Nghiên cứu ứng dụng màng chitosan nano bạc tinh dầu nghệ trong bảo quản nhằm nâng cao bảo quản chuối sau thu hoạch

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÀNG CHITOSAN – NANO BẠC – TINH DẦU NGHỆ TRONG BẢO QUẢN NHẰM NÂNG CAO BẢO QUẢN CHUỐI SAU THU HOẠCH Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Giảng viên hướn

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÀNG CHITOSAN – NANO BẠC – TINH DẦU NGHỆ TRONG BẢO QUẢN NHẰM NÂNG CAO BẢO QUẢN CHUỐI SAU THU HOẠCH

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Giảng viên hướng dẫn : Ths Nguyễn Thị Thu Hương Sinh viên thực hiện : Nguyễn Hữu Tài

MSSV: 1311100637 Lớp: 13DSH05

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nghiên cứu trong đồ án này là trung thực và chƣa từng đƣợc các tác giả khác công bố trong các nghiên cứu, đồ án nào

Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ trong việc hoàn thành đồ án đã đƣợc cảm

ơn và các thông tin trích dẫn trong đồ án đã đƣợc ghi rõ nguồn gốc

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những số liệu trong đồ án này

Nguyễn Hữu Tài

TP HCM, ngày 20 tháng 07 năm 2017

Sinh viên

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học này, bên cạnh sự cố gắng nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự động viên và giúp đỡ rất lớn của nhiều cá nhân và tập thể

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ThS Nguyễn Thị Thu Hương đã tận

tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi thực hiện và hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Tôi xin chân thành cảm ơn những người bạn, những người cộng sự đã hỗ trợ hết mình trong công tác nghiên cứu

Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô trong Khoa Công Nghệ Sinh Học- Thực Phẩm- Môi Trường đã tạo mọi điều kiện cho tôi thực hiện và hoàn thành đề tài này

Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình và tất cả bạn bè đã động viên giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài và hoàn thành đề tài nghiên cứu này này

TP Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 07 năm 2017 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hữu Tài

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC HÌNH vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 11

1.1 Giới thiệu cây và quả chuối ở Việt Nam 11

1.2 Các tiêu chuẩn chất lượng quả chuối 13

1.3 Các vấn đề cơ bản để duy trì chất lượng chuối sau thu hoạch 15

1.3.1 Chỉ tiêu độ chín và chất lượng quả 15

1.3.2 Nhiệt độ và độ ẩm không khí bảo quản tối ưu 15

1.3.3 Cường độ hô hấp và cường độ sinh etilen 16

1.3.4 Phản ứng với khí etilen và khí quyển kiểm soát (CA) 16

1.3.5 Các rối loạn sinh lý và cơ lý 16

1.3.6 Rối loạn bệnh lý do vi sinh vật 17

1.3.7 Chiến lược kiểm soát chất lượng: 17

1.4 Các phương pháp bảo quản chuối được sử dụng hiện nay 18

1.4.1 Bảo quản chuối bằng cách chiếu xạ 18

1.4.2 Bảo quản chuối bằng cách xử lý hoá chất 18

1.4.3 Bảo quản chuối bằng chất hấp thụ etilen 18

1.4.4 Bảo quản trong khí quyển điều chỉnh 19

1.5 Phương pháp bảo quản hoa quả bằng chế phẩm tạo màng 20

1.5.1 Cơ sở khoa học và đặc điểm công nghệ 20

1.5.2 Thành phần các chất tạo màng [9-11] 21

1.5.3 Ưu và nhược điểm của phương pháp 22

1.5.4 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bảo quản bằng chế phẩm tạo màng 22

1.5.4.1 Các nghiên cứu trên thế giới 22

1.5.4.2 Các nghiên cứu trên tại Việt Nam 23

1.6 Các nghiên cứu bảo quản quả chuối bằng chế phẩm tạo màng 24

1.7 Sơ lược về chitosan 25

1.7.1.Cấu trúc, tính chất của chitosan 25

1.7.2.Tác dụng kháng vi sinh vật của chitosan 26

1.7.3.Tác dụng của màng chitosan trong bảo quản rau quả tươi 26

1.8 Sơ lược về nano bạc 26

1.9 Sơ lược về tinh dầu nghệ 29

1.9.1 Thành phần hóa học của tinh dầu nghệ vàng 29

1.9.2 Hoạt tính sinh học : 30

1.9.3 Cơ chế kháng khuẩn của tinh dầu 31

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35

2.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 35

2.2 Vật liệu nghiên cứu 35

2.2.1 Nguồn mẫu 35

2.2.2 Vật liệu nghiên cứu 35

2.3 Dụng cụ và hóa chất thí nghiệm 36

2.4 Phương pháp nghiên cứu 37

2.4.1 Phương pháp xác định tỷ lệ hư hỏng trong bảo quản trái cây 37

2.4.2 Phương pháp xác định độ hao hụt khối lượng trái cây trong bảo quản 37

2.4.3 Phương pháp xác định hàm lượng acid tổng (TCVN 3948 – 84) 37

2.4.4 Phương pháp xác định hàm lượng đường tổng 38

2.4.5 Phương pháp xác định hàm lượng vitamin C 39

2.4.6 Phương pháp xác định tổng vi sinh vật hiếu khí (TCVN: 5165 – 90) 39

2.4.7 Phương pháp xử lý số liệu 41

2.4.8 Phương pháp so sánh, đối chiếu 41

2.5 Bố trí thí nghiệm 42

2.5.1 Thí nghiệm 1: Xác định độ chín thích hợp trong bảo quản chuối 43

2.5.2 Thí nghiệm 2: Xác định dung dịch thích hợp ngâm rửa xử lí chuối 43

2.5.3 Thí nghiệm 3: Xác định tỉ lệ phối trộn chitosan và nano bạc trong quá trình tạo màng bảo quản chuối 44

2.5.4 Thí nghiệm 4: xác định tỉ lệ phối trộn chitosan nano bạc và tinh dầu nghệ trongquá trình tạo màng bảo quản chuối 44

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47

3.1 Kết quả xác định độ chín thích hợp của chuối 47

3.2 Kết quả của tiền xử lý thích hợp của quả chuối 48

3.3 Xác định nồng độ Chitosan – Nano bạc thích hợp cho quá trình bảo quản quả chuối 49

3.4 Ảnh hưởng của nồng độ chitosan- nano bạc- tinh dầu nghệ đến thời gian bảo quản 51

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54

4.1 Kết luận 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Chuối tiêu hồng và chuối tiêu đỏ 12

Hình 1.2 Chuối tiêu xanh và chuối sứ 13

Hình 1.3 Cấu trúc của Chitosan 25

Hình 1.4 Cơ chế kháng khuẩn của bạc 27

Hình 1.5 Ion bạc vô hiệu hóa enzym chuyển hóa oxy của vi khuẩn 28

Hình 1.6 Ion bạc liên kết với các base của DNA 28

Hình 1.7 Cấu trúc của một số hợp chất được nhận dạng trong tinh dầu nghệ 30

Hình 2.1 Chuối già hương……… 35

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Theo Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc (FAO), hơn 10 năm qua, giá chuối xuất khẩu thế giới liên tục tăng, từ chỗ bình quân 125 USD/tấn năm 2006 lên mức 275 USD/tấn năm 2012 và tăng tiếp khoảng 20% giá trong năm hai năm 2013 – 2014 Chuối là một trong những loại quả nhiệt đới quan trọng và có

ý nghĩa kinh tế Quả chuối có chứa một hàm lượng đường cao cùng với một lượng axit thích hợp, với các khoáng chất và vitamin, tạo nên một hương vị thơm ngon và hấp dẫn Về giá trị kinh tế, chuối được xếp vị trí thứ tư sau lúa gạo, sữa và lúa mì (Schoofs và cộng sự, 1999) Chuối cũng là loại quả được thương mại hóa rộng rãi, đứng vị trí thứ hai trên thế giới, chỉ sau nhóm quả có múi (FAO, 2001) Khoảng 10% tổng sản lượng chuối trên thế giới được dành cho xuất khẩu hàng năm (Sharock và Frison, 1998; FAO, 1999)

Tại Việt Nam, theo thống kê chưa đầy đủ, từ 2010 đến nay, diện tích chuối theo đà tăng giá xuất khẩu cũng liên tục tăng, từ khoảng hơn 100 nghìn ha năm

2010 lên ổn định ở mức 125 nghìn ha từ năm 2012 trở lại đây, trong đó nhiều nhất

là ĐBSCL và vùng Đồng bằng sông Hồng

So với một cường quốc xuất khẩu chuối như Philippines, tổng diện tích chuối của Việt Nam không thua kém quá nhiều, nhưng lượng chuối xuất khẩu của Việt Nam (theo thống kê của FAO đến năm 2011) chỉ khoảng 40 nghìn tấn (trên tổng sản lượng hơn 1,4 triệu tấn/năm), trong đó chủ yếu là sang Trung Quốc

Năm 2014, chuối Việt Nam xuất khẩu bất ngờ tăng mạnh, nhờ sức hút khắp thị trường từ châu Á đến châu Âu, tạo cơn sốt chuối trong nước; hàng loạt đơn đặt hàng đến từ Hàn Quốc, Nhật Bản, các nước EU, Nga… với nhu cầu hàng trăm tấn chuối/ngày

Do thuộc loại quả có hô hấp bột phát nên mặc dù được thu hoạch lúc còn xanh nhưng thời gian chín của quả chuối xảy ra rất nhanh, đặc biệt trong điều kiện nhiệt độ môi trường cao Mặt khác, ngay sau khi chín, chất lượng và hình thức quả chuối bị giảm rất nhanh Thời gian bảo quản sau thu hoạch của quả chuối ngắn là

nguyên nhân chủ yếu làm tăng mức độ tổn thất và làm giảm khả năng vận chuyển tiêu thụ trong nước và xuất khẩu Hiện chưa có số liệu về mức tổn thất của quả chuối của Việt Nam, nhưng chắc chắn là một con số không nhỏ

Cho đến nay, các nghiên cứu ở trong nước nhằm bảo quản chuối chỉ mới tập trung sử dụng phương pháp bảo quản lạnh và xử lý hóa học bằng các chất diệt nấm Bảo quản lạnh tại chỗ hay vận chuyển trong buồng lạnh chỉ thích hợp cho sản xuất

và thương mại tập trung Mặt khác, phương pháp này yêu cầu chi phí năng lượng và đầu tư cao Xử lý bằng hóa chất, chẳng hạn Topsin không được người tiêu dùng ủng

hộ vì những lo ngại về an toàn thực phẩm Từ những lý do nêu trên, rõ ràng việc nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật bảo quản mới để có thể áp dụng phù hợp cho quả chuối trong điều kiện hiện nay của Việt Nam là cần thiết vì nó mang lại lợi ích cho tất cả các bên từ sản xuất, lưu thông và tiêu dùng sản phẩm

Vì những lý do nêu trên, chúng tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng

màng bao chitosan-nano bạc- tinh dầu nghệ trong bảo quản nhằm nâng cao chất lượng chuối sau thu hoạch”

1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

- Luận văn tốt nghiệp “Chitosan và ứng dụng trong công nghệ bảo quản chuối”

Nguyễn Thị Miến và Trần Thị Mơ (2010) Đề tài sử dụng chitosan trong bảo quản chuối

- Luận văn tốt nghiệp: “nghiên cứu ứng dụng màng bao chitosan trong bảo quản chuối”, Lê Thị Minh Khuyên (2011)

1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

- Đề tài “ Nghiên cứu về chitin và chitosan hóa học thuộc tính và ứng dụng”,

Pradip Kumar Dutta, Joydeep Dutta và VS Tripathi (2004)

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Xác định độ chín thích hợp thu hoạch chuối

- Khảo sát nồng độ chitosan- nano bạc- tinh dầu nghệ thích hợp trong việc tạo màng bảo quản chuối

- Khảo sát nhiệt độ thích hợp trong bảo quản chuối

- Khảo sát sự thay đổi các chỉ tiêu trong quá trình bảo quản

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nhiệm vụ 1: Nghiên cứu về cơ sở khoa học, tổng quan tài liệu vấn đề nghiên cứu, làm cơ sở cho các nhiệm vụ tiếp theo

- Nhiệm vụ 2: Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm, thông qua các phương pháp xác định, khảo sát, phân tích, đánh giá

- Nhiệm vụ 3: Xác định độ chín thích hợp cho quá trình thu hái

- Nhiệm vụ 4: Xác định chất tiền xử lý thích hợp trong bảo quản chuối

- Nhiệm vụ 5: Xác định nồng độ chitosan- nano bạc thích hợp trong tạo màng bảo quản chuối

- Nhiệm vụ 6: Xác định nồng độ chitosan- nano bạc- tinh dầu nghệ thích hợp trong quá trình bảo quản

- Nhiệm vụ 7: Xác định nhiệt độ bảo quản thích hợp

- Nhiệm vụ 8: Phân tích, đánh giá các chỉ tiêu theo dõi trong quá trình bảo quản

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu thu thập tài liệu: Các tài liệu về cây chuối, đặc điểm hình thái phân loại khoa học, giá trị dinh dưỡng, các nghiên cứu về chuối, thu thập tài liệu về chitosan, nano bạc tinh dầu nghệ

- Phương pháp làm thí nghiệm: Tiến hành làm các thí nghiệm nhằm giải quyết các nhiệm vụ nghiên cứu

- Phương pháp xử lý số liệu bằng Excel và SAS Các số liệu thu được sẽ được xử lý nhằm đưa ra kết luận cho đề tài

5 Kết quả đạt được của đề tài

- Xác định được độ chín thu hoạch của chuối

- Xác định được chất tiền xử lý thích hợp trong bảo quản chuối

- Tìm ra được nồng độ chitosan- nano bạc- tinh dầu nghệ thích hợp trong quá trình tạo màng

- Phân tích và đánh giá các chỉ tiêu : độ hao hụt khối lượng, tỷ lệ hư hỏng, đường tổng, acid tổng, vitamin c, tổng vi sinh vật hiếu khí

- Tìm ra được nhiệt độ bảo quản thích hợp

6 Kết cấu đồ án tốt nghiệp

- Mở đầu

- Chương 1: Tổng quan tài liệu

- Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

- Chương 3: Kết quả và thảo luận

- Chương 4: Kết luận và kiến nghị

- Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Giới thiệu cây và quả chuối ở Việt Nam

Cây chuối có tên khoa học Musa sinensis thuộc họ Musaceae, bộ Scitaminneae Theo các nhà khoa học, chuối được thuần hoá sớm nhất ở đông Nam

Á Ngày nay, nhiều loài chuối dại vẫn còn mọc ở New Guinea, Malaysia, Indonesia

và Philippin Gần đây, di tích về khảo cổ học và môi trường cổ tại đầm lầy Kuk ở tỉnh Cao Nguyên Tây, Papua New Guinea đã gợi ý rằng cao nguyên New Guinea là nơi mà cây chuối được thuần hoá đầu tiên Chuối được trồng ở đây khoảng 5000 TCN nhưng cũng có thể từ 8000 TCN Từ đây chuối đã trồng phát triển rộng ra các vùng lãnh thổ khác như: Ai Cập, Palestine, lan qua Bắc Phi và Tây Ban Nha Thời Trung cổ, chuối trồng ở Granada (Tây Ban Nha) được coi là chuối ngon nhất trong thế giới Ả Rập [18] Hiện nay chuối được trồng ở hầu hết các châu lục nhưng tập trung chủ yếu ở hai vành đai Chí Tuyến bắc và Nam bán cầu

Phân loại khoa học

Giới Plantae Ngành Magnoliophyta Lớp Liliopsida

Bộ Scitaminneae

Họ Musaceae Chi Musa

Các loài : Musa sapientum, Musa balbisiana

Colla,

Ở nước ta, chuối là loại cây truyền thống được trồng rất phổ biến từ xa xưa

và gồm nhiều loài, giống khác nhau Theo nghiên cứu của nhiều tác giả: Vũ Công Hậu, Tôn Thất Trình, Lê đình Danh, Hoàng Ngọc Thuận… chuối ăn quả nước ta có tới trên 30 giống bao gồm: chuối Tiêu Hồng, chuối Tiêu, chuối Tiến, chuối Ngự, chuối Hột, chuối Bom, chuối Trà, chuối Cau…Trong đó có một số loại giống tốt

cho quả có giá trị dinh dưỡng cao như chuối Tiêu Hồng Nam định, chuối tiêu lùn, chuối tây, chuối tiến Một số nhóm chuối chính sau được trồng nhiều ở nước ta:

* Nhóm chuối Tiêu: gồm ba giống chính Tiêu Lùn, Tiêu Nhỡ và Tiêu Cao Chuối

Tiêu cho năng suất cao, bình quân đạt 13- 14 kg/buồng và khoảng 12- 13 tấn/ha Quả chuối tiêu có hương vị thơm rất ngon Nhóm chuối tiêu ưa

khí hậu lạnh nên rất thích hợp với khí hậu miền Bắc nước ta

* Chuối Tây: gồm các giống Tây hồng, Tây Phấn, Tây Sứ Quả chuối Tây to mập,

ngắn hơn quả chuối tiêu Vỏ mỏng, khi chín màu vàng tươi, vị ngọt đậm Nhóm chuối tây thích hợp với nhiều loại đất và khí hậu nên được trồng phổ biến ở nhiều địa phương

* Chuối Bom: loại chuối này có trọng lượng buồng thấp, chỉ đạt 6- 8 kg/buồng

Quả nhỏ và ít ngọt hơn chuối Tiêu Tuy nhiên, chuối Bom có thời gian sinh trưởng ngắn, có thể trồng được ở mật độ dày nên năng suất cao 25- 40 tấn/1ha Chuối Bom được trồng phổ biến ở đông Nam Bộ [2]

* Chuối Ngự: gồm chuối Ngự, chuối Ngự Mắn và chuối Ngự Tiến Loại này có

năng suất thấp Quả có cạnh to và thẳng, lớn, đầu quả hơi lồi một chút Màu vỏ khi chin sáng, đẹp Thịt quả chắc, vị thơm ngon đặc biệt Chuối Ngự được trồng nhiều ở

xã đại Hoàng, Lý Nhân, Hà Nam Ngoài các giống nêu trên còn một số giống chuối khác được trồng với số lượng ít như chuối Hột, chuối Ngốp, chuối Cơm, chuối Mật,… do chúng có giá trị kinh tế không cao

Hình 1.0.1 Chuối tiêu hồng và chuối tiêu đỏ

Hình 1.0.2 Chuối tiêu xanh và chuối sứ 1.2 Các tiêu chuẩn chất lượng quả chuối

Theo TCVN 568 – 2003: Chuối tiêu tươi xuất khẩu Chuối tiêu tươi được phân thành 3 hạng và phải đạt những yêu cầu kỹ thuật quy định trong bảng 2.1

Bảng 2.1 Tiêu chuẩn chất lượng về quả chuối theo TCVN 568- 2003

Hạng đặc biệt Hạng 1 Hạng 2 Hình dạng ngoài

 Vỏ quả phải xanh, tươi, khô ráo, sạch sẽ Không cho

phép vỏ quả bị rám nắng, rám muội, dính nhựa, dính bụi đất

 Mặt cắt cuống phải khoo, không thâm đen và phải được

xử lý bằng hóa chất bảo quản thích hợp để tránh hư, thối cuống

Nải, cuống chuối  Chuối được cắt thành từng nải hoặc từng chum Cho

phép tỉa không quá 2 quả cùng một nải, nhưng không ảnh hưởng đến hình thức chung của nảy chuối

 Không cho phép đóng gói cuống chuối còn nhựa ướt, chưa khô, có dấu hiệu nấm mốc, chớm thối hoặc còn ướt phần than buồng

Khuyết tật trên vỏ

quả

 Cho phép vỏ quả có vết xước nhẹ nhưng không ảnh hưởng đến chất lượng và hình thức quả

 Tổng diệ tích vết xước

 Cho phép có vết sẹo, vết xước,

vết muội nhẹ cũ trong quá trình sinh trưởng của quả nhưng không ảnh hưởng đến phẩm chất quả

trên bề mặt quả không lơn hơn 1cm2

 Số quả có vết xước không quá ¼ số quả trong cùng 1 nải

 Cho phép quả có vết xước nhẹ

mới do va chạm cơ học trong quá trình thu hái, vận chuyển, đóng gói nhưng không gây hư hỏng đén thịt quả bên trong, và trong quá trình bảo quản, vận chuyển sau

 Tổng diện tích các vết xước

trên bề mặt mỗi quả, không lớn hơn 3cm2

 Số quả có vết xước trên vỏ quả

không lớn hơn 1/3 số quả của 1 nải

 Độ chín  Chuối tiêu tươi phải đạt độ chín thu hoạch (có độ già

75-80%), biểu hiện cụ thể là:

 Vỏ quả có màu xanh lục hoặc xanh sáng;

 Cạnh quả chuối hơi tròn nhưng rõ cạnh.Vỏ quả còn

dính sát vào thịt quả và khó bóc; Thịt quả cứng, chắc,

bẻ dễ gãy, có màu trắng ngà Khi bẻ quả có tơ nhựa dính và trong, nhựa không chảy thành giọt Thịt quả còn vị chát, chưa có mùi đặc trưng của chuối chín Kích thước, khối

Tỉ lệ quả không đạt yêu cầu ở hạng hạng 1, nhưng đạt yêu cầu ở hạng 2, không lớn hơn 10%

khối lượng

Tỉ lệ quả không đạt yêu cầu ở các hạng trên, nhưng không ảnh hưởng đến chất lượng quả, không lớn hơn 10% khối lượng

1.3 Các vấn đề cơ bản để duy trì chất lượng chuối sau thu hoạch

1.3.1 Chỉ tiêu độ chín và chất lượng quả

Độ chín kĩ thuật (thành thục) hoàn toàn của quả biểu hiện như khi mất các cạnh sắc ở các điểm giao nhau của vỏ quả Chuối được thu hoạch ở độ chín kĩ thuật xanh và được rấm chín khi đến thị trường tiêu thụ vì chuối chín cây thường bị nứt quả và có trạng thái kém Chỉ tiêu chất lượng bao gồm: độ chín thành thục (càng thành thục thì cho chất lượng càng tốt hơn khi chín), chiều dài quả (phụ thuộc vào mục đích sử dụng và nhu cầu về các kích cỡ quả khác nhau), tránh được khỏi các hư hỏng như côn trùng, tổn thương vật lý, vết cào xước và hư hỏng Khi chuối chín, tinh bột sẽ chuyển hóa thành đường làm tăng độ ngọt của quả Các thành phần khác

có thể ảnh hưởng đến hương vị như các loại axit và các chất bay hơi

1.3.2 Nhiệt độ và độ ẩm không khí bảo quản tối ưu

13-14°C (56-58°F) khi vận chuyển và bảo quản;

15-20°C (59-68°F) khi chín; độ ẩm không khí tối ưu: 90-95%

1.3.3 Cường độ hô hấp và cường độ sinh etilen

Nhiệt độ 13°C (56°F) 15°C (59°F) 18°C (65°F) 20°C (68°F) ml CO2/kg·hr1 10-30 12-40 15-60 20-70 µl C2H4/kg·hr1 0,1-2 0,2-5 0,2-8 0,3-10 1giá trị thấp cho chuối chín xanh thành thục và giá trị cao cho chuối chín hoàn toàn

1.3.4 Phản ứng với khí etilen và khí quyển kiểm soát (CA)

Hầu hết các giống chuối thương phẩm đều cần có khoảng 100-150 ppm etilen trong 24-48 giờ ở 15-20°C (59-68°F) và độ ẩm không khí 90-95% để chín đồng đều Nồng độ khí cacbonic có thể giữ ở mức dưới 1% để tránh các ảnh hưởng của nó lên hoạt động rấm chín của etilen Sử dụng một hệ thống không khí cưỡng bức trong các phòng rấm chín để đảm bảo đồng nhất hơn về quá trình làm lạnh hoặc làm nóng của các quả chuối là cần thiết và cũng làm đồng nhất nồng độ khí etilen qua quá trình chín

• Nồng độ <1% O2 và/ hoặc >7% CO2 có thể gây ra trạng thái và hương vị không phù hợp

• Sử dụng CA trong quá trình vận chuyển kìm hãm được quá trình chín nên

có thể thu hoạch chuối khi nó chín thành thục mà không cần hái xanh quá

1.3.5 Các rối loạn sinh lý và cơ lý

Tổn thương lạnh: Triệu chứng bao gồm mất màu bề mặt, các mô biểu bì ở

bề mặt quả xuất hiện các vết sọc, chín sượng, và trong một số trường hợp thì thịt quả có chuyển màu nâu Tổn thương lạnh như là kết quả của việc bảo quản chuối dưới nhiệt độ 13°C (56°F) trong vài giờ đến vài ngày, phụ thuộc vào chủng giống,

độ thành thục quả và nhiệt độ Ví dụ: tổn thương lạnh trung bình sẽ là kết quả của

bảo quản chuối thành thục trong 1h ở 10°C (50°F), 5h ở 11,7°C (53°F), 24h ở 12,2°C (54°F), hoặc 72 h ở 12,8°C (55°F) Các quả bị tổn thương lạnh thì nhạy cảm với tổn thương cơ học cao hơn

Hiện tượng trầy vỏ quả: Các hiện tượng trầy vỏ quả là kết quả từ mài mòn

do tác động của quả với các quả chuối khác và với bề mặt của thiết bị sơ chế

hoặc các thùng chứa bảo quản vận chuyển Khi bảo quản ở độ ẩm không khí thấp (<90%), hiện tượng mất nước từ vùng tổn thương được tăng cường và màu sắc sẽ chuyển thành màu từ nâu đến đen

Hiện tượng thâm do va chạm cơ học: Làm rơi quả có thể dẫn đến sự nâu

hóa của thịt quả mà không hư hỏng bề mặt vỏ bên ngoài

1.3.6 Rối loạn bệnh lý do vi sinh vật

Tổn thương đầu cuống quả: Hiện tượng này là do một hoặc một số các loại

nấm sau: Thielaviopsis paradoxa, Lasiodiplodia theobromae, Colletotrichum

musae, Deightoniella torulosa, và Fusarium roseu Chúng sẽ tấn công bề mặt cuống

quả đã bị cắt Từ các mô quả hỏng, nấm sẽ phát triển vào cuống quả và theo thời gian sẽ tấn công sâu vào bên trong quả

Hiện tượng loét quả:được gây ra bởi nấm Colletrichum musae, khi quả chín

đặc biệt ở các chỗ vết nứt và vết thương trên quả

Hiện tượng hỏng đầu núm quả: Do Lasiodiplodia theobromae và

Thielaviopsis paradoxa, các loại nấm này xâm nhập qua vết cắt cuống quả Thịt quả

dần dần trở lên mềm và đẫm nước

Hiện tượng hỏng cuống giống như điếu xì gà: Do nấm Verticillium

theobromae và/hoặc Trachysphaera fructigena Phần bị hư hỏng của quả chuối sẽ bị

khô và có xu hướng dính chặt vào quả (xuất hiện các đốm như tro của điếu xì gà)

1.3.7 Chiến lược kiểm soát chất lượng:

Giảm thiểu hiện tượng thâm; làm lạnh từ từ đến nhiệt độ 14°C (58°F); các hệ thống vệ sinh hiệu quả, xử lý nước nóng (như xử lý 5 phút với nước nóng ở nhiệt độ 50°C (120°F)) và/hoặc sử dụng các chất diệt nấm (như Imazalil, TBZ) để kiểm soát quá trình hư hỏng đầu quả

1.4 Các phương pháp bảo quản chuối được sử dụng hiện nay

1.4.1 Bảo quản chuối bằng cách chiếu xạ

Khi chiếu bức xạ γ lên hoa quả có tác dụng tiêu diệt một số vi sinh vật đồng thời có thể ức chế một số quá trình sinh lý, sinh hoá của quả Vì vậy khi chiếu xạ lên chuối có tác dụng làm chuối chậm chín và hạn chế bệnh do các vi sinh vật Liều

xạ tối ưu đối với chuối tiêu 0,3 kGy (kilo Gray) có tác dụng làm chuối chín chậm 10- 14 ngày (140C) Bảo quản ở nhiệt độ phòng chuối chín chậm 10 ngày so với mẫu đối chứng Tuy nhiên việc chiếu xạ lại có những ảnh hưởng đáng kể đến thành phần hóa học và chất lượng của quả tươi Các loại vitamin nhất là vitamin A có thể

bị phân hủy ngay cả ở những liều chiếu thấp (0,1 kGy), vitamin E bị phân hủy ở 0,3 kGy Dưới tác dụng của các tia bức xạ, các chất lipit, protit cũng có thể bị phân hủy tạo nên các chất có mùi khó chịu làm thay đổi rõ rệt mùi vị của sản phẩm đặc biệt là khi chiếu xạ ở liều cao [1]

1.4.2 Bảo quản chuối bằng cách xử lý hoá chất

Chuối hay bị các loại nấm mốc xâm nhiễm ở cuống nải cũng như lên bề mặt quả làm chuối nhanh bị thối hỏng Vì vậy có thể sử dụng các loại thuốc để phòng trừ sự xâm nhiễm của nấm bệnh

Ở Châu Phi, Mĩ La tinh và các nước đang phát triển chủ yếu sử dụng các loại thuốc chống nấm như: TopsinM, TBZ, Carbendazin, Imazalin, để xử lý cho chuối xuất khẩu Theo nghiên cứu của Nguyễn Thị Kim Thoa, xử lý chuối bằng Topsin-M 0,1% có tác dụng rất tốt trong việc hạn chế thối hỏng chuối trong bảo quản Tuy nhiên hiện nay loại thuốc trừ nấm Topsin-M đã được khuyến cáo không nên sử dụng vì nó gây ảnh hưởng lớn tới sức khoẻ con người Nếu sử dụng các loại thuốc trừ nấm cần tuân theo nghiêm ngặt các giới hạn cho phép về dư lượng thuốc sau bảo quản

1.4.3 Bảo quản chuối bằng chất hấp thụ etilen

Chuối sản sinh ra khí etylen đẩy nhanh quá trình chín của quả Etylen được sinh ra tác động lên màng tế bào quả tăng tính thấm của màng, giải phóng các enzyme, kích thích sự hoạt động của chúng gây ra các phản ứng có liên quan quá

trình sinh lý, sinh hoá của quả Vì vậy khi bảo quản xua đuổi được ethylen hoặc dùng chất hoá học để hấp thụ ethylen sẽ làm chậm được quá trình chín của quả Các chất đã được nghiên cứu và sử dụng gồm:

* 1-MCP (1-Methycyclopropan) đã được nghiên cứu và sử dụng trong bảo quản chuối [18] Sử dụng chất này tránh tác động của ethylen và làm chậm sự tổng hợp chất thơm, phát triển màu sắc nên kéo dài thời gian bảo quản

* Retader (Si12Mg8O30(OH2).8H2O/KMnO4/NaIO4) do hãng Retad, SA của Tây Ban Nha sản xuất Retader chuyển hoá ethylen thành nước và CO2 Tác dụng của Retader là làm sạch khí quyển có ethylen và các chất khí có hại cho nông sản Liều lượng sử dụng 3- 5 g/kg sản phẩm

* Sử dụng chất kháng ethylen Retain – AVG (chất kích thích sinh trưởng) cũng có thể tăng chất lượng quả

1.4.4 Bảo quản trong khí quyển điều chỉnh

Phương pháp này bao gồm các điều kiện bảo quản như khí quyển cải biến (MA - Modified Atmosphere), khí quyển kiểm soát (CA - Controlled Atmosphere Chuối được bảo quản trong môi trường khí quyển mà thành phần và nồng độ các chất khí như O2, CO2, N2… được điều chỉnh và kiểm soát sao cho phù hợp với mục đích bảo quản Nghĩa là hàm lượng khí CO2 tăng lên, hàm lượng O2 giảm đi

để hạn chế quá trình hô hấp, thời gian bảo quản sẽ được kéo dài để nâng cao hiệu quả bảo quản, phương pháp này thường sử dụng các vật liệu bảo quản là các màng chất dẻo có tính thấm khí như PE, LDPE, PP, ULDPE, xelophan…gọi chung là phương pháp bao gói khí quyển điều chỉnh (MAP) Song phương pháp này dễ gây

ra hiện tượng hô hấp yếm khí nhất là điều kiện MA Do đó việc áp dụng đòi hỏi kỹ thuật cao và thường yêu cầu kết hợp với nhiệt độ thấp Quả rất nhanh bị giảm chất lượng khi chuyển khỏi các điều kiện bảo quản nêu trên sang điều kiện không khí và nhiệt độ thường

Bên cạnh các hạn chế nêu trên, chi phí đầu tư cao đặc biệt với điều kiện kiểm soát khí nghiêm nghặt như ở CA vẫn là lý do chủ yếu của việc thiếu khả thi phổ cập công nghệ này tại nhiều nước đang phát triển Hơn thế nữa, với việc sử dụng các

màng chất dẻo có nguồn gốc từ dầu mỏ khó phân hủy sinh học sẽ tạo ra chất thải cho môi trường CA kìm hãm quá trình chín và làm giảm cường độ hô hấp và sản sinh etilen Khả năng bảo quản sau thu hoạch của chuối chín xanh thành thục là 4-6 tuần trong điều kiện khí quyển kiểm soát (2-5% O2 và 2-5% CO2) ở 14°C so với chỉ 2-4 tuần trong không khí Nồng độ <1% O2 và/ hoặc >7% CO2 có thể gây ra trạng thái và hương vị không phù hợp cho quả chuối Sử dụng CA trong quá trình vận chuyển kìm hãm được quá trình chín nên có thể thu hoạch chuối khi nó chín thành thục mà không cần hái xanh quá

1.5 Phương pháp bảo quản hoa quả bằng chế phẩm tạo màng

1.5.1 Cơ sở khoa học và đặc điểm công nghệ

Khác với kỹ thuật túi film chất dẻo, trong đó một lô quả hoặc từng quả được đựng trong túi, phương pháp kỹ thuật phủ màng là tạo ra một dịch lỏng dạng composit ở dạng colloid hoặc nhũ tương rồi phủ lên bề mặt từng quả (hoặc rau ăn quả, rau ăn củ) riêng rẽ bằng cách phun, dúng, xoa, lăn Khi dịch lỏng khô đi tạo ra một lớp màng mỏng gần như trong suốt trên quả Nhờ tính chất bán thấm điều chỉnh khí và hơi nước của màng mà quả được giữ tươi lâu hơn Màng phủ làm giảm tổn thất khối lượng và làm chậm sự nhăn nheo của quả do hạn chế quá trình mất nước Màng phủ có thể tạo ra vùng vi khí quyển điều chỉnh xung quanh quả do đó làm thay đổi sự trao đổi khí với không khí xung quanh Như vậy, về bản chất kỹ thuật màng bán thấm cũng là một dạng của phương pháp MA [6-8] Công nghệ tạo màng

bề mặt có những đặc điểm chính về kỹ thuật như sau:

- Làm giảm tổn thất khối lượng và giảm biến dạng hình thức do mất nước;

- Thay thế và tăng cường cho màng sáp tự nhiên vốn có trên mặt quả;

- Làm giảm trao đổi khí (giảm O2, tăng CO2) dẫn tới làm chậm quá trình chín hay già hoá;

- Cải thiện hình thức nhờ lớp màng bóng láng;

- Làm tăng độ tươi của rau quả;

- Ức chế vi sinh vật phát triển trên bề mặt rau quả;

- Phòng ngừa tổn thương cơ học và nhiễm bệnh trong vận chuyển;

- Chất lượng được duy trì nhờ các ưu điểm trên

1.5.2 Thành phần các chất tạo màng [9-11]

Chế phẩm tạo màng có thể được pha chế từ nhiều nguyên liệu khác nhau gồm nhựa cây, sáp thực vật, sáp động vật, polysaccharít, protein và một số ít polyme tổng hợp Thực tế, đa số các chế phẩm đều là vật liệu composit gồm ít nhất hai thành phần tạo màng trở lên có bổ sung thêm các phụ gia chẳng hạn chất dẻo hóa, chất hoạt động bề mặt, chất chống bọt, chất nhũ hóa và chất bảo quản để giữ chế phẩm được lâu Lipid (chất béo) dùng trong chế phẩm thường là những chất sáp hoặc dầu tự nhiên Ví dụ: sáp carnauba từ lá cọ ở Brazil, sáp cám gạo, sáp ong Cũng có thể là sáp tổng hợp như parafin và polyethylen là những sản phẩm tinh luyện dầu mỏ Chất nhựa tự nhiên như cánh kiến, nhựa cây Châu Âu và Mỹ cho phép dùng hai nguyên liệu này làm phụ gia thực phẩm

Chế phẩm tạo màng là lipid và nhựa có ưu điểm là làm giảm mất nước nhưng chúng lại có nhược điểm là dễ gây ra hiện tượng hô hấp yếm khí do ức chế trao đổi khí, nhất là đối với cánh kiến và nhựa cây Vật liệu carbohydrát thường sử dụng làm chất tạo màng gồm: xenlulose và các dẫn xuất từ xenlulose, tinh bột, pectin, alginate, carrageenan và chitosan Những loại vật liệu này kém tác dụng chống mất nước cho rau quả, nhưng có tính thẩm thấu khí khá chậm nên có tác dụng làm chậm chín quả Protein để làm màng thực phẩm có thể tách chiết từ ngô (zein), lúa mỳ (gluten), đỗ tương, colagen (gelatin), hoặc từ sữa (casein) Cũng như polysaccharit, protein không có khả năng chống mất nước cao như màng lipid, nhưng sự trao đổi khí lại rất thuận lợi cho việc làm chậm quá trình chín mà không gây ra hiện tượng

hô hấp yếm khí

Do vậy người ta thường kết hợp các thành phần nhựa với protein hay với polysaccharit Như vậy, chế phẩm tạo màng được làm từ các thành phần tự nhiên, không độc hại, trong nhiều trường hợp là những chất dinh dưỡng Khi pha chế, tùy theo loại quả mà chúng ta sẽ chọn loại nguyên liệu khác nhau để đảm bảo hiệu quả bảo quản và yếu tố an toàn thực phẩm

1.5.3 Ưu và nhược điểm của phương pháp

Về bản chất, công nghệ tạo màng bề mặt giống phương pháp bao gói khí quyển điều chỉnh (MA), tức là có thể đạt được hiệu quả bảo quản của phương pháp

đó Ngoài ra còn có các ưu điểm nổi bật sau đây:

- Dễ sử dụng do kỹ thuật áp dụng đơn giản, không yêu cầu nhân lực trình độ cao;

- Quy mô áp dụng rộng vì có thể cho sản xuất tập trung và quy mô hộ;

- Thân thiện môi trường vì không tạo ra chất thải khi sử dụng;

- Là công nghệ không đắt tiền;

- Dễ dàng kết hợp với các phương pháp bảo quản khác, có thể phối chế vào màng các hoạt chất theo ý muốn;

- Dễ dàng cơ giới hóa khâu sử dụng như trong hệ thống packinghouse

- Chế phẩm phù hợp với quy mô sản xuất công nghiệp

- Công nghệ này có nhược điểm đặc trưng thường gặp khi sử dụng phương pháp MA và CA do sự hình thành điều kiện yếm khí, nhất là khi bảo quản ở nhiệt

độ thường, dẫn tới sự thay đổi mùi vị, mầu sắc, sự khác lạ trên bề mặt (hiện tượng dính, trơn) Phương pháp này không thích hợp cho bảo quản các loại rau ăn lá

1.5.4 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng bảo quản bằng chế phẩm tạo màng

1.5.4.1 Các nghiên cứu trên thế giới

Trên thế giới, các loại quả được nghiên cứu và áp dụng kỹ thuật bảo quản bằng chế phẩm tạo màng composit phổ biến hiện nay gồm có: táo, quả có múi, chuối, đào, bơ, dứa, nho, hồng Các loại rau gồm có: dưa chuột, cà chua, khoai lang, dưa các loại [26] Dựa theo tính chất tự nhiên vốn có của sáp quả mà xu hướng nghiên cứu trước đây chủ yếu sử dụng lipid và nhựa cây để làm thành phần tạo màng Khi bổ sung thành phần này sẽ đạt được hiệu quả chống mất nước và tăng độ bóng láng của vỏ quả Các sản phẩm tạo màng một thành phần hiện nay ít sử dụng

mà đã chuyển sang việc chế tạo sản phẩm dạng composit có ít nhất 2 thành phần Vật liệu composit đã được quan tâm nghiên cứu nhiều nhằm kết hợp các tính chất

có lợi của các vật liệu khác nhau để cải tiến các chức năng như độ thấm khí, độ bóng, độ bền, tính dẻo, mức độ bổ sung dinh dưỡng và cách thức trình bày chế phẩm [19-22]

Trong quá trình này, nhất thiết phải có chất dẻo hóa, trong đó phổ biến nhất

là các polyol Lợi ích của chất dẻo hóa là làm giảm số lượng các cầu hydro liên kết giữa các phân tử polyme làm cho màng mềm dẻo không bị giòn, nhưng nhược điểm lớn kèm theo là lại làm tăng tính thẩm thấu hơi nước [19, 20] Trước đây, trong quá trình tạo vật liệu composit, thường phải sử dụng các dung môi hữu cơ để hòa tan các vật liệu gốc lipid và nhựa

1.5.4.2 Các nghiên cứu trên tại Việt Nam

Từ các nghiên cứu về bao gói khí quyển điều chỉnh (MA) tại Việt Nam trong vòng 6 năm qua cho thấy công nghệ bảo quản theo nguyên tắc MA là hiệu quả đối với một số rau quả tươi ở Việt Nam Hiệu quả công nghệ là rõ ràng vì được chứng minh khắp thế giới Nhưng khó khăn để mở rộng công nghệ ở Việt Nam vẫn còn rất nhiều, chưa làm chủ được công nghệ sản xuất Tất cả các vật liệu màng đều mua từ nước ngoài Công nghệ yêu cầu tuyệt đối về điều kiện lạnh, nếu không hiệu quả sẽ rất thấp Vấn đề tiền xử lý cũng rất quan trọng không thể bỏ qua Tuy vậy, hướng đi theo MA là rất chính xác và nhiều triển vọng

Kết quả nghiên cứu sản xuất và ứng dụng các chế phẩm tạo màng dạng composit và ở Việt Nam có rất ít Viện Nghiên cứu Cây ăn quả miền Nam đã tạo ra một chế phẩm dạng composit với các thành phần chính là tinh bột chuối, methylxenlulo, gelatin và parafin cùng một số phụ gia như chất dẻo hoá (PEG400,

PG, TEA, PVA) thử nghiệm trên quả chuối, thanh long, xoài và đã chỉ ra hiệu ứng chậm chín biểu hiện trên cả 3 loại quả [11] Các kết quả theo thông báo chỉ là bước đầu với quy mô phòng thí nghiệm và cho đên nay chưa thấy có kết quả mới Với thành phần như công bố thì chế phẩm có khả năng làm chậm chín do chứa các hợp chất polysacharit và protein

Mặt khác, do có thành phần sáp parafin nên màng cũng có khả năng chống mất nước Gần đây, Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch đã mở

ra hướng nghiên cứu về công nghệ bảo quản bằng các chế phẩm tạo màng Các nghiên cứu và triển khai tại Viện trong 5 năm gần đây đã tiến hành theo hai cách tiếp cận: một là sử dụng một số chế phẩm thương mại nhập của nước ngoài để thử nghiệm áp dụng nhằm giới thiệu và khẳng định công nghệ mới; hai là nghiên cứu chế tạo ra những chế phẩm có tác dụng và hiệu quả tương tự từ những nguyên liệu sẵn có trong nước nhằm làm chủ hoàn toàn công nghệ [7,8,9]

1.6 Các nghiên cứu bảo quản quả chuối bằng chế phẩm tạo màng

Việc áp dụng chế phẩm tạo màng để duy trì chất lượng và hình thức quả chuối đang được thực hiện ở một số nước sản xuất chuối, trong đó có cả các nước trong khu vực như Trung Quốc, Thái Lan Thưc tiễn hoạt động ở các nước đã chứng minh đây là phương pháp bảo quản rất hiệu quả và kinh tế đối với nhiều loại hoa quả, trong đó có quả chuối Tuy nhiên so với các loại quả có múi, quả táo thì số lượng nghiên cứu và lượng chế phẩm sản xuất dành cho quả chuối ít hơn nhiều Một

số nghiên cứu đã sử dụng chitosan kết hợp với các thành phần chống nấm là hóa chất tổng hợp hay chiết xuất từ tự nhiên khác.[34]

Các tác giả Banglades đã sử dụng chế phẩm phủ màng Waxol trong nghiên cứu bảo quản chuối giống Amrita sagar và thu được kết quả bảo quản được 21 ngày với hư hao khối lượng tự nhiên 6,89%, trong khi chuối đối chứng chỉ bảo quản được 9,33 ngày [35] Trong nghiên cứu của nhóm tác giả thuộc Viện Công nghiệp thực phẩm Án độ đã sử dụng 5 loại chế phẩm composit khác nhau Cả 5 loại đều được pha chế từ polysaccharides Các chỉ tiêu về chất lượng và tuổi thọ bảo quản quả chuối ở 27°C được theo dõi so sánh với Waxol là một chế phẩm đã thương mại Kết quả chỉ ra cả 5 loại chế phẩm có thành phần polysaccharide đều có tác dụng bảo quản tốt, nhưng kết quả tốt nhất vẫn là chitosan Kết quả này cũng thể hiện đối với quả xoài trong cùng thí nghiệm đó [31,32]

Ở trong nước, rất ít kết quả nghiên cứu về chế phẩm tạo màng bảo quản quả chuối được công bố Nguyễn Duy Lâm [7] trong khuôn khổ một đề tài cấp Bộ đã sử dụng chitosan kết hợp với một vài polime khác áp dụng cho bảo quản quả chuối và cho kết quả rất rõ rệt về tác dụng làm chậm chín Viện Nghiên cứu Cây ăn quả

miền Nam đã tạo ra một chế phẩm dạng composit với các thành phần chính là tinh bột chuối, methylxenlulo, gelatin và parafin cùng một số phụ gia như chất dẻo hoá

và thử nghiệm trên quả chuối và đã cũng chỉ ra hiệu ứng chậm chín [11] Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu trong nước chỉ là bước đầu với quy mô nhỏ phòng thí nghiệm

1.7 Sơ lược về chitosan

1.7.1.Cấu trúc, tính chất của chitosan

Chitosan là polysaccharide β-1-4-glucosamin, thu được bởi quá trình deacetyl hóa chitin, là hợp chất có nguồn gốc tự nhiên, không độc, giá thành rẻ Nhờ tính chất an toàn sinh học và kháng nấm chitosan được ứng dụng nhiều trong công nghệ thực phẩm

Trong thực tế chitosan thường được chế biến ở dạng vẩy mịn, trong môi trường thích hợp chitosan sẽ hòa tan tạo ra dung dịch có độ nhớt, độ dính cao có khả năng đông tụ các hạt vô cơ cũng như các thành phần hữu cơ khác Tùy theo nhu cầu người ta có thể tạo ra các dẫn xuất khác nhau của chitosan, các dẫn xuất này có khả năng tạo ra các màng mỏng trong suốt, bền vững có tính kháng nấm, tính bán thấm và vô hại với con người và môi trường

Chitosan không tan trong nước, có độ pH > 6,6 do có nhóm amino (NH2) tự

do, nhưng tan tốt trong dung dịch axit như: axit formic, axit axetic… độ nhớt của dung dịch chitosan có mối quan hệ tỷ lệ thuận với khối lượng phân tử chitosan, nồng độ dung dịch và ngược lại

Hình 1.0.3 Cấu trúc của Chitosan

1.7.2.Tác dụng kháng vi sinh vật của chitosan

Gần đây một số nghiên cứu cho rằng chitosan có 2 hoạt tính sinh học: Một

là chitosan như một chất diệt khuẩn polycation, do có tính kháng nấm hoặc nó có tác dụng làm thay đổi hình thái, cấu trúc và phá hoại các tổ chức phân tử của tế bào nấm Hai là chitosan như là một elicitor sinh học, chitosan có thể bảo vệ quả như sự tích lũy chitinase, β-1,3- glucanse và hợp chất phenol, sự hóa gỗ, sự tổng hợp phytoalexins, và ngăn chặn enzyme phân cắt mô tế bào giúp cho quả có sức đề kháng tốt hơn dưới tác động của mầm bệnh

Mức độ deaxetyl hóa ảnh hưởng đến khả năng kháng vi sinh vật của chitosan Mức độ deaxetyl hóa càng cao thì khả năng kháng vi sinh vật của chế phẩm chitosan càng lớn

1.7.3.Tác dụng của màng chitosan trong bảo quản rau quả tươi

Chitosan với tính chất an toàn sinh học và tính kháng nấm đã được nghiên cứu rộng rãi để ứng dụng vào nông nghiệp và công nghiệp thực phẩm Chitosan và dẫn xuất của nó có thể làm màng bán thấm trên bề mặt quả, giúp điều chỉnh không khí trong nội bộ quả, làm giảm sự thoát hơi nước và cải tiến chất lượng quả Màng chitosan có tác dụng như một màng chắn cơ học giúp bảo vệ quả khỏi tác nhân gây bệnh

1.8 Sơ lược về nano bạc

Nano bạc là những hạt bạc có kích thước nhỏ tính theo đơn vị nanomet Nhờ

có kích thước rất nhỏ (0.1 nm – 100nm), diện tích bề mặt tổng cộng của bạc nano lớn và hiệu quả hoạt động của bạc nano 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 ion Theo tính toán lý thuyết bạc nano có hoạt tính mạnh hơn ít nhất 40 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 dùng mỗi ngày, nếu nhiều hơn sẽ bị hiện tượng Argyria hay còn

gọi là trúng độc bạc Nếu dùng 1 – 2 muỗng cà phê/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), ta sẽ có hiệu quả phòng bệnh rất tốt Ngoài ra, nano bạc là vật liệu có diện tích bề mặt riêng lớn, có những đặc tính độc đáo: tính kháng khuẩn, kháng nấm, khử mùi, có khả năng phát xạ hồng ngoại đi xa, có khả năng phân tán ổn định trong các loại dung môi khác nhau (trong các dung môi phân cực như nước và trong các dung môi không phân cực như như benzen, toluene), độ bền hoá học cao, không bị biến đổi dưới tác dụng của ánh sáng và các tác nhân oxy hoá khử thông thường, chi phí cho quá trình sản xuất thấp, ổn định ở nhiệt độ cao

Bạc và các hợp chất của bạc được sử dụng rộng rãi từ đầu thế kỷ XIX đến giữa thế kỷ XX để điều trị các vết bỏng và khử trùng Sau khi thuốc kháng sinh được phát minh và đưa vào ứng dụng với hiệu quả cao, người ta không còn quan tâm đến tác dụng kháng khuẩn của bạc nữa Tuy nhiên, từ những năm gần đây, do hiện tượng các chủng vi sinh ngày càng trở nên kháng thuốc, người ta lại quan tâm trở lại đối với việc ứng dụng khả năng diệt khuẩn và các ứng dụng khác của bạc, đặc biệt là dưới dạng hạt có kích thước nano

Hình 1.0.4 Cơ chế kháng khuẩn của bạc

Các đặc tính kháng khuẩn của bạc bắt nguồn từ tính chất hóa học của các ion

Ag+ Ion này có khả năng liên kết mạnh với peptidoglican, thành phần cấu tạo nên thành tế bào của vi khuẩn và ức chế khả năng vận chuyển oxy vào bên trong tế bào dẫn đến làm tê liệt vi khuẩn Nếu các ion bạc được lấy ra khỏi tế bào ngay sau đó,

khả năng hoạt động của vi khuẩn lại có thể được phục hồi Do động vật không có thành tế bào,vì vậy chúng ta không bị tổn thương khi tiếp xúc với các ion này

Sau khi Ag+ tác động lên lớp màng bảo vệ của tế bào vi khuẩn gây bệnh nó

sẽ đi vào bên trong tế bào và phản ứng với nhóm sunfuahydrin – SH của phân tử enzym chuyển hóa oxy và vô hiệu hóa men này dẫn đến ức chế quá trình hô hấp của

tế bào vi khuẩn

Hình 1.0.5.Ion bạc vô hiệu hóa enzym chuyển hóa oxy của vi khuẩn

Ngoài ra các ion bạc còn có khả năng liên kết với các base của DNA và trung hòa điện tích của gốc phosphate do đó ngăn chặn quá trình sao chép DNA

Hình 1.0.6 Ion bạc liên kết với các base của DNA

Về ảnh hưởng của nano bạc đến sức khoẻ con người, các nhà khoa học cho rằng nano bạc có khả năng diệt vi khuẩn, mà tiêu hóa của con người có được là do các vi khuẩn có lợi cho cơ thể và vì thế, họ vẫn nghi ngờ rằng các hạt nano bạc cũng có thể diệt các vi khuẩn này và ảnh hưởng đến sức khoẻ Tuy nhiên cho đến nay chưa thấy công trình nào công bố sự tác hại của nano bạc Các nghiên cứu tại Odense Universitets Hospital cũng đã chứng minh rằng các hạt nano bạc được hấp thu vào trong cơ thể mà không hề gây ra một tác dụng phụ nào cũng như gây độc cho cơ thể Các nhà khoa học còn chứng minh các hạt nano bạc sẽ được giải phóng ra khỏi

cơ thể theo thời gian Các hãng sản xuất những sản phẩm chứa nano bạc chẳng hạn như Samsung phát biểu rằng các sản phẩm của họ đều được thử nghiệm và cho đến nay họ vẫn khẳng định tính an toàn của nó đối với sức khoẻ của người sử dụng (Trần Minh Hải, 2011)

1.9 Sơ lược về tinh dầu nghệ

1.9.1 Thành phần hóa học của tinh dầu nghệ vàng

Thành phần hóa học của củ (thân rễ) cây nghệ chứa ít nhất 7% các loại dầu

dễ bay hơi có sắc tố màu vàng Tinh dầu nghệ vàng ở dạng lỏng, có mùi thơm đặc trưng của nghệ với thành phần dễ bay hơi như α-pinen, β-pinen, limonene, tecpinen, caryophyllen, curcumen, linalool, camphen, turmerone, ar-turmerone, curlone, cymene, sesquiphellandrene… Các hợp chất này thuộc nhóm sesquiterpenes và monoterpenes là những hợp chất đã được chứng minh có hoạt tính kháng khuẩn

Hình 1.0.7 Cấu trúc của một số hợp chất đƣợc nhận dạng trong tinh dầu nghệ

1.9.2 Hoạt tính sinh học :

Hoạt tính chống viêm: Tinh dầu của Curcuma longa có hiệu quả chống viêm và

ức chế enzyme hyaluronidase Các tác giả cho rằng hiệu quả chống oxy hóa của tinh dầu đƣợc chứng minh bằng sự ức chế khả năng sự khuếch tán của hyaluronidase enzyme Dầu từ lá Curcuma longa cũng cho thấy hoạt tính chống viêm ở chuột bạch thực nghiệm Dịch chiết thân rễ làm giảm sự phát triển của u hạt và không độc đối với động vật Hoạt tính chống oxy hóa: Scatezzini và cộng sự đã nghiên cứu hoạt tính chống oxy hóa của một số thực vật sử dụng trong y học cổ truyền ở Ấn Độ Nghiên cứu này chỉ ra rằng cây nghệ đƣợc sử dụng nhiều trong liệu pháp ayurvedic cách đây hàng ngàn năm Lee và cộng sự phát hiện ra thành phần hủy tiểu cầu là

ar-turmerone có nguồn gốc từ thân rễ của cây nghệ Curcuma longa L., ở nồng độ

ức chế 50% (IC50) ar-turmerone ức chế sự lắng của tiểu huyết cầu do collagen cảm ứng (IC50, 14,4 μM) và arachidonic acid (IC50 43,6 μM) Xác định được hoạt tính chống oxy hóa của dịch chiết từ thân rễ tươi và khô tách chiết bằng methanol từ 4 dòng nghệ vàng (Curcuma longa L.)

Hoạt tính kháng vi sinh vật: Một số tác giả đã chứng minh hoạt tính kháng

khuẩn của dầu nghệ, Jayaprakasha và cộng sự đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của dầu nghệ được tách từ dịch chiết sau khi tách lấy curcumin Tinh dầu nghệ được thử

với các chủng Staphylococcus albus, Staphylococcus aureus và Bacillus typhosus, kết quả cho thấy đã ức chế sinh trưởng của Staphylococcus albus, Staphylococcus

aureus ở các nồng độ khác nhau Đối với vi khuẩn đường ruột, sinh trưởng của Lactobacilus bị ức chế bởi tinh dầu nghệ ở nồng độ 4,5-90μl/100ml Dịch chiết

nghệ bằng alcohol cũng có hiệu quả ức chế (10–200mg/ml) nhưng không mạnh bằng tinh dầu Một số tác giả chưng cất dầu nghệ ở áp suất thấp (20mmHg) thu được 2 phân đoạn, các phân đoạn này được thử hoạt tính sinh học với một số chủng

nấm như: Aspergillus flavus, A parasiticus, Fusarium moniliforme và Penicillium

digitatum Bằng phương pháp đếm khuẩn lạc cho thấy phân đoạn nhận được ở

110-120oC có hiệu quả ức chế sinh trưởng của các loại nấm tốt hơn Kết quả phân tích GC/MS cho thấy trong phân đoạn này chủ yếu là turmerone và curlone cùng với các hợp chất oxy hóa khác

Theo Dhingra và cộng sự, tinh dầu nghệ (Curcuma longa L, ) độc đối với 7 loại nấm hại nông sản trong quá trình bảo quản Phụ thuộc vào loại nấm, sự ức chế của

chúng dao động từ 36-77%, Aspergillus flavus, Fusarium semitectum,

Colletotrichum gloeosporioides và Cylindrocarpon musae là những loại mẫn cảm

nhất bị ức chế trên 70%, trong đó ar-turmerone chiếm 87% và ar-turmerone tinh sạch có hoạt tính kháng nấm tương tự như tinh dầu thô

1.9.3 Cơ chế kháng khuẩn của tinh dầu

Cơ chế kháng khuẩn của tinh dầu đến tế bào vi khuẩn vẫn chưa thực sự được sáng

tỏ Do tinh dầu có rất nhiều nhóm các hợp chất hóa học khác nhau, nên có lẽ hoạt

tính kháng khuẩn của chúng không do một cơ chế đặc biệt nào mà có thể coi như là kết quả của việc liên hợp của nhiều cơ chế khác nhau

Đặc trưng quan trọng nhất của những phân tử có mặt trong tinh dầu là tính kỵ nước Nhờ hoạt tính này mà nó tan tốt trong màng tế bào, điều này dẫn đến sự mất

ổn định cấu trúc và làm tăng tính thấm của màng tế bào Những thay đổi này gây ra

sự rò rỉ của các ion và các chất nội bào Nếu như mất quá nhiều cơ chất hoặc tế bào chất bị rò rỉ quá nhiều sẽ ảnh hửởng đến sự sống của tế bào, làm cho tế bào bị chết Nhìn chung, tinh dầu chứa các hợp chất phenol như carvacrol, eugenol và thymol,

có hoạt tính kháng khuẩn mạnh nhất do nhóm thế có tính axit Cơ chế của chúng tương tự như các phenolics là làm thay đổi màng tế bào chất, gián đoạn lực đẩy proton và làm kết tủa các chất trong tế bào Tầm quan trọng của sự có mặt nhóm hydroxyl trong các hợp chất phenolic đã được chứng minh Các thành phần của tinh dầu cũng tác động lên các enzymes như ATPases nằm trong màng tế bào chất và được bao quanh bởi các phân tử lipid Các phân tử lipophilic hydrocacbon có thể tích tụ trong lớp lipid kép và làm ảnh hưởng đến tương tác lipid-protein; ngoài ra có thể có sự tương tác trực tiếp của các hợp chất lipophilic với phần kỵ nước của protein Tương tự, cyclohexane, limonene và β-pinene cũng ức chế hô hấp và các quá trình trao đổi chất liên quan đến màng tế bào như S cerevisiae Các hydrocacbon terpenes như α-pinene, β -pinene, γ-terpinene và limonene được tìm thấy ảnh hưởng tới cấu trúc và chức năng của màng nhân, chúng làm cho màng thấm tốt hơn và phồng lên Điều này ức chế các enzyme hô hấp, dẫn đến pH gradient và điện thế bị thay đổi mà đây là những yếu tố then chốt cho hệ năng lượng trong tế bào Phần lớn các terpenoids ức chế quá trình hấp thu oxy và phosphoryl hóa của vi sinh vật Các nghiên cứu về tinh dầu nghệ vàng cho thấy sự thay đổi về thành phần hóa học cũng như hoạt tính sinh học của chúng phụ thuộc vào nhiều yếu

tố Do đó các nghiên cứu về tách chiết tinh dầu nghệ, xác định thành phần hóa học

và đánh giá hoạt tính sinh học của tinh dầu nghệ là một vấn đề cần được đầu tư nghiên cứu sâu hơn nữa ở Việt Nam và đặc biệt định hướng ứng dụng tinh dầu nghệ vàng vào thực tế

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu

Đề tài được thực hiện từ tháng 3 năm 2017 đến tháng 7 năm 2017 tại phòng thí nghiệm khoa Công nghệ sinh học – Thực phẩm – Môi trường, Trường Đại học Công nghệ TP Hồ Chí Minh

2.2 Vật liệu nghiên cứu

2.2.1 Nguồn mẫu

Chuối già hương được trồng tại Xã Ba Sao, Huyện Cao Lãnh, Tỉnh Đồng Tháp Được thu hoạch ở các độ chín khác nhau

Hình 2.1 Chuối già hương

2.2.2 Vật liệu nghiên cứu

- Chitosan nguyên liệu sử dụng trong nghiên cứu được sản xuất tại Công Ty TNHH MTV Chitosan Việt Nam

- Nano bạc nguyên liệu sử dụng trong nghiên cứu được sản xuất tại công ty CP Ứng Dụng Công Nghệ Cao Á Châu

- Tinh dầu nghệ được trích ly tại phòng thí nghiệm Trường Đại Học Công Nghệ TPHCM