6. Cấu trúc luận văn
2.1.TỔNG HỢP CHẾ PHẨM PHỐI HỢP NANO BẠC CHITOSAN
2.1.1. Hóa chất thí nghiệm sử dụng
Các hóa chất đƣợc sử dụng trong nghiên cứu thuộc loại hóa chất tinh khiết, không cần qua tinh chế lại.
AgNO3 98% xuất xứ Trung Quốc.
Chitosan hòa tan xuất xứ Việt Nam [51]. Nƣớc cất 2 lần.
2.1.2. Quy trình tổng hợp chế phẩm phối hợp nano bạc - Chitosan
Phƣơng pháp điều chế AgNP phổ biến là khử ion bạc về bạc và tập hợp thành AgNP. Với mục tiêu ứng dụng màng AgNP - WSC bảo quản nông sản, nên sản phẩm phải an toàn, không gây tác dụng phụ. Chính vì vậy, trong nghiên cứu này, sử dụng chitosan hòa tan vừa là chất khử, vừa là nền phân tán cho sản phẩm AgNP tạo thành.
Quá trình tổng hợp dung dịch gel AgNP - WSC có nồng độ AgNP ƣớc tính 100 ppm (tính theo ion bạc) đƣợc tiến hành nhƣ sau:
- Cho vào lọ phản ứng 45ml dung dịch WSC nồng độ khảo sát, thêm tiếp từ từ 5ml dung dịch AgNO3 0.01M. Hỗn hợp đƣợc khuấy đều trên máy khuấy từ với tốc độ 200 vòng/phút ở nhiệt độ và thời gian khảo sát. Màu hỗn hợp phản ứng chuyển dần từ không màu sang vàng đậm đến nâu sẫm, chứng tỏ có sự hình thành AgNP. Dung dịch gel AgNP - WSC đƣợc để nguội đến nhiệt độ phòng, lƣu giữ ở 4oC để thực hiện các bƣớc khảo sát các đặc trƣng vật lí, hóa học, sinh học tiếp theo.
Tối ƣu quá trình tổng hợp dung dịch gel AgNP - WSC có nồng độ AgNP 100 ppm đƣợc thực hiện thông qua khảo sát ảnh hƣởng của 3 yếu tố:
thời gian phản ứng, nhiệt độ phản ứng và nồng độ của chitosan hòa tan.
a. Ảnh hưởng của nồng độ WSC
Nồng độ WSC làm chất khử đƣợc khảo sát từ 0.5 – 2 %. Phản ứng đƣợc thực hiện ở 70o
C và thời gian 30 phút. Tốc độ khuấy đƣợc giữ nguyên không đổi 200 vòng/phút trong suốt quá trình phản ứng.
b. Ảnh hưởng của thời gian
Phản ứng đƣợc tiến hành trong ở nhiệt độ 70oC ở trong khoảng thời gian phản ứng thay đổi từ 10 phút đến 120 phút với nồng độ WSC đã khảo sát. Tốc độ khuấy đƣợc giữ nguyên không đổi 200 vòng/phút trong suốt quá trình phản ứng.
c. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ đến phản ứng điều chế AgNP đƣợc tiến hành trong thời gian đã khảo sát theo quy trình đã trình bày với nồng độ WSC và thời gian đã khảo sát. Nhiệt độ phản ứng khảo sát đƣợc thay đổi từ 60oC – 100oC. Tốc độ khuấy đƣợc giữ nguyên không đổi 200 vòng/phút trong suốt quá trình phản ứng.
2.1.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Đặc trƣng cộng hƣởng plasmon bề mặt của các hạt nano bạc đƣợc xác định bằng quang phổ hấp thụ UV - Vis ở nhiệt độ phòng, trong khoảng bƣớc sóng từ 350 - 600 nm. Dựa trên kết quả đo cƣờng độ hấp thụ và đỉnh hấp thụ cực đại (λmax) của dung dịch gel nano bạc, ta có thể xác định lƣợng AgNP tạo thành và sự thay đổi kích thƣớc của chúng.
- Kích thƣớc và hình thái bề mặt của gel AgNP đƣợc xác định thông qua chụp TEM.
- Thành phần của AgNP bằng phƣơng pháp EDX.
- Cấu trúc tinh thể của các hạt AgNP trong nền WSC đƣợc xác định bằng phƣơng pháp phân tích nhiễu xạ tia X.
- Phổ hồng ngoại IR đƣợc sử dụng để định tính cấu trúc của Chitosan, sản phẩm Chitosan hoà tan, cũng nhƣ sản phẩm tổ hợp AgNP - WSC.
2.2. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG BẢO QUẢN THANH LONG BẰNG CHẾ PHẨM ĐÃ TỔNG HỢP PHẨM ĐÃ TỔNG HỢP
2.2.1. Nguyên liệu và hóa chất
a. Dung dịch gel Chitosan hòa tan
Cân chính xác lần lƣợt 2.5g, 5g, 7.5g, 10g bột Oligomer Chitosan (Chitosan hòa tan trong nƣớc) bằng cân phân tích, hòa tan vào cốc thể tích 1 lít có chứa 400 ml nƣớc cất, khuấy. Sau đó cho vào bình định mức thể tích 500 ml, thêm nƣớc cất đến vạch. Lọc, loại bỏ các chất rắn không tan, thu đƣợc dung dịch gel WSC ở các nồng độ khác nhau.
Dung dịch chitosan đã chuẩn bị dùng để thí nghiệm đƣợc bảo quản lạnh và bảo quản không quá 7 ngày.
Dung dịch chitosan chỉ sử dụng thí nghiệm một lần.
0.5% 1% 1.5% 2%
Hình 2.1. Dung dịch WSC với các nồng độ khác nhau
b. Thanh Long sau thu hoạch
Thanh Long ruột trắng vỏ đỏ đƣợc trồng tại Bình Thuận. Thanh Long đƣợc thu hoạch khi màu quả chuyển từ xanh đến hồng, ngoe xanh, da trơn, quả căng mọng, cứng.
Chọn các quả Thanh Long đồng đều nhau về màu sắc, khối lƣợng. Loại bỏ các quả không đủ tiêu chuẩn do hƣ hỏng trong quá trình vận chuyển. Sau đó rửa sạch, để ráo ở nhiệt độ phòng.
2.2.2. Phƣơng pháp xử lý số liệu
Xử lý số liệu theo phƣơng pháp thống kê, thí nghiệm làm 3 lần, mỗi công thức kiểm tra 3 mẫu kết quả là trung bình cộng của các mẫu và sử dụng phần mềm Excel để xử lý số liệu.
2.2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu và xác định các chỉ tiêu
a. Đánh giá cảm quan bằng phương pháp cho điểm
Sáu bậc đánh giá tƣơng ứng với nội dung mô tả trong Bảng 2.1 (Chỉ tiêuđánh giá cảm quan của quả Thanh Long).
Bảng 2.1. Chỉ tiêu đánh giá cảm quan của quả Thanh Long
Màu sắc, trạng thái bên ngoài Điểm chƣa có trọng lƣợng
Vỏ quả màu hồng, ngoe xanh, da nhẵn căng bóng,
cứng. 5
Vỏ quả màu hồng, ngoe xanh, da nhẵn không nhăn,
hơi mềm. 4
Vỏ quả bắt đầu xuất hiện đốm nâu, ngoe vàng, da
hơi nhăn, quả hơi mềm. 3
Vỏ quả có màu hồng đậm hơn, nhiều đốm nâu, ngoe
hơi héo, mềm, da nhăn.. 2
Vỏ quả hồng sẩm, đốm nâu phủ kín quả, tất cả ngoe
đều héo, da nhăn nheo, mềm 1
Vỏ quả héo, ngoe héo chuyển sang đen, da nhăn
Bảng điểm chuẩn đối với quả Thanh Long ở mẫu đối chứng và quả Thanh Long bảo quản bằng màng chitosan dựa theo TCVN 3215 – 79: Sản phẩm Thực phẩm - Phân tích cảm quan - Phƣơng pháp cho điểm [23], [54].
Căn cứ vào kết quả nhận đƣợc, đối chiếu với bảng mô tả và dùng số nguyên để cho điểm từ 0 – 5.
b. Phương pháp xác định hao hụt khối lượng
Nguyên lý: dùng phƣơng pháp cân để xác định tỷ lệ hao hụt khối lƣợng của Thanh Long trong quá trình bảo quản so với khối lƣợng ban đầu.
Tiến hành: Thanh Long sau khi lựa chọn những quả đạt yêu cầu, rửa sạch, để ráo và tiến hành cân trọng lƣợng từng đơn vị quả bằng cân điện tử có độ chính xác 10-1
g. Sau đó, nhúng quả Thanh Long vào dung dịch chitosan đã chuẩn bị sẵn, để khô tự nhiên và bảo quản ở nhiệt độ thƣờng, theo dõi sự thay đổi khối lƣợng của quả trong quá trình bảo quản.
Tính toán:
Trong đó: P là phần trăm hao hụt khối lƣợng (%)
X1: khối lƣợng ban đầu của quả Thanh Long (g)
X2: khối lƣợng của quả Thanh Long đƣợc xác định định kỳ trong thời gian bảo quản (g)
c. Phương pháp xác định Độ Brix
Xác định hàm lƣợng đƣờng bằng khúc xạ kế bán tự động.
Tính toán:
%Brix của Thanh Long trích mẫu = Brix đọc Trong đó: là giá trị hiệu chỉnh nhiệt độ
d. Phương pháp xác định tỉ lệ thối hỏng
2.2.4. Bố trí thí nghiệm
Giải thích sơ đồ:
Quả Thanh Long sau khi rửa sạch để ráo, sau đó nhúng vào chế phẩm nghiên cứu để bảo quản, mẫu đối chứng không nhúng vào chế phẩm, tất cả cùng bảo quản ở nhiệt độ phòng. Sau đó tiến hành phân tích các chỉ tiêu theo thời gian bảo quản, so sánh các công thức bảo quản và lựa chọn công thức thích hợp cho chế phẩm. Rửa sạch, để ráo Nhúng vào chế phẩm chitosan Hao hụt khối lƣợng Thanh Long Đối chứng
Bảo quản ở nhiệt độ thƣờng
Xác định các chỉ tiêu sau mỗi tuần bảo quản
Cảm quan Độ Brix Tỉ lệ thối
hỏng
1. Nồng độ WSC 2. Nồng độ AgNP
2.3. XÁC ĐỊNH DƢ LƢỢNG BẠC TRONG QUẢ THANH LONG SAU BẢO QUẢN BẢO QUẢN
2.3.1. Hóa chất thí nghiệm sử dụng
AgNO3 98% xuất xứ Trung Quốc. H2SO4 98% xuất xứ Việt Nam.
Dithizon (C13H12N4S – 1,5- diphenylthiocacbazon). Cacbon tetraclorua (CCl4).
Amoni pesunfat (NH4HSO4). Trilon B.
Nƣớc cất 2 lần.
2.3.2. Phƣơng pháp xác định dƣ lƣợng bạc
a. Nguyên tắc [55]
Dựa trên việc tạo hợp chất màu vàng của bạc với dithizon, dùng cacbon tetraclorua để tách bạc dithizonat ở pH từ 1.5 – 2. Đem so màu với dãy dung dịch có nồng độ bạc đã biết.
b. Quy trình phân tích
Vô cơ hóa ƣớt mẫu: Lấy 2 quả Thanh Long sau bảo quản, gọt bỏ vỏ, xay nhuyễn ruột trong máy xay. Sau đó cho 20 gam mẫu vào cốc thể tích 50ml, thêm 40ml H2SO4 (1:1) và 2ml amoni pesunfat 25%. Chuyển mẫu sang chén sứ. Nung mẫu trong lò nung 50 phút với nhiệt độ 100oC. Dùng nƣớc làm nguội và định mức bằng nƣớc cất 2 lần trong bình định mức 50ml.
Chuẩn bị dãy chuẩn: cho vào các bình định mức dung tích 50ml lần lƣợt 0.5; 1.5; 2.5; 3.5 và 4.5ml dung dịch tiêu chuẩn làm việc của bạc nitrat 0.01M. Thêm vào mỗi bình cầu 40ml axit sunfuric (1:1), 2ml dung dịch amoni pesunfat 25%, 2ml dung dịch dithizon 0.0005% trong CCl4. Thêm nƣớc cất 2 lần vào từng bình cho đến 50ml. Để ổn định và tách phần có màu vàng bên dƣới. Thu đƣợc dãy dung dịch mẫu tiêu chuẩn của bạc có nồng độ
tƣơng ứng là 10, 30, 50, 70, 90 ppm.
Phân tích: Chuyển dung dịch mẫu đã xử lý sang phễu tách dung tích 250 – 300ml. Thêm 1ml dung dịch trilon B 0,2N, lắc đều và dùng buret thêm vào 1ml dung dịch dithizon 0,0005% trong CCl4, lắc mạnh trong 1 phút. Nếu có bạc, màu dithizon sẽ biến đổi từ xanh sang vàng [55]. Sau khi để yên, rót lớp nhuốm màu bên dƣới (chứa bạc dithizonat) vào ống nghiệm so màu có nút dài, lắc đều, lọc và phân tích trên máy UV - Vis.
Tính toán:
Dƣ lƣợng bạc trong 1 quả Thanh Long M (gam): X =
Trong đó:
X: dƣ lƣợng bạc (mg/l)
C: hàm lƣợng bạc tìm đƣợc dựa vào đƣờng chuẩn (mg/l)
CHƢƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. TỔNG HỢP CHẾ PHẨM PHỐI HỢP NANO BẠC – CHITOSAN
Trong dung dịch chitosan, ion Ag+ dễ dàng gắn kết với Chitosan bằng tƣơng tác tĩnh điện do trên bề mặt chitosan chứa các nhóm glucosidic và các nguyên tử oxy giàu điện tử của các nhóm hydroxyl có khả năng tƣơng tác với các cation của kim loại chuyển tiếp. Các ion Ag+ oxy hóa các nhóm hydroxyl của chitosan tạo thành các nhóm carbonyl và bị khử thành Ag kim loại.
Tiến hành tổng hợp AgNP - WSC có nồng độ 100ppm (tính theo ion bạc) theo quy trình đã đƣợc trình bày ở Mục 2.1.2. Hỗn hợp phản ứng ban đầu có màu hơi vàng nhạt, nếu có xảy ra sự khử ion bạc để tạo thành AgNP thì hỗn hợp phản ứng sẽ chuyển dần sang màu nâu đen nhƣ Hình 3.1.
Hình 3.1. Dung dịch gel AgNP – WSC được điều chế chuyển từ màu vàng nhạt sang màu nâu đen do hiện tượng plasmon bề mặt
Theo thuyết Mie, đỉnh hấp thụ cực đại của hạt nano sẽ dịch chuyển về vùng có bƣớc sóng lớn hơn khi kích thƣớc hạt tăng lên, nồng độ hạt keo nano càng cao thì độ hấp thụ quang càng lớn [5].
3.1.1. Ảnh hƣởng của nồng độ Chitosan hòa tan
Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ WSC lên quá trình tổng hợp cũng đƣợc thực hiện tƣơng tự trên trong khoảng nồng độ WSC từ 0.5 – 2.5 %. Kết
quả nghiên cứu đƣợc trình bày ở Hình 3.2.
Hình 3.2 Đặc trưng cộng hưởng plasmon bề mặt của AgNP được tổng hợp từ dung dịch AgNO3 với tác nhân khử WSC với nồng độ khác nhau
Phản ứng tổng hợp WSC được thực hiện ở 70oC trong thời gian 30 phút với nồng độ ion bạc ban đầu 100 ppm Phép đo được thực hiện với mẫu được pha loãng 2 lần bằng nước cất 2 lần trên máy UV-Vis ở nhiệt độ phòng.
NHẬN XÉT: Kết quả nghiên cứu không có sự thay đổi đáng kể giá trị mật độ quang khi nồng độ WSC lớn hơn 1%. Khi nồng độ WSC là 1% thì giá trị mật độ quang đo đƣợc đạt giá trị cao nhất, nghĩa là lƣợng nano bạc tổng hợp đƣợc tốt nhất. Nếu tiếp tục tăng nồng độ WSC thì giá trị mật độ quang thay đổi không đáng kể, có thể giải thích: nồng độ WSC 1% là nồng độ dƣ để khử hết Ag+, dẫn đến tốc độ phản ứng tăng. Nồng độ WSC trên 2% làm màu vàng nhạt của dung dịch đậm hơn một chút, dẫn đến ảnh hƣởng của quang phổ so màu UV –Vis cũng nhƣ phổ plasmon bề mặt của hạt nano bạc. Ngoài ra, nồng độ WSC trên 2% tạo hạt nano bạc có kích thƣớc lớn (dung dịch gel có màu 400.0 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 700.0 0.00 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.7 Wave length (nm) 0.5 1 1.5 2 2.5 ABS
vàng ngã xanh).
Vì vậy, nồng độ WSC thích hợp nhất cho quá trình tổng hợp dung dịch gel AgNP - WSC là 1%.
3.1.2. Ảnh hƣởng của thời gian
Nghiên cứu ảnh hƣởng của thời gian đến quá trình tổng hợp dung dịch gel AgNP - WSC đƣợc thực hiện theo Mục 2.1.2 ở 70oC với nồng độ WSC là 1%. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian phản ứng đến lƣợng AgNP đƣợc tạo thành, cũng nhƣ kích thƣớc của chúng đƣợc trình bày ở Hình 3.3.
Hình 3.3 Đặc trưng cộng hưởng plasmon bề mặt của AgNP được tổng hợp từ dung dịch AgNO3 với tác nhân khử WSC ở các thời gian phản ứng khác nhau Phản ứng tổng hợp WSC được thực hiện ở 70oC trong với nồng độ ion bạc ban đầu 100 ppm và nồng độ WSC 1% Phép đo được thực hiện với mẫu được pha loãng 2 lần bằng nước cất 2 lần trên máy UV - Vis ở nhiệt độ phòng.
NHẬN XÉT: Kết quả đo quang phổ plasmon dung dịch gel AgNP - WSC đƣợc điều chế ở các thời gian khác nhau cho thấy, trong 30 phút đầu AgNP đã đƣợc tạo thành nhƣng nồng độ còn thấp, chứng tỏ lƣợng Ag+
chƣa phản ứng hết. Sau 60 phút, lƣợng AgNP đƣợc tạo thành tăng mạnh theo thời
400.0 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 700.0 0.03 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.50 30 phút 60 phút 90 phút 120 phút 150 phút ABS Wave length (nm)
gian, thể hiện thông qua giá trị mật độ quang ghi nhận đƣợc khi đo quang phổ UV - Vis. Khi thời gian tạo AgNP tăng dần thì giá trị mật độ quang đo đƣợc cũng tăng dần. Vì khi thời gian càng lâu thì lƣợng ion Ag+
bị khử càng lớn mà vẫn không làm tăng kích thƣớc hạt để tạo lƣợng nano bạc càng nhiều, dẫn đến giá trị mật độ quang tăng. Sau 150 phút, mật độ quang giảm, thể tích dung dịch gel giảm do khi gia nhiệt mẫu trong thời gian dài, dẫn đến phá vỡ cấu trúc của WSC, làm cho các hạt nano bạc phân bố trên WSC không đồng đều, dễ bị keo tụ (lắng đọng sau 10 phút để nguội).
Vì vậy, thời gian phản ứng thích hợp nhất cho quá trình tổng hợp dung dịch gel AgNP - WSC là 120 phút.
3.1.3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ
Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình tổng hợp dung dịch gel AgNP - WSC với nồng độ WSC 1% đƣợc thực hiện thời gian phản ứng là 120 phút. Kết quả khảo sát đƣợc trình bày ở Hình 3.4.
Hình 3.4 Đặc trưng cộng hưởng plasmon bề mặt của AgNP được tổng hợp từ dung dịch AgNO3 với tác nhân khử WSC ở các giá trị nhiệt độ khác nhau.
400.0 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 700.0 0.13 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.50 60 ºC 70 ºC 80 ºC 90 ºC 100ºC ABS Wave length (nm)
Phản ứng tổng hợp AgNP-WSC được thực trong thời gian 120 phút với nồng độ WSC là 1% Phép đo được thực hiện với mẫu được pha loãng 2 lần bằng nước cất 2 lần trên máy UV-Vis ở nhiệt độ phòng.