PHẦN MỞ ĐẦU Ở Việt Nam, cùng với sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp chế biến và xuất khẩu thủy sản, hằng năm đã thải ra hàng chục ngàn tấn phế liệu sau chế biến. Tuy nhiên, hầu hết các phế liệu này chỉ được bán thô hoặc chế biến để tạo ra các sản phẩm có giá trị kinh tế thấp gây lãng phí tài nguyên, trong khi đây là nguồn nguyên liệu có thể sản xuất ra các sản phẩm có giá trị gia tăng và chất lượng cao. Trong đó, hướng nghiên cứu thu nhận và ứng dụng các polyme sinh học tách chiết từ nguồn phế liệu thủy sản đang rất được quan tâm của các nhà quản lý, nhà khoa học và doanh nghiệp. Trong số nhiều sản phẩm có giá trị gia tăng từ phế liệu thủy sản, chitin và chitosan (sản phẩm của quá trình deacetyl chitin) là 2 polyme sinh học được chứng minh có nhiều tính chất đặc biệt như khả năng tương thích sinh học cao, khả năng tạo màng, tạo gel, tính phân giải chậm, tính kháng oxy hóa, kháng nấm, kháng khuẩn.
Do đó, chitin và chitosan đã và đang được nghiên cứu thu nhận và ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực y dược, y sinh, công nghệ thực phẩm, xử lý môi trường, dệt nhuộm, công nghệ sinh học. Ước tính mỗi năm có khoảng 10.000 tấn chitin và chitosan đã được sản xuất, sử dụng trên toàn thế giới nhưng hầu hết được thu nhận từ vỏ tôm, vỏ cua, vỏ ghẹ. Tuy nhiên, α-chitin/chitosan thường có độ rắn cao, khối lượng phân tử thấp và độ tinh sạch chưa cao vì bản chất của nguồn nguyên liệu thu nhận là vỏ giáp xác có chức năng bảo vệ cơ thể sinh vật bên trong nên được cấu tạo rất phức tạp và rắn chắc. Hơn nữa trong nguyên liệu vỏ giáp xác ngoài thành phần chitin còn chứa nhiều khoáng, protein và chất màu nên quá trình sản xuất cần qua nhiều công đoạn tách chiết, sử dụng nhiều hoá chất gây ô nhiễm.
Mai mực ống có chứa hàm lượng khoáng thấp, lượng β-chitin khá cao (> 35%), chitin này có khối lượng phân tử lớn gấp 3 lần α-chitin và hầu như không chứa các kim loại nặng như Pb, Hg, As nên có độ tinh khiết cao [36, 79, 95]. Do đó, đây là nguồn nguyên liệu cần thiết để sản xuất ra loại β-chitin/chitosan có khối lượng phân tử lớn và độ tinh khiết cao để ứng dụng trong lĩnh vực như tạo gel trong mỹ phẩm, màng kháng viêm, màng phân giải thuốc, chỉ khâu cấy ghép trong phẫu thuật, kỹ thuật mô cấy ghép da nhân tạo [54, 89, 151]. Ngoài ra, β-chitin/chitosan đã được chứng minh có độ rắn thấp, độ xốp cao nên dễ dàng deacetyl và được ứng dụng trong nuôi cấy mô, cố định tế bào và enzyme, phân giải thuốc chậm mà các tính chất này vượt trội so với α- 2 chitin/chitosan. Tại Việt Nam, nguồn phế liệu mai mực thải ra sau quá trình chế biến ước tính đạt khoảng 10-15 tấn/tháng [58, 8].
Tuy nhiên, nguồn phế liệu này chủ yếu là phơi khô, bán thô với giá thành thấp, do đó gây lãnh phí tài nguyên. Trong khi, đây là nguồn nguyên liệu quý để thu nhận chitin/chitosan chất lượng cao. Hơn nữa theo chúng tôi tìm hiểu thì chưa có một nghiên cứu chính thức và có hệ thống đầy đủ nào được công bố tại Việt Nam về quy trình thu nhận, đánh giá tính chất và ứng dụng β-chitin/chitosan tách chiết từ mai mực ống. Xuất khẩu nông sản Việt Nam giai đoạn 2012-2016 ước đạt 15 tỷ USD/năm, góp phần đáng kể phát triển nền kinh tế.
Tuy nhiên, công nghệ sau thu hoạch chưa được áp dụng hiệu quả nên chất lượng nông sản còn thấp, hạn chế khả năng xuất khẩu, tỷ lệ thất thoát sau thu hoạch ở mức cao. Trong đó, bệnh thối nhũn trên trái cà chua gây ra bởi vi khuẩn Erwinia sp. đã và đang gây thiệt hại 10-30% tổng sản lượng sau thu hoạch [25, 77, 9]. Các hóa chất thường dùng để kháng bệnh này là thủy ngân clorua, dung dịch formaldehyde, dung dịch natri hypocloric 12%, hydroxymercurinitrophenol 12% và hydromercurichloride phenol 2% [24, 25, 9].
Đây là các hóa chất độc hại đối với người nông dân và người tiêu dùng nếu không được kiểm soát chặt chẽ. Ngoài ra, một số kỹ thuật di truyền để kiểm soát bệnh trước và sau thu hoạch cũng được áp dụng. Tuy nhiên, các kỹ thuật này có giá thành cao và khó triển khai thực tế ở qui mô lớn. Do đó, những phương pháp sử dụng các hợp chất có nguồn gốc tự nhiên và an toàn như chitosan là rất cần thiết.
Thực tế, chitosan điều chế từ α-chitin đã được nghiên cứu và sử dụng để kháng khuẩn và kháng nấm có hiệu quả trong quá trình bảo quản sau thu hoạch trên nhiều đối tượng như bơ, xoài, nho và ớt [25, 9]. Các kết quả nghiên cứu cho thấy chitosan thu được từ β-chitin có tính kháng khuẩn và kháng nấm cao hơn so với thu được từ α-chitin [79, 134]. Do đó, chitosan này được kỳ vọng sẽ có hiệu quả kháng khuẩn cao đối với vi khuẩn Erwinia sp. gây ra bệnh thúi nhũn trên trái cà chua.
Từ những vấn đề thực tế được nêu, luận án này tiến hành nội dung “Nghiên cứu thu nhận và đánh giá khả năng kháng khuẩn Erwinia sp. gây bệnh thối nhũn trên cà chua sau thu hoạch của chitosan từ mai mực ống”. Đây là vấn đề cần thiết làm cơ sở khoa học để thu nhận các sản phẩm β-chitin và chitosan có giá trị cao từ mai mực ống ở Việt Nam và nâng cao giá trị kinh tế của nguồn phế liệu mực ống. Đồng thời, chứng minh và bổ sung đầy đủ hơn về khả năng kháng khuẩn của chitosan từ -chitin làm đa dạng hóa các ứng dụng của chitosan trong sản xuất nông nghiệp bền vững.
3 Mục tiêu nghiên cứu: 1. Thu nhận -chitin đạt tiêu chuẩn thương mại từ nguồn phế liệu mai mực Loligo sp. thải ra sau quá trình chế biến mực ống xuất khẩu. Sản xuất chitosan đạt tiêu chuẩn thương mại từ -chitin thu nhận ở trên.
Đánh giá hiệu quả kháng khuẩn của chitosan đối với bệnh thối nhũn trên trái cà chua sau thu hoạch do vi khuẩn Erwinia sp. Đối tượng nghiên cứu: Luận án nghiên cứu trên đối tượng phế liệu mai mực Loligo sp. được thu nhận tại các nhà máy chế biến thủy sản thuộc tỉnh Kiên Giang thải ra sau quá trình chế biến mực ống xuất khẩu ở dạng tươi, có chiều dài từ 12-15 cm, rộng 1,0- 1,5 cm và độ dày trung bình 0,4 - 0,5 mm. Phạm vi và nội dung nghiên cứu: Để đạt được 3 mục tiêu nghiên cứu, luận án tập trung nghiên cứu, đánh giá làm rõ 4 nội dung: 1.
Xác định thành phần hóa học cơ bản, các acid amin và kim loại của nguồn phế liệu mai mực Loligo sp. Khảo sát, đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố nồng độ NaOH, nồng độ HCl, nhiệt độ và thời gian đến quá trình khử protein, khử khoáng để thu nhận sản phẩm - chitin đạt tiêu chuẩn thương mại và hạn chế đến mức thấp nhất quá trình cắt mạch - chitin trong quá trình thu nhận. Khảo sát, đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố nồng độ NaOH, nhiệt độ và thời gian đến quá trình deacetyl -chitin để thu nhận sản phẩm chitosan đạt tiêu chuẩn thương mại và hạn chế đến mức thấp nhất quá trình cắt mạch chitosan trong quá trình deacetyl. Phân lập, định danh chủng vi khuẩn Erwinia sp.
gây bệnh thối nhũn trên trái cà chua sau thu hoạch tại các chợ đầu mối nông sản. Khảo sát, đánh giá khả năng kháng khuẩn của -chitosan với khối lượng phân tử khác nhau đối với vi khuẩn Erwinia sp. gây bệnh thối nhũn trên trái cà chua ở điều kiện in vitro và in vivo. 4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: 1.
Luận án đã xác định được thành phần hóa học của nguồn phế liệu mai mực Loligo sp. tại các nhà máy chế biến thủy sản thuộc tỉnh Kiên Giang, làm cơ sở khoa học cho các nghiên cứu tiếp theo. Luận án đã xác định được điều kiện thu nhận sản phẩm -chitin đạt tiêu chuẩn thương mại. Sản phẩm -chitin thu được có khối lượng phân tử lớn và là nguồn nguyên liệu tiềm năng để sản xuất chitosan tinh khiết dùng trong các lĩnh vực kỹ thuật cao.
Điều kiện thu nhận có thể ứng dụng sản xuất ở qui mô lớn. Luận án đã xác định được điều kiện deacetyl -chitin thu nhận chitosan đạt tiêu chuẩn thương mại, sản phẩm chitosan có độ deacetyl cao và khối lượng phân tử lớn. Sản phẩm chitosan thu được là nguồn nguyên liệu tiềm năng để sản xuất các oligo chitosan và các chế phẩm từ chitosan có thể ứng dụng trong các lĩnh vực kỹ thuật cao như y dược, y sinh và công nghệ thực phẩm. Điều kiện deacetyl có thể ứng dụng sản xuất ở qui mô lớn.
Luận án đã đánh giá khả năng kháng khuẩn Erwinia sp. gây bệnh thối nhũn trên trái cà chua sau thu hoạch ở điều kiện in vitro và in vivo khi sử dụng -chitosan có khối lượng phân tử khác nhau. Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở ứng dụng chitosan trong bảo quản nông sản sau thu hoạch và cơ sở khoa học cho các nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn của chitosan. TIỀM NĂNG SỬ DỤNG PHẾ LIỆU MAI MỰC ỐNG LOLIGO SP.
ĐỂ THU NHẬN -CHITIN 1. Giới thiệu về nguyên liệu mực ống Loligo sp. và phế liệu từ mực sau chế biến Ở Việt Nam, hiện có khoảng 25 loài mực ống thuộc bộ Teuthida, tập trung nhiều nhất ở vùng nước sâu khoảng 30-50 m. Mùa vụ khai thác từ tháng 6 đến tháng 9 (vụ Nam) và tháng 12 đến tháng 4 năm sau (vụ Bắc), trong đó chủ yếu có 4 loài được đánh bắt với số lượng chiến trên 96% tổng sản lượng, bao gồm: Loligo japonica, Loligo chinensis, Loligo beka và Todarodes pacificus.
Mực ống Loligo sp.1a) được phân loại [58]: Ngành động vật thân mềm Mullusca Lớp chân đầu Cephalopoda Bộ mực ống Teuthida Họ Loliginidae Chi Loligo Hình 1. Thống kê giá trị xuất khẩu mực, bạch tuộc; (a) Mực ống Loligo sp. 6 Mực ống Loligo sp. có giá trị xuất khẩu cao với sản lượng khai thác trên toàn vùng biển Việt Nam vào khoảng 24.
Theo số liệu thống kê của Hiệp hội chế biến và xuất khẩu thủy sản Việt Nam (VASEP), hiện nay các mặt hàng từ mực, bạch tuộc của Việt Nam đang được xuất khẩu sang 25 thị trường trong đó có các thị trường khó tính như Nhật Bản, Hoa Kỳ, Châu Âu với tổng kim ngạch đạt 390-460 triệu USD/năm, trong đó giá trị xuất khẩu từ mực chiếm 55-65%, ước đạt 165 triệu USD [1, 8]. Kết quả khảo sát cho thấy cứ sản xuất được 1 tấn mực thành phẩm sẽ thải ra 0,45 tấn phế liệu, tỷ lệ này phụ thuộc vào loài, kích thước mực nguyên liệu.