Bao gói tự hủy sử dụng trong bao gói thực phẩm

PHẦN 1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong ngành công nghệ thực phẩm, việc sử dụng bao bì để bao gói là
một yêu cầu tất yếu và phổ biến. Hiện nay, trong bao gói thực phẩm người ta
sử dụng nhiều loại bao bì khác nhau như: bao bì giấy, bao bì kim loại, bao bì
thủy tinh, bao bì chất dẻo mỗi loại có một đặc tính và ưu, nhược điểm khác
nhau. Trong đó, bao bì chất dẻo rất thông dụng và chiếm ưu thế. Bao bì chất
dẻo dễ gia công và sản xuất, nhẹ, cách điện, cách nhiệt tốt, có độ bền cơ học
cao và đặc biệt là rất tiện lợi khi sử dụng. Tuy vậy, nhược điểm lớn nhất của
nó là phân hủy trong môi trường tự nhiên rất chậm. Theo kết quả nghiên cứu
của các nhà khoa học thì qua hàng trăm năm sau nó vẫn chưa phân huỷ hoàn
toàn, do đó luôn được xem là một trong những nguyên nhân chính gây ô
nhiễm môi trường.
Tại Việt Nam, mỗi năm các thành phố lớn thải ra khoảng 200.000 tấn
nhựa, trong đó túi ni lông và bao bì nhựa là 150.000 tấn. Phần lớn được chôn
lấp, gây ô nhiễm môi trường và lãng phí tài nguyên đất. Nếu mang đốt, chúng
sẽ gây ô nhiễm không khí. Trong khi đó, hoạt động tái chế cần đầu tư thiết bị
máy móc đắt tiền, hiệu quả kinh tế lại thấp. Điều này đã dẫn đến lượng nhựa
phế thải trong rác thải ngày càng gia tăng, gây sức ép lớn đối với môi trường.
Ngoài ra, việc sản xuất vật liệu đóng gói plastic hiện nay dựa trên
nguồn nguyên liệu dầu mỏ ngày càng khan hiếm và giá thành cao. Nguồn
nguyên liệu này không tái tạo. Để khắc phục những nhược điểm của bao bì
chất dẻo hiện nay người ta đã nghiên cứu chế tạo ra các loại bao bì tự hủy
được sản xuất từ các nguồn tự nhiên như tinh bột, xenlulo Chúng là loại
nguyên liệu rẻ tiền, phong phú, dễ kiếm đặc biệt là thân thiện với môi trường
và không gây ảnh hưởng tới sức khỏe người tiêu dùng.
Vì vậy chúng tôi thực hiện đề tài “Bao gói tự hủy sử dụng trong bao
gói thực phẩm”.
PHẦN 2
NỘI DUNG
2.1 Tổng quan về bao gói tự hủy

Các quy định về môi trường ngày càng chặt chẽ nên vấn đề sử dụng vật
liệu nguồn gốc sinh học làm bao bì thay thế các vật liệu cũ đang trở nên cấp
thiết. Các vật liệu từ nguồn nông sản như tinh bột và dẫn xuất monome sinh
học đều được xác định là những vật liệu có tiềm năng làm bao bì thực phẩm.
Các loại vật liệu tự nhiên dùng làm bao bì (dùng cho thực phẩm) dễ bị phân
hủy sinh học sẽ đóng vai trò hết sức quan trọng nhất là ở các nước chuyên xử
lý chất thải bằng biện pháp chôn lấp [18].
*Khái niệm bao bì tự hủy [9]:
Bao bì tự hủy được chia làm hai loại: tự hủy thông thường và tự hủy
sinh học.
+ Tự hủy thông thường (degradable): là quá trình phân rã vỡ vụn bao bì
nhựa (có nguồn gốc từ dầu mỏ) từ mảnh lớn thành nhiều mảnh nhỏ không có
lợi cho môi trường do khó thu gom và không làm bồi bổ cho đất.
+Tự hủy sinh học (biodegradable): là quá trình phân hủy triệt để bao bì
nhựa (từ nguyên liệu nhựa có nguồn gốc thực vật) do tác động của vi sinh vật
và độ ẩm thành phân hữu cơ (compost).
Và trong đồ án này chúng tôi chỉ tìm hiểu về bao bì tự phân hủy sinh
học (biodegradable) sử dụng trong bao gói thực phẩm.
* Chu trình phân hủy của bao bì tự hủy sinh học (biodegradable
polymer) [35]:
Các polymer được tách trực tiếp từ thực vật (tinh bột, cenlulose) được
tạo thành vật liệu bao gói bằng cách:
+ Thực hiện quá trình phối trộn với các phụ gia để tạo màng bao gói.
+ Hoặc từ nguồn nguyên liệu là tinh bột, cenllulose thực hiện quá trình
lên men tạo Polyhydroxyalkanoates (PHA) để sản xuất chất dẻo bao gói thực
phẩm.
Ngoài ra từ nguồn nguyên liệu là vỏ giáp xác (tôm, cua, ghẹ…) qua quá
trình xử lý tạo chitin sau đó thực hiện deacetyl hóa tạo màng chitosan để bao
gói và bảo quản thực phẩm.
Các loại bao gói được sản xuất từ các nguồn tự nhiên này có khả năng

phân hủy sinh học tạo CO
2
và nước cung cấp trở lại cây trồng để thực hiện
quá trình hô hấp và tổng hợp tinh bột, cellulose… Quá trình tổng hợp và phân
hủy các polymer này là một chu trình tuần hoàn (Hình 1).
Hình 1: Vòng đời của các polymer phân hủy sinh học
* Bao bì tự hủy sản xuất từ vật liệu sinh học phải đáp ứng được các tiêu
chuẩn như:
+ Tính chống thấm (nước, khí, ánh sáng, mùi).
+ Đặc tính quang học (trong suốt).
+ Tính co giãn, có thể đóng dấu hoặc in ấn dễ dàng, kháng nhiệt và
hóa chất…
+ Tính ổn định như thân thiện với môi trường và có giá cả cạnh tranh.
Hơn nữa, bao bì phải phù hợp với quy định về bao bì thực phẩm, tương tác
giữa bao bì và thực phẩm phải đảm bảo chất lượng và an toàn thực phẩm.
* Phân loại bao bì tự hủy [18]:
Trên cơ sở phương pháp sản xuất, nói chung các vật liệu polyme sinh
học dùng để sản xuất bao bì tự hủy được chia thành ba nhóm chính sau:
+ Polyme được tách trực tiếp từ các nguồn tự nhiên (chủ yếu là thực
vật) ví dụ như: các polysaccarit (tinh bột, xenluloza,chitin và chitosan) và
protein (như casein, gluten của bột mỳ).
+ Polyme được sản xuất bằng phương pháp tổng hợp hóa học từ
monome. Ví dụ: Vật liệu polylactat (PLA) là một polyeste sinh học được
polyme hóa từ monome axit lactic. Các monome này được sản xuất nhờ
phương pháp lên men các cacbonhyđrat tự nhiên.
+ Polyme được sản xuất nhờ vi sinh vật hoặc vi khuẩn cấy truyền gen.
Vật liệu polyme sinh học điển hình nhất trong trường hợp này là polyhydroxy
– alkanoat (PHA); chủ yếu là polyhydroxybutyrat (PHB) và copolyme của
PHB và hydroxy- valerat (tên thương mại là biopol).
Cả ba loại polyme sinh học nói trên đều có tiềm năng làm nguồn vật

liệu cho bao bì trong tương lai gần và sẽ thay thế các loại bao bì vật liệu
polyme hiện tại có nguồn gốc dầu mỏ như: PE, PS, PP, PC…
* Hiện nay, có 3 loại polymer phối trộn phổ biến được sản xuất từ vật
liệu tinh bột [17]:
+ Poly (hydroxyalkanoates): PHA
+ Poly lactic acid: PLA
+ Thermoplastic tinh bột (TPS)
Vật liệu từ tinh bột có một số ưu điểm:
+ Đây là nguồn nguyên liệu rẻ, phong phú có nhiều ở ngũ cốc, một số
loại củ và đậu.
+ Tinh bột có hai thành phần là amilose và amilopectin.
+ Đặc tính của tinh bột: Có khả năng kết hợp với plastic truyền thống,
đặc biệt là kết hợp với polyolefins. Khi đó plastic sẽ phân hủy được bởi vi
sinh vật, vi sinh vật sẽ sử dụng tinh bột trong sự kết hợp giữa tinh bột và
plastic nên sẽ làm tăng độ xốp và tạo khoảng trống làm mất tính nguyên vẹn
của mạng lưới plastic.
2.2 Giới thiệu một số vật liệu sản xuất bao bì tự hủy
2.2.1 Polylactic acid (PLA)
2.2.1.1 Đặc điểm
PLA là một loại polyester mạch thẳng, thuộc nhựa nhiệt dẻo, sản phẩm
ngưng tụ của acid lactic [33].
PLA là một trong những vật liệu hứa hẹn nhất thu được từ quá trình lên
men từ nguyên liệu sắn, ngô, rỉ đường… là tài nguyên tái tạo dễ phân hủy
sinh học. PLA có khả năng phân hủy hoàn toàn trong môi trường tự nhiên
trong thời gian 6- 24 tháng [36].
Trong tất cả các biopolymer thì polylactic acid có tính chất thương mại
nhất. PLA thương mại là một chất đồng trùng hợp giữa poly (L-lactic acid) và
poly (D-lactic acid). Tùy thuộc vào tỷ lệ L-lactide/D- lactide mà các tính chất
PLA có thể thay đổi đáng kể [35].
2.2.1.2. Cấu tạo và tính chất

* Cấu trúc hóa học của PLA [35]
* Tính chất vật lý:
+Tồn tại ở nhiệt độ 20
o
C và áp suất 101,3 kPa và là những viên sáng
bóng, trong mờ, hoặc mờ đục, có mùi kẹo.
+ Điểm nóng chảy: <140
o
C
+ Tỷ trọng: 1.25
+ Là chất không bay hơi
+ Kích thước hạt: Mỗi viên khoảng 40mg
+ Độ hòa tan trong nước: khoảng 20mg/l tại 20
o
C
+ Hằng số phân ly: không có mặt các nhóm phân ly
+ Không dễ bốc cháy và không nổ.
+ Có khả năng phân hủy hoàn toàn trong điều kiện môi trường tự
nhiên.
+ PLA có tính bền cơ học,trong suốt, tính đàn hồi cao, dễ gia công
nhiệt nhiệt như cán mỏng, tạo khuôn, thổi phun…
+Không độc đối với con người.
+Thời gian phân hủy ngắn hơn so với các chất dẻo thông thường khác.
+ Khối lượng phân tử lớn.
* Tính chất hóa học [35]:
- Do PLA chịu nước kém nên xảy ra sự thủy phân và phân cắt của các
mối liên kết este qua phản ứng thủy phân PLA (Hình 2).
Hình 2: Phản ứng thủy phân PLA
Sự phân hủy PLA [22]:
- Trong tự nhiên, sự phân hủy polymer gây ra bởi kích hoạt nhiệt, thủy

phân, hoạt động sinh học (ví dụ: enzyme), quá trình oxy hóa hoặc phóng xạ.
- Trong quá trình phân hủy của các polymer chịu sự tác động của môi
trường. Môi trường có một ảnh hưởng quan trọng về số lượng của vi sinh vật
và về hoạt động của VSV. Thông số như độ ẩm, nhiệt độ, độ pH, sự có mặt
hay không có mặt của oxy và cung cấp các chất dinh dưỡng cho VSV, VSV
sẽ phân hủy polymer.
- Quá trình này cũng phụ thuộc vào cấu trúc hóa học và đặc tính vật lý
của polymer. Chúng bao gồm khả năng khuếch tán, độ xốp, hình thái học, qua
liên kết, phản ứng hóa học, độ bền cơ học, chịu nhiệt, và khả năng chống bức
xạ điện từ.
- PLA có thể được thủy phân với nước sôi hoặc hơi nước để có thể
được tái chế trở lại monomer. Điều này có thể dẫn đến tái chế phân tử.
- PLA có thể được thủy phân ở 18
0
C đến 35
0
C trong 30 phút.
Chu trình phân hủy của PLA: Acid Lactic được tổng hợp từ nguồn thực
vật (tinh bột) qua quá trình trùng hợp thu được các oligomer PLA, dưới tác
động của các vi sinh vật và điều kiện ngoại khác thì các oligomer PLA này bị
phân hủy tạo CO
2
và nước cung cấp trở lại cho cây trồng (Hình 3).
Hình 3: Vòng đời của PLA
* Các đồng phân của PLA [18]:

Poly D,L- Lactic acid được tổng hợp từ L (-), D (+) và monome acid
DL- lactic tương ứng. Chúng có tính chất hóa học cũng như vật lý khác nhau
do sự có mặt một nhóm methyl gắn vào nguyên tử cacbon ở vị trí alpha [2].
2.2.1.3. Quá trình sản xuất

PLA là một chất đồng trùng hợp giữa poly (L-lactic acid) và poly (D-
lactic acid. Sự trùng hợp của các PLA đòi hỏi các monomer có độ tinh khiết
cao, sự có mặt các tạp chất gây trở ngại trong quá trình phản ứng và làm
giảm chất lượng của polymer. Các monome (Lactic acid) này được sản xuất
nhờ phương pháp lên men các cacbonhydrat tự nhiên như đường, tinh bột…
là những vật liệu rẻ tiền, dễ kiếm và dễ phân hủy sinh học [22].
* Sơ đồ tổng quát quá trình sản xuất PLA [26]:
Quá trình tổng hợp PLA gồm các giai đoạn (Hình 4):
+ Tổng hợp tinh bột
+ Thủy phân tinh bột tạo Dextrose (glucose).
+ Lên men glucose tạo acid Lactic.
+ Trùng hợp mở vòng tạo PLA.
Hình 4: Quá trình sản xuất PLA tổng quát
* Có 4 phương pháp được sử dụng cho sự tổng hợp PLA [22]:
+ Trùng ngưng mở vòng lactide (sản phẩm đồng trùng hợp của lactic
acid)
+ Trùng ngưng đẳng phí lactic acid.
+ Trùng ngưng trực tiếp trong dung dịch.
+ Trùng hợp ở trạng thái rắn.
Sơ đồ các phương pháp tổng hợp PLA (Hình 5):
Hình 5: Sơ đồ các phương pháp tổng hợp PLA
* Một số phản ứng đặc trưng tổng hợp PLA[22]:
- Solid state polymerisation (SSP): Sự trùng hợp ở trạng thái rắn

- Ring opening polymerisation (ROP): sự trùng hợp mở vòng
* Một số quy trình sản xuất PLA [17]:
- Sản xuất PLA dựa vào nguồn nguyên liệu từ tinh bột bắp:
+ Bắp được xay và cán sau đó thực hiện quá trình đường hóa tạo thành
các dextrin.
+ Thực hiện quá trình lên men chuyển hóa các dextrin tạo acid lactic.

+ Sau đó tiến hành cô đặc, lúc này 2 phân tử lactic sẽ kết hợp lại thành
cấu trúc vòng gọi là lactid.
+ Chưng cất và làm sạch hợp chất lactid.
+ Cuối trùng hợp tạo chuỗi polymer mạch dài.
Để đa dạng hóa sản phẩm thì người ta có thể thay đổi phân tử lượng và
độ trong. Bằng cách thêm vào các chất phụ gia ta sẽ thu được PLA. Sau đó,
nó được bán cho các công ty và họ thực hiện gia công thêm để cho ra sản
phẩm theo mong muốn. Sau một thời gian sử dụng thì PLA sẽ bị phân hủy
hoặc được tái chế lại (Hình 6).
Hình 6: Quy trình sản xuất PLA từ tinh bột bắp
- Sản xuất PLA từ vỏ dưa hấu:
Hiện nay nguồn nguyên liệu từ vỏ quả dưa hấu rất dồi dào, giá trị
không cao nên tận dụng sản xuất bao bì sẽ phù hợp.
Vỏ dưa hấu sau khi được nghiền (nếu vỏ khô bỏ thêm nước) rồi tiến
hành lên men acid lactic để thu được dung dịch acid lactic. Sau đó tiến hành
kết tinh để tinh sạch lactic rồi polyme hóa ta thu được polylactic acid. Cuối
cùng định hình theo hình dạng theo yêu cầu (Hình 7).
Hình 7: Quy trình sản xuất PLA từ vỏ dưa hấu
2.2.1.4. Một số ứng dụng
PLA đáp ứng yêu cầu như là một cái bao bì nhựa nhiệt dẻo và được sử
dụng như một mặt hàng bao bì nhựa như PVC, LDPE, LLDPE, PP, và PS.
PLA được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: bao gói,màng phủ
trong nông nghiệp, dệt may, và trong y học như chỉ phẫu thuật, các thiết bị
đặt vào bên trong cơ thể và dụng cụ truyền thuốc…(Hình 8) [35].
Trong công nghệ thực phẩm PLA có thể được sử dụng làm nguyên liệu
sản xuất bao bì, dụng cụ chứa đựng thức ăn nhanh trong các cửa hàng thực
phẩm như: Các loại chén, dĩa, muỗng, ly uống, ống hút, dao kéo dùng một
lần… PLA còn được sử dụng để làm các lớp lót trong chén cho đồ uống nóng,
thức ăn ngon và bao bì chứa đựng thực phẩm.
Nhóm chuyên gia thuộc Đại học KAIST (Hàn Quốc) và Tập đoàn LG

Chem do giáo sư Sang Yup-lee chủ trì đã nghiên cứu thành công acid
polylactic (PLA), một loại polymer có nguồn gốc sinh học và có vai trò then
chốt trong việc sản xuất nhựa bằng các nguồn có thể tái tạo. Nguyên liệu sản
xuất PLA là bột bắp hoặc bột lúa mì. PLA có thể được sử dụng làm nguyên
liệu sản xuất bao bì phân bón, thực phẩm và các loại bát, đĩa dùng một lần.
Nó cũng có thể phục vụ hiệu quả cho một số ứng dụng y sinh như chỉ phẫu
thuật, các thiết bị đặt vào bên trong cơ thể và dụng cụ truyền thuốc [2].
Theo kết quả nghiên cứu của Shoji Koide, John Shi: Khi So sánh sự
ảnh hưởng về chất lượng vi sinh và tính chất hóa lý của bao bì bảo quản ớt
xanh bằng màng PLA so với bao bì polyethylene mật độ thấp (LDPE) có đục
lỗ. Kết quả nghiên cứu cho thấy bao bì PLA có tính thấm hơi nước cao hơn,
có thể duy trì chất lượng của ớt tươi, tránh sự xâm nhiễm của vi sinh vật và
giữ được màu xanh tươi của quả ớt tốt hơn so với bao bì polyethylene mật độ
thấp (LDPE) có đục lỗ. Vì vậy có thể sử dụng bao bì PLA để bảo quản ớt
xanh [38].
S. Pati và các cộng sự đã nghiên cứu về sự ảnh hưởng đến chất lượng
CO
2
trong rượu vang khi lưu trữ bằng chai làm từ vật liệu PLA so với
polyethylene terephthalate (PET) và thủy tinh sau 4 tháng lưu trữ thì chất
lượng rượu vang ở chai PLA giảm nhanh hơn so với chai PET và thủy tinh.
Hình 8: Sơ đồ ứng dụng của PLA
Kết quả nghiên cứu cho thấy có thể dùng chai PLA lưu trữ rượu vang trong
vòng 3 tháng mà vẫn giữ nguyên được chất lượng [39].
Polylactic acid đã được thương mại hóa với tên NatureWorks
TM
, nó
được sản xuất bởi công ty Cargill Dow- công ty sản xuất PLA lớn nhất ở Mỹ.
Cargill Dow có trụ sở chính Mỹ với các văn phòng khác ở Hà Lan và Nhật
Bản. Công ty đã ứng dụng việc đánh giá vòng đời để sản xuất PLA thương

mại. Cargill Dow đang xây dựng một nền tảng bền vững toàn cầu của polyme
và hóa chất hoàn toàn được làm từ nguồn tái tạo, giảm việc sử dụng năng
lượng hóa thạch từ 54 MJ/kg PLA xuống khoảng 7 MJ / kg PLA. Các khí gây
hiệu ứng nhà kính là giảm từ 1,8 xuống 1,7 Kg CO
2
tương đương / kg PLA.
Cargill Dow đã nâng cao năng suất bằng cách xây dựng công ty sản xuất
PLA thương mại tại Mỹ với năng suất 140000 tấn/ năm.
Trong tương lai với sự đầu tư đáng kể cho việc sản xuất PLA thì giá thành
PLA sẽ giảm xuống và nó trở thành vật liệu bao bì có tính thương mại nhất
[26].
* Một số hình ảnh về bao bì PLA:



Hộp nhựa sản xuất từ bột bắp: Sử dụng 80% nguyên liệu chính là bột
bắp, 20% còn lại của sản phẩm là các phụ gia thực phẩm an toàn. Khác với
hộp nhựa PE, bao bì tự hủy này có màu ngà đặc trưng của bột bắp và mùi
thơm như bắp rang. Ưu điểm nổi bật là chịu được nhiệt độ cao: có thể đưa cả
hộp đựng thức ăn vào lò vi sóng để hâm nóng món ăn. Đặc điểm quan trọng
nhất là sau khi sử dụng, bao bì từ bột bắp sẽ tự phân hủy trong môi trường.
Nếu chôn xuống đất có độ ẩm cao thì thời gian phân hủy bao bì khoảng 6
tháng [8].
Hình 9: Sản xuất hộp nhựa
từ bột bắp
Hình 10: Ly làm từ bột
bắp tại một nhà hàng Mỹ
2.2.1.5 Ưu nhược điểm
* Ưu điểm
+ Là vật liệu bao gói thân thiện với môi trường và dễ phân hủy.

+ Nhờ không sử dụng các loại hóa chất tổng hợp, bao bì sinh học sẽ an
toàn đối với thực phẩm và sức khỏe của người sử dụng.
+ Các đặc tính của nó cũng không thua kém gì so với các loại bao bì
khác và việc sử dụng chúng để thay thế các loại vật liệu khác sẽ trở thành xu
thế của thế giới sau này.
* Nhược điểm
+ Tốn năng lượng hóa thạch, để sản xuất 1kg PLA thì phải mất 54 MJ
nên sẽ gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu, và hiệu ứng nhà kính.
+ Cần khắc phục tính chịu nhiệt kém (chịu được tối đa 114
0
F) và tính
chống thấm khí yếu, bằng cách bổ sung thêm các hạt nano. Nhưng
nanocompazit PLA lại có giá tiền cao hơn PLA sinh học.
+ Giá thành cao, không có các đặc tính hoàn hảo như các loại bao bì
khác nên việc ứng dụng loại vật liệu này trong việc sản xuất bao bì có nhiều
hạn chế.
2.2.2 Polyhydroxyalkanoat (PHA)
2.2.2.1 Đặc điểm
Polyhydroxyalkanoat (PHA) là Các polymer được tạo thành nhờ quá
trình lên men đường và các chất béo bởi vi khuẩn trong tự nhiên.
Chúng dễ bị phân hủy trong đất, bền với nước và dễ được chế biến theo
tiêu chuẩn chế biến chất dẻo thông thường [31].
2.2.2.2 Cấu tạo và tính chất
* Công thức cấu tạo của PHA [37]:
* Tính chất vật lý [35]:
Là chất dẻo có khả năng đàn hồi, đặc tính tạo màng tốt. Các PHA được
sản xuất ra có tính chất gần giống với PE, polypropylen (PP) hoặc polyeste
(PET).
Nóng chảy từ 40
0

C đến 180
0
C, phụ thuộc vào tính chất các monomer
được sử dụng trong quá trình tổng hợp.
Có thể kết hợp với nhựa tổng hợp hoặc tinh bột để làm nguyên liệu sản
xuất bao bì.
* Tính chất hóa học [35]:
Loại Polyhyđroxyalkanoat phổ biến nhất là polyhydroxybutyrate
(PHB), được trùng hợp các monome 3-hydroxybutyrate, với tính chất tương
tự như polypropylene (PP), PE nhưng cứng hơn và giòn.
Các chất đồng trùng hợp polyhydroxybutyrate-valerat (PHBV) được sử
dụng làm vật liệu để sản xuất bao bì.
PHBV phân hủy trong 5 đến 6 tuần trong các môi trường có vi khuẩn
hoạt động sinh ra khí CO
2
và nước trong điều kiện hiếu khí, còn trong môi
trường yếm khí được phân hủy nhanh hơn tạo khí mêtan.
2.2.2.3 Quá trình sản xuất
Có 2 phương pháp tổng hợp PHA [17]:
- Phương pháp lên men gồm:
+ Tách chiết glucose từ bắp sau đó lên men trong những tế bào chứa
PHA.
+ Rửa và xoáy đảo tế bào để giải phóng PHA.
+ Sau cùng là cô đặc và phơi khô trong khuôn.
- Quá trình tổng hợp dựa vào sự phát triển PHA trong tế bào cây trồng
là một kỹ thuật đang được nghiên cứu. Quá trình này giống với quá trình ở
trên nhưng bỏ qua giai đoạn lên men. Người ta sử dụng một lượng dung môi
để trích ly nhựa từ cây trồng. Sau đó tìm cách loại dung môi đi. Do đó rất tốn
kém năng lượng.
2.2.2.4 Một số ứng dụng

Yu, Chua, Huang, Lo, và Chen (1998) sử dụng các loại chất thải thực
phẩm khác nhau như là nguồn cacbon để sản xuất một số polymer PHA với
những đặc tính vật lý và cơ học khác nhau và như tính linh hoạt, độ bền kéo,
độ nóng chảy.Việc sử dụng chất thải thực phẩm là một cách tốt để giảm chi
phí sản xuất nhựa sinh học, nhưng cho đến bây giờ nó chỉ là một thủ tục thử
nghiệm mà chưa có khả năng để có một ứng dụng thương mại [35].
. Metabolix là tên thương mại hóa của polyhydroxyalkanoates (PHA),
PHA thương mại được Công ty Archer Daniels Midland công bố sản xuất vào
tháng 11/ 2004 với một nhà máy xây dựng ở miền Trung Tây Hoa Kỳ [32].
PHA có tiềm năng trong sản xuất vật dụng đựng các loại đồ uống, sữa chua…
Do chi phí còn quá cao nên vật liệu bao gói PHA chưa được ứng dụng
trong sản xuất mà mới chỉ quy mô phòng thí nghiệm.
2.2.2.5 Ưu nhược điểm
* Ưu điểm
+ Chúng dễ bị phân hủy trong đất, bền với nước và dễ được chế biến
theo tiêu chuẩn chế biến chất dẻo thông thường.
+ PHA có một số ưu điểm so với PLA đó là khả năng tự phân hủy rất cao
và dễ tổng hợp. Khi đặt trong môi trường sinh vật tự nhiên thì nó tự phân hủy
thành CO
2
và nước. Điều này giúp nó có nhiều ứng dụng trong cuộc sống.
* Nhược điểm
+ Tốn năng lượng để tổng hợp.
+ Giá thành cao.
2.2.3 Nhựa tự phân hủy
2.2.3.1 Đặc điểm
Nhựa tự phân hủy là loại nhựa có nguồn gốc xuất phát từ nguồn thực
vật, có khả năng tái tạo như dầu thực vật, bột bắp, bột đậu hay vi khuẩn sinh
học. Nhựa tự phân hủy có nhiều ưu điểm hơn so với nhựa truyền thống có
nguồn gốc từ hóa dầu như Polypropylen, Polyetylen, Polyvinylclorua… Do

có khả năng phân hủy thành các thành phần cơ bản như C, CO
2
và H
2
O sau
một thời gian ngắn. Nhựa tự phân hủy được sử dụng như là nguồn thay thế
cho cả nhựa truyền thống và hỗn hợp nhựa truyền thống [15].
2.2.3.2 Quá trình sản xuất
*Phương pháp sản xuất màng polymer tự phân hủy [13]:
Đây là sản phẩm dựa trên sự kết hợp giữa nhựa polyetylen tỷ
trọng thấp cùng một số loại tinh bột và hóa chất tạo thành vật liệu polyme tự
phân hủy (còn gọi là vật liệu polyme phân hủy sinh học), được Viện Hóa học
công nghiệp Việt Nam chế tạo, ứng dụng thành công. Vật liệu chính dùng
trong sản xuất màng polymer tự phân huỷ là nhựa LDPE (low density polyetylen
- polyetylen tỷ trọng thấp) và tinh bột sắn. Có quy trình sản xuất sau:
- Ban đầu cho LDPE, tinh bột sắn và một số chất phụ gia đi qua máy
trộn vật liệu cực đều ở nhiệt độ thích hợp.
- Tiếp đến, vật liệu được đùn ép trên máy đùn trục vít có 3 vùng điều
khiển nhiệt độ khác nhau.
- Sau khi được bổ sung chất trợ tương hợp và chất phân tán, nhựa hạt đi
qua máy nghiền hạt để tạo hạt compound. Chất trợ tương hợp đóng vai trò
quyết định về khả năng phân phối trộn và sự đồng đều của vật liệu.
- Cuối cùng, hạt compound đi qua máy ép phun để tạo vật liệu định
hình hoặc qua thiết bị thổi màng để thổi thành màng mỏng. Có thể tạo ra các
màng có độ dày khác nhau theo yêu cầu của người sử dụng.
2.2.3.3 Một số ứng dụng
Lần đầu tiên ở Việt Nam, Viện Hoá học Công nghiệp (Viện Khoa học
và Công nghệ Việt Nam) đã nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng thành công vật
liệu polyme phân huỷ sinh học không gây ô nhiễm môi trường. Sản phẩm này
đã được đưa vào ứng dụng tại nông trường Thanh Hà (huyện Kim Ba, Hoà

Bình), nông trường Chè Sông Cầu (Thái Nguyên), nông trường Bông (huyện
Ninh Sơn, Ninh Thuận). Kết quả cho thấy, nó có tác dụng giữ ẩm, dinh dưỡng
cho đất, chống xói mòn và diệt cỏ dại. Sau 4 tháng, toàn bộ màng polymer
phân huỷ 100% [13].
Nhóm nghiên cứu đã đưa ra thị trường sản phẩm ở 3 dạng: màng phủ
nông nghiệp có thể sản xuất quy mô công nghiệp, phục vụ phủ hàng triệu m
2
đất canh tác. Sản phẩm này ứng dụng che phủ diện tích luống lạc, ngô, cam,
bông… có tác dụng giữ ẩm, diệt cỏ dại, giữ nhiệt cho đất, chống rửa trôi,
chống xói mòn cho cây trồng. Bao bì bọc bầu ươm cây phục vụ nhu cầu sản
xuất cây giống. Túi bọc bầu ươm cây giống không phân hủy hiện nay thay thế
cho hầu hết các loại cây giống và các loại giống cây rừng.
Bên cạnh đó còn có bao bì túi đựng hàng hóa, bao gói thực phẩm cũng
đang là chủng loại sản phẩm thông dụng có nhu cầu sử dụng rất lớn [13].
Công ty ALTA tại TP.HCM đã sản xuất được bao bì nhựa tự hủy. Sản
phẩm có thể tự rã ra thành bột mịn sau từ 3 tháng đến lâu hơn tùy theo yêu
cầu của khách hàng. Sau thời gian trên, bao bì nhựa tự phân hủy, rã ra thành
một lọai bột mịn. Trong môi trường yếm khí như bãi rác, bao bì nhựa tự hủy
càng phân hủy nhanh [5].
Các nhà khoa học từ trường Polymer Science and Engineering College
thuộc trường Đại học Khoa học và Công nghệ Quingdao, Trung Quốc đã
nghiên cứu thành công nhựa xốp Polystyrene phân hủy sinh học dùng cho bao
bì thực phẩm. Các nhà khoa học tiến hành trộn các loại hạt nhựa hấp thụ nước
với đường kính 5 micron trong một chất tương tự Styrene trước khi đem tổng
hợp để tạo thành vật liệu giống như nhựa Polystyrene. Khi vật liệu này tiếp
xúc với nước, các hạt polymer trộn vào sẽ giãn nở và cắt các mạch nhựa thành
dạng bột và nhựa này có thể phân hủy sinh học. Với giá thành rẻ hơn loại
nhựa xốp Polystyrene truyền thống và thân thiện với môi trường. Hơn nữa,
loại nhựa xốp Polystyrene mới này cho khả năng tăng tốc sự phân hủy sinh
học nhưng không mất đi các tính chất của bao bì trong thời gian sử dụng.

Ngoài ra, công ty Cascades của Canada cũng đã thành công trong sản
xuất loại bao bì sử dụng nhựa xốp Polystyrene này sẽ bị phân hủy sinh học
trong 3 năm mà không mất đi các tính chất của bao bì. Loại nhựa này được
đặt tên là Bioxo. Bioxo sử dụng các phụ gia chất dẻo có thể phân hủy sinh học
toàn bộ. Khi trộn phụ gia này vào nhựa, chúng sẽ hoạt động như một chất xúc
tác để thúc đẩy quá trình phân hủy mà không mất đi tính chất của bao bì sản
phẩm. Sau khi sử dụng, nhựa xốp bị phân hủy nhờ oxy của không khí, nhiệt
và tia tử ngoại trong ánh sáng hay các cơ chế cơ học để hình thành dạng bột.
Khi bị phá vỡ ở dạng bột, các loại vi khuẩn và các loại vi sinh vật khác có thể
tiêu hóa chúng. Quá trình phá vỡ đã giải phóng khí CO
2
vào trong khí quyển.
Điều này giúp cho thể tích chất thải giảm rất nhiều [16].
Công ty Biograde Ltd ở Nanjing, Trung Quốc đã sản xuất thành công 7
loại túi nhựa được sản xuất từ một loại nhựa phân hủy sinh học có bản quyền
là nhựa Biograde BF bao gồm túi nhựa có in thương hiệu, túi lót trong thùng
rác và túi chứa rác để quản lý chất thải. Công ty này được chọn để cung cấp
túi nhựa phân hủy sinh học cho Thế vận Hội Bắc Kinh 2008.
Nhựa Biograde BF là một loại nhựa có nguồn gốc từ tinh bột bắp và
nhựa polyester. Đây là một loại nhựa phân hủy sinh học hoàn toàn. Nhựa này
có những ưu điểm vượt trội so với loại nhựa sinh học tạo ra bằng cách trộn
nhựa phân hủy sinh học với các loại nhựa truyền thống như polyethylene [6].
2.2.3.4 Ưu nhược điểm
- Ưu điểm chính là không gây ô nhiễm môi trường giống như màng và
túi đựng bằng nhựa nhiệt dẻo (PE, PP, PVC).
- Có thể thay thế hoàn toàn các sản phẩm được chế từ nhựa nhiệt dẻo
thông thường.
- Sau khi sử dụng, sản phẩm sẽ tự phân hủy thành dạng bột mà không
gây ô nhiễm môi trường.
2.2.4 Chitin và chitosan

2.2.4.1 Chitin [7]
2.4.1.1 Đặc điểm
Chitin là một polyme sinh học có nhiều trong thiên nhiên chỉ đứng sau
Xenluloza, 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).
Chitin có thời gian phân hủy chậm, nên việc xử lý một lượng lớn chất
thải trong công nghiệp chế biến hải sản gặp nhiều khó khăn. Tận dụng nguồn
nguyên liệu chitin này, chúng ta tạo ra được chitosan có ứng dụng trong nhiều
lĩnh vực.
2.4.1.2 Cấu tạo và tính chất
*Cấu trúc hóa học của chitin
Chitin là polisaccarit mạch thẳng, có thể xem như là dẫn xuất của
xenlulozơ, trong đó nhóm (-OH) ở nguyên tử C(2) được thay thế bằng nhóm
axetyl amino (NHCOCH
3
) (cấu trúc I). Như vậy chitin là poli (N-axety-2-amino-
2-deoxi- β -D-glucopyranozơ) liên kết với nhau bởi các liên kết β -(C-1-4)
glicozit. Trong đó các mắt xích của chitin cũng được đánh số như của glucozơ:
Chitin và chitosan rất giống nhau về cấu trúc, chỉ khác nhau về độ
acetyl hóa, thực chất là khác nhau về hàm lượng của các nhóm –NHCOCH
3
và nhóm –NH
2
trong chitin và chitosan; Chitosan chứa nhiều nhóm –NH
2
hơn. Vì vậy mà chitin có tính chất giống chitosan.
Dẫn xuất của chitin:
2.4.1.3 Quá trình sản xuất chitin[23]
- Vỏ giáp xác cho tác dụng với dung dịch NaOH loãng, để loại bỏ protein.
- Sau đó cho vào HCl để loại bỏ CaCO

3
.
- Cuối cùng rửa qua nước sạch ta thu được các mảnh chitin.
Các mảnh chitin thu được ở trên ở dạng ướt được đem đi sản xuất
chitosan hoặc sấy khô để bảo quản, sản xuất chitosan.
2.4.1.4. Ứng dụng
Từ Chitin ta có thể điều chế Chitosan và các dẫn xuất của chúng. Có
ứng dụng trong quá trình bảo quản rau quả, thực phẩm.
2.4.1.5. Ưu nhược điểm
Chitin phân hủy sinh học rất chậm nên việc xử lý một lượng chất thải
lớn như thế sẽ gặp nhiều khó khăn. Tuy nhiên nếu tận dụng được Chitin để
tạo ra chitosan và các dẫn xuất để bảo quản rau quả, thực phẩm… thì lại nâng
cao được hiệu quả chế biến hải sản và bảo vệ môi trường.
2.2.4.2 Chitosan
2.2.4.2.1. Đặc điểm
- Là polysacharide không độc hại, có khối lượng phân tử lớn.
- Là một chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy, có thể xay nhỏ theo các kích cỡ
khác nhau.
- Chitosan có màu trắng hay vàng nhạt, không mùi vị [7].
- Chitosan có nguồn gốc tự nhiên, không độc, an toàn cho người 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 [21].
- 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 [24].
2.2.4.2.2 Cấu tạo và tính chất
* Cấu trúc hoá học của chitosan
Chitosan là dẫn xuất đề axetyl hoá của chitin, trong đó nhóm (–NH
2
)
thay thế nhóm (-COCH

3
) ở vị trí C(2).
Chitosan được cấu tạo từ các mắt xích D-glucozamin liên kết với nhau bởi
các liên kết β -(1-4)-glicozit, do vậy chitosan có thể gọi là poly β -(1-4)-2-amino-
2-deoxi-D-glucose hoặc là poly β -(1-4)-D- glucozamin (cấu trúc III):
* Tính chất vật lý của chitosan[1]
Chitosan là chất rắn, xốp, nhẹ, ở dạng bột có màu trắng ngà, dạng vảy
có màu trắng trong hay hơi vàng.
Không mùi, không vị.
* Tính chất hóa học của chitosan
Chitosan có tính kiềm nhẹ, không tan trong nước và trong kiềm nhưng
hòa tan dễ dàng trong các axít loãng như acetic, axit propionic, axit lactic, axit
citric…Khi hòa tan trong môi trường acid loãng tạo thành keo dương. Đây là
một điểm rất dặc biệt vì phần lớn các keo polysaccharide có điện tích âm và
có khả năng tạo phức với một số ion kim loại [7].
Chitosan khi hòa tan trong axit acetic loãng có pH= 6- 6.5 tạo thành
một dung dịch keo dương, nhừ đó mà keo chitosan không bị kết tủa khi có
mặt của một số ion kim loại nặng như Pb
3+
, Hg
3+
…
Tính chất hóa học 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 dung dịch hòa tan có độ trong cao, có tính kết dính
cao và được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực hơn.
Độ deacetyl hóa là một thông số quan trọng , đặc trưng cho tỷ 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 [29].
Phân tử lượng của chitosan cũng là một thông số quan trọng, nó quyết
định tính chất của chitosan như khả năng kết dính, tạo màng, tạo gel, khả
năng hấp thụ chất màu [40].
* Một số dẫn xuất của chitosan: