Nghiên cứu tạo một số chế phẩm sinh học từ Chitin tách chiết từ vỏ tôm bằng phương pháp thuỷ phân Axit

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

TRẦN THỊ HOA LÝ

NGHIÊN CỨU TẠO MỘT SỐ CHẾ PHẨM SINH HỌC TỪ
CHITIN TÁCH CHIẾT TỪ VỎ TÔM BẰNG PHƯƠNG PHÁP
THỦY PHÂN AXIT

Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
Mã số: 60.42.30

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Văn Thiết

HÀ NỘI, 2011

-1-


2

LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc em xin gửi tới thầyPGS. TS. Nguyễn Văn Thiết
đã giao đề tài và trực tiếp hướng dẫn để em hoàn thành khóa luận này.
Đồng kính gửi lời cảm ơn chân thành tới bạn Nguyễn Thị Hạnh, người
đã cùng tôi làm đề tài và các thầy cô làm việc tại Phòng Hóa Sinh Thực VậtViện Công Nghệ Sinh Học đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để em thực
hiện khóa luận này.

Em cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến các thầy, các cô trong
khoa, các thầy, các cô trường THPT Lạng Giang số 3 nơi mà tôi đang công
tác, các bạn lớp K13 cao học sinh học thực nghiệm, gia đình và người thân
đã luôn bên tôi trong suốt thời gian qua!

Hà nội, ngày 26 tháng 5 năm 2011
Học viên

Trần Thị Hoa Lý

-2-


3

LỜI CAM DOAN
Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn
này là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác. Tôi cũng xin cam
đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và
các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc .
Hà nội, ngày 26 tháng 5 năm 2011
Học viên

Trần Thị Hoa Lý

-3-


4

MỤC LỤC
Trang
1
Mở đầu
5
Chương 1: Tổng quan tài liệu
1.1 Giới thiệu về chitin/chitosan
5
1.2. Các phương pháp tách chiết chitin
8
1.2.1. Thuỷ phân chitin và chitosan bằng acid
9
1.2.2. Các biến đổi hóa học của monosaccharide dưới tác động của acid
10
1.2.3. Tạo thành furfurol và các chất họ hàng
12
1.3. Các tính chất hấp phụ của chitin/chitosan
13
1.3.1. Khả năng hấp phụ các kim loại nặng, các hợp chất hữu cơ
13
1.3.2. Tính kháng khuẩn của chitosan
14
1.4. Các sản phẩm sinh học từ chitin/chitosan
17
1.5. Ứng dụng trong nông nghiệp, y học
20
23
Chương 2: Nội dung, vật liệu và phương pháp nghiên cứu
2.1. Vật liệu
23

2.1.1. Vật liệu nghiên cứu
23
23
2.1.2. Hóa chất
2.1.3. Thiết bị
23
2.2. Các phương pháp nghiên cứu
23
2.2.1. Phương pháp tách chiết chitin từ đầu-vỏ tôm
23
2.2.2. Xác định trọng lượng phân tử trung bình của chitin bằng phương
24
pháp đo độ nhớt
2.2.3. Phương pháp chuyển chitin thành chitosan
27
2.2.4. Phương pháp thuỷ phân chitin bằng acid
27
2.2.5. Các phương pháp xác định đường khử [19]
27
2.2.6. Các phương pháp thu hồi và làm sạch sản phẩm
29
2.2.7. Phương pháp xác định sản phẩm phụ của phản ứng thuỷ phân acid
30
2.2.8. Phương pháp xác định độ độc cấp tính của chế phẩm SP2
30
31
Chương 3: Kết quả và thảo luận
3.1. Kết quả tách chiết chitin từ vỏ tôm
31
3.1.1. Kết quả tách chiết chitin từ vỏ tôm bằng phương pháp hóa học

31
33
3.1.2. Chuyển hóa chitin thành chitosan
3.1.3. Đánh giá chất lượng các mẫu chitin và chitosan thu được
34
3.2. Kết quả nghiên cứu thuỷ phân chitin bằng acid khác nhau
38
3.2.1. Kết quả nghiên cứu sơ bộ khả năng thuỷ phân chitin bằng các acid
39
khác nhau
3.3.1.1. Đánh giá khả năng thủy phân chitin bằng các acid khác nhau thông
40
qua xác định lượng polysaccharide còn lại sau phản ứng
3.3.1.2. Đánh giá khả năng thủy phân chitin bằng các acid khác nhau thông
41
qua xác định lượng đường khử trong dịch phản ứng
3.3.1.3. Đánh giá khả năng thủy phân chitin thông qua xác định lượng sản
43
phẩm phụ của phản ứng

-4-


5

3.2.2. Nghiên cứu mối phụ thuộc của lượng đường khử tạo thành trong
phản ứng thuỷ phân chitin bằng acid vào nhiệt độ thuỷ phân
3.2.3. Kết quả nghiên cứu thủy phân chitin bằng acid H2SO4
3.2.4. Kết quả thuỷ phân chitin bằng acid HCl
3.2.5. Kết quả thuỷ phân chitin bằng acid H3PO4

3.3. So sánh và đánh giá chung kết quả thuỷ phân chitin bằng các acid khác
nhau
3.4. Nghiên cứu độ độc cấp tính của chế phẩm SP2
Chương 4: Kết luận và kiến nghị
4.1. Kết luận
4.2. Kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Phần phụ lục

-5-

47
49
53
56
59
62
66
66
67
68
79


6

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

Tên đầy đủ

DD

Độ deacetyl hóa

ĐC

Đối chứng

GlcN

Glucosamine

GlcNAc

N-Acetyl-glucosamine

HH

Mẫu chitosan được tách chiết từ chitin bằng
phương pháp hóa học.

HQ

Hàn Quốc

Mr

Phân tử lượng của polymer

NANO

Nanochitin

OLG

Oligochitosaccharide

SP

Sản phẩm

TN

Thí nghiệm

-6-


7

MỞ ĐẦU
1.Lí do chọn đề tài
Chitin là biopolymer thứ 2 trong tự nhiên, chỉ đứng sau cellulose về lượng.
Đây là loại vật liệu mới quý, không chỉ vì từ chitin có thể tạo ra được nhiều sản
phẩm có giá trị gia tăng cao để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội,
mà quan trọng hơn nữa là nguồn nguyên liệu này có thể được coi là vô tận, vì được
tái sinh trong tự nhiên. Polysaccharide này là một trong các thành phần quan trọng
của khung xương ngoài ở nhiều động vật không xương sống, nấm và cả ở một số

loài tảo, có chức năng sinh học chính là chức năng cấu trúc (nâng đỡ và xác định
hình dạng cơ thể) và bảo vệ.
Từ chitin dễ dàng nhận được chitosan – một polymer sinh học là dẫn xuất trực
tiếp của chitin và cũng có mặt trong tự nhiên trong thành phần thành tế bào của một
số loại nấm. Chitosan là dẫn xuất quan trọng nhất của chitin, hiện nay
polysaccharide này đã được coi là polymer dược phẩm. Cả chitin và chitosan đều
không độc, dễ phân hủy và có tính dung nạp sinh học. Các polysaccharide có các
tính chất hấp phụ rất quí với phổ hấp phụ rất rộng: từ kim loại đế các chất hữu cơ.
Chitin là biosorbent rất tốt đối với các kim loại, có thể hấp phụ tất cả các kim loại,
đặc biệt là các kim loại nặng, chỉ ngoại trừ các kim loại kiềm và kiềm thổ được sử
dụng trong làm sạch nước thải chứa phóng xạ và các kim loại nặng [80]. Các thử
nghiệm invitro cho thấy chitin liên kết trên bề mặt của nó các phân đoạn có khối
lượng phân tử trung bình, các oligopeptide, creatin, ure, cholesterin và triglyceride,
nhưng không hấp phụ các protein có kích thước phân tử lớn, các ion Na và hấp phụ
ít K. Các thí nghiệm trên động vật cho thấy trên nền phát triển của các trạng thái
bệnh lí khác nhau, sử dụng chitin làm giảm lượng các oligopeptide độc và các chất
khác trong máu có tác động âm tính đối với cơ thể, làm giảm 2 lần tỉ lệ chết của
động vật so với nhóm động vật không được nhận biosorbent. Hơn nữa, phân tích
các kết quả thí nghiệm lâm sàng cho phép đưa ra giả định về sự tham gia của chitin
trong hấp phụ các thành phần của huyết tương như cholesterin, triglyceride, ure,
creatinin, serotonin, histamin và các chất khác, điều này có ý nghĩa rất lớn trong

-7-


8

điều trị một loạt các trạng thái bệnh lí liên quan tới các rối loạn kinh niên hoạt động
của các cơ quan và hệ cơ quan tương ứng. Các kết quả này mở ra triển vọng ứng
dụng chitin trong y học thông qua cái gọi là thẩm tích ruột để chữa các bệnh nhiễm

trùng kinh niên và cấp đường dạ dày-ruột, các tổn thương hệ thống gan-mật, các rối
loạn kinh niên và cấp tính đồng hành với sự phát triển ngộ độc (viêm phổi, các biến
chứng tính chất nhiễm trung mủ sau phẫu thuật, suy thận mãn và cấp…), các rối
loạn dị ứng và trao đổi. Ngoài ra chitin có thể được sử dụng để chữa bệnh trong thú
y, chăn nuôi… [82]
Trở ngại lớn nhất trong ứng dụng chitin là tính chất khó hòa tan của chúng
trong nhiều dung môi, kể cả các dung môi hữu cơ. Từ chitin và chitosan đã nhận
được nhiều dẫn xuất khác nhau bằng các phương pháp hóa học để làm tăng tính tan
của chúng, nhằm phát huy được các tiềm năng ứng dụng của các polysaccharide
này. Một trong các phương thức đơn giản và rẻ tiền nhất làm tăng tính phân tán của
chitin và chitosan trong thể tích, về mặt nào đó cũng đồng nghĩa với làm tăng tính
tan của chúng, là phương pháp thủy phân acid nhờ sử dụng các acid vô cơ làm tác
nhân thủy phân. Bằng phương pháp này có thể thu nhận nhiều loại sản phẩm có các
tác dụng khác nhau từ chitin để phục vụ cho các mục đích ứng dụng khác nhau, bao
gồm: (i) chitin và chitosan mạch ngắn (so với các phân tử ban đầu) và nanochitin;
(ii) các chito-oligosaccharide (cả mạch ngắn và mạch dài, hay tan và không tan), và
(iii) chito-monosaccharide (chủ yếu là glucosamine). Các sản phẩm thủy phân nhóm
1 ngoài các ứng dụng trong y học như nêu trên, trong vai trò biosorbent còn có thể
sử dụng để tạo ra thực phẩm chức năng phòng chống béo phì, ngăn ngừa các bệnh
tim mạch, tiểu đường, chống ngộ độc thực phẩm… Nhóm sản phẩm chitooligosaccharide có triển vọng rất lớn trong vai trò các elicitor – các chất làm tăng
cường khả năng miễn dịch của cơ thể và có tác dụng chống béo phì. Glucosamine là
thuốc chống viêm khớp tốt. Chúng tôi quan tâm hơn cả tới 2 nhóm sản phẩm đầu, vì
vậy đề tài luận văn thạc sĩ của tôi có tên là:
“Nghiên cứu tạo một số chế phẩm sinh học từ chitin tách chiết từ vỏ tôm
bằng phương pháp thủy phân acid”

-8-


9

Đề tài được tiến hành dựa trên cơ sở phương pháp hóa học nhằm tạo ra một số chế
phẩm có giá trị gia tăng cao từ nguồn phụ phẩm dồi dào của ngành công nghiệp chế
biến tôm đông lạnh xuất khẩu là vỏ tôm, phục vụ cho các ứng dụng khác nhau. Tôi
tin tưởng sự thành công của đề tài không chỉ có ý nghĩa thực tiễn về mặt kinh tế- xã
hội, mà còn có ý nghĩa khoa học cơ bản sâu sắc.
2. Mục đích nghiên cứu
Tạo một số chế phẩm sinh học từ vỏ tôm bằng phương pháp thủy phân acid
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Đề tài có các nội dung chính sau đây:
1) Thu nhận chế phẩm chitin từ vỏ tôm;
2) Chuyển hóa chitin thành chitosan và xác định kích thước phân tử của chitin
thông qua đo độ nhớt của chế phẩm chitosan nhận được;
3) Nghiên cứu động học của quá trình thủy phân chitin bằng các axit vô cơ
khác nhau để tìm điều kiện tối ưu cho việc tạo ra một số chế phẩm sinh học từ
chitin: nhóm sản phẩm SP1(bao gồm chitin mạch ngắn, nanochitin và các chitooligosaccharide mạch dài không tan), nhóm sản phẩm SP2 (gồm các
oligosaccharide mạch ngắn, tan trong acid) và nhóm sản phẩm SP3 (các chitomonosaccharide, chủ yếu là glucosamine)
4) Xác định độ độc cấp tính của chế phẩm SP2 (OLIGOMER) trên chuột nhắt
trắng.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
* Đối tượng nghiên cứu:
- Chitin, chitin mạch ngắn, nanochitin, chitooligosaccaride và glucosamine.
* Phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu quá trình thủy phân chitin/chitosan bằng các acid khác nhau:
HCl, H2SO4, H3PO4, HNO3 ở các nồng độ, nhiệt độ và thời gian khác nhau.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp tách chiết chitin.

-9-

10

- Phương pháp chuyển chitin thành chitosan
- Xác định trọng lượng phân tử trung bình của chitin bằng phương pháp đo độ
nhớt

- Phương pháp thuỷ phân chitin bằng acid
- Các phương pháp xác định đường khử
- Phương pháp phân tách, thu hồi và làm sạch sản phẩm
- Phương pháp xác định sản phẩm phụ của phản ứng thuỷ phân acid
- Phương pháp xác định độ độc cấp tính của chế phẩm SP2
6. Dự kiến đóng góp mới
Chỉ ra bằng phương pháp thủy phân acid sẽ tạo ra được một số chế phẩm
sinh học có giá trị giá tăng cao từ chitin.

-10-


11

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Giới thiệu về chitin/chitosan
Chitin có công thức phân tử: (C 8H13O5N)n (n thay đổi tùy thuộc từng loại
nguyên liệu, chẳng hạn như tôm hùm: n = 700800 và ở cua n = 500600). Công
thức cấu tạo của chitin xem hình 1. Phân tử lượng của chitin không dưới 1 000 000 Da.
CH2OH

CH2OH

CH2OH
O

OH

O

O

O

O

OH

NHAc

NHAc

NHAc

n

Chitin

CH2OH

CH 2OH

CH2OH

O

O

O
O

OH

O

OH

O

OH

n O

OH

NH2

NH2

NH2

n

Chitosan
CH2OH

CH2OH

CH2OH
O

OH
OH

O

O

O

O

OH

OH

OH

Cellulose

O

OH

n

Hình 1. Sơ đồ cơ cấu trúc hóa học của chitin, chitosan và cellulose
Trên hình 1 là sơ đồ cấu trúc hóa học của chitin, chitosan và cellulose. Từ sơ
đồ này ta thấy về mặt hóa học chitin có thể được coi là dẫn xuất của cellulose,
nhưng điều này chỉ đúng về mặt hình thức, còn nếu xét về bản chất của quá trình
sinh tổng hợp chitin và cellulose, thì 2 polysaccharide này được tạo thành trong cơ
thể sống theo các đường trao đổi chất hoàn toàn khác nhau. Hơn nữa, phân bố của 2
loại polysaccharide này trong tự nhiên cũng khác nhau hoàn toàn: nếu như cellulose
là biopolymer đặc trưng cho giới thực vật, thì chitin lại chỉ có ở các động vật không

-11-


12

có xương sống, nấm và một số loài tảo [29, 33, 74]. Nói đúng hơn, đơn vị cấu trúc
của chitin (N-acetylglucosamine) là dẫn xuất của glucose - đơn vị cấu trúc của
cellulose. Với chitosan vấn đề lại hoàn toàn khác: Chitosan thực sự là dẫn xuất của
chitin, từ chitin có thể nhận được chitosan bằng các phương pháp khác nhau (xem
phần sau).
Tính chất vật lý của chitin: Khi dùng kính hiểm vi điện tử quét để khảo sát
chitin cho thấy cấu trúc bề mặt của chitin khá chặt chẽ, phẳng lì. Ở điều kiện thường
chitin tồn tại ở thể rắn, vô định hình, không tan trong nước, acid loãng, kiềm loãng,
không tan trong các dung môi hữu cơ thông thường. Chitin tan trong HCl đậm đặc,
acid sulfuric đậm đặc, sự hòa tan này dẫn đến biến đổi khối lượng phân tử, độ
deacetyl và năng suất quay cực của chitin [27].
Chitin có thể phân tán trong dung dịch các muối trung tính có khả năng
hydrat hóa ở nồng độ cao

Tính chất hóa học của chitin:
- Phản ứng deacetyl hóa chitin xảy ra trong môi trường kiềm đặc.
- Chitin bị thủy phân trong môi trường acid clohydric đặc ở nhiệt độ cao gây
cắt mạch thu được glucosamine.

Hình 2. Sơ đồ chuyển hóa chitin thành chitosan và glucosamine
- Phản ứng este hóa:
+ Chitin tác dụng với acid nitric đậm đặc cho sản phẩm chitin nitrat.

-12-


13

+ Chitin tác dụng với acid sulfuric đậm đặc trong pyridin, dioxan và N, Ndimethylamin cho sản phẩm chitin sulfate.
+ Chitin tác dụng với acid cloacetic cho sản phẩm cacboxylmetylchitin [26].
Nhìn chung các phản ứng hóa học của chitin là không đa dạng, điều này dễ
dàng giải thích được do cấu tạo chitin có các nhóm chức tương đối trơ, hơn nữa cấu
trúc bề mặt của chitin phẳng lì và rất chặt chẽ đã gây khó khăn cho sự tiếp xúc của
nó với các tác nhân phản ứng. Tính không tan trong nước và các dung môi hữu cơ
thông thường nên chitin khó tham gia các phản ứng hóa học thông thường, vì điều
này mà khả năng ứng dụng của chitin bị hạn chế rất nhiều. Các nhà khoa học đã cố
gắng nghiên cứu biến đổi hóa học tạo ra các dẫn xuất khác nhau của chitin để có thể
hòa tan trong các dung môi thông thường tiện lợi hơn trong quá trình sử dụng.
Trong số các dẫn xuất của chitin thì chitosan, một dẫn xuất thu được bằng phản ứng
deacetyl hóa chitin biến đổi nhóm N-acetyl thành nhóm amin ở vị trí C2 [2], được
coi là dẫn xuất quan trọng nhất. Hiện nay người ta đã biết được chitosan có hoạt
tính sinh học cao và có nhiều ứng dụng đa dạng trong thực tế.
Về mặt cấu tạo chitosan là một polymer hữu cơ được cấu tạo bởi các đơn vị
D-Glucosamine liên kết với nhau bằng liên kết β-1→4-glycoside [27].

Công thức lý thuyết của chitosan được biểu diễn trên hình 1, còn công thức
phân tử là (C6H11O4N)n.
Tính chất vật lý của chitosan: Chitosan ở điều kiện thường là thể rắn tinh thể
và rắn vô định hình có màu trắng hay vàng nhạt, không mùi, không vị, không tan
trong nước, kiềm đặc và loãng, không tan trong aceton và các dung môi hữu cơ
thông thường khác. Chitosan tan trong dung dịch acid loãng (pH = 6) tạo dung dịch
keo trong suốt, có khả năng tạo màng tốt, nhiệt độ nóng chảy 309 – 311o C. Độ nhớt
của dung dịch chitosan trong dung dịch acid loãng có liên quan đến kích thước và
khối lượng phân tử trung bình của chitosan (đây cũng là tính chất chung của tất cả
các dung dịch polymer) [81].

-13-


14

Do chitosan có –NH2 còn cặp electron tự do linh động trên nguyên tử (N),
nên có khả năng tạo phức với ion kim loại, tạo liên kết với các acid hữu cơ, anhydrit
hữu cơ.
Tính chất hóa học của chitosan:
- Phản ứng Van-Wisselingh [28]: Chitosan tác dụng với dung dịch Ingol cho
màu nâu, màu này chuyển sang màu tím khi có mặt acid sulfuric.
- Chitosan tác dụng với dung dịch acid sulfuric tạo tinh thể hình cầu chitosan
sulfate, chất này làm mất màu dung dịch Fucsin 1% hay dung dịch acid picric 1%.
- Sự khử amine có thể gây ra bởi một số tác nhân oxy hóa như Ba(BrO)2;
AgNO3; N2O3; HNO2…
- Chitosan có thể bị cắt mạch bởi acid, enzyme [2] hoặc bằng bức xạ để tạo
oligomer .
1.2.Các phương pháp tách chiết chitin.
Như chúng ta đã biết rằng chitin được khoa học biết đến từ năm 1811, chitin

và chitosan và các sản phẩm nhận được từ chitin và chitosan (các chitoologosaccharide dạng [GlcNAc]n và [GlcN]n) được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực
khác nhau như nông nghiệp, y-dược, môi trường…, cho nên chitin đã được tách
chiết từ rất nhiều nguồn tự nhiên như vỏ tôm, cua, mai mực… Trong vòng hơn một
thế kỉ qua chitin được tách chiết đều bằng các phương pháp hóa học và cho đến nay
có rất nhiều phương pháp hóa học khác nhau được sử dụng trong các phòng thí
nghiệm trên thế giới cũng như ở nước ta để tách chiết và làm sạch chitin, phục vụ
cho các mục đích ứng dụng khác nhau [29, 31, 85, 95]. Từ năm 2002 ở nước ta có
dự án “Hoàn thiện công nghệ sản xuất một số sản phẩm chitin và chitosan nguồn
gốc thiên nhiên từ phụ phẩm của ngành thuỷ, hải sản với quy mô công nghiệp”, với
mục tiêu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất được 100 tấn chitin/1 năm. do
trường Đại học Thuỷ sản Nha Trang chủ trì, phương pháp được sử dụng để thu nhận
chitin cũng là phương pháp hóa học.
Trong thời gian gần đây do các bức xúc về vấn đề ô nhiễm môi trường, nên
các nhà khoa học đã bắt đầu nghiên cứu áp dụng các phương pháp chế biến sinh học

-14-


15

(bioprocessing methods) trong sản xuất chitin để thay thế cho các phương pháp hóa
học tiêu tốn nhiều hóa chất và gây ô nhiễm môi trường. Phương pháp sinh học đầu
tiên và cũng là duy nhất cho đến nay được áp dụng trong sản xuất chitin là phương
pháp lên men lactic [29, 51, 52, 82, 71, 100,], tuy còn ở quy mô rất nhỏ so với
phương pháp hóa học. Phương pháp này cũng đã được một số tác giả của nước ta áp
dụng để thu nhận chitin từ vỏ tôm [41].
Như vậy, hiện nay có hai nhóm phương pháp sản xuất chitin từ vỏ giáp xác đó
là các phương pháp hóa học và các phương pháp sinh học, trong đó phương pháp
hóa học tách chiết chitin là phương pháp đã có từ rất lâu và ngày nay vẫn là phương
pháp chính được áp dụng trong sản xuất polymer sinh học này, còn phương pháp

sinh học mới được nghiên cứu áp dụng trong thời gian gần đây với mục đích thay
thế phương pháp hóa học truyền thống tiêu hao nhiều hóa chất và gây ô nhiễm môi
trường.
1.2.1. Thuỷ phân chitin và chitosan bằng acid
Thuỷ phân acid các polysaccharide, mà chủ yếu là thuỷ phân tinh bột và các
nguyên liệu chứa tinh bột, là một phương pháp đã được ứng dụng rất nhiều trong
công nghiệp sản xuất rượu bia và nước giải khát và trong công nghiệp thực phẩn để
sản xuất mạch nha, cũng như trong lĩnh vực sản xuất ethanol (cồn) nhiên liệu. Điều
này rất dễ hiểu vì tinh bột và một số polysaccharide khác trong nguyên liệu ban đầu
đều là các polysaccharide với các liên kết glucoside ở cấu hình  rất dễ bị thuỷ phân
bằng acid. Với chitin và chitosan thì vấn đề thuỷ phân bởi acid lại hoàn toàn khác,
bởi các liên kết glucoside trong 2 polysaccharide lại có cấu hình , do vậy chitin và
chitosan cũng giống như cellulose, rất bền với thuỷ phân acid trong các điều kiện
“mềm”, tức là ở nồng độ acid thấp và nhiệt độ thấp. Tuy nhiên ở điều kiện nhiệt độ
là 100oC các polysaccharide này được thuỷ phân dễ dàng bằng acid [71].
Về mặt lí thuyết, polysaccharide nói chung, chitin và chitosan nói riêng, có thể
bị thuỷ phân hoàn toàn bằng acid. Về nguyên tắc có thể sử dụng các acid vô cơ khác
nhau như HCl, HNO3, H2SO4, H3PO4… để thuỷ phân, nhưng trên thực tế H2SO4
thường được sử dụng để thuỷ phân polysaccharide vì dư lượng của nó dễ bị loại

-15-


16

khỏi hỗn hợp phản ứng sau khi kết thúc thuỷ phân ở dạng bari sulfate, và H2SO4
cũng gây phá huỷ monosaccharide ít nhất (tạo thành dẫn xuất của furfurol) so với
các acid vô cơ khác. Ví dụ, để thuỷ phân cellulose, đầu tiên polysaccharide này
được hoà trong H2SO4 72%, sau đó pha loãng bằng nước và đun sôi trường diễn ở
100oC. Các điều kiện trung bình cho thuỷ phân polysaccharide là: Đun

polysaccharide trong dung dịch H2SO4 2N ở 100oC trong 2-4h thì đa số các
polysaccharide bị thuỷ phân [71].
Ở nước ta quá trình thuỷ phân chitin và chitosan bằng acid cũng đã được một
số tác giả quan tâm nghiên cứu với mục đích tạo chế phẩm GlcN để chữa bệnh viêm
khớp [102]. Tuy nhiên hầu hết các nghiên cứu này đều chỉ dừng lại ở trong phòng
thí nghiệm.
Phản ứng thuỷ phân polysaccharide nói chung và chitin, chitosan nói riêng
trong acid có rất nhiều hạn chế, do tạo thành các sản phẩm phụ từ sản phẩm chính
của phản ứng (monosaccharide hay đường khử) dưới tác động của acid, đặc biệt là ở
các nồng độ acid cao và nhiệt độ cao (xem phần sau).
1.2.2. Các biến đổi hóa học của monosaccharide dưới tác động của acid
Các monosaccharide (đường khử) có thể bị biến đổi thành rất nhiều chất khác
nhau trong các phản ứng hóa học dưới tác động xúc tác của kiềm và acid. Nhìn
chung các monosaccharide bền hơn nhiều với tác động của acid so với tác động của
kiềm [71, 69,]. Chẳng hạn trong các điều kiện thuỷ phân các polysaccharide trong
dung dịch acid vô cơ 2 M thì glucose bị biến đổi rất chậm. Tuy vậy, phụ thuộc vào
một số điều kiện (trước tiên là nồng độ acid và thời gian mà monosaccharide bị tác
động bởi acid) mà có thể xảy ra một loạt phản ứng [71].
Cả acid và kiềm đều xúc tác (kiềm mạnh hơn) phản ứng Lobrri de Bruin Alberd van Ekenstein [71]. Dưới tác dụng của kiềm và acid phản ứng enol hóa
aldose thành endiol xảy ra theo các sơ đồ trên hình 6. Enol tạo thành có thể biến đổi
theo nhiều hướng khác nhau. Phản ứng này là cơ sở của hầu như tất cả các biến đổi
hóa học của các monosaccharide dưới tác động của kiềm và acid. Tuy nhiên trong

-16-


17

khuôn khổ đề tài này chúng tôi chỉ quan tâm tới các biến đổi hóa học của các
monosaccharide dưới tác động của acid.

HC
H
HO

O
+OH-,-H2O
OH
H

H
HO

R

H
H

H

O
H
O

C

HO

O
OH
H

R

+ H+

OH
HO

H
R

C

OH

C

+H2O

+ OH-

H

(A)

R
1,2-endiol

H
H

C

HO

OH+
OH
H

R

H

C

OH
OH

HO

H

(B)

R
1,2-endiol

Hình 6. Sơ đồ phản ứng tạo thành dạng enol (1,2-endiol) dưới tác dụng của
kiềm (A) và acid (B).
Dưới tác động của acid xảy ra nhiều biến đổi hóa học của các monosaccharide,

trong đó có aminosaccharide nói chung và GlcN nói riêng. Trong số các biến đổi
hóa học đó đáng kể nhất là:1) Các phản ứng isomer hóa và epimer hóa (ví dụ, từ
glucose trong môi trường acid sẽ tạo thành fructose và mannose, và có thể cả
psicose; 2) Đứt liên kết C–C hay phản ứng ngược với phản ứng trùng hợp aldol; 3)
Di chuyển liên kết đôi dọc mạch C; 4) Tách nước khỏi enol - phản ứng loại trừ 
với sự tạo thành hợp chất dicarbonyl 3-deoxyhexosulese. Trên thực tế cả 4 loại phản
ứng trên có thể xảy ra cùng một lúc. Ngoài ra, dưới tác động của acid còn xảy ra
phản ứng ngược với phản ứng thuỷ phân, tức là biến đổi các monosaccharide thành
các oligosacchride khi tách nước. Phản ứng này xảy ra trong các điều kiện khá
mềm. Chẳng hạn D-Glc trong dung dịch 0,15 M H2SO4 bị biến đổi một phần thành
isomaltose (6-O--D-glucopyranosyl-D-glucose) do tác động của nhóm OH rượu
bậc I của một phân tử lên tâm anomer của phân tử thứ hai. Cùng với chất này còn
nhận được một lượng nhất định các oligosacchride khác, cấu trúc và tỉ lệ tương
quan của chúng phụ thuộc vào bản chất của các monosaccharide ban đầu.
Trong khuôn khổ đề tài này chúng tôi quan tâm hơn cả tới các biến đổi hóa
học của monosaccharide dẫn tới tạo thành các hợp chất dicarbonyl. Trong cả môi

-17-


18

trường kiềm và acid trong trường hợp glucose hợp chất hợp chất dicarbonyl được
tạo thành từ endiol tương ứng là 3-deoxyglucosulese:
H

C

HO

OH

C

O

OH

C

OH

H

CH

HCH

R

R
3-deoxyhexosulese

H

R
1,2-endiol

H

C

O

C

O

Hình 7. Sơ đồ phản ứng
tạo

thành

hợp

chất

dicarbonyl từ glucose.

Các 3-deoxyhexosulese là những chất không bền, các biến đổi tiếp theo của
chúng trong môi trường kiềm và môi trường acid là khác nhau. Trong môi trường
acid xảy ra biến đổi các hợp chất dicarbonyl thành các dẫn xuất của furan: 3deoxypentosulese (hay pentose) tạo thành furfurol, còn 3-deoxyhexosulose (hay
hexose) - tạo thành 5-hydroxy-methylfurfurol (xem phần dưới) [71].
1.2.3. Tạo thành furfurol và các chất họ hàng
Trong số các sản phẩm phụ của phản ứng thuỷ phân acid chitin và chitosan thì
chúng tôi quan tâm nhất là furfurol và các chất họ hàng, bởi vì sự tạo thành các chất
này ảnh hưởng rất nhiều lên hiệu suất của quá trình thuỷ phân. Các chất này được
tạo thành khi tác động lên monosaccharide các acid vô cơ mạnh. Trong môi trường
acid xảy ra sự biến đổi của các hợp chất dicarbonyl thành các dẫn xuất của furan:
các pentose cho furfurol, còn các hexose - cho hydroxymethylfurfurol:

H

C
C

O

H

C
C

O

H

C

H

H

C

OH

H

C

OH

CH2OH

3-Deoxyhexosulese

- H2O

H

H

O
O

+ H+

C

O

C

OH

CH

CH

CH

CH

C

OH

CH2OH

C

HOH2C
O

C
H

O

Hydroxymethylfurfurol
OH

CH2OH

3,4-Dideoxyhexusolene-3

Hình 8. Sơ đồ tạo thành các sản phẩm phụ là dẫn xuất của
furan khi thuỷ phân chitin và chitosan trong môi trường acid.
Trong một chuỗi biến đổi hóa học từ 1 phân tử monosaccharide tách ra 3 phân
tử H2O (theo 3 giai đoạn), sau đó là quá trình vòng hóa và cuối cùng là tạo thành

-18-


19

hydroxymethylfurfurol. Điều kiện quan trọng để sự vòng hóa diễn ra là cấu hình
trans của liên kết C2 - C3 của diendiol có hệ thống liên hợp dài với 3 liên kết đôi.
Lượng sản phẩm phụ dạng các dẫn xuất của furan tạo thành trong quá trình
thuỷ phân acid chitin và chitosan, có thể xác định bán định lượng được bằng đo hấp
phụ của dịch thuỷ phân trong vùng bước sóng 270 - 300 nm (xem phần kết quả).
1.3. Các tính chất hấp phụ của chitin/chitosan.
1.3.1. Khả năng hấp phụ các kim loại nặng, các hợp chất hữu cơ.
Chitin và chitosan chứa một số nhóm chức – các nhóm hydroxyl, carbinol,
amino, acetylamid và các cầu oxy, cho nên cơ chế hấp phụ các ion kim loại nặng và
các chất khác bởi các polymer này mang tính chất khá phức tạp. Phụ thuộc vào các
điều kiện cơ chế này có thể bao gồm sự tạo phức, trao đổi ion và hấp phụ bề mặt,
tuy nhiên trong thời gian cuối đa số các nhà nghiên cứu cho rằng sự tạo phức chelat
(còng cua) chiếm ưu thế hơn cả, cơ chế này được nguyên nhân bởi khả năng cho
electron cao của các nguyên tử N & O. Nhờ vậy mà các chất hấp phụ chitin có phổ
hấp phụ đặc biệt rộng. Chúng có thể được sử dụng để làm sạch các dung dịch nước
khỏi các chất bẩn rất khác nhau: thực tế là khỏi tất cả các kim loại nặng, nhiều
nguyên tố phóng xạ (radionuclid), các vi khuẩn, nhiều tạp chất hữu cơ, các thuốc trừ
sâu và nhiều chất khác [80].
Do đặc tính của nhóm amino tự do trong cấu trúc chitosan được tạo thành khi
deacetyl hóa chitin, các tính chất tạo phức chelat của nó làm cho khả năng hấp phụ
kim loại tăng gấp 5 đến 6 lần so với chitin. Khi ghép một số nhóm chức vào khung
cấu trúc của chitosan sẽ làm tăng khả năng hấp phụ kim loại của chitosan lên nhiều
lần. Để tạo điều kiện tốt cho quá trình chuyển khối, đồng thời tăng dung lượng hấp
phụ kim loại của chitosan, một số nhà khoa học đã nghiên cứu biến tính chitosan,

đồng thời đánh giá khả năng hấp phụ kim loại nặng trên mạng lưới liên kết mạch
thẳng và chéo nhau của chitosan. Kết quả là đã tạo ra được nhiều loại chitosan biến
tính có dung lượng hấp phụ kim loại cao.
Bên cạnh khả năng hấp phụ các kim loại nặng chitin/chitosan còn có khẳ năng
hấp phụ các chất hữu cơ. Người ta đã ứng dụng tính chất này để sản xuất thuốc

-19-


20

giảm béo, do chitosan mang điện tích dương, khi vào đến ruột được dịch tiêu hóa
hòa tan tạo thành dạng gel và sẽ tìm hút những chất mang điện tích âm như: chất
béo, cholesterol, lipid… Đây là giải pháp giảm cân an toàn nhờ tác dụng như nam
châm hút mỡ, nhanh chóng hút lấy các acid béo, dầu mỡ có trong thức ăn tại ruột và
thải trừ chúng ra khỏi cơ thể. Sản phẩm này có khả năng hấp thu và thải trừ chất béo
cao nhất mà ở chất xơ thực vật không có được.
1.3.2. Tính kháng khuẩn của chitosan
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 khuẩn.
Trong một nghiên cứu khá rộng về tính kháng khuẩn của chitosan từ tôm
chống lại E.coli, đã phát hiện thấy nhiệt độ cao và pH acid của thức ăn làm tăng ảnh
hưởng của chitosan đến vi khuẩn. Nó cũng chỉ ra cơ chế ức chế vi khuẩn của
chitosan là do liên kết giữa chuỗi polymer của chitosan với các ion kim loại trên bề
mặt vi khuẩn làm thay đổi tính thấm của màng tế bào. Khi bổ sung chitosan vào môi
trường, tế bào vi khuẩn sẽ chuyển từ tích điện âm sang tích điện dương. Quan sát
trên kính hiển vi huỳnh quang cho thấy rằng chitosan không trực tiếp hoạt động ức
chế vi khuẩn E.coli mà là do sự kết lại của các tế bào và sự tích điện dương ở màng
của vi khuẩn. Chitosan N-carboxybutyl, một polycation tự nhiên, có thể tương tác
và hình thành polyelectrolyte với polymer acid tính có trên bề mặt vi khuẩn, do đó

làm dính kết một lượng vi khuẩn với nhau.
Cũng từ thí nghiệm này người ta thấy rằng có rất nhiều ion kim loại có thể ảnh
hưởng đến đặc tính kháng khuẩn của chitosan như K+, Na+,Mg2+ và Ca2+. Nồng độ
cao các ion kim loại có thể làm mất tính chất này, ngoại trừ ảnh hưởng của Na+ đối
với hoạt động kháng Staphylococcus aureus. Người ta cũng thấy rằng chitosan có
thể làm yếu đi chức năng bảo vệ của thành tế bào nhiều vi khuẩn. Khi sử dụng
chitosan, thì một lượng lớn các ion K+ với ATP bị rò rỉ ở vi khuẩn Staphylococcus
aureus và nấm Candida albicans. Cả chitosan phân tử lượng 50 kDa và 5 kDa đều
kháng tốt hai loại trên nhưng chitosan phân tử lượng 50 kDa làm mất nhiều gấp 2-4
lần ion K+ và ATP so với chitosan 5 kDa. Điều này thể hiện cơ chế kháng khuẩn

-20-


21

khác nhau ở chitosan khối lượng phân tử thấp và cao. Hoạt tính kháng khuẩn của
chitosan phân tử lượng khác nhau đã được nghiên cứu trên 6 loài vi khuẩn. Và cơ
chế kháng khuẩn này đã được chứng minh dựa trên việc đo tính thấm của màng tế
bào vi khuẩn và quan sát sự nguyên vẹn của tế bào. Kết quả chỉ ra rằng khả năng
này giảm khi khối lượng nguyên tử tăng. Và nó tăng cao ở nồng pH thấp, giảm rõ
rệt khi có mặt ion Ca2+, Mg2+. Nồng độ ức chế thấp nhất khoảng 0.03-0.25%, thay
đổi tùy từng loài vi khuẩn và khối kượng phân tử của chitosan. Chitosan cũng là
nguyên nhân làm thoát các chất trong tế bào và phá hủy thành tế bào.
Tính kháng khuẩn này phụ thuộc vào khối lượng phân tử và loại vi khuẩn. Đối
với vi khuẩn Gram dương, chitosan 470 kDa có ảnh hưởng đến hầu hết các loài trừ
lactobacillus sp, trong khi với vi khuẩn Gram âm chitosan có khối lượng 1106 kDa
mới có ảnh hưởng. Nhìn chung, chitosan ở nồng độ 0.1% có ảnh hưởng mạnh hơn
đến vi khuẩn Gram dương như Listeria monocytogenes, Bacillus megaterium,
B.cereus, Staphylococcus aureus, lactobacillus plantarum, L. brevis và L. bulgaris

hơn là vi khuẩn Gram âm như E. coli, Psedomonas fluorescens, Salmonella
typmurium và Vibrio parahaemolyticus.
Nghiên cứu trên vật thí nghiệm cho thấy chitin và chitosan có hoạt tính ức chế
vi khuẩn và nấm. Một trong các đồng phân của chitosan là N- carboxybutyl chitosan
có tác dụng kìm hãm và tiêu diệt 298 loài vi sinh vật gây bệnh. Khi có chitosan và
chitin trên bề mặt các tác nhân gây bệnh ở thực vật, chúng ức chế sự phát triển của
những loài này, ở nồng độ 0.1% và pH 5.6 chúng kháng các loại nấm: Fusarium,
Alternaria, Rhizopus… Và hoạt tính kháng này sẽ giảm ở những vi sinh vật mà trên
thành tế bào có chứa chitin, chitosan hoặc chitin-ß-glucan.
Ngược lại, sự ức chế và làm ngưng hoạt động của nấm men, nấm mốc lại phụ
thuộc vào nồng độ chitosan, pH, và nhiệt độ. Hoạt tính ức chế vi khuẩn của chitosan
chịu ảnh hưởng của các nhân tố bên trong cũng như bên ngoài ví dụ loại chitosan,
mức độ polymer hóa, đặc điểm dinh dưỡng của vật chủ, các chất hóa học thành
phần dinh dưỡng và các điều kiện của môi trường như hoạt độ của nước…

-21-


22

Bảng 1.1. Chitosan và khả năng ức chế các vi sinh vật.
Vi sinh vật

Chitosan

Vi sinh vật

Chitosan

Escherichia coli

100ppm

Vibrio sp

100ppm

Staphylococcus sp

50ppm

Salmonella sp

2000ppm

Bacillus sp.

50ppm

Saccharomyces sp

100ppm

Pseudomonas sp

100ppm

Chitosan đã được cho phép làm chất phụ gia thực phẩm ở Nhật và Hàn Quốc
lần lượt từ năm 1983 và 1995. Chính hoạt tính ức chế vi khuẩn cao của chitosan ở
pH thấp nên khi thêm chitosan vào những thực phẩm có tính acid thì nó có chức

năng tăng cường hoạt tính kháng khuẩn như là một chất bảo quản tự nhiên. Ở pH
5.5, với nồng độ 0.5-1% chitosan có tác dụng ức chế đến các loài S. aureus, E. coli,
Yersinia enterocolitica, Listeria monocytogenes. Ở pH 6.5 chỉ có S. aureus bị ức
chế ở nồng độ đó trong khi các loài khác vẫn phát triển ở nồng độ 2.5% (nồng độ
cao nhất đã được nghiên cứu). Chitosan phân tử nhỏ có tính kháng các tác nhân gây
bệnh trên thực vật mạnh hơn rất nhiều so với các chất phân tử lớn.
Bảng 1.2. So sánh chitosan với các chất ức chế khác.
Nồng độ nhỏ nhất
Chất bảo
quản

E. coli
Nồng độ

S. aureus
pH

Nồng độ

Psedomonas spp

Bacillus spp.

pH

Nồng độ

pH

Chitosan

0,0075-0,02 5,6 0,0075-0,05 5,6

0,01-0,1

5,6 0,005-0,02 5,6

Nitrite (*)

0,4 (c O2)

0,005

0,005

0,04

5,8

0,008

5,5

Nồng độ

pH

0,2 (k O2)
SO2

0,01 - 0,02

Acid acetic
Acid propionic

0,008
0,1

6,6

0,04

0,03

5,0

Acid sorbic 5-12 . 10-3 5,2-5,6

0,01

Acid benzoic 0,0012-0,01 5,5-7
(*)

4,9

6,0

0,02-0,048 6,0

c O2 là có oxy; k O2 là không có oxy.

-22-

0,005-0,1 5,5-6,3
0,05

6,3


23

Ngoài ra các hợp chất chitosan lactate và chitosan hydroglutamate cũng được
sử dụng như là tác nhân ức chế E.coli, S. aureus và Saccharomyces cerevisiae.
Nồng độ chitosan lactate trong nước cất có ảnh hưởng mạnh nhất đến E. coli. Chưa
đến 1h, số lượng vi khuẩn này giảm khoảng 10^4, còn S. aureus giảm đến 10^6.
Đối với nấm men, chúng hoàn toàn ngừng hoạt động ở nồng độ 1mg/ml chitosan
lactate sau chưa đến 17 phút.
1.4. Các sản phẩm sinh học từ chitin/chitosan.
- Chitin/chitosan mạch ngắn
- Nanochitin/nanochitosan
Nanochitin là gì? Tại sao lại phải tạo ra nanochitin? Như chúng ta biết rằng,
cả chitosan và chitin đều có khả năng hấp phụ nhiều chất khác nhau, đây là tính chất
quan trọng nhất của chúng, làm cho chúng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực
khác nhau. Cả 2 polysaccharide này đều không tan trong nước, chitin chỉ tan trong
một số dung môi hữu cơ, chitosan có tính tan tốt hơn, tan được trong một số dung
dịch acid loãng. Nguyên nhân chính tính khó tan của chitin là các mạch
polysaccharide dài của nó tạo thành các dạng sợi với cấu trúc tinh thể. Cho nên khi
sử dụng chitin có cấu trúc mạch dài sẽ không phát huy được hết tác dụng hấp phụ
của nó (đối với chitosan cũng vậy), sự chuyển hóa thành nanochitin làm cho nó
phân tán được tốt hơn (đồng nghĩa với làm tăng tính tan của chitin) và do đó phát

huy được hết khả năng hấp phụ của chitin. Đây chính là lí do cần phải chuyển hóa
chitin thành nanochitin. Tương tự, đối với chitosan cũng vậy. Tuy tính tan của
chitosan cao hơn nhiều so với chitin, nhưng khi được chuyển hóa thành
nanochitosan thì tính tan của nó sẽ tăng lên nhiều, phân tán tốt hơn so với chitosan
mạch dài và nanochitosan sẽ có các tính chất hấp phụ tốt hơn. Như vậy có thể hiểu
một cách đơn giản rằng nanochin là các đoạn mạch chitin có kích thước phân tử nhỏ
vẫn giữ được các tính chất hấp phụ của chitin.
Các hạt nanochitin và nanochitosan có kích thước khác nhau phụ thuộc vào
phương pháp thu nhận và mục đích ứng dụng: 100 – 400 nm [97], ~ 350 nm [98,
99], 200 – 1000 nm [96], 400 – 500 nm [100], 180 nm [101] và 5 – 200 nm [102].

-23-


24

Cũng như chitin, nanochitin không độc, không gây dị ứng, có tính kháng vi
sinh vật, có tính dung nạp sinh học rất tốt và khả năng phân hủy sinh học, được ứng
dụng rộng rãi trong y học để làm lành vết thương và giải phóng thuốc có kiểm soát
[76a]. Theo những kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học Nga chitin nhận được
bằng phương pháp điện hóa và chế phẩm nanochitin tương ứng có khả năng hấp
phụ nhiều chất như các peptide độc (thường tạo thành khi bị nhiễm khuẩn, nhiễm
trùng) và các kim loại nặng, ure và creatitin (những chất thải tích tụ trong máu khi
bị suy thận), cholesterin và triglyceride, vì vậy chúng là những biosorbent rất tốt, có
thể sử dụng trong thẩm tích ruột (enterodialysis) để thải các chất độc trong ngộ độc
thực phẩm, để trợ giúp các bệnh nhân bị suy thận và làm giảm mỡ máu ở các bệnh
nhân bị bệnh béo phì… [78a, 80, 82, 82a].
- Các oligochitosaccharide tan mạch ngắn (có mức độ polymer hóa CD < 10)
và các oligochitosaccharide mạch dài hơn tan được trong acid.
- Glucosamine là một amino-mono-saccharide có trong mọi mô của cơ thể con

người. Glucosamine được cơ thể dùng để sản xuất ra các proteoglycan. Những phân
tử proteoglycan này hợp với nhau thành mô sụn. Nguồn cung cấp để tổng hợp
Glucosamine lấy từ glucose trong cơ thể. Trong các khớp bị viêm, lớp mô sợi của
bao khớp và màng hoạt dịch làm giảm sự khuếch tán glucose vào mô sụn. Hơn nữa
hiện tượng viêm trong khớp đã tiêu thụ lượng glucose có giới hạn của cơ thể. Chính
vì thế có sự thiếu hụt Glucosamine. Lúc này, glucosamine ngoại sinh là nguồn cung
cấp tốt nhất cho sự sinh tổng hợp các proteoglycan. Người ta thấy glucosamine
sulfate có ái lực đặc biệt với các mô sụn. Nó còn giúp ức chế các enzyme như
stromelysin và collagenase gây phá hủy sụn khớp. Trước đây glucosamine được xếp
vào nhóm thuốc bảo vệ sụn (gồm có glucosamine sulfate, Chondroitin sulfate và
Diacerin) hay thuốc tác dụng chậm với các bệnh viêm khớp. Hiện nay nó được cơ
quan Dược phẩm châu Âu (EMEA) chấp nhận xét vào danh mục thuốc giúp cải
thiện cấu trúc trong bệnh viêm khớp. Các loại khác chưa được chấp nhận vì không
đáp ứng được các yêu cầu thực nghiệm lâm sàng. Ðã có rất nhiều nghiên cứu thử
nghiệm so sánh với các loại thuốc kháng viêm không có bản chất steroid (NSAID).

-24-


25

Trong thời gian gần đây, người ta hay nhắc đến một loại thuốc có hiệu quả
cao trong điều trị thoái hóa khớp rất an toàn, dễ dung nạp khi dùng lâu dài đó là
Glucosamine. Đó là thuốc tác dụng vào cơ chế bệnh sinh của thoái khớp, điều trị
các bệnh thoái hóa xương khớp cả cấp tính và mãn tính, có đau hay không có đau,
cải thiện chức năng khớp và ngăn chặn bệnh tiến triển, phục hồi cấu trúc sụn khớp.
Glucosamine đặc hiệu trong điều trị thoái hóa khớp là do nó có 3 tác dụng:
kích thích sản sinh sụn, giảm đau khớp và chống viêm trong đó tác dụng kích thích
sản sinh sụn đóng vai trò quan trọng nhất. Glucosamine là thành phần chính của
proteoglycan - 1 trong 3 thành phần (proteoglycan, collagen, tế bào sụn) cùng với

nước cấu tạo nên sụn khớp. Proteoglycan như sợi dây thừng xâu chuỗi với collagen,
có vai trò giữ nước để làm trơn và nuôi dưỡng collagen. Khi sụn bị phá hủy, sợi dây
yếu đi, proteoglycan mất khả năng gắn chặt với collagen, không giữ được nước, còn
collagen bị mất chất nuôi dưỡng. Kết cục là sụn bị thoái hóa, mất khả năng đệm với
những va chạm, những cú nhảy, vặn xoắn. Glucosamine bổ sung sẽ cung cấp
nguyên liệu làm tăng tổng hợp proteoglycan và do vậy có tác dụng phục hồi sụn
khớp, bình thường hóa quá trình chuyển hóa sụn. Thuốc có tác dụng điều trị tận gốc
nguyên nhân của bệnh chứ không chỉ dừng lại ở điều trị triệu chứng.
Glucosamine có bản chất làm một aminomonosaccharide được tổng hợp
trong cơ thể người, vì vậy thuốc gần như không có tác dụng phụ (trừ trường hợp
quá mẫn cảm với thuốc) và được dung nạp tốt. So sánh với các thuốc giảm đau,
chống viêm trong điều trị thoái hóa khớp, glucosamine cho kết quả rất khả quan trên
cả thực nghiệm và lâm sàng. Thuốc cải thiện tốt triệu chứng đau và viêm dài hạn, an
toàn, ngoài ra còn có thể sử dụng phối hợp với các thuốc NSAID cho kết quả tốt
hơn trong giảm đau cấp tính…
Glucosamine tham gia quá trình chuyển hóa tổng hợp nên thành phần của
sụn khớp. Nó là nguyên liệu để tổng hợp proteoglycan, khi vào trong cơ thể nó kích
thích tế bào ở sụn khớp tăng tổng hợp và trùng hợp nên cấu trúc proteoglycan bình
thường. Kết quả của quá trình trùng hợp là mucopolysaccharide, thành phần cơ bản
cấu tạo nên đầu sụn khớp. Glusamine sulfate đồng thời ức chế các enzyme phá hủy

-25-