Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu tạo phức chất chitosan nano bạc kháng vi sinh vật gây hư hỏng quả sau thu hoạch

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYỄN ĐÌNH HUY

NGHIÊN CỨU TẠO PHỨC CHẤT CHITOSAN NANO BẠC KHÁNG VI SINH VẬT GÂY HƯ
HỎNG QUẢ SAU THU HOẠCH

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

THÁI NGUYÊN, NĂM 2018


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYỄN ĐÌNH HUY

NGHIÊN CỨU TẠO PHỨC CHẤT CHITOSAN NANO BẠC KHÁNG VI SINH VẬT GÂY HƯ
HỎNG QUẢ SAU THU HOẠCH
Ngành: Công nghệ sinh học

Mã số ngành: 8.42.02.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN VĂN DUY

THÁI NGUYÊN, NĂM 2018


i
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp, em đã
nhận được sự giúp đỡ về nhiều mặt của các cấp lãnh đạo, các tập thể và
các cá nhân.
Trước tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến T.S Nguyễn Văn
Duy đã luôn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện và
hoàn thành luận văn này.
Em xin bày tỏ lời cảm ơn đến Th.S Lương Hùng Tiến cùng các cán
bộ, giảng viên khoa công nghệ sinh học, công nghệ thực phẩm Trường Đại
học Nông lâm Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đề
tài nghiên cứu này.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới gia
đình, người thân và bạn bè đã động viên, giúp đỡ em trong suốt quá trình học
tập và thực hiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày tháng

năm 2018

Học Viên

Nguyễn Đình Huy


ii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i
MỤC LỤC ......................................................................................................... ii
DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT ........................................................ v
DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................... vi


DANH MỤC CÁC HÌNH ..............................................................................
viii

CHƯƠNG

1.

MỞ

ĐẦU

................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề.................................................................................................... 1
1.2 Mục đích và yêu cầu ................................................................................... 2
1.3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn....................................................... 2
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................ 3
2.1. Tổng quan về Chitosan............................................................................... 3
2.1.1 Nguồn gốc của Chitin và chitosan ........................................................... 3
2.1.2. Cấu trúc hóa học của chitosan................................................................. 4
2.1.3. Đặc tính kháng vi sinh vật của chitosan.................................................. 5
2.1.4. Ứng dụng của chitosan............................................................................ 6
2.2. Tổng quan về nano bạc ............................................................................ 10
2.2.1. Giới thiệu về công nghệ nano ............................................................... 10
2.2.2. Giới thiệu về bạc kim loại ..................................................................... 11
2.2.3. Tổng quan về hạt nano bạc ................................................................... 12
2.2.4 Đặc tính và khả năng ức chế vi sinh vật của nano bạc .......................... 15
2.2.5. Ứng dụng của nano bạc trong đời sống ................................................ 18
2.3 Một số vi sinh vật thường gây hư hỏng sản phẩm rau quả .......................
19
2.3.1. Vi khuẩn Bacillus cereus....................................................................... 19
2.3.2. Đặc điểm của nấm men gây hại (nấm men Pichia).............................. 21
2.3.3. Đặc điểm của nấm mốc gây hại (nấm mốc penicillium) ...................... 23
2.4 Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước...................................... 24
2.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới........................................................ 24
2.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước.......................................................... 25


3

CHƯƠNG 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......... 27
3.1 Đối tượng, phạm vi và vật liệu nghiên cứu............................................... 27
3.1.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................ 27
3.1.2 Phạm vi nghiên cứu................................................................................ 27
3.1.3 Vật liệu nghiên cứu ................................................................................ 27
3.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu ............................................................. 29
3.3 Nội dung nghiên cứu ................................................................................. 29
3.4 Phương pháp nghiên cứu........................................................................... 30
3.4.1. Thí nghiệm 1: Xác định hoạt tính kháng một số vi sinh vật gây hư
hỏng quả của chitosan. .................................................................................... 30
3.4.1.1 Đánh giá khả năng kháng vi khuẩn Bacillus cereus của Chitosan ..... 30
3.4.1.2 Đánh giá khả năng kháng nấm mốc penicillium của chitosan............ 31
3.4.2. Thí nghiệm 2: Đánh giá khả năng kháng một số vi sinh vật gây hư
hỏng quả của nano bạc .................................................................................... 33
3.4.3 Thí nghiệm 3: Đánh giá khả năng ức chế của phức hợp chitosan nano bạc đối với một số vi sinh vật gây hư hỏng quả..................................... 36
3.4.4 Thí nghiệm 4: Đánh giá thử nghiệm phức chất chitosan - nano bạc
trong bảo quản một số loại quả (vải thiều, bưởi…) ........................................ 38
3.4.5. Phương pháp theo dõi ........................................................................... 41
3.5.6. Phương pháp xử lý số liệu..................................................................... 43
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN.................... 44
4.1. Kết quả nghiên cứu khả năng kháng vi sinh vật của Chitosan, nanno
bạc...... 44
4.1.1. Kết quả nghiên cứu khả năng kháng vi sinh vật của Chitosan ............. 44
4.1.2. Kết quả nghiên cứu khả năng kháng vi sinh vật của Nano bạc ............ 48
4.2. Kết quả nghiên cứu khả năng ức chế của phức chất Chitosan-Nano
bạc đối với một số vi sinh vật gây hư hỏng quả.............................................. 52
4.2.1. Xác định khả năng ức chế vi khuẩn Bacillus cereus của phức chất
chitosan-nano bạc ............................................................................................ 52


4

4.2.2. Xác định khả năng ức chế nấm men Pichia của phức chất chitosannano bạc........................................................................................................... 53
4.2.3. Xác định khả năng kháng nấm mốc Penicillium digitatum của
phức chất chitosan/nano bạc ........................................................................... 55
4.3. Kết quả đánh giá thử nghiệm phức chất chitosan - nano bạc trong
bảo quản vải thiều ........................................................................................... 57
4.3.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các chế độ tiền xử lý tới vải
sau 4 ngày bảo quản ........................................................................................ 57
4.3.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm (chitosan và
nano bạc) tới quá trình bảo quản vải ............................................................... 59
4.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới thời gian bảo quản vải. .......... 62
4.4. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm (chitosan và
nano bạc) tới quá trình bảo quản bưởi ............................................................ 63
4.4.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các chế độ tiền xử lý tới quá
trình bảo quản bưởi ......................................................................................... 63
4.4.2. Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm tới hàm lượng chất khô tổng số
trong quá trình bảo quản bưởi ......................................................................... 66
4.4.3 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm tới hàm lượng axit hữu cơ tổng
số trong quá trình bảo quản bưởi .................................................................... 67
4.4.4 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm chitosan và nano bạc tới sự biến
đổi về màu sắc của vỏ quả bưởi trong quá trình bảo quản.............................. 68
4.4.5 Kết quả nghiên cứu theo dõi ảnh hưởng của chế phẩm chitosan và
nano bạc tới bảo quản các giống bưởi khác nhau ........................................... 70
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 74


5

DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

VSV :

Vi sinh vật

CT

:

Công thức



:

Chế độ

ĐC

:

Đối chứng


6

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1:

Hàm lượng chitin có trong một số động vật giáp xác ................ 4

Bảng 2.2:

Số nguyên tử bạc trong một đơn vị thể tích .............................. 11

Bảng 2.3:

Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano bạc. ............. 15

Bảng 3.1.

Các thiết bị, dụng cụ chính sử dụng trong nghiên cứu.............. 28

Bảng 3.2:

Nồng độ dung dịch nano bạc pha loãng .................................... 33

Bảng 3.3:

Phương pháp phối hợp chitosan/nano bạc................................. 37

Bảng 4.1:

Hiệu quả kháng vi khuẩn của các nồng độ chitosan ................. 44

Bảng 4.2.

Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đến khả sự sinh trưởng
của một số loại nấm men gây hư hỏng quả ............................... 45

Bảng 4.3.

Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đến hoạt tính kháng nấm
mốc Penicillium digitatum. ....................................................... 47

Bảng 4.4:

Kết quả kháng Bacillus cereus của các nồng độ nano bạc ....... 49

Bảng 4.6:

Ảnh hưởng của nồng độ nano bạc đến khả năng kháng
nấm men .................................................................................... 50

Bảng 4.7.

Ảnh hưởng của nồng độ nano bạc đến hoạt tính kháng nấm
mốc Penicillium digitatum. ....................................................... 51

Bảng 4.8:

Hiệu quả kháng vi khuẩn B.cereus của chế phẩm chitosan nano bạc ..................................................................................... 53

Bảng 4.9:

Kết quả kháng nấm men Pichia của phức chất chitosan và
nano bạc ..................................................................................... 54

Bảng 4.10.

Ảnh hưởng của chế phẩm phối hợp Chitosan - Nano bạc ở các
tỉ lệ phối trộn khác nhau đến hoạt tính kháng nấm mốc
Penicillium digitatum. ............................................................... 56

Bảng 4.11:

Sự biến đổi các thành phần của vải ở các chế độ tiền xử lý
khác nhau ................................................................................... 57


vii
Bảng 4.12:

Sự biến đổi các thành phần của vải ở các nồng độ chế phẩm
(chitosan và nano bạc) khác nhau.............................................. 59

Bảng 4.13.

Sự thay đổi chỉ số L, a, b của các nồng độ chế phẩm
chitosan và nano bạc trong quá trình bảo quản vải ................... 61

Bảng 4.14: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới chất lượng vải sau 7 ngày
bảo quản ........................................................................... . 62
Bảng 4.15.

Sự biến đổi chất khô tổng số của bưởi ở các chế độ tiền xử
lý khác nhau............................................................................... 63

Bảng 4.16:

Sự biến đổi của hàm lượng axit hữu cơ tổng số ở các chế
độ tiền xử lý khác nhau trong quá trình bảo quản bưởi ........... 64

Bảng 4.17:

Tỷ lệ hư hỏng của các chế độ tiền xử lý khác nhau tới quá
trình bảo quản bưởi.................................................................... 65

Bảng 4.18:

Sự thay đổi của các nồng độ chế phẩm chitosan và nano
bạc tới hàm lương chất khô tổng số trong quá trình bảo
quản bưởi ................................................................................... 66

Bảng 4.19.

Sự thay đổi hàm lượng axit hữu cơ tổng số của các nồng độ
chế phẩm chitosan và nano bạc trong quá trình bảo quản bưởi ....
67

Bảng 4.20.

Sự thay đổi chỉ số L của các nồng độ chế phẩm chitosan và
nano bạc trong quá trình bảo quản bưởi .................................... 68

Bảng 4.21:

Sự thay đổi chỉ số a của các nồng độ chế phẩm chitosan và
nano bạc trong quá trình bảo quản bưởi .................................... 69

Bảng 4.22:

Sự thay đổi chỉ số b của các nồng độ chế phẩm chitosan và
nano bạc trong quá trình bảo quản bưởi. ................................... 70

Bảng 4.23:

Tỷ lệ hư hỏng của các giống bưởi khác nhau trong quá
trình bảo quản. ........................................................................... 71


8

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1a.

Cấu trúc hóa học của Chitin ........................................................ 4

Hình 2.1b.

Cấu trúc hóa học của Chitosan.................................................... 5

Hình 2.2.

Hiện tượng cộng hưởng plasmon của hình cầu [41]................. 13

Hình 2.3:

Ion bạc vô hiệu hóa enzym chuyển hóa oxy của vi khuẩn ....... 16

Hình 2.4:

Bacillus cereus trên kính hiển vi ............................................... 20

Hình 3.1:

Phương pháp đánh giá hoạt tính của chitosan........................... 31

Hình 3.2:

Sơ đồ phương pháp xác định nồng độ ức chế tối thiểu của
chitosan Thuyết minh quy trình .................................................
32

Hình 3.3:

Phương pháp đánh giá hoạt tính kháng vi khuẩn Bacillus
cereus của nano bạc .................................................................. 34

Hình 3.4.

Phương pháp đánh giá khả năng kháng nấm men Pichia
của nano bạc .............................................................................. 35

Hình 3.5:

Sơ đồ phương pháp xác định nồng độ ức chế tối thiểu của
nano bạc .................................................................................... 36

Hình 3.6:

Phương pháp đánh giá hoạt tính kháng vi sinh vật của
phức hợp chitosan - nano bạc.................................................... 38

Hình 4.1:

Khả năng kháng St.aureus (c) và B.cereus (d) của
chitosan ở các nồng độ khác nhau ............................................ 44

Hình 4.2:

Ảnh hưởng của các nồng độ Chitosan đến sự phát triển
của một số loại nấm men: A - Nấm men Pichia, B - Nấm
men Saccharomyces cerevisiae................................................. 46

Hình 4.3.

Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đến hoạt tính kháng
nấm mốc Penicillium digitatum ................................................ 47

Hình 4.4:

Hình ảnh kháng Bacillus cereus của các nồng độ nano bạc
khác nhau. ................................................................................. 48

Hình 4.5:

Hình ảnh đối kháng của nano bạc với nấm men trên
đĩa thạch ................................................................................... 50


9

Hình 4.6.

Ảnh hưởng của nồng độ nano bạc đến hoạt tính kháng
nấm mốc Penicillium digitatum ................................................ 51

Hình 4.7:

Khả năng kháng St.aureus (e) và B.cereus (f) của chế
phẩm chitosan-nano bạc ở các nồng độ khác nhau................... 53

Hình 4.8.

Khả năng ức chế nấm men Pichia của phức hợp chitosannano bạc................................................................................................54

Hình 4.9.

Ảnh hưởng của chế phẩm phối hợp Chitosan - Nano bạc ở
các tỉ lệ phối trộn khác nhau đến hoạt tính kháng nấm
mốc Penicillium digitatum ........................................................ 56

Hình 4.10.

Tỷ lệ hư hỏng của các giống bưởi trog quá trình bảo quản
bằng chế phẩm chitosan - nano bạc .......................................... 71


1

CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Hệ thống cây ăn quả ở Việt Nam vô cùng phong phú, đa dạng, cung cấp
ra thị trường nhiều loại quả có giá trị dinh dưỡng cao, không những vậy cây
ăn quả còn cung cấp các sản phẩm có giá trị về mặt xuất khẩu mang lại nguồn
thu nhập không nhỏ cho người dân.
Hầu hết các loại trái cây đều có hàm lượng nước cao, nhiều chất dinh
dưỡng, là môi trường thuận lợi cho các loại vi sinh vật gây hại phát triển làm
cho tỷ lệ quả hư hỏng sau thu hoạch là rất lớn. Cây ăn quả thường mang tính
thời vụ, thu hoạch quả diễn ra trong thời gian ngắn. Vì vậy, việc bảo quan sau
thu hoạch là hết sức cần thiết đối với người sản xuất.
Chitosan - sản phẩm deaxetyl hóa chitin - dẫn xuất của polysaccarit có
nhiều trong vỏ các loài động vật giáp xác. Khi dùng màng chitosan trong bảo
quản thực phẩm giúp điều chỉnh độ ẩm, độ thoáng khí cho thực phẩm. Màng
chitosan tương đối dai, có độ bền tương đương với một số chất dẻo vẫn được
dùng làm bao gói [4] [10].
Trong công nghệ nano, hạt nano là một vật liệu quan trọng. Một trong
những hạt nano được sử dụng sớm và rộng rãi nhất là hạt nano bạc. Ở kích
thước nano, bạc thể hiện những tính chất vật lý, hóa học, sinh học khác biệt
và vô cùng quý giá, đặc biệt là tính kháng khuẩn. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng
khi ở kích thước nano, hoạt tính sát khuẩn của bạc tăng lên khoảng 50.000 lần
so với bạc ion. Nhờ khả năng kháng khuẩn tuyệt vời mà nano bạc đã được
ứng dụng trong rất nhiều trong công tác bảo quản lương thực, thực phẩm [6].
Xuất phát từ những thực tiễn trên, tôi nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu
tạo phức chất Chitosan - nano Bạc kháng vi sinh vật gây hư hỏng quả
sau thu hoạch”


2

1.2 Mục đích và yêu cầu
1.2.1. Mục đích
- Nghiên cứu tạo phức chất chitosan - nano bạc kháng vi sinh vật gây hư
hỏng quả sau thu hoạch.
1.2.2. Yêu cầu
- Đánh giá được khả năng kháng một số vi sinh vật gây hư hỏng quả của
chitosan
- Đánh giá được khả năng kháng số vi sinh vật gây hư hỏng quả của
nano bạc
- Đánh giá được khả năng kháng một số vi sinh vật gây hư hỏng quả của
phức chất chitosan - nano bạc.
- Thử nghiệm được khả năng bảo quản một số loại quả (vải thiều,
bưởi…) của phức chất chitosan - nano.
1.3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn.
1.3.1. Ý nghĩa khoa học
+ Giúp học viên củng cố và hệ thống lại các kiến thức đã học và nghiên
cứu khoa học.
+ Đưa ra được phương pháp nghiên cứu một vấn đề khoa học, xử lý và
phân tích số liệu, cách trình bày một báo cáo khoa học.
+ Việc Nghiên cứu tạo phức chất Chitosan - nano Bạc kháng vi sinh vật
gây hư hỏng quả sau thu hoạch khẳng định được tác dụng của phức chất
chitosan - nano Bạc trong kháng vi sinh vật gây hư hỏng qua sau thu hoạch
bằng các nghiên cứu thực nghiệm làm tiền đề cho các nghiên cứu ứng dụng
tiếp theo.
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc sản xuất chế phẩm bảo quản an
toàn, có khả kéo dài thời gian bảo quản và giữ được chất lượng sản phẩm,
giảm thiểu tổn thất sau thu hoạch, nâng cao giá thành của các sản phẩm nông
sản.


3

CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan về Chitosan
2.1.1 Nguồn gốc của Chitin và chitosan
Chitin được Bracannot phát hiện lần đầu tiên vào năm 1811 trong cặn
dịch chiết của một loại nấm và đặt tên là “fungine” để ghi nhớ nguồn gốc tìm
ra nó. Năm 1823 Odier đã phân lập được một chất từ bọ cánh cứng và ông gọi
là chitin hay “chitine” có nghĩa là lớp vỏ nhưng ông không phát hiện sự có
mặt của nitơ. Cuối cùng cả Bracannot và Odier đều cho rằng cấu trúc của
chitin giống cấu trúc của cellulose [8].
Năm 1929 Karrer đun sôi chitin 24h trong dung dịch KOH 5% và đun
tiếp 50 phút ở 160oC với kiềm bão hòa và ông đã thu được sản phẩm có phản
ứng màu đặc trưng của thuốc thử, chất đó chính là chitosan. Việc nghiên cứu
về dạng tồn tại, cấu trúc, tính chất lý hóa của chitosan đã được công bố từ
những năm 30 của thế kỷ XX. [8].
Chitin là một polysaccharide tự nhiên với số lượng lớn đứng thứ hai sau
cellulose. Chitin tồn tại trong động vật, một số loại nấm [8]. Trong động vật,
chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng của một số động vật không
xương sống như: côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác và giun tròn. Trong động vật
bậc cao monomer của chitin là thành phần chủ yếu trong mô da, giúp cho sự
tái tạo và gắn liền các vết thương ở da. [4].
Ngoài ra, chitin còn có trong màng tế bào nấm họ Zygemycetes, các sinh
khối nấm mốc, một số loại tảo, ... Trong nấm men Saccharomyces cerevisiae
chitin chiếm 5% trọng lượng khô của thành tế bào. Hầu hết chitin nằm giữa
các sẹo chồi, chỉ một phần nhỏ phân bố ở phần khác trên thành tế bào [8].
Trong các loài thủy sản đặc biệt là vỏ tôm, cua, mực hàm lượng chitin
khá cao khoảng 3 - 41% so với trọng lượng khô. Vì vậy vỏ của chúng là
nguồn nguyên liệu quan trọng để sản xuất chitin [8].


4

Bảng 2.1: Hàm lượng chitin có trong một số động vật giáp xác [10]
STT
1
2
3
4
5
6
7
8

Phân loại
Đầu tôm
Vỏ tôm
Vỏ tôm phế thải hỗn
Vỏ tôm hùm
Càng cua tuyết
Chân cua tuyết
Mai mực ống
Đỉa biển

Hàm lượng chitin theo trọng lượng (%)
11
27
12 - 18
37
24
32
30 - 35
34 - 49

Chitosan là một polysaccharide sinh học với các đơn phân N-acetyl
glucosamine được deacetyl hóa một phần, hiện diện tự nhiên trong vách một
số giống nấm như Mucorales. Tuy nhiên phần lớn chitosan hiện nay được thu
nhận và sử dụng lại chủ yếu từ quá trình deacetyl hóa chitin.
2.1.2. Cấu trúc hóa học của chitosan
Chitosan thu được từ quá trình deacetyl hóa chitin, thay thế nhóm Nacetyl thành nhóm amin ở vị trí C2.
Do quá trình khử acetyl xảy ra không hoàn toàn nên người ta quy ước
nếu độ deacetyl hóa (degree of deacetylation) DD > 50% thì gọi là chitosan,
nếu DD < 50% gọi là chitin [8].
Chitosan có cấu trúc tuyến tính từ các đơn vị 2-amino-2-deoxy-β-Dglucosamine liên kết với nhau bằng liên kết β-(1-4) glucozit. Công thức cấu
tạo của chitin và chitosan được thể hiện trong hình 2.1 dưới đây.

Hình 2.1a. Cấu trúc hóa học của Chitin


5

Hình 2.1b. Cấu trúc hóa học của Chitosan
Tên gọi khoa học: Poly(1-4) - 2-amino-2-deoxy-β-D-glucose; poly(1-4)2-amino-2-deoxy-β-D-glucopyranose.
Công thức phân tử: [C6H11O4N]n
Phân tử lượng: Mchitosan= (161,07)n
Trong thực tế các mạch chitin - chitosan đan xen nhau, vì vậy tạo ra
nhiều sản phẩm đồng thời, việc tách và phân tích chúng rất phức tạp. [8]
2.1.3. Đặc tính kháng vi sinh vật của chitosan
2.1.3.1. Khả năng kháng virus, kháng nấm
Chitosan ức chế hệ thống sinh sản của virus thực vật [4], mức độ ngăn
cản sự truyền nhiễm virus khác nhau theo trọng lượng phân tử của chitosan,
có nhiều nghiên cứu kết luận rằng chitosan có khả năng kháng lại virus khoai
tây, thuốc lá, dưa chuột,…[4].
Hoạt tính kháng nấm của chitosan được chứng minh qua các nghiên cứu
với nhiều loại nấm khác nhau: Saccharomycodes ludwigii, Pseudomonas
fragi, Candida, zygosaccharomyces bailii, Pyricularia grisea,… Sự ức chế và
làm ngưng hoạt động của nấm men, nấm mốc phụ thuộc vào nồng độ
chitosan, pH, nhiệt độ, đặc điểm dinh dưỡng [34].
2.1.3.2. Khả năng kháng vi khuẩn
Chitosan có khả năng ức chế sự phát triển của rất nhiều vi khuẩn như
E.coli, Samonella, Vibiro parahaemolyticus, Listeria monocytogenes, Bacillus
cereus, Staphylococcus aureus,…[35].


6

Ngoài ra các thí nghiệm cũng cho thấy có rất nhiều ion kim loại có thể
ảnh hưởng đến đặc tính kháng khuẩn của chitosan như: K+, Na+, Mg2+, Ca2+…
Nói chung các kết luận chính xác về cơ chế hoạt động kháng khuẩn của
chitosan vẫn chưa được nghiên công bố rõ ràng, những cơ chế chính đã được
đề xuất như sau [35]:
- Tương tác giữa các ion tích điện dương trên các phân tử chitosan và các
điện tích âm trên màng tế bào vi sinh vật dẫn đến thay đổi trong cấu trúc
màng tế bào, thay đổi khả năng thẩm thấu gây rò rỉ protein và các thành phần
khác trong tế bào, làm giảm chức năng sinh lý và sinh hóa của vi khuẩn dẫn
đến mất khả năng bảo vệ, trao đổi chất của tế bào.
- Chitosan đóng vai trò như chất chọn lọc liên kết với các ion kim loại,
sau đó ức chế các chất độc và sự phát triển của vi khuẩn.
- Chitosan liên kết với nước, ức chế các enzyme khác nhau.
- Chitosan thâm nhập vào bào tương của các vi khuẩn và thông qua các
liên kết với DNA, ngăn cản sự tổng hợp ARN và protein.
- Chitosan tạo thành một lớp cao phân tử không thấm nước trên bề
mặt tế bào làm thay đổi tính thấm của tế bào bà ngăn các chất dinh dưỡng
vào tế bào.
- Chitosan có liên kết với các điện tích âm trong tế bào, làm chúng kết
dính thành từng mảng, gây nhiễu loạn các hoạt động sinh lý của các vi sinh
vật dẫn đến phá hủy tế bào.
2.1.4. Ứng dụng của chitosan
- Trong công nghiệp thực phẩm: Để bảo quản đóng gói thức ăn, bảo
quản thực phẩm, hoa quả, rau tươi… Vì nó tạo màng sinh học không độc.
Người ta đã tạo màng chitosan trên quả tươi để bảo quản quả đào, quả lê, quả
kiwi, dưa chuột, ớt chuông, dâu tây, cà chua, quả vải, xoài, nho… dùng để lọc
trong các loại nước ép quả, bia, rượu vang, nước giải khát …[16]


7

Là một polyme dùng an toàn cho người, lại có hoạt tính sinh học đa
dạng, chitosan được đưa vào thực phẩm, thức ăn, bánh kẹo, nước giải khát.
Cơ quan bảo vệ môi trường của Mỹ (USEPA) đã cho phép chitosan
không những được dùng làm thành phần thức ăn, mà còn dùng cả trong việc
tinh chế nước uống. Còn ngay từ năm 1983 Bộ Thuốc và Thực phẩm Mỹ
(USFDA) đã chấp nhận chitosan được dùng làm chất phụ gia trong thực phẩm
và dược phẩm [16].
Màng chitosan tạo thành có tính kháng khuẩn, kháng nấm và hạn chế
tổn thất chất dinh dưỡng cho thực phẩm. Tuy nhiên giá thành màng chitosan
còn cao nên nhiều nghiên cứu đã tiến hành phối trọng chitosan/gelatin (40/60)
và tỷ lệ chiosan/gelatin/natribenzoate (60/40/0,1%) là tối ưu về sự căng và độ
co giãn. Phi lê cá ngừ đại dương bao gói bằng 2 màng này có khả năng kháng
khuẩn và hạn chế sự hình thành histamine trong quá trình bảo quản [17].
- Làm trong nước quả: Trong sản xuất nước quả việc làm trong là yêu
cầu bắt buộc. Chitosan là tác nhân tốt loại bỏ đi đục, làm trong nước quả, bảo
vệ màu nước quả và hiệu chỉnh độ chua của nước quả, giúp điều chỉnh acid,
giữ màu sắc trong nước quả [40]. Chitosan được sử dụng như một chất kết
bông với các chất lơ lửng trong nước quả, tạo thành khối lắng xuống, nhờ đó
có thể loại ra khỏi hỗn hợp nước quả.
+ Cơ chế kết dính của nó được thể hiện chitosan làm cầu trung gian liên
kết các phân tử nhỏ bằng liên kết tĩnh điện và liên kết hydro, tạo thành mạng
lưới và lắng xuống; trung hòa điện: các hạt mixen làm trong chất lỏng thường
mang điện tích âm, các đại phân tử sinh học thường mang điện tích dương,
chúng sẽ tương tác với nhau, trung hòa và lắng xuống; hấp phụ: các đại phân
tử có những nhóm linh động, khi gặp các nhóm tương thích trong dung dịch
sẽ hấp phụ, kết khối và lắng xuống [40].


8

+ Ứng dụng làm trong nước ép táo, cam bằng việc sử dụng dung dịch
chitosan nồng độ 2% trong acid acetic 7% giúp làm giảm độ đục hiệu quả hơn
so với sử dụng betonit và gelatin.
- Bảo vệ màu nước quả: khi cho chitosan vào dung dịch nước quả
thì chitosan sẽ tạo phức với các chất màu có trong nước quả, bao bọc bảo vệ
các phức màu này trước tác dụng của các quá trình chế biến và làm giảm màu
trong quá trình bảo quản.
+ Nhờ sử dụng chitosan trong việc loại bỏ các chất lơ lửng bằng quá trình
lọc và ly tâm, ta cũng có thể ngăn cản được sự nâu hóa do enzyme trong nước
ép táo, lê. Người ta đã bổ sung chitosan với nồng độ 1% trong acid malic 1%
và nhận thấy rằng: sự nâu hóa có thể được ngăn chặn trong nước ép táo bằng
cách thêm ít nhất 200ppm. Người ta sử dụng nồng độ 1000ppm để ngăn chặn
sự nâu hóa trong nước ép lê [40].
+ Cơ chế của nó như sau: chitosan có khả năng kiểm soát sự nâu hóa bởi
enzyme là do chitosan là một polymer tích điện dương tạo tủa với các chất rắn
lơ lửng có khả năng kết hợp với enzyme polyphenol oxydase (PPO).
- Hiệu chỉnh độ chua của nước quả: Người ta thấy rằng việc xử lý
chitosan nồng độ 1,2% trong acid ascorbic đối với nước ép cà rốt và táo
không có tác dụng làm trong nước quả nhưng lại làm giảm đáng kể lượng acid
của dịch ép.
+ Cơ chế: chitosan với một phần mang điện tích dương có khả năng kết
hợp với các phần mang điện tích âm của các acid trong nước quả. Do cơ chế
trên mà chitosan không những được sử dụng để hiệu chỉnh độ chua của nước
quả mà còn có tiềm năng ứng dụng trong các loại thực phẩm khác.
- Chitosan được sử dụng để thay thế hàn the: Đối với sản phẩm giò, chả
sử dụng chitosan với hàm lượng 2,5g/kg thịt thì thấy sản phẩm ngon, mặt
hồng mịn, thơm mùi thịt, dai và có khả năng bảo quản tương tự như sử dụng
hàn the [18].


9

- Đối với bánh cuốn thì hàm lượng sử dụng là 24g dung dịch chitosan
3,4% cho 1 kg bột nước bánh, giúp bánh mịn, dai, ngon.
- Trong thực phẩm chức năng: Chitosan được sử dụng để “bẫy” lipid
trong thực phẩm chức năng chống béo phì. Chitosan được ưa chuộng không
chỉ vì có tác dụng như chất xơ mà chúng còn có khả năng gắn với lipid trong
dạ dày và ruột tạo thành một dạng chất mà cơ thể không thể hấp thu và sẽ thải
ra ngoài.
- Chitosan có khả năng làm giảm lượng cholesterol trong máu. Nếu sử
dụng thực phẩm chức năng có bổ sung 4% chitosan thì lượng cholesterol
trong máu giảm đi đáng kể sau 2 tuần. Ngoài ra chitosan còn xem là chất
chống đông tụ máu. Nguyên nhân làm giảm lượng cholesterol và chống đông
tụ máu được biết là không cho tạo các mixen. Điều chú ý là ở pH = 6 - 6,5
chitosan bắt đầu bị kết tủa, toàn bộ chuỗi polysaccharide bị kết lắng và giữ lại
toàn bộ mixen trong đó. Chính nhờ đặc điểm qua trọng này chitosan được ứng
dụng trong thực phẩm chức năng [19].
e. Ứng dụng trong bảo quản thủy sản [20].
- Đối với cá tươi: cá là nguyên liệu có cơ lỏng lẻo, nhiều nước. Trong
quá trình cấp đông chậm (-250C) sẽ xảy ra hiện tượng mất nước, làm trọng
lượng cá giảm. Để khắc phục hiện tượng này sử dụng màng chitosan 2,5%
bao phủ bề mặt cá, sau đó mới cấp đông thì phần trăm hao hụt thấp: 0,94% so
với mẫu đối chứng: 1,98%. Sau khi rã đông đem cá nấu chín thì thấy mùi vị
sản phẩm không thay đổi.
- Đối với cá khô: sử dụng dung dịch chitosan 2% trong dung dịch acetic
acid 1,5%, sấy ở nhiệt độ 300C, cá có độ ẩm 26 - 30% thì có thể bảo quản trên
130 ngày gấp 1,5 lần mẫu đối chứng.
- Đã có nhiều nghiên cứu chứng minh rằng, chitosan là tác nhân góp
phần giảm cholesterol và mỡ trong máu [33]. Năm 2000, Henryk S. và cộng
sự đã xác định được chitosan có tác dụng hạ 5,8-42,6% hàm lượng cholesterol
trong huyết tương và 15,1 -35,1% trong cơ thể [37].


10

- Chitosan là loại polymer tích điện dương tự nhiên duy nhất có khả năng
chuyển thành dạng nhớt khi hòa tan trong môi trường axit. Nhờ tính chất này
mà chitosan được ứng dụng trong sản phẩm chăm sóc tóc. Ngoài ra còn được
sử dụng trong sản phẩm chăm sóc da, do có tính bảo vệ, giữ độ ẩm, tạo màng
trên da đồng thời gắn kết với các dưỡng chất cần thiết tạo điều kiện cho các
chất này hoạt động tích cực trên da [38].
2.2. Tổng quan về nano bạc
2.2.1. Giới thiệu về công nghệ nano
2.2.1.1. Vật liệu nano
Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước cỡ nano
mét (1nm = 10-9 m). Đây là đối tượng nghiên cứu và là mối liên kết của 2
lĩnh vực khoa học nano và công nghệ nano. Tính chất của vật liệu nano bắt
nguồn từ kích thước của chúng, vào cỡ nanômét, đạt tới kích thước tới hạn
của nhiều tính chất hóa lý của vật liệu thông thường. Kích thước của vật liệu
nano trải một khoảng từ vài nm đến vài trăm nm phụ thuộc vào bản chất vật
liệu và tính chất cần nghiên cứu [6].
2.2.1.2. Phân loại vật liệu nano
Có rất nhiều cách phân loại vật liệu nano. Sau đây là một cách phân loại
dựa vào hình dáng vật liệu (Nguyễn Hoàng Hải) [6].
- Vật liệu không chiều là vật liệu mà ba chiều đều có kích thước nano, ví
dụ: chấm lượng tử...
- Vật liệu một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, ví
dụ: dây nano, ống nano…
- Vật liệu hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, ví
dụ: màng mỏng,...(Chiều ở đây có nghĩa là chiều chuyển động không bị hạn
chế bởi kích thước của phần tử tải điện).
Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó
chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có các
phần không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau.


11

2.2.2. Giới thiệu về bạc kim loại
Cấu hình electron của bạc: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1
Bán kính nguyên tử bạc: 0,288 nm
Bán kính ion bạc: 0,23 nm
Bảng 2.2: Số nguyên tử bạc trong một đơn vị thể tích [26]
Kích thước của hạt nano Bạc (nm)

Số nguyên tử chứa trong đó

1

31

5

3900

20

350000

Trong tự nhiên, bạc tồn tại hai dạng đồng vị bền là Ag-107(52%) và Ag109(48%). Bạc không tan trong nước, môi trường kiềm nhưng có khả năng
tan trong một số axit mạnh như axit nitric, sulfuric đặc nóng…
Ngày nay những thuộc tính quý của kim loại này được thể hiện tối đa khi
chúng được chế tạo bằng công nghệ nano. Trên thị trường cũng đã xuất hiện
nhiều sản phẩm chứa nano bạc như băng gạc y tế, nước tẩy trùng bề mặt,
trong tủ lạnh, máy giặt gia đình…
Theo Trần Linh Thước (2009) [14], 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.
- Chi phí cho quá trình sản xuất thấp.
- Ổn định ở nhiệt độ cao.


12

2.2.3. Tổng quan về hạt nano bạc
Nano bạc là các hạt bạc có kích thước dao động từ 1 nm đến 100 nm. Do
có diện tích bề mặt lớn, 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. 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.
2.2.3.1. Tính chất lý học của hạt nano bạc
a. Tính chất quang
Phổ hấp thụ của hạt nano bạc
Phổ hấp thụ của hạt nano bạc nằm trong khoảng từ 400 - 460 nm và phụ
thuộc vào kích thước của hạt và phương pháp chế tạo hạt nano. Khi kích
thước hạt tăng, cường độ đỉnh tăng và dịch về phía bước sóng dài. Kích thước
hạt nano bạc phụ thuộc vào các yếu tố trong quá trình chế tạo hạt nano bạc.
Với cùng một điều kiện, phương pháp chế tạo khác nhau thì đỉnh hấp thụ của
hạt nano bạc cũng khác nhau. Với cùng một phương pháp, khi thay đổi điều
kiện phản ứng như nồng độ chất tham gia phản ứng, tỉ lệ chất bao phủ, thời
gian phản ứng và nhiệt độ phản ứng th0ì phổ hấp thụ cũng có sự thay đổi
[30].
Hiệu ứng cộng hưởng Plasmon bề mặt
Tính chất quang học của hạt nano bạc trong thủy tinh làm cho các sản
phẩm từ thủy tinh có các màu sắc khác nhau. Các hiện tượng đó bắt nguồn từ
hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt (surface plasmon resonance), là hiện
tượng khi hạt ở kích thước nano, các điện tử tự do trong hạt nano bạc tương
tác với trường điện từ ngoài dẫn đến sự hình thành các dao động đồng pha với
một tần số cộng hưởng nhất định. Các hạt nano bạc sẽ hấp thụ mạnh photon
tới ở đúng tần số cộng hưởng này [30], [41].


13

Hình 2.2. Hiện tượng cộng hưởng plasmon của hình cầu [41]
Kim loại có nhiều điện tử tự do, các điện tử tự do này sẽ dao động dưới
tác dụng của điện từ trường bên ngoài như ánh sáng. Thông thường các dao
động bị dập tắt nhanh chóng bởi các sai hỏng mạng hay bởi chính các nút
mạng tinh thể trong kim loại khi quãng đường tự do trung bình của điện tử
nhỏ hơn kích thước. Nhưng khi kích thước của hạt nano bạc nhỏ hơn quãng
đường tự do trung bình thì hiện tượng dập tắt không còn nữa mà điện tử sẽ
dao động cộng hưởng với ánh sáng kích thích. Do vậy, tính chất quang của
hạt nano bạc có được do sự dao động tập thể của các điện tử dẫn đến từ quá
trình tương tác với bức xạ sóng điện từ. Khi dao động như vậy, các điện tử sẽ
phân bố lại trong hạt nano bạc làm cho hạt nano bạc bị phân cực điện tạo
thành một lưỡng cực điện. Do vậy xuất hiện một tần số cộng hưởng phụ thuộc
vào nhiều yếu tố nhưng các yếu tố về hình dáng, độ lớn của hạt nano bạc và
môi trường xung quanh là các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất [30].
Sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM_transmission electron
microcope) để quan sát hình dạng và kích thước hạt nano bạc và sử dụng thiết
bị đo phổ hấp thụ UV-VIS để quan sát hiệu ứng cộng hưởng plasmon của hạt
nano bạc [30].
Ngoài ra, mật độ hạt nano bạc cũng ảnh hưởng đến tính chất quang. Nếu
mật độ loãng thì có thể coi như gần đúng hạt tự do, nếu nồng độ cao thì phải
tính đến ảnh hưởng của quá trình tương tác giữa các hạt [30].


14

b, Tính chất điện, tính chất nhiệt
Bạc là một kim loại dẫn điện tốt nhất trong các kim loại. Bạc có mật độ
điện tử tự do cao nên điện trở của bạc rất nhỏ [6].
Đối với vật liệu bạc ở dạng khối, các lý thuyết về độ dẫn được tính
toán dựa trên cấu trúc vùng năng lượng của chất rắn. Khi kích thước của
vật liệu giảm dần, hiệu ứng lượng tử do giam hãm làm rời rạc cấu trúc hóa
cấu trúc vùng năng lượng. Hệ quả của quá trình lượng tử hóa này đối với
hạt nano bạc là I-U (Sự liên hệ giữa dòng điện và điện trường) không còn
tuyến tính nữa mà xuất hiện một hiệu ứng gọi là hiệu ứng chắn Coulomb
(Coulomb blockade) làm cho đường I - U bị nhảy bậc với giá trị mỗi bậc
sai khác nhau một lượng e/2C đối với U và e/RC đối với I. Trong đó e là
điện tích của điện tử, C và R là điện dung và điện trở khoảng nối hạt nano
với điện cực [6].
Nhiệt độ nóng chảy Tm của vật liệu phụ thuộc vào mức độ liên kết giữa
các nguyên tử trong mạng tinh thể, khi kích thước của hạt nano giảm, nhiệt độ
nóng chảy sẽ giảm [6].
c, Hiệu ứng bề mặt
Khi hạt bạc có kích thước nanomet, các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ
chiếm tỉ phần đáng kể so với tổng số nguyên tử. Chính vì vậy các hiệu ứng
có liên quan đến bề mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng
làm cho tính chất của vật liệu có kích thước nm khác biệt so với vật liệu
bạc ở dạng khối. Sự tăng cường khả năng diệt khuẩn bạc là một ví dụ của
hiệu ứng bề mặt.
Hiệu ứng bề mặt luôn có tác dụng với tất cả các giá trị của kích thước,
hạt càng bé thì hiệu ứng càng lớn và ngược lại. Vật liệu ở bất cứ kích thước
nào cũng có hiệu ứng bề mặt, ngay cả vật liệu khối truyền thống cũng có hiệu
ứng bề mặt, chỉ có điều hiệu ứng này nhỏ thường bị bỏ qua [6].


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×