6. Bố cục luận văn
3.7.Ứng dụng vật liệu cảm biến pH để nhận biết sự phân hủy của sữa
Trong nghiên cứu này vật liệu cảm biến pH tổng hợp ở trên được dùng để kiểm tra sự phân hủy của một số loại sữa theo thời gian. Tác giả cũng sử dụng giấy pH thương mại như một chất chỉ thị kiểm chứng.
a) Sữa đậu nành
Kết quả khảo sát được thể hiện trên bảng 3.9 cho thấy các vật liệu nhuộm màu bao gồm: Màng xơ xenlulo, xenlophan và hyđrogel PCA23-30 không thay đổi màu với sản phẩm sữa đậu nành tươi. Tuy nhiên sau 6 giờ có thể thấy sự thay đổi màu trên vật liệu được thể hiện rõ rệt, từ tím chuyển sang hồng. Sự thay đổi màu
Bảng 3.8. Khả năng chỉ thị màu của anthocyanin theo pH
này chứng tỏ môi trường sữa có tính axit, tức là sữa đậu nành đã có hiện tượng bắt đầu bị phân hủy, bị chua. Sau 12 sự thay đổi màu của các mẫu vật liệu nhuộm càng thể hiện rõ, màu hồng chuyển sang đỏ. Điều này có thể được giải thích là do protein trong sữa đậu nành đã bị phân hủy bởi vi khuẩn hoặc enzym tạo ra các axit amin làm cho sữa bị chua. Dùng giấy chỉ thị pH để kiểm chứng cũng cho thấy sự chuyển từ vàng sang màu cam. Trong các vật liệu nhuộm màu anthocyanin cho thấy hyđrogel PCA23-30 nhuộm màu cho sự thay đổi màu là rõ rệt nhất. Như vậy, các vật liệu trong nghiên cứu này đều có khả năng nhận biết sự phân hủy của sữa đậu nành.
b) Sữa bò tƣơi
Kết quả khảo sát mức độ nhận biết sự phân hủy của sữa bò bằng vật liệu màng xơ xenlulo, xenlophan và hyđrogel PCA23-30 nhuộm màu anthocyanin được trình bày trên bảng 3.10. Ta thấy rằng đối với sản phẩm là sữa bò tươi chưa hết hạn sử dụng thì tất các các vật liệu nhuộm màu đều không thay đổi màu. Đối với sản phẩm sữa bò đã hết hạn sử dụng thì hầu hết các vật liệu trên đều thay đổi màu tuy nhiên sự thay đổi màu này chưa rõ rệt, chứng tỏ sữa bò hết hạn sử dụng mới bắt đầu
Bảng 3.9. Bảng nhận biết sự phân hủy của sữa đậu nành bằng vật liệu cảm
bị phân hủy và chuyển sang môi trường axit. Tuy nhiên, sữa bò đã hết hạn hết một tháng mà sự thay đổi màu không rõ rệt nguyên nhân có thể là do trong sữa bò trên thị trường có chứa nhiều chất bảo quản nên dù sữa đã hết hạn nhưng vẫn chưa bị phân hủy nhiều. Để đối chứng khả năng nhận biết này của các vật liệu nhuộm màu anthocyanin, tác giả đã sử dụng giấy chỉ thị pH thương mại và thu được kết quả tương tự. Với sữa bò đã hết hạn sử dụng, giấy chỉ thị pH chỉ đổi màu sang phớt vàng. Như vậy, các vật liệu trong nghiên cứu này đều có khả năng nhận biết sự phân hủy của sữa bò tươi đã hết hạn sử dụng một tháng.
Bảng 3.10.Bảng nhận biết sự phân hủy của sữa bò tươi bằng vật liệu cảm
KẾT LUẬN
Trong nghiên cứu này, ảnh hưởng của các điều kiện chiết tách gồm gồm nhiệt độ (35-65 ºC), thời gian (5-45 phút) và nồng độ etanol (10-80 %) đến hàm lượng anthocyanin thu được từ quá trình chiết tách chất màu từ bắp cải tím bằng dung môi etanol được axit hóa, với sự trợ giúp của sóng siêu âm, đã được nghiên cứu. Mô hình Box-Behnken và phương pháp bề mặt đáp ứng trong phần mềm thống kê DX10 được áp dụng để xử lý thông kê các kết quả thực nghiệm, thu được điều kiện chiết tối ưu cho hàm mục tiêu nghiên cứu. Các kết quả thực nghiệm kiểm chứng cho thấy mô hình đa thức bậc hai cho hàm lượng anthocyanin là phù hợp với thực nghiệm.
Chất màu anthocyanin được cô đặc bằng phương pháp cất quay chân không và được dùng để nhuộm cho các vật liệu màng xơ xenlulo, xenlophan, hyđrogel PCA23-30. Vật liệu xenlophan được nhuộm màu bằng chất màu anthocyanin chiết trong dung môi (xelo/Antho-a) được khảo sát tại các điều kiện gồm nhiệt độ nhuộm (60-80-100ºC), thời gian nhuộm (4-6-8 giờ). Phương pháp đo quang phổ hấp thụ UV-Vis đã được sử dụng để đo độ hấp thụ của vật liệu Xelo/Antho-a. Xác định được điều kiện nhuộm tối ưu trong khoảng nghiên cứu tại 80ºC trong 6 giờ cho độ tận trích của chất màu anthocyanin lên vật liệu xenlophan nghiên cứu đạt kết quả tốt.
Dung dịch chất màu anthocyanin và vật liệu xenlulo, xenlophan và hyđrogel nhuộm màu anthocyanin đều có khả năng thay đổi màu sắc rõ rệt trong khoảng pH rộng (pH= 1-13).
Các vật liệu nhuộm màu anthocyanin được sử dụng để nhận biết sự phân hủy của một số loại sữa. Sữa đậu nành được khảo sát tại thời điểm sữa tươi, sữa sau 6 giờ và sau 12 giờ; sữa bò tươi được khảo sát tại thời điểm sữa còn hạn sử dụng và hết hạn sử dụng một tháng. Kết quả cho thấy các vật liệu nhuộm màu đều có khả năng nhận biết sự phân hủy của 2 sản phẩm sữa trên.
HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
Để có thể thương mại hóa vật liệu cảm biến pH đã được nghiên cứu ở trên cần tiếp tục cải tiến một vài đặc tính như:
Tăng độ bền màu với ánh sáng: thêm các chất phụ gia nhạy sáng. Giảm sự di màu của anthocyanin ra môi trường bằng cách:
Tạo liên kết cộng hóa trị giữa anthocyanin với vật liệu xenlulo bằng hexamethylene diisocyanate (C8H12N2O2 ) [1].
Tạo màng tráng phủ xốp lên vật liệu nhuộm màu anthocyanin.
Dưới đây là hình ảnh vỏ hộp sữa và màng bọc thực phẩm có chứa dải vật liệu cảm biến pH đã nghiên cứu ở trên được tác giả thiết kế sơ bộ như sau:
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Devarayan, K., & Kim, B. S. (2015). Reversible and universal pH sensing cellulose nanofibers for health monitor. Sensors and Actuators B: Chemical, 209, 281-286.
[2] Jackman, R.L., et al, 1987. Anthocyanins as food colorants - a review. Journal of Food Biochemistry, 11(3), 201-247.
[3] Fang, J., 2014. Bioavailability of anthocyanins. Drug metabolism reviews, 46(4), 508-520.
[4] Santos-Buelga, C., et al., 2014. Anthocyanins. Plant pigments and beyond. Journal of agricultural and food chemistry, 62(29), 6879-6884.
[5] Chemat, F., et al., 2017. Ultrasound assisted extraction of food and natural products. Mechanisms, techniques, combinations, protocols and applications. A review. Ultrasonics Sonochemistry, 34, 540-560.
[6] Soria, A.C. and Villamiel, M., 2010. Effect of ultrasound on the technological properties and bioactivity of food: a review. Trends in Food Science & Technology, 21(7), 323-331.
[7] Esclapez, M.D., et al., 2011. Ultrasound-assisted extraction of natural products. Food Engineering Reviews, 3(2), 108-120.
[8] Rodriguez-Amaya, D.B., 2016. Natural food pigments and colorants. Current Opinion in Food Science, 7, 20-26.
[9] Wiczkowski, W., et al., 2013. Red cabbage anthocyanins: Profile, isolation, identification, and antioxidant activity. Food research international, 51(1), 303-309. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[10] http://jtbpd.com/default.php.
[11] Demirdöven, A., et al., 2015. Extraction of Anthocyanins from Red Cabbage by Ultrasonic and Conventional Methods: Optimization and Evaluation. Journal of Food Biochemistry, 39(5), 491-500.
[12] Ananga, A., Phills, B., Ochieng, J., Georgiev, V., & Tsolova, V. (2013). Production of anthocyanins in grape cell cultures: a potential source of raw material for pharmaceutical, food, and cosmetic industries.
[13] Degenhardt, A., Hofmann, S., Knapp, H., & Winterhalter, P. (2000). Preparative isolation of anthocyanins by high-speed countercurrent chromatography and application of the color activity concept to red wine. Journal of agricultural and food chemistry, 48(12), 5812-5818.
[14] Ø M Andersen and K R Markham (Eds.) Flavonoids: chemistry, biochemistry and applications. Boca Raton: CRC Press LLC. 2006. pp471-553.
[15] Tanaka, Y., Sasaki, N., & Ohmiya, A. (2008). Biosynthesis of plant pigments: anthocyanins, betalains and carotenoids. The Plant Journal, 54(4), 733-749. [16] Delgado-Vargas, F., & Paredes-López, O. (2002). Natural colorants for food
and nutraceutical uses. CRC Press.
[17] Brat, P., Tourniaire, F., & Amiot-Carlin, M. J. (2008). Stability and analysis of phenolic pigments. Food colorants: Chemical and functional properties, 71-86. [18] Conn, S., Zhang, W., & Franco, C. (2003). Anthocyanic vacuolar inclusions (AVIs) selectively bind acylated anthocyanins in Vitis vinifera L.(grapevine) suspension culture. Biotechnology letters, 25(11), 835-839.
[19] Wrolstad, R. E. (2004). Anthocyanin pigments—Bioactivity and coloring properties. Journal of Food Science, 69(5), C419-C425.
[20] Cevallos-Casals, B. A., & Cisneros-Zevallos, L. (2004). Stability of anthocyanin-based aqueous extracts of Andean purple corn and red-fleshed sweet potato compared to synthetic and natural colorants. Food Chemistry,86(1), 69-77.
[21] Sims, C. A., & Morris, J. (1985). pH Effects on the Color of Wine from two Grape Species. AFR, 34(2), 9.
[22] Bùi Thị Hằng (2006), Các phương pháp hóa lí ứng dụng trong phân tích và kiểm nghiệm dược liệu, NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội.
[23] Chen, M., Zhao, Y. and Yu, S., 2015. Optimisation of ultrasonic-assisted extraction of phenolic compounds, antioxidants, and anthocyanins from sugar beet molasses. Food chemistry, 172, 543-550.
[24] Demirdöven, A., et al., 2015. Extraction of Anthocyanins from Red Cabbage by Ultrasonic and Conventional Methods: Optimization and Evaluation. Journal of Food Biochemistry, 39(5), 491-500.
[25] Huỳnh Thị Kim Cúc, Nguyễn Thị Lan, 2005. Tối ưu hóa quá trình chiết tách chất màu anthocyanin từ bắp cải tím trong môi trường trung tính. Tạp chí KHCN, ĐH Đà Nẵng, 4(12), 44-50.
[26] Dương Thị Phượng Liên, Nguyễn Nhật Minh Phương, 2014. Ảnh hưởng của biện pháp xử lý nguyên liệu đến khả năng trích ly và sự ổn định anthocyanin từ bắp cải tím (Brassica oleracea). Tạp chí KH Trường ĐH Cần Thơ, 1, 1-7. [27] Cheok, C. Y., Chin, N. L., Yusof, Y. A., Talib, R. A., & Law, C. L. (2013).
Optimization of total monomeric anthocyanin (TMA) and total phenolic content (TPC) extractions from mangosteen (Garcinia mangostana Linn.) hull using ultrasonic treatments. Industrial crops and Products, 50, 1-7.
[28] Nguyễn Trung Thu: Vật liệu dệt, NXB Đại học Bách Khoa Hà Nội, 1993. [29] Anne Léculier. (2005). Objects Specialty Group Postprints, Volume Ten,
Pages: 206-214
[30] http://www.forensicscienceservices.com/Image-Gallery.page
[31] Hoàng Dương Thanh (2014), Tổng hợp vật liệu polyme dạng hydrogel nhạy nhiệt, Luận án Tiến Sĩ Hóa Học - Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam.
[32] Cao Hữu Trượng, Lý thuyết và kỹ thuật nhuộm, in - hoa vật liệu dệt, Đại học Bách Khoa Hà Nội, 1979.
[33] Nguyen, N. T., & Liu, J. H. (2013). Fabrication and characterization of poly (vinyl alcohol)/chitosan hydrogel thin films via UV irradiation. European Polymer Journal, 49(12), 4201-4211
[34] Giusti, M. and Wrolstad, R. E., 2001. Characterization and Measurement of Anthocyanins by UV-Visible Spectroscopy. Current Protocols in Food Analytical Chemistry. John Wiley & Sons.
[35] Huỳnh Thị Kim Cúc (2007), Nghiên cứu thu nhận và ứng dụng anthocyanin trong công nghệ thực phẩm, Luận án Tiến Sĩ Kỹ Thuật - Đại học Đà Nẵng.
PHỤ LỤC
Quy trình tổng hợp PCA23-30 [33]
Vật liệu
- Poly vinylancol PVA (Mw=145000, độ thủy phân ≥ 98.0 %), Merck. - Chitosan (CTS) (Mw=100000-300000, mức độ loại acetyl ≥ 85 %); và axit
acrylic tinh khiết (AA), Acros Organics. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Nước cất đã loại ion (Deionized water) (nước DI).
Tổng hợp màng hyđrogel PCA23-30
- Lấy một lượng xác định (khoảng 5 gam) PVA và (khoảng 2 gam) CTS hòa vào nước, gia nhiệt đến 90oC, khuấy đều trong 2 giờ để PVA tan hoàn toàn. - Làm lạnh dung dịch đến 50oC rồi thêm tiếp một lượng xác định axit acrylic
(AA) sao cho tỉ lệ số mol nhóm ([OH] + [NH2]): [COOH] = 2 : 3.
- Thêm tiếp nước vào dung dịch trên để PVA chiếm 5% khối lượng dung dịch. Tiếp tục ổn nhiệt dung dịch ở 50oC và khuấy đều trong 4 giờ để thu được dung dịch đồng nhất, dung dịch PCA23.
- Làm lạnh dung dịch PCA23 xuống nhiệt độ phòng (25oC ), sục khí N2 vào dung dịch và khuấy tiếp 1 giờ để đuổi khí oxy. Sau đó rung siêu âm 30 phút để loại bỏ bọt khí có trong dung dịch.
- Lấy khoảng 1,0 gam dung dịch PCA23 dàn đều trên đĩa Petri (đường kính 50mm) và chiếu xạ UV bằng thiết bị 1000UV curing, Đài Loan có công suất 1000 W, bước sóng 250-420 nm, cường độ chiếu xạ 264 mW/cm2, ở khoảng cách 15 cm, trong môi trường chứa khí Nitơ, trong thời gian 30 phút.
- Sau khi chiếu xạ, tách màng hyđrogel PCA23-30 ra khỏi đĩa Petri, ngâm trong nước DI ở 50oC trong 72 giờ (thay nước sau mỗi 6 tiếng) để loại bỏ hoàn toàn các hóa chất không phản ứng ra khỏi màng phim.
- Sau đó sấy màng hyđrogel PCA23-30 trong tủ sấy chân không ở 60ºC trong 24 giờ đến khô. Bảo quản mẫu trong túi bóng để tránh hút ẩm.