Nghiên cứu tạo màng nanocomposite ứng dụng trong bảo quản thực phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG BÁO CÁO TÓM TẮT cD ho D ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG an aN NGHIÊN CỨU TẠO MÀNG NANOCOMPOSITE ỨNG DỤNG TRONG BẢO QUẢN THỰC PHẨM g Mã số: B2019-DN01-21-HT Chủ nhiệm đề tài: TS Ngô Thị Minh Phương Đà Nẵng, 12/2021 g an aN cD ho D g an aN cD ho D oa- ĐHĐN bị phân tích Khoa Agro-Industry, Trường Đại học Chiang Mai, Thái Lan Công ty TNHH An Khanh Green Energy PGS.TS Trần Thị Xô Tư vấn, hỗ trợ lý thuyết nghiên cứu Hỗ trợ, tư vấn GS Ratchtanapun phương án nghiên Pornchai cứu; hỗ trợ thiết bị thực nghiệm Thử nghiệm, triển khai ứng dụng sản phẩm nghiên cứu Nguyễn Duy Khanh g an aN cD ho D MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 TỔNG QUAN VỀ MÀNG NANCOMPOSITE 1.2 ỨNG DỤNG CỦA MÀNG NANOCOMPOSITE TRONG BẢO D QUẢN THỰC PHẨM 1.2.1 Ứng dụng bảo quản rau 1.2.2 Ứng dụng bảo quản thịt sản phẩm thịt 1.3 TỔNG QUAN VỀ BẢO QUẢN XOÀI, BƠ VÀ THỊT 1.3.1 Giới thiệu bảo quản xoài cD ho 1.3.2 Giới thiệu bảo quản bơ 1.3.3 Giới thiệu bảo quản thịt .9 CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .9 2.1 Nguyên liệu an aN 2.2 Hoá chất 2.3 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .10 3.1 NGHIÊN CỨU TẠO MÀNG COMPOSITE 10 g 3.1.1 Nghiên cứu tạo màng pectin - chitosan (P/CS) 10 3.1.2 Kết tạo màng pectin – alginate 11 3.1.3 Kết tạo màng pectin – cacboxymethylcellulose .11 3.2 NGHIÊN CỨU TẠO MÀNG NANOCOMPOSITE 12 3.2.1 Nghiên cứu tạo màng pectin/alginate có cố định nano ZnO 12 3.2.2 Kết tạo màng pectin với nanochitosan (P/NaCS) 14 3.2.3 Kết tạo màng pectin với carboxymethyl cellulose/ nanocurcumin 17 3.3 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÀNG NANOCOMPOSITE BẢO QUẢN THỰC PHẨM 17 3.3.1 Nghiên cứu bảo quản xoài màng pectin/nanochitosan 17 3.3.2 Nghiên cứu bảo quản bơ màng P/AG/ZnO-NPs 20 3.3.3 Nghiên cứu bảo quản thịt màng pectin/CMC/nano curcumin 20 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 23 g an aN cD ho D DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Một số tiêu hóa lý xồi bảo quản ở 32oC 18 Bảng 3.2 Một số tiêu hóa lý xồi bảo quản ở 25oC 18 Bảng 3.3 Một số tiêu hóa lý xoài bảo quản ở 17oC 19 D DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 3.1 Hình ảnh thể khả kháng vi sinh vật (A) E.coli, (B) ho A.niger, (C) Colletotrichum gls màng P/AG/ZnO-NPs 12 Hình 3.2 Đường hấp thụ đẳng nhiệt ẩm màng P/AG khơng có cD có bổ sung nano ZnO với hàm lượng khác 25± 0.5oC 13 Hình 3.3 SEM bề mặt màng (ảnh trên) mặt cắt ngang (ảnh dưới) aN (a) P/AG; (b) P/AG/0,1% nano ZnO 14 Hình 3.4 Phổ hồng ngoại (FT-IR) màng từ P NaCS an Hình 3.5 Khả kháng chủng VSV màng LMP/NaCS 15 16 g Hình 3.6 Hình ảnh SEM bề mặt màng P, NaCS, P/NaCS2 (tương ứng với hình A, B, C) ảnh SEM mặt cắt ngang màng P, NaCS, P/NaCS2 (tương ứng với hình D, E, F) 16 Hình 3.7 Ảnh hưởng việc phủ màng đến số lượng tế bào nấm men nấm mốc xoài thời gian bảo quản 20 Hình 3.8 Sự thay đổi màu nano curcumin 21 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AG: : Alginate CS : Chitosan CMC E FTIR NaCS TS : Nanochitosan : Pectin : Scanning electron microscope (Kính hiển vi điện tử : Tensile strenghth (độ bền kéo đứt) : Nano ZnO g an aN cD ZnO-NPs hồng ngoại biến đổi Fourier) ho quét) : Fourier-transform infrared spectroscopy (Quang phổ SEM : Elongation (độ giãn dài) D P : Carboxymethylcellulose THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU g an aN cD ho D Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu tạo màng nanocomposite ứng dụng bảo quản thực phẩm - Mã số: B2019-DN01-21-HT - Chủ nhiệm: TS Ngô Thị Minh Phương - Thành viên tham gia: ThS Trần Thị Ngọc Linh TS Nguyễn Thanh Hội ThS Mai Thị Phương Chi ThS Trần Thị Kim Hồng - Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Thời gian thực hiện: từ tháng 10 năm 2019 đến tháng 10 năm 2021 Mục tiêu: Nghiên cứu tạo màng nanocomposite ứng dụng màng tạo bảo quản số sản phẩm thực phẩm Mục tiêu cụ thể: Tạo màng composite có tính chất lý, hóa lý tốt phù hợp cho mục đích bảo quản thực phẩm Tạo màng nanocomposite có tính chất lý, hóa lý cải thiện tốt có tính kháng vi sinh vật Ứng dụng màng nanocomposite để bảo quản trái sản phẩm thịt nhằm kéo dài thời gian bảo quản nhận biết hư hỏng thịt Tính sáng tạo: Tạo màng nanocomposite màng pectin/alginate có bổ sung nano ZnO, màng pectin/nanochitosan, màng pectin/carboxymethyl cellulose với tính chất lý, vật lý sinh học thích hợp làm màng phủ bảo quản thực phẩm Đã nghiên cứu thay đổi số tiêu chất lượng chứng minh tính ưu việt việc phủ màng lưu trữ nhiệt độ thấp bảo quản xoài, bơ thịt g an aN cD ho D Tóm tắt kết nghiên cứu: Đã nghiên cứu tạo màng composite phối hợp pectin chitosan, pectin alginate, pectin carboxymethyl cellulose Đã nghiên cứu tỉ lệ phối trộn phù hợp P với CS (chitosan), AG (alginate) CMC (carboxyl methyl cellulose) để tạo màng phối trộn có tính chất tốt độ bền học, độ hòa tan, độ thấm nước, độ truyền nước, khả thấm ướt bề mặt màng, độ thấm oxy, khả kháng vi sinh vật; chọn ba loại màng phối trộn tốt chúng Đã nghiên cứu tạo màng P/AG có cố định nano ZnO Kết cho thấy màng P/AG-ZnO-NPs có tính chất tốt so với màng P/AG giảm độ hòa tan, giảm độ thấm nước, độ truyền khí oxy, ngược lại, tăng độ bền kéo, độ giãn dài, khả hấp thụ tia cực tím, khả kháng chủng vi sinh vật: Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus niger, Colletotrichum gloeosporioides E Coli; thay đổi cao đạt hàm lượng nano ZnO dung dịch tạo màng 0,1% Nghiên cứu tạo màng sử dụng chitosan dạng nano gọi nanochitosan (NaCS); màng P/NaCS có tính chất tốt màng P/CS giảm độ thấm nước, độ hịa tan, độ truyền khí oxy, ngược lại làm tăng độ bền kéo, độ dãn dài, khả kháng chủng vi sinh vật: Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus niger, Colletotrichum gloeosporioides Escherichia coli; màng P/NaCS có tỉ lệ phối trộn P nanochitosan 50:50 có tính chất tốt Nghiên cứu tạo màng P/CMC có bổ sung nano curcumin với hàm lượng khác Kết cho thấy hàm lượng nano curcumin tăng làm giảm khả hidrat hóa, khả kháng vi sinh vật màng Đã nghiên cứu sử dụng màng pectin/nanochitosan (P/NaCS) để bảo quản xoài, ứng dụng màng pectin phối hợp với alginate nano ZnO để bảo quản bơ, ứng dụng màng P/CMC/nano curcumin để bảo quản thịt phương pháp phủ màng Kết cho thấy màng pectin/nanochitosan kéo dài thời gian bảo quản xoài, cụ thể sau: xoài phủ màng kéo dài thời gian bảo quản 24 ngày 17oC, bơ kéo dài thời gian 24 ngày 17oC, thịt kéo dài thời gian bảo quản ngày nhiệt độ 4oC Tên sản phẩm: oxy, hình thái học qua hình ảnh SEM, khả kháng sinh vật phương pháp khuếch tán giếng thạch, - Phương pháp xác định tiêu chất lượng quả: Hao hụt khối lượng, hàm lượng chất rắn hòa tan, hàm lượng đường, hàm lượng vitamin C, hàm lượng lipid, hàm lượng tế bào vi sinh vật, phương pháp đánh giá cảm quan sản phẩm,… - Phương pháp xác định tiêu chất lượng thịt: hao hụt khối lượng, hàm lượng NH3, tổng vi sinh vật - Phương pháp xử lí số liệu: Phân tích thống kê số liệu D thực phần mềm Minitab 16, phần mềm OMNIC, sử dụng CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ho thực nghiệm phần mềm Origin 6.0 để thiết lập mơ hình tốn học theo số liệu 3.1 NGHIÊN CỨU TẠO MÀNG COMPOSITE cD 3.1.1 Nghiên cứu tạo màng pectin - chitosan (P/CS) chitosan aN - Xác định độ dày tính chất học màng pectin - an Độ bền kéo đứt màng chitosan cao so với màng pectin Sự kết hợp chitosan pectin tạo nên màng hỗn hợp g có độ bền kéo đứt cao so với màng pectin Khi hàm lượng chitosan màng tăng từ 25 đến 50% độ bền kéo đứt màng hỗn hợp tăng hàm lượng chitosan tăng đến 75% độ bền kéo đứt giảm xuống đến 9,8% - Xác định độ hòa tan màng pectin - chitosan Khi hàm lượng chitosan màng hỗn hợp tăng từ 25 đến 50% màng hỗn hợp có độ hịa tan nước giảm từ 65,8 đến 9,09% hàm lượng chitosan màng tăng đến 75% độ hịa tan màng hỗn hợp tăng 10 - Xác định độ thấm nước màng pectin - chitosan Độ thấm nước màng pectin cao so với màng chitosan, màng hỗn hợp thấp so với màng pectin Trong màng hỗn hợp, màng P/CS2 có độ thấm nước thấp - Xác định khả kháng vi sinh vật màng pectin - chitosan Dung dịch tạo màng chitosan có khả kháng chủng E.Coli, A.niger S.cerevisiae Khi nồng độ chitosan cao - Xác định độ truyền khí oxy màng pectin – chitosan mạnh D (khơng q 50%.) khả kháng vi sinh vật nghiên cứu ho Sau khảo sát tính chất màng độ bền học, góc tiếp xúc nước, độ hịa tan, độ thấm nước, độ truyền nước cD khả kháng chủng vi sinh vật nghiên cứu thấy màng hỗn hợp P/CS2 đảm bảo tiêu tốt ứng aN dụng lĩnh vực thực phẩm Màng P/CS2 có độ thấm khí oxy an thấp nên chọn màng P/CS2 cho nghiên cứu 3.1.2 Kết tạo màng pectin - alginate g Tiến hành nghiên cứu tương tự màng pectin – chitosan, nhận thấy màng P/AG2 có độ hịa tan thích hợp, độ thấm nước độ thấm khí thấp, ba tính chất màng đáp ứng cho bảo quản thực phẩm, màng P/AG2 có độ bền học tương đối cao Tuy nhiên màng P/AG2 khơng có tính kháng vi sinh vật 3.1.3 Kết tạo màng pectin - cacboxymethylcellulose Qua kết nghiên cứu, chọn màng P/CMC3 có số tính chất phù hợp để ứng dụng bảo quản rau có độ hịa 11 tan thấp, độ thấm nước thấp, độ bền học cao P/CMC khơng có khả kháng chủng vi sinh vật nghiên cứu 3.2 NGHIÊN CỨU TẠO MÀNG NANOCOMPOSITE 3.2.1 Nghiên cứu tạo màng pectin/alginate có cố định nano ZnO Chuẩn bị dung dịch pectin/alginate với tỉ lệ phối trộn pectin alginate 50:50, nano ZnO bổ sung vào màng pectinalginate mức nồng độ: 0,01; 0,05; 0,1; 0,5 g/100g dung dịch (tương ứng : 0,01%; 0,05%; 0,1%; 0,5%) Sau tạo màng thực đánh giá tiêu chất lượng màng độ dày tính chất D học, tính chất hidrat hóa (độ hịa tan, độ thấm nước, xác định đường hấp thụ đẳng nhiệt ẩm màng P/AG/ZnO-NPs Kết cho thấy bổ sung ZnO-NPs với nồng độ nhỏ 0,1% làm tăng độ ho bền học tăng tính chất rào cản nước, giảm hịa tan, giảm độ thấm khí oxy màng cD - Kiểm tra khả kháng vi sinh vật màng P/AG bổ aN sung ZnO-NPs: Các màng P/AG/ZnO-NPs thể khả kháng chủng vi sinh vật E.coli, Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus an niger Colletotrichum gloeosporioides khả kháng màng P/AG/ZnO-NPs phụ thuộc vào chủng vi sinh vật g (A) (B) (C) Hình 3.1 Hình ảnh thể khả kháng vi sinh vật (A) E.coli, (B) A.niger, (C) Colletotrichum gls màng P/AG/ZnO-NPs 12 - Xây dựng đường hấp thụ đẳng nhiệt ẩm màng P/AG/ZnO-NPs Đường hấp thụ đẳng nhiệt ẩm màng P/AG trường hợp có bổ sung nano ZnO với hàm lượng khác trình bày hình 3.2 Đường hấp thụ đẳng nhiệt màng P/AG màng P/AG/ZnO-NPs có dạng hình sigmoid Trong điều kiện mơi trường có hoạt độ nước từ 0,1 đến 0,75 khả hút ẩm màng thấp, ngược lại mơi trường có hoạt độ nước lớn D 0,75, khả hút ẩm màng tăng mạnh Khả hút ẩm màng P/AG cao so với màng P/AG/ZnO-NPs P/AG PAG 0.01 PAG 0.05 PAG 0.1 ho cD 120 80 aN 40 0.2 0.4 0.6 Hoạt độ nước 0.8 g an Hàm lượng ẩm cân bằng, % 160 Hình 3.2 Đường hấp thụ đẳng nhiệt ẩm màng P/AG khơng có có bổ sung nano ZnO với hàm lượng khác 25± 0.5oC - Kiểm tra hình thái học màng P/AG/ZnO-NPs Hình thái học bề mặt màng mặt cắt ngang màng P/AG màng P/AG có bổ sung 0,1% nano ZnO kiểm tra kính hiển vi điện tử quét (SEM) thể hình 3.3 13 (a) (b) D Hình 3.3 SEM bề mặt màng (ảnh trên) mặt cắt ngang (ảnh dưới) (a) P/AG; (b) P/AG/0,1% nano ZnO 3.2.2 Kết tạo màng pectin với nanochitosan (P/NaCS) ho Nồng độ nanochitosan phối trộn màng 25%, 50% cD 75% Màng pectin màng nanochitosan riêng lẻ chuẩn bị đồng thời để so sánh Sau tạo màng P/NaCS, thực kiểm tra aN tính chất màng độ bền học, tính chất hidrat hóa, độ thấm khí oxy, khả thấm ướt, độ màu, độ hấp thụ đẳng nhiệt ẩm an nhận thấy màng hỗn hợp có tăng độ bền kéo độ dãn dài; có giảm khả hút ẩm, khả truyền khí oxy, khả tan, khả g thấm nước - Kiểm tra phổ hồng ngoại FTIR màng P/NaCS Với phổ hồng ngoại màng P/NaCS2, thay đổi thể bước sóng 1500–1700 cm−1 liên quan đến dao động kéo dài liên kết amide thực tế có tương tác nhóm amin nanochitosan nhóm carboxylic pectin; Sau phản ứng, dao động nhóm amin ban đầu bước sóng 1590 and 1539 cm-1 yếu dần, peak bước sóng 1732 cm-1 thay vào peak bước sóng 1428 cm-1 đặc trưng cho liên kết -COO-NH2 xuất 14 Peak hấp thụ bước sóng 3700–3300 cm−1 đặc trưng cho nhóm –OH thay đổi nhiều so với phổ màng NaCS, điều chứng tỏ có tương tác nhóm –OH nhóm amide NH NaCS ho D cD Hình 3.4 Phổ hồng ngoại (FT-IR) màng từ P NaCS - Xác định khả kháng vi sinh vật màng P/NaCS aN Kết đường kính vịng kháng khuẩn (được tính mm) dung dịch tạo màng với chủng E.coli, S.cerevisiae, an Asp.niger Colletotrichum.gls biểu diễn hình 3.5 Dung g dịch tạo màng chứa NaCS có khả kháng chủng A.niger S.cerevisiae tốt chủng E.Coli Colletotrichum gls Khi hàm lượng NaCS dung dịch tạo màng tăng từ 25 đến 50% khả kháng vi sinh vật dung dịch tạo màng tăng lên Điều quan trọng khẳng định NaCS có khả ức chế loại vi sinh vật hoàn tồn khơng có biểu độc tính tế bào động vật có vú 15 đường kính vịng kháng khuẩn, mm 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 A.niger P/NaCS1 E.Coli P/NaCS2 P/NaCS3 Colletotrichum gloeosporioides NaCS S.cerevisiae Hình 3.5 Khả kháng chủng VSV màng LMP/NaCS D - Xác định độ truyền khí oxy màng P/NaCS Màng P NaCS có khả làm rào cản khí oxy tốt so ho với loại vật liệu LDPE HDPE Sự kết hợp P nanochitosan với tỉ lệ 50:50 làm giảm độ truyền khí oxy màng cD tạo thành - Kiểm tra hình thái học màng P/NaCS (SEM) aN Hình ảnh SEM bề mặt màng mặt cắt ngang màng P, NaCS, P/NaCS2 biểu diễn hình 3.6 an Hình 3.6 Hình ảnh SEM mặt màng g bề P, NaCS, P/NaCS2 (tương ứng với hình A, B, C) ảnh SEM mặt cắt ngang màng P, NaCS, P/NaCS2 (tương ứng với hình D, E, F) 16 3.2.3 Kết tạo cellulose/nanocurcumin màng pectin với carboxymethyl - Khảo sát độ hòa tan màng Khi hàm lượng nanocurcumin bổ sung tăng độ hòa tan màng P/CMC giảm Điều giải thích nano curcumin khó tan nước - Khảo sát độ thấm nước màng Khi bổ sung naocurcumin tăng từ 0,835% đến 2.505% màng có độ thấm nước giảm dần hàm lượng D nanocurcumin tăng đến 3,34% độ thấm nước màng giảm - Khảo sát tính kháng khuẩn màng Kết cho thấy kết hợp P/CMC khơng có khả kháng ho chủng E.coli, Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus niger, vi khuẩn lactic Dung dịch tạo màng nano curcumin có khả kháng cD chủng vi sinh vật nghiên cứu Khi hàm lượng nano curcumin tăng khả kháng vi sinh vật mạnh Điều aN giải thích curcumin có khả kháng vi sinh vật, nên bổ sung an vào hàm lượng nhiều đường kính kháng khuẩn tăng Vì màng kết hợp ứng dụng bảo quản thực phẩm g 3.3 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÀNG NANOCOMPOSITE BẢO QUẢN THỰC PHẨM 3.3.1 Nghiên cứu bảo quản xoài màng pectin/nanochitosan Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ bảo quản 32 ± 2°C, 25 ± 1°C 17 ± 1°C đến số tính chất xồi Kết nghiên cứu cho thấy, xồi phủ màng có hao hụt khối lượng thấp so với xồi khơng phủ màng nhiệt độ bảo quản tương ứng Độ màu vỏ thịt xoài kiểm tra 17 thời gian bảo quản Các tính chất hóa lý xồi thời gian bảo quản biểu diễn bảng sau: Bảng 3.2 Một số tiêu hóa lý xồi bảo quản ở 25oC Chỉ tiêu xoài Bảo quản 25oC Chất rắn hịa tan Màng Khơng màng Đường tổng Màng Khơng màng Vitamin C Hàm lượng axit Không Màng màng Màng Không màng Độ cứng Không Màng màng 4,7 4,7 3,6 3,6 0,45 0,45 0,85 0,85 31,2 31,2 10,2 17,1 9,4 16,5 0,43 0,32 0,75 0,65 23,1 8,43 17,1 15,7 16,2 14,5 0,4 0,2 0,7 0,45 19,87 0,88 12 18,2 15 20,1 0,6 10,87 18.2 0,35 0,56 3,99 13-13,9 29,1-56,6 0,29-0,34 cD 13,84-16,64 chuẩn 0,38 ho Mẫu 17.7 D