2.1.1. Cấu trúc và thành phần cấu tạo của chitosan và chitosan oligosaccharide
Chitosan là một polysaccharide cao phân tử, mạch thẳng, bao gồm các mắt xích β-D-glucosamine liên kết với nhau bởi các liên kết β-(1-4)-glycoside, do vậy chitosan có thể gọi là poly β-(1-4)-2-amino-2-deoxy-D-glucose hoặc là poly β-(1-4)-D- glucosamine (Vũ Công Phong, 2007).
Chitosan là dẫn xuất của chitin (Hình 2.1), là một dạng chitin đã bị deacetyl hoá trong đó nhóm (–NH2) thay thế nhóm (-NHCOCH3) ở vị trí C(2). Chitosan được xem là polymer tự nhiên quan trọng nhất nhờ những đặc tính quý báu của nó bao gồm cả tính năng công nghệ và tính năng sinh lý học (Hình2.2).
Chitin: Poly (1, 4-2-acetamino-2-deoxy-β-D-glucosamine)
Hình 2.1: Cấu trúc hoá học của chitin
Chitosan: Poly (1, 4-2-amino-2-deoxy-ß-D-glucosamine)
Hình 2.2: Cấu trúc hoá học của chitosan
Hiện nay, chitosan được sản xuất từ vỏ tôm bằng cả 2 phương pháp hoá học và sinh học. Trong phương pháp sinh học, việc deacetyl hoá chitin còn có thể được xúc tác bởi các enzyme khác nhau bao gồm protease, một số lipase và chitosanase. Enzyme protease thường được sử dụng là papain, bromelain, và các enzyme có nguồn gốc động vật, thực vật, vi sinh vật (Miller, 1959).
Tuy nhiên, chitin và chitosan lại có khối lượng phân tử lớn, chuỗi phân tử dài, không hoà tan được trong nước nên đã làm hạn chế đi rất nhiều giá trị sử dụng của chúng. Vì vậy, người ta tiến hành thuỷ phân chitosan bằng phương pháp enzyme hoặc phương pháp hoá học. Phương pháp hoá học sử dụng acid thủy phân cho năng suất rất thấp lại tốn kém nên phương pháp chủ yếu được sử dụng là phương pháp sử dụng enzyme chitosanase. Enzyme chitosanase phân cắt liên kết β-1,4-glycoside của chitosan tạo ra COS (Hình 2.3). Do đó, về cấu tạo của COS là một chuỗi phân tử được cấu tạo bởi một số đơn vị D-glucosamine (GlcN) (thường là từ 2 đến 10 đơn vị GlcN). Chiều dài chuỗi phân tử và mức độ DDA được coi là 2 yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hoạt tính sinh học của COS. COS dài hơn hexamer có khả năng ức chế vi sinh vật, chống ung thư, tăng cường miễn dịch… tốt hơn so với các COS ngắn hơn. Sự tăng mức độ deacetyl làm tăng hoạt tính sinh học của COS. Bởi vậy, kiểm soát chặt chẽ chiều dài chuỗi phân tử và DDA là điều kiện tiên quyết để sản xuất COS có giá trị cao.
Hình 2.3: Cấu trúc hoá học của chitosan oligosaccharide (Tuk-Rai và Jung, 2002)
2.1.2. Tính chất vật lí và tính chất hoá học của chitosan