KHẢO sát các yếu tố ẢNH HƢỞNG đến VIỆC LY TRÍCH CHITOSAN từ vỏ tôm PHẾ LIỆU

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƢ PHẠM
BỘ MÔN HÓA HỌC

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG
ĐẾN VIỆC LY TRÍCH CHITOSAN
TỪ VỎ TÔM PHẾ LIỆU
Chuyên ngành: Sƣ phạm Hóa Học

Giáo viên hƣớng dẫn:
TS. Phan Thị Ngọc Mai

Sinh viên thực hiện:
Cao Thanh Huyền
Lớp: Sư phạm Hóa Học K38
MSSV: B1200586

CẦN THƠ - 2016


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

Trƣờng Đại Học Cần Thơ
Khoa Sƣ Phạm
Bộ Môn Sƣ Phạm Hóa Học

Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
------------

PHIẾU ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Năm học: 2015 – 2016
1. Tên đề tài: KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN VIỆC LY TRÍCH
CHITOSAN TỪ VỎ TÔM PHẾ LIỆU.
2. Sinh viên thực hiện: Cao Thanh Huyền – MSSV: B1200586 – Lớp: Sƣ phạm Hóa
học khóa 38.
3. Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Phan Thị Ngọc Mai.
4. Địa điểm và thời gian thực hiện
Địa điểm thực hiện: Phòng thí nghiệm Hóa Cơ sở - Hóa lí, Bộ môn Sƣ phạm Hóa
học, Trƣờng Đại Học Cần Thơ.
Thời gian thực hiện: từ tháng 8/2015 đến tháng 5/2016.
5. Mục đích đề tài
Điều chế đƣợc chitin – chitosan, khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng nhƣ: nồng độ
dung dịch HCl và dung dịch NaOH, nhiệt độ, thời gian thí nghiệm đến chất lƣợng của
chitosan thảnh phẩm. Xây dựng quy trình điều chế chitin – chitosan trong phòng thí
nghiệm.
6. Nội dung chính


Chƣơng 1: Giới thiệu.



Chƣơng 2: Tổng quan tài liệu.



Chƣơng 3: Phƣơng pháp và phƣơng tiện nghiên cứu.



Chƣơng 4: Kết quả và thảo luận.



Chƣơng 5: Kết luận và kiến nghị.

i


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

LỜI CẢM ƠN
Nhƣ một quy luật của cuộc sống “Học đi đôi với hành”. Học không chỉ để nâng
cao kiến thức mà còn để vận dụng những kiến thức đã học vào thực tiễn cuộc sống.
Học tập là một quá trình lâu dài mà thầy, cô chính là ngƣời truyền đạt kiến thức trong
toàn bộ quá trình học tập của mỗi chúng ta. Thầy, cô đã truyền cho chúng ta những
kiến thức quý báu không những về chuyên môn mà còn về kiến thức xã hội giúp chúng
ta làm quen dần với một môi trƣờng mới không còn là môi trƣờng đại học mà là môi
trƣờng làm việc ở các trƣờng học, công ty…
Với những kiến thức làm nền tảng để vận dụng vào cuộc sống và công việc sau
khi ra trƣờng. Những công lao to lớn ấy tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến:
Cô Phan Thị Ngọc Mai đã trực tiếp hƣớng dẫn và theo sát tôi trong quá
trình thực hiện đề tài, động viên, chỉ dẫn và đóng góp ý kiến cho đề tài luận văn của tôi
đƣợc hoàn chỉnh hơn.

Thầy Nguyễn Mộng Hoàng, cô Nguyễn Thị Tuyết Nhung và thầy
Nguyễn Điền Trung đã tận tình chỉ dạy và truyền đạt cho tôi nhiều kinh nghiệm quý
báu, kiến thức hữu ích.
Tất cả Thầy Cô trong Bộ môn Sƣ phạm Hóa học đã tận tình giảng dạy và
trang bị cho tôi vốn kiến thức vô cùng quý báu trong suốt thời gian học tập tại trƣờng.
Thầy Hồ Hoàng Việt cố vấn lớp Hóa K38 đã dẫn dắt, định hƣớng,
quan tâm và giúp đỡ tận tình lớp Hóa của chúng tôi trong suốt bốn năm học qua.
Tôi xin chân thành biết ơn gia đình đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi học
tập, nghiên cứu và là nguồn động viên tinh thần to lớn giúp tôi vƣợt qua những khó
khăn để hoàn thành tốt đề tài.
Tập thể lớp Sƣ phạm Hóa học K38 đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt 4
năm học đại học.
Xin chân thành cám ơn!

ii


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày… tháng … năm 2016
Giảng viên hƣớng dẫn

iii


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày… tháng … năm 2016
Giảng viên phản biện

iv


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN


...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày… tháng … năm 2016
Giảng viên phản biện

v


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Nƣớc ta có đƣờng bờ biển dài 3260 km, chạy dọc theo chiều dài đất nƣớc. Đó là
điều kiện để các ngành khai thác, nuôi trồng thủy hải sản phát triển. Trong đó xuất
khẩu thủy sản là ngành kinh tế mũi nhọn của nƣớc ta hiện nay. Đặc biệt là xuất khẩu
tôm đông lạnh rất phát triển trong những năm gần đây, kéo theo đó là lƣợng vỏ tôm
phế thải khổng lồ đƣợc thải ra sau quá trình chế biến. Lƣợng phế thải này đã và đang
đƣợc sử dụng để sản xuất các chế phẩm có giá trị nhƣ chitin và chitosan. Nhiều nƣớc
trên thế giới đã nghiên cứu các quy trình sản xuất chitin – chitosan từ rất sớm, ở Việt
Nam cũng đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về sản xuất chitin – chitosan đƣợc
công bố và có nhiều ứng dụng trong thực tế sản xuất.
Tôi chọn đề tài này làm luận văn tốt nghiệp không với mục đích nghiên cứu, tìm
tòi ra cái mới, một hƣớng đi mới về chitin – chitosan. Mà chỉ dựa trên các nghiên cứu
của các nhà khoa học trong và ngoài nƣớc đã công bố, để tìm hiểu về chitin – chitosan,
điều chế ra đƣợc chitin – chitosan và hoàn thành một quy trình điều chế chitin –
chitosan trong phòng thí nghiệm.

vi


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

MỤC LỤC
PHIẾU ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN ....................................................... iii

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN ........................................................... iv
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN .............................................................v
TÓM TẮT ĐỀ TÀI........................................................................................................ vi
MỤC LỤC .................................................................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG .......................................................................................................x
DANH MỤC HÌNH....................................................................................................... xi
PHẦN MỞ ĐẦU .............................................................................................................1
1. ĐẶT VẤN ĐỀ .............................................................................................................1
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU .......................................................................................2
3. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU .....................................................................................2
4. PHƢƠNG PHÁP VÀ PHƢƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU ............................................2
5. TÍNH KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI .................................................3
6. NỘI DUNG LUẬN VĂN ............................................................................................3
PHẦN NỘI DUNG ..........................................................................................................4
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG ..............................................................................4
1.1. CHITIN – CHITOSAN .........................................................................................4
1.1.1 Khái niệm về chitin – chitosan ........................................................................4
1.1.2 Lịch sử phát hiện chitin – chitosan .................................................................4
1.1.3 Nguồn gốc của chitin ......................................................................................6
1.2 CẤU TRÚC CỦA CHITIN – CHITOSAN ...........................................................7
1.2.1 Cấu trúc của chitin ..........................................................................................7
1.2.2 Cấu trúc của chitosan ......................................................................................8
1.3 TÍNH CHẤT CỦA CHITIN – CHITOSAN ..........................................................9
1.3.1 Tính chất của chitin .........................................................................................9
1.3.2 Tính chất của chitosan ...................................................................................10
1.4 ỨNG DỤNG CỦA CHITIN – CHITOSAN ........................................................15
1.4.1 Trong nông nghiệp ........................................................................................15
1.4.2 Trong công nghiệp ........................................................................................16
1.4.3 Trong mỹ phẩm .............................................................................................18
vii

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

1.4.4 Trong y dƣợc .................................................................................................18
1.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT, TIÊU THỤ CHITIN – CHITOSAN
....................................................................................................................................22
1.6 CỞ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU CHẾ CHITIN – CHITOSAN ................................22
1.6.1 Thành phần vỏ tôm........................................................................................22
1.6.2 Các bƣớc cơ bản điều chế chitin – chitosan ..................................................23
1.6.2.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình loại khoáng .................................................23
1.6.2.2 Loại protein và deacetyl hóa ......................................................................24
1.6.3 Định tính chitosan .........................................................................................25
1.7 Một số quy trình sản xuất chitin – chitosan trong và ngoài nƣớc ........................26
1.7.1 Trên thế giới ..................................................................................................26
1.7.2 Trong nƣớc ....................................................................................................29
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM .....................................................................................31
2.1 ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN THỰC HIỆN ........................................................31
2.2 NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ ...................................................31
2.2.1 Nguyên liệu ...................................................................................................31
2.2.2 Hóa chất ........................................................................................................31
2.2.3 Thiết bị ..........................................................................................................31
2.3 THỰC NGHIỆM .................................................................................................33
2.3.1 Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình loại khoáng ...........................34
2.3.1.1 Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ HCl trong việc khử khoáng ..................36
2.3.1.2 Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian ngâm mẫu đến việc loại khoáng..........36
2.3.1.3 Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình loại khoáng .....................36
2.3.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình loại protein và deacetyl hóa ..36

2.3.2.1 Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ NaOH trong việc loại protein và deacetyl
hóa ..........................................................................................................................38
2.3.2.2 Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến việc loại protein và deacetyl hóa ...38
2.3.2.3 Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian ngâm mẫu đến quá trình loại protein và
deacetyl hóa ............................................................................................................38
2.3.3 KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TÍNH CỦA CHITOSAN .......................................38
2.3.3.1 Xác định độ ẩm ..........................................................................................38
2.3.3.2 Xác định hàm lƣợng tro .............................................................................39
2.3.3.3 Xác định hàm lƣợng nitơ tổng số ...............................................................40
2.3.3.4 Tính hàm lƣợng protein thô .......................................................................41
2.3.3.5 Tính độ deacetyl hóa ..................................................................................42
2.3.3.6 Xác định độ nhớt ........................................................................................42
viii


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

2.3.3.7 Xác định hàm lƣợng chất không tan ..........................................................43
2.3.3.8 Tính hiệu suất .............................................................................................43
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN .....................................................................44
3.1 Kết quả thí nghiệm ...............................................................................................44
3.1.1 Ảnh hƣởng các yếu tố đến quá trình loại khoáng .........................................44
3.1.1.1 Ảnh hƣởng của nồng độ HCl đến quá trình loại khoáng ...........................44
3.1.1.2 Ảnh hƣởng của thời gian ngâm mẫu đến quá trình loại khoáng ................46
3.1.1.3 Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình loại khoáng ...................................49
3.1.2 Ảnh hƣởng các yếu tố đến quá trình loại protein và deacetyl hóa ................51
3.1.2.1 Ảnh hƣởng của nồng độ NaOH đến quá trình loại protein và deacetyl hóa
................................................................................................................................52

3.1.2.2 Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình loại protein và deacetyl hóa .........54
3.1.2.3 Ảnh hƣởng của thời gian ngâm mẫu đến quá trình loại protein và deacetyl
hóa ..........................................................................................................................56
3.2 Xây dựng quy trình điều chế chitosan .................................................................58
3.3 Định tính chitosan ................................................................................................59
3.4 Định lƣợng chitosan .............................................................................................61
KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ ...........................................................................................63
1. KẾT LUẬN ...............................................................................................................63
2. KIẾN NGHỊ ...............................................................................................................64
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................65
PHỤ LỤC ......................................................................................................................67

ix


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Một số thông số đặc trưng của chitin – chitosan ......................................... 14
Bảng 1.2. Hàm lượng các thành phần chính trong vỏ tôm khô .................................... 23
Bảng 2.1. Các hóa chất được sử dụng trong đề tài ...................................................... 30
Bảng 3.1. Kết quả hàm lượng khoáng còn lại sau quá trình khảo sát nồng độ HCl ........
....................................................................................................................................... 45
Bảng 3.2. Kết quả hàm lượng khoáng còn lại sau quá trình khảo sát thời gian ngâm
mẫu ................................................................................................................................ 47
Bảng 3.3. Kết quả hàm lượng khoáng còn lại sau quá trình khảo sát nhiệt độ phản ứng
....................................................................................................................................... 49

Bảng 3.4. Kết quả độ deacetyl hóa sau quá trình khảo sát nồng độ ............................ 52
Bảng 3.5. Kết quả độ deacetyl hóa sau quá trình khảo sát nhiệt độ ............................ 54
Bảng 3.6. Kết quả độ deacetyl hóa sau quá trình khảo sát thời gian ngâm mẫu ......... 56
Bảng 3.7. So sánh phổ IR của chitosan Nhật Bản và chitosan thực nghiệm ................ 60
Bảng 3.8. Kết quả so sánh chitosan thành phẩm với chitosan Nhật Bản và chitosan
thương mại ..................................................................................................................... 61

x


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Cấu trúc mạch polymer của chitin và xellulose.............................................. 7
Hình 1.2. Cấu trúc phân tử chitin và xellulose trong không gian .................................. 8
Hình 1.3. Cấu trúc polymer của chitosan ....................................................................... 9
Hình 1.4. Cấu trúc phân tử chitosan trong không gian .................................................. 9
Hình 1.5. Cam được bảo quản bằng màng chitosan (trái) và cam đối xứng (phải)
....................................................................................................................................... 15
Hình 1.6. Ứng dụng của chitosan trong may mặc ........................................................ 17
Hình 1.7. Quy trình sản xuất chitin bằng phương pháp Hackman ............................... 26
Hình 1.8. Quy trình sản xuất chitosan bằng phương pháp thủy điện
Yamasaki và Nacamichi................................................................................................. 27
Hình 1.9. Quy trình sản xuất chitosan của ĐH Bách khoa TP. Hồ Chí Minh ............. 28
Hình 1.10. Quy trình sản xuất chitosan của ĐH Cần Thơ ........................................... 29
Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc hàm lượng khoáng vào dung dịch HCl ........ 46
Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc hàm lượng khoáng vào thời gian ngâm mẫu

....................................................................................................................................... 48
Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc hàm lượng khoáng vào nhiệt độ ................... 50
Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc độ deacetyl hóa vào nồng độ NaOH ............ 53
Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc độ deacetyl hóa vào nhiệt độ ........................ 55
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc độ deacetyl hóa vào thời gian ngâm mẫu
....................................................................................................................................... 57
Hình 3.7. Các mẫu chitosan .......................................................................................... 58
Hình 3.8. Các mẫu chitosan trong dung dịch acid acetic 1 % phản ứng với dung dịch
KMnO4 .......................................................................................................................... 59
xi


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

Hình 3.9. Các mẫu chitosan phản ứng với dung dịch Lugol ........................................ 59
Hình 3.10. Phổ IR của chitosan thực nghiệm và chitosan Nhật Bản ........................... 60

xii


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

PHẦN MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Những năm gần đây, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành công
nghiệp chế biến thủy sản cũng phát triển vƣợt bậc và đóng góp một phần không nhỏ

vào việc phát triển nền kinh tế đất nƣớc. Tuy nhiên, ngành công nghiệp chế biến thủy
sản phát triển bên cạnh những thuận lợi nhƣ chế biến ra các mặt hàng thủy sản có chất
lƣợng cao, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm phục vụ cho xuất khẩu và tiêu thụ trong
nƣớc còn có bất lợi là lƣợng phế liệu thủy sản thải ra rất nhiều làm ô nhiễm môi
trƣờng. Một trong những nguồn phế liệu thải ra là vỏ của động vật giáp xác nhƣ tôm,
cua, ghẹ… Hiện nay, nguồn phế liệu này chủ yếu dùng làm thức ăn chăn nuôi hay làm
phân bón nên hiệu quả kinh tế rất thấp. Vì thế, một mục tiêu đƣợc đặt ra cho các nhà
nghiên cứu là tìm ra giải pháp để tận dụng tối đa những thành phần có trong phế liệu
thủy sản nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế của chúng và tránh gây ô nhiễm môi trƣờng.
Một trong những hƣớng giải quyết yêu cầu trên là chiết rút chế phẩm chitin và
chitosan có hoạt tính cao từ vỏ tôm rồi sử dụng chế phẩm này để tạo ra những sản
phẩm mới cho xã hội và làm giảm thiểu chất thải.
Chitin và chitosan là những polysaccharide có ứng dụng rộng rãi trong nhiều
ngành nhƣ: công nghiệp, nông nghiệp, y dƣợc và bảo vệ môi trƣờng. Trong y dƣợc,
chitosan có thể sản xuất ra glucosamine, một dƣợc chất quý đang phải nhập khẩu ở
nƣớc ta. Ngoài ra, chitosan còn đƣợc dùng làm chỉ khâu thụ hoại, da nhân tạo, thực
phẩm chức năng… Chitosan còn đƣợc sử dụng trong công nghiệp dệt, in, sản xuất
nƣớc sơn chống thấm và chống mốc… Trong nông nghiệp, chitosan đƣợc dùng để bảo
quản các loại quả, hạt mang lại hiệu quả cao. Ngoài ra, chitosan cũng đang đƣợc sử
dụng rộng rãi để xử lý các chất thải công nghiệp, hấp thụ kim loại nặng và mang lại
hiệu quả cao.
Hiện nay, những nghiên cứu về chitin – chitosan đã đạt đƣợc những thành công
nhất định. Đi đầu trong lĩnh vực này là các quốc gia: Nhật, Mỹ, Trung Quốc, Pháp…
Năm 1973, Nhật Bản là quốc gia đầu tiên sản xuất chitosan với sản lƣợng 20 tấn/năm,
đến nay đã lên tới 700 tấn/năm, trong khi đó Mỹ cũng đạt sản lƣợng 300 tấn/năm.
SVTH: Cao Thanh Huyền

1

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

Ở Việt Nam, giáp xác là nguồn nguyên liệu dồi dào chiếm 1/3 tổng sản lƣợng
nguyên liệu thủy sản. 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. Trong đó, theo
thống kê của Bộ Thủy Sản năm 2014, xuất khẩu tôm ở Việt Nam là gần 660.000 tấn
đạt kim ngạch 4 tỉ USD. Tƣơng ứng với sản lƣợng tôm nƣớc ta, hằng năm sẽ có một
lƣợng rất lớn phế thải vỏ tôm đƣợc tạo ra.
Với mong muốn góp phần giải quyết những yêu cầu trên và tận dụng nguồn
chitin – chitosan dồi dào trong phế liệu tôm, tôi thực hiện đề tài: “Khảo sát các yếu tố
ảnh hƣởng đến việc ly trích chitosan từ vỏ tôm”.

2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Xác định các điều kiện tối ƣu để khử khoáng, khử protein và deacetyl hóa từ phế
liệu vỏ tôm bằng HCl và NaOH nhằm giảm ô nhiễm môi trƣờng và nâng cao chất
lƣợng chitin – chitosan.

3. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU
Đối tƣợng nghiên cứu là vỏ thân tôm khô dùng để chiết tách chitin – chitosan.

4. PHƢƠNG PHÁP VÀ PHƢƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU
a) Phƣơng pháp nghiên cứu
 Phƣơng pháp thu mẫu.
 Phƣơng pháp phân tích.
b) Phƣơng tiện nghiên cứu
 Các tài liệu, sách báo, các đề tài nghiên cứu khoa học có liên quan.
 Máy tính.

SVTH: Cao Thanh Huyền

2


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

5. TÍNH KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Thành công bƣớc đầu của đề tài là điều chế ra đƣợc chitosan trong phòng thí
nghiệm. Đề tài cũng là nguồn tài liệu hữu ích phục vụ cho công tác nghiên cứu về lĩnh
vực này.

6. NỘI DUNG LUẬN VĂN
- Tổng quan về công nghệ sản xuất và ứng dụng của chitin – chitosan.
- Nghiên cứu quy trình ly trích chitin – chitosan bằng phƣơng pháp hóa học.
Tối ƣu hóa quá trình khử khoáng bằng HCl.
Tối ƣu hóa quá trình khử protein và deacetyl hóa bằng NaOH đậm đặc.
- Đề xuất quy trình.

SVTH: Cao Thanh Huyền

3


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

PHẦN NỘI DUNG
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. CHITIN – CHITOSAN
1.1.1 Khái niệm về chitin – chitosan[3], [12]
Chitin là một polyme sinh học rất phổ biến trong tự nhiên và đứng hàng thứ hai
chỉ sau cellulose. Chitin tham gia vào thành phần cấu tạo của vách tế bào nấm, cấu tạo
nên bộ khung 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 (CaCO3) và
các sắc tố màu (astarene, astaxanthin, canthaxanthin, lutin…).
Chitosan là dẫn xuất của chitin, nó đƣợc tạo thành bởi phản ứng deacetyl hóa
chitin. Khi chitin đƣợc xử lý với các chất kiềm đậm đặc ở nhiệt độ cao (120 ºC) trong
dung dịch, nó sẽ bị loại nhóm acetyl và bị phân hủy 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.
1.1.2 Lịch sử phát hiện chitin – chitosan[1], [14], [15]
Danh từ “chitin” bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp “tunic” hay “envenlopen” có nghĩa là
lớp vỏ ngoài hay sự bao bọc.
Chitin đƣợc Henri Braconnot phát hiện lần đầu tiên vào năm 1811 trong cặn dịch
chiết của một loại nấm và đặt tên là “Fungine” để ghi nhớ nguồn gốc tìm ra nó. Năm
1823, Odier phân lập đƣợc một chất từ bọ cánh cứng mà ông gọi là “chitin” hay
“chiton”, tiếng Hy Lạp có nghĩa là vỏ giáp. Nhƣng ông không phát hiện ra sự có mặt
của Nitơ trong đó, cuối cùng cả Odier và Braconnot đều đi đến kết luận rằng cấu trúc
của chitin giống cấu trúc của cellulose.
Vào năm 1834, Children phát hiện sự có mặt của Nitơ trong chitin, và 9 năm sau
đó tức năm 1843, sự tồn tại của Nitơ trong chitin đã đƣợc Lassaigne chứng minh một
lần nữa.
Năm 1894, Winterstein phát hiện ra khi xử lí nấm với H2SO4 hay NaOH rồi thủy
phân trong HCl thì đều thu đƣợc cùng loại mono saccharide và acid acetic. Tuy nhiên,
SVTH: Cao Thanh Huyền

4


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

ông vẫn gọi hợp chất này là “cellulose”. Cũng trong năm này, khi đun chitin trong
dung dịch KOH ở 180 ºC, Hope – Seyler thu đƣợc một hợp chất mới có số nguyên tử
giống nhƣ trong chitin và gọi nó là chitosan.
Năm 1928, Meyer và Mark dựa trên phổ nhiễu xạ tia X kết luận rằng chitin và
chitosan nằm ở dạng liên kết (1→4) giữa các mắt xích pyranose.
Từ những năm 1930 đến 1940 có rất nhiều nghiên cứu về chitin và chitosan,
khoảng 50 phát minh đƣợc đăng ký. Với những nghiên cứu của mình, Purchase và
Braum chứng minh đƣợc chitin là polysaccharide của glucossamime bằng cách thủy
phân chitin theo nhiều cách khác nhau, hay với nghiên cứu của Rammelberg đã xác
định một cách chính xác nguồn gốc của chitin.
Năm 1950, ngƣời ta 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 đƣợc xuất bản. Bấy giờ,
ngƣời ta đã phát hiện ra đƣợc tiềm năng của các polyme thiên nhiên này.
Nhƣng vì sự cạnh tranh của các loại polyme tổng hợp nên đã kìm hãm sự phát
triển thƣơng mại của chitin – chitosan. Cho đến năm 1970, hàng loạt nghiên cứu về
chitin – chitosan đƣợc tiến hành với mục đích ban đầu là là tận dụng nguồn phế liệu
dồi dào từ việc chế biến thủy sản (vỏ tôm) nhằm tránh gây ô nhiễm môi trƣờng. 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 trƣờng 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, hội nghị đầu tiên nói về chitin – chitosan diễn ra tại Mỹ và thu
hút đƣợc sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học trên thế giới.

Hiện nay, những nghiên cứu về chitin – chitosan đã đạt những thành công nhất
định. Tại Nhật, một chƣơng trình nghiên cứu dài hơn 10 năm cũng bắt đầu khởi động.
Trung Quốc, tuy là nƣớc bắt đầu nghiên cứu chậm hơn so với những nƣớc khác nhƣng
lại đang phát triển rất nhanh trong lĩnh vực này.

SVTH: Cao Thanh Huyền

5


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

1.1.3 Nguồn gốc của chitin[2]
Chitin đƣợc 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 xƣơng ngoài của động vật không
xƣơng sống).
Theo Richard, chitin đƣợc tìm thấy trong lớp vỏ cutin của loài chân đốt. Ngoài
ra, chitin còn đƣợc 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 bƣớm.
Chitin thƣờng có khoảng 25 đến 50 % trên lƣợng khan của lớp cutin, thành phần
khác chủ yếu là protein và calci carbonat.
● 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 nhƣ cellulose trong các loài cây.
Ngƣời ta đƣa các giả thiết khác nhau về sự hiện diện của chitin hoặc cellulose
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 cellulose

không hiện diện đồng thời.
Chitin hiện diện trong tảo xanh, bằng phƣơng pháp vi hóa học Roelofsen và
Hoette đã tìm thấy chitin trong nấm men, Kreger cũng thu đƣợc 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 đƣợc
liên kết với những thành phần khác. Lƣợng chitin đƣợc tinh chế từ một số loài nấm
thông thƣờng từ 3 % - 5 %.

SVTH: Cao Thanh Huyền

6


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

1.2 CẤU TRÚC CỦA CHITIN – CHITOSAN
1.2.1 Cấu trúc của chitin[3]
Chitin là một dạng polysaccharide gồm các tiểu phân N-acetyl-D-Glucosamine
kết hợp lại với nhau theo liên kết (1 → 4). Liên kết của chitin là poly [-(1→4) – 2 –
acetamido – 2 – deoxy – D – glucopyranose]. Chitin có cấu trúc tinh thể và nó cấu tạo
thành một mạng lƣới sợi hữu cơ. Vì thế, chitin làm tăng độ bền, độ cứng và là điểm
tựa cho các sinh vật.
Chitin có công thức phân tử: (C8H13O5N)n.
Trong đó có chứa 47,29 % C; 6,45 % H; 39,37 % O và 6,89 % N.
Về cấu trúc hóa học, chitin cũng tƣơng tự nhƣ cellulose ngoại trừ nhóm hydroxyl
thứ hai trên nguyên tử carbon alpha trên phân tử cellulose đƣợc thay thế bằng nhóm
acetoamide. Cũng nhờ vào cấu trúc này mà việc ứng dụng chitin vào xử lý nƣớc thải,
in nhuộm là một việc rất có triển vọng.

Hình 1.1. Cấu trúc mạch polymer của chitin và cellulose
SVTH: Cao Thanh Huyền

7


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

Hình 1.2. Cấu trúc phân tử chitin và cellulose trong không gian
Mức độ deacetyl của chitin thông thƣờng nhỏ hơn 10 % và trọng lƣợng phân tử
khoảng 1-2,5x106 Da. Chitin có cấu trúc đa hình, tức là trong tự nhiên nó tồn tại dƣới
nhiều dạng khác nhau.
1.2.2 Cấu trúc của chitosan[3]
Chitosan là một poly[ -(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 đƣợc gọi là độ deacetyl (DD) của sản phẩm.
Nếu DD > 50 % đó là chitosan, ngƣợc lại là chitin.

SVTH: Cao Thanh Huyền

8


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

Hình 1.3. Cấu trúc polymer của chitosan
Cấu trúc của phân tử chitosan trong không gian có hình xoắn ốc, mỗi đơn vị cơ
bản có 2 mắt xích D – glucosamine. Chiều dài mỗi đơn vị cơ bản là 10,34 Å.

Hình 1.4. Cấu trúc phân tử chitosan trong không gian
1.3 TÍNH CHẤT CỦA CHITIN – CHITOSAN
1.3.1 Tính chất của chitin[12]
Chitin có màu trắng hoặc trắng phớt hồng, dạng vảy hoặc dạng bột, không mùi,
không vị, không tan trong nƣớc, trong môi trƣờng kiềm, trong acid loãng và trong các
dung môi hữu cơ khác nhƣ ete, rƣợu… Nhƣng tan trong dung dịch đặc nóng của muối
thioxianat liti (LiSCN), thioxianat canxi (Ca(SCN)2) tạo thành dung dịch keo, tan đƣợc
trong hệ dimetylacetamide – LiCl 8 %, tan trong hexafluoro – isopropyl alcohol
(CF3CHOHCF3) và hexafuoracetone sesquihydrate (CF3COCF3.H2O).
Chitin tồn tại trong các chất oxy hóa mạnh nhƣ: thuốc tím (KMnO4), oxy già
(H2O2), nƣớc javen (NaClO – NaCl)…, lợi dụng tính chất này mà ngƣời ta sử dụng các
chất oxy hóa trên để khử màu cho chitin.
SVTH: Cao Thanh Huyền

9


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

Chitin có khả năng hấp thu tia hồng ngoại có bƣớc sóng 884 – 890 cm-1.
Chitin là một polysaccharide nguồn gốc tự nhiên, có hoạt tính sinh học cao và tự
phân hủy trên da. Chitin bị men lysozyme, một loại men chỉ có ở cơ thể ngƣời phân
giải thành monome N-acetyl-D-glucosamine.
Khi đun nóng trong dung dịch NaOH đậm đặc (40 – 50 %), ở nhiệt độ cao thì

chitin sẽ bị mất gốc acetyl tạo thành chitosan.

 Lợi dụng tính chất này, ngƣời ta điều chế ra chitosan – chất có nhiều ứng dụng
trong công nghệ thực phẩm, là chất trung gian điều chế ra glucosamine có nhiều ứng
dụng trong y học.
Khi đun nóng với acid HCl đậm đặc, ở nhiệt độ cao thì chitin sẽ bị cắt mạch thu
đƣợc glucosamine.

 Lợi dụng tính chất này, ngƣời ta điều chế ra glucosamine – một loại thuốc có
tác dụng chống thoái hóa khớp.
Phản ứng este hóa:
- Chitin tác dụng với HNO3 đậm đặc cho ra sản phẩm chitin nitrat.
- Chitin tác dụng với anhydrit sunfuric trong pyridin, dioxan và N,Ndimetylanilin cho sản phẩm chitin sunfonat.
1.3.2 Tính chất của chitosan[12]
Chitosan là một dẫn xuất của chitin thƣờng ở dạng rắn, xốp, nhẹ, hình vảy có thể
xay nhỏ theo các kích thƣớc khác nhau. Ngoài ra, chitosan có tính kiềm, có màu trắng
hoặc màu vàng nhạt, không mùi, không vị, không tan trong nƣớc, trong dung dịch

SVTH: Cao Thanh Huyền

10


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

kiềm và acid đặc, nhƣng tan trong acid loãng tạo thành keo trong suốt. Nhiệt độ nóng
chảy là khoảng 309 – 311 ºC tùy vào mức độ deacetyl hóa và trọng lƣợng phân tử.
Mức độ deacetyl hóa (DD): Do quá trình khử acetyl xảy ra không hoàn toàn nên

ngƣời ta quy ƣớc rằng nếu độ deacetyl hóa (degree of deacetylation) DD > 50 % thì
gọi là chitosan, nếu DD < 50 % thì gọi là chitin.
Quá trình deacetyl hóa bao gồm quá trình loại nhóm acetyl khỏi chuỗi phân tử
chitin và hình thành phân tử chitosan với nhóm amin hoạt động hóa học cao. Mức độ
deacetyl hóa là một đặc tính quan trọng của quá trình sản xuất chitosan, bởi vì nó ảnh
hƣởng đến tính chất hóa lý và khả năng ứng dụng của chitosan sau này. Mức độ
deacetyl hóa của chitosan vào khoảng 56 – 99 % (thƣờng là 80 %) phụ thuộc vào loài
giáp xác và phƣơng pháp sử dụng. Có rất nhiều phƣơng pháp để xác định mức độ
deacetyl hóa của chitosan bao gồm: thử ninhydrin, chuẩn độ điện thế, quang phổ hồng
ngoại, chuẩn độ bằng HI…
Độ nhớt là một nhân tố quan trọng để xác định khối lƣợng phân tử của chitosan.
Chitosan phân tử lƣợng cao thƣờng làm cho dung dịch có độ nhớt cao, điều này có thể
không mong muốn trong đóng gói công nghiệp. Nhƣng chitosan có độ nhớt cao thu
đƣợc từ phế phẩm của các loài giáp xác thì rất thuận tiện cho đóng gói.
Một số nhân tố trong quá trình sản xuất nhƣ mức độ deacetyl hóa, khối lƣợng
nguyên tử, nồng độ dung dịch, độ mạnh của lực ion, pH và nhiệt độ ảnh hƣởng đến độ
nhớt của chitosan. Ví dụ, độ nhớt của chitosan tăng khi thời gian khử khoáng tăng. Độ
nhớt của chitosan trong dung dịch acid acetic tăng khi pH của dung dịch này giảm, tuy
nhiên nó lại giảm khi pH của dung dịch HCl giảm. Tƣơng tự nhƣ vậy, quá trình loại
protein trong dung dịch NaOH và sự khử trong quá trình khử khoáng cũng làm giảm
độ nhớt của dung dịch chitosan thành phẩm. Ngoài ra, độ nhớt chitosan còn bị ảnh
hƣởng đáng kể bởi các biện pháp xử lý vật lý (nghiền, gia nhiệt, hấp khử trùng…) và
hóa học (xử lý bằng ozon), trừ quá trình làm lạnh thì nó sẽ giảm khi thời gian và nhiệt
độ xử lý tăng. Vì vậy, dung dịch chitosan bảo quản ở 4 ºC đƣợc cho là ổn định nhất.
a) Dung môi và tính tan
Chitosan là một bazơ, dễ tạo muối với các acid, hình thành những chất điện ly
cao phân tử, có tính tan phụ thuộc vào bản chất của các anion có liên quan. Quá trình
SVTH: Cao Thanh Huyền

11

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

hòa tan chitosan có thể xảy ra hai giai đoạn: hình thành muối và hòa tan muối. Tuy
nhiên, ngƣời ta thƣờng cho acid và chitosan đã ở dạng huyền phù trong nƣớc để hai
quá trình xảy ra đồng thời. Tính tan của muối chitosan phụ thuộc vào trọng lƣợng phân
tử, mức độ deacetyl hóa, tổng lƣợng acid có mặt và nhiệt độ dung dịch.
Trong acid vô cơ, chitosan tan đƣợc trong dung dịch HCl, HBr, HI, HNO 3 và
HClO4 loãng nhƣng cũng có thể tách riêng đƣợc trong dung dịch HCl hoặc HBr khi
tăng nồng độ acid. Chitosan tan rất ít trong H3PO4 đậm đặc, sự hòa tan xảy ra song
song với sự sunfat hóa và thủy phân chitosan.
Trong acid hữu cơ, chitosan hình thành muối tan đƣợc trong nƣớc với phần lớn
các acid hữu cơ. Các muối của monocarboxylic acid nhƣ chitosan benzoat, chitosan-oaminobenzoat (chitosan antranilat), chitosan aminobenzoat, chitosan phenyl acetat tan
tốt nhƣng chitosan hydrocinnammat tan rất ít và chitosan-p-methonycinnamat thì
không tan. Còn muối của chitosan và acid formic hoặc là acid acetic thì tan rất tốt
trong nƣớc.
b) Thủy phân bằng acid
Khả năng bị thủy phân của chitosan phụ thuộc vào các nhóm thế theo thứ tự sau:
-NHCOCH3 < -OH < -NH2. Mức độ thủy phân phụ thuộc vào loại acid, nồng độ acid,
nhiệt độ và thời gian phản ứng. Các kết quả nghiên cứu cho thấy, trong môi trƣờng
H2SO4, sự thủy phân chitosan luôn kèm theo quá trình sulfate hóa, cho sự cắt mạch
phân tử chitosan một cách ngẫu nhiên.
Trong dung dịch HCl, chitosan bị cắt mạch nhƣng không nhƣ trong dung dịch
H2SO4. Trong dung dịch HCl, chitosan bị thủy phân cho ra sản phẩm cuối cùng chủ
yếu là monomer, dimer, trimer. Trong môi trƣờng khác nhƣ HF, H3PO4, chitosan vẫn
bị thủy phân nhƣng ở mức độ khác nhau. Trong dung dịch CH3COOH, sự thủy phân
chitosan ở nhiệt độ thƣờng xảy ra không đáng kể.

c) Phản ứng nitrat hóa
Chitosan tƣơng tự cellulose có đặc tính tạo nitrat. Tuy nhiên, hỗn hợp HNO3 –
H2SO4 đƣợc dùng làm tác nhân để điều chế cellulose nitrat lại không thích hợp cho

SVTH: Cao Thanh Huyền

12