Nghiên cứu điều chế nano bạc - chitosan và thử nghiệm bảo quản cam sành Hàm Yên

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

13
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong nghiên cứu này, nano bạc-chitosan được điều chế bằng phương pháp khử hóa học. Các đặc trưng lý, hóa của sản phẩm được xác định bằng phương pháp phổ UV-Vis, FT-IR và chụp ảnh TEM. Kết quả cho thấy dung dịch nano bạc-chitosan có đỉnh hấp thụ cực đại ở bước sóng 420 nm, các hạt kích thước khoảng 15 ÷ 25 nm, khá đồng đều.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu điều chế nano bạc - chitosan và thử nghiệm bảo quản cam sành Hàm Yên

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ NANO BẠC-CHITOSAN VÀ THỬ NGHIỆM BẢO QUẢN CAM SÀNH HÀM YÊN Nguyễn Thị Lan Anh1*, Quản Cẩm Thúy1, Nguyễn Duy Toàn1, Nguyễn Thị Ngọc Quỳnh2, Đặng Ngọc Định2, Mạc Đình Thiết3, Hà Thị Tính4 1 Khoa Kỹ thuật Phân tích, Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì 2 Phòng Quản lý Đào tạo, Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì 3 Phòng KHCN & ĐBCLGD, Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì 4 Trung tâm Kiểm nghiệm Phú Thọ * Email: anh78chc@gmail.com Tóm tắt Trong nghiên cứu này, nano bạc-chitosan được điều chế bằng phương pháp khử hóa học. Các đặc trưng lý, hóa của sản phẩm được xác định bằng phương pháp phổ UV-Vis, FT-IR và chụp ảnh TEM. Kết quả cho thấy dung dịch nano bạc-chitosan có đỉnh hấp thụ cực đại ở bước sóng 420 nm, các hạt kích thước khoảng 15 ÷ 25 nm, khá đồng đều. Khi thử nghiệm bảo quản quả cam sành Hàm Yên ở nhiệt độ thường, dung dịch nano bạc- chitosan nồng độ 20% cho hiệu quả bảo quản tốt nhất. Sau 21 ngày bảo quản, các chỉ tiêu như hàm lượng vitamin C, đường tổng số, axit hữu cơ tổng số vẫn đảm bảo. Dung dịch nano bạc-chitosan hứa hẹn được ứng dụng trong bảo quản quả tươi. Từ khóa: nano bạc, chitosan, bảo quản trái cây tươi STUDY ON THE SYNTHESIS OF SILVER-CHITOSAN NANO AND EXPERIMENT PRESERVING ORANGES IN HAM YEN Abstract In this study, silver-chitosan nanoparticles were synthesized by chemical reduction method. The physical and chemical characteristics of the products were determined by UV-vis spectroscopy, FT-IR, and TEM images. The obtained results confirmed that nano silver-chitosan solution has maximum absorption peak at 420 nm, whose the particle size of about 15 - 25 nm, pretty even. When testing the preservation of oranges in Ham Yen at normal temperature, the 20% nano silver-chitosan solution gave the best preservation effect. After 21 days of preserving, the vitamin C content, total sugar, total organic acid of oranges are still guaranteed. Nano silver-chitosan solution promises to be applied in fresh fruit preservation. Keywords: nanosilver, chitosan, fresh fruit preservation 1. GIỚI THIỆU Từ lâu, bạc đã được biết đến là một chất diệt khuẩn hiệu quả và được sử dụng làm các dụng cụ sinh hoạt. Khi công nghệ nano ra đời, các nghiên cứu về bạc và các ứng dụng của nó được phát triển lên tầm cao mới. Giờ đây, người ta đã thấy sự xuất hiện rộng rãi của nano bạc trong các sản phẩm của đời sống hàng ngày, như sản phẩm xây dựng, nội thất, thiết bị điện tử, điện thoại di động, máy tính, dụng cụ y tế, dụng cụ cá 63
nhân, đồ gia dụng, đồ dùng trẻ em, mỹ phẩm, bao bì thực phẩm...Có thể nói, sản phẩm ứng dụng từ nano bạc là sản phẩm có tính thương mại nhất trong số các vật liệu ứng dụng [1-4]. Chitosan có nguồn gốc tự nhiên, không độc, dùng an toàn cho người và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như y tế, nông nghiệp, thực phẩm... Chitosan là một dẫn xuất của chitin đang được nghiên cứu chế tạo làm màng bao thực phẩm thay thế PE, PP. Màng chitosan tạo thành có tính kháng khuẩn, kháng nấm và hạn chế tổn thất chất dinh dưỡng cho thực phẩm [2, 3]. Hiện nay, các chế phẩm phức hợp nano với các vật liệu polyme hướng đến ứng dụng trong thực phẩm đang được nhiều người quan tâm, trong đó phức hợp nano bạc- chitosan được coi là một trong những vật liệu hoàn hảo để sử dụng làm vật liệu kháng khuẩn. Thêm vào đó, việc điều chế nano bạc với sự có mặt của chitosan được chứng minh có khả năng làm ổn định các hạt nano kim loại, tránh sự tích tụ của các hạt ngay sau khi tổng hợp nhờ sự có mặt của nhóm amin và hydroxyl tự do [4, 5]. Trên cơ sở đó chúng tôi điều chế nano bạc-chitosan và ứng dụng thử nghiệm bảo quản cam sành Hàm Yên. Các kết quả nghiên cứu sẽ được trình bày trong bài báo này. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Hóa chất Các hóa chất chính sử dụng trong nghiên cứu gồm: Chitosan (loại tinh khiết 85%), AgNO3, NaOH, KMnO4, MnCl2, Na2SO4, HCl, CuSO4, Fe2(SO4)3, Pb(CH3COO)2 (loại PA). 2.2. Dụng cụ, thiết bị Một số dụng cụ được sử dụng nghiên cứu như máy khuấy từ, cân phân tích có độ chính xác ± 10-4g (BP 211D, Đức), bình cầu, sinh hàn... Các thiết bị phân tích đặc trưng của sản phẩm nano bạc-chitosan như chụp ảnh TEM (máy Jeoljeh-1010, Japan), phổ UV-Vis (máy UV-Vis Specord 50 Analytik jena, Germany) và phổ hồng ngoại ngoại FT- IR (máy Cari 630 Aligent, America). 2.3. Điều chế dung dịch nano bạc-chitosan Dung dịch nano bạc-chitosan được điều chế bằng cách cho 45 ml dung dịch chitosan 1% vào bình cầu đáy bằng, khuấy đều trên máy khuấy từ ở nhiệt độ khảo sát. Tiếp tục cho từ từ 5 ml dung dịch AgNO3 0,01 M vào đồng thời khuấy đều với tốc độ 300 vòng/phút ở nhiệt độ và thời gian khảo sát. Điều chỉnh pH đến 7 bằng dung dịch NaOH 0,1 M và tiếp tục khuấy mạnh để quá trình khử diễn ra hoàn toàn. Màu hỗn hợp phản ứng chuyển dần từ vàng ngà nhạt đến đậm và nâu sẫm, chứng tỏ có sự hình thành nano bạc-chitosan. Dung dịch nano bạc-chitosan được để nguội đến nhiệt độ phòng, lưu giữ trong lọ thủy tinh màu để thực hiện khảo sát các đặc trưng lý, hóa học. 2.4. Thử nghiệm dùng dung dịch nano bạc-chitosan bảo quản cam sành Hàm Yên 64
Chuẩn bị dung dịch nano bạc-chitosan trong nước có nồng độ 5% (CT1), 10% (CT2), 15% (CT3), 20% (CT4) và 25% (CT5). Cam sành được thu hái tại Hàm Yên, Tuyên Quang khi thời tiết khô ráo. Dùng kéo cắt cách cuống khoảng 1cm, bỏ lá, đem rửa sạch, để ráo, sau đó nhúng vào dung dịch nano bạc-chitosan trong thời gian 1 phút để bảo quản, mẫu đối chứng (ĐC) không nhúng vào dung dịch nano bạc-chitosan. Tất cả các mẫu cùng được bảo quản ở nhiệt độ phòng, sau đó tiến hành phân tích các chỉ tiêu theo thời gian bảo quản, so sánh các công thức bảo quản và lựa chọn công thức thích hợp. 2.5. Phương pháp nghiên cứu Các đặc trưng lý, hóa của sản phẩm được nghiên cứu bằng phổ UV-Vis tiến hành đo trên máy UV-Vis Specord 50 (Germany), ảnh TEM được chụp trên máy JEM 1010 (Japan) và phổ FT-IR được đo trên máy Cari 630 (America). Nghiên cứu xác định một số chỉ tiêu của cam sành Hàm Yên trong quá trình bảo quản như hàm lượng axit tổng số, đường tổng số, vitamin C bằng phương pháp phân tích hóa học. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Các đặc trưng của dung dịch nano bạc-chitosan 3.1.1. Đặc trưng bằng phổ UV-Vis Hình 1 là phổ UV–Vis của sản phẩm nano bạc-chitosan được điều chế ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau trong cùng một thời gian phản ứng 150 phút (Hình 1A) và thời gian phản ứng khác nhau ở 80 oC (Hình 1B). 1.2 1.2 (A) (e)- 90 oC (B) (e)- 180 phút 1.0 a, b, c, e, d (d)- 80 oC 1.0 a, b, c, d, e (d)- 150 phút (c)- 70 oC (c)- 120 phút (b)- 60 oC 0.8 (b)- 90 phút 0.8 (a)- 50 oC (a)- 60 phút Ñoä haáp thuï Ñoä haáp thuï 0.6 0.6 0.4 0.4 0.2 0.2 0.0 0.0 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 Böôùc soùng (nm) Böôùc soùng (nm) Hình 1: Phổ UV-Vis của dung dịch nano bạc-chitosan: (A)- tại nhiệt độ khác nhau, thời gian phản ứng 150 phút, (B)- thời gian phản ứng khác nhau ở 80 oC Kết quả Hình 1A cho thấy ở nhiệt độ thấp (50 oC, 60 oC) phản ứng diễn ra chậm, hầu như không quan sát được pic đặc trưng (đường a, b), ngược lại tại vùng nhiệt độ cao (70 ÷ 90 oC) các pic xuất hiện rõ ràng (đường c, d, e) ở các bước sóng 420 ÷ 425 nm. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu về phổ cộng hưởng plasmon bề mặt của nano bạc- chitosan [1, 5]. 65
Hình 1B cho thấy cường độ hấp thụ của các mẫu thu được có xu hướng tăng theo thời gian phản ứng, tương ứng với lượng nano bạc-chitosan được tạo thành tăng lên trong dung dịch. Tuy nhiên, sau thời gian phản ứng từ 150 phút thì độ hấp thụ cực đại của dung dịch thay đổi không đáng kể, chứng tỏ hầu như toàn bộ ion bạc đã bị khử thành nano bạc và ổn định. 3.1.2. Phân tích phổ hồng ngoại FT-IR Độ truyền ua T ( ) νC-H 2875 1422 3412 1077 Số sóng (cm-1) Hình 2: Phổ FT-IR của nano bạc-chitosan Hình 2 là phổ FT-IR của dung dịch nano bạc-chitosan điều chế ở 80 oC, 150 phút. Kết quả cho thấy trên phổ FT-IR của chitosan xuất hiện các pic đặc trưng của chitosan, đó là pic xuất hiện ở số sóng 3412 cm-1 ứng với dao động hóa trị của nhóm hydroxyl (O-H); pic ở số sóng 2875 cm-1 đặc trưng cho liên kết C-H, số sóng 1650 cm-1 là dao động hóa trị của nhóm amin (-NH2), số sóng 1422 cm-1 là dao động biến dạng của nhóm –COCH3 và tại số sóng 1077 cm-1 tương ứng với liên kết C-O-C. Phổ hồng ngoại của chitosan sau khi bị oxi hóa bởi Ag+ cũng có một vài pic đặc trưng của chitosan, tuy nhiên cường độ hấp thụ giảm mạnh. Điều này được giải thích là do các nhóm -OH và -NH2 còn các cặp điện tử tự do linh động chưa tham gia liên kết bị hút mạnh bởi các ion Ag+ làm cho liên kết ban đầu bị biến dạng, ngoài ra sự xuất hiện pic mới ở số sóng 1759 cm- 1 (dao động của nhóm –C=O) được cho là do quá trình khử nhóm –CHO (do có sự mở vòng của chitosan) tạo thành nhóm –COOH [5]. 3.1.3. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) Kết quả phân tích từ ảnh TEM (Hình 3) cho thấy các hạt nano bạc-chitosan tạo thành có dạng hình cầu với kích thước khoảng 15 ÷ 25 nm, các hạt phân tách nhau khá rõ ràng, điều này là do nhờ sự có mặt của chitosan có vai trò như một chất hoạt hoá bề mặt. 66
Hình 3: Ảnh TEM của nano bạc-chitosan 3.2. Kết quả thử nghiệm bảo quản cam sành Hàm Yên bằng dung dịch nano bạc- chitosan Để đánh giá kết quả thử nghiệm bảo quản cam sành Hàm Yên bằng dung dịch nano bạc-chitosan chúng tôi dựa vào việc xác định hàm lượng vitamin C, axit tổng số, đường tổng số của cam ở mẫu đối chứng (không dùng nano bạc-chitosan) và các mẫu có dùng nano bạc-chitosan với nồng độ khác nhau. 3.2.1. Hàm lượng vitamin C Kết quả xác định sự biến đổi hàm lượng vitamin C của quả cam sành Hàm Yên được thể hiện ở Bảng 1. Bảng 1: Sự biến đổi hàm lượng vitamin C của quả cam sành Hàm Yên trong quá trình bảo quản Thời gian Hàm lượng vitamin C (mg/100g) bảo quản ĐC CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 (ngày) 0 42 - - - - - 3 45 44 42,8 43 43,5 43,7 6 43 44,3 43,1 43,6 44,1 44,5 9 41,7 42,3 42,7 43 43,6 44 12 36,5 41 42 42,5 43,1 43,4 15 - 40,1 40,6 41 42,4 42,3 18 - 38 38,4 39,6 41,5 41,3 21 - 35 36 37,5 39,6 40 Mẫu ĐC có tốc độ giảm hàm lượng vitamin C mạnh nhất, đến ngày bảo quản thứ 12, hàm lượng vitamin C còn 5,5%. Tại thời điểm này, cam ở mẫu ĐC có màu vàng héo, da quả nhăn không đảm bảo tiêu chuẩn để sử dụng theo tiêu chuẩn TCVN [6]. Đối với 67
các mẫu được xử lý bằng dung dịch nano bạc-chitosan có thể kéo dài thời gian bảo quản. Đến 21 ngày, mẫu cam được bảo quản theo CT4, CT5 còn hàm lượng vitamin C tương ứng là 39,6 và 40 %, cao hơn so với các mẫu còn lại. Kết quả đạt được này tương đồng với quy luật biến đổi hàm lượng vitamin C trong quá trình bảo quản đối với quả có múi [7]. Tuy nhiên, do bảo quản cam ở điều kiện thường nên hàm lượng vitamin C ở nghiên cứu này giảm nhanh hơn và thời gian lưu trữ ngắn hơn. Như vậy, từ các kết quả thu được cho thấy dung dịch nano bạc-chitosan theo CT4 có khả năng duy trì hàm lượng vitamin C tốt và được chọn để bảo quản cam sành Hàm Yên. 3.2.2. Hàm lượng axit tổng số Trong quả cam, axit hữu cơ (chủ yếu axit xitric) tương đối cao, đóng vai trò quan trọng trong thành phần dinh dưỡng của quả, nó tạo cho quả có vị chua nhẹ và hương thơm đặc trưng. Sự biến đổi hàm lượng axit tổng số của quả cam theo thời gian bảo quản được thể hiện trên Hình 4. 0.60 Haøm löôïng axit toång soá (%) 0.55 CT5 CT4 CT3 0.50 ÑC CT2 CT1 0.45 0.40 0 3 6 9 12 15 18 21 24 Thôøi gian baûo quaûn (ngaøy) Hình 4: Ảnh hưởng của nồng độ nano bạc-chitosan tới hàm lượng axit tổng số của cam trong thời gian bảo quản Kết quả cho thấy hàm lượng axit hữu cơ tổng số của cam giảm ở tất cả các công thức. Ở mẫu ĐC, sau 12 ngày quả bị hỏng. Đới với các mẫu còn lại, đến ngày bảo quản thứ 21, hàm lượng axit hữu cơ ở mẫu CT4 và CT5 giảm ít nhất (0,029% và 0,025%) tiếp theo là mẫu ở CT3, CT2 và CT1. Sự giảm hàm lượng axit hữu cơ này có thể giải thích do axit hữu cơ là nguyên liệu trong quá trình hô hấp của quả và nano bạc-chitosan có tác dụng kìm hãm quá trình hô hấp làm cho lượng axit hữu cơ tổng số mất đi của quả ở mẫu ĐC sẽ lớn hơn so với mẫu quả được bảo quản bằng dung dịch nano bạc-chitosan. Đồng thời hàm lượng axit hữu cơ của cam giảm do nó tham gia vào quá trình decacboxyl hóa. Như vậy, có thể thấy rằng hiệu quả bảo quản quả cam bằng dung dịch nano bạc- chitosan đó là kìm hãm sự chuyển hóa các hợp chất thành axit thữu cơ. Ở các nồng độ khác nhau, mức độ tổng hợp cũng như phân giải các axit cũng khác nhau. Mặt khác 68
dung dịch nano bạc-chitosan kháng khuẩn, vi sinh vật ít xâm nhập, cường độ hô hấp thấp hơn, quá trình chín cũng diễn ra chậm hơn. Mẫu cam được bảo quản theo công thức CT4 và CT5 có sự giảm hàm lượng axit tổng số gần như nhau nên chúng tôi chọn dung dịch nano bạc-chitosan tối ưu để bảo quản là theo CT4. 3.2.3. Hàm lượng đường tổng số 10.0 9.5 Haøm löôïng ñöôøng toång soá (%) 9.0 CT5 CT4 CT3 8.5 CT2 ÑC CT1 8.0 7.5 7.0 0 3 6 9 12 15 18 21 24 Thôøi gian baûo quaûn (ngaøy) Hình 5: Ảnh hưởng của nồng độ nano bạc-chitosan tới hàm lượng đường tổng số của cam trong thời gian bảo quản Kết quả Hình 5 cho thấy hàm lượng đường ban đầu trong quá trình bảo quản tăng đến mức cực đại rồi giảm dần cuối quá trình bảo quản. Điều này đúng với quy luật biến đổi hàm lượng đường của quả sau thu hoạch. Hàm lượng đường tổng số của mẫu ĐC biến đổi nhanh nhất và đạt cực đại tại giá trị 9,14% sau 6 ngày bảo quản, sau đó hàm lượng đường giảm dần, đến ngày thứ 12 giá trị này chỉ còn 8,31% và đến 15 ngày quả đã bị hỏng. Hàm lượng đường ở các mẫu có xử lý bằng dung dịch nano bạc-chitosan đều tăng lên khi hô hấp giảm đi, tới 12 ngày thì đạt cực đại và có xu hướng giảm, điều này trùng khớp với thời điểm hô hấp giảm mạnh. Mặt khác trong giai đoạn này các enzym đã bị hoạt hóa và quá trình chuyển hóa tinh bột thành đường diễn ra mạnh mẽ. Sau 21 ngày theo dõi, hàm lượng đường tổng số của mẫu cam được bảo quản theo các công thức CT1 là 0,79%, CT2 là 0,64%, CT3-C là 0,54%, theo công thức CT4 và CT5 giảm ít nhất lần lượt là 0,33% và 0,28%. Khi hàm lượng đường giảm càng ít thì công thức bảo quản đó càng cho hiệu quả cao, do đó chúng tôi chọn dung dịch nano bạc- chitosan theo CT4 (nồng độ 20%) để bảo quản cam sành Hàm Yên. 4. KẾT LUẬN Đã tổng hợp thành công dung dịch nano bạc-chitosan theo phương pháp khử hóa học, trong đó chitosan vừa đóng vai trò là chất khử, chất ổn định và môi trường phân tán. Dung dịch nano bạc-chitosan có đỉnh hấp thụ cực đại ở bước sóng 420 nm, các hạt có kích thước khoảng 15 ÷ 25 nm, khá đồng đều. 69
Thử nghiệm và xác định được nồng độ dung dịch nano bạc-chitosan thích hợp để bảo quản quả cam sành Hàm Yên sau thu hoạch ở điều kiện thường là 20%. Dung dịch ở nồng độ này có hiệu quả bảo quản cam tốt. Sau 21 ngày theo dõi, các chỉ tiêu như hàm lượng vitamin C, đường tổng số, axit hữu cơ tổng số đảm bảo. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. R. Das, S. Nath, D. Chakdar, G. Gope, R. Bhattacharjee (2010), “Preparation of silver nanoparticles and their characterization”, Journal of Nanotechnology Online, 1-6. 2. Dongwei Wei, Wuyong Sun, Weiping Qian, Yongzhong Ye, Xiaoyuan Ma (2009), “The synthesis of chitosan-based silver nanoparticles and their antibacterial activity”, Carbohydrate Research 344, 2375-2382. 3. Venkatesan, S. K. Singh, S. Anil, S. K. Kim, M. S. Shim (2018), “Preparation, characterization and biological applications of biosynthesized silver nanoparticles with chitosan-fucoidan coating”, Molecules, 23(6), 1429. doi: 10.3390 4. Anna Regiel, Angieszka Kyziol (2013), “Chitosan – sliver nanocomposite – moderm antibacterial materials”, Chemik, 67(8), 683 - 692. 5. S. Prabhu, E. K Poulose (2012), “Silver nanoparticles: Mechanism of antimicrobial action, synthesis, medical applications, and toxicity effects”, International Nano letters, 2(32), 1-10. 6. Ủy ban Khoa học và Kỹ thuật Nhà nước (2014), Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 1873:2014 về các loại quả có múi, Tiêu chuẩn TCVN/TC/F10 Rau quả và sản phẩm rau quả. 7. Lương Hùng Tiến (2019), Nghiên cứu tạo chế phẩm chitosan-nano bạc ứng dụng trong bảo quản quả sau thu hoạch, Luận án Tiến sĩ, Đại học Bách khoa Hà Nội. 70