1.6.1. Các phƣơng pháp thủy phân
Có rất nhiều phƣơng pháp để sản xuất chitosan phân tử lƣợng thấp hoặc COS, nhƣng ngƣời ta phân loại chúng thành các phƣơng pháp sau: phƣơng pháp sinh học, hóa học và vât lý. Trong đó, phƣơng pháp hóa học và sinh học đƣợc ứng dụng nhiều nhất trong cuộc sống bởi chúng có một số ƣu điểm vƣợt trội.
1.6.1.1. Dùng tác nhân hóa học
Là phƣơng pháp dùng các tác nhân hóa học để thủy phân chitosan thành chitosan PTLT hoặc COS.
Có nhiều tác nhân hóa học đã đƣợc nghiên cứu và ứng dụng nhƣ: acid nitrous, acid acetic, acid sunfuric, acid phosphotungtic và acid hydrofluoric [21], [22], [23] Ngoài ra, các tác giả Allan, Chang, Tanioka đã sản xuất thành công chitosan PTLT bằng việc cắt mạch chitosan ở trạng thái lỏng (sau khi đã pha loãng trong môi trƣờng acid) bởi các tác nhân oxy hóa nhƣ: ozone, natri nitrite và hydroperoxit (H2O2). [24], [25]
Phƣơng pháp hóa học thƣờng cho hiệu quả cắt mạch cao. Tuy nhiên các nhà khoa học lo ngại về hoạt tính sinh học của sản phẩm thủy phân tạo thành (hoạt tính kháng khuẩn, chống oxy hóa, khả năng hấp thụ chất béo) không cao và có nguy cơ gây ô nhiễm môi trƣờng. Do đó cần phải tìm ra một phƣơng pháp hóa học hoàn hảo hơn có thể khắc phục đƣợc hai nhƣợc điểm trên.
1.6.1.2. Dùng tác nhân sinh học
Có hơn 30 loại enzyme có thể đƣợc sử dụng để cắt mạch chitosan: Chitosanase, Celluloase thu đƣợc từ các vi sinh vật khác nhau (vi khuẩn, nấm mốc) papain chiết tách từ đu đủ…[26], [23], [27]
Phƣơng pháp cắt mạch bằng enzyme có hiệu quả cắt mạch tốt và không gây ô nhiễm môi trƣờng. Tuy vậy, phƣơng pháp này vẫn còn những hạn chế khi sản xuất ở quy mô lớn nhƣ: chi phí sản xuất cao do công đoạn tinh sạch sản phẩm khó khăn, quy trình sản xuất phức tạp, tính đặc hiệu của enzyme cao nên chỉ có những enzyme chỉ cắt liên kết giữa các đơn vị có chứa nhóm acetyl, hoặc chỉ cắt liên kết giữa các đơn vị đã bị khử nhóm acetyl nên hiệu quả thủy phân chƣa cao.
1.6.1.3. Dùng tác nhân vật lý
Wasikiewicz và cộng sự, 2004 đã dùng tia gamma, tia UV và sóng siêu âm để thủy phân chitosan. Kết quả thu đƣợc COS có phân tử lƣợng khá thấp (>25kDa). Tuy nhiên, nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là chitosan phải hòa tan trong môi trƣờng acid trƣớc thủy phân với nồng độ thấp (0.1-1%) và thời gian thủy phân dài, nên đã gây khó khăn cho quá trình sản xuất ở quy mô công nghiệp. [28]
Có những phƣơng pháp chiếu xạ sau:
- Chiếu xạ ở trạng thái khô: dùng tia gamma phát ra từ nguồn 60Co với liều lƣợng là 0.56 Gy s-
.
- Chiếu xạ trong dung dịch: dùng tia gamma phát ra từ nguồn 60Co với liều lƣợng là 0.023 Gy s-
.
- Siêu âm trong dung dịch: phƣơng pháp này cũng dễ dàng thu đƣợc chitosan PTLT phụ thuộc vào tần số của sóng siêu âm sử dụng.
1.6.2. Cơ chế cắt mạch chitosan bằng H2O2 [25], [29]
Trong quá trình thủy phân chitosan bằng hydroperoxit, liên kiết glucoside 1,4 trong chuỗi polysaccharide bị bẻ gẫy làm giảm trọng lƣợng phân tử của chitosan.
Quá trình cắt mạch chitosan diễn ra theo một loạt các phản ứng hóa học. Chitosan ƣu tiên nhận thêm một proton do H2O2 sinh ra để ion hóa nhóm -NH2
trong phân tử thành NH3 + theo phản ứng: H2O2 = H+ + HOO- R – NH2 + H+ = R - NH3 + Hoặc: H2O2 + R – NH2 = R - NH3 + + HOO-
Nồng độ ion H+ giảm dần làm tăng pH trong suốt quá trình thủy phân. Thêm vào đó anion hydroperoxit rất linh động, dễ dàng phân phủy tạo ra gốc HO*
, O* và nhóm –OH-, điều đó có nghĩa H2O2 bị phân hủy liên tục. Quá trình diễn ra theo phản ứng sau:
HOO- OH- + O*
H2O2 + HOO-HO* + O2
*
+ H2O2
Gốc hydroxyl có khả năng oxy hóa rất mạnh, nó phản ứng với carbohydrates rất nhanh. Nhóm HO* lấy hydro nguyên tử của mạch phân tử chitosan và nƣớc đƣợc hình thành tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thủy phân tạo thành glucosamine (GlcN)
Phản ứng:
(GlcN)m−(GlcN)n + HO*→ (GlcN)m−(GlcN)n + H2O (GlcN)m−(GlcN)n + H2O→ (GlcN)m+(GlcN)n
Hình 1.3. Minh họa cơ chế cắt mạch chitosan bằng H2O2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong suốt quá trình phản ứng cấu trúc của chitosan không có sự thay đổi. Mạch chitosan chỉ bị ngắn lại do liên kết glucoside 1,4 bị cắt đứt, còn các nhóm amino đƣợc bảo vệ bởi axit.
1.7. Tổng quan về một số phƣơng pháp bảo quản rau sau thu hoạch. [10] 1.7.1. Nguyên lý bảo quản nguyên liệu và sản phẩm thực phẩm