Đồ án Nghiên cứu tổng hợp xanh nano bạc trong gel nha đam và ứng dụng trong tạo màng kháng khuẩn

rực tiếp thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Thái Ngọc Uyên và Ths. Trần Thị Ngọc Mai. Tất cả các số liệu, kết quả trình bày trong đồ án tốt nghiệp hoàn toàn trung thực, khách quan và không sao chép số liệu của bất kỳ công trình nghiên cứu nào. Nếu có sai sót em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng kỷ luật của trường. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Sinh viên thực hiện Huỳnh Trần Thùy Dương LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Công Nghệ Tp. Hồ Chí Minh cùng các thầy cô khoa Công Nghệ Sinh Học – Thực phẩm – Môi trường của trường Đại học Công Nghệ Tp. Hồ Chí Minh và khoa Vật liệu Polymer và Composite của trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Tp. Hồ Chí Minh đã tận tình chỉ dạy, giúp đỡ truyền đạt cho em những kiến thức quý giá trong suốt quá trình nghiên cứu vừa qua. Đặc biệt, em xin gửi lời cám ơn chân thành đến cô Nguyễn Thái Ngọc Uyên và cô Trần Thị Ngọc Mai– người đã tận tình hướng dẫn và hết lòng giúp đỡ cho em trong suốt quá trình thực hiện đồ án. Em xin cám ơn gia đình và bạn bè luôn ở bên cạnh, là nguồn cổ vũ động viên tinh thần to lớn trong suốt quá trình học tập và thực hiện đồ án tốt nghiệp. Mặc dù đã cố gắng nhiều trong quá trình thực hiện đồ án khó tránh khỏi những sai sót, rất mong quý thầy cô và các bạn xem xét và góp ý để em có thể rút ra những kinh nghiệm quý báu cho quá trình công tác và học tập sau này. Xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Sinh viên Huỳnh Trần Thùy Dương Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC MỤC LỤC ........................................................................................................................... i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................. iv DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ ........................................................................... v DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................ vi MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 1 Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................................... 1 Tình hình nghiên cứu ....................................................................................................... 2 Mục đích nghiên cứu ....................................................................................................... 3 Nhiệm vụ nghiên cứu ...................................................................................................... 3 Phương pháp nghiên cứu ................................................................................................. 4 Các kết quả đạt được ....................................................................................................... 4 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp ........................................................................................... 4 CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN TÀI LIỆU .......................................................................... 6 1.1. Tổng quan về màng bao sinh học ............................................................................. 6 1.1.1. Giới thiệu về màng bao sinh học ....................................................................... 6 1.1.2. Đặc điểm và phương pháp tạo màng ................................................................. 6 1.1.3. Một số ứng dụng của màng sinh học ................................................................. 7 1.2. Tổng quan về Chitosan ............................................................................................. 9 1.2.1. Định nghĩa Chitosan .......................................................................................... 9 1.2.2. Cấu trúc của chitosan ......................................................................................... 9 1.2.3. Các tính chất của chitosan ............................................................................... 10 1.2.4. Một số ứng dụng của chitosan ......................................................................... 11 1.3. Tổng quan về hạt nano bạc ..................................................................................... 13 1.3.1. Giới thiệu về nguyên tử bạc ............................................................................ 13 1.3.2. Đặc tính kháng khuẩn của bạc ......................................................................... 14 1.3.3. Cơ chế kháng khuẩn của bạc ........................................................................... 14 1.3.4. Giới thiệu hạt nano bạc .................................................................................... 15 1.3.5. Các phương pháp tạo hạt nano bạc .................................................................. 16 1.3.6. Độc tính ........................................................................................................... 19 i Đồ án tốt nghiệp 1.3.7. Ứng dụng của hạt nano bạc ............................................................................. 20 1.4. Cây nha đam ........................................................................................................... 20 1.4.1. Giới thiệu cây nha đam .................................................................................... 20 1.4.2. Thành phần hóa học ......................................................................................... 21 1.4.3. Một số ứng dụng của nha đam ........................................................................ 25 CHƯƠNG 2 – VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................. 26 2.1. Thời gian và địa điểm ............................................................................................. 26 2.2. Vật liệu và thiết bị nghiên cứu................................................................................ 26 2.3. Quy trình nghiên cứu .............................................................................................. 27 2.3.1. Quy trình thực hiện .......................................................................................... 27 2.3.2. Thuyết minh quy trình ..................................................................................... 29 2.4. Phương pháp phân tích AgNP được tạo thành ....................................................... 31 2.4.1. Phương pháp phổ hấp thu phân tử vùng sóng UV-Vis ................................... 31 2.4.2. Xác định hình thái AgNP bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ......... 32 2.4.3. Xác định cấu trúc AgNP bằng phổ tán xạ năng lượng tia X, EDS.................. 32 2.5. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................ 33 2.5.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đun mẫu lên sự tạo thành dịch chiết nha đam ............................................................................................................................ 34 2.5.3. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đun mẫu lên sự tạo thành dịch chiết nha đam ................................................................................................................................... 35 2.5.4. Khảo sát thời gian khuấy lên sự tổng hợp AgNP ............................................ 35 2.5.5. Khảo tỷ lệ dịch chiết nha đam kết hợp với dung dịch AgNO3 lên sự tổng hợp AgNP ......................................................................................................................... 36 2.5.6. Khảo sát tính chất của màng CS - AgNP ........................................................ 36 CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .................................................................... 39 3.1. Tổng hợp AgNP ...................................................................................................... 39 3.1.1. Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đun lên sự tạo thành AgNP39 3.1.2. Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt đun lên sự tổng hợp Ag NP ..... 40 3.1.3. Thí nghiệm 3: Khảo sát thời gian khuấy lên sự tổng hợp AgNP .................... 41 3.1.4. Thí nghiệm 4: Khảo sát tỷ lệ dịch chiết nha đam kết hợp với dung dịch AgNO3 lên sự tổng hợp AgNP .................................................................................. 43 3.2. Kết quả chụp phổ tán xạ năng lượng tia X - EDS xác định sự có mặt của Ag trong mẫu ................................................................................................................................ 44 ii Đồ án tốt nghiệp 3.3. Kết quả xác định kích thước AgNP bằng phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua TEM ........................................................................................................................ 46 3.4. Khảo sát các tính chất kháng khuẩn dung dịch AgNP ........................................... 47 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................................... 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 55 PHỤ LỤC ......................................................................................................................... 59 iii Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AgNP Silver nanoparticles AgNO3 Bạc nitrate A.vera Aloe vera CS-AgNP Chitosan-nano bạc CS-TPP Chitosan-tripoly phosphat ĐC Đối chứng H3PO4 Acid phosphoric DNA Deoxyribonucleic acid TEM Transmission electron microscopy TPP Tripolyphosphat UV-vis UV- visible EDX Phân tích kính hiển vi điện tử ZnONPs Zinc Oxide Nanoparticles iv Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Cấu trúc chitin và chitosan .................................................................................. 9 Hình 1.2. Công thức tổng quát của chitin và chitosan....................................................... 10 Hình 1.3. Tác động của ion bạc lên vi khuẩn .................................................................... 14 Hình 1.4. Ion bạc vô hiệu hóa enzym chuyển hóa oxy của vi khuẩn ................................ 15 Hình 1.5. Ion bạc liên kết với các base của DNA ............................................................. 15 Hình 1.6. Tổng hợp xanh AgNPs từ dịch chiết thực vật ................................................... 18 Hình 1.7. Cây nha đam ...................................................................................................... 21 Hình 2.1. Quy trình tạo AgNP ........................................................................................... 29 Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm ...................................................................................... 34 Hình 2.3. Quy trình khảo sát tính kháng khuẩn của màng Chitosan- AgNP .................... 37 Hình 2.4. Sơ đồ quy trình khảo sát hạt tính kháng khuẩn dung dịch AgNP ..................... 38 Đồ thị 3.1. Ảnh hưởng của thời gian đun lên sự tạo thành dịch chiết nha đam ................ 39 Hình 3.1. Ảnh hưởng của thời gian đun lên sự hình thành AgNP .................................... 40 Đồ thị 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đun lên sự hình thành AgNP .................................... 41 Hình 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đun lên sự hình thành AgNP ...................................... 41 Đồ thị 3.3. Ảnh hưởng của thời gian khuấy lên sự tổng hợp AgNP ................................. 42 Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian khuấy lên sự hình thành AgNP ................................. 43 Đồ thị 3.4. Ảnh hưởng tỷ lệ dịch chiết nha đam-AgNO3 lên sự hình thành AgNP .......... 43 Hình 3.4. Ảnh hưởng của tỉ lệ dịch chiết nha đam – AgNO3 lên sự hình thành AgNP .... 44 Hình 3.5. Ảnh EDS xác định sự có mặt của Ag ................................................................ 45 Hình 3.6. Kết quả ảnh chụp kính hiển vi điện tử truyền qua TEM ................................... 46 Đồ thị 3.5. Mật độ phân bố của hạt AgNP trong dung dịch .............................................. 47 Hình 3.7. Kết quả kháng khuẩn của dung dịch AgNP với các chủng ............................... 48 Hình 3.8. Kết quả kháng khuẩn của màng CS-AgNP với 3% chitosan ............................ 49 Hình 3.9. Kết quả kháng khuẩn màng CS-AgNP với 5% chitosan ................................... 50 Hình 3.10. Kết quả kháng khuẩn của màng CS-AgNP với 7% chitosan .......................... 50 Hình 3.11. Màng bán thấm ở CS – AgNP ......................................................................... 51 v Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Số nguyên tử bạc trong một đơn vị thể tích ...................................................... 13 Bảng 1.2. Các loại amino acid trong gel nha đam ............................................................. 23 Bảng 1.3. Lipid và các hợp chất hữu cơ ............................................................................ 23 Bảng 1.4. Các hợp chất có hoạt tính sinh học ................................................................... 24 Bảng 2.1. Một số thiết bị được sử dụng trong đồ án tốt nghiệp ........................................ 26 Bảng 3.1. Kích thước vòng kháng khuẩn của CS-AgNP (mm)........................................ 51 vi Đồ án tốt nghiệp MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Trong những năm gần đây, trên thế giới đang có xu hướng quay về nghiên cứu các hợp chất tự nhiên do nó mang tính an toàn rất cao, đặc biệt là hoạt chất được dùng trong thực phẩm, làm thuốc và mỹ phẩm. Cây lô hội hay còn gọi là cây nha đam, có tên khoa học là Aloe vera thành phần hóa học chủ yếu là các polysaccharide như mannan, glucomannan, galactan cùng với các loại enzyme, vitamin được xác định có hoạt tính sinh học trong việc chữa lành vết thương, nhuận tràng, kháng khuẩn, chống ung thư (Davis RH và các cộng sự,1989; Reynolds T và Dweck AC, 1999). Ngoài ra, nó còn được nhiều người biết đến với tác dụng làm đẹp da thông qua một số loại kem, mặt nạ dưỡng da, sữa chua và gel nha đam còn được sử dụng làm màng bao trong thực phẩm giúp kéo dài thời gian bảo quản cho các loại trái cây, rau quả, và đặc biệt là khả năng kháng khuẩn của nó rất cao đối với một số vi khuẩn như Escherichia coli, Salmonella, Bacillus subtilis. Hiện nay, hầu như nguyên liệu chính sử dụng trong bảo quản hay đóng gói thực phẩm chủ yếu là các loại màng như polyethylene, polypropylene, tuy nhiên nhược điểm của chúng là làm tổn thất chất dinh dưỡng của thực phẩm trong quá trình bảo quản, thời gian phân hủy của các loại màng này lại lâu, khó xử lý nhanh và gây ô nhiễm môi trường.Vì vậy, vấn đề mới được đặt ra là cần có một loại màng bảo quản thực phẩm mà có thể khắc phục được các hạn chế trên nhưng bên cạnh đó thì màng cần phải kiểm soát được sự phát triển của các loại vi khuẩn. Nhu cầu tiêu dùng đối với thực phẩm chất lượng cao, nhu cầu bảo vệ môi trường cùng với sự tiến bộ của các phương pháp tạo AgNP kết hợp tận dụng cùng một nguồn nguyên liệu đầu vào là lá nha đam nên ta có thể nghĩ đến việc dùng nó để cùng một lúc tạo màng bao và tạo AgNP kết hợp phủ lên rau quả để bảo quản và có khả năng diệt khuẩn. Gel nha đam với khả năng kháng khuẩn cùng với việc kết hợp với bạc sẽ tạo nên 1 Đồ án tốt nghiệp màng có tính kháng khuẩn cao nên nó sẽ là giải pháp an toàn trong quá trình bảo quản (Phúc HTH, 2013). Từ lâu, bạc được biết là kim loại có khả năng diệt khuẩn tốt, cùng với sự phát triển công nghệ nano như hiện nay thì việc sử dụng các hợp chất tự nhiên từ thực vật càng trở nên phổ biến và điều đó có tiềm năng thay thế kháng sinh trong một số ứng dụng do khả năng tương thích và tự phân hủy sinh học, độc tính thấp, hoạt tính sinh học cao và đa dạng như kháng khuẩn, kháng nấm, tăng sinh tế bào, tăng cường miễn dịch của cơ thể nên gel nha đam và bạc được biết đến như một thành phần có hiệu quả cao trong việc tạo vật liệu diệt khuẩn mang lai hiệu quả cao. Công nghệ nano là một lĩnh vực nghiên cứu của khoa học hiện đại, nó tạo tác động tích cực trong tất cả lĩnh vực đời sống con người, trong số các hạt nano kim loại quý hiếm như AgNP đang rất được quan tâm vì chúng có tính ổn định hóa học, quang học, dẫn điện tốt và quan trọng nhất là kháng khuẩn, kháng nấm và ít độc nhất đối với các tế bào động vật. Bên cạnh đó hạt nano còn ức chế sự tăng trưởng của 650 loại vi khuẩn cũng như hạn chế độc tính đối với con người, ngoài làm vật liệu siêu dẫn lạnh, mỹ phẩm, công nghiệp thực phẩm và linh kiện điện tử nó còn được thêm vào băng vết thương, chất tẩy trùng (Ahmed S và các cộng sự, 2016). Nhận thấy tính cấp thiết của tình hình hiện nay là cần có một loại màng bảo quản thực phẩm mà có thể khắc phục được các hạn chế trên nhưng bên cạnh đó thì màng cần phải kiểm soát được sự phát triển của các loại vi khuẩn nên tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu tổng hợp xanh nano bạc trong gel nha đam và ứng dụng trong tạo màng kháng khuẩn” Tình hình nghiên cứu Gel nha đam bổ sung H3PO4 (pH = 2,75) thanh trùng ở 80°C trong 10 giây, sau đó pha loãng với nước cất theo tỷ lệ gel nha đam: nước cất 1: 3 (v/ v) nâng thời gian bảo quản dâu tây lên 12 – 15 ngày, trong khi hao hụt trọng lượng, độ giảm hàm lượng 2 Đồ án tốt nghiệp vitamin C và các giá trị màu biến đổi sau bảo quản thấp nhất (Valverde JM và các cộng sự, 2005). Tổng hợp các hạt nano bạc, 2,5 ml 30% dung dịch amoniac đã được thêm vào 5 -2 mL dung dịch 10 M AgNO3, sau đó thêm 5 mL dịch chiết Alovera. Nồng độ AgNO3 được điều chỉnh đến 10-3 M bằng cách tạo thể tích cuối cùng đến 50 mL với nước. Sự quan sát màu vàng nhạt sau 24 giờ phản ứng chỉ ra sự hình thành các hạt nano bạc, đo độ hấp thụ UV-vis và các phép đo SEM. Các thí nghiệm kháng khuẩn được thực hiện trên các chủng Pseudomonas aeruginosa và Staphylococcus aureus để xác định hiệu quả kháng khuẩn của màng chitoán có chứa nano bạc với các nồng độ 30, 50, 70 và 100 ppm. Không có tính kháng đối với seudomonas aeruginosa khi quan sát nghiệm thức chứa nano bạc nồng độ 70ppm sau 1 giờ. Mật độ tế bào Staphylococcus aureus giảm sau 1 giờ và giảm 4 lần sau 6 giờ với màng chitin nano bạc nồng độ 100 ppm. Kết quả của thí nghiệm này chứng tỏ màng chitin nano bạc có nồng độ 100 ppm cho thấy hoạt tính kháng khuẩn chống lại các mầm bệnh ở vết thương thông thường (Rita Singh và Durgeshwer Singh, 2014). Dung dịch nano bạc – chitosan (chitosan thu nhận từ nấm mốc và chiếu xạ) đã ức chế sự tăng trưởng của B. cinerea với nồng độ ức chế tối thiểu là 125 μg/ ml, ngăn ngừa và làm biến mất 90% nấm mốc xám gây nhiễm và nâng cao chất lượng tổng thể của dâu tây sau 7 ngày bảo quản (Moussa SH và các cộng sự, 2013). Mục đích nghiên cứu Kết hợp được khả năng kháng khuẩn của các hạt nano bạc được tổng hợp xanh ứng dụng tạo màng kháng khuẩn. Nhiệm vụ nghiên cứu Mục tiêu tổng quát: kết hợp được khả năng kháng khuẩn của các hạt nano bạc được tổng hợp xanh vào ứng dụng tạo màng kháng khuẩn. Mục tiêu cụ thể: 3 Đồ án tốt nghiệp + Khảo sát thời gian đun cho dịch chiết nha đam tối ưu. + Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đun tối ưu tạo AgNP. + Khảo sát ảnh hưởng thời gian khuấy tối ưu tạo AgNP. + Khảo sát tỷ lệ dịch chiết nha đam với dung dịch AgNO3. + Xác định khả năng kháng khuẩn của AgNP đã được tối ưu hóa các điều kiện ở trên. Phương pháp nghiên cứu Đồ án tốt nghiệp đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu: + Phương pháp đo pH của gel nha đam bằng máy đo pH. + Phương pháp đo UV-Vis. + Phương pháp khuếch tán qua giếng thạch. + Phương pháp đo TEM, EDS. Các kết quả đạt được - Lựa chọn được thời gian đun mẫu cho dịch chiết nha đam tối ưu. - Lựa chọn đươc nhiệt độ đun, thời gian khuấy cho kết quả tối ưu nhất tạo AgNP. - Lựa chọn được tỷ lệ dịch chiết và dung dịch AgNO3 cho kết quả tối ưu tạo AgNP. - Xác định được khả năng kháng khuẩn của dung dịch AgNP. Kết cấu của đồ án tốt nghiệp Đồ án tốt nghiệp gồm có 3 chương: + Chương 1: tổng quan tài liệu - tổng quan các tài liệu tham khảo để thực hiện đồ án tốt nghiệp. + Chương 2: vật liệu và phương pháp nghiên cứu – trình bày vật liệu và các phương pháp được dùng để ngiên cứu, kiểm tra kết quả. 4 Đồ án tốt nghiệp + Chương 3: kết quả và bàn luận – đưa ra các kết quả đã nghiên cứu được cùng với các biện luận, so sánh với các kết quả với nhau. 5 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tổng quan về màng bao sinh học 1.1.1. Giới thiệu về màng bao sinh học (Pavlath và Ort, 2009). Bất kỳ loại vật liệu nào được áp dụng lên sản phẩm để kéo dài thời gian sử dụng mà có thể ăn cùng với sản phẩm được coi là màng bao ăn được. Màng ăn được thay thế và hoặc tăng cường các lớp sáp tự nhiên, ngăn chặn sự mất nước, trong khi kiểm soát trao đổi oxy, carbon dioxide, ethylene. Màng cũng có thể cung cấp bề mặt kháng khuẩn và ngăn ngừa mất các thành phần quan trọng khác. Lợi thế khác của việc sử dụng màng bao ăn được là giảm lượng chất thải rắn vì chúng dễ dàng phân hủy sinh học, cho nên rất thân thiện với môi trường. Màng bao có thể được tạo thành từ vật liệu protein, chất béo và polysaccharide, hoạt động một mình hoặc kết hợp với nhau. Chúng hoạt động như những rào cản độ ẩm và oxy, không chỉ làm chậm suy giảm các đặc tính trong thực phẩm mà còn tăng cường an toàn do hoạt động của các chất kháng khuẩn tự nhiên hoặc khi có sự kết hợp của các hợp chất kháng khuẩn tổng hợp. 1.1.2. Đặc điểm và phương pháp tạo màng (Pavlath và Ort, 2009) - Màng cần phải có các đặc điểm sau đây: + Không có các thành phần độc hại, dị ứng và không tiêu hóa được. + Có sự bám dính vào bề mặt của thực phẩm và tạo cấu trúc ổn định. + Kiểm soát nước di chuyển cả trong và ngoài thực phẩm, duy trì độ ẩm mong muốn. + Có tính bán thấm để duy trì cân bằng nội khí tham gia vào quá trình hô hấp hiếu khí và kỵ khí, do đó làm chậm quá trình lão hóa. 6 Đồ án tốt nghiệp + Ngăn chặn sự mất mát hoặc sự hấp thụ các thành phần ổn định hương thơm, mùi vị, dinh dưỡng. Duy trì hoặc tăng cường tính thẩm mỹ và các thuộc tính (vẻ ngoài, hương vị, màu sắc, chất dinh dưỡng...) của sản phẩm. + Tạo bề mặt ổn định, kháng vi sinh vật, vi khuẩn, chống lại ô nhiễm, sâu bệnh phá hoại. + Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng đó là có thể dễ dàng sản xuất và có hiệu quả kinh tế. - Có hai cách tạo màng: + Bằng cách nhúng các sản phẩm vào hoặc chảy/ quét hoặc phun lên sản phẩm dung dịch có chứa thành phần tạo màng, đưa màng trực tiếp lên bề mặt thực phẩm. Cách đơn giản nhất để áp dụng màng trực tiếp là từ dịch gel tùy vào mức độ tập trung của dịch gel phủ, sản phẩm sẽ giữ lại trên bề mặt lớp vật liệu tạo màng mà khi sấy khô sẽ tạo thành một lớp bảo vệ trên bề mặt. + Bằng cách tạo ra màng độc lập từ dịch thông qua ép nóng, phủ lớp màng lên bề mặt thực phẩm, màng độc lập nên nó có thể được chuẩn bị từ dịch gel bay hơi. Đặc điểm của màng độc lập có thể khác màng trực tiếp là có tính thấm hơi nước thấp hơn, tuy nhiên, màng độc lập dùng nhiệt để xử lý có thể ảnh hưởng đến sản phẩm bảo quản. 1.1.3. Một số ứng dụng của màng sinh học 1.1.3.1. Ứng dụng trong bảo quản rau quả, trái cây Trong quá trình bảo quản lạnh, quả anh đào ngọt (Prunus avium L. cv. Starking) khi xử lý tạo màng từ gel nha đam, đã có sự trì hoãn đáng kể các thông số tốc độ hô hấp, giảm cân và thay đổi màu sắc, tăng tốc độ mềm và chín quả, biến màu thân và vi sinh vật và thời gian lưu trữ được kéo dài thêm trong khi không có bất kỳ ảnh hưởng bất lợi nào đối với hương thơm, mùi của quả. Đây là lần đầu tiên gel nha đam được sử dụng bao phủ lên trái cây, đó là một sự sáng tạo và thú vị khi ứng dụng vào thương mại và thay 7 Đồ án tốt nghiệp thế cho việc sử dụng các phương pháp xử lý bằng hóa chất sau thu hoạch rau quả, trái cây (Martínez – Romero và cộng sự, 2003). Gel nha đam pha loãng nước cất với tỷ lệ 1 : 3 phủ lên nho giúp trì hoãn đáng kể tổn thất chất lượng sau thu hoạch (giảm cân, thay đổi màu sắc, tốc độ làm mềm quả, sự phân hủy quả), có thể lưu trữ được 35 ngày ở 1°C và ức chế sự tăng trưởng của vi khuẩn, nấm mốc và nấm men (Valverde JM và các cộng sự, 2005). Bột đông khô từ gel nha đam được hòa tan trong nước cất có bổ sung Tween – 20 là chất hoạt động bề mặt đã được sử dụng kéo dài thời gian lưu trữ ở môi trường xung quanh (20 ± 1°C ) và bảo quản lạnh (0 ± 0,5°C và 90 ± 5 % RH) quả xuân đào (Ahmed MJ, Singh Z và Khan AS, 2009). 1.1.3.2. Ứng dụng trong nông nghiệp kết hợp Chitosan Trong nông nghiệp, chitosan được sử dụng chủ yếu là xử lý hạt giống tự nhiên và chất tăng trưởng của thực vật, như một thuốc trừ sâu sinh thái thân thiện giúp tăng khả năng bẩm sinh của cây trồng chống nhiễm trùng nấm. Chitosan có hoạt tính kháng khuẩn cao nên trong những năm gần đây, chitin, chitosan và các sản phẩm biến tính được quan tâm ứng dụng nhiều trong việc bảo quản các sản phẩm nông sản sau khi thu hoạch như cam, chanh, cà chua, chuối, dâu tây, vải, táo và một vài sản phẩm khác và đã thu được kết quả khả quan. Khi sử dụng như xử lý hạt giống hoặc lớp phủ giống trên bắp, bông, khoai tây giống, đậu tương, củ cải đường, cà chua, lúa mì và các hạt giống khác, nó tạo nên một phản ứng miễn dịch trong sự phát triển của rễ bằng việc phá hủy u nang tuyến trùng của giun tròn ký sinh mà không ảnh hưởng đến cơ thể (MM Chang và Cộng sự, 1992). 1.1.3.3 Ứng dụng trong việc kháng khuẩn Theo Robson và cộng sự ( 1982) đã khảo nghiệm tính chất kháng khuẩn của chiết xuất nha đam ở các nồng độ ức chế và nồng độ gây chết khác nhau. Nồng độ 60 % chiết xuất nha đam có khả năng diệt Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella 8 Đồ án tốt nghiệp pneumoniae,Serratia marcescens, loài Citrobacter, Enterobacter cloacae, S. pyogenes, Streptococcus agalactiae, Ở nồng độ 70 % của chiết xuất diệt S. aureus, 80 % đối với E.coli và 90 % với Streptococcus faecalis và Bacillus subtilis thì không bị ức chế bởi chiết xuất nha đam. Chiết xuất nước của A.vera và các hạt nano có tác dụng kháng khuẩn khác nhau đối với vi khuẩn Gram âm (E.coli) và vi khuẩn Gram dương (S.aureus). Các hạt nano Ag hữu cơ xanh (3,5mg \ ml) có hiệu lực trên (E.coli & S.aureus) với sự ức chế (20-30) mm. 1.2. Tổng quan về Chitosan 1.2.1. Định nghĩa Chitosan Chitosan là thành phần cấu trúc nên vỏ côn trùng, tôm, cua, vách tế bào nấm, có cấu tạo tương tự như cellulose, nhưng có khác biệt là đơn vị cấu tạo nên chitosan là N- acetyl-D-glucosamine, các đơn vị này nối với nhau bằng liên kết β-1,4-glycoside (Tưởng Ngọc Thục Uyên, 2010). 1.2.2. Cấu trúc của chitosan Chitosan một polysacarit mạch thẳng, là dẫn xuất đề axetyl hoá của chitin, trong đó nhóm (–NH2) thay thế nhóm (-NHCOCH3) ở vị trí C(2). Chitosan được cấu tạo từ các mắt xích D-glucozamin liên kết với nhau bởi các liên kết β -(1-4)- glycoside, do vậy chitosan có thể gọi là poly β -(1-4)-2-amino-2-deoxi-D-gluco hoặc là poly β -(1-4)-D- glucozamin (Nguyễn Thị Thu Trang, 2016). Hình 1.1. Cấu trúc chitin và chitosan (Tưởng Ngọc Thục Uyên, 2010) 9 Đồ án tốt nghiệp Công thức tổng quát của chitin, chitosan có dạng: (C8H11NO5)n với cấu tạo như sau: Hình 1.2. Công thức tổng quát của chitin và chitosan (Nguyễn Thị Thu Trang, 2016) 1.2.3. Các tính chất của chitosan ( Nguyễn Thị Thu Trang, 2016) 1.2.3.1. Mức độ deacetyl hóa Mức độ deacetyl hóa là một đặc tính quan trọng của quá trình sản xuất chitosan bởi vì nó ảnh hưởng đến tính chất hóa lý và khả năng ứng dụng của chitosan sau này. Mức độ deacetyl hóa của chitosan vào khoảng 56 – 99% (nhìn chung là 80%). 1.2.3.2. Trọng lượng phân tử Chitosan Chitosan là polymer sinh học có khối lượng phân tử cao, khối lượng chitin thường lớn hơn 1 triệu Dalton trong khi các sản phẩm chitosan thương phẩm có khối lượng khoảng 100.000 – 1.200.000 Dalton. 1.2.3.3.Độ nhớt Độ nhớt là một nhân tố quan trọng để xác định khối lượng phân tử của chitosan. Chitosan phân tử lượng cao thường làm cho dung dịch có độ nhớt cao. 1.2.3.4. Tính tan Chitin tan trong hầu hết các dung môi hữu cơ, trong khi đó chitosan tan trong các dung dịch acid pH dưới 6,0. Các acid hữu cơ như acetic, formic và lactic thường được sử dụng để hòa tan chitosan. Thường sử dụng nhất là dung dịch chitosan 1% tại pH 4,0. Chitosan cũng tan trong dung dịch HCl 1% nhưng không tan trong H2SO4 và H3PO4. 10 Đồ án tốt nghiệp 1.2.3.5. Khả năng kết hợp với nước và khả năng kết hợp với chất béo Sự hấp thụ nước của chitosan lớn hơn rất nhiều so với cellulose hay chitin. Thông thường, khả năng hấp thụ của chitosan khoảng 581 – 1150% (trung bình là 702%), khả năng hấp thụ chất béo của chitin và chitosan trong khoảng 31% -170%, chitosan có khả năng thấp hơn rất nhiều so với chitin. 1.2.3.6. Khả năng tạo màng Chitosan còn có khả năng tạo màng được sử dụng nhiều trong bảo quản thực phẩm, màng chitosan khá dai, khó xé rách, có độ bền tương đương với một số chất dẻo vẫn được dùng làm bao gói. 1.2.3.7. Hoạt tính sinh học của Chitosan Hoạt tính kháng khuẩn của chitosan và các dẫn xuất của nó đã nhận được sự quan tâm đáng kể trong những năm gần đây, cơ chế kháng khuẩn của chitosan là nhờ một số cơ chế sau: (Hang Thi Au và Cộng sự, 2012) + Chitosan có khả năng kết hợp với DNA nên chitosan có khả năng ức chế tổng hợp RNA và protein. + Chitosan có khả năng gắn kết gây đông tụ, kết tủa tế bào vi khuẩn và dẫn đến giết chết tế bào. Chitosan cho thấy một phổ kháng khuẩn rộng kháng lại cả nấm và vi khuẩn Gram dương và Gram âm. Ngoài ra, có khả năng thủy phân sinh học bằng enzyme trong cơ thể, tương hợp sinh học với các cơ