Nghiên cứu điều chế Chitosan từ vỏ tôm, ứng dụng xử lý nấm mốc chân tường bằng hỗn hợp Chitosan/TiO₂

81 LIÊN NGÀNH HÓA HỌC - CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190. Số 2(61).2018 NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ CHITOSAN TỪ VỎ TÔM, ỨNG DỤNG XỬ LÝ NẤM MỐC CHÂN TƯỜNG BẰNG HỖN HỢP CHITOSAN/TIO2 STUDY ON CHITOSAN PREPARATION FROM SHRIMP SHELLS, APPLICATION OF CHITOSAN/TIO2 MIXTURE IN MOULDY WALL BASE TREATMENT Lê Văn Thủy, Vũ Hoàng Phương Email: levanthuydhsd@gmail.com Trường Đại học Sao Đỏ Ngày nhận bài: 11/3/2018 Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 15/6/2018 Ngày chấp nhận đăng: 28/6/2018 Tóm tắt Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã tiến hành điều chế chitosan từ phế phẩm vỏ tôm bằng phương pháp hóa học thông qua các giai đoạn khử khoáng, khử protein và deacetyl. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng trong phản ứng deacetyl bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm và tối ưu hóa điều kiện phản ứng bằng phương pháp Box Willson. Màng chitosan/TiO2 điều chế bằng phương pháp sol-gel. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét được sử dụng để nghiên cứu hình thái bề mặt. Khả năng kháng nấm mốc của vật liệu chitosan/TiO2 được khảo sát trên các yếu tố như hàm lượng chitosan/môi trường Czapek và hàm lượng TiO2/chitosan. Kết quả cho thấy tại các điều kiện phản ứng deacetyl: nồng độ NaOH 50%, nhiệt độ 92oC và thời gian phản ứng 5,3 h, độ deacetyl đạt 91,9% và độ nhớt đạt 1163 cP. Khả năng kháng nấm cao nhất khi sử dụng chitosan/môi trường 6% và hàm lượng TiO2/chitosan 3%. Từ khóa: Chitosan; nấm mốc; kháng nấm; TiO2. Abstract In this study, we prepared chitosan from crust waste by chemical method through phases: demineral, deprotein and deacety. Study on the effect of factors in deacetyl reaction by experimental planning method and optimizing to conditions of reaction by Box Willson method. Chitosan membrance/TiO2 have prepared by sol-gel method. The scanning electron microscopy method is used to study the surface morphology of these membrances. Ability to against molds of chitosan/TiO2 was investigated on factors such as chitosan/Czapek environment and TiO2 content /chitosan. The results showed that at conditions of deacetyl reaction: NaOH concentration was 50%, temperature was 92oC and reaction time about 5.3 h, deacetyl content was 91.9% and viscosity was 1163 cP. Ability to against molds was maximum when using to chitosan/ environment was 6% and TiO2 content/chitosan was 3%. Keywords: Chitosan; mold; mold prevention; TiO2. 1. MỞ ĐẦU Nấm mốc là vi sinh vật chân hạch, ở thể tản, tế bào không có diệp lục tố và sống dị dưỡng với số lượng có thể lên đến 250.000 loài trên Trái đất [1]. Trên các công trình xây dựng, một số vị trí thường xuyên có độ ẩm cao sẽ là môi trường thuận lợi cho nấm mốc phát triển. Tại đây chúng sẽ tổng hợp và phân hủy các chất hữu cơ thành các dạng đơn giản như CO2 và H2O. Sự tích lũy hai thành phần trên sẽ tạo thành axit cacbonic và chính axit cacbonic là tác nhân gây suy thoái vật liệu [2]. Để khắc phục sự tồn tại và phá hoại của nấm mốc, ta phải ngăn chặn ngay sự làm tổ, sinh sôi và phát triển của nấm mốc. Trong nỗ lực tìm kiếm giải pháp thay thế các loại thuốc diệt nấm mốc tổng hợp và tránh các tác dụng phụ đối với sức khỏe con người thì chitosan nhận được sự quan tâm rất lớn bởi hoạt tính kháng nấm cao và rất thân thiện với môi trường. Các thuộc tính quan trọng ảnh hưởng đến khả năng kháng nấm của chitosan đã được nghiên cứu như nồng độ, mức độ deacetyl hóa (deacetylation), Người phản biện: 1. PGS.TS. Ngô Sỹ Lương 2. TS. Hoàng Thị Hòa 82 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190. Số 2(61).2018 khối lượng phân tử và độ pH của môi trường phát triển [3]. Kết quả cho thấy khả năng phát triển của nấm mốc giảm khi nồng độ chitosan tăng, điều này được giải thích là do với kích thước nhỏ, các hạt chitosan dễ dàng xâm nhập vào vách tế bào của mầm bệnh hơn. Jia Liu và các cộng sự [4] đã tiến hành nghiên cứu sử dụng chitosan để kiểm soát việc phát triển của bệnh mốc xám (B. cinerea) và mốc xanh (Penicillium expansum) và thấy rằng chitosan ức chế mạnh các bào tử nảy mầm, ngăn chặn sự kéo dài ống mầm và sự phát triển của sợi nấm. Rehab El-Gamal cùng cộng sự [2] đã nghiên cứu sử dụng chitosan để bảo vệ cổ vật tránh các thiệt hại gây ra bởi nấm mốc. Kết quả cho thấy chitosan có khả năng kháng các loại nấm như Penicillium chrysogenum, Aspergillus flavus và Aspergillus niger và tại nồng độ chitosan 0,75% đạt sức đề kháng cao nhất đối với sự phát triển của nấm. Tuy nhiên, nếu chỉ sử dụng riêng chitosan trong vai trò diệt nấm thì khả năng hoạt động kháng khuẩn vẫn chưa đáp ứng được các yêu cầu trong thực tế. Vì vậy, sự pha trộn các hạt nano vô cơ vào nền polime đã chứng minh một cách hiệu quả khả năng kháng nấm của lớp màng chitosan. Trong số rất nhiều các loại hạt nano vô cơ, TiO2 đã nhận được sự chú ý của nhiều tác giả bởi đặc tính bán dẫn, sự ổn định hóa học cao, không có độc tố, chi phí thấp, khả năng kháng khuẩn cao, đặc biệt hoạt động quang xúc tác rất thuận lợi trong việc ngăn chặn các đặc tính phát triển và lây lan của bào tử nấm [5, 6]. Trước những lý do trên, chúng tôi tiến hành nghiên cứu điều chế chitosan từ nguồn nguyên liệu phế phẩm vỏ tôm, đặc biệt quan tâm đến các điều kiện tối ưu để nâng cao mức độ deacetyl của chitin và khảo sát khả năng xử lý nấm mốc của vật liệu chitosan pha tạp TiO2. 2. HÓA CHẤT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Hóa chất - TTIP (titan (IV) isopropoxide: Ti[OCH(CH3)2]4) 97%, EacAc (ethyl acetoacetate: C6H10O3) 99% hãng Merk; - NaOH 99%; HCl 36,5%; CH3COOH 99%; NaNO3; - Saccharose; K2HPO4.3H2O; KCl; MgSO4.7H2O; FeSO4.7H2O; thạch agar, Trung Quốc. 2.2. Thực nghiệm - Chitosan: Quy trình chế hóa vỏ tôm điều chế chitosan được thực hiện theo công trình [7]: vỏ tôm sú (tên khoa học là Penaeus monodon) thu mua tại cửa hàng thủy sản An Huệ, khu hải sản, chợ Sao Đỏ, Chí Linh, Hải Dương, được rửa sạch và phơi khô. Tiến hành khử khoáng (dùng dung dịch HCl 10%, 25oC), khử protein (dùng dung dịch NaOH 10%, 25oC) và deacetyl (dùng dung dịch NaOH 50%, 90oC) tại các điều kiện: tỉ lệ vỏ tôm với dung dịch 1/10 (g/ml) và thời gian mỗi quá trình thực hiện lần lượt trong 12 h, 18 h và 5 h. - Chế hóa sol chitosan pha tạp TiO2: + Dung dịch sol 1: 5,0 g chitosan cho vào bình tam giác đựng 100 ml dung dịch CH3COOH 1%, khuấy đều đến khi chitosan tan hoàn toàn thành dung dịch trong suốt. Lấy 5 ml sol 1 tráng lên mặt kính thủy tinh, sấy khô ở 105oC trong 6 h ta thu được màng mỏng chitosan ký hiệu là M1. + Dung dịch sol 2: rót vào bình tam giác 500 ml lần lượt 100 ml dung dịch TTIP 0,1 M, 10 ml dung dịch EAcAc 0,1M, khuấy đều với tốc độ 200 vg/ph trong thời gian 15 phút, nhiệt độ 25oC. Phản ứng thủy phân TTIP sẽ hình thành các sol chứa hạt TiO2 nano [8]. Lấy 5 ml sol 2 tráng lên mặt kính thủy tinh, sấy khô ở nhiệt độ 105oC trong 6 h ta thu được TiO2 dạng nano, ký hiệu là M2. + Dung dịch sol : nhỏ giọt 18,75 ml sol 2 vào 100 ml sol 1 khuấy liên tục với tốc độ 200 vg/ph trong thời gian 6 h, nhiệt độ 25oC. Dung dịch sol hình thành có kết cấu gồm các hạt nano TiO2 phân bố trong chitosan. Lấy 5 ml sol 3 tráng lên mặt kính thủy tinh, sấy khô ở 105oC trong 6 h ta thu được màng mỏng chitosan/TiO2 với hàm lượng TiO2 chiếm 3% so với chitosan, ký hiệu là M3. 2.3. Phương pháp nghiên cứu 2.3.1. Tối ưu hóa quá trình deacetyl bằng quy hoạch thực nghiệm [9] Các nhân tố độc lập Z1 (nồng độ NaOH ban đầu (%)), Z2 (nhiệt độ ( oC)) và Z3 (thời gian phản ứng (h)) ảnh hưởng đến hàm mục tiêu Y1 (mức độ deacetyl (%)) được trình bày như trên bảng 1. Bảng 1. Các điều kiện thí nghiệm Xây dựng ma trận thực nghiệm trên biến ảo bằng cách chuyển hệ tọa độ Zi sang hệ tọa độ không thứ nguyên Xi theo công thức (1): 0 1 (i=1, 3) (1)i i i Z Z X Z − = ∆ (1) 83 LIÊN NGÀNH HÓA HỌC - CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190. Số 2(61).2018 Ta được ma trận thực nghiệm trên biến ảo và biến thực như trên bảng 2. Bảng 2. Ma trận thực nghiệm trên biến ảo và biến thực Trong đó thí nghiệm thứ 9, 10, 11 là các thí nghiệm tại tâm, Y2 là giá trị độ nhớt tương ứng với mỗi thí nghiệm. Sau khi xử lý số liệu ta thu được phương trình hồi quy có dạng: 0 1 1 2 2 3 3y b b x b x b x= + + + trong đó: y là mức độ deacetyl hóa (%); b0: hệ số hồi quy bậc 0; xi: nhân tố độc lập ảnh hưởng đến hàm mục tiêu y; bi: hệ số hồi quy bậc 1 mô tả sự ảnh hưởng nhân tố xi đến hàm mục tiêu. Tối ưu hóa thực nghiệm theo phương pháp leo dốc Box Willson: Để tìm bước đi hiệu quả nhất ta sẽ để ý tới số hạng nào trong hàm trên có ảnh hưởng đến hàm mục tiêu nhiều nhất. Biến tương ứng là nhân tố cơ sở. Cách chọn nhân tố cơ sở j* thỏa mãn công thức (2): * * (2). max .j jj jb b∆ = ∆ (2) Khi đó ta chọn được bước nhảy cơ sở là hcs, bước nhảy cơ sở của các biến còn lại được xác định theo công thức (3): (3) . .i ii cs cs cs b h h b ∆ = ∆ (3) Thực hiện các thí nghiệm theo bước nhảy các nhân tố độc lập, xác định giá trị hàm mục tiêu đạt được mục đích nghiên cứu thì phương pháp quy hoạch đã kết thúc. Kết quả thí nghiệm được xử lý bằng phần mềm SPSS 22.0, là hệ thống quản lý dữ liệu và khả năng phân tích thống kê với giao diện thân thiện cho người dùng, mức độ tin cậy 95%. 2.3.2. Nghiên cứu các đặc tính sản phẩm - Mức độ deacetyl được nghiên cứu bằng phương pháp chuẩn độ [10]: cân chính xác 0,125 g chitosan khô, hòa tan trong 25 ml dung dịch HCl 0,1 M, khuấy đều trong 30 phút đến khi chitosan tan hoàn toàn. Sau đó chuẩn độ HCl dư bằng dung dịch NaOH 0,1 M với chỉ thị phenolphtalein. Hàm lượng NH2 trong chitosan được tính theo công thức (4): ( ) 2 1 1 2 2 0, 016% .100 (4) (100 w)NH C V C V G − ⋅ = − (4) trong đó: C1, C2, V1, V2: nồng độ (M) và thể tích (l) của dung dịch HCl và NaOH; 0,016 g: khối lượng NH2 khi phản ứng với 1 ml dung dịch HCl 0,1 M; G: khối lượng mẫu (g); w: độ ẩm (%). Độ deacetyl được xác định bởi công thức (5): (5) Với 9,94 là % NH2 trong chitosan theo lý thuyết. - Độ nhớt của chitosan được đo trên thiết bị NDJ- 1 Rotational Viscometer tại khoa Thực phẩm và Hóa học, Trường Đại học Sao Đỏ. - Hình thái bề mặt vật liệu: chitosan (M1), TiO2 (M2) và chitosan/TiO2 (M3) được xác định bằng phương pháp kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope - SEM) trên máy NanoSEM-450, tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam. 2.3.3. Phân lập nấm mốc [11] 1,0 g sinh khối nấm mốc lấy trên tường nhà D3 Đại học Sao Đỏ, nghiền mịn, hòa tan trong 100 ml dung dịch natri clorid 0,9%. Tiến hành nuôi cấy trên môi trường Czapek, xác định số loại nấm dựa vào quan sát hình thái, sau đó phân lập chúng ra thành các loài riêng biệt. 2.3.4. Nghiên cứu khả năng kháng nấm của vật liệu - Nghiên cứu sự ảnh hưởng của nồng độ chitosan đến khả năng kháng nấm: bổ sung chitosan vào môi trường Czapek đạt tỉ lệ chitosan/môi trường 2%; 4%; 6% và 8%. Tiến hành nuôi cấy nấm mốc xanh lên các đĩa petri và quan sát sự phát triển của chúng trong 24 h, 48 h và 72 h. - Nghiên cứu sự ảnh hưởng của hàm lượng TiO2 /chitosan đến khả năng kháng nấm: nhỏ giọt những lượng xác định dung dịch sol 2 vào dung dịch sol 1 để đạt tỉ lệ TiO2/chitosan là 1%, 2%, 3% 84 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190. Số 2(61).2018 và 4%, khuấy liên tục với tốc độ 200 vg/ph trong thời gian 6 h, nhiệt độ 25oC, sau đó thêm vào các đĩa petri chứa môi trường Czapek. Tiến hành nuôi cấy nấm mốc xanh lên các đĩa petri và quan sát sự phát triển của chúng trong 24 h, 48 h và 72 h. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt và độ deacetyl Ma trận quy hoạch thực nghiệm và kết quả thực nghiệm được trình bày trên bảng 3. Bảng 3. Kết quả thực nghiệm theo ma trận quy hoạch Xử lý số liệu trên SPSS 22.0 ta được phương trình hồi quy: . Từ hệ số hồi quy bậc 1 ta thấy yếu tố nồng độ NaOH có ảnh hưởng lớn nhất đến mức độ deacetyl, sau đó đến yếu tố nhiệt độ và thời gian. Vì vậy, yếu tố nồng độ NaOH được chọn làm biến cơ sở với bước nhảy được chọn là 5. Kết quả tối ưu hóa thực nghiệm theo phương pháp Box Willson được trình bày trên bảng 4. Bảng 4. Kết quả thực nghiệm theo phương pháp leo dốc Box Willson Tiến hành phân tích hậu kiểm (Post Hoc) ta thu được kết quả như bảng 5. Bảng 5. Kết quả phân tích hậu kiểm Dựa vào kết quả trên bảng 5 ta nhận thấy thí nghiệm 12 có sự khác biệt “có ý nghĩa” so với thí nghiệm 14 (Sig có giá trị 0,011 nhỏ hơn 0,05) trong khi đó thí nghiệm 12 và 13, 13 và 14 các phương sai khác nhau không có ý nghĩa (giá trị Sig đều lớn hơn 0,05). Sự sai khác không có ý nghĩa giữa thí nghiệm 13 và 14 với mục tiêu lựa chọn điều kiện phản ứng để thu được chitosan có mức độ deacetyl cao nhất nên chúng tôi chọn thí nghiệm 14 (độ deacetyl đạt 92,4%) để phân tích tiếp. Sự sai khác có ý nghĩa giữa thí nghiệm 12 và thí nghiệm 14 cho thấy sự thay đổi các yếu tố như nồng độ NaOH, nhiệt độ phản ứng và thời gian phản ứng đều dẫn đến sự thay đổi mức độ deacetyl. Tuy nhiên, trong thực tế, nồng độ NaOH quá cao (như thí nghiệm 14 là 60%) cộng với môi trường nhiệt độ cao sẽ khiến tính kiềm của NaOH mạnh hơn, khi đó NaOH ngoài việc tham gia phản ứng cắt mạch acetyl còn thực hiện các phản ứng cắt mạch chính. Mạch chính chitosan bị cắt thể hiện ở kết quả đo độ nhớt của sản phẩm thu được tại các thí nghiệm trên bảng 4. Việc suy giảm độ nhớt chứng tỏ mạch chính đã bị cắt dẫn đến khối lượng phân tử chitosan giảm. So sánh kết quả thí nghiệm 12 với thí nghiệm 14 ta thấy độ deacetyl chênh lệch không đáng kể (91,9% so với 92,4%), tuy nhiên độ nhớt suy giảm mạnh (từ 1163 cP xuống 966 cP). Với mục tiêu điều chế sản phẩm chitosan có mức độ deacetyl và độ nhớt cao nhất, chúng tôi chọn điều kiện thí nghiệm 12 cụ thể như sau: nồng độ NaOH 50%, nhiệt độ phản ứng 92oC và thời gian phản ứng 5,3 h. Với các điều kiện đó, sản phẩm chitosan thu được có độ deacetyl đạt 91,9% và độ nhớt đạt 1163 cP. 3.2. Hình thái bề mặt vật liệu Kết quả xác định hình thái bề mặt vật liệu (SEM) được trình bày trên hình 1. Quan sát hình 1 chúng tôi nhận thấy: màng chitosan (mẫu M1) có cấu trúc cuộn từng lớp dài đều đặn, kích thước bề rộng 12,5 μm, đặc trưng cho chuỗi liên kết glicozit. Mẫu M2 các hạt TiO2 tồn tại ở dạng tinh thể hình que với kích thước từ 25 đến 90 nm và một phần TiO2 tồn tại ở dạng vô định hình. Sự pha trộn giữa TiO2 lên nền chitosan cho thấy các tinh thể hình que TiO2 phân bố đều đặn trên mạng lưới 85 LIÊN NGÀNH HÓA HỌC - CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190. Số 2(61).2018 chitosan (mẫu M3). Sự phân bố các tinh thể hình que TiO2 lên bề mặt chitosan cũng phù hợp với nghiên cứu của Karthikeyan [6]. Khi nghiên cứu điểm đẳng điện, tác giả Karthikeyan thấy rằng hai vật liệu chitosan và TiO2 đều có điểm đẳng điện dưới 6,5, tức là đều tích điện dương. Vì vậy, khi phân bố TiO2 lên nền chitosan, TiO2 sẽ bị đẩy ra ngoài bề mặt. Sự pha trộn TiO2 cũng làm ảnh hưởng đến cấu trúc mạng lưới chitosan khi tác giả này nghiên cứu quang phổ hồng ngoại FTIR và nhận thấy rằng các peak đặc trưng cho TiO2 và chitosan đã bị thay đổi khi kết hợp chúng với nhau. 3.3. Kết quả phân lập nấm mốc Nấm mốc chân tường nuôi cấy trên môi trường Czapek sau 7 ngày thu được kết quả như trên hình 2. Quan sát hình 2 ta thấy trên chân tường có 03 loại nấm: trắng, xanh và vàng hoa cau (hình 2a). Quá trình phân loại theo hình thái chúng tôi tách riêng được 3 loại: nấm trắng (hình 2b), nấm xanh (hình 2c) và nấm vàng hoa cau (hình 2d). Trong điều kiện của nghiên cứu này, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu khả năng xử lý nấm mốc xanh của vật liệu chitosan/TiO2. Hình 1. Kết quả SEM của vật liệu chitosan (M1), TiO2 (M2) và TiO2/chitosan (M3) Hình 2. Nấm mốc chân tường trên môi trường Czapek 86 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190. Số 2(61).2018 3.4. Khả năng kháng nấm của vật liệu 3.4.1. Sự ảnh hưởng của nồng độ chitosan Sự phát triển của nấm mốc xanh trên môi trường Czapek (mẫu M0) và môi trường Czapek pha thêm chitosan với tỉ lệ 2%, 4%, 6%, 8% trong 24 h, 48 h và 72 h được thể hiện trên hình 3. Hình 3. Sự phát triển của mốc xanh trên môi trường có pha chitosan Hình 3 cho thấy khi không có chitosan, nấm mốc phát triển trong môi trường rất nhanh, sau 72 h đường kính khuẩn lạc tăng từ 1,0 cm lên 4,6 cm. Sau khi bổ sung chitosan, ta nhận thấy nấm mốc bị ức chế rõ rệt trong 24 h đầu tiên. Tuy nhiên, sau 48 h thì tại nồng độ 2% và 4% nấm đã bắt đầu xuất hiện. Sau 72 h, nấm xuất hiện trên tất cả các đĩa, tuy nhiên đường kính khuẩn lạc giảm rõ rệt khi tăng nồng độ chitosan. Có thể thấy sự ảnh hưởng của nồng độ chitosan đến sự phát triển của nấm xanh thông qua hình 4. Hình 4. Sự thay đổi đường kính khuẩn lạc của nấm mốc xanh theo nồng độ chitosan Trên hình 4 ta thấy khi tăng nồng độ chitosan trên các các mẫu thử nghiệm thì nấm xanh phát triển chậm dần, thể hiện qua đường kính của chúng. Sau 24 h, tất cả các mẫu xuất hiện chitosan, nấm xanh đều chưa phát triển. Tuy nhiên, tại 72 h, nấm xanh xuất hiện trên tất cả các mẫu với đường kính khuẩn lạc giảm dần khi nồng độ chitosan tăng dần. Điều này cho thấy chitosan có ngăn chặn sự phát triển của nấm xanh, tuy nhiên vẫn chưa triệt để. Kết quả này phù hợp với kết quả của Jia Liu [4] khi tác giả này cho rằng sự xuất hiện của chitosan có cấu trúc tương đồng với thành ngoài của nấm đã làm hạn chế quá trình hấp thụ và trao đổi chất của nấm với môi trường. Tại nồng độ 8% chitosan, đường kính khuẩn lạc giảm không đáng kể so với 6%, vì vậy chúng tôi chọn điều kiện chitosan 6% để thực hiện nghiên cứu tiếp theo. 3.4.2. Sự ảnh hưởng của TiO2 /chitosan đến khả năng kháng nấm Sự phát triển của nấm xanh trong môi trường Czapek 6% chitosan được pha thêm TiO2 với hàm lượng 1%, 2%, 3% và 4% so với chitosan trong 24 h, 48 h và 72 h được thể hiện trên hình 5. 87 LIÊN NGÀNH HÓA HỌC - CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190. Số 2(61).2018 Hình 5. Sự phát triển của nấm mốc xanh trong môi trường Czapek có TiO2/chitosan Quan sát hình 5 ta thấy khi có mặt của TiO2, nấm mốc xanh chỉ xuất hiện sau 72 h tại nồng độ 1% và 2%, tại các nồng độ TiO2 cao hơn, nấm mốc hoàn toàn không phát triển được. Vì vậy có thể kết luận, với chủng nấm mốc xanh trên công trình xây dựng, sử dụng vật liệu chitosan/TiO2 với hàm lượng 3% TiO2 đạt khả năng ức chế hoàn toàn sự phát triển của bào tử nấm. Cơ chế của quá trình này có thể giải thích như sau: chitosan tác động đến thành tế bào ngăn chặn các quá trình thẩm thấu, làm hạn chế sự trao đổi chất của tế bào. Với cấu trúc hình kim kích thước nanomet, TiO2 sẽ phá vỡ lớp thành tế bào của vi khuẩn, làm hư hỏng các màng tế bào, đứt gãy ADN, gây rò rỉ nội bào... 4. KẾT LUẬN - Chitosan sản xuất từ vỏ tôm sú qua ba giai đoạn: khử khoáng, khử protein và deacetyl đạt mức độ deacetyl 91,9 %, độ nhớt 1163 cP. - Hạt TiO2 điều chế bằng phương pháp sol - gel có cấu trúc hình kim, kích thước từ 25 đến 90 nm, phân tán đều đặn trên nền chitosan khi chế tạo vật liệu chitosan/TiO2. - Sử dụng môi trường Czapek, đã nuôi cấy và phân lập thành công ba chủng nấm trên chân tường công trình xây dựng tại Trường Đại học Sao Đỏ với màu sắc gồm trắng, xanh và vàng hoa cau. - Môi trường Czapek bổ sung 6% chitosan và 3% TiO2 có khả năng ức chế sự phát triển hoàn toàn của nấm mốc xanh. Kết quả này định hướng nghiên cứu tiếp theo là ứng dụng để xử lý nấm mốc chân tường trên các công trình xây dựng thực tế. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Lân Dũng, Phạm Thị Trân Châu, Nguyễn Thanh Hiền, Lê Đình Lương, Đoàn Xuân Mượu, Phạm Văn Ty (1978). Một số phương pháp nghiên cứu VSV học, Tập III. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, tr.164-165. [2]. Rehab El-Gamal, Efstratios Nikolaivits, Georgios I. Zervakis, Gomaa Abdel-Maksoud, Evangelos Topakas, Paul Christakopoulos (2016). The use of chitosan in protecting wooden artifacts from damage by mold fungi. Electronic Journal of Biotechnology, 24, 70-78. [3]. P. Stössel, J. L. Leuba (1984). Effect of chitosan, chitin and some aminosugars on growth of various soilborne phytopathogenic fungi. Journal of Phytopathology, 111, 82-90. [4]. Jia Liu, Shiping Tiana, Xianghong Meng, Yong Xu (2007). Effects of chitosan on control of postharvest diseases and physiological responses of tomato fruit. Postharvest Biology and Technology, 44, 300-306. 88 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190. Số 2(61).2018 [5]. Li, M.; Huang, Q. Z.; Qiu, D. F.; Jiao, Z. J.; Meng, Z. H.; Shi, H. Z (2010). Study on antifungal activity of nitrogen-doped TiO2 nano- photocatalyst under visible light irradiation. Chin. Chem. Lett. 21, 117. [6] K. T. Karthikeyan, A. Nithyaa, K. Jothivenkatachalam (2017). Photocatalytic and antimicrobial activities of chitosan-TiO2 nanocomposite. International Journal of Biological Macromolecules, S0141- 8130(16)32681-2. [7]. Md. Monarul Islam, Shah Md. Masum, M. Mahbubur Rahman, Md. Ashraful Islam Molla, A. A. Shaikh, S.K. Roy (2011). Preparation of Chitosan from Shrimp Shell and Investigation of Its Properties. International Journal of Basic & Applied Sciences IJBAS-IJENS, Vol: 11, No: 01. [8]. Renata Czechowska-Biskup, Diana Jarosińska, Bożena Rokita, Piotr Ulański, Janusz M. Rosiak (2012). Determination of degree of deacetylation of chitosan - comparision of methods. European Centre of Bio- and Nanotechnology,Lodz University of Technology ul. Żeromskiego 116, 90-924 Łódź, Poland. [9]. Lê Đức Ngọc (2001). Xử lý số liệu và kế hoạch hóa thực nghiệm. Khoa Hóa, Đại học Quốc gia Hà Nội. [10]. T. Liu, F. Zhang, C. Xue, L. Li, Y. Yi (2010). Structure stability and corrosion resistance of nano-TiO2 coatings on aluminum in seawater by a vacuum dip-coating method. Surf. Coat.Technol. 205, 2335-2339. [11]. Bùi Xuân Đồng (2004). Nguyên lý phòng chống nấm mốc và mycotoxin. NXB Khoa học và Kỹ thuật, tr. 141-146.