Tạo ra chitosan kháng khuẩn tan trong nước từ vỏ tôm thẻ

Chitosan trong phụ phẩm của ngành công nghiệp tôm

Tôm thẻ chân trắng là sản phẩm thủy sản xuất khẩu chủ lực của nước ta, cùng với đó là sự phát triển của ngành công nghiệp chế biến tôm mang đến một lượng lớn phụ phẩm như đầu và vỏ tôm được tạo ra chiếm khoảng 40-50% khối lượng tôm. 

Nguồn phụ phẩm này đã và đang được tận dụng để sản xuất ra nhiều hợp chất sinh học có giá trị kinh tế, trong đó chitosan được tập trung sản xuất nhiều nhất, tuy nhiên các nghiên cứu tinh chế chitosan có khả năng tan trong nước còn khá hạn chế. 

Phụ phẩm như vỏ và đầu tôm chiếm khoảng 40-50%  khối lượng tôm.

Chitosan là một polymer sinh học có nguồn gốc từ vỏ của các loài giáp xác như tôm, cua và có nhiều tính năng quan trọng như khả năng tạo màng, hạn chế mất nước, tính tự phân hủy, kháng khuẩn và khả năng chống oxi hóa, không độc hại và nhiều chức năng quan trọng khác.

Tuy nhiên, một trong những nhược điểm của chitosan là không hòa tan trong môi trường trung tính bởi vì chitosan có cấu trúc tinh thể phức tạp, sự hiện diện của nhóm amino (-NH₂) và bị chi phối bởi độ deacetyl dẫn tới việc giảm tính ứng dụng của nó trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm. Đồng thời, cấu tạo của phân tử chitosan và tính chất của chitosan dễ biến đổi so với ban đầu, cũng như chức năng của nó cũng có thể bị ảnh hưởng đặc biệt là hoạt tính kháng khuẩn. 

Do đó, để đánh giá mức độ kháng khuẩn của chitosan tan trong nước, ba loại vi khuẩn gồm Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Salmonella typhimurium đã được chọn để kiểm tra.

Nghiên cứu chiết rút chitosan

Nghiên cứu nhằm mục tiêu tạo ra chitosan có khả năng tan trong nước và kháng khuẩn từ vỏ tôm thẻ chân trắng thông qua quá trình deacetyl hóa chitin trong dung dịch NaOH 40, 50 và 60% với thời gian xử lý lần lượt là 24, 36 và 48 giờ, để thu chitosan thô. Tiếp theo, chitosan thô được xử lý trong dung dịch acetic acid với các nồng độ 1, 2 và 3%, tỷ lệ chitosan thô và dung dịch (w/v) là 1/20 và H₂O₂ được thêm vào dung dịch với tỷ lệ 4% (v/v)  và thời gian 2, 4 và 6 giờ ở điều kiện nhiệt độ phòng để chuyển thành dạng chitosan tan trong nước.

Chitosan thô và chitosan tan trong nước.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, chitin được xử lý trong dung dịch NaOH nồng độ 50% trong 36 giờ cho chitosan có độ deacetyl (93,1%), độ nhớt (20 mPas) và hiệu suất thu hồi cao (46,8%). 

Chitosan thô khi xử lý trong dung dịch acetic acid có nồng độ 2%, cùng với H₂O₂ 4% trong thời gian 4 giờ để thu chitosan tan trong nước. Độ hòa tan của chitosan tan trong nước đạt 88,6% và phổ FTIR cho thấy hầu như không có sự khác biệt về các nhóm chức năng khi so sánh với chitosan thô. 

Khả năng kháng khuẩn của chitosan tan trong nước từ vỏ tôm thẻ

Mẫu chitosan tan trong nước thể hiện tính kháng khuẩn thấp hơn mẫu chitosan thô khi nồng độ ức chế cả 3 chủng vi khuẩn Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Salmonella typhimurium của chitosan tan trong nước là 8% trong khi chitosan thô là 2%. Tuy nhiên, chính tính chất của chitosan tan trong nước có thể nâng cao tính ứng dụng của loại chitosan này trong lĩnh vực chế biến thực phẩm. 

So sánh khả năng kháng khuẩn của chitosan thô và chitosan tan trong nước.

Khả năng kháng khuẩn của chitosan thô 2% (a), chitosan tan trong nước 4%, 6% và 8% tương ứng với (b), (c) và (d).

Độ hòa tan là một trong những thông số quan trọng phản ánh chất lượng của chitosan, độ hòa tan cao sẽ cho chitosan có chất lượng tốt. Ngoài ra, chất lượng của chitosan cũng phụ thuộc vào độ nhớt của chitosan, độ nhớt của chitosan càng được nâng cao khi việc khử khoáng và khử protein càng triệt để. Do đó, phải có phương pháp chiết rút chitosan triệt để để nâng cao chất lượng và kháng khuẩn tốt để ứng dụng trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm.

Theo Phạm Văn Dư, Lê Thị Minh Thủy, Nguyễn Văn Thơm, Nguyễn Thị Kim Thương