BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG NGUYỄN TRỌNG HOÀNH PHONG LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NANOCHITOSAN TỪ OLIGOCHITOSAN CẮT MẠCH BẰNG BỨC XẠ GAMMA CO-60 VÀ THỬ NGHIỆM SỬ DỤNG NANOCHITOSAN TRONG BẢO QUẢN DÂU TÂY ĐÀ LẠT KHÁNH HÒA – 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG NGUYỄN TRỌNG HOÀNH PHONG LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NANOCHITOSAN TỪ OLIGOCHITOSAN CẮT MẠCH BẰNG BỨC XẠ GAMMA CO60 VÀ THỬ NGHIỆM SỬ DỤNG NANOCHITOSAN TRONG BẢO QUẢN DÂU TÂY ĐÀ LẠT Ngành: Công nghệ Thực phẩm Mã số: 60540101 Quyết định giao đề tài: 295/QĐ-ĐHNT Quyết định thành lập HĐ: Ngày bảo vệ: 30/12/2017 Người hướng dẫn khoa học: PGS TS VŨ NGỌC BỘI ThS LÊ HẢI Chủ tịch Hội đồng: PGS TS Nguyễn Anh Tuấn Phịng Đào tạo sau đại học: KHÁNH HỊA - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết thực nghiệm trình bày luận văn “Nghiên cứu chế tạo nanochitosan từ oligochitosan cắt mạch xạ gamma Co-60 thử nghiệm sử dụng nanochitosan bảo quản dâu tây Đà Lạt” trung thực, thực Các kết nêu luận văn chưa cơng bố cơng trình khác Khánh Hòa, ngày tháng năm 2017 Tác giả luận văn Nguyễn Trọng Hoành Phong i LỜI CẢM ƠN Để hồn thành Luận văn này, Trước hết, tơi xin gửi tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, Ban Chủ nhiệm Khoa Công nghệ Thực phẩm Phòng Đào tạo Sau đại học kính trọng, niềm tự hào học tập nghiên cứu Trường thời gian qua Sự biết ơn sâu sắc xin dành cho thầy: PGS TS Vũ Ngọc Bội Trưởng Khoa Công nghệ Thực phẩm ThS NCVC Lê Hải - Nguyên Giám đốc Trung tâm Công nghệ Bức xạ - Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt tận tình hướng dẫn suốt trình thực Luận văn Xin chân thành cảm ơn: Ban Lãnh đạo - Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt, các đồng nghiệp Nhóm nghiên cứu Trung tâm Cơng nghệ Bức xạ Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt tạo điều kiện giúp đỡ tơi thời gian, máy móc, thiết bị để luận văn thực với chất lượng cao Xin ghi nhận tình cảm giúp đỡ Thầy Cô giáo Khoa Công nghệ Thực phẩm tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình thực luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình bạn bè giúp đỡ động viên suốt trình học tập thực luận văn vừa qua ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii DANH MỤC CÁC BẢNG .ix TRÍCH YẾU LUẬN VĂN .xi MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỒNG QUAN 1.1 Tổng quan chitin chitosan ứng dụng 1.1.1 Nguồn gốc chitin chitosan 1.1.2 Cấu trúc chitin, chitosan 1.1.3 Tính chất chitosan 1.1.4 Chitosan phân tử lượng thấp oligochitosan 1.1.5 Ứng dụng chitin, chitosan, oligochitosan 1.2 Các phương pháp xác định thông số đặc trưng chitosan 1.2.1 Một số thông số quan trọng chitosan 1.2.2 Các phương pháp xác định độ đề axetyl 1.2.3 Các phương pháp xác định khối lượng phân tử chitosan 11 1.3 Các phương pháp cắt mạch chitosan công nghệ xạ ứng dụng cắt mạch chitosan 14 1.3.1 Công nghệ xạ ứng dụng cắt mạch chitosan 15 1.3.2 Các kết nghiên cứu cắt mạch chitosan bằng xạ 18 1.4 Tổng quan nano chitosan 19 1.4.1 Giới thiệu nano chitosan 19 1.4.2 Các phương pháp chế tạo nano chitosan 20 1.5 Tổng quan dâu tây 22 1.5.1 Nguồn gốc, thành phần, công dụng dâu tây 22 iii 1.5.2 Hư hỏng dâu tây sau thu hoạch 24 1.5.3 Các phương pháp bảo quản dâu tây 24 1.5.4 Tình hình sản xuất dâu tây Đà Lạt 25 1.6 Cơ sở khoa học ứng dụng chitosan nano chitosan bảo quản trái 26 1.6.1 Nguyên nhân hư hỏng các quá trình xảy bảo quản rau tươi 26 1.6.2 Nguyên lý các phương pháp bảo quản rau tươi 28 1.6.3 Các ưu điểm chitosan nano chitosan bảo quản trái 29 1.6.4 Tình hình sử dụng chitosan nano chitosan bảo quản thực phẩm 30 CHƯƠNG NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .32 2.1 Nguyên vật liệu 32 2.1.1 Chitosan nguyên liệu 32 2.1.2 Dâu tây nguyên liệu 32 2.2 Phương pháp nghiên cứu 32 2.2.1 Phương pháp phân tích chitosan oligochitosan nanochitosan 32 2.2.2 Các phương pháp cắt mạch chitosan 36 2.2.3 Phương pháp điều chế nano chitosan 38 2.2.4 Phương pháp bảo quản dâu tây bằng chế phẩm nano chitosan 40 2.3 Hóa chất thiết bị chủ yếu 43 2.3.1 Hóa chất 43 2.3.2 Thiết bị 43 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 44 3.1 Nghiên cứu chế tạo oligochitosan bằng kỹ thuật xạ gamma co-60 44 3.1.1 Xác định các đặc trưng cấu trúc chitosan nguyên liệu 44 3.1.2 Nghiên cứu cắt mạch chitosan bằng hydroperoxyt 49 3.1.3 Nghiên cứu cắt mạch chitosan bằng kỹ thuật xạ gamma Co-60 52 3.2 Nghiên cứu chế tạo nanochitosan từ oligochitosan cắt mạch xạ gamma co-60 đánh giá các tính chất đặc trưng nano chitosan 61 3.2.1 Nghiên cứu xác định yếu tố ảnh hưởng tới kích thước hạt nanochitosan 61 iv 3.2.2 Thử nghiệm sản xuất nano chitosan đánh giá số tính chất đặc trưng nano chitosan 70 3.3 Thử nghiệm sử dụng nano chitosan bảo quản dâu tây 74 3.3.1 Xác định kích thước hạt nano chitosan thích hợp cho trình bảo quản dâu tây 74 3.3.2 Xác định nồng độ nano chitosan thích hợp cho q trình bảo quản dâu tây 83 3.3.3 Đề xuất quy trình bảo quản dâu tây bằng nano chitosan 89 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .90 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 PHỤ LỤC PHẦN THỦ TỤC v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT CTS Chitosan CNBX Công nghệ xạ C102 Chitosan khối lượng phân tử trung bình 102 kDa C55 Chitosan khối lượng phân tử trung bình 55 kDa C30 Chitosan khối lượng phân tử trung bình 30 kDa C12 Chitosan khối lượng phân tử trung bình 12 kDa C7 Chitosan khối lượng phân tử trung bình kDa DSC Phương pháp quét nhiệt vi sai bù lượng ĐTNBH Độ trương nước bão hòa ĐA Độ acetyl ĐĐA Độ đề axetyl ĐTNBHTB Độ trương nước bão hòa trung bình FTIR Phương pháp phở hồng ngoại GPC Phương pháp sắc kí gel thấm qua KLPT Khối lượng phân tử Mn Kí hiệu khối lượng phân tử trung bình số Mw Kí hiệu khối lượng phân tử trung bình khối Mv Kí hiệu khối lượng phân tử trung bình độ nhớt PI Độ đa phân tán polyme OCTS Oligochitosan t Ký hiệu thới gian TPP Natri tripolyphotphate w/v Khối lượng/thể tích w/w Khối lượng/khối lượng v/v Thể tích/thể tích Co60 Bức xạ/tia gamma Co - 60 [] Độ nhớt đặc trưng vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cơng thức cấu tạo chitin Hình 1.2 Công thức cấu tạo chitosan .5 Hình 1.3 Cơng thức phân tử đầy đủ Chitosan (trong tỷ lệ m/n phụ thuộc vào mức độ deacetyl hóa) .5 Hình 1.4 Cơng thức phân tử oligochitosan n=0-4 Hình 1.5 Phở UV dẫn xuất thứ dung dịch axit axetic 0,01; 0,02; 0,03M dung dịch N-axetyl glucosamin với nồng độ khác (mg/l) axit axetic 0,01M 10 Hình 1.6 Tương quan độ nhớt rút gọn nồng độ CTS .12 Hình 1.7 Sơ đồ chế cắt mạch CTS bằng xạ theo Ulanski [63] 17 Hình 2.1 Thiết bị FT-IR 4600 .33 Hình 2.2 Thiết bị GPC LC – 20AD Shimadzu 34 Hình 2.3 Thiết bị Quét vi sai bù lượng DSC-60 35 Hình 2.4 Thiết bị đo kích thước hạt zeta Nano Partica SZ 100 35 Hình 2.5 Thiết bị chiếu xạ Co-60 GC – 5000 38 Hình 3.1 Phở FT-IR chitosan ngun liệu 44 Hình 3.2 Sắc ký đồ GPC chitsan nguồn C102 46 Hình 3.3 Giản đồ phân tích nhiệt vi sai CTS C102 47 Hình 3.4 Ảnh hưởng nồng độ hydro peroxyt đến khối lượng phân tử chitosan sau cắt mạch bằng H2O2 49 Hình 3.5 Ảnh hưởng thời gian cắt mạch đến KLTP chitosan sau cắt mạch bằng H2O2 51 Hình 3.6 Ảnh hưởng liều chiếu đến KLPT chitosan sau chiếu xạ 52 Hình 3.7 Ảnh hưởng suất liều đến Mw chitosan sau chiếu xạ 54 Hình 3.8 Ảnh hưởng liều xạ nồng độ H2O2 đến Mw trung bình CTS sau chiếu xạ 55 Hình 3.9 Sắc ký đồ oligochitosan C12 58 Hình 3.10 Sắc ký đồ oligochitosan C7 59 Hình 3.11 Sơ đồ quy trình chế tạo oligochitosan 60 Hình 3.12 Ảnh hưởng nồng độ TPP đến kích thước hạt nanochitosan 62 Hình 3.13 Phân bố kích thước hạt nano chitosan C7 tỉ lệ OCTS:TPP 5:2 62 vii Hình 3.14 Ảnh hưởng pH đến kích thước hạt nano chitosan 64 Hình 3.15 Ảnh hưởng Mw nồng độ CTS, OCTS đến kích thước hạt nano .65 Hình 3.16 Phân bố kích thước hạt dung dịch nano chitosan C7 nồng độ 1% 66 Hình 3.17 Phân bố kích thước hạt dung dịch nano chitosan C12 nồng độ 1% .66 Hình 3.18 Phân bố kích thước hạt dung dịch nano chitosan C30 nồng độ 1% .67 Hình 3.19 Ảnh hưởng nồng độ TPP đến Zeta nano chitosan C7 1% 68 Hình 3.20 Thế zeta nano chitosan C7 1%, OCTS/TPP 5:2 69 Hình 3.21 Sơ đồ quy trình chế tạo dung dịch nano chitosan 70 Hình 3.22 Phở hồng ngoại nano chitosan; oligochitosan TPP 71 Hình 3.23 Giản đồ nhiệt chitosan (a) nano chitosan (b) 72 Hình 3.24 Ảnh FE-SEM nano chitosan 72 Hình 3.25 Hình ảnh mơ phỏng hạt nano chitosan 73 Hình 3.26 Hình ảnh dâu tây trước xử lý bằng dung dịch nano chitosan 81 Hình 3.27 Hình ảnh dâu tây sau ngày bảo quản lạnh (a) mẫu nhúng nano chitosan (b) mẫu đối chứng 81 Hình 3.28 Hình ảnh dâu tây sau 12 ngày bảo quản lạnh (a) mẫu nhúng nano chitosan (b) mẫu đối chứng 81 Hình 3.29 Sơ đồ quy trình bảo quản dâu tây bằng dung dịch nanochitosan 89 viii Bảng Bảng điểm cảm quan cho trái dâu tây Điểm chưa có trọng lượng Chỉ tiêu cảm quan Màu sắc Trạng thái Vỏ dâu màu hồng lạt, phần Quả dâu cứng, tươi, đài tươi đài màu xanh xanh Vỏ dâu màu hồng đậm, phần Quả dâu còn cứng, đài kém đài màu xanh lạt tươi Vỏ dâu màu đỏ, phần đài Quả dâu mềm, kém tươi, đài màu xanh lạt có chấm đen bắt đầu héo Vỏ dâu màu đỏ thẫm, đài Quả dâu mền teo tóp, đài chuyển dần sang màu đen khô Vỏ dâu xuất hư hỏng Quả dâu mền, bị úng phần, đài héo khô Vỏ khô, hư hỏng nặng Quả dâu xuất mốc xám Các mức chất lượng cho theo bảng sau: (theo TCVN 3215-79) Bảng Thang điểm chất lượng phân hạng dâu tây Mức Điểm Mức Điểm Tốt 18,6 - 20,0 Kém 7,2 - 11,1 Khá 15,2 - 18,5 Rất 4,0 - 7,1 Trung bình 11,2 - 15,1 Hỏng 0,0 - 3,9 Phụ lục KẾT QUẢ PHÂN TÍCH KÍCH THƯỚC HẠT Phụ lục Kết quả xử lý số liệu (trên SPSS) - Ảnh hưởng kích thước hạt đến độ hụt khối bảo quản ở điều kiện thường: - Ảnh hưởng kích thước hạt đến độ hụt khối bảo quản ở điều kiện lạnh: - Ảnh hưởng nông độ nano CST đến độ hụt khối bảo quản ở điều kiện thường: - Ảnh hưởng nông độ nano CST đến độ hụt khối bảo quản ở điều kiện lạnh: - Bảng điểm cho điểm cảm quan dâu tây: Bảng kết quả cho điểm dâu tây ở bảo quản điều kiện thường sau ngày Mẫu Đc Điểm thành viên Chỉ tiêu Tổng số điểm Điểm trung bình Hệ số quan trọng Điểm có trọng lượng A B C D E Màu sắc 1 0,6 1,2 Trạng thái 1 0 0,6 1,2 Tổng điểm có trọng lượng TPP 2,4 Màu sắc 1 0 0,6 1,2 Trạng thái 0 1 0,4 0,8 Tổng điểm có trọng lượng OCTS 2,0 Màu sắc 3 2 13 2,6 5,2 Trạng thái 2 2 1,8 3,6 Tổng điểm có trọng lượng 188nm 8,8 Màu sắc 3 3 15 3,0 6,0 Trạng thái 3 13 2,6 5,2 Tổng điểm có trọng lượng 279nm 11,2 Màu sắc 3 15 6,0 Trạng thái 4 16 3,2 6,4 Tổng điểm có trọng lượng 370nm 12,4 Màu sắc 3 3 14 2,8 5,6 Trạng thái 3 3 14 2,8 5,6 Tổng điểm có trọng lượng 500nm 11,2 Màu sắc 3 3 15 3,0 6,0 Trạng thái 3 3 14 2,8 5,6 Tổng điểm có trọng lượng 11,6 Bảng kết quả đánh giá cảm quan dâu tây bảo quản thường sau ngày Các nghiệm thức Điểm chất lượng Kết quả Đc 2,4 Hỏng TPP 2,0 Hỏng OCTS 8,8 Kém 188 nm 11,2 Trung bình 279 nm 12,4 Trung bình 370 nm 11,2 Trung bình 500 nm 11,6 Trung bình Bảng kết quả cho điểm dâu tây ở bảo quản điều kiện lạnh sau 12 ngày Mẫu Đc Điểm thành viên Điểm trung bình Hệ số quan trọng Điểm có trọng lượng A B C D E Tổng số điểm Màu sắc 0 0 0 Trạng thái 0 0 0,2 0,4 Chỉ tiêu Tổng điểm có trọng lượng OCTS Màu sắc 1 1,4 2,8 Trạng thái 2 1 1,2 2,4 Tổng điểm có trọng lượng 188nm 3 13 2,6 5,2 Trạng thái 3 14 2,8 5,6 14 2,8 5,6 Trạng thái 3 3 16 3,2 6,4 12,0 Màu sắc 2 13 2,6 5,2 Trạng thái 3 15 3,0 6,0 Tổng điểm có trọng lượng 500nm 10,8 Màu sắc Tổng điểm có trọng lượng 370nm 5,2 Màu sắc Tổng điểm có trọng lượng 279nm 0,4 11,2 Màu sắc 3 15 3,0 6,0 Trạng thái 3 3 14 2,8 5,6 Tổng điểm có trọng lượng 11,6 Bảng kết quả đánh giá cảm quan dâu tây bảo quản thường sau ngày Các nghiệm thức Điểm chất lượng Kết quả Đc 0,4 Hỏng OCTS 5,2 Rất kém 188 nm 10,8 Kém 279 nm 12,0 Trung bình 370 nm 11,2 Trung bình 500 nm 11,6 Trung bình Bảng kết quả cho điểm dâu tây ở bảo quản điều kiện thường sau ngày Mẫu Điểm thành viên Hệ số quan trọng Điểm có trọng lượng A B C D E Màu sắc 1 0,6 1,2 Trạng thái 1 0 0,8 1,6 Chỉ tiêu Đc Điểm trung bình Tổng số điểm Tổng điểm có trọng lượng 250 ppm Màu sắc 2 11 2,2 4,4 Trạng thái 2 2 11 2,2 4,4 Tổng điểm có trọng lượng 500 ppm 3 4 17 3,4 6,8 Trạng thái 3 3 14 2,8 5,6 12,4 Màu sắc 3 15 3,0 6,0 Trạng thái 3 3 14 2,8 5,6 Tổng điểm có trọng lượng 1000 ppm 8,8 Màu sắc Tổng điểm có trọng lượng 750 ppm 2,8 11,6 Màu sắc 3 14 2,8 5,6 Trạng thái 3 11 2,2 4,4 Tổng điểm có trọng lượng 10,0 Bảng kết quả đánh giá cảm quan dâu tây bảo quản thường sau ngày Các nghiệm thức Điểm chất lượng Kết quả Đc 3,2 Hỏng 250 ppm 8,8 Kém 500 ppm 12,4 Trung bình 750 ppm 11,6 Trung bình 1000 ppm 10,0 Kém Bảng kết quả cho điểm dâu tây ở bảo quản điều kiện lạnh sau 12 ngày Mẫu Điểm thành viên Hệ số quan trọng Điểm có trọng lượng A B C D E Màu sắc 1 0,4 0,8 Trạng thái 0 1 0,4 0,8 Chỉ tiêu Đc Điểm trung bình Tổng số điểm Tổng điểm có trọng lượng 250 ppm Màu sắc 2 2 11 2,2 4,4 Trạng thái 2 10 2,0 4,0 Tổng điểm có trọng lượng 500 ppm 3 16 3,2 6,4 Trạng thái 3 13 2,6 5,2 11,6 Màu sắc 3 3 14 2,8 5,6 Trạng thái 3 3 14 2,8 5,6 Tổng điểm có trọng lượng 1000 ppm 8,4 Màu sắc Tổng điểm có trọng lượng 750 ppm 1,6 11,2 Màu sắc 2 3 13 2,6 5,2 Trạng thái 3 11 2,2 4,4 Tổng điểm có trọng lượng Bảng kết quả đánh giá cảm quan dâu tây bảo quản lạnh sau 12 ngày Các nghiệm thức Điểm chất lượng Kết quả Đc 1,6 Hỏng 250 ppm 8,4 Kém 500 ppm 11,6 Trung bình 750 ppm 11,2 Trung bình 1000 ppm 9,6 Kém 9,6 PHẦN THỦ TỤC ... cam đoan kết thực nghiệm trình bày luận văn ? ?Nghiên cứu chế tạo nanochitosan từ oligochitosan cắt mạch xạ gamma Co- 60 thử nghiệm sử dụng nanochitosan bảo quản dâu tây Đà Lạt? ?? trung thực,... tài: ? ?Nghiên cứu chế tạo nanochitosan từ oligochitosan cắt mạch xạ gamma Co- 60 thử nghiệm sử dụng nanochitosan bảo quản dâu tây Đà Lạt? ?? Mục tiêu luận văn: chế tạo chế phẩm nano oligochitosan. .. DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG NGUYỄN TRỌNG HOÀNH PHONG LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NANOCHITOSAN TỪ OLIGOCHITOSAN CẮT MẠCH BẰNG BỨC XẠ GAMMA CO6 0 VÀ THỬ NGHIỆM SỬ DỤNG NANOCHITOSAN