Nghiên cứu khả năng kháng nấm men của chế phẩm phối hợp chitosan – nano bạc

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYỄN THỊ HỒNG LINH

Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÁNG NẤM MEN
CỦA CHẾ PHẨM PHỐI HỢP CHITOSAN – NANO BẠC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo
Chuyên ngành
Khoa
Khoá học

: Chính quy
: Công nghệ sinh học
: CNSH - CNTP
: 2010 - 2014

Thái Nguyên, năm 2014


ii

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYỄN THỊ HỒNG LINH
Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHÁNG NẤM MEN
CỦA CHẾ PHẨM PHỐI HỢP CHITOSAN – NANO BẠC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo
Chuyên ngành
Khoa
Khoá học
Giảng viên hướng dẫn

: Chính quy
: Công nghệ sinh học
: CNSH - CNTP
: 2010 - 2014
: ThS. Lương Hùng Tiến
: ThS. Nguyễn Thị Đoàn
Khoa CNSH - CNTP - Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên

Thái Nguyên, năm 2014


iii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng số liệu và các kết quả nghiên cứu trong luận văn
này là hoàn toàn trung thực và chưa hề sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Trong quá trình thực hiện đề tài và hoàn thiện luận văn mọi sự giúp đỡ

đều đã được cám ơn và các trích dẫn trong luận văn đều ghi rõ nguồn gốc.
Thái Nguyên, ngày 29 tháng 5 năm 2014
Sinh viên

Nguyễn Thị Hồng Linh


iv

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, bên cạnh sự cố gắng nỗ lực của
bản thân tôi đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiều của các cá nhân và tập thể.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn ThS. Lương
Hùng Tiến – Khoa CNSH – CNTP, cô giáo hướng dẫn ThS. Nguyễn Thị
Đoàn – Khoa CNSH – CNTP, người đã tận tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt
nhất cho tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo Khoa CNSH – CNTP
đã giúp đỡ tôi thực hiện và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các bạn trong nhóm sinh viên
thực tập tại phòng Thí nghiệm vi sinh và các sinh viên thuộc lớp K42CNSH
đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Tôi xin cảm ơn Khoa CNSH – CNTP cung cấp địa điểm thực tập để tôi
hoàn thành khóa luận tốt nghiệp.
Trong quá trình thực tập tôi xin cảm ơn sự động viên của gia đình và bạn bè.
Dù cố gắng nhiều, xong bài khóa luận không thể tránh khỏi những thiếu
sót và hạn chế. Kính mong nhận được sự chia sẻ và những ý kiến đóng góp
quý báu của thầy, cô giáo và các bạn.
Thái Nguyên, ngày 29 tháng 5 năm 2014
Sinh viên

Nguyễn Thị Hồng Linh


v

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Hàm lượng chitin trong vỏ một số động vật giáp xác ....................... 4
Bảng 2.2: Số nguyên tử bạc trong một đơn vị thể tích. ................................... 13
Bảng 2.3: Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano bạc .................... 17
Bảng 3.4: Phương pháp phối hợp chitosan - nano bạc .................................... 28
Bảng 4.1: Ảnh hưởng của nồng độ nano bạc đến hiệu quả kháng S. cerevisiae...... 31
Bảng 4.2: Ảnh hưởng của nồng độ nano bạc đến hiệu quả kháng Pichia ....... 32
Bảng 4.3: Kết quả kháng S. cerevisiae của các nồng độ chitosan .......................... 34
Bảng 4.4: Ảnh hưởng của nồng độ chitosan đến hiệu quả kháng Pichia.................. 35
Bảng 4.5: Tỷ lệ phức hợp chitosan - bạc với S. cerevisiae .............................. 36
Bảng 4.6: Kết quả kháng Pichia của phức hợp chitosan - nano bạc ............... 37


vi

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Cấu trúc hóa học của Chitin .............................................................. 4
Hình 2.2: Cấu trúc hóa học của Chitosan.......................................................... 5
Hình 2.3: Hiện tượng cộng hưởng plasmon của hạt hình cầu ........................ 15
Hình 2.4: Ảnh UV-VIS của các hạt nano bạc . ............................................... 18
Hình 2.5: Nấm men Pichia.............................................................................. 21
Hình 2.6 : Nấm men S. cerevisiae ................................................................... 22
Hình 3.4: Quy trình đánh giá hoạt tính kháng VSV của nano bạc – chitosan 28
Hình 4.1: Khả năng kháng S. cerevisiae của nano bạc ....................................... 31
Hình 4.2: Khả năng kháng Pichia của nano bạc ............................................. 32

Hình 4.3: Khả năng kháng S. cerevisiae của chitosan .................................... 33
Hình 4.4: Khả năng kháng Pichia của chitosan ................................................... 34
Hình 4.5: Khả năng kháng S. cerevisiae của phức chất .................................. 36
Hình 4.6: Khả năng kháng Pichia của phức chất............................................ 37
Hình 4.7: Khả năng kháng S. cerevisiae của chế phẩm kết hợp chitosan –
nano bạc........................................................................................................... 39
Hình 4.8: Khả năng kháng Pichia của chế phẩm kết hợp chitosan – nano bạc
......................................................................................................................... 39


vii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Tên viết tắt
S. cerevisiae
E.coli

Tên đầy đủ
Saccharomyces cerevisiae
Escherichia coli

MIC
DDA
H
CFU
Ppm
SEM

Minimal Inhibitory concentrations
Degree of deacetylation

Giờ
Colony Forming Unit
Part per million (phần triệu)
Scanning Electron Microscopy


viii

MỤC LỤC

PHẦN I: MỞ ĐẦU ........................................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề................................................................................................... 1
1.2. Mục đích nghiên cứu .................................................................................. 2
1.3. Yêu cầu ....................................................................................................... 2
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................... 2
1.4.1. Ý nghĩa khoa học ..................................................................................... 2
1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài..................................................................... 2
PHẦN 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
2.2.3. Tính chất cơ bản của chitosan ................................................................ 5
2.2.4. Đặc tính kháng vi sinh vật của chitosan và các yếu tố ảnh hưởng đến
hoạt động kháng khuẩn của chitosan ................................................................ 8
2.1.4. Ứng dụng của chitosan ........................................................................... 9
2.2. Giới thiệu chung về nano bạc................................................................... 11
2.2.1. Giới thiệu về công nghệ nano ............................................................... 11
2.2.2. Giới thiệu về bạc kim loại ..................................................................... 12
2.2.3. Giới thiệu về hạt nano bạc .................................................................... 14
2.3. Tổng quan về nấm men ............................................................................ 20

2.3.1. Nấm men Pichia .................................................................................... 20
2.3.2. Nấm men Saccharomyces cerevisiae .................................................... 22
2.4. Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước ..................................... 23
2.4.1. Tình hình nghiên cứu khả năng kháng khuẩn của chitosan, nano bạc
trên thế giới ..................................................................................................... 23
2.4.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam ....................................................... 24
PHẦN 3: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .. 25
3.1. Vật liệu nghiên cứu .................................................................................. 25
3.1.1. Chủng nấm men..................................................................................... 25
3.1.2. Môi trường nuôi cấy.............................................................................. 25
3.1.3. Dụng cụ, thiết bị .................................................................................... 25
3.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ............................................................ 26
3.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 26


ix

3.4. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 26
3.4.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm ............................................................. 26
3.4.2. Phương pháp phân tích ......................................................................... 29
3.4.3. Phương pháp bảo quản giống vi sinh vật ............................................. 30
PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BIỆN LUẬN ................................ 31
4.1. Xác định nồng độ ức chế tối thiểu của nano bạc đối với nấm men ......... 31
4.1.1. Xác định nồng độ ức chế tối thiểu của nano bạc đối với S. cerevisiae 31
4.1.2. Xác định nồng độ ức chế tối thiểu của nano bạc đối với Pichia .......... 32
4.2. Xác định nồng độ ức chế tối thiểu của chitosan đối với nấm men .......... 33
4.2.1. Xác định nồng độ ức chế tối thiểu của chitosan đối với S. cerevisiae.. 33
4.2.2. Xác định nồng độ ức chế tối thiểu của chitosan đối với Pichia ........... 34
4.3. Lựa chọn công thức phối trộn nano bạc với chitosan kháng lại nấm men ......... 35
4.3.1. Xác định khả năng kháng S. cerevisiae của phức chất chitosan - nano bạc

......................................................................................................................... 35
4.3.2. Xác định khả năng kháng Pichia của phức hợp chitosan - nano bạc .. 36
4.4. Khả năng kháng nấm men của chế phẩm chitosan kết hợp nano bạc theo thời
gian................................................................................................................... 38
4.4.1. Khả năng kháng S. cerevisiae của chế phẩm chitosan kết hợp nano bạc theo
thời gian ........................................................................................................... 38
PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ............................................................. 41
5.1. Kết luận .................................................................................................... 41
5.2. Đề nghị ..................................................................................................... 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 42


1

PHẦN 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Chitin là polysacharid thứ hai sau cellulose tìm thấy trong tự nhiên. Sản
phẩm chitin – chitosan đã có nhiều công trình nghiên cứu và ứng dụng trong
thực tế. Chitin có ứng dụng làm da nhân tạo và là nguyên liệu trung gian cho
các chất quan trọng như chitosan, glucosamin và các chất có giá trị khác.
Chitosan có nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp, y
dược và bảo vệ môi trường như: sản xuất glucosamin, chỉ khâu phẫu thuật,
thuốc kem, vải, sơn, chất bảo vệ hoa quả, bảo vệ môi trường… Với khả năng
ứng dụng rộng rãi của chitin – chitosan mà nhiều nước trên thế giới và cả Việt
Nam đã nghiên cứu sản xuất các sản phẩm này.
Bạc từ lâu đã được biết tới là một chất diệt khuẩn hiệu quả và được sử
dụng để làm các dụng cụ sinh hoạt. Tuy nhiên, trước đây đồ dùng bằng bạc
không được sử dụng rộng rãi do giá thành cao. Từ khi công nghệ Nano ra đời
thì ứng dụng của bạc mới phát triển lên một tầm cao mới. Sở dĩ nano bạc

được nghiên cứu ứng dụng vào việc kháng khuẩn vì bạc là kháng sinh tự
nhiên và không gây tác dụng phụ. Nano bạc không gây phản ứng phụ, không
gây độc cho người và vật nuôi khi nhiễm lượng nano bạc bằng nồng độ diệt
khuẩn (khoảng nồng độ < 100ppm). Dạng phân tán với kích thước nanomet
thì khả năng diệt khuẩn của bạc được tăng lên gấp bội nhờ diện tích bề mặt
riêng (m2/g) tăng nhanh. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi ở kích thước nano (từ
1 – 100 nm), hoạt tính sát khuẩn của bạc tăng lên khoảng 50000 lần so với
bạc dạng khối, như vậy 1 g bạc Nano có thể sát khuẩn cho hàng trăm m2 chất
nền. Điều này sẽ giúp cho khối lượng bạc sử dụng trong các sản phẩm sẽ
giảm rất mạnh nên tỷ trọng của bạc trong giá thành trở nên không đáng kể [3].
Với những ứng dụng trong thực tiễn của chitosan và nano bạc chúng tôi
đã tiến hành nghiên cứu luận văn với tiêu đề: “Nghiên cứu khả năng kháng
nấm men của chế phẩm phối hợp chitosan – nano bạc”. Kết quả nghiên cứu
của đề tài sẽ là cơ sở dữ liệu cho việc nghiên cứu tạo ra một chế phẩm phối
hợp kháng vi sinh vật hoàn thiện giữa chitosan – nano bạc ứng dụng trong
công nghệ sinh học và công nghệ thực phẩm.


2

1.2. Mục đích nghiên cứu
- Đưa ra phương pháp thích hợp để xác định khả năng kháng nấm men
của chế phẩm phối hợp chitosan – nano bạc.
- Xác định được nồng độ ức chế tối thiểu của chế phẩm phối hợp
chitosan – nano bạc đối với nấm men.
- Đánh giá được khả năng kháng nấm men của chế phẩm chitosan – nano
bạc theo thời gian.
1.3. Yêu cầu
- Xác định khả năng kháng nấm men của chế phẩm phối hợp chitosan –
nano bạc.

1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.4.1. Ý nghĩa khoa học
- Đưa ra cơ chế kháng nấm men của chitosan, nano bạc.
- Đưa ra nồng độ tối thiểu của chế phẩm phối hợp chitosan – nano bạc để
ức chế nấm men.
- Giúp sinh viên có cơ hội tiếp cận với các quy trình, các thao tác kỹ
thuật trong thực tế. Qua đó kết hợp với các kiến thức lý thuyết đã được học,
sinh viên sẽ có những hiểu biết chuyên sâu và cái nhìn tổng quát hơn.
1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Ứng dụng sử dụng chế phẩm phối hợp chitosan – nano bạc trong việc
chế tạo vật liệu kháng khuẩn, bảo quản.


3

PHẦN 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 [9].
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.

Chitin là một polysaccharide tự nhiên quan trọng với số lượng lớn đứng
thứ hai sau cellulose. Chitin tồn tại trong động vật, một số loại nấm [9].
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, nó giúp cho sự tái tạo và gắn liền các vết thương ở da.
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 [3].
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 [9].


4

Bảng 2.1: Hàm lượng chitin trong vỏ một số động vật giáp xác [18]
STT
Hàm lượng chitin theo trọng
Phân loại
lượng (%)
1
Đầu tôm
11
2
Vỏ tôm
27
3
Vỏ tôm phế thải hỗn hợp

12 - 18
4
Vỏ tôm hùm
37
5
Càng cua tuyết
24
6
Chân cua tuyết
32
7
Mai mực ống
30 – 35
8
Đỉa biển
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 qui ước
nếu độ deacetyl hóa (degree of deacetylation) DD > 50% thì gọi là chitosan,
nếu DD < 50% gọi là chitin [9].
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:

Hình 2.1: Cấu trúc hóa học của Chitin

5

CH 2O H
O
H
H
H
OH
H

CH 2O H
O
H
H
H
OH

O
H

NH 2

m

H

O
H

N HCOCH 3

n

Hình 2.2: 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.
2.2.3. Tính chất cơ bản của chitosan
2.2.3.1. Tính chất vật lý của chitosan
a) Đặc tính bề ngoài
- Là một chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy, có thể xay nhỏ theo các kích cỡ
khác nhau.
- Chitosan có màu trắng hay vàng nhạt, không mùi vị.
b) Mức độ acetyl hóa
Quá trình deacetyl bao gồm quá trình loại bỏ acetyl khỏi chuỗi phân tử
chitin và hình thành phân tử chitosan với nhóm amin hoạt động hóa học cao.
Mức độ deacetyl là một đặc tính quan trọng của quá trình sản xuất chitosan vì
nó ảnh hưởng đến tính chất hóa lý và khả năng ứng dụng của chitosan sau này
[8]. Mức độ deacetyl hóa của chitin vào khoảng trên 50% thì gọi là chitosan,
nhỏ hơn 50% gọi là chitin. Khi ở mức độ acetyl hóa thấp, chitosan có khả
năng hút ẩm lớn hơn [20].
c) Trọng lượng phân tử
Chitosan là polymer sinh học có khối lượng phân tử cao. Chitosan
thương phẩm có khối lượng khoảng 100.000 – 1.200.000 Dalton, phụ thuộc
vào quá trình chế biến và loại sản phẩm. Trọng lượng phân tử khác nhau dẫn
đến đặc tính của từng loại chitosan khác nhau, người ta thường phân loại
chitosan dựa vào trọng lượng phân tử. Khối lượng chitosan có thể xác định

bằng phương pháp sắc kí, phân tán ánh sáng hoặc đo độ nhớt [22].


6

d) Độ nhớt
Độ nhớt là yếu tố quan trọng để xác định khối lượng phân tử của
chitosan [5]. Chitosan phân tử lượng cao thường làm cho dung dịch có độ
nhớt cao. Quá trình chế biến ảnh hưởng và quyết định đến độ nhớt của
chitosan.
e) Tính tan
Chitin tan hầu hết trong các dung môi hữu cơ, trong khi đó chitosan tan
trong các dung dịch axit, dung dịch đệm có pH dưới 6 [22]. Các axit hữu cơ
như axit acetic, axit formic, axit lactic thường để hòa tan chitosan. Ở pH cao,
có thể xảy ra hiện tượng kết tủa hoặc đông tụ, nguyên nhân là do hình thành
hỗn hợp ply_ion với chất keo anion. Tuy nhiên tính tan của dung dịch còn bị
ảnh hưởng bởi mức độ acetyl hóa.
f) Tỷ trọng
Tỷ trọng của chitin từ tôm và cua thường là 0,06 và 0,17g/ml, điều này cho
thấy chitin từ tôm xốp hơn cua. Như vậy do loài giáp xác hoặc phương pháp chế
biến, mức độ acetyl hóa ảnh hưởng lớn đến tỷ trọng của chitosan [18].
g) Khả năng kết hợp với nước (WBC) và khả năng kết hợp với chất béo (FBC)
Khả năng kết hợp với nước của chitosan lớn hơn rất nhiều so với
cellulose hay chitin. Thông thường, khả năng hấp thụ nước của chitosan
khoảng 581 – 1150% (trung bình là 702%) phụ thuộc vào từng sản phẩm. Quá
trình sản xuất chitosan có nhiều giai đoạn, thay đổi thứ tự sản xuất cũng ảnh
hưởng đáng kể đến khả năng giữ nước và giữ chất béo [18].
Khả năng kết hợp với chất béo của các chế phẩm chitosan trong khoảng
370,2 – 665,4%.
2.2.3.2. Tính chất hóa học

Chitosan chứa nhiều nhóm –NH2 nên có thể tan trong dung dịch acid.
Khi tan trong dung dịch acid, chitosan tạo gel có thể tráng mỏng thành màng.
Ứng dụng tính chất này nên chitosan được dùng để tạo màng không thấm bảo
quản rứng, trái cây hay dùng hỗ trợ trong điều trị viêm loét dạ dày, tá tràng
(trong môi trường acid của dạ dày, chitosan tạo gel che phủ, bảo vệ niêm
mạc) [20].


7

Trong phân tử chitin/chitosan có chứa các nhóm –OH, -NHCOCH3 trong
các mắt xích N-axetyl-D-glucozamin và nhóm –OH, nhóm –NH2 trong các
mắt xích D-glucozamin có nghĩa chúng vừa là ancol vừa là amin, vừa là amit.
Phản ứng hóa học có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế O-, dẫn
xuất thế N-, hoặc dẫn xuất thế -O, -N [18].
Mặt khác chitin/chitosan là những polyme mà các monomer được nối
với nhau bởi các liên kết β-(1-4)-glycozit, các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi
các chất hóa học như: acid, bazơ, tác nhân oxy – hóa và các ezyme thủy phân.
Ngoài ra chitosan còn có khả năng hấp thụ tạo phức với các ion kim loại
chuyển tiếp của chitin-chitosan. Trong phân tử chitin/chitosan và một số dẫn
xuất của chitin có chứa các nhóm chức mà trong đó các nguyên tử oxy và nitơ
của nhóm chức còn có cặp electron chưa sử dụng, do đó chúng có khả năng
tạo phức, phối trí với hầu hết các kim loại nặng và các kim loại chuyển tiếp
như: Hg2+, Cd2+, Cu2+, Ni2+, Co2+… Tùy nhóm chức trên mạch polime mà
thành phần và cấu trúc của phức khác nhau [18]. Hơn nữa chitosan và các ion
kim loại như Ag+, Cu2+, Ni2+,.. có tính chất khử trùng và diệt khuẩn, sau khi
chitosan liên kết với các ion kim loại nhờ oxy hay nitơ, các liên kết ràng buộc
làm tăng cường hoạt tính kháng khuẩn, đây là một tính chất tốt, sẽ thuận lợi
cho các ứng dụng trong nông nghiệp, y tế công nghiệp cũng như công nghiệp
thực phẩm [22].

2.2.2.3. Tính chất sinh học
Chitosan không độc, dùng an toàn cho người [20]. Chúng có tính hoà
hợp sinh học cao với cơ thể [17], có khả năng tự phân huỷ sinh học [15].
Chitosan có nhiều tác dụng sinh học đa dạng như: tính kháng nấm, tính
kháng khuẩn với nhiều chủng loại khác nhau, kích thích sự phát triển tăng
sinh của tế bào, có khả năng nuôi dưỡng tế bào trong điều kiện nghèo dinh
dưỡng, tác dụng cầm máu, chống sưng u [13].
Ngoài ra, chitosan còn có tác dụng làm giảm cholesterol và lipid máu, hạ
huyết áp [18], điều trị thận mãn tính, chống rối loạn nội tiết [20].
Với khả năng thúc đẩy hoạt động của các peptit - insulin, kích thích việc tiết
ra insulin ở tuyến tụy nên chitosan đã được dùng để điều trị bệnh tiểu đường.
Nhiều công trình đã công bố khả năng kháng đột biến, kích thích làm tăng cường


8

hệ thống miễn dịch cơ thể, khôi phục bạch cầu, hạn chế sự phát triển các tế bào u,
ung thư, HIV/AIDS, chống tia tử ngoại, chống ngứa… của chitosan [22].
2.2.2.4. Độc tính của chitosan
Vào năm 1968, K. Arai và cộng sự đã xác định chitosan hầu như không
độc, chỉ số LD50 = 16g/kg cân nặng cơ thể, không gây độc trên súc vật thực
nghiệm và người, không gây độc tính trường diễn [19].
Dùng chitosan loại trọng lượng phân tử trung bình thấp để tiêm tĩnh
mạch, không thấy có tích luỹ ở gan. Loại chitosan có DD ≈ 50%, có khả năng
phân huỷ sinh học cao, sau khi tiêm vào ổ bụng chuột, nó được thải trừ dễ
dàng, nhanh chóng qua thận và nước tiểu, chitosan không phân bố tới gan và
lá lách [12].
Nhiều tác giả đã chỉ rõ những lợi điểm của chitosan: tính chất cơ học tốt,
không độc, dễ tạo màng, có thể tự phân hủy sinh học, hòa hợp sinh học không
những đối với động vật mà còn đối với các mô thực vật, là vật liệu y sinh tốt

làm mau liền vết thương [12].
2.2.4. Đặc tính kháng vi sinh vật của chitosan và các yếu tố ảnh hưởng đến
hoạt động kháng khuẩn của chitosan
2.2.4.1. Đặc tính kháng vi sinh vật
- Gần đây những nghiên cứu về tính kháng khuẩn của chitosan đã chỉ ra
rằng chitosan có khả năng ức chế sự phát triển của vi sinh vật [16]:
a. Khả năng kháng virus, kháng nấm
Khả năng kháng virus:
- Chitosan ức chế hệ thống sinh sản của virus thực vật đã được nghiên
cứu [25], 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,… [16].
Khả năng kháng nấm:
- 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.


9

b. 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,…
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 cơ chế chính xác về hoạt động kháng khuẩn của
chitosan vẫn chưa được nghiên cứu và công bố rõ ràng, những cơ chế chính

đã được đề xuất như sau [21]:
- 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 RNA 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 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
2.1.4.1. Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm
- Trong công nghệ thực phẩm chitosan có tác dụng ổn định màu, mùi vị
của thực phẩm.
- Trong bảo quản thực phẩm, chitosan dùng để sản xuất màng mỏng bao
gói thực phẩm, thay thế cho PE.
- 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


10

- Trong công nghệ sản xuất nước quả: Trong sản xuất nước quả việc bảo
quản là yêu cầu bắt buộc. Chitosan là tác nhân tốt loại bỏ độ đục và giúp điều

chỉnh acid trong nước quả.
- Do có khả năng giữ nước, làm dẻo các mắt xích trong chuỗi peptid,
chitosan còn làm tăng tính dòn, dai nên chúng được thay thế hàn the trong sản
xuất thực phẩm.
2.1.4.2. Ứng dụng trong y học
- Chitosan là tác nhân hạ cholesterol: Đã có rất nhiều nghiên cứu chứng
minh khả năng giảm cholesterol và mỡ trong máu của chitosan [18]. Trong
một nghiên cứu đã chứng minh chitosan hạ 5,8 – 42,6% lượng cholesterol
trong huyết tương và 15,1 – 35,1% trong cơ thể.
- Trong lĩnh vực dược phẩm chitosan được sử dụng như chất mang an
toàn, có khả năng phóng thích thuốc dần dần vào trong cơ thể làm kéo dài tác
dụng của thuốc và chitosan còn làm chất mang để gắn các enzyme trong sản
xuất và điều trị [8]…
2.1.4.3. Ứng dụng trong mỹ phẩm
Chitosan là loại polymer tích điện dương tự nhiên duy nhất có khả năng
chuyển thành dạng nhớt khi hòa tan trong môi trường acid. Nhờ tính chất này
mà chitosan được ứng dụng trong sản phẩm chăm sóc tóc. Ngoài ra còn được
sử dụng trong sản phẩm chăm sóc da, do có tính bảo vệ, giữ độ ẩm, tạo màng
trên da đồng thời gắn kết với các dưỡng chất cần thiết tạo điều kiện cho các
chất này hoạt động tích cực trên da [22].
2.1.4.4. Ứng dụng trong môi trường
- Chitosan có khả năng hấp thụ kim loại nặng trong xử lý nước thải:
Chitosan tích điện dương nên kết hợp với các polymer đa điện tích điện âm,
tạo phức với các ion kim loại và kết tủa. Ngoài ra chitosan còn hấp phụ các
chất phóng xạ.
- Giảm mùi hôi khó chịu trong nước thải.
Chitosan còn xử lý vết dầu loang, thu hồi protein và khoáng từ nước thải
nông nghiệp…
Ngoài ra chitosan còn có tác dụng trong các ngành khác như [22]:

11

+ Trong nông nghiệp: Bảo quản quả, hạt, sử dụng như thành phần chính
trong các thuốc diệt khuẩn.
+ Làm tăng độ bền cơ học và độ mịn của giấy, tăng chất lượng in trên
giấy do thấm mực in tốt…
2.2. Giới thiệu chung về nano bạc
2.2.1. Giới thiệu về công nghệ nano
2.2.1.1. Vật liệu nano
Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước cỡ nano
mét (1nm = 10-9 m). Đây là đối tượng nghiên cứu của khoa học nano và công
nghệ nano, nó liên kết hai lĩnh vực trên với nhau. Tính chất của vật liệu nano
bắt nguồn từ kích thước của chúng, vào cỡ nanômét, đạt tới kích thước tới hạn
của nhiều tính chất hóa lý của vật liệu thông thường. Kích thước của vật liệu
nano trải một khoảng từ vài nm đến vài trăm nm phụ thuộc vào bản chất vật
liệu và tính chất cần nghiên cứu.
2.2.1.2. Phân loại vật liệu nano
Có rất nhiều cách phân loại vật liệu nano. Sau đây là một cách phân loại
dựa vào hình dáng vật liệu [3]:
- Vật liệu không chiều là vật liệu mà ba chiều đều có kích thước nano, ví
dụ: chấm lượng tử...
- Vật liệu một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, ví
dụ: dây nano,ống nano,…
- Vật liệu hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, ví
dụ: màng mỏng,…(Chiều ở đây có nghĩa là chiều chuyển động không bị hạn
chế bởi kích thước của phần tử tải điện).
Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó
chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có các
phần không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau.

2.2.1.3. Cơ sở khoa học của công nghệ nano
Công nghệ nano dựa trên ba cơ sở khoa học chính [14]:
a. Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử:
Khác với vật liệu khối, khi ở kích thước nano thì các tính chất lượng tử được
thể hiện rất rõ ràng. Vì vậy khi nghiên cứu vật liệu nano chúng ta cần tính tới các


12

thăng giáng ngẫu nhiên. Càng ở kích thước nhỏ thì các tính chất lượng tử càng thể
hiện một cách rõ ràng hơn. Ví dụ một chấm lượng tử có thể được coi như một đại
nguyên tử, nó có các mức năng lượng giống như một nguyên tử.
b. Hiệu ứng bề mặt:
Cùng một khối lượng nhưng khi ở kích thước nano chúng có diện tích bề
mặt lớn hơn rất nhiều so với khi chúng ở dạng khối. Điều này, có ý nghĩa rất
quan trọng trong các ứng dụng của vật liệu nano có liên quan tới khả năng
tiếp xúc bề mặt của vật liệu, như trong các ứng dụng vật liệu nano làm chất
diệt khuẩn. Đây là một tính chất quan trọng làm nên sự khác biệt của vật liệu
có kích thước nanomet so với vật liệu ở dạng khối [14].
c. Kích thước tới hạn:
Kích thước tới hạn là kích thước mà ở đó vật giữ nguyên các tính chất về vật
lý, hóa học khi ở dạng khối. Nếu kích thước vật liệu mà nhỏ hơn kích thước này
thì tính chất của nó hoàn toàn bị thay đổi. Nếu ta giảm kích thước của vật liệu đến
kích cỡ nhỏ hơn bước sóng của vùng ánh sáng thấy được (400-700 nm), theo Mie
hiện tượng "cộng hưởng plasmon bề mặt" xảy ra và ánh sáng quan sát được sẽ
thay đổi phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng xảy ra hiện tượng cộng hưởng. Hay
như tính dẫn điện của vật liệu khi tới kích thước tới hạn thì không tuân theo định
luật Ohm nữa. Mà lúc này điện trở của chúng sẽ tuân theo các quy tắc lượng tử.
Mỗi vật liệu đều có những kích thước tới hạn khác nhau và bản thân trong một vật
liệu cũng có nhiều kích thước tới hạn ứng với các tính chất khác nhau của chúng.

Bởi vậy khi nghiên cứu vật liệu nano chúng ta cần xác định rõ tính chất sẽ nghiên
cứu là gì. Chính nhờ những tính chất lý thú của vật liệu ở kích thước tới hạn nên
công nghệ nano có ý nghĩa quan trọng và thu hút được sự chú ý đặc biệt của các
nhà nghiên cứu [17].
2.2.2. Giới thiệu về bạc kim loại
Cấu hình electron của bạc: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1
Bán kính nguyên tử bạc: 0,288 nm
Bán kính ion bạc: 0,23 nm


13

Bảng 2.2: Số nguyên tử bạc trong một đơn vị thể tích [14].
Kích thước của hạt

Số nguyên tử chứa

nano Bạc (nm)

trong đó

1

31

5

3900

20

250000

• Tính chất vật lý:
+ Bạc là kim loại chuyển tiếp, màu trắng, sáng, dễ dàng dát mỏng, có
tính dẫn điện và dẫn nhiệt cao nhất và điện trở thấp nhất trong các kim loại.
+ Nhiệt độ nóng chảy là 961.93ºC.
• Tính chất hóa học:
+ Bạc có ký hiệu là Ag, số nguyên tử 47 thuộc phân nhóm IB trong
bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, bạc có khối lượng phân tử là
107.868 (đơn vị C).
+ Cấu hình electron [Kr]4d105s1 , có số oxi hóa là +1 và +2, phổ biến
nhất là trạng thái oxi hóa +1.
+ Trong tự nhiên, bạc tồn tại hai dạng đồng vị bền là Ag-107(52%) và
Ag-109(48%). Bạc không tan trong nước, môi trường kiềm nhưng có khả
năng tan trong một số axit mạnh như axit nitric, sufuric đặc nóng .v.v.
Ngày nay những thuộc tính quý của kim loại này được thể hiện tối đa khi
chúng được chế tạo bằng công nghệ nano. Và trên thị trường cũng đã xuất
hiện nhiều sản phẩm chứa nano bạc như băng gạc y tế, nước tẩy trùng bề mặt,
hay hiện diện ngay trong gia đình bạn như tủ lạnh, máy giặt .v.v.


14

Bạc nano là vật liệu có diện tích bề mặt riêng rất lớn, có những đặc tính
độc đáo sau [9]:
- Tính khử khuẩn, chống nấm, khử mùi, có khả năng phát xạ tia hồng
ngoại đi xa, chống tĩnh.
- Không có hại cho sức khỏe con người với liều lượng tương đối cao,
không có phụ gia hóa chất.

- Có khả năng phân tán ổn định trong các loại dung môi khác nhau
(trong các dung môi phân cực như nước và trong các dung môi không phân
cực như benzene, toluene).
- Độ bền hóa học cao, không bị biến đổi dưới tác dụng của ánh sáng và
các tác nhân oxy hóa khử thông thường.
- Chi phí cho quá trình sản xuất thấp.
- Ổn định ở nhiệt độ cao.
2.2.3. Giới thiệu về hạt nano bạc
Hạt nano bạc là các hạt bạc có kích thước từ 1 nm đến 100 nm. Do có
diện tích bề mặt lớn nên hạt nano bạc có khả năng kháng khuẩn tốt hơn so với
các vật liệu khối do khả năng giải phóng nhiều ion Ag+ hơn.
Các hạt nano bạc có hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt. Hiện tượng
này tạo nên màu sắc từ vàng nhạt đến đen cho các dung dịch có chứa hạt nano
bạc với các màu sắc phụ thuộc vào nồng độ và kích thước hạt nano.
2.2.3.1. Tính chất lý học của hạt nano bạc
2.2.3.1.1. Tính chất quang
a. Phổ hấp thụ của hạt nano bạc
Phổ hấp thụ của hạt nano bạc nằm trong khoảng từ 400 - 460 nm [17].
Phổ hấp thụ của hạt nano bạc phụ thuộc vào kích thước của hạt nano bạc. Khi
kích thước hạt tăng thì cường độ đỉnh tăng và dịch về phía bước sóng dài.
Kích thước hạt nano bạc phụ thuộc vào các yếu tố trong quá trình chế tạo hạt
nano bạc.


15

Với cùng một điều kiện, phương pháp chế tạo khác nhau thì đỉnh hấp
thụ của hạt nano bạc cũng khác nhau.
Với cùng một phương pháp, khi thay đổi điều kiện phản ứng như nồng
độ chất tham gia phản ứng, tỉ lệ chất bao phủ, thời gian phản ứng và nhiệt độ

phản ứng thì phổ hấp thụ cũng có sự thay đổi.
b. Hiệu ứng cộng hưởng Plasmon bề mặt
Tính chất quang học của hạt nano bạc trong thủy tinh làm cho các sản
phẩm từ thủy tinh có các màu sắc khác nhau. Các hiện tượng đó bắt nguồn từ
hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt (surface plasmon resonance) là hiện
tượng khi hạt ở kích thước nano, các điện tử tự do trong hạt nano bạc tương
tác với trường điện từ ngoài dẫn đến sự hình thành các dao động đồng pha với
một tần số cộng hưởng nhất định. Các hạt nano bạc sẽ hấp thụ mạnh photon
tới ở đúng tần số cộng hưởng này.

Hình 2.3: Hiện tượng cộng hưởng plasmon của hạt hình cầu
Kim loại có nhiều điện tử tự do, các điện tử tự do này sẽ dao động dưới
tác dụng của điện từ trường bên ngoài như ánh sáng. Thông thường các dao
động bị dập tắt nhanh chóng bởi các sai hỏng mạng hay bởi chính các nút
mạng tinh thể trong kim loại khi quãng đường tự do trung bình của điện tử
nhỏ hơn kích thước. Nhưng khi kích thước của hạt nano bạc nhỏ hơn quãng
đường tự do trung bình thì hiện tượng dập tắt không còn nữa mà điện tử sẽ
dao động cộng hưởng với ánh sáng kích thích. Do vậy, tính chất quang của
hạt nano bạc có được do sự dao động tập thể của các điện tử dẫn đến từ quá
trình tương tác với bức xạ sóng điện từ. Khi dao động như vậy, các điện tử sẽ
phân bố lại trong hạt nano bạc làm cho hạt nano bạc bị phân cực điện tạo
thành một lưỡng cực điện. Do vậy xuất hiện một tần số cộng hưởng phụ thuộc
vào nhiều yếu tố nhưng các yếu tố về hình dáng, độ lớn của hạt nano bạc và
môi trường xung quanh là các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất.


16

Sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM_transmission electron
microcope) để quan sát hình dạng và kích thước hạt nano bạc và sử dụng thiết bị đo

phổ hấp thụ UV-VIS để quan sát hiệu ứng cộng hưởng plasmon của hạt nano bạc.
Ngoài ra, mật độ hạt nano bạc cũng ảnh hưởng đến tính chất quang. Nếu
mật độ loãng thì có thể coi như gần đúng hạt tự do, nếu nồng độ cao thì phải
tính đến ảnh hưởng của quá trình tương tác giữa các hạt.
2.2.3.1.2. Tính chất điện
Bạc là một kim loại dẫn điện tốt nhất trong các kim loại. Bạc có mật độ
điện tử tự do cao nên điện trở của bạc rất nhỏ.
Đối với vật liệu bạc ở dạng khối, các lý thuyết về độ dẫn được tính toán
dựa trên cấu trúc vùng năng lượng của chất rắn. Điện trở của kim loại do tán
xạ của điện tử lên các sai hỏng trong mạng tinh thể và tán xạ với dao động
nhiệt của nút mạng (photon). Tập thể các điện tử chuyển động trong kim loại
(dòng điện I) dưới tác dụng của điện trường (U) có liên hệ với nhau thông qua
định luật Ohm: U = IR, trong đó R là điện trở của kim loại. Định luật Ohm
cho thấy đường I-U là một đường tuyến tính.
Khi kích thước của vật liệu giảm dần, hiệu ứng lượng tử do giam hãm
làm rời rạc hóa cấu trúc vùng năng lượng. Hệ quả của quá trình lượng tử hóa
này đối với hạt nano bạc là I-U không còn tuyến tính nữa mà xuất hiện một
hiệu ứng gọi là hiệu ứng chắn Coulomb (Coulomb blockade) làm cho đường I
- U bị nhảy bậc với giá trị mỗi bậc sai khác nhau một lượng e/2C đối với U và
e/RC đối với I. Trong đó e là điện tích của điện tử, C và R là điện dung và
điện trở khoảng nối hạt nano với điện cực.
2.2.3.1.3. Tính chất nhiệt
Nhiệt độ nóng chảy Tm của vật liệu phụ thuộc vào mức độ liên kết giữa
các nguyên tử trong mạng tinh thể. Trong tinh thể, mỗi một nguyên tử có một
số các nguyên tử lân cận có liên kết mạnh gọi là số phối vị. Các nguyên tử
trên bề mặt vật liệu sẽ có số phối vị nhỏ hơn số phối vị của các nguyên tử ở
bên trong nên chúng có thể dễ dàng tái sắp xếp để có thể ở trạng thái khác
hơn. Như vậy, khi kích thước của hạt nano giảm, nhiệt độ nóng chảy sẽ giảm.