khảo sát tính gia cường màng hpmc hydroxypropyl methylcellulose với vật liệu nano từ bã cà phê đã qua sử dụng

Kết quả nghiên cứu cho thấy màng bao thực phẩm HPMC bổ sung NPs từ SCGs tối ưu có những phản ứng tích cực tốt hơn so với màng HPMC thông thường trong việc cải thiện các tính chất sau: Cơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC

SKL011855

GVHD: TS GIANG NGỌC HÀ SVTH: TRẦN KIỀU

KHẢO SÁT TÍNH GIA CƯỜNG MÀNG HPMC (HYDROXYPROPYL METHYLCELLULOSE) VỚI VẬT

LIỆU NANO TỪ BÃ CÀ PHÊ ĐÃ QUA SỬ DỤNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NANO TỪ BÃ CÀ PHÊ ĐÃ QUA SỬ DỤNG

SVTH: Trần Kiều

MSSV: 19128041 GVHD: TS Giang Ngọc Hà

TP Hồ Chí Minh , tháng 07 năm 2023

KHẢO SÁT TÍNH GIA CƯỜNG MÀNG HPMC (HYDROXYPROPYL METHYLCELLULOSE) VỚI VẬT LIỆU

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm đã đã giúp đỡ cũng như tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành khóa luận tốt nghiệp đúng tiến độ

Tôi xin được dành lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy Giang Ngọc Hà, người đã tận tình hướng dẫn và luôn sẵn sàng có mặt những lúc tôi cần sự giúp đỡ

Xin cảm ơn quý Thầy Cô khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm - Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật đã tận tâm giảng dạy tôi trong thời gian qua

Tiếp theo, tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô đang công tác tại khoa Công nghệ Hóa học, Trường Đại học Công thương TP.Hồ Chí Minh đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện khóa luận

Do thời gian thực nghiệm có hạn cũng như kiến thức và kinh nghiệm của bản thân còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình nghiên cứu Vì vậy, tôi hy vọng sẽ nhận được những góp ý từ quý thầy cô để khóa luận được hoàn thiện hơn

Cuối cùng, một lần nữa, tôi xin gửi đến thầy cô lòng biết ơn chân thành sâu sắc nhất và chúc quý thầy cô thật nhiều sức khỏe!

LỜI CAM ĐOAN

Tôi, dưới danh hiệu sinh viên của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.Hồ Chí Minh, trân trọng cam kết rằng bài luận văn của tôi đã được tiến hành và hoàn thành với sự nghiêm túc cao nhất Dưới đây là cam đoan của tôi đối với bài luận văn của mình:

1 Tôi xin cam đoan tất cả nội dung nghiên cứu trong đề tài luận văn tốt nghiệp này là do tôi thực hiện với sự hướng dẫn của thầy TS.Giang Ngọc Hà

2 Tôi xin cam đoan sẽ tiến hành nghiên cứu một cách trung thực và minh bạch, sẽ không vi phạm bất kỳ quy định nào về vi phạm bản quyền hoặc gian lận học thuật Tôi sẽ tuân thủ các quy định của trường học và các cơ quan quản lý liên quan 3 Tôi cam kết tuân thủ các phương pháp nghiên cứu đã được công nhận và áp dụng

chúng một cách đúng đắn trong nghiên cứu của mình Tất cả nội dung nghiên cứu được trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực, các kết quả nghiên cứu được phân tích từ các thí nghiệm do tôi thực hiện, các thông tin tham khảo trong luận văn được trích dẫn từ những tài liệu được công nhận rộng rãi và được trích dẫn đầy đủ

TP Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2023

Sinh viên thực hiện

TRẦN KIỀU

1.1.2 Các loại vật liệu nanocomposite trong ứng dụng màng bao thực phẩm 2

1.1.2.1 Vật liêu polymer nanocomposite 2

1.1.2.2 Vật liệu nanocomposite biopolymers 2

1.1.2.3 Vật liệu nanocomposite cellulose 2

1.1.2.4 Vật liệu nanocomposite tinh bột 3

1.1.2.5 Vật liệu nanocomposite protein 3

1.1.3 Tình hình nghiên cứu màng bao thực phẩm bằng vật liệu nanocomposite 3

1.1.3.1 Tình hình nghiên cứu thế giới 4

1.1.3.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 5

1.2 Tổng quan về nguyên liệu 6

1.3.2.1 Phương pháp từ dưới lên (bottom-up) 17

1.3.2.2 Phương pháp kết tủa từ dung dịch 17

1.3.2.3 Phương pháp sol-gel 18

1.3.2.4 Phương pháp như vi nhũ tương hóa và hoá siêu âm 18

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19

2.1 Hóa chất, nguyên liệu và thiết bị 19

2.2 Phương pháp chế tạo mẫu 21

2.2.1 Quy trình xử lý nguyên liệu 21

2.2.2 Quy trình tạo dịch nano 22

2.2.3 Quy trình làm màng 24

2.2.4 Sơ đồ khối quy trình tổng hợp 26

2.3 Các phương pháp phân tích cấu trúc và tính chất của vật liệu 27

2.3.1 Phương pháp phân tích tán xạ ánh sáng động DLS 27

2.3.2 Phương pháp quang phổ hồng ngoại FTIR 27

2.3.3 Kính hiển vi quang học 28

2.3.4 Phương pháp quang phổ UV-Vis (Ultraviolet-Visible) 29

2.3.5 Phương pháp kiểm tra độ bền kéo 30

2.3.6 Độ thấm hơi nước 31

2.3.6.1 Đo độ thẩm thấu hơi nước qua màng WVP 31

2.3.6.2 Đo độ thấm ẩm (WU) 32

2.3.7 Phương pháp phân tích nhiệt TGA và DSC 33

2.3.7.1 Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) 33

2.3.7.2 Phương pháp phân tích nhiệt quét vi sai DSC 33

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35

3.1 Phân tích hình thái của bã cà phê đã qua sử dụng sau khi nghiền bi 35

3.2 Phân tích dịch nano 37

3.2.1 Sự ảnh hưởng của điều kiện bảo quản đến độ keo tụ 37

3.2.2 Khảo sát độ keo tụ của dịch nano theo khối lượng của bã cà phê 38

3.2.3 Đánh giá khả năng tạo nano 41

3.3 Phân tích kết quả đo cơ tính 43

3.3 Phân tích kết quả đo FTIR 48

3.4 Đánh giá tính chất ngoại quan của màng 51

3.4.1 Đánh giá tính cảm quan của màng thông qua hình ảnh thực tế 51

3.4.2 Kết quả kính hiển vi quang học 53

3.4.3 Đánh giá độ truyền qua thông qua kết quả đo UV-VIS 56

3.6 Phân tích kết quả đo độ thẩm thấu hơi nước WVP 59

3.7 Phân tích kết quả đo độ thấm ẩm WU 60

3.8 Phân tích khả năng bền nhiệt 61

3.7.1 Phân tích kết quả đo TGA 62

3.7.2 Kết quả đo DSC 64

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66

Bảng 3 2 Kết quả đo DLS sau khi khảo sát khả năng tạo NPs 42

Bảng 3 3 Kết quả đo FTIR của SCGs trước và sau khi nghiền bi 49

Bảng 3 4 Kết quả đo FTIR của HPMC, NPs và HPMC + NPs 51

Bảng 3 5 Kết quả đo TGA 62

DANH MỤC HÌNH

CHƯƠNG 1

Hình 1 1 Cấu trúc hóa học của HPMC Nhóm thế R đại diện cho nhóm –CH3 hoặc –

CH2CH(CH3)OH hoặc nguyên tử hydro 6

Hình 1 2 SCGs trong thực tế 12

Hình 1 3 Công thức cấu tạo và tinh thể caffeine 13

Hình 1 4 Công thức cấu tạo của polysaccharides 14

Hình 1 5 Công thức cấu tạo của Lipds 14

Hình 1 6 Công thức cấu tạo: A Chlorogenic B Caffeic acid 15

CHƯƠNG 2 Hình 2 1 Quy trình rửa SCGs 22

Hình 3 2 SCGs sau khi nghiền 30 phút sau khi phóng đại 10X và 4X 35

Hình 3 3 SCGs sau khi nghiền 60 phút sau khi phóng đại 10X và 4X 35

Hình 3 4 SCGs trước và sau khi nghiền 90 phút sau khi phóng đại 10X và 4X 36

Hình 3 5 Dịch NPs từ SCGs được bảo quản bên ngoài (1) và bên trong (2) tủ lạnh 37

Hình 3 6 A Ống ly tâm B Đầu đánh siêu âm đồng hóa loại nhỏ 38

Hình 3 7 Các mẫu dịch SCGs theo các tỷ lệ để đo DLS lần lượt là 1,2; 1,0; 0,8; 0,6; 0,4 trên 40 mL 38

Hình 3 8 Đồ thị giá trị Z và PI của các dịch nano ở 40 mL 40

Hình 3 9 A) Cốc 250 mL B) đầu đánh siêu âm đồng hóa loại lớn 41

Hình 3 10 Các mẫu dịch SCGs theo các tỷ lệ để đo DLS lần lượt 41

Hình 3 11 Đồ thị giá trị Z và PI của các dịch nano ở 200 mL 42

Hình 3 12 A Đường cong ứng suất biến dạng B Đồ thị kết quả đo độ biến dạng khi đứt (%) và độ bền kéo (MPa) của màng HPMC 3% 44

Hình 3 13 Đồ thị kết quả đo Strain theo khối lượng SCGs 47

Hình 3 14 Đồ thị kết quả đo tensile strength (MPa) theo khối lượng SCGs 47

Hình 3 15 Phổ FTIR của các mẫu: a Bã trước nghiền bi; b Bã sau nghiền bi 48

Hình 3 16 Phổ FTIR của các mẫu a Bột HPMC; b Dịch NPs; c HPMC+ dịch NPs 50

Hình 3 17 Tổng hợp các màng theo khối lượng SCGs 52

Hình 3 18 Màng HPMC 3% 53

Hình 3 19 Màng 3%M2 sau khi phóng đại 10X và 4X 53

Hình 3 20 Màng 5%M2 sau khi phóng đại 10X và 4X 54

Hình 3 21 Màng 8%M2 sau khi phóng đại 10X và 4X 54

Hình 3 22 Màng 1%M3 sau khi phóng đại 10X và 4X 54

Hình 3 23 Màng 2%M3 sau khi phóng đại 10X và 4X 55

Hình 3 24 Màng 3%M3 sau khi phóng đại 10X và 4X 55

Hình 3 25 Màng 1%M4 sau khi phóng đại 10X và 4X 55

Hình 3 26 Màng 2%M4 sau khi phóng đại 10X và 4X 56

Hình 3 27 Màng 3%M4 sau khi phóng đại 10X và 4X 56

Hình 3 28 Đồ thị kết quả đo độ truyền qua 57

Hình 3 29 A) Biểu đồ kết quả đo độ truyền qua và B) Hình ảnh thực tế của mẫu màng 3%M3 58

Hình 3 30 A) Đồ thị kết quả đo WVTTR B) Đồ thị kết quả đo WVP 59

Hình 3 31 Đồ thị kết quả đo độ thấm ẩm 61

Hình 3 32 Kết quả đo TG (màu đen) và dTG (màu đỏ) của mẫu bột HPMC và 3%M3 62 Hình 3 33 Sơ đồ kết quả đo DSC của HPMC nguyên liệu và màng 3%M3 64

Administration

Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm

Hoa Kỳ FT-IR Fourier-Transform infrared

spectroscopy Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier

methylcellulose ICP-AES Inductively coupled plasma

atomic emission spectroscopy

Phổ phát xạ nguyên tử bằng nguồn plasma nối

TGA Thermogravimetric analysis Phân tích nhiệt trọng lượng

TÓM TẮT KHÓA LUẬN

Nghiên cứu này dựa trên việc tạo màng bao thực phẩm bằng hai thành phần chính là Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) và những hạt nano (NPs) từ bã cà phê đã qua sử dụng (SGCs) HPMC là một loại polymer dẻo dai thường được sử dụng trong công nghệ bao bì thực phẩm, trong khi NPs từ SCGs có nguồn gốc là bã cà phê đã qua sử dụng và được chế biến thành hạt nhỏ có kích thước nano

Quá trình nghiên cứu dựa trên việc điều chỉnh nồng độ HPMC và khối lượng NPs từ SCGs để tạo ra các loại màng bao thực phẩm khác nhau Sau đó, các tính chất của từng loại màng đã được khảo sát và so sánh với màng HPMC thông thường

Kết quả nghiên cứu cho thấy màng bao thực phẩm HPMC bổ sung NPs từ SCGs tối ưu có những phản ứng tích cực tốt hơn so với màng HPMC thông thường trong việc cải thiện các tính chất sau:

Cơ tính: Màng bao thực phẩm kết hợp NPs từ SCGs có cơ tính tăng so với màng HPMC

thông thường Cụ thể là mẫu màng tối ưu có độ bền kéo là 36,32 ± 2,02 (MPa), so với mẫu màng HPMC thông thường là 21,23 ± 3,83 (MPa), tăng khoảng hơn 71,07% và độ dãn dài tăng từ 5,58 ± 1,21 (%) lên 10,89 ± 0,88 (%) tăng hơn 95% Qua đó cho thấy cơ tính cao hơn và không dễ bị rách trong quá trình sử dụng và vận chuyển

Độ truyền qua: Việc bổ sung NPs từ SCGs cho phép truyền qua các chất khí và hơi nước

tốt hơn, giúp duy trì sự tươi mới của sản phẩm bên trong bao bì Cụ thể là trong khi mẫu HPMC thông thường có độ truyền qua khá lớn thì mẫu màng tối ưu gần như che chắn được toàn bộ tia UV

Khả năng thẩm thấu hơi nước: Màng này có khả năng chống thẩm thấu hơi nước tốt hơn,

giúp bảo vệ sản phẩm khỏi ẩm ướt và hỏng hóc Cụ thể là độ thẩm thấu hơi nước của mẫu màng HPMC thông thường là 0,33 (mm.g/ KPa.m²·h), trong khi mẫu màng tối ưu có là 0,23 (mm.g/ KPa.m²·h) Điều này cho thấy mẫu màng tối ưu giảm khả năng hấp thụ nước khoảng 30% so với mẫu màng HPMC thông thường Ngoài ra, độ thấm ẩm giảm 17,29%,

ở màng HPMC thông thường là 80,02 ± 6,29 (%) còn mẫu màng tối ưu là 66, 38% ± 3,97 (%).

Tóm lại, việc bổ sung NPs từ SCGs vào màng bao thực phẩm từ HPMC đã cải thiện và nâng cao các tính chất quan trọng như độ bền kéo, độ bền nhiệt, độ truyền qua và độ thẩm thấu hơi nước qua màng, làm cho nó trở thành một lựa chọn hữu ích và tiềm năng trong lĩnh vực bao bì thực phẩm

MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề

Xã hội ngày càng tiến bộ, nhận thức về chất lượng cuộc sống được nâng cao và sức khỏe trở thành một ưu tiên hàng đầu Trong số các yếu tố ảnh hưởng đến sức khỏe, chất lượng thực phẩm đóng vai trò rất quan trọng Bảo quản thực phẩm đúng cách để đảm bảo chất lượng đã trở thành một nhiệm vụ cực kỳ cần thiết Trong bối cảnh này, sự xuất hiện của màng thực phẩm đã đóng góp phần tích cực đáng kể trong việc bảo quản thực phẩm Bên cạnh việc sử dụng bao bì thực phẩm từ các loại như PE, PP, PVA, đã trở thành thói quen phổ biến trong cộng đồng, chúng ta cần nhìn nhận rằng nguồn gốc của những sản phẩm này đến từ dầu mỏ và hoạt động khai thác dầu mỏ có tác động tiêu cực tới môi trường Đồng thời, việc xử lý rác thải từ các loại polymer này cũng là một vấn đề đáng quan ngại đối với cộng đồng Rác thải polymer không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe con người và tài nguyên năng lượng, mà còn gây tổn hại môi trường do khả năng phân hủy kém của chúng Để giải quyết vấn đề trên, loại hình bao gói dạng màng đã mở ra một hướng mới trong lĩnh vực bảo quản thực phẩm Theo đó, SCGs, một loại chất thải sinh học phổ biến đã thu hút được sự quan tâm của nhiều người SCGs chứa nhiều thành phần có khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Trong nghiên cứu, một trong những ứng dụng tiềm năng của SCGs là việc tạo ra một loại nano, mà có thể được sử dụng để gia cường màng HPMC trong màng bao thực phẩm

Ở Việt Nam, cà phê được tiêu thụ khá lớn hàng ngày và khi đó SCGs cũng cho ra với lượng không nhỏ Tuy nhiên, SCGs thường bị coi là một chất thải và được loại bỏ một cách không hiệu quả, gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường Do đó, việc tận dụng SCGs để sản xuất vật liệu NPs có thể mang lại nhiều lợi ích cho con người về môi trường và kỹ thuật là điều thật sự có nghĩa

Việc gia cường màng HPMC bằng NPs từ SCGs mở ra nhiều triển vọng trong việc cải thiện tính chất vật lý và cơ học của màng Các NPs từ SCGs có thể cung cấp khả năng tăng cường độ dẻo và độ bền kéo của màng HPMC, cải thiện khả năng chống nước, cũng như tăng khả

năng chịu nhiệt của màng Điều này mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong lĩnh vực bao bì, dược phẩm, chế tạo và nhiều lĩnh vực khác

Vì vậy, trong bài luận văn này, chúng ta sẽ tìm hiểu và phân tích tiềm năng của việc gia cường màng HPMC bằng NPs từ SCGs Qua việc khám phá những lợi ích và ứng dụng của vật liệu NPs này, chúng ta có thể thấy sự hứa hẹn trong việc tận dụng tài nguyên thải và đóng góp của chúng trong tương lai

2 Mục tiêu của đề tài

- Tạo ra NPs từ SCGs bằng lực đánh siêu âm - Khảo sát sự gia cường của NPs từ SCGs lên màng bao thực phẩm HPMC bằng các phương pháp đo cơ tính chất vật liệu và các phương pháp phân tích cấu trúc

- Xây dựng quy trình tổng hợp màng bao thực phẩm HPMC với NPs từ SCGs

3 Đối tượng nghiên cứu

Trong nội dung của đề tài này sẽ tiến hành khảo sát tính gia cường màng HPMC (loại e15 được mua từ Shandong Head- Trung Quốc) với vật liệu NPs từ SCGs (được thu thập trên địa bàn của thành phố Hồ Chí Minh)

4 Nội dung nghiên cứu

- Xây dựng quy trình tổng hợp màng bao thực phẩm HPMC với NPs từ SCGs - Quan sát SCGs sau khi nghiền

- Khảo sát tính chất của dịch NPs từ SCGs sau khi đánh siêu âm qua thay đổi nồng độ các NPs từ SCGs

- Xác định cấu trúc của vật liệu sau khi chế tạo màng với NPs từ SCGs - Đánh giá tính chất cơ lý

- Khảo sát khả năng bền nhiệt của màng

5 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài nghiên cứu

Ý nghĩa khoa học − Nghiên cứu về sự gia cường màng HPMC bằng NPs từ SCGs cung cấp thông tin về

các phương pháp gia cường màng polymer bằng các nguyên liệu tái chế và thân thiện với môi trường

− Đề tài này đóng góp thêm thông tin về tính chất và khả năng gia cường của màng HPMC thông qua việc sử dụng NPs từ SCGs

− Qua đó, chứng minh rằng tiềm năng ứng dụng của SCGs trong việc gia cường màng HPMC, tạo ra màng bao thực phẩm có tính chất và chất lượng cải thiện Điều này có thể mở ra cơ hội ứng dụng rộng rãi của SCGs trong lĩnh vực chất bảo quản thực phẩm và bao bì thân thiện với môi trường

Tính thực tiễn − Sử dụng màng HPMC gia cường bằng NPs từ SCGs trong màng bao thực phẩm có

thể cải thiện tính chất bảo quản, tăng độ bền và tính linh hoạt của màng Điều này đem lợi ích vượt trội cho việc bảo quản thực phẩm và bảo vệ chất lượng sản phẩm − Việc sử dụng SCGs giúp giảm lượng chất thải và ô nhiễm môi trường Thay vì xử

lý SCGs như một chất thải, chúng ta có thể tận dụng nó để tạo ra vật liệu hữu ích, giúp giảm tải nguồn tài nguyên và khí thải carbon, đồng thời đóng góp vào việc xây dựng một nền công nghiệp thân thiện với môi trường

− Nghiên cứu này cũng đem lại tiềm năng thương mại cao Việc sử dụng nguyên liệu tái chế và thân thiện với môi trường tạo ra một sản phẩm độc đáo và hấp dẫn trên thị trường Điều này mở ra cơ hội kinh doanh và tiếp thị mới, đồng thời đóng góp vào sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp thực phẩm và bao bì

− Tóm lại, đề tài nghiên cứu về khảo sát sự gia cường màng HPMC bằng NPs từ SCGs và ứng dụng của nó trong màng bao thực phẩm mang ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn đáng kể Nó không chỉ cung cấp kiến thức mới và đóng góp vào phát triển công nghệ vật liệu, mà còn mang lại lợi ích thực tế trong việc bảo vệ môi trường, cải thiện tính chất bảo quản thực phẩm và tạo ra tiềm năng thương mại

Một trong những mục đích chính của màng bao thực phẩm là tạo ra một lớp bảo vệ vững chắc xung quanh sản phẩm, ngăn cách chúng khỏi tiếp xúc với không khí, ánh sáng mặt trời, độ ẩm, vi khuẩn và các yếu tố bên ngoài có thể gây hại Điều này giúp duy trì sự tươi mới, ngon lành và đảm bảo vệ sinh của thực phẩm, kéo dài thời gian bảo quản và bảo toàn chất lượng và dinh dưỡng của sản phẩm

Lĩnh vực bao bì thực phẩm luôn quan tâm hàng đầu đến việc sử dụng các vật liệu và phương pháp đóng gói phù hợp nhằm giảm thiểu tổn thất thực phẩm và đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng Nhu cầu ngày càng tăng về thực phẩm chất lượng cao, điều đó đã thúc đẩy sự phát triển về nghiên cứu các công nghệ đóng gói tích cực, nhằm cung cấp thực phẩm an toàn, lành mạnh và chất lượng tốt hơn, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường liên quan đến bao bì

Một trong những xu hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực này là kết hợp hai hay nhiều loại thành phần nguyên liệu để tạo ra các loại màng phức tạp với tính năng vượt trội Trong đó, gia cường màng HPMC bằng NPs từ SCGs là một đề tài hứa hẹn Màng bao thực phẩm nanocomposite này được tạo ra bằng cách kết hợp HPMC với NPs từ SCGs, tận dụng các tính chất độc đáo của từng thành phần để tăng cường tính năng và hiệu quả của màng

1.1.2 Các loại vật liệu nanocomposite trong ứng dụng màng bao thực phẩm

1.1.2.1 Vật liêu polymer nanocomposite

Vật liệu PNC (polymer nanocomposite) là các vật liệu composite được tạo thành từ một chất nền polymer và chất độn NPs, như đất sét montmorillonite, ống nano cacbon, graphene nano, hay các hạt nano khác Những chất độn này có kích thước siêu nhỏ và có khả năng tương tác tốt với polymer, cải thiện tính chất cơ học, khả năng bảo vệ và khả năng chống

nhiệt của màng bao thực phẩm [1]

1.1.2.2 Vật liệu nanocomposite biopolymers

Các vật liệu biopolymers bao gồm các loại như bột, cellulose, các polysaccharide khác, protein và polylactic acid (PLA) - một loại polymer tổng hợp từ các monome tự nhiên Tuy biopolymers có nhiều ưu điểm nhưng cũng có hạn chế như tính cơ học và khả năng bảo vệ tương đối kém Việc sử dụng nanocomposites đã được chứng minh là một giải pháp triển vọng để cải thiện các tính chất này Hầu hết các báo cáo về sự hình thành và tính chất của màng biopolymers đều tập trung vào ứng dụng của chúng như màng ăn được [2]

1.1.2.3 Vật liệu nanocomposite cellulose

Nanocomposite cellulose là một loại vật liệu nano tự nhiên thu hút nhiều sự quan tâm bởi các ưu điểm nổi bật về tính chất vật lý, khả năng tương thích sinh học, khả năng phân hủy sinh học và tính không độc hại Tuy nhiên, bản thân màng cellulose là rào cản hơi nước kém vì tính chất ưa nước vốn có của polysacarit Để cải thiện tính chất của màng, việc bổ sung các hạt NPs như sợi NPs cellulose (CNF) đã được nghiên cứu Ví dụ như đề tài nghiên cứu của Azeredo và cộng sự về việc dùng CNF vào chất nền là màng của nước ép xoài [3] Kết quả là độ bền kéo tăng (từ 4,09 lên 8,76 MPa), khả năng chống hơi nước giảm (từ 2,66 xuống ± 1,67 g.mm/kPa.h.m2) và tỷ lệ thẩm thấu hơi nước giảm ít nhất 10% Ngoài ra, De Moura và cộng sự đã đề xuất vật liệu nanocomposite sử dụng chitosan (CS) làm chất độn NPs trong HPMC để cải thiện các đặc tính rào cản cơ học và màng [4] Kết quả là việc kết hợp các hạt NPs chitosan trong màng cải thiện độ bền kéo (30,7 đến 66,9 MPa) và tính chất rào cản màng Phân tích SEM cho thấy các NPs chitosan có xu hướng lấp đầy các khoảng trống xốp trong ma trận HPMC, cải thiện tính chất kéo màng và tính thẩm thấu hơi nước

1.1.2.4 Vật liệu nanocomposite tinh bột

Nanocomposite tinh bột là một loại vật liệu được tạo thành bằng việc kết hợp tinh bột với các NPs như đất sét [5], oxit kẽm (ZnO), carboxymethylcellulose (CMC) [6], hay các chất vô cơ và polyme tổng hợp khác Khuyết điểm của màng nanocomposite này là khả năng hấp thụ nước và chịu lực kém, dẫn đến sự dễ rách và hỏng trong quá trình sử dụng Ngoài ra, tính chất cản hơi nước và không chịu nhiệt cao của tinh bột khiến cho màng bao thực phẩm này hạn chế trong việc đóng gói thực phẩm có yêu cầu đặc biệt về bảo quản và chịu nhiệt Thời gian phân hủy dài của tinh bột cũng là một khuyết điểm khiến cho màng này gây tác động tiêu cực đến môi trường nếu không được phân hủy đúng cách Sự kết hợp này nhằm cải thiện tính chất và hiệu suất của tinh bột thông thường, đặc biệt là trong các ứng dụng đóng gói thực phẩm và các lĩnh vực khác

1.1.2.5 Vật liệu nanocomposite protein

Vật liệu nanocomposite protein có nguồn gốc động vật thường được ứng dụng là casein, whey protein, collagen, lòng trắng trứng và protein myofibrillar cá [7] Còn nguồn gốc thực vật đang được nghiên cứu bao gồm protein đậu nành, zein (protein ngô) và gluten lúa mì [8] Tuy nhiên, các loại màng từ loại vật liệu này cũng có những hạn chế như tính cơ học và khả năng bảo vệ kém Việc sử dụng nanocomposites đã được nghiên cứu nhằm cải thiện các tính chất của chúng, ví dụ như là bằng cách thêm các loại NPs như TiO2, ZnO, nanoclay (như montmorillonite - MMT)…

1.1.3 Tình hình nghiên cứu màng bao thực phẩm bằng vật liệu nanocomposite

Vật liệu nanocomposite là một loại vật liệu hỗn hợp gồm thành phần vô cơ và hữu cơ, đang được nghiên cứu và phát triển trong nhiều lĩnh vực Nhờ kết hợp tính chất tốt nhất của từng thành phần, vật liệu này có tiềm năng ứng dụng cao cấp Nghiên cứu đã chứng minh rằng vật liệu này mang lại những tính chất mới và cải thiện so với các vật liệu composite truyền thống Qua đó, độ dẫn điện, độ dẫn nhiệt và tính chất cơ học của polymer được cải thiện, cũng như trong khả năng thấm khí,độ thẩm thấu hơi nước, ổn định nhiệt và kháng hóa chất [9]

NPs từ SCGs có tiềm năng đáng kể trong việc ứng dụng vào màng bao thực phẩm Nhờ vào các tính chất đặc biệt của nó, vật liệu này mang lại nhiều lợi ích đáng giá cho ngành đóng gói thực phẩm SCGs chứa các hợp chất có khả năng hấp thụ tia UV, chẳng hạn như caffeic acid [10], quinic acid [11], trigonelline [12] Khi sử dụng trong vật liệu PNC, giúp hạn chế tác động của ánh nắng mặt trời và giữ cho sản phẩm luôn tươi mới Thêm vào đó, các hợp chất có trong bã cà phê, như flavonoid và phenolic, có khả năng kháng khuẩn và chống vi khuẩn [13] Khi được tích hợp vào vật liệu PNC, chúng có thể giúp ngăn ngừa sự phát triển của vi khuẩn và nấm mốc trong màng bao thực phẩm, giúp bảo quản thực phẩm lâu hơn và

ngăn ngừa sự ôi thiu Ngoài ra, việc sử dụng SCGs sử dụng để tổng hợp NPs còn có tiềm

năng trong việc cải thiện cơ tính, giảm tốc độ truyền hơi nước, chống oxy hóa…

1.1.3.1 Tình hình nghiên cứu thế giới

Việc nghiên cứu sử dụng NPs vào màng thực phẩm để tăng khả năng gia cường đang thu hút được nhiều sự chú ý của các nhà nghiên cứu trên thế giới, cụ thể những năm gần đây: Năm 2017, Magdalena Wrona và cộng sự đã chế tạo thành công màng thực phẩm HPMC kết hợp các NPs từ PLA được chiết xuất từ trà xanh Khi kết hợp với màng HPMC đã làm thay đổi màu sắc của phim qua việc quan sát mẫu khi thêm và không thêm vào NPs PLA [14]

Năm 2022, Zheng và đồng nghiệp đã thành công trong việc kết hợp màng phim HPMC với XG (Xanthan Gum) Kết quả là tạo ra được màng có độ bền cơ học cao, với độ bền kéo là 39,21 ± 1,25 MPa khi 2 g/L XG được sử dụng để tạo màng Quan trọng là độ bền kéo cao hơn nhiều màng dựa trên XG được báo cáo khác, như là màng dựa trên gelatin và methylcellulose [15]

Năm 2015, Lee và cộng sự đã giới thiệu bã cà phê đã qua sử dụng làm chất độn có kích thước nano để chế tạo polymer nanocompozit Vật liệu tổng hợp PVA/cà phê mang lại các tính năng cơ học được cải thiện đáng kể bao gồm độ bền kéo và mô đun Young so với vật liệu tổng hợp PVA/CB (Carbon Black) Ngoài ra, cấu trúc vi mô của cả hai vật liệu nano đã được quan sát từ phân tích hình thái học [16]

1.1.3.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Tại Việt Nam, việc đưa công nghệ nano vào ứng dụng trong phủ màng bảo quản rau quả tươi được các nhà khoa học trong nước đặc biệt quan tâm Tình hình nghiên cứu vật liệu PNC trong nước đã được phát triển trong những năm gần đây:

Năm 2010, Nguyễn Duy Lâm và cộng sự đã nghiên cứu tổng hợp thành công chế phẩm phủ màng dùng trong bảo quản một số rau quả tươi từ một số vật liệu chính là PE ( Polyethylene) hoặc HPMC và sáp carnauba [17]

Năm 2014, Nguyễn Thị Kim Cúc và đồng nghiệp đã trình bày kết quả về ứng dụng chế phẩm phủ màng nanochitosan-tinh dầu nghệ trong bảo quản quả vải, thanh long và cam Qua đó, nanochitosan-tinh dầu nghệ đã ức chế sự phát triển của nấm bệnh cho quả như C.gloeosporioides gây bệnh thán như cho xoài và thanh long Kéo dài thời gian bảo quản quả thanh long là 20 ngày (nhiệt độ 6 oC) với tỉ lệ thối hỏng là 5,2%; thời gian bảo quản cam là 43 ngày ở điều kiện nhiệt độ 5-6 oC với tỉ lệ thối hỏng xấp xỉ 3% và quả vải được bảo quản kéo dài 30 ngày (ở 4-5 oC), tỉ lệ thối hỏng là 2% [18]

Năm 2017, Nguyễn Thị Minh Nguyệt thành công nghiên cứu việc kết hợp ba loại nano (nhũ tương sáp carnauba, chitosan và cellulose tinh thể) đã cải tiến được đầy đủ tính thấm và tính kháng vi sinh vật của màng HPMC Qua đó, tác giả đã kết luận rằng nano sáp carnauba khi bổ sung vào HPMC có tác dụng làm tăng rõ rệt mức độ cản mất nước qua màng film HPMC và mảng phủ trực tiếp trên mặt quả chuối Hiệu quả cản mất nước trên quả tốt nhất khi bổ sung 6% làm giảm mạnh cường độ hô hấp tạo ra đỉnh đột biến 8 ngày chậm hơn so với chuối phủ màng chỉ chứa HPMC [19]

Có thể thấy việc nghiên cứu ứng dụng chế phẩm phủ màng trong bảo quản sản phẩm sau thu hoạch được quan tâm khá rộng rãi Tuy nhiên, vẫn chưa có nghiên cứu nào đầy đủ về ứng dụng chế phẩm tạo màng HPMC cùng các NPs từ SCGs trong bảo quản các sản phẩm sau thu hoạch

1.2 Tổng quan về nguyên liệu

1.2.1 Hydroxypropyl methylcellulose

HPMC được xem như là một estecellulose, là một dẫn xuất của cellulose HPMC có màu trắng hoặc ánh sáng màu xám, dạng bột hoặc sợi nhỏ, có khả năng tạo màng tốt, không mùi, không vị, trong suốt, màng không quá dẻo cũng không quá giòn HPMC khá ưa nước, là loại phân tử non-ionic, ổn định trong pH 3-11, hoạt tính bề mặt tốt, có khả năng tạo màng bôi trơn, kháng rêu mốc [20]

Hình 1 1 Cấu trúc hóa học của HPMC Nhóm thế R đại diện cho nhóm –CH3 hoặc –

CH2CH(CH3)OH hoặc nguyên tử hydro [21]

HPMC là một trong những ether cellulose được sử dụng phổ biến nhất Nó được FDA (21 CFR 172.874) và EU (EC, 1995) chấp thuận cho sử dụng trong thực phẩm và nó được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm như một chất nhũ hóa, chất keo bảo vệ, chất ổn định, chất tạo huyền phù, chất làm đặc hoặc chất tạo màng Các màng thu được từ HPMC có khả năng kháng dầu và chất béo, mềm dẻo, trong suốt, không mùi và không vị nhưng có xu hướng có độ bền vừa phải [22, 23]

1.2.1.1 Tính chất

HPMC có một số tính chất quan trọng, bao gồm: a) Tan trong nước

Tan trong nước: HPMC tan trong nước và tạo thành dung dịch trong suốt Có thể điều chỉnh độ tan của HPMC bằng cách thay đổi mức độ etherr hóa và độ nhớt của sản phẩm.[24]

Khi tiếp xúc với nước, HPMC hòa tan và tạo thành dung dịch trong suốt Đặc điểm này là do cấu trúc hóa học của nó Ngoài ra, HPMC là một polymer bền vững, có phần hydroxypropyl và methyl được gắn vào các nhóm hydroxyl của cellulose Những nhóm hydrophilic này làm cho HPMC có khả năng hòa tan trong nước.Thêm vào đó, khi HPMC tiếp xúc với nước, các nhóm hydrophilic tương tác với các phân tử nước thông qua liên kết hydro Điều này cho phép nước xâm nhập vào cấu trúc của HPMC, làm cho nó hòa tan và tạo thành dung dịch trong suốt Tính chất tan trong nước của HPMC là ưu điểm quan trọng trong nhiều ứng dụng

b) Khả năng tạo màng Cơ chế tạo màng: Khi HPMC được hòa tan trong nước, các phân tử HPMC tạo thành các chuỗi polymer dài Nhóm hydroxyl trên phân tử HPMC tương tác với nước, tạo thành các liên kết hydrogen giữa các phân tử HPMC và phân tử nước Quá trình này làm tăng độ nhớt của dung dịch HPMC và tạo thành một gel Sau khi gia nhiệt, nước trong dung dịch sẽ bốc hơi dần, làm tăng độ cô đặc của dung dịch HPMC Các chuỗi polymer HPMC sẽ tương tác với nhau và tạo thành một lưới mạng liên kết, hình thành một lớp màng mỏng trên bề mặt Màng HPMC chứa các màu ăn được phù hợp mang lại một hình thức đóng gói hấp dẫn và tiện lợi, giúp bảo vệ chống lại quá trình oxy hóa.[25]

c) Tính chất nhũ hóa Khi được pha vào nước, HPMC có khả năng hấp thụ nước và hình thành cấu trúc gel ổn định Điều này góp phần cải thiện độ nhớt và tăng độ đặc của các sản phẩm Thêm vào đó, HPMC cũng có khả năng tạo thành gel ổn định trong môi trường acid hoặc kiềm [26-28] d) Độ nhớt điều chỉnh được

HPMC có khả năng điều chỉnh độ nhớt của dung dịch hoặc gel Điều này cho phép điều chỉnh độ dày của sản phẩm và cải thiện tính chất dùng cho ứng dụng cụ thể [27]

e) Chất tạo huyền phù và nhũ hóa Vì có thể hoạt động như một tác nhân tạo huyền phù để ổn định các hạt rắn hoặc như một chất nhũ hóa để ổn định nhũ tương dầu trong nước, HPMC tăng cường sự ổn định và tính đồng nhất của huyền phù và nhũ tương [29, 30]

f) Chất ổn định HPMC có khả năng làm ổn định các hệ pha loãng, chẳng hạn như các dung dịch pha loãng và các hệ phân tán Điều này giúp duy trì tính ổn định của sản phẩm trong thời gian dài [31]

g) Tính chất không gây dị ứng HPMC là một chất gốc tự nhiên, không gây dị ứng và không độc hại cho con người Nó đã được sử dụng rộng rãi trong ngành dược phẩm và các sản phẩm tiêu dùng khác [20] h) Độ ổn định pH

HPMC thể hiện tính ổn định tốt trong phạm vi pH rộng, cho phép sử dụng trong các công thức có tính acid, trung tính và kiềm [32]

i) Chất chống oxy hóa Mặc dù HPMC không có tính chất chống oxy hóa mạnh, nhưng nó có thể cung cấp một lớp bảo vệ và giúp ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp với oxy trong không khí, từ đó giảm quá trình oxy hóa Tuy nhiên, để tăng cường khả năng chống oxy hóa, có thể sử dụng các chất chống oxy hóa bổ sung kết hợp với HPMC [25, 33]

1.2.1.2 Ứng dụng

HPMC có nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của HPMC:

Ngành dược phẩm HPMC được sử dụng làm thành phần trong việc tạo thành viên nén [34], giúp cải thiện độ kết dính và độ bền của viên thuốc Nó cũng được sử dụng trong các hệ thống giải phóng dần dược chất [35] và tạo thành màng bọc bảo vệ cho viên thuốc (vỉ thuốc) [36]

Ngành thực phẩm HPMC được sử dụng trong ngành thực phẩm như chất tạo màng [14] và chất nhũ hóa [37] Nó có thể tạo thành màng bọc bảo vệ cho thực phẩm, làm mờ và tăng độ đặc của sản phẩm thực phẩm, và tạo thành các hệ thống phân tán trong thực phẩm

Ngành xây dựng HPMC được sử dụng trong ngành xây dựng như chất phụ gia trong vữa và hỗn hợp xi măng để cải thiện độ nhớt, độ dính và độ co giãn [38] Nó cũng có thể được sử dụng trong sơn [39] và chất chống thấm [40] để cải thiện độ nhớt và độ bền

Ngành chăm sóc cá nhân HPMC được sử dụng trong sản phẩm chăm sóc cá nhân như kem đánh răng [41, 42], xà phòng [42], kem dưỡng da [43] và mỹ phẩm [44] Nó có thể làm mờ và tăng độ đặc của các sản phẩm này và tạo thành màng bảo vệ trên da

Ngành công nghiệp giấy HPMC được sử dụng trong sản xuất giấy [45, 46] như chất tạo màng và chất tạo đặc Nó có thể cải thiện độ mềm và độ bền của giấy, giúp giảm tản nước và tăng tính đồng nhất của giấy

✓ Màng được tạo thành từ HPMC có tính chất

Độ kết dính HPMC có khả năng tạo màng kết dính, tức là nó có khả năng liên kết chặt với bề mặt của các vật liệu khác nhau Điều này cho phép HPMC được sử dụng làm chất liên kết trong quá

trình sản xuất viên nén bao phim hoặc trong các ứng dụng tạo màng kết hợp với các chất liệu khác [47]

Tính linh hoạt Màng HPMC có tính chất linh hoạt và không đàn hồi Điều này có nghĩa là nó có thể uốn cong và co giãn một cách dễ dàng mà không gây ra sự biến dạng hay vỡ vụn [48]

Tính chất thấm hút và giữ ẩm Màng HPMC có khả năng thấm hút và giữ ẩm, giúp bảo vệ các chất hoạt động và duy trì độ ẩm cho sản phẩm Điều này có thể có lợi trong các ứng dụng như viên nén bao phim hoặc màng giữ ẩm trong sản phẩm dược phẩm.[49]

Tính chất bền vững Màng HPMC có tính chất bền vững và ổn định Nó có khả năng chịu được môi trường và điều kiện bảo quản khác nhau mà không bị biến đổi hay phân hủy quá nhanh Điều này làm cho màng HPMC có thể duy trì tính chất và hiệu suất của sản phẩm trong thời gian dài Tuy nhiên, cần lưu ý rằng màng HPMC vẫn có thể bị phân hủy theo thời gian trong môi trường đặc biệt hoặc khi bị tác động bởi các yếu tố như enzym, pH cao hoặc nhiệt độ cao Do đó, việc lựa chọn màng HPMC phù hợp và cung cấp điều kiện bảo quản thích hợp là quan trọng để đảm bảo tính ổn định và bền vững của sản phẩm [50]

Khả năng phân hủy Khả năng phân hủy của màng HPMC phụ thuộc vào một số yếu tố như thành phần hóa học, cấu trúc phân tử, điều kiện môi trường và phương pháp xử lý màng Tuy nhiên, nó có khả năng phân hủy sinh học, tức là có thể bị phân hủy bởi hoạt động của các sinh vật và enzym tự nhiên trong môi trường sinh sống [51]

1.2.1.3 Nhược điểm

a) Độ thấm nước cao Tính ưa nước của HPMC làm màng có khả năng thấm nước cao Gây bất lợi cho các ứng dụng về bảo quản thực phẩm vì điều này có thể gây héo và nhăn nhúm bề mặt của rau quả sau khi phủ màng HPMC do mất nước tự nhiên, làm giảm mẫu mã và hình dạng của sản phẩm sau thu hoạch Hơn nữa, HPMC có thể hấp thụ nước từ môi trường xung quanh, gây thay đổi độ dày và tính chất của màng sau một thời gian sử dụng [52]

b) Độ thấm khí không điều chỉnh được Mặc dù HPMC có khả năng thấm khí tốt, giúp bảo quản sản phẩm mà không bị hô hấp yếm khí, để kéo dài thời gian bảo quản (ví dụ như rau củ…), thường cần cung cấp nồng độ khí O2 và CO2 tương ứng HPMC không thể tự điều chỉnh độ thấm khí này [33] Trong khi đó, việc bảo quản trái cây và rau quả ở nồng độ O2 thấp sẽ làm chậm quá trình chín của chúng [53]

c) Giới hạn trong ứng dụng nhiệt đới Vì khả năng thấm nước cao, HPMC không phù hợp cho sản phẩm được sử dụng trong môi trường có độ ẩm cao hoặc nhiệt đới Điều này có thể dẫn đến mất tính chất gel hoặc thay đổi độ dày và cấu trúc của màng HPMC [54]

d) Độ bền cơ học kém Bằng tính chất hoàn toàn tan trong nước, HPMC làm cho màng tạo ra có độ bền cơ học kém Trong điều kiện không thuận lợi, như khi di chuyển sản phẩm từ nhiệt độ thấp sang môi trường nhiệt độ phòng, màng HPMC có thể mất cấu trúc và không thể duy trì thời gian bảo quản của sản phẩm [55]

e) Độ nhạy cảm đối với enzym HPMC dễ bị phân hủy bởi enzym có mặt trong một số môi trường, chẳng hạn như dạ dày và ruột Điều này có thể làm giảm tính ổn định và hiệu quả của sản phẩm chứa HPMC trong các ứng dụng liên quan đến tiếp xúc với enzym [56]

f) Thiếu khả năng ức chế vi sinh vật HPMC không có khả năng ức chế sự phát triển của vi sinh vật Gây bất lợi ctrong ứng dụng bảo quản thực phẩm vì điều này có thể làm giảm thời gian bảo quản khi vi sinh vật gây bệnh tác động thức ăn Do đó, cần bổ sung thành phần ức chế vi sinh vật để tạo ra màng HPMC theo mô hình Modified Atmosphere Packaging (MAP) tích cực [57]

1.2.2 Bã cà phê đã qua sử dụng

Hình 1 2 SCGs trong thực tế

Theo số liệu của Tổ chức Cà phê Quốc tế, Việt Nam là nước đứng thứ 2 thế giới về thị phần xuất khẩu cà phê [58], chỉ xếp sau Brazil Việt Nam đứng đầu về năng suất trồng cà phê Qua đó, có thể thấy rằng, mặc dù nước ta sản xuất cà phê rất lớn, nhưng lượng rác thải từ SCGs ở Việt Nam thật sự là một vấn đề không thể xem nhẹ, cần có biện pháp xử lý ổn thỏa để tránh gây ô nhiễm môi trường

SCGs chiết xuất hạt cà phê, là sản phẩm phụ của quá trình chế biến cà phê chứa một lượng lớn các hợp chất hữu cơ (ví dụ như acid béo, acid amin, polyphenol, khoáng chất và polysacarit) [59]

1.2.2.1 Thành phần của bã cà phê đã qua sử dụng

a) Caffein Nồng độ caffein dao động từ 0,734 đến 41,3 µg/mg chất chiết xuất từ SCGs [60]

Caffeine (còn được gọi là 1,3,7-trimethylxanthine) là một hợp chất hữu cơ có công thức phân tử C8H10N4O2 [61]

Cấu tạo hóa học: Caffeine có cấu trúc vòng xanthine, bao gồm 2 vòng benzen và một vòng pyrimidine Nó có một nhóm amino (-NH2) và ba nhóm metyl (-CH3) gắn liền với các nguyên tử nitơ trong vòng

Hình 1 3 Công thức cấu tạo và tinh thể caffeine [62]

Tính chất hóa học Caffeine là một chất xúc tác kháng adenosine, có tác dụng chống mệt mỏi và kích thích hệ thần kinh trung ương [63] Nó có tính bazơ nhẹ và có thể hòa tan trong nước, ethanol và các dung môi hữu cơ khác Nó cũng có khả năng tác động lên các thụ thể adenosine trong não, gây ra tác động mạnh mẽ đến việc tỉnh táo và giảm cảm giác buồn ngủ

Tính chất vật lý Caffeine có dạng tinh thể màu trắng hoặc bột tinh thể Nhiệt độ nóng chảy của caffein là khoảng 238 °C [64] Nó có khả năng hòa tan trong nước ở nhiệt độ cao và hòa tan ít trong các dung môi không phân cực như dầu và các chất hữu cơ khác

b) Carbohydrates Hạt cà phê là một nguồn giàu polysaccharides, chiếm khoảng 50% trọng lượng khô của hạt xanh Những polysaccharides này chủ yếu bao gồm mannans hoặc galactomannans, arabinogalactans loại II và cellulose Mannan, một polysaccharide chính trong chiết xuất cà phê, đóng vai trò quan trọng trong độ nhớt cao của nó, điều này ảnh hưởng tiêu cực đến quy trình công nghệ trong sản xuất cà phê hòa tan tức thì [59] Ngoài ra còn bao gồm các hợp chất như lignin và các đường đơn giản khác

Polysaccharides là những hợp chất polymer có cấu trúc được tạo bởi nhiều đơn vị đường Cấu trúc của polysaccharides bao gồm các liên kết đường thông qua các liên kết glycosidic Các đơn vị đường có thể là glucose, fructose, galactose và các đơn vị đường khác

Hình 1 4 Công thức cấu tạo của polysaccharides

c) Proteins SCGs chứa một lượng protein đáng kể (13,6%, w/w) [59] Protein là một loại polymer tự nhiên được tạo thành từ các monomer gọi là acid amin Cấu trúc cơ bản của protein bao gồm một chuỗi các acid amin được liên kết với nhau bằng các liên kết peptit Các acid amin trong chuỗi protein có thể khác nhau và tạo ra sự đa dạng về cấu trúc và tính chất của protein

d) Lipids SCGs thường được nghiên cứu là có chứa 10 – 15% lipids [65]

Hình 1 5 Công thức cấu tạo của Lipds

Lipid là một loại phân tử hữu cơ không phân tán trong nước nhưng có khả năng hòa tan trong các dung môi hữu cơ như n-heptan, chloroform và ethanol Chúng có vai trò quan trọng trong cấu trúc và chức năng của tế bào, cung cấp năng lượng và tham gia vào nhiều quá trình sinh học khác nhau

Lipid có khả năng hòa tan trong các dung môi hữu cơ như ethanol và diethyl ether, tạo thành các dung dịch lipid Đồng thời, lipid không hòa tan trong nước do tính chất không phân tán trong môi trường nước

e) Các hợp chất phenolic SCGs chứa nhiều hợp chất phenolic ( chlorogenic, caffeic acid, ferulic acid, quinic acid và các dẫn xuất của chúng) như là liên quan đến sức khỏe con người Các hợp chất phenolic này có hoạt tính chống oxy hóa, kháng vi khuẩn, chống vi-rút, chống viêm và chống ung thư Nó có khả năng chống oxi hóa, giúp bảo vệ tế bào khỏi stress, oxy hóa và tổn thương Ngoài ra, chúng còn có tính kháng vi khuẩn, kháng vi-rút và chống viêm, giúp hỗ trợ hệ miễn dịch và đấu tranh chống lại nhiễm trùng và sự viêm nhiễm Thêm vào đó, một số hợp chất phenolic trong SCG đã được tìm thấy có hoạt tính chống ung thư, có nghĩa là nó có thể giúp ngăn chặn hoặc ức chế sự phát triển của tế bào ung thư [66, 67]