Nghiên cứu ức chế nấm mốc Colletotrichum gloeosporioides gây bệnh thán thư và bảo quản xoài

Luận văn thạc sĩ HCMUTE nghiên cứu ức chế nấm mốc Colletotrichum gloeosporioides và bảo quản xoài bằng màng tinh bột kết hợp trà xanh.

• Tác giả: Đặng Thị Mỹ Sâm
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm
• Đề tài: Ức Chế Nấm Mốc Colletotrichum Gloeosporioides Gây Bệnh Thán Thư Và Bảo Quản Xoài Bằng Màng Tinh Bột Kết Hợp Trà Xanh
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN

Tóm tắt

I. Tổng quan nghiên cứu ức chế nấm mốc Colletotrichum gloeosporioides

Colletotrichum gloeosporioides là loài nấm sợi gây hại phổ biến trên nông sản nhiệt đới. Loại nấm này tấn công mạnh mẽ vào giai đoạn sau thu hoạch. Xoài là một trong những đối tượng chịu thiệt hại nặng nề nhất. Bào tử nấm bám dính trên biểu bì vỏ trái. Chúng ngủ đông cho đến khi trái chín. Khi điều kiện thuận lợi, sợi nấm xâm nhập sâu vào mô tế bào. Bề mặt trái xuất hiện các đốm đen lõm sâu. Bệnh lan rộng làm thối rữa toàn bộ thịt quả. Thiệt hại kinh tế đối với ngành xuất khẩu trái cây rất nghiêm trọng. Nhiều lô hàng bị từ chối nhập khẩu do nhiễm bệnh thán thư. Do đó, nghiên cứu ức chế nấm mốc Colletotrichum gloeosporioides mang tính cấp thiết cao. Các nhà khoa học không ngừng tìm kiếm giải pháp kiểm soát nấm an toàn. Mục tiêu trọng tâm là ức chế nảy mầm của bào tử. Đồng thời, giải pháp cần kéo dài thời gian lưu trữ nông sản. Công nghệ nano kết hợp màng sinh học mở ra triển vọng vượt bậc. Nghiên cứu hiện đại hướng đến việc thay thế dần hóa chất bảo quản độc hại.

1.1. Đặc điểm sinh học của chủng nấm Colletotrichum gloeosporioides

Colletotrichum gloeosporioides thuộc chi nấm Colletotrichum, họ Glomerellaceae. Nấm sinh sản chủ yếu bằng bào tử phân sinh không màu, hình trụ hoặc bầu dục. Bào tử nảy mầm hình thành giác bám bám chặt trên bề mặt trái cây. Cấu trúc giác bám tiết enzyme cutinase phá vỡ lớp biểu bì thực vật. Sau đó, giác bám tạo vòi xâm nhiễm chọc thủng thành tế bào quả. Sợi nấm phát triển nhanh trong điều kiện nhiệt độ từ 25 đến 30 độ C. Độ ẩm cao trên 95 phần trăm thúc đẩy quá trình lây lan nhanh chóng. Sợi nấm phân nhánh dày đặc làm phân hủy mô thịt quả. Khi quả bắt đầu chín, enzyme nội bào kích hoạt sự phá hủy mạnh mẽ hơn. Vết bệnh ban đầu là chấm nâu nhỏ rồi lan rộng thành mảng thối đen.

1.2. Cơ chế gây bệnh thán thư và tác hại đối với nông sản

Bệnh thán thư do Colletotrichum gloeosporioides gây tổn thất lớn cho chuỗi cung ứng trái cây. Nấm xâm nhập vào quả non ngay từ trên cây. Bào tử tồn tại dưới dạng tiềm sinh và không biểu hiện triệu chứng rõ rệt. Khi quả thu hoạch và bước vào giai đoạn chín, nấm thức tỉnh mạnh mẽ. Lượng đường tăng cùng sự suy giảm phytoalexin tự nhiên tạo điều kiện lý tưởng cho nấm sinh trưởng. Độc tố và enzyme do nấm tiết ra phân giải pectin và cellulose. Vỏ quả mất tính đàn hồi, nhanh chóng bị nhũn nát và biến dạng. Trái xoài nhiễm bệnh xuất hiện vết lõm hình tròn màu đen đồng tâm. Thịt quả thối rữa từ ngoài vào trong, kèm mùi chua khó chịu. Trái cây hỏng không thể tiêu thụ trên thị trường nội địa lẫn xuất khẩu.

II. Thách thức trong ức chế nấm mốc Colletotrichum gloeosporioides

Kiểm soát nấm thán thư sau thu hoạch hiện đối mặt với nhiều rào cản kỹ thuật. Phương pháp truyền thống thường dùng thuốc hóa học tổng hợp kết hợp xử lý nhiệt. Nước nóng giúp tiêu diệt một phần mầm bệnh trên vỏ quả. Tuy nhiên, nhiệt độ cao dễ gây tổn thương sinh lý mô thực vật. Vỏ trái cây xuất hiện vết bỏng nhiệt, làm giảm giá trị thương phẩm. Thuốc bảo vệ thực vật hóa học để lại dư lượng độc hại trên nông sản. Người tiêu dùng ngày càng lo ngại về an toàn thực phẩm. Nguy cơ kháng thuốc ở nấm Colletotrichum gloeosporioides cũng gia tăng nhanh chóng. Sự đột biến gen tạo ra các dòng nấm kháng thuốc diệt nấm phổ rộng. Hiệu quả của các loại thuốc hóa học cũ suy giảm rõ rệt theo thời gian. Tiêu chuẩn kiểm dịch thực vật tại các thị trường quốc tế ngày càng khắt khe. Các rào cản kỹ thuật đòi hỏi giới hạn dư lượng tối đa ở mức cực thấp. Việc tìm kiếm vật liệu mới có khả năng kháng khuẩn cao là yêu cầu sống còn. Vật liệu cần đảm bảo chi phí thấp và an toàn sinh học. Đây là bài toán khó đòi hỏi công nghệ tiên tiến thay thế.

2.1. Hạn chế của biện pháp hóa học và xử lý nhiệt truyền thống

Biện pháp ngâm nước nóng từ 48 đến 52 độ C thường được áp dụng. Nhiệt độ này giúp diệt khuẩn nhưng dễ gây tổn thương vỏ trái cây. Lớp sáp tự nhiên bị rửa trôi khiến quả mất nước và teo tóp. Hiện tượng thâm đen vỏ xuất hiện khi nhiệt độ vượt ngưỡng. Trong khi đó, việc sử dụng thuốc diệt nấm hóa học đối mặt làn sóng phản đối gay gắt. Hóa chất tổng hợp để lại dư lượng độc hại trên nông sản. Dư lượng thuốc bảo vệ thực vật gây nguy hại cho sức khỏe con người. Các thị trường nhập khẩu khắt khe từ chối những lô hàng chứa hóa chất. Do vậy, giải pháp xử lý nhiệt kết hợp hóa chất không còn đem lại hiệu quả bền vững.

2.2. Vấn đề kháng thuốc và rào cản chi phí vật liệu nano quý

Nấm Colletotrichum gloeosporioides có khả năng biến đổi di truyền rất nhanh. Quá trình chọn lọc tự nhiên hình thành các dòng nấm kháng lại nhiều nhóm thuốc diệt nấm. Hiệu lực của hoạt chất hóa sinh bị vô hiệu hóa sau thời gian ngắn sử dụng. Trước thách thức đó, công nghệ nano mở ra hướng tiếp cận hoàn toàn mới. Hạt nano kim loại sở hữu đặc tính kháng khuẩn và kháng nấm vượt trội. Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh hiệu lực của nano bạc và nano vàng. Tuy nhiên, giá thành nguyên liệu của bạc và vàng cực kỳ đắt đỏ. Chi phí sản xuất cao cản trở việc ứng dụng trên quy mô công nghiệp lớn. Ngành bảo quản nông sản đòi hỏi nguồn vật liệu thay thế có hiệu quả tương đương nhưng giá thành rẻ hơn.

III. Giải pháp xanh ức chế nấm mốc Colletotrichum gloeosporioides

Sự phát triển của công nghệ xanh đem lại giải pháp thay thế đầy hứa hẹn. Hạt nano đồng và nano đồng oxide (Cu/Cu2O) nổi lên như một lựa chọn ưu việt. Vật liệu này có hoạt tính kháng nấm cao nhưng chi phí sản xuất thấp hơn nhiều so với bạc và vàng. Phương pháp sinh tổng hợp nano đồng sử dụng dịch chiết thực vật thay thế hóa chất độc hại. Dịch chiết lá trà xanh chứa hàm lượng polyphenol và catechin dồi dào. Các hợp chất này đóng vai trò kép vừa là chất khử vừa là chất bao bọc ổn định hạt. Kỹ thuật mầm tinh thể nano kiểm soát chặt chẽ quá trình hình thành hạt. Quá trình tạo mầm sơ cấp tuân theo lý thuyết hạt nhân cổ điển và mô hình Lifshitz - Slyozov - Wagner. Việc kiểm soát nhiệt độ và độ pH dung dịch giúp định hình kích thước hạt nano đồng nhất. Sau đó, nano đồng được tích hợp vào nền màng tinh bột sinh học. Màng tinh bột tạo lớp phủ mỏng, trong suốt và tự phân hủy sinh học trên bề mặt vỏ trái. Màng bao phân tán đồng đều các hạt nano đồng hoạt tính. Khi tiếp xúc với bào tử nấm, hạt nano giải phóng ion đồng phá vỡ cấu trúc màng tế bào nấm. Bào tử nấm bị tiêu diệt hoàn toàn mà không làm thay đổi hương vị tự nhiên của quả.

3.1. Sinh tổng hợp hạt nano đồng bằng dịch chiết trà xanh

Quá trình sinh tổng hợp hạt nano đồng sử dụng muối CuSO4 làm tiền chất kim loại. Dịch chiết lá trà xanh chứa các polyphenol hoạt tính cao làm tác nhân khử sinh học. Phản ứng khử biến đổi ion Cu2+ thành các hạt nano đồng hoặc đồng oxide kích thước nhỏ. Các phân tử catechin tự nhiên bao phủ bề mặt hạt nano mới sinh. Lớp che phủ hữu cơ này ngăn ngừa hiện tượng hạt kết tụ và oxy hóa trong môi trường. Phương pháp sử dụng mầm tinh thể định hướng cấu trúc tinh thể phát triển đồng đều. Phản ứng diễn ra ở nhiệt độ phòng và không cần dung môi hóa chất độc hại. Kỹ thuật xanh này thân thiện với môi trường và tiết kiệm đáng kể chi phí vận hành.

3.2. Cơ chế kháng nấm của màng bao tinh bột chứa nano đồng

Màng tinh bột đóng vai trò chất mang đưa hạt nano đồng tiếp xúc đều lên vỏ quả. Nền màng tạo hàng rào vật lý hạn chế sự trao đổi khí và thoát hơi nước. Đồng thời, hạt nano giải phóng liên tục các ion đồng mang điện tích dương. Các ion này gắn kết chặt chẽ với màng tế bào nấm mang điện tích âm. Sự tương tác tĩnh điện gây xáo trộn tính thấm và làm thủng màng nguyên sinh chất. Hạt nano còn xâm nhập vào nội bào, kích thích sản sinh các gốc oxy hóa hoạt tính ROS. Các gốc tự do tấn công chuỗi DNA, làm biến tính protein và ức chế enzyme hô hấp. Quá trình nảy mầm của bào tử Colletotrichum gloeosporioides bị chặn đứng. Sợi nấm co rút, ngừng phát triển và chết dần.

IV. Ứng dụng thực tế và ức chế nấm mốc Colletotrichum gloeosporioides

Màng phủ hoạt tính từ tinh bột kết hợp nano đồng đem lại giá trị thực tiễn to lớn. Thử nghiệm trên trái xoài sau thu hoạch cho thấy thời gian bảo quản được kéo dài đáng kể. Màng sinh học giữ cho độ cứng của quả luôn ổn định và giảm hao hụt khối lượng tự nhiên. Tỷ lệ nhiễm bệnh thán thư do Colletotrichum gloeosporioides giảm mạnh so với mẫu đối chứng. Quá trình chín sinh lý của trái diễn ra chậm rãi và đồng đều. Màu sắc và hàm lượng vitamin C trong dịch quả được bảo toàn nguyên vẹn. Giải pháp này giúp trái cây vượt qua các tiêu chuẩn kiểm dịch khắt khe khi xuất khẩu. Chi phí chế tạo màng tinh bột và tổng hợp hạt nano đồng từ trà xanh rất kinh tế. Vật liệu có nguồn gốc tự nhiên, dễ phân hủy sinh học và thân thiện với hệ sinh thái. Doanh nghiệp nông nghiệp có thể triển khai quy trình nhúng phủ quy mô lớn tại các xưởng đóng gói. Việc ứng dụng công nghệ bao bì hoạt tính mở ra hướng đi bền vững cho nông sản nhiệt đới. Đây là bước tiến quan trọng thúc đẩy chuỗi giá trị trái cây xuất khẩu vươn xa.

4.1. Hiệu quả bảo quản xoài và kiểm soát chất lượng trái

Việc phủ màng tinh bột nano đồng tạo lớp bảo vệ lý tưởng cho trái xoài. Vỏ quả duy trì màu xanh tươi lâu hơn và hạn chế đốm nâu xuất hiện. Tốc độ hô hấp của quả giảm rõ rệt nhờ cơ chế cản khí chọn lọc của màng sinh học. Lượng đường tổng số và độ chua chuẩn độ được duy trì ở mức cân bằng tự nhiên. Thịt quả giữ được độ săn chắc cần thiết và không bị mềm nhũn sớm. Khả năng kháng nấm liên tục của các hạt nano đồng kiểm soát hoàn toàn sự phát triển của vết bệnh thán thư. Trái cây bảo quản trong kho lạnh kéo dài tuổi thọ thêm từ 10 đến 15 ngày so với không xử lý. Chất lượng xoài đáp ứng tốt thị hiếu của người tiêu dùng.

4.2. Triển vọng thương mại hóa bao bì hoạt tính sinh học

Màng phủ hoạt tính từ tinh bột và nano đồng sở hữu tiềm năng thương mại rất lớn. Quy trình chế tạo đơn giản, dễ dàng mở rộng quy mô sản xuất công nghiệp. Nguồn nguyên liệu tinh bột và lá trà xanh dồi dào, sẵn có tại địa phương giúp hạ giá thành sản phẩm. Công nghệ này thay thế hiệu quả bao bì nhựa truyền thống khó phân hủy, bảo vệ môi trường sinh thái. Màng phủ có khả năng ứng dụng rộng rãi trên nhiều loại quả nhiệt đới khác như bơ, đu đủ và chuối. Xu hướng tiêu dùng xanh trên thế giới tạo thuận lợi lớn cho các sản phẩm ứng dụng công nghệ bao bì sinh học. Nghiên cứu mở ra hướng đi bền vững và nâng tầm giá trị nông sản xuất khẩu.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Xoài là một trong những loại cây ăn quả nhiệt đới chủ lực của Việt Nam, hiện được canh tác rộng rãi tại 59 trên tổng số 63 tỉnh thành. Trong đó, khu vực Đồng bằng sông Cửu Long là vùng chuyên canh lớn nhất, chiếm khoảng 48% tổng diện tích trồng xoài cả nước. Đến nay, sản phẩm xoài tươi Việt Nam đã thâm nhập thành công vào hơn 40 thị trường xuất khẩu quốc tế tiêu chuẩn cao như Hoa Kỳ, Nhật Bản, Hàn Quốc và Australia. Tuy nhiên, căn bệnh thán thư do chủng nấm Colletotrichum gloeosporioides gây ra vẫn là mối đe dọa hàng đầu đối với chuỗi giá trị sau thu hoạch. Tỷ lệ thiệt hại do bệnh thán thư gây ra thường dao động từ 30% đến 60%, thậm chí lên tới 100% khi gặp điều kiện thời tiết ẩm ướt kéo dài hoặc độ ẩm không khí vượt mức 85%.

Hiện nay, biện pháp thương mại chủ đạo để phòng chống thán thư sau thu hoạch là kết hợp ngâm nước nóng với phun thuốc diệt nấm hóa học. Dù vậy, phương pháp này bộc lộ nhiều nhược điểm nghiêm trọng như nguy cơ tồn dư hóa chất vượt ngưỡng an toàn, chủng nấm đột biến kháng thuốc và tổn thương mô quả do nhiệt. Nhằm khắc phục các rào cản trên, luận văn thạc sĩ chuyên ngành Công nghệ thực phẩm của tác giả Đặng Thị Mỹ Sâm tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã hướng tới giải pháp công nghệ sinh học xanh: chế tạo lớp phủ hoạt tính từ tinh bột sắn kết hợp hạt nano gốc đồng để kiểm soát nấm thán thư và bảo quản quả xoài. Nghiên cứu tập trung tổng hợp hạt nano đồng I oxit bằng dịch chiết lá trà xanh kết hợp mầm tinh thể và hạt nano đồng kim loại bằng acid ascorbic. Đề tài được triển khai trong phạm vi phòng thí nghiệm từ tháng 3 năm 2020 đến tháng 8 năm 2020. Ý nghĩa thực tiễn của công trình là mở ra hướng đi mới giúp giảm tỷ lệ hao hụt quả sau thu hoạch xuống dưới mức 10%, đồng thời thay thế các màng bọc plastic khó phân hủy bằng màng polymer sinh học thân thiện với môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên hai nền tảng lý thuyết cốt lõi về hóa học vật liệu nano và vi sinh học màng tế bào. Trước hết là lý thuyết tạo mầm và phát triển tinh thể cổ điển kết hợp mô hình Lifshitz - Slyozov - Wagner, làm sáng tỏ động học hình thành các mầm nano sơ cấp và quá trình chuyển pha tinh thể trong dung dịch có chất bao bề mặt. Thứ hai là lý thuyết về cơ chế kháng khuẩn của nano oxit kim loại thông qua sự kích thích sản sinh các gốc oxy phản ứng (ROS). Khi tiếp xúc với bào tử nấm, hạt nano giải phóng ion đồng xúc tác phản ứng Fenton tạo gốc hydroxyl tự do, gây mất cân bằng oxy hóa nội bào, phá vỡ liên kết màng tế bào, rối loạn cân bằng ion và ức chế các enzyme hô hấp của sợi nấm.

Mô hình nghiên cứu xoay quanh 4 khái niệm khoa học nền tảng: tổng hợp xanh nhờ các hợp chất khử sinh học tự nhiên; vật liệu nano gốc đồng bao gồm Cu và Cu2O; màng composite sinh học hoạt tính trên nền tinh bột sắn hồ hóa kết hợp gelatin và glycerol; và chỉ số phần trăm ức chế đường kính sinh trưởng sợi nấm (IRG) nhằm định lượng hiệu lực kháng vi sinh vật.

Phương pháp nghiên cứu

Dữ liệu nghiên cứu được thu thập từ quy trình thực nghiệm đồng bộ giữa thử nghiệm in vitro trên đĩa thạch và in vivo trên quả xoài tươi. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 45 đĩa thạch dinh dưỡng phân bố cho các nồng độ nano khảo sát và tối thiểu 30 quả xoài đồng đều về kích thước, đạt độ chín sinh lý từ 80% đến 85%, không có dấu hiệu tổn thương cơ học. Phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên hoàn toàn (CRD) được áp dụng nhằm đảm bảo tính khách quan và loại trừ các sai số ngẫu nhiên do vị trí bảo quản. Toàn bộ tiến trình thí nghiệm kéo dài liên tục trong 6 tháng, từ ngày 1 tháng 3 năm 2020 đến ngày 30 tháng 8 năm 2020.

Lý do lựa chọn hệ thống phương pháp phân tích bắt nguồn từ yêu cầu kiểm định nghiêm ngặt tính chất lý - hóa - sinh của vật liệu nano:

• Quang phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến UV-vis được sử dụng để phát hiện nhanh chóng bước sóng cộng hưởng plasmon bề mặt, khẳng định sự chuyển hóa của ion đồng thành hạt nano.
• Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) nhận diện chính xác cấu trúc mạng tinh thể và pha oxit đồng chiếm ưu thế.
• Kính hiển vi điện tử quét (SEM) và truyền qua (TEM) cho phép quan sát trực tiếp hình thái hình học và xác nhận lớp vỏ bọc gelatin - glycerol có độ dày từ 30 nm đến 50 nm quanh hạt nano.
• Phép đo tán xạ ánh sáng động (DLS) cung cấp thông tin chuẩn xác về phân bố kích thước thủy động của hạt trong dung dịch.
• Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) xác nhận liên kết đặc trưng Cu - O cũng như sự tương tác của các nhóm chức hữu cơ từ dịch chiết trà xanh.
• Thử nghiệm nuôi cấy vi sinh trên môi trường Nutrient Broth đo đường kính tản nấm theo các mốc 2, 4, 7 và 10 ngày để đánh giá hoạt lực diệt nấm thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, quá trình khử đồng sulphate bằng dịch chiết lá trà xanh kết hợp mầm tinh thể đã tổng hợp thành công các hạt Cu2O NPs. Phổ UV-vis ghi nhận đỉnh hấp thụ plasmon đặc trưng trong dải bước sóng từ 452 nm đến 457 nm. Dữ liệu phân tích DLS cho thấy kích thước hạt trung bình đạt 298,5 nm, trong khi giản đồ XRD khẳng định sản phẩm có pha tinh thể Cu2O chiếm ưu thế tuyệt đối bên cạnh một lượng rất nhỏ đồng kim loại.

Thứ hai, quy trình khử muối đồng bằng acid ascorbic tạo ra các hạt Cu NPs đồng kim loại với đỉnh hấp thụ UV-vis tại bước sóng 578 nm đến 594 nm. Ảnh hiển vi TEM và phép đo DLS xác nhận trên 90% số hạt nano phân bố đều trong dải kích thước từ 100 nm đến 300 nm, với lớp vỏ gelatin - glycerol dày từ 30 nm đến 50 nm bao bọc bền vững quanh lõi kim loại.

Thứ ba, hoạt tính kháng nấm Colletotrichum gloeosporioides in vitro thể hiện tính phụ thuộc rõ rệt vào liều lượng xử lý. Hạt Cu NPs đạt hiệu lực ức chế sinh trưởng 100% ở nồng độ chỉ 200 ppm sau 7 ngày nuôi cấy. Trong khi đó, hạt Cu2O NPs đạt mức ức chế tuyệt đối 100% tại nồng độ 1005 ppm, chứng minh hoạt tính diệt nấm mạnh mẽ của cả hai dạng vật liệu.

Thứ tư, màng composite tinh bột sắn chứa 245 ppm Cu NPs và màng chứa 1005 ppm Cu2O NPs ngăn chặn hoàn toàn sự phát triển của khuẩn ty nấm trên bề mặt thạch sau 2 đến 4 ngày. Khi thử nghiệm in vivo trên quả xoài trong 7 ngày, lớp phủ chứa Cu2O NPs giúp giảm trên 70% đường kính vết thán thư so với mẫu xoài đối chứng không phủ màng.

Thảo luận kết quả

Khả năng tiêu diệt nấm Colletotrichum gloeosporioides của hạt nano đồng bắt nguồn từ diện tích bề mặt tiếp xúc lớn, cho phép chúng bám dính tĩnh điện vào thành tế bào nấm và thẩm thấu vào bên trong. Sự giải phóng liên tục các ion đồng hóa trị một và hóa trị hai kích thích hình thành các gốc tự do ROS, gây tổn thương cấu trúc DNA và peroxy hóa lipid màng. Đáng chú ý, nồng độ ức chế 100% của Cu NPs (200 ppm) thấp hơn khoảng 5 lần so với Cu2O NPs (1005 ppm), do cấu trúc kim loại tinh khiết giải phóng ion tự do với tốc độ nhanh hơn dạng oxit. So với các công bố khoa học trước đây sử dụng dịch chiết thực vật thông thường vốn cần nồng độ hạt từ 500 ppm đến 800 ppm, quy trình sử dụng mầm tinh thể trong nghiên cứu này mang lại hiệu suất vượt trội nhờ độ đồng đều kích thước cao.

Về phương thức trực quan hóa dữ liệu, kết quả nghiên cứu có thể được thể hiện qua biểu đồ cột so sánh tỷ lệ ức chế IRG (%) giữa các nồng độ nano qua từng ngày nuôi cấy (từ ngày 1 đến ngày 7), giúp người đọc nhận biết ngay ngưỡng nồng độ ức chế tối ưu. Đồng thời, một bảng số liệu tổng hợp các thông số đặc trưng bao gồm bước sóng hấp thụ UV-vis, góc nhiễu xạ XRD, kích thước hạt trung bình qua DLS và độ dày màng bao gelatin sẽ làm nổi bật tính đồng nhất của vật liệu. Hình ảnh SEM mặt cắt màng composite khẳng định các hạt nano phân tán đồng nhất trong chất nền tinh bột sắn mà không xuất hiện các cụm kết tụ thô, tạo nên rào cản oxy vững chắc giúp kéo dài độ tươi ngon của quả xoài.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, chuẩn hóa quy trình chiết tách hoạt chất polyphenol từ búp trà xanh ở quy mô công nghiệp nhằm nâng hiệu suất thu hồi chất khử tự nhiên lên trên 85%, giao cho Viện Nghiên cứu Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch chủ trì triển khai trong quý 1 năm 2027.

Thứ hai, tối ưu hóa công thức phối chế màng composite bằng cách bổ sung phụ gia sinh học tự nhiên, hướng đến mục tiêu hạ nồng độ Cu2O NPs xuống dưới mức 500 ppm mà vẫn duy trì hiệu quả kháng nấm đạt trên 95%, do các phòng thí nghiệm công nghệ thực phẩm thực hiện trong khung thời gian 12 tháng tới.

Thứ ba, tiến hành các thử nghiệm lâm sàng chuyên sâu về độc tính học và phân tích dư lượng ion đồng trên vỏ cũng như thịt quả sau các mốc lưu kho 15, 30 và 45 ngày, đảm bảo mức thôi nhiễm luôn nằm dưới ngưỡng quy định 5 mg/kg của Ủy ban Tiêu chuẩn Thực phẩm Quốc tế (Codex), do Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng phối hợp kiểm định trong giai đoạn 2027 - 2028.

Thứ tư, chế tạo hệ thống thiết bị nhúng màng tự động kết hợp buồng thổi gió sấy mát với công suất đạt từ 2 đến 5 tấn quả mỗi giờ, chuyển giao cho các hợp tác xã và doanh nghiệp xuất khẩu trái cây tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long áp dụng thực tế từ năm 2028.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm 1: Các nhà nghiên cứu và giảng viên tại các trường đại học, viện nghiên cứu chuyên ngành Công nghệ thực phẩm, Công nghệ sinh học và Hóa học vật liệu. Luận văn cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về cơ chế tổng hợp xanh, kỹ thuật điều khiển cấu trúc mầm tinh thể và phương pháp luận phân tích quang phổ tiên tiến.

Nhóm 2: Chuyên viên nghiên cứu và phát triển sản phẩm (R&D) tại các doanh nghiệp sản xuất bao bì sinh học và chế phẩm bảo quản nông sản. Nghiên cứu cung cấp công thức màng bao gelatin - tinh bột sắn kháng khuẩn có chi phí thấp hơn khoảng 40% so với màng bọc hóa dầu truyền thống.

Nhóm 3: Các hợp tác xã và doanh nghiệp xuất khẩu xoài tươi tại các tỉnh Đồng Tháp, An Giang, Tiền Giang. Đây là đối tượng thụ hưởng trực tiếp giải pháp bảo quản xanh, giúp kéo dài thời gian tồn trữ trái cây từ 25 đến 30 ngày để vận chuyển bằng đường biển sang các thị trường xa.

Nhóm 4: Học viên cao học và sinh viên đại học khối ngành công nghệ sau thu hoạch. Đề tài là bài học kinh nghiệm tiêu biểu về phương pháp thiết kế thí nghiệm in vitro kết hợp in vivo và kỹ năng xử lý số liệu vi sinh vật học chuẩn mực.

Câu hỏi thường gặp

Vì sao nghiên cứu lại ưu tiên lựa chọn nano gốc đồng thay vì nano bạc vốn có hoạt tính kháng nấm phổ biến hơn? Hạt nano bạc tuy có hoạt lực kháng khuẩn ở nồng độ thấp từ 20 ppm đến 50 ppm nhưng giá thành kim loại bạc rất cao, gây trở ngại lớn cho việc ứng dụng trên quy mô bảo quản hàng chục tấn nông sản. Nano gốc đồng có chi phí nguyên liệu thấp hơn khoảng 80% so với nano bạc. Hơn nữa, đồng là một vi chất dinh dưỡng thiết yếu cho cơ thể người với lượng tiêu thụ khuyến nghị hàng ngày khoảng 0,9 mg/ngày, tạo lợi thế lớn về tính an toàn và giá trị kinh tế.

Dịch chiết lá trà xanh đóng vai trò cụ thể như thế nào trong phản ứng tổng hợp hạt nano Cu2O? Dịch chiết trà xanh chứa hàm lượng dồi dào các phân tử polyphenol và flavonoid mang nhiều nhóm hydroxyl tự do. Các hợp chất sinh hóa này đóng vai trò kép: vừa là tác nhân khử sinh học chuyển đổi ion Cu2+ từ dung dịch muối CuSO4 thành oxit Cu2O, vừa phối hợp với gelatin và glycerol làm chất bao bảo vệ, ngăn ngừa hiện tượng hạt nano bị oxy hóa hoặc kết tụ kích thước lớn.

Nồng độ nano đồng nào cho hiệu quả ức chế hoàn toàn nấm Colletotrichum gloeosporioides? Kết quả thử nghiệm in vitro sau 7 ngày nuôi cấy trên đĩa thạch xác nhận hạt Cu NPs khử bằng acid ascorbic đạt tỷ lệ ức chế 100% đường kính sợi nấm ở nồng độ 200 ppm. Đối với hạt Cu2O NPs khử bằng dịch chiết trà xanh kết hợp mầm tinh thể, nồng độ tối thiểu để đạt mức ức chế tuyệt đối 100% là 1005 ppm.

Màng bao sinh học từ tinh bột sắn và gelatin có ảnh hưởng xấu đến phẩm chất cảm quan của quả xoài không? Lớp phủ composite từ tinh bột sắn và gelatin có độ trong suốt cao, tạo độ bóng bề mặt tự nhiên giúp quả xoài trông bắt mắt hơn. Với đặc tính cản khí oxy và hơi nước chọn lọc, màng làm chậm quá trình hô hấp và mất nước của quả nhưng không gây yếm khí cục bộ, giữ nguyên màu sắc vỏ vàng tươi và độ ngọt tự nhiên của thịt quả sau 7 đến 10 ngày bảo quản.

Việc sử dụng màng bọc chứa nano đồng có gây nguy cơ tích tụ độc tính cho người tiêu dùng hay không? Nguy cơ ngộ độc đồng qua đường tiêu hóa là cực kỳ thấp do nồng độ nano sử dụng trong màng rất nhỏ và được khóa chặt bên trong mạng lưới polymer sinh học. Cơ thể người trưởng thành có cơ chế cân bằng nội môi tự nhiên kiểm soát khoảng 100 mg đồng trong cơ thể. Hơn nữa, xoài là loại quả gọt vỏ trước khi sử dụng, giúp loại bỏ hoàn toàn khả năng thôi nhiễm ion đồng vào phần thịt quả ăn được.

Kết luận

• Luận văn đã tổng hợp thành công hạt nano Cu2O NPs có kích thước trung bình 298,5 nm bằng phương pháp tổng hợp xanh sử dụng dịch chiết trà xanh kết hợp mầm tinh thể.
• Nghiên cứu chế tạo thành công hạt nano đồng kim loại Cu NPs kích thước từ 100 nm đến 300 nm bằng chất khử acid ascorbic an toàn với lớp vỏ bọc gelatin - glycerol dày từ 30 nm đến 50 nm.
• Thử nghiệm in vitro chứng minh hiệu quả ức chế nấm Colletotrichum gloeosporioides đạt mức 100% tại nồng độ 200 ppm đối với Cu NPs và 1005 ppm đối với Cu2O NPs.
• Chế tạo thành công màng bao mỏng composite từ tinh bột sắn và gelatin mang nano đồng, giúp giảm thiểu rõ rệt kích thước vết bệnh thán thư trên quả xoài in vivo sau 7 ngày thử nghiệm.
• Công trình khẳng định tính khả thi vượt trội của giải pháp bảo quản sinh học thân thiện với môi trường, chi phí thấp nhằm thay thế dần thuốc bảo vệ thực vật độc hại.

Công trình của tác giả Đặng Thị Mỹ Sâm là bước tiến học thuật giàu giá trị thực tiễn, đóng góp giải pháp kỹ thuật cụ thể cho bài toán tổn thất sau thu hoạch của ngành trái cây nhiệt đới Việt Nam. Trong giai đoạn 12 đến 24 tháng tới, việc hoàn tất hồ sơ kiểm định an toàn thực phẩm và liên kết chuyển giao công nghệ cho các cơ sở đóng gói sẽ là mục tiêu then chốt. Các doanh nghiệp chế biến và hợp tác xã nông sản hãy chủ động liên hệ hợp tác với nhóm tác giả để sớm đưa công nghệ màng bao nano xanh vào sản xuất thực tiễn, góp phần nâng cao năng lực cạnh tranh cho trái xoài Việt Nam trên thị trường quốc tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TONG QUAN 1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1.2 Tổng quan nghiên cứu 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Đối tượng và giới hạn nghiên cứu 1.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Nội dung nghiên cứu 1.6 Phương pháp nghiên cứu 117 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1. Bénh than thư trên xoài 1.3 Giới thiệu nano đồng xi 11 Mi vii XI XV xvi XVII œ œ ẻĐƠO CỔ Un vn >> fF FL HBP WN NY NY NY 1.4 Ứng dụng của nano đồng 10 1.5 Hoạt tính kháng vi sinh vật của nano đồng 11 1.6 Téng hop nano déng 14 1.1 Các phương pháp tổng hợp nano 14 1.2 Tổng hợp nano từ chiết xuất thực vật 16 1.3 Các hạn chế trong trong tông hợp nano từ thực vật 18 1.4 Tổng hợp nano đồng từ thực vật 19 1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp nano 20 1.7 Tổng hợp nano bằng phương pháp sử đụng mầm tinh thé 22 1.8 Nguyên liệu chè (trà) xanh (Camellia sinensis) 23 1.9 Vai trò của chat bao gelatin va glycerol 25 Chuong 2 27 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 27 2.2 Phương pháp nghiên cứu 27 2.1 Tổng hợp nano đồng (I) oxide bằng phương pháp sử dụng mầm tỉnh thé nano đồng và địch chiết trà xanh 29 2.1 Chuẩn bị dịch chiết lá trà xanh 29 2.2 Tổng hợp nano đồng bằng phương pháp phát triển mầm 29 a. Giai đoạn tạo mam tinh thé nano đồng 30 b. _ Tổng hợp nano đồng (I) oxide bằng dịch chiết trà xanh - Giai đoạn phát triển mầm 30 2.3 Tổng hợp màng bao chứa CuaO NPs 31 2.4 Đặc tính của nano đồng (I) oxide 32 a.

Quang phô hấp thu UV - vis 32 b. Phân tích nhiễu xa tia X (XRD) 32 c. Kính hiến vi điện tử quét (SEM) 32 xii d. Phân tích kích thước hạt DLS e.

Quang phô hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) 2.5 Đánh giá khả năng kháng nắm mốc của CuaO NPs a. Kha nang khang nam méc cia CuO NPs in vitro b. Kha nang khang nam méc cia mang CuO NPs in vitro c. Hoat tinh khang nam méc in vivo gay nhiém trén xoài 2.2 Tổng hợp nano đồng sử dụng acid ascorbic 2.1 Tông hợp nano Cu (Cu NPs) 2.2 Tạo màng composite chứa Cu NPs 2.3 Đặc tính của Cu NPs 2.4 Hoat tinh khang nam in vitro cha Cu NPs a.

Khang nam in vitro cua dung dich Cu NPs b. Khang nam in vitro cla mang chtra Cu NPs c. Khang nam in vivo cua mang Cu NPs trén xoai Chuong 3 KET QUA VA BAN LUAN Phan 1 3.1 Kết quả tong hop nano déng (1) oxide từ mầm và dịch chiết trà xanh 3.1 Quang phổ hấp thu UV - vis 3.2 Nhiéu xa tia X (XRD) 3.3 Kết quả phân tích kính hiển vi điện tử quét SEM 3.4 Phân bố kích thước hạt 3.5 Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) 3.6 Đánh giá khả năng kháng nắm mốc 3.1 Khả năng kháng nắm mốc của nano đồng in vitro 3.2 Khả năng kháng nắm mốc của màng in vitro 3.3 Khả năng kháng nắm mốc của màng trên xoai in vivo XI 33 33 33 33 34 34 35 35 35 35 36 36 36 36 37 37 37 37 37 40 44 49 51 53 53 58 61 3.17 Tiểu kết Phần 2 3.2 Kết quả tông hợp nano đồng (Cu NPs) bằng acid ascorbic 3.1 Quang phé hap thu UV - vis 3.2 Nhiéu xa tia X (XRD) 3.3 Hiển vi điện tử truyền qua TEM 3.4 Phân bồ kích thước hạt 3.5 Phô hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) 3.6 Hình ảnh SEM mặt cắt ngang của mảng composite 3.7 Đánh giá khả năng kháng nắm mốc 3.1 Khả năng kháng nắm mốc C. gioeosporioides của Cu NPs in vitro 3.2 Hoạt tính kháng nấm in vitro của màng tỉnh bột / gelatin chứa Cu NPs 3.3 Hoạt tinh khang nam in vivo cla mang Cu NPs trén xoai 3.8 Tiéu két 2 Chuong 4 KET LUAN VA KIEN NGHI 4.2 Kién nghi TAI LIEU THAM KHAO PHU LUC Phu luc 1: Bai bao khoa hoc XIV 63 64 64 64 65 66 68 69 70 72 72 75 77 78 78 78 78 80 93 93 DANH MUC TU VIET TAT DLS: Dynamic light scattering FTIR: Fourier - transform infrared spectroscopy ROS: Reaction oxygen species SEM: Scanning electron microscopy TEM: Transmission electron microscopy UV - vis: Ultraviolet - visible spectroscopy NP: Nanoparticle AA: Ascorbic acid NB: Nutrient Broth MeO - NP: Metal oxide nanoparticle C.

gloeosporioides: Colletotrichum gloeosporioides C. sinensis: Camellia sinensis IRG: The percent inhibition of radial growth (Phan trăm ức chế đường kính sinh trưởng) NPs AA15: Mầm nano đồng (sau 15 phút phản ứng với acid ascorbic) CuzO NPs: Nano CuzO CuNPs: Nano gốc đồng (Cu / Cu;O) Cu NPs: Nano đồng (Cu) XV DANH SÁCH CÁC BÁẢNG BANG TRANG Bang 1.1: Tóm tắt một số nguyên liệu thực vật trong tông hợp nano đồng 20 xvi DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Cơ chế khang vi sinh vat cua nano oxide kim loại 12 Hình 1.2: Sơ đồ hiển thị các phương pháp tiếp cận trong tổng hợp hạt nano 14 Hình 1.3: Lớp chất hoạt động bề mặt trong quá trình hình thành nano 26 Hình 2.1: Quy trình nghiên cứu 28 Hình 2.2: Quy trình chuẩn bị dịch chiết trà xanh 29 Hình 3.1: Màu sắc của các dung dịch phản ứng 38 Hình 3.2: Phổ UV - vis (độ pha loãng 5 lần) 38 Hình 3.3: Phổ UV - vis mẫu đối chứng CuSOa Tea không bổ sung mầm 40 Hình 3. Đồ thị XRD của CuaO NPs, NPs AA15 va Cu Tea 41 Hình 3.5: Két qua SEM mau mam NPs AA15 44 Hinh 3.6: Két qua SEM mau CuO NPs 47 Hình 3.7: Phân bố kích thước hạt DLS của CuzO NPs 50 Hình 3.8: Kích thước hạt mam NPs AA15 50 Hình 3.9: Phổ FTIR của nano đồng (mầm NPs AA15 và CuaO NPs) 51 Hình 3.10: Các thành phần hóa học có thể có của chiết xuất thực vật chịu trách nhiệm cho quá trình khử sinh học của các 1on kim loại 53 Hình 3.11: Sự phát triển nắm mốc C. gioeosporioides sau 7 ngày đưới tác dụng của CuzO NPs 34 Hình 3.12: Sự phát triển của nắm mốc và hoạt lực ức chế của các mẫu CuaO NPs và các mẫu đối chứng trong 7 ngày 35 Hình 3.13: Khả năng kháng nấm C.

g/oeosporioides của màng chứa CuaONPs 60 Hình 3.14: Khả năng kháng nắm mốc cua mang CuO NPs trên xoài in wivo 62 xvii Hình 3.1: Quang phổ UV - vis của hỗn hợp phản ứng theo thời gian. Hình ảnh bên trong: hỗn hợp phản ứng ở 90 phút.2: Phố XRD của Cu NPs (mẫu bột được li tâm) sau 90 phút phản ứng.3: Hình TEM của Cu NPs trong dung dịch sau 90 phút phản ứng 67 Hình 3.4: Phân bố kích thước hạt DLS của Cu NPs trong dung dịch sau 90 phút phản ứng.5: Phỏ ATR-FTIR của glycerol, AA, gelatin và bột chứa Cu NPs.6: Hình ảnh SEM mặt cắt ngang của màng composite chứa Cu NPs: 71 Hình 3. gioeosporioides sau 10 ngày phát triển trên môi trường NB 73 Hình 3.8: Sự phát triển của C. gioeosporioides trên các môi trường đối chứng (a) va môi trường chứa Cu NPs (b) 74 Hình 3.9: Thí nghiệm khang nam in vitro cia mang composite chứa 245 ppm Cu NPs đối với C.

gloeosporioides sau 2 ngày.10: Thí nghiệm kháng nắm C. gloeosporioides in vivo trên xoài 76 XVII Đặt vân đề Xoài (Mangjera indica L.) là một trong những loại cây ăn quả phổ biến trên toàn thế giới và là loại cây ăn trái thế mạnh của Việt Nam, và việc sản xuất loại quả này bị ảnh hưởng xấu bởi bệnh than thu do nam Colletotrichum gloeosporioides gay ra, đặc biệt ở giai đoạn sau thu hoạch. Các nghiên cứu cho thấy nano đồng thể hiện hoạt tính kháng vi sinh vật cao, trong đó có các loại nắm mốc gây bệnh trên thực vật. Để được áp dụng cho lớp phủ trái cây, các nguyên liệu không độc hại được sử dụng đề chế tạo nano đồng và lớp phủ hoạt tính.

Vì tính an toàn để ứng dụng trên thực phẩm, chúng tôi sử dụng nguyên liệu an toàn như acid ascorbic. Trong nghiên cứu này, việc tổng hợp nano đồng (1) oxide từ dịch chiết lá của cây chè xanh (Camellia sinensis) đã được lựa chọn do giá trị thương mại và tính phổ biến sẵn có của nguyên liệu. Chương 1 TỎNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Xoài (Mangjera indica L.) là một trong những loại cây ăn quả phổ biến trên toàn thế giới và là cây ăn trái thế mạnh của Việt Nam. Xoài hiện được trồng phổ biến ở 59 (trong số 63) tỉnh, thành của nước ta.

Trong đó, đồng bằng sông Cửu Long là vùng trồng xoài lớn nhất gồm 13 tỉnh, thành, khu vực trồng xoài, chiếm 48% tổng diện tích trồng xoài cả nước. Đến nay, quả xoài Việt Nam đã được xuất khâu sang 40 nước trên thế giới, bao gồm US, South Korea, Japan, Australia, New Zealand,. Trong đó bệnh than thư (Anthracnose) do nam Colletotrichum gloeosporioides gay ra là bệnh sau thu hoạch gây thiệt hại nặng nễ cho nền kinh tế. Hiện xoài được xử lí bằng cách sử dụng thuốc hóa học kết hợp nước nóng.

Trên thực tế, nắm có thê thích nghĩ với thuốc diệt nắm bằng các đột biến dẫn đến giảm hiệu quả của chúng, đồng thời trái rất dễ tổn thương do nhiệt. Do đó, nghiên cứu hiện tại đã tập trung vào việc tìm kiếm các chất diệt khuẩn mới có thê làm giảm hiệu quả tác hại của vi sinh vật. Với sự xuất hiện của công nghệ nano, việc tìm kiếm các tác nhân diệt khuẩn hiệu quả đã tập trung vào phát triển cấu trúc nano của các kim loại như bạc, đồng, kẽm và vàng. Tuy nhiên, chi phí cao của kim loại bạc và vàng đã hạn chế sử dụng làm chất kháng khuẩn trên cơ sở công nghiệp.

Do đó, nano đồng đã thu hút nhà khoa học gần đây vì hoạt tinh khang nam, va chi phi thấp hơn nhiều so với nano bạc và vàng. Đồng thời nghiên cứu các phương pháp tổng hợp nano đồng từ các nguyên liệu an toàn và hiệu quả về chỉ phí ứng dụng trong bảo quản thực phẩm. Trong kiến thức hạn hẹp của chúng tôi, hiện chưa có nghiên cứu nào tổng hợp nano đồng (1) oxide str dung trà xanh làm chất khử kết hợp mầm tỉnh thê nano đồng, tạo lớp phủ kháng nắm mốc gây bệnh thán thư ở xoài.2 Tổng quan nghiên cứu Nhiều nghiên cứu đã báo cáo quá trình sinh tổng hợp các hạt nano kim loại bằng chiết xuất từ thực vật và các ứng dụng tiềm năng của chúng. Shankar et al.

(2003) đã nghiên cứu sự khử sinh học của các 1on vàng và bạc bằng dịch chiết lá Pelargonium graveolens. Quá trình tổng hợp các hạt nano vàng và bạc có đạng hình cầu và hình tam giác sử dụng chiết xuat tir cay nha dam (Aloe vera) (Prathap Chandran et al.