Chitosan: Nguyên liệu quý từ vỏ tôm, cua

Chất chitin, tận dụng từ các “rác thải” khi chế biến các thủy hải sản này, được dùng để sản xuất ra chitosan, một nguyên liệu đa năng, quý giá, để chế tạo ra rất nhiều sản phẩm công nghiệp, thương mại, y tế… rất cần thiết cho cuộc sống.

Vỏ tôm, chitin và chitosan

Vỏ tôm có cấu trúc chitin-protein được hóa cứng bề mặt do lắng đọng muối canxi và các chất hữu cơ khác.

Chitin là một polysaccharide mạch thẳng, là một polymer của nhiều đơn vị N-acetyl-glucosamine nối với nhau nhờ cầu

Chitin là một polysaccharide mạch thẳng, là một polymer của nhiều đơn vị N-acetyl-glucosamine nối với nhau nhờ cầu β-1,4glucoside. Vì chitin tự nhiên trong vỏ tôm thường liên kết với protein, lipid, canxi, sắc tố…nên thường phải làm sạch trước khi sử dụng để sản xuất chitosan. Hai bước chính để làm sạch chitin là: khử khoáng bằng acid và khử protein bằng kiềm hoặc một enzyme protease.

Chitosan liên quan chặt chẽ với chitin, nung nóng chitin trong dung dịch xút đậm đặc các gốc acetyl bị khử hết và chitin chuyển thành chitosan. Đây là một polysaccharide mạch thẳng, polymer của các phân tử D1,4 glucosamine.

Trong thiên nhiên, chitin còn hiện diện dưới nhiều hình thức: khá tinh khiết (sâu bướm), trong các lớp rất mỏng (cánh bướm, với hiệu ứng màu tuyệt vời), cùng với các protein tạo thành sclerotin (chất chính trong bộ xương ngoài của côn trùng)…..

Chitosan: nguyên liệu quý từ đồ phế thải

* Chitosan trong y học

+ Chitosan có khả năng thúc đẩy quá trình đông máu. Các muối chitosan có được từ pha trộn chitosan với axit hữu cơ như axit succinic hoặc lactic sẽ tác dụng với màng tế bào hồng cầu, tiểu cầu khiến sự hình thành cục máu đông được nhanh chóng hơn. Thủy quân lục chiến Mỹ đã thử nghiệm chế phẩm chitosan trên lợn cho kết quả cầm máu và và phục hồi vết thương động mạch đến 100%. Hoa Kỳ và châu Âu cho phép sử dụng trong băng gạc cầm máu. Cả Hoa Kỳ và Anh đã sử dụng băng cầm máu có chitosan trên các chiến trường Iraq và Afghanistan.

+ Chitosan gần như không gây dị ứng và có tính chất kháng khuẩn tự nhiên. Theo El-Sharif và Hussain (2011), chitosan và các dẫn xuất có khả năng diệt khuẩn, nấm và ký sinh trùng. Các nhà nghiên cứu đã khảo sát thấy chitosan 87-kDa và chitosan 532-kDacó tác dụng với Pseudomonas aeruginosa và Staphylococcus aureus kháng thuốc. Nhũ tương của chitosans có tác dụng chống nấm candida albicans và aspergillus nige, ký sinh trùng Leishmania infantum. Do đó, chitosan được dùng ngoài da để phòng nhiễm trùng với vi khuẩn và nấm.

+ Chitosan cũng có tác dụng giảm đau do khả năng ngăn chặn xung động ở các mút tận cùng các dây thần kinh cảm giác.

+ Chitosan có tính nhầy dính (mucoadhesive) nên được sử dụng để đưa thuốc vào cơ thể qua da, như sử dụng với miếng dán insulin.

+ Chitosan cũng có thể được kết hợp với các vật liệu khác thành những composite dùng trong y khoa, ví dụ như loại composite giữa chitosan với hydroxyapatit được các phẫu thuật viên sử dụng để làm chất làm đầy xương sau mổ (post-operation bone filler), để sau composite này phân hủy dần khi mô xương mới được tạo ra.

+ Chitosan là một tá dược quan trọng dùng để độn, dẫn thuốc, màng bao phim, viên nang mềm, nang cứng, làm chất mang thuốc giúp thuốc tác dụng chậm kéo dài..

+ Chitosan là nguyên liệu để làm vật liệu y sinh như da nhân tạo, màng sinh học, chất nền cho da nhân tạo, chỉ khâu phẫu thuật, mô cấy ghép, kem chống khô da, kem lột mặt để tăng độ bám dính, kem chống tia cực tím…

* Trong chế biến thực phẩm

+ Chitosan là một phụ gia thực phẩm tạo độ cứng, tạo keo, phân lớp và khử axit của trái cây, bánh kẹo, nước giải khát, thức ăn….

+ Màng bao, giấy gói thực phẩm chitosan giúp bảo quản thực phẩm, hoa quả, rau tươi, nước giải khát…. Ở Việt Nam, khâu bảo quản nông sản, đặc biệt trái cây, còn chưa phù hợp, nên tình trạng “được mùa rớt giá” xảy ra thường xuyên. Khoa Công Nghệ Hóa Học, ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP Hồ Chí Minh, đã triển khai đề tài Chế phẩm chitosan sinh học với sản phẩm đầu tiên là “Màng bảo quản nông sản bio chitosan dạng dung dịch” đang được hưởng ứng”.

+ Vì chitosan là một chất xơ hòa tan, không tiêu hóa, không hấp thụ, nên chúng được sử dụng để hạn chế hấp thụ chất béo, giúp ích cho người ăn kiêng, béo phì, đái tháo đường.

* Chitosan trong nông nghiệp

+ Vì có tính kháng khuẩn, chống nấm, chitosan dùng để bảo vệ thực vật để: giúp xử lý hạt giống và là thuốc trừ sâu sinh học, giúp nông dân trồng cây chống lại các bệnh nấm, thuốc chống bệnh đạo ôn, khô vằn cho lúa….

+ Chitosan là các polymer glucosamine có ảnh hưởng đến chuyển hóa và sinh học phân tử của tế bào thực vật. Các mục tiêu di động là màng tế bào và nhiễm sắc thể trong nhân. Chitosan sẽ tác động lên màng tế bào, nhiễm sắc thể, DNA, các kinase, các phản ứng oxy hóa…Do đó, chitosan còn dùng làm chất kích thích sinh trưởng, tăng năng suất cây trồng, Trong sản xuất rượu vang, chitosan được sử dụng để tinh lọc, ngăn ngừa hư hỏng sản phẩm.

+ Từ 1986, Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (Environmental Protection Agency) đã cho phép dùng chitosan rộng rãi tronng nông nghiệp.

* Chitosan trong công nghiệp

+ Trong công nghiệp dệt, chitosan được dùng để: Hồ vải, cố định hình in hoa, ưu điểm có thể thay thế được hồ tinh bột bằng chitosan làm cho vải hoa, ti, sợi bền chịu được cọ xát, bề mặt đẹp, bền trong kiềm; Sản xuất vải chịu nước, không bắt lửa để sản xuất đồ bảo hộ lao động; Sản xuất sợi dêt chitin-cellulose có khả năng bắt màu thuốc nhuộm rất cao….

+ Trong công nghiệp giấy Chitosan có tác dụng làm tăng độ bền của giấy, chỉ cần thêm trọng lượng bằng 1% trọng lượng của giấy thì sẽ làm tăng gấp đôi độ bền của giấy khi ẩm ướt, tăng độ nét khi in. Các loại giấy này dùng làm giấy vệ sinh, giấy in, túi giấy.

+ Trong ngành phim ảnh: Phim chitosan có độ nhớt rất cao, không tan trong nước, acid. Độ cứng được cải thiện bằng cách tổng hợp đúc chitosan, rồi xử lý phim bằng dung dịch acid.

+ Trong sản xuất mỹ phẩm: Chitosan được sử dụng trong sản xuất kem chống khô da, do bản chất chitosan cố định dễ dàng trên biểu bì da bởi những nhóm NH4+ thường được các nhà khoa học gắn với những chất giữ nước hoặc những chất lọc tia cực tím. Vì vậy chitosan là gạch nối giữa hoạt chất của kem và da.

+ Trong công nghệ in, chitosan là mực in sinh học (bioprinting), các sản vật in sinh học này khi bỏ đi sẽ tự phân hủy sinh học không độc hại môi trường.

Sử dụng chitosan để chế tạo sơn polyurethane tự phục hồi. Các vật liệu chitosan màu có thể được tái sử dụng với tùy chọn để tái sử dụng hoặc loại bỏ thuốc nhuộm tại mỗi bước tái chế, cho phép tái sử dụng polymer một cách độc lập với chất màu.

+ Sản xuất chất dẻo sinh học (bioplastic) có khả năng phân hủy sinh học.

Theo tính toán của Giáo sư Nicola Everett, Đại học Nottingham, thì với 1 ký lô vỏ tôm, con người có thể tạo ra được 15 túi mua hàng sinh học tiện nghi và thân thiện môi trường.

Đôi điều bàn luận

Ở Việt Nam ta, thủy hải sản khá dồi dào và là mặt hàng xuất khẩu giá trị. Hiệp hội Chế biến và Xuất khẩu Thủy sản Việt Nam (VASEP) cho biết, kim ngạch xuất khẩu tôm năm 2017 đạt 3.8 tỷ USD. Theo tính toán của ĐH Thủy sản, Nha Trang, thì với khoảng 400 ngàn tấn tôm xuất khẩu hằng năm, lượng phế liệu, đầu, râu, vỏ tôm, sẽ khoảng 70.000 tấn, là nguyên liệu để tạo ra hơn 5000 tấn chitosan cho các ngành sản xuất khác trong nước và xuất khẩu. Như vậy, việc sử dụng vỏ tôm để sản xuất chitosan vô hình trung giải quyết “hai trong một”: có sản phẩm ích lợi mới cùng lúc xử lý rác thải thủy sản vốn gây ô nhiễm môi trường rất nhiều trước đây.

Chitosan là một chất xơ, con người không tiêu hóa, hấp thu được nên có thể thêm vào thực phẩm để hạn chế hấp thụ chất béo, tạo độ nhớt lòng ống tiêu hóa, giúp nhu động ruột được ổn định hơn cho những người ăn kiêng, béo phì, đái tháo đường…. Tuy nhiên, cần lưu ý việc tiếp thị “có cánh”, quảng bá quá mức về các thực phẩm chức năng có chitosan. Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) đã có các thư cảnh báo về các đã tuyên bố không phù hợp về lợi ích sức khỏe này.

TS.BS Trần Bá Thoại

Uỷ viên BCH Hội Nội tiết Việt Nam