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

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Hàn the là tên gọi dân gian của các muối borat (như natri tetraborat khan $\text{Na}_2\text{B}_4\text{O}_7$, borat pentahidrat $\text{Na}_2\text{B}_4\text{O}_7\cdot5\text{H}_2\text{O}$, hoặc borat decahidrat $\text{Na}_2\text{B}_4\text{O}_7\cdot10\text{H}_2\text{O}$). Hóa chất này đã bị nhiều quốc gia trên thế giới cấm sử dụng làm phụ gia thực phẩm từ năm 1925. Tại Việt Nam, Bộ Y tế đã ban hành Quyết định số 3742/QĐ-BYT ngày 30/9/2001 nghiêm cấm sử dụng hàn the trong chế biến và bảo quản thực phẩm dưới mọi hình thức và hàm lượng. Về mặt độc học, khi đi vào cơ thể người, khoảng 81% đến 82% lượng hàn the được đào thải qua đường nước tiểu, 1% qua phân, 3% qua mồ hôi; lượng 15% còn lại tích tụ lâu dài trong các mô mỡ, gan, phổi, dạ dày, thận và ruột gây độc tính mãn tính. Với liều lượng từ 5 g/kg thể trọng, hàn the có thể dẫn đến tử vong.

Mặc dù độc hại, hàn the vẫn bị các cơ sở sản xuất lạm dụng trái phép trong các sản phẩm chế biến từ thịt như giò, chả. Bản chất của thịt chứa từ 60% đến 85% nước (bao gồm nước tự do và nước liên kết). Các liên kết hydro song song của muối borat liên kết chặt chẽ mạng lưới nước tự do, làm cấu trúc protein thịt trở nên vững chắc, tạo độ giòn, dai và đàn hồi cao. Ngoài ra, borat làm chậm quá trình oxy hóa sắc tố myoglobin trong sợi cơ thịt nạc giúp duy trì màu tươi, đồng thời ức chế vi sinh vật gây nhớt và nấm mốc. Do tính chất không màu, không mùi, người tiêu dùng không thể nhận biết sự hiện diện của hàn the bằng cảm quan thông thường. Các phương pháp thử nhanh thương mại hiện tại như giấy nghệ (tẩm curcumin) đòi hỏi thao tác bổ sung acid hydrochloric ($\text{HCl}$) 0,1% để hiện màu. Từ thực tiễn đó, đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Thực phẩm tại Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu đã tiến hành nghiên cứu ứng dụng hợp chất màu tự nhiên anthocyanin nhằm chế tạo màng film thử nhanh hàn the có độ an toàn cao và thao tác thuận tiện.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài gồm 02 nội dung chính:

1. Khảo sát và chứng minh khả năng sử dụng dịch màu anthocyanin chiết xuất từ carrot tím (carrot đen) làm chất chỉ thị phát hiện sự có mặt của hàn the trong môi trường thực phẩm.
2. Sản xuất thành công ở quy mô phòng thí nghiệm màng film vật liệu tổ hợp polymer có gắn anthocyanin có khả năng phát hiện nhanh sự tồn tại của hàn the.

Nhiệm vụ nghiên cứu được phân chia thành 04 nội dung cụ thể:

1. Khảo sát sự khác biệt màu sắc của chất chỉ thị anthocyanin từ carrot đen ở các giá trị pH khác nhau.
2. Tìm hiểu và đánh giá tính ổn định màu sắc của dung dịch anthocyanin theo thời gian bảo quản.
3. Khảo sát quá trình tạo màng tổ hợp polymer từ hỗn hợp polyvinyl alcohol (PVA) và chitosan có gắn anthocyanin.
4. Thử nghiệm xác định ngưỡng phát hiện và thời gian đổi màu của màng film đối với dung dịch borat ở các nồng độ khác nhau.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hợp chất màu anthocyanin trích ly từ củ carrot đen/tím (hàm lượng 20 g/100 g do Công ty Chr. Hansen cung cấp); polymer phân hủy sinh học gồm chitosan (độ deacetyl hóa 86%, Sigma) và polyvinyl alcohol (PVA 217, Sigma); muối borat ($\text{Na}_2\text{B}_4\text{O}_7\cdot10\text{H}_2\text{O}$, độ tinh khiết 99%).
• Phạm vi không gian: Thí nghiệm được triển khai tại Phòng thí nghiệm Hóa sinh, Hóa lý thuộc Khoa Hóa học và Công nghệ Thực phẩm - Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu, và Phòng thí nghiệm Hóa dầu thuộc Trường Cao đẳng Nghề Dầu khí Tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu.
• Phạm vi thời gian: Nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành từ ngày 01/04/2015 đến ngày 30/06/2015.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đề tài dựa trên cơ chế chuyển dịch cân bằng acid - base của chất chỉ thị màu hữu cơ và phản ứng thủy phân tạo môi trường kiềm của muối borat. Khi hòa tan trong nước, muối borat trải qua phản ứng thủy phân theo phương trình:

$$\text{Na}_2\text{B}_4\text{O}_7 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{H}_3\text{BO}_3 + \text{NaOH}$$

Sự xuất hiện của base mạnh natri hydroxit ($\text{NaOH}$) làm tăng mạnh pH của dung dịch từ trung tính chuyển dịch sang vùng kiềm.

Anthocyanin là hợp chất màu tự nhiên thuộc nhóm flavonoid, cấu tạo gồm khung aglycone (anthocyanidin) liên kết với các gốc đường tại các vị trí $\text{R}_4, \text{R}_5, \text{R}_7$. Cấu trúc phân tử anthocyanin biến đổi phụ thuộc chặt chẽ vào pH:

• Ở pH = 1: Tồn tại ở dạng cation flavylium/oxonium bền vững có màu đỏ đến đỏ cam.
• Ở pH = 4 - 5: Chuyển hóa thành dạng base carbinol (pseudobase) hoặc chalcone không màu.
• Ở pH = 7 - 8 trở lên: Tồn tại ở dạng base quinoidal anhydro mang màu xanh lam đặc trưng.

Bên cạnh đó, lý thuyết về màng polymer blend (vật liệu tổ hợp) được ứng dụng để tạo chất mang cố định anthocyanin. PVA là polymer tổng hợp có khả năng hòa tan trong nước, đặc tính tạo màng tốt, độ bền kéo cơ học cao và khả năng chống thấm khí vượt trội (độ thấm khí oxy, nitơ bằng 0). Chitosan là polymer sinh học polycationic thu nhận từ quá trình khử acetyl của chitin (vỏ giáp xác), có tính tương thích sinh học, phân hủy sinh học, khả năng kháng khuẩn đối với vi khuẩn Gram âm và Gram dương, đồng thời tương thích tốt khi phối trộn với PVA bằng phương pháp trộn dung dịch.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm bao gồm:

• Phương pháp đo quang phổ hấp thụ tử ngoại - khả kiến (UV-Vis): Sử dụng máy quang phổ Elmer Perkin 2550 nhằm quét phổ trong dải bước sóng nhìn thấy (510 - 540 nm) và xác định bước sóng hấp thụ cực đại ($\lambda_{\max}$) của dịch anthocyanin theo định luật Lambert-Beer ($A = \varepsilon \cdot l \cdot c$).
• Phương pháp đo pH và pha chế dung dịch đệm: Đo đạc bằng máy đo pH để bàn InoLab pH 7110 kết hợp cân phân tích 4 số Sartorius TE124S. Các hệ đệm từ pH 1 đến pH 10 được chuẩn bị theo Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 4320-86.

Khoảng pH	Thành phần hệ đệm theo TCVN 4320-86	Tỷ lệ thể tích pha chế quy chuẩn
pH 1,0	$\text{HCl } 0,2\text{M} + \text{KCl } 0,2\text{M}$	$50\text{ ml } \text{HCl} + 97\text{ ml } \text{KCl}$, định mức $200\text{ ml } \text{H}_2\text{O}$
pH 2,0	$\text{HCl } 0,2\text{M} + \text{KCl } 0,2\text{M}$	$50\text{ ml } \text{HCl} + 10,2\text{ ml } \text{KCl}$, định mức $200\text{ ml } \text{H}_2\text{O}$
pH 3,0 - 7,0	Acid citric $0,1\text{M} + \text{Na}_2\text{HPO}_4\text{ } 0,2\text{M}$	Biến thiên từ $20,55\text{ ml} : 79,45\text{ ml}$ (pH 3) đến $17,65\text{ ml} : 82,35\text{ ml}$ (pH 7)
pH 8,0 - 9,0	$\text{Na}_2\text{B}_4\text{O}_7\text{ } 0,005\text{M} + \text{HCl } 0,1\text{M}$	$55,9\text{ ml} : 44,1\text{ ml}$ (pH 8) và $85,0\text{ ml} : 15,0\text{ ml}$ (pH 9)
pH 10,0	$\text{Na}_2\text{HPO}_4\text{ } 0,1\text{M} + \text{NaOH } 0,2\text{M}$	$100\text{ ml } \text{Na}_2\text{HPO}_4 + 10,2\text{ ml } \text{NaOH}$

• Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM): Đánh giá hình thái cấu trúc bề mặt, độ đồng nhất pha và độ xốp của màng film mỏng polymer blend.
• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thực nghiệm đo quang phổ, ghi nhận thời gian chuyển màu bằng đồng hồ bấm giờ và các thông số cơ lý từ phòng thí nghiệm.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan lý thuyết

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở dữ liệu về ba trụ cột khoa học của đề tài: hàn the trong thực phẩm, cơ chế chuyển màu của chất chỉ thị pH tự nhiên anthocyanin, và vật liệu polymer tổ hợp phân hủy sinh học. Tác giả phân tích tính cấp thiết của việc loại bỏ hàn the khỏi chuỗi cung ứng thực phẩm dựa trên các bằng chứng lâm sàng về suy thoái gan, rối loạn chức năng thận và độc tính tích lũy mô mỡ. Chương này so sánh cơ chế của các chất chỉ thị màu tổng hợp kinh điển như methyl da cam (hằng số acid $K_A = 4\cdot10^{-4}$, chuyển màu đỏ sang vàng cam), phenolphthalein (chuyển không màu sang đỏ thẫm trong môi trường base) và quỳ tím, qua đó nêu rõ nhược điểm về độ an toàn sinh học khi áp dụng cho phân tích thực phẩm trực tiếp.

Phần tổng quan về anthocyanin làm rõ 539 cấu trúc hóa học tự nhiên đã được phát hiện, phân loại các dẫn xuất chính gồm cyanidin, delphinidin, pelargonidin, malvidin, peonidin và petunidin. Tác giả tổng kết các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến độ suy thoái màu sắc của dịch chiết bao gồm: nhiệt độ (suy thoái nhanh trên $70^\circ\text{C}$), ánh sáng (sau 8 ngày tiếp xúc ánh sáng tự nhiên, hàm lượng anthocyanin suy giảm còn 51,3%), oxy không khí và sự hiện diện của enzyme anthocyanase (gồm hai nhóm glycosidase và polyphenol oxidase).

Đối với vật liệu màng, tác giả trình bày bản chất cấu trúc hai pha của polymer blend (pha liên tục matrix và pha phân tán), các phương pháp điều chế màng (từ dung dịch, trạng thái nóng chảy, hoặc mạng lưới polymer đan xen), đồng thời phân tích chi tiết thông số cơ lý của vật liệu nền PVA và chitosan.

Thông số vật lý - kỹ thuật của màng PVA	Giá trị công bố trong văn bản
Dạng tồn tại và màu sắc	Bột, màu trắng tới kem
Tỉ trọng riêng	$1,27 - 1,31\text{ g/cm}^3$
Chỉ số khúc xạ ($n_{D}^{25}$)	$1,49 - 1,53$
Độ dãn dài (màng đã dẻo hóa)	Dưới $600%$
Độ bền kéo đứt (màng khô, chưa dẻo hóa)	Dưới $22.000\text{ psi}$
Độ cứng	$10 - 100\text{ Shore}$
Nhiệt độ hàn gắn nhiệt (màng khô)	$165 - 210^\circ\text{C}$
Nhiệt độ đúc ép (màng đã dẻo hóa)	$100 - 150^\circ\text{C}$
Độ bền nhiệt (trên $200^\circ\text{C}$)	Bị phân hủy hoàn toàn
Độ thấm khí oxy ($\text{O}_2$), nitơ ($\text{N}_2$), hydro ($\text{H}_2$)	$0\text{ g/m}^2/\text{giờ}$
Tốc độ truyền khí carbon dioxide ($\text{CO}_2$)	$0,02\text{ g/m}^2/\text{giờ}$

Chương 2: Phương pháp và vật liệu nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết quy trình chuẩn bị hóa chất, thiết lập nồng độ và các bước tiến hành thí nghiệm tạo màng. Quy trình phân lập và chuẩn bị chỉ thị bao gồm dịch trích anthocyanin từ carrot tím kết hợp pha loãng trong các dải đệm pH chuẩn từ 1 đến 10 theo TCVN 4320-86. Nhằm khảo sát độ bền quang hóa và nhiệt học, các ống nghiệm chứa dịch màu được đậy nắp kín, lưu trữ trong bóng tối và đo độ hấp thụ quang phổ liên tục tại các mốc thời gian từ 0 giờ đến 32 giờ (các thời điểm quan sát cụ thể tại 0h, 8h, 24h và 32h).

Quy trình phối trộn chế tạo màng polymer blend được tiến hành từ dung dịch PVA hòa tan trong nước nóng kết hợp với dung dịch chitosan hòa tan trong acid acetic loãng, bổ sung glycerol làm chất hóa dẻo. Tác giả thiết lập ba công thức phối trộn chính theo tỷ lệ khối lượng PVA : chitosan lần lượt là 50:50, 70:30 và 90:10. Anthocyanin được bổ sung đồng nhất vào dung dịch blend trước khi tiến hành đổ khuôn và sấy khô ở điều kiện nhiệt độ kiểm soát.

Quy trình khảo sát màng film thành phẩm bao gồm việc kiểm tra độ bền dai cơ học bằng cảm quan lực kéo, soi cấu trúc bề mặt bằng thiết bị chụp SEM với các mẫu màng ký hiệu M2 và M6, và thử nghiệm phản ứng chuyển màu của màng film khi tiếp xúc với các dung dịch borat có nồng độ pha loãng khác nhau.

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 3 tổng hợp các phát hiện thực nghiệm thông qua hệ thống bảng biểu và đồ thị phổ hấp thụ:

• Khảo sát sự đổi màu của anthocyanin theo pH: Dịch chiết carrot đen thể hiện sự chuyển biến màu sắc trực quan rõ rệt khi pH tăng dần: từ màu đỏ đậm ở pH 1, chuyển dần sang hồng, tím nhạt tại pH trung tính, và hóa xanh lục, xanh đậm tại khoảng pH 8 - 10. Phổ UV-Vis cho thấy bước sóng hấp thụ cực đại $\lambda_{\max}$ dịch chuyển tương ứng với sự biến đổi cấu trúc ion của phân tử anthocyanin.
• Độ ổn định màu sắc theo thời gian: Giá trị độ hấp thu cực đại ($A_{\max}$) tại các thời điểm 0h, 8h, 24h và 32h trong điều kiện bảo quản tối cho thấy mật độ quang giảm dần nhưng vẫn duy trì được độ nhạy phân tích cần thiết, không bị suy thoái quang học tức thời. Thí nghiệm khảo sát nấm mốc cho thấy việc bổ sung tác nhân bảo quản giúp hạn chế nguy cơ nấm men và nấm mốc sử dụng khung đường glycoside của anthocyanin để phát triển.
• Tính chất cơ lý và hình thái màng polymer blend: Đánh giá độ dai cho thấy sự kết hợp giữa PVA và chitosan tạo nên màng mỏng có tính liên tục, không bị nứt vỡ khi uốn gập. Ảnh quét kính hiển vi điện tử SEM của hai công thức màng số 2 (M2) và số 6 (M6) chứng minh mức độ tương hợp pha giữa hai polymer; màng M6 có độ đồng nhất bề mặt cao, hạn chế sự phân tách pha thô so với các công thức khác.
• Độ nhạy và thời gian chuyển màu của màng chỉ thị: Khi tiếp xúc với dung dịch borat, ion kiềm sinh ra từ phản ứng thủy phân nhanh chóng thẩm thấu vào nền polymer blend xốp, kích hoạt sự biến đổi màu của anthocyanin từ màu gốc sang màu xanh lam. Thời gian chuyển màu được ghi nhận chi tiết theo từng nồng độ borat, phản ánh mối tương quan thuận giữa nồng độ chất độc hại và tốc độ hiển thị kết quả.

---

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã ghi nhận các kết quả thực nghiệm định lượng chính xác sau:

• Chứng minh thành công dịch chiết anthocyanin từ củ carrot đen hoạt động như một chỉ thị acid - base nhạy bén, có bước sóng hấp thu cực đại trong miền nhìn thấy từ $510\text{ nm}$ đến $540\text{ nm}$, ghi nhận dải biến đổi màu sắc phân biệt rõ từ đỏ (vùng acid) sang xanh (vùng kiềm do ion borat tạo ra).
• Đã xác định được tỷ lệ phối trộn polymer blend giữa PVA và chitosan thích hợp, đảm bảo màng film mỏng đạt độ bền kéo cơ lý, tính dẻo dai cao, không bị rách vỡ khi thao tác kiểm tra thực phẩm.
• Ảnh kính hiển vi điện tử quét SEM (đối chứng giữa mẫu M2 và M6) đã xác thực cấu trúc hình thái bề mặt màng đồng nhất, chứng minh tính tương hợp tốt giữa chuỗi polymer PVA và chitosan khi có mặt chất hóa dẻo glycerol.
• Màng film chỉ thị tạo ra phản ứng chuyển màu nhạy bén trong môi trường dung dịch borat. Màng chuyển màu rõ rệt sang sắc xanh trong thời gian ngắn (tính bằng giây), phụ thuộc trực tiếp vào nồng độ borat thử nghiệm.

Giải pháp và kiến nghị của tác giả:

• Kiến nghị hoàn thiện quy trình bảo quản màng film chỉ thị trong bao bì kín, tránh ánh sáng trực tiếp và môi trường ẩm nhằm duy trì hoạt tính của anthocyanin lâu dài trước khi sử dụng.
• Đề xuất thử nghiệm mở rộng màng film trực tiếp trên các mẫu thực phẩm thịt chế biến thực tế (giò lụa, chả lụa) có nhiễm hàn the nhân tạo và tự nhiên để đánh giá độ nhiễu của nền mẫu protein.

Đóng góp khoa học so với các nghiên cứu trước:

• So với các nghiên cứu trước đây tại Việt Nam (như công trình của Nguyễn Thị Phương Anh và Nguyễn Thị Lan trên bắp cải tím, hoặc Nguyễn Thị Hiển và cs trên hoa bụt giấm Hibiscus sabdariffa vốn chỉ dừng ở mức thử nghiệm dịch chiết hoặc tẩm trên giấy lọc thông thường), đồ án này đã tích hợp thành công anthocyanin vào hệ vật liệu nền polymer blend phân hủy sinh học (PVA kết hợp chitosan).
• So với giấy nghệ curcumin thương phẩm của Đại học Bách Khoa TP.HCM (vốn yêu cầu phải dùng thêm dung dịch acid $\text{HCl } 0,1%$ để hiện màu và có ngưỡng phát hiện $50\text{ ppm}$), màng film polymer blend gắn anthocyanin carrot tím cho phép thử nghiệm trực tiếp một bước dựa trên tính kiềm nội tại của dung dịch borat mà không cần bổ sung thêm hóa chất phụ trợ độc hại.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài (dựa trên phạm vi và nội dung thực nghiệm của văn bản):

• Đề tài mới dừng lại ở quy mô khảo sát và sản xuất thử nghiệm trong phòng thí nghiệm; chưa mở rộng sang dây chuyền sản xuất pilot liên tục.
• Dữ liệu thử nghiệm độ nhạy và thời gian chuyển màu chủ yếu được thực hiện trên các dung dịch muối borat chuẩn trong phòng thí nghiệm; chưa cung cấp đầy đủ số liệu kiểm chứng thống kê mù trên đa dạng các nền mẫu thực phẩm phức tạp có hàm lượng chất béo, protein hoặc gia vị cao.
• Độ bền bảo quản của màng film còn chịu ảnh hưởng bởi hiện tượng phân hủy tự nhiên của hợp chất anthocyanin dưới tác động của nhiệt độ phòng, không khí và vi sinh vật hoại sinh sau thời gian dài.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

• Nghiên cứu bổ sung các hợp chất chống oxy hóa tự nhiên hoặc phụ gia kháng nấm mốc an toàn nhằm kéo dài hạn sử dụng của màng film chỉ thị lên nhiều tháng.
• Thiết kế thử nghiệm đánh giá định lượng ngưỡng phát hiện tối thiểu (LOD - Limit of Detection) của màng trên các mẫu giò, chả, bún, bánh phở thu thập ngẫu nhiên ngoài thị trường.

---

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu chuyên khảo hữu ích đối với sinh viên, học viên cao học và cán bộ nghiên cứu thuộc các chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm, Hóa phân tích, Khoa học Vật liệu và Công nghệ Sinh học.

Các nội dung có giá trị tham khảo chuyên môn cao bao gồm:

• Quy trình phối trộn và chế tạo màng vật liệu tổ hợp sinh học từ PVA và chitosan bằng phương pháp đổ màng từ dung dịch polymer.
• Dữ liệu tra cứu chi tiết về phương pháp pha chế 10 dải dung dịch đệm chuẩn từ pH 1,0 đến pH 10,0 theo Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 4320-86 phục vụ các thí nghiệm quang phổ.
• Phương pháp luận ứng dụng kỹ thuật quang phổ UV-Vis và kính hiển vi điện tử quét SEM để khảo sát đặc tính quang học và cấu trúc vi mô của màng film sinh học chức năng.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Cơ chế khoa học nào giúp màng film anthocyanin phát hiện được hàn the mà không cần thuốc thử acid đi kèm?
Muối borat trong hàn the khi tiếp xúc với độ ẩm trong thực phẩm sẽ bị thủy phân tạo ra acid boric ($\text{H}_3\text{BO}_3$) và kiềm mạnh natri hydroxit ($\text{NaOH}$). Lượng $\text{NaOH}$ sinh ra làm tăng mạnh pH của môi trường xung quanh lên mức kiềm. Khi áp màng film lên thực phẩm, môi trường kiềm này tác động trực tiếp lên cấu trúc anthocyanin gắn trên màng, khiến hợp chất chuyển từ dạng cation oxonium màu đỏ sang dạng base quinoidal anhydro màu xanh lam đặc trưng.

2. PVA và chitosan đóng vai trò gì trong cấu trúc màng film thử nhanh?
PVA đóng vai trò là polymer nền dẻo dai, dễ tạo màng từ dung dịch nước, có độ bền kéo cao và khả năng cản khí tốt. Chitosan đóng vai trò là polymer tự nhiên tương thích sinh học cao, có nhóm amin tích điện dương hỗ trợ liên kết phân tán chất màu và có hoạt tính kháng khuẩn tự nhiên. Sự phối trộn giữa PVA và chitosan tạo ra hệ màng polymer blend có độ dai cơ học tốt, đồng nhất và có độ xốp phù hợp để dung dịch thấm vào tiếp xúc với chất chỉ thị.

3. Tại sao tác giả phải kiểm tra bước sóng hấp thụ của anthocyanin trong khoảng thời gian từ 0h đến 32h?
Anthocyanin là hợp chất màu tự nhiên kém bền, rất dễ bị oxy hóa, biến tính nhiệt hoặc suy thoái quang học dưới tác động của ánh sáng và nhiệt độ. Việc khảo sát độ hấp thụ quang phổ cực đại ($A_{\max}$) tại các mốc 0h, 8h, 24h và 32h trong điều kiện bảo quản tối nhằm đánh giá tốc độ phân hủy của chất màu theo thời gian, từ đó xác định độ ổn định của chỉ thị trước khi phối trộn vào màng.

4. Sự khác biệt căn bản giữa màng film trong đồ án này và giấy nghệ thử hàn the đang bán trên thị trường là gì?
Giấy nghệ thương phẩm sử dụng chất màu curcumin chiết xuất từ củ nghệ, yêu cầu người thử nghiệm phải tẩm giấy vào thực phẩm rồi nhỏ thêm dung dịch acid $\text{HCl } 0,1%$ thì phản ứng chuyển màu mới xảy ra. Ngược lại, màng film anthocyanin từ carrot tím phản ứng trực tiếp với tính kiềm do muối borat thủy phân tạo ra, hiển thị màu xanh lam ngay lập tức mà không cần sử dụng thêm bất kỳ hóa chất acid hỗ trợ nào.

5. Ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) của mẫu M2 và M6 chứng minh điều gì?
Ảnh SEM cho phép quan sát vi cấu trúc hình thái bề mặt của màng ở độ phóng đại hàng nghìn lần. Phân tích ảnh SEM của mẫu màng M2 và M6 giúp đánh giá mức độ tương hợp pha giữa PVA và chitosan, khẳng định hai loại polymer đã hòa trộn tốt với nhau, không xảy ra hiện tượng tách pha thô hay nứt gãy bề mặt, tạo ra cấu trúc đồng nhất cho màng film thành phẩm.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Thị Mai đã chế tạo thành công ở quy mô phòng thí nghiệm màng film vật liệu tổ hợp PVA - chitosan có gắn anthocyanin tách chiết từ carrot tím làm chỉ thị thử nhanh hàn the trong thực phẩm. Kết quả thực nghiệm đã xác lập được dải chuyển màu rõ rệt từ đỏ sang xanh theo pH và tốc độ đổi màu tính bằng giây khi tiếp xúc với dung dịch muối borat. Công trình cung cấp giải pháp kỹ thuật vật liệu màng sinh học an toàn, thân thiện với môi trường, mở ra tiềm năng ứng dụng thực tiễn trong công tác kiểm tra nhanh an toàn vệ sinh thực phẩm.

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.