Nghiên cứu ảnh hưởng của chế phẩm nano bạc bổ sung chitosan đến khả năng kháng nấm và ứng dụng trong bảo quản quýt hương cần (citrus deliciosa) sau thu hoạch

ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

TRƯƠNG NGỌC ĐĂNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ PHẨM NANO BẠC
BỔ SUNG CHITOSAN ĐẾN KHẢ NĂNG KHÁNG NẤM VÀ ỨNG DỤNG
TRONG BẢO QUẢN QUÝT HƯƠNG CẦN (CITRUS DELICIOSA)
SAU THU HOẠCH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHẾ BIẾN LƯƠNG THỰC, THỰC PHẨM VÀ ĐỒ UỐNG
Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm

HUẾ - 2018


ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

TRƯƠNG NGỌC ĐĂNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ PHẨM NANO BẠC
BỔ SUNG CHITOSAN ĐẾN KHẢ NĂNG KHÁNG NẤM VÀ ỨNG DỤNG
TRONG BẢO QUẢN QUÝT HƯƠNG CẦN (CITRUS DELICIOSA)
SAU THU HOẠCH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHẾ BIẾN LƯƠNG THỰC, THỰC PHẨM VÀ ĐỒ UỐNG
Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
Mã số: 8540101

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. VÕ VĂN QUỐC BẢO

HUẾ - 2018


i
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan Luận văn này do chính tơi thực hiện. Mọi nội dung, số liệu, kết
quả được đưa ra trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ
cơng trình nào. Mọi thơng tin trích dẫn đã chỉ rõ nguồn gốc trong mục tài liệu tham khảo.
Nếu có vấn đề gì tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm.

Huế, ngày

tháng

năm 2018

Tác giả luận văn

Trương Ngọc Đăng


ii
LỜI CÁM ƠN

Để hoàn thành Luận văn tốt nghiệp này, trong thời gian thực hiện đề tài, tôi đã

nhận được rất nhiều sự quan tâm và giúp đỡ nhiệt tình từ các cá nhân và tập thể.
Đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô của Khoa Cơ Khí – Cơng
Nghệ đã truyền đạt những kiến thức cho tơi trong q trình học tập. Đặc biệt tơi xin gửi
lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy giáo hướng dẫn: TS. Võ Văn Quốc Bảo đã tận tình hướng
dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện tốt nhất để tơi có thể hồn thành Luận văn.
Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên phụ trách Phịng thí nghiệm
Khoa Cơ khí Cơng nghệ trường Đại học Nơng Lâm Huế đã nhiệt tình hướng dẫn và tạo
điều kiện cho tơi trong q trình nghiên cứu để hồn thành tốt bài luận văn tốt nghiệp.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, anh chị, bạn bè đã giúp đỡ trong những lúc
khó khăn và động viên tơi trong q trình học tập cũng như trong thời gian thực hiện
Luận văn tốt nghiệp.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng tuy nhiên khơng thể tránh khỏi những sai sót. Tơi rất
mong nhận được sự góp ý và đánh giá của q Thầy Cơ, bạn bè để Luận văn này được
hồn thiện hơn.
Tơi xin chân thành cám ơn!

Tác giả luận văn

Trương Ngọc Đăng


iii
TÓM TẮT

Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm nano bạc-Chi để bảo quản quả có múi nói chung
và quả quýt nói riêng là hướng đi mới.
Trong cơng trình này, chúng tơi đã nghiên cứu bổ sung chitosan vào nano bạc có
nồng độ 10 ppm để khảo sát khả năng kháng nấm cũng như xử lý quả quýt Hương Cần,
nhằm góp phần nâng cao hiệu quả bảo quản quả sau thu hoạch tại Thừa Thiên Huế.
Để khảo sát khả năng kháng nấm của chế phẩm nano bạc-Chi, chúng tôi phân lập

và định danh nấm gây bệnh Macrophoma theicola trên quả quýt Hương Cần. Kết quả
cho thấy, chế phẩm nano bạc-Chi trong điều kiện in vitro nồng độ từ 0,2% đã có tác
dụng ức chế đến sự phát triển của nấm và ức chế hoàn toàn từ nồng độ 0,4%. Ở điều kiện
in vivo, nồng độ từ 0,2% đến 0,8%, có khả năng hạn chế sự phát triển gây bệnh của nấm
từ 57,8% đến 100% tương ứng. Mặt khác, chúng tôi đã nghiên cứu ứng dụng bảo quản
quýt với các chỉ tiêu theo dõi (vitamin C, acid hữu cơ, đường tổng, hao hụt khối lượng,
tỷ lệ hư hỏng và đánh giá cảm quản) và từ đó đề xuất được quy trình bảo quản quýt
Hương Cần sau thu hoạch bằng chế phẩm nano bạc-Chi được 60 ngày ở nồng độ 0,6%
trong điều kiện lạnh 13°C và độ ẩm 80% đến 95%.


iv

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... i
LỜI CÁM ƠN .............................................................................................................ii
TÓM TẮT ................................................................................................................. iii
MỤC LỤC .................................................................................................................. iv
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................viii
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................... ix
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
1. Đặt vấn đề................................................................................................................ 1
2. Mục đích đề tài ........................................................................................................ 2
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .................................................................................. 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ...................................... 3
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NANO BẠC .................................................... 3
1.1.1. Giới thiệu công nghệ nano ................................................................................. 3
1.1.2. Giới thiệu về nano bạc ....................................................................................... 3

1.2. TỔNG QUAN VỀ CHITOSAN .......................................................................... 11
1.2.1. Định nghĩa và tính chất của chitosan ................................................................ 11
1.2.2. Phương pháp điều chế chitosan ........................................................................ 13
1.2.3. Ứng dụng của chitosan ..................................................................................... 14
1.3. TỔNG QUAN VỀ QUÝT ................................................................................... 14
1.3.1. Giới thiệu tổng quan về quýt ............................................................................ 14
1.3.2. Đặc điểm hình thái ........................................................................................... 16
1.3.3. Giá trị dinh dưỡng của quýt .............................................................................. 17
1.3.4. Bệnh nhiễm trên quýt ....................................................................................... 20
1.3.5. Những biến đổi của quýt và yếu tố ảnh hưởng trong thời gian bảo quản........... 20


v
1.4. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU MÀNG BẢO QUẢN THỰC PHẨM Ở NƯỚC TA
VÀ THẾ GIỚI ........................................................................................................... 26
1.4.1. Tình hình nghiên cứu màng bảo quản thực phẩm ở thế giới ............................. 26
1.4.2. Tình hình nghiên cứu màng bảo quản thực phẩm ở nước ta.............................. 26
1.4.3. Tính mới của đề tài .......................................................................................... 27
CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................. 28
2.1. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ..................................................... 28
2.1.1. Phạm vi nghiên cứu .......................................................................................... 28
2.1.2. Đối tượng nghiên cứu....................................................................................... 28
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................... 28
2.2.1. Phân lập, định danh nấm từ quả quýt Hương Cần ............................................. 28
2.2.2. Khảo sát khả năng kháng nấm của chế phẩm nano bạc-Chi với nấm được phân lập
trên quả quýt Hương Cần ........................................................................................... 29
2.2.3. Ứng dụng bảo quản quýt (Citrus deliciosa) Hương Cần bằng chế phẩm nano
bạc-Chi ...................................................................................................................... 32
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................................... 33
2.3.1. Phương pháp phân lập nấm mốc....................................................................... 33

2.3.2. Phương pháp lấy mẫu ....................................................................................... 33
2.3.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm ......................................................................... 34
2.3.4. Phương pháp vật lý .......................................................................................... 35
2.3.5. Phương pháp hóa sinh ...................................................................................... 36
2.3.6. Phương pháp đánh giá cảm quan ...................................................................... 36
2.3.7. Phương pháp xử lý số liệu ................................................................................ 37
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..................................... 38
3.1. PHÂN LẬP, ĐỊNH DANH NẤM TỪ QUẢ QUÝT HƯƠNG CẦN ................... 38
3.1.1. Phân lập nấm.................................................................................................... 38
3.1.2. Định danh nấm ................................................................................................. 39
3.2. KHẢ NĂNG KHÁNG NẤM ĐÃ ĐƯỢC ĐỊNH DANH BỞI CHẾ PHẨM NANO
BẠC-CHI .................................................................................................................. 40
3.2.1. Khảo sát khả năng kháng nấm bởi chế phẩm nano bạc-Chi ở điều kiện in vitro ..... 41


vi
3.2.2. Khảo sát khả năng kháng nấm bởi chế phẩm nano bạc-Chi ở điều kiện in vivo ...... 43
3.3. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BẢO QUẢN QUÝT HƯƠNG CẦN BẰNG CHẾ
PHẨM NANO BẠC-CHI Ở ĐIỀU KIỆN LẠNH ...................................................... 44
3.3.1. Ảnh hưởng của chế phẩm nano bạc-Chi đến hàm lượng vitamin C của quýt trong
quá trình bảo quản ..................................................................................................... 44
3.3.2. Ảnh hưởng của chế phẩm nano bạc-Chi đến hàm lượng acid tổng số của quýt
trong quá trình bảo quản ............................................................................................ 45
3.3.3. Ảnh hưởng của chế phẩm nano bạc-Chi đến hàm lượng đường tổng số của quýt
trong quá trình bảo quản ............................................................................................ 47
3.3.4. Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm nano bạc-Chi đến sự hao hụt khối lượng trong
quá trình bảo quản ..................................................................................................... 48
3.3.5. Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm nano bạc-Chi đến tỷ lệ hư hỏng của quả quýt
trong quá trình bảo quản ............................................................................................ 49
3.3.6. Đánh giá chỉ tiêu cảm quan đối với mẫu CT3 và CT4 sau 60 ngày bảo quản

lạnh .................................................................................................................. 50
3.4. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH BẢO QUẢN QUÝT Ở ĐIỀU KIỆN LẠNH ................ 52
3.4.1. Sơ đồ quy trình bảo quýt bằng chế phấm nano bạc-Chi ở điều kiện lạnh 13oC....... 52
3.4.2. Thuyết minh quy trình ...................................................................................... 52
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ........................................................................................ 54
Kết luận ..................................................................................................................... 54
Đề nghị ...................................................................................................................... 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 55
PHỤ LỤC


vii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ANOVA:

Analysis Of Varianace

CMC:

Carboxymethyl cellulose

CT:

Công Thức

DNA:

Deoxyribonucleic Acid

ĐC:

Đối chứng

ĐKTN:

Đường kính tản nấm

LSD:

Least Significant Difference

MAP:

Modified Atmosphere Packaging

Nano bạc-Chi: Chế phẩm nano bạc bổ sung chitosan
PDA:

Potato Dextrose Agar

SPSS:

Statistical Package for Social Sciences

RDA:

Recommended Dietary Allowance

TCVN:

Tiêu Chuẩn Việt Nam


viii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Số nguyên tử bạc trong một đơn vị thể tích .................................................. 4
Bảng 1.2. Thành phần dinh dưỡng trong 100g phần ăn được của quýt ....................... 18
Bảng 2.1. Nồng độ của chế phẩm nano bạc-Chi ứng với cơng thức bố trí thí nghiệm . 35
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của nano bạc-Chi đến khả năng sinh trưởng tản nấm Macrophoma
theicola QB1 sau 6 ngày theo dõi .............................................................................. 42
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm nano bạc-Chi đến tỷ lệ hư hỏng của quả
quýt theo thời gian bảo quản ...................................................................................... 49
Bảng 3.3. Điểm đánh giá cảm quan ............................................................................ 51


ix

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Vi khuẩn MKY3........................................................................................... 7
Hình 1.2. Tác động của ion bạc lên vi khuẩn................................................................ 8
Hình 1.3. Sơ đồ ion bạc vơ hiệu hóa enzyme chuyển hóa oxy của vi khuẩn ................ 8
Hình 1.4. Các hạt nano bạc bám trên bề mặt tế bào vi khuẩn........................................ 9
Hình 1.5. Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc ................................................................. 10
Hình 1.6. Ion bạc liên kết với các base của DNA ....................................................... 10
Hình 1.7. Cơng thức cấu tạo của chitosan (poly β-(1-4)-D-glucozamin)..................... 11

Hình 1.8. Vỏ cua ghẹ và chitosan ............................................................................. 12
Hình 1.9. Quýt hồng ................................................................................................. 15
Hình 1.10. Quýt đường ............................................................................................. 15
Hình 1.11. Quýt Phủ Quỳ ......................................................................................... 15
Hình 1.12. Quýt Hương Cần ..................................................................................... 16
Hình 2.1. Sơ đồ phân lập nấm từ quả quýt Hương Cần .............................................. 29
Hình 2.2. Sơ đồ khảo sát tính kháng nấm ở điều kiện in vitro .................................... 30
Hình 2.3. Sơ đồ khảo sát tính kháng nấm ở điều kiện in vivo ..................................... 31
Hình 2.4. Sơ đồ ứng dụng bảo quản quýt Hương Cần (Citrus deliciosa) bằng chế phẩm
nano bạc-Chi ............................................................................................................ 32
Hình 2.5. Quả quýt Hương Cần sau thu hoạch ........................................................... 33
Hình 2.6. Sơ đồ bố trí thí nghiệm ............................................................................... 34
Hình 3.1. Nấm bệnh trên quả quýt Hương Cần .......................................................... 38
Hình 3.2. Hình thái khuẩn lạc của nấm bệnh ở quả qt Hương Cần trên mơi trường
PDA........................................................................................................................... 39
Hình 3.3. Kết quả giải trình tự gene của chủng nấm được phân lập từ quả quýt Hương
Cần ............................................................................................................................ 39
Hình 3.4. Kết quả tra cứu bằng cơng cụ BLAST search (NCBI) ................................ 39
Hình 3.5. Các mẫu nấm sau 6 ngày theo dõi .............................................................. 41


x
Hình 3.6. Tỷ lệ quả quýt bị nhiễm nấm bệnh Macrophoma theicola QB1 sau khi nhúng
nano bạc-Chi ở các nồng độ khác nhau ...................................................................... 43
Hình 3.7. Đồ thị biến đổi hàm lượng vitamin C của quýt trong thời gian bảo quản với các
cơng thức khác nhau .................................................................................................. 45
Hình 3.8. Sự biến đổi hàm lượng acid tổng số của quýt trong thời gian bảo quản....... 46
Hình 3.9. Đồ thị thể hiện biến đổi hàm lượng đường tổng số của quýt trong thời gian bảo
quản với các cơng thức khác nhau.............................................................................. 47
Hình 3.10. Đồ thị biến đổi sự hao hụt khối lượng tự nhiên của quýt trong quá trình bảo

quản với các cơng thức khác nhau.............................................................................. 48
Hình 3.11. Quy trình bảo quản quýt Hương Cần bằng chế phấm nano bạc-Chi ở điều
kiện lạnh .................................................................................................................... 52


xi


1
MỞ ĐẦU

1. Đặt vấn đề
Việt Nam là một quốc gia nằm trong khu vực Đông Nam Á, là nước nhiệt đới gió
mùa, khí hậu nóng ẩm mưa nhiều, rất thuận lợi cho việc trồng các cây cơng, nơng
nghiệp. Vì vậy, các sản phẩm rau quả khác nhau được trồng quanh năm, phục vụ cho
nhu cầu tiêu dùng trong nước và cho nhu cầu xuất khẩu. Theo số liệu thống kê của
Tổng cục Hải quan, kim ngạch xuất khẩu nhóm hàng rau quả của Việt Nam trong năm
2017 đạt 3,5 tỷ USD tăng 42,5% so với năm trước [10]. Tuy nhiên, do sản xuất thủ
cơng, manh mún, Việt Nam vẫn cịn nhiều hạn chế trong việc kiểm sốt chất lượng
nơng sản. Sử dụng lượng thuốc bảo vệ thực vật cũng như hóa chất vượt mức cho phép
nên đã ảnh hưởng đến uy tín của các loại nơng sản xuất khẩu [39].
Nhằm bảo quản được rau quả lâu ngày, một số người đã bất chấp sử dụng các
loại chế phẩm hóa học để giữ cho rau quả được tươi, ngon và đẹp mắt hơn mà không
quan tâm đến tác hại nghiêm trọng của nó như gây ơ nhiễm mơi trường, ảnh hưởng
nghiêm trọng đến sức khỏe con người. Theo chuyên gia kinh tế, Việt Nam hiện gặp
nhiều khó khăn trong tiêu thụ hoa quả nói riêng và các sản phẩm nơng sản khác nói
chung, bởi cơng nghệ sau thu hoạch cịn hạn chế, chưa hình thành được hệ thống sơ
chế, xử lý, đóng gói và bảo quản, cũng như chưa có mối quan hệ liên hoàn giữa sản
xuất, sơ chế, bảo quản và tiêu thụ rau quả trên thị trường [39].
Để tiêu thụ nông sản bền vững, bảo quản sau thu hoạch cần phải được người

sản xuất, doanh nghiệp và người tiêu dùng đều quan tâm. Vì vậy, việc tìm hiểu điều
kiện bảo quản trái cây nói chung và quýt Hương Cần nói riêng để hạn chế rồi tiến đến
loại bỏ những hóa chất bảo quản có hại ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng và
môi trường sinh thái bằng các chế phẩm có nguồn gốc sinh học là rất cần thiết.
Chitosan là sản phẩm deacetyl của chitin, một polysaccharide có trong thành
phần cấu trúc của các loài giáp xác và vách tế bào nấm, đặc biệt từ các phế liệu thủy
sản như vỏ tôm, cua, ghẹ; là một trong những chất có tính diệt khuẩn cao, khơng gây
độc và ơ nhiễm môi trường sinh thái [16], [18].
Công nghệ nano là một lĩnh vực mới cho phép nâng cao nghiên cứu ứng dụng
trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt đạt hiệu quả cao trong lĩnh vực công nghệ sinh học thực
phẩm và nông nghiệp. Một trong số các hạt nano thân thiện với môi trường và con người
được ứng dụng rộng rãi hiện nay là nano bạc. Các hạt nano bạc có diện tích bề mặt rất
lớn nên gia tăng tiếp xúc của chúng với vi khuẩn hoặc nấm và nâng cao hiệu quả diệt
khuẩn và diệt nấm [13], [21].


2
Việc nghiên cứu chế tạo chế phẩm tổng hợp từ chitosan và nano bạc nhằm ứng
dụng bảo quản rau quả nói chung và loại trái cây có múi nói riêng là một hướng đi mới.
Quýt Hương Cần là một loại trái cây có múi đặc sản được người tiêu dùng nhiều nơi ưa
chuộng, có giá trị kinh tế cao, tồn tại và phát triển lâu đời ở Thừa Thiên Huế và đang
nằm trong danh mục quy hoạch phát triển cây ăn quả chủ lực của Tỉnh. Trong quýt có
nhiều thành phần dinh dưỡng bao gồm đường, protein, lipid, vitamin, acid hữu cơ, chất
khống,… rất tốt cho sức khỏe.
Từ tính cấp thiết cũng như những vấn đề đã nêu trên, tôi thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu ảnh hưởng của chế phẩm nano bạc bổ sung chitosan đến khả năng
kháng nấm và ứng dụng trong bảo quản quýt Hương Cần (Citrus deliciosa) sau
thu hoạch”.
2. Mục đích đề tài
Nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn polyme sinh học trong việc kết hợp chitosan với

cơng nghệ nano từ kim loại bạc nhằm góp phần tăng hiệu quả kinh tế cho các hộ trồng
quýt trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
1) Ý nghĩa khoa học
Nghiên cứu khả năng kháng nấm được phân lập từ quả quýt Hương Cần và ứng
dụng bảo quản quýt Hương Cần bằng chế phẩm nano bạc bổ sung chitosan ở quy mơ
phịng thí nghiệm.
2) Ý nghĩa thực tiễn
Ứng dụng chế phẩm này nhằm kháng và tiêu diệt nấm Macrophoma theicola gây
bệnh trên quả và bảo quản quýt Hương Cần sau thu hoạch góp phần tăng hiệu quả kinh
tế cho các nhà vườn cây ăn quả.


3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ NANO BẠC
1.1.1. Giới thiệu cơng nghệ nano
Ý tưởng sơ khai về công nghệ nano được giới thiệu bởi nhà vật lý người Mỹ
Richard Feynman vào năm 1959, ông cho rằng khoa học đã được đi vào chiều sâu của
cấu trúc vật chất đến từng phân tử, nguyên tử và sâu hơn nữa. Mãi đến năm 1974, thuật
ngữ công nghệ nano mới bắt đầu được sử dụng do Nario Taniguchi, một nhà nghiên cứu
tại trường đại học Khoa học Tokyo đề cập khả năng chế tạo cấu trúc vi hình của mạch
điện tử [13], [21].
Cơng nghệ nano là công nghệ xử lý vật chất ở mức nanomet (xấp xỉ từ 1 dến
100nm). Cơng nghệ nano tìm cách lấy phân tử đơn nguyên tử nhỏ đến to, khác với cách
làm thông thường từ trên xuống dưới, từ to đến nhỏ; là một khoa học liên ngành, là sự kết
tinh của nhiều thành tựu khoa học trên nhiều lĩnh vực khác nhau (bao gồm tốn học, vật lý,
hóa học, y - sinh học…) và là một ngành công nghệ có nhiều tiềm năng [21], [43].

Có rất nhiều cách định nghĩa công nghệ nano, tuy nhiên hiện nay được sử dụng
nhiều nhất là: “Công nghệ nano bao gồm các quá trình của phân tách, làm bền và biến dạng
của vật liệu bằng một nguyên tử hoặc phân tử” [30].
Hiện nay, có rất nhiều cơng nghệ nano từ các kim loại khác nhau như: nano bạc,
nano đồng, nano chì, nano kẽm... nhưng công nghệ nano được chế tạo từ bạc được áp
dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
1.1.2. Giới thiệu về nano bạc
1.1.2.1. Vài nét về kim loại bạc
Bạc là kim loại mềm, dẻo, dễ uốn (cứng hơn vàng một chút), có hóa trị 1, có
màu trắng bóng ánh kim nếu bề mặt có độ đánh bóng cao.
Ký hiệu: Ag, có nguồn gốc từ chữ Argentum trong tiếng Latinh
- Cấu hình electron: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d 105s1
- Nhiệt độ nóng chảy: 1234,93oC
- Bán kính nguyên tử Ag: 0,288 nm
- Bán kính ion bạc: 0,23 nm


4
Bạc kim loại và các hợp chất của bạc có tính kháng khuẩn tốt (diệt nấm khuẩn,
khử mùi hơi). Đặc biệt ở kích thước nano (5-10nm), các hạt nano bạc thể hiện mạnh
mẽ khả năng diệt nấm, vi khuẩn vượt trội so với kim loại bạc nguyên khối (kích thước
lớn, khơng phải kích thước nano) [24].
Bảng 1.1. Số ngun tử bạc trong một đơn vị thể tích [24]
Kích thước của hạt nano Ag (nm)

Số nguyên tử chứa trong đó

1

31

5

3900

20

250000

1.1.2.2. Định nghĩa và tính chất nano bạc
a) Định nghĩa [22], [24], [30]
Hạt nano bạc là những hạt bạc có kích thước nano khoảng từ 1-100 nanomet.
Thơng thường kích thước đo được khoảng 25 nanomet, gần với kích thước của phân tử
bạc, có hiệu ứng bề mặt vơ cùng lớn giúp gia tăng tiếp xúc của chúng với vi khuẩn hoặc
nấm vì thế cho hiệu quả diệt khuẩn ngay khi tiếp xúc.
Là một loại vật liệu nano có tác động diệt khuẩn, kháng khuẩn, khử mùi nhanh
chóng, có hiệu quả cao, khơng độc, khơng kích thích, khơng dị ứng.
Các hạt nano bạc có hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt. Hiện tượng này tạo
nên màu sắc từ vàng nhạt đến đen cho các dung dịch có chứa nano bạc, với các màu sắc
phụ thuộc vào nồng độ và kích thước hạt nano.
b) Tính chất của nano bạc [22], [24], [30]
+ Nano bạc có khả năng tiêu diệt vi khuẩn, diệt virus, chống nấm, khử mùi hiệu quả.
+ Nano bạc tiêu diệt triệt để bào tử nấm, vi khuẩn, virus gây bệnh và khơng cho
vi khuẩn có cơ hội tạo ra tính kháng thuốc. Do đó nano bạc có thể sử dụng thường
xuyên lâu dài mà không phải thay thế các chế phẩm (thuốc) diệt khuẩn khác.
+ Nano bạc khơng có hại cho sức khỏe con người cho dù với liều lượng tương
đối cao, khơng có phụ gia hóa chất, khơng gây tồn dư các chất hóa học độc hại trên
nơng sản sau thu hoạch.
+ Có khả năng phân tán ổn định trong các loại dung môi khác nhau (trong
các dung môi phân cực như nước và trong các dung môi không phân cực như

benzene, toluene).


5
+ Độ bền hóa học cao, khơng bị biến đổi dưới các tác nhân oxy hóa khử thơng
thường của mơi trường. Thời hạn sử dụng (bảo quản) của nano bạc tương đối dài từ 2 3 năm.
+ Do nano bạc có kích thước vơ cùng nhỏ (từ 6 - 12nm) nên khi phun qua lá các
hạt nano bạc dễ dàng bám dính trên các kẽ lá (kẽ lá và tế bào khí khổng, thủy khổng có
độ lớn vài chục micromet).
+ Chi phí cho q trình sản xuất thấp, ổn định ở nhiệt độ cao, không bị keo tụ ở
môi trường phân tán.
+ Đặc biệt, ngoài khả năng diệt nấm và vi khuẩn mạnh, nano bạc cịn góp phần
làm tăng năng suất - sản lượng nông sản. Đồng thời nano bạc cịn có tác dụng nâng
cao chất lượng và mẫu mã nơng sản qua đó kéo dài thời gian bảo quản nơng sản sau
thu hoạch (do nano bạc có khả năng chống sự xâm nhiễm của nấm và vi khuẩn gây
thối trên hoa, quả sau thu hoạch).
1.1.2.3. Phương pháp chế tạo
Có hai phương pháp để tạo vật liệu nano, phương pháp từ dưới lên và phương
pháp từ trên xuống. Phương pháp từ dưới lên là tạo hạt nano từ các ion hoặc các
nguyên tử kết hợp lại với nhau. Phương pháp từ trên xuống là phương pháp tạo vật
liệu nano từ vật liệu khối ban đầu. Đối với hạt nano bạc, phương pháp từ dưới lên
thường được áp dụng. Nguyên tắc là khử các ion kim loại Ag+ để tạo thành các
nguyên tử Ag. Các nguyên tử sẽ liên kết với nhau tạo ra hạt nano. Các phương pháp từ
trên xuống ít được dùng hơn nhưng thời gian gần đây đã có những bước tiến trong việc
nghiên cứu theo phương pháp này [22], [24], [21].
 Một số phương pháp chế tạo nano bạc:
- Phương pháp ăn mòn laser
Đây là phương pháp từ trên xuống. Vật liệu ban đầu là một tấm bạc được đặt
trong một dung dịch có chứa một chất hoạt hóa bề mặt. Một chùm laser xung có bước
sóng 532 nm, độ rộng xung là 10 ns, tần số 10 Hz, năng lượng mỗi xung là 90 mJ,

đường kính vùng kim loại bị tác dụng từ 1 - 3 mm. Dưới tác dụng của chùm laser
xung, các hạt nano có kích thước khoảng 10 nm được hình thành và được bao phủ
bởi chất hoạt hóa bề mặt CnH2n + SO4 Na với n = 8, 10, 12, 14 với nồng độ từ 0,001
đến 0,1M.
- Phương pháp khử hóa học
Phương pháp khử hóa học là dùng các tác nhân hóa học để khử ion kim loại
thành kim loại. Thông thường các tác nhân hóa học ở dạng dung dịch lỏng nên cịn gọi
là phương pháp hóa ướt. Đây là phương pháp từ dưới lên. Dung dịch ban đầu có chứa


6
các muối của các kim loại. Tác nhân khử ion kim loại Ag+, Au+ thành Ag0 , Au 0 ở
đây là các chất hóa học như acid citric, vitamin C, Sodium Borohydride, Ethanol
(cồn), Ethylene Glycol,… (phương pháp sử dụng các nhóm rượu đa chức như thế
này cịn có một cái tên khác là phương pháp polyol). Để các hạt phân tán tốt trong
dung môi mà không bị kết tụ thành đám, người ta sử dụng phương pháp tĩnh điện để
làm cho bề mặt các hạt nano có cùng điện tích và đẩy nhau hoặc dùng phương pháp
bao bọc chất hoạt hóa bề mặt. Phương pháp tĩnh điện đơn giản nhưng bị giới hạn
bởi một số chất khử. Phương pháp bao phủ phức tạp nhưng vạn năng hơn, hơn nữa
phương pháp này có thể làm cho bề mặt hạt nano có các tính chất cần thiết cho các
ứng dụng. Các hạt nano Ag, Au, Pt, Pd, Rh với kích thước từ 10 đến 100 nm có thể
được chế tạo từ phương pháp này.
- Phương pháp khử vật lý
Phương pháp khử vật lý dùng các tác nhân vật lý như điện tử, sóng điện từ năng
lượng cao như tia gamma, tia tử ngoại, tia laser, khử ion kim loại thành kim loại. Dưới
tác dụng của các tác nhân vật lý, có nhiều q trình biến đổi của dung mơi và các phụ
gia trong dung mơi để sinh ra các gốc hóa học có tác dụng khử ion thành kim loại. Ví
dụ, người ta dùng chùm laser xung có bước sóng 500 nm, độ dài xung 6ns, tần số 10
Hz, công suất 12 - 14 mJ chiếu vào dung dịch có chứa AgNO3 như là nguồn ion kim
loại và Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) như là chất hoạt hóa bề mặt để thu được hạt

nano bạc.
- Phương pháp khử hóa lý
Đây là phương pháp trung gian giữa hóa học và vật lý. Ngun lí là dùng
phương pháp điện phân kết hợp với siêu âm để tạo hạt nano. Phương pháp điện phân
thông thường chỉ có thể tạo được màng mỏng kim loại. Trước khi xảy ra sự hình thành
màng, các nguyên tử kim loại sau khi được điện hóa sẽ tạo các hạt nano bám lên điện
cực âm. Lúc này người ta tác dụng một xung siêu âm đồng bộ với xung điện phân thì
hạt nano kim loại sẽ rời khỏi điện cực và đi vào dung dịch.
- Phương pháp khử sinh học
Dùng vi khuẩn là tác nhân khử ion kim loại. Người ta cấy vi khuẩn MKY3 vào
trong dung dịch có chứa ion bạc để thu được hạt nano bạc. Phương pháp này đơn giản,
thân thiện với môi trường.


7

Hình 1.1. Vi khuẩn MKY3[34]
1.1.2.4. Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc
Bạc là một ngun tố có tính kháng khuẩn tự nhiên, có khả năng tiêu diệt phổ
rộng các lồi vi sinh vật gây bệnh, nhưng đồng thời là một chất kháng khuẩn thân thiện
mơi trường, bởi vì khơng gây tác dụng độc hại đối với cơ thể con người và động vật nếu
được sử dụng với liều lượng phù hợp cho việc khử trùng.
Các đặc tính kháng khuẩn của bạc bắt nguồn từ tính chất hóa học của các ion
Ag . Hiện nay, tồn tại một số quan điểm giải thích cơ chế diệt khuẩn của bạc được
nhiều người ủng hộ. Các quan điểm đó chủ yếu dựa trên sự tương tác tĩnh điện giữa
ion bạc mang điện tích dương và bề mặt tế bào vi khuẩn mang điện tích âm và dựa trên
sự vơ hiệu hóa nhóm Thiol trong enzyme vận chuyển oxy, hoặc trên sự tương tác của
ion bạc với DNA dẫn đến sự đime hóa pyridin và cản trở quá trình sao chép DNA của
tế bào vi khuẩn.
+

 Cơ chế diệt vi khuẩn của nano bạc được diễn tả theo một số quan điểm sau
[26], [30]:
Các nhà khoa học thuộc hãng Inovation Hàn Quốc cho rằng bạc tác dụng trực
tiếp lên màng bảo vệ của tế bào vi khuẩn. Màng này là một cấu trúc gồm các
glycoprotein được liên kết với nhau bằng cầu nối acid amin để tạo độ cứng cho màng.
Các ion bạc vừa mới được giải phóng ra từ bề mặt các hạt nano bạc tương tác với các
nhóm peptidoglican và ức chế khả năng vận chuyển oxy của chúng vào bên trong tế
bào, dẫn đến làm tê liệt vi khuẩn. Các tế bào động vật thuộc nhóm sinh vật bậc cao
(sinh vật đa bào: động vật nói chung bao gồm cả con người là động vật bậc cao) có lớp
màng bảo vệ hoàn toàn khác so với tế bào vi sinh vật đơn bào (nấm, vi khuẩn và virus).
Chúng có hai lớp lipoprotein giàu liên kết đơi bền vững có khả năng cho điện tử do đó
khơng cho phép các ion bạc xâm nhập, vì vậy chúng khơng bị tổn thương khi tiếp xúc
với các ion bạc. Điều này có nghĩa nano bạc hồn tồn khơng gây hại đến con người
và động vật nói chung, do cấu trúc màng tế bào bền vững và dày hơn các vi sinh vật
đơn bào.


8

Hình 1.2. Tác động của ion bạc lên vi khuẩn [36]
Cơ chế tác động của các ion bạc lên vi khuẩn được các nhà khoa học Trung
Quốc làm việc trong hãng ANSON mô tả như sau: khi ion Ag+ tương tác với lớp màng
của tế bào vi khuẩn gây bệnh nó sẽ phản ứng với nhóm Sunphohydril –SH của phân tử
enzyme vận chuyển oxy và vơ hiệu hóa enzyme này dẫn đến ức chế q trình hơ hấp
của tế bào vi khuẩn.

Hình 1.3. Sơ đồ ion bạc vơ hiệu hóa enzyme chuyển hóa oxy của vi khuẩn [36]
Ngồi ra, các ion bạc cịn có khả năng ức chế q trình phát triển của vi khuẩn
bằng cách sản sinh ra oxy nguyên tử siêu hoạt tính trên bề mặt của hạt nano bạc:

2Ag+ + O-2 => 2Ag0 + O0
Theo các nhà khoa học Nga, hiện nay có nhiều lý thuyết về cơ chế tác dụng diệt
vi khuẩn của nano bạc đã được đề xuất, trong đó lý thuyết hấp phụ được nhiều
người chấp nhận hơn cả. Bản chất của thuyết này là tế bào vi khuẩn bị vơ hiệu hóa do
kết quả của quá trình tương tác tĩnh điện giữa bề mặt mang điện tích âm của tế bào vi
khuẩn và ion Ag+ được hấp phụ lên đó, các ion này sau đó xâm nhập vào bên trong tế
bào vi khuẩn và vơ hiệu hóa chúng.


9

Hình 1.4. Các hạt nano bạc bám trên bề mặt tế bào vi khuẩn [34]
Cho đến nay, những gì liên quan đến cơ chế tác động của nano bạc lên tế bào vi
sinh vật (đơn bào), mới chỉ có một quan điểm được hầu hết các nhà khoa học thừa
nhận. Đó là khả năng diệt khuẩn của hạt nano bạc, kết quả của q trình biến đổi (giải
phóng liên tục) các nguyên tử bạc kim loại trên bề mặt hạt nano bạc thành các ion
Ag+ tự do và các ion tự do này sau đó tác dụng lên vi khuẩn và diệt khuẩn theo những
cơ chế đã nói ở trên. Tuy nhiên, nếu dùng Ag+ thì lại khơng có hiệu quả cao mà phải là
hạt nano bạc, tức phân tử bạc.
 Các nhà khoa học đã đề xuất một số giả thiết về cơ chế diệt khuẩn của nano
bạc như sau [34]:
- Cơ chế thứ nhất: Ức chế quá trình vận chuyển các ion Na+ và Сa2+ qua màng
tế bào, ngăn cản quá trình trao đổi chất (Hình A).
- Cơ chế thứ hai: Phá vỡ màng tế bào, oxy hóa nguyên sinh chất của tế bào vi
khuẩn, phá hủy nguyên sinh chất bởi oxi hòa tan trong nước với vai trị xúc tác của
bạc (Hình B).
- Cơ chế thứ ba: Tác động gián tiếp lên phân tử DNA bằng cách tăng số lượng
các gốc tự do làm giảm hoạt tính của các hợp chất chứa oxy hoạt động, làm rối loạn
các q trình oxy hóa cũng như phosphoryl hóa trong tế bào vi khuẩn (Hình C).
- Cơ chế thứ tư: Vơ hiệu hóa enzym có chứa các nhóm –SH và –COOH, phá vỡ

cân bằng áp suất thẩm thấu, hoặc tạo phức với acid nucleic dẫn đến làm thay đổi cấu
trúc DNA của tế bào vi sinh vật (tác động trực tiếp đến cấu trúc DNA ( Hình D)).


10

Hình 1.5. Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc [45]
Nano bạc thể hiện mạnh mẽ khả năng diệt nấm: tại nồng độ 0,1mg/lít (0,1ppm),
với mật độ 105 tế bào/lít, nấm Candida albicans có thể bị vơ hiệu hóa hồn tồn sau 30
phút tiếp xúc với các hạt nano bạc. Ngoài ra, còn rất nhiều thử nghiệm khoa học đã
chứng minh phổ diệt khuẩn rất rộng của nano bạc.
 Tóm lại, xét trên góc độ sinh học các nhà nghiên cứu đều có một quan điểm
thống nhất rằng nano bạc diệt khuẩn theo một trong những cơ chế sau:
- Nano bạc phá hủy chức năng hô hấp.
- Nano bạc phá hủy chức năng của thành tế bào.
- Nano bạc liên kết với DNA của tế bào vi sinh vật và ức chế chức năng sao
chép của chúng, kìm hãm chúng, khơng cho chúng phát triển mạnh.

Hình 1.6. Ion bạc liên kết với các base của DNA [34]

1.1.3. Ứng dụng của công nghệ nano bạc trong thực phẩm
Nano bạc rất an toàn, khơng gây kích ứng và có hiệu quả tác dụng cao, đồng
thời có khả năng chữa trị mau lành các vết thương hở, vết bỏng hoặc các vết loét khó
lành do bệnh tiểu đường hoặc do nằm bất động lâu ngày tạo ra. Chính vì lý do này mà
nano bạc ngày càng sử dụng phổ biến trong cuộc sống [34].


11
+ Ứng dụng trong quá trình chế biến nhựa (PE, PS, APS, PP) ở dạng lỏng.
Dung dịch nano bạc được pha vào lúc chế biến hoặc dạng khô dưới dạng bột chitosan

đã tẩm dung dịch, giúp tạo ra tính diệt và kháng khuẩn của vật liệu nhựa [35].
Bạc là nguyên tố có cấu trúc ngun tử thích hợp, ngun tử bạc rất dễ nhường
điện tử cho bên ngoài để trở thành ion bạc. Sau đó, ion bạc lại dễ nhận điện tử để trở
thành nguyên tử bạc trung hòa. Điện tử mà nguyên tử bạc nhường cho bên ngoài dễ bị
kích thích để tạo thành các phản ứng oxy hóa. Kết quả là làm tổn thương, phá hoại màng
bọc của các loại vi khuẩn, tiêu diệt chúng hoặc làm cho chúng khó sinh sơi, nảy nở. Loại
túi nilon có mặt trong chứa lớp hạt nano bạc khử được vi khuẩn, nhờ đó thực phẩm giữ
được lâu hơn 3 – 4 lần so với loại túi ni lông thường. Các thùng chứa thực phẩm trong
kho cũng được tráng lớp nano bạc để bảo quản lâu hơn.
+ Để phát hiện vi khuẩn E. Coli trong thực phẩm, người ta chế tạo ra loại túi có
mặt trong có chứa các hạt SiO2 hình cầu có kích thước nanometer, trên bề mặt của mỗi
hạt có dính kháng thể và các phân tử hình quang. Khi thực phẩm đựng trong túi nhiễm vi
khuẩn E.Coli, lập tức các kháng thể bám chặt vào, các phân tử chất huỳnh quang trên hạt
nano SiO2 tiếp xúc với vi khuẩn E.Coli sáng lên. Nhờ thế, khi túi đựng thực phẩm đổi
màu, người ta có thể biết ngay trong thực phẩm có vi khuẩn E.Coli.
+ Dung dịch nano bạc được ứng dụng trong bảo quản nông sản [22]
Các loại rau củ quả sau thu hoạch được ngâm, phun phủ dung dịch nano bạc sẽ
được sạch vi khuẩn và nấm bám trên sản phẩm nhờ vậy mà rau củ quả được gia tăng
được chất lượng và hạn sử dụng. Nồng độ khuyến cáo sử dụng: Dung dịch nano bạc
với nồng độ 20-50ppm
1.2. TỔNG QUAN VỀ CHITOSAN
1.2.1. Định nghĩa và tính chất của chitosan
a) Định nghĩa
Chitosan là một polysacarit mạch thẳng được cấu tạo từ các D-glucosamin (đơn
vị đã deaxetyl hóa) và N-acetyl-D-glucosamine ( đơn vị chứa nhóm acetyl) liên kết tại vị
trí β-(1-4). Nó được sản xuất từ q trình xử lý vỏ các lồi giáp xác (vỏ tơm, cua) với
dung dịch kiềm NaOH [13], [28].

Hình 1.7. Cơng thức cấu tạo của chitosan (poly β-(1-4)-D-glucozamin)[37]

12
b) Tính chất
Chitosan được sản xuất trong cơng nghiệp bằng phương pháp deacetyl hóa chitin,
vốn là chất tạo nên cấu trúc của lớp vỏ của các loài giáp xác và thành tế bào của lồi nấm.
Độ deacetyl hóa có thể được xác định bằng phương pháp đo phổ NMR, độ tinh khiết của
chitosan thương mại thường dao động trong khoảng từ 60 đến 100%. Nhìn chung, phân
tử lượng của chitosan thương mại nằm trong khoảng 3800 - 20000 Daltons. Phương
pháp deacetyl hóa chitosan thơng dụng là sử dụng lượng dư dung dịch NaOH. Phương
pháp này cho phép thu được sản phẩm có độ tinh khiết cao đến 98% [13].
- Tính chất vật lý [13], [28]
+ Chitosan là những polymer sinh học có khối lượng phân tử lớn.
+ Chitosan là chất rắn vơ định hình, xốp, nhẹ, hình vảy, có thể xay nhỏ thành các
kích cỡ khác nhau.

Hình 1.8. Vỏ cua ghẹ và chitosan [13]
+ Chitosan có thể tan trong dimethylactamine (DMA) có chứa 8% lithium
choloride hoặc acid hữu cơ như acetic acid, citric acid, chlohydrite acid, không tan trong
nước, xút, cồn hoặc các dung môi hữu cơ khác.
+ Bột chitosan có dạng hơi sệt trong tự nhiên và màu sắc của nó biến đổi từ màu
vàng nhạt đến trắng.
+ Giống như cellulose, chitosan là chất xơ, nhưng không giống chất xơ thực vật,
chitosan có khả năng tạo màng, có tính chất của cấu trúc quang học…
+ Chitosan là chất có độ nhớt cao, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như mức độ
deacetyl hóa, khối lượng nguyên tử, nồng độ dung dịch, độ mạnh của lực ion, pH và
nhiệt độ…