Nghiên cứu chiết rút và khảo sát tính kháng khuẩn của chitosan tan trong nước từ vỏ tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei)

- DOI:10.22144/ctu.jvn.2020.040 NGHIÊN CỨU CHIẾT RÚT VÀ KHẢO SÁT TÍNH KHÁNG KHUẨN CỦA CHITOSAN TAN TRONG NƯỚC TỪ VỎ TÔM THẺ CHÂN TRẮNG (Litopenaeus vannamei).
- Chitosan tan trong nước, độ hòa tan, phổ FTIR, tính kháng khuẩn, vỏ tôm thẻ chân trắng.
- Nghiên cứu nhằm mục tiêu tạo ra chitosan có khả năng tan trong nước và kháng khuẩn từ vỏ tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei) thông qua quá trình deacetyl hóa chitin trong dung dịch NaOH để thu chitosan thô.
- Tiếp theo, chitosan thô được xử lý trong dung dịch acetic acid với các nồng độ và thời gian khác nhau để chuyển thành dạng 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.
- Chitosan thô khi xử lý trong dung dịch acetic acid có nồng độ 2%, cùng với H 2 O 2 4% trong thời gian 4 giờ.
- để thu chitosan tan trong nước.
- Độ hòa tan của chitosan tan trong nước đạt 88,6%.
- 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%.
- 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..
- 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 (-NH 2 ) và bị chi phối bởi độ deacetyl dẫn tới việc giảm tính ứng dụng của nó trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm (Ma et al., 2008.
- Vì vậy, việc sử dụng các nhóm ưa nước để gắn vào nhóm amino ở vị trí carbon số 2 của phân tử chitosan bằng các liên kết cộng hóa trị nhằm cải thiện khả năng hòa tan trong nước của chitosan và nâng cao tính ứng dụng của nó trong lĩnh vực chế biến (Ma et al., 2008) đã được đưa ra.
- Tuy nhiên, cấu tạo của phân tử chitosan và tính chất của chitosan sẽ 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..
- 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.
- Vì vậy, việc chiết rút và khảo sát tính kháng khuẩn của chitosan tan trong nước từ vỏ tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei) đã được triển khai nhằm chọn được phương pháp sản xuất chitosan tan trong nước đạt chất lượng và kháng khuẩn tốt để ứng dụng trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm..
- 2.2.1 Thí nghiệm 1: Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình deacetyl hóa đến chất lượng của chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng.
- Tiếp theo, mẫu được rửa trung tính và tiếp tục khử protein bằng NaOH nồng độ 8% với thời gian 36 giờ, tỷ lệ nguyên liệu và dung dịch NaOH (w/v) là 1/10 ở nhiệt độ phòng.
- Chitin thu được sau khi loại khoáng và protein được tiến hành deacetyl hóa trong dung dịch NaOH ở các nồng độ lần lượt là 40, 50 và 60% với thời gian xử lý lần lượt là 24, 36 và 48 giờ, nhiệt độ trong suốt quá trình deacetyl hóa dao động từ 65-70ºC, tỷ lệ vỏ tôm với dung dịch NaOH (w/v) là 1/12.
- 2.2.2 Thí nghiệm 2: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ xử lý trong dung dịch acetic acid đến khả năng tan trong nước và các tính chất hòa tan của chitosan.
- Mục tiêu của thí nghiệm này là nhằm xác định điều kiện xử lý bằng acetic acid thích hợp để chuyển đổi chitosan thành dạng tan trong nước mà vẫn giữ được các đặc tính của chitosan ban đầu.
- Cho tiếp ethanol (95%) vào gấp đôi thể tích dung dịch, mẫu được ủ qua đêm ở nhiệt độ phòng và sấy ở 60ºC trong 22 giờ để thu sản phẩm chitosan tan trong nước có độ ẩm <.
- 2.2.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát khả năng kháng khuẩn của chitosan tan trong nước.
- Mục tiêu của thí nghiệm này là xác định khả năng kháng khuẩn của chitosan tan nước đối với các dòng vi sinh vật khác nhau.
- Khả năng kháng khuẩn của chitosan thô (kết quả thí nghiệm 1) và chitosan tan trong nước (kết quả thí nghiệm 2) được phân tích tham khảo theo phương pháp của Du et al.
- Chuẩn bị dung dịch chitosan thô (nồng độ 2%) và chitosan tan trong nước có (nồng độ là 2,4,6 và 8%.
- để chọn ra nồng độ chitosan thích hợp thể hiện được hoạt tính kháng khuẩn của chúng.
- Mẫu chitosan thô 0,1 g được hòa tan trong 30 mL HCl có nồng độ 0,1 M ở nhiệt độ phòng, tiếp tục cho thêm 5-6 giọt methyl đỏ.
- DDA của chitosan thô được tính dựa trên số mL NaOH 0,1 M đã dùng trong suốt quá trình chuẩn độ.
- Trong đó: C 1 : nồng độ dung dịch HCl dùng hòa tan chitosan (M).
- C 2 : nồng độ dung dịch NaOH dùng để chuẩn độ (M).
- Đo độ nhớt: Sử dụng máy Brookfield DV, mẫu chitosan thô được pha trong dung dịch acetic acid 1%, còn đối với mẫu chitosan tan trong nước được hòa tan trong nước cất, khuấy mẫu cho tan hoàn toàn, nồng độ dung dịch chitosan cuối cùng là 0,1%.
- Phân tích phổ FTIR nhằm xác định các nhóm chức đặc trưng của chitosan thô và chitosan tan trong nước được mô tả bởi Benavente et al.
- Cho 0,1 g mẫu hòa tan vào nước cất đối với mẫu chitosan tan trong nước và hòa tan trong dung dịch acetic acid đối với chitosan thô, khuấy đảo trong 30 phút.
- 3.2 Ảnh hưởng của quá trình deacetyl hóa đến chất lượng của chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng.
- Bảng 2: Sự thay đổi các tính chất của chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng Nồng độ.
- Độ hòa tan.
- Bảng 2 cho thấy khả năng loại gốc acetyl phụ thuộc nhiều vào nồng độ NaOH sử dụng và thời gian xử lý (thể hiện kết quả thống kê).
- Khi tăng đồng thời nồng độ NaOH từ 40 lên 60% và tăng thời gian xử lý từ 24 đến 48 giờ DDA tăng từ 50,6 lên 95,7%..
- Độ deacetyl càng cao khi nồng độ NaOH càng cao và thời gian deacetyl càng dài.
- Điều này, phù hợp với nghiên cứu của Hossain and Iqbal (2014), khả năng khử nhóm acetyl trong dung dịch NaOH 60% với DDA đạt cao nhất (81,3%) và trong NaOH 50% là 79,6%, mặc dù độ deacetyl có tăng khi nồng độ dung dịch NaOH tăng cao nhưng rất chậm.
- Đã có nhiều nghiên cứu sử dụng nồng độ NaOH cao để deacetyl hóa chitin thành chitosan như.
- Lê Thị Minh Thủy và Nguyễn Văn Thơm (2019) cũng chọn dung dịch NaOH có nồng độ 50% để thực hiện quá trình deacetyl vỏ tôm thẻ tươi và đông lạnh trong 24 giờ ở 65ºC với độ deacetyl lần lượt là 89,2% và 90,1%..
- Kết quả phân tích độ hòa tan của chitosan trong nghiên cứu này có khuynh hướng biến đổi giống với độ deacetyl theo sự gia tăng nồng độ NaOH.
- Cụ thể, độ hòa tan của chitosan thấp hơn 50% khi mẫu xử lý trong NaOH có nồng độ 40%..
- Tuy nhiên, khi tăng nồng độ sử dụng NaOH lên 50%.
- Đồng thời, độ hòa tan cũng tăng khi tăng thời gian xử lý ở cùng điều kiện nồng độ NaOH.
- Điều này đã chứng minh có mối tương quan giữa độ deacetyl và độ hòa tan của chitosan hay nói cách khác là việc loại bỏ nhóm acetyl từ chitin sẽ quyết định đến độ hòa tan của chitosan (Brine and Austin, 1981).
- 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 (Toan, 2009).
- Dựa vào kết quả phân tích từ Bảng 2, độ nhớt có xu hướng tăng dần khi nồng độ NaOH tăng ở giai đoạn từ 24 lên 36 giờ, và thời gian xử lý cao hơn 36 giờ, độ nhớt có xu hướng giảm ở cùng nồng độ.
- Độ nhớt của chitosan trong.
- có nồng độ 50 và 60% với thời gian xử lý giống nhau là 36 giờ lần lượt là 20,4 và 20,9 mPas.
- Hiệu suất thu hồi của chitosan được chiết rút từ vỏ tôm thẻ trong nghiên cứu này thay đổi từ 39,7 đến 49,7% tùy thuộc vào nồng độ NaOH sử dụng và thời gian xử lý.
- Nồng độ NaOH sử dụng càng cao và thời gian xử lý càng dài, hiệu suất thu hồi chitosan có khuynh hướng giảm.
- Dựa vào Bảng 2, nồng độ NaOH 50% và thời gian ngâm trong NaOH là 36 giờ được chọn để deacetyl hóa vỏ tôm thẻ chân trắng và tiến hành thí nghiệm tiếp theo..
- 3.3 Ảnh hưởng của nồng độ và thời gian xử lý trong dung dịch acetic acid đến khả năng tan trong nước của chitosan.
- Ảnh hưởng của nồng độ và thời gian xử lý trong dung dịch acetic acid đến độ hòa tan, độ nhớt và hiệu suất thu hồi của chitosan tan trong nước được trình bày trong Bảng 3..
- Chitosan thô sau khi được xử lý trong dung dịch acetic acid đã cải thiện tính tan trong nước của nó..
- Độ hòa tan của chitosan tan trong nước từ 68,2% và đạt cao nhất ở chế độ xử lý với acetic acid có nồng độ 2% trong 4 giờ là 88,6%.
- Độ hòa tan có xu hướng tăng dần khi tăng nồng độ acetic acid từ 1 lên 2%, nhưng lại có xu hướng giảm dần khi tăng nồng độ acetic acid lên 3% và càng tăng thời gian xử lý trong acid thì độ hòa tan càng giảm.
- Bảng 3: Sự thay đổi các tính chất của chitosan tan trong nước sau khi xử lý trong dung dịch acetic acid Nồng độ.
- Chitosan tan trong nước.
- Độ nhớt của chitosan tan trong nước của nghiên cứu này có sự thay đổi không đáng kể, dao động từ 1,09 đến 1,54 mPas ở các nồng độ CH 3 COOH và các mốc thời gian khác nhau.
- Các gốc hydroxyl phản ứng bởi sự phân ly của hydro peroxide, các gốc hydroxyl có thể tấn công các liên kết glycoside của chitosan làm phá vỡ chuỗi (Wang et al., 2005) và hình thành phân tử chitosan tan trong nước với nhiều nhóm hydroxyl nên nó dễ tan trong nước hơn.
- Đồng thời, sự giảm khối lượng phân tử của chitosan cũng cải thiện khả năng hòa tan trong nước vì độ kết tinh của chitosan giảm.
- Tuy nhiên, khi các liên kết glycoside của chitosan không được cắt đứt triệt để có thể dẫn đến độ hòa tan thấp (Lu et al., 2004).
- Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất thu hồi có sự biến động khi tăng nồng độ CH 3 COOH cũng như.
- Với mốc thời gian 4 giờ, đây có thể xem là mốc thời gian thích hợp để xử lý mẫu khi hiệu suất thu hồi sản phẩm đều trên 98% ở cả 3 nồng độ CH 3 COOH lần lượt là 1, 2 và 3%.
- (2009), tác giả cho biết điều kiện thích hợp để thu được chitosan hòa tan trong nước cao nhất là sử dụng H 2 O 2 có nồng độ 5,5% trong 3,5 giờ ở nhiệt độ 42,8ºC cho hiệu suất thu hồi chitosan tan trong nước là 91,3%.
- (2013), hiệu suất thu hồi đạt 87,8% khi sử dụng dung dịch acetic acid có nồng độ 2%, tỷ lệ w/v là 1/20 và H 2 O 2 nồng độ 4% trong 4 giờ ở 60ºC và sản phẩm được sấy ở 60ºC..
- Hình 1: Phổ FTIR của chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng.
- Hình 2: Phổ FTIR của chitosan tan trong nước từ vỏ tôm thẻ chân trắng Sự thay đổi cấu trúc của chitosan thô ban đầu và.
- chitosan tan trong nước được xác nhận bởi quang phổ FTIR (Hình 1 và 2), phổ FTIR của chitosan thô có các peak chuẩn như: peak 3448,22 cm -1 là biểu hiện rõ ràng của nhóm -OH, nhóm -NH thể hiện ở peak 2922,01 cm -1 , ở peak 1647,33 là nhóm -NH 2.
- Còn đối với chitosan tan trong nước cho thấy đỉnh ở peak 3426,54 cm -1 chỉ ra sự hiện diện kéo dài.
- Từ kết quả đo quang phổ FTIR, chitosan tan trong nước có thành phần các nhóm chức năng gần với chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng.
- Thông qua các dữ liệu trên, nồng độ CH 3 COOH 2% và thời gian xử lý là 4 giờ được chọn để chuyển đổi chitosan thô thành chitosan tan trong nước và tiến hành thí nghiệm tiếp theo..
- Hình 3: Chitosan thô và chitosan tan trong nước từ vỏ tôm thẻ chân trắng 3.4 Hiệu quả khả năng kháng khuẩn của.
- chitosan tan trong nước.
- Kết quả đánh giá khả năng kháng khuẩn và đường kính vùng vô khuẩn của chitosan thô và.
- chitosan tan trong nước từ vỏ tôm thẻ chân trắng được thể hiện trong Bảng 4.
- Bảng 4: Khả năng kháng khuẩn của chitosan thô và chitosan tan trong nước từ vỏ tôm thẻ chân trắng Chủng vi sinh vật.
- Đường kính vùng vô khuẩn (mm) Chitosan Chitosan tan trong nước.
- Bảng 4 cho thấy chitosan thô từ vỏ tôm thẻ chân trắng ở nồng độ 2% thể hiện khả năng kháng khuẩn tốt thông qua vùng ức chế với 3 chủng vi sinh vật lần lượt là E.
- mRNA và protein thông qua sự xâm nhập của chitosan vào nhân của vi sinh vật và lấy đi các ion quan trọng trong tế bào vi khuẩn dẫn đến vi sinh vật sẽ chết.
- Hình 4: Khả năng kháng khuẩn của chitosan thô 2% (a), chitosan tan trong nước 4%, 6% và 8%.
- tương ứng với (b), (c) và (d) Trong khi đó, chitosan tan trong nước cũng được.
- thử hoạt tính kháng khuẩn trên cùng đối tượng vi sinh vật ở các nồng độ 2, 4, 6 và 8%, theo đó ở nồng độ 2%, chitosan tan trong nước không thể hiện hoạt tính kháng khuẩn.
- Nhưng ở nồng độ 8%, mẫu chitosan tan trong nước thể hiện hoạt tính kháng khuẩn rõ ràng nhất với đường kính vùng vô khuẩn đối với E.
- (2013) khi nghiên cứu hoạt tính kháng khuẩn của chitosan thô và chitosan tan trong nước ở 2 nồng độ với 7 chủng vi sinh vật khác nhau (E.
- (2013) cũng đã khẳng định cả chitosan thô và chitosan tan trong nước đều cho thấy hoạt tính ức chế cao đối với S.
- aureus, so với các chủng vi sinh vật khác với vùng vô khuẩn của chitosan tan trong nước đối với chủng vi khuẩn S.
- aureus là 18,3 mm với nồng độ chitosan 1 mg/ mL.
- Đây cũng chính là nguyên nhân đường kính vùng kháng khuẩn của chitosan tan trong nước với S.
- (2006) đã kết luận chitosan hòa tan trong nước có tác dụng kháng khuẩn nhưng không đáng kể.
- Tuy nhiên, lớp màng của chitosan tan trong nước không bền và dễ bị hòa tan trong môi trường có sự hiện diện của nước nên khả năng kháng khuẩn có phần hạn chế vì độ pH trong tế bào vi khuẩn là trung tính nên lớp màng trên bề mặt tế bào vi khuẩn dễ bị phân hủy và các quá trình sinh lý của vi khuẩn hoạt động bình thường..
- Chitin từ vỏ tôm thẻ chân trắng được deacetyl hóa bằng dung dịch NaOH nồng độ 50% trong vòng 36 giờ để thu hồi chitosan thô rồi tiếp tục hòa tan trong dung dịch acetic acid 2%, cùng với H 2 O 2 4%.
- trong 4 giờ thu được sản phẩm chitosan tan trong nước có độ hòa tan là 88,6%.
- Mẫu chitosan tan trong nước vẫn mang các đặc tính sinh học nổi bật giống như chitosan thô, đặc biệt là khả năng kháng khuẩn, trong 3 chủng vi sinh vật E.
- aureus và Salmonella thì chitosan tan trong nước có hoạt tính ức chế đối với S.
- Đồng thời, với tính dễ tan trong nước đã góp phần nâng cao tính ứng dụng của chitosan tan trong nước trong nhiều lĩnh vực khác nhau đặc biệt là trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm..
- Ảnh Hưởng Của Thời Gian Bảo Quản Nguyên Liệu Đến Chất Lượng Của Chitosan Từ Vỏ Tôm Thẻ Chân Trắng (Litopenaeus Vannamei)