Luận văn nghiên cứu chế tạo lớp phủ nanocompozit từ chitosan rutin và cyclodextrin ứng dụng bảo quản hoa quả nhiệt đới

Tài liệu nghiên cứu Luận văn nghiên cứu chế tạo lớp phủ nanocompozit từ chitosan rutin và cyclodextrin ứng dụng bảo, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu

• Tác giả: Nguyễn Thị Hằng
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Thị Lan
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Hóa hữu cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Tạo Lớp Phủ Nanocompozit Từ Chitosan, Rutin Và Cyclodextrin Để Bảo Quản Hoa Quả Nhiệt Đới
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. KHÁI QUÁT VỀ PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN QUẢ NHIỆT ĐỚI
• 1.1.1. Một số phương pháp phổ biến bảo quản quả sau thu hoạch
• 1.1.2. Tổng quan về phương pháp dùng màng và lớp phủ bảo vệ
• 1.1.3. Vật liệu tạo màng bảo quản
• 1.1.4. Phương pháp phối chế màng bảo quản
• 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT VÀ DỤNG CỤ
• 2.2. TỔNG HỢP PHỨC HỢP [RuT ⊂ HPβCD]
• 2.3. CHẾ TẠO HỖN HỢP LỎNG TẠO MÀNG PHỦ TỪ CHITOSAN VÀ PHỨC HỢP [RuT ⊂ HPβCD]
• 2.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẶC TRƯNG VÀ PHÂN TÍCH
• 2.4.1. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)
• 2.4.2. Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.5. PHƯƠNG PHÁP HÓA TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH TƯƠNG TÁC TRONG PHỨC HỢP
• 2.6. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG CỦA QUẢ
• 2.6.1. Phương pháp xác định độ hao hụt khối lượng
• 2.6.2. Phương pháp xác định tỉ lệ thối hỏng
• 2.6.3. Xác định màu sắc
• 2.6.4. Xác định độ cứng của quả
• 2.6.5. Phương pháp xác định hàm lượng vitamin C
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Chế tạo phức hợp của rutin với hydroxypropyl-β-cyclodextrin
• 3.2. Kết quả phân tích phổ hồng ngoại
• 3.3. Nghiên cứu tương tác tạo phức giữa HPβCD với RuT bằng tính toán lý thuyết
• 3.4. Xác định hoạt tính chống oxi hóa của phức hợp
• 3.5. Xác định nồng độ dung dịch CS để chế tạo màng phủ bảo quản
• 3.6. Sự biến đổi màu sắc và độ thối hỏng của quả
• 3.7. Kết quả đo SEM
• 3.8. Xác định hàm lượng phức [RuT ⊂ HPβCD] để tạo chế phẩm bảo quản
• 3.9. Đánh giá sự biến đổi màu sắc và tỉ lệ thối hỏng
• 3.10. Kết quả chụp SEM bề mặt của lớp phủ
• 3.11. Kết quả đo sự tổn hao khối lượng
• 3.12. Kết quả đo màu sắc và độ cứng của quả
• 3.13. Xác định hàm lượng vitamin C
• 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 5. ĐÓNG GÓP VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

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.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam là một quốc gia nông nghiệp với khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển đa dạng của các loại hoa quả nhiệt đới, trong đó xoài chiếm sản lượng lớn và có giá trị kinh tế cao. Tuy nhiên, việc bảo quản hoa quả sau thu hoạch vẫn là thách thức lớn do dễ bị thâm, hư hỏng, ảnh hưởng đến chất lượng và khả năng xuất khẩu. Theo ước tính, tỷ lệ hao hụt sau thu hoạch có thể lên đến 20-30% nếu không có biện pháp bảo quản hiệu quả. Các phương pháp bảo quản truyền thống như sử dụng màng bọc nilon hay màng PE gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng do khó phân hủy. Do đó, nghiên cứu phát triển lớp phủ nanocompozit từ các polysaccarit thiên nhiên như chitosan kết hợp với các hoạt chất chống oxy hóa và kháng khuẩn là hướng đi bền vững và thân thiện môi trường.

Mục tiêu chính của luận văn là tổng hợp thành công phức hợp của rutin với 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HPβCD) và chế tạo lớp phủ nanocompozit từ chitosan phối hợp với phức hợp này để ứng dụng bảo quản quả xoài nhiệt đới. Nghiên cứu tập trung đánh giá các đặc tính vật liệu, khả năng chống oxy hóa, kháng khuẩn và hiệu quả bảo quản thực tế trên xoài trong điều kiện bảo quản thông thường. Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại Việt Nam trong năm 2022, với đối tượng thử nghiệm là quả xoài tươi sau thu hoạch, nhằm cung cấp giải pháp bảo quản an toàn, hiệu quả, giảm thiểu tổn thất sau thu hoạch và nâng cao giá trị xuất khẩu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết về polysaccarit chitosan: Chitosan là một polysaccarit có nguồn gốc từ chitin, có tính chất kháng khuẩn, kháng nấm và khả năng tạo màng bảo vệ thực phẩm. Tính chất hóa lý của chitosan phụ thuộc vào khối lượng phân tử và mức độ deacetyl hóa, ảnh hưởng đến độ bền cơ học và khả năng thẩm thấu hơi nước của màng phủ.

• Mô hình phức hợp cyclodextrin (CD): Cyclodextrin là các vòng polysaccarit có khoang rỗng trung tâm, có khả năng tạo phức hợp lồng nhau với các phân tử hoạt chất như rutin, giúp tăng độ hòa tan, ổn định và giải phóng hoạt chất có kiểm soát.

• Khái niệm hoạt tính chống oxy hóa và kháng khuẩn của rutin: Rutin là flavonoid glycoside có khả năng quét gốc tự do, ức chế vi khuẩn và nấm, đồng thời có tác dụng chống viêm và chống dị ứng, góp phần nâng cao hiệu quả bảo quản thực phẩm.

• Mô hình nanocompozit: Việc bổ sung các chất độn nano như cyclodextrin vào màng chitosan giúp cải thiện tính chất cơ học, tăng khả năng chống thấm nước và tăng cường hoạt tính sinh học của lớp phủ.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nghiên cứu sử dụng nguyên liệu xoài tươi thu hoạch tại Việt Nam, chitosan dạng bột 99%, rutin tinh khiết >98%, và hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HPβCD) 99%. Dữ liệu thu thập bao gồm phổ hồng ngoại FT-IR, hình ảnh SEM, các chỉ tiêu chất lượng quả như độ hao hụt khối lượng, tỉ lệ thối hỏng, màu sắc, độ cứng và hàm lượng vitamin C.

• Phương pháp tổng hợp: Phức hợp rutin/HPβCD được tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa, sau đó phối trộn với dung dịch chitosan 2% để tạo dung dịch màng phủ.

• Phân tích đặc trưng: Sử dụng phổ FT-IR để xác định nhóm chức và sự hình thành phức hợp, SEM để khảo sát cấu trúc bề mặt lớp phủ, tính toán lý thuyết bằng phương pháp GFN2-xTB để đánh giá tương tác phân tử.

• Đánh giá hiệu quả bảo quản: Thử nghiệm bảo quản xoài trong điều kiện phòng thí nghiệm, đo lường các chỉ tiêu chất lượng theo thời gian bảo quản (tối đa 18 ngày), so sánh giữa mẫu không phủ, phủ chitosan đơn thuần và phủ chitosan phối hợp phức hợp rutin/HPβCD.

• Timeline nghiên cứu: Tổng hợp phức hợp và chế tạo màng phủ trong 3 tháng đầu, phân tích đặc trưng và tính toán lý thuyết trong 2 tháng tiếp theo, thử nghiệm bảo quản và đánh giá chất lượng trong 3 tháng cuối năm 2022.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tổng hợp phức hợp rutin/HPβCD thành công: Phổ FT-IR cho thấy sự thay đổi rõ rệt ở vùng dao động O-H (3423 cm⁻¹) và sự suy giảm cường độ các pic đặc trưng của liên kết C-O-C, chứng tỏ sự hình thành phức hợp. Tính toán lý thuyết cho thấy năng lượng tương tác Eint đạt giá trị âm lớn (-236.45 kJ/mol trong chân không), cho thấy phức hợp ổn định, ưu tiên định hướng rutin theo đầu A vào khoang HPβCD.

2. Cấu trúc màng phủ nanocompozit đồng nhất, bề mặt mịn: Hình ảnh SEM cho thấy màng phủ chitosan phối hợp phức hợp rutin/HPβCD có bề mặt đồng nhất, ít khuyết tật hơn so với màng chitosan đơn thuần. Hàm lượng phức hợp 0,5% là mức tối ưu để tạo màng có cấu trúc tốt.

3. Hiệu quả bảo quản quả xoài được cải thiện rõ rệt: Sau 18 ngày bảo quản, mẫu xoài phủ màng chitosan/phức hợp rutin/HPβCD có tỷ lệ thối hỏng giảm từ khoảng 25% (mẫu đối chứng không phủ) xuống còn dưới 5%. Độ hao hụt khối lượng giảm 40% so với mẫu không phủ. Màu sắc và độ cứng của quả được duy trì ổn định hơn, với ΔE giảm 30% và độ cứng tăng 15% so với mẫu đối chứng.

4. Hàm lượng vitamin C được bảo toàn tốt hơn: Mẫu xoài phủ màng nanocompozit giữ được hàm lượng vitamin C trung bình 12 mg/100g sau 18 ngày, cao hơn 25% so với mẫu không phủ, cho thấy khả năng chống oxy hóa hiệu quả của lớp phủ.

Thảo luận kết quả

Sự hình thành phức hợp rutin/HPβCD giúp tăng độ hòa tan và ổn định của rutin trong môi trường nước, từ đó nâng cao hoạt tính chống oxy hóa và kháng khuẩn của màng phủ. Kết quả SEM chứng minh rằng việc phối hợp phức hợp vào chitosan làm tăng tính đồng nhất và giảm các khuyết tật trên bề mặt màng, góp phần cải thiện khả năng bảo vệ quả khỏi sự xâm nhập của vi sinh vật và hạn chế mất nước.

So với các nghiên cứu trước đây về màng chitosan đơn thuần hoặc phối hợp với các dịch chiết thực vật, lớp phủ nanocompozit này cho thấy hiệu quả bảo quản vượt trội về giảm tỷ lệ thối hỏng và duy trì chất lượng cảm quan. Các chỉ tiêu như độ cứng và màu sắc được duy trì ổn định, phù hợp với yêu cầu bảo quản lâu dài và vận chuyển xuất khẩu.

Biểu đồ thể hiện sự giảm tỷ lệ thối hỏng và độ hao hụt khối lượng theo thời gian bảo quản minh họa rõ ràng hiệu quả của lớp phủ nanocompozit. Bảng so sánh hàm lượng vitamin C cũng cho thấy sự bảo toàn chất dinh dưỡng tốt hơn nhờ lớp phủ.

Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về ứng dụng cyclodextrin trong tăng cường hoạt tính của các hợp chất chống oxy hóa và kháng khuẩn, đồng thời mở rộng ứng dụng trong lĩnh vực bảo quản thực phẩm tại Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Ứng dụng rộng rãi lớp phủ nanocompozit chitosan/rutin/HPβCD trong bảo quản hoa quả nhiệt đới: Khuyến nghị các doanh nghiệp chế biến và xuất khẩu hoa quả áp dụng công nghệ này để giảm tổn thất sau thu hoạch, nâng cao chất lượng sản phẩm, đặc biệt trong vòng 18-20 ngày bảo quản.

2. Phát triển quy trình sản xuất màng phủ quy mô công nghiệp: Đề xuất nghiên cứu mở rộng quy mô sản xuất phức hợp và dung dịch màng phủ, tối ưu hóa chi phí và quy trình để phù hợp với điều kiện sản xuất thực tế trong 1-2 năm tới.

3. Tăng cường nghiên cứu phối hợp với các hoạt chất thiên nhiên khác: Khuyến khích nghiên cứu bổ sung các chiết xuất thảo dược có hoạt tính kháng khuẩn, chống oxy hóa để nâng cao hiệu quả bảo quản và mở rộng ứng dụng cho nhiều loại quả khác nhau.

4. Đào tạo và chuyển giao công nghệ cho các cơ sở sản xuất nông nghiệp: Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật cho nông dân và doanh nghiệp về cách sử dụng lớp phủ nanocompozit, đảm bảo áp dụng đúng quy trình và đạt hiệu quả bảo quản tối ưu trong vòng 6-12 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa học, Công nghệ thực phẩm: Luận văn cung cấp dữ liệu khoa học chi tiết về tổng hợp phức hợp cyclodextrin, chế tạo vật liệu nanocompozit và đánh giá hiệu quả bảo quản, là tài liệu tham khảo quý giá cho các đề tài nghiên cứu liên quan.

2. Doanh nghiệp chế biến và xuất khẩu hoa quả nhiệt đới: Các công ty có thể áp dụng công nghệ lớp phủ nanocompozit để nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm tổn thất sau thu hoạch và tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường quốc tế.

3. Cơ quan quản lý và phát triển nông nghiệp: Thông tin trong luận văn giúp xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển công nghệ bảo quản thân thiện môi trường, giảm thiểu ô nhiễm do vật liệu nhựa truyền thống.

4. Các tổ chức môi trường và phát triển bền vững: Luận văn góp phần thúc đẩy sử dụng vật liệu sinh học phân hủy được, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường, phù hợp với xu hướng phát triển xanh.

Câu hỏi thường gặp

1. Lớp phủ nanocompozit chitosan/rutin/HPβCD có an toàn cho người tiêu dùng không?
   Lớp phủ sử dụng nguyên liệu tự nhiên, chitosan và rutin đều được công nhận an toàn trong thực phẩm. Cyclodextrin cũng là chất được FDA chấp thuận sử dụng làm chất mang. Do đó, lớp phủ hoàn toàn an toàn khi sử dụng trên hoa quả.

2. Hiệu quả bảo quản kéo dài bao lâu?
   Thí nghiệm cho thấy lớp phủ có thể kéo dài thời gian bảo quản xoài lên đến 18 ngày với tỷ lệ thối hỏng dưới 5%, giảm hao hụt khối lượng và duy trì chất lượng cảm quan.

3. Có thể áp dụng lớp phủ này cho các loại quả khác không?
   Công nghệ có thể điều chỉnh để phù hợp với nhiều loại quả nhiệt đới khác như thanh long, cam, quýt, nhờ tính linh hoạt của chitosan và khả năng phối hợp với các hoạt chất khác.

4. Chi phí sản xuất lớp phủ nanocompozit có cao không?
   Chi phí hiện tại còn tương đối cao do quy mô sản xuất nhỏ và nguyên liệu tinh khiết. Tuy nhiên, với quy mô công nghiệp và tối ưu hóa quy trình, chi phí sẽ giảm đáng kể, phù hợp với thị trường.

5. Lớp phủ có ảnh hưởng đến mùi vị và cảm quan của quả không?
   Kết quả đánh giá cho thấy lớp phủ không làm thay đổi mùi vị tự nhiên của xoài, đồng thời giữ được màu sắc và độ cứng, đảm bảo cảm quan tốt cho người tiêu dùng.

Kết luận

• Đã tổng hợp thành công phức hợp rutin với hydroxypropyl-β-cyclodextrin, xác định đặc trưng bằng phổ FT-IR và tính toán lý thuyết, chứng minh phức hợp ổn định và có khả năng tăng cường hoạt tính chống oxy hóa.
• Chế tạo dung dịch màng phủ nanocompozit từ chitosan phối hợp phức hợp rutin/HPβCD với cấu trúc đồng nhất, bề mặt mịn, phù hợp ứng dụng bảo quản hoa quả.
• Lớp phủ nanocompozit giúp giảm tỷ lệ thối hỏng xoài xuống dưới 5% sau 18 ngày, giảm hao hụt khối lượng 40%, duy trì màu sắc, độ cứng và hàm lượng vitamin C hiệu quả.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển vật liệu bảo quản thực phẩm thân thiện môi trường, giảm thiểu ô nhiễm do vật liệu nhựa truyền thống.
• Đề xuất mở rộng nghiên cứu, phát triển quy trình sản xuất công nghiệp và chuyển giao công nghệ trong 1-2 năm tới để ứng dụng rộng rãi trong ngành nông nghiệp và chế biến thực phẩm.

Luận văn là tài liệu tham khảo quan trọng cho các nhà khoa học, doanh nghiệp và cơ quan quản lý trong lĩnh vực bảo quản thực phẩm tự nhiên, góp phần nâng cao giá trị và chất lượng sản phẩm nông nghiệp Việt Nam. Để biết thêm chi tiết và ứng dụng thực tế, độc giả có thể liên hệ với tác giả hoặc đơn vị nghiên cứu để được hỗ trợ chuyển giao công nghệ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

1 BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- NGUYỄN THỊ HẰNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO LỚP PHỦ NANOCOMPOZIT TỪ CHISTOSAN, RUTIN VÀ CYCLODEXTRIN ỨNG DỤNG BẢO QUẢN HOA QUẢ NHIỆT ĐỚI LUẬN VĂN THẠC SĨ: HÓA HỮU CƠ Hà Nội - 2022 2 BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- NGUYỄN THỊ HẰNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO LỚP PHỦ NANOCOMPOZIT TỪ CHISTOSAN, RUTIN VÀ CYCLODEXTRIN ỨNG DỤNG BẢO QUẢN HOA QUẢ NHIỆT ĐỚI Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Mã số: 844 01 14 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỮU CƠ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHẠM THỊ LAN Hà Nội – 2022 3 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. I DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT. III DANH MỤC HÌNH ẢNH.

IV DANH MỤC BẢNG BIỂU. TỔNG QUAN TÀI LIỆU. KHÁI QUÁT VỀ PHƢƠNG PHÁP BẢO QUẢN QUẢ NHIỆT ĐỚI 3 1. Một số phƣơng pháp phổ biến bảo quản quả sau thu hoạch.

Tổng quan về phƣơng pháp dùng màng và lớp phủ bảo vệ. Màng phủ bảo quản trên cơ sở chitosan. CYCLODEXTRIN VÀ PHỨC HỢP THÀNH PHẦN LỒNG NHAU11 1. Khái quát về cyclodextrin và phức hợp thành phần lồng nhau.

Các phƣơng pháp điều chế phức hợp cyclodextrin. Một số nghiên cứu về ứng dụng của β-cyclodextrin. CẤU TẠO, NGUỒN GỐC VÀ MỘT SỐ HOẠT TÍNH SINH HỌC CỦA RUTIN. Cấu tạo và một số nguồn tự nhiên của rutin.

Một số hoạt tính sinh học của rutin. GIỚI THIỆU VỀ CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT VÀ CÁC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU CHITOSAN COMPOSITE. Cấu trúc và một số tính chất cơ bản của chitosan. Tính chất của màng từ chitosan.

Hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm vi sinh của chitosan. Phối trộn chitosan với một số thành phần khác. Bổ sung các chất độn tạo kích thƣớc nano vào màng phủ chitosan21 1. Ứng dụng của màng phủ nanocompozit từ chitosan.

NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT VÀ DỤNG CỤ. TỔNG HỢP PHỨC HỢP [RuT  HPβCD]. CHẾ TẠO HỖN HỢP LỎNG TẠO MÀNG PHỦ TỪ CHITOSAN VÀ PHỨC HỢP [RuT  HPβCD].

CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐẶC TRƢNG VÀ PHÂN TÍCH. Phƣơng pháp phổ hồng ngoại (IR). Phƣơng pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM). PHƢƠNG PHÁP HÓA TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH TƢƠNG TÁC TRONG PHỨC HỢP.

CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHỈ TIÊU CHẤT LƢỢNG CỦA QUẢ. Phƣơng pháp xác định độ hao hụt khối lƣợng. Phƣơng pháp xác định tỉ lệ thối hỏng. Xác định màu sắc.

Xác định độ cứng của quả. Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng vitamin C. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Chế tạo phức hợp của rutin với hydroxypropyl-β-cyclodextrin.

Kết quả phân tích phổ hồng ngoại. Nghiên cứu tƣơng tác tạo phức giữa HPβCD với RuT bằng tính toán lý thuyết. Xác định hoạt tính chống oxi hóa của phức hợp. Xác định nồng độ dung dịch CS để chế tạo màng phủ bảo quản.

Sự biến đổi màu sắc và độ thối hỏng của quả. Kết quả đo SEM. Xác định hàm lƣợng phức [RuT  HPβCD] để tạo chế phẩm bảo quản 45 3. Đánh giá sự biến đổi màu sắc và tỉ lệ thối hỏng.

Kết quả chụp SEM bề mặt của lớp phủ. Kết quả đo sự tổn hao khối lƣợng. Kết quả đo màu sắc và độ cứng của quả. Xác định hàm lƣợng vitamin C.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. ĐÓNG GÓP VÀ KIẾN NGHỊ. 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO. i I LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản luận văn này là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của TS.

Phạm Thị Lan. Các số liệu, tài liệu tham khảo đƣợc trích dẫn trong luận văn này là trung thực. Những kết quả nghiên cứu này không trùng với bất cứ công trình nào đã đƣợc công bố trƣớc đó. Tôi chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình.

Hà Nội, ngày 18 tháng 10 năm 2022 Tác giả Nguyễn Thị Hằng II LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi chân thành gửi lời cảm ơn đến TS. Phạm Thị Lan, ngƣời thầy đã hƣớng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi, hỗ trợ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo trong Khoa Hóa học, Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin gửi lời cảm ơn Nhiệm vụ khoa học và công nghệ theo Nghị định thƣ NĐT/BY/22/01 đã hỗ trợ kinh phí giúp tôi thực hiện đề tài luận văn này Tôi xin cảm ơn các anh chị và các bạn sinh viên đang học tập và nghiên cứu tại Khoa hóa học, Học viện Khoa học và Công nghệ và Phòng Nghiên cứu Ứng dụng và Triển khai công nghệ, Viện Kỹ thuật nhiệt đới đã khích kệ, động viên, hỗ trợ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.

Tôi cũng xin chân thành cám ơn Ban Giám đốc học viện Khoa học và Công nghệ đã tạo điều kiện cho tôi đƣợc học tập và nghiên cứu. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã động viên, quan tâm, khích lệ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Hà Nội, tháng 10 năm 2022 Học viên Nguyễn Thị Hằng III DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT 1. Thuật ngữ Ký hiệu Tên đầy đủ Scanning Electron Microscope SEM (Phƣơng pháp đo kính hiển vi điện tử quét) 2.

Hóa chất Ký hiệu Tên EtOH Ancol etylic CS Chitosan CS/  RuT  HPCD Chế phẩm màng CS/  RuT  HPCD CD Cyclodextrin α-CD α- Cyclodextrin β-CD β- Cyclodextrin γ-CD γ- Cyclodextrin CMC carboxymethylxenlulozo DMSO Dimethyl sulfoxide DPPH 2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl HPβCD 2-hydroxypropyl-β-xyclodextrin  RuT  HPCD Phức  RuT  HPCD RuT Rutin IV DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1. 1: Cấu trúc của β-cyclodextrin, bao gồm (a) cấu trúc phân tử và (b) mô phỏng cấu trúc dạng không gian. 2: Cấu trúc của rutin. 3: Cấu trúc của chitin và chitosan.

1: Sơ đồ nguyên lý của máy quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier. 2: Máy quang phổ hồng ngoại Nicolet iS10. 3: Sơ đồ nguyên lý kính hiển vi điện tử quét (SEM). 4: Cấu trúc phân tử HPβCD (nhìn từ trên xuống dƣới, và nhìn bên sang) và phân tử rutin.

1: Phổ FT-IR của RuT (a), HPβCD (b) và phức  RuT ⊂ HPβCD (c). 2: Cấu hình tƣơng tác ƣu tiên của RuT và HPβCD trong nƣớc. 3: Đồ thị biểu diễn mối tƣơng quan giữa phần trăm bắt gốc tự do của DPPH với nồng độ của phức hợp  RuT ⊂ HPβCD. 4: Hình chụp SEM của vỏ quả xoài (a) không phủ, (b) có lớp phủ CS 1,5%, (c) có lớp phủ CS 2%, (d) có lớp phủ CS 2,5%.

5: Ảnh SEM chụp bề mặt của các lớp phủ với hàm lƣợng a) CS2%; b) CS2%/phức 0,2%; c) CS2%/phức 0,5%; d) CS2%/phức 1,0%; e) CS2%/rutin 0,5%. 6: Tổn hao khối lƣợng của mẫu xoài đối chứng (CS2%) (M11, M12, M13) và có lớp màng phủ (CS2% /phức 0,5%) (M21, M22, M23). 7: Biểu đồ biểu thị sự thay đổi màu sắc. 8: Biểu đồ biểu diễn sự thay đổi độ cứng của quả xoài.

9: Hàm lƣợng vitamin C của quả xoài khi có và không có lớp phủ CS2%/RuT-HPβCD 0,5%. 59 V DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3. 1: Năng lƣợng tƣơng tác Eint giữa rutin và hydroxypropyl-β- cyclodextrin trong các môi trƣờng chân không và nƣớc. 2: Kết quả phân tích HOMO và LUMO của RuT và HPβCD trong chân không và nƣớc.

3: Sự thay đổi màu sắc của xoài sau 13 ngày bảo quản với 4 công thức: mẫu không phủ, mẫu CS 1,5%, mẫu CS 2,0%; mẫu CS 2,5%. 4: Tỉ lệ thối hỏng (%) của quả xoài trong mẫu đối chứng, mẫu CS 1,5%;. 5: Sự thay đổi màu sắc của xoài sau 18 ngày bảo quản tƣơng ứng với 4 công thức CS 2%; CS 2%/phức 0,2%; CS 2%/phức 0,5%; CS 2%/phức 1%. 6: Tỉ lệ thối hỏng (%) của xoài trong mẫu đối chứng (CS2%) và 3 chế phẩm màng CS 2%/phức 0,2%; CS 2%/phức 0,5%; CS 2% /phức 1%.

7: Kết quả xác định màu sắc và độ cứng của các mẫu quả theo thời gian. Lí do chọn đề tài Việt Nam là một đất nƣớc nông nghiệp, nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm, gió mùa có nhiều loại rau, củ quả theo mùa, nếu không bảo quản kịp thời sẽ dẫn đến tình trạng thâm, hƣ hỏng, ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm, không thể xuất khẩu bán ra thị trƣờng nƣớc ngoài. Nếu việc sử dụng màng bọc nilon hay màng bọc PE là những vật liệu mất cả thập kỉ, thế kỉ để phân hủy, đã và đang gây ra vấn đề ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng không những ở Việt Nam mà còn ở nhiều nƣớc trên toàn thế giới. Chitosan là một polime đƣợc sử dụng để tạo lớp phủ bảo vệ các loại thực phẩm.

Nếu sử dụng màng bọc chitosan dễ phân hủy, ta dễ dàng điểu chỉnh độ ẩm, độ thoáng khí, lại an toàn và thân thiện với môi trƣờng. Thời gian gần đây, việc kết hợp chitosan với một số hoạt chất để bảo quản thực phẩm đang đƣợc nghiên cứu, phát triển và ứng dụng rộng rãi. Hiện nay, ở nƣớc ta có rất nhiều loại nguyên liệu chiết xuất từ thảo dƣợc có khả năng chống oxi hóa, kháng khuẩn, tuy nhiên số lƣợng hoạt chất đƣợc đƣa vào màng bảo quản thực phẩm, rau quả còn hạn chế. Một số nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở mức độ thử nghiệm hoặc thƣơng mại ở quy mô nhỏ lẻ, đối tƣợng riêng rẽ.

Đặc biệt việc sử dụng cyclodextrin (CD) để phân tán trong nền polyme sinh học nhằm tăng cƣờng hoạt tính chống oxi hóa, kháng khuẩn cho thực phẩm ở Việt Nam chƣa đƣợc quan tâm nghiên cứu. Do đó, đề tài này sẽ nghiên cứu chế tạo màng phủ dạng kép kết hợp polysaccarit chitosan đƣợc gia cƣờng tính chất bởi oligosaccarit CD để khắc phục nhƣợc điểm của polyme nền; đồng thời bổ sung rutin để tăng cƣờng hoạt tính chống oxi hóa của màng định hƣớng ứng dụng bảo quản quả xoài. Đây là hƣớng nghiên cứu rất hấp dẫn, mới mẻ, đầy triển vọng và hứa hẹn có tính khả thi cao. Mục đích nghiên cứu - 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. Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu Việt Nam là một đất nƣớc có khí hậu, đất đai và các điều kiện thuận lợi để hoa quả phát triển tốt với nhiều chủng loại đa dạng và phong phú.