Nghiên cứu thu nhận pectin từ một số nguồn thực vật và sản xuất màng pectin sinh học ứng dụng trong bảo quản trái cây

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGÔ THỊ MINH PHƢƠNG NGHIÊN CỨU THU NHẬN PECTIN TỪ MỘT SỐ NGUỒN THỰC VẬT VÀ SẢN XUẤT MÀNG PECTIN SINH HỌC ỨNG DỤNG TRONG BẢO QUẢN TRÁI CÂY Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm Mã số: 62 54 01 01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐÀ NẴNG – 2019 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Thị Xô PGS.TS Trƣơng Thị Minh Hạnh Phản biện 1: GS.TS Nguyễn Hoàng Lộc Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Văn Toản Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Duy Lâm Luận án đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm luận án cấp Đại học Đà Nẵng Vào lúc 00 ngày 06 tháng năm 2019 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thƣ viện Quốc gia Việt Nam - Trung tâm Thông tin - Học liệu Truyền thông, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Pectin sử dụng rộng rãi thực phẩm phụ gia an tồn với vai trò chất ổn định, chất nhũ hóa, chất làm đặc mà có tác dụng làm giảm chất béo, đường cholesterol máu, pectin có nhiều vai trò khác Vì nhu cầu sử dụng pectin ngày cao nên nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu chất lượng sản phẩm pectin việc cần thiết Ngày người ngày quan tâm nhiều đến sức khoẻ nên việc nghiên cứu màng ăn mở rộng nhanh chóng Màng ăn có vai trò làm rào cản nước, khí vi sinh vật Tuy nhiên loại màng phù hợp để bảo quản một nhóm thực phẩm định Do việc nghiên cứu màng pectin sử dụng bảo quản trái xu hướng đáng quan tâm giới chưa có nhiều nghiên cứu màng pectin đặc biệt chưa có nghiên cứu thực Việt Nam Việc sử dụng màng lựa chọn tốt cho việc bảo quản màng tạo rào cản bán thấm khí nước, trì chất lượng Xồi bơ hai loại trái có giá trị dinh dưỡng cao loại trái người giới ưa chuộng Tuy nhiên xồi bơ loại có cường độ hô hấp mạnh nên thời gian bảo quản ngắn gây khó khăn cho việc xuất Vì vậy, nghiên cứu bảo quản xoài bơ cần thiết, góp phần nâng cao giá trị thương phẩm cho rau thị trường nước Xuất phát từ lí trên, việc lựa chọn hướng nghiên cứu: “Nghiên cứu thu nhận pectin từ số nguồn thực vật sản xuất màng pectin sinh học ứng dụng bảo quản trái cây” có ý nghĩa thiết thực 2 Mục tiêu nghiên cứu Xác định điều kiện để thu nhận pectin từ nguồn nguyên liệu thực vật, đánh giá tiêu quan trọng pectin thu nhận được; tạo màng pectin sinh học; bảo quản xoài bơ màng pectin sinh học Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu chiết xuất pectin từ nguồn nguyên liệu sương sâm, vỏ chuối, vỏ dưa hấu vỏ bưởi phương pháp ngâm chiết Tiến hành tối ưu hóa điều kiện chiết tách với hàm mục tiêu hàm lượng pectin thu nhận - Nghiên cứu chiết xuất pectin phương pháp siêu âm - Xác định tính chất loại pectin thu nhận độ nhớt, trọng lượng phân tử, số DE - Nghiên cứu tạo màng pectin sinh học (còn gọi màng pectin composite) từ pectin với polymer đồng tạo màng CMC, chitosan alginate, đồng thời nghiên cứu phối hợp với vật liệu nano để nâng cao chất lượng màng ứng dụng bảo quản trái - Nghiên cứu bảo quản xoài bơ màng pectin sinh học Ý nghĩa khoa học Xây dựng quy trình cơng nghệ sản xuất pectin tìm điều kiện tốt để chiết tách pectin từ nguồn nguyên liệu nghiên cứu phương pháp ngâm chiết phương pháp siêu âm; cung cấp thông tin tiêu cơ, lý, hóa, sinh học màng pectin sinh học; đánh giá khả ứng dụng loại màng pectin sinh học bảo quản xoài bơ Ý nghĩa thực tiễn Là sở để xây dựng công nghệ sản xuất pectin; sản xuất loại màng pectin sinh học nhằm mục đích ứng dụng việc bao gói loại sản phẩm thực phẩm; đưa phương án bảo quản bơ, xồi nói riêng loại rau nói chung góp phần nâng cao giá trị thương phẩm cho rau thị trường nước Cấu trúc luận án Luận án gồm 151 trang, có 30 bảng 61 hình Phần mở đầu trang, kết luận kiến nghị trang, cơng trình công bố 02 trang, tài liệu tham khảo 13 trang (147 tài liệu tiếng Anh, tiếng Việt trang web) Nội dung luận án chia làm 03 chương: Chương Tổng quan gồm 34 trang; chương Nội dung phương pháp nghiên cứu gồm 17 trang chương 3: Kết thảo luận 91 trang; Phụ lục minh họa phương pháp, thiết bị nghiên cứu số kết nghiên cứu CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan pectin Thành tế bào thực vật cấu tạo từ nhiều loại polysaccharide, có pectin Tính chất độc đáo pectin khả tạo gel với có mặt đường acid ion Ca2+ Tính chất tạo gel làm cho có vai trò quan trọng nhiều sản phẩm thực phẩm Cơ chế tạo gel pectin điều chỉnh chủ yếu mức độ este hóa Q trình thu nhận pectin gồm cơng đoạn chiết tách, kết tủa hoàn thiện Pectin nguyên liệu bao gồm pectin hòa tan protopectin khơng tan Protopectin nằm dạng liên kết với thành phần khác thành tế bào thực vật, cơng đoạn qui trình thu nhận pectin làm đứt liên kết để chuyển protopectin từ thành tế bào bên ngồi dạng pectin hòa tan Để chiết tách pectin sử dụng phương pháp chiết acid, kiềm muối, enzyme, phương pháp đại có siêu âm Để kết tủa pectin sử dụng loại rượu, kết tủa khác nhôm clorua, nhôm hydroxit sunfat Trong thực tế, người ta thường sử dụng rượu Pectin có nhiều ứng dụng cơng nghệ thực phẩm Ngồi pectin có khả tạo màng nên sử dụng để bao gói phủ màng nhằm mục đích rào cản nước, rào cản khí vi sinh vật Trong công nghệ dược phẩm, pectin dùng chế thuốc uống, thuốc tiêm để cầm máu trước sau phẫu thuật có số tác dụng dược lý khác 1.2 Tổng quan màng pectin sinh học Màng sinh học nói chung màng pectin nói riêng có đặc tính tốt sử dụng để nâng cao hiệu bảo quản thực phẩm như: khả làm rào cản nước, khả làm rào cản khí, khả chống q trình oxy hóa bề mặt thực phẩm, bảo vệ tính chất lý thực phẩm sử dụng với vai trò thay bao bì nhựa Màng tạo thành từ polymer tự nhiên chất mang để cố định số tác nhân chống oxy hóa, tác nhân kháng vi sinh vật, tránh thất thoát số hoạt chất quý vật phẩm bao màng 1.3 Một số phƣơng pháp bảo quản trái Hiện nay, có nhiều phương pháp để bảo quản trái phương pháp điều chỉnh thành phần khí quyển, sử dụng hóa chất hay nhiệt độ thấp, Việc sử dụng màng phủ làm giảm thay đổi không tốt trình bảo quản trái Màng phủ làm nhiệm vụ rào cản trao đổi nước khí làm giảm hư hỏng trái cây, tạo mơi trường khí điều chỉnh xung quanh sản phẩm Kết quả, việc phủ màng nhằm giảm hao hụt khối lượng, tăng độ cứng, hàm lượng ascorbic acid, acid tổng giữ màu thời gian bảo quản Bảo quản lạnh phương pháp tốt để bảo quản rau phương pháp khác đạt hiệu cao kết hợp với điều kiện bảo quản nhiệt độ thấp 1.4 Giới thiệu xoài bơ Xoài bơ thuộc loại trái hơ hấp đột biến xảy nhiều biến đổi sâu sắc hóa sinh q trình chín Đây loại trái quý, có giá trị dinh dưỡng cao mà người tiêu dùng mong muốn sử dụng Vì nghiên cứu bảo quản chúng việc cần thiết 1.5 Tình hình nghiên cứu chiết tách pectin tạo màng pectin ứng dụng bảo quản thực phẩm Các cơng trình nghiên cứu chiết tách pectin thực với phương pháp riêng, chưa có nghiên cứu chiết tách pectin vừa từ vừa từ vỏ quả, từ so sánh đánh giá cách đầy đủ tổng quát hàm lượng pectin thu nhận tính chất pectin Qua tài liệu tham khảo, nhận thấy chiết dung mơi acid phương pháp đại có ưu điểm bật Tuy nhiên việc sử dụng acid hữu hay vơ chưa có nhiều nghiên cứu so sánh cụ thể Các phương pháp sử dụng chiết tách pectin bao gồm: siêu âm, sử dụng vi sóng, sử dụng nước nhiệt độ cao Tuy nhiên sử dụng phương pháp này, đặc biệt phương pháp vi sóng nước có nhiệt độ cao chất lượng sản phẩm thu nhận khác so với chiết tách acid, đặc biệt là khối lượng phân tử pectin thu nhận Với mục đích tìm điều kiện chiết tách tốt nhằm mục đích tạo gel tạo màng, chọn phương pháp ngâm chiết acid phương pháp siêu âm, sau so sánh đánh giá hiệu chiết tách pectin, từ xây dựng qui trình cơng nghệ chiết tách phù hợp Màng sinh học ứng dụng bảo quản trái quan tâm nghiên cứu Tuy nhiên, giới nghiên cứu màng ăn từ pectin ứng dụng cho bảo quản trái chưa có nhiều cơng bố Đặc biệt, Việt Nam chưa có cơng bố tiêu tính chất đầy đủ màng pectin sinh học ứng dụng bảo quản trái CHƢƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên liệu Nguyên liệu gồm: sương sâm, vỏ bưởi, vỏ chuối, vỏ dưa hấu, xoài, bơ, alginate, carboxymethyl cellulose chitosan 2.2 Hoá chất Methacrylic acid (MAA), diethylene glycol, potassium persulfate (K2S2O8), Acetic acid (CH3COOH) hãng Merck Glycerol, calcium chloride, LiOH, Zn(CH3COO)2.2H2O, LiCl2, M HCl2, Mg(NO3)2, NaNO3, NaCl, KCl, KNO3, K2SO4, I2, KI, HCl … cơng ty hóa chất Xilong Co Ltd., Trung Quốc có độ tinh khiết lớn 99% KMnO4, Etanol (96°), CuSO4.5H2O, citric acid, glucose,… xuất xứ từ Việt Nam, có độ tinh khiết lớn 99% Môi trường BHI hãng Sigma–Aldrich (St Louis, Hoa Kỳ) 2.3 Thiết bị nghiên cứu: thiết bị nghiên cứu phụ lục 2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 2.4.1 Phương pháp xác định số tính chất pectin: Xác định độ nhớt, khối lượng phân tử, số DE, phổ hồng ngoại FT-IR, 2.4.2 Phương pháp xác định tính chất màng: Độ dày, độ bền kéo đứt, độ giãn dài, độ hòa tan, độ thấm nước, độ thấm khí oxy, hình thái học qua hình ảnh SEM, khả kháng sinh vật phương pháp khuếch tán giếng thạch, 2.4.3 Phương pháp xác định tiêu chất lượng quả: Hao hụt khối lượng, hàm lượng chất rắn hòa tan, hàm lượng đường, hàm lượng vitamin C, hàm lượng lipid, hàm lượng tế bào vi sinh vật, phương pháp đánh giá cảm quan sản phẩm,… 2.4.4 Phương pháp tốn học xử lí số liệu: Phân tích thống kê số liệu thực phần mềm Minitab 16, xử lí quy hoạch thực nghiệm phần mềm Design expert, sử dụng phần mềm OMNIC để vẽ biểu đồ FT-IR, sử dụng phần mềm Origin 6.0 để thiết lập mơ hình tốn học theo số liệu thực nghiệm phân tích diện tích peak để xác định số DE pectin CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Xác định số thành phần hóa học ngun liệu Tiến hành phân tích thành phần hóa học loại nguyên liệu gồm: hàm lượng protein, lipid, ẩm tro Hàm lượng pectin vỏ bưởi, sương sâm, vỏ dưa hấu vỏ chuối 19,95%; 18,58%; 12,4% 15,4% 3.2 Nghiên cứu chiết tách pectin 3.2.1 Khảo sát chọn dung môi chiết Chọn loại dung môi nước, HCl 0,1N acid citric 5% để nghiên cứu chiết tách pectin Kết quả, chọn dung môi acid citric để tiếp tục nghiên cứu chiết tách pectin từ bốn nguồn nguyên liệu 3.2.2 Khảo sát điều kiện chiết tách pectin phương pháp ngâm chiết 3.2.2.1 Khảo sát đơn biến điều kiện chiết tách pectin Sau khảo sát đơn biến, thu điều kiện chiết tách pectin từ nguồn nguyên liệu Kết nghiên cứu trình bày phụ lục 3.2.2.2 Tối ưu hóa q trình chiết tách pectin Tiến hành tối ưu hóa điều kiện chiết tách pectin với nguyên liệu vỏ bưởi: Theo kết khảo sát đơn biến, chọn dung mơi thích hợp cho việc chiết tách pectin từ vỏ bưởi acid citric 5%, nhiệt độ 90oC thời gian 90 phút Thiết kế phần mềm Design expert 7.1, thu ma trận thực nghiệm tổ chức thí nghiệm thu kết Sau sử dụng phần mềm Design expert để phân tích phương sai ANOVA mơ hình hồi quy bậc hai hàm lượng pectin Từ kết phân tích phần mềm DX 7.1, tìm phương trình hồi quy có dạng sau: Y = 15.89 + 2.17x1 + 0.82x2 + 0.75x3 – 1.75x12 – 1.9x22 (1) Hàm lượng pectin, % Trong đó: Y: hàm lượng pectin, %; x1, Nhiệt độ (oC); x2, Thời gian (phút); x3, Nồng độ AC (%) Sử dụng phương pháp hàm kì vọng phần mềm quy hoạch thực nghiệm Design expert 7.1 tìm điều kiện tối ưu để chiết tách pectin nhiệt độ 96,89oC, thời gian 98,16 phút, nồng độ AC 7% Các đồ thị Hình 3.1 thể ảnh hưởng cặp yếu tố đến hàm lượng pectin thu nhận Sau thí hành làm thí nghiệm kiểm chứng thu kết gần với kết dự đoán theo mơ hình với lượng pectin thu 17,52% so với hàm lượng pectin dự đốn 17,43% Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng cặp yếu tố đến hàm lượng pectin thu nhận Tương tự, tìm điều kiện tối ưu hóa chiết tách pectin từ nguồn nguyên liệu khác sau: Bảng 3.4 Kết chiết tách hàm lượng pectin thu nhận Nhiệt độ, oC Thời gian, phút Nồng độ AC, % Hàm lượng, % Vỏ bưởi 96,89 98,16 17,43 Lá sương sâm 87,84 74,81 6,49 16,43 Vỏ chuối 90 60 13,4 Vỏ dưa hấu 90 60 9,06 Nguyên liệu 3.2.3 Khảo sát số tính chất pectin 3.2.3.1 Xác định phổ hồng ngoại FTIR số DE pectin Kết phân tích phổ FTIR sản phẩm pectin chiết tách 11 3.2.4 Khảo sát điều kiện chiết tách pectin siêu âm Thực trình siêu âm để chiết tách pectin thiết bị có cơng suất 400W, tần số 24kHz, 40oC Kết tìm điều kiện siêu âm tốt để chiết tách pectin từ vỏ bưởi biên độ 80%, chu kì 50%, thời gian 30 phút điều kiện chiết tách pectin từ sương sâm biên độ 80%, chu kì 70%, thời gian 20 phút 3.2.5 So sánh kết thu nhận pectin phương pháp siêu âm ngâm chiết thông thường Kết phân tích phổ hồng ngoại mẫu pectin chuẩn mẫu pectin vỏ bưởi, sương sâm chiết phương pháp siêu âm phương pháp ngâm chiết nhiệt cho thấy mẫu hấp thụ số sóng tương tự chứng tỏ q trình siêu âm khơng tác động làm thay đổi nhóm chức pectin Sử dụng dùng phần mềm Origin 6.0 để xử lí kết quả, xác định diện tích peak số sóng 1760 - 1745 1640 - 1620 cm-1 biểu diễn hình 3.12 Kết tính tốn giá trị DE mẫu pectin cho thấy pectin từ vỏ bưởi thuộc nhóm pectin có số methoxyl cao (HMP) pectin từ sương sâm thuộc nhóm LMP (a) (b) c) (d) Hình 3.12 Kết xác định diện tích peak bước sóng 1760 - 1745 1640 – 1620: pectin sương sâm (a) siêu âm (b) ngâm chiết; pectin vỏ bưởi (c) siêu âm (d) ngâm chiết 3.3 Khảo sát khả tạo màng pectin phối hợp Tiến hành phối trộn pectin (hai loại HMP LMP) với alginate, chitosan CMC với tỉ lệ pectin:polymer đồng tạo màng 75:25 tiến hành đo số tính chất màng độ bền 12 học, độ thấm nước, độ hòa tan thấm khí oxy Từ kết nghiên cứu, thu kết sau: Màng phối hợp có độ bền kéo đứt cao hơn, độ truyền khí oxy độ hòa tan thấp so với màng pectin; màng pectin sương sâm (LMP) tốt so với màng pectin vỏ bưởi (HMP) Do đó, chọn LMP để thực nghiên cứu màng 3.4 Kết tạo màng pectin sƣơng sâm (LMP) phối hợp với polymer đồng tạo màng (màng pectin composite) Nghiên cứu chọn tỉ lệ phối trộn phù hợp LMP với CS, AG CMC Các polysaccharide đồng tạo màng chọn khảo sát với tỉ lệ tăng dần 25% (1), 50% (2) 75% (3) Ngồi ra, màng có thành phần 100% LMP 100% thành phần polysaccharide đồng tạo màng chuẩn bị để so sánh 3.4.1 Kết tạo màng pectin sương sâm (LMP) – chitosan (CS) - Xác định độ dày tính chất học màng LMP - chitosan Độ bền kéo đứt màng chitosan cao so với màng pectin Sự kết hợp chitosan pectin tạo nên màng hỗn hợp có độ bền kéo đứt cao so với màng pectin Khi hàm lượng chitosan màng tăng từ 25 đến 50% độ bền kéo đứt màng hỗn hợp tăng hàm lượng chitosan tăng đến 75% độ bền kéo đứt giảm xuống đến 9,8% - Xác định độ màu màng LMP - chitosan Kết độ màu cho thấy hàm lượng chitosan màng hỗn hợp tăng lên, đặc biệt hàm lượng chitosan từ 50% trở lên, số L giảm dần chứng tỏ độ sáng màng giảm dần số b màng tăng dần chứng tỏ màng chuyển sang màu vàng - Xác định khả thấm ướt bề mặt màng LMP - chitosan Kết góc tiếp xúc nước cho thấy màng pectin màng ưa nước, có 13 góc tiếp xúc nước thấp màng chitosan màng khơng ưa nước, có góc tiếp xúc nước cao Các màng hỗn hợp có góc tiếp xúc cao so với màng pectin - Xác định độ hòa tan màng LMP - chitosan Khi hàm lượng chitosan màng hỗn hợp tăng từ 25 đến 50% màng hỗn hợp có độ hòa tan nước giảm từ 65,8 đến 9,09% hàm lượng chitosan màng tăng đến 75% độ hòa tan màng hỗn hợp tăng - Xác định độ thấm nước màng LMP - chitosan Độ thấm nước màng pectin cao so với màng chitosan, màng hỗn hợp thấp so với màng pectin Trong màng hỗn hợp, màng P/CS2 có độ thấm nước thấp - Xác định khả kháng vi sinh vật màng LMP – chitosan Dung dịch tạo màng chitosan có khả kháng chủng E.Coli, A.niger S.cerevisiae Khi nồng độ chitosan cao (khơng q 50%.) khả kháng vi sinh vật nghiên cứu mạnh - Xác định độ truyền khí oxy màng LMP – chitosan Sau khảo sát tính chất màng độ bền học, góc tiếp xúc nước, độ hòa tan, độ thấm nước, độ truyền nước khả kháng chủng vi sinh vật nghiên cứu thấy màng hỗn hợp LMP/CS2 đảm bảo tiêu tốt ứng dụng lĩnh vực thực phẩm Màng P/CS2 có độ thấm khí oxy thấp nên chọn màng LMP/CS2 cho nghiên cứu 3.4.2 Kết tạo màng pectin sương sâm (LMP) – alginate (AG) Tiến hành nghiên cứu tương tự màng pectin-chitosan, nhận thấy màng LMP/AG2 có độ hòa tan thích hợp, độ thấm nước độ thấm khí thấp, ba tính chất màng đáp ứng cho bảo quản thực phẩm, màng LMP/AG2 có độ bền học cao Tuy nhiên màng LMP/AG2 khơng có tính kháng vi 14 sinh vật 3.4.3 Kết tạo màng pectin sương sâm (LMP) cacboxymethylcellulose (CMC) Qua kết nghiên cứu, chọn màng P/CMC3 có số tính chất phù hợp để ứng dụng bảo quản rau có độ hòa tan thấp, độ thấm nước thấp, độ bền học cao P/CMC khơng có khả kháng chủng vi sinh vật nghiên cứu 3.5 Kết tạo màng pectin sƣơng sâm (LMP) phối hợp với vật liệu nano 3.5.1 Kết tạo màng pectin sương sâm - alginate có cố định nano ZnO (LMP/AG2- ZnO-NPs) Hàm lượng nano ZnO bổ sung vào màng pectin-alginate bốn mức nồng độ: 0,01; 0,05; 0,1; 0,5 g/100g dung dịch (tương ứng: 0,01%; 0,05%; 0,1%; 0,5%) Sau tạo màng, thực đánh giá tiêu chất lượng màng độ dày tính chất học, tính chất hidrat hóa (độ hòa tan, khả thấm nước, độ thấm nước), xác định độ màu độ trong, xác định đường hấp thụ đẳng nhiệt ẩm màng LMP/AG2- ZnO-NPs Kết cho thấy bổ sung ZnONPs với nồng độ nhỏ 0,1% làm tăng độ bền học tăng tính chất rào cản nước, giảm hòa tan, giảm độ thấm khí oxy màng - Kiểm tra khả kháng vi sinh vật màng LMP/AG2 bổ sung ZnO-NPs: Các màng LMP/AG2- ZnO-NPs thể khả kháng chủng vi sinh vật E.Coli, Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus niger Colletotrichum gloeosporioides khả kháng màng LMP/AG2- ZnO-NPs phụ thuộc vào chủng vi sinh vật.ư - Đặc biệt màng có chứa nano ZnO có khả hấp thụ tia UV, khả đánh giá qua độ truyền ánh sáng bước sóng 15 chọn lọc - Kiểm tra phổ hồng ngoại FTIR màng LMP/AG2 màng LMP/AG2- ZnO-NPs: Tiến hành phân tích phổ ATR-FTIR để nghiên cứu tương tác nano ZnO polymer LMP, alginate Các kết trình bày hình 3.33 Phổ hồng ngoại màng LMP/AG2 LMP/AG2 có bổ sung 0,1% nano ZnO cho thấy có dịch chuyển peak bước sóng 33303400, 2950, 1635 1025 cm-1 sang bước sóng tương ứng 3290, 2910, 1597 1010 cm-1 Sự dịch chuyển đỉnh peak cho thấy có tương tác nano ZnO nhóm OH nhóm COOH phân tử LMP alginate Hình 3.33 Phổ FTIR màng LMP/AG2 có bổ sung 0.1% nano ZnO khơng có nano ZnO (tương ứng với đường màu xanh đỏ) - Kiểm tra hình thái học màng LMP/AG2- ZnO-NPs Hình thái học bề mặt màng mặt cắt ngang màng LMP/AG2 màng LMP/AG2 có bổ sung 0,1% nano ZnO kiểm tra kính hiển vi điện tử quét (SEM) thể hình 3.34 16 (a) (b) Hình 3.34 SEM bề mặt màng (ảnh trên) mặt cắt ngang (ảnh dưới) (a) LMP/AG2; (b) LMP/AG2/0,1% nano ZnO 3.5.2 Kết tạo màng pectin LMP với nanochitosan (LMP/NaCS) Nồng độ nanochitosan phối trộn màng 25%, 50% 75% Màng LMP màng nanochitosan riêng lẻ chuẩn bị đồng thời để so sánh Sau tạo màng LMP/NaCS, thực kiểm tra tính chất màng độ bền học, tính chất hidrat hóa, độ thấm khí oxy, khả thấm ướt, độ màu, độ hấp thụ đẳng nhiệt ẩm nhận thấy màng hỗn hợp có tăng độ bền kéo độ dãn dài; có giảm khả hút ẩm, khả truyền khí oxy, khả tan, khả thấm nước - Kiểm tra phổ hồng ngoại FTIR màng LMP/NaCS Với phổ hồng ngoại màng LMP/NaCS2, thay đổi thể bước sóng 1500–1700 cm−1 liên quan đến dao động kéo dài liên kết amide thực tế có tương tác nhóm amin nanochitosan nhóm carboxylic pectin; sau phản ứng, 17 dao động nhóm amin ban đầu bước sóng 1590 and 1539 cm-1 yếu dần, peak bước sóng 1732 cm-1 thay vào peak bước sóng 1428 cm-1 đặc trưng cho liên kết -COO-NH2 xuất Peak hấp thụ bước sóng 3700–3300 cm−1 đặc trưng cho nhóm –OH thay đổi nhiều so với phổ màng NaCS, điều chứng tỏ có tương tác nhóm –OH nhóm amide NH NaCS Hình 3.36 Phổ hồng ngoại (FT-IR) màng từ LMP NaCS 3.5.2.7 Xác định khả kháng vi sinh vật màng LMP/NaCS Kết đường kính vòng kháng khuẩn (được tính mm) dung dịch tạo màng với chủng E.Coli, S.cerevisiae, Asp.niger Colletotrichum.gls biểu diễn hình 3.38 Dung dịch tạo màng chứa NaCS có khả kháng chủng A.niger S.cerevisiae tốt chủng E.Coli Colletotrichum gls Khi hàm lượng NaCS dung dịch tạo màng tăng từ 25 đến 50% khả kháng vi sinh vật dung dịch tạo màng tăng lên Điều quan trọng khẳng định NaCS có khả ức chế loại vi sinh vật hồn tồn khơng có biểu độc tính tế bào động vật có vú 18 đƣờng kính vòng kháng khuẩn, mm 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 P/NaCS1 A.niger E.Coli P/NaCS2 P/NaCS3 Colletotrichum gloeosporioides NaCS S.cerevisiae Hình 3.38 Khả kháng chủng VSV màng LMP/NaCS 3.5.2.8 Xác định độ truyền khí oxy màng LMP/NaCS Màng LMP NaCS có khả làm rào cản khí oxy tốt so với loại vật liệu LDPE HDPE Sự kết hợp LMP nanochitosan với tỉ lệ 50:50 làm giảm độ truyền khí oxy màng tạo thành 3.5.2.9 Kiểm tra hình thái học màng LMP/NaCS (SEM) Hình ảnh SEM bề mặt màng mặt cắt ngang màng LMP, NaCS, LMP/NaCS2 biểu diễn hình 3.39 Hình 3.39 Hình ảnh SEM bề mặt màng LMP, NaCS, LMP/NaCS2 (tương ứng với hình A, B, C) ảnh SEM mặt cắt ngang màng LMP, NaCS, LMP/NaCS2 (tương ứng với hình D, E, F) 19 3.6 Nghiên cứu bảo quản xoài bơ màng pectin sinh học 3.6.1 Nghiên cứu lựa chọn màng pectin sinh học để bảo quản xoài, bơ Tiến hành khảo sát bảo quản xoài bơ màng P/NaCS2 màng P/AG/nano ZnO Qua sở lý thuyết thực nghiệm, lựa chọn sử dụng pectin – nanochitosan để bảo quản xoài màng P/AG/ZnO-NPs để bảo quản bơ 3.6.2 Nghiên cứu bảo quản xoài màng pectin – nanochitosan - Nghiên cứu lựa chọn độ dày màng phủ pectin - nanochitosan để bảo quản xoài: Chuẩn bị dung dịch tạo màng pectin/nanochitosan Sau khảo sát phủ màng lên màng với khối lượng 5g, 10g 15g Tiến hành kiểm tra hao hụt khối lượng, độ cứng, độ màu xoài theo thời gian bảo quản so sánh với mẫu không phủ màng Sau thời gian bảo quản rút kết luận: sử dụng lượng màng phủ 10g để nghiên cứu bảo quản xồi với độ dày vừa đảm bảo làm giảm độ hao hụt khối lượng vừa đảm bảo kìm hãm tốt q trình chín, q trình hơ hấp xoài đảm bảo giá trị cảm quan định người tiêu dùng - Nghiên cứu bảo quản xoài màng pectin-nanochitosan nhiệt độ khác nhau: Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ bảo quản 32 ± 2°C, 25 ± 1°C 17 ± 1°C đến số tính chất xồi Kết nghiên cứu cho thấy, xồi phủ màng có hao hụt khối lượng thấp so với xồi khơng phủ màng nhiệt độ bảo quản tương ứng Độ màu vỏ thịt xoài kiểm tra thời gian bảo quản Các tính chất hóa lý xoài thời gian bảo quản tổng hợp biểu diễn bảng sau đây: 20 Ảnh hưởng việc phủ màng đến tiêu hóa lý xoài 32oC Chỉ tiêu xoài Chất rắn hòa tan Đường tổng Vitamin C Hàm lượng axit Độ cứng Bảo quản Không Màng Không Màng màng 32oC Không Màng màng Không Màng màng Không Màng màng màng 4,7 4,7 3,6 3,6 0,45 0,45 0,85 0,85 30,4 30,4 10,4 19,5 6,2 18,8 0,37 0,15 0,72 0,49 13,8 5,12 14,8 17,5 13,1 16,1 0,33 0,08 0,67 0,38 6,6 0,15 12 20,1 Mẫu chuẩn 18,5 13,84-16,64 0,3 13-13,9 0,52 29,1-56,6 2,51 0,29-0,34