Một số nhân tố trong quá trình sản xuất như mức độ deacetyl hóa, khối lượng nguyên tử, nồng độ dung dịch, độ mạnh của lực ion, pH và nhiệt độ ảnh hưởng đến sản xuất chitosan và tính chất[r]
(1)Phần I CHITOSAN VÀ CÁC TÍNH CHẤT Về mặt lịch sử, chitin Braconnot phát đầu tiên vào năm 1821, cặn dịch chiết từ loại nấm Ông đặt tên cho chất này là “Fungine” để ghi nhớ nguồn gốc nó Năm 1823 Odier phân lập chất từ bọ cánh cứng mà ông gọi là chitin hay “chiton”, tiếng Hy lạp có nghĩa là vỏ giáp, ông không phát có mặt nitơ đó Cuối cùng Odier và Braconnot đến kết luận chitin có dạng công thức giống với xellulose Trong động vật, chitin là thành phần cấu trúc quan trọng các vỏ số động vật không xương sống như: côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác và giun tròn Trong động vật bậc cao monome chitin là thành phần chủ yếu mô da nó giúp cho tái tạo và gắn liền các vết thương da Trong thực vật chitin có thành tế bào nấm họ zygenmyctes, các sinh khối nấm mốc, số loại tảo Chitin có cấu trúc thuộc họ polysaccharide, hình thái tự nhiên dạng rắn.Do đó, các phương pháp nhận dạng chitin, xác định tính chất, và phương pháp hoá học để biến tính chitin việc sử dụng và lựa chọn các ứng dụng chitin gặp nhiều khó khăn (2) Quá trình chiết tách chintin Còn chitosan chính là sản phẩm biến tính chitin, là chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy, có thể xay nhỏ thành các kích cỡ khác Chitosan xem là polymer tự nhiên quan trọng Với đặc tính có thể hoà tan tốt môi trường acid, chitosan ứng dụng nhiều lĩnh vực thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm Giống cellulose, chitosan là chất xơ, không giống chất xơ thực vật, chitosan có khả tạo màng, có các tính chất cấu trúc quang học…Chitosan có khả tích điện dương đó nó có khả kết hợp với chất tích điện âm chất béo, lipid và acid mật Chitosan là polymer không độc, có khả phân hủy sinh học và có tính tương thích mặt sinh học Trong nhiều năm qua, các polymer có nguồn gốc từ chitin đặc biệt là chitosan đã chú ý đặc biệt là loại vật liệu có ứng dụng đặc biệt công nghiệp dược ,y học, xử lý nước thải và công nghiệp thực phẩm là tác nhân kết hợp, gel hóa, hay tác nhân ổn định… Trong các loài thủy sản đặc biệt là vỏ tôm, cua, ghẹ, hàm lượng,chitin - chitosan chiếm khá cao đao động từ 14 - 35% so với trọng (3) lượng khô Vì vỏ tôm, cua, ghẹ là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin - chitosan * Cấu trúc chitosan: Chitosan là polymer sinh học có khối lượng phân tử lớn và giống cellulose Chitin Chitosan Cellulose Như hình vẽ trên, thì khác biệt chitosan và cellulose là nhóm amin (-NH2) vị trí C2 tritosan thay nhóm hydroxyl (-OH) cellulose Chitosan tích điện dương đó nó có khả liên kết hóa học với chất tích điện âm chất béo, lipid, cholesterol, protein và các đại phân tử Chitin và chitosan có lợi ích mặt thương mại là nguồn vật chất tự nhiên tính chất đặc biệt chúng tính tương thích mặt sinh học, khả hấp thụ, khả tạo màng và giữ các ion kim loại (4) Màu vỏ giáp xác hình thành từ hợp chất chitin ( dẫn xuất của4-xeton và 4,4’ di xeton-ß-carotene ) Bột chitosan có dạng sệt tự nhiên và màu sắc nó biến đổi từ vàng nhạt đến trắng tinh bột và cellulose lại có cấu trúc mịn và màu trắng I Các tính chất chitosan Mức độ deacetyl hóa: Quá trình deacetyl hóa bao gồm quá trình loại nhóm acetyl khỏi chuỗi phân tử chitin và hình thành phân tử chitosan với nhóm amin hoạt động hóa học cao Mức độ acetyl hóa là đặc tính quan trọng quá trình sản xuất chitosan vì nó ảnh hưởng đến tính chất hóa lý và khả ứng dụng chitosan sau này Mức độ acetyl hóa chitosan vào khoảng 56%-99% (nhìn chung là 80%) phụ thuộc vào loài giáp xác và phương pháp sử dụng Chitin có mức độ acetyl hóa khoảng 75% trở lên thường gọi là chitosan Có nhiều phương pháp để xác định mức độ acetyl hóa chitosan bao gồm thử ninhydrin, chuẩn độ theo điện thế, quang phổ hồng ngoại, chuẩn độ HI… Phương pháp sử dụng quang phổ hồng ngoại thường sử dụng để thiết lập các giá trị mức độ acetyl hóa chitosan Phương pháp này (5) nhanh và không giống phương pháp quang phổ khác nó không đòi hỏi mẫu phải tinh chế, và không cần hòa tan mẫu vào dung dịch Tuy nhiên phương pháp này sử dụng đường chuẩn đó cách xây dựng đường chuẩn có thể ảnh hưởng đến kết Ngoài ra, chuẩn bị mẫu, dụng cụ sử dụng và các điều kiện có thể ảnh hưởng đến việc phân tích mẫu Khi mức độ acetyl hóa thấp, chitosan có khả hút ẩm lớn mức độ này cao đó trước phân tích chitosan cần phải sấy Trọng lượng phân tử: Chitosan là polymer sinh học có khối lượng phân tử cao Giống cấu tạo, khối lượng nguồn nguyên liệu và phương pháp chế biến Khối lượng chitin thường lớn triệu Dalton các sản phẩm chitosan thương phẩm có khối lượng khoảng 100,000-1,200,000 Dalton, phụ thuộc quá trình chế biến và loại sản phẩm Thông thường, nhiệt độ cao, có mặt oxy và sức kéo có thể dẫn đến phân hủy chitosan Giới hạn nhiệt độ là 280°C, phân hủy nhiệt có thể xẩy và mạch polymer nhanh chóng bị phá vỡ, đó khối lượng phân tử giảm Nguyên nhân quá trình depolymer là sử dụng nhiệt độ cao và acid đặc HCl, H2SO4 dẫn đến thay đổi khối lượng phân tử * Bảng so sánh thay đổi khối lượng phân tử và mức độ decaetyl hóa thay đổi thứ tự sản xuất chitosan: Mẫu DCMPA DMCPA DMPCA DMPAC Vanson 75 Sigma 91 Khối lượng phân tử(Dat) Mức độ deacetyl hóa(%) 10 596.62 73 639.34 70 984.29 71 674.49 531.99 70 194 71 (6) - : không xác định DCMPA: khử màu, khử khoáng, khử protein, deacetyl DMCPA: khử khoáng, khử màu, khử protein, deacetyl DMPCA: khử khoáng, khử protein, khử màu, deacetyl DMPAC: khử khoáng, khử protein, deacetyl, khử màu Vanson 75, Sigma 91: hai sản phẩm thương mại Khối lượng phân tử chitosan có thể xác định phương pháp sắc kí, phân tán ánh sáng đo độ nhớt Độ nhớt Độ nhớt là nhân tố quan trọng để xác định khối lượng phân tử chitosan Chitosan phân tử lượng cao thường làm cho dung dịch có độ nhớt cao, điều này có thể không mong muốn đóng gói công nghiệp Nhưng chitosan có độ nhớt cao thu từ phế phẩm các loài giáp xác thì thuận tiện cho đóng gói Một số nhân tố quá trình sản xuất mức độ deacetyl hóa, khối lượng nguyên tử, nồng độ dung dịch, độ mạnh lực ion, pH và nhiệt độ ảnh hưởng đến sản xuất chitosan và tính chất nó Ví dụ, độ nhớt chitosan tăng thời gian khử khoáng tăng Độ nhớt chitosan dung dịch acid acetic tăng pH dung dịch này giảm, nhiên nó lại giảm pH dung dịch HCl giảm, việc tăng này đưa đến định nghĩa độ nhớt bên chitosan, đây là hàm phụ thuộc vào mức độ ion hóa lực ion Quá trình loại protein dung dịch NaOH 3% và khử quá trình khử khoáng làm giảm độ nhớt dung dịch chitosan thành phẩm Tương tự vậy, độ nhớt chitosan bị ảnh hưởng đáng kể các biện pháp xử lý vật lý (nghiền, gia nhiệt, hấp khử trùng, siêu âm) và (7) hóa học (sử lý ozon), trừ quá trình làm lạnh thì nó giảm thời gian và nhiệt độ xử lý tăng Dung dịch chitosan bảo quản 4°C cho là ổn định Tính tan Chitin tan hầu hết các dung môi hữu cơ, đó chitosan tan các dung dịch acid pH 6.0 Các acid hữu acetic, formic và lactic thường sử dụng để hòa tan chitosan Thường sử dụng là dung dịch chitosan 1% pH 4.0 Chitosan tan dung dịch HCl 1% không tan H2SO4 và H3PO4 Dung dịch acid acetic nồng độ cao nhiệt độ cao có thể dẫn đến depolymer hóa chitosan Ở pH cao, có thể xảy tượng kết tủa đông tụ nguyên nhân là hình thành hỗn hợp poly_ion với chất keo anion Tỉ lệ nồng độ chitosan và acid quan trọng Ở nồng độ dung môi hữu cao 50%, chitosan hoạt động là chất gây nhớt giúp cho dung dịch mịn Có vài nhân tố ảnh hưởng đến dung dịch chitosan bao gồm nhiệt độ và thời gian quá trình deacetyl hóa, nồng độ các chất kiềm, việc xử lý sơ bộ, kích thước các phần tử Tuy nhiên tính tan dung dịch còn bị ảnh hưởng mức độ acetyl hóa, mức độ deacetyl hóa trên 85% để đạt tính tan mong muốn Tỷ trọng: Tỷ trọng chitin từ tôm và cua thường là 0.06 và 0.17 g/ml, điều này cho thấy chitin từ tôm xốp từ cua Chitin từ nhuyễn thể xốp từ cua 2.6 lần Trong nghiên cứu dẫn nhiệt cho thấy tỷ trọng chitin và tritosan từ giáp xác cao (0.39g/cm3) Sự so sánh tỷ trọng giáp xác và chitin, chitosan thương phẩm vài khác biệt, điều (8) này có thể loài giáp xác phương pháp chế biến, ngoài ra, mức độ deacetyl hóa làm tăng tỷ trọng chúng Khả kết hợp với nước (WBC) và khả kết hợp với chất béo (FBC) Sự hấp thụ nước chitosan lớn nhiều so với cellulose hay chitin Thông thường, khả hấp thụ chitosan khoảng 581-1150% (trung bình là 702%), và thay đổi thứ tự sản xuất quá trình khử khoáng và khử protein ảnh hưởng đáng kể đến khả giữ nước và giữ chất béo Sự khử protein sau quá trình khử khoáng làm khả giữ nước tăng Bên cạnh đó quá trình khử màu là nguyên nhân làm giảm khả này chitosan là chitosan từ giáp xác không khử trắng * Khả gữ nước, chất béo phụ thuộc thứ tự tiến hành: Mẫu WBC (%) DCMPA DMCPA DMPCA DMPAC Vanson 75 Sigma 91 660.6 673.8 745.4 274.2 941.5 548.7 Đậu tương 519.7 511.8 533.4 470.8 650.5 393.4 FBC(%) Ngô Hướng dương 539.6 519.8 505.8 533.3 579.1 573.3 464.3 469.1 634.8 638.2 413.4 370.2 Oliu 545.6 545.7 574.9 505.4 665.4 459.1 Khả hấp thụ chất béo chitin và chitosan khoảng 315-170%, chitosan có khả thấp nhiều chitin Trong nghiên cứu khả giữ chất béo trung bình chitosan từ giáp xác và chitosan thương phẩm từ cua là 706% và 587% Bước tẩy trắng quá trình sản xuất làm giảm khả này ảng hưởng đến độ nhớt chitosan Các bước tiến hành theo thứ tự: khử khoáng , khử protein, deacetyl hóa làm tăng khả này là theo thứ tự khử protein, khử khoáng, deacetyl hóa Khả tạo màng (9) Chitosan có khả tạo màng sử dụng bảo quản thực phẩm nhằm hạn chế các tác nhân gây bệnh tâm thần các sản phẩm đóng gói áp suất thay đổi thịt, cá tươi hay đã qua chế biến * Khi dùng màng chitosan, dễ dàng điều chỉnh độ ẩm, độ thoáng không khí cho thực phẩm Nếu dùng bao gói PE thì mức cung cấp oxy bị hạn chế, nước bị ngưng đọng tạo môi trường cho nấm mốc phát triển * Màng chitosan khá dai, khó xé rách, có độ bền tương đương với số chất dẻo dùng làm bao gói * Màng chitosan làm chậm lại quá trình bị thâm rau Rau sau thu hoạch bị thâm, làm giảm chất lượng và giá trị Rau bị thâm là quá trình lên men tạo các sản phẩm polyme hóa oquinon Nhờ bao gói màng chitosan mà ức chế hoạt tính oxy hóa các polyphenol, làm thành phần anthocyamin, flavonoid và tổng lượng các hợp chất phenol ít biến đổi, giữ cho rau tươi lâu Táo có phủ màng chitosan có thể giữ tươi tháng, nó làm chậm quá trình chín chuối 30 ngày, chuối có màu vàng nhạt khác hẳn với màu thâm bảo quản thông thường Cách tạo màng bọc chitosan: *.Chitosan nghiền nhỏ máy để gia tăng bề mặt tiếp xúc *.Pha dung dịch chitosan 3% dung dịch axit axetic 1.5% * Sau đó bổ sung chất phụ gia PEG - EG 10% (tỷ lệ 1:1) vào và trộn đều, để yên lúc để loại bọt khí * Sau đó đem hỗn hợp thu quét lên ống inox đã nung nóng nhiệt độ 64-65°C (ống inox nâng nhiệt nước) * Để khô màng vòng 35 phút tách màng * Lúc này người ta thu vỏ bóng có mầu vàng ngà, không mùi vị, đó là lớp màng chitosan có tính ưu việt (10) Ứng dụng chitosan: *.Trong thực tế người ta đã dùng màng chitosan để đựng và bảo quản các loại rau đào, dưa chuột, đậu, kiwi v.v * Ứng dụng nhiều lĩnh vực như: y học, xử lý nước thải, công nghiệp nhuộm, giấy, mỹ phẩm, thực phẩm Ưu điểm màng chitosan: - Phân huỷ sinh học - Vỏ tôm phế liệu là nguồn nguyên liệu tự nhiên dồi dào, rẻ tiền, có sẵn quanh năm, nên thuận tiện cho việc cung cấp chitin và chitosan -Tận dụng phế thải chế biến thủy sản để bảo quản thực phẩm nước ta Thành công này còn góp phần lớn việc giải tình trạng ô nhiễm môi trường các chất thải từ vỏ tôm gây II Tính kháng khuẩn chitosan Gần đây nghiên cứu tính kháng khuẩn chitosan đã chitosan có khả ức chế phát triển vi khuẩn Trong nghiên cứu khá rộng tính kháng khuẩn chitosan từ tôm chống lại E.coli, người ta đã tìm nhiệt độ cao và pH acid thức ăn làm tăng ảnh hưởng chitosan đến vi khuẩn Nó chế ức chế vi khuẩn chitosan là liên kết chuỗi polymer chitosan với các ion kim loại trên bề mặt vi khuẩn làm thay đổi tính thấm màng tế bào Khi bổ sung chitosan vào môi trường, tế bào vi khuẩn chuyển từ tích điện âm sang tích điện dương Quan sát trên kính hiển vi huỳnh quang cho thấy chitosan không trực tiếp hoạt động ức chế vi khuẩn E.coli mà là kết lại các tế bào và tích điện dương màng vi khuẩn Chitosan N-carboxybutyl, polycation tự nhiên, có (11) thể tương tác và hình thành polyelectrolyte với polymer acid tính có trên bề mặt vi khuẩn, đó làm dính kết lượng vi khuẩn với Cũng từ thí nghiệm này người ta thấy có nhiều ion kim loại có thể ảnh hưởng đến đặc tính kháng khuẩn chitosan K+, Na+,Mg2+ và Ca2+ Nồng độ lớn các ion kim loại có thể khiến tính chất này, ngoại trừ ảnh hưởng Na+ hoạt động kháng Staphylococcus aureus Người ta thấy chitosan có thể làm yếu chức bảo vệ thành tế bào nhiều vi khuẩn Khi sử dụng chitosan, thì lượng lớn các ion K+ với ATP bị rò rỉ vi khuẩn Staphylococcus aureus và nấm candida albicans Cả chitosan phân tử lượng 50kDa và 5kDa kháng tốt hai loại trên chitosan phân tử lượng 50kDa làm nhiều gấp 2-4 lần ion K+ với ATP chitosan 5kDa Điều này thể chế kháng khuẩn khác chitosan khối lượng phân tử thấp và cao Hoạt động kháng khuẩn chitosan phân tử lượng khác đã nghiên cứu trên loài vi khuẩn Và chế kháng khuẩn này đã chứng minh đựa trên việc đo tính thấm màng tế bào vi khuẩn và quan sát nguyên vẹn tế bào Kết khả này giảm khối lượng nguyên tử tăng Và nó tăng cao nồng pH thấp, giảm rõ rệt có mặt ion Ca2+, Mg2+ Nồng độ ức chế thấp khoảng 0.03-0.25%, thay đổi tùy loài vi khuẩn và khối kượng phân tử chitosan Chitosan là nguyên nhân làm thoát các chất tế bào và phá hủy thành tế bào Tính kháng khuẩn này phụ thuộc vào khối lượng phân tử và loại vi khuẩn Đối với vi khuẩn Gram dương, chitosan 470 KDalton có ảnh hưởng đến hầu hết các loài trừ lactobacillus sp , với vi khuẩn Gram âm chitosan có khối lượng 1106 KDalton có ảnh hưởng Nhìn chung, chitosan nồng độ 0.1% có ảnh hưởng mạnh đến vi khuân Gram dương Listeria monocytogenes, Bacillus megaterium, B.cereus, (12) Staphylococcus aureus, lactobacillus plantarum, L brevis và L bulgaris là vi khuẩn Gram âm E coli, Psedomonas fluorescens, Salmonella typmurium và Vibrio parahaemolyticus Nghiên cứu trên vật thí nghiệm cho thấy chitin và chitosan có hoạt động ức chế vi khuẩn và nấm Một các đồng phân chitosan là Ncarboxybutyl chitosan có tác dụng kìm hãm và tiêu diệt 298 loài vi sinh vật gây bệnh Khi có chitosan và chitin trên bề mặt các tác nhân gây bệnh thực vật, chúng ức chế phát triển loài này nồng độ 0.1% và pH 5.6 chúng kháng các loại nấm: Fusarium, Alternaria, Rhizopus… Và hoạt động kháng này giảm vi sinh vật mà trên thành tế bào có chứa chitin, chitosan chitin-ß-glucan Ngược lại, ức chế và làm ngưng hoạt động nấm men, nấm mốc lại phụ thuộc vào nồng độ chitosan, pH, và nhiệt độ Hoạt động ức chế vi khuẩn chitosan chịu ảnh hưởng các nhân tố bên bên ngoài ví dụ loại chitosan, mức độ polymer hóa, đặc điểm dinh dưỡng vật chủ, các chất hóa học thành phần dinh dưỡng và các điều kiện môi trường hoạt độ nước… * Chitosan và khả ức chế các vi sinh vật VSV Escherichia coli Staphylococcus sp Bacillus sp Pseudomonas sp Chitosan 100ppm 50 ppm 50 ppm 100 ppm VSV Vibrio sp Salmonella sp Saccharomyces sp Chitosan 100 ppm 2000 ppm 100 ppm Chitosan đã cho phép làm chất phụ gia thực phẩm Nhật và Hàn Quốc từ năm 1983 và 1995 Chính hoạt động ức chế vi khuẩn cao chitosan pH thấp nên thêm chitosan vào thực phẩm có tính acid thì nó có chức tăng cường hoạt động kháng khuẩn là chất bảo quản tự nhiên Ở pH 5.5, với nồng độ 0.5-1% chitosan có tác dụng (13) ức chế đến các loài S aureus, E coli, Yersinia enterocolitica, Listeria monocytogenes Ở pH 6.5 có S aureus bị ức chế nồng độ đó các loài khác phát triển nồng độ 2.5% (nồng độ cao đã nghiên cứu) Chitosan phân tử nhỏ có tính kháng các tác nhân gây bệnh trên thực vật mạnh nhiều các chất phân tử lớn * Bảng so sánh chitosan với các chất ức chế khác Chất bảo quản Chitosan Nitrite SO2 E coli 0.0075-0.02 pH 5.6 0.4 (có O2) 0.2 (k O2) 0.01-0.02 Acid acetic Acid propionic Acid sorbic Acid benzoic Nồng độ nhỏ Psedomonas S aureus spp 0.0075-0.05 0.01-0.1 pH 5.6 pH 5.6 0.04 pH 5.8 0.008 0.005 pH 5.5 5-12.10-3 pH 5.2-5.6 0.0012-0.01 pH 5.5-7.0 0.005 0.04 pH 4.9 0.008 0.1 pH 6.6 Bacillus spp 0.005-0.02 pH 5.6 0.03 pH 5.0 0.01 pH 6.0 0.02-0.048 pH 6.0 0.005-0.1 pH 5.5-6.3 0.05 pH 6.3 Ngoài các hợp chất chitosan lactate và chitosan hydroglutamate sử dụng là tác nhân ức chế E.coli, S aureus và Saccharomyces cerevisiae Nồng độ chitosan lactate nước cất có ảnh hưởng mạnh đến E coli Chưa đến 1h, số lượng vi khuẩn này giảm khoảng 10^4, còn S aureus giảm đến 10^6 Đối với nấm men, chúng hoàn toàn ngừng hoạt động nồng độ 1mg/ml chitosan lactate sau chưa đến 17phút (14) Phần 2: ỨNG DỤNG CỦA CHITOSAN I ỨNG DỤNG CỦA CHITOSAN TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Chất làm - Ứng dụng công nghiệp sản xuất nước Trong sản xuất nước quả, việc làm là yêu cầu bắt buộc Thực tế sử dụng các chất làm : genatin, bentonite, kali caseinat, tannin, polyvinyl pirovinyl Chitosan là tác nhân tốt loại bỏ đục , giúp điều chỉnh acid nước Đối với dịch táo, nho ,chanh, cam không cẩn qua xử lý pectin, sử dụng chitosan để làm .Đặc biệt nước táo, độ đục có thể giảm tối thiểu mức xử lý với 0.8 kg/ m3 mà không gây ảnh hưởng xấu tới tiêu chất lượng nó Nghiên cứu đã chitosan có ái lực lớn hợp chất pholyphenol chẳng hạn : catechin, proanthocianydin, acid cinamic, dẫn xuất chúng; Những chất mà có thể biến màu nước phản ứng oxy hóa (15) Sử dụng thực phẩm chức Chitosan có khả làm giảm hàm lượng cholesterol máu Nếu sử dụng thực phẩm chức có bổ sung 4% chitosan thì lượng cholesterol máu giảm đáng kể sau tuần Ngoài chitosan còn xem là chất chống đông tụ máu Nguyên nhân việc giảm cholesterol huyết và chống đông tụ máu biết là không cho tạo các mixen Điều chú ý là , pH = 6- 6.5 chitosan bắt đầu bị kết tủa , toàn chuỗi polysacchrite bị kết lắng và giữ lại toàn lượng mixen đó Chính nhờ đặc điểm quan trọng này chitosan ứng dụng sản phẩm thực phẩm chức Thu hồi protein Whey coi là chất thải công nghiệp sản xuất format , nó có chứa lượng lớn lactose và protein dạng hòa tan Nếu thải trực tiếp ngoài nó gây ô nhiễm môi trường , còn xử lý nước thải thì tốn kém vận hành hệ thống mà hiệu kinh tế không cao.Việc thu hồi protein whey xem là biện pháp làm tăng hiệu kinh tế sx format Whey protein thu hồi bổ xung vào đồ uống, thịt băm, và các loại thực phẩm khác Đã đưa nhiều phương pháp khác nhằm thu hồi hạt protein này và chitosan coi mang lại nhiều hiệu suất tách cao Tỷ lệ chitosan để kết bông các hạt lơ lửng là 2,15% ( 30mg / lit ); độ đục thấp pH 6.0 Nghiên cứu protein thu phương pháp này : Không có khác biệt giá trị protein có chứa chitosan và protein thu đông tụ casein whey protein Ngoài thu hồi protein từ whey, người ta sử dụng chitosan thu hồi các axit- amin nước sản xuất đồ hộp , thịt, cá… Phân tách rượu- nước (16) Chitosan đã xử lý đặc biệt để tạo dạng màng rỗng Với việc điều chỉnh tốc độ thẩm thấu ( lượng chất lỏng qua màng khoảng m / 1h ) Màng này sử dụng hệ thống phản ứng đòi hỏi không dùng nhiệt độ không quá cao Việc phân tách này loại nước, kết là , hàm lượng ethanol có thể nên đến 80 % Ứng dụng làm màng bao ( bảo quản hoa ) Lớp màng không độc bao quanh bên ngoài bao toàn khu cư trú từ bề mặt khối nguyên liệu nhằm, hạn chế phát triển vi sinh vật bề mặt Chuối mau bị mốc bảo quản cách thông thường Chuối dễ bị độ tươi, độ tự nhiên và thối rữa sau vài ngày mua từ các cửa hàng rau loại vi khuẩn và nấm “chuyên” gây thối rữa thực phẩm nói chung, trái cây nói riêng nấm mốc aspergillus niger, vi khuẩn gram âm - pseudomonas aeruginosa và vi khuẩn gram dương - staphylococcus aureus Chuối tươi lâu nhờ sử dụng chế phẩm sinh học chitosan để bảo quản (17) N- O carboxymethy (NOCC) xử lý đặc biệt từ phản ứng chitosan và monochloroacetic acid điều kiện kiềm, NOCC bị hòa tan dung dịch pH >6 pH <2 Màng NOCC dẻo có thể tạo thành dung dịch nước dó Lớp màng này có tính thấm chọn lọc các khí oxy, cacbon dioxide mà còn có khả phân tách hỗn hợp khí : ethylene, ethane, acetylence Nghiên cứu tính độc tố NOCC cho thấy nồng độ 50 000 ppm có thể gây chết chuột 14 ngày Tương tự vậy, các nghiên cứu thỏ : đường chính để loại các polymer máu là thông qua đường nước tiểu Tuy nhiên không có dẫn chứng đáng chú ý nhắc tới Quả táo nhúng phun màng NOCC có thể giữ độ tươi tháng và độ acid khoảng 250 ngày điều kiện bảo quản lạnh Màng này mang lại cho độ bóng sáng và không nhớt cầm Chúng dễ dàng loại rửa với nước , NOCC có hiệu bảo quản các loại trái cây khác lê, đào, mận Lê xử lý với NOCC tỷ lệ bị mắc hỏng thịt cùi và thối ít với lê không khí có tỷ lệ oxygen là 1-2% Viện bảo vệ và chăm sóc sức khỏe Canada đã chứng minh việc sử dụng NOCC trên , sử dụng không cần phải rửa và lột vỏ trước ăn Bởi vì NOCC chứa lượng amin tự , nó có thể có nhiều tính chất chitosan và ứng dụng chữa lành vết thương lên da non, giảm hàm lượng cholesterol máu (18) Bưởi sau tháng bảo quản màng chitosan Thêm vào đó đã có báo cáo ảnh hưởng màng chitosan đến bảo quản và chất lượng dâu tây tươi Dung dịch 1- 1.5 % (W/v) tạo màng mỏng suốt phủ lên có hiệu ngăn chặn thối 78-81 % cho loại dâu tấy ghép sau 29 ngày 130C Màng chitosan có lợi ích lớn với việc làm cứng thịt quả, ổn định axit, làm chậm phản ứng tổng hợp anthocyanin dâu tây để 0C Sau 31 ngày thịt cứng hơn, độ acid ổn định so với việc sử dụng thuốc diệt nấm Ngoài nó còn làm giảm tỷ lệ “nâu hóa “ Điều này nó làm giảm lượng anthocyanin chứa Nấm là thủ phạm chính dễ gây thối đó ; Ưu điểm chitosan nó có thể kháng nấm Thêm vào đó , màng chitosan gần giống môi trường bên ngoài mà không gây nguyên nhân hô hấp kị khí, nó có thể hấp thu chon lọc tới oxy nhiều là carbonic Một nghiên cứu khác trên tỏi và hạt tiêu màng chitosan rõ ràng đã làm giảm tổn thất hạt 13-20 0C ( RH 85%), việc nhúng dung (19) dịch nồng độ 1.5% Mức độ hô hấp , màu , héo, ảnh hưởng nấm giảm đáng kể Có các kiểm tra trên hạt tiêu xanh, khoai tây, carrot, củ cải , hành tây Trong sản phẩm đó có khoai tây và hạt tiêu xanh có phản ứng lại với màng Không làm giảm hạt, làm chậm lại lão hóa đồng thời ngăng chặn thối đã tìm thấy carrot, củ cải, măng tây phủ màng Chất màng này có thể gây hại đến các loại cách làm tăng khả thối hỏng Việc sử dụng 2%(w/v) màng chitosan cho hạt tiêu xanh làm giảm việc thối, giảm nâu, tăng CO2 và làm giảm O2 bên màng Trong đó nó không có hiêu với với quả, củ có nước bị thông qua các sẹo trên củ khoai tây Tuy lớp màng này giảm tỷ lệ nâu hóa 12 ngày quá trình bảo quản Ngoài việc sử dụng mình màng chitosan, Việt Nam có kết hợp bảo quản màng chitosan và PE Qui trình bảo quản trái quýt đường với thời gian tồn trữ đến tuần Đó là bảo quản trái cách bao màng Chitosan nồng độ 0,25% kết hợp với bao Polyethylene (PE) đục lỗ với đường kính lỗ mm và ghép mí lại máy ép Sau đó, bảo quản nhiệt độ 12 0C Với phương pháp này, phẩm chất bên trái như: hàm lượng đường, hàm lượng vitamin C luôn ổn định, tỷ lệ hao hụt trọng lượng thấp, màu sắc vỏ trái đồng và đẹp (20) II ỨNG DỤNG TRONG CÁC NGÀNH CÔNG NGHIỆP KHÁC Trong y dược Từ Chitosan vỏ cua, vỏ tôm có thể sản xuất Glucosamin, dược chất quý dùng để chữa khớp phải nhập nước ta Chỉ phẫu thuật tự hoại Chito-olygosaccarit Da nhân tạo Kem chống khô da Kem dưỡng da ngăn chặn tia cực tím phá hoại da Dùng làm thuốc chữa bệnh viêm loét dày – tá tràng Dùng bào chế dược phẩm Thuốc giảm béo Trong công nghiệp Vải col dùng cho may mặc Vải chịu nhiệt, chống thấm Vải Chitosan dùng cho may quần áo diệt khuẩn y tế (21) Làm tăng độ bền giấy Dùng làm thấu kính tiếp xúc Góp phần tăng tính bền hoa vải Sử dụng sản xuất sơn chống mốc và chống thấm Trong nông nghiệp Bảo quản quả, hạt giống mang lại hiệu cao Dùng thành chính thuốc trừ nấm bệnh (đạo ôn, khô vằn….) Dùng làm thuốc kích thích sinh trưởng cây trồng cho lúa, cây công nghiệp, cây ăn quả, cây cảnh… Trong phim ảnh Phim Chitosan có độ nét cao Không tan nước Tan acid loãng acid acetic Trong công nghệ in ấn Dùng làm mực in cao cấp công nghệ in Tăng cường độ bám dính mực in Trong công nghệ môi trường Xử lý nước thải công nghiệp hiệu Xử lý nước thải công nghiệp nhuộm vải Xử lý nước công nghiệp nuôi tôm, cá Trong công nghệ sinh học Chất mang cố định enzyme và cố định tế bào Trong công nghệ thực phẩm Sản xuất màng mỏng để bao gói thực phẩm Thay cho PE (22) Màng Chitosan dễ phân hủy môi trường tự nhiên (23) Phần SẢN XUẤT CHITOSAN Nguyên liệu: Chitosan sản xuất từ deacetyl hóa chitin Trong đó, các loài giáp xác lại là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin công nghiệp Hàng năm, chitin tổng hợp từ nước và hệ sinh thái biển chiếm khoảng 600 và 1600 triệu NGuồn cung cấp tốt là các loài giáp xác (như tôm, cua, tôm hùm và các loài nhuyễn thể), hàu, mực với sản lượng hàng năm là 29.9 , 1.4 và 0.7 triệu tùy thuộc vào giống, điều kiện dinh dưỡng, mùa vụ đánh bắt mà thành phần chitin vỏ các loài giáp xác thay đổi từ 1342% Ngoài nguyên liệu sản xuất chitin còn chứa protein (30-40%), muối khoáng (30-50%), carotenoid (với hàm lượng nhỏ) Người ta sử dụng hầu hết là phụ phẩm quá trình đánh bắt, chế biến hải sản để sản xuất chitin và chitosan,điều này không có lợi mặt kinh tế mà còn có lợi môi trường Ngoài ra, hệ sợi số vi nấm tìm thấy chitin và chitosan như: Allomyces, Asperillus, Penicillium, Mucor, Rhiropus, Phytomyces… thành tế bào hệ sợi loài này người ta tìm thấy có chitosan và các polysaccharide khác Mặc dù tại, thì nguồn này chưa sử dụng tương lai chắn nó có lợi vì các loài nẫm này phát triển nhanh, phù hợp với sản xuất công nghiệp, và ngoài chitosan tế bào chúng còn chứa các enzyme, khoáng chất, chất kháng sinh, hormone khác (24) Sơ đồ sản xuất: Vỏ giáp xác và Rửa sấy Nghiề n và Loạilọc protein Rửa DD NaOH 3.5% 2h 65C Khử khoáng HCl 1N 30’, t phòng Rửa Khử màu Chiết acetone và tẩy trắng NaOCl 0.315%, 5’, t phòng Rửa, sấy Deacetyl hóa Rửa, sấy Chitosan 2.1 Quá trình khử protein NaOH 50%, 30’, 121C (25) Chitin tự nhiên thường liên kết với protein Một vài protein có thể chiết theo phương pháp tự nhiên, phần khác không thể chiết liên kết đồng hóa trị với chitin Xét cấu trúc hóa học thì protein liên kết với chitin thông qua liên kết đồng hóa trị với aspartyl và histidyl để hình thành cấu trúc ổn định giống glycoprotein Vỏ giáp xác thường nghiền và xử lý dung dịch NaOH 110% nhiệt độ cao 65-100°C để hòa tan protein Thời gian tiến hành phản ứng thường từ 0.5 -12h tùy phương pháp sử dụng Xử lý kiềm kéo dài điều kiện nghiêm ngặt để tiến hành quá trình khử protein và deacetyl Để trì đồng suốt quá trình phản ứng thì tỉ lệ khối lượng vỏ với dung dịch KOH thường 1:10 1:15-20 vì tỉ lệ nhỏ có thể dùng là 1:4(w/v) Điều kiện tối ưu quá trình khử protein là sử dụng dung dịch NaOH 3.5% 2h 65°C, điều kiện luôn khuấy và tỉ lệ rắn lỏng là 1:10(w/v) Trong suốt quá trình này, tạo thành bọt xảy liên tục, không nhanh và mạnh quá trình khử khoáng 2.2 Quá trình khử khoáng Sự khử khoáng thường tiến hành dung dịch acid HCl (trên 10%) nhiệt độ phòng để hòa tan CaCO thành CaCl2 có thể dùng HCl nông độ cao acid formic 90% để khử khoáng Với các điều kiện tối ưu quá trình này là HCl 1N, tỉ lệ rắn: lỏng = 1:15(w/v), 30’ khuấy liên tục Thường thì nồng độ chất tro sau khử khoáng đánh giá hiệu quá trình thường là 31-36% Trong suốt quá trình khử khoáng có tượng không mong muốn là hình thành bọt khí mạnh phản ứng: CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2↑ + H2O (26) Để điều khiển và làm giảm bọt có thể bổ sung chất phá bọt silicon polymer 10% mà không dùng chất tạp huyền phù 2.3 Quá trình khử màu: Có thể dùng acid kiềm để khử màu chitin Chitin thương phẩm cần phải khủ màu tẩy trắng thành dạng bột trắng Chất màu vỏ giáp xác hình thành phức với chitin Những nghiên cứu cho đồng phân 4-ceton, 4,4’ dicetone-ß-carotene liên kết chặt chẽ với chitin ngoài vỏ cua Và mức độ liên kết này thay đổi các loài Trong quá tình khử màu cần chú ý là chất hóa học không làm ảnh hưởng đến tính chất vật lý, hóa học chitin và chitosan 2.4 Quá trình deacetyl Deacetyl là quá trình chuyển chitin thành chitosan cách khử nhóm acetyl Thường tiến hành xử lý KOH NaOH 40-50% 100°C cao 30’ lâu để khử phần hoàn toàn nhóm acetyl khỏi polymer đó Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng chitosan thành phẩm đó phải đảm bảo điều kiện phù hợp điều kiện ảnh hưởng đến quá trình deacetyl: a Nhiệt độ: Nhiệt độ cao làm tăng mức độ deacetyl hóa lại làm giảm kích thước phân tử b Thời gian và nồng độ kiềm: quá trình deacetyl diễn nhanh đầu dung dịch NaOH 50% 100°C Tuy nhiên sau đó quá trình phản ứng từ từ lên đến 78% 5h Do đó, xử lý kiềm 2h không deacetyl hóa chitin cách đáng kể, mà còn làm phá hủy chuỗi phân tử nghiên cứu NaOH nồng độ 35, 40, 50% thì nồng độ kiềm giảm thì vận tốc giảm độ nhớt khối lượng phân tử chậm lại Chitosan deacetyl hóa 5’ NaOH 50% 145-150°C có độ nhớt, phân tử lượng cao chitosan deacetyl hóa trogn 15’ (27) c Ảnh hưởng các điều kiện quá trình sản xuất chitin: chúng làm ảnh hưởng đến độ nhớt chitosan thành phẩm Khi sử dụng HCl với nồng độ trên 1.25N khử khoáng, NaOH 3% để khử protein, việc tẩy trắng có tác động có bất lợi đến độ nhớt sản phẩm, làm tăng thời gian chế biến d Không khí: có mặt oxy quá trình này thì chitosan dễ bị phân hủy Mặt khác tiến hành môi trường chứa Nitơ thì sản lượng độ nhớt, phân tử lượng chitosan tăng so với không khí e Tỉ lệ Chitin và kiềm: tỉ lệ này đóng vai trò lớn để xác định tính chất chitosan trên sở xác định độ nhớt dung dịch, tit lệ này thường 1:10 đến 1:100 f Kích thước phân tử: kích thước tăng thì độ nhớt và kích thước phân tử lớn là kích thước nhỏ (28) KẾT LUẬN Việc sản xuất chitin và chitosan đã trở nên phức tạp suốt năm qua, để đạt độ tinh khiết mong muốn thỏa mãn nhứng yêu cầu khác nông nghiệp, dược phẩm, mỹ phẩm và vài ngành khác Tuy nhiên việc sản xuất này cần cải tiến sử dụng phương pháp enzyme khả thi và có nhiều lợi ích khác Cũng cần phải trì sản phẩm bị giảm giá trị ít và làm thuận tiện quá trình thu hồi protein chất thải Chitosan, sản phẩm quan trọng thu từ chitin, có vai trò tiềm công nghiệp thực phẩm Bên cạnh việc sử dụng chúng là tác nhân tạo bông, thực phẩm chức năng, chitosan còn có tính chất vô cùng đáng chú ý đó là tác nhân kháng khuẩn có ảnh hưởng lớn đến phổ rộng các vi sinh vật, đã đề cập trên Sự phát triển các vi sinh vật vỏ tôm đã giảm đáng kể có có mặt màng bao chitosan (29) TÀI LIỆU THAM KHẢO http:/www.chemvn.net http:/www.hoahocvietnam.com .www.bestchitosan.com Sun-OK Femandez-Kim B.S; Physicochemical and functional properties pf cramfisj chitosan as affected by different processing protocols; Seoul National University, 1991 Nelllie Gagne; Production of chitin and chitosan from crustacean waste and their use as a food processing aid; McGill University, Montreal, 1993 (30)