BỘ GIÁO DỤC

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ ĐÀO TẠO

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT

PHẠM THỊ THU PHƢƠNG

ĐÁNH GIÁ TÁC DỤNG KHÁNG KHUẨN CỦA MÀNG AXIT POLYLACTIC
– NISIN VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG BẢO QUẢN THỰC PHẨM

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

1

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN




Hà Nội – 2014
BỘ GIÁO DỤC

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ ĐÀO TẠO


3

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN




MỞ ĐẦU
Những vấn đề nan giải đối với thực phẩm hiện nay không những phải đối mặt
với thực trạng mất an toàn vệ sinh nghiêm trọng mà còn phải đáp ứng các nhu cầu tiêu
dùng ngày càng cao về đảm bảo chất lượng, tươi, ngon và cung cấp toàn cầu. Trước
thực trạng đó, nghiên cứu nhằm tạo ra các loại bao bì có khả năng kháng khuẩn là một
ưu tiên trong xu hướng “đóng gói tích cực, active packaging”. Đóng gói tích cực là
giải pháp trong đó có sự tương tác giữa vật liệu bao gói, thực phẩm và môi trường để
gia tăng thời gian bảo quản, độ an toàn, trong khi vẫn bảo đảm chất lượng, các tính
chất cảm quan, độ tươi ngon của thực phẩm.
Trong hơn thập kỷ vừa qua, đã có nhiều công trình nghiên cứu, tìm kiếm, các
loại chất bảo quản có nguồn gốc sinh học và vật liệu thay thế các polymer dầu mỏ,
giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Sử dụng các chất kháng khuẩn có nguồn gốc sinh học
như bacteriocin, trong đó, đặc biệt là nisin trong bảo quản, chế biến thực phẩm đang
được quan tâm nhiều. Nisin có khả năng kìm hãm sự sinh trưởng của một số nhóm vi
sinh vật gây bệnh, gây hỏng thối hỏng thực phẩm được xem là an toàn (GRAS). Hiện
nay, nisin nằm trong danh mục các chất phụ gia an toàn có ký hiệu quốc tế E234, đã và
đang được dùng để bảo quản thực phẩm ở hơn 50 quốc gia. Sử dụng nisin để bảo quản
thực phẩm đã khắc phục các nhược điểm của các phương pháp bảo quản bằng hoá
chất, chất kháng sinh, chiếu xạ. Ngoài ra, nisin có nhiều tính chất ưu việt như có bản
chất protein, không độc, hoạt tính cao, phổ kháng khuẩn tương đối rộng, khả năng chịu
được nhiệt độ và chịu áp suất cao. Vì vậy, nisin là ứng cử viên hàng đầu cho hướng
nghiên cứu này.
Trong số các polymer phân hủy sinh học, axit polylactic (PLA) được tổng hợp



PHẦN I. TỔNG QUAN
1.1.

HIỆN TRẠNG VÀ XU HƢỚNG NGHIÊN CỨU BAO BÌ THỰC PHẨM

KHÁNG KHUẨN VÀ PHÂN HỦY SINH HỌC
Tình trạng thực phẩm hiện nay đang đứng trước các nguy cơ mất an toàn vệ
sinh cao trong khi lại phải đáp ứng các nhu cầu tiêu dùng các loại thực phẩm đảm bảo
chất lượng, tươi, ngon và cung cấp toàn cầu. Xu hướng đó đã dẫn tới những thay đổi
mạnh mẽ của ngành công nghiệp bao bì và đóng gói thực phẩm [18; 71]. Các loại bao
bì an toàn và thân thiện môi trường được phát triển. Các loại chất bảo quản có nguồn
gốc sinh học đang dần thay thế các chất bảo quản hóa học và chất kháng sinh. Hướng
nghiên cứu tạo ra các loại bao bì có khả năng kháng khuẩn, có khả năng ức chế, tiêu
diệt vi khuẩn gây bệnh, gây ngộ độc thực phẩm, bảo đảm chất lương, độ tươi ngon của
thực phẩm, an toàn cho người sử dụng và thân thiện với môi trường đang thu hút nhiều
nghiên cứu [12; 46; 47; 48; 51; 56; 58; 82]. Trong thập kỷ vừa qua, đã có nhiều công
trình nghiên cứu, tìm kiếm, sử dụng các vật liệu có nguồn gốc sinh học để dần thay thế
các polyme dầu mỏ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Hiện nay, các loại vật liệu phân
hủy sinh học như axit polylactic (PLA), polyhydroxybutyrate (PHB) được xem là các
ứng cử viên cho hướng phát triển này. Bởi vì, PLA, PHB có khả năng phân hủy trong
tự nhiên, không gây ô nhiễm môi trường, không phụ thuộc vào tăng giá do quá trình
khan hiếm của dầu mỏ... Trong số các polymer phân hủy sinh học, PLA là loại được
tổng hợp từ axit L-lactic, loại axit được sản xuất từ quá trình lên men vi sinh vật từ các
nguồn nguyên liệu rẻ, có sẵn như ngô, khoai, sắn hoặc từ sinh khối thực vật. Vì thế,
PLA được xem là lựa chọn hàng đầu trong số các polyme sinh học có khả năng thay
thế các polyme từ dầu mỏ.
Sử dụng các chất kháng khuẩn có nguồn gốc sinh học như bacterocin, trong đó,
đặc biệt là nisin trong quá trình bảo quản, chế biến thực phẩm đang được quan tâm

và kết hợp với 200 IU nisin/g để tạo ra loại polyme sinh học có tính kháng khuẩn.
An toàn vệ sinh thực phẩm ở Việt nam là một vấn đề vô cùng cấp bách, đang
gây nhiều bức xúc, vấn nạn cho xã hội. Các loại thực phẩm được chế biến, bảo quản
và vận chuyển hầu hết trong điều kiện không an toàn. Thực phẩm chủ yếu chỉ được
đựng và bao gói bằng bao giấy và các màng polyme có nguồn gốc dầu mỏ. Những loại
màng này được tạo ra từ các loại polyme như polyethylene (PE), polypropylene (PP),
polyvinylclorua (PVC). Nhược điểm của các loại màng này và bao giấy là, ngoài việc
gây tổn thất chất dinh dưỡng trong quá trình bảo quản, lại không có tác dụng đối với vi
sinh vật gây bệnh thực phẩm nội tại hay xâm nhập từ bên ngoài. Mặt khác, các màng
này không có khả năng tự phân hủy, nên lại là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường.
Ngoài ra, việc bảo quản thực phẩm thường lạm dụng quá mức các chất hóa học và đặc
biệt là việc sử dụng các chất kháng sinh trong y học vào bảo quản, chế biến thực
7

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN




phẩm, đây là một nguyên nhân dẫn đến tình trạng phát tán nhanh tính kháng thuốc, là
nguy cơ lớn đối với sức khỏe con người.
Việt Nam chưa có nghiên cứu về bao bì có tính kháng khuẩn và tự phân huỷ.
Tuy đã có một số nghiên cứu về polyme sinh học như là chitosan, tinh bột biến tính và
một số polymer được tách từ tự nhiên nhưng những nghiên cứu về chất kháng khuẩn
có nguồn gốc sinh học đầu tiên phải kể đến nhóm nghiên cứu của Lê Thanh Bình và
cộng sự [3; 9]. Tuy nhiên, hầu hết các công trình trên chủ yếu tập trung vào vấn đề tạo
chủng giống, năng suất, công nghệ sản xuất, sản phẩm, hướng nghiên cứu tạo vật liệu
bao bì thực phẩm chưa được đề cập.
1.2.


nhau về cách vận chuyển và giải phóng trong tế bào và nó có thể có trình tự đầu được
phân chia trong giai đoạn thành thục [18; 45].
Trong suốt 2 thập kỷ gần đây, bacteriocin – một sản phẩm do vi sinh vật sinh ra
có khả năng giết hoặc ức chế sự phát triển của các vi sinh vật khác đã được nghiên cứu
rất nhiều về các đặc tính sinh hóa cũng như các đặc điểm về di truyền ở cấp độ phân tử
bởi vai trò của nó trong vấn đề bảo quản. Bacteriocin có đặc tính giống như một kháng
sinh vì nó có khả năng kháng khuẩn nhưng bacteriocin không phải là kháng sinh.
Bacteriocin khác với các kháng sinh bởi quá trình tổng hợp, cơ chế tác dụng, phổ tác
dụng, tính miễn dịch của chủng sản, đích tấn công… [19]. Bacteriocin có bản chất
protein, được tổng hợp ở ribosome và có phổ kháng khuẩn hẹp, có khả năng ức chế
các vi khuẩn có quan hệ họ hàng với nó [21; 25; 73]. Theo Joger và cộng sự năm 2000,
bacteriocin là một polypeptide được tổng hợp ở ribosome và bị phân hủy rất nhanh bởi
enzym phân hủy protein trong hệ tiêu hóa của người. Vì vậy, để nghiên cứu bản chất
protein của những bacteriocin mới người ta thường thử khả năng nhạy cảm của chúng
với các enzym phân hủy protein.
1.2.2. Cấu trúc của nisin
Nisin có công thức C143H230N42O37S7, là một bacteriocin thuộc nhóm I- còn
gọi là nhóm lantibiotic trong hệ thống phân loại 4 nhóm. Nisin cấu tạo gồm 34 axit
amin, có khối lượng phân tử 3,5 kDa, được tổng hợp bởi một số chủng thuộc dưới loài
L. lactis subsp. lactis, thường được viết là L. lactis [18; 44; 77]. Nisin được phát hiện từ
năm 1928. Tuy nhiên, phải mãi tới năm 1957 mới xuất hiện nisin đầu tiên trong các
phân xưởng sản xuất pho mát quy mô nông trại, để bảo quản các sản phẩm làm ra. Cũng
trong năm này, hãng Aplin và Barrett đã đưa ra chế phẩm nisin thương mại sử dụng
trong thực phẩm. Mặc dù vậy, giá trị của nisin trong bảo quản thực phẩm cũng chỉ được
xác lập trong khoảng ba thập kỷ lại đây. Trong khi những nghiên cứu cơ bản và công
nghệ ngày càng được quan tâm nhiều hơn [18; 67; 77; 85]. Dạng chế phẩm của nisin sẵn
có nhất hiện nay trên thị trường là Nisaplin, với thành phần 2,5 % nisin.
Cấu trúc của nisin được Gross và Morell làm sáng tỏ năm 1971. Nisin là một
chuỗi polypeptide gồm 34 axit amin tạo thành 5 vòng cấu trúc A, B, C, D, E, được nối
9

10

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN




rất nhiều vào pH. Nisin kém bền vững và dễ dàng mất hoạt tính ở pH cao.
Nisin là một bacteriocin bền nhiệt. Sau 60 phút xử lý ở 100 oC, nisin vẫn còn
50 % hoạt tính. Ở 121 oC, sau 10 phút, hoạt tính còn 46 %, sau 60 phút còn 22 %. Độ
bền nhiệt của nisin phụ thuộc vào pH, pH càng thấp thì độ bền nhiệt càng cao. So với
các bacteriocin khác, nisin có độ bền nhiệt hơn hẳn.
Nisin không có khả năng tác động đối với vi khuẩn Gram âm, nấm men và nấm
mốc. Trong điều kiện thông thường, nisin chỉ tác động được đối với vi khuẩn Gram
dương, trong đó có vi khuẩn lactic, một số vi khuẩn gây bệnh như Listeria,
Staphylococcus, Mycobacterium và các vi khuẩn sinh bào tử Bacillus, Clostridium.
Nisin tác động có hiệu quả cao hơn ở trong các sản phẩm thực phẩm có độ pH thấp, có
trải qua giai đoạn gia nhiệt, như các sản phẩm rau quả, thực phẩm đóng hộp. Một trong
những cơ chế giải thích tác động của nisin đối với tế bào nhạy cảm là do sự tạo thành
các lỗ thủng, các kênh trên màng nguyên sinh chất, nguyên nhân gây thất thoát các
phân tử, các ion có kích thước nhỏ trong nội bào, làm giảm lực vận chuyển proton
PMF (Proton Motive Force), ảnh hưởng tới quá trình tổng hợp ATP, dẫn tới sự chết tế
bào [43; 59; 68].
Cơ chế tác động của nisin đối với tế bào nhạy cảm được nghiên cứu nhiều hơn.
Phần lớn các quan điểm cho rằng, để tác động đối với vi khuẩn, nisin phải trải qua hai
bước chính:
-

Ban đầu bám trên thành tế bào vi khuẩn nhạy cảm thông qua các thụ thể


nhau của thành tế bào của vi khuẩn Gram (+) và Gram (-). Bacteriocin chỉ tạo được lỗ
thủng trên thành tế bào Gram (+) mà không tạo được lỗ thủng trên thành tế bào Gram
(-) [26].
Tác dụng của nisin lên vi sinh vật nhạy cảm bao gồm 2 kiểu hình . Kiểu
tác dụng không đặc trưng: nisin bám dính lên bề mặt của tế bào nhạy cảm mà không
cần phải có bất kỳ một thụ thể đặc biệt nào của vi khuẩn Gram (+) và phá thủng màng
tế bào làm thoát các thành phần nội bào dẫn đến tiêu diệt vi khuẩn [30]. Kiểu hình thứ
2: nisin tương tác đặc hiệu với lipid II tiền tố peptidoglucan để phá thủng màng tế bào
đích và sự tương tác đặc hiệu có sự tham gia của 2 peptide và lipid II tiền tố thành tế
bào [79].
Mức độ tác động của nisin lên các loại vi khuẩn rất khác nhau, phụ thuộc vào
thành phần của màng phospholipid của tế bào vi khuẩn. Ở vi khuẩn Gram (+),
peptidoglycan chiếm 90% khối lượng thành tế bào, số lớp peptidoglycan có thể
lên tới 25 lớp. Trong khi đó ở vi khuẩn Gram (-) lượng peptidoglycan chỉ
chiếm 10% tổng khối lượng thành tế bào, ngoài ra chúng còn có một lớp màng ngoài
quan trọng (outer membrane – OM). Lớp màng ngoài này có cấu tạo lipid kép tương
tự màng nguyên sinh chất nhưng không chỉ có phospholipids hình thành nên cấu trúc
mà còn có polysaccharide và protein. Lipid và polysaccharide liên kết chặt chẽ
với nhau tạo thành một cấu trúc lipopolysaccharide đặc biệt bên ngoài thành tế bào. Vi
12

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN




khuẩn Gram (-) có thể chống chịu lại nhiều tác nhân gây hại đối với tế bào là nhờ vào
lớp màng ngoài OM có khả năng ngăn chặn các tác nhân đó một cách có hiệu quả.
Lớp màng OM không cho phép các phân tử lượng lớn thẩm thấu qua mà chỉ cho phép
các hợp chất kỵ nước khuếch tán một cách hạn chế qua màng. Lớp ngoài cùng

monocytogens, L. innocua, L. grayi, L. ivanovii, L. murrayi, L. seeligeri, L.
welchimeri, Staphylococus spp, Mycobacterium. Giá trị quan trọng của nisin đối với
việc bảo quản thực phẩm được thể hiện ở tác động của nó lên các vi khuẩn sinh bào tử
như là Clostridium và Bacillus là tác nhân chính gây thối thực phẩm.
Khả năng diệt vi khuẩn Gram (-)
Trong một số điều kiện nhất định như khi kết hợp với các tác nhân chelate (ví dụ
EDTA), nisin có thể tiêu diệt Salmonella. Trong điều kiện đông lạnh, xử lý nhiệt, pH
13

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN




thấp, nisin có thể ức chế một số vi khuẩn Gram âm như Salmonella, Shigella,
Klebsiella, E. coli.
Khả năng diệt nấm mốc
Sử dụng nisin để bảo quản phomat người ta thấy rằng nisin làm giảm đáng kể vi
sinh vật sinh bào tử bao gồm nấm mốc và Bacillus.
Tác dụng của nisin lên nấm men
Nghiên cứu mới đây cho thấy sử dụng nisin với nồng độ50 IU/g đã kéo dài thời
gian bảo quản phomat Galotyri của Hy lạp đến 42 ngày. Các vi sinh vật chiếm ưu thế
trong phomat như lactobacilli, lactoccoci và các nấm men đã giảm một cách đáng kể.
1.2.5. Ứng dụng của nisin trong bảo quản thực phẩm
Việc ứng dụng bacteriocin vào bảo quản thực phẩm, không chỉ do có tác dụng
kháng khuẩn rõ rệt, mang tính thời sự cao mà còn do con người nhận thức rõ hơn về
hậu quả của ô nhiễm môi trường, do việc sử dụng hóa chất và chất kháng sinh trong
bảo quản [18; 43; 59; 68]. Phạm vi ứng dụng của nisin khá rộng, từ các sản phẩm tươi
sống đến các loại thực phẩm lên men, đóng hộp, dạng rắn cũng như dạng nước [18;
77]. Sử dụng nisin không làm thay đổi cảm quan, không làm biến đổi chất lượng,

tươi hơn mà còn không tạo màu sắc, mùi khó chịu cho sản phẩm bảo quản. Hơn nữa,
chúng được coi là an toàn đối với người sử dụng và làm hạn chế hiện tượng kháng
thuốc [55].
Theo tác giả B. Ten Brink thì bacteriocin của vi khuẩn lactic còn được sử dụng
trong các nghiên cứu phân loại.
Một loại bacteriocin của vi khuẩn lactic được sử dụng như một sản phẩm
thương mại trong bảo quản thực phẩm là nisin. Nisin đầu tiên được sản xuất dưới dạng
thương phẩm là nisin A với tên thương mại là Nisaplin. Nisin được quan tâm nghiên
cứu nhiều cả ở trong phòng thí nghiệm cũng như trong công nghiệp. Nisin được chứng
minh là an toàn cho con người khi sử dụng từ năm 1962 bởi hai tác giả Frazer và Hara.
FAO/WHO cho phép sử dụng nisin trong bảo quản thực phẩm từ năm 1969. Năm
1988, tổ chức FDA của Mỹ công nhận nisin là an toàn cho sử dụng và nó được sử
dụng làm chất bảo quản thực phẩm.
Theo Linda J. Harris và cộng sự (1992), H. Chen và D.G. Hoover năm 2003
[18, 40], nisin rất nhạy cảm với enzym α – Chymotrypsin và không bị phân hủy bởi
enzym trypsin, elastase, carboxypeptidase A, pepsin và erepcin. Nisin có chứa axit
amin lanthionine (Ala-S-Ala) và β – methyllanthionine (Abu-S-Ala), axit amino
butyric (Abu), dehydroalanin (Dha), dehydrobutyrin (Dhb).
Nisin là một bacteriocin duy nhất được cho phép sử dụng trong bảo quản thực
phẩm. Nó được sử dụng trong rất nhiều loại thực phẩm, đặc biệt lĩnh vực áp dụng
chính của nisin vẫn là các sản phẩm thực phẩm thông dụng hàng ngày (nhất là phomat
15

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN




và các sản phẩm thực phẩm đóng hộp). Năm 1969, theo JECFA (the Join FAO/WHO
Expert Committee on Food Additive) ngưỡng cho phép sử dụng nisin đầu vào (ADI –

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN




kiện lên men, hoàn thiện công nghệ lên men, thu hồi và tinh sạch sản phẩm [18; 37;
49; 85]. Nhiều công trình nghiên cứu về việc nâng cao hoạt tính sinh tổng hợp nisin từ
vi khuẩn L. lactis đã được công bố. Jozala và đồng tác giả đã chứng minh, môi trường
MRS và M17 là môi trường gia tăng sự sinh trưởng và tổng hợp nisin từ các chủng L.
lactis. Một số tác giả khuyến cáo rằng, các môi trường tổng hợp thường không làm
tăng tổng hợp nisin [37]. Tuy nhiên, việc phối hợp các chất bổ sung khác để giảm 50
% lượng môi trường MRS và M17 lại giúp giảm giá thành sản xuất. Li và đồng tác giả
(2001) đã nghiên cứu tối ưu hóa, ảnh hưởng của đường saccarose, pepton đậu tương,
chiết nấm men, K2HPO4 , NaCl, MgSO4 đến sự sinh tổng hợp nisin [49]. Khi lên men
trong môi trường được tối ưu, năng suất tổng hợp nisin đã nâng lên từ 1074 IU/ml đến
2150 IU/ml. Taniguchi Mashayuki và cộng sự đã nghiên cứu nâng cao năng suất nisin
của L. lactis trong điều kiện nuôi cấy yếm khí với môi trường có thành phần gồm
đường, các muối khoáng, các nguồn nitơ và sử dụng màng siêu lọc polycrylonitride để
thu nhận nisin trên quy mô công nghiệp [74]. Hiroshi Shmizu và cộng sự lại sử dụng
hệ thống nuôi cấy hỗn hợp loài L. lactis với Kluyveromyces marxianus. Các tác giả
nhận thấy, K. marxianus đã sử dụng lactat sinh ra trong quá trình nuôi cấy L. lactis và
vì vậy đã có tác dụng kiểm soát được pH trong môi trường lên men. Kết quả là, sản
lượng nisin trong nuôi cấy hỗn hợp đạt 9,8 mg/l, cao hơn trong môi trường nuôi cấy
đơn chủng L. lactis (5,8 mg/l) [69]. Tại Trung quốc, sau khoảng gần 6 † 7 năm nghiên
cứu ở Viện Hàn lâm, việc sản xuất nisin ở quy mô công nghiệp trên nồi lên men 100
m3, đã bắt đầu từ khoảng năm 1995.
Ngày nay, bên cạnh những nghiên cứu lý thuyết về cơ chế phân tử sự liên quan
giữa cấu trúc và chức năng, cơ chế tác dụng của nisin, cơ chế miễn dịch của chủng sản
cũng như vai trò của những enzym cải biên, thì hướng áp dụng kỹ thuật di truyền, kỹ
thuật protein nhằm cải tiến hoạt tính, độ hoà tan, tính bền vững, tăng cường tác động

Năm 2002 tập đoàn hóa chất DowChemical và tập đoàn thực phẩm Cargill của
Mỹ đã liên kết đầu tư 300 triệu USD xây dựng nhà máy sản xuất PLA với công suất
140.000 tấn/năm. Cargill Dow đã sử dụng PLA như là nguyên liệu đáng tin cậy thay
cho các chất dẻo truyền thống [16].
Đường, tinh bột và
sinh khối thực vật

L-lactic

L-lactide

Phản ứng trùng ngưng (nhiệt
độ, áp suất)

L-Polylactic Phân tử lương thấp

Phản ứng cộng mở vòng
(nhiệt độ, chất xúc tác)

L-Polylactic Phân tử lượng cao

Hình 1.2. Sơ đồ quy trình sản xuất PLA của hãng Cargill Dow, Mỹ
Tại Nhật Bản, PLA được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Một số hãng điện tử
như NEC, Panasonic, Fujisu sử dụng PLA làm thẻ điện thoại, bàn phím máy tính, vỏ
điện thoại và một số thành phần linh kiện máy tính. Ngoài ra, một số hãng ô tô như
18

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN




Lên men vi sinh vật

HCN, xúc tác
Dịch lên men

Lactonitrile(CH3CHOHCN)

Thu hồi và tinh sạch
Thủy phân bằng H2SO4
Tạo ra L- lactic hoặc D-lactic axit

Tạo ra dạng racemic DL-lactic
axit
(a) tổng hợp hóa học

19

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN
-

Các vấn đề về môi trường
Cạn kiệt dầu mỏ

-

(b) Lên men vi sinh vật

Giải pháp thay thế


20

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN




Hiện nay, axit L-lactic sau lên men được tách và thu hồi theo những cách sau:
Sử dụng phương pháp hóa học: Trong quá trình lên men và sau lên men L-lactic
được kết tủa bằng CaCO3 hoặc Ca(OH)2 để tạo ra L-lactate-Ca. Hợp chất này được
tách ra khỏi dung dịch và hoàn nguyên trở thành L-lactic bằng cách cho L-lactate-Ca
phản ứng với H2SO4. Nhược điểm của phương pháp này là đòi hỏi thiết bị chịu axit
cao và không thu hồi L-lactic một cách triệt để [60].
Sử dụng phương pháp điện thẩm tách-electrodialysis: Hiện nay trong sản xuất
quy mô công nghiệp phương pháp này được sử dụng để tách L-lactic ra khỏi dịch lên
men. Nguyên tắc của phương pháp điện thẩm tách được mô tả trong sơ đồ hình 1.3.
Thiết bị gồm điện trường một chiều và hai màng cation và anion. Dịch lên men đi vào
điện trường các ion dương (Ca 2+ hoặc Na +) được đi qua màng cation và về phía cực
âm. Các điện tích âm L-lactic đi qua màng anion và về cực dương. Dựa trên nguyên lý
này dịch L-lactic được tách và thu ở phía đầu cực dương của thiết bị. Ưu điểm của
phương pháp là hiệu suất thu hồi, độ tinh sạch cao và tốn ít năng lượng [38].
1.3.3. Tổng hợp polylactic
Polylactic được tổng hợp từ L-lactic theo hai con đường:
+ Con đường thứ 1 (dựa trên phản ứng trùng ngưng của axit L-lactic): từ monome ban
đầu là L-lactic được trùng ngưng loại nước để tạo ra PLA. Quá trình này được tiến
hành đơn giản trong thiết bị gia nhiệt và bay hơi. Tuy nhiên, sản phẩm PLA tạo ra
thường có phân tử lượng không cao với Mn và Mw từ 1000 ÷ 10.000 [36; 41].
+ Con đường thứ 2 (dựa trên phản ứng trùng hợp cộng mở vòng của L-lactide): từ
monomer là L-lactide dưới tác động của chất xúc tác và nhiệt độ L-lactide được trùng
hợp để tạo ra PLA. Phương pháp cộng mở vòng thường thu được PLA có phân tử

x
i
tL
a
c
t
i
c
(
2
h
y
d
r
o
x
y
p
r
o
p
i
o
n
i
c
a
x
i
t


C

H

HO

H
C

O

T, vacuum
CH3

n H

CH3

L-A-xit lactic

oligome PLA

Bước 1:B-phản
xúc
í c 1:ứng
Ph¶nngưng
øng ng-tụ
ngkhông
tô kh«ng


Lactide

oligome PLA

Bước 2: phản ứng vòng hóa Unzipping

B- í c 2: Ph¶n øng vßng ho¸ Unzipping

Giai đoạn II: Trùng hợp mở vòng L-lactide thành PLA:

Ở Việt Nam đã có một số nghiên cứu về khả năng sản xuất bao bì dễ phân hủy
từ các vật liệu như tinh bột biến tính, vật liệu blend của polyetylen với các loại polyme
dễ phân hủy có nguồn gốc tự nhiên như PHB [5]. Tuy nhiên, đến nay chưa có loại bao
bì nào thuộc dạng này được đưa ra thị trường. Một số công ty TNHH tại Tp. Hồ Chí
Minh, Vĩnh phúc đã nhập nguyên liệu để sản xuất bao bì dễ phân hủy, nhưng không
phải là polylactic và không có các chất kháng khuẩn nên chỉ đóng vai trò làm bao gói.
1.3.4. Khả năng phân hủy sinh học của polylactic

22

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN




Rất nhiều nghiên cứu đã chứng minh khả năng phân hủy sinh học của PLA. Do
PLA là polyeste, cho nên nó dễ dàng bị thủy phân bởi các loại enzym của vi sinh vật.
Nghiên cứu của Sawada và cộng sự (2007) đã tiến hành thủy phân PLA bằng
proteinase và lipase tách từ Bacillus subtilis và Bacillus lichenformis [65]. Tại Nhật





nisin... Các sản phẩm này có tính chất tương tự như các sản phẩm sử dụng polyme dầu
mỏ.
Tạo màng PLA - nisin
Màng polylactic được tạo ra theo phương pháp cán gia nhiệt hoặc tạo màng sử
dụng dung môi. Trong nghiên cứu của Liu và cộng sự, đã đề xuất phương pháp sử
dụng nisin bao lên màng film polylactic và sử dụng màng đã gắn nisin để đánh giá khả
năng kháng khuẩn của màng cũng như các tính chất cơ lý của màng [56]. Jin và cộng
sự, đã tạo ra màng film cố định nisin bằng cách hòa nisin vào dung dịch PLA đã được
hòa tan trong dung môi, tạo ra màng film có độ dày 0,15 mm với lượng nisin được bổ
sung vào là 0,04 mg/cm2. Đánh giá khả năng kháng L. monocytogenes Scott A 724, E.
colii 0157:H7, Salmonella của màng PLA - nisin cho thấy, sử dụng màng có khả năng
tiêu diệt các vi khuẩn gây bệnh trên có trong thực phẩm, và có thể dùng để bảo quản
các thực phẩm tươi ở 4 oC trong 21 ngày [46]. Trong nghiên cứu của Tipayanate và
cộng sự, các tác giả đã sử dụng hỗn hợp 2 % PLA, 2 % axit L-lactic và nisin có nồng
độ 200 IU/ml để tạo màng bao bọc thịt bò tươi. Thịt bò sau khi được bao gói bằng hỗn
hợp trên có thể bảo quan ở 4 oC trong 5 ÷ 6 ngày [12].
Tại Nhật Bản, nhiều loại thực phẩm ăn nhanh được bảo quản bằng màng
polyme sinh học có chứa chất kháng khuẩn sinh học mà không làm thay đổi cảm quan,
hương vị và màu sắc của thực phẩm. Những loại màng bao gói dạng như vậy, đang
từng bước thay thế dần cho các phương pháp truyền thống sử dụng các loại lá bao gói
có trong tự nhiên.
Các nhà khoa học Nhật Bản đã chứng minh rằng, các polyme sinh học có khả
năng kháng khuẩn có thể kìm hãm rất tốt vi khuẩn E. coli trên bề mặt polyme. Tuy
nhiên, việc sử dụng loại chất kháng khuẩn nào vẫn là bí mật của các hãng sản xuất.
Ở Việt nam, hướng tạo ra màng film PLA - nisin kháng khuẩn là nghiên cứu
đầu tiên, tạo sản phẩm sử dụng trong bao gói thực phẩm, nhằm khắc phục các vấn đề

63]. Bao bì kháng khuẩn có thể được tạo thành bằng cách phối trộn và cố định CKK,
hoặc bằng cách cải biến bề mặt và tráng phủ (coating) được đề cập [11; 63; 70].
Tạo màng film thực phẩm với bacteriocin (nisin, lactacin) bằng cách pha trộn
trực tiếp (direct incorporation) bacteriocin vào polyme. Trong khi có hai phương pháp
tạo màng film là ép nhiệt (heat press) và cán (casting).
Màng film sử dụng để đóng gói thực phẩm tạo ra từ các vật liệu có nguồn gốc
sinh học như axit polylactic và nisin thể hiện tính kháng khuẩn và khả năng phân giải
sinh học, là một lựa chọn đạt hai mục tiêu và là giải pháp thân thiện môi trường.
Phương pháp này không những bảo quản thực phẩm an toàn mà còn kéo dài thời gian
sử dụng, giữ được chất lượng, các đặc điểm cảm quan và tính tự nhiên của thực phẩm.
Theo Sunil [70] có ba cách tạo ra bao bì đóng gói kháng khuẩn gồm:
25

Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN