Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng chitin, chitosan

Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa...................................................................................................................i
Lời cảm ơn......................................................................................................................ii
Mục lục...........................................................................................................................1
Danh Mục Những Từ Viết Tắt........................................................................................3
Danh Mục Bảng, Hình, Sơ Đồ..………………………………………………............4
MỞ ĐẦU…………………………………………………………………….............7
Chương1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU.............………………………………………...8
1.1 Lịch sử và nguồn gốc chitin, chitosan:……………………………………............8
1.1.1 lịch sử phát hiện chitin, chitosan:........................................................................8
1.1.2 Nguồn gốc của Chitin:........................................................................................9
1.2 khái niện chitin, chitosan:......................................................................................11
1.3 Cấu trúc của chitin, chitosan:.................................................................................11
1.3.1 Cấu trúc của chitin:...........................................................................................11
1.3.2. Cấu trúc của chitosan:12
1.4 Điều chế chitin, chitosan:13
1.4.1 Điều chế chitin:................................................................................................13
1.4.1.1. Phương pháp Hackman.................................................................................15
1.4.1.2. Phương pháp WISTLER và BENILLER16
1.4.1.3. Phương pháp ROSEMAN.............................................................................17
1.4.2 Điều chế chitosan:.............................................................................................18
1.4.2.1. Phương pháp của Nguyễn Hoàng Hà[9]:......................................................19
1.4.2.2. Phương pháp của Đặng Văn Luyến..............................................................20
1.4.2.3. Phương pháp bán thủy nhiệt của Nguyễn Hữu Đức[11]: ............................22
1.4.2.4. Điều chế chitosan theo phương pháp hóa sinh.............................................22
GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN
1
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
1.5 Tính chất của chitin, chitosan:[10]…………………………………………........23

1.5.1 Tính chất của chitin:...........................................................................................23
1.5.2. Tính chất của Chitosan......................................................................................24
1.5.2.1. Độ deacetyl (DD)...........................................................................................24
1.5.2.2. Dung môi và tính tan................................................................................ ... 26
a.Trong acid vô cơ....................................................................................................26
b. Trong acid hữu cơ.................................................................................................27
c. Tính tương hợp với các dung môi.........................................................................27
1.5.2.3. Thuỷ phân bằng acid......................................................................................28
1.5.2.4. Phản ứng nitrat hoá........................................................................................28
1.5.2.5. Phản ứng photphat hoá...................................................................................29
1.5.2.6. Phản ứng sulfat hoá........................................................................................29
1.5.2.7. Phản ứng alkyl hoá khử.................................................................................29
1.5.2.8. Phản ứng khử nhóm amin và cắt mạch bằng HNO
2
.....................................29
1.5.2.9. Tính tạo phức.................................................................................................30
Chương 2. Nghiên Cứu Ứng Dụng...............................................................................31
2.1 Ứng dụng trong nông nghiệp:................................................................................31
2.1.1: Ứng dụng trong bảo quản hoa quả [6]:.............................................................31
2.1.2 Ứng dụng trong nuôi cấy cây trồng :.................................................................32
2.2 Ứng dụng trong công nghiệp :...............................................................................32
2.2.1 Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất nước hoa quả :......................................32
2.2.2 ứng dụng trong công nghiệp dệt :......................................................................33
2.3 Ứng dụng trong thực phẩm :..................................................................................34
2.3.1 Ứng dụng trong bảo quản trứng gà [3] :............................................................36
2.3.2 Ứng dụng trong bảo quản cá sòng:....................................................................36
2.4 Ứng dụng trong y dược:.........................................................................................40
2.4.1 Làm giảm hàm lượng cholesterol trong máu:[8]...............................................40
GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN
2

Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
2.4.2 Điều trị viêm loét dạ dày:[8]..............................................................................40
2.4.3 Ứng dụng trong điều trị bỏng da:[2]..................................................................40
2.4.4 Ứng dụng để điều chế thuốc: ......................................................................41
Chương3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.............................................................……43
3.1 Xác định thành phần vỏ tôm:.................................................................................43
3.1.1 Định lượng nước:...............................................................................................43
3.1.2. Quá

trình

khử

khoáng.......................................................................................43
3.1.3Quá

trình

loại

bỏ

protein:...................................................................................44
3.1.4. Quá

trình

tẩy

màu

(loại

bỏ

astaxanthin):.......................................... .........44
3.1.5. Điều chế chitin:.................................................................................................44
3.2 Điều chế chitosan:..................................................................................................45
Chương 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................................49
4.1 KẾT LUẬN............................................................................................................49
4.2. KIẾN NGHỊ..........................................................................................................49
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................50
LỜI CẢM ƠN
GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN
3
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
Như một quy luật của cuộc sống “học đi đôi với hành”. Học không chỉ để
nâng cao kiến thức mà còn vận dụng vào thực tiễn cuộc sống. Học tập là một
quá trình lâu dài mà cô, thầy chính là người truyền đạt kiến thức trong toàn bộ
quá trình học tập của mỗi chúng ta. Thầy cô đã truyền đạt cho chúng ta những
kiến thức quý báu không những về chuyên môn mà còn về kiến thức xã hội
giúp chúng em làm quen dần với một môi trường mới không còn là môi trường
đại học mà môi trường làm việc ở các nhà máy, công ty, xí nghiệp
Với những kiến thức này làm nền tảng để chúng em vận dụng vào cuộc
sống và công việc sau khi ra trường. Chính vì những công lao to lớn ấy chúng
em xin gởi lời cảm ơn đến ban lãnh đạo Trung Tâm Công Nghệ Hóa Học cùng
thầy cô trong tổ bộ môn Hóa Dầu, đặc biệt là cô Nguyễn Thị Trâm Châu, người
luôn cận kề giúp đỡ động viên và trang bị cho chúng em tư liệu cũng như thực
tế để hoàn thành bài báo cáo này .
Vì thời gian hạn hẹp và vốn kiến thức còn hạn chế nên cuốn báo cáo này sẽ

nên không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến
của thầy cô và các bạn để cuốn báo cáo được hoàn thiện hơn. Xin chân thành
cảm ơn.
DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT
GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN
4
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
COS : Chitosan Olygo Saccharite
DD : Độ Deacetyl
NOCC : N-O Carboxymethy
PE : Polythylene
SOR : Sorbital dạng lỏng
SB : Sodium Benzoate bột
TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam
VLDDTT : Viêm loét dạ dày tái tràng
WBC : Khả năng kết hợp với nước
DANH MỤC BẢNG - HÌNH - SƠ ĐỒ
GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN
5
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
Bảng 1.1 Thành phần chất hữu cơ trong loài động vật chân đốt………....................10
Bảng 1. 2 Hàm lượng chitin trong vỏ một số loại giáp xác ở nước ta ..... ................14
Bảng 1.3: Một số thông số đặc trưng của chitin và chitosan ………........................32
Bảng 2.1: Thành phần và nồng độ các chất trong nước thải ngành dệt nhuộm..37
Bảng2.2: Quy trình bảo quản cá sòng tươi nguyên liệu sau khi đánh bắt bằng dung dịch
Chitosan 2% hoặc COS 0,2% …………………………………...............................42
Bảng 3.1. Thành phần vỏ tôm ....................................................................................49
Bảng 3.2. Một số chỉ tiêu của chitosan được điều chế từ chitin khi chiếu xạ vi sóng ở 8
phút với các công suất khác nhau............................................................................51
Bảng 3.3. Một số chỉ tiêu của chitosan được điều chế từ chitin khi chiếu xạ vi sóng ở

công suất 600 W với các thời gian khác nhau ………………….............................52
Hình 1.1 Cấu trúc mạch polyme của chitin và cellulose ....................................12
Hình 1.2 Cấu trúc phân tử chitin trong không gian ……………………..................12
Hình 1.3 Cấu trúc của chitosan ………………………………………….. .............13
Hình 1.4 Cấu trúc phân tử chitosan trong không gian …………………..................13
Hình 1. 5 Thành phần hóa học của vỏ tôm ………………………………..............14
Hình1. 6 Phổ IR của Chitin (A) và Chitosan (B) ………………………................ 20
Hình 2.1 ứng dụng của chitosan trong bảo quản hoa quả............................................33
Hình 2.2 cá sòng được bảo quản bằng chitosan ………………………....................40
Hình2.3 Ứng dụng của chitosan để điều chế thuốc ……………………...................45
Sơ đồ 1.1 Quy trình điều chế chitin bằng phương pháp Hackman ……....................16
Sơ đồ 1.2: Quy trình điều chế chitin theo phương pháp Wistler và Beniller..............18
Sơ đồ1.3 Quy trình điều chế chitin theo phương pháp Roseman …….....................19
Sơ đồ1. 4 Quy trình điều chế chitosan theo phương pháp
của Nguyễn Hoàng Hà ………………………………………………..........21
Sơ đồ 1. 5 Quy trình điều chế chitosan theo phương pháp
của Đặng Văn Luyến ………………………………………………..............22
GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN
6
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
Sơ đồ1. 6 Quy trình điều chế chitosan theo phương pháp bán thủy nhiệt.. ….23
Sơ đồ1. 7 Quy trình điều chế chitosan theo phương pháp hóa sinh……..................24
Sơ đồ 2.1: Bố trí thí nghiệm bảo quản cá sòng bằng nước đá kết hợp với nhúng dung
dịch chitosan và COS .................................................................................................35
Sơ đồ 2.2 quy trình thu hồi protein.............................................................................38
Sơ đồ 2.3: Bố trí thí nghiệm bảo quản cá sòng bằng nước đá kết hợp với nhúng dung
dịch chitosan và COS.................................................................................................41
Sơ đồ2.4: Quy trình điều chế glucosamine.................................................................44
MỞ ĐẦU
GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN

7
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
Chitosan là polysacharid nhiều thứ hai sau cellulose tìm thấy trong tự nhiên.Sản
phẩm chitin - chitosan đã có nhiều công trình nghiên cứu và ứng dụng trong thực tế
[2,3,6,8 ]. Chitin có ứng dụng làm da nhân tạo và là nguyên liệu trung gian cho các chất
quan trọng như chitosan, glucosamin và các chất có giá trị khác. Chitosan có nhiều ứng
dụng trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp, y dược và bảo vệ môi trường như: sản
xuất glucosamin, chỉ khâu phẫu thuật, thuốc kem, vải, sơn, chất bảo vệ hoa quả, bảo vệ
môi trường[11]…Với khả năng ứng dụng rộng rãi của chitin – chitosan mà nhiều nước
trên thế giới và cả Việt Nam đã và đang nghiên cứu sản xuất các sản phẩm này.Giáp xác
là nguồn nguyên liệu thủy sản dồi dào chiếm 1/3 tổng sản lượng nguyên liệu thủy sản ở
Việt Nam. Trong công nghiệp chế biến thủy sản xuất khẩu, tỷ lệ cơ cấu các mặt hàng
đông lạnh giáp xác chiếm từ 70 - 80% công suất chế biến. Hàng năm các nhà máy chế
biến đã thải bỏ một lượng phế liệu giáp xác khá lớn khoảng 70.000 tấn/năm[1]. Việc sản
xuất chitosan có nguồi gôc từ vỏ tôm đã mang lại hiệu quả kinh tế cao. Với khả năng
ứng dụng rộng rãi của chitin – chitosan trong cuộc sống như vậy.Từ những vấn đề trên
nhóm nghiên cứu chúng tôi quyết dịnh chọn đề tài “Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng
chitin, chitosan”làm đồ án tốt nghiệp.
Chương1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN
8
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
1.1 Lịch sử và nguồn gốc chitin, chitosan:
1.1.1 lịch sử phát hiện chitin, chitosan:
Danh từ “chitin” bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp “tunic” hay “envenlopen” đó có
nghĩa là lớp vỏ ngoài hay sự bao bọc.
Chitin đã được phát hiện bởi Henri Braconnot vào năm 1811[5]. Lần đầu tiên ông
phân lập được chitin như một hợp chất không tan trong kiềm của một số loại nấm. Hợp
chất do Braconnot phân lập được còn lẫn rất nhiều tạp chất nhưng ông khẳng định đây
không phải là gỗ.

Đến năm 1823, Odier đã cô lập được chitin từ cánh cứng của con bọ cánh cứng
và cũng phân lập được chitin khi loại khoáng vỏ cua. Từ đó, Odier cho rằng đây là hợp
chất cơ bản trong vỏ giáp xác và côn trùng.
Vào năm 1834, Children phát hiện sự có mặt của nitơ trong chitin, 9 năm sau đó
tức năm 1843 sự tồn tại của nitơ trong chitin đã được Lassaigne chứng minh một lần
Đến năm 1859, C.Rouget phát hiện ra một hợp chất mới khi đun hoàn lưu chitin
trong dung dịch KOH đặc, có tính chất khác với chitin, ông gọi nó là “modified chitin”.
Năm 1876, Ledderhose thuỷ phân vỏ tôm hùm bằng dung dịch HCl và nhận được
một muối Clorua của amin 6C. Ông đề nghị cấu trúc
CHO.(CHOH)
4
.CH
2
NH
2
.HCl
Năm 1894, Winterstein phát hiện ra khi xử lý nấm với H
2
SO
4
hay NaOH rồi thuỷ
phân trong HCl thì đều thu được cùng loại mono saccharide và acid acetic. Tuy nhiên,
ông ta vẫn gọi hợp chất này là “celulose”. Cũng trong năm này, khi đun chitin trong
dung dịch KOH ở 180
0
C, Hope – Seyler thu được một hợp chất mới có số nguyên tử
giống như trong chitin và gọi nó là chitosan.
Năm 1912, Brach và Furth nhận thấy tỉ lệ acid acetic và glucosamin là 1:1, ông
gọi nó là “polyme mono acetyl glucosamin”.
Năm 1928, Meyer và Mark dựa trên phổ nhiễu xạ tia X kết luận rằng chitin và

chitosan nằm ở dạng liên kết β(1 4) giữa các mắc xích pyranoz.
Từ những năm 1930 đến 1940 có rất nhiều nghiên cứu vế chitin và chitosan,
khoảng 50 phát minh được đăng ký. Với những nghiên cứu của mình, Purchase và
Braum chứng minh được chitin là một polysaccharide của glucossamime bằng cách
GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN
9
Bảng 1.1 Thành phần chất hữu cơ trong loài động vật chân đốt.
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
thuỷ phân chitin theo nhiều cách khác nhau, hay với nghiên cứu của Rammelberg đã
xác định một cách chính xác nguồn gốc của chitin.
Vào năm 1948, Matsusshima cũng đã có một phát minh sản xuất glucossamine từ
vỏ cua.
Năm 1950, người ta đã sử dụng tia X để phân tích nhằm nghiên cứu sâu hơn sự
hiện diện của chitin trong nấm và trong thành tế bào.
Và đến năm 1951, quyển sách đầu tiên viết về chitin đã được xuất bản. Bấy giờ,
người ta đã phát hiện tiềm năng của các polyme thiên nhiên này.
Nhưng sự cạnh tranh của các loại polyme tổng hợp nên đã kìm hãm sự phát triển
thương mại của chitin và chitosan. Cho đến năm 1970, hàng loạt nghiên cứu về chitin
và chitosan được tiến hành với mục đích ban đầu là tận dụng nguồn phế liệu dồi dào từ
việc chế biến thuỷ sản (vỏ tôm) nhằm tránh gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, các
nhà khoa học đã phát hiện ra các tính chất đặc biệt của chitin và các dẫn xuất của nó
không những giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường mà còn mở ra một triển vọng rất
lớn trong việc ứng dụng chitin và các dẫn xuất của chúng vào sản xuất.
Vào năm 1978, một hội nghị đầu tiên nói về chitin và chitosan diễn ra tại Mỹ và
thu hút được sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học trên thế giới.
Hiện nay, những nghiên cứu về chitin và chitosan đã đạt những thành công nhất
định. Tại Nhật, một chương trình nghiên cứu dài hơn 10 năm cũng bắt đầu khởi động.
Trung Quốc, tuy là nước bắt đầu nghiên cứu chậm hơn so với những nước khác nhưng
lại đang phát triển rất nhanh trong lĩnh vực này.
1.1.2 Nguồn gốc của Chitin:

Chitin được tìm thấy chủ yếu ở hai nguồn sau đây:
• Từ động vật bậc thấp.
Chitin là chất hữu cơ chủ yếu trong vỏ mai ( bộ xương ngoài của động vật
không xương sống).
Theo Richard, chitin được tìm thấy trong lớp vỏ cutin của loài chân đốt. Ngoài
ra, Chitin còn được tìm thấy trong tế bào ống của loài mực, ở lớp vỏ bao ngoài của loài
Bọ cánh cứng, trong lớp vỏ mai của loài giáp xác, trong loài nhện và bướm.
Chitin thường có khoảng 25 đến 50% trên lượng khan của lớp cutin, thành phần
khác chủ yếu là protein và calci carbonat.
GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN
10
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
Từ thực vật bậc thấp. Nguồn gốc của chitin trong thực vật giới hạn ở một số loài nấm và
tảo. Trong nấm chitin đóng vai trò như cenlulose trong các loài cây.
Người ta đưa các giả thiết khác nhau về sự hiện diện của chitin hoặc cenlulose
làm cơ sở cho mối quan hệ phát sinh giữa các nhóm của giống nấm đặc biệt là
phycomecetus. Qua phân tích bằng tia X, Frey đã xác nhận rằng chitin và cenlulose
không hiện diện đồng thời.
Chitin hiện diện trong tảo xanh, bằng phương pháp vi hóa học Roelofsen và
Hoette đã tìm thấy chitin trong nấm men, Kreger cũng thu được chitin trong một số
loài nấm men bằng nhiễu xạ tia X.
Chitin không hiện diện một mình trong lớp vỏ ngoài của loài nấm mà nó được
liên kết với những thành phần khác. Lượng chitin được tinh chế từ một số loài nấm
thồng thường từ 3% - 5%.
GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN
Tỉ lệ phần hữu cơ trong trọng lượng khan
Chitin % Protein %
1. Lớp Nhện.
Buthus (Bò Cạp)
Juygale (nhện)

2. Lớp công trùng.
• Châu chấu 2 cánh cứng
Periplameta
3. Lớp bọ cánh cứng
• Pyliscus
4. Loài Bướm.
• Boubyx (con tằm ấu
trùng)
5. Loài tôm cua.
• Cencer
• Eugagurus
31,9
38,2
23,7
35,0
37,4
44,2
71,4
69,0
68,1
61,8
76,3
-
62,6
55,8
13,3
31,0
11
Hình1.1 Cấu trúc mạch polyme của chitin và cellulose
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan

1.2 khái niện chitin, chitosan:
Chitin là một polyme sinh học rất phổ biến trong tự nhiên và đứng hàng thứ hai
chỉ sau celluloze. Chitin tham gia vào thành phần cấu tạo của vách tế bào nấm, cấu tạo
nên bộ khung xương của vỏ tôm, cua, côn trùng, các động vật giáp xác...Trong các loại
nguyên liệu này, chitin liên kết chặt chẽ với protein, lipid, các muối vô cơ (CaCO
3
) và
các sắc tố màu (astarene, astaxanthin, canthaxanthin, lutin...).
Chitosan là dẫn xuất của chitin, nó được tạo thành bởi phản ứng deacetyl hoá
chitin. Khi chitin được xử lý với các chất kiềm đậm đặc ở nhiệt độ cao (120
0
C) trong
dung dịch, nó sẽ bị loại nhóm acetyl và bị phân huỷ khác nhau để cho ra một sản phẩm
là chitosan. Vậy chitosan không phải là một đơn chất mà nó là một nhóm sản phẩm của
chitin bị loại nhóm acetyl từng phần (Attila E, Pavlath and Dominic W. S. Wong,
1996)
1.3 Cấu trúc của chitin, chitosan:
1.3.1 Cấu trúc của chitin:
Chitin là một dạng polysaccharide gồm các tiểu phân N-acetyl-D– Glucosamine kết
hợp lại với nhau theo liên kết β(1 4). Liên kết của chitin là poly[β-(1→ 4)- 2-
acetamido-2- deoxy- D- glucopyranose]. Chitin có cấu trúc tinh thể và nó cấu tạo thành
một mạng lưới sợi hửu cơ. Vì thế mà chitin làm tăng độ bền , độ cứng và là điểm tựa
cho các sinh vật (Riccardo, 1996).
Chitin có công thức phân tử là: (C
8
H
13
O
5
N)

n
.
Trong đó có chứa 47,29%C; 6,45%H; 39,37%O và 6,89%N
Về cấu trúc hoá học của
chitin cũng tương tự như
celluloze ngoại trừ nhóm
hydroxyl thứ hai trên
nguyên tử carbon alpha (C
α
)
trên phân tử celluloze được
thay thế bằng nhóm
acetoamide. Cũng nhờ vào
cấu trúc này mà việc ứng
dụng của chitin vào xử lý nước thải nhà in nhuộm là một việc rất có triển vọng
GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN
12
Hình 1.2 Cấu trúc phân tử chitin trong không gian
Hình 1.3 Cấu trúc của chitosan
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan



1.3.2. Cấu trúc của chitosan:
Chitosan là một poly[β-(1→ 4)- 2-amino-2- deoxy- D- glucopyranose]. Cả chitin
và chitosan đều là copolymer, tỉ lệ giữa 2 nhóm monomer này cũng là tỉ lệ giữa nhóm
amino và nhóm acetamido và được gọi là độ deacetyl (DD) của sản phẩm. Nếu
DD>60%, đó là chitosan, ngược lại là chitin.
Cấu trúc của phân tử chitosan trong
không gian có hình xoắc ốc, mỗi đơn vị cơ bản có 2 mắc xích D- glucosamin. Chiều

dài mỗi đơn vị cơ bản là 10,34 A
0
(theo )
GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN
13
Hình 1.4 Cấu trúc phân tử chitosan trong không gian
Hình1. 5 Thành phần hóa học của vỏ tôm
Bảng 1. 2 Hàm lượng chitin trong vỏ một số loại giáp xác ở nước ta
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan

1.4 Điều chế chitin, chitosan:
1.4.1 Điều chế chitin:
Chitin trong tự nhiên thường không tồn tại ở dạng tự do mà kết hợp với những chất
khác như: protein, khoáng chất, lipit, màu. Do đó, cần phải dùng những tác nhân mạnh
để tách các chất này ra khỏi chitin. Những phương pháp này có thể gây ra sự phân hủy
một phần chitin, khó mà thu được sản phẩm nguyên vẹn, không bị phân huỷ.
Có rất nhiều phương pháp khác nhau để tinh chế chitin nhưng thông dụng nhất là:
phương pháp cô lập chitin của Hackman, phương pháp Wistler – Beniller và phương
pháp Roscman[1]. Nhưng không có một chuẩn mực nào chung cho các quá trình,
thường người ta đi qua các bước: loại khoáng, loại protein, khử màu. Trong đó thì quá
trình loại khoáng và loại protein có thể đổi trật tự cho nhau tuỳ theo nghiên cứu.
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
Vỏ cua đồng 80 18,65 ± 0,27 18,2

GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN
14
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
Vỏ tôm đồng 80 24,05 ± 0,15 30,0
Vỏ tôm biển 80 26.52 ± 0,24 33,1
• Loại khoáng
Để loại khoáng, các nhà nhiên cứu đã sử dụng rất nhiều tác nhân như HCl,
H
2
SO
4
, HNO
3
, CH
3
COOH...Nhưng HCl được sử dụng nhiều nhất do loại khoáng gần
như triệt để và không gây phản ứng phụ đáng kể.
2 H
+
+ CaCO
3 (r)


Ca
2+
+ CO
2
+ H
2
O

• Loại protein
Rất nhiều tác nhân đã được sử dụng để loại protein như NaOH, NaHCO
3
,
KOH, K
2
CO
3
...Tác nhân ưa chuộng nhiều nhất là NaOH do tính phổ biến của nó. Hiện
nay, do yếu tố môi trường được chú ý nhiều hơn nên người ta đang phát triển các qui
trình sử dụng men và vi sinh vật.
C
C
N
C
O
R
1
H
R
2
H
H
C
C
OH
O
R
1
H

+ H
OH
H
2
N
C
R
2
Phương trình thủy phân Protein
• Khử màu
Trong vỏ của các loại giáp xác có chứa các phần tử mang màu, chủ yếu là
carotenoid. Các phần tử này không liên kết với protein hay khoáng chất nên không bị
loại trong các quá trình loại khoáng và protein. Để trích màu, người ta dùng ethanol
hay aceton hoặc dùng các chất oxy hoá như H
2
O
2
, KMnO
4
...để huỷ màu.
Sau đây là một số phương pháp cụ thể điều chế chitin.
1.4.1.1 Phương pháp Hackman
Vỏ tôm được làm sạch bằng cách cạo và rửa dưới vòi nước chảy rồi sấy khô trong lò
sấy ở nhiệt độ 100
o
C. Lượng dung là 220 g được ngâm trong 2 L HCl 2N trong 5 giờ ở
nhiệt độ phòng, rồi rửa kỹ với nước và sấy ở 100
o
C (trọng lượng còn khoảng 91,3 g).
Sau đó nghiền thành bột, bột nhuyễn này được trích trong bình cầu và lắc mạnh trong

48 giờ với 0,5 L HCl 2N, ly tâm bỏ phần lỏng, phần rắn được rửa kỷ, và tiếp tục được
GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN
15
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
chiết bằng cách lắc mạnh trong 12 giờ với 0,5 L NaOH 1N ở 100
o
C, quy trình ly trích
trong dung dịch kiềm được thực hiện 3 lần, sau đó phần rắn được thu hồi và rửa nhiều
lần với nước cho đến khi trung tính. Cuối cùng rửa với ethanol và ether, rồi sấy khô,
chitin thu được có khối lượng 37,4g, hiệu suất là 17%, có dạng bột màu vàng, Hàm
lượng N đo được là 6,8% so với lý thuyết là 6,89%.
Sơ đồ 1.1 Quy trình điều chế chitin bằng phương pháp Hackman
1.4.1.2. Phương pháp WISTLER và BENILLER
Lọc vỏ tôm được rửa sạch, sấy khô trong lò sấy chân không ở 50
o
C. Dùng 500g xây
nhuyễn rồi ngâm trong dung dịch NaOH 10% ở nhiệt độ phòng trong 3 ngày, dung
dịch kiềm được thay đổi hang ngày. Những hạt đã được loại protein được rửa với nước
GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN
Vỏ tôm xử lý lần 1
Vỏ tôm xử lý lần 2
Vỏ tôm xử lý lần 3
Chitin (37,4g)
Rửa bằng ethanol rồi đến ether.
Sấy khô đến trọng lượng không đổi.
Vỏ tôm(220g)
Ngâm trong 2 L dd HCl 2N, ở nhiệt độ phòng, trong
5 h.
Rửa và sấy phần không tan.
Nghiền thành bột.

Ngâm trong 0,5 L dd HCl 2N, ở nhiệt độ phòng,
trong 48h.
Phần rắn đem rửa thật kỹ
Ngâm trích trong 0,5 L NaOH 1N, ở 100
o
C, trong
12h (thực hiện 3 lần).
Phần rắn rửa thật kỹ
16
Sơ đồ 1.2: Quy trình điều chế chitin theo phương pháp Wistler và Beniller
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
rồi nghiền với ethanol 95%, cho đến khi phần nước lọc gần như không màu ( thao tác
này dung khoảng 6 L ethanol 95%).
Phần rắn lại tiếp tục đem nghiền với khoảng 1 L acetone, 2,5 L ethanol và 0,5 L
ether, sau đó lọc những hạt thu được gần như không màu, sấy khô ở áp suất kém và
được ngâm trong dung dịch HCl 37%, ở 20
o
C trong 4 ngày. Những hạt trương phồng
được ly tâm tách ra ở 0
o
C và rửa với nước ở 0
o
C cho đến khi hết acid. Hiệu suất là 20%
(100g) hàm lượng N là 7,1%
1.4.1.3. Phương pháp ROSEMAN
Vỏ tôm được khử Ca giống như phương pháp Hackman ở trên. Cân 100g được
lắc rung cơ học trong 18 giờ với 100mL dung dịch acid formic đặc (90%) ở nhiệt độ
phòng. Lọc lấy phần bã, rửa kỷ với nước và được xử lý trong 2 giờ với dung dịch
GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN
Chitin (100g)

Vỏ tôm (500g)
Vỏ tôm xử lý lần 1
Vỏ tôm xử lý lần 2
Vỏ tôm xử lý lần 3
Ngâm trong NaOH 10%, 3 ngày, ở nhiệt độ phòng, thay đổi
NaOH hằng ngày.
Rửa sạch phần rắn.
Nghiền với 6 L ethanol 95% đến khi phần nước qua
nghiền gần như không màu.
Nghiền với 1 L acetone; 2,5 L ethanol; 0,5 L ether đến khi
nước lọc gần như không màu.
Sấy khô dưới áp suất kém.
Ngâm trong HCl 37%, 20
o
C, trong 4 ngày.
Ly tâm lấy phần rắn và rửa cho đến khi trung tính.
17
Sơ đồ1.3 Quy trình điều chế chitin theo phương pháp Roseman
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
NaOH 10%. Đem lọc, phần bã thu được có màu trắng, rửa dưới vòi nước đến khi trung
tính, sau đó rửa vài lần với ethanol và ether, rồi sấy khô dưới áp suất kém, hiệu suất
khoảng 50% - 60%, hàm lượng N là 8,5%, hàm lượng acetyl là 19,2%.

1.4.2 Điều chế chitosan:
Phương pháp điều chế chitosan bao gồm 3 giai đoạn:
GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN
(Rửa sạch, sấy khô, được khử Ca theo
phương pháp Hackman.)
Vỏ tôm
Vỏ tôm xử lý lần 1

Vỏ tôm xử lý lần 2
Chitin
Lắc rung cơ học trong HCOOH 90%, trong 18 h ở nhiệt
độ phòng.
Rửa kỹ phần bã với nước
Ngâm trong dung dịch NaOH 10%, trong 2,5h, ở
nhiệt độ phòng.
Rửa đến khi trung tính.
Rửa với ethanol rồi ether.
Sấy khô dưới áp suất kém.
18
Hình1. 6 Phổ IR của Chitin (A) và Chitosan (B)
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
Giai đoạn 1: Những phần tử vô cơ thường bị loại do tác dụng của acid vô cơ
loãng hoặc enzyme hòa tan muối vô cơ.
Giai đoạn 2: Protein và các hợp chất hữu cơ khác bị loại do tác dụng của kiềm
hoặc enzyme protease.
Giai đoạn 3: Dùng dung dịch NaOH 40% - 60% và các muối của nó hoặc
enzyme protease để deacetyl hóa thu được chitosan.
Độ tinh khiết của
Chitosan có thể được kiểm tra bằng cả hai phương pháp hóa học (Cho Chitosan hòa tan
hoàn toàn trong dung dịch CH
3
COOH 1%, nếu Chitosan tan càng nhiều thì chứng tỏ nó
có độ tinh khiết càng cao) và phương pháp vật lí (Đo phổ IR, H-NMR).Sau đây là một
số phương pháp điều chế chitosan.
1.4.2.1. Phương pháp của Nguyễn Hoàng Hà[9]:
Vỏ tôm được làm sạch, nghiền nhỏ, cho vào lò nguyên liệu cùng với nước theo tỉ
lệ 1:1, nấu sôi trong 1 – 2 giờ, lọc thu được vỏ tôm sơ chế. Vỏ tôm sơ chế được để
nguội 60 – 65

o
C rồi thủy phân đạm bằng dung dịch HCl 10% theo tỉ lệ 2 kg nguyên liệu:
1 L dung dịch HCl, trong 2 – 5 giờ, hoặc enzyme protease (1 kg nguyên liệu : 0,3 – 0,5g
protease) ở 40
o
C – 70
o
C, trong 0,5 – 3 giờ. Sau đó cho vào dung dịch HCl 10%, ở nhiệt
độ phòng, trong 2–6 giờ thu được phức chitin protein. Tiếp theo tiến hành thủy phân
phức chitin protein bằng dung dịch NaOH 10% theo tỉ lệ 5 kg nguyên liệu: 1 L NaOH ở
nhiệt độ thường, trong 2 – 3 ngày thu được chitin thô. Chitin thô được tẩy màu bằng
nước Javel công nghiệp theo tỉ lệ 1 kg chitin :
GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN
Độ truyền qua %
Số sóng (cm
-1
)
19
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan


GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN
Vỏ tôm xử lý lần 2
Chitin thô
Chitin tinh khiết
Chitosan
Vỏ tôm
Vỏ tôm xử lý lần 1
Rửa sạch, nghiền nhỏ.
Đun với nước theo tỉ lệ 1 :1, trong 1-2 giờ, lọc.

Dung dịch HCl 10%, t
o
phòng, trong 6 – 12 giờ.
lọc, rửa, sấy khô.
Dung dịch NaOH 10%, t
o
phòng, trong 2-3 ngày.
Lọc, rửa, sấy khô.
Nước javel công nghiệp tỉ lệ 1:1, trong 30 phút.
Dung dịch NaOH 40%, ở 110 – 130
o
C, trong 5-8 giờ.
Lọc, rửa, sấy khô.
20