7. Cấu trúc luận văn
1.2.8. Ứng dụng của chitosan và WSC
a. Trong nông nghiệp
Trong nông nghiệp, chitosan được sử dụng để tăng cường sự hoạt động của các vi sinh vật có lợi trong đất, bọc các hạt giống nhằm mục đích ngăn ngừa sự tấn công của nấm trong đất và tăng cường khả năng nảy mầm của hạt, giảm stress cho cây, kích thích sinh trưởng và tăng năng suất thu hoạch.
Ðặc biệt, chitosan có đóng vai trò là chất kích thích hệ miễn dịch của cây và sự hoạt động của enzyme chitinase.
Viện Khoa học Nông nghệp miền Nam và Trung tâm Công nghệ Sinh học thủy sản đã nghiên cứu tác dụng của chitosan đối với các hạt giống dễ mất khả năng nẩy mầm và góp phần thúc đẩy khả năng sinh trưởng của cây con. Kết quả là kéo dài thời gian sống và duy trì khả năng nẩy mầm của hạt cà chua và đậu cove sau thời gian bảo quản là 9÷12 tháng ở điều kiện bình thường, hạt sinh trưởng và phát triển tốt.
Qua nghiên cứu ảnh hưởng của chitosan và các nguyên tố vi lượng lên một số chỉ tiêu sinh lí, sinh hóa của lúa mạ, ở nhiệt độ thấp thì kết quả cho thấy chitosan vi lượng làm tăng hàm lượng diệp lục và hàm lượng nitơ tổng số, đồng thời hàm lượng các enzyme như amylase, catalase hay peroxidase cũng tăng lên. Ngoài ra, trong nông nghiệp còn sử dụng chitosan để bảo quản thực phẩm, trái cây, do dịch keo chitosan có tác dụng chống mốc, chống sự phá hủy của một số nấm men, vi sinh vật gram âm trên các loại hoa quả.
Ngày nay, chitosan còn được làm nguyên liệu bổ sung vào thành phần thức ăn cho động vật thủy sản, giúp kích thích tăng trưởng tốt [3].
WSC ảnh hưởng tích cực đến sinh trưởng của rau cải, đậu cove và một số rau khác, có tác dụng tăng năng suất, tăng khả năng kháng bệnh, hạn chế việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, góp phần bảo vệ môi trường và thực hiện chương trình rau sạch, rau an toàn.
WSC ảnh hưởng tích cực đến sinh trưởng và năng suất của ngô. Với nồng độ phun thích hợp là 40ppm, số lần phun là 3 lần/vụ, liều lượng phun là 300 lit/ha, năng suất sau khi sử dụng tăng 20% so với đối chứng (theo nghiên cứu của Ðại học Nông nghiệp I Hà Nội).
b. Trong y học
nhiệm vụ bảo vệ miễn dịch với các tế bào khối u và các tác nhân gây bệnh, WSC được sử dụng làm thuốc giảm cholesterol trong máu. Thời gian qua Khoa Dược của trường Ðại học Y Dược thành phố Hồ Chí Minh đã bước đầu nghiên cứu thành công thuốc trị viêm loét dạ dày, tá tràng từ chitosan.
Nhật Bản đã sản xuất các sản phẩm, hàng hóa cho người ăn kiêng có chứa chitosan để làm giảm cholesterol, theo các nhà khoa học thì tác dụng hạ cholesterol của N,N,N-trimetylchitosan (TMC) là do trong phân tử của nó có chứa nhóm –N+ (CH3)2. Các nhóm này có khả năng kết hợp với clo của các axit béo có trong muối mật và được đào thải ra khỏi cơ thể, làm giảm lipit trong máu, giảm cân nặng và chống béo phì với mục đích để tránh nguy cơ mắc bệnh tim mạch, tiểu đường...
Do có khả năng kháng khuẩn và tạo màng chitosan nên được ứng dụng phối hợp với một số thành phần phụ liệu khác để tạo da nhân tạo chống nhiễm khuẩn và cầm máu [21].
Trong kĩ nghệ bào chế dược phẩm, chitosan được sử dụng làm chất tạo màng, chất tạo dính, viên nang, làm tá dược độn hay các chất mang sinh học dẫn thuốc... Trên thế giới việc ứng dụng chitosan trong công nghệ sản xuất thuốc rất mạnh mẽ và hiệu quả. Tác dụng của chitosan là bao bọc tá dược hay cố định thuốc để kéo dài thời gian sử dụng thuốc cũng như tránh các tác dụng phụ của thuốc.
Nhìn chung, chitosan có tiềm năng ứng dụng rất lớn trong y học. Hiện nay các nhà khoa học đang nghiên cứu các ứng dụng khác của nó như tác động kích thích miễn dịch, chống sự phát triển của khối u, đặc biệt đặc tính làm giảm cholesterol hay nghiên cứu làm thuốc chữa bệnh viêm loét dạ dày, tá tràng... đang mở ra những hướng đi mới.
WSC và các chế phẩm của nó có đặc tính miễn dịch do nó kích thích các tế bào giữ nhiệm vụ bảo vệ miễn dịch với các tế bào khối u và các tác nhân
gây bệnh. Ðồng thời WSC còn được sử dụng làm thuốc để hạ cholesterol trong máu.
c. Trong công nghiệp
Trong công nghiệp thực phẩm
Chitosan là một polyme tự nhiên không độc và rất an toàn đối với thực phẩm với tính chất khá đặc biệt kháng khuẩn, chống ẩm, tạo màng, có khả năng hấp thụ màu tốt, hấp phụ một số kim loại nặng, nên chitosan được nghiên cứu ứng dụng trong ngành công nghiệp sản xuất thực phẩm và bảo quản.
Sử dụng màng chitosan bao bọc thực phẩm để kéo dài thời gian bảo quản và cải thiện chất lượng thực phẩm tươi, thực phẩm cấp đông đã được thử nghiệm suốt những năm qua. Những lớp màng ngoài này có thể cung cấp bổ sung và còn là công cụ cần thiết để kiểm soát những sự thay đổi về sinh lí, hình thái, lí hóa ở các sản phẩm thực phẩm [3].
Chitosan có độ chống thấm cao đối với các chất như chất béo và dầu, kiểm soát nhiệt độ, củng cố cấu trúc thực phẩm và giữ mùi. Màng chitosan dai, bền, dẻo và rất khó rách.
Chitosan dùng để lọc trong các loại nước ép hoa quả, rượu bia, nước ngọt và có thể lọc các nguồn nước thải công nghiệp từ các nhà máy chế biến thực phẩm nhờ khả năng làm đông, có thể lơ lửng protein trong nước thải của quá trình chế biến thịt, rau cải và công nghệ chế biến tôm, cá nhờ có tính kết dính tốt các ion kim loại nặng Hg, Pb... của keo dương chitosan. Vì vậy các ion kim loại trên bị giữ lại mà keo chitosan không bị keo tụ.
Các sản phẩm thịt rất dễ bị mất mùi và ôi do sự oxy hóa của các thành phần lipit không bão hòa. Hiệu quả xử lý của chitosan để ổn định các chất oxy hóa trên thịt bò đã được nghiên cứu, họ quan sát thấy rằng sử dụng chitosan nồng độ 1% dẫn đến giảm 70% giá trị 2-thiobarbi-turic acid (TBA) sau 3 ngày
bảo quản ở 4ºC [26].
Năm 1983, thực phẩm Mĩ (USFDA) đã chấp nhận chitosan được dùng làm chất phụ gia trong thực phẩm và dược phẩm. Chitosan tạo màng mỏng bao gói bảo quản thực phẩm, ngoài ra chúng còn dùng để khử màu các sản phẩm màu như dầu cá, nước mắm xuất khẩu...
Tại Canada và Mĩ đã từ lâu cho phép sử dụng vỏ bọc thực phẩm bằng màng chitosan, là một dạng của polyme được dùng an toàn cho người, vì có hoạt tính sinh học đa dạng nên chitosan đã được đưa vào thành phần trong thức ăn như sữa chua, bánh kẹo và nước ngọt...
WSC có phân tử lượng thấp, tan được trong nước, có khả năng kháng khuẩn cao nên hiện nay WSC đang được chú ý đến để ứng dụng vào các ngành công nghiệp. Năm 2005, Hoàng Ngọc Anh đã nghiên cứu về oligoglucosamin để bảo quản thịt heo. Năm 2006, có công trình nghiên cứu của Trần Thị Luyến và cộng sự dùng oligoglucosamin làm chất bảo quản xúc xích gà surimi. Năm 2009, Trần Thị Luyến và Ðỗ Hải Lưu đã nghiên cứu ảnh hưởng của chitosan, WSC đến một số vi sinh vật gây bệnh trên cá bảo quản bằng nước.
Trong công nghệ sinh học
Trong lĩnh vực công nghệ sinh học, chitosan là một chất mang phù hợp cho sự cố định enzyme tế bào. Enzyme cố định tế bào là một chất xúc tác sinh học hoạt động trong một không gian linh hoạt. Enzyme cố định đã cho phép mở ra việc sử dụng rộng rãi enzyme trong công nghiệp, y học, khoa học phân tích... Enzyme cố định được sử dụng lâu dài, không cần thay đổi chất xúc tác, nhất là trong công nghệ làm sạch nước, làm trong nước quả. Sử dụng enzyme cố định rất thuận lợi và đạt hiệu quả cao.
Ðặc điểm quan trọng của các nguyên liệu được sử dụng làm chất mang enzyme là diện tích bề mặt rộng trên một đơn vị thế tích hay trọng lượng,
không bị phân giải, không tan, bền vững với các yếu tố hóa học, giá rẻ, dễ kiếm. Trong các loại polyme, chitosan thỏa mãn các yêu cầu trên, chúng bền vững, không tan, ổn định với các yếu tố hóa học.
Phương pháp cố định enzyme bao gồm enzyme được dính trên chất mang bằng liên kết hấp thụ hay liên kết tĩnh điện ( liên kết ion), hoặc liên kết vùi trong lưới gel liên kết ngang. Enzyme được cố định trong chitosan bằng liên kết hấp phụ hay liên kết ngang qua chất trung gian như glutaradehit, hoặc có khi enzyme bị vùi trong lớp lưới gel tạo thành liên kết ngang giữa chitosan và glutaradehit.
Qua nhiều nghiên cứu cho thấy, chitosan có các đặc điểm sau:
Chitosan là nguyên liệu linh hoạt, dẻo. Nó có thể dùng để cố định enzyme bằng liên kết hấp phụ đơn giản ở dạng lưới hay bằng liên kết ion qua nhân tố chức năng trung gian hoặc ở dạng thể vùi.
Sự liên kết ion -NH3+ của chitosan với các ion âm tự do trên enzyme là các nhân tố hình thành liên kết hấp phụ và liên kết ion.
Hiệu suất cố định theo phương pháp hấp phụ có khuynh hướng cao hơn theo phương pháp ion, cho phép thực hiện trong điều kiện nhẹ nhàng.
Khi so sánh với các chất mang khác thì chitosan có khả năng chứa đựng lượng protein 10÷30mg/gam chitosan.
Trong công nghiệp giấy
Do cấu trúc của chitosan tương tự xenlulozo nên người ta bổ sung chitosan vào nguyên liệu làm giấy, chúng giúp giấy có độ bền dai, đồng thời chất lượng in trên giấy cũng tốt hơn. Ngoài ra, còn ứng dụng chitosan để sản xuất giấy chịu nhiệt, giấy hoa dán tường [21].
Trong công nghiệp dệt
Chitosan được dùng để hồ vải, cố định hình in hoa, màu sắc. Ưu điểm là làm cho vải hoa, tơ sợi bền màu, bền sợi, chịu được cọ sát, mặt ngoài thì ánh
đẹp. Tuy nhiên nhược điểm duy nhất là màu sắc hơi vàng, không thích hợp với vải trắng.
Chitosan là nguyên liệu quan trọng để hồ lên vải chống nước. Hòa tan chitosan trong CH3COOH loãng 1,5% cùng với nhôm axetat và axit stearic thì được hỗn hợp. Hỗn hợp này đem sơn lên vải, khi khô tạo thành màng mỏng chắc bền chịu được nước, chống lửa, cách nhiệt, chịu nắng và chống thối. Vải này được sử dụng để sản xuất vải bao dây điện, những dụng cụ bảo hộ trong sản xuất, nghiên cứu.
- Trong công nghiệp hóa mĩ phẩm
Chitosan được sử dụng trong thành phần sản xuất kem chống khô da, làm kem dưỡng da, làm khả năng hòa hợp sinh học giữa kem thuốc và da, chế tạo thuốc định hình tóc, kem bột da lột mặt.
Từ năm 1969, chitosan đã được bắt đầu sử dụng nhiều trong kĩ thuật bào chế mỹ phẩm. Vài hãng đã dùng nó trong kem và thuốc bôi ngoài da để làm cho kem đặc lại và những hãng khác đang thí nghiệm để dùng nó trong việc bào chế thuốc trị sốt và vecni sơn móng tay[9]
Chitosan còn được cho thêm vào trong thuốc gội đầu để làm cho nước loãng hơn bằng cách khóa các ion Fe3+, Ca2+ và Mg2+ lại với nhau.
d. Trong bảo vệ môi trường
Cơ quan bảo vệ môi trường Mĩ (USEPA) đã cho phép chitosan không những được dùng làm thành phần thức ăn, mà còn dùng cả trong việc tinh chế nước uống, tẩy lọc nguồn và hấp phụ các kim loại nặng trong các nhà máy chế biến.
Nhiều cuộc hội nghị quốc tế về chitosan đã khẳng định tác dụng điều trị và tính an toàn của chitosan. Chitosan dã được tổ chức y tế thế giới (WHO) đánh giá cao và đã chính thức được WHO cho phép dùng trong y học và thực phẩm.
Chitosan được ứng dụng khá phổ biến trong xử lí môi trường nhờ khả năng hấp phụ, tạo phức với các ion kim loại (Pb, Hg, Cd, Fe, Cu...) các chất màu, khả năng keo tụ, tạo bông rất tốt với các chất hữu cơ. Do đó, chitosan được sử dụng như là một trong các nhóm tác nhân chính để xử lí nước thải, làm chất hấp phụ, tạo phức trong việc xử lí kim loại trong nước thải, thu hồi protein trong nước thải, trong xử lí chất màu của nước thải từ nhà máy dệt nhuộm.
e. Trong phim ảnh và một số ngành công nghệ khác
Phim chitosan có độ nét cao, không tan trong nước, axit (trừ axit axetic loãng). Chitosan được làm mực in cao cấp trong công nghệ in.
Chitosan làm tăng độ bền của gỗ trong công nghệ chế biến gỗ.
Chitosan dùng để cố định enzyme và các tế bào vi sinh vật, làm chất mang trong sắc kí chọn lọc, trong công nghệ sinh học.
Hãng kĩ thuật của Matsushita còn dùng chitosan trong việc chế tạo máy phát nhanh.
Chitosan còn dùng để xử lí nước thải công nghiệp, có khả năng tạo phức với kim loại nặng độc hại, dùng để lọc trong nước sạch tiêu dùng, thanh lọc nước nhiễm chất độc hại và chất phóng xạ do chitosan khóa chặt các ion kim loại như Hg, Pb và U [9].