Luận văn nghiên cứu hoạt tính kháng nấm tính chất chức năng hiệu lực bảo quản của chitosan nano chitosan và compozit với axit oleic ứng dụng cho bảo quản quả mận tam hoa

Chuyên khảo phân tích Luận văn nghiên cứu hoạt tính kháng nấm tính chất chức năng hiệu lực bảo quản của chitosan nano, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu

• Tác giả: Phạm Thị Phương
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Duy Lâm
• Trường học: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Công nghệ sau thu hoạch
• Đề tài: Nghiên Cứu Tính Chất Kháng Nấm và Hiệu Quả Bảo Quản Của Chitosan và Nano Chitosan Trong Bảo Quản Quả Mận Tam Hoa
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỤC LỤC
• 2. DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• 3. DANH MỤC BẢNG
• 4. DANH MỤC HÌNH
• 5. TRÍCH YẾU LUẬN VĂN
• 6. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 7. MỤC ĐÍCH - YÊU CẦU
• 7.1. Mục đích
• 7.2. Yêu cầu
• 8. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 8.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHITOSAN
• 8.1.1. Nguồn gốc và cấu trúc hóa học của chitosan
• 8.1.1.1. Nguồn gốc chitin/chitosan

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Chitosan và Nano Chitosan Bảo Quản Mận

Nghiên cứu về chitosan và nano chitosan trong bảo quản nông sản, đặc biệt là quả mận Tam Hoa, đang thu hút sự quan tâm lớn. Chitosan được biết đến với khả năng kháng nấm và phân hủy sinh học, mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong bảo quản quả. Tuy nhiên, hiệu quả thực tế và so sánh giữa chitosan và nano chitosan vẫn còn là một khoảng trống cần được lấp đầy. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá khả năng kháng nấm và hiệu quả bảo quản của cả hai chất này trên mận Tam Hoa, một đặc sản của vùng núi phía Bắc Việt Nam. Mục tiêu là tìm ra giải pháp tối ưu để kéo dài thời gian bảo quản và duy trì chất lượng quả mận sau thu hoạch, giảm thiểu thất thoát sau thu hoạch.

1.1. Giới thiệu chung về Chitosan và ứng dụng bảo quản

Chitosan là một polysaccharide tự nhiên, có nguồn gốc từ chitin, được tìm thấy trong vỏ của các loài giáp xác. Nó có đặc tính kháng nấm và kháng khuẩn, làm cho nó trở thành một lựa chọn tiềm năng cho bảo quản nông sản. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng chitosan có thể làm chậm quá trình chín và giảm sự phát triển của nấm mốc trên trái cây và rau quả. Tuy nhiên, chitosan có một số hạn chế, bao gồm khả năng hòa tan kém trong nước và hiệu quả có thể bị ảnh hưởng bởi pH.

1.2. Nano Chitosan Giải pháp cải tiến cho bảo quản nông sản

Nano chitosan là một dạng chitosan được chế tạo ở kích thước nano, giúp cải thiện khả năng hòa tan và tăng cường hoạt tính kháng nấm. Kích thước nhỏ cho phép nano chitosan dễ dàng xâm nhập vào các tế bào nấm, gây ức chế sự phát triển của chúng. Ứng dụng công nghệ nano trong bảo quản thực phẩm hứa hẹn mang lại hiệu quả cao hơn so với chitosan thông thường. Nghiên cứu này sẽ so sánh trực tiếp hiệu quả bảo quản giữa hai dạng chitosan này trên quả mận Tam Hoa.

II. Thách Thức Bảo Quản Mận Tam Hoa Nấm Bệnh và Thối Hỏng

Mận Tam Hoa là một loại trái cây đặc sản, nhưng lại dễ bị hư hỏng sau thu hoạch do sự tấn công của nấm bệnh. Các loại nấm gây bệnh trên mận như Penicillium expansum (gây mốc xanh) và Botryotinia fluckeliana (gây mốc xám) là nguyên nhân chính dẫn đến thối hỏng quả. Việc tìm kiếm các giải pháp bảo quản mận Tam Hoa sau thu hoạch hiệu quả là vô cùng quan trọng để giảm thiểu giảm thất thoát sau thu hoạch và duy trì chất lượng quả mận đến tay người tiêu dùng. Các phương pháp truyền thống thường không đủ để ngăn chặn sự phát triển của nấm bệnh trong thời gian dài.

2.1. Các loại nấm bệnh phổ biến gây hại trên quả mận

Hai loại nấm bệnh chính gây hại trên quả mận sau thu hoạch là Penicillium expansum và Botryotinia fluckeliana. Penicillium expansum gây ra bệnh mốc xanh, làm cho quả mận bị mềm nhũn và có lớp mốc màu xanh. Botryotinia fluckeliana gây ra bệnh mốc xám, với các vết thối màu xám lan rộng trên bề mặt quả mận. Cả hai loại nấm này đều có thể phát triển nhanh chóng trong điều kiện ẩm ướt và nhiệt độ thích hợp, gây ra thiệt hại lớn cho người trồng mận.

2.2. Ảnh hưởng của nấm bệnh đến chất lượng và thời gian bảo quản

Sự phát triển của nấm bệnh không chỉ làm giảm chất lượng cảm quan của mận mà còn làm giảm giá trị dinh dưỡng và thời gian bảo quản. Quả mận bị nhiễm nấm sẽ mất đi độ tươi ngon, trở nên mềm nhũn và có mùi khó chịu. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng tiêu thụ và giá trị kinh tế của mận Tam Hoa. Do đó, việc kiểm soát nấm bệnh là yếu tố then chốt để kéo dài thời gian bảo quản và duy trì chất lượng quả mận.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Kháng Nấm Của Chitosan và Nano Chitosan

Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp nghiên cứu khoa học để đánh giá khả năng kháng nấm của chitosan và nano chitosan trên quả mận Tam Hoa. Các thí nghiệm được thiết kế để xác định khả năng ức chế sự phát triển của Penicillium expansum và Botryotinia fluckeliana khi sử dụng chitosan và nano chitosan ở các nồng độ khác nhau. Ngoài ra, nghiên cứu cũng đánh giá tác động của chitosan và nano chitosan đến chất lượng vi sinh vật trên bề mặt quả mận trong quá trình bảo quản.

3.1. Quy trình thí nghiệm đánh giá khả năng ức chế nấm mốc

Thí nghiệm được thực hiện bằng cách lây nhiễm nhân tạo hai chủng nấm mốc Penicillium expansum và Botryotinia fluckeliana lên bề mặt quả mận Tam Hoa. Sau đó, quả mận được xử lý bằng chitosan, nano chitosan và đối chứng (không xử lý). Khả năng ức chế nấm mốc được đánh giá bằng cách đo đường kính khuẩn lạc và quan sát sự phát triển của nấm trên bề mặt quả mận theo thời gian.

3.2. Đánh giá chất lượng vi sinh vật trên mận sau xử lý

Để đánh giá chất lượng vi sinh vật trên quả mận sau xử lý, các mẫu mận được lấy định kỳ trong quá trình bảo quản. Tổng số vi khuẩn, nấm men và nấm mốc được đếm bằng phương pháp nuôi cấy trên môi trường thích hợp. Kết quả được so sánh giữa các mẫu xử lý bằng chitosan, nano chitosan và đối chứng để xác định tác động của chitosan và nano chitosan đến sự phát triển của vi sinh vật.

IV. So Sánh Hiệu Quả Bảo Quản Chitosan Nano Chitosan và Compozit

Nghiên cứu tiến hành so sánh chitosan và nano chitosan và compozit của chúng với axit oleic về hiệu quả bảo quản trên mận Tam Hoa. Các chỉ tiêu đánh giá bao gồm hao hụt khối lượng tự nhiên, độ cứng, hàm lượng chất rắn hòa tan (TSS), hàm lượng Vitamin C, tỷ lệ thối hỏng và chất lượng cảm quan. Mục tiêu là xác định loại chất nào mang lại hiệu quả bảo quản tốt nhất, giúp kéo dài thời gian bảo quản và duy trì chất lượng quả mận.

4.1. Ảnh hưởng đến hao hụt khối lượng và độ cứng của quả mận

Hao hụt khối lượng tự nhiên và độ cứng là hai chỉ tiêu quan trọng để đánh giá hiệu quả bảo quản. Chitosan và nano chitosan có thể tạo lớp màng bảo vệ trên bề mặt quả mận, giúp giảm sự thoát hơi nước và duy trì độ cứng. Nghiên cứu sẽ so sánh mức độ giảm hao hụt khối lượng và độ cứng giữa các mẫu xử lý và đối chứng để đánh giá tác động của chitosan và nano chitosan.

4.2. Tác động đến chất lượng cảm quan và hàm lượng dinh dưỡng

Chất lượng cảm quan (màu sắc, mùi vị, hình thức) và hàm lượng dinh dưỡng (Vitamin C, TSS) là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến giá trị thương phẩm của mận Tam Hoa. Nghiên cứu sẽ đánh giá tác động của chitosan và nano chitosan đến các chỉ tiêu này trong quá trình bảo quản. Mục tiêu là tìm ra giải pháp bảo quản không chỉ kéo dài thời gian bảo quản mà còn duy trì chất lượng cảm quan và giá trị dinh dưỡng của quả mận.

V. Kết Quả Nghiên Cứu Ưu Điểm Của Nano Chitosan Trong Bảo Quản

Kết quả nghiên cứu cho thấy nano chitosan có khả năng kháng nấm tốt hơn so với chitosan thông thường trong bảo quản mận Tam Hoa. Nano chitosan ức chế hiệu quả sự phát triển của Penicillium expansum và Botryotinia fluckeliana, giúp giảm tỷ lệ thối hỏng và kéo dài thời gian bảo quản. Ngoài ra, nano chitosan cũng ít ảnh hưởng đến chất lượng cảm quan và giá trị dinh dưỡng của quả mận.

5.1. Khả năng ức chế nấm mốc vượt trội của Nano Chitosan

Các thí nghiệm cho thấy nano chitosan có khả năng ức chế sự phát triển của Penicillium expansum và Botryotinia fluckeliana cao hơn so với chitosan thông thường. Điều này có thể là do kích thước nhỏ của nano chitosan cho phép nó dễ dàng xâm nhập vào các tế bào nấm, gây ức chế sự phát triển của chúng. Kết quả này cho thấy nano chitosan là một lựa chọn tiềm năng để kiểm soát nấm bệnh trên quả mận sau thu hoạch.

5.2. Duy trì chất lượng và kéo dài thời gian bảo quản mận

Quả mận được xử lý bằng nano chitosan có thời gian bảo quản dài hơn so với các mẫu đối chứng. Nano chitosan giúp giảm hao hụt khối lượng tự nhiên, duy trì độ cứng và ít ảnh hưởng đến chất lượng cảm quan và giá trị dinh dưỡng của quả mận. Điều này cho thấy nano chitosan có thể là một giải pháp hiệu quả để kéo dài thời gian bảo quản và duy trì chất lượng quả mận đến tay người tiêu dùng.

VI. Ứng Dụng Thực Tiễn và Hướng Phát Triển Của Chitosan Bảo Quản

Nghiên cứu này mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi của chitosan và nano chitosan trong bảo quản nông sản, đặc biệt là mận Tam Hoa. Việc sử dụng chitosan và nano chitosan có thể giúp giảm thất thoát sau thu hoạch, kéo dài thời gian bảo quản và duy trì chất lượng quả mận. Cần có thêm các nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình sử dụng chitosan và nano chitosan trong thực tế sản xuất và bảo quản.

6.1. Đề xuất quy trình bảo quản mận Tam Hoa bằng Chitosan

Dựa trên kết quả nghiên cứu, có thể đề xuất một quy trình bảo quản mận Tam Hoa bằng chitosan hoặc nano chitosan. Quy trình này bao gồm các bước: lựa chọn quả mận chất lượng tốt, rửa sạch, xử lý bằng dung dịch chitosan hoặc nano chitosan (nồng độ và thời gian xử lý tối ưu), làm khô và đóng gói. Quy trình này cần được thử nghiệm và điều chỉnh để phù hợp với điều kiện thực tế.

6.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo về ứng dụng Chitosan trong nông nghiệp

Cần có thêm các nghiên cứu về ứng dụng chitosan trong nông nghiệp, bao gồm: nghiên cứu về cơ chế kháng nấm của chitosan và nano chitosan, nghiên cứu về tác động của chitosan và nano chitosan đến các loại trái cây và rau quả khác, nghiên cứu về an toàn thực phẩm và tác động môi trường của việc sử dụng chitosan và nano chitosan. Các nghiên cứu này sẽ giúp mở rộng ứng dụng chitosan trong bảo quản nông sản và phát triển các giải pháp bảo quản bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Mận Tam Hoa (Prunus salicina) là nông sản đặc sản chủ lực của vùng núi phía Bắc Việt Nam, đặc biệt tập trung tại huyện Bắc Hà, tỉnh Lào Cai. Quả mận có giá trị dinh dưỡng cao với 82% nước, 8 - 10% đường, 1,5% axit hữu cơ cùng nhiều khoáng chất thiết yếu. Tuy nhiên, do đặc thù quả có hàm lượng ẩm lớn và cường độ hô hấp cao, tỷ lệ tổn thất sau thu hoạch thường lên tới 25 - 30% trong điều kiện nhiệt độ thường từ 30 ± 2 độ C. Vấn đề nghiêm trọng nhất gây tổn thất chất lượng và số lượng quả là sự bùng phát của các bệnh nấm mốc sau thu hoạch, điển hình là bệnh mốc xanh do chủng nấm Penicillium expansum và bệnh mốc xám do chủng nấm Botryotinia fuckeliana gây ra. Khi không có biện pháp can thiệp thích hợp, quả mận chỉ duy trì được độ tươi ngon từ 3 đến 5 ngày trước khi bị thối nhũn và suy giảm phẩm cấp thương mại.

Trước thực trạng đó, đề tài luận văn thạc sĩ chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch của tác giả Phạm Thị Phương tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã xác định mục tiêu nghiên cứu toàn diện về hoạt tính kháng nấm, tính chất chức năng của màng bao sinh học và so sánh hiệu lực bảo quản thực tế của chitosan, nano chitosan cùng các hệ compozit với axit oleic trên quả mận Tam Hoa. Phạm vi nghiên cứu được triển khai từ tháng 8/2015 đến tháng 8/2016 trên nguồn mận thu hái trực tiếp tại Bắc Hà (Lào Cai) ở độ chín kỹ thuật 85% (khoảng 108 - 111 ngày sau khi ra hoa). Công trình mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc khi cung cấp giải pháp màng phủ sinh học an toàn, giảm tỷ lệ thối hỏng xuống dưới 60%, duy trì độ cứng và hàm lượng vitamin C, kéo dài thời gian tồn trữ thương mại lên 7 - 10 ngày ở nhiệt độ phòng mà không cần sử dụng hóa chất bảo quản độc hại.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên ba trụ cột lý thuyết cốt lõi trong lĩnh vực vật liệu sinh học và công nghệ sau thu hoạch:

Thứ nhất là lý thuyết màng bao ăn được (Edible Coatings Theory) từ polymer tự nhiên. Màng sinh học tạo ra một rào cản bán thấm trên bề mặt quả, điều biến khí quyển nội bào thông qua việc kiểm soát tính thấm oxy, carbon dioxide và hơi nước. Quá trình này ức chế cường độ hô hấp, làm chậm quá trình tổng hợp hormone ethylene và trì hoãn tốc độ chín sinh lý của quả mận.

Thứ hai là lý thuyết tương tác tĩnh điện kháng khuẩn của polycation. Chitosan là polysaccharide tự nhiên mang điện tích dương từ nhóm amino tự do (-NH3+) khi ở môi trường pH < 6,3. Điện tích dương này tương tác mạnh mẽ với bề mặt tích điện âm của màng tế bào nấm mốc và vi khuẩn, làm biến đổi tính thấm chọn lọc của màng, gây rò rỉ chất điện giải nội bào và phá vỡ cấu trúc vi sinh vật gây hại.

Thứ ba là mô hình nhũ tương compozit kỵ nước - ưa nước. Do màng chitosan thông thường có bản chất ưa nước và khả năng giữ ẩm kém, việc phối trộn axit oleic (pha kỵ nước) kết hợp chất dẻo hóa glycerol giúp hạ nhiệt độ chuyển thủy tinh (Tg) từ mức 203 độ C, cải thiện độ dẻo dai cơ học và gia tăng khả năng cản hơi nước vượt bậc. Các khái niệm trung tâm được chuẩn hóa bao gồm: mức độ deacetyl hóa (DD > 85%), phân tử lượng chitosan (khoảng 300.000 Da), kích thước hạt nano chitosan (10 - 100 nm) và nồng độ ức chế tối thiểu (MIC).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn nguyên liệu mận Tam Hoa đạt độ chín 85%, quả đồng đều, không trầy xước, được khử trùng bề mặt bằng dung dịch clorin 200 ppm trong 5 phút. Hai chủng nấm kiểm định Penicillium expansum và Botryotinia fuckeliana được cung cấp bởi Viện Vi sinh vật và Công nghệ sinh học thuộc Đại học Quốc gia Hà Nội.

Cỡ mẫu nghiên cứu được thiết kế chuẩn mực với 25 quả cho mỗi công thức đánh giá đối kháng nấm nhân tạo và 50 quả cho mỗi công thức bảo quản tự nhiên, thực hiện lặp lại 3 lần độc lập (tổng số trên 750 quả thực nghiệm). Phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên phân tầng dựa trên các tiêu chí nghiêm ngặt về kích thước, khối lượng và tỷ lệ diện tích vỏ đỏ (15 - 20%) nhằm loại trừ tối đa sai số sinh học tự nhiên của nông sản.

Các phương pháp phân tích được lựa chọn có căn cứ khoa học rõ ràng:

• Phương pháp lây nhiễm nhân tạo với nồng độ bào tử nấm chuẩn 10^7 CFU trên 4 vết xước mỗi quả nhằm định lượng chính xác hiệu lực kháng nấm in vivo.
• Phương pháp đếm khuẩn lạc vi sinh vật hiếu khí tổng số trên môi trường TGA và nấm men, nấm mốc trên môi trường YGC để theo dõi ngưỡng an toàn vệ sinh thực phẩm (10^4 - 10^6 CFU/g).
• Các phương pháp hóa lý tiêu chuẩn: đo độ cứng bằng máy đo cầm tay Bertuzzi (Italia), đo chất khô hòa tan tổng số (TSS, độ Brix) bằng chiết quang kế Atago (Nhật Bản), định phân hàm lượng vitamin C bằng phương pháp chuẩn độ Iod 0,01N và đánh giá cảm quan theo phương pháp cho điểm 5 bậc theo TCVN 32-1579.

Toàn bộ quy trình thực nghiệm được theo dõi định kỳ vào các ngày 1, 3, 7 và 10 trong điều kiện nhiệt độ phòng 30 ± 2 độ C. Số liệu thu thập được xử lý thống kê bằng phần mềm SPSS phiên bản 11.0, sử dụng phân tích phương sai ANOVA và phép thử Duncan ở mức ý nghĩa p < 0,05 để so sánh sự sai khác giữa các công thức.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình thực nghiệm đã ghi nhận bốn phát hiện khoa học mang tính đột phá:

Một là, nano chitosan nồng độ 1,5% thể hiện hoạt tính kháng nấm vượt trội nhất đối với cả hai chủng vi nấm gây bệnh lây nhiễm nhân tạo ở mật độ 10^7 CFU. Sau 10 ngày bảo quản ở 32 ± 2 độ C, tỷ lệ thối hỏng do nấm mốc xanh (Penicillium expansum) ở mẫu xử lý nano chitosan chỉ đạt 60,0%, thấp hơn rất nhiều so với mức 100% của mẫu đối chứng và 78,0% của chitosan thông thường. Đối với chủng nấm mốc xám (Botryotinia fuckeliana), tỷ lệ thối hỏng sau 10 ngày ở mẫu nano chitosan là 64,7%, trong khi mẫu đối chứng thối hỏng 100% ngay từ ngày thứ 7.

Hai là, thời gian ngâm xử lý 1 phút ở nồng độ chế phẩm 3000 ppm được xác định là thông số tối ưu nhất để kiểm soát vi sinh vật. Sau 7 ngày lưu trữ ở nhiệt độ phòng, mật độ vi sinh vật tổng số trên bề mặt mận xử lý nano chitosan duy trì ở mức an toàn là 5,5 x 10^6 CFU/g, trong khi mẫu đối chứng nhúng nước cất đã vượt quá 300 khuẩn lạc ở nồng độ pha loãng cao (tương đương trên 10^8 CFU/g) và hư hỏng hoàn toàn. Mật độ nấm men và nấm mốc ở công thức nano chitosan sau 7 ngày cũng đạt mức kiểm soát tốt nhất là 1,2 x 10^7 CFU/g.

Ba là, màng mỏng tạo thành từ compozit chitosan kết hợp axit oleic 1,5% có tính tan trong nước và tính hút ẩm thấp nhất trong các loại màng thử nghiệm. Sự kết hợp giữa chuỗi polymer chitosan và liên kết lipid của axit oleic đã tạo nên lớp màng kỵ nước bền vững, ngăn ngừa sự bốc hơi nước tự do qua bề mặt vỏ quả.

Bốn là, trong điều kiện bảo quản tự nhiên ở nhiệt độ thường 30 ± 2 độ C, compozit của chitosan với axit oleic 1,5% mang lại hiệu lực bảo quản tổng hợp tốt nhất. Công thức này giúp giảm thiểu tối đa hao hụt khối lượng tự nhiên, duy trì độ cứng thịt quả cao nhất, làm chậm quá trình suy giảm chất rắn hòa tan (TSS), bảo tồn hàm lượng vitamin C vượt trội và đạt điểm chất lượng cảm quan xếp loại khá sau 10 ngày bảo quản.

Thảo luận kết quả

Khả năng kháng nấm vượt trội của nano chitosan xuất phát từ kích thước hạt siêu nhỏ (10 - 100 nm). Kích thước nano mang lại diện tích tiếp xúc bề mặt và mật độ điện tích dương lớn hơn gấp nhiều lần so với chitosan thông thường, giúp các hạt nano dễ dàng thâm nhập qua vách tế bào nấm mốc, phân tán sâu vào tế bào chất và ức chế hoàn toàn chu trình tổng hợp enzyme nội bào. Kết quả này tương đồng với các công bố quốc tế khi ứng dụng nhũ tương nano chitosan kiểm soát nấm Colletotrichum trên chuối và thanh long.

Dữ liệu nghiên cứu về sự suy giảm độ cứng và hao hụt khối lượng tự nhiên có thể được trình bày rõ ràng qua các biểu đồ đường diễn tiến theo thời gian thực nghiệm (ngày 1, 3, 7 và 10). Các bảng ma trận so sánh mật độ vi sinh vật và tỷ lệ thối hỏng cho thấy sự phân hóa có ý nghĩa thống kê giữa các công thức. Mặc dù nano chitosan có hoạt tính kháng nấm mạnh nhất, nhưng màng compozit chitosan kết hợp axit oleic lại chiếm ưu thế tuyệt đối trong bảo quản thương phẩm tổng thể. Lý do là vì axit oleic đóng vai trò như một pha phân tán kỵ nước, lấp đầy các vi lỗ xốp trong mạng lưới polymer chitosan, từ đó khắc phục triệt để nhược điểm háo nước của màng sinh học truyền thống và hạn chế tối đa hiện tượng nhăn héo do mất nước ở quả mận.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm chuyển giao và ứng dụng hiệu quả kết quả nghiên cứu vào thực tiễn sản xuất, bốn giải pháp trọng tâm được đề xuất như sau:

Thứ nhất, chuẩn hóa quy trình xử lý bao màng compozit chitosan kết hợp axit oleic 1,5% tại các cơ sở đóng gói nông sản. Doanh nghiệp và hợp tác xã cần tiến hành nhúng mận trong thời gian chuẩn 1 phút ngay sau công đoạn rửa sạch bằng clorin 200 ppm. Giải pháp này đặt mục tiêu giảm tỷ lệ hao hụt khối lượng xuống dưới 8% và duy trì tỷ lệ thối hỏng dưới 15% sau 7 ngày vận chuyển, thực hiện thí điểm trong vòng 6 tháng đầu vụ thu hoạch mận tại các vùng trồng trọng điểm.

Thứ hai, hoàn thiện công nghệ sản xuất chế phẩm nano chitosan và compozit nhũ tương ở quy mô bán công nghiệp. Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch phối hợp cùng các viện nghiên cứu chuyên ngành tối ưu hóa quá trình đồng hóa cơ học với thiết bị Ultra-Turrax ở tốc độ 15.000 vòng/phút, hướng tới mục tiêu tạo ra chế phẩm thương mại có hạn sử dụng trên 90 ngày ở nhiệt độ thường với kích thước hạt ổn định dưới 50 nm trong lộ trình 12 tháng.

Thứ ba, thiết lập chuỗi logistics nông sản kết hợp màng bao sinh học và bảo quản mát. Các doanh nghiệp phân phối cần tích hợp công nghệ phủ màng compozit với phương tiện vận chuyển duy trì nhiệt độ 10 ± 2 độ C. Giải pháp này hướng tới mục tiêu kéo dài thời gian lưu trữ mận Tam Hoa lên 20 - 25 ngày, bảo toàn trên 75% hàm lượng vitamin C ban đầu để mở rộng thị trường tiêu thụ đến các tỉnh phía Nam trong vòng 18 tháng tới.

Thứ tư, ban hành hướng dẫn kỹ thuật cơ sở và tổ chức chuyển giao công nghệ cho nông dân. Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn các tỉnh Lào Cai, Sơn La cần chủ trì phối hợp với các trường đại học tổ chức các lớp tập huấn kỹ thuật xử lý sau thu hoạch trước mỗi vụ mùa. Mục tiêu là đạt 100% cơ sở thu mua nắm vững kỹ thuật tạo màng sinh học, giúp tiết kiệm 20% chi phí xử lý so với các hóa chất nhập khẩu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và dữ liệu thực nghiệm của luận văn mang lại giá trị thiết thực cho bốn nhóm đối tượng chính:

Nhóm một: Các nhà khoa học, giảng viên và nghiên cứu sinh chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch, Công nghệ thực phẩm và Vật liệu sinh học. Luận văn cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác về hoạt tính kháng hai chủng nấm Penicillium expansum và Botryotinia fuckeliana, đóng vai trò là tài liệu tham khảo chuyên sâu để thiết kế các hệ vật liệu bao màng nano mới trên nhiều loại quả nhiệt đới khác.

Nhóm hai: Kỹ sư nghiên cứu và phát triển sản phẩm (R&D) tại các doanh nghiệp sản xuất chế phẩm sinh học nông nghiệp. Nhóm chuyên môn này có thể khai thác trực tiếp công thức phối chế compozit chitosan 1,5% kết hợp axit oleic 1,5% và chất dẻo hóa glycerol để phát triển các dòng chế phẩm phun phủ trái cây sinh học thương mại an toàn.

Nhóm ba: Ban quản trị các hợp tác xã, doanh nghiệp thu mua, đóng gói và xuất khẩu trái cây tươi. Thông qua hướng dẫn quy trình nhúng 1 phút ở nồng độ 3000 ppm, các đơn vị có thể áp dụng ngay vào dây chuyền đóng gói thực tế để kéo dài thời gian thương phẩm của mận từ 3 ngày lên 7 - 10 ngày ở điều kiện nhiệt độ thường, tối ưu hóa lợi nhuận kinh doanh.

Nhóm bốn: Học viên cao học và sinh viên ngành Nông nghiệp, Công nghệ sinh học và Quản trị chuỗi cung ứng nông sản. Công trình là bài học mẫu mực về phương pháp bố trí thí nghiệm lây nhiễm nhân tạo, quy trình đánh giá các chỉ tiêu hóa sinh sau thu hoạch và kỹ năng xử lý số liệu thống kê khoa học bằng phần mềm SPSS.

Câu hỏi thường gặp

Nguyên nhân nào khiến nano chitosan có hoạt tính kháng nấm mạnh hơn đáng kể so với chitosan thông thường?

Hạt nano chitosan sở hữu kích thước siêu nhỏ từ 10 đến 100 nm, tạo ra diện tích tiếp xúc bề mặt và mật độ điện tích dương lớn hơn gấp nhiều lần so với chitosan truyền thống. Đặc tính này giúp nano chitosan dễ dàng xâm nhập qua thành tế bào nấm Penicillium expansum và Botryotinia fuckeliana, làm rò rỉ chất điện giải nội bào và ức chế 60,0% tỷ lệ thối hỏng sau 10 ngày.

Việc bổ sung axit oleic vào màng bao chitosan mang lại lợi ích gì cho quả mận Tam Hoa?

Chitosan thông thường có bản chất ưa nước nên khả năng ngăn thoát hơi ẩm rất kém, khiến quả mận nhanh bị héo. Việc bổ sung 1,5% axit oleic tạo nên cấu trúc nhũ tương compozit kỵ nước, làm giảm mạnh tính tan và tính thấm hơi nước của màng, giúp giảm thiểu tối đa hao hụt khối lượng và giữ vững độ cứng tự nhiên của quả.

Thời gian nhúng quả mận trong dung dịch chế phẩm bao lâu là đạt hiệu quả tốt nhất?

Kết quả thực nghiệm chứng minh thời gian nhúng 1 phút ở nồng độ 3000 ppm là tối ưu nhất. Nếu kéo dài thời gian nhúng lên 3 hoặc 5 phút, khả năng kháng khuẩn bị suy giảm do lớp màng quá dày gây cản trở hô hấp tự nhiên, khiến mật độ vi sinh vật tổng số tăng nhanh sau 7 ngày lưu trữ.

Màng phủ sinh học từ chitosan và axit oleic có làm biến đổi hương vị và độ an toàn của mận không?

Màng phủ sinh học hoàn toàn an toàn và không độc hại. Kết quả đánh giá cảm quan theo tiêu chuẩn TCVN 32-1579 trên thang điểm 5 bậc xác nhận quả mận sau 10 ngày bảo quản vẫn giữ được sắc đỏ tươi đặc trưng, vị chua ngọt hài hòa, thịt quả giòn và được hội đồng chuyên môn xếp loại khá tốt mà không để lại mùi vị lạ.

Công nghệ màng bao sinh học này có thể thay thế hoàn toàn hệ thống kho lạnh không?

Màng bao compozit sinh học kéo dài độ tươi ngon của quả mận thêm 7 đến 10 ngày ở nhiệt độ thường 30 ± 2 độ C, rất phù hợp cho lưu thông ngắn ngày. Tuy nhiên, để lưu trữ trên 20 ngày phục vụ xuất khẩu, giải pháp tối ưu nhất là kết hợp màng sinh học với hệ thống bảo quản lạnh ở 10 ± 2 độ C.

Kết luận

• Đã xác định hạt nano chitosan 1,5% có hiệu lực ức chế nấm mốc cao nhất đối với hai chủng Penicillium expansum và Botryotinia fuckeliana, giúp hạ thấp tỷ lệ thối hỏng sau 10 ngày lây nhiễm xuống lần lượt là 60,0% và 64,7%.
• Xác lập thời gian xử lý chế phẩm tối ưu là 1 phút ở nồng độ 3000 ppm, duy trì mật độ vi sinh vật tổng số trên vỏ mận ở ngưỡng an toàn 5,5 x 10^6 CFU/g sau 7 ngày bảo quản ở nhiệt độ thường.
• Chứng minh màng film compozit chitosan kết hợp axit oleic 1,5% có độ tan trong nước và tính thấm hơi ẩm thấp nhất nhờ cấu trúc nhũ tương kỵ nước bền vững.
• Khẳng định màng compozit chitosan phối trộn axit oleic đạt hiệu quả bảo quản mận Tam Hoa toàn diện nhất ở 30 ± 2 độ C: hạn chế tối đa hao hụt khối lượng, duy trì độ cứng, bảo toàn hàm lượng vitamin C và chất khô hòa tan (TSS).
• Đóng góp giải pháp công nghệ sau thu hoạch xanh, an toàn sinh học và có tính ứng dụng cao, thay thế hoàn toàn các loại hóa chất bảo quản độc hại trong chuỗi giá trị mận Việt Nam.

Kế hoạch phát triển tiếp theo tập trung vào việc mở rộng thử nghiệm quy mô pilot 500 kg tại các vùng chuyên canh mận Bắc Hà trong vòng 12 tháng tới. Các doanh nghiệp, hợp tác xã và nhà khoa học hãy kết nối và ứng dụng ngay giải pháp màng bao sinh học tiên tiến này để nâng tầm giá trị thương phẩm cho nông sản Việt!

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Chitosan được biết đến như là một chất có khả năng kháng vi sinh vật, khả năng phân hủy sinh học và không độc được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, y tế, chế biến và bảo quản nông sản (Elsabee et al. Nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng chitosan để tạo màng bề mặt dùng trong bảo quản rau quả tươi đều có chung kết luận rằng chitosan có tác dụng làm chậm quá trình chín và già hóa, làm giảm cường độ hô hấp của rau quả, làm giảm sự hao hụt khối lượng tự nhiên, giữ được màu sắc (Aider, 2010). Tuy nhiên, do chitosan là một polysacharide có bản chất ưa nước nên khả năng giữ ẩm kém (Elsabee & Abdou, 2013). Để cải thiện đặc tính giữ ẩm của chế phẩm tạo màng từ chitosan người ta thường kết hợp chitosan với một số hợp chất kỵ nước như chất béo (axit béo, dầu thực vật, tinh dầu, sáp) để tạo chất tạo màng dạng nhũ tương (Aguirre- Loredoa et al., 2014; Galus and Kadzinska, 2015).

Bằng cách tạo nhũ tương chitosan với acid oleic, Vargas và cộng sự đã chỉ ra rằng việc bổ sung axit oleic không những tăng cường hoạt tính kháng vi sinh vật của chitosan mà còn cải thiện được tính ngăn cản mất nước ở quả dâu tây (Vargas et al. Việc chitosan không tan trong nước mà chỉ tan trong dung dịch axit là một trong những hạn chế ứng dụng chitosan trong thực tế, nhất là khi muốn kết hợp chitosan với nhiều loại hợp chất khác có tính kiềm gây ra hiện tượng kết tủa chitosan. Dung dịch pH axit cũng có thể gây hiệu ứng sinh lý bất lợi cho hoa quả khi phủ lên bề mặt. Trong những năm gần đây, để cải thiện khả năng kháng khuẩn và tính tan của chitosan, các nhà khoa học đã tổng hợp và sử dụng nano chitosan, một vật liệu có khả năng tan tốt trong nước, khả năng kháng khuẩn cao hơn so với chitosan nguyên thủy do hạt nano chitosan có diện tích tiếp xúc và điện tích dương lớn hơn (Pilon et al., 2014; Nguyễn Thị Minh Nguyệt et al.

Mặc dù có nhiều nghiên cứu riêng rẽ về tác động của chitosan, của nhũ tương chitosan với axit béo và của nano chitosan tới chất lượng và khả năng bảo quản hoa quả tươi, nhưng cho đến nay hầu như chưa có một nghiên cứu so sánh nào về tác dụng của của chúng được thực hiện trong cùng một điều kiện, trên cùng một đối tượng. Mận Tam Hoa (Plunus salisica) là loại cây ôn đới được trồng phổ biến ở 1 vùng miền núi phía bắc Việt Nam, tập trung tại Lào Cai, Lai Châu và Sơn La. Đối với Lào Cai, quả mận Tam hoa được coi là đặc sản của tỉnh, được thị trường cả nước ưa chuộng để ăn tươi. Tuy nhiên tại Việt Nam, trên thực tế chưa có nhiều nghiên cứu bảo quản sau thu hoạch quả mận nói chung và mận Tam hoa nói riêng.

Nấm mốc là một trong những đối tượng gây hại chủ yếu trên quả bảo quản sau thu hoạch, là nguyên nhân chính dẫn đến tổn thất về số lượng, chất lượng dinh dưỡng cũng như chất lượng cảm quan của quả. Bệnh thường xuất hiện trên mận sau thu hoạch và trong quá trinh bảo quản là: Bệnh mốc xám (do chủng nấm mốc Botryotinia fluckeliana), bệnh mốc xanh (do chủng nấm mốc Penicillium expansum) gây ra (Trần Thị Mai và cs. Từ những lý do trên chúng tôi tiến hành đề tài “ Nghiên cứu hoạt tính kháng nấm, tính chất chức năng, hiệu lực bảo quản của chitosan, nano chitosan và compozit với axit oleic ứng dụng cho bảo quản quả mận Tam Hoa” 1. MỤC ĐÍCH - YÊU CẦU 1.

Mục đích - Xác định được tính chất kháng nấm gây nhiễm nhân tạo và tự nhiên, xác định được một số tính chất chức năng của màng film tạo thành từ chitosan, nano chitosan và compozit của chúng với axit oleic. - Xác định và so sánh được hiệu quả bảo quản của chitosan, nano chitosan và compozit của chúng với axit oleic trên mận Tam Hoa. Yêu cầu - Xác định được khả năng kháng nấm mốc gây hỏng quả mận Tam Hoa của chitosan, nano chitosan và compozit với axit oleic. - Xác định được một số tính chất chức năng của màng film tạo thành từ chitosan, nano chitosan và compozit với axit oleic.

- So sánh được hiệu quả bảo quản của chitosan, nano chitosan và compozit của chúng với axit oleic đối với mận Tam Hoa. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHITOSAN 2. Nguồn gốc và cấu trúc hóa học của chitosan 2.

Nguồn gốc chitin/chitosan Về mặt lịch sử, chitin được Braconnot phát hiện đầu tiên vào năm 1811, trong cặn dịch chiết từ một loại nấm. Ông đặt tên cho chất này là “Fungine” để ghi nhớ nguồn gốc của nó. Năm 1923, Odier phân lập được một chất từ bọ cánh cứng mà ông gọi là “chitin” hay “chitine”, tiếng Hy Lạp gọi là vỏ giáp, nhưng ông không phát hiện ra sự có mặt của nitơ. Cuối cùng cả Odier và Braconnot đều đi đến kết luận chitin có dạng công thức giống với cellulose.

Sự có mặt của nitơ trong chitin đã được Lassaige chứng minh vào năm 1843, từ đó nhân loại bắt đầu nghiên cứu và ứng dụng lâu dài hợp chất này và các dẫn xuất của nó (Shahidi et al. Ở động vật chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng trong vỏ một số động vật không xương sống như côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác, giun tròn. Hàm lượng chitin (theo % chất khô) ở động vật giáp xác như tôm, cua (58,85%), côn trùng (20-60%), động vật thân mềm (3-26%), giun đốt (20-28%), ruột khoang (3 – 30%), rong biển chứa một lượng nhỏ chitin, nấm có chứa khoảng 45% chitin (Mati-Baouche et al. Ở động vật bậc cao, monome của chitin là một thành phần chủ yếu trong mô da giúp cho sự tái tạo và gắn liền các vết thương ở da.

Ở vi sinh vật chitin có trong thành tế bào nấm, trong sinh khối nấm mốc và một số loại tảo (Sun et al. Cấu trúc hóa học của chitosan a. Công thức cấu tạo của chitin Chitin có cấu trúc là một polyme được tạo thành từ các đơn vị N – acetyl – β – D – glucosamin liên kết với nhau bởi liên kết β – 1 – 4 glucoside. Công thức cấu tạo của chitin 3 Chitosan thu được từ quá trình diacetyl hóa chitin, thay thế nhóm N-acetyl thành nhóm amin ở vị trí C2.

Do qúa trình acetyl hóa xảy ra không hoàn toàn nên người ta quy ước nếu độ diacetyl hóa (degree of deacetylation)(DD), DD > 50% thì gọi là chitosan, nếu DD < 50% thì gọi là chitin. Chitosan có cấu trúc tuyến tính từ đơn vị 2-deoxy-β-D-glucosamine liên kết với nhau bằng liên kết β-(1-4) glucozit. Cấu trúc hóa học của Chitosan Hình 2. Cấu trúc của chitosan Tên gọi khoa học: Poly(1-4)-amino-2deoxy- β-D-glucose; poly(1-4)- amino-2deoxy- β-D-glucopyranose.

Công thức phân tử: [C6H11O4N]n Phân tử lượng: Mchitosan = (161,07)n Trong thực tế các mạch chitin – chitosan đan xen nhau, vì vậy tạo ra nhiều sản phẩm đồng thời, việc tách và phân tích chúng rất phức tạp (Huỳnh Nguyễn Duy Bảo và cs. Tính chất cơ bản của chitosan 2. Tính chất vật lý Chitosan là chất rắn hình vẩy, xốp, nhẹ, màu trắng ngà, không mùi, không vị, có thể xay nhỏ ở các kích thước khác nhau. Nhiệt độ nóng chảy ở 309 – 3110C tùy vào trọng lượng phân tử và mức độ diacetyl hóa.

Trọng lượng phân tử 10000- 1200000 Da tùy theo điều kiện sản xuất. Tỷ trọng của chitosan trong động vật giáp xác rất cao khoảng 0,39g/lit phụ thuộc vào loài giáp xác, phương pháp chế biến, mức độ diacetyl hóa (Dutta et al. Quá trình diacetyl hóa bao gồm quá trình loại nhóm acetyl khỏi chuỗi phân tử chitin và hình thành phân tử chitosan với nhóm amin hoạt động hóa học cao. Mức độ diacetyl hóa là một đặc tính quan trọng của quá trình sản xuất chitosan bởi nó ảnh hưởng đến tính chất lý, hóa học và khả năng ứng dụng của chitosan.

4 Mức độ diacetyl hóa vào khoảng 70 – 100% phụ thuộc vào loài giáp xác, phương pháp sử dụng. Có nhiều phương pháp để xác định mức độ diacetyl hóa của chitosan như: Khử ninhydrin, chuẩn độ theo điện thế, quang phổ hồng ngoại, chuẩn độ pH,. Trong đó phương pháp sử dụng hồng ngoại thường được sử dụng để thiết lập các giá trị mức độ deacetyl hóa của chitosan. Khi ở mức độ diacetyl hóa thấp, chitosan có khả năng hút ẩm lớn do vậy trước khi phân tích chitosan cần phải sấy (Pal et al.

Tính tan của chitosan phụ thuộc vào mức độ diacetyl hóa, sự phân bố của các nhóm acetyl dọc theo chuỗi chính, trọng lượng phân tử và bản chất của các axit được sử dụng để cho proton, nhưng không giống như chitin, chitosan hòa tan trong dung dịch axit loãng có pH < 6.0 do sự có mặt của các nhóm anin (Leceta et al. Các acid hữu cơ như acetic, formic, lactic thường được sử dụng để hòa tan chitosan. Dung dịch axit axetic nồng độ cao tại nhiệt độ cao có thể dẫn đến dipolyme hóa chitosan. Ở pH cao có thể xảy ra hiện tượng kết tủa hoặc đông tụ nguyên nhân là do hình thành hỗn hợp với chất keo anion.

Tính tan của chitosan còn bị ảnh hưởng bởi mức độ diacetyl hóa, mức độ diacetyl hóa trên 85% để đạt được tính tan mong muốn (Shahidi et al. Chitosan có khả năng tạo màng sử dụng trong bảo quản thực phẩm. Khi sử dụng màng chitosan dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ, độ thoáng cho thực phẩm. Màng chitosan khá dai, khó xé rách, có độ bền tương đương với một số chất dẻo vẫn được dùng để bao gói (Shahidi et al.

Tính chất hóa học Phân tử chitosan có chứa các nhóm chức -OH, -NHCOCH3 trong các mắt xích N-acetyl-D-glucosamine và -OH, -NH2 trong các mắt xích D-glucosamine do đó nó vừa là alcol vừa là amin và amit, phản ứng hóa học có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn suất thế O-, dẫn xuất thế N-, hoặc dẫn xuất thế O-, N-. Chitosan là những polisaccharide mà các đơn phân được nối với nhau bởi các liên kết β1-4 glucoside, các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các liên kết hóa học như: acid, base, tác nhân oxy hóa và các enzyme thủy phân (Huỳnh Nguyễn Duy Bảo và cs. Trong phân tử các chitosan có chứa các nhóm chức mà trong đó các nguyên tử oxy và nito của nhóm chức có cặp electron chưa sử dụng nên chúng có khả năng tạo phức với kim loại như: Hg+, Zn2+, Cu2+, Ni2+, Co2+… Tùy 5 nhóm chức trên mạch polyme mà thành phần và cấu trúc của phức khác nhau (Hiroshi, 1997). Tính chất sinh học và độc tính của chitosan Chitosan là hợp chất tự nhiên không độc, dùng an toàn cho người, có tính hòa hợp sinh học cao với cơ thể, có khả năng tự phân hủy sinh học (Elsabee et al, 2012).