I. Tổng Quan Nghiên Cứu Lớp Phủ Nanocompozit Bảo Quản Quả
Việt Nam, với khí hậu nhiệt đới, có tiềm năng lớn về sản xuất hoa quả nhiệt đới. Tuy nhiên, việc bảo quản sau thu hoạch là một thách thức lớn do điều kiện nóng ẩm thúc đẩy quá trình phân hủy. Các phương pháp bảo quản truyền thống như sử dụng màng bọc nilon gây ô nhiễm môi trường. Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển một giải pháp thay thế thân thiện với môi trường: lớp phủ nanocompozit từ chitosan, rutin và cyclodextrin. Mục tiêu là kéo dài thời gian bảo quản, duy trì chất lượng hoa quả, và đảm bảo an toàn thực phẩm. Nghiên cứu này hứa hẹn mang lại giá trị kinh tế cao cho ngành nông nghiệp Việt Nam, đồng thời giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Đề tài này nghiên cứu chế tạo màng phủ dạng kép kết hợp polysaccarit chitosan được gia cường tính chất bởi oligosaccarit CD để khắc phục nhược điểm của polyme nền; đồng thời bổ sung rutin để tăng cường hoạt tính chống oxi hóa của màng định hướng ứng dụng bảo quản quả xoài.
1.1. Giới thiệu về Chitosan và Ứng dụng trong Bảo quản
Chitosan là một polyme tự nhiên có nguồn gốc từ chitin, được tìm thấy trong vỏ các loài giáp xác. Nó có khả năng tạo màng, điều chỉnh độ ẩm và độ thoáng khí, đồng thời an toàn và thân thiện với môi trường. Ứng dụng chitosan trong bảo quản thực phẩm đã được nghiên cứu rộng rãi, đặc biệt là khả năng ức chế sự phát triển của vi sinh vật và kéo dài thời gian bảo quản. Màng chitosan dễ phân hủy, ta dễ dàng điều chỉnh độ ẩm, độ thoáng khí, lại an toàn và thân thiện với môi trường.
1.2. Vai trò của Rutin và Cyclodextrin trong Lớp phủ
Rutin, một flavonoid có hoạt tính chống oxy hóa mạnh, giúp bảo vệ hoa quả khỏi các gốc tự do và quá trình oxy hóa. Cyclodextrin (CD) có khả năng tạo phức hợp với các hoạt chất, giúp tăng cường độ ổn định và khả năng hòa tan của chúng. Sự kết hợp của chitosan, rutin, và cyclodextrin tạo ra một lớp phủ nanocompozit có khả năng bảo quản hoa quả hiệu quả hơn. Đặc biệt việc sử dụng cyclodextrin (CD) để phân tán trong nền polyme sinh học nhằm tăng cường hoạt tính chống oxi hóa, kháng khuẩn cho thực phẩm ở Việt Nam chưa được quan tâm nghiên cứu.
II. Thách Thức Bảo Quản Hoa Quả Nhiệt Đới Sau Thu Hoạch
Việc bảo quản hoa quả nhiệt đới sau thu hoạch đối mặt với nhiều thách thức. Quá trình chín nhanh, sự phát triển của vi sinh vật, và sự mất nước là những yếu tố chính dẫn đến hư hỏng. Các phương pháp bảo quản truyền thống thường không hiệu quả hoặc gây ảnh hưởng đến chất lượng hoa quả. Ngoài ra, việc sử dụng hóa chất bảo quản có thể gây lo ngại về an toàn thực phẩm. Do đó, cần có những giải pháp bảo quản mới, an toàn và hiệu quả hơn để giảm thiểu tổn thất sau thu hoạch và nâng cao giá trị kinh tế của hoa quả nhiệt đới. Quả chín quá nhanh làm giảm thời gian lưu trữ, giảm giá khi bán, nên việc tìm được cách bảo quản tốt sẽ mang lại giá trị kinh tế cao cho các loại quả này.
2.1. Các Phương Pháp Bảo Quản Hoa Quả Truyền Thống
Các phương pháp bảo quản truyền thống bao gồm sử dụng kho lạnh, xử lý nhiệt, và sử dụng hóa chất bảo quản. Kho lạnh giúp làm chậm quá trình chín, nhưng đòi hỏi chi phí đầu tư và vận hành cao. Xử lý nhiệt có thể làm giảm sự phát triển của vi sinh vật, nhưng có thể ảnh hưởng đến chất lượng hoa quả. Sử dụng hóa chất bảo quản có thể hiệu quả, nhưng gây lo ngại về an toàn thực phẩm. Phương pháp xử lý nhiệt được thực hiện bằng cách nhúng xoài trong dung dịch prochloraz có nhiệt độ 55 oC trong 2 phút để xử lý nhiệt. Cách xử lý này giúp phòng trừ các bệnh sau thu hoạch trên quả, đặc biệt là diệt nấm colletotrichum gây bệnh thán thư và ngăn chặn thối nhũn.
2.2. Ảnh Hưởng của Môi Trường Đến Chất Lượng Hoa Quả
Môi trường bảo quản, bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, và thành phần khí quyển, có ảnh hưởng lớn đến chất lượng hoa quả. Nhiệt độ cao thúc đẩy quá trình chín và phân hủy. Độ ẩm cao tạo điều kiện cho sự phát triển của vi sinh vật. Thành phần khí quyển, đặc biệt là nồng độ oxy và carbon dioxide, ảnh hưởng đến quá trình hô hấp của hoa quả. Cần kiểm soát chặt chẽ các yếu tố môi trường để kéo dài thời gian bảo quản và duy trì chất lượng hoa quả. Quả sau thu hoạch không bảo quản tốt thường ảnh hưởng bởi những vi sinh vật, vi khuẩn, đẩy nhanh quá trình phân hủy.
III. Phương Pháp Chế Tạo Lớp Phủ Nanocompozit Từ Chitosan
Nghiên cứu này tập trung vào phương pháp chế tạo lớp phủ nanocompozit từ chitosan, rutin, và cyclodextrin bằng cách kết hợp các thành phần này trong một quy trình tối ưu. Đầu tiên, rutin được phức hợp với cyclodextrin để tăng cường độ ổn định và khả năng hòa tan. Sau đó, phức hợp này được trộn với chitosan để tạo thành dung dịch lớp phủ. Dung dịch này được phủ lên bề mặt hoa quả bằng phương pháp phun hoặc nhúng. Quá trình chế tạo được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo lớp phủ có độ dày đồng đều và bám dính tốt. Tổng hợp thành công phức hợp của 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin với rutin. Chế tạo thành công chế phẩm bảo quản-dung dịch lỏng tạo màng phủ trên cơ sở chitosan phối hợp với phức hợp rutin/2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin để bảo quản quả xoài.
3.1. Quy trình Tổng hợp Phức hợp Rutin Cyclodextrin
Phức hợp rutin-cyclodextrin được tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa hoặc phương pháp nghiền. Trong phương pháp đồng kết tủa, rutin và cyclodextrin được hòa tan trong dung môi thích hợp, sau đó dung môi được loại bỏ để tạo thành phức hợp. Trong phương pháp nghiền, rutin và cyclodextrin được nghiền chung với nhau để tạo thành phức hợp. Cần tối ưu hóa các điều kiện tổng hợp như tỷ lệ rutin và cyclodextrin, dung môi, và thời gian để đạt được hiệu quả cao nhất. Tổng hợp phức hợp của 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin với rutin, từ đó xác định các đặc trưng, tính chất của phức hợp nói trên bằng các phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR), phổ tử ngoại khả kiến (UV-Vis).
3.2. Tạo Dung Dịch Lớp Phủ Chitosan Nanocompozit
Dung dịch lớp phủ chitosan nanocompozit được tạo ra bằng cách hòa tan chitosan trong dung dịch axit acetic loãng. Sau đó, phức hợp rutin-cyclodextrin được thêm vào dung dịch chitosan và khuấy đều. Cần kiểm soát độ pH và nồng độ của các thành phần để đảm bảo dung dịch lớp phủ có độ nhớt phù hợp và ổn định. Chế tạo dung dịch lỏng tạo màng phủ từ chitosan phối hợp với phức hợp rutin/2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin; xác định các đặc trưng, tính chất của màng phủ nói trên bằng các phương pháp UV-Vis, phương pháp phân tích hình thái cấu trúc SEM…
IV. Đánh Giá Hiệu Quả Bảo Quản Hoa Quả Nhiệt Đới
Hiệu quả bảo quản của lớp phủ nanocompozit được đánh giá bằng cách theo dõi các chỉ tiêu chất lượng hoa quả như độ hao hụt khối lượng, tỷ lệ thối hỏng, màu sắc, độ cứng, và hàm lượng vitamin C. Các mẫu hoa quả được phủ lớp phủ nanocompozit được so sánh với các mẫu đối chứng không phủ. Kết quả cho thấy lớp phủ nanocompozit có khả năng kéo dài thời gian bảo quản, giảm thiểu sự hao hụt khối lượng và tỷ lệ thối hỏng, đồng thời duy trì chất lượng hoa quả tốt hơn. Đánh giá khả năng chống oxy hóa cho quả xoài bằng màng phủ chitosan/rutin/2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin.
4.1. Phương Pháp Xác Định Độ Hao Hụt Khối Lượng
Độ hao hụt khối lượng được xác định bằng cách cân các mẫu hoa quả định kỳ trong suốt quá trình bảo quản. Sự khác biệt về khối lượng giữa các thời điểm khác nhau được tính toán để xác định độ hao hụt khối lượng. Độ hao hụt khối lượng càng thấp chứng tỏ khả năng bảo quản càng tốt. Phương pháp xác định độ hao hụt khối lượng.
4.2. Đánh Giá Tỷ Lệ Thối Hỏng và Thay Đổi Màu Sắc
Tỷ lệ thối hỏng được đánh giá bằng cách quan sát và đếm số lượng hoa quả bị thối hỏng trong mỗi mẫu. Thay đổi màu sắc được đánh giá bằng phương pháp đo màu sử dụng máy đo màu. Sự thay đổi màu sắc càng ít chứng tỏ khả năng bảo quản màu sắc tự nhiên của hoa quả càng tốt. Phương pháp xác định tỉ lệ thối hỏng. Xác định màu sắc.
V. Ứng Dụng Thực Tiễn Lớp Phủ Nanocompozit Bảo Quản Xoài
Nghiên cứu này tập trung vào ứng dụng thực tiễn của lớp phủ nanocompozit trong bảo quản xoài, một loại hoa quả nhiệt đới quan trọng của Việt Nam. Kết quả cho thấy lớp phủ nanocompozit có khả năng kéo dài thời gian bảo quản xoài, giảm thiểu tổn thất sau thu hoạch, và duy trì chất lượng và giá trị dinh dưỡng của xoài. Ứng dụng này có tiềm năng lớn trong việc nâng cao hiệu quả sản xuất và kinh doanh xoài ở Việt Nam. Trong đề tài này, xoài được lựa chọn là đối tượng để thử nghiệm khả năng bảo quản của màng phủ CS/RuT/HPβCD.
5.1. Kéo Dài Thời Gian Bảo Quản và Giảm Thối Hỏng Xoài
Lớp phủ nanocompozit giúp kéo dài thời gian bảo quản xoài bằng cách làm chậm quá trình chín, ức chế sự phát triển của vi sinh vật, và giảm thiểu sự mất nước. Điều này giúp giảm thiểu tỷ lệ thối hỏng và tổn thất sau thu hoạch, mang lại lợi ích kinh tế cho người sản xuất và kinh doanh xoài. Công nghệ màng bán thấm Nhờ vào nghiên cứu sinh học, các nhà khoa học đã tìm ra một phương pháp bảo quản quả an toàn, chất lượng- sử dụng màng bán thấm chitosan.
5.2. Duy Trì Chất Lượng và Giá Trị Dinh Dưỡng của Xoài
Lớp phủ nanocompozit giúp duy trì chất lượng và giá trị dinh dưỡng của xoài bằng cách bảo vệ xoài khỏi các tác nhân gây hại từ môi trường, như oxy, ánh sáng, và vi sinh vật. Điều này giúp xoài giữ được màu sắc, hương vị, và hàm lượng vitamin C tốt hơn trong quá trình bảo quản. Xoài là một loại quả giàu chất dinh dưỡng, trong 100 gam thịt quả chứa 59 kcal; 0,4 g lipit; 1mg natri; 168 mg kali; 11mg canxi; 1,6 g chất xơ; 0,8 gam protein; 1,082 IU vitamin C; 0,2 mg sắt; đặc biệt trong quả chín, hàm lượng đường là 14 g.
VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Lớp Phủ Nanocompozit
Nghiên cứu này đã chứng minh tiềm năng của lớp phủ nanocompozit từ chitosan, rutin, và cyclodextrin trong bảo quản hoa quả nhiệt đới, đặc biệt là xoài. Lớp phủ này có khả năng kéo dài thời gian bảo quản, giảm thiểu tổn thất sau thu hoạch, và duy trì chất lượng hoa quả. Hướng phát triển trong tương lai bao gồm tối ưu hóa thành phần và quy trình chế tạo lớp phủ, mở rộng ứng dụng cho các loại hoa quả khác, và nghiên cứu về khả năng phân hủy sinh học của lớp phủ. Kết quả nghiên cứu của đề tài luận văn sẽ cung cấp các số liệu khoa học cập nhật về quy trình tổng hợp vật liệu composite dựa trên CS, RuT và HPβCD.
6.1. Tối Ưu Hóa Thành Phần và Quy Trình Chế Tạo
Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa thành phần và quy trình chế tạo lớp phủ nanocompozit, nhằm nâng cao hiệu quả bảo quản và giảm chi phí sản xuất. Các yếu tố cần xem xét bao gồm tỷ lệ chitosan, rutin, và cyclodextrin, loại dung môi, và điều kiện chế tạo. Tối ưu hóa thành phần lớp phủ. Chi phí sản xuất lớp phủ.
6.2. Nghiên Cứu Khả Năng Phân Hủy Sinh Học Của Lớp Phủ
Một trong những ưu điểm của lớp phủ nanocompozit từ chitosan là khả năng phân hủy sinh học. Cần nghiên cứu kỹ hơn về quá trình phân hủy của lớp phủ trong môi trường tự nhiên, nhằm đảm bảo tính thân thiện với môi trường của giải pháp bảo quản này. Kết quả nghiên cứu của đề tài luận văn sẽ đóng góp thêm dữ liệu vào xu hướng nghiên cứu mới về màng bảo quản có nguồn gốc từ tự nhiên, thân thiện môi trường.