Nghiên Cứu Chế Tạo Màng Polymer Kết Hợp Bã Nấm Linh Chi Định Hướng Ứng Dụng Trong Mỹ Phẩm

Nghiên cứu chế tạo màng polymer từ bã nấm linh chi, ứng dụng trong mỹ phẩm, mang lại giải pháp bền vững cho ngành công nghệ hóa học.

• Tác giả: Nguyễn Huỳnh Kim Cương
• Người hướng dẫn: TS. Giang Ngọc Hà
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Hóa Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Tạo Màng Polymer Kết Hợp Bã Nấm Linh Chi Định Hướng Ứng Dụng Trong Mỹ Phẩm
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• TÓM TẮT KHÓA LUẬN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về màng polymer phân hủy sinh học
• 1.2. Tình hình nghiên cứu về màng polymer phân hủy sinh học
• 1.3. Tính chất của màng polymer phân hủy sinh học
• 1.4. Các polymer cho màng nhựa phân hủy sinh học
• 1.5. Ứng dụng của màng polymer phân hủy sinh học
• 1.6. Tổng quan về Sodium Alginate và ứng dụng trong công nghiệp mỹ phẩm
• 1.6.1. Tổng quan về Sodium Alginate
• 1.6.2. Ứng dụng của Sodium Alginate trong công nghiệp mỹ phẩm
• 1.7. Tổng quan về nấm linh chi
• 1.7.1. Mô tả nấm linh chi
• 1.7.2. Thành phần trong nấm linh chi
• 1.7.3. Công dụng của nấm linh chi
• 1.7.4. Tiềm năng ứng dụng của nấm linh chi trong mỹ phẩm
• 1.8. Các kỹ thuật chiết xuất thành phần hoạt tính sinh học từ bã nấm linh chi
• 1.8.1. Kỹ thuật chiết xuất truyền thống
• 1.8.2. Kỹ thuật chiết hồi lưu và Soxhlet
• 1.8.3. Kỹ thuật chiết xuất hiện đại
• 1.9. Chất khâu mạng
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ và thiết bị
• 2.1.1. Nguyên liệu và hóa chất
• 2.1.2. Dụng cụ và thiết bị sử dụng
• 2.2. Phương pháp thực nghiệm và nội dung nghiên cứu
• 2.2.1. Xử lí và tạo dịch chiết từ bã nấm linh chi
• 2.2.2. Chế tạo màng polymer đi từ Sodium Alginate kết hợp chiết xuất bã nấm linh chi
• 2.3. Các phương pháp phân tích
• 2.4. Các phương pháp khảo sát tính chất màng
• 2.5. Các phương pháp đo tính chất của màng ứng dụng cho mặt nạ dưỡng da
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Chiết xuất từ bã nấm linh chi
• 3.1.1. Kết quả phân tích FTIR của chiết xuất bã nấm linh chi
• 3.1.2. Kết quả DLS
• 3.1.3. Kết quả đo UV–Vis của chiết xuất bã nấm linh chi
• 3.1.4. Khả năng kháng oxy hóa của chiết xuất bã nấm linh chi
• 3.1.5. Khả năng kháng khuẩn của nấm linh chi
• 3.2. Kết quả đo cơ tính
• 3.2.1. Kết quả phân tích FTIR
• 3.2.2. Kết quả đo UV–vis
• 3.2.3. Kết quả đo truyền quang của màng
• 3.2.4. Kết quả đo độ hút nước và độ tan
• 3.2.5. Kết quả phân tích TGA
• 3.2.6. Kết quả đo DSC
• 3.3. Tính chất của màng ứng dụng làm mặt nạ dưỡng da
• 3.3.1. Khả năng kháng oxy hóa
• 3.3.2. Khả năng cấp ẩm cho da
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu màng polymer từ bã nấm linh chi

Nghiên cứu về màng polymer từ bã nấm linh chi đang thu hút sự chú ý trong ngành công nghiệp mỹ phẩm. Màng polymer không chỉ giúp cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Việc sử dụng nguyên liệu tự nhiên như bã nấm linh chi mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe và làm đẹp. Nghiên cứu này sẽ trình bày tổng quan về các thành phần, quy trình chế tạo và ứng dụng của màng polymer trong mỹ phẩm.

1.1. Tại sao chọn bã nấm linh chi cho nghiên cứu

Bã nấm linh chi chứa nhiều chất liệu sinh học có lợi cho da. Việc tận dụng bã nấm linh chi không chỉ giảm thiểu chất thải mà còn nâng cao giá trị kinh tế cho sản phẩm. Nghiên cứu cho thấy bã nấm linh chi có khả năng kháng oxy hóa và kháng khuẩn, rất phù hợp cho việc chế tạo màng polymer.

1.2. Lợi ích của màng polymer trong mỹ phẩm

Màng polymer từ bã nấm linh chi có khả năng giữ ẩm, tạo cảm giác mềm mại cho da. Chúng cũng giúp bảo vệ da khỏi các tác nhân gây hại từ môi trường. Sự kết hợp giữa Sodium Alginate và bã nấm linh chi tạo ra sản phẩm an toàn và hiệu quả cho người tiêu dùng.

II. Vấn đề ô nhiễm môi trường từ mỹ phẩm truyền thống

Mỹ phẩm truyền thống thường sử dụng vải hóa học nhân tạo không thể phân hủy sinh học, gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Theo thống kê, ngành mỹ phẩm thải ra hàng triệu tấn rác thải nhựa mỗi năm. Việc chuyển sang sử dụng mỹ phẩm tự nhiên và màng polymer phân hủy sinh học là giải pháp cần thiết để giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

2.1. Tác động của rác thải nhựa đến môi trường

Rác thải nhựa từ mỹ phẩm không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Việc sử dụng màng polymer phân hủy sinh học sẽ giúp giảm thiểu lượng rác thải này.

2.2. Giải pháp thay thế cho mỹ phẩm truyền thống

Sử dụng mỹ phẩm tự nhiên và màng polymer từ bã nấm linh chi là một trong những giải pháp hiệu quả. Những sản phẩm này không chỉ an toàn cho sức khỏe mà còn thân thiện với môi trường.

III. Phương pháp chế tạo màng polymer từ bã nấm linh chi

Quy trình chế tạo màng polymer từ bã nấm linh chi bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, bã nấm linh chi được chiết xuất để thu được các thành phần hoạt tính. Sau đó, Sodium Alginate được kết hợp với chiết xuất này để tạo thành màng polymer. Cuối cùng, màng được khâu mạng để tăng cường tính chất cơ học.

3.1. Quy trình chiết xuất bã nấm linh chi

Bã nấm linh chi được xử lý bằng phương pháp chiết xuất hiện đại để thu được các hoạt chất sinh học. Phương pháp này giúp tối ưu hóa hiệu suất chiết xuất và bảo toàn các thành phần có lợi.

3.2. Chế tạo màng polymer từ Sodium Alginate

Màng polymer được chế tạo từ Sodium Alginate kết hợp với chiết xuất bã nấm linh chi. Quá trình này bao gồm việc hòa tan Sodium Alginate, thêm chiết xuất và thực hiện khâu mạng với CaCl2 để tạo ra màng có tính chất tốt.

IV. Đánh giá tính chất của màng polymer sau chế tạo

Sau khi chế tạo, màng polymer cần được đánh giá về các tính chất lý hóa. Các phương pháp như FTIR, UV-Vis, và TGA được sử dụng để phân tích cấu trúc và tính chất của màng. Kết quả cho thấy màng polymer có khả năng kháng oxy hóa và giữ ẩm tốt, phù hợp cho ứng dụng trong mỹ phẩm.

4.1. Phân tích cấu trúc màng polymer

Phân tích FTIR cho thấy sự hiện diện của các nhóm chức trong màng polymer. Điều này chứng tỏ rằng bã nấm linh chi đã được kết hợp thành công vào cấu trúc của màng.

4.2. Khả năng kháng oxy hóa của màng

Màng polymer cho thấy khả năng kháng oxy hóa tốt, giúp bảo vệ da khỏi các gốc tự do. Kết quả này cho thấy tiềm năng ứng dụng của màng trong sản phẩm dưỡng da.

V. Ứng dụng thực tiễn của màng polymer trong mỹ phẩm

Màng polymer từ bã nấm linh chi có thể được ứng dụng trong nhiều sản phẩm mỹ phẩm như mặt nạ dưỡng da. Sản phẩm này không chỉ an toàn mà còn mang lại hiệu quả cao trong việc chăm sóc da. Việc sử dụng màng polymer giúp nâng cao giá trị sản phẩm và đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng.

5.1. Mặt nạ dưỡng da từ màng polymer

Mặt nạ dưỡng da được chế tạo từ màng polymer có khả năng cấp ẩm và làm sáng da. Sản phẩm này đã được thử nghiệm và cho kết quả tích cực trong việc cải thiện tình trạng da.

5.2. Tiềm năng phát triển sản phẩm mới

Nghiên cứu này mở ra cơ hội phát triển các sản phẩm mỹ phẩm mới từ bã nấm linh chi. Việc tận dụng nguyên liệu tự nhiên không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn tạo ra sản phẩm có giá trị cao.

VI. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về màng polymer từ bã nấm linh chi đã chứng minh được tính khả thi và hiệu quả trong ứng dụng mỹ phẩm. Việc phát triển sản phẩm này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn nâng cao giá trị kinh tế từ nguyên liệu tự nhiên. Tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình chế tạo và mở rộng ứng dụng của màng polymer.

6.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy màng polymer từ bã nấm linh chi có nhiều ưu điểm vượt trội. Sản phẩm này không chỉ an toàn mà còn hiệu quả trong việc chăm sóc da.

6.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện quy trình chế tạo và mở rộng ứng dụng của màng polymer trong các sản phẩm mỹ phẩm khác. Việc này sẽ góp phần thúc đẩy sự phát triển bền vững trong ngành công nghiệp mỹ phẩm.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong những năm gần đây, sự suy giảm tỷ lệ sinh và tỷ lệ tử vong trên phạm vi toàn cầu đã thúc đẩy tốc độ già hóa dân số. Quá trình lão hóa tự nhiên dẫn đến sự suy giảm cấu trúc da, hình thành nếp nhăn, sạm nám, đồi mồi, da mất nước và suy giảm độ đàn hồi. Nhu cầu chăm sóc, phục hồi da đã thúc đẩy sự tăng trưởng nhanh chóng của ngành công nghiệp mỹ phẩm, trong đó sản phẩm mặt nạ dưỡng da được người tiêu dùng ưa chuộng nhờ tính tiện dụng và chi phí hợp lý hơn so với các liệu trình chuyên sâu tại thẩm mỹ viện.

Tuy nhiên, phần lớn các loại mặt nạ dưỡng da dạng tấm trên thị trường hiện nay được sản xuất từ vải không dệt có nguồn gốc sợi tổng hợp hoặc màng nhựa nhân tạo không có khả năng phân hủy sinh học. Theo số liệu thống kê năm 2020 được trích dẫn trong văn bản, ngành mỹ phẩm thải ra hơn 120 tỷ đơn vị rác thải nhựa mỗi năm, trong đó rác thải từ mặt nạ dưỡng da chiếm tới 42% thị trường làm đẹp toàn cầu chưa thể xử lý phân hủy tự nhiên. Thực trạng này đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc phát triển các dòng vật liệu polymer sinh học có khả năng tự phân hủy trong điều kiện tự nhiên, thân thiện với môi trường và an toàn cho sức khỏe con người.

Bên cạnh vấn đề rác thải nhựa, ngành nông nghiệp và dược liệu cũng phát sinh lượng lớn phế phẩm sau chế biến. Nấm linh chi (Ganoderma lucidum) là loại dược liệu quý có giá trị thương mại cao (từ 700.000 đồng/kg trở lên), nhưng sau quá trình chiết xuất lấy hoạt chất chính, phần bã nấm thường chỉ được tận dụng làm phân bón hoặc thức ăn gia súc. Nguồn bã này vẫn còn lưu giữ một hàm lượng đáng kể các hợp chất có hoạt tính sinh học như polysaccharides, triterpenoids và protein chống oxy hóa. Việc thu hồi hoạt chất từ bã nấm linh chi để đưa vào cấu trúc màng polymer sinh học vừa giải quyết bài toán giảm thiểu chất thải rắn nông nghiệp, vừa tạo ra sản phẩm mỹ phẩm có giá trị gia tăng cao.

Mục tiêu nghiên cứu của đồ án được xác định cụ thể gồm ba nhiệm vụ:

1. Xây dựng quy trình chế tạo màng polymer (đi từ Sodium Alginate) kết hợp chiết xuất bã nấm linh chi định hướng ứng dụng trong sản phẩm mặt nạ dưỡng da.
2. Nghiên cứu khảo sát các yếu tố trong quá trình chế tạo màng polymer (nồng độ chiết xuất, nồng độ polymer, nồng độ chất hóa dẻo, chất khâu mạng) ảnh hưởng đến tính chất của màng.
3. Khảo sát khả năng kháng oxy hóa của chiết xuất bã nấm linh chi và màng tạo thành.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ vật liệu màng polymer phân hủy sinh học trên cơ sở Sodium Alginate (SA), liên kết ngang với ion $\text{Ca}^{2+}$ từ muối Calcium Chloride ($\text{CaCl}_2$), kết hợp chiết xuất hoạt tính từ bã nấm linh chi (NLC) và các chất hóa dẻo polyol (Glycerol, Sorbitol).

Phạm vi nghiên cứu:

• Không gian nghiên cứu: Phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Kỹ thuật Hóa học thuộc Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh và Trung tâm Thí nghiệm Thực hành thuộc Trường Đại học Công Thương TP. Hồ Chí Minh.
• Thời gian thực hiện: Nghiên cứu hoàn thành vào tháng 08 năm 2024.
• Nội dung giới hạn: Tập trung khảo sát quy trình chiết xuất bã nấm linh chi bằng sóng siêu âm; tối ưu hóa nồng độ dung dịch SA (2%, 3%, 4% w/v), nồng độ chất hóa dẻo Glycerol (1%, 2%, 3% w/w) và Sorbitol (2% w/w), thời gian khâu mạng $\text{CaCl}_2$ (2, 5, 15, 30 phút); kiểm tra các tính chất cơ lý, cấu trúc hóa học, độ ổn định nhiệt và các chỉ tiêu ứng dụng mặt nạ dưỡng da (độ pH, độ ẩm da heo, khả năng khử gốc tự do DPPH).

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Về cơ sở lý thuyết, khóa luận xây dựng trên các luận điểm khoa học về polymer phân hủy sinh học và hóa học các hợp chất tự nhiên:

• Sodium Alginate (SA): Là một polysaccharide tự nhiên mạch thẳng có tính chất anion, tan trong nước, chiết xuất từ vách tế bào các loài tảo nâu (Phaeophyceae như Laminaria hyperborea, Macrocystis pyrifera). Phân tử SA gồm các gốc axit $\beta$-D-mannuronic (khối M) và axit $\alpha$-L-guluronic (khối G) liên kết với nhau qua cầu nối glycoside $\beta$-1,4. Cơ chế tạo gel đặc trưng của SA xuất phát từ khả năng trao đổi ion giữa $\text{Na}^+$ và các cation kim loại hóa trị hai (điển hình là $\text{Ca}^{2+}$), liên kết chọn lọc với các khối G để hình thành cấu trúc mạng không gian ba chiều được mô tả theo mô hình "hộp trứng" (egg-box model).
• Thành phần hoạt tính trong nấm linh chi (Ganoderma lucidum): Chứa khoảng 400 hợp chất có hoạt tính sinh học, nổi bật là nhóm Polysaccharides (GLP - cấu tạo từ các liên kết glycosidic của chuỗi glucan) và Triterpenoids (GLT - dẫn xuất lanostane gồm axit ganoderic, axit lucidenic). Các hợp chất này đóng vai trò ức chế enzyme tyrosinase (enzyme kích thích tổng hợp sắc tố melanin gây sạm da), kháng viêm và dọn dẹp các gốc tự do gây lão hóa da.
• Cơ chế hóa dẻo của Polyol: Khóa luận sử dụng Glycerol ($\text{C}_3\text{H}_8\text{O}_3$) và Sorbitol ($\text{C}6\text{H}{14}\text{O}_6$). Các phân tử nhỏ ưa nước này chèn vào giữa các mạch đại phân tử alginate, tạo liên kết hydro nội tại và phá vỡ bớt liên kết liên phân tử giữa các chuỗi SA, làm tăng thể tích tự do và tính linh động của mạch polymer, từ đó giúp màng mềm dẻo, dễ uốn gập theo đường cong khuôn mặt.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được triển khai theo hệ thống phương pháp hóa - lý thực nghiệm:

• Kỹ thuật chiết xuất có sự hỗ trợ của sóng siêu âm (Ultrasound-assisted extraction - UAE): Bã nấm sau khi sấy khô ở 60 °C trong 24 giờ và nghiền bi (250 vòng/phút trong 2 giờ) được phân tán trong nước cất, sau đó xử lý bằng thiết bị đồng hóa siêu âm VC505 SONICS ở biên độ 60% trong 10 phút. Hiện tượng xâm thực bọt khí sinh ra từ sóng siêu âm phá vỡ cấu trúc tế bào bã nấm, giải phóng tối đa các hoạt chất vào dung môi nước mà không cần dùng nhiệt độ cao hay dung môi hữu cơ độc hại.
• Kỹ thuật tạo màng đổ khuôn (Solvent casting) và khâu mạng ion: Hòa tan SA tạo dung dịch nhớt, phối trộn với dịch chiết bã nấm và chất hóa dẻo bằng máy khuấy cơ RW 20 Digital, khử bọt khí, đổ vào khuôn silicone phẳng. Màng sau khi định hình được ngâm trong dung dịch muối $\text{CaCl}_2$ để thực hiện phản ứng liên kết ngang tạo gel không tan.
• Phương pháp phân tích cấu trúc và hình thái: Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR-6X, JASCO) để định danh các nhóm chức đặc trưng; kỹ thuật tán xạ ánh sáng động (DLS trên thiết bị Zetasizer Pro, Malvern) đo kích thước hạt và chỉ số đa phân tán (PDI) của dịch chiết; quang phổ tử ngoại - khả kiến (UV-Vis 6305 Jenway và V-730 JASCO) khảo sát khả năng hấp thụ quang học và sự giải phóng hoạt chất; kiểm tra độ truyền quang của màng.
• Phương pháp kiểm tra cơ tính và nhiệt: Độ bền kéo đứt (Tensile Strength) và độ giãn dài khi đứt (Elongation at Break) đo bằng máy đo cơ tính Imada DST-200N; phân tích nhiệt trọng lượng (TGA55, TA Instruments) khảo sát độ mất khối lượng theo nhiệt độ; nhiệt lượng quét vi sai (DSC 214 Polyma, NETZSCH) xác định các biến đổi pha nhiệt.
• Phương pháp đánh giá tính chất hóa lý và ứng dụng mỹ phẩm: Xác định độ hút nước (Swelling ratio) và độ hòa tan (Water solubility); đo độ pH bề mặt màng; đo hoạt tính kháng oxy hóa bằng phương pháp dọn gốc tự do 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) để xác định giá trị $\text{IC}_{50}$; đo khả năng cấp ẩm trên mẫu mô da heo trước và sau khi đắp màng 10 phút bằng thiết bị chuyên dụng Skin Detector 4720.

Nguồn dữ liệu của nghiên cứu bao gồm số liệu đo đạc thực nghiệm trực tiếp tại phòng thí nghiệm từ các mẫu màng tổng hợp, kết hợp với các dữ liệu đối chiếu từ tài liệu học thuật trong nước và quốc tế được trích dẫn trong văn bản.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1 : Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở dữ liệu lý thuyết từ 45 tài liệu tham khảo khoa học, tập trung vào ba khối nội dung chính:

• Tổng quan về màng polymer phân hủy sinh học: Trình bày định nghĩa, phân loại polymer có nguồn gốc tự nhiên (Cellulose, Chitosan, Carrageenan, Sodium Alginate, Fibroin tơ tằm) và polymer tổng hợp (Axit Polylactic - PLA, Polybutylene Succinate - PBS, Polyvinyl Alcohol - PVA, Polyethylene Glycol - PEG). Tổng kết các hướng ứng dụng thực tiễn của màng sinh học gồm xử lý chất thải (tách dầu - nước, hấp phụ ion kim loại), màng tách khí, màng bay hơi thẩm thấu khử nước dung môi hữu cơ, vật liệu y sinh học (băng vết thương, giá thể kỹ thuật mô) và màng bao bì thực phẩm.
• Hóa học và ứng dụng của Sodium Alginate: Phân tích chi tiết cấu trúc phân tử hai khối monomer khối M và khối G; đặc tính hòa tan phụ thuộc vào pH, lực ion và loại cation liên kết; cơ chế tạo phức không thuận nghịch với ion kim loại hóa trị hai tạo cấu trúc hộp trứng; đặc tính cầm máu, tương thích sinh học và khả năng giữ ẩm cao, tạo nền tảng vững chắc để ứng dụng làm màng mặt nạ mỹ phẩm.
• Dược lý nấm linh chi và công nghệ chiết xuất: Khái quát đặc điểm hình thái học của nấm linh chi (Ganoderma lucidum); thành phần hóa học chính (Polysaccharides GLP và Triterpenoids GLT); phân tích các tác dụng sinh học liên quan đến da liễu như kháng viêm, dọn gốc tự do, ức chế tyrosinase làm mờ đốm nâu sắc tố. So sánh ưu nhược điểm của các phương pháp chiết xuất: phương pháp truyền thống (ngâm, thẩm thấu, sắc thuốc), chiết hồi lưu Soxhlet, và các kỹ thuật chiết hiện đại (chiết có hỗ trợ vi sóng, chiết bằng chất lỏng siêu tới hạn, chiết bằng sóng siêu âm). Từ đó, tác giả luận giải việc lựa chọn kỹ thuật sóng siêu âm (UAE) do ưu điểm tiết kiệm thời gian, giảm lượng dung môi và nâng cao hiệu suất thu hồi triterpenes so với chiết dung môi hữu cơ tĩnh. Cuối chương phân tích vai trò cơ học của $\text{CaCl}_2$ làm chất khâu mạng và hai chất hóa dẻo Glycerol, Sorbitol trong việc định hình màng mặt nạ dẻo dai.

Chương 2 : Thực nghiệm

Chương 2 mô tả chi tiết quy trình chuẩn bị mẫu, vật liệu, dụng cụ và quy trình thao tác kỹ thuật:

• Danh mục hóa chất và thiết bị: Sử dụng bã nấm linh chi thu hồi từ đề tài trước (nguồn gốc ban đầu từ Công ty TNHH Namgano); Sodium Alginate (độ tinh khiết $\ge 99,0%$, Lanji Technology); Glycerol ($\ge 99,0%$, Xilong); Sorbitol ($\ge 99,0%$, Roquette Pháp); Calcium Chloride ($\ge 96,0%$, Xilong). Toàn bộ hệ thống thiết bị đo đạc gồm cân phân tích, máy nghiền bi HSIANGTAI, máy siêu âm đồng hóa VC505, thiết bị Zetasizer Pro, máy đo cơ tính Imada DST-200N, TGA55, DSC 214 Polyma, FTIR-6X và thiết bị đo độ ẩm da Skin Detector 4720.
• Quy trình tạo dịch chiết bã nấm:
  1. Bã nấm được sấy đối lưu ở 60 °C trong 24 giờ trên tủ sấy Memmert UN110.
  2. Đưa vào cối nghiền bi cơ học ở tốc độ 250 vòng/phút trong 2 giờ nhằm làm mịn hạt bã nấm.
  3. Cân bã nấm, hòa trộn với nước theo tỷ lệ khảo sát (0,5%, 1%, 2% w/v).
  4. Tiến hành xử lý đánh đồng hóa bằng sóng siêu âm đầu dò (biên độ rung 60%, thời gian 10 phút).
  5. Lọc dung dịch qua hệ thống lọc chân không với màng lọc chuyên dụng để thu dịch chiết trong suốt không chứa cặn lơ lửng.
• Quy trình chế tạo màng polymer:
  1. Hòa tan bột SA vào nước cất để thu được các nồng độ 2%, 3% và 4% (w/v), khuấy đều trên máy khuấy cơ RW 20 Digital.
  2. Bổ sung dịch chiết bã nấm (0,5%, 1%, 2%) và chất hóa dẻo (Glycerol nồng độ 1%, 2%, 3% hoặc Sorbitol 2%), khuấy đồng nhất và khử bọt.
  3. Đổ hỗn hợp dung dịch vào khuôn silicone, làm khô tạo màng.
  4. Màng khô được gỡ ra và ngâm vào dung dịch muối $\text{CaCl}_2$ để khâu mạng ion trong các mốc thời gian khảo sát: 2 phút, 5 phút, 15 phút và 30 phút.
  5. Rửa sạch lượng $\text{CaCl}_2$ dư trên bề mặt màng bằng nước cất, sau đó sấy nhẹ để thu màng thành phẩm phục vụ đo đạc.
• Quy trình thử nghiệm tính chất màng và ứng dụng da: Chi tiết hóa công thức toán học tính độ hấp thụ nước, độ hòa tan của màng trong nước sau 24 giờ ngâm; phương pháp đo quang phổ UV-Vis xác định sự thoát ly của dịch chiết từ màng; quy trình ủ dung dịch DPPH với mẫu thử ở các thể tích khác nhau để dựng đường chuẩn tuyến tính tìm nồng độ ức chế 50% gốc tự do ($\text{IC}_{50}$); quy trình dán màng lên mẫu da heo thực nghiệm trong 10 phút, gỡ bỏ màng, đo độ ẩm ngay khi tháo và sau đó 10 phút nhằm đánh giá khả năng duy trì độ ẩm biểu bì.

Chương 3 : Kết quả và bàn luận

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm thu được qua các bảng số liệu và đồ thị phân tích:

• Đặc tính của dịch chiết bã nấm linh chi:
  • FTIR dịch chiết: Xác nhận các đỉnh phổ đặc trưng cho dao động kéo dãn của nhóm liên kết hydro hydroxyl ($\text{-OH}$ ở vùng $3300\text{--}3400\text{ cm}^{-1}$), dao động $\text{C-H}$ béo ($2925\text{ cm}^{-1}$), nhóm carbonyl ($\text{C=O}$ ở $1635\text{ cm}^{-1}$) và liên kết $\text{C-O-C}$ của các phân tử đường polysaccharides và triterpenoids.
  • DLS: Ghi nhận kích thước hạt trung bình và phân bố kích thước hạt (PDI) của dịch chiết ở các nồng độ 0,5%, 1% và 2%, phản ánh độ đồng nhất của hệ keo sau phân tán siêu âm.
  • UV-Vis: Phổ hấp thụ cho thấy dải hấp thụ mạnh trong vùng tử ngoại đặc trưng cho các hợp chất phenol và vòng thơm có trong bã nấm.
  • Khả năng kháng oxy hóa và kháng khuẩn: Thử nghiệm DPPH khẳng định hoạt tính dọn gốc tự do tăng tỷ lệ thuận với nồng độ và thể tích hút của dịch chiết. Thể tích mẫu cần thiết để đạt giá trị $\text{IC}_{50}$ giảm mạnh khi nồng độ dịch nấm tăng từ 0,5% lên 2%. Thử nghiệm kháng khuẩn cho thấy dịch chiết bã nấm có hoạt tính ức chế vi sinh vật ở các nồng độ khảo sát.
• Tính chất cơ học và hình thái màng SA/NLC:
  • Nồng độ SA ảnh hưởng quyết định đến độ bền cơ học: màng SA 2% có độ bền kéo đạt $2,04 \pm 0,27\text{ MPa}$; SA 3% đạt $4,09 \pm 0,72\text{ MPa}$; và SA 4% đạt $5,80 \pm 0,45\text{ MPa}$. Độ bền kéo tăng theo nồng độ SA nhưng đi kèm sự suy giảm độ giãn dài khi đứt.
  • Thời gian ngâm khâu mạng $\text{CaCl}_2$ (5, 15, 30 phút) làm tăng mức độ liên kết chéo, khiến màng trở nên cứng hơn, giòn hơn, độ bền kéo tăng nhưng độ dẻo giảm. Để tối ưu hóa cho ứng dụng đắp mặt nạ, tác giả chọn thời gian khâu mạng ngắn là 2 phút kết hợp chất hóa dẻo.
  • Ảnh hưởng của chất hóa dẻo: Thêm Glycerol từ 1% đến 3% làm giảm độ bền kéo nhưng tăng mạnh độ giãn dài khi đứt. Tuy nhiên, khi tăng nồng độ hóa dẻo lên quá cao (3%), độ giãn dài có xu hướng bão hòa và suy giảm nhẹ. Phối hợp Glycerol hoặc Sorbitol ở mức 2% mang lại độ mềm dẻo thích hợp nhất.
  • Ảnh hưởng của chiết xuất bã NLC: Khi phối trộn dịch chiết bã NLC vào màng SA (thời gian khâu mạng 2 phút), độ bền kéo chỉ giảm nhẹ không đáng kể, trong khi độ giãn dài tăng mạnh từ $44,02 \pm 4,70%$ lên $84,56 \pm 5,87%$. Hiện tượng này chứng minh các cấu phần hữu cơ trong bã nấm có tác dụng tương thích tốt với mạch alginate, đóng vai trò như chất trợ hóa dẻo thứ cấp.
• Tính chất hóa lý, độ tan và độ ổn định nhiệt:
  • Độ hút nước và độ tan: Màng SA thuần và màng SA/NLC có độ hút nước lần lượt là $179,75 \pm 15,65%$ và $175,48 \pm 6,47%$. Sau quá trình khâu mạng bằng ion $\text{Ca}^{2+}$, cả hai màng gần như không bị tan rã trong nước (độ hòa tan đo được dưới 1%). Khi bổ sung chất hóa dẻo Glycerol hoặc Sorbitol, độ hút nước và độ tan tăng lên do tính ưa nước mạnh của các nhóm polyol; tuy nhiên sự hiện diện của chiết xuất bã NLC đã hỗ trợ liên kết chặt chẽ hơn, làm giảm độ tan so với màng chỉ chứa chất hóa dẻo đơn thuần.
  • Phân tích nhiệt TGA: Giản đồ phân tích nhiệt trọng lượng cho thấy màng có chứa dịch chiết bã NLC phân hủy nhiệt chậm hơn so với màng SA đối chứng, dịch chuyển các giai đoạn mất khối lượng lên vùng nhiệt độ cao hơn, khẳng định chiết xuất bã nấm cải thiện độ ổn định nhiệt của vật liệu. Ngược lại, chất hóa dẻo làm giảm nhẹ nhiệt độ bắt đầu phân hủy nhiệt do phân tử lượng thấp.
  • Phân tích nhiệt quét vi sai DSC: Xuất hiện một đỉnh thu nhiệt rõ rệt trong khoảng nhiệt độ $150\text{--}161\text{ }^\circ\text{C}$ ở tất cả các mẫu màng có bổ sung chiết xuất bã NLC, phản ánh biến đổi nhiệt của các phức hợp hoạt chất tự nhiên từ nấm bên trong mạng lưới SA.
  • Độ truyền quang: Màng sau khâu mạng có màu sẫm nhẹ do màu của dịch chiết bã nấm, độ truyền quang giảm dần khi tăng nồng độ dịch nấm nhưng vẫn đảm bảo tính đồng nhất bề mặt không bị kết tụ dị pha.
• Đánh giá tính chất định hướng ứng dụng mặt nạ dưỡng da:
  • Độ pH bề mặt: Màng SA thuần có pH đo được là 6,83. Khi kết hợp với chiết xuất bã NLC, pH của màng giảm xuống mức 6,45. Mức pH này nằm gần hơn với khoảng pH sinh lý tự nhiên của da người (4,5 - 6,5), giúp màng dịu nhẹ, hạn chế kích ứng da khi đắp trực tiếp.
  • Khả năng kháng oxy hóa của màng: Thử nghiệm dọn gốc tự do DPPH từ dịch giải phóng của màng SA/NLC, SA/NLC/G2 và SA/NLC/S2 chứng minh màng có khả năng giải phóng hoạt chất chống oxy hóa ra môi trường tiếp xúc, duy trì đường tương quan tuyến tính với thể tích mẫu đạt mốc $\text{IC}_{50}$.
  • Khả năng cấp ẩm cho da heo: Sau 10 phút đắp màng, độ ẩm của da heo tăng từ $102,72 \pm 4,86%$ (đối với màng SA thuần) lên $105,08 \pm 6,81%$ (đối với màng SA/NLC). Sau khi tháo màng và để yên thêm 10 phút, độ ẩm bề mặt da vẫn duy trì ở mức cao, chứng minh khả năng truyền ẩm và khóa ẩm hiệu quả của hệ vật liệu.

Bảng số liệu tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý và hóa lý tiêu biểu của màng polymer từ đồ án:

Công thức mẫu màng	Độ bền kéo (MPa)	Độ giãn dài khi đứt (%)	Độ hút nước (%)	Độ tan trong nước (%)	Độ pH bề mặt	Độ ẩm da sau đắp 10 phút (%)
Màng SA 2% (thuần)	$2,04 \pm 0,27$	Cao	Không công bố	Không công bố	Không đo	Không đo
Màng SA 3% (thuần)	$4,09 \pm 0,72$	Trung bình	Không công bố	Không công bố	Không đo	Không đo
Màng SA 4% (thuần)	$5,80 \pm 0,45$	Thấp	Không công bố	Không công bố	Không đo	Không đo
Màng SA (khâu mạng 2 phút)	Đạt chuẩn cơ học	$44,02 \pm 4,70$	$179,75 \pm 15,65$	$< 1,0$	6,83	$102,72 \pm 4,86$
Màng SA/NLC (khâu mạng 2 phút)	Giảm nhẹ so với SA	$84,56 \pm 5,87$	$175,48 \pm 6,47$	$< 1,0$	6,45	$105,08 \pm 6,81$
Màng bổ sung Glycerol (SA/G)	Giảm theo hàm lượng	Tăng mạnh	Tăng cao	Tăng	Không công bố	Duy trì cấp ẩm
Màng bổ sung Sorbitol (SA/S)	Giảm theo hàm lượng	Tăng mạnh	Tăng	Tăng nhẹ	Không công bố	Duy trì cấp ẩm

---

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đạt được các kết quả thực nghiệm định lượng rõ ràng:

• Đã xây dựng thành công quy trình chiết xuất thu hồi hoạt chất từ bã nấm linh chi bằng phương pháp đánh đồng hóa siêu âm (10 phút, biên độ 60%), thu được dịch chiết có hoạt tính dọn gốc tự do DPPH và khả năng kháng khuẩn.
• Làm rõ quy luật biến thiên cơ tính của màng polymer sinh học theo nồng độ nguyên liệu: độ bền kéo tăng dần theo nồng độ SA ($2,04\text{ MPa}$ ở 2%, $4,09\text{ MPa}$ ở 3% và $5,80\text{ MPa}$ ở 4%). Khẳng định việc ngâm khâu mạng với $\text{CaCl}_2$ trong 2 phút kết hợp chất hóa dẻo 2% là điều kiện tối ưu để màng vừa đạt độ bền cơ học cần thiết vừa có độ mềm dẻo cao (độ giãn dài màng SA/NLC đạt $84,56 \pm 5,87%$, tăng gấp gần hai lần so với màng SA thuần là $44,02 \pm 4,70%$).
• Xác định màng SA và SA/NLC sau khâu mạng có độ tan dưới 1%, độ hút nước dao động trong khoảng $175,48\text{--}179,75%$, chứng minh tính ổn định cấu trúc khi tiếp xúc môi trường ẩm.
• Phân tích nhiệt TGA ghi nhận sự có mặt của dịch chiết bã nấm linh chi giúp làm chậm quá trình phân hủy nhiệt và cải thiện độ ổn định nhiệt cho màng; phân tích DSC xác định đỉnh thu nhiệt đặc trưng tại $150\text{--}161\text{ }^\circ\text{C}$.
• Chứng minh tính khả thi trong ứng dụng mặt nạ dưỡng da: bổ sung chiết xuất bã NLC giúp điều chỉnh độ pH của màng từ 6,83 xuống 6,45 (thân thiện hơn với da), cung cấp khả năng kháng oxy hóa dọn gốc tự do DPPH và tăng cường khả năng cấp ẩm cho biểu bì da heo từ $102,72 \pm 4,86%$ lên $105,08 \pm 6,81%$ sau 10 phút tiếp xúc.

Các giải pháp và kiến nghị kỹ thuật do tác giả đề xuất:

• Khuyến nghị sử dụng kỹ thuật chiết xuất có hỗ trợ sóng siêu âm để tận dụng nguồn phế phụ phẩm bã nấm linh chi từ các quy trình sản xuất trước đó, giúp giảm lượng dung môi và rút ngắn thời gian xử lý so với phương pháp chiết ngâm hoặc đun hồi lưu truyền thống.
• Lựa chọn giải pháp khâu mạng nhanh ion $\text{Ca}^{2+}$ (2 phút) kết hợp nồng độ chất hóa dẻo polyol thích hợp (2%) nhằm khắc phục nhược điểm giòn, cứng của màng alginate liên kết chéo, đáp ứng yêu cầu uốn gấp và điều chỉnh theo kích thước khuôn mặt của mặt nạ dưỡng da.

Đóng góp so với các nghiên cứu trước:

• Cung cấp dữ liệu thực nghiệm toàn diện về việc tái sử dụng bã nấm linh chi đã qua sử dụng thương mại làm thành phần hoạt tính chức năng trong cấu trúc màng polymer sinh học phân hủy hoàn toàn, thay vì chỉ dùng bã nấm cho mục đích làm phân bón hoặc thức ăn gia súc.
• Bổ sung cơ sở dữ liệu chuyên ngành về tương tác giữa nền polymer Sodium Alginate và dịch chiết bã nấm linh chi, mở ra hướng nghiên cứu ứng dụng vật liệu xanh tự nhiên thay thế vải không dệt hóa học nhân tạo trong ngành công nghiệp mỹ phẩm và chăm sóc sắc đẹp.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

• Chưa thực hiện khảo sát độ ổn định vi sinh và hạn sử dụng của màng mặt nạ trong điều kiện bảo quản dài hạn (ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ thấp).
• Thử nghiệm khả năng cấp ẩm mới dừng lại ở mô hình thực nghiệm trên mẫu da heo nhân tạo/ex-vivo, chưa tiến hành các thử nghiệm lâm sàng chuyên sâu (in-vivo) trên tình nguyện viên người để đánh giá kích ứng da, khả năng làm mờ vết thâm hay ức chế tổng hợp melanin thực tế.
• Chưa tiến hành phân lập, định danh và định lượng chi tiết nồng độ tuyệt đối của từng hợp chất triterpenoid hoặc phân đoạn polysaccharide cụ thể trong dịch chiết bã nấm linh chi, mà chỉ đánh giá hoạt tính thông qua các chỉ số tổng hợp (FTIR, UV-Vis, DPPH).
• Nghiên cứu chưa đo đạc tốc độ phân hủy sinh học thực tế của màng trong các môi trường đất, nước hoặc quá trình ủ phân hữu cơ (compost).

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

• Hoàn thiện nghiên cứu về độ bền bảo quản của màng mặt nạ, khảo sát việc bổ sung các chất bảo quản tự nhiên hoặc kỹ thuật sấy đông khô để bảo toàn hoạt chất sinh học lâu dài.
• Triển khai thử nghiệm lâm sàng đánh giá độ an toàn trên da người thật, khảo sát thêm khả năng ức chế enzyme tyrosinase in-vitro nhằm định lượng rõ nét hơn hiệu quả làm sáng da.
• Nghiên cứu mở rộng việc phân hủy sinh học của màng mỏng trong điều kiện môi trường tự nhiên để hoàn thiện hồ sơ sinh thái của sản phẩm.

---

Giá trị tham khảo

Khóa luận có giá trị tham khảo chuyên môn đối với các nhóm đối tượng:

• Sinh viên, học viên cao học ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, Kỹ thuật Hóa Dược, Công nghệ Sinh học và Khoa học Vật liệu: Cung cấp quy trình thực nghiệm rõ ràng về kỹ thuật tạo màng polymer phân hủy sinh học từ polysaccharide (Sodium Alginate), phương pháp khâu mạng ion bằng muối canxi tạo cấu trúc hộp trứng, và cơ chế hóa dẻo màng bằng hệ polyol (Glycerol, Sorbitol).
• Các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực Hóa Mỹ phẩm và Dược liệu: Cung cấp phương pháp chiết xuất hoạt chất từ phế phẩm thực vật bằng sóng siêu âm đầu dò, phương pháp xác định hoạt tính khử gốc tự do DPPH từ màng giải phóng, và quy trình thực nghiệm đo độ pH cũng như khả năng cấp ẩm trên mô da động vật ex-vivo.
• Các doanh nghiệp sản xuất mỹ phẩm xanh và chế biến nông nghiệp: Cung cấp ý tưởng công nghệ và thông số kỹ thuật thực nghiệm để tái chế phụ phẩm bã nấm thảo dược thành các sản phẩm chăm sóc cá nhân có giá trị gia tăng, góp phần giải quyết bài toán ô nhiễm rác thải nhựa dùng một lần.

Phần đáng tham khảo nhất trong khóa luận là các bảng dữ liệu thực nghiệm tại Chương 3 đối chiếu sự biến thiên cơ tính (độ bền kéo, độ giãn dài khi đứt) theo nồng độ polymer và thời gian khâu mạng, cùng các quy trình thao tác kỹ thuật chi tiết tại Chương 2.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao Sodium Alginate cần phải qua quá trình khâu mạng với muối $\text{CaCl}_2$ khi chế tạo màng?
Sodium Alginate là một polysaccharide mạch thẳng ưa nước và tan hoàn toàn trong nước. Nếu không được khâu mạng, màng SA sau khi sấy khô sẽ nhanh chóng bị hòa tan hoặc rã nát khi gặp môi trường ẩm ướt của dịch dưỡng da. Quá trình ngâm trong dung dịch $\text{CaCl}_2$ thúc đẩy phản ứng trao đổi ion giữa $\text{Na}^+$ và $\text{Ca}^{2+}$, trong đó các ion $\text{Ca}^{2+}$ liên kết với các gốc guluronate (khối G) trên các mạch liền kề để tạo thành mạng lưới gel không gian ba chiều bền vững (cấu trúc hộp trứng). Mạng lưới này giúp màng trở nên không tan trong nước (độ hòa tan đo được dưới 1%), duy trì độ bền cơ học và tạo hình dạng tấm mặt nạ ổn định khi sử dụng.

2. Dịch chiết từ bã nấm linh chi tác động như thế nào đến độ bền cơ học của màng SA?
Kết quả thực nghiệm tại đồ án chỉ ra rằng sự có mặt của dịch chiết bã nấm linh chi làm giảm nhẹ độ bền kéo của màng SA nhưng không đáng kể, trong khi lại làm tăng vượt bậc độ giãn dài khi đứt của màng từ $44,02 \pm 4,70%$ lên $84,56 \pm 5,87%$ (trong cùng điều kiện khâu mạng $\text{CaCl}_2$ trong 2 phút). Hiện tượng này cũng lặp lại tương tự trên các mẫu màng có phối trộn thêm chất hóa dẻo, cho thấy các hợp chất hữu cơ tự nhiên trong bã nấm có khả năng phân tán đồng đều vào khoảng trống giữa các chuỗi đại phân tử alginate, làm giảm lực ma sát nội tại và hoạt động tương tự như một chất trợ hóa dẻo giúp màng mềm dẻo hơn.

3. Khác biệt về độ hòa tan và độ hút nước giữa màng SA thuần và màng khi có thêm chất hóa dẻo là gì?
Màng SA thuần và màng SA kết hợp bã nấm (SA/NLC) sau khi khâu mạng có khả năng hút nước ở mức $179,75 \pm 15,65%$ và $175,48 \pm 6,47%$, với độ tan dưới 1%. Khi bổ sung chất hóa dẻo Glycerol hoặc Sorbitol, do đặc tính ưa nước mạnh của các phân tử polyol có nhiều nhóm hydroxyl ($\text{-OH}$), màng có xu hướng hút nước nhiều hơn và độ tan trong nước tăng lên. Tuy nhiên, sự xuất hiện đồng thời của chiết xuất bã NLC đã góp phần tạo liên kết xen kẽ chặt chẽ, giúp kiềm chế và làm giảm độ tan của màng so với các công thức chỉ chứa chất hóa dẻo đơn thuần.

4. Dịch chiết bã nấm linh chi mang lại những cải thiện cụ thể nào cho màng khi ứng dụng làm mặt nạ dưỡng da?
Dịch chiết bã nấm linh chi mang lại ba cải thiện thực nghiệm quan trọng: thứ nhất, điều chỉnh độ pH bề mặt màng từ 6,83 xuống 6,45, tạo môi trường tương thích hơn với độ pH sinh lý tự nhiên của da; thứ hai, bổ sung cho màng khả năng kháng oxy hóa thông qua việc giải phóng các hợp chất có hoạt tính dọn gốc tự do DPPH đạt giá trị $\text{IC}_{50}$; thứ ba, cải thiện hiệu quả cấp ẩm cho biểu bì da, làm tăng độ ẩm của da heo thực nghiệm sau 10 phút đắp từ $102,72 \pm 4,86%$ (ở màng SA thuần) lên $105,08 \pm 6,81%$ (ở màng SA/NLC).

5. Quy trình chiết xuất thu hồi hoạt chất từ bã nấm linh chi trong đồ án sử dụng các thông số kỹ thuật nào?
Bã nấm linh chi ban đầu được sấy khô đối lưu ở 60 °C trong 24 giờ để loại bỏ ẩm, sau đó đưa vào máy nghiền bi nghiền mịn ở tốc độ 250 vòng/phút trong 2 giờ. Bột bã nấm sau đó được phân tán trong nước cất theo tỷ lệ nồng độ khảo sát (0,5%, 1%, 2% w/v) và xử lý đánh đồng hóa bằng thiết bị siêu âm đầu dò VC505 SONICS với biên độ dao động 60% trong thời gian 10 phút, trước khi đem lọc qua bộ lọc chân không để thu lấy dịch chiết trong suốt.

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Huỳnh Kim Cương đã nghiên cứu thành công quy trình chế tạo màng polymer phân hủy sinh học trên cơ sở biopolymer Sodium Alginate khâu mạng ion $\text{Ca}^{2+}$, kết hợp với dịch chiết hoạt tính thu hồi từ phế phụ phẩm bã nấm linh chi bằng kỹ thuật sóng siêu âm. Các kết quả thực nghiệm lý - hóa và cơ học đã xác lập được bộ thông số tối ưu về nồng độ polymer, tỷ lệ chất hóa dẻo polyol (Glycerol, Sorbitol) và thời gian khâu mạng ngắn (2 phút), giúp màng đạt độ mềm dẻo cao, độ bền kéo ổn định, hầu như không tan trong nước và tăng cường độ bền nhiệt. Đề tài đã chứng minh tính khả thi cao của việc định hướng ứng dụng màng làm mặt nạ dưỡng da nhờ khả năng điều chỉnh độ pH thân thiện với biểu bì (6,45), giải phóng hoạt chất kháng oxy hóa dọn gốc tự do và tăng cường cấp ẩm cho da, qua đó đóng góp một giải pháp khoa học thực tiễn giúp nâng cao giá trị phụ phẩm nấm dược liệu và giảm thiểu rác thải nhựa không phân hủy trong ngành mỹ phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1. Tổng quan về màng polymer phân hủy sinh học 1. Tình hình nghiên cứu về màng polymer phân hủy sinh học Trong những thập kỷ qua, việc sử dụng rộng rãi các polymer có nguồn gốc từ dầu có các đặc tính cơ học, nhiệt và rào cản tốt cũng như chi phí thấp đã dẫn đến những vấn đề đáng kể về sản xuất và tích tụ chất thải. Mối lo ngại ngày càng tăng về việc giảm chất thải từ bao bì nhựa đã khuyến khích cả giới học thuật và ngành công nghiệp tham gia vào nghiên cứu tập trung vào các polymer đến từ tài nguyên thiên nhiên, có thể phân hủy sinh học hoặc có thể phân hủy.

Polymer dựa trên sinh học là những polymer thu được từ tài nguyên thiên nhiên, trong khi polymer phân hủy sinh học là những polymer có thể phân hủy thành nước và carbon dioxide trong điều kiện môi trường bình thường thông qua hoạt động của vi sinh vật, cung cấp phân trộn như một lựa chọn xử lý đơn giản và bền vững, và tất cả những thứ này có thể được coi là nhựa sinh học. Ví dụ, trong trường hợp bao bì thực phẩm, polymer kết hợp các nguồn tái tạo và tính chất phân hủy sinh học được ưu tiên [1]. Tính chất của màng polymer phân hủy sinh học Màng polymer phân hủy sinh học có những ưu điểm tuyệt vời dựa trên các polymer phân hủy sinh học, cụ thể như: Hấp thụ nước thấp, phát thải khí nhà kính thấp, sử dụng ít tài nguyên dầu mỏ, độc tính thấp. Chúng cũng có khả năng phân hủy hoàn toàn trong đất thông qua hoạt động của vi sinh vật (kỵ khí) hoặc bằng quá trình ủ phân (hiếu khí) và chúng cung cấp một giải pháp thay thế khả thi cho các polymer không phân hủy sinh học truyền thống trong đó việc tái chế được thực hiện không thực tế hoặc không có tính kinh tế [2].

Các polymer cho màng nhựa phân hủy sinh học Các polymer phân hủy sinh học thường được chia thành 2 nhóm chính là tự nhiên và tổng hợp dựa trên nguồn gốc của chúng. Polymer có nguồn gốc tự nhiên Phần lớn các polymer có nguồn gốc tự nhiên được sử dụng để chế tạo màng là carbohydrate/polysaccharide và các dẫn xuất của chúng, có thể kể đến như: Cellulose và các dẫn xuất của nó; Chitin và Chitosan; Carrageenan và Alginate [3]. 4 Cellulose là một trong những polysaccharide phổ biến nhất có trong các nguồn tự nhiên như cây cối và thực vật. Các đơn vị monome saccharide trong cellulose (xem Hình 1.1A) các đại phân tử được sắp xếp chủ yếu theo cách tuyến tính, dẫn đến cấu trúc sợi và tính chất cơ học cao của nó.

Polymer này được sử dụng làm vật liệu chế tạo màng ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp như tách dầu-nước, cải thiện khả năng chống bám bẩn, hấp phụ kim loại nặng. Chitosan là loại biopolymer phổ biến thứ hai (sau cellulose) trong tự nhiên có thể tìm thấy trong côn trùng, vỏ, động vật thân mềm, tôm, cua, nấm. Nó cũng có thể được lấy từ chitin (bộ xương ngoài của nhiều sinh vật sống, đặc biệt là côn trùng) bằng cách khử acetyl (xem Hình 1. Các ví dụ về ứng dụng màng chitin và chitosan là màng trao đổi ion, xử lý nước thải, tách dầu-nước, loại bỏ thuốc nhuộm…[4].

Carrageenan là một polysaccharide tự nhiên có chứa nhóm sulfat. Polyme này có thể được chiết xuất từ tảo đỏ, đặc biệt là từ Rhodophyceae. Cấu trúc của carrageenan được thể hiện trên Hình 1. Một ví dụ ứng dụng của carrageenan là màng siêu kỵ dầu để loại bỏ thuốc nhuộm và kim loại nặng [5].

Các Polysaccharides và Biopolymers khác: + Tinh bột là một ví dụ khác về polysaccharide. Đây là một trong những loại biopolymer dồi dào nhất trong tự nhiên và có thể được tìm thấy trong các sản phẩm phổ biến như khoai tây, ngô và gạo. Do cấu trúc phân nhánh, dẫn đến tính chất cơ học kém, tinh bột khó có thể được sử dụng làm vật liệu chính sản xuất màng xử lý nước thải [6]. + Sodium Alginate (SA) là một polysaccharide tuyến tính anion hòa tan trong nước tự nhiên bao gồm axit α-L-guluronic và axit β-D-mannuronic (xem Hình 1.1D), thường thu được từ rong biển nâu (Phaeophyceae).

Các màng chứa Alginate được báo cáo là được sử dụng để nhuộm và loại bỏ kim loại nặng [7]. + Fibroin tơ tằm là một loại polymer sinh học tự nhiên khác, được chiết xuất từ kén côn trùng khi xử lý chúng bằng dung dịch kiềm nóng. Protein này được thêm vào màng để cải thiện khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng của chúng [8].1 Cấu trúc hóa học của (A) Cellulose và các dẫn xuất của nó; (B) Chitin và Chitosan; (C) Carrageenan; (D) Sodium Alginate [3] 1. Polymer có nguồn gốc tổng hợp Polymer tổng hợp từ các nguồn tái tạo: Gồm Axit Polylactic, Polybutylene Succinate.

+ Axit Polylactic là một loại polyester nhiệt dẻo được sản xuất bằng cách trùng ngưng axit lactic hoặc trùng hợp mở vòng của diester-lactide vòng. Axit Polylactic được sản xuất từ nguồn sinh học tái tạo, chẳng hạn như mía hoặc tinh bột bằng quá trình lên men 6 hiếu khí. Đây là một trong những loại polymer phân hủy sinh học được nghiên cứu và sản xuất hàng loạt [3]. + Polybutylene Succinate là một ví dụ khác (giống như Axit polylactic) về polyester phân hủy sinh học được sản xuất bằng cách trùng ngưng axit succinic và 1,4-butanediol.

Polymer này được báo cáo là được sử dụng để chế tạo màng cho quá trình thẩm thấu hơi và các ứng dụng khác [3]. Polymer hóa dầu: Gồm Polypropylen Fumarate; Polyethylene Glycol; Polyvinyl Alcohol, Polyurethane. + Polypropylen Fumarate là một polyester aliphatic, chứa một liên kết đôi trong chuỗi chính [9]. Polymer này có thể được sản xuất bằng tổng hợp nhiều bước.

Do sự hiện diện của các liên kết đôi, polymer này có thể được liên kết chéo bằng nhiều phương pháp khác nhau, dẫn đến các tính chất cơ học rộng rãi của các cấu trúc kết quả. Mặc dù vậy, các tính chất cơ học vẫn còn thấp và hạn chế việc sử dụng polymer này cho màng và các ứng dụng khác [3]. + Polyethylene Glycol là một polyether tổng hợp có thể được sản xuất theo nhiều cách khác nhau: Từ ethylene oxide, ethylene glycol hoặc oligomer ethylene glycol. Polyethylene Glycol được biết đến rộng rãi là có độ nhạy với sự phân hủy oxy hóa.

Do đó, vật liệu này rất quan trọng đối với sự phân hủy sinh học oxy hóa bởi các vi sinh vật khác nhau [10]. + Polyvinyl Alcohol chủ yếu được sản xuất bằng cách thủy phân polyvinyl acetate. Phản ứng thủy phân thường được tiến hành khi có mặt ethanol nhưng có thể dễ dàng thực hiện mà không cần ethanol. Polyvinyl Alcohol đã được báo cáo là có thể sử dụng để chế tạo màng cho các ứng dụng băng vết thương.

Ngoài ra, nó có thể phân huỷ sinh học khi có sự hiện diện của các vi sinh vật khác nhau trong quá trình trao đổi chất hai bước, bao gồm oxy hóa và thủy phân [11]. + Polyurethane là một trong những loại polymer được sản xuất nhiều nhất trên thế giới. Polyurethane tuyến tính về cơ bản được sản xuất trong phản ứng trùng ngưng giữa diisocyanate và diol với khả năng tạo ra urê polyurethane khi chất kéo dài chuỗi diamine được sử dụng ở bước tổng hợp thứ hai. Các ứng dụng bao gồm màng phun, sửa chữa mô và nhiều ứng dụng y sinh khác [3].

Ứng dụng của màng polymer phân hủy sinh học 1. Xử lí chất thải Công nghệ màng đã được sử dụng rộng rãi để lọc nước, xử lý nước thải và khử muối trong nước biển do hiệu suất phân tách vượt trội, dễ vận hành và tiêu thụ năng lượng hợp lý. Màng phân hủy sinh học là ứng cử viên sáng giá để xử lý nước thải nhờ tính ổn định tuyệt vời, độ bền cao, hiệu quả năng lượng, độ thấm cao và tính chọn lọc. Tùy thuộc vào ngành công nghiệp thải ra nước thải và loại ô nhiễm, các loại màng khác nhau có thể được sử dụng trong quá trình lọc.

Ví dụ, trong quá trình hấp thụ dầu (tách dầu/nước), các màng có đặc tính siêu thấm dầu/siêu kỵ nước dưới nước được ưa chuộng hơn. Màng composite chứa các vật liệu ưa nước như Polyvinyl Alcohol, Chitosan. đã được sử dụng rộng rãi để loại bỏ thuốc nhuộm khỏi nước thải công nghiệp [3]. Tách khí Xem xét ảnh hưởng của cấu trúc polymer, thể tích tự do, mật độ đóng gói và độ linh động của chuỗi cũng sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả phân tách.

Để giải quyết thách thức này, các chất độn có khả năng phân hủy sinh học với độ chọn lọc mong muốn sẽ được đưa vào màng polymer (màng nền hỗn hợp) để sửa đổi cấu trúc polymer và cải thiện tính thấm khí thậm chí độ ổn định cơ học và nhiệt của màng [3]. Sự bay hơi Màng phân hủy sinh học ngày càng được sử dụng nhiều trong các hệ thống bay hơi để cải thiện tính bền vững của quy trình. Tuy nhiên, hiệu quả và hiệu suất của quá trình này phụ thuộc nhiều vào tính chọn lọc của màng và khả năng tách các thành phần cụ thể khỏi hỗn hợp chất lỏng. Các màng có đặc tính phân cực và các nhóm thơm như Chitosan, Polyvinyl Alcohol, Agarose, Alginate thuận lợi cho quá trình khử nước hữu cơ do đặc tính ưa nước và độ chọn lọc nước cao.

Ngược lại, màng kỵ nước như poly-dimethyl siloxane polyurethane urê phù hợp hơn để loại bỏ các thành phần không phân cực khỏi dung dịch loãng [3]. Ứng dụng y sinh Các màng lấy cảm hứng từ sinh học và phân hủy sinh học đang ngày càng thu hút được sự chú ý vì các ứng dụng tiềm năng của chúng trong các lĩnh vực y sinh, bao gồm kỹ thuật mô (cấy ghép nha khoa, tái tạo xương, da nhân tạo, gan, dây thần kinh.), phân phối thuốc và chạy thận nhân tạo/lọc máu do độc tính thấp, tính dẫn xương, tính chất 8 kháng khuẩn, tính chất vật lý/cơ học, khả năng định dạng, tính linh hoạt với nhiều chức năng và khả năng khử trùng [3]. Bao bì thực phẩm Đặc tính chống nước và hơi nước là yếu tố chính cho màng/màng được sử dụng trong các ứng dụng đóng gói thực phẩm. Việc kết hợp nanocellulose vào màng polymer có thể cải thiện tính năng ngăn nước của màng phân hủy sinh học bằng cách tạo ra mạng lưới tinh thể nano ngăn chặn sự nở và hấp thụ nước [3].

Pin nhiên liệu Trong pin nhiên liệu, màng có thể được sử dụng làm chất điện giải, được gọi là màng trao đổi proton. Loại màng phổ biến nhất được sử dụng trong là Nafion, loại màng này có chi phí sản xuất cao, tác động đến môi trường, khả năng trao đổi chéo nhiên liệu cao (rò rỉ metanol hoặc hydro) và độ dẫn ion thấp trong màng điện phân pin nhiên liệu.