Hiện nay, khả năng tạo màng của mủ trôm đã được biết đến và các loại màng bao trên nền pectin đã được nghiên cứu nhưng việc tạo màng bao hoạt tính từ sự kết hợp mủ trôm và pectin bổ sung
TỔNG QUAN
Tổng quan về hydrogels
Hydrogel là các mạng polymer có thể hấp thụ và giữ nước trong mạng lưới ba chiều của chúng (Ahmed 2015) Hydrogel nhạy cảm với các kích thích môi trường khác nhau như pH, nhiệt độ, ion, tín hiệu điện, ánh sáng, áp suất, đặc hiệu kháng nguyên, độ nhạy enzyme và nồng độ glucose (K.H Ramteke và cộng sự, 2012) Các polymer này ưa nước, liên kết ngang với nhau và không hòa tan trong nước Các nhà nghiên cứu đã phát triển nhiều loại hydrogel khác nhau có nguồn gốc từ tự nhiên hoặc tổng hợp cũng như từ các dẫn xuất và hỗn hợp của chúng để đáp ứng các nhu cầu cụ thể trong các lĩnh vực như kỹ thuật mô (J.D, Tang và cộng sự, 2019), phân phối thuốc (W Liu và cộng sự, 2019) và xử lý nước thải (S Kalia và cộng sự, 2016; R Barbucci và cộng sự, 2010; V Sinha và cộng sự, 2019) Những hydrogel ưa nước này có độ mềm gần giống với đặc tính cơ học của mô động vật vì vậy chúng có triển vọng đặc biệt cho các ứng dụng trong y học tái tạo (B.V Slaughter và cộng sự, 2009) Hơn nữa, hydrogel đã được sử dụng dưới nhiều hình thức khác nhau như bộ khung (I.M El- Sherbiny và cộng sự, 2013; C.D Spicer và cộng sự, 2019), hydrogel tiêm (K Liang và cộng sự, 2019), nanogel (J Kousalová và cộng sự, 2018), microgel và microspheres (được sử dụng để đúng gúi tế bào hoặc tỏc nhõn trị liệu) (I.M Bjứrge và cộng sự, 2018), sợi nano (Y Wakuda và cộng sự, 2018) và dạng màng mỏng được gọi là màng hydrogel
Màng hoạt động như rào cản cho phép chọn lọc các thành phần nhất định đi qua trong khi cản trở những thành phần khác Quá trình quan trọng này chủ yếu xoay quanh kích thước của lỗ rỗng và tính chất vật liệu được sử dụng để tạo nên màng Màng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như xử lý nước và nước thải, tách khí, công nghiệp thực phẩm và đồ uống, cũng như các ứng dụng y tế và dược phẩm Hơn nữa, màng hydrogel cho thấy tiềm năng lớn trong các lĩnh vực như phát triển lớp phủ chống bẩn/kháng khuẩn, đóng vai trò là chất nền nuôi cấy tế bào và tạo điều kiện thuận lợi cho các ứng dụng băng bó vết thương
2.1.2 Phân loại hydrogel ã Phõn loại dựa theo nguồn gốc nguyờn liệu
Hydrogel có thể được phân loại thành hai nhóm dựa trên nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp (Zhao và cộng sự, 2013)
7 + Hydrogel tự nhiên có khả năng phân hủy sinh học, tương thích sinh học và đặc dính bám dính tế bào tốt
+ Hydrogel tổng hợp hữu ích hơn so với hydrogels tự nhiên vì có tính chất cơ học và hóa học tốt hơn
+ Hydrogel lai là sự kết hợp giữa các ưu điểm của hydrogel tổng hợp và tự nhiên, nhiều polymer sinh học tự nhiên như dextran, collagen, chitosan được kết hợp với các polymer tổng hợp như poly (N – isopropylacrylamide) và polyvinyl alcohol (Shailesh Kumar Singh và cộng sự, 2017) ã Phõn loại dựa theo phương phỏp tổng hợp polymer
Dựa vào kỹ thuật tổng hợp hydrogels có thể phân thành nhiều loại:
+ Homopolymeric hydrogel (Hydrogels đồng nhất): mạng polymer có nguồn gốc từ một loại monomer duy nhất, là đơn vị cấu trúc cơ bản bao gồm bất kỳ mạng polymer nào (Takashi và cộng sự, 2007) Homopolymers có thể có bộ khung liên kết ngang phụ thuộc vào bản chất của monomer và phương pháp trùng hợp
Hydrogels đồng trùng hợp là mạng polymer được tạo thành từ hai hoặc nhiều loại monomer khác nhau, trong đó ít nhất một loại có tính ưa nước Các monomer này được sắp xếp ngẫu nhiên, theo khối hoặc xen kẽ dọc theo chuỗi mạng lưới polymer Đặc tính nhạy với pH và nhiệt độ của hydrogels đồng trùng hợp giúp chúng có ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực phân phối thuốc.
Các hydrogels đa polymer liên kết ngang xen kẽ (IPN) là một loại hydrogel quan trọng được tạo thành từ hai thành phần polymer (tổng hợp hoặc tự nhiên) liên kết ngang độc lập trong mạng lưới Trong hydrogel bán IPN, một thành phần là polymer liên kết ngang và một thành phần là polymer không liên kết ngang Sự liên kết ngang lồng vào nhau của các thành phần IPN đảm bảo sự ổn định về kích thước và hình thái bề mặt của cấu trúc hydrogel.
Dựa vào cấu trúc vật lý và thành phần hóa học của chúng, có thể được phân loại thành: (Sweta Garg và cộng sự, 2016)
8 + Dạng vô định hình (không kết tinh)
+ Dạng tinh thể ã Phõn loại dựa theo loại liờn kết ngang
Hydrogel được phân thành hai nhóm dựa trên đặc tính hóa học hoặc vật lý của chúng tại các mối nối liên kết ngang Mạng liên kết ngang hóa học có các mối nối ổn định, trong khi mạng liên kết ngang vật lý lại có các mối nối tạm thời do sự cản trở của các chuỗi polymer hoặc các tương tác vật lý như tương tác ion, liên kết hydro hoặc tương tác kỵ nước (Hacker và cộng sự, 2011) ã Phõn loại dựa theo bản chất nhúm chức
Sự tồn tại của hydrogel dưới dạng ma trận, màng hoặc microsphere phụ thuộc vào quá trình trùng hợp hình thành hydrogels Hydrogels có thể được chia thành bốn nhóm trên cơ sở có hoặc không có điện tích nằm trên các chuỗi liên kết ngang: (Sweta Garg và cộng sự, 2016)
+ Ionic (bao gồm cả anion hoặc cation)
+ Chất điện phân (lưỡng tính) bao gồm cả nhóm acid và base
+ Zwitterionic (polybetaines) bao gồm cả nhóm anion và cation trong các đơn vị cấu trúc lặp lại ã Phõn loại dựa theo khả năng phõn hủy sinh học
+ Hydrogel phân hủy sinh học: Nhiều polymer được tổng hợp từ thiên nhiên như chitosan, fibrin và agar có khả năng phân hủy sinh học Poly (aldehyde guluronate), Polyanhydrides and poly ( N - isopropylacrylamide) là ví dụ về polymer tổng hợp có khả năng phân hủy sinh học
+ Hydrogel không phân hủy sinh học: Các monome vinyl hóa hoặc macromers như 2- hydroxyethylmethacrylate (HEMA), methoxyl poly (ethylene glycol) (MPEG), 2- hydroxypropyl methacrylate (HPMA) và acrylamide (AAm) được ứng dụng rộng rãi trong điều chế hydrogels không phân hủy sinh học (Shailesh Kumar Singh và cộng sự, 2017)
Tổng quan về bao bì hoạt tính
Bao bì cần thiết để bảo vệ các sản phẩm thực phẩm khỏi môi trường và nhằm đảm bảo an toàn thực phẩm đồng thời đáp ứng các yêu cầu của công nghiệp và người tiêu dùng (Sharma và cộng sự, 2020) Vật liệu đóng gói hoạt tính được đặc trưng bằng cách kết hợp các thành phần có đặc tính sinh học được giải phóng từ từ vào sản phẩm thực phẩm (Ribeiro-Santos và cộng sự, 2017) Theo Quy định 1935/2004/EC và Quy định 450/2009/EC, các vật liệu hoạt tính trong đó có bao bì hoạt tính được gọi là "các vật liệu và sản phẩm nhằm mục đích kéo dài thời hạn sử dụng hoặc để duy trì hoặc cải thiện tính chất tình trạng của thực phẩm đóng gói” (Restuccia và cộng sự, 2010; EC 1333/2008) Một số ví dụ về hệ thống đóng gói chủ động bao gồm các chất loại bỏ oxy và carbon dioxide hoặc các chất tạo ra hương vị, mùi thơm và một số các hợp chất khác Trong số các hợp chất này, những hợp chất có đặc tính sinh học được coi là hợp chất mục tiêu vì chúng có thể tăng thời gian sử dụng của sản phẩm (EC 98/2008; Kehili và cộng sự, 2018) Ngoài ra, nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng thực vật và các nguồn phụ phẩm tự nhiên khác như lá, hạt, vỏ từ ngành công nghiệp thực phẩm có thể có giá trị và là nguồn cung cấp h các hợp chất như polyphenol, flavonoid, tocopherol, chất màu hoặc tinh dầu (EO) có đặc tính sinh học (Kehili và cộng sự, 2018, Putnik và cộng sự, 2017; Settanni và cộng sự, 2012) Tất cả các hợp chất này đã được xem là các hợp chất tiềm năng để đưa vào các hệ thống đóng gói chủ động Đặc biệt, EO nổi tiếng với các phân tử hoạt tính sinh học, chất dễ bay hơi, đặc tính chống oxy hóa và kháng khuẩn nhưng việc sử dụng chúng bị hạn chế do mùi đậm của chúng (Kehili và cộng sự, 2018)
EO là chất chuyển hóa thứ cấp được tổng hợp bởi thực vật Giống như nhiều chất chuyển hóa thứ cấp khác, chúng có các hoạt tính sinh học khác nhau Chúng được sử dụng chủ yếu trong ngành dược lý, làm thuốc, làm thơm hoặc mỹ phẩm Tuy nhiên, từ thế kỷ 19, ứng dụng của chúng đã rộng rãi hơn trong lĩnh vực dinh dưỡng (Burt, 2004) Các đặc tính vật lý của chúng thúc đẩy việc sử dụng chúng trong ngành công nghiệp thực phẩm vì chúng chứa các hợp chất thơm dễ bay hơi, chúng thường ở dạng lỏng và không màu ở nhiệt độ phòng, chúng ưa béo và có thể tạo nhũ tương với các dung môi ưa nước Hơn nữa, chúng có một số hoạt tính sinh học, chẳng hạn như kháng khuẩn, kháng nấm, chống oxy hóa, kháng virus, chống ký sinh trùng hoặc diệt côn trùng
Xu hướng hiện nay là thay thế các phụ gia được tổng hợp hóa học bằng các hợp chất tự nhiên vì vậy việc sử dụng EO được xem là một giải pháp thay thế hiệu quả Các hợp chất này đã được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm làm thành phần tạo mùi thơm và
10 hương vị, đồng thời cũng được sử dụng cho mục đích bảo quản (Hyldgaard và cộng sự, 2012; Falleh và cộng sự, 2020; Rota và cộng sự, 2008; Ait – Ouazzou và cộng sự, 2011) Hiện nay, việc ứng dụng EO trong bao bì thực phẩm có hoạt tính có mối liên hệ chặt chẽ với việc chúng kết hợp thành các màng phân hủy sinh học kết hợp với một màng ăn được dựa trên polysaccharide-protein hoặc lipid khác (Mohamed và cộng sự, 2020) Một cách tiếp cận khác gần đây là sự phát triển của màng composite hoặc màng đa thành phần để tận dụng các đặc tính có lợi chính của chúng (Hassan và cộng sự, 2018) Do đó, việc kết hợp các EO ngày càng phổ biến vì chúng có thể tăng cường hoạt động kháng khuẩn và chống oxy hóa, cùng nhiều hoạt động khác, hoặc làm giảm tính thấm hơi nước (Kouhi và cộng sự, 2020) Đặc biệt, khi sản xuất màng sinh học, chất nền ưa nước thường được sử dụng (để tăng tính thấm hơi nước), được hình thành bởi các polymer protein hoặc polysaccharides làm cơ sở để kết hợp các chất khác như các thành phần lipid (Atarés và cộng sự, 2016) Lý tưởng nhất, cho mục đích này, vật liệu được chọn phải có độ nhớt thấp, khả năng hút ẩm và nhũ hóa cao, độ phản ứng thấp, chi phí thấp và không ảnh hưởng đến đặc tính cảm quan của thực phẩm chế biến (Blanco – Padilla và cộng sự, 2014) Cụ thể, các chất ưa béo, chẳng hạn như EO, được kết hợp vào vật liệu ưa nước được thực hiện bằng cách áp dụng quá trình nhũ hóa hoặc đồng nhất hóa (Burgos và cộng sự, 2017) Vì vậy, sự kết hợp giữa EO và màng phân hủy sinh học ngày càng được chú ý nhiều hơn, đặc biệt là ngành đóng gói thực phẩm đang hoạt động mạnh
Trong bao bì đóng gói chủ động, vật liệu được kết hợp với các thành phần có đặc tính sinh học sẽ được giải phóng từ từ vào thực phẩm (Ribeiro-Santos và cộng sự, 2017) Việc sử dụng EO với nồng độ thích hợp có thể cải thiện đặc tính ngăn hơi nước cũng như mang lại hoạt tính chống oxy hóa và kháng khuẩn cho màng bao bì Đặc tính kháng khuẩn của EO thường liên quan đến đặc tính kỵ nước/ưa béo và khả năng cho phép chúng thấm qua màng Các thuộc tính kháng khuẩn này đã thúc đẩy việc sử dụng chúng trong bao bì hoạt tính để bảo quản chất lượng thực phẩm và kéo dài thời hạn sử dụng của sản phẩm cuối cùng (Jugreet và cộng sự, 2020) Đối với màng ăn được, EO được thêm vào nền ưa nước dẫn đến sự phân tán trong nước Bằng cách này, các giọt lipid sẽ được phân tán vào chất nền sau khi màng trải qua quá trình sấy khô gây ra sự tái tổ chức cấu trúc của các thành phần ưa nước (Sánchez-González và cộng sự, 2010; Sánchez-González và cộng sự, 2011) Syzygium Aromatum EO được kết hợp thành hai loại màng ăn được, một loại được tạo thành từ gelatin và loại kia bằng hỗn hợp gelatin và chitosan Cả hai vật liệu chứa EO đều cho thấy hoạt động kháng
Các hợp chất EO có hiệu quả đáng kể, đặc biệt là chống lại vi khuẩn gram âm trong mẫu cá ướp lạnh (Gómez-Estaca và cộng sự, 2010) Các màng phân hủy sinh học chứa EO được thử nghiệm trên nhiều loại thực phẩm khác nhau, chẳng hạn như dâu tây Chúng không chỉ kéo dài thời hạn sử dụng mà còn ngăn ngừa sự phát triển của khuẩn lạc vi khuẩn và hoạt động như chất diệt nấm (Wen, P và cộng sự, 2016) Màng phân hủy sinh học hoạt tính chứa EO đóng gói cho thấy không gây độc tế bào và duy trì các đặc tính cảm quan của thực phẩm trong quá trình bảo quản (Zhou, Y và cộng sự, 2020).
Vật liệu tạo hydrogel
Mủ trôm là chất tiết ra từ thân của cây trôm có tên khoa học là Sterculia foetida, thuộc họ
Sterculiaceae Cây trôm được trồng nhiều ở Ninh Thuận, Bình Thuận, Đắk Lắk Ngoài ra, cây trôm có thể tìm thấy ở các vùng nhiệt đới của Úc, Châu Phi và Châu Á Mủ trôm được xem là thức uống nhuận tràng, hỗ trợ tiêu hóa Mủ trôm được xem là một thức uống phổ biến của người dân Việt nam Mủ trôm là một polysaccharide có khả năng hút nước mạnh và trương nở, gây kích thích nhu động ruột
Hiện nay, mủ trôm đang được thu hoạch thủ công Người dân sẽ rạch hoặc đục vào thân cây trôm và dịch mủ trôm sẽ được tiết ra vào dụng cụ thu hoạch Sau vài ngày, lượng mủ trôm tiết ra sẽ khô lại do khí hậu nắng nóng ở Việt Nam và được thu hoạch chuẩn bị cho quá trình chế biến tiếp theo Mủ trôm sẽ được làm nhỏ, loại bỏ bụi bẩn và được phân loại sản xuất
Mủ trôm là một polysaccharide có một nhánh và được acetyl hóa một phần, có tính anion, ưa nước và thu được ở dạng muối magie và muối canxi Có khối lượng phân tử 16 x 10 3 kDa (Lujan-medina và cộng sự, 2013)
Theo nghiên cứu, mủ trôm thủy phân sẽ thu được ba monosaccharide khác nhau: acid D- galacturonic, D-galactose, L-rhamnose và các thành phần khác tùy vào chất lượng và nguồn gốc vị trí khai thác Đặc trưng của mủ trôm là hàm lượng L-rhamnose cao hơn so với các loại gum khác (Verbeken và cộng sự, 2003)
Mủ trôm bao gồm 55 – 60% monosaccharide (galactose và ramnose), 8% nhóm acetyl và
37 – 40% nhóm acid (acid galacturonic và glucuronic) Các nghiên cứu cho thấy mủ trôm được tạo thành nhờ vào các chuỗi polymer sau:
12 + Chuỗi 1 hình thành bởi các đơn vị α-D-galacturonic acid và α-L-ramnose
+ Chuỗi 2 liên kết với chuỗi 1 bằng các liên kết 1,2-β-D-galactose hay liên kết 1,3-β-D- glucoronic với acid galacturonic
2.3.1.2 Tính chất hóa học và vật lí
Mủ trôm ít tan trong nước và tạo dung dịch với nồng độ rất thấp ( 0.99) từ số liệu về thời gian và khối lượng tăng dần của hũ Tốc độ truyền hơi nước (WVTR) được xác định bằng cách chia độ dốc K (g/h) cho diện tích truyền hơi ẩm A (𝑚 2 ) Theo phương pháp của Ghanbazadeh và các cộng sự (2011), khả năng thấm hơi nước của màng được xác định như sau:
P: áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ thí nghiệm
𝑅𝐻 1 , 𝑅𝐻 2 : Độ ẩm tương đối bên ngoài và bên trong màng (%)
Màng sau khi đã bảo quản 48 giờ được cắt với kích thước 1 x 4 cm và đặt trực tiếp vào khe để cuvet của máy đo quang phổ UV - Vis 5300 Màng được đặt vuông góc với chùm tia sáng trong khe của thiết bị Cài đặt bước sóng từ 200 - 1100 nm và tiến hành quét độ truyền quang của màng với không khí làm tham chiếu
Các mẫu màng đã được chuẩn bị và bảo quản 2 ngày trong hộp chứa dung dịch NaCl bão hòa RHu% ở nhiệt độ phòng (30 o C), các mẫu màng được cắt với kích thước 2×2 cm Mẫu được đặt trực tiếp trên bàn đo ATR-FTIR của thiết bị quang phổ hồng ngoại biến đổi (FTIR), cài đặt cường độ bức xạ hồng ngoại (IR) phản xạ từ mẫu cho phép đo trong khoảng 4000 –
3.3.4 Phương pháp phân tích đặc tính kháng nấm mốc của màng
Phương pháp của Divakara SSM Uppu và cộng sự (2017) được áp dụng và có chỉnh sửa để đánh giá hoạt tính kháng của màng Chuẩn bị đĩa petri, que trải tam giác, eppendorf, đầu tip, môi trường PDA đã tiệt trùng Tiến hành đổ khoảng 20mL môi trường vào các đĩa petri và chờ môi trường đông lại Dùng que cấy tròn lấy một lượng nấm mốc trên đĩa cấy truyền cho vào erlen chứa nước muối sinh lý đã tiệt trùng nhằm phân tán đều nấm mốc trong môi trường lỏng Dùng micropipette và đầu tip đã tiệt trùng hút 1 mL dịch chứa nấm mốc từ erlen vào eppendorf cùng cùng với màng được cắt với kích thước 0.5x0.5 cm sau đó lắc bằng máy lắc Vortex cho đến khi màng hòa tan hoàn toàn Dùng micropipette và đầu tip đã tiệt trùng hút 0.3 mL dung dịch từ eppendorf chuyển lên bề mặt môi trường PDA đã đông trong đĩa petri Dùng que trải tam giác nhúng vào cồn 90 o và hơ qua lửa để khử trùng Để đầu thanh gạt nguội trên mặt trong của nắp đĩa petri, sau đó xoay đầu thanh gạt trải đều dịch nấm mốc lên bề mặt thạch và rút thanh gạt khỏi đĩa Đậy đĩa, gói và ủ ở nhiệt nhiệt độ phòng Tiến hành quan sát và chụp hình kết quả trong 7 ngày
3.3.5 Phương pháp phân tích đặc tính kháng khuẩn của màng
Đánh giá khả năng kháng khuẩn của màng được thực hiện theo phương pháp của Okunowo và cộng sự đã được điều chỉnh Thí nghiệm diễn ra vô trùng, dung dịch và dụng cụ được tiệt trùng trước Môi trường NB được sử dụng để nuôi E coli và sau khi tiệt trùng sẽ được đổ vào đĩa petri vô trùng Chủng Escherichia coli bảo quản ở 4°C được cấy vào môi trường Nutrient Broth (NB) lỏng, ủ ở nhiệt độ 37,5°C trong 24 giờ Vi khuẩn được pha loãng trong nước cất đã tiệt trùng Màng cắt kích thước (0,5x0,5 cm) được nhúng vào huyền phù vi khuẩn pha loãng, sử dụng máy lắc Vortex để hòa tan màng và khuếch tán tinh dầu vào huyền phù Micropipette hút 0,1 mL huyền phù vi khuẩn này để tiến hành đánh giá.
Dùng que cấy tam giác đã vô trùng, trải đều vi khuẩn lên 33 đĩa thạch chứa màng chuyển huyền phù Khi bề mặt thạch khô, đậy nắp đĩa và ủ ở 37°C trong 24 giờ Sau khi ủ, số khuẩn lạc trên đĩa Petri là cơ sở để đánh giá khả năng kháng khuẩn của màng.
Phương pháp xử lý thống kê
Tất cả các mẫu được đo lặp lại ít nhất 3 lần và số liệu được xử lý bằng phương pháp phân tích phương sai một chiều (ANOVA) Các phân tích thống kê được thực hiện bằng phần mềm SPSS với kiểm định đa khoảng Duncan (Duncan's Multiple Range Test) (p ≤ 0,05) để phân tích sự khác biệt có ý nghĩa giữa các giá trị
Các chữ cái a, b, A, B,… trên các cột trong đồ thị thể hiện sự khác nhau có nghĩa giữa các giá trị bằng kiểm nghiệm Duncan (p < 0.05)
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Độ ẩm
Hình 4 1 Độ ẩm (%) của màng mủ trôm - pectin với các tỷ lệ mủ trôm khác nhau
Từ hình 4.1 nhận thấy khi bổ sung lượng nhỏ mủ trôm vào độ ẩm của màng giảm nhẹ từ 22% xuống khoảng 18% có thể do sự tương tác giữa pectin và mủ trôm bằng các liên kết hydro làm giảm khả năng tương tác với nước của màng Kết quả này tương đồng với nghiên cứu của Guo và cộng sự ̣(2014), xanthan gum tương tác với gelatin thông qua liên kết hydro nên ngăn chặn các vị trí hydroxyl có khả năng liên kết với nước làm giảm độ ẩm của màng gelatin Đối với các màng hỗn hợp, độ ẩm màng tăng dần từ 25KG, 50KG đến 75KG tương ứng với sự tăng hàm lượng mủ trôm trong hỗn hợp, tuy nhiên mẫu 25KG và 50KG không có sự khác biệt đáng kể (p > 0.05) Khi tăng hàm lượng mủ trôm trong hỗn hợp thì độ ẩm của màng tăng lên cho thấy khả năng giữ nước của mủ trôm Mủ trôm sử dụng để tạo màng đã được thủy phân kiềm để loại bỏ nhóm acetyl, thay thế bằng nhóm OH từ đó làm tăng số lượng nhóm OH trong mạch mủ trôm (Le Cerf và cộng sự, 1990) Các nhóm OH có tính ái nước cao, dễ dàng liên kết với nước nên độ ẩm của các mẫu màng có xu hướng tăng dần
35 Hình 4 2 Độ ẩm (%) của màng mủ trôm - pectin với các tỷ lệ glycerol khác nhau
Độ ẩm màng tăng dần theo nồng độ glycerol Màng chứa 10%, 15%, 20% glycerol không khác biệt về độ ẩm, còn 25% và 30% glycerol khác biệt so với các mẫu còn lại Glycerol tăng khả năng hấp thụ nước của màng nhờ tính ưa nước, khiến các phân tử tự do linh động hơn và tăng điện tích tự do trong màng Nhờ đó, màng liên kết với nước nhiều hơn, liên kết không chỉ với nền màng mà còn với cả glycerol.
36 Hình 4 3 Độ ẩm (%) của màng mủ trôm - pectin với các tỷ lệ tinh dầu khác nhau
Từ đồ thị 4.3 ta có thể thấy độ ẩm của màng mủ trôm – pectin giảm khi tăng nồng độ tinh dầu (EO) Nồng độ tinh dầu bổ sung vào màng với tỉ lệ lần lượt là 0%, 2%, 4%, 6%, 8% Kết quả cho thấy độ ẩm của màng có sự khác nhau có ý nghĩa thống kê (p < 0.05) khi tăng nồng độ tinh dầu Các nghiên cứu trước đây về độ ẩm của màng đã chỉ ra rằng, việc bổ sung
OE vào chuỗi polyme dẫn đến sự gia tăng tính kị nước trong màng Kết quả của xu hướng này cũng đã được báo cáo trong trường hợp màng hỗn hợp inulin/chitosan kết hợp với dầu oregano và húng tây (Cao và cộng sự, 2018) và màng tinh bột ngô và lúa mì bổ sung tinh dầu chanh (Song và cộng sự, 2018) Sự tương tác của các thành phần OE và nhóm hydroxyl của chuỗi polysaccharide có trong màng có thể làm giảm khả năng tương tác với các phân tử nước, do đó xảy ra hiện tượng giảm độ ẩm màng bổ sung tinh dầu (Hopkins và cộng sự, 2015) Khi tăng nồng độ tinh dầu, việc phân bố các phân tử dầu trên bề mặt màng càng dày đặc sẽ dẫn đến tăng diện tích bề mặt kị nước.
Độ tan
Độ hòa tan là đặc tính quan trọng của màng, liên quan đến nhóm hydroxyl tự do và khả năng tương tác với nước Màng 0KG có độ tan cao nhất do pectin là polysaccharide mạch thẳng dễ tan trong nước Độ tan của màng giảm dần khi giảm tỷ lệ pectin, nhưng không có sự khác biệt đáng kể giữa mẫu 75KG và 100KG Mặc dù mủ trôm đã được xử lý để cải thiện độ hòa tan, nhưng cấu trúc phân nhánh hạn chế khả năng tan của nó so với polysaccharide mạch thẳng.
Sự tương tác giữa các nhóm hydroxyl liền kề hoặc sự tương tác giữa các nhóm hydroxyl và carboxyl giữa hai mạch polymer của mủ trôm và pectin cũng làm giảm độ tan của màng (Kai Miao và cộng sự, 2016) Độ tan của màng 75KG thấp nhất (20.74%) có thể chứng minh với tỷ lệ phối trộn 75:25 (mủ trôm : pectin) đã giảm được độ tan đáng kể Vì đa phần các loại thực phẩm có độ ẩm cao nên các loại màng có độ hòa tan cao khó có thể được sử dụng, vì vậy trong nghiên cứu này việc bổ sung mủ trôm đã giúp khắc phục được đáng kể nhược điểm về khả năng hòa tan cao của màng pectin
38 Hình 4 5 Độ tan (%) của màng mủ trôm - pectin với các tỷ lệ glycerol khác nhau
Từ đồ thị hình 4.5 ta có thể thấy được độ tan của màng tăng khi gia tăng hàm lượng glycerol bổ sung Độ tan của màng sẽ tăng từ màng có glycerol 10% đến 30% Mẫu có hàm lượng glycerol 10%, 15%, 20% không có sự khác biệt về độ tan có ý nghĩa về mặt thống kê (p > 0.05) Màng có nồng độ glycerol 25% và 30% có sự khác biệt có ý nghĩa so với các mẫu trước Đây là hai loại nguyên liệu dễ tan trong nước cùng với glycerol là một chất hóa dẻo ưa nước được thêm vào màng, việc gia tăng nồng độ đã làm cho màng có độ tan càng cao Điều này đã quan sát được dựa vào kết quả của đồ thị độ tan hình 4.5 Sự gia tăng hàm lượng glycerol sẽ làm tăng tương tác của màng với nước từ đó sẽ tăng độ tan của màng
39 Hình 4 6 Độ tan (%) của màng mủ trôm - pectin với các tỷ lệ tinh dầu khác nhau
Từ đồ thị hình 4.6 ta có thể thấy xu hướng độ tan giảm khi tăng nồng độ tinh dầu Sự thay đổi độ tan của mỗi tỷ lệ tinh dầu đều có ý nghĩa về mặt thống kê (p < 0.05) Việc bổ tinh dầu vào cấu trúc màng sẽ giúp hạn chế quá trình hydrat hóa của nước và mạch polysacharide vì bản chất của dầu là kị nước Độ tan của màng có liên quan đến liên kết ngang và kết tinh giữa các chuỗi polymer, cấu trúc mạng polymer và độ phân cực của các phân tử (Sadeghi-Varkani và cộng sự, 2018) Sự giảm tính chất ưa nước của màng là do các nhóm hydroxyl mạch đã liên kết với thành phần của tinh dầu, từ đó làm giảm liên kết hydro của màng và nước.
Độ dày
Độ dày màng ảnh hưởng đến đặc tính cơ học và chức năng rào cản của màng, đồng thời có thể thay đổi cấu trúc màng trong quá trình sấy khô.
40 Hình 4 7 Độ dày của màng mủ trôm - pectin với các tỷ lệ mủ trôm khác nhau Sau khi các tỷ lệ phối trộn polymer được khảo sát cho thấy độ dày của màng có sự khác biệt nhỏ giữa các công thức tạo màng, dao động trong khoảng 0.2 đến 0.3 mm, trong đó màng 0KG có độ dày lớn nhất (0.3 mm) và độ dày màng giảm dần khi giảm hàm lượng pectin của hỗn hợp Sự khác biệt về tính chất vật liệu cũng như kích thước lỗ rỗng được tạo thành là một trong những yếu tố tạo nên sự khác biệt về độ dày của màng Khi tăng hàm lượng mủ trôm trong hỗn hợp tạo thành mạng lưới polymer có cấu trúc chặt chẽ hơn có thể dẫn đến sự giảm về độ dày do sự sắp xếp chặt chẽ của chuỗi polymer trong quá trình sấy khô màng (Tung T Diep và cộng sự, 2020)
41 Hình 4 8 Độ dày của màng mủ trôm - pectin với các tỷ lệ glycerol khác nhau
Quan sát đồ thị 4.8 ta có thể dễ dàng nhận ra độ dày màng tăng khi ta tăng nồng độ glycerol bổ sung vào màng Độ dày của màng có nồng độ glycerol 10%, 15%, 20% không có sự khác biệt có ý nghĩa (p > 0.05) Ở hai mẫu màng có nồng độ chất hóa dẻo là 25% và 30% có sự chênh lệch có ý nghĩa so với các mẫu còn lại Khi tăng nồng độ glycerol bổ sung sẽ dẫn đến màng có độ dày hơn Đồng thời việc tăng ẩm khi tăng nồng độ glycerol sẽ giúp cho màng gia tăng nước liên kết, từ đó gia tăng độ dày của màng
Hình 4 9 Độ dày của màng mủ trôm - pectin với các tỷ lệ tinh dầu khác nhau
42 Quan sát đồ thị hình 4.9 ta thấy được độ dày của màng mủ trôm – pectin không thay đổi khi tăng nồng độ tinh dầu Từ kết quả này có thể nhận định nồng độ tinh dầu bổ sung không làm thay đổi độ dày của màng mủ trôm – pectin Kết quả này không đồng nhất với những nghiên cứu công bố trước đó Độ dày sẽ tăng lên khi được bổ sung với các phần tử kỵ nước (Ghasemlou, Khodaiyan, Oromiehie và Yarmand, 2011) Các phân tử tinh dầu sẽ cản trở sự sắp xếp và liên kết của các phần tử tạo màng Kết cấu màng sẽ yếu hơn và màng có thể giãn nở hơn do có dầu Điều này sẽ giúp màng độ dày hơn (Xiao và cộng sự, 2016) Vì vậy việc không thay đổi độ dày của nghiên cứu có thể do quá trình sấy màng đã làm thất thoát tinh dầu hay lượng tinh dầu bổ sung thấp.
Cơ tính
Hình 4 10 Độ bền kéo của màng mủ trôm - pectin với các tỷ lệ mủ trôm khác nhau Độ bền kéo đối với màng là độ bền cơ học, có thể được xem là sự liên kết tạo thành ma trận giữa các chuỗi polymer (Fernanda Lini và cộng sự, 2013), là ứng suất kéo tối đa mà màng có thể chịu được (Srinivasa PC và cộng sự, 2007) Độ bền kéo của màng 0KG (2.4 ± 0.7 MPa) là lớn nhất và hai mẫu màng 0KG và 100KG không có sự khác biệt (p > 0.05) Với màng hỗn hợp, tỷ lệ phối trộn polymer 50:50 (mủ trôm : pectin) cho độ bền kéo cao hơn mẫu 25KG và 75KG Độ bền này được tạo ra nhờ vào tỷ lệ tương thích của hỗn hợp polymer hình thành một mạng lưới polymer vững chắc bao gồm các liên kết hydro giữa các nhóm hydroxyl và các nhóm carboxyl cũng như các tương tác tĩnh điện giữa mủ trôm và pectin Các polymer được kết hợp ở mức độ không phù hợp có thể cản trở sự tương tác của các phân tử trong nền
43 màng, dẫn đến mạng lưới không đồng nhất làm giảm độ bền của màng hỗn hợp thu được (Thummanoon Prodpran và cộng sự, 2013)
Tuy nhiên theo Thi Luyen Cao và cộng sự (2019) cho rằng việc tăng tỷ lệ mủ trôm trong màng hỗn hợp làm tăng độ bền kéo của màng, có thể do liên kết hydro hoặc các tương tác tĩnh điện được tạo thành thông qua sự tương tác giữa các phân tử polysaccharide Mủ trôm còn chứa một lượng lớn các ion hóa trị hai, đặc biệt là Ca 2+ (11.615 mg/g mủ trôm), Mn 2+ (0.138 mg/g mủ trôm) và Mg 2+ (0.131 mg/g mủ trôm) (Janaki & Sashidhar, 1998) Các ion hóa trị hai này có thể hoạt động như các tác nhân liên kết ngang, tạo ra tương tác tĩnh điện giữa các nhóm hydroxyl và nhóm cacboxyl và hydroxyl bị ion hóa, dẫn đến sự gia tăng độ bền kéo của màng (Postulkova và cộng sự, 2017; Zhang, và cộng sự, 2018)
Hình 4 11 Độ bền kéo của màng mủ trôm - pectin với các tỷ lệ glycerol khác nhau
Từ độ thị hình 4.11 ta nhận thấy rằng độ bền kéo của màng mủ trôm – pectin giảm khi gia tăng nồng độ glycerol Sự khác biệt có ý nghĩa (p < 0,05) giữa 3 tỉ lệ glycerol 10%, 15% và 30% đã cho thấy được điều đó Xu hướng này đã được công bố trong các nghiên cứu trước đây khi sử dụng glycerol để biến đổi màng polymer sinh học (Bourtoom, 2008; Jouki và cộng sự, 2013) Ví dụ như glycerol tăng thể tích tự do giữa tinh bột gạo và chitosan (Sobral và cộng sự, 2001), độ bền kéo giảm được nghiên cứu trên màng tinh bột (Lourdin và cộng sự, 1997; Gaudin và cộng sự, 1999; Chang và cộng sự, 2000) Vì vậy ta có thể nhận định, glycerol sẽ góp phần nâng cao tính linh hoạt của màng Khi tăng nồng độ glycerol bổ
Việc bổ sung glycerol với nồng độ 30% vào màng mủ trôm - pectin đã có ảnh hưởng đáng kể đến độ bền kéo của màng Glycerol đóng vai trò như một chất hóa dẻo giúp tăng cường tính linh động của chuỗi polymer trong màng bằng cách cung cấp độ ẩm Nhờ đó, các liên kết giữa các polymer được cản trở hình thành, tạo điều kiện cho các polymer trượt qua nhau, làm tăng tính linh hoạt của màng.
Hình 4 12 Độ bền kéo của màng mủ trôm – pectin với các tỷ lệ tinh dầu khác nhau
Từ đồ thị hình 4.12 ta có thể nhận định độ bền kéo giảm khi tăng nồng độ tinh dầu Độ giảm độ bền kéo ở nồng độ 2%, 4% không có sự khác biệt về mặt thống kê (p > 0.05) và giữa nồng độ 6% và 8% Xu hướng giảm độ bền kéo khi tăng tinh dầu trùng khớp với nghiên cứu bổ sung tinh dầu vào màng chitosan (Pranoto và cộng sự, 2005; Zivanovic và cộng sự, 2005), màng CMC (Esther Rincón và cộng sự 2019) Cấu trúc màng đã bị ảnh hưởng do có sự xuất hiện của các phân tử EO và bởi sự kết hợp của hệ nhũ tương từ đó làm độ bền kéo của màng giảm Sự tương tác giữa các phân tử lipid không phân cực được cho là thấp hơn nhiều so với tương tác giữa các phân tử polyme phân cực (Spotti và cộng sự, 2016) Việc bổ sung hàm lượng tinh dầu quá nhiều vào màng sẽ pha vỡ cấu trúc liên kết của các polyme sinh học sau đó sẽ hình thành cấu trúc màng không đồng nhất từ đó sẽ làm giảm độ bền kéo của màng Bên cạnh đó các giọt EO phân bố đều trong màng cho phép nó hoạt động như một chất làm dẻo tạo điều kiện cho chuỗi polysaccharide trượt do đó cũng sẽ làm giảm độ
45 bền kéo của màng Dầu có khả năng chịu lực kém về mặt cơ học và dễ bị đứt khi bị kéo căng từ đó tăng tính linh hoạt nhưng giảm độ bền kéo của màng (Jiménez và cộng sự, 2010).
Khả năng truyền ẩm
Hình 4 13 Độ truyền ẩm của màng mủ trôm - pectin với các tỷ lệ mủ trôm khác nhau Một trong những yếu tố để đánh giá chất lượng của màng bao hoạt tính là khả năng truyền ẩm Tùy thuộc vào loại thực phẩm cần bảo vệ mà lớp màng này phải có khả năng ức chế hoặc giảm khả năng truyền hơi ẩm từ môi trường qua màng Màng pectin có khả năng ngăn cản tốt O2 và CO2 tuy nhiên đặc tính cơ học kém và ngăn cản sự bay hơi nước kém (Hoàng Quang Bình và cộng sự, 2022) Vì vậy màng hỗn hợp được phát triển để cải thiện các đặc tính này nhờ vào các đặc tính của mủ trôm thủy phân
Từ kết quả khảo sát cho thấy khả năng truyền ẩm của các mẫu màng có sự khác biệt có ý nghĩa (p < 0.05) Ngoại trừ mẫu 25KG và 50KG không có sự khác biệt, điều này tương đồng với độ ẩm, độ dày và độ bền kéo của hai mẫu màng Khả năng truyền ẩm của màng tỷ lệ nghịch với sự gia tăng hàm lượng mủ trôm trong màng hỗn hợp Nguyên nhân có thể đến từ việc tăng hàm lượng polymer trong hỗn hợp làm cho cấu trúc của mạng lưới dày đặc hơn dẫn đến làm giảm khả năng truyền hơi nước qua màng (Tung T Diep và cộng sự, 2020) Pectin là một polysaccharide mạch thẳng ưa nước, hàm lượng pectin càng cao thì khả năng truyền ẩm qua màng càng lớn bên cạnh đó mủ trôm lại là polymer mạch nhánh vì vậy khi phối trộn pectin cùng mủ trôm với một tỷ lệ thích hợp tạo ra những thay đổi nhất định về
46 cấu trúc polymer giúp cải thiện khả năng truyền ẩm qua màng Sự hình thành liên kết hydro liên phân tử làm giảm số lượng nhóm hydroxyl tự do dẫn đến ít phản ứng với các phân tử nước hơn do đó làm giảm khả năng truyền ẩm (Mohit Nagar và cộng sự, 2020) Điều này khẳng định việc bổ sung mủ trôm đã cải thiện khả năng truyền ẩm cho màng hỗn hợp Màng hỗn hợp với tỷ lệ phối trộn 75:25 (pectin : mủ trôm) có khả năng truyền ẩm thấp nhất (2.74 ± 0.06 g.Pa -1 m -1 h -1 10 -6 ) cùng với các đặc tính về độ ẩm (20.94 ± 0.14%), độ tan thấp (20.74 ± 0.26%) và độ bền kéo (0.9042 ± 0.078 MPa) vì vậy tỷ lệ phối trộn polymer này tạo một loại màng bao hoạt tính đáng mong đợi
Hình 4 14 Độ truyền ẩm của màng mủ trôm - pectin với các tỷ lệ glycerol khác nhau
Từ đồ thị hình 4.14 ta có thể thấy nồng độ glycerol tăng thì khả năng truyền ẩm của màng cũng sẽ tăng theo Các màng không có glycerol rất giòn và không thể phân tích được đặc tính này vì chúng bị vỡ trong quá trình thí nghiệm Mạng lưới của màng mủ trôm - pectin ít chặt chẽ hơn và nhờ vào khả năng ưa nước của glycerol đã tạo điều kiện cho việc hấp thụ nước và khuếch tán ẩm thuận lợi Sự kết hợp của chuỗi polysaccharide với các phân tử nước sẽ tạo ra rào cản độ ẩm kém do khả năng ưa nước của nó Ở mức nồng độ glycerol thấp, các nhóm hydroxyl của pectin và mủ trôm hình thành liên kết hydro với các nhóm hydroxyl của polyol, dó đó màng sẽ không còn nhiều vị trí để hấp thụ nước Điều này rất có thể làm giảm tốc độ khuếch tán của nước qua màng (Talja và cộng sự, 2007) Ở nồng độ glycerol cao hơn, liên kết hydro giữa màng và polyol bị cản trở do sự hấp thụ nước của màng-nước và của
47 polyol-nước tăng lên từ đó sự khuếch tán nước qua màng sẽ tăng (Mali và cộng sự, 2004) Thông qua đồ thị 4.11 ta có thể thấy rằng các màng có hàm lượng glycerol trên 20% thể hiển giá trị WVP cao hơn so với màng có hàm lượng glycerol 10%, 15% Không có sự khác biệt về mặt thống kê (p > 0.05) ở màng glycerol 10% và 15%
Hình 4 15 Độ truyền ẩm của màng mủ trôm - pectin với các tỷ lệ tinh dầu khác nhau Quan sát đồ thị 4.15 thấy được độ truyền ẩm của màng mủ trôm – pectin giảm khi tăng hàm lượng tinh dầu trong hỗn hợp Sự khác biệt này đều có ý nghĩa về mặt thống kê (p < 0.05) Việc bổ sung tinh dầu trong công thức màng làm tăng tỷ lệ kỵ nước, giảm tính thấm hơi nước từ đó tăng cường chức năng rào cản Sự truyền hơi nước thường xảy ra qua các phần ưa nước của màng và do đó tỷ lệ ưa nước và kỵ nước của thành phần màng là rất quan trọng Bên cạnh đó, những thay đổi trong cấu trúc phân tử có thể làm thay đổi đáng kể các tính chất vật lí của vật liệu polyme Các liên kết giữa polyme và tinh dầu ảnh hưởng lớn đến động lực học và trạng thái tĩnh của polyme tổng hợp sinh học (Raskoya và cộng sự, 2018) Việc thay đổi này đáng được mong đợi vì sự gia tăng tỷ lệ chất kị nước sẽ giúp màng cải thiện khả năng ngăn nước, tăng chất lượng màng trong bảo quản thực phẩm Pha dầu làm tăng hệ số quanh co để nước chuyển nước trong nền, do đó làm tăng khoảng cách của các phân tử nước đi qua màng Hệ số quanh co cao hơn khi tỉ lệ pha dầu tăng hoặc kích thước hạt dầu giảm (Pérez-Gago và Krochta, 2001)
Độ truyền quang
Một trong những nguyên nhân gây thoái hóa phổ biến trong hệ thống thực phẩm là tia
UV vì nó thúc đẩy quá trình oxy hóa lipid (Gou và cộng sự, 2014) Vì vậy, cần phải chú ý đến khả năng ngăn cản tia UV bởi màng là một thuộc tính được mong đợi Khả năng truyền quang qua màng trong phạm vi tia UV (200 – 380 nm) và ánh sáng khả kiến (380 – 700 nm) được thể hiện qua hình 4.16
Hình 4 16 Độ truyền quang của màng mủ trôm - pectin với các tỷ lệ mủ trôm khác nhau Ở vùng ánh sáng khả kiến, các mẫu màng đơn 0KG và 100KG có khả năng truyền quang cao (60 – 80%) và khả năng truyền quang giảm dần ở các màng hỗn hợp 75KG, 25KG và 50KG Khả năng truyền quang của màng cũng ảnh hưởng bởi độ tinh khiết của vật liệu, các mẫu màng đơn có khả năng truyền quang tốt hơn vì khi tan trong nước cả mủ trôm và pectin tạo thành một dung dịch trong suốt cho thấy nó không hấp thụ nhiều ánh sáng mà chủ yếu là truyền qua, bên cạnh đó các phân tử này không chứa các nhóm chromophore (nhóm chức năng có khả năng hấp thụ ánh sáng) hoặc các liên kết đôi liên hợp cần thiết để hấp thụ ánh sáng mạnh trong vùng nhìn thấy được của quang phổ Khả năng truyền quang qua các mẫu màng hỗn hợp giảm vì sự tương tác giữa các polymer hình thành các liên kết hydro liên phân tử và nội phân tử làm giảm độ trong suốt của màng và không thể truyền quang tốt Màng
49 hỗn hợp với tỷ lệ phối trộn 50 : 50 (mủ trôm : pectin) cho phép ánh sáng đi qua thấp nhất (30 – 50%) cho thấy tỷ lệ phối trộn này ảnh hưởng đến khả năng truyền quang và yếu tố cảm quan của màng Ở vùng tia UV, khả năng truyền quang qua các mẫu màng giảm do các mẫu màng hấp thụ ánh sáng nhiều hơn vùng khả kiến Tuy nhiên khả năng truyền quang của các mẫu màng đơn ở vùng tia UV còn khá cao lên đến khoảng 60% đối với màng 100KG và 40% đối với màng 0KG cho thấy khả năng hấp thụ ánh sáng của mủ trôm và pectin tương đối thấp Khi màng hỗn hợp được tạo nên từ sự phối trộn hai loại polymer thì cải thiện đáng kể khả năng cản ánh sáng trong vùng tia UV cũng do sự tương tác giữa hai polymer thành phần, như đã được giải thích ở vùng ánh sáng khả kiến
Theo các nghiên cứu trước đây, glycerol có thể giúp màng cải thiện độ trong (Mohanty và cộng sự, 2000), do đó việc glycerol được bổ sung vào màng mủ trôm – pectin làm tăng độ trong suốt của màng Theo đồ thị 4.17, với tỉ lệ mủ trôm và pectin là 75:25 màng tạo ra đã có độ trong suốt nhất định nên việc bổ sung thêm glycerol đã không ảnh hưởng quá nhiều đến khả năng truyền quang của màng Khả năng truyền quang của màng ở vùng ánh sáng
Hình 4 17 Độ truyền quang của màng mủ trôm - pectin với các tỷ lệ glycerol khác nhau
Khả năng truyền quang của màng có thể đạt tới 50% với độ dày màng thích hợp (70 – 80%) Tuy nhiên, độ dày màng phụ thuộc vào việc bổ sung glycerol, ảnh hưởng đến kết quả truyền quang Biểu đồ hình 4.17 cho thấy độ truyền quang không ổn định, có thể do độ dày màng không đồng đều và sai sót trong quá trình đổ đĩa và sấy màng.
Hình 4 18 Độ truyền quang của màng mủ trôm - pectin với các tỷ lệ tinh dầu khác nhau Quan sát đồ thị hình 4.18 ta có thể nhận xét rằng việc bổ sung tinh dầu vào màng mủ trôm – pectin đã có tác dụng chống lại tia UV so với màng không có tinh dầu Kết quả này có thể là do các hợp chất phenolic có trong tinh dầu đã hấp thụ ánh sáng ở bước sóng thấp Bên cạnh việc bổ sung tinh dầu làm tăng độ đục của màng từ đó sẽ làm giảm khả năng truyền quan Những kết quả này trùng hợp với nghiên cứu của Sánchez-González và cộng sự (2009) Hiện tượng này có thể liên quan đến sự tán xạ ánh sáng gây ra bới các giọt lipid phân tán trên bề mặt màng Hiện tượng tán xạ ánh sáng chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượng và kích thức hạt của pha phân tán, càng nhiều giọt thì cường độ tán xạ ánh sáng càng lớn và độ truyền quang càng thấp
Phổ hồng ngoại (FTIR)
Hình 4 19 Phổ hồng ngoại của màng mủ trôm – p ectin với các tỷ lệ mủ trôm khác nhau
Bảng 4 1 Phân tích phổ hồng ngoại của các mẫu màng mủ trôm - pectin với các tỷ lệ mủ trôm khác nhau
Liên kết 0KG 25KG 50KG 75KG 100KG
Quang phổ hồng ngoại Fourier (FTIR) được sử dụng để xác định các liên kết hóa học trong các màng ăn được làm bằng polymer sinh học, nhận dạng thông qua năng lượng do sự rung động, uốn cong hoặc kéo dài của các liên kết (Zibaei R và cộng sự, 2021) Từ kết quả hình 4.19 cho thấy không có đỉnh hấp thụ mới, điều đó chỉ ra rằng không có phân tử mới nào được hình thành trên màng hỗn hợp Một số đỉnh hấp thụ có sự xê dịch bước sóng nhưng
Màng hydrogel chế tạo từ mủ trôm và pectin chủ yếu dựa vào liên kết vật lý (liên kết hydro), được quan sát qua phổ hồng ngoại FTIR Dải hấp thụ tại 3270 cm-1, 2923 cm-1 và 1021 cm-1 tương ứng với liên kết OH, CH và CO của các nhóm ether (C-O-C) trong cấu trúc mủ trôm và pectin Khi bổ sung 20% (w/w) glycerol, dao động kéo dãn OH do liên kết hydro mới giữa polymer-polymer và polymer-glycerol làm tăng cường tính liên kết.
Theo nghiên cứu của Gabriel A.Lujan-Medina và cộng sự (2013) dao động ở 1731 cm -1 cho thấy sự hiện diện của nhóm acetyl, dao động này đã biến mất ở mủ trôm thủy phân chứng tỏ rằng các nhóm acetyl đã bị khử do quá trình thủy phân kiềm được thể hiện rõ ở mẫu 100KG và 75KG với hàm lượng mủ trôm thủy phân trong hỗn hợp cao Đỉnh dao động ở vựng 1600 – 1700 cm⁻ạ trong mủ trụm và đỉnh ở vựng 1740 – 1760 cm⁻ạ trong pectin đều cho thấy sự hiện diện của các nhóm carbonyl với sự khác biệt đặc trưng do cấu trúc hóa học của mỗi polysaccharide Sự hiện diện của các bước sóng 1735 cm -1 , 1736 cm -1 và 1744 cm -
1 ở các mẫu 0KG, 25KG và 50KG là do sự có mặt của nhóm carboxyl methyl (-COOCH3-) của mạch pectin, hàm lượng pectin trong hỗn hợp càng cao thì cường độ hấp thụ tại các đỉnh này càng lớn Bên cạnh đó, dao động ở 1600 cm -1 , 1602 cm -1 , 1604 cm -1 và 1605 cm -1 xuất hiện do quá trình carboxyl hóa dư lượng acid uronic trong thành phần mủ trôm (Gabriel A.Lujan-Medina và cộng sự, 2013), cường độ của các đỉnh này giảm tỷ lệ thuận với sự giảm hàm lượng mủ trôm trong hỗn hợp Kết quả của phổ hồng ngoại FTIR của các mẫu màng mẫu trôm – pectin tương quan với kết quả của Postulkova và cộng sự (2017) cũng đã báo cáo rằng các đỉnh ở 1725 và 1605 cm −1 lần lượt thể hiện sự dao động của liên kết este và nhóm muối carboxylate trong chuỗi gum karaya Ở các bước sóng 1385 cm -1 , 1386 cm -1 và
1388 cm -1 tương ứng cho các đỉnh dao động uốn -CH2 đặc trưng cho pectin (Rakesh K Mishra và cộng sự, 2008)
53 Hình 4 20 Phổ hồng ngoại của màng mủ trôm - pectin với các tỷ lệ glycerol khác nhau Quan sát đồ thị hình 4.20 ta có thể nhận thấy không có sự hình thành các nhóm chức mới khi tăng hàm lượng bổ sung glycerol vào màng pectin – mủ trôm Như đã nói ở trên các đỉnh phản ứng của FTIR của màng tỉ lệ pectin và mủ trôm đều đặc chưng của từng loại gum và đã được lí giải Dựa vào kết quả hình 4.17, ta thấy sự xuất hiện của đỉnh 1733 cm -1 của màng có glycerol 10% và đỉnh 1736 cm -1 của màng glycerol 15% Đỉnh của hai bước sóng này tương ứng với nhóm chức carbonyl (C=O) của nhóm ester Theo báo cáo của Postulkova và đồng nghiệp, các đỉnh này có thể tương ứng với dao động kéo giãn và dao động uốn của liên kết este hoặc biến dạng vòng của vòng pyranose theo báo cáo của Li và đồng nghiệp Các màng có nồng độ glycerol lớn hơn 20% đã giảm độ bền kéo nên các đỉnh này cũng không hiện diện trên quang phổ tương ứng
Quan sát Phổ hồng ngoại (FTIR) ở Hình 4.21, có thể thấy không có liên kết mới được hình thành khi bổ sung tinh dầu vào màng mủ trôm - pectin Độ dãn dài của nhóm COO, thể hiện bằng dải hấp thụ tại bước sóng 3280 cm-1, trùng lặp với độ dãn dài của nhóm OH tại 3480 - 3440 cm-1 Điều này cho thấy sự tương tác vật lý giữa tinh dầu và màng polysaccharide.
1 Ở bước sóng 2934 cm -1 và 1601 cm -1 lần lượt là sự hiện diện của nhóm C-H và nhóm CH-O-CH2 Dải hấp thụ của vòng pyranose của mủ trôm ở bước sóng 1027 cm -1 đặc trưng cho nhóm C-O của nhóm ete (C-O-C) trong cấu trúc polysaccharie tự nhiên Màng có nồng độ tinh dầu 0% thể hiện phổ rất giống với phổ của các màng tinh dầu khác Điều này đã cho thấy không phụ thuộc vào sự hiện diện và nồng độ của tinh dầu bổ sung vào màng Các đỉnh đặc trưng của màng 0% không có sự khác biệt nào giữa các màng Vì các đỉnh và biên độ dãn dài của tinh dầu đã được che phủ bởi mạch pectin và mủ trôm Điều này cho thấy tinh dầu đã được đưa vào màng một cách hiệu quả
Khả năng kháng nấm mốc của màng hoạt tính
Màng Ngày 1 Ngày 3 Ngày 5 Ngày 7
Hình 4 22 Khả năng kháng nấm mốc của các mẫu màng qua 7 ngày
Ghi chú: BEO: tinh dầu Bergamot, ĐC: Mẫu đối chứng không chứa tinh dầu, OIL2 – 8: Mẫu màng với tỷ lệ tinh dầu lần lượt là 2, 4, 6 và 8% Ở nồng độ tinh dầu trung bình 2%, 4% và 6% hoạt lực kháng diễn ra tương đối mạnh mẽ và khả năng ngăn chặn sự phát triển của nấm mốc được thể hiện rõ ở số lượng trên mỗi đĩa và sự chuyển màu của khuẩn lạc So với màng đối chứng, các mẫu màng được bổ sung tinh dầu số lượng khuẩn lạc trên mỗi đĩa giảm dần Khi nấm bắt đầu phát triển tạo thành các mảng đồng tâm chuyển dần sang màu trắng xám và sau đó chuyển sang màu nâu (Alvarez và Nishijima, 1987; Sivakumar và cộng sự, 2002; Masyahit và cộng sự, 2009) Từ kết quả quan sát được quá trình chuyển sang màu nâu của khuẩn lạc chậm dần, ở mẫu tinh dầu 6% khuẩn lạc mới bắt đầu chuyển sang màu nâu trong khi ở 2% và 4% đã chuyển màu rõ ràng Với nồng độ tinh dầu 8% nấm mốc hoàn toàn không phát triển sau 7 ngày nuôi cấy, chứng minh rằng ở nồng độ tinh dầu cao có thể ngăn chặn hoàn toàn sự phát triển của nấm mốc, thể hiện khả năng kháng nấm mốc tối ưu nhất Khả năng kháng của màng hoạt tính được đánh giá bởi số lượng khuẩn lạc và khả năng phát triển sau 7 ngày quan sát Kết quả quan sát được cho thấy khả năng kháng nấm mốc có sự khác biệt giữa màng đối chứng và các mẫu màng tinh dầu Tinh dầu cam hương được sử dụng có khả năng kháng hoàn toàn nấm mốc (mẫu BEO), khi nồng độ tinh dầu trên các mẫu màng tăng lên làm tăng khả năng kháng và làm chậm quá trình phát triển của nấm Nấm mốc bắt đầu phát triển sau 36 giờ nuôi cấy và quan sát rõ ràng ở ngày thứ 3, qua các ngày tiếp theo nấm phát triển và tăng kích thước nhanh chóng nhưng không có sự tăng lên về số lượng trên mỗi đĩa
Tinh dầu cam hương (bergamot) có khả năng kháng nấm mốc hiệu quả dựa trên thành phần của tinh dầu có chứa các hợp chất hoạt tính sinh học như limonene, linalyl acetate, linalool, γ-terpinene và β-pinene Cơ chế kháng nấm mốc của tinh dầu cam hương nhờ vào khả năng phá hủy cũng như ức chế sự tổng hợp màng tế bào, gây ức chế quá trình hô hấp và ngăn chặn sự nảy mầm của bào tử nấm mốc Các hợp chất như limonene và linalool có khả năng tương tác với màng tế bào của nấm, làm thay đổi tính thấm và cấu trúc của màng Điều này dẫn đến sự rò rỉ các ion và chất dinh dưỡng, làm giảm khả năng sống sót của nấm Các thành phần trong tinh dầu bergamot có thể ức chế hoạt động của các enzyme quan trọng trong quá trình tổng hợp màng tế bào của nấm, làm gián đoạn quá trình phát triển và sinh trưởng của nấm Các hợp chất trong tinh dầu có thể ngăn chặn sự nảy mầm của bào tử nấm, từ đó ngăn cản quá trình lây lan và phát triển của nấm mốc (M Sanguinetti và cộng sự, 2007)
Khả năng kháng khuẩn của màng hoạt tính
Mẫu màng Hình ảnh Phần trăm kháng khuẩn (%)
Hình 4 23 Khả năng kháng khuẩn của màng pectin – mủ trôm sau 24 giờ
58 Quan sát kết quả hình 4.23 ta có thể thấy khả năng kháng khuẩn của màng pectin – mủ trôm đối với E coli là có hiệu quả Ở đĩa petri đối chứng (ĐC) huyền phù vi khuẩn được cấy trực tiếp lên bề mặt đĩa thạch Kết quả của mẫu ĐC và mẫu tinh dầu OIL0 thì phần trăm kháng khuẩn là 0% Điều này cho thấy màng pectin-mủ trôm không có phần trăm kháng khuẩn khi chưa được bổ sung tinh dầu Với mẫu OE thì ta thấy được tinh dầu có khả năng kháng khuẩn hiệu quả sau 24h Khi quan sát các đĩa pectri có nồng độ tinh dầu tăng dần 2%, 4%, 6%, 8% ta có thể thấy phần trăm kháng khuẩn tăng dần theo từng đĩa tương ứng với 37.5%, 81.25%, 89.1%, 93.75% Điều đó chứng minh khi tăng nồng độ tinh dầu đã giúp nâng cao khả năng kháng khuẩn màng pectin-mủ trôm
Tinh dầu bergamot được kết hợp với các loại polyme khác nhau và được thử nghiệm trong hệ thống thực phẩm và điều kiện in vitro Sanschez-González và cộng sự (2011) đã kết hợp tinh dầu bergamot với màng sinh học chitosan và hydroxypropylmethyl cellulose (HPMC) Kết quả thu nhận được là việc bổ sung tinh dầu đã giúp cải thiện các tinh chất vật lí và tăng khả năng kháng khuẩn của màng với E coli Bên cạnh đó tinh dầu bergamot còn có khả năng kháng một số vi khuẩn khác như S aureus và L monocytogenes (Ahmad và cộng sự, 2012) Tuy nhiên khả năng kháng khuẩn sẽ thay đổi theo loại vi khuẩn và đặc trưng của màng được bổ sung
Các tác động về cấu trúc và chức năng tế bào đóng vai trò quan trọng trong khả năng kháng khuẩn của tinh dầu Chúng tác động lên tế bào vi sinh vật bằng cách tấn công lớp phospholipid kép, làm mất ổn định màng tế bào, hệ thống enzyme, vận chuyển điện tử và thành phần màng sinh chất Tinh dầu bergamot chứa limonene, linalool và citral có tác dụng kháng khuẩn Tuy nhiên, khả năng kháng khuẩn không chỉ phụ thuộc vào một hợp chất cụ thể mà còn do sự tương tác giữa các thành phần trong tinh dầu.
