SVTH: BÙI THANH TRUNG TRANG 1

CHƢƠNG I: MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề:
Sản phẩm trái cây của nước ta, đặc biệt trái cây của các tỉnh Đồng Bằng
Sông Cửu Long có nhiều lợi thế về chủng loại, sản lượng và chất lượng của trái cây
miền nhiệt đới nhưng việc bảo quản để xuất khẩu vào các thị trường lớn như Nhật,
Mỹ, EU… chưa ngang tầm với sản lượng thu hoạch hàng năm.
Hiện nay, Nước ta chỉ có một số doanh nghiệp lớn và các siêu thị có phương
thức tồn trữ trái cây ở nhiệt độ lạnh. Còn lại đa số các vựa thu mua trái cây cũng
như 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 hưởng không nhỏ đến chất lượng sản phẩm
và hiệu quả kinh tế. Có nhiều nguyên nhân trong vấn đề này, trong đó việc bảo quản
chưa được đầu tư về công nghệ và hệ thống thiết bị bảo quản một cách tương xứng
với doanh nghiệp có thương hiệu trái cây xuất khẩu. Thời gian gần đây vấn đề này
được các nhà vườn rất quan tâm và các công trình nghiên cứu bảo quản trái cây sau
thu hoạch cũng đang cho những kết quả khả quan.
Rau quả chúng ta có sản lượng rất cao nhưng về mặt chất lượng thì rất kém
như thường được thu hoạch khi chưa đến thời điểm thu hoạch, đa số trái cây thường
không qua khâu kiểm tra chất lượng và vệ sinh an toàn thực phẩm…Trong đó chỉ
một số lượng trái tươi đủ tiêu chuẩn phẩm cấp được phân loại bảo quả ở kho lạnh có
nhiệt độ và độ ẩm thích hợp cho từng loại trái. Đáng chú ý, hiện do nước ta có rất ít
các kho bảo quản nên chí phí bảo quản trong các khâu thu hái, bao gói và vận
chuyển lạnh để xuất khẩu rất cao.
Sự hư hỏng trong quá trình bảo quản rau quả do các nguyên nhân sau đây: do
hiện tượng chín sinh lý tự nhiên và hiện tượng nhiễm bệnh. Đồng thời các yếu tố
như vi sinh vật thâm nhập từ môi trường bên ngoài và cường độ hô hấp của quả nếu
hô hấp càng mạnh mẽ thì quá trình chín càng chóng xảy ra và thời hạn bảo quả càng

bao trong bảo quản rau quả vì nó vừa thân thiện với môi trường vừa an toàn thực
phẩm.
1.2. Mục đích khóa luận:
Tìm hiểu phương pháp bảo quản cà chua bằng màng bao chitosan.
1.3. Mục tiêu:
SVTH: BÙI THANH TRUNG TRANG 3

 Quy trình sản xuất chitin – chitosan từ vỏ tôm. Trong đó qúa trình thủy phân
vỏ tôm được thực hiện bằng enzyme protease.
 Tổng quan về ứng dụng của chitosan trong bảo quản cà chua.
 Xây dựng quy trình để bảo quản cà chua bằng chitosan đơn giản và tiết kiệm.


Độ, Pháp. Nhật Bản là nước đầu tiên trên thế giới năm 1973 sản xuất 20 tấn/năm, và
đến nay đã lên tới 700 tấn/năm, Mỹ sản xuất trên 300 tấn/năm. Theo Know năm
1991 thì thị trường có nhiều triển vọng của chitin, chitosan là Nhật Bản, Mỹ, Anh,
Đức. Nhật được coi là nước dẫn đầu về công nghệ sản xuất và buôn bán chitin,
chitosan. Người ta ước tính sản lượng chitosan sẽ đạt tới 118000 tấn/năm: trong đó
Nhật, Mỹ là nước sản xuất chính[14].
Ở Việt Nam, việc nghiên cứu và sản xuất chitin, chitosan và ứng dụng của
chúng trong sản xuất phục vụ đời sống là một vấn đề tương đối mới mẻ ở nước ta.
Vào những năm 1978-1980, trường Đại học Thủy sản Nha Trang đã công bố quy
trình sản xuất chitosan của tác giả Đỗ Minh Phụng đã mở đầu bước ngoặc quan
trọng trong việc nghiên cứu, tuy nhiên chưa có ứng dụng nào thực tế trong sản
xuất[7].
SVTH: BÙI THANH TRUNG TRANG 5

2.1.2. Nguồn chitosan
Chitosan là sản phẩm từ vỏ tôm cua, mai mực …phụ phế phẩm chế biến thủy
sản trước kia nó là chất thải rắn gây ô nhiễm môi trường. Phát hiện từ phụ phế phẩm
này có thể sản xuất chitin và chitosan là những polysaccharide tự nhiên có nhiều
đặc tính quý gồm kháng khuẩn, tạo màng bao để bảo quản trái cây rau quả…Từ các
công trình nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trên toàn thế giới đã chứng minh
trong vỏ tôm có chứa 27% chất chitin, từ chitin này họ có thể chiết tách thành chất
chitosan.
Nước ta có bờ biển dài sản lượng khai thác thủy sản là 2.45 triệu tấn, sản
lượng nuôi trồng thủy hải sản là 2.57 triệu tấn ước tính hàng năm Việt Nam. Tôm
là mặt hàng chế biến chủ lực của nghành thủy sản Việt Nam chủ yếu là tôm đông
lạnh. Theo báo cáo của bộ thủy sản dự báo sản lượng tôm năm 2011 là 403600 tấn
tùy thuộc vào sản phẩm chế biến và sản phẩm cuối cùng, phế liệu tôm có thể lên tới

2.1.3. Công thức cấu tạo
2.1.3.1. Cấu trúc hóa học của chitin
Chitin là polysaccarit mạch thẳng, có thể xem như là dẫn xuất của xenlulozơ,
trong đó nhóm (-OH) ở nguyên tử C(2) được thay thế bằng nhóm axetyl amino (-
NHCOCH3) (cấu trúc I). Như vậy chitin là poly (N-axetyl-2-amino-2-deoxi-β-D-
glucopyranozơ) liên kết với nhau bởi các liên kết b-(C-1-4) glicozit. Trong đó các
mắt xích của chitin cũng được đánh số như của glucozơ:

Hình 2.1: Cấu trúc hoá học của chitin
Phụ thuộc vào nguồn gốc đặc điểm từng vùng, chitin xuất hiện với hai loại
cấu trúc đặc trưng, gọi là dạng α và dạng β. Sự khác nhau giữa hai dạng này được
nhận biết bằng các phương pháp phổ nghiệm như phổ hồng ngoại, phổ NMR chụp
trạng thái rắn kết hợp với XRD. Một dạng thứ ba kém phổ biến hơn là γ-chitin,
nhưng xuất phát từ các số liệu phân tích, người ta vẫn cho rằng dạng thứ ba chỉ là
một loại khác trong cấu trúc của α-chitin.
SVTH: BÙI THANH TRUNG TRANG 7

α-chitin phổ biến nhất trong tự nhiên, nó có mặt trong vỏ tôm, trong các loài
nhuyễn thể thức ăn của cá voi, trong dây chằng (tendon) và vỏ của tôm hùm và cua
cũng như trong biểu bì của các loại côn trùng … Hiếm hơn là dạng β-chitin, được
tìm ra trong protein của mực ống[5].

Hình 2.2: Sắp xếp các mạch trong phân tử chitin
2.1.3.2. Cấu trúc hoá học của chitosan và một vài dẫn xuất
Chitosan là dẫn xuất đề axetyl hoá của chitin, trong đó nhóm (–NH2) thay
thế nhóm (-COCH3) ở vị trí C(2). Chitosan được cấu tạo từ các mắt xích D-
glucozamin liên kết với nhau bởi các liên kết b-(1-4)-glicozit, do vậy chitosan có

Trong đó tỷ lệ m/n phụ thuộc vào mức độ deacetyl hóa
chế phẩm này còn có tên là PDP: Poly-  - (1  4) – D- glucosamin
Hay còn gọi là Poly- - (1- 4) – 2 – amino – 2- desoxy – D- glucosa
Dưới đây là công thức cấu tạo của các dẫn xuất:
 Dẫn xuất N,O- Cacboxymetylchitin: Hình 2.4: Dẫn xuất N,O- Cacboxymetylchitin
 Dẫn xuất N,O-cacbonxymetylchitosan:

Hình 2.5: Dẫn xuất N, O-cacbonxymetylchitosan
 Dẫn xuất: N,O-axylchitosan:

SVTH: BÙI THANH TRUNG TRANG 9

Hình 2.6: Dẫn xuất: N, O-axylchitosan
 Dẫn xuất N-metylchitosan:

Hình 2.7: Dẫn xuất N-metylchitosan
 So sánh cấu trúc chitin, chitosan, xenluloza: Hình 2.8: Cấu trúc chitin, chitosan, xenluloza
1: Chitin, 2: Chitosan, 3: Xenluloza.
2.1.4. Độ deaxetyl hóa- DD (Degree of deaxetylation)
Là tỷ lệ thay thế nhóm (-NHCOCH3) bằng nhóm (-NH2) trong phân tử Chitin
SVTH: BÙI THANH TRUNG


TRANG 11

- Trọng lượng phân tử trung bình: 10.000- 500.000 Dalton (Li, 1997- Onsoyen và
Skaugrud, 1990) tùy loại. Loại PDP có trọng lượng phân tử trung bình (M) từ
200.000 đến 400.000 hay được dùng nhiều nhất trong y tế và thực phẩm [3].
- Chitosan là một polymer mang điện tích dương nên được xem là một polycationic
(pH< 6.5), có khả năng bám dính trên bề mặt có điện tích âm như protein,
aminopolysaccharide (alginate), acid béo và phospholipid nhờ sự có mặt của nhóm
amino (NH
2
)
- Chitosan thương mại ít nhất phải có mức DD (degree of deacetylation) hơn 70%
- Chitosan có tính chất cơ học tốt, không độc, dễ tạo màng, có thể tự phân huỷ sinh
học, có tính hoà hợp sinh học cao với cơ thể.
2.1.6. Tính chất vật lý của chitosan
Là một chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy, có thể xay nhỏ theo các kích cỡ khác
nhau.
Chitosan có tính kiềm nhẹ, Có màu trắng hay vàng nhạt, không mùi vị,
không tan trong nước, dung dịch kiềm và acid đậm đặc nhưng tan trong acid loãng
(pH6), tạo dung dịch keo trong, có khả năng tạo màng tốt.
Chitosan có màu trắng hay vàng nhạt, không mùi vị. Không tan trong nước,
dung dịch kiềm và axit đậm đặc nhưng tan trong acid loãng (pH6), tạo dung dịch
keo trong, có khả năng tạo màng tốt, nhiệt độ nóng chảy 309 – 311
0
C.
Chitosan và các dẫn xuất của chúng đều có tính kháng khuẩn, như ức chế
hoạt động của một số loại vi khuẩn như E.Coli, diệt được một số loại nấm hại dâu
tây, cà rốt, đậu và có tác dụng tốt trong bảo quản các loại rau quả có vỏ cứng bên
ngoài.

- Dẫn xuất sunfat.
- Dẫn xuất O-axyl cuả chitin/chitosan.
- Dẫn xuất O–tosyl hoá chitin/chitosan.
2.1.7.2. Phản ứng ở vị trí N
- Phản ứng N-axetyl hoá chitosan.
- Dẫn xuất N-sunfat chitosan.
- Dẫn xuất N-glycochitosan (N-hidrroxy-etylchitosan)
- Dẫn xuất acroleylen chitossan.
- Dẫn xuất acroleylchitosa
2.1.7.3. Phản ứng xảy ra tại vị trí O, N
- Dẫn xuất O, N–cacboxymetylchitosan.
SVTH: BÙI THANH TRUNG TRANG 13

- Dẫn xuất N, O-cacboxychitosan.
- Phản ứng cắt đứt liên kết β-(1-4) glicozit
- Chitosan phản ứng với acid đậm đặc tạo muối khó tan.
- Chitosan tác dụng với Iốt trong môi trường H
2
SO
4
cho phản ứng lên màu
tím. Đây là phản ứng dùng trong phân tích định tính chitosan.
2.1.7.4. Khả năng hấp phụ tạo phức với các ion kim loại chuyển tiếp của chitin/
chitosan
- 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

 Khử amin nhờ: Ba(BrO)
2
, AgNO
3
, N
2
O
2
….
 Cắt mạch bởi acid, enzyme, bức xạ.
 Chitosan phản ứng với acid đậm đặc tạo muối khó tan.
 Chitosan tác dụng với Iốt trong môi trường H
2
SO
4
cho phản ứng lên màu tím.
Đây là phản ứng dùng trong phân tích định tính chitosan.
2.1.8. Tính chất sinh học của chitosan
- Vật liệu Chitosan có nguồn gốc tự nhiên, không độc, dùng an toàn cho người.
- Chúng có tính hòa hợp sinh học cao với cơ thể, có khả năng tự phân huỷ sinh học.
- Chitosan có nhiều tác dụng sinh học đa dạng như: có khả năng hút nước, giữ ẩm,
tính kháng nấm, tính kháng khuẩn với nhiều chủng loại khác nhau, kích thích sự
phát triển tăng sinh của tế bào, có khả năng nuôi dưỡng tế bào trong điều kiện
nghèo dinh dưỡng, tác dụng cầm máu, chống sưng u.
- Chitosan không những ức chế các vi khuẩn gram dương, gram âm mà cả nấm
men và nấm mốc. Khả năng kháng khuẩn của chitosan phụ thuộc một vài yếu tố
như loại chitosan sử dụng (độ deacetyl, khối lượng phân tử), pH môi trường, nhiệt
độ, sự có mặt của một số thành phần thực phẩm. Khả năng kháng khuẩn của
chitosan và dẫn xuất của nó đã được nghiên cứu bởi một số tác giả, trong đó cơ chế
kháng khuẩn cũng đã được giải thích trong một số trường hợp. Mặc dù chưa có một

của glucosamine monomer ở pH<
6.3 tác động lên các điện tích âm ở thành tế bào của vi khuẩn, dẫn đến sự rò rỉ các
phần tử ở bên trong màng tế bào. Đồng thời gây ra sự tương tác giữa sản phẩm của
quá trình thuỷ phân có khả năng khuếch tán bên trong tế bào vi sinh vật với AND
dẫn đến sự ức chế mARN và sự tổng hợp protein tế bào.
+ Chitosan có khả năng phá huỷ màng tế bào thông qua tương tác của những
nhóm NH
3+
với những nhóm phosphoryl của thành phần phospholipid của màng tế
bào vi khuẩn.
- Có tác dụng làm giảm đáng kể số lượng vi sinh vật tổng số trên bề mặt thực phẩm.
Với hàm lượng 1,5% đã giảm số lượng vi sinh vật trên bề mặt cam là 93%, trên bề
mặt quýt là 96%, trên bề mặt cà chua là 98% …
- Ngoài ra, Chitosan còn có tác dụng làm giảm cholesterol và lipid máu, làm to vi
động mạch và hạ huyết áp, điều trị thận mãn tính, chống rối loạn nội tiết.
- Chitosan là chất thân mỡ có khả năng hấp thụ dầu mỡ rất cao có thể hấp thu đến
gấp 6-8 lần trọng lượng của nó. Chitosan nhỏ phân tử có điện tích dương nên có khả
năng gắn kết với điện tích âm của lipid và acid mật tạo thành những chất có phân tử
lớn không bị tác dụng bởi các men tiêu hóa và do đó không bị hấp thụ vào cơ thể
mà được thải ra ngoài theo phân qua đó làm giảm mức cholesterol nhất là LDL-
cholesterol, acid uric trong máu nên có thể giúp ta tránh các nguy cơ bệnh tim
mạch, bệnh gút, kiểm soát được tăng huyết áp và giảm cân.
SVTH: BÙI THANH TRUNG TRANG 16

- Với khả năng thúc đẩy hoạt động của các peptide- insulin, kích thích việc tiết ra
insulin ở tuyến tụy nên Chitosan đã dùng để điều trị bệnh tiểu đường. Nhiều công
trình đã công bố khả năng kháng đột biến, kích thích làm tăng cường hệ thống miễn

Bảng 2.1: Hàm lượng chitin trong vỏ một số động vật giáp xác
(Theo: Chitosan-Its productinal and potential zakaria M.B)
2.1.10.2. Quy trình công nghệ sản xuất chitosan bằng phương pháp hóa học

STT
Phân loại
Hàm lượng chitin theo trọng lượng (%)
1
Đầu tôm
11
2
Vỏ tôm
27
3
Vỏ tôm phế thải hỗn hợp
12-18
4
Vỏ tôm hùm

3-4h
Rửa
Khử khoáng
HCL 1N trong 30 phút ở
nhiệt độ phòng
Rửa xong rồi khử
màu
Rửa và sấy
Deacetyl hóa
NaOH 50% trong
4 giờ, 110-120
0
C
Rửa sấy
Nguyên liệu
Chitin

Chitosan

SVTH: BÙI THANH TRUNG TRANG 19
Hiện nay sản xuất chitin – chitosan chủ yếu bằng phương pháp hóa học
bao gồm các quá trình chính sau:
 Qúa trình loại protein
Ta tiến hành loại bỏ hoàn toàn protein bằng dung dịch NaOH 3%, protein bị

2
SO
4
sẽ tạo muối khó tan nên ít sử dụng, người
ta dùng HCL để khử khoáng theo các phả ứng sau:
MgCO
3
+ 2HCl = MgCl
2
+ CO
2
+ H
2
O.
CaCO
3
+ 2HCl = CaCl
2
+ CO
2
+ H
2
O
Ca
3
(PO
4
)
2
+ 6HCl = 3CaCl

Chitin thô có màu hồng nhạt do có sắc tố astaxanthin. Do chitin ổn định với
các chất oxy hóa như thuốc tím (KMnO
4
) oxy già (H
2
O
2
) nước javen (NaOCl +
NaCl), Na
2
S
2
O
3
, CH
3
COCH
3
…lợi dụng tính chất này ta sử dụng để khử màu chitin.
 Điều chế chitosan
Qúa trình điều chế chitin thành chitosan thực chất là quá trình deaety hóa
chitin, chuyển hóa nhóm –NHCOCH
3
thành nhóm NH
2
và loại bỏ nhóm –CH
3
CO,
chuyển hóa thành muối natri CH
3

Rửa xong rồi khử
màu
Rửa và sấy
Deacetyl hóa
NaOH 50% trong
4 giờ, 110-120
0
C
Rửa sấy
Nguyên liệu
Chitin

Thủy phân protein (dùng enzyme protease 13% tỷ lệ w/v
= 1/5, pH =5- 5.5 nhiệt độ 70 -80
0
C trong thời gian 4 giờ
Chitosan
SVTH: BÙI THANH TRUNG TRANG 22
 Giải thích quy trình
Việc sản xuất chitosan theo phương pháp sinh học kết hợp hóa học cũng thực
hiện theo các bước: khử protein, khử khoáng và deacetyl. Chúng ta thấy công đoạn
khử khoáng hiệu quả nhất và duy nhất chỉ thực hiện bằng phương pháp hóa học.
Công đoạn khử Protein ở đây chúng ta dùng phương pháp sinh học, đó là
khử protein bằng enzyme protease với nồng độ 13% tỷ lệ w/v = 1/5 với nồng độ pH

Nam
 Trung tâm chế biến trường đại học thủy sản Nha Trang: sản xuất chitin chất
lượng cao.
 Viện khoa học Việt Nam kết hợp với xí nghiệp thủy sản Hà Nội: sản xuất chitin
ứng dụng trong nông nghiệp.
 Trung tâm công nghệ sinh học và sinh học thủy sản phối hợp với đại học y dược
thành phố Hồ Chí Minh, phân viện khoa học Việt Nam, viện khoa học nông nghiệp
Việt Nam.
2.1.11. Ứng dụng của chitosan
2.1.11.1. Các ứng dụng của Chitosan trong công nghệ thực phẩm
Trong công nghệ thực phẩm, vật liệu Chitosan được dùng để bảo quản đóng
gói thức ăn, để bảo quản hoa quả tươi vì nó tạo màng sinh học không độc. Người ta
đã tạo màng Chitosan trên quả tươi để bảo quản quả đào, quả lê, quả kiwi, dưa
chuột, ớt chuông, dâu tây, cà chua, quả vải, xoài, nho
Là một polyme dùng an toàn cho người, lại có hoạt tính sinh học đa dạng,
Chitosan đã được đưa vào thành phần trong thức ăn: sữa chua, bánh kẹo, nước
ngọt
Nhật bản đã có những sản phẩm ăn kiêng có chứa Chitosan để làm giảm
cholesterol và lipid máu, giảm cân nặng, chống béo phì, dùng để tránh nguy cơ mắc
bệnh tim mạch, tiểu đường (bánh mỳ, khoai tây chiên, dấm, nước chấm ) đã có bán
rộng rãi trên thị trường .
Cơ quan bảo vệ môi trường của Mỹ (USEPA) đã cho phép Chitosan không
những được dùng làm thành phần thức ăn, mà còn dùng cả trong việc tinh chế nước
uống. Năm 1983, Bộ thuốc và thực phẩm Mỹ (USFDA) đã chấp nhận Chitosan
được dùng làm chất phụ gia trong thực phẩm và dược phẩm [14].
SVTH: BÙI THANH TRUNG TRANG 24


TRANG 25

xuất của chúng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: Trong lĩnh vực xử lí
nước thải và bảo vê môi trường, dược học và y học, nông nghiệp, công nghiệp, công
nghệ sinh học, mỹ phẩm, công nghệ giấy, dệt…
2.2. ỨNG DỤNG CHITOSAN BẢO QUẢN RAU QUẢ
2.2.1. Thực trạng vấn đề bảo quản trái cây ở Việt Nam
 Vấn đề trong nƣớc:
Nước ta hiện nay chỉ có một số doanh nghiệp lớn và các siêu thị có phương
thức tồn trữ trái cây ở nhiệt độ lạnh. Còn lại, đa số các vựa thu mua trái cây cũng
như 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 hưởng không nhỏ đến chất lượng sản phẩm
và hiệu quả kinh tế. Thời gian gần đây vấn đề này được các nhà vườn rất quan tâm
và đặc biệt các công trình nghiên cứu bảo quản trái cây sau thu hoạch cũng đang
cho những kết quả khả quan…
 Vấn đề bảo quản trái cây xuất khẩu:
Sản phẩm trái cây của nước ta, đặc biệt trái cây của các tỉnh Đồng Bằng Sông
Cửu Long có nhiều lợi thế về chủng loại, sản lượng và chất lượng của trái cây miền
nhiệt đới nhưng việc bảo quản để xuất khẩu vào các thị trường lớn như Nhật, Mỹ,
EU… chưa ngang tầm với sản lượng thu hoạch hàng năm.
Có nhiều nguyên nhân dẫn đến vấn đề này, trong đó việc bảo quản chưa được
đầu tư về công nghệ và hệ thống thiết bị bảo quản một cách tương xứng với doanh
nghiệp có thương hiệu trái cây xuất khẩu.
Tại thị trường trong nước từ nhiều năm nay giá bán trái cây vào thời điểm
thu hoạch rộ thường bấp bênh, do sản phẩm cùng chủng loại nhiều vào thời điểm
thu hoạch, bình quân khoảng 2 tháng/vụ, làm cho việc điều tiết tiêu thụ sản phẩm
gặp nhiều khó khăn, sản phẩm trái cây được tiêu thụ ở dạng tươi là chủ yếu ở tại địa
phương và trong nước, nên thường gây ứ đọng, sản phẩm thường bị hư hỏng.
Trong thực tế sản phẩm trái cây thường được thu hoạch thậm chí khi chưa
đến thời điểm thu hoạch, đa số trái cây thường không qua khâu kiểm tra chất lượng