Nghiên cứu tạo màng bao gói thực phẩm từ chitosan kết hợp với gelatin

i

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
________________________

ĐẶNG THỊ THÚY NI

NGHIÊN CỨU TẠO MÀNG BAO GÓI THỰC PHẨM TỪ
CHITOSAN KẾT HỢP VỚI GELATIN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
(Ngành: công nghệ thực phẩm)

Nha Trang – 2017


ii

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
________________________

ĐẶNG THỊ THÚY NI

NGHIÊN CỨU TẠO MÀNG BAO GÓI THỰC PHẨM TỪ
CHITOSAN KẾT HỢP VỚI GELATIN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

(Ngành: công nghệ thực phẩm)

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
PGS.TS. TRANG SĨ TRUNG
TS. NGUYỄN TRỌNG BÁCH

Nha Trang – 2017


i

LỜI CẢM ƠN
Trải qua bốn năm học tập cho đến nay, em đã hoàn thành gần xong chương trình
học và làm đề tài tốt nghiệp. Trong suốt thời gian làm đề tài tốt nghiệp tại phòng thí
nghiệm Trường Đại học Nha Trang em đã học hỏi thêm nhiều kiến thức mới đồng
thời rèn luyện khả năng thực hành, tiếp xúc trực tiếp với công việc nghiên cứu thay
vì chỉ được học kiến thức lý thuyết trên ghế nhà trường từ đó có thêm những kinh
nghiệm để trang bị cho tương lai của mình.
Qua đây em xin chân thành cảm ơn:
Ban Giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, quý thầy cô trong Khoa Công nghệ
Thực phẩm đã giúp em hoàn thành khóa học của mình.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn PGS.TS. Trang Sĩ
Trung, TS. Nguyễn Trọng Bách và ThS. Nguyễn Công Minh là những người đã tận
tình giúp đỡ, trực tiếp hướng dẫn và tạo điều kiện cho em hoàn thành đề tài này.
Em xin cảm ơn thầy TS. Nguyễn Văn Hòa, ThS. Nguyễn Thị Đan Phượng đã
tư vấn hỗ trợ em trong quá trình tiến hành nghiên cứu cùng thầy ThS. Nguyễn Văn
Hân và các thầy cô giáo phụ trách các phòng thí nghiệm đã nhiệt tình hỗ trợ và hướng
dẫn cho em sử dụng các thiết bị tại phòng thí nghiệm.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã giúp đỡ động viên
và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành tốt khóa học cũng như với đề tài này.

Trong quá trình hoàn thành bài báo cáo này em đã cố gắng rất nhiều nhưng
không thể nào tránh khỏi sai sót. Rất mong thầy cô đóng góp ý kiến để bào báo cáo
của em được hoàn thành tốt hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Nha Trang, ngày 10 tháng 07 năm 2017
Sinh viên
Đặng Thị Thúy Ni


ii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. i
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .................................................... iv
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. vi
DANH MỤC HÌNH ..................................................................................................vii
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ....................................................................................... 3
1.1. Giới thiệu về màng bao gói sinh học ................................................................3
1.1.1. Phân loại màng sinh học ............................................................................. 3
1.1.2. Tính chất và ưu nhược điểm của màng sinh học ........................................ 3
1.1.3. Các ứng dụng của màng sinh học ............................................................... 4
1.2. Tổng quan về nguyên liệu.................................................................................5
1.2.1. Chitosan ...................................................................................................... 5
1.2.1.1. Cấu trúc chitosan..................................................................................5
1.2.1.2. Tính chất của chitosan .........................................................................6
1.2.1.3. Ứng dụng tạo màng của chitosan. ........................................................8
1.2.2. Gelatin ...................................................................................................... 10
1.2.2.1. Cấu trúc gelatin ..................................................................................10
1.2.2.2. Tính chất của gelatin ..........................................................................11

1.2.2.3. Ứng dụng tạo màng của gelatin .........................................................14
1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước.....................................................16
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước ............................................................. 16
1.3.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ............................................................ 18
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................ 21
2.1. Đối tượng nghiên cứu .....................................................................................21
2.1.1. Chitosan .................................................................................................... 21
2.1.2. Gelatin ...................................................................................................... 21
2.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................22
2.2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm ............................................................................. 22


iii

2.2.1.1. Bố trí thí nghiệm tổng quát. ...............................................................22
2.2.1.2. Bố trí thí nghiệm chi tiết. ...................................................................23
2.2.2. Phương pháp phân tích các tính chất cơ lý của màng. ............................. 28
2.2.3. Phương pháp xử lý số liệu ........................................................................ 31
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................................. 32
3.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của dung môi và nồng độ chitosan đến tính chất
màng chitosan ........................................................................................................32
3.1.1 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của dung môi hòa tan chitosan đến tính chất
màng chitosan. .................................................................................................... 32
3.1.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chitosan đến tính chất màng
chitosan. .............................................................................................................. 38
3.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ gelatin đến tính chất màng gelatin.
......................................................................................................................42
3.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn chitosan/gelatin đến chất
lượng màng chitosan/gelatin. .................................................................................44
3.4. Quy trình tạo màng chitosan kết hợp với gelatin ............................................54

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN ....................................................................... 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 58
PHỤ LỤC


iv

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
PE

Polyethylen

PP

Polyprothyline

PVC

polyvinyl chloride

Mm

Đơn vị tính milimet

G

Đơn vị tính gam

MPa

Đơn vị tính mega pascal

cP

Centipose

mg/cm2

Khối lượng màng trên 1 đơn vị diện tích

µm

Đơn vị micromet

б

Ứng suất kéo

l

Độ giãn dài

HCl

Acid clohydric

DANH SÁCH KÝ HIỆU TÊN MÀNG
(80/20)

(60/40)

C1.5_G2
(40/60)

(20/80)

(80/20)
C1.5_G2.5
(60/40)

Màng phối trộn chitosan 1,5% với gelatin 2% theo tỷ lệ
chitosan/gelatin = 80/20
Màng phối trộn chitosan 1,5% vớigelatin 2% theo tỷ lệ
chitosan/gelatin = 60/40
Màng phối trộn chitosan 1,5% với gelatin 2% theo tỷ lệ
chitosan/gelatin = 40/60
Màng phối trộn chitosan 1,5% với gelatin 2% theo tỷ lệ
chitosan/gelatin = 20/80
Màng phối trộn chitosan 1,5% với gelatin 2,5% theo tỷ lệ
chitosan/gelatin = 80/20
Màng phối trộn chitosan 1,5% vớigelatin 2,5% theo tỷ lệ
chitosan/gelatin = 60/40


v

(40/60)

(20/80)

(80/20)

(60/40)
C2_G2
(40/60)

(20/80)

(80/20)

(60/40)
C2_G2.5
(40/60)

(20/80)

Màng phối trộn chitosan 1,5% với gelatin 2,5% theo tỷ lệ
chitosan/gelatin = 40/60
Màng phối trộn chitosan 1,5% với gelatin 2,5% theo tỷ lệ
chitosan/gelatin = 20/80
Màng phối trộn chitosan 2% với gelatin 2% theo tỷ lệ
chitosan/gelatin = 80/20
Màng phối trộn chitosan 2% vớigelatin 2% theo tỷ lệ
chitosan/gelatin = 60/40
Màng phối trộn chitosan 2% với gelatin 2% theo tỷ lệ
chitosan/gelatin = 40/60
Màng phối trộn chitosan 2% với gelatin 2% theo tỷ lệ
chitosan/gelatin = 20/80
Màng phối trộn chitosan 2% với gelatin 2,5% theo tỷ lệ
chitosan/gelatin = 80/20
Màng phối trộn chitosan 2% vớigelatin 2,5% theo tỷ lệ

chitosan/gelatin = 60/40
Màng phối trộn chitosan 2% với gelatin 2,5% theo tỷ lệ
chitosan/gelatin = 40/60
Màng phối trộn chitosan 2% với gelatin 2,5% theo tỷ lệ
chitosan/gelatin = 20/80


vi

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Ảnh hưởng của hệ dung môi sử dụng đến ứng suất kéo, độ giãn dài giới
hạn, độ trương nở của màng chitosan có độ deacetyl khác nhau ........................... 8
Bảng 2.1 Chỉ tiêu chất lượng của mẫu chitosan ................................................... 21
Bảng 3.1. Bảng kết quả cảm quan màu sắc và trạng thái của các màng từ các dung
môi acid khác nhau ............................................................................................... 33
Bảng 3.2. Bảng kết quả cảm màu sắc và trạng thái của các màng có nồng độ
chitosan tạo màng khác nhau ................................................................................ 39
Bảng 3.3. Bảng kết quả ảnh hưởng của nồng độ gelatin đến màu sắc và trạng thái
của màng gelatin ................................................................................................... 42
Bảng 3.4. Ký hiệu tên màng ................................................................................. 45
Bảng 3.5. Kết quả đánh giá cảm quan về chỉ tiêu màu sắc và trạng thái của
màng...................................................................................................................... 47
Bảng 3.6. So sánh các chỉ tiêu về khả năng thấm nước và độ bền của màng trước
và sau trung hòa .................................................................................................... 53


vii

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Công thức cấu tạo của chitin (a) chitosan (b) ......................................... 5

Hình 1.2. Công thức phức của chitosan với kim loại ............................................. 7
Hình 1.3. Cấu trúc của gelatin .............................................................................. 10
Hình 1.4. Cấu trúc hóa học phân tử gelatin .......................................................... 11
Hình 1.5. Tỷ lệ (%) tương đối các loại acid amin trong ....................................... 11
Hình 1.6 Cầu nối hydrat trong mạch gelatin......................................................... 12
Hình 1.7. (a) Viên nhộng mềm, (b) Viên bao cứng .............................................. 15
Hình 2.1. Mẫu chitosan ......................................................................................... 21
Hình 2.2. Mẫu gelatin ........................................................................................... 21
Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát ......................................................... 22
Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của dung môi hòa tan
chitosan đến tính chất màng chitosan. .................................................................. 23
Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chitosan đến
tính chất màng chitosan. ....................................................................................... 25
Hình 2.6. Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ gelatin đến
màng gelatin. ......................................................................................................... 26
Hình 2.7. Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn giữa
chitosan và gelatin đến màng. ............................................................................... 27
Hình 2.8. Màng chuẩn bị kiểm tra ứng suất kéo và độ giãn dài. .......................... 29
Hình 2.9. Thiết bị đo sức bền vật liệu instron 3366 ............................................. 29
Hình 2.10. Tiến hành kiểm tra tính chất cơ lý của màng, a) chuẩn bị kẹp màng vào
thiết bị, b) màng bị đứt sau khi thực hiện đo. ....................................................... 30
Hình 2.11. Biểu đồ thể hiện lực tác dụng và độ giãn của màng ........................... 30
Hình 3.1. Ảnh hưởng của loại dung môi đến độ dày và khối lượng màng
chitosan ................................................................................................................. 32
Hình 3.2. Biểu đồ ảnh hưởng của loại dung môi đến khả năng thấm nước của màng
chitosan ................................................................................................................. 34


viii

Hình 3.3. Biểu đồ ảnh hưởng của loại dung môi đến ứng suất kéo và độ giãn dài
của màng chitosan. ................................................................................................ 36
Hình 3.4. Biểu đồ ảnh hưởng của nồng độ chitosan đến khối lượng và độ dày của
màng chitosan. ...................................................................................................... 38
Hình 3.5. Biểu đồ ảnh hưởng của nồng độ chitosan đến ứng suất kéo và độ giãn
dài của màng chitosan. .......................................................................................... 40
Hình 3.6. Biểu đồ ảnh hưởng của nồng độ chitosan tạo màng đến độ thấm nước
của màng chitosan. ................................................................................................ 41
Hình 3.7. Biểu đồ ảnh hưởng của nồng độ gelatin đến ứng suất kéo và độ giãn dài
của các màng gelatin. ............................................................................................ 43
Hình 3.8. Sơ đồ ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn chitosan/gelatin đến độ dày của các
màng chitosan/gelatin ........................................................................................... 46
Hình 3.9. Biểu đồ ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn chitosan/gelatin đến độ thấm nước
của màng chitosan/gelatin. .................................................................................... 48
Hình 3.10. Biểu đồ ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn chitosan/gelatin đến ứng suất
kéo của màng chitosan/gelatin .............................................................................. 49
Hình 3.11. Biểu đồ ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn chitosan/gelatin đến độ giãn dài
của màng chitosan/gelatin ..................................................................................... 51
Hình 3.12. a) Độ thấm nước trương nở của màng trước trung hòa, b) độ thấm nước
trương nở của màng sau trung hòa........................................................................ 53
Hình 3.13. Sơ đồ qui trình tạo màng kết hợp chitosan/gelatin ............................. 55
Hình 3.14 a) bóc màng ra khỏi đĩa, b) sản phẩm màng hoàn thiện ...................... 56


1

LỜI MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, việc sử dụng bao bì từ vật liệu polymer như PE (polyethylen), PP
(polyprothyline), PVC (polyvinyl chloride), bao bì tổng hợp… trong bao gói thực

phẩm có nguy cơ phát tán hợp chất độc hại từ bao bì vào thực phẩm. Hơn nữa bao bì
sau khi sử dụng có thời gian phân hũy dài gây ảnh hưởng đến môi trường do đó các
loại màng từ vật liệu sinh học có khả năng thay thế bao bì tổng hợp đang ngày càng
được quan tâm nghiên cứu.
Chitosan là polysaccharide không độc, có khả năng phân hủy sinh học, có tính
tương hợp sinh học cao và khối lượng phân tử lớn [13]. Chitosan có các tính chất đặc
trưng như khả năng tạo gel, tạo màng, hấp phụ màu, kháng nấm, kháng khuẩn, chống
oxi hóa… nên chitosan được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghệ, đặc biệt trong
tạo màng sinh học. Màng chitosan có các tính chất cơ lý tốt có khả năng thay thế cho
các loại bao bì như PE, các bao bì tổng hợp. Bên cạnh chitosan, gelatin là polymer có
khả năng tạo màng tốt, nguồn nguyên liệu dồi dào, giá thành thấp, dễ tạo màng nhưng
yếu về mặt cơ học.
Màng sinh học tạo thành từ chitosan có các đặc tính cơ lý tốt nhưng giá thành
chitosan cao khó ứng dụng rộng rãi trong khi đó gelatin có giá thành thấp hơn chitosan
nhưng màng tào thành từ gellatin không bền khi gặp nước và dễ bị vi khuẩn, nấm tấn
công. Xuất phát từ những thực tế trên, đề tài “Nghiên cứu tạo màng bao gói thực
phẩm từ chitosan kết hợp với gelatin” được thực hiện.
2. Mục đích của đề tài
Tạo được màng chitosan kết hợp với gelatin.
3. Nội dung của đề tài
- Nghiên cứu ảnh hưởng của dung môi và nồng độ chitosan đến tính chất của
màng chitosan.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ gelatin dến tính chất của màng gelatin.


2

- Nghiên cứu tỷ lệ phối trộn giữa dung dịch chitosan và dung dịch gelatin thích
hợp trong quá trình tạo màng chitosan/gelatin.
4. Ý nghĩa khoa học của đề tài

Đề tài sẽ hình thành các dẫn liệu khoa học cho việc kết hợp gelatin và chitosan
để tạo màng bao gói thực phẩm.
5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Sản phẩm của đề tài có khả năng ứng dụng để tạo màng trong bao gói một số
loại thực phẩm như các sản phẩm khô, rau quả…có giá trị về mặt kinh tế.


3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về màng bao gói sinh học
Màng bao sinh học là loại màng có khả năng tự phân hủy. Nó là sản phẩm được
hình thành từ nguồn nguyên liệu tự nhiên có thể là các polymer được tách trực tiếp
từ vi sinh vật, polymer tổng hợp từ các monomer có nguồn gốc sinh học hay các hợp
chất hữu cơ thiên nhiên được biến đổi.
Màng bao sinh học thường không màu, không mùi, không vị, không độc và có
khả năng tự phân hủy thân thiện với môi trường. Do đó không chỉ góp phần bảo vệ
chất lượng thực phẩm, kéo dài thời gian bảo quản nó còn giúp giảm ô nhiễm môi
trường [14].
1.1.1. Phân loại màng sinh học
Loại 1: Màng được tạo ra từ các polymer sinh học như các polysaccarit (tinh
bột, xenluloza), chitin-chitosan, protein (gluten của bột mì, casein).
Loại 2: Màng được tạo ra từ các monomer có nguồn gốc sinh học như polylactat.
Các monomer này được sản xuất nhờ phương pháp lên men cacbon hydrat tự nhiên.
Loại 3: Từ các polymer được tách chiết trực tiếp từ vi sinh vật hoặc vi khuẩn
cấy truyền gen.
Các màng sinh học loại 1 mang lại hiệu quả cao nhất do sử dụng nguồn nguyên
liệu có sẵn trong tự nhiên, chúng được ứng dụng rộng rãi trong ngành bao gói thực
phẩm. Màng bao sinh học dần trở thành bao bì tương lai thay thế cho các loại bao bì
có nguồn gốc từ dầu mỏ như PE, PP.

1.1.2. Tính chất và ưu nhược điểm của màng sinh học
-

Tính chất:
Màng bao sinh học cũng có một số tính chất gần giống như một màng bao tổng

hợp: tính bền, tính dẻo, độ trong suốt… Ngoài ra chúng có khả năng phân hủy được
trong môi trường tự nhiên nhờ xúc tác enzyme của các vi sinh vật [16, 14]. Đây là
đặc tính ưu việt khác biệt nhất của bao bì sinh học.


4

Các tính chất của bao bì sinh học phụ thuộc nhiều vào cấu trúc phân tử, khối
lượng phân tử, độ uốn dẻo, thành phần hóa học cũng như bản chất tương tác giữa các
phân tử.
- Ưu điểm của màng bao sinh học
Có thể ăn được nên được tiêu thụ dưới dạng sản phẩm [10]. Màng có khả năng
kháng khuẩn, chống oxi hóa, chống mất nước, chất béo, hương thơm và các hợp chất
khác có mặt trong thực phẩm, giữ được chất lượng và tăng thời gian bảo quản sản
phẩm [18].
Màng bao có khả năng phân hủy sinh học không ảnh hưởng đến môi trường [16].
An toàn đối với thực phẩm, sức khỏe con người và thân thiện với môi trường.
- Nhược điểm của màng bao sinh học
Khả năng được sử dụng rộng rãi rất thấp khi bao bì plactic đã trở thành một vật
liệu mang tính truyền thống lâu đời.
Phạm vi sử dụng của bao bì sinh học hẹp hơn bao bì plactic.
Khả năng in ấn, độ bền, độ dẻo của bao bì sinh học còn thua kém bao bì plactic.
1.1.3. Các ứng dụng của màng sinh học
Nhờ có những tính chất vật lý như một màng bao tổng hợp. Ngoài ra còn có

hoạt tính sinh học, không độc và đặc biệt là có khả năng tự phân hủy nhờ đó màng
bao sinh học dần thay thế cho màng bao tổng hợp với nhiều ứng dụng trên nhiều
lĩnh vực:
Tạo màng bao gói thực phẩm ứng dụng trong lĩnh vực thực phẩm.
Ứng dụng tạo gạc chữa bỏng “thông minh’’ dùng trong y học, màng sinh học
giúp ngăn ngừa biến chứng nhiễm trùng vết thương bỏng, tạo điều kiện che phủ vết
thương nhanh và rút ngắn thời gian điều trị, giảm bị sẹo [12].
Trong công nghệ sinh học: ứng dụng màng trong cảm biến sinh học, các bộ phận
sinh học ứng dụng màng sinh học cho kết quả ổn định, độ tin cậy cao.
Trong nông nghiệp: màng bao sinh học được sử dụng làm màng bao để phủ cây
trồng và các bầu ươm cây giúp giữ ẩm, che sương. Ngoài ra màng có thể tự phân hủy
tạo độ xốp cho đất, không gây ảnh hưởng đến môi trường.


5

Các ứng dụng của màng bao sinh học đang dần được các nhà nghiên cứu khai
thác tối đa để có thể ứng dụng nhiều hơn trong tương lai.

1.2. Tổng quan về nguyên liệu
1.2.1. Chitosan
Chitosan là dẫn xuất của chitin được hình thành khi tách nhóm acetyl (quá trình
deacetyl hóa chitin) khỏi chitin nên chitosan chứa rất nhiều nhóm amino. Chitosan
thường ở dạng vảy hoặc dạng bột có màu trắng ngà. Công thức cấu tạo của chitosan
gần giống với với chitin và cellulose chỉ khác là chitosan chứa nhóm amin ở cacbon
thứ 2.
1.2.1.1. Cấu trúc chitosan
Chitosan được cấu tạo từ các mắc xích D- glucosamin liên kết với nhau bởi liên
kết β-1,4-glycoside và thường được gọi là poly β-(1-4)-D- glucosamin (cấu trúc III).
Công thức phân tử: (C6H11O4N)n

Phân tử lượng: Mchitosan = (161,07)n
Trên thực tế chitosan là polymer hữu cơ chứa các đơn vị là Glucosamine và Nacetyl-glucosamine liên kết với nhau bằng liên kết β-1,4-glycoside.

a)

b)

Hình 1.1. Công thức cấu tạo của chitin (a) chitosan (b)
Các mắt xích chitin đan xen trong mạch cao phân tử chitosan khoảng 10% [5].
Tỉ lệ Glucosamine và N-acetyl-glucosamine phụ thuộc vào mức độ deacetyl hóa.
Chitosan là chitin đã được deacetyl hóa bằng kiềm hoặc 1 số chủng enzyme đặc
biệt, chitosan có độ đề cao tức là chứa nhiều nhóm amino.


6

Phân tử lượng của chitosan quyết định tính chất của chitosan: khả năng kết dính,
tạo màng, tạo gel, khả năng hấp phụ chất màu, đặc biệt là khả năng ức chế vi sinh vật.
Chitosan có phân tử lượng càng lớn thì có độ nhớt càng cao, khả năng tạo màng tốt. Tuy
nhiên, chitosan phân tử lượng thấp thường có hoạt tính sinh học cao hơn, thường có
nhiều ứng dụng trong nông nghiệp, y học và công nghệ sinh học. Thông thường, phân
tử lượng của chitosan nằm trong khoảng từ 100.000 dalton đến 1.200.000 dalton [13].
Độ rắn của chitosan phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nguồn gốc chitin, độ
deacetyl hóa, phân tử lượng và quá trình xử lý chitin và chitosan.
1.2.1.2. Tính chất của chitosan
 Tính chất vật lý
Chitosan là một chất rắn ở dạng bột có màu trắng ngà, còn ở dạng vảy có màu
trắng hay hơi vàng, xốp, nhẹ, có thể xay nhỏ theo các kích cỡ khác nhau [5, 10].
Chitosan có tính kiềm nhẹ, không mùi vị, không tan trong nước, dung dịch kiềm và
acid đậm đặc nhưng tan trong acid loãng (pH = 6) như acid formic, acetic, citric...

tạo dung dịch keo dương, nhớt và trong suốt giúp không bị kết tủa khi có khi có mặt
của một số ion kim loại nặng như Pb, Hg…và giúp tạo màng tốt [5].
Nhiệt độ nóng chảy 309 – 3110C [8].
Chitosan là một polycation mang điện tích dương (pH<6,5) nên có khả năng
bám dính trên các bề mặt có điện tích âm như protein, aminopolysaccharide
(alginate), acid béo và phospholipid nhờ sự có mặt của nhóm amino (NH2).
Chitosan là polymer không độc, có tính chất cơ học tốt, dể tạo màng, có thể tự
phân hủy sinh học và có tính hòa hợp sinh học cao với cơ thể [8].
 Tính chất hóa học của chitosan
Chitosan có khả năng hút nước, khả năng hấp phụ chất màu, kim loại, dính kết
với chất béo, có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, mang DNA… Các tính chất trên
phụ thuộc rất lớn vào độ deacetyl hóa [13]. Độ deacetyl cao chitosan có khả năng hấp
thụ màu, tạo phức với kim loại tốt hơn, khả năng kháng khuẩn và kháng nấm cao hơn.
Tuy nhiên, độ deacetyl hóa cao làm giảm khả năng hút nước của chitosan. Độ deacetyl


7

hóa thấp (75%) khả năng hút nước của chitosan đạt đến 659% cao hơn nhiều với
chitosan có độ deacetyl hóa cao là 486% [13].
Trong phân tử chitin/chitosan và một số dẫn xuất của chitin có chứa các nhóm
chức mà trong đó các nguyên tử oxi và nitơ của nhóm chức còn cặp electron chưa
sử dụng, do đó chúng có khả năng tạo phức, phối trí với hầu hết các kim loại nặng
và các kim loại chuyển tiếp như: Hg+, Cd2+, Zn2+, Cu2+, Ni2+, Co2+… tùy nhóm chức
trên mạch polymer mà thành phần và cấu trúc của phức khác nhau.
Ví dụ: với phức Ni (II) nếu chitin có cấu trúc bát diện có số phối trí bằng 6,
nếu chitosan có cấu trúc tứ diện có số phối trí bằng 4.

Hình 1.2. Công thức phức của chitosan với kim loại
Phản ứng với iod trong môi trường sulfurid tạo màu tím. Nhờ tính chất này

mà có thể dùng trong phân tích định tính chitosan.
Phản ứng với acid đậm đặc tạo thành muối khó tan.
Chitosan có thể hình thành gel với aldehyde khi kết hợp với aldehyde trong
điều kiện thích hợp. Đây là cơ sở để bẫy tế bào, enzyme [5].
 Khả năng tạo màng của chitosan
Chitosan hòa tan trong môi trường acid thành hệ keo dương có khả năng tạo
màng rất tốt. Màng chitosan có các tính chất cơ lý như độ chịu kéo, độ rắn, độ thấm
nước… phụ thuộc nhiều vào phân tử lượng và độ deacetyl hóa của chitosan. Thông


8

thường, màng chitosan có độ deacetyl cao có ứng suất kéo và độ giãn dài cao, có lẽ
do độ rắn cao hơn và sự hình thành liên kết hydro nội phân tử nhiều hơn [29, 34].
Trong khi đó, màng chitosan được hình thành từ chitosan có độ deacetyl thấp có độ
trương nở, khả năng thẩm thấu cao hơn loại màng từ chitosan có độ deacetyl hóa
cao [8, 29].
Hệ dung môi sử dụng để hòa tan chitosan tạo màng ảnh hưởng đến các chỉ
tiêu cơ lý của màng (bảng 1.1)
Bảng 1.1. Ảnh hưởng của hệ dung môi sử dụng đến ứng suất kéo, độ giãn dài
giới hạn, độ trương nở của màng chitosan có độ deacetyl khác nhau [13]
Ứng suất kéo
(N/mm3)
Dung
môi

Acid
formic
Acid
acetic

Acid
glycolic
Acid
ctric

Độ giãn dài giới hạn
(%)

Độ trương nở

Chitosan
độ
deacetyl
thấp

Chitosan
độ
deacetyl
cao

Chitosan
độ
deacetyl
thấp

Chitosan
độ
deacetyl
cao

Chitosan
độ
deacetyl
thấp

Chitosan
độ
deacetyl
cao

18,64

35,35

0,95

1,95

403,9

69,81

27,91

40,53

0,84

1,7

359

65,69

18,78

35,71

0,88

2,5

450,39

97,35

24,8

36,55

1,85

3,5

437,24

7,54

Ngoài ra, tính chất của màng còn phụ thuộc nhiều vào việc sử dụng dung môi
hòa tan chitosan để tạo màng [13].

1.2.1.3. Ứng dụng tạo màng của chitosan.
Chitosan là hợp chất polyme tự nhiên an toàn với những tính chất tự nhiên:
kháng nấm, chống oxy hóa, tạo gel, tạo màng, kháng khuẩn, làm trong… nên được
ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như công nghệ thực phẩm, trong nông nghiệp,
trong lĩnh vực y dược, công nghệ sinh học, xử lý môi trường… trong đó phạm vi ứng
dụng của chitosan được nhiều người biết đến là sản xuất màng bao chitosan.


9

Màng bao chitosan được sản xuất dùng để bảo quản trái cây, các loại rau, trứng
gà, bảo quản tôm… chống biến nâu, mất nước, kháng nấm. Ngoài ra còn hạn chế
lượng oxi qua màng nên quá trình hô hấp của quả chậm dần, quá trình oxi hóa của
các hợp chất phenol cũng giảm đi [13].
Màng chitosan bảo quản các sản phẩm thịt, cá thể hiện tác dụng hạn chế oxi hóa
lipid do màng chitosan làm rào cản với oxi nhằm hạn chế quá trình hư hỏng. Cơ chế
chống oxi hóa của chitosan có thể là do hoạt tính tạo phức với các ion kim loại hoặc
do chitosan kết hợp với lipid [21, 13].
Trong bảo quản nông sản, chitosan tạo màng giúp bao bọc lấy hạt giống giúp
ngăn ngừa sự tấn công của nấm trong đất, tăng cường khả năng nảy mầm và kích
thích cây sinh trưởng; ứng dụng trong thủy sản màng chitosan bao bọc và kết dính
làm tăng độ ổn định của thức ăn tôm, cá, giảm độ phân rã của thức ăn trong nước
nâng cao hiêu quả sử sụng và cải thiện được môi trường ao nuôi [13].
Trong lĩnh vực xử lý nước thải chitosan được sử dụng chế tạo vật liệu màng sợi
nano chitosan/polyethylen oxit ứng dụng làm màng lọc hấp phụ ion kim loại nặng.
Sử dụng chitosan làm màng bao các loại thuốc.
Ngoài ứng dụng của màng chitosan trong các lĩnh vực, chitosan còn có nhiều
ứng dụng khác cũng đang rất được quan tâm:
- Ứng dụng làm chất keo tụ, tạo bông để làm trong nước quả. Chitosan với hàm
lượng 0,8 kg/m3 có thể làm giảm độ đục của nước táo ép xuống rất nhiều lần. Chitosan

có ái lực tốt đối với hợp chất polyphenol như catechin, proanthocyamidin, cinnamic
acid và các dẫn xuất của chúng (soto- Perlata, Muller và Knorr, 1989) [13].
- Chitosan có khả năng cố định phân bón và thuốc trừ sâu.
- Làm chất mang trong việc kiểm soát quá trình giải phóng thuốc và chất mang
vận chuyển thuốc. Ứng dụng trong điều trị viêm loét dạ dày do có tác dụng kháng
khuẩn đối với chủng vi khuẩn helicobacter pylori. Bên cạnh đó chitosan ngăn cản sự
hấp thụ mỡ của cơ thể ứng dụng trong việc kiểm soát cân nặng và giảm cholesterol.
- Trong công nghệ sinh học chitin-chitosan được ứng dụng trong nuôi cấy mô,cố
định tế bào, làm chất mang DNA trong kỹ thuật liệu pháp gene, chất kháng khuẩn,


10

kháng nấm sinh học,…nhờ khả năng tự phân hủy, kháng khuẩn, kháng nấm, tạo màng
và tương thích sinh học cao [16, 6, 30].
1.2.2. Gelatin [3, 11]
Gelatin được định nghĩa là một loại protein tinh chế, thu được bởi sự thủy phân
một phần collagen bằng phương pháp acid (gelatin loại A), kiềm (gelatin loại B),
hoặc enzyme (European Pharmacopoeia 5, 2005).
Ngoài ra còn có nhiều định nghĩa khác về gelatin. Theo Bailey và Paul (1998)
gelatin căn bản là protein tinh sạch dùng trong thực phẩm thu nhận từ collagen đã bị
thoái hóa do nhiệt, có cấu trúc như protein động vật.
C102H149N31O38 + H2O  C102H151N31O39
1.2.2.1. Cấu trúc Gelatin [3]
Cấu trúc của gelatin gồm có 18 amino acid (Glycine, Alanine, Valine, Leucine,
Isoleucine, Serine, Threaonine, Methionine, Aspartic Acid, Glutamic Acid, Lysine,
Hydroxylysine,

Arginine,

Hstidine,

Phenylalanine,

Tytrosine,

Prolin,

Hydroxylproline), chúng liên kết với nhau theo một trật tự xác định, tuần hoàn, tạo
nên chuỗi polypetide với khoảng 1000 acid amin, hình thành nên cấu trúc bậc 1.
Cấu trúc bậc 2 tạo nên từ 3 chuỗi plypeptide xoắn lại theo theo hình xoắn ốc và
chuỗi xoắn đó tự xoắn quanh nó tạo nên cấu trúc bậc 3 dạng phân tử dạng dây thừng
được gọi là “prolo fibril”.

Hình 1.3. Cấu trúc của gelatin
Các chuỗi peptide có chiều dài khác nhau phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu và
phương pháp sản xuất. Chuỗi có một đầu là amino, một đầu là carboxyl.
Gelatin chứa một lượng lớn các amino: glycine, proline và 4-hydroproline. Có
cấu trúc cơ bản là –Ala-Gly-Pro-Arg-Gly-4Hyp-Gly-Pro.


11

Hình 1.4. Cấu trúc hóa học phân tử gelatin
Các nhóm hoạt động trong phân tử gelatin hướng ra ngoài môi trường. Một số
nhóm có thể ion hóa trong nước như Carboxyl, Imidazol, Amino, Guadino, các nhóm
quy định khả năng tạo liên kết hydro, quy định cấu trúc phân tử: nhóm peptide (-CONH-) và các nhóm không mang điện: hydroxyl (Serine, threomin, hydroxyproline,
hydroxylysine, tyrosine).
Quá trình thủy phân hoàn toàn gelatin sẽ thu được 18 loại acid amin. Tỷ lệ giữa
các loại có thể thay đổi phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu và phương pháp sản xuất

gelatin.

Hình 1.5. Tỷ lệ (%) tương đối các loại acid amin trong gelatin
1.2.2.2. Tính chất của gelatin
 Tính chất vật lý
Gelatin ở dạng tinh khiết, miếng, vảy, bột hoặc hạt, không mùi, không vị, có
màu từ trắng đến vàng nhạt, trong suốt, có độ ẩm từ 9-12% và có tỷ trọng 1,3-1,4.


12

Gelatin có thể hút nước, trương nở và tan tạo dung dịch nhớt trong nước nóng
(<50oC), lượng nước hấp thụ có thể cao gấp 5-10 lần khối lượng ban đầu. Dung dịch
này đem đi làm lạnh dù ở nồng độ rất thấp (0,25%) cũng có thể đông đặc.
Ở trạng thái đông đặc, lực liên kết keo đông của gelatin là liên kết hydro thông
qua cầu nối hydrat được thể hiện như hình vẽ sau.

Hình 1.6 Cầu nối hydrat trong mạch gelatin
Gelatin tan nhanh trong dung dịch acid và kiềm và có thể tan trong glycerin,
propylen, glycol, sorbitol, manitol nhưng không tan trong cồn, aceton, CCl4, benzen,
ether và các dung môi hữu cơ khác.
Kết tủa ở nồng độ cao trong dung dịch có các muối nồng độ thấp: phosphat,
citrat, sulfat.
Các tính chất của gelatin phụ thuộc nhiều vào nguyên liệu, pH, nhiệt độ, nồng
độ, thời gian và phương pháp sản xuất gelatin
 Tính chất hóa học
-

Tính chất gel- độ bền gel
Tạo gel là yếu tố quan trọng đánh giá chất lượng gelatin khi đông. Độ bền gel

phụ thuộc vào nồng độ, khả năng hình thành gelatin. Độ bền của khối gel được đặc
trưng bởi độ bloom. Theo định nghĩa, độ bloom là khối lượng tính bằng gam cần thiết
tác dụng lên bề mặt gel tạo bởi pittong có d=13mm để khối gel lún xuống 4mm, khối
gel có hàm lượng gelatin là 6,67%, tạo gel ở 10oC trong 16-18h.
Gel gelatin có khả năng tan chảy ở nhiệt độ cơ thể có cảm giác tan trong miệng.
Tính chất này giúp gelatin ứng dụng nhiều trong chế biến thực phẩm.


13

-

Độ nhớt: Là một trong những tính chất quan trọng đánh giá chất lượng

gelatin. Độ nhớt thương mại thường 2-7 cP, tối đa 3cP.
Độ nhớt dịch gelatin phụ thuộc nhiều vào nguồn nguyên liệu, nồng độ dung
dịch, dung môi, pH dung dịch và nhiệt độ.
Ở nhiệt độ dưới 20oC, nồng độ vừa phải gelatin sẽ tồn tại ở dạng gel, trong
khoảng 20-35oC vừa tồn tại ở dạng gel vừa tồn tại ở dạng dung dịch nhớt, trên
35oC dù ở nồng độ cao các phân tử gelatin vẫn không liên kết với nhau, chúng trở
nên rời rạc.
-

Tính lưỡng tính: Gelatin tồn tại trong dung dịch dưới dạng lưỡng cực +NH3-

CH2-COO-, được gọi là ion “Zwitter”. Do đó gelatin thể hiện tính lưỡng tính, có thể
phản ứng được với cả acid và bazo.
-

Điểm đẳng điện
Tại giá trị pH các phân tử gelatin không có sự duy chuyển dung dịch gelain sẽ

kém bền nhất, dể tủa và có hàm lượng tối đa các phân tử protein không tích điện.
Điểm đẳng điện ảnh hưởng đến độ nhớt, độ bền của gel làm ảnh hưởng đến khả năng
ứng dụng của gelatin.
Điểm đẳng điện của gelatin có thể thay đổi từ 9,4 đến 4,8 (90-95% các nhóm
acid carboxylic tự do). Điểm đẳng điện phụ thuộc vào nồng độ muối trong dung dịch,
nguồn nguyên liệu và phương pháp sản xuất.
 Khả năng tạo màng của gelatin
Khả năng tạo màng của gelatin giúp nó được ứng dụng rộng rãi trong công
nghiệp thực phẩm và dược phẩm. Kết hợp gelatin với các chất tạo màng khác hỗ trợ
các đặc tính của nhau và giúp hạ giá trị sản phẩm. Một số màng thường được kết hợp
với gelatin:
Màng tinh bột - gelatin: trong hỗn hợp gelatin có tác dụng cải thiện tính chất
của màng. Nồng độ gelatin trong hỗn hợp càng cao sẽ làm tăng khả năng kéo giãn
của màng. Tuy nhiên, tại pH của hỗn hợp bằng pI của gelatin thì khả năng kéo giãn
của màng kém do không có sự tương tác giữa gelatin và tinh bột. Khi pH hỗn hợp


14

càng xa pI của gelatin thì liên kết giữa tinh bột và gelatin được hình thành làm cho
khả năng kéo giãn của màng tăng lên.
Màng gellan- gelatin: gel gelatin mềm, đàn hồi và phụ thuộc chủ yếu vào nồng
độ; gel gellan cứng và giòn phụ thuộc chủ yếu vào pH và nồng độ. Đặc tính cơ học
của màng gellan/gelatin phụ thuộc vào tỷ lệ phối trộn gellan và gelatin. Hàm lượng
gelatin trong hỗn hợp tăng sẽ làm giảm khả năng tan trong nước, giảm tỉ lệ căng
phồng và ứng suất kéo của màng nhứng sẽ giúp màng tăng độ giãn của màng.
Màng chitosan – gelatin: Gelatin có tác dụng làm tăng hiệu quả tạo màng của

chitosan trong điều kiện pH thấp và nhiệt độ cao. Màng kết hợp chitosan/gelatin có
khả năng tan trong nước ở nhiệt độ thường.
1.2.2.3. Ứng dụng tạo màng của gelatin
Được đánh giá là một chất keo sinh học, khả năng tạo gel, tạo nhũ, ổn định nhũ,
tan chảy ở nhiệt độ cao, đông đặc ở nhiệt độ thấp,...gelatin được ứng dụng rộng rãi
trong nhiều lĩnh vực. Đặc biệt gelatin có khả năng tạo màng mỏng. Vì vậy nhiều
nghiên cứu dùng gelatin chế tạo màng bao thực phẩm nhờ nguồn nguyên liệu gelatin
dồi dào, giá thành thấp.
Gelatin sử dụng làm màng thực phẩm làm tăng giá trị cảm quan, hạn chế quá
trình giảm trọng lượng do bốc hơi nước [35], có khả năng ngăn cản khí và các chất
hòa tan tốt; có khả năng chống lại sự oxi hóa, sự biến màu, sự xâm nhập của vi sinh
vật và giảm sự hấp thụ dầu trong quá trình chiên. Tuy nhiên màng được làm từ gelatin
có tính chất cơ học yếu, không bền khi gặp môi trường nước, dể bị vi khuẩn, nấm tấn
công nên khả năng bảo quản đối với thực phẩm thấp [22, 6]. Vì vậy để tạo màng bao
thực phẩm gelatin thường là vật liệu được bổ sung vào các vật liệu tạo màng khác để
giảm giá thành của sản phẩm.


15

Trên thực tế khả năng tạo màng của gelatin được ứng nhiều trong lĩnh vực y
dược: Sản xuất bao con nhộng cứng hay mềm, có tác dụng bảo vệ thuốc chống những
tác nhân có hại như ánh sáng và oxi. Với viên bao cứng, sử dụng gelatin có độ Bloom
cao và độ nhớt của dung dịch giúp điều chỉnh độ dày của thành viên bao. Viên bao
mềm sử dụng gelatin có độ Bloom thấp hơn thông thường từ 150-200 và có bổ sung
chất hóa dẻo (sorbitol, propylenglycol, và thường gặp nhất là glycerine).

a)

b)

Hình 1.7. (a) Viên nhộng mềm, (b) Viên bao cứng
Sản xuất màng gelatin-alginat có cố định thuốc nam ứng dụng trong điều trị tổn
thương bỏng [12].
Màng gelatin còn ứng dụng trong kỹ thuật phim ảnh làm lớp gelatin bao phủ lên
phim hoặc giấy. Gelatin mảnh có độ trương phồng cao và nhất là khi kết dính nhạy
sáng giống như tinh thể bạc với hỗn hợp halogen. Nó là cơ sở của phim và giấy được
sử dụng cho kỹ thuật nhiếp ảnh chuyên và không chuyên. Gelatin sử dụng phải có độ
bloom cao (250-310g) vì thế gelatin da cá ít sử dụng trong lĩnh vực này.
Ngoài những ứng dụng tạo màng gelatin đến các lĩnh vực thực phẩm, y dược,
kỹ thuật hay một số lĩnh vực khác. Gelatin còn nhiều ứng dụng khác:
- Là chất tạo bọt, chất ổn định trong sản xuất kẹo dẻo, kẹo mềm gelatin; giữ hương
vị tự nhiên cho các sản phẩm thịt hộp, thịt nguội. Trong sản xuất kem gelatin giúp
duy trì nhũ tương, tạo hình cho cây kem nhờ khả năng ngăn cản quá trình tách lỏng
khi làm đông lạnh kem, tránh tạo tin thể đá khi bảo quản
- Là thành phần tá dược bổ sung vào thuốc mỡ, kem đánh răng và là thành phần
cầm máu, hàn gắn vết thương, tác nhân thay thế máu...