Nghiên cứu ảnh hưởng của độ deacetyl đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan thủy phân bằng H2SO4

i

LỜI CÁM ƠN
Sau một thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Nha Trang đến
nay em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp đại học. Em xin chân thành cám ơn Ban
Giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, Ban Chủ nhiệm Khoa Công nghệ Thực
phẩm đã tạo điều kiện cho em học tập và nghiên cứu chuyên môn của mình.
Lời cám ơn chân thành tới TS. Huỳnh Nguyễn Duy Bảo đã trực tiếp, tận tình
hướng dẫn trong suốt thời gian làm thực tập tốt nghiệp.
Xin chân thành cám ơn quý thầy cô giáo trong Khoa Công nghệ Thực phẩm
trường Đại học Nha Trang đã tận tình giúp đỡ giải đáp những thắc mắc khó khăn
tạo điều kiện cho em hoàn thành đồ án.
Cám ơn cán bộ phòng thí nghiệm các bộ môn Công nghệ Chế biến, Công
nghệ Thực phẩm, Công nghệ Sinh học, Hóa- Vi sinh, viện Công nghệ Sinh học và
Môi trường đã tạo điều kiện cho em hoàn thành đề tài của mình.
Cám ơn sự giúp đỡ của gia đình và bạn bè đã động viên, khích lệ trong thời
gian vừa qua.
Nha Trang, tháng 06 năm 2012
Sinh viên thực hiện
Đặng Kim Chung

ii

MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN i
MỤC LỤC ii
DANH MỤC HÌNH .v
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 2
1.1. Tổng quan chitin-chitosan 2
1.1.1. Nguồn gốc, cấu tạo phân tử của chitin-chitosan 2
1.1.1.1. Nguồn gốc chitin, chitosan 2
1.1.1.2. Công thức cấu tạo chitin, chitosan 2
1.1.1.3 Độ deacetyl của chitin và chitosan 3
1.1.1.4. Phân tử lượng của chitosan 4
1.1.2. Tính chất của chitosan 4
1.1.2.1. Khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của chitosan 5
1.1.2.2. Khả năng tạo màng của chitosan 5
1.1.2.3. Các tính chất khác của chitosan 6
1.1.3. Ứng dụng của chitosan 6
1.1.3.1. Ứng dụng chitosan trong thực phẩm 6
1.1.3.2. Ứng dụng chitosan trong nông nghiệp và thủy sản 7
1.1.3.3. Ứng dụng chitosan trong xử lý môi trường 8
1.1.3.4. Ứng dụng chitosan trong y học và công nghệ sinh học 8
1.2. Chitosan thủy phân 8
1.2.1. Giới thiệu về chitosan thủy phân 8
1.2.2. Đặc điểm tính chất chitosan thủy phân 9
1.2.3. Một số phương pháp thuỷ phân chitosan có khối lượng phân tử thấp 9
1.2.4. Ứng dụng chitosan thủy phân 10
1.2.4.1. Trong công nghiệp thực phẩm 10

1.2.4.2. Ứng dụng trong mỹ phẩm 10
1.2.4.3. Trong lĩnh vực y dược 10
iii

1.2.5. Thủy phân chitosan bằng H
2
SO
4
13
1.2.5.1. Cơ chế thủy phân chitosan bằng H2SO4 13
1.2.5.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng cắt mạch chitosan bằng H
2
SO
4
13
1.3. Quá trình oxy hóa 14
1.3.1. Gốc tự do 14
1.3.2. Định nghĩa chất chống oxy hóa 14
1.3.3. Ảnh hưởng của gốc tự do tới cơ thể 14
1.3.4. Chất chống oxy hóa 16
1.3.5. Cơ chế chống oxy hóa của chitosan 19
1.3.6. Tình hình nghiên cứu khả năng chống oxy hoá của chitosan trên thế giới và
Việt Nam 20
1.3.6.1. Tình hình nghiên cứu khả năng chống oxy hóa chitosan trên thế giới 20
1.3.6.2. Tình hình nghiên cứu khả năng chống oxy hóa của chitosan ở Việt Nam 22
CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24
2.1. Đối tượng nghiên cứu 24
2.1.1. Chitosan 24
2.1.2. Hóa chất 26
2.2. Phương pháp nghiên cứu 26

2.2.1. Thí nghiệm thủy phân chitosan bằng H
2
SO
4
26
2.2.2. Phương pháp phân tích 29
2.2.2.1. Phương pháp xác định hiệu suất thu hồi 29
2.2.2.2. Phương pháp xác định độ ẩm và độ deacetyl 29
2.2.2.3. Phương pháp phân tích khả năng khử gốc tự do DPPH 30
2.2.2.4. Phương pháp xác định tổng năng lực khử 31
2.3. Phương pháp xử lý số liệu 32
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 33
3.1. Hiệu suất thu hồi của chitosan thủy phân bằng H
2
SO
4
33
3.2. Độ ẩm của chitosan thủy phân bằng H
2
SO
4
34
3.3. Độ deacetyl của chitosan thủy phân bằng acid H
2
SO
4
35
iv

3.4. Tương quan giữa hoạt tính chống oxy hóa và độ deacetyl của chitosan thủy

phân bằng H
2
SO
4
37
3.5. Đề xuất quy trình sản xuất chitosan có hoạt tính chống oxy hóa bằng phương
pháp thủy phân bởi acid H
2
SO
4
41
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 44
TÀI LIỆU THAM KHẢO 45
PHỤ LỤC

v

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cơ chế tác động của gốc tự do đến tế bào 15
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình sản xuất chitosan 24
Hình 2.2. Chitosan nguyên liệu 25
Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm thủy phân chitosan bằng acid H
2
SO
4
27
Hình 2.4. Đường chuẩn DPPH 31
Hình 3.1. Hiệu suất thu hồi chitosan thủy phân bằng acid H
2
SO
4
33
Hình 3.2. Độ ẩm của chitosan thủy phân bằng acid H
2
SO
4
34
Hình 3.3. Độ deacetyl của chitosan thủy phân bằng H
2

SO
4
35
Hình 3.4. Quá trình deacetyl hóa và thủy phân cắt mạch chitosan thủy phân bằng
H
2
SO
4
37
Hình 3.5. Khả năng khử gốc tự do DPPH của chitosan thủy phân bằng H
2
SO
4
38
Hình 3.6. Tương quan giữa khả năng khử gốc tự do DPPH và độ deacetyl của
chitosan thủy phân bằng H
2
SO
4
39
Hình 3.7. Tổng năng lực khử của chitosan thủy phân bằng acid H
2
SO
4
40
Hình 3.8. Tương quan giữa tổng năng lực khử và độ deacetyl của chitosan thủy
phân bằng acid H
2
SO
4

41
Hình 3.9. Quy trình sản xuất chitosan có hoạt tính chống oxy hóa theo phương pháp
thủy phân bằng H
2
SO
4
42
Hình 3.10. Chitosan thủy phân (1) và chitosan kết tủa bằng NaOH (2) 43
Hình 3.11. Chitosan thủy phân bằng H
2
SO
4
sau khi sấy 43








1

LỜI MỞ ĐẦU
Chitin là một polymer sinh học tồn tại phổ biến trong vỏ các loài giáp xác
như tôm cua, mực, một số loại vi khuẩn,… Dẫn xuất của chitin là chitosan co nhiều
tính chất đặc biệt như khả năng tạo màng, tạo gel, kháng khuẩn, kháng nấm,… được
ứng dụng nhiều vào các ngành công nghiệp thực phẩm, xử lý chất thài, công nghệ
sinh học và y dược,… Các tính chất này phụ thuộc rất nhiều vào khối lượng phân tử
và độ deacetyl của chitosan.

Chitosan mạch ngắn và chitooligosaccharide là sản phẩm thu được từ quá
trình phân cắt chitosan bằng các tác nhân: vật lý (chiếu tia bức xạ[21]); hóa học (sử
dụng H
2
O
2
, các loại acid H
2
SO
4
, HCl, HNO
3
…). Nhiều nghiên cứu cho thấy
chitosan mạch ngắn, khối lượng phân tử thấp, độ deacetyl cao có hoạt tính sinh học
cao hơn so với chitosan được sản xuất theo quy trình thông thường. Một trong số
những tính chất đó là hoạt tính chống oxy hóa.
Chitosan và chitosan mạch ngắn giữ vai trò là chất chống oxy hóa, ngăn
ngừa sự hư hỏng thực phẩm do các tác nhân oxy hóa gây ra. Điều này đã được ứng
dụng tạo màng bảo quản thực phẩm như các loại trái cây, thịt bò, cá trích, … Hơn
nữa, chitosan và chitosan mạch ngắn còn ngăn chặn, giảm thiểu tác hại của các tác
nhân oxy hóa cơ thể, hủy hoại tế bào bằng cách liên kết với các phân tử có hại, làm
giảm và phá hủy hoạt tính của chúng.
Đề tài: “ Nghiên cứu ảnh hưởng của độ deacetyl đến hoạt tính chống oxy
hóa của chitosan thủy phân bằng H
2
SO
4
” nhằm tìm ra điều kiện thủy phân thích
hợp( thời gian thủy phân và nồng độ acid), ảnh hưởng của độ deacetyl với hoạt tính
chống oxy hóa của chitosan thủy phân dưới tác nhân là acid sulfuric để có cơ sở

thiết lập quy trình sản xuất chitosan có hoạt tính chống oxy hóa.
2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan chitin-chitosan
1.1.1. Nguồn gốc, cấu tạo phân tử của chitin-chitosan [1]
1.1.1.1. Nguồn gốc chitin, chitosan
Chitin là polymer hữu cơ phổ biến trong tự nhiên sau cellulose. Chitin ít khi
ở dạng tự do mà luôn liên kết với protein dưới dạng phức hợp cacbonat canxi và
nhiều hợp chất hữu cơ khác, gây khó khăn cho việc tách chiết. Chitin là một
polysaccharide được cấu tạo bởi các monosaccharide liên kết với nhau bằng cầu nối
1,4-glucosid, có công thức phân tử là (C
8
H
13
O
5
N)
n
. Chitin có cấu trúc hóa học
giống cellulose và có thể xem là một dẫn xuất của cellulose với nhóm acetamido ở
cacbon số 2.
Chitin đóng vai trò là thành phần chính cấu tạo nên độ cứng chắc của vỏ giáp
xác. Chitin được tách chiết lần đầu tiên vào năm 1811 bởi nhà dược hóa học người
Pháp Henri Braconnot từ nấm (Braconnot, 1811).
Chitosan là một dẫn xuất của chitin được hình thành khi tách nhóm acetyl
(quá trình deacetyl hóa chitin) khỏi chitin nên chitosan chứa rất nhiều nhóm amino.
Chitosan được phát hiện lần đầu tiên bởi Rouget vào năm 1859. Chitosan thường ở
dạng vẩy hoặc dạng bột có màu trắng ngà. Công thức cấu tạo của chitosan gần
giống như chitin và cellulose chỉ khác là chitosan chứa nhóm amin ở cacbon thứ 2.

1.1.1.2. Công thức cấu tạo chitin, chitosan


3


Trong thực tế thường có mắt xích chitin đan xen trong mạch cao phân tử
chitosan khoảng 10%. Vì vậy công thức chính xác của phân tử chitosan là:

Công thức phân tử: ( C
6
H
11
O
4
)
n

Phân tử lượng: M=1000-5000 Dalton tùy loại. Trong mỗi mắt xích phân tử
của chitosan có chứa nhóm amin nên nó là một polyamin). Chitosan có M>= 10
6
Dalton, phải hòa tan trong môi trường axit acetic loãng 0,5%-1%.
1.1.1.3 Độ deacetyl của chitin và chitosan
Độ deacetyl của chitin và chitosan là một thông số quan trọng, đặc trưng cho
tỉ lệ giữa 2-acetamido-2deoxy-Dglucopyranose với 2-amino-2-deoxy-D-
glucopyranose trong phân tử chitin và chitosan. Chitin có độ deacetyl thấp còn
chitosan thì có độ deacetyl cao, tức là chứa nhiều nhóm amino.
Ngoài độ deacetyl thì sự phân bố của các nhóm glucosamine cũng ảnh hưởng
đến tính chất của chitosan. Cụ thể, chitosan phân bố dạng rời rạc dễ tan hơn
chitosan phân bố dạng khối.

D-D-A-D-D-A-A-D-D-D-A-D-D-A-D-D-A-A-
Phân bố dạng random (rời rạc) của phân tử chitosan
D-D-D-D-D-D-D-D-D-A-A-A-A-A-A-A-A-A-
4

Phân bố dạng block (dạng khối) của phân tử chitosan
Trong đó: D: D-glucosamine
A: N-acetyl glucosamine
1.1.1.4. Phân tử lượng của chitosan
Phân tử lượng của chitosan là một thông số cấu trúc quan trọng, nó quyết
định tính chất của chitosan như khả năng kết dính, tạo màng, tạo gel, khả năng hấp
phụ chất màu, đặc biệt là khả năng ức chế vi sinh vật. Chitosan có phân tử lượng
càng lớn thì có độ nhớ càng cao. Thông thường, phân tử lượng của chitosan nằm
trong khoảng từ 100000 dalton đến 1200000 dalton (Li và cộng sự, 1997). Phân tử
lượng của chitosan phụ thuộc vào nguồn chitin và điều kiện deacetyl va thường rất
khó kiểm soát. Tuy nhiên, chitosan có phân tử lượng thấp thì thường có hoạt tính
sinh học cao hơn, thường có nhiều ứng dụng trong nông nghiệp, y học và công nghệ
sinh học, Chitosan có phân tử lượng lớn có khả năng tạo màng tốt và màng chitosan
tạo thành có sức căng tốt. Độ nhớt của chitosan phụ thuộc và phân tử lượng.
Chitosan có phân tử lượng thấp có độ nhớt từ 32-200cps và có phân tử lượng lớn
hơn 1 triệu dalton có độ nhớt lên đến 3000-4000 cps. Ngoài ra, độ nhớt của
chitsosan còn phụ thuộc vào độ deacetyl, cường độ ion, pH, nhiệt độ.
1.1.2. Tính chất của chitosan
Chitosan tan tốt trong các acid hữu cơ thông thường như acid formic, acid
acetic, acid propionic, acid citric, acid lactic. pKa của chitosan có giá trị từ 6,2 đến
6,8. Khi hòa tan chitosan trong môi trường acid loãng tạo thành keo dương. Đây là
một điểm rất đặc biệt vì đa số các keo polysaccharide tự nhiên tích điện âm.
Chitosan tích điện dương sẽ có khả năng bám dính bề mắt các ion tích điện âm và
có khả năng tạo phức với các kim loại và tương tác tốt với các polyme tích điên âm.
Tính chất của chitosan như khả năng hút nước, khả năng hấp phụ chất màu,

kim loại, kết dính với chất béo, kháng khuẩn, kháng nấm, mang DNA phụ thuộc
rất lớn vào độ deacetyl hóa. Chitosan có độ deacetyl cao thì có khả năng hấp phụ
chất màu, tạo phức với kim loại tốt hơn. Tương tự, khả năng kháng khuẩn, kháng
nấm của chitosan cao hơn ở các mẫu chitosan có độ deacetyl cao. Cụ thể, khả năng
5

kháng khuẩn tốt đối với chitosan có độ deacetyl trên 90%. Tuy nhiên, khả năng hút
nước chỉ chitosan thì giảm đi khi tăng độ deacetyl. Kết quả nghiên cứu của Trung
và cộng sự (2006) cho thấy khả năng hút nước của chitosan có độ deacetyl thấp
(75%) đạt đến 659% cao hơn nhiều so với chitosan có độ deacetyl hóa cao (96%)
chỉ đạt 486%.
1.1.2.1. Khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của chitosan
Chitosan có khả năng ức chế nhiều chủng vi sinh vật: vi khuẩn gram âm, vi
khuẩn gram dương và vi nấm. Khả năng ức chế vi sinh vật của chitosan phụ thuộc
vào độ deacetyl, phân tử lượng. So với chitin, chitosan có khả năng kháng khuẩn,
kháng nấm tốt hơn vì chitosan tích điện dương ở vị trị carbon thứ 2 ở pH nhở hơn 6.
Chitosan có độ deacetyl cao trên 85% thì có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm tốt.
Chitosan có phân tử lượng dưới 2000 dalton thì khả năng tức chế vi sinh vật kém.
Chitosan có phân tử lượng trên 9000 dalton có khả năng ức chế vi sinh vật cao
(Jeon và cộng sư, 2000). Tuy nhiên, chitosan có phân tử lượng lớn thì khả năng
kháng khuẩn cũng thấp. Chitosan được hòa tan trong dung môi hữu cơ như acid
acetic, acid lactic và được sử dụng để xử lý kháng khuẩn, kháng nấm.
Chitosan có khả năng ức chế Staphylococcus aureus, Bacillus cereus,
Escherichia coli, saccharomyces cerevisiae, Rhodotorula glutensis, Botrytis
cinerea, Rhizopus stolonifer, Aspergillus niger. Nồng độ ức chế phụ thuộc vào loại
chitosan, loài vi sinh vật, điều kiện áp dung, và thường được sử dụng trong khoảng
0,0075% đến 1,5%. Ngoài ra các dẫn xuất của chitosan cũng có khả năng kháng
nấm, kháng khuẩn tốt. N-carboxymethylchitosan ở nồng độ 0,1-5 mg/ml trong môi
trường pH 5,4 làm giảm khả năng sinh độc tố aflatoxin của Aspergillus flavus và
Aspergillus parasiticus (Shahidi và cộng sự, 1999).

1.1.2.2. Khả năng tạo màng của chitosan
Chitosan có khả năng tạo màng rất tốt. Tính chất cơ lý của màng chitosan
như độ chịu kéo, độ rắn , độ ngấm nước, phụ thuộc nhiều vào phân tử lượng và độ
deacetyl hóa của chitosan. Chitosan độ deacetyl cao có ứng suất kéo và độ giãn dài
6

giới hạn cao hơn màng chitosan độ deacetyl thấp; tuy nhiên, chúng có độ trương nở
thấp hơn.
Ngoài ra, tính chất của mang chitosan phụ thuốc rất nhiều vào dung môi sử
dụng hòa tan chitosan để tạo màng, độ rắn (crystallinity) của màng chitosan cũng
phụ thuộc vào dung môi sử dụng.
1.1.2.3. Các tính chất khác của chitosan
Ngoài các tính chất nêu trên, chitosan còn có khả năng chống oxy hóa. Khả
năng chống oxy hóa của chitosan cũng phụ thuộc vào đô deacetyl, phân tử lượng và
độ nhớt của chitosan. Chitosan có độ nhớt thấp thì có khả năng chống oxy hóa cao.
Hơn nữa, chitosan có thể gắn kết tốt với lipid, protein, các chất màu. Do chitosan
không tan trong nước nên chitosan ổn định hơn trong môi trường nước so với các
polymer tan trong nước như alginat, agar. Khả năng tạo phức, hấp phụ với protein,
lipid và chất màu phụ thuộc nhiều vào phân tử lượng, độ deacetyl hóa, độ rắn và độ
tinh khiết của chitosan và thường biến động lớn với các mẫu chitosan. Chitosan có
độ deacetyl cao thì thường hấp phụ màu tốt.
1.1.3. Ứng dụng của chitosan
1.1.3.1. Ứng dụng chitosan trong thực phẩm
Trong công nghiệp thực phẩm, chitosan là hợp chất polymer tự nhiên an toàn
với những tính chất đặc trưng như khả năng kháng nấm, kháng khuẩn, chống oxy
hóa, tạo màng, tạo gel, hấp phụ màu, nên chitosan được ứng dụng nhiều trong lĩnh
vực chế biến vào bảo quản thực phẩm.
Nhiều kết quả nghiên cứu đã được công bố trên thế giới về khả năng kéo dài
thời gian bảo quản cảu nhiều đối tượng rau quả tươi, thịt, nước quả của chitosan
và các dẫn xuất của nó (Roller và Covill, 1999; Sagoo và cộng sự, 2002; Shahidi và

cộng sự, 1999; Synowiecki và Ali-Khateeb; 2003). Chitosan cũng được sử dụng để
bảo quản quả tươi (đào, lê, kiwi, dưa chuột, ớt chuông, dâu tây, cà chua, quả vải,
xoài, nho ). Ở Việt nam, chitosan cũng đã được sử dụng trong bảo quản xúc xích,
sản xuất chả giò (Tú và Khánh, 2003; Luyến và Hiền, 2006).
7

1.1.3.2. Ứng dụng chitosan trong nông nghiệp và thủy sản
+ Trong nông nghiệp
Trong nông nghiệp, chitosan được sử dụng để tăng cường sự hoạt động của
các vi sinh vật có lợi trong đất, bọc các hạt giống nhằm mục đích ngăn ngừa sự tấn
công của nấm trong đất và tăng cường khả năng nẩy mầm của hạt, giảm stress cho
cây, kích thích sinh trưởng và tăng năng suất thu hoạch. Đặc biệt, chitosan có đóng
vai trò là chất kích thích hệ miễn dịch của cây (plant defence booster) và sự hoạt
động của enzyme chitinase (Chandrkrachang, 2002; Dzung và Thang, 2002;
Vasudevan và Reddy, 2002; Bautista-Banos và cộng sự, 2005; Luan và công sự,
2006; Dzung, 2009).
Chitosan được nghiên cứu thử nghiệm phun lên rau cải (Brassica campestris
sp.). cho lượng cải thu hoạch tăng lên (Wonggroung và cộng sự, 2002).
Hạt giống ngâm bằng chitosan và phun chitosan lên lá có thể tăng năng suất
lên 1,6 lần (New và cộng sự, 2006). Đối với hạt giống lúa mì, khi được xử lý trong
dung dịch chitosan thì tỷ lên nảy chồi hình thành cây con tăng lên 25%, rễ và lá
phát triển mạnh hơn so với mấu không xử lý chitosan (Freepons, 1997).
Để mở rộng ứng dụng của chitin, chitosan cần phát triển nghiên cứu thử
nghiệm trên các đối tượng cây trồng khác nhau, thử nghiệm nhiều loại chitosan, tìm
ra loại chitosan, lương sự dụng cho từng loại cây và từng giai đoạn phát triển của
cây. Phát triển lợi thế đa chức năng, đa tác dụng khi sử dụng chitosan như bảo vệ
hạt giống, bảo vệ cây trồng, tăng năng suất …
+ Trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản
Chitosan được nghiên cứu bổ sung vào thức ăn cho tôm, cá để kích thích
sinh trưởng, tăng miễn dịch và cải thiện môi trường ao nuôi (Anderson và Siwicki,

1994; Wanichpongpan và Chandrkrachang, 2002). Thức ăn bổ sung chitosan có khả
năng làm tăng sự phát triển và tỷ lệ sống của cá so với thức ăn bình thường. Ngoài
ra chitosan cũng được ứng dụng làm màng bao, làm chất kết dính để làm tăng độ ổn
định của thức ăn tôm (Trung và Phượng, 2005; Phượng và cộng sự, 2008).
8

1.1.3.3. Ứng dụng chitosan trong xử lý môi trường
Chitosan được ứng dụng khá phổ biến trong xử lý môi trường nhờ khả năng
hấp phụ, tạo phức với các ion kim loại (Pb, Hg, Cd, Fe, Cu …), các chất màu, khả
năng keo tụ, tạo bông rất tốt với các chất hữu cơ. Do đó, chitin, chitosan được sử
dụng như là một trong các tác nhân chình để xử lý nước thải (Hirano, 1996;
Mattheus, 1997; Synowiecki và Ali-Khateeb, 2003).
1.1.3.4. Ứng dụng chitosan trong y học và công nghệ sinh học
Chitosan và dẫn xuất có các tính chất quan trọng như tương thích sinh học
cao, tự phân hủy sinh học, khả năng tạo màng, không độc, có khả năng làm lành vết
thương, kháng khuẩn, kháng nấm và kháng vi rút nên chúng được nghiên cứu và
triển khai ứng dụng nhiều trong y học. Hiện nay, chitin và chitosan đã được nghiên
cứu ứng dụng trong lĩnh vực kiểm soát quá trình giải phóng thuốc (drug release
control), vận chuyển làm chất mang DNA trong liệu pháp gene, thuốc giảm béo,
thuốc chữa khớp, trị bỏng, da, chỉ nhân tạo, kháng viêm … (Hirano, 1996; Dpdame
và Vilivalam, 1998; Kumar , 2000; Rinaudo, 2006). Tượng tự, trong lĩnh vực công
nghệ sinh học, chitin, chitosan và dẫn xuất được ứng dụng trong công nghệ nuôi cấy
mô tế bào động thực vật, cố định enzyme, cố đinh tế bào, làm chất mang DNA.
1.2. Chitosan thủy phân (chitooligosaccharide-COS)
1.2.1. Giới thiệu về chitosan thủy phân
Chitosan thủy phân là quá trình khử nhóm (-CO-CH
3
) tách khỏi phân tử
chitin, chitosan, ở điều kiện thích hợp làm cho trọng lượng giảm, độ nhớt giảm, độ
deacetyl tăng lên. Chitosan được nghiên cứu thủy phân bằng nhiều phương pháp, có

thể sử dụng phương pháp sinh học hoặc hoá học. Có hơn 30 loại enzyme có thể
được sử dụng để cắt mạch chitosan. Tuy vậy phương pháp này vẫn còn những hạn
chế khi sản xuất ở quy mô lớn. Chitosan có trọng lượng phân tử thấp đạt được bằng
việc depolymer bởi enzyme đã được nghiên cứu bởi Nagasawa và cộng sự. Acid
hydrochloric đã được dùng để thuỷ phân chitosan và sau đó những nỗ lực khác
trong việc sử dụng acid nitrous, acetic acid, acid sulfuric và acid hydrofluoric để cắt
mạch chitosan cũng đã được tiến hành. Các tác giả Allan, Chang, Tanioka, và cộng
9

sự, 1995, đã sản xuất thành công chitosan có trọng lượng phân tử thấp bằng việc cắt
mạch bởi các tác nhân oxy hóa như ozone, Natri nitrite và hydroperoxit.
1.2.2. Đặc điểm tính chất chitosan thủy phân
+ Đặc điểm:
- Khả năng hòa tan trong acid cao
- Có trọng lượng phân tử thấp, có độ nhớt thấp, độ deacetyl cao.
- Dễ hấp phụ các ion kim loại nặng như: Cu, Hg, Cr, Pb, Ni, Cd
+ Tính chất:
- Tính chống oxy hóa cao kéo dài được thời gian bảo quản, tính diệt khuẩn,
chống lại sự oxy hoá, giữ mùi cho sản phẩm, chống ung thư.
- Chitosan thủy phân điều có tính kháng khuẩn, như ức chế hoạt động của
một số loại vi khuẩn như E.Coli, diệt được một số loại nấm hại dâu tây, cà rốt, đậu
và có tác dụng trong bảo quản các loại rau quả có vỏ cứng bên ngoài.
- Khi dùng màng chitosan, dễ dàng điều chỉnh độ ẩm, độ thoáng khí thực
phẩm, chống oxy hóa gữa rau quả tươi lâu hơn.
1.2.3. Một số phương pháp thuỷ phân chitosan có khối lượng phân tử thấp
Để sản xuất chitosan có khối lượng phân từ thấp, các nhà khoa học đã nghiên
cứu nhiều phương pháp thủy phân cắt mạch chitosan như: sử dụng các acid mạnh
H
2
SO

4
[8], HCl [9,10,12], NaNO
2
[11], sử dụng các loại enzyme khác nhau để thuỷ
phân cắt mạch.
- Lấy 2g chitosan hoà tan trong 100ml dung dịch acid acetic, sau đó sấy khô
đến khối lượng không đổi thu được dạng keo. Sau đó lấy 100ml dung dịch HCl
(đđ)

37% bổ sung vào khuấy đều và nâng lên nhiệt độ 72
0
C trong 30 phút khuấy đảo.
Phản ứng được kết thúc bằng cách cho vào trong nước đá. Phần lớn các dung môi
và acid HCl bay hơi trong điều kiện hút chân không. Bã còn lại hoà tan trong nước
và cô đặc, sau cùng tách ra làm hai, phần cặn hoà tan trong nước điều chỉnh pH=6,5
bằng NaOH 10M. Dịch thuỷ phân sau khi trung hoà được kết tủa bằng metanol 90%
và tách rửa sạch, sấy khô chân không thì thu được chitosan hoà tan trong nước [12].
- Lấy 0,25g chitosan trộn với 25ml dung dịch acid H
2
SO
4
có 72, 216,
10

360mM trong bình thủy tinh 100ml đậy kín đun 120
0
C trong 5-240 phút. Hỗn hợp
làm nguội bằng nước đá và điều chỉnh pH về 8-10 bằng dung dịch NaOH 30ml (
150, 450, 750mM) kết tủa chitosan được tách ra và rửa bằng nước cho đến trung
tính. Sau đó lọc tách chitosan rửa về trung tính và sấy chân không thăng hoa [8].

1.2.4. Ứng dụng chitosan thủy phân [18]
1.2.4.1. Trong công nghiệp thực phẩm
Ở Mehico, các loại bánh bắp thường được bảo quản nhân tạo không đảm bảo
sức khỏe con người. Trong một nghiên cứu sử dụng khả năng kháng nấm của
chitooligosaccharide để bảo quản bánh bắp. Người ta tiến hành phân cắt chitosan
bằng chitosanase trong 2, 4, 8 và 14h. Kết quả cho thấy khả năng kháng nấm
Aspergillus của chitooligosaccharide được phân cắt sau 4h là tốt nhất.Vì thế,
chitooligosaccharide có thể được dùng thay thế các chất bảo quản nhân tạo trong
bảo quan bánh bắp cũng như các thực phẩm khác. Đối với thực phẩm chức năng,
chitooligosaccharide có thể sử dụng làm thành phần trong thực phẩm tốt hơn
chitosan và chitin do khả năng tan hoàn toàn trong nước. Chất này có độ ngọt thấp,
năng lượng thấp, không gây ra phản ứng phụ, có khả năng hạ thấp lượng mỡ và
đường trong máu và tăng cường khả năng của hệ miễn dịch. Chitooligosaccharide
không chỉ kích thích sự phát triển của nhóm bacillus mà còn kìm hãm quá trình sinh
sản của vi sinh vật gây bệnh và nắm gây độc trong ruột người.
1.2.4.2. Ứng dụng trong mỹ phẩm
Chitooligosaccharide phát huy tính năng giữ ẩm hiệu quả trong lĩnh vực này.
Chất này được sử dụng trong các sản phẩm sữa rửa mặt và kem.
Chitooligosaccharide trong thành phần mỹ phẩm không những ngăn ngừa được sự
mất đi độ ẩm của sản phẩm trước và sau khi sử dụng trên da mà còn dễ dang thâm
sâu vào da, mang theo các thành phần chăm sóc da khác trong sản phẩm và tăng
tuần hoàn máu.
1.2.4.3. Trong lĩnh vực y dược
Diệt khuẩn gây hại : Chitooligosaccharide có khả năng tăng cường hoạt tính
diệt khuẩn so với chitosan.
11

Ngăn ngừa ung thư : chitooligosaccharide đóng góp khả năng ngăn ngừa ung
thư bằng cách hoạt hóa các tế bào lympho trong cơ thể và điều khiển sự tăng sinh và
lan rộng của tế bào ung thư. Ngoài ra cũng theo cách tăng cường hệ thống miễn

dịch (gián tiếp) và tính kháng khuẩn (trực tiếp mà chitooligosaccharide có khả năng
giúp cơ thể chống lại ký sinh trùng gây bệnh).
Tác động tế bào: chitooligosaccharide tăng cường sự sinh sản và tiết ra
kháng thể IgM của tế bào lai HB4C5 ở người in vitro. Còn thử nghiệm in vivo,
chitooligosaccharide có tác dụng tăng mức IgM và IgG trong huyết tương, tăng
cường lượng lectin kích thích phân bào và khả năng tăng cường khả năng phân bào
của chuột.
Bảo vệ gan: trong khi chitosan thường chỉ có tác dụng trong vùng dạ dày và
ruột và không được hấp thụ vào trong hệ thống tiêu hóa, chitooligosaccharide có thể
đi đến ruột kết và được cắt nhỏ trước khi hấp thụ vào trong cơ thể.
Chitooligosaccharide bảo vệ gan rất hiệu quả. Một ví dụ điển hình là khi uống rượu,
thông thường, sau khi vào cơ thể, rượu sẽ được chia nhỏ và sẽ thành các
acetaldehyde gây ra nhức đầu, mệt mỏi và hại gan. Chitooligosaccharide có thể
phân cắt nhanh các acetaldehyde thành những chất không độc, giảm được độ thấm
của rượu và acetaldehyde, giảm nồng độ rượu trong máu và thúc đẩy quá trình hồi
phục trong những rối loạn sau khi uống rượu. Vì thế, chitooligosaccharide có thể
được thêm vào thức uống có cồn như bia, rượu, …
Tác động đến các chỉ số huyết học: chitooligosaccharide có khả năng giảm
lượng mỡ và đường trong máu, hạ cholesterol, giảm nồng độ uric acid trong máu,
điều chỉnh huyết áp, tăng sự hấp thụ canxi vào cơ thể, ngăn ngừa táo bón và bệnh
tim. Hiệu quả chống bệnh tiểu đường của chitooligosaccharide đã được chứng minh
dựa trên mô hình chuột sơ sinh bị tiểu đường không phụ thuộc insulin do kích thích
streptozotocin. Hàm lượng đường trong máu giảm khoảng 19% khi cho chuột uống
0,3% chitooligosaccharide. Sau khi uống chất này trong 4 tuần, hàm lượng đường
trong máu chuột thí nghiệm giảm rõ rệt so với nhóm đối chứng. Bên cạnh đó, hàm
lượng insulin được tạo thành do sự hiện diện của đường tăng rõ rệt, mức
12

triglyceride giảm 49% so với nhóm đối chứng. Mức cholesterol trong máu chuột thí
nghiệm giảm khoảng 10%. Các triệu chứng của bệnh tiểu đường như tạo không bào

ti thể, hiện tượng phân tách và thoái hóa cơ giảm hẳn nhờ uống chito-
oligosaccharide.
Chitosan trọng lượng phân tử thấp có một số đặc tính đặc biệt như kết hợp
với lipid, ngăn cản sự phát triển của u bướu, là tác nhân miễn dịch và có nhiều các
ứng dụng trong y tế. Chitosan có trọng lượng phân tử thấp (5-20kDa) dường như có
tác dụng lên chức năng sinh hoá so với chitosan có trọng lượng phân tử cao hơn.
Những chitosan có trọng lượng phân tử khoảng 20 kDa ngăn ngừa được sự
phát triển của bệnh đái tháo đường và biểu hiện ái lực cao với lipopolysaccharides
hơn là chitosan có trọng lượng phân tử 140 kDa. Chitosan có trọng lượng phân tử
thấp trong khoảng 5-10kDa có khả năng ức chế mạnh với nhiều loại tác nhân gây
bệnh bao gồm Fusarium oxyporum, Phomopsis fukushi, Alternaria alternata.
Chitosan với trọng lượng phân tử thấp (khoảng 5kDa) ngăn ngừa được sự gia
tăng của cholesterol của chuột khi sử dụng thức ăn đã được bổ sung cholesterol.
Suzuki và cộng sự, 1986 đã phát hiện rằng chito-hexamer ngăn chặn sự phát triển
của khối u Sarcoma-180 và Meth-A trong chuột.
Chitosan oligomer cũng như chitosan thể hiện khả năng ức chế sự phát triển
của nhiều nấm mốc và vi khuẩn và đặc biệt là vi khuẩn gây bệnh. Hinaro và Nagao
đã nghiên cứu về mối quan hệ giữa mức độ polymer hoá (DP) của chitosan với hiệu
quả kháng khuẩn của chitosan. Nghiên cứu kết luận rằng chitosan oligome (DP
2÷8), như chitosan trọng lượng phân tử thấp, thể hiện khả năng ức chế hiệu quả hơn
chitosan phân tử lượng cao đối với hầu hết vi khuẩn gây bệnh như Fusarium
oxyporum, Phomopsis fukushi, Alternaria alternata và nhiều chủng khác. Kendra
cũng đã giải thích rằng sự hiện diện của một số chitosan oligome có hoạt tính sinh
học trên đậu hà lan đã hạn chế sự phát triển của nấm mốc.
13

1.2.5. Thủy phân chitosan bằng H2SO4 [2]
1.2.5.1. Cơ chế thủy phân chitosan bằng H2SO4
Trong quá trình thủy phân chitosan bằng H
2

SO
4
, liên kiết glucoside 1,4 trong
chuỗi polysaccharide bị bẻ gẫy làm giảm trọng lượng phân tử của chitosan. Quá
trình cắt mạch chitosan diễn ra theo một loạt các phản ứng hóa học. Chitosan ưu
tiên nhận thêm một proton do H
2
SO
4
sinh ra để ion hóa nhóm NH
2
trong phân tử
thành NH
3
+


theo phản ứng:
R–NH
2
+ H
+
= R–NH
3
+

H
2
SO
4

= H
+
+ SO
4
2-
Hoặc H
2
SO
4
+ R
−NH
2
+ H
+
=R
−NH
3
+
+ SO
4
2-
+ H
+
Trong suốt quá trình phản ứng cấu trúc của chitosan không có sự thay đổi.
Mạch chitosan chỉ bị ngắn lại do liên kết glucoside 1,4 bị cắt đứt, còn các nhóm
amino được bảo vệ bởi axit.
1.2.5.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng cắt mạch chitosan bằng H
2
SO
4

Phản ứng cắt mạch chitosan bằng H
2
SO
4
phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng
một số yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng cắt mạch chitosan:
Ảnh hưởng nồng độ H
2
SO
4

Khả năng cắt mạch chitosan tăng dần theo chiều tăng nồng độ H
2
SO
4
.
Nghiên cứu chỉ ra rằng trọng lượng phân tử của sản phẩm thủy phân chitosan giảm
dần khi nồng độ H
2
SO
4
tăng. Một lượng nhỏ H
2
SO
4
cũng có thể làm giảm trọng
lượng phân tử của chitosan. Khi điều kiện phản ứng được giữ không đổi, nồng độ
H
2

SO
4
càng cao thì trọng lượng phân tử càng giảm.
Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian
Cũng theo nghiên cứu của Feng Tian Yu Liu và các nhà khoa học trên thế
giới cho biết tốc độ cắt mạch chitosan tăng mạnh khi nhiệt độ và thời gian tăng lên.
Ảnh hưởng của loại chitosan
Tùy vào loại chitosan khác nhau mà thủy phân bằng H
2
SO
4
. Chitosan có độ
deacetyl càng cao thì thủy phân càng nhanh và càng triệt để. Ngoài ra còn phụ thuộc
vào môi trường.
14

1.3. Quá trình oxy hóa [25]
Quá trình oxy hóa là quá trình xảy ra phản ứng ứng hóa học trong
đó electron được chuyển sang chất oxy hóa.
1.3.1. Gốc tự do [27]
Theo định nghĩa, gốc tự do ( free radical ) là bất cứ phân tử hóa chất nào chỉ
có một điện tử duy nhất (electron mang điện âm) hay một số lẻ điện tử.
Về khía cạnh hóa học, phần nhỏ nhất của vật thể gọi là nguyên tử. Mỗi
nguyên tử có một nhân với một số chẵn điện tử xoay chung quanh, giống như các
hành tinh quay chung quanh mặt trời. Phân tử gồm một số nguyên tử dính với nhau
do tác dụng của các đôi điện tử. Một vài khi, trong diễn tiến hóa học, một điện tử bị
tách rời khỏi nhóm và phân tử đó trở thành một gốc tự do, với số lẻ điện tử. Do đó,
nó không cân bằng, đầy đủ nên rất bất ổn, dễ tạo ra phản ứng. Nó luôn luôn tìm
cách chiếm đoạt điện tử mà nó thiếu từ các phân tử khác, và lần lượt tạo ra một
chuỗi những gốc tự do mới, gây rối loạn cho sinh hoạt bình thường của tế bào.

Trong cuộc đời của một người sống tới 70 tuổi, thì có chừng 17 tấn gốc tự do được
tạo ra như vậy.
Năm 1954, bác sĩ Denham Harman thuộc Đại học Berkeley, California, là
khoa học gia đầu tiên nhận ra sự hiện hữu của gốc tự do trong cơ thể với nguy cơ
gây ra những tổn thương cho tế bào.Trước đó, người ta cho là gốc này chỉ có ở
ngoài cơ thể.
1.3.2. Định nghĩa chất chống oxy hóa
Chất chống oxy là chất giúp ngăn chặn hoặc làm chậm quá trình oxy
hóa chất khác. Làm giảm tác dụng của các quá trình oxy hóa nguy hiểm bằng cách
liên kết với nhau và với các phân tử có hại, giảm sức mạnh phá hủy của chúng.
Chất chống oxy hóa ngăn quá trình phá hủy này bằng cách khử đi các gốc tự
do, kìm hãm sự oxy hóa bằng cách oxy hóa chính chúng.
1.3.3. Ảnh hưởng của gốc tự do tới cơ thể [27]
Gốc tự do có tác dụng không tốt cho cơ thể liên tục ngay từ lúc con người
mới sanh ra và mỗi tế bào chịu sự tấn công của cả chục ngàn gốc tự do mỗi ngày. Ở
15

tuổi trung niên, cơ thể mạnh, trấn áp được chúng, nhưng tới tuổi cao, sức yếu, gốc
tự do lấn át, gây thiệt hại nhiều gấp mười lần ở người trẻ. Nếu không bị kiểm soát,
kiềm chế, gốc tự do gây ra các bệnh thoái hóa như ung thư, xơ cứng động mạch,
làm suy yếu hệ thống miễn dịch gây dễ bị nhiễm trùng, làm giảm trí tuệ, teo cơ
quan bộ phận người cao niên.
Hình 1.1. Cơ chế tác động của gốc tự do đến tế bào
Nó phá rách màng tế bào khiến chất dinh dường thất thoát, tế bào không tăng
trưởng, tu bổ, rồi chết. Nó tạo ra chất lipofuscin tích tụ dưới da khiến ta có những
vết đồi mồi trên mặt, trên mu bàn tay. Nó tiêu hủy hoặc ngăn cản sự tổng hợp các
phân tử chất đạm, đường bột, mỡ, enzyme trong tế bào. Nó gây đột biến ở gene, ở
nhiễm thể, ở DNA, RNA. Nó làm chất collagen, elastin mất đàn tính, dẻo dai khiến
da nhăn nheo, cơ khớp cứng nhắc.
Theo các nhà nghiên cứu, gốc tự do hủy hoại tế bào theo diễn tiến sau đây:

Trước hết, gốc tự do oxy hóa màng tế bào, gây trở ngại trong việc thải chất bã và
tiếp nhận thực phẩm, dưỡng khí; rồi gốc tự do tấn công các ty lập thể, phá vỡ nguồn
cung cấp năng lượng. Sau cùng, bằng cách oxy hóa, gốc tự do làm suy yếu kích
thích tố, enzym khiến cơ thể không tăng trưởng được.
16

Trong tiến trình hóa già, gốc tự do cũng dự phần và có thể là nguy cơ gây tử
vong. Hóa già được coi như một tích tụ những đổi thay trong mô và tế bào. Theo
bác sĩ Denham Harman, các gốc tự do là một trong nhiều nguyên nhân gây ra sự
hoá già và sự chết của các sinh vật. Ông ta cho là gốc tự do phản ứng lên ty lạp thể,
gây tổn thương các phân tử bằng cách làm thay đổi hình dạng, cấu trúc, khiến
chúng trở nên bất khiển dụng, mất khả năng sản xuất năng lượng. Do quan sát,
người ta thấy gốc tự do có ít ở các sinh vật chết non, có nhiều hơn ở sinh vật sống
lâu. Người cao tuổi có nhiều gốc tự hơn là khi người đó còn trẻ.
Theo các nhà khoa học thì gốc tự do có thể là thủ phạm gây ra tới trên 60
bệnh, đáng kể nhất gồm có: bệnh vữa xơ động mạch, ung thư, Alzheimer,
Parkinson, đục thuỷ tinh thể, bệnh tiểu đường, cao huyết áp không nguyên nhân, xơ
gan.
Trong cơ thể có rất nhiều loại gốc tự do, mà các gốc nguy hiểm hơn cả là
superoxide, ozone, hydrogen peroxide, lipid peroxy nhất là hydroxyl radical, một
gốc rất phản ứng và gây ra nhiều tổn thương.
Gốc tự do được tạo ra bằng nhiều cách. Nó có thể là sản phẩm của những
căng thẳng tâm thần, bệnh hoạn thể xác, mệt mỏi, ô nhiễm môi trường, thuốc lá,
dược phẩm, tia phóng xạ mặt trời, thực phẩm có chất mầu tổng hợp, nước có nhiều
chlorine và ngay cả oxygen.
1.3.4. Chất chống oxy hóa [23, 24, 25]
Trong cơ thể, phản ứng oxy hóa tạo ra những gốc tự do. Nhưng may mắn là
cơ thể ta tạo ra được mấy loại enzym có khả năng trung hòa gốc tự do và mỗi phân
tử enzym có thể vô hiệu hóa nhiều ngàn gốc. Các enzym đó túc trực trong cơ thể
trước khi có phản ứng tạo ra gốc tự do nên nó kịp thời đối phó với những gốc tự do

này. Các enzym chính là superoxide dismutase (SOD), catalase và glutathione. Mỗi
enzym liên hệ vào từng phản ứng hóa học riêng biệt.
Ngoài ra ta có thể trung hòa gốc tự do bằng cách dùng chất chống oxy hóa
(antioxidant). Các chất này chỉ mới được nhắc nhở nhiều trong dân chúng cũng như
y giới khoảng mươi năm gần đây. Đã có nhiều khoa học gia để tâm nghiên cứu về
17

công dụng của chất chống oxy hóa và tây y học cũng đã có thái độ thiện cảm hơn
với các chất này.
Trong một cuộc hội thảo của các bác sĩ chuyên môn về tim năm 1995, 90 %
tham dự viên nhận là mình có uống chất chống oxy hoá nhưng chỉ có 75 % biên toa
cho bệnh nhân. Lý do là nhiều người vẫn cho là không có đủ dữ kiện xác đáng để
khuyến khích bệnh nhân dùng thêm các chất này. Hiệp Hội Tim Mạch Hoa Kỳ đã
khuyến cáo: Một chỉ dẫn thận trọng và khoa học nhất về vấn đề này là người dân
nên ăn thực phẩm có nhiều chất chống oxy hóa trong rau, trái cây và các loại hạt,
thay vì uống thêm chất antioxidant.
Chất này có khả năng làm mất hoạt tính của gốc tự do tích tụ trong cơ thể,
biến chúng thành những phân tử vô hại, đồng thời cũng có khả năng duy trì cấu
trúc và chức năng của tế bào.
Tuy cơ thể có khả năng tổng hợp nên các emzyme có khả năng vô hiệu các
gốc tự do nhưng các gốc tự do đó sinh ra quá nhiều khiến cơ thể không thể tổng hợp
đủ các emzyme để bảo vệ cơ thể trước nhưng mối nguy cơ này. Do đó cần phải bổ
sung cho cơ thể những chất có công dụng thay thế các emzym vô hiệu gốc tự do gây
hại cho cơ thể.
Chất chống oxy hóa được phân thành hai loại, tuỳ thuộc vào việc chúng được
hòa tan trong nước hoặc trong lipid. Các hợp chất này có thể được tổng hợp trong
cơ thể hoặc đưa vào cơ thể qua thức ăn hoặc các loại thực phẩm bổ sung.
Chất chống oxy hóa được sử dụng rộng rãi như là thành phần trong chế độ ăn uống
bổ sung để duy trì sức khỏe và ngăn ngừa bệnh như ung thư và bệnh tim mạch.
Chất chống oxy hóa cũng được sử dụng làm phụ gia thực phẩm để giúp bảo

vệ chống lại hư hỏng thực phẩm. Bởi vì oxy và ánh sáng mặt trời là hai yếu tố chính
trong quá trình oxy hóa làm cho thực phẩm dễ bị hư hỏng. Các chất chống oxy hóa
thường dùng bao gồm các hợp chất tự nhiên có sẵn trong các loại thực phẩm cũng
như các chất chống oxy hóa tổng hợp như propyl gallate (PG, E310), tertiary
butylhydroquinone (TBHQ), butylated hydroxyanisole (BHA, E320) và butylated
hydroxytoluene (BHT, E321). Ngoài ra, trong dịch chiết của một số thực phẩm như
18

trà, tim sen, rong biển và một số sản phẩm thủy sản cũng có khả năng chống oxy
hoá [2].
Các yếu tố kìm hãm sự oxy hóa :
Kìm hãm sự oxy hóa bằng cách làm đứt mạch oxy hóa
Phản ứng oxy hóa:
R
*
+ O
2
RO
2

RO
2
+ RH ROOH + R
*

Để giảm tốc độ phản ứng này có thể đưa vào phản ứng chất chống oxy hóa
InH, có khả năng dễ dàng xảy ra phản ứng với RO
2
hơn, khi đó
RO

2
+ InH ROOH + In
*

Gốc In
*
là gốc kém hoạt động, không thể tương tác với phân tử lipid. Sau đó
gốc In sẽ bị vô hoạt bởi tổ hợp
RO
2
+ InH ROOH + In
*

In
*
+ In
*
In – In
RO
*
+ In ROOOIn
Kìm hãm oxy hóa bằng cách làm giảm tốc độ phát triển mạch
Sulfur có khả năng phá hủy hydroperoxide
ROOH + R
1
SR
2
ROH + R
1
SOR

2

ROOH + R
1
SOR ROH + R
1
SO
2
R
2


Kìm hãm phản ứng oxy hóa bằng cách vô hoạt các hợp chất chứa kim loại có
hoạt động xúc tác.
Các ion kim loại chuyển tiếp là yếu tố xúc tiến quá trình oxy hóa các phản
ứng:
Fe
2+
+ ROOH Fe
3+
+ RO
*
+ OH
*


Fe
3+
+ ROOH Fe
2+

+ RO
2
*
+ H
*

Vì vậy, có thể chọn các chất có khả năng tạo phức với kim loại, qua đó loại
trừ được khả năng chuyển hóa trị của kim loại. Các chất chống oxy hóa dạng này
như acid citric, acid malic, acid fitinic,…

19


Kìm hãm phản ứng oxy hóa bằng chất hiệp trợ
Kìm hãm phản ứng oxy hóa chất béo bằng hỗn hợp vitamin C và quinine
1.3.5. Cơ chế chống oxy hóa của chitosan [2]
Cơ chế chống oxy hóa của chitosan có thể giải thích bằng nhiều cơ chế khác
nhau:
- Park và cộng sự (2004) cho rằng chitosan có thể khử các gốc tự do khác
nhau do tác động của nitơ vào vị trí cacbon số 2 của chitosan.
- Xie và cộng sự (2001) báo cáo rằng cơ chế xử lý của chitosan có liên quan
đến một thực tế là các gốc tự do có thể phản ứng với các ion hydro từ các ion amoni
NH
3
+
để tạo thành một phân tử ổn định. Các NH
3
+
được hình thành bởi các nhóm
amin hấp thụ một ion hydro từ các dung dịch.

- Jeon và cộng sự (2002) cũng cho rằng cơ chế chống oxy hóa của chitosan
có thể là do hoạt tính tạo phức với các ion kim loại hoặc do chitosan kết hợp với
lipid. Màng chitosan cũng thể hiện tác dụng hạn chế oxy hóa lipid do màng chitosan
làm rào cản đối với oxy.
- Trần Thị Luyến cho rằng do các nhóm amino của phân tử chitosan có thể
kìm hãm sự oxy hóa lipid do tác động kiềm hãm vậy mới hạn chế được sự hoạt
động oxy hóa của nhóm kim loại.
20

1.3.6. Tình hình nghiên cứu khả năng chống oxy hoá của chitosan trên thế giới
và Việt Nam
1.3.6.1. Tình hình nghiên cứu khả năng chống oxy hóa chitosan trên thế giới
Nghiên cứu về ứng dụng của chitosan, rất nhiều tác giả cho rằng chitosan có
hoạt tính sinh học tự nhiên, không độc được sử dụng trong thực phẩm với vai trò là
một tác nhân tách chiết, tác nhân làm trong thành phần cho chế độ người ăn kiêng .
Ngoài ra, chitosan có khả năng hình thành màng đặc biệt để bao gói thực phẩm.
Các tính chất chức năng của màng bao chitosan bao gồm: khả năng tiêu diệt vi sinh
vật, chống oxy hóa và là màng ngăn chặn sự xâm nhập của oxy rất tốt (Jeon et al,
2002).
Thịt và các sản phẩm từ thịt rất dễ bị hư hỏng do vi sinh vật và quá trình oxy
hóa lipid do đó các chất bảo quản thịt cần phải có cả hai đặc tính kháng khuẩn và
chống oxy hóa lipid. Chitosan có tính kháng khuẩn và hạn chế quá trình oxy hóa
lipid nên được dùng để bảo quản thịt nhằm hạn chế quá trình hư hỏng của thịt. Đặc
biệt, chitosan rất phù hợp trong việc ứng dụng để bảo quản các sản phẩm khô, sản
phẩm ăn liền.
Sản phẩm thủy sản rất nhạy cảm với sự biến đổi giảm chất lượng do sự oxy
hóa lipid của các acid béo chưa bão hòa, các acid chưa bão hòa là do sự có mặt với
nồng độ cao của thành phần Hematin và các ion kim loại trong cơ thịt thủy sản
(Decker và Hultin, 1992). Hơn nữa, chất lượng của thực phẩm thủy sản bị ảnh
hưởng rất lớn bởi sự tự phân giải, sự lây nhiễm và phát triển của vi sinh vật và sự

mất dần chức của protein. Trong suốt quá trình bảo quản đông sự oxy hóa vẫn xảy
ra làm thay đổi màu sắc, mùi vị của cá. Màng chitosan rất quan trọng nhằm hạn chế
sự vận chuyển oxy từ môi trường bảo quản đến thực phẩm.
Kamil và cộng sự (2002) đã nghiên cứu về hoạt tính chống oxy hóa của
chitosan ở các nồng độ khác nhau đến thịt cá trích (Clupea harengus) được bảo
quản ở 4
0
C trong 8 ngày. Tác dụng này được so sánh với các mẫu đối chứng sử
dụng chất chống oxy hóa BHA, BHT.