Chitosan là một polymer sinh học có nguồn gốc từ chitin, được xem như vật liệu xanh đa năng với tiềm năng ứng dụng rộng rãi từ công nghiệp, nông nghiệp, thực phẩm cho đến y học.

Nguồn gốc, đặc tính và lịch sử phát triển của chitosan

Chitosan được tạo thành từ chitin - hợp chất tự nhiên phổ biến thứ hai sau cellulose, có nhiều trong vỏ tôm, cua, côn trùng và một số loài nấm. Thông qua quá trình khử acetyl hóa chitin bằng dung dịch kiềm đậm đặc, người ta thu được chitosan - một polysaccharide mạch thẳng gồm các đơn vị D-glucosamine và N-acetyl-D-glucosamine. Đặc điểm nổi bật của chitosan là khả năng mang điện tích dương trong môi trường acid loãng, nhờ đó dễ dàng tương tác với protein, polysaccharide, ion kim loại và màng tế bào vi sinh vật. Chính cơ chế này là nền tảng cho nhiều ứng dụng trong y học, nông nghiệp, thực phẩm và xử lý môi trường.

Lịch sử nghiên cứu chitosan bắt đầu từ thế kỷ XIX. Năm 1859, nhà hóa học Charles Rouget là người đầu tiên ghi nhận hiện tượng chitin sau khi được xử lý bằng dung dịch kiềm đậm đặc ở nhiệt độ sôi đã chuyển thành một dạng mới, có khả năng hòa tan trong acid hữu cơ. Vật liệu này được ông gọi là “chitin biến đổi” (chitin modifiée) - chính là tiền đề cho khái niệm chitosan. Đến năm 1894, Felix Hoppe-Seyler chính thức đưa ra tên gọi “chitosan” để chỉ dẫn xuất hòa tan trong acid thu được từ chitin của vỏ cua, bọ cạp và nhện. Đây được xem là mốc đánh dấu sự hình thành thuật ngữ chitosan trong nghiên cứu khoa học.

Sau giai đoạn thăm dò ban đầu, việc nghiên cứu và ứng dụng chitosan được thúc đẩy mạnh mẽ vào nửa sau thế kỷ XX. Đặc biệt, năm 1971, Nhật Bản là quốc gia đầu tiên sản xuất chitosan ở quy mô công nghiệp. Thành tựu này đã mở đường cho hàng loạt ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như mỹ phẩm, dược phẩm, chăm sóc sức khỏe, công nghệ sinh học, nông nghiệp, xử lý môi trường, nha khoa và y học. Cùng với sự phát triển công nghệ sản xuất, nhiều bằng sáng chế đã được đăng ký liên quan đến việc sử dụng chitosan và dẫn xuất của nó, chẳng hạn trong sản xuất giấy (Slagel & Sinkovitz, 1973; Plisko et al., 1974) hay trong các ứng dụng sinh học và vật liệu (Muzzarelli, 1977; Roberts, 1992). Từ thập niên 1970 đến nay, khối lượng tài liệu khoa học về chitosan tăng trưởng vượt bậc, với hàng loạt bài tổng quan, chương sách và chuyên khảo bao quát hầu hết các khía cạnh: từ cấu trúc, tính chất, công nghệ sản xuất cho đến các ứng dụng y sinh, nông nghiệp, môi trường và vật liệu tiên tiến.

Quy mô và phân khúc thị trường chitosan toàn cầu

Theo DataBridge Market Research (2024), quy mô thị trường chitosan toàn cầu đạt 1,94 tỉ USD năm 2024 và dự báo có thể đạt 5,43 tỉ USD vào năm 2032, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) 13,7%. Điều này cho thấy nhu cầu ngày càng cao đối với vật liệu sinh học an toàn, thân thiện môi trường.

Thị trường chitosan được phân khúc theo ba tiêu chí chính:

Theo nguồn gốc: chủ yếu từ vỏ tôm, cua, mực ống và giáp xác nhỏ (nguyễn thể).

Theo cấp: gồm ba cấp độ ứng dụng là công nghiệp, thực phẩm và dược phẩm.

Theo lĩnh vực ứng dụng: trải rộng từ xử lý nước, y học, mỹ phẩm, thực phẩm và đồ uống, công nghiệp, hóa chất nông nghiệp đến các ngành khác.

Dự báo quy mô thị trường chitosan toàn cầu đến năm 2032 (Nguồn: DataBridge Market Research)

Xét về địa lý, thị trường chitosan phân bố khắp châu Mỹ, châu Âu, châu Phi, và đặc biệt là châu Á - Thái Bình Dương, nơi đang giữ vai trò thống lĩnh nhờ nguồn nguyên liệu dồi dào cùng nhu cầu gia tăng đối với vật liệu tự nhiên. Trung Quốc, Nhật Bản và Ấn Độ là ba quốc gia dẫn đầu cả về sản xuất lẫn tiêu thụ, nhờ kết hợp giữa lợi thế nguyên liệu, chính sách khuyến khích sử dụng polyme phân hủy sinh học và nhận thức ngày càng cao về giải pháp thân thiện môi trường.

Sự hiện diện của nhiều doanh nghiệp lớn, cùng với các nghiên cứu ứng dụng tiên tiến như hệ dẫn truyền thuốc hay lớp phủ kháng khuẩn, tiếp tục củng cố vai trò trung tâm của khu vực này. Một số doanh nghiệp tiêu biểu gồm: Advanced Biopolymer AS (Na Uy), Meron (Israel), Heppe Medical Chitosan GmbH (Đức), Kitozyme và FMC Corporation (Mỹ), Golden-Shell Pharmaceutical, Foodchem International và Bio-Thera (Trung Quốc), Kraeber & Co. GmbH (Đức), Koyo Chemical Industry (Nhật Bản), cùng nhiều công ty khác tại Anh, Iceland và Ấn Độ.

Sáng chế/giải pháp hữu ích tại Việt Nam

Việt Nam có lợi thế lớn nhờ nguồn nguyên liệu phong phú từ ngành công nghiệp thủy sản. Đây là tiền đề quan trọng để thúc đẩy nghiên cứu, ứng dụng và thương mại hóa chitosan trong nhiều lĩnh vực. Theo cơ sở dữ liệu WIPO Publish của Cục Sở hữu trí tuệ, giai đoạn 2020-2025 đã ghi nhận 13 bằng sáng chế/giải pháp hữu ích liên quan đến chitosan.

Danh mục sáng chế/giải pháp hữu ích tiêu biểu (2020-2025)

Những sáng chế/giải pháp hữu ích này minh chứng rõ nét cho tiềm năng ứng dụng của chitosan: từ y học (băng gạc, vật liệu cầm máu, vacxin), nông nghiệp (bảo vệ thực vật, bảo quản nông sản), thực phẩm cho đến môi trường (xử lý nước thải) và công nghiệp (vật liệu chống cháy, vật liệu dễ tạo hình).

***

Từ những nghiên cứu ban đầu vào thế kỷ XIX, chitosan đã phát triển mạnh mẽ và trở thành một lĩnh vực khoa học công nghệ liên ngành, với ứng dụng trải rộng từ y học, dược phẩm, thực phẩm đến môi trường và công nghiệp. Quy mô thị trường toàn cầu không ngừng mở rộng, trong khi tại Việt Nam, số lượng sáng chế và giải pháp hữu ích gia tăng nhanh chóng cho thấy tiềm năng lớn trong việc khai thác và thương mại hóa vật liệu này. Chitosan không chỉ là một chủ đề nghiên cứu cơ bản mà đã và đang định hình như một “vật liệu xanh” của kỷ nguyên phát triển bền vững.

Trong số các lĩnh vực ứng dụng, nông nghiệp được xem là mảnh đất tiềm năng hàng đầu của chitosan. Việt Nam có lợi thế lớn nhờ nguồn phụ phẩm thủy sản dồi dào, trong khi sản xuất nông nghiệp lại đang đối mặt với nhu cầu cấp thiết phải giảm thiểu hóa chất truyền thống và tìm kiếm giải pháp sinh học an toàn. Với các đặc tính nổi bật như kháng khuẩn, kháng nấm, kích thích sinh trưởng và khả năng tạo màng sinh học bảo vệ, chitosan hứa hẹn mang lại những giá trị thiết thực cho nền nông nghiệp hiện đại. Chính vì vậy, phần tiếp theo sẽ tập trung phân tích sâu hơn về ứng dụng của chitosan trong nông nghiệp, từ các nghiên cứu cơ chế đến minh chứng thực tiễn.

Kim Nhung

----------------------------------------

Tài liệu tham khảo chính

[1] Cơ sở dữ liệu WIPO Publish của Cục Sở hữu trí tuệ. https://wipopublish.ipvietnam.gov.vn/. Ngày tra cứu 22.09.2025
[2] Crini, G. (2019). Historical review on chitin and chitosan biopolymers. Environmental Chemistry Letters. Springer. https://link.springer.com/article/10.1007/s10311-019-00901-0
[3] Aranaz, I. et al. (2021). Chitosan: An Overview of Its Properties and Applications. Polymers, 13(3256). https://doi.org/10.3390/polym13193256
[4] DataBridge Market Research (2024). Global Chitosan Market Size, Share, and Trends Analysis Report – Industry Overview and Forecast to 2032. https://www.databridgemarketresearch.com/reports/global-chitosan-market