Nghiên cứu tạo chế phẩm chitosan nano bạc ứng dụng trong bảo quản sau thu hoạch

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - ĐẬU CHÍ DŨNG MƠ HÌNH HĨA Q TRÌNH PHAY BỀ MẶT 3D BẰNG DAO PHAY ĐẦU CẦU LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - ĐẬU CHÍ DŨNG MƠ HÌNH HĨA Q TRÌNH PHAY BỀ MẶT 3D BẰNG DAO PHAY ĐẦU CẦU LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 9520103 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS TRƯƠNG HOÀNH SƠN PGS.TS TRẦN XUÂN VIỆT Hà Nội - 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án công trình riêng tơi Các số liệu cơng bố luận án trung thực, phần cơng bố tạp chí khoa học với đồng ý đồng tác giả, ph ần lại chưa công bố công trình nghiên cứu Tất tham khảo kế thừa trích dẫn tham chiếu đầy đủ TM Tập thể hướng dẫn PGS TS Hồ Phú Hà Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả luận án Lương Hùng Tiến i LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thự c cơng trình nghiên cứu này, tơi nhận nhiều giúp đỡ hỗ trợ thầy cô, đồng nghiệp, quan, bạn bè, em sinh viên người thân gia đình Trước hết, xin chân thành cảm ơn PGS.TS Hồ Phú Hà, người trực tiếp hướng dẫn định hướ ng cho tơi th ực cơng trình nghiên cứu Cô người bên cạnh động viên, truyền đạt kiến thức quý báu tạo điều kiện thuận lợi cho suốt q trình nghiên cứu Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành đến GS TS Ngơ Xn Bình, người tận tình hướng dẫn, bảo tơi suốt q trình làm luận án Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn tới PGS TS Mai Anh Tuấn, người tận tình hướng dẫn bảo tơi lĩnh vực công nghệ vật liệu nano thực luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô Viện Công nghệ Sinh học Công nghệ Thực phẩm, trường Đại họ c Bách khoa Hà Nội; đặc biệt thầy cô môn Công nghệ Thực phẩm tạo điều kiện giúp đỡ tơi q trình làm luận án Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cán b ộ, anh chị em đồng nghiệp môn Công nghệ Thực phầm, trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên giúp thực nghiên cứu Xin cảm ơn em sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm, trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên em sinh viên Viện Công nghệ Sinh học Công nghệ Thực phẩm giúp đỡ hỗ trợ trình làm luận án Lờ i cuối tơi dành cho thành viên gia đình, anh em bạn bè thân thiết đặc biệt vợ tạo điều kiện tố t nhất, động viên cổ vũ nhiều suố t trình làm luận án Gia đình động lực, tiếp thêm sức mạnh để tơi vượt qua khó khăn, vất vả để hồn thành luận án tiến sĩ ii MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ………………………… …… viii DANH MỤC CÁC BẢNG ………….………………………………………… ……… x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ………….……………………………… ……xii MỞ ĐẦU ………….…………………………………………………………………… …1 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung loại sử dụng nghiên cứu phương pháp bảo quản phổ biến Việt Nam 1.1.1 Tình hình sản xuất xuất Việt Nam 1.1.2 1.1.3 1.1.3.1 1.1.3.2 Giới thiệu chung loại sử dụng nghiên cứu Những biến đổi vật lý, sinh lý sinh hóa vi sinh vật sau thu hoạch Biến đổi vật lý Biến đổi sinh lý sinh hóa 1.1.3.3 1.1.4 6 Biến đổi vi sinh vật Những phương pháp bảo quản phổ biến 1.1.4.1 1.1.4.2 Công nghệ bảo quản phương pháp xử lý nhiệt Công nghệ bảo quản môi trường thay đổi thành phần khí 1.1.4.3 Cơng nghệ bảo quản hóa chất 1.2 Giới thiệu chung chitosan 11 1.2.1 Sản xuất chitosan 12 1.2.1.1 1.2.1.2 1.2.2 Các phương pháp sản xuất chitosan 12 Tình hình nghiên cứu quy trình sản xuất Việt Nam 12 Các tính chất chitosan 13 1.2.2.1 1.2.2.2 Tính chất vật lý chitosan 13 Tính chất hóa học chitosan 13 1.2.2.3 Tính chất sinh học chitosan 14 1.2.3 Đặc tính kháng vi sinh vật chitosan 14 1.2.3.1 1.2.3.2 Khả kháng vi sinh vật chitosan 14 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả kháng vi sinh vật chitosan 15 1.2.3.3 Cơ chế kháng vi sinh vật chitosan 16 1.3 Giới thiệu chung nano bạc 17 1.3.1 Giới thiệu công nghệ nano 17 1.3.1.1 1.3.1.2 Vật liệu nano 17 Phân loại vật liệu nano 17 1.3.1.3 Cơ sở khoa học công nghệ nano 17 iii 1.3.2 1.3.2.1 1.3.2.2 Tính chất lý học hạt nano bạc 18 Tính chất quang 18 Tính chất điện nhiệt 19 1.3.2.3 Hiệu ứng bề mặt 19 1.3.3 Tổng hợp hạt nano bạc 19 1.3.4 1.3.4.1 1.3.4.2 Đặc tính kháng vi sinh vật nano bạc 20 Khả kháng vi sinh vật nano bạc 20 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả kháng khuẩn nano 21 1.3.4.3 Cơ chế kháng vi sinh vật nano bạc 22 1.4 Tổng quan ứng dụng chitosan nano bạc bảo quản rau 23 1.4.1 Ứng dụng chitosan bảo quản rau tươi 23 1.4.2 Ứng dụng nano bạc bảo quản rau tươi 25 1.4.3 Ứng dụng nano bạc kết hợp với màng chitosan loại màng khác bảo quản thực phẩm 27 1.4.3.1 Ứng dụng nano bạc kết hợp với màng polyme không phân hủy sinh học 27 1.4.3.2 Ứng dụng nano bạc kết hợp với màng polyme phân hủy sinh học 28 1.4.3.3 Ứng dụng nano bạc kết hợp với màng chitosan bảo quản thực phẩm 29 1.4.3.1 Sự giải phóng nano bạc từ màng bao vào thực phẩm 31 CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33 2.1 2.1.1 Vật liệu nghiên cứu 33 Phế liệu tôm 33 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.4.1 2.1.4.2 Vi sinh vật 33 Các loại sử dụng nghiên cứu 33 Nguyên vật liệu khác 34 Hóa chất 34 Môi trường 34 2.1.5 Thiết bị nghiên cứu 34 2.2 2.2.1 Phương pháp nghiên cứu 34 Nội dung phương pháp thực nghiệm 34 2.2.1.1 2.2.1.2 Phương pháp tạo chế phẩm Chitin chitosan 34 Phương pháp tinh chitosan 36 2.2.1.3 Phương pháp tạo nano bạc 37 2.2.1.4 Phương pháp xác định khả kháng vi sinh vật chế phẩm chitosan 38 2.2.1.5 Phương pháp xác định hoạt tính kháng vi sinh vật nano bạc 40 2.2.1.6 Phương pháp xác định hoạt tính kháng vi sinh vật chế phẩm chitosan- nano bạc 40 iv 2.2.1.7 Phương pháp ứng dụng chế phẩm chitosan – nano bạc bảo quản vải thiều, cam bưởi 41 2.2.2 Phương pháp phân tích 43 2.2.2.1 2.2.2.2 Xác định độ deacetyl chitosan phương pháp UV 43 Xác định độ nhớt chitosan 43 2.2.2.3 Xác định độ hòa tan chế phẩm chitosan thô 44 2.2.2.4 Tỷ lệ hao hụt 44 2.2.2.5 Phân tích hàm lượng axit tổng số phương pháp trung hòa 44 2.2.2.6 Xác định màu 45 2.2.2.7 Xác định hàm lượng đường chất khô hòa tan tổng số 45 2.2.2.8 Xác định lượng tồn dư nano bạc vải phổ hấp thụ nguyên tử AAS 46 2.2.2.9 Phương pháp xác định tro, protein 46 2.2.2.10 Phương pháp xử lý thống kê 47 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48 3.1 Một số cải tiến trình sản xuất chitosan tinh khiết để làm nguyên liệu cho chế tạo chế phẩm chitosan – nano bạc 48 3.1.1 Tạo chitin từ phế liệu tôm phương pháp sinh học 48 3.1.2 3.1.3 3.1.3.1 Tạo tinh chitosan có độ deacetyl hóa cao 49 Khả kháng vi sinh vật chitosan 52 Ảnh hưởng pH đệm pha chitosan đến khả phát triển vi sinh vật 53 3.1.3.2 Khả kháng vi khuẩn chitosan 54 3.1.3.3 Khả kháng nấm men chitosan 56 3.1.3.4 Khả kháng nấm mốc chitosan 56 3.2 Một số cải tiến trình tổng hợp keo nano bạc làm nguyên liệu cho chế tạo chế phẩm chitosan – nano bạc 60 3.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đến đặc tính dung dịch keo nano bạc 60 3.2.2 3.2.3 3.2.3.1 3.2.3.2 Ảnh hưởng tốc độ nhỏ dịch đến tính chất hạt nano bạc 61 Một số đặc tính hạt nano bạc 62 Hình ảnh dung dịch nano bạc 62 Phân tích hạt nano bạc UV – vis 62 3.2.3.3 Đặc điểm hạt nano bạc qua kính hiển vi điện tử quét (SEM) kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 63 3.2.4 3.2.4.1 3.2.4.2 Khả kháng vi sinh vật dung dịch nano bạc 64 Khả kháng vi khuẩn nano bạc 65 Khả kháng nấm men nano bạc 65 v 3.2.4.3 Khả kháng nấm mốc nano bạc .66 3.3 Tạo chế phẩm chitosan – nano bạc xác định đặc tính chế phẩm .68 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.4.1 Quy trình phối trộn 68 Một số tính chất hóa lý chế phẩm chitosan – nano bạc 68 Tính ổn định chế phẩm chitosan – nano bạc 70 Khả kháng vi sinh vật in vitro chế phẩm chitosan-nano bạc 70 Khả kháng vi khuẩn chế phẩm chitosan-nano bạc 71 3.3.4.2 Khả kháng nấm men chế phẩm chitosan-nano bạc 75 3.3.4.3 Khả kháng nấm mốc chế phẩm chitosan-nano bạc 77 3.4 Ứng dụng chế phẩm chitosan – nano bạc bảo quản vải thiều .79 3.4.1 3.4.2 3.4.2.1 Ảnh hưởng chế độ tiền xử lý đến trình bảo quản vải thiều .80 Ảnh hưởng nồng độ thành phần chế phẩm đến trình bảo quản vải thiều83 Sự biến đổi tiêu lý hóa vải 84 3.4.2.2 Sự biến đổi tỷ lệ thối hỏng vải 86 3.4.2.3 Sự biến đổi tiêu vi sinh vật trình bảo quản 87 3.4.3 3.4.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ môi trường bảo quản .88 Sự biến đổi tiêu chất lượng 88 3.4.3.2 Sự biến đổi tỷ lệ thối hỏng 90 3.4.4 3.4.5 3.5 Tồn dư nano bạc vỏ vải .91 Quy trình bảo quản vải chế phẩm chitosan – nano bạc 93 Ứng dụng chế phẩm chitosan – nano bạc bảo quản cam sành 93 3.5.1 3.5.2 3.5.2.1 Ảnh hưởng chế độ tiền xử lý đến trình bảo quản cam sành 93 Ảnh hưởng nồng độ thành phần chế phẩm .96 Sự biến đổi tiêu lý hóa 96 3.5.2.2 Sự biến đổi tỷ lệ thối hỏng 98 3.5.2.3 Sự biến đổi tiêu vi sinh vật trình xử lý chế phẩm 98 3.5.3 3.5.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ môi trường bảo quản .99 Sự biến đổi tiêu lý hóa 99 3.5.3.2 Sự biến đổi tỷ lệ thối hỏng 101 3.5.4 3.6 Quy trình bảo quản cam sành chế phẩm chitosan – nano bạc .102 Ứng dụng chế phẩm chitosan – nano bạc bảo quản bưởi Diễn 102 3.6.1 3.6.1.1 Ảnh hưởng chế độ tiền xử lý tới trình bảo quản bưởi 102 Sự biến đổi tiêu lý hóa bưởi Diễn 102 3.6.1.2 Sự biến đổi tỷ lệ thối hỏng 104 3.6.2 3.6.2.1 Ảnh hưởng nồng độ thành phần chế phẩm 105 Sự biến đổi tiêu lý hóa .105 3.6.2.2 Sự biến đổi tiêu vi sinh vật trình xử lý chế phẩm .108 3.6.3 3.6.4 Ảnh hưởng nhiệt độ môi trường bảo quản 108 Quy trình bảo quản bưởi Diễn chế phẩm chitosan – nano bạc 110 vi 3.7 Thảo luận ứng dụng chế phẩm bảo quản 110 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ …………………………………………… ……………116 TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………… …………………………………………… 118 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN…………………129 PHỤ LỤC vii