- Trong phân tử chitin, chitosan có chứa các nhóm chức -OH, nhóm –NH2 trong các mắt xích D-glucosamine, có nghĩa chúng vừa là ancol vừa là amine. Phản ứng hoá học có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế O-, dẫn xuất thế N-, hoặc dẫn xuất thế O-, N- (Zhou và cộng sự, 2007)
- Mặt khác chitosan là những polimer mà các monomer được nối với nhau bởi các liên kết β-(1-4)-glycoside, các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các chất hoá học như: acid, base, tác nhân oxy hóa và các enzyme thuỷ phân.
- Trong phân tử chitosan có chứa các nhóm chức mà trong đó các nguyên tử Oxy và Nitơ của nhóm chức còn cặp electron chưa sử dụng, do đó chúng có khả năng tạo phức, phối trí với hầu hết các kim loại nặng và các kim loại chuyển tiếp như: Hg2+, Cd2+, Zn2+, Cu2+, Ni2+, Co2+... Tuỳ nhóm chức trên mạch polimer mà thành phần và cấu trúc của phức khác nhau. Ví dụ: phức Ni(II) với chitosan có cấu trúc tứ diện với số phối trí bằng 4 (Vũ Công Phong, 2007).
2.1.3. Ứng dụng của chitosan và chitosan oligosaccharide
Chitosan và đặc biệt là chitosan oligosaccharide (COS) ngày càng thu hút được sự quan tâm rộng rãi bởi những tiềm năng của chúng trong nhiều lĩnh vực: Công nghiệp, nông nghiệp, thực phẩm, mỹ phẩm, công nghệ sinh học, y học và dược phẩm, xử lý nước thải và bảo vệ môi trường…
Trong công nghiệp thực phẩm :
- Bảo quản rau quả, trái cây, phụ gia thực phẩm...
- Sử dụng chitosan, COS để bảo quản một số loại quả tươi (cam, bưởi, dưa chuột, dâu tây, hồ tiêu, cà chua...). Màng mỏng chitosan trên bề mặt quả có tác dụng ức chế hô hấp, giữ lại khí cacbonic, giảm thiểu lượng ethylene, diệt được một số loại nấm và kìm hãm quá trình biến màu của quả trong khi bảo quản, vận chuyển đi tiêu thụ.
- Chitosan tạo ra bột Chitofood thay thế hàn the độc hại nhưng đảm bảo sản phẩm vẫn dai, ngon. Phụ gia này được dùng trong chế biến, bảo quản các sản phẩm từ nhóm thịt (giò, chả, thịt hộp, nem), bột (bún, bánh phở, bánh kem), bánh (bánh ít, phu thê), thực phẩm tươi sống, thịt nguội, đồ uống, nước giải khát, sản phẩm sữa...
- Bao bì từ chitosan, COS có tính năng đặc biệt, có thể bọc các loài thực phẩm tươi sống giàu đạm, dễ hư hỏng như cá, thịt, làm vỏ nhồi xúc xích có tác dụng kéo dài thời gian sử dụng sản phẩm mà không độc hại, an toàn cho người, không làm mất màu, mùi vị của sản phẩm được bảo quản (Bough, 1976).
Trong nông nghiệp:
- Được sử dụng để bao bọc các hạt giống nhằm ngăn ngừa sự tấn công của nấm trong đất, đồng thời nó còn có tác dụng cố định phân bón, thuốc trừ sâu, tăng cường khả năng nảy mầm của hạt.
- Qua nghiên cứu ảnh hưởng của chitosan và các nguyên tố vi lượng lên một số chỉ tiêu sinh lý-sinh hoá của mạ lúa ở nhiệt độ thấp, kết quả cho thấy chitosan vi lượng làm tăng hàm lượng diệp lục tổng số và hàm lượng nitơ, đồng thời các enzyme như amylase, catalase, peroxidase cũng tăng lên và chitosan còn góp phần cải tạo đất khô cằn, bạc màu, giữ ẩm cho cây trồng.
Trong công nghệ sinh học:
Chitosan được sử dụng để cố định enzyme, tách protein, tái tạo tế bào, cố định tế bào và sử dụng trong phép sắc kí…
Trong y học:
- Chitosan, COS được ứng dụng để cầm máu, băng bó vết thương, điều chỉnh hàm lượng cholesterol trong máu, bỏng da, điều chỉnh sự phân giải của thuốc… (Park và cộng sự, 2006).
- Từ vật liệu chitosan, các nhà khoa học Phòng Polymer dược phẩm (Viện Hóa học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) đã nghiên cứu, chế tạo thành công nhiều sản phẩm hiệu quả cao với giá thành hợp lý như: Thuốc kem Polysamin có tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm, đặc biệt là chủng nấm Candila albicans, không gây dị ứng và tác dụng phụ, có khả năng cầm máu, chống xưng u, kích thích tái tạo biểu mô và tế bào da để làm mau liền các vết thương, vết bỏng, chóng lên da non và giảm bớt đau đớn cho người bệnh kích thích lên da non, chống sẹo lồi và điều hòa sắc tố da.
- Không chỉ dừng lại ở đó, vật liệu chitosan còn được chế tạo thành thực phẩm bổ dưỡng, có tác dụng hạ huyết áp, giảm cholesterol và lipid máu, chống béo phì, vì nó loại bỏ một cách hoàn toàn cholesterol và lipoprotein mật độ thấp từ mạch máu. Bởi vậy việc bổ sung vật liệu chitosan mà cụ thể là COS vào cơ thể của các bệnh nhân béo phì thì có kết quả tốt. COS là cation dương vì vậy nó có thể liên kết với các ion Cl có trong mạch máu rồi thải ra ngoài làm giảm huyết áp. Vật liệu chitosan còn phòng chống u và ung thư, đặc biệt là tăng cường miễn dịch cho cơ thể, có thể dùng cho các bệnh nhân bị nhiễm HIV/AIDS bị suy giảm hệ miễn dịch. Với khả năng thúc đẩy hoạt động của các peptide-insulin chitosan kích thích việc tiết ra insulin tuyến tụy nên chitosan đã dùng để điều trị bệnh tiểu đường (Kim và Rajapakse, 2005)
Trong xử lý nước thải:
Những nghiên cứu gần đây cho thấy chitosan có thể sử dụng là tác nhân đông tụ hiệu quả cho các hợp chất hữu cơ, nó đóng vai trò như một chiếc kìm liên kết các độc tố kim loại nặng. Chitosan được dùng như một chất mang để tách và làm giàu các kim loại nặng trong môi trường nước. Mức độ hấp thu của chitosan với các kim loại nặng thủy ngân, cadimi (Hg, Cd) đạt bão hòa sau 90 phút khuấy. Hg hấp thụ chitosan cao nhất đạt 90%, Cd đạt 41%. Khả năng hấp thụ của chitosan đối với các ion trên đạt cực đại và ổn định ở pH 4-6. Ngoài ra, nó còn có khả năng hấp thụ các chất nhuộm có nồng độ nhỏ của các phenol khác nhau trong công nghệ xử lí rác thải.
Trong ứng dụng đặc biệt này, chitosan tỏ ra có hiệu quả hơn các hợp chất cao
phân tử khác được tổng hợp nhân tạo, than hoạt tính. Hơn nữa, nhóm amino (-NH2)
trong chitosan là nhóm hoạt động nhất và nó có thể đóng vai trò là tác nhân hấp phụ hiệu quả.
Trong lĩnh vực thẩm mĩ:
Trong ngành mỹ phẩm, chitosan, COS được dùng để sản xuất kem chống khô da, kem chống nắng, kem dưỡng mặt và toàn thân nhờ nó có nhóm –NH4+ có thể dễ dàng cố định trên biểu bì của da và liên kết với các tế bào sừng hoá của da.
Ngoài ra, chitosan còn được dùng để cố định tế bào Saccharomyces cerevisiae để lên men, được bổ sung vào làm nguyên liệu sản xuất giấy, làm giấy rửa ảnh, thay hồ tinh bột để hồ vải giúp sợi bền mịn, bóng đẹp, cố định hình in, kết hợp với một số thành phần khác để sản xuất vải chịu nhiệt, vải chống thấm.
Nhờ những ưu điểm trên cho chúng ta thấy sự cần thiết phải phát triển công nghiệp chế biến chitosan, COS.