1. Tính cấp thiết Bảo quản rau quả tƣơi có ý nghĩa thực tiễn vô cùng quan trọng về mặt kinh tế và sức khỏe cộng đồng vì đây là nhóm nông sản có mức tổn thất sau thu hoạch cao nhất và thƣờng bị nhiễm bẩn vi sinh vật và hóa chất ở mức độ cao, thƣờng xuyên và khó kiểm soát. Mặt khác, xu hƣớng tiêu dùng rau quả tƣơi trên thế giới hiện nay tăng và lan tỏa rất nhanh do ngƣời tiêu dùng nhận thức ngày càng đầy đủ về vai trò sống còn của các chất dinh dƣỡng vi lƣợng và hoạt chất sinh học của các thực phẩm tự nhiên nguồn gốc thực vật. Tổn thất sau thu hoạch rau quả ở Việt Nam hiện vẫn còn rất cao do bản chất của rau quả tƣơi rất nhanh chóng bị hƣ hỏng sau khi thu hái. Thêm vào đó, vi sinh vật nhiễm bẩn trƣớc, trong và sau thu hoạch cũng góp phần rất lớn làm hỏng cấu trúc và gây thối hỏng rau quả. Các hiện tƣợng này lại càng trở nên trầm trọng hơn trong điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm của nƣớc ta. Trong khi đó, Việt Nam vẫn còn là một nƣớc nghèo, đang rất thiếu công nghệ thích ứng cho bảo quản nông sản, trong đó có rau quả tƣơi. Ngay cả phƣơng pháp bảo quản lạnh đã rất phổ biến trên thế giới thì hiện tại vẫn chƣa thể áp dụng đƣợc nhiều ở trong nƣớc vì vốn đầu tƣ vẫn là trở ngại lớn ở các quy mô sản xuất nhỏ. Tồn dƣ hóa chất trong rau quả ở mức cao do sử dụng tùy tiện về chủng loại và liều lƣợng hóa chất độc hại trong sản xuất và trong bảo quản thực sự đang là mối lo ngại của toàn xã hội. Do vậy, việc đề xuất giải pháp kỹ thuật bảo quản rau quả tƣơi mang tính khả thi xét theo nhiều mặt sẽ thực sự có ý nghĩa lớn và rất cấp thiết. Để giải quyết các vấn đề trên, loại hình bao gói dạng màng phủ trên rau, quả mở ra một hƣớng mới trong lĩnh vực bảo quản thực phẩm cũng nhƣ bảo quản trái cây sau thu hoạch. Công nghệ tạo màng bề mặt để bảo quản rau quả về nguyên tắc là tạo ra một dịch lỏng dạng gel hoặc nhũ tƣơng rồi phủ lên bề mặt quả (hoặc rau ăn quả, rau ăn củ) bằng cách phun, dúng, xoa, lăn. Khi dịch lỏng khô đi tạo ra một lớp màng mỏng trong suốt trên bề mặt. Lớp màng phủ này làm giảm tổn thất khối lƣợng và làm chậm sự nhăn nheo vỏ quả do hạn chế quá trình mất nƣớc. Mặt khác, do màng phủ có thể tạo ra vùng vi khí quyển điều chỉnh (MA) xung quanh quả nên làm thay đổi sự trao đổi khí. Kinh nghiệm áp dụng của các nƣớc chỉ ra rằng công nghệ tạo màng có hiệu quả bảo quản và hiệu quả kinh tế cao, giá thành bảo quản thấp, dễ sử dụng, không đòi hỏi nhiều về thiết bị, không tiêu tốn nhiều năng lƣợng, thân thiện môi trƣờng và an toàn thực phẩm [56]. Các vật liệu tạo màng phủ thƣờng đƣợc sử dụng từ những vật liệu có nguồn gốc sinh học và đƣợc công nhận là an toàn cho con ngƣời nhƣ protein, polysaccarit và lipid [51, 113, 119]. Trong đó, cellulose đƣợc quan tâm hơn cả nhờ cellulose là nguồn nguyên liệu tự nhiên, sẵn có và có tính chất tạo màng phủ rất tốt. Tuy nhiên do trong cấu trúc polyme của cellulose chứa nhiều liên kết hydro nên cellulose tự nhiên không hòa tan trong nƣớc. Để tận dùng đƣợc nguồn nguyên liệu này, các dẫn xuất của cellulose đƣợc đặc biệt quan tâm nhƣ hydroxy-propyl-methyl-cellulose (HPMC), carboxy-methyl-cellulose (CMC). So với CMC thì HPMC có tính chất tạo màng tốt, không mùi, không vị, có tính thấm khí tốt và giữ đƣợc mùi hƣơng của sản phẩm đƣợc coi là phụ gia thực phẩm (E464) đang đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm và dƣợc phẩm. Với các ƣu điểm trên thì tính ƣa nƣớc của HPMC lại là nhƣợc điểm trong tạo màng do khả năng ngăn cản sự thoát nƣớc của quả kém [149]. Nhằm cải thiện nhƣợc điểm của màng HPMC, các thành phần kị nƣớc đƣợc bổ sung vào HPMC để tạo ra vật liệu tạo màng dạng compozit, vật liệu này cho phép hạn chế tính chất ƣa nƣớc của màng HPMC [9, 73]. Với mục đích cung cấp khí O ở lƣợng vừa đủ phù hợp với đặc tính sinh lý của rau quả nhằm hạn chế cƣờng độ hô hấp, màng HPMC đƣợc điều chỉnh tính cản thấm khí nhờ bổ sung một số loại vật liệu nguồn gốc protein, tinh bột biến tính, polyssacharit. Tuy nhiên, với các loại vật liệu này, màng compozit tổng hợp khi ứng dụng trên rau quả sau thu hoạch chỉ đạt đƣợc mức thành công nhất định, đặc biệt là không duy trì đƣợc hƣơng vị tự nhiên của sản phẩm. 2 Gần đây, sự phát triển của vật liệu nano hứa hẹn tiềm năng trong cải thiện tính chất chức năng của màng. Theo các nghiên cứu đã công bố thì chúng có vai trò cải tạo tính chất hóa lý của của màng sinh học nhƣ tạo rào cản mất nƣớc, mất mùi hƣơng và có hoạt tính kháng khuẩn …[133]. Ngoài ra, một số vật liệu nano có tính năng cải tiến tạo màng tích cực hoặc màng thông minh nhƣ tính kháng khuẩn, cố định enzim, hấp thụ ô xy tự do, tính năng cảm biến…[66, 125]. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu về tác dụng của thành phần lớp phủ lên các thuộc tính của màng HPMC thƣờng đƣợc đánh giá ở dạng màng film đổ rời. Hiệu quả của màng cần đƣợc đánh giá khi áp dụng trên bề mặt hoa quả tƣơi, do đặc tính sinh lý của hoa quả đóng vai trò quan trọng đối với quá trình thấm khí qua màng. Chuối là loại quả nhiệt đới và giàu dinh dƣỡng với hàm lƣợng vitamin cao và các hợp chất phenolic, đây là những chất có tác dụng chống ô xy hóa, ngừa ung thƣ và các bệnh liên quan đến tim mạch. Trên thế giới chuối đƣợc đánh giá là một trong những loại quả không chỉ giàu giá trị dinh dƣỡng mà còn có giá trị kinh tế cao. Theo báo cáo của Tổng cục thống kê về tình hình sản xuất chuối năm 2013 và 2015, sản lƣợng chuối của Việt Nam đạt mức 1,9 triệu tấn/năm. Trƣớc tình hình hội nhập kinh tế, chuyên ngành bảo quản chuối sau thu hoạch tại Việt Nam cần lựa chọn ra công nghệ và giải pháp bảo quản nhằm đảm bảo đƣợc thời gian và chất lƣợng chuối sau thu hoạch. Trong phạm vi nghiên cứu này, đề tài ―Nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano để cải tiến chế phẩm tạo màng Hydroxy-propyl-methyl-cellulose (HPMC) dùng trong bảo quản quả chuối” tập trung nghiên cứu nhằm cải thiện đƣợc tính bán thấm và hiệu quả ức chế sự phát triển vi sinh vật của màng HPMC. Trong đó, các nghiên cứu đƣợc đề cập đến tổng hợp nano (carnauba, chitosan, cellulose) phục vụ nghiên cứu ứng dụng, đánh giá ảnh hƣởng của các vật liệu nano này tới cấu trúc, đặc tính của màng HPMC; bƣớc đầu đánh giá hiệu lực bảo quản của màng phủ HPMC-nano trên quả chuối sau thu hoạch. 2. Mục tiêu nghiên cứu
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP VÀ CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VẬT LIỆU NANO ĐỂ CẢI TIẾN CHẾ PHẨM TẠO MÀNG HYDROXYPROPYL METHYL CELLULOSE DÙNG TRONG BẢO QUẢN QUẢ CHUỐI LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÀ NỘI - THÁNG 6/2017 3.2.3 Tính cản thấm khí thấm nƣớc màng compozit HPMC-CNe 67 3.2.4 Hiệu bảo quản chuối màng HPMC-CNe 70 3.3 Ảnh hƣởng nano chitosan (ChNp) đến tính chất hiệu bảo quản chuối màng compozit HPMC-CNe 75 3.3.1 Ảnh hƣởng ChNp đến tính chất màng compozit HPMC-CNe-ChNp 75 3.3.2 Tính cản thấm khí, thấm nƣớc màng HPMC-CNe-ChNp chuối 79 3.3.3 Hiệu bảo quản chuối màng HPMC-CNe-ChNp 82 3.4 Ảnh hƣởng nano cellulose tinh thể (cellulose nanocrystal) tới tính chất hiệu bảo quản chuối màng compozit HPMC-CNe-ChNp 91 3.4.1 Phân tích hình ảnh SEM màng HPMC-CNe-ChNp-CNC đổ rời 92 3.4.2 Tính chất màng compozit HPMC-CNe-ChNp-CNC đổ rời 93 3.4.3 Hiệu bảo quản chuối màng compozit HPMC-CNe-ChNp-CNC 98 3.5 Sự phụ thuộc thông số chất lƣợng chuối vào thành phần nồng độ vật liệu nano compozit HPMC 107 3.5.1 Ảnh hƣởng thành phần nano (CNe, ChNp CNC) đến hàm lƣợng đƣờng tổng số (Y1) 111 3.5.2 Ảnh hƣởng thành phần nano (CNe, ChNp CNC) đến độ cứng (Y2) 112 3.5.3 Ảnh hƣởng thành phần nano (CNe, ChNp CNC) đến hao hụt khối lƣợng tự nhiên (Y3) 114 3.5.4 Ảnh hƣởng thành phần nano (CNe, ChNp CNC) đến điểm chất lƣợng cảm quan chuối (Y4) 115 3.5.5 Tối ƣu hóa nồng độ thành phần nano (CNe, ChNp CNC) phối chế màng phủ HPMC 116 3.5.6 Hiệu ức chế phát triển nấm C.musae chuối gây nhiễm nhân tạo màng phủ tối ƣu 119 3.5.7 Hiệu bảo quản màng phủ tối ƣu đến chất lƣợng bảo quản chuối 121 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 123 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 125 PHỤ LỤC 137 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Tên viết tắt Tên đầy đủ Tiếng Anh Tên đầy đủ Tiếng Việt 1-MCP 1-Methyl cyclopropene 1-Methyl cyclopropene AI Antimicrobial activity Chỉ số kháng nấm AG Arabic Gum Gôm arabic RNA Ribonucleic acid Axit ribonucleic CA Controled atmosphere Khí kiểm soát CFU/g Colony forming unit per gram Số đơn vị hình thành khuẩn lạc/gram CMC Carboxymethyl cellulose Carboxymethyl cellulose Nhũ tƣơng sáp carnauba CNB CNC Cellulose nanocrystal Nano cellulose tinh thể CNe Carnauba nanoemulsion Nano nhũ tƣơng sáp carnauba CS Chitosan Chitosan ChNp Chitosan nanoparticle Các hạt nano chitosan CSPMAA Chitosan-Polymethylacrylic acid Hạt nano chitosan-Axit polymethylacrylic DNA Deoxyribonucleic Acid Axit deoxyribonucleic EMAP Equilibrium modified atmosphere packaging Bao gói khí điều biến cân EFSA European Food Standards Agency Cơ quan Tiêu chuẩn Thực phẩm Cộng đồng Châu Âu FDA U.S Food and Drug Administration Cục quản lý Thực phẩm Thuốc Hoa Kỳ FT-IR Fourier transform infrared spectroscopy Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier HPMC Hydroxypropyl methyl cellulose Hydroxypropyl methyl cellulose vii ISO International Organization for Standardization Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế LbL Layer-by-layer Màng xen lớp MA Modified atmosphere Khí điều biến MAA Methylacrylic acid Axit methylacrylic MAP Modified atmosphere packaging Bao gói khí điều biến MMT Nanosized montmorillonite Montmorillonite kích thƣớc nano Np Nanoparticles Các hạt nano PDA Potato Dextro Agar Môi trƣờng thạch đƣờng khoai tây PCI Peel color index Chỉ số màu sắc vỏ PMAA Polymethylacrylic acid Axit polymethylacrylic SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TEM Transmission electron microscopy Kính hiển vi điện tử truyền qua USEPA US Environmental Protection Agency Cơ quan Bảo vệ Môi trƣờng Hoa Kỳ WHO World Health Organization Tổ chức Y tế Thế giới viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Danh mục chế phẩm tạo màng dùng bảo quản rau Đề tài KC.07.04/06-10 sản xuất Bộ Y tế cấp Giấy chứng nhận tiêu chuẩn chất lượng 15 Bảng 1.2 Một số nghiên cứu độc tính hạt nano 23 Bảng 1.3 Sự phụ thuộc độ ổn định hệ keo vào giá trị zeta 28 Bảng 3.1 Kích thước zeta hạt ChNp nồng độ K2S2O8 khác 55 Bảng 3.2 Ảnh hưởng K2S2O8 tới tỉ lệ thu hồi sản phẩm ChNp 57 Bảng 3.3 Chỉ số kháng nấm C.musae gây bệnh thán thư chuối ChNp môi trường thạch 58 Bảng 3.4 Kích thước zeta hạt CNC nồng độ H2SO4 khác 63 Bảng 3.5 Ảnh hưởng kích thước nồng độ nhũ tương carnauba tới độ dày màng HPMC 66 Bảng 3.6 Chất lượng cảm quan sau bảo quản chuối phủ màng HPMC có bổ sung CNe với kích thước nồng độ khác 74 Bảng 3.7 Ảnh hưởng ChNp đến độ nhớt HPMC-CNe-ChNp 77 Bảng 3.8 Ảnh hưởng nồng độ ChNp tới độ dày màng compozit HPMC-CNe 77 Bảng 3.9 Ảnh hưởng ChNp đến chất lượng cảm quan chuối phủ màng HPMC-CNe-ChNp sau bảo quản 89 Bảng 3.10 Ảnh hưởng nồng độ bổ sung CNC tới tính chất màng compozit HPMC-CNe-ChNp-CNC 94 Bảng 3.11 Chất lượng cảm quan chuối sau bảo quản 106 Bảng 3.12 Giá trị mã hóa thực nghiệm yếu tố thực nghiệm 108 Bảng 3.13 Kết thực nghiệm theo ma trận trực giao đối xứng 109 Bảng 3.14 Kết phân tích hồi quy 110 Bảng 3.15 Hiệu ức chế phát triển nấm C.musae chuối gây nhiễm nhân tạo màng phủ compozit tối ưu 120 Bảng 3.16 Hiệu bảo quản chuối màng phủ HPMC-CNe-ChNp-CNC (sau 30 ngày bảo quản) 121 ix DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 3.1 Phân bố kích thước hạt zeta nano nhũ tương carnauba 51 Hình 3.2 Phổ FT-IR dung dịch nano CS-KBr 52 Hình 3.3 Phổ FT-IR ChNp nồng độ 0,2 mmol K2S2O8 52 Hình 3.4 Phổ FT-IR ChNp nồng độ 0,4 mmol K2S2O8 53 Hình 3.5 Phổ FT-IR ChNp nồng độ 0,6 mmol K2S2O8 53 Hình 3.6 Phổ FT-IR ChNp tạo nồng độ 0,8 mmol K2S2O8 53 Hình 3.7 Hình ảnh TEM nano CS-PMAA nồng độ K2S2O8 khác 54 Hình 3.8 Ảnh hưởng nồng độ K2S2O8 đến kích thước zeta hạt ChNp 56 Hình 3.9 Hoạt tính kháng nấm C.musae nano chitosan ChNp thử nghiệm môi trường nuôi cấy PDA 59 Hình 3.10 Hình ảnh TEM nano cellulose tinh thể thu thủy phân cellulose vi tinh thể nồng độ axit sulfuric khác 60 Hình 3.11 Phổ FT-IR MCC 62 Hình 3.12 Phổ FT-IR CNC thu nồng độ axit sulfuric 47 % 62 Hình 3.13 Phổ FT-IR CNC thu nồng độ axit sulfuric 55 % 62 Hình 3.14 Phổ FT-IR CNC thu nồng độ axit sulfuric 64 % 63 Hình 3.15 Kích thước zeta hạt CNC tổng hợp 47% H2SO4 64 Hình 3.16 Kích thước zeta CNC tổng hợp 55 % H2SO4 65 Hình 3.17 Kích thước zeta CNC tổng hợp 64 % H2SO4 65 Hình 3.18 Ảnh hưởng kích thước nồng độ hạt nhũ tương carnauba đến độ thẩm thấu nước qua màng compozit HPMC-CNe 67 Hình 3.19 Tỷ lệ hao hụt khối lượng tự nhiên chuối phủ màng HPMC có bổ sung CNe với kích thước nồng độ khác (sau 15 ngày bảo quản) 68 Hình 3.20 Cường độ hô hấp chuối phủ màng HPMC có bổ sung CNe với kích thước nồng độ khác 69 Hình 3.21 Biến đổi màu sắc vỏ chuối phủ màng HPMC có bổ sung CNe với kích thước nồng độ khác (sau 15 ngày bảo quản) 71 Hình 3.22 Độ cứng chuối phủ màng compozit HPMC có bổ sung CNe với kích thước nồng độ khác (sau 15 ngày bảo quản) 72 Hình 3.23 Sự biến đổi hàm lượng chất khô hòa tan tổng số chuối phủ màng HPMC có bổ sung CNe với kích thước nồng độ khác (sau 15 ngày bảo quản) 73 Hình 3.24 Kết phân tích SEM compozit HPMC-CNe bổ sung ChNp nồng độ khác (độ phóng đại × 10.000) 76 Hình 3.25 Hình ảnh kính hiển vi điện tử SEM compozit HPMC-CNe-ChNp nồng độ bổ sung ChNp 2,0% 78 x Hình 3.26 Ảnh hưởng nồng độ ChNp đến độ tan nước màng compozit HPMC-CNe-ChNp 79 Hình 3.27 Ảnh hưởng nồng độ nano chitosan đến tỷ lệ hao hụt khối lượng tự nhiên chuối phủ màng compozit HPMC-CNe-ChNp 80 Hình 3.28 Ảnh hưởng nano chitosan đến cường độ hô hấp chuối phủ màng compozit HPMC-CNe-ChNp 81 Hình 3.29 Ảnh hưởng nồng độ ChNp đến hàm lượng tinh bột chuối bảo quản màng phủ HPMC-CNe-ChNp 82 Hình 3.30 Ảnh hưởng nồng độ ChNp đến hàm lượng đường chuối bảo quản màng phủ HPMC-CNe-ChNp 84 Hình 3.31 Hàm lượng tanin chuối bảo quản màng phủ HPMC-CNe có bổ sung ChNp nồng độ khác 85 Hình 3.32 Ảnh hưởng ChNp đến biến đổi độ cứng chuối phủ màng compozit HPMC-CNe-ChNp 86 Hình 3.33 Ảnh hưởng nồng độ ChNp đến biến đổi hàm lượng chất khô hòa tan tổng số chuối phủ màng compozit HPMC-CNe-ChNp 87 Hình 3.34 Mẫu chuối sau 20 ngày bảo quản màng phủ compozit HPMC-CNe có bổ sung ChNp nồng độ khác (ở 20oC, 80% RH) 89 Hình 3.35 Hình ảnh cấu trúc màng compozit HPMC-CNe-ChNp qua phân tích hình ảnh SEM độ phóng đại khác 1% ChNp bổ sung 91 Hình 3.36 Hình ảnh hiển vi điện tử SEM compozit HPMC-CNe-ChNp có bổ sung CNC nồng độ khác 93 Hình 3.37 Ảnh hưởng nồng độ CNC đến độ tan màng compozit HPMCCNe-ChNp-CNC 95 Hình 3.38 Ảnh hưởng CNC đến tỷ lệ hao hụt khối lượng tự nhiên chuối 96 Hình 3.39 Ảnh hưởng nồng độ CNC thể đến cường độ hô hấp chuối phủ màng HPMC-CNe-ChNp-CNC 97 Hình 3.40 Tỉ lệ tổn thất khối lượng tự nhiên chuối phủ màng HPMC-CNeChNp bổ sung CNC nồng độ khác 98 Hình 3.41 Cường độ hô hấp chuối phủ màng HPMC-CNe-ChNp bổ sung CNC nồng độ khác 100 Hình 3.42 Ảnh hưởng nồng độ CNC tới biến đổi hàm lượng tinh bột chuối phủ màng HPMC-CNe-ChNp-CNC 101 Hình 3.43 Ảnh hưởng nồng độ CNC đến biến đổi hàm lượng đường tổng số chuối phủ màng HPMC-CNe-ChNp-CNC 102 Hình 3.44 Ảnh hưởng nồng độ CNC đến độ cứng thịt chuối phủ màng HPMC-CNe-ChNp-CNC 104 Hình 3.45 Ảnh hưởng nồng độ CNC đến hàm lượng chất khô hòa tan chuối phủ màng HPMC-CNe-ChNp-CNC 105 xi Hình 3.46 Mẫu chuối sau bảo quản 24 ngày điều kiện 20oC, 80% RH 107 Hình 3.47 Hàm 2D - Biểu diễn quan hệ yếu tố thực nghiệm đến hàm mục tiêu Y1 : đường tổng số 111 Hình 3.48 Hàm 3D - Biểu diễn ảnh hưởng yếu tố thực nghiệm đến hàm lượng đường tổng số mẫu chuối bảo quản màng phủ compozit 111 Hình 3.49 Hàm 2D - Biểu diễn quan hệ yếu tố thực nghiệm đến hàm mục tiêu Y2 : độ cứng 112 Hình 3.50 Hàm 3D - Biểu diễn ảnh hưởng yếu tố thực nghiệm đến độ cứng mẫu chuối bảo quản màng phủ compozit 113 Hình 3.51 Hàm 2D - Biểu diễn quan hệ yếu tố thực nghiệm đến hàm mục tiêu Y3 : tỉ lệ hao hụt khối lượng tự nhiên 114 Hình 3.52 Hàm 3D - Biểu diễn ảnh hưởng yếu tố thực nghiệm đến tỉ lệ hao hụt khối lượng tự nhiên mẫu chuối bảo quản màng phủ compozit 115 Hình 3.53 Hàm 2D - Biểu diễn quan hệ yếu tố thực nghiệm đến hàm mục tiêu Y4 : điểm cảm quan 115 Hình 3.54 Hàm 3D - Biểu diễn ảnh hưởng yếu tố thực nghiệm đến điểm chất lượng cảm quan mẫu chuối bảo quản màng phủ compozit 116 Hình 3.55 Biểu diễn mong đợi yếu tố thực nghiệm hàm mục tiêu 117 Hình 3.56 Mức độ đáp ứng mong đợi mô hình ứng dụng nano nhằm cải tiến tính chất chức màng HPMC bảo quản chuối 118 Hình 3.57 Hiệu ức chế phát triển nấm C.musae chuối gây nhiễm nhân tạo màng phủ compozit tối ưu (sau ngày 25oC, 80% RH) 120 xii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Bảo quản rau tƣơi có ý nghĩa thực tiễn vô quan trọng mặt kinh tế sức khỏe cộng đồng nhóm nông sản có mức tổn thất sau thu hoạch cao thƣờng bị nhiễm bẩn vi sinh vật hóa chất mức độ cao, thƣờng xuyên khó kiểm soát Mặt khác, xu hƣớng tiêu dùng rau tƣơi giới tăng lan tỏa nhanh ngƣời tiêu dùng nhận thức ngày đầy đủ vai trò sống chất dinh dƣỡng vi lƣợng hoạt chất sinh học thực phẩm tự nhiên nguồn gốc thực vật Tổn thất sau thu hoạch rau Việt Nam cao chất rau tƣơi nhanh chóng bị hƣ hỏng sau thu hái Thêm vào đó, vi sinh vật nhiễm bẩn trƣớc, sau thu hoạch góp phần lớn làm hỏng cấu trúc gây thối hỏng rau Các tƣợng lại trở nên trầm trọng điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm nƣớc ta Trong đó, Việt Nam nƣớc nghèo, thiếu công nghệ thích ứng cho bảo quản nông sản, có rau tƣơi Ngay phƣơng pháp bảo quản lạnh phổ biến giới chƣa thể áp dụng đƣợc nhiều nƣớc vốn đầu tƣ trở ngại lớn quy mô sản xuất nhỏ Tồn dƣ hóa chất rau mức cao sử dụng tùy tiện chủng loại liều lƣợng hóa chất độc hại sản xuất bảo quản thực mối lo ngại toàn xã hội Do vậy, việc đề xuất giải pháp kỹ thuật bảo quản rau tƣơi mang tính khả thi xét theo nhiều mặt thực có ý nghĩa lớn cấp thiết Để giải vấn đề trên, loại hình bao gói dạng màng phủ rau, mở hƣớng lĩnh vực bảo quản thực phẩm nhƣ bảo quản trái sau thu hoạch Công nghệ tạo màng bề mặt để bảo quản rau nguyên tắc tạo dịch lỏng dạng gel nhũ tƣơng phủ lên bề mặt (hoặc rau ăn quả, rau ăn củ) cách phun, dúng, xoa, lăn Khi dịch lỏng khô tạo lớp màng mỏng suốt bề mặt Lớp màng phủ làm giảm tổn thất khối lƣợng làm chậm nhăn nheo vỏ hạn chế trình nƣớc Mặt khác, màng phủ tạo vùng vi khí điều chỉnh (MA) xung quanh nên làm thay đổi trao đổi khí Kinh nghiệm áp dụng nƣớc công nghệ tạo màng có hiệu bảo quản hiệu kinh tế cao, giá thành bảo quản thấp, dễ -1- sử dụng, không đòi hỏi nhiều thiết bị, không tiêu tốn nhiều lƣợng, thân thiện môi trƣờng an toàn thực phẩm [56] Các vật liệu tạo màng phủ thƣờng đƣợc sử dụng từ vật liệu có nguồn gốc sinh học đƣợc công nhận an toàn cho ngƣời nhƣ protein, polysaccarit lipid [51, 113, 119] Trong đó, cellulose đƣợc quan tâm nhờ cellulose nguồn nguyên liệu tự nhiên, sẵn có có tính chất tạo màng phủ tốt Tuy nhiên cấu trúc polyme cellulose chứa nhiều liên kết hydro nên cellulose tự nhiên không hòa tan nƣớc Để tận dùng đƣợc nguồn nguyên liệu này, dẫn xuất cellulose đƣợc đặc biệt quan tâm nhƣ hydroxy-propyl-methyl-cellulose (HPMC), carboxy-methyl-cellulose (CMC) So với CMC HPMC có tính chất tạo màng tốt, không mùi, không vị, có tính thấm khí tốt giữ đƣợc mùi hƣơng sản phẩm đƣợc coi phụ gia thực phẩm (E464) đƣợc sử dụng rộng rãi công nghiệp thực phẩm dƣợc phẩm Với ƣu điểm tính ƣa nƣớc HPMC lại nhƣợc điểm tạo màng khả ngăn cản thoát nƣớc [149] Nhằm cải thiện nhƣợc điểm màng HPMC, thành phần kị nƣớc đƣợc bổ sung vào HPMC để tạo vật liệu tạo màng dạng compozit, vật liệu cho phép hạn chế tính chất ƣa nƣớc màng HPMC [9, 73] Với mục đích cung cấp khí O2 lƣợng vừa đủ phù hợp với đặc tính sinh lý rau nhằm hạn chế cƣờng độ hô hấp, màng HPMC đƣợc điều chỉnh tính cản thấm khí nhờ bổ sung số loại vật liệu nguồn gốc protein, tinh bột biến tính, polyssacharit Tuy nhiên, với loại vật liệu này, màng compozit tổng hợp ứng dụng rau sau thu hoạch đạt đƣợc mức thành công định, đặc biệt không trì đƣợc hƣơng vị tự nhiên sản phẩm Gần đây, phát triển vật liệu nano hứa hẹn tiềm cải thiện tính chất chức màng Theo nghiên cứu công bố chúng có vai trò cải tạo tính chất hóa lý của màng sinh học nhƣ tạo rào cản nƣớc, mùi hƣơng có hoạt tính kháng khuẩn …[133] Ngoài ra, số vật liệu nano có tính cải tiến tạo màng tích cực màng thông minh nhƣ tính kháng khuẩn, cố định enzim, hấp thụ ô xy tự do, tính cảm biến…[66, 125] Tuy nhiên, hầu hết nghiên cứu tác dụng thành phần lớp phủ lên thuộc tính màng HPMC thƣờng đƣợc đánh giá dạng màng film đổ rời Hiệu màng cần đƣợc đánh giá áp dụng bề mặt hoa tƣơi, đặc tính sinh lý hoa đóng vai trò quan trọng trình thấm khí qua màng Chuối loại nhiệt đới giàu dinh dƣỡng với hàm lƣợng vitamin cao hợp chất phenolic, chất có tác dụng chống ô xy hóa, ngừa ung thƣ bệnh liên quan đến tim mạch Trên giới chuối đƣợc đánh giá -2- +0.061 * C2 Final Equation in Terms of Actual Factors: Y2: Do cung = -0.28436 +0.31494 * Carnauba -0.24433 * nano chitosan -3.24137 * nano celulo -0.21000 * Carnauba * nano chitosan +0.16250 * Carnauba * nano celulo +1.82500 * nano chitosan * nano celulo -4.30474E-003 * Carnauba2 +1.22022 * nano chitosan2 +1.52757 * nano celulo2 Predicted vs Actual Design-Expert® Software Y2: Do cung Y2: Do cung Y2: Do cung Actual Factors A: Carnauba = 6.00 B: nano chitosan = 1.00 C: nano celulo = 0.50 2.94 P re d ic te d 2.13 3.8 2.975 Y2: Do cung Color points by value of Y2: Do cung: 3.71 0.51 Perturbation Design-Expert® Software 3.74 B 2.15 C A 1.325 1.32 AC B 0.5 0.51 0.51 1.31 2.11 Actual 2.91 3.71 -1.000 -0.500 0.000 0.500 Deviation from Reference Point (Coded Units) 1.000 Y2: Do cung Design-Expert® Software Design-Expert® Software 1.50 Y2: Do cung Design Points 3.71 B : n a n o c h ito s a n Actual Factor C: nano celulo = 0.50 1.87608 1.25 2.6 0.51 X1 = A: Carnauba X2 = B: nano chitosan 1.52314 1.00 Actual Factor C: nano celulo = 0.50 1.17019 Y 2: D o cung 0.51 X1 = A: Carnauba X2 = B: nano chitosan Y2: Do cung Design points above predicted value Design points below predicted value 3.71 2.22903 2.05 1.5 0.95 0.4 0.75 0.817249 1.50 7.00 1.25 0.50 6.50 1.00 5.00 5.50 6.00 6.50 7.00 6.00 0.75 B: nano chitosan 5.50 A: Carnauba 0.50 5.00 A: Carnauba Y2: Do cung Design-Expert® Software Design-Expert® Software 0.70 Y2: Do cung Design Points 3.71 Y2: Do cung Design points above predicted value Design points below predicted value 3.71 1.6512 1.53394 0.51 1.77 0.60 Actual Factor B: nano chitosan = 1.00 0.51 X1 = A: Carnauba X2 = C: nano celulo 0.50 Actual Factor B: nano chitosan = 1.00 1.29943 Y 2: D o cung X1 = A: Carnauba X2 = C: nano celulo C : n a n o c e lu lo 1.41669 1.5925 1.415 1.2375 1.18217 0.40 1.06 0.70 7.00 0.60 0.30 5.00 5.50 6.00 6.50 0.50 7.00 C: nano celulo A: Carnauba 6.50 6.00 0.40 5.50 0.30 5.00 A: Carnauba Y2: Do cung Design-Expert® Software Design-Expert® Software 0.70 Y2: Do cung Design Points 3.71 Y2: Do cung Design points above predicted value Design points below predicted value 3.71 2.63186 0.51 3.1 0.60 Actual Factor A: Carnauba = 6.00 1.08894 0.50 1.47467 1.8604 X1 = B: nano chitosan X2 = C: nano celulo 2.24613 Actual Factor A: Carnauba = 6.00 Y 2: D o cung X1 = B: nano chitosan X2 = C: nano celulo C : n a n o c e lu lo 0.51 0.40 2.5 1.9 1.3 0.7 0.70 1.50 0.60 0.30 0.50 0.75 1.00 1.25 1.25 0.50 1.50 C: nano celulo 1.00 0.40 0.30 0.50 B: nano chitosan Response 3: Y3- Ty le hao hut KL ANOVA for Response Surface Quadratic Model Analysis of variance table [Partial sum of squares - Type III] Sum of Mean Source Squares df Square Model 8.82 0.98 A-Carnauba 5.80 5.80 B-nano chitosan 1.26 1.26 C-nano celulo 1.22 1.22 AB 0.18 0.18 AC 0.080 0.080 BC 0.080 0.080 A 0.14 0.14 B 3.631E-003 3.631E-003 C 0.024 0.024 Residual 0.067 0.011 Lack of Fit 0.062 0.012 Pure Error 5.000E-003 5.000E-003 Cor Total 8.88 15 0.75 F Value 87.70 519.19 112.64 109.21 16.11 7.16 7.16 12.27 0.33 2.15 2.48 p-value Prob > F < 0.0001 < 0.0001 < 0.0001 < 0.0001 0.0070 0.0367 0.0367 0.0128 0.5893 0.1930 0.4466 significant notsignificant B: nano chitosan The Model F-value of 87.70 implies the model is significant There is only a 0.01% chance that a "Model F-Value" this large could occur due to noise Values of "Prob > F" less than 0.0500 indicate model terms are significant In this case A, B, C, AB, AC, BC, A2 are significant model terms Values greater than 0.1000 indicate the model terms are not significant If there are many insignificant model terms (not counting those required to support hierarchy), model reduction may improve your model The "Lack of Fit F-value" of 2.48 implies the Lack of Fit is not significant relative to the pure error There is a 44.66% chance that a "Lack of Fit F-value" this large could occur due to noise Non-significant lack of fit is good we want the model to fit Std Dev 0.11 R-Squared 0.9925 Mean 4.12 Adj R-Squared 0.9811 C.V % 2.57 Pred R-Squared 0.9411 PRESS 0.52 Adeq Precision 30.025 The "Pred R-Squared" of 0.9411 is in reasonable agreement with the "Adj R-Squared" of 0.9811 "Adeq Precision" measures the signal to noise ratio A ratio greater than is desirable Your ratio of 30.025 indicates an adequate signal This model can be used to navigate the design space Coefficient Standard 95% CI 95% CI Factor Estimate df Error Low High VIF Intercept 4.25 0.075 4.07 4.43 A-Carnauba -0.65 0.029 -0.72 -0.58 1.00 B-nano chitosan -0.30 0.029 -0.37 -0.23 1.00 C-nano celulo -0.30 0.029 -0.37 -0.23 1.00 AB -0.15 0.037 -0.24 -0.059 1.00 AC -0.10 0.037 -0.19 -8.563E-003 1.00 BC -0.10 0.037 -0.19 -8.563E-003 1.00 A -0.12 0.035 -0.21 -0.037 1.33 B 0.020 0.035 -0.065 0.10 1.33 C -0.051 0.035 -0.14 0.034 1.33 Final Equation in Terms of Coded Factors: Y3: Ty le hao hut kl = +4.25 -0.65 *A -0.30 *B -0.30 *C -0.15 *A*B -0.10 *A*C -0.10 *B*C -0.12 * A2 +0.020 * B2 -0.051 * C2 Final Equation in Terms of Actual Factors: Y3: Ty le hao hut kl = +1.09602 +1.35781 * Carnauba +1.53454 * nano chitosan +3.77842 * nano celulo -0.30000 * Carnauba * nano chitosan -0.50000 * Carnauba * nano celulo -1.00000 * nano chitosan * nano celulo -0.12162 * Carnauba2 -1.27284 * nano chitosan2 * nano celulo2 Predicted vs Actual Design-Expert® Software Y3: Ty le hao hut kl Y3: Ty le hao hut kl Y3: Ty le hao hut kl 5.10 Color points by value of Y3: Ty le hao hut kl: 5.1 Actual Factors A: Carnauba = 6.00 B: nano chitosan = 1.00 C: nano celulo = 0.50 4.42 P re d ic te d 2.4 Perturbation Design-Expert® Software 3.75 3.07 5.1 A B Y : T y le h a o h u t k l +0.079189 C 4.4 CB 3.7 A 2.3 2.40 -1.000 2.40 3.07 3.75 Actual 4.42 -0.500 0.000 0.500 5.10 Deviation from Reference Point (Coded Units) 1.000 Y3: Ty le hao hut kl Design-Expert® Software Design-Expert® Software 1.50 Y3: Ty le hao hut kl Design Points 5.1 3.36048 2.4 2.4 3.67889 X1 = A: Carnauba X2 = B: nano chitosan 1.00 4.3157 4.63411 3.9973 Actual Factor C: nano celulo = 0.50 0.75 Y : T y le h a o h u t k l Actual Factor C: nano celulo = 0.50 1.25 B : n a n o c h ito s a n X1 = A: Carnauba X2 = B: nano chitosan Y3: Ty le hao hut kl Design points above predicted value Design points below predicted value 5.1 4.5 3.5 5.00 5.50 0.50 5.00 5.50 6.00 6.50 0.50 7.00 6.00 1.00 Y3: Ty le hao hut kl A: Carnauba 6.50 1.25 1.50 B: nano chitosan A: Carnauba Design-Expert® Software 0.75 7.00 Design-Expert® Software 0.70 Y3: Ty le hao hut kl Design Points 5.1 Y3: Ty le hao hut kl Design points above predicted value Design points below predicted value 5.1 3.34287 2.4 X1 = A: Carnauba X2 = C: nano celulo Actual Factor B: nano chitosan = 1.00 C : n a n o c e lu lo 2.4 3.65973 4.29344 0.50 X1 = A: Carnauba X2 = C: nano celulo 3.97658 Actual Factor B: nano chitosan = 1.00 4.61029 0.40 Y : T y le h a o h u t k l 0.60 4.5 3.5 5.00 5.50 0.30 0.30 5.00 5.50 6.00 A: Carnauba 6.50 7.00 0.40 6.00 0.50 C: nano celulo 6.50 0.60 0.70 7.00 A: Carnauba Y3: Ty le hao hut kl Design-Expert® Software Design-Expert® Software 0.70 Y3: Ty le hao hut kl Design Points 5.1 Y3: Ty le hao hut kl Design points above predicted value Design points below predicted value 5.1 3.71639 3.9172 2.4 X1 = B: nano chitosan X2 = C: nano celulo Actual Factor A: Carnauba = 6.00 C : n a n o c e lu lo 2.4 4.11801 X1 = B: nano chitosan X2 = C: nano celulo 0.50 Actual Factor A: Carnauba = 6.00 4.31881 4.51962 0.40 Y : T y le h a o h u t k l 0.60 4.9 4.55 4.2 3.85 3.5 0.50 0.75 0.30 0.30 0.50 0.75 1.00 1.25 0.40 1.50 1.00 0.50 C: nano celulo B: nano chitosan Response 4: Y4 - Chat luong cam quan ANOVA for Response Surface Quadratic Model Analysis of variance table [Partial sum of squares - Type III] Sum of Mean Source Squares df Square Model 60.20 6.69 A-Carnauba 3.61 3.61 B-nano chitosan 16.07 16.07 C-nano celulo 1.86 1.86 AB 2.42 2.42 AC 1.12 1.12 BC 8.00 8.00 A2 26.02 26.02 B 6.08 6.08 C 1.93 1.93 Residual 1.77 0.29 Lack of Fit 1.76 0.35 Pure Error 5.000E-003 5.000E-003 Cor Total 61.96 15 F Value 22.69 12.24 54.52 6.31 8.21 3.82 27.14 88.30 20.62 6.54 p-value Prob > F 0.0006 0.0129 0.0003 0.0457 0.0286 0.0985 0.0020 < 0.0001 0.0039 0.0430 70.53 0.0901 significant notsignificant 1.25 0.60 0.70 1.50 B: nano chitosan The Model F-value of 22.69 implies the model is significant There is only a 0.06% chance that a "Model F-Value" this large could occur due to noise Values of "Prob > F" less than 0.0500 indicate model terms are significant In this case A, B, C, AB, BC, A2, B2, C2 are significant model terms Values greater than 0.1000 indicate the model terms are not significant If there are many insignificant model terms (not counting those required to support hierarchy), model reduction may improve your model The "Lack of Fit F-value" of 70.53 implies there is a 9.01% chance that a "Lack of Fit F- value" this large could occur due to noise Lack of fit is bad we want the model to fit This relatively low probability (