Nghiên cứu quá trình đối kháng nấm men saccharomyces cerevisiae của chitosan – nano bạc

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
----------------------

ĐỖ HUYỀN TRANG
Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH ĐỐI KHÁNG NẤM MEN
Saccharomyces cerevisiae CỦA CHITOSAN – NANO BẠC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Hệ đào tạo

: Chính quy

Chuyên ngành

: Công nghệ sinh học

Khoa

: CNSH - CNTP

Khóa học

: 2011 - 2015

Thái Nguyên - 2015


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

----------------------

ĐỖ HUYỀN TRANG
Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH ĐỐI KHÁNG NẤM MEN
Saccharomyces cerevisiae CỦA CHITOSAN – NANO BẠC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Hệ đào tạo

: Chính quy

Chuyên ngành

: Công nghệ sinh học

Khoa

: CNSH - CNTP

Khóa học

: 2011 - 2015

Giáo viên hướng dẫn:

Th.S Lương Hùng Tiến

Khoa CNSH&CNTP - Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên

Thái Nguyên - 2015


i

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 chƣa 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 đƣợc cám ơn và các trích dẫn trong luận văn đều đƣợc ghi rõ
nguồn gốc.
Thái Nguyên, ngày 29 tháng 05 năm 2015
NGƢỜI VIẾT CAM ĐOAN
Đỗ Huyền Trang


ii

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đƣợc khóa luận tốt nghiệp này, bên cạnh sự cố gắng nỗ lực
của bản thân, em đã nhận đƣợc sự giúp đỡ rất nhiều từ các cá nhân và tập thể.
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn giáo viên hƣớng
dẫn, thầy Lƣơng Hùng Tiến giảng viên Khoa CNSH – CNTP, đã tin tƣởng
giao đề tài, tận tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em trong suốt quá
trình thực hiện và hoàn thành khóa luận này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo làm việc và quản lí tại
phòng Thì nghiệm vi sinh đã thƣờng xuyên giúp đỡ em thực hiện và hoàn
thành kháo luận tốt nghiệp này.
Cuối cùng, em xin cảm ơn toàn thể ngƣời thân trong gia đình cùng bạn
bè đã quan tâm, ủng hộ và tạo điều kiện để em hoàn thành tốt khóa luận này.

Dù đã cố gắng nhiều, xong bài khóa luận vẫn còn những thiếu xót và
hạn chế. Kính mong nhận đƣợc sự chia sẻ và những ý kiến đóng góp quý báu
của thầy, cô giáo và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn !


iii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Hàm lƣợng Chitin trong vỏ một số động vật giáp xác ..................... 5
Bảng 2.2. Số nguyên tử bạc trong một đơn vị thể tích ................................... 14
Bảng 2.3: Thành phần các chất có trong cấu trúc của nấ m men đƣơ ̣c la ̣nh
đông khô .......................................................................................................... 28
Bảng 2.4: Các thành phần hóa học trong nấm men đông khô ........................ 28
Bảng 3.1. Công thức phối trộn Chitosan và nano bạc .................................... 39
Bảng 4.1. Kết quả anh hƣởng của nồng độ nano bạc đến hiệu quả kháng nấm
men S.cerevisiae .............................................................................................. 41
Bảng 4.2. Kết quả ảnh hƣởng của nồng độ nano bạc đến hiệu quả kháng nấm
men S.cerevisiae .............................................................................................. 42
Bảng 4.3. Hiệu quả kháng nấm men S.cerevisiae của công thức phối trộn
Chitosan và nano bạc ...................................................................................... 43


iv

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Công thức cấu tạo của Chitin ............................................................ 6
Hình 2.2. Công thức cấu tạo của Chitosan ........................................................ 6
Hình 2.3 Ion bạc vô hiệu hóa enzyme chuyển hóa oxy của vi sinh vật .......... 17
Hình 2.4. Nấm men Saccharomysces.............................................................. 27

Hình 4.1: Kết quả xác định MIC của chế phẩm nano bạc kháng nấm men
S.cerevisiae ...................................................................................................... 40
Hình 4.2. Kết quả kháng nấm men S.cerevisiae của công thức phối trộn
Chitosan và nano bạc ...................................................................................... 43
Hình 4..3. Kết quả xác định MIC của chế phẩm Chitosan kháng nấm men
S.cerevisiae ...................................................................................................... 42


v

DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT
Tên viết tắt

Tên đầy đủ

ADN

Deoxyribonucleic acid

CFU

Colony forming unit

DDA

Dgree of Deacetylation

DI

De-ion

E.coli

Escherichia coli

h

Giờ

mARN

Messenger Ribonucleic acid

MIC

Minimum Inhibitory Concentration

ppm

Part per million

S.cerevisiae

Saccharomyces cerevisiae


vi

MỤC LỤC
PHẦN 1 MỞ ĐẦU ............................................................................................ 1

1.1. Đặt vấn đề................................................................................................... 1
1.2. Mục đích và yêu cầu của đề tài .................................................................. 2
1.2.1. Mục đích.................................................................................................. 2
1.2.2.Yêu cầu ................................................................................................. …2
1.3. Ý nghĩa của đề tài ....................................................................................... 2
1.3.1. Ý nghĩa khoa học .................................................................................... 2
1.3.2. Ý nghĩa trong thực tiễn ........................................................................... 2
PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU .................................................................. 3
2.1. Tổng quan về chế phẩm chitosan ............................................................... 3
2.1.1. Nguồn gốc của chitin và Chitosan .......................................................... 3
2.1.2. Cấu trúc hóa học của Chitosan ................................................................ 5
2.1.3. Tính chất cơ bản của Chitosan ................................................................ 6
2.1.4. Tính chất sinh học của Chitosan ............................................................. 7
2.1.5. Đặc tính kháng khuẩn và các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt động kháng
khuẩn của Chitosan ........................................................................................... 8
2.1.6. Ứng dụng của Chitosan ......................................................................... 11
2.2. Tổng quan về chế phẩm nano bạc ............................................................ 12
2.2.1. Giới thiệu về nano bạc .......................................................................... 12
2.2.2. Tính chất lý học của hạt nano bạc......................................................... 14
2.2.3. Tính chất hóa học của hạt nano bạc ...................................................... 16
2.2.4. Cơ chế kháng khuẩ n của nano bạc ........................................................ 16
2.2.5.Các yếu tố ảnh hƣởng tới khả năng kháng khuẩn của nano bạc ............ 19
2.1.6. Ảnh hƣởng của hạt nano bạc đến sức khỏe con ngƣời ......................... 20
2.2.7. Các phƣơng pháp chế tạo hạt nano bạc. ................................................ 21
2.2.8. Ứng dụng của nano bạc trong cuô ̣c số ng. ............................................. 22
2.3. Tổng quan về nấm men ............................................................................ 24
2.3.1. Khái quát chung về nấ m men ................................................................ 24
2.3.2. Nấm men S.cerevisiae ........................................................................... 27
2.4. Tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc ...................................... 31
2.4.1. Tổng quan về nghiên cứu thế giới......................................................... 31

vii

2.4.2. Tổng quan về nghiên cứu Việt Nam ..................................................... 31
PHẦN 3 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.... 34
3.1. Vật liệu nghiên cứu .................................................................................. 34
3.1.1. Vật liệu .................................................................................................. 34
3.1.2. Chủng nấ m men .................................................................................... 34
3.1.3. Hóa chất, môi trƣờng ............................................................................ 34
3.1.4. Dụng cụ, thiết bị .................................................................................... 34
3.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ............................................................ 35
3.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 35
3.4. Phƣơng pháp nghiên cƣ́u .......................................................................... 35
3.4.1. Phƣơng pháp bảo quản giố ng vi sinh vâ ̣t .............................................. 35
3.4.2. Phƣơng pháp hoa ̣t hóa vi sinh vâ ̣t ......................................................... 36
3.4.3. Phƣơng pháp quan sát hiǹ h thái và xác đinh
̣ mâ ̣t đô ̣ tế bào.................. 36
3.4.4. Phƣơng pháp xác định hoạt tính kháng khuẩn ...................................... 37
3.4.5. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm.............................................................. 37
PHẦN 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 40
4.1. Kết quả xác định nồng độ ức chế tối thiểu của nano bạc đối với nấm men
S.cerevisiae ...................................................................................................... 40
4.2. Kết quả xác định nồng độ ức chế tối thiểu của chitosan đối với nấm men
S.cerevisiae ...................................................................................................... 41
4.3. Lựa chọn công thức phối trộn Chitosan với nano bạc kháng lại nấm men
S.cerevisiae .................................................................................................... .43
PHẦN 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................... 45
5.1. Kết luận .................................................................................................... 45
5.2. Kiến nghị .................................................................................................. 45

1

PHẦN 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Chitosan là dẫn xuất của Chitin – một polysaccharid có nhiều trong vỏ
của các loài giáp xác. Chitosan có khả năng tạo thành màng mỏng, kết hợp
chất béo, ion kim loại, có tính kháng khuẩn… vì vậy Chitosan là một polyme
sinh học đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp nhƣ thực
phẩm, nông nghiệp, môi trƣờng, y học và mỹ phẩm . Hiện nay, Chitosan đƣợc
sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau (tôm, cua, mực, vi nấm và vi
khuẩn), trong đó nhiều nhất là nguồn phế liệu tôm.
Những năm gần đây, công nghệ nano ra đời không những tạo nên bƣớc
nhảy đột phá trong ngành điện tử, tin học, y sinh học mà còn đƣợc ứng dụng
rộng rãi trong đời sống, gạc chữa bỏng đƣợc phủ nano bạc, nƣớc rửa rau sống,
chất diệt khuẩn khử mùi trong máy lạnh
Bạc và các hợp chất của bạc thể hiện tính độc đối với vi khuẩn, virus, tảo và
nấm. Tuy nhiên, khác với các kim loại nặng khác (chì, thủy ngân…) bạc
không thể hiện tính độc với con ngƣời. Từ những năm gần đây, do hiện tƣợng
các chủng vi sinh ngày càng trở nên kháng thuốc, ngƣời ta lại quan tâm trở lại
đối với việc ứng dụng khả năng diệt khuẩn và các ứng dụng khác của bạc, đặc
biệt là dƣới dạng hạt có kích thƣớc nano. Nano mét là một đơn vị đo lƣờng
chiều dài cực nhỏ, ký hiệu là nm, bằng một phần triệu mm. Qua nghiên cứu
thấy rằng, do sự tăng lên của nguyên tử bề mặt nên so với bạc khối tác dụng
sát khuẩn của các hạt bạc siêu nhỏ có kích thƣớc nano đƣợc nhân lên gấp bội,
một gam nano bạc có thể sát khuẩn cho hàng trăm mét vuông chất nền. Việc
nghiên cứu sản xuất chế phẩm phối hợp Chitosan – nano bạc có các hoạt tính
kháng khuẩn tốt, ổn định, thân thiện với môi trƣờng để sử dụng trong nhiều

lĩnh vực nhằm hạn chế những ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời,...


2

Xuất phát từ thực tế trên chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: "Nghiên cứu
quá trình đối kháng nấm men Saccharomyces cerevisiae của Chitosan –
nano bạc"
1.2. Mục đích và yêu cầu của đề tài
1.2.1. Mục đích
Xác định quá trình đối kháng của nấm men Saccharomyces cerevisiae
của Chitosan – nano bạc.
1.2.2. Yêu cầu
- Lựa chọn phƣơng pháp thích hợp để xác định khả năng kháng nấm men
Saccharomyces cerevisiae của chế phẩm phối hợp Chitosan – nano bạc.
- Đánh giá nồng độ ức chế của chế phẩm phối hợp Chitosan – nano bạc
đối với nấm men Saccharomyces cerevisiae.
1.3. Ý nghĩa của đề tài
1.3.1. Ý nghĩa khoa học
- 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 đƣợc học để
có những hiểu biết chuyên sâu và cái nhìn tổng quát hơn.
1.3.2. Ý nghĩa trong thực tiễn
- Nghiên cứu đƣợc khả năng kháng nấm men Saccharomyces cerevisiae
của chế phẩm phối hợp chitosan – nano bạc. Từ đó ứng dụng vào chế biến,
bảo quản thực phẩm...hạn chế những ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời.
- Đáp ứng phục vụ đào tạo thực tập tay nghề cho sinh viên.


3

PHẦN 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan về chế phẩm Chitosan
2.1.1. Nguồn gốc của Chitin và Chitosan
Về mặt lịch sử, Chitin đƣợc Braconnot phát hiện đầu tiên vào năm 1821,
trong cặn dịch chiết từ một loại nấm. Ông đặt tên cho chất này là “Fungine”
để ghi nhớ nguồn gốc của nó. Năm 1823 Odier phân lập đƣợc một chất từ bọ
cánh cứng mà ông gọi là chitin, tiếng Hy Lạp có nghĩa là vỏ giáp, nhƣng ông
không phát hiện ra sự có mặt của nitơ. Cuối cùng cả Odier và Braconnot đều
đi đến kết luận Chitin có dạng công thức giống cenllulose (Trần Thị Luyến và
cộng sự, 2007) [15].
Trong động vật, Chitin là một thành phần có cấu trúc quan trọng trong
vỏ của một số động vật không xƣơng sống nhƣ : côn trùng, giáp xác, giun
tròn. Trong động vật bậc cao monome của Chitin là một thành thành phần chủ
yếu trong mô da nó giúp cho sự tái tạo và gắn liền các vết thƣơng ở da. Trong
thực vật Chitin có ở thành tế bào nấm họ zygenmyctes, các sinh khối nấm
mốc, một số loại tảo… Trong nấm men S.cerevisiae Chitin chiếm 5% trọng
lƣợng 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 (Trần Thị Luyến và cộng sự,
2007) [15].
Chitosan là sản phẩm biến tính của Chitin, một chất rắn, xốp nhẹ, hình
vẩy, có thể xay nhỏ thành các kích cỡ khác nhau. Chitosan đƣợc xem là
polymer tự nhiên quan trọng nhất. Với đặc tính có thể hòa tan tốt trong môi
trƣờng acid, chitosan đƣợc ứng dụng nhiều trong lĩnh vực thực phẩm, mỹ
phẩm, dƣợc phẩm,…


4

Chitosan là vật liệu sinh học quý có nhiều trong phế liệu thủy sản nhƣ
vỏ tôm, vỏ ghẹ. Chitosan có nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp,
nông nghiệp, y dƣợc và bảo vệ môi trƣờng (Nguyễn Ngọc Tú,2003) [12].
- Trong y dƣợc: Chitosan từ vỏ tôm, cua có thể sản xuất Glucosamin –
một dƣợc chất quý đang phải nhập khẩu để sản xuất dạng dƣợc phẩm tƣơng
tự có tên Glusivac (dùng trong điều trị bệnh khớp và giảm béo). Ngoài ra còn
sản xuất các loại dƣợc liệu khác nhau nhƣ chỉ phẫu thuật tự hoại, chotooligosaccharite, da nhân tạo, … cũng đƣợc nghiên cứu sản xuất từ Chitin –
Chitosan.
- Trong công nghiệp: Chitosan có thể chế tạo nhiều sản phẩm công
nghiệp có giá trị cao nhƣ vải Chitosan có khả năng diệt khuẩn, mực in ấn có
độ bám dính cao, sản xuất sơn chống thấm và chống mốc.
- Trong nông nghiệp: Chitosan đƣợc sử dụng để bảo quản quả, hạt mang
lại hiệu quả cao.
- Trong công nghệ môi trƣờng hiện nay Chitosan đƣợc sử dụng trong xử
lý nƣớc thải công nghiệp rất hiệu quả nhƣ xử lý nƣớc thải nhuộm vải, xử lý
nƣớc đầm hồ trong công nghiệp nuôi tôm, cá. Ngoài ra Chitosan còn đƣợc
dùng trong công nghệ sinh học nhƣ dùng làm chất mang cố định enzyme và
cố định tế bào.
Giống nhƣ cellulose, Chitosan là chất xơ, không giống chất xơ thực vật,
Chitosan có khả năng tạo màng, có các tính chất của cấu trúc quang học…
Chitosan tích điện dƣơng do đó nó có khả năng kết hợp với những chất tích
điện âm nhƣ chất béo, lipid và acid mật.
Chitosan là polymer không độc, có khả năng phân hủy sinh học và tính
tƣơng thích về mặt sinh học. Trong nhiều năm qua, các polymer có nguồn gốc
từ Chitin đặc biệt là Chitosan đã đƣợc chú ý nhƣ là một loại vật liệu mới có


5

ứng dụng đặc biệt trong công nghiệp dƣợc, y học, xử lý nƣớc thải và trong

công nghệ thực phẩm,…
Bảng 2.1: Hàm lƣợng Chitin trong vỏ một số động vật giáp xác
Hàm lƣợng chitin theo

STT

Phân loại

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

trọng lƣợng (%)

2.1.2. Cấu trúc hóa học của Chitosan
Chitosan là một polysacarit mạch thẳng, là dẫn xuất deaxetyl của Chitin,

trong đó nhóm (-NH2) thay thế cho nhóm (-COCH3) ở vị trí C(2).
Do quá trình khử acetyl xảy ra không hoàn toàn nên ngƣời ta quy ƣớc
nếu độ deacetyl hóa DD> 50% thì gọi là Chitosan, nếu DD< 50% gọi là
Chitin ( Đặng Văn Luyến, 1995) [2].
Chitosan đƣợc cấu tạo từ các mắt xích D-glucosamine liên kết với nhau
bởi các liên kết β-(1-4)-glycozit, do vậy Chitosan có thể gọi là poly β-(1-4)-2amino-D-glucozo hoặc là poly β-(1-4)-D-glucosamine.


6

Hình 2.1: Công thức cấu tạo của chitin
Công thức phân tử của Chitosan : (C6H12O4N)n
Phân tử trọng lƣợng: Mchitosan= (161,07)n

Hình 2.2. Công thức cấu tạo của chitosan
2.1.3. Tính chất cơ bản của chitosan
- Tính chất vật lý:
Chitosan là chất rắn, xốp nhẹ,có màu trắng ngà, không mùi,không vị, có
thể xay nhỏ ở các kích thƣớc khác nhau.
Quá trình deacetyl hóa bao gồm quá trình loại nhóm acetyl khỏi chuỗi
phân tử Chitin và hình thành phân tử Chitosan với nhóm amino hoạt động hóa
học cao. Mức dộ deacetyl hóa là một đặc tính quan trọng của quá trình sản
xuất Chitosan bởi nó ảnh hƣởng đến tính chất lý hóa, khả năng ứng dụng của
Chitosan (Lƣu Văn Chính và cộng sự, 2000) [5].
Chitosan không tan trong nƣớc, dung dịch kiềm và acid đậm đặc nhƣng
tan trong dung dịch đệm hoặc acid yếu có pH <6. Tạo dung dịch keo trong, có
khả năng tạo màng tốt, nhiệt độ nóng chảy 309 - 311oC.


7

Độ nhớt của Chitosan trong dung dịch axit loãng liên quan đến kích
thƣớc và khối lƣợng phân tử trung bình của Chitosan.
Chitosan có khả năng tạo màng sử dụng trong bảo quản thực phẩm. Khi
sử dụng màng Chitosan dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ, độ thoáng khí cho thực
phẩm, màng Chitosan khá dai, khó xé rách, có độ bền tƣơng đƣơng với một
số chất dẻo vẫn đƣợc dùng để bao gói. Màng Chitosan làm chậm lại quá trình
bị thâm của rau quả (Morimoto M. và cộng sự, 1997) [26].
- Tính chất hóa học:
Chitosan là polysacharide có đạm không độc hại, có khối lƣợng phân tử
lớn. Trong phân tử Chitosan có chứa nhóm chứ (- OH), (-CHCOCH3) trong
các mắt xích N-acetyl-D-glucosamine và nhóm (–OH), nhóm (–NH2) trong
các mắt xích D-glucosamine có nghĩa chúng vừa là alcol vừa là amin và amit.
Phản ứng hóa học xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế O-, dẫn xuất
thế N- hoặc dẫn xuất thế O-, N- ( Gerasimenko D.V., 2004) [23].
Mặt khác Chitosan là những polime mà các monome đƣợc nối với nhau
bởi các liên kết β-(1-4)-glicozit, các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các chất
hoá học nhƣ: axit, bazơ, tác nhân oxy - hóa và các enzim thuỷ phân.
Khả năng hấp phụ tạo phức với các ion kim loại chuyển tiếp của
Chitosan và một vài dẫn xuất: Trong phân tử Chitosan và một số dẫn xuất của
chitin có chứa các nhóm chức mà trong đó các nguyên tử Oxi và Nitơ của
nhóm chức còn cặp electron chƣa 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 nhƣ: Hg2+,
Cd2+, Zn2+,Cu2+,Ni2+,Co2+,.... Tuỳ nhóm chức trên mạch polime mà thành phần
và cấu trúc của phức khác nhau
2.1.4. Tính chất sinh học của Chitosan
- Màng Chitosan dễ phân huỷ sinh học hơn Chitin.
- Chitosan là hợp chất tự nhiên không độc, dùng an toàn cho ngƣời.

8

- Chúng có tính hòa hợp cao với cơ thể, có khả năng tự phân hủy sinh học.
- Chitosan có nhiều tác dụng sinh học đa dạng: Chitosan và các dẫn xuất
của chúng đều có tính kháng khuẩn, nhƣ ức chế hoạt động của một số loại vi
khuẩn nhƣ E.Coli, diệt đƣợc một số loại nấm hại dâu tây, cà rốt, đậu và có tác
dụng tốt trong bảo quản các loại rau quả có vỏ cứng bên ngoài.
Khi dùng màng Chitosan dễ dàng điều chỉnh độ ẩm, độ thoáng không
khí cho thực phẩm. Màng Chitosan cũng khá dai, khó xé rách, có độ bền
tƣơng đƣơng với một số chất dẻo vẫn đƣợc dùng làm bao gói.
- Chitosan còn có tác dụng làm giảm cholesterol và lipid máu,hạ huyết
áp, điều trị thận mãn tính, chống rối loạn nội tiết ( Lƣu Văn Chính và cộng sự,
2000) [5].
- Chitosan là chất thân lipid có khả năng hấp thụ dầu mỡ cao.
- Với khả năng thúc đẩy hoạt động của các peptide-insulin, Chitosan
kích thích việc tiết ra insulin ở tuyến tụy giúp điều trị bệnh tiểu đƣờng.
2.1.5. Đặc tính kháng khuẩn và các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động kháng
khuẩn của Chitosan
2.1.5.1. Đặc tính kháng khuẩn của Chitosan
Chitosan có khả năng ức chế vi khuẩn Gram dƣơng, Gram âm, nấm men,
nấm mốc. Khả năng kháng khuẩn của Chitosan phụ thuộc vào các yếu tố nhƣ:
Mức độ deacetyl hóa, khối lƣợng phân tử của Chitosan, pH môi trƣờng, nhiệt
độ, sự có mặt của các thành phần trong thực phẩm. Khả năng kháng khuẩn
của Chitosan đã đƣợc nghiên cứu bởi một số tác giả, trong đó cơ chế kháng
khuẩn cũng đã đƣợc giải thích trong một số trƣờng hợp.Tuy nhiên trong các
cách giải thích đều chỉ ra rằng việc ức chế vi khuẩn của Chitosan là do liên
kết giữa chuỗi polyme của Chitosan với các ion kim loại trên bề mặt vi khuẩn
làm thay đổi tính thấm của màng tế bào.
Một số cơ chế đã đƣợc giải thích ( Lê Thanh Hà và cộng sự, 2011) [4]:

9

- Chitosan là polyme tích điện dƣơng trong khi màng tế bào vi sinh vật
đa số tích điện âm, do đó xảy ra tƣơng tác tĩnh điện làm cho màng tế bào vi
sinh vật bị thay đổi, ngăn cản quá trình trao đổi chất qua màng đồng thời xuất
hiện các lỗ hổng trên thành tế bào tạo điều kiện cho protein và các thành phần
khác cấu tạo nên thành tế bào bị thoát ra ngoài từ đó dẫn đến tiêu diệt vi sinh vật.
- Các phân tử Chitosan khi phân tán xung quanh tế bào vi sinh vật sẽ tạo
ra các tƣơng tác làm thay đổi DNA ảnh hƣởng đến quá trình tổng hợp mARN,
tổng hợp protein, ngăn cản sự hình thành bào tử, ngăn cản sự trao đổi chất và
hấp thu các chất dinh dƣỡng của vi sinh vật.
- Trong quá trình bảo quản nông sản, Chitosan tiếp xúc với mô thực vật
và kích thích tiết ra các enzyme bảo vệ nhƣ: Chitinase, Chitonase, 1,3glucanase, từ đó tiêu diệt vi sinh vật. Tuy nhiên cơ chế này không còn đúng
trong trƣờng hợp sử dụng màng bao Chitosan cho các sản phẩm bao quản
nguyên quả, vì khi đó Chitosan bao bọc bên ngoài lớp vỏ thực vật, không có
điều kiện tiếp xúc với các mô thực vật nên không thể kích thích tiết enzyme
tiêu diệt vi sinh vật (Đặng Văn Luyến, 1995) [2].
2.1.5.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng kháng khuẩn của chitosan
Mức độ kháng vi sinh vật của Chitosan bị ảnh hƣởng bởi các yếu tố bên
trong và bên ngoài nhƣ khối lƣợng phân tử, độ deacetyl, pH, nhiệt độ, độ hòa
tan, nguồn gốc và vi sinh vật đích. So với Chitin, Chitosan có khả năng kháng
khuẩn, kháng nấm tốt hơn vì Chitosan tích điện dƣơng ở vị trí carbon thứ 2 ở
pH nhỏ hơn 6. Chitosan có độ deacetyl cao trên 85% thì có khả năng kháng
khuẩn, kháng nấm tốt. Chitosan có phân tử lƣợng dƣới 2.000 dalton thì khả năng
ức chế vi sinh vật kém. Chitosan có phân tử lƣợng trên 9.000 dalton thì có khả
năng ức chế vi sinh vật cao. Để các ứng dụng của hợp chất chitosan có hiệu quả
cần phải làm rõ các yếu tố này (Nguyễn Thị Đoàn, 2009) [10].

10

- Ảnh hƣởng của pH môi trƣờng
Hoạt tính kháng khuẩn của Chitosan bị ảnh hƣởng mạnh mẽ bởi pH. pH
có ảnh hƣởng đến sự ion hóa của nhóm –NH2 trên mạch phân tử Chitosan. pH
càng cao mức độ ion hóa của nhóm –NH2 càng thấp làm giảm khả năng kháng
khuẩn của Chitosan. Nghiên cứu của Byung và cộng sự trên Chitosan cho
thấy Cadida albicans càng ít bị ức chế khi môi trƣờng pH trở nên kiềm tính,
hiệu quả ức khuẩn cao nhất trong khoảng pH= (5 – 5,57) ( Đặng Văn Luyến,
1995) [2].
- Ảnh hƣởng bởi trọng lƣợng phân tử
Ảnh hƣởng của trọng lƣợng phân tử Chitosan đến hoạt động kháng
khuẩn đã đƣợc nghiên cứu. Tùy tuộc vào loại vi khuẩn thử nghiệm, điều kiện
thử nghiệm và trọng lƣợng phân tử mà so sánh đƣợc một vài nghiên cứu về
hoạt động diệt khuẩn của Chitosan, nhƣng kết quả thu đƣợc không hoàn toàn
tƣơng thích. Tăng trọng lƣợng phân tử đến giảm hoạt tính E.coli của Chitosan
trong một số nghiên cứu (Gerasimenko D.V, Avdienko I.D, et al, 2004) [23].
Rất khó tìm đƣợc mối tƣơng quan rõ ràng giữa hoạt tính kháng khuẩn và
trọng lƣợng phân tử của Chitosan. Tuy nhiên hoạt tính này giảm so với một
trọng lƣợng phân tử cao nhất định. Sự khác biệt giữa kết quả của các nghiên
cứu có thể là so độ deacetyl và trọng lƣợng phân tử khác nhau của Chitosan.
Việc đánh giá tùy thuộc vào việc khảo sát phạm vi trọng lƣợng phân tử
Chitosan rộng với độ deacetyl là nhƣ nhau, điều này khó gặp vì Chitosan là
một polymer tự nhiên.
Vì vậy, khó có thể xác định trọng lƣợng phân tử tối ƣu nhất cho hoạt
động tính kháng khuẩn tốt nhất. Việc lựa chọn trọng lƣợng phân tử của
Chitosan phụ thuộc vào ứng dụng của nó.
- Ảnh hƣởng bởi độ deacetyl(DDA) của Chitosan

11

DDA của Chitosan thể hiện hàm lƣợng –NH2 trong phân tử Chitosan.
Các thí nghiệm đếu chứng tỏ Chitosan với độ deacetyl cao thể diện tính kháng
khuẩn và khả năng làm sạch nƣớc càng hiệu quả. Điều này có thể giải thích là
do sự tăng lên về khả năng ion hóa tạo phức của Chitosan.
- Ảnh hƣởng bởi nồng độ của Chitosan
Nồng độ Chitosan càng cao khả năng ức khuẩn sẽ tăng. Tuy nhiên nồng
độ chitosan hợp lý sẽ nâng cao hiệu quả sử dụng nó.
- Ảnh hƣởng bởi các yếu tố khác
Dung môi hòa tan Chitosan và các hợp chất bổ sung có thể tăng cƣờng
hiệu quả ức khuẩn của Chitosan. Một số nghiên cứu cho thấy làm tăng kháng
khuẩn của dung dịch của Chitosan nếu dùng các dung môi là acide citric,
lactic và acetic. Nghiên cứu của Matsuhashi và Kume cho thấy Chitosan
chiếu xạ có khả năng ức chế cao nhất đối với sự phát triển của E. coli.
Một số nghiên cứu khác đã chứng tỏ khả năng kháng vi sinh vật tăng lên
khi sử dụng thêm phụ liệu tạo dẻo cho màng Chitosan là Sorbitol trong bao
gói thịt bò. Tỷ lệ vi sinh vật tổng số giảm so với mẫu đối chứng là 73,86%, so
với mẫu ban đầu là 77% trong khi đó khả năng làm giảm vi sinh vật tổng số
lại giảm đi cùng phụ liệu tạo dẻo là glycerin. Ngoài ra hiệu quả kháng khuẩn
của Chitosan còn phụ thuộc vào số lƣợng vi sinh vật trong thực phẩm và thời
kì sinh trƣởng và phát triển của vi sinh vật.
2.1.6. Ứng dụng của Chitosan
- Chitosan và các dẫn xuất của chúng có nhiều đặc tính quý báu nhƣ: có
hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn, có khả năng tự phân huỷ sinh học cao,
không gây dị ứng, không gây độc hại cho ngƣời và gia súc, có khả năng tạo
phức với một số kim loại chuyển tiếp nhƣ: Cu(II), Ni(II), Co(II)... Do vậy
Chitosan và một số dẫn xuất của đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực:

12

Trong lĩnh vực xử lí nƣớc thải và bảo vê môi trƣờng, dƣợc học và y học, nông
nghiệp,công nghiệp, công nghệ sinh học,…
- Trong công nghệ thực phẩm Chitosan có tác dụng ổn định màu, mùi vị
của thực phẩm, sản xuất các màng bao gói thực phẩm.
- Trong công nghệ sản xuất nƣớc quả việc làm trong là yêu cầu bắt buộc,
Chitosan là tác nhân tốt loại bỏ độ đục và giúp điều chỉnh acid trong nƣớc
quả.
- Trong thực phẩm chức năng: Chitosan đƣợc sử dụng trong thực phẩm
chức năng chống béo phì. Chitosan đƣợc ƣa chuộm không chỉ vì có tác dụng
nhƣ chất xơ mà chúng còn có khả năng gắn với lipid trong dạ dày và ruột tạo
thành một chất mà cơ thể không thể hấp thu và sẽ đƣợc thải ra ngoài.
- Các polisaccarit tự nhiên mà điển hình là Chitosan, nhận đƣợc bằng
cách đề axetyl một phần của Chitin. Chitosan và các dẫn xuất với đặc điểm có
cấu trúc đặc biệt với các nhóm amin trong mạng lƣới phân tử có khả năng hấp
phụ tạo phức với kim loại chuyển tiếp nhƣ: Cu(II), Ni(II), Co(II) trong môi
trƣờng nƣớc. Vì vậy, việc nghiên cứu những đặc điểm về tính chất hóa học,
khả năng hấp phụ kim loại đang là vấn đề đƣợc các nhà khoa học quan tâm,
và từng bƣớc đƣợc áp dụng vào giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trƣờng trên
Trái Đất…
2.2. Tổng quan về chế phẩm nano bạc
2.2.1. Giới thiệu về nano bạc
Bạc và các hợp chất của bạc thể hiện tính độc đối với vi khuẩn, virus, tảo
và nấm . Tuy nhiên, khác với các kim loại nặng khác (chì, thủy ngân…) bạc
không thể hiện tính độc với con ngƣời.
Từ xa xƣa, ngƣời ta đã sử dụng đặc tính này của bạc để phòng bệnh.
Ngƣời cổ đại sử dụng các bình bằng bạc để lƣu trữ nƣớc, rƣợu dấm. Trong thế
kỷ XX, ngƣời ta thƣờng đặt một đồng bạc trong chai sữa để kéo dài độ tƣơi

13

của sữa. Bạc và các hợp chất của bạc đƣợc sử dụng rộng rãi từ đầu thế kỷ
XIX đến giữa thế kỷ XX để điều trị các vết bỏng và khử trùng.
Sau khi thuốc kháng sinh đƣợc phát minh và đƣa vào ứng dụng với hiệu
quả cao ngƣời ta không còn quan tâm đến tác dụng kháng khuẩn của bạc nữa.
Tuy nhiên, từ những năm gần đây, do hiện tƣợng các chủng vi sinh ngày càng
trở nên kháng thuốc, ngƣời ta lại quan tâm trở lại đối với việc ứng dụng khả
năng diệt khuẩn và các ứng dụng khác của bạc, đặc biệt là dƣới dạng hạt có
kích thƣớc nano.
Trong số các loại hạt nano đƣợc nghiên cứu, ứng dụng thì hạt nano bạc
đã gây đƣợc sự chú ý đặc biệt bởi tính chất kháng khuẩn vƣợt trội. Ở kích
thƣớc nano, bạc thể hiện những tính chất vật lý, hóa học, sinh học khác biệt
và vô cùng quý giá , đặc biệt là tính kháng khuẩn . Ở dạng phân tán với kích
thƣớc nanomet thì khả năng diê ̣t khuẩ n của ba ̣c đƣơ ̣c tăng lên gấ p bô ̣i nhờ
diê ̣n tić h bề mă ̣t riêng (m2/g) tăng nhanh. Nghiên cƣ́u đã chỉ ra rằ ng khi ở kić h
thƣớc nano (tƣ̀ 1 – 100 nm), hoạt tính sát khuẩn của bạc tăng lên khoảng
50000 lầ n so với ba ̣c da ̣ng khố i , nhƣ vâ ̣y 1g ba ̣c nano có thể sát khuẩ n cho
hàng trăm m2 chấ t nề n ( Đặng Văn Phú và cộng sự, 2008) [1].
Quá trình hình thành hạt nano bạc đƣợc giải thích nhƣ sau :
- Đầu tiên, bức xạ UV kích thích các ion [Ag(NH3)2]+ hoạt động. Khi đó
các phân tử đƣờng glucose nhƣờng điện tử cho Ag + và tạo ra hạt nhân nguyên
tử bạc Ag0
[Ag(NH3)2]+ + RCHOH
nAg0

hν

Ag0 + 2NH3 + H+ + RCOH

(Agn)0

- Tiếp theo, các ion Ag+ ở trong dung dịch hấp phụ lên trên bề mặt
nguyên tử bạc và tạo ra một lớp điện tích dƣơng. Các điện tích dƣơng Ag+ sẽ
hút các ion RCOO- mang điện tích âm trái dấu và tạo ra lớp bảo vệ thứ nhất.
Do nhóm carboxyl của ion oleate hƣớng về phía bề mặt của bạc nên đầu kị


14

nƣớc đƣợc hƣớng ra phía ngoài. Khi đó các ion oleate ở trong dung dịch tiếp
tục gắn kết với lớp bảo vệ đầu và hình thành lớp bảo vệ thứ hai với đầu ƣa
nƣớc hƣớng ra ngoài. Chính cấu trúc này khiến các hạt nano bạc phân tán đều
trong nƣớc và không bị kết đám.
Bạc nano là vật liệu có diện tích bề mặt riêng rất lớn, có những đặc tính
độc đáo sau ( Ngô Võ Kế Thành và cộng sự, 2009) [7]:
- 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 ngƣời với liều lƣợng
tƣơng 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 nhƣ nƣớc và trong các dung môi không phân
cực nhƣ benzene, toluene).
- Độ bền hóa học cao, không bị biến đổi dƣới tác dụng của ánh sáng và
các tác nhân oxy hóa khử thông thƣờng.
- Chi phí cho quá trình sản xuất thấp.
- Ổn định ở nhiệt độ cao.
Bảng 2.2. Số nguyên tử bạc trong một đơn vị thể tích
Kích thƣớc của hạt nano Ag (nm)

Số nguyên tử chứa trong đó

1

31

5

3900

20

250000

2.2.2. Tính chất lý học của hạt nano bạc
- Tính chất quang:
+ Hiện tƣợng cộng hƣởng plasmon bề mặt
Hiện tƣợng cộng hƣởng plasmon bề mặt là hiện tƣợng các hạt nano kim
loại hấp thụ mạnh ánh sáng kích thích khi tần số của ánh sáng kích thích cộng


15

hƣởng với tần số dao động plasma của các điện tử dẫn trên bề mặt hạt kim
loại.
+ Lí thuyết Mie và hiện tƣợng plasmon cộng hƣởng
Lí thuyết Mie đƣợc đƣa ra vào năm 1908, xem xét tƣơng tác của các hạt
dẫn điện hình cầu trong một môi trƣờng đồng nhất với vectơ cƣờng độ điện
trƣờng. Lí thuyết Mie đƣợc áp dụng khi kích thƣớc hạt nhỏ hơn nhiều lần so
với bƣớc sóng của ánhsáng kích thích.
+ Tính chất quang của hạt bạc

Đối với các hạt kim loại có tính đối xứng cầu, các phƣơng dao động là
nhƣ nhau và chỉ cộng hƣởng ở một tần số nhất định. Nhƣng hạt nano bạc dạng
hình cầu có một tính chất quang độc đáo là bƣớc sóng ứng với đỉnh cộng
hƣởng plasmon có thể thay đổi từ 400 nm (ánh sáng tím) cho đến 530 nm
(ánh sang xanh lục nhạt) nếu nhƣ ta thay đổi kích thƣớc hạt hoặc chiết suất
môi trƣờng bao quanh bề mặt hạt.
- 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.
- 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. Nhƣ vậy, khi kích thƣớc của hạt nano giảm, nhiệt độ nóng chảy
sẽ giảm .
- Hiê ̣u ƣ́ng bề mă ̣t: Khi hạt bạc có kích thƣớc nanomet, các số nguyên tử
nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ phần đáng kể so với tổng số nguyên tử. Chính vì
vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở
nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu có kích thƣớc nm khác biệt so


16

với vật liệu bạc ở dạng khối. Sự tăng cƣờng khả năng diệt khuẩn bạc là một ví
dụ của hiệu ứng bề mặt.
2.2.3. Tính chất hóa học của hạt nano bạc
Bạc có ký hiệu là Ag, số hiệu nguyên tử 47 thuộc phân loại IB trong
bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, bạc có khối lƣợng phân tử là 107.868(
đơn vị C).
Trong tự nhiên, bạc tồn tại hai dạng đồng vị bền là

107

Ag (52%) và 109Ag

(48%). Bạc không tan trong nƣớc, môi trƣờng kiểm nhƣng có khả năng tan
trong một số acid mạnh.
Ngày nay những thuộc tính quý của kim loại này đƣợc thể hiện tối đa
khi chúng đƣợc chế tạo bằng công nghệ nano và trên thị trƣờng cũng đã xuất
hiện nhiều sản phẩm chứa nano bạc nhƣ bang gạc y tế, nƣớc tẩy trùng bề
mặt, tủ lạnh, máy giặt,…
2.2.4. Cơ chế kháng khuẩ n của nano bạc
Bạc là một nguyên tố có tính kháng khuẩn tự nhiên, có khả năng tiêu diệt
phổ rộng các loài vi sinh vật gây bệnh, nhƣng đồng thời là một chất kháng
khuẩn thân môi trƣờng, bởi vì không gây tác dụng độc hại đối với cơ thể con
ngƣời và động vật nếu đƣợc sử dụng với liều lƣợng phù hợp cho việc khử
trùng. Nhiều công trình nghiên cứu đã chứng tỏ chủ yếu sự tấn công của hạt
bạc đến vi khuẩn tập trung vào lớp peptidoglycan của thành tế bào vi khuẩn.
Do đó, hạt bạc không có khả năng tấn công đến các tế bào của động vật bậc
cao, đặc biệt là con ngƣời. Đây là lí do khiến hạt bạc đƣợc sử dụng làm tác
nhân diệt khuẩn (Ngô Võ Kế Thành và cộng sự, 2009) [7].
Các đặc tính kháng khuẩn của bạc bắt nguồn từ tính chất hóa học của
ion Ag+. Ion này có khả năng liên kết mạnh với peptidoglican – thành phần
cấ u ta ̣o nên thành tế bào vi khuẩ n và ƣ́c chế khả năng vâ ̣n chuyể n oxy vào bên
trong tế bào dẫn đế n làm tê liê ̣t vi khuẩ n . Sau đó sẽ đi vào bên trong tế bào vi