Đặt vấn đề Chitin là polysacharid thứ hai sau cellulose tìm thấy trong tự nhiên. Sản phẩm chitin – chitosan đã có nhiều công trình nghiên cứu và ứng dụng trong thực tế. Chitin có ứng dụng làm da nhân tạo và là nguyên liệu trung gian cho các chất quan trọng như chitosan, glucosamin và các chất có giá trị khác. Chitosan có nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp, y dược và bảo vệ môi trường như: sản xuất glucosamin, chỉ khâu phẫu thuật, thuốc kem, vải, sơn, chất bảo vệ hoa quả, bảo vệ môi trường… Với khả năng ứng dụng rộng rãi của chitin – chitosan mà nhiều nước trên thế giới và cả Việt Nam đã nghiên cứu sản xuất các sản phẩm này.
Bạc từ lâu đã được biết tới là một chất diệt khuẩn hiệu quả và được sử dụng để làm các dụng cụ sinh hoạt. Tuy nhiên, trước đây đồ dùng bằng bạc không được sử dụng rộng rãi do giá thành cao. Từ khi công nghệ Nano ra đời thì ứng dụng của bạc mới phát triển lên một tầm cao mới. Sở dĩ nano bạc được nghiên cứu ứng dụng vào việc kháng khuẩn vì bạc là kháng sinh tự nhiên và không gây tác dụng phụ.
Nano bạc không gây phản ứng phụ, không gây độc cho người và vật nuôi khi nhiễm lượng nano bạc bằng nồng độ diệt khuẩn (khoảng nồng độ < 100ppm). Dạng phân tán với kích thước nanomet thì khả năng diệt khuẩn của bạc được tăng lên gấp bội nhờ diện tích bề mặt riêng (m2/g) tăng nhanh. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi ở kích thước nano (từ 1 – 100 nm), hoạt tính sát khuẩn của bạc tăng lên khoảng 50000 lần so với bạc dạng khối, như vậy 1 g bạc Nano có thể sát khuẩn cho hàng trăm m2 chất nền. Điều này sẽ giúp cho khối lượng bạc sử dụng trong các sản phẩm sẽ giảm rất mạnh nên tỷ trọng của bạc trong giá thành trở nên không đáng kể [3].
Với những ứng dụng trong thực tiễn của chitosan và nano bạc chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu luận văn với tiêu đề: “Nghiên cứu khả năng kháng nấm men của chế phẩm phối hợp chitosan – nano bạc”. Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là cơ sở dữ liệu cho việc nghiên cứu tạo ra một chế phẩm phối hợp kháng vi sinh vật hoàn thiện giữa chitosan – nano bạc ứng dụng trong công nghệ sinh học và công nghệ thực phẩm. Mục đích nghiên cứu - Đưa ra phương pháp thích hợp để xác định khả năng kháng nấm men của chế phẩm phối hợp chitosan – nano bạc. - Xác định được nồng độ ức chế tối thiểu của chế phẩm phối hợp chitosan – nano bạc đối với nấm men.
- Đánh giá được khả năng kháng nấm men của chế phẩm chitosan – nano bạc theo thời gian. Yêu cầu - Xác định khả năng kháng nấm men của chế phẩm phối hợp chitosan – nano bạc. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1. Ý nghĩa khoa học - Đưa ra cơ chế kháng nấm men của chitosan, nano bạc.
- Đưa ra nồng độ tối thiểu của chế phẩm phối hợp chitosan – nano bạc để ức chế nấm men. - Giúp sinh viên có cơ hội tiếp cận với các quy trình, các thao tác kỹ thuật trong thực tế. Qua đó kết hợp với các kiến thức lý thuyết đã được học, sinh viên sẽ có những hiểu biết chuyên sâu và cái nhìn tổng quát hơn. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài - Ứng dụng sử dụng chế phẩm phối hợp chitosan – nano bạc trong việc chế tạo vật liệu kháng khuẩn, bảo quản.
n 3 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.Tổng quan về chitosan 2. Nguồn gốc của Chitin và chitosan Chitin được Bracannot phát hiện lần đầu tiên vào năm 1811 trong cặn dịch chiết của một loại nấm và đặt tên là “fungine” để ghi nhớ nguồn gốc tìm ra nó. Năm 1823 Odier đã phân lập được một chất từ bọ cánh cứng và ông gọi là chitin hay “chitine” có nghĩa là lớp vỏ nhưng ông không phát hiện sự có mặt của nitơ. Cuối cùng cả Bracannot và Odier đều cho rằng cấu trúc của chitin giống cấu trúc của cellulose [9].
Năm 1929 Karrer đun sôi chitin 24h trong dung dịch KOH 5% và đun tiếp 50 phút ở 160oC với kiềm bão hòa và ông đã thu được sản phẩm có phản ứng màu đặc trưng của thuốc thử, chất đó chính là chitosan. Việc nghiên cứu về dạng tồn tại, cấu trúc, tính chất lý hóa của chitosan đã được công bố từ những năm 30 của thế kỷ XX. Chitin là một polysaccharide tự nhiên quan trọng với số lượng lớn đứng thứ hai sau cellulose. Chitin tồn tại trong động vật, một số loại nấm [9].
Trong động vật, chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng của một số động vật không xương sống như: Côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác và giun tròn. Trong động vật bậc cao monomer của chitin là thành phần chủ yếu trong mô da, nó giúp cho sự tái tạo và gắn liền các vết thương ở da. Ngoài ra chitin còn có trong màng tế bào nấm họ Zygemycetes, các sinh khối nấm mốc, một số loại tảo. Trong nấm men Saccharomyces cerevisiae chitin chiếm 5% trọng lượng khô của thành tế bào.
Hầu hết chitin nằm giữa các sẹo chồi, chỉ một phần nhỏ phân bố ở phần khác trên thành tế bào [3]. Trong các loài thủy sản đặc biệt là vỏ tôm, cua, mực hàm lượng chitin khá cao khoảng 3 – 41% so với trọng lượng khô. Vì vậy vỏ của chúng là nguồn nguyên liệu quan trọng để sản xuất chitin [9].1: Hàm lượng chitin trong vỏ một số động vật giáp xác [18] STT Hàm lượng chitin theo trọng Phân loại lượng (%) 1 Đầu tôm 11 2 Vỏ tôm 27 3 Vỏ tôm phế thải hỗn hợp 12 - 18 4 Vỏ tôm hùm 37 5 Càng cua tuyết 24 6 Chân cua tuyết 32 7 Mai mực ống 30 – 35 8 Đỉa biển 34 - 49 Chitosan là một polysaccharide sinh học với các đơn phân N-acetyl glucosamine được deacetyl hóa một phần, hiện diện tự nhiên trong vách một số giống nấm như Mucorales. Tuy nhiên phần lớn chitosan hiện nay được thu nhận và sử dụng lại chủ yếu từ quá trình deacetyl hóa chitin.
Cấu trúc hóa học của chitosan Chitosan thu được từ quá trình deacetyl hóa chitin, thay thế nhóm N- acetyl thành nhóm amin ở vị trí C2. Do quá trình khử acetyl xảy ra không hoàn toàn nên người ta qui ước nếu độ deacetyl hóa (degree of deacetylation) DD > 50% thì gọi là chitosan, nếu DD < 50% gọi là chitin [9]. Chitosan có cấu trúc tuyến tính từ các đơn vị 2-amino-2-deoxy-β-D- glucosamine liên kết với nhau bằng liên kết β-(1-4) glucozit. Công thức cấu tạo của chitin và chitosan: Hình 2.1: Cấu trúc hóa học của Chitin n 5 CH 2O H CH 2O H O O H H H O H O OH H OH H H H H NH 2 H N HCOCH 3 m n Hình 2.2: Cấu trúc hóa học của Chitosan Tên gọi khoa học: Poly(1-4)-2-amino-2-deoxy-β-D-glucose; poly(1-4)- 2-amino-2-deoxy-β-D-glucopyranose.
Công thức phân tử: [C6H11O4N]n Phân tử lượng: Mchitosan = (161,07)n Trong thực tế các mạch chitin - chitosan đan xen nhau, vì vậy tạo ra nhiều sản phẩm đồng thời, việc tách và phân tích chúng rất phức tạp. Tính chất cơ bản của chitosan 2. Tính chất vật lý của chitosan a) Đặc tính bề ngoài - Là một chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy, có thể xay nhỏ theo các kích cỡ khác nhau. - Chitosan có màu trắng hay vàng nhạt, không mùi vị.
b) Mức độ acetyl hóa Quá trình deacetyl bao gồm quá trình loại bỏ acetyl khỏi chuỗi phân tử chitin và hình thành phân tử chitosan với nhóm amin hoạt động hóa học cao. Mức độ deacetyl là một đặc tính quan trọng của quá trình sản xuất chitosan vì nó ảnh hưởng đến tính chất hóa lý và khả năng ứng dụng của chitosan sau này [8]. Mức độ deacetyl hóa của chitin vào khoảng trên 50% thì gọi là chitosan, nhỏ hơn 50% gọi là chitin. Khi ở mức độ acetyl hóa thấp, chitosan có khả năng hút ẩm lớn hơn [20].
c) Trọng lượng phân tử Chitosan là polymer sinh học có khối lượng phân tử cao. Chitosan thương phẩm có khối lượng khoảng 100.000 Dalton, phụ thuộc vào quá trình chế biến và loại sản phẩm. Trọng lượng phân tử khác nhau dẫn đến đặc tính của từng loại chitosan khác nhau, người ta thường phân loại chitosan dựa vào trọng lượng phân tử. Khối lượng chitosan có thể xác định bằng phương pháp sắc kí, phân tán ánh sáng hoặc đo độ nhớt [22].
n 6 d) Độ nhớt Độ nhớt là yếu tố quan trọng để xác định khối lượng phân tử của chitosan [5]. Chitosan phân tử lượng cao thường làm cho dung dịch có độ nhớt cao. Quá trình chế biến ảnh hưởng và quyết định đến độ nhớt của chitosan. e) Tính tan Chitin tan hầu hết trong các dung môi hữu cơ, trong khi đó chitosan tan trong các dung dịch axit, dung dịch đệm có pH dưới 6 [22].
Các axit hữu cơ như axit acetic, axit formic, axit lactic thường để hòa tan chitosan. Ở pH cao, có thể xảy ra hiện tượng kết tủa hoặc đông tụ, nguyên nhân là do hình thành hỗn hợp ply_ion với chất keo anion. Tuy nhiên tính tan của dung dịch còn bị ảnh hưởng bởi mức độ acetyl hóa. f) Tỷ trọng Tỷ trọng của chitin từ tôm và cua thường là 0,06 và 0,17g/ml, điều này cho thấy chitin từ tôm xốp hơn cua.
Như vậy do loài giáp xác hoặc phương pháp chế biến, mức độ acetyl hóa ảnh hưởng lớn đến tỷ trọng của chitosan [18]. g) Khả năng kết hợp với nước (WBC) và khả năng kết hợp với chất béo (FBC) Khả năng kết hợp với nước của chitosan lớn hơn rất nhiều so với cellulose hay chitin. Thông thường, khả năng hấp thụ nước của chitosan khoảng 581 – 1150% (trung bình là 702%) phụ thuộc vào từng sản phẩm. Quá trình sản xuất chitosan có nhiều giai đoạn, thay đổi thứ tự sản xuất cũng ảnh hưởng đáng kể đến khả năng giữ nước và giữ chất béo [18].
Khả năng kết hợp với chất béo của các chế phẩm chitosan trong khoảng 370,2 – 665,4%. Tính chất hóa học Chitosan chứa nhiều nhóm –NH2 nên có thể tan trong dung dịch acid. Khi tan trong dung dịch acid, chitosan tạo gel có thể tráng mỏng thành màng. Ứng dụng tính chất này nên chitosan được dùng để tạo màng không thấm bảo quản rứng, trái cây hay dùng hỗ trợ trong điều trị viêm loét dạ dày, tá tràng (trong môi trường acid của dạ dày, chitosan tạo gel che phủ, bảo vệ niêm mạc) [20].
n 7 Trong phân tử chitin/chitosan có chứa các nhóm –OH, -NHCOCH3 trong các mắt xích N-axetyl-D-glucozamin và nhóm –OH, nhóm –NH2 trong các mắt xích D-glucozamin có nghĩa chúng vừa là ancol vừa là amin, vừa là amit.