Những quả dâu tây đỏ mọng và chuối chín hấp dẫn luôn khiến mọi người muốn mua thêm. Thế nhưng, chỉ sau một đêm, dâu tây thường bắt đầu rỉ nước và có dấu hiệu mốc, còn vỏ chuối xuất hiện những đốm đen. Theo thống kê, mỗi năm, khoảng 1,3 tỷ tấn thực phẩm bị vứt bỏ trên toàn thế giới, trong đó có 500 triệu tấn là trái cây và rau củ. Điều này không chỉ gây thiệt hại về kinh tế mà còn lãng phí nguồn tài nguyên. Vì vậy, việc kéo dài thời gian sử dụng của trái cây và rau củ tươi trở thành một vấn đề cấp bách.
Hiện nay, có nhiều công nghệ bảo quản trái cây như phủ sáp, làm lạnh ở nhiệt độ thấp, đóng gói khí, sử dụng màng bao bì nhựa và lớp phủ bảo quản sinh khối. Tuy nhiên, những công nghệ này thường có nhược điểm như kháng khuẩn kém, gây ô nhiễm môi trường, tiêu thụ năng lượng cao và tiềm ẩn nhiều nguy cơ cho sức khỏe.
Chẳng hạn, lớp sáp trên bề mặt trái cây làm cho việc vệ sinh trở nên khó khăn, có thể ảnh hưởng xấu đến hương vị và gây ra nguy cơ sức khỏe. Phương pháp làm lạnh và đóng gói khí có chi phí cao và tiêu tốn nhiều năng lượng. Màng bao bì nhựa thương mại thường thiếu khả năng kháng khuẩn và chống oxy hóa, dẫn đến hiệu quả bảo quản không tốt. Hơn nữa, các hạt vi nhựa từ quá trình phân hủy màng bao bì có thể xâm nhập vào hệ sinh thái, gây tác hại nghiêm trọng và lâu dài.
Các nhà khoa học đang tìm kiếm các giải pháp an toàn và thân thiện với môi trường hơn. Gần đây, Nhóm Đổi mới đánh giá rủi ro và chất lượng tTrà của Viện Nghiên cứu Trà thuộc Viện Hàn lâm Khoa học nông nghiệp Trung Quốc đã phát hiện một bước đột phá trong lĩnh vực trà. Kết quả nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí khoa học "ACS Nano" (SCI Zone 1) với tiêu đề "Lớp phủ nanocomposite tự lắp ráp Polyphenol trong trà để bảo quản trái cây."
Polyphenol trà là một loại chất chuyển hóa thứ cấp có mặt phổ biến trong lá trà, trái cây và rau củ. Chúng có nhóm hydroxyl hoạt động, cấu trúc đa dạng và khả năng phản ứng mạnh, đồng thời có khả năng chống oxy hóa và kháng khuẩn. Tuy nhiên, cấu trúc không ổn định của polyphenol khiến chúng dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường như pH, tia cực tím và oxy, điều này hạn chế hiệu quả trong việc bảo quản.
Để khắc phục những vấn đề này, nghiên cứu đã đề xuất một lớp phủ nanocomposite tự lắp ráp từ polyphenol trà và ion kẽm (TPZn). Vật liệu này có khả năng phủ hiệu quả lên bề mặt nhiều loại chất nền sinh học khác nhau. Khi được áp dụng lên trái cây, lớp phủ mang lại nhiều lợi ích trong việc bảo quản, bao gồm khả năng kháng khuẩn, chống oxy hóa, giữ ẩm và ức chế sự hình thành màng vi khuẩn. Quy trình chế tạo lớp phủ rất đơn giản, chỉ cần một bước, giúp phù hợp cho ứng dụng trên quy mô lớn.
Nghiên cứu này đã đánh giá một cách hệ thống hiệu quả an toàn và khả năng bảo quản của vật liệu TPZn. Trong các thí nghiệm độc tính trên tế bào, cá ngựa vằn, giun tròn, chuột và mầm cây, TPZn cho thấy có khả năng tương thích sinh học tốt và không gây độc tính đáng kể. Trong các thử nghiệm kháng khuẩn, TPZn cho thấy hiệu quả ức chế rõ rệt đối với các vi khuẩn gây hư hỏng phổ biến, như Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa và Staphylococcus aureus kháng methicillin. Hình ảnh từ màng sinh học vi khuẩn và phân tích rò rỉ protein cho thấy TPZn có khả năng phá vỡ màng tế bào vi khuẩn, ngăn chặn sự xâm nhập của chúng lên bề mặt trái cây, từ đó làm chậm quá trình hư hỏng ngay từ nguồn.
Trong ứng dụng thực tế trên trái cây, các nhà khoa học đã phun hoặc ngâm dâu tây và chuối bằng dung dịch phủ TPZn, sau đó phơi khô trong không khí và bảo quản ở nhiệt độ phòng. Kết quả cho thấy lớp phủ TPZn kéo dài thời hạn sử dụng của dâu tây thêm 6 ngày và của chuối thêm 8 ngày, gấp đôi so với nhóm đối chứng. Hàm lượng vitamin C và anthocyanin được duy trì, trong khi tình trạng mất khối lượng và độ mềm của quả giảm đáng kể. Quá trình nâu hóa vỏ cũng chậm lại, chứng tỏ khả năng chống oxy hóa và giữ ẩm của lớp phủ rất hiệu quả.
Hiệu quả giữ tươi của lớp phủ nanocomposite TPZn trên dâu tây và chuối:
a là hình dạng điển hình của chuối sau khi xử lý
b là hình dạng điển hình của dâu tây sau khi xử lý
Hơn nữa, trong một thí nghiệm mô hình ô nhiễm, ngay cả khi dâu tây bị tiêm nhiễm với các chủng vi khuẩn gây hư hỏng, lớp phủ TPZn vẫn thể hiện đặc tính kháng khuẩn xuất sắc, giúp trì hoãn hiệu quả quá trình hư hỏng. Hiệu suất bảo quản của TPZn cũng tương đương với các chất bảo quản clo dioxit thương mại. Vật liệu này hoàn toàn tự nhiên, an toàn và không gây kích ứng, mang lại tiềm năng lớn như một giải pháp thay thế cho các phương pháp bảo quản truyền thống.
Quan sát và nghiên cứu tính chất kháng khuẩn, chống oxy hóa và giữ nước của lớp phủ nanocomposite TPZn trên bề mặt trái cây:
a cho thấy những thay đổi về hình thức điển hình của dâu tây tại các thời điểm bảo quản khác nhau; dâu tây được xử lý bằng Staphylococcus aureus rồi phủ lớp phủ nanocomposite TPZn;
b cho thấy sự thay đổi về trọng lượng
c độ cứng của các mẫu quả được bảo quản từ 0 đến 8 ngày
d cho thấy những thay đổi về hàm lượng vitamin C và hàm lượng anthocyanin trong các nhóm xử lý khác nhau sau 8 ngày bảo quản
e cho thấy trạng thái của dâu tây sau các thời điểm bảo quản khác nhau trong tủ lạnh 4 °C.
Nghiên cứu này cung cấp một phương pháp bảo quản trái cây mới, có nguồn gốc tự nhiên, xanh và thân thiện với môi trường, với các chức năng phức tạp; tạo ra cơ sở lý thuyết và thực tiễn quan trọng cho việc phát triển thế hệ vật liệu phủ chức năng ăn được mới. Đồng thời, nghiên cứu có triển vọng ứng dụng quan trọng trong việc giảm thiểu tổn thất, bảo quản, bao bì xanh và đảm bảo an toàn thực phẩm.
