LỜI MỞ ĐẦU Trái cây tươi và rau củ chất lượng cao luôn hấp dẫn đối với các khách hàng và mang lại rất nhiều ích lợi về sức khỏe cho cơ thể con người bởi vị ngon, đầy màu sắc, và hàm lượng chất dinh dưỡng, chẳng hạn như vitamin, khoáng chất, và amino acid [1, 2]. Tuy nhiên, một trong những thách thức quan trọng đối với việc lưu trữ an toàn của trái cây và rau quả có liên quan đến tỷ lệ thối rữa cao của nó và thời hạn sử dụng ngắn. Do đó, giá trị thương mại cũng giảm và nhiều thiệt hại gây ra cho nhà sản xuất. Để kéo dài thời gian bảo quản của trái cây và rau quả sau thu hoạch, một số biện pháp hiệu quả bao gồm nhiệt độ thấp, bao gói khí quyển điều độ, chiếu xạ và lớp phủ ăn được có thành phần kháng khuẩn, đã được áp dụng [3-5].
Tuy nhiên, các vấn đề về môi trường nghiêm trọng có thể xảy ra khi sử dụng vật liệu đóng gói thông thường. Hơn thế nữa, rủi ro các bệnh mãn tính có thể gia tăng trong cơ thể con người nếu lượng vượt quá của các tác nhân hóa học luôn luôn được tiêu thụ [6, 7]. Sự nghiên cứu về các phương pháp thay thế an toàn ngày càng gia tăng cho việc lưu trữ trái cây và rau củ, chẳng hạn việc phát triển và ứng dụng của lớp phủ dựa trên chitosan được làm giàu bởi các tác nhân kháng khuẩn [1, 8]. Trong số các polymer sinh học, chitosan là một nguồn nguyên liệu sinh học bền vững trong tự nhiên sở hữu các tính chất nổi bật như tính kháng khuẩn, kháng nấm, khả năng chống oxy hóa và có khả năng tạo màng.
Nanochitosan được coi là một loại vật liệu bảo quản thực phẩm mới do đặc điểm của kích thước nhỏ và hiệu ứng bề mặt. Thực tế đã có những nghiên cứu về tổng hợp nanochitosan kết hợp hoạt chất ứng dụng việc bảo quản các thực phẩm khác nhau với thời hạn sử dụng từ vài ngày đến vài tháng dựa trên loại thực phẩm và tình trạng bảo quản. Trong những năm gần đây, mối quan tâm ngày càng tăng trong việc sử dụng các chất tự nhiên để giảm thiểu hậu quả về môi trường nên hướng nghiên cứu ứng dụng tiềm năng của chiết xuất tự nhiên từ thực vật đã thu hút các nhà nghiên cứu. Nhiều nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng Chitosan kết hợp dịch chiết tự nhiên có tác dụng kéo dài thời gian bảo quản cho trái cây.
Cây vối Cleistocalyx operculatus L. operculatus) là một loài cây lâu năm, phân bố rộng khắp Việt Nam và một số 1 nước nhiệt đới khác. Theo truyền thống, lá và chồi của C. operculatus đã được sử dụng làm trà thảo mộc phổ biến tại Việt Nam và Trung Quốc, nó được biết đến nhiều trong việc điều trị bệnh cúm và một số bệnh tiêu hóa theo y học cổ truyền [9].
Các báo cáo trước đây tiết lộ rằng chồi C. operculatus có các hoạt động sinh học khác nhau trong ống nghiệm và in vivo như chống ung thư, kháng u, chống tăng đường huyết và tác động lên tim [10-13]. Chiết xuất từ nụ vối có chứa lượng lớn các hợp chất có hoạt tính sinh học như polyphenols, flavonoids, triterpenoid, có các đặc tính chống oxy hóa, kháng khuẩn, kháng nấm, chống viêm và chống ung thư. Do đó, đề tài “Nghiên cứu tổng hợp nanochitosan kết hợp dịch chiết nụ vối ứng dụng bảo quản trái cây” nhằm xây dựng quy trình tổng hợp vật liệu nanochitosan kết hợp dịch chiết nụ vối với mục tiêu tạo ra chế phẩm an toàn, có khả năng kháng lại các loại vi sinh vật, kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm và phát triển bền vững.
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan chitosan 1. Nguồn gốc, cấu trúc hóa học, độ hòa tan của chitosan Chitin là một polysaccharide bao gồm các gốc acetylglucosamine liên kết với nhau bằng các liên kết 𝛽-1,4-glycosidic [14, 15]. Đây là polysaccharide phong phú thứ hai được tìm thấy trong tự nhiên chỉ sau cellulose và được tìm thấy nhiều ở động vật giáp xác như sò, tôm, cua, v.
Trong đó, chitin có thể chiếm từ 20 – 30% [14-16]. Sơ đồ quy trình sản xuất chitosan từ động vật có vỏ [17]. Chitosan là một loại polysaccharide mạch thẳng, được hình thành từ các liên kết (1,4) của 2-amino-deoxy-β-D-glucan, có hai nhóm hydroxyl tự do và một nhóm amine chính. Cấu trúc phân tử của nó bao gồm các đơn vị monosaccharide nối tiếp với nhau qua liên kết β-glycosidic [14, 16, 18-21].
Chitosan được tạo ra bằng cách thay đổi cấu trúc chitin thông qua việc loại bỏ các nhóm acetyl, được liên kết với các gốc amine ở vị trí C2 trên vòng glucan (Hình 1. Quá trình thủy phân hóa học trong dung dịch kiềm đậm đặc được thực hiện ở nhiệt độ cao để tạo ra 3 một dạng chitin được khử một phần gọi là chitosan. Tuỳ vào mức độ khử acetyl có thể thu được các loại chitosan với tính chất vật lý và hoá học khác nhau. Chất lượng và đặc tính chức năng của chitosan được xác định bởi nhiều yếu tố bao gồm mức độ khử acetyl hóa, trọng lượng phân tử, nguồn nguyên liệu, và phương pháp chiết xuất [21].
Điện tích dương của các nhóm amine khi bị proton hoá có thể làm cho chitosan có thể phản ứng với nhiều bề mặt tích điện âm của tế bào và các vật liệu polymer khác. Tính hòa tan cũng là một trong những đặc tính quan trọng trong việc ứng dụng chitosan. Đáng chú ý, chitosan không hòa tan trong dung môi hữu cơ hoặc nước mà chỉ thường hòa tan trong các dung dịch acid loãng với pH < 6,5 [18]. Tại Việt Nam ngành thủy sản đang phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là nuôi trồng thủy sản, ngành chế biến xuất khẩu thủy sản đang có xu hướng tăng trưởng mạnh đặc biệt là xuất khẩu tôm.
Nguồn nguyên liệu để sản xuất chitosan như vỏ tôm là bền vững và phong phú, có thể được thu hồi vỏ tôm từ các công ty thủy sản trong nước. Hoạt động kháng khuẩn của chitosan Chitosan thường được sử dụng như một chất bảo quản thực phẩm tiềm năng do hoạt động kháng khuẩn của nó chống lại một loạt các loại vi khuẩn và nấm trên thực phẩm. Mặt khác, các hoạt động kháng khuẩn tiềm năng cũng như các hoạt động khác đã được báo cáo trước đây, chủ yếu là đối với ứng dụng của nó trên trái cây và rau quả [1, 22]. Hoạt động kháng khuẩn mạnh hơn đã được quan sát đối với chitosan với mức độ khử acetyl cao hơn [23].
Hơn nữa, chitosan với trọng lượng phân tử thấp có thể thể hiện khả năng kháng khuẩn tốt hơn so với chitosan có trọng lượng phân tử cao [24]. Hoạt tính kháng khuẩn của chitosan có thể tăng lên khi có giá trị pH thấp do sự proton hóa của nó trong khoảng pH có tính acid và khả năng hòa tan cao hơn trong vi môi trường acid [25]. Mặt khác, nhiệt độ và chất nền xung quanh có thể ảnh hưởng đến hoạt tính kháng khuẩn của lớp phủ chitosan [23]. Đối với hoạt tính kháng khuẩn của chitosan, người ta báo cáo rằng nấm men và nấm mốc có độ nhạy cao hơn so với vi khuẩn [23].
Theo báo cáo của Qi và cộng 4 sự [26] cho thấy rằng các hạt nano chitosan có thể kiểm soát sự phát triển của các vi khuẩn như E. coli, Salmonella choleraesuis, Salmonella typhimurium và Staphylococcus aureus. Ganan và cộng sự [27] cũng báo cáo rằng, trong số một số mầm bệnh đã được thử nghiệm, Campylobacter spp. là loại dễ bị bất hoạt nhất bởi chitosan.
Lou và cộng sự [28] cũng cho thấy dung dịch chitosan có hoạt tính kháng khuẩn mạnh đối với Burkholderia seminalis. Hoạt tính kháng khuẩn cao của chitosan cũng được báo cáo bởi Han và cộng sự [29]. Hơn nữa, Ristic và cộng sự [30] đã chỉ ra rằng sự ức chế của Lactobacillus đối với các hạt nano chitosan được phản ánh ở nồng độ ức chế tối thiểu thấp. Theo báo cáo của Madureira và cộng sự [31], các hạt nano chitosan có thể ảnh hưởng đến cấu trúc tế bào của vi khuẩn và củng cố hoạt động kháng khuẩn của chúng.
Wang và cộng sự [32] báo cáo rằng sự phát triển của nấm có thể bị ức chế mạnh mẽ bằng cách xử lý bằng chitosan. Kaya và cộng sự [33] quan sát thấy rằng chitosan với bọ cạp có trọng lượng phân tử thấp thể hiện hoạt tính kháng khuẩn cụ thể đối với các loài vi khuẩn nói chung. Hơn nữa, Li và cộng sự [25] chỉ ra rằng giá trị pH cho khả năng kháng khuẩn cao nhất hoạt độ của chitosan là 6,0. Hoạt động kháng khuẩn của dung dịch chitosan (pH 6,0) chống lại E.
aureus có thể được tăng cường khi tăng mức độ khử acetyl của nó. Theo báo cáo của Mohammadi và cộng sự [34], hoạt tính kháng khuẩn của các hạt nano chitosan được tăng cường đáng kể so với các vi hạt chitosan. Goy và cộng sự cũng báo cáo rằng hiệu quả kháng khuẩn của chitosan bị ảnh hưởng đáng kể bởi nồng độ sử dụng của nó. Sayari và cộng sự [35] cho rằng chitosan thể hiện hoạt tính ức chế chống lại các chủng vi khuẩn và nấm đã thử nghiệm.
Tính an toàn của chitosan đối với ứng dụng trên trái cây Sự an toàn của các hạt nanochitosan và dung dịch chitosan là rất quan trọng đối với ứng dụng của nó trong ngành công nghiệp thực phẩm và đã được nghiên cứu kỹ lưỡng. Chitosan như một chất phụ gia thực phẩm đã được phê duyệt ở Nhật Bản từ năm 1983 [36]. Hơn nữa, tính an toàn sinh học của nó đã được chỉ ra bằng các thử nghiệm cho ăn với vật nuôi [37]. Đáng chú ý, chitosan đã được FDA Hoa Kỳ công nhận là an toàn (GRAS) vào năm 2005 [38].
Do đó, chitosan được coi là 5 nguyên liệu tương thích sinh học, không độc hại và an toàn để sử dụng trên rau quả [16, 39]. Ứng dụng của chitosan Chitosan là một loại polymer độc đáo với nhiều chức năng do hoạt tính sinh học linh hoạt, khả năng tương thích sinh học tuyệt vời, khả năng phân hủy sinh học hoàn toàn, không độc hại và an toàn. Chitosan có sự kết hợp đặc biệt giữa hoạt tính sinh học với tính chất cơ học, vật lý. Với những tính chất ưu việt đó chitosan thu hút sự quan tâm đáng kể trong y học, mỹ phẩm, công nghệ sinh học và công nghệ thực phẩm.
Ứng dụng của chitosan [40, 41].