tổng hợp màng composite chitosan kết hợp nanocellulose ứng dụng bảo quản thực phẩm

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.34 MB, 80 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ---

TRẦN THỊ CHÂU GIANG

TỔNG HỢP MÀNG COMPOSITE CHITOSAN KẾT HỢP NANOCELLULOSE ỨNG DỤNG

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Lê Thị Kim Phụng

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS. Nguyễn Thị Phương Phong

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Trần Phước Nhật Uyên

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 20 tháng 01 năm 2024

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. Chủ tịch: PGS.TS. Nguyễn Trường Sơn

2. Ủy viên phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Thị Phương Phong 3. Ủy viên phản biện 2: TS. Trần Phước Nhật Uyên

4. Ủy viên: PGS.TS. Trần Tấn Việt 5. Thư ký: TS. Lê Vũ Hà

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

---

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

---NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :

- Nghiên cứu tổng hợp màng composite chitosan. - Đánh giá tính chất của màng composite chitosan.

- Nghiên cứu ảnh hưởng của nanocellulose lên tính chất màng composite chitosan.

II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 04/09/2023.

III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 15/01/2024. IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS Lê Thị Kim Phụng

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

PGS.TS Nguyễn Quang Long

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

i

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS. TS. Lê Thị Kim Phụng, người đã hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện cho tơi có cơ hội tiếp xúc với mơi trường làm việc thực tế để tơi có thể hồn thành đề cương tốt nghiệp.

Tôi cũng xin gửi sự biết ơn đến các thành viên của Trung tâm Nghiên cứu Cơng nghệ Lọc hóa dầu (RPTC), đặc biệt là em Lý Bội Tuyền đã trực tiếp giúp đỡ trong suốt q trình thực hiện đề cương tốt nghiệp.

Tơi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả Quý thầy cơ Khoa Kỹ thuật hố học, trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM đã giảng dạy và truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập tại trường.

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, chỗ dựa vững chắc cho tôi, luôn bên cạnh động viên tôi trong suốt những năm học thạc sĩ. Đây là nguồn động lực lớn nhất để tôi cố gắng học tập và vượt qua những khó khăn trong cuộc sống.

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến các anh chị và bạn bè, những người giúp đỡ và ủng hộ tơi trong suốt q trình thực hiện đề cương tốt nghiệp.

Trần Thị Châu Giang

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

ii

TÓM TẮT

Màng phân hủy sinh học dựa trên chitosan và gelatin được gia cố bằng nanocellulose được điều chế bằng phương pháp đúc dung dịch. Công thức màng tốt nhất là chitosan (trọng lượng phân tử trung bình 272 kDa) 1,0% w/v, gelatin 0,75% w/v và tỉ lệ phối trộn 1:1. Nồng độ nanocellulose được khảo sát ở 1% w/v. Độ bền kéo và độ giãn dài của màng giảm khi có nanocellulose (chỉ đạt 39,4% và 42,4% so với màng khơng có nanocellulose). Tuy nhiên, khả năng hạn chế thẩm thấu hơi nước của màng có nanocellulose tăng vượt bậc, thông qua kết quả WVP (WVP giảm 5,67

chất nhiệt cho thấy khơng có ảnh hưởng đáng kể nào của nanocellulose, trong khi các nghiên cứu nhiễu xạ tia X xác nhận sự gia tăng độ tinh thể khi bổ sung nanocellulose vào màng composite. Hình thái bề mặt của màng được nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử quét và người ta thấy rằng nanocellulose được phân tán đồng nhất vào nền chitosan/gelatin. Dựa trên kết quả đạt được, công thức màng sẽ được tối ưu hóa để ứng dụng trong bảo quản thực phẩm.

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

iii

ABSTRACT

Biodegradable films based on chitosan and gelatin reinforced with nanocellulose were prepared by solution casting method. The best film formulation is chitosan (medium weight 272 kDa) 1,0% w/v, gelatin 0,75% w/v and mixing ratio 1:1. Nanocellulose concentration was investigated at 1% w/v. The tensile strength and elongation of the film decreased when nanocellulose was present (only 39,4% and 42,4% compared to the film without nanocellulose). However, the ability of film with nanocellulose to limit water vapor permeability increased dramatically, as

nanocellulose, while X-ray diffraction studies confirmed an increase in crystallinity with the addition of nanocellulose to the composite films. Surface morphology of the films was investigated by scanning electron microscopy and it was found that nanocellulose was dispersed homogenously into chitosan/gelatin matrix. Based on the results achieved, the film formula will be optimized for application in food preservation.

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

iv

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ

Tôi xin cam đoan rằng đây là cơng trình nghiên cứu của tơi, có sự hỗ trợ từ Giáo viên hướng dẫn là PGS.TS Lê Thị Kim Phụng. Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào trước đây.

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tơi xin hồn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng cũng như kết quả luận văn của mình.

Trần Thị Châu Giang

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

1.1.3 Hoạt tính sinh học của chitosan... 6

1.1.4 Ứng dụng chitosan trong bảo quản thực phẩm ... 8

1.3.1 Giới thiệu về glycerol ... 12

1.3.2 Ứng dụng glycerol trong màng composite ... 13

1.4 Nanocellulose ... 13

1.4.1 Giới thiệu về nanocellulose ... 13

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

vi

1.4.2 Tính chất của nanocellulose ... 14

1.4.3 Ứng dụng nanocellulose trong màng composite ... 15

1.5 Nghiên cứu màng composite chitosan gần đây ... 16

CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM ... 18

2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu ... 18

2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu ... 18

2.1.2 Nội dung nghiên cứu ... 18

2.3.3 Quy trình tổng hợp màng chitosan/gelatin kết hợp nanocellulose ... 23

2.4 Phương pháp nghiên cứu ... 24

2.4.8 Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT – IR) ... 28

2.4.9 Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM) ... 29

2.4.10 Phân tích nhiệt lượng (TGA)... 29

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ... 30

3.1 Ảnh hưởng của trọng lượng phân tử chitosan lên tính chất màng chitosan/gelatin 30

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

vii

3.2 Ảnh hưởng của nồng độ chitosan lên tính chất màng chitosan/gelatin ... 34

3.3 Ảnh hưởng của nồng độ gelatin lên tính chất màng chitosan/gelatin ... 38

3.4 Ảnh hưởng của nanocellulose lên tính chất màng chitosan/gelatin ... 42

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

viii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1. 1 Hình ảnh minh họa của chitosan ... 2

Hình 1. 2 Cấu trúc hóa học của (a) chitin và (b) chitosan [12] ... 3

Hình 1. 3 Hình ảnh minh họa của gelatin ... 10

Hình 1. 4 Cấu trúc hóa học của gelatin [12] ... 10

Hình 1. 5 Hình ảnh minh họa của glycerol ... 13

Hình 1. 6 Hình ảnh của (a) CNC, (b) CNF và (c) BNC [51] ... 14

Hình 2. 1 Quy trình tổng hợp màng chitosan/gelatin ... 20

Hình 2. 2 Tương tác giữa chitosan, gelatin và glycerol [59] ... 21

Hình 2. 3 Quy trình tổng hợp nanocellulose từ cellulose ... 23

Hình 2. 4 Quy trình tổng hợp màng chitosan/gelatin kết hợp nanocellulose ... 24

Hình 2. 5 Thước đo độ dày ... 25

Hình 3. 1 Ảnh hưởng của trọng lượng phân tử chitosan lên độ bền kéo và độ giãn dài của màng chitosan/gelatin ... 30

Hình 3. 2 Ảnh hưởng của trọng lượng phân tử chitosan lên độ thẩm thấu hơi nước của màng chitosan/gelatin ... 31

Hình 3. 3 Ảnh hưởng của trọng lượng phân tử chitosan lên độ hòa tan của màng chitosan/gelatin ... 32

Hình 3. 4 Ảnh hưởng của trọng lượng phân tử chitosan lên độ đục của màng chitosan/gelatin ... 33

Hình 3. 5 Ảnh hưởng của nồng độ chitosan lên độ bền kéo và độ giãn dài của màng chitosan/gelatin ... 34

Hình 3. 6 Ảnh hưởng của nồng độ chitosan lên độ thẩm thấu hơi nước của màng chitosan/gelatin ... 35

Hình 3. 7 Ảnh hưởng của nồng độ chitosan lên độ hịa tan của màng chitosan/gelatin ... 36Hình 3. 8 Ảnh hưởng của nồng độ chitosan lên độ đục của màng chitosan/gelatin . 37

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

ix

Hình 3. 9 Ảnh hưởng của nồng độ gelatin lên độ bền kéo và độ giãn dài của màng chitosan/gelatin ... 39Hình 3. 10 Ảnh hưởng của nồng độ gelatin lên độ thẩm thấu hơi nước của màng chitosan/gelatin ... 40Hình 3. 11 Ảnh hưởng của nồng độ gelatin lên độ hòa tan của màng chitosan/gelatin ... 40Hình 3. 12 Ảnh hưởng của nồng độ gelatin lên độ đục của màng chitosan/gelatin . 41Hình 3. 13 Ảnh hưởng của nanocellulose lên độ bền kéo và độ giãn dài của màng chitosan/gelatin ... 42Hình 3. 14 Ảnh hưởng của nanocellulose lên độ thẩm thấu hơi nước của màng chitosan/gelatin ... 44Hình 3. 15 Ảnh hưởng của nanocellulose lên độ hòa tan của màng chitosan/gelatin ... 45Hình 3. 16 Phổ FT – IR của màng GE, GE/GLY, CS, CS/GLY, CS/GE, CS/GE/GLY và CS/GE/GLY/CNC. ... 47Hình 3. 17 Giản đồ TGA của màng CS, CS/GLY, CS/GE/GLY và CS/GE/GLY/CNC ... 48Hình 3. 18 Hình ảnh FE-SEM của màng (a) GE, (b)CS, (c) CS/GE, (d) CS/GE/GLY và (e) CS/GE/GLY/CNC ... 49Hình 3. 19 Phổ XRD của màng chitosan/gelatin (a) khơng có nanocellulose và (b) có nanocellulose ... 50

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

x

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1. 1 Một số nghiên cứu về màng chitosan ứng dụng trong bảo quản thực phẩm ... 8Bảng 1. 2 Một số nghiên cứu về màng gelatin ứng dụng trong bảo quản thực phẩm ... 12 Bảng 2. 1 Khoảng khảo sát màng chitosan/gelatin ... 21Bảng 2. 2 Các phương pháp đánh giá tính chất màng chitosan/gelatin ... 22 Bảng 3. 1 Ảnh hưởng của trọng lượng phân tử chitosan lên độ dày của màng chitosan/gelatin ... 33Bảng 3. 2 Ảnh hưởng của nồng độ chitosan lên độ dày của màng chitosan/gelatin. 37Bảng 3. 3 Ảnh hưởng của nồng độ gelatin lên độ dày của màng chitosan/gelatin ... 41Bảng 3. 4 Ảnh hưởng của nanocellulose lên độ dày của màng chitosan/gelatin ... 46

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

xi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

1

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, ngành công nghiệp thực phẩm trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đang phát triển, nên nhu cầu về bao bì đóng gói cũng tăng lên. Bao bì nhựa có nguồn gốc chủ yếu là từ dầu mỏ. Tuy nhiên, nhựa làm từ dầu mỏ thông thường không thể phân hủy, điều này đã tạo ra các vấn đề ơ nhiễm mơi trường. Do đó, bao bì làm từ polymer phân hủy sinh học đã được nghiên cứu và ứng dụng để thay thế bao bì nhựa trong đóng gói, bảo quản thực phẩm [1].

Trong các polymer phân hủy sinh học, chitosan được coi là một vật liệu hoàn hảo để phát triển màng dùng trong thực phẩm, do nó có đặc tính khơng độc hại, kháng khuẩn, kháng nấm và kháng oxy hóa. Màng chitosan cũng có một số nhược điểm cần được cải thiện, bao gồm tính chất cơ học thấp và độ nhạy cao với độ ẩm [2]. Do đó, màng chitosan kết hợp với các polymer sinh học khác đã được nghiên cứu và ứng dụng trong bảo quản các loại thực phẩm khác nhau [3]. Gelatin cho thấy tiềm năng lớn khi kết hợp với chitosan để tạo bao bì đóng gói thực phẩm, do màng chitosan/gelatin có tính chất cơ học tốt, tính kỵ nước bề mặt tốt [4]. Ngồi ra, để cải thiện nhược điểm của màng composite chitosan, nanocellulose đã được nghiên cứu, bổ sung vào màng Tuy nhiên, nghiên cứu về màng chitosan/gelatin kết hợp với nanocellulose còn hạn chế.

Với những lý do trên, đề tài “Tổng hợp màng composite chitosan kết hợp

nanocellulose ứng dụng bảo quản thực phẩm” đã được thực hiện. Mục tiêu nhằm tạo

ra bao bì thân thiện mơi trường, có đặc tính tốt, có khả năng kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm và an toàn đối với sức khỏe con người.

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1 Chitosan

1.1.1 Giới thiệu về chitosan

Chitin được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1811 bởi Henri Braconnot. Ơng là đã tìm ra phần không tan trong kiềm từ nấm và đặt tên cho nó là “funginine”. Năm 1823, Antoine Odier đã chiết xuất phần không tan trong kiềm này từ lớp biểu bì của cơn trùng và đặt tên nó là “chitine”, bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp “khiton” có nghĩa là “vỏ bọc” [5].

Chitin là thành phần cấu trúc chính trong vỏ của động vật chân đốt trên cạn (ví dụ: nhện, bọ cạp, bọ cánh cứng), động vật giáp xác biển (ví dụ: cua, tơm), nhuyễn thể (ví dụ: mực) và vi sinh vật [6]. Vỏ cua và vỏ tơm thải ra sau q trình sản xuất hải sản đang là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin [7]. Tùy theo chức năng sinh học và nguồn gốc tự nhiên, chitin được phân loại thành ba dạng cấu trúc: α-chitin, β-chitin và γ-chitin. Các dạng này được phân biệt theo sự sắp xếp của các chuỗi carbohydrate [8].

Chitosan xuất hiện bắt đầu từ năm 1894, được đặt tên bởi Hoppe – Seyler. Chitosan là một loại polymer sinh học tự nhiên độc đáo, có nguồn gốc từ q trình khử acetyl (ở các mức độ khác nhau) của chitin [9]. Chitosan được bán ngồi thị trường, có

dạng rắn hoặc dạng lỏng (Hình 1.1).

Hình 1. 1 Hình ảnh minh họa của chitosan

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

3

Chitosan là polymer sinh học dồi dào nhất có nguồn gốc động vật [10] và là polysaccharide tự nhiên phong phú thứ hai sau cellulose [11]. Năm 1950, cấu trúc của chitosan được phát hiện bằng tia X. Việc xác định này đã góp phần thúc đẩy các nhà khoa học nghiên cứu về các dẫn xuất chitosan ứng dụng trong nhiều lĩnh vực từ năm 1950 đến nay [2].

Chitin và chitosan đều là các polysaccharide tự nhiên (Hình 1.2) [12]. Sự khác

biệt chính giữa cấu trúc chitin và chitosan là các nhóm ở vị trí carbon C(2). Chitin gồm các đơn vị β-(1-4)-N-acetyl-D-glucosamine, chứa một nhóm amine N-acetyl ở vị trí C(2). Trong khi đó, các đơn vị chủ yếu của chitosan là β(1→4)-2-amino-D-glucose (hơn 80%) và β-(1→4)-2 acetamido-D-glucose, C(2) chỉ tương tác với một nhóm amine.

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

4

1.1.2 Tính chất vật lý của chitosan

Chitosan có khả năng hút nước, hấp phụ chất màu, kim loại, kết dính với chất béo. Chitosan cũng có khả năng tạo màng rất tốt. Tính chất cơ lý của màng chitosan như độ bền kéo, độ giãn dài và độ trương nở với nước phụ thuộc nhiều vào trọng lượng phân tử và mức độ khử acetyl của chitosan. Màng chitosan với mức độ khử acetyl cao có ứng suất kéo và độ giãn dài giới hạn cao hơn màng chitosan với mức độ khử acetyl thấp, tuy nhiên chúng có độ trương nở thấp hơn. Đặc tính tạo màng của chitosan được coi là một trong những đặc tính quan trọng nhất của nó, đặc biệt là về mặt bảo quản thực phẩm. Màng chitosan làm tăng chất lượng thực phẩm bằng cách hình thành các rào cản sau khi tạo màng. Kết hợp chitosan với các polymer khác có thể cải thiện độ bền kéo và các đặc tính liên quan đến nước của màng [13]. Độ bền kéo, độ giãn dài khi kéo của màng được chế tạo từ chitosan trọng lượng phân tử cao cao hơn so với màng từ chitosan trọng lượng phân tử thấp. Tuy nhiên, độ thẩm thấu hơi nước của màng được chế tạo từ chitosan có trọng lượng phân tử cao thấp hơn so với màng có trọng lượng phân tử thấp. [14]

Một trong những tính chất quan trọng của chitosan là độ hịa tan của nó. Chitosan dễ hịa tan trong dung dịch acid lỗng có giá trị pH thấp hơn 6,0, do nó có các nhóm amino chính có giá trị pKa là 6,3, khiến nó trở thành một base mạnh. Sự hiện diện của các nhóm amino cho thấy pH ảnh hưởng đáng kể đến trạng thái tích điện và đặc tính của chitosan [15]. Bởi vì các amin này trở nên tích điện dương và bị proton hóa ở độ pH thấp, nên chitosan là một chất đa điện phân cation hòa tan trong nước. Tuy nhiên, khi độ pH tăng lên trên 6,0, các amin trong chitosan bị khử proton, polyme mất điện tích và trở nên khơng hịa tan. Ở độ pH từ 6 đến 6,5, q trình chuyển đổi hịa tan-khơng hịa tan xảy ra ở giá trị pKa. Độ hòa tan của chitosan và kỹ thuật khử acetyl được sử dụng, vì giá trị pKa chủ yếu phụ thuộc vào mức độ N – acetyl hóa [16]. Ở mức độ pH thấp, chitosan có thể dễ dàng tạo ra muối nitơ bậc bốn. Kết quả là chitosan có thể bị hịa tan bởi các acid hữu cơ như acetic acid, formic acid và lactic acid [17]. Formic acid được phát hiện là dung môi tối ưu cho chitosan, với các dung dịch được tạo ra trong hệ nước chứa 0,2

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

Khả năng hòa tan của chitosan bị ảnh hưởng chủ yếu bởi trọng lượng phân tử và mức độ khử acetyl. Khi tăng trọng lượng phân tử, một lượng lớn liên kết hydro trong và giữa các phân tử được hình thành giữa các chuỗi chitosan, làm cho các chuỗi phân tử của nó đan xen với nhau, khiến chitosan khó hịa tan hơn. Với mức độ khử acetyl càng cao, trạng thái proton của nhóm amine cũng tăng trên chuỗi phân tử, dẫn đến chitosan dễ dàng hịa tan hơn. Mức độ khử acetyl có thể được điều chỉnh bằng cách tiến hành quá trình khử acetyl trong dung dịch có tính base cao như natri hydroxide. Tuy nhiên, chitin cần một thời gian dài để trương nở hồn tồn trong dung mơi cơ đặc, do sự cản trở của mao quản trong các hạt chitin và các hiệu ứng truyển khối khuếch tán [20]. Sự gia tăng mức độ khử acetyl trong khi tăng thời gian xử lý kiềm đã được xác nhận bởi Yong-Woo Cho và cộng sự [21].

Màng chitosan là vật liệu polymer phân hủy sinh học có thể bị phân hủy và đồng hóa bởi vi sinh vật hoặc chất tiết của chúng dưới tác dụng của enzyme hoặc hóa chất phân hủy trong một thời gian và điều kiện xác định. Chuỗi phân tử chitosan chứa một số lượng lớn các nhóm amine hoạt động và các liên kết glycoside dễ vỡ. Tốc độ phân hủy sinh học chitosan có liên quan đến trọng lượng phân tử, mức độ khử acetyl và lượng acetyl dư được tìm thấy dọc theo chuỗi của nó. Vì chitosan là một polymer bán tinh thể có trạng thái kết tinh nhất định nên khả năng phân hủy sinh học và mức độ khử acetyl

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

6

của nó cũng phụ thuộc vào mức độ kết tinh. Khi mức độ khử acetyl giảm, độ kết tinh của nó cũng giảm, dẫn đến tốc độ phân hủy sinh học tăng. Do đó, chuỗi chitosan có trọng lượng phân tử thấp hơn có thể phân hủy sinh học hiệu quả hơn so với chuỗi có trọng lượng phân tử cao hơn [22].

1.1.3 Hoạt tính sinh học của chitosan

Chitosan có được biết đến và ứng dụng rộng rãi do nó có hoạt tính sinh học nổi bật như kháng oxy hóa, kháng khuẩn và kháng nấm tốt. Khả năng kháng oxy hóa là một trong những tính chất được quan tâm của chitosan [23]. Một mặt, chitosan nhờ sự có mặt của nhóm amino sẽ thu gom các gốc tự do hoặc góp phần tăng cường hàm lượng các chất kháng oxy hóa để làm gián đoạn chuỗi phản ứng oxy hóa do gốc tự do tạo ra. Mặt khác, chitosan góp phần gia tăng hoạt lực của các enzyme kháng oxy hóa giúp chuyển hóa các hợp chất oxy hoạt động thành các hợp chất vô hại. Nồng độ chitosan, trọng lượng phân tử và mức độ khử acetyl là các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng kháng oxy hóa của chitosan. Chitosan với trọng lượng phân tử cao, sẽ có các liên kết hydro nội phân tử, làm suy yếu chức năng của các nhóm hydroxyl và amino, dẫn đến việc giảm khả năng kháng oxy hóa [24]. Shuai Pu và cộng sự cũng đã chứng minh điều này, khả năng kháng oxy hóa của chitosan tăng lên khi nồng độ chitosan, mức độ khử acetyl tăng và trọng lượng phân tử giảm [25]. So với các chất kháng oxy hóa truyền thống, chitosan có hoạt tính kháng oxy hóa tương đối thấp do khơng có chất cho ngun tử hydro có thể hoạt động như một chất kháng oxy hóa phá vỡ chuỗi, và việc bổ sung liều lượng cao sẽ ảnh hưởng đến hương vị và kết cấu của thực phẩm. Do đó, để đạt được hiệu quả kháng oxy hóa tối ưu, chitosan thường được kết hợp với các chất kháng oxy hóa tự nhiên khác như polyphenol trong chiết xuất và tinh dầu trong quá trình bảo quản thực phẩm.

Hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm của chitosan đã thu hút sự chú ý. Nhờ đó, chitosan được xem như một chất bảo quản thực phẩm tự nhiên tiềm năng [26]. Chitosan thể hiện hoạt tính kháng khuẩn, kháng nấm, chống lại nhiều loại vi sinh vật gây bệnh và

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

7

gây hư hỏng, bao gồm nấm (nấm men và nấm mốc), vi khuẩn Gram dương và Gram âm [27]. Khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của chitosan chủ yếu phụ thuộc vào mức độ khử acetyl và trọng lượng phân tử. Khi tăng mức độ khử acetyl và giảm trọng lượng phân tử, khả năng kháng nấm của chitosan là mạnh mẽ hơn [28]. Ngồi ra, chitosan cịn có khả năng chống lại vi sinh vật ở pH thấp hoặc nhiệt độ cao [29].

Ở vi khuẩn Gram dương, chitosan tương tác tĩnh điện với teichoic acid tích điện âm trong peptidoglycan. Ở vi khuẩn Gram âm, điện tích âm cao do lipopolysaccharide cung cấp bị vơ hiệu hóa [30]. Theo Qi và cộng sự, chitosan ở kích thước hạt nano có thể

ức chế sự phát triển của vi khuẩn bao gồm Escherichia coli (E. coli), Staphylococcus aureus (S. aureus) và Salmonella choleraesuis (S. choleraesuis) [31]. Lou và cộng sự. tuyên bố rằng dung dịch chitosan có hoạt tính kháng khuẩn cao đối với Burkholderia

seminalis [32].

Một số giả thuyết đã được đề xuất để làm sáng tỏ cơ chế hoạt động kháng khuẩn của chitosan. Giả thuyết đầu tiên là sự tương tác tĩnh điện giữa nhóm tích điện dương,

vi khuẩn, như các nhóm phosphoryl của phospholipid, protein, amino acid và nhiều loại lipopolysaccharide khác nhau [33]. Sự tương tác này đã phá vỡ tính tồn vẹn về cấu trúc và chức năng của màng vi khuẩn, hòa tan thành tế bào, giải phóng thành phần nội bào, và cuối cùng là chết tế bào. Hơn nữa, sự liên kết cạnh tranh của chitosan với polyanion và các ion kim loại với bề mặt vi khuẩn có khả năng dẫn đến việc ngăn chặn sự hấp thu chất dinh dưỡng của vi khuẩn [34]. Một cơ chế khả thi khác là sự tương tác của chitosan với DNA của vi sinh vật. Sự tương tác này đã làm ngăn chặn quá trình tổng hợp DNA, RNA và tổng hợp protein của vi sinh vật, dẫn đến chết tế bào [35]. Hơn nữa, chitosan hoạt động như một tác nhân chelate, tương tác có chọn lọc với các kim loại vi lượng thiết yếu, ngăn chặn quá trình sản sinh độc tố và sự phát triển của vi sinh vật [8].

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

8

Đặc tính kháng nấm của chitosan chủ yếu là do sự ức chế sự hình thành bào tử và sự nảy mầm của bào tử. Cơ chế cơ bản chủ yếu dựa trên cấu trúc của màng tế bào, phản ứng tĩnh điện với các phospholipid tích điện âm [35]. Khi màng tế bào bị tổn thương, chitosan thâm nhập vào tế bào để ngăn chặn quá trình sản xuất DNA/RNA, gây chết tế bào.

1.1.4 Ứng dụng chitosan trong bảo quản thực phẩm

Chitosan được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như y học, dược phẩm, nông nghiệp, và đặc biệt là phải kể đến ứng dụng của nó trong bảo quản thực phẩm

(Bảng 1.1). Màng chitosan được nghiên cứu kết hợp với các loại polysaccharide khác

nhằm cải thiện tính chất cơ học, tính thẩm thấu hơi nước, tính thẩm thấu oxy, khả năng kháng oxy hóa, khả năng kháng khuẩn và kháng nấm.

Bảng 1. 1 Một số nghiên cứu về màng chitosan ứng dụng trong bảo quản thực phẩm

Nguyên liệu màng Kết quả Tài liệu tham khảo

Chitosan (2% w/v) Hemicellulose (2% w/v) Nanocellulose dạng sợi (5, 10, 15, 20% w/w) Glycerol, xylitol, sorbitol (10, 20, 30, 40% v/w)

Thêm 5 % sợi nano cellulose vào màng để tăng độ bền kéo.

Màng chứa glycerol cho thấy tính chất cơ học tốt hơn màng chứa xylitol và sorbitol.

Màng chứa glycerol, xylitol và sorbitol cho thấy khả năng hòa tan trong nước cao hơn, tính chất ngăn hơi nước và oxy, góc tiếp xúc và độ đục thấp hơn.

Zheng, Yuan và Sun (2019) [36]

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

9 Chitosan (1,5% w/v)

Tinh bột khoai tây (4% w/v)

Citric acid (5, 10, 15, 20% w/w)

Việc bổ sung citric acid vào màng đã cải thiện độ bền kéo và độ đàn hồi. Màng chứa citric acid có cấu trúc đồng nhất và đặc.

Độ ẩm và khả năng hòa tan trong nước giảm, trong khi tính thấm hơi nước, tính chất cơ học và kháng khuẩn được cải thiện bằng cách bổ sung citric acid vào hỗn hợp polymer sinh học.

Cả màng đối chứng và màng chứa citric acid đều cho thấy hoạt tính kháng

khuẩn đối với Escherichia coli và Staphylococcus aureus.

Wu và cộng sự (2019) [37]

Chitosan (2% w/v) Cellulose vi khuẩn (0,5% w/v)

Borat (4%)

Tripolyphotphat (4%) Borat và tripolyphotphat

Tạo màng với tỷ lệ cellulose vi khuẩn/chitosan khác nhau 0, 1/64, 1/32, 1/16, 1/8 và 1/4.

Bổ sung borat và tripolyphotphat vào màng (1/32) cho thấy sự cải thiện chủ yếu về độ bền kéo và độ đàn hồi. Hoạt tính kháng khuẩn của màng đối

với Escherichia coli, Botrytis cinerea, và Saccharomyces cerevisiae bị giảm

khi bổ sung chất liên kết ngang.

Liang và cộng sự (2019) [38]

Chitosan (1% w/w) Tinh bột sắn (2% w/w) Chiết xuất lá Pitanga (2,25% w/w)

Natamycin (1% w/w) Chiết xuất lá Pitanga và natamycin

Bổ sung natamycin vào màng làm tăng độ bền kéo, trong khi tính thấm hơi nước giảm.

Màng có chứa chất phụ gia có khả năng cản tia cực tím tốt.

Bổ sung chiết xuất lá Pitanga làm tăng hoạt tính chống oxy hóa, trong khi kết hợp chiết xuất lá Pitanga và natamycin làm giảm hoạt tính chống oxy hóa. Bổ sung natamycin cho thấy hoạt tính

kháng nấm Aspergillus flavus và Aspergillus parasiticus.

Sirisha Nallan Chakravartula và cộng sự (2020) [39]

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

10

1.2 Gelatin

1.2.1 Giới thiệu về gelatin

Hình 1. 3 Hình ảnh minh họa của gelatin

Gelatin là một polymer sinh học được điều chế bằng cách khử tự nhiên collagen bằng nhiệt. Gelatin có sẵn trong da và xương động vật với sự có mặt của acid lỗng. Nó

có dạng bột trong suốt, khơng màu hoặc có màu vàng nhạt và gần như khơng vị (Hình

1.3). Gelatin bao gồm một lượng lớn glycine, proline và 4-hydroxy proline là các amin

acid (Hình 1.4). Dựa theo cấu trúc hóa học, khi phối trộn chitosan và gelatin sẽ xảy ra

Hình 1. 4 Cấu trúc hóa học của gelatin [12]

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

11

1.2.2 Tính chất của gelatin

Gelatin thu được từ collagen có thể có tính acid hoặc base tùy thuộc vào phương pháp chiết xuất. Gelatin có tính acid hoặc base đều có thể cung cấp các hoạt chất sinh học có tính acid [40].

Gelatin chủ yếu được sử dụng như một chất tạo gel trong ngành cơng nghiệp thực

hình thành bởi gelatin có bản chất trong suốt, đàn hồi và có thể đảo ngược nhiệt. Trên

giữa các chuỗi. Ở nhiệt độ thấp hơn, gelatin tồn tại ở dạng nếp gấp collagen có khả năng hình thành liên kết hydro [12].

Gelatin có khả năng tạo màng trong và dẻo. Tính chất của màng gelatin bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ sấy. Tùy thuộc vào loại gelatin, nó có thể trải qua quá trình tạo phức polyion với các tác nhân mang điện tích dương hoặc âm. Gelatin rất ưa nước và có đặc tính ngăn cản khí tốt. Gelatin là một loại polymer sinh học rất có giá trị cho các ứng dụng kỹ thuật mơ. Tuy nhiên, tính chất cơ học kém của nó đã hạn chế ứng dụng nó như một vật liệu đóng gói. Việc này đã góp phần thúc đẩy các nghiên cứu để cải thiện tính chất cơ học của gelatin. Màng composite shellac/gelatin đã được chuẩn bị bởi Soradech và cộng sự [41]. Họ đã quan sát thấy sự tương tác bề mặt mạnh mẽ giữa shellac và gelatin do liên kết hydro giữa các nhóm carboxyl và hydroxyl của shellac và amino với nhóm carboxyl của gelatin. Màng hỗn hợp shellac/gelatin cho thấy độ ẩm, năng lượng bề mặt và độ phân cực cao hơn khi hàm lượng gelatin tăng lên. Những kết quả này chỉ ra rằng tính ưa nước của composite đã được cải thiện. Ngoài ra, độ bền kéo và mô đun Young của màng gelatin cũng được nghiên cứu cải thiện [42].

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

12

1.2.3 Ứng dụng gelatin trong bảo quản thực phẩm

Cũng giống như chitosan, gelatin được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như y học, dược phẩm, nông nghiệp và thực phẩm. Với khả năng tạo màng của gelatin, nó được

quan tâm đáng kể để tạo bao bì đóng gói thực phẩm (Bảng 1.2).

Bảng 1. 2 Một số nghiên cứu về màng gelatin ứng dụng trong bảo quản thực phẩm

Nguyên liệu màng Ứng dụng trong bảo quản

Tài liệu tham khảo

Màng thấm ăn được dựa trên ĸ-carrageenan,

He và cộng sự (2020) [43] Màng gelatin và tinh bột chứa chiết xuất củ cải

Chayavanich và cộng sự (2020) [44]

Màng gelatin có bổ sung curcumin, betanin và

Etxabide và cộng sự (2021) [45] Màng phức hợp alginate/tinh bột/gelatin có bổ

Alves và cộng sự (2021) [46]

1.3 Glycerol

1.3.1 Giới thiệu về glycerol

Glycerol là rượu đường nên có vị ngọt do chứa 3 nhóm hydroxyl và có 1 nhóm OH làm glycerol tan trong nước. Glycerol là chất lỏng có độ nhớt cao, không màu và không mùi. Glycerol được tạo ra từ quá trình thủy phân chất béo và dầu, và là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất dầu diesel sinh học. Nó có thể được lấy từ mỡ động vật hoặc

-các nguồn thực vật như dầu cọ, dừa hoặc dầu đậu nành (Hình 1.5) [47].

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

13

Hình 1. 5 Hình ảnh minh họa của glycerol

1.3.2 Ứng dụng glycerol trong màng composite

Màng composite sinh học bản chất có khả năng tạo màng, nhưng vật liệu này cần bổ sung các chất hỗ trợ xử lý, chẳng hạn như chất hóa dẻo để tăng độ bền cơ học và khả năng ngăn cản. Trong các loại chất hóa dẻo, glycerol được ứng dụng phổ biến nhất. Glycerol được ứng dụng làm chất hóa dẻo cho màng chitosan/microcrystalline cellulose [48], màng cellulose acetate [49] và màng tinh bột [50].

1.4 Nanocellulose

1.4.1 Giới thiệu về nanocellulose

Cellulose là polymer tự nhiên phổ biến nhất trên thế giới. Do nó có trong thành tế bào của hầu hết các loài thực vật. Cellulose được tạo thành từ các phân tử glucose, đặc biệt là homopolymer của anhydroglucose. Nó là vật liệu thân thiện với mơi trường, đa phần khơng có tính chất độc hại và có khả năng phân hủy sinh học cao. Do đó, cellulose được xem là lựa chọn hàng đầu trong ngành công nghiệp vật liệu sinh học ứng dụng trong các lĩnh vực như y sinh, dược phẩm, thực phẩm và bao bì.

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

14

Nanocellulose là vật liệu cellulose có kích thước nano, có bề mặt riêng và độ xốp cao và có khả năng liên kết với nhau. Ngồi ra, nanocellulose cịn có độ cứng cao, độ dẫn điện và độc tính thấp đặc biệt là có khả năng phân hủy sinh học cao giúp bảo vệ mơi trường. Vì vậy mà những vật liệu như nanocellulose là một chủ đề thú vị đối với các nhà nhà nghiên cứu và các ngành cơng nghiệp phát triển vật liệu.

Nanocellulose có thể được phân loại dựa vào nguồn gốc, phương pháp sản xuất, hình dạng, kích thước và chức năng của chúng. Thông thường, tồn tại ba loại nanocellulose: nanocellulose tinh thể (CNC), nanocellulose dạng sợi (CNF) và

nanocellulose vi khuẩn (BNC). Cấu trúc mỗi loại được thể hiện qua Hình 1.6 [51].

Hình 1. 6 Hình ảnh của (a) CNC, (b) CNF và (c) BNC [51]

1.4.2 Tính chất của nanocellulose

Nanocellulose tinh thể (CNC) gồm các hạt nano hình trụ, thn dài, kém linh hoạt và giống hình que có chiều rộng từ 3 – 50 nm, chiều dài từ 50 – 500 nm và có tỉ lệ khung hình l/d khoảng từ 1 – 70. Sự đa dạng về kích thước, tỷ lệ kết tinh và hình thái của CNC sẽ phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu cellulose và điều kiện chuẩn bị cũng như kỹ thuật phân lập thực nghiệm được sử dụng. CNC có độ kết tinh từ 54 – 58%, mật độ khối từ

– 168 GPa, mô đun Young là 18 – 50 GPa và độ bền kéo xấp xỉ 8 GPa. Điện tích bề mặt được đánh giá qua thế zeta, rơi vào khoảng 39.61 ± 1,5 mV [51].

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

15

Nanocellulose dạng sợi (CNF) thường thu được thông qua các phương pháp phân tách cơ học, có dạng sợi, chiều rộng từ 4 – 100 nm, chiều dài khoảng 500 – 2000 μm và tỉ lệ khung hình l/d thường lớn hơn 100. Kích thước của CNF thường phụ thuộc vào các điều kiện của quá trình chuẩn bị và biến đổi hóa học của chúng. Tương tự như CNC, các đặc tính cơ bản và chất lượng của CNF cũng phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu thơ và quy trình khai thác cụ thể được sử dụng. CNF có độ kết tinh từ 50 – 65%, mật độ khối

thường thu được bằng cách nuôi cấy vi khuẩn trong vài ngày, cấu trúc, hình thái và tính chất có thể được điều chỉnh bởi các điều kiện nuôi cấy như nguồn dinh dưỡng, tỷ lệ oxy, chủng vi khuẩn và thời gian ủ. Khác với CNC và CNF, các đặc tính của BNC phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện nuối cấy, loại vi sinh vật tổng hợp và chất dinh dưỡng có trong điều kiện nuôi cấy. Độ kết tinh của BNC có thể đạt đến 82,5%, mơ đun Young đạt 30 GPa và độ bền kéo lên đến gần 450 MPa [51].

1.4.3 Ứng dụng nanocellulose trong màng composite

Dựa vào những tính chất nổi bật, tính thân thiện với mơi trường và an tồn cho cơ thể sinh vật, nanocellulose ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống. Một số ngành ứng dụng nổi bật của nanocellulose có thể kể đến như ngành cơng nghiệp giấy, bao bì, vật liệu sinh học tiên tiến, y sinh. Trong những năm gần đây, đã có một sự tăng trưởng đáng kể trong việc quan tâm đến việc sử dụng nanocellulose làm vật liệu nền polyme để tạo ra vật liệu sinh học hiệu suất cao. Lý do cốt lõi cho sự hấp dẫn của nanocellulose là vật liệu có độ đồng đều cao hơn và ít khuyết tật hơn với

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

16

các tính chất cơ học nâng cao có thể đạt được bằng cách giảm kích thước của sợi cellulose. Nó có thể được sử dụng như một chất làm gia cố để điều chế vật liệu tổng hợp với dung dịch polyme hòa tan trong nước để sửa đổi độ nhớt và tăng tính chất cơ học của vật liệu tổng hợp khô. Điều quan trọng nhất là việc bổ sung nanocellulose vào các polyme có thể phân hủy sinh học, cho phép cả việc cải thiện các tính chất cơ học và tăng tốc độ phân hủy sinh học [52].

1.5 Nghiên cứu màng composite chitosan gần đây

Gần đây, các nghiên cứu về màng phân hủy sinh học kết hợp chitosan với gelatin ứng dụng trong bảo quản thực phẩm đang được quan tâm. Năm 2022, Bertolo và cộng sự đã tối ưu hóa các đặc tính vật lý và hoạt tính của màng bao bì thực phẩm sử dụng chitosan/gelatin và chiết xuất vỏ quả lựu. Sự tương tác giữa ma trận polymer và chiết xuất đã được xác nhận bằng phân tích hình thái và quang phổ. Cơng thức tối ưu gồm 0,8% chitosan, 0,2% gelatin và 1 mg/g dịch chiết đã được chọn, có độ nhớt thấp (8,36 ±

0,20 Pa.s), độ hòa tan thấp (26,00 ± 5,50%) và có khả năng kháng nấm Botrytis cinerea

(đường kính vịng vơ khuẩn 6,17 ± 0,36 mm). Cơng thức được tối ưu hóa có khả năng chống biến dạng và cắt tốt hơn (năng lượng kích hoạt tăng gần 5 kJ/mol) so với cơng thức khơng có chiết xuất. Việc sử dụng chiết xuất vỏ quả lựu đã làm màng thay đổi màu sắc, giảm độ hòa tan (hơn 5%), tăng độ bền cơ học (độ bền kéo tăng 15 mPa) và cải thiện đặc tính rào cản ánh sáng lên 30%. Dịch chiết cũng truyền hoạt tính cho màng như chống oxy hóa (có khả năng ức chế 20% gốc DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl) ở liều 38

mg/ml) và ức chế vi khuẩn, chống lại S. aureus và S. enteritidis (nồng độ ức chế tối thiểu

31,2 µg/ml và 125 µg/ml) [53].

Năm 2023, Tagrida và cộng sự đã nghiên cứu tính chất của màng hỗn hợp gelatin/chitosan kết hợp với dịch chiết ethanol lá trầu hoặc liposome chứa dịch chiết lá trầu. Màng được nghiên cứu để ứng dụng làm túi đựng dầu tôm. Màng được làm dẻo bằng các chất tạo dẻo khác nhau. Các mẫu màng khơng có dịch chiết được dẻo hóa bằng

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

17

glycerol có độ bền kéo và độ giãn dài cao hơn các mẫu màng được dẻo hóa bằng polyethylene glycol. Mẫu dùng glycerol có độ bền kéo 34,45 ± 1,56 MPa và độ giãn dài 5,9% ± 1,45%, cịn mẫu dùng polyethylene glycol có độ bền kéo 21,59 ± 1,05 Mpa và độ giãn dài 1,29% ± 0,03%. Loại chất hóa dẻo khơng ảnh hưởng đến hoạt tính chống oxy hóa của màng. Màng có sử dụng glycerol làm chất tạo dẻo và dịch chiết khơng bọc trong liposome cho thấy các đặc tính tốt hơn so với các màng khác. Kết quả cho thấy cơng thức màng này có thể được sử dụng làm bao bì hoạt tính để làm chậm q trình oxy hóa lipid trong dầu tơm [54].

Năm 2023, Tagrida và cộng sự đã nghiên cứu đặc điểm, khả năng kháng oxy hóa

và kháng khuẩn của màng gelatin cá/chitosan kết hợp với dịch chiết lá trầu (Piper betle

L.). Dịch chiết lá trầu được chiết bằng dung môi ethanol, và được khảo sát ở nổng độ 0%, 1% và 2%. Việc kết hợp dịch chiết lá trầu vào màng hỗn hợp gelatin/chitosan ảnh hưởng đến tính chất cơ học của chúng và làm thay đổi màu sắc của màng một chút. Kết quả của nghiên cứu cho thấy sự có mặt của dịch chiết lá trầu giúp tăng độ đàn hồi, độ bền nhiệt và khả năng hàn nhiệt của màng. Tuy nhiên, khả năng bịt kín giảm dần khi tăng tỷ lệ chitosan. Khả năng rào cản hơi nước cùng với khả năng rào cản tia cực tím và ánh sáng khả Fkhangskiến đã được cải thiện đối với màng chứa 2% dịch chiết lá trầu. Khi tăng nồng độ dịch chiết lá trầu, độ trương nở và khả năng hòa tan trong nước của màng giảm, trong khi khả năng kháng oxy hóa và kháng khuẩn tăng lên [55].

Một vài nghiên cứu trên thế giới về màng chitosan kết hợp với nanocellulose cho thấy việc kết hợp này giúp cải thiện tính chất cơ học, khả năng thẩm thấu hơi nước của màng. Tuy nhiên, việc nghiên cứu màng composite chitosan/gelatin kết hợp nanocellulose còn hạn chế. Ngoài ra, việc khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chitosan và nồng độ gelatin khi thêm vào màng chitosan/gelatin chưa được đánh giá chi tiết. Vì vậy, đề tài nghiên cứu “Tổng hợp màng composite chitosan kết hợp nanocellulose ứng dụng bảo quản thực phẩm” đã được thực hiện.

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

18

CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM

2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu

Tổng hợp màng composite chitosan kết hợp nanocellulose ứng dụng bảo quản thực phẩm.

• Nghiên cứu tổng hợp màng composite chitosan. • Đánh giá tính chất của màng composite chitosan.

• Nghiên cứu ảnh hưởng của nanocellulose lên tính chất màng composite chitosan.

2.1.2 Nội dung nghiên cứu

• Tổng hợp và đánh giá ảnh hưởng của trọng lượng phân tử chitosan lên tính chất màng chitosan/gelatin.

• Tổng hợp và đánh giá ảnh hưởng của nồng độ chitosan lên tính chất màng chitosan/gelatin.

• Tổng hợp và đánh giá ảnh hưởng của nồng độ gelatin lên tính chất màng chitosan/gelatin.

• Đánh giá ảnh hưởng của nanocellulose lên tính chất màng chitosan/gelatin.

2.2 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị 2.2.1 Hóa chất

Mau, Việt Nam với mức độ khử acetyl >75%. Chitosan khảo sát gồm 4 loại: trọng lượng phân tử thấp (LW: 158 kDa; độ nhớt ≤150 cPs), trọng lượng phân tử trung bình (MW1: 272 kDa; độ nhớt 150-500 cPs), (MW2: 290 kDa; độ nhớt 500-1000 cPs) và trọng lượng phân tử cao (HW: 324 kDa; độ nhớt ≥1000 cPs).

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

19

Sau đó, dung dịch được lọc bằng màng lọc 100µm để loại bỏ các tạp chất. Song song đó, dung dịch gelatin được điều chế bằng cách hòa tan 1 – 2g gelatin trong 100ml nước. Dung dịch chitosan và dung dịch gelatin được khuấy trộn với nhau theo các tỷ lệ 1:1 trong 30 phút. Tiếp đó, glycerol 0,3ml được thêm vào hỗn hợp 100ml, và khuấy thêm 30 phút nữa. Cứ 50ml hỗn hợp thu được đổ vào một khuôn inox 12,4cm x 15,4cm và sấy ở

khuôn inox và bảo quản trong bình hút ẩm để sử dụng tiếp (Hình 2.1).

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

20

Hình 2. 1 Quy trình tổng hợp màng chitosan/gelatin

Các nhóm cacbonyl của gelatin tương tác ion với các nhóm amin tích điện trái

cho là tương tác tĩnh điện và liên kết hydro [56], [57]. Các nhóm -OH của glycerol hình thành liên kết hydro với các nhóm carbonyl và nhóm amino có trong gelatin và chitosan

[58], [59]. Tương tác liên kết này được mơ tả qua Hình 2.2.

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

21

Hình 2. 2 Tương tác giữa chitosan, gelatin và glycerol [59] Bảng 2. 1 Khoảng khảo sát màng chitosan/gelatin

Trọng lượng phân tử chitosan (kDa)

Nồng độ chitosan (% w/v)

Nồng độ gelatin (% w/v)

Màng composite chitosan/gelatin được tổng hợp khảo sát đơn biến: trọng lượng

phân tử chitosan, nồng độ chitosan và nồng độ gelatin theo Bảng 2.1 và đánh giá tính chất thơng qua các phương pháp trong Bảng 2.2 để chọn công thức phù hợp nhất.

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

22

Bảng 2. 2 Các phương pháp đánh giá tính chất màng chitosan/gelatin

STT Phương pháp Nội dung

2.3.2 Quy trình tổng hợp nanocellulose

Cellulose được thu hồi từ rơm rạ theo quy trình đã được nhóm nghiên cứu cơng bố trước đây, đạt được độ tinh khiết >90% [64]. Quy trình tổng hợp nanocellulose được

thể hiện ở sơ đồ khối Hình 2.3. Cellulose sau khi tẩy trắng được thủy phân trong dung

khoảng nhiệt độ 40 – 42°C trong 2 giờ. Sau đó, dung dịch được trung hịa, rồi pha lỗng 10 lần với nước khử ion và ly tâm 5000 vòng/phút trong 3 lần, mỗi lần 20 phút. Sau mỗi lần ly tâm, phần huyền phù được giữ lại. Phần nổi phía trên được lọc qua màng NMO có kích thước lỗ 25 μm để loại bỏ mọi tạp chất còn lại. Dịch lọc thu được dưới dạng huyền phù nanocellulose.

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

23

\

Hình 2. 3 Quy trình tổng hợp nanocellulose từ cellulose

2.3.3 Quy trình tổng hợp màng chitosan/gelatin kết hợp nanocellulose

Quy trình tổng hợp màng chitosan/gelatin kết hợp nanocellulose được thể hiện ở

sơ đồ khối Hình 2.4. Để nghiên cứu sự ảnh hưởng của nồng độ nanocellulose lên tính

chất màng, màng composite chitosan/gelatin được phối trộn với nanocellulose nồng độ

1% w/v và được đánh giá tính chất theo Bảng 2.2.

Cellulose

Rửa Thủy phân

Nanocellulose

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

24

Hình 2. 4 Quy trình tổng hợp màng chitosan/gelatin kết hợp nanocellulose

2.4 Phương pháp nghiên cứu 2.4.1 Độ dày

Độ dày của màng được đo bằng thước đo độ dày Mitutoyo, Nhật Bản (Hình 2.5)

với độ chia nhỏ nhất là 0,001 mm. Độ dày trung bình được đánh giá với 10 điểm ngẫu nhiên của màng và xác định độ lệch chuẩn.

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

Thí nghiệm được thực hiện ba lần cho mỗi mẫu và kết quả được đưa ra bởi giá trị trung bình và độ lệch chuẩn.

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

26

2.4.3 Độ đục

Độ đục của màng được xác định bằng tỷ lệ giữa độ hấp thụ ở bước sóng 600 nm (máy đo quang phổ UV – VIS 754 Stech International, Trung Quốc) và độ dày của màng [53]. Độ đục của màng được tính theo phương trình sau:

(%).

2.4.5 Độ thẩm thấu hơi nước (WVP)

Độ thẩm thấu hơi nước (Water vapor permeability – WVP) của màng được tiến hành bằng phương pháp cốc nước ướt. Các màng có đường kính 40 mm được đậy kín trên cốc nhựa chứa 6 ml nước cất. Diện tích hình trịn hở miệng có đường kính 20 mm. Nước được cân mỗi giờ trong 8 giờ ở nhiệt độ xác định và độ ẩm tương đối. Độ thẩm thấu hơi nước được tính theo phương trình sau:

𝑡. 𝐴. ∆𝑃Trong đó: m: độ giảm khối lượng của cốc chứa màng (g).

L: độ dày của màng (m). t: thời gian phân tích (h).

</div>