Khóa luận tốt nghiệp: Nghiên cứu quy trình bảo quản trứng gà luộc ăn liền bằng màng chitosan oligosaccharide kết hợp nano bạc

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:84

Thêm vào BST

Báo xấu

39
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là xác định được thời gian, nhiệt độ chế biến trứng gà luộc ăn sẵn theo kích thước trứng; xác địch được nồng độ màng COS/AgNPs phù hợp cho bảo quản trứng gà luộc; xác địch được biện pháp phủ màng COS/AgNPs phù hợp cho bảo quản trứng gà luộc; hoàn thiện quy trình công nghệ bảo quản trứng gà luộc ăn liền bằng màng COS/AgNPs. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp: Nghiên cứu quy trình bảo quản trứng gà luộc ăn liền bằng màng chitosan oligosaccharide kết hợp nano bạc

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM VŨ THỊ THÙY DUNG Tên đề tài: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH BẢO QUẢN TRỨNG GÀ LUỘC ĂN LIỀN BẰNG MÀNG CHITOSAN OLIGOSACCHARIDE KẾT HỢP NANO BẠC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo: Chính quy Ngành: Công nghệ Thực phẩm Khoa: CNSH - CNTP Khóa học: 2016 - 2020 Thái Nguyên - 2020
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM VŨ THỊ THÙY DUNG Tên đề tài: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH BẢO QUẢN TRỨNG GÀ LUỘC ĂN LIỀN BẰNG MÀNG CHITOSAN OLIGOSACCHARIDE KẾT HỢP NANO BẠC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo: Chính quy Ngành: Công nghệ Thực phẩm Lớp: K48 - CNTP Khoa: CNSH - CNTP Khóa học: 2016 - 2020 Người hướng dẫn: TS. Lương Hùng Tiến Thái Nguyên - 2020
i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài khóa luận và kết thúc chương trình học đại học, với tình cảm chân thành, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên đã tạo điều kiện cho em có môi trường học tập tốt trong suốt thời gian tôi học tập, nghiên cứu tại trường. Trước hết, em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Lương Hùng Tiến, người đã trực tiếp hướng dẫn và định hướng cho em thực hiện đề tài nghiên cứu này. Thầy là người đã luôn bên cạnh động viên, truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho em trong suốt quá trình nghiên cứu. Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô ThS. Phạm Thị Phương, người đã tận tình hướng dẫn chỉ bảo em trong quá trình thực hiện khóa luận. Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô Viện Khoa học Sự sống, thuộc Đại học Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ em trong quá trình làm khóa luận. Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô bộ môn Công nghệ Thực phẩm, trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên đã truyền đạt kiến thức quý báu cho em suốt trong thời gian học tập vừa qua. Sau cùng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã luôn động viên, cổ vũ em trong quá trình làm khóa luận tốt nghiệp đại học này. Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020 Sinh viên Vũ Thị Thùy Dung
ii DANH MỤC TỪ VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt Phần trăm giá trị hàng %DV % Daily values ngày A. niger Aspergillus niger AgNPs Silver nanoparticles Hạt nano bạc CMC Carboxymethyl Cellulose COS Chitosan oligosaccharide Chitosan khối lượng phân tử thấp COS/AgNPs Chitosan oligosaccharide/ Silver Chitosan oligosaccharide nanoparticles kết hợp nano bạc CT Công thức Da Dalton DDA Degree of deacetylation Độ deacetyl hóa DHA Docosa Hexaenoic Acid Axit Docosa Hexaenoic DP Degrees of polymerization Mức độ trùng hợp E. coli Escherichia coli FAO Food Agriculture Organization of the Tổ chức Lương thực và United Nations nông nghiệp Liên Hợp Quốc HDL Hight density lipoprotein cholesterol Lipoprotein cholesterol tỷ cholesterol trọng cao HHKL Hao hụt khối lượng LDL cholesterol Low density lipoprotein cholesterol Lipoprotein cholesterol tỷ trọng thấp LDPE Low Density Polyethylene Polyethylene tỷ trọng thấp MDR Multidrug resistant Đa kháng thuốc MIC Minimum Inhibitory Concentration Nồng độ ức chế tối thiểu MW Molecule Weigh Trọng lượng phân tử Ppm Part per million Phần triệu RDA Recommended Dietary Allowances Lượng tiêu thụ khuyên dùng S. aureus Staphylococcus aureus S. typhimurium Salmonella typhimurium SEM Scanning Electron Microscopy Kính hiển vi điện tử quyét VTM Vitamine Vitamin XRD X-ray diffraction pattern Mẫu nhiễu xạ tia X
iii DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano bạc .............................11 Bảng 2.2. Tỷ lệ tiêu thụ trứng trong các khoảng thời gian trong ngày (n = 422) .....19 Bảng 2.3. Tỷ lệ tiêu thụ trứng ở các dạng chế biến khác nhau (n = 422) .................19 Bảng 2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quyết định mua trứng ....................................20 Bảng 3.1. Danh mục chỉ tiêu và hệ số trọng lượng đối với trứng gà luộc ................31 Bảng 3.2. Mức chất lượng sản phẩm theo tổng số điểm trung bình chưa có hệ số trọng lượng của thành viên trong hội đồng cảm quan .............................31 Bảng 3.3. Thang điểm đánh giá cảm quan sản phẩm trứng gà luộc .........................32 Bảng 4.1. Ảnh hưởng của nồng độ màng COS/AgNPs tới hao hụt khối lượng trứng gà luộc (%) ...............................................................................................39 Bảng 4.2. Ảnh hưởng của nồng độ màng COS/AgNPs tới hàm lượng protein trứng gà luộc (%) ...............................................................................................41 Bảng 4.3. Ảnh hưởng của nồng độ màng COS/AgNPs tới mức độ ô nhiễm vi sinh vật trong quá trình bảo quản trứng gà luộc ..............................................43 Bảng 4.4. Ảnh hưởng của biện pháp phủ màng COS/AgNPs tới hao hụt khối lượng trứng gà luộc (%) .....................................................................................46 Bảng 4.5. Ảnh hưởng của biện pháp phủ màng COS/AgNPs tới hàm lượng protein trứng gà luộc (%) .....................................................................................47 Bảng 4.6. Ảnh hưởng của biện pháp phủ màng COS/AgNPs tới mức độ ô nhiễm vi sinh vật trong quá trình bảo quản trứng gà luộc ......................................48
iv DANH MỤC HÌNH Hình 2.1. Công thức cấu tạo của COS........................................................................4 Hình 2.2. Hiện tượng cộng hưởng Plasmon của hình cầu ..........................................9 Hình 2.3. Tác động của ion Ag+ lên vi khuẩn ..........................................................13 Hình 2.4. Ion Ag+ vô hiệu hóa enzyme chuyển hóa oxy của vi khuẩn .....................14 Hình 2.5. Ion Ag+ liên kết với các base của DNA....................................................14 Hình 2.6. Cơ chế liên kết giữa AgNPs với chitosan.................................................16 Hình 4.1. Hình ảnh mô tả trứng gà luộc thay đổi theo nhiệt độ chế biến.................37 Hình 4.2. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ đến chất lượng cảm quan sản phẩm ..... 37 Hình 4.3. Hình ảnh mô tả trứng gà luộc thay đổi theo thời gian chế biến ...............38 Hình 4.4. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến chất lượng cảm quan sản phẩm. 38 Hình 4.5. Biểu đồ cột biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ màng COS/AgNPs đến hao hụt khối lượng trứng gà luộc (%) ............................................................40 Hình 4.6. Biểu đồ cột biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ màng COS/AgNPs đến hàm lượng protein trứng gà luộc (%) ......................................................42 Hình 4.7. Đồ thị cột biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ màng COS/AgNPs tới mức độ ô nhiễm vi sinh vật trong quá trình bảo quản trứng gà luộc. ..............44 Hình 4.8. Sơ đồ quy trình bảo quản trứng gà luộc ăn liền bằng màng COS/AgNPs............. 49
v MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i DANH MỤC TỪ VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ..................................................... ii DANH MỤC BẢNG ................................................................................................. iii DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. iv MỤC LỤC ...................................................................................................................v Phần 1. MỞ ĐẦU ......................................................................................................1 1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................1 1.2. Mục tiêu của đề tài ...............................................................................................3 1.2.1. Mục tiêu tổng quát ............................................................................................3 1.2.2. Mục tiêu cụ thể ..................................................................................................3 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn..............................................................................3 1.3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài ..............................................................................3 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ..............................................................................3 Phần 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ...........................................................................4 2.1. Giới thiệu chung về chitosan oligosaccharide .....................................................4 2.1.1. Đặc điểm của chitosan oligosaccharide ............................................................4 2.1.2. Đặc tính kháng vi sinh vật của chitosan oligosaccharide .................................6 2.1.3. Ứng dụng của chitosan oligosaccharide trong bảo quản ..................................8 2.2. Giới thiệu về nano bạc .........................................................................................9 2.2.1. Giới thiệu về vật liệu nano ................................................................................9 2.2.2. Tính chất lý học của hạt nano bạc .....................................................................9 2.2.3. Đặc tính kháng vi sinh vật của hạt nano bạc ...................................................12 2.2.4. Ứng dụng của nano bạc trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm .......................14 2.3. Giới thiệu về compozit của chitosan với nano bạc ............................................15 2.3.1. Một số tính chất của compozit của chitosan với nano bạc..............................15 2.3.2. Một số ứng dụng của compozit của chitosan với nano bạc trong bảo quản thực phẩm ..................................................................................................................17
vi 2.4. Giới thiệu về nguyên liệu trứng .........................................................................18 2.4.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ trứng ...............................................................18 2.4.2. Giá trị dinh dưỡng của trứng gà luộc ..............................................................21 2.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng trứng ...................................................23 2.4.4. Một số nghiên cứu trong nước và trên thế giới về bảo quản trứng .................24 PHẦN 3. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....27 3.1. Đối tượng, vật liệu, địa điểm và thời gian nghiên cứu.......................................27 3.1.1. Đối tượng nghiên cứu......................................................................................27 3.1.2. Vật liệu nghiên cứu .........................................................................................27 3.1.3. Dụng cụ, hóa chất, thiết bị nghiên cứu............................................................27 3.1.4. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ...................................................................28 3.2. Nội dung nghiên cứu ..........................................................................................28 3.3. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................29 3.3.1. Phương pháp pha màng COS/AgNPs .............................................................29 3.3.2. Phương pháp nghiên cứu thời gian, nhiệt độ chế biến trứng gà luộc ăn sẵn theo kích thước ..........................................................................................................30 3.3.3. Phương pháp nghiên cứu biến đổi chất lượng trứng gà luộc trong quá trình bảo quản ....................................................................................................................33 3.3.4. Các phương pháp xử lý số liệu........................................................................36 PHẦN 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................37 4.1. Nghiên cứu nhiệt độ, thời gian chế biến trứng gà luộc ăn sẵn theo kích thước trứng ..........................................................................................................................37 4.1.1. Nghiên cứu nhiệt độ chế biến trứng gà luộc ...................................................37 4.1.2. Thời gian thích hợp chế biến trứng gà luộc ....................................................38 4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ màng COS/AgNPs tới chất lượng và thời gian bảo quản trứng gà luộc ......................................................................................39 4.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ màng COS/AgNPs tới hao hụt khối lượng trứng gà luộc ...................................................................................................39
vii 4.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ màng COS/AgNPs tới hàm lượng protein trứng gà luộc..............................................................................................................41 4.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ màng COS/AgNPs tới mức độ ô nhiễm vi sinh vật trong quá trình bảo quản trứng gà luộc........................................................43 4.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của biện pháp phủ màng chitosan oligosaccharide kết hợp nano bạc (COS/AgNPs) tới chất lượng và thời gian bảo quản trứng gà luộc ....46 4.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của biện pháp phủ màng COS/AgNPs tới hao hụt khối lượng trứng gà luộc ...................................................................................................46 4.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của biện pháp phủ màng COS/AgNPs tới hàm lượng protein trứng gà luộc .................................................................................................47 4.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của biện pháp phủ màng COS/AgNPs tới mức độ ô nhiễm vi sinh vật trong quá trình bảo quản trứng gà luộc. .......................................48 4.4. Quy trình công nghệ bảo quản trứng gà luộc ăn liền bằng màng chitosan khối lượng phân tử thấp kết hợp nano bạc ........................................................................49 PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................50 5.1. Kết luận ..............................................................................................................50 5.2. Kiến nghị ............................................................................................................50 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................51 PHỤ LỤC
1 PHẦN 1 MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Trứng là loại thức ăn có giá trị dinh dưỡng đặc biệt cao. Trong trứng có đầy đủ protein, lipid, glucid, vitamin, chất khoáng, các men và hormone. Hơn nữa, tỷ lệ các chất dinh dưỡng trong trứng tương quan với nhau rất thích hợp và cân đối, đảm bảo cho sự phát triển của cơ thể [42]. Do vậy, trứng đang là thực phẩm được mọi người ưa chuộng. Với nền cộng nghệ 4.0 hiện nay, mọi thứ đang được đơn giản hóa, thời gian của con người đang dần bị thu hẹp. Do vậy, thực phẩm ăn nhanh đang ngày càng được phát triển và mở rộng trên nhiều lĩnh vực, cũng như tính tiện dụng khi sử dụng các sản phẩm chế biến sẵn, tiết kiệm thời gian cho các bữa ăn gia đình cũng như trên các chuyến hành trình, du lịch. Hiện nay, trên thị trường Hàn Quốc và Nhật Bản đã có sản phẩm trứng gà luộc ăn liền trên hệ thống các cửa hàng siêu thị. Đây là mặt hàng chế biến sẵn, tiện lợi trong sử dụng và phù hợp với nhu cầu người tiêu dùng. Trong khi đó, tại Việt Nam hiện chưa có sản phẩm trứng gà luộc ăn liền trên thị trường. Có thể thấy, đây là hướng nghiên cứu triển vọng. Một thực tế là trứng gà sau khi luộc thường chỉ bảo quản được tối đa 2 ngày, điều này là do cấu tạo của trứng. Trứng gà sau khi luộc, lớp phấn bề mặt của trứng gà sẽ bị mất đi, các lỗ tự nhiên tăng lên và mở rộng về kích thước, đồng thời lớp màng protein trong vỏ trứng sau luộc bị biến tính, thay đổi khả năng thẩm thấu, tách rời lớp vỏ và lớp lòng trắng sẽ làm tăng khả năng xâm nhiễm của vi sinh vật. Định hướng công nghệ đặt ra là cần xử lý vô khuẩn trứng gà sau luộc kết hợp với sử dụng các màng sinh học kháng khuẩn có khả năng bao bọc bề mặt vỏ trứng, kéo dài thời gian bảo quản. Hiện nay, có nhiều màng sinh học được sử dụng để bảo quản nông sản, thực phẩm như pectin, shellac, silicate, parafin, tinh dầu thực vật, chitosan... Kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả đã chỉ ra rằng: màng bao Chitosan, trong quá trình bảo quản, ảnh hưởng tích cực đến chất lượng của trứng gà tươi. Theo Su Hyun Kim [61], Caner và cộng sự [23], trứng được bảo quản bằng màng bao chitosan hạn chế đáng kể sự hao hụt khối lượng, tăng chất lượng trứng (Haugh units), lòng đỏ trứng
2 (Yolk index). Tuy nhiên, một hạn chế của chitosan thông thường là khả năng kháng vi sinh vật và tính tan kém. Chitosan thông thường ở nồng độ 1% không có tác dụng tiêu diệt hầu hết các loại nấm mốc gây hư hỏng quả sau thu hoạch. Mặt khác, chitosan thông thường chỉ tan trong dung dịch axit yếu làm hạn chế khả năng ứng dụng của chitosan trong thực tế, nhất là khi kết hợp chitosan với các hợp chất có tính kiềm gây hiện tượng kết tủa chitosan, dung dịch chitosan có pH thấp cũng gây ra hiệu ứng sinh lý bất lợi khi phủ lên bề mặt quả bảo quản [32]. Do đó để cải thiện tính kháng khuẩn và tính tan của chitosan các nhà khoa học đã tổng hợp chitosan oligosaccharide một vật liệu được đánh giá là có khả năng tan ở một dải pH rộng hơn và có khả năng kháng khuẩn cao hơn chitosan thông thường [26]. Nano bạc có phổ kháng vi khuẩn rộng bao gồm gram (–), gram (+) và các chủng kháng kháng sinh. Các chủng vi khuẩn bao gồm Acinetobacter, Escherichia, Pseudomonas, Salmonella, Vibrio, Acinetobacter, Bacillus, Clostridium, Enterococcus, Listeria, Staphylococcus và Streptococcus, kể cả các vi khuẩn kháng kháng sinh như kháng methicillin và vancomycin như S. aureus và Enterococcus faecium đã được sử dụng để kiểm tra tác dụng kháng khuẩn của nano bạc [65], nên ngày nay nano bạc đã được nghiên cứu và ứng dụng ngày càng rộng rãi, tuy nhiên hạn chế là dung dịch nano bạc kém ổn định và dễ bị kết tụ. Việc sử dụng các polymer với vai trò làm chất ổn định dung dịch các hạt nano kim loại đã được công bố, đáng chú ý là sử dụng các polymer tự nhiên như chitosan, alignate, CMC,… tiện cho liên kết với các chất khác. Bước đầu thử khả năng kháng khuẩn thành công trên cả các vi khuẩn gram (–) và gram (+). Các kết quả cho thấy bạc có khả năng kháng vi khuẩn tốt ngay cả ở nồng độ thấp [3]. Phức hợp chitosan-nano bạc biểu hiện khả năng kháng khuẩn tốt hơn (150 - 400 µg/mL) so với từng vật liệu riêng lẻ trên cùng đối tượng vi sinh vật kiểm nghiệm [17]. Từ những lý do trên, tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu quy trình bảo quản trứng gà luộc ăn liền bằng màng chitosan oligosaccharide kết hợp nano bạc”.
3 1.2. Mục tiêu của đề tài 1.2.1. Mục tiêu tổng quát Xây dựng được quy trình bảo quản trứng gà luộc ăn liền bằng màng chitosan oligosaccharide kết hợp nano bạc. 1.2.2. Mục tiêu cụ thể - Xác định được thời gian, nhiệt độ chế biến trứng gà luộc ăn sẵn theo kích thước trứng. - Xác địch được nồng độ màng COS/AgNPs phù hợp cho bảo quản trứng gà luộc. - Xác địch được biện pháp phủ màng COS/AgNPs phù hợp cho bảo quản trứng gà luộc. - Hoàn thiện quy trình công nghệ bảo quản trứng gà luộc ăn liền bằng màng COS/AgNPs. 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1.3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài - Đề tài động viên khích lệ học sinh sinh viên tham gia công tác nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực chế biến thực phẩm. - Hiểu và nắm được các kiến thức đã học. - Bổ sung kiến thức thông qua hoạt động nghiên cứu thực tiễn, trau dồi kiến thức bản thân, tích lũy kinh nghiệm thực tế, đồng thời tiếp cận công tác nghiên cứu khoa học phục vụ cho công việc nghiên cứu và công tác sau này. - Giúp sinh viên củng cố và hệ thống hóa lại kiến thức đã học vào nghiên cứu khoa học. 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài - Giúp sinh viên có thêm kỹ năng làm việc thực tế sau khi ra trường về quan sát, chế biến, đánh giá sản phẩm, quản lý chất lượng. - Xây dựng được quy trình công nghệ bảo quản trứng gà luộc ăn liền bằng màng chitosan oligosaccharide kết hợp nano bạc.
4 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Giới thiệu chung về chitosan oligosaccharide 2.1.1. Đặc điểm của chitosan oligosaccharide Chitosan oligosaccharide (COS) là một oligomer của chitosan, thường có mức độ trùng hợp DP < 50 và trọng lượng phân tử trung bình (MW)
5 hóa, cầm máu, chữa lành vết thương, hạ đường huyết và ức chế enzyme, và các ứng dụng khác [46]. COS được cơ thể người hấp thụ gần như hoàn toàn, hoạt động sinh học và chức năng của nó gấp hàng chục lần so với chitosan thông thường. Nó được sử dụng như một tác nhân trị đái tháo đường vì nó làm tăng dung nạp glucose, bài tiết insulin và giảm chất béo trung tính. COS liên kết với chất béo dư thừa và ức chế sự hấp thụ chất béo, hỗ trợ khả năng miễn dịch, giảm lượng đường trong máu, kiểm soát huyết áp, ngăn chặn táo bón, loại chì và các kim loại nặng ra khỏi cơ thể, tăng cường sự hấp thụ canxi, ngăn ngừa bệnh tim và giảm nồng độ acid uric trong máu. Azuma và cộng sự (2015) đã xem xét kỹ về hoạt động chống ung thư của COS in vivo và các mô hình tế bào in vitro cho thấy hiệu quả của việc phát triển khối u, giảm số lượng khuẩn lạc di căn, ức chế sự phát triển của tế bào ung thư và tăng cường khả năng miễn dịch mắc phải. COS có chiều dài chuỗi tương đối ngắn và dễ dàng hòa tan trong nước. Jeon và Kim (2002) đã kiểm tra hoạt động chống ung thư của COS với trọng lượng phân tử khác nhau so với S180 (sarcoma 180 rắn) và U14 (ung thư biểu mô cổ tử cung số 14) chuột mang khối u. Kết quả đã chứng minh rằng hoạt động chống ung thư phụ thuộc rõ ràng vào MW và phạm vi của MW là từ 1,5 đến 5,5 kDa đã ức chế hiệu quả sự phát triển của cả tế bào khối u S180 và U14 ở chuột [39]. Các hoạt động chống viêm của COS đã được chứng minh bởi nhiều nhà khoa học mặc dù cơ chế chính xác vẫn chưa được hiểu đầy đủ. Chung và cộng sự (2012) đã nghiên cứu hai loại COS có trọng lượng phân tử cao (70 kDa) và thấp (MW
6 LPS gây ra trong các đại thực bào. Kết quả giải thích rằng COS là một chất ức chế tiềm năng chống lại NF- κB và AP-1 - phản ứng viêm trung gian trong đại thực bào bằng cách cho thấy sự ức chế biểu hiện c-fos (proto-oncogene) do LPS gây ra trong các đại thực bào phụ thuộc vào nồng độ [39]. 2.1.2. Đặc tính kháng vi sinh vật của chitosan oligosaccharide Nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn của chitosan phụ thuộc vào khối lượng phân tử cho thấy COS được cho là có khả năng kháng khuẩn tốt hơn so với chitosan thông thường. Do COS có khả năng tan trong nước tốt hơn dẫn đến phản ứng tốt hơn với các vị trí hoạt động của vi sinh vật [26]. Kết quả nghiên cứu của Gerasimenko và cộng sự, (2004) cho rằng khối lượng phân tử tăng làm giảm hoạt tính kháng E.coli của chitosan [32]. Cho và cộng sự (1998) đã báo cáo rằng hoạt tính kháng khuẩn của chitosan với E. coli và Bacillus sp tăng theo chiều giảm độ nhớt từ 1000 đến 10 cP. Hiệu quả kháng S. aureus là tốt hơn khi sử dụng chitosan có trọng lượng phân tử thấp so với chitosan có trọng lượng phân tử cao [24]. Trong một nghiên cứu khác với E. coli cho thấy hiệu quả kháng khuẩn giảm khi trọng lượng phân tử tăng và thích hợp khi trọng lượng phân tử là 15kDa. Ở nồng độ 0,5% COS có thể ức chế hoàn toàn sự phát triển của E. coli. Chitosan có trọng lượng phân tử là 40 kDa ở 0,5% có thể ức chế được 90% sự phát triển của S. aureus và E. coli và ở 180 kDa có thể ức chế hoàn toàn sự phát triển của hai vi khuẩn này ở 0,05%. Trong một nghiên cứu khác của Jeon và cộng sự (2001) khảng định rằng COS có trọng lượng phân tử lớn hơn 10 kDa có hiệu quả hơn trong việc chống lại vi khuẩn gây bệnh cũng như không gây bệnh [35]. No và cộng sự (2002) đã tiến hành nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn của chitosan và COS với trọng lượng phân tử khác nhau. Chitosan có khối lượng phân tử là: 1671, 1106, 746, 470, 224, và 28 kDa, COS với khối lượng phân tử là 22, 10, 7, 4, 2 và 1 kDa. Kết quả nghiên cứu cho thấy chitosan thể hiện hoạt tính kháng vi khuẩn gram dương tốt hơn vi khuẩn gram âm ở nồng độ chitosan 0,1% [48]. COS đã được chứng minh là ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn đa kháng thuốc MDR theo cách phụ thuộc vào liều sau khi nuôi cấy một ngày. Tác dụng này
7 phụ thuộc vào liều cho khoảng nồng độ được nghiên cứu (0, 10, 20 và 30 mg/ l). Nói chung, tốc độ tăng trưởng của các vi khuẩn này đã giảm khi tăng nồng độ COS. Các chức năng ức chế là nổi bật đối với các vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa, Burkholderia cenocepacia, Acinetobacter baumannii, Klebsiella pneumoniae, E. coli, S. aureus và Providencia stuartii [53]. Tại trường Đại học Nha Trang một số công trình nghiên cứu sử dụng COS để bảo quản thịt lợn, thịt bò, xúc xích của tác giả Trần Thị Luyến và cộng sự, (2006) đã chứng minh rằng khả năng kháng khuẩn của oligosaccharide là đáng kể, kết quả đã kéo dài thời gian bảo quản của các đối tượng trên [5]. Tác giả Lê Thị Tưởng (2007) sử dụng chitosan oligosaccharide thu được từ quá trình thủy phân chitosan bằng enzyme hemicellulose để bảo quản sữa tươi kết quả thu được rất tốt [13]. Chitosan oligosaccharide có nhiều ưu việt hơn chitosan polysaccharide, tuy nhiên hiện nay ở nước ta chưa có nhiều công trình nghiên cứu sản xuất chitosan khối lượng phân tử thấp được ứng dụng trong thực tế, các công trình này mới chỉ áp dụng trong quy mô phòng thí nghiệm. Cơ chế kháng vi sinh vật của COS có thể hiểu theo hai cách [14]: Cách thứ nhất: Sự tương tác giữa các phân tử COS mang điện tích dương với các màng tế bào vi sinh vật mang điện tích âm làm thay đổi mật độ điện tích trên vi sinh vật. Nhờ tác dụng của những nhóm NH3+ trong COS lên các vị trí mang điện âm ở trên màng tế bào vi sinh vật, dẫn tới sự thay đổi tính thấm của màng tế bào. Quá trình trao đổi chất qua màng tế bào bị ảnh hưởng. Lúc này, vi sinh vật không thể nhận các chất dinh dưỡng cơ bản cho sự phát triển bình thường như glucose dẫn đến mất cân bằng giữa bên trong và bên ngoài màng tế bào, cuối cùng dẫn đến sự chết của tế bào. Cách thứ hai: COS có thể ngăn cản sự phát triển của vi khuẩn do có khả năng lấy đi các ion kim loại quan trọng như Cu2+, Co2+, Cd+ của tế bào vi khuẩn nhờ hoạt động của các nhóm amino trong COS có thể tác dụng với các nhóm anion của bề mặt thành tế bào. Như vậy, vi sinh vật sẽ bị ức chế phát triển do sự mất cân bằng liên quan đến các ion quan trọng.
8 2.1.3. Ứng dụng của chitosan oligosaccharide trong bảo quản Nghiên cứu của tác giả Trần Thị Luyến và Lê Thanh Long khi bảo quản trứng gà tươi bọc màng chitosan khối lượng phân tử thấp nồng độ 1,5% có bổ sung 0,05% Sodium Benzoate hoặc 1% Sorbitol có khả năng duy trì hạng chất lượng ở mức A đến 15-20 ngày sau khi đẻ. Trong khi đó, trứng gà tươi không qua bọc màng chỉ duy trì hạng chất lượng ở mức A không quá 5 ngày, đồng thời các chỉ tiêu chất lượng khác (hao hụt khối lượng, chỉ số màu lòng đỏ trứng) đều có biến đổi lớn hơn so với trứng có xử lý màng bọc chitosan [6]. Nghiên cứu của tác giả Lê Thị Minh Thúy và Trương Thị Mộng Thu (2011) đã sử dụng chitosan khối lượng phân tử thấp để bảo quản cá Tra fillet đông lạnh thay thế cho hợp chất polyphosphat. Kết quả nghiên cứu cho thấy có thể sử dụng dung dịch chitosan 0,5% trong thời gian 25 phút để làm giảm đáng kể sự thay đổi chất lượng cá Tra fillet đông lạnh như hao hụt khối lượng, hàm lượng protein, hàm lượng lipid, đặc tính cảm quan và khả năng kháng khuẩn trong suốt 6 tháng bảo quản [12]. Nghiên cứu của Vũ Ngọc Bội và cộng sự (2016) trong việc sử dụng COS để bảo quản tôm bac (Metapenaeus brevicornis) cho thấy: COS có hoạt tính chống oxy hóa mạnh hơn nên làm giảm tốc độ biến đổi tự nhiên của tôm. Ở cùng nồng độ sử dụng 1,25%, COS có khả ức chế sự phát triển của vi sinh vật, hạn chế sự suy giảm chất lượng cảm quan và làm chậm sự gia tăng hàm lượng trimethylamine, tổng nitơ bay hơi, NH3, pH, chỉ số peroxyd ở tôm bạc bảo quản lạnh tốt hơn COS, chitosan ở cùng nồng độ [1]. Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của nồng độ chitosan - nano và chitosan khác nhau như lớp màng ăn được trong việc kéo dài thời hạn sử dụng và duy trì chất lượng của quả chuối. Chuối được xử lý với chitosan 1,15% và chitosan 1,25% và chitosan - nano sau đó bảo quản ở nhiệt độ môi trường (1 ± 250C). Thời hạn sử dụng của chuối, hàm lượng tinh bột, hao hụt khối lượng, tỷ lệ bột và vỏ, tổng chất rắn hòa tan, hình thái bề mặt của vỏ chuối và đánh giá cảm quan đã được phân tích.
9 Kết quả cho thấy ứng dụng của chitosan - nano và chitosan có thể kéo dài thời hạn sử dụng và duy trì chất lượng của quả chuối [43]. 2.2. Giới thiệu về nano bạc 2.2.1. Giới thiệu về vật liệu nano 2.2.2. Tính chất lý học của hạt nano bạc 2.2.2.1. Tính chất quang a) Phổ hấp thụ của hạt nano bạc Phổ hấp thụ của hạt nano bạc nằm trong khoảng từ 400 - 460 nm [38]. Phổ hấp thụ của hạt nano bạc phụ thuộc vào kích thước của hạt nano bạc. Khi kích thước hạt tăng thì cường độ đỉnh tăng và dịch về phía bước sóng dài. Kích thước hạt nano bạc phụ thuộc vào các yếu tố trong quá trình chế tạo hạt nano bạc. Với cùng một điều kiện, nhưng phương pháp chế tạo khác nhau thì đỉnh hấp thụ của hạt nano bạc cũng khác nhau. Với cùng một phương pháp, khi thay đổi điều kiện phản ứng như nồng độ chất tham gia phản ứng, tỉ lệ chất bao phủ, thời gian phản ứng và nhiệt độ phản ứng thì phổ hấp thụ cũng có sự thay đổi. b) Hiệu ứng cộng hưởng Plasmon bề mặt Tính chất quang học của hạt nano bạc trong thủy tinh làm cho các sản phẩm từ thủy tinh có các màu sắc khác nhau. Các hiện tượng đó bắt nguồn từ hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt (surface plasmon resonance) là hiện tượng khi hạt ở kích thước nano, các điện tử tự do trong hạt nano bạc tương tác với trường điện từ ngoài dẫn đến sự hình thành các dao động đồng pha với một tần số cộng hưởng nhất định. Các hạt nano bạc sẽ hấp thụ mạnh photon tới ở đúng tần số cộng hưởng này [2]. Hình 2.2. Hiện tượng cộng hưởng Plasmon của hình cầu
10 Kim loại có nhiều điện tử tự do, các điện tử tự do này sẽ dao động dưới tác dụng của điện từ trường bên ngoài như ánh sáng. Thông thường các dao động bị dập tắt nhanh chóng bởi các sai hỏng mạng hay bởi chính các nút mạng tinh thể trong kim loại khi quãng đường tự do trung bình của điện tử nhỏ hơn kích thước. Nhưng khi kích thước của hạt nano bạc nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình thì hiện tượng dập tắt không còn nữa mà điện tử sẽ dao động cộng hưởng với ánh sáng kích thích. Do vậy, tính chất quang của hạt nano bạc có được do sự dao động tập thể của các điện tử dẫn đến từ quá trình tương tác với bức xạ sóng điện từ. Khi dao động như vậy, các điện tử sẽ phân bố lại trong hạt nano bạc làm cho hạt nano bạc bị phân cực điện tạo thành một lưỡng cực điện. Do vậy xuất hiện một tần số cộng hưởng phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng các yếu tố về hình dáng, độ lớn của hạt nano bạc và môi trường xung quanh là các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất. Sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM - Transmission Electron Microcope) để quan sát hình dạng và kích thước hạt nano bạc và sử dụng thiết bị đo phổ hấp thụ UV- VIS để quan sát hiệu ứng cộng hưởng plasmon của hạt nano bạc. Ngoài ra, mật độ hạt nano bạc cũng ảnh hưởng đến tính chất quang. Nếu mật độ loãng thì có thể coi như gần đúng hạt tự do, nếu nồng độ cao thì phải tính đến ảnh hưởng của quá trình tương tác giữa các hạt. 2.2.2.2. Tính chất nhiệt và điện Bạc là một kim loại dẫn điện tốt nhất trong các kim loại. Bạc có mật độ điện tử tự do cao nên điện trở của bạc rất nhỏ. Đối với vật liệu bạc ở dạng khối, các lý thuyết về độ dẫn được tính toán dựa trên cấu trúc vùng năng lượng của chất rắn. Điện trở của kim loại do tán xạ của điện tử lên các sai hỏng trong mạng tinh thể và tán xạ với dao động nhiệt của nút mạng (photon). Tập thể các điện tử chuyển động trong kim loại (dòng điện I) dưới tác dụng của điện trường (U) có liên hệ với nhau thông qua định luật Ohm: U = IR, trong đó R là điện trở của kim loại. Định luật Ohm cho thấy đường I-U là một đường tuyến tính [2]. Khi kích thước của vật liệu giảm dần, hiệu ứng lượng tử do giam hãm làm rời rạc hóa cấu trúc vùng năng lượng. Hệ quả của quá trình lượng tử hóa này đối với hạt nano bạc là I-U không còn
11 tuyến tính nữa mà xuất hiện một hiệu ứng gọi là hiệu ứng chắn Coulomb (Coulomb blockade) làm cho đường I - U bị nhảy bậc với giá trị mỗi bậc sai khác nhau một lượng e/2C đối với U và e/RC đối với I. Trong đó e là điện tích của điện tử, C và R là điện dung và điện trở khoảng nối hạt nano với điện cực. Nhiệt độ nóng chảy Tm của vật liệu phụ thuộc vào mức độ liên kết giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể. Trong tinh thể, mỗi một nguyên tử có một số các nguyên tử lân cận có liên kết mạnh gọi là số phối vị. Các nguyên tử trên bề mặt vật liệu sẽ có số phối vị nhỏ hơn số phối vị của các nguyên tử ở bên trong nên chúng có thể dễ dàng tái sắp xếp để có thể ở trạng thái khác hơn. Như vậy, khi kích thước của hạt nano giảm, nhiệt độ nóng chảy sẽ giảm [2]. 2.2.2.3. Hiệu ứng bề mặt Khi hạt bạc có kích thước nanomet, các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ phần đáng kể so với tổng số nguyên tử. Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu có kích thước nm khác biệt so với vật liệu bạc ở dạng khối. Sự tăng cường khả năng diệt khuẩn bạc là một ví dụ của hiệu ứng bề mặt. Hiệu ứng bề mặt luôn có tác dụng với tất cả các giá trị của kích thước, hạt càng bé thì hiệu ứng càng lớn và ngược lại. Vật liệu ở bất cứ kích thước nào cũng có hiệu ứng bề mặt, ngay cả vật liệu khối truyền thống cũng có hiệu ứng bề mặt, chỉ có điều hiệu ứng này nhỏ thường bị bỏ qua [2]. Bảng 2.1. Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano bạc Đường kính hạt nano (nm) 10 5 2 1 Số nguyên tử 30.000 4.000 250 30 Tỉ số nguyên tử bề mặt (%) 20 40 80 90 Năng lượng bề mặt (erg/ mol) 4,08x1011 8,16x1011 2,04x1012 9,23x1012 Năng lượng bề mặt/ Năng 7,6 14,3 35,3 82,2 lượng tổng (%) (Nguồn: Kildeby et al, 2005 [38])