De cuong khoa luan chitosan từ vỏ đầu tôm bảo quản rau quả

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI
KHOA TP – MT – ĐD
-----*****-----

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

THU NHẬN CHITIN - CHITOSAN TỪ VỎ TÔM ỨNG DỤNG TRONG BẢO
QUẢN RAU QUẢ

GVHD: NGUYỄN THỊ THU HẰNG
NHÓM SVTH: NHÓM 1
LỚP: 14DSP1
NIÊN KHÓA: 2014 – 2018

ĐỒNG NAI, THÁNG 12 NĂM 2017

1


DANH SÁCH SINH VIÊN

STT

Họ và tên

Mã sinh viên

1

Đặng Thị Thuý

1406887

2

Trần Mỹ Cương

1407211

2


TRƯỜNG ĐẠI HỌC
CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA TP (MT - ĐD)

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
1. Tên khóa luận: “Thu nhận chitin và chitosan từ vỏ tôm và ứng dụng trong
bảo quản hoa quả”.
2. Lớp: 14DSP1
3. Nhiệm vụ khóa luận:


Thực hiện quy trình tách chitin, chitosan từ vỏ tôm.



Đánh giá chất lượng chitosan thu được.



Thử nghiệm quá trình bảo quản… bằng màng chitosan



Mục đích thí nghiệm; chuẩn bị trang thiết bị, dụng cụ và hóa chất; Cách

tiến hành thí nghiệm; Kết quả đo, tính toán; Nhận xét và kết luận
4. Ngày giao:
5. Ngày hoàn thành đồ án:
6. Họ tên giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thu Hằng.
Biên Hòa, ngày 12 tháng 7 năm 2017
Trưởng khoa

Giảng viên hướng dẫn

TS. Trần Thanh Đại

NGUYỄN THỊ THU HẰNG

3


LỜI CÁM ƠN

Trong suốt thời gian làm khóa luận tốt nghiệp, tìm hiểu và hoàn thành khóa
luận này ngoài sự cố gắng của bản thân, chúng tôi còn nhận được sự giúp đỡ rất nhiệt
tình của thầy cô khoa công nghệ thực phẩm - môi trường và đặc biệt với sự chỉ dẫn của
giáo viên hướng dẫn cô Nguyễn Thị Thu Hằng.
Chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:
-

Quý thầy cô Khoa Thực phẩm - Môi trường và Điều dưỡng, trường đại học

công nghệ Đồng Nai đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng tôi hoàn thành tốt khóa luận này.
-

Cô Nguyễn Thị Thu Hằng người trực tiếp chỉ dẫn, góp ý kiến, tận tình hướng

dẫn chúng em trong suốt thời gian hoàn thành khóa luận.
-

Gia đình, người thân đã động viên giúp đỡ và tạo điều kiện cho chúng tôi trong

suốt thời gian làm khóa luận.
Trong thời gian làm việc với Cô, chúng tôi không ngừng tiếp thu những kiến
thức bổ ích mà còn học được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm
túc, hiệu quả... Đây là những điều rất cần thiết cho chúng tôi trong quá trình học tập và
công tác sau này.

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!.

4

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Thái độ làm việc:
Trình bày:
Điểm số:
Biên Hòa, ngày … tháng … năm 2017
Giảng viên hướng dẫn

Nguyễn Thị Thu Hằng

5


MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

6

1.1. Đặt vấn đề
Sản phẩm trái cây của nước ta, đặc biệt trái cây của các tỉnh Đồng Bằng Sông
Cửu Long cỏ nhiều lợi thế về chủng loại, sản lượng và chất lượng của trái cây miền
nhiệt đới nhưng việc bảo quản để xuất khẩu vào các thị trường lớn như Nhật, Mỹ,
EU... chưa ngang tầm với sản lượng thu hoạch hàng năm.
Hiện nay, nước ta chỉ có một số doanh nghiệp lớn và các siêu thị có phương
thức tồn trữ trái cây ở nhiệt độ lạnh. Còn lại đa số các vựa thu mua trái cây cũng như
nông dân đều thu hoạch và bán trái cây theo tập quán, không có quy trình bảo quản sau
thu hoạch. Điều này gây ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng sản phẩm và hiệu quả
kinh tế. Có nhiều nguyên nhân trong vấn đề này, trong đó việc bảo quản chưa được
đầu tư về công nghệ và hệ thống thiết bị bảo quản một cách tương xứng với doanh
nghiệp có thương hiệu trái cây xuất khẩu.
Thời gian gần đây vấn đề này được các nhà vườn rất quan tâm và các công
trình nghiên cứu bảo quản trái cây sau thu hoạch cũng đang cho những kết quả khả
quan. Rau quả chúng ta có sản lượng rất cao nhưng về mặt chất lượng thì rất kém như
thường được thu hoạch khi chưa đến thời điểm thu hoạch, đa số trái cây thường không
qua khâu kiểm tra chất lượng và vệ sinh an toàn thực phẩm.. .Trong đó chỉ một số
lượng trái tươi đủ tiêu chuẩn phẩm cấp được phân loại bảo quả ở kho lạnh có nhiệt độ
và độ ẩm thích hợp cho từng loại trái. Đáng chú ý, hiện do nước ta có rất ít các kho
bảo quản nên chí phí bảo quản trong các khâu thu hái, bao gói và vận chuyển lạnh để
xuất khẩu rất cao. Sự hư hỏng trong quá trình hảo quản rau quả do các nguyên nhân
sau đây: do hiện tượng chín sinh lý tự nhiên và hiện tượng nhiễm bệnh. Đồng thời các
yếu tố như vi sinh vật thâm nhập từ môi trường bên ngoài và cường độ hô hấp của quả
nếu hô hấp càng mạnh mẽ thì quá trình chín càng chóng xảy ra và thời hạn bảo quả
càng bị rút ngắn.
Rau quả trong quá trình bảo quản bị mất nước và bị tổn thương cơ học. Bệnh
cũng gây tổn thương tạo điều kiện cho nhiễm vi sinh vật thử cấp càng gây hư hỏng
nhanh chỏng hơn. Thuốc bảo vệ thực vật sử dụng bừa bãi dẫn đến giảm giá trị cảm
quan và không an toàn. Vì vậy tìm đuợc phương pháp bảo quản rau quả sau thu hoạch

đơn giản và tiết kiệm là nhiệm vụ trước mắt quan trọng để đẩy mạnh xuất khẩu rau
quả.
Cà chua là loại rau màu được trồng và sử dụng khá phổ biến ở nước ta. Chúng
có tuổi thọ ngắn do cấu trúc nhiều nước và không có vỏ cứng bảo vệ. Thời vụ thu hái
cà chua kéo dài từ tháng 11 đến tháng 2 năm sau. Trong thòi gian này do thu hoạch
cùng lúc nên giá cà chua rất thấp (có thời điểm chỉ 500 VND một kilogam), đôi khi
người nông dân không muốn thu hái vì giá bán không bù đủ công sức. Nhưng khi trái
vụ giá cà chua lại khả cao, các nhà máy không có cà chua để sản suất. Từ trước tới nay
biện pháp bảo quản cà chua chủ yếu là sản xuất bán sản phẩm (nuớc ép, bột, cà chua
cô đặc...) dù công nghệ đã có nhiều cải tiến song các tính chất quý của cà chua trong
các sản phẩm này đều bị mất đi, đặc biệt là mùi vị và vitamin.
Trong những hướng nghiên cứu công nghệ bảo quản sau thu hoạch trái cây, rau
quả nói chung và cà chua nói riêng thì việc kéo dài được thời gian bảo quản và quan
7


trọng nhất là giữ được trạng thái, tính chất như của rau quả tươi được quan tâm hơn cả.
Chitosan là một polyme được sản xuất từ đầu tôm, vỏ tôm, mai mực đó là những phụ
phế phẩm của ngành chế biến thủy sản. Chitosan thể hiện nhiều đặc tính đáng chú ý
như có khả năng tạo màng thấm khí, khả năng diệt khuẩn cao và không hại cho người
tiêu dùng khi sử dụng gói rau quả tươi, khi sử dụng đặc biệt phù họp cho bảo quản rau
quả tươi. Do đó người ta nghiên cứu sử dụng chitosan làm màng bao trong bảo quản
rau quả vì nó vừa thân thiện với môi trường vừa an toàn thực phẩm.
1.2. Mục đích và yêu cầu nghiên cứu
1.2.1. Mục đích
- Thực hiện quy trình sản xuất chitin, chitosan bằng phương pháp hoá học.
- Thử nghiệm bảo quản… bằng chitosan thu được.
1.2.2. Yêu cầu
- Sản phẩm đạt các chỉ tiêu đưa ra.
- Thu được các sản phẩm dạng bột.

- Bảo quản được hoa quả trong thời gian lâu bằng chitosan .
1.3. Đối tượng nghiên cứu
- Vỏ đầu tôm.

8


1.4. Ý nghĩa của đề tài
Chitin là một polysaccharied đứng thứ hai về lượng trong tự nhiên chỉ sau
cellulose. Chitin và các sản phẩm của chúng hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực như: y học, sản xuất mỹ phẩm, bảo quản nông sản, xử lý môi trường…
Ngoài ra khi khử acetylene trong hợp chất chitn sẽ tạo thành chitosan là đơn vị cao
phân tử của glucosamine, là một chất có ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp nhẹ,
thực phẩm, nông nghiệp. Việc nghiên cứu và tách chiết chitin từ vỏ giáp xác đã được
thực hiện hơn một thế kỷ nay.
Hiện nay, tôm là mặt hàng chế biến chủ lực của nghành thủy sản Việt Nam, chủ
yếu là tôm đông lạnh. Theo báo cáo của Bộ thủy sản, lượng tôm năm 2010 là 693.3
nghìn tấn, tùy thuộc vào sản phẩm chế biến và sản phẩm cuối cùng mà phế liệu có thể
lên tới 40 – 70% khối lượng nguyên liệu.

9


CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Tổng quan về chitin-chitosan
2.1.1 Chitin
2.1.1.1 Lịch sử và nguồn gốc chitin, chitosan:
2.1.1.1.1 lịch sử phát hiện chitin, chitosan:

Danh từ “chitin” bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp “tunic” hay “envenlopen” đó có
nghĩa là lớp vỏ ngoài hay sự bao bọc.
Chitin đã được phát hiện bởi Henri Braconnot vào năm 1811[5]. Lần đầu tiên
ông phân lập được chitin như một hợp chất không tan trong kiềm của một số loại
nấm. Hợp chất do Braconnot phân lập được còn lẫn rất nhiều tạp chất nhưng ông
khẳng định đây không phải là gỗ.
Đến năm 1823, Odier đã cô lập được chitin từ cánh cứng của con bọ cánh cứng
và cũng phân lập được chitin khi loại khoáng vỏ cua. Từ đó, Odier cho rằng đây là
hợp chất cơ bản trong vỏ giáp xác và côn trùng.
Vào năm 1834, Children phát hiện sự có mặt của nitơ trong chitin, 9 năm sau đó
tức năm 1843 sự tồn tại của nitơ trong chitin đã được Lassaigne chứng minh một lần
Đến năm 1859, C.Rouget phát hiện ra một hợp chất mới khi đun hoàn lưu chitin
trong dung dịch KOH đặc, có tính chất khác với chitin, ông gọi nó là “modified
chitin”.
Năm 1876, Ledderhose thuỷ phân vỏ tôm hùm bằng dung dịch HCl và nhận
được một muối Clorua của amin 6C. Ông đề nghị cấu trúc
CHO.(CHOH)4.CH2NH2.HCl
Năm 1894, Winterstein phát hiện ra khi xử lý nấm với H 2SO4 hay NaOH rồi
thuỷ phân trong HCl thì đều thu được cùng loại mono saccharide và acid acetic. Tuy
nhiên, ông ta vẫn gọi hợp chất này là “celulose”. Cũng trong năm này, khi đun chitin

10


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 β(1 4) giữa các mắc xích pyranoz.

Từ những năm 1930 đến 1940 có rất nhiều nghiên cứu vế chitin và chitosan,
khoảng 50 phát minh được đăng ký. Với những nghiên cứu của mình, Purchase và
Braum chứng minh được chitin là một polysaccharide của glucossamime bằng cách
thuỷ phân chitin theo nhiều cách khác nhau, hay với nghiên cứu của Rammelberg đã
xác định một cách chính xác nguồn gốc của chitin.
Vào năm 1948, Matsusshima cũng đã có một phát minh sản xuất glucossamine
từ vỏ cua.
Năm 1950, người ta đã sử dụng tia X để phân tích nhằm nghiên cứu sâu hơn sự
hiện diện của chitin trong nấm và trong thành tế bào.
Và đến năm 1951, quyển sách đầu tiên viết về chitin đã được xuất bản. Bấy giờ,
người ta đã phát hiện tiềm năng của các polyme thiên nhiên này.
Nhưng sự cạnh tranh của các loại polyme tổng hợp nên đã kìm hãm sự phát triển
thương mại của chitin và chitosan. Cho đến năm 1970, hàng loạt nghiên cứu về chitin
và chitosan được tiến hành với mục đích ban đầu là tận dụng nguồn phế liệu dồi dào
từ việc chế biến thuỷ sản (vỏ tôm) nhằm tránh gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên,
các nhà khoa học đã phát hiện ra các tính chất đặc biệt của chitin và các dẫn xuất của
nó không những giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường mà còn mở ra một triển vọng
rất lớn trong việc ứng dụng chitin và các dẫn xuất của chúng vào sản xuất.
Vào năm 1978, một hội nghị đầu tiên nói về chitin và chitosan diễn ra tại Mỹ và
thu hút được sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học trên thế giới.
Hiện nay, những nghiên cứu về chitin và chitosan đã đạt những thành công nhất
định. Tại Nhật, một chương trình nghiên cứu dài hơn 10 năm cũng bắt đầu khởi động.
11


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.
2.1.1.1.1.1 Nguồn gốc của Chitin:
Chitin được tìm thấy chủ yếu ở hai nguồn sau đây:
•

Từ động vật bậc thấp.
Chitin là chất hữu cơ chủ yếu trong vỏ mai ( bộ xương ngoài của động vật

không xương sống).
Theo Richard, chitin được tìm thấy trong lớp vỏ cutin của loài chân đốt. Ngoài
ra, Chitin còn được tìm thấy trong tế bào ống của loài mực, ở lớp vỏ bao ngoài của
loài Bọ cánh cứng, trong lớp vỏ mai của loài giáp xác, trong loài nhện và bướm.
Chitin thường có khoảng 25 đến 50% trên lượng khan của lớp cutin, thành
phần
Bảng 1.1 Thành phần chất hữu cơ trong loài động vật chân đốt.

chủ yếu là
protein

calci carbonat.

12

khác
và


Tỉ lệ phần hữu cơ trong trọng lượng khan
Nguồn

Chitin %

Protein %

31,9

68,1

38,2

61,8

23,7

76,3

35,0

-

37,4

62,6

44,2

55,8

71,4

13,3

69,0

31,0

1. Lớp Nhện.
•

Buthus (Bò Cạp)

•

Juygale (nhện)

2. Lớp công trùng.
•

Châu chấu 2
cánh cứng

•

Periplameta

3. Lớp bọ cánh cứng
•

Pyliscus

4. Loài Bướm.
•

Boubyx (con

tằm ấu trùng)

5. Loài tôm cua.
•

Cencer

•

Eugagurus

Từ thực vật bậc thấp. Nguồn gốc của chitin trong thực vật giới hạn ở một số loài nấm
và tảo. Trong nấm chitin đóng vai trò như cenlulose trong các loài cây.
Người ta đưa các giả thiết khác nhau về sự hiện diện của chitin hoặc cenlulose
làm cơ sở cho mối quan hệ phát sinh giữa các nhóm của giống nấm đặc biệt là
phycomecetus. Qua phân tích bằng tia X, Frey đã xác nhận rằng chitin và cenlulose
không hiện diện đồng thời.

13


Chitin hiện diện trong tảo xanh, bằng phương pháp vi hóa học Roelofsen và
Hoette đã tìm thấy chitin trong nấm men, Kreger cũng thu được chitin trong một số
loài nấm men bằng nhiễu xạ tia X.
Chitin không hiện diện một mình trong lớp vỏ ngoài của loài nấm mà nó được
liên kết với những thành phần khác. Lượng chitin được tinh chế từ một số loài nấm
thồng thường từ 3% - 5%.

2.1.1.1 Khái niệm
Trong động vật, chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng của các vỏ một số

động vật không xương sống như: côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác và giun tròn. Trong
động vật bậc cao monomer của chitin là một thành phần chủ yếu trong mô da nó giúp
cho sự tái tạo và gắn liền các vết thương ở da. Ngoài ra chitin có ở thành tế bào nấm
họ Zygenmycetas, sinh khối nấm mốc, một số loại tảo... Trong động vật thủy sản đặc
biệt là tôm, cua, ghẹ, hàm lượng chitin khá cao, từ 14 – 35% so với trọng lượng khô.
Vì vậy vỏ tôm, cua, ghẹ là nguồn nguyên liệu tiềm năng sản xuất chitin – chitosan và
các sản phẩm từ chúng
-

Chitin có khối lượng phân tử lớn

-

Công thức phân tử chitin: (C8H13O5N)n

Tùy thuộc vào loại nguyên liệu để chiết tách chitin mà giá trị n sẽ thay đổi như sau:
-

Với tôm thẻ: n = 400 - 500

-

Với tôm hùm: n=700 - 800

-

Với cua: n= 500 - 600

Qua nhiều nghiên cứu về sự thuỷ phân chitin bằng enzyme hay acid HCl đậm đặc
thì người ta thấy rằng chitin có cấu trúc là một polymer được tạo thành từ các đơn vị

N-acetyl--D-glucosamine liên kết với nhau bởi liên kết β-(1-4) glucoside.[9].
2.1.1.2 Cấu trúc
Công thức cấu tạo chitin được thể hiện dưới hình sau:

14


Hình 1.1. Công thức cấu tạo của chitin
Chitin là một chất rắn vô định hình, màu trắng, có cấu trúc tương tự như cenlulose.
Trong tự nhiên, chitin tồn tại dưới 3 dạng cấu hình: α, β, γ- chitin; nhưng phổ biến
nhất là α-chitin, β-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:
Cả celluloze và chitin đều là những tinh thể cao, 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 hydrogen. Điều này cần thiết để hoà tan chitin và
chitosan trong một hệ thống dung môi riêng biệt để truyền tính năng.
- Trong dung dịch HCl, chitin có độ triền quang thay đổi từ [α] 20 = -1407 đến
[α]26 = +560 bởi sự thủy phân.
- Chitin là một polymer rất kỵ nước, không tan trong nước và trong hầu hết
các dung môi hữu cơ, acid loãng. Nhưng nó lại tan tôt trong HCl đặc, H 2SO4 đặc,
H3PO4 78 – 97%, axit formic khan và tan trong hexafluoro isopropanol, hexafluoro
aceton, chloro alcol dưới sự có mặt của dung dịch acid vô cơ và dimetylacetamid
chứa 5% litiumchlorid (George A.F. Roberts, 1992).
* Sự thủy giải chitin
•

Sự thủy giải bằng acid
Ledderhose thu được từ sự thủy giải chitin trong dung dịch acid một sản phẩm

dạng tinh thể mà ông gọi là glusosamine vào năm 1876.

Năm 1902, một phương pháp thủy giải nhẹ nhàng hơn tạo nên 2 –
acetamiddo–deoxy–D–glucose. Như vậy cấu trúc và thành phần chính của chitin đã
được cô lập. 2–acetamiddo–2– deoxy–D–glucose hydrochloride đã được tách rời với
hiệu suất 60 – 70% do sự thủy phân chitin từ cua với acid chlohidric đặc.
15


•

Sự thủy giải bằng enzyme

Với chế phẩm enzyme từ một ốc sên, Hackman đã thu được một lượng 44% tinh thể
2 – acetamido – 2 – deoxy – D – glucose và chỉ 0,5% 2 – amino – 2 – deoxy – D –
glucose từ chitin.
Trong thí nghiệm tương tự với một enzyme H. Pomatia, tinh thể 2 – acetamido – 2
deoxy – D – glucose thu được từ chitin của nấm men và tôm hùm với lượng tương
ứng là 50% và 80%.

2.1.2 Tính chất hoá học
2.1.2.1 Tính oxi hóa
2.1.2.2 Tính thủy phân
2.1.2.3 Phản ứng với kiềm ( NaOH, KOH… )
2.1.2.4 tính ester hóa
Chitin có màu trắng, không tan trong nước, trong kiềm, trong acid loãng và
các dung môi hữu cơ khác như rượu, ete...Chitin hòa tan được trong dung dịch đậm
đặc nóng của muối Thioxianat Liti (LiSCN) và muối Calci Ca(SCN)2 tạo thành dung
dịch keo. Chitin ổn định với các chất oxy hóa khử như: KMnO4, NaClO, H2O2… lợi
dụng tính chất này người ta sử dụng các chất oxy hóa để khử màu cho Chitin. Chitin
hòa tan trong thuốc thử Schweizei Sapranora. Điều này có thể do nhóm acetamit (NHCOCH3) ngăn cản sự tạo thành các phức chất cần thiết.
Khi đun nóng trong dung dịch HCl đậm đặc thì chitin sẽ bị phân hủy hoàn toàn thành

88,5% D-Glucosamin và 11,5% acid acetic, quá trình này bắt đầu xảy ra ở mối nối
Glucoside, sau đó là sự loại bỏ nhóm acetyl (-CO-CH3).
(C32H54N40O21)x + 2(H2O)  (C28H50N40O19)x + 2(CH3-COOH)x
Khi đun nóng trong dung dịch NaOH đậm đặc thì Chitin mất gốc acetyl tạo thành
Chitosan
2.1.12 Tính chất vật lý
Chitin có màu trắng, cũng giống như cellulose, chitin có tính kỵ nước cao và
không tan trong nước, trong kiềm, trong acid loãng và các dung môi hữu cơ như ete,
16


rượu... Tính không tan của chitin là do chitin có cấu trúc chặt chẽ, có liên kết trong và
liên phân tử mạnh thông qua các nhóm hydroxyde và acetamide. Tuy nhiên, β – chitin
có tính trương nở với nước cao. Chitin bị hòa tan bởi dung dịch acid đậm đặc như HCl
và dimethylacetamide chứa 5% lithiumchoride
Chitin có cấu trúc rắn chắc hơn các polymer sinh học khác. Độ rắn cao của
chitin sẽ thay đổi theo từng loại chitin được chiết rút ra từ các nguyên liệu khác nhau
Chitin tự nhiên có độ deacetyl dao động trong khoảng từ 8 - 12%, phân tử
lượng trung bình lớn hơn 1 triệu Dalton. Tuy nhiên, chitin chiết từ vi sinh vật thì có
phân tử lượng thấp, chỉ khoảng vài chục nghìn Dalton
2.2.2 Chitosan
2.2.2.1 Khái niệm
Chitosan được xem như là polymer tự nhiên quan trọng nhất. Với đặc tính là có
thể hoà tan tốt trong môi trường acid, chitosan được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực
như thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm ...
2.2.2.2 Cấu trúc
Giống như cellulose, chitosan là chất xơ song không giống chất xơ thực vật,
chitosan có khả năng tạo màng, có các tính chất của cấu trúc quang học... [8].
Chitosan là polymer không độc, có khả năng phân hủy sinh học và có tính
tương thích về mặt sinh học. Trong nhiều năm qua, các polymer có nguồn gốc từ chitin

đặc biệt là chitosan đã được chú ý đặc biệt như là một loại vật liệu mới có ứng dụng
đặc biệt trong công nghiệp dược, y học, xử lý nước thải và trong công nghiệp thực
phẩm như là tác nhân kết hợp, gel hóa, hay tác nhân ổn định ...
Chitosan là dẫn xuất đề axetyl hoá của ehitin, trong đó nhóm (-NH2) thay thế
nhóm (-COCH3) ờ vị trí C(2). Chỉtosan được cấu tạo từ các mắt xích D- glucozamin
liên kết vói nhau bởi các liên kết b~(l-4)~glicozỉt, do vậy chỉtosan có thể gọi là poly
p~(l-4)~2-amino~2-deoxi~D~glucozơ hoặc là poly ß-(l-4)~D- glucozamin (cấu trúc
ni)

17


Hình 2.3: cấu trúc chitosan (poly b-(l-4)-D- glucozamin)
Công thức phân tử: [C6H11O4N]n
Phân tử lượng: MChitosan = ( 161.07)n
2.2.2.3 Tính chất vật lý của chitosan
Là một chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy, có thể xay nhỏ theo các kích cỡ khác
nhau.
Chitosan có tính kiềm nhẹ, Có màu trắng hay vàng nhạt, không mùi vị, không
tan trong nước, dung dịch kiềm và acid đậm đặc nhưng tan trong acid loãng (pH6), tạo
dung dịch keo trong, có khả năng tạo màng tốt.
Chitosan có màu trắng hay vàng nhạt, không mùi vị. Không tan trong nước,
dung dịch kiềm và axit đậm đặc nhưng tan trong acid loãng (pH6), tạo dung dịch keo
trong, có khả năng tạo màng tốt, nhiệt độ nóng chảy 309 – 311 độ C.
Chitosan và các dẫn xuất của chúng đều có tính kháng khuẩn, như ức chế hoạt
động của một số loại vi khuẩn như E.Coli, diệt được một số loại nấm hại dâu tây, cà
rốt, đậu và có tác dụng tốt trong bảo quản các loại rau quả có vỏ cứng bên ngoài.
Khi dùng màng chitosan, dễ dàng điều chỉnh độ ẩm, độ thoáng không khí cho
thực phẩm (Nếu dùng bao gói bằng PE thì mức cung cấp oxy bị hạn chế, nước sẽ bị
ngưng đọng tạo môi trường cho nấm mốc phát triển)

Màng chitosan cũng khá dai, khó xé rách, có độ bền tương đương với một số
chất dẻo vẫn được dùng làm bao gói.
2.2.2.4 Tính chất hoá học của chitosan
1.5.2. Tính chất của Chitosan
Ở trạng tự nhiên chitosan là chất rắn, xốp nhẹ, hình vảy có thể xay nhỏ theo
nhiều kích cở khác nhau. Chitosan có màu trắng hoặc vàng nhạt, không mùi không vị
( theo Riccardo, 1996).
1.5.2.1. Độ deacetyl (DD)
Một trong những chỉ số quan trọng của chitosan là độ deacetyl hoá (DD) hoặc
độ acetyl hoá (DA = 100- DD). Chitosan có độ DD khác nhau dẫn đến sự khác nhau
về khối lượng phân tử, độ nhớt, khả năng hoà tan trong acid...
Một số phương pháp xácđịnh độ deacetyl.
18


Hiện có nhiều phương pháp để xác định DD và sau đây là những phương pháp
phổ biến nhất.
o

Phương pháp xác định 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 I
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) x 115
Trong đó:
A1655: diện tích phần phổ hấp thu do dao động của nhóm amide I

A3450: diện tích phần phổ hấp thu do dao động của nhóm -OH
115: hệ số thực nghiệm
Hoặc
DD = 100 x (1-A1655/A3450/1,33)
Ngoài ra trong một số tài liệu khác, người ta cũng đề cập đến công thức sau:
DD = 97,67 – 26,486 x (A1655/A3450)
 Phương pháp phản ứng với ninhydrin

Nhóm amino của chitin và chitosan có khả năng phản ứng với ninhydrin tạo ra
hợp chất khử và amoni. Hai hợp chất này phản ứng với nhau tạo hợp chất mang màu.
Định độ hấp thu màu bằng phương pháp quang phổ UV, từ đó xác định DD.
 Phương pháp xác định độ keo

Phương pháp này dựa trên phương pháp định lượng độ keo do Terayama dùng
để phân tích các hợp chất đa điện tích trong dung dịch nước. Dung dịch của một
anionic đã biết nồng độ được mang đi tác dụng với dung dịch chitosan trong HCl,
dùng methylen blue để xác định điểm cuối.
19


 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 H 2O và 50ml
H3PO4 85%, tiến hành chưng cất với nhiệt độ tăng dần 1 0C trong 1 phút cho đến
1600C, duy trì nhiệt độ này trong 60 phút, định lượng dịch chưng cất bằng dd NaOH
0.1N với chất chỉ thị màu PP.
Độ deacetyl được tính theo công thức:

DD = 100 – 2.03V/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
 Dựa vào Nitrogen toàn phần.

DD =

100 × (c − d )
× 100
a×c

Trong đó :
c là N toàn phần (được xác định bằng phương pháp kjeldahl)
d là hàm lượng N của chitin theo lý thuyết
a là độ giảm khối lượng.
Ngoài các phương pháp trên người ta còn sử dụng các phương pháp khác để
xác định DD như: phổ NMR, định phân acid-base, sắc ký khí, phương pháp thuỷ phân
bằng acid và phân tích bằng HPLC,…
1.5.2.2. Dung môi và tính tan
Chitosan là một bazơ, dễ tạo muối với các acid, hình thành những chất điện
ly cao phân tử (polyelectrolyt) có tính tan phụ thuộc vào bản chất của các anion có
liên quan. Quá trình hoà tan chitosan có thể xảy ra hai giai đoạn : hình thành muối và
20


hoà tan muối. Tuy nhiên, thường cho acid và chitosan đã ở dạng huyền phù trong
nước để hai quá trình xảy ra đồng thời. Tính tan của muối chitosan phụ thuộc vào
trọng lượng phân tử, mức độ deacetyl hoá, tổng lượng acid có mặt và nhiệt độ dung
dịch.

a.Trong acid vô cơ
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. Chitosan
tan rất ít trong H3PO4 đậm đặc, sự hoà tan xảy ra song song với sự sulfat hoá và thuỷ
phân chitosan.
Chitosan tan được trong các dung dịch axit loãng là do sự proton hoá của nhóm
amin tự do. Hằng số phân ly K b của một nhóm amin được xác định dựa trên cân bằng
sau:
⇔

-NH2 + H2O
Kb

- NH3+ + OH-

[− NH ][. OH ]
=
+
3

−

[ − NH 2 ]

và pKb = -logKb

Hằng số phân ly của axit liên hợp tương ứng được rút ra từ cân bằng:
-NH3+ + H2O
Ka =

⇔

-NH2 + H3O+

[ − NH 2 ].[ H 3O + ]

[− NH ]
+
3

và pKa = -logKa

Sự thay đổi giá trị pKa có thể được tính toán dựa trên phương trình của
Katchasky (Robert 1992).
pK a = pH + log[ (1 − α ) / α ] = pK 0 − ε .∆ψ ( α ) / k T

trong đó:

∆ψ

- độ chênh lệch thế năng tĩnh điện giữa bề mặt polyion và bề mặt

qui chiếu.
α- độ phân ly.
21


kT- hằng số Boltzman’s.
ε

- điện tích electron.

Khi α = 1, polymer trở nên trung hoà điện tích và thế năng tĩnh điện bằng 0.
Ngoại suy giá trị pKa tại α = 1 sẽ giúp chúng ta ước lượng được hằng số phân ly riêng
của các nhóm ion, pK0. Giá trị này ước tính được khoảng 6,5, giá trị này hoàn toàn
độc lập với độ DA, trong khi giá trị pK a thì phụ thuộc rất lớn vào yếu tố này. pK a
được gọi là pKa riêng của chitosan. Như vậy, tính tan của chitosan phụ thuộc vào mức
độ phân ly và phương pháp deacetyl hoá của nó.
b. Trong acid hữu cơ
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 phenyl acetat 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 N2O4
: chitosan là 3:1, cho dung dịch có độ nhớt nhỏ. Đây là dung môi hữu cơ duy nhất của
chitosan được biết đến.
c. Tính tương hợp với các dung môi
Chitosan tan tốt trong một số rất ít các dung môi hữu cơ, chitosan trong dung
dịch acid acetic có thể thống nhất với các dung môi phân cực mà không gây ra một sự
tạo tủa nào. Dung dịch của acid acetic – chitosan có tính tương hợp tốt với các rượu
như methanol, propanol, butanol, ethylenglycol, dietylenglycol, aceton và
formalamid.
Những dung dịch acid của chitosan đều hoà lẫn được các nhựa tan trong nước
không ion, hồ, dextrin, saccaro, sorbitol và các loại dầu mỡ, các parafin,
hydrochloric, nitric, formic, citric, acid lactic nhưng không tan trong acid sulfuric và
các sulfat.
1.5.2.3. Thuỷ phân bằng acid
22

Trong môi trường acid, chitin – chitosan đều bị thuỷ phân. Khả năng bị thuỷ
phân phụ thuộc vào các nhóm thế trong chitin theo thứ tự sau:
-NHCOCH3 < -OH < -NH2
Mức độ thuỷ phân phụ thuộc vào loại acid, nồng độ acid, nhiệt độ và thời gian
phản ứng. Các kết qủa nghiên cứu cho thấy trong môi trường H 2SO4, sự thuỷ phân
chitosan luôn kèm theo quá trình Ochitosan một cách ngẫu nhiên.
Trong dung dịch HCl, chitosan bị cắt mạch nhưng không như trong dung dịch
H2SO4. HCl thủy phân chitosan sản phẩm cuối cùng chủ yếu là monomer, dimer,
trimer. Trong môi trường khác như HF, H3PO4 chitosan vẫn bị thủy phân nhưng ở
mức độ khác nhau. Trong dung dịch CH3COOH, sự thuỷ phân chitosan ở nhiệt độ
thường xảy ra là không đáng kể.
1.5.2.4. Phản ứng nitrat hoá
Chitosan tương tự celluloze có đặc tính tạo nitrat. Tuy nhiên, hỗn hợp HNO 3 –
H2SO4 được dùng làm tác nhân để điều chế celluloze nitrat lại không thích hợp cho
chitosan vì H2SO4 gây phản ứng cắt mạch chitosan. Có hai hướng điều chế chitosan
nitrat như sau:
- Chitosan phản ứng với HNO3 loãng.
- Chitosan tác dụng với hỗn hợp của acid acetic loãng: anhydric acetic: acid nitric
nguyên chất ở nhiệt độ thấp hơn 50C theo tỉ lệ 1:1:1:3.
Sản phẩm thu được từ hai quá trình trên đều là muối acid của chitosan nitrat, có
mức độ thế là 1.65 dưới tác dụng của kiềm loãng sẽ chuyển sang chitosan nitrat có
hàm lượng O-nitrat không đổi, thường thực hiện trong aceton 50%.
CH2ONO2
O
O2NO

CH2ONO2
O

OH-

O

O

O
+

O2NO

O3NNH3

1.5.2.5. Phản ứng photphat hoá
23

O

NH2


Phản ứng photphat hóa xảy ra khi cho chitosan tác dụng với 15 phần
pyridine và 5 phần phosphorus axychlorid ở 40 0C trong 5 giờ. Sản phẩm có hàm
lượng P là 24%. Có hai phương pháp điều chế ester phosphat của chitosan:
- Dựa trên phương pháp điều chế celluloze phosphat, gia nhiệt chitosan với hổn hợp
acid phosphoric và ure. Thường dùng một chất lỏng trơ để xúc tiến phản ứng như
DMF, toluen.
- Thực hiện phản ứng của chitosan với pentoxid P ở nhiệt độ từ 0 → 5 0C. Trong đó,
chitosan đã được hoà tan trước trong methan sulphonic acid.

1.5.2.6. Phản ứng sulfat hoá
Quá trình sulfat hoá xảy ra bằng cách xử lý chitosan, tái tạo tủa, chuyển hoá
dung môi thông qua chuỗi: nước → ethanol → ethanol nguyên chất → di ethylether
→ DMF và phức SO3- DMF trong lượng thừa DMF, phản ứng được duy trì ở nhiệt độ
phòng. Sản phẩm tạo thành một nhóm N-sulphate và O-sulphate.
Chitosan–NH2 +O3S-O-CH = N(CH3)2 → Chitosan–NH–SO2OH + HCON(CH3)2
1.5.2.7. Phản ứng alkyl hoá khử
Phản ứng này dùng để điều chế các dẫn xuất N- alkyl của chitosan. Tổng quát,
phản ứng xảy ra như sau:
R1R2NH + C O

R1R2N C

R1R2N CH

Trong đó, giai đoạn đầu xảy ra chậm, giai đoạn thứ hai xảy ra nhanh với sự có
mặt của NaCNBH, ở pH = 4.
1.5.2.8. Phản ứng khử nhóm amin và cắt mạch bằng HNO2
Acid nitrơ được được sử dụng để thực hiện phản ứng deamin hoá và depolymer
hoá chitosan, phản ứng xảy ra càng mạnh khi có mặt của AgNO 3. Khi thực hiện phản
ứng depolymer hoá chitosan ở nhiệt độ phòng bằng HCl 3M thì cần 160 giờ. Trong
khi đó nếu dùng HNO2 thì chỉ cần 5 phút ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên để thực hiện tốt
phản ứng deamin hoá chitosan, người ta thay bằng anhydrid N2O3. Cơ chế phản ứng
như sau: trước hết hình thành ion diazonium, ion này phân hủy tạo ion carbonium,
gây ra sự cắt mạch.
24


1.5.2.9. Tính tạo phức
Trong môi trường acid, chitosan bị proton hoá nên nó phản ứng được với các

polyanion tạo phức. Khi pH > 4, nó tạo phức được với các hợp chất màu và kim loại
nặng. Các nhà khoa học giả thuyết rằng do đôi electron tự do của nhóm amin đã giúp
chitosan tạo được liên kết cho nhận với các đối chất. Tuy nhiên, còn phải xem xét tới
các hiện tượng đơn giản như hấp phụ, tương tác tĩnh điện và sự trao đổi ion. Bên cạnh
đó, môi trường nhóm chức amin cũng làm tăng hiệu lực phức của chitosan.
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. Tuy nhiên, phức chất giữa
chitosan và đồng, nikel đã được rất nhiều nhà nghiên cứu xác định và chỉ ra ion
Cu(II) hoặc Ni(II) là ion trung tâm, một ligand là nhóm –NH 2, 2 ligand còn lại là
nhóm –OH ở C3 và C6. Tuy nhiên, ligand thứ tư vẫn có hai ý kiến trái ngược nhau,
một ý kiến cho rằng đó là một phân tử nước, một ý kiến cho rằng đó là O g nối giữa 2
vòng D – Glucoz.
Theo Tanja Becker, Michael Schlaak và Henry Strasdeit (2000), khả năng hấp phụ
của chitosan đối với từng ion kim loại như sau: Cu(II) > Cd(II) ≈ Ni(II) > Pb(II)[18]
Bảng 1.3: Một số thông số đặc trưng của chitin
và chitosan
Thông
số

Chitin

Chitosan

Polyacetylaminglucoza

Polyaminoglucoza

(C8H13O5N)n

(C6H11O4N)n

(203)n

(161)n

6,9%

8,7%

6% - 7%

7% - 8,4%

10% - 15%

80% - 90%

Độ ẩm

< 10%

<10%

Độ tro

<2%

<1%

<0,5%

0,3%

Tên hoá học
Công thức phân tử
Trọng lượng phân tử
Hàm

lượng

nitơ

lý

thuyết
Hàm lượng nitơ thực tế
Mứcđộ deacetyl hoá

Hàm lượng protein

Trong phân tử chitin/chitosan có chứa các nhóm chức -OH, -NHCOCH3 trong
25