Màng nhựa sinh học kháng khuẩn từ rau răm

Rác thải nhựa từ các polymer hóa dầu như PET, PP, PS, PVC… đang trở thành vấn đề môi trường nghiêm trọng toàn cầu. Mỗi năm, con người thải ra khoảng 380 triệu tấn nhựa nhưng chỉ 9% được tái chế, phần còn lại tồn tại hàng trăm năm trong tự nhiên. Quá trình phân rã nhựa tạo ra vi nhựa kích thước dưới 5 mm, đã được tìm thấy trong thực phẩm, nước uống và cơ thể người, gây nguy cơ lâu dài cho sức khỏe.

Trước thách thức đó, vật liệu nhựa phân hủy sinh học được coi là giải pháp thay thế tiềm năng. Các loại polymer như PLA, PHA, PBAT, PBS hoặc nhựa từ tinh bột, cellulose đang được nghiên cứu và ứng dụng ngày càng nhiều, với sản lượng toàn cầu tăng nhanh. Đặc biệt, xu hướng mới tập trung vào sản xuất màng bao bì sinh học có khả năng kháng khuẩn, nhằm kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm và giảm ô nhiễm môi trường.

Dù vậy, nhựa sinh học hiện nay còn hạn chế về khả năng chống vi sinh vật. Vì thế, các nghiên cứu gần đây đã thử nghiệm bổ sung chiết xuất thảo dược vào màng sinh học để tăng hoạt tính kháng khuẩn.

Cây rau răm – một loài thảo mộc phổ biến ở Việt Nam chứa hàm lượng cao các hợp chất phenolic và flavonoid, có đặc tính kháng khuẩn, kháng nấm, chống oxy hóa, kháng viêm... Tuy nhiên, đến nay trong nước hầu như chưa có nghiên cứu về việc ứng dụng chiết xuất rau răm vào sản xuất màng nhựa phân hủy sinh học, có hoạt tính kháng khuẩn. Vì vậy, nhóm tác giả ở Khoa Khoa học Tự nhiên, Đại học Cần Thơ, đã thực hiện nghiên cứu tổng hợp và khảo sát tính kháng vi sinh vật của màng nhựa sinh học từ cao chiết cây rau răm.

Cụ thể, tiến hành các bước để chiết kiệt và cô quay để thu cao chiết từ thân và lá cây rau răm; thu tinh bột ướt từ khoai lang rồi sấy khô và nghiền mịn.

Màng nhựa sinh học được tạo bằng cách dùng tinh bột hoà trong nước cất, thêm glycerol, sau đó phối trộn hỗn hợp này với cao chiết rau răm ở các nồng độ khác nhau rồi đổ khuôn và để khô. Màng thu được có độ dày 0,24 mm, độ bền kéo đạt 8,42 N và khả năng hút ẩm thấp hơn so với màng không bổ sung cao chiết.

Để kiểm tra khả năng kháng khuẩn của loại màng nhựa sinh học mới, mẫu màng nhựa sinh học nguyên bản và màng có bổ sung 20% cao chiết rau răm được cắt nhỏ, khử trùng và đặt trong ống nghiệm chứa môi trường dinh dưỡng TSB (môi trường dinh dưỡng lỏng phổ biến dùng để nuôi cấy và kiểm tra sự phát triển của vi khuẩn). Hai chủng vi khuẩn gây bệnh phổ biến là Escherichia coli O157:H7 (tiêu chảy) và Staphylococcus aureus (gây ngộ độc thực phẩm, nhiễm trùng da) được pha loãng trước khi cho vào các ống nghiệm chứa mẫu thử.

Kết quả, sau 1 giờ ủ lắc, nghiệm thức đối chứng chỉ chứa E. coli ghi nhận mật số tăng từ 6×10⁷ lên 1,4×10⁸ CFU/mL. Các màng sinh học không chứa cao chiết rau răm cũng cho mức tăng tương tự. Ngược lại, ở nghiệm thức sử dụng màng nhựa chứa 20% cao chiết rau răm, mật số E. coli chỉ dao động nhẹ từ 6×10⁷ lên 8×10⁷ CFU/mL. Đối với S. aureus, xu hướng tương tự được ghi nhận, các nghiệm thức không có cao chiết đều tăng mạnh sau 1 giờ, trong khi nghiệm thức có 20% cao chiết duy trì mật số gần mức ban đầu và là nhóm có số khuẩn lạc thấp nhất.

Khả năng kháng nấm mốc của màng nhựa sinh học được đánh giá bằng cách so sánh giữa bốn mẫu bánh mì: không được chủng (phun) nấm mốc, được chủng nấm, được chủng nấm và phủ màng nhựa sinh học chỉ chứa glycerol, cùng với mẫu được chủng nấm và phủ màng nhựa có bổ sung 20% cao chiết rau răm. Sau 3 ngày bảo quản ở nhiệt độ phòng, mẫu bánh mì không được chủng nấm đã xuất hiện nấm mốc tự nhiên, nhưng với số lượng ít hơn so với các mẫu được chủng. Những mẫu bánh mì được chủng nấm, kể cả khi phủ màng chỉ chứa glycerol, đều xuất hiện nấm mốc rõ rệt, cho thấy màng không có cao chiết không có tác dụng ức chế. Ngược lại, mẫu bánh mì được phủ màng nhựa sinh học có bổ sung 20% cao chiết rau răm, không ghi nhận sự xuất hiện nấm mốc trong cùng khoảng thời gian, chứng tỏ vật liệu này có khả năng hạn chế đáng kể sự phát triển nấm trên thực phẩm.

Để đánh giá mức độ phân hủy trong điều kiện tự nhiên, các mẫu màng nhựa sinh học, chứa cao chiết rau răm được cắt thành miếng 2 x 2 cm và chôn trực tiếp xuống đất, duy trì độ ẩm bằng cách tưới nước mỗi ngày, mô phỏng môi trường phân hủy ngoài tự nhiên. Sau 6 ngày chôn trong đất, khối lượng của màng nhựa sinh học giảm hơn 30%. Đến ngày thứ chín, màng đã mất gần như hoàn toàn hình dạng ban đầu và phân hủy triệt để vào ngày thứ 18. Kết quả này khẳng định màng nhựa sinh học từ tinh bột có khả năng tự phân hủy trong điều kiện tự nhiên, trái ngược với mẫu nhựa dẻo thông thường, không có bất kỳ dấu hiệu suy giảm nào.

Theo nhóm thực hiện, kết quả nghiên cứu mở ra hướng phát triển bao bì thực phẩm thông minh với hai ưu điểm nổi bật: vừa bảo vệ thực phẩm khỏi vi sinh vật gây hại, vừa thân thiện với môi trường. Đây được xem là giải pháp khả thi giúp giảm thiểu ô nhiễm nhựa và nâng cao an toàn thực phẩm, đặc biệt phù hợp với xu hướng tiêu dùng xanh và tận dụng hiệu quả nguồn nguyên liệu tự nhiên sẵn có tại Việt Nam.