Chitosan: Thành phần tạo màng sinh học

Chitosan là gì?

Chitosan là dẫn xuất N-deacetylated của Chitin – một Polysaccharid có nhiều trong nấm, nấm men, các động vật không xương sống ở biển và động vật chân đốt. Chất Chitin được dùng để sản xuất ra Chitosan.

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 có 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 gồm 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. 

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 có khả năng tạo thành màng mỏng, kết hợp với nước, chất béo, ion kim loại, có tính kháng khuẩn…, vì vậy được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là trong dược phẩm, mỹ phẩm.

Điều chế sản xuất Chitosan

Chitin dễ dàng thu được từ vỏ cua, vỏ tôm và sợi nấm.

• Cách đầu tiên, sản xuất Chitin có liên quan đến các ngành công nghiệp thực phẩm, điển hình là ngành đóng hộp. Sản xuất Chitin và Chitosan phần lớn dựa vào vỏ tôm và vỏ cua được lấy về từ các nhà máy đóng hộp. Việc sản xuất Chitosan từ vỏ động vật giáp xác (được xem như dạng chất thải của ngành công nghiệp thực phẩm) mang tính khả thi rất cao về mặt kinh tế.
• Cách thứ hai, sản xuất phức hợp Chitosan-glucan đi liền với quá trình lên men, tương tự như việc sản xuất Axit citric từ nấm Aspergillus niger, Mucor rouxii và Streptomyces bằng cách xử lý kiềm và tạo ra phức hợp trên.

Chất kiềm loại bỏ protein và đồng thời có thể đẩy nhóm chức acetyl ra khỏi hợp chất Chitin. Tùy thuộc vào nồng độ kiềm, một số glycans hòa tan được loại bỏ. Việc sử dụng vỏ động vật giáp xác chủ yếu để loại bỏ protein và hòa tan một lượng lớn Calcium carbonate có trong vỏ cua. Hợp chất Chitin đã bị khử Acetyl sẽ được tạo ra trong dung môi 40% Sodium hydroxide ở nhiệt độ 1.200C liên tục 1 tới 3 giờ đồng hồ. Cách xử lý này tạo ra 70% Chitosan đã khử Acetyl.

Cơ chế hoạt động

Sự xuất hiện của các vi sinh vật kháng kháng sinh dẫn đến nhu cầu cấp thiết để phát triển các loại kháng sinh thay thế. Các vi hạt Chitosan (CM), có nguồn gốc từ Chitosan, đã được chứng minh là làm giảm sự phát tán của vi khuẩn E. coli O157: H7, cho thấy khả năng sử dụng CM như một chất kháng khuẩn thay thế. Tuy nhiên, cơ chế cơ bản của CM trong việc giảm sự phát triển của mầm bệnh này vẫn chưa rõ ràng. 

Để hiểu phương thức hoạt động, cần nghiên cứu các cơ chế phân tử của hoạt động kháng khuẩn của CM bằng phương pháp in vitro và in vivo. CM là một chất diệt khuẩn hiệu quả với khả năng phá vỡ màng tế bào. Các thử nghiệm liên kết và nghiên cứu di truyền với một chủng đột biến ompA đã chứng minh rằng Protein màng ngoài OmpA của E. coli O157: H7 rất quan trọng đối với liên kết CM. Hoạt động liên kết này được kết hợp với tác dụng diệt khuẩn của CM. 

Điều trị CM có hiệu quả làm giảm sự phát tán của E. coli gây bệnh trong tử cung so với điều trị kháng sinh. Vì độc tố Shiga được mã hóa trong bộ gen của xạ khuẩn thường biểu hiện quá mức trong quá trình điều trị bằng kháng sinh, nên thường không khuyến cáo điều trị bằng kháng sinh vì nguy cơ cao mắc hội chứng urê huyết tán huyết.

Tuy nhiên, xử lý CM không tạo ra vi khuẩn hoặc độc tố Shiga ở E. coli O157: H7, cho thấy CM có thể là một ứng cử viên tiềm năng để điều trị các bệnh nhiễm trùng do mầm bệnh này gây ra. Công việc này thiết lập một cơ chế cơ bản, nhờ đó CM phát huy hoạt tính kháng khuẩn, cung cấp cái nhìn sâu sắc về việc điều trị các bệnh do nhiều mầm bệnh gây ra, bao gồm cả vi sinh vật kháng kháng sinh.

Chức năng chính của Chitosan trong chăm sóc da gồm kháng khuẩn, bảo vệ da, làm mềm da, làm sạch, dưỡng da, chống oxy hóa, làm ẩm da.

Chitosan có khả năng tạo màng mỏng trên bề mặt da, cung cấp nước và hạn chế sự mất nước, làm tăng khả năng hòa hợp sinh học giữa kem thuốc và da, giúp ổn định nhũ tương, hạn chế sự phát triển của vi khuẩn… Chất Chitosan thường được sử dụng trong công thức kem như tác nhân nhũ hóa, tác nhân làm mềm da, giữ ẩm cho da… Do đó, Chitosan là thành phần lý tưởng được dùng trong các sản phẩm mỹ phẩm.

Phần lớn các sản phẩm có Chitosan được dùng để bôi ngoài da.

Trong sản xuất mỹ phẩm, Chitosan được sử dụng phổ biến trong sản xuất kem chống khô da. Do bản chất Chitosan có thể cố định dễ dàng trên biểu bì da bởi những nhóm NH4+ nên thường được các nhà khoa học gắn với những chất giữ nước hoặc những chất lọc tia cực tím. Vì vậy Chitosan là sự liên kết giữa hoạt chất của kem và da.

Các sản phẩm có Chitosan gồm kem dưỡng ẩm, sữa tắm, sữa rửa mặt trị mụn, kem nền, nhũ tương, mỹ phẩm dạng keo, kem bôi ngoài da chống viêm loét... Ngoài ra Chitosan còn được ứng dụng trong các sản phẩm định hình tóc, nước kẻ mắt, son môi, trong kem dược liệu ngừa vẩy da, chống viêm ngứa, ức chế các tế bào chết, tăng cường tái tạo da, làm trơn, mịn da.

Chitosan có thể an toàn cho hầu hết mọi người khi bôi lên da trong thời gian ngắn. Tuy nhiên, Chitosan có thể gây kích ứng. 

Thêm vào đó, Chitosan được lấy từ bộ xương bên ngoài của động vật có vỏ. Có mối lo ngại rằng những người bị dị ứng với động vật có vỏ cũng có thể bị dị ứng với Chitosan. Tuy nhiên, những người bị dị ứng với động vật có vỏ là dị ứng với thịt chứ không phải vỏ. Vì vậy, một số chuyên gia tin rằng Chitosan có thể không phải là vấn đề đối với những người bị dị ứng động vật có vỏ.