CHƯƠNG 1. TONG QUAN TAL LIEU 1. Téng quan vé chitosan 1. Gidi thigu vé chitosan Chitin 1a mét polisaccarit tn tại trong tự nhiên với sản lượng rất lớn (đứng.
thứ hai sau xenlulozơ). Trong tự nhiên, chiún tồn tại ở cả động vật, thực vật. Ở đông vật, chitin là thành phần quan trọng của vỏ một số động vật không xương sống như: nhuyễn thẻ, giáp xác và giun tròn. Trong thực vật, chitin có ở thành tế bao ho nai Zygenmyctes, các sinh khối mốc, một số loại tảo.
Trong các loài thủy hải sản, đặc biệt là trong vỏ tôm, cua, ghẹ hàm lượng chiún chiếm khá cao, đao động từ 14 - 35% so với trọng lượng khô, vì vậy vỏ tôm, cua, ghẹ là nguyên liệu chính đề sản xuất chitin [7]. Chitosan (CTS ) la sin phim deacetyl héa cia cl in. CTS mang diy đủ đặc trưng ưu viét cia chititn như: có tính tương thích sinh học và không độc hại, có khả năng phân hủy sinh học, có tính hấp phụ cao [7] Trước đây, người ta đã thử chiết tách chitin từ thực vật biển nhưng nguồn. nguyên liệu không đủ đáp ứng nhu cầu sản xuất, trữ lượng chitin phân lớn có nguồn.
gốc từ vỏ tôm, vỏ cua. Trong một thời gian, các chất phế thải này không được thu hồi mà thải ra ngoài gây ô nhiễm môi trường Năm 1977, Viện kỹ thuật Masachusetts (Mỹ), khi n hành xác định giá trị của chitin va protein trong vỏ tôm, cua đã cho thấy việc thu hồi các chất này có lợi nếu sử dụng trong công nghiệp. Phần protein thu được sẽ dùng để chế biến thức ăn gia súc, còn phần chitin sẽ được dùng như một nguyên liệu đề điều chế các dẫn xuất có nhiều ứng dụng [4] Việc nghiên cứu sản xuất chiủn, CTS và các ứng dụng của chúng trong sản xuất phục vụ đời sống đã được bắt đầu từ những năm 1980. Gần đây trước yêu cầu.
xử lý phế liệu thủy sản đông lạnh đang ngày càng cắp bách, trước những thông tin kỹ thuật mới về chitin, CTS cũng như tiềm năng thị trường của chúng đã thúc đây các nhà khoa học của chúng ta bắt tay vào nghiên cứu hoàn thiện quy trình sản xuất ở bước cao hơn, đồng thời nghiên cứu các ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực sản xuất công nghiệp [4], Nguyễn Cao Duy Ân 5 1. Cấu trúc hóa học của chỉtosan CTS la dẫn xuất deacetyl hóa của chitin, trong đó nhóm amin (-NH;) thay thế nhóm -NHCOCH; ở vị trí C; [7] CTS được cấu tạo từ các mắt xích Ð-glueosamin liên kết với nhau bởi các. liên kết -1,4-glicozit (hình 1. Cấu trúc hóa học của CTS dạng lí thuyết Chế phẩm này còn có tên là: poli:/-(1,4)-D-glucosamin, hay còn gọi là poli-/-{1,4)-2-amino-2-deoxi-D- glucozơ.
Quá trình chuyển hóa chin thành CTS có thể thông qua phản ứng deacetyl với dung dịch NaOH đặc ở nhiệt độ từ 80 120°C. Buon " NHGOCH, 4 Ne Hình 1. Sự chuyển hóa chữin thành CTS Tuy nhiên, trên thực tế thường có mắt xích chitin đan xen trong mạch phân Hình 1. Cấu trúc hóa học của CTS ở thực tế.
“Trong đó tỷ lệ m/n phụ thuộc vào mức độ đề deacetyl hóa. Nếu m > 50% thì sản phẩm thu được là CTS, ngược lại được gọi là chitin [19]. Cấu trúc của phân tử Nguyễn Cao Duy Ân CTS trong không gian có hình xoắn ốc, mỗi đơn vị cơ bản 2 mắt xích D — lueosamin. Chiều dài mỗi đơn vị cơ bản là 10,34 A? [7], 1.
Độ deacetyl hóa Độ deacetyl hóa (DDA) hoặc độ acetyl hóa (DA), DA = 100 = DDA là một thông số rất quan trọng của CTS. Về mặt định lượng thì DDA là tỉ số giữa số nhóm ~NH; so với tổng số nhóm -NH; và nhóm -NHCOCH; trong phân tử CTS. DDA là thông số cơ bản dùng để phân biệt chitin với CTS. CTS thường có DDA > 50%, nghĩa là số nhóm NH; > số nhóm -NHCOCH, CTS có DDA khác nhau dẫn tới sự khác nhau về khối lượng phân tử (KLPT), độ nhớt, khả năng hòa tan trong axiL.
Có rất nhiều phương pháp để xác định DDA của CTS như phương pháp phô hồng ngoại (FT - IR), phương pháp phản ứng với ninhiđrin, phương pháp chưng cất với axit photphoric, trong đó phương. pháp đơn giản và phổ biển nhất là phương pháp phổ IR [17]. Brugnerotto và cộng. su di dé nghi cach tinh DDA cua chitin/CTS bing phương phap IR sir dung peak đặc trưng của sự acetyl héa (1320 em’) va peak so sánh (1420 em'') [1].
DDA = 100 — [31,92 x (Ats20/Ata20) — 12,2] (*) “Trong đó: Aisao và Aisso lần lượt là độ hấp thụ tương ứng tại số sóng 1320 và 1420 cm” 1. Một số phản ứng hóa học của chitosan Cấu trúc của CTS cho thấy CTS có hai nhóm chức hoạt động là = OH và = NH,, do đó CTS dễ dàng tham gia phán ứng hóa hoc hon chitin. Phản ứng hóa 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~ [6] Mặt khác, CTS là polime mà các monome được nối với nhau bởi các liên kết -1.4-glicozit, các liên kết nay rat dễ bị cắt đứt bởi các chất hóa học như: axit, baZơ, tác nhân oxi hóa và các enzim thủy phân. Trong thực tế cée mach chitin — CTS dan xen nhau, vì vậy chúng tạo ra nhiều sản phâm đồng thời và việc tách và phân tích.
chúng rất phức tạp [4]. Một số các phản ứng hóa học quan trọng của CTS: Nguyễn Cao Duy Ân 7 1. Thủy phân trong môi trường axit Trong môi trường axit, CTS bị thủy phân và mức độ thủy phân phụ thuộc vào loại axit, nồng độ axit, nhiệt độ và thời gian phản ứng. Sản phẩm của phản ứng.
thủy phân được gọi là chito-oligome, được tạo thành từ 2 - 6 mắt xích Ð- slucosamin. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng chito-oligome có tiềm năng ứng dụng, trong lĩnh vực y học và thực phẩm do hoạt tính sinh học tốt như kháng khuẩn, khang nắm, kháng ung thư, kháng khuẩn, miễn dịch [1] on oH on ° ° ° mHo! | Ho. o ho on My Nà We 0-4 Hình 1. Phản ứng tạo phức với ion kim lo; 'CTS có khả năng tạo phức với ion kim loại chuyển tiếp nên được ứng dụng trong xử lý môi trường Phân tử CTS và một số dẫn xuất của nó chứa các nhóm chức OH, NH; mà trong đó nguyên tử oxi và nitơ của nhóm chức còn cặp electron chưa sử dụng, do đó chúng có khả năng tạo liên kết phối trí với hầu hết các kim loại nặng và các kim loại chuyển tiếp như: Hạ”, Cd”', Zn’, Ni?*, Co™, .Tuy nhém chức trên mạch polime mà thành phần và trúc của phức khác nhau.
Ví dụ, phức Ni(II) với chitin có cấu trúc bát diện với số phối trí bằng 6, còn phức Ni(II) với CTS có cấu trúc tứ diện với số phối trí bằng 4 [29], on Hình 1. Phản ứng tạo phức giữa CTS và Ni” Nguyễn Cao Duy Ân 8 1. Phân ứng A-axyl hóa CTS ức chế sự tăng trưởng của một số vi khuẩn như: E. Dé phân tích hoạt tính kháng khuẩn của CTS ở pH > 6,5, người ta thường nghiêng cứu các dẫn xuất của CTS như N-axyl chitosan [21].
Phản ứng N~ axyl hóa của CTS N-carboxybutyl chitosan tan trong nước có hoạt tính kháng khuẩn, hoạt tính kháng khuẩn chồng lại nhiều loại vi khuẩn Gram (+ ) và vi khuẩn Gram (-). Ứng dụng của chitosan 1. Trong công nghệ thực phẩm ~ Công nghiệp sản xuất nước hoa quả “Trong sản xuất nước hoa quả, việc làm trong nước là yêu cầu bắt buộc. nay các chất làm trong dang sử dụng la: gelatin, bentonit, tannin, polivinyl.
CTS la tác nhân tốt loại bỏ đi đục, giúp điều chỉnh axit trong nước quả. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng CTS có ái lực lớn đối với hợp chất poliphenol chăng hạn: catechin, axit xinamic, dẫn xuất của chúng, những chất mà có thể làm đổi màu nước quả bằng phản ứng oxi hóa [3] ~ Sử dụng trong thực phẩm chức năng CTS cé khả năng làm giảm hàm lượng cholesterol trong máu. Nếu sử dụng. thực phẩm chức năng có bổ sung 4% CTS thì lượng cholesterol trong máu giảm đi đáng kể chỉ sau 2 tuần, Ngoài ra CTS còn được xem Ia cl it chống đông tụ máu, Nguyên nhân việc giảm cholesterol trong máu và chống đông tụ máu được cho là không có sự tạo thành các mixen.
đáng chú ý là ở pH = 6 — 6,5 CTS bit dau bị kết tủa, toàn bộ polisacearit bị kết lắng và giữ lại toàn bộ lượng mixen trong đó [6] ~ Ứng dụng làm màng (bảo quản thực phẩm) CTS và các dẫn xuất của chúng đều có tính kháng khuẩn, ức chế hoạt động, của một số loại vi khuẩn. Màng bao, giấy gói thực phẩm CTS giúp bảo quản thực Nguyễn Cao Duy Ân 9 phẩm, hoa quả, rau tươi, nước giải khát,. Khi dùng màng CTS, dễ dàng điều chỉnh độ ẩm, độ thoáng không khí cho thực phẩm. Ngoài ra, màng CTS khá dai, khó xé rách, có độ bền tương đương với một số chất dẻo vẫn được dùng làm bao.
Trong y học ~ Ứng dụng trong trị bỏng, băng vết thương. CTS có khả năng ca máu, kích thích tái tạo mô và biểu bì mô, làm vết thương chóng liền. Mi nghiên cứu ghỉ n màng đắp vết thương hoặc vết bỏng có sự kết hợp của CTS và nano bạc thể hiện tác dụng rắt tốt trong quá trình kiểm soát tốc độ trao đổi hơi nước, oxi và khả năng hút nước. CTS cũng thúc đầy sự di chuyển của bạch cầu trung tính vào ô viêm, làm tăng hoạt động của đại thực.
bào dẫn đến việc giải phóng ra chất trung gian hóa học trong cơ chế của việc làm. lành vết thương. Do đó, CTS là vật liệu rất tốt trong việc bảo vệ và điều trị vết thương [28]. ~ Làm thuốc hỗ trợ trị viêm loét dạ dày tá tràng.
CTS tao mang gel trong mdi trường axit đạ đày, màng này sẽ giúp bảo vệ niêm mạc dưới tác dụng của tác nhân gây loét dạ dày. Bên cạnh đó, CTS còn có tác dụng kháng nắm, kháng khuẩn vì vậy CTS ức chế sự phát triển của một số chủng vi khi trong đó có chủng #felicobacrer pylori được xem là một trong những tác nhân chủ yếu gây loét dạ dày tá trang [28] - Tác dụng giảm đau “Tác dụng giảm dau của CTS được giải thích là do khả năng hấp thu của các ion mang điện dương được giải phóng nhờ nhóm amin tự do, vì vậy làm giảm pH ở khu vực bị viêm và giúp giảm đau [28] ~ Từ CTS vỏ cua, vỏ tôm có thể sản xuất glucosamin, một dược chất quý dùng đề chữa bệnh khớp.
