Tóm tắt luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu tổng hợp chế phẩm phối hợp nano bạc - chitosan ứng dụng bảo quản Thanh Long sau thu hoạch

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG  HUỲNH ĐỨC HUY NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP CHẾ PHẨM PHỐI HỢP NANO BẠC – CHITOSAN ỨNG DỤNG BẢO QUẢN THANH LONG SAU THU HOẠCH Chuyên ngành: Hóa hữu Mã số: 60 44 01 14 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Đà Nẵng – Năm 2016 Công trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN BÁ TRUNG Phản biện 1: GS TS Đào Hùng Cường Phản biện 2: PGS TS Lê Thị Liên Thanh Luận văn bảo vệ Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Khoa học chuyên ngành Hóa Hữu họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 20 tháng năm 2016 Tìm hiểu luận văn tại: Trung tâm Thơng tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng Thư viện trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Đề tài nghiên cứu sử dụng chế phẩm phối hợp nano Bạc Chitosan để bảo quản Thanh Long sau thu hoạch Chitosan có khả tạo màng bề mặt giúp giữ độ ẩm bề mặt trái, giữ cho căng mọng, có màu sắc đẹp, giá trị cảm quan tốt Chitosan giúp cố định nano bạc bề mặt làm tăng hiệu kháng vi sinh vật Đó lí chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp chế phẩm phối hợp nano bạc - chitosan ứng dụng bảo quản Thanh Long sau thu hoạch” Mục tiêu nghiên cứu 2.1 Mục tiêu chung Nghiên cứu tổng hợp chế phẩm phối hợp AgNP (Ag Nano Particles) – WSC (Water Soluble Chitosan) có hoạt tính kháng khuẩn tốt, ổn định, thân thiện với môi trường, ứng dụng bảo quản loại sau thu hoạch nhằm gia tăng thời gian bảo quản, nâng cao thu nhập cho người dân, phục vụ phát triển nông nghiệp bền vững 2.2 Mục tiêu cụ thể - Nghiên cứu tổng hợp chế phẩm phối hợp AgNP – WSC - Nghiên cứu đánh giá đặc tính sinh, lý, hóa chế phẩm phối hợp AgNP – WSC - Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm phối hợp AgNP - WSC bảo quản Thanh Long Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tƣợng nghiên cứu 3.2 Phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu 4.1 Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết 4.2 Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 5.1 Ý nghĩa khoa học - Xác định điều kiện tối ưu quy trình điều chế nano bạc - Xác định nồng độ Chitosan hịa tan thích hợp để tạo màng bảo quản Thanh Long - Xác định nồng độ nano bạc thích hợp để tăng khả kháng khuẩn cho chế phẩm chitosan tăng hiệu bảo quản Thanh Long 5.2 Ý nghĩa thực tiễn - Tìm hiểu ứng dụng quan trọng nano bạc, chitosan - Nghiên cứu điều chế dung dịch gel AgNP – WSC có ứng dụng cao việc bảo quản nơng sản trái tạo màng bán thấm có khả kháng khuẩn tốt, từ tăng thời gian bảo quản trái giữ cho chất lượng trái tốt sau thời gian bảo quản - Ứng dụng dung dịch gel AgNP – WSC, ứng dụng công nghệ nano chế phẩm sinh học vào bảo quản nông sản trái hướng đảm bảo phát triển bền vững nông nghiệp sạch, an toàn, hiệu kinh tế - Dung dịch gel AgNP – WSC ứng dụng để chế tạo chế phẩm sinh học để bảo quản nơng sản Ngồi ra, kết sở cho nghiên cứu ứng dụng dung dịch gel AgNP WSC vào nông nghiệp, sinh học, môi trường… Cấu trúc luận văn Chương 1: Tổng quan lý thuyết Chương 2: Nguyên liệu phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết thảo luận CHƢƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 HẠT NANO BẠC 1.1.1 Cơ sở khoa học công nghệ nano 1.1.2 Hạt nano bạc 1.1.3 Đặc tính chế kháng khuẩn hạt nano bạc 1.1.4 Các phƣơng pháp điều chế hạt nano bạc 1.1.5 Ứng dụng hạt nano bạc 1.2 CHITOSAN 1.2.1 Khái niệm chitosan 1.2.2 Tính chất chitosan 1.2.3 Khái niệm chitosan hòa tan nƣớc (WSC) 1.2.4 Cấu trúc WSC 1.2.5 Tính chất WSC 1.2.6 Phƣơng pháp điều chế WSC 1.2.7 Ứng dụng chitosan WSC 1.2.8 Ƣu điểm màng chitosan 1.2.9 Ứng dụng chitosan làm màng bao bảo quản trái 1.2.10 Tình hình nghiên cứu nƣớc ngồi nƣớc 1.3 THANH LONG 1.3.1 Giới thiệu Thanh Long 1.3.2 Phân loại 1.3.3 Thành phần hóa học 1.3.4 Sự thay đổi Thanh Long q trình chín 1.3.5 Thu hoạch, Sơ chế, Bảo quản Năng suất Thanh Long 1.4 KỸ THUẬT BẢO QUẢN VÀ SƠ CHẾ NÔNG SẢN 1.4.1 Nguyên nhân hoa hƣ 1.4.2 Kỹ thuật sơ chế nông sản 1.4.3 Kỹ thuật bảo quản nông sản CHƢƠNG NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 TỔNG HỢP CHẾ PHẨM PHỐI HỢP NANO BẠC CHITOSAN 2.1.1 Hóa chất thí nghiệm sử dụng Các hóa chất sử dụng nghiên cứu thuộc loại hóa chất tinh khiết, không cần qua tinh chế lại AgNO3 98% xuất xứ Trung Quốc Chitosan hòa tan với Độ Deacetyl 71% Nước cất lần 2.1.2 Quy trình tổng hợp chế phẩm phối hợp nano bạc Chitosan Phương pháp điều chế AgNP phổ biến khử ion bạc bạc tập hợp thành AgNP Với mục tiêu ứng dụng màng AgNP - WSC bảo quản nông sản, nên sản phẩm phải an tồn, khơng gây tác dụng phụ Chính vậy, nghiên cứu này, sử dụng chitosan hòa tan vừa chất khử, vừa phân tán cho sản phẩm AgNP tạo thành Quá trình tổng hợp dung dịch gel AgNP - WSC có nồng độ AgNP ước tính 100 ppm (tính theo ion bạc) tiến hành sau: - Cho vào lọ phản ứng 45ml dung dịch WSC nồng độ khảo sát, thêm tiếp từ từ 5ml dung dịch AgNO310mM Hỗn hợp khuấy máy khuấy từ với tốc độ 200 vòng/phút nhiệt độ thời gian khảo sát Màu hỗn hợp phản ứng chuyển dần từ không màu sang vàng đậm đến nâu sẫm, chứng tỏ có hình thành AgNP Dung dịch gel AgNP - WSC để nguội đến nhiệt độ phòng, lưu giữ 4oC để thực bước khảo sát đặc trưng vật lí, hóa học, sinh học a Ảnh hưởng nồng độ WSC Nồng độ WSC làm chất khử khảo sát từ 0.5 – % Phản ứng thực 70oC thời gian 30 phút Tốc độ khuấy giữ ngun khơng đổi 200 vịng/phút suốt q trình phản ứng b Ảnh hưởng thời gian Phản ứng tiến hành nhiệt độ 70oC khoảng thời gian phản ứng thay đổi từ 10 phút đến 120 phút với nồng độ WSC khảo sát Tốc độ khuấy giữ nguyên không đổi 200 vịng/phút suốt q trình phản ứng c Ảnh hưởng nhiệt độ Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến phản ứng điều chế AgNP tiến hành thời gian khảo sát theo quy trình trình bày với nồng độ WSC thời gian khảo sát Nhiệt độ phản ứng khảo sát thay đổi từ 60oC – 100oC Tốc độ khuấy giữ nguyên khơng đổi 200 vịng/phút suốt q trình phản ứng 2.1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu - Đặc trưng cộng hưởng plasmon bề mặt hạt nano bạc - Kích thước hình thái bề mặt gel AgNP xác định thông qua chụp TEM - Thành phần AgNP phương pháp EDX - Cấu trúc tinh thể hạt AgNP WSC xác định phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X - Phổ hồng ngoại IR sử dụng để định tính cấu trúc Chitosan, sản phẩm Chitosan hoà tan, sản phẩm tổ hợp AgNP - WSC 2.2 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG BẢO QUẢN THANH LONG BẰNG CHẾ PHẨM ĐÃ TỔNG HỢP 2.2.1 Nguyên liệu hóa chất a Dung dịch gel Chitosan hòa tan 0.5% 1% 1.5% 2% Hình 2.1 Dung dịch WSC với nồng độ khác b Thanh Long sau thu hoạch 2.2.2 Phƣơng pháp xử lý số liệu Xử lý số liệu theo phương pháp thống kê, thí nghiệm làm lần, công thức kiểm tra mẫu kết trung bình cộng mẫu sử dụng phần mềm Excel để xử lý số liệu 2.2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu xác định tiêu a Đánh giá cảm quan phương pháp cho điểm Tiến hành xây dựng bảng điểm chuẩn Thanh Long mẫu đối chứng Thanh Long bảo quản màng chitosan dựa theo TCVN 3215 – 79: Sản phẩm Thực phẩm - Phân tích cảm quan - Phương pháp cho điểm [23] [54] b Phương pháp xác định hao hụt khối lượng Nguyên lý: dùng phương pháp cân để xác định tỷ lệ hao hụt khối lượng Thanh Long trình bảo quản so với khối lượng ban đầu c Phương pháp xác định Độ Brix Xác định hàm lượng đường khúc xạ kế bán tự động d Phương pháp xác định tỉ lệ thối hỏng Theo dõi Thanh Long đối chứng bảo quản màng chitosan, sau có hỏng (do nấm, mốc, thối hỏng…) 2.2.4 Bố trí thí nghiệm Giải thích sơ đồ: Quả Thanh Long sau rửa để ráo, sau nhúng vào chế phẩm nghiên cứu để bảo quản, mẫu đối chứng không nhúng vào chế phẩm, tất bảo quản nhiệt độ phịng Sau tiến hành phân tích tiêu theo thời gian bảo quản, so sánh công thức bảo quản lựa chọn cơng thức thích hợp cho chế phẩm 2.3 XÁC ĐỊNH DƢ LƢỢNG BẠC TRONG QUẢ THANH LONG SAU BẢO QUẢN 2.3.1 Hóa chất thí nghiệm sử dụng AgNO3 98% xuất xứ Trung Quốc H2SO4 98% xuất xứ Việt Nam Dithizon (C13H12N4S – 1,5- diphenylthiocacbazon) Cacbon tetraclorua (CCl4) Amoni pesunfat (NH4HSO4) Trilon B 2.3.2 Phƣơng pháp xác định dƣ lƣợng bạc a Nguyên tắc Dựa việc tạo hợp chất màu vàng bạc với dithizon, dùng cacbon tetraclorua để tách bạc dithizonat pH từ 1.5 – Đem so màu với dãy dung dịch có nồng độ bạc biết b Quy trình phân tích 10 1.7 1.6 0.5 1.5 2.5 1.4 ABS 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.00 400.0 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 700.0 Wave length (nm) Hình 3.2 Đặc trưng cộng hưởng plasmon bề mặt AgNP tổng hợp từ dung dịch AgNO3 với tác nhân khử WSC với nồng độ khác NHẬN XÉT: Kết nghiên cứu khơng có thay đổi đáng kể giá trị mật độ quang nồng độ WSC lớn 1% Khi nồng độ WSC 1% giá trị mật độ quang đo đạt giá trị cao nhất, nghĩa lượng nano bạc tổng hợp tốt 3.1.2 Ảnh hƣởng thời gian 2.50 2.4 30 phút 60 phút 90 phút 120 phút 150 phút 2.2 2.0 1.8 ABS 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.03 400.0 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 700.0 Hình 3.3 Đặc trưng cộng hưởng plasmon bề mặt AgNP tổng hợp từ dung dịch AgNO3 với tác nhân khử WSC thời gian phản ứng khác 11 NHẬN XÉT: Sau 150 phút, mật độ quang giảm, thể tích dung dịch gel giảm gia nhiệt mẫu thời gian dài, dẫn đến phá vỡ cấu trúc WSC, làm cho hạt nano bạc phân bố WSC không đồng đều, dễ bị keo tụ (lắng đọng sau 10 phút để nguội) Vì vậy, thời gian phản ứng thích hợp cho trình tổng hợp dung dịch gel AgNP - WSC 120 phút 3.1.3 Ảnh hƣởng nhiệt độ Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến trình tổng hợp dung dịch gel AgNP - WSC với nồng độ WSC 1% thực thời gian phản ứng 120 phút Kết khảo sát trình bày Hình 3.3 2.50 2.4 60 ºC 70 ºC 80 ºC 90 ºC 100ºC 2.2 2.0 1.8 ABS 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.13 400.0 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 700.0 Hình 3.4 Đặc trưng cộng hưởng plasmon bề mặt AgNP tổng hợp từ dung dịch AgNO3 với tác nhân khử WSC giá trị nhiệt độ khác NHẬN XÉT: Nhiệt độ lớn 90oC lượng nano bạc tạo nhanh hạt nano có kích thước lớn nên dễ bị keo tụ, làm giảm mật độ quang Ngoài ra, nhiệt độ lớn 90oC phá vỡ cấu trúc chất khử WSC, làm cho phân tán hạt nano bạc lên WSC không đồng nên mật độ quang giảm 12 Vì vậy, nhiệt độ phản ứng thích hợp cho trình tổng hợp dung dịch gel AgNP - WSC 90 ºC để dung dịch nano bạc tổng hợp bền, không bị keo tụ KẾT LUẬN: Như vậy, qua thí nghiệm khảo sát trên, ảnh hưởng yếu tố nhiệt độ, thời gian nồng độ WSC đến kích thước nồng độ gel AgNP - WSC tạo thành xác định Kết khảo sát cho thấy điều kiện tối ưu để tổng hợp dung dịch gel AgNP - WSC sau: Nhiệt độ phản ứng: t0 = 90ºC Thời gian phản ứng: t = 120 phút Nồng độ chất khử: WSC = 1% (w/V) 3.2 PHÂN TÍCH CÁC ĐẶC TRƢNG CỦA CHẾ PHẨM AgNP CHITOSAN 3.2.1 Đặc trƣng kích thƣớc hình dạng AgNP tổng hợp nh Ảnh chụp TEM dung dịch gel AgNP tổng hợp điều kiện tối ưu Phản ứng thực 90oC với thời gian đun nóng, khuấy 120 phút, nồng độ WSC 1% 13 3.2.2 Phân tích đặc trƣng cấu trúc AgNP tổng hợp nh Giản đồ nhiễu xạ tia X dung dịch gel AgNP tổng hợp WSC 3.2.3 Đặc trƣng cấu trúc vật liệu AgNP-WSC Hình 3.7 Phổ IR ghi nhiệt độ phịng mẫu WSC AgNP - WSC điều chế ứng với nồng độ ion bạc ban đầu 100 ppm 14 3.3 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG BẢO QUẢN THANH LONG BẰNG CHITOSAN HÒA TAN Nhúng Thanh Long vào dung dịch WSC với nồng độ khác từ 0.5 – 2% (w/V), thời gian nhúng phút Để khơ tự nhiên nhiệt độ phịng Sau theo dõi xác định tiêu thời gian bảo quản 3.3.1 Đánh giá cảm quan màu sắc Bảng 3.1 Đánh giá cảm quan Thanh Long thời gian bảo quản WSC Sau tuần ĐC Sau tuần Sau tuần Sau tuần Ngoe vàng, héo - - Ngoe vàng Chưa Quả héo, ngoe - xuất đốm nâu vàng, đốm nâu (4 điểm) phủ kín (1 Xuất nhiều đốm nâu vỏ Hình 3.10 (2 điểm) 0.5% Các khơng có biến đổi 1% màu sắc (5 điểm) 1.5% điểm) Ngoe vàng, vỏ Xuất đốm bóng (4 điểm) nâu, ngoe vàng - (3 điểm) Ngoe vàng, vỏ Xuất đốm bóng (4 điểm) nâu, ngoe vàng - (3 điểm) 2% (-) hỏng Ngoe vàng, héo, Xuất nhiều vỏ nhăn (3 đốm nâu, ngoe điểm) héo (2 điểm) - 15 NHẬN XÉT: Mẫu bảo quản nồng độ WSC 1.5% 2% có giá trị cảm quan tốt sau tuần bảo quản Thang điểm cảm quan cao gấp lần so với không bảo quản 3.3.2 Xác định hao hụt khối lƣợng Bảng 3.2 Sự hao hụt khối lượng Thanh Long thời gian bảo quản WSC Độ hao hụt Khối lượng Sau Sau Sau Sau khối lượng ban đầu tuần tuần tuần tuần (%) (gam) ĐC 651.1 3.687 7.837 14.902 - 0.5% 655.0 3.664 7.038 14.244 - 1% 648.7 2.932 6.167 11.274 - 1.5% 658.0 2.279 5.951 11.055 - 2% 646.3 2.084 6.466 12.081 - (-) hỏng NHẬN XÉT: Nồng độ WSC 1.5% bảo quản Thanh Long có hao hụt khối lượng thấp 11.055% sau tuần bảo quản 3.3.3 Xác định độ Brix Bảng 3.3 Độ Brix Thanh Long thời gian bảo quản WSC Độ Brix Sau Sau Sau Sau ban đầu tuần tuần tuần tuần ĐC 9.1 12.3 13.1 - - 0.5% 9.2 11.2 11.5 12.7 - 1% 9.1 10.8 11.3 12.9 - 1.5% 9.1 10.8 11.2 12.0 - 2% 9.2 10.9 11.4 12.1 - 16 NHẬN XÉT: Mẫu WSC 1.5% có gia tăng hàm lượng đường thấp 12.0% sau tuần bảo quản 3.3.4 Đánh giá tỉ lệ thối hỏng Bảng 3.4 Tỉ lệ thối hỏng Thanh Long thời gian bảo quản WSC Ngày bảo Sau Sau quản tuần tuần quả - 0 (mốc) - 1% 0 - 1.5% 0 - 2% quả (héo) - ĐC 0.5% 15/01/2016 Sau tuần Sau tuần (-) Tất Mẫu hỏng Mẫu bảo quản WSC 1.5% có tỉ lệ thối hỏng thấp sau tuần bảo quản Sau tuần hỏng hoàn toàn 3.3.5 Đánh giá khả tạo màng WSC Bảng 3.5 Đánh giá khả tạo màng WSC Màng Nhận xét WSC 0.5% Dung dịch độ nhớt thấp, khả tạo màng Nhúng vào phút, lấy chưa kịp tạo màng nhiều chỗ WSC 1% Dung dịch độ nhớt thấp, khả tạo màng WSC 1.5% Dung dịch độ nhớt trung bình, màng tạo chưa phủ kín 100% 17 Màng WSC 2% Nhận xét Dung dịch độ nhớt trung bình, màng tạo phủ kín Nhưng sau tuần lớp màng bong tróc CTS 1%/ Khả tạo màng tốt WSC, lớp màng CH3COOH dễ bị bong tróc sau tuần bảo quản 1% KẾT LUẬN: - Thanh Long sau thu hoạch để điều kiện thường không bảo quản nhanh chóng bị thối hỏng sau tuần - Việc bảo quản Chitosan làm cho vỏ Thanh Long bóng lên, tăng giá trị cảm quan, đồng thời giữ độ tươi trái, tăng thời gian bảo quản - Đã nghiên cứu nồng độ Chitosan thích hợp bảo quản Thanh Long theo quy trình bảo quản Thanh Long VietGAP (Vietnamese Good Agricultural Practices) [56] Mẫu bảo quản WSC 1.5% sau tuần bảo quản có độ hao hụt khối lượng thấp nhất: 11.055%, Độ Brix thấp nhất: 12.0%, giữ màu sắc vỏ có giá trị cảm quan gấp lần so với không bảo quản, tỉ lệ thối hỏng thấp sau tuần bảo quản 18 3.4 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG BẢO QUẢN THANH LONG BẰNG CHẾ PHẨM PHỐI HỢP NANO BẠC – CHITOSAN HÒA TAN 3.4.1 Ảnh hƣởng nồng độ AgNP – WSC đến giá trị cảm quan Bảng 3.6 Đánh giá cảm quan Thanh Long thời gian bảo quản AgNP - WSC Nồng độ Sau Sau Sau Sau Sau Sau AgNP - tuần tuần tuần tuần tuần tuần ĐC điểm điểm điểm So sánh với điểm điểm điểm điểm điểm điểm điểm điểm - điểm điểm - điểm điểm điểm WSC mẫu bảo quản lạnh 0% 10% điểm 30% - 50% - 70% - (-) hỏng NHẬN XÉT: Mẫu bảo quản 30% AgNP - WSC trở lên có khả kháng khuẩn tốt, cho giá trị cảm quan tốt, xuất đốm nâu