Ảnh minh họa: Internet

Các loại màng bọc và túi được tạo ra từ quá trình polyme hóa etilen và vinyl clorua tạo ra các túi nilon PE, PVC sử dụng rất rộng rãi ở hầu hết các nước trên thế giới với ưu điểm rất rẻ tiền, nhẹ, thuận tiện sử dụng, có khả năng tạo hình đa dạng để bao bọc và đóng gói các sản phẩm. Các loại màng PE, PVC, PET và PE khi sản xuất thường được thêm các chất hóa dẻo DEHA, LDPE, DEHP… thuộc nhóm phthalates (PAEs) từ 10% tới 60% khối lượng màng nhằm cải tiến khả năng đàn hồi, khả năng kéo giãn và dễ tạo hình (Giuliani & cs., 2020). Các chất phtalates là những chất cấm sử dụng do tác động đến hormone gây rối loạn nội tiết, ảnh hưởng đến sức khỏe sinh sản, gây ung thư và rất khó phân hủy phải mất từ 200-500 năm mới có thể phân hủy một túi nilon trong môi trường tự nhiên, do vậy gây ảnh hưởng rất lớn đến môi trường và sức khỏe con người. Tại hội thảo khoa học Kiểm soát ô nhiễm môi trường do sử dụng túi nilon khó phân hủy năm 2018 tại Quy Nhơn, các nhà khoa học dùng cụm từ “ô nhiễm trắng” để nói về hiện tượng ô nhiễm do túi nilon gây ra thảm họa đối với môi trường. Trên thế giới và cả ở Việt Nam, việc hạn chế sử dụng và tiến tới thay thế các bao bì, túi nilon bằng các loại vật liệu mới an toàn, thân thiện với sức khỏe và môi trường đang ngày càng được quan tâm (Rai & cs., 2017).

Chitosan là một polysaccharide mạch thẳng, có nguồn gốc từ các thành phần cấu trúc của vỏ các loài giáp xác như tôm, cua… đã được nhiều nhóm nghiên cứu làm màng bảo quản thực phẩm do có đặc tính kháng khuẩn, kháng nấm tự nhiên (Châu Văn Minh & Bùi Văn Miên, 1997). Màng bọc thực phẩm được tạo ra bằng cách kết hợp chitosan và các chất khác nhau như glycerol, gelatin, polysaccharide, tinh bột để cải tiến tính chất vật lý và cơ học của màng: Màng chitosan kết hợp glycerol (Lê Hồ Khánh Hỷ & cs., 2016; Priyadarshi & cs., 2018), màng chitosan-gelatin (Lê Thị Minh Thùy, 2008; Atmaka & cs., 2018). Màng chitosan kết hợp tinh bột ngô (Bof & cs., 2016). Sự kết hợp giữa lignin và chitosan để tạo màng bao gói thực phẩm có khả năng kháng khuẩn Gram âm và Gram dương đã được chứng minh trong nghiên cứu của Sudheer Rai (Rai & cs., 2017). Các màng bọc từ chitosan đã được chứng minh có khả năng bảo quản các loại trái cây, bảo quản các loại hải sản, cá ngừ, thực phẩm tươi sống, trứng và thịt… màng bọc chitosan vừa giúp kéo dài thời gian bảo quản mà không cần sử dụng các hóa chất, đồng thời giảm tỉ lệ thất thoát chất dinh dưỡng so với màng nilon do khi tạo thành lớp phủ chặt chẽ (Lê Hồ Khánh Hỷ & cs., 2016; Lê Thị Minh Thùy & cs., 2008; Muxika & cs., 2017). Màng chitosan có khả năng ngăn cản được các phân tử khí xuyên qua, đồng thời do có khả năng kháng nấm và kháng khuẩn tự nhiên (Muxika & cs., 2017; Trần Thị Luyến & Lê Thanh Long, 2007).

Lignin hay còn gọi linhin là một hợp chất cao phân tử có cấu trúc vô định hình chiếm khoảng 1/3 sinh khối của cây trồng. Đây là một loại polyme phức tạp, bao quanh tế bào thực vật, tạo độ cứng cho cây trồng. Hàm lượng lignin trong gỗ khoảng 20-40% (Novaes & cs., 2010), bã mía khoảng 25-32% (Haghdan & cs., 2016), rơm rạ khoảng 20% (Vũ Đình Ngọ & cs., 2017)... Trong ngành công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy, quá trình sản xuất khi bột gỗ được xử lí kiềm để tách lấy xenlulo còn sinh ra một lượng lớn chất thải hữu cơ chứa lignin trong dung dịch bị thải bỏ gây ô nhiễm môi trường.

Bã mía là một trong những loại sợi phong phú và có sẵn trong tự nhiên, một phụ phẩm từ các nhà máy mía đường sau khi ép mía để sản xuất đường. Trong bã mía chủ yếu chứa cellulose, hemicellulose và lignin được kết nối với nhau tạo thành tế bào vững chắc Trên thế giới, lượng bã mía những năm gần đây lên tới 1,7 × 103 triệu tấn/năm. Bzazil là nước sản xuất mía lớn nhất thế giới, lượng bã mía ghi nhận tới 175 triệu tấn/năm vào năm 2011. Ở nhiều nước như Mỹ, Cuba, Ai Cập đã sử dụng bã mía làm bột giấy và sản xuất giấy công nghiệp, vật liệu ván ép, sản xuất hộp đựng thực phẩm thay thế hộp xốp (Motaung & cs., 2017). Việt Nam cũng là quốc gia xuất khẩu mía đường lớn thứ 4 trong khu vực Đông Nam Á. Lượng bã mía thải ra mỗi năm rất lớn nếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm môi trường. Do đó, nếu bã mía được tận dụng để tạo các sản phẩm như giấy, hộp đựng thực phẩm, màng bọc thực phẩm, nhiên liệu sinh học… vừa mang lại giá trị kinh tế vừa góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường. Trong quá trình sản xuất giấy từ bã mía, các nhà máy chỉ quan tâm lấy bột giấy bã mía còn phần nước thải chứa một lượng lớn lignin thường không được tận dụng mà xả ra môi trường gây ô nhiễm môi trường nước.

Trên thế giới và Việt Nam, các loại màng bọc thực phẩm được tạo ra từ chitosan kết hợp với phụ gia như gelatin, glycerol, tinh bột… đã được nhiều tác giả nghiên cứu. Tuy nhiên, ở Việt Nam chưa có công trình nghiên cứu về khả năng tạo màng giữa chitosan và lignin được công bố. Do đó, nghiên cứu được thực hiện với mục tiêu thu hồi lignin từ bã mía theo phương pháp thủy phân kiềm, đồng thời kết hợp giữa lignin với chitosan để tạo màng sinh học có khả năng chống thấm và kháng khuẩn tốt có thể ứng dụng trong đời sống.

Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã chế tạo thành công màng sinh học khi kết hợp chitosan với lignin, mở ra một hướng nghiên cứu mới về vật liệu thân thiện môi trường từ phụ phẩm nông nghiệp. Trong các tỉ lệ phối trộn chitosan và lignin thì công thức tạo màng CT1.3 và CT2.3 có tỉ lệ chitosan : lignin 1C:1L (v/v) có khả năng chống thấm nước tốt nhất, màng có khả năng kháng khuẩn với hai chủng vi khuẩn E. coli và S. aureus với đường kính vòng vô khuẩn lần lượt 16mm và 18mm. Các màng sinh học được tạo thành rất mỏng độ dày dao động trong khoảng 22-55µm nhưng có lực phá vỡ màng lớn từ 130.000-728.000 N/m2 mà không cần bổ sung thêm chất phụ gia và chất hóa dẻo.

nnttien