Tổng quan nghiên cứu

Thanh long là một trong những loại trái cây có giá trị kinh tế và dinh dưỡng cao, đóng góp tới 55% tổng giá trị xuất khẩu rau quả của Việt Nam, dù diện tích trồng chỉ chiếm khoảng 3,1% tổng diện tích cây ăn quả. Năm 2015, thanh long Việt Nam đã mở rộng xuất khẩu sang nhiều thị trường khó tính như New Zealand, Úc, Ấn Độ, với sản lượng chủ yếu tập trung tại tỉnh Bình Thuận, chiếm hơn 73% diện tích và gần 77% sản lượng cả nước. Tuy nhiên, thanh long dễ bị hư hỏng do các chủng nấm mốc như Aspergillus niger, gây thiệt hại lớn trong bảo quản và xuất khẩu. Việc kéo dài thời gian bảo quản thanh long nhằm nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh trên thị trường quốc tế là vấn đề cấp thiết.

Luận văn tập trung nghiên cứu khả năng kháng nấm Aspergillus niger của nano chitosan, một chế phẩm sinh học an toàn, có tính kháng khuẩn và kháng nấm cao, ứng dụng trong bảo quản thanh long. Mục tiêu chính là xác định hiệu quả ức chế nấm A. niger của nano chitosan trong điều kiện in vitro và in vivo, đồng thời đánh giá hiệu quả bảo quản thanh long ở nhiệt độ 15°C trong 35 ngày. Nghiên cứu được thực hiện trên quả thanh long vỏ đỏ ruột trắng trồng tại Bình Thuận, với các chỉ tiêu đánh giá bao gồm tỉ lệ ức chế nấm, hao hụt khối lượng, pH, hàm lượng chất rắn hòa tan, vitamin C và sự biến đổi đường tổng, đường khử.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc cung cấp dữ liệu về khả năng kháng nấm của nano chitosan, đồng thời mang ý nghĩa thực tiễn trong việc đề xuất giải pháp bảo quản sinh học, an toàn, góp phần nâng cao giá trị và thời gian bảo quản thanh long phục vụ 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 nghiên cứu sau:

  • Lý thuyết về hoạt tính sinh học của chitosan: Chitosan là polymer sinh học được tạo thành từ phản ứng deacetyl hóa chitin, có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm và chống oxy hóa. Hoạt tính này phụ thuộc vào khối lượng phân tử, mức độ deacetyl hóa, nồng độ và kích thước hạt nano. Cơ chế kháng nấm chủ yếu là do tương tác điện tích giữa nhóm amino tích điện dương của chitosan và các thành phần mang điện tích âm trên màng tế bào nấm, gây tổn thương màng và ức chế quá trình sinh trưởng.

  • Mô hình tạo nano chitosan bằng phương pháp tạo gel ion: Dựa trên tương tác tĩnh điện giữa chitosan tích điện dương và polyanion sodium tripolyphosphate (STPP), tạo thành các hạt nano có kích thước đồng đều, kích thước và điện tích bề mặt có thể điều chỉnh bằng tỷ lệ chitosan/STPP, pH và tốc độ khuấy.

  • Khái niệm về khả năng ức chế nấm (PIRG - Percentage Inhibition of Radial Growth): Đánh giá hiệu quả ức chế sự phát triển của nấm dựa trên tỷ lệ phần trăm giảm tốc độ phát triển đường kính tản nấm so với đối chứng.

  • Các chỉ tiêu hóa lý trong bảo quản trái cây: Bao gồm tỉ lệ hao hụt khối lượng, pH, hàm lượng chất rắn hòa tan (°Bx), hàm lượng vitamin C, đường tổng và đường khử, phản ánh chất lượng và sự biến đổi sinh hóa của quả trong quá trình bảo quản.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Nghiên cứu sử dụng quả thanh long vỏ đỏ ruột trắng thu hoạch tại tỉnh Bình Thuận, nấm Aspergillus niger phân lập từ Trung tâm nghiên cứu và phát triển nông nghiệp công nghệ cao TP. Hồ Chí Minh, chitosan dạng bột từ công ty TNHH Hùng Tiến.

  • Phương pháp tạo nano chitosan: Nano chitosan được tạo bằng phương pháp tạo gel ion với sodium tripolyphosphate, điều chỉnh tỷ lệ chitosan/STPP 2,5/1 (v/v), pH 5, khuấy từ liên tục ở nhiệt độ phòng. Ba kích thước hạt nano được tạo ra gồm 42 nm, 157 nm và 241 nm, được xác định bằng kính hiển vi điện tử FE-SEM.

  • Phương pháp phân tích:

    • Xác định ngưỡng gây bệnh của nấm A. niger trên quả thanh long bằng cách tạo vết thương nhân tạo, cấy bào tử nấm với các nồng độ khác nhau, theo dõi thời gian hình thành vết bệnh và tỷ lệ bệnh.
    • Thí nghiệm in vitro khảo sát khả năng ức chế nấm trên môi trường PDA bổ sung nano chitosan ở các nồng độ và kích thước khác nhau, đo tốc độ phát triển đường kính tản nấm, tính PIRG.
    • Thí nghiệm in vivo trên quả thanh long tạo vết thương, phủ nano chitosan, cấy nấm và theo dõi sự phát triển bệnh.
    • Đánh giá hiệu quả bảo quản thanh long bằng cách nhúng quả vào dung dịch nano chitosan 0,14% kích thước 42 nm, bảo quản ở 15°C, 85% độ ẩm tương đối trong 35 ngày, theo dõi các chỉ tiêu hóa lý như hao hụt khối lượng, pH, chất rắn hòa tan, vitamin C, đường tổng và đường khử.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mỗi thí nghiệm được lặp lại ít nhất 3 lần, sử dụng 3 quả cho mỗi công thức, đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy của kết quả.

  • Phân tích số liệu: Sử dụng phần mềm Statgraphics Centurion XVI để phân tích phương sai, so sánh các nhóm mẫu với mức ý nghĩa thống kê phù hợp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Khả năng ức chế nấm A. niger in vitro: Nano chitosan kích thước 42 nm ở nồng độ 0,04% cho hiệu quả ức chế cao nhất với tỷ lệ ức chế PIRG đạt 79,26%, trong khi kích thước 157 nm và 241 nm chỉ đạt 56,30% và 58,89% tương ứng. Điều này chứng tỏ kích thước hạt nano nhỏ hơn giúp tăng diện tích tiếp xúc và hiệu quả kháng nấm.

  2. Khả năng ức chế nấm A. niger in vivo trên quả thanh long: Ở kích thước hạt 42 nm, nano chitosan nồng độ 0,14% cho hiệu quả ức chế tốt nhất so với các nồng độ 0%, 0,06%, 0,08%, 0,10%, 0,12%, với tỷ lệ giảm đáng kể về số lượng và kích thước vết bệnh.

  3. Hiệu quả bảo quản thanh long: Sau 35 ngày bảo quản ở 15°C, quả thanh long được xử lý nano chitosan 0,14% (42 nm) có các chỉ tiêu cải thiện rõ rệt so với mẫu đối chứng:

    • Tỉ lệ hao hụt khối lượng giảm 45,6%
    • pH giảm 4,3%
    • Hàm lượng chất rắn hòa tan giảm 4,8%
    • Tỉ lệ hao hụt vitamin C giảm 34,1%
    • Sự biến đổi hàm lượng đường tổng và đường khử diễn ra chậm hơn, giúp duy trì chất lượng ngọt và dinh dưỡng của quả.
    • Ngoại quan quả được duy trì tốt hơn, ít bị nhăn và thối rữa.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy nano chitosan có kích thước nhỏ 42 nm có khả năng ức chế nấm A. niger hiệu quả hơn do diện tích bề mặt lớn, tăng cường tương tác với màng tế bào nấm, gây tổn thương và ức chế phát triển. Nồng độ 0,14% được xác định là tối ưu, cân bằng giữa hiệu quả kháng nấm và không gây ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng quả.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả phù hợp với báo cáo cho thấy nano chitosan kích thước nhỏ tăng cường hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm. Việc sử dụng nano chitosan giúp giảm thiểu sử dụng hóa chất bảo quản, an toàn cho người tiêu dùng và thân thiện với môi trường.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh tỷ lệ ức chế nấm theo kích thước hạt và nồng độ nano chitosan, biểu đồ thay đổi các chỉ tiêu hóa lý của quả qua thời gian bảo quản, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả bảo quản.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Ứng dụng nano chitosan kích thước 42 nm, nồng độ 0,14% trong bảo quản thanh long: Khuyến nghị các doanh nghiệp và nhà sản xuất sử dụng chế phẩm này để kéo dài thời gian bảo quản lên đến 35 ngày ở nhiệt độ 15°C, nâng cao chất lượng và giá trị xuất khẩu.

  2. Phát triển quy trình sản xuất nano chitosan quy mô công nghiệp: Đẩy mạnh nghiên cứu và đầu tư công nghệ tạo gel ion để sản xuất nano chitosan đồng đều, ổn định, đảm bảo hiệu quả và chi phí hợp lý trong thực tiễn.

  3. Tăng cường đào tạo và chuyển giao công nghệ cho nông dân và doanh nghiệp: Hướng dẫn kỹ thuật xử lý nano chitosan, bảo quản và vận chuyển thanh long nhằm giảm thiểu tổn thất sau thu hoạch, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

  4. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng nano chitosan cho các loại trái cây khác: Khảo sát khả năng kháng nấm và bảo quản của nano chitosan trên các loại quả có giá trị kinh tế cao khác, nhằm đa dạng hóa sản phẩm và thị trường tiêu thụ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ thực phẩm: Cung cấp dữ liệu khoa học về ứng dụng nano chitosan trong bảo quản trái cây, làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo về vật liệu sinh học và công nghệ bảo quản.

  2. Doanh nghiệp sản xuất và xuất khẩu thanh long: Hướng dẫn áp dụng công nghệ bảo quản sinh học an toàn, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm thiểu tổn thất và tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường quốc tế.

  3. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách nông nghiệp: Tham khảo để xây dựng các chính sách hỗ trợ phát triển công nghệ bảo quản sinh học, thúc đẩy sản xuất nông nghiệp bền vững và an toàn thực phẩm.

  4. Nông dân và hợp tác xã trồng thanh long: Nắm bắt kỹ thuật bảo quản hiện đại, giảm thiểu rủi ro hư hỏng sau thu hoạch, nâng cao thu nhập và ổn định sản xuất.

Câu hỏi thường gặp

  1. Nano chitosan là gì và tại sao lại hiệu quả trong bảo quản trái cây?
    Nano chitosan là dạng chitosan có kích thước hạt rất nhỏ (dưới 100 nm), giúp tăng diện tích tiếp xúc với vi sinh vật gây hại. Nhờ tính chất kháng khuẩn, kháng nấm và khả năng tạo màng bảo vệ, nano chitosan ức chế sự phát triển của nấm mốc như Aspergillus niger, kéo dài thời gian bảo quản trái cây.

  2. Tại sao kích thước hạt nano chitosan lại ảnh hưởng đến hiệu quả kháng nấm?
    Kích thước nhỏ hơn giúp nano chitosan dễ dàng tiếp xúc và xâm nhập vào màng tế bào nấm, tăng cường tương tác điện tích và gây tổn thương tế bào nấm nhanh hơn, từ đó nâng cao hiệu quả ức chế.

  3. Nồng độ nano chitosan tối ưu để bảo quản thanh long là bao nhiêu?
    Nghiên cứu cho thấy nồng độ 0,14% nano chitosan với kích thước hạt 42 nm là tối ưu, vừa đảm bảo hiệu quả ức chế nấm cao, vừa không ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng quả trong quá trình bảo quản.

  4. Nano chitosan có an toàn cho người tiêu dùng không?
    Chitosan là hợp chất sinh học có nguồn gốc tự nhiên, không độc hại với người tiêu dùng. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh mức độ an toàn của nano chitosan trong giới hạn sử dụng, phù hợp cho ứng dụng trong bảo quản thực phẩm.

  5. Thời gian bảo quản thanh long được kéo dài bao lâu khi sử dụng nano chitosan?
    Thanh long được xử lý nano chitosan có thể bảo quản ở 15°C trong vòng 35 ngày mà vẫn giữ được chất lượng tốt, giảm thiểu hao hụt khối lượng, mất vitamin C và biến đổi các chỉ tiêu hóa lý so với mẫu đối chứng.

Kết luận

  • Nano chitosan kích thước 42 nm có khả năng ức chế nấm Aspergillus niger hiệu quả nhất với tỷ lệ ức chế lên đến 79,26% in vitro.
  • Ở điều kiện in vivo, nano chitosan nồng độ 0,14% cho hiệu quả ức chế nấm tốt nhất trên quả thanh long.
  • Bảo quản thanh long bằng nano chitosan giúp giảm hao hụt khối lượng 45,6%, giảm mất vitamin C 34,1% và duy trì các chỉ tiêu hóa lý trong 35 ngày ở 15°C.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc ứng dụng nano chitosan trong bảo quản trái cây, góp phần nâng cao giá trị xuất khẩu thanh long Việt Nam.
  • Đề xuất triển khai ứng dụng công nghệ nano chitosan trong quy trình bảo quản và mở rộng nghiên cứu cho các loại trái cây khác.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các doanh nghiệp và cơ sở sản xuất áp dụng nano chitosan trong bảo quản thanh long, đồng thời thúc đẩy nghiên cứu phát triển quy trình sản xuất nano chitosan quy mô công nghiệp để đáp ứng nhu cầu thị trường.