Luận văn Thạc sĩ Công nghệ thực phẩm: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế phẩm nano bạc bổ sung chitosan đến khả năng kháng nấm và ứng dụng trong bảo quản quýt Hương Cần (Citrus deliciosa) sau thu hoạch

Chia sẻ: Xedapbietbay Xedapbietbay | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:107

Thêm vào BST

Báo xấu

61
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài nghiên cứu này nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn polyme sinh học trong việc kết hợp chitosan với công nghệ nano từ kim loại bạc nhằm góp phần tăng hiệu quả kinh tế cho các hộ trồng quýt trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Công nghệ thực phẩm: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế phẩm nano bạc bổ sung chitosan đến khả năng kháng nấm và ứng dụng trong bảo quản quýt Hương Cần (Citrus deliciosa) sau thu hoạch

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TRƯƠNG NGỌC ĐĂNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ PHẨM NANO BẠC BỔ SUNG CHITOSAN ĐẾN KHẢ NĂNG KHÁNG NẤM VÀ ỨNG DỤNG TRONG BẢO QUẢN QUÝT HƯƠNG CẦN (CITRUS DELICIOSA) SAU THU HOẠCH LUẬN VĂN THẠC SĨ CHẾ BIẾN LƯƠNG THỰC, THỰC PHẨM VÀ ĐỒ UỐNG Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm HUẾ - 2018
ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TRƯƠNG NGỌC ĐĂNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ PHẨM NANO BẠC BỔ SUNG CHITOSAN ĐẾN KHẢ NĂNG KHÁNG NẤM VÀ ỨNG DỤNG TRONG BẢO QUẢN QUÝT HƯƠNG CẦN (CITRUS DELICIOSA) SAU THU HOẠCH LUẬN VĂN THẠC SĨ CHẾ BIẾN LƯƠNG THỰC, THỰC PHẨM VÀ ĐỒ UỐNG Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm Mã số: 8540101 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. VÕ VĂN QUỐC BẢO HUẾ - 2018
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn này do chính tôi thực hiện. Mọi nội dung, số liệu, kết quả được đưa ra trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào. Mọi thông tin trích dẫn đã chỉ rõ nguồn gốc trong mục tài liệu tham khảo. Nếu có vấn đề gì tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Huế, ngày tháng năm 2018 Tác giả luận văn Trương Ngọc Đăng
ii LỜI CÁM ƠN Để hoàn thành Luận văn tốt nghiệp này, trong thời gian thực hiện đề tài, tôi đã nhận được rất nhiều sự quan tâm và giúp đỡ nhiệt tình từ các cá nhân và tập thể. Đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô của Khoa Cơ Khí – Công Nghệ đã truyền đạt những kiến thức cho tôi trong quá trình học tập. Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy giáo hướng dẫn: TS. Võ Văn Quốc Bảo đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành Luận văn. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên phụ trách Phòng thí nghiệm Khoa Cơ khí Công nghệ trường Đại học Nông Lâm Huế đã nhiệt tình hướng dẫn và tạo điều kiện cho tôi trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành tốt bài luận văn tốt nghiệp. Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, anh chị, bạn bè đã giúp đỡ trong những lúc khó khăn và động viên tôi trong quá trình học tập cũng như trong thời gian thực hiện Luận văn tốt nghiệp. Mặc dù đã có nhiều cố gắng tuy nhiên không thể tránh khỏi những sai sót. Tôi rất mong nhận được sự góp ý và đánh giá của quý Thầy Cô, bạn bè để Luận văn này được hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cám ơn! Tác giả luận văn Trương Ngọc Đăng
iii TÓM TẮT Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm nano bạc-Chi để bảo quản quả có múi nói chung và quả quýt nói riêng là hướng đi mới. Trong công trình này, chúng tôi đã nghiên cứu bổ sung chitosan vào nano bạc có nồng độ 10 ppm để khảo sát khả năng kháng nấm cũng như xử lý quả quýt Hương Cần, nhằm góp phần nâng cao hiệu quả bảo quản quả sau thu hoạch tại Thừa Thiên Huế. Để khảo sát khả năng kháng nấm của chế phẩm nano bạc-Chi, chúng tôi phân lập và định danh nấm gây bệnh Macrophoma theicola trên quả quýt Hương Cần. Kết quả cho thấy, chế phẩm nano bạc-Chi trong điều kiện in vitro nồng độ từ 0,2% đã có tác dụng ức chế đến sự phát triển của nấm và ức chế hoàn toàn từ nồng độ 0,4%. Ở điều kiện in vivo, nồng độ từ 0,2% đến 0,8%, có khả năng hạn chế sự phát triển gây bệnh của nấm từ 57,8% đến 100% tương ứng. Mặt khác, chúng tôi đã nghiên cứu ứng dụng bảo quản quýt với các chỉ tiêu theo dõi (vitamin C, acid hữu cơ, đường tổng, hao hụt khối lượng, tỷ lệ hư hỏng và đánh giá cảm quản) và từ đó đề xuất được quy trình bảo quản quýt Hương Cần sau thu hoạch bằng chế phẩm nano bạc-Chi được 60 ngày ở nồng độ 0,6% trong điều kiện lạnh 13°C và độ ẩm 80% đến 95%.
iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... i LỜI CÁM ƠN .............................................................................................................ii TÓM TẮT ................................................................................................................. iii MỤC LỤC .................................................................................................................. iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................................... vii DANH MỤC BẢNG ................................................................................................viii DANH MỤC HÌNH .................................................................................................... ix MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 1. Đặt vấn đề................................................................................................................ 1 2. Mục đích đề tài ........................................................................................................ 2 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .................................................................................. 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ...................................... 3 1.1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NANO BẠC .................................................... 3 1.1.1. Giới thiệu công nghệ nano ................................................................................. 3 1.1.2. Giới thiệu về nano bạc ....................................................................................... 3 1.2. TỔNG QUAN VỀ CHITOSAN .......................................................................... 11 1.2.1. Định nghĩa và tính chất của chitosan ................................................................ 11 1.2.2. Phương pháp điều chế chitosan ........................................................................ 13 1.2.3. Ứng dụng của chitosan ..................................................................................... 14 1.3. TỔNG QUAN VỀ QUÝT ................................................................................... 14 1.3.1. Giới thiệu tổng quan về quýt ............................................................................ 14 1.3.2. Đặc điểm hình thái ........................................................................................... 16 1.3.3. Giá trị dinh dưỡng của quýt .............................................................................. 17 1.3.4. Bệnh nhiễm trên quýt ....................................................................................... 20 1.3.5. Những biến đổi của quýt và yếu tố ảnh hưởng trong thời gian bảo quản........... 20
v 1.4. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU MÀNG BẢO QUẢN THỰC PHẨM Ở NƯỚC TA VÀ THẾ GIỚI ........................................................................................................... 26 1.4.1. Tình hình nghiên cứu màng bảo quản thực phẩm ở thế giới ............................. 26 1.4.2. Tình hình nghiên cứu màng bảo quản thực phẩm ở nước ta.............................. 26 1.4.3. Tính mới của đề tài .......................................................................................... 27 CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................. 28 2.1. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ..................................................... 28 2.1.1. Phạm vi nghiên cứu .......................................................................................... 28 2.1.2. Đối tượng nghiên cứu....................................................................................... 28 2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................... 28 2.2.1. Phân lập, định danh nấm từ quả quýt Hương Cần ............................................. 28 2.2.2. Khảo sát khả năng kháng nấm của chế phẩm nano bạc-Chi với nấm được phân lập trên quả quýt Hương Cần ........................................................................................... 29 2.2.3. Ứng dụng bảo quản quýt (Citrus deliciosa) Hương Cần bằng chế phẩm nano bạc-Chi ...................................................................................................................... 32 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................................... 33 2.3.1. Phương pháp phân lập nấm mốc....................................................................... 33 2.3.2. Phương pháp lấy mẫu ....................................................................................... 33 2.3.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm ......................................................................... 34 2.3.4. Phương pháp vật lý .......................................................................................... 35 2.3.5. Phương pháp hóa sinh ...................................................................................... 36 2.3.6. Phương pháp đánh giá cảm quan ...................................................................... 36 2.3.7. Phương pháp xử lý số liệu ................................................................................ 37 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..................................... 38 3.1. PHÂN LẬP, ĐỊNH DANH NẤM TỪ QUẢ QUÝT HƯƠNG CẦN ................... 38 3.1.1. Phân lập nấm.................................................................................................... 38 3.1.2. Định danh nấm ................................................................................................. 39 3.2. KHẢ NĂNG KHÁNG NẤM ĐÃ ĐƯỢC ĐỊNH DANH BỞI CHẾ PHẨM NANO BẠC-CHI .................................................................................................................. 40 3.2.1. Khảo sát khả năng kháng nấm bởi chế phẩm nano bạc-Chi ở điều kiện in vitro ..... 41
vi 3.2.2. Khảo sát khả năng kháng nấm bởi chế phẩm nano bạc-Chi ở điều kiện in vivo ...... 43 3.3. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BẢO QUẢN QUÝT HƯƠNG CẦN BẰNG CHẾ PHẨM NANO BẠC-CHI Ở ĐIỀU KIỆN LẠNH ...................................................... 44 3.3.1. Ảnh hưởng của chế phẩm nano bạc-Chi đến hàm lượng vitamin C của quýt trong quá trình bảo quản ..................................................................................................... 44 3.3.2. Ảnh hưởng của chế phẩm nano bạc-Chi đến hàm lượng acid tổng số của quýt trong quá trình bảo quản ............................................................................................ 45 3.3.3. Ảnh hưởng của chế phẩm nano bạc-Chi đến hàm lượng đường tổng số của quýt trong quá trình bảo quản ............................................................................................ 47 3.3.4. Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm nano bạc-Chi đến sự hao hụt khối lượng trong quá trình bảo quản ..................................................................................................... 48 3.3.5. Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm nano bạc-Chi đến tỷ lệ hư hỏng của quả quýt trong quá trình bảo quản ............................................................................................ 49 3.3.6. Đánh giá chỉ tiêu cảm quan đối với mẫu CT3 và CT4 sau 60 ngày bảo quản lạnh .................................................................................................................. 50 3.4. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH BẢO QUẢN QUÝT Ở ĐIỀU KIỆN LẠNH ................ 52 3.4.1. Sơ đồ quy trình bảo quýt bằng chế phấm nano bạc-Chi ở điều kiện lạnh 13oC....... 52 3.4.2. Thuyết minh quy trình ...................................................................................... 52 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ........................................................................................ 54 Kết luận ..................................................................................................................... 54 Đề nghị ...................................................................................................................... 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 55 PHỤ LỤC
vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ANOVA: Analysis Of Varianace CMC: Carboxymethyl cellulose CT: Công Thức DNA: Deoxyribonucleic Acid ĐC: Đối chứng ĐKTN: Đường kính tản nấm LSD: Least Significant Difference MAP: Modified Atmosphere Packaging Nano bạc-Chi: Chế phẩm nano bạc bổ sung chitosan PDA: Potato Dextrose Agar SPSS: Statistical Package for Social Sciences RDA: Recommended Dietary Allowance TCVN: Tiêu Chuẩn Việt Nam
viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Số nguyên tử bạc trong một đơn vị thể tích .................................................. 4 Bảng 1.2. Thành phần dinh dưỡng trong 100g phần ăn được của quýt ....................... 18 Bảng 2.1. Nồng độ của chế phẩm nano bạc-Chi ứng với công thức bố trí thí nghiệm . 35 Bảng 3.1. Ảnh hưởng của nano bạc-Chi đến khả năng sinh trưởng tản nấm Macrophoma theicola QB1 sau 6 ngày theo dõi .............................................................................. 42 Bảng 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm nano bạc-Chi đến tỷ lệ hư hỏng của quả quýt theo thời gian bảo quản ...................................................................................... 49 Bảng 3.3. Điểm đánh giá cảm quan ............................................................................ 51
ix DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Vi khuẩn MKY3........................................................................................... 7 Hình 1.2. Tác động của ion bạc lên vi khuẩn................................................................ 8 Hình 1.3. Sơ đồ ion bạc vô hiệu hóa enzyme chuyển hóa oxy của vi khuẩn ................ 8 Hình 1.4. Các hạt nano bạc bám trên bề mặt tế bào vi khuẩn........................................ 9 Hình 1.5. Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc ................................................................. 10 Hình 1.6. Ion bạc liên kết với các base của DNA ....................................................... 10 Hình 1.7. Công thức cấu tạo của chitosan (poly β-(1-4)-D-glucozamin)..................... 11 Hình 1.8. Vỏ cua ghẹ và chitosan ............................................................................. 12 Hình 1.9. Quýt hồng ................................................................................................. 15 Hình 1.10. Quýt đường ............................................................................................. 15 Hình 1.11. Quýt Phủ Quỳ ......................................................................................... 15 Hình 1.12. Quýt Hương Cần ..................................................................................... 16 Hình 2.1. Sơ đồ phân lập nấm từ quả quýt Hương Cần .............................................. 29 Hình 2.2. Sơ đồ khảo sát tính kháng nấm ở điều kiện in vitro .................................... 30 Hình 2.3. Sơ đồ khảo sát tính kháng nấm ở điều kiện in vivo ..................................... 31 Hình 2.4. Sơ đồ ứng dụng bảo quản quýt Hương Cần (Citrus deliciosa) bằng chế phẩm nano bạc-Chi ............................................................................................................ 32 Hình 2.5. Quả quýt Hương Cần sau thu hoạch ........................................................... 33 Hình 2.6. Sơ đồ bố trí thí nghiệm ............................................................................... 34 Hình 3.1. Nấm bệnh trên quả quýt Hương Cần .......................................................... 38 Hình 3.2. Hình thái khuẩn lạc của nấm bệnh ở quả quýt Hương Cần trên môi trường PDA........................................................................................................................... 39 Hình 3.3. Kết quả giải trình tự gene của chủng nấm được phân lập từ quả quýt Hương Cần ............................................................................................................................ 39 Hình 3.4. Kết quả tra cứu bằng công cụ BLAST search (NCBI) ................................ 39 Hình 3.5. Các mẫu nấm sau 6 ngày theo dõi .............................................................. 41
x Hình 3.6. Tỷ lệ quả quýt bị nhiễm nấm bệnh Macrophoma theicola QB1 sau khi nhúng nano bạc-Chi ở các nồng độ khác nhau ...................................................................... 43 Hình 3.7. Đồ thị biến đổi hàm lượng vitamin C của quýt trong thời gian bảo quản với các công thức khác nhau .................................................................................................. 45 Hình 3.8. Sự biến đổi hàm lượng acid tổng số của quýt trong thời gian bảo quản....... 46 Hình 3.9. Đồ thị thể hiện biến đổi hàm lượng đường tổng số của quýt trong thời gian bảo quản với các công thức khác nhau.............................................................................. 47 Hình 3.10. Đồ thị biến đổi sự hao hụt khối lượng tự nhiên của quýt trong quá trình bảo quản với các công thức khác nhau.............................................................................. 48 Hình 3.11. Quy trình bảo quản quýt Hương Cần bằng chế phấm nano bạc-Chi ở điều kiện lạnh .................................................................................................................... 52
xi
1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Việt Nam là một quốc gia nằm trong khu vực Đông Nam Á, là nước nhiệt đới gió mùa, khí hậu nóng ẩm mưa nhiều, rất thuận lợi cho việc trồng các cây công, nông nghiệp. Vì vậy, các sản phẩm rau quả khác nhau được trồng quanh năm, phục vụ cho nhu cầu tiêu dùng trong nước và cho nhu cầu xuất khẩu. Theo số liệu thống kê của Tổng cục Hải quan, kim ngạch xuất khẩu nhóm hàng rau quả của Việt Nam trong năm 2017 đạt 3,5 tỷ USD tăng 42,5% so với năm trước [10]. Tuy nhiên, do sản xuất thủ công, manh mún, Việt Nam vẫn còn nhiều hạn chế trong việc kiểm soát chất lượng nông sản. Sử dụng lượng thuốc bảo vệ thực vật cũng như hóa chất vượt mức cho phép nên đã ảnh hưởng đến uy tín của các loại nông sản xuất khẩu [39]. Nhằm bảo quản được rau quả lâu ngày, một số người đã bất chấp sử dụng các loại chế phẩm hóa học để giữ cho rau quả được tươi, ngon và đẹp mắt hơn mà không quan tâm đến tác hại nghiêm trọng của nó như gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người. Theo chuyên gia kinh tế, Việt Nam hiện gặp nhiều khó khăn trong tiêu thụ hoa quả nói riêng và các sản phẩm nông sản khác nói chung, bởi công nghệ sau thu hoạch còn hạn chế, chưa hình thành được hệ thống sơ chế, xử lý, đóng gói và bảo quản, cũng như chưa có mối quan hệ liên hoàn giữa sản xuất, sơ chế, bảo quản và tiêu thụ rau quả trên thị trường [39]. Để tiêu thụ nông sản bền vững, bảo quản sau thu hoạch cần phải được người sản xuất, doanh nghiệp và người tiêu dùng đều quan tâm. Vì vậy, việc tìm hiểu điều kiện bảo quản trái cây nói chung và quýt Hương Cần nói riêng để hạn chế rồi tiến đến loại bỏ những hóa chất bảo quản có hại ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng và môi trường sinh thái bằng các chế phẩm có nguồn gốc sinh học là rất cần thiết. Chitosan là sản phẩm deacetyl của chitin, một polysaccharide có trong thành phần cấu trúc của các loài giáp xác và vách tế bào nấm, đặc biệt từ các phế liệu thủy sản như vỏ tôm, cua, ghẹ; là một trong những chất có tính diệt khuẩn cao, không gây độc và ô nhiễm môi trường sinh thái [16], [18]. Công nghệ nano là một lĩnh vực mới cho phép nâng cao nghiên cứu ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt đạt hiệu quả cao trong lĩnh vực công nghệ sinh học thực phẩm và nông nghiệp. Một trong số các hạt nano thân thiện với môi trường và con người được ứng dụng rộng rãi hiện nay là nano bạc. Các hạt nano bạc có diện tích bề mặt rất lớn nên gia tăng tiếp xúc của chúng với vi khuẩn hoặc nấm và nâng cao hiệu quả diệt khuẩn và diệt nấm [13], [21].
2 Việc nghiên cứu chế tạo chế phẩm tổng hợp từ chitosan và nano bạc nhằm ứng dụng bảo quản rau quả nói chung và loại trái cây có múi nói riêng là một hướng đi mới. Quýt Hương Cần là một loại trái cây có múi đặc sản được người tiêu dùng nhiều nơi ưa chuộng, có giá trị kinh tế cao, tồn tại và phát triển lâu đời ở Thừa Thiên Huế và đang nằm trong danh mục quy hoạch phát triển cây ăn quả chủ lực của Tỉnh. Trong quýt có nhiều thành phần dinh dưỡng bao gồm đường, protein, lipid, vitamin, acid hữu cơ, chất khoáng,… rất tốt cho sức khỏe. Từ tính cấp thiết cũng như những vấn đề đã nêu trên, tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế phẩm nano bạc bổ sung chitosan đến khả năng kháng nấm và ứng dụng trong bảo quản quýt Hương Cần (Citrus deliciosa) sau thu hoạch”. 2. Mục đích đề tài Nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn polyme sinh học trong việc kết hợp chitosan với công nghệ nano từ kim loại bạc nhằm góp phần tăng hiệu quả kinh tế cho các hộ trồng quýt trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1) Ý nghĩa khoa học Nghiên cứu khả năng kháng nấm được phân lập từ quả quýt Hương Cần và ứng dụng bảo quản quýt Hương Cần bằng chế phẩm nano bạc bổ sung chitosan ở quy mô phòng thí nghiệm. 2) Ý nghĩa thực tiễn Ứng dụng chế phẩm này nhằm kháng và tiêu diệt nấm Macrophoma theicola gây bệnh trên quả và bảo quản quýt Hương Cần sau thu hoạch góp phần tăng hiệu quả kinh tế cho các nhà vườn cây ăn quả.
3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NANO BẠC 1.1.1. Giới thiệu công nghệ nano Ý tưởng sơ khai về công nghệ nano được giới thiệu bởi nhà vật lý người Mỹ Richard Feynman vào năm 1959, ông cho rằng khoa học đã được đi vào chiều sâu của cấu trúc vật chất đến từng phân tử, nguyên tử và sâu hơn nữa. Mãi đến năm 1974, thuật ngữ công nghệ nano mới bắt đầu được sử dụng do Nario Taniguchi, một nhà nghiên cứu tại trường đại học Khoa học Tokyo đề cập khả năng chế tạo cấu trúc vi hình của mạch điện tử [13], [21]. Công nghệ nano là công nghệ xử lý vật chất ở mức nanomet (xấp xỉ từ 1 dến 100nm). Công nghệ nano tìm cách lấy phân tử đơn nguyên tử nhỏ đến to, khác với cách làm thông thường từ trên xuống dưới, từ to đến nhỏ; là một khoa học liên ngành, là sự kết tinh của nhiều thành tựu khoa học trên nhiều lĩnh vực khác nhau (bao gồm toán học, vật lý, hóa học, y - sinh học…) và là một ngành công nghệ có nhiều tiềm năng [21], [43]. Có rất nhiều cách định nghĩa công nghệ nano, tuy nhiên hiện nay được sử dụng nhiều nhất là: “Công nghệ nano bao gồm các quá trình của phân tách, làm bền và biến dạng của vật liệu bằng một nguyên tử hoặc phân tử” [30]. Hiện nay, có rất nhiều công nghệ nano từ các kim loại khác nhau như: nano bạc, nano đồng, nano chì, nano kẽm... nhưng công nghệ nano được chế tạo từ bạc được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. 1.1.2. Giới thiệu về nano bạc 1.1.2.1. Vài nét về kim loại bạc Bạc là kim loại mềm, dẻo, dễ uốn (cứng hơn vàng một chút), có hóa trị 1, có màu trắng bóng ánh kim nếu bề mặt có độ đánh bóng cao. Ký hiệu: Ag, có nguồn gốc từ chữ Argentum trong tiếng Latinh - Cấu hình electron: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d 105s1 - Nhiệt độ nóng chảy: 1234,93oC - Bán kính nguyên tử Ag: 0,288 nm - Bán kính ion bạc: 0,23 nm
4 Bạc kim loại và các hợp chất của bạc có tính kháng khuẩn tốt (diệt nấm khuẩn, khử mùi hôi). Đặc biệt ở kích thước nano (5-10nm), các hạt nano bạc thể hiện mạnh mẽ khả năng diệt nấm, vi khuẩn vượt trội so với kim loại bạc nguyên khối (kích thước lớn, không phải kích thước nano) [24]. Bảng 1.1. Số nguyên tử bạc trong một đơn vị thể tích [24] Kích thước của hạt nano Ag (nm) Số nguyên tử chứa trong đó 1 31 5 3900 20 250000 1.1.2.2. Định nghĩa và tính chất nano bạc a) Định nghĩa [22], [24], [30] Hạt nano bạc là những hạt bạc có kích thước nano khoảng từ 1-100 nanomet. Thông thường kích thước đo được khoảng 25 nanomet, gần với kích thước của phân tử bạc, có hiệu ứng bề mặt vô cùng lớn giúp gia tăng tiếp xúc của chúng với vi khuẩn hoặc nấm vì thế cho hiệu quả diệt khuẩn ngay khi tiếp xúc. Là một loại vật liệu nano có tác động diệt khuẩn, kháng khuẩn, khử mùi nhanh chóng, có hiệu quả cao, không độc, không kích thích, không dị ứng. Các hạt nano bạc có hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt. Hiện tượng này tạo nên màu sắc từ vàng nhạt đến đen cho các dung dịch có chứa nano bạc, với các màu sắc phụ thuộc vào nồng độ và kích thước hạt nano. b) Tính chất của nano bạc [22], [24], [30] + Nano bạc có khả năng tiêu diệt vi khuẩn, diệt virus, chống nấm, khử mùi hiệu quả. + Nano bạc tiêu diệt triệt để bào tử nấm, vi khuẩn, virus gây bệnh và không cho vi khuẩn có cơ hội tạo ra tính kháng thuốc. Do đó nano bạc có thể sử dụng thường xuyên lâu dài mà không phải thay thế các chế phẩm (thuốc) diệt khuẩn khác. + Nano bạc không có hại cho sức khỏe con người cho dù với liều lượng tương đối cao, không có phụ gia hóa chất, không gây tồn dư các chất hóa học độc hại trên nông sản sau thu hoạch. + Có khả năng phân tán ổn định trong các loại dung môi khác nhau (trong các dung môi phân cực như nước và trong các dung môi không phân cực như benzene, toluene).
5 + Độ bền hóa học cao, không bị biến đổi dưới các tác nhân oxy hóa khử thông thường của môi trường. Thời hạn sử dụng (bảo quản) của nano bạc tương đối dài từ 2 - 3 năm. + Do nano bạc có kích thước vô cùng nhỏ (từ 6 - 12nm) nên khi phun qua lá các hạt nano bạc dễ dàng bám dính trên các kẽ lá (kẽ lá và tế bào khí khổng, thủy khổng có độ lớn vài chục micromet). + Chi phí cho quá trình sản xuất thấp, ổn định ở nhiệt độ cao, không bị keo tụ ở môi trường phân tán. + Đặc biệt, ngoài khả năng diệt nấm và vi khuẩn mạnh, nano bạc còn góp phần làm tăng năng suất - sản lượng nông sản. Đồng thời nano bạc còn có tác dụng nâng cao chất lượng và mẫu mã nông sản qua đó kéo dài thời gian bảo quản nông sản sau thu hoạch (do nano bạc có khả năng chống sự xâm nhiễm của nấm và vi khuẩn gây thối trên hoa, quả sau thu hoạch). 1.1.2.3. Phương pháp chế tạo Có hai phương pháp để tạo vật liệu nano, phương pháp từ dưới lên và phương pháp từ trên xuống. Phương pháp từ dưới lên là tạo hạt nano từ các ion hoặc các nguyên tử kết hợp lại với nhau. Phương pháp từ trên xuống là phương pháp tạo vật liệu nano từ vật liệu khối ban đầu. Đối với hạt nano bạc, phương pháp từ dưới lên thường được áp dụng. Nguyên tắc là khử các ion kim loại Ag+ để tạo thành các nguyên tử Ag. Các nguyên tử sẽ liên kết với nhau tạo ra hạt nano. Các phương pháp từ trên xuống ít được dùng hơn nhưng thời gian gần đây đã có những bước tiến trong việc nghiên cứu theo phương pháp này [22], [24], [21].  Một số phương pháp chế tạo nano bạc: - Phương pháp ăn mòn laser Đây là phương pháp từ trên xuống. Vật liệu ban đầu là một tấm bạc được đặt trong một dung dịch có chứa một chất hoạt hóa bề mặt. Một chùm laser xung có bước sóng 532 nm, độ rộng xung là 10 ns, tần số 10 Hz, năng lượng mỗi xung là 90 mJ, đường kính vùng kim loại bị tác dụng từ 1 - 3 mm. Dưới tác dụng của chùm laser xung, các hạt nano có kích thước khoảng 10 nm được hình thành và được bao phủ bởi chất hoạt hóa bề mặt CnH2n + SO4 Na với n = 8, 10, 12, 14 với nồng độ từ 0,001 đến 0,1M. - Phương pháp khử hóa học Phương pháp khử hóa học là dùng các tác nhân hóa học để khử ion kim loại thành kim loại. Thông thường các tác nhân hóa học ở dạng dung dịch lỏng nên còn gọi là phương pháp hóa ướt. Đây là phương pháp từ dưới lên. Dung dịch ban đầu có chứa
6 các muối của các kim loại. Tác nhân khử ion kim loại Ag+, Au+ thành Ag0 , Au 0 ở đây là các chất hóa học như acid citric, vitamin C, Sodium Borohydride, Ethanol (cồn), Ethylene Glycol,… (phương pháp sử dụng các nhóm rượu đa chức như thế này còn có một cái tên khác là phương pháp polyol). Để các hạt phân tán tốt trong dung môi mà không bị kết tụ thành đám, người ta sử dụng phương pháp tĩnh điện để làm cho bề mặt các hạt nano có cùng điện tích và đẩy nhau hoặc dùng phương pháp bao bọc chất hoạt hóa bề mặt. Phương pháp tĩnh điện đơn giản nhưng bị giới hạn bởi một số chất khử. Phương pháp bao phủ phức tạp nhưng vạn năng hơn, hơn nữa phương pháp này có thể làm cho bề mặt hạt nano có các tính chất cần thiết cho các ứng dụng. Các hạt nano Ag, Au, Pt, Pd, Rh với kích thước từ 10 đến 100 nm có thể được chế tạo từ phương pháp này. - Phương pháp khử vật lý Phương pháp khử vật lý dùng các tác nhân vật lý như điện tử, sóng điện từ năng lượng cao như tia gamma, tia tử ngoại, tia laser, khử ion kim loại thành kim loại. Dưới tác dụng của các tác nhân vật lý, có nhiều quá trình biến đổi của dung môi và các phụ gia trong dung môi để sinh ra các gốc hóa học có tác dụng khử ion thành kim loại. Ví dụ, người ta dùng chùm laser xung có bước sóng 500 nm, độ dài xung 6ns, tần số 10 Hz, công suất 12 - 14 mJ chiếu vào dung dịch có chứa AgNO3 như là nguồn ion kim loại và Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) như là chất hoạt hóa bề mặt để thu được hạt nano bạc. - Phương pháp khử hóa lý Đây là phương pháp trung gian giữa hóa học và vật lý. Nguyên lí là dùng phương pháp điện phân kết hợp với siêu âm để tạo hạt nano. Phương pháp điện phân thông thường chỉ có thể tạo được màng mỏng kim loại. Trước khi xảy ra sự hình thành màng, các nguyên tử kim loại sau khi được điện hóa sẽ tạo các hạt nano bám lên điện cực âm. Lúc này người ta tác dụng một xung siêu âm đồng bộ với xung điện phân thì hạt nano kim loại sẽ rời khỏi điện cực và đi vào dung dịch. - Phương pháp khử sinh học Dùng vi khuẩn là tác nhân khử ion kim loại. Người ta cấy vi khuẩn MKY3 vào trong dung dịch có chứa ion bạc để thu được hạt nano bạc. Phương pháp này đơn giản, thân thiện với môi trường.
7 Hình 1.1. Vi khuẩn MKY3[34] 1.1.2.4. Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc Bạc là một nguyên tố có tính kháng khuẩn tự nhiên, có khả năng tiêu diệt phổ rộng các loài vi sinh vật gây bệnh, nhưng đồng thời là một chất kháng khuẩn thân thiện môi trường, bởi vì không gây tác dụng độc hại đối với cơ thể con người và động vật nếu được sử dụng với liều lượng phù hợp cho việc khử trùng. Các đặc tính kháng khuẩn của bạc bắt nguồn từ tính chất hóa học của các ion + Ag . Hiện nay, tồn tại một số quan điểm giải thích cơ chế diệt khuẩn của bạc được nhiều người ủng hộ. Các quan điểm đó chủ yếu dựa trên sự tương tác tĩnh điện giữa ion bạc mang điện tích dương và bề mặt tế bào vi khuẩn mang điện tích âm và dựa trên sự vô hiệu hóa nhóm Thiol trong enzyme vận chuyển oxy, hoặc trên sự tương tác của ion bạc với DNA dẫn đến sự đime hóa pyridin và cản trở quá trình sao chép DNA của tế bào vi khuẩn.  Cơ chế diệt vi khuẩn của nano bạc được diễn tả theo một số quan điểm sau [26], [30]: Các nhà khoa học thuộc hãng Inovation Hàn Quốc cho rằng bạc tác dụng trực tiếp lên màng bảo vệ của tế bào vi khuẩn. Màng này là một cấu trúc gồm các glycoprotein được liên kết với nhau bằng cầu nối acid amin để tạo độ cứng cho màng. Các ion bạc vừa mới được giải phóng ra từ bề mặt các hạt nano bạc tương tác với các nhóm peptidoglican và ức chế khả năng vận chuyển oxy của chúng vào bên trong tế bào, dẫn đến làm tê liệt vi khuẩn. Các tế bào động vật thuộc nhóm sinh vật bậc cao (sinh vật đa bào: động vật nói chung bao gồm cả con người là động vật bậc cao) có lớp màng bảo vệ hoàn toàn khác so với tế bào vi sinh vật đơn bào (nấm, vi khuẩn và virus). Chúng có hai lớp lipoprotein giàu liên kết đôi bền vững có khả năng cho điện tử do đó không cho phép các ion bạc xâm nhập, vì vậy chúng không bị tổn thương khi tiếp xúc với các ion bạc. Điều này có nghĩa nano bạc hoàn toàn không gây hại đến con người và động vật nói chung, do cấu trúc màng tế bào bền vững và dày hơn các vi sinh vật đơn bào.