Tính sát khuẩn của bạc và ion bạc được dùng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Dược phẩm:
Bạc đã được sử dụng khá thành công trong chiến tranh thế giới thứ nhất để ngăn ngừa sự truyền nhiễm trước khi có kháng sinh, dung dịch bạc nitrat được dùng như dung dịch sát khuẩn để bôi những vết bỏng nặng và đến những năm cuối thập kỷ 90 được thay thế bằng kem silver sulfadiazine (SSD Cream). Hiện nay, gạc phủ bạc hoạt hóa (silver – coated dressing) được dùng kèm với kem SSD chúng có tác dụng giảm đau, thuốc sát trùng Hihi (Công ty dược Quang Minh). Gần đây, bạc được đặc biệt quan tâm vì có phổ sát khuẩn rộng, khi nó được sử dụng chung với
alginate, một loại polymer sinh học tự nhiên chiết xuất từ rong biển, bạc alginate được điều chế nhằm ngăn ngừa việc nhiễm khuẩn trong quá trình điều trị vết thương, đặc biệt là đối với bệnh nhân bỏng. Rất nhiều dạng dung dịch hay dạng keo có chứa bạc được thương mại hóa để điều trị nhiều loại bệnh khác nhau.
Thực phẩm:
Hiện nay trên thị trường đã có sản phẩm thương mại chứa nano bạc với vai trò chính là sát khuẩn được ứng dụng như nước rửa rau quả Microdyn và thậm chí bạc còn có mặt trong tủ lạnh sát khuẩn của Samsung, Daewoo. Bạc còn được xem như là một chất phụ gia thực phẩm thuộc nhóm màu trang trí với mã số E174.
Lĩnh vực khác:
Nano bạc còn được ứng dụng làm nước tẩy trùng bề mặt (ASAP), nước khử mùi hôi cơ thể (Shiseido), quần áo chống khuẩn tự làm sạch, bình sữa kháng khuẩn của hãng Mummy (Hàn quốc)…
1.4. Chế tạo keo nano bạc theo phương pháp chiếu xạ gamma Co-60
Khi chiếu xạ dung dịch muối AgNO3 thì quá trình khử ion kim loại thành nguyên tử kim loại sẽ diễn ra bởi các sản phẩm phân ly bức xạ của nước có khả năng phản ứng cao, đặc biệt là electron solvat hoá (e-aq) và gốc tự do H, OH. Phản ứng phân ly bức xạ nước được tóm tắt như sau:
H2O ^^^ e-aq, H, OH, H2O2, H2, H3O+ (6)
Trong đó: e-aq có hiệu suất phân ly bức xạ G (e-aq) = 0,28 mol/J, thế oxi hóa- khử E0(H2O/e-aq) = - 2,78 V và gốc tự do H có G(H) = 0,06 mol/J, E0(H+/ H) =- 2,3V là hai tác nhân chính khử ion kim loại thành nguyên tử kim loại, E0(Ag+/Ag0) = - 1,8V (Bùi Duy Du, 2009). Khi chiếu xạ dung dịch muối bạc phản ứng xảy ra như sau:
Ag+ + e-aq Ag0 (7)
Ag+ + H Ag0 + H+ (8)
Ag0 + Ag+ Ag+2 (9)
Ag+2 + e-aq (H) Ag02 Ag+n Ag0n (10)
Gốc tự do OH có G(OH) = 0,29 mol/J là tác nhân oxi hóa mạnh, làm cản trở quá trình khử ion bạc thành bạc nguyên tử. Vì vậy, các chất có khả năng bắt gốc
tự do OH thường là các alcol như iso – propanol, ethanol, methanol... được bổ sung vào dung dịch trước khi chiếu xạ.
R2CHOH (RCH2OH) + OH (H) R2CO (RCHOH) + H2O (H2) (11) Gốc tự do của các ancol có thế oxi hóa – khử (E0) trong khoảng - 2,1 đến - 1,8 V tuỳ thuộc vào dạng phối tử, tiếp tục khử bạc ion ở dạng cụm liên kết có thế oxi hóa-khử cao hơn E0(Ag+n/Ag0n) ~ 0,8 V góp phần phát triển kích thước và hình thành hạt nano bạc
R2CO (RCHOH) + Ag+n Ag0n + R2CO (RCOH) + H+ (12) Khi nồng độ chất bắt gốc tự do thích hợp (đủ lớn) phản ứng chỉ xảy ra một chiều tạo Ago .
Nếu nồng độ chất bắt gốc tự do OH nhỏ còn xảy ra quá trình: Ago + OH OH- + Ag+ (13)
Khi nồng độ chất bắt gốc tự do nhỏ còn xảy ra hiện tượng khâu mạch hoặc cắt mạch các polymer là chất ổn định nano bạc.
Bạc ion khi bị khử bởi bức xạ sẽ tạo các hạt nguyên tử, các hạt này phát triển và có xu hướng kết tụ hình thành dạng cụm chứa nhiều nguyên tử và cuối cùng là giai đoạn phát triển kích thước tạo hạt bạc. Để hạn chế sự kết tụ tạo thành hạt lớn, các polymer với vai trò là chất ổn định được bổ sung đồng thời vào dung dịch muối bạc. Các chất ổn định có các nhóm chức ái lực cao với bạc ion như – NH2, – COOH, – OH và phải dễ hòa tan trong nước, không hoặc không đáng kể phản ứng khử bạc ion trước khi chiếu xạ. Chitosan tan trong nước được sử dụng làm chất ổn định nano bạc chế tạo bằng phương pháp chiếu xạ (Phu D.V. và ctv, 2010).
1.5. Cơ chếổn định hạt nano bạc của chitosan
Phân tử chitosan chứa các nhóm chức như – OH vị trí C3 và C6, và – NH2 vị trí C2 rất linh động và ái lực cao với ion kim loại nên thích hợp sử dụng làm chất ổn định chế tạo kim loại nano. Gần đây đã có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng chitosan vừa làm chất khử vừa là chất ổn định để chế tạo nano bạc theo phương pháp thủy nhiệt. Kết quả nhận được là đã nghiên cứu chế tạo keo nano bạc có kích thước trung bình hạt bạc nhỏ hơn 10 nm, ổn định tốt trong khoảng pH rộng bằng phương pháp chiếu xạ Co – 60, sử dụng chitosan với vai trò vừa làm chất ổn định
vừa là chất bắt gốc tự do (Chen và ctv, 2007 và Long và ctv, 2007). Hiệu ứng ổn định keo nano bạc và khả năng bắt gốc tự do OH của chitosan được trình bày tóm tắt như sau: trong dung dịch lỏng Ag+ tạo phức với chitosan thông qua liên kết với nhóm amin (NH2Ag+), khi chiếu xạ, tác nhân e-aq và Hsẽ khử Ag+ thành Ag0, sau đó Ag0 hấp thụ Ag+ tạo thành Ag2+, quá trình tiếp diễn tạo Agn+ và tạo hạt nano bạc ổn định trên cấu trúc mạng chitosan. Do cấu trúc mạng cồng kềnh và lớp chitosan bao phủ, trên bề mặt hạt bạc tích điện dương (– NH3+) nên gây ra lực đẩy tĩnh điện và hiệu ứng ức chế không gian làm hạn chế sự kết tụ của các hạt bạc (Chen và ctv, 2007). Ngoài ra chitosan còn thể hiện là chất bắt gốc tự do OH tạo thành gốc tự do chitosan có khả năng khử bạc ion dạng cụm liên kết, góp phần quan trọng cho quá trình phát triển hình thành hạt nano bạc. Theo Chen và ctv (2007), tiến trình khử bạc ion, phản ứng bắt gốc tự do OH và khử ion bạc bằng liên kết tạo nano bạc như sau: e-aq ,H. Ag+ NH2 NH2 Ag+ NH2 NH2 Ag+ NH2 NH2 Ag+ NH2 NH2 Agn+ NH2 NH2 Agn+ NH2 NH2 Agn+ e-aq ,H. R. Agn
OH + RC5H5O(OH)3(NH2)CH2OH RC5H5O(OH)3(NH2)CH2OH + H2O (14)
Agn+ + RC5H5O(OH)3(NH2)CH2OH Agn + R’C5H5O(OH)3(NH2)CH2OH (15)
Hình 1.4. Cơ chế ổn định keo nano bạc bằng chitosan.
Theo đánh giá của Temgire và Joshi (2004) thì phản ứng bắt gốc tự do của alcohol bậc 1, bậc 2 sẽ sinh ra một lượng nhất định aldehyde hoặc ketone, nhưng alcohol bậc 3 hoặc alcohol mạch nhánh thì không bị oxi hóa thành ketone. Kết quả nghiên cứu của Choi (2002) và Panacek (2006) về tính kháng vi khuẩn S. aureus và
E. coli của nano bạc cho thấy, hoạt tính sát khuẩn của nano bạc ngoài sự phụ thuộc vào kích thước trung bình hạt, loại vi sinh vật còn tuỳ thuộc vào chất ổn định keo nano bạc.
1.6. Một số bệnh gây hư hỏng sau thu hoạch do nấm gây ra 1.6.1. Bệnh thán thư (do nấm Colletotrichum gloeosporioides) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Là một trong những bệnh hại nguy hiểm nhất trên cây ăn trái. Bệnh do nấm
Colletotrichum gloeosporioides gây ra. Trên quả, bệnh tấn công làm trái bị thối đen. Trên quả lúc đầu chỉ xuất hiện các chấm nâu nhỏ, sau đó phát triển thành các đốm thối đen, lõm trên mặt vỏ quả, làm quả thối khi bảo quản. Nhiệt độ và ẩm độ là hai trong những yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến diễn biến của bệnh thán thư, ở ẩm độ cao (trên 80%), trời ấm (nhiệt độ 25 – 260C) nấm bệnh phát triển mạnh.
1.6.2. Bệnh đốm đen (do nấm Guignaria sp)
Bệnh do nấm Guignaria sp gây ra, tổn hại trên vỏ quả, làm cho vỏ quả vàng nhanh, hạn chế chất lượng. Nguồn lây lan chủ yếu của bệnh là ở thân, cành. Khi gặp điều kiện thuận lợi (nhiệt độ, độ ẩm cao) các bào tử nấm sẽ phát tán, xâm nhập, nẩy mầm, bám vào vỏ quả thông qua các khí khổng hoặc các túi tinh dầu trên vỏ quả để gây hại ngay từ khi quả còn non có đường kính khoảng 2 – 3 cm.
1.6.3. Bệnh thối quả (do nấm Phytophthora, Diplodia natalensis)
Bệnh hại quả xảy ra trong quá trình bảo quản và vận chuyển làm thối phần thịt quả ở vị trí gần cuống hoặc những vị trí có vỏ bị trầy xướt hay bầm dập. Trái cây sau thu hoạch không có cuống cũng rất dễ bị bệnh xâm nhập và lây lan sau 2 – 3 ngày bảo quản.
1.7. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.7.1. Nghiên cứu trong nước 1.7.1. Nghiên cứu trong nước
Hiện nay, chitosan được áp dụng trong việc bảo quản cho các loại trái cây như nhãn, cà chua, chuối, cam, quít, ... Màng zein và chitosan ứng dụng trong bảo quản trứng và một số loại trái cây có giá trị kinh tế ở đồng bằng sông Cửu Long (Nguyễn Văn Mười, 2009). Kết quả thí nghiệm thăm dò cho thấy màng chitosan 1% mang lại hiệu quả bảo quản cam và trong một mức độ nào đó đối với xoài (sau khi thu hoạch được xử lý bằng dung dịch Na2CO3 1% kết hợp dung dịch benzoat natri 1%, sau đó tiến hành bao màng chitosan 1%, cho vào bao bì xốp và bảo quản ở nhiệt độ 6 – 8oC thì giữ được chất lượng và giá trị cảm quan đến ngày thứ 71). Chitosan có độ deacetyl 75% DDA sử dụng bảo quan na tốt hơn chitosan có độ
deacetyl cao (86%; 94% DDA). Quả na được xử lý bằng dung dịch chitosan 1% có độ deacetyl 75% DDA kết hợp với bao gói màng film PE độ dày 0,04 mm, bảo quản ở 100C làm chậm quá trình chín, giảm cường độ hô hấp và có thể kéo dài thời gian bảo quản đến 12 ngày mà vẫn duy trì được giá trị cảm quan và dinh dưỡng (Nguyễn Thị Hằng Phương và ctv, 2008).
Bùi Văn Miên và Nguyễn Anh Trinh (2003) đã nghiên cứu tạo màng vỏ bọc chitosan từ vỏ tôm và ứng dụng bảo quản thủy sản. Dùng dung dịch chitosan 2% trong dung dịch acid acetic 1,5% để bảo quản thủy sản, tùy theo độ ẩm của cá và mực mà sản phẩm có thời gian bảo quản khác nhau, độ ẩm càng thấp thời gian bảo quản càng dài, với độ ẩm 26 – 30%, cá khô bảo quản được 83 ngày, mực khô giữ được 85 ngày còn ở độ ẩm 41 – 45% thì cá khô giữ được 17 ngày, mực khô được 19 ngày.
Oligochitosan có cấu tạo từ 3 đến 30 gốc glucosamine liên kết với nhau bằng liên kết 1,4 – glycoside có tính chất kháng khuẩn rộng, khi cắt mạch chitosan bằng các phương pháp: bức xạ, thủy phân bằng enzyme, tác nhân oxy hóa H2O2. – Oligochitosan được tạo ra bằng phương pháp oxy hóa sử dụng tác nhân H2O2 (OC – 90[ox]) có khối lượng phân tử thấp nhất (MW = 9.380 Da) có hiệu ứng kháng vi sinh vật hiệu quả ở nồng độ 1%; 1,5% (Văn Thị Thu Tâm và ctv, 2009). Năm 2009, PGS.TS Lê Văn Hòa, Trường Đại học Cần Thơ và các cộng sự tiến hành nghiên cứu quy trình bảo quản trái quýt đường bằng cách bao màng chitosan ở nồng độ 0,25% kết hợp với bao Polyethylene (PE) đục 5 lỗ với đường kính mỗi lỗ 1 mm và ghép mí lại bằng máy ép, bảo quản ở nhiệt độ 120C, thời gian bảo quản đến 8 tuần vẫn giữ được hàm lượng đường, hàm lượng vitamin C ... luôn ổn định, tỷ lệ hao hụt khối lượng thấp, màu sắc vỏ trái đồng đều và đẹp.
Nguyễn Duy Lâm (2010, Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch), thử nghiệm mô hình sử dụng dung dịch tạo màng chitosan dùng trong bảo quản bưởi và chuối tại Hợp tác xã bưởi Năm Roi Mỹ Hòa (huyện Bình Minh, tỉnh Vĩnh Long (bưởi Năm Roi sau thời gian thu hoạch 1 tháng và chuối sau khi thu hoạch 2 tuần vẫn giữ được màu sắc tươi xanh, giữ được chất lượng tốt ở điều kiện
môi trường bình thường). Dung dịch tạo màng là một dịch lỏng dạng nhũ tương được phun xịt bao quanh bề mặt rau quả, khi dịch lỏng khô đi tạo ra một lớp màng mỏng trong suốt trên bề mặt rau quả. Lớp màng mỏng này sẽ làm giảm khả năng trao đổi khí, từ đó làm chậm quá trình chín hoặc lão hóa của sản phẩm. Dung dịch sinh học chitosan còn được ứng dụng để bảo quản chuối được tạo ra bằng cách hòa tan 1 g chitosan trong acid acetic 1% có thể ức chế nấm mốc Aspergillus niger, vi khuẩn gram âm (Pseudomonas aeruginosa) và vi khuẩn gram dương (Staphylo- coccus aureus), kéo dài thời gian bảo quản của chuối gấp 3 lần so với các mẫu đối chứng (Phạm Võ Minh Thiện, 2010).
1.7.2. Nghiên cứu ngoài nước
Chitosan dùng làm màng bao bảo quản quả dâu tây và quả mâm xôi (10 và 15 mg/ml) đã ức chế được mốc xanh và Rhizopus rot, hơn thế nữa khả năng kháng nấm của chitosan tương đương với hóa chất tổng hợp như ipriodione và thiabendazole (TBZ) (El Ghaouth và ctv., 1992; Zhang và Quantick, 1998). Đối với nấm S.Sclerotiorum chitosan ở nồng độ 2% và 4% có khả năng ức chế nấm tốt hơn iprodione và TBZ (Luna và ctv., 2001), Trong một báo cáo khác của El Ghaouth và ctv., (1997), tiến hành bảo quản quả ớt chuông bằng chitosan nồng độ 10 mg/ml kéo dài thời gian bảo quản lên đến 7 ngày. Chitosan ở nồng độ 1% và 2% đã ức chế sự phát triển của nấm P.expansum trong suốt quá trình bảo quản táo (de Capdeville và ctv, 2002). Nếu kết hợp chitosan (0,1%, 0,5% và 1,0%) với hypobaric (0,50 và 0,25 atm) để bảo quản quả anh đào, kết quả sẽ tốt hơn nếu chỉ dùng chitosan (Romanazzi và ctv, 2003).
Tác giả Xiao – Fang Li và ctv (2008) đã nghiên cứu ảnh hưởng của trọng lượng phân tử và độ deacetyl của chitosan lên khả năng kháng nấm Aspergillus niger, kết quả ở MW = 50 kDa, nồng độ 0,1% và pH = 3 có thể ức chế đến 100 ± 1,58 %. Sử dụng màng bao chitosan ở nồng độ 2 g/l bảo quản táo cắt tươi ở 250C thì thời gian lên đến 10 ngày (Odilio Benedito Garrido Assis, 2008). Ở nồng độ này chitosan ức chế tốt sự phát triển của 2 loại nấm gây hư hỏng chủ yếu trên táo cắt tươi là Penicillium sp. và Alternaria sp.
Nadeem Akhtar và ctv (2009) nghiên cứu ảnh hưởng của lớp màng bao chitosan được chiếu xạ (CHIirr, Mv = 5,14 × 104) và không được chiếu xạ (CHIun, Mv = 2,61 × 105) trong quá trình bảo quản trái xoài sau thu hoạch (Mangifera indica L.) cho thấy ở liều chiếu xạ 200 kGy xoài có thể bảo quản trong 4 tuần ở nhiệt độ 150C và độ ẩm 85%. Kết quả khẳng định lớp màng bao chitosan chiếu xạ có một tiềm năng tuyệt vời để sử dụng bảo quản sản phẩm tươi duy trì chất lượng và kéo dài thời hạn sử dụng. Tác giả Natarajan Velmurugan và ctv (2009) cho rằng màng chitosan chứa nano bạc ở các nồng độ khác nhau: 10 ppm, 50 ppm và 100 ppm (kích thước trung bình hạt nano nằm trong khoảng 100 – 200 nm) đều ức chế tốt các loại nấm: Ophiostoma flexuosum, Ophiostoma tetropii, Ophiostoma poloni- cum, và Ophiostoma, nhưng ở nồng độ nano bạc 100 ppm, màng chitosan ứng chế 100% nấm Ophiostoma flexuosum và có khả năng ức chế cao với 3 loại nấm còn lại được khảo sát bằng phương pháp khuếch tán thạch trên môi trường MEA agar.
Theo tác giả Honary S. và ctv (2011), kích thước trung bình hạt nano bạc bị ảnh hưởng bởi MW của chitosan. Nhóm tác giả nghiên cứu với 3 Mw của chitosan gồm: LMw = 100 kDa, MMw = 400 kDa và HMw = 600 kDa, kết quả cho thấy kích thước trung bình hạt nano bạc giảm theo thứ tự sau: MMw, LMw và HMw. Sự khác biệt về kích thước trung bình hạt nano bạc thể hiện khác biệt khá rõ giữa nhóm HMw(dtb = 24 – 31 nm), LMw (dtb = 50 – 70 nm) và nhóm MMw (76 – 97 nm). Jiashen An và ctv (2008) dùng màng bao chứa nano bạc (15 – 25 nm) bảo quản Green asparagus (loại rau có giá trị kinh tế cao) ở nhiệt độ từ 1 – 30C thì kéo dài được 14 – 15 ngày với mà độ hao hụt trọng lượng, hàm lượng acid ascorbic, thay đổi màu sắc không đáng kể so với ban đầu trong khi ở điều kiện thường thời gian khoảng 3 – 5 ngày. Tác giả Xinlin Li và ctv (2011) đã tiến hành nghiên cứu quá trình bảo quản dưa leo biển (sea cucumber) bằng màng bao chứa nano bạc kết hợp với sấy lạnh bằng sóng microwave, kết quả cho thấy ở nồng độ nano bạc 0,3 mg/l đã kiểm soát được 99 % vi khuẩn Bacillus subtilis.
Các tài liệu nghiên cứu đều cho thấy chitosan là hoạt chất sinh học tự nhiên không độc, dễ phân hủy, thân thiện với môi trường, có hoạt tính kháng vi sinh vật
cao, có khả năng tạo màng và đặc tính thấm của màng chitosan là ưu điểm để ứng dụng trong nghiên cứu bảo quản nông sản. Với những ưu điểm quý giá như trên nhưng chitosan lại không hòa tan trong nước mà chỉ hòa tan trong môi trường có