ĐẶT VẤN ĐỀ Chitosan được biết đến như là một chất có khả năng kháng vi sinh vật, khả năng phân hủy sinh học và không độc được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, y tế, chế biến và bảo quản nông sản (Elsabee et al. Nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng chitosan để tạo màng bề mặt dùng trong bảo quản rau quả tươi đều có chung kết luận rằng chitosan có tác dụng làm chậm quá trình chín và già hóa, làm giảm cường độ hô hấp của rau quả, làm giảm sự hao hụt khối lượng tự nhiên, giữ được màu sắc (Aider, 2010). Tuy nhiên, do chitosan là một polysacharide có bản chất ưa nước nên khả năng giữ ẩm kém (Elsabee & Abdou, 2013). Để cải thiện đặc tính giữ ẩm của chế phẩm tạo màng từ chitosan người ta thường kết hợp chitosan với một số hợp chất kỵ nước như chất béo (axit béo, dầu thực vật, tinh dầu, sáp) để tạo chất tạo màng dạng nhũ tương (Aguirre- Loredoa et al., 2014; Galus and Kadzinska, 2015).
Bằng cách tạo nhũ tương chitosan với acid oleic, Vargas và cộng sự đã chỉ ra rằng việc bổ sung axit oleic không những tăng cường hoạt tính kháng vi sinh vật của chitosan mà còn cải thiện được tính ngăn cản mất nước ở quả dâu tây (Vargas et al. Việc chitosan không tan trong nước mà chỉ tan trong dung dịch axit là một trong những hạn chế ứng dụng chitosan trong thực tế, nhất là khi muốn kết hợp chitosan với nhiều loại hợp chất khác có tính kiềm gây ra hiện tượng kết tủa chitosan. Dung dịch pH axit cũng có thể gây hiệu ứng sinh lý bất lợi cho hoa quả khi phủ lên bề mặt. Trong những năm gần đây, để cải thiện khả năng kháng khuẩn và tính tan của chitosan, các nhà khoa học đã tổng hợp và sử dụng nano chitosan, một vật liệu có khả năng tan tốt trong nước, khả năng kháng khuẩn cao hơn so với chitosan nguyên thủy do hạt nano chitosan có diện tích tiếp xúc và điện tích dương lớn hơn (Pilon et al., 2014; Nguyễn Thị Minh Nguyệt et al.
Mặc dù có nhiều nghiên cứu riêng rẽ về tác động của chitosan, của nhũ tương chitosan với axit béo và của nano chitosan tới chất lượng và khả năng bảo quản hoa quả tươi, nhưng cho đến nay hầu như chưa có một nghiên cứu so sánh nào về tác dụng của của chúng được thực hiện trong cùng một điều kiện, trên cùng một đối tượng. Mận Tam Hoa (Plunus salisica) là loại cây ôn đới được trồng phổ biến ở 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com vùng miền núi phía bắc Việt Nam, tập trung tại Lào Cai, Lai Châu và Sơn La. Đối với Lào Cai, quả mận Tam hoa được coi là đặc sản của tỉnh, được thị trường cả nước ưa chuộng để ăn tươi. Tuy nhiên tại Việt Nam, trên thực tế chưa có nhiều nghiên cứu bảo quản sau thu hoạch quả mận nói chung và mận Tam hoa nói riêng.
Nấm mốc là một trong những đối tượng gây hại chủ yếu trên quả bảo quản sau thu hoạch, là nguyên nhân chính dẫn đến tổn thất về số lượng, chất lượng dinh dưỡng cũng như chất lượng cảm quan của quả. Bệnh thường xuất hiện trên mận sau thu hoạch và trong quá trinh bảo quản là: Bệnh mốc xám (do chủng nấm mốc Botryotinia fluckeliana), bệnh mốc xanh (do chủng nấm mốc Penicillium expansum) gây ra (Trần Thị Mai và cs. Từ những lý do trên chúng tôi tiến hành đề tài “ Nghiên cứu hoạt tính kháng nấm, tính chất chức năng, hiệu lực bảo quản của chitosan, nano chitosan và compozit với axit oleic ứng dụng cho bảo quản quả mận Tam Hoa” 1. MỤC ĐÍCH - YÊU CẦU 1.
Mục đích - Xác định được tính chất kháng nấm gây nhiễm nhân tạo và tự nhiên, xác định được một số tính chất chức năng của màng film tạo thành từ chitosan, nano chitosan và compozit của chúng với axit oleic. - Xác định và so sánh được hiệu quả bảo quản của chitosan, nano chitosan và compozit của chúng với axit oleic trên mận Tam Hoa. Yêu cầu - Xác định được khả năng kháng nấm mốc gây hỏng quả mận Tam Hoa của chitosan, nano chitosan và compozit với axit oleic. - Xác định được một số tính chất chức năng của màng film tạo thành từ chitosan, nano chitosan và compozit với axit oleic.
- So sánh được hiệu quả bảo quản của chitosan, nano chitosan và compozit của chúng với axit oleic đối với mận Tam Hoa. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHITOSAN 2.
Nguồn gốc và cấu trúc hóa học của chitosan 2. Nguồn gốc chitin/chitosan Về mặt lịch sử, chitin được Braconnot phát hiện đầu tiên vào năm 1811, trong cặn dịch chiết từ một loại nấm. Ông đặt tên cho chất này là “Fungine” để ghi nhớ nguồn gốc của nó. Năm 1923, Odier phân lập được một chất từ bọ cánh cứng mà ông gọi là “chitin” hay “chitine”, tiếng Hy Lạp gọi là vỏ giáp, nhưng ông không phát hiện ra sự có mặt của nitơ.
Cuối cùng cả Odier và Braconnot đều đi đến kết luận chitin có dạng công thức giống với cellulose. Sự có mặt của nitơ trong chitin đã được Lassaige chứng minh vào năm 1843, từ đó nhân loại bắt đầu nghiên cứu và ứng dụng lâu dài hợp chất này và các dẫn xuất của nó (Shahidi et al. Ở động vật chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng trong vỏ một số động vật không xương sống như côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác, giun tròn. Hàm lượng chitin (theo % chất khô) ở động vật giáp xác như tôm, cua (58,85%), côn trùng (20-60%), động vật thân mềm (3-26%), giun đốt (20-28%), ruột khoang (3 – 30%), rong biển chứa một lượng nhỏ chitin, nấm có chứa khoảng 45% chitin (Mati-Baouche et al.
Ở động vật bậc cao, monome của chitin là một thành phần chủ yếu trong mô da giúp cho sự tái tạo và gắn liền các vết thương ở da. Ở vi sinh vật chitin có trong thành tế bào nấm, trong sinh khối nấm mốc và một số loại tảo (Sun et al. Cấu trúc hóa học của chitosan a. Công thức cấu tạo của chitin Chitin có cấu trúc là một polyme được tạo thành từ các đơn vị N – acetyl – β – D – glucosamin liên kết với nhau bởi liên kết β – 1 – 4 glucoside.
Công thức cấu tạo của chitin 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chitosan thu được từ quá trình diacetyl hóa chitin, thay thế nhóm N-acetyl thành nhóm amin ở vị trí C2. Do qúa trình acetyl hóa xảy ra không hoàn toàn nên người ta quy ước nếu độ diacetyl hóa (degree of deacetylation)(DD), DD > 50% thì gọi là chitosan, nếu DD < 50% thì gọi là chitin. Chitosan có cấu trúc tuyến tính từ đơn vị 2-deoxy-β-D-glucosamine liên kết với nhau bằng liên kết β-(1-4) glucozit. Cấu trúc hóa học của Chitosan Hình 2.
Cấu trúc của chitosan Tên gọi khoa học: Poly(1-4)-amino-2deoxy- β-D-glucose; poly(1-4)- amino-2deoxy- 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 (Huỳnh Nguyễn Duy Bảo và cs. Tính chất cơ bản của chitosan 2. Tính chất vật lý Chitosan là chất rắn hình vẩy, xốp, nhẹ, màu trắng ngà, không mùi, không vị, có thể xay nhỏ ở các kích thước khác nhau.
Nhiệt độ nóng chảy ở 309 – 3110C tùy vào trọng lượng phân tử và mức độ diacetyl hóa. Trọng lượng phân tử 10000- 1200000 Da tùy theo điều kiện sản xuất. Tỷ trọng của chitosan trong động vật giáp xác rất cao khoảng 0,39g/lit phụ thuộc vào loài giáp xác, phương pháp chế biến, mức độ diacetyl hóa (Dutta et al. Quá trình diacetyl hóa bao gồm quá trình loại nhóm acetyl khỏi chuỗi phân tử chitin và hình thành phân tử chitosan với nhóm amin hoạt động hóa học cao.
Mức độ diacetyl hóa là một đặc tính quan trọng của quá trình sản xuất chitosan bởi nó ảnh hưởng đến tính chất lý, hóa học và khả năng ứng dụng của chitosan. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Mức độ diacetyl hóa vào khoảng 70 – 100% phụ thuộc vào loài giáp xác, phương pháp sử dụng. Có nhiều phương pháp để xác định mức độ diacetyl hóa của chitosan như: Khử ninhydrin, chuẩn độ theo điện thế, quang phổ hồng ngoại, chuẩn độ pH,. Trong đó phương pháp sử dụng hồng ngoại thường được sử dụng để thiết lập các giá trị mức độ deacetyl hóa của chitosan.
Khi ở mức độ diacetyl hóa thấp, chitosan có khả năng hút ẩm lớn do vậy trước khi phân tích chitosan cần phải sấy (Pal et al. Tính tan của chitosan phụ thuộc vào mức độ diacetyl hóa, sự phân bố của các nhóm acetyl dọc theo chuỗi chính, trọng lượng phân tử và bản chất của các axit được sử dụng để cho proton, nhưng không giống như chitin, chitosan hòa tan trong dung dịch axit loãng có pH < 6.0 do sự có mặt của các nhóm anin (Leceta et al. Các acid hữu cơ như acetic, formic, lactic thường được sử dụng để hòa tan chitosan. Dung dịch axit axetic nồng độ cao tại nhiệt độ cao có thể dẫn đến dipolyme hóa chitosan.
Ở pH cao có thể xảy ra hiện tượng kết tủa hoặc đông tụ nguyên nhân là do hình thành hỗn hợp với chất keo anion. Tính tan của chitosan còn bị ảnh hưởng bởi mức độ diacetyl hóa, mức độ diacetyl hóa trên 85% để đạt được tính tan mong muốn (Shahidi et al. Chitosan có khả năng tạo màng sử dụng trong bảo quản thực phẩm. Khi sử dụng màng chitosan dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ, độ thoáng cho thực phẩm.
Màng chitosan khá dai, khó xé rách, có độ bền tương đương với một số chất dẻo vẫn được dùng để bao gói (Shahidi et al. Tính chất hóa học Phân tử chitosan có chứa các nhóm chức -OH, -NHCOCH3 trong các mắt xích N-acetyl-D-glucosamine và -OH, -NH2 trong các mắt xích D-glucosamine do đó nó vừa là alcol vừa là amin và amit, phản ứng hóa học có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn suất thế O-, dẫn xuất thế N-, hoặc dẫn xuất thế O-, N-. Chitosan là những polisaccharide mà các đơn phân được nối với nhau bởi các liên kết β1-4 glucoside, các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các liên kết hóa học như: acid, base, tác nhân oxy hóa và các enzyme thủy phân (Huỳnh Nguyễn Duy Bảo và cs. Trong phân tử các chitosan có chứa các nhóm chức mà trong đó các nguyên tử oxy và nito của nhóm chức có cặp electron chưa sử dụng nên chúng có khả năng tạo phức với kim loại như: Hg+, Zn2+, Cu2+, Ni2+, Co2+… Tùy 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nhóm chức trên mạch polyme mà thành phần và cấu trúc của phức khác nhau (Hiroshi, 1997).