TỔNG QUAN VỀ OLIGO CHITOSAN VÀ SO SÁNH VỚI CHITOSAN

Chitin, một polysacarit tự nhiên dồi dào thứ hai trên Trái Đất chỉ sau xenluloza, là nguồn gốc của chitosan thông qua quá trình deacetyl hóa trong dung dịch kiềm đậm đặc, chủ yếu từ vỏ tôm và cua. OLIGO CHITOSAN đang nổi lên như một giải pháp đột phá với hoạt tính sinh học vượt trội và ứng dụng rộng rãi trong các ngành nông nghiệp bền vững.

Phần I: Tổng quan về Oligo Chitosan

1.1. Định nghĩa và cấu trúc hóa học

 Oligo chitosan (còn được gọi là chitosan oligosaccharide, viết tắt là COS) là một hoạt chất sinh học rất triển vọng, được tạo ra từ quá trình cắt mạch Chitosan ban đầu. Về mặt cấu trúc, Oligo Chitosan là một oligome của chitosan, có khối lượng phân tử (MW) và độ trùng hợp (DP) thấp hơn đáng kể. Các nghiên cứu và sản phẩm thương mại thường định nghĩa MW của Oligo Chitosan nhỏ hơn 10 kDa, trong đó một số sản phẩm cao cấp có MW dưới 5 kDa. Độ trùng hợp của Oligo Chitosan thường dao động trong khoảng 2-20 đơn vị monosacarit, phân biệt rõ ràng nó với chitosan thông thường, vốn là một polyme có DP rất cao.

Cấu trúc hóa học của Oligo Chitosan tương tự như chitosan, là một copolyme tuyến tính bao gồm hai loại đơn vị: 2-amino-2-deoxy-β-D-glucopyranose (GlcN) và 2-acetamido-2-deoxy-β-D-glucopyranose (GlcNAc). Các đơn vị này được liên kết với nhau bằng liên kết β-(1-4) glycoside5 Các nhóm chức chính, cụ thể là nhóm amino (−NH2​) và nhóm hydroxyl (−OH), là những nhóm phản ứng quan trọng quyết định phần lớn các hoạt tính sinh học độc đáo của Oligo Chitosan.

1.2. Các phương pháp sản xuất Oligo Chitosan

Oligo chitosan được sản xuất bằng cách cắt mạch polyme chitosan có khối lượng phân tử cao thông qua các phương pháp khác nhau. Ba phương pháp chính được sử dụng phổ biến bao gồm thủy phân hóa học, thủy phân bằng enzyme và xử lý bằng bức xạ.

Thủy phân hóa học (Chemical Degradation): Phương pháp này sử dụng các tác nhân hóa học mạnh như axit (HCl) hoặc các chất oxy hóa như hydro peroxit (H₂O₂​) để thủy phân chitosan. Một bằng sáng chế mô tả việc sử dụng dung dịch axit hỗn hợp (gồm axit lactic, axit malic, axit citric) kết hợp với H₂​O₂​ để đạt được sự thủy phân hiệu quả. Việc sử dụng hỗn hợp HCl và H₂​O₂​ có thể làm giảm khối lượng phân tử của chitosan một cách nhanh chóng. Tuy nhiên, phương pháp này có rủi ro làm thay đổi cấu trúc hóa học của chitosan, bao gồm việc tạo ra các nhóm chức carboxyl, phân hủy nhóm amino (−NH2​) và thậm chí phá vỡ vòng glucoside, điều này có thể làm suy giảm các hoạt tính sinh học mong muốn. Việc sử dụng hóa chất mạnh cũng gây ra vấn đề ăn mòn thiết bị và có thể gây ô nhiễm môi trường.

Thủy phân enzyme (Enzymatic Hydrolysis): Đây là một phương pháp “xanh” và thân thiện với môi trường, sử dụng các enzyme chuyên biệt như chitosanase và lysozyme để xúc tác quá trình cắt mạch. Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là ít sử dụng hóa chất độc hại, tạo ra sản phẩm có độ tinh khiết cao và bảo toàn cấu trúc hóa học của Oligo Chitosan. Nhược điểm chính là chi phí sản xuất thường cao hơn đáng kể so với phương pháp hóa học.

Xử lý bằng bức xạ (Radiation PrOligo chitosanessing): Phương pháp này sử dụng tia gamma từ đồng vị Coban 60 (Co−60) hoặc chùm tia điện tử để cắt mạch chitosan trong dung dịch. Đặc biệt, phương pháp này thường kết hợp chiếu xạ với một lượng nhỏ H₂​O₂​ (~0,5-1%) để tạo ra một hiệu ứng đồng vận mạnh mẽ. Cơ chế của hiệu ứng này được giải thích là do bức xạ phân ly nước và H₂​O₂​ tạo thành các gốc tự do hydroxyl (-OH) có tính oxy hóa cực mạnh, làm tăng hiệu quả cắt mạch chitosan. Phương pháp bức xạ có nhiều ưu điểm, bao gồm hiệu quả cao, khả năng áp dụng trên quy mô sản xuất công nghiệp, và quá trình diễn ra ở nhiệt độ thường, giúp sản phẩm cuối cùng có độ tinh khiết cao và phân bố khối lượng phân tử hẹp hơn, đồng nhất hơn so với chitosan ban đầu.

Việc lựa chọn phương pháp sản xuất không chỉ là một bài toán kinh tế về chi phí và quy mô mà còn là một quyết định chiến lược liên quan đến chất lượng sản phẩm cuối cùng. Phương pháp hóa học, mặc dù có chi phí thấp hơn, có thể làm thay đổi các nhóm chức quan trọng (−NH2​), điều này có khả năng làm giảm hoạt tính sinh học của sản phẩm. Ngược lại, phương pháp enzyme và bức xạ bảo toàn cấu trúc tốt hơn, tạo ra sản phẩm có độ tinh khiết cao và hoạt tính mạnh mẽ. Sản phẩm từ phương pháp enzyme hoặc bức xạ có thể ưu việt hơn cho các ứng dụng yêu cầu độ an toàn và hiệu quả cao như dược phẩm, trong khi sản phẩm hóa học có thể phù hợp hơn cho các ứng dụng công nghiệp ít nhạy cảm hơn.

Bảng 1: So sánh các phương pháp sản xuất Oligo Chitosan

Phần II. Phân biệt Chitosan và Oligo Chitosan

2.1. Sự khác biệt về tính chất hóa lý

Sự khác biệt về khối lượng phân tử (MW) là yếu tố then chốt tạo ra các tính chất hóa lý vượt trội của oligo chitosan so với chitosan thông thường.

Khối lượng phân tử và độ nhớt: Chitosan thông thường là một polyme có MW rất cao, thường lớn hơn 100 kDa. Cấu trúc phân tử lớn này dẫn đến độ nhớt cao của dung dịch chitosan. Ngược lại, Oligo Chitosan là một oligome có MW thấp, thường dưới 10 kDa và độ nhớt thấp, khoảng 1,09 cPs.

Độ hòa tan trong nước: Chitosan, do cấu trúc phân tử lớn và nhiều liên kết hydro nội phân tử, không tan trong nước và dung dịch kiềm, chỉ có thể tan trong dung dịch axit loãng (với pH khoảng 6) do sự proton hóa nhóm amino (−NH2​). Trong khi đó, với MW thấp và ít liên kết hydro nội phân tử hơn, Oligo Chitosan có khả năng hòa tan tốt trong nước mà không cần môi trường axit.

Sự khác biệt về khối lượng phân tử là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến những thay đổi về độ hòa tan và độ nhớt. Khối lượng phân tử thấp và độ nhớt thấp làm tăng đáng kể khả năng hòa tan trong nước, đây là một tính chất vô cùng quan trọng để mở rộng phạm vi ứng dụng của Oligo Chitosan.

Khả năng hòa tan tốt hơn này cho phép OLIGO CHITOSAN dễ dàng được hấp thu và thâm nhập vào các tế bào, nơi nó có thể thực hiện các hoạt tính sinh học của mình một cách hiệu quả hơn so với chitosan polyme cồng kềnh. Do đó, có một mối quan hệ nhân quả rõ ràng: khối lượng phân tử thấp dẫn đến độ hòa tan và độ tương thích sinh học cao hơn, từ đó tăng cường hiệu quả của các hoạt tính sinh học.

2.2. So sánh hoạt tính sinh học

Hoạt tính sinh học của Chitosan và Oligo Chitosan có nhiều điểm tương đồng nhưng cũng có những khác biệt đáng kể về hiệu quả.

Hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm: Cả Chitosan và Oligo Chitosan đều có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm bằng cách tương tác tĩnh điện giữa các nhóm amino mang điện tích dương và màng tế bào của vi sinh vật mang điện tích âm, gây ra sự phá vỡ màng, ức chế tổng hợp protein và ARN. Tuy nhiên, các nghiên cứu về hiệu quả tương đối của chúng đưa ra các kết luận dường như mâu thuẫn. Một số nghiên cứu cho rằng Chitosan polyme có hoạt tính kháng khuẩn cao hơn Oligo Chitosan, giải thích rằng MW cao cho phép tạo ra một lớp màng chắn vật lý dày đặc trên bề mặt vi khuẩn, ngăn chặn quá trình trao đổi chất. Ngược lại, một số nghiên cứu khác lại chỉ ra rằng OLIGO CHITOSAN có khả năng diệt khuẩn cao hơn trên một số chủng vi khuẩn và nấm men nhất định. Hoạt tính kháng khuẩn của OLIGO CHITOSAN được cho là hiệu quả hơn trong việc thâm nhập vào thành tế bào và can thiệp vào các quá trình sinh học bên trong, bao gồm ức chế gen và tổng hợp protein.

Sự mâu thuẫn này không phải là sai lầm mà phản ánh sự phức tạp của cơ chế hoạt động. Hiệu quả kháng khuẩn không chỉ phụ thuộc vào MW mà còn vào độ deacetyl hóa (DD), pH môi trường và loại vi sinh vật mục tiêu. Chitosan MW cao có thể hiệu quả hơn trong việc tạo hàng rào vật lý chống lại vi khuẩn Gram dương, trong khi Oligo Chitosan MW thấp lại vượt trội hơn trong việc thâm nhập và can thiệp vào các quá trình bên trong tế bào, thích hợp hơn với một số vi khuẩn Gram âm. Do đó, hiệu quả tối ưu phụ thuộc vào ứng dụng và điều kiện cụ thể.

Hoạt tính chống oxy hóa: Hoạt tính chống oxy hóa của Oligo Chitosan đã được chứng minh là cao hơn đáng kể so với chitosan thông thường. Cơ chế của hoạt tính này có liên quan trực tiếp đến khối lượng phân tử, khi hoạt tính chống oxy hóa tăng theo sự giảm MW. Điều này là do các nhóm chức amino (−NH2​) và hydroxyl (−OH) trong phân tử OLIGO CHITOSAN trở nên linh động và dễ tiếp cận hơn so với Chitosan polyme, nơi các nhóm này bị hạn chế bởi liên kết hydro nội và ngoại phân tử.

Hoạt tính kích thích miễn dịch và kích kháng: Oligo Chitosan thể hiện hoạt tính kích thích hệ miễn dịch tự nhiên, tăng khả năng chống bệnh cho vật nuôi và cây trồng cao hơn hẳn so với Chitosan ban đầu. Trong nông nghiệp, OLIGO CHITOSAN hoạt động như một “chất kích kháng ngoại bào” (exogenous elicitor), giúp cây trồng gia tăng khả năng chống nhiễm bệnh bằng cách kích hoạt cơ chế phòng thủ bẩm sinh.

Bảng 2: So sánh đặc tính và hoạt tính của Chitosan và Oligo Chitosan

Cơ chế hoạt động và ứng dụng chuyên biệt của Oligo Chitosan

3.1. Cơ chế Hoạt động

Cơ chế Kích kháng thực vật: Oligo Chitosan hoạt động như một “chất kích kháng sinh học” (biotic elicitor) và “chất kích kháng ngoại bào” (exogenous elicitor), kích hoạt hệ thống phòng thủ bẩm sinh của cây trồng. Thay vì trực tiếp tiêu diệt mầm bệnh, OLIGO CHITOSAN kích hoạt các tín hiệu nội bào để cây tự sản sinh các chất bảo vệ. Các cơ chế này bao gồm việc kích thích tổng hợp các chất kháng sinh thực vật (phytoalexin), tổng hợp các enzyme chống oxy hóa như peroxidase và catalase để giảm tổn thương tế bào, và hình thành hàng rào vật lý tại vị trí nhiễm bệnh.

Cơ chế Tiền sinh học (Prebiotic): Oligo chitosan hoạt động như một prebiotic, có khả năng điều chỉnh hệ vi sinh vật đường ruột ở động vật và người. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng OLIGO CHITOSAN có thể kích thích sự phát triển của vi khuẩn có lợi như
Lactobacillus và Bifidobacterium, đồng thời ức chế vi khuẩn có hại như E. coli và Salmonella trong hệ tiêu hóa. Hơn nữa, OLIGO CHITOSAN còn giúp cải thiện chức năng hàng rào ruột, giảm viêm và tăng sản xuất axit béo chuỗi ngắn (SCFA) có lợi cho sức khỏe tổng thể.

3.2. Ứng dụng

Nông nghiệp: Oligo Chitosan là một giải pháp hiệu quả giúp tăng sản lượng, chất lượng và giá trị kinh tế nông sản. Nó hoạt động như một chất kích thích sinh trưởng, giúp hạt giống lúa nảy mầm mạnh mẽ và tăng sinh khối cây non, thậm chí làm tăng năng suất lúa lên đến 1,66 lần khi so sánh với cây không được xử lý. OLIGO CHITOSAN cũng thúc đẩy quá trình tạo củ trên cây khoai tây và khoai lang, giúp trái cây lớn nhanh, bóng đẹp. Trong vai trò là một “vaccine thực vật” và thuốc bảo vệ thực vật sinh học, OLIGO CHITOSAN phòng trừ hiệu quả các bệnh do nấm, vi khuẩn, tuyến trùng và virus. Ngoài ra, OLIGO CHITOSAN còn được ứng dụng để bảo quản nông sản sau thu hoạch và tăng cường sức chịu đựng của cây trồng trước các stress phi sinh học như hạn hán và nhiễm mặn.

Y học và Dược phẩm: Chitosan nói chung có khả năng cầm máu và chữa lành vết thương. Các dẫn xuất MW thấp như Oligo Chitosan được ứng dụng trong vật liệu y sinh, vật liệu băng bó vết thương (hydrogel) để thúc đẩy quá trình tái tạo mô và cầm máu. Mặc dù một số nghiên cứu cho thấy hoạt tính cầm máu của OLIGO CHITOSAN thấp hơn chitosan MW cao, nhưng MW thấp mang lại lợi thế về khả năng tương thích sinh học cao hơn. OLIGO CHITOSAN cũng có tiềm năng trong hỗ trợ điều trị ung thư, đặc biệt là khi kết hợp với các thuốc hóa trị như 5-fluorouracil, tạo ra tác dụng hiệp đồng. Nó có thể ức chế sự tăng sinh tế bào ung thư và kích hoạt các con đường tín hiệu như ERK. Các ứng dụng khác bao gồm kiểm soát béo phì, giảm cholesterol, giảm đường huyết, và tăng cường chức năng gan và tiêu hóa.

Mỹ phẩm: Oligo chitosan được biết đến với các đặc tính chống lão hóa, chống oxy hóa và chống viêm. Nó kích thích tái tạo da, tổng hợp collagen và ức chế sự tích tụ melanin, giúp làm sáng da. Cơ chế hoạt động của nó bao gồm việc tạo ra một màng chắn bảo vệ và có tính ưa nước trên bề mặt da, giúp giữ ẩm lâu dài.

Sự kết hợp giữa tính an toàn (được FDA Hoa Kỳ công nhận là GRAS – Generally Recognized as Safe), khả năng phân hủy sinh học và hoạt tính sinh học vượt trội đã thúc đẩy nhu cầu thị trường đối với oligo chitosan trong các ngành công nghiệp “xanh” như nông nghiệp, dược phẩm và mỹ phẩm. Thị trường OLIGO CHITOSAN được dự báo sẽ tăng trưởng mạnh mẽ với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 13,8% đến năm 2032.

Hướng dẫn sử dụng cụ thể cho Oligo Chitosan

4.1. Ứng dụng trong Nông nghiệp

Đối với nông nghiệp, Oligo Chitosan dạng lỏng thường được pha loãng với nước để phun hoặc tưới. Liều lượng và tỷ lệ pha có thể thay đổi tùy theo loại cây trồng và mục đích sử dụng.

Hướng dẫn chung: Pha 1ml oligo chitosan với 1L nước để phun tưới cho cây trồng.

Cây lương thực, rau màu, hoa kiểng: Pha 1 lít OLIGO CHITOSAN với 800-1000 lít nước. Tưới định kỳ khoảng 15 ngày một lần.

Cây ăn trái (sầu riêng, cam, bưởi…): Pha 1 lít OLIGO CHITOSAN với 800-1000 lít nước.

Phun qua lá: Pha 1 lít OLIGO CHITOSAN với 600-800 lít nước.

Lưu ý quan trọng: Cần tuân thủ hướng dẫn cụ thể của nhà sản xuất vì hàm lượng, nồng độ hoạt chất và công thức có thể khác nhau giữa các sản phẩm. Sản phẩm nên được bảo quản nơi khô ráo, thoáng mát, tránh ánh nắng trực tiếp.

4.2. Ứng dụng trong các lĩnh vực khác

Mỹ phẩm: Tỷ lệ sử dụng khuyến nghị cho oligo chitosan trong mỹ phẩm thường là 0,5-3%. Sản phẩm nên được pha vào pha nước và không tiếp xúc với nhiệt. Để duy trì chất lượng, cần bảo quản sản phẩm ở nhiệt độ thấp, khoảng 6-8 °C.

Dược phẩm: Liều lượng sử dụng trong dược phẩm phụ thuộc hoàn toàn vào công thức sản phẩm cuối cùng (viên nang, dung dịch, vật liệu y sinh) và mục đích điều trị cụ thể.

Tổng kết lại, oligo chitosan đã chứng minh được sự vượt trội so với chitosan thông thường nhờ khối lượng phân tử thấp, độ hòa tan cao và hoạt tính sinh học mạnh mẽ, đặc biệt là khả năng kích thích miễn dịch và chống oxy hóa. Mặc dù các nghiên cứu về hoạt tính kháng khuẩn có thể đưa ra các kết quả khác nhau, nhưng sự hiểu biết sâu sắc về các yếu tố ảnh hưởng (MW, DD, loại vi sinh vật) sẽ giúp tối ưu hóa ứng dụng.

Với sự gia tăng nhu cầu về các sản phẩm sinh học, bền vững và an toàn, thị trường oligo chitosan được dự báo sẽ tăng trưởng mạnh mẽ trong tương lai. Nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc làm rõ hơn cơ chế hoạt động, đặc biệt là trong các ứng dụng prebiotic và chống ung thư, để mở rộng các ứng dụng y học và dinh dưỡng tiên tiến. Oligo chitosan không chỉ là một nguyên liệu thay thế mà còn là một thành phần chủ chốt cho các sản phẩm công nghệ cao và bền vững trong tương lai.

Bảng 3: Hướng dẫn Sử dụng Oligo Chitosan trong Nông nghiệp (Tham khảo)

Tóm lại, Chitosan được xem như vacxin của thực vật với những vai trò đặc biệt khó thay thế. Cần phân biệt rõ Chitosan và Oligo Chitosan để áp dụng cho đúng công năng của chúng để đạt hiệu quả tốt nhất. Việc sử dụng Chitosan cũng như Oligo Chitosan góp phần vào xây dựng nền nông nghiệp bên vững cho nước nhà. Tin Cậy kính chúc quý bà con đạt được nhiều vụ mùa bội thu.

Thân ái chào bà con!

Tác giả: Thanh Quí

Bài viết “Tổng quan về oligo chitosan và so sánh với chitosan” được phân phối bởi:

CÔNG TY CỔ PHẦN ĐẦU TƯ THƯƠNG MẠI DỊCH VỤ TIN CẬY

Địa chỉ: Số 4, Đường số 3, KDC Vạn Phúc, P Hiệp Bình, TP. Hồ Chí Minh

Điện thoại: (028) 2253 3535 – 0358 867 306 – 0902 701 278 – 0903 908 671

Email: kinhdoanh@tincay.com; tincaygroup@gmail.com, tincay@tincay.com

Website: tincay.com | thuysantincay.com | nongnhan.com

Youtube: Cty Tin Cậy | Nông Nhàn | Thuỷ Sản Tin Cậy

Facebook: Công Ty Tin Cậy  | Thủy Sản Tin Cậy | Thông tin nông nghiệp & chia sẻ