Theo nhiều nghiên cứu khẳng ñịnh hoạt tính kháng khuẩn của chitosan là nhờ 3 cơ chế sau:
- Chitosan là polycation tự nhiên (-NH3+) có khả năng liên kết chặt với màng vi khuẩn là polyanion, làm rối loạn trao ñổi chất qua màng và gây chết tế bào.
- Chitosan có khối lượng phân tử nhỏ có khả năng ñi qua màng sinh
chất, liên kết với nhiễm sắc thể của vi khuẩn (ñiện tích âm), ngăn cản quá trình sao chép, sinh tổng hợp protein.
- Chitosan có hoạt tính gây ñông tụ (coagulation) các tế bào vi khuẩn,
ức chế vi khuẩn sinh trưởng.
Tuy nhiên, có một số vi khuẩn có hoạt tính chitinase, chitosanase và cellulase ngoại bào nên có khả năng phân hủy ñược chitosan, làm giảm hoạt tính kháng khuẩn. Vì vậy hiện nay trên thế giới có 3 xu hướng cải biến
chitosan ñể làm thay ñổi cấu trúc ñể làm giảm hoạt tính của enzyme ngoại bào của vi khuẩn và tăng hoạt tính kháng khuẩn:
- Cải biến bằng cách tăng ñiện tích dương của chitosan.
- Cải biến bằng cách tạo nhánh với các phân tử ñường.
- Cải biến bằng cách tạo dẫn suất với các gốc hóa học khác như phosphate, sulfate, salicylic, …
Nguyễn Anh Dũng (2003) nghiên cứu cải biến tạo dẫn suất salicyden- chitosan ñể nâng cao hoạt tính kháng khuẩn. Kết quả cho thấy chỉ số MIC của chitosan oligomer là 100 ppm, trong khi ñó salicyden chitosan oligomer chỉ có 30ppm. Ying-Chien Chung và các công sự (2005) nghiên cứu cải biến chitosan khi gắn các gốc ñường glucose, glucosamine, maltose và fructose bằng phản ứng Maillard ñể tăng khả năng hòa tan và kháng khuẩn của chitosan. Kết quả cho thấy: xét về tính tan, α-chitosan phù hợp với chuẩn bị chitosan hoà tan trong nước hơn là β-chitosan. pH tối là 3,3 với nhiệt ñộ phản ứng là 65oC. Hiệu suất tối ưu trong các kết quả của dẫn suất chitosan ñạt ñược vào các ngày (từ 2 ñến 6 ngày) và phụ thuộc vào việc sử dụng saccharide. Căn cứ vào các kết quả ñối với hiệu suất, tính tan, mức ñộ deacetyl và pH ổn ñịnh, nhiều khả năng chitosan hoà tan trong nước là dẫn suất chitosan glucosamin. Dẫn suất này cho thấy khả năng tạo chelat với các ion kim loại cao hơn và có hoạt tính kháng khuẩn cao hơn so với chitosan hoà tan trong acid. Các kết quả này cho thấy rằng dẫn suất chitosan glucosamin sản xuất bằng phản ứng Maillard là một triển vọng thương mại thay thế cho chitosan hoà tan trong acid.
Sweetie R. Kanatt, Ramesh Chander, Arun Sharma (2007) cho thấy phức hợp chitosan glucose là chất ñể bảo quản tốt hơn là chỉ có chitosan, cho thấy ñó là chất chống ôxi hóa mạnh hơn so với chỉ có chitosan/glucose. Hoạt tính kháng khuẩn của phức hợp chitosan/glucose thì giống với chitosan ñối
với các thực phẩm bị hỏng phổ biến và các mầm bệnh như: E.coli,
Avadi (2004) nghiên cứu cải biến chitosan bằng cách tạo dẫn suất dimethyl ethyl chitosan. Dẫn suất này có tổng ñiện tích dương tăng ñáng kể và tăng khả năng kháng khuẩn cũng như hạn chế khả năng phân huỷ do enzyme ngoại bào của vi khuẩn. Hoạt tính kháng khuẩn của dimethyl ethyl chitosan ñược thử nghiệm với E. coli. Kết quả cho thấy, trị số MIC của dimethyl ethyl chitosan nhỏ hơn gấp 2 lần so với chitosan.
Huang (2004) nghiên cứu cải biến tạo dẫn suất chitosan sulfate ñể nâng cao hoạt tính kháng khuẩn của chitosan. Kết quả thử nghiệm hoạt tính kháng khuẩn của chitosan sulfate cho thấy chitosan sulfate ức chế mạnh vi khuẩn S.
aureus, nhưng lại không ức chế E. coli. Khả năng ức chế ở nồng ñộ < 100
microgam/lít ñối với S. aureus cao hơn axít phenic và một số chất kháng sinh thông dụng.