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

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

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

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


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

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

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

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

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

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

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

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.

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

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

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).