Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu tổng hợp xanh nano bạc trong gel nha đam và ứng dụng trong tạo màng kháng khuẩn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP XANH NANO BẠC TRONG
GEL NHA ĐAM VÀ ỨNG DỤNG TRONG TẠO MÀNG
KHÁNG KHUẨN

Ngành:

Công Nghệ Sinh Học

Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học

Giảng viên hướng dẫn : TS. Nguyễn Thái Ngọc Uyên
ThS. Trần Thị Ngọc Mai
Sinh viên thực hiện : Huỳnh Trần Thùy Dương
MSSV: 1311100232

Lớp: 13DSH02


TP. Hồ Chí Minh, 2017


LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu mà em trực tiếp thực hiện dưới sự hướng dẫn
của TS. Nguyễn Thái Ngọc Uyên và Ths. Trần Thị Ngọc Mai. Tất cả các số liệu, kết quả
trình bày trong đồ án tốt nghiệp hoàn toàn trung thực, khách quan và không sao chép số
liệu của bất kỳ công trình nghiên cứu nào. Nếu có sai sót em xin hoàn toàn chịu trách
nhiệm trước Hội đồng kỷ luật của trường.

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017

Sinh viên thực hiện

Huỳnh Trần Thùy Dương


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu
trường Đại học Công Nghệ Tp. Hồ Chí Minh cùng các thầy cô khoa Công Nghệ Sinh Học –
Thực phẩm – Môi trường của trường Đại học Công Nghệ Tp. Hồ Chí Minh và khoa Vật liệu
Polymer và Composite của trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Tp. Hồ Chí Minh đã tận
tình chỉ dạy, giúp đỡ truyền đạt cho em những kiến thức quý giá trong suốt quá trình nghiên
cứu vừa qua.
Đặc biệt, em xin gửi lời cám ơn chân thành đến cô Nguyễn Thái Ngọc Uyên và cô
Trần Thị Ngọc Mai– người đã tận tình hướng dẫn và hết lòng giúp đỡ cho em trong suốt quá
trình thực hiện đồ án.
Em xin cám ơn gia đình và bạn bè luôn ở bên cạnh, là nguồn cổ vũ động viên tinh
thần to lớn trong suốt quá trình học tập và thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Mặc dù đã cố gắng nhiều trong quá trình thực hiện đồ án khó tránh khỏi những sai
sót, rất mong quý thầy cô và các bạn xem xét và góp ý để em có thể rút ra những kinh
nghiệm quý báu cho quá trình công tác và học tập sau này.
Xin chân thành cảm ơn!

Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017
Sinh viên

Huỳnh Trần Thùy Dương




Đồ án tốt nghiệp

MỤC LỤC
MỤC LỤC ........................................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................. iv
DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ ........................................................................... v
DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................................ vi
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 1
Tính cấp thiết của đề tài................................................................................................... 1
Tình hình nghiên cứu ....................................................................................................... 2
Mục đích nghiên cứu ....................................................................................................... 3
Nhiệm vụ nghiên cứu ...................................................................................................... 3
Phương pháp nghiên cứu ................................................................................................. 4
Các kết quả đạt được ....................................................................................................... 4
Kết cấu của đồ án tốt nghiệp ........................................................................................... 4
CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN TÀI LIỆU .......................................................................... 6
1.1. Tổng quan về màng bao sinh học ............................................................................. 6
1.1.1. Giới thiệu về màng bao sinh học ....................................................................... 6
1.1.2. Đặc điểm và phương pháp tạo màng ................................................................. 6
1.1.3. Một số ứng dụng của màng sinh học ................................................................. 7
1.2. Tổng quan về Chitosan ............................................................................................. 9
1.2.1. Định nghĩa Chitosan .......................................................................................... 9
1.2.2. Cấu trúc của chitosan......................................................................................... 9
1.2.3. Các tính chất của chitosan ............................................................................... 10
1.2.4. Một số ứng dụng của chitosan ......................................................................... 11
1.3. Tổng quan về hạt nano bạc ..................................................................................... 13
1.3.1. Giới thiệu về nguyên tử bạc ............................................................................ 13
1.3.2. Đặc tính kháng khuẩn của bạc ......................................................................... 14
1.3.3. Cơ chế kháng khuẩn của bạc ........................................................................... 14
1.3.4. Giới thiệu hạt nano bạc .................................................................................... 15
1.3.5. Các phương pháp tạo hạt nano bạc .................................................................. 16
1.3.6. Độc tính ........................................................................................................... 19
i


Đồ án tốt nghiệp
1.3.7. Ứng dụng của hạt nano bạc ............................................................................. 20
1.4. Cây nha đam ........................................................................................................... 20
1.4.1. Giới thiệu cây nha đam .................................................................................... 20
1.4.2. Thành phần hóa học......................................................................................... 21
1.4.3. Một số ứng dụng của nha đam ........................................................................ 25
CHƯƠNG 2 – VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................. 26
2.1. Thời gian và địa điểm ............................................................................................. 26
2.2. Vật liệu và thiết bị nghiên cứu................................................................................ 26
2.3. Quy trình nghiên cứu .............................................................................................. 27
2.3.1. Quy trình thực hiện .......................................................................................... 27
2.3.2. Thuyết minh quy trình ..................................................................................... 29
2.4. Phương pháp phân tích AgNP được tạo thành ....................................................... 31
2.4.1. Phương pháp phổ hấp thu phân tử vùng sóng UV-Vis ................................... 31
2.4.2. Xác định hình thái AgNP bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ......... 32
2.4.3. Xác định cấu trúc AgNP bằng phổ tán xạ năng lượng tia X, EDS.................. 32
2.5. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................ 33
2.5.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đun mẫu lên sự tạo thành dịch chiết nha
đam ............................................................................................................................ 34
2.5.3. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đun mẫu lên sự tạo thành dịch chiết nha đam
................................................................................................................................... 35
2.5.4. Khảo sát thời gian khuấy lên sự tổng hợp AgNP ............................................ 35
2.5.5. Khảo tỷ lệ dịch chiết nha đam kết hợp với dung dịch AgNO3 lên sự tổng hợp
AgNP ......................................................................................................................... 36
2.5.6. Khảo sát tính chất của màng CS - AgNP ........................................................ 36
CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN.................................................................... 39
3.1. Tổng hợp AgNP ...................................................................................................... 39
3.1.1. Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đun lên sự tạo thành AgNP39
3.1.2. Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt đun lên sự tổng hợp Ag NP..... 40
3.1.3. Thí nghiệm 3: Khảo sát thời gian khuấy lên sự tổng hợp AgNP .................... 41
3.1.4. Thí nghiệm 4: Khảo sát tỷ lệ dịch chiết nha đam kết hợp với dung dịch
AgNO3 lên sự tổng hợp AgNP .................................................................................. 43
3.2. Kết quả chụp phổ tán xạ năng lượng tia X - EDS xác định sự có mặt của Ag trong
mẫu ................................................................................................................................ 44
ii


Đồ án tốt nghiệp
3.3. Kết quả xác định kích thước AgNP bằng phương pháp kính hiển vi điện tử truyền
qua TEM ........................................................................................................................ 46
3.4. Khảo sát các tính chất kháng khuẩn dung dịch AgNP ........................................... 47
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................................... 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 55
PHỤ LỤC ......................................................................................................................... 59

iii


Đồ án tốt nghiệp
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
AgNP

Silver nanoparticles

AgNO3

Bạc nitrate

A.vera

Aloe vera

CS-AgNP

Chitosan-nano bạc

CS-TPP

Chitosan-tripoly phosphat

ĐC

Đối chứng

H3PO4

Acid phosphoric

DNA

Deoxyribonucleic acid

TEM

Transmission electron microscopy

TPP

Tripolyphosphat

UV-vis

UV- visible

EDX

Phân tích kính hiển vi điện tử

ZnONPs

Zinc Oxide Nanoparticles

iv


Đồ án tốt nghiệp
DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Cấu trúc chitin và chitosan .................................................................................. 9
Hình 1.2. Công thức tổng quát của chitin và chitosan....................................................... 10
Hình 1.3. Tác động của ion bạc lên vi khuẩn .................................................................... 14
Hình 1.4. Ion bạc vô hiệu hóa enzym chuyển hóa oxy của vi khuẩn ................................ 15
Hình 1.5. Ion bạc liên kết với các base của DNA ............................................................. 15
Hình 1.6. Tổng hợp xanh AgNPs từ dịch chiết thực vật ................................................... 18
Hình 1.7. Cây nha đam ...................................................................................................... 21
Hình 2.1. Quy trình tạo AgNP ........................................................................................... 29
Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm ...................................................................................... 34
Hình 2.3. Quy trình khảo sát tính kháng khuẩn của màng Chitosan- AgNP .................... 37
Hình 2.4. Sơ đồ quy trình khảo sát hạt tính kháng khuẩn dung dịch AgNP ..................... 38
Đồ thị 3.1. Ảnh hưởng của thời gian đun lên sự tạo thành dịch chiết nha đam ................ 39
Hình 3.1. Ảnh hưởng của thời gian đun lên sự hình thành AgNP .................................... 40
Đồ thị 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đun lên sự hình thành AgNP.................................... 41
Hình 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đun lên sự hình thành AgNP ...................................... 41
Đồ thị 3.3. Ảnh hưởng của thời gian khuấy lên sự tổng hợp AgNP ................................. 42
Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian khuấy lên sự hình thành AgNP ................................. 43
Đồ thị 3.4. Ảnh hưởng tỷ lệ dịch chiết nha đam-AgNO3 lên sự hình thành AgNP .......... 43
Hình 3.4. Ảnh hưởng của tỉ lệ dịch chiết nha đam – AgNO3 lên sự hình thành AgNP .... 44
Hình 3.5. Ảnh EDS xác định sự có mặt của Ag ................................................................ 45
Hình 3.6. Kết quả ảnh chụp kính hiển vi điện tử truyền qua TEM ................................... 46
Đồ thị 3.5. Mật độ phân bố của hạt AgNP trong dung dịch .............................................. 47
Hình 3.7. Kết quả kháng khuẩn của dung dịch AgNP với các chủng ............................... 48
Hình 3.8. Kết quả kháng khuẩn của màng CS-AgNP với 3% chitosan ............................ 49
Hình 3.9. Kết quả kháng khuẩn màng CS-AgNP với 5% chitosan ................................... 50
Hình 3.10. Kết quả kháng khuẩn của màng CS-AgNP với 7% chitosan .......................... 50
Hình 3.11. Màng bán thấm ở CS – AgNP ......................................................................... 51

v


Đồ án tốt nghiệp
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Số nguyên tử bạc trong một đơn vị thể tích ...................................................... 13
Bảng 1.2. Các loại amino acid trong gel nha đam ............................................................. 23
Bảng 1.3. Lipid và các hợp chất hữu cơ ............................................................................ 23
Bảng 1.4. Các hợp chất có hoạt tính sinh học ................................................................... 24
Bảng 2.1. Một số thiết bị được sử dụng trong đồ án tốt nghiệp ........................................ 26
Bảng 3.1. Kích thước vòng kháng khuẩn của CS-AgNP (mm)........................................ 51

vi


Đồ án tốt nghiệp
MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, trên thế giới đang có xu hướng quay về nghiên cứu
các hợp chất tự nhiên do nó mang tính an toàn rất cao, đặc biệt là hoạt chất được dùng
trong thực phẩm, làm thuốc và mỹ phẩm.
Cây lô hội hay còn gọi là cây nha đam, có tên khoa học là Aloe vera thành phần
hóa học chủ yếu là các polysaccharide như mannan, glucomannan, galactan cùng với các
loại enzyme, vitamin được xác định có hoạt tính sinh học trong việc chữa lành vết
thương, nhuận tràng, kháng khuẩn, chống ung thư (Davis RH và các cộng sự,1989;
Reynolds T và Dweck AC, 1999). Ngoài ra, nó còn được nhiều người biết đến với tác
dụng làm đẹp da thông qua một số loại kem, mặt nạ dưỡng da, sữa chua và gel nha đam
còn được sử dụng làm màng bao trong thực phẩm giúp kéo dài thời gian bảo quản cho
các loại trái cây, rau quả, và đặc biệt là khả năng kháng khuẩn của nó rất cao đối với một
số vi khuẩn như Escherichia coli, Salmonella, Bacillus subtilis.
Hiện nay, hầu như nguyên liệu chính sử dụng trong bảo quản hay đóng gói thực
phẩm chủ yếu là các loại màng như polyethylene, polypropylene, tuy nhiên nhược điểm
của chúng là làm tổn thất chất dinh dưỡng của thực phẩm trong quá trình bảo quản, thời
gian phân hủy của các loại màng này lại lâu, khó xử lý nhanh và gây ô nhiễm môi
trường.Vì vậy, vấn đề mới được đặt ra là cần có một loại màng bảo quản thực phẩm mà
có thể khắc phục được các hạn chế trên nhưng bên cạnh đó thì màng cần phải kiểm soát
được sự phát triển của các loại vi khuẩn.
Nhu cầu tiêu dùng đối với thực phẩm chất lượng cao, nhu cầu bảo vệ môi trường
cùng với sự tiến bộ của các phương pháp tạo AgNP kết hợp tận dụng cùng một nguồn
nguyên liệu đầu vào là lá nha đam nên ta có thể nghĩ đến việc dùng nó để cùng một lúc
tạo màng bao và tạo AgNP kết hợp phủ lên rau quả để bảo quản và có khả năng diệt
khuẩn. Gel nha đam với khả năng kháng khuẩn cùng với việc kết hợp với bạc sẽ tạo nên

1


Đồ án tốt nghiệp
màng có tính kháng khuẩn cao nên nó sẽ là giải pháp an toàn trong quá trình bảo quản
(Phúc HTH, 2013).
Từ lâu, bạc được biết là kim loại có khả năng diệt khuẩn tốt, cùng với sự phát
triển công nghệ nano như hiện nay thì việc sử dụng các hợp chất tự nhiên từ thực vật
càng trở nên phổ biến và điều đó có tiềm năng thay thế kháng sinh trong một số ứng
dụng do khả năng tương thích và tự phân hủy sinh học, độc tính thấp, hoạt tính sinh học
cao và đa dạng như kháng khuẩn, kháng nấm, tăng sinh tế bào, tăng cường miễn dịch
của cơ thể nên gel nha đam và bạc được biết đến như một thành phần có hiệu quả cao
trong việc tạo vật liệu diệt khuẩn mang lai hiệu quả cao.
Công nghệ nano là một lĩnh vực nghiên cứu của khoa học hiện đại, nó tạo tác
động tích cực trong tất cả lĩnh vực đời sống con người, trong số các hạt nano kim loại
quý hiếm như AgNP đang rất được quan tâm vì chúng có tính ổn định hóa học, quang
học, dẫn điện tốt và quan trọng nhất là kháng khuẩn, kháng nấm và ít độc nhất đối với
các tế bào động vật. Bên cạnh đó hạt nano còn ức chế sự tăng trưởng của 650 loại vi
khuẩn cũng như hạn chế độc tính đối với con người, ngoài làm vật liệu siêu dẫn lạnh, mỹ
phẩm, công nghiệp thực phẩm và linh kiện điện tử nó còn được thêm vào băng vết
thương, chất tẩy trùng (Ahmed S và các cộng sự, 2016).
Nhận thấy tính cấp thiết của tình hình hiện nay là cần có một loại màng bảo quản
thực phẩm mà có thể khắc phục được các hạn chế trên nhưng bên cạnh đó thì màng cần
phải kiểm soát được sự phát triển của các loại vi khuẩn nên tôi thực hiện đề tài “Nghiên
cứu tổng hợp xanh nano bạc trong gel nha đam và ứng dụng trong tạo màng kháng
khuẩn”
Tình hình nghiên cứu
Gel nha đam bổ sung H3PO4 (pH = 2,75) thanh trùng ở 80°C trong 10 giây, sau đó
pha loãng với nước cất theo tỷ lệ gel nha đam: nước cất 1: 3 (v/ v) nâng thời gian bảo
quản dâu tây lên 12 – 15 ngày, trong khi hao hụt trọng lượng, độ giảm hàm lượng

2


Đồ án tốt nghiệp
vitamin C và các giá trị màu biến đổi sau bảo quản thấp nhất (Valverde JM và các cộng
sự, 2005).
Tổng hợp các hạt nano bạc, 2,5 ml 30% dung dịch amoniac đã được thêm vào 5
mL dung dịch 10-2 M AgNO3, sau đó thêm 5 mL dịch chiết Alovera. Nồng độ AgNO3
được điều chỉnh đến 10-3 M bằng cách tạo thể tích cuối cùng đến 50 mL với nước. Sự
quan sát màu vàng nhạt sau 24 giờ phản ứng chỉ ra sự hình thành các hạt nano bạc, đo độ
hấp thụ UV-vis và các phép đo SEM.
Các thí nghiệm kháng khuẩn được thực hiện trên các chủng Pseudomonas
aeruginosa và Staphylococcus aureus để xác định hiệu quả kháng khuẩn của màng
chitoán có chứa nano bạc với các nồng độ 30, 50, 70 và 100 ppm. Không có tính kháng
đối với seudomonas aeruginosa khi quan sát nghiệm thức chứa nano bạc nồng độ 70ppm
sau 1 giờ. Mật độ tế bào Staphylococcus aureus giảm sau 1 giờ và giảm 4 lần sau 6 giờ
với màng chitin nano bạc nồng độ 100 ppm. Kết quả của thí nghiệm này chứng tỏ màng
chitin nano bạc có nồng độ 100 ppm cho thấy hoạt tính kháng khuẩn chống lại các mầm
bệnh ở vết thương thông thường (Rita Singh và Durgeshwer Singh, 2014).
Dung dịch nano bạc – chitosan (chitosan thu nhận từ nấm mốc và chiếu xạ) đã ức
chế sự tăng trưởng của B. cinerea với nồng độ ức chế tối thiểu là 125 μg/ ml, ngăn ngừa
và làm biến mất 90% nấm mốc xám gây nhiễm và nâng cao chất lượng tổng thể của dâu
tây sau 7 ngày bảo quản (Moussa SH và các cộng sự, 2013).
Mục đích nghiên cứu
Kết hợp được khả năng kháng khuẩn của các hạt nano bạc được tổng hợp xanh
ứng dụng tạo màng kháng khuẩn.
Nhiệm vụ nghiên cứu
Mục tiêu tổng quát: kết hợp được khả năng kháng khuẩn của các hạt nano bạc
được tổng hợp xanh vào ứng dụng tạo màng kháng khuẩn.
Mục tiêu cụ thể:

3


Đồ án tốt nghiệp
+ Khảo sát thời gian đun cho dịch chiết nha đam tối ưu.
+ Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đun tối ưu tạo AgNP.
+ Khảo sát ảnh hưởng thời gian khuấy tối ưu tạo AgNP.
+ Khảo sát tỷ lệ dịch chiết nha đam với dung dịch AgNO3.
+ Xác định khả năng kháng khuẩn của AgNP đã được tối ưu hóa các điều kiện ở
trên.
Phương pháp nghiên cứu
Đồ án tốt nghiệp đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu:
+ Phương pháp đo pH của gel nha đam bằng máy đo pH.
+ Phương pháp đo UV-Vis.
+ Phương pháp khuếch tán qua giếng thạch.
+ Phương pháp đo TEM, EDS.
Các kết quả đạt được
- Lựa chọn được thời gian đun mẫu cho dịch chiết nha đam tối ưu.
- Lựa chọn đươc nhiệt độ đun, thời gian khuấy cho kết quả tối ưu nhất tạo AgNP.
- Lựa chọn được tỷ lệ dịch chiết và dung dịch AgNO3 cho kết quả tối ưu tạo AgNP.
- Xác định được khả năng kháng khuẩn của dung dịch AgNP.
Kết cấu của đồ án tốt nghiệp
Đồ án tốt nghiệp gồm có 3 chương:
+ Chương 1: tổng quan tài liệu - tổng quan các tài liệu tham khảo để thực hiện đồ
án tốt nghiệp.
+ Chương 2: vật liệu và phương pháp nghiên cứu – trình bày vật liệu và các
phương pháp được dùng để ngiên cứu, kiểm tra kết quả.

4


Đồ án tốt nghiệp
+ Chương 3: kết quả và bàn luận – đưa ra các kết quả đã nghiên cứu được cùng
với các biện luận, so sánh với các kết quả với nhau.

5


Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan về màng bao sinh học
1.1.1. Giới thiệu về màng bao sinh học (Pavlath và Ort, 2009).
Bất kỳ loại vật liệu nào được áp dụng lên sản phẩm để kéo dài thời gian sử dụng
mà có thể ăn cùng với sản phẩm được coi là màng bao ăn được. Màng ăn được thay thế
và hoặc tăng cường các lớp sáp tự nhiên, ngăn chặn sự mất nước, trong khi kiểm soát
trao đổi oxy, carbon dioxide, ethylene. Màng cũng có thể cung cấp bề mặt kháng khuẩn
và ngăn ngừa mất các thành phần quan trọng khác. Lợi thế khác của việc sử dụng màng
bao ăn được là giảm lượng chất thải rắn vì chúng dễ dàng phân hủy sinh học, cho nên rất
thân thiện với môi trường.
Màng bao có thể được tạo thành từ vật liệu protein, chất béo và polysaccharide,
hoạt động một mình hoặc kết hợp với nhau. Chúng hoạt động như những rào cản độ ẩm
và oxy, không chỉ làm chậm suy giảm các đặc tính trong thực phẩm mà còn tăng cường
an toàn do hoạt động của các chất kháng khuẩn tự nhiên hoặc khi có sự kết hợp của các
hợp chất kháng khuẩn tổng hợp.
1.1.2. Đặc điểm và phương pháp tạo màng (Pavlath và Ort, 2009)
- Màng cần phải có các đặc điểm sau đây:
+ Không có các thành phần độc hại, dị ứng và không tiêu hóa được.
+ Có sự bám dính vào bề mặt của thực phẩm và tạo cấu trúc ổn định.
+ Kiểm soát nước di chuyển cả trong và ngoài thực phẩm, duy trì độ ẩm mong
muốn.
+ Có tính bán thấm để duy trì cân bằng nội khí tham gia vào quá trình hô hấp hiếu
khí và kỵ khí, do đó làm chậm quá trình lão hóa.

6


Đồ án tốt nghiệp
+ Ngăn chặn sự mất mát hoặc sự hấp thụ các thành phần ổn định hương thơm,
mùi vị, dinh dưỡng. Duy trì hoặc tăng cường tính thẩm mỹ và các thuộc tính (vẻ ngoài,
hương vị, màu sắc, chất dinh dưỡng...) của sản phẩm.
+ Tạo bề mặt ổn định, kháng vi sinh vật, vi khuẩn, chống lại ô nhiễm, sâu bệnh
phá hoại.
+ Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng đó là có thể dễ dàng sản xuất và
có hiệu quả kinh tế.
- Có hai cách tạo màng:
+ Bằng cách nhúng các sản phẩm vào hoặc chảy/ quét hoặc phun lên sản phẩm
dung dịch có chứa thành phần tạo màng, đưa màng trực tiếp lên bề mặt thực phẩm. Cách
đơn giản nhất để áp dụng màng trực tiếp là từ dịch gel tùy vào mức độ tập trung của dịch
gel phủ, sản phẩm sẽ giữ lại trên bề mặt lớp vật liệu tạo màng mà khi sấy khô sẽ tạo
thành một lớp bảo vệ trên bề mặt.
+ Bằng cách tạo ra màng độc lập từ dịch thông qua ép nóng, phủ lớp màng lên bề
mặt thực phẩm, màng độc lập nên nó có thể được chuẩn bị từ dịch gel bay hơi. Đặc điểm
của màng độc lập có thể khác màng trực tiếp là có tính thấm hơi nước thấp hơn, tuy
nhiên, màng độc lập dùng nhiệt để xử lý có thể ảnh hưởng đến sản phẩm bảo quản.
1.1.3. Một số ứng dụng của màng sinh học
1.1.3.1. Ứng dụng trong bảo quản rau quả, trái cây
Trong quá trình bảo quản lạnh, quả anh đào ngọt (Prunus avium L. cv. Starking)
khi xử lý tạo màng từ gel nha đam, đã có sự trì hoãn đáng kể các thông số tốc độ hô hấp,
giảm cân và thay đổi màu sắc, tăng tốc độ mềm và chín quả, biến màu thân và vi sinh
vật và thời gian lưu trữ được kéo dài thêm trong khi không có bất kỳ ảnh hưởng bất lợi
nào đối với hương thơm, mùi của quả. Đây là lần đầu tiên gel nha đam được sử dụng bao
phủ lên trái cây, đó là một sự sáng tạo và thú vị khi ứng dụng vào thương mại và thay

7


Đồ án tốt nghiệp
thế cho việc sử dụng các phương pháp xử lý bằng hóa chất sau thu hoạch rau quả, trái
cây (Martínez – Romero và cộng sự, 2003).
Gel nha đam pha loãng nước cất với tỷ lệ 1 : 3 phủ lên nho giúp trì hoãn đáng kể
tổn thất chất lượng sau thu hoạch (giảm cân, thay đổi màu sắc, tốc độ làm mềm quả, sự
phân hủy quả), có thể lưu trữ được 35 ngày ở 1°C và ức chế sự tăng trưởng của vi
khuẩn, nấm mốc và nấm men (Valverde JM và các cộng sự, 2005).
Bột đông khô từ gel nha đam được hòa tan trong nước cất có bổ sung Tween – 20
là chất hoạt động bề mặt đã được sử dụng kéo dài thời gian lưu trữ ở môi trường xung
quanh (20 ± 1°C ) và bảo quản lạnh (0 ± 0,5°C và 90 ± 5 % RH) quả xuân đào (Ahmed
MJ, Singh Z và Khan AS, 2009).
1.1.3.2. Ứng dụng trong nông nghiệp kết hợp Chitosan
Trong nông nghiệp, chitosan được sử dụng chủ yếu là xử lý hạt giống tự nhiên và
chất tăng trưởng của thực vật, như một thuốc trừ sâu sinh thái thân thiện giúp tăng khả
năng bẩm sinh của cây trồng chống nhiễm trùng nấm.
Chitosan có hoạt tính kháng khuẩn cao nên trong những năm gần đây, chitin,
chitosan và các sản phẩm biến tính được quan tâm ứng dụng nhiều trong việc bảo quản
các sản phẩm nông sản sau khi thu hoạch như cam, chanh, cà chua, chuối, dâu tây, vải,
táo và một vài sản phẩm khác và đã thu được kết quả khả quan. Khi sử dụng như xử lý
hạt giống hoặc lớp phủ giống trên bắp, bông, khoai tây giống, đậu tương, củ cải đường,
cà chua, lúa mì và các hạt giống khác, nó tạo nên một phản ứng miễn dịch trong sự phát
triển của rễ bằng việc phá hủy u nang tuyến trùng của giun tròn ký sinh mà không ảnh
hưởng đến cơ thể (MM Chang và Cộng sự, 1992).
1.1.3.3 Ứng dụng trong việc kháng khuẩn
Theo Robson và cộng sự ( 1982) đã khảo nghiệm tính chất kháng khuẩn của chiết
xuất nha đam ở các nồng độ ức chế và nồng độ gây chết khác nhau. Nồng độ 60 % chiết
xuất

nha

đam



khả

năng

diệt

8

Pseudomonas

aeruginosa,

Klebsiella


Đồ án tốt nghiệp
pneumoniae,Serratia marcescens, loài Citrobacter, Enterobacter cloacae, S. pyogenes,
Streptococcus agalactiae, Ở nồng độ 70 % của chiết xuất diệt S. aureus, 80 % đối với
E.coli và 90 % với Streptococcus faecalis và Bacillus subtilis thì không bị ức chế bởi
chiết xuất nha đam.
Chiết xuất nước của A.vera và các hạt nano có tác dụng kháng khuẩn khác nhau
đối với vi khuẩn Gram âm (E.coli) và vi khuẩn Gram dương (S.aureus). Các hạt nano
Ag hữu cơ xanh (3,5mg \ ml) có hiệu lực trên (E.coli & S.aureus) với sự ức chế (20-30)
mm.
1.2. Tổng quan về Chitosan
1.2.1. Định nghĩa Chitosan
Chitosan là thành phần cấu trúc nên vỏ côn trùng, tôm, cua, vách tế bào nấm, có
cấu tạo tương tự như cellulose, nhưng có khác biệt là đơn vị cấu tạo nên chitosan là Nacetyl-D-glucosamine, các đơn vị này nối với nhau bằng liên kết β-1,4-glycoside (Tưởng
Ngọc Thục Uyên, 2010).
1.2.2. Cấu trúc của chitosan
Chitosan một polysacarit mạch thẳng, là dẫn xuất đề axetyl hoá của chitin, trong
đó nhóm (–NH2) thay thế nhóm (-NHCOCH3) ở vị trí C(2). Chitosan được cấu tạo từ các
mắt xích D-glucozamin liên kết với nhau bởi các liên kết β -(1-4)- glycoside, do vậy
chitosan có thể gọi là poly β -(1-4)-2-amino-2-deoxi-D-gluco hoặc là poly β -(1-4)-Dglucozamin (Nguyễn Thị Thu Trang, 2016).

Hình 1.1. Cấu trúc chitin và chitosan (Tưởng Ngọc Thục Uyên, 2010)
9


Đồ án tốt nghiệp
Công thức tổng quát của chitin, chitosan có dạng: (C8H11NO5)n với cấu tạo như
sau:

Hình 1.2. Công thức tổng quát của chitin và chitosan (Nguyễn Thị Thu Trang, 2016)
1.2.3. Các tính chất của chitosan ( Nguyễn Thị Thu Trang, 2016)
1.2.3.1. Mức độ deacetyl hóa
Mức độ deacetyl hóa là một đặc tính quan trọng của quá trình sản xuất chitosan
bởi vì nó ảnh hưởng đến tính chất hóa lý và khả năng ứng dụng của chitosan sau này.
Mức độ deacetyl hóa của chitosan vào khoảng 56 – 99% (nhìn chung là 80%).
1.2.3.2. Trọng lượng phân tử Chitosan
Chitosan là polymer sinh học có khối lượng phân tử cao, khối lượng chitin thường
lớn hơn 1 triệu Dalton trong khi các sản phẩm chitosan thương phẩm có khối lượng
khoảng 100.000 – 1.200.000 Dalton.
1.2.3.3.Độ nhớt
Độ nhớt là một nhân tố quan trọng để xác định khối lượng phân tử của chitosan.
Chitosan phân tử lượng cao thường làm cho dung dịch có độ nhớt cao.
1.2.3.4. Tính tan
Chitin tan trong hầu hết các dung môi hữu cơ, trong khi đó chitosan tan trong các
dung dịch acid pH dưới 6,0. Các acid hữu cơ như acetic, formic và lactic thường được sử
dụng để hòa tan chitosan. Thường sử dụng nhất là dung dịch chitosan 1% tại pH
Chitosan cũng tan trong dung dịch HCl 1% nhưng không tan trong H2SO4 và H3PO4.

10

4,0.


Đồ án tốt nghiệp
1.2.3.5. Khả năng kết hợp với nước và khả năng kết hợp với chất béo
Sự hấp thụ nước của chitosan lớn hơn rất nhiều so với cellulose hay chitin. Thông
thường, khả năng hấp thụ của chitosan khoảng 581 – 1150% (trung bình là 702%), khả
năng hấp thụ chất béo của chitin và chitosan trong khoảng 31% -170%, chitosan có khả
năng thấp hơn rất nhiều so với chitin.
1.2.3.6. Khả năng tạo màng
Chitosan còn có khả năng tạo màng được sử dụng nhiều trong bảo quản thực
phẩm, màng chitosan khá dai, khó xé rách, có độ bền tương đương với một số chất dẻo
vẫn được dùng làm bao gói.
1.2.3.7. Hoạt tính sinh học của Chitosan
Hoạt tính kháng khuẩn của chitosan và các dẫn xuất của nó đã nhận được sự quan
tâm đáng kể trong những năm gần đây, cơ chế kháng khuẩn của chitosan là nhờ một số
cơ chế sau: (Hang Thi Au và Cộng sự, 2012)
+ Chitosan có khả năng kết hợp với DNA nên chitosan có khả năng ức chế tổng
hợp RNA và protein.
+ Chitosan có khả năng gắn kết gây đông tụ, kết tủa tế bào vi khuẩn và dẫn đến
giết chết tế bào. Chitosan cho thấy một phổ kháng khuẩn rộng kháng lại cả nấm và vi
khuẩn Gram dương và Gram âm.
Ngoài ra, có khả năng thủy phân sinh học bằng enzyme trong cơ thể, tương hợp
sinh học với các cơ quan, mô và tế bào động thực vật, kích thích quá trình đông máu và
làm lành vết thương, tương tác chuyên biệt với các thành phần của chất nền ngoại bào và
các nhân tố tăng trưởng.
1.2.4. Một số ứng dụng của chitosan
1.2.4.1. Ứng dụng trong y sinh

11


Đồ án tốt nghiệp
Vật liệu tổ hợp chitosan-nano bạc (CS-AgNP) được nghiên cứu ứng dụng trong
việc kháng khuẩn trong dung dịch nhờ đặc tính kháng khuẩn đặc biệt của hạt nano bạc.
Khả năng kháng khuẩn của vật liệu trên đã được khảo sát với một số vi khuẩn như vi
khuẩn gram âm (E.Coli và P.aeruginosa), vi khuẩn gram dương (L.fermentum, S.aureus
và B.subtilis) và nấm (C.albians). Các kết quả khảo sát đã chứng minh khả năng ứng
dụng của vật liệu CS-AgNP trong dung dịch kháng khuẩn (Hang Thi Au và Cộng sự,
2012).
Chitosan còn có khả năng chống viêm cấp trên mô lành, băng cứu thương kiểu
mới, kỹ thuật cao, có thành phần cấu tạo bởi chất chitosan. So với các loại băng thường,
tốc độ cầm máu, tính sát khuẩn và thời gian lành mô khi sử dụng loại băng này có hiệu
quả hơn gấp nhiều lần. Chitosan ở cấu trúc nano, với tính năng quan trọng là tương thích
sinh học và có khả năng phân hủy sinh học có thể được sử dụng như một chất dẫn thuốc
tiềm năng. Để tạo cấu trúc phù hợp với mục đích dẫn thuốc cho chitosan, nhóm nghiên
cứu Trần Đại Lâm sử dụng tripolyphosphat (TPP) làm chất tạo liên kết chéo thông qua
tương tác tĩnh điện. Từ thời gian nhả thuốc khi không có CS-TPP vào khoảng 7-8 giờ
trong môi trường giả dịch ruột và khoảng 0,5 giờ trong môi trường giả dịch dạ dày đã
được kéo dài thời gian nhả thuốc lên khoảng 25-30 giờ (Trần Đại Lâm và Cộng sự,
2006).
1.2.4.2. Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm
Chitosan là polyme dùng an toàn cho người, lại có hoạt tính sinh học đa dạng,
chitosan đã được đưa vào thành phần thức ăn: sữa chua, bánh kẹo, nước ngọt, chất phụ
gia bảo quản tốt cho giò và bánh cuốn ở nhiệt độ phòng. Vật liệu chitosan được sử dụng
để bảo quản đóng gói thức ăn, hoa quả tươi, thủy hải sản tươi, khô.
1.2.4.3. Trong công nghiệp
Chitosan được dùng để sản xuất vải chịu nhiệt, chống thấm, vải chitosan được
dùng cho may quần áo diệt khuẩn trong y tế, làm tăng độ bền của giấy, góp phần tăng

12


Đồ án tốt nghiệp
tính bền của hoa vải. Sử dụng trong sản xuất sơn chống mốc và chống thấm (Pradip
Kumar Dutta, 2004; Barbara Krajewska, 2004).
1.3. Tổng quan về hạt nano bạc
1.3.1. Giới thiệu về nguyên tử bạc (Nguyễn Ngọc Tú, 2009)
Cấu hình electron của bạc: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1
Bán kính nguyên tử Ag: 0,288 nm
Bán kính ion bạc: 0,23 nm
Bảng 1.1. Số nguyên tử bạc trong một đơn vị thể tích
Kích thước của hạt nano Ag (nm)

Số nguyên tử chứa trong đó

1

31

5

3900

20

250000

Bạc nano là vật liệu có diện tích bề mặt riêng rất lớn, có những đặc tính độc đáo
sau:
+ Tính khử khuẩn, chống nấm, khử mùi, có khả năng phát xạ tia hồng ngoại đi xa,
chống tĩnh.
+ Không có hại cho sức khỏe con người với liều lượng tương đối cao, không có
phụ gia hóa chất.
+ 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 benzene,
toluene).
+ Độ bền hóa học cao, không bị biến đổi dưới tác dụng của ánh sáng và các tác
nhân oxy hóa khử thông thường.
13


Đồ án tốt nghiệp
+ Chi phí cho quá trình sản xuất thấp.
+ Ổn định ở nhiệt độ cao.
1.3.2. Đặc tính kháng khuẩn của bạc (Chử Thị Thu Huyền và Cộng sự, 2014; Ngô Võ
Kế Thành và Cộng sự, 2009)
Bạc và các hợp chất của bạc thể hiện tính độc đối với vi khuẩn, virus, tảo và nấm.
Tuy nhiên, khác với các kim loại nặng khác (chì, thủy ngân…) bạc không thể hiện tính
độc với con người.
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.
1.3.3. Cơ chế kháng khuẩn của bạc

Hình 1.3. Tác động của ion bạc lên vi khuẩn
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 hoặt
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.
14


Đồ án tốt nghiệp
Có một cơ chế tác động của các ion bạc lên vi khuẩn đáng chú ý được mô tả như
sau: 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 (Nguyễn Ngọc Hùng, 2011).

Hình 1.4. 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 (SI Kargov và
Cộng sự, 1985).

Hình 1.5. Ion bạc liên kết với các base của DNA
1.3.4. Giới thiệu hạt nano bạc
Hạt nano bạc là các hạt bạc có kích thước từ 1 nm đến 100 nm. Do có diện tích bề
mặt lớn nên hạt nano bạc có khả năng kháng khuẩn tốt hơn so với các vật liệu khối do
khả năng giải phóng nhiều ion Ag+ hơn.

15


Đồ án tốt nghiệp
Các hạt nano bạc có hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt, hiện tượng này tạo
nên màu sắc từ vàng nhạt đến đen cho các dung dịch có chứa hạt nano bạc với các màu
sắc phụ thuộc vào nồng độ và kích thước hạt nano.
1.3.5. Các phương pháp tạo hạt nano bạc
1.3.5.1. Phương pháp ăn mòn laze
Phương pháp này sử dụng chùm tia laze với bước sóng ngắn bắn lên vật liệu khối
đặt trong dung dịch có chứa chất hoạt hóa bề mặt. Các hạt nano được tạo thành với kích
thước khoảng 10 nm và được bao phủ bởi chất hoạt hóa bề mặt.
1.3.5.2. Phương pháp khử hóa học
Phương pháp này sử dụng các tác nhân hóa học để khử ion kim loại thành kim
loại. Để các hạt phân tán tốt trong dung môi mà không bị kết tụ thành đám, người ta sử
dụng phương pháp tĩnh điện để làm cho bề mặt các hạt nano có cùng điện tích và đẩy
nhau hoặc dùng phương pháp bao bọc bằng chất hoạt hóa bề mặt. Các hạt nano tạo thành
bằng phương pháp này có kích thước từ 10 nm đến 100 nm.
1.3.5.3. Phương pháp khử vật lý
Phương khử vật lí dùng các tác nhân vật lí như điện tử, sóng điện từ năng lượng
cao như tia gamm, tia tử ngoại, tia laser khử ion kim loại thành kim loại. Dưới tác dụng
của các tác nhân vật lí, có nhiều quá trình biến đổi của dung môi và các phụ gia trong
dung môi để sinh ra các gốc hóa học có tác dụng khử ion thành kim loại.
1.3.5.4. Phương pháp khử hóa lý
Đây là phương pháp trung gian giữa hóa học và vật lí, nguyên lí là dùng phương
pháp điện phân kết hợp với siêu âm để tạo hạt nano, trong khi đó phương pháp điện phân
thông thường chỉ có thể tạo được màng mỏng kim loại. Trước khi xảy ra sự hình thành
màng, các nguyên tử kim loại sau khi được điện hóa sẽ tạo các hạt nano bàm 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.
16


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×