Nghiên cứu tạo màng từ chitosan kết hợp nano bạc và thử nghiệm bảo quản xoài cát Hòa Lộc

MẪU 14KHCN IUH1819 BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG Tên đề tài NGHIÊN CỨU TẠO MÀNG TỪ CHITOSAN KẾT HỢP NANO BẠC VÀ THỬ NGHIỆM BẢO QUẢN XOÀI CÁT HÒA LỘC Mã số đề tài 171 4241 Chủ nhiệm đề tài NGUYỄN HUỲNH ĐÌNH THUẤN Đơn vị thực hiện VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC – THỰC PHẨM Tp Hồ Chí Minh, 15 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1 1 Chitosan Chitin là polysaccharide mạch thẳng, được cấu tạo từ các đơn vị ace.

IUH1819 BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU TẠO MÀNG TỪ CHITOSAN KẾT HỢP NANO BẠC VÀ THỬ NGHIỆM BẢO QUẢN XOÀI CÁT HÒA LỘC Tên đề tài: Mã số đề tài: 171.4241 Chủ nhiệm đề tài: NGUYỄN HUỲNH ĐÌNH THUẤN Đơn vị thực hiện: VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC – THỰC PHẨM Tp Hồ Chí Minh, … CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.Chitosan Chitin polysaccharide mạch thẳng, cấu tạo từ đơn vị acetyl-glucosamine, nhóm (-OH) C2 đơn vị glucose thay nhóm acetyl-amino (NHCOCH3) (Hình 1.1a), chitin gọi poly-(N-acetyl-2-amino-2-deoxi-β-Dglucopyranose) liên kết với liên kết β-(1→4) glycoside Chitin polymer sinh học tự nhiên nhiều thứ hai sau cellulose (Rinaudo, 2006) Chitosan dẫn xuất deacetyl hoá chitin Chitosan cấu tạo từ đơn vị Dglucosamin liên kết với liên kết -(1→4)-glicosid, chitosan gọi poly -(1-4)-2-amino-2-deoxi-D-glucopyranose poly-(1-4)-D- glucosamin (Hình 1.1b) Hình 1.1 Cơng thức cấu tạo chitosan Trong lớp vỏ số loài giáp xác (tôm, cua, mực) thành phần chitin chiếm khoảng 20 – 30% (Fereidoon Shahidi*, 1999; Mahmoudi et al., 2011), chitin cịn diện số lồi nấm mốc 1.2 Tính chất vật lý hố học chitosan Độ deacetyl chitosan nằm khoảng 56% đến 99%, trung bình 80%, tùy thuộc vào loại giáp sát phương pháp sản xuất (No & Meyers, 1995); (Hong Kyoon Noa, 2002) Để đánh giá độ deacetyl (DDA) người ta thường dùng phương pháp quang phổ IR tính theo cơng thức sau: (1) Domszy and Roberts (1985), DDA = 100 – [(A1655/ A3450) x 100/1,33] (2) Sabnis and Block (1997), DDA = 97,67 – [26,486 x (A1655/A3450)] (3) Baxter cs (1992), DDA= 100 – [(A1655 / A3450) x 115] (4) Rout (2001), DDA = 118,883-[40,1647 x (A1655/A3450)] Trong công thức trên: A1655 cường độ hấp phụ đỉnh 1655 A3450 cường độ hấp phụ đỉnh 3450 Chitosan không độc, có tính kháng khuẩn vi sinh vật cao, có khả phân huỷ sinh học nên không gây dị ứng không gây phản ứng phụ, không gây tác hại đến môi trường Là hợp chất cao phân tử có cấu trúc ổn định, có khả hấp phụ cao kim loại, pH < 6,3 chitosan có tính điện dương cao Trọng lượng phân tử chitosan tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu phương pháp sản xuất, nằm khoảng 100 – 1.200 kDa (Q Li et al., 1992) Chitosan hòa tan dung dịch acid lỗng có pH < 6,0 acid acetic, acid formic acid lactic Khả hòa tan chitosan acid vô hạn chế, chitosan có 15 thể hịa tan dung dịch hydrochloric acid 1% khơng hịa tan acid sulfuric acid phosphoric Khi pH > 7,0 tính hịa tan chitosan (Rout, 2001) Trong phân tử chitosan có chứa nhóm –OH, nhóm -NH2 đơn vị D-glucosamin có nghĩa chúng vừa alcohol vừa amin, vừa amide Phản ứng hố học xảy vị trí nhóm chức tạo dẫn xuất O-, N-, O-, N Mặt khác chitosan polimer mà monomer nối với liên kết β(1→4)-glycoside; liên kết dễ bị cắt đứt tác nhân hoá học như: acid, base, tác nhân oxy-hóa enzyme a) Các phản ứng nhóm -OH + Dẫn xuất sulfate + Dẫn xuất O–acyl chitin/chitosan + Dẫn xuất O–tosyl hoá chitin/chitosan b) Phản ứng vị trí N + Phản ứng N-acetyl hoá chitosan + Dẫn xuất N-sulfate chitosan + Dẫn xuất N-glycochitosan (N-hydroxy-ethylchitosan) + Dẫn xuất acroleylen chitossan c) Phản ứng xảy vị trí O, N + Dẫn xuất O, N–cacboxymethylchitosan + Dẫn xuất N, O-cacboxychitosan + Phản ứng cắt đứt liên kết β-(1-4) glycoside d) Khả hấp phụ tạo phức với ion kim loại chitosan Trong phân tử chitin/chitosan có chứa nhóm chức mà nguyên tử oxy nitơ nhóm chức cịn cặp electron chưa sử dụng, chúng có khả tạo phức với hầu hết kim loại nặng kim loại chuyển tiếp như: Hg2+, Cd2+, Zn2+, Cu2+, Ni2+, Co2+ Ví dụ: phức Ni(II) với chitosan có cấu trúc tứ diện với số phối trí hình 2.2 Hình 1.1 Liên kết chitin chitosan 1.3 Khả tạo màng chitosan Chitosan có khả tạo màng sử dụng bảo quản thực phẩm thịt, cá tươi rau nhằm hạn chế tác nhân gây hư hỏng phương pháp MAP 16 Màng chitosan điều chỉnh độ ẩm, thành phần khí bao bì, giúp bảo quản rau tươi lâu giữ chất lượng tốt Trong bao bì làm từ PE khả trao đổi nước khơng khí qua màng tương đối mức cung cấp oxy bị hạn chế đồng thời nước bị ngưng đọng tạo môi trường thuận lợi cho nấm mốc phát triển Tính chất học màng chitosan tương đối tốt, màng có tính dai, khó xé rách, độ bền tương đương với số chất dẻo dùng làm loại bao bì truyền thống Bao gói rau màng chitosan làm chậm trình lên men tạo sản phẩm polymer hóa oquinon, ức chế hoạt tính oxy hóa polyphenol, anthocyamin, flavonoid tổng lượng hợp chất phenol biến đổi, giữ cho rau tươi bị thâm 1.4 Đặc tính ức chế vi sinh vật chitosan Chitosan có đặc tính ưu việt loại hoá chất khác dùng bảo quản trái như: chống thoát nước, kháng nấm, kháng khuẩn, có khả tự phân huỷ sinh học cao, không gây dị ứng, không gây độc cho môi trường người Hoạt tính kháng khuẩn chitosan nghiên cứu nhiều tài liệu Theo nghiên cứu trước, hoạt tính kháng khuẩn chitosan mơi trường acid proton hóa nhóm -NH2 vị trí C2 D-glucosamine Chitosan mang điện dương tạo nối bề mặt tế bào vi khuẩn mang điện âm, phá vỡ màng cách làm thoát thành phần chứa bên cách ức chế truyền dưỡng chất vào tế bào Trong nghiên cứu tính kháng khuẩn chitosan bổ sung chitosan vào môi trường nuôi cấy, tế bào vi khuẩn chuyển từ tích điện âm sang tích điện dương Quan sát kính hiển vi huỳnh quang cho thấy chitosan không trực tiếp hoạt động ức chế vi khuẩn E.coli mà kết tụ lại tế bào tích điện dương màng vi khuẩn Chitosan N-carboxybutyl, polycation tự nhiên, tương tác hình thành poly-electrolyte với polymer có tính acid bề mặt vi khuẩn, làm dính kết lượng vi khuẩn với Oligochitosan có diện tích tiếp xúc điện tích dương lớn chitosan nên có hiệu kháng khuẩn cao nhiều lần so với chitosan, nghiên cứu chế tạo nano oligochitosan để tăng hoạt tính kháng khuẩn (Qi et al., 2004) Nhiều kết nghiên cứu gần chứng minh chitosan có khả ức chế phát triển vi sinh vật Đặc tính chitosan phụ thuộc vào MW loại vi sinh vật, chitosan có Mw = 470 kDa ức chế vi khuẩn gram dương tốt, Lactbacillus sp, L monocytogenes, B megaterium, B cereus, Staphylococcus aureus, L brevis, L bulgaris… Trong chitosan có Mw = 1,106 kDa có ảnh hưởng vi khuẩn gram âm E.coli, Pseudomonas fluorescens, Salmonella typhymurium, Vibrio parahaemolyticus… với nồng độ chitosan 0,1% pH 5,6 có khả kháng loại nấm: Fusarium, Alternaria, Rhizopus…(Hong Kyoon Noa, 2002) Chitosan có Mw = đến 50 kDa kháng tốt vi khuẩn Staphylococcus aureus nấm candida albicans Điều thể chế kháng khuẩn khác chitosan MW thấp cao, kết cho thấy khả giảm khối lượng tăng tử tăng Khả kháng VSV tăng cao pH thấp, giảm có mặt ion Ca2+, Mg2+ Chitosan nguyên nhân làm thất thoát chất tế bào phá hủy vách tế bào, nồng độ ức chế thấp khoảng 0,03 – 0,25% 17 Bảng 1.1 Giá trị MIC MBC ức chế E coli, S choleraesuis S aureus (µg/ml) (Du et al., 2009) E coli S choleraesuis S aureus Mẫu MIC MBC MIC MBC 117 187 117 187 234 281 Nano chitosan mang Ag+ 6 12 Nano chitosan mang Cu2+ 12 12 21 24 Nano chitosan mang Zn2+ 18 24 18 24 36 48 Nano chitosan mang Mn2+ 73 97 73 97 85 97 Nano chitosan mang Fe2+ 121 195 121 195 146 195 Ag+ 8 16 Cu2+ 256 512 256 512 448 512 Zn2+ 768 1024 768 1024 768 1024 Mn2+ 1472 1536 1472 1536 1600 1664 Fe2+ 1728 1856 1728 1856 1792 1856 2 Nano chitosan Chlortetracycline MIC MBC (Du et al., 2009) nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn hạt nano chitosan tripolyphosphate mang nhiều kim loại khác Ag+, Cu2+, Zn2+, Mn2+ Fe2+ Những vi khuẩn chọn để thử nghiệm Escherichia coli 25922, Salmonella choleraesuis ATCC 50020 Staphylococcus aureus 25923 Nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) nồng độ diệt khuẩn tối thiểu (MBC) tiến hành phịng thí nghiệm Kết nêu bảng 1.1 1.5 Quy trình sản xuất chitosan Chitosan sản xuất theo phương pháp hóa học nhiệt độ phòng theo kết nghiên cứu tác giả (Dung, 2011) trình bày Hình 1.3 Điểm nỗi bật quy trình khơng sử dụng dụng nhiệt dẫn đến tiết kiệm chi phí lượng, góp phần bảo vệ môi trường, giá thành sản xuất thấp chất lượng sản phẩm tốt không bị tác động nhiệt độ 18 Vỏ tôm Bồn phản ứng DD NaOH 4% Khử protein (8 h) DD HCl 1% (HCl/KNO3 = 2/1) DD NaOH thải Trung hịa Khử khống (2 h) DD HCl thải Chitin NaOH 40% Đề acetyl (Khuấy giờ, để yên 24 giờ) Chitosan Hình 1.3 Sơ đồ quy trình sản xuất chitosan 1.6 Kim loại bạc vai trò bạc Sử dụng bạc để ngăn ngừa nhiễm khuẩn biết từ thời Hy Lạp La Mã cổ đại, Hippocrates, ông tổ ngành y học đại, viết bạc có tính chất ngăn ngừa chống lại số loại bệnh, người Phoenician cổ xưa biết dùng bình bạc để chứa nước, rượu dấm nhằm bảo quản chúng lâu hỏng Thời trung cổ, bạc dùng để khử trùng nước thức ăn lưu trữ, điều trị vết thương Đầu năm 1900, người ta thường cho đồng tiền bạc vào bình sữa để giữ cho sữa tươi lâu (lúc tủ lạnh chưa phổ biến), thủy thủ tàu viễn dương cho tiền bạc vào thùng nước rượu để bảo quản đồ uống Năm 1920, dung dịch muối bạc FDA (Food and Drug Administration Hoa Kỳ) chấp thuận cho sử dụng làm chất kháng khuẩn 1.6.1.Cơ chế sát khuẩn bạc nano bạc Mặc dù có nhiều giả thuyết khác chế xác tính sát khuẩn bạc chưa hiểu rõ Một số thuyết “oligodynamic effect” phát năm 1893 Swiss KW Nägeli, thuyết cho tính kháng khuẩn bạc bắt nguồn từ hóa tính của ion bạc Ag+ (muối bạc) bạc bị oxid hóa thành Ag+, Ion Ag+ tạo liên kết mạnh với hợp chất (là thức ăn vi khuẩn) mà vi khuẩn sử dụng q trình chuyển hóa sinh lượng cho chúng, hợp chất thường có chứa lưu huỳnh, nitrogen oxygen vi khuẩn khơng thực chuyển hóa lượng cần thiết, chúng trở nên bất hoạt chết Những vi khuẩn thuộc gram âm dương bị ảnh hưởng chế 19 Bạc làm hoạt tính enzyme cách phản ứng với nhóm thiol (SH) tạo thành bạc sulfide, bạc phản ứng với nhóm amino-, carboxyl-, phosphate-, imidazole enzyme làm suy giảm hoạt tính enzyme lactate dehydrogenase glutathione peroxidase Một hướng giải thích khác: (1) phân tử nano bạc bám chặt bề mặt làm biến đổi đặc tính màng tế bào làm suy biến phân tử lipopolysaccharide, tích lũy bên màng tế bào, nguyên nhân làm tăng tính thấm màng (2) Nano bạc đâm thủng vào tế bào vi khuẩn, kết làm tổn thương DNA (3) Đặc tính hóa lý có vai trị quan trọng tính kháng VSV nano bạc, phân tử nhỏ 10 nm gây độc với E.coli, P aeruginosa Tóm lại tính kháng khuẩn nano bạc giải thích theo số chế sau:  Với tính chất xúc tác, nano bạc vơ hiệu hố enzyme mà vi khuẩn nấm cần cho trình trao đổi chất tế bào dẫn đến rối loạn trình biến dưỡng vi khuẩn Tác động làm cho vi khuẩn bị tiêu diệt nhanh chóng  Hạt nano bạc liên kết với nhóm chứa phospho phân tử DNA làm rối loạn trình chép DNA làm chết vi khuẩn  Các hạt bạc nano tương tác với nhóm -SH protein, enzyme màng tế bào dẫn đến thay đổi hình thái gia tăng tính thấm màng Sự vận chuyển vật chất qua màng tăng làm vỡ màng tế bào vi khuẩn  Nano bạc giúp tạo oxygen hoạt tính từ nước khơng khí tương tác với lipid màng làm tổn thương màng tế bào Nhờ có kích thước nhỏ (0.1 nm – 100 nm), diện tích bề mặt nano bạc lớn hiệu hoạt động nano bạc tăng đáng kể so với hạt bạc có kích thước lớn (micro) Đây ưu điểm hạt nano bạc so với hạt bạc có kích thước lớn với bạc ion Theo tính tốn lý thuyết nano bạc có hoạt tính mạnh 20 ngàn lần đơn vị bạc so dung dịch keo bạc thơng thường Vì vậy, người ta sử dụng bạc để đạt hiệu tương đương Điều có ý nghĩa theo EPA (Environmental Protection Agency), người dùng tối đa 350 µg/liều/ngày, nhiều bị tượng Argyria hay gọi trúng độc bạc Nếu dùng – muỗng càphê/ngày (20 ppm) tương đương 100 – 200 µg/ngày (thấp so với khuyến cáo EPA hàm lượng bạc nguồn nước cung cấp Mỹ) Điều đảm bảo cho người dùng sử dụng nano bạc mà không bị tượng Argyria 1.6.2 Ứng dụng bạc nano bạc Tính sát khuẩn bạc ion bạc dùng nhiều lĩnh vực khác Dược phẩm Bạc sử dụng thành công chiến tranh giới thứ để ngăn ngừa truyền nhiễm trước có kháng sinh, dung dịch bạc nitrat dùng dung dịch sát khuẩn để bôi vết bỏng nặng đến năm cuối thập kỷ 90 thay kem silver sulfadiazine (SSD Cream) Hiện nay, gạc phủ bạc hoạt hóa (silver-coated dressing) dùng kèm với kem SSD chúng có tác dụng giảm đau, thuốc sát trùng Hihi (Cty dược Quang Minh) Gần đây, bạc đặc biệt quan tâm có phổ sát khuẩn rộng, sử dụng chung với alginate, loại polymer sinh học tự nhiên chiết xuất từ rong biển, bạc alginate điều chế nhằm ngăn ngừa việc nhiễm khuẩn trình 20 điều trị vết thương, đặc biệt bệnh nhân bỏng Rất nhiều dạng dung dịch hay dạng keo có chứa bạc thương mại hóa để điều trị nhiều loại bệnh khác Thực phẩm Hiện thị trường có sản phẩm thương mại chứa nano bạc với vai trị sát khuẩn ứng dụng nước rửa rau Microdyn chí bạc cịn có mặt tủ lạnh sát khuẩn Samsung, Daewoo Bạc xem chất phụ gia thực phẩm thuộc nhóm màu trang trí với mã số E174 Lĩnh vực khác Nano bạc ứng dụng làm nước tẩy trùng bề mặt (ASAP), nước khử mùi hôi thể (Shiseido), quần áo chống khuẩn tự làm sạch, bình sữa kháng khuẩn hãng Mummy (Hàn quốc)… 1.6.3 Điều chế nano bạc Hiện nay, có nhiều phương pháp báo cáo để tổng hợp hạt nano bạc sử dụng chất hóa học, vật lý, hóa lý sinh học Mỗi phương pháp có ưu điểm nhược điểm, vấn đề chung chi phí, khả mở rộng, kích thước hạt phân bố kích thước Trong số phương pháp có, phương pháp hóa học sử dụng chủ yếu để sản xuất hạt nano bạc Phương pháp hóa học cung cấp cách dễ dàng để tổng hợp Ag-NP dung dịch (Tran & Le, 2013) 1.6.3.1 Phương pháp khử hóa học Phương pháp sử dụng tác nhân hóa học để khử ion kim loại thành kim loại Đây phương pháp từ lên Tác nhân khử ion kim loại Ag+ thành Ag0 chất hóa học như: Sodium Borohydride NaBH4, sodium citrate, Ethanol, Ethylene Glycol, acid citric, acid acsorbide, hydrogen, hydrogen peroxide, formaldehyde dẫn xuất nó…phổ biến số sodium citrate (Kim et al., 2006); (Augustine & Rajarathinam, 2012) Các nghiên cứu trước cho thấy việc sử dụng chất khử mạnh Borohydride, kết hạt nhỏ mà phần hạt monodispersed, tạo thành hạt phân bố lớn khó kiểm sốt Sử dụng chất khử yếu citrate, dẫn đến tốc độ khử chậm hơn, phân bố kích thước phạm vi hẹp (El-Nour et al., 2010) Cơ chế phản ứng sử dụng sodium citrate làm tác nhân khử ion Ag+ theo Augustine Rajarathinam (2012): 4Ag+ + Na3C6H5O7 + 2H2O → 4Ag0 + C6H5O7H3 + 3Na+ + H+ + O2↑ Tổng hợp hạt nano phương pháp khử hóa học thường thực diện chất ổn định để ngăn ngừa tích tụ chất keo khơng mong muốn (Sharma et al., 2009) Có nhiều loại chất ổn định khác sử dụng điều chế hạt nano bạc để đạt kiểm sốt tốt kích thước, phân bố, hình dạng, độ ổn định khả hòa tan hạt nano bạc (Venkatesham et al., 2014) Các chất ổn định thường sử dụng polyvinyl pyrrolidone (PVP) (Link et al., 1999); (Tan et al., 2003), polyvinyl alcohol (PVA) (Abdul Kareem & Anu Kaliani, 2011), polyaniline (Bouazza et al., 2009) polyethylene glycol (PEG) (Tan et al., 2003) Bên cạnh đó, polymer tự nhiên sử dụng điều chế nano bạc khơng độc hại tương thích sinh học Trong tinh bột (Hu et al., 2008) chitosan (Hettiarachchi & Wickramarachchi, 2011) sử dụng làm chất ổn định điều chế hạt nano kim loại 21 1.6.3.2 Phương pháp khử vật lý Là phương pháp dùng tác nhân vật lý điện tử, sóng điện từ lượng cao tia gamma, tia tử ngoại, tia laser khử ion Ag+ thành nguyên tử Ag0 (Bogle et al., 2006); (Shin et al., 2004); (Huang et al., 1996); (Abid et al., 2002) Phương pháp vật lý cho phép sản xuất số lượng lớn hạt nano bạc trình Đây phương pháp hữu ích để sản xuất nano bạc dạng bột Tuy nhiên, chi phí đầu tư ban đầu cho thiết bị cần xem xét (Tran & Le, 2013) 1.6.3.3 Phương pháp khử hóa lý Đây phương pháp trung gian hóa học vật lý Nguyên lý dùng phương pháp điện phân kết hợp với siêu âm để tạo hạt nano Phương pháp điện phân thơng thường tạo màng kim loại mỏng Trước xảy hình thành màng, nguyên tử kim loại sau điện hóa tạo hạt nano bám lên điện cực âm Lúc người ta tác dụng xung siêu âm đồng với xung điện phân hạt nano kim loại rời khỏi điện cực vào dung dịch (Zhu et al., 2000) 1.6.3.4.Phương pháp sinh học Trong trình tổng hợp sinh học hạt nano bạc chất khử chất ổn định thay phân tử không độc (protein, carbohydrate, chất chống oxy hóa ) sản xuất sinh vật sống, bao gồm vi khuẩn, nấm, nấm men thực vật Các hệ thống thực vật rẻ hơn, chẳng hạn sả, Aloe vera, rong biển, cỏ linh lăng, chè, neem, mù tạt, safeda, hoa sen, Tulsi thăm dò cho tổng hợp nano bạc (Wei et al., 2015) 1.6.3.5 Chế tạo keo nano bạc theo phương pháp chiếu xạ gamma Khi chiếu xạ dung dịch muối AgNO3 trình khử ion kim loại thành nguyên tử kim loại diễn sản phẩm phân ly xạ nước có khả phản ứng cao, đặc biệt electron solvat hoá (e-aq) gốc tự H, OH Phản ứng phân ly xạ nước tóm tắt sau: H2O ^^^ e-aq, H, OH, H2O2, H2, H3O+ Trong đó: e-aq có hiệu suất phân ly xạ G (e-aq) = 0,28 mol/J, oxi hóa-khử E0(H2O/e-aq) = - 2,78 V gốc tự H có G(H) = 0,06 mol/J, E0(H+/ H) =- 2,3V hai tác nhân khử ion kim loại thành nguyên tử kim loại, E0(Ag+/Ag0) = - 1,8V Khi chiếu xạ dung dịch muối bạc phản ứng xảy sau: Ag+ + e-aq  Ag0 Ag+ + H  Ag0 Ag0 + Ag+  Ag+2 Ag+2 + e-aq (H) +  Ag02  H+ Ag+n  Ag0n Gốc tự OH có G(OH) = 0,29 mol/J tác nhân oxi hóa mạnh, làm cản trở trình khử ion bạc thành bạc nguyên tử Vì vậy, chất có khả bắt gốc tự OH thường alcol iso-propanol, etanol, metanol bổ sung vào dung dịch trước chiếu xạ R2CHOH (RCH2OH) + OH (H)  R2CO (RCHOH) + H2O (H2) 22 Gốc tự ancol oxi hóa-khử (E0) khoảng - 2,1 đến - 1,8 V tuỳ thuộc vào dạng phối tử, tiếp tục khử bạc ion dạng cụm liên kết oxi hóa-khử cao E0(Ag+n/Ag0n) ~ 0,8V góp phần phát triển kích thước hình thành hạt nano bạc R2CO (RCHOH) + Ag+n  Ag0n + R2CO (RCOH) + H+ Khi nồng độ chất bắt gốc tự thích hợp (đủ lớn) phản ứng xảy chiều tạo Ago Nếu nồng độ chất bắt gốc tự °OH nhỏ cịn xảy q trình: Ago + OH  OH- + Ag+ Khi nồng độ chất bắt gốc tự nhỏ xảy tượng khâu mạch cắt mạch polymer chất ổn định nano bạc Bạc ion bị khử xạ tạo hạt nguyên tử, hạt phát triển có xu hướng kết tụ hình thành dạng cụm chứa nhiều nguyên tử cuối giai đoạn phát triển kích thước tạo hạt bạc Để hạn chế kết tụ tạo thành hạt lớn, polymer với vai trò chất ổn định bổ sung đồng thời vào dung dịch muối bạc Các chất ổn định có nhóm chức lực cao với bạc ion -NH2, -COOH, -OH phải dễ hòa tan nước, không không đáng kể phản ứng khử bạc ion trước chiếu xạ Chitosan tan nước sử dụng làm chất ổn định nano bạc chế tạo phương pháp chiếu xạ (Phu et al., 2010b) 1.7 Cơ chế ổn định hạt nano bạc chitosan Phân tử chitosan chứa nhóm chức -OH vị trí C-3 C-6, -NH2 vị trí C-2 linh động lực cao với ion kim loại nên thích hợp sử dụng làm chất ổn định chế tạo kim loại nano Gần có nhiều cơng trình nghiên cứu sử dụng chitosan vừa làm chất khử vừa chất ổn định để chế tạo nano bạc theo phương pháp thủy nhiệt Kết nhận nghiên cứu chế tạo keo nano bạc có kích thước trung bình hạt bạc nhỏ 10 nm, ổn định tốt khoảng pH rộng phương pháp chiếu xạ Co-60, sử dụng chitosan với vai trò vừa làm chất ổn định vừa chất bắt gốc tự (Chen et al., 2007) (Long et al., 2007) Hiệu ứng ổn định keo nano bạc khả bắt gốc tự OH chitosan trình bày tóm tắt sau: dung dịch lỏng Ag+ tạo phức với chitosan thơng qua liên kết với nhóm amin (NH2Ag+), chiếu xạ, tác nhân e-aq H khử Ag+ thành Ag0, sau Ag0 hấp thụ Ag+ tạo thành Ag2+, trình tiếp diễn tạo Agn+ tạo hạt nano bạc ổn định cấu trúc mạng chitosan Do cấu trúc mạng cồng kềnh lớp chitosan bao phủ, bề mặt hạt bạc tích điện dương (-NH3+) nên gây lực đẩy tĩnh điện hiệu ứng ức chế không gian làm hạn chế kết tụ hạt bạc (Chen et al., 2007) Ngoài chitosan thể chất bắt gốc tự OH tạo thành gốc tự chitosan có khả khử bạc ion dạng cụm liên kết, góp phần quan trọng cho trình phát triển hình thành hạt nano bạc Theo (Chen et al., 2007), tiến trình khử bạc ion, phản ứng bắt gốc tự OH khử ion bạc liên kết tạo nano bạc sau: NH2 + Ag NH2 NH2 + Ag NH2 NH2 + Ag NH2 - e aq Ag + ,H NH2 + Agn NH2 NH2 + Agn NH2 NH2+ e aq , H Agn R NH2 Agn  OH + RC5H5O(OH)3(NH2)CH2OH  RC5H5O(OH)3(NH2)CH2OH + H2O 23 Hàm luợng acid giảm q trình chín nên pH tăng làm cho trở nên hon Acid tham gia vào q trình hơ hấp phản ứng tạo mùi vị đặc trưng cho chín Các sắc tố: carotenoid đuợc tổng hợp tạo màu sắc đặc trưng cho chín Chlorophyl bị phân hủy enzyme nên màu xanh bị giảm Tốc dộ biến đổi thành phần hóa học tỷ lệ thuận với cuờng độ hơ hấp c) Biến đổi sinh hố Hơ hấp trình sinh học co xảy bảo quản xồi tươi Về chất hóa học, hơ hấp q trình oxy hóa chậm chất hữu phức tạp Duới tác dụng enzyme, chất phân hủy thành chất đơn giản giải phóng luợng Nguời ta thấy rằng, hầu hết chất tham gia vào q trình hơ hấp, chủ yếu chất đuờng, đuờng đơn Các chất đuờng tham gia trực tiếp vào chu trình hơ hấp tạo nên chất trung gian, không qua khâu chuyển hóa thành đuờng Q trình hơ hấp có tham gia oxy gọi hơ hấp hiếu khí, sản phẩm cuối dạng hô hấp CO2, nuớc luợng Khi luợng O2 môi truờng không đủ cung cấp để tiến hành hô hấp hiếu khí xảy tuợng hơ hấp yếm khí – hơ hấp khơng có tham gia O2 sản phẩm tạo cuối ruợu etylic, CO2 giải phóng luợng duới dạng nhiệt (Quách Đỉnh, Nguyễn Vân Tiếp, Nguyễn Văn Thoa, 1996) Ðồng thời, hơ hấp hiếu khí cịn tích tụ hợp chất trung gian q trình hơ hấp khơng hồn tồn như: acid acetic, lactic, aldehyde… Các chất với liều luợng lớn gây ảnh huởng lớn dến tế bào xoài thời gian bảo quản Qua q trình nghiên cứu hơ hấp quả, nguời ta thấy biến đổi cuờng dộ hô hấp quan hệ mật thiết với động thái sinh truởng chín Nhìn chung, xồi tươi đuợc thu hoạch xanh để đưa vào bảo quản, lúc đầu cuờng độ hô hấp giảm dần, đến thời điểm cuờng độ hơ hấp lại tăng lên tạm thời đạt đến giá trị cao nhất, sau từ từ giảm xuống Hiện tuợng gọi “hơ hấp đột biến”, nói “hơ hấp đột biến” buớc ngoặc đời sống quả, thời điểm mà phát triển chín kết thúc Ngun nhân hơ hấp đột biến chưa đuợc nghiên cứu đầy đủ, có số quan điểm nhằm giải thích tuợng nói (Châu Văn Minh, Phạm Hữu Điền, Đặng Lan Phương, 1996) 1.8.5.2 Các yếu tố ảnh huởng dến thời gian bảo quản xoài Nhiệt độ yếu tố chủ yếu mơi truờng có ảnh huởng lớn đến trình sống rau tươi Tuy nhiên, tăng nhiệt độ cuờng độ hơ hấp rau tăng có giới hạn Khi tăng nhiệt độ từ – 200C cuờng dộ hô hấp rau tăng nhanh Sau đó, tiếp tục tăng nhiệt độ cuờng độ hơ hấp không tăng Khi giảm nhiệt dộ xuống duới 50C, cuờng độ hô hấp giảm nhiều, nhiệt độ gần đến điểm đóng băng cuờng độ hơ hấp chậm lại Do đó, muốn kéo dài thời gian bảo quản nguời ta thuờng bảo quản rau nhiệt độ thấp tùy loại rau mà chọn nhiệt độ bảo quản thích hợp Có số loại rau bảo quản nhiệt độ thấp q trình sinh lý bị rối loạn sau dấm khơng chín Nhiệt dộ bảo quản cịn tùy thuộc vào mức độ già chín rau Cùng loại quả, chín bảo quản nhiệt độ thấp già Ví dụ: Cà chua: xanh: 10 – 120C; chín: 10C Cam: xanh: – 60C; chín: – 200C Khi chọn nhiệt độ bảo quản cần 27 xem xét vào tính chất loại quả, giai đoạn sinh lý chúng việc trì ổn dịnh nhiệt độ bảo quản yếu tố định dến thời gian chất luợng Ðộ ẩm khơng khí ảnh huởng nhiều đến thời gian bảo quản Nếu bảo quản môi truờng có độ ẩm khơng khí thấp, vỏ bên ngồi rau héo nuớc từ bay mạnh làm tăng cuờng độ hô hấp bị giảm trọng luợng, thay đổi hình dáng bên ngồi (héo, nhan), nguyên sinh chất co rút gây rối loạn q trình sinh lý, sinh hóa, khả tự đề kháng thấp, mau hỏng Nếu bảo quản mơi truờng có độ ẩm tương đối cao hạn chế bay nuớc cuờng độ hô hấp giảm, dễ gây tuợng ngưng tụ nuớc bề mặt quả, tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật hoạt động Ðộ ẩm không khí cịn chịu ảnh huởng tốc độ chuyển động khơng khí mơi truờng bảo quản Ðể thời gian bảo quản rau kéo dài độ ẩm khơng khí tối ưu 80 – 90% Người ta thuờng áp dụng thơng gió tự nhiên cho kho bảo quản có sức chứa khơng q lớn từ 250 – 500 Ðối với kho có sức chứa lớn nguyên liệu xếp chồng cao phải tiến hành thơng gió cuỡng thiết bị thổi khí Trong trình bảo quản, nuớc rau tươi bay dần, mức độ bay phụ thuộc vào yếu tố: - Mức độ già chín rau quả: rau non bay nuớc xảy nhanh, rau mau héo hệ keo giữ nuớc chưa hoàn thiện, khả giữ nuớc yếu Khi rau chín, hệ keo bị lão hóa, khả giữ nuớc di, rau mau bị héo Trong bảo quản nên thu hoạch rau giai doạn già chín thích hợp - Trạng thái tế bào vỏ: vỏ dày, hạn chế bay nuớc Sự dập nát xây xát hay côn trùng gây nên ảnh huởng đến bay nuớc Ví dụ: tổn thương 1cm bề mặt rau bay tăng lên 3– lần - Sự bao gói: rau đuợc bao gói có thời gian bảo quản dài hạn chế đuợc trình bay nuớc 1.9 Một số bệnh gây hư hỏng sau thu hoạch nấm gây 1.9.1 Bệnh thán thư (do nấm Colletotrichum gloeosporioides) Là bệnh hại nguy hiểm ăn trái Bệnh nấm Colletotrichum gloeosporioides gây Trên quả, bệnh công làm trái bị thối đen Trên lúc đầu xuất chấm nâu nhỏ, sau phát triển thành đốm thối đen, lõm mặt vỏ quả, làm thối bảo quản Nhiệt độ ẩm độ hai yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến diễn biến bệnh thán thư, ẩm độ cao (trên 80%), trời ấm (nhiệt độ 25 - 260C) nấm bệnh phát triển mạnh 1.9.2 Bệnh đốm đen (do nấm Guignaria sp) Bệnh nấm Guignaria sp gây ra, tổn hại vỏ quả, làm cho vỏ vàng nhanh, hạn chế chất lượng Nguồn lây lan chủ yếu bệnh thân, cành Khi gặp điều kiện thuận lợi (nhiệt độ, độ ẩm cao) bào tử nấm phát tán, xâm nhập, nẩy mầm, bám vào vỏ thông qua khí khổng túi tinh dầu vỏ để gây hại từ non có đường kính khoảng – cm 28 1.9.3 Bệnh thối Bệnh hại xảy trình bảo quản vận chuyển làm thối phần thịt vị trí gần cuống vị trí có vỏ bị trầy xướt hay bầm dập Trái sau thu hoạch khơng có cuống dễ bị bệnh xâm nhập lây lan sau - ngày bảo quản 1.9.4 Bệnh héo (do nấm Fusarium sp) Bệnh nấm gây làm bị héo, biến dạng xoài Theo kết nghiên cứu bệnh biến dạng xoài gây hại nặng nấm Fusarium subglutinans làm giảm suất tới 80% (Ploetz, 2006), (Lima et al., 2009) 1.10 Tình hình nghiên cứu nước 1.10.1 Nghiên cứu nước Hiện nay, chitosan áp dụng việc bảo quản cho loại trái nhãn, cà chua, chuối, cam, quít, Màng zein chitosan ứng dụng bảo quản trứng số loại trái có giá trị kinh tế đồng sông Cửu Long (Nguyễn Văn Mười, 2009) Kết thí nghiệm thăm dị cho thấy màng chitosan 1% mang lại hiệu bảo quản cam mức độ xoài (sau thu hoạch xử lý dung dịch Na2CO3 1% kết hợp dung dịch benzoat natri 1%, sau tiến hành bao màng chitosan 1%, cho vào bao bì xốp bảo quản nhiệt độ - 8oC giữ chất lượng giá trị cảm quan đến ngày thứ 71) Bùi Văn Miên Nguyễn Anh Trinh (Miên & Trinh, 2003) nghiên cứu tạo màng vỏ bọc chitosan từ vỏ tôm ứng dụng bảo quản thủy sản Dùng dung dịch chitosan 2% dung dịch acid acetic 1,5% để bảo quản thủy sản, tùy theo độ ẩm cá mực mà sản phẩm có thời gian bảo quản khác nhau, độ ẩm thấp thời gian bảo quản dài, với độ ẩm 26 - 30%, cá khô bảo quản 83 ngày, mực khơ giữ 85 ngày cịn độ ẩm 41 - 45% cá khơ giữ 17 ngày, mực khơ 19 ngày Chitosan có độ deacetyl 75% DDA sử dụng bảo quan na tốt chitosan có độ deacetyl cao (86%; 94% DDA) Quả na xử lý dung dịch chitosan 1% có độ deacetyl 75% DDA kết hợp với bao gói màng film PE độ dày 0,04 mm, bảo quản 100C làm chậm q trình chín, giảm cường độ hơ hấp kéo dài thời gian bảo quản đến 12 ngày mà trì giá trị cảm quan dinh dưỡng (Phương, 2008) Oligochitosan có cấu tạo từ đến 30 gốc glucosamine liên kết với liên kết 1,4glycosidic có tính chất kháng khuẩn rộng, cắt mạch chitosan phương pháp: xạ, thủy phân enzyme, tác nhân oxy hóa H2O2  – Oligochitosan tạo phương pháp oxy hóa sử dụng tác nhân H2O2 (OC-90[ox]) có khối lượng phân tử thấp (MW = 9.380 Da) có hiệu ứng kháng vi sinh vật hiệu nồng độ 1%, 1,5% (Văn Thị Thu Tâm cs, 2009) Năm 2009, PGS.TS Lê Văn Hòa, Trường Đại học Cần Thơ cộng tiến hành nghiên cứu quy trình bảo quản trái quýt đường cách bao màng chitosan nồng độ 0.25% kết hợp với bao Polyethylene (PE) đục lỗ với đường kính lỗ mm ghép mí lại máy ép, bảo quản nhiệt độ 120C, thời gian bảo quản đến tuần giữ hàm lượng đường, hàm lượng vitamin C ổn định, tỷ lệ hao hụt khối lượng thấp, màu sắc vỏ trái đồng đẹp Nguyễn Duy Lâm (2010, Viện Cơ điện Nông nghiệp Công nghệ sau thu hoạch), thử nghiệm mơ hình sử dụng dung dịch tạo màng chitosan dùng bảo quản bưởi chuối Hợp tác xã bưởi Năm Roi Mỹ Hòa (huyện Bình Minh, tỉnh Vĩnh Long (bưởi Năm Roi 29 sau thời gian thu hoạch tháng chuối sau thu hoạch tuần giữ màu sắc tươi xanh, giữ chất lượng tốt điều kiện mơi trường bình thường) Dung dịch tạo màng dịch lỏng dạng nhũ tương phun xịt bao quanh bề mặt rau quả, dịch lỏng khô tạo lớp màng mỏng suốt bề mặt rau Lớp màng mỏng làm giảm khả trao đổi khí, từ làm chậm q trình chín lão hóa sản phẩm Dung dịch sinh học chitosan ứng dụng để bảo quản chuối tạo cách hòa tan g chitosan acid acetic 1% ức chế nấm mốc Aspergillus niger, vi khuẩn gram âm (Pseudomonas aeruginosa) vi khuẩn gram dương (Staphylo-coccus aureus), kéo dài thời gian bảo quản chuối gấp lần so với mẫu đối chứng (Phạm Võ Minh Thiện, 2010) 1.10.2 Nghiên cứu nước Chitosan dùng làm màng bao bảo quản dâu tây mâm xôi (10 15 mg/ml) ức chế mốc xanh Rhizopus rot, khả kháng nấm chitosan tương đương với hóa chất tổng hợp ipriodione thiabendazole (TBZ) (El Ghaouth A., 1992); (Quantick, 1998) Đối với nấm S sclerotiorum chitosan nồng độ 4% có khả ức chế nấm tốt iprodione TBZ (Luna et al., 2001), Trong báo cáo khác El Ghaouth (El Ghaouth et al., 1997), tiến hành bảo quản ớt chuông chitosan nồng độ 10 mg/ml kéo dài thời gian bảo quản lên đến ngày Chitosan nồng độ 1% 2% ức chế phát triển nấm P.expansum suốt trình bảo quản táo (de Capdeville et al., 2002) Nếu kết hợp chitosan (0.1%, 0.5% 1.0%) với hypobaric (0.50 0.25 atm) để bảo quản anh đào, kết tốt dùng chitosan (Romanazzi et al., 2002) Tác giả Xiao-Fang Li (X.-F Li et al., 2008) nghiên cứu ảnh hưởng trọng lượng phân tử độ deacetyl chitosan lên khả kháng nấm Aspergillus niger, kết MW 50 kDa, nồng độ 0.1% pH = ức chế đến 100±1.58 % Sử dụng màng bao chitosan nồng độ g/l bảo quản táo cắt tươi 250C thời gian lên đến 10 ngày (Assis & Garrido, 2008) Ở nồng độ chitosan ức chế tốt phát triển loại nấm gây hư hỏng chủ yếu táo cắt tươi Penicillium sp Alternaria sp Nadeem Akhtar (Abbasi et al., 2009) nghiên cứu ảnh hưởng lớp màng bao chitosan chiếu xạ (CHIirr, Mv = 5,14 × 104) khơng chiếu xạ (CHIun, Mv = 2,61 × 105) q trình bảo quản trái xoài sau thu hoạch (Mangifera indica L.) cho thấy liều chiếu xạ 200 kGy xồi bảo quản tuần nhiệt độ 150C độ ẩm 85% Kết khẳng định lớp màng bao chitosan chiếu xạ có tiềm tuyệt vời để sử dụng bảo quản sản phẩm tươi trì chất lượng kéo dài thời hạn sử dụng Tác giả Natarajan Velmurugan (Velmurugan et al., 2009) cho màng chitosan chứa nano bạc nồng độ khác nhau: 10 ppm, 50 ppm 100 ppm (kích thước trung bình hạt nano nằm khoảng 100 – 200 nm) ức chế tốt nấm: Ophiostoma flexuosum, Ophiostoma tetropii, Ophiostoma polonicum, Ophiostoma, nồng độ nano bạc 100 ppm, màng chitosan ứng chế 100% nấm Ophiostoma flexuosum có khả ức chế cao với loại nấm lại kiểm tra phương pháp khuếch tán thạch môi trường MEA agar Theo tác giả Honary (Honary et al., 2011), kích thước trung bình hạt nano bạc bị ảnh hưởng MW chitosan Nhóm tác giả nghiên cứu với Mw chitosan gồm: LMw = 100 kDa, MMw = 400 kDa HMw = 600 kDa, kết cho thấy kích thước trung bình hạt nano bạc giảm theo thứ tự sau: MMw, LMw HMw Sự khác biệt kích thước trung bình hạt nano bạc thể khác biệt rõ nhóm HMw(dtb = 24 - 31 nm), LMw (dtb = 50 - 70 nm) nhóm MMw (76 – 97 nm) Jiashen An cs (2008) dùng màng bao chứa 30 nano bạc (15 – 25 nm) bảo quản Green asparagus (loại rau có giá trị kinh tế cao) nhiệt độ từ – 30C kéo dài 14 – 15 ngày với mà độ hao hụt trọng lượng, hàm lượng acid ascorbic, thay đổi màu sắc không đáng kể so với ban đầu điều kiện thường thời gian khoảng – ngày Tác giả Xinlin Li (Zhang et al., 2011) tiến hành nghiên cứu trình bảo quản dưa leo biển (sea cucumber) màng bao chứa nano bạc kết hợp với sấy lạnh sóng microwave, kết cho thấy nồng độ nano bạc 0,3 mg/l kiểm soát 99 % vi khuẩn Bacillus subtilis Các tài liệu nghiên cứu cho thấy chitosan hoạt chất sinh học tự nhiên không độc, dễ phân hủy, thân thiện với mơi trường, có hoạt tính kháng vi sinh vật cao, có khả tạo màng đặc tính thấm màng chitosan ưu điểm để ứng dụng nghiên cứu bảo quản nông sản Với ưu điểm quý chitosan lại khơng hịa tan nước mà hịa tan mơi trường có tính acid việc ứng dụng chitosan bị hạn chế Để khắc phục nhược điểm chitosan thường sử dụng phương pháp đơn giản cắt mạch chitosan tạo thành oligochitosan có khả tan nước hoạt tính kháng vi sinh vật khơng giảm mà cịn tăng lên Tuy nhiên Mw chitosan < 50 kDa độ nhớt dung dịch chitosan thấp dẫn đến khả ổn định hạt nano bạc không tốt gây tượng keo tụ hạt nano bạc (Phu et al., 2010a) ảnh hưởng đến q trình tạo màng chitosan nên khơng phát huy tối đa tính chất OCTS/nAg tạo công nghệ bảo quản nông sản thực phẩm hoàn toàn kết hợp ưu điểm oligochitosan với nano bạc Nano bạc có tính ưu việt ức chế, kháng vi sinh vật phổ rộng, không gây độc với người động vật Ở Việt Nam chưa có tiêu chuẩn quy định hàm lượng bạc thực phẩm, nước sinh hoạt nước thải sinh hoạt (Quyết định số 46 /2007/QĐ-BYT -Quy định giới hạn tối đa nhiễm sinh học hóa học thực phẩm; TCVN 5502 : 2003 – Nước cấp sinh hoạt, yêu cầu chất lượng; TCVN 6772 : 2000 – Chất lượng nước, nước thải sinh hoạt giới hạn ô nhiễm cho phép; Thông tư số: 25/2011/TTBYT- Ban hành danh mục hố chất, chế phẩm diệt trùng, diệt khuẩn dùng lĩnh vực gia dụng y tế phép đăng ký để sử dụng, phép đăng ký hạn chế sử dụng cấm sử dụng Việt Nam) 31 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phương tiện nghiên cứu 2.1.1 Thời gian địa điểm nghiên cứu Quá trình tiến hành thực nghiệm, thu thập xử lý số liệu tiến hành tại: - Phịng thí nghiệm Bộ mơn Cơng nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp Sinh học ứng dụng – Trường Đại học Cần Thơ - Phịng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ thực phẩm, Viện Công nghệ Sinh học Thực phẩm, Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh Thời gian thực đề tài từ tháng 04/2017 đến tháng 06/2018 2.1.2 Nguyên liệu hóa chất 2.1.2.1 Ngun liệu Xồi cát Hịa Lộc mua Ấp Bình, xã Hịa Hưng, huyện Cái Bè, tỉnh Tiền Giang Xoài thu hái vườn, giống thời điểm điều kiện chăm sóc Chọn đạt độ chín thu hái, kích thước đồng khối lượng 350 – 400gram, khơng có vết trầy xướt, không bị sâu bệnh, không bị tổn thương học Đóng thùng cacton vận chuyển đến nơi thí nghiệm vịng 10 2.1.2.2 Hóa chất Chitosan có DDA = 70%Trường Đại học Nha Trang AgNO3: ( 98%), tinh khiết, Xilong Chemical Co., Trung Quốc Acid lactic: ( 99%) loại tinh khiết, Xilong Chemical Co., Trung Quốc C2H5OH: loại tinh khiết, Việt Nam HCl: (36 - 38%) Xilong Chemical Co., Trung Quốc FeSO4.7H2O: loại tinh khiết, Shanghai Chemical Co., Trung Quốc Mơi trường PDA Một số hóa chất cần thiết để phân tích tiêu theo dõi Các hóa chất mua cơng ty Hóa Nam Địa chỉ: 239/4 Lý Thường Kiệt, Phường 15, Quận 11, TP Hồ Chí Minh 2.1.3 Dụng cụ thiết bị 2.1.3.1 Dụng cụ Một số dụng cụ dùng nghiên cứu: Bacher (250 ml, 500ml, Đức) Erlen (50 ml, 250 ml, Đức) Ống bóp cao su Pipet (1ml, 5ml, 10ml, Đức) Buret Bình định mức (100ml, 250ml, 500ml, Đức) Đũa thủy tinh Bình tia Đĩa Petri ( đường kính 10cm, Trung Quốc) Que cấy, đèn cồn (Việt Nam) Ống nghiệm ( đường kính 2cm, Trung Quốc) 32 2.1.3.2 Thiết bị Thiết bị sử dụng nghiên cứu bao gồm: Brix kế (chiết quang kế) Thiết bị đo cấu trúc Zwick/Roell Thiết bị đo độ dày màng NSK, với độ xác 0,01 mm, Japan Máy đo quang phổ UV-vis, UV-2401PC, Shimadzu Thiết bị quang phổ hồng ngoại (IR) Máy chụp ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM), JEM1010, JEOL, Nhật Bản Máy đo phổ phát xạ nguyên tử cảm ứng plasma (ICP-AES), Perkin Elmer, Optima 5300DV Máy đo phổ nhiễu xạ tia X: ADVANCE 8-Brooker, Germany Thiết bị đo Brix – saccharometer (Model: RHB-18ATC; – 18% brix) Thiết bị tạo màng: kính (25 x 50 cm) Máy khuấy từ (IKA RH basic 2) Cân phân tích, độ xác 10-4 gam Nồi hấp tiệt trùng (Model LS-B75L), tủ cấy, tủ sấy Máy đo màu Colorimeter Máy khuấy từ METTER TOLEDO AB204, SARTORIUS GP 1503 P Một số thiết bị cần thiết khác sử dụng để hỗ trợ nghiên cứu chế tạo, phân tích mẫu nuôi cấy vi sinh vật 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Các phương pháp phân tích Phương pháp đo phổ hồng ngoại (IR) xác định độ deacetyl CTS Đo phổ nhiễu xạ tia X (XRD): Dùng xác định cấu trúc mạng tinh thể màng CTS – nano bạc Chụp ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM): xác định kích thước phân bố kích thước trung bình hạt nano bạc Phương pháp xác định giá trị độ nhớt đặc trưng: xác định độ nhớt dung dịch mang tráng màng Phương pháp đo phổ phát xạ nguyên tử cảm ứng plasma (ICP-AES): cho biết hàm lượng nano bạc cần xác định Phương pháp thử hoạt tính kháng nấm MIC Phương pháp xác định hàm lượng Vit C phương pháp chuẩn độ Iot Tính chất học màng: đánh giá qua lực kéo đứt, độ giãn dài mô–đun đàn hồi màng Dùng máy đo lý Astron, phương pháp TPA, mẫu đo kích thước dài 120mm, rộng 20mm, dày 0.02mm, vận tốc kéo 5000mm/s Khả trao đổi nước qua màng: đánh giá tính thấm nước (Water Vapor Permeability – WVP) dựa phương pháp gia tăng khối lượng tiêu chuẩn AFNOR, NF H00-030 (1974) áp dụng cho vật liệu dạng màng mỏng Đánh giá tiêu chất lượng xoài: acid tổng, độ Brix, đường tổng 2.2.2 Phương pháp thu thập xử lý kết Các thí nghiệm bố trí ngẫu nhiên, lặp lại lần với hay nhân tố thay đổi Kết thí nghiệm trước chọn làm thơng số cố định cho thí nghiệm sau Số liệu thu thập xử lý phần mềm Statgraphics Centurion 15.2 Phân tích phương 33 sai (ANOVA) theo kiểm định LSD để kết luận sai khác trung bình thực nghiệm 2.3 Bố trí thí nghiệm 2.3.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát Nghiên cứu thực với nội dung Nội dung : Nghiên cứu khả tạo màng Chitosan Nội dung : Nghiên cứu tạo nano bạc Chitosan dd 70% Nội dung : Nghiên cứu khả tạo màng Chitosan nano bạc Nội dung : Nghiên cứu bảo quản xoài, so sánh phương pháp bảo quản xồi Hình 2.1.Sơ đồ bố trí thí nghiệm nội dung 2.3.2 Thí nghiệm 1: Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố đến khả tạo màng chitosan 2.3.2.1 Thí nghiệm khảo sát lựa chọn pH thích hợp để tạo màng Mục đích: Khảo sát khả tạo màng chitosan có độ deacetyl 70% với giá trị pH khác Lựa chọn pH phù hợp để tạo màng Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên nhân tố với ba lần lặp lại Nhân tố A: chitosan độ deacetyl 70%, nồng độ 1% Nhân tố a: pH a1: 3.2 a2: 3.4 a3: 3.6 a4: 3.8 a5: 4.0 Số nghiệm thức thí nghiệm: x = Số mẫu thí nghiệm: x = 15 mẫu 34 Sơ đồ bố trí thí nghiệm trình bày hình 2.3: Chitosan bột độ deacetyl 70%, nồng độ 1% a1 a2 a3 a4 a5 Đo tiêu Tìm giá trị pH thích hợp để tạo màng Hình 2.2 : Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo át giá trị pH đến khả tạo màng chitosan Cách tiến hành: Hòa tan lượng chitosan ứng với pH mà ta tiến hành thí nghiệm 100ml dung môi acid acetic 1% ngâm ngày dùng máy khuấy từ không gia nhiệt đến chitosan hòa tan tạo dịch, thời gian khuấy khoảng 8h sau để ổn định 12h đổ dịch lên đĩa nhựa phẳng hình chữ nhật kích thước 28cm x 19.5cm (tính lượng dung dịch xác ứng với độ dày màng bao mong muốn) sấy nhiệt độ 40oC, thời gian 36h Khi khơ bóc màng khỏi đĩa đem đo tiêu Chỉ tiêu theo dõi: Độ dày màng chitosan đo thước panme có độ xác 0,01 m, đánh giá cấu trúc phương pháp đo lý, đánh giá tính thấm nước màng 2.3.2.2 Thí nghiệm khảo sát lựa chọn nồng độ thích hợp để tạo màng Mục đích: Khảo sát khả tạo màng chitosan có độ deacetyl 70% với nồng độ chitosan khác Lựa chọn nồng độ chitosan phù hợp để tạo màng Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên nhân tố với ba lần lặp lại Nhân tố A: chitosan độ deacetyl 70% Nhân tố a: nồng độ % chitosan a1: 0.5 a2: 0.75 a3: 1.0 a4: 1.25 a5: 1.5 Số nghiệm thức thí nghiệm: x = Số mẫu thí nghiệm: x = 15 mẫu 35 Sơ đồ bố trí thí nghiệm trình bày hình 2.3 Chitosan bột độ deacetyl 70% a1 a2 a3 a4 a5 Đo tiêu Tìm nồng độ thích hợp để tạo màng Hình Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát nồng độ chitosan đến khả tạo màng chitosan Cách tiến hành: Hòa tan lượng chitosan ứng với nồng độ mà ta tiến hành thí nghiệm 100ml dung môi acid acetic chỉnh pH thu thí nghiệm ngâm ngày dùng máy khuấy từ khơng gia nhiệt đến chitosan hịa tan tạo dịch, thời gian khuấy khoảng 8h sau để ổn định 12h đổ dịch lên đĩa nhựa phẳng hình chữ nhật kích thước 28cm x 19.5cm (tính lượng dung dịch xác ứng với độ dày màng bao mong muốn) sấy nhiệt độ 40oC, thời gian 36h Khi khơ bóc màng khỏi đĩa đem đo tiêu Chỉ tiêu theo dõi: Độ dày màng chitosan đo thước panme có độ xác 0,01 m, đánh giá cấu trúc phương pháp đo lý, đánh giá tính thấm nước màng 2.3.3 Thí nghiệm 2: Nghiên cứu tạo keo nano bạc từ AgNO3 Mục đích: Khảo sát nồng độ AgNO3 để tạo hạt nano bạc có kích thước trung bình ổn định khơng bị oxy hóa keo tụ Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm bố trí theo kiểu hồn tồn ngẫu nhiên nhân tố với ba lần lặp lại Nhân tố C: AgNO3 (nồng độ M), nồng độ (M) AgNO3 thay đổi mức độ: C1: 0.001 C2: 0.005 C3: 0.01 C4: 0.015 Số nghiệm thức là: Số mẫu thí nghiệm: x = 12 mẫu Sơ đồ bố trí thí nghiệm trình hình 2.11 36 Hình 2.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tạo nano bạc Cách tiến hành: AgNO3 dạng muối tinh thể pha ứng với nồng độ khảo sát Sau cho 50ml dung dịch AgNO3 vào becker đun sôi khuấy cho vào giọt ml dung dịch Na3C6H5O7 1%, tiếp tục đun sôi thấy màu vàng nhạt, khuấy nguội đến nhiệt độ phòng Chỉ tiêu theo dõi: Đánh giá có mặt nano bạc keo phương pháp chụp UVVis, đánh giá phân bố kích thướt nano bạc keo phương pháp chụp TEM Kết thu được: Nồng độ AgNO3 thích hợp cho tạo nano bạc 2.3.4 Thí nghiệm 3: Nghiên cứu khả tạo màng chitosan nano bạc 2.3.4.1 Thí nghiệm 3.1: Khảo sát hàm lượng nano bạc thời gian tồn nano bạc dung dịch chitosan Mục đích: Lựa chọn hàm lượng nano bạc phù hợp để tạo màng với chitosan nồng độ deacetyl 70% khảo sát qua thời gian kích thước mật độ hạt nano bạc thay đổi dung dịch chitosan Với hàm lượng nano bạc khác Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm bố trí theo kiểu hồn tồn ngẫu nhiên yếu tố với ba lần lặp lại Nhân tố F: hàm lượng keo nano bạc F1: 50ppm F2: 75ppm F3: 100ppm Nhân tố D: số ngày D1: 10 ngày D2: 20 ngày D3: 30 ngày Số thực nghiệm: x = 37 Số mẫu thí nghiệm: x = 27 2.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát hàm lượng nano bạc thời gian tồn nano bạc dung dịch chitosan Tiến hành thí nghiệm: Pha dung dịch chitosan theo nồng độ tối ưu 1% Đồng thời chuẩn bị dung dịch keo nano bạc theo nồng độ tối ưu khảo sát thí nghiệm Hút lượng nano bạc 50, 75, 100ppm micropipet nồng độ cho vào 200ml chitosan Mang mẫu chuẩn bị với hàm lượng nano bạc khác lên máy khuấy từ Sau tạo màng dung dịch nano bạc chitosan Chỉ tiêu theo dõi: đánh giá cấu trúc màng độ dày màng, độ thấm nước qua màng Tính chất học màng dơ độ chịu lực, độ giãn dài, Mo-đun đàn hồi Sự phân bố nano bạc màng, phân bố chitosan nano bạc phương pháp chụp SEM Kết thu nhận: Tạo màng chitosan – nano bạc tốt 2.3.4.2 Thí nghiệm 3.2: Thử hoạt tính kháng nấm Colletotrichum nấm Fusadium màng chitosan – nano bạc Mục đích: Xem khả kháng nấm màng chitosan có độ deacetyl 70% Bố trí thí nghiêm: Thí nghiệm bố trí ngẫu nhiên nhân tố với ba lần lặp lại Nhân tố B: nấm gây hư hỏng xoài, gồm loại: B1: Nấm Fusarium B2: Nấm Colletotrichum Nhân tố G: màng chitosan – nano bạc G1: Lượng nano bạc 50ppm G2: Lượng nano bạc 75ppm G3: Lượng nano bạc 100ppm Số nghiệm thức thí nghiệm: x = Thời gian theo dõi khả kháng nấm dự kiến: ngày 38 Số mẫu nghiệm thức: x = 18 mẫu Sơ đồ bố trí thí nghiệm trình bày Hình 2.13 Hình Sơ đồ thử hoạt tính kháng nấm Fusarium nấm Colletotrichum màng chitosan – nano bạc Cách tiến hành: Nuôi cấy chủng nấm cần thử đĩa petri môi trường PDA ủ 37°C ngày, đường kính tơ nấm đạt 30 mm đặt màng chitosan có d = 20 mm, theo dõi vịng kháng nấm sau ngày thí nghiệm Đánh giá khả ức chế màng qua tiêu IC50 (Inhibition Concentration – nồng độ ức chế 50% sinh trưởng nấm bệnh) Chỉ tiêu theo dõi: đường kính kháng nấm (dK) Kết thu nhận: khả kháng nấm màng chitosan – nano bạc thu thí nghiệm 2.2 2.3.5 Thí nghiệm 4: So sánh chất lượng xồi cát Hịa Lộc sau bảo quản màng chitosan kết hợp nano bạc với phương pháp bảo quản khác Mục đích: Cho biết khả bảo quản xồi cát Hịa Lộc màng chitosan nano bạc so với cách bảo quản khác, từ ứng dụng vào bảo quản xồi cát Hịa Lộc thực tế Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm tiến hành với nhân tố Nhân tố H: cách bảo quản H1: Không bọc màng rửa nước thường H2: Không bọc màng rửa nước âm (50oC) H3: Màng chitosan-nano bạc rửa nước thường H4: Màng chitosan-nano bạc rửa nước ấm (50oC) Nhân tố I: thời gian bảo quản (ngày) I1 : I2: 10 I3: 15 I4: 20 I5: 25 I6: 30 ngày I7: 35 ngày Số nghiệm thức: x = 24 Số mẫu thí nghiệm: 24 x = 72 Số lượng xoài dự kiến mua: 50kg Sơ đồ bố trí thí nghiệm sau: 39 Hình 2.7.Sơ đồ bố trí thí nghiệm bảo quản xồi Cách tiến hành: Tiến hành thí nghiệm bảo quản xồi với cách bảo quản, mẫu đối chứng, mẫu sử dụng màng bao chitosan, mẫu sử dụng màng bao chitosan nano bạc, mẫu rửa nước ấm Dự kiến bảo quản 30 ngày xồi chư có dấu hiệu hư hỏng bảo quản tiếp Chỉ tiêu theo dõi: Mỗi ngày xác định khối lượng tiêu mẫu lần so sánh tiêu ban đầu Kết thu nhận: So sánh hiệu cách bảo quản khác với màng chitosan – nano bạc 40 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khảo sát khả tạo màng chitosan 3.1.1 Khảo sát giá trị pH đến khả tạo màng Dựa vào kết nghiên cứu Hossain ta cố định nồng độ chitosan 1% để khảo sát với giá trị pH khác (Hossain, M.S and Iqbal, A, 2016) Ảnh hưởng pH đến khả tạo màng đánh giá tiêu bao gồm: ứng suất chịu lực, độ giãn dài, mô-đun đàn hồi độ truyền nước qua màng màng tạo từ dung dịch chitosan có nồng độ 1% với giá trị pH 3.2, 3.4, 3.6, 3.8, cố định độ dày màng 0.02mm Kết thể qua đồ thị sau: Hình 3.1 Đồ thị thể độ ứng suất chịu lực kéo màng với giá trị pH khác Hình 3.3 Đồ thị thể mô đun đàn hồi màng với giá trị pH khác Hình 3.2 Đồ thị thể độ giãn dài màng với giá trị pH khác Hình 3.4 Đồ thị thể độ truyền nước qua màng với giá trị pH khác Theo hình 3.1 nhận thấy giá trị pH tăng từ 3.2 đến ứng suất chịu lực kéo màng giảm xuống Cụ thể ứng suất chịu lực kéo màng pH = 3.2 0.506 MPa giảm xuống 0.355 MPa pH = Kết phù hợp với nghiên cứu Ki Myong Kim et al, 2006 Ở pH 3.6, 3.8, ứng suất chịu lực kéo cao dựa vào kết xử lý ANOVA ta nhận thấy ứng suất chịu lực kéo màng chitosan pH 3.6, 3.8, khơng có 41 ... nghiệm tổng quát Nghiên cứu thực với nội dung Nội dung : Nghiên cứu khả tạo màng Chitosan Nội dung : Nghiên cứu tạo nano bạc Chitosan dd 70% Nội dung : Nghiên cứu khả tạo màng Chitosan nano bạc. .. pháp bảo quản khác Mục đích: Cho biết khả bảo quản xồi cát Hịa Lộc màng chitosan nano bạc so với cách bảo quản khác, từ ứng dụng vào bảo quản xồi cát Hịa Lộc thực tế Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm. .. (dK) Kết thu nhận: khả kháng nấm màng chitosan – nano bạc thu thí nghiệm 2.2 2.3.5 Thí nghiệm 4: So sánh chất lượng xồi cát Hịa Lộc sau bảo quản màng chitosan kết hợp nano bạc với phương pháp bảo