Ứng dụng chitosan trong bảo quản thực phẩm

MỤC LỤC Phần I. CHITOSAN VÀ CÁC TÍNH CHẤT. 3 I. CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHITOSAN. 1. Mức độ deacetyl hóa. 6 2. Trọng lượng phân tử 7 3. Độ nhớt 8 4. Tính tan. 8 5. Tỷ trọng 9 6. Khả năng kết hợp với nước và khả năng kết hợp với chất béo 9 7. Khả năng tạo màng. 10 II. TÍNH KHÁNG KHUẨN CỦA CHITOSAN. 12 Phần 2: ỨNG DỤNG CỦA CHITOSAN I. ỨNG DỤNG CỦA CHITOSAN TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 1. Chất làm trong - Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất nước quả. 16 2. Sử dụng trong thực phẩm chức năng. 16 3. Thu hồi protein. 17 4. Phân tách rượu- nước. 17 5. Ứng dụng làm màng bao. 17 II. ỨNG DỤNG TRONG CÁC NGÀNH CÔNG NGHIỆP KHÁC. 1. Trong y dược. 22 2. Trong công nghiệp. 22 3. Trong nông nghiệp. 23 4. Trong công nghệ in ấn. 23 5. Trong công nghệ sinh học. 23 6. Trong công nghệ thực phẩm. 23 Phần 3. SẢN XUẤT CHITOSAN. 1. Nguyên liệu 25 2. Sơ đồ sản xuất 26 2.1. Quá trình khử protein. 27 2.2. Quá trình khử khoáng. 27 2.3. Quá trình khử màu 28 2.4. Quá trình deacetyl. 28 KẾT LUẬN 30 Tài liệu tham khảo. 31 LỜI MỞ ĐẦU Chitosan là polysacharid nhiều 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. Giáp xác là nguồn nguyên liệu thủy sản dồi dào chiếm 1/3 tổng sản lượng nguyên liệu thủy sản ở Việt Nam. Trong công nghiệp chế biến thủy sản xuất khẩu, tỷ lệ cơ cấu các mặt hàng đông lạnh giáp xác chiếm từ 70 - 80% công suất chế biến. Hàng năm các nhà máy chế biến đã thải bỏ một lượng phế liệu giáp xác khá lớn khoảng 70.000 tấn/năm. Việc sản xuất chitosan có nguồi gôc từ vỏ tôm. Mang lại hiệu quả kinh tế cao. 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. Đó là yêu cầu cần thiết . Vậy nên trong báo cáo này chúng tôi đặt ra vấn đề ứng dụng chitosan trong công nghệ thực phẩm, bảo quản rau quả. Phần I. CHITOSAN VÀ CÁC TÍNH CHẤT. 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 trong đó. Cuối cùng cả Odier và Braconnot đều đi đến kết luận chitin có dạng công thức giống với xellulose. Trong động vật, chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng của các 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 nó giúp cho sự tái tạo và gắn liền các vết thương ở da. Trong thực vật chitin có ở thành tế bào nấm họ zygenmyctes, các sinh khối nấm mốc, một số loại tảo... Chitin có cấu trúc thuộc họ polysaccharide, hình thái tự nhiên ở dạng rắn.Do đó, các phương pháp nhận dạng chitin, xác định tính chất, và phương pháp hoá học để biến tính chitin cũng như việc sử dụng và lựa chọn các ứng dụng của chitin gặp nhiều khó khăn.
Quá trình chiết tách chintin Còn 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 polymer 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 học…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 polymer không độc, có khả năng phân hủy sinh học và có tính tương thích về mặt sinh học. Trong nhiều năm qua, các polymer 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 đao 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. *. Cấu trúc của chitosan: Chitosan là polymer sinh học có khối lượng phân tử lớn và rất giống cellulose.
1. Chitin 2. Chitosan 3. Cellulose Như hình vẽ trên, thì sự khác biệt duy nhất giữa chitosan và cellulose là nhóm amin (-NH2) ở vị trí C2 của tritosan thay thế nhóm hydroxyl (-OH) ở cellulose. Chitosan tích điện dương do đó nó có khả năng liên kết hóa học với những chất tích điện âm như chất béo, lipid, cholesterol, protein và các đại phân tử. Chitin và chitosan rất có lợi ích về mặt thương mại cũng như là một nguồn vật chất tự nhiên do tính chất đặc biệt của chúng như tính tương thích về mặt sinh học, khả năng hấp thụ, khả năng tạo màng và giữ các ion kim loại.
Màu của vỏ giáp xác hình thành từ hợp chất của chitin ( dẫn xuất của4-xeton và 4,4’ di xeton-ß-carotene ). Bột chitosan có dạng hơi sệt trong tự nhiên và màu sắc của nó biến đổi từ vàng nhạt đến trắng trong khi tinh bột và cellulose lại có cấu trúc mịn và màu trắng. I. Các tính chất của chitosan. 1. Mức độ deacetyl hóa: Quá trình deacetyl hóa bao gồm quá trình loại nhóm acetyl khỏi chuỗi phân tử chitin và hình thành phân tử chitosan với nhóm amin hoạt động hóa học cao. Mức độ acetyl hóa là một đặc tính quan trọng của quá trình sản xuất chitosan bởi vì nó ảnh hưởng đến tính chất hóa lý và khả năng ứng dụng của chitosan sau này. Mức độ acetyl hóa của chitosan vào khoảng 56%-99% (nhìn chung là 80%) phụ thuộc vào loài giáp xác và phương pháp sử dụng. Chitin có mức độ acetyl hóa khoảng 75% trở lên thường được gọi là chitosan. Có rất nhiều phương pháp để xác định mức độ acetyl hóa của chitosan bao gồm thử ninhydrin, chuẩn độ theo điện thế, quang phổ hồng ngoại, chuẩn độ bằng HI… Phương pháp sử dụng quang phổ hồng ngoại thường được sử dụng để thiết lập các giá trị mức độ acetyl hóa của chitosan. Phương pháp này rất nhanh và không giống những phương pháp quang phổ khác nó không đòi hỏi mẫu phải tinh chế, và không cần hòa tan mẫu vào dung dịch. Tuy nhiên phương pháp này sử dụng đường chuẩn do đó cách xây dựng đường chuẩn có thể ảnh hưởng đến kết quả. Ngoài ra, khi chuẩn bị mẫu, dụng cụ sử dụng và các điều kiện có thể ảnh hưởng đến việc phân tích mẫu. Khi ở mức độ acetyl hóa thấp, chitosan có khả năng hút ẩm lớn hơn khi mức độ này cao do đó trước khi phân tích chitosan cần phải sấy. 2. Trọng lượng phân tử: Chitosan là polymer sinh học có khối lượng phân tử cao. Giống như cấu tạo, khối lượng nguồn nguyên liệu và phương pháp chế biến. Khối lượng chitin thường lớn hơn 1 triệu Dalton trong khi các sản phẩm chitosan thương phẩm có khối lượng khoảng 100,000-1,200,000 Dalton, phụ thuộc quá trình chế biến và loại sản phẩm. Thông thường, nhiệt độ cao, sự có mặt của oxy và sức kéo có thể dẫn đến phân hủy chitosan. Giới hạn nhiệt độ là 280°C, sự phân hủy do nhiệt có thể xẩy ra và mạch polymer nhanh chóng bị phá vỡ, do đó khối lượng phân tử giảm. Nguyên nhân quá trình depolymer là sử dụng nhiệt độ cao và acid đặc như HCl, H2SO4 dẫn đến thay đổi khối lượng phân tử. *. Bảng so sánh sự thay đổi khối lượng phân tử và mức độ decaetyl hóa khi thay đổi thứ tự sản xuất chitosan: Mẫu  Khối lượng phân tử(Dat)  Mức độ deacetyl hóa(%)   DCMPA  10 596.62  73   DMCPA  9 639.34  70   DMPCA  6 984.29  71   DMPAC  674.49  -   Vanson 75  6 531.99  70   Sigma 91  7 194  71   - : không xác định. DCMPA: khử màu, khử khoáng, khử protein, deacetyl. DMCPA: khử khoáng, khử màu, khử protein, deacetyl. DMPCA: khử khoáng, khử protein, khử màu, deacetyl. DMPAC: khử khoáng, khử protein, deacetyl, khử màu. Vanson 75, Sigma 91: hai sản phẩm thương mại. Khối lượng phân tử chitosan có thể xác định bằng phương pháp sắc kí, phân tán ánh sáng hoặc đo độ nhớt. 3. Độ nhớt. Độ nhớt là một nhân tố quan trọng để xác định khối lượng phân tử của chitosan. Chitosan phân tử lượng cao thường làm cho dung dịch có độ nhớt cao, điều này có thể không mong muốn trong đóng gói công nghiệp. Nhưng chitosan có độ nhớt cao thu được từ phế phẩm của các loài giáp xác thì rất thuận tiện cho đóng gói. Một số nhân tố trong quá trình sản xuất như mức độ deacetyl hóa, khối lượng nguyên tử, nồng độ dung dịch, độ mạnh của lực ion, pH và nhiệt độ ảnh hưởng đến sản xuất chitosan và tính chất của nó. Ví dụ, độ nhớt của chitosan tăng khi thời gian khử khoáng tăng. Độ nhớt của chitosan trong dung dịch acid acetic tăng khi pH của dung dịch này giảm, tuy nhiên nó lại giảm khi pH của dung dịch HCl giảm, việc tăng này đưa đến định nghĩa về độ nhớt bên trong của chitosan, đây là một hàm phụ thuộc vào mức độ ion hóa cũng như lực ion. Quá trình loại protein trong dung dịch NaOH 3% và sự khử trong quá trình khử khoáng làm giảm độ nhớt của dung dịch chitosan thành phẩm. Tương tự như vậy, độ nhớt của chitosan bị ảnh hưởng đáng kể bởi các biện pháp xử lý vật lý (nghiền, gia nhiệt, hấp khử trùng, siêu âm) và hóa học (sử lý bằng ozon), trừ quá trình làm lạnh thì nó sẽ giảm khi thời gian và nhiệt độ xử lý tăng. Dung dịch chitosan bảo quản ở 4°C được cho là ổn định nhất. 4. Tính tan. Chitin tan trong hầu hết các dung môi hữu cơ, trong khi đó chitosan tan trong các dung dịch acid pH dưới 6.0 . Các acid hữu cơ như acetic, formic và lactic thường được sử dụng để hòa tan chitosan. Thường sử dụng nhất là dung dịch chitosan 1% tại pH 4.0. Chitosan cũng tan trong dung dịch HCl 1% nhưng không tan trong H2SO4 và H3PO4. Dung dịch acid acetic nồng độ cao tại nhiệt độ cao có thể dẫn đến depolymer hóa chitosan. Ở pH cao, có thể xảy ra hiện tượng kết tủa hoặc đông tụ nguyên nhân là do hình thành hỗn hợp poly_ion với chất keo anion. Tỉ lệ nồng độ giữa chitosan và acid rất quan trọng. Ở nồng độ dung môi hữu cơ cao hơn 50%, chitosan vẫn hoạt động như là một chất gây nhớt giúp cho dung dịch mịn. Có một vài nhân tố ảnh hưởng đến dung dịch chitosan bao gồm nhiệt độ và thời gian quá trình deacetyl hóa, nồng độ các chất kiềm, việc xử lý sơ bộ, kích thước của các phần tử. Tuy nhiên tính tan của dung dịch còn bị ảnh hưởng của mức độ acetyl hóa, mức độ deacetyl hóa trên 85% để đạt được tính tan mong muốn. 5. Tỷ trọng: Tỷ trọng của chitin từ tôm và cua thường là 0.06 và 0.17 g/ml, điều này cho thấy chitin từ tôm xốp hơn từ cua. Chitin từ nhuyễn thể xốp hơn từ cua 2.6 lần. Trong một nghiên cứu về dẫn nhiệt cho thấy tỷ trọng của chitin và tritosan từ giáp xác rất cao (0.39g/cm3). Sự so sánh giữa tỷ trọng của giáp xác và chitin, chitosan thương phẩm cũng chỉ ra một vài sự khác biệt, điều này có thể do loài giáp xác hoặc phương pháp chế biến, ngoài ra, mức độ deacetyl hóa cũng làm tăng tỷ trọng của chúng. 6. Khả năng kết hợp với nước (WBC) và khả năng kết hợp với chất béo (FBC). Sự hấp thụ nước của chitosan lớn hơn rất nhiều so với cellulose hay chitin. Thông thường, khả năng hấp thụ của chitosan khoảng 581-1150% (trung bình là 702%), và sự thay đổi trong thứ tự sản xuất như quá trình khử khoáng và khử protein cũng ảnh hưởng đáng kể đến khả năng giữ nước và giữ chất béo. Sự khử protein sau quá trình khử khoáng sẽ làm khả năng giữ nước tăng. Bên cạnh đó quá trình khử màu cũng là nguyên nhân làm giảm khả năng này của chitosan hơn là chitosan từ giáp xác không khử trắng. *. Khả năng gữ nước, chất béo phụ thuộc thứ tự tiến hành: Mẫu  WBC (%)  FBC(%)     Đậu tương  Ngô  Hướng dương  Oliu   DCMPA  660.6  519.7  539.6  519.8  545.6   DMCPA  673.8  511.8  505.8  533.3  545.7   DMPCA  745.4  533.4  579.1  573.3  574.9   DMPAC  274.2  470.8  464.3  469.1  505.4   Vanson 75  941.5  650.5  634.8  638.2  665.4   Sigma 91  548.7  393.4  413.4  370.2  459.1   Khả năng hấp thụ chất béo của chitin và chitosan trong khoảng 315-170%, chitosan có khả năng thấp hơn rất nhiều chitin. Trong một nghiên cứu chỉ ra rằng khả năng giữ chất béo trung bình của chitosan từ giáp xác và chitosan thương phẩm từ cua lần lượt là 706% và 587%. Bước tẩy trắng trong quá trình sản xuất làm giảm khả năng này cũng như ảng hưởng đến độ nhớt của chitosan. Các bước tiến hành theo thứ tự: khử khoáng , khử protein, deacetyl hóa sẽ làm tăng khả năng này hơn là theo thứ tự khử protein, khử khoáng, deacetyl hóa. 7. Khả năng tạo màng. Chitosan có khả năng tạo màng sử dụng trong bảo quản thực phẩm nhằm hạn chế các tác nhân gây bệnh tâm thần trong các sản phẩm đóng gói trong áp suất thay đổi của thịt, cá tươi hay đã qua chế biến. *. Khi dùng màng chitosan, dễ dàng điều chỉnh độ ẩm, độ thoáng không khí cho thực phẩm. Nếu dùng bao gói bằng PE thì mức cung cấp oxy bị hạn chế, nước sẽ bị ngưng đọng tạo môi trường cho nấm mốc phát triển. *. Màng chitosan cũng khá dai, khó xé rách, có độ bền tương đương với một số chất dẻo vẫn được dùng làm bao gói. *. Màng chitosan làm chậm lại quá trình bị thâm của rau quả. Rau quả sau khi thu hoạch sẽ dần dần bị thâm, làm giảm chất lượng và giá trị. Rau quả bị thâm là do quá trình lên men tạo ra các sản phẩm polyme hóa của oquinon. Nhờ bao gói bằng màng chitosan mà ức chế được hoạt tính oxy hóa của các polyphenol, làm thành phần của anthocyamin, flavonoid và tổng lượng các hợp chất phenol ít biến đổi, giữ cho rau quả tươi lâu hơn. Táo có phủ màng chitosan có thể giữ tươi trong 6 tháng, nó cũng làm chậm quá trình chín chuối hơn 30 ngày, chuối có màu vàng nhạt khác hẳn với màu thâm như bảo quản thông thường. Cách tạo màng bọc chitosan: *.Chitosan được nghiền nhỏ bằng máy để gia tăng bề mặt tiếp xúc.*.Pha dung dịch chitosan 3% trong dung dịch axit axetic 1.5%. *. Sau đó bổ sung chất phụ gia PEG - EG 10% (tỷ lệ 1:1) vào và trộn đều, để yên một lúc để loại bọt khí. *. Sau đó đem hỗn hợp thu được quét đều lên một ống inox đã được nung nóng ở nhiệt độ 64-65°C (ống inox được nâng nhiệt bằng hơi nước). *. Để khô màng trong vòng 35 phút rồi tách màng. *. Lúc này người ta thu được một vỏ bóng có mầu vàng ngà, không mùi vị, đó là lớp màng chitosan có những tính năng mới ưu việt. Ứng dụng của chitosan: *.Trong thực tế người ta đã dùng màng chitosan để đựng và bảo quản các loại rau quả như đào, dưa chuột, đậu, quả kiwi v.v... *. Ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: y học, xử lý nước thải, công nghiệp nhuộm, giấy, mỹ phẩm, thực phẩm... Ưu điểm của màng chitosan: - Phân huỷ sinh học - Vỏ tôm phế liệu là nguồn nguyên liệu tự nhiên rất dồi dào, rẻ tiền, có sẵn quanh năm, nên rất thuận tiện cho việc cung cấp chitin và chitosan. -Tận dụng phế thải trong chế biến thủy sản để bảo quản thực phẩm ở nước ta. Thành công này còn góp phần rất lớn trong việc giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường do các chất thải từ vỏ tôm gây ra. II. Tính kháng khuẩn của chitosan. Gần đây những nghiên cứu về tính kháng khuẩn của chitosan đã chỉ ra rằng chitosan có khả năng ức chế sự phát triển của vi khuẩn. Trong một nghiên cứu khá rộng về tính kháng khuẩn của chitosan từ tôm chống lại E.coli, người ta đã tìm ra rằng nhiệt độ cao và pH acid của thức ăn làm tăng ảnh hưởng của chitosan đến vi khuẩn. Nó cũng chỉ ra cơ chế ức chế vi khuẩn của chitosan là do liên kết giữa chuỗi polymer của chitosan với các ion kim loại trên bề mặt vi khuẩn làm thay đổi tính thấm của màng tế bào. Khi bổ sung chitosan vào môi trường, tế bào vi khuẩn sẽ chuyển từ tích điện âm sang tích điện dương. Quan sát trên kính hiển vi huỳnh quang cho thấy rằng chitosan không trực tiếp hoạt động ức chế vi khuẩn E.coli do mà là do sự kết lại của các tế bào và sự tích điện dương ở màng của vi khuẩn. Chitosan N-carboxybutyl, một polycation tự nhiên, có thể tương tác và hình thành polyelectrolyte với polymer acid tính có trên bề mặt vi khuẩn, do đó làm dính kết một lượng vi khuẩn với nhau. Cũng từ thí nghiệm này người ta thấy rằng có rất nhiều ion kim loại có thể ảnh hưởng đến đặc tính kháng khuẩn của chitosan như K+, Na+,Mg2+ và Ca2+. Nồng độ lớn các ion kim loại có thể khiến mất tính chất này, ngoại trừ ảnh hưởng của Na+ đối với hoạt động kháng Staphylococcus aureus. Người ta cũng thấy rằng chitosan có thể làm yếu đi chức năng bảo vệ của thành tế bào nhiều vi khuẩn. Khi sử dụng chitosan, thì một lượng lớn các ion K+ với ATP bị rò rỉ ở vi khuẩn Staphylococcus aureus và nấm candida albicans. Cả chitosan phân tử lượng 50kDa và 5kDa đều kháng tốt hai loại trên nhưng chitosan phân tử lượng 50kDa làm mất nhiều gấp 2-4 lần ion K+ với ATP chitosan 5kDa. Điều này thể hiện cơ chế kháng khuẩn khác nhau ở chitosan khối lượng phân tử thấp và cao. Hoạt động kháng khuẩn của chitosan phân tử lượng khác nhau đã được nghiên cứu trên 6 loài vi khuẩn. Và cơ chế kháng khuẩn này đã được chứng minh đựa trên việc đo tính thấm của màng tế bào vi khuẩn và quan sát sự nguyên vẹn của tế bào. Kết quả chỉ ra rằng khả năng này giảm khi khối lượng nguyên tử tăng. Và nó tăng cao ở nồng pH thấp, giảm rõ rệt khi có mặt ion Ca2+, Mg2+ . Nồng độ ức chế thấp nhất khoảng 0.03-0.25%, thay đổi tùy từng loài vi khuẩn và khối kượng phân tử của chitosan. Chitosan cũng là nguyên nhân làm thoát các chất trong tế bào và phá hủy thành tế bào. Tính kháng khuẩn này phụ thuộc vào khối lượng phân tử và loại vi khuẩn. Đối với vi khuẩn Gram dương, chitosan 470 KDalton có ảnh hưởng đến hầu hết các loài trừ lactobacillus sp. , trong khi với vi khuẩn Gram âm chitosan có khối lượng 1106 KDalton mới có ảnh hưởng. Nhìn chung, chitosan ở nồng độ 0.1% có ảnh hưởng mạnh hơn đến vi khuân Gram dương như Listeria monocytogenes, Bacillus megaterium, B.cereus, Staphylococcus aureus, lactobacillus plantarum, L. brevis và L. bulgaris hơn là vi khuẩn Gram âm như E. coli, Psedomonas fluorescens, Salmonella typmurium và Vibrio parahaemolyticus. Nghiên cứu trên vật thí nghiệm cho thấy chitin và chitosan có hoạt động ức chế vi khuẩn và nấm. Một trong các đồng phân của chitosan là N-carboxybutyl chitosan có tác dụng kìm hãm và tiêu diệt 298 loài vi sinh vật gây bệnh. Khi có chitosan và chitin trên bề mặt các tác nhân gây bệnh ở thực vật, chúng ức chế sự phát triển của những loài này. ở nồng độ 0.1% và pH 5.6 chúng kháng các loại nấm: Fusarium, Alternaria, Rhizopus… Và hoạt động kháng này sẽ giảm ở những vi sinh vật mà trên thành tế bào có chứa chitin, chitosan hoặc chitin-ß-glucan. Ngược lại, sự ức chế và làm ngưng hoạt động của nấm men, nấm mốc lại phụ thuộc vào nồng độ chitosan, pH, và nhiệt độ. Hoạt động ức chế vi khuẩn của chitosan chịu ảnh hưởng của các nhân tố bên trong cũng như bên ngoài ví dụ loại chitosan, mức độ polymer hóa, đặc điểm dinh dưỡng của vật chủ, các chất hóa học thành phần dinh dưỡng và các điều kiện của môi trường như hoạt độ của nước… *. Chitosan và khả năng ức chế các vi sinh vật. VSV  Chitosan  VSV  Chitosan   Escherichia coli  100ppm  Vibrio sp.  100 ppm   Staphylococcus sp.  50 ppm  Salmonella sp.  2000 ppm   Bacillus sp.  50 ppm  Saccharomyces sp.  100 ppm   Pseudomonas sp.  100 ppm    Chitosan đã được cho phép làm chất phụ gia thực phẩm ở Nhật và Hàn Quốc lần lượt từ năm 1983 và 1995. Chính hoạt động ức chế vi khuẩn cao của chitosan ở pH thấp nên khi thêm chitosan vào những thực phẩm có tính acid thì nó có chức năng tăng cường hoạt động kháng khuẩn như là một chất bảo quản tự nhiên. Ở pH 5.5, với nồng độ 0.5-1% chitosan có tác dụng ức chế đến các loài S. aureus, E. coli, Yersinia enterocolitica, Listeria monocytogenes. Ở pH 6.5 chỉ có S. aureus bị ức chế ở nồng độ đó trong khi các loài khác vẫn phát triển ở nồng độ 2.5% (nồng độ cao nhất đã được nghiên cứu). Chitosan phân tử nhỏ có tính kháng các tác nhân gây bệnh trên thực vật mạnh hơn rất nhiều các chất phân tử lớn. *. Bảng so sánh chitosan với các chất ức chế khác. Chất bảo quản  Nồng độ nhỏ nhất    E. coli  S. aureus  Psedomonas spp.  Bacillus spp.   Chitosan  0.0075-0.02 pH 5.6  0.0075-0.05 pH 5.6  0.01-0.1 pH 5.6  0.005-0.02 pH 5.6   Nitrite  0.4 (có O2) 0.2 (k O2)  0.04 pH 5.8     SO2  0.01-0.02  0.008 pH 5.5  0.005  0.005   Acid acetic   0.008   0.04 pH 4.9   Acid propionic  0.1 pH 6.6  0.03 pH 5.0     Acid sorbic  5-12.10-3 pH 5.2-5.6   0.01 pH 6.0  0.005-0.1 pH 5.5-6.3   Acid benzoic  0.0012-0.01 pH 5.5-7.0   0.02-0.048 pH 6.0  0.05 pH 6.3   Ngoài ra các hợp chất chitosan lactate và chitosan hydroglutamate cũng được sử dụng như là tác nhân ức chế E.coli, S. aureus và Saccharomyces cerevisiae. Nồng độ chitosan lactate trong nước cất có ảnh hưởng mạnh nhất đến E. coli. Chưa đến 1h, số lượng vi khuẩn này giảm khoảng 10^4, còn S. aureus giảm đến 10^6. Đối với nấm men, chúng hoàn toàn ngừng hoạt động ở nồng độ 1mg/ml chitosan lactate sau chưa đến 17phút. Phần 2: ỨNG DỤNG CỦA CHITOSAN I. ỨNG DỤNG CỦA CHITOSAN TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 1. Chất làm trong - Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất nước quả. Trong sản xuất nước quả, việc làm trong là yêu cầu bắt buộc . Thực tế hiện nay đang sử dụng các chất làm trong như : genatin, bentonite, kali caseinat, tannin, polyvinyl pirovinyl..Chitosan là tác nhân tốt loại bỏ đi đục , giúp điều chỉnh acid trong nước quả . Đối với dịch quả táo, nho ,chanh, cam không cẩn qua xử lý pectin, sử dụng chitosan để làm trong. .Đặc biệt nước táo, độ đục có thể giảm tối thiểu chỉ ở mức xử lý với 0.8 kg/ m3 mà không hề gây ảnh hưởng xấu tới chỉ tiêu chất lượng của nó . Nghiên cứu đã chỉ ra rằng chitosan có ái lực lớn đối với hợp chất pholyphenol chẳng hạn : catechin, proanthocianydin, acid cinamic, dẫn xuất của chúng; Những chất mà có thể biến màu nước quả bằng phản ứng oxy hóa. 2. Sử dụng trong thực phẩm chức năng. Chitosan có khả năng làm giảm hàm lượng cholesterol trong máu. Nếu sử dụng thực phẩm chức năng có bổ sung 4% chitosan thì lượng cholesterol trong máu giảm đi đáng kể chỉ sau 2 tuần . Ngoài ra chitosan còn xem là chất chống đông tụ máu. Nguyên nhân việc giảm cholesterol trong huyết và chống đông tụ máu được biết là không cho tạo các mixen . Điều chú ý là , ở pH = 6- 6.5 chitosan bắt đầu bị kết tủa , toàn bộ chuỗi polysacchrite bị kết lắng và giữ lại toàn bộ lượng mixen trong đó. Chính nhờ đặc điểm quan trọng này chitosan ứng dụng trong sản phẩm thực phẩm chức năng. 3. Thu hồi protein. Whey coi là chất thải của trong công nghiệp sản xuất format , nó có chứa lượng lớn lactose và protein ở dạng hòa tan. Nếu thải trực tiếp ra ngoài nó gây ô nhiễm môi trường , còn nếu xử lý nước thải thì tốn kém trong vận hành hệ thống mà hiệu quả kinh tế không cao.Việc thu hồi protein trong whey được xem là biện pháp làm tăng hiệu quả kinh tế của sx format. Whey protein khi thu hồi được bổ xung vào đồ uống, thịt băm, và các loại thực phẩm khác. Đã đưa ra nhiều phương pháp khác nhau nhằm thu hồi hạt protein này và chitosan được coi mang lại nhiều hiệu suất tách cao nhất. Tỷ lệ chitosan để kết bông các hạt lơ lửng là 2,15% ( 30mg / lit ); độ đục thấp nhất ở pH 6.0. Nghiên cứu về protein thu được bằng phương pháp này : Không hề có sự khác biệt về giá trị giữa protein có chứa chitosan và protein thu được bằng đông tụ casein hoặc whey protein. Ngoài thu hồi protein từ whey, người ta sử dụng chitosan trong thu hồi các axit- amin trong nước của sản xuất đồ hộp , thịt, cá… 4. Phân tách rượu- nước. Chitosan đã được xử lý đặc biệt để tạo ra dạng màng rỗng. Với việc điều chỉnh tốc độ thẩm thấu ( lượng chất lỏng đi qua màng khoảng 1 m 2 / 1h ). Màng này được sử dụng trong hệ thống phản ứng đòi hỏi không dùng nhiệt độ không quá cao. Việc phân tách này chỉ loại đi nước, kết quả là , hàm lượng ethanol có thể nên đến 80 %. 5. Ứng dụng làm màng bao ( bảo quản hoa quả ). Lớp màng không độc bao quanh bên ngoài bao toàn bộ khu cư trú từ bề mặt khối nguyên liệu nhằm, hạn chế sự phát triển vi sinh vật bề mặt- Một nguyên nhân chính gây thối hỏng thực phẩm.
Chuối mau bị mốc khi bảo quản bằng cách thông thường. Chuối rất dễ bị mất độ tươi, độ ngọt tự nhiên và thối rữa sau vài ngày được mua về từ các cửa hàng rau quả do loại vi khuẩn và nấm “chuyên” gây thối rữa thực phẩm nói chung, trái cây nói riêng như nấm mốc aspergillus niger, vi khuẩn gram âm - pseudomonas aeruginosa và vi khuẩn gram dương - staphylococcus aureus.
Chuối tươi lâu nhờ sử dụng chế phẩm sinh học chitosan để bảo quản N- O carboxymethy (NOCC) được xử lý đặc biệt từ phản ứng của chitosan và monochloroacetic acid trong điều kiện kiềm, NOCC bị hòa tan trong dung dịch ở pH >6 hoặc pH <2. Màng NOCC dẻo có thể tạo thành ngay trong dung dịch nước dó. Lớp màng này có tính thấm chọn lọc các khí như oxy, cacbon dioxide mà còn có khả năng phân tách hỗn hợp khí như : ethylene, ethane, acetylence. Nghiên cứu về tính độc tố của NOCC cho thấy ở nồng độ 50. 000 ppm có thể gây chết chuột trong 14 ngày . Tương tự như vậy, các nghiên cứu ở thỏ cũng chỉ ra rằng : con đường chính để loại đi các polymer trong máu là thông qua con đường nước tiểu . Tuy nhiên không có dẫn chứng đáng chú ý hơn được nhắc tới nữa. Quả táo được nhúng hoặc phun bởi màng NOCC có thể giữ độ tươi hơn 6 tháng và độ acid trong khoảng 250 ngày nếu ở điều kiện bảo quản lạnh. Màng này mang lại cho quả độ bóng sáng nhưng trong và không nhớt khi cầm. Chúng dễ dàng loại đi bằng rửa với nước , NOCC cũng có hiệu quả đối với bảo quản các loại trái cây khác như lê, đào, mận. Lê được xử lý với NOCC tỷ lệ bị mắc hỏng thịt cùi và thối ít hơn sao với lê ở không khí có tỷ lệ oxygen là 1-2% . Viện bảo vệ và chăm sóc sức khỏe Canada đã chứng minh rằng việc sử dụng NOCC trên quả , khi sử dụng không cần phải rửa và lột vỏ trước khi ăn. Bởi vì NOCC vẫn chứa lượng amin tự do , nó có thể có nhiều ở tính chất chitosan và ứng dụng trong chữa lành vết thương đang lên da non, giảm hàm lượng cholesterol trong máu.
  Bưởi sau 2 tháng được bảo quản bằng màng chitosan Thêm vào đó đã có báo cáo về ảnh hưởng của màng chitosan đến bảo quản và chất lượng của dâu tây tươi. Dung dịch của 1- 1.5 % (W/v) tạo ra màng mỏng trong suốt phủ lên quả có hiệu quả trong ngăn chặn thối 78-81 % cho loại dâu tấy ghép sau 29 ngày ở 130C. Màng chitosan cũng có lợi ích lớn với việc làm cứng thịt quả, ổn định axit, làm chậm phản ứng tổng hợp anthocyanin trong dâu tây khi để ở 4 0C. Sau 31 ngày thịt quả cứng hơn, độ acid ổn định hơn so với việc sử dụng thuốc diệt nấm. Ngoài ra nó còn làm giảm tỷ lệ “nâu hóa “. Điều này được chỉ ra bởi nó làm giảm lượng anthocyanin chứa trong quả. Nấm là thủ phạm chính dễ gây thối quả nhất trong khi đó ; Ưu điểm của chitosan nó có thể kháng nấm . Thêm vào đó , màng chitosan gần giống như môi trường bên ngoài mà không gây ra nguyên nhân hô hấp kị khí, nó có thể hấp thu chon lọc tới oxy nhiều hơn là carbonic. Một nghiên cứu khác trên tỏi và hạt tiêu chỉ ra rằng màng chitosan rõ ràng đã làm giảm tổn thất hạt ở 13-20 0C ( RH 85%), bằng việc nhúng dung dịch nồng độ 1.5%. Mức độ hô hấp , mất màu , héo, ảnh hưởng nấm giảm đi đáng kể. Có các kiểm tra trên hạt tiêu xanh, khoai tây, carrot, củ cải , hành tây. Trong những sản phẩm đó chỉ có khoai tây và hạt tiêu xanh có phản ứng lại với màng. Không làm giảm sự mất hạt, làm chậm lại sự lão hóa đồng thời ngăng chặn thối cũng đã tìm thấy ở carrot, củ cải, măng tây được phủ màng. Chất màng này cũng có thể gây hại đến các loại quả bằng cách làm tăng khả năng thối hỏng. Việc sử dụng 2%(w/v) màng chitosan cho hạt tiêu xanh làm giảm việc thối, giảm nâu, tăng CO2 và làm giảm O2 bên trong màng. Trong khi đó nó cũng không có hiêu quả với quả với quả, củ có hơi nước bị mất thông qua các sẹo trên củ như khoai tây. Tuy vậy lớp màng này giảm tỷ lệ nâu hóa trong hơn 12 ngày của quá trình bảo quản. Ngoài việc sử dụng một mình màng chitosan, hiện nay ở Việt Nam có sự kết hợp giữa bảo quản bởi màng chitosan và PE. Qui trình bảo quản trái quýt đường với thời gian tồn trữ đến 8 tuần. Đó là bảo quản trái bằng cách bao màng Chitosan ở nồng độ 0,25% kết hợp với bao Polyethylene (PE) đục 5 lỗ với đường kính mỗi lỗ 1 mm và ghép mí lại bằng máy ép. Sau đó, bảo quản ở nhiệt độ 120C. Với phương pháp này, phẩm chất bên trong trái như: hàm lượng đường, hàm lượng vitamin C... luôn ổn định, tỷ lệ hao hụt trọng lượng thấp, màu sắc vỏ trái đồng đều và đẹp. II. ỨNG DỤNG TRONG CÁC NGÀNH CÔNG NGHIỆP KHÁC. 1. Trong y dược. Từ Chitosan vỏ cua, vỏ tôm có thể sản xuất Glucosamin, một dược chất quý dùng để chữa khớp đang phải nhập khẩu ở nước ta.
Chỉ phẫu thuật tự hoại. Chito-olygosaccarit. Da nhân tạo. Kem chống khô da. Kem dưỡng da ngăn chặn tia cực tím phá hoại da. Dùng làm thuốc chữa bệnh viêm loét dạ dày – tá tràng. Dùng bào chế dược phẩm. Thuốc giảm béo. 2. Trong công nghiệp. Vải col dùng cho may mặc. Vải chịu nhiệt, chống thấm. Vải Chitosan dùng cho may quần áo diệt khuẩn trong y tế. Làm tăng độ bền của giấy Dùng làm thấu kính tiếp xúc Góp phần tăng tính bền của hoa vải. Sử dụng trong sản xuất sơn chống mốc và chống thấm. 3. Trong nông nghiệp. Bảo quản quả, hạt giống mang lại hiệu quả cao. Dùng như một thành chính trong thuốc trừ nấm bệnh (đạo ôn, khô vằn….). Dùng làm thuốc kích thích sinh trưởng cây trồng cho lúa, cây công nghiệp, cây ăn quả, cây cảnh….. Trong phim ảnh Phim Chitosan có độ nét cao. Không tan trong nước. Tan trong acid loãng như acid acetic 4. Trong công nghệ in ấn Dùng làm mực in cao cấp trong công nghệ in. Tăng cường độ bám dính của mực in. Trong công nghệ môi trường Xử lý nước thải công nghiệp rất hiệu quả. Xử lý nước thải trong công nghiệp nhuộm vải. Xử lý nước trong công nghiệp nuôi tôm, cá. 5. Trong công nghệ sinh học Chất mang cố định enzyme và cố định tế bào. 6. Trong công nghệ thực phẩm Sản xuất ra màng mỏng để bao gói thực phẩm. Thay thế cho PE. Màng Chitosan dễ phân hủy trong môi trường tự nhiên. Phần 3. SẢN XUẤT CHITOSAN. 1. Nguyên liệu: Chitosan sản xuất từ deacetyl hóa chitin. Trong khi đó, các loài giáp xác lại là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin trong công nghiệp. Hàng năm, chitin được tổng hợp từ nước và hệ sinh thái biển chiếm lần lượt khoảng 600 và 1600 triệu tấn. NGuồn cung cấp tốt nhất là các loài giáp xác (như tôm, cua, tôm hùm và các loài nhuyễn thể), con hàu, mực với sản lượng hàng năm là 29.9 , 1.4 và 0.7 triệu tấn. tùy thuộc vào giống, điều kiện dinh dưỡng, mùa vụ đánh bắt mà thành phần chitin trong vỏ các loài giáp xác thay đổi từ 13-42%. Ngoài ra trong nguyên liệu sản xuất chitin còn chứa protein (30-40%), muối khoáng (30-50%), carotenoid (với hàm lượng rất nhỏ). Người ta sử dụng hầu hết là phụ phẩm của quá trình đánh bắt, chế biến hải sản để sản xuất chitin và chitosan,điều này không những có lợi về mặt kinh tế mà còn có lợi về môi trường. Ngoài ra, trong hệ sợi của một số vi nấm cũng tìm thấy chitin và chitosan như: Allomyces, Asperillus, Penicillium, Mucor, Rhiropus, Phytomyces… thành tế bào của hệ sợi những loài này người ta tìm thấy có chitosan và các polysaccharide khác. Mặc dù hiện tại, trong hiện tại thì nguồn này chưa được sử dụng nhưng trong tương lai chắc chắn nó sẽ rất có lợi vì các loài nẫm này phát triển rất nhanh, phù hợp với sản xuất công nghiệp, và ngoài chitosan ra trong tế bào của chúng còn chứa các enzyme, khoáng chất, chất kháng sinh, hormone khác. 2. Sơ đồ sản xuất:
 2.1. Quá trình khử protein. Chitin trong tự nhiên thường liên kết với protein. Một vài protein có thể chiết ra theo phương pháp tự nhiên, nhưng phần khác không thể chiết ra bởi liên kết đồng hóa trị với chitin. Xét về cấu trúc hóa học thì protein liên kết với chitin thông qua liên kết đồng hóa trị với aspartyl và histidyl để hình thành một cấu trúc ổn định giống như glycoprotein. Vỏ giáp xác thường được nghiền và xử lý bằng dung dịch NaOH 1-10% ở nhiệt độ cao 65-100°C để hòa tan protein. Thời gian tiến hành phản ứng thường từ 0.5 -12h tùy từng phương pháp sử dụng. Xử lý bằng kiềm kéo dài trong điều kiện nghiêm ngặt để tiến hành quá trình khử protein và deacetyl. Để duy trì sự đồng đều trong suốt quá trình phản ứng thì tỉ lệ khối lượng vỏ với dung dịch KOH thường 1:10 hoặc 1:15-20 vì tỉ lệ nhỏ nhất có thể dùng là 1:4(w/v). Điều kiện tối ưu của quá trình khử protein là sử dụng dung dịch NaOH 3.5% trong 2h ở 65°C, trong điều kiện luôn khuấy và tỉ lệ rắn lỏng là 1:10(w/v). Trong suốt quá trình này, sự tạo thành bọt xảy ra liên tục, nhưng không nhanh và mạnh như trong quá trình khử khoáng. 2.2. Quá trình khử khoáng. Sự khử khoáng thường được tiến hành bằng dung dịch acid HCl (trên 10%) ở nhiệt độ phòng để hòa tan CaCO3 thành CaCl2. có thể dùng HCl nông độ cao hoặc acid formic 90% để khử khoáng. Với các điều kiện tối ưu của quá trình này là HCl 1N, tỉ lệ rắn: lỏng = 1:15(w/v), trong 30’ khuấy liên tục. Thường thì nồng độ chất tro sau khử khoáng đánh giá hiệu quả của quá trình thường là 31-36%. Trong suốt quá trình khử khoáng có hiện tượng không mong muốn là hình thành bọt khí rất mạnh do phản ứng: CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2↑ + H2O Để điều khiển và làm giảm bọt có thể bổ sung chất phá bọt silicon polymer 10% mà không dùng chất tạp huyền phù. 2.3. Quá trình khử màu: Có thể dùng acid hoặc kiềm để khử màu chitin. Chitin thương phẩm cần phải khủ màu hoặc tẩy trắng thành dạng bột trắng. Chất màu trong vỏ giáp xác hình thành phức với chitin. Những nghiên cứu cho rằng đồng phân 4-ceton, 4,4’ dicetone-ß-carotene liên kết chặt chẽ với chitin ở ngoài vỏ của cua. Và mức độ liên kết này thay đổi giữa các loài. Trong quá tình khử màu cần chú ý là những chất hóa học không được làm ảnh hưởng đến tính chất vật lý, hóa học của chitin và chitosan. 2.4. Quá trình deacetyl. Deacetyl là quá trình chuyển chitin thành chitosan bằng cách khử nhóm acetyl. Thường được tiến hành bằng xử lý KOH hoặc NaOH 40-50% ở 100°C hoặc cao hơn trong 30’ hoặc lâu hơn nữa để khử 1 phần hoặc hoàn toàn nhóm acetyl khỏi polymer đó. Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng chitosan thành phẩm do đó phải đảm bảo điều kiện phù hợp nhất. những điều kiện ảnh hưởng đến quá trình deacetyl: Nhiệt độ: Nhiệt độ cao sẽ làm tăng mức độ deacetyl hóa nhưng lại làm giảm kích thước phân tử. b. Thời gian và nồng độ kiềm: quá trình deacetyl sẽ diễn ra nhanh hơn trong 1 giờ đầu ở dung dịch NaOH 50% tại 100°C. Tuy nhiên sau đó quá trình phản ứng sẽ từ từ lên đến 78% trong 5h. Do đó, xử lý bằng kiềm hơn 2h sẽ không deacetyl hóa chitin một cách đáng kể, mà còn làm phá hủy chuỗi phân tử. khi nghiên cứu NaOH ở nồng độ 35, 40, 50% thì nồng độ kiềm giảm thì vận tốc giảm độ nhớt cũng như khối lượng phân tử chậm lại. Chitosan được deacetyl hóa trong 5’ ở NaOH 50% tại 145-150°C có độ nhớt, phân tử lượng cao hơn chitosan deacetyl hóa trogn 15’. Ảnh hưởng của các điều kiện trong quá trình sản xuất chitin: chúng làm ảnh hưởng đến độ nhớt của chitosan thành phẩm. Khi sử dụng HCl với nồng độ trên 1.25N trong khử khoáng, NaOH 3% để khử protein, việc tẩy trắng đều có tác động có bất lợi đến độ nhớt của sản phẩm, làm tăng thời gian chế biến. Không khí: khi có mặt oxy trong quá trình này thì chitosan dễ bị phân hủy. Mặt khác nếu tiến hành trong môi trường chứa Nitơ thì sản lượng cũng như độ nhớt, phân tử lượng của chitosan đều tăng hơn so với trong không khí. Tỉ lệ Chitin và kiềm: tỉ lệ này đóng một vai trò lớn để xác định tính chất của chitosan trên cơ sở xác định độ nhớt của dung dịch, tit lệ này thường 1:10 đến 1:100. Kích thước phân tử: nếu kích thước tăng thì độ nhớt và kích thước phân tử lớn hơn là kích thước nhỏ. KẾT LUẬN Việc sản xuất được chitin và chitosan đã trở nên phức tạp trong suốt những năm qua, để đạt được độ tinh khiết mong muốn cũng như thỏa mãn nhứng yêu cầu khác nhau trong nông nghiệp, dược phẩm, mỹ phẩm và một vài ngành khác. Tuy nhiên việc sản xuất này vẫn cần được cải tiến như sử dụng phương pháp enzyme rất khả thi và có nhiều lợi ích khác. Cũng cần phải duy trì một sản phẩm bị giảm giá trị ít nhất và làm thuận tiện hơn trong quá trình thu hồi protein trong chất thải. Chitosan, sản phẩm quan trọng nhất thu được từ chitin, có vai trò cũng như tiềm năng nhất trong công nghiệp thực phẩm. Bên cạnh việc sử dụng chúng như là tác nhân tạo bông, thực phẩm chức năng, chitosan còn có tính chất vô cùng đáng chú ý đó là tác nhân kháng khuẩn có ảnh hưởng lớn đến một phổ rộng các vi sinh vật, như đã đề cập ở trên. Sự phát triển của các vi sinh vật ở vỏ tôm đã giảm đáng kể khi có có mặt của màng bao chitosan. TÀI LIỆU THAM KHẢO http:/www.chemvn.net. http:/www.hoahocvietnam.com. .www.bestchitosan.com . Sun-OK Femandez-Kim B.S; Physicochemical and functional properties pf cramfisj chitosan as affected by different processing protocols; Seoul National University, 1991. Nelllie Gagne; Production of chitin and chitosan from crustacean waste and their use as a food processing aid; McGill University, Montreal, 1993.