chế tạo màng kháng khuẩn từ agar và dịch chiết nghệ

TÓM TẮT KHÓA LUẬN Trong đề tài này, mục đích của nghiên cứu là chế tạo màng kháng khuẩn từ polymer nền agar và tác nhân kháng khuẩn là dịch chiết nghệ với mong muốn ứng dụng vào việc bảo

TỔNG QUAN

Tổng quan về màng kháng khuẩn ăn được

Việc sử dụng bao bì một lần sẽ phát thải ra môi trường một lượng lớn chất thải và tốn thêm nhiều chi phí để xử lý lượng chất thải này Bắt nguồn từ lý do này ý tưởng màng và lớp phủ ăn được nghiên cứu, màng và lớp phủ ăn được có định nghĩa là chất nền liên tục được chế tạo từ có polymer như lipid, protein, polysaccharide Ý tưởng trên đã có từ những thế kỉ trước vào thế kỉ 12 và 13 các loại trái cây có múi được nhúng vào sáp để làm quá trình mất nước để giữ sự tươi mới và có thể lưu trữ lâu hơn[1] Trong thế kỉ 15 một loại màng màng được đầu tiên với cái tên Yuba từ sữa đậu nành được phát triển ở Nhật Bản[2] Vào thế kỉ 16 ở Châu Âu để giữ ẩm, bề mặt thịt đã được phủ một lớp dầu, bên cạnh đó lần đầu tiên lớp phủ bằng gelatin được thực hiện vào thế kỷ 19[3] Hiện nay thế kỷ 21 các loại màng ăn được được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng bao gồm lớp vỏ cho xúc xích, lớp phủ chocolate cho các loại hạt[1] Việc được bao bên ngoài các loại thực phẩm và tiêu thụ cùng thực phẩm thì các loại màng ăn được cần có các yêu cầu như không vị, không mùi, không màu và trong suốt để tránh các tác động tiêu cực đến thực phẩm Bên cạnh đó các vật liệu tạo màng ăn được cũng có một số yêu cầu như nguyên vật liệu thô được công nhận an toàn, có khả năng làm giảm hoặc kháng lại các vi sinh vật gây bệnh[4]

Các vật liệu đóng gói truyền thống được sử dụng rộng rãi và phổ biến trong những năm gần đây bởi vì chúng tiện lợi, an toàn, tiết kiệm nhưng đa số những vật liệu đóng gói này làm từ nhựa các polymer có nguồn gốc từ dầu mỏ không có khả năng phân hủy sinh học và thời gian phân hủy rất dài từ đó gây ô nhiễm môi trường Các nghiên cứu về việc sử dụng polymer có nguồn gốc tự nhiên có khả năng phân hủy sinh học hoặc có thể ăn được để làm vật liệu đóng gói nhằm mục đích cung cấp những lựa chọn bao bì thân thiện với môi trường thay thế cho các vật liệu đóng gói truyền thống đã được phát triển Nối tiếp các nghiên cứu về màng ăn được các nhà khoa học đã có những công trình khoa học nghiên cứu việc bổ sung các hợp chất có khả năng kháng khuẩn được tích hợp vào các màng có khả năng ăn được với mục đích kéo dài thời gian sử dụng của thực phẩm được phổ biến và chấp nhận[5]

Các hợp chất có hoạt tính cao chẳng hạn như các chất có khả năng chống vi trùng, vi khuẩn có thể được tích hợp vào các màng phân hủy sinh học từ đó trở thành một loại

“bao bì hoạt tính” có thể ứng dụng vào các ngành có đòi hỏi các yêu cầu về kháng khuẩn như ngành thực phẩm và y tế Giải pháp này được nghiên cứu và phát triển để làm giảm ức chế sự phát triển của các mầm bệnh từ việc kháng lại và hạn chế sự phát triển của các vi khuẩn, vi sinh vật gây nên mầm bệnh[6] Khi sản xuất chế biến các loại thực phẩm tươi sống, các vi sinh vật gây nhiễm bẩn được tìm thấy trên các thực phẩm này với mật độ rất cao, cần có sự kiểm soát sự phát triển của các vi sinh vật này để hạn chế việc gây ngộ độc thực phẩm Để có thể kiểm soát sự phát triển của các vi sinh vật cần một lượng chất kháng khuẩn thêm vào trực tiếp hoặc trên bao bì của các thực phẩm này để ức chế sự phát triển của vi sinh vật, nhưng việc sử dụng “bao bì hoạt tính” có hiệu quả cao hơn so với việc thêm trực tiếp vào thực phẩm bởi vì có một số thành phần trong thực phẩm làm giảm hoạt tính của các chất kháng khuẩn Với việc sử dụng “bao bì hoạt tính” thì các chất kháng khuẩn bên trong bao bì được giải phóng có chọn lọc và tác dụng dần dần lên bề mặt của thực phẩm[7]

Màng kháng khuẩn được chia làm 2 loại chính Đầu tiên là loại tiếp xúc trực tiếp với bề mặt thực phẩm có các tác nhân kháng khuẩn tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm và một lượng nhỏ các tác nhân kháng khuẩn này có thể đi vào bên trong thực phẩm từ đó hạn chế sự phát triển của vi sinh vật, thường là bổ sung các túi hoặc miếng thấm hút có chứa chất kháng khuẩn vào bao bì, ở loại màng kháng khuẩn này có sự tiếp xúc giữa tác nhân kháng khuẩn và thực phẩm sau đó các tác nhân kháng khuẩn đi sâu vào trong thực phẩm, việc lựa chọn chất kháng khuẩn cần phụ thuộc nhiều vào hoạt động của tác nhân kháng khuẩn như tác nhân này chống lại vi sinh vật nào cần xác định rõ loại vi khuẩn đó[8] Việc phát triển của các vi sinh vật khác không mong muốn có thể làm hỏng thực phẩm Trong khi loại màng kháng khuẩn còn lại được tích hợp tác nhân kháng khuẩn vào trong các polymer tạo thành màng bao bì để đạt được hoạt tính kháng khuẩn[9], các tác nhân kháng khuẩn không cần tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm nhưng vẫn ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật mà không cần tiếp xúc với thực phẩm nhờ vào việc hình thành các mô hình giải phóng với các giai đoạn khác nhau có thể kiểm soát được và duy trì lâu dài các loại thực phẩm mang lại

3 khả năng ức chế vi khuẩn, mang lại sự an toàn hơn so với loại màng kháng khuẩn ăn được đầu tiên Ví dụ như kết hợp các nano TiO2 có khả năng kháng khuẩn với chitosan một polymer sinh học kháng khuẩn có khả năng tạo màng, tạo ra màng kháng khuẩn kép được nghiên cứu bởi Zhang và các cộng sự[10] Trong một số trường hợp của loại màng kháng khuẩn được tích hợp tác nhân kháng khuẩn này sự giải phóng các tác nhân kháng khuẩn là quá trình khuếch tán nền đơn giản phụ thuộc vào cấu trúc của polymer nền có nhánh, tuần hoàn, tuyến tính hoặc các liên kết ngang, bên cạnh đó cũng phụ thuộc vào tính phân cực của phân tử khuếch tán[11] Trong nhóm màng này có thể được chia làm nhóm nhỏ khác là màng kháng khuẩn ăn được dựa vào polymer nền tạo nên chúng (polysaccharide, lipid, protein).

Tổng quan về vật liệu tạo màng kháng khuẩn

Agar một polysaccharide mạch thẳng có nhiều trong tự nhiên, được định nghĩa là một chất hydrocolloid (keo nước) có khả năng tạo gel mạnh, có nhiều trong tảo đỏ với vai trò tạo thành cấu trúc hỗ trợ thành tế bào của một số loài tảo, được sản xuất từ tảo đỏ Khả năng tạo gel của agar dựa vào các liên kết hidro được hình thành giữa các chuỗi galactan tuyến tính của trong mạch polysaccharide

Agar được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1658 tại Nhật Bản bởi Tarazaemon Minoya và sau đó được sử dụng rộng rãi ở các nước ở phương Đông trong thế kỉ 17 và 18 Nhà hóa học người Pháp Anselme Payen, người đầu tiên phân tích hóa học agar vào năm 1859 từ tảo biển Gelidium corneum[12], và ông cũng là người đầu tiên giới thiệu agar đến các nước ở phương Tây như là một loại thực phẩm Năm 1882 ứng dụng của agar trong lĩnh vực vi sinh được công bố bởi Koch một đánh dấu sự phổ biến của agar ở phương Tây và trên thế giới vào cuối thế kỉ 19[13] Nhà nghiên cứu nổi tiếng là tiến sĩ Martin Glicksman đã xuất bản 2 công trình nghiên cứu vào năm 1969 và 1983 cập nhật agar là một chất hydrocolloids, những công trình này phản ánh khá chính xác về ứng dụng và cấu trúc của agar Một chương về agar của Norman Stanley được xuất bản năm 1995 cung cấp những thông tin hữu ích về cấu trúc và đặc tính gel của agar Được xem là chất phycocoloid (chất kết dính có nguồn gốc từ rong, tảo) đầu

4 tiên được sử dụng và là thành phần trong thực phẩm được cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) phê duyệt thuộc diện GRAS (công nhận an toàn) và năm 1972 Ngoài ra agar vượt qua các bài kiểm tra về độc tính, gây đột biến vào năm 1973[13]

Agar là chất rắn không mùi, không vị, không độc và có dạng bột màu trắng, trắng vàng hoặc vàng nhạt

Hình 1.1 Bột agar Nhiệt độ nóng chảy: 85 o C

Nhiệt độ tạo gel: 40-50 o C Khi agar tạo gel sẽ không chảy cho đến khi gia nhiệt đến đến nhiệt độ nóng chảy Độ nhớt tương đối thấp và phụ thuộc vào nhiệt độ và pH, trong khoảng pH từ 4.5-9.0 độ nhớt không đổi

1.2.1.3 Cấu trúc và tính chất hóa học

Agar là một polysaccharide mạch thẳng được cấu tạo từ các gốc galactose bằng 2 liên kết α-1,3 và β-1,4 xen kẽ và các đơn vị lặp là các disaccharide, agar là một hỗn hợp bao gồm 2 disaccharide là agarnose và agarosepectin với agarose chiếm 70% Agarose là một polymer mạch thẳng được cấu tạo từ các đơn vị lặp lại của agarobiose được tạo thành từ D-galactose và 3,6-anhydro-L-galactose (hình 1.2), lượng 3,6- anhydro-L-galctopyranose chiếm đa số sau khi hình thành các agarobiose sẽ còn tồn tại một lượng dư chất này gọi là dư lượng anhydro-L-galactopyranose[12], [14]

Agarosepectin có thành phần bao gồm D-galactose và L-galactose được biến đổi với nhiều nhóm phụ có tính axit như nhóm sulfate (hình 1.3)[2], [4]

Hình 1.2 Cấu trúc của agarose

Hình 1.3 Cấu trúc agarosepectin Agar có công thức hóa học là C14H24O9

Khối lượng phân tử khoảng 336.335 g/mol

Tên gọi theo IUPAC: (2R,3S,4S,5R)-2-(hydroxymethyl)-6-[[(4R,5S)-4-hydroxy-3- methyl-2,6-dioxabicyclo[3.2.1]octan-8-yl]oxy]-4-methoxyoxane-3,5-diol

Có độ đa phân tán: PDI1%, độ bền kéo của vật liệu có xu hướng giảm khi độ ẩm tăng[39] Độ dãn dài (EB) của mẫu có chất hóa dẻo tăng đáng kể, tăng khoảng 45%

Có thể giải thích do bổ sung glycerol là một chất hóa dẻo xâm nhập vào mạng lưới cấu trúc làm cho các mạch agar trượt lên nhau giúp tăng độ dẻo dai của màng [40], [41]

Từ các kết quả về độ ẩm, độ tan, độ hấp thụ nước và các tính chất cơ học cho thấy chất hóa dẻo có ảnh hưởng đến các tính chất của màng được khảo sát, làm tăng độ ẩm, độ tan, độ hấp thụ nước và độ dãn dài bên cạnh đó không làm giảm đáng kể độ bền kéo của màng Với kết quả trên lượng hóa dẻo 20% glycerol kết quả của các tính

29 chất khảo sát gần như không thay đổi, ở các lượng hóa dẻo 30%, 40%, 60% glycerol các kết quả có sự khác biệt rõ rệt và khi tăng dần lượng hóa dẻo thì các kết quả khảo sát có xu hướng không đổi, để tiết kiệm tối đa lượng hóa chất nhưng vẫn đạt được tính chất mong muốn chúng tôi lựa chọn lượng hóa dẻo phù hợp là 30% glycerol so với agar

Sau khi chọn được lượng hóa dẻo phù hợp đề tài tiến hành thêm dịch chiết nghệ để tạo màng kháng khuẩn và khảo sát ảnh hưởng của lượng dịch chiết đến các tính chất của màng.

Màu sắc

Dịch chiết nghệ một chất màng màu vàng đặc trưng khi thêm vào sẽ tạo màu vàng cho màng Kết quả về màu sắc của màng có sự thay đổi giữa các màng có lượng dịch chiết nghệ khác nhau D0 (0 mL dịch chiết), D0.5 (0.5 mL dịch chiết), D1 (1.0 mL dịch chiết) và D1.5 (1.5 mL dịch chiết) khi quan sát hình các mẫu màng tương ứng với các hình 3.6a, b, c, d a b c d

Hình 3.6a, b, c, d Các mẫu màng có lượng dịch chiết nghệ khác nhau

Quan sát hình 3.6a, b, c, d có thể thấy tăng dần dịch chiết nghệ có ảnh hưởng đến màu sắc của màng, dễ dàng nhận biết được khác biệt về màu sắc giữa các mẫu màng D0, D0.5, D1 và D1.5 khi tăng lượng dịch chiết nghệ thì cường độ màu vàng cũng tăng Màu sắc của màng có màu vàng do chất màu của màng tồn tại dạng keto màu vàng (hình 3.7) của curcumin trong dịch chiết nghệ[42] Để xác định các màu sắc và sự chuyển màu cần phân tích các thông số L (độ sáng), a (xanh lá – đỏ), b (xanh dương – vàng), ∆E của các mẫu được trình bày trong bảng 3.3

Hình 3.7 Dạng keto trong curcumin Các thông số L, a, b đo được của màng được mô tả thành các màu sắc dựa trên hình 3.8 Cụ thể L (Lightness) giá trị từ 0 (màu đen) đến 100 (màu trắng), a (Greeness/Redness) giá trị dao động từ -80 (màu xanh lục) đến 100 (màu đỏ), b (Blueness/Yellowness) giá trị dao động từ -80 (xanh dương) đến 100 (màu vàng)

Bảng 3.3 Thông số màu của các mẫu màng có tỷ lệ pha trộn dịch chiết nghệ khác nhau

31 Độ sáng của các mẫu màng các bổ sung dịch chiết nghệ tối dần được thể hiện thông qua thông số L giảm nhẹ từ mẫu màng D0 từ 89.04 ± 0.14 đến mẫu D1 còn 79.02 ± 0.63 nhưng ở mẫu màng D1.5 không có thay đổi so với mẫu D1

Màng D0 không có dịch chiết có màu xanh dương nhẹ do thông số của mẫu này có giá trị -1.61 ± 0.18 khi thêm và tăng dần lượng dịch chiết các mẫu bắt đầu chuyển từ xanh dương sang đỏ thể hiện qua giá trị a của mẫu D0.5 âm và tăng dần đạt giá trị dương ở 2 mẫu D1 và D1.5

Màng chưa có dịch chiết thể hiện có màu xanh dương sau khi bổ sung dịch chiết màng chuyển hẳn sang màu vàng với thông số b của cả ba mẫu được bổ sung dịch chiết nghệ D0.5, D1 và D1.5 đều dương và có giá trị khá cao Thông số b có xu hướng tăng tỉ lệ thuận với việc tăng thêm lượng dịch chiết nghệ trong màng, ghi nhận thấp nhất ở mẫu D0 và cao nhất ở mẫu D1.5

Nhìn chung nhìn chung khi tăng dần lượng dịch chiết từ 0 mL lên 1.5 mL có sự thay đổi màu sắc rõ rệt giữa mẫu màng có và không có dịch chiết được thể hiện qua ∆E rất cao ở các mẫu D0.5, D1 và D1.5, yếu tố chính gây ra sự chênh lệch này là do thông số b.

Độ truyền quang

Khả năng truyền quang ánh sáng ở bước trong các vùng hồng ngoại, khả kiến, UV của các mẫu màng được thể hiện qua phổ hấp thụ UV-vis của các mẫu màng trong hình 3.9

Hình 3.9 Phổ hấp thụ UV-vis của các mẫu màng

Theo hình 3.9 cho thấy trong vùng hồng ngoại tất cả các mẫu màng đều cho ánh sáng ở vùng này đi qua một cách dễ dàng với độ hấp thu rất thấp Ở vùng ánh sáng khả kiến mẫu D0 cho ánh sáng có bước sóng trong vùng này đi qua với độ hấp thụ thấp nhưng ở 3 mẫu màng được bổ sung dịch chiết có sự hấp thụ ở khoảng bước sóng từ 420-580 nm do các mẫu có chứa dịch chiết nghệ trong đó có curcumin gây nên sự hấp thụ này[43] Ở vùng tia UV các màng đều cho thấy sự ngăn cản việc truyền qua của các ánh sáng có bước sóng trong vùng này với độ hấp thụ ánh sáng trong vùng UV khá cao Dựa trên phần trăm truyền quang tại bước sóng 280 nm (T280) để xác định khả năng chống tia UV của các mẫu màng[31], kết quả được trình bày ở bảng 3.4

Bảng 3.4 Phần trăm truyền quang của các mẫu màng tại bước sóng 280 nm (T280)

Giá trị T280 được ghi nhận cao nhất ở mẫu màng D0 không có dịch chiết nghệ (59.96% ± 1.4%) và thấp nhất ở mẫu màng D1.5 (14.57% ± 2.1%) Sau khi bổ sung dịch chiết nghệ T280 giảm đáng kể, giảm 75.695% Việc làm giảm T280 của các mẫu màng có bổ sung dịch chiết nghệ được giải thích chủ yếu là do sự hấp thụ và ánh sáng của các nhóm phenolic có trong các hoạt chất trong dịch chiết nghệ[31] Nhìn chung các mẫu màng có bổ sung dịch chiết nghệ đều có khả năng kháng tia UV.

Phổ FTIR (Fourier Transform Infrarted Spectroscopy)

Phổ FTIR hoạt động dựa trên sự hấp thụ bức xạ hồng ngoại của vật chất cần nghiên cứu, cho phép ghi nhận, đánh giá sự tương tác giữa các đỉnh, các dao động đặc trưng của các liên kết hóa học giữa các nguyên tử để thấy được những thay đổi trong cấu trúc của agar trước và sau khi thêm dịch chiết nghệ được thể hiện trong hình 3.10

Hình 3.10 Phổ FTIR của các mẫu màng D0, D0.5, D1, D1.5 Trong phổ FTIR của mẫu D0 (hình 3.9) có thể quan sát thấy được các đỉnh hấp thụ ở khoảng 3200-3400 cm -1 là sự hiện diện của các nhóm -OH dãn dài của agar Các đỉnh hấp thụ quan sát được ở 2930 cm -1 gây nên bởi liên kết C-H dãn dài của các alkane trong mạch agar Các liên kết peptit được xác định bởi đỉnh hấp thụ tại 1644 cm -1 gây nên bởi nhóm amin NH và nhóm aceton CO tạo thành bởi các axit amin có trong agar[44] Có thể giải thích do agar được sản xuất từ tảo đỏ có giàu các chất như vitamin và khoáng chất như sắt, kẽm, mangan, canxi, axit amin, axit béo, axit folic, omega 3 và omega 6[45] Sự hiện diện của cầu nối C-O-C của 3,6-anhydro-L- galactopyranose được quan sát qua đỉnh hấp thụ tại 930 cm -1 [46]

Dao động của nhóm sulfate trong mạch agar được xác định bằng đỉnh hấp thụ tại

1370 cm -1 có thể được giải thích bằng cấu trúc của agar có phần agaropectin (hình 3.11)[47] Đỉnh hấp thụ tại 1151 cm -1 và trong khoảng từ 1025-1030 cm -1 tạo nên bởi

34 các phân tử đường (dư lượng anhydro-L-galactopyranose) trong cấu trúc của agar[31]

Hình 3.11 Thành phần của agar Phổ FTIR của các mẫu màng có bổ sung dịch chiết nghệ D0.5, D1 và D1.5 nhìn chung không có sự thay đổi so với mẫu màng D0 Từ đó có thể kết luận dịch chiết nghệ không có tương tác hóa học với agar.

Độ ẩm, độ hấp thụ nước, độ hòa tan của màng

Độ ẩm, độ trương và độ tan trong nước có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của màng từ các polymer tự nhiên Tùy vào các ứng dụng của màng kháng khuẩn mà các đặc tính về độ ẩm, không thấm nước cần được quan tâm vì các tính chất này ảnh hưởng đến các đặc tính hóa học và sinh học của màng kháng khuẩn Kết quả về độ ẩm, độ hút nước và độ hòa tan của các mẫu màng D0, D0.5, D1 và D1.5 được trình bày ở bảng 3.5 và các hình 3.12, 3.13, 3.14

Bảng 3.5 Độ ẩm, độ tan, độ trương của các mẫu màng Mẫu màng Độ ẩm (%) Độ tan (%) Độ hấp thụ nước (%) D0 56.89 ± 1.000 30.308 ± 2.154 77.10 ± 1.786

Hình 3.12 Độ ẩm của các mẫu màng

Hình 3.13 Độ tan của các mẫu màng

Hình 3.14 Độ hấp thụ nước của các mẫu màng Các hình 3.12, 3.13 và 3.14 cho thấy xu hướng thay đổi độ ẩm, độ tan, độ trương của các mẫu màng khi bổ sung dịch chiết nghệ Nhìn chung khi bổ sung dịch chiết không ảnh hưởng đến các thông số độ ẩm, độ tan, độ hấp thụ nước

Hình 3.12 cho thấy các mẫu màng có và không có dịch chiết thì độ ẩm tương đối cao đều >50% và thay đổi không đáng kể do khi bổ sung dịch chiết thì các chất có trong dịch chiết kỵ nước không tạo liên kết hidro với nước và hơi ẩm trong không khí Kết quả này tương đồng với báo cáo của Roy và cộng sự nghiên cứu về sự ảnh hưởng của dung dịch curcumin đến các tính chất của các polysaccharide trong đó có agar[31]

Từ hình 3.13 có thể thấy độ tan của các mẫu màng không thay đổi đáng kể khi thêm dịch chiết nghệ, các mẫu màng có thể giải thích do các chất kỵ nước trong dịch chiết nghệ gây nên[48] Roy và các cộng sự đã báo cáo về sự ảnh hưởng các tính chất của màng sinh học với polymer nền là các polysaccharide khi bổ sung dung dịch curcumin cho kết quả tương tự[31]

Nhìn chung độ hấp thụ nước của các mẫu màng có xu hướng tăng khi bổ sung dịch chiết nghệ theo hình 3.14 Điều này tương tự với một báo cáo của Pramanik và cộng sự khi thêm dung dịch curcumin vào màng guar gum/polyhydroxyalkanoates[49]

Độ dày và cơ tính

Tính chất cơ học của màng kháng khuẩn rất quan trọng, nó hỗ trợ cho ứng dụng tiềm năng là màng bọc thực phẩm Các kết quả về độ dày, độ bền kéo (TS), độ dãn dài khi đứt (EB) được dùng để đánh giá và được thể hiện trong bảng 3.6 và đồ thị độ bền kéo (TS), độ dãn dài khi đứt (EB) (hình 3.15)

Bảng 3.6 Kết quả độ dày và cơ tính của các mẫu màng

Mẫu màng Độ dày (mm) TS (MPa) EB (%)

Hình 3.15 Đồ thị độ bền kéo và độ dãn dài của các mẫu màng

Từ bảng 3.6 và hình 3.15 cho thấy độ dày của màng thay đổi không đáng kể khi bổ sung dịch chiết nghệ có thể giải thích do sự phân tán đồng đều của dịch chiết nghệ trong mạch agar Độ bền kéo của các mẫu màng cho thấy không có sự thay đổi có thể lý giải kết quả này là do sự ảnh hưởng của độ ẩm của mẫu đã được trình bày trong phần 3.4 độ ẩm của các mẫu có giá trị gần như không thay đổi khi bổ sung dịch chiết nghệ do các

38 chất có trong dịch chiết nghệ được bổ sung vào màng agar có tính kỵ nước, từ đó không làm thay đổi độ bền kéo của các mẫu màng Các kết quả về cơ tính của màng agar có bổ sung dung dịch curcumin của Roy và cộng sự cũng cho kết quả tương tự[31] Độ dãn dài (EB) của các mẫu không thay đổi, chứng tỏ dịch chiết nghệ không gây ảnh hưởng đến các tính chất cơ học của màng Một báo cáo của Roy và các cộng sự cũng đã cho kết quả tương tự về độ dãn dài khi đứt (EB) khi bổ sung thêm một lượng dung dịch curcumin vào các màng có nền là polysaccharide bao gồm agar[31].

Giải phóng các hoạt chất

Giải phóng các hoạt chất trong dịch chiết nghệ là một trong những tính chất quan trọng của màng kháng khuẩn do ứng dụng của màng cần các hoạt chất này theo hướng ứng dụng tiềm năng của đề tài là màng bọc bảo vệ thực phẩm Tính chất này ảnh hưởng lớn đến khả năng kháng khuẩn và khả năng kháng oxi hóa của màng Theo dự đoán hoạt chất được giải phóng là curcumin Kết quả giải phóng hoạt chất trong dịch chiết nghệ được thể hiện qua hình 3.16

Hình 3.16 Đồ thị giải phóng dịch hoạt chất trong chiết nghệ theo thời gian

Sự giải phóng các hoạt chất này là do một loạt các quá trình như hòa tan, khuếch tán dịch chiết nghệ trong màng và trong dung dịch liên quan đến độ tan và độ hấp thụ nước (đã được trình bày trong mục 3.4) Việc giải phóng phụ thuộc vào cấu trúc polymer có cấu trúc lỗ rỗng, phân nhánh và khả năng hòa tan trong nước của các polymer Các hoạt chất trong dịch chiết nghệ giải phóng phụ thuộc vào các yếu tố kể trên[50]

Hình 3.13 cho thấy thời gian giải phóng hoạt chất thông qua độ hấp thụ ở bước sóng

420 nm của các mẫu màng là khác nhau, độ hấp thụ của các mẫu tăng dần theo thời gian và đạt giá cao nhất ở thời gian khảo sát là 1440 phút Độ hấp thụ tại bước sóng

420 nm khá nhỏ có thể nói lượng curcumin được giải phóng rất ít Một báo cáo của Pramanik và các cộng sự đã báo cáo về sự phóng curcumin trong màng guar gum thông qua độ hấp thụ trong nghiên cứu này kết quả về độ hấp thụ ở các mốc thời gian khảo sát cao hơn so với đề tài của chúng tôi[49], do guar gum dễ tan trong nước hơn agar nhờ cấu trúc dạng que (hình 3.17) bao gồm các gốc mannose liên kết với nhau nhờ liên kết 1,4 glycosic và ở mỗi mannose thứ hai liên kết với các gốc galactose bằng 1,6 glycosic có các nhóm -OH dễ tạo liên hết hidro với nước do đó màng dễ tan hơn trong nước từ đó curcumin giải phóng nhiều hơn

Hình 3.17 Cấu trúc guar gum

Khả năng chống oxi hóa

ABTS một chất có khả năng tạo gốc tự do khá ổn định, phân tích quang phổ của hoạt động thu nhặt gốc tự do ABTS∙ + được xác định theo phương pháp của Re et al[34], [51] Cơ sở lý thuyết của phương pháp này dựa trên lượng ABTS∙ + còn lại được xác định bằng phép đo quang phổ bằng máy đo quang phổ UV-vis (Hitachi UH5300 – Japan) sau khi thêm một lượng chất chống oxi hóa vào dung dịch gốc ABTS được chuẩn bị sẵn sau một khoảng thời gian cố định[35]

Một ưu điểm nổi bật của màng kháng khuẩn là sự kết hợp các chất màu tự nhiên có khả năng chống oxi hóa Kết quả về khả năng chống oxi hóa của các mẫu màng được thể hiện qua hình 3.18

Hình 3.18 Đồ thị phần trăm bắt gốc tự do của các mẫu màng

Từ hình 3.18 cho thấy các mẫu màng D0.5, D1 và D1.5 đều có khả năng chống oxi hóa có thể giải thích nhờ vào tác dụng chống oxi hóa của axit vanillic (hình 3.19) được biết đến là một chất có trong củ nghệ[52] và có khả năng tan trong nước[53], khả năng chống oxi hóa của các mẫu màng chủ yếu đến từ nguyên tử Hidro trong nhóm -OH phenol của axit vanillic[54] Đề tài dự đoán hoạt chất chống oxi hóa là curcumin nhưng trong phần xác định giải phóng hoạt chất độ hấp thụ ở 420 nm rất thấp từ đó có thể nhận định lượng curcumin giải phóng rất ít không khó mang lại

41 khả năng chống oxi hóa cho màng khả năng chống oxi hóa của các mẫu màng chủ yếu đến từ nguyên tử Hidro trong nhóm -OH phenol của axit vanillic[54]

Hình 3.19 Axit vanillic Phần trăm bắt gốc tự do tăng dần theo lượng dịch chiết nghệ thêm vào (0.5%, 1%, 1.5% v/v), giá trị cao nhất được ghi nhận ở mẫu màng D1.5 Có thể giải thích theo việc giải phóng các hoạt chất có trong dịch chiết nghệ ở các mẫu màng mẫu D1.5 có kết quả giải phóng hoạt chất cao hơn nên mẫu này có khả năng chống oxi hóa cao hơn Một báo cáo về màng chitosan/PVA/axit vanillic của Manjunath P Eelager và các cộng sự cho kết quả xác định khả năng chống oxi hóa các màng có bổ sung axit vanillic đều có khả năng chống oxi hóa[55].

Khả năng kháng khuẩn

Với ứng dụng tiềm năng là màng bao thực phẩm việc màng có khả năng kháng các vi khuẩn gây hại thực phẩm là một đặc tính cần thiết của màng, giúp ngăn chặn các vi khuẩn gây hại phát triển giảm tỉ lệ ngộ độc cũng như kéo dài thời gian sử dụng của thực phẩm

Các hoạt chất có trong dịch chiết nghệ như curcumin và axit vanillic được đánh giá là các hợp chất có khả năng kháng khuẩn tốt có thể kháng lại cả 2 loại vi khuẩn Gram dương và vi khuẩn Gram âm[56], [57], trong nghiên cứu sử dụng S.aureus một loại vi khuẩn thuộc vi khuẩn Gram dương Việc hoạt chất ức chế sự phát triển của vi khuẩn được thực hiện theo cơ chế phá hủy màng tế bào của vi khuẩn bằng các nhóm phenolic, ức chế enzym và ngăn chặn sự hình thành màng tế ngăn việc trao đổi chất

42 giữa vi khuẩn và môi trường từ đó vi khuẩn không thể thực hiện quá trình phân chia tế bào Khả năng kháng khuẩn của màng được thể hiện trong hình 3.19a, b, c, d, e, f

Hình 3.20a, b, c, d, e, f Khả năng kháng khuẩn trên S aureus của các mẫu màng Hình 3.20a và 3.20b thể hiện sự khác biệt của đĩa thạch có và không có các mẫu màng kháng Không có mẫu màng kháng khuẩn vi khuẩn phát triển đều trên toàn bộ đĩa thạch, khi có các mặt các mẫu màng thì có các vùng kháng khuẩn (mũi tên trong hình 3.20c, d, e ,f)

Quan sát tổng thể hình 3.20c, d, e, f các mẫu màng có bổ sung dịch chiết đều có khả năng kháng khuẩn qua vòng tròn kháng khuẩn thể hiện và mẫu màng không có bổ sung dịch chiết vi khuẩn phát triển như đĩa thạch chỉ có khuẩn Ở mẫu D1 có vùng kháng khuẩn không thể hiện rõ do có sự sai sót trong quá trình thực hiện làm màng bị dịch chuyển Khả năng kháng khuẩn của vật liệu khá kém Một nghiên cứu về màng ăn được trên polymer nền là gelatin và tác nhân kháng khuẩn là curcumin của a b c d e f

Musso và các cộng sự cho kết quả không kháng khuẩn S.aureus do lượng curcumin trong nghiên cứu của họ khá nhỏ[58].

Điện hóa

3.10.1 Khả năng đổi màu theo pH

Khả năng thay đổi màu sắc của màng là do dịch chiết nghệ do các hợp chất phenolic và các cấu trúc liên kết chưa bão hòa của phân tử curcumin trong dịch chiết nghệ tạo nên những sự thay đổi màu sắc khi thay đổi pH[59] Sự thay đổi màu sắc của các mẫu màng được thể hiện trong bảng 3.7, 3.8, 3.9 và hình 3.21, 3.22

Hình 3.21 Sự đổi màu theo pH 1.0-12.0 của các mẫu màng và dịch chiết

Hình 3.22 Phổ hấp thụ của dịch chiết nghệ theo pH 1.0-12.0 pH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Bảng 3.7 Kết quả đo màu theo pH mẫu màng D0.5 pH L a b

Bảng 3.8 Kết quả đo màu theo pH mẫu màng D1 pH L a b

Bảng 3.9 Kết quả đo màu theo pH mẫu màng D1.5 pH L a b

Từ hình 3.21 và hình 3.22 nhìn chung màu sắc của các dung dịch chiết từ bột nghệ thay đổi theo pH từ màu vàng (pH