LUẬN văn CÔNG NGHỆ hóa KHẢO sát QUY TRÌNH TỔNG hợp CHITOSAN từ vỏ GHẸ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.94 MB, 66 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
KHẢO SÁT QUY TRÌNH TỔNG HỢP
CHITOSAN TỪ VỎ GHẸ
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Trần Thế Yên
SINH VIÊN THỰC HIỆN
Đặng Hữu Vinh (MSSV 2041698)
Ngành Công Nghệ Hóa Học – Khóa 30
Khoa: Công Nghệ
Cần Thơ, 11/2008
Trường Đại học Cần Thơ
Khoa Công Nghệ
Bộ môn Công Nghệ Hóa Học
Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Độc lập Tự do Hạnh phúc
------------
PHIẾU ĐĂNG KÝ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Năm học: 2008 2009
1. Họ và tên sinh viên: Đặng Hữu Vinh. MSSV: 2041698. Lớp Công Nghệ
Hóa Học. Khóa 30.
2. Tên đề tài: Khảo sát quy trình tổng hợp Chitosan từ vỏ ghẹ.
3. Cán bộ hướng dẫn: Trần Thế Yên.
4. Địa điểm và thời gian thực hiện:
Địa điểm: phòng thí nghiệm cơ sở sản xuất phân bón hóa sinh VAC – Tiền
Giang. Địa chỉ: 505 quốc lộ 50 – xã Tân Mỹ Chánh – TP Mỹ Tho – tỉnh Tiền
Giang. Phòng thí nghiệm bộ môn Công Nghệ Hóa Học – Khoa Công Nghệ –
Trường Đại Học Cần Thơ.
Thời gian: từ ngày 11/08/2008 đến ngày 16/11/2008.
5. Mục đích của đề tài: khảo sát các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình tổng
hợp chitosan từ vỏ ghẹ phế phẩm nhằm tìm ra điều kiện tốt nhất từ đó có thể ứng
dụng vào trong sản xuất công nghiệp.
6. Các nội dung chính của đề tài:
Luận văn gồm các phần sau:
Chương 1: Giới thiệu tổng quát.
Chương 2: Lược khảo tài liệu.
Chương 3: Phương pháp và phương tiện thực hiện.
Chương 4: Kết quả và nhận xét.
Chương 5: Kết luận.
7. Các yêu cầu hỗ trợ cho việc thực hiện đề tài: trang thiết bị, dụng cụ thí
nghiệm, kinh phí thực hiện đề tài.
8. Kinh phí dự trù cho việc thực hiện đề tài: 500.000 đồng (năm trăm nghìn
đồng chẵn).
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
SINH VIÊN THỰC HIỆN
Ý K I ẾN B Ộ M Ô N
H Ộ I Đ Ồ N G T H I V À X ÉT TỐ T N G H I ỆP
Trường Đại học Cần Thơ
Khoa Công Nghệ
Bộ môn Công Nghệ Hóa Học
Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Độc lập Tự do Hạnh phúc
------------
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
1. Cán bộ hướng dẫn: Trần Thế Yên.
2. Tên đề tài: Khảo sát quy trình tổng hợp Chitosan từ vỏ ghẹ.
3. Sinh viên thực hiện: Đặng Hữu Vinh. MSSV: 2041698.
4. Lớp: Công Nghệ Hóa Học. Khóa 30.
5. Nội dung nhận xét:
a. Nhận xét về hình thức của tập thuyết minh:..................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
b. Nhận xét về nội dung của luận văn: ..............................................................
Các nội dung và công việc đã đạt được:.................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Những vấn đề còn hạn chế: ....................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
c. Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài:..................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
d. Kết luận và đề nghị: ......................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
6. Điểm đánh giá: ..................................................................................................
Tiền Giang, ngày …. tháng .... năm 2008
Cán bộ hướng dẫn
Trường Đại học Cần Thơ
Khoa Công Nghệ
Bộ môn Công Nghệ Hóa Học
Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Độc lập Tự do Hạnh phúc
------------
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ CHẤM PHẢN BIỆN
1. Cán bộ chấm phản biện: ..................................................................................
2. Tên đề tài: Khảo sát quy trình tổng hợp Chitosan từ vỏ ghẹ.
3. Sinh viên thực hiện: Đặng Hữu Vinh. MSSV: 2041698.
4. Lớp: Công Nghệ Hóa Học. Khóa 30.
5. Nội dung nhận xét:
................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
................................................................................................................
Cần Thơ, ngày .…. tháng ….. năm 2008
Cán bộ chấm phản biện
Luận văn tốt nghiệp
LỜI CẢM ƠN
Sau hơn ba tháng thực hiện luận văn tốt nghiệp “Khảo sát quy trình tổng hợp
chitosan từ vỏ ghẹ” do Ông Trần Thế Yên hướng dẫn, không những giúp tôi cũng
cố lại những kiến thức quý báu của Thầy − Cô đã truyền đạt trong suốt 4 năm học
qua mà còn giúp tôi tiếp cận được những kiến thức mới lạ trong lĩnh vực mà mình
nghiên cứu. Với những kiến thức đã học hỏi được trong thời gian vừa qua sẽ giúp
tôi tích lũy được những kinh nghiệm quý báu cho việc làm của tôi sau ngày ra
trường.
Để hoàn thành được đề tài này, ngoài sự cố gắng và nổ lực của bản thân, tôi
còn nhận được sự gúp đỡ của nhiều Thầy − Cô, gia đình và bạn bè. Tôi xin gởi lời
cảm ơn chân thành đến Ông Trần Thế Yên đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, tìm tài
liệu, cung cấp hóa chất, thiết bị, tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận
văn tốt nghiệp này. Tôi xin chân thành cảm ơn Ông Huỳnh Văn Hải đã tạo điều kiện
cho tôi được thực hiện luận văn tốt nghiệp tại cơ sở sản xuất phân bón hóa sinh
VAC − Tiền Giang.
Ngoài ra, tôi cũng xin chân thành cảm ơn các anh chị nhân viên phòng thí
nghiệm cơ sở sản xuất phân bón hóa sinh VAC − Tiền Giang, quý Thầy − Cô bộ
môn Công Nghệ Hóa Học − Khoa Công Nghệ − trường Đại Học Cần Thơ và tập thể
lớp Công Nghệ Hóa Học đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt thời gian qua.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng và nổ lực cùng với sự thận trọng và tinh thần
trách nhiệm cao trong suốt quá trình thực hiện nhưng chắc chắn luận văn sẽ không
tránh khỏi những sai sót do kiến thức và thời gian có hạn. Rất mong quý Thầy − Cô
cùng các bạn thông cảm và mong nhận được những ý kiến đóng góp chân thành để
luận văn được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Đặng Hữu Vinh
i
Luận văn tốt nghiệp
LỜI NÓI ĐẦU
Chitosan là dẫn xuất của chitin – một loại polymer thiên nhiên có trong thành
phần vỏ của các loài giáp xác. Ngày nay, chitin và chitosan có rất nhiều ứng dụng
quan trọng trong nhiều lĩnh vực như y tế, công nghiệp dược, nông nghiệp, mỹ
phẩm, môi trường,…. Do ưu điểm này mà chitosan được xem như một nguyên liệu
mới của thời đại.
Như chúng ta đã biết nguyên liệu dùng để sản xuất chitin và chitosan chủ yếu
từ vỏ các loài giáp xác như tôm, cua, ghẹ,…. Đặc biệt, với điều kiện tự nhiên của
Việt Nam, hàng năm sản lượng tôm, cua, ghẹ thu được từ đánh bắt và nuôi trồng
thủy sản là rất lớn. Với nguồn lợi thủy sản phong phú như vậy, lượng vỏ tôm, cua,
ghẹ thải ra hàng năm là rất lớn. Vì thế, việc tận dụng nguồn phế phẩm thủy sản này
để sản xuất ra chitin, chitosan được xem là giải pháp tối ưu không những góp phần
bảo vệ môi trường mà còn đem lại nhiều lợi ích kinh tế thiết thực. Đó là những lý
do mà chitin và chitosan đang được đẩy mạnh nghiên cứu trong các Viện nghiên
cứu, các trường Đại Học, Cao Đẳng… ở nước ta.
Xuất phát từ những vấn đề trên, đề tài này được thực hiện với hy vọng vừa
tạo được một nền tảng kiến thức về loại vật liệu tự nhiên mới mẻ này, vừa góp phần
vào việc phát triển những mục tiêu nghiên cứu khoa học trọng điểm của đất nước.
Mục đích của đề tài: khảo sát các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình tổng hợp
chitosan từ vỏ ghẹ phế phẩm nhằm tìm ra điều kiện tốt nhất từ đó có thể ứng dụng
vào trong sản xuất công nghiệp.
Các nội dung chính của đề tài:
Chương 1: Giới thiệu tổng quát.
Chương 2: Lược khảo tài liệu.
Chương 3: Phương pháp và phương tiện thực hiện.
Chương 4: Kết quả và nhận xét.
Chương 5: Kết luận.
Sau ba tháng làm việc với sự cố gắng và nổ lực tối đa, tôi đã tìm ra được quy
trình tổng hợp chitosan từ vỏ ghẹ. Tuy chưa được tối ưu lắm nhưng nó vẫn có thể áp
dụng vào thực tế sản xuất công nghiệp với chất lượng chitin và chitosan đạt chất
lượng chitin và chitosan thương phẩm.
Do khả năng kiến thức còn hạn chế và thời gian thực hiện có hạn nên đề tài
luận văn tốt nghiệp này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Tôi mong nhận
được những ý kiến đóng góp chân thành của quý thầy cô và các bạn.
Đặng Hữu Vinh
ii
Luận văn tốt nghiệp
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... i
LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................ ii
MỤC LỤC .............................................................................................................. iii
DANH SÁCH BẢNG ............................................................................................ vi
DANH SÁCH HÌNH ............................................................................................ vii
DANH SÁCH PHỤ LỤC .................................................................................... viii
Chương 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT .............................................................. 1
Chương 2. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ................................................................... 2
2.1. Tình hình khai thác, xuất khẩu ghẹ ở Việt Nam ............................................... 2
2.2. Lịch sử phát triển của chitin và chitosan ........................................................... 2
2.3. Sơ lược về chitin và chitosan ............................................................................ 4
2.3.1. Cấu trúc phân tử của chitin, chitosan và cellulose ................................... 4
2.3.1.1. Cấu trúc phân tử của chitin .............................................................. 4
2.3.1.2. Cấu trúc phân tử của chitosan ......................................................... 4
2.3.1.3. Cấu trúc phân tử của cellulose ........................................................ 5
2.3.2. Tính chất lý hóa của chitin và chitosan .................................................... 5
2.3.2.1. Tính chất lý hóa của chitin ............................................................... 5
2.3.2.2. Tính chất lý hóa của chitosan........................................................... 5
2.4. Thực trạng nghiên cứu, ứng dụng của chitin và chitosan vào thực tế .............. 6
2.4.1. Thực trạng nghiên cứu về chitin và chitosan ........................................... 6
2.4.1.1. Thực trạng nghiên cứu trên thế giới ................................................. 6
2.4.1.2. Thực trạng nghiên cứu trong nước................................................... 7
2.4.2. Ứng dụng của chitin và chitosan vào thực tế............................................ 7
2.5. Các phương pháp xác định tính chất của chitin và chitosan ............................. 8
2.5.1. Xác định độ deacetyl ................................................................................ 8
2.5.1.1. Phương pháp xác định quang phổ hồng ngoại ................................. 8
2.5.1.2. Phương pháp của Đỗ Thu Thủy ....................................................... 9
2.5.1.3. Phương pháp chưng cất với acid phosphoric ................................... 9
2.5.2. Xác định khối lượng phân tử trung bình ................................................ 10
2.5.2.1. Nhóm các phương pháp trực tiếp ................................................... 10
2.5.2.2. Nhóm các phương pháp gián tiếp .................................................. 10
2.6. Các phương pháp sản xuất chitin và chitosan
phổ biến trong và ngoài nước .............................................................. 11
2.6.1. Các phương pháp trên thế giới ............................................................... 11
2.6.1.1. Phương pháp thủy nhiệt của Nhật .................................................. 11
2.6.1.2. Phương pháp của Heckman ........................................................... 12
2.6.1.3. Phương pháp của P. Meyer và Keuns, Lee .................................... 13
2.6.2. Các phương pháp trong nước ................................................................. 14
2.6.2.1. Phương pháp của Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh ............... 14
Đặng Hữu Vinh
iii
Luận văn tốt nghiệp
2.6.2.2. Phương pháp của Đại học Thủy Sản Nha Trang ........................... 15
2.6.2.3. Phương pháp của Đại học Cần Thơ ............................................... 16
2.7. Cơ sở lý thuyết của quy trình sản xuất chitin và chitosan .............................. 17
2.7.1. Các quá trình cơ bản của quy trình tổng hợp chitosan từ ghẹ ................ 17
2.7.2. Cơ sở lý thuyết của quá trình loại protein .............................................. 17
2.7.2.1. Cơ sở lý thuyết ............................................................................... 17
2.7.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng .................................................................... 18
a. pH của môi trường ............................................................................. 18
b. Nhiệt độ ............................................................................................. 18
c. Kích thước của nguyên liệu ............................................................... 19
d. Thời gian loại protein ........................................................................ 19
2.7.3. Cơ sở lý thuyết của quá trình loại khoáng .............................................. 19
2.7.3.1. Cơ sở lý thuyết ............................................................................... 19
2.7.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng .................................................................... 20
a. Nồng độ acid ...................................................................................... 20
b. Kích thước vỏ ghẹ ............................................................................. 20
c. Thời gian loại khoáng ........................................................................ 20
d. Nhiệt độ ............................................................................................. 20
2.7.4. Cơ sở lý thuyết của quá trình tẩy màu .................................................... 21
2.7.5. Cơ sở lý thuyết của quá trình deacetyl hóa............................................. 21
2.7.5.1. Cơ sở lý thuyết ............................................................................... 21
2.7.5.2. Các yếu tố ảnh hưởng .................................................................... 21
a. Nồng độ NaOH .................................................................................. 21
b. Thời gian phản ứng ............................................................................ 22
c. Nhiệt độ phản ứng.............................................................................. 22
Chương 3. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU ............... 23
3.1. Địa điểm và thời gian thực hiện ...................................................................... 23
3.2. Nguyên liệu thí nghiệm ................................................................................... 23
3.3. Thiết bị Dụng cụ Hóa chất thí nghiệm...................................................... 23
3.4. Quy trình thực hiện ......................................................................................... 24
3.4.1. Các bước thực hiện của quy trình ........................................................... 24
3.4.2. Thuyết minh quy trình ............................................................................ 25
3.5. Bố trí thí nghiệm ............................................................................................. 25
3.5.1. Thí nghiệm trích ly chitin từ vỏ ghẹ ....................................................... 25
3.5.1.1. Xác định nồng độ NaOH thích hợp cho giai đoạn loại protein ..... 25
3.5.1.2. Xác định thời gian thích hợp cho giai đoạn loại protein ................ 26
3.5.1.3. Xác định nồng độ HCl thích hợp cho giai đoạn loại khoáng ......... 26
3.5.1.4. Xác định thời gian thích hợp cho giai đoạn loại khoáng ............... 27
3.5.1.5. Lựa chọn tác nhân tẩy màu thích hợp ............................................ 27
3.5.2. Thí nghiệm tổng hợp chitosan từ chitin .................................................. 27
3.5.2.1. Xác định nồng độ NaOH thích hợp cho giai đoạn deacetyl hóa .... 27
3.5.2.2. Xác định thời gian thích hợp cho giai đoạn deacetyl hóa .............. 28
3.5.2.3. Xác định nhiệt độ thích hợp cho giai đoạn deacetyl hóa ............... 28
Đặng Hữu Vinh
iv
Luận văn tốt nghiệp
Chương 4.KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT ............................................................... 29
4.1. Thí nghiệm loại protein bằng dung dịch NaOH .............................................. 29
4.1.1. Xác định nồng độ NaOH thích hợp cho giai đoạn loại protein .............. 29
4.1.1.1. Kết quả thí nghiệm ......................................................................... 29
4.1.1.2. Nhận xét ......................................................................................... 30
4.1.2. Xác định thời gian phản ứng thích hợp cho giai đoạn loại protein ........ 30
4.1.2.1. Kết quả thí nghiệm ......................................................................... 30
4.1.2.2. Nhận xét ......................................................................................... 31
4.2. Thí nghiệm loại khoáng bằng dung dịch HCl ................................................. 31
4.2.1. Xác định nồng độ acid HCl thích hợp cho giai đoạn loại khoáng .......... 31
4.2.1.1. Kết quả thí nghiệm ......................................................................... 31
4.2.1.2. Nhận xét ......................................................................................... 32
4.2.2. Xác định thời gian phản ứng thích hợp cho giai đoạn loại khoáng ........ 32
4.2.2.1. Kết quả thí nghiệm ......................................................................... 32
4.2.2.2. Nhận xét ......................................................................................... 33
4.3. Lựa chọn tác nhân tẩy màu thích hợp ............................................................. 33
4.4. Thí nghiệm deacetyl hóa tổng hợp chitin thành chitosan ............................... 33
4.4.1. Xác định nồng độ NaOH thích hợp cho giai đoạn deacetyl hóa ............ 33
4.4.1.1. Kết quả thí nghiệm ......................................................................... 33
4.4.1.2. Nhận xét ......................................................................................... 35
4.4.2. Xác định thời gian thích hợp cho giai đoạn deacetyl hóa....................... 35
4.4.2.1. Kết quả thí nghiệm ......................................................................... 35
4.4.2.2. Nhận xét ......................................................................................... 36
4.4.3. Xác định nhiệt độ thích hợp cho giai đoạn deacetyl hóa ........................ 36
4.4.3.1. Kết quả thí nghiệm ......................................................................... 36
4.4.3.2. Nhận xét ......................................................................................... 37
4.5. Thí nghiệm xác định lượng NaOH và HCl cần dùng ..................................... 38
4.5.1. Thí nghiệm xác định lượng NaOH cần dùng
cho quá trình loại protein .......................................................................... 38
4.5.2. Thí nghiệm xác định lượng HCl cần dùng
cho quá trình loại khoáng .......................................................................... 38
4.6. Quy trình tổng hợp chitosan từ vỏ ghẹ ............................................................ 40
Chương 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................... 41
5.1. Kết luận ........................................................................................................... 41
5.1.1. Ưu điểm .................................................................................................. 41
5.1.2. Nhược điểm ............................................................................................ 41
5.2. Một số kiến nghị của đề tài ............................................................................. 41
Tài liệu tham khảo
Phụ lục
Đặng Hữu Vinh
v
Luận văn tốt nghiệp
DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1. Ứng dụng của chitin và chitosan trong thực tế ....................... 7 – 8
Bảng 2.2. Thành phần phần trăm nitơ trong chitin ....................................... 9
Bảng 2.3. Thành phần phần trăm nitơ trong chitosan ................................... 9
Bảng 2.4. Giá trị của a, k theo một số hệ dung môi khác nhau .................. 10
Bảng 3.1. Thiết bị, dụng cụ, hóa chất thí nghiệm ....................................... 23
Bảng 4.1. Hàm lượng Nitơ tổng cộng trung bình ứng
với từng nồng độ NaOH ........................................................................ 29
Bảng 4.2. Hàm lượng Nitơ tổng cộng trung bình ứng
với từng thời gian cụ thể ........................................................................ 30
Bảng 4.3. Hàm lượng khoáng tồn dư và nồng độ acid còn lại
ứng với từng nồng độ acid HCl ............................................................. 31
Bảng 4.4. Hàm lượng khoáng tồn dư và nồng độ acid còn lại
ứng với từng thời gian cụ thể ................................................................ 32
Bảng 4.5. Hàm lượng N và độ deacetyl hóa
của chitosan theo nồng độ ..................................................................... 34
Bảng 4.6. Hàm lượng N và độ deacetyl hóa
của chitosan theo thời gian .................................................................... 35
Bảng 4.7. Hàm lượng N và độ deacetyl hóa
của chitosan theo nhiệt độ ..................................................................... 36
Đặng Hữu Vinh
vi
Luận văn tốt nghiệp
DANH SÁCH HÌNH
Hình 2.1. Sản lượng xuất khẩu ghẹ ở Việt Nam (2001 – 2004) ................... 2
Hình 2.2. Cấu trúc phân tử của chitin ........................................................... 4
Hình 2.3. Cấu trúc phân tử của chitosan ....................................................... 4
Hình 2.4. Cấu trúc phân tử của cellulose ...................................................... 5
Hình 2.5. Quy trình trích ly chitosan theo phương pháp
thủy nhiệt của Nhật ................................................................................ 11
Hình 2.6. Quy trình trích ly chitin của Heckman ........................................ 12
Hình 2.7. Quy trình trích ly chitin của P. Meyer và Keuns, Lee ................ 13
Hình 2.8. Quy trình sản xuất chitosan của
Đại học Bách Khoa TP HCM ................................................................ 14
Hình 2.9. Quy trình sản xuất chitin của
Đại học Thủy Sản Nha Trang ................................................................ 15
Hình 2.10. Quy trình sản xuất chitin của Đại học Cần Thơ........................ 16
Hình 2.11. Các quá trình cơ bản của quy trình
tổng hợp chitosan từ ghẹ........................................................................ 17
Hình 3.1. Các bước tiến hành của quá trình thí nghiệm ............................. 24
Hình 4.1. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa
hàm lượng N và nồng độ NaOH ............................................................ 29
Hình 4.2. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa hàm lượng N
và thời gian phản ứng ............................................................................ 30
Hình 4.3. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa hàm lượng khoáng
tồn dư với nồng độ acid HCl ................................................................. 31
Hình 4.4. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa hàm lượng khoáng
tồn dư với thời gian phản ứng ............................................................... 32
Hình 4.5. Đồ thị biểu diễn hàm lượng N của chitosan
theo nồng độ NaOH ............................................................................... 34
Hình 4.6. Đồ thị biểu diễn độ deacetyl hóa của chitosan
theo nồng độ NaOH ............................................................................... 34
Hình 4.7. Đồ thị biểu diễn hàm lượng N của chitosan
theo thời gian ......................................................................................... 35
Hình 4.8. Đồ thị biểu diễn độ deacetyl hóa của chitosan
theo thời gian ......................................................................................... 36
Hình 4.9. Đồ thị biểu diễn hàm lượng N của chitosan
theo nhiệt độ .......................................................................................... 37
Hình 4.10. Đồ thị biểu diễn độ deacetyl hóa của chitosan
theo nhiệt độ .......................................................................................... 37
Hình 4.11. Quy trình tổng hợp chitosan sau khi tổng kết số liệu ............... 40
Hình 5.1. Quy trình sản xuất chitin và chitosan đề xuất ............................. 42
Đặng Hữu Vinh
vii
Luận văn tốt nghiệp
DANH SÁCH PHỤ LỤC
Phụ lục 1: Quang phổ IR của chitin điều chế
Phụ lục 2: Quang phổ IR của chitosan điều chế
Phụ lục 3: Một số hình ảnh về chitin và chitosan
Đặng Hữu Vinh
viii
Luận văn tốt nghiệp
Chương 1
GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT
Trong những năm gần đây việc khai thác, đánh bắt, nuôi trồng và chế biến
thủy sản xuất khẩu đang ngày càng phát triển ở Việt Nam. Theo thống kê của Bộ
Thủy Sản năm 2004 tổng kim ngạch xuất khẩu thủy sản của Việt Nam đạt xấp xỉ
2,55 tỉ USD. Bên cạnh tôm đông lạnh là mặt hàng xuất khẩu chủ lực (chiếm 50 %)
thì sản phẩm thịt ghẹ xuất khẩu đang dần được thị trường thế giới quan tâm hơn
(theo Bộ Thủy Sản năm 2004 xuất khẩu ghẹ đông lạnh ở Việt Nam là gần 18500 tấn
đạt kim ngạch 90 triệu USD). Do đó, hàng năm các nhà máy xí nghiệp chế biến thịt
ghẹ đông lạnh phải vứt bỏ 1 lượng lớn vỏ ghẹ sau khi đã lấy đi phần thịt của chúng.
Như chúng ta biết, thành phần chính trong lớp vỏ các loài giáp xác (tôm, cua,
ghẹ,…) là chitin – 1 loại polyme thiên nhiên được ứng dụng rộng rãi.
Hiện nay phần lớn lượng phế phẩm này được phơi khô làm thức ăn gia súc
hoặc không được sử dụng và lúc đó chúng được xem là chất thải rắn có khả năng
gây ô nhiễm cao. Trong khi đó nếu tận dụng nguồn phế phẩm này để chiết xuất
chitin và các dẫn xuất của nó sẽ tạo nên những mặt hàng giá trị đem lại lợi nhuận
kinh tế cao và giải quyết được tình trạng ô nhiễm môi trường
Chitin là thành phần chính trong vỏ của các loài động vật giáp xác và là sản
phẩm có giá trị cao trên thị trường thế giới. Theo Nguyễn Đức Lượng (2003) hàm
lượng chitin có trong cỏ cua, ghẹ là gần 24 %, chỉ đứng sau vỏ tôm và là 1 tỉ lệ khá
cao so với vỏ hến (0,48 %), vỏ ốc (1,24 %)….Hiện nay, trên thế giới các nhà khoa
học đã nghiên cứu thành công nhiều quy trình chiết suất chitin từ vỏ các loài giáp
xác và đã được ứng dụng vào trong sản xuất.
Chitosan là dẫn xuất của chitin, do có những đặc tính quý giá nên chitosan
ngày càng được khám phá và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như y
học, công nghiệp dược, mỹ phẩm, xử lý nước thải, bảo quản thực phẩm, nông
nghiệp….Theo thống kê, hàng năm trên thế giới tiêu thụ khoảng 1100 – 1300 tấn
chitin/chitosan.
Xuất phát từ những vấn đề trên đề tài này được tiến hành với mong muốn có
thể tìm ra những điều kiện tốt nhất trong quy trình tổng hợp chitosan từ ghẹ vừa tiết
kiệm chi phí sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm vừa tận dụng được nguồn phế
phẩm.
Đặng Hữu Vinh
1
Luận văn tốt nghiệp
Chương 2
LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1. Tình hình khai thác, xuất khẩu ghẹ ở Việt Nam
Ghẹ là đối tượng hải sản quý, có giá trị thương mại cao và là mặt hàng xuất
khẩu quan trọng của Việt Nam. Ghẹ được phân bố ở khắp các vùng biển đến độ sâu
50 – 100 m và cửa sông, đáy cát bùn từ Bắc vào Nam. Những năm gần đây do nhu
cầu tiêu thụ trong nước và xuất khẩu tăng, cùng với nghề khai thác ghẹ tự nhiên,
nghề nuôi ghẹ đã phát triển ở nhiều địa phương trong cả nước.
Hình 2.1. Sản lượng xuất khẩu ghẹ ở Việt Nam (2001 – 2004)
( trích Bộ Thủy Sản Việt Nam )
2.2. Lịch sử phát triển của chitin và chitosan
Danh từ “chitin” bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp “tunic” hay “envenlopen” có
nghĩa là lớp vỏ ngoài hay sự bao bọc.
Chitin đã được phát hiện bởi Henri Braconnot vào năm 1811. 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.
Đặng Hữu Vinh
2
Luận văn tốt nghiệp
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, Chilren phát hiện sự có mặt của nitơ trong chitin. Đến năm
1843 tức 9 năm sau đó sự tồn tại của nitơ trong chitin đã được Lassaigne chứng
minh một lần nữa.
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 chitin, ông gọi nó là “modified chitin”.
Năm 1876, Ledderhose thủy phân vỏ tôm hùm bằng dung dịch HCl trong 30
phút và nhận được một muối Clorua của amin 6C. Ông đề nghị cấu trúc
CHO.(CHOH)4.CH2NH2.HCl.
Năm 1894, Winterstein phát hiện ra khi xử lý nấm với H2SO4 hay NaOH rồi
thủy phân trong HCl thì đều thu được cùng 1 loại mono saccharide và acid acetic.
Tuy nhiên, ông vẫn gọi hợp chất này là celulose. Cũng trong năm này, khi đun
chitin trong dung dịch KOH ở 1800C 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 (1 – 4) giữa các mắt xích pyranoz.
Từ những năm 1930 đến năm 1940 có rất nhiều nghiên cứu về 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
glucossamine 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.
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.
Đến năm 1951, quyển sách đầu tiên viết về chitin đã được xuất bản. Lúc bấy
giờ người ta đã phát hiện tiềm năng của các polyme thiên nhiên này.
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 được 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.
Nhiều sản phẩm chitin và chitosan đã được thương mại hóa ở Việt Nam và
trên thế giới dưới dạng dược phẩm và thực phẩm chức năng.
2.3. Sơ lược về chitin và chitosan
Đặng Hữu Vinh
3
Luận văn tốt nghiệp
2.3.1. Cấu trúc phân tử của chitin, chitosan và cellulose
2.3.1.1. Cấu trúc phân tử của chitin
Chitin là một dạng polysaccharide gồm các tiểu phân N – acetyl – D –
glucosamine kết hợp 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 lưới sợi hữu cơ. Vì thế mà chitin làm tăng độ bền,
độ cứng và là điểm tựa cho các sinh vật.
Công thức phân tử của chitin: (C8H13O5N)n.
Khối lượng phân tử của chitin: Mchitin = (203)n.
Hình 2.2. Cấu trúc phân tử của chitin
2.3.1.2. Cấu trúc phân tử của chitosan
Chitosan là một poly[( (1 → 4) – 2 – amino – 2 – deoxy – D –
glucopyranose]. Cả chitin và chitosan đều là copolyme, tỉ lệ giữa 2 nhóm monome
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.
Công thức phân tử của chitosan: (C6H11O4N)n.
Khối lượng phân tử của chitosan: Mchitosan = (161)n.
Hình 2.3. Cấu trúc phân tử của chitosan
2.3.1.3. Cấu trúc phân tử của cellulose
Đặng Hữu Vinh
4
Luận văn tốt nghiệp
Hình 2.4. Cấu trúc phân tử của cellulose
2.3.2. Tính chất lý hóa của chitin và chitosan
2.3.2.1. Tính chất lý hóa của chitin
Chitin là một chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy có màu trắng hay vàng nhạt, không
mùi, không vị. Công thức phân tử: (C8H13O5N)n. Khối lượng phân tử: Mchitin =
(203)n.
Trong tự nhiên chitin tồn tại dưới 3 dạng cấu hình: , , – chitin nhưng phổ
biến nhất là – chitin, – chitin. Do cấu hình của chitin khác nhau, dẫn đến chúng
có một số tính chất khác nhau nhưng nhìn chung chitin có các tính chất sau:
– Chitin có cấu trúc tinh thể cao nên chúng chỉ tan trong một số dung môi
đặc biệt. Chitin bị phân hủy trước khi nóng chảy, đây là đặc tính tiêu biểu của
polysaccharid có liên kết hydro. Điều này cần thiết để hòa tan chitin và chitiosan
trong một hệ thống dung môi riêng biệt để truyền tính năng.
– Trong dung dịch HCl, chitin có độ triền quang thay đổi từ []20 = – 1407
đến []26 = + 560 bởi sự thủy phân.
– Chitin là một polyme rất kỵ nước, không tan trong nước và trong hầu hết
các dung môi hữu cơ, acid loãng. Nhưng nó lại tan trong hexafluoro, isopropanol,
hexafluoroaceton, chloro alcol dưới sự có mặt của dung dịch acid vô cơ và
dimetylacetamid chứa 5 % litiumchlorid.
2.3.2.2. Tính chất lý hóa của chitosan
Ở trạng thái tự nhiên chitosan là chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy có thể xay nhỏ
theo nhiều kích cỡ khác nhau. Chitosan có màu trắng hoặc vàng nhạt, không mùi
không vị. Công thức phân tử: (C6H11O4N)n. Khối lượng phân tử: Mchitosan = (161)n.
Một trong những chỉ số quan trọng của chitosan là độ deacetyl hóa (DD)
hoặc độ acetyl hóa (DA = 100 – DD). Chitosan có độ DD khác nhau dẫn đến sự
khác nhau về khối lượng phân tử, độ nhớt, khả năng hòa tan trong acid….
Chitosan là một bazơ, dễ tạo muối với các acid hình thành những chất điện ly
cao phân tử (polyeletrolyt) có tính tan phụ thuộc vào bản chất của các anion có liên
quan.
Chitosan tan được trong HCl, HBr, HI, HNO3 và HClO4 loãng nhưng cũng
có thể tách riêng được trong dung dịch HCl hoặc HBr khi tăng nồng độ acid.
Đặng Hữu Vinh
5
Luận văn tốt nghiệp
Chitosan tan rất ít trong H3PO4 đậm đặc, sự hòa tan xảy ra song song với sự sulfat
hóa và thủy phân chitosan.
Chitosan hình thành muối tan được trong nước với phần lớn các acid hữu cơ.
Các muối của monocarboxylic acid như chitosan benzoat, chitosan – o –
aminobenzoat (chitosan antranilat), chitosan aminobenzoat, chitosan phenylacetat
tan tốt nhưng chitosan hydrocinnamat tan rất ít và chitosan – p – methonycinnamat
thì không tan. Còn muối của chitosan và acid formic, acid acetic tan rất tốt trong
nước. Ngoài ra, chitosan còn tan rất dễ dàng trong hỗn hợp DMF – N2O2 với tỷ lệ
N2O2:chitosan là 3:1, cho dung dịch có độ nhớt nhỏ. Đây là dung môi hữu cơ duy
nhất của chitosan được biết đến.
Chitosan tan tốt trong một số rất ít các dung môi hữu cơ, song trong dung
dịch acid acetic có thể thống nhất với các dung môi phân cực mà không gây ra một
sự kết tủa nào.
Trong môi trường acid, chitin/chitosan đều bị thủy phân. Khả năng bị thủy
phân 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. Ngoài ra trong môi trường acid, chitosan bị proton hóa nên nó phản ứng được
với các polyanion tạo phức do đôi electron tự do của nhóm amin đã giúp chitosan
tạo được liên kết cho nhận với đối chất. Sự tạo phức giữa chitosan và các ion kim
loại nói chung rất khác nhau. Cấu trúc của phức chất theo đó cũng ít được công
nhận.
2.4. Thực trạng nghiên cứu, ứng dụng của chitin và chitosan vào thực tế
2.4.1. Thực trạng nghiên cứu về chitin và chitosan
2.4.1.1. Thực trạng nghiên cứu trên thế giới
Trong những thập kỷ qua, những nhà nghiên cứu ở Nhật, châu Âu và Mỹ đã
không ngừng thúc đẩy nghiên cứu ứng dụng của chitin và các dẫn xuất của nó trong
các lĩnh vực hóa sinh. Gần 1000 bài nghiên cứu về chitin và những dẫn xuất của nó
đã được xuất bản và gần 200 bằng sáng chế đã được phát hành tại Mỹ và một vài
quốc gia trên thế giới. Đặc biệt tập trung vào lĩnh vực thực phẩm và dinh dưỡng.
Ngoài ra các lĩnh vực khác cũng được chú trọng rất nhiều như môi trường, y học
hay mỹ phẩm….Sau đây là một số nghiên cứu tiêu biểu:
– Chitin and chitosan sources, Chemistry, Biochemistry, Physical Properties
and Applications – Knapczyk J (2001).
– Methods for reducing the amount of contaminants in water – Patent
number 6821427.
– Process for preparing chitosan particles – Patent number 6740752.
– Process for manufacture of chitosan – Patent number 6821427.
2.4.1.2. Thực trạng nghiên cứu trong nước
Đặng Hữu Vinh
6
Luận văn tốt nghiệp
Cùng với xu hướng của thế giới, các nhà khoa học Việt Nam cũng đã và
đang thúc đẩy những nghiên cứu mới mẻ mang tính ứng dụng vào thực tiễn về
chitin và chitosan. Bởi vì đất nước ta có nguồn thủy hải sản vô cùng phong phú, đó
chính là nguồn nguyên liệu to lớn để chúng ta sản xuất ra chitin và chitosan. Và
chúng ta không chỉ dừng ở đó mà còn tiến sâu, tiến xa hơn vào các lĩnh vực ứng
dụng của hai chất mới mẻ này. Với tiêu chí đó, các viện nghiên cứu (Viện nghiên
cứu Hóa Học, Viện hạt nhân Đà Lạt,…), các trường đại học (Đại Học Quốc Gia Hà
Nội, Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, Đại Học Cần Thơ,…) đã và đang cho ra
đời những sản phẩm từ chitin và chitosan để ứng dụng vào thực tiễn sản xuất và
cuộc sống. Một số nghiên cứu tiêu biểu là:
– Nghiên cứu về độc tính của chitin và chitosan.
– Nghiên cứu sản xuất chitin và chitosan từ vỏ tôm, cua, ghẹ phế thải.
– Nghiên cứu chitosan làm phụ gia an toàn thay thế cho hàn the.
– Nghiên cứu phụ gia mạ bóng trên cơ sở chitosan.
– Nghiên cứu chitin, chitosan xử lý nước thải.
– Màng sinh học chitin, chitosan.
– Chỉ tự hủy từ chitin.
– Sản xuất chitin bằng vi sinh vật.
– Nghiên cứu sử dụng chitosan trong y học.
– Nghiên cứu chitosan trong việc trị bệnh đạo ôn trên lúa….
2.4.2. Ứng dụng của chitin và chitosan vào thực tế
Ngày nay, chitin và chitosan là một polyme sinh học phổ biến nhất do đặc
tính sinh lý và hóa lý của nó như khả năng tạo màng, hình thành muối polyoxy, tạo
vòng với các ion kim loại và đặc điểm cấu trúc quang học. do đó nó được ứng dụng
trong rất nhiều lĩnh vực. Có thể tóm tắt một vài ứng dụng tiêu biểu theo bảng sau:
Lĩnh vực ứng dụng
Xử lý nước
Nông nghiệp
Y học
Công nghiệp dược
Mỹ phẩm
Đặng Hữu Vinh
Ví dụ
Dùng như chất làm đông tụ hoặc kết bông: thu hồi ion
kim loại và thuốc trừ sâu, tách phenol, protein, đồng vị
phóng xạ và các nguyên liệu khác từ chất thải thực
phẩm…
Bọc nang các hạt giống nhằm ngăn ngừa sự tấn công
của nấm trong đất, tăng cường khả năng nảy mầm của
hạt, cố định phân bón, thuốc trừ sâu, trị bệnh đạo ôn
trên lúa,…
Điều trị bỏng, da nhân tạo, làm lành vết thương phẩu
thuật, màng lọc máu, chống đông tụ máu, chống khối
u và trong điều trị nha khoa, thuốc trị thấp khớp…
Chất phụ gia trong dược phẩm, làm tá dược độn, tá
dược dính, chất tạo màng, viên nang mềm và cứng,
chất mang sinh học dẫn thuốc…
Nước thơm, sơn móng tay và sản phẩm chăm sóc tóc,
làm thành phần sản xuất kem chống khô da, kem
7
Luận văn tốt nghiệp
Công nghiệp
thực phẩm
Công nghệ
sinh học
Chất lượng
dinh dưỡng
Lĩnh vực khác
dưỡng da…
Kiềm chế di chuyển ẩm giữa thực phẩm và môi trường
xung quanh, ngăn chặn sự thất thoát các tác nhân
chống VSV, làm sáng và tăng giá trị cảm quan trái
cây, thức uống…
Nguyên liệu kích động tế bào, tác nhân chống vi
khuẩn, làm chất mang để cố định enzym và cố định tế
bào…
Chất xơ cho ăn kiêng, tác dụng giảm cholesterol, phụ
gia trong thức ăn gia cầm và cá, giảm hấp thu lipid,
chống viêm dạ dày…
Nguyên liệu cho ngành công nghiệp giấy, công nghiệp
dệt, công nghiệp in, phim ảnh, bao bì, vật liệu y
sinh…
Bảng 2.1. Ứng dụng của chitin và chitosan trong thực tế
2.5. Các phương pháp xác định tính chất của chitin và chitosan
2.5.1. Xác định độ deacetyl
Độ deacetyl (DD) là một trong những thông số quan trọng thể hiện tính chất
chitin và chitosan. Hiện có nhiều phương pháp để xác định DD, sau đây là những
phương pháp phổ biến nhất:
2.5.1.1. Phương pháp xác định quang phổ hồng ngoại
Khi khảo sát phổ IR của chitin và chitosan, các nhà nghiên cứu nhận thấy
dao động hấp thu của nhóm –OH không phụ thuộc vào DD trong khi ở nhóm amide
thứ nhất có hiện tượng này (Lưu Văn Chính, 2001).
Từ đó các nhà nghiên cứu đưa ra nhiều công thức thực nghiệm tính DD của
sản phẩm. Các công thức này khá lặp lại về kết quả và phù hợp với kết quả của
phương pháp chuẩn độ keo
DD = 100 – (A1655/A3450) * 115
Trong đó: A1655: diện tích phần phổ hấp thu do dao động của nhóm amide
thứ nhất.
A3450: diện tích phần phổ hấp thu do dao động của nhóm –OH.
115: hệ số thực nghiệm.
hoặc
DD = 100 * (1 – A1655/A3450/1,33)
2.5.1.2. Phương pháp của Đỗ Thu Thủy
Đặng Hữu Vinh
8
Luận văn tốt nghiệp
Theo Đỗ Thu Thủy (trạm kiểm nghiệm dược phẩm Hà Nội) thì chitin là sự
trùng ngưng của nhiều phân tử N – acetyl – D – glucosamine, còn chitosan là chitin
đã được deacetyl hóa. Nếu sự deacetyl hóa chưa hoàn toàn thì sẽ còn một số mạch
N – acetyl – D – glucosamine trong phân tử chitosan.
Đối với chitin, một mạch N – acetyl – D – glucosamine gồm có:
Nguyên
tố
C
H
O
N
Số nguyên tử Tính ra đơn vị Tỷ lệ % N
trong một mạch
cacbon
trong mạch
8
8 x 12 = 96
13
13 x 1 = 13
a = 6,89 %
5
5 x 16 = 80
1
1 x 14 = 14
Cộng
203
Bảng 2.2. Thành phần phần trăm nitơ trong chitin
Đối với chitosan, một mạch D – glucosamine gồm có:
Nguyên
tố
C
H
O
N
Số nguyên tử Tính ra đơn vị Tỷ lệ % N
trong một mạch
cacbon
trong mạch
6
6 x 12 = 72
11
11 x 1 = 11
b = 8,69 %
4
4 x 16 = 64
1
1 x 14 = 14
Cộng
161
Bảng 2.3. Thành phần phần trăm nitơ trong chitosan
Qua cách tính trên ta thấy nếu hàm lượng N (%) xác định được là 6,89 % thì
đó là chitin, nếu hàm lượng N (%) xác định được là 8,69 % thì đó là chitosan. Từ đó
ta có công thức tính độ deacetyl hóa là:
D
c a *100
b a
Trong đó: a = 6,89 %: hàm lượng (%) N lý thuyết trong phân tử chitin.
b = 8,69 %: hàm lượng (%) N lý thuyết trong phân tử chitosan.
c là hàm lượng (%) N toàn phần đo được trong mẫu chitosan đem
kiểm nghiệm.
2.5.1.3. Phương pháp chưng cất với acid phosphoric
Khi tác dụng với acid phosphoric ở nhiệt độ cao, gốc acetyl trong chitosan sẽ
bị tách ra dưới dạng acid acetic và định lượng bằng NaOH theo phương pháp chuẩn
độ thể tích.
Cách tiến hành như sau: cho 0,3g vào dung dịch chứa 50ml H2O và 50ml
H3PO4 85 %, tiến hành chưng cất với nhiệt độ tăng dần 10C trong 1 phút cho đến
Đặng Hữu Vinh
9
Luận văn tốt nghiệp
1600C, duy trì nhiệt độ này trong 60 phút, định lượng dịch chưng cất bằng dung
dịch NaOH 0,1 N với chất chỉ thị màu PP.
Độ deacetyl được tính theo công thức:
DD = 100 – 2,03
(V/m)
Với: 2,03: hệ số liên quan đến phân tử lượng của chitin tính theo lý thuyết.
V: thể tích thực chuẩn độ mẫu.
m: khối lượng mẫu thử đã dùng.
Ngoài các phương pháp trên người ta còn sử dụng các phương pháp khác để
xác định DD như: phổ NMR, định phân acid – bazơ, phân tích nguyên tố, sắc ký
khí, phương pháp thủy phân bằng acid và phân tích bằng HPLC,…
2.5.2. Xác định khối lượng phân tử trung bình
Có nhiều phương pháp để xác định khối lượng phân tử trung bình của
chitosan. Nhìn chung, có thể chia thành hai nhóm lớn: nhóm các phương pháp trực
tiếp và nhóm các phương pháp gián tiếp.
2.5.2.1. Nhóm các phương pháp trực tiếp
Phương pháp trực tiếp gồm có: đo độ hạ áp suất hơi, độ tăng điểm sôi, hạ
điểm đông đặc, áp suất thẩm thấu, tán xạ ánh sáng, siêu ly tâm…
2.5.2.2. Nhóm các phương pháp gián tiếp
Phương pháp gián tiếp là đo độ nhớt, tuy độ chính xác không cao nhưng dễ
thực hiện.
Theo thuyết Mark – Houwink, độ nhớt của dung dịch polyme có liên quan
đến phân tử lượng trung bình của nó theo công thức:
a
k M v
Trong đó: : độ nhớt riêng.
a, k: hệ số thực nghiệm tùy thuộc và dung môi sử dụng.
Dung môi
0,2M HOAc + 0,1M NaOH + 4M urea
0,167M HOAc + 0,47M NaCl
0,1M HOAc + 0,2M NaCl
0,33M HOAc + 0,2M NaCl
K (cm3g-1)
8,93 * 10-2
115
1,81 * 10-3
1,28 * 10-2
a
0,71
0,147
0,93
1,02
M *105
1,13 – 4,92
0,13 – 1,7
0,9 – 11,4
0,13 – 1,35
Bảng 2.4. Giá trị của a, k theo một số hệ dung môi khác nhau
Cách tiến hành thí nghiệm: pha các dung dịch có nồng độ khác nhau của
chitosan trong hệ dung môi cho trên sao cho đường biểu diễn độ nhớt tăng theo
nồng độ đo được là tuyến tính. Ngoại suy độ nhớt tại nồng độ chitosan bằng không
sẽ cho giá trị độ nhới riêng, từ đó tính được giá trị khối lượng phân tử trung bình
(theo P. Sorlier, A. Denuziere and Viton, 2001).
Đặng Hữu Vinh
10
Luận văn tốt nghiệp
2.6. Các phương pháp sản xuất chitin và chitosan phổ biến trong và ngoài nước
2.6.1. Các phương pháp trên thế giới
2.6.1.1. Phương pháp thủy nhiệt của Nhật
Các nhà khoa học người Nhật đã đưa ra công nghệ sản xuất chitosan bằng
phương pháp thủy nhiệt. Phương pháp này được tóm tắt như hình 2.5.
Nguyên liệu
Làm khô
Tách vô cơ bằng HCl 2M
ở 1200C trong 1 giờ
Khử protein và deacetyl hóa bằng
NaOH 15M ở 1500C trong 1 giờ
Làm khô
Chitosan
Hình 2.5. Quy trình trích ly chitosan theo phương pháp thủy nhiệt của Nhật
Đối với phương pháp này có những ưu điểm và nhược điểm sau:
Ưu điểm: thời gian sản xuất chitosan rất ngắn.
Nhược điểm: chi phí cao, khi tiến hành cần phải có thiết bị nồi cao áp do
nhiệt độ cao, gây nguy hiểm cho người vận hành.
2.6.1.2. Phương pháp của Heckman
Đặng Hữu Vinh
11
Luận văn tốt nghiệp
Sau nhiều năm nghiên cứu, Heckman đã đưa ra quy trình sản xuất chitin như
hình 2.6.
Nguyên liệu
Rửa sạch
Sấy khô ở 1000C
Nghiền thành bột
Ngâm trong HCl 2N trong 48
giờ có khuấy hoặc lắc liên tục
Ly tâm
Trung hòa bằng dd kiềm ở nhiệt
độ 1000C trong suốt 12 giờ
Rửa nhiều lần với nước
Tá c h c ặ n
Làm khô
Nghiền tinh
Bột chitin có màu cam
Hình 2.6. Quy trình trích ly chitin của Heckman
Theo công nghệ trên, nguyên liệu được cạo và rửa nhiều lần bằng nước sạch,
rồi đưa vào sấy ở 1000C, sau đó ngâm trong dung dịch HCl 2N trong 48 giờ. Lấy
nguyên liệu ra rửa lại bằng nước sạch nhiều lần và tiếp tục sấy ở 1000C cho đến
khô. Nguyên liệu sau khi được sấy khô được đem nghiền thành bột mịn, sau đó
dùng NaOH 1N trích xuất chitin bằng cách cho bột này vào dung dịch NaOH 1N,
khuấy hoặc lắc trong 12 giờ ở 1000C. Kết thúc quá trình trích xuất tiến hành tách
cặn, rửa với nước, ethanol, ether và làm khô.
2.6.1.3. Phương pháp của P. Meyer và Keuns, Lee
Đặng Hữu Vinh
12
Luận văn tốt nghiệp
P. Meyer và Keuns, Lee đã đưa ra quy trình sản xuất chitin đơn giản hơn
nhiều so với quy trình của Heckman. Toàn bộ công nghệ được trình bày tóm tắt như
hình 2.7 sau:
Nguyên liệu
Rửa sạch
Làm khô
Nghiền
Sàng
Tách protein bằng NaOH 3,5 %
trong 2 giờ ở 650C
Lọc
Rửa sạch
Tách vô cơ bằng HCl 1N trong
30 phút ở nhiệt độ phòng
Lọc
Rửa
Sấy
Nghiền mịn
Chitin
Hình 2.7. Quy trình trích ly chitin của P. Meyer và Keuns, Lee
Theo phương pháp này, nguyên liệu được tách protein bằng cách khuấy liên
tục trong dung dịch NaOH 3,5 %, ở nhiệt độ 650C trong 2 giờ, rồi đem rửa sạch. Lại
tiếp tục loại bỏ các chất vô cơ bằng cách khuấy liên tục vỏ tôm trong dung dịch HCl
Đặng Hữu Vinh
13
