[ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP] NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN FIML CÓ GẮN ANTHOCYANIN TÁCH CHIẾT TỪ CARROT TÍM LÀM CHỈ THỊ PHÁT HIỆN NHANH SỰ CÓ MẶT CỦA HÀN THE TRONG THỰC PHẨM

TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

Hàn the trong thực phẩm

Giò, chả là một loại thực phẩm được biết đến như món ăn phổ biến, trong bữa cơm hàng ngày đến các dịp lễ tết quan trọng Việc chế biến giò chả tương đối cầu kỳ, công phu Phải lựa chọn miếng thịt mông của heo, thịt phải còn tươi ngon tốt nhất là lúc vừa giết mổ xong, mới có thể đạt được cấu trúc kết dính tạo độ dai cho đòn giò, chả Tuy nhiên trong công nghiệp do không đủ loại thịt tươi ngon nhất cho chế biến, các nhà sản xuất sử dụng thịt đông lạnh trong quy trình Để sản xuất được giò, chả bằng thịt đông lạnh, người ta không ngần ngại thêm vào những phụ gia để hỗ trợ cho quá trình chế biến Một trong những loại phụ gia được thêm vào trong quy trình bất chấp sự nguy hiểm cho người sử dụng là hàn the

Loại phụ gia này đã được Bộ Y Tế cấm lưu hành sử dùng trong phực phẩm dưới mọi hình thức từ 30/09/2001, dù vậy người ta vẫn thêm hàn the vào trong giò chả để làm tăng độ trắng, độ dai, tăng thời gian bảo quản, tăng tính cảm quan cho sản phẩm

Với giá cả siêu rẻ, lợi ích mang lại cao trong sản xuất, lại ít bị phát hiện khi kiểm tra cho nên hàn the dù bị cấm nhưng vẫn được ngầm sử dụng như một chất không thể thiếu trong quy trình

Hàn the là tên gọi dân gian của muối borat Borat là tên gọi để chỉ các khoáng chất hay hợp chất hóa học có quan hệ gần nhau: borat khan hay tetraborat natri khan (Na2B4O7), borat pentahidrat (Na2B4O7.5H2O), borat decahidrat (Na2B4O7.10H2O) [24] [35]

Hình 1.2 Tinh thể muối borat và công thức hóa học

 Tính chất vật lý của hàn the

Hàn the là dạng muối ở tinh thể màu trắng, không mùi không vị, tan ít trong nước nguội, tan nhiều trong nước nóng, tan trong glyxerin không tan trong cồn 90 0 Khi tan trong nước nóng tạo thành acid borid ( H3BO3) và kiềm mạnh natri hydrocid (NaOH) Theo phương trình sau: Na2B4O7 + H2O  H3BO3 + NaOH Theo phương trình này thì khi borat khan tiếp xúc với nước sẽ làm cho pH của dung dịch tăng cao, từ pH trung tính của nước sang pH kiềm

1.1.2 Mục đích sử dụng hàn the trong thực phẩm

Trong chế biến thực phẩm người ta sử dụng hàn the nhằm 2 mục đích Vì có tính sát khuẩn nhẹ nên hàn the được dùng như một chất bảo quản, ức chế nấm mốc, nấm men, vi khuẩn gây nhớt

Do khả năng làm giảm tốc độ oxy của sắc tố Myoglobine trong các sợi cơ của thịt nạc nên người ta dùng nó để bảo quản, duy trì màu sắc tươi ngon của thịt cá, liên kết hydro trong phân tử muối borat hình thành song song với nhau tạo thành mạng lưới, trong thịt lượng nước ( tự do và liên kết ) khá lớn chiếm từ 60-85%, khi có mặt hàn the nó sẽ làm cho những liên kết nước tự do trở nên bền chặt hơn, làm cho protein thịt có cấu trúc vững vàng hơn, tức là thịt có độ dai, giòn, đàn hồi cao hơn Đối với các sản phẩm tinh bột, acid borid có khả năng làm cứng mạch peptid từ đó có khả năng protein bị phân hủy chậm đi, cũng như làm cứng các mạch amylose do các gốc glucose gắn với nhau, amylose bị phân hủy chậm lại, khi đó sản phẩm sẽ dẻo dai, cứng không bị nhão, có độ đàn hồi tốt hơn

Hình 1.3 Một số loại thực phẩm có chứa hàn the

1.1.3 Tác hại của hàn the

Hàn the được hòa tan và phủ bên ngoài bề mặt gỗ, gỗ này có thể tránh được bọ mọt hay các loại sâu đục gỗ Trong sản phẩm diệt côn trùng của công ty NIPPON, có chứa 5,5% borat, như vậy hàn the là một chất độc cho sinh vật và không được phép sử dụng trong thực phẩm Hàn the có tính độc cấp và mãn tính, có khả năng tích lỹ lâu dài trong cơ thể, khi vào cơ thể acid borid ức chế thực bào, làm suy giảm sức đề kháng Nghiên cứu động học đã chỉ ra rằng sau khi vào cơ thể hàn the tập trung ở gan, phổi, dạ dày, thận, mật và ruột Khoảng 81-82 % được đào thải qua nước tiểu, 1% qua phân, 3% qua mô hôi, 15% còn lại sẽ tích lũy trong các mô mỡ của cơ thể [34] Hàn the không có trong danh mục các chất được Bộ y tế cho phép dùng chế biến thực phẩm do tính độc hại của nó Hàn the sẽ tích lũy trong cơ thể, tùy liều lượng có thể gây nên những triệu chứng cấp tính và mạn tính

 Với tiêu hóa, nó gây nôn mửa, đau bụng tiêu chảy

 Với da thì gây ban đỏ dẫn đến tróc vẩy

 Về thần kinh, hàn the gây kích thích dẫn đến trầm cảm, hoặc kích thích màng não, thay đổi nhiệt độ cơ thể

 Với đường niệu, nó gây hư hại đặc biệt cho thận, gây rối loại chức năng, bất lực, rối loạn kinh nguyệt, rụng tóc

Nếu sử dụng hàn the với liều lượng từ 5g/kg thể trọng trở lên có thể gây tử vong, với trẻ em sử dụng thực phẩm có chứa hàn the lâu ngày sẽ dẫn tới việc chậm phát triển khi trưởng thành, phụ nữ nhiễm độc hàn the sẽ được đào thải qua nhau thai và sữa, gây hại cho thai nhi và trẻ nhỏ Chính vì vậy mà tổ chức Y tế thế giới ( WHO), Nông lương thế giới ( FAO) lên gán gay gắt hành vi sử dùng hàn the trong chế biến thực phẩm.

Chất màu chỉ thị pH

1.2.1 Chỉ thị màu hóa học a Khái niệm

Chất chỉ thị màu là những axit hữu cơ yếu hay bazơ hữu cơ yếu, điện li thuận nghịch (kí hiệu HA), và đặc biệt anion A - và phân tử HA có màu khác nhau Khi cho chất chỉ thị màu vào nước thì cân bằng được thiết lập:

 Nếu cân bằng (CB) dịch chuyển về phía phải (→) dung dịch có màu của A –

 Nếu cân bằng (CB) dịch chuyển về phía trái (←) dung dịch có màu của HA

 Nếu một trong hệ hai chất có màu khác nhau thì việc quan sát bằng mắt thường chỉ cho phép ta nhận được màu của một chất khi nồng độ của nó ít nhất gấp 10 lần nồng độ chất kia Như vậy:

HA ≥ 10, màu của chất chỉ thị là màu của HA

HA ≤ 0,1, màu của chất chỉ thị là màu của anion A –

 Từ (1) ta suy ra: pH = pK – lg

HA ≥ 10, dung dịch có màu của HA, ta có: pH ≤ pK – lg10 pH ≤ pK – 1

HA ≤ 0,1, dung dịch có màu của A – , ta có: pH ≥ pK – lg0,1 pH ≥ pK + 1 Vậy, khoảng pH từ (pK – 1) đến (pK + 1) là khoảng đổi màu của chất chỉ thị b Một số chất chị thị màu phổ biến

Metyl da cam là chất hữu cơ có tính chất lưỡng tính với hằng số axit KA = 4.10 -

Hình 1.4 Cấu trúc cơ bản của Metyl da cam Ở môi trường kiềm và trung tính Metyl da cam có màu vàng là màu của anion:

Hình 1.5 Metyl da cam trong môi trường kiềm và trung tính

Trong môi trường axit, anion này kết hợp với proton (H + ) chuyển thành cation màu đỏ:

Hình 1.6 Metyl da cam trong môi trường axit Cân bằng trong môi trường axit – bazơ được thiết lập như hình 1.7

Hình 1.7 Cân bằng chuyển dịch của Metyl da cam trong môi trường axit – bazơ

Người ta điều chế Phenolptalein bằng cách cho Andiđrit phtalic tác dụng với phenol theo phản ứng hình 1.8

Hình 1.8 Cơ chế phản ứng điều chế phenolptalein

Hình 1.9 Cân bằng chuyển dịch của phenolptalein trong môi trường axit– bazơ

Phenolptalein hình thành ở dạng tinh thể không màu Trong môi trường kiềm, trước hết phenolptalein thủy phân tạo ra axit (I) đồng thời do sự ion hoá và sự tách nước tạo ra anion mang điện tích âm hai (II) có cấu tạo quinoit nên dung dịch có màu đỏ thẫm Khi có dư kiềm, nhóm hidroxi phenol thứ hai cũng ion hoá và bị trung hoà nên không còn khả năng tạo thành cấu tạo quinoit Do vậy anion mang ba điện tích âm của muối phenolat không có màu (III) Khi axit hóa từ từ, những biến đổi này sẽ xảy ra theo một trật tự ngược lại hình 1.9

Quỳ tím là hỗn hợp nhiều chất có nguồn gốc từ cây địa y (từ 10 đến 15 chất bao gồm: Erythrolein, Azolitmin, Spaniolitmin, Leucoorcein và Leucazolitmin …) Giấy quỳ tím hoá đỏ trong môi trường axit và hoá xanh trong môi trường bazơ

Hình 1.10 Cân bằng chuyển dịch của quỳ tím trong môi trường axit – bazơ Trên đây là những chất chỉ thị màu điển hình, phổ biến, được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay Nhưng phần lớn đây là những chất chỉ thị màu tổng hợp kém an toàn, giá thành cao nên cũng có rất nhiều hạn chế trong việc sử dụng, đặc biệt là trong y học, giáo dục và thực phẩm

Ngày nay, không những trong hoá học mà trong các ngành khác như y học, dược học, nông nghiệp, các phòng phân tích, phòng hoá nghiệm, trong giảng dạy chất chỉ

12 thị màu được dùng rất rộng rãi Do vậy, cần có một chất chỉ thị màu an toàn, chính xác, rẻ tiền là một nhu cầu thiết yếu

Anthocyanin là hợp chất màu hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên, thuộc nhóm flavonoid Trong các chất màu thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên thì anthocyanin là họ màu phổ biến nhất tồn tại trong hầu hết các loại thực vật từ hoa lá cho tới quả, rễ của cây Một số loài thực vật có anthocyanin phổ biến gồm, dâu tây, việt quất, bắp cải tím, carrot đen, hoa hibitcut, đậu đen, cà tím, lá tía tô, hoa dâm bụt, gạo nếp than [34] Thuật ngữ anthocyanin bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, anthocyanin là sự kết hợp giữa anthos- nghĩa là Hoa và kysanesos- nghĩa là màu xanh Tuy nhiên trong thực tế anthocyanin lại rất đa dạng về màu sắc, từ đỏ cho tới tím Đến nay, có hơn 539 anthocyanin được xác định trong tự nhiên, anthocyanin đã được giới khoa học chú ý trong nhiều thập kỷ qua Tuy nhiên chỉ mới dừng lại ở mức độ ứng dụng trong tạo màu cho thực phẩm, mỹ phẩm…[1,15,18,26] a Cấu trúc

Anthocyanin là những glycozid do gốc đường glucose, glactose, kết hợp với gốc aglucon có màu được gọi là anthocyanidin Thông thường các gốc đường gắn vào vị trí R4, R7, R5, còn vị trí R1, R2, R3 thường là các nhóm H, OH, OCH3

Trong phân tử anthocyanin, thì R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7 sẽ ứng với mỗi nhóm chức khác nhau, mỗi nhóm chức khác nhau sẽ cho màu anthocyanin khác nhau, tính chất

13 vật lý , hóa học khác nhau, chính vì vậy mà màu sắc của anthocyanin vô cùng đa dạng và phong phú [23] [28] [37]

Hình 1.11 Cấu trúc cơ bản của anthocyanin

( Huỳnh Thị Kim Cúc,2007) Bảng 1.1 Các nhóm chức khác nhau và màu tương ứng của anthocyanin

Apigeninidin -H -OH -H -H -OH -H -OH Màu cam

Aurantinidin -H -OH -H -OH -OH -OH -OH Màu cam

Cyanidin -OH -OH -H -OH -OH -H -OH Màu đỏ thẫm

Delphinidin -OH -OH -OH -OH -OH -H -OH Xanh tím

Luteolinidin -OH -OH -H -H -OH -H -OH Màu cam

Pelargonidin -H -OH -H -OH -OH -H -OH Hồng cam

Malvidin -OCH3 -OH -OCH3 -OH -OH -H -OH Đỏ tía

Peonidin -OCH3 -OH -H -OH -OH -H -OH Màu

Petunidin -OH -OH -OCH3 -OH -OH -H -OH Đỏ tía

Rosinidin -OCH3 -OH -H -OH -OH -H -OCH3 Màu đỏ

Triacetidin -OH -OH -OH -H -OH -H -OH Màu đỏ

Anthocyanin tinh khiết ở dạng tinh thể hay vô định hình là hợp chất khá phân cực nên tan tốt trong dung môi phân cực Màu sắc của anthocyanin luôn luôn thay đổi phụ thuộc vào pH và nhiệt độ, các chất có mặt và nhiều yếu tố khác Tuy nhiên màu anthocyanin thay đổi mạnh nhất phụ thuộc vào pH của môi trường Sự thay đổi màu sắc của anthocyanin phụ thuộc vào pH được thể hiện trong hình 1.5

Hình 1.12 Phản ứng chuyển màu của anthocyanin trong môi trường pH khác nhau

( Huỳnh Thị Kim Cúc,2007) Như vây, tại mỗi pH khác nhau thì màu sắc của anthocyanin sẽ thay đổi như sau:

 Ở pH = 1 các Anthocyanin thường ở dạng muối oxonium màu cam đến đỏ

 Ở pH = 4 ÷ 5 chúng có thể chuyển về dạng bazơ cacbinol hay bazơ chalcon không màu

 Ở pH = 7 ÷ 8 lại về dạng bazơ quinoidal anhydro màu xanh

Màu sắc của anthocyanin không những phụ thuộc vào pH môi trường nó tồn tại mà còn phụ thuộc vào:

 Mức độ methyl hóa nhóm OH trong vòng benzen càng cao thì màu càng đỏ Nếu nhóm OH ở vị trí thứ ba kết hợp với gốc đường thì màu

15 sắc cũng sẽ thay đổi theo số lượng gốc đường được đính vào nhiều hay ít

 Do hấp thụ ở trên polysaccharide Khi đun nóng lâu dài các anthocyanin có thể bị phá hủy và mất màu

Anthocyanin có bước sóng hấp thụ trong miền nhìn thấy, khả năng hấp thụ cực đại tại bước sóng 510 ÷ 540 nm Độ hấp thụ là yếu tố liên quan mật thiết đến màu sắc của các anthocyanin chúng phụ thuộc vào pH của dung dịch, nồng độ anthocyanin: thường pH thuộc vùng axit mạnh có độ hấp thụ lớn, nồng độ anthocyanin càng lớn độ hấp thụ càng mạnh

Trong môi trường axit các anthocyanin là những bazơ mạnh và có thể tạo muối bền vững với axit anthocyanin cũng có khả năng cho muối với bazơ Như vậy, chúng có tính chất amphote Muối với axit thì có màu đỏ, còn muối với kiềm thì có màu xanh

1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự bền màu của Anthocyanin

Anthocyanin là một chất dễ bị phân hủy màu sắc của anthocyanin ổn định nhờ các yếu tố sau như, pH, nhiệt độ bảo quản, nồng độ anthocyanin, ánh sáng, enzyme, ion kim loại a Cấu trúc hóa học

So sánh với các chất màu thiên nhiên khác thì anthocyanin kém bền hơn, tính bền màu chỉ thể hiện trong môi trường acid

Màu sắc và độ bền màu của anthocyanin phụ thuộc nhiều vào cấu trúc hóa học của phân tử, phụ thuộc vào vị trí và số lượng của các nhóm H, OH, CH3, các gốc đường trong vòng benzen

Hình 1.13 Sự khác nhau về cấu trúc hóa học dẫn đến sự khác nhau về màu sắc của anthocyanin b pH [11] [25] pH là yếu tố liên quan chặt chẽ tới màu sắc của các anthocyanin, với pH acid màu đỏ chiếm ưu thế, khi pH dung dịch chuyển về trung tính hoặc kiềm thì màu của anthocyanin cũng thay đổi từ đỏ sang tím, xanh tím Cấu trúc, độ bền màu, màu sắc của anthocyanin thay đổi theo sự thay đổi của pH c Oxy và nhiệt độ [12]

Khi tiếp xúc với oxy, anthocyanin bị oxi hóa và mất dần màu sắc

Có rất nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng anthocyanin nhạy cảm với nhiệt độ cao trên

Màng vật liệu tổng hợp

Vật liệu tổ hợp (Polymer blend) là một trong những thành tựu của ngành khoa học vật liệu trong nhiều năm trở lại đây Loại vật liệu này được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực từ kỹ thuật cao cho đến đời sống như hàng không, đường sắt, ô tô, điện, điện tử, dệt may, nông nghiệp, y tế,… Đây là loại vật liệu mới kết hợp được nhiều tính chất của các vật liệu thành phần, đáp ứng được các yêu cầu về kỹ thuật, giá thành, tiết kiệm thời gian hơn so với với các vật liệu được tổng hợp từ các phương pháp trùng hợp, đồng trùng hợp… [2, 7, 8]

1.3.1 Giới thiệu về vật liệu tổ hợp ( polymer blend )

Polymer blend là loại vật liệu tổ hợp hay vật liệu trộn hợp Nó là một hỗn hợp của hai hay nhiều polymer có những tính chất vượt trội hơn so với các polymer thành phần [23, 24] Hoặc polymer blend là loại vật liệu được tạo thành từ sự kết hợp của hai hay nhiều polymer khác nhau nhằm thỏa mãn yêu cầu sử dụng [31]

Trong polymer blend, giữa các polymer có thể có các tương tác vật lý hoặc tương tác hóa học, có thể là hệ đồng thể hoặc dị thể Trong polymer blend đồng thể, hai polymer thành phần không còn đặc tính riêng và tính chất của polymer blend thường là trung bình cộng của hai polymer đó Trong polymer blend dị thể, các tính chất của hai polymer thành phần hầu như được giữ nguyên [2]

Về hình thái cấu trúc pha của polymer blend: polymer blend là loại vật liệu có nhiều pha, trong đó có một pha liên tục (matrix) và một hoặc nhiều pha phân tán (dispersion phase) Mỗi một pha được tạo nên bởi một polymer thành phần [2] Một trong những yếu tố quan trọng để đánh giá đặc tính của polymer blend như tính chất, hình thái, cấu trúc là khả năng hòa trộn và tương hợp giữa các polymer thành phần trong hệ Do khác nhau về khối lượng phân tử, nhiệt độ nóng chảy, độ phân cực, cấu trúc, độ nhớt, khả năng hòa tan trong dung môi… nên khi trộn hợp hầu hết các polymer không có khả năng hòa trộn và tương hợp với nhau Để đánh giá mức độ trộn hợp của các polymer, người ta đưa ra các khái niệm về khả năng hòa trộn (miscibility) và khả năng tương hợp (compatibility) Khả năng hòa trộn các polymer thể hiện sự trộn hợp các polymer ở mức độ phân tử và tạo thành hệ vật liệu polymer đồng thể, một pha Khi đó mức độ phân tán của một polymer trong polymer nền đạt kích thước phân tử hay kích thước nanomet Khi các polymer thành phần không có khả năng trộn hợp về mặt nhiệt động, hệ các polymer sẽ tách pha [2] Khả năng tương hợp của các polymer thể hiện khả năng trộn các polymer vào nhau bằng biện pháp kỹ thuật để tạo thành một hệ vật liệu mới đáp ứng các yêu cầu đề ra như tăng cường tính chất cơ lý, độ bền nhiệt, độ bền dung môi Thực tế, có nhiều polymer không có khả năng trộn hợp về mặt nhiệt động nhưng polymerr blend của chúng vẫn có tính chất cơ lý, độ bền nhiệt

22 tốt, tức là các polymerr thành phần có khả năng tương hợp tốt, đáp ứng được các yêu cầu sử dụng nhất định [2, 20,31, ]

Polymerr blend có thể được chia làm 3 loại như sau [2, 20, 21,22] a Polymer blend hòa trộn và tương hợp hoàn toàn:

Loại polymer này có entanpy trộn lẫn ∆H< 0 và chỉ có một nhiệt độ thủy tinh hóa (Tg) ở giữa nhiệt độ thủy tinh hóa (Tg) của hai polymer thành phần [30] b Polymer blend hòa trộn một phần và tương hợp một phần

Một phần của polymer này tan trong polymer kia, ranh giới phân chia pha không rõ ràng Cả hai pha polymer là đồng thể và có hai giá trị Tg Có sự chuyển dịch Tg của polymer này về phía Tg của polymer kia c Polymer blend không hòa trộn và không tương hợp

Hình thái pha của hai polymer thô, ranh giới phân chia pha rõ ràng, bám dính bề mặt hai pha kém, có hai Tg riêng biệt ứng với Tg của hai polymer ban đầu

1.3.3 Các biện pháp tăng cường tương hợp polymer blend a Biến tính polymer

Phương pháp này thường được áp dụng cho polymer blend có một polymer không phân cực hoặc ít phân cực và một polymer có cực Để tăng khả năng tương hợp giữa hai polymer, tiến hành chức hóa hay cực hóa polymer không hoặc ít phân cực bằng cách gắn vào nó các nhóm có khả năng phản ứng, các monome có cực hoặc giảm khả năng phân cực của polymer có cực Các nhóm có khả năng phản ứng và nhóm có cực gắn vào polymer không hoặc ít phân cực có thể phản ứng với nhóm có khả năng phản ứng hoặc tương tác đặc biệt với nhóm có cực trong polymer có cực Nhờ các phản ứng, tương tác trên mà các polymer có khả năng tương hợp một phần hay tương hợp hoàn toàn b Đưa vào các hợp chất thấp phân từ

23 Đưa vào các hợp chất thấp phân tử như các peoxit, các hợp chất đa chức vào polymer blend không tương hợp, các polymer có thể tương hợp một phần Sự tương hợp các polymer do thêm vào các hợp chất thấp phân tử đòi hỏi cả hai polymer thành phần tham gia vào các phản ứng hóa học c Đưa vào hệ các chất khâu mạch chọn lọc

Trong quá trình tương hợp polymer blend do khâu mạch, chỉ có một polymer thành phần tham gia phản ứng d Sử dụng chất tương hợp là polymer

Thêm vào polymer blend một polymer có khả năng phản ứng, polymer này có thể trộn lẫn tốt với polymer thứ nhất và nhóm chức của nó phản ứng với polymer thứ hai tạo thành copolymer ghép

Thêm vào polymer blend một copolymer khối và copolymer ghép: Để đáp ứng các yêu cầu tương hợp, copolymer khối và copolymer nhánh phải có một khối hoặc một nhánh có khả năng tương hợp tốt với một polymer và nhánh hoặc khối kia phải có khả năng tương hợp tốt với polymer còn lại

1.3.4 Các phương pháp chế tạo polymer blend a Chế tạo polymer blend từ dung dịch polymer

Bằng cách trộn và hòa tan các polymer trong một dung môi hoặc trộn dung dịch của một polymer này với dung dịch của một polymer khác Để tạo polymer blend tương hợp một phần hay tương hợp hoàn toàn, một đòi hỏi quan trọng là các polymer phải cùng tan tốt trong một dung môi hoặc tan tốt trong các dung môi có khả năng trộn lẫn tốt với nhau, kèm theo quá trình khuấy và gia nhiệt ở nhiệt độ thích hợp để các polymer phân tán tốt vào nhau Sau khi tạo màng polymer, cần phải đuổi hết dung môi bằng phương pháp sấy dưới áp suất thấp và nhiệt độ thấp để màng polymer đồng nhất, không bị rạn nứt bề mặt, không bị phân hủy nhiệt hay phân hủy oxy hóa nhiệt b Chế tạo polymer blend ở trạng thái nóng chảy

24 Đây là phương pháp sử dụng các thiết bị như máy trộn, máy đùn trục vít, máy ép, máy cán,… Phương pháp này kết hợp nhiều yếu tố cơ - nhiệt, cơ -hóa và tác động cưỡng bức lên các polymer thành phần, các chất phụ gia, trộn lẫn chúng với nhau c Phương pháp tạo các mạng lưới polymer đan xen

Phương pháp này là sự kết hợp giữa hai hoặc nhiều polymer bằng các liên kết vật lý, ít nhất một trong các polymer được tổng hợp hoặc khâu mạch với sự có mặt của polymer kia Căn cứ vào mục đích sử dụng và chất khâu mạch, người ta có thể cho một trong hai polymer thành phần khâu mạch [2, 6].

Tổng quan về các nguyên liệu sử dụng để tổng hợp màng polymer phân hủy

PVA không thể tổng hợp trực tiếp từ monome vì vinyl ancol không bền và không thể phân lập Vì vậy, nó được tạo ra từ quá trình thuỷ phân polyvinyl axetat [5, 14] Một loạt các hợp chất PVA có thành phần khác nhau có thể được tổng hợp nhờ thay đổi mức độ thuỷ phân (mức độ thế, DS) và khối lượng phân tử (độ trùng hợp, DP) của polyvinyl axetat ban đầu [33]

 Tính chất vật lý của PVA

Tất cả các PVA được ancol một phần hoặc hoàn toàn Các tính chất quan trọng nhất là khả năng tan trong nước, dễ tạo màng, chịu dầu mỡ và dung môi, độ bền kéo cao, chất lượng kết dính tuyệt vời và khả năng hoạt động như một tác nhân phân tán ổn định Tóm tắt các tính chất của PVA được trình bày trong bảng 1.3

Bảng 1.3 Tính chất vật lý của PVA [4]

Màu sắc Trắng tới kem

Tỉ trọng riêng, g/cm3 1,27 – 1,31 Thể tích riêng, in 3 /lb 21,1 – 22,9

Chỉ số khúc xạ, nD25 1,49 – 1,53 Độ dãn dài, màng đã dẻo hoá, % Dưới 600 Độ bền kéo, khô, chưa dẻo hoá, psi Dưới 22.000 Độ cứng, đã dẻo hoá, Shore 10 – 100

Nhiệt độ hàn gắn nhiệt, khô, chưa dẻo hoá, 0

Nhiệt độ đúc ép, đã dẻo hoá, 0

C 100 – 150 Độ bền nhiệt, trên 1000C Làm thẫm màu chậm Độ bền nhiệt trên 1500C Làm thẫm màu nhanh Độ bền nhiệt trên 2000C Phân huỷ Độ bền bảo quản (một vài năm) Không gây hỏng

Hệ số giãn nở nhiệt , 0 – 450C 7 x 10-5 – 12 x 10-5

Tính bắt cháy Cháy với tốc độ của giấy

26 Ảnh hưởng của ánh sáng Không ảnh hưởng Ảnh hưởng của axit mạnh Hòa tan hoặc phân hủy Ảnh hưởng của kiềm mạnh Chảy mềm hoặc hoà tan Ảnh hưởng của axit yếu Chảy mềm hoặc hoà tan Ảnh hưởng của kiềm yếu Chảy mềm hoặc hoà tan Ảnh hưởng của dung môi hữu cơ Không ảnh hưởng

 Khả năng tan trong nước của PVA

Khả năng tan trong nước của PVA có thể thay đổi trong khoảng rộng và theo những ứng dụng đa dạng.Ví dụ khả năng tan trong nước của màng và lớp phủ có thể thay đổi từ tan hoàn toàn trong vài giây tới gần như không tan trong thời gian kéo dài Những khác biệt này phụ thuộc vào loại PVA sử dụng Loại ancol phân hoàn toàn được coi là tan trong nước nóng và không tan trong nước lạnh; Loại ancol phân một phần tan cả trong nước nóng và nước lạnh Khả năng tan trong nước là một hàm của khối lượng phân tử, khối lượng phân tử càng thấp thì polymer càng dễ tan Độ hoà tan của PVA trong nước phụ thuộc vào độ thuỷ phân và khối lượng phân tử PVA thuỷ phân hoàn toàn chỉ hoà tan trong nước sôi, trong khi PVA thuỷ phân một phần (88%) hoà tan ở nhiệt độ phòng PVA với mức độ thuỷ phân 80% chỉ hoà tan ở nước có nhiệt độ khoảng 10 – 400

C dung dịch trở nên mờ (vì vậy gọi là điểm mờ) và sau đó PVA kết tủa

Có nhiều nhóm hydroxyl của PVA tạo thành liên kết hydro nội và ngoại phân tử, điều này ảnh hưởng nhiều đến tính hoà tan của nó trong nước Các nhóm axetat còn lại trong phần PVA thuỷ phân làm yếu liên kết hydro này vì thế PVA thuỷ phân một phần rất dễ tan Do không ưa nước nên nhóm axetat có nhiệt hoà tan âm Khi tăng số nhóm axetat, độ hoà tan trong nước của PVA thuỷ phân một phần giảm PVA với 30% nhóm axetat (50% khối lượng) chỉ hoà tan trong hỗn hợp nước ancol

 Tính chất tạo màng của PVA

Vì PVA thường được hoà tan trong nước trước khi sử dụng nên khả năng tạo màng của chúng rất quan trọng trong hầu hết các ứng dụng Màng và lớp phủ PVA không cần chu kỳ đóng rắn, sự tạo màng dễ dàng xảy ra bằng cách cho nước bay hơi khỏi dung dịch

PVA có độ bền kéo cao Độ bền kéo của PVA thay đổi theo một số yếu tố như phần trăm thuỷ phân, độ trùng hợp, hàm lượng chất dẻo hoá và độ ẩm

Khi các yếu tố khác không đổi, độ bền kéo tăng theo độ trùng hợp Ví dụ, màng cán từ PVA không dẻo hoá có độ nhớt cao, trung bình và thấp và trong điều kiện ở độ ẩm tương đối 35% có độ bền kéo trung bình tương ứng là 18.000,17.000 và 9000 psi

Giá trị độ bền kéo giảm khi mức độ ancol phân giảm Ví dụ, với độ ẩm tương đối 50%, màng cán từ PVA được ancol hoàn toàn, có độ nhớt cao thì có độ bền kéo cao hơn khoảng 20% so với màng cán từ PVA độ nhớt cao chỉ được ancol 88%

Bổ sung chất dẻo hoá như glyxerin vào PVA làm giảm độ bền kéo của màng, mặc dù việc bổ sung chất dẻo hoá làm tăng các đặc tính giãn dài của màng Độ giãn dài thay đổi từ dưới 10% tới hơn 600% là kết quả trực tiếp của việc bổ sung chất dẻo hoá

 Khả năng chống thấm khí của PVA

Một trong những thuộc tính đặc biệt nhất của PVA là khả năng chống thấm khí của nó Như trình bày trong bảng 1.2 và 1.3, màng PVA hầu như không thấm tất cả các loại khí, trừ hơi ẩm và NH3 Các nghiên cứu đối với màng PVA tự thuỷ phân hoàn toàn, loại độ nhớt thấp ở 250

C, độ ẩm tương đối 0% không thể hiện sự truyền oxy và nitơ Dưới các điều kiện tương tự, tốc độ truyền khí cacbonic chỉ là 0,02g/m2 trong 1 giờ Độ chống thấm khí cao có giá trị đối với vật liệu thơm được bao gói như xà phòng và các lớp phủ bảo vệ, ví dụ về tốc độ thấm khí và hơi sẽ được thể hiện trong bảng 1.4 và 1.5 dưới đây

Bảng 1.4 Tốc độ thấm khí của PVA

Bảng 1.5 Khả năng thấm hơi ẩm của màng PVA (loại thuỷ phân hoàn toàn, độ nhớt trung bình) Độ dày ( mm) g\m 2 \24h g\100 in 2 \24h g\100 in 2 \24h\mm chiều dày

Giống như polyglycol, PVA tham gia các phản ứng hoá học ở nhóm hydroxyl bậc hai như phản ứng axetal hóa, phản ứng este hóa, phản ứng ete hóa, phản ứng tạo phức, phản ứng tạo mạch nhánh, phản ứng phân hủy

Khi PVA được gia nhiệt lên trên 250o

C trong chân không, nước bị loại ra ở nhiệt độ trong khoảng 100 đến 250o

C và bột có gỉ màu nâu hình thành Phân tích nhiệt trọng lượng và các phương pháp phân tích nhiệt khác cho thấy vận tốc bay hơi nước cao nhất ở 160o

C [29] Khi PVA được gia nhiệt lên trên 250o

C trong đó có mặt của oxy, có thể phân tách bằng quá trình tự cháy, quan sát được liên kết ngang hình thành trong quá trình này

 Sự tạo thành liên kết ngang

PHƯƠNG PHÁP VÀ VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU

Địa điểm và thời gian nghiên cứu

Địa điểm: phòng thí nghiệm hóa sinh, hóa lý khoa hóa học và công nghệ thực phẩm trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Phòng thí nghiệm hóa dầu trường Cao Đẳng Nghề Dầu Khí Tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu

2.1.1 Nguyên liệu và hóa chất a Nguyên liệu

 Anthocyanin được trích ly từ carrot đen do công ty Chrhensen cung cấp (20gr/100gr);

 Chitosan được cung cấp bởi công ty Sigma ( 86% deacetyl hóa );

 PVA ( Polyvinyl ancohol ) 217 cung cấp bởi công ty Sigma (mức độ alcoholysis 88%) b Hóa chất

Hóa chất cơ bản được cung cấp bởi phòng thí nghiệm của trường Đại học Bà Rịa-Vũng Tàu do công ty Xilong chemical co.Ltd và Guang dong sản xuất bao gồm

 HCl ( M = 36.5, nồng độ đậm đặc 36% Xilong chemical co.Ltd);

 Acid citric ( M!0,14, p = 99,6% Xilong chemical co.Ltd);

 Cao nấm men (Guang dong)

 Bột malt hoặc khoai tây (Guang dong)

 Borat (Na2B4O7.10H2O) (M = 381,38, p = 99% Xilong chemical co.Ltd)

 NaOH (M= 40,04, d >99% Xilong chemical co.Ltd )

 Aicd acetic (M = 60,05 nồng độ đậm đặc >99% Xilong chemical co.Lt

Trong nghiên cứu chúng tôi sử dụng những thiết bị dưới đây:

 Máy đo quang phổ UV-Vis Elmer Perkin 2550;

 Máy đo pH để bàn Innolab pH 7110;

 Cân điện tử 4 số Sartoraec – te124S;

Nội dung nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của luận văn bao gồm 2 nội dung sau:

 Chứng minh khả năng làm chỉ thị của Anthocyanin từ carrot đen

 Khảo sát sự thay đổi màu sắc ở các pH khác nhau của anthocyanin từ carrot đen

 Khảo sát sự ổn định màu sắc của anthocyanin theo thời gian

 Khảo sát sự phát triển của nấm mốc trong dung dịch anthocyanin

 Nghiên cứu về màng polyme tổ hợp từ PVA và chitosan và anthocyanin

 Tỷ lệ phối trộn giữa PVA và chitosan

 Thời gian chuyển màu của màng polymer tổ hợp có anthocyanin

Phương pháp phân tích

a Đo quang phổ hấp thụ UV-Vis

 Nguyên lý đo quang: Dựa trên nguyên lý của hiện tượng quang phổ hấp thụ

 Bản chất: Quang phổ hấp thụ thực chất là quá trình tương tác giữa hạt photon của ánh sáng với các phần tử anthocyanin

Khi ta chiếu một chùm tia sáng gồm các photon có các mức năng lượng khác nhau đi qua dung dịch anthocyanin Dung dịch chỉ hấp thụ chọn lọc những photon nào có mức năng lượng phù hợp với các mức năng lượng điện tử, năng lượng dao động và năng lượng quay của phân tử anthocyanin Như vậy các phân tử anthocyanin sẽ hấp thụ với các đỉnh và bước sóng đặc trưng Tuân thủ theo định luật Lamber –

Beer: Khi chiếu một chùm ánh sáng trắng đi qua môi trường vật chất thì cường độ của tia sáng ban đầu ( I0 ) sẽ bị giảm đi còn là I:

 I0: Cường độ ánh sáng chiếu vào dung dịch

 I: Cường độ ánh sáng sau khi đi qua dung dịch

 c: Nồng độ chất nghiên cứu, mol/l

 l: Chiều dày của lớp dung dịch mà ánh sáng đi qua

 : Hệ số hấp thụ phân tử, mol -1 cm -

Màu sắc của nguyên liệu dung dịch ta nhìn thấy được là do sự hấp thụ hay hay xạ ánh sáng tại quang phổ khả kiến mà truyền đến mắt ta cho ta cảm giác về màu sắc Chùm ánh sáng được sử dụng trong thí nghiệm là chùm đôi UV-Vis, nó cho ta thấy được sự hấp thu ánh sáng của anthocyanin tại một bước sóng cụ thể Phổ quét rộng từ vùng tử ngoại đến vùng khả kiến

Mặt khác ánh sáng tử ngoại có khả năng gây suy thoái quang học đối với dung dịch anthocyanin, thực chất đây là một phản ứng mà năng lượng dưới dạng photon sẽ chuyển thành một dạng vật chất khác Phản ứng sẽ xảy ra khi mà chùm ánh sáng chiếu tới có đủ năng lượng để phá vỡ cấu trúc cũ và hình thành nên liên kết mới Tia tử ngoại có năng lượng bức xạ thấp hơn tia X và tia gama, có bước sóng ngắn từ 380-10nm Theo nghiên cứu của (Kita, Bąkowska-Barczak, 2013) thì tia tử ngoại có khả năng thức đẩy quá trình chuyển đổi điện tử trong phân tử hay nguyên tử của anthocyanin, do đó nó có khả năng gây suy thoái quang học đối với anthocyanin Trong các nghiên cứu khảo sát sự ổn định của anthocyanin thì mẫu được lưu trữ trong các ống nghiệm có nắp bảo quản trong bóng tối, sự ổn định được khảo sát sau khoảng thời gian từ 0-32 giờ đồng hồ

35 b Khảo sát sự suy thoái do nấm mốc trong dung dịch anthocyanin và màng film phủ vật liệu tổ hợp có anthocyanin

Anthocyanin cũng giống như các hợp chất hữu cơ được chiết xuất từ tự nhiên, chúng dễ dàng bị tấn công bởi nấm mốc do thành phần giàu dinh dưỡng Việc sử dụng anthocyanin trong màng phủ sinh học, cần được nghiên cứu về sự tấn công của mốc nhằm phát hiện ngưỡng hư hỏng cũng như nghiên cứu về việc bảo quản màng lâu dài trong quá trình sử dụng

Trong thí nghiệm sử dụng một số chất có khả năng ức chế sự phát triển của nấm mốc, kéo dài thời gian bảo quản của dung dịch anthocyanin cũng như màng vật liệu c Phương pháp đo cấu trúc phân tử SEM (Sacnning Electron Microscopy) Đây là phương pháp quét mẫu dưới kính hiển vi điện tử để nghiên cứu hình thái bề mặt vật liệu, nhất là trong nghiên cứu các dạng màng film mỏng

 Nguyên lý hoạt động và sự tạo ảnh trong SEM

Việc phát các chùm điện tử trong SEM cũng giống như việc tạo ra chùm điện tử trong kính hiển vi điện tử truyền qua, tức là điện tử được phát ra từ súng phóng điện tử (có thể là phát xạ nhiệt, hay phát xạ trường….) sau đó được tăng tốc Tuy nhiên thế tăng tốc của SEM thường chỉ được từ 10kV tới 50kV vì sự hạn chế của thấu kính từ, việc hội tụ các chùm điện tử có bước sóng quá nhỏ vào một điểm kích thước quá nhỏ sẽ rất khó khăn Điện tử được phát ra, tăng tốc và hội tụ thành một chùm điện tử hẹp ( cỡ vài trăn angstrong đến vài nanomet) nhờ hệ thống thấu kính từ, sau đó quét qua bề mặt mẫu nhờ các cuộn quét tĩnh điện Độ phân giải của SEM được xác định từ kích thước chùm điện tử hội tụ, mà kích thước các chùm điện tử này bị hạn chế bởi quang sai, chính vì thế mà SEM không đạt được độ phân giải tốt như TEM (Transmission enlectron microscopy ) Ngoài ra, độ phân giải của SEM còn phụ thuộc vào tương tác vật liệu tại bề mặt mẫu và điện tử Khi điện tử tương tác với bề mặt mẫu sẽ có các bức xạ phát ra, sự tạo ảnh trong SEM và các phép phân tích được thực hiện thông qua việc phân tích các bức xạ

Các bức xạ chủ yếu gồm:

 Điện tử thứ cấp ( Sencondary electrons ) Đây là chế độ ghi ảnh thông dụng nhất của kính hiển vi điện tử quét, chùm điện tử thứ cấp có năng lượng thấp thường nhỏ hơn 50 eV được ghi nhận bằng ống nhân quang nhấp nháy Vì chúng có năng lượng thấp nên chủ yếu là các điện tử phát ra từ bề mặt mẫu với độ sâu chỉ vài nanomet, do vậy chúng tạo ra ảnh hai chiều của bề mặt mẫu

 Điện tử tán xạ ngược ( Backscattres electrons

Là chùm điện tử ban đầu trong tương tác với bề mặt mẫu bị bật ngược trở lại, do đó chúng thường có năng lượng cao Sự tán xạ này phụ thuộc rất nhiều vào các thành phần hóa học ở bề mặt mẫu, do đó ảnh điện tử tán xạ ngược rất hữu ích cho phân tích về độ tương phản thành phần hóa học Ngoài ra, điện tử tán xạ ngược có thể dùng để ghi nhận ảnh nhiễu xạ điện tử, giúp cho việc phân tích cấu trúc tinh thể Điện tử tán xạ ngược phụ thuộc vào các liên kết điện tại bề mặt mẫu nên có thể đem lại thông tin về các đomen sắt điện

Từ điểm ở bề mặt mẫu mà chùm điện tử chiếu đến có nhiều loại hạt, loại tia được phát ra, gọi chung là các loại tín hiệu Mỗi loại tín hiệu sẽ phản ánh một đặc điểm của mẫu tại thời điểm được điện tử chiếu đến Số lượng điện tử thứ cấp phát ra phụ thuộc vào độ lồi lõm của bề mặt mẫu, số điện tử tán xạ ngược phát ra phụ thuộc vào nguyên tử số Z, bước sóng tia X phát ra phụ thuộc vào bản chất của nguyên tử trong mẫu Cho chùm điện tử quét lên mẫu và quét đồng bộ một tia điện tử lên màn hình Thu và khuếch đại một loạt tín hiệu nào đó được phát ra từ mẫu để làm thay đổi cường độ sáng của tia điện tử quét lên màn hình, ta thu được ảnh Nếu thu tín hiệu ở mẫu là điện tử thứ cấp, ta có kiểu ảnh điện tử thứ cấp, độ sáng tối trên ảnh cho biết độ lồi lõm trên bề mặt mẫu Với các mẫu dẫn điện, chúng ta có thể thu trực tiếp điện tử thứ cấp của mẫu phát ra, còn với mẫu không dẫn điện, ta phải tạo ra một lớp kim loại lên bề mặt mẫu, thường là vàng hoặc platin

Hình 2.1.: Sơ đồ nguyên lý máy chụm SEM Trong kính hiển vi điện tử quét có dùng các thấu kính, nhưng chỉ đề tập trung chùm điện tử thành điểm nhỏ chiếu lên mẫu chứ không phải dùng để phóng đại Cho điện tử quét lên mẫu với biên độ nhỏ cỡ vài micromet, ảnh sẽ có độ phóng đại lớn Khi ảnh được phóng đại theo phương pháp này, mẫu không cần phải cắt lát mỏng và phẳng Độ phóng đại của kính hiển vi điện tử quét thông thường từ vài chục ngàn đến vài trăm lần, độ phân giải phụ thuộc vào đường kính của chùm tia chiếu hội tụ trên mẫu Thông thường, năng suất phân giải là 5nm đối với ảnh bề mặt thu được bằng cách thu điện tử thứ cấp, do đó ta có thể thấy được các chi tiết thô trong công nghệ nano Phương pháp SEM thường được sử dụng để nghiên cứu bề mặt, kích thước, hình dạng tinh thể của vật liệu d Phương pháp chuẩn bị dung dịch đệm theo TCVN 4320 – 86

Tiêu chuẩn này thay thế phần 2 của TCVN 1057 -71 và quy định phương pháp chuẩn bị các dung dịch đệm dùng để xác định khoảng pH chuyển màu của các chỉ thị axit – bazơ bằng phương pháp đo màu , cũng như để tiến hành một số phản ứng

Các giá trị pH nêu trong tiêu chuẩn dùng cho các dung dịch nước có giá trị pH từ 0 đến 14

Chỉ dẫn chung như sau:

 Để chuẩn bị dung dịch đệm thì hóa chất phải có độ tinh khiết nhất định, ghi trên nhãn bao bì của hóa chất

 Nước dùng để pha phải dùng nước cất không chứa cacbon dioxit theo TCVN 1055 -86 ( điều 2.57 )

 Cân lượng cân thuốc thử với độ chính xác 0,001 g

 Để chuẩn bị các dung dịch gốc phải dùng các bình định mức

 Các dung dịch gốc , sau khi trộn đều , cần bảo quản trong bình thuỷ tinh khô có nút mài kín

 Phải bảo quản các dung dịch bazơ trong bình polyetylen có nút kín và tránh cacbon dioxit xâm nhập vào

 Để chuẩn bị các dung dịch đệm phải dùng buret theo TCVN 1609-75 có độ chính xác 0,1 và 0,02 ml để lấy các dung dịch gốc có nhiệt độ dung dịch 25 ± 3 0 C

 Bảo quản các dung dịch ở chỗ mát và tránh ánh nắng mặt trời chiếu trực tiếp vào

 Không giữ các dung dịch quá 2 tháng Khi trong dung dịch có kết tủa bông hay đục, phải thay bằng dung dịch mới chuẩn bị

 Trong trường hợp cần kiểm tra môi trường một dung dịch nào đó , tiến hành đo pH của dung dịch này trên máy đã được kiểm tra sơ bộ với các dung dịch đệm tiêu chuẩn , chuẩn bị từ các dung dịch kalidihiorophotphat , kali biftalat , natri tetraborat , axit nitric v.v Giá trị pH 2 – 11 đo được với giá trị tương ứng ở các bảng không được chênh lệch quá 0,05 pH , còn đối với các dung dịch có pH 13-14 thì chênh lệch không quá 0,1 pH

 Cách chuẩn bị các dung dịch đệm quy định trong các bảng

Bảng 2.1 Bảng giá trị pH sử dụng trong thí nghiệm

Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp tạo màng film

Màng film ( màng mỏng ) là một hay nhiều lớp vật liệu được chế tạo sao cho chiều dày nhỏ hơn rất nhiều so với các chiều còn lại (chiều rộng và chiều dài) Khái niệm "mỏng" trong màng mỏng rất đa dạng, có thể chỉ từ vài lớp nguyên tử, đến vài

STT pH Acid Bazơ Chú thích

1 1 HCl 0,2M - 50ml KCl 0,2M – 97ml H2O định mức lên 200ml

2 2 HCl 0,2M - 50ml KCl 0,2M – 10,2ml H2O định mức lên 200ml

40 nanomet, hay hàng micromet Khi chiều dày của màng mỏng đủ nhỏ so với quãng đường tự do trung bình (mean free path) của điện tử (cỡ 10 đến 100 nm) hoặc các chiều dài tương tác thì tính chất của màng mỏng hoàn toàn thay đổi so với tính chất của vật liệu khối Hiện nay màng mỏng đang là một lĩnh vực nghiên cứu mạnh mẽ của khoa học và công nghệ vật liệu, vật lý chất rắn với nhiều khả năng ứng dụng to lớn trong đời sống hàng ngày, trong sản xuất

 Cấu trúc của màng film

Cấu trúc của màng mỏng tùy thuộc vào kỹ thuật chế tạo, có thể mang cấu trúc của vật liệu nguồn, hoặc có thể thay đổi phụ thuộc vào kỹ thuật chế tạo, các điều kiện khi chế tạo Ví dụ cùng một phương pháp phun xạ catốt, ta có thể tạo ra màng tinh thể hoặc vô định hình chỉ với việc thay đổi áp suất khí, thay đổi công suất phun xạ, thay đổi nhiệt độ đế Hay cùng một loại màng hợp kim như Permalloy, ta có thể tạo ra màng mỏng permalloy có cấu trúc lập phương tâm mặt bằng phương pháp phún xạ , hoặc cũng có thể tạo ra màng đơn tinh thể có cấu trúc lục giác xếp chặt nếu chế tạo bằng phương pháp Epitaxy chùm phân tử

Hiệu ứng thay đổi tính chất rõ rệt nhất về tính chất của màng mỏng là hiệu ứng bề mặt Khi vật liệu có kích thước nm, các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu có kích thước nanomet khác biệt so với vật liệu ở dạng khối.

Tiến hành thí nghiệm

2.5.1 Chứng minh khả năng làm chỉ thị của anthocyanin được chiết xuất từ carrot đen a Thí nghiệm 1 Khảo sát sự thay đổi màu sắc ở các pH khác nhau của anthocyanin từ carrot đen

 Mục đích: Khảo sát sự thay đổi màu sắc dung dich đệm có pH khác nhau có chứa anthocyanin Tìm được giá trị pH môi trường thích hợp cho quá trình tạo màng

 Phương pháp: Tiến hành đo pH của môi trường thí nghiệm, đo quang phổ hấp thụ

 Chuẩn bị: Hệ đệm có pH trải rộng có giá trị từ 1 – 10, được trình bày trong bảng 2.1

 Mô tả thí nghiệm: Tiến hành pha đệm có giá trị pH từ 1 – 10 mỗi loại 100ml Sau đó cho vào mỗi ống nghiệm 9,9 ml đệm tương ứng có giá trị pH từ 1 tới 10 Bổ sung 100μl anthocyanin 4,5mg/ml, vào các ống nghiệm

 Kết quả: tiến hành ghi nhận màu sắc bằng hình ảnh chụp lại rồi đem dung dịch đi đo quang phổ hấp thụ ở bước sóng từ 280- 700nm ghi nhận lại số liệu khi đi đo quang phổ b Thí nghiệm 2: Khảo sát sự ổn định màu anthocyanin theo thời gian

 Mục đích: khảo sát thời gian ổn định của dung dịch anthocyanin theo thời gian

 Phương pháp: đo quang phổ hấp thụ theo thời gian từ 0-32h lưu mẫu

 Chuẩn bị: hệ đệm có pH trải rộng có giá trị từ 1 – 10, được trình bày trong bảng 2.1

 Mô tả thí nghiệm: cho vào mỗi ống nghiệm 9,9 ml đệm tương ứng có giá trị pH từ 1 tới 10 Bổ sung 100μl anthocyanin 4,5mg/ml, vào các ống nghiệm, lưu mẫu trong thời gian từ 0 – 32h để đo quang kiểm tra

 Kết quả: tiến hành ghi nhận màu sắc của dung dịch theo thời gian giá trị bước sóng hấp thu cực đại c Khảo sát thời gian nấm mốc tấn công dung dịch anthocyanin

 Mục đích: khảo sát sự thoái hóa do nấm mốc gây nên trong dung dịch anthocyanin

 Chuẩn bị: môi trường đổ đĩa có giá trị pH là 3 , môi trường đổ đĩa petri được thống kê trong bảng 2.2 và 2 dung dịch gồm kẽm nitrat (Zn(NO3)2) 3%, glycerol 5% là yếu tố kiểm soát sự phát triển của nấm mốc

Bảng 2.2 Môi trường nuôi nấm mốc

 Mô tả thí nghiêm: tiến hành pha môi trường nấm mốc theo bảng 2.2, hấp tiệt trùng ở 121 0 C, trong 15 phút, đến khi môi trường nguội khoảng 50 0 C, tiến hành đổ đĩa petri Bổ sung vào 100μl anthocyanin 4,5mg/ml vào đĩa, chờ cho đĩa thạch đông cứng, tiến hành quan sát nấm mốc phát triển theo thời gian lưu trữ

 Tiến hành quan sát và ghi nhận kết quả bằng hình ảnh

2.5.2 Nghiên cứu về màng polymerr tổ hợp từ PVA và chitosan

Chitosan tiến hành hòa tan 1 gam trong 100ml dung dịch aicd acetic 1% ký hiệu là D1 [ 10 ] PVA hòa tan 2g trong 100ml nước cất ở 60 0 C trong 60 phút khuấy từ ký hiệu D2, PVA hòa tan 5g trong 100ml nước cất ở 60 0 C trong 60 phút khuấy từ ký hiệu D3 Sau đó tiến hành phối trộn theo các thứ tự sau:

Thành phần môi trường Số lượng Đơn vị tính

43 a Tỷ lệ phối trộn giữa PVA và chitosan

Hình 2.2 Sơ đồ phối trộn màng tổ hợp tỷ lệ 50:50

Hình 2.3 Sơ đồ phối trộn màng tổ hợp tỷ lệ 70:30

Hình 2.4 Sơ đồ phối trộn màng tổ hợp tỷ lệ 90:10

 Mục đích: Khảo sát tỷ lệ phối trộn PVA và chitosan trong màng tổ hợp

 Phương pháp: Bằng cách hòa tan polymer trong từng dung môi thích hợp và phối trộn theo tỷ lệ khảo sát

 Chuẩn bị : 18 mẫu màng theo tỷ lệ phối trộn như trong bảng 2.1, bảng 2.2, bảng 2.3

 Mô tả thí nghiệm: tiến hành phối trộn PVA và chitosan theo mẫu, bổ sung Anthocyanin theo hàm lượng, hút 10ml mỗi loại polymer tổ hợp cho vào đĩa petri, khuấy từ 20 phút, sấy ở nhiệt độ 35 0 C trong 6h

 Tiến hành kiểm tra độ đàn hồi, độ co dãn của màng bằng cách kéo dãn màng và đo bằng thước đo b Độ nhạy của màng polymer blend có gắn anthocyanin

 Mục đích: khảo sát độ nhận biết nồng độ borat của màng polymer tổ hợp

 Phương pháp: thử độ nhận biết của màng trong dung dịch borat có nồng độ khác nhau

 Chuẩn bị: dung dịch borat có nồng độ khác nhau từ 10 – 50 ppm, thử 18 màng trong 5 dung dịch borat khác nhau ghi nhận thời gian màu của màng thay đổi

 Mô tả thí nghiệm: thử mức độ nhận biết bằng cách cho màng tiếp xúc với dung dịch borat có nồng độ khác nhau, quan sát sự chuyển biến màu sắc sau đó ghi nhận kết quả

 Tiến hành ghi nhận thời gian màng thay đổi màu sắc tính bằng giây.

3.1.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát thời gian nấm mốc tấn công dung dịch

Nghiên cứu về tính chất màng polymer tổ hợp từ PVA và chitosan Mục đích của nghiên cứu nhằm lựa chọn ra màng có tính chất tốt nhất để sản xuất thử nghiệm

Mục đích của nghiên cứu nhằm lựa chọn ra màng có tính chất tốt nhất để sản xuất thử nghiệm trong phòng thí nghiệm

3.2.1 Nghiên cứu về độ dai của màng

Tiến hành phối trộn như mục a phần 2.3.2 ta thu được 18 màng polymer tương ứng, tiến hành cắt thành những màng nhỏ có chiều dài 5cm, rộng 1cm Đo độ dai, độ đàn hồi bằng thước đo kích thước với cùng một lực kéo, ta thu được kết quả như bảng 3.4

Bảng 3.4 Bảng thống kê kết quả màng polymer

Mã màng Độ dài tối đa ( cm) Khả năng đàn hồi

Từ kết quả ở bảng 3.4 ta chọn ra được 8 màng có kết quả tốt là M2, M3, M6, M13, M14, M15, M16, M18

Kết quả cho độ dãn, độ đàn hồi tốt được giải thích, M2, M3, M6 phối trộn theo tỷ lệ 50 : 50 kết hợp được cả tích chất của 2 loại polymer là PVA và chitosan, cả 2 loại polymer này đều có khả năng tạo màng và khả năng kết dính tốt, kết hợp được ưu điểm của 2 loại polymer này, giúp cho chất lượng màng đạt được kết quả tốt Những đặc tính cơ lý của màng polymer phụ thuộc nhiều vào giá trị pH của hỗn hợp, tại giá trị pH bằng 3 màng thể hiện được nhiều tính chất ưu việt như tính kháng khuẩn chitosan, tính tạo màng của PVA tăng được sức bền cho màng polymer blend là do tăng liên kết hydro, sự kết hợp này làm giảm sự kết tinh của chitosan, nhưng lại không phá hủy đi tính lưỡng tính của PVA [16]

Các màng M13, M14, M15, M16, M18 phối trộn theo tỷ lệ 90:10 có lực đàn hồi tốt do hàm lượng PVA cao Do khả năng tương tác giữa -OH và -NH2 nhóm trong hai polyme này, cải thiện tính chất cơ học của màng Trong môi trường acid các gốc (-NH2) của chitosan được giải phóng thành (-NH3) để các liên kết hydro giữa chiotan và PVA được kiểm soát, và tạo được độ dai, độ đàn hồi cho màng

3.2.2 Độ nhạy màu của màng polymer blend có anthocyanin

Thí nghiệm được tiến hành nhằm xác minh độ nhạy của 8 màng đã được lựa chọn tại mục 3.2.1 các màng polymer blend có gắn anthocyanin với nồng độ borat khác nhau, sau khi khảo sát ta thu được kết quả dưới đây

Bảng 3.5 Bảng thống kê thời gian ( giây ) chuyển màu của màng polymer blend trong dung dịch borat có nồng độ khác nhau

Mã màng/ nồng độ ppm của dd borat 50 40 30 20 10

Hình 3.11 biểu đồ thể hiện độ nhạy của màng polymer blend trong dung dịch có nồng độ borat khác nhau

Từ bảng 3.4 và hình 3.11 ta nhận thấy màng số M2, M3, M6, M18 có khả năng chuyển màu trong khoảng thời gian ngắn nhất Điều này chứng tỏ những màng này có độ nhạy hơn những màng còn lại Tiếp tục so sánh 4 màng này chọn được màng

60 số M2, M6 là 2 màng có độ nhạy với borat cao nhất, mặt khác màng M2 có hàm lượng anthocyanin 0,045mg, màng M6 có hàm lượng anthocyanin là 0,09mg

3.2.3 Cấu trúc hình thái bề mặt của màng polymer blend bằng kính hiển vi quét điện tử (SEM)

Hình 3.12 Ảnh SEM của hỗn hợp màng số 2 (M2) và số 6 (M6)

Kết quả phân tích hình thái bề mặt của màng polyme bằng phương pháp SEM của hai mẫu M2, M6 (hình 3.12) cho thấy bề mặt của màng polymer M2 có cấu trúc đồng nhất không có sự tách pha Các pha thành phần tương tác và bám dính vào nhau khá tốt Bề mặt của hai màng polymer không láng, phẳng, có thể là do các polymer thành phần phân tán tốt vào nhau nhưng không liên tục.