Luận văn: Nghiên cứu chế tạo màng Chitosan và Tinh bột của HV Huỳnh Thị Thu Diệu

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu chế tạo và xác định đặc tính màng trên cơ sở chitosan và tinh bột, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp cải thiện

• Tác giả: Huỳnh Thị Thu Diệu
• Người hướng dẫn: TS. Dương Thế Hy
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hóa Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Tạo Và Xác Định Đặc Tính Màng Trên Cơ Sở Chitosan Và Tinh Bột
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Đà Nẵng

Tóm tắt

I. Màng Chitosan Tinh Bột Giải Pháp Bao Bì Bền Vững

Trong bối cảnh ô nhiễm nhựa ngày càng trầm trọng, việc tìm kiếm các vật liệu phân hủy sinh học thay thế đang trở thành ưu tiên hàng đầu. Màng Chitosan và Tinh bột, một loại màng composite chitosan-tinh bột, nổi lên như một giải pháp tiềm năng nhờ vào nguồn gốc tự nhiên, an toàn và thân thiện với môi trường. Chitosan, một polymer sinh học có nguồn gốc từ vỏ các loài giáp xác như tôm, cua, sở hữu nhiều đặc tính quý giá như khả năng kháng khuẩn, không độc, và tương thích sinh học cao. Tinh bột, đặc biệt là tinh bột sắn, là một nguồn tài nguyên dồi dào, rẻ tiền và dễ dàng tái tạo. Việc kết hợp hai loại polymer này tạo ra một màng blend polymer với những đặc tính vượt trội, khắc phục được nhược điểm của từng thành phần riêng lẻ. Màng composite này không chỉ hướng đến ứng dụng trong bao bì thực phẩm mà còn mở ra nhiều tiềm năng trong y tế và nông nghiệp. Nghiên cứu của Huỳnh Thị Thu Diệu (2019) đã tập trung vào việc chế tạo và xác định các đặc tính quan trọng của loại màng này, nhấn mạnh vào việc cải thiện độ bền cơ học và giảm tính hút nước, hai yếu tố cốt lõi quyết định khả năng ứng dụng thực tiễn. Mục tiêu là tạo ra một loại màng ăn được vừa có khả năng bảo quản sản phẩm, vừa tự phân hủy sau khi sử dụng, góp phần giảm thiểu rác thải nhựa và xây dựng một nền kinh tế tuần hoàn.

1.1. Giới thiệu tổng quan về polymer sinh học Chitosan

Chitosan là một polysaccarit mạch thẳng được sản xuất thương mại bằng cách deacetyl hóa chitin, polymer sinh học phổ biến thứ hai trong tự nhiên sau cellulose. Cấu trúc của chitosan bao gồm các đơn vị D-glucosamine và N-acetyl-D-glucosamine liên kết với nhau qua liên kết β-(1→4). Nhờ sự hiện diện của các nhóm amino (-NH2) trên mạch polymer, chitosan có điện tích dương trong môi trường axit, tạo nên những đặc tính độc đáo. Các đặc tính này bao gồm khả năng kháng khuẩn và kháng nấm phổ rộng, tính tương thích sinh học, và khả năng tạo phức với ion kim loại. Do đó, chitosan được ứng dụng rộng rãi làm chất bảo quản thực phẩm, vật liệu y sinh, và trong xử lý nước thải. Tuy nhiên, màng chitosan nguyên chất vẫn còn một số hạn chế như chi phí tương đối cao và độ giòn nhất định.

1.2. Tinh bột và vai trò trong vật liệu phân hủy sinh học

Tinh bột là một polysaccarit dự trữ chính trong thực vật, được cấu tạo từ hai thành phần chính là amylose (mạch thẳng) và amylopectin (mạch nhánh). Đây là một nguồn nguyên liệu rẻ tiền, có sẵn và hoàn toàn có thể phân hủy sinh học, khiến nó trở thành ứng viên lý tưởng cho việc sản xuất các vật liệu thay thế nhựa. Màng làm từ tinh bột có khả năng ngăn cản oxy và mùi hương tốt trong điều kiện độ ẩm thấp. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của màng tinh bột là đặc tính cơ học yếu, giòn và có tính hút ẩm cao, dẫn đến việc màng dễ bị mềm và mất cấu trúc khi tiếp xúc với môi trường ẩm. Để khắc phục, các phương pháp biến tính như tạo liên kết ngang thường được áp dụng, giúp cải thiện độ bền và khả năng chống nước của vật liệu.

II. Thách Thức Lớn Cải Thiện Đặc Tính Cơ Học Màng Tinh Bột

Thách thức chính khi sử dụng tinh bột để tạo màng bao bì là các đặc tính cơ học kém và tính ưa nước cao. Màng tinh bột nguyên chất thường giòn, có độ bền kéo thấp và độ giãn dài khi đứt không đáng kể. Khi tiếp xúc với độ ẩm, các phân tử nước dễ dàng xâm nhập vào cấu trúc màng, hoạt động như một chất hóa dẻo, làm giảm lực liên kết hydro giữa các chuỗi polymer. Điều này dẫn đến việc màng bị giảm độ bền, tăng độ mềm dẻo và tăng tính thấm hơi nước (WVTR), làm giảm hiệu quả bảo quản thực phẩm. Nghiên cứu của Huỳnh Thị Thu Diệu (2019) chỉ ra rằng, màng tinh bột chưa qua xử lý rất yếu và không bền trong môi trường nước. Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đã tìm đến phương pháp tạo liên kết ngang (cross-linking) bằng các tác nhân như axit axetic hoặc axit citric. Tuy nhiên, việc tạo liên kết ngang đôi khi lại làm giảm độ bền kéo so với màng chưa đóng rắn. Do đó, việc phối trộn tinh bột với một polymer khác có độ bền cao hơn như chitosan được xem là một giải pháp tối ưu, nhằm tạo ra sự cân bằng giữa độ bền cơ học, khả năng cản nước và tính phân hủy sinh học.

2.1. Vấn đề về độ bền kéo và độ giãn dài khi đứt

Một trong những rào cản lớn nhất của màng tinh bột là độ bền kéo (tensile strength) và độ giãn dài khi đứt (elongation at break) thấp. Các chỉ số này phản ánh khả năng của vật liệu chịu được lực kéo căng và biến dạng trước khi bị phá hủy. Màng tinh bột tự nhiên có cấu trúc bán tinh thể với các liên kết hydro nội phân tử mạnh, nhưng lại yếu ở các vùng vô định hình. Điều này khiến màng trở nên giòn và dễ nứt gãy dưới tác động cơ học. Việc bổ sung chất hóa dẻo glycerol có thể cải thiện độ mềm dẻo nhưng lại làm giảm độ bền kéo. Thách thức đặt ra là làm sao để tăng cường đồng thời cả hai chỉ số này, đảm bảo màng đủ dẻo dai để bao gói sản phẩm nhưng cũng đủ bền để không bị rách trong quá trình vận chuyển và sử dụng.

2.2. Ảnh hưởng của tính thấm hơi nước WVTR đến bảo quản

Tính thấm hơi nước (Water Vapor Transmission Rate - WVTR) là một thông số cực kỳ quan trọng đối với vật liệu bao bì thực phẩm. WVTR cao có nghĩa là hơi ẩm từ môi trường có thể dễ dàng đi qua màng, gây hỏng các sản phẩm khô như bánh quy, hoặc làm mất nước các sản phẩm tươi như rau quả. Do bản chất ưa nước của tinh bột, màng từ vật liệu này có chỉ số WVTR khá cao. Điều này hạn chế nghiêm trọng khả năng ứng dụng của nó. Việc giảm WVTR là mục tiêu thiết yếu. Các phương pháp như tạo liên kết ngang hay phối trộn với polymer kỵ nước hơn như chitosan có thể tạo ra một cấu trúc mạng lưới chặt chẽ hơn, làm tăng quãng đường khuếch tán của phân tử nước và từ đó làm giảm đáng kể tính thấm hơi nước của màng composite.

III. Phương Pháp Chế Tạo Màng Composite Chitosan Tinh Bột

Quy trình chế tạo màng composite chitosan-tinh bột chủ yếu dựa trên phương pháp dung dịch đúc (solution casting method), một kỹ thuật đơn giản và hiệu quả. Quá trình bắt đầu bằng việc chuẩn bị hai dung dịch polymer riêng biệt. Tinh bột sắn được hồ hóa trong nước ở nhiệt độ khoảng 90°C, với sự có mặt của chất hóa dẻo glycerol để tăng tính linh hoạt cho màng. Đồng thời, chitosan được hòa tan trong dung dịch axit axetic loãng (thường là 2%) để tạo thành dung dịch keo đồng nhất. Sau đó, hai dung dịch này được phối trộn với nhau theo các tỷ lệ khối lượng khác nhau (ví dụ 5%, 10%, 20% chitosan so với tinh bột). Để tăng cường khả năng tương hợp và độ bền, axit citric được thêm vào như một tác nhân tạo liên kết ngang. Hỗn hợp cuối cùng được đổ lên các khuôn phẳng (như đĩa petri) và để khô tự nhiên trong vài ngày ở nhiệt độ phòng. Quá trình bay hơi dung môi từ từ cho phép các chuỗi polymer tự sắp xếp, hình thành các liên kết hydro giữa chitosan và tinh bột, tạo nên một cấu trúc màng đồng nhất và bền chắc. Cuối cùng, màng được đóng rắn bằng nhiệt để hoàn thiện quá trình tạo liên kết ngang, giúp cải thiện đáng kể các đặc tính cơ lý và khả năng kháng nước.

3.1. Kỹ thuật dung dịch đúc solution casting method

Phương pháp solution casting method là kỹ thuật phổ biến nhất để chế tạo màng polymer sinh học trong phòng thí nghiệm. Ưu điểm của phương pháp này là quy trình đơn giản, không yêu cầu thiết bị phức tạp và cho phép kiểm soát tốt độ dày và tính đồng nhất của màng. Quá trình bao gồm ba bước chính: hòa tan polymer trong dung môi thích hợp để tạo dung dịch, đổ dung dịch lên một bề mặt phẳng và không dính, và cuối cùng là làm bay hơi dung môi. Đối với màng blend polymer như chitosan-tinh bột, việc đảm bảo sự phân tán đồng đều của hai thành phần trong dung dịch là yếu tố then chốt để đạt được khả năng tương hợp cao và tránh hiện tượng tách pha, từ đó tạo ra màng có cấu trúc và tính chất đồng nhất.

3.2. Vai trò của Axit Citric và chất hóa dẻo Glycerol

Axit citric đóng vai trò là một tác nhân tạo liên kết ngang an toàn và hiệu quả. Khi được gia nhiệt, các nhóm carboxyl của axit citric sẽ phản ứng este hóa với các nhóm hydroxyl của cả tinh bột và chitosan, tạo ra các cầu nối hóa học giữa các chuỗi polymer. Mạng lưới liên kết ngang này giúp hạn chế sự trương nở trong nước và cải thiện đặc tính cơ học của màng. Trong khi đó, chất hóa dẻo glycerol được thêm vào để tăng độ mềm dẻo và linh hoạt. Các phân tử glycerol nhỏ bé sẽ xen vào giữa các chuỗi polymer, làm giảm lực liên kết hydro giữa chúng, từ đó tăng khả năng chuyển động của các chuỗi và làm màng bớt giòn, cải thiện độ giãn dài khi đứt.

IV. Phân Tích Các Đặc Tính Quan Trọng Của Màng Blend Polymer

Để đánh giá hiệu quả của việc phối trộn chitosan và tinh bột, việc phân tích các đặc tính của màng blend polymer là bước không thể thiếu. Các phương pháp phân tích hiện đại được sử dụng để làm sáng tỏ cấu trúc hóa học, hình thái bề mặt và các tính chất vật lý quan trọng. Phân tích cấu trúc FTIR (Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier) được dùng để xác nhận sự hình thành các liên kết hydro mới giữa chitosan và tinh bột, cũng như sự hiện diện của các liên kết este sau quá trình đóng rắn với axit citric. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) cung cấp hình ảnh chi tiết về hình thái học SEM, cho phép quan sát độ đồng nhất, sự phân tán của các thành phần và sự hiện diện của các khuyết tật trên bề mặt màng. Về mặt cơ học, các chỉ số như độ bền kéo và độ giãn dài khi đứt được đo lường để xác định khả năng chịu lực của vật liệu. Nghiên cứu của Huỳnh Thị Thu Diệu (2019) cho thấy, việc bổ sung chitosan vào màng tinh bột đã đóng rắn giúp tăng đáng kể độ bền kéo. Ngoài ra, các đặc tính rào cản như tính thấm hơi nước (WVTR) và khả năng kháng vi sinh vật cũng được kiểm tra để đánh giá tiềm năng ứng dụng trong bao bì thực phẩm.

4.1. Đánh giá cấu trúc hóa học qua phân tích FTIR

Phân tích cấu trúc FTIR là một công cụ mạnh mẽ để nghiên cứu tương tác giữa các thành phần trong màng composite. Phổ FTIR của màng chitosan-tinh bột thường cho thấy sự dịch chuyển hoặc mở rộng của các dải hấp thụ đặc trưng cho nhóm -OH và -NH, chứng tỏ sự hình thành của các liên kết hydro mới giữa hai polymer. Sự xuất hiện của các đỉnh mới, chẳng hạn như đỉnh của liên kết C=O este ở khoảng 1730 cm-1 sau khi đóng rắn với axit citric, là bằng chứng trực tiếp cho thấy phản ứng tạo liên kết ngang đã xảy ra thành công. Phân tích này giúp khẳng định mức độ khả năng tương hợp ở cấp độ phân tử.

4.2. Khảo sát hình thái học bề mặt bằng phương pháp SEM

Hình thái học SEM cho phép các nhà nghiên cứu quan sát cấu trúc vi mô của bề mặt và mặt cắt ngang của màng. Một màng composite chất lượng cao sẽ có bề mặt nhẵn, đồng nhất, không có vết nứt, lỗ rỗ hay hiện tượng tách pha. Điều này chứng tỏ chitosan và tinh bột biến tính đã phân tán tốt vào nhau. Ngược lại, nếu bề mặt gồ ghề hoặc có các hạt không tan, điều đó cho thấy khả năng tương hợp kém, có thể ảnh hưởng tiêu cực đến đặc tính cơ học và tính chất rào cản của màng. SEM là công cụ trực quan để đánh giá chất lượng của quá trình chế tạo màng.

4.3. Đo lường độ bền cơ học và tính thấm hơi nước

Việc đo lường độ bền kéo và độ giãn dài khi đứt cung cấp các dữ liệu định lượng về độ bền và độ dẻo của màng. Kết quả thực nghiệm cho thấy, khi tăng hàm lượng chitosan, độ bền kéo của màng composite tăng lên rõ rệt. Đồng thời, tính thấm hơi nước (WVTR) cũng được đo để đánh giá khả năng ngăn ẩm. Việc phối trộn chitosan thường làm giảm nhẹ WVTR do chitosan có tính kỵ nước cao hơn tinh bột. Các dữ liệu này là cơ sở quan trọng để lựa chọn tỷ lệ phối trộn tối ưu, phù hợp với từng yêu cầu ứng dụng cụ thể trong ngành bao bì thực phẩm.

V. Tiềm Năng Ứng Dụng Màng Ăn Được Trong Bao Bì Thực Phẩm

Màng composite chitosan-tinh bột sở hữu nhiều đặc tính lý tưởng cho ứng dụng làm bao bì thực phẩm, đặc biệt là màng ăn được. Một trong những ưu điểm nổi bật nhất là khả năng kháng khuẩn tự nhiên của chitosan. Nghiên cứu đã chứng minh màng có chứa chitosan cho thấy khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn Gram âm như Escherichia coli, một tác nhân phổ biến gây hỏng thực phẩm. Điều này giúp kéo dài thời gian bảo quản của sản phẩm mà không cần sử dụng các chất bảo quản tổng hợp. Bên cạnh đó, khả năng tự phân hủy sinh học hoàn toàn là một lợi thế vượt trội so với bao bì nhựa truyền thống. Thí nghiệm chôn màng trong đất cho thấy sau một thời gian ngắn, màng bắt đầu phân rã và biến mất, trả lại các hợp chất hữu cơ cho môi trường. Khả năng này giúp giải quyết bài toán ô nhiễm rác thải nhựa. Hơn nữa, bằng cách điều chỉnh tỷ lệ chitosan/tinh bột và các chất phụ gia khác, có thể tùy biến các đặc tính như độ thấm khí O2/CO2, phù hợp cho việc bảo quản các loại rau quả tươi, thịt, cá, giúp duy trì độ tươi ngon và giá trị dinh dưỡng của thực phẩm.

5.1. Phân tích khả năng kháng khuẩn chống lại E. coli

Khả năng kháng khuẩn là một trong những tính chất giá trị nhất của màng composite chitosan-tinh bột. Chitosan hoạt động kháng khuẩn thông qua cơ chế tương tác tĩnh điện giữa các nhóm amino tích điện dương (–NH3+) của nó với màng tế bào vi khuẩn tích điện âm, gây rò rỉ các thành phần nội bào và dẫn đến cái chết của vi khuẩn. Trong luận văn của Huỳnh Thị Thu Diệu (2019), các đĩa thạch cấy vi khuẩn Escherichia coli đã được sử dụng để thử nghiệm. Kết quả cho thấy, vùng xung quanh màng có chứa chitosan xuất hiện vòng kháng khuẩn rõ rệt, trong khi màng tinh bột nguyên chất không có khả năng này. Đặc tính này làm cho màng trở thành một lớp rào cản chủ động, không chỉ bảo vệ vật lý mà còn ức chế vi sinh vật gây hại.

5.2. Đánh giá tốc độ và hiệu quả phân hủy sinh học

Một tiêu chí quan trọng của vật liệu bền vững là khả năng phân hủy sinh học. Các mẫu màng composite chitosan-tinh bột được chôn trong đất tự nhiên để theo dõi quá trình phân hủy. Kết quả quan sát trực quan cho thấy, sau 10 ngày, các màng đã có dấu hiệu phân rã rõ rệt, mất đi tính toàn vẹn về cấu trúc và thay đổi màu sắc. Tốc độ phân hủy phụ thuộc vào hàm lượng chitosan; màng có hàm lượng tinh bột cao hơn có xu hướng phân hủy nhanh hơn. Quá trình này được thực hiện bởi các vi sinh vật trong đất, chúng sử dụng các polymer sinh học này làm nguồn thức ăn. Kết quả này khẳng định màng chitosan-tinh bột là một giải pháp thân thiện với môi trường, giúp giảm gánh nặng cho các bãi chôn lấp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1. Tổng quan về chitin - chitosan Trong tự nhiên chitin tồn tại ở động vật và thực vật và là thành phần chính trong bộ xương ngoài của động vật giáp xác như tôm, cua hay mực [29]. Chitin – chitosan có khối lượng phân tử lớn. Cấu trúc của chitin là tổ hợp các monosaccharide liên kết với nhau bằng các liên kết glycozit và hình thành các sợi có tổ chức.

Hơn nữa, chitin rất hiếm khi tồn tại ở trạng thái tự do và hầu như luôn luôn liên kết với các hợp chất như protein, CaCO3 và các hợp chất hữu cơ khác [23]. Cấu trúc phân tử của chitin và chitosan a) Chitin Chitin (C8H13O5N)n là một polymer của N-acetylglucosamin, dẫn xuất của glucose, trong đó nhóm (-OH) ở nguyên tử C2 được thay thế bằng nhóm acetamido (- NHCOCH3). Như vậy, chitin là poly(N-acetyl-2-amino-2-deoxi - β-D-glucopyranose) liên kết với nhau bằng liên kết β-(C-1-4) glycoside, trong đó các mắt xích của chitin cũng được đánh số như glucose [23]. Công thức cấu tạo của chitin được biểu diễn như sau: b) Chitosan Chitosan được phát hiện lần đầu tiên bởi Rouget vào năm 1859.

Công thức cấu tạo của chitosan gần giống như chitin và cellulose (như Hình 1.1) nhưng chitin chỉ tan trong một số ít hệ dung môi, mà điển hình là một số hệ Lithium Chloride/Amide bậc 3, còn chitosan thì dễ tan trong các axit hữu cơ, thông thường là axit acetic, nên có nhiều ứng dụng hơn chitin.1: Cấu trúc chitin, chitosan, xenllulose [35] 6 Từ Hình 1.1 cho thấy chitosan là một polymer hữu cơ có cấu trúc mạch thẳng từ các đơn vị  - D - glucosamin liên kết với nhau bằng liên kết  - 1,4 Glucozit. Chitosan là sản phẩm được sản xuất từ chitin sau khi xử lý chitin trong kiềm đặc nóng (quá trình deacetyl hóa chitin) [18], [28] như Hình 1.2: Sơ đồ quy trình deacetyl hóa chitin thành chitosan [36] 1. Các loại nguyên vật liệu sản xuất chitin Chitin và chitosan có thể được chiết rút từ nhiều nguồn nguyên liệu như từ vỏ tôm cua, tảo, nấm, vi khuẩn và sâu bọ. Nguồn phế thải tôm, cua, ghẹ, nang mực trong quá trình chế biến thủy sản là nguồn nguyên liệu sẵn có, nhiều, chứa hàm lượng chitin cao.1 trình bày thành phần hóa học của một số nguyên liệu chính được sử dụng trong sản xuất chitin và chtosan.1: Thành phần hóa học chủ yếu của các nguyên liệu chính sản xuất chitin và chitosan [37].

Nguyên liệu Thành phần Độ ẩm Protit Tro Lipit Chitin Cua 1. Portunus trituberculatus 12,9 10,3 57,9 0,3 17,1 Tôm 1. Penaeus monodom 9,1 26,8 29,3 0,5 34,9 Phần vỏ giáp đầu ngực 9,7 42,8 20,8 1,2 36,5 Phần vỏ 2. Pandalus borealis 23,5 33,9 14,7 30,0 Tôm càng 9,24 61,6 26,67 1,4 30 Tôm sông nước ngọt 5,7 28,1 44 4,4 12,5 Con moi lân 44,6 24,7 1,8 19,9 1.

Tính chất của chitosan Chitosan là chất rắn, xốp, nhẹ, không mùi, không vị, ở dạng bột có màu trắng ngà, dạng vẩy có màu trắng trong hay hơi vàng. Chitosan có tính kiềm nhẹ, không hoà tan trong nước và trong kiềm nhưng hoà tan dễ dàng trong các dung dịch axit loãng như axit acetic, axit propionic, axit lactic, axit citric …. Khi hoà tan chitosan trong môi trường axit loãng tạo thành keo dương. Đây là một điểm rất đặc biệt vì phần lớn các keo polyssacharide có điện tích âm.

Chitosan được xem như là một polycation có khả năng bám dính vào bề mặt các điện tích âm và có khả năng tạo phức với một số ion kim loại. Chitosan khi hoà tan trong dung dịch axit acetic loãng có pH = 6 – 6.5 tạo thành một dung dịch keo dương, nhờ đó mà keo Chitosan không bị kết tủa khi có mặt của 8 một số ion kim loại nặng như Pb3+, Hg2+. Trong các biến tính hóa học của chitosan nhóm chức amino có thể xảy ra các phản ứng hóa học như phản ứng acetyl hóa, phản ứng tạo base bậc 4, phản ứng với các aldehyde và cetone hình thành nên các base Schiff… từ đó tạo ra các hợp chất khác nhau có những đặc tính ưu việt hơn như kháng vi khuẩn, kháng nấm, kháng oxy hóa, kháng virus, kháng acid, kháng ung bướu, không độc, không dị ứng, hoàn toàn có tính tương hợp sinh học và tự hủy sinh học. Còn ở vị trí nhóm hydroxyl cũng có thể xảy ra một vài phản ứng hóa học như phản ứng o-acetyl hóa, liên kết hydro với nguyên tử phân cực, phản ứng ghép…Do chitin có khả năng phản ứng và tính hòa tan kém nên chitosan đã thu hút được nhiều nhà nghiên cứu để tạo các dẫn xuất có cấu trúc được rõ ràng với những tính chất và chức năng tốt hơn [22].

Chitosan có tính tương thích sinh học cao, không độc hại và biểu hiện các đặc tính bảo quản. Nó được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm chăm sóc y tế, điều trị kháng khuẩn, quản lý nước thải, ổn định enzyme và mỹ phẩm. Tuy nhiên, do tính hòa tan của nó, chitosan rất khó xử lý, dẫn đến chức năng và khả năng ứng dụng bị hạn chế mặc dù chitosan thể hiện các hoạt động sinh học có giá trị khác nhau, chẳng hạn như hoạt động chống ung thư, hoạt động miễn dịch, hoạt động hạ đường huyết, hoạt động diệt khuẩn của chitosan đặc biệt thú vị. Hoạt động kháng khuẩn của các dẫn xuất chitosan có hiệu quả trong việc ức chế sự phát triển của tế bào vi khuẩn (hoạt tính kháng khuẩn bị ảnh hưởng bởi trọng lượng phân tử, mức độ deacetyl, nồng độ trong dung dịch và pH của môi trường).

Ức chế hoạt động kháng khuẩn bằng chitosan biến tính cụ thể là ức chế kháng khuẩn của E. furfur có thể đạt tới 95% sau khi sử dụng chitosan nồng độ thấp (1 mg/mL) như Bảng 1. Ở nồng độ 5 mg/L và 10 mg/mL, khả năng ức chế kháng khuẩn đạt 70-100% so với hầu hết các loài vi khuẩn, ngoại trừ P. Ngược lại, khả năng ức chế không hiệu quả đối với P.

aeruginosa đã được phát hiện ở nồng độ chitosan kiềm hóa 5 mg/mL, trong khi đó, tỷ lệ khả năng ức chế cao 91,2% vẫn đạt được ở nồng độ chitosan 10 mg/mL. Chitosan kiềm hóa cũng có hiệu quả chống lại vi khuẩn kỵ khí như P. mụn trứng cá, với tỷ lệ khả năng ức chế cao 95% được quan sát thấy ở nồng độ 10 mg/mL. Hoạt động kháng khuẩn của các dẫn xuất chitosan được phát hiện rõ nhất ở vi khuẩn gram âm và nhiễm khuẩn [8].2: Hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm của dẫn xuất chitosan [8] Bảng Hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm của alkylsulfonated chitosan ở nồng độ khác nhau.

a Vi sinh vật % (M T SD) ức chế bởi alkylsulfonated chitosan ở nồng độ (mg/mL) 1 2 5 10 b Escherichia coli 94.55b 0 0 0 Staphylococcus aureus 100 T 0 Propionibacterium acne 95.22 M T SD Z có nghĩa độ lệch chuẩn T. a Kết quả thu được từ trung bình của 3 lần xác định ở pH 6. b Liên quan đến sự khác biệt thống kê giữa các kết quả (p < 0. Chitosan kết hợp với aldehyde trong điều kiện thích hợp để hình thành gel, đây là cơ sở để bẫy tế bào, enzym.

Tính chất của chitosan phụ thuộc rất nhiều vào độ tinh khiết, độ deacetyl hóa, phân tử lượng. Chitosan có độ tinh khiết càng cao thì càng dễ tan, dung dịch hòa tan có độ trong cao, có tính kết dính cao và được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực hơn. Độ deacetyl hóa là một thông số quan trọng, đặc trưng cho tỉ lệ giữa 2-acetamido-2- deoxy-D-glucopyranose với 2-amino-2-deoxy-D-glucopyranose trong phân tử chitosan. Khả năng thấm nước của màng chitosan có độ deacetyl hóa thấp thì sẽ cao hơn so với màng chitosan có độ deacetyl hóa cao [13].

Phân tử lượng của chitosan cũng là một thông số quan trọng [11], nó quyết định tính chất của chitosan như khả năng kết dính, tạo màng, tạo gel, khả năng hấp phụ chất màu [9]. Chitosan có nhiều tác dụng sinh học đa dạng như khả năng hút nước, giữ ẩm, kháng nấm, kháng khuẩn với nhiều chủng loại khác nhau [3], [20]. Kích thích tăng sinh tế bào ở người và động thực vật, có khả năng nuôi dưỡng tế bào trong điều kiện nghèo dinh dưỡng. Ứng dụng của chitosan Chitosan và dẫn xuất của chúng có rất nhiều ứng dụng trong nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp nhẹ, y học và một số ngành khác.

Chitosan có thể được bào chế ra nhiều hình thức khác nhau: chất dẻo, bột nhuyễn, lát mỏng, hoặc hơi xịt… Trong y học: Từ chitosan của vỏ cua, tôm có thể sản xuất glucosamin, một dược chất quý dùng để chữa khớp. Chúng thường được dùng làm các tác nhân hạ cholesterol, vật liệu vá vết thương, vật liệu chữa bỏng, vật liệu y sinh học và dược phẩm, chất chống đông máu, chống ung thư và làm kính áp tròng. Trong công nghiệp: Chitosan được dùng trong nhiếp ảnh, trong ngành giấy và trong xử lý dệt nhuộm và in. Trong nông nghiệp: Chitosan được dùng làm phân bón kích thích sinh trưởng cây trồng.

Trong công nghệ thực phẩm: Làm bao bì bảo quản thực phẩm, kháng khuẩn. Chitosan có nguồn gốc tự nhiên, không độc và rất an toàn cho người khi sử dụng làm thực phẩm [27]. Tạo lớp màng bên ngoài nhằm hạn chế sự phát triển vi sinh vật bề mặt, một nguyên nhân chính gây thối hỏng thực phẩm, thay thế cho bao bì PE. Màng chitosan dễ phân hủy trong môi trường tự nhiên.

Tổng quan về tinh bột sắn 1. Giới thiệu tinh bột Tinh bột là một phân tử polysacarit tự nhiên, phân hủy sinh học, rẻ tiền, có thể tái tạo và có sẵn. Các nguồn tinh bột thực vật khác nhau là ngũ cốc (lúa mì, ngô, gạo, lúa mạch, yến mạch, lúa miến, kê và lúa mạch đen), cây họ đậu (đậu lăng, đậu đỏ, đậu xanh, đậu tương, lạc…), một số cây họ đậu chưa được sử dụng (đậu kiếm, đậu bồ câu), rễ và củ (sắn, khoai tây, khoai mỡ, khoai lang) và trái cây chưa chín (chuối, xoài). Hạt tinh bột chủ yếu được tìm thấy trong hạt, rễ và củ, cũng như trong thân, lá, quả và thậm chí là phấn hoa [25].

Tinh bột có khối lượng phân tử cao gồm các đơn vị glucose được nối với nhau bởi các liên kết α-glycozide, có công thức phân tử là (C 6H10O5)n, ở đây n có thể từ vài trăm đến vài ngàn. Trong thực vật, tinh bột thường ở dạng không hoà tan trong nước. Do đó có thể tích tụ một lượng lớn ở trong tế bào mà vẫn không ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu. Tinh bột không phải là một chất riêng biệt, nó bao gồm hai thành phần là amylose và amylopectin.

Amylose là polymer mạch thẳng, chứa từ từ 500-2.000 đơn vị glucose, liên kết nhau bởi liên kết α-1,4 glycozide.