6. Cấu trúc luận văn
1.2.7.Ứng dụng của Chitosan và Chitosan hòa tan trong nƣớc
a. Trong nông nghiệp
Trong nông nghiệp, chitosan đƣợc sử dụng để tăng cƣờng 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 cƣờng khả năng nảy mầm của hạt, giảm stress cho cây, kích thích sinh trƣởng 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 nghiệp 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 trƣởng 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 thƣờng, hạt sinh trƣởng và phát triển tốt [10].
Qua nghiên cứu ảnh hƣởng của chitosan và các nguyên tố vi lƣợng lên một số chỉ tiêu sinh lí, sinh hóa của lúa mạ, ở nhiệt độ thấp thì kết quả cho thấy chitosan vi lƣợng làm tăng hàm lƣợng diệp lục và hàm lƣợng nitơ tổng số, đồng thời hàm lƣợng các enzyme nhƣ amylase, catalase hay peroxidase cũng tăng lên. Ngoài ra, trong nông nghiệp còn sử dụng chitosan để bảo quản thực phẩm, trái cây, do dung dịch gel 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 [20].
Ngày nay, chitosan còn đƣợc làm nguyên liệu bổ sung vào thành phần thức ăn cho động vật thủy sản, giúp kích thích tăng trƣởng tốt [5].
WSC ảnh hƣởng tích cực đến sinh trƣởng 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 trƣờng và thực hiện chƣơng trình rau sạch, rau an toàn.
b. Trong y học
Chitosan và WSC 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, WSC đƣợc sử dụng làm thuốc giảm cholesterol trong máu. Thời gian qua Khoa Dƣợc của trƣờng Ðại học Y Dƣợc thành phố Hồ Chí Minh đã bƣớc 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 ngƣời 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 đƣợc 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 đƣờng...
Do có khả năng kháng khuẩn và tạo màng chitosan nên đƣợc ứng dụng phối hợp với một số thành phần phụ liệu khác để tạo da nhân tạo chống nhiễm khuẩn và cầm máu.
Trong kĩ nghệ bào chế dƣợc phẩm, chitosan đƣợc sử dụng làm chất tạo màng, chất tạo dính, viên nang, làm tá dƣợc 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 dƣợc hay cố định thuốc để kéo dài thời gian sử dụng thuốc cũng nhƣ 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 nhƣ 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 hƣớng 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 đƣợc 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 đƣợc 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 lƣợng thực phẩm tƣơi, thực phẩm cấp đông đã đƣợc 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 nhƣ 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 nƣớc ép hoa quả, rƣợu bia, nƣớc ngọt và có thể lọc các nguồn nƣớc thải công nghiệp từ các nhà máy chế biến thực phẩm nhờ khả năng làm đông, có thể lơ lửng protein trong nƣớc 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 dƣơng 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 đƣợc nghiên cứu, họ quan sát thấy rằng sử dụng chitosan nồng độ 1% dẫn đến giảm 70% giá trị axit 2-thiobarbi-turic (TBA) sau 3 ngày bảo quản ở 4ºC [13].
làm chất phụ gia trong thực phẩm và dƣợc phẩm. Chitosan tạo màng mỏng bao gói bảo quản thực phẩm, ngoài ra chúng còn dùng để khử màu các sản phẩm màu nhƣ dầu cá, nƣớc 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 polymer đƣợc dùng an toàn cho ngƣời, vì có hoạt tính sinh học đa dạng nên chitosan đã đƣợc đƣa vào thành phần trong thức ăn nhƣ sữa chua, bánh kẹo và nƣớc ngọt...
WSC có phân tử lƣợng thấp, tan đƣợc trong nƣớc, có khả năng kháng khuẩn cao nên hiện nay WSC đang đƣợc 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 Lƣu đã nghiên cứu ảnh hƣởng của chitosan, WSC đến một số vi sinh vật gây bệnh trên cá bảo quản bằng nƣớc.
- 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 đƣợc sử dụng lâu dài, không cần thay đổi chất xúc tác, nhất là trong công nghệ làm sạch nƣớc, làm trong nƣớc quả. Sử dụng enzyme cố định rất thuận lợi và đạt hiệu quả cao.
Ðặc điểm quan trọng của các nguyên liệu đƣợc sử dụng làm chất mang enzyme là diện tích bề mặt rộng trên một đơn vị thế tích hay trọng lƣợng, không bị phân giải, không tan, bền vững với các yếu tố hóa học, giá rẻ, dễ kiếm. Trong các loại polymer, chitosan thỏa mãn các yêu cầu trên, chúng bền
vững, không tan, ổn định với các yếu tố hóa học.
Phƣơng pháp cố định enzyme bao gồm enzyme đƣợc dính trên chất mang bằng liên kết hấp thụ hay liên kết tĩnh điện ( liên kết ion), hoặc liên kết vùi trong lƣới gel liên kết ngang. Enzyme đƣợc cố định trong chitosan bằng liên kết hấp phụ hay liên kết ngang qua chất trung gian nhƣ glutaradehit, hoặc có khi enzyme bị vùi trong lớp lƣới gel tạo thành liên kết ngang giữa chitosan và glutaradehit.
- Trong công nghiệp giấy
Do cấu trúc của chitosan tƣơng tự cellulose nên ngƣời ta bổ sung chitosan vào nguyên liệu làm giấy, chúng giúp giấy có độ bền dai, đồng thời chất lƣợng in trên giấy cũng tốt hơn. Ngoài ra, còn ứng dụng chitosan để sản xuất giấy chịu nhiệt, giấy hoa dán tƣờng [21].
- Trong công nghiệp dệt
Chitosan đƣợc dùng để hồ vải, cố định hình in hoa, màu sắc. Ƣu điểm là làm cho vải hoa, tơ sợi bền màu, bền sợi, chịu đƣợc cọ sát, mặt ngoài thì ánh đẹp. Tuy nhiên nhƣợc 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 nƣớc. Hòa tan chitosan trong CH3COOH loãng 1,5% cùng với nhôm axetat và axit stearic thì đƣợc hỗn hợp. Hỗn hợp này đem sơn lên vải, khi khô tạo thành màng mỏng chắc bền chịu đƣợc nƣớc, chống lửa, cách nhiệt, chịu nắng và chống thối. Vải này đƣợc sử dụng để sản xuất vải bao dây điện, những dụng cụ bảo hộ trong sản xuất, nghiên cứu [43].
- Trong công nghiệp hóa mĩ phẩm
Chitosan đƣợc sử dụng trong thành phần sản xuất kem chống khô da, làm kem dƣỡng 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 đƣợc 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.
Chitosan còn đƣợc cho thêm vào trong thuốc gội đầu để làm cho nƣớc loãng hơn bằng cách khóa các ion Fe3+
, Ca2+ và Mg2+ lại với nhau [43].
d. Trong bảo vệ môi trường
Cơ quan Bảo vệ Môi trƣờng Mĩ (USEPA) đã cho phép chitosan không những đƣợc dùng làm thành phần thức ăn, mà còn dùng cả trong việc tinh chế nƣớc 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 đƣợc Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đánh giá cao và đã chính thức đƣợc WHO cho phép dùng trong y học và thực phẩm [57].
Chitosan đƣợc ứng dụng khá phổ biến trong xử lí môi trƣờng 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 đƣợc sử dụng nhƣ là một trong các nhóm tác nhân chính để xử lí nƣớc thải, làm chất hấp phụ, tạo phức trong việc xử lí kim loại trong nƣớc thải, thu hồi protein trong nƣớc thải, trong xử lí chất màu của nƣớc thải từ nhà máy dệt nhuộm [43].
e. Trong phim ảnh và một số ngành công nghệ khác
Phim chitosan có độ nét cao, không tan trong nƣớc, axit (trừ axit axetic loãng). Chitosan đƣợc làm mực in cao cấp trong công nghệ in.
Chitosan làm tăng độ bền của gỗ trong công nghệ chế biến gỗ [43]. 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 nƣớc thải công nghiệp, có khả năng tạo phức với kim loại nặng độc hại, dùng để lọc trong nƣớc sạch tiêu dùng, thanh lọc nƣớc nhiễm chất độc hại và chất phóng xạ do chitosan khóa chặt các ion kim loại nhƣ Hg, Pb và U.
Chitosan tạo màng gel trong môi trƣờng axit dạ dày, màng này sẽ giúp bảo vệ niêm mạc dƣới tác dụng của các tác nhân gây loét dạ dày. Bên cạnh đó, chitosan còn có tác dụng kháng nấm, kháng khuẩn vì vậy chitosan ức chế sự phát triển của một số chủng vi khuẩn, trong đó có chủng Helicobacter pylori – đƣợc xem là một trong những tác nhân quan trọng gây loét dạ dày, tá tràng.
Một số tác giả cho rằng cả chitosan và chitin đều có tác động giảm đau. Tác dụng giảm đau của chitosan đƣợc cho là do sự hấp thu các ion proton đƣợc giải phóng nhờ nhóm amino tự do, vì vậy làm giảm pH ở khu vực bị viêm và giúp giảm đau.
Chitosan có khả năng kết hợp với nƣớc và chất béo cao. Sự hấp thu chất béo của chitosan từ 170-315%. Nhƣ vậy, chitosan có tác dụng làm giảm cân, giảm cholesterol bằng cách gắn kết với cholesterol và các thành phần lipit khác hiện diện trong đƣờng tiêu hóa, vì vậy chitosan giúp ngăn chặn sự hấp thu chất béo vào máu.
Chitosan có khả năng tạo màng mỏng trên bề mặt da, cung cấp nƣớc và hạn chế sự mất nƣớc, làm tăng khả năng hòa hợp sinh học giữa kem thuốc và da, giúp ổn định nhũ tƣơng, hạn chế sự phát triển của vi khuẩn… do đó, chitosan là thành phần lý tƣởng trong các sản phẩm mỹ phẩm. Chitosan thƣờng đƣợc sử dụng trong công thức kem nhƣ tác nhân nhũ hóa, tác nhân
làm mềm da, giữ ẩm cho da… Ngoài ra chitosan còn đƣợc ứng dụng trong các sản phẩm định hình tóc, nƣớc kẻ mắt, son môi… Đặc biệt Chitosan đƣợc phát huy tác dụng hiệu quả và toàn diện trong kem dƣợc liệu ngừa vẩy da Explaq, giúp ức chế sự chết tế bào, tăng cƣờng tái tạo da, làm trơn, mịn da, bảo vệ da tránh các tác động có hại từ môi trƣờng, chống viêm... các tác dụng này đƣợc tăng cƣờng khi phối hợp với tác dụng ức chế rút ngắn chu kỳ tế bào, làm bạt sừng (cao phá cố chỉ), giữ ẩm cho da, nhanh liền vết thƣơng (cao lá sòi, MSM), chống viêm, chống dị ứng (cao ba chạc). Explaq là công thức đƣợc thiết kế chuyên biệt giúp loại bỏ vẩy da ở những bệnh: vẩy nến, á sừng, vẩy cá, vẩy phấn trắng, vẩy phấn hồng, vẩy cám... đồng thời giúp da mịn, trở về trạng thái tự nhiên, ngăn chặn các bệnh vẩy da tái phát.
Hình 1.9. Một số ứng dụng của Chitosan