Nghiên cứu tạo màng từ chitosan kết hợp nano bạc và thử nghiệm bảo quản xoài cát Hòa Lộc

MẪU 14KHCN IUH1819 BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG Tên đề tài NGHIÊN CỨU TẠO MÀNG TỪ CHITOSAN KẾT HỢP NANO BẠC VÀ THỬ NGHIỆM BẢO QUẢN XOÀI CÁT HÒA LỘC Mã số đề tài 171 4241 Chủ nhiệm đề tài NGUYỄN HUỲNH ĐÌNH THUẤN Đơn vị thực hiện VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC – THỰC PHẨM Tp Hồ Chí Minh, 15 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1 1 Chitosan Chitin là polysaccharide mạch thẳng, được cấu tạo từ các đơn vị ace.

IUH1819

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

KẾT HỢP NANO BẠC VÀ THỬ NGHIỆM BẢO QUẢN XOÀI CÁT HÒA LỘC.

Mã số đề tài: 171.4241

Chủ nhiệm đề tài: NGUYỄN HUỲNH ĐÌNH THUẤN

Đơn vị thực hiện: VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC – THỰC PHẨM

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.Chitosan

Chitin là polysaccharide mạch thẳng, được cấu tạo từ các đơn vị acetyl-glucosamine, trong

đó nhóm OH) ở C2 của các đơn vị glucose được thay thế bằng nhóm acetyl-amino NHCOCH3) (Hình 1.1a), vậy chitin có thể gọi poly-(N-acetyl-2-amino-2-deoxi-β-D- glucopyranose) liên kết với nhau bởi các liên kết β-(1→4) glycoside Chitin là một polymer

(-sinh học tự nhiên nhiều thứ hai sau cellulose (Rinaudo, 2006)

Chitosan là dẫn xuất deacetyl hoá của chitin Chitosan được cấu tạo từ các đơn vị glucosamin liên kết với nhau bởi các liên kết -(1→4)-glicosid, do vậy chitosan có thể gọi

D-là poly -(1-4)-2-amino-2-deoxi-D-glucopyranose hoặc là poly-(1-4)-D- glucosamin (Hình 1.1b)

Hình 1.1 Công thức cấu tạo chitosan Trong lớp vỏ của một số loài giáp xác (tôm, cua, mực) thành phần chitin chiếm khoảng 20

– 30% (Fereidoon Shahidi*, 1999; Mahmoudi et al., 2011), chitin còn hiện diện trong một

số loài nấm mốc

1.2 Tính chất vật lý và hoá học của chitosan

Độ deacetyl của chitosan nằm trong khoảng 56% đến 99%, trung bình là 80%, tùy thuộc vào từng loại giáp sát và phương pháp sản xuất (No & Meyers, 1995); (Hong Kyoon Noa, 2002) Để đánh giá độ deacetyl (DDA) người ta thường dùng phương pháp quang phổ IR

và tính theo một trong các công thức sau:

(1) Domszy and Roberts (1985), DDA = 100 – [(A1655/ A3450) x 100/1,33]

(2) Sabnis and Block (1997), DDA = 97,67 – [26,486 x (A1655/A3450)]

(3) Baxter và cs (1992), DDA= 100 – [(A1655 / A3450) x 115]

(4) Rout (2001), DDA = 118,883-[40,1647 x (A1655/A3450)]

Trong các công thức trên: A1655 là cường độ hấp phụ tại đỉnh 1655

A3450 là cường độ hấp phụ tại đỉnh 3450 Chitosan không độc, có tính kháng khuẩn và vi sinh vật cao, có khả năng phân huỷ sinh học nên không gây dị ứng và không gây phản ứng phụ, không gây tác hại đến môi trường

Là hợp chất cao phân tử có cấu trúc ổn định, có khả năng hấp phụ cao đối với các kim loại,

ở pH < 6,3 chitosan có tính điện dương cao

Trọng lượng của phân tử chitosan tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu và phương pháp sản

xuất, nằm trong khoảng 100 – 1.200 kDa (Q Li et al., 1992)

Chitosan hòa tan trong các dung dịch acid loãng có pH < 6,0 như acid acetic, acid formic

và acid lactic Khả năng hòa tan của chitosan trong các acid vô cơ rất hạn chế, chitosan có

thể hòa tan trong dung dịch hydrochloric acid 1% nhưng không hòa tan trong acid sulfuric

và acid phosphoric Khi pH > 7,0 tính hòa tan của chitosan rất kém (Rout, 2001)

Trong phân tử chitosan có chứa các nhóm –OH, nhóm -NH2 trên các đơn vị D-glucosamin

có nghĩa chúng vừa là alcohol vừa là amin, vừa là amide Phản ứng hoá học có thể xảy ra ở

vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế O-, N-, hoặc O-, N

Mặt khác chitosan là những polimer mà các monomer được nối với nhau bởi các liên kết

β-(1→4)-glycoside; các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các tác nhân hoá học như: acid, base, tác nhân oxy-hóa và các enzyme

a) Các phản ứng của nhóm -OH

+ Dẫn xuất sulfate

+ Dẫn xuất O–acyl của chitin/chitosan

+ Dẫn xuất O–tosyl hoá chitin/chitosan

b) Phản ứng ở vị trí N

+ Phản ứng N-acetyl hoá chitosan

+ Dẫn xuất N-sulfate chitosan

+ Dẫn xuất N-glycochitosan (N-hydroxy-ethylchitosan)

+ Dẫn xuất acroleylen chitossan

c) Phản ứng xảy ra tại vị trí O, N

+ Dẫn xuất O, N–cacboxymethylchitosan

+ Dẫn xuất N, O-cacboxychitosan

+ Phản ứng cắt đứt liên kết β-(1-4) glycoside

d) Khả năng hấp phụ tạo phức với các ion kim loại của chitosan

Trong phân tử chitin/chitosan có chứa các nhóm chức mà trong đó các nguyên tử oxy và nitơ của nhóm chức còn cặp electron chưa sử dụng, do đó chúng có khả năng tạo phức với hầu hết các kim loại nặng và các kim loại chuyển tiếp như: Hg2+, Cd2+, Zn2+, Cu2+, Ni2+,

Co2+ Ví dụ: phức Ni(II) với chitosan có cấu trúc tứ diện với số phối trí bằng hình 2.2

Hình 1.1 Liên kết của chitin và chitosan

1.3 Khả năng tạo màng của chitosan

Chitosan có khả năng tạo màng sử dụng trong bảo quản thực phẩm như thịt, cá tươi và rau quả nhằm hạn chế các tác nhân gây hư hỏng bằng phương pháp MAP

Màng chitosan có thể điều chỉnh độ ẩm, thành phần khí quyển trong bao bì, giúp bảo quản rau quả tươi được lâu hơn và giữ chất lượng được tốt hơn Trong khi đó đối với bao bì làm

từ PE khả năng trao đổi hơi nước và không khí qua màng tương đối kém do vậy mức cung cấp oxy bị hạn chế đồng thời hơi nước bị ngưng đọng tạo môi trường thuận lợi cho nấm mốc phát triển

Tính chất cơ học của màng chitosan tương đối tốt, màng có tính dai, khó xé rách, độ bền tương đương với một số chất dẻo được dùng làm các loại bao bì truyền thống

Bao gói rau quả bằng màng chitosan làm chậm quá trình lên men tạo ra các sản phẩm polymer hóa của oquinon, ức chế được hoạt tính oxy hóa của các polyphenol, anthocyamin, flavonoid và tổng lượng các hợp chất phenol ít biến đổi, giữ cho rau quả tươi hơn và ít bị thâm

1.4 Đặc tính ức chế vi sinh vật của chitosan

Chitosan có đặc tính ưu việt hơn các loại hoá chất khác dùng trong bảo quản trái cây như: chống thoát hơi nước, kháng nấm, kháng khuẩn, có khả năng tự phân huỷ sinh học cao, không gây dị ứng, không gây độc cho môi trường và con người

Hoạt tính kháng khuẩn của chitosan được nghiên cứu trong nhiều tài liệu Theo những nghiên cứu trước, hoạt tính kháng khuẩn của chitosan trong môi trường acid là do sự proton hóa nhóm -NH2 tại vị trí C2 của D-glucosamine Chitosan mang điện dương sẽ tạo nối trên

bề mặt tế bào vi khuẩn mang điện âm, phá vỡ màng bằng cách làm thoát những thành phần chứa bên trong hoặc bằng cách ức chế sự truyền dưỡng chất vào trong tế bào Trong một nghiên cứu về tính kháng khuẩn của chitosan khi bổ sung chitosan vào môi trường nuôi cấy, tế bào vi khuẩn sẽ chuyển từ tích điện âm sang tích điện dương Quan sát trên kính

hiển vi huỳnh quang cho thấy chitosan không trực tiếp hoạt động ức chế vi khuẩn E.coli do

mà là do sự kết tụ lại của các tế bào và sự tích điện dương ở màng của vi khuẩn Chitosan N-carboxybutyl, một polycation tự nhiên, có thể tương tác và hình thành poly-electrolyte với polymer có tính acid trên bề mặt vi khuẩn, do đó làm dính kết một lượng vi khuẩn với nhau

Oligochitosan có diện tích tiếp xúc và điện tích dương lớn hơn chitosan nên có hiệu quả kháng khuẩn cao hơn nhiều lần so với chitosan, các nghiên cứu chế tạo nano oligochitosan

để tăng hoạt tính kháng khuẩn (Qi et al., 2004)

Nhiều kết quả nghiên cứu gần đây chứng minh chitosan có khả năng ức chế sự phát triển của vi sinh vật Đặc tính này của chitosan phụ thuộc vào MW và loại vi sinh vật, chitosan có

Mw = 470 kDa ức chế vi khuẩn gram dương rất tốt, như Lactbacillus sp, L monocytogenes,

B megaterium, B cereus, Staphylococcus aureus, L brevis, L bulgaris… Trong khi đó

chitosan có Mw = 1,106 kDa mới có ảnh hưởng đối với vi khuẩn gram âm như E.coli, Pseudomonas fluorescens, Salmonella typhymurium, Vibrio parahaemolyticus… với nồng

độ chitosan 0,1% pH 5,6 có khả năng kháng các loại nấm: Fusarium, Alternaria, Rhizopus…(Hong Kyoon Noa, 2002) Chitosan có Mw = 5 đến 50 kDa đều kháng tốt vi

khuẩn Staphylococcus aureus và nấm candida albicans Điều này thể hiện cơ chế kháng

khuẩn khác nhau ở chitosan MW thấp và cao, kết quả cho thấy khả năng này giảm khi khối lượng tăng tử tăng Khả năng kháng VSV tăng cao ở pH thấp, và giảm khi có mặt ion Ca2+,

Mg2+ Chitosan cũng là nguyên nhân làm thất thoát các chất trong tế bào và phá hủy vách tế bào, nồng độ ức chế thấp nhất khoảng 0,03 – 0,25%

Bảng 1.1 Giá trị MIC và MBC ức chế E coli, S choleraesuis và S aureus (µg/ml)

(Du et al., 2009)

Mẫu

E coli S choleraesuis S aureus

Nano chitosan mang Zn2+ 18 24 18 24 36 48

Nano chitosan mang Mn2+ 73 97 73 97 85 97

Nano chitosan mang Fe2+ 121 195 121 195 146 195

(Du et al., 2009) cũng nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn của những hạt nano chitosan

tripolyphosphate mang nhiều kim loại khác nhau như Ag+, Cu2+, Zn2+, Mn2+ và Fe2+

Những vi khuẩn được chọn để thử nghiệm là Escherichia coli 25922, Salmonella choleraesuis ATCC 50020 và Staphylococcus aureus 25923 Nồng độ ức chế tối thiểu

(MIC) và nồng độ diệt khuẩn tối thiểu (MBC) được tiến hành trong phòng thí nghiệm Kết quả được nêu trong bảng 1.1

1.5 Quy trình sản xuất chitosan

Chitosan được sản xuất theo phương pháp hóa học ở nhiệt độ phòng theo kết quả nghiên cứu của tác giả (Dung, 2011) được trình bày ở Hình 1.3 Điểm nỗi bật của quy trình là không sử dụng dụng nhiệt dẫn đến tiết kiệm chi phí năng lượng, góp phần bảo vệ môi trường, giá thành sản xuất thấp và chất lượng sản phẩm tốt do không bị tác động bởi nhiệt độ

Hình 1.3 Sơ đồ quy trình sản xuất chitosan

1.6 Kim loại bạc và vai trò của bạc

Sử dụng bạc để ngăn ngừa nhiễm khuẩn đã biết từ thời Hy Lạp và La Mã cổ đại, Hippocrates, ông tổ của ngành y học hiện đại, đã viết rằng bạc có tính chất ngăn ngừa và chống lại một số loại bệnh, người Phoenician cổ xưa đã biết dùng những bình bạc để chứa nước, rượu và dấm nhằm bảo quản chúng lâu hỏng Thời trung cổ, bạc đã được dùng để khử trùng nước và thức ăn lưu trữ, điều trị phỏng và vết thương Đầu những năm 1900, người ta thường cho đồng tiền bạc vào trong bình sữa để giữ cho sữa tươi lâu (lúc đó tủ lạnh chưa được phổ biến), thủy thủ tàu viễn dương cũng cho tiền bạc vào thùng nước và rượu để bảo quản đồ uống Năm 1920, dung dịch muối bạc được FDA (Food and Drug Administration của Hoa Kỳ) chấp thuận cho sử dụng làm chất kháng khuẩn

1.6.1.Cơ chế sát khuẩn của bạc và nano bạc

Mặc dù có nhiều giả thuyết khác nhau nhưng cơ chế chính xác về tính sát khuẩn của bạc

vẫn chưa được hiểu rõ Một trong số đó là thuyết “oligodynamic effect” phát hiện năm

1893 bởi Swiss KW Nägeli, thuyết này cho rằng tính kháng khuẩn của bạc bắt nguồn từ

hóa tính của của ion bạc Ag+ (muối bạc) hoặc bạc bị oxid hóa thành Ag+, Ion Ag+ tạo liên kết mạnh với những hợp chất (là thức ăn của vi khuẩn) mà vi khuẩn sử dụng trong quá trình chuyển hóa sinh năng lượng cho chúng, những hợp chất này thường có chứa lưu huỳnh, nitrogen và oxygen vì vậy vi khuẩn không thực hiện được chuyển hóa năng lượng cần thiết, chúng trở nên bất hoạt và dần dần sẽ chết Những vi khuẩn thuộc gram âm và dương đều bị ảnh hưởng bởi cơ chế này

NaOH 40%

Đề acetyl (Khuấy trong 4 giờ, để yên trong 24 giờ)

Chitosan

Bạc làm mất hoạt tính của enzyme bằng cách phản ứng với nhóm thiol (SH) tạo thành bạc sulfide, bạc cũng phản ứng với các nhóm amino-, carboxyl-, phosphate-, imidazole của enzyme và làm suy giảm hoạt tính của enzyme lactate dehydrogenase và glutathione peroxidase

Một hướng giải thích khác: (1) các phân tử nano bạc bám chặt trên bề mặt làm biến đổi đặc tính của màng tế bào làm suy biến phân tử lipopolysaccharide, tích lũy bên trong màng tế bào, nguyên nhân làm tăng tính thấm của màng (2) Nano bạc đâm thủng vào trong tế bào

vi khuẩn, kết quả làm tổn thương DNA (3) Đặc tính hóa lý có vai trò rất quan trọng trong

tính kháng VSV của nano bạc, phân tử nhỏ hơn 10 nm thì gây độc với E.coli, P aeruginosa

Tóm lại tính kháng khuẩn của nano bạc được giải thích theo một số cơ chế sau:

 Với tính chất xúc tác, nano bạc vô hiệu hoá các enzyme mà vi khuẩn và nấm cần cho quá trình trao đổi chất của tế bào dẫn đến rối loạn quá trình biến dưỡng của vi khuẩn Tác động này làm cho vi khuẩn bị tiêu diệt nhanh chóng

 Hạt nano bạc liên kết với các nhóm chứa phospho trong phân tử DNA làm rối loạn quá trình sao chép DNA làm chết vi khuẩn

 Các hạt bạc nano tương tác với nhóm -SH của các protein, enzyme trên màng tế bào dẫn đến sự thay đổi hình thái và gia tăng tính thấm của màng Sự vận chuyển vật chất qua màng tăng làm vỡ màng tế bào của vi khuẩn

 Nano bạc giúp tạo ra các oxygen hoạt tính từ trong nước hoặc không khí tương tác với các lipid màng làm tổn thương màng tế bào

Nhờ có kích thước rất nhỏ (0.1 nm – 100 nm), diện tích bề mặt của nano bạc rất lớn và hiệu quả hoạt động của nano bạc tăng đáng kể so với hạt bạc có kích thước lớn hơn (micro) Đây là ưu điểm của hạt nano bạc so với hạt bạc có kích thước lớn hơn và với bạc ion Theo tính toán lý thuyết nano bạc có hoạt tính mạnh hơn ít nhất 20 ngàn lần trên mỗi đơn vị bạc

so những dung dịch keo bạc thông thường Vì vậy, người ta có thể sử dụng ít bạc hơn để đạt được hiệu quả tương đương Điều này rất có ý nghĩa vì theo EPA (Environmental Protection Agency), một người chỉ có thể dùng tối đa 350 µg/liều/ngày, nếu nhiều hơn sẽ

bị hiện tượng Argyria hay còn gọi là trúng độc bạc Nếu dùng 1 – 2 muỗng càphê/ngày (20 ppm) tương đương 100 – 200 µg/ngày (thấp hơn so với khuyến cáo của EPA về hàm lượng bạc trong nguồn nước cung cấp ở Mỹ) Điều này đảm bảo cho người dùng có thể sử dụng nano bạc mà không bị hiện tượng Argyria

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)…

1.6.3.1 Phương pháp khử hóa học

Phương pháp này sử dụng các tác nhân hóa học để khử ion kim loại thành kim loại Đây là phương pháp từ dưới lên Tác nhân khử ion kim loại Ag+ thành Ag0 là các chất hóa học như: Sodium Borohydride NaBH4, sodium citrate, Ethanol, Ethylene Glycol, acid citric, acid acsorbide, hydrogen, hydrogen peroxide, formaldehyde và các dẫn xuất của nó…phổ

biến trong số này là sodium citrate (Kim et al., 2006); (Augustine & Rajarathinam, 2012)

Các nghiên cứu trước đây cho thấy rằng việc sử dụng một chất khử mạnh như Borohydride, kết quả là các hạt nhỏ mà một phần là hạt monodispersed, nhưng tạo thành các hạt phân bố lớn hơn thì khó kiểm soát Sử dụng một chất khử yếu như citrate, dẫn đến tốc độ khử chậm

hơn, nhưng sự phân bố kích thước trong phạm vi hẹp (El-Nour et al., 2010)

Cơ chế phản ứng sử dụng sodium citrate làm tác nhân khử ion Ag+ theo Augustine và Rajarathinam (2012): 4Ag+ + Na3C6H5O7 + 2H2O → 4Ag0 + C6H5O7H3 + 3Na+ + H+ + O2↑ Tổng hợp hạt nano bằng phương pháp khử hóa học thường được thực hiện trong sự hiện

diện của chất ổn định để ngăn ngừa tích tụ các chất keo không mong muốn (Sharma et al.,

2009) Có nhiều loại chất ổn định khác nhau được sử dụng trong điều chế hạt nano bạc để đạt được sự kiểm soát tốt nhất về kích thước, phân bố, hình dạng, độ ổn định và khả năng

hòa tan của các hạt nano bạc (Venkatesham et al., 2014) Các chất ổn định thường được sử dụng là polyvinyl pyrrolidone (PVP) (Link et al., 1999); (Tan et al., 2003), polyvinyl alcohol (PVA) (Abdul Kareem & Anu Kaliani, 2011), polyaniline (Bouazza et al., 2009) và polyethylene glycol (PEG) (Tan et al., 2003) Bên cạnh đó, các polymer tự nhiên đã được

sử dụng trong điều chế của nano bạc vì nó không độc hại và tương thích sinh học Trong đó

tinh bột (Hu et al., 2008) và chitosan (Hettiarachchi & Wickramarachchi, 2011) được sử

dụng làm chất ổn định trong điều chế các hạt nano kim loại

1.6.3.2 Phương pháp khử vật lý

Là phương pháp dùng các tác nhân vật lý như điện tử, sóng điện từ năng lượng cao như tia gamma, tia tử ngoại, tia laser khử ion Ag+ thành nguyên tử Ag0 (Bogle et al., 2006); (Shin

et al., 2004); (Huang et al., 1996); (Abid et al., 2002) Phương pháp vật lý có thể cho phép

sản xuất số lượng lớn các hạt nano bạc trong một quá trình duy nhất Đây cũng là phương pháp hữu ích nhất để sản xuất nano bạc dạng bột Tuy nhiên, chi phí đầu tư ban đầu cho các thiết bị cần được xem xét (Tran & Le, 2013)

1.6.3.3 Phương pháp khử hóa lý

Đây là phương pháp trung gian giữa hóa học và vật lý Nguyên lý là dùng phương pháp điện phân kết hợp với siêu âm để tạo hạt nano Phương pháp điện phân thông thường chỉ có thể tạo được màng kim loại mỏng Trước khi xảy ra sự hình thành màng, các nguyên tử kim loại sau khi được điện hóa sẽ tạo các hạt nano bám lên điện cực âm Lúc này người ta tác dụng một xung siêu âm đồng bộ với xung điện phân thì hạt nano kim loại sẽ rời khỏi điện

cực và đi vào dung dịch (Zhu et al., 2000)

1.6.3.4.Phương pháp sinh học

Trong quá trình tổng hợp sinh học của hạt nano bạc thì các chất khử và chất ổn định được thay thế bởi các phân tử không độc (protein, carbohydrate, chất chống oxy hóa ) được sản xuất bởi các sinh vật sống, bao gồm vi khuẩn, nấm, nấm men và thực vật Các hệ thống thực vật rẻ hơn, chẳng hạn như sả, Aloe vera, rong biển, cỏ linh lăng, chè, cây neem, mù

tạt, safeda, hoa sen, Tulsi đã được thăm dò cho sự tổng hợp của nano bạc (Wei et al.,

2015)

1.6.3.5 Chế tạo keo nano bạc theo phương pháp chiếu xạ gamma

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+

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 Khi chiếu

xạ dung dịch muối bạc phản ứng xảy ra như sau:

R2CHOH (RCH2OH) + OH (H)  R2 CO (RCHOH) + H2O (H2)

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

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 et al., 2010b)

1.7 Cơ chế ổn định hạt nano bạc của chitosan

Phân tử chitosan chứa các nhóm chức như -OH vị trí C-3 và C-6, và -NH2 vị trí C-2 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 et al., 2007) và (Long et al., 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 H sẽ 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 et al., 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 et al., 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:

Agn+ + RC5H5O(OH)3(NH2)CH2OH  Agn + R’C5H5O(OH)3(NH2)CH2OH

Hình 2.4.Cơ chế ổn định keo nano bạc bằng chitosan Theo đánh giá của Temgire và Joshi (Temgire & 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 (Won-Seok Choia, 2002) và Panacek (Panacek A., 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

1.8 Giới thiệu xoài

Cây xoài có tên tiếng Anh là Mango, tên khoa học là Mangifera indical, thuộc họ đào lộn hột (Anacardiaceae) phần lớn các tác giả cho rằng nguồn gốc của cây xoài ở miền đông Ấn

Ðộ và một số vùng giáp ranh như Myanmar, Malaysia từ đó lan khắp thế giới sớm nhất là Lào, Campuchia, Việt Nam, Trung Quốc và các nuớc thuộc vùng Ðông Nam Á khác

Ở Việt Nam, Lào, Campuchia hiện có nhiều cây dại cùng loài với xoài ăn duợc như Mangifera duperreana, M langenifera Cho nên theo một số tác giả thì bán đảo Ðông

Dương cũng có thể là quê hương của một số giống xoài Hiện nay xoài duợc trồng hầu hết các nuớc thuộc vùng nhiệt đới của Châu Á, Châu Phi, Châu Mỹ…

Ở nuớc ta xoài được coi là loại trái cây quí vì chúng an ngon, đuợc nhiều nguời ưa thích và thuờng đuợc bán giá cao so với loại cây trái khác, chúng duợc trồng suốt từ bắc chí nam, nhưng tập trung chủ yếu ở các tỉnh phía nam (Tiền Giang, Ðồng Tháp, Vĩnh Long, Bến Tre

và một số tỉnh ven biển Nam Trung Bộ…), các tỉnh Bắc Bộ và Ðông Bắc Bộ trồng ít vì ở đây ra hoa của xoài trùng với trùng với mùa đông lạnh, nhiệt độ thấp, có mưa phùn tạo độ

ẩm không khí cao nên đậu trái kém, hiệu quả kinh tế thấp, những năm gần dây do thu đuợc hiệu quả kinh tế cao nên diện tích trồng xoài ngày một gia tăng nhất là các tỉnh phía nam

Trên cây xoài thuờng có một số một số sâu bệnh hại như:

- Sâu đục trái (Deanlois albizonalis)

- Sâu đục ngọn, chồi (Chlumetia transversa)

- Sâu đục ngọn chồi (Dudua abrobola)

- Rệp bông

- Bù lạch (Scirtothrip dorsalis)

- Bò vò voi dục cành - Rầy bông xoài (Idioscopus clypialis)

- Ruồi đục trái (Bactrocera dorsalis)

- Sâu đục hột (Sternochetus mangiferae)

- Bệnh thán thu (Colletotrichum gloesporioides)

- Bệnh thối trái (Diplodia natalensis)

- Bệnh dốm den vi khuẩn (Xanthomonas campestris pv manghiferaeindicae)

- Bệnh phấn trắng (Oidium mangiferae)

- Bệnh hồ móng (Capnodium citri)

1.8.3 Thu hoạch

Xoài từ khi đậu trái dến khi thu hoạch thuờng 2.5 – 3.5 tháng năng suất trái/cây sẽ tăng dần

từ năm cho trái dầu tiên đến 5 nam thì ổn định Không nên thu hoạch quá sớm vì trái xoài thuờng cho phẩm chất kém khi dú, nguợc lại cũng không nên thu hoạch trái đã vàng trên cây vì dễ bị sâu bệnh vì ruồi dục trái và bệnh thúi cuống trái, đồng thời cũng khó vận chuyển và bảo quản Nên hái trái đã già, da láng, màu trái đã sáng ra, núm trái đầy ngang với núm cuống Sau khi hái để hạn chế nấm bệnh gây hại có thể ngâm trái trong nuớc nóng

52oC trong 15 phút Sau đó ngâm thêm 3 phút trong dung dịch 2 – 3% NaB4O7 Sau khi nhúng xong vớt trái ra hong khô trong mát, xếp trái vào thùng các tông hoặc thùng nhựa chuyên dùng, xếp trái thành từng lớp tối da không quá 5 lớp, duới dáy thùng lót rơm sạch,

lá chuối khô hay giấy xốp

1.8.4 Giá trị dinh duỡng và sử dụng

Xoài được xem là loài cây ăn trái quan trọng chiếm phần lớn thị phần trái cây trong nuớc, được sử dụng rộng rãi từ trái xanh đến trái chín Trái xoài bổ duỡng hơn cả cà rốt vì ngoài carotene, tiền sinh tố C, giúp cho nguời mới ốm khỏi mau lại sức, tăng đề kháng, chóng đói, thèm ăn.Thành phần dinh duỡng của xoài ngoài vitamine C còn có vitamine A, carbohydrat (13.2 – 20%), protein (0.3 – 0.8%), lipit (0,1 – 0.2%), chất xơ (0.6 – 0.7%) và các chất như calxium, lân Tỷ lệ chất khô chiếm 17.4%, duờng chiếm 15.4% sucroze là duờng chủ yếutrong trái xoài chín

1.8.5 Những biến đổi của quả xoài và các yếu tố ảnh huởng trong quá trình bảo quản quả xoài

1.8.5.1 Biến đổi sau thu hoạch của quả xoài

Trong quá trình tồn trữ quả xoài tươi, các biến đổi về mặt vật lý, sinh lý, sinh hoá xảy

ra có liên quan chặt chẽ và phụ thuộc vào tính chất tự nhiên của quả xoài: giống cây, điều kiện trồng, độ già chín khi thu hái và những yếu tố kỹ thuật trong quá trình tồn trữ

a) Biến đổi vật lý

Rau quả sau khi thu hoạch để trong môi truờng bảo quản xảy ra một số biến đổi vật lý có thể dẫn đến giảm chất luợng cũng như khối luợng của quả

- Sự bay hơi nuớc

Sự bay hơi nuớc là một quá trình vật lý, tùy thuộc vào mức độ háo nuớc của hệ keo trong tế bào, cấu tạo và trạng thái của mô bào che chở (chiều dày và độ chắc của vỏ…) Ngoài ra,

sự bay hơi nuớc còn phụ thuộc vào đặc diểm và mức dộ dập cơ học, độ ẩm và nhiệt độ của môi truờng xung quanh, tốc dộ chuyển dộng của không khí, độ chín của quả xoài và phương pháp tồn trữ Tuy nhiên, có thể giảm sự bay hơi nuớc của xoài trong quá trình tồn trữ bằng cách tạo được điều kiện tồn trữ tối uu như: bảo quản ở nhiệt dộ thấp, bao gói trong túi hoặc màng bao Polyetylen…(Hà Văn Thuyết và Trần Quang Bình, 2000)

- Sự giảm khối lượng tự nhiên

Ðây là sự giảm khối luợng của xoài do bay hơi nuớc và tổn hao các chất khô trong quá trình hô hấp Trong bất cứ phương pháp tồn trữ nào, không thể tránh khỏi sự giảm khối luợng tự nhiên, tuy nhiên khi tạo duợc điều kiện tồn trữ tốt thì có thể giảm thiểu quá trình này (Quách Định, Nguyễn Văn Tiếp, Nguyễn Văn Thoa, 1996)

Cũng nhu sự bay hơi nuớc, khối luợng xoài giảm đi trong thời gian tồn trữ dài ngày và phụ thuộc vào nhiều yếu tố: giống, điều kiện trồng, thời gian tồn trữ, mức độ xây xát, độ chín

và phương pháp bảo quản xoài

- Sự sinh nhiệt

Sự sinh nhiệt cũng là một quá trình vật lý xảy ra trong thời gian bảo quản xoài Tất cả luợng nhiệt sinh ra trong thời gian tồn trữ xoài là do hô hấp Hai phần ba luợng nhiệt này tỏa ra môi truờng xung quanh, còn một phần ba đuợc dùng vào các quá trình trao đổi chất trong tế bào, quá trình bay hơi nuớc và một phần dự trữ ở dạng năng luợng hóa học Trong quá trình bảo quản, xoài có thể đồng thời thực hiện hai dạng hô hấp: hô hấp hiếu khí và hô hấp yếm khí Khi hô hấp hiếu khí thì năng luợng sinh ra gấp 24 lần so với hô hấp yếm khí Tuy nhiên, để hạn chế sự sinh nhiệt trong quá trình bảo quản xoài bằng cách kìm hãm sự hô hấp hiếu khí, dó không phải là biện pháp tốt, vì sẽ gây ra rối loạn sinh lý cho xoài do ruợu etylic và các sản phẩm trung gian khác sinh ra trong quá trình hô hấp yếm khí

Cần lưu ý, luợng CO2 có thể sinh ra do hô hấp yếm khí và các quá trình dehydratcacbon thuờng xảy ra khi bảo quản xoài

Ðể giảm sự sinh nhiệt trong quá trình tồn trữ xoài, cần phải duy trì các thông số nhiệt độ,

độ ẩm trong kho Khi nhiệt dộ, độ ẩm tăng lên đến mức độ thích hợp cho sự phát triển của

vi khuẩn và nấm mốc thì luợng nhiệt sinh ra rất nhiều, một mặt do hô hấp của xoài, mặt khác do hô hấp của vi sinh vật Ðó là điều kiện dẫn dến hư hỏng quả xoài nhanh chóng (Hà Văn Thuyết và Trần Quang Bình, 2000)

b) Biến dổi hoá học

Trong thời gian bảo quản, hầu hết các thành phần hóa học của quả đều bị biến dổi do tham gia hô hấp hoặc do hoạt dộng của enzym (Hà Văn Thuyết và Trần Quang Bình, 2000) Ðường là thành phần chủ yếu tham gia vào quá trình hô hấp nên hàm luợng giảm đáng kể Tuy nhiên, xoài là loại quả chứa nhiều tinh bột lúc còn xanh, khi bảo quản mặc dù tham gia quá trình hô hấp nhưng luợng đuờng không giảm mà còn tăng Ðó là do khi quả chín, luợng tinh bột chuyển thành đuờng với tốc dộ cao hơn tốc độ giảm đuờng do hô hấp

Hoạt động của các enzym có tác dụng trực tiếp phân giải các chất glucid: hemicellulose bị thủy phân thành cellulose và pentose; protopectin bị thủy phân thành pectin hòa tan, pectin tiếp tục bị thủy phân thành pectic acid và methanol làm cho quả mềm dần

Hàm luợng acid giảm trong quá trình chín nên pH của quả sẽ tăng làm cho quả trở nên ngọt hon Acid tham gia vào quá trình hô hấp và các phản ứng tạo mùi vị đặc trưng cho quả chín

Các sắc tố: carotenoid đuợc tổng hợp tạo ra màu sắc đặc trưng cho quả chín Chlorophyl bị phân hủy bởi enzyme nên màu xanh bị giảm đi Tốc dộ biến đổi các thành phần hóa học tỷ

lệ thuận với cuờng độ hô hấp

c) Biến đổi sinh hoá

Hô hấp là quá trình sinh học co bản xảy ra trong quả khi bảo quản xoài tươi Về bản chất hóa học, hô hấp là quá trình oxy hóa chậm các chất hữu cơ phức tạp Duới tác dụng của enzyme, các chất này phân hủy thành các chất đơn giản hơn và giải phóng năng luợng Nguời ta thấy rằng, hầu hết các chất đều có thể tham gia vào quá trình hô hấp, nhưng chủ yếu vẫn là các chất đuờng, nhất là đuờng đơn Các chất không phải đuờng tham gia trực tiếp vào chu trình hô hấp tạo nên các chất trung gian, không qua khâu chuyển hóa thành

đuờng

Quá trình hô hấp có sự tham gia của oxy gọi là hô hấp hiếu khí, sản phẩm cuối cùng của dạng hô hấp này là CO2, hơi nuớc và năng luợng Khi luợng O2 của môi truờng không đủ cung cấp để tiến hành hô hấp hiếu khí thì sẽ xảy ra hiện tuợng hô hấp yếm khí – hô hấp không có sự tham gia của O2 và sản phẩm tạo ra cuối cùng là ruợu etylic, CO2 và giải phóng năng luợng duới dạng nhiệt (Quách Đỉnh, Nguyễn Vân Tiếp, Nguyễn Văn Thoa, 1996)

Ðồng thời, khi hô hấp hiếu khí còn tích tụ các hợp chất trung gian của quá trình hô hấp không hoàn toàn như: acid acetic, lactic, aldehyde… Các chất này với liều luợng lớn sẽ gây ảnh huởng lớn dến tế bào của xoài trong thời gian bảo quản

Qua quá trình nghiên cứu hô hấp của quả, nguời ta thấy sự biến đổi cuờng dộ hô hấp quan

hệ rất mật thiết với động thái sinh truởng và chín quả Nhìn chung, xoài tươi đuợc thu hoạch khi còn xanh để đưa vào bảo quản, lúc đầu cuờng độ hô hấp giảm dần, nhưng đến một thời điểm nào đó cuờng độ hô hấp lại tăng lên và tạm thời đạt đến giá trị cao nhất, sau

đó từ từ giảm xuống Hiện tuợng đó gọi là “hô hấp đột biến”, có thể nói “hô hấp đột biến”

là một buớc ngoặc trong đời sống của quả, là thời điểm mà ở đó sự phát triển và sự chín của quả đã kết thúc Nguyên nhân của hô hấp đột biến cho đến nay vẫn chưa đuợc nghiên cứu đầy đủ, nhưng vẫn có một số quan điểm nhằm giải thích hiện tuợng nói trên (Châu Văn

Minh, Phạm Hữu Điền, Đặng Lan Phương, 1996)

1.8.5.2 Các yếu tố ảnh huởng dến thời gian bảo quản xoài

Nhiệt độ là yếu tố chủ yếu của môi truờng có ảnh huởng lớn nhất đến quá trình sống của rau quả tươi Tuy nhiên, khi tăng nhiệt độ thì cuờng độ hô hấp của rau quả tăng có giới hạn Khi tăng nhiệt độ từ 5 – 200C thì cuờng dộ hô hấp của rau quả tăng rất nhanh Sau đó, tiếp tục tăng nhiệt độ thì cuờng độ hô hấp không tăng nữa Khi giảm nhiệt dộ xuống duới 50C, cuờng độ hô hấp giảm nhiều, nhưng nhiệt độ gần đến điểm đóng băng thì cuờng độ hô hấp chậm lại Do đó, muốn kéo dài thời gian bảo quản nguời ta thuờng bảo quản rau quả ở nhiệt

độ thấp và tùy từng loại rau quả mà chọn nhiệt độ bảo quản thích hợp

Có một số loại rau quả khi bảo quản ở nhiệt độ thấp thì quá trình sinh lý bị rối loạn và sau

đó dấm sẽ không chín Nhiệt dộ bảo quản còn tùy thuộc vào mức độ già chín của rau quả Cùng một loại quả, quả chín bảo quản ở nhiệt độ thấp hơn quả già Ví dụ: Cà chua: xanh:

10 – 120C; chín: 10C Cam: xanh: 4 – 60C; chín: 1 – 200C Khi chọn nhiệt độ bảo quản cần