1. Trang Chủ
  2. Hoá dầu
  3. Nghiên cứu chế tạo, tính năng của màng tổ hợp ăn được HPMC/sáp ong thăm dò ứng dụng trong bảo quản chanh không hạt

Nghiên cứu chế tạo, tính năng của màng tổ hợp ăn được HPMC/sáp ong thăm dò ứng dụng trong bảo quản chanh không hạt

Bài nghiên cứu này trình bày kết quả nghiên cứu quá trình chế tạo màng tổ hợp HPMC/sáp ong, cải thiện các tính năng của màng bằng các chất hóa dẻo, nhũ hóa đồng thời thăm dò khả năng bảo quản trên chanh không hạt tại Long An để đánh giá hiệu quả của màng tổ hợp. Mời các bạn cùng tham khảo! Hội nghị Khoa học An toàn dinh dưỡng và An ninh lương thực lần 2 năm 2018 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, TÍNH NĂNG CỦA MÀNG TỔ HỢP ĂN ĐƯỢC HPMC/SÁP ONG THĂM DÒ ỨNG DỤNG TRONG BẢO QUẢN CHANH KHÔNG HẠT 1,2,*Nguyễn Thị Lươn

Thể loại Tài liệu miễn phí Hoá dầu

Số trang 15

Ngày tạo 4/2/2023 2:36:20 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 0.86 M

Tên tệp

Tải Nghiên cứu chế tạo, tính năng của màng tổ hợp ăn đ... (.pdf)

Xem mẫu

  1. Hội nghị Khoa học An toàn dinh dưỡng và An ninh lương thực lần 2 năm 2018 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, TÍNH NĂNG CỦA MÀNG TỔ HỢP ĂN ĐƯỢC HPMC/SÁP ONG THĂM DÒ ỨNG DỤNG TRONG BẢO QUẢN CHANH KHÔNG HẠT 1,2,*Nguyễn Thị Lương; 2,3Nguyễn Thanh Tùng; 2,3Nguyễn Văn Khôi; 1,2Lê Thị Hồng Thúy; 1Nguyễn��h Dũng 1 Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM 2 Học viện Khoa học và Công nghệ Viện Hóa học 3 Email:*luongnt@hufi.edu.vn TÓM TẮT Màng tổ hợp tổ hợp ăn được HPMC/sáp ong được tạo ra dựa trên sự khảo sát quá trình tạo thể keo HPMC, nhũ tương sáp ong và composite HPMC/sáp ong. Các tính năng của màng composite được đánh giá như: độ bền kéo đứt (TS), độ dãn dài khi đứt (EB), tính ổn nhiệt (TGA), hình thái học bề mặt (SEM), cấu trúc hóa học (FTIR). Quá trình tạo thể keo HPMC (1%, 3% và 5%): khảo sát loại chất hóa dẻo (propylene glycol – PG, polyethylene glycol – PEG), hàm lượng chất hóa dẻo PG (0%, 0.5%, 2% và 5%). Với thể keo sáp ong khảo sát hàm lượng sáp ong (0%, 0.5%, 2% và 5%), loại chất nhũ hóa (oleic acid – OA,stearic acid – SA), hàm lượng OA (1%, 3% và 5%). Màng từ thể keo HPMC và màng composite HPMC/sáp ong được tiến hành thăm dò ứng dụng trên chanh không hạt. Đánh giá hiệu quả bảo quản bằng các tính chất hao hụt khối lượng quả, cường độ hô hấp của quả trước và sau bảo quản. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chế tạo màng cũng như đánh giá tính năng của màng tổ hợp ăn được HPMC/sáp ong được nghiên cứu và phân tích dựa trên các kết quả thực nghiệm và các nghiên cứu trước đây. Từ khóa: HPMC, sáp ong, màng tổ hợp ăn được. TỔNG QUAN Hiện nay, cùng với sự phát triển của ngành nông nghiệp trên thế giới cũng như những vấn đề liên quan đến an ninh lương thực, tầm quan trọng của việc bảo quản nông sản sau thu hoạch, đặc biệt là bảo quản rau quả tươi, ngày càng được nâng cao. Hầu hết quá trình suy giảm khối lượng và chất lượng của các loại rau quả tươi đều diễn ra trong giai đoạn từ khi thu hoạch đến khi tiêu thụ. Ước tính tỷ lệ tổn thất rau quả sau thu hoạch do hư hỏng có thể lên tới 20 – 80% (Mehran 219
  2. Hội nghị Khoa học An toàn dinh dưỡng và An ninh lương thực lần 2 năm 2018 Ghasemlou et all, 2011). Đã có nhiều nghiên cứu bảo quản rau quả nhằm kéo dài thời gian tồn trữ mà vẫn duy trì được giá trị thương phẩm. Các polyme tự nhiên như lipit, protein, polysaccharide và nhựa cây là những chất liệu tạo lớp phủ phổ biến nhất, có thể sử dụng riêng rẽ hoặc kết hợp cùng nhau. Những đặc tính vật lý và hóa học của polyme tự nhiên ảnh hưởng nhiều đến tính năng của lớp phủ sau cùng (Mehran Ghasemlou et all, 2011). Việc lựa chọn chất liệu tạo lớp phủ thường dựa trên những đặc tính như khả năng tan trong nước, tính ưa nước hay kị nước tự nhiên, dễ hình thành lớp phủ và các tính chất cảm quan. Trong đó, HPMC là loại polysaccarit có khả năng chống thẩm thấu khí tốt có tác dụng làm chậm chín quả nhưng có tính háo nước và để khắc phục được nhược điểm của màng HPMC, sáp đã được bổ sung vào nhằm giảm sự mất nước và làm giảm quá trình hô hấp của quả tuy nhiên sáp lại dễ gây hiện tượng hô hấp yếm khí do ức chế trao đổi khí. Đồng thời các chất hóa dẻo được dùng để giảm độ giòn và điều chỉnh tính chất cơ lý của màng và chất nhũ hóa tạo nhũ tương có kích thước hạt cầu nhỏ, tăng khả năng phân tán của chúng từ đó cải thiện được các tính chất vật lý quan trọng của màng. Trong bài báo này, chúng tôi trình bày kết quả nghiên cứu quá trình chế tạo màng tổ hợp HPMC/sáp ong, cải thiện các tính năng của màng bằng các chất hóa dẻo, nhũ hóa đồng thời thăm dò khả năng bảo quản trên chanh không hạt tại Long An để đánh giá hiệu quả của màng tổ hợp. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP Vật liệu Thành phần chính của composite: HPMC (Shandong Head Co.,Ltd ), sáp ong (Công ty sáp ong Việt Nam); chất hóa dẻo: propylene glycol (PG, Xilong chemical, China), polyetylenglycol (PEG, Xilong chemical, China); chất chũ hóa: acid oleic (OA, Merk, Germany), amonia 25% (Xilong chemical, China), acid stearic (SA, Merk, Germany). Đối tượng bảo quản: chanh không hạt của cây 4 năm tuổi xã Thuận Bình, huyện Thạnh Hóa, tỉnh Long An. Quá trình tạo thể keo HPMC và sáp ong Hòa tan HPMC trong nước cất được đem đun nóng đến 800C, khuấy đều cho đến khi tạo được thể keo đồng nhất (khoảng 1 – 2 tiếng). Hạ nhiệt độ xuống 40 – 500C rồi bổ sung dung dịch PG/PEG tiếp tục khuấy trong khoảng 1 – 2 tiếng. Làm lạnh nhanh tới nhiệt độ phòng thu được 80ml thể keo HPMC. Tạo màng thể keo: hút 5 mL đổ ra đĩa petri (đường kính 85mm). Cân sáp ong cho vào cốc thủy tinh, thêm OA/SA. Nung chảy hỗn hợp trên máy khuấy từ sau đó bổ sung 2 mL NH4OH 25% vào khuấy mạnh bằng đũa thủy tinh. Bổ sung nước nóng 900C vẫn tiếp tục khuấy trên máy khuấy từ trong khoảng 1 – 2 tiếng. Làm lạnh nhanh đến nhiệt độ phòng được 20ml nhũ tương sáp ong. 220
  3. Hội nghị Khoa học An toàn dinh dưỡng và An ninh lương thực lần 2 năm 2018 Quá trình tạo màng tổ hợp HPMC/sáp ong Chuẩn bị dung dịch màng: Cho thể keo HPMC khuấy trên máy khuấy từ, đổ từ từ nhũ tương sáp ong vào, tiếp tục khuấy hỗn hợp trong 3 tiếng. Tạo màng: Hút 5 mL dung dịch HPMC/sáp ong đổ ra đĩa petri (đường kính 85mm), sấy trong tủ sấy ở nhiệt độ 400C cho đến khi khô màng. Màng được lấy ra và bảo quản trong túi díp. Tiến hành kiểm tra các tính chất cảm quan; cơ lý (TS, EB, SEM, TGA, FTIR). Phủ màng lên quả: Tiến hành phủ màng bằng cách quét một lớp mỏng lên quả chanh không hạt, để khô rồi bảo quản trong hộp xốp tại tủ điều nhiệt ở 7°C. Tiến hành kiểm tra tính chất hao hụt khối lượng quả, cường độ hô hấp của quả trước và sau bảo quản. Phương pháp đánh giá tính năng của màng tổ hợp Đo TS và EB Độ bền kéo (TS) và độ giãn dài khi đứt (EB) của màng được đo theo phương pháp tiêu chuẩn ASTM D882–88, (tiêu chuẩn quốc tế ASTM phương pháp D882–10, 2011), sử dụng máy kiểm tra phổ dụng Tensilon AND RTC 1210–A. Ba mẫu thử, 5cm × 1cm, được cắt từ mỗi phim và các mẫu sau đó được duy trì ở 25°C và 50% RH trong 48 giờ ở nhiệt độ và độ ẩm không đổi. Việc tách va đập ban đầu và tốc độ con trượt được đặt lần lượt là 5.05cm (2in) và 2mm/sec (0.0787in/sec). Cái kẹp cách nhau 2in, và tốc độ kéo được cố định ở mức 2in/phút. Độ bền kéo (TS) được tính bằng cách chia tải trọng tối đa cho diện tích mặt cắt tối thiểu ban đầu của mẫu thử. Kết quả phải được thể hiện bằng lực trên một đơn vị diện tích, thường là megapascals (hoặc pound–lực trên mỗi inch vuông). Giá trị này sẽ được báo cáo bởi ba số liệu cụ thể. Đo độ dày màng phim bằng thiết bị Mitutoyo digital micrometer (Model Quickmike Series 500– 752–20; Mitutoyo Corp., Kanagawa, Japan) lấy số đo tại các vị trí ngẫu nhiên trên phim. Độ giãn dài khi đứt (%E) được tính theo % độ giãn dài khi đứt so với chiều dài của mẫu. Nơi đo: Phòng vật liệu polymer, trường Đại học Bách khoa TP.HCM, 268 đường Lý Thường Kiệt, phường 14, quận 10, TP.HCM. Đo TGA Kiểm tra độ ổn định nhiệt được thực hiện bằng cách sử dụng máy Thermogravimetric Analyzer (LabSys Evo TG DSC 1600, Setaram, France) với nitơ. Nhiệt độ cân bằng 25˚C tăng lên 120°C (đẳng nhiệt trong 10 phút) với tốc độ 20°C/phút và sau đó đến 500˚C với tốc độ 30˚C/phút. Các mẫu thử có trọng lượng từ 2–6 mg được sử dụng. (Sana Asrar, 2015) Nơi đo: trường Đại học Sư phạm TP.HCM, 280 đường An Dương Vương, phường 4, quận 5, TP.HCM. 221
  4. Hội nghị Khoa học An toàn dinh dưỡng và An ninh lương thực lần 2 năm 2018 Đo SEM Phân tích vi cấu trúc của màng được thực hiện bằng cách sử dụng kính hiển vi điện tử quét FE SEM S4800 HITACHI. Các mẫu phim được duy trì trong bình hút ẩm bằng P2O5 trong 15 ngày. Sau đó, phim được đóng băng trong chất lỏng N2, nhẹ nhàng và ngẫu nhiên bị hỏng để điều tra mặt cắt ngang của các mẫu. Phim được cố định trên cuống đồng, phủ vàng và quan sát bằng điện áp gia tốc 10 kV. (M.J. Fabra et all, 2011). Nơi đo: Nanotechnology Lab, SHTP labs, Lô I3, đường N2, Khu công nghệ cao, quận 9, TP.HCM. Đo FTIR Cơ sở của phổ hồng ngoại là sự thay đổi trạng thái dao động quay của phân tử hóa chất dưới tác dụng của bức xạ hồng ngoại, sử dụng máy FTIR 8400s, Shimadzu, Japan. Normally. Thông thường vùng hồng ngoại từ 4000 → 400 cm–1 được sử dụng nhiều nhất. Phổ hồng ngoại dùng để xác định một số nhóm chức trong màng vật liệu tổ hợp. Đây là phương pháp hữu hiệu nhận dạng nhóm este trên bề mặt vật liệu. Nơi đo: Trung tâm thí nghiệm thực hành Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM, 93 đường Tân Kỳ Tân Quý, phường Tân Sơn Nhì, quận Tân Phú, TP.HCM. Phương pháp đánh giá các tính chất của chanh không hạt Cường độ hô hấp (mgCO2/kg.h): Cường độ hô hấp định nghĩa là số mg CO2 sinh ra hay số O2 hấp thụ vào của 1 kg sản phẩm trong 1 giờ. Cường độ hô hấp được đo bằng phương pháp dòng không khí liên tục ở lưu lượng và nhiệt độ xác định (20oC) bằng máy Dansensor. Dựa theo công thức:  mg   Wtg  CO2 t − CO2o 44  60 CO2   = 10 101325   V −    kg.h   1  8.3143  (273.15 + 2.)  Wtg  TCO2 1000 Trong đó: V: Thể tích hộp đựng đo cường độ hô hấp (mL); Wtg: Khối lượng trái cây (gam); CO2t: %CO2 máy đo được trong hộp có mẫu; CO2o: % CO2 máy đo được trong hộp không có mẫu; TCO2: Thời gian để mẫu trong hộp. Hao hụt khối lượng tự nhiên xác định bằng cách cân khối lượng từng quả ở mỗi công thức trước khi bảo quản và sau mỗi lần theo dõi, dùng cân phân tích OHAUS PA214C công thức: M − M2 X= 1 . M1 Trong đó: X: Hao hụt khối lượng tự nhiên ở mỗi lần theo dõi (%); M1: Khối lượng quả trước bảo quản (gam); M2: Khối lượng quả ở các lần theo dõi (gam). Nơi đo: Viện cây ăn quả miền Nam, xã Long Định, huyện Châu Thành, tỉnh Tiền Giang. 222
  5. Hội nghị Khoa học An toàn dinh dưỡng và An ninh lương thực lần 2 năm 2018 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Khảo sát hàm lượng HPMC (CT1) Điều kiện thực hiện: Hòa tan HPMC (1% – CT1a, 3% – CT1b, 5% – CT1c, 10% – CT1d); PG (2%) thu thể keo HPMC, phủ màng lên chanh. Đánh giá cảm quan màng: Màng CT1a, CT1b có hàm lượng HPMC 1% và 3% không đủ tạo khung nền vì vậy màng tạo ra bị đứt gẫy, màng không tách được và mỏng. Màng CT1c có hàm lượng HPMC 5% đủ tạo khung nền vì vậy màng tạo ra không bị đứt gẫy, màng dễ tách. Đối với khảo sát HPMC 10% – CT1d, dung dịch đặc và sệt, thực hiện quá trình khuấy khó vì vậy không khảo sát tính chất. Đánh giá cường độ hô hấp, hao hụt khối lượng của chanh được bảo quản bằng thể keo HPMC với mẫu đối chứng CT1: chanh không phủ màng. Hình 3.1: Hao hụt khối lượng (trái) và cường độ hô hấp (phải) theo hàm lượng HPMC Tổn thất khối lượng của quả ở các công thức thí nghiệm nêu trong hình 3.1 (bên trái). Kết quả cho thấy sự mất khối lượng của tất cả các công thức quả phủ màng HPMC đều thấp hơn so với đối chứng. Tuy nhiên sự khác biệt giữa các công thức là không lớn. Điều này chứng tỏ, HPMC có tác dụng ngăn cản mất hơi nước không lớn. Kết quả đo cường độ trao đổi khí CO2 của các công thức nêu trên hình 3.1 (bên phải). Qua phân tích số liệu thấy rằng HPMC có tính thẩm thấu khí CO2 tương đối cao. Vì vậy, mặc dù nồng độ HPMC tăng lên đáng kể, nhưng nồng độ CO2 không bị giảm đi nhiều. Vai trò của HPMC trong màng đối với quả chanh ở trường hợp này chủ yếu là làm khung nền cho thành phần lipid. Điều này đã được nêu trong một số tổng quan quốc tế. Từ kết quả được biểu diễn trên đồ thị và cảm quan, chọn màng bảo quản có 5% HPMC (CT1c) để khảo sát. Khảo sát loại chất hóa dẻo (CT2) Điều kiện thực hiện: Hòa tan HPMC (5%), PG (2% – CT1c) hoặc PEG (2% – CT2a), thu thể keo HPMC. 223
  6. Hội nghị Khoa học An toàn dinh dưỡng và An ninh lương thực lần 2 năm 2018 Đánh giá cảm quan màng thu được từ thể keo HPMC: CT1c có dung dịch trong suốt, tạo màng dẻo, dễ tách màng và không bị đứt gãy. CT2a có dung dịch trong suốt, tuy nhiên để khoảng 30 phút dung dịch bị vón cục, từng mảng trắng nổi lên. Dung dịch và màng của CT1c để ở nhiệt độ phòng không bị vón cục và có các hạt tinh thể như CT2a. Do chất hóa dẻo PG ở trạng thái lỏng ở nhiệt độ phòng, còn PEG ở trạng thái rắn ở nhiệt độ phòng nên khi ở nhiệt độ cao PEG phân tán tốt và khi giảm nhiệt độ thì các hạt tinh thể PEG có xu hướng kết tinh lại với nhau thành một khối lớn nên hình thành các hạt tinh thể trắng và vón cục. Từ thực nghiệm cho thấy màng tổ hợp HPMC/sáp ong sử dụng chất hóa dẻo PG tốt hơn PEG. Khảo sát hàm lượng chất hóa dẻo PG (CT3) Điều kiện thực hiện: Hòa tan HPMC (5%), PG (0% – CT3a, 0.5% – CT3b, 2% – CT1c, 5% – CT3c) thu thể keo HPMC. Đánh giá cảm quan màng thu được từ thể keo HPMC: Với mẫu đối chứng CT3a không có PG và mẫu CT3b có hàm lượng PG thấp tạo màng trong suốt, không dẻo, dễ bị đứt gãy khi tách màng. Mẫu CT1c tạo màng trong suốt, dẻo, dễ tách màng và không bị đứt gãy. Mẫu CT3c tạo màng có những chấm tròn nhỏ như dầu nổi lên, màng quá dẻo, không tách được màng. Đánh giá tính chất cơ lý của màng thu được từ thể keo HPMC: Hình 3.2: TS và EB theo hàm lượng PG Chất làm dẻo là cần thiết để duy trì tính toàn vẹn của màng và lớp phủ và để tránh các lỗ rỗng và vết nứt (Garcia, M. A. et all, 2000). Kết quả trong bảng cho thấy việc bổ sung chất hóa dẻo làm tăng độ dãn dài khi đứt nhưng lại làm giảm độ bền kéo đứt. Độ bền kéo (TS) luôn thể hiện xu hướng giảm khi nồng độ chất dẻo tăng (Parameswara Rao Vuddanda et all, 2017). Chất hóa dẻo hạ thấp nhiệt độ tạo màng tối thiểu, tạo điều kiện hình thành phim dẻo thông qua các thay đổi trong nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh (Tg) và cho phép các tương tác phân tử giữa các phân tử như liên kết hydro giữa polymer và dẻo (Parameswara Rao Vuddanda et al., 2017). 224
  7. Hội nghị Khoa học An toàn dinh dưỡng và An ninh lương thực lần 2 năm 2018 Một số báo cáo gần đây cũng cho rằng các chất hóa dẻo khác nhau đang làm giảm Tg của các polymer thông qua tương tác tại các sợi liên kết trong suốt mạng polyme cuối cùng tăng khối lượng tự do giữa chuỗi polymer, làm suy yếu không cộng hóa trị và hình thành liên kết hydro (Hanpin Lim and Stephen W. Hoag 2013). Trong vùng thủy tinh, các polyme dễ v�và cứng trong khi chuyển động phân tử tăng lên và độ nhớt và mô đun đàn hồi giảm mạnh trong khu vực cao su. Ở trạng thái thủy tinh, polymer có khả năng biến dạng rất lớn dưới tác dụng mạnh của ứng suất. Trong trạng thái này, polymer khá cứng và dòn nên khi tăng chất hóa dẻo, độ dãn khi đứt tăng và độ bền kéo đứt giảm dần. (Parameswara Rao Vuddanda et all, 2017). Đánh giá hình thái học bề mặt (SEM) màng thu được từ thể keo HPMC: Hình 3.3: SEM theo hàm lượng PG, CT3a (trái) và CT1c (phải) Kết quả thu được trên ảnh SEM cho thấy, màng HPMC không có chất hóa dẻo không liên tục, có nhiều mao quản và vết nứt trên bề mặt. Với màng HPMC có chất hóa dẻo, chất hóa dẻo PG có trọng lượng phân tử thấp, hoạt động như các miếng đệm giữa các chuỗi polymer làm giảm lực liên kết nội phân tử (Parameswara Rao Vuddanda et al., 2017), tăng tính linh hoạt của chuỗi polymer HPMC tạo ra cấu trúc màng đồng thể hơn, màng nhẵn và không xuất hiện mao quản hay vết nứt (Romero Bastida et al., 2004). Từ thực nghiệm màng HPMC 5% với PG 2% (CT1c) có tính chất cơ lý và hình thái học bề mặt tốt hơn các công thức màng còn lại. Khảo sát hàm lượng sáp ong (CT4) Điều kiện thực hiện: Hòa tan HPMC (5%); PG (2%); sáp ong: OA = 5:1 (sáp ong 1% – CT4a, 2% – CT4b, 5% – CT4c, 10% – CT4d, 20% – CT4e) thu màng composite HPMC/sáp ong, phủ màng lên chanh. Đánh giá cảm quan màng thu được từ màng composite HPMC/sáp ong: Mẫu CT4a và mẫu CT4b dung dịch màu trắng, lỏng, màng tách được. Mẫu CT4c dung dịch màu trắng, độ nhớt trung bình (320cP), màng mịn và dễ tách. Mẫu CT4d và mẫu CT4e dung dịch màu trắng, độ nhớt lớn (568cP), màng không tách được. 225
  8. Hội nghị Khoa học An toàn dinh dưỡng và An ninh lương thực lần 2 năm 2018 Hình 3.4: Màng composite theo hàm lượng sáp ong: CT4a (trái), CT4b (giữa), CT4c (phải) Đánh giá cường độ hô hấp, hao hụt khối lượng của chanh được bảo quản bằng composite HPMC/sáp ong với mẫu đối chứng CT1: chanh không phủ màng. Hình 3.5: Cường độ hô hấp và hao hụt khối lượng theo hàm lượng sáp ong Từ đồ thị ở hình 3.5 cho thấy, màng có bổ sung sáp ong và chọn được chất nhũ hóa phù hợp tạo màng HPMC/sáp ong có cường độ hô hấp giảm trên quả chanh tốt hơn so với đối chứng. Đây là một trong những thông số rất quan trọng vì quá trình hô hấp có ảnh hưởng rất lớn đến suy giảm số lượng và chất lượng của quả. Sáp ong được bổ sung vào thành phần cấu tạo của màng với mục đích ngăn chặn sự thoát hơi nước và hư hại bề mặt trong thời gian bảo quản quả. Đồng thời, hầu hết các thành phần chính của chế phẩm tạo màng đều không có khả năng kỵ nước, nên việc bổ sung sáp ong vào trong chế phẩm còn giúp tăng độ bền của màng. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng kích thước hạt lipid cũng như sự phân bố của chúng trong nhũ tương của các chế phẩm tạo màng có tác động trực tiếp tới tính chất vật lý của màng, chẳng hạn như tính thẩm thấu hơi nước, tính chất cơ học hay tính cản chung của màng. Cường độ hô hấp của quả chanh ở tất cả các công thức đều giảm rõ rệt sau suốt 3 tuần bảo quản. Riêng chanh ở công thức CT1 do không áp dụng phủ màng nên cường độ hô hấp của quả luôn duy trì ở mức cao hơn nhiều so với các công thức có phủ màng. Chanh ở công thức CT4a có cường độ hô hấp thấp hơn so với ở công thức CT4, từ 17.87 mgCO2/kg.h giảm xuống 12.41 mgCO2/kg.h sau 3 tuần bảo quản. Điều này có thể giải thích do đặc điểm màng HPMC có khả năng cản khí tốt, chính vì vậy màng có khả năng làm giảm quá trình hô hấp của quả so với công thức CT4 không được phủ màng. Công thức CT4c có cường độ hô hấp thấp hơn rất 226
  9. Hội nghị Khoa học An toàn dinh dưỡng và An ninh lương thực lần 2 năm 2018 nhiều so với công thức CT4, CT4a và CT4b, sau 3 tuần bảo quản cường độ hô hấp giảm từ 15.82 mg CO2/kg.h xuống 11.02 mgCO2/kg.h. Công thức CT4d và CT4e có cường độ hô hấp giảm không nhiều so với CT4c. Từ đó suy ra CT4c là tối ưu với cường độ hô hấp quả chanh. Khảo sát loại chất nhũ hóa (CT5) Điều kiện thực hiện: Hòa tan HPMC (5%); PG (2%); sáp ong (5%); OA (1% – CT4c), SA (1% – CT5a) thu màng composite HPMC/sáp ong, phủ màng lên chanh. Đánh giá cảm quan màng thu được từ màng composite HPMC/sáp ong: Mẫu CT4c dung dịch màu trắng sữa, độ nhớt trung bình (320cP), màng mịn và dễ tách. Mẫu CT5a dung dịch màu trắng sữa, độ nhớt trung bình, màng mịn và tách được tuy nhiên trên bề mặt tụ thành từng mảng trắng. Đánh giá cường độ hô hấp, hao hụt khối lượng của chanh được bảo quản bằng composite với mẫu đối chứng CT1: chanh không phủ màng. Hình 3.6: Cường độ hô hấp và hao hụt khối lượng theo loại chất nhũ hóa Qua đồ thị có thể thấy tại thời điểm xác định 1 tuần, công thức CT5 có cường độ hô hấp cao nhất là 21.6 mgCO2/kg.h, tiếp theo là công thức CT5a cường độ hô hấp là 18.18 mgCO2/kg.h, công thức CT4c có cường độ hô hấp thấp nhất là 17.82 mgCO2/kg.h. Xu hướng này tiếp tục lặp lại tại hai thời điểm xác định là 2 và 3 tuần. Như vậy, có thể thấy trong các công thức phủ màng, công thức CT4c có khả năng trao đổi khí tốt hơn so với các công thức còn lại. Giải thích cho điều này là do, thành phần axít oleic có tác dụng phân tán đều các hạt lipid trong nhũ tương HPMC, đồng thời làm nhỏ các hạt cầu béo. Nhũ tương có kích thước hạt càng nhỏ thì khả năng cản khí và hơi nước càng lớn (A.Jiménez et all, 2010). Qua hình ta thấy rằng tại mỗi thời điểm xác định thì khả năng trao đổi hơi nước của mỗi công thức đều khác nhau và công thức CT1 luôn có hao hụt khối lượng lớn nhất. Ngoài công thức CT1, các công thức còn lại đều có thành phần và tỷ lệ các chất giống nhau, chỉ khác nhau về thành phần chất nhũ hóa. Điều này chứng tỏ sự có mặt của chất nhũ hóa trong thành phần của mỗi công thức chế phẩm có tác dụng trong việc ngăn cản sự trao đổi hơi nước của màng. Một số nghiên cứu đã giải thích rằng các axit béo mạch dài như oleic, stearic thường tạo ra các hạt nhũ tương có kích thước nhỏ hơn và có cấu trúc lớp phù hợp cho khả năng cản nước cao hơn (A.Jiménez et all, 2010). Theo kết quả từ hình, tại thời điểm xác định là 1 tuần, có thể thấy công 227
  10. Hội nghị Khoa học An toàn dinh dưỡng và An ninh lương thực lần 2 năm 2018 thức CT4c có tỷ lệ hao hụt thấp nhất là 1.455%, hao hụt khối lượng ở các công thức CT5a là 2.759 %. Xu hướng này tiếp tục được duy trì tại các thời điểm xác định là 2 và 3 tuần. Như vậy, có thể thấy việc bổ sung thành phần chất nhũ hóa là axít oleic vào thành phần của chế phẩm tạo màng HPMC/sáp ong đã tác dụng tốt hơn axit stearic trong việc cải thiện khả năng cản sự thoát hơi nước của màng HPMC/sáp ong. Do đó, mẫu CT4c với hàm lượng 0A (1%) được chọn cho các nghiên cứu tiếp theo. Khảo sát hàm lượng chất nhũ hóa OA (CT6) Điều kiện thực hiện: Hòa tan HPMC (5%); PG (2%); sáp ong (5%); OA (0% – CT6a, 0.5% – CT6b, 1% – CT4c, 2% – CT6c, 5% – CT6d) thu màng composite HPMC/sáp ong. Đánh giá cảm quan màng thu được từ màng composite HPMC/sáp ong: Mẫu CT6a và CT6b dung dịch nhũ tương sáp ong bị tách lớp, sáp ong không phân tán đều trên màng composite. Mẫu CT4c dung dịch màu trắng, độ nhớt trung bình (320cP), màng mịn và dễ tách. Mẫu CT6c và mẫu CT6d dung dịch màu vàng đục, sáp ong phân tán đều, không bị tách lớp, màng composite sau khi khô bị nổi lớp sáp ong lên trên, màng bị chảy dầu. Vì vậy chọn mẫu CT4c với hàm lượng OA (1%) là phù hợp. Từ thực nghiệm các công thức màng cho thấy việc sử dụng chất nhũ hóa axit oleic giúp sáp ong phân bố đều với kích thước vi nhũ trong chế phẩm tổ hợp HPMC/sáp ong và tăng khả năng phân tán, không bị tách lớp (A.Jiménez et all, 2010). Với tỉ lệ axit oleic: sáp ong = 1 : 5 (CT4c) là tạo nhũ tốt nhất. Đánh giá các tính năng màng composite HPMC/sáp ong được lựa chọn (CT4c) Điều kiện thực hiện: Hòa tan HPMC (5%); PG (2%); sáp ong (5%); OA (1%) thu màng composite HPMC/sáp ong, phủ màng lên chanh. Đánh giá cường độ hô hấp, hao hụt khối lượng của chanh được bảo quản bằng composite (CT4c) với mẫu đối chứng CT1: chanh không phủ màng. Hình 3.7: Hao hụt khối lượng (trái) và cường độ hô hấp (phải) của quả chanh không hạt phủ màng CT4c và CT1 Kết quả cho thấy sự có mặt của sáp ong trong màng composite HPMC/sáp ong thì làm giảm sự hao hụt khối lượng quả sau bảo quản tốt hơn so với màng HPMC. Đồng thời HPMC có vai trò 228
  11. Hội nghị Khoa học An toàn dinh dưỡng và An ninh lương thực lần 2 năm 2018 thẩm thấu khí CO2 tốt nên khi có mặt sáp ong nhưng cường độ trao đổi khí CO2 không thay đổi đáng kể. Đánh giá hình thái học bề mặt của màng composite (CT4c) với màng đối chứng CT1c: Màng đơn HPMC. Hình 3.8: Hình SEM màng CT4c (trái) và CT1c (phải) Nghiên cứu hình thái học bề mặt của màng cung cấp thông tin liên quan về sự sắp xếp của các thành phần, cho phép chúng ta hiểu rõ hơn về cơ chế truyền hơi nước và tính chất cơ học. Cấu trúc bề mặt màng HPMC không bổ sung sáp ong khá trơn và đồng nhất. Do sự hiện diện của các giọt sáp, bề mặt của màng nhũ tương thô ráp và không đồng đều, sự gián đoạn cấu trúc với sự hình thành của hai giai đoạn (lipid và polymer). Mặc dù trong nhìn bằng mắt thường các màng đồng nhất và không có độ xốp, khi quan sát ở mức độ vi mô (SEM), chúng cho thấy độ nhám với sự hiện diện của lỗ khí bên trong. Do được phân bố để hình thành các tập hợp lipid lớn hơn cả bên trong và trên bề mặt màng (Mehran Ghasemlou et all, 2011). Đánh giá tính chất cơ lý của màng composite (CT4c) với màng đối chứng CT1c: màng đơn HPMC. Hình 3.9: Độ bền kéo đứt (TS) và độ giãn dài khi đứt (EB) của màng CT1c và CT4c 229
  12. Hội nghị Khoa học An toàn dinh dưỡng và An ninh lương thực lần 2 năm 2018 Từ kết quả bảng và đồ thị trên cho thấy thêm chất béo (sáp ong) làm giảm mạnh độ bền kéo đứt và tăng độ giãn dài khi đứt. Tăng nồng độ của sáp ong làm giảm độ bền kéo, nhưng tăng độ giãn dài khi đứt do hiệu ứng dẻo của chúng (Kanokrat Limpisophon et all, 2010), lipid thiếu kết dính cấu trúc toàn vẹn (Gontard, N.et all, 1995). Kết hợp lipid trong các màng dựa trên protein hoặc polysaccharide có thể can thiệp vào các tương tác chuỗi – chuỗi polymer và cung cấp các miền linh hoạt trong màng phim. Kết quả có thể là hiệu ứng làm dẻo, bao gồm giảm độ bền màng và tăng tính linh hoạt (Talens, P. et all, 2005). Đánh giá kết quả đo FTIR của màng composite (CT4c) với màng đối chứng CT1c: màng đơn HPMC. Hình 3.10: Phổ hồng ngoại màng CT1c (trái) và sáp ong (phải) Hình 3.11: Phổ hồng ngoại màng CT4c Trên phổ hồng ngoại của màng HPMC (CT1c) và màng tổ hợp HPMC/sáp ong (CT4c) đều xuất hiện: Peak 3455.6 – 3400.6 cm–1 đặc trưng cho giãn O–H khi có liên kết Hydrogen ngoại phân tử. Trên phổ hồng ngoại của màng HPMC (CT1c) không có giãn đặc trưng cho nhóm este. Trên phổ hồng ngoại của màng tổ hợp HPMC/sáp ong (CT4c) và sáp ong đều xuất hiện: 230
  13. Hội nghị Khoa học An toàn dinh dưỡng và An ninh lương thực lần 2 năm 2018 – Peak 1736.52 – 1735.63 cm–1 đặc trưng cho nhóm cacbonyl (C=O), peak 1173.37 – 1196 cm–1 đặc trưng cho giãn bất đối xứng O–C–C. Từ đó suy ra xuất hiện nhóm este. – %T peak cacbonyl (C=O) của CT4c nhỏ hơn sáp ong và màng HPMC đơn không có nhóm este, điều này cho thấy màng CT4c có mặt este nhiều hơn và có thế xuất hiện axit cacboxyl (của axit oleic). Từ đó cho thấy màng tổ hợp HPMC/sáp ong đã tạo được liên kết ngang (este), có tính chất rất tốt với màng. Đánh giá kết quả đo TGA của màng composite (CT4c) với màng đối chứng CT1c: Màng đơn HPMC. Hình 3.12: Tính ổn định nhiệt của màng CT1c (trái) và CT4c (phải) Sự ổn định nhiệt của HPMC (CT1c), composite HPMC/sáp ong (CT4c) được nghiên cứu bằng cách thực hiện TGA. Tính ổn định nhiệt được quan sát thấy rằng có sự khác biệt đáng kể trong sự xuống cấp nhiệt của HPMC tinh khiết so với màng composite HPMC/sáp ong. Điều này cho thấy sự kết hợp của sáp ong đã làm thay đổi đáng kể tính ổn định nhiệt của HPMC tinh khiết. Màng composite HPMC/sáp ong có độ bền nhiệt tốt hơn so với phim HPMC thuần túy. KẾT LUẬN Việc chế tạo sản phẩm màng dạng tổ hợp có 2 thành phần HPMC/sáp ong, đã kết hợp các tính chất có lợi của các vật liệu khác nhau để cải tiến các chức năng như độ thấm khí, độ bóng, độ bền,... Thúc đẩy việc nghiên cứu và sử dụng có hiệu quả màng polyme tự nhiên không độc hại trong bảo quản rau quả sau thu hoạch. Nâng cao giá trị kinh tế đối với nguồn nguyên liệu sáp ong và xenlulozo – HPMC (gai, tre, nứa,…), và nguồn tài nguyên chưa được khai thác hiệu quả trong công nghiệp. Nâng cao hiệu quả bảo quản trái cây khi sử dụng màng tổ hợp so với trước đây sử dụng các sản phẩm tạo màng một thành phần. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu đã thu được có thể đưa ra một số kết luận như sau: – Nghiên cứu chế tạo màng tổ hợp HPMC/sáp ong đi từ khung HPMC (5%) và các thành phần PG (2%), sáp ong (5%), OA (1%). 231
  14. Hội nghị Khoa học An toàn dinh dưỡng và An ninh lương thực lần 2 năm 2018 – Dựa trên khảo sát các tính chất của màng (giảm cường độ hô hấp và khả năng cản nước cao hơn so với quả chanh không hạt chưa được bảo quản), đã chứng minh cải thiện nhược điểm của HPMC tính háo nước và nhược điểm của sáp ong là hô hấp yếm khí. – Từ kết quả FTIR cho thấy, màng tổ hợp HPMC/sáp ong đã tạo được liên kết ngang (este), có tính chất rất tốt với màng. – Lựa chọn chất hóa dẻo PG đã đạt hiệu quả trong làm tăng độ dãn dài khi đứt nhưng lại làm giảm độ bền kéo đứt của màng tổ hợp. – Khi sử dụng OA làm chất nhũ hóa, giúp sáp ong phân bố đều với kích thước vi nhũ trong chế phẩm tổ hợp HPMC/sáp ong và tăng khả năng phân tán, không bị tách lớp. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ASTM, Standard test methods for water vapor transmission of materials, E 96–80, In Annual Book of ASTM Standards, Vol 15, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, PA, USA, 1989, p. 745–54. [2] ASTM, Standard Test Method for Tensile Properties of Thin Plastic Sheeting, D882 – 02, In Annual Book of ASTM Standards, Vol 15, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, PA, USA, 1989. [3] A.Jiménez, M.J.Fabra, P.Talens (2010), Effect of lipid self–association on the microstructure and physical properties of hydroxypropyl–methylcellulose edible films containing fatty acids, Carbohydrate Polymers, Volume 82, Issue 3, Pages 585–593. [4] Garcia, M. A., Martino, M. N., & Zaritzky, N. E. (2000), Lipid addition to improve barrier properties of edible starch–based films and coatings, Journal of Food Science, 65(6), 941– 947. [5] Gontard, N.et all (1995), Water vapour permeability of edible bilayer films of wheat gluten and lipids, International Journal of Food Science and Technology, Vol 30, page 49–56. [6] Kanokrat Limpisophon et all (2010), Characterisation of gelatin–fatty acid emulsion films based on blue shark (Prionace glauca) skin gelatin, Food Chemistry, Vol 122, page 1095– 1101. [7] Hanpin Lim and Stephen W. Hoag (2013), Plasticizer Effects on Physical–Mechanical Properties of Solvent Cast Soluplus® Films, AAPS PharmSciTech, 14(3): 903–910 [8] Mehran Ghasemlou et all (2011), Characterization of edible emulsified films with low affinity to water based on kefiran and oleic acid, International Journal of Biological Macromolecules 49, 378–384. [9] M.J. Fabra et all (2011), Influence of the homogenization conditions and lipid self– association on properties of sodium caseinate based films containing oleic and stearic acids, Food Hydrocolloids, Vol 25, 1112–1121. 232
  15. Hội nghị Khoa học An toàn dinh dưỡng và An ninh lương thực lần 2 năm 2018 [10] Parameswara Rao Vuddanda et all (2017), Effect of plasticizers on the physico–mechanical properties of pullulan based pharmaceutical oral films, European Journal of Pharmaceutical Sciences, Vol 96, page 290–298. [11] Romero Bastida et all (2004), Effect of plasticizer ph and hydration on the mechanical and barrier properties of zein and ethylcellulose films efecto de plastificante pH, European Journal of Pharmaceutical Sciences, Vol 96, page 290–298. [12] Sana Asrar, (2015), Development and charcterization of shellac–hydroxypropyl methyl cellulose composite films with acid catalyst, All Theses, paper 1438. [13] Talens, P et all (2005), Plasticizing effects of beeswax and carnauba wax on tensile and water vapour permeability properties of whey protein films, Food Engineering and Physical Properties, Vol 70, page 239–243. RESEARCH, MANUFACTURE, FEATURES OF HPMC/BEESWAX EDIBLE COMPOSITE FILM AND EXPLORING THE APPLICATION IN PRESERVING SEEDLESS LIME ABSTRACT The HPMC/beewax edible composite films was created based on the evaluation of processes: HPMC gelatinous, beewax emulsion and HPMC/beewax composite. Features of the composite film are as follows: Tensile strength (TS), Elongation at break (EB), Thermogravimetric Analyzer (TGA), Scanning electron micrographs (SEM), Fourier Transform InfraRed (FTIR). HPMC (1%, 3% and 5%) gelatinous: investigation of plasticizer type (propylene glycol – PG, polyethylene glycol – PEG); PG plasticizer contents (0%, 0.5%, 2% và 5%). With beewax emulsion: investigation of beewax contents (0%, 0.5%, 2% và 5%); emulsifier type (oleic acid – OA,stearic acid – SA); OA contents (1%, 3% và 5%). HPMC gelatinous and HPMC/beewax composite films are explored the application in preserving seedless lemons. Evalution of preservation effects by characteristics respiratory intensity, weight loss of before and after fruits preservation. Effective features of films form process as well as characteristics of evaluation HPMC/beewax edible composite films are researched and analyzed based on experiment results and previous studies. Key words: HPMC, beewax, edible composite films. 233
nguon tai.lieu . vn
Kiến trúc - Xây dựng Tự động hoá Điện - Điện tử Kĩ thuật Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Năng lượng Hoá dầu Hoá học Sinh học