Tải bản đầy đủ

NGHIÊN cứu CHẾ tạo hạt CHITOSAN KÍCH THƯỚC NHỎ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HẠT CHITOSAN
KÍCH THƢỚC NHỎ

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

SINH VIÊN THỰC HIỆN

TS. Lê Thanh Phƣớc

Nguyễn Thị Phƣơng An
MSSV: 3077133
Ngành: Hóa Học K33

Tháng 05 - 2011



Trường Đại Học Cần Thơ

Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc

Bộ Môn Hóa Học


Cần Thơ, ngày tháng năm 2011

PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CHO SINH VIÊN
NĂM HỌC 2010 – 2011
1. Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Thanh Phước.
2. Tên đề tài: “Nghiên cứu chế tạo hạt chitosan kích thƣớc nhỏ”
3. Địa điểm thực hiện: phòng thí nghiệm Hóa học – Bộ môn Hóa – Khoa Khoa Học
Tự Nhiên – Trường Đại Học Cần Thơ.
4. Số lượng sinh viên thực hiện: 01
5. Họ và tên sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Phương An (MSSV: 3077133)
6. Mục đích yêu cầu: Ly trích chitin từ vỏ tôm, từ chitin tiếp tục điều chế chitosan. Từ
chitosan tiến hành tạo hạt chitosan kích thước nhỏ, ứng dụng xử lý nước thải.
7. Nội dung chính và giới hạn của đề tài: Đề tài gồm các phần:
Chương 1: PHẦN TỔNG QUAN
Chương 2: PHẦN THỰC NGHIỆM
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
8. Các yêu cầu hổ trợ: Trang thiết bị, dụng cụ thí nghiệm và kinh phí để thực hiện đề
tài.
9. Kinh phí dự trù cho việc thực hiện đề tài: 800.000 đồng.
Sinh viên đề nghị
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Thị Phương An
Ý kiến của bộ môn

Ý kiến của cán bộ hướng dẫn



TS. Lê Thanh Phước


Trường Đại Học Cần Thơ

Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc

Bộ Môn Hóa Học


Cần Thơ, ngày tháng năm 2011

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
1. Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Thanh Phước
2. Tên đề tài: Nghiên cƣ́u chế tạo hạt chitosan kích thƣớc nhỏ
3. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Phương An (MSSV: 3077133).
4. Lớp: Cử Nhân Hóa Học K33.
5. Nội dung nhận xét:
a. Nhận xét về hình thức của luận văn tốt nghiệp: .....................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
b. Nhận xét về nội dung của luận văn tốt nghiệp (đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ): ......
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
 Những vấn đề còn hạn chế: ..................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
c. Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài: .............................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
d. Kết luận đề nghị và điểm: .........................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày tháng năm 2011
Cán bộ chấm hướng dẫn

TS. Lê Thanh Phước


Trường Đại Học Cần Thơ

Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

Khoa Khoa Học Tự Nhiên

Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc

Bộ Môn Hóa Học


Cần Thơ, ngày tháng năm 2011

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
1. Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Thanh Phước
2. Tên đề tài: Nghiên cƣ́u chế tạo hạt chitosan kích thƣớc nhỏ
3. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Phương An (MSSV: 3077133)
4. Lớp: Cử Nhân Hóa Học K33.
5. Nội dung nhận xét:
a. Nhận xét về hình thức của luận văn tốt nghiệp: .....................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
b. Nhận xét về nội dung của luận văn tốt nghiệp (đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ): ......
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
 Những vấn đề còn hạn chế: ..................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
c. Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài: .............................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
d. Kết luận đề nghị và điểm: .........................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày tháng năm 2011
Cán bộ chấm phản biện


LỜI CAM ĐOAN
Tất cả những dữ liệu và số liệu sử dụng trong nội dung bài luận văn được tôi
tham khảo nhiều nguồn khác nhau và được ghi nhận từ những kết quả thí nghiệm mà
tôi tiến hành. Tôi xin cam đoan về sự tồn tại và tính trung thực khi sử dụng những dữ
liệu và số liệu này.
Nguyễn Thị Phương An


LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ và
đóng góp ý kiến chân thành của các Thầy Cô trong và ngoài Khoa cùng với các bạn,
các anh chị cao học cùng làm luận văn.
Lời đầu tiên tôi xin chân thành gửi lời biết ơn sâu sắc đến thầy Lê Thanh Phước
đã dành nhiều thời gian hướng dẫn tận tình, giúp tôi biết cách tìm tòi và nghiên cứu để
hoàn thành tốt luận văn. Những lời Thầy chỉ dẫn, gợi ý khi tôi thắc mắc là những tia
sáng mở đường giúp tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô của Bộ Môn Hóa và Bộ
Môn Sinh, Khoa Khoa Học Tự Nhiên, Trường Đại học Cần Thơ đã tạo điều kiện thuận
lợi cho tôi trong suốt tiến trình thí nghiệm.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình luôn là chỗ dựa tinh thần
nguồn động viên giúp tôi vượt qua những khó khăn. Luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi,
hỗ trợ để tôi hoàn thành luận văn.
Xin chân thành cảm ơn
Nguyễn Thị Phương An


Luận văn tốt nghiệp

Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Thanh Phước

TÓM TẮT
Nội dung luận văn sẽ trình bày cách tách chiết chitin từ vỏ tôm tạo chitosan, từ
sản phẩm đó tiếp tục điều chế hạt gel chitosan kích thước nhỏ. Đồng thời khảo sát
những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành hạt, sau đó so sánh khả năng hấp
phụ đồng của hạt tạo được với hạt có kích thước lớn hơn.
Phần giới thiệu trình bày lý do chọn đề tài.
Chương 1: Phần tổng quan chứa đựng cơ sở kiến thức cơ bản và các nghiên cứu
có liên quan đến nội dung của đề tài.
Chương 2: Trình bày phương pháp để tiến hành thí nghiệm cũng như các phương
tiện phục vụ cho quá trình thí nghiệm.
Chương 3: Trình bày các nhận xét và kết quả thí nghiệm đã đạt được.
Và cuối cùng, những kết luận và kiến nghị rút ra từ quá trình thực hiện luận văn.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Phương An

i


Luận văn tốt nghiệp

Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Thanh Phước

MỤC LỤC
Trang
GIỚI THIỆU ....................................................................................................................1
Chương 1 PHẦN TỔNG QUAN .....................................................................................3
1.1 VÀI NÉT VỀ CHITIN-CHITOSAN .........................................................................3
1.1.1 Lịch sử nghiên cứu và phát triển của chitin-chitosan .............................................3
1.1.2 Khát quát về chitin-chitosan ...................................................................................6
1.1.2.1 Chitin ...................................................................................................................6
1.1.2.2 Chitosan ...............................................................................................................7
1.1.3 Tính chất của chitin-chitosan..................................................................................9
1.1.3.1 Tính chất vật lý của chitin-chitosan.....................................................................9
1.1.3.2 Tính chất hóa học của chitin-chitosan .................................................................9
1.1.4 Phương pháp điều chế chitin-chitosan..................................................................11
1.1.5 Ứng dụng của chitin-chitosan ...............................................................................14
1.2 HẠT GEL CHITOSAN KÍCH THƯỚC NHỎ .......................................................16
1.2.1 Các phương pháp tạo hạt gel chitosan kích thước nhỏ .........................................16
1.2.1.1 Tạo hạt bằng phương pháp cơ học ....................................................................16
1.2.1.2 Tạo hạt bằng phương pháp nhũ tương ...............................................................17
1.2.1.3 Ảnh hưởng của quá trình khuấy trộn lên kích thước và hình dạng hạt .............19
1.2.2 Vai trò chất tạo liên kết ngang ..............................................................................20
1.2.3 Chất khâu mạng natri tripolyphosphat (TPP) .......................................................21
Chương 2 PHẦN THỰC NGHIỆM ..............................................................................23
2.1 Địa điểm và thời gian thực hiện ..............................................................................23
2.2 Điều chế chitin-chitosan từ vỏ tôm .........................................................................23
2.2.1 Nguyên liệu, phương tiện và hóa chất sử dụng ....................................................23
2.2.2 Phương pháp thực hiện .........................................................................................23
2.3 Điều chế hạt gel chitosan kích thước nhỏ................................................................25
2.3.1 Nguyên liệu, phương tiện và hóa chất sử dụng ....................................................25
2.3.2 Phương pháp thực hiện .........................................................................................26
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Phương An
ii


Luận văn tốt nghiệp

Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Thanh Phước

2.3.2.1 Tạo hạt bằng phương pháp nhũ tương ...............................................................26
2.3.2.2 Tạo hạt bằng phương pháp biến tính hóa học ...................................................27
2.4 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước hạt và hình dạng hạt .....................28
2.4.1 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy ................................................................................28
2.4.2 Ảnh hưởng của thời gian khuấy ...........................................................................28
2.5 Tiến hành khảo sát khả năng hấp thụ Cu2+ của hạt chitosan liên kết ngang kích
thước nhỏ với hạt có kích thước lớn hơn.......................................................................29
Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................................30
3.1 Sản phẩm thu được từ quá trình điều chế chitin-chitosan từ vỏ tôm.......................30
3.1.1 Chitin ....................................................................................................................30
3.1.2 Chitosan ................................................................................................................30
3.2 Kết quả các thí nghiệm điều chế chitosan kích thước nhỏ ......................................31
3.2.1 Phương pháp nhũ tương .......................................................................................31
3.2.2 Phương pháp biến tính hóa học ............................................................................32
3.3 Kết quả các thí nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước và hình dạng
.......................................................................................................................................34
3.3.1 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy ................................................................................34
3.3.2 Ảnh hưởng của thời gian khuấy ...........................................................................36
3.4 Khảo sát khả năng hấp phụ Cu2+ của hạt chitosan kích thước nhỏ. ........................39
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................42
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................44
PHỤ LỤC ......................................................................................................................46

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Phương An

iii


Luận văn tốt nghiệp

Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Thanh Phước

MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1 Công thức phân tử của chitin ...............................................................................6
Hình 2 Sự định hướng chuỗi phân tử của , , -chitin ..................................................7
Hình 3 Công thức cấu tạo của chitosan ...........................................................................8
Hình 4 Cấu trúc hóa học của chitin, chitosan và cellulose ..............................................9
Hình 5 Sự tạo phức của chitin và chitosan với ion Niken .............................................10
Hình 6 Giai đoạn deacetyl hóa chitin ............................................................................14
Hình 7 Hệ dầu trong nước (a) và hệ nước trong dầu (b) ...............................................17
Hình 8 Cấu trúc của phân tử chất hoạt động bề mặt .....................................................17
Hình 9 Sự hình thành hạt bởi tác động của quá trình khuấy trộn ..................................20
Hình 10 Quá trình hình thành liên kết ngang giữa các mạch polymer của chitosan với
TPP ................................................................................................................................22
Hình 11 Chitin trước và sau khi sấy khô .......................................................................30
Hình 12 Chitosan khô và dung dịch nhớt chitosan........................................................31
Hình 13 Ảnh hiển vi của hạt chitosan hình thành bằng phương pháp nhũ tương .........32
Hình 14 Ảnh hiển vi của hạt chitosan hình thành bằng phương pháp biến tính hóa học
.......................................................................................................................................33
Hình 15 Ảnh hiển vi của hạt chitosan hình thành bằng phương pháp biến tính hóa học
sử dụng vận tốc khuấy 900 rpm ....................................................................................34
Hình 16 Ảnh hiển vi của hạt chitosan hình thành bằng phương pháp biến tính hóa học
sử dụng vận tốc khuấy 1200 rpm ..................................................................................35
Hình 17 Ảnh hiển vi của hạt chitosan hình thành bằng phương pháp biến tính hóa học
sử dụng vận tốc khuấy 1500 rpm ..................................................................................35
Hình 18 Ảnh hiển vi của hạt chitosan hình thành bằng phương pháp biến tính hóa học
– thời gian khuấy 60 phút ..............................................................................................37
Hình 19 Ảnh hiển vi của hạt chitosan hình thành bằng phương pháp biến tính hóa học
– thời gian khuấy 90 phút ..............................................................................................37

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Phương An

iv


Luận văn tốt nghiệp

Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Thanh Phước

Hình 20 Ảnh hiển vi của hạt chitosan hình thành bằng phương pháp biến tính hóa học
– thời gian khuấy 120 phút ............................................................................................38
Hình 21 Đồ thị so sánh hiệu suất hấp phụ giữa hạt chitosan kích thước nhỏ và hạt
chitosan kích thước 2.5 mm ..........................................................................................40

MỤC LỤC CÁC BẢNG VẼ
Trang
Bảng 1 Một số nghiên cứu tiêu biểu của chitin-chitosan ................................................4
Bảng 2 Tình hình nghiên cứu chitin-chitosan vào thực tế trên thế giới và Việt Nam.....5
Bảng 3 Hàm lượng chitin trong một số loại giáp xác ở nước ta .....................................7
Bảng 4 Tính chất vật lý của chitin-chitosan ....................................................................9
Bảng 5 Một số ứng dụng cụ thể của chitin-chitosan trong các lĩnh vực .......................15
Bảng 6 Ảnh hưởng của giá trị HLB đến khả năng phân tán và ứng dụng ....................18
Bảng 7 Kết quả hấp phụ Cu2+ bằng hạt chitosan ...........................................................39

MỤC LỤC SƠ ĐỒ
Trang
Sơ đồ 1 Quy trình điều chế chitin-chitosan ...................................................................11
Sơ đồ 2 Quy trình thực hiện điều chế chitin-chitosan ...................................................24
Sơ đồ 3 Quy trình tạo hạt bằng phương pháp nhũ tương ..............................................26
Sơ đồ 4 Quy trình điều chế hạt chitosan bằng phương pháp biến tính hóa học ............27

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Phương An

v


Luận văn tốt nghiệp

Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Thanh Phước

DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT
AcOH

Acid acetic

TPP

Sodium tripolyphosphate

rpm

Vòng/phút

dd

Dung dịch

HLB

Hydrophilic Lipophilic Balance

W/O

Các giọt nước phân tán trong dầu

O/W

Các giọt dầu phân tán trong nước

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Phương An

vi


Luận văn tốt nghiệp

Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Thanh Phước

GIỚI THIỆU
Chitin là một polymer sinh học có nguồn gốc tự nhiên được tìm thấy trong một
số loài thực vật bậc thấp như: nấm (Henri Braconnot, 1811), tảo (Frey, 1951),…(với
vai trò giống cellulose ở các loài cây), chitin còn xuất hiện trong vỏ mai (bộ xương
ngoài) của loài động vật không xương sống như: tôm, cua, mực, lớp bao ngoài của côn
trùng cánh cứng,…
Chitosan là dẫn xuất của chitin, được tạo thành bởi phản ứng deacetyl hóa chitin
trong dung dịch kiềm mạnh ở nhiệt độ cao (120C). Chitosan đã được ứng dụng rất
nhiều trong lĩnh vực dược phẩm và y học (Akbuga, 1995) do có những đặc tính tốt
như: không độc, tính tương hợp sinh học cao, có thể tự phân hủy,…
Do trong cấu trúc của chitosan có sự hiện diện của nhóm hydroxyl (-OH) và
nhóm amine (-NH2) có khả năng tạo liên kết với các nhóm chức khác nên chitosan
được dùng làm chất dẫn truyền trong ngành dược phẩm. Bên cạnh đó, chitosan còn
ứng dụng trong lĩnh vực môi trường, dùng làm chất hấp phụ sinh học để tách các ion
kim loại nặng ra khỏi nước thải. Đã có nhiều đề tài nghiên cứu các các chất hấp phụ để
xử lý nước thải như: than hoạt tính, zeolite, tro than, chitin và chitosan,…từ quan điểm
này, các chất hấp phụ từ chất liệu thiên nhiên, vật liệu sinh học, phế liệu công nghiệp
được đề xuất và triển khai ứng dụng trong việc loại ion kim loại nặng trong nước thải.
Trong số các chất hấp phụ sinh học, chitin và chitosan được biết đến nhờ dung lượng
hấp phụ cao, được điều chế nhiều từ vỏ tôm phế liệu nguồn nguyên liệu tự nhiên dồi
giàu, tương đối rẻ, có sẵn quanh năm. Đồng thời, góp phần tận dụng một khối lượng
lớn chất thải rắn từ các nhà máy chế biến thủy sản, tăng thêm thu nhập cho nhà máy và
góp phần giải quyết ô nhiễm môi trường.
Đã có một số đề tài nghiên cứu đề cập khả năng hấp phụ kim loại trong nước thải
của chitosan, đồng thời khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ như: pH,
nhiệt độ môi trường, nồng độ kim loại, thời gian tiếp xúc của chất hấp phụ với ion kim
loại, tốc độ khuấy,…nhưng sử dụng chất hấp phụ là những hạt chitosan liên kết ngang
với kích lớn (từ 2.5 mm đến 4 mm).[1]
Trên lý thuyết, khi đường kính của chất hấp phụ càng nhỏ thì hiệu suất hấp phụ
càng lớn do tổng diện tích bề mặt hấp phụ tăng lên, do đó khả năng hấp phụ của hạt
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Phương An

1


Luận văn tốt nghiệp

Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Thanh Phước

chitosan liên kết ngang kích thước nhỏ sẽ lớn hơn hạt có kích thước lớn hơn. Do đó, đề
tài luận văn này sẽ tiến hành nghiên cứu điều chế hạt gel chitosan kích thước nhỏ đi từ
nguyên liệu ban đầu là vỏ tôm, khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến kích thước và hình dạng
hạt. Sau đó, tiến hành thử nghiệm hấp phụ kim loại trong dung dịch để so sánh hiệu
suất hấp phụ giữa các hạt thu được với các hạt từ các đề tài trước.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Phương An

2


Luận văn tốt nghiệp

Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Thanh Phước

Chƣơng 1 PHẦN TỔNG QUAN
1.1 VÀI NÉT VỀ CHITIN-CHITOSAN
1.1.1 Lịch sử nghiên cứu và phát triển của chitin-chitosan[1][5][8][15-17]
Cho đến nay, chitin-chitosan đã được nghiên cứu ở rất nhiều nơi trên thế giới và
có những ứng dụng cụ thể trong các lĩnh vực: y học, môi trường, thực phẩm, mỹ
phẩm,…. Nhưng ở Việt Nam, chitosan chỉ được quan tâm và đẩy mạnh nghiên cứu
trong vài năm trở lại đây, khi xu hướng sử dụng các polymer có nguồn gốc tự nhiên
ngày càng phát triển mạnh mẽ.
Chitin được Braconnot phát hiện đầu tiên vào năm 1811, trong cặn dịch chiết từ
một loại nấm. Ông đặt tên cho chất này là “Fungine” để ghi nhớ nguồn gốc của nó.
Năm 1823 Odier phân lập được một chất từ bọ cánh cứng mà ông gọi là “chitin” hay
“chiton”, tiếng Hy Lạp có nghĩa là vỏ giáp, nhưng ông không phát hiện ra sự có mặt
của nguyên tố nitrogen trong đó. Cuối cùng cả Odier và Braconnot đều đi đến kết luận
chitin có công thức giống cellulose.
Quá trình phát triển các hoạt động nghiên cứu chitin-chitosan được tóm tắt trong bảng
sau:

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Phương An

3


Luận văn tốt nghiệp

Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Thanh Phước

Bảng 1 Một số nghiên cứu tiêu biểu về chitin-chitosan[1][5]
Năm

Tác giả

1811

Henri Braconnot

1823

Odier

1834

Children

Phát hiện sự có mặt của nitơ trong chitin

1843

Lassaigne

Chứng minh sự tồn tại của nitơ trong chitin

1859

C.Rouget

Khám phá ra chitosan

1878

Ledderhorse

1894

Hope – Seyler

1936

Rigby

1950

Thành quả
Phát hiện chitin trong nấm
Tìm ra chitin trong cánh của bọ cánh cứng

Chứng minh được chitin được cấu tạo từ
glucosamine và acid acetic
Đặt tên chitin bị deacetyl hóa là chitosan
Phát minh chitosan đầu tiên ở Mỹ
Dùng tia X để phân tích sự hiện diện của chitin
trong nấm và thành tế bào

1951

Quyển sách đầu tiên về chitin được xuất bản

1990

Hơn 1000 bằng sáng chế từ chitin-chitosan

Trong những thập kỷ qua, nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới đã không ngừng
thúc đẩy nghiên cứu về chitin, các dẫn xuất và ứng dụng của nó trong các lĩnh vực.
Cùng với xu hướng trên các nhà khoa học Việt Nam cũng đã và đang thúc đẩy những
nghiên cứu mới mẻ mang tính ứng dụng vào thực tiễn của chitin và chitosan. Dưới đây
là một số nghiên cứu tiêu biểu:

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Phương An

4


Luận văn tốt nghiệp

Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Thanh Phước

Bảng 2 Tình hình nghiên cứu chitin-chitosan vào thực tế trên thế giới và
Việt Nam [1][2][7]
Nơi nghiên cứu
Đại Học Y – Dược Hà Nội
Đại Học Y – Dược Tp. Hồ
Chí Minh
Đai Học Quốc Gia Hà Nội

Tên đề tài
Chế tạo da nhân tạo Beschitin dùng chữa lành vết
thương.

Thuốc trị viêm loét dạ dày tá tràng từ chitosan.
Độ độc của chitin-chitosan.
Phối trộn chitosan và alginat làm chất mang cố

Đại Học Thủy Sản Nha Trang định tế bào Sacaromyces cerevisiae để lên men
rượu từ glucose.
Đại Học Cần Thơ
Đại Học Delaware

US

Đại Học Quốc Gia Tenaga

Sản xuất chitosan liên kết ngang để xử lý nước
thải.
Chế tạo chỉ khâu phẩu thuật tự tiêu từ chitin.
Phương pháp thu hồi chitosan và các sản phẩm
phụ từ vỏ sò.
Phủ vỏ than dầu cọ lên chitosan để loại bỏ kim
loại nặng trong nước thải công nghiệp.

Hai nước nghiên cứu nhiều về chitosan hiện nay là Trung Quốc và Nhật Bản. Ở
Việt Nam, những nghiên cứu gần đây chúng ta đã thành công với những ứng dụng
chitosan làm vỏ bảo quản thực phẩm tươi sống, dễ hư hỏng như cá, thịt, rau quả,...mà
không làm mất màu, mùi vị của sản phẩm, và sử dụng thay hàn the trong sản xuất bánh
cuốn, bánh su sê,...

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Phương An

5


Luận văn tốt nghiệp

Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Thanh Phước

1.1.2 Khát quát về chitin-chitosan[3][6][7][11]
1.1.2.1 Chitin
Chitin là polymer hữu cơ phổ biến trong thiên nhiên sau cellulose và chúng được
tạo ra trung bình 20 g/năm/1 m2 bề mặt trái đất. Trong tự nhiên chitin tồn tại ở cả động
vật và thực vật.
Trong động vật chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng của vỏ một số loài
động vật không xương sống như: côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác và giun tròn. Nó
tham gia vào các thành phần của mô cứng hay bộ khung ngoài của động vật. Trong
thực vật chitin có ở thành tế bào của nấm và một số loại tảo chlorophiceae. Hơn nữa
chitin ít khi tồn tại ở trạng thái tự do và hầu như luôn kết hợp với các protein, CaCO3
và các chất hữu cơ khác.
Cấu trúc của chitin là một tập hợp các phân tử liên kết với nhau bởi các cầu nối
glucoside và hình thành một mạng các sợi có tổ chức. Chitin được tạo thành từ các đơn
vị N-acetyl-D-glucosamine chúng liên kết với nhau bằng liên kết (1-4) glycoside.
OH

OH
O

O

O
HO

HO
NH
C

OH
O
HO

NH
O

CH3

C

O
O
NH

O

CH3

C

O

CH3

Hình 1 Công thức phân tử của chitin
Công thức phân tử: (C8H13O5N)n; trong đó: n thay đổi tùy theo từng loại nguyên
liệu
 Tôm thẻ: n = 400-500
 Tôm hùm: n = 700-800
 Cua: n = 500-600
Phân tử lượng của chitin: M=203.9  n
Tên hóa học của chitin: 2-acetamido-2-deoxy--D-glucose-(N-acetylglucan)

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Phương An

6


Luận văn tốt nghiệp

Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Thanh Phước

Bảng 3 Hàm lƣợng chitin trong một số loại giáp xác ở nƣớc ta[3]
Nguyên liệu

Khối lượng (g)

Chitin (g)

Hàm lượng (%)

Vỏ hến

80

0.39  0.01

0.48

Vỏ ốc

80

0.99  0.02

1.24

Cua đồng

80

18.65  0.27

18.2

Vỏ tôm đồng

80

24.05  0.15

30

Vỏ tôm biển

80

26.52  0.24

33.1

Chitin tồn tại dưới 3 hình thức: , , , trong đó dạng  là phổ biến nhất. Các
mạch  chitin xếp đối song song, mỗi mạch có nhiều nhóm -OH tự do vì vậy giữa các
sợi cạnh nhau kết hợp với nhau nhờ liên kết hydro được tạo nên giữa hydroxyl giữa
C-3 và oxy của vòng glucose liền kề. Chitin không độc, trọng lượng phân tử lớn,
không tan trong nước, dễ bị phân huỷ sinh học. Nó không tan trong hầu hết các dung
môi, tuy nhiên chitin lại tan trong môi trường acid vô cơ mạnh. Trong môi trường
kiềm đun nóng chitin chuyển thành chitosan khi đó một nhóm acetyl được tách ra khỏi
phân tử.

Hình 2 Sự định hƣớng chuỗi phân tử của , , -chitin
1.1.2.2 Chitosan
Chitin sau khi chiết tách được deacetyl hoá với kiềm hay enzyme sẽ cho
chitosan. Chitosan là một polymer sinh học có hoạt tính cao, màu trắng hay vàng nhạt,
không tan trong nước, dung dịch kiềm hay acid đậm đặc nhưng tan trong acid loãng
(pH = 6), tạo dung dịch keo trong, nhiệt độ nóng chảy 309-311C, độc tính thấp
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Phương An

7


Luận văn tốt nghiệp

Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Thanh Phước

(LD50=16 g/Kg thể trọng), có tính kháng nấm và khả năng tự phân huỷ. Khi tạo thành
màng mỏng có tính bán thấm. Nó được xem như một polymer cation có khả năng bám
dính vào các bề mặt điện tích âm và khả năng tạo phức với nhiều ion kim loại.
Trong thực tế chitosan được sản xuất ở dạng bột hay vảy mịn, có thể xay nhỏ
theo các kích cỡ khác nhau. Chính nhờ những đặc tính sinh học trên mà chitosan được
ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực y học xử lý nước, mỹ phẩm, thực phẩm,...
OH

OH
O
O
HO

HO
NH2

OH
O
O
HO

NH2

O
O
NH2

Hình 3 Công thức cấu tạo của chitosan
Công thức phân tử: (C6H11O4N)n
Phân tử lượng của chitosan: M=161.07  n
Tên hóa học của chitosan:
(2-acetamido-2-deoxy-β-D-glucose-(N-acetylglucosamine)
Về cơ bản, chitin-chitosan có cấu trúc gần giống nhau giống celulose, điểm khác
nhau nằm ở vị trí carbon thứ 2. Qua cấu trúc của chitin-chitosan ta thấy chitin có một
nhóm chức hoạt động là -OH (H ở nhóm hydroxyl bậc 1 linh động hơn H ở nhóm
hydroxyl bậc 2 trong vòng 6 cạnh). Còn chitosan có 2 nhóm chức hoạt động là nhóm
-OH, -NH2, do đó chitosan dễ dàng tham gia phản ứng hơn chitin.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Phương An

8


Luận văn tốt nghiệp

Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Thanh Phước
OH

OH
O

O

O
HO

HO

O

O
HO

NH
C

OH
O

NH
O

C

CH3

NH
O

C

CH3

CH3

Chitin
OH

OH
O

NH2

OH
O

O
HO

HO

O

O
HO

O
O

NH2

NH2

OH

OH

Chitosan
OH
O
O
HO

HO
OH

O

O

O
HO

O

OH

OH

Cellulose

Hình 4 Cấu trúc hóa học của chitin, chitosan và cellulose

1.1.3 Tính chất của chitin-chitosan[5][17]
1.1.3.1 Tính chất vật lý của chitin-chitosan
Bảng 4 Tính chất vật lý của chitin-chitosan
Tính chất
Trạng thái tự nhiên
Màu
Mùi – vị

Chitin

Chitosan

Chất rắn, xốp nhẹ

Chất rắn, xốp nhẹ

Trắng

Trắng ngà, vàng nhạt

Không mùi, không vị

Không mùi, không vị

Không tan trong: nước, Không tan trong: nước,
kiềm, acid loãng, acol, H2SO4 loãng,…
Khả năng hòa tan

dung môi hữu cơ

Tan trong: acid loãng

Tan trong: acid vô cơ như
đặc,…

HCl,

HBr,

CH3COOH,…

1.1.3.2 Tính chất hóa học của chitin-chitosan
Trong phân tử chitin-chitosan có chứa các nhóm chức -OH, -NHCOCH3 trong
các mắc xích N-acetyl-D-glucosamine và nhóm -OH, nhóm -NH2 trong các mắc xích
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Phương An

9


Luận văn tốt nghiệp
D-glucosamine

Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Thanh Phước

có nghĩa chúng vừa là ancol vừa là amine, vừa là acetamide. Phản ứng

hoá học có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế O-, dẫn xuất thế N-, hoặc
dẫn xuất thế O-, N-.
Mặt khác chitin-chitosan là những polymer mà các monomer được nối với nhau
bởi các liên kết (1-4) glycoside, các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các chất hoá học
như: acid, base, tác nhân oxy-hóa và các enzyme thuỷ phân.
Ngoài ra, chitin ổn định với các chất oxy hóa mạnh như thuốc tím (KMnO4), oxy
già (H2O2), nước javel (NaOCl-NaCl),…lợi dụng tính chất này người ta sử dụng các
chất oxy hóa để khử màu cho chitin.
Trong phân tử chitin-chitosan và một số dẫn xuất của chitin có chứa các nhóm
chức mà trong đó các nguyên tử oxi và nitơ của nhóm chức còn cặp electron chưa sử
dụng, do đó chúng có khả năng tạo phức, phối trí với hầu hết các kim loại nặng và các
kim loại chuyển tiếp như: Hg2+, Cd2+, Zn2+, Cu2+, Ni2+, Co2+,…. Tuỳ nhóm chức trên
mạch polymer mà thành phần và cấu trúc của phức khác nhau.
Ví dụ: với phức Ni(II) với chitin có cấu trúc bát diện với số phối trí bằng 6, còn
phức Ni(II) với chitosan có cấu trúc tứ diện với số phối trí bằng 4.

OH

C

NH

C

CH3

OH

Ni(II)chitin

Trong đó

OH

O

Ni(II)

O
H3C

HN

NH2
Ni(II)

NH2

OH

Ni(II)chitosan

là dạng polymer.

Hình 5 Sự tạo phức của chitin và chitosan với ion Niken
Chitin-chitosan và các dẫn xuất với đặc điểm cấu trúc đặc biệt nhóm amin trong
mạng lưới phân tử có khả năng hấp thụ tạo phức với kim loại chuyển tiếp trong môi
trường nước. Vì vậy, việc nghiên cứu những đặc điểm về tính chất hóa học, khả năng
hấp phụ kim loại đang được các nhà khoa học quan tâm, và từng bước được áp dụng
vào giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường trên Trái Đất.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Phương An

10


Luận văn tốt nghiệp

Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Thanh Phước

1.1.4 Phƣơng pháp điều chế chitin-chitosan[4][5]
Quy trình điều chế chitin-chitosan
Vỏ các loài giáp xác

Khử khoáng bằng dung dịch HCl

Loại protein trong dd NaOH

Tẩy trắng bằng dung dịch KMnO4 0.1% và acid oxalic 0.2 %

CHITIN

Deacetyl hóa trong dung dịch NaOH đậm đặc (40-55%)

CHITOSAN
Sơ đồ 1 Quy trình điều chế chitin-chitosan
Nguyên liệu
Nguyên liệu dùng điều chế chitin là lớp vỏ của các loài giáp xác. Trong vỏ ngoài
thành phần chính là chitin còn có nhiều thành phần khác như: protein, khoáng, lipid,
các sắc tố,…
Khử khoáng
Trong vỏ tôm, thành phần khoáng chủ yếu là muối CaCO3 và rất ít Ca3(PO4)2.
Nên thường dùng các acid như HCl, H2SO4,…để khử khoáng. Khi khử khoáng dùng
HCl thì hiệu quả cao hơn. Nếu dùng H2SO4 sẽ tạo muối khó tan khi rửa sẽ khó khăn.
Phương trình phản ứng của HCl khử khoáng:
CaCO3 + 2HCl
Ca3(PO4)2 + 6HCl
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Phương An

CaCl2 + H2O + CO2
3CaCl2 + 2H3PO4
11


Luận văn tốt nghiệp

Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Thanh Phước

Trong quá trình rửa thì muối CaCl2 tạo thành được rửa trôi, nồng độ của HCl có
ảnh hưởng lớn đến chất lượng của chitosan thành phẩm, đồng thời nó có ảnh hưởng
lớn đến thời gian và hiệu quả khử khoáng. Nồng độ HCl cao sẽ rút ngắn được thời gian
khử khoáng nhưng độ nhớt chitin-chitosan giảm nó sẽ làm cắt mạch polysaccharide
(mạch này bị phân hủy thủy phân). Ngược lại nếu nồng độ HCl thấp thì thời gian khử
khoáng sẽ tăng nhưng ít ảnh hưởng tới độ nhớt, song nếu như nồng độ quá thấp thì khử
khoáng sẽ không triệt để và thời gian xử lý kéo dài ảnh hưởng đến chất lượng của
chitin-chitosan, đồng thời phải kéo dài thời gian chu trình sản xuất.
Thời gian xử lý phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ HCl, với nhiệt độ càng cao thì
thời gian xử lý ngắn, song ta chỉ sử dụng nồng độ HCl với nhiệt độ nhất định.
Nhiệt độ cũng ảnh hưởng tới tốc độ khử khoáng. Nhiệt độ càng cao thì rút ngắn
thời gian khử khoáng. Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao HCl bay hơi gây ô nhiễm môi trường,
đồng thời nhiệt độ cao nó sẽ làm thủy phân cắt mạch polysaccharide của chitinchitosan trong môi trường acid, do đó nó sẽ làm mức độ trùng hợp polymer của chitin
giảm, dẫn đến độ nhớt chitosan giảm. Do đó nhiệt độ tối ưu để khử khoáng là nhiệt độ
phòng.
Tỉ lệ nguyên liệu và dung dịch HCl (%) cũng ảnh hưởng đến hiệu quả khử
khoáng. Nếu tỉ lệ này cao thì hiệu quả khử khoáng thấp do không đủ lượng HCl cần để
phản ứng hết lượng khoáng có trong nguyên liệu. Nếu tỉ lệ này nhỏ có nghĩa là lượng
HCl sử dụng cao gây cồng kềnh thí nghiệm, chi phí tốn kém, khả năng cắt mạch
polymer lớn.
Trong quá trình ngâm acid phải thường xuyên khuấy đảo hoặc sục khí cho acid
dễ dàng tiếp xúc với bề mặt nguyên liệu, làm tăng vận tốc phản ứng. Đồng thời, hạn
chế phản ứng xảy ra theo chiều nguyên liệu Ca3(PO4)2 tác dụng HCl sinh ra muối
Ca(H2PO4)2:
Ca3(PO4)2 + 4HCl

2CaCl2 + Ca(H2PO4)2

Muối Ca(H2PO4)2 có tính acid, trong điều kiện sự tuần hoàn của acid chậm nó có
thể tác dụng với Ca3(PO4)2 tạo thành CaHPO4 không tan trong nước.
Ca3(PO4)2 + Ca(H2PO4)2
Loại protein
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Phương An

4CaHPO4

12


Luận văn tốt nghiệp

Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Thanh Phước

Protein là thành phần quan trọng trong cơ thể sinh vật, có thể bị thủy phân trong
dung dịch acid hoặc kiềm. Vì vậy, người ta thường sử dụng NaOH loãng (1-3.5%) để
chuyển protein từ dạng không tan bám dính vào nguyên liệu thành các dạng hòa tan
tách khỏi nguyên liệu và thủy phân lipid tạo xà phòng có tác dụng tẩy rửa, hấp phụ
chất màu trong nguyên liệu. Quá trình có thể hiểu như sau:
 Thủy phân protein:
Protein

Acid amin + peptit

Hòa tan vào dịch rửa

 Thủy phân lipit tạo xà phòng:
O
H2C

O

C OR1
O

HC

O

C

OR2

H2C

O

C

OR3

+

3NaOH

H2C

OH

HC

OH

H2C

OH

+

R1

COONa

R2

COONa

R3

COONa

O

R1, R2, R3: các gốc hydrocacbon của acid béo.
Tẩy màu
KMnO4 0.1% được sử dụng để tẩy trắng nguyên liệu sau khi đã loại bỏ protein.
Ngoài yếu tố cảm quan, tẩy trắng bằng KMnO4 còn có tác dụng khử các tạp còn sót lại
trong nguyên liệu. Tiếp theo là các quá trình tẩy trắng bằng acid oxalic. Sau khi lọc rửa
và sấy khô thu được chitin có màu trắng đục.
Deacetyl hóa
Có thể sử dụng các tác nhân hóa học là NaOH đậm đặc hoặc tác nhân sinh học là
enzyme deacetylaza vi khuẩn để khử nhóm acetyl (-COCH3) trong chitin sẽ chuyển
thành nhóm amine (-NH2) trong chitosan. Ở đây dùng NaOH nồng độ đậm đặc
(40-55%) để deacetyl hóa.
Phương trình deacetyl:
Chitin

NaOH
deacetyl

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Phương An

Chitosan

13


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×