Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano chitosan để hoàn thiện chế phẩm phủ màng compozit HPMC nano trong bảo quản quả chuối” của Đậu Anh Nhi và Nguyễn Mạnh Trường Kỳ, học sinh trường THPT Phan Đình Phùng (Hà Nội) đã giành giải Nhất tại Cuộc thi Khoa học kỹ thuật cấp quốc gia học sinh trung học năm học 2019 – 2020.
Trước tình hình hội nhập kinh tế ngày càng sâu rộng và diện tích trồng chuối ở nước ta khá lớn (chiếm 19% tổng diện tích cây ăn trái), cho sản lượng khoảng 1,4 triệu tấn, chuyên ngành bảo quản chuối sau thu hoạch tại Việt Nam cần lựa chọn ra công nghệ và giải pháp bảo quản thích hợp để chuối Việt Nam đạt yêu cầu chất lượng xuất khẩu.
Nói về ý tưởng thực hiện đề tài, trưởng nhóm Đậu Anh Nhi cho biết, chuối là loại quả quen thuộc với người dân Việt Nam, có giá trị dinh dưỡng cao, giá thành rẻ và có thể xuất khẩu tới nhiều nước trên thế giới. Tuy nhiên, chuối thường hay bị bệnh sau khi thu hoạch (như thối cuống, bệnh thán thư, bệnh thối đầu ruồi, thối quả), làm cho quả bị hỏng nhanh, gây khó khăn cho khâu bảo quản. Đây cũng là nguyên nhân chính làm tổn thất cả chất lượng và số lượng của quả chuối khi tiêu thụ hay xuất khẩu. “Vì vậy, chúng em nảy ra ý định bảo quản chuối được tốt hơn để đáp ứng nhu cầu xuất khẩu chứ không chỉ tiêu dùng trong nước”. Và “hiện nay loại hình bao gói dạng màng phủ trên rau, quả mở ra một hướng mới”, Nguyễn Mạnh Trường Kỳ giải thích thêm.
Công nghệ tạo màng bề mặt để bảo quản rau quả về nguyên tắc là tạo ra một dịch lỏng dạng gel hoặc nhũ tương rồi phủ lên bề mặt quả. Lớp màng phủ này làm giảm tổn thất khối lượng và hạn chế quá trình mất nước. Các vật liệu tạo màng phủ thường được sử dụng từ những loại có nguồn gốc sinh học, trong đó có xenlulo. Để tận dụng được nguồn nguyên liệu này, các dẫn xuất của xenlulo được đặc biệt quan tâm, như: hydroxy-propyl- methyl- cellulose (HPMC).
HPMC có nhiều ưu điểm, như: tính chất tạo màng tốt, không mùi, không vị, có tính thâm khí tốt và giữ được mùi hương của sản phẩm nhưng lại có nhược điểm là tính ưa nước cao làm cho khả năng ngăn cản sự thoát nước của quả kém. Nhằm khắc phục nhược điểm của màng HPMC, các thành phần kỵ nước (nano carnauba, nano chitosan, nano xenlulo) được bổ sung vào HPMC để tạo ra vật liệu tạo màng dạng compozit, cho phép hạn chế tính chất ưa nước của màng HPMC.
Nano chitosan không chỉ có vai trò cải tạo tính chất hóa lý của của màng sinh học như: tạo rào cản mất nước, giữ mùi hương, cố định enzim, hấp thụ oxy tự do, tính năng cảm biến… mà còn có hoạt tính kháng vi sinh vật. Khi kết hợp với các loại tinh dầu có tính kháng khuẩn, nano chitosan sẽ làm tăng hiệu ứng kháng khuẩn của màng phủ. Tinh dầu nghệ có thành phần chủ yếu là turmerone và zingiberene, các loại sesquiterpenes và monoterpenes, được chứng minh là có hoạt tính kháng khuẩn mạnh. Do đó, việc kết hợp nano chitosan và tinh dầu nghệ trong màng phủ compozit sẽ tăng cường hiệu quả diệt nấm của chế phẩm.
Ước mơ khởi nghiệp từ quả chuối sạch
Đậu Anh Nhi chia sẻ: Khi chúng em trình bày ý tưởng nghiên cứu, các thầy cô trong trường đều ủng hộ. Sau đó, em và Trường Kỳ tiếp tục tham khảo tài liệu, hỏi ý kiến chuyên gia tại Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch. Nhờ sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong trường cùng các chuyên gia, chúng em đã có những kiến thức khoa học rất bổ ích.
Thời gian để xây dựng phát triển ý tưởng và hoàn thành đề tài vào khoảng 1 năm, bắt đầu từ năm 2019. Anh Nhi là người thực hiện đề tài trước, sau đó rủ Trường Kỳ cùng làm. Sau khi trình bày ý tưởng, các thầy cô đã ủng hộ và giúp đỡ hai bạn rất nhiều. Ban đầu, đề tài bị chê là “rườm rà, dài dòng, nhiều từ chuyên môn”. Sau đó, hai bạn đã tiếp thu những ý kiến đóng góp và hoàn thiện đề tài dự thi.
Có phụ huynh công tác ở Viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, Đậu Anh Nhi và Nguyễn Mạnh Trường Kỳ có nhiều thuận lợi khi làm thí nghiệm ở đây. Nhiều lúc, có những thí nghiệm chuyên sâu phải sử dụng đến máy móc hiện đại, đắt tiền hay có thí nghiệm nhiều lần phải gửi mẫu đi Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam mới thu được kết quả.
Là người theo sát hai học sinh từ lúc nghiên cứu đến quá trình đi thi và đoạt giải, cô Nguyễn Thị Bích Loan – Phó Hiệu trưởng trường THPT Phan Đình Phùng cho biết: “Những năm gần đây, phong trào nghiên cứu khoa học của học sinh nhà trường đã phát triển mạnh mẽ. Nhiều học sinh đã đoạt giải tại các kỳ thi khoa học kỹ thuật cấp thành phố, cấp quốc gia”.
Để có một đề tài dự thi, đòi hỏi phải có sự chuẩn bị kỹ lưỡng, tinh thần thái độ làm việc nghiêm túc của các em học sinh và sự hướng dẫn của các thầy cô giáo. Cụ thể, muốn có đề tài dự thi cho năm sau thì ít nhất các em học sinh phải có ý tưởng từ năm nay, phải tìm kiếm các mảng đề tài, lựa chọn các lĩnh vực nghiên cứu mà mình yêu thích.
Để học sinh làm quen với nghiên cứu khoa học, nhà trường luôn tạo điều kiện cho các em phát huy tối đa khả năng. Nhà trường đã tổ chức các câu lạc bộ nghiên cứu khoa học, câu lạc bộ STEM, giới thiệu các cuộc thi cho học sinh, giúp các em có định hướng rõ ràng để tự phấn đấu. Quan trọng nhất là việc tạo sự hứng thú, say mê nghiên cứu khoa học cho các em.
Kể về dự định phát triển đề tài, Anh Nhi cho biết: “Đoạt giải tại kỳ thi KHKT cấp quốc gia lần này là vinh dự lớn nhưng đối với em chỉ là bước khởi đầu của quá trình nghiên cứu khoa học. Em muốn tiếp tục phát triển đề tài theo hướng nghiên cứu trên những loại hoa quả khác hoặc có thể vẫn là quả chuối nhưng ở quy mô rộng hơn. Em sẽ làm thí nghiệm trên số lượng lớn để có giá trị thương mại và em mong sẽ khởi nghiệp từ đề tài nghiên cứu này.
Cẩm Sa
