Nghiên cứu thuỷ phân chitin, chitosan bằng enzyme hemicellulase và ứng dụng sản phẩm thủy phân vào bảo quản sữa tươi nguyên liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
********



LÊ THỊ TƯỞNG




NGHIÊN CỨU THỦY PHÂN CHITIN, CHITOSAN
BẰNG ENZYME HEMICELLULASE VÀ ỨNG
DỤNG SẢN PHẨM THỦY PHÂN VÀO BẢO
QUẢN SỮA TƯƠI NGUYÊN LIỆU



Luận văn thạc sĩ: Ngành Công nghệ sau thu hoạch
Mã số: 60.54.10
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Thị Luyến

Nha trang,
2007


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và
kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào.
Tác giả luận văn


Lê Thị Tưởng


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn:
1. Cô giáo hướng dẫn: PGS - TS Trần Thị Luyến đã trực tiếp và tận tình hướng
dẫn khoa học để tôi hoàn thành tốt nghiệp này.
2. Quý thầy cô đã dày công dạy dỗ chúng tôi trong suốt thời gian học Cao học.
3. Quý thầy cô trong Hội đồng bảo vệ đề cương thạc sĩ.
4. Quý thầy cô trong Khoa Chế biến – Trường Đại học Nha trang đã tạo mọi
điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài.
5. Trung tâm công nghệ sinh học và môi trường, phòng thí nghiệm công nghệ
thực phẩm, phòng thí nghiệm công nghệ chế biến, phòng thí nghiệm vi sinh -
bộ môn công nghệ sinh học, phòng phân tích kiểm nghiệm và phòng đánh
giá cảm quan - bộ môn QLCL  ATTP.


MỤC LỤC

Bảng các chữ viết tắt trong luận văn
Danh mục các biểu bảng
Danh mục các sơ đồ - hình – đồ thị
MỞ ĐẦU
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về chitin
1.2. Tổng quan về chitosan
1.3. Tổng quan về COS
1.4. Ứng dụng của chitin-chitosan-COS
1.5. Tình hình nghiên cứu sản xuất chitin-chitosan-COS
1.5.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
1.5.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
1.6. Tổng quan về enzyme
1.6.1. Giới thiệu chung về enzyme
1.6.2. Một số nghiên cứu và ứng dụng của enzyme hemicellulase
1.6.2.1. Một số nghiên cứu về enzyme hemicellulase
1.6.2.2. Ứng dụng của enzyme hemicellulase
1.7. Tổng quan về sữa bò
1.8. TỔNG QUAN VỀ OXY HÓA CHẤT BÉO
CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu nghiên cứu
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp phân tích
2.2.2. Bố trí thí nghiệm
2.2.2.1. Quy trình dự kiến thủy phân chitin, chitosan bằng enzyme
2.2.2.2. Bố trí thí nghiệm xác định các thống số của quy trình
2.2.2.3. Quy trình dự kiến cho quá trình bảo quản sữa bò
2.2.3. Thiết bị, dụng cụ, hóa chất sử dụng trong nghiên cứu
2.2.4. Phương pháp xử lý số liệu

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THỦY PHÂN CHITIN,
Trang
1
2
4
6
8
8
11
13
15
18
18
23
27
27
29
29
30
31
33
36
36
38
38
39
40
41
45

46
46
47


CHITOSAN
3.1.1. Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình thủy phân
3.1.2. Xác định ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến quá trình thủy phân
3.1.3. Xác định ảnh hưởng của pH đến quá trình thủy phân
3.1.4. Xác định ảnh hưởng thời gian quá trình thủy phân.
3.2. QUY TRÌNH HOÀN THIỆN CHO QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN
CHITIN, CHITOSAN BẰNG ENZYME HEMICELLULASE
3.2.1. Sơ đồ quy trình
3.2.2.Giải thích quy trình:
3.3. XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ COS THÍCH HỢP BẢO QUẢN SỮA BÒ
TƯƠI NGUYÊN LIỆU
3.3.1. Chất lượng cảm quan của sữa bò tươi nguyên liệu
3.3.2. Chọn nồng độ COS thích hợp bảo quản sữa bò tươi nguyên liệu
3.3.2.1. Xác định lượng vi sinh vật ban đầu và lượng vi sinh vật sau 24giờ,
48giờ bảo quản ở nhiệt độ 6-8
0
C.
3.3.2.2. Ảnh hưởng nồng độ COS đến sự biến đổi TPC trong bảo quản sữa
bò ở nhiệt độ 6- 8
0
C
3.3.2.3. Ảnh hưởng nồng độ COS đến sự biến đổi Coliforms trong bảo
quản sữa bò ở nhiệt độ 6-8
0
C.

3.3.2.4. Ảnh hưởng nồng độ COS đến sự biến đổi S.aureus trong bảo quản
sữa bò tươi nguyên liệu ở nhiệt độ 6-8
0
C
3.3.2.5. Ảnh hưởng nồng độ COS đến ĐCQ-chung của sữa bò
3.3.2.6. Ảnh hưởng nồng độ COS đến chỉ số peroxyt của váng sữa
3.4. TÍNH TOÁN SƠ BỘ GIÁ THÀNH SẢN PHẨM.
3.4.1. Tính toán sơ bộ chi phí sản xuất chiti-COS bằng enzyme
hemicellulase.
3.4.2. Tính toán sơ bộ chi phí sản xuất chito-COS bằng enzyme
hemicellulase.
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
CÁC PHỤ LỤC
47
47
49
50
52

54
54
55

57
57
58
58

59

63

66
69
69
69

71

72

73
74


-1-
BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
TPC Tổng số vi sinh vật hiếu khí (Total Plate Count)
E.coli Escherichia coli
S.aureus Staphylococus aureus
cfu Colony forming unit (Đơn vị tạo thành khuẩn lạc)
NA Nutrient Agar
VRB Crystal Violet Neutral red Bile
MPN Most Possible Number
COS Olygosaccharide thu nhận từ chitin và olygosaccharide thu nh
ận
từ chitosan.
Chiti - COS Olygosaccharide thu nhận từ chitin
Chito - COS

Olygosaccharide thu nhận từ chitosan
ĐCQ-chung Điểm cảm quan chung
HPLC High Pressure Liquid Chromatography
PL Phụ lục

-2-
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
TT
TÊN BẢNG
TRANG

1.

Bảng 1.1. Thành phần hoá học trung bình của 1 lít sữa bò.
32
2.

Bảng 1.2. Các acid béo chủ yếu trong sữa bò nguyên liệu.
33
3.

Bảng 3.1: Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất thu COS
1-PL
4.

Bảng 3.2: ĐCQ - chung của COS theo nhiệt độ.
1-PL
5.

Bảng 3.3: Ảnh hưởng nồng độ enzyme đến hiệu suất thu COS.
1-PL
6.

Bảng 3.4: ĐCQ - chung của COS theo nồng độ enzyme.
2-PL
7.

Bảng 3.5: Ảnh hưởng pH đến hiệu suất thu COS.
2-PL
8.

Bảng 3.6: ĐCQ - chung của COS theo pH.
2-PL
9.

Bảng 3.7.Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất thu COS.
3-PL
10.

Bảng 3.8. ĐCQ - chung của COS theo thời gian.
3-PL
11.

Bảng 3.9: Mô tả chất lượng cảm quan của sữa bò tươi nguyên liệu.
3-PL
12.

Bảng 3.10: Một số chỉ tiêu lý – hóa của sữa bò tươi nguyên liệu.
4-PL

13.

Bảng 3.11: Một số vi sinh vật trong sữa bò tươi nguyên liệu.
4-PL
14.

Bảng3.12: Sự biến đổi vi sinh vật trong sữa bò tươi nguyên liệu
theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ 6-8
0
C.
4-PL
15.

Bảng 3.13: Ảnh hưởng nồng độ chito-COS đến TPC theo thời
gian bảo quản ở nhiệt độ 6÷ 8
0
C.
5-PL
16.

Bảng 3.14: Ảnh hưởng của nồng độ chiti-COS đến TPC theo
5-PL
-3-
thời gian bảo quản ở nhiệt độ 6 ÷ 8
0
C.
17.

Bảng 3.15. Ảnh hưởng nồng độ chito-COS đến sự biến đổi
Coliforms ở nhiệt độ 6 ÷ 8

0
C.
6-PL
18.

Bảng 3.16: : Ảnh hưởng nồng độ chiti-COS đến sự biến đổi

Coliforms ở nhiệt độ 6 ÷ 8
0
C.
6-PL
19.

Bảng 3.17: Ảnh hưởng nồng độ chito-COS đến sự biến đổi

S.aureus ở nhiệt độ 6 ÷ 8
0
C.
7-PL
20.

Bảng 3.18: Ảnh hưởng nồng độ chiti-COS đến sự biến đổi

S.aureus ở nhiệt độ 6÷ 80C.
7-PL
21.

Bảng 3.19: ĐCQ - chung của sữa bò nguyên liệu khi bổ sung
chiti-COS.
8-PL

22.

Bảng 3.20: ĐCQ - chung sữa bò tươi nguyên liệu khi bổ sung

chito-COS.
8-PL
23.

Bảng 3.21: Ảnh hưởng nồng độ chito-COS đến chỉ số peroxyt của
váng sữa.
8-PL
24.

Bảng 3.22: Ảnh hưởng nồng độ chiti-COS đến chỉ số peroxyt của
váng sữa.
9-PL
25.

Bảng 3.23: Tính toán sơ bộ chi phí sản xuất chiti-COS
9-PL
26.

Bảng 3.24: Tính toán sơ bộ chi phí sản xuất chito-COS
9-PL

-4-
DANH MỤC CÁC HÌNH – SƠ ĐỒ - ĐỒ THỊ
TT TÊN HÌNH TRANG

1.

Hình 1.1: Sự biến đổi về giá trị cảm quan của chất béo.
34
2.

Hình 2.1: Vật liệu chitin dạng bột.
35
3.

Hình 2.2.Vật liệu chitosan dạng bột.
36
4.

Hình 2.3. Enzyme hemicellulase có nguồn từ Aspergillus niger.
37
5.

Hình 2.4: Sơ đồ quy trình dự kiến cho quá trình thủy phân
chitin, chitosan bằng enzyme hemicellulase.
40
6.

Hình 2.5: Sơ đồ thí nghiệm xác định ảnh hưởng nhiệt độ đến
quá trình thủy phân
41
7.

Hình 2.6: Sơ đồ thí nghiệm xác định ảnh hưởng nồng độ enzyme
đến quá trình thủy phân.
42

8.

Hình 2.7: Sơ đồ thí nghiệm xác định ảnh hưởng pH đến quá
trình thủy phân.
43
9.

Hình 2.8: Sơ đồ thí nghiệm xác định ảnh hưởng thời gian đến
quá trình thủy phân.
44
10.

Hình 2.9: Sơ đồ thí nghiệm xác định nồng độ COS trong bảo
quản sữa bò tươi nguyên liệu
45
11.

Hình 3.1: Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất thu COS
47
12.

Hình 3.2: ĐCQ-chung của COS theo nhiệt độ
48
13.

Hình 3.3: Ảnh hưởng nồng độ enzyme đến hiệu suất thu COS
49
14.

Hình 3.4: ĐCQ-chung của COS theo nồng độ enzyme.

50
15.

Hình 3.5: Ảnh hưởng pH đến hiệu suất COS.
51
-5-
16.

Hình 3.6: ĐCQ-chung của COS theo pH
51
17.

Hình 3.7:Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất thu COS
52
18.

Hình 3.8: ĐCQ-chung của COS theo thời gian.
53
19.

Hình 3.9: Quy trình hoàn thiện quá trình thủy phân chitin,
chitosan bằng enzyme hemicellulase.
54
20.

Hình 3.10: Chiti-COS
56
21.

Hình 3.11: Chito-COS

56
22.

Hình 3.12: Sự biến đổi vi sinh vật trong sữa bò tươi nguyên liệu
theo thời gian bảo quản
59
23.

Hình 3.13: Ảnh hưởng nồng độ chito-COS đến TPC theo thời
gian bảo quản
60
24.

Hình 3.14: Ảnh hưởng nồng độ chiti-COS đến TPC theo thời
gian bảo quản
60
25.

Hình 3.15:Ảnh hưởng nồng độ chito-COS đến Coliforms.
63
26.

Hình 3.16: Ảnh hưởng nồng độ chiti-COS đến Coliforms.
64
27.

Hình 3.17: Ảnh hưởng nồng độ chito-COS đến S.aureus.
66
28.

Hình 3.18: Ảnh hưởng nồng độ chiti-COS đến S.aureus.
67
29.

Hình 3.19 : ĐCQ-chung của sữa bò tươi nguyên liệu khi bổ sung
COS
69
30.

Hình 3.20: Ảnh hưởng nồng độ chito-COS đến chỉ số peroxyt của
váng sữa.
70
31.

Hình 3.21: Ảnh hưởng nồng độ chiti-COS đến chỉ số peroxyt của
váng sữa.
70
-6-
MỞ ĐẦU
Chitin (poly-N-acetylglucosamin) là một polymer sinh học có nhiều trong
cấu trúc khớp, sụn của các động vật bậc thấp, trong thành phần tế bào một số vi sinh
vật như nấm mốc, nấm men, vi khuẩn, và trong lớp vỏ của các loài giáp xác như
tôm, cua, ốc, hến, Quá trình thu nhận, tách chiết chitin, chitosan (poly-
glucosamin), COS và glucosamin được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp,
thực phẩm, nông nghiệp, y – dược và bảo vệ môi trường như các chất đông tụ, điều
chỉnh và kiểm soát pH, chất làm dai giấy viết, thuốc chữa xương khớp, da nhân
tạo, [9, 13]. Ở Việt Nam, chitin và chitosan đã được nghiên cứu và sản xuất quy
mô pilot từ phế liệu của ngành chế biến thủy sản và được ứng dụng làm chất kháng
khuẩn trong nông nghiệp, làm thuốc chữa bỏng và chất làm dai trong sản xuất giò
chả thay thế hàn the độc hại [50].

Chitin không có khả năng hoà tan trong nước vì vậy việc sử dụng chúng rất
hạn chế. Chitin phần lớn dùng làm nguyên liệu để sản xuất chitosan. Chitosan là sản
phẩm được deacetyl từ chitin. Mặc dù chitosan có tính hoạt động sinh học mạnh
nhưng cơ thể hấp thụ kém và không có khả năng hòa tan trong nước vì khối lượng
phân tử lớn nên hạn chế sử dụng trong một số ứng dụng lớn. Một hướng nghiên cứu
mới hiện nay trong lĩnh vực chitin, chitosan là sản xuất COS hòa tan từ chitin,
chitosan được chiết suất từ vỏ tôm, cua, ghẹ trong ngành thủy sản nhằm mở rộng
phạm vi ứng dụng của COS và góp phần hạn chế hiện trạng ô nhiễm môi trường
trong ngành thủy sản nước ta hiện nay.
Từ tính cấp thiết trên tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu thuỷ phân chitin


chitosan bằng enzyme hemicellulase và ứng dụng sản phẩm thủy phân vào bảo
quản sữa tươi nguyên liệu”.
Nội dung của đề tài:
- Nghiên cứu các thông số thích hợp cho quá trình thủy phân chitin chitosan
bằng enzyme hemicellulase.
-7-
- Nghiên cứu nồng độ COS thích hợp dùng bảo quản sữa tươi nguyên liệu.
Tính khoa học của đề tài:
Luận văn đã đưa ra được các thông số thích hợp thủy phân chitin, chitosan
bằng enzyme hemicellulase và sản phẩm thu được là COS. Đây là một chất có hoạt
tính sinh học, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Luận văn cũng đưa ra được nồng độ COS thích hợp dùng bảo quản sữa tươi
nguyên liệu.
Tính thực tiễn của đề tài
Kết quả của luận văn góp phần giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường hiện
nay trong ngành chế biến thủy sản Việt Nam. Mở ra một hướng mới trong công
nghệ sản xuất COS từ enzyme và trong công nghệ bảo quản sữa tươi nguyên liệu.
Ngoài ra các số liệu của luận văn còn cung cấp thêm các thông số khoa học để bổ

sung vào các tài liệu phục vụ giảng dạy và là cơ sở cho các công trình nghiên cứu
sản xuất và ứng dụng COS tiếp theo.
-8-
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ CHITIN
Chitin là một polymer sinh học rất phổ biến trong tự nhiên, chỉ đứng sau
cellulose, chúng được tạo ra trung bình 20g trong 1 năm/1m
2
bề mặt trái đất. Trong
tự nhiên chitin tồn tại cả ở động vật, thực vật.
Đối với cơ thể động vật, chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng của vỏ
một số động vật không xương sống như: côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác và giun
tròn. Trong thế giới thực vật chitin có ở thành tế bào của một số nấm và tảo như:
nấm Zygemycether, một số tảo Chlorophiceae, nấm bất toàn(Fugiimperfecti), tảo
khuẩn (Phycomycetes),
Trong động vật thủy sản đặc biệt trong vỏ tôm, cua, ghẹ và xương mực hàm
lượng chitin chiếm tỷ lệ cao, từ 14 – 35% so với trọng lượng khô. Vì vậy vỏ tôm,
cua, ghẹ, xương mực là nguồn nguyên liệu tiềm năng sản xuất chitin và các sản
phẩm từ chúng.
Chitin là polysaccharide chứa đạm không độc hại, có khối lượng phân tử lớn.
Cấu trúc của chitin là một tập hợp các phân tử liên kết với nhau bởi các cầu nối
glucozit và hình thành một mạng các sợi có tổ chức. Chitin rất hiếm tồn tại ở trạng
thái tự do, hầu như luôn liên kết bởi các cầu nối đẳng trị với protein, CaCO
3
và các
hợp chất hữu cơ khác trong vỏ tôm, vỏ cua, vỏ ghẹ. [11]

-9-
HCl đ
ặc

Nhiet ẹ độ
cao
Chitin có cấu trúc polymer tuyến tính từ các đơn vị N – acetyl – β – D
Glucosamin nối với nhau nhờ cầu nối β – 1,4 Glucozit. Có công thức phân tử là
[C
8
H
13
O
5
]
n

, trong đó n thay đổi phụ thuộc vào nguyên liệu.
Ví dụ: Ở tôm thẻ: n = 400-500
Ở tôm hùm: n = 700-800
Ở cua: n = 500-600.
Phân tử lượng: M
chitin
= (203.09)
n

Chitin là một polysaccharide có tính kiềm, bền trong môi trường kiềm nhưng
kém bền trong môi trường acid. Dựa vào tính chất này người ta đã sản xuất
glucosamin bằng phương pháp hóa học từ chitin bằng cách đun nóng chitin trong
acid HCl đậm đặc ở nhiệt độ cao, chitin sẽ bị thủy phân hoàn toàn, tạo thành 88.5%

D - Glucosamin và 22.5% acid acetic. [11]







-10-
Nhi
ệt độ



NaOH

Chitin kết tinh ở dạng tinh thể, màu trắng ngà không định hình, không tan
trong nước, trong acid loãng, kiềm. Chitin khó hòa tan trong thuốc thử Schweizei
Sapranora. Điều này có thể do nhóm acetamit (-NHCOCH
3
) ngăn cản sự tạo thành
phức chất cần thiết. Chitin hòa tan trong dung dịch đặc nóng của các muối:
thioxianat Liti (LiSCN), thioxianat Canxi Ca(SCN)
2,
tạo thành dung dịch keo.
Chitin ổn định với các chất oxy hoá khử như: thuốc tím (KMnO
4
), oxy già
H
2

O
2
), nước Javen (NaClO) hay Clorua vôi Ca(ClO)
2…
từ đó lợi dụng tính chất này
người ta sử dụng các chất oxy hoá để khử màu

cho chitin.
Khi đun nóng chitin trong dung dịch kiềm đặc, chitin bị mất gốc acetyl tạo
thành chitosan [2]. Dựa vào đặc tính này người ta đã sản xuất chitosan từ chitin.[11]
















-11-
Chitin là một vật liệu chứa cả 2 nhóm chức –OH và –NH
2
cho liên kết với

enzyme, có cấu trúc siêu lỗ, có khả năng hấp thụ tốt, dễ tạo màng. Chitin có cấu trúc
mạng tinh thể chặt chẽ, không chỉ có các liên kết hydro hình thành trong chuỗi mà
còn có giữa các lớp với nhau trong mạng tinh thể. Chitin là một polymer kỵ nước,
độ trương thấp, diện tích bề mặt tiếp xúc nhỏ và bền về mặt hóa học. Dựa vào đặc
tính này, gần đây có rất nhiều nghiên cứu cố định enzyme trên chitin, chủ yếu bằng
phương pháp hấp phụ và liên kết cộng hóa trị qua cầu nối glutaraldehyt[5]. Tuy
nhiên, do tính chất kỵ nước nên bề mặt tiếp xúc của chitin nhỏ, khả năng tiếp xúc
của enzyme cố định và cơ chất rất hạn chế. Vì vậy hoạt tính của enzyme cố định
trên chitin thường rất thấp. [5]
Chitin đã được ứng dụng làm vật liệu cố định enzyme, hấp phụ kim loại
trong xử lý nước thải, chất kích thích sinh trưởng và kháng bệnh cho thực vật, ứng
dụng trong y dược làm chất chống đông máu, tăng cường hệ miễn dịch, làm mỹ
phẩm, ứng dụng trong công nghiệp giấy, công nghiệp dệt, [5]
1.2. TỔNG QUAN VỀ CHITOSAN
Chitosan là một polymer hữu cơ có cấu trúc tuyến tính từ các đơn vị β – D
Glucosamin liên kết với nhau bằng liên kết β – 1,4 Glucozit. Có công thức phân tử
là [C
6
H
11
O
4
N]
n
với phân tử lượng : M
chitosan
= (161.07)
n
.

Chitosan là dẫn xuất của chitin, được sản xuất từ chitin sau khi xử lý chitin
trong môi trường kiềm đặc nóng. Chitosan có những tính chất đặc biệt hơn chitin:
có tính kiềm nhẹ, không tan trong nước, môi trường kiềm nhưng tan trong môi
trường acid acetic loãng tạo thành dung dịch dạng keo, nhớt và trong suốt, chitosan

-12-
có thể kết hợp với aldehyde để tạo gel, Vì vậy, khả năng ứng dụng của chitosan rất
rộng rãi. [11]














Chitosan kết hợp với aldehyde trong điều kiện thích hợp, hình thành gel, đây
là cơ sở để bẫy tế bào, enzyme.
Chitosan phản ứng với acid đậm đặc, tạo thành muối khó tan, tác dụng với
iod trong môi trường H

2
SO
4
cho phản ứng màu tím, phản ứng này có thể dùng để
phân tích định tính chitosan. [11]
Keo chitosan là một keo dương nên có tính kháng khuẩn, kháng nấm.
Chitosan là một polymer mang điện tích dương nên được xem là một polycationic
có khả năng bám dính vào bề mặt các điện tích âm. Chính vì vậy mà chitosan có thể

Deacetyl hóa



-13-
tương tác với các polymer có điện tích âm như alginic và tạo lưới gel dẻo bền nhờ
lực liên kết tĩnh điện.[1]








1.3. TỔNG QUAN VỀ COS
COS có nguồn gốc từ chitin – chitosan bởi sự thủy phân của enzyme hoặc
acid. COS có khối lượng phân tử thấp vì vậy có khả năng hòa tan tốt trong nước và
là một chất có hoạt tính sinh học.
COS được xem như một thực phẩm chức năng, có khả năng chống vi khuẩn,
nấm mốc, nấm men, chống cholesterol, chống ung thư, chống oxy hóa, có khả năng

làm tăng chức năng miễn dịch, chống bướu, chống bệnh tim mạch. [44, 45, 46, 47,
48, 49]
COS là một saccharide, được kết hợp bởi các monosaccharide từ 2 đến 10
trong cấu trúc của chitin và chitosan.
COS ở dạng bột, có màu trắng hoặc hơi vàng, không có mùi, vị đặc biệt.
Chúng có khả năng tan tốt trong nước, độ nhớt thấp, phân tử lượng nhỏ và dễ kết
tinh, có tính chất hoạt động sinh học: Tăng sức đề kháng điều hòa lượng
cholesterol cải thiện thiếu máu, bệnh gan điều hòa huyết áp trong máu làm tăng
COO
-

Chitosan
Alginic
NH
+
3

NH
+
3
COO
-

NH
+
3

NH
+
3

COO
-

NH
+
3

COO
-

COO
-

Gel Alginic - chitosan
-14-
khả năng hấp thụ canxi thúc đẩy quá trình bài tiết acid Uric chống ung thư bướu
tham gia hình thành xương sụn trị được các bệnh: viêm loét dạ dày bệnh tiêu chảy
bệnh táo bón chuột rút đặc biệt có khả năng kết hợp với mangan tham gia vào quá
trình hình thành xương sụn rất tốt. [48]
Khi thủy phân chitin, chitosan bằng acid hoặc enzyme sẽ cắt đứt các liên kết
glucosit giải phóng các COS.
Cơ chế sản xuất chiti-COS từ chitin:

Ho ặc
enzyme
Acid

HN-COCH
3
n









CH
2
OH
H

H

H

H
H

OH

n = 2 ÷ 10
-15-
Cơ chế sản xuất chito-COS từ chitosan.[38],[39]












n = 2 ÷ 10
1.4. ỨNG DỤNG CỦA CHITIN, CHITOSAN VÀ COS
Trường Đại học Delaware đã chế tạo thành công chỉ khâu phẫu thuật từ
chitin nhờ phát hiện một số dung môi đặc biệt có khả năng hòa tan chitin ở nhiệt độ
thường mà không làm phá hủy cấu trúc polymer.
Chitosan được sử dụng làm chất tạo màng, tạo keo dính để tạo viên bao bọc

thuốc hoặc làm tá dược hay các chất mang sinh học dẫn thuốc.
Chitin, chitosan và các oligomer của nó có đặc tính miễn dịch do nó kích
thích các tế bào giữ nhiệm vụ bảo vệ miễn dịch với các tế bào khối u và các tác
nhân gây bệnh, chiti-COS được sử dụng làm thuốc giảm cholesterol trong máu. [11]

Ho ặc
enzyme
Acid

NH
2
n



OH

CH
2
OH
H

H

H

H

H

-16-
Khoa Dược - Trường Đại Học Dược TP. Hồ Chí Minh bước đầu đã nghiên
cứu thành công thuốc trị viêm loét dạ dày, tá tràng từ chitosan.
Trường Đại học Pukyong National Hàn Quốc đã nghiên cứu thành công ứng
dụng của COS trong việc tăng sức đề kháng điều hòa lượng cholesterol cải thiện
thiếu máu và bệnh gan điều hòa áp suất trong máu làm tăng khả năng hấp thụ
canxi thúc đẩy quá trình bài tiết acid Uric chống ung thư bướu tham gia hình
thành xương sụn trị được các bệnh: viêm loét dạ dày bệnh tiêu chảy bệnh táo bón
chuột rút đặc biệt có khả năng kết hợp với mangan tham gia vào quá trình hình
thành xương sụn. [48]
Chitosan được sử dụng để bọc nang các hạt giống nhằm mục đích ngăn ngừa
sự tấn công của nấm trong đất, đồng thời có tác dụng phân bón, thuốc trừ sâu, tăng
cường khả năng nảy mầm của hạt.
Qua nghiên cứu ảnh hưởng của chitosan và các nguyên tố vi lượng lên một
số chỉ tiêu sinh lý, sinh hóa của mạ ở nhiệt độ thấp, kết quả cho thấy chitosan vi
lượng làm tăng hàm lượng diệp lục và hàm lượng nitơ tổng số, đồng thời hàm lượng
các enzyme như amylase, catalase hay peroxidase cũng tăng lên. Ngoài ra trong
nông nghiệp còn sử dụng chitosan để bảo quản thực phẩm, trái cây, do dịch keo
chitosan có tác dụng chống mốc, chống sự phá hủy của một số nấm men, vi sinh vật
gram âm lên các loại hoa quả.
Ngày nay chitosan cũng được sử dụng làm nguyên liệu bổ sung vào thức ăn
cho tôm cá, cua để kích thích sinh trưởng.
COS tạo nên một lớp phủ ngoài bảo quản hạt, điều hoà đất, làm tăng trưởng
lá, cành, tiêu diệt mầm bệnh, chống lại vi sinh vật,….
COS ảnh hưởng tích cực đến sinh trưởng của rau cải, đậu cove và một số rau
khác, có tác dụng tăng năng suất, tăng khả năng kháng bệnh, hạn chế việc sử dụng
thuốc bảo vệ thực vật, góp phần bảo vệ môi trường và thực hiện chương trình rau
sạch, rau an toàn. [11]
-17-
Nhờ khả năng đông tụ các thể rắn lơ lửng giàu protein, và nhờ khả năng kết

dính tốt các ion kim loại như Pb, Hg do đó chitosan được sử dụng để tẩy lọc nguồn
nước thải công nghiệp từ các nhà máy thực phẩm.
Chitosan được sử dụng để chống hiện tượng mất nước trong quá trình làm
đông thực phẩm.
Chitosan được sử dụng như một polymercation trong sản xuất agarose chất
lượng cao từ agar có chất lượng kém.
Chitosan có tính tẩy màu mà không hấp thụ mùi và các thành phần khác, nên
nó được ứng dụng vào việc khử màu cho đồ uống trái cây.
Do chitosan có tính chất diệt khuẩn, do đó nó được tạo thành màng mỏng để
bao gói thực phẩm chống ẩm, mốc, chống mất nước.
Trong ngành công nghiệp dệt có thể thay đổi hồ tinh bột bằng chitosan để hồ
vải, nó có tác dụng làm sợi bền, mịn, bóng đẹp, cố định hình trên vải rõ nét, chịu
được acid, kiềm nhẹ. Chitosan có thể kết hợp với một số thành phần khác để sản
xuất vải chịu nhiệt, vải chống thấm, sản xuất vải, vải chitosan được nghiên cứu bởi
các nhà khoa học Trường Đại học Nha Trang.
Trong công nghiệp sản xuất, do cấu trúc tương tự như cellulose nên chitosan
được nghiên cứu bổ sung vào nguyên liệu sản xuất giấy. Chitosan làm tăng độ bền
dai của giấy, qua nghiên cứu người ta thấy nếu bổ sung 1% chitosan thì độ bền của
giấy tăng lên khi bị ướt, hay tăng độ nét khi in.
Trong công nghiệp mỹ phẩm, chitosan được sử dụng để sản xuất kem giữ ẩm
cho da, do tính chất của chitosan có thể dễ dàng cố định trên lớp biểu bì của da nhờ
các nhóm – NH
4
+
, các nhóm này liên kết với tế bào của da. Nhờ vậy các nhà khoa
học đã nghiên cứu sử dụng chitosan làm các loại kem dưỡng da chống nắng bằng
cách ngăn các chất lọc tia cực tím với nhóm - NH
4
+
. [11]

-18-
Bên cạnh đó, chitosan được sử dụng là thành phần của keo xịt tóc, do
chitosan là polymer dương có thể kết hợp với protein của tóc và nhờ độ keo của nó
khi khô sẽ làm cho tóc cứng giữ được nếp của tóc.
Chế phẩm olygosaccharide ảnh hưởng tích cực đến sinh trưởng và năng suất
của Ngô. Với nồng độ phun thích hợp là 40 ppm, số lần phun là 3 lần/vụ, liều lượng
là 300l/ha, năng suất sau khi sử dụng tăng 20% so với đối chứng ( theo nghiên cứu
của Đại học Nông nghiệp I Hà Nội. [11],[48].
COS có tính hoà tan cao, dễ dàng phát triển - chế biến thực phẩm có lợi cho
sức khoẻ, đặc biệt thực phẩm dinh dưỡng và những loại đồ uống chức năng
khác nhau
COS có tính kháng khuẩn cao nên được sử dụng làm tăng thời hạn bảo quản
sản phẩm. [2],[48].
1.5. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT CHITIN – CHITOSAN – COS
1.5.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
Hiện nay việc nghiên cứu sản xuất chitin, chitosan, COS và ứng dụng của
chúng đã được biết đến khá phổ biến. Tuy nhiên việc nghiên cứu sản xuất COS còn
khá mới mẻ. Ở nước ta, Trường Đại học Nha Trang bắt đầu nghiên cứu chiết tách
được chitin, chitosan từ năm 1978 với quy trình của cô Đỗ Minh Phụng nhưng
chưa có ứng dụng cụ thể trong sản xuất. Gần đây trước yêu cầu xử lý phế liệu thủy
sản đông lạnh ngày càng trở nên cấp bách, trước những thông tin kỹ thuật mới về
chitin, chitosan cũng như tiềm năng thị trường của chúng đã thúc đẩy các nhà khoa
học bắt tay vào nghiên cứu hoàn thiện quy trình sản xuất chitin, chitosan đồng thời
nghiên cứu các ứng dụng của chúng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Hiện nay có một số cơ sở đang nghiên cứu sản xuất chitin, chitosan trong đó
Trung tâm Chế biến Trường Đại học Nha trang là nơi sản xuất chitosan có chất
lượng cao.
-19-
Ở miền Bắc, Viện Khoa học Việt Nam đã kết hợp với Xí nghệp Thủy sản Hà
Nội sản xuất chitosan và ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp.

Ở miền Nam, Trung tâm Công nghệ Sinh học và Sinh học Thuỷ sản phối hợp
với một số cơ quan khác như: Đại học Y dược TP.HCM, Phân viện Khoa học Việt
Nam, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam… đang nghiên cứu sản xuất và ứng
dụng chitin, chitosan trong các lĩnh vực nông nghiệp, y dược và mỹ phẩm.
Năm 1998 – 2000 Trường Đại học Nha Trang đã nghiên cứu thành công
công nghệ sản xuất chitosan từ vỏ tôm Sú, vỏ tôm Mũ Ni, vỏ tôm Hùm, vỏ ghẹ.
Một dự án sản xuất thử nghiệm chitin, chitosan đã hoàn thành năm 2003. Trường
Đại học Nha trang đã chuyển giao công nghệ sản xuất chitin, chitosan cho một số
cơ sở sản xuất. Hiện nay sản phẩm chitin, chitosan của Trung tâm Chế biến Thủy
sản của Tường Đại học Nha Trang đang có uy tín cao, sản phẩm bắt đầu ứng dụng
mạnh mẽ vào một số cơ sở sản xuất và nghiên cứu ở nước ta và đang chào hàng đi
Thái Lan. Sản phẩm chitosan của Trường Đại học Nha Trang đã góp phần giảm
nhập khẩu chế phẩm chitosan nước ta hiện nay. Trung tâm chế biến của trường Đại
học Nha Trang hiện đang mở rộng sản xuất mặt hàng này với các quy trình: Quy
trình công nghệ sản xuất chitosan từ vỏ ghẹ của Trần Thị Luyến. Quy trình công
nghệ sản xuất chitosan từ vỏ tôm Mũ ni của Huỳnh Nguyễn Duy Bảo. Quy trình sử
dụng papain sản xuất chitosan của Trần Thị Luyến.
Năm 2005 Trần Thị Luyến nghiên cứu sản xuất COS từ chitin - chitosan
bằng phương pháp hóa học. Hiện nay công nghệ đã được hoàn thiện, sản phẩm đang
tiếp tục được sản xuất nhưng năng suất còn nhỏ.
Năm 2006 Trần Thị Luyến triển khai sản xuất COS bằng enzyme. Đây là
một hướng nghiên cứu mới ở trong nước, cần tiếp tục nghiên cứu trên nhiều đối
tượng enzyme khác nhau.[21]

-20-
Một số quy trình sản xuất chitin, chitosan và COS ở trong nước.
 Quy trình sản xuất chitosan của Đỗ Minh Phụng - Đại học Nha Trang
Nguyên liệu là vỏ tôm khô, sạch được đem khử khoáng bằng HCl 6N với tỷ lệ
w/v = 1/ 2.5, ở nhiệt độ phòng, sau 48h vớt ra và rửa trung tính, tiếp theo ngâm
trong NaOH 8%, nhiệt độ t

0
= 100
0
C trong thời gian τ = 2h với tỷ lệ 1/ 2.5 để khử
protein, sau đó vớt ra và rửa trung tính. Tiến hành tẩy màu bằng KMnO
4
1% trong
môi trường H
2
SO
4
10% trong 60 phút sau đó đem rửa sạch và tiếp tục tẩy màu bằng
Na
2
SO
3
1.5 % trong thời gian τ = 15phút rồi vớt ra rửa sạch ta thu được chitin.
Deacetyl bằng NaOH 40% với tỷ lệ w/v = 1/1 ở nhiệt độ t
0
= 80
0
C, sau thời
gian 24h rửa sạch và cuối cùng thu được chitosan.
Ưu điểm: Sản phẩm có chất lượng tốt, chitin có màu trắng
Nhược điểm: Thời gian còn dài, sử dụng nhiều chất oxy hóa do đó dễ ảnh
hưởng đến độ nhớt của sản phẩm[11].
 Quy trình sản xuất chitin của xí nghiệp thủy sản Hà Nội:
Nguyên liệu là vỏ tôm khô hoặc tươi được loại bỏ hết tạp chất, xử lý tách
khoáng lần 1 trong dung dịch HCl 4% trong thời gian τ = 24h ở nhiệt độ phòng với
tỷ lệ w/v = ½. Sau đó vớt rửa trung tính và dùng NaOH 2% để tách protein lần 1 với

tỷ lệ w/v = 1/2.8, ở nhiệt độ t
0
= 90÷ 95
0
C trong thời gian τ = 3h. Sau đó rửa và tiến
hành khử khoáng lần 2 cũng bằng HCl 4% với tỷ lệ w/v = 1/2, ở nhiệt dộ phòng
trong thời gian τ = 24h và đem rửa trung tính. Để tách protein lần 2 ta ngâm trong
NaOH 2% với tỷ lệ w/v = 1/2.8 ở nhiệt độ t
0
= 90 ÷ 95
0
C sau 3h vớt ra và rửa trung
tính rồi tiến hành khử khoáng lần 3 cũng giống hai lần trên. Sản phẩm đem sấy khô
ta thu được chitin
Ưu điểm: Chitin thu được có độ trắng cao mặc dù không có công đoạn
tẩy màu.