Trong nghiên cứu này, màng sericin liên kết ngang dễ dàng được điều chế bằng phản ứng Maillard do glucose gây ra, đồng thời nghiên cứu các đặc tính hóa lý và chức năng chống oxy hóa của
TỔNG QUAN
Tổng quan về kén tằm
Kén tằm, lớp vỏ bên ngoài của con tằm, là một tổ hợp tơ phi nhân tạo với nhiều lớp, đóng vai trò như rào chắn bảo vệ nhộng tằm khỏi thiên địch và các yếu tố môi trường như gió, mưa và tia cực tím Cấu trúc phân cấp của kén cung cấp sự bảo vệ mạnh mẽ cho nhộng tằm cho đến khi chúng phát triển thành bướm, đồng thời giúp điều chỉnh môi trường sống bằng cách loại bỏ sự hấp thụ nước và điều chỉnh dòng khí oxy và carbon dioxide.
Kén tằm, sản phẩm từ loài tằm Bombyx mori, là một côn trùng chuyển hóa toàn phần được nghiên cứu vì những đặc tính vượt trội như sợi chắc và dễ tháo gỡ Kén này bao gồm một chuỗi hai sợi liên tục, tạo điều kiện lý tưởng cho quá trình phát triển của ấu trùng.
Sợi tơ được cấu tạo từ một cặp sợi fibroin kỵ nước không tan trong nước, kết nối với nhau bằng chất dẻo sericin ưa nước và các amino acid như glutamic acid, valine, và aspartic acid, những amino acid này đóng vai trò quan trọng trong việc xác định độ đàn hồi và độ bền của kén.
Các protein tơ được tổng hợp ngay lập tức bởi các tế bào trong kén khi chúng được đưa vào lòng kén, nơi diễn ra quá trình sản xuất sợi tơ.
Kén B mori có độ dày lớn và độ bền kéo cao, nhưng độ bền tổng thể lại thấp Cấu trúc lớp của nó được phân loại song song với hướng bề mặt, với sự kết nối chất keo giữa các lớp Độ bền của các lớp xen kẽ tỷ lệ thuận với khoảng cách giữa chúng; nếu liên kết giữa các lớp mạnh, khả năng hình thành cấu trúc không dệt ba chiều sẽ giảm.
Tổng quan về sericin
Sericin là một polymer sinh học tự nhiên, thân thiện với môi trường và giàu protein, có khả năng phân hủy sinh học Nó được thu hồi như một sản phẩm phụ từ ngành công nghiệp tơ lụa và có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như mỹ phẩm, thực phẩm, y tế, màng và vật liệu sinh học Các phương pháp chiết xuất khác nhau được áp dụng để thu hồi sericin từ tơ tằm, mang lại giá trị cho ngành công nghiệp này.
Sericin là một đại phân tử ưa nước, chứa hydroxyl phân cực, carboxyl và 18 amino acid, trong đó serine, aspartic acid và glycine là ba loại quan trọng nhất Nó có cấu trúc hình cầu với dạng xoắn β ngẫu nhiên và trọng lượng phân tử từ 10 đến 400 kDa Đặc tính sinh học của sericin chịu ảnh hưởng lớn từ thành phần hữu cơ, độ hòa tan và cấu trúc của các nhóm hóa học phân cực Ngoài ra, sericin có khả năng kết nối với các polymer khác thông qua liên kết ngang, đồng trùng hợp hoặc pha trộn, giúp cải thiện độ bền cơ học của vật liệu sinh học Sericin cũng có thể được sử dụng để tạo ra các sản phẩm như hydrogel, màng, bọt biển, hạt và sợi.
Bảng 2.1 Thành phần amino acid của sericin [12]
Sericin trong tằm có thể được chia thành ba phần cụ thể: sericin A (lớp ngoài cùng), sericin
B và sericin C Sericin A có tới 17.2 % nitrogen và amino acid Ở lớp trung tâm, hàm lượng nitrogen
Khoảng 16.8% của sericin bao gồm sericin B và các amino acid cấu thành sericin A Sericin C nằm trong lớp trong cùng, chủ yếu là chất xơ và không hòa tan trong nước ở nhiệt độ cao Sericin C có thể được tách ra khỏi fibroin thông qua quá trình xử lý bằng acid hoặc kiềm nóng loãng.
Sericin, mặc dù không phổ biến trong ngành dệt may, đã được công nhận là một yếu tố tiềm năng trong lĩnh vực y sinh nhờ vào nhiều đặc tính sinh học nổi bật Những đặc tính này bao gồm khả năng tương thích sinh học, khả năng phân hủy sinh học, khả năng tương thích miễn dịch, cũng như các đặc tính chống viêm, chống vi khuẩn, chống oxy hóa và chống đông máu Hơn nữa, sericin còn thúc đẩy sự phát triển và biệt hóa tế bào, mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong y học.
2.2.2 Tính chất vật lý Độ hoà tan
Sericin là một protein hòa tan có tính ưa nước mạnh, đặc biệt trong nước nóng Vị trí của sericin trong sợi tơ ảnh hưởng đến độ hòa tan của nó; nếu sericin nằm ở lớp ngoài cùng, nó sẽ tan nhiều nhất trong nước ấm, chủ yếu là sericin A, trong khi sericin B có tính ổn định hơn trong nước nóng Cấu hình của sericin cũng đóng vai trò quan trọng trong khả năng hòa tan; cấu trúc vòng bất thường giúp sericin hòa tan nhanh chóng, trong khi dạng xoắn β với cấu trúc tinh thể dẫn đến sự thoái hóa trong dung môi.
Sericin, một protein tơ tằm với cấu trúc phân tử đặc biệt, chứa nhiều nhóm chức giúp hình thành các liên kết yếu như liên kết hydro và tương tác van der Waals Dưới các điều kiện tối ưu về pH, nhiệt độ và nồng độ muối, sericin có khả năng tự lắp ráp, tạo thành một mạng lưới ba chiều ổn định và hình thành gel.
Cơ chế tạo gel của sericin liên quan đến sự biến tính một phần của protein, làm lộ ra các vùng kỵ nước và nhóm chức bên trong phân tử Các vùng kỵ nước tương tác với nhau, hình thành micelle và hạt nhỏ, sau đó kết hợp thành mạng lưới liên kết Đồng thời, các nhóm chức năng như hydroxyl và carboxyl tham gia vào việc hình thành liên kết hydro, tăng cường độ bền của gel.
Khả năng tạo gel của sericin phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm:
Sericin là một protein tự nhiên được chiết xuất từ các giống tằm khác nhau, với thành phần amino acid và cấu trúc đa dạng, tạo ra sự khác biệt trong khả năng tạo gel của chúng.
Các phương pháp xử lý sericin như thủy phân, biến tính bằng nhiệt hoặc hóa chất có thể tác động đến cấu trúc và chức năng của protein, từ đó ảnh hưởng đến khả năng tạo gel của nó.
Các yếu tố môi trường như pH, nhiệt độ, nồng độ muối, lực ion và các chất phụ gia có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình hình thành gel và tính chất của gel sericin.
Trọng lượng phân tử của sericin tơ dao động từ 10 - 400 kDa, tùy thuộc vào phương pháp trích ly Sử dụng dung dịch sodium deoxycholate 1% để kết tủa sericin cho ra các phân tử có khối lượng từ 17100 đến 18460 Da Khi trích ly bằng nước nóng, sericin có trọng lượng nguyên tử 24000 Da, trong khi kỹ thuật sấy phun cho thấy trọng lượng phân tử từ 5000 - 50000 Da Đối với các chất xúc tác, trọng lượng phân tử nằm trong khoảng 300 - 10000 Da, và đạt 50000 Da khi hòa tan trong dung dịch urea ở 100 o C Sericin trích ly trong dung môi kiềm có phân bố trọng lượng từ 15 - 75 kDa, cho thấy tính chất hóa học và sinh học của nó rất đa dạng do sự biến đổi về trọng lượng phân tử.
Phổ hấp thụ của sericin
Trong vùng tia cực tím, các liên kết peptide và acid amin có vòng thơm ảnh hưởng đáng kể đến khả năng hấp thụ của protein Serine, thành phần chính trong sericin, chứa nhiều nhóm hydroxyl phân cực mạnh, góp phần vào khả năng hấp thụ bước sóng của sericin Ngoài serine, các amino acid khác như tyrosine, tryptophan và phenylalanine cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Nhiều nghiên cứu đang thử nghiệm các loại bao bì thực phẩm tự nhiên và màng phân hủy sinh học để thay thế polymer tổng hợp, nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường Polymer sinh học, được chiết xuất từ các nguồn tự nhiên như protein, lipid và polysaccharide, có đặc tính và chức năng phù hợp để thay thế cho polymer vô cơ Bên cạnh đó, màng làm từ polymer sinh học không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn nâng cao chất lượng thực phẩm và kéo dài thời gian bảo quản.
Sericin có nhiều đặc tính như khả năng phân hủy sinh học, tương thích sinh học, tính kháng khuẩn và chất chống oxy hóa, giúp nó thích nghi tốt với cơ thể con người Tuy nhiên, độ bền kéo yếu của sericin hạn chế việc sử dụng trong bao bì thực phẩm do sự tự tổng hợp của nó Sericin cũng là một polymer ưa nước, không phù hợp trong môi trường ẩm ướt Bên cạnh đó, nó có những đặc tính nổi bật như tính thấm dầu, độ ẩm, khả năng truyền ánh sáng, độ trương nở, độ trong suốt và khả năng hòa tan trong màng Theo FDA, protein hình cầu sericin và các dẫn xuất của nó được công nhận là an toàn, không gây dị ứng và không có tác dụng độc tế bào khi sử dụng trong mỹ phẩm.
Ái lực và tính chất hóa học của màng sericin chịu ảnh hưởng lớn từ tính phân cực của sericin, dẫn đến độ ẩm cao hơn khi sử dụng loại phân cực cao Tuy nhiên, sự tích tụ sericin hydrolase trong màng làm giảm độ ẩm và trọng lượng phân tử, từ đó tăng cường khả năng thấm hơi nước Thêm vào đó, việc bổ sung này còn làm tăng tỷ lệ hoạt động chống oxy hóa do quá trình sinh tổng hợp polyphenol và alkaloid, cũng như hàm lượng phenolic tổng số so với màng chỉ có sericin từ thủy phân bằng acid mạnh.
Tổng quan về màng phân huỷ sinh học
Cải tiến vật liệu thân thiện với môi trường để thay thế các vật liệu không phân huỷ đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu Từ những năm 1970, các polymer sinh học phân cực như polysaccharide và protein đã được nghiên cứu để ứng dụng trong lĩnh vực này.
Trong ngành công nghiệp màng và nhựa, có 11 chất thay thế tiềm năng cho các polyme tổng hợp Các kỹ thuật truyền thống xử lý polymer nhiệt dẻo đã được áp dụng cho các polymer ưa nước như tinh bột và gelatin Tuy nhiên, nhược điểm chính của vật liệu polyme sinh học là tính chất cơ học kém.
Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ hiện đại và sự đa dạng hóa sản phẩm thực phẩm, việc bảo quản hàng hóa bằng bao bì ngày càng được chú trọng Các doanh nghiệp sản xuất bao bì đang quan tâm đến màng hoạt tính và màng phân hủy sinh học nhờ vào những lợi ích về chất lượng, an toàn thực phẩm và thời hạn sử dụng kéo dài Mặc dù màng ăn được và màng phân hủy sinh học không hoàn toàn thay thế cho màng đóng gói tổng hợp, chúng có khả năng thay thế bao bì thông thường trong một số ứng dụng nhất định Việc sử dụng polymer sinh học là một giải pháp hấp dẫn nhờ vào giá thành rẻ, tính phong phú và khả năng phân hủy sinh học.
Màng có thể được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí như thành phần hóa học, phương pháp tổng hợp, phương pháp xử lý và ứng dụng Vật liệu phân hủy sinh học được chia thành hai loại chính: màng tự nhiên, được chiết xuất từ các nguồn tài nguyên thiên nhiên như tinh bột và cellulose, và màng tổng hợp, được sản xuất từ các loại dầu thô Việc phân loại này giúp chúng ta hiểu rõ hơn về tính chất và đặc điểm của màng, từ đó lựa chọn và ứng dụng chúng phù hợp với từng mục đích cụ thể.
Màng có nguồn gốc sinh học
Polyme có nguồn gốc sinh học, chủ yếu là carbohydrate và polysaccharide cùng các dẫn xuất của chúng, đang được sử dụng rộng rãi để chế tạo màng Những vật liệu này có khả năng phân hủy sinh học cao, làm cho chúng trở thành lựa chọn vật liệu xanh lý tưởng nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường do chất thải nhựa.
• Cellulose và các dẫn xuất của nó
• Các Polysaccharide và Biopolymer khác
Màng phân hủy sinh học tổng hợp
Tổng quan về chất nền Carrageenan
Carrageenan là một polysaccharide chiết xuất từ tảo đỏ Rhodophyta, được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm nhờ các đặc tính như làm đặc, tạo gel và ổn định Nó giúp cải thiện kết cấu và kiểm soát độ nhớt trong sản xuất bánh kẹo, sữa và các sản phẩm từ sữa, đồng thời đóng vai trò là chất kết dính và ổn định trong chế biến thịt và thủy sản.
Carrageenan là một polysaccharide thuộc họ galactan sulfate, bao gồm các đơn vị galactose và 3,6-anhydrogalactose liên kết với nhau bằng các liên kết glycosidic Carrageenan thương mại có khối lượng phân tử trung bình từ 100 đến 1000 kDa, với các loại phổ biến như -, -, và -carrageenan, cùng với các loại ít gặp hơn như - và -carrageenan Sự khác biệt giữa các loại carrageenan chủ yếu dựa vào vị trí và hàm lượng nhóm ester sulfate, trong đó -, -, và -carrageenan có hàm lượng sulfate lần lượt là 20%, 33% và 40%.
Hình 2.1 Phân loại cấu trúc các carrageenan thường gặp [43]
Chức năng của carrageenan trong các ứng dụng khác nhau chủ yếu phụ thuộc vào đặc tính lưu biến của chúng Carrageenan, dưới dạng polymer tuyến tính hòa tan trong nước, tạo thành dung dịch có độ nhớt cao do cấu trúc phân tử không phân nhánh và tính chất đa điện phân Lực đẩy lẫn nhau giữa các nhóm nửa este sulfate tích điện âm kéo dài phân tử, trong khi tính ưa nước khiến nó được bao quanh bởi lớp vỏ phân tử nước Độ nhớt của carrageenan phụ thuộc vào nồng độ, nhiệt độ, sự có mặt của các chất hòa tan khác, loại carrageenan và trọng lượng phân tử Đặc biệt, độ nhớt tăng theo cấp số nhân với nồng độ và giảm theo nhiệt độ, với sự thay đổi cũng diễn ra theo cấp số nhân Sự thay đổi này có thể đảo ngược nếu quá trình gia nhiệt được thực hiện ở mức pH ổn định tối ưu.
= 9 và không kéo dài đến mức xảy ra sự phân hủy nhiệt đáng kể [42]
Carrageenan có khả năng tan trong nước nóng nhưng không tan trong dung môi hữu cơ, dầu hoặc chất béo Mức độ hòa tan của nó trong nước phụ thuộc chủ yếu vào lượng nhóm sunfat (rất ưa nước) và các cation liên kết Cụ thể, nồng độ ester sulfate cao sẽ dẫn đến độ hòa tan giảm.
Cation và cấu trúc của các đơn vị đường trong chuỗi polymer là yếu tố quyết định tính chất vật lý của carrageenan Quá trình tạo gel của carrageenan diễn ra qua hai bước riêng biệt và liên tiếp.
• Sự chuyển đổi từ cuộn sang xoắn khi làm mát
• Sự tập hợp phụ thuộc cation tiếp theo giữa các vòng xoắn
Sự hiện diện của các cation như K+ và Ca2+ là yếu tố quan trọng để quá trình tạo gel diễn ra Cả - và -carrageenan đều có khả năng tạo gel khi có mặt các ion kim loại kiềm như Li+, Na+, K+, Rb+ và Cs+, trong đó K+ và Rb+ là hiệu quả nhất Tuy nhiên, -carrageenan không tạo gel do có mức độ thay thế sulfate cao.
Trong số các loại carrageenan thương mại, - và -carrageenan có khả năng tạo gel, trong khi -carrageenan chỉ đóng vai trò như một chất làm đặc Sự khác biệt này xuất phát từ cấu trúc của các đơn vị anhydrogalactose trong - và -carrageenan, có cấu trúc C4, khác với các đơn vị D-galactopyranosil trong -carrageenan.
-carrageenan thì không Cấu hình C4 của các đơn vị 3,6-anhydro-D-galactopyranosil trong - và
-carrageenan tạo nên cấu trúc xoắn helicoidal bậc hai, rất cần thiết cho đặc tính tạo gel [42]
M- và n-carrageenan, tiền chất của k- và i-carrageenan, là các loại carrageenan không tạo gel do không có cầu liên kết 3,6-anhydro Sự hiện diện của các đơn vị disaccharide với cấu trúc C1 không có vòng 3,6-anhydro dẫn đến hiện tượng xoắn trong chuỗi, cản trở sự hình thành chuỗi xoắn ốc và ngăn chặn quá trình tạo gel.
2.4.3 Ảnh hưởng của carrageenan đến tính chất màng
Hiện nay, nghiên cứu về màng carrageenan so với các vật liệu sinh học khác vẫn còn hạn chế Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng màng từ -carrageenan có tính cơ học tốt, giúp cản trở sự mất nước bề mặt và giảm tính thấm khí Theo nghiên cứu của Larotonda, màng carrageenan cũng cho thấy khả năng chống oxy hóa và ngăn ngừa tia cực tím hiệu quả hơn.
Màng PLA (Polylactic acid) và LDPE (Low density polyethylene) có những ưu điểm riêng, nhưng màng dựa trên carrageenan lại gặp khó khăn trong việc truyền ẩm Điều này dẫn đến khả năng chống ẩm và chống nước của loại màng này kém, tương tự như các màng sinh học khác.
Tổng quan về D–glucose
Glucose, một loại monosaccharide, là carbohydrate dồi dào nhất và là hợp chất hữu cơ phổ biến nhất, với công thức phân tử C6H12O6 Nó không thể bị phân hủy thành các carbohydrate đơn giản hơn và thường được gọi là đường đơn Glucose có mặt trong trái cây và mật ong, là loại đường chính lưu thông trong máu của động vật bậc cao, cung cấp năng lượng cho chức năng tế bào và đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa quá trình trao đổi chất Ngoài ra, các phân tử tinh bột, nguồn dự trữ năng lượng chính của thực vật, bao gồm hàng nghìn đơn vị glucose và xenlulose.
Glucose chứa sáu nguyên tử carbon và một nhóm aldehyde và do đó được gọi là aldohexose
Phân tử glucose có thể tồn tại dưới dạng chuỗi mở và dạng vòng Dạng vòng, hay glucopyranose, hình thành từ phản ứng nội phân tử giữa nguyên tử aldehyd C và nhóm hydroxyl C-5, tạo ra hemiacet Dạng vòng này chứa năm nguyên tử carbon và một nguyên tử oxy, tương tự như cấu trúc pyran.
Trong cấu trúc vòng này, mỗi nguyên tử carbon đều được kết nối với một nhóm hydroxyl, ngoại trừ nguyên tử carbon thứ năm, mà thay vào đó liên kết với nguyên tử carbon thứ sáu bên ngoài vòng, hình thành nên nhóm CH2OH.
Một trong những tính chất vật lý quan trọng của glucose là khả năng hòa tan trong nước, điều này rất cần thiết để glucose có thể hòa tan trong máu và đi vào tế bào Các hợp chất chỉ chứa carbon và hydro thường có độ hòa tan trong nước kém, trong khi sự hiện diện của oxy và nitrogen trong các phân tử hữu cơ giúp tăng cường khả năng hòa tan Đặc biệt, sáu nguyên tử oxy trong cấu trúc của glucose, với năm trong số đó ở dạng nhóm alcohol, cho phép glucose dễ dàng hình thành liên kết hydro, từ đó cải thiện khả năng hòa tan trong nước.
16 với các phân tử nước và làm cho nó hòa tan trong nước, glucose hòa tan khá dễ dàng trong nước
[46] Tất cả các dạng glucose đều không màu và dễ hòa tan trong nước, acetic acid và một số dung môi khác, ít trong metanol và etanol [46]
Glucose có khả năng kết tinh với hai dạng tinh thể α và β, mỗi dạng có nhiệt độ nóng chảy khác nhau, ảnh hưởng đến độ chảy, độ kết dính và khả năng tạo hạt Tính chất này rất quan trọng trong ứng dụng của glucose trong ngành công nghiệp thực phẩm Hơn nữa, glucose có khả năng hút ẩm, vì vậy cần bảo quản trong điều kiện khô để tránh vón cục và giảm chất lượng.
Bảng 2.2 Các tính chất vật lý của D-glucose [46]
Tính chất vật lý Đặc điểm
Ngoại quan Màu trắng, tinh thể
Trọng lượng phân từ 180.16 g/mol Độ nóng chảy 150 o C
Tỉ trọng 1.5620 g/cm3 (tại 18 o C) Độ hòa tan:
Ethyl ether Không hòa tan
Liên kết ngang giữa sericin và D-glucose
Sericin, một protein tự nhiên trong tơ tằm, và glucose, một monosaccharide phổ biến, đều có tiềm năng ứng dụng lớn trong công nghệ vật liệu Sự kết hợp giữa glucose và sericin thông qua các phản ứng hóa học tạo ra mạng lưới polymer phức tạp, hứa hẹn mang lại những vật liệu mới với các tính chất độc đáo.
Cơ chế hình thành liên kết ngang giữa sericin và D-glucose:
Phản ứng Maillard là quá trình quan trọng tạo ra liên kết giữa glucose và sericin, thông qua sự tương tác giữa các nhóm carbonyl của glucose và các nhóm amino của sericin Kết quả của quá trình này là sự hình thành các hợp chất màu nâu và hương vị đặc trưng.
Các loại liên kết trong quá trình phản ứng Maillard không chỉ bao gồm liên kết giữa glucose và sericin mà còn có thể tạo ra các liên kết ester, liên kết ether, cùng với các chất liên kết ngang khác.
Tính chất của vật liệu liên kết ngang:
Mạng lưới polymer được hình thành từ liên kết ngang giữa glucose và sericin sở hữu tính bền cơ học cao, độ đàn hồi tốt và khả năng chịu nhiệt vượt trội.
Vật liệu có nguồn gốc tự nhiên thường có tính sinh học tương thích cao, ít gây kích ứng da, làm cho chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng y sinh Những đặc tính này mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong lĩnh vực y tế.
• Vật liệu y sinh: Các vật liệu này có thể được sử dụng để tạo ra các vật liệu cấy ghép, băng gạc, và các hệ thống phân phối thuốc
Vật liệu đóng gói như màng phim và bao bì có khả năng kháng khuẩn và chống oxy hóa, giúp kéo dài thời hạn sử dụng của sản phẩm.
Vật liệu công nghiệp bao gồm các loại như vật liệu composite, keo dán và chất cách nhiệt, được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất sản phẩm công nghiệp.
Màng phân huỷ sinh học được tạo ra từ phản ứng liên kết giữa glucose và sericin mang lại tiềm năng nghiên cứu trong việc phát triển vật liệu mới với nhiều ưu điểm vượt trội Để ứng dụng rộng rãi các vật liệu này, cần tiến hành nghiên cứu sâu về cơ chế phản ứng, tối ưu hóa các điều kiện phản ứng, và thực hiện đánh giá toàn diện về tính năng cũng như độ an toàn của chúng.
Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam và trên thế giới
Màng sinh học đang trở thành giải pháp tiềm năng thay thế cho màng bọc thực phẩm hiện tại nhờ khả năng phân hủy sinh học và an toàn cho cơ thể con người Trong ngành dệt may, sericin, từng được xem là phế phẩm, đã chứng tỏ những đặc tính nổi bật như hoạt tính chống oxy hóa, kháng khuẩn và tác động tích cực đến hệ miễn dịch và trao đổi chất Sự kết hợp giữa sericin và D-glucose hứa hẹn mở ra cơ hội cho việc phát triển vật liệu mới trong công nghệ thực phẩm.
Nghiên cứu của Joshi về "Vải kháng khuẩn cho các ứng dụng vệ sinh và sức khỏe dựa trên các sản phẩm tự nhiên thân thiện với môi trường" đã chỉ ra các đặc tính chức năng nổi bật của vải kháng khuẩn Những sản phẩm này không chỉ đảm bảo an toàn cho sức khỏe người dùng mà còn góp phần bảo vệ môi trường.
Nghiên cứu về 18 protein sericin với tỷ lệ kết hợp khác nhau đã đánh giá các đặc tính kháng khuẩn, đặc biệt là trên vi khuẩn gram dương Staphylococcus aureus Mặc dù chỉ được thực hiện trong phòng thí nghiệm, nhưng kết quả đã cung cấp dữ liệu quan trọng, mở ra tiềm năng ứng dụng trong thực tiễn Dựa trên nghiên cứu này, các nhà khoa học thực phẩm có thể phát triển các giải pháp hiệu quả và chính xác hơn để đảm bảo tính hiệu quả của màng phân hủy sinh học.
2.7.2 Ở Việt Nam Ở Việt Nam, màng phân huỷ sinh học làm từ sự kết hợp giữa sericin và D-glucose vẫn chưa được thực hiện do thành phần không phổ biến là sericin (phế phẩm trong kén tơ), mặc dù việc sản xuất tơ tằm khá phổ biến Về mặt lý thuyết, các đặc tính tích cực của protein hình cầu sericin (chất chống oxy hóa, kháng khuẩn, chống ung thư, …) đã được đánh giá, kiểm tra, khám phá trên toàn thế giới khiến nó trở thành vật liệu có tiềm năng được mong đợi để sử dụng trong nhiều khía cạnh Nếu các nhà khoa học Việt Nam quan tâm đến yếu tố này tiến hành thí nghiệm trên sericin thì nó có thể giúp cải thiện và nâng cao không chỉ cho sản xuất thực phẩm, đặc biệt là bảo quản thực phẩm mà còn sử dụng sericin như một nguyên liệu quan trọng trong những lĩnh vực khác như sinh học, y tế - sức khoẻ, …
NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nguyên liệu và thiết bị
Nghiên cứu này tập trung vào vỏ kén tằm B mori được trồng tại Nam Định, Việt Nam Quá trình thu hái kén tằm bao gồm việc cắt một phần nhỏ trên vỏ để loại bỏ nhộng bên trong, sau đó vận chuyển đến các cơ sở thu mua Để đảm bảo chất lượng, vỏ kén phải giữ nguyên cấu trúc và không bị bẩn Vỏ kén tằm được sử dụng trong nghiên cứu được thu hoạch vào cuối tháng.
D-glucose sản xuất tại Trung Quốc và được phân phối từ Công ty TNHH Thương mại Dịch vụ Khoa học SBC Vietnam
Carrageenan có xuất xứ từ Philippines được Công ty Cổ phần Xây dựng Nghệ Sumimoto nhập khẩu
Thước đo độ dày Gauge Gae INSIZE 0-25mm/0-1 (Trung Quốc)
Cân 2 số Precisa LS3200C (Thuỵ Sĩ), cân 4 số Precisa PB 220A (Thuỵ Sĩ)
Máy đo kết cấu BROOKFIELD CT 3 (Mỹ)
Máy đo quang phổ UV-Vis Double Beam UH5300 (Nhật Bản)
Máy quang phổ hồng ngoại FT-IR 4700 (Jasco, Nhật Bản)
Phương pháp nghiên cứu
Hình 3.1 Sơ đồ nghiên cứu
3.2.2 Quy trình trích ly sericin
3.2.2.1 Sơ đồ quy trình trích ly sericin Ứng dụng bảo quản
Chống oxy hoá Độ truyền suốt
Phổ hồng ngoại FT-IR Độ bền kéo Độ ẩm Độ dày
Hình 3.2 Sơ đồ quy trình trích ly sericin từ kén tằm
Bước 1: Chuẩn bị nguyên liệu
Vỏ kén đã được làm sạch để loại bỏ bụi bẩn và tạp chất Sau khi loại bỏ tơ và nhộng bên trong, vỏ kén được cắt thành những sợi nhỏ kích thước 1 - 2 mm nhằm tăng hiệu quả chiết xuất.
Khử keo tơ là quá trình phân cắt liên kết peptide thông qua thủy phân sericin và tách sericin khỏi fibroin Nhóm nghiên cứu đã chọn phương pháp sử dụng nhiệt độ và áp suất cao để trích ly sericin Để thực hiện, chuẩn bị một beaker chứa vỏ kén và nước cất theo tỷ lệ 1:30, ngâm trong 4 giờ ở nhiệt độ phòng, sau đó đun nóng dung dịch ở 100°C trong 30 phút.
Thực hiện phương pháp lọc bằng giấy lọc định tính đường kính 11 cm, lỗ lọc đường kính 15
- 20 àm, giỳp tỏch fibroin ra khỏi sericin và thu được dịch chiết sericin khụng tạp chất
Sericin có khả năng hòa tan trong nước, trong khi fibroin lại không hòa tan Do đó, quá trình trích ly sẽ thu được dịch trích sericin, trong khi fibroin sẽ được giữ lại trên giấy lọc.
3.2.2.1 Sơ đồ quy trình tạo màng
Màng sericin-glucose Đổ đĩa
Hình 3.3 Sơ đồ quy trình tạo màng
Carrageenan (1,5% trên tổng lượng nước) được ngâm trong nước trong 10 phút, sau đó bổ sung D-glucose với các nồng độ khác nhau như trong bảng 3.1 Dung dịch carrageenan được khuấy liên tục ở 80°C trong 20 phút, và sau khoảng 5 phút, sericin được thêm vào với các nồng độ khác nhau Sau khi hòa tan hoàn toàn, hỗn hợp dung dịch tạo màng được đổ vào đĩa petri nhựa đường kính 90 mm với thể tích 22 mL/1 đĩa, sau đó màng được sấy khô ở nhiệt độ 45°C trong 24 giờ.
Tất cả các màng khô được lấy ra khỏi đĩa và ổn định trong môi trường độ ẩm RH 65 - 70 % trong 48 ngày trước khi phân tích các phép đo
Bảng 3.1 Công thức thành phần tạo màng
Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sericin đến đặc điểm tính chất màng sericin-glucose
Thông số cố định Hàm lượng sericin (%)
Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ sericin : glucose đến đặc điểm tính chất màng sericin-glucose
Thông số cố định Tỉ lệ sericin : glucose (%)
Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến đặc điểm tính chất màng sericin-glucose
Thông số cố định Nhiệt độ phản ứng ( o C)
Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến các tính chất và chất lượng màng sericin-glucose
Thông số cố định Thời gian phản ứng (phút)
Phương pháp phân tích
3.3.1 Xác định hàm lượng protein trong dịch trích sericin sau trích ly bằng phương pháp Lowry
Thuốc thử theo phương pháp Lowry:
+ Thuốc thử Folin-Ciocalteau: Thuốc này có bán trên thị trường nên dung dịch được trộn với nước tạo thành dung dịch 1N
+ Dung dịch protein chuẩn: Hòa tan 1 g BSA trong 100 mL nước cất đựng trong bình định mức (dung dịch có nồng độ 10 mg/mL)
+ Dung dịch A: 2 g Na2CO3 và 0.4 g NaOH, định mức với 100 mL nước cất
+ Dung dịch B: 0.1 g NaKC4H4O6, định mức với 10 mL nước cất
+ Dung dịch C: 0.05 g CuSO4.5H2O, định mức với 10 mL nước cất
→ Dung dịch thuốc thử Lowry là hỗn hợp của 3 dung dịch A : B : C theo tỷ lệ 48 : 1 :
+ Thuốc thử Folin: Pha loãng 2 lần với nước cất trước khi sử dụng
Chuẩn bị 5 dung dịch chuẩn có nồng độ đặc hiệu BSA (bouvine serum albumin) theo thứ tự
Hỗn hợp bao gồm 1 mL BSA và 5 mL dung dịch thuốc thử Lowry được trộn nhanh và ủ trong 30 phút ở nhiệt độ phòng Sau đó, thêm 100 µL thuốc thử Folin-Ciocalteau và ủ thêm 15 phút ở nhiệt độ phòng Đo độ hấp thụ ở bước sóng 650 nm so với mẫu trắng không chứa protein Ghi nhận số liệu và vẽ đường chuẩn để phân tích kết quả.
Chuẩn bị mẫu dịch trích sericin với các mức độ pha loãng 5 lần, 10 lần và 15 lần Kết hợp 1 mL dịch trích sericin với 5 mL dung dịch thuốc thử Lowry, trộn đều và ủ trong 30 phút ở nhiệt độ phòng Sau đó, thêm 100 µL thuốc thử Folin-Ciocalteau và ủ thêm 15 phút ở nhiệt độ phòng Cuối cùng, đo độ hấp thụ tại bước sóng 650 nm và sử dụng đường chuẩn để xác định nồng độ sericin trong mẫu chiết.
3.3.2 Độ dày màng Độ dày của màng sẽ được xác định bằn thước điện tử thước đo độ dày Gauge Gae INSIZE 0-25mm/0-1 Chúng ta sẽ lần lượt lấy ba vị trí ngẫu nhiên trên màng để xác định độ dày trung bình của màng Sau đó tính giá trị trung bình của ba vị trí ngầu nhiên đó để tính toán
3.3.3 Độ ẩm màng Độ ẩm màng sẽ được xác định theo phương pháp của GhasemLou [55] Màng (khối lượng ban đầu: M0) được khô ở 105 o C cho đến khi đạt khối lượng không đổi (M1) Độ ẩm (%) của màng được tính toán như sau:
3.3.4 Độ bền kéo Độ bền kéo (TS) là thông số nhằm xác định định độ bền cũng như khả năng chịu lực của màng Mỗi tỉ lệ màng cắt 5 miếng, mỗi miếng màng có kích thước là 60 × 12 mm Miếng màng được gắn giữa 2 kẹp với khoảng cách kẹp ban đầu là 3 cm và được kéo với tốc độ là 0.5 mm/s trên máy đo kết cấu CT Brookfield Độ bền kéo (TS) được xác định bằng công thức sau:
+ Fmax (mN): lực kéo màng cực đại lúc màng bắt đầu đứt,
+ A (mm 2 ): diện tích mặt cắt ngang ban đầu của màng
3.3.5 Phân tích phổ hồng ngoại FTIR
Quang phổ FTIR là công cụ chính để xác định cấu trúc hóa học của màng Các mẫu màng được cắt thành kích thước 1 × 1 cm² và sau đó được đưa vào thiết bị quang phổ FTIR (FTIR - 4700) để quét phổ IR trong khoảng từ 4000 đến 400 cm⁻¹.
3.3.6 Tốc độ truyền ẩm của màng
Tốc độ truyền ẩm (WVTR) được xác định bằng cách đo lượng hơi nước thấm qua màng trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm cụ thể Để thực hiện thí nghiệm, các hũ thủy tinh 50 mL với đường kính miệng 4 cm được sử dụng, sau khi được sấy khô ở 105°C trong 12 giờ và làm nguội trong bình hút ẩm Màng được cắt thành hình tròn với đường kính 4.8 cm, được bảo quản trong môi trường kín với độ ẩm 65-70% RH và nhiệt độ 30°C trong 48 giờ để đạt cân bằng ẩm trước khi sử dụng Màng sau đó được đặt lên miệng hũ chứa 50g silicagel đã sấy khô và được cố định bằng nắp nhựa có lỗ khoét Các hũ được bảo quản trong điều kiện tương tự và khối lượng được ghi nhận sau mỗi giờ trong 24 giờ đầu tiên, sau đó mỗi 3 giờ cho đến khi đủ 48 giờ Tốc độ truyền ẩm được tính theo công thức của Hu [56].
+ G: là khối lượng tăng lên của cốc (g)
+ t: là thời gian để tăng khối lượng (giờ)
+ A: là phần diện tích của màng sử dụng (m 2 )
3.3.7 Phổ hấp thụ UV – Vis và độ truyền suốt của màng
Phép đo quang phổ được thực hiện ở bước sóng từ 200 đến 1100 nm bằng máy quang phổ UH - 5300 của Hitachi (Nhật Bản) Mỗi mẫu màng có kích thước 4 × 1 cm được cắt để tiến hành đo, và màng được đặt dọc vào khe chứa mẫu, với không khí được sử dụng làm tham chiếu A.
3.3.8 Khả năng chống oxy hóa Đặc tính chống oxy hóa của màng sericin liên kết ngang glucose được đánh giá bằng cách sử dụng các thử nghiệm loại bỏ gốc tự do DPPH [2] Đối với thử nghiệm DPPH, 10 mg màng mẫu được thêm vào 3 mL dung dịch DPPH 0.1 mM trong ethanol trong ống nghiệm được bọc trong lá nhôm Các mẫu đã chuẩn bị được lắc nhẹ trước khi ủ trong bóng tối trong 30 phút ở nhiệt độ phòng Các mẫu đã chuẩn bị được ủ lắc nhẹ trong bóng tối trong 30 phút ở nhiệt độ phòng Độ hấp thụ của hỗn hợp ủ ở bước sóng 517 nm được ghi lại bằng máy quang phổ UV-vis Hoạt tính nhặt gốc tự do DPPH của màng được tính như sau:
𝐵) ∗ 100 trong đó: A và B lần lượt là giá trị độ hấp thụ của mẫu thử và mẫu đối chứng
3.3.9 Bảo quản trái cây bằng phương pháp nhúng Đầu tiên, chuối sẽ được làm sạch và loại bỏ vi sinh vật có trên bề mặt quả Tiếp theo, sẽ được chọn ngẫu nhiên các quả chuối cho các nhóm mẫu xử lý Sau khi các mẫu chuối đã được nhúng vào trong các dung dịch màng khác nhau, chúng được treo lên để ráo trong 15p, sau đó lưu trữ ở điều kiện nhiệt độ phòng (28 - 30 o C) và tiến hành theo dõi Chuối đã được lựa chọn ngẫu nhiên để tiến theo dõi và phân tích định kỳ trong vòng 6 ngày Trong đó mỗi ngày sẽ tiến hành đo độ cứng và chụp hình lại sự thay đổi của các mẫu
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Ảnh hưởng của hàm lượng sericin đến đặc điểm tính chất màng sericin-glucose
4.1.1 Độ dày màng Độ dày màng là một trong những thông số quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến các đặc tính như độ bền kéo, tốc độ truyền ẩm, … Để xác định được sự thay đổi về độ dày của màng khi thay đổi hàm lượng sericin cũng như là D-glucose bổ sung, thí nghiệm đo độ dày của màng sẽ được xác định bằng thước điện tử thước đo độ dày Gauge Gae INSIZE 0-25mm/0-1 và kết quả được biễu diễn dưới hình 4.1
Hình 4.1 cho thấy sự thay đổi độ dày của các mẫu màng khi hàm lượng sericin được điều chỉnh Các chữ cái khác nhau trong hình biểu thị sự khác biệt có ý nghĩa thống kê với p < 0.05.
Mẫu Dglu: chỉ có D-glucose 5 %
Mẫu S10: D-glucose 5 % + sericin 10 Mẫu S12.5: D-glucose 5 % + sericin 12.5 %
Việc điều chỉnh hàm lượng sericin trong công thức ảnh hưởng rõ rệt đến cấu trúc màng, đặc biệt là độ dày Cụ thể, khi tăng hàm lượng sericin, độ dày của màng sẽ giảm Màng chỉ chứa D-glucose có độ dày cao nhất là 0.3 mm, trong khi màng có thêm sericin có độ dày giảm dần: mẫu S5 có độ dày 0.28 mm, tiếp theo là mẫu S7.5 với độ dày 0.25 mm và mẫu S10 với độ dày 0.21 mm.
Màng S12.5 đạt độ dày tối thiểu 0.16 mm nhờ sự hình thành liên kết ngang giữa sericin và glucose Khi hàm lượng sericin tăng, số lượng liên kết ngang cũng tăng theo, tạo ra cấu trúc chặt chẽ hơn cho màng, giúp loại bỏ tính trống rỗng và xốp như trước đây.
So với tiêu chuẩn về độ dày của màng phân hủy sinh học theo TCVN 6912:2001, yêu cầu độ dày là 0.3 mm, tất cả các mẫu khảo sát đều đạt kết quả tương đối phù hợp.
Hình 4.2 Biểu đồ so sánh độ ẩm của các mẫu màng khi thay đổi hàm lượng sericin
(các chữ cái khác nhau thể hiên thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa về mặt thống kê p < 0.05)
Mẫu Dglu: chỉ có D-glucose 5 %
Mẫu S10: D-glucose 5 % + sericin 10 Mẫu S12.5: D-glucose 5 % + sericin 12.5 %
Từ hình 4.2, có thể nhận thấy rằng độ ẩm của màng tăng dần theo hàm lượng sericin bổ sung Mẫu S12.5 đạt độ ẩm cao nhất với 14.18%, tiếp theo là các mẫu S10, S7.5 và S5 với độ ẩm lần lượt là 13.89%, 13.16% và 13.04% Mẫu chỉ có D-glucose có độ ẩm thấp nhất là 10.02% Sự gia tăng độ ẩm này có thể được giải thích bởi sericin, một polymer ưa nước chứa nhiều amino acid phân cực như serine, axit aspartic và glycine, giúp tăng khả năng giữ nước của màng Khi hàm lượng sericin bổ sung tăng, khả năng giữ nước của màng cũng tăng, dẫn đến độ ẩm cao hơn.
Khả năng truyền ẩm thấp giúp giảm thiểu sự thoát hơi ẩm của thực phẩm ra môi trường, từ đó cải thiện chất lượng sản phẩm Các thí nghiệm về tốc độ truyền ẩm của màng với hàm lượng sericin khác nhau đã được thực hiện và cho kết quả như hình 4.3.
Hình 4.3 Tốc độ truyền ẩm của các mẫu màng khi thay đổi hàm lượng sericin
Mẫu Dglu: chỉ có D-glucose 5 %
Mẫu S10: D-glucose 5 % + sericin 10 Mẫu S12.5: D-glucose 5 % + sericin 12.5 %
Số liệu cho thấy sự kết hợp giữa sericin và D-glucose tạo ra màng sinh học có khả năng bảo quản thực phẩm hiệu quả nhờ vào khả năng cho nước đi qua Tốc độ truyền ẩm giảm khi hàm lượng sericin tăng, nhưng sự khác biệt giữa các mẫu là không đáng kể Mẫu Dglu không chứa sericin có tốc độ truyền ẩm cao nhất là 3.32 g/hm², tiếp theo là các mẫu S5, S7.5, S10 với tốc độ lần lượt là 3.30 g/hm², 3.29 g/hm² và 3.26 g/hm², trong khi mẫu S12.5 có tốc độ thấp nhất là 3.25 g/hm² Cả sericin và D-glucose đều ưa nước, giúp giữ lại phần lớn độ ẩm và chỉ để thất thoát một lượng nhỏ ra môi trường.
T ốc độ t ruy ền ẩm ( g/hm 2 )
Khi sử dụng màng bọc thực phẩm, độ bền kéo của màng là yếu tố quan trọng, phản ánh khả năng biến dạng và tính toàn vẹn của thực phẩm Số liệu liên quan được trình bày trong hình 4.4.
Hình 4.4 Lực tác động lên màng khi thay đổi hàm lượng sericin
Mẫu Dglu: chỉ có D-glucose 5 %
Mẫu S10: D-glucose 5 % + sericin 10 Mẫu S12.5: D-glucose 5 % + sericin 12.5 %
Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng việc không thêm chất làm dẻo vào màng sericin sẽ khiến màng trở nên giòn và khó sử dụng, dẫn đến khả năng chịu lực kém Kết quả từ hình 4.4 cho thấy rằng khi hàm lượng sericin tăng, thời gian kéo giảm và khả năng chịu lực cũng giảm theo Nguyên nhân có thể là do sericin là một polymer ưa nước, mang đặc tính cấu trúc yếu và khả năng hòa tan cao trong nước.
Hình 4.5 Độ bền kéo của màng khi thay đổi hàm lượng sericin
Mẫu Dglu: chỉ có D-glucose 5 %
Mẫu S10: D-glucose 5 % + sericin 10 Mẫu S12.5: D-glucose 5 % + sericin 12.5 %
Màng chứa D-glucose mà không có sericin hoặc có hàm lượng sericin dưới 10% cho thấy độ bền kéo tương đương, với các giá trị lần lượt cho các mẫu D-glu, S5, S7.5, S10 là 757 mN/mm², 795 mN/mm², 850 mN/mm² và 868 mN/mm² Tuy nhiên, khi hàm lượng sericin đạt 12.5%, độ bền kéo tăng đáng kể lên 1091 mN/mm² Kết quả này cho thấy sự kết hợp giữa nồng độ sericin và hàm lượng D-glucose có ảnh hưởng tích cực đến độ bền kéo của màng.
4.1.5 Phân tích phổ hồng ngoại FTIR
Phân tích bằng phổ hồng ngoại FTIR là một phương pháp hiệu quả để xác định cấu trúc hóa học của màng và các nhóm chức khác nhau có trong màng protein.
Hình 4.6 Phổ FTIR của màng khi thay đổi hàm lượng sericin
Mẫu Dglu: chỉ có D-glucose 5 %
Mẫu S10: D-glucose 5 % + sericin 10 Mẫu S12.5: D-glucose 5 % + sericin 12.5 %
Từ hình 4.6 có thể thấy được sự thay đổi về bước sóng xuất hiện của các mẫu màng khi thay đổi hàm lượng sericin bổ sung
Tất cả các mẫu đều có nhóm -OH xuất hiện nằm trong khoảng bước sóng 3251 - 3270 cm −1
Trong nghiên cứu về mẫu chỉ có D-glucose, dải hấp thụ được ghi nhận ở bước sóng 1641.61 cm −1, tương ứng với amide đặc hiệu Đối với các mẫu màng có sự thay đổi hàm lượng sericin (S5, S7.5, S10, S12.5), các đỉnh amide đặc hiệu xuất hiện tại các bước sóng lần lượt là 1639.2 cm −1, 1642.09 cm −1, 1641.61 cm −1 và 1639.68 cm −1.
Tất cả các mẫu đều cho thấy sự dao động nhẹ ở đỉnh CO Mẫu chỉ có D-glucose có dải hấp thụ tại bước sóng 1017.75 cm −1, trong khi các mẫu màng với sự thay đổi hàm lượng sericin (S5, S7.5, S10, S12.5) có các bước sóng lần lượt là 1018.23 cm −1, 1018.23 cm −1, 1019.19 cm −1 và 1019.19 cm −1.
Phản ứng Maillard giữa nhóm amino của sericin và nhóm carbonyl của glucose dẫn đến sự thay đổi bước sóng ở các đỉnh CO, OH và các đỉnh amide đặc hiệu.
4.1.6 Phổ hấp thụ UV-Vis và độ truyền suốt của màng
Hình 4.7 Độ truyền suốt của màng khi thay đổi hàm lượng sericin
Mẫu Dglu: chỉ có D-glucose 5 %
Ảnh hưởng của thay đổi tỉ lệ sericin : glucose đến đặc điểm tính chất màng sericin-
Hình 4.9 Độ dày của các mẫu màng khi thay đổi tỉ lệ sericin : glucose
(các chữ cái khác nhau thể hiên thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa về mặt thống kê p < 0.05)
Mẫu Dglu: chỉ có D-glucose 5 %
Mẫu 2S:1.5G: sericin : D-glucose = 2 : 1.5 Mẫu 2S:2G: sericin : D-glucose = 2 : 2
Thay đổi tỉ lệ sericin : glucose trong công thức ảnh hưởng đến cấu trúc và độ dày của màng Cụ thể, khi giảm tỉ lệ sericin : glucose, độ dày của màng cũng giảm Màng chỉ có D-glucose đạt độ dày cao nhất là 0.3 mm, trong khi màng có thêm sericin có độ dày giảm dần: mẫu 2S:0.5G có độ dày 0.25 mm, tiếp theo là 2S:1G với 0.22 mm, 2S:1.5G với 0.20 mm, và thấp nhất là mẫu 2S:2G với 0.18 mm.
Nghiên cứu của Oh cho thấy rằng độ dày của màng sericin giảm khi hàm lượng D-glucose bổ sung tăng lên, do liên kết cộng hóa trị từ phản ứng Maillard làm giảm khoảng cách giữa các chuỗi sericin, dẫn đến cấu trúc màng dày đặc hơn So với tiêu chuẩn độ dày màng phân hủy sinh học theo TCVN 6912:2001 (0.3 mm), tất cả các mẫu khảo sát đều đạt kết quả phù hợp.
Hình 4.10 Độ ẩm của các mẫu màng khi thay đổi tỉ lệ sericin : glucose
(các chữ cái khác nhau thể hiên thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa về mặt thống kê p < 0.05)
Mẫu Dglu: chỉ có D-glucose 5 % Mẫu 2S:1.5G: sericin : D-glucose = 2 : 1.5
Theo hình 4.10, độ ẩm của màng tăng dần khi tỉ lệ sericin : glucose giảm Mẫu 2S:2G đạt độ ẩm cao nhất là 16.11%, tiếp theo là các mẫu 2S:1.5G (15.34%), 2S:1G (15.03%) và 2S:0.5G (14.30%) Mẫu chỉ chứa D-glucose có độ ẩm thấp nhất là 10.02% D-glucose, với khả năng hòa tan cao trong nước, giúp tăng khả năng giữ nước của màng Khi hàm lượng D-glucose tăng, khả năng giữ nước của màng cũng tăng theo, dẫn đến độ ẩm cao hơn.
Hình 4.11 Tốc độ truyền ẩm của các mẫu màng khi thay đổi tỉ lệ sericin : glucose
Mẫu Dglu: chỉ có D-glucose 5 %
Mẫu 2S:1.5G: sericin : D-glucose = 2 : 1.5 Mẫu 2S:2G: sericin : D-glucose = 2 : 2
Số liệu cho thấy sự kết hợp giữa sericin và D-glucose tạo ra màng sinh học có khả năng cho nước đi qua, rất phù hợp cho việc bảo quản thực phẩm Theo hình 4.3, tốc độ truyền ẩm của mẫu giảm dần khi tỉ lệ sericin : glucose giảm Mẫu Dglu có tốc độ truyền ẩm cao nhất đạt 3.32 g/hm², tiếp theo là các mẫu 2S:0.5G (3.28 g/hm²), 2S:1G (3.26 g/hm²) và 2S:1.5G (3.22 g/hm²).
T ốc độ t ruy ền ẩm ( g/hm 2 )
Mẫu 2S:2G có tốc độ truyền ẩm thấp nhất là 3.20 g/hm², tuy nhiên sự khác biệt giữa các mẫu là rất nhỏ và không có ý nghĩa thống kê Cả sericin và D-glucose đều có tính ưa nước, do đó phần lớn lượng hơi ẩm được giữ lại, chỉ có một lượng nhỏ thất thoát ra môi trường.
Hình 4.12 Lực tác dụng lên màng khi thay đổi tỉ lệ sericin : glucose
Mẫu Dglu: chỉ có D-glucose 5 %
Mẫu 2S:1.5G: sericin : D-glucose = 2 : 1.5 Mẫu 2S:2G: sericin : D-glucose = 2 : 2
Hình 4.13 Độ bền kéo của màng khi thay đổi tỉ lệ sericin : glucose
Mẫu Dglu: chỉ có D-glucose 5 %
Mẫu 2S:1.5G: sericin : D-glucose = 2 : 1.5 Mẫu 2S:2G: sericin : D-glucose = 2 : 2
Mẫu 2S:2G thể hiện đặc tính vượt trội với khả năng chịu lực cao và thời gian chịu lực kéo dài hơn 150 giây Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng việc tăng hàm lượng glucose sẽ làm tăng khả năng và thời gian chịu lực của mẫu.
Hình 4.13 cho thấy sự gia tăng giá trị độ bền kéo từ mẫu 2S:1G đến 2S:2G, có thể do phản ứng tạo liên kết ngang với D-glucose và hiệu ứng hóa dẻo đường xảy ra đồng thời Lượng glucose không tham gia tạo liên kết ngang hoạt động như chất hóa dẻo ngoài carrageenan, tăng cường tính linh hoạt của polymer, kéo dài thời gian kéo và nâng cao khả năng chịu lực của màng Mặc dù mẫu 2S:0.5G và 2S:1G có hàm lượng glucose tăng, nhưng độ bền kéo của hai mẫu này chỉ khác biệt không đáng kể với giá trị lần lượt là 868 mN/mm² và 828 mN/mm², điều này liên quan đến việc kiểm soát lượng glucose và khả năng xảy ra phản ứng Maillard trong màng.
4.2.5 Phân tích phổ hồng ngoại FTIR
Hình 4.14 Phổ FTIR của màng khi thay đổi tỉ lệ sericin : glucose
Mẫu Dglu: chỉ có D-glucose 5 %
Mẫu 2S:1.5G: sericin : D-glucose = 2 : 1.5 Mẫu 2S:2G: sericin : D-glucose = 2 : 2
Từ hình 4.14 có thể thấy được sự thay đổi về bước sóng xuất hiện của các mẫu màng khi thay đổi tỉ lệ sericin : glucose
Tất cả các mẫu đều có nhóm -OH xuất hiện nằm trong khoảng bước sóng 3270 - 3273 cm −1
Mẫu chỉ chứa D-glucose cho thấy dải hấp thụ đặc trưng ở bước sóng 1646.43 cm −1, tương ứng với amide đặc hiệu Trong khi đó, các mẫu màng với tỉ lệ sericin : glucose khác nhau (2S:0.5G, 2S:1G, 2S:1.5G, 2S:2G) xuất hiện các đỉnh amide đặc hiệu ở các bước sóng lần lượt là 1646.43 cm −1, 1646.43 cm −1, 1640.64 cm −1 và 1639.48 cm −1.
Tất cả các mẫu đều cho thấy sự dao động nhẹ ở đỉnh CO Mẫu chỉ có D-glucose có dải hấp thụ tại bước sóng 1012.93 cm −1, trong khi các mẫu màng với tỉ lệ sericin : glucose khác nhau (2S:0.5G, 2S:1G, 2S:1.5G, 2S:2G) lần lượt có các bước sóng 1014.37 cm −1, 1014.37 cm −1, 1017.97 cm −1 và 1019.19 cm −1.
Phản ứng Maillard giữa nhóm amino của sericin và nhóm carbonyl của glucose dẫn đến sự thay đổi bước sóng ở các đỉnh CO, OH và các đỉnh amide đặc hiệu.
4.2.6 Phổ hấp thụ UV – Vis và độ truyền suốt của màng
Hình 4.15 Độ truyền suốt của màng khi thay đổi tỉ lệ sericin : glucose
Mẫu Dglu: chỉ có D-glucose 5 %
Mẫu 2S:1.5G: sericin : D-glucose = 2 : 1.5 Mẫu 2S:2G: sericin : D-glucose = 2 : 2
Kết quả ở hình 4.15 cho thấy màng 2S:2G có độ truyền quang thấp nhất, tiếp theo là 2S:1.5G, 2S:1G, và cao nhất là màng 2S:0.5G Điều này cho thấy rằng khi hàm lượng D-glucose tăng lên, độ truyền quang sẽ giảm.
Tăng hàm lượng glucose có thể làm giảm độ truyền quang của màng, do màng chứa glucose cao hơn dễ bị chuyển màu khi tiếp xúc với nhiệt độ cao Mặc dù vậy, màng vẫn có khả năng ngăn cản các bước sóng từ 200 - 400 nm Nguyên nhân được cho là do sự tán xạ ánh sáng hoặc giao thoa của vệt sáng, tạo ra liên kết ngang saccharide, từ đó cản trở sự truyền ánh sáng.
4.2.7 Khả năng chống oxy hóa
Hình 4.16 Khả năng gốc tự do DPPH của màng khi thay đổi tỉ lệ sericin : glucose
Mẫu Dglu: chỉ có D-glucose 5 %
Mẫu 2S:1.5G: sericin : D-glucose = 2 : 1.5 Mẫu 2S:2G: sericin : D-glucose = 2 : 2
Khả năng chống oxy hóa của màng với tỉ lệ sericin : glucose đã được nghiên cứu thông qua thí nghiệm hoạt động nhặt gốc tự do DPPH Kết quả cho thấy mẫu Dglu, khi chỉ bổ sung glucose, đã làm tăng nhẹ tác dụng chống oxy hóa, nhưng mức độ này vẫn chưa cao và cần cải thiện Đặc biệt, các mẫu với tỉ lệ sericin : glucose khác nhau (2S:0.5G, 2S:1G, 2S:1.5G, 2S:2G) cho thấy khả năng bắt gốc tự do tốt hơn.
K hả nă ng bắ t gố c tự do DP P H ( %)
Mẫu chỉ có D-glucose (Dglu) cho thấy khả năng bắt gốc tự do DPPH thấp nhất là 13.94%, trong khi các mẫu có sericin như 2S:0.5G, 2S:1G và 2S:1.5G lần lượt đạt 19.36%, 19.97% và 23.09% Mẫu 2S:2G đạt giá trị cao nhất 26.21%, gần gấp đôi so với mẫu chỉ có D-glucose Nghiên cứu cho thấy hoạt động chống oxy hóa phụ thuộc vào phân bố trọng lượng phân tử, với các protein có trọng lượng phân tử nhỏ hơn phản ứng cao hơn và dễ tạo liên kết ngang trong phản ứng Maillard Các hợp chất dị vòng từ phản ứng Maillard chủ yếu chịu trách nhiệm cho khả năng chống oxy hóa.
Ảnh hưởng của thay đổi nhiệt độ phản ứng đến đặc điểm tính chất màng sericin-
Độ dày của các mẫu màng thay đổi theo nhiệt độ phản ứng, với các chữ cái khác nhau chỉ ra sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p < 0.05).
Mẫu T70: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 70 o C + 20 phút
Mẫu T80: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 20 phút
Mẫu T90: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 90 o C + 20 phút Mẫu T100: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 100 o C + 20 phút
Thay đổi nhiệt độ phản ứng ảnh hưởng đến cấu trúc và độ dày của màng Biểu đồ kết quả cho thấy, khi nhiệt độ phản ứng tăng, độ dày của màng cũng tăng lên Cụ thể, mẫu T100 có độ dày lớn nhất đạt 0.29 mm, sau đó độ dày giảm dần.
45 những mẫu T90 và T80 với giá trị là 0.26 mm và 0.25 mm; và cuối cùng đạt giá trị nhỏ nhất ở mẫu T70 tương ứng với giá trị 0.29 mm
Khi so sánh với tiêu chuẩn TCVN 6912:2001 về độ dày màng phân huỷ sinh học (0.3 mm), tất cả các mẫu đều đạt độ dày tương đồng Hình 4.17 cho thấy rằng độ dày của màng tỉ lệ thuận với nhiệt độ phản ứng.
Hình 4.18 Độ ẩm của các mẫu màng khi thay đổi nhiệt độ phản ứng
(các chữ cái khác nhau thể hiên thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa về mặt thống kê p < 0.05)
Mẫu T70: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 70 o C + 20 phút
Mẫu T80: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 20 phút
Mẫu T90: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 90 o C + 20 phút Mẫu T100: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 100 o C + 20 phút
Độ ẩm của màng giảm dần khi nhiệt độ phản ứng tăng, với mẫu T70 có độ ẩm cao nhất 20.88%, tiếp theo là T80 và T90 với độ ẩm lần lượt là 19.87% và 18.96%, trong khi mẫu T100 có độ ẩm thấp nhất 17.23% Nhiệt độ cao làm biến tính protein trong sericin và làm bốc hơi nước tự do cùng một phần nước liên kết, dẫn đến giảm độ ẩm của màng Hơn nữa, nhiệt độ quá cao còn gây thất thoát đáng kể dịch màng, làm giảm hiệu suất số lượng màng tạo thành.
Hình 4.19 Lực tác dụng màng khi thay đổi nhiệt độ phản ứng
Mẫu T70: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 70 o C + 20 phút
Mẫu T80: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 20 phút
Mẫu T90: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 90 o C + 20 phút Mẫu T100: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 100 o C + 20 phút
Hình 4.20 Độ bền kéo của màng khi thay đổi nhiệt độ phản ứng
Mẫu T70: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 70 o C + 20 phút
Mẫu T80: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 20 phút
Mẫu T90: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 90 o C + 20 phút Mẫu T100: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 100 o C + 20 phút
Dựa vào hình 4.19 và 4.20, có thể nhận thấy rằng độ bền và khả năng chịu lực của màng tăng lên khi nhiệt độ gia tăng, nhờ vào việc tăng giá trị liên kết ngang trong màng và tạo điều kiện cho các phản ứng giữa các gốc amino acid Đặc biệt, độ bền kéo của màng T100 cao nhất, tiếp theo là T90, T80 và cuối cùng là T70 Sự gia tăng liên kết ngang giúp thay thế các lực van der Waals yếu bằng các liên kết cộng hóa trị mạnh, từ đó cải thiện tính chất cơ học của màng Nghiên cứu cho thấy rằng sự phân bố và mật độ của các tương tác liên phân tử và nội phân tử trong mạng lưới của màng đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành cấu trúc nhỏ gọn và liên kết ngang qua Maillard, nâng cao khả năng chống chịu và tính linh hoạt của màng.
4.3.4 Phân tích phổ hồng ngoại FTIR
Hình 4.21 Phổ FTIR của màng khi thay đổi nhiệt độ phản ứng
Mẫu T70: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 70 o C + 20 phút
Mẫu T80: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 20 phút
Mẫu T90: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 90 o C + 20 phút Mẫu T100: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 100 o C + 20 phút
Từ hình 4.21 có thể thấy được sự thay đổi về bước sóng xuất hiện của các mẫu màng khi thay đổi nhiệt độ phản ứng
Tất cả các mẫu đều có nhóm -OH xuất hiện trong khoảng bước sóng 3271 - 3276 cm −1 Các mẫu màng với nhiệt độ phản ứng khác nhau (T70, T80, T90, T100) cho thấy các đỉnh amide đặc hiệu tại khoảng bước sóng 1640.16 cm −1.
Tất cả các mẫu đều cho thấy sự dao động nhẹ ở đỉnh CO, với các mẫu màng phản ứng ở nhiệt độ khác nhau (T70, T80, T90, T100) có khoảng bước sóng lần lượt là 1021.12 cm −1, 1021.12 cm −1, 1021.16 cm −1 và 1022 cm −1.
Phản ứng Maillard giữa nhóm amino của sericin và nhóm carbonyl của glucose diễn ra mạnh mẽ khi nhiệt độ tăng, dẫn đến việc tạo ra nhiều liên kết ngang hơn và ổn định hơn Sự gia tăng này làm thay đổi bước sóng tại các đỉnh CO, OH và các đỉnh amide đặc hiệu.
4.3.5 Khả năng chống oxy hóa
Hình 4.22 Khả năng bắt gốc tự do DPPH của màng khi thay đổi nhiệt độ phản ứng
Mẫu T70: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 70 o C + 20 phút
Mẫu T80: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 20 phút
Mẫu T90: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 90 o C + 20 phút Mẫu T100: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 100 o C + 20 phút
Khả năng nhặt gốc tự do ở các mức nhiệt độ khác nhau gần như tương đương, với mẫu T100 đạt cao nhất 22.73%, tiếp theo là T90 với 20.45%, trong khi T80 và T70 có khả năng thấp hơn Sự hấp thụ gốc tự do của các màng liên kết ngang có thể liên quan đến việc giảm các nhóm amino phản ứng thông qua phản ứng Maillard, dẫn đến sự hình thành hợp chất melanoidin màu nâu, có khả năng cung cấp các nguyên tử hydro Tuy nhiên, mẫu T100 sử dụng nhiệt độ 100°C, cần thận trọng để tránh ảnh hưởng tiêu cực.
K hả nă ng bắ t gố c tự do DP P H ( %)
Việc sử dụng nhiệt độ quá cao có thể gây biến đổi hình dạng và tính chất của protein Nghiên cứu cho thấy, nhiệt độ dưới 100°C đã đủ để hình thành liên kết ngang và tăng cường hoạt động chống oxy hóa Tuy nhiên, quá trình gia nhiệt cũng có thể dẫn đến sự phân hủy nhiệt, gây ra những thay đổi trong khả năng chống oxy hóa.
Ảnh hưởng của thay đổi thời gian phản ứng đến đặc điểm tính chất màng sericin-
Hình 4.23 cho thấy sự thay đổi độ dày của các mẫu màng theo thời gian phản ứng, với các chữ cái khác nhau chỉ ra sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p < 0.05).
Mẫu M15: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 15 phút
Mẫu M20: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 20 phút
Mẫu M25: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 25 phút Mẫu M30: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 30 phút
Trong quá trình thí nghiệm, thời gian phản ứng có ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc và độ dày của màng Biểu đồ kết quả cho thấy rằng khi thời gian phản ứng tăng, độ dày của màng cũng gia tăng Cụ thể, mẫu M30 có độ dày lớn nhất là 0.29 mm, tiếp theo là mẫu M25 với độ dày 0.25 mm và mẫu M20 với 0.27 mm Mẫu M15 có độ dày nhỏ nhất, chỉ đạt 0.22 mm.
So với tiêu chuẩn độ dày màng phân hủy sinh học theo TCVN 6912:2001 (0.3 mm), tất cả các mẫu đều đạt độ dày tương đồng Hình 4.17 cho thấy rằng độ dày của màng tỉ lệ thuận với thời gian phản ứng.
Hình 4.24 Độ ẩm của các mẫu màng thay đổi thời gian phản ứng
(các chữ cái khác nhau thể hiên thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa về mặt thống kê p < 0.05)
Mẫu M15: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 15 phút
Mẫu M20: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 20 phút
Mẫu M25: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 25 phút Mẫu M30: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 30 phút
Theo hình 4.18, độ ẩm của màng giảm dần theo thời gian phản ứng, với mẫu M15 có độ ẩm cao nhất là 22.41%, tiếp theo là mẫu M20 và M25 với độ ẩm lần lượt là 21.40% và 20.49%, trong khi mẫu M30 có độ ẩm thấp nhất là 18.76% Thời gian phản ứng kéo dài sẽ dẫn đến biến tính protein trong sericin và làm bốc hơi nước tự do cùng một phần nước liên kết, gây giảm độ ẩm của màng Hơn nữa, thời gian phản ứng kéo dài còn làm thất thoát đáng kể dịch màng, từ đó giảm hiệu suất sản xuất màng.
Hình 4.25 Lực tác dụng lên màng thay đổi thời gian phản ứng
Mẫu M15: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 15 phút
Mẫu M20: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 20 phút
Mẫu M25: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 25 phút Mẫu M30: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 30 phút
Hình 4.26 Độ bền kéo của màng thay đổi thời gian phản ứng
Mẫu M15: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 15 phút
Mẫu M20: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 20 phút
Mẫu M25: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 25 phút Mẫu M30: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 30 phút
Thời gian phản ứng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính chất cơ học của màng Nghiên cứu cho thấy khả năng chịu lực của các mẫu màng khác nhau, với mẫu M15 có độ bền kéo thấp nhất là 729 mN/mm², tiếp theo là M20 và M25 với độ bền lần lượt là 951 mN/mm² và 1099 mN/mm², trong khi mẫu M30 đạt độ bền cao nhất là 1258 mN/mm² Kết quả này tương đồng với báo cáo của Affes, cho thấy rằng thời gian gia nhiệt lâu hơn mang lại hiệu quả tốt hơn trong việc tạo ra màng sericin-glucose linh hoạt và kéo dài hơn.
4.4.4 Phân tích phổ hồng ngoại FTIR
Hình 4.27 Phổ FTIR của màng thay đổi thời gian phản ứng
Mẫu M15: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 15 phút
Mẫu M20: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 20 phút
Mẫu M25: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 25 phút Mẫu M30: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 30 phút
Từ hình 4.27 có thể thấy được sự thay đổi về bước sóng xuất hiện của các mẫu màng khi thay đổi thời gian phản ứng
Tất cả các mẫu đều có nhóm -OH xuất hiện trong khoảng bước sóng 3271 - 3277 cm −1 Các mẫu màng với thời gian phản ứng khác nhau (M15, M20, M25, M30) cho thấy các đỉnh amide đặc hiệu ở các bước sóng lần lượt là 1641.13 cm −1 và 1640.16 cm −1.
Tất cả các mẫu đều thể hiện sự dao động nhẹ ở đỉnh CO, với các mẫu màng có thời gian phản ứng khác nhau (M15, M20, M25, M30) cho thấy các khoảng bước sóng lần lượt là 1022.09 cm −1, 1021.12 cm −1, 1021.01 cm −1 và 1020.16 cm −1.
Phản ứng Maillard giữa nhóm amino của sericin và nhóm carbonyl của glucose diễn ra khi thời gian phản ứng kéo dài, dẫn đến tăng hiệu suất phản ứng và tạo ra nhiều liên kết ngang hơn Sự gia tăng này tạo ra sự thay đổi ở các bước sóng tại các đỉnh CO, OH và các đỉnh amide đặc hiệu.
4.4.5 Khả năng chống oxy hóa
Hình 4.28 Khả năng bắt gốc tự do DPPH của màng thay đổi thời gian phản ứng
Mẫu M15: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 15 phút
Mẫu M20: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 20 phút
Mẫu M25: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 25 phút Mẫu M30: tỉ lệ sericin : D-glucose = 2 : 0.5, 80 o C + 30 phút
Dựa vào hình 4.28, khả năng bắt gốc tự do DPPH của các mẫu thay đổi theo thời gian phản ứng Mẫu M30 cho thấy khả năng nhặt gốc tự do cao nhất với tỷ lệ 20.18%.
K hả nă ng bắ t gố c tự do D P P H ( %)
Mẫu M25 và M20 có giá trị lần lượt là 19.09% và 18.09%, trong khi mẫu M15 có giá trị thấp nhất là 17.27%, có thể do thời gian phản ứng không đủ và quá trình cung cấp năng lượng cho phản ứng quá ngắn Sự gia tăng thời gian phản ứng dẫn đến khả năng bắt gốc tự do của mẫu cao hơn, kết quả này phù hợp với nghiên cứu của Oh [2].
Khả năng ứng dụng của màng sericin-glucose trong việc bảo quản thực phẩm
Nghiên cứu này đánh giá hiệu quả của việc sử dụng màng bảo quản trong việc duy trì chất lượng và giảm hư hỏng của chuối Trong suốt 6 ngày bảo quản, các chỉ tiêu về hình dạng bên ngoài và độ cứng của chuối được theo dõi và phân tích.
Bảng 4.1 Thành phần các mẫu màng khảo sát
Bảng 4.2 Bề ngoài của chuối không nhúng màng và chuối nhúng màng trong thời gian bảo quản
Các mẫu chuối được phủ lớp màng với sự thay đổi hàm lượng sericin và D-glucose, như thể hiện trong bảng 4.2 Sau 6 ngày bảo quản, các mẫu chuối có sericin-glucose vẫn giữ được màu xanh tươi hơn so với mẫu đối chứng Ngược lại, mẫu đối chứng (DC) cho thấy vỏ quả đã chuyển sang màu vàng, cho thấy tốc độ chín nhanh hơn so với các mẫu bảo quản khác.
Hình 4.29 Đồ thị biểu diễn độ cứng của chuối chưa qua quá trình xử lý màng vào ngày bảo quản thứ 0
K hả nă ng chịu lực ( m N)
Hình 4.30 Đồ thị biểu diễn độ cứng (theo cột) của chuối chưa qua quá trình xử lý màng vào ngày bảo quản thứ 0
Hình 4.31 Đồ thị biểu diễn độ cứng của chuối không nhúng màng và chuối nhúng màng vào ngày bảo quản thứ 2
K hả nă ng chịu lực ( m N)
K hả nă ng chịu lực ( m N)
Hình 4.32 Đồ thị so sánh độ cứng (theo cột) của chuối không nhúng màng và chuối nhúng màng vào ngày bảo quản thứ 2
Hình 4.33 Đồ thị biểu diễn độ cứng của chuối không nhúng màng và chuối nhúng màng vào ngày bảo quản thứ 4
K hả nă ng chịu lực ( m N)
K hả nă ng chịu lực ( m N)
Hình 4.34 Đồ thị so sánh độ cứng (theo cột) của chuối không nhúng màng và chuối nhúng màng vào ngày bảo quản thứ 4
Hình 4.35 Đồ thị biểu diễn độ cứng của chuối không nhúng màng và chuối nhúng màng vào ngày bảo quản thứ 6
K hả nă ng chịu lực ( m N)
K hả nă ng chịu lực ( m N)
Vào ngày thứ 6, độ cứng của chuối không nhúng màng giảm rõ rệt, với mẫu đối chứng bắt đầu xuất hiện hiện tượng vàng và hư hỏng nghiêm trọng Trong khi đó, các mẫu chuối có bổ sung sericin và D-glucose vẫn giữ được màu sắc xanh và độ cứng lên tới 13400 mN Sự tăng cường hàm lượng sericin giúp cải thiện độ cứng của quả nhờ khả năng chống oxy hóa, ức chế hoạt động của tyrosinase, từ đó làm chậm quá trình sản xuất ethylen và kiểm soát sự thối rữa Mẫu 2S:0.5G cho thấy hiệu quả ngăn chặn hư hỏng cao hơn hẳn so với các mẫu khác, chứng minh rằng lớp phủ màng có khả năng bảo vệ tốt cho chuối.
K hả nă ng chị u lực ( m N)
62 lượng D-glucose vừa đủ sẽ góp phần nâng cao hiệu quả trong việc kiểm soát quá trình hư hỏng của quả sau khi chuối được thu hoạch.
Công thức màng sericin-glucose ứng dụng trong bảo quản thực phẩm
Mẫu 2S:0.5G có độ dày màng là 0.25 mm, phù hợp với tiêu chuẩn độ dày của màng phân hủy sinh học (khoảng 0.3 mm theo TCVN 6912:2001) Trong khi đó, các mẫu 2S:0.5G, 2S:0.5G, và 2S:2G có độ dày thấp hơn đáng kể, lần lượt là 0.22 mm, 0.20 mm, và 0.18 mm.
Mẫu 2S:0.5G đạt tốc độ truyền ẩm cao nhất là 3.28 g/hm², tuy nhiên sự chênh lệch này không quá lớn và vẫn nằm trong mức chấp nhận được.
Bên cạnh đó, mẫu màng 2S:0.5G đã được thử nghiệm trên bảo quản chuối và cho kết quả khá tốt:
Theo hình 4.32, vào ngày thứ 2, mẫu 2S:0.5G có độ cứng hơi thấp hơn so với các mẫu S5, S10, 2S:1G và 2S:2G, nhưng sự khác biệt này chưa có ý nghĩa thực sự Tuy nhiên, đến ngày thứ 4 như thể hiện trong hình 4.34, mẫu S12.5 và mẫu 2S:0.5G cho thấy độ cứng cao hơn rõ rệt so với các mẫu khác Cuối cùng, theo hình 4.36 vào ngày thứ 6, mẫu 2S:0.5G đạt độ cứng cao nhất.
Theo bảng 4.2, mẫu 2S:0.5G thể hiện màu sắc tốt nhất vào ngày thứ nhất mà không có dấu hiệu hư hỏng Đến ngày thứ sáu, chuối được nhúng bằng mẫu 2S:0.5G vẫn giữ được màu xanh, và mức độ hư hỏng của mẫu này là thấp nhất so với các mẫu khác.
Một số nhược điểm của mẫu 2S:0.5G có thể kể đến như:
Mẫu 2S:0.5G thể hiện khả năng chống oxy hóa kém nhất với giá trị bắt gốc tự do DPPH chỉ đạt 19%, thấp hơn 1.35 lần so với mẫu 2S:2G, mẫu có khả năng bắt gốc tự do DPPH tốt nhất với giá trị 26%.
Kết quả độ bền kéo cho thấy mẫu 2S:0.5G đạt 868 nM/mm², thấp hơn đáng kể so với mẫu 2S:2G và 2S:1.5G, với giá trị lần lượt là 1687 nM/mm² và 1122 nM/mm².
Nhiệt độ phản ứng ảnh hưởng đến độ dày của mẫu, với mẫu T80 đạt độ dày 0.25 mm, tương đối tốt so với mẫu T100 (0.29 mm) và mẫu T70 (0.20 mm) Đặc biệt, độ ẩm của mẫu T80 cũng được thể hiện rõ trong hình 4.18.
Mẫu 63 đạt mức trung bình cao khi so sánh với các mẫu T70, T80, T90, và T100 Khả năng bắt gốc tự do DPPH của mẫu này là 19.09%, cho thấy không có sự khác biệt đáng kể so với các mẫu còn lại.
Thời gian phản ứng cho kết quả tương đồng với thời gian phản ứng đã được khảo sát Theo hình 4.23, độ dày của mẫu M20 đạt mức tốt, tương thích với tiêu chuẩn độ dày của màng phân hủy sinh học (khoảng 0.3 mm theo TCVN 6912:2001) Độ ẩm của mẫu khá cao (21.40 %) và khả năng bắt gốc tự do rất tốt (20.18 %), được thể hiện trong hình 4.24 và 4.28.
Màng sericin-glucose với tỷ lệ 2S:0.5G, nhiệt độ phản ứng 80 o C và thời gian phản ứng 20 phút cho kết quả tốt về độ dày, độ ẩm và độ bền kéo Kết quả này là cơ sở cho việc phát triển công thức tối ưu cho màng sericin-glucose.