Nano bạc được bổ sung vào đá lạnh giúp tăng thời gian bảo quản cá
Công việc hiện tại liên quan đến ứng dụng mới của các hạt nano bạc được tổng hợp sinh học để tạo ra đá lạnh nano kháng khuẩn để bảo quản cá. Sản lượng cá thế giới đã tăng nhanh chóng. Các sản phẩm cá được phân phối với xử lý tối thiểu trước khi bán cho khách hàng. Tại các cơ sở bán lẻ, cá thường xuyên được bảo quản trong nước đá để ngăn chặn sự hư hỏng và sự phát triển của mầm bệnh. Các sản phẩm nano bạc được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng kháng khuẩn khác nhau. Mặc dù các hợp chất dựa trên bạc đang được sử dụng rộng rãi trong ứng dụng bảo quản thực phẩm, nhưng không có nghiên cứu nào trước đây báo cáo về việc kết hợp các hạt nano kim loại trong nước đá để tăng cường bảo quản bất kỳ mặt hàng thực phẩm nào. Các hạt nano bạc được sinh tổng hợp bằng dịch chiết gân lá chuối có kích thước trong khoảng 20 – 40 nm đã được sử dụng để điều chế đá lạnh nano kháng khuẩn.
Giới thiệu
Từ thời tiền sử, đá lạnh đã đóng một vai trò quan trọng trong việc bảo quản và làm tươi thực phẩm. Người Eskimo sinh tồn ở vùng Cực bằng thức ăn bảo quản trong đá lạnh được săn bắt từ lâu. Đá lạnh có thể bảo tồn bất kỳ sinh vật nào mà không bị lão hóa hay mục nát, voi ma mút già được bảo quản trong sông băng là một ví dụ[1]. Nước đá đã được sử dụng rộng rãi từ thời xa xưa để ngăn mầm bệnh truyền qua thực phẩm lây nhiễm vào thực phẩm dễ hỏng, đặc biệt là cá và các sản phẩm từ cá.
Do tiến bộ công nghệ, các phương pháp mới đã được áp dụng để bảo quản thực phẩm biển tốt hơn và lâu dài hơn. Nước đá kháng sinh đã được sử dụng để bảo quản cá, không gì khác ngoài việc sử dụng kháng sinh dựa trên tetracycline trong quá trình hình thành nước đá. Băng ozon hóa cũng đã được sử dụng cho hoạt động kháng khuẩn bằng cách sử dụng sức mạnh kháng khuẩn của ozone. Đá lạnh kháng khuẩn đã được phát triển gần đây[2] để kiểm soát mầm bệnh bề mặt thực phẩm trên da cá.
Chất chống vi trùng được sử dụng bởi họ là clo dioxide. Ngoài ra Per Acetic Acid (PAA) là hợp chất duy nhất đã được USFDA phê duyệt để sử dụng trong việc hình thành băng kháng khuẩn để bảo quản cá[3]. Tương tự hydrosol Wild Thyme (tuyến ức serpyllum) đã được sử dụng trong việc hình thành đá kháng khuẩn[4]. Nanocluster Ice trên bề mặt kim loại kỵ nước đã được phân tích[5]và cũng báo cáo về hạt băng nhỏ nhất – hexamer nước. Các hạt nano bạc tổng hợp hóa học thể hiện khả năng gây độc tế bào và độc gen ở chuột và tế bào động vật có vú[6]. Bởi các nhà nghiên cứu hóa học xanh và công nghệ nano xanh[7-13] bắt đầu tập trung nhiều hơn vào các sản phẩm và ứng dụng của hạt nano, cũng bằng cách tổng hợp xanh, độc tính của hạt nano và tác động có hại đến môi trường có thể giảm đi. Trong quá trình sinh tổng hợp, chất chiết xuất từ các bộ phận của cây hoặc toàn bộ cây được sử dụng để tổng hợp hạt nano. Có thể tổng hợp hạt nano ở nhiệt độ phòng bằng cách sử dụng chiết xuất nước của các bộ phận của thực vật và động vật.
Các hạt nano bạc và các hợp chất của nó có hoạt tính nguy hiểm chống lại 750 hoặc nhiều mầm bệnh đã biết so với các hạt nano kim loại khác[14]. Mặc dù các hạt nano như sắt và đồng có hoạt tính diệt vi khuẩn, nhưng nó sẽ không chủ động như hạt nano bạc[15]. Đúng là hạt nano được tổng hợp hóa học đạt được khả năng kiểm soát hình dạng và kích thước tốt hơn so với hạt nano được tổng hợp sinh học, nhưng hoạt tính kháng khuẩn chống lại các mầm bệnh khác nhau có bản chất tương thích với tế bào được báo cáo chủ yếu từ hạt nano được sinh tổng hợp. Các ứng dụng sản phẩm hoặc vật liệu sử dụng các hạt nano tổng hợp sinh học có số lượng rất ít khi so sánh với các hạt nano tổng hợp hóa học và các phương pháp vật lý khác.
Các hạt nano kim loại được tổng hợp sinh học có thể được sử dụng để phát triển các sản phẩm lai sử dụng các đặc tính vốn có của chiết xuất lá hoặc chiết xuất động vật. Nano bạc sinh tổng hợp có nhiều ứng dụng như kem kháng khuẩn[16], khăn giấy kháng khuẩn[17] màng kháng khuẩn[18]v.v… Hạt nano bạc được tổng hợp nhanh chóng[19]sử dụng chiết xuất từ lá thể hiện tính ổn định và kiểm soát kích thước. Do đặc tính kháng khuẩn của nó[20-22]nhiều ứng dụng ra đời.
Gần đây, các hạt nano bạc đã được FDA Hoa Kỳ cho phép bổ sung trực tiếp vào nước uống với nồng độ 100 µg/L để vô hiệu hóa mầm bệnh truyền qua nước sau các thử nghiệm công phu. Do đó, sẽ không có nhiều độc tính khi cho phép các hạt nano bạc hình thành băng kháng khuẩn để ngăn ngừa mầm bệnh sinh ra trên bề mặt cá. Ở đây chúng tôi báo cáo một sản phẩm mới như băng kháng khuẩn sử dụng hạt nano bạc được sinh tổng hợp. Trong nghiên cứu này, băng kháng khuẩn được hình thành bằng cách sử dụng các hạt nano bạc sinh tổng hợp được sử dụng để kháng khuẩn cho cá[21]nghiên cứu bề mặt. Nồng độ hạt nano bạc được sử dụng trong tất cả các thí nghiệm đá kháng khuẩn là 1 µg/ml, thấp hơn nhiều so với giới hạn do USFDA đặt ra đối với việc bổ sung trực tiếp các hạt nano vào nước uống.
Vật liệu và phương pháp
Tổng hợp hạt nano bạc
Gân chuối (Musa paradisiaca) đã được thu thập và sử dụng để chuẩn bị chiết xuất cho quá trình tổng hợp các hạt nano. Dịch chiết canh lá cây được chuẩn bị bằng cách lấy 20 gam lá/ gân lá chuối đã được rửa sạch và thái nhỏ cho vào bình cầu đáy tròn có sẵn 100 ml nước cất vô trùng để chiết. Hỗn hợp được đun sôi trong 2 giờ. Dịch chiết canh thang được lọc bằng giấy Whatman III và dịch chiết canh thang đã lọc được giữ ở 4oC để làm việc tiếp theo. Dung dịch nước (1mM) của bạc nitrat (AgNO3) đã được chuẩn bị và 2 ml dịch chiết lá của Musa thiên đườngđược thêm vào 25 ml 1mM AgNO3 dung dịch nước ở nhiệt độ phòng.
Đặc tính của hạt nano bạc sinh tổng hợp
Các hạt nano bạc sinh tổng hợp được đặc trưng bởi quang phổ UV Vis, FTIR, Kính hiển vi lực nguyên tử và HR-TEM. Các hạt nano bạc được tổng hợp bằng cách khử dung dịch ion kim loại tương ứng với dịch chiết lá được đặc trưng ban đầu bằng quang phổ hấp thụ khả kiến UV. Các mẫu được lấy trong cuvet thạch anh 1cm và được đo bằng máy quang phổ JASCO V 650 chứa chùm tia kép trong các ngăn giống hệt nhau, mỗi ngăn dùng cho dung dịch thử nghiệm và tham chiếu từ 200 nm đến 900 nm. Các nghiên cứu quang phổ FTIR đã được thực hiện để xác định các phân tử sinh học có thể chịu trách nhiệm cho việc khử và ổn định các hạt nano kim loại. Các phép đo FT-IR được thực hiện cho các mẫu ở trạng thái lỏng, sử dụng Máy quang phổ Perkin-Elmer trong khoảng 400-4000 cm1 cho các giá trị truyền qua. Hình ảnh Kính hiển vi lực nguyên tử được chụp bằng hệ thống Park AFM XE 100. Các hạt nano bạc chứa nước được lắng đọng vào một chất nền mica mới được cắt. Phần mẫu được để lại trong 1 phút, sau đó được rửa bằng nước khử ion và để khô trong 15 phút. Hình ảnh thu được bằng cách quét mica ở chế độ không tiếp xúc. Biểu diễn 3D của hạt nano được hiển thị ở tỷ lệ 1×1 micron. Hình ảnh Kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao được chụp bằng FEITechnai. Mẫu được đặt trên lưới đồng và để khô trong 60 phút trong chân không. Mẫu sau đó được nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử truyền qua
Sản xuất Đá Nano Kháng Khuẩn
Các hạt nano bạc được sinh tổng hợp bị đóng băng ở 0oC để tạo thành đá nano kháng khuẩn. Băng kháng khuẩn này được sử dụng để bảo quản cá. Hoạt tính kháng khuẩn của băng kháng khuẩn đã được thử nghiệm so với băng đối chứng thông thường. Nước đá đối chứng được làm bằng nước cất.
Hoạt tính kháng khuẩn của đá lạnh nano bạc trên bề mặt cá
Cá đối nước ngọt vừa được đánh bắt (Mugil cephalus) được lấy từ ao gần đó ở Tiruchirappalli. Trọng lượng trung bình của cá là 5 gram. Cá được đóng gói với đá kháng khuẩn và đá đối chứng trong hộp giữ nhiệt khử trùng bằng tia cực tím. Hoạt tính kháng khuẩn của nước đá kết hợp hạt nano bạc được đánh giá theo các khoảng thời gian đều đặn tương ứng là 60, 90 và 120 phút. Sau mỗi khoảng thời gian, cá được vớt và cho vào nước Milli Q vô trùng. Việc lau được thực hiện trên thạch Mueller Hinton từ mỗi ống nghiệm và không có đơn vị hình thành khuẩn lạc nào được tính. Sơ đồ dưới đây mô tả hoạt động kháng khuẩn của nước đá để bảo quản cá bên trong hộp và đánh giá mẫu sau khoảng thời gian đều đặn.
Kết quả và thảo luận
Màu nâu đỏ được hình thành khi chiết xuất gân giữa chuối được thêm vào dung dịch bạc nitrat do sự hình thành của hạt nano bạc. Tính chất khử của hóa chất thực vật trong chiết xuất gân giữa đóng vai trò chính trong sự hình thành hạt nano bạc. Sự hình thành của hạt nano đã được xác nhận bằng cách sử dụng phổ hấp thụ UV có thể nhìn thấy. Biểu đồ cho thấy bước sóng hấp thụ cực đại của hạt nano bạc bằng cách bổ sung các nồng độ chiết xuất từ lá khác nhau (Hình 1). Sự gia tăng cường độ của đỉnh hấp thụ ở bước sóng 433 nm cho thấy rằng 2 ml dịch chiết là nồng độ tối ưu. Phân tích nhóm chức năng được thực hiện bằng quang phổ FTIR, dải ở 3394 cm-1đại diện cho sự uốn cong OH do các phân tử nước (Hình 2). 2076,49cm-1 đại diện cho độ giãn C=N. Tại 1637,09cm-1dải amide được làm nổi bật. Các amin thơm (CN kéo dài) biểu thị ở 1373,58 cm-1Polyol (CO-) và các hợp chất thơm được thể hiện ở 1239,64 và 665,43 cm-1[19].
Việc xác nhận kích thước trung bình và phân tích hình ảnh cấu trúc liên kết được thực hiện bằng kính hiển vi lực nguyên tử (AFM). AFM ở chế độ không tiếp xúc cho phép quét raster hạt nano được phủ trên đế mica, trong đó có thể quét x, y và z. Hình 3 cho thấy cấu trúc liên kết và hình thái ba chiều của hạt nano bạc được sinh tổng hợp có dạng hình cầu và kích thước trung bình của hạt nano bạc được ước tính là 34nm. Hình ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua (HRTEM) có độ phân giải cao cho thấy xác nhận thêm về kích thước và hình thái của hạt nano bạc được sinh tổng hợp. Ảnh HRTEM của hạt nano bạc (Hình 4) cho thấy hình thái cầu khi được chụp ở các tỷ lệ khác nhau 5nm, 10nm, thang đo 20nm và 50nm. Mô hình rìa của hạt nano bạc có thể được quan sát trong hình ở tỷ lệ 5 nm với khoảng cách d là 0,23 nm tương ứng với 111 mặt phẳng của hạt nano bạc, theo JCPDS No.87-0720[19].
Nước đá kháng khuẩn và nước đá đối chứng lần lượt có màu nâu đỏ và trắng (Hình 5), điều này có thể là do sự hiện diện của các hạt nano bạc trong nước đá kháng khuẩn. Hoạt động của băng kháng khuẩn đã được thử nghiệm trên bề mặt nước ngọt như được mô tả trong sơ đồ (Hình 6). Thường có sẵn Mugil cephalus (cá đối) được chọn làm mô hình nuôi thử nghiệm đối với cá nước ngọt. Hoạt tính kháng khuẩn được thực hiện bằng cách quét bề mặt của cá trong khoảng thời gian 60, 120 và 180 phút trên các đĩa thạch Mueller Hinton. Trong tất cả các trường hợp, cá được bảo quản trong nước đá đối chứng bình thường có biểu hiện tăng CFU (đơn vị hình thành khuẩn lạc) và sự phát triển của mầm bệnh, trong khi cá được bảo quản trong nước đá nano kháng khuẩn có ít CFU và sự phát triển hơn. Hoạt tính kháng khuẩn của băng kháng khuẩn ở cá nước ngọt được đánh giá theo các khoảng thời gian đều đặn như 60, 120 và 180 phút. Hoạt tính của băng kháng khuẩn so với băng đối chứng được thể hiện trong Hình 7. Phân lập được xác định là Acinetobacter. Acinetobacterlà một mầm bệnh truyền qua thực phẩm và nó chịu trách nhiệm rộng rãi cho sự hư hỏng của cá. Băng kháng khuẩn ức chế sự phát triển củaAcinetobacterở mức độ lớn hơn do hoạt động kháng khuẩn của các hạt nano bạc, trong khi băng đối chứng thể hiện sự hiện diện củaAcinetobacter.
Kết luận
Các hạt nano bạc được sinh tổng hợp bằng cách sử dụngMusa thiên đường Do đó, chiết xuất gân giữa (chuối) có trong Nano Ice đã có thể làm giảm tải lượng vi sinh vật trênĐầu não Mugil bề mặt cá. Băng Nano kháng khuẩn được kết hợp với các hạt nano bạc được tổng hợp sinh học có thể được sử dụng làm chất bảo quản cá ở dạng nano. Các hạt nano bạc tổng hợp sinh học đã được sử dụng thay vì các hạt nano bạc tổng hợp hóa học để tương thích sinh học hơn. Nước đá tẩm hạt nano có thể được khám phá thêm cho nhiều ứng dụng đóng gói thực phẩm khác.
Nguồn tham khảo: Nano ice based on silver nanoparticles for fish preservation
SCG Kiruba Daniel, Vaishnavi Sureshkumar and M Sivakumar