MỞ ĐẦU Bảo quản thực phẩm là một trong những vấn đề quan trọng hàng đầu trong ngành công nghiệp thực phẩm hiện nay, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày cảng cao của người tiêu dùng về thực phẩm tươi, ngon và an toàn. Theo như tô chức lương thực và nông nghiệp liên hiệp quốc (FAO) vào năm 2020 đã báo cáo rằng khoảng 14% thực phẩm sản xuất nhằm mục đích phục vụ nhu cầu ăn uống của con người trên toàn thế giới đã bị hư hỏng trước khi được đưa ra thị trường [1]. Các loại cây trồng dễ bị hư hỏng như trái cây và rau củ quả tươi có hoạt động trao đổi chat cao có thể nhanh chóng bị hư hỏng làm cho màu sắc và mùi vị bị thay đối [2, 3]. Các phương pháp bảo quản truyền thống như đông lạnh, sây khô.
mặc dù đã được sử dụng rộng rãi nhưng vẫn còn một số hạn chế như làm giảm di chất lượng, cảm quan, giá trị dinh dưỡng của thực phẩm. Do đó mà việc nghiên cứu, tìm kiêm các giải pháp bảo quản mới, hiệu quả và an toàn hơn là vô cùng cân thiệt. Carbon quantum dot (CQD) la cdc hat nano carbon có kích thước nhỏ, có tính chất quang học và điện tử đặc biệt. CQD đã được chứng minh có khả năng kháng khuẩn, chống oxy hóa và kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm hiệu quả [6].
Việc kết hợp PVA và CQD đề chế tạo màng bao quản thực phẩm mới có thể tận dụng được những ưu điểm của cả hai loại vật liệu, tạo ra một loại màng bảo quản thực phẩm mới, thân thiện với môi trường và đem lại hiệu qua sử dụng cao hơn so với bao bì nhựa thông thường. Dựa vào những đặc điểm ưu việt đã được nêu ở trên thì việc tạo ra màng polymer mới PVA kết hợp CQD sẽ giải quyết được các vấn đề về việc kéo dải thời gian sử dụng của thực phẩm, đồng thời còn giải quyết được các vấn đề về ô nhiễm môi trường do rác thải nhựa. Vì vậy, vật liệu bao bì này hứa hẹn sẽ trở nên phổ biến trong tương lai vì tính đơn giản, chi phí rẻ, hiệu quả cao mà chúng mang lại đôi với con người. CHUONG 1:TONG QUAN 1.Tổng quan về polymer phân hủy sinh học 1.Tính cấp thiết Trong thời đại ngày nay, vẫn đề ô nhiễm môi trường do việc sản xuất và tiêu hủy bao bì làm từ nhựa tổng hợp khó phân hủy, không phân hủy rất được mọi người quan tâm [7].
Nên những vật liệu phân hủy sinh học được thiết kế để giảm tác động tiêu cực của nhựa đến môi trường, đồng thời vẫn tăng thời hạn sử dụng, chất lượng và độ an toàn của thực phẩm đóng gói [8]. Do đó, trong bối cảnh này, màng bọc thực phẩm mới phân hủy sinh học sử dụng CQD đã thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu như một vật liệu tiềm năng trong lĩnh vực bảo quản thực phẩm. CQD có những tính chất vật lý và hóa học khá đặc biệt như kích thước nhỏ, nhiều nhóm chức năng trên bề mặt, không độc hại, độ hòa tan trong nước cao, tương thích sinh học tốt và thân thiện với môi trường, chống oxy hóa tuyệt vời, chi phí chế tạo thấp và dễ tổng hợp [9]. Vì những lý do này mà CQD rat có tiềm năng cho nhiều ứng dụng khác nhau trong việc đóng gói, bảo quản thực phẩm [9].
Đặc biệt CQD được tổng hợp từ nguồn phế phẩm nông nghiệp, nguyên liệu tái chế gan đây đã thu hút được sự chú ý lớn vì tính phong phú, không độc hại, dễ tổng hợp, chi phí thấp và giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường [10-12]. Do đó bột vỏ bưởi đã được sử dụng làm nguồn carbon dùng để tổng hợp CQD. Phương pháp tổng hợp được sử dụng ở đây là phương pháp thủy nhiệt là một phương pháp đơn giản, hiệu quả, không độc hại, thân thiện với môi trường, tiết kiệm năng lượng và chi phí tổng hop [13]. Vì vay, trong dé tai này, chúng tôi nhắn mạnh vào việc tổng hợp vật liệu CQD từ vỏ bưởi và nghiên cứu về khả năng ứng dụng trong việc làm mảng bọc thực phẩm.
Bằng cách nảy, chúng tôi hi vọng có thể đóng góp vảo việc giải quyết các vấn đề về ô nhiễm môi trường do rác thải bao bì nhựa không phân hủy và trong việc bảo quản thực phẩm nhằm làm tăng thời gian sử dụng của thực phẩm. Các tính chất của màng polymer phân hủy sinh học 1.1 Tính chất cơ học Tính chất cơ học là một tính chất quan trọng của mảng phân hủy sinh học, được thể hiện thông qua các chỉ số như độ bên kéo, độ bền đâm thủng, lực tải, độ đàn hồi và độ giãn dài. Trong số đó, độ bền kéo và độ giãn dài là hai chỉ số quan trọng nhất dùng để đánh giá tính chất cơ học của mảng phân hủy sinh học. Độ bền kéo cho chúng ta biết về tính linh hoạt của màng, trong khi độ giãn dài lại cho biết mức độ dẻo dai của màng.
Hai chỉ số này cho chúng ta biết được mức độ chịu lực của màng và độ giãn tối đa mà màng có thê đạt được, từ đó có thể đánh giá xem tính chất cơ học của màng có phù hợp với ứng dụng mà chúng ta hướng đến hay không.Kha nang phan huy sinh học Đây là tính chất yêu cầu phải có đối với màng vì đây là mục đích hướng đến của mang polymer phân hủy sinh học là bảo vệ môi trường, thân thiện với môi trường. Tính chất nảy của màng được đánh giá thông qua thông số độ hòa tan của màng. Độ hoà tan của màng sinh học có thể được đánh giá bằng cách đo lường khối lượng màng trước và sau khi tiếp xúc với nước trong một khoảng thời gian nhất định. Sự giảm khối lượng của màng sau quá trình này cho biết mức độ phân hủy và khả năng hoà tan của nó.
Độ truyền hơi nước Là một tính chất dùng để đánh giá tốc độ khuếch tán của các phân tử nước qua màng, đặc biệt độ truyền hơi nước rất được chú ý quan tâm trong lĩnh vực bảo quản thực phẩm, trái cây. Độ truyền hơi nước được đánh giá thông qua độ mất khối lượng của thực pham, trái cây, lượng hơi nước truyền qua màng trong 1 khoảng thời gian nhất định.Kha nang chong tia UV Anh sang rat bat lợi trong việc duy trì chất lượng và dinh dưỡng của thực phẩm. Đặc biệt tia UV sẽ gây oxy hóa dầu trong thực phẩm làm ôi thiu thực phẩm, oxy hóa các sắc tố tự nhiên có trong thực phẩm và làm thay đổi màu sắc của trái cây, làm thất thoát vitamin B, C trong trái cây [14]. Chính vì vậy mà nhiều loại thực phẩm cần được phải được ngăn chan tia UV trong quá trình bảo quản.
CQD là một loại vật liệu nano có khả năng hấp thụ được tia cực tím vì vậy khi tích hợp CQD vào màng PVA là một giải pháp để tăng cường khả năng chống tia UV của mảng PVA để nhằm mục đích bảo quản thực phẩm và chất lượng dinh dưỡng của thực phẩm được lâu hơn.Khả năng chống oxy hóa Hoạt tính chống oxy của CQD có tầm quan trọng đặc biệt theo quan điểm thương mại, do nó có tiềm năng cao được ứng dụng trong ngành công nghệ thực phẩm. Hoạt tính chống oxy của CQD được chú ý là do sự hiện diện của các nhóm hydroxyl trên bề mặt, dễ phân tán trong nước[ 13]. Khả năng này được đánh giá thông qua khả năng bắt gốc tự do DPPH bằng cách sử dụng phép do UV-Vis [15].Mang polymer phan hiy sinh hoc trén nén polyvinyl alcohol (PVA) Polyvinyl alcohol (PVA) 1a mét mang polymer phan huy sinh học đã được nghiên cứu rộng rãi cho các ứng dụng sản xuất màng film, đóng gói thực phẩm. PVA có nhiều ưu điểm như là ít độc hại, có khả năng phân hủy sinh học và khả năng tương thích sinh học, tính ưa nước, đặc tính tạo mảng tốt, độ trong suốt và độ bền cơ học tốt [17].
Tuy nhiên mặc dù có tính ưa nước và khả năng hòa tan trong nước nhưng PVA vẫn không thể đáp ứng được đầy đủ các tiêu chí để làm màng đóng gói các thực phẩm quan trọng, điều này làm hạn chế đi ứng dụng của PVA [18]. Với mục đích tăng thêm tính ứng dụng cho màng PVA, người ta đã tích hợp các loại vật liệu nano vào mang PVA dé sản xuất ra các loại mảng mới có các tính chất tốt hơn so PVA tinh khiết.Tổng quan về vật liệu carbon quantum dot 1.Khái niệm Cham lượng tử carbon (CQD) là một loại vật liệu nano carbon khong chiều có kích thước nhỏ từ 2 — 10 nm, được cấu tạo chủ yếu từ carbon vô định hình cùng với các vùng tinh thê nano lai hóa sp? carbon grafite. Những nghiên cứu gần đây cho thấy CQD được chú ý đến trên toàn thế giới nhờ các tính chất đặc biệt như phát quang, điện, hóa học và ít độc hại, khả năng hòa tan trong nước tốt, thân thiện với môi trường, dễ tổng hợp. Nhờ các tính chất độc đáo nên CQD được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như cảm biến, y học, điện tử, quang điện.1 Tính chất quang học Cac cham lượng tử carbon (CQD) có thể chuyển sang trạng thái kích thích bằng cách hấp thụ bức xạ điện từ và sau đó phát ra huỳnh quang mạnh.
Phổ huỳnh quang có thê được tinh chỉnh và tăng cường thông qua việc điều chỉnh các thông số khác nhau, chăng hạn như kích thước, nhóm chức năng bề mặt và phương pháp tổng hợp các chấm lượng tử carbon [19]. Tính trơ về mặt hoá học Tính trơ hóa học của chấm lượng tử carbon (CQD) được đặc trưng bởi độ ôn định bề mặt của chúng. Tính chất này chủ yếu bị ảnh hưởng bởi các nhóm chức năng bề mặt có trên các chấm lượng tử carbon. Tính ôn định hóa học đặc biệt của các cham lượng tử carbon, cho phép chúng duy trì cường độ huỳnh quang trong những điều kiện khắc nghiệt, chăng hạn như nồng độ cao, nhiệt độ cao và tiếp xúc với axIt và bazơ mạnh.Ít độc hại và khả năng tương thích sinh học cao Thông thường, nồng độ thấp của dung dịch CQD không gây độc hại đáng kế cho tế bào con người và trong một số trường hợp, nó thậm chí còn có thể thúc đây sự phát triển của tế bào.
Tuy nhiên, độc tính tế bảo của CQD có xu hướng tăng đáng kế khi nồng độ của chúng tăng đến một mức nhất định nào đó [20] và do có khả năng tương thích sinh học cao và độc tính tế bào thấp.