bao gói thòt
thì có thể ức chế được sự phát triển của các vi sinh vật gây thối rữa nhằm kéo dài
thời gian bảo quản thòt và các sản phẩm từ thòt [29].