Ảnh hưởng của nồng độ và thời gian ngâm chitosan đến quá trình bảo quản mực khô còn da

Hội nghị Khoa học An toàn dinh dưỡng và An ninh lương thực lần 2 năm 2018 31 ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ VÀ THỜI GIAN NGÂM CHITOSAN ĐẾN QUÁ TRÌNH BẢO QUẢN MỰC KHÔ CÒN DA *Nguyễn Thị Phượng; Nguyễn Thị Ngọc Hoài; Phạm Viết Nam Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM Email: *phuongnt@cntp.edu.vn TÓM TẮT Mực khô là loại sản phẩm qua quá trình sấy có độ ẩm thấp, có giá trị kinh tế và được người tiêu dùng ưa chuộng. Chitosan là một polysaccharide được sản xuất từ phụ phế phẩm thủy sản nhiều tính chất vật lý, hóa học và sinh học như khả năng kháng khuẩn, khả năng tạo màng bao có độ thoáng khí. Trong nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành tạo màng chitosan và tối ưu hóa 2 yếu tố nồng độ chitosan, thời gian ngâm chitosan trong bảo quản mực khô còn da theo quy hoạch thực nghiệm mô hình trực giao cấp 2 với 3 thí nghiệm tại tâm. Kết quả nghiên cứu xác định được loại chitosan bảo quản thích hợp cho quá trình tạo màng có diacetyl > 90%, nồng độ chitosan 0.454% trong thời gian ngâm 17.6 phút. Chất lượng mực khô còn da khá ổn định trong suốt thời gian bảo quản 3 tháng với độ ẩm 24% ở nhiệt độ bình thường như: ngăn ngừa quá trình oxy hóa chất béo và ngăn ngừa hiện tượng xuất hiện nấm mốc trong mực khô còn da. Từ khóa: Mực khô còn da, chitosan, bảo quản. GIỚI THIỆU Mực khô không những là sản phẩm được ưa chuộng trên thị trường hiện nay mà còn là một trong những mặt hàng khô quan trọng của ngành thủy sản Việt Nam. Tuy nhiên, vấn đề sử dụng các hóa chất bảo quản không đúng cách hay lạm dụng hóa chất bảo quản làm ảnh hưởng tới sức khỏe người tiêu dùng và không đáp ứng được nhu cầu xuất khẩu của các thị trường khó tính như Nhật Bản, Hoa Kì và một số nước ở châu Âu. Năm 1997, Attaya Kungsuwan và các cộng sự đã nghiên cứu sử dụng dung dịch chitosan (hòa tan 5 g chitosan trong 500 ml acid acetic 1%) làm bao gói bảo quản cá thì thấy cá có bảo quản bằng màng chitosan kéo dài thời gian bảo quản tới 2 tháng trong khi cá không được bảo quản bằng chitosan thì thời gian bảo quản chỉ kéo dài tối đa 1 tháng trong cùng một điều kiện bảo quản. Bùi Văn Miên và Nguyễn Anh Trinh (trường Đại học Nông Lâm TP.HCM, 2003) đã nghiên cứu dùng vỏ bọc chitosan bao gói các loại thủy sản tươi và khô. Bảo quản cá tươi bằng chitosan hạn chế được hiện tượng mất nước và tổn thất chất dinh dư�ng của cá khi cấp đông và sau khi rã đông. Tiến hành pha dung dịch chitosan 2% trong dung dịch acid acetic 1.5%. Sau đó, nhúng cá khô vào dung dịch được pha, làm khô bằng cách sấy ở nhiệt độ 30°C có quạt gió. Sản phẩm thu được có thể bảo quản tốt ở nhiệt độ bình thường. Tùy theo độ ẩm của cá mà sản phẩm có thời Hội nghị Khoa học An toàn dinh dưỡng và An ninh lương thực lần 2 năm 2018 32 gian bảo quản khác nhau. Ở độ ẩm 26 ÷ 30%, cá có màng chitosan có thể bảo quản trên 130 ngày, gấp 1.5 lần so với mẫu đối chứng (bảo quản được 83 ngày), mực khô cũng có thời gian bảo quản giống cá khô ở cùng độ ẩm trên. Ở độ ẩm 41÷ 45% cá bảo quản được 17 ngày. Năm 2005, Lopez–Caballero và các cộng sự đã nghiên cứu dùng hỗn hợp chitosan – gelatin bao gói bảo quản chả cá thì thấy sau 20 ngày bảo quản mùi vị của chả cá hầu như không biến đổi nhiều và các tính chất khác như độ cứng, độ cố kết, độ mềm dẻo... hầu như không đổi. Mặc dù có nhiều nghiên cứu về việc sử dụng chitosan trong bảo quản thủy sản nói chung và bảo quản mực nói riêng nhưng chưa có một nghiên cứu cụ thể nào trên đối tượng mực khô còn da. Vì vậy, nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ và thời gian ngâm chitosan trong bảo quản mực khô còn da là cần thiết nhằm ngăn ngừa quá trình oxy hóa chất béo trong mực khô còn da, ngăn ngừa hiện tượng xuất hiện nấm mốc, duy trì chất lượng sản phẩm mực khô còn da trong suốt quá trình bảo quản ở nhiệt độ thường và kéo dài thời gian bảo quản mực khô còn da. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Vật liệu nghiên cứu Hóa chất: Chitosan được cung cấp từ trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM. Chitosan có độ deacetyl 90%: màu trắng, dạng bột. Acid acetic được cung cấp từ trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM Nguyên liệu: Mực ống Logigo formosana mua ở siêu thị CoopMart Thắng Lợi, quận Tân Bình, TP.HCM, size: 13-20 con/kg, có màu tự nhiên. thân không rách, thủng. Đầu dính chặt vào thân, râu, mắt nguyên vẹn, thịt đàn hồi. Số con v� mực không quá 3%, da trầy xước nhẹ. Mùi tự nhiên, không có mùi lạ. Sau khi luộc có mùi thơm, vị ngọt, nước luộc trong. Nguyên liệu mực được bỏ vào túi PE trong thùng xốp có đá, nhiệt độ ≤5°C và được vận chuyển về Trung tâm Thí nghiệm Thực hành, trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM. Phương pháp nghiên cứu Thí nghiệm loại chitosan tạo màng được sử dụng trong bảo quản sản phẩm mực khô c�n da Hút 10 ml chitosan đã được pha vào đĩa petri, dàn đều khắp đĩa petri. Để đĩa petri vào tủ sấy, sấy ở nhiệt độ 50°C, trong 9 giờ để đạt độ ẩm <25%, tạo được màng mỏng chitosan. Màng này được đánh giá hình thái bề mặt của vật liệu SEM (Scanning Electron Microscope) và đo độ bền kéo đứt và độ giãn kéo đứt của màng trên thiết bị Testometric M 350-5. Tối ưu hóa giá trị hai yếu tố nồng độ và thời gian ngâm chitosan ảnh hưởng đến chất lượng mực khô còn da Phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM - Response Surface Methodology) và phương án quay bậc 2 có tâm (CCD - Central Composite Design) được áp dụng để tối ưu hóa điều kiện nồng độ và thời gian ngâm chitosan trong bảo quản mực khô còn da. Tiến hành quy hoạch thực nghiệm theo mô hình trực giao cấp 2 có tâm xoay ở 3 mức (-1, 0, +1) với 11 thí nghiệm, trong đó, có 3 thí nghiệm Hội nghị Khoa học An toàn dinh dưỡng và An ninh lương thực lần 2 năm 2018 33 ở tâm. Từ đó, xác định nồng độ và thời gian ngâm chitosan tối ưu trong bảo quản sản phẩm mực khô còn da. Gọi x1 và x2 là 2 yếu tố độc lập đại diện cho nồng độ chitosan (%) và thời gian ngâm chitosan (phút). Các thí nghiệm được thực hiện ở 2 mức như trình bày trong bảng 1: Bảng 1: Các mức của yếu tố Yếu tố thí nghiệm Mức yếu tố - 0 + Nồng độ (x1) 0.3 0.65 1 Thời gian (x1) 5 15 25 Phương trình hồi quy bậc 2: 2 21 1 2 2 12 1 2 11 1 22 2ˆ = + + + + +oy b b x b x b x x b x b x (1) Phương án cấu trúc có tậm cấp hai với 2 yếu tố được sử dụng để xác định các hệ số của phương trình hồi quy. Số thí nghiệm được xác định như sau: 2 2 9= + + =k oN k n (2) Trong đó: k = 2, no = 1 là số thí nghiệm làm them ở tâm phương án, 2k = 4 là số thí nghiệm nằm trên các trục tọa độ của không gian, yếu tố bao gồm (± α,0) và (0, ± α) với  = 1,15 là cánh tay đòn. Ma trận thí nghiệm được bố trí như trong bảng 2: Bảng 2: Ma trận thực nghiệm Số thứ tự thí nghiệm x1 x2 Điểm cảm quan trung bình (y) 1 25 0.3 8.029 2 25 1 6.227 3 5 1 2.282 4 5 0.3 1.556 5 26.5 0.7 8.198 6 3.5 0.7 11.642 7 15 1.045 7.538 8 15 0.355 14.512 9 15 0.7 8.893 Hội nghị Khoa học An toàn dinh dưỡng và An ninh lương thực lần 2 năm 2018 34 Ma trận quy hoạch cấu trúc có tâm cấp hai, hai yếu tố được trình bày trong bảng 3: Số thứ tự thí nghiệm xo x1 x2 x1x2 x12 x22 y 1 + + - - + + y1 2 + + + + + + y2 3 + - + - + + y3 4 + - - + + + y4 5 + + 0 0 2 0 y5 6 + - 0 0 2 0 y6 7 + 0 + 0 0 2 y7 8 + 0 - 0 0 2 y8 9 + 0 0 0 0 0 y9 Ta đặt 01 11 1 02 12 2 0 1 k k N N kN X X X X X X X X X X      =       là ma trận những biến độc lập. 1 2 N y y Y y      =       là véc tơ điểm trung bình cảm quan 1 2 12 11 22         =            ob b b B b b b là véc tơ các hệ số Hội nghị Khoa học An toàn dinh dưỡng và An ninh lương thực lần 2 năm 2018 35 Ma trận thông tin của phương án cấu trúc có tâm cấp 2, hai yếu tố được xác định như sau: 9 0 0 0 6.645 6.645 0 6.645 0 0 0 0 0 0 6.6450 0 0 0 0 0 TX X = 0 4 0 0 6.645 0 0 0 7.498 4 6.645 0 0 0 4 7.498                   Phương pháp phân tích và tính toán số liệu - Xác định chất lượng cảm quan (trạng thái, màu sắc, mùi, vị) của mực khô còn da bằng phương pháp cho điểm – Phương pháp phân tích hóa lý Xác định khối lượng biến đổi theo thời gian Xác định độ ẩm bằng cách sấy đến khối lượng không đổi Xác định độ chua bằng phương pháp trung hòa Xác định chỉ số peroxyd bằng phương pháp chuẩn độ iod – Phương pháp phân tích vi sinh vật Xác định tổng vi khuẩn hiếu khí theo tiêu chuẩn ISO 4833-1:2013. Xác định Coliforms theo tiêu chuẩn ISO 4832:2006. Xác định E.Coli theo tiêu chuẩn ISO 16649-2:2001. Xác định Samolnella theo tiêu chuẩn ISO 6579-1:2017. Xác định Staphylococus aureus theo tiêu chuẩn ISO 6888-1:2003. Xác định Clostridium perfringens theo tiêu chuẩn ISO 7937:2004. Xác định Vibrio parahaemolyticus theo TCVN 8988:2012. Xác định tổng số bào tử nấm men, nấm mốc theo tiêu chuẩn ISO 21527-2:2008. – Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm bằng thống kê toán học trên phần mềm MS Excel 2010, phân tích phương sai ANOVA trên phần mềm SPSS (Statistical Package for the Social Sciences). Ngoài ra, sử dụng phần mềm Modde 5.0 để phân tích thống kê số liệu thí nghiệm tối ưu hóa. Hội nghị Khoa học An toàn dinh dưỡng và An ninh lương thực lần 2 năm 2018 36 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Kết quả xác định loại chitosan tạo màng được sử dụng trong bảo quản sản phẩm mực khô c�n da Kiểm tra SEM cho thấy mẫu chitosan có độ deacetyl >90% có bề mặt mịn màng và đồng nhất tốt hơn mẫu chitosan có độ deacetyl <90% có sự không liên tục về độ gồ ghề dọc theo bề mặt màng. Do độ deacetyl nhỏ thì khả năng hòa tan chitosan trong dung dịch acid acetic càng nhỏ làm cho bề mặt màng không được mịn màng. Hình 1: Kết quả kiểm tra SEM của mẫu chitosan có độ deacetyl >90% Hình 2: Kết quả kiểm tra SEM của mẫu chitosan có độ deacetyl <90% Kết quả kiểm tra độ bền kéo dãn của màng chitosan có độ deacetyl >90% thì độ bền kéo nhỏ hơn do độ dày ở mẫu này là 0.09 độ dày lớn làm cho các khuyết tật xảy ra nhiều ảnh hưởng đến kết quả đo. Mẫu chitosan có độ deacetyl <90% thì độ dày nhỏ hơn 0.04 nên khả năng xảy ra khuyết điểm nhỏ hơn. Bảng 4: Kết quả kiểm tra độ bền kéo dãn của màng chitosan Mẫu Độ bền kéo Tensile Strength (MPa) Biến dạng kéo đứt Tensile Strain at Break (%) Mẫu chitosan có độ deacetyl >90% 6.66 7.41 Mẫu chitosan có độ deacetyl <90% 15.36 3.46 Độ biến dạng kéo đứt ở mẫu chitosan có độ deacetyl >90% lớn hơn nhiều so với mẫu chitosan có độ deacetyl <90% cho dù đo ở độ dày lớn hơn. Từ các kết quả nhận được, chọn chitosan có độ deacetyl >90% để làm màng bảo quản sản phẩm mực khô còn da. Hội nghị Khoa học An toàn dinh dưỡng và An ninh lương thực lần 2 năm 2018 37 Tối ưu hóa giá trị hai yếu tố nồng độ và thời gian ngâm chitosan ảnh hưởng đến chất lượng mực khô còn da Các thí nghiệm thực hiện trên 2 yếu tố ở ba mức gồm 11 thí nghiệm, trong đó, có 3 thí nghiệm ở tâm. Ma trận thông tin của phương án cấu trúc có tâm cấp 2, hai yếu tố được xác định như sau: 9 0 0 0 6.645 6.645 0 6.645 0 0 0 0 0 0 6.6450 0 0 0 0 0 TX X = 0 4 0 0 6.645 0 0 0 7.498 4 6.645 0 0 0 4 7.498                   Các hệ số của phương trình hồi quy được xác định như sau: ( ) ( ) ( ) ( ) 9 9 1 29 1 1 1 29 9 2 21 1 2 1 1 9 9 9 , , 1 2 1 2 1 1 1 12 11 229 9 9 2 , 2 , 2 1 2 1 2 1 1 1 1 7.6514; 0.9721; -1.3671; 9 -0.6315; -2.5131; -1.3915 i i i i i i o oi i i i i i i i i ii i i i i i i ii i i i x y x y b x y b b x x x x y x y x y b b b x x x x = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =            Trong đó 9 9 2 2 1 2 ' 2 ' 21 1 1 1 2 2; 9 9 i i i i i i i i x x x x x x= == − = −   Phương trình hồi quy: 2 2 1 2 1 2 1 2ˆ 7.6514 0.9721 1.3671 0.6315 2.5131 -1.3915y x x x x x x= + − − − Sử dụng tiêu chuẩn Fisher để kiểm định sự tương thích của phương trình hồi quy với thực nghiệm: ( ) 1 9 2 2 1 ˆ 28.28 9 6 i i i y y s = − = = −  Ngoài ra tiến hành làm 3 thí nghiệm bổ sung ở tâm phương án với điểm trung bình cảm quang như sau: 1 2 3 0 0 0 0; 9.69, 10.017.53 9.075 y y y y = = = = Hội nghị Khoa học An toàn dinh dưỡng và An ninh lương thực lần 2 năm 2018 38 Phương sai tái hiện: ( ) 2 3 2 2 1 1.836 3 1 i o o i y y s = − = = −  2 1 2 2 28.28 15.4 1.836 s F s = = = Tra bảng ( )95 1 2, 19.2F f f = trong đó f1=3, f2=2 Ta nhận thấy ( )95 1 2,F F f f , phương trình hồi quy tương thích với thực nghiệm Th ời gia n ( ph út) Nồng độ (%) Đ iể m c ảm q ua n Hình 3: Ảnh hưởng của nồng độ và thời gian ngâm lên điểm trung bình cảm quan Chúng tôi thu được phương trình hồi quy sau (bỏ qua ảnh hưởng của X1*X2 vì P > 0.05): 2 2 1 2 1 2 1 2ˆ 7.6514 0.9721 1.3671 0.6315 2.5131 -1.3915y x x x x x x= + − − − Phương trình hồi quy được biểu diễn trên trục tọa độ không gian 3 chiều, và trên mặt phẳng, ta được hình 3. Kết quả quy hoạch thực nghiệm cho thấy cả 2 yếu tố x1 và x2 đều ảnh hưởng đến quá trình bảo quản mực khô còn da. Tuy nhiên, ảnh hưởng của x1 là nhiều hơn so với x2. Ngoài ra, không có sự tương tác giữa x1 và x2 trong các kết quả đã khảo sát. Nồng độ là 0.454% và thời gian ngâm chitosan là 17.6 phút được xem là hai thông số tối ưu để bảo quản mực khô còn da. KẾT LUẬN Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm đã tối ưu hóa thông số của nồng độ và thời gian ngâm chitosan ảnh hưởng đến chất lượng mực khô còn da cho giá trị cao nhất là 0.454% và 17.6 phút. Kết quả làm tiền đề cho nghiên cứu ứng dụng màng chitosan thay thế cho hóa chất trong bảo quản sản phẩm mực khô còn da với quy mô công nghiệp. Hội nghị Khoa học An toàn dinh dưỡng và An ninh lương thực lần 2 năm 2018 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Thị Quyên (2007). Nghiên cứu ứng dụng chitosan trong quy trình sản xuất mực ống lột da sấy lạnh. Trường Đại học Nha Trang. [2] Châu Văn Minh, Phạm Hữu Điển, Đặng Lan Phương, Trịnh Đức Hưng, Hoàng Thanh Hương (1997). Sử dụng chitosan làm chất bảo quản thực phẩm tươi sống. Tạp chí Khoa học, trang 75÷78, số 4. [3] Nguyễn Thị Phương Nhi (2010). Nghiên cứu sử dụng chitosan bảo quản chả cá rô phi. Trường Đại học Cần Thơ. [4] Nguyễn Thị Thu Thảo (2015), Ứng dụng kết hợp chitosan và phụ gia thực phẩm trong bảo quản cá tra khô tẩm gia vị. Trừờng Đại học Nha Trang. [5] Bùi Văn Miên, Nguyễn Anh Trinh (2003). Nghiên cứu ứng dụng dùng chitosan tạo màng bảo quản cá tươi. Khoa Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Nông Lâm, TP.HCM. [6] Mukku Shrinivas Rao, Attaya Kungsuwan, Suwalee Chandrkrachang and Willem F.Stevens, Biocatalytic conversion of shrimp biowaste into chitin and chitosan, Aposter paper presented at the 2nd Asia Pacific Marine Biotechnology Conference, 7-10 May 1997. [7] Blaise Ouattara, Ronald E.Simard, Gabriel Piette, André Besgin, Richard A.Holley, Inhibition of surface spoilage bacteria in processed meats by aplication of antimicrobial films prepared with chitosan, International journal of food microbiology, 62,p.139÷148, 2000. [8] M.E.Lospez Caballero, M.C.Gosmez-Guillén, M.Pérez-Mateos, P.Montero, A chitosan – gelatin blend as a coating for fish patties, Food Hydrocolloids 19, p.303-331, 2005. THE IMPACT OF CONCENTRATIONS AND TIME OF CHITOSAN ON STORAGE OF DRIED CUTTLEFISH ABSTRACT Dried cuttlefish is one of product kind via dry process with low hygrometry, economic value and favourite consumer. Chitosan is a polysaccharide which was produced from by-product seafood with many physical property, chemistry and bioscience such as antibacterial, film-forming capability airy. In this study, we researched chitosan film-forming and optimizing of two elements concentration, time of chitosan in dried cuttlefish preservative still period of time according to plan orthogonal model experiment level 2 with 3 experiments in center was conducted. The results were obtained that: the diacetyl > 90%, concentrations of chitosan was 0.454%, time of chitosan was 17.6 minutes. The quality of dried cuttlefish was still quite sustained during three months shelf-life in room temperature with 24% moitures such as: prevent of fatty oxydative process and appearance phenomena in dried cuttlefish continue skin. Key words: Dried cuttlefish continue skin, chitosan, storage.