Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình bảo quản tôm biển nguyên liệu bằng chế phẩm sinh học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM
---o0o---

LÊ MINH CƢƠNG

NGHIÊN CỨU TỐI ƢU HĨA Q TRÌNH BẢO QUẢN TƠM BIỂN
NGUN LIỆU BẰNG CHẾ PHẨM SINH HỌC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

GVHD: TS. VŨ NGỌC BỘI

NHA TRANG, 06/2015

1


LỜI CẢM ƠN
Sau hơn 3 tháng thực hiện đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu tối ưu hóa q trình
bảo quản tôm biển nguyên liệu bằng chế phẩm sinh học” đến nay đề tài đã đƣợc
hoàn thành. Trong thời gian qua cũng nhƣ trong suốt q trình học tập tại trƣờng,
ngồi nỗ lực phấn đấu của bản thân em đã nhận đƣợc sự giúp đỡ nhiệt tình của q
thầy cơ, gia đình và bạn bè.
Trƣớc hết em xin gửi tới Ban Giám hiệu Trƣờng Đại học Nha Trang, Ban Chủ
nhiệm khoa Cơng nghệ Thực phẩm, Phịng Đào tạo niềm kính trọng, sự tự hào
đƣợc học tập tại Trƣờng trong những năm qua.
Sự biết ơn sâu sắc nhất em xin đƣợc giành cho thầy TS.Vũ Ngọc Bội Trƣởng khoa công nghệ thực phẩm và cô ThS. Nguyễn Thị Mỹ Trang - Bộ mơn
Đảm bảo Chất lƣợng và An tồn Thực phẩm - Trƣờng Đại học Nha Trang đã tài trợ

kinh phí, tận tình hƣớng dẫn và động viên em trong suốt quá trình thực hiện đồ án
tốt nghiệp này.
Đặc biệt, xin đƣợc ghi nhớ tình cảm, sự giúp đỡ của: các thầy cô giáo trong
Bộ môn Công nghệ Thực phẩm và tập thể cán bộ trong Các phịng thí nghiệm Trung tâm Thực hành Thí nghiệm - Trƣờng Đại học Nha Trang đã giúp đỡ nhiệt
tình và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian tôi thực hiện đồ án này.
Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, ngƣời thân và các bạn bè đã tạo điều kiện,
động viên khích lệ để tơi vƣợt qua mọi khó khăn trong quá trình học tập vừa qua.
Nha Trang, tháng 6/2015
Sinh viên

Lê Minh Cƣơng

i


LỜI CAM ĐOAN
Đề tài đƣợc tài trợ kinh phí từ đề tài KC07.02/11 - 15 do TS. Vũ Ngọc Bội chủ
trì. Do vậy kết quả nghiên cứu của đề tài là sản phẩm của đề tài KC07.02/11 - 15 và
đã đƣợc chủ nhiệm đề tài KC07.02/11-15 cho phép sử dụng số liệu trong báo cáo
này.
Sinh viên

Lê Minh Cƣơng

ii


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 1
1.1.TỔNG QUAN VỀ CHITIN, OLIGOCHITIN, CHITOSAN, VÀ OLIGOCHITOSAN ..... 3

1.1.1.Cấu tạo, tính chất của chitin, oligochitin, chitosan và oligochitosan ............... 3
1.1.1.1.Chitin ........................................................................................................... 3
1.1.1.2.Oligochitin ................................................................................................... 5
1.1.1.3.Chitosan....................................................................................................... 7
1.1.1.4.Oligochitosan ............................................................................................. 10
1.1.2.Ứng dụng của chitin, oligochitin, chitosan và oligochitosan .......................... 12
1.1.2.1.Ứng dụng trong trong bảo quản hoa quả .................................................... 12
1.1.2.2.Ứng dụng trong cơng nghiệp ...................................................................... 13
1.1.3.Tình hình nghiên cứu sản xuất và ứng dụng chitin – oligochitin, chitosan – oligochitosan. 14
1.1.3.1.Tình hình nghiên cứu trong nƣớc ............................................................... 14
1.1.3.2.Tình hình nghiên cứu ở ngoài nƣớc ............................................................ 16
1.2.TỔNG QUAN VỀ THỦY SẢN VIỆT NAM .................................................................... 16
1.3.TỔNG QUAN VỀ TÔM..................................................................................................... 19
1.3.1.Thành phần hóa học của tơm ........................................................................ 19
1.3.1.1.Protein ....................................................................................................... 20
1.3.1.2.Nƣớc .......................................................................................................... 21
1.3.1.3.Lipid .......................................................................................................... 21
1.3.1.4.Khoáng ...................................................................................................... 21
1.3.1.5.Hệ vi sinh vật và enzyme ........................................................................... 22
1.3.2.Tình hình phân bố của tơm ........................................................................... 24
1.4.TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP BẢO QUẢN LẠNH .............................................. 26
1.4.1.Làm lạnh bằng kho lạnh ................................................................................ 27
1.4.2.Làm lạnh bằng nƣớc đá ................................................................................. 27
1.4.3.Làm lạnh bằng khơng khí đối lƣu cƣỡng bức ................................................ 30
1.4.4.Các phƣơng pháp làm lạnh khác ................................................................... 31
iii


CHƢƠNG II. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......... 33
2.1.NGUYÊN VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU .............................................................................. 33

2.2.PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................................................... 34
2.2.1.Phƣơng pháp phân tích cảm quan.................................................................. 34
2.2.2.Phƣơng pháp phân tích hóa học .................................................................... 34
2.2.3.Phƣơng pháp phân tích chỉ tiêu vi sinh.......................................................... 34
2.2.4.Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm ...................................................................... 35
2.2.4.1.Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm tổng quát ................................................... 35
2.2.4.2.Lựa chọn chế phẩm sinh học bảo quản tôm nguyên liệu. ............................ 37
2.2.4.3.Tối ƣu hóa các thơng số kĩ thuật bảo quản tơm ngun liệu bằng chế phẩm Oligochitosan. 38
2.2.5.Hóa chất và thiết bị sử dụng chủ yếu trong đề tài .......................................... 41
2.2.6.Phƣơng pháp xử lí số liệu ............................................................................. 41
CHƢƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .............................. 42
3.1. LỰA CHỌN CHẾ PHẨM SINH HỌC BẢO QUẢN TÔM NGUYÊN LIỆU ................ 42
3.1.1.Đánh giá sự biến đổi chất lƣợng cảm quan của tôm bạc nguyên liệu theo thời
gian bảo quản bằng các chế phẩm sinh học. ........................................................... 42
3.1.2.Đánh giá sự biến đổi tổng số bazơ nitơ bay hơi (TVBN) của tôm nguyên liệu
theo thời gian bảo quản.......................................................................................... 44
3.1.3.Đánh giá sự biến đổi pH của cơ thịt tôm nguyên liệu theo thời gian bảo quản. ..... 46
3.1.4.Đánh giá sự biến đổi hàm lƣợng peroxit của tôm nguyên liệu theo thời gian
bảo quản. ............................................................................................................... 47
3.2.TỐI ƢU HĨA CÁC THƠNG SỐ KĨ THUẬT BẢO QUẢN TÔM NGUYÊN LIỆU
BẰNG OLIGOCHITOSAN. .................................................................................................... 49
3.3.TỪ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRÊN CHO PHÉP TƠI ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH BẢO
QUẢN TÔM NGUYÊN LIỆU VÀ THỬ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG TƠM
THEO THỜI GIAN BẢO QUẢN. ........................................................................................... 56
3.3.1.Quy trình bảo quản ....................................................................................... 56
3.3.2.Thử nghiệm bảo quản và đánh giá chất lƣợng tôm nguyên liệu theo thời gian
bảo quản ................................................................................................................ 57
CHƢƠNG IV.KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN .............................................. 60
iv

4.1.KẾT LUẬN ......................................................................................................................... 61
4.2.ĐỀ XUẤT Ý KIẾN ............................................................................................................. 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 62
PHỤ LỤC.............................................................................................................. 64
PHỤ LỤC 1.CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................ 64
PHỤ LỤC 2. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ................................................................ 72
PHỤ LỤC 3. MỘT SỐ HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM .............................................. 98
KẾT QUẢ PHÂN TÍCH VI SINH……………………………………………….100

v


DANH MỤC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
COS: Oligochitosan
VASEP: Vietnam Association of Seafood Exporters and Producers (Hiệp hội
Chế biến và Xuất khẩu thủy sản Việt Nam).
XK: Xuất khẩu
TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam
TPC: Tổng số vi sinh vật hiếu khí
TVBN: Tổng số hàm lƣợng bazơ nitơ bay hơi
ĐC: Đối chứng
VSV: vi sinh vật

vi


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1.Ảnh hƣởng của hệ dung môi sử dụng đến ứng suất kéo, độ giãn dài giới
hạn, độ trƣơng nở của màng chitosan với độ deacetyl khác nhau (Trung, 2009). ... 10

Bảng 2.1.Điều kiện thí nghiệm .............................................................................. 38
Bảng 2.2.Hàm mục tiêu ......................................................................................... 38
Bảng 2.3.Quy hoạch thực nghiệm để tối ƣu các thông số kĩ thuật trong bảo quản
tôm bằng chế phẩm oligochitosan. ......................................................................... 39
Bảng 3.1.Đánh giá sự biến đổi chất lƣợng cảm quan của tôm bạc nguyên liệu theo
thời gian bảo quản bằng các chế phẩm sinh học. .................................................... 42
Bảng 3.2.Kết quả ma trận quy hoạch thực nghiệm theo Screening Design Attributes. ........ 49
Bảng 3.3.Kết quả phân tích ANOVA tối ƣu hóa các thơng số kĩ thuật đến chất
lƣợng cảm quan trong q trình bảo quản tơm. ...................................................... 51
Bảng 3.4.Kết quả phân tích ANOVA tối ƣu hóa các thông số kĩ thuật đến tổng hàm
lƣợng nitơ bazơ bay hơi (TVBN) trong q trình bảo quản tơm. ............................ 53
Bảng 3.5.Kết quả tối ƣu các thông số kĩ thuật trong bảo quản tôm. ........................ 55
Bảng 3.6.Sự biến đổi chất lƣợng cảm quan của tôm nguyên liệu bảo quản bằng
oligochitosan 1,25% theo thời gian bảo quản. ........................................................ 58
Phụ lục ......................................................................................................................
Bảng 1.1.Thang điểm chuẩn đánh giá các chỉ tiêu cảm quan của tôm .................... 65
Bảng 1.2.Hệ số quan trọng của các chỉ tiêu cảm quan ............................................ 66
Bảng 1.3.Bảng phân cấp chất lƣợng tôm................................................................ 66
Bảng 2.1.Sự biến đổi chất lƣợng cảm quan theo thời gian ở 8 0C ........................... 72
Bảng 2.2.Bảng điểm tổng hợp đánh giá cảm quan của các kiểm nghiệm viên đã có trọng số. ........ 76
Bảng 2.3.Sự biến đổi chất lƣợng cảm quan bảo quản tôm nguyên liệu bằng
oligohitosan theo thời gian ở nhiệt độ 4 0C. ........................................................... 77
Bảng 2.4.Bảng điểm tổng hợp đánh giá cảm quan của các kiểm nghiệm viên đã có trọng số. ... 81
Bảng 2.5.Sự biến đổi chất lƣợng cảm quan bảo quản tôm nguyên liệu bằng
oligohitosan theo thời gian ở nhiệt độ 6 0C. ........................................................... 82
Bảng 2.6.Bảng điểm tổng hợp đánh giá cảm quan của các kiểm nghiệm viên đã có trọng số .... 86

vii

Bảng 2.7.Sự biến đổi chất lƣợng cảm quan bảo quản tôm nguyên liệu bằng
oligohitosan theo thời gian ở nhiệt độ 8 0C. ........................................................... 87
Bảng 2.8.Bảng điểm tổng hợp đánh giá cảm quan của các kiểm nghiệm viên đã có trọng số .... 91
Bảng 2.9.Sự biến đổi chất lƣợng cảm quan mẫu tôm bảo quản bằng [COS] 1.25%,
1.5p theo thời gian ở 4 0C. ..................................................................................... 92
Bảng 3.1.Sự biến đổi tổng số hàm lƣợng nitơ bazơ bay hơi (TVBN) theo thời gian
bảo quản ở 8 0C. .................................................................................................... 93
Bảng 3.2.Sự biến đổi tổng số hàm lƣợng nitơ bazơ bay hơi (TVBN) theo thời gian
bảo quản ở 4 0C. .................................................................................................... 94
Bảng 3.3.Sự biến đổi tổng số hàm lƣợng nitơ bazơ bay hơi (TVBN) theo thời gian
bảo quản ở 8 0C. .................................................................................................... 94
Bảng 3.5.Sự biến đổi tổng số hàm lƣợng nitơ bazơ bay hơi (TVBN) mẫu tôm bảo
quản thử nghiệm bằng [COS] 1.25%, 1.5p theo thời gian ở 4 0C............................ 95
Bảng 4.1.Sự biến đổi pH cơ thịt tôm nguyên liệu theo thời gian bảo quản ở 8 0C... 96
Bảng 4.2.Sự biến đổi pH cơ thịt mẫu tôm bảo quản thử nghiệm bằng [COS] 1.25%,
1.5p theo thời gian ở 4 0C. ..................................................................................... 96
Bảng 5.1.Sự biến đổi hàm lƣợng peroxit theo thời gian bảo quản ở 8 oC................ 97
Bảng 5.2.Sự biến đổi hàm lƣợng peroxit mẫu tôm bảo quản thử nghiệm bằng [COS]
1.25%, 1.5p theo thời gian ở 4 oC. ......................................................................... 97

viii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1.Cơng thức cấu tạo của chitin ..................................................................... 3
Hình 1.2.Cấu trúc mạch polymer của chitin và cellulose.......................................... 4
Hình 1.3.Cấu trúc phân tử chitin trong khơng gian .................................................. 4
Hình 1.4.Chitin và vỏ tơm ....................................................................................... 5
Hình 1.5.Cơng thức cấu tạo của Oligochitin ............................................................ 6
Hình 1.6.Cơng thức cấu tạo của chitosan ................................................................. 7

Hình 1.7 Cấu trúc phân tử của chitosan trong khơng gian ........................................ 8
Hình 1.8.Cơng thức cấu tạo của oligochitosan. ...................................................... 11
Hình 1.9.Đồ thị nhập khẩu tơm 2 tháng đầu năm 2015 .......................................... 17
Hình 1.10.Đồ thị xuất khẩu tơm sang thị trƣởng EU (nguồn Vasep) ...................... 18
Hình 1.11.Xuất khẩu thủy sản của Việt Nam qua các năm ( nguồn Vasep) ............ 18
Hình 1.12.Sự xâm nhật của vi sinh vật vào tơm ..................................................... 22
Hình 1.13.Cơ chế gây biến đen ở tơm .................................................................... 24
Hình 2.1.Tơm ngun liệu ..................................................................................... 33
Hình 2.2.Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng qt dự kiến ............................................... 35
Hình 2.3.Sơ đồ bố trí thí nghiệm lựa chọn chế phẩm sinh học bảo quản tơm ngun liệu. ... 37
Hình 3.1.Sự biến đổi chất lƣợng cảm quan của tôm nguyên liệu theo thời gian bảo
quản bằng các chế phẩm sinh học. ......................................................................... 43
Hình 3.2.Đánh giá sự biến đổi tổng số hàm lƣợng bazơ nitơ bay hơi (TVBN) của
tôm nguyên liệu theo thời gian bảo quản ............................................................... 44
Hình 3.3.Đánh giá sự biến đổi pH cơ thịt tôm nguyên liệu theo thời gian bảo quản. ...... 46
Hình 3.4.Đánh giá sự biến đổi hàm lƣợng peroxit của tôm nguyên liệu theo thời gian bảo quản. ... 47
Hình 3.5.Đồ thị biểu diễn sự ảnh hƣởng của các yếu tố đến chất lƣợng cảm quan.. 52
Hình 3.6.Đồ thị thể hiện sự tƣơng tác giữa các yếu tố đến chất lƣợng cảm quan .... 52
Hình 3.7.Đồ thị biểu diễn sự ảnh hƣởng của các yếu tố đến tổng hàm lƣợng nitơ
bazơ bay hơi (TVBN). ........................................................................................... 54
Hình 3.8.Đồ thị biểu diễn sự tƣơng tác giữa các yếu tố đến TVBN. ...................... 54
Hình 3.9.Sơ đồ quy trình bảo quản tơm nguyên liệu bằng oligochitosan. ............... 56
ix


Hình 3.10.Sự biến đổi chất lƣợng cảm quan của tơm nguyên liệu theo thời gian bảo quản .. 58
Hình 3.11.Sự biến đổi tổng số bazơ nitơ bay hơi (TVBN) của tơm ngun liệu theo
thời gian bảo quản ................................................................................................. 58
Hình 3.12.Sự biến đổi pH của cơ thịt tôm nguyên liệu theo thời gian bảo quản ..... 59
Hình 3.13.Sự biến đổi hàm lƣợng peroxit theo thời gian bảo quản ......................... 59

x


LỜI MỞ ĐẦU
Trong thế giới phát triển hiện đại ngày nay, nhu cầu thiết yếu của con ngƣời về
thực phẩm thủy sản ngày càng cao. Con ngƣời không chỉ muốn ăn ngon, mà muốn
thực phẩm đó phải an tồn và đạt chất lƣợng, độ tƣơi của nó.
Tơm là mặt hàng thủy sản có giá trị kinh tế cao nhƣng dễ bị ƣơn hỏng, biến
đen do cơ thịt tôm dễ bị tác động với hệ enzyme nội tại và vi sinh vật. Hiện nay các
biện pháp bảo quản tôm chủ yếu bằng phƣơng pháp ƣớp đá. Phƣơng pháp này đƣợc
áp dụng lên trên các tàu thuyền đánh bắt thủy sản, tuy nhiên việc đáp ứng đá cho
quá trình bảo quản rất khó khăn, do vậy chất lƣợng ngun liệu tơm vẫn bị giảm
chất lƣợng sau đánh bắt. Việc xử lý tôm sau thu hoạch đã đƣợc quan tâm, tuy nhiên
mới dừng lại ở mức nghiên cứu.Yêu cầu đặt ra là phải đƣa các chế phẩm sinh học
phục vụ vào quá trình bảo quản nguyên liệu thủy sản, đặc biệt là tôm.
Các chế phẩm sinh học: chitosan, chitin và dẫn xuất của nó là oligochitosan,
oligochitin có phân tử lƣợng thấp, tan đƣợc trong nƣớc, có khả năng kháng khuẩn
cao nên hiện nay đang đƣợc chú ý đến để ứng dụng trong bảo quản ngun liệu thủy
sản sau thu hoạch.
Vì vậy, Tơi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tối ưu hóa q trình bảo
quản tơm biển bằng chế phẩm sinh học”. Với mục tiêu đánh giá khả năng ảnh
hƣởng của các chế phẩm sinh học đến độ tƣơi của tôm nguyên liệu theo phƣơng
pháp bảo quản lạnh.
Nội dung của đồ án:
1) Xác định loại chế phẩm sinh học (oligochitosan/oligochitin/chitosan) thích
hợp cho q trình bảo quản tơm biển ngun liệu;
2) Tối ưu hóa một số thơng số kĩ thuật trong q trình bảo quản tôm biển
nguyên liệu bằng chế phẩm sinh học đã lựa chọn;
3) Đề xuất quy trình bảo quản tơm biển nguyên liệu bằng chế phẩm sinh học

đã chọn.
1


Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
Đề tài sẽ là cơ sở để các tàu đánh bắt thủy sản và các doanh nghiệp chế biến
thủy sản ứng dụng chế phẩm sinh học trong bảo quản để kéo dài độ tƣơi của tôm.
Đáp ứng nhu cầu của doanh nghiệp không bị gián đoạn trong thời gian không đúng
mùa vụ đánh bắt Tôm hoặc xa vùng nguyên liệu.
Do lần đầu tiên tiếp cận với nghiên cứu khoa học nên đồ án tốt nghiệp của Tơi
cịn nhiều hạn chế. Vì vậy Tơi rất mong đƣợc sự đóng góp q báu của thầy cơ và
bạn bè đồng nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

2


CHƢƠNG I. TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ CHITIN, OLIGOCHITIN, CHITOSAN, VÀ
OLIGOCHITOSAN
1.1.1. Cấu tạo,

tính chất của chitin, oligochitin, chitosan và

oligochitosan
1.1.1.1. Chitin
 Cấu trúc hóa học của chitin
Chitin là polisaccharide mạch thẳng, có thể xem nhƣ là dẫn xuất của
xenllulozơ, trong đó nhóm (-OH) ở nguyên tử C(2) đƣợc thay thế bằng nhóm axetyl
amino (- NHCOCH3) (cấu trúc I). Nhƣ vậy chitin là poli (N-axety -2-amino-2deoxi- ß-D- glucopyranozo) liên kết với nhau bởi các liên kết ß-(C-1-4) glicozit.

Trong đó các mắt xích của chitin cũng đƣợc đánh số nhƣ của glucozơ:

Hình 1.1. Công thức cấu tạo của chitin
Tên gọi: poly (1-4) -2 - axetamido - 2 - deoxy - P" D- Glucose.
Công thức phân tử: [C8H13O5N]n. Trong đó có chứa 47,29% C; 6,45% H;
39,37% O và 6,89%N. Phân tử lƣợng: Mchitin= (203,09)n.
Chitin có cấu trúc tinh thể rất chặt và đều đặn, bằng phƣơng pháp nhiễu xạ tia
X ngƣời ta chứng minh chitin tồn tại ở 3 dạng cấu hình α, β, γ – chitin. Các dạng
này chỉ khác nhau ở hƣớng sắp xếp của mỗi mắt xích N-axety-2-amino-2-deoxi-βD-glucopyranozo.
Về cấu trúc hóa học của chitin cũng tƣơng tự nhƣ cellulose ngoại trừ nhóm
3


hydroxyl thứ hai trên nguyên tử carbon alpha (Ca) trên phân tử cenlluloze đƣợc thay
thế bằng nhóm acetoamide.

Hình 1.2. Cấu trúc mạch polymer của chitin và cellulose

Hình 1.3. Cấu trúc phân tử chitin trong khơng gian
 Tính chất của chitin
Chitin có màu trắng, cũng giống cellulose, chitin có tính kỵ nƣớc cao (đặc biệt
đối với a-chitin) và không tan trong nƣớc, trong kiềm, trong acid lỗng và các dung
mơi hữu cơ nhƣ ete, rƣợu. Tính khơng tan của chitin là do chitin có cấu trúc chặt
chẽ, có liên kết trong và liên phân tử mạnh thơng qua các nhóm hydroxyl và
acetamide. Tuy nhiên, cần lƣu ý là P-chitin, không giống nhƣ a-chitin, có tính
trƣơng nở với nƣớc cao.
Chitin hịa tan đƣợc trong dung dịch acid đậm đặc nhƣ HCl, H3PO4 và
4

dimethylacetamide chứa 5% lithium chloride.

Hình 1.4. Chitin và vỏ tơm
Chitin tự nhiên có độ deacetyl dao động trong khoảng từ 8- 12%, phân tử
lƣợng trung bình lớn hơn 1 triệu Dalton. Tuy nhiên, chitin chiết rút từ vi sinh vật thì
có phân tử lƣợng thấp, chỉ khoảng vài chục ngàn Dalton. Khi đun nóng chitin trong
dung dịch NaOH đặc thì chitin bị mất gốc acetyl tạo thành chitosan.
Chitin + nNaOH( đậm đặc)

Chitosan + nCH3COONa

Khi đun nóng chitin trong dung dịch acid HCl đậm đặc thì chitin sẽ bị thủy
phân hồn toàn tạo thành 88,5% d- Glucosamine và 21,5% acid acetic, quá trình
thủy phân xảy ra ở cầu nối Glucozid, sau đó là sự loại bỏ nhóm acetyl (- CO-CH3).
(C32H54N4O2O)n + 2H2O

(C28H50N4O19)n + 2CH3- COOH

Chitin tƣơng đối ổn định với các chất chống oxy hóa khử, thuốc tím (KMnO 4),
oxy già, nƣớc Javen (NaClO) hay Ca(ClO)2,... lợi dụng tính chất này ngƣời ta sử
dụng các chất chống oxy hóa để khử màu cho chitin.
Chitin khó tan trong thuốc thử Schweizel Sapranora. Điều này có thể do nhóm
acetamit (- NHCOOCH3) ngăn cản sự tạo thành các phức chất cần thiết.
Chitin có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại có bƣớc sóng 884- 890 cm-1.
1.1.1.2. Oligochitin
 Cấu trúc hóa học của Oligochitin
Oligochitin là sản phẩm của quá trình thủy phân chitin bằng con đƣờng hóa
5

học, sinh học hoặc chiếu xạ. Tùy theo từng điều kiện, chế độ thủy phân mà các
oligochitin có khối lƣợng phân tử và phân đoạn khác nhau.
Oligochitin là một saccharide, đƣợc kết hợp bởi các monosaccharide từ 2÷10
trong cấu trúc của chitin. Oligochitin có khối lƣợng phân tử thấp, nó có khả năng
hịa tan tốt trong nƣớc và là chất có hoạt tính sinh học cao.
Oligochitin đƣợc xem là nhƣ một thực phẩm chức năng, có khả năng chống
nấm mốc, chống oxy hóa lipid, chống ung thƣ, chống bứu, chống bệnh tim mạch.
Cơng thức cấu tạo của Oligochitin:

n=2÷10
Hình 1.5. Cơng thức cấu tạo của Oligochitin
 Tính chất của Oligochitin
Oligochitin có dạng bột màu trắng hoặc hơi vàng, không mùi, vị đặc biệt.
Chúng có khả năng tan tốt trong nƣớc, độ nhớt thấp, phân tử lƣợng nhỏ và dễ kết
tinh, có hoạt tính sinh học cao nhƣ: cải thiện thiếu máu, bệnh gan, điều hòa huyết áp
trong máu, điều hòa lƣợng cholesterol, làm tăng khả năng hấp thụ canxi, chống ung
thƣ máu…Ngồi ra, oligochitin có khả năng chống nấm, kháng bệnh cho cây trồng
vật nuôi.
Các phƣơng pháp sản xuất oligochitin hiện nay:
- Phƣơng pháp hóa học: Ledderhose thu đƣợc tù sự thủy phân chitintrong dung

dịch acid một sản phẩm tinh thể mà ông gọi là glucosamine vào năm 1876. Năm
1902, một phƣơng pháp thủy phân nhẹ nhàng hơn tạo nên 2 - acetamiddo-deoxyD-glucose. Nhƣ vậy cấu trúc và thành phần chính của chitin đã đƣợc cô lập. 26


acetamiddo-2-deoxy-D-glucose hydrochloride đã tách rời với hiệu suất 60-70% do
sự thủy phân chitin từ cua với acid chlohydric đậm đặc.
- Phƣơng pháp sinh học: Với chế phẩm enzyme từ ốc sên, Hackman đã thu

đƣợc một lƣợng 44% tinh thể 2-acetamiddo-2-deoxy-D-glucose và chỉ 0.5% 2amino-2-deoxy-D-glucose từ chitin. Trong thí nghiệm tƣơng tự với một enzyme H.

Pomatia, tinh thể 2-acetamiddo-2-deoxy-D-glucose thu đƣợc từ chitin của nấm men
và tôm hùm với lƣợng tƣơng ứng là 50% và 80%.
- Phƣơng pháp chiếu xạ: Dùng các tia gamma để thủy phân chitin thu

oligochitin.

1.1.1.3. Chitosan
 Cấu trúc hóa học của chitosan
Chitossan là dẫn xuất đề axetyl hóa của chitin, trong đó nhóm (-NH2) thay thế
nhóm (-COCH3) ở vị trí C(2).

Hình 1.6. Cơng thức cấu tạo của chitosan
Chitosan đƣợc cấu tạo từ các mắt xích D-glucozamin liên kết với nhau bởi các
liên kết P-(1-4)-glicozit, do vậy chitosan có thể gọi là poly P-(1-4)-2-amino-2deoxi-D-glucozo hoặc là poly P-(1-4)-D-glucozamin.
- Công thức phân tử: [C6HnO4N]n.
- Phân tử lƣợng: Mchitosan= (161,07)n

7


Cấu trúc phân tử chitosan trong khơng gian có hình xoắn ốc, mỗi đơn vị cơ
bản có 2 mắc xích D-glucosamin. Chiều dài mỗi đơn vị cơ bản là 10,34 A0.

Hình 1.7. Cấu trúc phân tử của chitosan trong khơng gian
 Tính chất của chitosan
Chitosan có màu trắng ngà hoặc màu vàng nhạt, tồn tại dạng bột hoặc dạng
vảy, không mùi, khơng vị, nhiệt độ nóng chảy 309 - 3110C.
Khơng giống nhƣ chitin chỉ tan trong một số ít hệ dung môi, chitosan tan tốt
trong các acid hữu cơ thông thƣờng nhƣ acid formic, acid caetic, acid propionic,
acid citric, acid lactic. pKa của chitosan có giá trị từ 6,2 đến 6,8. Khi hịa tan

chitosan trong mơi trƣờng acid lỗng tạo thành keo dƣơng. Đây là một điểm rất đặc
biệt vì đa số các keo polysaccharit tự nhiên tích điện âm. Chitosan tích điện dƣơng
sẽ có khả năng bám dính bề mặt các ion tích điện âm và có khả năng tạo phức với
các ion kim loại và tƣơng tác tốt với các polymer tích điện âm.
Tính chất của chitosan nhƣ khả năng hút nƣớc, khả năng hấp phụ chất màu,
kim loại, kết dính với chất béo, kháng khuẩn, kháng nấm, mang DNA,.. .phụ thuộc
rất lớn vào độ deacetyl hóa. Chitosan có độ deacetyl hóa cao thì có khả năng hấp
phụ chất màu, tạo phức với kim loại tốt hơn.
Tƣơng tự, khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của chitosan cao hơn ở các mẫu
8


chitosan có độ deacetyl cao. Cụ thể, khả năng kháng khuẩn tốt đối với chitosan có
độ deacetyl trên 90%. Tuy nhiên, khả năng hút nƣớc của chitosan thì giảm đi khi
tăng độ deacetyl.
 Khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của chitosan:
Chitosan có khả năng ức chế nhiều chủng vi sinh vật: Vi khuẩn Gram âm, vi
khuẩn Gram dƣơng và vi nấm. Khả năng ức chế vi sinh vật của chitosan phụ thuộc
vào độ deacetyl, phân tử lƣợng. So với chitin, chitosan có khả năng kháng khuẩn,
kháng nấm tốt hơn vì chitosan có điện tích dƣơng ở vị trí carbon thứ 2 ở pH nhỏ
hơn 6. Chitosan có độ deacetyl cao trên 85% thì có khả năng kháng khuẩn, kháng
nấm tốt. Chitosan có phân tử lƣợng dƣới 2.000 dalton thì khả năng ức chế vi sinh
vật kém. Chitosan có phân tử lƣợng trên 9.000 dalton thì có khả năng ức chế vi sinh
vật cao (Jeon và cộng sự, 2000). Tuy nhiện, chitosan có phân tử lớn thì khả năng
kháng khuẩn cũng thấp. Chitosan đƣợc hịa tan trong các dung mơi hữu cơ nhƣ acid
acetic, acid lactic và đƣợc sử dụng để xử lý kháng khuẩn, kháng nấm.
Chitosan có khả năng ức chế Staphylococcus aureus, Bacillus cereus,
Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae, Rhodotorula glutensis, Botrytis
cinerea, Rhizopus stolonifer, Aspergillus niger. Nồng độ ức chế của chitosan phụ
thuộc vào loại chitosan, loài vi sinh vật, điều kiện áp dụng và thƣờng sử dụng trong

khoảng 0,0075% đến 1,5%. Ngồi ra, các dẫn xuất của chitosan cũng có khả năng
kháng nấm, kháng khuẩn tốt. N- carboxymethylchitosan ở nồng độ 0,1- 5 mg/ml
trong môi trƣờng pH 5,4 làm giảm khả năng sinh độc tố aflatoxin của Aspergillus
flavus và Aspergillus parasiticus (Shahidi và cộng sự, 1999).
 Khả năng tạo màng của chitosan:
Chitosan có khả năng tạo màng rất tốt. Tính chất cơ lý của màng chitosan nhƣ
độ chịu kéo, độ rắn, độ ngấm nƣớc, phụ thuộc nhiều vào phân tử lƣợng và độ
deacetyl hóa của chitosan. Chitosan độ deacetyl cao có ứng suất kéo và độ giãn dài
giới hạn cao hơn màng chitosan độ deacetyl thấp; tuy nhiên, chúng có độ trƣơng nở
thấp hơn ( Bảng 1.2).
9


Bảng 1.1. Ảnh hƣởng của hệ dung môi sử dụng đến ứng suất kéo, độ giãn
dài giới hạn, độ trƣơng nở của màng chitosan với độ deacetyl khác nhau
(Trung, 2009).
Ứng suất kéo

Dung

(N/mm3)

môi

hạn (%)

Chito
san

Độ giãn dài giới

Chito
san

(%)

Chito
san

Độ trƣơng nở

Chito
san

Chito
san

Chito
san

độ

độ

độ

độ

độ

độ

deace

deace

deace

deace

deace

deace

18,64 tyl

35,35 tyl

0,95 tyl

1,95 tyl

403,9 tyl

69,81

formic
Acid

thấp

27,91

cao
40,53

thấp
0,84

cao 0
1,70

thấp
359,0

cao
65,69

acetic
Acid

18,78

35,71

0,88

2,50

450,3

97,35

glycolic
Acid

24,80

36,55

1,85

3,50

437,2

7,54

Acid

citric

tyl

0
9

4
Ngồi ra, tính chất của màng chitosan phụ thuộc rất nhiều vào dung mơi sử

dụng hịa tan chitosan để tạo màng. Độ rắn (crystallinity) của màng chitosan cũng

phụ thuộc vào dung mơi sử dụng.
 Các tính chất khác của chitosan:
Ngồi các tính chất nêu trên, chitosan cịn có khả năng chống oxy hóa. Khả
năng chống oxy hóa của chitosan cũng phụ thuộc vào độ deacetyl, phân tử lƣợng và
độ nhớt của chitosan. Chitosan có độ nhớt thấp thì có khả năng chống oxy hóa cao.
Hơn nữa, chitosan có thể gắn kết tốt với lipid, protein, các chất màu. Do chitosan
không tan trong nƣớc nên chitosan ổn định hơn trong môi trƣờng nƣớc so với các
polymer tan trong nƣớc nhƣ alginate, agar. Khả năng tạo phức, hấp phụ với lipid,
protein và chất màu phụ thuộc nhiều vào phân tử lƣợng, độ deacetyl hóa, độ rắn và
độ tinh khiết của chitosan và thƣờng biến động lớn với các mẫu chitosan.
1.1.1.4. Oligochitosan
10


 Cấu trúc hóa học của oligochitosan
Oligochitosan là sản phẩm của quá trình thủy phân chitin, chitosan bằng các
con đƣờng hóa học, sinh học, tùy theo từng điều kiện, chế độ thủy phân mà các
oligochitosan có khối lƣợng phân tử khác nhau.
Oligochitosan là một saccharide, đƣợc kết hợp bởi các monosaccharide từ
2^20 trong cấu trúc của chitin, chitosan.

Hình 1.8. Cơng thức cấu tạo của oligochitosan
 Tính chất của oligochitosan
Oligochitosan dạng bột có màu trắng hoặc hơi vàng, khơng mùi, vị đặc biệt.
Chúng có khả năng tan tốt trong nƣớc, độ nhớt thấp, phân tử lƣợng nhỏ và dễ kết
tinh. Oligochitosan có tính chất hoạt động sinh học cao nhƣ: tăng sức đề kháng,
điều hòa lƣợng cholesterol, cải thiện thiếu máu, bệnh gan, điều hòa huyết áp trong
máu, làm tăng khả năng hấp thụ canxi, thúc đẩy quá trình bài tiết acid uric, chống
ung thƣ máu,...
Ngồi ra oligochitosan cịn tham gia điều trị các bệnh: viêm loét dạ dày, bệnh

tiêu chảy, bệnh táo bón, chuột rút, đặc biệt có khả năng kết hợp với mangan tham
gia vào quá trình hình thành xƣơng sụn rất tốt. Oligochitosan cịn có khả năng
kháng bệnh cho cây trồng, vật nuôi, đồng thời cũng là chất kích thích sinh trƣởng
rất tốt.
11


Các phƣơng pháp sản xuất oligochitosan: Hiện nay có nhiều phƣơng pháp sản
xuất oligochitosan nhƣ:
- Phƣơng pháp phóng xạ: Dùng các chất phóng xạ để thủy phân.
- Phƣơng pháp sinh học: Dùng enzyme để thủy phân Chitin hoặc Chitosan.
- Phƣơng pháp hóa học: Dùng acid để thủy phân nhƣ HCl.

1.1.2. Ứng dụng của chitin, oligochitin, chitosan và oligochitosan
Chitin/chitosan, oligochitin và oligochitosan có nhiều đặc tính q báu nhƣ:
Có hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn, có khả năng tự phân hủy sinh học cao,
không gây dị ứng, không gây độc hại cho ngƣời và gia súc, có khả năng tạo phức
với một số kim loại chuyển tiếp nhƣ: Cu(II), Ni(II), Co(II),...Do vậy chitin và một
số dẫn xuất của chúng đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: Trong xử lý
nƣớc thải và bảo vệ môi trƣờng, dƣợc học và y học, nơng nghiêp, cơng nghiệp, cơng
nghệ sinh học,.. .Ngồi ra chitin và chitosan khi mang trên các vật liệu mao quản có
khả năng ứng dụng lớn trong lĩnh vực xúc tác dị thể.
Khả năng ứng dụng của chitin thƣờng thấp hơn so với các dẫn xuất của nó nhƣ
chitosan, glucosamine, vì vậy chitin thƣờng đƣợc sử dụng để điều chế các dẫn xuất
của nó. Chitosan là một chất có nhiều đặc tính hóa học thích hợp nên đƣợc nghiên
cứu sử dụng trong nhiều ngành lĩnh vực.
1.1.2.1. Ứng dụng trong trong bảo quản hoa quả
Hiện nay, chỉ có một số doanh nghiệp lớn và các siêu thị có phƣơng thức tồn
trữ trái cây ở nhiệt độ lạnh. Còn lại, đa số các vựa thu mua trái cây cũng nhƣ nông
dân đều thu hoạch và bán trái cây theo tập quán, không có qui trình bảo quản sau

thu hoạch. Điều này gây ảnh hƣởng không nhỏ đến chất lƣợng sản phẩm và hiệu
quả kinh tế. Để khắc phục tình trạng này, nhiều trƣờng đại học đã và đang thực hiện
một số công trình nghiên cứu về bảo quản trái cây sau thu hoạch. Những nghiên cứu
này sẽ góp phần mở hƣớng phát triển mới cho thị trƣờng trái cây.
Qua nhiều thí nghiệm, các nhà khoa học đã đƣa ra quy trình bảo quản trái quýt
đƣờng với thời gian tồn trữ đến 8 tuần. Đó là bảo quản trái bằng cách bao màng
12


chitosan ở nồng độ 0,25% kết hợp với bao Polyethylene ( PE) đục 5 lỗ với đƣờng
kính mỗi lỗ 1 mm và ghép mí lại bằng máy ép. Sau đó bảo quản ở nhiệt độ 12 0C.
Với phƣơng pháp này, phẩm chất bên trong trái nhƣ: hàm lƣợng đƣờng, hàm
lƣợng vitamin C, .. .luôn ổn định, tỷ lệ hao hụt trọng lƣợng thấp, màu sắc vỏ trái
đồng đều và đẹp. (Theo nghiên cứu của Đại học Cần Thơ).
Ngoài ra chitosan còn đƣợc sử dụng để bảo quản nhiều loại rau quả khác do
dịch keo chitosan có tác dụng chống mốc, chống sự phá hủy của một số nấm men,
vi sinh vật gram âm trên các loại hoa quả.
1.1.2.2. Ứng dụng trong cơng nghiệp
Nhờ có nhiều tính chất ƣu việt nhƣ khơng độc, an tồn đối với thực phẩm, có
tính kháng khuẩn, chống ẩm, tạo màng, có khả năng hấp thụ màu tốt, hấp phụ một
số kim loại nặng,... nên chitin và chitosan đƣợc nghiên cứu ứng dụng nhiều trong
ngành công nghiệp sản xuất thực phẩm và bảo quản.
Chitosan có độ chống thấm cao đối với các chất nhƣ chất béo và dầu, kiểm
soát nhiệt độ, củng cố cấu trúc thực phẩm và giữ mùi. Đồng thời màng chitosan có
đặc tính dai, bền, dẻo và rất khó rách nên ngƣời ta sử dụng màng Chitosan bao bọc
thực phẩm để kéo dài thời gian bảo quản và cải thiện chất lƣợng thực phẩm tƣơi,
thực phẩm cấp đông đã đƣợc thử nghiệm suốt những năm qua.
Trong sản xuất nƣớc quả, việc làm trong là yêu cầu bắt buộc. Chitosan là tác
nhân tốt loại bỏ đi đục, giúp điều chỉnh acid trong nƣớc quả. Đối với dịch quả táo,
nho, cam, chanh không cần qua xử lý pectin, sử dụng chitosan để làm trong. Đặc

biệt nƣớc táo, độ đục có thể giảm tối thiểu chỉ ở mức xử lý với 0,8 kg/m3 mà không
hề gây ảnh hƣởng xấu đến các chỉ tiêu chất lƣợng của nó. Nghiên cứu đã chỉ ra
rằng: Chitosan có ái lực lớn đối với hợp chất pholyphenol chẳng hạn: catechin,
proanthocianydin, acid cinamic, dẫn xuất của chúng, những chất mà có thể biến
màu nƣớc quả bằng phản ứng oxy hóa.
Các sản phẩm thịt rất dễ bị mất mùi và ôi do sự oxy hóa của các thành phần
13


lipit khơng bão hịa. Hiệu quả xử lý của Chitosan để ổn định các chất oxy hóa trên
thịt bị đã đƣợc Daradi và Izumimoto nghiên cứu, họ quan sát thấy rằng sử dụng
chitosan nồng độ 1% dẫn đến giảm 70% giá trị 2-thiobarbi-turic acid (TBA) sau 3
ngày bảo quản ở 40C.
Năm 1983, Thực phẩm Mỹ (USFDA) đã chấp nhận chitosan đƣợc dùng làm
chất phụ gia trong thực phẩm và dƣợc phẩm. Ngồi ra chitosan cịn dùng để khử
màu các sản phẩm thẩm màu nhƣ dầu cá, nƣớc mắm xuất khẩu.
1.1.3.

Tình hình nghiên cứu sản xuất và ứng dụng chitin – oligochitin,

chitosan – oligochitosan.
1.1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc
Nƣớc ta là nƣớc có ngành chế biến thủy sản khá phát triển nên các phế phẩm
từ thủy sản đang là vấn đề đƣợc quan tâm rất lớn đốl với các công ty chế biến. Các
phế phẩm từ đầu tôm, mực, ghẹ nếu thải ra môi trƣờng sẽ làm ô nhlễm nặng, mà
trong các phế phẩm đó có một lƣợng lớn chitin, nếu đƣợc xử lí thu hồi chitin thì
khơng những vấn đề mơi trƣờng đƣợc giải quyết mà cịn kiếm đƣợc một nguồn lợi
nhuận cao từ phế phẩm thủy sản.Vì vậy, việc nghlên cứu sản xuất chitin oligochitin, chitosan - oligochitosan và ứng dụng của chúng rất phổ biến và đƣợc
quan tâm. Tuy nhiên việc nghiên cứu sản xuất oligochitin, oligochitosan còn là một
vấn đề khá mới mẻ, mới bắt đầu đƣợc quan tâm và đi vào nghiên cứu. Ở nƣớc ta,

trƣờng Đại học Nha Trang bắt đầu nghiên cứu tách chiết chitin từ năm 1978 với quy
trình của cơ Đỗ Minh Phụng nhƣng chƣa có ứng dụng trong sản xuất cụ thể. Gần
đây với yêu cầu bức bách trong xử lí phế phẩm từ thủy sản, trƣớc những thơng tin
kỹ thuật mới về chitin, chitosan cũng nhƣ tiềm năng thị trƣờng của chúng đã thúc
đẩy các nhà khoa học bắt tay vào nghiên cứu hồn thiện quy trình sản xuất chitin,
chitosan đồng thời nghiên cứu quá trình thủy phân chitin, chitosan tạo các sản
phẩm mới có ứng dụng cao trong sản xuất và thực phẩm, cũng nhƣ đời sống.
Hiện nay, có nhiều cơ sở đang nghiên cứu sản xuất chitin trong đó Trung tâm
Chế biến Trƣờng Đại học Nha Trang là nơi sản xuất chitin có chất lƣợng cao.
14