Nghiên cứu chế tạo Oligochitosan bằng kỹ thuật bức xạ ứng dụng trong nuôi trồng thủy canh.pdf

Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH ——oOo BÁO CÁO TÔNG KẾT ĐỀ TÀI CHƯƠNG TRÌNH SINH VIÊN NCKH NĂM 2017 TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN cứu CHẾ TẠO OLIGOCHITOSAN BÀNG KỸ THUẬT BỨC XẠ ÚNG DỤNG TRONG NI TRỊNG THỦY CANH Mã số đề tài: 2017.02.38 Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Minh Trung Giảng viên hướng dẫn: ThS Trần Lệ Trúc Hà Khoa: Nông Nghiệp Công Nghệ Cao Và Công Nghệ Sinh Học Các thành viên tham gia: STT Họ tên MSSV TP Hồ Chỉ Minh, tháng năm 2018 Lớp Mục lục CHƯƠNG TÓNG QUAN CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu Thời gian địa điểm thực Vật liệu 2.1 Vỏ tôm 2.2 Giống 2.3 Giá thể 2.4 Hóa chất, dụng cụ thiết bị Phương pháp tiến hành thí nghiệm 3.1 Chế tạo chitosan 3.2 Cắt mạch chitosan tạo oligochitosan phương pháp chiếu xạ 11 Khảo sát hiệu ứng chitosan chiếu xạ lên trồng thủy canh 11 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ SẢN PHÁM ĐẠT ĐƯỢC 11 Chế tạo chitosan 12 Cắt mạch chitosan kỳ thuật xạ 22 Khảo sát hiệu ứng chitosan chiếu xạ lên trồng thủy canh 23 CHƯƠNG KẾT LUẬN 28 Kết luận 28 Đe nghị 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO 30 PHỤ LỤC 31 PHỤ LỤC 1: DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DD: Degree of deacetylation DP: Degree of Polymerization HPLC: High performance liquid chromatography LSD: The Least Significant Difference MT: Môi trường TB: Trung bình Mw: Molecular weight NTF: nutrient film technique SVĐC: So với đối chứng UV: Ultraviolet WHO: World Health Organization PHỤ LỤC 2: DANH MỤC CÁC BẢNG BIẾU, so ĐỒ, HÌNH ẢNH Bảng 3.1 Hàm lượng khống theo thời gian Bảng 3.2 Hàm lượng protein theo thời gian Bảng 3.3 Độ đề acetyl nhiệt độ thường, ngày theo nồng độ NaOH Bảng 3.4 Độ đề acetyl theo thời gian nồng độ NaOH 60% Bảng 3.5 Độ đề acetyl nhiệt độ sôi theo thời gian nồng độ NaOH 40% Bảng 3.6 Độ đề acetyl nhiệt độ sôi, theo nồng độ NaOH Bảng 3.7 Ảnh hưởng liều chiếu đến trọng lượng phân tử Bảng 3.8 Các tiêu cải bo sung oligochitosan Hình 2.1 Vơ tơm sơ chế Hình 3.1 Vỏ tơm sau đề khống Hình 3.2 Vỏ tơm sau đề protein Hình 3.3 Qui trình chế tạo chitosan từ vỏ tơm Hình 3.4 Cây cải trồng có bố sung oligogitosan Biểu đồ 3.1 Hàm lượng khoáng theo thời gian Biểu đồ 3.2 Hàm lượng protein theo thời gian Biểu đồ 3.3 Ành hưởng nồng độ dung dịch NaOH đến độ đề acetyl nhiệt độ thường Biểu đồ 3.4 Anh hưởng thời gian đến độ đề acetyl nhiệt độ thường Biểu đồ 3.5 Đe acetyl nhiệt độ sôi theo thời gian Biểu đồ 3.6 Đe acetyl nhiệt độ sôi theo nồng độ NaOH Biểu đồ 3.7 Ảnh hưởng liều chiếu xạ đến trọng lượng phân tử chitosan CHƯƠNG TỐNG QUAN Hiện nay, sản phẩm chế tạo công nghệ xạ sử dụng phổ biến nhiều lĩnh vực như: dược học y học, cơng nghệ sinh học, xử lí nước thải, nơng nghiệp, công nghiệp, thực phẩm, v.v Một sản phẩm chitosan trọng lượng phân tử thấp (Oligochitosan) Nhiều nghiên cứu chứng minh Oligochitosan đóng vai trị chất vừa có khả kích thích hấp thu chất dinh dưỡng cùa mô thực vật đồng thời cịn có tác dụng kháng lại số bệnh vi sinh vật gây nên giúp cho chống chịu tốt với stress cùa môi trường (L Q Luan, 2005; L.x Tham, 2000) Năm 1997, Matshuhashi tìm thấy chitosan có độ đề acetyl (DD) 99% với khối lượng phân tử từ 105 - 3*105 Da có hoạt tính kháng khuẩn cao Tiếp theo sau hàng loạt báo cáo Tạp chí nối tiếng đề cập đến vấn đề kháng khuấn chitosan gắn liền với phân tử lượng độ DD công bo (L.Y Zheng, 2003; X.F Liu, 2004) Hiện nay, Oligochitosan với độ polymer hóa từ >6 dp ghi nhận có hiệu ứng chống lại xâm nhiễm nhiều loại nấm gây bệnh thực vật thơng qua chế kích thích việc tạo kháng sinh thực vật (phytoalexin) (A.B.V Kumar, 2004; M.E Etzler 1998) Như Oligochitosan có nhiều triển vọng ứng dụng nơng nghiệp y học nhằm tăng khả chống xâm nhiễm vi sinh vật gây bệnh Trong đó, nhu cầu rau đặc biệt rau cùa người dân ngày cao, phần lớn người tiêu dùng nhận thức tầm quan trọng rau xanh bừa ăn hàng ngày, nhu cầu tiêu thụ rau không ngừng gia tăng cách nhanh chóng Tuy nhiên, hầu hết nhừng sở sản xuất rau chưa gây dựng lịng tin nơi người tiêu dùng, nhiều mầu rau chi cục bảo vệ thực vật Tp Hồ Chí Minh kiếm tra vần tồn dư thuốc bảo vệ thực vật, kim loại nặng bị nhiễm loại vi sinh gây bệnh cho người Chính vậy, đế khắc phục tình trạng này, năm gần đây, người tiêu dùng chuyển dần quan tâm sang loại rau an toàn Phương pháp thủy canh: “trồng không cần đất - soiless culture”, hồn tồn khắc phục hạn chế phương pháp nuôi trồng truyền thống - trồng đất, cho đời nông phấm đảm bảo chất lượng cho người tiêu dùng, vừa phục vụ cho nhu cầu nước vừa đáp ứng nhu cầu xuất Và để ứng dụng sản phẩm từ polymer tự nhiên chế tạo công nghệ xạ vào qui trình sản xuất trồng thủy canh để tạo sản phẩm có suất cao, chất lượng tốt đặc biệt an tồn cho người tiêu dùng, chúng tơi tiến hành thực đề tài: “Nghiên cứu chế tạo Oligochitosan bàng kỹ thuật xạ ứng dụng nuôi trồng thiiy canh” Nhằm tạo sản phẩm rau đáp ứng nhu cầu nước xuất khấu, tái sử dụng phần rác thải ngành công nghiệp chế biến thủy sản giúp giảm thiếu lượng rác thải môi trường Mục tiêu đề tài: > Xây dựng quy trình chế tạo Oligochitosan phương pháp chiếu xạ > Xác định liều xạ tối ưu nhằm tạo Oligochitosan ứng dụng sản xuất rau ăn tồn bang phương pháp thủy canh CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu Thời gian địa điểm thực Đe tài thực Tại Phòng thí nghiệm Nano Trung Tâm Cơng Nghệ Sinh Học TP.HCM Khoa nông nghiệp công nghệ cao công nghệ sinh học, Đại học Nguyễn Tất Thành Các thí nghiệm hệ thống thủy canh thực Công ty Co phần Sài gòn Thủy canh (71C đường 28, khu phố 4, phường Hiệp Bình Chánh, Thủ Đức, Tp Hồ Chí Minh) Thời gian: tháng năm 2017 đến tháng năm 2018 Vật liệu 2.1 Vỏ tôm Nguồn cung cấp vỏ tôm chủ yếu nhà máy chế biến hải sản 2.2 Giống Các loại rau cải rau xà lách Công ty Trang nông cung cấp, bao gồm: - Cải bẹ xanh mỡ (Brassica juncea Var rugosa) - Cải (Brassica integrifolia) - Xà lách mờ (Lacuta sativa) - Xà lách xoăn (Lacuta sativa Cicỉìorium spp) 2.3 Giá thể Giá thể dùng thí nghiệm mùn dừa có nguồn gốc từ Ben Tre 2.4 Hóa chất, dụng cụ thiết bị 2.4.1 Dụng cụ thiết bị - Máy sục khí - Thùng xốp có kích thước 40 X 50 X 10 cm - Máy đo pH EC - Tủ sấy 60-250 °C - Cân phân tích với độ xác 10’5 g - Nguồn xạ gamma ST-SV Co-60/B Trung tâm Vinagama Thành phố Hồ Chí Minh - Một số dụng cụ phịng thí nghiệm khác 2.4.2 Hóa chất -NaOH - Acid HC1 đậm đặc - Dung dịch H2O2 30% - Acid CH3COOH tinh khiết - CHaCOONa tinh khiết - Dung dịch HC1 chuẩn - Dung dịch NaOH chuẩn Phương pháp tiến hành thí nghiệm 3.1 Chế tạo chitosan 3.1.1 Chuẩn bị vỏ tôm Vỏ tôm đầu tôm thu nhận từ nhà máy chế biến hải sản phơi khơ Q trình sơ chế tiến hành cách lựa chọn mảnh vỏ lớn để làm ngun liệu cho thí nghiệm (Hình 2.1) Hình 2.1 Vỏ tơm sơ chê 3.1.2 Đề khống Mục đích: loại bỏ thành phần khoáng nguyên liệu để thu sản phâm tinh Cân 20 g vỏ tôm khô, cho vào erlen 1000 ml Thêm 300 ml dung dịch HC1 4% với tỷ lệ vỏ tơm/HCl 1/15 (khối lượng/thể tích) Tiến hành đề khoáng theo khoảng thời gian sau: 0,25 giờ; 0,5 giờ; giờ; Thí nghiệm lặp lại lần Sau đề khống, rửa mầu thí nghiệm nhiều lần nước cất sau sấy khơ cân khối lượng cịn lại Xác định hàm lượng khống theo thời gian, sau xác định thời gian tối ưu cho q trình đề khống 3.1.3 Đề protein Mục đích: loại bỏ protein có vỏ tơm nhằm thu sản phẩm tinh Cân 10 g tôm đề khoáng, cho vào erlen 1000 ml Thêm 300 ml dung dịch NaOH 4% với tỷ lệ vỏ tôm/NaOH 1/15 (khối lượng/thể tích) Tiến hành đề protein theo khoảng thời gian sau: 0.0833 phút; 0,25 giờ; 0,5 giờ; giờ; Thí nghiệm lập lại lần Sau đề protein mầu rửa nước cất nhiều lần sau sấy khơ cân khối lượng cịn lại Xác định hàm lượng protein theo thời gian, sau xác định thời gian tối ưu cho trình đề protein 3.1.4 Đề acetyl Thí nghiệm đề acetyl tiến hành cách cân 10 mẫu chitin chế tạo (sau đề khoáng protein), mầu 10 g, cho vào erlen 250 ml sau bo sung dung dịch NaOH nong độ khác nhau, thời gian khác tiến hành đề acetyl điều kiện nhiệt độ nhác 3.1.4.1 Khảo sát điều kiện nhiệt độ thường > Khảo sát khả đề acetyl chitin vỏ tôm theo nong độ dung dịch NaOH Thêm 150 ml dung dịch NaOH 40%, 50%, 60% tỷ lệ chitin/NaOH 1/15 (khối lượng/thể tích) vào erlen, ngâm chitin dung dịch NaOH ngày Sau đề acetyl mẫu rửa nước cất nhiều lần sau sấy khơ > Khảo sát khả đề acetyl cùa chitin vỏ tôm theo thời gian Thêm 150 ml dung dịch NaOH với nồng độ tốt từ việc khảo sát khả đề acetyl chitin vỏ tôm theo nồng độ dung dịch NaOH, tỷ lệ chitin/NaOH 1/15 (khối lượng/thể tích) vào erlen, ngâm chitin dung dịch NaOH theo thời gian ngày, ngày ngày Sau đề acetyl mầu rửa nhiều lần nước cất sấy khô 3.4.I.2 Khảo sát điều kiện nhiệt độ sôi (110 °C) > Khảo sát khả đề acetyl chitin vỏ tôm theo nồng độ NaOH dung dịch Thêm 150 ml dung dịch NaOH 40%, 50%, 60% với tỷ lệ chitin/NaOH 1/15 (khối lượng/thể tích) vào erlen có sằn 10 g chitin, tiến hành đun sôi đến nhiệt độ sôi 110 °C Sau de acetyl mẫu rửa nhiều lần nước cất sấy khô > Khảo sát khả đề acetyl chitin vỏ tôm theo thời gian Thêm 150 ml dung dịch NaOH 40% với tỷ lệ chitin/NaOH 1/15 (khối lượng/thể tích) vào erlen có sằn 10 g chitin, tiến hành đun sôi đến nhiệt độ sôi dung dịch NaOH, khảo sát thời gian giờ, giờ, Sau đề acetyl mầu rửa nhiều lần nước cất sấy khô 3.1.5 Xác định độ đề acetyl Độ đề acetyl cùa mẫu chitosan sau chế tạo xác định phương pháp chuẩn độ sau: Cân 0,5 g chitosan chế tạo được, hòa tan dung dịch HC1 0,1 N Chuẩn độ dung dịch NaOH 0,1 N Độ đề acetyl tính theo cơng thức sau (R Jiang ctv, 1992): NH2% = [1OO*(C1V1 - C2V2)*0,016]/[G(100 - W)] Trong đó: 10 acetyl nhiệt độ thường theo thời gian 2, 3, ngày Kết nhận cụ sau: Bảng 3.4 Đe acetyl theo thời gian nồng độ NaOH 60% Thời gian phản ứng (ngày) DD (%) 5,000 55,770 63,580 67,160 67,160 Biểu đồ 3.4 Anh hưởng thời gian đến độ đề acetyl nhiệt độ thường Quan sát kết từ Bảng 3.4 Biều đồ 3.4, chung thấy khả đề acetyl phụ thuộc vào thời gian phản ứng, cụ nồng độ NaOH 60%, trình diễn nhanh ngày đầu sau chậm dần từ ngày thứ đến thứ Giá trị đề acetyl đạt cực đại 67,1% Theo nhiều cơng trình nghiên cứu trước cho thấy, de chitosan ứng dụng tốt cho trồng độ đề acetyl cần đạt mức tối thiểu 70% (Lê Quang Luân ctv, 2005) Do để gia tăng độ đề acetyl tiến hành đề acetyl nhiệt độ cao thí nghiệm 1.2.2 Đề acetyl nhiệt độ sôi dung dịch NaOH 17 Đê khảo sát khả đề acetyl hóa nhiệt độ cao, chúng tơi tiến hành đề acetyl hóa chitin vỏ tôm dung dịch NaOH 40% với tỷ lệ chitin/dung dịch NaOH 1/15 (trọng lượng chittin/thể tích NaOH) theo khoảng thời gian khác từ - Bảng 3.5 Độ đề acetyl nhiệt độ sôi theo thời gian Thời gian phản ứng (giờ) DD (%) 5,000 80,590 83,430 87,330 88,310 Biểu đồ 3.5 Đe acetyl nhiệt độ sôi theo thời gian Kết nhận từ Bảng 3.5 Biểu đồ 3.5 cho thấy độ đề acetyl gia tăng theo kéo dài thời gian phản ứng Cụ thể sau: độ đề acetyl đạt 80,6% sau phản ứng tăng dần đến 88,3% sau phản ứng Trong khoảng thời gian từ đến phản ứng, trình diễn chậm đạt tối đa sau phản ứng 18 Đê tiếp tục khảo sát ảnh hưởng cùa nồng độ NaOH đến độ đề acetyl nhiệt độ sôi, cố định thời gian tiến hành thí nghiệm với nồng độ dung dịch NaOH khác Nhiều kết nghiên cứu trước cho thấy, thông thường độ đề acetyl sè gia tăng ta gia tăng nồng độ NaOH trình phản ứng Bảng 3.6 Độ đề acetyl nhiệt độ sôi theo nồng độ NaOH Nồng độ dung dịch NaOH (%) DD (%) 40 81,250 50 91,210 60 96,120 Nồng độ NaOH, % Biếu đồ 3.6 Đe acetyl nhiệt độ sôi theo nồng độ NaOH Trong thí nghiệm kết đề acetyl hóa chitin vỏ tôm khoảng thời gian với nồng độ dung dịch NaOH 40%, 50% 60% cho thấy độ đề acetyl gia tăng theo gia tăng nồng độ dung dịch NaOH đạt 96,1% sử dụng dung dịch NaOH 60% (Bảng 3.6 Biều đồ 3.6) 19 Bằng cách sử dụng NaOH nồng độ nhiệt độ khác để đề acetyl chitin ta thấy trình đề acetyl nhiệt độ sôi cho hiệu suất cao nhiệt độ thuờng thời gian lại ngắn Tuy q trình đề acetyl hóa nhiệt độ thường thời gian dài giúp cho phân tán phần đề acetyl hóa mạch polymer phân bố cách ngầu nhiên, không bị xảy tượng de acetyl hóa cục (J Synowiecki, 2003) Nhưng thơng thường đề acetyl nhiệt độ thường độ đề acetyl đạt tối đa 70% Trong nhiều mục tiêu cùa đề tài nghiên cứu điều chế chitosan có độ đề acetyl khoảng 80% nhằm ứng dụng cho mục đích sản xuất chế phấm tăng trưởng bảo vệ ứng dụng nuôi thủy canh Điều chứng minh tác giả nghiên cứu trước sử dụng sản pham chitosan cắt mạch số đối tượng thực vật in vitro (Võ Thị Thu Hà ctv, 2006) Như vậy, mẫu chitosan đề acetyl nhiệt độ 110 °C dung dịch NaOH 40% thời gian phản ứng phù họp lựa chọn để khảo sát q trình cắt mạch Tơi đề xuất quy trình che tạo chitosan có độ đề acetyl hóa 80% từ vỏ tơm xây dựng cụ thể sau: 20 ... ? ?Nghiên cứu chế tạo Oligochitosan bàng kỹ thuật xạ ứng dụng nuôi trồng thiiy canh” Nhằm tạo sản phẩm rau đáp ứng nhu cầu nước xuất khấu, tái sử dụng phần rác thải ngành công nghiệp chế biến thủy. .. trình chế tạo Oligochitosan phương pháp chiếu xạ > Xác định liều xạ tối ưu nhằm tạo Oligochitosan ứng dụng sản xuất rau ăn toàn bang phương pháp thủy canh CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu. .. 70% Trong nhiều mục tiêu cùa đề tài nghiên cứu điều chế chitosan có độ đề acetyl khoảng 80% nhằm ứng dụng cho mục đích sản xuất chế phấm tăng trưởng bảo vệ ứng dụng nuôi thủy canh Điều chứng