Chitosan là một polysaccharide mạch thẳng, được tạo ra bằng cách xử lý tôm và các loại vỏ giáp xác khác với natri hydroxit kiềm.
Vỏ tôm có chứa chitin được chiết xuất thành chitosan
Nguồn sản xuất và tính chất
Chitosan được sản xuất trong công nghiệp bằng phương pháp deacetyl hóa chitin, vốn là chất tạo nên cấu trúc của lớp vỏ của các loài giáp xác và thành tế bào của loài nấm. Độ deacetyl hóa (%DD) có thể được xác định bằng phương pháp đo phổ NMR, %DD của chitosan thương mại thường dao động trong khoảng từ 60 đến 100%. Nhìn chung, phân tử lượng của chitosan thương mại nằm trong khoảng 3800 - 20,000 Daltons. Phương pháp deacetyl hóa chitosan thông dụng là sử dụng lượng dư dung dịch NaOH. Phương pháp này cho phép thu được sản phẩm có %DD cao đến 98%.
Các sản phẩm tiêu dùng quy mô lớn có thể được làm từ chitosan bằng phương pháp ép phun hoặc đúc khuôn. Sau khi thải ra môi trường, các vật thể cấu tạo bằng chitosan có thể phân hủy sinh học và không độc hại.
Các ứng dụng của chitosan
Chitosan có một số ứng dụng thương mại và y sinh có thể có. Nó có thể được sử dụng trong nông nghiệp như một chất xử lý hạt giống và thuốc trừ sâu sinh học, giúp cây trồng chống lại bệnh nhiễm nấm. Trong sản xuất rượu vang, nó có thể được sử dụng như một chất làm mịn và giúp ngăn ngừa sự hư hỏng.
Các ứng dụng khác của chitosan đã được nghiên cứu bao gồm sử dụng như một chất xơ hòa tan trong thực phẩm.
Ứng dụng trong nông nghiệp
Tại Hoa Kỳ, chitosan dùng cho cây trồng và cây ăn quả được Cơ quan Bảo vệ Môi trường (EPA) quy định, trong khi Chương trình Hữu cơ Quốc gia của Bộ Nông nghiệp quy định việc sử dụng nó trên các trang trại và cây trồng hữu cơ. Các sản phẩm chitosan có thể phân hủy sinh học được EPA phê duyệt được phép sử dụng ngoài trời và trong nhà đối với các loại cây trồng và hoa màu được trồng thương mại và bởi người tiêu dùng.
Ứng dụng chitosan trong bảo quản thực phẩm không bị hư hỏng do vi khuẩn xâm nhập
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 khá dai, khó xé rách, có độ bền tương đương với một số chất dẻo vẫn được dùng làm bao gói.
Làm chậm lại quá trình bị thâm của rau quả. 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.
Thuốc trừ sâu sinh học hoạt tính Chitosan là biện pháp kiểm soát dịch hại hiệu quả về chi phí cho các loại cây trồng trong nông trại và làm vườn. Phương thức hoạt động kiểm soát sinh học của chitosan là tạo ra các phản ứng bảo vệ bẩm sinh tự nhiên trong thực vật để chống lại côn trùng, mầm bệnh và các bệnh truyền qua đất khi được bón vào lá hoặc đất. Chitosan làm tăng khả năng quang hợp, thúc đẩy và tăng cường sự phát triển của cây trồng, kích thích sự hút chất dinh dưỡng, tăng khả năng nảy mầm và phát triển rễ, tăng sức sống cho cây trồng. Khi được sử dụng làm chất xử lý hạt giống hoặc phủ hạt trên bông, ngô, khoai tây giống, đậu nành, củ cải đường, cà chua, lúa mì và nhiều loại hạt khác, nó tạo ra phản ứng miễn dịch bẩm sinh trong việc phát triển rễ, tiêu diệt tuyến trùng ký sinh mà không gây hại cho tuyến trùng và sinh vật có ích.
Thuốc trừ sâu sinh học được làm từ thành phần chitosan
Các ứng dụng nông nghiệp của chitosan có thể làm giảm sự ảnh hưởng của biến đổi môi trường do hạn hán và thiếu đất, tăng cường sức sống của hạt giống, cải thiện chất lượng sản xuất, tăng sản lượng và giảm sự thối rữa của rau, quả và cây có múi. Các ứng dụng làm vườn của chitosan làm tăng sự nở hoa và kéo dài tuổi thọ của hoa cắt cành và cây thông Noel. Cơ quan Lâm nghiệp Hoa Kỳ đã tiến hành nghiên cứu về chitosan để kiểm soát mầm bệnh trên cây thông và tăng khả năng chảy nhựa thông, làm giảm sự xâm nhập của bọ thông.
Ứng dụng trong xử lí nước thải
Chitosan cũng có thể được sử dụng trong lọc nước. Nó làm cho các hạt cặn mịn liên kết với nhau, vì vậy chúng có thể bị loại bỏ trong quá trình lọc cát. Nó cũng loại bỏ phốt pho, khoáng chất nặng và dầu khỏi nước. Lọc cát có thể loại bỏ đến 50% độ đục trong nước, trong khi chitosan kết hợp với lọc cát loại bỏ tới 99% độ đục.
Ứng dụng trong sản xuất thực phẩm
Kết hợp với bentonite, gelatin, silica gel, isinglass, hoặc các chất làm mịn khác, chitosan được sử dụng để làm rõ rượu vang, rượu cỏ và bia. Được thêm giai đoạn bảo quản trong quá trình sản xuất bia, chitosan cải thiện quá trình keo tụ và loại bỏ các tế bào nấm men, hạt trái cây và các mảnh vụn khác gây ra rượu vang mơ hồ.
Các nhà khoa học đã phát triển một lớp phủ polyurethane dựa trên chitosan có thể tự làm bóng các vết xước khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, mang đến lời hứa về những chiếc xe hơi, đồ nội thất và bao bì không bị trầy xước. Khi một vết xước làm hỏng cấu trúc hóa học, chitosan phản ứng với ánh nắng mặt trời bằng cách hình thành các chuỗi hóa học liên kết với các vật liệu khác trong chất liệu của sản phẩm, cuối cùng sẽ làm phẳng vết xước. Quá trình này có thể mất ít hơn một giờ. Trong khi đó Polyme chỉ có thể tự phục hồi tại vị trí cũ một lần và không hoạt động sau nhiều lần trầy xước.
Ứng dụng trong y học
Đặc tính của Chitosan cho phép nó làm đông máu nhanh chóng, và quy trình này gần đây đã được Hoa Kỳ và Châu Âu chấp thuận để sử dụng trong băng bó và thay thế các chất cầm máu khác. Sản phẩm cầm máu Chitosan đã được Thủy quân lục chiến Hoa Kỳ thử nghiệm để cầm máu nhanh chóng và giảm mất máu. Các sản phẩm cầm máu Chitosan làm giảm mất máu so với băng gạc và tăng khả năng sống sót của bệnh nhân. Các sản phẩm cầm máu Chitosan đã được bán cho Quân đội Hoa Kỳ và hiện đang được sử dụng bởi quân đội Vương quốc Anh. Cả Mỹ và Anh đều đã sử dụng băng này trên chiến trường Iraq và Afghanistan. Chitosan không gây dị ứng và có đặc tính kháng khuẩn tự nhiên, hỗ trợ thêm cho việc sử dụng nó trong băng vết thương.
Sản phẩm Axiostat - Băng gạc giúp liền vết thương hở cực kỳ hiệu quả sử dụng trong quân đội chứa thành phần chitosan
Chitosan đang được nghiên cứu cho một số ứng dụng lâm sàng và làm thực phẩm chức năng trong đó có trị bệnh đường ruột ở người . Là một chất xơ hòa tan trong thực phẩm, nó có thể làm tăng độ nhớt của lòng đường tiêu hóa và làm chậm quá trình rỗng của dạ dày, tạo cảm giác no. Nó làm thay đổi thành phần axit mật, tăng bài tiết sterol và giảm khả năng tiêu hóa chất béo.
Nguồn: Bài viết tham khảo một phần của Bob Rosenberry, Shrimp News International.
