Chi tiết nhiệm vụ

Thông tin khoa học và công nghệ địa phương

Cơ sở dữ liệu khoa học và công nghệ

Thông tin Ứng dụng

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano để bảo quản trái bơ và sầu riêng tại Đắk Lắk

1. Tên nhiệm vụ: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano để bảo quản trái bơ và sầu riêng tại Đắk Lắk

Cấp quản lýTỉnh/Thành phố

2. Tổ chức chủ trì nhiệm vụ: Trường ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐH Quốc gia Hà Nội

Địa chỉ: 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội Điện thoại: (84) 0243-8584615 / 8581419

3. Chủ nhiệm nhiệm vụ: PGS. TS. Mai Hồng Hạnh

4. Mục tiêu nghiên cứu:

Mục tiêu chung: Sản xuất và ứng dụng được vật liệu nano để bảo quản trái bơ và sầu riêng tại Đắk Lắk.

Mục tiêu cụ thể:

+ Xác định được hiện trạng thu hoạch, sơ chế và bảo quản bơ, sầu riêng tại Đắk Lắk.

+ Xây dựng được quy trình phối chế, sản xuất vật liệu nano phù hợp với bảo quản quả bơ và sầu riêng tại Đắk Lắk.

+ Hoàn thiện được quy trình công nghệ bảo quản bơ tại Đắk Lắk sử dụng vật liệu nano có thời gian bảo quản trên 35 ngày.

+ Hoàn thiện được quy trình công nghệ bảo quản sầu riêng tại Đắk Lắk sử dụng vật liệu nano có thời gian bảo quản trên 15 ngày.

+ Xây dựng được mô hình ứng dụng công nghệ bảo quản bơ và sầu riêng quy mô 02 tấn tại vùng trồng chính của tỉnh Đắk Lắk.

5. Nội dung nghiên cứu chính:

Nội dung 1: Nghiên cứu thực trạng canh tác, thu hoạch, sơ chế, bảo quản, và chế biến trái bơ và sầu riêng của tỉnh Đắk Lắk.

Nội dung 2: Chế tạo, đánh giá tính chất và khả năng ức chế nấm, khuẩn của vật liệu nano Ag, nano ZnO từ đó lựa chọn vật liệu tối ưu để sử dụng trong bảo quản.

Nội dung 3: Thiết kế hệ thống thiết bị đo đa thông số thời gian thực có thể đo được nồng độ ethylene, CO2, đo nhiệt độ và độ ẩm tại kho/hộp bảo quản hoa quả sau thu hoạch. Hiệu chỉnh các thông số của thiết bị để phù hợp với kho bảo quản.

Nội dung 4: Nghiên cứu, chế tạo dung dịch gel tạo màng chứa vật liệu nano và polymer sinh học để bảo quản trái bơ sáp quy mô phòng thí nghiệm.

Nội dung 5: Xây dựng mô hình ứng dụng công nghệ bảo quản 100 kg trái bơ có thể mở rộng tới quy mô 1 tấn tại Đắk Lắk.

Nội dung 6: Chế tạo và tối ưu hóa quy trình chế tạo dung dịch gel tạo màng chứa vật liệu nano và polymer sinh học để bảo quản trái sầu riêng truyền thống quy mô phòng thí nghiệm.

Nội dung 7. Xây dựng mô hình ứng dụng công nghệ bảo quản 100 kg trái sầu riêng truyền thống có thể mở rộng tới quy mô 1 tấn tại Đắk Lắk.

6. Lĩnh vực nghiên cứu: Công nghệ sinh học trong nông nghiệp

7. Phương pháp nghiên cứu:

Nội dung 1: Nghiên cứu thực trạng canh tác, thu hoạch, sơ chế, bảo quản, và chế biến trái bơ và sầu riêng của tỉnh Đắk Lắk.

Đối tượng nghiên cứu: Trái bơ sáp và trái sầu riêng truyền thống

Phương pháp nghiên cứu: Đây là nội dung nghiên cứu mang tính thống kê

Nội dung 2: Chế tạo, đánh giá tính chất và khả năng ức chế nấm, khuẩn của vật liệu nano Ag, nano ZnO từ đó lựa chọn vật liệu tối ưu để sử dụng trong bảo quản

Đối tượng nghiên cứu: hạt nano Ag, nano ZnO.

Hóa chất và vật tư tiêu hao: AgNO₃, Zn(COOCH₃)₂, Zn(NO₃)₂, Chất hoạt động bề mặt (Polyvinylpyrolidon – PVP, trisodium citrate – TSC, polymer sinh học – Alginate, CMC), chất khử (NaBH₄) và chất ổn định pH (citric acid)…

Thiết bị và dụng cụ nghiên cứu: Máy khuấy từ gia nhiệt, máy rung siêu âm, máy đo mật độ quang học (OD), máy đo pH, máy đo TEM, Xray, UV-VIS ...

Kỹ thuật sử dụng:

+ Để đánh giá hình thái, tính chất của vật liệu nano Ag, nano ZnO chúng tôi sử dụng các phương pháp đo phổ huỳnh quang, Xray, Raman để đánh giá độ tinh khiết, và kết tinh của vật liệu.

Phép đo kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM): nhằm xác định hình thái của vật liệu nano.

Phép đo nhiễu xạ tia X (XRD) (Empyrean,Malvern Panalytical., UK): cung cấp thông tin về cấu trúc tinh thể như: độ tinh khiết, định hướng tinh thể, và các thông số cấu trúc khác, chẳng hạn như kích thước trung bình hạt hay các khuyết tật tinh thể của các vật liệu nano ZnO, nano Ag…

Phép đo thế Zeta: Phép đo đánh giá sự phân tán của vật liệu nano trong dung dịch.

Phép đo phổ truyền quang UV-VIS (máy quang phổ Shimazu 2450): Phép đo phổ truyền quang UV-VIS giúp xác định độ truyền qua và các bước sóng ánh sáng chiếu bị hấp thụ hay phản xạ tại bề mặt của màng bọc.

Nội dung 3: Thiết kế hệ thống thiết bị đo đa thông số thời gian thực có thể đo được nồng độ Ethylene, CO₂, đo nhiệt độ và độ ẩm tại kho/hộp bảo quản hoa quả sau thu hoạch. Hiệu chỉnh các thông số của thiết bị để phù hợp với kho bảo quản

Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu chế tạo hệ đo đa thông số môi trường kho/hộp bảo quản trái cây sau thu hoạch.

Hóa chất và vật tư tiêu hao: Bo mạch Arduino, Module sim 800C, module wifi ESP8266, cảm biến độ ẩm, cảm biến nhiệt độ, cảm biến CO₂, cảm biến Ethylene.

Thiết bị và dụng cụ nghiên cứu: Nguồn 1 chiều DC, Keithley 2000, nguồn 12V 1A, pin lithium,....

Nội dung 4: Nghiên cứu, chế tạo dung dịch gel tạo màng chứa vật liệu nano và polymer sinh học để bảo quản trái bơ sáp quy mô phòng thí nghiệm

Đối tượng nghiên cứu: dung dịch gel tạo màng chứa vật liệu nano và polymer sinh học sử dụng cho trái bơ.

Hóa chất và vật tư tiêu hao: dung dịch nano Ag, bột nano ZnO, muối natri alginate, CMC, glycerol, nước cất hoặc nước RO, CaCl_2….

Thiết bị và dụng cụ nghiên cứu: máy khuấy trộn, micro pipet, cân kỹ thuật, thiết bị đa thông số, máy đo độ cứng, khúc xạ kế…

Kỹ thuật sử dụng:

Phân tích, đánh giá hình thái, màu sắc, các tính chất hóa, lý của trái cây theo thời gian nhằm lựa chọn phương án tối ưu. Các kỹ thuật phân tích hiện đại như đo độ truyền qua UV- VIS, đo nồng độ các chất khí, được dựa trên các Tiêu chuẩn kỹ thuật của Việt Nam, và quốc tế. Cụ thể là:

+ Để đánh giá khả năng kháng nấm, kháng khuẩn, chúng tôi chúng tôi sử dụng phương pháp đếm khuẩn và phương pháp đo mật độ quang (optical density).

Phương pháp đo mật độ quang OD (optical density) được xác định như sau: Dịch huyền phù tế bào được pha loãng với hệ số pha loãng nhất định. Ở đây chúng tôi sử dụng máy đo OD thương mại với bước sóng ánh sáng 600 nm, khối lượng sinh khối tế bào trong mẫu được suy ra từ cường độ ánh sáng hấp thụ khi đi qua mẫu.

Các phương pháp đối chứng phân tích vi khuẩn và nấm dựa theo TCVN:

Phương pháp phân tích E. Coli: TCVN 7924-2: 2008
Phương pháp phân tích tổng bào tử nấm men, nấm mốc: TCVN 8275-2:2010
Phương pháp phân tích S. Aureus theo TCVN 4830-1:2005

+ Các chỉ tiêu về chất lượng của trái cây được đánh giá bằng các phương pháp sau:

Chỉ tiêu ngoại quan – vật lý như màu sắc, được đánh giá bằng phương pháp chụp ảnh theo thời gian. Độ hụt khối lượng tự nhiên được đánh giá bằng phương pháp cân (Sartorious, Đức).
Chỉ tiêu lý hóa của môi trường bảo quản: nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ các khí ethylene, CO₂... được xác định theo thời gian bằng hệ thống đo đa thông số, thời gian thực.
Chỉ tiêu dinh dưỡng, vitamin:

+ Định lượng đường, và định lượng protein được đo 3 ngày/lần bằng các máy đo thương mại như các máy khúc xạ kế đo hàm lượng đường, protein.

+ Ngoài ra chúng tôi cũng kết hợp các phương pháp định lượng dinh dưỡng và vitamin theo TCVN sau đây:

Phương pháp định lượng vitamin C: TCVN 8977:2011
Phương pháp định lượng đường: TCVN 4594-1988
Phương pháp định lượng tổng protein: TCVN 8134:2009

Nội dung 5: Xây dựng mô hình ứng dụng công nghệ bảo quản 100 kg trái bơ có thể mở rộng tới quy mô 1 tấn tại Đắk Lắk

Đối tượng nghiên cứu: bơ sáp tại Đắk Lắk

Hóa chất và vật tư tiêu hao: dung dịch nano Ag, bột nano ZnO, dung dịch gel alginate, dung dịch gel CMC, CaCl_2…

Thiết bị và dụng cụ nghiên cứu: máy khuấy trộn, cân, thiết bị đa thông số, máy đo độ cứng, khúc xạ kế…

Kỹ thuật sử dụng:

+ Các chỉ tiêu về chất lượng của trái cây được đánh giá bằng các phương pháp sau:

Chỉ tiêu ngoại quan – vật lý như màu sắc, được đánh giá bằng phương pháp chụp ảnh theo thời gian. Độ hụt khối lượng tự nhiên được đánh giá bằng phương pháp cân (Sartorious, Đức).
Chỉ tiêu lý hóa của môi trường bảo quản: nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ các khí ethylene, CO₂... được xác định theo thời gian bằng hệ thống đo đa thông số, thời gian thực.
Các phương pháp đối chứng phân tích vi khuẩn và nấm dựa theo TCVN:
Phương pháp phân tích E. Coli: TCVN 7924-2: 2008
Phương pháp phân tích tổng bào tử nấm men, nấm mốc: TCVN 8275-2:2010
Phương pháp phân tích S. Aureus theo TCVN 4830-1:2005
Chỉ tiêu dinh dưỡng, vitamin
Phương pháp định lượng vitamin C: TCVN 8977:2011
Phương pháp định lượng đường: TCVN 4594-1988
Phương pháp định lượng tổng protein: TCVN 8134:2009

Nội dung 6: Chế tạo và tối ưu hóa quy trình chế tạo dung dịch gel tạo màng chứa vật liệu nano và polymer sinh học để bảo quản trái sầu riêng truyền thống quy mô phòng thí nghiệm

Đối tượng nghiên cứu: tạo màng bọc polymer sinh học chứa vật liệu nano cho trái sầu riêng truyền thống.

Hóa chất và vật tư tiêu hao: dung dịch nano Ag, bột nano ZnO dung dịch gel alginate, gel CMC, glycerol, CaCl_2….

Thiết bị và dụng cụ nghiên cứu: máy khuấy trộn, micro pipet, cân kỹ thuật, thiết bị đa thông số, máy đo độ cứng, khúc xạ kế…

Kỹ thuật sử dụng:

+ Các chỉ tiêu về chất lượng của trái cây được đánh giá bằng các phương pháp sau:

Chỉ tiêu ngoại quan – vật lý như màu sắc, được đánh giá bằng phương pháp chụp ảnh theo thời gian. Độ hụt khối lượng tự nhiên được đánh giá bằng phương pháp cân (Sartorious, Đức).
Chỉ tiêu lý hóa của môi trường bảo quản: nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ các khí ethylene, CO₂... được xác định theo thời gian bằng hệ thống đo đa thông số, thời gian thực.
Chỉ tiêu dinh dưỡng, vitamin:
Phương pháp định lượng vitamin C: TCVN 8977:2011
Phương pháp định lượng đường: TCVN 4594-1988
Phương pháp định lượng tổng protein: TCVN 8134:2009

Nội dung 7. Xây dựng mô hình ứng dụng công nghệ bảo quản 100 kg trái sầu riêng truyền thống có thể mở rộng tới quy mô 1 tấn tại Đắk Lắk.

Đối tượng nghiên cứu: sầu riêng truyền thống tại Đắk Lắk

Hóa chất và vật tư tiêu hao: dung dịch nano Ag, bột nano ZnO, dung dịch gel alginate, dung dịch gel CMC, CaCl_2…

Thiết bị và dụng cụ nghiên cứu: máy khuấy trộn, cân, thiết bị đa thông số, máy đo độ cứng, khúc xạ kế…

Kỹ thuật sử dụng:

+ Các chỉ tiêu về chất lượng của trái cây được đánh giá bằng các phương pháp sau:

Chỉ tiêu ngoại quan – vật lý như màu sắc, được đánh giá bằng phương pháp chụp ảnh theo thời gian. Độ hụt khối lượng tự nhiên được đánh giá bằng phương pháp cân (Sartorious, Đức).
Chỉ tiêu lý hóa của môi trường bảo quản: nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ các khí ethylene, CO₂... được xác định theo thời gian bằng hệ thống đo đa thông số, thời gian thực.
Các phương pháp đối chứng phân tích vi khuẩn và nấm dựa theo TCVN:
Phương pháp phân tích E. Coli: TCVN 7924-2: 2008
Phương pháp phân tích tổng bào tử nấm men, nấm mốc: TCVN 8275-2:2010
Phương pháp phân tích S. Aureus theo TCVN 4830-1:2005
Chỉ tiêu dinh dưỡng, vitamin:

8. Sản phẩm khoa học và công nghệ dự kiến:

Dạng I: Mẫu (model, maket); Sản phẩm (là hàng hoá, có thể được tiêu thụ trên thị trường); Vật liệu; Thiết bị, máy móc; Dây chuyền công nghệ; Giống cây trồng; Giống vật nuôi và các loại khác

Dung dịch vật liệu nano Ag: nồng độ nhỏ hơn 1000 ppm, pH: 5 – 8, kích thước dưới 100 nm, màu sắc: cánh gián, hấp thụ mạnh tại 380 – 430 nm, độ ổn định: ít nhất 6 tháng, quy mô phòng thí nghiệm 30 lít/ ngày.

Bột vật liệu nano ZnO: độ tinh khiết: > 95%, màu sắc: trắng, kích thước hạt dưới 100 nm, độ ổn định: ít nhất 6 tháng, quy mô phòng thí nghiệm: 30 gram/ ngày.

Dung dịch gel tạo màng chứa vật liệu nano và polymer sinh học dùng trong bảo quản trái bơ sáp: Nồng độ vật liệu nano nhỏ hơn 200 ppm, pH: 5 – 8, kích thước vật liệu nano dưới 100 nm, màu sắc: cánh gián, hấp thụ mạnh tại 380 – 430 nm, nồng độ polymer sinh học: dưới 5%, độ phân tán của vật liệu nano: thế Zeta tuyệt đối lớn hơn 20 mV, có khả năng ức chế sự phát triển của nấm và khuẩn trong phòng thí nghiệm: trên 95% với các loại nấm và khuẩn dưới đây: E. Coli (TCVN 7924-2: 2008), tổng bảo từ nấm men, nấm mốc (TCVN 8275-2:2010), S. aureus (TCVN 4830-1:2005), màng tạo ra từ dung dịch gel có khả năng bảo quản trái bơ sáp trên 35 ngày, dung dịch gel chứa nồng độ các loại kim loại nặng thấp hơn mức quy định cho màng bọc thực phẩm, độ ổn định của dung dịch gel: ít nhất 6 tháng, quy mô phòng thí nghiệm: 50 lít/ ngày.

Dung dịch gel tạo màng chứa vật liệu nano và polymer sinh học dùng trong bảo quản trái sầu riêng truyền thống: nồng độ vật liệu nano nhỏ hơn 200 ppm, pH: 5 – 8, kích thước vật liệu nano dưới 100 nm, màu sắc: cánh gián, hấp thụ mạnh tại 380 – 430 nm, nồng độ polymer sinh học: dưới 5%, độ phân tán của vật liệu nano: thế Zeta tuyệt đối lớn hơn 20 mV, có khả năng ức chế sự phát triển của nấm và khuẩn trong phòng thí nghiệm: trên 95% với các loại nấm và khuẩn dưới đây: E. Coli (TCVN 7924-2: 2008), tổng bảo từ nấm men, nấm mốc (TCVN 8275-2:2010), S. aureus (TCVN 4830-1:2005), màng bảo quản được tạo ra từ dung dịch gel có khả năng bảo quản trái sầu riêng truyền thống trên 15 ngày, dung dịch gel chứa nồng độ các loại kim loại nặng thấp hơn mức quy định cho màng bọc thực phẩm, độ ổn định của dung dịch gel: ít nhất 6 tháng, quy mô phòng thí nghiệm: 50 lít/ ngày.

Dạng II: Nguyên lý ứng dụng; Phương pháp; Tiêu chuẩn; Quy phạm; Phần mềm máy tính; Bản vẽ thiết kế; Quy trình công nghệ; Sơ đồ, bản đồ; Số liệu, Cơ sở dữ liệu; Báo cáo phân tích; Tài liệu dự báo (phương pháp, quy trình, mô hình,...); Đề án, qui hoạch; Luận chứng kinh tế-kỹ thuật, Báo cáo nghiên cứu khả thi và các sản phẩm khác

01 Quy trình sản xuất vật liệu nano dùng trong bảo quản quả sầu riêng và bơ tại Đắk Lắk: chế tạo rõ ràng các bước, mỗi bước đều có các phép đo, chỉ số để kiểm tra chất lượng, bảng theo dõi và đánh giá chất lượng sản phẩm, phương pháp và kết quả đánh giá về kích thước vật liệu nano, tính chất quang, khả năng phân tán trong nước, độ tinh khiết, độ pH.
01 Quy trình công nghệ ứng dụng dung dịch gel tạo màng chứa vật liệu nano và polymer sinh học để bảo quản trái bơ sáp, thời gian bảo quản trên 35 ngày: chia thành các bước rõ ràng, đơn giản, dễ thực hiện. Cụ thể:

+ Bước 1: Thu mua trái bơ theo mùa.

+ Bước 2: Tiền xử lý trái bơ và xử lý trước khi bọc màng.

+ Bước 3: Bọc màng bằng phương pháp nhúng kết hợp phun phủ với dung dịch gel tạo màng.

+ Bước 4: Đánh giá chất lượng sản phẩm màng sau khi bọc: độ dày màng: nhỏ hơn 200 micro mét, độ truyền qua trung bình: 75-95%, nồng độ vật liệu nano nhỏ hơn 200 ppm, có khả năng ức chế sự phát triển của nấm và khuẩn trong phòng thí nghiệm: trên 95% với các loại nấm và khuẩn dưới đây: E. Coli (TCVN 7924-2: 2008), tổng bảo từ nấm men, nấm mốc (TCVN 8275-2:2010), S. aureus (TCVN 4830-1:2005).

+ Bước 5: Bảo quản trong buồng bảo quản mát, các thông số phòng bảo quản trong thời gian bảo quản 35 ngày, nhiệt độ: 2⁰C – 10⁰C, độ ẩm: 80 – 90%, sản phẩm đảm bảo QCVN 21-1:2001 về an toàn vệ sinh đối với bao bì, dụng cụ bằng nhựa tổng hợp tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm.

♦ 01 Quy trình công nghệ ứng dụng dung dịch gel tạo màng chứa vật liệu nano và polymer sinh học để bảo quản trái sầu riêng truyền thống, thời gian bảo quản trên 15 ngày chia thành các bước rõ ràng, đơn giản, dễ thực hiện. Cụ thể:

+ Bước 1: Thu mua trái sầu riêng theo mùa.

+ Bước 2: Tiền xử lý trái sầu riêng và xử lý trước khi bọc màng.

+ Bước 3: Bọc màng bằng phương pháp nhúng kết hợp phun phủ với dung dịch gel tạo màng.

Bước 5: Bảo quản trong buồng bảo quản mát, các thông số phòng bảo quản trong thời gian bảo quản 15 ngày: nhiệt độ: 2⁰C – 10⁰C, độ ẩm: 80 – 90 %, sản phẩm đảm bảo QCVN 21-1:2001 về an toàn vệ sinh đối với bao bì, dụng cụ bằng nhựa tổng hợp tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm.

Dạng III: Bài báo; Sách chuyên khảo và các sản phẩm khác

02 Bài báo Công bố trên tạp chí khoa học chuyên ngành ở các tạp chí thuộc Danh mục tạp chí khoa học được tính điểm của Hội đồng giáo sư Nhà nước.

9. Thời gian thực hiện: 03/2023- 02/2026