Vai trò dinh dưỡng của chitosan trong thực phẩm chức năng pot

Vai trò dinh dưỡng của chitosan trong thực phẩm chức năng PGS.TS.. Nguồn chitin - chitosan cho sản xuất công nghiệp Chitin-Chitosan có chứa trong vỏ Tôm, cua, loài giáp sát..

Vai trò dinh dưỡng của chitosan trong thực phẩm

chức năng

PGS.TS Dương Thanh Liêm

Bộ môn Dinh dưỡng Trường Đại học Nông Lâm

1 Chitosan-Oligosaccharides được ly trích từ vỏ

cứng của tôm cua, côn trùng.

2 Cấu tạo của chitosan là một polymer của

những đường amin không độc hại.

3 Có hai dẫn xuất là chitosan và chitin, nhưng

chitosan chiếm tỷ lệ cao nhất.

4 Cấu trúc hóa học của chitosan và chitin gần

giống với cấu trúc của cellulose.

5 Cơ thể người và động vật không có men tiêu

hóa, nhưng vi khuẩn ruột già tiêu hóa được.

Chitin trong tự nhiên

Tảo (Algae)

Nấm (Fungi)

Nguyên sinh động vật (Protozoa)

Động vật thân mềm ( Mollusca)

Lớp giun đốt (Annelida)

Loài tiết túc (Arthropoda)

Loài giáp sát (Crustaceans)

Động vật có râu (Pogonophora)

Vi khuẩn (Bacteria (Rhizobia)

Động vật có xương sống

(Vertebrates)

……

……….

Nguồn Chitin có ý nghĩa trong tự nhiên

Tôm đồng/Cua Tôm sú

Thành phần (Dựa trên trọng lượng khô)

Xơ Chitin trong ma trận protein

(Protein matrix)

Chitin là 1dạng của chất

xơ gắn vào trong 6 xoắn

ốc protein (trong loài giáp

sát (crustaceans)

Nguồn chitin - chitosan cho

sản xuất công nghiệp

Chitin-Chitosan có chứa trong

vỏ Tôm, cua, loài giáp sát.

Ước tính trên toàn Thế giới có

> 300 000 tấn/ Năm

Hàm lượng Chitin trong vỏ giáp sát

Trung bình khoảng: 5-6 %

20 000 tấn chitin-chitosan

Chitin-Oligosaccharid có chứa amin-metyl

Chitosan-Oligosaccharid có chứa nhóm amin

Cellulose trong thực vật có chứa nhóm OH

Nguyên lý sản xuất chitin và chitosan từ vỏ

tôm cua mai mực

Dùng HCl hòa tan loại bỏ Ca

Dùng NaOH 8% loại protein.

Dùng KMnO4 và A.Oxalic

loại bỏ màu

sản phẩm Chitin

Dùng NaOH 40-50% để loại

bỏ acetyl

Sản phẩm Chitosan

Sản xuất chế biến Chitin-Chitosan

• Vỏ loài giáp sát

↓ +dd NaOH yếu loại

Protein

↓ +HCl: Loại bỏ chất khoáng (CaCO3)

↓ +Nước: Rửa sạch

Đưa Chitin lên giàn phơi

• Làm mất bớt nước rồi đưa qua

bộ phận sản xuất chitosan.

• Hoặc trử chitin đã sấy khô

dành cho sản xuất chitosan sau

này

Sự phân lập CHITIN để chế ra CHITOSAN

Từ chất thải vỏ

loài giáp sát

Bước 1 : Loại bỏ khóang (DM : Lấy đi CaCO3, phosphate)

Bước 2 : Loại bỏ protein (DP: Lấy đi protein)

Bước 3 : Loại bỏ màu (DC: Lấy đi astaxanthin, và sắc tố khác)

Từ Chitin thu được:

Bước 1 : Khử acetylation (DA)

Nhận được CHITOSAN

Vỏ loài giáp sát Vỏ loài côn trùng Nấm

%30-%40 protein

%30-%50 CaCO3

%20-%30 chitin

(Lấy đi nhóm acetyl từ polymer)

Link Video Clip

Qui trình chế biến chitin trong vỏ tôm

Nguyên liệu thô chế biến vỏ tôm

Sấy khô toàn bộ

Thức ăn chăn nuôi

Phân loại chuẩn bị

Vỏ tôm

Protein và Chitin

Nghiền nhuyển

Dầu sắc tố

Nước thải

Ép bánh

Vỏ tôm ước Rửa và sấy khô Nghiền nát và rây Loại bỏ protein

%3.5 NaOH trong 2 giờ ở 65°C, rắn lại

Lọc Sản phẩm đã loại

Phần nước lọc ra Thu Protein

Lọc Rửa sạch Chiết xuất với Acetone Sây khô

Astaxanthin pigment

Tẩy màu cho trắng Rửa và sấy khô CHITIN Loại bỏ acetyl

%0.315 NaOCl for 5 min at room temp., solid

%50 NaOH trong 30 phút

Phân lập Chitin/Chitosan từ hệ nấm sợi

(Fungal mycelium)

10% NaOH,

24 giờ, RTKhông tan

Chitin/glucan50:50Tan

Chitin

50% NaOH to gel

pH = 5.5, chitin deacetylase,

Chitosan

Kế hoạch KytoZyme sản

xuất 100 tấn /năm đến

đều năm 2005

Qui trình khử acetyl của chitin

để biến thành chitosan

Sự khử acetyl

Chitin hòa tan trong nước

Làm lạnhPolymer xác định

RửaLàm khô

Nghiền

Hòa tan trong HClHòa tan 2-3%NaOHKết tủa có kiểm soátKết tủa nhanh

Chitosan kết tinhChitosan thể keoChitosan dạng bột

Chitosan bông xốp

Qui trình sản xuất chitosan Trường Đại học Hải sản Nha Trang, 2007

khoáng (12 h, to phòng) Rửa lần 1

Xử lý kiềm NaOH 8% lần 1

khử khoáng, 12h, t o phòng Rửa lần 2 Xử lý kiềm NaOH 40% lần 2

khử acetyl, thời gian t o tùy PƯ

Chế biến chitosan từ vỏ cua thải hồi

Trống ly tâm loại bỏ nước từ vỏ cua để chế chitosan

Nguồn: http://www.gov.nf.ca/fishaq/fdp

Những đặc tính và những ứng dụng

Là polymer cation (-NH3+ tan trong acetic acid) có điện tích +

Có khả năng phân giải sinh học trong thí nghiệm: -in vivo

Tương thích và liên quan đến carbohydrates chức năng trongcơ thể con người (hyaluronic acid / mucopolysaccharides)

Gắn kết được với lipids, proteins và nhiều cơ chất hoạt động

sinh học khác (tóc, tổ chức, da)

Có dạng thuần hay trong ma trận với polymers (giống alginate)

Có tương hợp hay pha trộn lẫn với polymers như cellulose

Dễ dàng tạo ra những chất xơ

Tạo nên màng bao film cao cấp cho ngành dược

Những Oligomers của chitin và chitosan có hoạt động sinh học và sự tương tác, ảnh hưởng rất tốt đối với động vật, tế bào

thực vật và với các tổ chức khác trong cơ thể

Những sự ứng dụng theo

hướng thương mại

hướng thương mại

– Dùng làm chất phụ gia thực phẩm.

– Bổ sung chất dinh dưỡng chức năng – Có thị trường đầy tiềm năng

– Ứng dụng trong dược học.

– Ứng dụng trong Y-học điều trị

Những hướng ứng dụng đầy

hứa hẹn của Chitin và chitosan

Có liên hệ đến thủy tinh thể

Dùng trong bào chế thuốc

Dùng trong khoa chỉnh hình

Sử dụng trong khoa mắt

Làm chỉ khâu vết thương

Làm gạc băng vết thương

Thuốc mỡ chữa vết thương

1) Chăm sóc sức khỏe:

Làm thức ăn bổ sung cho động vật Chống cholesterol và loại bỏ chất béo Dùng làm hương liệu và vị thức ăn Dùng làm chất ổn định thực phẩm Dùng làm chất bảo quản thực phẩm

2) Thực phẩm và nước uống:

3)Chất bôi xoa và rửa mỹ phẩm

7) Tăng cường kháng thể và nuôi cấy tế bào

Sản xuất bao màng capsul

Cột sắc ký trong phân tích hóa học Chất đông tụ, kết dính

Sản xuất màng

6) Sản xuất màng

Xử lý ao tù và nước suối

Xử lý chất thải thực phẩm Làm tinh khiết nước và nước uống

Loại bỏ ion kim loại

5) Xử lý nước và nước thải

Một số sản phẩm chitosan

Thuốc dạng bột đóng viên Thuốc dạng keo

Link Video Clip

Chitosan Oligosaccharide có hiệu quả

lên sức khỏe thể hiện như sau

1.Gắn chất béo, ức chế hấp thu chất béo, chống béo phì.

2 Giảm thấp LDL - cholesterol / tăng HDL – cholesterol

3 Chống ung thư (Anti-cancer),

4 Chống khuẩn (Anti-bacterial)

5 Thúc đẩy sự sản xuất kháng thể

6 Hạ thấp đường huyết.

7 Kiểm soát áp lực máu.

8 Phòng ngừa chứng táo bón

9 Làm tăng sự hấp thu Calcium.

10.Phòng ngừa bệnh tim và mạch.

11.Làm giảm mức acid uric trong máu

Kiểm soát trọng lượng

• Chitosan được sử dụng rộng

rãi trong chế độ ăn giảm trọng

• Cơ chế giảm trọng chưa hiểu

một cách đầy đủ, nhưng người

ta đã biết được:

• Chitosan ức chế hấp thu chất

béo trong khẩu phần ăn hằng

ngày

• Bởi vì nó gắn với muối mật

(ionic)? Gắn với anion?

- Gắn với acid béo tự dods

www companies

http://vefur.rf.is/TAFT2003/PPtskjol/Fyrirlestrar/L70%20-%20Kristberg.pdf

Chitosan, sự chọn lựa khôn khéo

trong công thức thực phẩm

• Hoạt động kháng khuẩn (Antimicrobial)

• Hoạt động kháng nấm (Antifungal)

• Chống oxyhóa (Antioxidant)

• Đặc trưng dạng bao film (Film forming)

• WHC

• FHC

Sự ứng dụng chitosan vào thực phẩm gặp những giới hạn gì?

• Chitin không tan

• Chitosan có chứa

nhóm -NH3+

• Làm khô có dư vị đắng

• Đặc tính lý hóa rất phụ

thuộc vào pH (pI≈6.2)

• Hiện tại chưa có

những qui định về tiêu

chuẩn.

Sự phân bố đường đơn trong chuổi D5 và chuổi A5

trong phân tử chitosan

Phân bố ngẫu nhiên

Phân bố khối

Khả năng tương thích sinh học

(Biocompatibility)

• Sự tương thích của chitin và chitosan trong trao đổi vật chất bình thường.

Phần lớn Chitinases có nhiều trong môi trường và nó có

khả năng phân giải chitin, không tồn dư trong môi trường Chitosanases cũng ích, có thể sử dụng cho nhiều lĩnh vực khác nhau

Chitin và chitosan an tòan, không có tính độc hại

Hoạt tính

• Cầm máu - Kìm hãm vi khuẩn - Kháng nấm

• Diệt tinh trùng - Chống ung thư

• Chống tăng cholesterol máu

Thị trường đầy tìm năng với những

chất liệu có chứa chitin

• Bọc hạt giống Chống nấm phá hại

• Chất kết dính tìm năng kích thích sinh trưởng cây trồng và ứng dụng trong kỹ nghệ hóa nông nghiệp.

• Xử lý chống tuyến trùng nemotode gây bệnh cây trồng bằng cách tạo ra phức chất Chitin-Protein

• Tạo màng bọc kháng khuẩn giữ trái cây.

• Làm thức ăn bổ sung chăn nuôi.

• Làm phân bón với nguyên tố vi lượng.

(Dried Shrimp Shells @ $100 per ton)

Đối với nông nghiệp:

Chitosan sự dụng làm màng bọc trái cây ăn cả vỏ

Chitosan dùng để bọc trái dâu tây, nho, quả mọng tránh được hư hỏng do vi sinh vật với một thời gian dài trong 18 ngày dự trử ở 4С.

Chitosan hòa tan

Bề mặt bị trầy xướt Bề mặt

bị mốc

Trái cây được bọc chitosan

Ăn được, bảo quản lâu hơn

Trái cây

tươi

Màng bọc chitosan là con đường khả thi để kéo dài thời gian bảo quản các loại quả mọng như là trái dâu tây

Sản phẩm tạo ra

Link Video Clips

Có hoạt tính kháng khuẩn

Màng bọc có hoạt tính sinh học

bảo vệ thực phẩm, ăn được

có lợi cho sức khỏe

Vật liệu có trọng lượng phân tử thấp

Có sự di trú Không có sự di trú

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 0

20 40 60 80

100

103 92

76 62

34 19

1.2 0.8

Nguồn: Tara McHugh USA edible bioplastic coating market

of the US Dept of Agriculture, ARS-USD, 2006 (www.ift.org)

Sự tăng trưởng màng bọc bao film thực phẩm có

thể ăn được trên thị trường châu Âu và Mỹ

(EUA)

Chất liệu làm bao bì thực

phẩm:

-Chất liệu polymers,

-Chất liệu nhựa đàn hồi, protein

-Polymer enzyme, sinh học,

-Màng xơ nano (chitosan)

Những lợi thế sử dụng màng bao film nano

Những lợi thế:

- Đơn giản, nhanh,

- Áp dụng bất cứ bề mặt nào của TP

- Cải thiện lợi thế bề mặt(diện tích bề mặt, dính chặc, giảm hậu quả tỉnh điện, chống khuẩn)

Thực phẩm có màng bọc bao film có thể ăn liền

Màng bọc Zein 19 ngày bảo quản

Màng bọc chitosan kéo dài thời gian bảo quản

Cà chua trồng trên đất dễ nhiễm mầm bệnh, nếu dùng để ăn sống Nên sử dụng màng bọc bao film nano sau thu hoạch chế biến

Cà chua sau chế biến được áp dụng kỹ thuật màng bọc chitosan

Sẽ bảo quản lâu hơn, ăn sống mà không sợ nhiễm khuẩn

Màng bọc Nano – Những polymer tự nhiên

(chitosan, pectin, tinh bột biến tính)

Màng bọc Nano – Những polymer tự nhiên

(chitosan, pectin, tinh bột biến tính)

Ứng dụng kỹ thuật màng bọc: Ăn được, kháng

khuẩn, kiểm soát được mầm bệnh Ứng dụng kỹ thuật màng bọc: Ăn được, kháng

khuẩn, kiểm soát được mầm bệnh

Chitosan-PMAA Nanoparticles/HPMC films

Cải thiện giá trị và chất lượng thực phẩm

only CS solution only HPMC

Màng bọc bao film ăn được

và

Những ứng dụng trong Công nghiệp thực phẩm

Thị trường đầy tìm năng với những chất liệu có chứa chitin – chitosan

trong kỹ nghệ lọc nước

Xử lý nước thải:

Làm kết bông các cation kim loại và loại ra khỏi

nước thải để cho sạch ra sông rạch không còn ion kim loại nặng.

Tạo mạng nhện bắt giữ in kim loại trong nước thải.

Xử lý nước thải nhà máy giấy.

Xử lý nước thải nhiểm ion phóng xạ.

Sự đông tụ của chitosan với chất bẩn

Khả năng hấp thu kim loại của

chitosan

• Công thức:

C0 : Nồng độ Cu2+ đầu (mg/L) C : Nồng độ Cu2+ cuối (mg/L)

W : T.lượng (g) chất hấp thu

 Chất hấp phụ gồm: chitosan bọc hạt cát, chitosan

tinh và hạt cát tinh.

Trong đó:

)

0

W

V C C

(

http://www-rcf.usc.edu/~tfyen/Courses/peterseminar.ppt

Cơ chế hấp phụ kim loại nặng của chitosan

2.04 184

260 265

2000

1.39 166

235 196

1000

0.78 116

124 114

Chitosan bọc hạt cát

* Cu2+ adsorption capacity: mg Cu2+/g chitosan

** In this case: mg Cu2+/g sand only

Kết quả thí nghiệm hấp thu Cu++

Của Chitosan

Thị trường đầy tìm năng với những

chất liệu có chứa chitosan

Với thực phẩm:

• Chất xơ khẩu phần, Chất nhủ hóa, là chất mang trơ không gây độc hại cho cơ thể

• Chất bổ sung chống cholesterol thực phẩm.

• Chất lọc nước uống và dịch trái cây.

• Loại bỏ màu thực phẩm hoặc làm ổn định màu thực phẩm.

• Ức chế hấp thu chất béo—trong khẩu phần kiêng béo?!

Năm 1823, các nhà khoa học đã chiết xuất Chitosan đầu tiên từ vỏ của những loài giáp sát như: vỏ cua, tôm và ốc Sau đó còn tìm thấy chất nầy có trong một số loài nấm Chitosan như là chất xơ động vật, hòa tan tạo thành gel nên đóng vai trò quan trọng trong đường tiêu hóa:

- Giảm sự tái hấp thu cholesterol vào cơ thể

- Chitosan cũng thường được sử dụng trong sự làm giảm cân

- Chitosan cũng làm giảm chứng táo bón

- Chitosan còn giúp duy trì chỉ số đường huyết thấp với người cao đường huyết

- Chitosan giúp duy trì chức năng bình thường của ống tiêu hóa

như là một prebiotic.

Thuốc viên chitosan, thực phẩm chức năng

Những sản phẩm thực phẩm chức năng

CHITOSAN của Tập đoàn TIENS

Thực phẩm chức năng của tập đoàn Tien

Link Video Clip

Thị trường đầy tìm năng với những

chất liệu có chứa chitin & chitosan

Với chăm sóc sức khỏe:

• Thuốc chống cholesterol

• Làm mau lành vết thương

Thị trường đầy tìm năng với những chất liệu có chứa chitin

Chất bôi xoa mỹ phẩm:

• Xử lý tóc — Làm cho tóc óng ả, bóng mược

• Chăm sóc cho tóc

• Chăm sóc da—Chitosan làm mềm mại tóc, giữ ẩm

cho tóc tránh khô cứng

• Làm thuốc màu bôi mống tay

• Làm kem đánh răng

Thị trường đầy tìm năng với những

chất liệu có chứa chitin

Với công nghệ sinh học:

• Làm chất cố định Enzyme.

• Làm chất ngăn cách Protein

• Làm chất bình phục tế bào/Nuôi cấy/cố định tế bào.

• Làm màng ngăn

• Dùng trong sắc ký (Chromatography)

Sự sản xuất CHITOSAN trên Thế giới

Trung bình khả năng sản xuất chitosan của các xí nghiệp trên Thế giới: 500 tấn/năm

1 g chitosan cost : 0.65 $

1 g chitosan price : 7.5 $

1 g chitosan gross profit : 6.35 $

Ước lượng có khỏang %9 của vỏ loài giáp sát biến đổi thành chitosan trên TG.

Ước lượng vỏ loài giáp sát cần cho sản xuất là 5.556 tấn

Mỗi năm hiệu quả thô là: 3.2 billion $

Link Video Clips

Glucosamine, sản phẩm thủy

phân của chitosan trong

điều trị bệnh về khớp

Cấu trúc hóa học của

glucosamine

Khử gốc acetyl trong môi trường kiềm

Vai trò của Glucosamine, một loại đường amine

Bệnh viêm xương khớp OA (Osteoarthritis) gây ra bởi quá trình thoái hóa ảnh hưởng lên phần sụn của khớp xương, kết quả là sự viêm ở khớp Sự thoái hóa này xuất hiện là do

hư hỏng quá trình tổng hợp những hợp chất quan trọng như hợp chất glucoprotein từ đường amin với tế bào sụn (chondrocytes – một loại tế bào sản xuất sụn)

Glucosamine chính là loại đường amine, nó được sản xuất ra trong cơ thể từ đường glucose và acid amin glutamine nhờ hoạt động của enzyme “glucosamine synthetase”

Glucosamine kích thích sự tổng hợp proteoglycans, glycosaminoglycans (gọi tên chung là mucopolysaccharides), và collagen

Glucosamine có vai trò trong việc hình thành lớp sụn và chất dịch nhầy đệm sụn ở trong các khớp nối, từ đây mà glucosamine được xếp loại chất bảo vệ sụn "chondroprotective"

Tế bào sụn có thể tự tổng hợp ra glucosamine, hoặc nó nhận được từ hệ tuần hoàn với

những hợp chất pre-formed glucosamine Sự bổ sung glucosamine hằng ngày có thể là nguồn đường amine quan trọng để làm giảm áp lực đòi hỏi phải sản xuất nhiều

glucosamine, điều này có lợi cho người cao tuổi, vì khả năng này của họ yếu hơn so với còn trẻ tuổi