Màng Protein ăn được đặc tính và cải thiện tính chất của màng

1



TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ
KHOA CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ



Tiểu luận:
MÀNG PROTEIN ĂN ĐƯỢC
ĐẶC TÍNH VÀ CẢI THIỆN TÍNH CHẤT CỦA MÀNG







Học viên : Nguyễn Quốc Khánh
Lớp : Cao học CNTP K20
Môn : Khai thác và sản xuất các sản phẩm từ protein



Huế, 3/2015

2

MÀNG PROTEIN ĂN ĐƯỢC: ĐẶC TÍNH VÀ CẢI THIỆN
TÍNH CHẤT CỦA MÀNG

Thawien Wittaya
1

[1]
Prince of Songkla University, Department of Material Product Technology,, Thailand

( />edible-films-characteristics-and-improvement-of-properties#SEC3)

1. Giới thiệu
Các màng protein ăn được đã nhận được sự quan tâm chú ý trong những năm gần
đây bởi vì những lợi thế của chúng, bao gồm sử dụng chúng để làm vật liệu bao gói có
thể ăn được, qua việc tổng hợp các màng. Ngoài ra, màng protein ăn được cũng có thể
được sử dụng để đóng gói riêng lẻ của các phần nhỏ trong thực phẩm, đặc biệt là những
sản phẩm hiện chưa được đóng gói riêng lẽ do những lý do thực tiễn, chẳng hạn như
đậu, các loại hạt và hạt điều. Ngoài ra, màng protein ăn được có thể được ứng dụng
trong thực phẩm không đồng nhất tại các mặt phân giới giữa các lớp khác nhau trong
thành phần. Chúng có thể được thiết kế để ngăn sự giảm độ ẩm trong thành phần và
biến đổi chất tan trong thực phẩm như pizza, bánh và kẹo. Hơn nữa, màng protein ăn
được có chức năng như các chất mang cho những chất kháng khuẩn và chống oxy hóa.
Thông qua một ứng dụng tương tự chúng cũng có thể được sử dụng ở bề mặt của thực
phẩm để kiểm soát mức độ khuếch tán của các chất bảo quản từ bề mặt ngoài vào bên
trong của thực phẩm.Một ứng dụng khả thi cho màng protein ăn được có thể sử dụng
trong vật liệu đóng gói thực phẩm nhiều lớp cùng với màng không ăn được. Trong
trường hợp này, màng protein ăn được sẽ là lớp bên trong tiếp xúc trực tiếp với nguyên
liệu thực phẩm. Thông qua những chức năng liên quan đến tính cơ học và tính chống
thấm, màng protein ăn được này có thể thay thế cho màng polymer tổng hợp.
Trong trạng thái tự nhiên, protein thường tồn tại trong 2 loại protein dạng sợi và
protein dạng cầu. Loại thứ nhất là không tan trong nước và đóng vai trò là các nguyên
liệu cấu trúc chính của các mô động vật. Dạng protein hình cầu tan trong nước hoặc
dung dịch của acid, bazo hoặc muối và có chức năng rộng rãi trong hệ thống đời sống.

Protein dạng sợi mở rộng hoàn toàn và liên kết chặt chẽ với nhau trong cấu trúc song
song, thường thông qua liên kết hydro, để tạo thành sợi. Protein dạng cầu gập lại thành
cấu trúc hình cầu phức tạp được liên kết với nhau bằng một liên kết hydro, liên kết ion,
3

kỵ nước và liên kết cộng hóa trị (disulfide). Những tính chất hóa học và vật lý của
những protein phụ thuộc vào giá trị tương đối của thành phần acid amin và vị trí của
nó dọc theo chuỗi polymer protein. Đối với các protein dạng sợi thì collagen được quan
tâm nhiều trong việc sản xuất màng ăn được. Một số protein hình cầu, bao gồm gluten
lúa mỳ, zein ngô, protein đậu nành, protein váng sữa và protein đậu ván, đã được nghiên
cứu về tính chất tạo màng của chúng.
Màng protein ăn được thường được tạo thành từ các dung dịch hoặc chất phân tán
của protein khi bay hơi dung môi hoặc chất mang. Các dung môi hoặc chất mang
thường bị hạn chế bởi nước, ethanol hoặc hỗn hợp ethanol và nước.
Thông thường, protein phải được biến tính bởi nhiệt, acid, bazo, và/hoặc các dung
môi nhằm tạo thành những cấu trúc dãn dài hơn để cho sự hình thành của màng. Sauk
hi dãn ra, các chuỗi protein kết hợp thông qua liên kết hydro, ion, kỵ nước và cộng hóa
trị. Mối tương tác của hai chuỗi cái mà tạo ra màng kết dính bị ảnh hưởng bởi mức độ
dãn chuỗi và bản chất và trình tự các acid amin. Sự phân bố đồng đều của các nhóm
phân cực, kỵ nước và/hoặc nhóm thiol dọc theo chuỗi polymer protein làm tang khả
năng của những tương tác tương ứng. Kết quả việc thúc đẩy sự tương tác giữa hai chuỗi
polymer trong màng là mạnh mẽ hơn nhưng giảm độ linh hoạt và chống thấm khí, hơi
nước và chất lỏng. Polymer chứa các nhóm mà có thể kết hợp bằng các liên kết hydro
và ion trong màng đó là chất chống thấm oxy tuyệt vời nhưng dễ bị ẩm. Như vậy, màng
protein được xem là chất chống thấm oxy tốt tại độ ẩm tương đối thấp.
Những polymer có chứa một ưu thế của các nhóm kỵ nước là những chất chống
thấm oxy yếu nhưng lại là chống thấm độ ẩm tuyện với. Tuy nhiên, thực tế các protein
không hoàn toàn kỵ nước và chứa chủ yếu hydrophilic acid amin làm hạn chế tính
chống thấm của độ ẩm của nó. Việc tạo thành của màng protein ăn được với độ thấm
hơi nước thấp đòi hỏi bổ sung thêm các thành phần kỵ nước. Điều này tương tự đối với

các polymer tổng hợp. Tại đây nhưng polymer chống thấm oxy có tính nhạy cảm với
độ ẩm phải kết hợp với một polymer kỵ nước khác hoặc kẹp giữa các lớp của polymer
kỵ nước để hạn chế khả năng của nước tránh làm giảm tính chất chống thấm. Bởi vì
tính chống hơi nước thấp của màng protein ăn được và chống lực cơ học thấp hơn so
với polymer tổng hợp nên ứng dụng của chúng bị hạn chế ở trong đóng gói thực phẩm.
Những cải tiến về tính chất của màng protein ăn được đã được nghiên cứu để tìm kiếm
các ứng dụng phù hợp. Ở chương này cung cấp thông tin chi tiết của màng protein ăn
được và những tính chất của chúng, sản xuất màng protein ăn được, những phương
pháp sử dụng để tạo ra màng protein ăn được, sự cải thiện tính chất của màng và những
ứng dụng tiềm năng của chúng.
4

2. Những loại màng protein ăn được
2.1 Màng Collagen
Collagen là cấu trúc protein chính của các liên kết mô như xương, gân sụn và dây
chằng. Chúng chiếm khoảng một phần ba của tổng số protein trong cơ thể động vật có
vú. Có nhiều loại collagen khác nhau. Mỗi loại đều có trình tự acid amin của riêng nó,
nhưng tất cả đều chứa một lượng đáng kể của cấu trúc xoắn ba. Bời vì đặc tính sinh
học của nó và lợi ích của nó, Collagen loai I được sử dụng một cách rộng rãi như một
vật liệu sinh học. Nó được sử dụng trong một loạt các hình thái vật chất như bọt biển,
màng và vỏ mỏng (Sisken và cộng sự., 1993). Collagen có những đặc điểm như một
vật liệu sinh học cái mà để phân biệt với những polymer tổng hợp. Collagen được sử
dụng để tạo ra những màng protein ăn được thương mại hóa thành công nhất. Màng
collagen có một số lợi thế: nó tương thích sinh học và không độc cho hầu hết các mô;
nó đủ tài liệu kết cấu, vật lý, hóa học và các đặc tính miễn dịch; nó có thể được chế
biến thành nhiều hình thức; và nó dễ được chiết suất và tinh chế với số lượng lớn. Việc
sản xuất màng collagen từ da động vật có thể được thực hiện bằng cách sử dụng một
quá trình khô hoặc ướt với một số điểm tương đồng. Chúng bao gồm: (a) xử lý kiềm
để loại lông và thu lại collagen từ carbonhydrate và những protein khác; (b) trương nở
acid và đồng nhất để tạo thành khoảng 4,5% gel ẩm (quá trình ướt) hoặc khoảng 10%

bột gel ẩm (quá trình khô); (c) đùn thành một ống; và (d) trung hòa ống ép đùn, rửa
ống của muối, xử lý ống bằng chất làm dẻo và các mối liên kết chéo và sấy khô đến độ
ẩm từ 12-14% (thứ tự phụ thuộc vào quá trình làm ướt hay khô được sử dụng) (Hood,
1988).
2.2 Màng gelatin
Gelatin là duy nhất trong số những hydrocolloid trong việc hình thành một chất
nhiệt thuận nghịch với nhiệt độ nóng chảy gần với nhiệt độ cơ thể, điều đó đặc biệt
quan trọng trong các ứng dụng ăn được và dược phẩm. Về cơ bản, gelatin thu được
bằng cách kiểm soát quá trình thủy phân từ xơ không hòa tan protein, collagen, và được
tìm thấy rộng rãi trong tự nhiên như các thành phần chính của da, xương và mô liên
kết. Gelatin bao gồm một chuỗi duy nhất của các acid amin. Các tính chất đặc trưng
của geatin là hàm lượng các acid amin glycine, proline và hydroxyproline. Gelatin cũng
có một hỗn hợp của các chuỗi đơn và đôi không gập của một chất ưa nước (Ross-
Murphy, 1992). Vào khoảng nhiệt độ 40
0
C, dung dịch gelain ờ trạng thái keo lỏng và
hình thành kết cấu gel chịu nhiệt thuận nghịch khi được làm mát. Trong quá trình đặc
5

lại, các chuỗi trải qua một quá trình chuyển đổi rối loạn trật tự về hình dạng và có xu
hướng phục hồi cấu trúc collagen xoắn ba (Ross-Murphy, 1992).
Gelatin được sử dụng để đóng gói thực phẩm có độ ẩm thấp hoặc các nguyên liệu
thực phẩm pha dầu và dược phẩm. Đóng gói có tác dụng bảo vệ chống lại oxy hóa và
ánh sang, cũng như xác định số lượng thành phần hoặc liều lượng thuốc.Ngoài ra, màng
gelatin được hình thành như là lớp phủ trên các loại thịt để giảm sự xâm nhập của oxy,
độ ẩm và mất dầu (Gennadios và các cộng sự, 1994). Ngoài ra, gelatin có thể tạo thành
màng rõ ràng và chắc chắn, được sử dụng để đóng gói và các chế phẩm vi nang và các
viên nang trong sản xuất thực phẩm và dược phẩm.Màng gelatin có thể được tạo thành
từ 20-30% gelatin, 10-30% chất làm dẻo (glycerin hoặc sorbitol) và 40-70% nước tiếp
theo là làm khô gel gelatin (Guilbert, 1986). Tuy nhiên, màng gelatin cũng như hầu hết

các màng protein khác, không phải là chất chống thấm nước lý tưởng, điều đó làm hạn
chế về ứng dụng của nó như màng ăn được và vật liệu sinh học. Tuy nhiên, thay đổi
của mạng lưới polymer thông qua liên kết chéo của các chuỗi polymer có thể được áp
dụng để cải thiện các chức năng của màng protein.
2.3 Protein zein ngô
Zein là protein quan trọng nhất trong ngô. Nó là một protein prolamin và do đó hòa
tan trong 70-80% ethanol (Dickey và Parris, 2002). Zein là một loại nguyên liệu tương
đối kỵ nước và nhiệt. Bản chất kỵ nước của zein có liên quan đến hàm lượng của các
acid amin không phân cực (Shkla và Cheryan, 2001). Về mặt kỹ thuật, các màng được
làm từ một loại protein hòa tan trong rượu như zein, có đặc tính chống thấm tương đối
cao so với các protein khác. Zein là màng hoàn hảo về tính chất và được sử dung để
chế tạo các màng phân hủy sinh học. Màng zein được hình thành thông qua sự phát
triển của tương tác kỵ nước, liên kết hydro và hạn chế cầu nối disulfide giữa các chuỗi
trong chất nền màng. (Gennadios và các cộng sự, 1994). Màng này giòn và do đó đòi
hỏi phải bổ sung các chất làm dẻo để tăng tính linh hoạt. Màng zein chống thấm nước
tương đối tốt so với những màng khác(Guilbert, 1986). Vỏ zein cũng có khả năng làm
giảm độ ẩm và độ săn chắc và làm chậm sự biến đổi màu sắc ( giảm oxy và carbon
dioxide) trong trái cây tươi. Ngoài ra, zein cũng có thể tham gia vào các lớp phủ nhựa
bao bì thông thường. Mặc dù, zein không hòa tan trong nước có độ pH trung tính, nó
có độ thẩm thấu hơi nước cao hơn so với các polymer tổng hợp điển hình. Tuy nhiên,
các đặc tính chống thấm hơi nước có thể được cải thiện bằng cách thêm acid béo hoặc
sử dụng một thuốc thử liên kết ngang. Tuy nhiên, khi chất liên kết chéo được sử dụng,
tính ăn được của màng cần được xem xét.
6

2.4 Màng gluten lúa mì
Gluten lúa mì là một protein không hòa tan của bột mì trong đó bao gồm một hỗn
hợp của các phân tử polypeptide, và là protein hình cầu. Sự cố kết và độ đàn hồi của
gluten tạo tính toàn vẹn cho bột mì và tạo điều kiện hình thành màng. Gluten lúa mì
bao gồm hai nhóm chính của các protein không hòa tan: gliadins, bao gồm protein

trọng lượng phân tử thấp; glutenins chứa protein trọng lượng phân tử cao. Gliadins là
các protein monomeric duy nhất trong đó các cầu nối disulfide hình thành bên trong
chuỗi protein hoặc không, trong khi glutenins tạo polymer phân tử lượng cao được duy
trì bởi các liên kết disulfide liên chuỗi. Màng từ glutenins có đặc tính chống thấm mạnh
và tốt hơn những màng từ Gliadin hoặc toàn bộ gluten. Màng Gliadin thể hiện tính chất
quang học tốt hơn nhưng về khả năng chịu nước lại kém hơn. Các tính chất của những
màng này làm cho chúng nhạy cảm với phương pháp xử lý nhiệt, có thể dẫn đến thay
đổi tính chất của màng. Ngoài ra, Gliadin dễ hòa tan trong ethanol 70%, Glutenin thì
không (Gennadios và Weller, 1990). Mặc dù không hòa tan trong nước tự nhiên, nhưng
gluten lúa mì lại hòa tan trong dung dịch nước có pH cao hoặc thấp ở cường độ ion
thấp (Krull và Inglett, 1971). Màng gluten lúa mì có thể phân hủy sinh học hoàn toàn
sau 36 ngày trong quá trình lên men hiếu khí và trong vòng 50 ngày trong đất nông
nghiệp mà không sinh ra các sản phẩm độc hại (Domenek và cộng sự, 2004).
Về mặt kỹ thuật, màng gluten lúa mì có thể được hình thành bằng cách làm khô
dung dịch trong ethanol. Sự phân tách liên kết disulfide mới trong quá trình làm khô
màng sau đó được cho là quan trọng đối với sự hình thành cấu trúc màng gluten lúa
mì, cùng với liên kết hydro và liên kết kỵ nước (Gennadios và Weller, 1990). Việc bổ
sung các chất làm dẻo như glycerin trong màng gluten là cần thiết để cải thiện tính linh
hoạt của màng gluten lúa mì. Tuy nhiên, tăng tính linh hoạt của màng bằng cách làm
tăng hàm lượng dẻo có thể làm giảm các đặc tính chống thấm, độ đàn hồi của màng.
Ngoài ra, độ tinh khiết của gluten lúa mì cũng ảnh hưởng đến sự tạo thành màng và
tính chất cơ học; Gluten tinh khiết cao hơn thì màng được tạo nên có độ bền và chắc
chắn hơn. Màng gluten lúa mì là màng chống oxy hiệu quả, nhưng lại chống thấm hơi
nước kém. Sư chống thấm hơi nước kém cảu gluten lúa mì là do bản chất ưa nước của
protein và số lượng đáng kể các chất là dẻo ưa nước để tạo nên tính linh hoạt cho màng.
Các tính chất của màng gluten lúa mì có thể được cải thiện bằng cách sử dụng một tác
nhân liên kết ngang như glutaraldehyde, hoặc xử lý nhiệt.
2.5 Màng protein đậu nành
7

Protein đậu nành từ hạt đậu nành đã được sử dụng như là một thành phần trong hầu hết
mọi sản phẩm thực phẩm có sẵn cho người tiêu dùng, vì nó có chứa chất dinh dưỡng cao
và đặc tính chức năng tuyệt vời. Hàm lượng protein của đậu nành (38 - 44%) cao hơn nhiều
so với hàm lượng protein trong hạt ngũ cốc (8 - 15%). Các protein đậu tương phần lớn có
trọng lượng phân tử khác nhau, 200 - 600 kDa. Hầu hết các protein đậu nành (90%) là
globulin, có thể được phân đoạn thành 2S, 7S, 11s và 15s theo hệ số lắng của chúng. 7S và
11s là phần chính, là khoảng 37% và 31% tổng số protein chiết được và có khả năng trùng
hợp (Cho và Rhee, 2004). Protein đậu nành bao gồm cả chuỗi phân cực và không phân cực.
Chúng có các tương tác nội và ngoại phân tử mạnh, chẳng hạn như liên kết hydro, các
tương tác lưỡng cực, điện tích và kỵ nước. Các tương tác phân cực và điện tích mạnh giữa
chuỗi mạch bên của các phân tử protein đậu nành hạn chế luân chuyển phân đoạn và tính
di động phân tử, làm tăng độ cứng, điểm hiệu suất và độ bền kéo của màng protein đậu
nành (Zhang và cộng sự, 2001).
Bởi vì protein đậu nành rất phong phú, không tốn kém, có khả năng tự phân hủy sinh
học và dinh dưỡng cao, chúng cho thấy tiềm năng được phát triển như là màng ăn được và
phân hủy sinh học. Sự hình thành của màng từ protein đậu nành đã được mô tả như là một
quá trình hai bước: (a) dung dịch tạo màng được làm nóng, phá vỡ các cấu trúc protein,
liên kết gốc disulfide bị tách ra và các nhóm sulfhydryl và nhóm kỵ nước lộ ra ngoài; (b)
sự hình thành của liên kết disulfide, kỵ nước và hydrogen mới. Các protein không gấp cuộn
thành cấu trúc thứ cấp này liên kết thông qua tương tác giữa các phân tử, chẳng hạn như
cầu disulfide và các tương tác kỵ nước, dẫn đến sự hình thành của một mạng lưới, xảy ra
trong quá trình sấy khô.
Về mặt kỹ thuật, màng protein ăn được có thể hình thành liên kết tại các vị trí khác
nhau và có tiềm năng cao để hình thành một số liên kết. Tuy nhiên, màng protein đậu nành
còn có đặc tính chống thấm khí ẩm thấp do tính ưa nước của nó và do số lượng đáng kể
các chất làm dẻo ưa nước được sử dụng trong quá trình sản xuất màng. Một phương pháp
được sử dụng rộng rãi để làm tăng độ chống thấm hơi nước của màng là bổ sung các hợp
chất kỵ nước như chất béo vào cấu trúc màng. Ngoài ra, cách khác để cải thiện các tính
chất của màng protein đậu nành là thay đổi các protein thông qua mạng lưới liên kết chéo
của các chuỗi protein. Sự hiện diện của các nhóm chức năng phản ứng trong chuỗi bên acid

amin của protein làm cho liên kết quá trình ngang có thể nhờ hóa chất, enzyme hay xử lý
vật lý.
2.6 Màng casein
8

Protein sữa có thể được phân thành hai loại: casein và protein whey. Casein bao gồm
ba thành phần chính, α, ß, và κ-casein, cùng nhau tạo thành các keo micelle trong sữa, có
chứa một số lượng lớn các phân tử casein và được ổn định bằng một cầu nối calcium
phosphate (Kinsella, 1984). Các phân tử casein có một cấu trúc thứ cấp ít được xác định,
thay cho một cấu trúc xoắn ngẫu nhiên mở. Casein, trong đó bao gồm 80% protein sữa, kết
tủa khi sữa tách kem được acid hóa đến điểm đẳng điện casein khoảng 4.6 (Dalgleish,
1989). Acid hóa hòa tan các phosphate canxi, do đó giải phóng các phân tử casein riêng lẻ,
trong đó kết hợp để tạo thành acid hòa tan casein. Các casein acid có thể được chuyển đổi
sang các muối của casein hòa tan bằng cách trung hòa chức năng thông qua việc bổ sung
các chất kiềm. Màng protein ăn được dựa trên các muối của casein khác nhau có thể thu
được bằng cách hòa tan trong nước theo sau phương pháp đúc và sấy khô. Các muối của
màng casein được làm từ dung dịch nước không qua xử lý nhiệt do tính chất cuộn xoắn
ngẫu nhiên của chúng. Tương tác trong dung dịch tạo màng có thể bao gồm kỵ nước, ion,
và liên kết hydro (Avena-Bustillos và Krochta, 1993). Màng caseinate là trong suốt và linh
hoạt, nhưng có đặc tính chống thấm nước kém. Ở điều kiện thử nghiệm so sánh, màng
caseinate xuất hiện để có các rào cản độ ẩm tương tự như màng gluten lúa mì và màng
protein đậu nành nhưng những rào cản độ ẩm kém hơn so với màng zein ngô. Casein đã
được nghiên cứu để hình thành các màng đứng riêng và lớp phủ trên các sản phẩm thực
phẩm. Màng mỏng có chứa casein đã bảo vệ trái cây và các loại rau khô khỏi hấp thụ độ
ẩm và sự oxy hóa. Lớp phủ nhũ tương caseinate-lipid thành công trong việc làm giảm sự
thất thoát độ ẩm từ cà rốt và quả bí đã gọt vỏ (Avena-Bustillos và cộng sự, 1993).
2.7 Màng protein đậu xanh
Đậu xanh được biết đến như một thành phần tiềm năng của màng biopolymeric vì hàm
lượng protein cao. Các hạt đậu xanh chứa khoảng 25-30% protein. Các protein từ đậu xanh
chứa nhiều protein có trọng lượng phân tử (MW) lớn giữa 24 và 55 kDa với một số có ít

hơn 24 kDa. Tuy nhiên, có một lượng nhỏ protein có khối lượng phân tử giữa 24 và 14,2
kDa. Các thành phần acid amin của đậu xanh rất giàu các acid amin thiết yếu như leucine,
isoleucine, lysine, và phenylalanine và cũng rất giàu amino acid có tính acid như acid
glutamic và acid aspartic. Tuy nhiên, acid amin có chứa lưu huỳnh, như methionine và
cysteine cũng được phát hiện trong protein đậu xanh (2,75 và 3,62%) (Keereekasetsuk và
cộng sự, 2009).
Bourtoom (2008) chuẩn bị và phân tích những màng từ protein đậu xanh. Nó đã được
tìm thấy các tính chất cơ học (độ bền kéo và độ giãn dài tại điểm gãy) của các màng protein
đậu xanh có tính chất cơ học cao và đặc tính chống thấm hơi nước. Chúng tốt hơn so với
các nguồn protein khác như casein, protein đậu nành cô lập, gluten lúa mì, protein đậu
9

phộng và protein cá tan trong nước. Tuy nhiên, những màng protein đậu xanh vẫn cho thấy
đặc tính chống thấm khí và hơi nước thấp hơn đáng kể so với một số loại polyme tổng hợp
(polyethylene mật độ cao, polyvinyl chloride, cellulose acetate và polyester). Khả năng
chống thấm của các màng protein đậu xanh protein thấm hơi nước là hạn chế do các đầu
ưa nước vốn có của protein. Việc chuyển hơi nước thông qua màng protein cũng được hỗ
trợ bởi sự hiện diện của một chất làm dẻo ưa nước, ưa hấp phụ của các phân tử nước. Tuy
nhiên, các tính chất của màng protein đậu xanh có thể được cải thiện bằng cách thêm các
vật liệu kỵ nước và cũng sử dụng hóa chất và enzyme liên kết chéo.
3. Sự hình thành các màng protein ăn được
Các loại màng protein ăn được có thể được hình thành bởi hai phương pháp khác nhau:
phương pháp tạo màng bề mặt và các phương pháp lắng.
3.1 Sự tạo thành màng ở bề mặt
Màng thu được bằng cách làm nóng kéo dài dung dịch màng và chúng được thu nhận
từ bề mặt, để ráo nước và khô. Việc sử dụng phương pháp này đã được mô tả như là một
quá trình hai bước liên quan đến sự biến tính nhiệt của các protein tiếp theo là mất nước bề
mặt. Dưới tác dụng của nhiệt làm thay đổi cấu trúc ba chiều của protein và các nhóm
chức năng hiện hữu; chẳng hạn như CO và NH của liên kết peptid, các nhóm amin
mạch bên, các nhóm chất kỵ nước, tham gia vào các nội phân tử liên kết hydro và tương

tác tĩnh điện (Wang và Damodaran, 1991). Trong quá trình sấy, các protein mở ra đến được
với nhau và trở thành liên kết thông qua tương tác giữa các phân tử (disulfide và tương tác
kỵ nước). Điều này dẫn đến sự hình thành một mạng lưới protein để bẫy các thành phần
của màng như các chất làm tăng độ dẻo (Gennadios và Weller, 1991). Màng được tạo thành
xảy ra trong điều kiện biến tính, điều này được giả định rằng các protein trong màng vẫn
còn ở trạng thái biến tính hoàn toàn.
Tuy nhiên, hoàn toàn có thể là các protein biến tính sẽ trải qua một phần sự gấp cuộn
lại, do đó hồi phục một số cấu trúc thứ cấp trong quá trình tạo màng. Có thể hiểu rằng mức
độ refolding như vậy ảnh hưởng đến số lượng các nhóm chức năng có sẵn cho các tương
tác giữa các phân tử và do đó sự hình thành và sự ổn định của mạng lưới màng (Subirade
và cộng sự, 1998). Wu và Bates (1973) đã nghiên cứu màng từ sữa đậu phộng. Họ báo cáo
rằng trong thời gian gia nhiệt sữa đậu phộng, phân tử protein có trọng lượng cao được chia
thành các phân tử có trọng lượng thấp hơn. Lần xử lý nhiệt đầu làm phân tách các
conarachin và sau đó phân chia arachin để tạo thành các tiểu đơn vị nhỏ của phức hợp
không hòa tan ở bề mặt. Ngoài ra, các lực của mặt phân giới có thể bắt đầu hình thành các
10

mạng lưới protein bằng cách bẫy các giọt dầu và nước thoát ra khỏi bề mặt để tạo điều kiện
thuận lợi cho sự hình thành của mạng lưới protein (Farnum và cộng sự, 1976.).
3.2 Phương pháp lắng
Màng thu được bằng phương pháp này thường được thực hiện bằng cách đúc và làm
khô màng trên một bề mặt không dính. Về mặt kỹ thuật, quá trình đúc bao gồm làm khô
lớp dung dịch hoặc lớp ở trạng thái gel với độ dày của màng được kiểm soát. Kỹ thuật này
rất hữu ích để bắt chước một số quy trình công nghiệp để hình thành màng tinh bột như là
trường hợp cho dip-molding. Trong phương pháp này, được sử dụng cho lớp phủ thực
phẩm cũng như các ứng dụng không phải thực phẩm, trạng thái gel thường được ưa thích
để thiết lập các dung dịch nóng trên bề mặt khi làm mát. Jaynes và Chou (1975) sử dụng
phương pháp này để sản xuất màng protein-lipid đậu nành. Họ đã sử dụng phương pháp
phân lập protein ở pH tự nhiên 6,6 đúc trên chảo nướng tráng Teflon và sấy khô ở 1000C.
Màng được làm từ phương pháp kết tủa thì đồng đều hơn so với phương pháp tạo màng

ở bề mặt. Độ dày màng có thể được kiểm soát bởi số lượng tổng chất rắn trong lớp dung
dịch không giống như trường hợp phương pháp tạo màng ở bề mặt đã sử dụng.
Trong những năm gần đây, hầu hết các nhà nghiên cứu đã sử dụng kỹ thuật kết tủa để sản
xuất những màng ăn được. Tuy nhiên, tạo hình vật chất và đúc nhiệt độ có thể thay đổi tùy
theo tình trạng và loại bề mặt. Các kỹ thuật lắng đã được sử dụng để làm màng từ protein
gluten lúa mì, zein ngô, casein, whey protein phân lập, đậu nành protein phân lập và cô đặc
protein gạo.
4. Các yếu tố ảnh hưởng đến màng protein ăn được
4.1 Loại nguyên liệu
Các nguyên liệu được sử dụng trong các dung dịch màng được phân loại theo đặc tính
hòa tan của chúng, phân thành hai loại, ưa nước và kỵ nước. Vật liệu hút nước như protein
đậu nành phân lập, whey protein phân lập, protein cá hòa tan trong nước và protein đậu
xanh tan trong nước. Nhóm kỵ nước như zein của ngô, sáp là không tan trong nước nhưng
chúng tan trong chất lỏng không phân cực như rượu. Sự khác biệt về đặc tính hòa tan của
các nguyên liệu ảnh hưởng đến năng lượng cần thiết để thu được màng protein khô và sử
dụng nó trên các loại thực phẩm. Carbohydrate như alginate, carregeenan, pectin, tinh bột,
cellulose và các dẫn xuất cellulose cung cấp mạng lưới màng đứng riêng vững chắc, nhưng
khả năng chống thấm nước kém vì bản chất ưa nước của nguyên liệu được sử dụng (Kester
và Fennema, 1986). Protein cung cấp hàng rào khí tốt nhưng đặc tính chống thấm hơi nước
kém. Tuy nhiên, một số màng protein như màng zein bắp hiện khả năng chống nước tốt
hơn so với các màng protein khác vì zein có chứa lượng cao các acid amin mạch bên kỵ
11

nước. Màng lipid, được làm từ vật liệu kỵ nước như sáp, acid béo, cho thấy tính chống
thấm hơi nước xuất sắc nhưng tính chất cơ học kém.
4.2 Polymer hóa học
Các phân tử cấu trúc thông thường có thể khuếch tán hơn cấu trúc lập thể bất thường,
trong khi các phân tử phân nhánh có thể cung cấp một sức mạnh gắn kết lớn hơn các phân
tử không phân nhánh. Một phần nhỏ phân tử có trọng lượng thấp hơn cho thấy một sự liên
kết lớn hơn và sự thay đổi lớn trong liên kết khi nhiệt độ thay đổi. Trong polymer cao phân

cực như protein và cellulose, tự kết dính bằng cách khuếch tán là không đáng kể do khả
năng linh hoạt nhỏ và thứ tự cố định của các đại phân tử. Điều này được gây ra bởi các lực
liên kết nội phân tử hình thành các chuỗi polymer. Celullose có mạch chính với một vòng
chuỗi cấu trúc cứng nhắc trong khi protein có xu hướng để tạo thành cấu trúc chuỗi xoắn
ốc (Banker, 1966).
Kinsella Và Phillips (1989) đã tóm tắt các đặc điểm phân tử mong muốn cho sự hình
thành các màng protein: 1) phân tử hòa tan cao thúc đẩy sự khuếch tán nhanh chóng; 2)
các phân tử lớn hơn cho phép tương tác với bề mặt phân giới, kết quả là màng trở nên
vững chắc hơn; 3) các phân tử amphipathic tạo ra sự phân bố không cân xứng của các gốc
không phân cực và có tích điện để cải thiện sự tương tác bề mặt; 4) các vùng linh động tạo
điều kiện thuận lợi cho tương tác pha và sự trải ra ở mặt phân giới; 5) độ phân tán của các
nhóm ảnh hưởng đến tính tương tác protein-protein trong các màng và lực đẩy tĩnh điện
giữa bọt khí gần nhau; 6) gốc phân cực cung cấp các gốc hydrate hóa hoặc tích điện để tách
riêng các bọt khí qua một bên, liên kết và giữ nước; 7) việc duy trì cấu trúc có thể tăng sự
chồng chéo lên nhau và sự tương tác từng đoạn trong màng; 8) vùng tương tác có thể ảnh
hưởng đến sự kết tủa của các phân đoạn chức năng khác nhau, tạo điều kiện cho các phản
ứng phụ trong không khí và pha dung dịch.
4.3 pH
pH đóng một vai trò quan trọng trong việc tạo các màng protein được làm từ nguyên
liệu hòa tan trong nước, chẳng hạn như protein tách từ đậu nành và protein whey, khả năng
hòa tan của các protein phụ thuộc vào điểm đẳng điện của chúng (pI). Trong việc hòa tan
các chất đại phân tử, các lực liên kết giữa các phân tử chất tan bị trung hòa bởi sự liên kết
với các phân tử dung môi (Banker, 1966). Các chức năng của các polymer liên quan đến
tính chất hòa tan đó ảnh hưởng hơn nữa đến các đặc tính màng. Các nhóm phụ trách đẩy
lẫn nhau và tạo ra một chuỗi polymer trải dài khi các nhóm chức năng của polymer
tuyến tính bị ion hóa trong thời gian hòa tan. Mức độ hòa tan càng lớn và chuỗi tích điện
càng rộng thì chuỗi càng ngày được duỗi ra.
12

Sự tương tác giữa các phân tử polymer tích điện và các phân tử của dung môi phân cực

tăng với sự tăng điện tích trên chuỗi. Khả năng hòa tan protein lớn nhất thu được ở pH tại
điểm đẳng điện của nó (pI). Tuy nhiên, để sản xuất một màng ăn được ở pH cực trị,
tính chất cảm quan cũng phải được xem xét cùng với các tính chất khác của màng.
Gennadios và cộng sự (1993) đã nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến màng protein đậu
nành (dạng isolate) và nhận thấy rằng các điều kiện như acid cao (pH <1) hoặc kiềm
(pH > 12) đều ức chế sự hình thành của màng protein đậu nành dạng isolate. Kinsella &
Phillip (1989) báo cáo rằng các màng hình thành ở pH gần điểm đẳng điện của các
protein chính thì đặc hơn và bền hơn.
4.4 Nhiệt độ sấy khô
Màng protein ăn được thường thu được bằng phương pháp đúc. Kỹ thuật này liên quan
đến việc làm khô dung dịch keo phức tạp gồm các protein, một dung môi và thông thường
là trước đó chất làm dẻo đổ vào một khuôn thích hợp. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đặc
trưng riêng phụ thuộc vào các đặc điểm khác nhau của các nguyên liệu, chẳng hạn như sự
xuất hiện của một giai đoạn gel từ trước hoặc xảy ra sự đông lại do nhiệt trong quá trình
sấy. Hơn nữa, hiện tượng khác nhau có thể xảy ra như sự chuyển đổi từ kết cấu dai sang
pha thủy tinh, một sự tách pha (không tương thích nhiệt động lực học) hoặc kết tinh. Sự
tương tác giữa các chất hóa lý của polymer sinh học và điều kiện làm khô là rất quan trọng
(Devani và cộng sự 2009).
Các lực tương tác trong các cấu trúc protein bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Nhiệt độ là yếu
tố làm biến tính mạnh mẽ các protein, và thậm chí cả sự ổn định nhiệt và cấu tạo của protein
phụ thuộc vào các thành phần acid amin. Trong thời gian làm khô, khi nước được loại bỏ
dần, cấu tạo của protein thay đổi. Hơn nữa, mức độ protein mở ra quyết định loại và tỷ lệ
kết cộng hóa trị (liên kết S-S) hoặc không đồng hóa trị (tương tác kỵ nước, ion và liên kết
hydro) tương tác có thể được thiết lập giữa các chuỗi protein. Được biết rằng các chuỗi có
thể tương tác mạnh hơn và dễ dàng, đặc biệt là thông qua cầu nối disulfide, khi các protein
bị biến tính (Mauri và Anon, 2006). Sự gắn kết của các mạng lưới cuối cũng sẽ là một chức
năng của các cầu nối này và xác định các tính chất của những màng thu được.
Ngoài ra, sự tương tác hydrophillic tăng, liên kết hydro và tương tác tĩnh điện giảm khi
nhiệt độ tăng. Điều này dẫn đến sự hỗ trợ của kết dính giữa các màng polymer và chất nền
(Banker, 1966). Nhiệt độ cao (70-100

0
C) ảnh hưởng đến sự tạo thành các cấu trúc không
linh động trong dung dịch protein vì protein biến tính (Chefel và công sự 1986). Nhiệt độ
quá nóng hoặc tỷ lệ bốc hơi dung môi quá mức trong quá trình sản xuất có thể làm màng
không liên kết chặt chẽ (Guilbert và cộng sự 1986). Các protein hòa tan trong nước như
13

protein đậu nành và protein whey cần một nhiệt độ cao hơn và thời gian dài hơn để hình
thành màng so với các màng từ protein hòa tan trong rượu như zein ngô hoặc gluten lúa
mì. Nhiệt độ sấy cao hơn của các màng tan được trong nước có thể hạn chế tính sử dụng
của màng. Tuy nhiên, độ ẩm tương đối thấp cũng có thể được sử dụng để tạo màng ở nhiệt
độ thấp.
4.5 Nồng độ
Màng protein hình thành nên các cấu trúc phức tạp. Tương tác protein-protein trong
các tập hợp có thể có bản chất khác nhau (tĩnh điện hay kỵ nước…), dẫn đến sự cố kết khác
nhau. Điều này có thể ảnh hưởng đến tính linh động của protein và khả năng tạo màng
của chúng. Nồng độ của các dung dịch màng ảnh hưởng đến sự tự kết dính của polyme
lớn và tỷ lệ của khung mạng hình thành trong các quá trình tạo màng. Bên cạnh đó, nồng
độ protein trong dung dịch màng cũng có thể ảnh hưởng đến sự hình thành của các mạng
lưới protein. Ở nồng độ protein thấp hơn có ít sự tương tác giữa protein-protein, trong
khi ở nồng độ protein cao hơn thì chúng tự khuếch tán. Ở nồng độ tối ưu, với độ
nhớt trung gian có thể thu được liên kết bền vững giữa các phân tử cao nhất. Tuy nhiên,
nồng độ tối ưu của mỗi màng protein đòi hỏi nồng độ khác nhau. Việc sản xuất của màng
với phân tách protein whey đòi hỏi nồng độ protein tương đối cao (> 8%) trong các dung
dịch hình thành màng để sự hình thành của cầu nối S-S xảy ra (Sothornvit và Krochta,
2001). Trong khi đó, các màng được sản xuất từ protein cá chuẩn bị với nồng độ 1,5 - 2%
cho thấy màng mạnh hơn các nồng độ khác.
4.6 Độ ẩm tương đối
Sự tương tác giữa nước với màng protein ăn được được coi là ưu tiên để giải thích sự
thay đổi thuộc tính vật lý gây ra bởi sự hiện diện của độ ẩm. Sự hấp thụ hơi nước bởi các

vật liệu khô thường được cho là liên quan đến sự liên kết của các phân tử nước với các vị
trí ưa nước đặc biệt, như nhóm carboxylic, amino và hydroxy, ngoài các nhóm peptide
mạch chính. Ở độ ẩm tương đối cao, sự hấp phụ đa phân tử xảy ra thông qua sự căng lên
và thay đổi cấu tạo trong các cấu trúc phân tử. Về cơ bản, các đặc tính của màng bao protein
thay đổi với cùng mức độ như thời gian lưu trữ, đặc biệt là nếu so với những màng bao
tổng hợp, do sự bất ổn nội tại của nguyên liệu. Những biến đổi này có thể ảnh hưởng đến
các tính chất của màng, chẳng hạn làm thay đổi các đặc tính. Do đó, sự oxy hóa các nhóm
sulfhydryl của protein có thể gây ra sựthoái biến của các chuỗi polyme (Micard và cộng
sự, 2000). Những thay đổi về thể chất bao gồm polymer và sắp xếp có thể là do sự di
chuyển của các thành phần trọng lượng phân tử thấp được sử dụng trong xây dựng màng,
14

chẳng hạn như chất làm dẻo (Anker và cộng sự, 2001). Sự di chuyển của các chất phụ gia
có thể được coi là nguyên nhân quan trọng nhất của sự bất ổn định vật lý của màng protein.
Mối quan hệ giữa độ ẩm tương đối cân bằng và hàm lượng nước của màng đã được
đánh giá bằng cách đo đường đẳng nhiệt hấp phụ nước. Ngoài ra, sự hiểu biết về tính chất
hấp phụ nước là cần thiết để điều chỉnh các ứng dụng màng bao. Sự ảnh hưởng của độ ẩm
tương đối về tính cơ học và tính thấm của màng protein đã được giải thích không chắc chắn
bởi sự giảm nhiệt độ chuyển dịch thủy tinh gây ra bởi hiện tượng dẻo hóa tạo ra bởi nước
trên các màng protein.
Cuq và cộng sự (1996) đã xác định ảnh hưởng của độ ẩm tương đối đến cơ tính và tính
chống thấm hơi nước của màng protein sợi cơ. Ảnh hưởng sự hóa dẻo của nước có liên
quan đến những thay đổi nhanh chóng của tính chất chức năng màng; kết quả đã được giải
thích bằng cách phá vỡ liên kết hydro của nước và polymer. Giảm tương đối rõ ràng lực
lúc phá vỡ, các mô đun đàn hồi và đặc tính chống thấm hơi nước, và sự gia tăng biến dạng
tại điểm gãy được quan sát thấy khi độ ẩm tương đối tăng lên. Pochat-Bohatier và cộng sự
(2006) đã nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm tương đối trên carbon dioxide thấm qua trong
các màng gluten lúa mì. Họ báo cáo rằng sự tăng lên của tính thấm khí đã được quan sát
thấy ở độ ẩm tương đối 96%. Điều này là do sự trương nở của mạng lưới polyme với nước,
cho phép các tương tác hóa học giữa các acid amin và chất khí diễn ra. Sự gia tăng hàm

lượng nước của màng dẫn đến việc nâng cao ái lực giữa khí và mạng lưới protein, dẫn đến
giá trị hấp phụ rất cao ở độ ẩm tương đối cao.
4.7 Phụ gia tạo mạng
Các vật liệu khác nhau có thể được đưa vào màng protein gây ảnh hưởng đến các tính
chất cơ học, bảo quản, cảm quan, hoặc dinh dưỡng. Chất làm dẻo là chất phụ gia chứa một
lớp chất quan trọng có khối lượng phân tử hợp chất không bay hơi thấp được sử dụng rộng
rãi trong các ngành công nghiệp polymer. Vai trò chính của các chất này là cải thiện tính
linh hoạt và khả năng xử lý các polyme bằng cách hạ thấp nhiệt độ chuyển tiếp thứ hai và
nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh (Tg). Hội đồng của IUPAC (Liên minh Quốc tế về Hóa học
Tinh khiết và Ứng dụng) định nghĩa một chất làm mềm dẻo là ''một chất hoặc vật liệu được
kết hợp vào trong một vật liệu (thường là nhựa hoặc chất đàn hồi) để tăng độ dẻo dai, khả
năng hoạt động hoặc tính căng phồng được của nó''. Những chất này làm giảm áp lực của
các biến dạng, độ cứng, mật độ, độ nhớt và điện tích tĩnh điện của một polymer. Đồng thời
chúng làm tăng tính linh hoạt chuỗi polymer, khả năng chống nứt gãy và hằng số điện môi.
Các đặc tính khác cũng bị ảnh hưởng là mức độ tinh, độ quang học, độ dẫn điện, phản ứng
nhiệt và khả năng chống phân hủy sinh học (Vieira và cộng sự, 2011). Tính tương thích
15

giữa polymer và chất dẻo là một phần hiệu quả của sự hóa dẻo; các thông số khác nhau có
thể thấy tính năng này bao gồm tính phân cực, liên kết hydro, hằng số điện môi và các
thông số độ tan (Choi và cộng sự 2004). Ngoài ra, một yếu tố tác động khác là sự solvat
hóa, bởi vì các chất làm dẻo có thông số độ hòa tan gần với độ hòa tan của các polyme
nên đòi hỏi ít năng lượng hơn để hợp nhất hay solvat hóa các polyme. Nhiệt độ của phản
ứng hợp nhất hay gel hóa có liên quan đến cường độ solvat của chất làm dẻo và kích thước
phân tử của nó (Rahman và Brazel, 2004).
Nói chung, hai loại chất làm tăng độ dẻo có thể phân biệt được. Dẻo hóa bên trong là
một kết quả của việc thay đổi cấu trúc hóa học của polymer; dẻo hóa bên ngoài thu được
bằng cách thêm một tác nhân làm biến đổi cấu trúc và năng lượng trong việc bố trí ba chiều
của các polymer màng (Banker, 1966). Trong thực tế việc bổ sung một chất làm dẻo cho
màng protein để sản xuất màng mà ít có khả năng phá vỡ màng; trở nên linh hoạt hơn và

bền vững hơn. Việc giảm liên kết giữa các nội phân tử của chuỗi polymer; do đó sự liên
kết chung, tạo điều kiện các màng được kéo dài và làm giảm sự thay đổi nhiệt độ trong
suốt của nó. Điều này được thể hiện sự giảm tính chống thấm đối với các loại khí, hơi nước,
chất tan của màng (Banker, 1966). Các chất làm dẻo thường được sử dụng nhất trong các
màng protein là mono-, di-, và oligosaccharide (thường là xi-rô glucose hoặc mật glucose
fructose), các polyol (chủ yếu glycerol và các dẫn xuất của nó, polyethylen glycol và
sorbitol), lipid và các dẫn xuất của nó (acid béo, các monoglyceride và các este của chúng,
acetoglyceride, phospholipid và các chất nhũ hoá khác). Kích thước phân tử, cấu hình và
tổng số các nhóm chức năng của các chất làm dẻo, cũng như khả năng tương thích của nó
với các polymer, có thể ảnh hưởng đến sự tương tác giữa các chất làm dẻo và các polymer
(Yang và Paulson, 2000).
Jangchub và Chinnan (1999) báo cáo rằng glycerin được tìm thấy trong các chất làm
dẻo kết hợp với protein đậu phộng đậm đặc khi so sánh với sorbitol, propylene glycol,
polyethylene propylene glycol hoặc polyethylene glycol. Những biểu hiện có đặc tính cơ
học rất kém, dẫn đến kiểm tra tính thấm không thành công. Sự tập trung của glycerin từ
0,67-1,67% của protein không ảnh hưởng đến tính thấm hơi nước và thấm khí oxy, nhưng
ảnh hưởng đến độ bền kéo và phần trăm kéo giãn. Glycerin mức lớn hơn 0,67% của protein
là cần thiết để có được màng đứng tự do.
Vanin và cộng sự (2005) đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của nhiều chủng loại và
hàm lượng của các chất hoá dẻo, các tính chất của màng gelatin. Bốn polyol (glycerolGly,
propylene glycol-PPG, di-DTG và ethylene glycol-ETG) được thử nghiệm ở các nồng độ
khác nhau. Kết quả cho thấy loại chất làm dẻo và hàm lượng có ảnh hưởng đáng kể đến
các tính chất của màng dẫn. Một ảnh hưởng của chất làm tăng độ dẻo cao hơn đến tính chất
16

nhiệt đã được quan sát với DTG, tiếp theo là PPG, Gly và ETG, chủ yếu với hàm lượng
chất làm dẻo thấp. Liên quan đến các tính chất cơ học, GLY cho thấy ảnh hưởng và hiệu
quả làm dẻo lớn hơn, nhưng hiệu quả làm dẻo của DTG lên biến dạng đâm thủng cũng là
đáng kể. Khả năng kháng cơ học có thể liên quan đến nhiệt độ chuyển thủy tinh của màng.
Điều đó là không thể quan sát ảnh hưởng của sự hóa dẻo về tính thấm hơi nước. Tuy nhiên,

DTG đã cho thấy hiệu quả của sự hóa dẻo hơn, tiếp theo là Gly và ETG, trong khi một tác
dụng ngược đã được quan sát với sự bổ sung của PPG.
Andreuccetti và cộng sự (2009) xác định tác dụng của các chất làm dẻo kỵ nước có
nguồn gốc từ acid citric (tributyl citrat, acetyltributyl citrate, triethyl citrate, acetyltriethyl
citrate) trên các đặc tính chức năng của các màng gelatin. Họ phát hiện ra rằng việc bổ sung
các dẫn xuất ester citrate trong công thức màng làm bằng gelatin chứng minh tính khả thi,
tạo ra vật liệu linh hoạt. Việc bổ sung tăng dần các chất làm dẻo kỵ nước đã làm giảm đáng
kể độ bền kéo. Những phản ứng này là tương tự với phản ứng được mô tả cho màng được
chuẩn bị với chất làm dẻo ưa nước. Về tính thấm hơi nước, người ta xác định được việc sử
dụng các chất làm dẻo kỵ nước đã làm giảm nhẹ tính chất này, khi được quan sát trên màng
gelatin được chuẩn bị với glycerol và sorbitol.
5. Cải thiện màng protein ăn được
5.1 Cải thiện màng protein ăn được bằng phương pháp hóa học
Protein được hứa hẹn là màng vật liệu sinh học với những tính chất chống thấm khí.
Tuy nhiên, những hạn chế chính của màng protein tương tự như các polyme khác là chúng
thiếu độ bền vững cơ học và tính chống thấm hơi nước kém vì bản chất ưa nước của nó.
Một phương pháp rất hiệu quả để cải thiện khả năng chống nước, tính gắn kết, độ cứng và
độ bền cơ học và các tính chất chống thấm của các màng nước là liên kết chéo. Để làm
được điều này các nhóm chức khác nhau của các protein có thể được sử dụng. Mạng lưới
protein có khả năng tương tác với một loạt các hợp chất hoạt động. Điều này được thực
hiện thông qua các nhóm chức năng tác động lên các nhóm phụ phản ứng của chúng. Nó
có tiềm năng sửa đổi thông qua liên kết ngang hóa học, vật lý hay enzyme để tăng cường
các tính năng của màng.
Phương pháp xử lý hóa học với acid, các chất kiềm hoặc liên kết ngang đã được sử
dụng rộng rãi để cải thiện chất màng. Về mặt lý thuyết, sự tương tác protein nhiều hơn từ
xử lý hóa học xảy ra sau đó cấu trúc chuỗi kéo dài và ít thấm và độ bền kéo lớn hơn, nên
chiếm ưu thế. Tuy nhiên, Brandenburg và cộng sự (1993) nhận thấy biện pháp xử lý kiềm
trong phân tách protein đậu nành không ảnh hưởng đến tính thấm hơi nước, thấm oxy và
độ bền kéo, nhưng xử lý kiềm đã cải thiện được hình dạng của màng (trong hơn, đồng bộ
17

hơn, và ít bọt khí) và kéo dài tại điểm gãy. Các hóa chất được dùng cho việc tạo các liên
kết cộng hóa trị ngang của protein bao gồm các aldehyde như glutaraldehyde, glyoxal hoặc
formaldehyde và những tác nhân tạo liên kết ngang tự nhiên khác.
Bởi vì các liên kết ngang được sử dụng trong màng protein; formaldehyde là liên kết
ngang đơn giản nhất; có phản ứng đặc hiệu rộng nhất. Ngoài các nhóm amin của lysine, nó
phản ứng với các mạch bên của cysteine, tyrosine, histidine, tryptophan, và arginine. Mặc
dù formaldehyde chứa một nhóm chức duy nhất, nhưng nó có thể phản ứng ở 2 chức năng
và do đó tạo được liên kết ngang. Glutaraldehydenđặc trưng hơn formaldehyde; nó có
thể phản ứng với lysine, cysteine, histidine và tyrosine (Tae, 1983). Việc tạo liên kết
ngang bởi glyoxal liên quan đến các nhóm mạch bên của lysine và arginine (Marquie,
2001) ở pH kiềm.
Về cơ bản, quá trình phản ứng giữa formaldehyde và protein bao gồm hai bước:
bước đầu tiên tương ứng với sự hình thành của các hợp chất methylol; thứ hai tương ứng
với sự hình thành của các cầu methylene đó là các liên kết ngang giữa các mạch protein.Các
sơ đồ phản ứng được thể hiện theo hình 1 như sau:




Hình 1: Cách thức liên kết ngang giữa formaldehyde và ε-amino nhóm protein
18

Nguồn: Gueguen và cộng sư (1998)
Hernandez-Munoz và cộng sự (2004) đã nghiên cứu ảnh hưởng của việc tạo liên kết
ngang khi sử dụng aldehyde đến các tính chất của màng giàu glutenin. Họ báo cáo rằng các
giá trị về độ thấm hơi nước của màng giàu glutenin giảm khoảng 30% khi các chất tạo liên
kết ngang như formaldehyde, glutaraldehyde và glyoxal được thêm vào. Các giá trị độ bền
kéo cao nhất thu được là sử dụng formaldehyde, tiếp theo là glutaraldehyde và glyoxal.
Ngoài ra, nhiệt độ biến tính của màng liên kết ngang có được giá trị cao hơn một chút khi

các tác nhân liên kết ngang được sử dụng. Vì formaldehyde cho thấy nhiều hiệu quả hơn
so với glutaraldehyde và gossypol trong liên kết ngang. Các tính chất tốt hơn của các màng
protein được xử lý bằng formaldehyde có thể là do sự mất tính đặc hiệu của hợp chất này
liên quan đến các nhóm mạch bên amino acid khác nhau. Ngoài các amin ra thì
formaldehyde phản ứng với nhóm sulfhydryl, phenolic, imidazolyl, indolyl và guanidin.
Hơn nữa, một số nhà n ghiên cứu đã báo cáo rằng sự hình thành của các cầu methylene xảy
ra giữa lysine và tyrosine khi xử lý bằng formaldehyde (Hernandez-Munoz và cộng sự
2004). Tuy nhiên, mặc dù phản ứng mạnh với aldehyde, chúng cũng có một bất lợi lớn -
độc tính của chúng. Điều này phải được xem xét khi tổng hợp các vật liệu phân hủy sinh
học. Tất cả các aldehyde sử dụng phải được liên kết chéo trong một mạng lưới protein bền
vững; điều tất yếu là aldehyde trong môi trường khi vật liệu sắp hết hạn thì phải được xem
xét. Do độc tính của các aldehyd, nhiều nhà nghiên cứu đã cố gắng sử dụng liên kết ngang
“tự nhiên” để cải thiện chất màng protein. Theo Oriliac và cộng sự (2002) xác định các tác
động của tự nhiên liên kết ngang (tannin và acid gallic) trên tính chất của màng được đúc
bằng nhiệt được sản xuất từ protein của hoa hướng dương. Kết quả cho thấy sự kết hợp của
tannin và acid gallic dẫn đến các màng có tính chất cơ học cao hơn so với những màng đối
chứng, nhưng thấp hơn so với những màng được xử lý bởi aldehyde. Điều này có lẽ do
chúng hoạt động tương tác yếu hơn liên kết cộng hóa trị trong trường hợp của các aldehyd.
Hơn nữa, biến động cực kỳ thấp của chúng ở nhiệt độ xử lý ngăn cản việc loại bỏ các tannin
tự do và phần acid gallic.
Sau đó, Cao và cộng sự (2007) đã cải thiện các tính chất cơ học của màng gelatin
bằng cách sử dụng acid ferulic acid tannic. Kết quả cho thấy các acid ferulic và acid tannic
hoạt động như liên kết ngang “tự nhiên” và có tác dụng lên liên kết ngang trên màng gelatin.
Độ bền cơ học tối đa của màng gelatin có thể thu được khi giá trị pH của dung dịch tạo
màng là 7 (nếu sử dụng acid ferulic làm tác nhân tạo liên kết ngang) hoặc khi giá trị pH là
9 (nếu sử dụng acid tannic). Ngoài ra, các tính chất của màng gelatin được xử lý bằng acid
tannic có thể trở nên tốt hơn sau khi đã được lưu trữ hơn 90 ngày, trong khi thời gian lưu
19

trữ ít ảnh hưởng đến các màng được cải thiện bởi acid ferulic. Lý do có thể là do acid tannic

có thể liên kết ngang với gelatin từng bước một trong suốt thời giansấy và lưu trữ.
5.2 Hiệu chỉnh màng protein ăn được bằng xử lý enzyme
Đặc tính màng protein có tính chống khí, hơi hữu cơ và dầu tốt hơn so với những màng
tổng hợp. Tuy nhiên, các đặc tính cơ học yếu và tính thấm nước cao của màng protein làm
giới hạn ứng dụng của nó trong vật liệu đóng gói. Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để
cải thiện hiệu quả các màng protein ăn được. Kỹ thuật để cải thiện các chức năng của màng
là thay đổi mạng lưới polyme thông qua tạo liên kết ngang giữa các chuỗi. Một kỹ thuật
hữu hiệu để cải thiện các đặc tính chống thấm và độ bền cơ học của màng protein là kỹ
thuật tạo liên kết ngang bằng phương pháp enzyme. Một số enzyme đã được sử dụng
chobcác protein liên kết ngang bao gồm transglutaminase (TGase; EC.2.3.2.13),
lipoxygenase, lysyl oxidase, polyphenol oxidas và peroxidase.Tuy nhiên, transglutaminase
là một loại enzyme có thể xúc tác cho phản ứng liên kết ngang đồng hóa trị giữa các protein
để tạo thành polyme có phân tử lượng cao (MW). De Jong & Koppelman (2002) báo cáo
rằng transglutaminase xúc tác các phản ứng chuyển nhóm acyl giữa các nhóm λ-
carboxyamide của gốc glutamine (chất cho acyl) và nhóm ε-amino của gốc lysine (chất
nhận acyl), dẫn đến sự hình thành ε- (λ-glutaminyl) lysine bên trong và giữa các phân tử
protein được tạo liên kết ngang. Phản ứng xúc tác của enzym glutamyltransferase được
thể hiện ở hình 2 (Yee và cộng sự, 1994).
Phản ứng trùng hợp khi sử dụng transglutaminase đã được nghiên cứu với các nguồn
protein khác nhau bao gồm casein, protein đậu nành và gelatin, nơi phản ứng khác nhau
trong độ vững chắc của gel đều phụ thuộc vào điều kiện phản ứng và các nguồn protein
khác nhau (Sakamoto và cộng sự 1994). Tăng cường lực gel của protein trong quá trình
hoạt động của transglutaminase phụ thuộc vào thứ tự và cường độ mà theo đó enzyme tạo
thành các liên kết chéo, và mức độ mà các liên kết cộng hóa trị mới này có thể cản trở các
liên kết chéo “tự nhiên” xuất hiện trong quá trình hình thành và bảo toàn xoắn bậc ba khi
tạo gel (Babin và Dickinson, 2001). Larré, Morbihan và cộng sự (2000) đã báo cáo rằng
transglutaminase có hiệu quả trong việc đưa liên kết cộng hóa trị vào trong màng gluten
được khử amin nhẹ. Các liên kết cộng hóa trị này gây ra sự hình thành các polyme cao
phân tử, là nguyên nhân chính làm tăng độ không hòa tan của màng được xử lý nhưng làm
giảm sự kỵ nước ở bề mặt. Các tính chất cơ học cho thấy việc bổ sung các liên kết cộng

hóa trị bằng cách sử dụng enzym transglutaminase đã làm tăng tính toàn vẹn của màng và
công suất chứa lớn cũng như khả năng co giãn của nó.
20



Hình 2: Các phản ứng xúc tác của glutamyltransferases
Nguồn: Yee và cộng sự (1994)
Nói chung, các mối liên kết ngang của transglutaminase cải thiện sức bền kéo của màng
protein, trong khi nó làm giảm độ giãn tại điểm gãy và khả năng hòa tan. Trong một số
trường hợp, chẳng hạn như với protein đậu nành và màng gluten khử amide khi xử lý
transglutaminase tính kỵ nước của bề mặt màng tăng lên đáng kể (Tang và cộng sự 2005).
Tuy nhiên, có rất nhiều vấn đề liên quan đến kỹ thuật liên kết chéo này mà phải được
xem xét trước khi nó được áp dụng thương mại cho màng bao. Ví dụ, không chắc chắn
rằng liên kết ngang bằng enzyme có thể cải thiện các tính chất của màng được tạo từ các
protein thực phẩm khác nhau. Hơn nữa, đối với một số protein có các thông số chế biến tối
ưu để có được hiệu quả tốt nhất trong việc cải thiện. Sự cải thiện các thuộc tính của màng
protein bằng cách sử dụng enzyme thông thường phụ thuộc vào các loại protein chất nền
là một số thông số chế biến, chẳng hạn như số lượng enzyme yêu cầu. Vì vậy, người ta cho
rằng sự cải thiện các tính chất của màng protein ăn được bởi xử lý enzyme cũng bị ảnh
hưởng bởi nồng độ enzyme, bởi vì sự đông lại hoặc kết tụ làm giảm các tính chất cơ học
của màng. Jiang và cộng sự (2007) đã báo cáo rằng các tính chất của màng protein đậu
nành, đặc biệt là độ bền kéo và độ kỵ nước, có thể được điều chỉnh bởi enzym
transglutaminase. Tuy nhiên, họ chỉ ra rằng việc thay đổi các thuộc tính của các màng
protein đậu nành bởi transglutaminase là đến một mức độ nào đó; phụ thuộc vào nhiều
thông số chế biến. Chúng bao gồm các nồng độ enzyme, điều kiện của dung dịch tạo màng
và nhiệt độ không khí làm khô. Sự ảnh hưởng của các thông số xử lý có thể giải thích cho
sự tổng hợp của màng protein đậu nành gây ra bởi transglutaminase. Vì vậy, việc cải thiện
sức bền của màng protein đậu nành bởi transglutaminase có thể đạt được bằng cách ức chế
hoặc trì hoãn sự xuất hiện của loại kết hợp này.

21

5.3 Hiệu chỉnh màng protein bằng phương pháp chiếu xạ
Mặc dù protein được biết đến với khả năng tạo màng tốt, nhưng các màng protein có
tính chất chống thấm ở mức độ vừa phải. Do đó, tồn tại nhu cầu tìm kiếm các hợp chất và
quy trình mới để có được những sản phẩm tốt hơn. Liên kết ngang đã được tìm thấy thông
qua sử dụng chiếu xạ là một phương pháp hiệu quả để cải thiện tính chống thấm và tính
chất cơ học của màng protein. Nói chung, chiếu xạ ảnh hưởng đến protein bằng cách gây
ra những thay đổi về hình dạng, quá trình oxy hóa các acid amin, làm đứt liên kết cộng hóa
trị và sự hình thành của các gốc không có protein (Cheftel và cộng sự 1985). Protein có thể
được chuyển đổi thành các tập hợp trọngnlượng phân tử cao hơn thông qua việc tạo ra các
phản ứng liên kết ngang nhiều protein, tương tác kỵ nước và tĩnh điện, và sự hình thành
của các liên kết disulfide (Davies và Delsignore, 1987). Ví dụ, các gốc anion củahydroxyl
và superoxide được tạo ra bởi chiếu xạ dung dịch tạo màng có thể làm thay đổi các thuộc
tính phân tử của protein. Điều này có thể dẫn đến những thay đổi của màng protein bởi liên
kết ngang cộng hóa trị hình thành trong dung dịch protein sau khi chiếu xạ (Garrison,
1987).
Sự hình thành các tập hợp trọng lượng phân tử cao là không đáng kể ở các phạm vi liều
thấp, nhưng tăng đáng kể với liều cao hơn. Phương pháp chiếu xạ làm màng protein được
cải thiện, chẳng hạn như chiếu xạ gamma đã được sử dụng rộng rãi để thay đổi protein.
Ouattara và cộng sự (2002) sử dụng chiếu xạ gamma tạo liên kết ngang để cải thiện khả
năng thấm hơi nước và sự ổn định hóa học của màng protein sữa. Kết quả cho thấy phóng
xạ gamma đáng kể (p <00:05) làm giảm tính thấm hơi nước và tăng sức đề kháng với vi
sinh vật và enzym phân hủy sinh học. Sự gia tăng nồng độ của các protein trọng lượng
phân tử cao trong các dung dịch tạo màng cũng được quan sát thấy. Các tác giả chỉ ra hai
giả thuyết có thể giải thích ảnh hưởng của chiếu xạ gamma: (i) Sự tham gia của nhiều gốc
phân tử hơn trong tương tác giữa các phân tử khi sử dụng chiếu xạ trong các protein có tính
chất hóa lý khác nhau. (ii) Sự hình thành các liên kết ngang cộng hóa trị nội và/hoặc ngoại
phân tử trong các dung dịch tạo màng.
Ciesla và cộng sự (2004) cũng đã khảo sát ảnh hưởng của chiếu xạ gamma trên các tính

chất vật lý của protein sữa. Họ phát hiện ra rằng độ nhớt của màng protein được chiếu xạ
tăng lên so với những màng đối chứng. Điều này là do chiếu xạ gamma làm phát triển cấu
trúc "sợi nguyên chất" của gel protein. Việc tạo ra các gel thu được tốt hơn sau khi chiếu
xạ tương ứng với việc sắp xếp lại các liên kết chéo pha β (kèm theo việc tổ chức lại với
một pha định kỳ). Do đó sử dụng chiếu xạ gamma gây ra sự cải thiện trong hình dạng β
được sắp xếp tốt hơn các màng protein sữa không được chiếu xạ. Ngoài ra, sự hiện diện
của các thể cấu tạo của protein mà được sắp xếp tốt hơn trong gel thu được từ các dung
22

dịch chiếu xạ dẫn đến sản xuất ra nhiều màng ''tinh thể'' hơn. Những màng này được đặc
trưng bởi tính chất chống thấm và sức bền cơ học được cải thiện và độ cứng cao hơn so với
những màng được chuẩn bị từ các dung dịch không được chiếu xạ.
Lee và cộng sự (2005) báo cáo rằng phương pháp xử lý bằng chiếu xạ gamma trong
dung dịch tạo màng gluten gây ra rối loạn trong cấu trúc của các phân tử protein. Nó đã
thay đổi độ bền kéo, kéo dài tại điểm gãy và tính thấm hơi nước. Họ thấy rằng độ bền kéo
của màng gluten tăng chứng tỏ liên kết ngang đã xảy ra do xử lý chiếu xạ gamma. Sự tăng
lên về độ bền kéo có lẽ là do sự gia tăng của tập hợp các chuỗi polypeptide trong điều kiện
thử nghiệm của nghiên cứu này. Có thể giả định rằng sự hình thành các phân tử protein có
trọng lượng cao, tổng hợp từ chuỗi polypeptide bằng phương pháp chiếu xạ gamma; có thể
chịu trách nhiệm cho việc giảm tính thấm hơi nước bằng cách giảm tốc độ khuếch tán qua
màng.
Soliman và cộng sự (2009) đã nghiên cứu ảnh hưởng của chiếu xạ gamma vào tính chất
cơ học và chống thấm nước của màng protein ngô. Nghiên cứu này cho thấy xử lý chiếu
xạ gamma có khả năng làm thay đổi các đặc tính lý hóa của màng zein, đặc biệt là đặc tính
chống thấm nước. Thông qua việc hình thành các protein trọng lượng phân tử lớn từ các
hạt protein được phân tách và polypeptide bị bẻ gãy, chuỗi có thể được tạo ra bằng cách
chiếu xạ gamma. Các liên kết được hình thành có thể làm giảm sự hấp thu của các phân tử
nước vào các màng và khuếch tán thông qua màng.
5.4 Hiệu chỉnh màng protein ăn được bằng phương pháp kết hợp các vật liệu kỵ nước
Nói chung màng protein có tính chất cơ học tốt. Tuy nhiên, bản chất ưa nước của màng

protein làm cho chúng có tính chống thấm độ ẩm kém hiệu quả. Ngược lại, những màng
lipid có tính chất chống thấm độ ẩm tốt, nhưng chúng thường mờ đục, ít linh hoạt, không
ổn định (chúng có xu hướng bị ôi) và hương vị giống như sáp. Hiệu suất cải thiện màng
thu được nhờ một hệ thống đa thành phần, mà ở đó các protein hình thành một mạng lưới
liên tục và gắn kết, và các hạt lipid cung cấp các đặc tính chống ẩm. Lipid có thể hình thành
một lớp trên mạng lưới hydrocolloid (màng kép) hoặc có thể được phân tán vào mạng lưới
(màng nhũ tương hóa). Trong sản xuất, màng nhũ tương nhận được nhiều sựq uan tâm hơn
màng kép. Hai mô hình này đã được đề xuất để mô tả chuyển qua màng nhũ hoá. Ukai và
cộng sự (1976) đề xuất “mô hình microvoid” và đề nghị việc dịch chuyển phần lớn các
chất khí và hơi xảy ra thông qua microvoids. Chúng được hình thành giữa các hạt nhỏ của
vật liệu kỵ nước và mạng lưới hydrocolloid trong quá trình sấy nhũ tương. Krochta và cộng
sự (1990) đã đề xuất một mô hình thay thế, bởi "mô hình con đường nhỏ". Khối thuộc tính
này dịch chuyển qua ma trận polymer của chính nó. Điều này có thể xảy ra bởi vì các
23

protein thường khá tương thích với độ ẩm và các khí và có thể cung cấp tính kháng yếu
cho sự dẫn truyền của nó.
Việc bổ sung lipid vào màng protein có thể cản trở tương tác giữa chuỗi với chuỗi
trong polyme và/hoặc cung cấp những vùng linh động trong màng. Bởi vì chúng thiếu
tính toàn vẹn cấu trúc gắn kết với nhau có thể ảnh hưởng đến tính chất cơ học của màng
protein. Pérez-Gago và Krochta (2000) báo cáo rằng loại và hàm lượng của các chất béo
đều quan trọng trong việc kiểm soát tính thấm hơi nước của các màng nhũ tương protein,
nhưng cũng có một tác động tiêu cực đến các tính chất cơ học của chúng. Do đó, các thành
phần của màng protein cần được lựa chọn một cách cẩn thận và phù hợp với ứng dụng cuối
cùng của nó. Một màng protein nên có sức đề kháng để giữ vững các thao tác trong suốt
quá trình ứng dụng và để duy trì tính toàn vẹn cũng như các đặc tính chống thấm của nó.
McHugh và Krochta (1994) sản xuất được màng whey protein và màng nhũ tương chất
béo. Họ thấy rằng khả năng thấm hơi nước của màng đã được giảm thông qua sự kết hợp
của chất béo. Màng acid béo và nhũ tương sáp ong cho thấy tính thấm hơi nước rất thấp.
Gontard và cộng sự (1994) cũng báo cáo rằng sáp ong là lipid hiệu quả nhất để cải thiện

tính chống thấm độ ẩm của màng tạo từ gluten lúa mì. Kết hợp protein gluten lúa mì với
diacetyl tartaric monoglycerides ester giảm tính thấm hơi nước, tăng cường độ bền kéo và
duy trì sự trong suốt. Anker và cộng sự (2002) đã sản xuất whey protein ghép để tách các
màng lipid (màng dẻo và màng nhũ tương hóa) để cải thiện tính chống thấm hơi nước. Các
lớp màng whey protein có chất béo giảm tính thấm hơi nước gấp 70 lần so với các màng
whey protein thông thường. Tính thấm hơi nước của màng nhũ tương hoá có giá trị bằng
một nửa giá trị của màng protein whey isolate. Về tính chất cơ học, kết quả cho thấy rằng
lipid có chức năng như một chất làm dẻo bằng cách tăng cường các thuộc tính đứt gãy của
màng nhũ tương. Bertan và cộng sự (2005) đưa nhựa cây Brazil (dầu nhựa kỵ nước cao)
vào màng gelatin bằng cách sử dụng một hỗn hợp của acid palmitic và stearic. Họ đánh giá
các đặc tính lý hóa của màng tạo thành, tất cả đều chứa triacetin như là chất làm dẻo. Đối
với các màng bổ sung acid, hỗn hợp pha trộn và dấu trám cho thấy đặc tính chống thấm
hơi nước tốt hơn so với các màng gelatin / triacetin. Tuy nhiên, sức chống chịu cơ học giảm
với việc bổ sung các chất béo, độ mờ đục và các chất hòa tan tăng.
5.5 Hiệu chỉnh màng protein ăn được bằng phương pháp kết hợp polymer tổng hợp
Thông thường màng protein ăn được biểu diễn một tính chất chống thấm oxy xuất sắc
ở độ ẩm tương đối thấp đến trung bình cũng như đặc tính cơ học khá tốt. Tuy nhiên, tính
chống thấm hơi nước kém do tính chất ưa nước của chúng (Avena-Bustillos và Krochta,
1993). Nhiều nhà nghiên cứu đã tập trung vào việc cải thiện các tính chất màng protein,
24

đặc biệt là đặc tính chống thấm khí và hơi nước. Tuy nhiên, bất chấp những cải tiến trong
chất màng protein, tính chất vật lý, nhiệt, và cơ học của chúng vẫn không đạt yêu cầu và
những khó khăn hiện tại trong nhiều ứng dụng. Hiện tại màng tổng hợp có chứa các lớp
vật liệu màng khác nhau là điều cần thiết. Vì vậy, sự phát triển của màng protein ăn được
dùng làm vật liệu bao gói ngày càng được quan tâm. Những màng này phải có đặc tính phù
hợp với các ứng dụng và có thể được vứt bỏ sau khi sử dụng trong một cách chấp nhận
được về mặt kinh tế và sinh thái.
Màng chống thấm oxy trong nguyên liệu đóng gói thực phẩm thường bao gồm các
polymer nhân tạo tốn kém bao gồm polyethylene có tỷ trọng thấp (LDPE) và polypropylen

(PP). Chúng thường được sử dụng trong các hình thức đồng ép đùn hoặc màng mỏng nhiều
lớp và lớp phủ. Điều quan trọng là chọn các mạng lưới polymer thích hợp như các tính chất
cơ học và rào cản có thể được cải thiện đến một mức độ tuyệt vời bằng cách hình thành các
màng nhựa phức hợp trên các màng protein thông thường. Để có các dữ liệu cơ bản về các
cấu trúc phức hợp này, cần có thêm những điều tra. Những điều tra này nên tập trung vào
cả việc tối ưu hóa các công thức tạo lớp phủ mà được sử dụng để chuẩn bị màng dẻo được
phủ polyme sinh học và đánh giá các tính chất vật lý của chúng.
Hong và Krochta (2006) báo cáo rằng những chất bao phủ mềm và trong suốt có tính
chống thấm oxy dựa trên whey protein có thể tạo thành màng nhựa thông thường như
polyethylene và polypropylene. Màng chất dẻo được phủ protein whey này cùng với
glycerol như một chất làm dẻo, có tính chống thấm oxy tuyệt vời ở độ ẩm tương đối từ thấp
đến trung bình và có thể so sánh được với màng chống thấm oxy tổng hợp. Những màng
phủ này cũng có chất lượng cảm quan và độ bám dính giữa lớp phủ và các chất nền tốt.
Bởi vì điều này, một gợi ý rằng lớp phủ protein whey có thể là một rào cản oxy polymer
sinh học mới. Những tiềm năng rất lớn để thay thế một phần màng polymer tổng hợp tốn
kém trong cấu trúc bao bì nhân tạo khác nhau.
Lee và cộng sự (2008) đã mô tả những màng polypropylene phủ protein như một cấu
trúc phức hợp mới cho các ứng dụng trong bao bì thực phẩm. Cấu trúc phức hợp của màng
polypropylene được phủ với ba loại protein (protein đậu nành: SPI, whey protein: WPI,
zein ngô: CZ) có thể thu được bằng phương pháp tạo khuôn đơn giản. Bề mặt bóng sáng
cao đã được quan sát thấy trên các màng được tráng WPI và CZ. Protein có tác dụng đáng
chú ý lên màu sắc của những màng được tráng. Màng tráng WPI cũng cho thấy sự trong
suốt hơn và độ bền kéo cao so với màng được tráng khác. Những kết quả này cho thấy rằng
WPI tráng một chất làm dẻo phù hợp thì hình dạng bên ngoài và tính cơ học rất tuyệt vời
và có tiềm năng lớn cho ứng dụng trong các hệ thống bao bì thực phẩm.
25

Tihminlioglu và cộng sự (2010) đã xác định hiệu suất chống thấm hơi nước và khí oxy
của màng polypropylene được phủ zein ngô. Họ đã phát hiện sự cải thiện đáng kể về tính
chất chống thấm hơi nước và oxy của màng polypropylene khi được phủ zein ngô. Độ thấm

hơi nước của những màng được phủ đã giảm đáng kể cùng với sự tăng nồng độ zein ngô.
Các ứng dụng của lớp tráng zein-ngô trên màng polypropylene cho thấy tính thấm oxy
giảm ba lần. Tính chống thấm hơi nước và oxy cao đã thu được từ màng được tráng với
công thức tráng bao gồm hàm lượng zein của ngô cao hơn.
6. Các ứng dụng của màng protein ăn được
Màng ăn được làm bằng protein sử dụng thay thế bao bì mà không ảnh hưởng bất lợi
đến môi trường. Tuy nhiên, màng ăn được không có nghĩa là hoàn toàn thay thế bao bì tổng
hợp hoặc để hạn chế độ ẩm, hương thơm và dịch chuyển lipid giữa các thành phần thực
phẩm mà bao bì truyền thống không thể làm được. Màng ăn làm bằng protein có thể được
sử dụng cho các sản phẩm thực phẩm đa năng để giảm thiểu mất độ ẩm, hạn chế sự hấp
thụ oxy, hạn chế sự biến đổi lipid, cải thiện sự tác động cơ học, cung cấp bảo vệ vật lý,
hoặc sử dụng thay thế vật liệu bao bì thương mại (Kester và Fennema, 1986).
Màng protein ăn được có đặc tính chống thấm khí ấn tượng so với những màng được
chuẩn bị từ lipid và polysaccharide. Khi không ẩm, độ thấm O
2
của màng protein đậu nành
thấp hơn so với màng polyethylene mật độ thấp, methylcellulose, tinh bột và pectin tương
ứng 500, 260, 540 và 670 lần (Cuq và cộng sự, 1998). Ngoài ra, các tính chất cơ học của
màng ăn được làm từ protein cũng tốt hơn so với các polysaccharide và màng làm từ chất
béo. Điều này là do các protein có cấu trúc độc đáo mà cung cấp một phạm vi rộng hơn
của các tính chất chức năng, đặc biệt là liên kết giữa các phân tử tính năng cao. Màng
protein ăn được có thể phần nào thay thế một số vật liệu đóng gói tổng hợp thông thường
được sử dụng để ngăn ngừa và bảo vệ thực phẩm. Những màng protein này không nên
được sử dụng một mình, vì sự nhiễm bẩn trong quá trình chế biến thực phẩm có thể xảy ra,
nhưng sẽ được sử dụng để bao bọc thực phẩm bên trong một bao bì tổng hợp thứ cấp cho
lưu trữ và phân phối thực phẩm. Các màng bao gói cũng có thể được sử dụng trong nhà để
bao gói thức ăn thừa trong tủ lạnh, hỗn hợp trái cây đã bóc vỏ hoặc như là một túi bánh
sandwich cho bữa trưa. Vì các bao bì như vậy có thể phân hủy và thậm chí có thể ăn được
nên chúng không có hại cho môi trường. Thuộc tính này cũng góp phần làm giảm chi phí
xử lý chất thải (Mc Hugh và cộng sự, 1996).

Một số nhà nghiên cứu đã tìm hiểu các ứng dụng của màng ăn được làm từ protein trong
thực phẩm và nhận được đánh giá xuất sắc trong số này, được đưa ra bởi Gennadios và
cộng sự (1994). Họ xem xét một số ứng dụng của màng protein chẳng hạn như zein từ ngô