Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu sử dụng chế phẩm Nano Chitosan - tinh dầu nghệ trong quá trình bảo quản quả cam

Chia sẻ: Trương Yến | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:71

Thêm vào BST

Báo xấu

61
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn được thực hiện với mục tiêu nhằm thử nghiệm in vitro chế phẩm nano chitosan và tinh dầu nghệ với vi sinh vật gây hỏng quả cam; thử nghiệm chế phẩm nano chitosan và tinh dầu nghệ trên quả để kéo dài thời gian bảo quản cam, đảm bảo cam còn tươi, không bị vi sinh vật làm hỏng quả. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu sử dụng chế phẩm Nano Chitosan - tinh dầu nghệ trong quá trình bảo quản quả cam

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT NGUYỄN THỊ THANH NGA NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CHẾ PHẨM NANO CHITOSAN TINH DẦU NGHỆ TRONG QUÁ TRÌNH BẢO QUẢN QUẢ CAM Chuyên ngành : Vi sinh vật học Mã số : 60 42 01 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. PHẠM VIỆT CƢỜNG Hà Nội – Năm 2014 Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
LỜI CẢM ƠN Để có thể hoàn thành luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh, bên cạnh sự nỗ lực cố gắng của bản thân còn có sự hướng dẫn nhiệt tình của quý Thầy Cô, cũng như sự động viên ủng hộ của gia đình và bạn bè trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và thực hiện luận văn thạc sĩ. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Phạm Việt Cường – Phòng Công nghệ Sinh học – Viện Hóa sinh biển, người đã hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành luận văn này. Đồng thời, tôi xin được gửi lời cảm ơn tới PGS.TS. Nguyễn Thị Kim Cúc, ThS. Trần Thị Kim Dung cùng các anh chị em trong phòng Công nghệ sinh học - Viện Hóa sinh Biển đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành đề tài luận văn. Xin chân thành biết ơn đến toàn thể quý Thầy Cô trong bộ môn Vi sinh vật học đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và cho đến khi thực hiện đề tài luận văn. Cuối cùng xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè, những người đã không ngừng động viên, hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn. Hà Nội, Ngày 30 tháng 09 năm 2014 Học viên Nguyễn Thị Thanh Nga Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. 1 MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 4 PHẦN I: TỔNG QUAN ................................................................................. 6 1.1. Nano chitosan ....................................................................................... 6 1.1.1. Chitosan .......................................................................................... 6 112 P n p p u n no tos n từ chitosan.. ...................... 7 1.1.3. Hoạt tín ối kháng vi sinh vật của chitosan ............................. 10 1.1.4. Ứng dụng nano chitosan ............................................................. 11 1.2. Tinh dầu nghệ ..................................................................................... 12 1.2.1. Giới thiệu chung v nghệ ............................................................. 12 1.2.2. Thành phần hóa học .................................................................... 13 1.2.3. Hoạt tính sinh học của tinh dầu nghệ ........................................ 15 124 P n t ức kháng khuẩn của tinh dầu.................................... 18 1.3. Cây Cam .............................................................................................. 20 1.3.1. Giới thiệu v cây Cam .................................................................. 20 1.3.2. Giá trị d n d ỡng trong 100g quả Cam..................................... 22 1.3.3. Vi sinh vật gây hỏng quả Cam..................................................... 22 1.3.4. Biện pháp bảo quản rau hoa quả t s u t u oạch ............... 25 1.4. Những nghiên cứu trong nƣớc và thế giới về quá trình bảo quản Cam ............................................................................................................. 27 1.4.1. Trên th giới ................................................................................. 27 142 ron n ớ ................................................................................... 29 PHẦN II: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................... 31 2.1. Nguyên vật liệu ................................................................................... 31 2.1.1. Đố t ợng nghiên cứu .................................................................. 31 2.1.2. Hóa chất sử dụng ......................................................................... 32 Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
2.1.3. Thi t bị, dụng cụ sử dụng trong nghiên cứu .............................. 32 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu................................................................... 33 221 Đ n oạt tính kháng nấm mốc của ch phẩm nano chitosan k t hợp với tinh dầu nghệ. ...................................................... 33 2.2.2. Nghiên cứu sử dụng ch phẩm nano chitosan – tinh dầu nghệ ể xử lý C m tr ớc thu hoạch. ................................................................... 34 2.2.3. Nghiên cứu sử dụng ch phẩm nanochitosan - tinh dầu nghệ trong quá trình bảo quản cam sau khi thu hoạch. ............................... 35 PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 38 3.1. Đánh giá khả năng đối kháng nấm mốc gây hỏng quả của chế phẩm nano chitosan với tinh dầu nghệ in vitro...................................... 38 3.2.Nghiên cứu sử dụng chế phẩm nano chitosan - tinh dầu nghệ xử lý Cam trƣớc thu hoạch. ............................................................................... 41 3.3. Nghiên cứu sử dụng chế phẩm nano chitosan – tinh dầu nghệ để bảo quản Cam sau thu hoạch ................................................................... 46 PHẦN IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................... 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 56 PHỤ LỤC: HÌNH ẢNH CAM THÍ NGHIỆM TRƢỚC THU HOẠCH . 64 Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
1 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT. ĐC : Đối chứng. NCS – TDN : Nano chitosan kết hợp với tinh dầu nghệ. NC : Nanochitosan TDN : Tinh dầu nghệ TD : Tinh dầu CS : Chitosan CT : Công thức CS1 : Chín sớm 1 ĐBSCL : Đồng bằng sông cửu long MIC : Nồng độ ức chế nấm tối thiểu MFC : Nồng độ tiêu diệt nấm tối thiểu BVTV : Bảo vệ thực vật Cz : Czapek – dok ĐTG : Độ thường gặp CV% : Sai số tương quan (CV% của thí nghiệm trong phòng phải < 5%, còn thí nghiệm ngoài đồng CV phải < 10%). Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
2 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Giá trị dinh dƣỡng trong 100 g quả Cam) [58] ......................... 22 Bảng 3.1: Khả năng kháng nấm của các chế phẩm ................................... 39 Bảng 3.2: Một số chỉ tiêu sinh trƣởng của cây Cam CS1 ......................... 42 Bảng 3.3: Ảnh hƣởng của việc phun NCS-TDN lên năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của cam CS1........................................................... 43 Bảng 3.4: Ảnh hƣởng của việc phun NCS-TDN lên chất lƣợng quả Cam CS1 ......................................................................................................................... 44 Bảng 3.5: Ảnh hƣởng của việc phun NCS-TDN lên thành phần sâu bệnh hại ch nh trên Cam CS1 ............................................................................... 45 Bảng 3.6: Một số chỉ tiêu chất lƣợng đặc trƣng của quả Cam CS1 ......... 46 Bảng 3.7: Ảnh hƣởng thời gian bảo quản lên cam chín sớm CS1 ............ 48 Bảng 3.8: Tỉ lệ quả bị hƣ hỏng, thối mốc trong quá tr nh ảo quản, (%) ......................................................................................................................... 49 Bảng 3.9: Sự biến đổi chất lƣợng cảm quan của Cam CS1 trong quá tr nh bảo quản ......................................................................................................... 51 Bảng 3.10: Sự biến đổi tỉ lệ nhăn vỏ cam CS1 trong quá trình tồn trữ (%) ......................................................................................................................... 52 Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
3 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cấu trúc hóa học của chitosan đƣợc điều chế từ chitin. ............ 6 Hình 1.2: Hình thái cây nghệ ....................................................................... 13 Hình 1.3: Cấu trúc của các hợp chất curcumin trong nghệ...................... 14 Hình 1.4: Cấu trúc của một số hợp chất trong tinh dầu nghệ .................. 14 Hình 1.5: Vị tr và các cơ chế trong tế bào vi khuẩn đƣợc cho là điểm hoạt tính của tinh dầu:.................................................................................. 18 Hình 1.6: Hình thái Fusarium oxysporum....... Error! Bookmark not defined. Hình 1.7: Hình thái nấm Aspergillus awamori Nakazawa: ....................... 24 Hình 1.8: Hình thái của Penicillium italicum.............................................. 24 Hình 1.9: Sự phát triển của Penicillium italicum trên môi trƣờng Czapek có bổ sung chế phẩm ở các nồng độ khác nhau: (a) môi trƣờng không có chế phẩm, ( ) môi trƣờng có bổ sung kháng sinh Miconazole 20 μg/ml, (c) môi trƣờng có bổ sung Chitosan 100 μg/ml, (d) môi trƣờng có bổ sung Tinh dầu nghệ 100 μg/ml, (e) môi trƣờng có bổ sung Nanochitosan 100 μg/ml, (f) môi trƣờng có bổ sung Nanochitosan - tinh dầu100 μg/ml. ..... 65 Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
4 MỞ ĐẦU Tinh dầu nghệ được biết đến như là một chất có khả năng chống oxy hóa và có tính đối kháng vi sinh vật tốt, nhất là ức chế các vi sinh vật có khả năng gây hỏng quả. Trong khi chitosan là một loại polymer carbohydrate tự nhiên được tạo ra bằng cách deacetyl hóa chitin, có thể tìm thấy trong nhiều loài động vật giáp xác, côn trùng và một vài loại nấm. Với nhiều tính năng như tính tương thích sinh học, phân hủy sinh học, bám dính màng và không độc hại nên hiện nay nó trở thành nguyên liệu cho nhiều ứng dụng trong dược sinh học và thực phẩm chức năng. Vì những tính chất ưu việt của nó mà trong những năm gần đây, chitosan đã được nghiên cứu sử dụng để tạo ra các hạt nano chitosan. Cùng với tinh dầu nghệ, nano chitosan là chất có khả năng kháng nấm và vi khuẩn mạnh. Tinh dầu nghệ còn là một sản phẩm phụ của quá trình tách chiết curcumin nên việc tận dụng tinh dầu nghệ để tạo hạt nanochitosan tinh dầu nghệ dùng để bảo quản trái cây sau thu hoạch không những mở ra hướng mới trong lĩnh vực bảo quản mà còn có giá trị về mặt kinh tế. Quả tươi và rau rất dễ bị hỏng và mẫn cảm đối với các bệnh sau thu hoạch, hạn chế thời gian bảo quản và đưa chúng ra thị trường. Ngoài ra, hư hỏng sau thu hoạch gây thất thu kinh tế đáng kể trên toàn thế giới. Như đã biết, các loại thuốc diệt nấm tổng hợp được sử dụng từ lâu như phương thức chính để kiểm soát các bệnh sau thu hoạch. Nhưng hiện người ta lo ngại về ảnh hưởng của các chất này đến sức khỏe người tiêu dùng cũng như sự xuất hiện của các nguồn bệnh kháng thuốc. Vì vậy cần có các biện pháp thay thế để kiểm soát nguồn bệnh sau thu hoạch có hiệu quả, dư lượng thấp, ít độc hoặc không độc đối với cơ thể và môi trường. Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
5 Trong sản phẩm rau hoa quả của Việt Nam, quả Cam đang chiếm vị trí quan trọng trong xuất khẩu, mang lại hiệu quả kinh tế cao. Nên việc sử dụng các chất hoạt tính sinh học tự nhiên để bảo quản rau quả đang thu hút được nhiều sự quan tâm và chú ý. Vì vậy chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu sử dụng ch phẩm Nano Chitosan- Tinh dầu Nghệ trong quá trình bảo quản quả Cam” với hy vọng đóng góp thêm phương pháp bảo quản rau hoa quả mới vừa an toàn vừa hiệu quả. Mục tiêu củ tài:  Thử nghiệm in vitro chế phẩm nano chitosan và tinh dầu nghệ với vi sinh vật gây hỏng quả Cam.  Thử nghiệm chế phẩm nano chitosan và tinh dầu nghệ trên quả để kéo dài thời gian bảo quản Cam, đảm bảo Cam còn tươi, không bị vi sinh vật làm hỏng quả. Nội dung nghiên cứu:  Đánh giá hoạt tính kháng nấm gây hỏng quả của chế phẩm nano chitosan kết hợp với tinh dầu nghệ.  Nghiên cứu sử dụng chế phẩm nanochitosan - tinh dầu nghệ để xử lý Cam trước khi thu hoạch.  Nghiên cứu sử dụng chế phẩm nanochitosan - tinh dầu nghệ để bảo quản Cam sau khi thu hoạch. Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
6 PHẦN I: TỔNG QUAN 1.1. Nano chitosan 1.1.1. Chitosan Chitosan, được phát hiện bởi Rouget vào năm 1859 [55], là một loại polymer polysaccharide sinh học quan trọng.Về mặt hóa học, đó là một phân tử có trọng lượng phân tử cao, polycationic gồm hai monosaccharides, N- acetyl-D-glucosamine và D-glucosamine, liên kết với nhau bởi cầu nối β-(1 → 4) glycosidic (Hình 1.1). Hàm lượng tương đối của hai monosaccharides trong chitosan có thể khác nhau, phụ thuộc vào mức độ deacetyl hóa (75- 95%), khối lượng phân tử (50-2.000 kDa), độ nhớt, giá trị pKa, v.v... [23]. Do đó, chitosan không thể được định nghĩa là một hợp chất duy nhất, nó chỉ đơn thuần là họ của các copolymer với các phân số khác nhau của các đơn vị acetyl. Hình 1.1: Cấu trúc hóa học của chitosan đƣợc điều chế từ chitin. Chitosan liên kết (1→4) 2- amino-2-deoxy-ß-D-glucan, đƣợc điều chế từ chitin qua quá trình thủy phân nhóm N-acetyl- bằng kiềm. Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
7 Chitosan chủ yếu được sản xuất từ quá trình deacetyl hóa chitin xảy ra trong môi trường kiềm: Chitin sôi trong kiềm nồng độ cao vài giờ (40-45% natri hydroxit, 120°C, 1-3h). Trong điều kiện đó N-deacetyl hóa xảy ra không hoàn toàn, chitosan được xem như là một dẫn xuất một phần N-deacetyl hóa của chitin. Chitosan cũng được tìm thấy trong tự nhiên, chẳng hạn như trong thành tế bào của nấm thuộc lớp Zygomycetes [43], tảo xanh Chlorella sp., nấm men và động vật nguyên sinh cũng như lớp biểu bì trong côn trùng [ 38]. Gần đây trong công nghệ lên men cho thấy nấm (Aspergillus niger) có thể cung cấp một nguồn thay thế chitosan. 1.1 2 P n p p u n nochitosan từ chitosan. Công nghệ nano là một công nghệ rất quan trọng trong khoa học, chủ yếu là do ứng dụng rộng rãi của nó trong một phạm vi rộng lớn bao gồm các ngành kỹ thuật, y học, hóa học và sinh học. Việc sử dụng các biopolymer như polysaccharide trong công nghệ nano ngày càng được quan tâm, là trọng tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trên toàn thế giới. Trong 30 năm qua, kỹ thuật điều chế nano chitosan đã được phát triển dựa trên công nghệ chitosan vi hạt.Trước kia, người ta dùng sodium sulphate như chất để tủa. Năm 1994, một số tác giả đã sử dụng glutaraldehyde như chất liên kết để liên kết chéo các nhóm amino tự do của chitosan, sau đó nhũ tương hóa (emulsifier), tạo hạt 5-fluorouracil (5-FU) chitosan với kích thước trung bình 0,8 ± 0,1µm [42]. Phương pháp này hiện vẫn được dùng. Nhìn chung, kỹ thuật chế tạo hạt chitosan nano (chitosan NP) đã được phát triển dựa trên kỹ thuật vi hạt chitosan, có ít nhất 4 phương pháp dùng để điều chế hạt nanochitosan: phương pháp tạo gel ion (ionotropic gelation), vi nhũ tương (microemulsion), khuếch tán dung môi nhũ tương (emulsification solvent Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
8 diffusion) và tổ hợp đa điện phân (polyelectrolyte complex). Hai phương pháp thường sử dụng là tạo gel ion và tổ hợp đa năng điện phân.[41]. P n p p Ionotropic gelation (tạo gel ion) Nano chitosan chuẩn bị bằng kỹ thuật gel ionotropic lần đầu tiên được Calvo và cộng sự báo cáo. Cơ chế tạo nanochitosan dựa trên tương tác tĩnh điện giữa nhóm amine của chitosan và nhóm tích điện âm của polyanion như tripolyphosphate.Trước tiên, chitosan có thể hòa tan trong acetic acid, có hoặc không có chất ổn định, sau đó bổ sung anionic polyme. Khuấy ở nhiệt độ phòng và các hạt nano được tạo thành một cách tự phát. Có thể thay đổi kích thước và điện tích bề mặt của hạt bằng cách thay đổi tỉ lệ chitosan và chất ổn định [7]. Hiện tại phương pháp này được sử dụng nhiều nhất, ưu điểm của phương pháp này là quá trình chuẩn bị đơn giản và không cần phải sử dụng dung môi hữu cơ hay sử dụng lực nén lớn, do đó phương pháp này được nghiên cứu rộng rãi trong tổng hợp chất dẫn thuốc và thực phẩm chức năng. P n p p M roemuls on (v n ũ t n ) Nano chitosan được điều chế bằng kỹ thuật microemulsion lần đầu tiên được phát triển bởi Maitra và cộng sự [7]. Kỹ thuật này dựa trên sự hình thành của nano chitosan bên trong giọt micellar đảo ngược và sau đó liên kết ngang qua glutaraldehyde. Trong phương pháp này, một chất hoạt động bề mặt được hòa tan trong N-hexane. Sau đó, chitosan trong dung dịch acetic và glutaraldehyde được thêm vào chất có hoạt tính bề mặt / hỗn hợp hexane, khuấy liên tục ở nhiệt độ phòng. Hạt nano được hình thành trong sự hiện diện của chất hoạt động bề mặt. Hệ thống này được khuấy qua đêm để hoàn thành liên kết ngang, và nhóm amin của chitosan kết hợp với glutaraldehyde. Các dung môi hữu cơ được lấy ra bằng cách bay hơi dưới áp suất thấp. Sản phẩm thu được là nano chitosan liên kết ngang và chất hoạt động bề mặt dư thừa. Chất hoạt động bề mặt dư thừa được lấy ra bằng cách kết tủa với CaCl2 và sau Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
9 đó được loại bỏ bằng ly tâm. Cuối cùng các hạt nano được thẩm tách và đông khô (lyophilyzation). Kỹ thuật này cung cấp hạt kích thước nhỏ hơn 100 nm và kích thước các hạt có thể được kiểm soát bằng cách thay đổi lượng glutaraldehyde từ đó làm thay đổi mức độ liên kết ngang. Tuy nhiên, phương pháp có một số nhược điểm như việc sử dụng các dung môi hữu cơ, quá trình chuẩn bị tốn thời gian, và sự phức tạp trong bước rửa. P n p pk u t n dun mô n ũ t n ó El-Shabouri báo cáo nano chitosan được điều chế bằng phương pháp khuếch tán dung môi nhũ tương[7]. Phương pháp này được dựa trên một phần sự trộn lẫn của dung môi hữu cơ bằng nước. Nhũ tương thu được sau khi trộn chất hữu cơ vào dung dịch chitosan có chứa một chất ổn định (poloxamer) khuấy cơ, tiếp theo là đồng nhất áp suất cao. Nhũ tương này sau đó được pha loãng với một số lượng lớn nước để khắc phục sự trộn lẫn dung môi hữu cơ trong nước. Sự kết tủa polymer xuất hiện như là kết quả của sự khuếch tán dung môi hữu cơ vào trong nước, dẫn đến hình thành của các hạt nano. Phương pháp này phù hợp cho các loại thuốc kỵ nước và cho thấy tỷ lệ ngậm thuốc cao. Nhưng nhược điểm chính của phương pháp này bao gồm điều kiện xử lý khắc nghiệt (ví dụ, việc sử dụng các dung môi hữu cơ) và lực cắt cao được sử dụng khi điều chế các hạt nano. Ph n p p polyelectrolyte complex (PEC)(tổ hợp ện phân) Màng polyelectrolyte hoặc tập hợp nhóm polyelectrolyte là một thuật ngữ để mô tả màng được hình thành bằng cách tự lắp ráp của polyme mang cation và DNA plasmid. Cơ chế của PEC hình thành liên quan đến việc trung hòa điện tích giữa cation polymer và DNA dẫn tới phá vỡ phân tử ưa nước. Một số polyme cation (tức là gelatin, polyethylenimine) cũng có tính chất này. Nói chung, kỹ thuật này cung cấp phương pháp chuẩn bị đơn giản. Các hạt nano được hình thành một cách tự nhiên sau khi bổ sung các DNA vào Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
10 chitosan hòa tan trong dung dịch axit axetic, tiếp theo khuấy cơ học ở nhiệt độ phòng. Kích thước phức hợp có thể được thay đổi từ 50 nm đến 700 nm. [7] 1.1.3. Hoạt tín ối kháng vi sinh vật của chitosan Khả năng đối kháng vi sinh vật của chitosan được sử dụng rộng rãi, tuy nhiên, cơ chế đối kháng vi sinh vật chính xác của nó cho đến nay vẫn chưa được định rõ ràng. Một vài cơ chế tác động kháng khuẩn của chitosan đã được đưa ra: (i) tạo phức với các nguyên tố vết hoặc các chất dinh dưỡng thiết yếu, như vậy ức chế sinh trưởng của vi khuẩn; (ii) có thể tương tác với các nhóm anion trên bề mặt tế bào và tạo ra các phức hợp điện phân với các hợp chất trên bề mặt vi khuẩn, tạo ra một lớp không thấm quanh tế bào, ngăn cản sự vận chuyển của các chất hòa tan cần thiết vào trong tế bào. Kiểm tra bằng kính hiển vi điện tử của chế phẩm chitosan ức chế vi sinh vật cho thấy, vị trí hoạt động của nó là ở trên bề mặt tế bào vi sinh vật. Chủng Candida albicans tiếp xúc với chitosan hoặc các dẫn xuất của chitosan dưới kính hiển vi điện tử thấy tổn thương tế bào ở mức độ khác nhau [31]. Cơ chế đối kháng vi sinh vật của chitosan được cho là do cation của chitosan tương tác và làm gián đoạn màng tế bào. Có giả định cho rằng bản chất polycationic của chitosan là tích điện dương do mang nhóm -NH3+ của glucosamine, có thể là một yếu tố cơ bản góp phần tương tác với các thành phần tích điện âm trên màng của nhiều loại nấm và vi khuẩn, gây ra thay đổi bề mặt tế bào, rò rỉ các chất trong tế bào, cuối cùng dẫn đến suy giảm các hoạt động quan trọng của vi sinh vật [18]. Chitosan được chứng minh có hoạt tính đối kháng nấm như Aspergillus niger, Alternaria alternata, Rhizopus oryzae, Phomopsis asparagi, và Rhizopus stolonifer. Có 3 cơ chế được đưa ra cho các cách ức chế của chitosan. (i) màng plasma của nấm là đích chính của chitosan. Điện tích Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
11 dương của chitosan tương tác với các thành phần phospholipid tích điện âm của màng nấm, điều này làm tăng tính thấm của màng làm cho các thành phần trong tế bào bị thoát ra, dẫn đến tế bào bị chết; (ii) chitosan hoạt động như một chất kẹp (chelating) bằng cách gắn với các nguyên tố vết, làm cho nấm không thể sử dụng các chất dinh dưỡng thiết yếu để sinh trưởng bình thường; và (iii) chitosan có thể thâm nhập vào màng tế bào và gắn với DNA, điều này sẽ ức chế tổng hợp mRNA và như vậy ảnh hưởng đến việc tạo ra các protein và enzyme cần thiết. Mặt khác, một số báo cáo cho rằng còn các cơ chế hoạt động khác, như liên kết với nước, làm bất hoạt enzyme, chọn lọc chelation vi lượng khoáng cần thiết cho các enzyme của vi khuẩn, có thể sáng tỏ cơ chế kháng vi sinh vật của chitosan. [29]. Young và cộng sự [36] cho rằng chitosan làm cho ion Ca2+ được giải phóng từ phức tạo ổn định màng tế bào của Glycine max, kết quả làm mất ổn định của màng và gây rò rỉ các thành phần tế bào. Tokura và cộng sự [43], đã quan sát thấy chitosan (MW = 9300) xếp chồng lên nhau trên thành tế bào và ức chế sự tăng trưởng của vi khuẩn E. coli. Họ cho rằng hoạt tính kháng khuẩn có liên quan đến việc kìm hãm các hoạt động trao đổi chất của vi khuẩn bằng cách ngăn chặn cung cấp chất dinh dưỡng qua màng tế bào [43]. 1.1.4. Ứng dụng nano chitosan Các hạt nano chitosan chủ yếu được ứng dụng trong y học như chất mang và phân phối thuốc. Ở Việt Nam, đã có một số nghiên cứu tạo hạt nano trên cơ sở polysacarit, đặc biệt là chitosan. Nói chung, những hạt nano này mới chỉ được khảo sát về tính chất hóa lý và khả năng mang thuốc, được ứng dụng trong y sinh, cụ thể là ứng dụng dẫn thuốc còn hầu như chưa được nghiên cứu cho những ứng dụng khác (ngoại trừ nghiên cứu về axit glutamic ứng dụng cho mục đích làm chất mang thuốc paclitaxel củaViện Hóa học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam)[3]. Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
12 Trên thế giới đã có nhiều công bố ứng dụng hạt nano trong y học. Hạt có kích cỡ nano có thể được tiêm tĩnh mạch vì đường kính của mao mạch máu là khoảng 4 mm. Các hạt có đường kính lớn hơn 100 nm nhanh chóng được hấp thụ bởi hệ thống lưới nội mô (RES) trong gan, lá lách, phổi và xương tủy, trong khi các hạt có kích cỡ nhỏ hơn có xu hướng lưu thông kéo dài một thời gian. Thuốc được nghiên cứu rộng rãi là những chất chống ung thư. Sau khi tiêm tĩnh mạch, nhiều hạt nano chitosan tích tụ trong một số khối u. Nano chitosan kìm hãm sự phát triển của khối u và nâng cao tỷ lệ sống của chuột có khối u thực nghiệm sau khi được điều trị [6]. Ngoài ra, hạt nano chitosan có kích thước nhỏ hơn 100 nm được dùng như thuốc kháng khuẩn, kháng virus, kháng nấm,và thuốc chống ký sinh trùng[6]. Có giả thuyết cho rằng các hạt nano có thể bảo vệ thuốc không bị phân giải bởi enzyme trong đường tiêu hóa. Pan và cộng sự báo cáo rằng tác dụng hạ đường huyết đã được quan sát ở các con chuột mắc bệnh tiểu đường sau khi uống các hạt nano chitosan [7]. Chitosan là vector chuyển gen hứa hẹn lần đầu tiên được đề xuất bởi Mumper [16]. Chitosan được chứng minh có hiệu quả trong chuyển gen in vitro. Hạt nano thường thể hiện tác dụng bổ trợ đáng kể cho vắc-xin. Kích thước siêu nhỏ của hạt nano cho phép chúng được hấp thụ bởi các tế bào M, trong mô bạch huyết niêm mạc, kích hoạt các vị trí của phản ứng miễn dịch mạnh mẽ [30]. 1.2. Tinh dầu nghệ 1.2.1. Giới thiệu chung v nghệ Cây nghệ vàng thuộc họ Zingiberaceae, chi Curcuma, loài Longa. Tên khoa học của cây nghệ vàng là: Curcuma longa Linaeus (C. longa L.). Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
13 Hình 1.2: Hình thái cây nghệ Nghệ được trồng ở khu vực ấm áp và có mưa nhiều trên thế giới như Trung Quốc, Ấn Độ, In-đô-nê-xi-a. Tại Ấn Độ, nó được phổ biến và được gọi là Haldi (Tiếng Hin-ddi). Tại Ma-lay-xi-a, In-đô-nê-xi-a và Ấn Độ, nghệ đã được nghiên cứu do tầm quan trọng về kinh tế của nó[19]. 1.2.2. Thành phần hóa học Thành phần trong củ nghệ vàng gồm: protein (6,3%), chất béo (5,1%),khoáng chất (3,5%), carbohydrates (69,4%) và độ ẩm (13,1%). Phenolic diketone, curcumin (diferuloylmethane) (3 - 4%) quy định màu vàng của nghệ, và bao gồm curcumin I (94%), chất curcumin II (6%) và chất curcumin III (0,3%) (Hình 1.3). Phenolic diketones demethoxycurcumin và bis-demethoxycurcumin cũng đã được phân lập từ thân rễ Curcuma longa. Sự có mặt của tumerones (a, b), curdione, curzerenone, mono-và di- demethoxycurcumin đã được tìm thấy trong thân rễ. Tinh dầu (5,8%) thu được bằng cách chưng cất hơi nước, phần thân rễ có chứa thành phần phellandrene(1%), sabinene (0,6%), cineol (1%), borneol (0,5%), zingiberene (25%) và sesquiterpines (53% ) [10]. Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
14 Hình 1.3: Cấu trúc của các hợp chất curcumin trong nghệ Kelkar và Sanjeev Rao [29] báo cáo rằng tinh dầu nghệ được điều chế bằng phương pháp chưng cất hơi nước dễ bay hơi chủ yếu là một hỗn hợp củasesquiterpene xeton và rượu. Malingre [32] báo cáo thành phần chiết của C.longa gồm p-cymene, b-sesquiphellandrene, turmerone, ar-turmerone và rượu sesquiterpene (Hình 1.4). Hình 1.4: Cấu trúc của một số hợp chất trong tinh dầu nghệ Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
15 Chen và cộng sự [11] so sánh thành phần của các loại dầu dễ bay hơi của thân rễ và củ nghệ vàng nguồn gốc Trung Quốc C. Longa gồm: Turmerone (24%), ar-turmerone (8,4%) và curdione (11,58%) (Hình 1.4) là các hợp chất quan trọng trong cả hai loại dầu. Tuy nhiên, ar-curcumene đã được tìm thấy trong dầu thân rễ là 12,2%, nhưng nó đã không được báo cáo trong dầu củ. Gopalan và Ratnambal [20] so sánh các thành phần chính của dầu nghệ sản xuất từ giống cây trồng khác nhau. Dầu lá nghệ Việt Nam chứa chủ yếu là α-phellandrene (24,5%), 1,8-cineole (15,9%), p-cymene (13,2%) và β-pinene (8,9%). Cooray và cộng sự [13] cho biết các thành phần chính của dầu thân rễ được sản xuất từ một giống nghệ duy nhất được trồng ở Sri Lanka, và nó đã được báo cáo rằng ar-turmerone (24,7-48,9%) và turmerone (20-39%) là những hợp chất chính. McCarron và cộng sự đã sử dụng phương pháp phân tích GC-MS để so sánh hợp chất monoterpene hydrocarbon của các loại dầu sản xuất từ lá và rễ của C. longa tươi, phát hiện ra rằng hydrocarbon monoterpene của lá và các loại dầu thân rễ tươi tương ứng là 92,9 và 16,3%. Dầu thân rễ của C. longa nguồn gốc Trung Quốc được phân tích bằng GC-MS [44]. Dầu này được cho là chứa 17 thành phần hóa học, trong đó turmerone (24%), ar-turmerone (18%) và germacrone (11%) là các hợp chất chính. 1.2.3. Hoạt tính sinh học của tinh dầu nghệ * Hoạt tính chống viêm: Tinh dầu của Curcuma longa có hiệu quả chống viêm và anti-hyaluronidase. Các tác giả cho rằng hiệu quả chống oxy hóa của dầu được chứng minh bằng sự ức chế khả năng khuếch tán của hyaluronidase enzyme. Dầu từ lá Curcuma longa cũng cho thấy hoạt tính chống viêm ở chuột bạch thực nghiệm. Dịch chiết thân rễ làm giảm sự phát triển của u hạt và không độc đối với động vật. Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
16 * Hoạt tính chống oxy hóa: Scatezzini và cộng sự (2000) đã nghiên cứu hoạt tính chống oxy hóa của một số thực vật sử dụng trong y học cổ truyền của Ấn Độ. Nghiên cứu này chỉ ra rằng cây nghệ được sử dụng nhiều trong quá trình chuẩn bị liệu pháp Ayurvedic cách đây hàng ngàn năm [40]. Lee (2006) phát hiện ra thành phần hủy tiểu cầu ar-turmerone có nguồn gốc từ thân rễ của cây nghệ Curcuma longaL., ở nồng độ ức chế 50% (IC50) ar- turmerone ức chế sự tạo khối của tiểu huyết cầu do collagen cảm ứng (IC50, 14,4 μM) và axit arachidonic (IC50 43,6 μM). Xác định được hoạt tính chống oxy hóa của dịch chiết methanol của thân rễ tươi và khô từ 4 dòng nghệ (Curcuma longa L.) nuôi cấy in vitro [14]. Đã xác định hoạt tính chống oxy hóa của dịch chiết dầu nghệ đen trồng ở Việt Nam [5]. * Tác dụng giảm mỡ: Khi sử dụng 1mg dịch chiết nghệ trong 15 ngày, lượng lipid giảm rõ rệt: lượng cholesterol tổng, triglycerides và LDL giảm từ 55-40% ở động vật thí nghiệm. Ngoài ra, dịch chiết này còn làm giảm nguy cơ xơ cứng động mạch. Các tác giả cho rằng uống dịch chiết nghệ ức chế oxy hóa LDL và có hiệu quả giảm cholesterol ở thỏ thí nghiệm [25]. * Chống dị ứng và làm lành v t t n : Dịch chiết thô của thân rễ nghệ có hoạt tính ức chế cycloxygenase (COX) tốt trong thử nghiệm sinh học in vitro. * Antivenom activity (trị nọ ộc): Phân đoạn có chứa ar-turmerone chiết từ C. longa trung hòa hiệu quả tính gây chết và hoạt tính xuất huyết của nọc rắn ở chuột. Trong nghiên cứu này, ar-turmerone có khả năng thủ tiêu hoạt tính xuất huyết của nọc độc Bothrops và khoảng 70% hiệu quả gây chết của nọc độc Crotalus. Những nghiên cứu miễn dịch học chứng minh rằng ar-turmerone ức chế sự tăng sinh và hoạt tính giết tự nhiên của lyphocytes người [17;25]. * Hoạt tính kháng khuẩn: Tinh dầu nghệ được thử với các chủng Staphylococcus albus, Staphylococcus aureus và Bacillus typhosus, kết quả cho thấy sinh trưởng của Staphylococcus albus, Staphylococcus aureus bị ức Số hóa bởi trung tâm Học liệu– ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn