Tài liệu Nghiên cứu tạo phức chất chitosan nano bạc kháng vi sinh vật gây hư hỏng quả sau thu hoạch

.. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM NGUYỄN ĐÌNH HUY NGHIÊN CỨU TẠO PHỨC CHẤT CHITOSAN - NANO BẠC KHÁNG VI SINH VẬT GÂY HƯ HỎNG QUẢ SAU THU HOẠCH LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC THÁI NGUYÊN, NĂM 2018 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM NGUYỄN ĐÌNH HUY NGHIÊN CỨU TẠO PHỨC CHẤT CHITOSAN - NANO BẠC KHÁNG VI SINH VẬT GÂY HƯ HỎNG QUẢ SAU THU HOẠCH Ngành: Công nghệ sinh học Mã số ngành: 8.42.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN VĂN DUY THÁI NGUYÊN, NĂM 2018 i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp, em đã nhận được sự giúp đỡ về nhiều mặt của các cấp lãnh đạo, các tập thể và các cá nhân. Trước tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến T.S Nguyễn Văn Duy đã luôn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này. Em xin bày tỏ lời cảm ơn đến Th.S Lương Hùng Tiến cùng các cán bộ, giảng viên khoa công nghệ sinh học, công nghệ thực phẩm Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đề tài nghiên cứu này. Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới gia đình, người thân và bạn bè đã động viên, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày tháng năm 2018 Học Viên Nguyễn Đình Huy ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i MỤC LỤC ......................................................................................................... ii DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT ........................................................ v DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................... vi DANH MỤC CÁC HÌNH .............................................................................. viii CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU ................................................................................... 1 1.1 Đặt vấn đề.................................................................................................... 1 1.2 Mục đích và yêu cầu ................................................................................... 2 1.3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn....................................................... 2 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................ 3 2.1. Tổng quan về Chitosan............................................................................... 3 2.1.1 Nguồn gốc của Chitin và chitosan ........................................................... 3 2.1.2. Cấu trúc hóa học của chitosan................................................................. 4 2.1.3. Đặc tính kháng vi sinh vật của chitosan.................................................. 5 2.1.4. Ứng dụng của chitosan ............................................................................ 6 2.2. Tổng quan về nano bạc ............................................................................ 10 2.2.1. Giới thiệu về công nghệ nano ............................................................... 10 2.2.2. Giới thiệu về bạc kim loại ..................................................................... 11 2.2.3. Tổng quan về hạt nano bạc ................................................................... 12 2.2.4 Đặc tính và khả năng ức chế vi sinh vật của nano bạc .......................... 15 2.2.5. Ứng dụng của nano bạc trong đời sống ................................................ 18 2.3 Một số vi sinh vật thường gây hư hỏng sản phẩm rau quả ....................... 19 2.3.1. Vi khuẩn Bacillus cereus....................................................................... 19 2.3.2. Đặc điểm của nấm men gây hại (nấm men Pichia) .............................. 21 2.3.3. Đặc điểm của nấm mốc gây hại (nấm mốc penicillium) ...................... 23 2.4 Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước ...................................... 24 2.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ........................................................ 24 2.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước.......................................................... 25 iii CHƯƠNG 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......... 27 3.1 Đối tượng, phạm vi và vật liệu nghiên cứu ............................................... 27 3.1.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................ 27 3.1.2 Phạm vi nghiên cứu ................................................................................ 27 3.1.3 Vật liệu nghiên cứu ................................................................................ 27 3.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu ............................................................. 29 3.3 Nội dung nghiên cứu ................................................................................. 29 3.4 Phương pháp nghiên cứu........................................................................... 30 3.4.1. Thí nghiệm 1: Xác định hoạt tính kháng một số vi sinh vật gây hư hỏng quả của chitosan. .................................................................................... 30 3.4.1.1 Đánh giá khả năng kháng vi khuẩn Bacillus cereus của Chitosan ..... 30 3.4.1.2 Đánh giá khả năng kháng nấm mốc penicillium của chitosan............ 31 3.4.2. Thí nghiệm 2: Đánh giá khả năng kháng một số vi sinh vật gây hư hỏng quả của nano bạc .................................................................................... 33 3.4.3 Thí nghiệm 3: Đánh giá khả năng ức chế của phức hợp chitosan nano bạc đối với một số vi sinh vật gây hư hỏng quả..................................... 36 3.4.4 Thí nghiệm 4: Đánh giá thử nghiệm phức chất chitosan - nano bạc trong bảo quản một số loại quả (vải thiều, bưởi…) ........................................ 38 3.4.5. Phương pháp theo dõi ........................................................................... 41 3.5.6. Phương pháp xử lý số liệu..................................................................... 43 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................... 44 4.1. Kết quả nghiên cứu khả năng kháng vi sinh vật của Chitosan, nanno bạc...... 44 4.1.1. Kết quả nghiên cứu khả năng kháng vi sinh vật của Chitosan ............. 44 4.1.2. Kết quả nghiên cứu khả năng kháng vi sinh vật của Nano bạc ............ 48 4.2. Kết quả nghiên cứu khả năng ức chế của phức chất Chitosan-Nano bạc đối với một số vi sinh vật gây hư hỏng quả.............................................. 53 4.2.1. Xác định khả năng ức chế vi khuẩn Bacillus cereus của phức chất chitosan-nano bạc ............................................................................................ 53 iv 4.2.2. Xác định khả năng ức chế nấm men Pichia của phức chất chitosannano bạc........................................................................................................... 54 4.2.3. Xác định khả năng kháng nấm mốc Penicillium digitatum của phức chất chitosan/nano bạc ........................................................................... 56 4.3. Kết quả đánh giá thử nghiệm phức chất chitosan - nano bạc trong bảo quản vải thiều ........................................................................................... 58 4.3.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các chế độ tiền xử lý tới vải sau 4 ngày bảo quản ........................................................................................ 58 4.3.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm (chitosan và nano bạc) tới quá trình bảo quản vải ............................................................... 60 4.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới thời gian bảo quản vải. .......... 62 4.4. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm (chitosan và nano bạc) tới quá trình bảo quản bưởi ............................................................ 63 4.4.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các chế độ tiền xử lý tới quá trình bảo quản bưởi ......................................................................................... 63 4.4.2. Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm tới hàm lượng chất khô tổng số trong quá trình bảo quản bưởi ......................................................................... 67 4.4.3 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm tới hàm lượng axit hữu cơ tổng số trong quá trình bảo quản bưởi .................................................................... 67 4.4.4 Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm chitosan và nano bạc tới sự biến đổi về màu sắc của vỏ quả bưởi trong quá trình bảo quản.............................. 68 4.4.5 Kết quả nghiên cứu theo dõi ảnh hưởng của chế phẩm chitosan và nano bạc tới bảo quản các giống bưởi khác nhau ........................................... 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 74 v DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT VSV : Vi sinh vật CT : Công thức CĐ : Chế độ ĐC : Đối chứng vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Hàm lượng chitin có trong một số động vật giáp xác ................ 4 Bảng 2.2: Số nguyên tử bạc trong một đơn vị thể tích .............................. 11 Bảng 2.3: Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano bạc. ............. 15 Bảng 3.1. Các thiết bị, dụng cụ chính sử dụng trong nghiên cứu.............. 28 Bảng 3.2: Nồng độ dung dịch nano bạc pha loãng .................................... 33 Bảng 3.3: Phương pháp phối hợp chitosan/nano bạc................................. 37 Bảng 4.1: Hiệu quả kháng vi khuẩn của các nồng độ chitosan ................. 44 Bảng 4.2. Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đến khả sự sinh trưởng của một số loại nấm men gây hư hỏng quả ............................... 46 Bảng 4.3. Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đến hoạt tính kháng nấm mốc Penicillium digitatum. ....................................................... 47 Bảng 4.4: Kết quả kháng Bacillus cereus của các nồng độ nano bạc ....... 49 Bảng 4.6: Ảnh hưởng của nồng độ nano bạc đến khả năng kháng nấm men .................................................................................... 50 Bảng 4.7. Ảnh hưởng của nồng độ nano bạc đến hoạt tính kháng nấm mốc Penicillium digitatum. ....................................................... 51 Bảng 4.8: Hiệu quả kháng vi khuẩn B.cereus của chế phẩm chitosan nano bạc ..................................................................................... 53 Bảng 4.9: Kết quả kháng nấm men Pichia của phức chất chitosan và nano bạc ..................................................................................... 54 Bảng 4.10. Ảnh hưởng của chế phẩm phối hợp Chitosan - Nano bạc ở các tỉ lệ phối trộn khác nhau đến hoạt tính kháng nấm mốc Penicillium digitatum. ............................................................... 56 Bảng 4.11: Sự biến đổi các thành phần của vải ở các chế độ tiền xử lý khác nhau ................................................................................... 58 vii Bảng 4.12: Sự biến đổi các thành phần của vải ở các nồng độ chế phẩm (chitosan và nano bạc) khác nhau.............................................. 60 Bảng 4.13. Sự thay đổi chỉ số L, a, b của các nồng độ chế phẩm chitosan và nano bạc trong quá trình bảo quản vải ................... 61 Bảng 4.14: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới chất lượng vải sau 7 ngày bảo quản ............................................................................ 62 Bảng 4.15. Sự biến đổi chất khô tổng số của bưởi ở các chế độ tiền xử lý khác nhau ............................................................................... 64 Bảng 4.16: Sự biến đổi của hàm lượng axit hữu cơ tổng số ở các chế độ tiền xử lý khác nhau trong quá trình bảo quản bưởi ........... 65 Bảng 4.17: Tỷ lệ hư hỏng của các chế độ tiền xử lý khác nhau tới quá trình bảo quản bưởi.................................................................... 66 Bảng 4.18: Sự thay đổi của các nồng độ chế phẩm chitosan và nano bạc tới hàm lương chất khô tổng số trong quá trình bảo quản bưởi ................................................................................... 67 Bảng 4.19. Sự thay đổi hàm lượng axit hữu cơ tổng số của các nồng độ chế phẩm chitosan và nano bạc trong quá trình bảo quản bưởi .... 68 Bảng 4.20. Sự thay đổi chỉ số L của các nồng độ chế phẩm chitosan và nano bạc trong quá trình bảo quản bưởi .................................... 68 Bảng 4.21: Sự thay đổi chỉ số a của các nồng độ chế phẩm chitosan và nano bạc trong quá trình bảo quản bưởi .................................... 69 Bảng 4.22: Sự thay đổi chỉ số b của các nồng độ chế phẩm chitosan và nano bạc trong quá trình bảo quản bưởi. ................................... 70 Bảng 4.23: Tỷ lệ hư hỏng của các giống bưởi khác nhau trong quá trình bảo quản. ........................................................................... 71 viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1a. Cấu trúc hóa học của Chitin ........................................................ 4 Hình 2.1b. Cấu trúc hóa học của Chitosan.................................................... 5 Hình 2.2. Hiện tượng cộng hưởng plasmon của hình cầu [41] ................. 13 Hình 2.3: Ion bạc vô hiệu hóa enzym chuyển hóa oxy của vi khuẩn ....... 16 Hình 2.4: Bacillus cereus trên kính hiển vi ............................................... 20 Hình 3.1: Phương pháp đánh giá hoạt tính của chitosan........................... 31 Hình 3.2: Sơ đồ phương pháp xác định nồng độ ức chế tối thiểu của chitosan Thuyết minh quy trình ................................................. 32 Hình 3.3: Phương pháp đánh giá hoạt tính kháng vi khuẩn Bacillus cereus của nano bạc .................................................................. 34 Hình 3.4. Phương pháp đánh giá khả năng kháng nấm men Pichia của nano bạc .............................................................................. 35 Hình 3.5: Sơ đồ phương pháp xác định nồng độ ức chế tối thiểu của nano bạc .................................................................................... 36 Hình 3.6: Phương pháp đánh giá hoạt tính kháng vi sinh vật của phức hợp chitosan - nano bạc.................................................... 38 Hình 4.1: Khả năng kháng St.aureus (c) và B.cereus (d) của chitosan ở các nồng độ khác nhau ............................................ 45 Hình 4.2: Ảnh hưởng của các nồng độ Chitosan đến sự phát triển của một số loại nấm men: A - Nấm men Pichia, B - Nấm men Saccharomyces cerevisiae................................................. 46 Hình 4.3. Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đến hoạt tính kháng nấm mốc Penicillium digitatum ................................................ 48 Hình 4.4: Hình ảnh kháng Bacillus cereus của các nồng độ nano bạc khác nhau. ................................................................................. 49 Hình 4.5: Hình ảnh đối kháng của nano bạc với nấm men trên đĩa thạch ................................................................................... 50 ix Hình 4.6. Ảnh hưởng của nồng độ nano bạc đến hoạt tính kháng nấm mốc Penicillium digitatum ................................................ 52 Hình 4.7: Khả năng kháng St.aureus (e) và B.cereus (f) của chế phẩm chitosan-nano bạc ở các nồng độ khác nhau ................... 54 Hình 4.8. Khả năng ức chế nấm men Pichia của phức hợp chitosannano bạc................................................................................................ 55 Hình 4.9. Ảnh hưởng của chế phẩm phối hợp Chitosan - Nano bạc ở các tỉ lệ phối trộn khác nhau đến hoạt tính kháng nấm mốc Penicillium digitatum ........................................................ 57 Hình 4.10. Tỷ lệ hư hỏng của các giống bưởi trog quá trình bảo quản bằng chế phẩm chitosan - nano bạc .......................................... 72 1 CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Hệ thống cây ăn quả ở Việt Nam vô cùng phong phú, đa dạng, cung cấp ra thị trường nhiều loại quả có giá trị dinh dưỡng cao, không những vậy cây ăn quả còn cung cấp các sản phẩm có giá trị về mặt xuất khẩu mang lại nguồn thu nhập không nhỏ cho người dân. Hầu hết các loại trái cây đều có hàm lượng nước cao, nhiều chất dinh dưỡng, là môi trường thuận lợi cho các loại vi sinh vật gây hại phát triển làm cho tỷ lệ quả hư hỏng sau thu hoạch là rất lớn. Cây ăn quả thường mang tính thời vụ, thu hoạch quả diễn ra trong thời gian ngắn. Vì vậy, việc bảo quan sau thu hoạch là hết sức cần thiết đối với người sản xuất. Chitosan - sản phẩm deaxetyl hóa chitin - dẫn xuất của polysaccarit có nhiều trong vỏ các loài động vật giáp xác. Khi dùng màng chitosan trong bảo quản thực phẩm giúp điều chỉnh độ ẩm, độ thoáng khí cho thực phẩm. Màng chitosan tương đối dai, có độ bền tương đương với một số chất dẻo vẫn được dùng làm bao gói [4] [10]. Trong công nghệ nano, hạt nano là một vật liệu quan trọng. Một trong những hạt nano được sử dụng sớm và rộng rãi nhất là hạt nano bạc. Ở kích thước nano, bạc thể hiện những tính chất vật lý, hóa học, sinh học khác biệt và vô cùng quý giá, đặc biệt là tính kháng khuẩn. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi ở kích thước nano, hoạt tính sát khuẩn của bạc tăng lên khoảng 50.000 lần so với bạc ion. Nhờ khả năng kháng khuẩn tuyệt vời mà nano bạc đã được ứng dụng trong rất nhiều trong công tác bảo quản lương thực, thực phẩm [6]. Xuất phát từ những thực tiễn trên, tôi nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu tạo phức chất Chitosan - nano Bạc kháng vi sinh vật gây hư hỏng quả sau thu hoạch” 2 1.2 Mục đích và yêu cầu 1.2.1. Mục đích - Nghiên cứu tạo phức chất chitosan - nano bạc kháng vi sinh vật gây hư hỏng quả sau thu hoạch. 1.2.2. Yêu cầu - Đánh giá được khả năng kháng một số vi sinh vật gây hư hỏng quả của chitosan - Đánh giá được khả năng kháng số vi sinh vật gây hư hỏng quả của nano bạc - Đánh giá được khả năng kháng một số vi sinh vật gây hư hỏng quả của phức chất chitosan - nano bạc. - Thử nghiệm được khả năng bảo quản một số loại quả (vải thiều, bưởi…) của phức chất chitosan - nano. 1.3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn. 1.3.1. Ý nghĩa khoa học + Giúp học viên củng cố và hệ thống lại các kiến thức đã học và nghiên cứu khoa học. + Đưa ra được phương pháp nghiên cứu một vấn đề khoa học, xử lý và phân tích số liệu, cách trình bày một báo cáo khoa học. + Việc Nghiên cứu tạo phức chất Chitosan - nano Bạc kháng vi sinh vật gây hư hỏng quả sau thu hoạch khẳng định được tác dụng của phức chất chitosan - nano Bạc trong kháng vi sinh vật gây hư hỏng qua sau thu hoạch bằng các nghiên cứu thực nghiệm làm tiền đề cho các nghiên cứu ứng dụng tiếp theo. 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc sản xuất chế phẩm bảo quản an toàn, có khả kéo dài thời gian bảo quản và giữ được chất lượng sản phẩm, giảm thiểu tổn thất sau thu hoạch, nâng cao giá thành của các sản phẩm nông sản. 3 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Tổng quan về Chitosan 2.1.1 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 [8]. 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. [8]. Chitin là một polysaccharide tự nhiên với số lượng lớn đứng thứ hai sau cellulose. Chitin tồn tại trong động vật, một số loại nấm [8]. 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, giúp cho sự tái tạo và gắn liền các vết thương ở da. [4]. 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 [8]. 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 [8]. 4 Bảng 2.1: Hàm lượng chitin có trong một số động vật giáp xác [10] STT 1 2 3 4 5 6 7 8 Phân loại Đầu tôm Vỏ tôm Vỏ tôm phế thải hỗn Vỏ hợptôm hùm Càng cua tuyết Chân cua tuyết Mai mực ống Đỉa biển Hàm lượng chitin theo trọng lượng (%) 11 27 12 - 18 37 24 32 30 - 35 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. 2.1.2. Cấu trúc hóa học của chitosan Chitosan thu được từ quá trình deacetyl hóa chitin, thay thế nhóm Nacetyl thành nhóm amin ở vị trí C2. Do quá trình khử acetyl xảy ra không hoàn toàn nên người ta quy ước nếu độ deacetyl hóa (degree of deacetylation) DD > 50% thì gọi là chitosan, nếu DD < 50% gọi là chitin [8]. Chitosan có cấu trúc tuyến tính từ các đơn vị 2-amino-2-deoxy-β-Dglucosamine liên kết với nhau bằng liên kết β-(1-4) glucozit. Công thức cấu tạo của chitin và chitosan được thể hiện trong hình 2.1 dưới đây. Hình 2.1a. Cấu trúc hóa học của Chitin 5 Hình 2.1b. 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. [8] 2.1.3. Đặc tính kháng vi sinh vật của chitosan 2.1.3.1. Khả năng kháng virus, kháng nấm Chitosan ức chế hệ thống sinh sản của virus thực vật [4], mức độ ngăn cản sự truyền nhiễm virus khác nhau theo trọng lượng phân tử của chitosan, có nhiều nghiên cứu kết luận rằng chitosan có khả năng kháng lại virus khoai tây, thuốc lá, dưa chuột,…[4]. Hoạt tính kháng nấm của chitosan được chứng minh qua các nghiên cứu với nhiều loại nấm khác nhau: Saccharomycodes ludwigii, Pseudomonas fragi, Candida, zygosaccharomyces bailii, Pyricularia grisea,… Sự ức chế và làm ngưng hoạt động của nấm men, nấm mốc phụ thuộc vào nồng độ chitosan, pH, nhiệt độ, đặc điểm dinh dưỡng [34]. 2.1.3.2. Khả năng kháng vi khuẩn Chitosan có khả năng ức chế sự phát triển của rất nhiều vi khuẩn như E.coli, Samonella, Vibiro parahaemolyticus, Listeria monocytogenes, Bacillus cereus, Staphylococcus aureus,…[35]. 6 Ngoài ra các thí nghiệm cũng cho thấy có rất nhiều ion kim loại có thể ảnh hưởng đến đặc tính kháng khuẩn của chitosan như: K+, Na+, Mg2+, Ca2+… Nói chung các kết luận chính xác về cơ chế hoạt động kháng khuẩn của chitosan vẫn chưa được nghiên công bố rõ ràng, những cơ chế chính đã được đề xuất như sau [35]: - Tương tác giữa các ion tích điện dương trên các phân tử chitosan và các điện tích âm trên màng tế bào vi sinh vật dẫn đến thay đổi trong cấu trúc màng tế bào, thay đổi khả năng thẩm thấu gây rò rỉ protein và các thành phần khác trong tế bào, làm giảm chức năng sinh lý và sinh hóa của vi khuẩn dẫn đến mất khả năng bảo vệ, trao đổi chất của tế bào. - Chitosan đóng vai trò như chất chọn lọc liên kết với các ion kim loại, sau đó ức chế các chất độc và sự phát triển của vi khuẩn. - Chitosan liên kết với nước, ức chế các enzyme khác nhau. - Chitosan thâm nhập vào bào tương của các vi khuẩn và thông qua các liên kết với DNA, ngăn cản sự tổng hợp ARN và protein. - Chitosan tạo thành một lớp cao phân tử không thấm nước trên bề mặt tế bào làm thay đổi tính thấm của tế bào bà ngăn các chất dinh dưỡng vào tế bào. - Chitosan có liên kết với các điện tích âm trong tế bào, làm chúng kết dính thành từng mảng, gây nhiễu loạn các hoạt động sinh lý của các vi sinh vật dẫn đến phá hủy tế bào. 2.1.4. Ứng dụng của chitosan - Trong công nghiệp thực phẩm: Để bảo quản đóng gói thức ăn, bảo quản thực phẩm, hoa quả, rau tươi… Vì nó tạo màng sinh học không độc. Người ta đã tạo màng chitosan trên quả tươi để bảo quản quả đào, quả lê, quả kiwi, dưa chuột, ớt chuông, dâu tây, cà chua, quả vải, xoài, nho… dùng để lọc trong các loại nước ép quả, bia, rượu vang, nước giải khát …[16] 7 Là một polyme dùng an toàn cho người, lại có hoạt tính sinh học đa dạng, chitosan được đưa vào thực phẩm, thức ăn, bánh kẹo, nước giải khát. Cơ quan bảo vệ môi trường của Mỹ (USEPA) đã cho phép chitosan không những được dùng làm thành phần thức ăn, mà còn dùng cả trong việc tinh chế nước uống. Còn ngay từ năm 1983 Bộ Thuốc và Thực phẩm Mỹ (USFDA) đã chấp nhận chitosan được dùng làm chất phụ gia trong thực phẩm và dược phẩm [16]. Màng chitosan tạo thành có tính kháng khuẩn, kháng nấm và hạn chế tổn thất chất dinh dưỡng cho thực phẩm. Tuy nhiên giá thành màng chitosan còn cao nên nhiều nghiên cứu đã tiến hành phối trọng chitosan/gelatin (40/60) và tỷ lệ chiosan/gelatin/natribenzoate (60/40/0,1%) là tối ưu về sự căng và độ co giãn. Phi lê cá ngừ đại dương bao gói bằng 2 màng này có khả năng kháng khuẩn và hạn chế sự hình thành histamine trong quá trình bảo quản [17]. - Làm trong nước quả: Trong sản xuất nước quả việc làm trong là yêu cầu bắt buộc. Chitosan là tác nhân tốt loại bỏ đi đục, làm trong nước quả, bảo vệ màu nước quả và hiệu chỉnh độ chua của nước quả, giúp điều chỉnh acid, giữ màu sắc trong nước quả [40]. Chitosan được sử dụng như một chất kết bông với các chất lơ lửng trong nước quả, tạo thành khối lắng xuống, nhờ đó có thể loại ra khỏi hỗn hợp nước quả. + Cơ chế kết dính của nó được thể hiện chitosan làm cầu trung gian liên kết các phân tử nhỏ bằng liên kết tĩnh điện và liên kết hydro, tạo thành mạng lưới và lắng xuống; trung hòa điện: các hạt mixen làm trong chất lỏng thường mang điện tích âm, các đại phân tử sinh học thường mang điện tích dương, chúng sẽ tương tác với nhau, trung hòa và lắng xuống; hấp phụ: các đại phân tử có những nhóm linh động, khi gặp các nhóm tương thích trong dung dịch sẽ hấp phụ, kết khối và lắng xuống [40]. 8 + Ứng dụng làm trong nước ép táo, cam bằng việc sử dụng dung dịch chitosan nồng độ 2% trong acid acetic 7% giúp làm giảm độ đục hiệu quả hơn so với sử dụng betonit và gelatin. - Bảo vệ màu nước quả: khi cho chitosan vào dung dịch nước quả thì chitosan sẽ tạo phức với các chất màu có trong nước quả, bao bọc bảo vệ các phức màu này trước tác dụng của các quá trình chế biến và làm giảm màu trong quá trình bảo quản. + Nhờ sử dụng chitosan trong việc loại bỏ các chất lơ lửng bằng quá trình lọc và ly tâm, ta cũng có thể ngăn cản được sự nâu hóa do enzyme trong nước ép táo, lê. Người ta đã bổ sung chitosan với nồng độ 1% trong acid malic 1% và nhận thấy rằng: sự nâu hóa có thể được ngăn chặn trong nước ép táo bằng cách thêm ít nhất 200ppm. Người ta sử dụng nồng độ 1000ppm để ngăn chặn sự nâu hóa trong nước ép lê [40]. + Cơ chế của nó như sau: chitosan có khả năng kiểm soát sự nâu hóa bởi enzyme là do chitosan là một polymer tích điện dương tạo tủa với các chất rắn lơ lửng có khả năng kết hợp với enzyme polyphenol oxydase (PPO). - Hiệu chỉnh độ chua của nước quả: Người ta thấy rằng việc xử lý chitosan nồng độ 1,2% trong acid ascorbic đối với nước ép cà rốt và táo không có tác dụng làm trong nước quả nhưng lại làm giảm đáng kể lượng acid của dịch ép. + Cơ chế: chitosan với một phần mang điện tích dương có khả năng kết hợp với các phần mang điện tích âm của các acid trong nước quả. Do cơ chế trên mà chitosan không những được sử dụng để hiệu chỉnh độ chua của nước quả mà còn có tiềm năng ứng dụng trong các loại thực phẩm khác. - Chitosan được sử dụng để thay thế hàn the: Đối với sản phẩm giò, chả sử dụng chitosan với hàm lượng 2,5g/kg thịt thì thấy sản phẩm ngon, mặt hồng mịn, thơm mùi thịt, dai và có khả năng bảo quản tương tự như sử dụng hàn the [18]. 9 - Đối với bánh cuốn thì hàm lượng sử dụng là 24g dung dịch chitosan 3,4% cho 1 kg bột nước bánh, giúp bánh mịn, dai, ngon. - Trong thực phẩm chức năng: Chitosan được sử dụng để “bẫy” lipid trong thực phẩm chức năng chống béo phì. Chitosan được ưa chuộng không chỉ vì có tác dụng như chất xơ mà chúng còn có khả năng gắn với lipid trong dạ dày và ruột tạo thành một dạng chất mà cơ thể không thể hấp thu và sẽ thải ra ngoài. - Chitosan có khả năng làm giảm 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 sau 2 tuần. Ngoài ra chitosan còn xem là chất chống đông tụ máu. Nguyên nhân làm giảm lượng cholesterol 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 polysaccharide bị kết lắng và giữ lại toàn bộ mixen trong đó. Chính nhờ đặc điểm qua trọng này chitosan được ứng dụng trong thực phẩm chức năng [19]. e. Ứng dụng trong bảo quản thủy sản [20]. - Đối với cá tươi: cá là nguyên liệu có cơ lỏng lẻo, nhiều nước. Trong quá trình cấp đông chậm (-250C) sẽ xảy ra hiện tượng mất nước, làm trọng lượng cá giảm. Để khắc phục hiện tượng này sử dụng màng chitosan 2,5% bao phủ bề mặt cá, sau đó mới cấp đông thì phần trăm hao hụt thấp: 0,94% so với mẫu đối chứng: 1,98%. Sau khi rã đông đem cá nấu chín thì thấy mùi vị sản phẩm không thay đổi. - Đối với cá khô: sử dụng dung dịch chitosan 2% trong dung dịch acetic acid 1,5%, sấy ở nhiệt độ 300C, cá có độ ẩm 26 - 30% thì có thể bảo quản trên 130 ngày gấp 1,5 lần mẫu đối chứng. - Đã có nhiều nghiên cứu chứng minh rằng, chitosan là tác nhân góp phần giảm cholesterol và mỡ trong máu [33]. Năm 2000, Henryk S. và cộng sự đã xác định được chitosan có tác dụng hạ 5,8-42,6% hàm lượng cholesterol trong huyết tương và 15,1 -35,1% trong cơ thể [37].