Đặt vấn đề Theo thống kê của Cục An toàn Thực phẩm – Bộ Y tế, hàng năm, có hàng chục nghìn ca ngộ độc từ các sản phẩm thực phẩm, cụ thể: năm 2008 có 41843 ca ngộ độc; năm 2009 có 40432; năm 2010 có 24407 ca; năm 2011 có 38915 ca; từ tháng 1 – tháng 5 năm 2012 có 12248 ca ngộ độc thực phẩm (website Cục an toàn thực phẩm, tháng 1 năm 2013). Nguyên nhân chính là do vi sinh vật, độc tố tự nhiên và hóa chất. Thực trạng sản xuất, bán hàng thao tác không hợp vệ sinh, hoặc bổ sung phụ gia hóa học không được phép hoặc quá liều dẫn đến mối lo về sức khỏe của người tiêu dùng bị ảnh hưởng lâu dài do tích tụ các chất độc hại từ thức ăn. Vì vậy, việc nghiên cứu các biện pháp nhằm đảm bảo chất lượng và vệ sinh an toàn thực phẩm, kéo dài thời gian bảo quản và phù hợp với người tiêu dùng Việt Nam là cần thiết và có cơ sở.
Hợp chất kháng vi sinh vật từ phế liệu tôm Chitosan được sản xuất từ chitin - polymer hữu cơ phổ biến thứ hai trong tự nhiên sau cellulose, được tạo ra trung bình 20g/năm/m2 bề mặt trái đất. Trong tự nhiên chitin tồn tại ở cả động vật và thực vật (Chang W. Trong các loại thủy sản đặc biệt là trong vỏ tôm, cua, ghẹ, mai mực, hàm lượng chitin chiếm khá cao từ 14 - 35% so với trọng lượng khô (Synowiecki J. Vì vậy vỏ tôm, cua, ghẹ, mai mực là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin-chitosan và các dẫn xuất của chúng.
Chitosan được biết đến như là chất kháng vi sinh vật, có tác dụng ức chế hoạt động của một số vi khuẩn gram dương, gram âm, nấm men và nấm mốc. Việc ứng dụng chitosan trong bảo quản thực phẩm ở Việt nam đã được nghiên cứu bước đầu ứng dụng chủ yếu là tạo màng bao bảo quản hoa quả tươi. Chế phẩm chitosan phối chế cùng một số phụ liệu khác cũng được nghiên cứu và ứng dụng trong chế biến e 2 thịt chủ yếu với vai trò tạo cấu trúc cho giò chả. Ứng dụng chitosan trong bảo quản thịt tươi là vấn đề mới và chưa được nghiên cứu nhiều ở nước ta.
Để khai thác nguồn phụ phẩm lớn từ các nhà máy thủy sản, nâng cao giá trị của tôm Việt Nam, đề tài nghiên cứu quy trình thu nhận chitosan từ phế liệu vỏ tôm bằng phương pháp sinh học thân thiện với môi trường và ứng dụng trong bảo quản thực phẩm là có cơ sở và cần thiết. Hợp chất kháng vi sinh vật Nano Bạc Hoạt tính kháng khuẩn của muối Bạc đã được biết đến từ hơn 2000 năm, nhưng chỉ được sử dụng thường xuyên làm chất kháng khuẩn từ thế kỷ 19 (CrabtreeJ. Bạc thường được sử dụng trong nha khoa, các vết thương,. Ion Bạc và các hợp chất từ bạc có khả năng kháng khuẩn mạnh, có thể kháng được hơn 12 loài vi khuẩn trong đó có E.
Công nghệ nano là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước trên quy mô nanômét (nm, 1 nm = 10-9 m). Ở kích thước nano, vật liệu sẽ có những tính năng đặc biệt mà vật liệu truyền thống không có được đó là do sự thu nhỏ kích thước và việc tăng diện tích mặt ngoài. Hạt nano bạc là các hạt bạc có kích thước từ 1 nm đến 100 nm. Bạc nano là vật liệu có diện tích bề mặt riêng rất lớn, có đặc tính khử khuẩn, chống nấm, khử mùi, không có hại cho sức khỏe con người với liều lượng tương đối cao, không bị biến đổi dưới tác dụng của ánh sáng và các tác nhân oxy hóa khử thông thường, ổn định ở nhiệt độ cao, chi phí cho quá trình sản xuất thấp (R.
Das và cs, 2010)[46]. Bạc Nano đã được cơ quan nhà nước có chức năng quan trọng như Bộ Y tế, Viện Dinh dưỡng, Cục An toàn Vệ sinh Thực phẩm, Vinacontrol cấp phép cho sản xuất nhiều sản phẩm có chứa Nano Bạc. Dựa vào đặc tính quý giá trên, ý tưởng kết hợp hai loại vật liệu đã được hình thành. Chitosan loại chế phẩm có khả năng kháng khuẩn, không gây độc và có khả năng tạo thành lớp màng mỏng bao quanh thực phẩm.
Nano bạc, là vật liệu có khả năng kháng khuẩn cực mạnh chỉ với nồng độ rất nhỏ, nhưng lại dễ bị oxi hóa. Khi e 3 sử dụng kết hợp với nhau sẽ cho ra 1 hỗn hợp dung dịch bền vững có hoạt tính mạnh để ứng dụng rộng rãi trong sản xuất. Vi khuẩn Bacillus cereus và Staphylococcus aureus đều là vi khuẩn Gram dương là hai loài vi khuẩn phân bố rộng rãi trong tự nhiên (Đất, nước, cơ thể người, động vật …), loài vi khuẩn tồn tại rất phổ biến trong nông sản và thực phẩm. Chúng là những tác nhân gây ra các vụ ngộ độc trong thực phẩm trên khắp cả nước trong thời gian qua.
Chính vì sự phổ biến và tác hại nguy hiểm của nó đối với con người nên việc tìm ra quá trình đối kháng của chitosan – nano bạc đối với vi khuẩn gram dương là rất quan trọng chính vì vậy tôi đã tập trung toàn bộ thời gian làm khóa luận của mình “Nghiên cứu quá trình đối kháng vi khuẩn gram dƣơng của chitosan – nano bạc”. Kết quả nghiên cứu sẽ cơ sở cho các nghiên cứu khác. Mục đích và yêu cầu của đề tài 1. Mục đích Xác định được quá trình đối kháng vi khuẩn gram dương của chitosan-nano bạc 1.
Yêu cầu Hiểu rõ được cấu trúc của tế bào vi khuẩn gram dương và cấu trúc của phân tử chitosan, nano bạc Xác định được chitosan, nano bạc tác động lên tế bào vi khuẩn gram dương như thế nào Tìm ra sự đối kháng vi khuẩn gram dương của sự kết hợp tối ưu của chitosan – nano bạc 1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1. Ý nghĩa khoa học Đưa ra được quá trình đối kháng vi khuẩn gram dương của chitosan – nano bạc. Là tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu khoa học có liên quan 1.
Ý nghĩa thực tiễn Ứng dụng chế phẩm chitosan – nano bạc vào trong bảo quản thực phẩm được hiệu quả hơn Nâng cao kỹ năng thực hành và hiểu biết của sinh viên e 4 Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Lịch sử và nguồn gốc của Chitin/Chitosan 2. Lịch sử và nguồn gốc của chitin Chitin là một polyme sinh học có trữ lượng nhiều thứ hai trong tự nhiên, chỉ sau cellulose. Cấu trúc hóa học của chitin gần tương tự như cấu trúc hóa học của cellulose, do nhóm acetomido ở vị trí C-2 của đơn phân chitin thay thế cho nhóm hydroxyl ở vị trí C-2 của đơn phân cellulose.
Về mặt lịch sử, chitin được Braconnot phát hiện đầu tiên vào năm 1821, trong cặn dịch chiết từ một loại nấm. Ông đặt tên cho chất này là “Fungine” để ghi nhớ nguồn gốc của nó. Năm 1823 Odier phân lập được một chất từ bọ cánh cứng mà ông gọi là chitin hay “chiton”, tiếng Hy Lạp có nghĩa là vỏ giáp nhưng ông không phát hiện ra sự có mặt của nitơ. Cuối cùng cả Odier và Braconnot đều đi đến kết luận chitin có dạng công thức giống với cellulose.
Sự xuất hiện của nitơ trong chitin đã được Lassaige chứng minh vào năm 1843, từ đó nhân loại bắt đầu nghiên cứu và ứng dụng lâu dài hợp chất này và các dẫn xuất của nó (Feradoon Shahidi và cs, 1999) [26].1: Một số loại giáp xác chứa chitin Trong động vật, chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng của vỏ một số động vật không xương sống như: côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác và giun tròn. Trong động vật bậc cao, monome của chitin là một thành phần chủ yếu trong mô da, e 5 nó giúp cho sự tái tạo và hàn gắn các vết thương ở da. Trong thực vật chitin có mặt ở thành tế bào nấm họ zygenmycles, các sinh khối nấm, một số loại tảo… (Đặng Văn Luyến, 1995) [13]. Chitin có cấu trúc thuộc họ polysaccharide, hình thái tự nhiên ở dạng rắn.
Lịch sử và nguồn gốc của chitosan Năm 1929 Karrer đun sôi chitin 24h trong dung dịch KOH 5% và đun tiếp 50 phút ở 160ºC với kiềm bão hòa ông thu đựơc sản phẩm có phản ứng màu đặc trưng với thuốc thử, chất đó chính là Chitosan. Chitosan chính là sản phẩm biến tính của chitin, là một chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy, có thể xay nhỏ thành các kích cỡ khác nhau. Chitosan được xem là polyme tự nhiên quan trọng nhất. Với đặc tính có thể hoà tan tốt trong môi trường acid, chitosan được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm.
Giống như cellulose, chitosan là chất xơ, không giống chất xơ thực vật, chitosan có khả năng tạo màng, có các tính chất của cấu trúc quang hoc…Chitosan có khả năng tích điện dương do đó nó có khả năng kết hợp với những chất tích điện âm như chất béo, lipid và acid mật. Chitosan là polyme không độc, có khả năng phân hủy sinh học và có tính tương thích về mặt sinh học. Trong nhiều năm qua, các polyme có nguồn gốc từ chitin đặc biệt là chitosan đã được chú ý đặc biệt như là một loại vật liệu mới có ứng dụng đặc biệt trong công nghiệp dược, y học, xử lý nước thải và trong công nghiệp thực phẩm như là tác nhân kết hợp, gel hóa, hay tác nhân ổn định… Trong các loài thủy sản đặc biệt là trong vỏ tôm, cua, ghẹ, hàm lượng, chitin -chitosan chiếm khá cao dao động từ 14 - 35% so với trọng lượng khô. Vì vậy vỏ tôm, cua, ghẹ là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin – chitosan (Đặng Văn Luyến, 1995) [13].
Cấu trúc hóa học của chitin/Chitosan 2. Cấu trúc hóa học của chitin Chitin có cấu trúc là một polyme được tạo thành từ các đơn vị N – acetyl – β – D – glucosamin liên kết với nhau bởi liên kết β – 1 – 4 glucoside.2: Công thức cấu tạo của Chitin Công thức phân tử của chitin (C8H13O5N)n với n thay đổi tùy thuộc từng loại nguyên liệu. Chẳng hạn ở tôm hẹ: n = 400 – 500, ở tôm hùm: n = 700 – 800 và ở cua: n = 500 – 600. Qua nghiên cứu về sự thủy phân chitin bằng enzyme hay HCl đậm đặc, người ta thấy rằng chitin có cấu trúc là một polyme được tạo thành từ các đơn vị N – acetyl – β – D – glucosamin liên kết với nhau bởi liên kết β – 1 – 4 glucoside (Huỳnh Nguyễn Duy Bảo và cs, 2000) [2].