* Cấu trúc hóa học và tính chất của chitin
Cấu trúc phân tử của chitin:
Hình 1.1. Cấu trúc hóa học của chitin
Chitin là polysaccharide có đạm không độc hại, có khối lượng phân tử lớn. Cấu trúc của chitin là một tập hợp các phân tử liên kết với nhau bởi các cầu nối glucoside và hình thành một mạng các sợi có tổ chức.
Chitin có cấu tạo hóa học giống cellulose và có thể xem là một dẫn xuất của cellulose với nhóm acetamido ở cacbon số 2. Chitin đóng vai trò là thành phần tạo nên độ cứng chắc của thành tế bào của nấm và vỏ của giáp xác. Tính chất của chitin phụ thuộc vào cấu trúc của chitin. Người ta chia cấu trúc chitin thành ba dạng: α- chitin, β-chitin, γ-chitin (Hackman và Goldberg, 1965) [15].
Hình 1.2. Sự sắp xếp của chuỗi polymer của α-chitin, β-chitin và γ-chitin
Chitin có màu trắng, cũng giống cellulose, chitin có tính kỵ nước cao (đặc biệt đối với α-chitin) và không tan trong nước, trong kiềm, trong acid loãng và các dung môi hữu cơ như ete, rượu. Tính không tan của chitin là do chitin có cấu trúc
chặt chẽ, có liên kết trong và liên kết phân tử mạnh thông qua các nhóm hydroxyl và acetamide (Urbanczyk và cộng sự, 1997) [15].
Chitin hòa tan được trong dung dịch acid đậm đặc như HCl, H3PO4 và dimethylacetamide chứa 5% lithium chloride [11].
Chitin tự nhiên có độ deacetyl dao động trong khoảng từ 8-12%, phân tử lượng trung bình lớn hơn 1 triệu dalton. Tuy nhiên, chitin chiết rút từ vi sinh vật thì có phân tử lượng thấp, chỉ khoảng vài chục ngàn dalton. Khi đun nóng chitin trong dung dịch NaOH đặc thì chitin bị khử mất gốc acetyl tạo thành chitosan [11].
Khi đun nóng chitin trong dung dịch HCl đặc thì chitin sẽ bị thủy phân tạo thành các phân tử glucosamine có hoạt tính sinh học cao. Khi đun nóng chitin trong HCl đậm đặc tạo thành 88,5% D-glucosamine và 22,5% acid acetic [11].
Hình 1.3. Chitosan và glucosamine tạo thành từ sự thủy phân chitin
Độ rắn (crystallinity) của chitin cao và biến đổi tùy theo từng loại chitin.
* Cấu trúc hóa học và tính chất của chitosan [11]
Chitosan là dẫn xuất deacetyl hoá của chitin. Chitosan được cấu tạo từ các mắt xích D-glucosamine liên kết với nhau bởi các liên kết β-1,4 glucosiside, do vậy chitosan có thể gọi là poly β-(1-4)-2-amino-2-deoxi-D-glucose hoặc là poly β-(1-4)- D-glucosamin.
Cấu trúc phân tử của chitosan:
Hình 1.4. Cấu trúc hóa học của chitosan
Chitosan là một amino polysaccharide, được hình thành từ quá trình deacetyl hoá chitin. Chitosan được phát hiện lần đầu tiên bởi Rouget vào năm 1859. Chitosan thường ở dạng vẩy hoặc dạng bột có màu trắng ngà.
Công thức cấu tạo của chitosan gần giống như chitin và cellulose, chỉ khác là chitosan chứa nhóm amin ở cacbon thứ 2. Không giống như chitin chỉ tan trong một số ít hệ dung môi, chitosan tan tốt trong các acid hữu cơ thông thường như: acid formic, acid acetic, acid propionic, acid citric, acid lactic. Chitosan không hoà tan trong nước, kiềm, cồn.
Khi hoà tan chitosan trong môi trường acid loãng tạo thành keo dương. Đây là một điểm rất đặc biệt vì đa số các keo polysaccharide tự nhiên tích điện âm. Chitosan tích điện dương sẽ có khả năng bám dính bề mặt các ion tích điện âm và có khả năng tạo phức với các ion kim loại và tương tác tốt với các polymer tích điện âm. Chitosan tích điện dương sẽ có khả năng bám dính bề mặt các ion tích điện âm và có khả năng tạo phức với các ion kim loại mang điện âm. Chitosan tích điện dương sẽ có khả năng bám dính bề mặt các ion tích điện âm và có khả năng tạo phức với các ion kim loại mang điện âm.
* Độ deacetyl của chitosan:
Độ deacetyl của chitosan là một thông số quan trọng, đặc trưng cho tỉ lệ giữa 2-acetamido-2-deoxy-D-glucopyranose với 2-amino-2-deoxy-D-glucopyranose
trong phân tử chitosan. Tính chất của chitosan như khả năng hút nước, khả năng hấp phụ chất màu, kim loại, kết dính với chất béo, kháng khuẩn, kháng nấm, mang DNA… phụ thuộc rất lớn vào độ deacetyl hóa. Chitosan có độ deacetyl cao thì có khả năng hấp phụ chất màu, tạo phức với kim loại tốt hơn. Tương tự, khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của chitosan cao hơn ở các mẫu chitosan có độ deacetyl cao.
* Phân tử lượng và độ nhớt của chitosan:
Phân tử lượng của chitosan cũng là một thông số quan trọng, nó quyết định tính chất của chitosan như khả năng kết dính, tạo màng, tạo gel, khả năng hấp phụ chất màu, đặc biệt là khả năng ức chế vi sinh vật. Chitosan có phân tử lượng thấp có độ nhớt từ 30-200cps và chitosan có phân tử lượng lớn hơn 1 triệu dalton có độ nhớt lên đến 3000-4000cps.
* Khả năng tạo màng của chitosan:
Chitosan có khả năng tạo màng rất tốt. Tính chất cơ lý của màng chitosan như độ chịu kéo, độ rắn, độ ngấm nước, phụ thuộc nhiều vào phân tử lượng và độ deacetyl hóa của chitosan.
* Độ rắn của chitosan:
Độ rắn của chitosan phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nguồn gốc chitin, độ deacetyl hóa, phân tử lượng và quá trình xử lý chitin và chitosan.