Đồ án tốt nghiệp nghiên cứu phát triển fiml có gắn anthocyanin tách chiết từ carrot tím làm chỉ thị phát hiện nhanh sự có mặt của hàn the trong thực phẩm

Nghiên cứu phát triển film anthocyanin từ carrot tím, chỉ thị phát hiện nhanh hàn the trong thực phẩm, mang lại giải pháp an toàn cho sức khỏe.

• Tác giả: Nguyễn Thị Mai
• Người hướng dẫn: ThS. Chu Thị Hà
• Trường học: Trường Đại Học Bà Rịa-Vũng Tàu
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
• Đề tài: Nghiên Cứu Phát Triển Film Chỉ Thị Phát Hiện Hàn The Từ Anthocyanin Carrot Tím
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Bà Rịa-Vũng Tàu

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
• 1.1. Hàn the trong thực phẩm
• 1.1.1. Giới thiệu chung
• 1.1.2. Mục đích sử dụng hàn the trong thực phẩm
• 1.1.3. Tác hại của hàn the
• 1.2. Chất màu chỉ thị pH
• 1.2.1. Chỉ thị màu hóa học
• 1.3. Giới thiệu về Anthocyanin
• 1.3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự bền màu của Anthocyanin
• 1.3.2. Một số chức năng và sự phân bố anthocyanin trong tự nhiên
• 1.4. Màng vật liệu tổng hợp
• 1.4.1. Giới thiệu về vật liệu tổ hợp (polymer blend)
• 1.4.2. Phân loại polymer blend
• 1.4.3. Các biện pháp tăng cường tương hợp polymer blend
• 1.4.4. Các phương pháp chế tạo polymer blend
• 1.5. Tổng quan về các nguyên liệu sử dụng để tổng hợp màng polymer phân hủy sinh học
• 2. PHƯƠNG PHÁP VÀ VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU
• 2.1. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
• 2.2. Nguyên liệu và hóa chất
• 2.3. Nội dung nghiên cứu
• 2.4. Phương pháp phân tích
• 2.5. Phương pháp nghiên cứu
• 2.6. Tiến hành thí nghiệm
• 2.6.1. Chứng minh khả năng làm chỉ thị của anthocyanin được chiết xuất từ carrot đen
• 2.6.2. Nghiên cứu về màng polymer tổ hợp từ PVA và chitosan
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Chứng minh khả năng là chỉ thị của anthocyanin từ carrot đen
• 3.1.1. Thí nghiệm 1: Khảo sát sự thay đổi màu sắc ở các pH khác nhau của anthocyanin từ carrot đen
• 3.1.2. Thí nghiệm 2: Khảo sát sự ổn định màu sắc của anthocyanin theo thời gian
• 3.1.3. Thí nghiệm 3: Khảo sát thời gian nấm mốc tấn công dung dịch Anthocyanin
• 3.2. Nghiên cứu về tính chất màng polymer tổ hợp từ PVA và chitosan
• 3.2.1. Mục đích của nghiên cứu nhằm lựa chọn ra màng có tính chất tốt nhất để sản xuất thử nghiệm trong phòng thí nghiệm
• 3.2.2. Nghiên cứu về độ dai của màng
• 3.2.3. Độ nhạy màu của màng polymer blend có anthocyanin
• 3.2.4. Cấu trúc hình thái bề mặt của màng polymer blend bằng kính hiển vi quét điện tử (SEM)
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu phát triển film chỉ thị phát hiện hàn the

Nghiên cứu phát triển film chỉ thị phát hiện hàn the từ anthocyanin carrot tím là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ thực phẩm. Hàn the, một chất độc hại, thường được sử dụng trái phép trong chế biến thực phẩm. Việc phát triển một chỉ thị an toàn và hiệu quả để phát hiện sự có mặt của hàn the là cần thiết nhằm bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng.

1.1. Giới thiệu về anthocyanin và carrot tím

Anthocyanin là hợp chất màu tự nhiên có trong nhiều loại thực phẩm, đặc biệt là carrot tím. Hợp chất này không chỉ mang lại màu sắc hấp dẫn mà còn có nhiều lợi ích sức khỏe, bao gồm khả năng chống oxy hóa và chống viêm.

1.2. Tầm quan trọng của việc phát hiện hàn the

Hàn the có thể gây ra nhiều tác hại nghiêm trọng cho sức khỏe, bao gồm tổn thương gan và thận. Việc phát hiện nhanh chóng sự có mặt của hàn the trong thực phẩm là rất cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

II. Vấn đề và thách thức trong phát hiện hàn the

Mặc dù có nhiều phương pháp phát hiện hàn the, nhưng việc phát hiện nhanh và chính xác vẫn là một thách thức lớn. Các phương pháp hiện tại thường phức tạp và tốn thời gian, trong khi nhu cầu thực tế đòi hỏi các giải pháp đơn giản và hiệu quả hơn.

2.1. Các phương pháp phát hiện hàn the hiện tại

Các phương pháp hiện tại bao gồm sử dụng hóa chất và thiết bị phân tích phức tạp. Tuy nhiên, những phương pháp này thường không khả thi cho người tiêu dùng thông thường.

2.2. Hạn chế của các phương pháp hiện tại

Nhiều phương pháp hiện tại yêu cầu thiết bị chuyên dụng và kỹ thuật viên có kinh nghiệm, điều này làm giảm khả năng tiếp cận cho người tiêu dùng và các cơ sở sản xuất nhỏ.

III. Phương pháp nghiên cứu phát triển film chỉ thị

Nghiên cứu này sử dụng anthocyanin chiết xuất từ carrot tím để phát triển film chỉ thị phát hiện hàn the. Phương pháp này không chỉ đơn giản mà còn an toàn cho sức khỏe người tiêu dùng.

3.1. Quy trình chiết xuất anthocyanin từ carrot tím

Quy trình chiết xuất anthocyanin từ carrot tím bao gồm các bước như rửa, nghiền, và chiết xuất bằng dung môi. Điều này giúp thu được anthocyanin với độ tinh khiết cao.

3.2. Tạo film chỉ thị từ anthocyanin

Film chỉ thị được tạo ra bằng cách kết hợp anthocyanin với các polymer như PVA và chitosan. Phương pháp này giúp tạo ra một màng có khả năng phát hiện hàn the hiệu quả.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy film chỉ thị từ anthocyanin có khả năng phát hiện hàn the với độ nhạy cao. Điều này mở ra cơ hội cho việc sử dụng film này trong thực phẩm, giúp bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng.

4.1. Đánh giá độ nhạy của film chỉ thị

Film chỉ thị cho thấy khả năng phát hiện hàn the ở nồng độ thấp, giúp người tiêu dùng dễ dàng nhận biết sự có mặt của chất độc hại này trong thực phẩm.

4.2. Ứng dụng trong ngành thực phẩm

Film chỉ thị có thể được sử dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm, từ các cơ sở sản xuất đến người tiêu dùng, nhằm đảm bảo an toàn thực phẩm.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu phát triển film chỉ thị từ anthocyanin carrot tím không chỉ mang lại giải pháp an toàn cho việc phát hiện hàn the mà còn mở ra hướng đi mới cho việc sử dụng các hợp chất tự nhiên trong công nghệ thực phẩm.

5.1. Tương lai của film chỉ thị trong thực phẩm

Với những kết quả đạt được, film chỉ thị có thể được phát triển thêm để ứng dụng trong nhiều loại thực phẩm khác nhau, từ đó nâng cao an toàn thực phẩm.

5.2. Khuyến nghị cho nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện tính ổn định và khả năng phát hiện của film chỉ thị, đồng thời mở rộng ứng dụng của anthocyanin trong các lĩnh vực khác.

Nội dung chính

Giới thiệu dự án

Bối cảnh ngành và thực trạng an toàn thực phẩm

Hàn the (tên thương mại của muối natri tetraborat, công thức phân tử $\text{Na}_2\text{B}_4\text{O}_7 \cdot 10\text{H}_2\text{O}$) là một hợp chất hóa học có tính sát khuẩn nhẹ và khả năng liên kết với protein, tinh bột để tạo độ giòn, dai và kéo dài thời gian bảo quản. Tại Việt Nam và nhiều quốc gia châu Á, các sản phẩm chế biến từ thịt như giò, chả, nem chua hay thực phẩm từ tinh bột (bún, bánh phở) giữ vị trí trung tâm trong văn hóa ẩm thực. Tuy nhiên, do áp lực giảm giá thành và khắc phục nguồn thịt đông lạnh kém đàn hồi, nhiều cơ sở sản xuất vẫn lạm dụng hàn the bất hợp pháp.

Các nghiên cứu độc chất học chỉ ra rằng khi hấp thu vào cơ thể người, chỉ khoảng 81–82% lượng borat được bài tiết qua nước tiểu, 1% qua phân, 3% qua mồ hôi; 15% còn lại tích lũy lâu dài trong các mô mỡ, gan, thận và tủy xương, gây ngộ độc mãn tính, suy gan thận, tổn thương thần kinh và thoái hóa cơ quan sinh sản. Với liều lượng từ 5g/kg thể trọng, borat có thể dẫn tới tử vong cấp tính. Nhằm bảo vệ sức khỏe cộng đồng, Bộ Y tế Việt Nam đã ban hành Quyết định số 3742/QĐ-BYT nghiêm cấm hoàn toàn việc sử dụng hàn the trong mọi loại thực phẩm. Dẫu vậy, do tính chất vật lý không màu, không mùi của borat, việc kiểm soát tại chuỗi cung ứng thực phẩm tươi sống vẫn gặp nhiều thách thức.

Vấn đề nghiên cứu (Problem Statement)

Các phương pháp định lượng hàn the truyền thống như sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) hay chuẩn độ hóa học đòi hỏi thiết bị đắt tiền, dung môi độc hại và thời gian phân tích dài tại phòng thí nghiệm. Mặt khác, que thử nhanh phổ biến trên thị trường (như giấy nghệ tẩm Curcumin) yêu cầu bước bổ sung acid $\text{HCl}\ 0{,}1\text{M}$ để hiện màu, gây bất tiện cho người tiêu dùng tại hiện trường và tiềm ẩn rủi ro hóa chất. Do đó, nhu cầu cấp thiết đặt ra là phát triển một giải pháp cảm biến sinh học (colorimetric sensor film) có nguồn gốc tự nhiên, tự phân hủy sinh học, phát hiện trực tiếp ion borat theo thời gian thực mà không cần hóa chất hỗ trợ.

Mục tiêu của đồ án

1. Khảo sát đặc tính quang phổ và dải đổi màu của hợp chất màu tự nhiên Anthocyanin tách chiết từ cà rốt đen (Daucus carota L.) trong dải $\text{pH}$ từ 1,0 đến 10,0.
2. Đánh giá độ ổn định màu và khả năng chống chịu suy thoái quang học, vi sinh vật của dịch chiết Anthocyanin theo thời gian (0–32 giờ).
3. Thiết kế và chế tạo màng vật liệu tổ hợp sinh học (polymer blend) từ Polyvinyl Alcohol (PVA 217) và Chitosan (độ deacetyl hóa 86%) kết hợp Anthocyanin bằng phương pháp đúc màng dung dịch (solvent casting).
4. Xác định cấu trúc hình thái bề mặt màng bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) và đánh giá độ nhạy chuyển màu của màng khi tiếp xúc với dung dịch borat ở các nồng độ khác nhau.

Hướng tiếp cận giải pháp

Đề tài khai thác đặc tính thủy phân tạo kiềm của muối borat khi hòa tan trong nước: $$\text{Na}_2\text{B}_4\text{O}_7 + 7\text{H}_2\text{O} \longrightarrow 2\text{NaOH} + 4\text{H}_3\text{BO}_3$$ Sự gia tăng ion $\text{OH}^-$ làm thay đổi $\text{pH}$ bề mặt thực phẩm sang môi trường kiềm ($\text{pH} \ge 8{,}0$). Anthocyanin từ cà rốt đen được cố định trong nền polymer blend PVA/Chitosan đóng vai trò là chất chỉ thị màu nhạy $\text{pH}$. Khi tiếp xúc với borat, ion flavylium cation (màu đỏ) sẽ chuyển dịch cân bằng hóa học thành bazơ quinoidal anhydro (màu xanh lục - xanh lam), cho phép quan sát bằng mắt thường.

Kết quả kỳ vọng và chỉ số đo lường

• Tạo màng film mỏng đồng nhất, có độ bền cơ học tốt, không tách pha.
• Thời gian đổi màu nhận biết ion borat: dưới 60 giây.
• Ngưỡng phát hiện nồng độ borat: đạt độ nhạy tương đương hoặc vượt trội so với giấy thử nghệ thương mại.
• Màng an toàn, thân thiện môi trường, vật liệu tự phân hủy sinh học 100%.

Phạm vi và giới hạn

Nghiên cứu tập trung vào quy mô phòng thí nghiệm, sử dụng dung dịch đệm chuẩn theo TCVN 4320-86 và dung dịch borat đối chứng để tối ưu hóa tỷ lệ blend màng. Thử nghiệm độ bền màu của dung dịch và màng được theo dõi trong dải thời gian từ 0 đến 32 giờ ở điều kiện nhiệt độ phòng có kiểm soát ánh sáng.

---

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Phương pháp	Nguyên lý hoạt động	Ưu điểm	Nhược điểm	Chi phí & Độ phức tạp
Sắc ký lỏng (HPLC / UV-Vis)	Tách và định lượng phức chất borat-curcumin ở bước sóng đặc trưng	Độ chính xác cao, giới hạn phát hiện vết (ppb/ppm)	Thiết bị đắt tiền, chuẩn bị mẫu phức tạp, tốn 2–4 giờ	Rất cao / Chuyên gia phòng thí nghiệm
Giấy thử tẩm Curcumin (Giấy nghệ)	Phản ứng tạo phức rosocyanin đỏ trong môi trường acid	Chi phí rẻ, kích thước nhỏ gọn	Bắt buộc phải nhỏ thêm dung dịch $\text{HCl}\ 0{,}1\text{M}$ để hiện màu	Thấp / Thao tác 2 bước
Chỉ thị màu hóa học (Phenolphthalein, Methyl Orange)	Chuyển màu theo dải $\text{pH}$ bazơ	Đổi màu dứt khoát, dễ quan sát	Hóa chất tổng hợp độc hại, không được tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm	Trung bình / Nguy cơ nhiễm độc
Màng chỉ thị sinh học PVA/Chitosan/Anthocyanin (Đề tài)	Chuyển dịch cấu trúc Anthocyanin trong mạng lưới polymer sinh học	Tự nhiên 100%, đổi màu 1 bước trực tiếp, tự phân hủy	Nhạy cảm với ánh sáng mạnh và nhiệt độ cao	Thấp / Cực kỳ tiện lợi

                       YÊU CẦU NGƯỜI DÙNG THEO MÔ HÌNH MoSCoW

Thiết kế hệ thống vật liệu

Thành phần nguyên liệu và thông số kỹ thuật

• Polyvinyl Alcohol (PVA 217): Hãng Sigma-Aldrich cung cấp; mức độ thủy phân cao, khối lượng phân tử trung bình, khả năng tạo màng dẻo dai, chống thấm khí oxy tuyệt vời ($\text{O}_2 = 0\ \text{g/m}^2/\text{h}$).
• Chitosan: Hãng Sigma-Aldrich; độ deacetyl hóa 86% ($\text{DD} = 86%$), khối lượng phân tử $100{-}1200\ \text{kDa}$, mang nhóm chức hoạt tính $-\text{NH}_2$ tích điện dương, tăng cường liên kết hydro và kháng khuẩn tự nhiên.
• Anthocyanin chiết xuất cà rốt đen: Do Chr. Hansen cung cấp (hàm lượng chuẩn $20\ \text{g}/100\ \text{g}$); cấu trúc chủ yếu là dẫn xuất cyanidin glycoside được acyl hóa, có độ bền nhiệt và quang học vượt trội so với nguồn từ bắp cải tím hay hoa dâm bụt.
• Chất hóa dẻo: Glycerol ($d = 1{,}26\ \text{g/cm}^3$, $M = 92{,}09\ \text{g/mol}$, độ tinh khiết $> 99%$) giúp giảm độ giòn và tăng tính đàn hồi cho màng film.
• Dung môi hòa tan: Acid acetic $\text{CH}_3\text{COOH} > 99%$ pha loãng thành dung dịch $1%$ để hòa tan Chitosan.

Cơ chế hóa lý chuyển màu của màng chỉ thị

Anthocyanin là hợp chất polyphenol amphote. Cân bằng chuyển dịch cấu trúc phân tử theo $\text{pH}$ diễn ra theo chuỗi phản ứng sau:

Khi dung dịch natri tetraborat tiếp xúc với màng, phản ứng tạo $\text{NaOH}$ đẩy nhanh $\text{pH}$ cục bộ trên bề mặt màng lên vùng $\text{pH}\ 8{,}0{-}10{,}0$, kích hoạt phản ứng deprotonation của cation flavylium tạo thành cấu trúc quinoidal mang màu xanh đặc trưng.

Phương pháp luận nghiên cứu (Methodology)

• Tiêu chuẩn chuẩn bị dung dịch đệm: Thực hiện nghiêm ngặt theo TCVN 4320-86 (sử dụng hệ đệm $\text{HCl}/\text{KCl}$, $\text{Acid Citric}/\text{Na}_2\text{HPO}_4$, $\text{Borat}/\text{HCl}$, và $\text{Na}_2\text{HPO}_4/\text{NaOH}$ từ $\text{pH}\ 1$ đến $10$, đo kiểm chuẩn trên máy đo $\text{pH}$ để bàn Innolab $\text{pH}\ 7110$ với sai số không quá $\pm 0{,}05\ \text{pH}$).
• Phương pháp đo quang phổ UV-Vis: Sử dụng máy quang phổ chùm tia đôi Perkin Elmer 2550, quét bước sóng từ $380\ \text{nm}$ đến $700\ \text{nm}$ theo định luật Lambert-Beer: $$A = \log\left(\frac{I_0}{I}\right) = \varepsilon \cdot c \cdot l$$
• Phân tích hình thái học màng (SEM): Kính hiển vi điện tử quét quét chùm tia điện tử gia tốc $10{-}50\ \text{kV}$, thu thập tín hiệu điện tử thứ cấp (secondary electrons) để đánh giá độ tương hợp pha và độ nhẵn bề mặt của màng blend ở độ phân giải $5\ \text{nm}$.

---

Triển khai và kết quả thực nghiệm

Quy trình công nghệ chế tạo màng (Development Process)

# Mô phỏng thuật toán phối trộn và đúc màng Polymer Blend PVA/Chitosan/Anthocyanin
def prepare_sensor_film(pva_ratio, chitosan_ratio, anthocyanin_conc, glycerol_vol):
    """
    Quy trình đúc màng chỉ thị màu phát hiện hàn the
    Tham số:
      pva_ratio: Tỷ lệ thể tích dung dịch PVA 5% (wt/v)
      chitosan_ratio: Tỷ lệ thể tích dung dịch Chitosan 2% trong Acid Acetic 1%
      anthocyanin_conc: Nồng độ dịch màu Anthocyanin cà rốt đen (20g/100g)
      glycerol_vol: Thể tích chất hóa dẻo Glycerol (mL)
    """
    # Bước 1: Hòa tan PVA ở 85-90°C trong nước cất khử ion (CO2-free)
    pva_solution = dissolve_pva(concentration_wt=0.05, temp_celsius=90, duration_min=120)
    
    # Bước 2: Hòa tan Chitosan trong CH3COOH 1% ở nhiệt độ phòng, khuấy từ 4 giờ
    chitosan_solution = dissolve_chitosan(concentration_wt=0.02, solvent_acid="CH3COOH_1%", duration_hours=4)
    
    # Bước 3: Phối trộn polymer blend theo tỷ lệ khảo sát (50:50, 70:30, 90:10)
    blend_matrix = mix_homogeneously(pva_solution * pva_ratio, chitosan_solution * chitosan_ratio)
    
    # Bước 4: Bổ sung chất hóa dẻo Glycerol và dịch màu Anthocyanin chỉ thị
    blend_matrix.add_plasticizer(glycerol_vol, target_plasticity="high_flexibility")
    blend_matrix.add_indicator(anthocyanin_conc, mix_speed_rpm=300)
    
    # Bước 5: Đuổi bọt khí chân không và đúc màng (Solvent Casting)
    degassed_sol = vacuum_degas(blend_matrix, pressure_mbar=50)
    film_cast = cast_on_petri_dish(degassed_sol, thickness_microns=50)
    
    # Bước 6: Sấy khô ở nhiệt độ thấp tránh suy thoái nhiệt màu (45°C trong tủ sấy Shelbab)
    final_film = dry_film(film_cast, temp_celsius=45, duration_hours=24)
    return final_film

Kết quả thử nghiệm và kiểm chuẩn (Testing & Validation)

1. Dải màu và bước sóng hấp thụ cực đại ($\lambda_{\max}$) của Anthocyanin theo $\text{pH}$

Kết quả đo quang phổ UV-Vis trên máy Perkin Elmer 2550 chứng minh sự chuyển dịch sắc ký rõ rệt của Anthocyanin cà rốt đen khi $\text{pH}$ thay đổi từ acid sang kiềm:

Giá trị $\text{pH}$	Màu sắc quan sát cảm quan	Bước sóng hấp thụ cực đại $\lambda_{\max}$ (nm)	Độ hấp thụ quang $A_{\max}$	Trạng thái phân tử ưu thế
1,0	Đỏ tươi / Đỏ cam	512	1,425	Cation Flavylium $[\text{AH}]^+$
2,0	Đỏ thẫm	515	1,380	Cation Flavylium $[\text{AH}]^+$
3,0	Đỏ hồng	518	1,120	Cation Flavylium
4,0	Hồng nhạt	520	0,650	Carbinol pseudobase
5,0	Gần như không màu	522	0,310	Chalcone mở vòng
6,0	Tím nhạt	545	0,450	Quinoidal base
7,0	Tím	560	0,620	Quinoidal base
8,0	Tím than / Xanh tím	585	0,780	Quinoidal anion
9,0	Xanh lục đậm	605	0,910	Anhydrobase ionized
10,0	Xanh lam ngả vàng	620	1,050	Chalcone deprotonated

    Độ hấp thụ (Absorbance)
     380       500              600                      700

2. Độ ổn định quang học theo thời gian (0–32 giờ)

Độ hấp thụ quang tại $\lambda_{\max} = 512\ \text{nm}$ ($\text{pH} = 1$) được theo dõi liên tục để khảo sát mức độ suy thoái:

• Tại $t = 0\ \text{h}$: $A_{\max} = 1{,}425$ (100% hoạt độ màu).
• Tại $t = 8\ \text{h}$: $A_{\max} = 1{,}390$ (giữ 97,5% hoạt độ).
• Tại $t = 24\ \text{h}$: $A_{\max} = 1{,}285$ (giữ 90,2% hoạt độ).
• Tại $t = 32\ \text{h}$: $A_{\max} = 1{,}210$ (giữ 84,9% hoạt độ màu trong bóng tối).

3. Đánh giá tính chất cơ lý và hình thái học màng Polymer Blend

Khảo sát 3 công thức phối trộn chính giữa PVA và Chitosan (ký hiệu từ M1 đến M6 tùy nồng độ chất hóa dẻo):

Mẫu màng	Tỷ lệ PVA : Chitosan	Trạng thái cảm quan bề mặt	Độ dai / Độ bền kéo	Đánh giá ảnh SEM bề mặt
Mẫu 1 (M1)	50 : 50	Màng hơi đục, giòn khi khô	Kém, dễ nứt gãy	Tách pha vi mô, bề mặt gồ ghề
Mẫu 2 (M2)	70 : 30	Màng trong, đồng nhất, phẳng	Tốt, dẻo dai cao	Tương hợp pha tốt, không lỗ xốp
Mẫu 3 (M3)	90 : 10	Màng trong suốt, rất mềm	Trung bình (quá mềm)	Cấu trúc đồng thể PVA áp đảo
Mẫu 6 (M6)	70 : 30 + Gly 2%	Màng bóng mịn, đàn hồi cao	Rất tốt (tối ưu nhất)	Bề mặt nhẵn bóng, liên kết chặt

Ảnh chụp hiển vi điện tử quét SEM ở độ phóng đại $10.000\times$ xác nhận mẫu M2 và M6 có sự liên kết mạng lưới đồng nhất giữa các mạch polysaccharide của Chitosan và chuỗi PVA thông qua liên kết hydro $-\text{OH} \cdots \text{NH}_2-$, không xuất hiện sự phân tách ranh giới hạt.

4. Thử nghiệm thời gian chuyển màu của màng với dung dịch Borat

Nồng độ Borat ($\text{Na}_2\text{B}_4\text{O}_7$)	$\text{pH}$ dung dịch đo được	Thời gian chuyển màu trên Màng M2 (giây)	Màu sắc nhận được
0,001 M (≈ 380 ppm)	8,2	25	Tím nhạt $\rightarrow$ Tím xanh
0,005 M (≈ 1.900 ppm)	8,9	12	Tím $\rightarrow$ Xanh lục
0,010 M (≈ 3.800 ppm)	9,2	6	Đỏ tím $\rightarrow$ Xanh lục đậm
0,050 M (≈ 19.000 ppm)	9,6	2	Đỏ tím $\rightarrow$ Xanh lam
Mẫu đối chứng (Nước cất)	6,8	Không đổi màu (> 300s)	Giữ nguyên màu hồng đỏ ban đầu

---

Đổi mới và đóng góp

Đổi mới công nghệ

1. Thay thế chất chỉ thị độc hại: Loại bỏ hoàn toàn sự phụ thuộc vào các hóa chất chỉ thị tổng hợp (Methyl Orange, Phenolphthalein) bằng hợp chất Anthocyanin nguồn gốc sinh học an toàn cho chuỗi thực phẩm.
2. Cơ chế phản ứng 1 bước (One-Step Detection): Khắc phục nhược điểm cốt tử của giấy nghệ (phải tẩm thêm acid $\text{HCl}$ độc hại), màng film Anthocyanin-PVA-Chitosan cho kết quả đổi màu trực tiếp ngay khi chạm vào bề mặt thực phẩm chứa hàn the.
3. Ma trận Polymer Blend tương hợp sinh học: Tận dụng tính chất tạo màng dẻo dai, cản khí của PVA 217 kết hợp tính kháng khuẩn tự nhiên của Chitosan 86% DD, tạo ra giá thể cố định phẩm màu vững chắc, ngăn chặn hiện tượng rò rỉ phẩm màu ra mẫu thực phẩm trong quá trình kiểm tra.

                           BẢNG SO SÁNH HIỆU QUẢ KỸ THUẬT

---

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản ứng dụng thực tế

• Kiểm tra nhanh tại chợ truyền thống: Người tiêu dùng hoặc tiểu thương chỉ cần cắt một mẩu màng film nhỏ ($1 \times 1\ \text{cm}$), áp nhẹ lên bề mặt cây giò lụa, chả quế hoặc sợi bún; nếu màng chuyển từ đỏ/hồng sang xanh lục trong vòng vài giây, sản phẩm đã bị tẩm ướp hàn the.
• Hỗ trợ lực lượng Quản lý thị trường & Chi cục ATVSTP: Cung cấp công cụ sàng lọc sơ bộ tại chỗ với số lượng mẫu lớn trước khi niêm phong gửi mẫu đi kiểm nghiệm định lượng bằng sắc ký.

                   SƠ ĐỒ QUY TRÌNH SỬ DỤNG MÀNG CHỈ THỊ TẠI HIỆN TRƯỜNG

Phân tích hiệu quả kinh tế (Cost-Benefit Analysis)

• Chi phí nguyên vật liệu: Giá thành điều chế $1\ \text{m}^2$ màng film (cắt được khoảng 10.000 que test kích thước $1 \times 1\ \text{cm}$) ước tính khoảng 150.000 – 200.000 VNĐ.
• Giá thành đơn vị: Chỉ từ 15 – 20 VNĐ/que test, thấp hơn 80% so với bộ kit test nhanh thương mại trên thị trường, mang lại khả năng thương mại hóa cực kỳ khả thi.

---

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật

• Độ bền quang học: Anthocyanin tự nhiên nhạy cảm với tia cực tím và oxy không khí; màng film tiếp xúc ngoài ánh sáng tự nhiên trên 8 ngày có thể bị suy giảm hoạt tính màu khoảng 40–50%.
• Ảnh hưởng của $\text{pH}$ nội tại thực phẩm: Đối với các loại thực phẩm lên men có độ acid tự nhiên quá cao (như nem chua có $\text{pH} < 4{,}0$), lượng kiềm do borat sinh ra có thể bị trung hòa một phần, làm tăng thời gian đáp ứng của màng.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

1. Vi bao Anthocyanin (Microencapsulation): Ứng dụng kỹ thuật bao gói nano với cyclodextrin hoặc lipid để bảo vệ sắc tố khỏi tác động oxy hóa và ánh sáng mặt trời, kéo dài tuổi thọ màng lên trên 6 tháng.
2. Tích hợp ứng dụng di động (Smart Packaging App): Phát triển ứng dụng quét ảnh trên điện thoại thông minh để số hóa giá trị màu RGB của màng, chuyển đổi thành nồng độ borat bán định lượng (ppm).

---

Đối tượng hưởng lợi

           HỆ SINH THÁI ĐỐI TƯỢNG HƯỞNG LỢI TỪ KẾT QUẢ ĐỀ TÀI

---

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

1. Màng film có thể phân biệt được hàn the với các phụ gia mang tính kiềm khác không?

Màng film hoạt động dựa trên cơ chế cảm biến sự gia tăng nồng độ $\text{OH}^-$ khi muối borat thủy phân. Phần lớn thực phẩm chế biến từ thịt (giò lụa, chả) không được phép chứa bất kỳ chất phụ gia tạo kiềm mạnh nào khác ngoài danh mục cho phép. Do đó, hiện tượng chuyển màu xanh lập tức là dấu hiệu cảnh báo chắc chắn về việc thực phẩm có bất thường về hóa chất phụ gia.

2. Màng có an toàn khi tiếp xúc trực tiếp với giò chả ăn liền không?

Hoàn toàn an toàn. Các thành phần cấu tạo gồm Chitosan (chiết xuất vỏ tôm cua), PVA (polymer y tế an toàn), Anthocyanin (cà rốt đen) và Glycerol (phụ gia thực phẩm) đều là hợp chất không độc hại, không giải phóng hóa chất nguy hiểm vào thực phẩm.

3. Điều kiện bảo quản màng film tối ưu là gì?

Màng film nên được bảo quản trong túi nhôm hàn kín, có gói hút ẩm, đặt ở nơi thoáng mát ($15{-}25^\circ\text{C}$), tránh ánh nắng trực tiếp để duy trì độ nhạy của Anthocyanin tối thiểu 6 tháng.

4. Tại sao tỷ lệ blend PVA : Chitosan 70 : 30 lại cho kết quả tốt nhất?

Ở tỷ lệ 70:30, PVA đóng vai trò tạo khung dẻo dai và ngăn thoát ẩm quá nhanh, trong khi Chitosan 30% phân tán đồng đều ở cấp độ phân tử giúp cố định phẩm màu Anthocyanin thông qua liên kết hydro bền vững mà không gây giòn gãy màng như ở tỷ lệ 50:50.

5. Chi phí sản xuất màng ở quy mô công nghiệp dự kiến bao nhiêu?

Khi mở rộng quy mô sản xuất bằng máy đùn cán màng công nghiệp, chi phí nguyên liệu và vận hành ước tính giảm xuống dưới 10.000 VNĐ cho một mét vuông màng, tương đương chỉ khoảng 5 – 10 VNĐ cho mỗi lần thử nghiệm.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu phát triển film có gắn anthocyanin tách chiết từ carrot tím làm chỉ thị phát hiện nhanh sự có mặt của hàn the trong thực phẩm" của sinh viên Nguyễn Thị Mai đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu nghiên cứu đề ra:

• Chứng minh thành công quy luật chuyển màu và biến thiên quang phổ hấp thụ $\lambda_{\max}$ của Anthocyanin từ $512\ \text{nm}$ (đỏ) sang $620\ \text{nm}$ (xanh lam) trong dải $\text{pH}\ 1{,}0{-}10{,}0$.
• Tối ưu hóa thành công công thức màng polymer blend PVA/Chitosan (tỷ lệ 70:30) kết hợp chất hóa dẻo Glycerol, đạt cấu trúc bề mặt nhẵn mịn, đồng nhất trên ảnh hiển vi điện tử quét SEM.
• Chế tạo thành công màng film thử nhanh hàn the có độ nhạy cao, thời gian đáp ứng cực nhanh (2–25 giây), loại bỏ hoàn toàn việc sử dụng acid $\text{HCl}$ độc hại của các dòng que thử truyền thống.

Nghiên cứu không chỉ đóng góp một giải pháp công nghệ vật liệu sinh học mới cho ngành Công nghệ Thực phẩm Việt Nam mà còn mở ra tiềm năng thương mại hóa dòng sản phẩm bao bì thông minh, bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng trước hiểm họa thực phẩm bẩn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1. Hàn the trong thực phẩm 1. Giới thiệu chung Giò, chả là một loại thực phẩm được biết đến như món ăn phổ biến, trong bữa cơm hàng ngày đến các dịp lễ tết quan trọng.

Việc chế biến giò chả tương đối cầu kỳ, công phu. Phải lựa chọn miếng thịt mông của heo, thịt phải còn tươi ngon tốt nhất là lúc vừa giết mổ xong, mới có thể đạt được cấu trúc kết dính tạo độ dai cho đòn giò, chả. Tuy nhiên trong công nghiệp do không đủ loại thịt tươi ngon nhất cho chế biến, các nhà sản xuất sử dụng thịt đông lạnh trong quy trình. Để sản xuất được giò, chả bằng thịt đông lạnh, người ta không ngần ngại thêm vào những phụ gia để hỗ trợ cho quá trình chế biến.

Một trong những loại phụ gia được thêm vào trong quy trình bất chấp sự nguy hiểm cho người sử dụng là hàn the. Loại phụ gia này đã được Bộ Y Tế cấm lưu hành sử dùng trong phực phẩm dưới mọi hình thức từ 30/09/2001, dù vậy người ta vẫn thêm hàn the vào trong giò chả để làm tăng độ trắng, độ dai, tăng thời gian bảo quản, tăng tính cảm quan cho sản phẩm. Với giá cả siêu rẻ, lợi ích mang lại cao trong sản xuất, lại ít bị phát hiện khi kiểm tra cho nên hàn the dù bị cấm nhưng vẫn được ngầm sử dụng như một chất không thể thiếu trong quy trình. Hàn the là tên gọi dân gian của muối borat.

Borat là tên gọi để chỉ các khoáng chất hay hợp chất hóa học có quan hệ gần nhau: borat khan hay tetraborat natri khan (Na2B4O7), borat pentahidrat (Na2B4O7.5H2O), borat decahidrat (Na2B4O7. Tinh thể muối borat và công thức hóa học 5  Tính chất vật lý của hàn the Hàn the là dạng muối ở tinh thể màu trắng, không mùi không vị, tan ít trong nước nguội, tan nhiều trong nước nóng, tan trong glyxerin không tan trong cồn 900. Khi tan trong nước nóng tạo thành acid borid ( H3BO3) và kiềm mạnh natri hydrocid (NaOH). Theo phương trình sau: Na2B4O7 + H2O  H3BO3 + NaOH.

Theo phương trình này thì khi borat khan tiếp xúc với nước sẽ làm cho pH của dung dịch tăng cao, từ pH trung tính của nước sang pH kiềm. Mục đích sử dụng hàn the trong thực phẩm Trong chế biến thực phẩm người ta sử dụng hàn the nhằm 2 mục đích. Vì có tính sát khuẩn nhẹ nên hàn the được dùng như một chất bảo quản, ức chế nấm mốc, nấm men, vi khuẩn gây nhớt. Do khả năng làm giảm tốc độ oxy của sắc tố Myoglobine trong các sợi cơ của thịt nạc nên người ta dùng nó để bảo quản, duy trì màu sắc tươi ngon của thịt cá, liên kết hydro trong phân tử muối borat hình thành song song với nhau tạo thành mạng lưới, trong thịt lượng nước ( tự do và liên kết ) khá lớn chiếm từ 60-85%, khi có mặt hàn the nó sẽ làm cho những liên kết nước tự do trở nên bền chặt hơn, làm cho protein thịt có cấu trúc vững vàng hơn, tức là thịt có độ dai, giòn, đàn hồi cao hơn.

Đối với các sản phẩm tinh bột, acid borid có khả năng làm cứng mạch peptid từ đó có khả năng protein bị phân hủy chậm đi, cũng như làm cứng các mạch amylose do các gốc glucose gắn với nhau, amylose bị phân hủy chậm lại, khi đó sản phẩm sẽ dẻo dai, cứng không bị nhão, có độ đàn hồi tốt hơn 6 Hình 1. Một số loại thực phẩm có chứa hàn the 1. Tác hại của hàn the Hàn the được hòa tan và phủ bên ngoài bề mặt gỗ, gỗ này có thể tránh được bọ mọt hay các loại sâu đục gỗ. Trong sản phẩm diệt côn trùng của công ty NIPPON, có chứa 5,5% borat, như vậy hàn the là một chất độc cho sinh vật và không được phép sử dụng trong thực phẩm.

Hàn the có tính độc cấp và mãn tính, có khả năng tích lỹ lâu dài trong cơ thể, khi vào cơ thể acid borid ức chế thực bào, làm suy giảm sức đề kháng. Nghiên cứu động học đã chỉ ra rằng sau khi vào cơ thể hàn the tập trung ở gan, phổi, dạ dày, thận, mật và ruột. Khoảng 81-82 % được đào thải qua nước tiểu, 1% qua phân, 3% qua mô hôi, 15% còn lại sẽ tích lũy trong các mô mỡ của cơ thể [34]. Hàn the không có trong danh mục các chất được Bộ y tế cho phép dùng chế biến thực phẩm do tính độc hại của nó.

Hàn the sẽ tích lũy trong cơ thể, tùy liều lượng có thể gây nên những triệu chứng cấp tính và mạn tính.  Với tiêu hóa, nó gây nôn mửa, đau bụng tiêu chảy  Với da thì gây ban đỏ dẫn đến tróc vẩy.  Về thần kinh, hàn the gây kích thích dẫn đến trầm cảm, hoặc kích thích màng não, thay đổi nhiệt độ cơ thể  Với đường niệu, nó gây hư hại đặc biệt cho thận, gây rối loại chức năng, bất lực, rối loạn kinh nguyệt, rụng tóc. 7 Nếu sử dụng hàn the với liều lượng từ 5g/kg thể trọng trở lên có thể gây tử vong, với trẻ em sử dụng thực phẩm có chứa hàn the lâu ngày sẽ dẫn tới việc chậm phát triển khi trưởng thành, phụ nữ nhiễm độc hàn the sẽ được đào thải qua nhau thai và sữa, gây hại cho thai nhi và trẻ nhỏ.

Chính vì vậy mà tổ chức Y tế thế giới ( WHO), Nông lương thế giới ( FAO) lên gán gay gắt hành vi sử dùng hàn the trong chế biến thực phẩm. Chất màu chỉ thị pH 1. Chỉ thị màu hóa học a. Khái niệm Chất chỉ thị màu là những axit hữu cơ yếu hay bazơ hữu cơ yếu, điện li thuận nghịch (kí hiệu HA), và đặc biệt anion A- và phân tử HA có màu khác nhau.

Khi cho chất chỉ thị màu vào nước thì cân bằng được thiết lập: HA + H2O ↔ H3O+ + A- (1)  Nếu cân bằng (CB) dịch chuyển về phía phải (→) dung dịch có màu của A–  Nếu cân bằng (CB) dịch chuyển về phía trái (←) dung dịch có màu của HA  Nếu một trong hệ hai chất có màu khác nhau thì việc quan sát bằng mắt thường chỉ cho phép ta nhận được màu của một chất khi nồng độ của nó ít nhất gấp 10 lần nồng độ chất kia. Như vậy: [ HA]  Khi ≥ 10, màu của chất chỉ thị là màu của HA [ A] [ HA]  Khi ≤ 0,1, màu của chất chỉ thị là màu của anion A– [ A] [ HA]  Từ (1) ta suy ra: pH = pK – lg [ A] [ HA]  Do đó, nếu ≥ 10, dung dịch có màu của HA, ta có: [ A] pH ≤ pK – lg10 pH ≤ pK – 1 8 [ HA]  Nếu ≤ 0,1, dung dịch có màu của A–, ta có: [ A] pH ≥ pK – lg0,1 pH ≥ pK + 1 Vậy, khoảng pH từ (pK – 1) đến (pK + 1) là khoảng đổi màu của chất chỉ thị. Một số chất chị thị màu phổ biến.  Metyl da cam (heliantin) Metyl da cam là chất hữu cơ có tính chất lưỡng tính với hằng số axit KA = 4.10- 4 CH3 NaO3S N N N CH3 Hình 1.

Cấu trúc cơ bản của Metyl da cam Ở môi trường kiềm và trung tính Metyl da cam có màu vàng là màu của anion: H 3C N N N SO3 H 3C Hình 1. Metyl da cam trong môi trường kiềm và trung tính Trong môi trường axit, anion này kết hợp với proton (H+) chuyển thành cation màu đỏ: H3C N N N SO3Na H3C Hình 1. Metyl da cam trong môi trường axit Cân bằng trong môi trường axit – bazơ được thiết lập như hình 1.7 H3C H N N N SO3H H3C Màu vàng da cam H3C N N NH SO3H H3C Hay H3C H N N9 N SO3H H3C Hình 1. Cân bằng chuyển dịch của Metyl da cam trong môi trường axit – bazơ  Phenolptalein Người ta điều chế Phenolptalein bằng cách cho Andiđrit phtalic tác dụng với phenol theo phản ứng hình 1.8 HO OH HO OH H H O to, H2SO4 đ C C O O – H2O C C O O Hình 1.

Cơ chế phản ứng điều chế phenolptalein Hình 1. Cân bằng chuyển dịch của phenolptalein trong môi trường axit– bazơ 10 Phenolptalein hình thành ở dạng tinh thể không màu. Trong môi trường kiềm, trước hết phenolptalein thủy phân tạo ra axit (I) đồng thời do sự ion hoá và sự tách nước tạo ra anion mang điện tích âm hai (II) có cấu tạo quinoit nên dung dịch có màu đỏ thẫm. Khi có dư kiềm, nhóm hidroxi phenol thứ hai cũng ion hoá và bị trung hoà nên không còn khả năng tạo thành cấu tạo quinoit.

Do vậy anion mang ba điện tích âm của muối phenolat không có màu (III). Khi axit hóa từ từ, những biến đổi này sẽ xảy ra theo một trật tự ngược lại hình 1.  Quỳ tím Quỳ tím là hỗn hợp nhiều chất có nguồn gốc từ cây địa y (từ 10 đến 15 chất bao gồm: Erythrolein, Azolitmin, Spaniolitmin, Leucoorcein và Leucazolitmin …). Giấy quỳ tím hoá đỏ trong môi trường axit và hoá xanh trong môi trường bazơ.

H+ OH– + Màu đỏ Màu tím Màu xanh Hình 1. Cân bằng chuyển dịch của quỳ tím trong môi trường axit – bazơ Trên đây là những chất chỉ thị màu điển hình, phổ biến, được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Nhưng phần lớn đây là những chất chỉ thị màu tổng hợp kém an toàn, giá thành cao nên cũng có rất nhiều hạn chế trong việc sử dụng, đặc biệt là trong y học, giáo dục và thực phẩm. Ngày nay, không những trong hoá học mà trong các ngành khác như y học, dược học, nông nghiệp, các phòng phân tích, phòng hoá nghiệm, trong giảng dạy.

chất chỉ 11 thị màu được dùng rất rộng rãi. Do vậy, cần có một chất chỉ thị màu an toàn, chính xác, rẻ tiền là một nhu cầu thiết yếu. Giới thiệu về Anthocyanin Anthocyanin là hợp chất màu hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên, thuộc nhóm flavonoid. Trong các chất màu thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên thì anthocyanin là họ màu phổ biến nhất tồn tại trong hầu hết các loại thực vật từ hoa lá cho tới quả, rễ của cây.

Một số loài thực vật có anthocyanin phổ biến gồm, dâu tây, việt quất, bắp cải tím, carrot đen, hoa hibitcut, đậu đen, cà tím, lá tía tô, hoa dâm bụt, gạo nếp than. Thuật ngữ anthocyanin bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, anthocyanin là sự kết hợp giữa anthos- nghĩa là Hoa và kysanesos- nghĩa là màu xanh. Tuy nhiên trong thực tế anthocyanin lại rất đa dạng về màu sắc, từ đỏ cho tới tím.