VIET NAM NATIONAL UNIVERSITY - HO CHI MINH UNIVERSITY OF SCIENCE NGUYEN THI THUONG PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF ACTIVE COATING SOLUTION BASED ON CHITOSAN INCORPORATED WITH NATURAL EXTRACTS FOR PRESERVING HARVESTED AGRICULTURAL PRODUCE

• Tác giả: Nguyễn Thị Thương
• Người hướng dẫn: PGS. Hà Thúc Chí Nhân
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG TP.HCM
• Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý
• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo chế phẩm bảo quản trái cây có hoạt tính sinh học trên cơ sở màng chitosan và chiết xuất tự nhiên
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

• ORIGINALITY STATEMENT
• ACKNOWLEDGEMENTS
• TABLE OF CONTENTS
• 1. INTRODUCTION
• 1.1. Effect of important factors effect on shelf life of the harvested fruits and vegetables
• 1.2. Post-harvest storage techniques to extend the shelf life of fruits and vegetables. Gaseous treatments
• 1.3. Overview Of Chitosan. Introduction of polyphenol and interaction between chitosan and polyphenols
• 1.4. Overview of polyphenol
• 1.5. Interaction between chitosan and polyphenols. Functions and advantages of edible films/coatings
• 1.6. Recent reports on chitosan-based active films incorporated with natural extracts
• 1.7. Introduction of natural extracts
• 1.8. Overview of Banana (Musa acuminate) and current research on preservative
• 1.9. Composition of banana. Changes in color and physiochemical properties of banana during ripening
• 1.10. Recent reports on extending the shelf life of banana
• 1.11. Overview of King orange and its preservation
• 1.12. Development and biochemical composition of King orange
• 1.13. Changes in color and physiochemical properties of King orange during ripening
• 1.14. Recent reports on extending the shelf life of oranges
• 2. EXPERIMENT AND METHODS
• 2.1. Chemicals and materials
• 2.2. Extraction, identification and characterization of natural extracts
• 2.2.1. Extraction process
• 2.2.2. Characterization of chemical constituents
• 2.2.3. Determination of moisture, ash degree, and extraction yield
• 2.2.4. Determination of total polyphenol and flavonoid contents
• 2.2.5. Evaluation of antibacterial and antioxidant activities of extract
• 2.3. Preparation of coating solution and film
• 2.3.1. Characterizations of coating film: SEM, color, UV-vis, and optical properties
• 2.3.2. ATR-FTIR and XRD
• 2.3.3. Contact angle, moisture, solubility, and swelling
• 2.3.4. Water vapor permeability
• 2.3.5. Antibacterial and antioxidant activities
• 2.3.6. Release assays of polyphenols from as-prepared active films
• 2.3.7. Physiochemical determination of coating solution
• 2.3.8. Evaluation of coating efficiency on banana and orange peel
• 2.3.9. Application of coating solution to preserve banana and King orange
• 2.3.10. Observation of peel colour
• 2.3.11. Determination of titratable total soluble sugar, acidity, and pH
• 2.3.12. Determination of weight loss
• 2.3.13. Determination of respiration rate
• 2.3.14. Determination of vitamin C
• 3. RESULTS AND DISCUSSION
• 3.1. Characterization of chitosan film incorporated with Piper betle L. extract
• 3.1.1. Identification and characterization
• 3.1.2. Moisture, ash degree, and extraction yield
• 3.1.3. Total polyphenol content
• 3.1.4. Characterization of phenolic compounds
• 3.1.5. Antibacterial and antioxidant properties
• 3.1.6. Properties of coating films
• 3.1.7. The appearance of the modified chitosan films
• 3.1.8. ATR-FTIR analyses
• 3.1.9. X-ray diffraction analysis
• 3.1.10. Wettable properties
• 3.1.11. Light transmittance of the film
• 3.1.12. Antimicrobial and antioxidant activities
• 3.2. Characterization of chitosan film incorporated with Sonneratia ovata leaf extract
• 3.2.1. Identification and characterization
• 3.2.2. Moisture, ash degree, and efficiency
• 3.2.3. Total phenolic and flavonoid content
• 3.2.4. Evaluation of chemical compounds
• 3.2.5. Antibacterial and antioxidant properties
• 3.2.6. Properties of CS-SOE coating films
• 3.2.7. ATR-FTIR analysis
• 3.2.8. Tensile mechanical property
• 3.2.9. Moisture, solubility and swelling degree and water vapor permeability
• 3.3. Comparative characterization and release study of chitosan film added with Piper betel L. extract and Sonneratia ovata leaf extract
• 3.3.1. Characterization of films
• 3.3.2. Visual appearance, surface morphology, and color of film
• 3.3.3. ATR-FTIR and XRD analyses
• 3.3.4. Film thickness, mechanical properties, and water vapor transmission
• 3.3.5. UV-protection property
• 3.3.6. Antibacterial and antioxidant properties
• 3.3.7. Release of polyphenols
• 3.4. Physicochemical properties of coating solution
• 3.4.1. Application for banana preservation
• 3.4.2. Coating efficiency of coating solution. Morphology of uncoated and coated banana peels. Changes in the quality of coated bananas
• 3.4.3. Application for King orange preservation
• 3.4.4. Coating efficiency of coating solution. Morphology of uncoated and coated orange peels. Changes in the quality of coated oranges
• REFERENCES
• LIST OF PUBLICATIONS
• THESIS INFORMATION

I. Tổng quan Dung dịch phủ Chitosan bảo quản nông sản

Nông sản sau thu hoạch đối mặt với nhiều thách thức, đặc biệt là vấn đề bảo quản để duy trì chất lượng nông sản và kéo dài thời gian bảo quản. Các phương pháp truyền thống thường không hiệu quả hoặc gây ra những lo ngại về an toàn thực phẩm. Vì vậy, nghiên cứu và phát triển dung dịch phủ bảo quản nông sản từ các nguồn tự nhiên là một hướng đi đầy tiềm năng. Trong đó, Chitosan và chiết xuất tự nhiên đang ngày càng được quan tâm bởi khả năng bảo quản nông sản an toàn và hiệu quả. Bài viết này sẽ đi sâu vào tiềm năng của dung dịch phủ bảo quản nông sản từ Chitosan và chiết xuất tự nhiên, cung cấp cái nhìn tổng quan về công nghệ bảo quản nông sản này và những ứng dụng thực tiễn của nó.

1.1. Tình hình bảo quản nông sản sau thu hoạch hiện nay

Việc bảo quản nông sản sau thu hoạch đang đối mặt với nhiều thách thức, từ việc giảm thiểu thất thoát do nấm mốc, vi khuẩn gây hại, đến việc duy trì chất lượng và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm. Các phương pháp bảo quản truyền thống thường sử dụng hóa chất, gây lo ngại về an toàn thực phẩm. Nhu cầu về các giải pháp bảo quản tự nhiên, an toàn và hiệu quả ngày càng tăng cao. Dung dịch phủ từ chitosan và chiết xuất tự nhiên hứa hẹn giải quyết bài toán này.

1.2. Ưu điểm của Chitosan và chiết xuất tự nhiên trong bảo quản

Chitosan là một polysaccharide tự nhiên, có khả năng tạo màng, kháng khuẩn và kháng nấm. Chiết xuất tự nhiên từ các loại thảo dược, trái cây chứa các hợp chất chống oxy hóa và kháng khuẩn, giúp bảo vệ nông sản khỏi sự hư hỏng. Sự kết hợp của Chitosan và chiết xuất tự nhiên tạo ra một dung dịch phủ bảo quản nông sản hiệu quả, an toàn và thân thiện với môi trường.

II. Thách thức Nấm mốc và vi khuẩn gây hại nông sản

Một trong những thách thức lớn nhất trong bảo quản nông sản là sự phát triển của nấm mốc nông sản và vi khuẩn gây hại nông sản. Chúng không chỉ làm giảm chất lượng nông sản mà còn có thể tạo ra các độc tố gây nguy hiểm cho sức khỏe con người. Các phương pháp bảo quản nông sản truyền thống đôi khi không đủ mạnh để ngăn chặn sự phát triển của các vi sinh vật này, hoặc lại gây ra các tác dụng phụ không mong muốn. Do đó, việc tìm kiếm các giải pháp bảo quản nông sản mới, hiệu quả và an toàn hơn là vô cùng cần thiết.

2.1. Các loại nấm mốc và vi khuẩn thường gặp trên nông sản

Aspergillus, Penicillium và Fusarium là những loại nấm mốc thường gặp trên nông sản, có khả năng sản sinh ra các độc tố nguy hiểm. Các loại vi khuẩn như E. coli, Salmonella cũng có thể gây ô nhiễm và làm hỏng nông sản. Việc kiểm soát sự phát triển của các vi sinh vật này là yếu tố then chốt trong bảo quản.

2.2. Tác hại của nấm mốc và vi khuẩn đến chất lượng nông sản

Nấm mốc và vi khuẩn không chỉ làm thay đổi màu sắc, mùi vị của nông sản mà còn phá hủy cấu trúc tế bào, làm giảm giá trị dinh dưỡng. Ngoài ra, chúng còn có thể gây ra các bệnh nguy hiểm cho người tiêu dùng. Nghiên cứu cho thấy, một số độc tố nấm mốc có khả năng gây ung thư.

2.3. Những hạn chế của phương pháp bảo quản truyền thống

Các phương pháp bảo quản truyền thống như sử dụng hóa chất, chiếu xạ có thể gây ra những tác dụng phụ không mong muốn, ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng và môi trường. Hiệu quả của chúng cũng có thể bị hạn chế bởi sự phát triển của các chủng vi sinh vật kháng thuốc.

III. Phương pháp Nghiên cứu Chitosan chiết xuất tự nhiên

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng Chitosan kết hợp với chiết xuất tự nhiên có thể tạo ra một lớp phủ hiệu quả, giúp ngăn chặn sự phát triển của nấm mốc nông sản và vi khuẩn gây hại nông sản, đồng thời kéo dài thời gian bảo quản và duy trì chất lượng nông sản. Phương pháp này dựa trên khả năng tạo màng của Chitosan và các đặc tính kháng khuẩn, chống oxy hóa của chiết xuất tự nhiên. Từ đó, sản phẩm giúp tạo ra một lớp bảo vệ tự nhiên, an toàn và hiệu quả cho nông sản sau thu hoạch.

3.1. Quy trình chiết xuất và kiểm định chất lượng chiết xuất tự nhiên

Quy trình chiết xuất đòi hỏi sự cẩn trọng trong việc lựa chọn dung môi và phương pháp chiết xuất để đảm bảo giữ lại tối đa các hoạt chất có lợi. Kiểm định chất lượng chiết xuất bằng các phương pháp hóa học, sinh học giúp xác định hàm lượng các hợp chất có hoạt tính và đảm bảo tính an toàn.

3.2. Công thức phối trộn Chitosan và chiết xuất tối ưu

Tỷ lệ phối trộn Chitosan và chiết xuất tự nhiên cần được nghiên cứu kỹ lưỡng để đạt được hiệu quả bảo quản tốt nhất. Quá trình này cần xem xét đến đặc tính của từng loại nông sản và mục tiêu bảo quản. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng một tỷ lệ phù hợp có thể tăng cường đáng kể khả năng kháng khuẩn và chống oxy hóa.

3.3. Phương pháp tạo màng phủ và đánh giá hiệu quả bảo quản

Phương pháp tạo màng phủ cần đảm bảo lớp phủ mỏng, đều và bám dính tốt trên bề mặt nông sản. Đánh giá hiệu quả bảo quản bằng cách theo dõi các chỉ tiêu như sự thay đổi màu sắc, độ cứng, hàm lượng đường, axit và sự phát triển của vi sinh vật. So sánh với các phương pháp bảo quản khác để chứng minh tính ưu việt.

IV. Bí quyết Ứng dụng dung dịch Chitosan bảo quản trái cây

Dung dịch phủ Chitosan bảo quản nông sản từ Chitosan và chiết xuất tự nhiên có thể được ứng dụng rộng rãi trong việc bảo quản rau quả và bảo quản trái cây. Lớp phủ này giúp kéo dài thời gian bảo quản, giảm thiểu sự mất mát do hư hỏng và duy trì chất lượng nông sản. Ứng dụng thực tế cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc bảo quản chuối, cam, xoài và nhiều loại trái cây khác.

4.1. Hướng dẫn sử dụng dung dịch phủ trên các loại trái cây khác nhau

Quy trình sử dụng dung dịch phủ có thể khác nhau tùy thuộc vào loại trái cây. Một số loại có thể được nhúng trực tiếp vào dung dịch, trong khi những loại khác có thể được phun hoặc quét lên bề mặt. Quan trọng là phải đảm bảo lớp phủ đều và không quá dày.

4.2. Nghiên cứu về hiệu quả bảo quản trên chuối cam xoài

Nghiên cứu đã chứng minh rằng dung dịch phủ có thể kéo dài thời gian bảo quản chuối đến 10 ngày, cam đến 29 ngày. Lớp phủ giúp làm chậm quá trình chín, giảm thiểu sự mất nước và ngăn chặn sự phát triển của nấm mốc và vi khuẩn. Các chỉ số về chất lượng nông sản như độ cứng, màu sắc, hàm lượng đường và axit cũng được duy trì tốt hơn.

4.3. So sánh hiệu quả với các phương pháp bảo quản truyền thống

Dung dịch phủ Chitosan và chiết xuất tự nhiên mang lại nhiều ưu điểm so với các phương pháp bảo quản truyền thống như sử dụng hóa chất, chiếu xạ. Nó an toàn hơn, thân thiện với môi trường hơn và không ảnh hưởng đến hương vị tự nhiên của trái cây. Hiệu quả bảo quản cũng tương đương hoặc thậm chí tốt hơn trong một số trường hợp.

V. Kết luận Tương lai dung dịch phủ Chitosan bảo quản

Nghiên cứu và phát triển dung dịch phủ bảo quản nông sản từ Chitosan và chiết xuất tự nhiên mở ra một hướng đi mới trong lĩnh vực công nghệ bảo quản nông sản. Với những ưu điểm vượt trội về an toàn, hiệu quả và thân thiện với môi trường, phương pháp này hứa hẹn sẽ đóng góp quan trọng vào việc giảm thiểu thất thoát sau thu hoạch, nâng cao chất lượng nông sản và đảm bảo an toàn thực phẩm cho người tiêu dùng.

5.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo để tối ưu hóa dung dịch phủ

Nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc tối ưu hóa công thức phối trộn Chitosan và chiết xuất tự nhiên, tìm kiếm các nguồn chiết xuất tự nhiên mới có hoạt tính mạnh hơn, và phát triển các phương pháp ứng dụng phù hợp với từng loại nông sản. Ngoài ra, cần nghiên cứu về khả năng bảo quản lâu dài và ảnh hưởng của lớp phủ đến quá trình chín của trái cây.

5.2. Tiềm năng thương mại hóa và ứng dụng rộng rãi

Với nhu cầu ngày càng tăng về các sản phẩm nông sản an toàn và chất lượng, dung dịch phủ Chitosan và chiết xuất tự nhiên có tiềm năng thương mại hóa rất lớn. Việc ứng dụng rộng rãi phương pháp này sẽ giúp nâng cao giá trị gia tăng cho nông sản Việt Nam và đáp ứng yêu cầu khắt khe của thị trường quốc tế.

5.3. Góp phần vào phát triển nông nghiệp bền vững

Việc sử dụng dung dịch phủ bảo quản nông sản từ các nguồn tự nhiên góp phần vào phát triển nông nghiệp bền vững, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc xây dựng một nền nông nghiệp xanh, sạch và an toàn.