Mức độ kháng vi sinh vật của Chitosan bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên trong và bên ngoài như khối lượng phân tử, độ deacetyl, pH, nhiệt độ, độ hòa tan, nguồn gốc và vi sinh vật đích. Để các ứng dụng của hợp chất Chitosan có hiệu quả cần phải nắm rõ các yếu tố này.
16
- Trọng lượng phân tử
Ảnh hưởng của trọng lượng phân tử Chitosan đến hoạt động kháng khuẩn
đã được nghiên cứu. Chỉ có một vài nghiên cứu về hoạt động diệt khuẩn của Chitosan có thể so sánh được tùy thuộc vào vi khuẩn thử nghiệm, điều kiện thử
nghiệm và trọng lượng phân tử của Chitosan, nhưng ngay cả các kết quả thu
được không hoàn toàn tương thích, có sự khác biệt. Tăng trọng lượng phân tử đến giảm hoạt tính kháng E.coli của Chitosan trong một số nghiên cứu [10, 27]. Ngược lại với kết quả được đề cập ở trên không có sự khác biệt trong hoạt động kháng khuẩn của Chitosan có trọng lượng phân tử khác nhau đối với E.coli và Bacillus subtilis [10,13].
Shimojoh cùng cộng sự [21] tìm thấy Chitosan 220.000 Dalton là hiệu quả
nhất, tuy nhiên hoạt động kháng khuẩn của Chitosan 70.000 Dalton tốt hơn 426.000 Dalton đối với một số vi khuẩn, nhưng đối với các nghiên cứu khác, hiệu quả ngược lại. Yalpani [26] báo cáo rằng Chitosan có trọng lượng phân tử trung bình cho thấy hoạt động kháng B.circulans tốt hơn chitooligosaccharides. Từ những kết quả của Shimojoh và Yalpani có thể nhận thấy rằng mối quan hệ giữa trọng lượng phân tử
của Chitosan và tính kháng khuẩn có thể bị ảnh hưởng bởi các vi sinh vật thử
nghiệm. Nhiều nhà nghiên cứu đã thông báo rằng hoạt tính kháng khuẩn của Chitosan phụ thuộc vào trọng lượng phân tử. Hwang cùng cộng sự [11] kết luận rằng với Chitosan trọng lượng phân tử lớn hơn 30.000 Dalton cho hiệu quả cao nhất diệt khuẩn E.coli từ nhiên cứu của họ khảo sát trong phạm vi trọng lượng phân tử
Chitosan 10.000 – 170.000 Dalton. Jeon [13] cho rằng trọng lượng phân tử của Chitosan rất quan trọng cho sự ức chế vi sinh vật và kết luận với trọng lượng phân tử cao hơn 10000 Dalton cho hoạt tính kháng khuẩn tốt hơn.
Rất khó để tìm được mối tương quan rõ rang giữa hoạt tính kháng khuẩn và trọng lượng phân tử của Chitosan. Tuy nhiên hoạt tính này giảm so với một trọng lượng phân tử cao nhất định. Sự khác biệt giữa kết quả của các nghiên cứu có thể là so độ deacetyl và trọng lượng phân tử khác nhau của Chitosan. Việc đánh giá sự
phụ thuộc đòi hỏi phải khảo sát phạm vi trọng lượng phân tử Chitosan rộng với độ
deacetyl là như nhau, điều này gặp khó khăn vì Chitosan là một polymer tự nhiên. Như vậy, khó có thể xác định trọng lượng phân tử tối ưu nhất cho hoạt động tính
17
kháng khuẩn tốt nhất. Việc lựa chọn trọng lượng phân tử của Chitosan phụ thuộc vào ứng dụng của nó.
+ Độ deacetyl (DDA)
Hoạt tính kháng khuẩn của Chitosan tỷ lệ thuận với DDA của Chitosan [15, 15, 22]. Sự gia tăng DDA có nghĩa là số lượng các nhóm amin trên Chitosan tăng lên, kết quả là trong môi trường có tính axit làm gia tăng sự tương tác giữa Chitosan và các
điện tích âm trên màng tế bào vi sinh vật [20]. Simpson và các cộng sự [22] báo cáo rằng Chitosan với DDA là 92,5% hiệu quả hơn so với Chitosan có DDA 85%.
+ Độ pH
Hoạt động kháng khuẩn của Chitosan bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi pH [15, 23, 25, 27]. pH thấp hơn làm tăng hoạt tính kháng khuẩn được giải thích bởi nhiều lí do, ngoài hiệu ứng ức chế vi sinh vật mục tiêu của các axit. Tsai và Su [25] kiểm tra hoạt động kháng khuẩn của Chitosan (DDA 98%) đối với E.coli giá trị pH khác nhau là 5,0; 6,0; 7,0; 8,0; 9,0. Các hoạt động kháng khuẩn tốt nhất quan sát được ở
pH = 5,0 và Chitosan có rất ít hoạt tính kháng khuẩn ở pH = 9,0. Các nhà nghiên cứu khác [15, 23] kết luận rằng Chitosan không có hoạt tính kháng khuẩn ở pH = 7,0 do nhóm amin và độ hòa tan của Chitosan ở pH này rất kém. Điều này cho thấy hoạt tính kháng khuẩn còn phụ thuộc bản chất cation của Chitosan.
+ Nhiệt độ
Nhiệt độ cũng có ảnh hưởng đến hoạt tính kháng khuẩn của Chitosan. Nhiệt
độ cao hơn 37°C làm tăng cường hoạt tính kháng khuẩn của Chitosan so với nhiệt
độ lạnh. Tuy nhiên, ảnh hưởng lớn nhất về hoạt động kháng khuẩn là môi trường xung quanh. Tsai và Su [25] kiểm tra tác động của nhiệt độ đến hoạt động kháng
E.coli của Chitosan. Huyền phù tế bào trong đệm phosphate (pH = 6) có chứa Chitosan với nồng độ 150ppm được nuôi ở 4, 15, 25, 37°C trong các khoảng thời gian khác nhau và định lượng tế bào còn sống sót. Các hoạt tính kháng khuẩn được tìm thấy có tỷ lệ thuận với nhiệt độ. Ở nhiệt độ 25 và 37°C, các tế bào E.coli đã hoàn toàn bị giết chết trong vòng 1 giờ. Tuy nhiên, ở nhiệt độ thấp hơn (4 và 15°C) số lượng E.coli giảm trong vòng 5h đầu tiên và sau đó ổn định. Các tác giả kết luận rằng hoạt động chống vi khuẩn giảm do tỷ lệ tương tác giữa Chitosan và các tế bào
18
+ Cation và polyanion
Các nhà nghiên cứu đề xuất rằng các cation tạo phức hợp với Chitosan và làm giảm số nhóm amin dẫn đến giảm hiệu quả diệt khuẩn của Chitosan.