LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận án này là công trình của riêng tôi. Các số liệu công bố
trong luận án này là trung thực, một phần đã được công bố trên các tạp chí khoa học
với sự đồng ý của đồng tác giả, phần còn lại chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nghiên cứu nào. Tất cả các tham khảo và kế thừa đều được trích dẫn và
tham chiếu đầy đủ.
Tập thể hướng dẫn

PGS. TS. Hồ Phú Hà

Hà Nội, ngày tháng năm 2019
Tác giả luận án

GS.TS. Ngô Xuân Bình

i

Lương Hùng Tiến


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện công trình nghiên cứu này, tôi đã nhận được nhiều
giúp đỡ và hỗ trợ của các thầy cô, đồng nghiệp, các cơ quan, bạn bè, các em sinh
viên và người thân trong gia đình.
Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Hồ Phú Hà, người đã trực tiếp
hướng dẫn và định hướng cho tôi thực hiện công trình nghiên cứu này. Cô là người
đã luôn bên cạnh động viên, truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như tạo mọi
điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến GS. TS. Ngô Xuân Bình, người
đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo tôi trong suốt quá trình làm luận án.

Đặc điểm của chitosan ................................................................................. 4
1.1.1
Chitosan ....................................................................................................... 4
1.1.2
Sản xuất chitosan ......................................................................................... 4
1.1.2.1
Các phương pháp sản xuất chitosan ..................................................... 4
1.1.2.2
Tình hình nghiên cứu quy trình sản xuất tại Việt Nam ........................ 5
1.1.3
Các tính chất của chitosan ........................................................................... 5
1.1.3.1
Tính chất vật lý của chitosan ................................................................ 5
1.1.3.2
Tính chất hóa học của chitosan ............................................................ 6
1.1.3.3
Tính chất sinh học của chitosan ........................................................... 6
1.1.4
Đặc tính kháng vi sinh vật của chitosan ...................................................... 7
1.1.4.1
Khả năng kháng vi sinh vật của chitosan ............................................. 7
1.1.4.2
Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng kháng vi sinh vật của chitosan ... 7
1.1.4.3
Cơ chế kháng vi sinh vật của chitosan ................................................. 9
1.1.5
Ứng dụng của chitosan trong bảo quản rau quả tươi ................................... 9
1.2
Tổng quan về nano bạc .............................................................................. 12
1.2.1

1.3
Ứng dụng của nano bạc kết hợp với các loại màng và màng chitosan trong
bảo quản thực phẩm .................................................................................................. 20
1.3.1
Ứng dụng của nano bạc kết hợp với màng polyme không phân huỷ sinh
học ……. .................................................................................................................. 20
1.3.2
Ứng dụng của nano bạc kết hợp với màng polyme phân huỷ sinh học ..... 21
1.3.3
Ứng dụng của nano bạc kết hợp với màng chitosan trong bảo quản thực
phẩm….. ................................................................................................................... 22
1.3.4
Sự giải phóng nano bạc từ màng bao vào thực phẩm ................................ 23
1.4
Giới thiệu một số loại quả sử dụng trong nghiên cứu và phương pháp bảo
quản quả tại Việt Nam .............................................................................................. 24
1.4.1
Tình hình sản xuất và xuất khẩu quả tại Việt Nam ................................... 24
1.4.1.1
Giới thiệu chung về các loại quả sử dụng trong nghiên cứu .............. 24
1.4.1.2
Những biến đổi của quả sau thu hoạch .............................................. 25
1.4.1.3
Các bệnh của quả sau khi thu hoạch .................................................. 27
1.4.2
Một số phương pháp bảo quản quả sau thu hoạch..................................... 27
1.4.2.1
Công nghệ bảo quản bằng phương pháp xử lý nhiệt .......................... 28
1.4.2.2
Công nghệ bảo quản trong môi trường thay đổi thành phần khí

2.2.1.4
Phương pháp xác định khả năng kháng vi sinh vật của chế phẩm
chitosan……. ............................................................................................................ 38
2.2.1.5
Phương pháp xác định hoạt tính kháng vi sinh vật của nano bạc ...... 40
2.2.1.6
Phương pháp xác định hoạt tính kháng vi sinh vật của chế phẩm
chitosan-nano bạc ..................................................................................................... 40

iv


2.2.1.7
Phương pháp ứng dụng chế phẩm chitosan – nano bạc trong bảo quản
vải thiều, cam và bưởi .............................................................................................. 41
2.2.2
Phương pháp phân tích .............................................................................. 43
2.2.2.1
Xác định độ deacetyl của chitosan bằng phương pháp UV ............... 43
2.2.2.2
Xác định độ nhớt của chitosan ........................................................... 43
2.2.2.3
Xác định độ hòa tan của chế phẩm chitosan thô ................................ 44
2.2.2.4
Tỷ lệ hao hụt ....................................................................................... 44
2.2.2.5
Phân tích hàm lượng axit tổng số bằng phương pháp trung hòa ........ 44
2.2.2.6
Xác định màu của quả ........................................................................ 45
2.2.2.7

3.1.4.3
Khả năng kháng nấm men của chitosan ............................................. 58
3.1.4.4
Khả năng kháng nấm mốc của chitosan ............................................. 58
3.2
Một số cải tiến trong quá trình tổng hợp keo nano bạc làm nguyên liệu cho
chế tạo chế phẩm chitosan – nano bạc...................................................................... 62
3.2.1
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến đặc tính của dung dịch keo nano bạc .......... 62
3.2.2
Ảnh hưởng của tốc độ nhỏ dịch đến tính chất hạt nano bạc ...................... 63
3.2.3
Một số đặc tính của hạt nano bạc............................................................... 64
3.2.3.1
Hình ảnh dung dịch nano bạc ............................................................. 64
3.2.3.2
Phân tích hạt nano bạc bằng UV – vis ............................................... 64
3.2.3.3
Đặc điểm hạt nano bạc qua kính hiển vi điện tử quét (SEM) và kính
hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ............................................................................. 65
3.2.4
Khả năng kháng vi sinh vật của dung dịch nano bạc................................. 66
v


3.2.4.1
Khả năng kháng vi khuẩn của nano bạc ............................................. 67
3.2.4.2
Khả năng kháng nấm men của nano bạc ............................................ 67
3.2.4.3

3.4.3
Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường bảo quản .......................................... 90
3.4.3.1
Sự biến đổi các chỉ tiêu chất lượng của quả....................................... 90
3.4.3.2
Sự biến đổi tỷ lệ thối hỏng của quả .................................................... 92
3.4.4
Tồn dư nano bạc trên vỏ quả vải ............................................................... 93
3.4.5
Quy trình bảo quản vải bằng chế phẩm chitosan – nano bạc .................... 95
3.5
Ứng dụng chế phẩm chitosan – nano bạc trong bảo quản cam sành ......... 95
3.5.1
Ảnh hưởng của chế độ tiền xử lý đến quá trình bảo quản cam sành ......... 95
3.5.2
Ảnh hưởng của nồng độ thành phần chế phẩm ......................................... 98
3.5.2.1
Sự biến đổi các chỉ tiêu lý hóa của quả .............................................. 98
3.5.2.2
Sự biến đổi tỷ lệ thối hỏng của quả .................................................. 100
3.5.2.3
Sự biến đổi chỉ tiêu vi sinh vật trong quá trình xử lý bằng chế
phẩm……….. ......................................................................................................... 100
3.5.3
Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường bảo quản ........................................ 101
3.5.3.1
Sự biến đổi các chỉ tiêu lý hóa của quả ............................................ 101
3.5.3.2
Sự biến đổi tỷ lệ thối hỏng quả ........................................................ 103
3.5.4

vii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Tên viết tắt Tên đầy đủ tiếng Anh

Tên đầy đủ tiếng Việt

AgNPs: Silver nanoparticles

Hạt nano bạc
Phân tích phương sai
ANOVA

ANOVA: Analysis of variance
ATCC: American Type Culture Collection
CĐ:

Bộ sưu tập chủng chuẩn Mỹ
Chế độ

COS: Chitooligosaccharide

Các dẫn xuất của Chitosan

CT:

Công thức
Độ deacetyl hóa


MIC: Minimum Inhibitory Concentration

PE tỷ trọng thấp
Nồng độ ức chế tối thiểu

MP: Meat Pepton
MRS: de Man, Rogosa and Sharpe
Mật độ quang

OD: Optical Density
PDA: Potato Dextrose Agar
PDB: Potato Dextrose Broth
PE: Polyethylene
PLT:

Phế liệu tôm

ppm part per million

Phần triệu

PO: Peroxydase

Enzyme peroxidase

PPO: Polyphenoloxydase

Enzyme polyphenoloxydase
viii


Bảng 1.3: Màng bao nano composite dựa trên phức hợp nano bạc và polyme không
phân hủy ................................................................................................................... 20
Bảng 1.4: Bao bì nano composite từ phức hợp nano bạc và polyme phân hủy sinh
học ............................................................................................................................ 21
Bảng 1.5: Thành phần hoá học của một vài loại qủa [132] ..................................... 25
Bảng 2.1: Các thông số sử dụng trong quá trình sản xuất chitosan thô .................. 35
Bảng 2.2: Nồng độ phối hợp chitosan-nano bạc ..................................................... 40
Bảng 2.3: Nồng độ chế phẩm chitosan-nano bạc sử dụng trong bảo quản vải ....... 42
Bảng 2.4: Nồng độ chế phẩm chitosan-nano bạc sử dụng trong bảo quản cam ...... 42
Bảng 2.5: Nồng độ chế phẩm chitosan-nano bạc sử dụng trong bảo quản bưởi ..... 42
Bảng 3.1: Tính chất của chitin thu nhận .................................................................. 49
Bảng 3.2: Ảnh hưởng của nhiệt độ deacetyl đến màu sắc chitosan ........................ 50
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của quy trình deaxetyl đến độ nhớt chitosan ....................... 51
Bảng 3.4: Tính chất của chitosan sau tinh sạch ....................................................... 53
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của pH đệm pha chitosan đến khả năng phát triển của vi sinh
vật ............................................................................................................................. 55
Bảng 3.6: Nồng độ ức chế tối thiểu (MIC, %) của chitosan đối với vi khuẩn ........ 57
Bảng 3.7: Nồng độ ức chế tối thiểu (MIC, %) của chitosan đối với nấm men ....... 58
Bảng 3.8: Nồng độ diệt nấm tối thiểu (MFC, %) của chitosan đối với nấm mốc ... 59
Bảng 3.9: Mật độ nấm mốc theo thời gian khi xử lý với 2 chế phẩm CA1 và CA2 ở
nồng độ MFC ............................................................................................................ 61
Bảng 3.10: Nồng độ ức chế tối thiểu (MIC, ppm) của nano bạc đối với vi khuẩn . 67
Bảng 3.11: Nồng độ ức chế tối thiểu (MIC, ppm) của nano bạc đối với nấm men 67
Bảng 3.12: Khả năng kháng nấm mốc (MFC, ppm) của nano bạc ......................... 68
Bảng 3.13: Nồng độ cuối của chitosan và nano bạc trong phức hợp chitosan – nano
bạc ............................................................................................................................. 70
Bảng 3.14: Đặc tính hoá lý của chế phẩm chitosan-nano bạc ................................. 70
Bảng 3.15: Tính ổn định của chế phẩm chitosan-nano bạc CT3 theo thời gian ..... 72
Bảng 3.16: Khả năng kháng vi khuẩn của chế phẩm chitosan-nano bạc ................ 73
Bảng 3.17: Khả năng kháng nấm men của phức hợp chitosan-nano bạc ................ 77

.................................................................................................................................. 36
Hình 2.3: Quá trình tổng hợp dung dịch hạt nano bạc ............................................ 37
Hình 2.4: Sơ đồ phương pháp đối kháng trực tiếp trong dịch nuôi cấy lỏng .......... 39
Hình 3.1: Quy trình sản xuất chitin từ phế liệu tôm bằng phương pháp sinh học ... 48
Hình 3.2: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến độ deacetyl DDA .................. 50
Hình 3.3: Quy trình sản xuất chitosan hoàn chỉnh .................................................. 52
Hình 3.4: Chitosan sấy đông khô ............................................................................ 54
Hình 3.5: Chitosan sấy đối lưu ................................................................................ 54
Hình 3.6: Khả năng ức chế của chitosan CA2 lên khả năng sinh trưởng và phát
triển của A. niger D15 sau 24h nuôi cấy .................................................................. 59
Hình 3.7: Khả năng kháng nấm mốc A. niger của chitosan theo thời gian ............. 60
Hình 3.8: Dung dịch keo nano bạc ở nhiệt độ khử 80oC ......................................... 62
Hình 3.9: Dung dịch keo nano bạc ở nhiệt độ khử 90oC ......................................... 62
Hình 3.10: Dung dịch keo nano bạc ở nhiệt độ khử 85oC ...................................... 63
Hình 3.11: Nano bạc nhỏ TSC 10 phút ................................................................... 64
Hình 3.12: Nano bạc nhỏ TSC 45 phút ................................................................... 64
Hình 3.13: Nồng độ khác nhau của dung dịch nano bạc ......................................... 64
Hình 3.14: Phổ UV-vis của dung dịch hạt nano bạc ............................................... 65
Hình 3.15: Ảnh chụp SEM của nano bạc ................................................................ 65
Hình 3.16: Ảnh chụp TEM của nano bạc ................................................................ 66
Hình 3.17: Khả năng kháng nấm mốc A. niger D15 của nano bạc ......................... 68
Hình 3.18: Dung dịch chế phẩm chitosan-nano bạc theo CT3 ................................ 71
Hình 3.19: Hình ảnh TEM của phức hợp chitosan – nano bạc ............................... 72
Hình 3.20: Khả năng kháng vi khuẩn E. coli của chế phẩm chitosan-nano bạc (Các
ô khác nhau được cấy chủng vi khuẩn đã xử lý đối kháng trong dịch lỏng ở nồng độ
khác nhau)................................................................................................................. 73
Hình 3.21: Hình ảnh TEM về ảnh hưởng của chế phẩm chitosan-nano bạc đến các
chủng vi khuẩn kiểm định ........................................................................................ 76
Hình 3.22: Hình ảnh TEM về ảnh hưởng của phức hợp chitosan-nano bạc đến
Saccharomyces sp. BM ............................................................................................ 78

hợp chitosan-nano bạc .............................................................................................. 94
Hình 3.38: Sơ đồ quy trình bảo quản quả vải thiều bằng chế phẩm chitosan-nano
bạc ............................................................................................................................. 95
Hình 3.39: Ảnh hưởng của các chế độ tiền xử lý tới hàm lượng chất khô hòa tan
tổng số của cam trong quá trình bảo quản ................................................................ 96
Hình 3.40: Ảnh hưởng của các chế độ tiền xử lý tới hàm lượng axit hữu cơ tổng số
của cam trong quá trình bảo quản............................................................................. 96
Hình 3.41: Ảnh hưởng của các chế độ tiền xử lý tới lượng đường tổng số của cam
trong quá trình bảo quản ........................................................................................... 97
Hình 3.42: Ảnh hưởng của các chế độ tiền xử lý tới tỷ lệ hư hỏng của cam trong
quá trình bảo quản .................................................................................................... 97
Hình 3.43: Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm chitosan - nano bạc tới hàm lượng
chất khô hòa tan tổng số của cam trong quá trình bảo quản .................................... 99
Hình 3.44: Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm chitosan - nano bạc tới hàm lượng
đường tổng số của cam trong quá trình bảo quản..................................................... 99
Hình 3.45: Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm chitosan - nano bạc tới hàm lượng
axit hữu cơ tổng số của cam trong quá trình bảo quản ............................................. 99
xiii


Hình 3.46: Ảnh hưởng của nồng độ chế phẩm chitosan - nano bạc tới tỷ lệ hư hỏng
của cam trong quá trình bảo quản........................................................................... 100
Hình 3.47: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hàm lượng chất khô hòa tan tổng số của
cam trong quá trình bảo quản ................................................................................. 101
Hình 3.48: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hàm lượng axit hữa cơ tổng số của cam
trong quá trình bảo quản ......................................................................................... 102
Hình 3.49: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hàm lượng đường tổng số của cam trong quá
trình bảo quản .......................................................................................................... 103
Hình 3.50: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới tỷ lệ hao hụt trong của cam quá trình bảo
quản ........................................................................................................................ 103

nhãn, vải, xoài, thanh long, bưởi, sầu riêng và chôm chôm.
Tuy nhiên, ở Việt Nam, tổn thất sau thu hoạch rau quả tươi là cao, theo các
báo cáo thống kê, tổn thất về giá trị sản lượng trung bình hàng năm từ 25 – 30%.
Tổn thất như vậy là do các rau quả có hàm lượng nước lớn, là môi trường thuận lợi
cho vi sinh vật phát triển, việc áp dụng kỹ thuật công nghệ trong bảo quản sau thu
hoạch còn yếu kém. Chính vì vậy, cần ứng dụng công nghệ bảo quản duy trì về chất
lượng và số lượng rau củ quả sau thu hoạch.
Các phương pháp bảo quản rau quả hiện nay trên thế giới dựa vào hai
nguyên lý chính: hạn chế biến đổi do vi sinh vật và hạn chế biến đổi sinh lý bất lợi.
Đến nay, trên thế giới có nhiều phương pháp bảo quản rau quả tươi phổ biến gồm
hạn chế các biến đổi sinh lý của rau củ quả gồm: khí quyển kiểm soát (CA), khí
quyển điều chỉnh (MA), phủ màng; hạn chế hoạt động của vi sinh vật gồm: xử lý
hóa chất, nhiệt độ. Nghiên cứu của nhóm tác giả là một biến thể của MA, lớp màng
tạo ra trên bề mặt quả là một loại bao bì có tác dụng điều chỉnh sự trao đổi khí qua
màng dẫn tới làm chậm quá trình hô hấp tạo ra những biến đổi sinh lý cho bảo quản
rau quả.
Trong các phương pháp hóa học, do yêu cầu ngày càng cao của người tiêu
dùng, xu hướng sử dụng hợp chất tự nhiên tăng lên do các yêu cầu về an toàn thực
phẩm. Trong các hợp chất tự nhiên thì Chitosan đặc biệt được quan tâm do là
polyme tự nhiên, có khả năng tạo màng, hạn chế trao đổi khí O2 tốt, có khả năng
kháng khuẩn tự nhiên, đồng thời màng tạo ra bởi chitosan có đặc tính bền nước, dễ
áp dụng trên đối tượng rau củ quả.
Tại Việt Nam, chitin, chitosan (sản phẩm deacetyl hóa chitin) được tách từ
phế liệu công nghiệp chế biến thủy sản. Vì vậy, nếu khai thác và sử dụng hiệu quả
chitosan không những có lợi cho tận dụng tài nguyên mà còn xử lý ô nhiễm môi
trường. Các nghiên cứu về sử dụng chitosan trên thế giới hiện nay có nhiều, kể cả
sử dụng chitosan lẫn các dẫn xuất của chitosan và cả nano chitosan. Tuy nhiên, trên
thực tế thì những ứng dụng chitosan và các sản phẩm còn chưa như mong đợi. Hiện
nay, chitosan đang được sử dụng với tính chất tạo màng là chính. Mặc dù chitosan
có khả năng kháng vi sinh vật nhưng hiệu ứng như vậy còn chưa đủ để ứng dụng

-

Nghiên cứu tạo ra chế phẩm chitosan – nano bạc, có khả năng ứng dụng
trong công nghệ thực phẩm, đồng thời đánh giá được khả năng kháng vi sinh
vật gây bệnh, gây hư hỏng điển hình.
Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm chitosan – nano bạc trong bảo quản quả sau
thu hoạch, hướng tới sử dụng rộng rãi chế phẩm trong các lĩnh vực thực
phẩm, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm, nâng cao sức khỏe cộng đồng.

Nội dung nghiên cứu:
-

-

-

Nội dung 1: Nghiên cứu chế tạo và tinh sạch chế phẩm chitosan, chế tạo chế
phẩm nano bạc và đánh giá khả năng kháng vi sinh vật của từng chế phẩm
thu được.
Nội dung 2: Nghiên cứu phương pháp phối hợp chitosan – nano bạc nhằm
nâng cao hiệu quả kháng vi sinh vật và xác định khả năng kháng vi sinh vật
của chế phẩm.
Nội dung 3: Ứng dụng chế phẩm chitosan – nano bạc trong bảo quản thực
phẩm (Vải thiều Lục Ngạn, cam sành Hà Giang và bưởi Diễn).

Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của luận án:
Ý nghĩa khoa học:
-

Tạo ra chế phẩm chitosan – nano bạc có khả năng kháng vi sinh vật và tạo

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Đặc điểm của chitosan
1.1.1

Chitosan

Chitosan là sản phẩm deacetyl hóa chitin, trong đó nhóm (-NH2) thay thế
nhóm (- COCH3) ở vị trí C(2). Do quá trình khử acetyl xảy ra không hoàn toàn nên
người ta quy ước độ deacetyl hóa (degree of deacetylation) DDA > 50% thì gọi là
chitosan [1]. 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)-glucoside (Hình 1.1) [1].

Hình 1.1: Công thức cấu tạo của chitosan

Trong các loài thủy sản đặc biệt là trong vỏ tôm, cua, ghẹ, hàm lượng chitin chitosan chiếm khá cao dao động từ 14 - 35% so với trọng lượng khô. Vì vậy vỏ
tôm, cua, ghẹ là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin – chitosan [1].
Chitosan được xem là polyme tự nhiên quan trọng nhất, không độc, có khả
năng phân huỷ sinh học, có khả năng tạo màng và có tính tương thích về mặt sinh
học. Chitosan có khả năng tích điện dương do đó nó có khả năng kết hợp với những
chất tích điện âm như chất béo, lipid và axit mật. Với đặc tính có thể hoà tan tốt
trong môi trường axit, chitosan được chú ý đặc biệt như là một loại vật liệu mới và
được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như dược phẩm, mỹ phẩm, xử lý nước thải và
trong thực phẩm như là tác nhân kết hợp, gel hóa, hay tác nhân ổn định...[2].
1.1.2

Sản xuất chitosan

Chitosan thường được sản xuất từ chất thải giáp xác vỏ như tôm, cua, ghẹ
[3]. Chitosan phân tách từ vỏ tôm được thực hiện qua 4 bước cơ bản: khử khoáng
(DM), khử protein (DP), khử màu (DC), và deacetyl hóa (DDA).
1.1.2.1

môi trường còn cho phép tận thu dịch lên men dùng làm thức ăn cho gia súc có giá
trị. Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp là thời gian lên men kéo dài.
1.1.2.2

Tình hình nghiên cứu quy trình sản xuất tại Việt Nam

Tại Việt Nam đã có một vài nghiên cứu về tách chiết chitin, chitosan. Năm
1978, trường Đại học Thủy sản Nha Trang bắt đầu nghiên cứu vấn đề này. Sau đó,
Nguyễn Văn Ngoạn và cs. thuộc viện nghiên cứu Hải sản (1993 - 1995) đã nghiên
cứu và sản xuất chitin, chitosan. Vật liệu chitosan của Viện Hóa học được Bộ Y tế
công nhận là nguyên liệu dược dụng, đạt tiêu chuẩn dùng trong y tế. Chitosan đã
được thành công ứng dụng trong chế biến thực phẩm hoặc làm chế phẩm công
nghiệp vải, màng chitosan và glucosamin [9].
Trần Thị Luyến và cs. nghiên cứu thu hồi chitin bằng phương pháp lên men
lactic dùng vi khuẩn L. plantarum. Tuy nhiên, hàm lượng protein và khoáng bị khử
chưa cao chỉ tương ứng 61% và 43% [10]. Hạn chế của các nghiên cứu trên là chưa
đưa ra được qui trình hoàn thiện để thu hồi được chitin đạt tiêu chuẩn. Gần đây nhất,
việc nghiên cứu thu nhận chitin từ phế liệu tôm bằng phương pháp sinh học đã được
nghiên cứu bởi Lê Thanh Hà và cs. thuộc Trường Đại học Bách Khoa Hà nội và đã
thu được kết quả khả quan [11]. Gần đây nhất, tác giả Nguyễn Thị Minh Nguyệt và
cs. (2015) đã hoàn thiện được quy trình tổng hợp nano chitosan bằng sử dụng axit
methacrylic và đánh giá được hoạt tính kháng nấm của chế phẩm, đây là hướng mới
trong việc sản xuất chitosan và các chế phẩm [12].
1.1.3

Các tính chất của chitosan

1.1.3.1

Tính chất vật lý của chitosan

OH, nhóm -NH2, phản ứng hóa học có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất
thế O-, dẫn xuất thế N- [15]. Mặt khác chitosan là những polyme mà các monome
được nối với nhau bởi các liên kết α-(1-4)-glicoside, các liên kết này rất dễ bị cắt
đứt bởi các chất hoá học như: axit, bazơ, tác nhân oxy-hóa và các enzyme thuỷ
phân.
Trong phân tử chitosan và một số dẫn xuất của chitosan có chứa các nhóm
chức mà trong đó các nguyên tử Oxi và Nitơ của nhóm chức còn 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+, Zn2+, Cu2+, Ni2+, Co2+..., tùy nhóm
chức trên mạch polyme mà thành phần và cấu trúc của phức khác nhau. Hơn nữa
chitosan và các 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 oxi hay nito, các liên kết
ràng buộc làm tăng cường hoạt tính kháng khuẩn [18].
1.1.3.3

Tính chất sinh học của chitosan

Chitosan được chứng minh là có nhiều hoạt tính sinh học. Chitosan có khả
năng kích thích làm tăng cường hệ thống miễn dịch cơ thể, hạn chế sự phát triển của
các tế bào u bướu, ung thư, HIV/AIDS, chống tia tử ngoại, chống ngứa,… [19, 20].
Ngoài ra, chitosan có thể hấp thụ chất bẩn trong đường ruột, phòng chống bệnh tiểu
đường, hạ huyết áp, phòng bệnh xơ cứng động mạch, đào thải độc tố và hấp thụ kim
loại nặng, cải thiện cơ năng tiêu hóa [20-22]. Chitosan có khả năng thúc đẩy làm
lành da, phục hồi vết thương, cầm máu, thấm máu ở vị trí bị xuất huyết [23].
6


Chitosan hầu như không độc, LD50 = 16 g/kg cân nặng cơ thể, không gây độc trên
súc vật thực nghiệm và người, không gây độc tính trường diễn (LD50 lượng chất độc
gây chế 50% số cá thể thí nghiệm) [24].

triển khác nhau (sự tăng trưởng của sợi nấm, sự nảy mầm của bào tử) của cả
Colettochitrum musae phân lập từ chuối, Colettochitrum gloeosporioides phân lập
từ đu đủ và thanh long [30]. Kết quả này cũng tương tự như kết quả của BautistaBaños và cs. (2004) [31] cho rằng sự tăng trưởng của sợi nấm và sự này mầm của
bảo tử nấm Fusarium, Penicillium, và Rhizopus bị ức chế bởi chitosan, tuy nhiên so
với Penicillium và Rhizopus thì Fusarium là nấm nhạy cảm nhất. Việc giảm tối đa
trọng lượng khô của sợi nấm và ức chế hình thành bào tử được quan sát thấy ở
chitosan nồng độ 2% đối với Colettochitrum musae phân lập từ chuối,
Colettochitrum gloeosporioides phân lập từ đu đủ và thanh long [30]. Hiệu ứng
tương tự cũng được chứng minh trong các nghiên cứu trước đây về F. oxysporum
phân lập từ đu đủ [31]. Các nghiên cứu khác cũng đã chỉ ra rằng chitosan kích thích
hình thành bào tử của Penicillium digitatum và C. gloeosporioides [31].
1.1.4.2

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng kháng vi sinh vật của
7


chitosan
Tính kháng vi sinh vật của chitosan không chỉ phụ thuộc vào các điều kiện
bên ngoài (vi sinh vật đích, tính chất của môi trường, pH, nhiệt độ, độ hòa tan,…),
mà còn phụ thuộc vào các yếu tố bên trong (như trọng lượng phân tử, và mức độ
polyme hóa và mức độ diacetyl hóa) [28, 32, 33].
a. Trọng lượng phân tử
Nhiều nhà nghiên cứu khác cho rằng hoạt tính kháng khuẩn của chitosan phụ
thuộc vào trọng lượng phân tử. Chitosan có khối lượng phân tử thấp có khả năng
kháng khuẩn cao hơn so với chitosan có khối lượng phân tử cao [34] vì chitosan có
khối lượng phân tử thấp có khả năng tan trong nước cao hơn dẫn đến phản ứng tốt
hơn với các vị trí hoạt động của vi sinh vật. Hwang và cs. kết luận rằng với chitosan
trọng lượng phân tử lớn hơn 30 000 Dalton cho hiệu quả cao nhất kháng E. coli, với
phạm vi khảo sát trọng lượng phân tử chitosan từ 10 000 – 170 000 Dalton [35].

amin và độ hòa tan của chitosan ở pH này rất kém [28, 44].
8


d. Nhiệt độ
Nhiệt độ cũng có ảnh hưởng đến hoạt tính kháng vi sinh vật của chitosan.
Nhiệt độ cao hơn 37oC làm tăng hoạt tính kháng khuẩn của chitosan so với nhiệt độ
lạnh. Tsai và Su đã kiểm tra tác động của nhiệt độ đến hoạt động kháng E. coli của
chitosan [47]. Huyền phù tế bào trong đệm photphat (pH 6) có chứa chitosan với
nồng độ 150ppm được nuôi ở 4, 15, 25, 37oC trong các khoảng thời gian khác nhau
và định lượng số tế bào còn sống sót. Các hoạt tính kháng khuẩn được tìm thấy tỷ lệ
thuận với nhiệt độ ở nhiệt độ 25 và 37oC, các tế bào E. coli đã hoàn toàn bị giết chết
trong vòng 1 giờ. Tuy nhiên ở nhiệt độ thấp hơn 4 và 15oC số lượng E. coli giảm
trong vòng 5 giờ đầu và sau đó ổn định. Tác giả kết luận rằng hoạt động chống vi
khuẩn giảm do giảm tỷ lệ tương tác giữa chitosan và các tế bào ở nhiệt độ thấp hơn.
e. Cation và polyanion
Các nhà nghiên cứu đề xuất rằng các cation tạo phức hợp với chitosan và làm
giảm số nhóm amin dẫn đến giảm hiệu quả diệt khuẩn của chitosan [28].
1.1.4.3

Cơ chế kháng vi sinh vật của chitosan

Mặc dù cơ chế kháng khuẩn chính xác của chitosan chưa được hiểu một cách
đầy đủ, tuy nhiên có 3 cơ chế giải thích khả năng kháng khuẩn của chitosan là: Khả
năng kháng khuẩn của chitosan là do sự tương tác giữa điện tích dương của nhóm
amin (NH3+) ở giá trị pH thấp hơn 6,3 (các pKa của chitosan) và bề mặt tích điện
âm của vi khuẩn. Kết quả là làm thay đổi các đặc tính của màng bán thấm, do đó
gây mất cân bằng thẩm thấu bên trong và bên ngoài dẫn đến ức chế sự tăng trưởng
của vi sinh vật [2]. Chitosan thủy phân peptidoglycan trong thành tế bào vi sinh vật
dẫn đến làm rò rỉ các chất điện giải trong tế bào như các ion kali, và các thành phần

chín cũng như điều kiện bảo quản. Nghiên cứu của Krishna & Rao (2014) bảo quản
ổi bằng chitosan 1% chỉ ra rằng chitosan có tác dụng giảm tỷ lệ hô hấp, giảm hao
hụt khối lượng tự nhiên, màu sắc, độ cứng và chất lượng được duy trì cho đến khi
kết thúc quá trình bảo quản ở nhiệt độ thường trong 7 ngày [54]. Khi sử dụng
chitosan nồng độ 2% để bảo quản ổi ở 11oC, ẩm độ 90 – 95%, tránh được các tổn
thất khối lượng, biến màu, không bị giảm lượng axit và vitamin C, kéo dài được
thời gian bảo quản lên 12 ngày [55]. Hossain & Iqbal (2016) bảo quản chuối bằng
chitosan tạo ra từ vỏ tôm kết luận xử lý chuối bằng chitosan 1% có tác dụng làm
giảm hao hụt khối lượng tự nhiên, duy trì được màu sắc, dinh dưỡng và cảm quan,
mức độ nhiễm bệnh, tỷ lệ bệnh giảm và kéo dài thời gian bảo quản chuối 16,6 ngày
ở nhiệt độ thường [56]. Thêm vào đó, chitosan ở trọng lượng phân tử thấp đã được
báo cáo để kiểm soát các bệnh sau thu hoạch trên các loại quả có múi (cam, chanh,
bưởi). Cụ thể, chitosan ức chế đáng kể sự phân hủy các quả có múi do Penicillium
digitatum, Penicillium italicum, Botrydiplodia lecanidion và Botrytis cinerea sau 14
ngày khi bảo quản ở 25°C. Đồng thời, chitosan ở nồng độ từ 0,05-2% làm tăng độ
săn chắc, hàm lượng chất rắn hòa tan, độ axit, hàm lượng axit ascorbic và hàm
lượng nước của quả có múi sau 56 ngày bảo quản ở 15°C [57].
Do khả năng tạo màng tốt của chitosan, nó đã được sử dụng rộng rãi để bảo
vệ, cải thiện chất lượng và kéo dài thời hạn sử dụng của các thực phẩm tươi [58].
Lớp phủ chitosan có thể kéo dài thời gian bảo quản của trái cây và rau quả.
Chitosan tạo thành một lớp màng bán thấm trên bề mặt trái cây, thay đổi sự trao đổi
khí giữa khí quyển bên ngoài và thành phần khí bên trong, làm giảm sự mất hơi
nước, và làm chậm quá trình chín của trái cây. Tốc độ truyền hơi nước của màng
chitosan giảm dần khi nồng độ dung dịch phủ chitosan tăng dần. Chitosan kết hợp
với bao bì khí quyển điều chỉnh (MA) duy trì tốt chất lượng trái cây [59]. Mất nước
là một trong những nguyên nhân chính gây suy giảm chất lượng trái cây, mất nước
không chỉ gây tổn thất trực tiếp về khối lượng, mà còn gây ra tổn thất về ngoại hình
(do héo, co rút bề mặt) và chất lượng dinh dưỡng. Việc giảm khối lượng là kết quả
của việc mất lượng từ các mô trái cây và một phần của quá trình hô hấp [59].
Khi sử dụng chitosan bảo quản các loại rau quả như cà chua, nhãn, táo, xoài,

cơ học và hàn kín lại các tổn thương nhỏ. Chitosan có thể làm giảm độ nghiêm
trọng của PAL và PPO, sự hóa lỏng do tăng sinh tổng hợp các hợp chất phenolic
hoặc các chất chuyển hóa thứ cấp và SAR [59].
Hoạt tính kháng khuẩn của chitosan do các nhóm amino mang điện tích dương
tương tác với màng tế bào vi khuẩn điện tích âm thúc đẩy tăng tính thấm của màng
và gây ra sự gián đoạn làm chết tế bào. Các nghiên cứu đã chứng minh rằng
chitosan ức chế sự phát triển của nhiều loại vi khuẩn gây hư hỏng và gây bệnh, cũng
như nấm men và nấm mốc. Hoạt tính kháng khuẩn phụ thuộc và loại chitosan, mức
độ diacetyl hóa, trọng lượng phân tử, vi sinh vật đích, pH của môi trường và sự hiện
diện của chất phụ gia hoặc thành phần thực phẩm khác [28, 32, 33].
Tăng tỷ lệ phần trăm nấm gây bệnh trong 0,8% nano – chitosan xuất hiện các
vết hưu hỏng và sẫm màu ở vỏ quả nhưng không gây thối. Vì vậy, nồng độ cao của
vật liệu hạt nano chitosan có thể gây ra tác động xấu đặc biệt là trái cây mềm như
đào [59]. Tác động ức chế của chitosan đối với nấm bệnh nghiên cứu trên đào của
Mohamed Momtaz Gad và cs. (2016) [59] cũng cho các kết quả phù hợp với nghiên
cứu trên táo, trên quả anh đào ngọt, nho và cam hay trên quả đu đủ trên quả đào [62,
63].
Nói chung, nhiều nghiên cứu đã báo cáo rằng, vào cuối giai đoạn bảo quản
hàm lượng axit tổng số tăng lên đối với một số loại rau quả sử dụng chitosan như
dâu tây, cà chua và đào. Trong khi đó, ở một số cây trồng khác như xoài và nhãn,
độ axit giảm dần, đồng thời với sự suy giảm này là sự suy giảm về chất lượng cảm
quan vị giác của rau quả [59, 62]. Sau khi bảo quản, tổng số chất rắn hòa tan (TSS)
của các loại trái cây được xử lý bằng chitosan cũng khác nhau, TSS thấp hơn ở các
mẫu kiểm soát được báo cáo trên quả xoài và chuối phủ chitosan, trong khi giá trị
TSS cao hơn được báo cáo trên quả đào xử lý bằng chitosan. Tuy nhiên, các nghiên
cứu khác cũng báo cáo rằng TSS của đu đủ và quả bí ngòi giống với kết quả ở các
mẫu chưa xử lý [63]. Trong các nghiên cứu đó, hàm lượng vitamin trong quả xoài
giảm dần và thấp hơn so với quả đối chứng. Tuy nhiên, đối với đào, hàm lượng axit
11