Luận văn thạc sĩ nghiên cứu tạo phức chất chitosan nano bạc kháng vi sinh vật gây hư hỏng quả sau thu hoạch

Nghiên cứu tạo phức chất chitosan nano bạc nhằm kháng vi sinh vật, bảo quản quả sau thu hoạch hiệu quả, nâng cao chất lượng nông sản.

• Tác giả: Nguyễn Đình Huy
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Duy
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
• Đề tài: Nghiên cứu tạo phức chất chitosan - nano bạc kháng vi sinh vật gây hư hỏng quả sau thu hoạch
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Mục đích và yêu cầu
• 1.3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Tổng quan về Chitosan
• 2.1.1. Nguồn gốc của Chitin và chitosan
• 2.1.2. Cấu trúc hóa học của chitosan
• 2.1.3. Đặc tính kháng vi sinh vật của chitosan
• 2.1.4. Ứng dụng của chitosan
• 2.2. Tổng quan về nano bạc
• 2.2.1. Giới thiệu về công nghệ nano
• 2.2.2. Giới thiệu về bạc kim loại
• 2.2.3. Tổng quan về hạt nano bạc
• 2.2.4. Đặc tính và khả năng ức chế vi sinh vật của nano bạc
• 2.2.5. Ứng dụng của nano bạc trong đời sống
• 2.3. Một số vi sinh vật thường gây hư hỏng sản phẩm rau quả
• 2.3.1. Vi khuẩn Bacillus cereus
• 2.3.2. Đặc điểm của nấm men gây hại (nấm men Pichia)
• 2.3.3. Đặc điểm của nấm mốc gây hại (nấm mốc penicillium)
• 2.4. Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước
• 2.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 2.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 3. CHƯƠNG 3: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đối tượng, phạm vi và vật liệu nghiên cứu
• 3.1.1. Đối tượng nghiên cứu
• 3.1.2. Phạm vi nghiên cứu
• 3.1.3. Vật liệu nghiên cứu
• 3.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
• 3.3. Nội dung nghiên cứu
• 3.4. Phương pháp nghiên cứu
• 3.4.1. Thí nghiệm 1: Xác định hoạt tính kháng một số vi sinh vật gây hư hỏng quả của chitosan
• 3.4.1.1. Đánh giá khả năng kháng vi khuẩn Bacillus cereus của Chitosan
• 3.4.1.2. Đánh giá khả năng kháng nấm mốc penicillium của chitosan
• 3.4.2. Thí nghiệm 2: Đánh giá khả năng kháng một số vi sinh vật gây hư hỏng quả của nano bạc
• 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
• 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…)
• 3.4.5. Phương pháp theo dõi
• 3.4.6. Phương pháp xử lý số liệu
• 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Kết quả nghiên cứu khả năng kháng vi sinh vật của Chitosan, nano bạc
• 4.1.1. Kết quả nghiên cứu khả năng kháng vi sinh vật của Chitosan
• 4.1.2. Kết quả nghiên cứu khả năng kháng vi sinh vật của Nano bạc
• 4.1.3. 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
• 4.1.3.1. Xác định khả năng ức chế vi khuẩn Bacillus cereus của phức chất chitosan-nano bạc
• 4.1.3.2. Xác định khả năng ức chế nấm men Pichia của phức chất chitosan-nano bạc
• 4.1.3.3. Xác định khả năng kháng nấm mốc Penicillium digitatum của phức chất chitosan/nano bạc
• 4.1.4. Kết quả đánh giá thử nghiệm phức chất chitosan - nano bạc trong bảo quản vải thiều
• 4.1.5. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các chế độ tiền xử lý tới vải sau 4 ngày bảo quản
• 4.1.6. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm (chitosan và nano bạc) tới quá trình bảo quản vải
• 4.1.7. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới thời gian bảo quản vải
• 4.1.8. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm (chitosan và nano bạc) tới quá trình bảo quản bưởi
• 4.1.9. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các chế độ tiền xử lý tới quá trình bảo quản bưởi
• 4.1.10. Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm tới hàm lượng chất khô tổng số trong quá trình bảo quản bưởi
• 4.1.11. Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm tới hàm lượng axit hữu cơ tổng số trong quá trình bảo quản bưởi
• 4.1.12. 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
• 4.1.13. Kết quả nghiên cứu theo dõi ảnh hưởng của chế phẩm chitosan và nano bạc tới bảo quản các giống bưởi khác nhau
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Chitosan Nano Bạc Bảo Quản Quả

Hệ thống cây ăn quả ở Việt Nam rất đa dạng, cung cấp nhiều loại quả có giá trị dinh dưỡng cao và tiềm năng xuất khẩu lớn. Tuy nhiên, do hàm lượng nước và chất dinh dưỡng cao, trái cây dễ bị vi sinh vật gây hư hỏng sau thu hoạch. Việc bảo quản sau thu hoạch là vô cùng quan trọng để giảm thiểu tổn thất cho người sản xuất. Chitosan, một dẫn xuất của chitin, có khả năng điều chỉnh độ ẩm và độ thoáng khí, kéo dài thời gian bảo quản. Nano bạc với tính kháng khuẩn vượt trội, đặc biệt khi ở kích thước nano, đã được ứng dụng rộng rãi trong bảo quản thực phẩm. Nghiên cứu này tập trung vào việc tạo phức chất chitosan nano bạc để kháng vi sinh vật gây hư hỏng quả sau thu hoạch, kết hợp ưu điểm của cả hai vật liệu.

1.1. Giới thiệu về Chitosan và Ứng dụng Bảo quản Quả

Chitosan là một polysaccharide tự nhiên, có nguồn gốc từ chitin, được tìm thấy nhiều trong vỏ các loài giáp xác. Nó có khả năng tạo màng bán thấm, giúp điều chỉnh độ ẩm và khí quyển xung quanh quả, từ đó làm chậm quá trình chín và giảm sự phát triển của nấm mốc và vi khuẩn. Màng chitosan cũng có tính tương thích sinh học cao, an toàn cho người sử dụng và thân thiện với môi trường. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của chitosan trong việc bảo quản các loại quả như đào, lê, kiwi, dâu tây và cà chua.

1.2. Tiềm năng của Nano Bạc trong Kháng Vi Sinh Vật Hư Hỏng

Nano bạc là một vật liệu nano có tính kháng khuẩn mạnh mẽ. Ở kích thước nano, diện tích bề mặt lớn giúp tăng cường khả năng tiếp xúc với vi sinh vật, phá vỡ màng tế bào và ức chế sự phát triển của chúng. Nano bạc có thể tiêu diệt nhiều loại vi khuẩn và nấm mốc gây hư hỏng quả, kéo dài thời gian bảo quản và duy trì chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng hoạt tính sát khuẩn của bạc tăng lên khoảng 50.000 lần khi ở kích thước nano so với bạc ion.

II. Vấn Đề Hư Hỏng Quả Sau Thu Hoạch Giải Pháp Nano

Tỷ lệ hư hỏng quả sau thu hoạch là một vấn đề lớn đối với ngành nông nghiệp Việt Nam, gây thiệt hại kinh tế đáng kể cho người nông dân. Các yếu tố như điều kiện bảo quản không phù hợp, sự phát triển của vi sinh vật gây hư hỏng, và quá trình chín tự nhiên của quả đều góp phần vào tình trạng này. Các phương pháp bảo quản truyền thống thường sử dụng hóa chất, có thể gây ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng và môi trường. Do đó, việc tìm kiếm các giải pháp bảo quản an toàn và hiệu quả, như sử dụng chitosan nano bạc, là vô cùng cần thiết. Giải pháp này hứa hẹn kéo dài thời gian bảo quản và duy trì chất lượng quả.

2.1. Các Tác Nhân Vi Sinh Vật Gây Hư Hỏng Quả Phổ Biến

Nhiều loại vi sinh vật có thể gây hư hỏng quả sau thu hoạch, bao gồm vi khuẩn, nấm men, và nấm mốc. Các loại nấm mốc như Penicillium, Aspergillus, và Botrytis thường gây ra các bệnh thối quả, làm giảm giá trị thương phẩm. Vi khuẩn như Erwinia và Pseudomonas có thể gây thối nhũn và làm mềm quả. Nấm men cũng có thể phát triển trên bề mặt quả, tạo ra mùi khó chịu và làm thay đổi cấu trúc. Việc kiểm soát sự phát triển của các vi sinh vật này là yếu tố then chốt để bảo quản quả thành công.

2.2. Hạn Chế của Phương Pháp Bảo Quản Quả Truyền Thống

Các phương pháp bảo quản quả truyền thống, như sử dụng hóa chất bảo quản, có thể mang lại hiệu quả nhất định, nhưng cũng tiềm ẩn nhiều rủi ro. Hóa chất có thể tồn dư trên quả, gây ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng. Ngoài ra, một số hóa chất có thể gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến hệ sinh thái. Các phương pháp vật lý, như bảo quản lạnh, đòi hỏi chi phí đầu tư và vận hành cao. Do đó, việc tìm kiếm các giải pháp bảo quản an toàn, hiệu quả và thân thiện với môi trường là một yêu cầu cấp thiết.

III. Phương Pháp Tạo Phức Chất Chitosan Nano Bạc Hiệu Quả

Nghiên cứu này tập trung vào việc tạo phức chất chitosan nano bạc bằng phương pháp hóa học, đảm bảo sự phân tán đồng đều của nano bạc trong ma trận chitosan. Quá trình này bao gồm việc hòa tan chitosan trong dung môi axit, sau đó thêm dung dịch nano bạc và khuấy đều. Các yếu tố như nồng độ chitosan, nồng độ nano bạc, pH, và thời gian phản ứng được tối ưu hóa để đạt được hiệu quả kháng khuẩn cao nhất. Phức chất chitosan nano bạc sau đó được sử dụng để tạo màng phủ bảo quản quả.

3.1. Tối Ưu Hóa Tỷ Lệ Chitosan và Nano Bạc để Kháng Khuẩn

Tỷ lệ giữa chitosan và nano bạc trong phức chất có ảnh hưởng lớn đến khả năng kháng khuẩn. Nghiên cứu này tiến hành khảo sát các tỷ lệ khác nhau để xác định tỷ lệ tối ưu, đảm bảo sự kết hợp hài hòa giữa khả năng tạo màng của chitosan và tính kháng khuẩn của nano bạc. Tỷ lệ tối ưu được xác định dựa trên kết quả thử nghiệm kháng khuẩn trên các chủng vi sinh vật gây hư hỏng quả phổ biến.

3.2. Quy Trình Sản Xuất Dung Dịch Chitosan Nano Bạc Ổn Định

Để đảm bảo hiệu quả bảo quản, dung dịch chitosan nano bạc cần phải ổn định, không bị kết tụ hoặc lắng đọng. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình sản xuất, bao gồm việc sử dụng chất ổn định, điều chỉnh pH, và kiểm soát nhiệt độ. Dung dịch chitosan nano bạc ổn định giúp đảm bảo sự phân tán đồng đều của nano bạc trên bề mặt quả, tăng cường khả năng kháng khuẩn và kéo dài thời gian bảo quản.

3.3. Đánh Giá Tính Chất Vật Lý và Hóa Học của Phức Chất

Các tính chất vật lý và hóa học của phức chất chitosan nano bạc, như độ nhớt, độ bền kéo, và khả năng thấm khí, được đánh giá để đảm bảo phù hợp với mục đích bảo quản quả. Các tính chất này ảnh hưởng đến khả năng tạo màng, khả năng bảo vệ quả khỏi tác động cơ học, và khả năng điều chỉnh khí quyển xung quanh quả.

IV. Ứng Dụng Chitosan Nano Bạc Bảo Quản Vải Thiều Bưởi

Phức chất chitosan nano bạc được thử nghiệm trên hai loại quả phổ biến là vải thiều và bưởi. Vải thiều là loại quả dễ bị hư hỏng sau thu hoạch, trong khi bưởi có thời gian bảo quản dài hơn nhưng vẫn cần các biện pháp bảo quản để duy trì chất lượng. Kết quả cho thấy phức chất chitosan nano bạc có khả năng kéo dài thời gian bảo quản của cả hai loại quả, giảm tỷ lệ hư hỏng và duy trì chất lượng quả.

4.1. Nghiên Cứu Ảnh Hưởng của Chitosan Nano Bạc Lên Vải Thiều

Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các nồng độ chitosan nano bạc khác nhau lên chất lượng vải thiều trong quá trình bảo quản. Các chỉ tiêu đánh giá bao gồm màu sắc, độ cứng, hàm lượng đường, và tỷ lệ hư hỏng. Kết quả cho thấy chitosan nano bạc có khả năng làm chậm quá trình chín, giảm sự mất nước, và ức chế sự phát triển của nấm mốc, từ đó kéo dài thời gian bảo quản vải thiều.

4.2. Đánh Giá Hiệu Quả Bảo Quản Bưởi Bằng Chitosan Nano Bạc

Tương tự như vải thiều, nghiên cứu cũng đánh giá hiệu quả của chitosan nano bạc trong việc bảo quản bưởi. Các chỉ tiêu đánh giá bao gồm màu sắc vỏ quả, độ cứng, hàm lượng axit hữu cơ, và tỷ lệ hư hỏng. Kết quả cho thấy chitosan nano bạc có khả năng duy trì màu sắc tươi sáng của vỏ quả, giảm sự mất nước, và ức chế sự phát triển của nấm mốc, từ đó kéo dài thời gian bảo quản bưởi.

V. Kết Luận Triển Vọng Ứng Dụng Chitosan Nano Bạc

Nghiên cứu này đã chứng minh tiềm năng của phức chất chitosan nano bạc trong việc bảo quản quả sau thu hoạch. Phức chất này có khả năng kháng khuẩn mạnh mẽ, an toàn cho người sử dụng, và thân thiện với môi trường. Kết quả nghiên cứu mở ra triển vọng ứng dụng rộng rãi chitosan nano bạc trong ngành nông nghiệp, giúp giảm thiểu tổn thất sau thu hoạch, nâng cao giá trị sản phẩm, và đảm bảo an toàn thực phẩm.

5.1. Ưu Điểm Vượt Trội của Chitosan Nano Bạc So Với Khác

Chitosan nano bạc có nhiều ưu điểm so với các phương pháp bảo quản truyền thống, bao gồm khả năng kháng khuẩn mạnh mẽ, tính an toàn cao, và khả năng phân hủy sinh học. Phức chất này không chỉ giúp kéo dài thời gian bảo quản mà còn duy trì chất lượng quả, đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng và thân thiện với môi trường.

5.2. Hướng Nghiên Cứu Phát Triển Chitosan Nano Bạc Tương Lai

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình sản xuất chitosan nano bạc, giảm chi phí sản xuất, và mở rộng ứng dụng cho nhiều loại quả khác nhau. Nghiên cứu cũng cần tập trung vào việc đánh giá tác động của chitosan nano bạc lên sức khỏe người tiêu dùng và môi trường, đảm bảo tính bền vững của giải pháp bảo quản này.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống cây ăn quả ở Việt Nam rất đa dạng, cung cấp nhiều loại quả có giá trị dinh dưỡng cao và đóng góp lớn vào xuất khẩu nông sản. Tuy nhiên, do đặc tính chứa nhiều nước và chất dinh dưỡng, các loại quả dễ bị vi sinh vật gây hư hỏng sau thu hoạch, dẫn đến tỷ lệ tổn thất lớn. Việc bảo quản sau thu hoạch trở thành vấn đề cấp thiết nhằm kéo dài thời gian sử dụng và giữ nguyên chất lượng sản phẩm. Chitosan, một polysaccharide sinh học được tạo ra từ quá trình deacetyl hóa chitin có trong vỏ động vật giáp xác, được biết đến với khả năng tạo màng sinh học giúp điều chỉnh độ ẩm và hạn chế sự phát triển của vi sinh vật. Trong khi đó, nano bạc với kích thước từ 1 đến 100 nm thể hiện tính kháng khuẩn vượt trội, tăng cường khả năng diệt khuẩn lên đến khoảng 50.000 lần so với ion bạc thông thường. Nghiên cứu này tập trung tạo phức chất chitosan - nano bạc nhằm kháng vi sinh vật gây hư hỏng quả sau thu hoạch, với mục tiêu đánh giá khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của từng thành phần và phức hợp, đồng thời thử nghiệm bảo quản một số loại quả như vải thiều và bưởi. Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 6/2017 đến tháng 11/2018 tại phòng thí nghiệm Khoa Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển chế phẩm bảo quản an toàn, giảm thiểu tổn thất sau thu hoạch và nâng cao giá trị kinh tế cho sản phẩm nông nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: tính chất và cơ chế kháng vi sinh vật của chitosan và nano bạc. Chitosan là polymer tích điện dương, có khả năng tương tác với màng tế bào vi sinh vật mang điện tích âm, gây rối loạn cấu trúc màng, làm rò rỉ protein và ngăn cản tổng hợp ARN, protein, từ đó ức chế sự phát triển của vi khuẩn và nấm. Nano bạc với kích thước nhỏ (1-10 nm) có diện tích bề mặt lớn, dễ dàng thâm nhập vào tế bào vi sinh vật, tương tác với các nhóm chứa lưu huỳnh và phốt phát trong enzym và DNA, gây bất hoạt enzym và làm chết tế bào. Các khái niệm chính bao gồm: độ deacetyl hóa của chitosan, kích thước và hình dạng hạt nano bạc, nồng độ ức chế tối thiểu (MIC), và hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt của hạt nano bạc.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ các thí nghiệm phòng thí nghiệm tại Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên. Cỡ mẫu gồm các dung dịch chitosan và nano bạc với nhiều nồng độ khác nhau, cùng các chủng vi sinh vật gây hư hỏng quả như Bacillus cereus, nấm men Pichia và nấm mốc Penicillium digitatum. Phương pháp chọn mẫu là chọn các nồng độ pha loãng theo chuỗi giảm dần để xác định MIC. Phân tích dữ liệu sử dụng phương pháp đối kháng trong môi trường lỏng và rắn, đo quang học OD để đánh giá sự phát triển vi sinh vật, đồng thời quan sát trực tiếp trên đĩa thạch. Thời gian nghiên cứu từ tháng 6/2017 đến tháng 11/2018, bao gồm các bước tổng hợp vật liệu, đánh giá hoạt tính kháng khuẩn, phối trộn phức chất và thử nghiệm bảo quản quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Khả năng kháng vi khuẩn Bacillus cereus của chitosan: Chitosan thể hiện khả năng ức chế vi khuẩn với nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) khoảng 6,25 ppm. Ở nồng độ 25 ppm, chitosan ức chế sự phát triển vi khuẩn lên đến 85%, giảm dần theo nồng độ.

2. Khả năng kháng vi sinh vật của nano bạc: Nano bạc có MIC đối với Bacillus cereus là khoảng 3,125 ppm, với hiệu quả diệt khuẩn đạt trên 90% ở nồng độ 25 ppm. Nano bạc cũng ức chế nấm men Pichia và nấm mốc Penicillium digitatum với hiệu lực ức chế lần lượt là 80% và 75% ở nồng độ 12,5 ppm.

3. Hiệu quả của phức chất chitosan - nano bạc: Phức hợp này cho thấy khả năng ức chế vi sinh vật vượt trội hơn so với từng thành phần riêng lẻ. MIC của phức chất đối với Bacillus cereus giảm xuống còn khoảng 1,56 ppm, với hiệu quả ức chế trên 95%. Tương tự, phức chất ức chế nấm men và nấm mốc với hiệu lực trên 85%, cao hơn 10-15% so với chitosan hoặc nano bạc đơn lẻ.

4. Thử nghiệm bảo quản quả: Ứng dụng phức chất chitosan - nano bạc trong bảo quản vải thiều và bưởi cho thấy kéo dài thời gian bảo quản lên đến 7 ngày ở nhiệt độ phòng, giảm tỷ lệ hư hỏng quả từ 30% (đối chứng) xuống còn dưới 10%. Nồng độ tối ưu của phức chất là 0,5% chitosan kết hợp 1,56 ppm nano bạc. Nhiệt độ bảo quản lạnh (4°C) kết hợp với phức chất giúp duy trì chất lượng quả tốt hơn, giảm mất nước và biến đổi màu sắc.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân hiệu quả kháng khuẩn và kháng nấm của phức chất chitosan - nano bạc là do sự phối hợp giữa cơ chế tương tác điện tích của chitosan và khả năng thâm nhập, bất hoạt enzym của nano bạc. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả này phù hợp với báo cáo của các nhà khoa học quốc tế về tăng cường hiệu quả kháng khuẩn khi kết hợp chitosan với các hạt nano kim loại. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh hiệu quả ức chế (%) của từng thành phần và phức chất ở các nồng độ khác nhau, cũng như bảng tỷ lệ hư hỏng quả theo thời gian bảo quản. Ý nghĩa của kết quả là mở ra hướng phát triển chế phẩm bảo quản sinh học an toàn, hiệu quả, thân thiện môi trường, giảm thiểu sử dụng hóa chất độc hại trong bảo quản nông sản.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển sản phẩm chế phẩm bảo quản: Đề xuất sản xuất chế phẩm phức chất chitosan - nano bạc với nồng độ 0,5% chitosan và 1,56 ppm nano bạc để ứng dụng bảo quản quả tươi, đặc biệt là vải thiều và bưởi. Thời gian triển khai trong 12 tháng, do các doanh nghiệp công nghệ sinh học thực hiện.

2. Áp dụng quy trình tiền xử lý: Khuyến nghị áp dụng chế độ tiền xử lý bằng acid citric 5% trong 2 phút trước khi nhúng phức chất để tăng hiệu quả bảo quản. Chủ thể thực hiện là các cơ sở thu hoạch và chế biến quả.

3. Tối ưu điều kiện bảo quản: Khuyến khích bảo quản quả ở nhiệt độ lạnh khoảng 4°C kết hợp sử dụng phức chất để kéo dài thời gian bảo quản và giữ nguyên chất lượng. Các kho lạnh và nhà phân phối cần áp dụng.

4. Nghiên cứu mở rộng: Đề xuất nghiên cứu ứng dụng phức chất trên các loại quả khác và quy mô sản xuất lớn hơn nhằm đánh giá tính khả thi và hiệu quả kinh tế. Thời gian nghiên cứu dự kiến 18 tháng, do các viện nghiên cứu và trường đại học thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ sinh học: Có thể áp dụng phương pháp tổng hợp và đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của phức chất chitosan - nano bạc trong các đề tài nghiên cứu liên quan.

2. Doanh nghiệp sản xuất chế phẩm bảo quản nông sản: Tham khảo để phát triển sản phẩm bảo quản sinh học an toàn, hiệu quả, giảm thiểu tổn thất sau thu hoạch.

3. Người làm công tác bảo quản và chế biến quả: Áp dụng quy trình tiền xử lý và sử dụng phức chất để nâng cao chất lượng và thời gian bảo quản sản phẩm.

4. Cơ quan quản lý và chính sách nông nghiệp: Sử dụng kết quả nghiên cứu làm cơ sở khoa học để xây dựng chính sách khuyến khích ứng dụng công nghệ sinh học trong bảo quản nông sản.

Câu hỏi thường gặp

1. Phức chất chitosan - nano bạc có an toàn cho người tiêu dùng không?
   Nghiên cứu và các báo cáo cho thấy nano bạc ở nồng độ dưới 100 ppm không gây độc hại cho con người. Chitosan là polymer sinh học an toàn, được FDA chấp nhận sử dụng trong thực phẩm. Do đó, phức chất này an toàn khi sử dụng trong bảo quản quả.

2. Nồng độ tối ưu của phức chất để bảo quản quả là bao nhiêu?
   Nồng độ 0,5% chitosan kết hợp 1,56 ppm nano bạc được xác định là hiệu quả nhất trong việc kéo dài thời gian bảo quản và giảm tỷ lệ hư hỏng quả.

3. Phức chất có thể áp dụng cho những loại quả nào?
   Nghiên cứu đã thử nghiệm trên vải thiều và bưởi, cho kết quả khả quan. Phức chất có tiềm năng ứng dụng rộng rãi cho nhiều loại quả tươi có nguy cơ hư hỏng do vi sinh vật.

4. Phương pháp bảo quản kết hợp phức chất và nhiệt độ như thế nào?
   Bảo quản ở nhiệt độ lạnh (khoảng 4°C) kết hợp sử dụng phức chất giúp duy trì chất lượng quả tốt hơn, giảm mất nước và biến đổi màu sắc so với bảo quản ở nhiệt độ phòng.

5. Có thể sản xuất phức chất này ở quy mô công nghiệp không?
   Với quy trình tổng hợp đơn giản và nguyên liệu dễ tìm, phức chất chitosan - nano bạc có thể được sản xuất quy mô công nghiệp, tuy nhiên cần nghiên cứu thêm về ổn định sản phẩm và chi phí sản xuất.

Kết luận

• Phức chất chitosan - nano bạc được tổng hợp thành công, có khả năng kháng vi sinh vật gây hư hỏng quả vượt trội so với từng thành phần riêng lẻ.
• Nồng độ 0,5% chitosan phối hợp 1,56 ppm nano bạc là công thức tối ưu cho bảo quản quả tươi.
• Ứng dụng phức chất trong bảo quản vải thiều và bưởi kéo dài thời gian bảo quản lên đến 7 ngày, giảm tỷ lệ hư hỏng dưới 10%.
• Kết quả nghiên cứu mở ra hướng phát triển chế phẩm bảo quản sinh học an toàn, thân thiện môi trường, giảm tổn thất sau thu hoạch.
• Đề xuất triển khai sản xuất và ứng dụng phức chất trong thực tế, đồng thời nghiên cứu mở rộng trên các loại quả khác và quy mô lớn hơn.

Hãy tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng công nghệ sinh học để nâng cao giá trị nông sản Việt Nam, giảm thiểu tổn thất sau thu hoạch và bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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

Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn. 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.

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. Tổng quan về Chitosan 2.1 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. 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. 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].1: Hàm lượng chitin có trong một số động vật giáp xác [10] STT Phân loại Hàm lượng chitin theo trọng lượng (%) 1 Đầu tôm 11 2 Vỏ tôm 27 3 Vỏ tôm phế thải hỗn 12 - 18 4 Vỏ tôm hùm 37 5 Càng cua tuyết 24 6 Chân cua tuyết 32 7 Mai mực ống 30 - 35 8 Đỉa biển 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. Cấu trúc hóa học của chitosan Chitosan thu được từ quá trình deacetyl hóa chitin, thay thế nhóm N- acetyl 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-D- glucosamine 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. Cấu trúc hóa học của Chitin 5 Hình 2. 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.

Đặc tính kháng vi sinh vật của chitosan 2. 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]. 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. 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.