Nghiên cứu chế tạo nanochitosan từ oligochitosan cắt mạch bức xạ gamma co 60 và thử nghiệm sử dụng nanochitosan trong bảo quản dâu tây đà lạt

Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch nano chitosan đến độ hao hụt khối lượng của dâu tây theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ lạnh .... Dung dịch nano chitosan đã được chứng minh có thể giúp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

NGUYỄN TRỌNG HOÀNH PHONG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NANOCHITOSAN TỪ OLIGOCHITOSAN CẮT MẠCH BẰNG BỨC XẠ GAMMA CO-60 VÀ THỬ NGHIỆM SỬ DỤNG NANOCHITOSAN TRONG BẢO QUẢN DÂU TÂY

ĐÀ LẠT

KHÁNH HÒA – 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

NGUYỄN TRỌNG HOÀNH PHONG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NANOCHITOSAN TỪ

OLIGOCHITOSAN CẮT MẠCH BẰNG BỨC XẠ GAMMA

CO-60 VÀ THỬ NGHIỆM SỬ DỤNG NANOCHITOSAN TRONG

BẢO QUẢN DÂU TÂY ĐÀ LẠT

Quyết định thành lập HĐ:

Người hướng dẫn khoa học:

PGS TS VŨ NGỌC BỘI

ThS LÊ HẢI

Chủ tịch Hội đồng:

PGS TS Nguyễn Anh Tuấn

Phòng Đào tạo sau đại học:

KHÁNH HÒA - 2017

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những kết quả thực nghiệm được trình bày trong luận văn

“Nghiên cứu chế tạo nanochitosan từ oligochitosan cắt mạch bằng bức xạ gamma Co-60 và thử nghiệm sử dụng nanochitosan trong bảo quản dâu tây Đà Lạt” là trung

thực, do tôi thực hiện Các kết quả nêu trong luận văn chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Khánh Hòa, ngày tháng năm 2017

Tác giả luận văn

Nguyễn Trọng Hoành Phong

ii

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành Luận văn này,

Trước hết, tôi xin gửi tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, Ban Chủ nhiệm Khoa Công nghệ Thực phẩm và Phòng Đào tạo Sau đại học sự kính trọng, niềm

tự hào được học tập và nghiên cứu tại Trường trong thời gian qua

Sự biết ơn sâu sắc nhất tôi xin được dành cho thầy: PGS TS Vũ Ngọc Bội - Trưởng Khoa Công nghệ Thực phẩm và ThS NCVC Lê Hải - Nguyên Giám đốc Trung tâm Công nghệ Bức xạ - Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình thực hiện Luận văn

Xin chân thành cảm ơn: Ban Lãnh đạo - Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt, các đồng nghiệp trong Nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Công nghệ Bức xạ Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi về thời gian, máy móc, thiết bị để luận văn được thực hiện với chất lượng cao

Xin ghi nhận tình cảm và sự giúp đỡ của các Thầy Cô giáo trong Khoa Công nghệ Thực phẩm đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình và bạn bè đã giúp đỡ động viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn vừa qua

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC HÌNH vii

DANH MỤC CÁC BẢNG ix

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN xi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỒNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về chitin chitosan và ứng dụng 4

1.1.1 Nguồn gốc chitin chitosan 4

1.1.2 Cấu trúc chitin, chitosan 4

1.1.3 Tính chất của chitosan 5

1.1.4 Chitosan phân tử lượng thấp và oligochitosan 6

1.1.5 Ứng dụng chitin, chitosan, oligochitosan 6

1.2 Các phương pháp xác định thông số đặc trưng của chitosan 8

1.2.1 Một số thông số quan trọng của chitosan 8

1.2.2 Các phương pháp xác định độ đề axetyl 9

1.2.3 Các phương pháp xác định khối lượng phân tử của chitosan 11

1.3 Các phương pháp cắt mạch chitosan và công nghệ bức xạ trong ứng dụng cắt mạch chitosan 14

1.3.1 Công nghệ bức xạ và ứng dụng trong cắt mạch chitosan 15

1.3.2 Các kết quả nghiên cứu cắt mạch chitosan bằng bức xạ 18

1.4 Tổng quan về nano chitosan 19

1.4.1 Giới thiệu nano chitosan 19

1.4.2 Các phương pháp chế tạo nano chitosan 20

1.5 Tổng quan về dâu tây 22

1.5.1 Nguồn gốc, thành phần, công dụng của dâu tây 22

iv

1.5.2 Hư hỏng dâu tây sau thu hoạch 24

1.5.3 Các phương pháp bảo quản dâu tây hiện nay 24

1.5.4 Tình hình sản xuất dâu tây tại Đà Lạt 25

1.6 Cơ sở khoa học ứng dụng chitosan và nano chitosan trong bảo quản trái cây 26

1.6.1 Nguyên nhân hư hỏng và các quá trình xảy ra khi bảo quản rau quả tươi 26

1.6.2 Nguyên lý và các phương pháp bảo quản rau quả tươi 28

1.6.3 Các ưu điểm của chitosan và nano chitosan trong bảo quản trái cây 29

1.6.4 Tình hình sử dụng chitosan và nano chitosan trong bảo quản thực phẩm 30

CHƯƠNG 2 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32

2.1 Nguyên vật liệu 32

2.1.1 Chitosan nguyên liệu 32

2.1.2 Dâu tây nguyên liệu 32

2.2 Phương pháp nghiên cứu 32

2.2.1 Phương pháp phân tích chitosan oligochitosan và nanochitosan 32

2.2.2 Các phương pháp cắt mạch chitosan 36

2.2.3 Phương pháp điều chế nano chitosan 38

2.2.4 Phương pháp bảo quản dâu tây bằng chế phẩm nano chitosan 40

2.3 Hóa chất và thiết bị chủ yếu 43

2.3.1 Hóa chất 43

2.3.2 Thiết bị 43

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 44

3.1 Nghiên cứu chế tạo oligochitosan bằng kỹ thuật bức xạ gamma co-60 44

3.1.1 Xác định các đặc trưng cấu trúc của chitosan nguyên liệu 44

3.1.2 Nghiên cứu cắt mạch chitosan bằng hydroperoxyt 49

3.1.3 Nghiên cứu cắt mạch chitosan bằng kỹ thuật bức xạ gamma Co-60 52

3.2 Nghiên cứu chế tạo nanochitosan từ oligochitosan cắt mạch bức xạ gamma co-60 và đánh giá các tính chất đặc trưng của nano chitosan 61

3.2.1 Nghiên cứu xác định các yếu tố ảnh hưởng tới kích thước hạt nanochitosan 61

v

3.2.2 Thử nghiệm sản xuất nano chitosan và đánh giá một số tính chất đặc trưng của nano

chitosan 70

3.3 Thử nghiệm sử dụng nano chitosan trong bảo quản dâu tây 74

3.3.1 Xác định kích thước hạt nano chitosan thích hợp cho quá trình bảo quản dâu tây 74

3.3.2 Xác định nồng độ nano chitosan thích hợp cho quá trình bảo quản dâu tây 83

3.3.3 Đề xuất quy trình bảo quản dâu tây bằng nano chitosan 89

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90

DANH MỤC CÁC BÀI BÁO LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 PHỤ LỤC

PHẦN THỦ TỤC

C30 Chitosan khối lượng phân tử trung bình 30 kDa

C12 Chitosan khối lượng phân tử trung bình 12 kDa

C7 Chitosan khối lượng phân tử trung bình 7 kDa

DSC Phương pháp quét nhiệt vi sai bù năng lượng

ĐTNBH Độ trương nước bão hòa

ĐTNBHTB Độ trương nước bão hòa trung bình

FTIR Phương pháp phổ hồng ngoại

GPC Phương pháp sắc kí gel thấm qua

KLPT Khối lượng phân tử

Mn Kí hiệu khối lượng phân tử trung bình số

Mw Kí hiệu khối lượng phân tử trung bình khối

Mv Kí hiệu khối lượng phân tử trung bình độ nhớt

PI Độ đa phân tán của polyme

vii

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của chitin 4

Hình 1.2 Công thức cấu tạo của chitosan 5

Hình 1.3 Công thức phân tử đầy đủ của Chitosan (trong đó tỷ lệ m/n phụ thuộc vào mức độ deacetyl hóa) 5

Hình 1.4 Công thức phân tử của oligochitosan n=0-4 6

Hình 1.5 Phổ UV dẫn xuất thứ nhất của dung dịch axit axetic 0,01; 0,02; 0,03M và dung dịch N-axetyl glucosamin với các nồng độ khác nhau (mg/l) trong axit axetic 0,01M 10

Hình 1.6 Tương quan giữa độ nhớt rút gọn và nồng độ CTS 12

Hình 1.7 Sơ đồ cơ chế cắt mạch CTS bằng bức xạ theo Ulanski [63] 17

Hình 2.1 Thiết bị FT-IR 4600 33

Hình 2.2 Thiết bị GPC LC – 20AD Shimadzu 34

Hình 2.3 Thiết bị Quét vi sai bù năng lượng DSC-60 35

Hình 2.4 Thiết bị đo kích thước hạt và thế zeta Nano Partica SZ 100 35

Hình 2.5 Thiết bị chiếu xạ Co-60 GC – 5000 38

Hình 3.1 Phổ FT-IR của chitosan nguyên liệu 44

Hình 3.2 Sắc ký đồ GPC của chitsan nguồn C102 46

Hình 3.3 Giản đồ phân tích nhiệt vi sai của CTS C102 47

Hình 3.4 Ảnh hưởng của nồng độ hydro peroxyt đến khối lượng phân tử của chitosan sau cắt mạch bằng H2O2 49

Hình 3.5 Ảnh hưởng của thời gian cắt mạch đến KLTP chitosan sau cắt mạch bằng H2O2 51

Hình 3.6 Ảnh hưởng của liều chiếu đến KLPT chitosan sau chiếu xạ 52

Hình 3.7 Ảnh hưởng của suất liều đến Mw chitosan sau chiếu xạ 54

Hình 3.8 Ảnh hưởng của liều xạ và nồng độ H2O2 đến Mw trung bình của CTS sau chiếu xạ 55

Hình 3.9 Sắc ký đồ của oligochitosan C12 58

Hình 3.10 Sắc ký đồ của oligochitosan C7 59

Hình 3.11 Sơ đồ quy trình chế tạo oligochitosan 60

Hình 3.12 Ảnh hưởng của nồng độ TPP đến kích thước hạt nanochitosan 62

Hình 3.13 Phân bố kích thước hạt của nano chitosan C7 tỉ lệ OCTS:TPP là 5:2 62

viii

Hình 3.14 Ảnh hưởng của pH đến kích thước hạt nano chitosan 64

Hình 3.15 Ảnh hưởng của Mw và nồng độ CTS, OCTS đến kích thước hạt nano 65

Hình 3.16 Phân bố kích thước hạt của dung dịch nano chitosan C7 nồng độ 1% 66

Hình 3.17 Phân bố kích thước hạt của dung dịch nano chitosan C12 nồng độ 1% 66

Hình 3.18 Phân bố kích thước hạt của dung dịch nano chitosan C30 nồng độ 1% 67

Hình 3.19 Ảnh hưởng của nồng độ TPP đến thế Zeta của nano chitosan C7 1% 68

Hình 3.20 Thế zeta của nano chitosan C7 1%, OCTS/TPP 5:2 69

Hình 3.21 Sơ đồ quy trình chế tạo dung dịch nano chitosan 70

Hình 3.22 Phổ hồng ngoại của nano chitosan; oligochitosan và TPP 71

Hình 3.23 Giản đồ nhiệt của chitosan (a) và nano chitosan (b) 72

Hình 3.24 Ảnh FE-SEM của nano chitosan 72

Hình 3.25 Hình ảnh mô phỏng hạt nano chitosan 73

Hình 3.26 Hình ảnh dâu tây trước khi xử lý bằng dung dịch nano chitosan 81

Hình 3.27 Hình ảnh dâu tây sau 7 ngày bảo quản lạnh (a) mẫu nhúng nano chitosan và (b) mẫu đối chứng 81

Hình 3.28 Hình ảnh dâu tây sau 12 ngày bảo quản lạnh (a) mẫu nhúng nano chitosan và (b) mẫu đối chứng 81

Hình 3.29 Sơ đồ quy trình bảo quản dâu tây bằng dung dịch nanochitosan 89

ix

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Một số dao động đặc trưng trên phổ IR của CTS 9

Bảng 1.2 Hệ dung môi và thông số k; α 12

Bảng 1.3 Thành phần dinh dưỡng của dâu tây 23

Bảng 2.1 Bảng điểm cảm quan cho trái dâu tây 42

Bảng 2.2 Thang điểm chất lượng và phân hạng dâu tây 42

Bảng 3.1 Kết quả đo độ deacetyl của chitosan nguyên liệu 45

Bảng 3.2 Kết quả đo độ ẩm của chitosan nguồn 48

Bảng 3.3 Kết quả đo độ TNBH của chitosan nguồn 48

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của kích thước hạt nano chitosan đến sự hao hụt khối lượng của dâu tây theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ phòng 74

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của kích thước hạt nano chitosan đến điểm chất lượng cảm quan của dâu tây theo thời gian bảo quản nhiệt độ thường 75

Bảng 3.6 Kết quả đánh giá cảm quan dâu tây bảo quản thường sau 7 ngày bảo quản ở nhiệt độ thường 75

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của kích thước hạt nanochitosan đến độ hao hụt khối lượng của dâu tây theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ lạnh (6-80C) 78

Bảng 3.8 Ảnh hưởng của kích thước nano chitosan đến chất lượng cảm quan của dâu tây theo thời gian bảo quản nhiệt độ lạnh (6-80C) 78

Bảng 3.9 Tổng điểm chất lượng cảm quan của dâu tây sau 12 ngày bảo quản ở điều kiện lạnh (6-80C) 79

Bảng 3.10 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch nano chitosan đến độ hụt khối của dâu tây theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ thường 84

Bảng 3.11 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch nano chitosan đến độ hao hụt khối lượng của dâu tây theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ lạnh 84

Bảng 3.12 Ảnh hưởng của nồng độ nano chitosan đến chất lượng cảm quan của dâu tây theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ thường 86

Bảng 3.13 Kết quả đánh giá chất lượng cảm quan của dâu tây sau 7 ngày bảo quản ở nhiệt độ thường 86

x

Bảng 3.14 Ảnh hưởng của nồng độ nano chitosan đến chất lượng cảm quan của dâu tây theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ lạnh 87Bảng 3.15 Kết quả đánh giá chất lượng cảm quan của dâu tây sau 12 ngày bảo quản ở nhiệt độ lạnh 87

xi

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

Việc sử dụng những sản phẩm sạch, các chế phẩm sinh học có nguồn gốc tự nhiên, không độc hại trong bảo quản nông sản, thực phẩm như chitosan, oligochitosan và nano chitosan đang được các nhà nghiên cứu hết sức quan tâm Dâu tây là một loại quả có giá trị kinh tế và mang tính đặc trưng cho Đà Lạt Tuy thế dâu tây rất dễ bị hư hỏng trong quá trình bảo quản Do vậy việc nghiên cứu tìm kiếm giải pháp để bảo quản dâu tây Đà Lạt là nhu cầu hết sức cần thiết Nano chitosan được điều chế từ oligochitosan cắt mạch bằng bức xạ gamma Co-60 là loại sản phẩm có kích thước bé, hệ số thẩm thấu và khuyếch tán cao, có khả năng bám dính tốt, dễ dàng tạo lớp phủ bao quanh trái cây, ngăn chặn sự mất nước và sự tiếp xúc với oxi không khí

Trong nghiên cứu này luận văn tiến hành chế tạo oligochitosan bằng kỹ thuật cắt mạch bức xạ gamma Co-60 và tạo nano chitosan bằng kỹ thuật tạo gel ion hóa Sử dụng dung dịch nano chitosan để bảo quản dâu tây Chitosan khối lượng phân tử thấp được tạo

ra bằng cách chiếu xạ cắt mạch chitosan trên nguồn gamma Co-60 Các kết quả nghiên cứu cho thấy khối lượng phân tử của chitosan giảm khi tăng liều xạ Oligochitosan được điều chế bằng sự kết hợp hiệu ứng đồng vận giữa tia bức xạ γCo60 và dung dịch H2O2 ở liều xạ 30kGy để phân cắt chitosan khối lượng phân tử 102kDa thành oligochitosan Mw

7 kDa Nano chitosan được chế tạo từ oligochitosan bằng kỹ thuật tạo gel ion hóa với tác nhân natri tripolyphotphat Các thông số ảnh hưởng đến kích thước hạt như nồng độ oligochitosan, nồng độ TPP, pH dung dịch, khối lượng phân tử của oligochitosan cũng đươc nghiên cứu Chitosan khối lượng phân tử thấp thì tạo ra các hạt nano chitosan có kích thước bé Đã chế tạo hạt nano chitosan kích thước 129,9 nm từ oligochitosan Mw7,7 kDa Đặc trưng của nano oligochitosan được xác định với phổ hồng ngoại chuyển đổi Fourier (FT-IR), phân tích nhiệt quét vi sai (DSC), kích thước hạt, thế zeta và kính hiển

vi điện tử quét (SEM) Dung dịch nano chitosan đã được chứng minh có thể giúp hạn chế

sự suy giảm chất lượng và sự hao hụt khối lượng của dâu tâu trong quá trình bảo quản

ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ lạnh Dâu tây được xử lý dung dịch nano chitosan kích thước hạt 279nm, nồng độ 500 pmm có thể bảo quản trong 7 ngày ở nhiệt độ phòng và

12 ngày ở nhiệt độ lạnh (6-80C) mà dâu tây vẫn đạt tiêu chuẩn chất lượng trung bình và

đủ điều kiện sử dụng làm thực phẩm

Từ khóa: Nano oligochitosan; cắt mạch bức xạ, tia gamma, đồng vận, dâu tây.

1

MỞ ĐẦU

Theo nhiều công bố về bảo quản sau thu hoạch trên thế giới cho thấy tổn thất lương thực trong bảo quản sau thu hoạch hàng năm không dưới 5% Ở các nước nhiệt đới, tổn thất lương thực trong bảo quản sau thu hoạch lên tới 10% Ở Việt Nam, tổn thất trong quá trình bảo quản nông sản sau thu hoạch cũng khá cao: tổn thất trung bình sau thu hoạch đối với các loại hạt vào khoảng 10%, đối với cây có củ là 10 ÷ 20%, tổn thất sau thu hoạch của các loại rau quả trung bình hàng năm từ 10 ÷30% Vì vậy, việc nghiên cứu bảo quản nông sản sau thu hoạch là vấn đề cấp thiết và đang được các nhà nghiên cứu quan tâm

Dâu tây là loại nông sản đặc trưng của Đà Lạt và có giá trị kinh tế khá cao Tuy nhiên, dâu tây là loại quả giàu dinh dưỡng và mọng nước nên rất dễ hư hỏng trong quá trình bảo quản sau thu hoạch Do vậy, dâu tây là một trong số loại nông sản đang được các nhà khoa học tại Đà Lạt quan tâm nghiên cứu nhằm kéo dài thời gian bảo quản sau thu hoạch loại quả này

Chitosan là một loại polyme sinh học có nguồn gốc từ tự nhiên, không độc hại và

có khả năng kháng khuẩn nên hiện đang được nhiều nhà khoa học trên thế giới và Việt Nam quan tâm nghiên cứu sử dụng trong bảo quản rau quả Ở Việt Nam, gần đây tại Việt Nam đã có một số nghiên cứu ứng dụng chitosan trong bảo quản nguyên liệu thực phẩm tươi sống như cá, thịt, mãng cầu, xoài, thanh long, Tuy vậy việc nghiên cứu sử dụng chitosan có hạn chế do chitosan không tan trong nước, chỉ tan trong acid hữu cơ như acid acetic, acid formic,… Mặt khác, khi bảo quản nông sản bằng chitosan sẽ tạo thành một lớp màng bao bên ngoài nguyên liệu ngăn cản sự thoát hơi nước, thoát khí dẫn tới có thể làm ngưng sự hô hấp của nông sản gây ra sự hư hỏng kị khí Để khắc phục các hạn chế của chitosan, ngày nay các nhà nghiên cứu có xu thế sử dụng chitosan khối lượng phân tử thấp và đặc biệt là sử dụng oligochitosan hoặc nano chitosan trong bảo quản nông sản thực phẩm Việc sử dụng oligochitosan hay nano chitosan trong bảo quản nông sản sau thu hoạch có lợi thế là khả năng tan của oligochitosan hay nano oligochitosan trong dung dịch tốt hơn chitosan Các nghiên cứu gần đây của PGS TS

Vũ Ngọc Bội cho thấy oligochitosan sản xuất bằng kỹ thuật sử dụng bức xạ coban 60

phân cắt chitosan có khả năng kháng 6 loại vi khuẩn trong đó có vi khuẩn Erwinia spp

- một loại vi khuẩn gây thối trên măng tây Do vậy khi sử dụng oligochitosan sản xuất bằng kỹ thuật sử dụng bức xạ gamma coban 60 có thể kéo dài thời gian bảo quản măng tây lên trên 10 ngày Tuy vậy, khi phân cắt chitosan thành oligochitosan nếu khối lượng

2

phân tử quá thấp có thể làm giảm hoạt tính kháng khuẩn của nó Để khắc phục nhược điểm trên của oligochitosan, một số nhà nghiên cứu đang nghiên cứu sử dụng các tác nhân hóa học để khâu mạch nội phân oligochitosan tạo thành nano chitosan Theo một

số nghiên cứu, nano chitosan được điều chế từ chitosan cắt mạch bằng bức xạ gamma Co-60, có kích thước bé, khối lượng phân tử thấp nên có hệ số thẩm thấu và khuếch tán cao nên có thể đi sâu vào tế bào nên có hoạt tính kháng khuẩn trực tiếp cao gấp từ 80-

100 lần oligochitosan dạng hòa tan và có khả năng ức chế mầm bệnh trực tiếp Với kích thước hạt cỡ nano mét, nano oligochitosan có diện tích bề mặt lớn và khả năng bám dính tốt Vì thế, lợi thế khi sử dụng nano oligochitosan trong bảo quản nông sản là chỉ cần sử dụng nồng độ nhỏ nhưng vẫn tạo được lớp màng bán thấm bao quanh nông sản nên không kìm hãm quá trình hô hấp của nông sản sau thu hoạch Do vậy, luận văn tiến hành

đề tài: “Nghiên cứu chế tạo nanochitosan từ oligochitosan cắt mạch bằng bức xạ

gamma Co-60 và thử nghiệm sử dụng nanochitosan trong bảo quản dâu tây Đà Lạt”

Mục tiêu của luận văn: chế tạo chế phẩm nano oligochitosan bằng công nghệ bức

xạ phối hợp xử lý hóa học để sử dụng trong bảo quản dâu tây sau thu hoạch

Nội dung nghiên cứu

1) Nghiên cứu chế tạo oligochitosan bằng kỹ thuật bức xạ Gamma Co-60

2) Nghiên cứu chế tạo nanochitosan từ oligochitosan cắt mạch bức xạ Gamma

Co-60 và đánh giá các tính chất đặc trưng của nanochitosan

3) Thử nghiệm sử dụng nanochitosan trong bảo quản dâu tây

* Tính mới của đề tài

Kết quả nghiên cứu của luận văn là kết quả mới về ứng dụng công nghệ bức xạ Coban 60 trong phân cắt chitosan thành oligochitosan để sản xuất nanochitosan dùng trong bảo quản dây tây

* Ý nghĩa khoa học của đề tài

Kết quả nghiên cứu của đề tài cung cấp dữ liệu khoa học về khả năng tạo hạt nano chitosan kích thước bé từ oligochitosan cắt mạch bằng bức xạ gamma Co-60 và khả năng bảo quản dâu tây của dung dịch nano oligochitosan Từ đó làm tăng giá trị của chitosan Thành công của đề tài tạo ra một chế phẩm sinh học sạch, ứng dụng trong bảo nông sản sau thu hoạch, đặc biệt là những nông sản có giá trị kinh tế cao, nhưng dễ bị

hư hỏng như trái dâu tây Sản phẩm của đề tài không những góp phần nâng cao thu nhập

cho người nông dân mà còn đảm bảo sức khỏe cho người sử dụng Kết quả của luận văn

là nguồn tài liệu tốt cho các học viên cao học và những ai nghiên cứu về lĩnh vực này

3

* Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Luận văn đã sản xuất được nanochitosan và đã thử nghiệm trong bảo quản dây tây

- một loại trái cây đặc sản có giá trị kinh tế cao và là loại trái cây đặc trưng cho Đà Lạt Kết quả nghiên cứu của cho thấy nano chitosan giúp kéo dài thời gian bảo quản trái dâu tây Do vậy, kết qủa của luận văn có ý nghĩa thực tiễn và là cơ sở để doanh nghiệm ứng dụng trong bảo quản trái cây sau thu hoạch – đây là lĩnh vực đang được Bộ Nông nghiệp

và Phát triển nông thôn rất quan tâm

4

CHƯƠNG 1 TỒNG QUAN 1.1 Tổng quan về chitin chitosan và ứng dụng

1.1.1 Nguồn gốc chitin chitosan

Chitin có tên khoa học là poly-(2,4)-2-acetamido-2-desoxy-β-D-glucose, thuộc về nhóm hợp chất polysaccarit Trong thiên nhiên, trữ lượng của chitin chỉ đứng thứ hai sau cellulose Chitin là thành phần chủ yếu trong vỏ của các loại động vật “xương ngoài” như: cua, tôm, nhện, bọ cạp, vỏ của các loại giáp xác [77]… Chitin cũng được tìm thấy

trong vách tế bào của một vài loài nấm hay của một số loài sinh vật khác [31, 46]

Chitosan (CTS) là dẫn xuất của chitin, được chế tạo phổ biến bằng cách đề axetyl hóa một phần từ chitin trong môi trường kiềm đặc [46] Oligochitosan (OCTS) còn gọi là chitosan oligosaccarit là sản phẩm giảm cấp của CTS, được chế tạo bằng biến tính cắt mạch CTS sử dụng các tác nhân cắt mạch như enzyme [11, 36], hóa học và bức xạ [14,

20, 34, 43, 49, 53, 54]…

1.1.2 Cấu trúc chitin, chitosan

Chitin là polysaccarit thiên nhiên không nhánh, giống cellulose, có cấu trúc như

mô tả trên Hình 1.1

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của chitin

Cấu trúc hóa học của chitin rất giống của cellulose, chỉ khác là nhóm -OH ở vị trí C2 của mỗi đơn vị D-Glucose của cellulose được thay bằng nhóm -NHCOCH3 ở chitin Một cách đơn giản, chúng ta có thể xem chitin là sản phẩm trùng ngưng của nhiều phân

tử N-acetyl-D-glucosamine [24, 46]

Chitosan là một trong những dẫn xuất của chitin được hình thành khi tách nhóm acetyl (quá trình deacetyl hoá chitin), vì vậy chitosan chứa rất nhiều nhóm amino Chitosan thường ở dạng vảy hay dạng bột có màu trắng ngà Công thức phân tử của chitosan gần giống với chitin nhưng chitosan có chứa nhóm amin ở cacbon số 2 [24, 31] CTS có cấu tạo gồm các đơn vị D-glucosamin và N-acetyl-D-glucosamin Đơn vị cấu tạo trong phân tử CTS là D-glucosamin, các mắt xích được liên kết với nhau như trên Hình 1.2

5

Hình 1.2 Công thức cấu tạo của chitosan

Trong tự nhiên, chitin tồn tại khá phổ biến đặc biệt có nhiều trong vỏ của các loài động vật giáp xác như: tôm, cua, ghẹ, mai mực Vì vậy, phế liệu từ động vật thủy sản thường được dùng để sản xuất chitin - chitosan và dẫn xuất của chúng Thực tế cho thấy, mạch phân tử chitosan không đơn thuần chỉ chứa các nhóm amin ở cacbon số 2 mà còn được đan xen bởi các mắt xích chitin Hình 1.3

Hình 1.3 Công thức phân tử đầy đủ của Chitosan (trong đó tỷ lệ m/n phụ thuộc vào mức

độ deacetyl hóa) 1.1.3 Tính chất của chitosan

Chitosan là một chất rắn, xốp, nhẹ, có màu trắng ngà và thường ở dạng vảy hoặc dạng bột Thông thường, chitosan thương mại có độ deacetyl (ĐĐA) >70% và trọng lượng phân tử (100.000 - 1.200.000) Dalton Phân tử lượng của chitosan thường rất khó kiểm soát và phụ thuộc nhiều vào nguồn chitin cùng với điều kiện deacetyl Phân tử lượng của chitosan quyết định đến tính chất của chitosan như khả năng kết dính, tạo màng, tạo gel, khả năng hấp phụ chất màu đặc biệt là khả năng ức chế vi sinh vật Chitosan có phân tử lượng càng lớn thì độ nhớt càng cao, khả năng tạo màng tốt và màng

có sức căng tốt Tuy nhiên, chitosan có phân tử lượng thấp thường có hoạt tính sinh học cao hơn và có nhiều ứng dụng trong nông nghiệp, y học và công nghệ sinh học

Chitosan có tính kiềm nhẹ, không hòa tan trong nước, trong dung dịch kiềm mà tan tốt trong các acid hữu cơ thông thường như acid acetic, acid fomic, acid propionic, acid lactic, acid citric Khi hòa tan trong dung dịch acid loãng, chitosan tạo thành keo dương Đây là điểm đặc biệt của chitosan vì đa số keo polysaccharide tự nhiên đều tích điện âm Khi hòa tan chitosan trong dung dịch acid loãng, Chitosan sẽ mang điện tích dương Chính vì vậy, chitosan có khả năng bám dính lên bề mặt các ion tích điện âm và

có khả năng tạo phức với các kim loại và tương tác tốt với các polymer tích điện âm

6

Chitosan là một trong những polymer sinh học có khả năng kháng nấm và kháng khuẩn tốt [23, 38] Chitosan là một chất không độc, dễ tạo màng, có thể tự phân hủy sinh học và có tính hòa hợp, tương thích cao với cơ thể [17, 60] Nhờ những đặc tính trên mà chitosan tăng được khả năng ứng dụng của nó trong một số lĩnh vực như: nông nghiệp, thực phẩm, y học, công nghệ sinh học…

1.1.4 Chitosan phân tử lượng thấp và oligochitosan

Chitosan phân tử lượng thấp là chitosan có khối lượng phân tử có sự dao động từ 20- 200 (kDa) [11] và mang đầy đủ tính chất vật lý, hóa học, sinh học của chitosan Oligochitosan là sản phẩm của quá trình cắt mạch CTS nên về cấu trúc như CTS nhưng

có mạch phân tử ngắn hơn, khối lượng phân tử (KLPT) trung bình khối nhỏ hơn 20 kDa

Hình 1.4 Công thức phân tử của oligochitosan n=0-4

Chitosan phân tử lượng thấp có thể nhận biết khi so sánh với chitosan phân tử lượng cao thông qua độ nhớt của chitosan khi được hòa tan trong dung dịch acid loãng Như vậy, độ nhớt là nhân tố quan trọng để xác định trọng lượng phân tử của chitosan

Ta có thể thấy rằng, chitosan phân tử lượng thấp sẽ có độ nhớt thấp bởi mạch phân tử chitosan ngắn sẽ làm giảm sự tương tác giữa các phân tử với nhau Ngược lại, nếu mạch phân tử chitosan cao, các phân tử trong môi trường có sự ràng buộc lẫn nhau tạo thành trạng thái rối làm cho chitosan có độ nhớt cao hơn Vì lý do đó mà ta có thể xác định tương đối chitosan phân tử lượng thấp thông qua độ nhớt của nó [42, 48] Ngoài việc vẫn đảm bảo được tính chất như một chitosan phân tử lượng cao và trung bình thì chitosan phân tử lượng thấp còn có nhiều đặc tính ưu việt hơn

1.1.5 Ứng dụng chitin, chitosan, oligochitosan

Chitin là nguồn nguyên liệu quan trọng để chế tạo ra các dẫn xuất như carboxymethyl chitin, CTS, Oligochitosan… Chitin/CTS cùng với dẫn xuất của nó có những tính chất quan trọng như: khả năng tương hợp và phân hủy sinh học, chống oxi hóa, khả năng kháng khuẩn, kháng khối u và khả năng hấp phụ kim loại nặng [5, 12, 17,

57, 60, 72, 76]… Do vậy, các polyme này đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi

Chitosan được ứng dụng khá phổ biến trong lĩnh vực chế biến và bảo quản thực phẩm [5, 18, 21, 56, 76], là hợp chất polymer tự nhiên an toàn với những tính chất đặc trưng như khả năng kháng nấm, kháng khuẩn, chống oxy hóa, tạo màng, tạo gel, hấp phụ màu, làm trong… Ứng dụng chitosan trong tạo màng, chống biến nâu, mất nước, kháng nấm bảo quan rau quả Nhờ hàng hào bảo vệ, hạn chế sự cung cấp oxy trên bề mặt rau quả và hàm lượng CO2 bên trong màng tăng lên nên quá trình hô hấp của rau quả bị ức chế và hạn chế quá trình biến nâu của quả Hơn nữa, màng chitosan có lại có tính kháng khuẩn, kháng nấm nên sự hư hỏng do vi sinh vật sẽ giảm đi nhiều Ngoài ra

có nhiều loại hoa quả khác cũng được ứng dụng như: xoài, táo, chuối, đào, kiwi, nho, cà rốt, Oligochitosan được xem là chất kích thích kháng bệnh thực vật hiệu quả (vắc xin thực vật) vì có những hoạt tính sinh học đặc biệt khác với CTS thông thường – có KLPT cao Ngoài các tính chất tương tự như CTS, Oligochitosan đặc biệt hiệu quả đối với khả năng kích thích sự miễn dịch trên động vật và cây trồng Các nghiên cứu cho thấy [11, 66], chitosan phân tử lượng thấp là một chất có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm và virus rất tốt Trên thực tế, đa số bề mặt tế bào vi khuẩn thường là Gram âm, nhờ lực tương tác tĩnh điện xảy ra giữa nhóm NH3+ của chitosan và bề mặt tế bào vi khuẩn dẫn đến sự phá vỡ màng tế bào vi khuẩn, đồng thời màng bao bọc của chitosan lên tế bào vi sinh vật là rào cản của các quá trình trao đổi chất và gián tiếp tham gia vào quá trình ly giải tế bào Khi quan sát dưới kính hiển vi điện tử, các nhà khoa học chỉ ra rằng, chitosan

có phân tử lượng thấp có khả năng ức chế vi sinh vật tốt hơn chitosan phân tử lượng

8

cao Nhờ khả năng tương tác và tiếp xúc với toàn bộ bề mặt vi sinh vật làm ngăn cản các quá trình sinh hóa và hoạt động bình thường Vì vậy, chitosan phân tử lượng thấp

có khả năng kháng khuẩn tốt hơn chitosan phân tử lượng cao

1.2 Các phương pháp xác định thông số đặc trưng của chitosan

1.2.1 Một số thông số quan trọng của chitosan

Độ đề axetyl hóa (ĐĐA) hoặc độ axetyl hóa (ĐA), ĐA = 100 – ĐĐA là một thông

số rất quan trọng của chitin và CTS Về mặt định lượng thì ĐĐA là tỉ số giữa số nhóm -NH2 so với tổng số nhóm -NH2 và nhóm -NHCOCH3 trong phân tử chitin/CTS ĐĐA

là thông số cơ bản dùng để phân biệt chitin với CTS CTS thường có ĐĐA > 50%, nghĩa

là số nhóm NH2 > số nhóm -NHCOCH3 [7, 46, 64] Sự khác biệt về số lượng của các nhóm trên dẫn tới sự khác biệt rõ rệt về tính chất của hai loại polyme này CTS có ĐĐA khác nhau dẫn tới sự khác nhau về KLPT, độ nhớt, khả năng hòa tan trong axit Khi chitin được đề axetyl hóa, do điều kiện khắt khe của sự đề axetyl hóa như nồng độ NaOH, nhiệt độ, thời gian dẫn đến sự cắt mạch làm cho CTS tạo thành có độ dài mạch ngắn hơn so với chitin gốc ĐĐA càng cao thì KLPT và độ nhớt càng giảm Độ nhớt của CTS trong axit axetic bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như ĐĐA, KLPT, pH, nhiệt độ Các hằng số về độ nhớt trong phương trình Mark – Houwink ([η] = k×Mvα) là k và α phụ thuộc vào sự thay đổi của ĐĐA Khi ĐĐA tăng, k tăng và α giảm Khối lượng phân

tử trung bình khối – Mv cũng là một thông số quan trọng của chitin/CTS Chitin có Mv vào khoảng 3×105- 5×105 Da trong khi CTS có Mv vào khoảng 1×105-3×105 Da KLPT ảnh hưởng đến độ tan và độ nhớt của chitin/CTS Và do đó, nó cũng ảnh hưởng đáng kể đến khả năng ứng dụng của các loại polyme này [70, 78]

Độ tan là thông số kỹ thuật quan trọng quyết định đến khả năng ứng dụng của chitin/CTS và dẫn xuất của chúng trong nhiều trường hợp Chitin không tan trong nước, kiềm, axit loãng, ancol và hầu hết các dung môi hữu cơ, chỉ tan trong axit vô cơ đặc như HCl, H2SO4, H3PO4 và thường kèm theo sự giảm cấp Chitin tan trong một số dung môi hữu cơ có chứa clorua liti như: N, N-dimetylacetamid (DMAc) chứa 5% LiCl và N-etyl pyrrolydon-LiCl Khả năng hòa tan của chitin trong DMAc-LiCl phụ thuộc vào ĐĐA của nó, khả năng này giảm khi ĐĐA tăng lên [45] Khác với chitin - khó hòa tan trong các dung môi thông thường, CTS do có nhóm -NH2 tự do nên tan dễ dàng trong các dung môi axit như axit formic, adipic, axetic Trong trường hợp này, nhóm amin tự do bắt đầu hình thành nhóm -NH3+ Nhờ đặc tính này mà CTS có giá trị ứng dụng cao hơn

1.2.2 Các phương pháp xác định độ đề axetyl

Có nhiều phương pháp xác định ĐĐA của CTS như: phân tích nguyên tố, dùng phổ UV (Ultraviolet spectroscopy), IR (infrared spectra) và NMR (Nuclear Magnetic Resonance) Tuy nhiên, các phương pháp phổ biến hiện nay là sử dụng UV, IR

a Phương pháp xác định ĐĐA sử dụng phổ IR [22, 32, 67]

Có nhiều nghiên cứu quan tâm đến phương pháp IR để xác định ĐĐA của CTS do tính thuận lợi, đơn giản và nhanh chóng so với các phương pháp khác như chuẩn độ, phổ cộng hưởng từ (1H-NMR, 13C NMR) và phổ tử ngoại Phương pháp IR xác định ĐĐA của CTS được Baxter và cộng sự [15] phát triển với công thức tính ĐĐA như sau:

ĐĐA, % = 100 - [(A1655/A3450) X 115]

Với A1655và A3450là độ hấp thụ tại số sóng 1655 và 3450 cm-1tương ứng

Công thức tính ĐĐA của CTS dựa trên cơ sở so sánh độ hấp thụ của một pic chuẩn (A3450) với độ hấp thụ của một pic đo (A1655), sau đó dùng phương trình kinh nghiệm để tính ĐĐA do nhóm nghiên cứu của Baxter đề nghị ở trên được ghi nhận là có độ chính xác cao hơn

Bảng 1.1 Một số dao động đặc trưng trên phổ IR của CTS

1262 dao động phức hợp của nhóm NHCO [19],[59]

10

Năm 2001, Brugnerotto và cộng sự [32] đã đề nghị cách tính ĐĐA của chitin/CTS bằng phương pháp IR sử dụng pic đặc trưng của sự axetyl hóa (characteristic band of the N-acetylation) 1320 cm-1và pic so sánh (reference band) 1420 cm-1như sau:

ĐA,% = ((A1320-A1420) - 0,03822)/0,003133

ĐĐA, % = 100 - [((A1320-A1420) - 0,03822)/0,003133]

Ưu điểm của phương pháp sử dụng pic 1320 cm-1 và 1420 cm-1 để tính ĐA và ĐĐA là tránh được sai số do ảnh hưởng của độ ẩm trong quá trình sấy mẫu chitin/CTS

so với dùng pic A3450 như là pic so sánh theo Baxter và cộng sự [15]

b Phương pháp xác định ĐĐA bằng phổ UV dẫn xuất thứ nhất [68, 74]

Phương pháp đo phổ tử ngoại (UV) dẫn xuất thứ nhất để xác định ĐĐA của CTS Silva và cộng sự (2008) [68] đã xác nhận tính chính xác của phương pháp và đề nghị dùng như là phương pháp chuẩn để xác định thường nhật ĐĐA của CTS do phương pháp có độ nhạy cao, giảm thiểu gây nhiễu từ tạp chất và dễ thao tác Để xác định ĐĐA theo phương pháp này cần tiến hành theo thứ tự sau:

Xác định điểm nền:

- Chuẩn bị 3 dung dịch axit axetic nồng độ 0,01; 0,02 và 0,03M Đo phổ UV ba dung dịch này trong vùng bước sóng 190 - 220 nm dùng nước làm mẫu đối chứng Điểm chồng lên nhau phổ UV của ba dung dịch này tại bước sóng 202 - 203 nm và điểm này

là điểm nền (H = 0) dùng để tính ĐĐA của CTS

Hình 1.5 Phổ UV dẫn xuất thứ nhất của dung dịch axit axetic 0,01; 0,02; 0,03M và dung dịch N-axetyl glucosamin với các nồng độ khác nhau (mg/l) trong axit axetic 0,01M

1.2.3 Các phương pháp xác định khối lượng phân tử của chitosan

Khối lượng phân tử của CTS thường được xác định bằng phương pháp đo độ nhớt

và phương pháp sắc kí gel thấm qua (Gel Permeation Chromatography - GPC)

a Xác định KLPT của chitosan bằng phương pháp đo độ nhớt [58, 78]

Phương pháp đo độ nhớt là một trong những phương pháp nhanh chóng và đơn giản nhất để xác định KLPT của CTS nói riêng và polyme nói chung Theo phương pháp này, KLPT trung bình nhớt Mv quan hệ với độ nhớt [η] theo phương trình Mark – Houwink:

Trong đó: - [η] là độ nhớt đặc trưng

- Mv là KLPT trung bình nhớt

- k và a là hằng số

Đây là phương pháp so sánh tương đối nên cần phải xác định hằng số k và a trong

Phương trình Mark - Houwink

Hằng số k và a không phụ thuộc vào KLPT trung bình của polyme trong một khoảng rộng và được xác định đối với từng hệ: polyme - dung môi

Để xác định KLPT trung bình nhớt Mv bằng phương pháp đo độ nhớt cần xác định thời gian chảy (t) qua đoạn ống mao quản của nhớt kế của một thể tích dung dịch polyme

và so sánh với thời gian chảy của dung môi (t0) Từ các giá trị t0, t và nồng độ dung dịch polyme (C) các đại lượng và tên gọi được đưa ra như sau:

12

Trong đó: - t0: thời gian chảy của dung môi

- t: thời gian chảy của dung dịch

- C: nồng độ dung dịch

Hình 1.6 Tương quan giữa độ nhớt rút gọn và nồng độ CTS

Từ các đường thẳng trên Hình 1.6 ngoại suy cho đến C = 0 ta nhận được độ nhớt đặc trưng [η]

Bảng 1.2 Hệ dung môi và thông số k; α

độ đo K (mL/g) α Tài liệu

0,2 M AcOH/0,1 M AcONa/4 M urea 25oC 8,93x10-2 0,71 [46] 0,3 M AcOH/0,2 M AcONa (DA¼0,02) 25oC 8,2x10-2 0,76 [46, 69] 0,3 M AcOH/0,2 M AcONa (0oDAo0,03) 25oC 7,9x10-2 0,796 [35, 46]

Marguerite Rinaudo và cộng sự [46] đưa ra bảng thống kê hệ số k và α trong phương trình Mark – Houwink để tính Mv của CTS sử dụng nhiều hệ dung môi khác nhau Bảng 1.2 đưa ra các giá trị k và α điển hình thường được dùng để đo Mv của CTS

13

b Xác định KLPT của CTS bằng phương pháp sắc ký gel thấm qua

Phương pháp sắc ký gel thấm qua (GPC) xác định KLPT trung bình khối Mw và KLPT trung bình số Mn là phương pháp so sánh tương đối thường được dùng để xác định KLPT trung bình và chỉ số đa phân tán PI (Polydispersity Index, PI=Mw/Mn) của polyme nói chung bao gồm cả CTS và dẫn xuất của nó Wu và cộng sự (1976) [9] lần đầu tiên nghiên cứu đo KLPT của CTS bằng phương pháp GPC sử dụng dung môi axit axetic 2% và chất chuẩn là dextran Sau đó, nhiều tác giả nghiên cứu đã xác nhận do tính chất thủy động không tương đồng của dextran và CTS nên kết quả xác định KLPT của CTS bị sai lệch nhiều Terbojevich và cộng sự (1993) đo KLPT của CTS dùng dung môi (pha động) là CH3COOH 0,5M/CH3COONa 0,2M với cột được sử dụng là Bio-gel TSK, ToyoSoda, Tokyo, Nhật Nhiều tác giả đã đưa ra nhận xét là kích thước của các phân tử đa điện tích (polyelectrolyte) phụ thuộc vào lực ion, nồng độ của chúng trong dung dịch và sự có mặt của các ion khác Hơn nữa, hiệu ứng hút ion thể vùi (ioninclusion) luôn luôn hiện diện khó có thể loại trừ hoặc làm hạn chế hiệu ứng này thì ngược lại hiệu ứng ngăn cản ion (ion – exclusion) có thể loại trừ bằng việc thêm chất điện ly KLPT thấp vào pha động [47] Mặt khác, mật độ điện tích của chất nhồi cột có thể gây ra tương tác ion Hiện tượng này đã được xác nhận đối với các cation, bởi vì các nhóm tích điện âm có mặt trong nhiều loại gel nhồi cột sắc ký Độ pH của dung dịch cũng đóng vai trò quan trọng trong việc điều biến mức độ ion hóa của polyme và nhóm chức trên bề mặt của gel nhồi cột Do vậy, dung dịch CTS trong axit axetic (ví dụ 0,25M) làm giảm quá trình ion hóa của các nhóm cacboxyl trên bề mặt gel, hạn chế sự hấp phụ CTS trên gel nhồi cột Sử dụng muối CH3COONa 0,25M trong pha động cùng với axit axetic 0,25M nhằm tạo ra lực ion đủ để vượt qua hiệu ứng ngăn cản ion Terbojevich và cộng sự xác nhận rằng nồng độ CH3COONa nhỏ hơn 0,2M thì CTS tách ra khỏi cột không đạt độ lặp lại và đôi khi không tách ra được do tương tác tĩnh điện giữa polycation

và chất nhồi cột [47]

Ngày nay với sự phát triển của kỹ thuật sắc ký nhiều loại cột khác nhau với độ phân giải cao đã được sản xuất và thương mại hóa Các loại cột Ultrahydrogel, Shodex thích hợp dùng để đo các mẫu tan trong dung dịch nước như oligome, oligosaccarit, polysaccarit, các polyme cationic, anionic và lưỡng tính trong khoảng pH rộng 2-12 với

độ phân giải cao

1.3 Các phương pháp cắt mạch chitosan và công nghệ bức xạ trong ứng dụng cắt mạch chitosan

Cho đến nay có rất nhiều các phương pháp sản xuất chitosan và chitosan phân tử lượng thấp, tuy nhiên các phương pháp thủy phân chitosan tạo chitosan phân tử lượng thấp với mục đích giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm môi trường và quy trình sản xuất đơn giản đang được sự quan tâm Trên thế giới, có rất nhiều phương pháp sản xuất chitosan

có phân tử lượng thấp và chủ yếu được phân thành các dạng như sau: Phương pháp sinh học, hóa học và vật lý

- Cắt mạch chitosan bằng tác nhân sinh học:

Ước tính có hơn 30 loại enzyme có thể sử dụng để cắt mạch chitosan: chitosanase; cellulase thu từ các vi sinh vật (vi khuẩn, nấm mốc), papain tách chiết từ đu đủ… Theo nghiên cứu các nghiên cứu [11, 17, 30, 36, 37, 79], chitosan sau khi được cắt mạch bằng enzyme protease có nguồn gốc từ vi khuẩn Bacillus subtilis đã tạo ra được sản phẩm chitosan phân tử lượng thấp có khối lượng phân tử là 5 -10 (kDa) Nhờ tính đặc hiệu của enzyme mà phương pháp thủy phân bằng enzyme có hiệu quả cao và giảm thiểu được khả năng biến đổi hóa học không có lợi, đồng thời tăng hoạt tính sinh học của sản phẩm thủy phân và không gây ô nhiễm môi trường

Tuy phương pháp thủy phân chitosan bằng enzyme có nhiều ưu điểm, nhưng phương pháp này vẫn còn khá nhiều hạn chế Do công đoạn tinh sạch cho sản phẩm khó khăn nên chi phí cho sản xuất rất lớn, quy trình sản xuất phức tạp Tính đặc hiệu của enzyme cao vì vậy có những enzyme chỉ cắt liên kết giữa các đơn vị có chứa nhóm acetyl hoặc chỉ cắt liên kết giữa các đơn vị đã bị khử nhóm acetyl nên hiệu quả thủy phân chưa cao

15

- Cắt mạch chitosan bằng phương pháp hóa học:

Trên thực tế có rất nhiều tác nhân hóa học đã được nghiên cứu và ứng dụng để thủy phân chitosan thu chitosan phân tử lượng thấp hoặc oligochitosan như: acid nitrous, acid sulfuric, acid phosphosunfuric và acid hydrofluoric [25, 36, 44, 52] Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi thời gian dài, dễ bị phá vỡ các cấu trúc mạch vòng của chitosan, quá trình tinh sạch sản phẩm khó khăn, gây ô nhiễm môi trường và phải sử dụng các thiết bị hiên đại ở quy mô công nghiệp Bên cạnh đó, một số các nghiên cứu đã sản xuất thành công chitosan phân tử lượng thấp bằng việc thủy phân chitosan ở trạng thái lỏng (sau khi pha loãng trong môi trường acid) bởi các tác nhân oxy hóa như: ozone, natri nitrite và hydroperoxid Tuy nhiên, phương pháp này vẫn chưa khắc phục được nhược điểm lớn nhất của phương pháp hóa học là quá trình tinh chế sản phẩm gặp nhiều khó khăn và nguy cơ ô nhiễm môi trường cao

1.3.1 Công nghệ bức xạ và ứng dụng trong cắt mạch chitosan

Công nghệ bức xạ (CNBX) là công nghệ sử dụng bức xạ làm nguồn năng lượng trong công nghiệp CNBX nghiên cứu các hiệu ứng vật lý, hóa học và sinh học khi bức

xạ truyền năng lượng cho vật chất, nhằm xây dựng các quy trình chế tạo sản phẩm mới đáp ứng nhu cầu con người Hóa học bức xạ là một lĩnh vực nghiên cứu về tương tác của bức xạ ion hóa (γ, X, dòng điện gia tốc ) lên các hệ hóa học Do có năng lượng cao nên khi đi qua môi trường vật chất bức xạ làm cho nhiều hạt bị ion hóa và kích thích phát sinh ra gốc tự do, từ đó xảy ra các phản ứng hóa học theo những phương hướng khác nhau

Sự phân ly bức xạ nước:

Như ta đã biết, tất cả các giải thích về quá trình xảy ra trong dung dịch nước chiếu

xạ đều dựa trên cơ sở lý thuyết gốc tự do về sự phân ly bức xạ nước Khi dung dịch có nước được chiếu xạ bởi bức xạ ion hóa năng lượng cao thì quá trình phân ly bức xạ nước diễn ra như sau:

 Kích hoạt và ion hóa (10-16s):

H2O → H2O+ + e

- Phản ứng ion phân tử (10-14s)

H2O+ + H2O → H3O+ + OH•

 Phân tử kích hoạt phân ly (10-13s)

16

H 2 O

H 2 O

H2O* → H + OHH2O* → H2 + O

 Solvat hóa (10-11s)

e- → e

-aq H3O+ → H+ aq

 Các phản ứng tái kết hợp (10-11s – 10-5s)

H + H → H2

OH + OH → H2O2

H + OH → H2O

Có thể viết phương trình tóm tắt phản ứng phân ly nước như sau:

H2O ^^^^^^→ e- aq, H, OH, H2, H2O2, H3O+Ngoại trừ H2, các sản phẩm còn lại của quá trình phân ly bức xạ nước rất hoạt động, đặc biệt là H, OH và e- aq

- Electron hydrat (e-aq) là tác nhân khử mạnh, thời gian sống của nó phụ thuộc vào môi trường Trong môi trường nước (pH = 7) thời gian sống của nó là 2,1×10-4s Còn trong dung dịch bazơ, thời gian này là 6,6×10-4s Trong dung dịch axit, electron hydrat chuyển H3O+thành nguyên tử hydro:

e- aq + H3O + → H + H2O Phản ứng của electron hydrat với nước:

e- aq + H2O → H+ OH

Hydro nguyên tử (H) thể hiện tính chất khử hoặc tính oxi hóa phụ thuộc vào tính chất của chất tan và điều kiện môi trường Khi pH tăng hoạt tính khử của nó tăng lên Trong dung dịch axit, H kết hợp với H+ tạo thành H2+ và biểu hiện tính oxy hóa

- Gốc tự do hydroxyl (OH) có tính oxi hoá Đôi khi, gốc OH cũng tác dụng như là tác nhân khử, ví dụ như trong trường hợp có mặt KMnO4 Khi pH > 9 gốc OH có thể phân ly: OH → H + O-

- Hydro phân tử (H2) không phản ứng trực tiếp với chất tan, nhưng nó có thể phản ứng trực tiếp với gốc OH:

H2 + OH →H + H2O

HO2 tồn tại ở trạng thái không phân ly và trong môi trường kiềm thì tồn tại ở dạng ion oxi Gốc HO2 là tác nhân oxi hoá mạnh, và là tác nhân khử yếu Ngược lại ion O2 - là tác nhân khử hữu hiệu đối với nhiều loại ion

- Hydro peroxit H2O2 phân ly theo phương trình:

H2O2 → HO2- + H+Giá trị pKa của phản ứng này là 11,75

Cơ chế cắt mạch bức xạ chitosan:

Cơ chế cắt mạch bức xạ đã được Ulanski nghiên cứu khá chi tiết [63]

Theo đó, gốc hydroxyl tạo ra trong quá trình phân ly bức xạ là tác nhân chính gây ra sự cắt mạch CTS thông qua cơ chế bắt hydro tạo thành gốc tự do R• (Hình 1.7) Các gốc R•sau quá trình chuyển vị và tái kết hợp tạo thành CTS KLPT thấp

Hình 1.7 Sơ đồ cơ chế cắt mạch CTS bằng bức xạ theo Ulanski [63]

18

1.3.2 Các kết quả nghiên cứu cắt mạch chitosan bằng bức xạ

Nguyễn Quốc Hiến và cộng sự [4, 54] đã nghiên cứu chế tạo oligochitosan bằng chiếu xạ dung dịch CTS có Mv ban đầu là 60 kDa Kết quả cho thấy oligochitosan tạo thành có độ polyme hóa dp < 8 chiếm khoảng 50% ở liều xạ khoảng 45 kGy Điều này cho thấy triển vọng chế tạo oligochitosan bằng kỹ thuật chiếu xạ là rất khả quan Theo Nguyễn Quốc Hiến, sử dụng hiệu ứng đồng vận cắt mạch chitosan trong dung dịch H2O2 sẽ làm tăng hiệu quả cắt mạnh thu được oligochitosan có khối lượng phân tử < 10 kDa trong khoảng liều xạ 10-20kGy Phương pháp này có ưu điểm là phản ứng thủy phân diễn ra nhanh nhờ tác động mạnh của các tia bức xạ Khi chiếu xạ đồng thời chitosan trương trong H2O2 dạng rắn, hoặc dung dịch chitosan H2O2 thì hiệu quả cắt mạch tăng cao và thu được chitosan khối lượng phân tử thấp tùy vào nồng độ dung dịch H2O2 và liều xạ

Bùi Phước Phúc và cộng sự (2006) [1] đã nghiên cứu giảm cấp CTS bằng bức xạ gamma Co-60 kết hợp với H2O2 Phương pháp này được thực hiện bằng cách oxi hóa cắt mạch bằng H2O2 sau đó chiếu xạ trên nguồn bức xạ γCo60 Kết quả cho thấy CTS được oxi hóa bằng H2O2 1,5% giảm cấp đáng kể dưới tác dụng của bức xạ Cấu trúc của CTS chiếu xạ và oxi hóa không thay đổi đáng kể so với CTS ban đầu Tuy nhiên, trong nghiên cứu này sản phẩm CTS cắt mạch có KLPT vẫn còn ở mức cao (> 40 kDa) điều này ít cho thấy sự thay đổi về mặt cấu trúc Vì vậy cần phải có những nghiên cứu cắt mạch sâu hơn để đánh giá hiệu quả của phương pháp

Năm 2011, Nguyễn Ngọc Duy đã kết hợp phương pháp vật lý và phương pháp hóa học để thủy phân dung dịch chitosan bằng tia gamma trong môi trường có bổ sung H2O2

và thu được oligochitosan có khối lượng phân tử thấp (5 – 10 kDa) [55]

Trên thế giới, Tahtat và cộng sự (2012) [20] đã nghiên cứu ảnh hưởng của KLPT ban đầu đến hiệu suất và tốc độ cắt mạch bức xạ đối với CTS ở dạng rắn và dạng dung dịch Kết quả cho thấy CTS có KLPT ban đầu thấp dễ cắt mạch bức xạ hơn so với CTS

có KLPT cao Hằng số tốc độ cắt mạch bức xạ thu được tương ứng đối với ba loại CTS

có KLPT ban đầu 471, 207 và 100 kDa lần lượt là 13×10-5, 51×10-5 và 68×10-5kGy-1 Tuy nhiên, trong nghiên cứu này, sự thay đổi ĐĐA theo liều xạ đã không được đề cập trong khi thông số này ảnh hưởng khá lớn đến khả năng ứng dụng của CTS

Taşkin và cộng sự (2014) [62] đã nghiên cứu ảnh hưởng của ĐĐA đến khả năng giảm cấp bức xạ γCo60 của CTS có cùng KLPT (Mv ~ 330 kDa) ở trạng thái rắn

19

Khoảng liều áp dụng là từ 5 – 35 kGy Kết quả cho thấy CTS có ĐĐA càng cao thì càng

dễ bị cắt mạch bằng bức xạ Nghiên cứu của nhóm Taşkin đã cung cấp những thông tin khá quan trọng cho việc kiểm soát KLPT của CTS bằng cắt mạch bức xạ khi biết ĐĐA ban đầu của CTS Tuy nhiên, diễn biến sự thay đổi cấu trúc của CTS cắt mạch theo liều

xạ chưa được Taşkin và cộng sự đề cập đến để có thể so sánh với các phương pháp cắt mạch khác về mặt hiệu quả ứng dụng của sản phẩm, vì khả năng ứng dụng của CTS cắt mạch phụ thuộc khá nhiều vào cấu trúc hay cụ thể hơn là ĐĐA của chúng

1.4 Tổng quan về nano chitosan

1.4.1 Giới thiệu nano chitosan

Gần đây, hướng nghiên cứu sử dụng nanochitosan thay thế chitosan được quan tâm nhằm tăng cường và mở rộng hơn nữa tiềm năng ứng dụng của hợp chất này Nanochitosan là các hạt chitosan có kích thước nanomet Do có kích thước siêu nhỏ nên nanochitosan dễ dàng đi qua màng tế bào, diện tích và điện tích bề mặt cực lớn nên được ứng dụng nhiều trong sinh y học mang thuốc, vaccine, trong công nghệ sinh học làm vector chuyển gen cũng như việc sử dụng nano chitosan trong xử lí kim loại nặng và chất ô nhiễm hữu cơ trong nước sinh hoạt

Vật liệu nanochitosan có tính ổn định tương đối cao, vẫn duy trì được một số tính chất của chitosan ban đầu, đặc biệt do có kích thước nhỏ, bề mặt riêng lớn nên có khả năng hấp phụ cao Dựa vào tính chất này, nanochitosan được sử dụng làm chất mang, đặc biệt là làm chất mang cho các loại thuốc ví dụ mang isoniazid để điều trị bệnh lao [51]

Nano chitosan được sử dụng như một phương tiện đưa thuốc và gen vào cơ thể Trong số các ứng dụng của công nghệ nano trong y sinh học thì ứng dụng trong ngành dược được coi là những ứng dụng lâm sàng quan trọng nhất và đã có rất nhiều ứng dụng trong lĩnh vực này Các ứng dụng này sử dụng các đặc điểm đặc biệt của các hạt nano

để dùng làm thuốc hoặc các thành phần của thuốc hoặc được sử dụng cho các mục đích như kiểm soát tốc độ giải phóng thuốc Công nghệ nano có tiềm năng lớn trong việc cải thiện sinh khả dụng của thuốc (tức là tỷ lệ thuốc thực sự phát huy tác dụng dược lý so với tổng lượng thuốc được đưa vào cơ thể) Trong trường hợp này, các nang polyme có khả năng giáng hoá sinh học cho triển vọng làm tăng sinh khả dụng của thuốc [40] Trong nông nghiệp, các loại nanochitosan được sử dụng làm chất kích thích sinh trưởng đối với cây trồng Các nghiên cứu thử nghiệm về khả năng kích thích sinh trưởng

20

của các loại vật liệu nanochitosan và chitosan có khối lượng phân tử khác nhau, đặc biệt dạng tan trong nước, hoặc dạng bột trộn lẫn các chất dinh dưỡng khác đã được tiến hành

và bước đầu thu được các kết quả khả quan [28, 82]

Các hạt nanochitosan còn được sử dụng để bao gói các chất có hoạt tính sinh học

để kéo dài thời gian sử dụng và làm tăng hiệu quả bảo quản Stoica và cộng sự (2013) [65] đã nghiên cứu chế tạo nano chitosan để bao gói các polyphenol tách chiết từ cây tầm xuân và đã xác định được hiệu suất bao gói là 25,8 đến 46% và thời gian ly giải polyphenol cũng đã được khảo sát

1.4.2 Các phương pháp chế tạo nano chitosan

Hiện nay có nhiều phương pháp tạo nano chitosan Theo Ana Grenha [26], phương pháp chủ yếu để tạo hạt nano chitosan là: Phương pháp nhũ tương hóa và khâu mạch (Emulsification and cross-linking), phương pháp nhũ tương hóa khuếch tán dung môi (Emulsion solvent diffusion), phương pháp kết tủa nhỏ giọt (coacervation/precipitation), phương pháp tạo gel ion (ionic gelation) và phương pháp vi nhũ (microemulsion)

- Phương pháp nhũ tương hóa và khâu mạch (Emulsification and cross-linking):

Hỗn hợp nhũ tương nước trong dầu (w/v) được tạo ra bằng cách phân tán dung dịch chitosan trong dầu Những giọt lỏng được làm bền bởi chất hoạt động bề mặt Dung dịch nhũ tương sau đó được khâu mạch bằng tác nhân tạo nối thích hợp như glutaraldehyde Hai nhóm -CHO của glutaraldehyde sẽ phản ứng với nhóm –NH2 của chitosan đề khâu mạch tạo hạt nano chitosan [29]

- Phương pháp nhũ tương hóa khuếch tán dung môi (Emulsion solvent diffusion):

Nano chitosan được điều chế bằng phương pháp khuếch tán dung môi nhũ tương, (Ban đầu được phát triển bởi Niwa và cộng sự sử dụng PLGA) [73] Phương pháp này được dựa trên một phần sự trộn lẫn của dung môi hữu cơ bằng nước Nhũ tương thu được sau khi trộn chất hữu cơ vào dung dịch chitosan có chứa một chất ổn định (poloxamer) khuấy cơ, tiếp theo là đồng nhất ở áp suất cao Sự kết tủa polymer xuất hiện như là kết quả của sự khuếch tán dung môi hữu cơ vào trong nước, dẫn đến hình thành của các hạt nano Phương pháp này phù hợp cho các loại thuốc kỵ nước và cho thấy tỷ lệ ngậm thuốc cao Những nhược điểm chính của phương pháp này bao gồm điều kiện xử lý khắc nghiệt (ví dụ việc sử dụng các dung môi hữu cơ) và lực cắt cao được sử dụng khi điều chế các hạt nano

21

- Phương pháp microemulsion:

Nano chitosan được điều chế bằng kỹ thuật microemulsion lần đầu tiên được phát triển bởi Mitra và cộng sự [71] Kỹ thuật này dựa trên sự hình thành của nano chitosan bên trong giọt micellar đảo ngược và sau đó liên kết ngang qua glutaraldehyde Trong phương pháp này, một chất hoạt động bề mặt được hòa tan trong N-hexane, sau đó, chitosan trong dung dịch axetic và glutaraldehyde được thêm vào chất

có hoạt tính bề mặt/hỗn hợp hexane, khuấy liên tục ở nhiệt độ phòng Hệ thống này được khuấy qua đêm để hoàn thành liên kết ngang và nhóm amin của chitosan kết hợp với glutaraldehyde Kỹ thuật này chế tạo ra hạt kích thước nhỏ hơn 100 nm và kích thước các hạt có thể được kiểm soát bằng cách thay đổi lượng glutaraldehyde Tuy nhiên, phương pháp có một số nhược điểm như việc sử dụng các dung môi hữu cơ, quá trình chuẩn bị tốn thời gian và sự phức tạp trong bước rửa

- Phương pháp kết tủa nhỏ giọt (coacervation/precipitation):

Phương pháp này sử dụng tính chất của chitosan là không tan trong dung dịch kiềm Bởi vậy, chitosan sẽ bị kết tủa, tạo giọt ngay khi dung dịch chitosan tiếp xúc với dung dịch kiềm Dung dịch kiềm có thể là NaOH, NaOH-metanol hoặc ethandiamine Dung dịch chitosan sẽ được một thiết bị nén phun vào dung dịch kiềm để tạo hạt nano

- Phương pháp polyelectrolyte complex (PEC):

Màng polyelectrolyte hoặc tập hợp nhóm polyelectrolyte là một thuật ngữ để mô

tả màng được hình thành bằng cách tự lắp ráp của polyme mang cation và DNA plasmid Cơ chế của PEC hình thành liên quan đến việc trung hòa điện tích giữa cation polymer và DNA dẫn phá vỡ phân tử ưa nước Một số polyme cation (tức là gelatin, polyethylenimine) cũng có tính chất này Nói chung, kỹ thuật này cung cấp phương pháp điều chế đơn giản Các hạt nano được hình thành một cách tự nhiên sau khi bổ sung các DNA vào chitosan hòa tan trong dung dịch axit axetic, khuấy cơ học ở nhiệt

độ phòng Kích thước phức hợp có thể được thay đổi từ 50 nm đến 700 nm

- Phương pháp tạo gel ion hóa

Phương pháp được sử dụng nhiều nhất là tạo gel ion, ưu điểm của phương pháp này là quá trình chuẩn bị đơn giản và không cần phải sử dụng dung môi hữu cơ hay sử dụng lực nén lớn, do đó phương pháp này được nghiên cứu rộng rãi trong tổng hợp chất dẫn thuốc và thực phẩm chức năng Nano chitosan điều chế bằng kỹ thuật gel ionotropic lần đầu tiên được báo cáo bởi Calvo và cộng sự [61], sau đó được phát triển bởi Janes

22

và cộng sự [39] Cơ chế tạo nanochitosan dựa trên tương tác tĩnh điện giữa nhóm amine của chitosan và nhóm tích điện âm của polyanion như tripolyphosphate Phương pháp này điều chế nano chitosan khá đơn giản Trước tiên, chitosan được hòa tan trong axit (thường sử dụng axit axetic), có thể thêm chất ổn định, sau đó bổ sung anionic polyme Khuấy ở nhiệt độ phòng và các hạt nano được tạo thành một cách tự phát Có thể thay đổi kích thước và điện tích bề mặt của hạt bằng cách thay đổi tỉ lệ chitosan và chất ổn định [10, 65]

1.5 Tổng quan về dâu tây

1.5.1 Nguồn gốc, thành phần, công dụng của dâu tây

Tên tiếng Anh : Strawberry

Tên khoa học : Fragaria vesca L

Thuộc họ : Rosaceae

Dâu tây (danh pháp khoa học: Fragaria) hay còn gọi là dâu đất là một chi thực vật hạt kín và loài thực vật có hoa thuộc họ Hoa hồng (Rosaceae) cho quả được nhiều người

ưa chuộng Dâu tây xuất xứ từ châu Mỹ và được các nhà làm vườn châu Âu cho lai tạo vào thế kỷ 18 để tạo nên giống dâu tây được trồng rộng rãi hiện nay Dâu tây được trồng lấy trái ở vùng ôn đới Với mùi thơm hấp dẫn cùng vị dâu ngọt lẫn chua nên dâu tây được ưa chuộng

- Nguồn gốc:

Trái dâu tây điển hình ngày nay là kết quả của sự lai ghép giống F.Chiloensis

duch và F Vỉrgỉniana Duch, có nguồn gốc từ Mỹ xuất hiện vào khoảng đầu năm 1600

Sau đó được du nhập và trồng rộng rãi ở Anh vào năm 1800 Người Anh gọi là

“Strawberry ”, người Pháp gọi là “Fraisier”, khi đem qua Việt Nam vì có nguồn gốc từ Pháp nên được gọi là “dâu tây”

Đà Lạt nằm ở độ cao 1500 m so với mặt biển, có khí hậu bán ôn đới Vào đầu những năm 30 của thế kỷ XX sau khi khám phá ra cao nguyên Lang Bian theo chân người Pháp dâu tây được trồng thử nghiệm.Với khí hậu mát mẻ của miền núi Đà Lạt là môi trường thích hợp với việc canh tác dâu nên loại trái cây này được xem là đặc sản của vùng cao nguyên này

- Đặc tính:

Dâu tây thuộc dạng cây thảo mộc

23

Dâu tây thích nghi với khí hậu ôn đới, Địa Trung Hải, cận nhiệt đới

Thường được trồng ở trên những gò đất nổi, đất giàu mùn và phải thoát nước tốt Nơi trồng phải có nhiều nắng, tương đối thông thoáng để tránh được các bệnh do nấm gây ra Đặc biệt hích hợp trồng ở đất có pH=5-6

- Phân loại:

Hiện nay có khoảng trên 20 chủng loài dâu trên thế giới phân loại chủ yếu dựa vào sự khác nhau về số lượng nhiễm sắc thể giữa các loài Một số loài lưỡng bội, số khác là tứ bội, lục bội Tuy nhiên cũng có thể phân loại dựa trên sự ảnh hưởng của khí hậu, đất trồng ta có thể chia ra hai loại:

+ Loại dâu ra quả vào tháng 6 : ở miền Nam Carolina

+ Loại dâu ra quả quanh năm : có nguồn gốc từ Bắc Mỹ

- Thành phần dinh dưỡng:

Trong dâu có chứa nhiều vitamin và khoáng chất, đặc biệt là hàm lượng vitamin Crất cao theo bảng dưới đây:

Bảng 1.3 Thành phần dinh dưỡng của dâu tây

Thông tin dinh dưỡng cơ

bản

Cabonhydrate 7,7 g Vitamin E 0,29 mg Phốt pho 24 mg

Bão hòa đơn 0,04 g Vitamin B5 0,13 mg Mangan 0,39 mg Bão hòa đa 0,16 g Vitamin B6 0,05 mg Selen 0,4 µg

24

1.5.2 Hư hỏng dâu tây sau thu hoạch

Thường có 2 nguyên nhân chính gây hư hỏng dâu tây sau thu hoạch:

- Do bản thân nguyên liệu:

+ Dâu tây là loại quả mọng nước (91% là nước) nên rất dễ bị hư hỏng

+ Thối hỏng do các quá trình sinh hóa diễn ra bên trong trái dâu Thành phần của dâu tây bao gồm tất cả các hợp chất hữu cơ và vô cơ cấu tạo nên các tế bào và các mô của chúng Do trong tế bào sống luôn xảy ra các quá trình chuyển hóa và trao đổi chất nên thành phần hóa học của dâu tây không ngừng biến đổi trong suốt quá trình sinh trưởng, phát triển ngay cả sau khi thu hoạch

- Do các tác nhân bên ngoài:

+ Các tác động cơ học trong quá trình thu hoạch và vận chuyển trái dâu

+ Tiếp xúc với nhiệt độ ánh sáng không thích hợp

+ Các vi sinh vật gây hại như vi khuẩn, nấm và các vi sinh vật khác

1.5.3 Các phương pháp bảo quản dâu tây hiện nay

Nguyên lý của bảo quản thực phẩm: Bảo quản thường liên quan đến việc tiêu diệt hay ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn, nấm và các sinh vật khác, cũng như làm chậm lại quá trình oxi hóa của chất béo nguyên nhân gây ra mùi ôi Ức chế hoạt động hay làm mất hoạt tính của các enzyme gây hư hỏng thực phẩm Nó cũng bao gồm quá trình kìm hãm sự chín tự nhiên và khử màu có thể xảy ra trong suốt quá trình bảo quản

Vì dâu tây rất dễ hư hỏng trong quá trình thu hái do trái bị dập nát, thối rửa nên việc thu hoạch và bảo quản dâu tây sau thu hoạch cần rất cẩn trọng Thông thường khi đến vụ mùa, nông dân thu hoạch và bảo quản dâu tây theo phương pháp truyền thống như sau:

• Thu hoạch:

Khi thị trường gần, thu hoạch khi 75% quả đỏ hoặc hồng

Khi thị trường xa, thu hoạch khi 20 - 40% quả đỏ hoặc hồng

- Bảo quản ở nhiệt độ thấp:

Bảo quản ở nhiệt độ thấp là biện pháp hữu hiệu nhất trong việc hạn chế quá trình

hô hấp, hạn chế sự chín của quả và ngăn cản sự phát triển của vi sinh vật, đảm bảo kéo dài thời gian bảo quản của rau quả tươi Đây là phương pháp bảo quản dựa theo nguyên

lý tiềm sinh nghĩa là làm chậm, ức chế hoạt động sống của rau quả và vi sinh vật nhờ đó

25

làm chậm thời gian hư hỏng thối rữa của rau quả Nhiệt độ môi trường bảo quản càng thấp thì càng có tác dụng ức chế các quá trình sinh lý, sinh hóa xảy ra trong rau quả và hoạt động của vi sinh vật Tuy nhiên, nhiệt độ môi trường bảo quản lạnh phải từ 200C đến nhiệt độ gần điểm đóng băng của dịch bào để tránh hiện tượng tổn thương lạnh [3] Dâu tây có thể giữ được chất lượng trong khoảng 5 ngày ở 0 – 20C tuy nhiên có khuynh hướng mất mùi và ở nhiệt độ thấp hơn 20C xuất hiện hiện tượng tổn thương lạnh

- Sấy dẻo, khô, làm mứt:

Thông thường, dâu tây khi không tiêu thụ được người ta có xu hướng chế biến dâu tây sang dạng khô hoặc làm mứt để kéo dài thời gian bảo quản và làm tăng thu nhập Tuy nhiên, bảo quản dau tây theo cách này làm mất hương vị đặc trưng của quả dâu gây biến đổi mùi vị và các thành phần dinh dưỡng trong quả dâu Không chiếm được thị hiếu của người tiêu dùng

1.5.4 Tình hình sản xuất dâu tây tại Đà Lạt

Theo tài liệu của Sở NN- PTNT Lâm Đồng cho biết, đến tháng 6/2016, diện tích canh tác dâu tây trên địa bàn TP Đà Lạt và vùng lân cận là 132ha, năng suất trung bình đạt 92,3 tạ/ha/năm, sản lượng 1.218 tấn/năm Trong tổng số 132ha dâu tây có hơn 15ha được sản xuất theo hướng ứng dụng nông nghiệp công nghệ cao, đạt sản lượng 226,5 tấn/năm, chiếm 11,4% diện tích Ứng dụng công nghệ cao đã giúp các tổ chức, cá nhân chủ động áp dụng đồng bộ các biện pháp quản lý, kiểm soát dịch hại tốt, tạo ra sản phẩm dâu tây đạt tiêu chuẩn an toàn vệ sinh thực phẩm Năng suất dâu tây tăng gấp 2 lần so với sản xuất truyền thống, đáp ứng 18,6% sản lượng, tăng giá trị sản phẩm từ 5 - 10 lần

so với dâu tây sản xuất theo lối truyền thống Dâu tây có thể hái ăn ngay tại vườn mà không cần lo lắng dư lượng thuốc bảo vệ thực vật

Tuy nhiên, với năng suất lớn và thời gian bảo quản ngắn (khoảng 2 ngày ở điều kiện thường và 4-5 ngày ở điều kiện bảo quản lạnh) để tăng hiệu quả kinh tế thì các nhà sản xuất không thể không áp dụng các phương pháp bảo quản sau thu hoạch, trong đó

có thể sử dụng những phương pháp không an toàn và gây ảnh hưởng tới sức khỏe người tiêu dùng như sử dụng các hóa chất độc hại Vì vậy, tìm ra một phương pháp bảo quản dâu tây an toàn hiệu quả đang được quan tâm nghiên cứu Giải quyết được vấn đề này sẽ làm tăng giá trị của dâu tây nói chung và dâu tây Đà Lạt nói riêng, giữ được sự bình ổn giá cũng như tránh được sự trà trộn của hàng Trung Quốc do hiện tượng khan hiếm hàng do tổn thất sau thu hoạch

26

1.6 Cơ sở khoa học ứng dụng chitosan và nano chitosan trong bảo quản trái cây 1.6.1 Nguyên nhân hư hỏng và các quá trình xảy ra khi bảo quản rau quả tươi

a Nguyên nhân hư hỏng rau quả tươi trong quá trình bảo quản

- Do vi sinh vật: Vi sinh vật thâm nhập từ môi trường

- Do hô hấp

- Do sự bay hơi nước

- Do hoạt động của enzyme

- Do sự tự biến đổi các chất

- Do tác động cơ học

- Do tác động của những hóa chất bảo vệ thực vật

b Các quá trình xảy ra khi bảo quản rau quả tươi

Quá trình biến đổi vật lý:

Sự bay hơi nước:

Trong rau quả thì phần chiếm nhiều nhất đó là nước từ 65- 95% tùy thuộc vào từng loại quả Sau khi thu hái rau quả bị mất hàm lượng nước trong suốt quá trình bảo quản do tham gia vào quá trình hô hấp hoặc bay hơi vào môi trường Đây là nguyên nhân chính làm cho rau quả bị hao hụt khối lượng so với ban đầu Sự mất nước còn làm tăng khả năng nhạy cảm với sự biến đổi nhiệt độ và kết quả là làm tăng cường độ hô hấp của quả Khi rau quả mất đi 5-10% khối lượng chúng sẽ bị héo và hư hỏng nhanh chóng Do sự chênh lệch độ ẩm giữa quả và môi trường Tốc

độ bay hơi phụ thuộc vào:

- Cấu tạo và hình thái của mô che chở: nếu phần vỏ cấu tạo bởi tế bào cứng, chắc, nguyên vẹn sẽ làm giảm tốc độ mất nước

- Điều kiện môi trường: nhiệt độ càng cao, độ ẩm không khí càng thấp thì tốc độ bay hơi nước càng nhanh

- Tốc độ chuyển động của không khí: càng cao thì mức bay hơi càng nhiều

Sự giảm khối lượng tự nhiên: Nguyên nhân là trong quá trình bảo quản quả bị mất nước và mất chất khô do hô hấp





27

Quá trình hóa học:

- Đường: Bị giảm đáng kể do hô hấp, tuy nhiên ở những loại quả mà khi thu hái hàm lượng đường chưa cao thì trong thời gian bảo quản đường có thể tăng lên do tinh bột chuyển hóa thành

- Tinh bột: Có thể tăng hoặc giảm tùy thuộc vào từng loại rau quả Nếu tinh bột đã đạt tới hạn thì trong quá trình bảo quản hàm lượng tinh bột sẽ giảm (ví dụ: chuối xanh) còn nếu chưa cao thì trong bảo quản lại tăng do tinh bột được tổng hợp (ví dụ: đậu non)

- Protopectin: Có thể bị phân giải thành pectin hòa tan làm yếu các liên kết và quả bị mềm ra

- Các acid hữu cơ: Hàm lượng acid hữu cơ giảm dần làm độ chua của rau quả giảm

- Các vitamin: Giảm đi rất nhanh do tác động của enzyme nội bào và sự oxi hóa

- Các chất màu: (clorofil, carotenoit, flavonoit) dưới tác dụng của oxi không khí sẽ bị chuyển hóa làm biến đổi màu sắc tự nhiên của quả, một số chất màu mới được tổng hợp Lượng chlorophill bị mất đi thay vào đó là sự tăng lên của các cấu tử mang màu khác như carotenoid (tạo cho quả có màu vàng, da cam và màu đỏ) Các quá trình này đều có

sự tham gia của enzyme

- Các hợp chất phenon: polyphenon bị oxi hóa bởi men PPO tạo thành flobafin có màu nâu làm mất màu sắc tươi của quả khi bảo quản

Quá trình hô hấp:

Trong quá trình sinh trưởng và phát triển của quả luôn luôn xảy ra các quá trình đồng hóa và dị hóa: khi quả bắt đầu phát triển và còn đang ở trên cây thì chủ yếu xảy ra quá trình đồng hóa là chủ yếu, là quá trình tổng hợp các chất hữu cơ cho quả như tinh bột, đường, chất khoáng….quả ngày càng phát triển đầy đủ cho tới khi chín: kích thước quả tăng lên, màu sắc quả thay đổi rõ ràng…

Khi quả được thu hái vẫn xảy ra quá trình sống của rau quả nhưng lúc này trong rau quả chủ yếu xảy ra quá trình dị hóa: đó là quá trình sử dụng các chất hữu cơ đã có sẵn để duy trì sự sống của quả Trong rất nhiều những biến đổi xảy ra sau khi thu hái rau quả thì hô hấp là chủ yếu

Hô hấp sử dụng tinh bột hoặc đường và các hợp chất khác Dưới tác dụng của oxi không khí, các mạch hydrocacbon bị bẻ gãy và sản phẩm thu được là CO2 và nước, phản ứng này tỏa ra năng lượng dưới dạng nhiệt