Nghiên cứu tạo chế phẩm chitosan – nano bạc ứng dụng trong bảo quản quả sau thu hoạch

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án cơng trình riêng tơi Các số liệu cơng bố luận án trung thực, phần cơng bố tạp chí khoa học với đồng ý đồng tác giả, phần lại chưa công bố cơng trình nghiên cứu Tất tham khảo kế thừa trích dẫn tham chiếu đầy đủ Tập thể hướng dẫn Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả luận án PGS TS Hồ Phú Hà GS.TS Ngơ Xn Bình i Lương Hùng Tiến LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực cơng trình nghiên cứu này, nhận nhiều giúp đỡ hỗ trợ thầy cô, đồng nghiệp, quan, bạn bè, em sinh viên người thân gia đình Trước hết, tơi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Hồ Phú Hà, người trực tiếp hướng dẫn định hướng cho tơi thực cơng trình nghiên cứu Cô người bên cạnh động viên, truyền đạt kiến thức quý báu tạo điều kiện thuận lợi cho suốt q trình nghiên cứu Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến GS TS Ngơ Xn Bình, người tận tình hướng dẫn, bảo tơi suốt q trình làm luận án Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn tới PGS TS Mai Anh Tuấn, người tận tình hướng dẫn bảo tơi lĩnh vực công nghệ vật liệu nano thực luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô Viện Công nghệ Sinh học Công nghệ Thực phẩm, trường Đại học Bách khoa Hà Nội; đặc biệt thầy cô môn Công nghệ Thực phẩm tạo điều kiện giúp đỡ tơi q trình làm luận án Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cán bộ, anh chị em đồng nghiệp môn Công nghệ Thực phầm, trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên giúp thực nghiên cứu Xin cảm ơn em sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm, trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên em sinh viên Viện Công nghệ Sinh học Công nghệ Thực phẩm giúp đỡ hỗ trợ tơi q trình làm luận án Lời cuối dành cho thành viên gia đình, anh em bạn bè thân thiết đặc biệt vợ tạo điều kiện tốt nhất, động viên cổ vũ tơi nhiều suốt q trình làm luận án Gia đình động lực, tiếp thêm sức mạnh để tơi vượt qua khó khăn, vất vả để hoàn thành luận án tiến sĩ ii MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ………………………… viii DANH MỤC CÁC BẢNG ………….…………………………………………… x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ………….………………………………xii MỞ ĐẦU ………….…………………………………………………………………1 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặc điểm chitosan 1.1.1 Chitosan 1.1.2 Sản xuất chitosan 1.1.2.1 Các phương pháp sản xuất chitos 1.1.2.2 Tình hình nghiên cứu quy trình sả 1.1.3 Các tính chất chitosan 1.1.3.1 Tính chất vật lý chitosan 1.1.3.2 Tính chất hóa học chitosan 1.1.3.3 Tính chất sinh học chitosan 1.1.4 Đặc tính kháng vi sinh vật chitosa 1.1.4.1 Khả kháng vi sinh vật c 1.1.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả nă 1.1.4.3 Cơ chế kháng vi sinh vật chit 1.1.5 Ứng dụng chitosan bảo quản 1.2 Tổng quan nano bạc 1.2.1 Giới thiệu công nghệ nano 1.2.1.1 Vật liệu nano 1.2.1.2 Phân loại vật liệu nano 1.2.1.3 Cơ sở khoa học công nghệ n 1.2.2 Tính chất lý học hạt nano bạc 1.2.2.1 Tính chất quang 1.2.2.2 Tính chất điện nhiệt 1.2.2.3 Hiệu ứng bề mặt 1.2.3 Tổng hợp hạt nano bạc 1.2.4 Đặc tính kháng vi sinh vật nano b 1.2.4.1 Khả kháng vi sinh vật n 1.2.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả n 1.2.4.3 Cơ chế kháng vi sinh vật nan 1.2.5 Ứng dụng nano bạc bảo iii 1.3 Ứng dụng nano bạc kết hợp với loại màng màng chitosan bảo quản thực phẩm 20 1.3.1 Ứng dụng nano bạc kết hợp với màng polyme không phân huỷ sinh học …… 20 1.3.2 Ứng dụng nano bạc kết hợp với màng polyme phân huỷ sinh học .21 1.3.3 Ứng dụng nano bạc kết hợp với màng chitosan bảo quản thực phẩm… 22 1.3.4 Sự giải phóng nano bạc từ màng bao vào thực phẩm 23 1.4 Giới thiệu số loại sử dụng nghiên cứu phương pháp bảo quản Việt Nam 24 1.4.1 Tình hình sản xuất xuất Việt Nam 24 1.4.1.1 Giới thiệu chung loại sử dụng nghiên cứu 24 1.4.1.2 Những biến đổi sau thu hoạch 25 1.4.1.3 Các bệnh sau thu hoạch 27 1.4.2 Một số phương pháp bảo quản sau thu hoạch 27 1.4.2.1 Công nghệ bảo quản phương pháp xử lý nhiệt 28 1.4.2.2 Công nghệ bảo quản môi trường thay đổi thành phần khí quyển……… 28 1.4.2.3 Công nghệ bảo quản hóa chất 29 CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 2.1 Vật liệu nghiên cứu 32 2.1.1 Phế liệu tôm 32 2.1.2 Vi sinh vật 32 2.1.3 Các loại sử dụng nghiên cứu 32 2.1.4 Nguyên vật liệu khác 33 2.1.4.1 Hóa chất 33 2.1.4.2 Môi trường 33 2.1.5 Thiết bị nghiên cứu 33 2.2 Phương pháp nghiên cứu 33 2.2.1 Nội dung phương pháp thực nghiệm 33 2.2.1.1 Phương pháp tạo chế phẩm Chitin chitosan 33 2.2.1.2 Phương pháp tinh chitosan 35 2.2.1.3 Phương pháp tạo nano bạc 36 2.2.1.4 Phương pháp xác định khả kháng vi sinh vật chế phẩm chitosan…… 38 2.2.1.5 Phương pháp xác định hoạt tính kháng vi sinh vật nano bạc .40 2.2.1.6 Phương pháp xác định hoạt tính kháng vi sinh vật chế phẩm chitosan-nano bạc 40 iv 2.2.1.7 Phương pháp ứng dụng chế phẩm chitosan – nano bạc bảo quản vải thiều, cam bưởi 41 2.2.2 Phương pháp phân tích 43 2.2.2.1 Xác định độ deacetyl chitosan phương pháp UV 43 2.2.2.2 Xác định độ nhớt chitosan 43 2.2.2.3 Xác định độ hòa tan chế phẩm chitosan thơ 44 2.2.2.4 Tỷ lệ hao hụt 44 2.2.2.5 Phân tích hàm lượng axit tổng số phương pháp trung hòa 44 2.2.2.6 Xác định màu 45 2.2.2.7 Xác định hàm lượng đường chất khơ hòa tan tổng số .45 2.2.2.8 Xác định lượng tồn dư nano bạc vải phổ hấp thụ nguyên tử AAS 46 2.2.2.9 Phương pháp xác định tro, protein 46 2.2.2.10 Phương pháp xử lý thống kê 47 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48 3.1 Một số cải tiến trình sản xuất chitosan tinh khiết để làm nguyên liệu cho chế tạo chế phẩm chitosan – nano bạc 48 3.1.1 Tạo chitin từ phế liệu tôm phương pháp sinh học 48 3.1.2 Tạo chitosan có độ deacetyl hóa cao 49 3.1.2.1 Ảnh hưởng thời gian nhiệt độ đến độ deacetyl 49 3.1.2.2 Quá trình deacetyl giai đoạn 50 3.1.3 Tinh chitosan ảnh hưởng chế độ sấy đến tính chất chitosan… 52 3.1.4 Khả kháng vi sinh vật chitosan 54 3.1.4.1 Ảnh hưởng pH đệm pha chitosan đến khả phát triển vi sinh vật…… 55 3.1.4.2 Khả kháng vi khuẩn chitosan 56 3.1.4.3 Khả kháng nấm men chitosan 58 3.1.4.4 Khả kháng nấm mốc chitosan 58 3.2 Một số cải tiến trình tổng hợp keo nano bạc làm nguyên liệu cho chế tạo chế phẩm chitosan – nano bạc 62 3.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đến đặc tính dung dịch keo nano bạc 62 3.2.2 Ảnh hưởng tốc độ nhỏ dịch đến tính chất hạt nano bạc 63 3.2.3 Một số đặc tính hạt nano bạc 64 3.2.3.1 Hình ảnh dung dịch nano bạc 64 3.2.3.2 Phân tích hạt nano bạc UV – vis 64 3.2.3.3 Đặc điểm hạt nano bạc qua kính hiển vi điện tử quét (SEM) kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 65 3.2.4 Khả kháng vi sinh vật dung dịch nano bạc 66 v 3.2.4.1 Khả kháng vi khuẩn nano bạc 67 3.2.4.2 Khả kháng nấm men nano bạc 67 3.2.4.3 Khả kháng nấm mốc nano bạc 68 3.3 Tạo chế phẩm chitosan – nano bạc xác định đặc tính chế phẩm 70 3.3.1 Quy trình phối trộn 70 3.3.2 Một số tính chất hóa lý chế phẩm chitosan – nano bạc 70 3.3.3 Tính ổn định chế phẩm chitosan – nano bạc 72 3.3.4 Khả kháng vi sinh vật in vitro chế phẩm chitosan-nano bạc 72 3.3.4.1 Khả kháng vi khuẩn chế phẩm chitosan-nano bạc 73 3.3.4.2 Khả kháng nấm men chế phẩm chitosan-nano bạc .77 3.3.4.3 Khả kháng nấm mốc chế phẩm chitosan-nano bạc .79 3.4 Ứng dụng chế phẩm chitosan – nano bạc bảo quản vải thiều 81 3.4.1 Ảnh hưởng chế độ tiền xử lý đến trình bảo quản vải thiều 82 3.4.2 Ảnh hưởng nồng độ thành phần chế phẩm đến trình bảo quản vải thiều…… 85 3.4.2.1 Sự biến đổi tiêu lý hóa vải 86 3.4.2.2 Sự biến đổi tỷ lệ thối hỏng vải 88 3.4.2.3 Sự biến đổi tiêu vi sinh vật trình bảo quản 89 3.4.3 Ảnh hưởng nhiệt độ môi trường bảo quản 90 3.4.3.1 Sự biến đổi tiêu chất lượng 90 3.4.3.2 Sự biến đổi tỷ lệ thối hỏng 92 3.4.4 Tồn dư nano bạc vỏ vải 93 3.4.5 Quy trình bảo quản vải chế phẩm chitosan – nano bạc 95 3.5 Ứng dụng chế phẩm chitosan – nano bạc bảo quản cam sành 95 3.5.1 Ảnh hưởng chế độ tiền xử lý đến trình bảo quản cam sành 95 3.5.2 Ảnh hưởng nồng độ thành phần chế phẩm 98 3.5.2.1 Sự biến đổi tiêu lý hóa 98 3.5.2.2 Sự biến đổi tỷ lệ thối hỏng 100 3.5.2.3 Sự biến đổi tiêu vi sinh vật trình xử lý chế phẩm……… 100 3.5.3 Ảnh hưởng nhiệt độ môi trường bảo quản 101 3.5.3.1 Sự biến đổi tiêu lý hóa 101 3.5.3.2 Sự biến đổi tỷ lệ thối hỏng 103 3.5.4 Quy trình bảo quản cam sành chế phẩm chitosan – nano bạc 104 3.6 Ứng dụng chế phẩm chitosan – nano bạc bảo quản bưởi Diễn104 3.6.1 Ảnh hưởng chế độ tiền xử lý tới trình bảo quản bưởi 104 3.6.1.1 Sự biến đổi tiêu lý hóa bưởi Diễn 104 3.6.1.2 Sự biến đổi tỷ lệ thối hỏng 106 vi 3.6.2 Ảnh hưởng nồng độ thành phần chế phẩm 107 3.6.2.1 Sự biến đổi tiêu lý hóa 107 3.6.2.2 Sự biến đổi tiêu vi sinh vật trình xử lý chế phẩm……… 110 3.6.3 Ảnh hưởng nhiệt độ môi trường bảo quản 110 3.6.4 Quy trình bảo quản bưởi Diễn chế phẩm chitosan – nano bạc 112 3.7 Thảo luận ứng dụng chế phẩm bảo quản 112 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ……………………………………………………118 TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………… …………………………………… 120 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN…….……135 PHỤ LỤC vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT viii PS: Polystyrene PVC Poly vinyl cloride S: Subtance Cơ chất SEM: Scanning Electron Microscopy Kính hiển vi điện tử quét TEM: Transmission Electron Microscopy Kính hiển vi điện tử truyền qua TD: Tinh dầu TSC: Trisodium citrate Na3C6H5O7 UV-vis: Ultraviolet-visible Khả biến tử ngoại ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Số nguyên tử bạc đơn vị thể tích [69] 13 Bảng 1.2: Số nguyên tử lượng bề mặt hạt nano bạc 14 Bảng 1.3: Màng bao nano composite dựa phức hợp nano bạc polyme không phân hủy 20 Bảng 1.4: Bao bì nano composite từ phức hợp nano bạc polyme phân hủy sinh học 21 Bảng 1.5: Thành phần hoá học vài loại qủa [132] 25 Bảng 2.1: Các thơng số sử dụng q trình sản xuất chitosan thô .35 Bảng 2.2: Nồng độ phối hợp chitosan-nano bạc 40 Bảng 2.3: Nồng độ chế phẩm chitosan-nano bạc sử dụng bảo quản vải 42 Bảng 2.4: Nồng độ chế phẩm chitosan-nano bạc sử dụng bảo quản cam .42 Bảng 2.5: Nồng độ chế phẩm chitosan-nano bạc sử dụng bảo quản bưởi 42 Bảng 3.1: Tính chất chitin thu nhận 49 Bảng 3.2: Ảnh hưởng nhiệt độ deacetyl đến màu sắc chitosan 50 Bảng 3.3: Ảnh hưởng quy trình deaxetyl đến độ nhớt chitosan 51 Bảng 3.4: Tính chất chitosan sau tinh 53 Bảng 3.5: Ảnh hưởng pH đệm pha chitosan đến khả phát triển vi sinh vật 55 Bảng 3.6: Nồng độ ức chế tối thiểu (MIC, %) chitosan vi khuẩn 57 Bảng 3.7: Nồng độ ức chế tối thiểu (MIC, %) chitosan nấm men 58 Bảng 3.8: Nồng độ diệt nấm tối thiểu (MFC, %) chitosan nấm mốc 59 Bảng 3.9: Mật độ nấm mốc theo thời gian xử lý với chế phẩm CA1 CA2 nồng độ MFC 61 Bảng 3.10: Nồng độ ức chế tối thiểu (MIC, ppm) nano bạc vi khuẩn 67 Bảng 3.11: Nồng độ ức chế tối thiểu (MIC, ppm) nano bạc nấm men 67 Bảng 3.12: Khả kháng nấm mốc (MFC, ppm) nano bạc 68 Bảng 3.13: Nồng độ cuối chitosan nano bạc phức hợp chitosan – nano bạc 70 Bảng 3.14: Đặc tính hố lý chế phẩm chitosan-nano bạc 70 Bảng 3.15: Tính ổn định chế phẩm chitosan-nano bạc CT3 theo thời gian .72 Bảng 3.16: Khả kháng vi khuẩn chế phẩm chitosan-nano bạc 73 Bảng 3.17: Khả kháng nấm men phức hợp chitosan-nano bạc 77 Bảng 3.18: Khả kháng nấm mốc (%) phức hợp chitosan - nano bạc 79 Bảng 3.19: Sự thay đổi số L*, a*, b* vải nồng độ chế phẩm chitosan nano bạc sau ngày bảo quản 88 Bảng 3.20: Diễn biến tổng số bào tử nấm men-nấm mốc vải sử dụng chế phẩm nồng độ khác theo thời gian 89 x Bảng 5.7: Ảnh hưởng nồng độ chế phẩm đến thay đổi hàm lượng vitamin C trình bảo quản cam Duncan a Means for groups in homogeneous subsets are displayed a Uses Harmonic Mean Sample Size = 3.000 Duncan a Means for groups in homogeneous subsets are displayed a Uses Harmonic Mean Sample Size = 3.000 Duncan a 19 Means for groups in homogeneous subsets are displayed a Uses Harmonic Mean Sample Size = 3.000 Duncan a Means for groups in homogeneous subsets are displayed a Uses Harmonic Mean Sample Size = 3.000 Duncan a Means for groups in homogeneous subsets are displayed a Uses Harmonic Mean Sample Size = 3.000 Bảng 5.8: Ảnh hưởng nồng độ chế phẩm đến thay đổi hàm lượng chất khơ hòa tan tổng số q trình bảo quản cam Duncan a Means for groups in homogeneous subsets are displayed a Uses Harmonic Mean Sample Size = 3.000 ngay20 20 Duncan a Means for groups in homogeneous subsets are di Duncan a Means for groups in homogeneous subsets are displayed a Uses Harmonic Mean Sample Size = 3.000 Duncan a Means for groups in homogeneous subsets are di Duncan Means for groups in homogeneous subsets are displayed a Uses Harmonic Mean Sample Size = 3.000 c 21 a Xử lý số liệu diễn biến tổng số bào tử nấm men – nấm mốc cam Summary for all Ys: R² F Pr > F Summary (LS means) - Q1: ĐC-C CT1-C CT2-C CT3-C CT4-C CT5-C Pr > F Significant CT2-C CT3-C CT4-C CT1-C ĐC-C CT5-C Summary (LS means) - Q1 Dependent variables CT2-C CT3-C CT4-C 22 CT1-C CT5-C PHỤ LỤC SỐ LIỆU NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ PHẨM CHITOSAN – NANO BẠC TRONG BẢO QUẢN QUẢ BƯỞI Hàm lượng chất khơ hòa tan tổng số a) Ngày 30 Bx CT Duncan a Sig Means for groups in homogeneous subsets are displayed a Uses Harmonic Mean Sample Size = 3.000 b) Ngày 50 Bx CT Duncan a Sig Means for groups in homogeneous subsets are displayed 23 Bx CT Duncan a Sig Means for groups in homogeneous subsets are displayed a Uses Harmonic Mean Sample Size = 3.000 Hàm lượng acid hữu tổng số a) Ngày 30 Aicd CT Duncan a Sig Means for groups in homogeneous subsets are displayed a Uses Harmonic Mean Sample Size = 3.000 b) Ngày 50 Acid 24 CT Duncan a Sig Means for groups in homogeneous subsets are displayed a Uses Harmonic Mean Sample Size = 3.000 Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ chế phẩm Chỉ số L a) Ngày 30 L ct Duncan a Sig Means for groups in homogeneous subsets are displayed 25 L Duncan a a Uses Harmonic Mean Sample Size = 2.769 b) Ngày 50 L c Duncan a S 26 L ct Duncan a Sig Means for groups in homogeneous subsets are displayed a Uses Harmonic Mean Sample Size = 2.769 Chỉ số a a) Ngày 30 L ct Duncan a Sig 27 L ct Duncan a Sig Means for groups in homogeneous subsets are displayed a Uses Harmonic Mean Sample Size = 2.769 b) Ngày 50 L ct a Duncan Sig Means for groups in homogeneous subsets are displayed 28 L Subset for alpha = 0.05 ct a Duncan Sig a Uses Harmonic Mean Sample Size = 2.769 Xử lý số liệu diễn biến tổng số bào tử nấm men – nấm mốc bưởi Summary for all Ys: R² F Pr > F Summary (LS means) - Q1: Đối chứng CT1-B CT2-B CT3-B CT5-B CT4-B Pr > F Significant 29 CT1-B CT2-B Đối chứng CT3-B CT5-B CT4-B Summary (LS means) - Q1 Dependent variables CT1-B CT2-B 30 CT3-B CT5-B CT4-B ... tài Nghiên cứu tạo chế phẩm chitosan – Nano Bạc ứng dụng bảo quản sau thu hoạch Trong luận án này, đặt mục tiêu tạo chế phẩm bảo quản rau tươi gồm hai thành phần Chitosan Nano Ag, chế phẩm bảo. .. trình Việt Nam tạo chế phẩm chitosan nano bạc có khả kháng vi sinh vật ứng dụng bảo quản sau thu hoạch - Đây cơng trình Việt Nam ứng dụng chế phẩm chitosan- nano bạc bảo quản vải thiều, cam sành... hợp chitosan- nano bạc 40 Bảng 2.3: Nồng độ chế phẩm chitosan- nano bạc sử dụng bảo quản vải 42 Bảng 2.4: Nồng độ chế phẩm chitosan- nano bạc sử dụng bảo quản cam .42 Bảng 2.5: Nồng độ chế