Phát hiện Chitosan (phát âm là Kite-O-San) có thể được bắt nguồn từ năm 1811 được phát heienj lần đầu bởi Henri  Braconnot – Giám đốc Vườn thực vật tại Viện hàn lâm Khoa học (Botanical  Gardens at the Academy of Sciences) ở Nancy, Pháp. Ông đã xác định được một chất chiết xuất từ ​​nấm sẽ hòa tan trong axit sunfuric và đặt tên là “fungine”. Sau đó được đổi tên thành “Chitin” sau vài năm, đến 1823 một khoa học gia người Pháp Auguste Odier đã phân lập được nó từ lớp biểu bì của bọ cánh cứng và đặt tên theo tiếng Hy Lạp “tunic”, “chiton”. Chitin là polysacarit đầu tiên được xác định bởi con người, trước cellulose khoảng 30 năm. Chitin là poly [b- (1-4) -N-acetyl-D-glucosamine, polymer phổ biến nhất sau cellulose. Dẫn xuất quan trọng nhất của chitin là chitosan, nó là một chuỗi dài tuyến tính (thẳng) ngẫu nhiên của các đơn vị N-acetyl-D-glucosamine (đơn vị acetyl hóa) và D-glucosamine (đơn vị khử acetyl) được nối bởi các liên kết b- (1-4). Thông thường, sự khác biệt giữa chitin và chitosan dựa trên mức độ acetyl hóa (DA), với chitin có giá trị DA cao hơn 50% và chitosan có tỷ lệ phần trăm thấp hơn.

Chitin và chitosan là các polyme tương thích sinh học, phân hủy sinh học và không độc hại. Nó có tiềm năng to lớn chưa được khám phá và có thể giúp biến nông nghiệp bền vững thành hiện thực. Chitosan gây ra sự hình thành callose, hoạt động như chất ức chế proteinase và giúp sinh tổng hợp phytoalexines. Sử dụng chitosan trên lá giúp tăng độ dẫn của khí khổng và giảm thoát hơi nước, không ảnh hưởng đến chiều cao cây và chiều dài rễ, diện tích lá hoặc sinh khối thực vật. Phun chitosan trên lá làm tăng lượng axit abscisic (ABA). Chitosan có thể được sử dụng làm vật liệu phủ hạt cho ngũ cốc, các loại hạt, trái cây và rau quả. Nó làm thay đổi tính thấm của màng sinh chất trong hạt giống, làm tăng nồng độ đường và proline, tăng cường hoạt động peroxidase (POD), catalase (CAT), phenylalanine ammonia-lyase (PAL) và tyrosine ammonia-lyase (TAL). Nó hoạt động như thuốc chống nấm, kháng virus và tác nhân sinh học, chitosan đóng vai trò quan trọng là chất mang cho phân bón giải phóng chậm. Cải thiện khả năng giữ nước của đất và khả năng chelate kim loại nặng tốt nhất, kiểm soát ô nhiễm tảo trong hồ và hoạt động như một chất điều hòa cho đất.

Chitosan có từ đâu?

Chitin xuất hiện ở rất nhiều loài, từ ciliates (đơn bào), amip, chrysophytes, một số loài tảo, nấm men và các động vật bậc thấp như giáp xác, giun, côn trùng và động vật thân mềm. Động vật có xương sống, thực vật và sinh vật nhân sơ không có chitosan. Nấm là nguồn chitosan dồi dào và nó tồn tại tự nhiên trong các loại nấm như zygycycetes và mucorales như absidiacoerulae, Gongronella butleri, Mucorrouxii, Aspergillus niger, Rhizopussp KNO1. Asperigullus niger với lượng chitosan chiết xuất cao nhất thu được ở giai đoạn nuôi cấy lũy thừa cuối. Nhưng thực tế chitosan được điều chế bằng cách khử chitin và sản xuất bởi Fungus vẫn là một công nghệ mới phát triển.

Phương pháp tạo chitosan từ chitin

1. Deacetyl hóa chitin

2. Công nghệ lên men

Nguyên liệu thô có sẵn được sử dụng nhiều nhất để sản xuất chitin là vỏ tôm cua (69-70%). Chi tin được liên kết với các thành phần khác, phương pháp xử lý hóa học để loại bỏ tạp chất. Protein được loại bỏ bằng xút hoặc bằng cách sử dụng enzyme phân giải protein như papain, pepsin, trypsin và negase. Các khoáng chất như CaCO3 và canxi phosphate được chiết xuất bẳng HCl. Các sắc tố như melanin và carotenoids được loại bỏ bằng 0.02% kali permanganat ở 60◦C hoặc hydro peroxide hoặc axit oxalic. Việc chuyển đổi chitin thành chitosan thường đạt được bằng cách thủy phân các nhóm acetamide của chitin bằng cách thủy phân với kiềm mạnh. Điều này là do sự kháng của các nhóm chuyển tiếp của nhóm thế mạch C2-C3 trong vòng đường.

Chitosan tạo ra bởi nấm có chất lượng cao hơn chitosan từ tôm cua do mức độ acetyl hóa, trọng lượng phân tử, độ nhớt và phân bố điện tích trên chitosan của nấm ổn định hơn trên tôm cua. Việc sản xuất chitosan nấm trong bồn sinh học ở quy mô kỹ thuật mang đến cơ hội bổ sung vật liệu giống hệt nhau mà không phụ thuộc mùa vụ. Chitosan nấm không chứa thành phần kim loại nặng như niken hay đồng. Hơn nữa việc sản xuất chitosan từ sợi nấm cho chitosan có trọng lượng phân tử trung bình thấp (1-12 x 10⁴Da) trong khi trọng lượng phân tử của chitosan thu được từ nguồn giáp xác khá cao (khoảng 1.5 x 10⁶Da). Vì những lý do này ngày càng có nhiều mối quan tâm trong việc sản xuất chitosan nấm.

Đặc tính của chitosan

Tính chất vật lý và hóa học: Chitosan có cấu trúc D-glucosamine cứng nhắc, độ kết tinh cao, tính kỵ nước yếu. Nhóm amino bị khử liên kết của nó hoạt động với khả năng nucleophile mạnh (pKa 6.3) để tạo liên kết hydro liên phân tử. Nó có độ nhớt cao không hòa tan trong nước và dung môi hữu cơ, hòa tan trong dung dịch axit loãng, nhiều nhóm phản ứng để kích hoạt hóa học. Liên kết ngang của chitosan tạo thành muối với axit hữu cơ và vô cơ. Chitosan sở hữu đặc tính tạo chelating và tạo phức, dẫn ion. Tính chất điện phân poly - Đó là chất biopolyme cation với mật độ điện tích cao (một điện tích dương trên dư lượng glucosamine), chất keo tụ tốt, tương tác với các phân tử tích điện âm. Phân tử bẫy và tính chất hấp phụ, lọc, tách, khả năng tạo màng và vật liệu kết dính để phân lập các phân tử sinh học. Đặc tính sinh học- Tính chất sinh học quan trọng là khả năng tương thích sinh học, không độc hại, phân hủy sinh học, hấp thụ, hoạt động sinh học và hoạt động kháng khuẩn (nấm, vi khuẩn, virus).

Biến đổi chitosan bằng phương pháp ghép polymer hóa

Các biến đổi hóa học của chitosan được nghiên cứu sâu vì nó có khả năng làm tăng các ứng dụng có nó lên nhiều mặt. Liên quan đến các đặc tính độc đáo của nó như tính tương thích sinh học, khả năng phân hủy sinh học và không độc hại đối với động vật có vú, nó được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như công nghệ sinh học, dược phẩm, mỹ phẩm và nông nghiệp. Thật không may, mặc dù có rất nhiều lợi thế, độ hòa tan kém trong nước, diện tích bề mặt thấp và độ xốp của chitosan là những yếu tố hạn chế chính trong việc sử dụng nó. Độ hòa tan của nó bị giới hạn ở độ pH cao hơn 6,5 khi chitosan bắt đầu mất đi tính chất cation. Vấn đề này có lẽ là yếu tố hạn chế chính sử dụng chitosan.

Ghép polymer hóa cho phép hình thành các dẫn xuất chức năng bằng liên kết cộng hóa trị trong một phân tử, mảnh ghép, trên khung sườn của chitosan. Các đặc điểm của chuỗi bên, bao gồm cấu trúc phân tử, chiều dài và số lượng ảnh hưởng rất lớn đến tính chất copolyme ghép. Các nhóm amin tự do trên các đơn vị khử acetyl hóa và thứ hai, các nhóm hydroxyl trên các nguyên tử cacbon C3 và C6 trên các đơn vị acetylated hoặc deacetylated là 2 nhóm có thể được ghép. Chitosan sẽ thu được nhiều khả năng hòa tan trong nước và hoạt tính sinh học như tính kháng khuẩn và chống oxy hóa sau khi ghép. Ghép chitosan là một cách phổ biến để cải thiện các đặc tính của chitosan như tăng các đặc tính tạo phức hoặc tạo phức, tác dụng kìm khuẩn hoặc tăng cường các đặc tính hấp phụ.

Chitosan trong nông nghiệp

Cơ chế bảo vệ thực vât

Thực vật phản ứng tự nhiên chống lại tình trạng stress sinh học và môi trường, nhưng đôi khi cần phải phòng thủ chống lại các mối đe dọa khó khăn hơn. Chitosan là một polymer tuyệt vời cảm ứng gây ra các hành động phòng thủ và phản ứng chống lại sự tấn công của mầm bệnh. Phytoalexines và protein liên quan đến sinh bệnh học (PR), chất ức chế protein, chitinase, glucanase, sự mất cân bằng giữa các gốc tự do oxy hóa (Reactive Oxygen  Species - ROS) và sinh ra hydroperoxid được ưu tiên khi có chitosan. Chitosan tương tác với DNA tế bào tạo ra nhiều phản ứng sinh hóa trong cây, phản ứng nhanh trong cây chống lại sự tấn công của mầm bệnh, do đó được coi là một elicitor, (một chất kích hoạt cơ chế bảo vệ trong thực vật). Phản ứng của thực vật khi bắt đầu stress do nhiễm mầm bệnh được coi là một dấu hiệu của sự kháng thuốc. Nồng độ chitosan ở mức 2-4 g / lít dẫn đến tác động tích cực đến hàm lượng hormone nội sinh, hoạt động alpha-amylase và hàm lượng chất diệp lục trong lá cây ngô. Chitosan tăng, hoạt động chitinase và chitosanase trong cây củ nghệ giúp tăng cường sức đề kháng chống lại nhiễm trùng Pythium aphanidermatum. Chitosan gây ra sự hình thành callose trong tế bào đậu tương và rau mùi tây, chất ức chế proteinase trong lá cà chua và sinh tổng hợp phytoalexines trong hạt đậu. Hoạt tính elicitor của chitosan dường như được trung gian thông qua sự tương tác của phân tử polycationic này với phospholipid tích điện âm, thay vì tương tác cụ thể với một phân tử giống như thụ thể.

Thúc đẩy tăng trưởng thực vật và chống lại stress phi sinh học

Chitosan đóng vai trò là chất thúc đẩy tăng trưởng thực vật ở một số cây trồng như cây đậu Faba, củ cải, chanh dây, khoai tây, hoa đồng tiền, cải bắp, đậu tương và các loại cây trồng khác. Nó làm tăng sản xuất thực vật và bảo vệ cây chống lại mầm bệnh. Chitosan có ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ tăng trưởng của rễ, chồi, ra hoa và số lượng hoa. Các phân tử này ưa nước và làm giảm stress trong tế bào thực vật bằng cách giảm thế nước và tăng hoạt động của một số phân tử vĩ mô sinh học. Sự tăng trưởng của hoa lan (Dendrobium và Cymbidium tương ứng) được tăng cường khi chitosan được cung cấp cho các cây được nhân giống phát triển trong điều kiện vô trùng. Những cải thiện đáng kể về tăng trưởng đã được báo cáo ở củ cải daikon (Raphanussativus), mầm đậu nành, bắp cải (Brassica oleracea), húng quế ngọt. Chitosan tăng cường sự phát triển của cây lúa thông qua mạng lưới biểu hiện gen giữa nhân và lục lạp. Sự kết hợp của chitosan và rhizobacteria thúc đẩy tăng trưởng thực vật có thể được sử dụng làm phân bón sinh học để cải thiện sản xuất ngô. Nó được sử dụng như một chất kích thích sinh học trong việc trồng lan Nam Phi trong chậu. Và tăng cường mức độ phytochemical, hoạt động enzyme và chống oxy hóa của lá rau bina bằng cách xử lý chitosan. Chitosan dựa trên siêu hấp thu làm chậm héo cây cỏ linh lăng sau 6-10 ngày giúp cải thiện tính trạng chịu stress của cây. Tổng quan về việc sử dụng chitosan trong nông nghiệp được đưa ra trong bảng 1 và 2.

Kháng độc

Ứng dụng trên lá Chitosan làm tăng độ dẫn của khí khổng và giảm thoát hơi nước, không ảnh hưởng đến chiều cao cây, chiều dài rễ, diện tích lá hoặc sinh khối thực vật. Khi chitosan được phun trong lá, hàm lượng axit abscisic (ABA) sẽ tăng khả năng kiểm soát việc mở khí khổng. Sử dụng nước của cây hồ tiêu được xử lý bằng chitosan giảm 26% 43%, chitosan có khả năng được phát triển như một chất chống bốc hơi trong các tình huống nông nghiệp khi mất nước quá mức là không mong muốn. Cả ABA và axit jasmonic đều được tìm thấy tăng nồng độ để đáp ứng với xử lý bằng chitosan và các hormone này có liên quan đến việc kiểm soát mở khẩu độ lỗ khí.

Phủ hạt

Chitosan có thể được sử dụng làm vật liệu phủ hạt cho ngũ cốc, các loại hạt, trái cây và rau quả. Nó làm thay đổi tính thấm của màng plasma hạt giống, làm tăng nồng độ đường và proline, và tăng cường peroxidise (POD), catalase (CAT), phenylalanine ammonia-lyase (PAL) và tyrosine ammonia-lyase (TAL). Tỷ lệ nảy mầm của hạt tăng đáng kể và cây con nảy mầm nhanh hơn, tốt hơn và có sức sống mạnh mẽ. Hạt được ngâm với chitosan đã làm tăng năng lượng nảy mầm, tỷ lệ nảy mầm, hoạt động lipase và axit gibberellic (GA3) và nồng độ axit axetic indole (IAA) trong đậu phộng. Hạt giống trong ngô làm tăng khả năng chịu lạnh. Việc lót bằng chitosan làm giảm tính thấm tương đối của màng plasma của ngô dưới nhiệt độ thấp dẫn đến ít thiệt hại hơn do áp suất nhiệt độ thấp. Sự suy giảm của malon dialdehyd (MDA) là một chỉ số của lipid mỗi quá trình oxy hóa cũng được gây ra bởi lớp phủ chitosan do tăng hoạt động chống oxy hóa.

Kháng nấm

Chitosan ức chế sự phát triển xuyên tâm và ngập nước của Alternaria solani ở mức 1 mg / ml và kiểm soát cây cà chua khỏi mầm bệnh bạc lá. Cải thiện đất với chitosan đã nhiều lần được chứng minh là kiểm soát các bệnh nấm trong nhiều loại cây trồng, đặc biệt là héo Fusarium và nấm mốc xám. Việc kiểm soát mầm bệnh oomycete cũng đã đạt được khi điều trị bằng chitosan, với Phytophthora capsici trên ớt và Phytophthora infestans trong khoai tây, sự kiểm soát của Phytophthora capsici trong ớt là do sự gián đoạn của hệ thống. gây ra bởi chitosan. Nó kiểm soát bệnh Alternaria blight ở cà chua , giảm dần và ức chế sự phát triển của Fusarium oxysporum f. sp.Tracheiphilum gây ra thay đổi hình thái.

Tác nhân chống virus

Chitosan đã được chứng minh là kiểm soát các bệnh do virus ở thực vật. Tuy nhiên, vẫn chưa xác nhận rằng virus bị bất hoạt trực tiếp bởi chitosan, điều này dường như không thể xảy ra vì virus không bao gồm chitin hoặc các polysacarit liên quan. Do đó, thay vì độc tính trực tiếp, người ta đã đề xuất rằng chitosan có hiệu quả chống lại virut thực vật bằng cách sửa đổi phản ứng của loài thực vật đối với nhiễm trùng. Phản ứng quá mẫn được phát triển trong việc kiểm tra hạt chuyển virus bằng ứng dụng chitosan, cũng báo cáo các quan sát tương tự với virus khoai tây X, virus khảm thuốc lá và virus hoại tử, virus khảm alfalfa, virus stunt đậu phộng và virus khảm dưa chuột.

Thuốc sinh học

Chitosan, được áp dụng trong đất thúc đẩy các vi sinh vật chitinolytic phá hủy trứng tuyến trùng và làm thoái hóa lớp chitin chứa lớp biểu bì của tuyến trùng non. Do hàm lượng nitơ cao trong chitosan, nồng độ khí thải amoniac làm tăng độc tính đối với tuyến trùng. Chitosan thể hiện hoạt động elicitor bằng cách tạo ra các cơ chế kháng thuốc tại chỗ và toàn thân của cây cà chua chống lại tuyến trùng nút thắt Meloidogyne incognita. Chitosan trọng lượng phân tử thấp kiểm soát M incognita theo cách tốt hơn . Tuyến trùng gỗ thông (Bursaphelen chusxylophilus) một tuyến trùng thân được kiểm soát bởi chitosan vì nó gây ra sự thay đổi trong cộng đồng vi khuẩn hỗ trợ tuyến trùng phát triển, tức là gram âm đối với vi khuẩn gram dương làm thay đổi khả năng sinh sản của nó. Chitosan tăng cường khả năng gây bệnh của trứng Meloidogyne javanica bởi nấm tuyến trùng Pochonia chlamydosporia làm tăng sự phân biệt appressorium ở Pochonia chlamydosporia.

Xử lý sau thu hoạch

Lớp phủ Chitosan có khả năng thay đổi không khí bên trong mô và tính chất chống nấm có khả năng kéo dài tuổi thọ bảo quản và kiểm soát sâu răng của trái cây. Trong trái cây và rau quả, chitosan cung cấp độ cứng hơn và nó thúc đẩy giảm điện tích vi sinh thông thường. Làm tăng tuổi thọ sản phẩm. Lớp phủ chitosan có khả năng thay đổi không khí bên trong mà không gây ra hô hấp kị khí, vì màng chitosan dễ thấm qua O2 hơn so với CO2. Hiệu quả trong việc duy trì màu trái cây, cho thấy quá trình chín giảm và thời gian lưu trữ kéo dài của xoài cv. Alphonso. Kiểm soát sự thối hỏng sau thu hoạch trên quả cà chua Cherry Có thể thông qua con đường truyền tín hiệu Kinase Protein hoạt hóa Mitogen.

Chất mang vận chuyển dinh dưỡng

Chitosan hoạt động như một chất mang tăng cường khả năng giải phóng phân bón chậm, ngăn chặn sự rò rỉ, tổn thất cố định do tính di động nhanh, độ hòa tan cao. Rất nhiều nghiên cứu đang diễn ra trong lĩnh vực này. Chitosan có khả năng cải thiện tỷ lệ phân hủy của phân bón để có được các đặc tính giải phóng chậm. Một loại phân NPK được phủ chitosan và thấy rằng cơ chế giải phóng chất dinh dưỡng từ phân bón không phải là Fickian và được kiểm soát bởi sự kết hợp khuếch tán của phân bón từ vật liệu phủ và tốc độ phân hủy của chitosan. Một loại phân lân giải phóng có kiểm soát đã được điều chế bằng chitosan và axit citric tạo liên kết chéo và người ta thấy rằng hành vi giải phóng chậm của nó tăng lên với lớp phủ chitosan. Huyền phù hạt nano chitosan có phân NPK đã được nghiên cứu và kết quả FTIR cho thấy sự tồn tại của tương tác tĩnh điện giữa –COO– và –NH3+ của các hạt nano chitosan và các nguyên tố N, P và K có trong urê, canxi photphat, kali clorua, tương ứng. Độ ổn định của huyền phù keo axit chitosan metha acrylic cao hơn khi bổ sung nitơ và kali so với việc bổ sung phốt pho, do điện tích anion từ canxi photphat cao hơn so với điện tích anion từ kali clorua và urê. Bao phủ ure kích thước hiển vi được thực hiện thông qua nhũ hóa, liên kết ngang với genipin, liên kết chéo tự nhiên và người ta nhận thấy việc tăng hàm lượng ure làm tăng tốc độ giải phóng trong khi tăng liên kết chéo và chitosan thúc đẩy giải phóng chậm. Các microspher chitosan-montmorillonite chứa kali đã được điều chế bằng phương pháp đông tụ và lượng phân bón rất cao đã được hấp thụ vào vật liệu. Chitosan montmorrilonite microsphere chứa kali cho thấy hai giai đoạn giải phóng phân bón cụ thể. Tăng cường tính chất giải phóng nitơ của phân bón kaolinite urea với chất kết dính chitosan đã được nghiên cứu. Vật liệu siêu hấp thụ nước từ chitosan, EDTA và urê đã được tìm thấy hữu ích trong nông nghiệp để giải phóng có kiểm soát urê nước và vi chất dinh dưỡng làm tăng hiệu quả sử dụng phân bón. Chitosan có đặc tính tạo gel và nó có thể được sử dụng để điều chế hydrogel. Chitosan là một sinh khối phân hủy sinh học tuyệt vời và có thể được phân hủy thành các sản phẩm không độc hại in vivo. Nó có cả phản ứng thế –NH2 và –OH thuận tiện cho quá trình trùng hợp ghép các monome vinyl ưa nước trên nó trong điều kiện phản ứng nhẹ, và nhựa siêu thấm thu được có thể hấp thụ dung dịch nước hàng trăm lần so với mẫu khô của chúng. Natri humate cùng với chitosan có thể tăng cường khả năng hấp thụ nước và hàm lượng 10% trọng lượng natri humate cho khả năng hấp thụ tốt nhất [53]. Một loại mới nanocompozit chitosan-g-poly (axit acrylic) / montmorillonite nanocomposite siêu hấp thu cho thấy độ hấp thụ nước 160.1g/g trong nước cất và 46.6g/g trong dung dịch NaCl 0.9% được điều chế bằng phản ứng trùng hợp xen kẽ giữa axit chitosan và montmorillonite. Phân bón tráng chitosan cho thấy độ hấp thụ nước gấp 70 lần trọng lượng của chính nó nếu được phép phồng lên trong nước máy ở nhiệt độ phòng trong 90 phút.

Xử lý kim loại nặng trong đất

Chitosan và chitosan được xử lý có thể liên kết các ion kim loại, ngay cả khi có mặt K +, Cl− và NO3−, là các ion chiếm ưu thế trong đất. Do đó, việc khắc phục đất bị ô nhiễm kim loại bằng chitosan và chitosan được xử lý liên kết ngang khi cải tạo đất là khả thi. Nitơ là vị trí liên kết chính và hình thành các liên kết phối hợp, có thể thay đổi sự sắp xếp của polymer và làm tăng sự rối loạn của mạng polymer có thể là một lý do cho tạo phức của kim loại với chitosan. Chitosan được chứng minh là có đặc tính thải sắt tốt nhất trong số các polyme tự nhiên khác. Nhóm chức năng chịu trách nhiệm hình thành phức là các nhóm amino của chitosan, trong đó nitơ là chất cho các cặp electron, mặc dù các nhóm hydroxyl cũng có thể tham gia vào sự hấp phụ. Cơ chế kết hợp các nhóm phản ứng này với các ion kim loại khác biệt nhiều và có thể phụ thuộc vào loại ion, pH và cả các thành phần chính của dung dịch. Sự hình thành phức chất cũng có thể được mô tả dựa trên lý thuyết axit-bazơ Lewis: ion kim loại (đóng vai trò là axit) là chất nhận của một cặp electron được cho bởi chitosan (đóng vai trò là bazơ). Độ chọn lọc của hỗn hợp các ion Cu2 +> Hg2 +> Zn2 +> Cd2 +> Ni2 +> Co2 + và Ca2 +. Áp dụng chitosan với 1,15 g/kg đất trong 7 ngày có thể cải thiện việc khắc phục đất bị ô nhiễm bởi Hg (II) và Cr (VI) trong ứng dụng công nghiệp.

Điều hòa đất

Là một polysacarit, chitosan hoạt động như một phân tử sinh học kích thích hoạt động của các vi sinh vật có lợi trong đất như Bacillus spp., Pseudomonas spp., Actinomycetes, Mycorrhiza và Rhizobacteria. Điều này làm thay đổi trạng thái cân bằng của vi sinh vật trong rhizosphere thúc đẩy các vi sinh vật có lợi. Việc xử lý chitosan cùng với việc tiêm truyền mycorrhizal đã hỗ trợ quá trình xử lý sinh học của đất bị ô nhiễm với một loạt các kim loại nặng của Elsholtziasplendens. Bao gói các PGPR khác nhau với chitosan ã giúp phân phối và kích thích sự phát triển và hoạt động của vi khuẩn để tăng cường sinh học và kích thích sinh học của đất bị ô nhiễm. Một nghiên cứu về nước biển bị nhiễm dầu thô cho thấy đóng gói chitin / chitosan đã cải thiện hiệu quả và khả năng sống sót của vi khuẩn chitinolytic tái tạo sinh học. Có thể sử dụng tính chất cation của chitosan để tăng khả năng trao đổi anion trung bình đất (AEC), thường thấp và thấp hơn nhiều so với khả năng trao đổi cation (CEC) của chúng. Các loại đất được xử lý bằng chitosan có thể chịu ít tác động hơn từ việc lọc các chất dinh dưỡng anion, chẳng hạn như nitrat và phốt phát, nhưng giả thuyết này vẫn chưa được kiểm chứng. Vi khuẩn Bacillus subtilisis là mầm bệnh của nấm và là một trong những loại thuốc trừ sâu sinh học được sử dụng rộng rãi nhất trong nông nghiệp. B. subtilisis được biết để tiết ra chitinase vào môi trường mà nó đang phát triển [34]. Việc bổ sung chitosan vào vật liệu mang đã cải thiện sự nhân lên của B. subtilis và cải thiện vi khuẩn. Tác dụng diệt nấm và cải thiện khả năng kiểm soát bệnh héo Fusarium trong đậu bồ câu và thối vương miện trong đậu phộng do Aspergillus niger gây ra. Bổ sung Chitosan cũng cải thiện hoạt động của B. subtilis chống lại bệnh phấn trắng ở dâu tây. Nó cũng tăng cường hành vi giữ nước của đất gián tiếp điều hòa đất.

Xử lý nước thải

Chitosan có thể được sử dụng làm chất hấp phụ để loại bỏ kim loại nặng và thuốc nhuộm do sự hiện diện của các nhóm amino và hydroxyl, có thể đóng vai trò là vị trí liên kết hoạt động trong nước thải. Các nhóm Amino của chitosan có thể được cation hóa, sau đó chúng hấp phụ thuốc nhuộm anion mạnh bằng lực hút tĩnh điện trong môi trường axit. Để cải thiện hiệu suất chitosan như một chất hấp phụ, các thuốc thử liên kết ngang như glyoxal, formaldehyd, glutaraldehyd, epichlorohydrin, ethylene glycondiglycidyl ether và isocyanate đã được sử dụng. Các tác nhân liên kết ngang không chỉ ổn định chitosan trong dung dịch axit để nó trở nên không hòa tan mà còn tăng cường tính chất cơ học của nó.

Thuốc nhuộm

Thuốc nhuộm tổng hợp bao gồm hai nhóm hợp chất chính - chromophores và auxochromes. Chromophores xác định màu của thuốc nhuộm trong khi các sắc tố xác định cường độ của màu. Thuốc nhuộm đã trở thành một trong những nguồn gây ô nhiễm nước nghiêm trọng do sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp dệt may. Các vật liệu tổng hợp chitosan có khả năng hấp phụ tương đương với màu xanh metylen và thuốc nhuộm hoạt tính (RR22), so với hạt chitosan. Chuẩn bị các hợp chất chitosan / bentonite liên kết ngang để hấp phụ tartrazine, một loại thuốc nhuộm có chứa nhóm azo có hại cho sinh vật sống. Các vật liệu tổng hợp chitosan, liên kết chéo với epichlorohydrin có thể cải thiện hiệu suất chitosan như một chất hấp phụ. Tìm thấy hạt hỗn hợp chitosan / dầu cọ liên kết chéo có hiệu quả tốt để loại bỏ Reactive Blue 19.

Kim loại nặng

Các hợp chất nhôm chitosan / gốm đóng vai trò là chất hấp phụ để loại bỏ các kim loại nặng anion và cation như As (III) As (V) Cu (II) và Ni (II). Cr (VI). Vật liệu tổng hợp Chitosan giúp loại bỏ Cr khỏi ngành da. Màng hydrogel Chitosan, liên kết ngang với glyoxal (Fe3O4NPs / CS / glyoxal), được sử dụng làm chất hấp phụ để loại bỏ 80 (90%) Cr (VI) độc hại khỏi nước.

Tảo nở hoa

 Chitosan được biết đến là một chất keo tụ không độc hại. Các cơ chế có khả năng nhất liên quan đến sự đông tụ này là sự hấp phụ và trung hòa điện tích. Chitosan có điện tích dương do mật độ điện tích cao của chitosan. Do tổng điện tích của các tế bào vi tảo là âm, nên chitosan tích điện dương bị hấp phụ mạnh trên các tế bào vi tảo, dẫn đến hầu hết các nhóm tích điện nằm sát bề mặt tế bào và làm mất ổn định vi tảo. Chitosan trước tiên trung hòa điện tích trên các tế bào vi tảo, làm suy yếu lực đẩy tĩnh điện giữa các tế bào vi tảo và sau đó làm giảm lực đẩy giữa các hạt; hiệu ứng như vậy được gọi là trung hòa điện tích. Shao et al. 2011 đã nghiên cứu các phản ứng sinh lý của Microcystis aeruginosa dưới sự stress của kaolinite biến đổi chitosan (CMK). Khi kết bông với CMK, Chl a, carotenoids, phycocyanin và allophycocyan trong thấp hơn nhiều. Điều này chỉ ra rằng mức độ cao của CMK có thể gây tổn thương màng tế bào và sau đó các chất nội bào bị rò rỉ và cuối cùng có thể gây ra cái chết của M. aeruginosa.

Kết luận

Chitosan sử dụng trong lĩnh vực nông nghiệp đang thu hút sự chú ý lớn như chất kháng khuẩn, chất kích thích tăng trưởng thực vật, làm màng ăn được cho lớp phủ của trái cây và rau quả. Nó có thể được sử dụng làm nguồn phân bón tăng cường khả năng giữ nước của đất. Khu vực nghiên cứu chitosan trong nông nghiệp vẫn còn ở giai đoạn non trẻ đòi hỏi phải chú ý nhiều hơn cho việc quảng bá. Kết quả đáng khích lệ và đầy hứa hẹn đã đạt được trong việc cung cấp hóa chất nông nghiệp, xử lý nước thải và làm chất kích thích tăng trưởng. Việc sử dụng các vật liệu như vậy để phân phối thuốc trừ sâu, vi chất dinh dưỡng và phân bón dự kiến ​​sẽ làm giảm liều lượng cần thiết cho hiệu quả và đảm bảo việc cung cấp có kiểm soát. Tuy nhiên, các vấn đề như tăng quy mô sản xuất và giảm chi phí, cũng như quan điểm độc tính, vẫn phải được giải quyết để tiếp tục thúc đẩy chitosan vào nông nghiệp bền vững. Trong khi nghiên cứu về các hệ thống phân phối dựa trên chitosan đang tăng lên, mức độ kiến ​​thức hiện tại không cho phép đánh giá công bằng về những ưu và nhược điểm sẽ phát sinh từ việc sử dụng các sản phẩm dựa trên chitosan trong nông nghiệp. Nhìn chung, có thể kết luận rằng công nghệ dựa trên chitosan có một tương lai đầy hứa hẹn với giá trị năng suất cây trồng theo những cách bền vững và thân thiện với môi trường.

Theo Tegox dịch

Tài liệu tham khảo: Chitosan in Agricultural Context-A Review, 2018