Luận văn thạc sĩ Sinh học: Nghiên cứu cải biến chitosan nhằm tăng cường hoạt tính kháng khuẩn để ứng dụng trong bảo quản thực phẩm

Chia sẻ: Trang Lê | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:109

Thêm vào BST

Báo xấu

213
lượt xem 77
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu đề tài "Nghiên cứu cải biến chitosan nhằm tăng cường hoạt tính kháng khuẩn để ứng dụng trong bảo quản thực phẩm" nhằm: cải biến chitosan nhằm nâng cao hoạt tính kháng khuẩn, thử nghiệm ứng dụng chitosan cải biến trong bảo quản thực phẩm.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn thạc sĩ Sinh học: Nghiên cứu cải biến chitosan nhằm tăng cường hoạt tính kháng khuẩn để ứng dụng trong bảo quản thực phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN LÊ PHƯƠNG HÀ TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CẢI BIẾN CHITOSAN NHẰM TĂNG CƯỜNG HOẠT TÍNH KHÁNG KHUẨN ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG BẢO QUẢN THỰC PHẨM LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Buôn Ma Thuột, năm 2009
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN ………………………. LÊ PHƯƠNG HÀ TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CẢI BIẾN CHITOSAN NHẰM TĂNG CƯỜNG HOẠT TÍNH KHÁNG KHUẨN ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG BẢO QUẢN THỰC PHẨM Chuyên ngành: Sinh học Thực nghiệm Mã số: 60 42 30 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN ANH DŨNG Buôn Ma Thuột, năm 2009
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực, ñược các ñồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng ñược công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Họ tên tác giả Lê Phương Hà
ii LỜI CẢM ƠN ! Trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp, tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành ñến: Ban giám hiệu trường Đại học Tây Nguyên. Các thầy cô Khoa sau Đại học, Khoa KHKT&CN Trường Đại học Tây Nguyên. Các thầy cô phòng thí nghiệm Sinh học thực vật – Khoa Nông Lâm Nghiệp Trường Đại học Tây nguyên ñã ñộng viên và giúp ñỡ cho tôi sớm hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Ban Giám Hiệu, toàn thể các anh chị, các bạn ñồng nghiệp và ñặc biệt là Khoa Trồng Trọt trường Cao ñẳng Công Nghệ và Kinh Tế Bảo Lộc ñã luôn tạo ñiều kiện thuận lợi và nhiệt tình giúp ñỡ tôi trong suốt thời gian công tác và học tập. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất ñến PGS.TS Nguyễn Anh Dũng, người ñã trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ dạy và giúp ñỡ trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn. Xin ghi nhận sự giúp ñỡ của các anh chị trong lớp Cao học Sinh Học Thực Nghiệm K1 ñã luôn ñộng viên và giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại trường. Cuối cùng tôi vô cùng biết ơn sự quan tâm , khích lệ của người thân trong gia ñình ñã luôn luôn ñộng viên về mọi mặt ñể tôi hoàn thành tốt khóa học này. Xin chân thành cảm ơn! LÊ PHƯƠNG HÀ
iii MỤC LỤC Trang Các chữ viết tắt………………………………………………………………i Danh mục ảnh……………………………………………………….............ii Danh mục bảng……………………………………………………………..iv Danh mục hình………………………………………………………………v MỞ ĐẦU……………………………………….……………………............1 Phần 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU…………………………...……………...3 1.1. Tổng quan về chitosan và chitosan oligomer…………………………...3 1.1.1. Công thức cấu tạo …………………………………………………….3 1.1.2. Tính chất của chitosan ………………………………………………..4 1.1.3. Các ñặc tính của chitosan .....................................................................6 1.1.4. Ứng dụng của Chitosan và các dẫn suất ……………………...………7 1.1.5. Tình hình nghiên cứu cải biến chitosan ..............................................15 1.1.6. Các dẫn suất cải biến của Chitosan ....................................................20 1.1.6.1. Chitooligosaccharide ……………………………………...…….20 1.1.6.2. Các dẫn suất của Chitosan ……………………………...……….21 1.1.7. Khả năng kháng khuẩn của Chitosan và dẫn suất ..............................25 1.2. Tình hình bảo quản thực phẩm hiện nay ...............................................26 1.3. Một số ñặc ñiểm của ñối tượng nghiên cứu ..........................................27 1.3.1. Vi khuẩn Escherichia coli ..................................................................27 1.3.1.1. Đặc ñiểm chung ...............................................................................27 1.3.1.2. Đặc ñiểm sinh vật ............................................................................28 1.3.1.3. Phòng và trị .....................................................................................28 1.3.2. Vi khuẩn Staphylococcus aureus ........................................................28
iv 1.3.2.1. Đặc ñiểm chung ...............................................................................28 1.3.2.2. Phòng bệnh và chữa bệnh ................................................................29 Phần 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP .................................................30 2.1. Nội dung nghiên cứu .............................................................................30 2.2. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................30 2.2.1. Địa ñiểm nghiên cứu ..........................................................................30 2.2.2. Vật liệu hoá chất.................................................................................30 2.2.3. Thiết kế thí nghiệm.............................................................................30 2.2.3.1. Phương pháp nuôi cấy vi khuẩn ......................................................30 2.2.4. Các bước tiến hành .............................................................................31 2.2.5. Phương pháp nghiên cứu cải biến chitosan ........................................32 2.2.5.1. Phương pháp cải biến chitosan-glucose ..........................................32 2.2.5.2. Phương pháp cải biến chitosan-glucosamine ..................................33 2.2.6. Phương pháp nghiên cứu khả năng kháng khuẩn của các dẫn suất chitosan cải biến ...........................................................................................33 2.2.6.1. Xác ñịnh khả năng kháng khuẩn bằng phương pháp ño ñộ ñục....33 2.2.6.2. Xác ñịnh khả năng kháng khuẩn bằng phương pháp khuyếch tán trên ñĩa .................................................................................................................34 2.2.7. Phương pháp thử nghiệm các dẫn suất chitosan cải biến trong bảo quản thực phẩm ............................................................................................34 2.2.8. Phương pháp xử lý số liệu ..................................................................37 PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .....................................................38 3.1. Nghiên cứu chế tạo dẫn suất Chitosan cải biến ....................................38 3.1.1. Ảnh hưởng khối lượng phân tử của chitosan và tỷ lệ nồng ñộ chitosan/glucose ñến phản ứng Maillard .....................................................38 3.1.2. Ảnh hưởng khối lượng phân tử của chitosan và nồng ñộ ñường glucose ñến phản ứng Maillard gắn glucosamine vào mạch chitosan..........40
v 3.2. Nghiên cứu khả năng kháng khuẩn của các dẫn suất chitosan cải biến trong invitro...................................................................................................41 3.2.1. Nghiên cứu khả năng kháng khuẩn của chitosan – glucose ...............41 3.2.2. Kết quả nghiên cứu khả năng kháng khuẩn chitosan – glucosamine cải biến .........................................................................................................52 3.3. Kết quả xác ñịnh khả năng kháng khuẩn của chitosan cải biến bằng phương pháp khuyếch tán trên ñĩa ...............................................................62 3.3.1. Đối với chitosan – glucose .................................................................62 3.3.2. Đối với chitosan – glucosamine ........ ................................................65 3.4. Nghiên cứu thử nghiệm các dẫn suất chitosan cải biến trong bảo quản thực phẩm .....................................................................................................67 3.4.1. Đối với chitosan – glucose .................................................................67 3.4.1.1. Ảnh hưởng của nồng ñộ chitosan – glucose ñến trạng thái cảm quan của thịt trong quá trình bảo quản ..................................................................67 3.4.1.2. Ảnh hưởng của nồng ñộ chitosan – glucosamine ñến trạng thái cảm quan của thịt trong quá trình bảo quản .........................................................71 PHẦN 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..........................................................76 4.1. Kết luận ……………………………………….………………………76 4.2. Đề nghị ………………………………………………………………..76 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................77 Tiếng Việt .....................................................................................................77 Tiếng Anh ……………………………………………...…………………..79 PHỤ LỤC
vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CGC Chitosan – glucose CT1 Công thức 1 CT2 Công thức 2 CT3 Công thức 3 ĐC Đối chứng TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam CV Coefficient of Variation Da Daton ppm parts per million CGC chitosan - glucose LMWC khối lượng phân tử thấp PEG polyethylene glycol
vii DANH MỤC BẢNG Trang Bảng1.1: . Ảnh hưởng của khối lượng phân tử của chitosan ñến khả năng kháng khuẩn……..…………………………………………………………17 Bảng 1.2: Chỉ số MIC (µg/ml) và MBC (µg/ml) của chitosan và DEMC....18 Bảng 2.1: Cơ sở cho ñiểm thịt bò theo TCVN 3215-79…………………...37 Bảng 2.2: Hệ số quan trọng của các chỉ tiêu cảm quan của thịt…………....38 Bảng 2.3: Bảng phân cấp chất lượng thịt…………………………………. 38 Bảng 3.1: Ảnh hưởng của khối lượng phân tử và nồng ñộ ñường glucose ñến mức ñộ phản ứng Maillard………………………………………………....40 Bảng 3.2: Ảnh hưởng của khối lượng phân tử và nồng ñộ ñường glucosamine ñến mức ñộ phản ứng Maillard………………………………41 Bảng 3.3: Khả năng kháng khuẩn của chitosan - glucose có khối lượng phân tử 30000 Da ñối với vi khuẩn Escherichia coli………………….................43 Bảng 3.4: Khả năng kháng khuẩn của chitosan - glucose có khối lượng phân tử 30000 Da ñối với vi khuẩn Staphylococcus aureus……………………..45 Bảng 3.5: Khả năng kháng khuẩn của chitosan - glucose có khối lượng phân tử 300000 Da ñối với vi khuẩn Escherichia coli…………………………...46 Bảng 3.6: Khả năng kháng khuẩn của chitosan - glucose có khối lượng phân tử 300000 Da ñối với vi khuẩn Staphylococcus aureus…………………....48 Bảng 3.7: Khả năng kháng khuẩn của chitosan - glucose có khối lượng phân tử 700000 Da ñối với vi khuẩn Escherichia coli…………………………...50 Bảng 3.8: Khả năng kháng khuẩn của chitosan - glucose có khối lượng phân tử 700000 Da ñối với vi khuẩn Staphylococcus aureus…………………....51 Bảng 3.9: Khả năng kháng khuẩn của chitosan - glucosamine có khối lượng phân tử 30000 Da ñối với vi khuẩn Staphylococcus aureus……………….53
viii Bảng 3.10: Khả năng kháng khuẩn của chitosan - glucosamine có khối lượng phân tử 30000 Da ñối với vi khuẩn Escherichia coli……………………....55 Bảng 3.11: Khả năng kháng khuẩn của chitosan - glucosamine có khối lượng phân tử 300000 Da ñối với vi khuẩn Staphylococcus aureus……………...56 Bảng 3.12: Khả năng kháng khuẩn của chitosan - glucosamine có khối lượng phân tử 300000 Da ñối với vi khuẩn Escherichia coli……………………..57 Bảng 3.13: Khả năng kháng khuẩn của chitosan - glucosamine có khối lượng phân tử 700000 Da ñối với vi khuẩn Staphylococcus aureus……………...59 Bảng 3.14: Khả năng kháng khuẩn của chitosan - glucosamine có khối lượng phân tử 700000 Da ñối với vi khuẩn Escherichia coli……………………..60 Bảng 3.15: Kết quả xác ñịnh khả năng kháng khuẩn của chitosan - glucose bằng phương pháp khuyếch tán trên ñĩa ñối với vi khuẩn S. aureus………..62 Bảng 3.16: Kết quả xác ñịnh khả năng kháng khuẩn của chitosan - glucose bằng phương pháp khuyếch tán trên ñĩa ñối với vi khuẩn Escherichia coli………………………………………………………………………….63 Bảng 3.17: Kết quả xác ñịnh khả năng kháng khuẩn của chitosan - glucosamine bằng phương pháp khuyếch tán trên ñĩa ñối với vi khuẩn Staphylococcus aureus…………………………………………………......64 Bảng 3.18: Kết quả xác ñịnh khả năng kháng khuẩn của chitosan - glucosamine bằng phương pháp khuyếch tán trên ñĩa ñối với vi khuẩn Escherichia coli…………………………………………………………….65
ix DANH MỤC HÌNH VẼ, CÁC ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1: Cấu trúc của chitin, chitosan và cellulose………………………...3 Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng ñộ chitosan – glucose có khối lượng phân tử 30000Da ở nhiệt ñộ phòng (20 – 250C) ñến trạng thái cảm quan của thịt…………………………………………………………...67 Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng ñộ chitosan – glucose có khối lượng phân tử 300000Da ở nhiệt ñộ phòng (20 – 250C) ñến trạng thái cảm quan của thịt…………………………………………………………...67 Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng ñộ chitosan – glucose có khối lượng phân tử 700000Da ở nhiệt ñộ phòng (20 – 250C) ñến trạng thái cảm quan của thịt…………………………………………………………...68 Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng ñộ chitosan – glucose có khối lượng phân tử 30000Da ở nhiệt ñộ lạnh (50C) ñến trạng thái cảm quan của thịt……………………………………………………………………...69 Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng ñộ chitosan – glucose có khối lượng phân tử 300000Da ở nhiệt ñộ lạnh (50C) ñến trạng thái cảm quan của thịt……………………………………………………………………...69 Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng ñộ chitosan – glucose có khối lượng phân tử 700000Da ở nhiệt ñộ lạnh (50C) ñến trạng thái cảm quan của thịt……………………………………………………………………...70 Hình 3.7: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng ñộ chitosan – glucosamine có khối lượng phân tử 30000Da ở nhiệt ñộ phòng (20 – 250C) ñến trạng thái cảm quan của thịt…………………………………………………………...71
x Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng ñộ chitosan – glucosamine có khối lượng phân tử 300000Da ở nhiệt ñộ phòng (20 – 250C) ñến trạng thái cảm quan của thịt………………………………………………………71 Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng ñộ chitosan – glucosamine có khối lượng phân tử 700000Da ở nhiệt ñộ phòng (20 – 250C) ñến trạng thái cảm quan của thịt………………………………………………………72 Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng ñộ chitosan – glucosamine có khối lượng phân tử 30000Da ở nhiệt ñộ lạnh (50C) ñến trạng thái cảm quan của thịt………………………………………………………………..72 Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng ñộ chitosan – glucosamine có khối lượng phân tử 300000Da ở nhiệt ñộ lạnh (50C) ñến trạng thái cảm quan của thịt………………………………………………………………..73 Hình 3.12: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng ñộ chitosan – glucosamine có khối lượng phân tử 700000Da ở nhiệt ñộ lạnh (50C) ñến trạng thái cảm quan của thịt………………………………………………………………..73
ĐẶT VẤN ĐỀ Vệ sinh an toàn thực phẩm là một trong những mối quan tâm chung của toàn xã hội và là vấn ñề thời sự ñược dư luận quan tâm, nhất là khi các cơ quan chức năng mới phát hiện hàng loạt những vi phạm nghiêm trọng về vệ sinh an toàn thực phẩm. Khi xu hướng sử dụng các loại thực phẩm chế biến sẵn của thị trường ñang gia tăng, ñặc biệt là ñối với các sản phẩm thịt chế biến cổ truyền của Việt Nam như giò lụa, nem chua, lạp xưởng, xúc xích ñược người tiêu dùng ngày càng ưa chuộng. Tuy nhiên, theo báo cáo của Chi cục Thú y Thành phố Hồ Chí Minh (1999) cho thấy 50-60% mẫu xét nghiệm không ñạt tiêu chuẩn vi sinh và sinh hóa. Ngộ ñộc thực phẩm do vi khuẩn và ñộc tố của nó thường xảy ra do thiếu sót trong quá trình chế biến, công tác kiểm tra, thanh tra thực phẩm và nguyên liệu dùng ñể chế biến thực phẩm. Loại ngộ ñộc này thường do Salmonella enteritidis, Clostridium perfrigens, Staphylococcus aureus, Escherichia coli,.. Hiện nay, ñể bảo quản các loại thực phẩm tươi như thịt, cá, giò chả… phần lớn người ta ñã sử dụng các chất hóa học như phân urê, hàn the, benzoate natri, trong nước mắm có urê hay sử dụng formon trong làm bánh phở, hàn the ñể làm chả nem, hầu hết các chất này khi vào cơ thể tích tụ lâu ngày sẽ gây ảnh hưởng ñến sức khỏe của con người và nghiêm trọng hơn nữa là gây ra các bệnh ung thư và làm giảm giá trị của thực phẩm. Chitosan là một polimer sinh học, ñược tách từ vỏ tôm, cua, côn trùng, giáp xác và tế bào nấm. Chitosan là một poly-glucosamin ñược cấu tạo từ các gốc glucosamin kiên kết với nhau bằng liên kết β - 1,4 glucoside. Chitosan và các sản phẩm thủy phân của chitosan là chitosan oligomer là các sản phẩm của tự nhiên, không ñộc, không gây ô nhiểm môi trường nhưng có hoạt tính sinh học rất cao. Chitosan ñược chứng minh là một chất có hoạt tính kháng khuẩn, chống nấm và chống oxi hóa nhờ tính chất polycation tự nhiên nên có nhiều ứng dụng trong nông nghiệp và bảo quản thực phẩm. Tuy nhiên, enzyme của
2 một số vi khuẩn tiết ra có khả năng phân hủy và làm mất hoạt tính của chitosan. Vì vậy, ñể tăng cường hoạt tính kháng khuẩn, hạn chế khả năng phân huỷ của enzyme do vi sinh vật tiết ra, cần phải cải biến thay ñổi cấu trúc của chitosan. Xuất phát từ thực tiễn ñó, chúng tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài: “Nghiên cứu cải biến chitosan nhằm tăng cường hoạt tính kháng khuẩn ñể ứng dụng trong bảo quản thực phẩm”. Mục tiêu của ñề tài là: 1. Cải biến chitosan nhằm nâng cao hoạt tính kháng khuẩn. 2. Thử nghiệm ứng dụng chitosan cải biến trong bảo quản thực phẩm.
3 Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tổng quan về chitosan và chitosan oligomer 1.1.1. Công thức cấu tạo Chitosan là một polymer sinh học với các ñơn phân N-acetyl glucosamine ñược deacetyl hoá một phần, hiện diện tự nhiên trong vách một số giống nấm như Mucorales (Muzarelli, 1993)[42]. Tuy nhiên, phần lớn lượng chitosan hiện ñang ñược thu nhận và sử dụng lại chủ yếu từ quá trình deacetyl hoá chitin, thành phần chính của trong bộ xương ngoài của ñộng vật giáp xác như tôm, cua hay mực. Chitosan dễ tan trong các acid hữu cơ như axít lactic, axít acetic. Khi phân hủy chitosan bằng các tác nhân khác nhau như axít clohidric, enzyme chitosanase, cellulase hoặc bức xạ gamma sẽ tạo nên các sản phẩm có chiều dài mạch ngắn hơn gọi là oligoglucosamine. Hình 1.1: Cấu trúc của chitin, chitosan và cellulose.
4 Chitosan là dẫn xuất deacetyl hóa của chitin, trong ñó nhóm (-NH2) thay thế nhóm (-COCH3) ở vị trí C(số 2). Chitosan ñược cấu tạo từ các mắt xích D-glucosamine liên kết với nhau bởi liên kết b-(1-4-glicoside, do vậy chitosan có thể gọi là poly b-(1,4)-2-amino-2-deoxi-D-glucose hoặc là poly b- (1-4)-D-glucosamine (cấu trúc bậc III). Các ñơn vị cấu tạo nên phân tử chitosan là -D-glucosamine hay -(1,4)- 2-amino-2-deoxy-D-glucose. 1.1.2. Tính chất của chitosan a. Tính chất vật lý Chitosan là chất rắn, xốp, nhẹ, màu trắng ngà, không mùi, không vị, hòa tan dễ dàng trong các acid hữu cơ như axít lactic, axít acetic. Ngay từ năm 1968, K.Arai và cộng sự ñã xác ñịnh chitosan hầu như không có tính ñộc, không gây ñộc trên ñộng vật thực nghiệm và người. Nhiều tác giả chỉ rõ chitosan, chitosan glucosamine có nhiều ưu ñiểm: tính chất cơ học tốt, không ñộc, dễ tạo màng, hòa hợp sinh học không những ñối với ñộng vật mà còn ñối với các mô thực vật. b. Tính chất hóa học Phân tử lượng từ 10 -1000 kDa tùy theo ñiều kiện sản xuất. Mức ñộ deacetyl hoá thường từ 70% ñến 100%. Nhiệt ñộ nóng chảy từ 309oC ñến 311oC tùy theo trọng lượng phân tử và mức ñộ deacetyl hoá. Chitosan tan trong dung dịch loãng các axít hữu cơ như axít acetic, axít formic, axít adipic, axít propionic và một số axít vô cơ. Ba thuộc tính cơ bản nhất của chitosan là: phân tử lượng, mức ñộ deacetyl hoá và ñộ tinh sạch. Trong phân tử chitosan có chứa các nhóm chức –OH, -NHCOCH3 trong các mắt xích axetyl-D-glucosamine và nhóm –OH, nhóm –NH2 trong
5 mắt xích D-glucosamine có nghĩa chúng vừa là ancol vừa là amin, vừa là amit. Phản ứng hóa học có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế O-, dẫn xuất thế N- hoặc dẫn xuất thế O-, N-. Mặt khác chitosan là những polimer và các monomer ñược nối với nhau bởi các liên kết b-(1,4)-glicoside, các liên kết này rất dễ bị cắt ñứt bởi các chất hóa học như: acid, bazơ, tác nhân oxy hóa và các enzime thủy phân. * Các phản ứng của nhóm –OH Phản ứng của nhóm –OH có thể tạo ra các dẫn suất. - Dẫn xuất sunfat. - Dẫn xuất O-axyl của chitin/chitosan. - Dẫn xuất O-tosyl hóa chitin/ chitoan. * Phản ứng ở vị trí N. - Phản ứng N-acetyl hóa chitosan. - Dẫn xuất N-sunfat chitosan. - Dẫn xuất N-glycochitosan(N-hydroxyl-etylchitosan). - Dẫn xuất acroleylen chitosan. * Các phản ứng xảy ra tại vị trí O, N. -Dẫn xuất O,N-cacboxymetylchitosan. -Dẫn xuất N,O-cacboxymetylchitosan. - Phản ứng cắt ñứt liên kết b-(1,4) glycoside. c. Các phương pháp thu nhận chitosan oligomer Để thu nhận chitosan oligomer từ chitosan hiện nay có 3 phương pháp chủ yếu: - Phương pháp hóa học Đây là phương pháp khá ñơn giản, sử dụng các axít clohidric (6-12N) ñể thủy phân, nhiệt ñộ thủy phân từ 80-1000C Domard,(1989). Tuy nhiên nhược ñiểm của phương pháp này là chi phí dành cho thiết bị cao, phải có thiết bị chống ăn mòn axít, gây ô nhiễm môi trường và nhất là hiệu suất thu
6 hồi các phân ñoạn oligoglucosamine có hoạt tính thấp, sản phẩm là các monomer là glucosamine cao (>30%). - Phương pháp phân hủy bằng bức xạ gamma Bức xạ gamma tăng cường ñộ deacetyl hóa và giảm bớt trọng lượng phân tử của chitosan. Quá trình deacetyl hóa kiềm mạnh trọng lượng phân tử của chitosan giảm từ 890 kDa ñến 380 kDa (bức xạ 50 kGy) và 200 kDa (bức xạ 75 kGy). Điều chế chitosan oligomer ñược thực hiện bởi axít clohidric và cellulase N.A.Dzung, (2001)[8]. - Phương pháp emzyme Để thủy phân chitosan có thể sử dụng nhiều loại enzyme như chitosanase, celluloase, glucanase. Phương pháp này ñược sử dụng khá rộng rãi hiện nay (Muraki, 1993; Aiba, 2002). Phương pháp này có nhiều ưu ñiểm như: + Hiệu suất thu hồi các phân ñoạn cao. + Điều kiện diễn ra phản ứng thủy phân nhẹ nhàng, nhiệt ñộ thấp, pH ôn hòa nên chi phí thiết bị thấp, không gây ô nhiễm môi trường. + Nhược ñiểm của phương pháp này là chi phí dành cho enzyme khá cao. 1.1.3. Các ñặc tính của chitosan Chitosan có ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành công, nông nghiệp, y dược, thực phẩm… nhờ vào những ñặc tính sau Antoni (2005)[73]: - Tính chất ña ñiện ly mang ñiện tích dương (cationic polyelectrolyte) cho phép gắn kết với các thành phần sinh học mang ñiện tích âm. - Có thể tái sinh theo con ñường sinh học trên trái ñất. - Có khả năng thủy phân sinh học bằng enzyme trong cơ thể. - Có khả năng tương hợp sinh học với các cơ quan, mô và tế bào ñộng thực vật. - Có khả năng kích thích quá trình ñông máu và làm lành vết thương.
7 - Có khả năng tương tác chuyên biệt với các thành phần của chất nền ngoại bào và các nhân tố tăng trưởng. - Giảm cholesterol do liên kết có chọn lọc với các lành axít béo. - Không gây ñộc do các sản phẩm sau thủy phân ñều là các chất chuyển hoá tự nhiên. - Không gây ñáp ứng miễn dịch trong mô và cơ quan ñộng vật. - Có tác dụng hỗ trợ trong ñiều hòa miễn dịch. - Có thể xử lý tạo nhiều dạng sản phẩm như dạng miếng, màng, tấm xốp, sợi, hạt, bột mịn, bông và gel. 1.1.4. Ứng dụng của chitosan và các dẫn suất Hiện nay, chitosan, chitin và chitosan oligomer là một trong những vật liệu mới ñã và ñang ñược ứng dụng rất phổ biến trong các lĩnh vực như: công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm, nông nghiệp, dược phẩm, y tế, môi trường, công nghệ sinh học và vật liệu mới. Tất cả các ứng dụng của chitosan phụ thuộc chủ yếu vào các tính chất lý hóa và sinh học như: các thuộc tính lưu biến học, hoạt tính kháng khuẩn, ñiều chỉnh miễn dịch, làm lành vết thương và ñông máu, liên kết với enzyme, hấp thu kim loại, tạo màng và gel… Tùy vào lĩnh vực ứng dụng mà người ta sử dụng chitosan ở các mức ñộ tinh sạch khác nhau. Chitin, chitosan và oligoglucosamine ñều là các sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên, không gây ñộc hại cho con người và gia súc, có khả năng phân huỷ sinh học và không gây ô nhiễm môi trường. • Ứng dụng của chitosan trong công nghiệp + Xử lý nước thải, hấp thu kim loại nặng Hiện nay, phương pháp hóa lý là phương pháp tiện dụng và phổ biến trong hệ thống xử lý nước thải của các nhà máy công nghiệp. Tuy nhiên, bất lợi chính của phương pháp này là nguy cơ gây ô nhiễm môi trường. Vì thế, việc tìm ra một phương pháp "xanh" (phương pháp an toàn với môi trường) là
8 rất cần thiết. Do có nguồn gốc từ tự nhiên và có khả năng thủy phân sinh học, chitosan là một chất thay thế hợp lý. Chitosan ñã ñược sử dụng trong quá trình lọc nước từ khoảng 3 thập niên trước. Các nghiên cứu ñã cho thấy chitosan có khả năng: - Hấp thu kim loại nặng: chitosan mang ñiện tích dương kết hợp với những polymer ña ñiện âm tạo phức với các ion kim loại và kết tủa. Chitosan cũng có thể ñược sử dụng như một chất hấp thụ ñể tách các ñồng vị phóng xạ nguy hiểm từ nước bị nhiễm phóng xạ và thu hồi uranium từ nước biển và nước ngọt. - Loại bỏ 100% các polyme hiện diện trong nước thải. - Giảm mùi hôi khó chịu (do làm giảm số lượng vi sinh vật gây thối) - Một số ứng dụng mở rộng khác bao gồm: xử lý vệt dầu loang, xử lý nước thải sinh hoạt, tái sử dụng nước hồ bơi, thu hồi protein và khoáng từ nước thải nông nghiệp, phân lập các chất có hoạt tính sinh học trong nước tiểu và tách các ñộc tố từ dung dịch. + Trong công nghiệp sản xuất thực phẩm Chitosan ñược dùng như một thành phần trong thực phẩm ở Nhật và Châu Âu từ khoảng 20 năm trước. Chất này có tác dụng ổn ñịnh màu, mùi vị của thực phẩm. Ngoài ra, chitosan còn thể hiện tác dụng tuyệt vời trong bảo quản thực phẩm. Ở Mỹ, chất này ñược sử dụng ñể "bẫy" lipid trong thực phẩm chức năng chống béo phì. Chitosan ñược ưa chuộng không chỉ vì có tác dụng như chất xơ, thành phần quan trọng trong khẩu phần ăn, mà còn gắn với lipid trong dạ dày và ruột tạo thành một dạng chất mà cơ thể không thể hấp thu và sẽ ñược loại thải ra ngoài. Các nghiên cứu cho thấy chitosan gắn ñược với lượng chất béo gấp 4 lần khối lượng của chúng Andreu (2003)[14].