Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu chế tạo và tính chất của màng polyme ứng dụng để bảo quản quả

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HOÁ HỌC -----o0o----- PHẠM THỊ THU HÀ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA MÀNG POLYME ỨNG DỤNG ĐỂ BẢO QUẢN QUẢ Chuyên ngành: HOÁ HỮU CƠ Mã số: 62.44.27.01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HOÁ HỌC HÀ NỘI - 2012 1 A. GIỚI THIỆU LUẬN ÁN 1. Tính cấp thiết của đề tài Hoa quả sau khi thu hoạch vẫn là những tế tào sống và vẫn tiếp tục các hoạt động hô hấp và trao đổi chất thông qua một số quá trình biến đổi. Chính những biến đổi này làm cho quả nhanh chín, nhanh già, nhũn... dẫn tới hỏng nếu không áp dụng biện pháp đặc biệt để làm chậm quá trình này. Trước nhu cầu bức thiết về công nghệ bảo quản sau thu hoạch, từ lâu đã có nhiều công trình nghiên cứu trong nước nhằm tìm ra cách thức bảo quản rau quả có hiệu quả phù hợp với điều kiện Việt Nam. Một số qui trình bảo quản sơ bộ đã được công bố như phương pháp rửa kết hợp thanh trùng nhẹ cho một số loại rau quả. Ngoài ra còn có một số phương pháp khác như xử lý nhiệt, hoá chất, bảo quản trong một số loại bao bì. Các phương pháp này có thể kéo dài thời hạn bảo quản của hoa quả nhưng không nhiều, mặt khác lại không giữ được giá trị cảm quan bên ngoài cho hoa quả nên việc áp dụng trong thực tế chưa được rộng rãi. Hiện nay, có 2 công nghệ bảo quản hoa quả đang được nghiên cứu và sử dụng khá phổ biến là bảo quản bằng lớp phủ ăn được và bảo quản bằng màng bao gói khí quyển biến đổi (MAP). Lớp phủ ăn được áp dụng trực tiếp trên bề mặt quả bằng cách nhúng, phun hay quét để tạo ra một khí quyển biến đổi. Lớp màng bán thấm tạo thành trên bề mặt hoa quả sẽ giảm bớt quá trình hô hấp và kiểm soát sự mất độ ẩm, nhờ đó duy trì chất lượng và kéo dài thời hạn sử dụng của quả tươi. Các loại rau quả được chọn để bảo quản cũng rất đa dạng như cà chua, cam, bưởi, vải, nhãn, dứa, hồng, xoài... Hầu hết các nghiên cứu đều cho kết quả khả quan. Công nghệ thứ hai là bảo quản bằng màng bao gói khí quyển biến đổi. Đây là phương pháp bảo quản mà quả được đựng trong túi màng mỏng có tính thẩm thấu chọn lọc hoặc đựng trọng sọt có lót màng bao gói. Thậm chí quả còn được đựng trong container lớn được lót bằng vật liệu tổng hợp có tính thẩm thấu chọn lọc đối với các loại khí. Ở Việt Nam, việc nghiên cứu bảo quản quả bằng màng polyme gần đây bắt đầu được quan tâm nghiên cứu. Tuy nhiên, những công trình đã công bố cho thấy các nghiên cứu đều tập trung vào việc sử dụng màng MAP và dung dịch tạo lớp phủ ăn được nhập ngoại để bảo quản quả mà chưa có công trình nào đề cập chế tạo các vật liệu này. Với mong muốn góp phần giải quyết những nhu cầu cấp thiết mà thực tế đặt ra, đề tài “Nghiên cứu chế tạo và tính chất của màng polyme ứng dụng để bảo quản quả” nhằm nghiên cứu và chế tạo vật liệu có thể đáp ứng nhu cầu bảo quản rau quả sau thu hoạch, góp phần tăng hiệu quả kinh tế. 2. Nội dung nghiên cứu của luận án a) Nghiên cứu chế tạo vật liệu dạng dung dịch từ shellac - Tạo màng và xác định tính chất của màng shellac với chất hóa dẻo (hình thái học, tính chất cơ lý, tính chất nhiệt của màng). b) Nghiên cứu chế tạo vật liệu bảo quản quả dạng nhũ tương polyvinyl axetat (PVAc) - Nghiên cứu quá trình tổng hợp PVAc bằng phương pháp trùng hợp nhũ tương; 2 - Sử dụng các phương pháp phân tích đánh giá độ chuyển hóa, độ bền nhũ, trọng lượng phân tử trung bình (TLPTTB), hình thái học bề mặt, cấu trúc, tính chất nhiệt của sản phẩm. c) Nghiên cứu công nghệ chế tạo màng bao gói khí quyển biến đổi (MAP) trên cơ sở polyethylen (PE) với các phụ gia vô cơ - Nghiên cứu quá trình trộn và cắt hạt nhựa, phân tích khả năng trộn và phân tán phụ gia đồng thời sử dụng một số phương pháp phân tích đánh giá. - Nghiên cứu quá trình thổi màng và đánh giá các tính chất của màng MAP (chiều dày màng, hình thái học bề mặt, tính chất cơ lý, độ bền mối hàn). d) Nghiên cứu và thử nghiệm vật liệu bảo quản cho 2 loại quả (vải và mận), đánh giá các tính chất của quả trong quá trình bảo quản: hao hụt khối lượng, tỷ lệ hư hỏng, hàm lượng đường, độ cứng. 3. Ý nghĩa khoa học, thực tiến và đóng góp mới của luận án - Nghiên cứu trùng hợp nhũ tương PVAc có mặt chất chuyển mạch để thu được PVAc có trọng lượng phân tử đủ lớn phù hợp cho bảo quản rau quả. - Nghiên cứu chế tạo màng bao gói khí quyển biến đổi trên cơ sở nhựa LDPE có chứa phụ gia vô cơ (zeolit, bentonit và silica) với màng tạo thành có độ xốp có thể điều chỉnh khí quyển trong bao gói khi bảo quản. - Bước đầu ứng dụng thành công màng bao gói khí quyển biến đổi và màng bao phủ bảo quản 2 loại quả mận và vải kéo dài thời gian bảo quản lên từ 2 đến 3 lần so với màng đối chứng trong cùng điều kiện. 4. Bố cục của luận án Luận án dày 161 trang gồm 3 chương: Mở đầu (2 trang); Chương 1- Tổng quan (51 trang); Chương 2- Thực nghiệm (16 trang); Chương 3- Kết quả và thảo luận (77 trang); Kết luận chung (2 trang); Danh mục các công trình công bố của tác giả (1 trang); Tài liệu tham khảo (12 trang) gồm 116 tài liệu tham khảo cập nhật đến 2010. Trong luận án có 44 bảng biểu, 45 hình vẽ và đồ thị. B. NỘI DUNG LUẬN ÁN CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Các phương pháp bảo quản rau, quả tươi sau thu hoạch Trình bày quá trình trao đổi chất của rau quả sau thu hoạch, các yếu tố gây suy giảm chất lượng và các phương pháp bảo quản rau quả mà trên thế giới sử dụng. 1.2. Bảo quản bằng lớp phủ ăn được Trình bày các loại vật liệu phủ ăn được dùng trong bảo quản. 1.3. Bảo quản rau quả bằng bao gói khí quyển biến đổi Thiết kế chế tạo bao gói khí quyển biến đổi, phương pháp điều chỉnh độ thấm khí bằng bao gói khí quyển biến đổi và ứng dụng của MAP để bảo quản rau quản tươi sau thu hoạch. 1.4. Tình hình nghiên cứu rau, quả sau thu hoạch ở Việt Nam Chú trọng đến một số ứng dụng về bảo quản rau quả sau thu hoạch ở Việt Nam. 3 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Nguyên vật liệu và hoá chất 2.2. Dụng cụ và thiết bị 2.2.1. Dụng cụ 2.2.2. Thiết bị nghiên cứu - Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier FTIR IMPACT Nicolet 410. - Hệ thống phân tích nhiệt TL (TGA) và nhiệt vi sai quét (DSC) Shimadzu (Nhật). - Kính hiển vi điện tử quét FESEM Hitachi S4800 (Singapore) hoặc JEOL 5300 (Nhật) - Kính hiển vi điện tử Olympius CX31 (Nhật), kết nối với camera kỹ thuật số ghép nối máy tính và phần mềm xử lý ảnh. - Thiết bị đo kéo đứt AGS-J 10kN Shimadzu (Nhật Bản). - Máy trộn siêu tốc Supermix (Trung Quốc). - Hệ thống trộn 2 trục vít liên hợp máy cắt hạt nhựa SHJ-30A. - Hệ thống máy đùn thổi màng series SJ-45. - Thiết bị đo chỉ số chảy (MFI) Dynisco (Hoa Kỳ). - Thiết bị đo độ dày màng điện tử QuaNix®1500. - Thiết bị trùng hợp nhũ tương (dung tích 50lit) - Máy đo độ cứng vỏ quả Fruit Hardness Tester FHM-5 (Nhật). - Chiết quang kế Refractometer Milwaukee (Trung Quốc). - Máy đo thành phần khí trong bao gói CheckMate 9900 (Đan Mạch). - Phản xạ kế Minolta đo độ bóng của lớp phủ. - Máy đo màu vỏ quả Color Checker Nippon Denshoke NR-1 (Nhật). - Nhiệt kế chuyên dụng đo nhiệt độ quả (Hàn Quốc). - Nhớt kế Brookfield. - Hệ thống sấy, lọc hút chân không. 2.3. Phương pháp thực nghiệm, tổng hợp, gia công 2.3.1. Nghiên cứu chế tạo vật liệu bảo quản quả dạng dung dịch từ shellac 2.3.1.1. Xác định tính chất của nguyên liệu shellac * Xác định chỉ số axit (acid index -AI); Chỉ số xà phòng hoá (Saponification index SI); Chỉ số este (este index - EI) 2.3.1.2. Tạo màng và xác định tính chất của màng shellac chứa chất hoá dẻo 2.3.2. Nghiên cứu chế tạo vật liệu bảo quản quả dạng nhũ tương PVAc 2.3.2.1. Nghiên cứu quá trình tổng hợp PVAc bằng phương pháp trùng hợp nhũ tương Thực hiện phản ứng trùng hợp nhũ tương ở các điều kiện khác nhau: loại chất nhũ hóa, thời gian, nhiệt độ, nồng độ monome, nồng độ chất khới mào, nồng độ chất chuyển mạch…. 2.3.2.2. Tạo màng từ nhũ tương PVAc chứa chất hoá dẻo 2.3.2.3. Các phương pháp phân tích, đánh giá * Độ chuyển hóa được xác định bằng phương pháp cân trọng lượng. * Xác định độ bền nhũ tương: 20ml nhũ tương được đưa vào ống nghiệm 30ml chia vạch chính xác tới 0,1ml và đậy nút, sau đó các ống nghiệm này sẽ được giữ ở nhiệt độ 4 phòng. Định kỳ xác định khoảng phân cách pha (ml). Kết quả được ghi lại và lập thành bảng để so sánh giá trị độ bền của nhũ tương. * TLPTTB của polyme được xác định bằng phương pháp đo độ nhớt với nhớt kế Ubbelohde, dung môi butyl axetat ở 250C và áp dụng phương trình Mark-Houwink: = K.M (13) trong đó: K = 4,699.10-4, α = 0,595. * Sản phẩm dạng nhũ tương được quan sát bằng kính hiển vi điện tử. * Hình thái bề mặt màng PVAc được quan sát bằng cách chụp ảnh SEM. * Nghiên cứu cấu trúc bằng phổ hồng ngoại IR. * Tính chất nhiệt của sản phẩm được nghiên cứu dựa trên giản đồ nhiệt vi sai quét (DSC) và giản đồ phân tích nhiệt trọng lượng (TGA). * Chiều dày màng: được xác định bằng thiết bị đo độ dày màng cầm tay QuaNix®1500. Tiến hành đo tại 10 vị trí ngẫu nhiên, lấy giá trị trung bình. 2.3.3. Chế tạo màng bao gói khí quyển biến đổi 2.3.3.1. Trộn và cắt hạt nhựa Quá trình trộn nhựa với phụ gia và cắt hạt được thực hiện trên máy đùn 2 trục vít liên hợp với máy cắt hạt series SHJ-30A với 10 vùng gia nhiệt. Hạt nhựa và phụ gia được trộn trước bằng máy trộn siêu tốc Supermix sau đó hỗn hợp thu được sẽ được đưa đến bộ phận nạp liệu của máy đùn. Nhựa được đùn qua một chuỗi những lỗ tròn bố trí xếp thành hàng ngang trên khuôn tạo sợi để định dạng sợi nhựa tròn. Những sợi này được kéo liên tục qua máng nước làm nguội, tại đây sợi nhựa sẽ đông cứng lại. Khi ra khỏi máng nước làm nguội, nước còn dính lại trên sợi nhựa được lấy đi bằng cách dùng khí thổi mạnh vào sợi nhựa hay sử dụng máy hút chân không để tránh nước văng ra khu vực xung quanh máy. Sau khi làm khô, sợi nhựa được kéo qua dao cắt liên tục gọi là máy cắt sợi, nhựa được cắt thành hạt hình trụ ngắn và sau đó thoát ra cửa xả của máy cắt và rơi vào máy tách hạt để tách những hạt nhựa vừa hoặc những hạt quá to trước khi đóng bao. * Phương pháp trộn cắt hạt: thực hiện 2 chế độ trộn cắt hạt - Trộn, cắt hạt tạo masterbatch (MB): Tạo hạt nhựa trên cơ sở nhựa LDPE với hàm lượng phụ gia khác nhau (25; 30; 35; 40 và 45% khối lượng) cho các phụ gia: zeolit, bentonit và silica trong sự có mặt của 5% phụ gia trợ gia công Parafil LP70. - Trộn, cắt hạt tạo compound (CP): Tạo hạt nhựa với hàm lượng phụ gia 5, 7 và 9 phần khối lượng (%) để đem thổi màng trực tiếp. * Thông số công nghệ của quá trình trộn và cắt hạt nhựa: Các thông số công nghệ của quá trình trộn cắt hạt tạo MB và CP được trình bày trong bảng 2.1. Bảng 2.1. Thông số công nghệ quá trình trộn cắt hạt nhựa Nhiệt độ các vùng (0C) 1 2 3 130 130 140 4 5 6 7 140 145 150 150 8 9 10 Đầu đùn 160 160 165 165 Tốc độ nạp liệu: 40kg/giờ Tốc độ trục vít: 180 vòng/phút 5 ... - tailieumienphi.vn