Ứng dụng chitosan sản xuất từ chitin thu hồi bằng phương pháp lên men lactic

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG CHITOSAN SẢN XUẤT TỪ CHITIN THU
HỒI BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN LACTIC

Ngành:

CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Giảng viên hướng dẫn : TS. Nguyễn Hoài Hương
Sinh viên thực hiện
MSSV: 1151110236

: Nguyễn Thị Thanh Nhật
Lớp: 11DSH03

TP. Hồ Chí Minh, 2015


Đồ án tốt
nghiệp

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan nội dung bài đồ án tốt nghiệp là do tự bản thân thực hiện. Các
thông tin thứ cấp sử dụng trong luận án là có nguồn gốc và trích dẫn rõ ràng, không
sao chép dưới bất kỳ hình thức nào, các số liệu trích dẫn trong bài là trung thực. Tôi

hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan của mình.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 8 năm 2015
Sinh viên

Nguyễn Thị Thanh Nhật


Đồ án tốt
nghiệp

LỜI CẢM ƠN
Khóa luận tốt nghiệp được hoàn thành tại trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM. Để
hoàn thành bài đồ án tốt nghiệp này, trước tiên tôi xin chân thành cảm ơn đến Quý
Thầy Cô giảng dạy tại khoa Công Nghệ Sinh Học – Môi Trường – Thực Phẩm đã
tận tình chỉ dạy và truyền đạt cho tôi những kiến thức và những kinh nghiệm quý
báu trong suốt thời gian học tập tại trường.
Đặc biệt, tôi xin chân thành bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới Cô Nguyễn Hoài
Hương, người đã tận tình hướng dẫn, động viên và truyền đạt cho tôi những kiến
thức chuyên nghành trong suốt thời gian nghiên cứu thực hiện đề tài.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Cô Tuyến công tác tại Viện Sinh học Nhiệt
Đới, và Cô Ngọc Yên trường Đại học Bách Khoa TpHCM đã cung cấp cho tôi mẫu
chitosan thương mại, bạn Vân Hương, Tuyết Mai lớp 11DSH05 đã cung cấp chủng
nấm Aspergillus flavus CĐP1 để tôi có thể thực hiện đồ án này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy Thành, thầy Dũng đã hỗ trợ về thiết bị hóa chất, vật
tư giúp đỡ tôi hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này. Xin cảm ơn sự giúp đỡ rất nhiệt
tình của các cộng sự, cảm ơn đến những người bạn đã động viên, giúp đỡ tôi trong
thời gian thực hiện đồ án này.
Sau cùng, tôi xin kính chúc quý Thầy Cô trong khoa Công Nghệ Sinh Học – Môi
Trường – Thực Phẩm thật nhiều sức khỏe, niềm tin để tiếp tục sứ mệnh cao đẹp của

mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau. Chúc các bạn dồi dào sức khỏe và
thành công trong sự nghiệp tương lai.
Mặc dù đã cố gắng hết sức để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất. Song bài
đồ án vẫn còn nhiều thiếu sót do còn hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm. Vì vậy
tôi mong nhận được sự đóng góp, phê bình của Quý Thầy, Cô giáo.
Tôi xin chân thành cảm ơn!


Đồ án tốt
nghiệp

MỤC LỤC
MỤC LỤC .................................................................................................................... i
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................
iv

DANH

MỤC

...................................................................................................

HÌNH
vi

MỞ

ĐẦU...................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ...................................................................................... 6
1.1. Tổng quan về tôm sú........................................................................................6

1.1.1. Cấu tạo của vỏ tôm .....................................................................................6
1.2. Tổng quan về chitin – chitosan .......................................................................7
1.2.1. Lịch sử phát hiện chitin – chitosan ...........................................................7
1.2.2. Cấu trúc của chitin – chitosan...................................................................9
1.2.3. Tính chất của chittin – chitosan ..............................................................10
1.2.4. Ứng dụng của chitosan ............................................................................15
1.2.5. Ứng dụng chitosan kích thích nảy mầm hạt giống ................................18
1.2.6. Tình hình sản xuất chitin – chitosan hiện nay ......................................19
1.3. Tổng quan về vi khuẩn lactic.......................................................................23
1.3.1. Khái niệm ..................................................................................................23
1.3.2. Đặc tính chung .........................................................................................24
1.3.3. Đặc điểm sinh lý – sinh hóa .....................................................................25
1.3.4. Giới thiệu các nghiên cứu ứng dụng vi khuẩn lactic vào lên men thu
hồi chitin..............................................................................................................29
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP ................................................... 31
2.1. Vật liệu nghiên cứu ........................................................................................31
2.1.1. Địa điểm nghiên cứu ................................................................................31
2.1.2. Thời gian thực hiện ..................................................................................31
2.1.3. Vật liệu ......................................................................................................31
2.2. Phương pháp luận..........................................................................................32
2.3. Phương pháp thí nghiệm...............................................................................33
2.3.1. Thu thập mẫu và nguyên liệu ..................................................................33
i


Đồ án tốt
nghiệp

2.3.2. Xác định thông số về thành phần hóa học của nguyên liệu đầu vỏ tôm
..............................................................................................................................34

2.3.3. Quy trình lên men kéo dài........................................................................35
2.3.4. Phương pháp tiến hành ...........................................................................37
2.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của chitosan khả năng ức chế nấm Aspergillus
flavus CĐP1 trên môi trường nuôi cấy PDA ....................................................45
2.3.6. Khảo sát ảnh hưởng của chitosan lên khả năng kích hoạt sự ra rễ hạt
đậu nành, hạt đậu phộng ở các nồng độ tương ứng........................................46
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................... 48
3.1. Xác định thành phần hóa học của nguyên liệu vỏ tôm ..............................48
3.2. Thông số hóa học sau quá trình lên men lactic thu hồi chitin với tỉ lệ rỉ
đường 20%.............................................................................................................49
3.3. Hiệu quả khử khoáng và khử protein của quá trình lên men lactic với tỉ
lệ rỉ đường 20 %, mật độ giống 3,16 x 106 cfu/ ml, 10 ngày. ............................50
3.4. So sánh một số đặc tính, tính chất vật lý chitosan từ chitin theo phương
pháp lên men lactic và chitosan thương phẩm ..................................................51
3.5. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ chitosan lên hoạt tính kháng nấm
Aspergillus flavus CĐP1 ........................................................................................53
3.6. Khảo sát ảnh hưởng của chitosan lên khả năng kích hoạt nảy mầm hạt
đậu tương ...............................................................................................................58
Kết luận ..................................................................................................................69
Kiến nghị ................................................................................................................69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 70

ii


Đồ án tốt
nghiệp

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ATP: Adenosine triphosphate

Ctv : cộng tác viên
LAB : Lactic Acid Bacteria
NSC : ngày sau cấy
PDA : Potato dextrose agar
UV: Ultraviolet
DD: dung dịch

3


Đồ án tốt
nghiệp

DANH MỤC BẢNG
St B
T
t ả
ra
1 2C 4
. h
2
2 3T 4
. hà 8
C
3 3
4
á
.
9
2c

H
4

3i
.
ệ
3
u
H

5
0

5

3i
.
ệ
4
u
S
3
. o
5s
3Ả
. n
Ả

5
0

3n
.
h
7

5
8

6
7

8

5
1
5
3

Ả
9

3n
.
h
8

6
1

Ả
1
0

3n
.
h
9

6
3

1
1

3 S
. o

6
5

4


Đồ án tốt
nghiệp

v
à
m

v


Đồ án tốt
nghiệp

DANH MỤC HÌNH
S H
T
tt ìn
ra
1 1 C
9
. ô
2 1 C 1
. ô
0
Q
3 1 u
2
. y
0
3 trì
Q
4 1 u
.
y
4
5 1

.
5
6 1
.
7 2
.

Q
u

2
2

y
C
o
S
ơ
S

2
7
3
3

8 2
. ơ
2 đ
Q
9 2 u

. y
3 trì
S
1 2 ơ
0 . đ
4 ồ
K
1 3 ết
1 . q
1 uả
K
1
2

2
1

3 ế
.
t
2

3
4
3
6
4
7
5
2

5
4

vi


Đồ án tốt
nghiệp

K
1
3

3 ế
.
t
3

5
5

K
1
4

3 ế
.
t
4

5
6

B
3 i
.
ể
5
u
Ả
3
. n
6 h
B

5
9

3 i
.
ể
7
u
Ả
3 n
. h
8 h
B

6
1

3 i
.
ể
9
u
Ả
2 3. n
0 1 h
0 h

6
3

n
2 3.
1 1 h
1 h
Ả
2 3.
n
2 1
h
2
h

6
7

1
5

1
6

1
7

1
8

1
9

5
9

6
2

6
4

Ả

6
8

vii


Đồ án tốt
nghiệp

p
hẩ

Ả
2 3. n
3 1
h
3
h

6
9

viii


Đồ án tốt
nghiệp

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Nước ta có nguồn thủy sản dồi dào, lượng vỏ giáp xác phế liệu hàng năm
rất lớn (năm 2005 là 70.000 tấn) trong đó có vỏ tôm.
Tôm là mặt hàng chủ lực của thủy sản Việt Nam, chủ yếu là tôm đông lạnh.

Theo báo cáo của bộ thủy sản, sản lượng tôm năm 2012 cả nước có 1,529 cơ sở sản
xuất tôm sú giống, sản xuất được hơn 37 tỷ con giống và có 185 cơ sở sản xuất tôm
chân trắng giống, sản xuất được gần 30 tỷ giống. Hiện nay có 30 tỉnh/thành nuôi
tôm nước lợ, đã thả nuôi 657,523 ha; đạt sản lượng 476,424 tấn. Trong đó diện tích
nuôi tôm sú chiếm 94,1% và 67,2% sản lượng. Tương ứng với sản lượng tôm hằng
năm sẽ có khối lượng phế liệu khổng lồ gồm đầu và vỏ tôm thải ra môi trường.
Hiện nay ở nước ta nguồn phế liệu đầu và vỏ tôm chưa được tận dụng trên
quy mô lớn, chủ yếu là làm thức ăn gia súc hay thải ra môi trường gây ô nhiễm tình
trạng trên đặt ra yêu cầu cấp bách là nghiên cứu sử dụng hợp lý và hiệu quả lượng
phế liệu để sản xuất ra sản phẩm có giá trị cao. Trên thế giới có nhiều nghiên cứu tái
sử dụng vỏ tôm như làm thức ăn gia súc, gia cầm và đặc biệt là thu nhận các hợp
chất quý trong vỏ tôm như chitin carotenoid.
Hiện nay chitin - chitosan và các sản phẩm nhận được từ chitin – chitosan
được ứng dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực của đời sống như y học, nông nghiệp,
bảo vệ môi trường... đặc biệt là trong y học chitin - chitosan được coi là polymer
dược phẩm.
Chitosan có nhiều ứng dụng trong các nghành công, nông nghiệp, y dược và
bảo vệ môi trường. Trong y dược, từ chitosan vỏ tôm cua có thể sản xuất
glucosamine, một dược chất quý đang phải nhập khẩu ở nước ta. Ngoài ra còn sản
xuất các loại dược liệu khác như: da nhân tạo, chỉ phẫu thuật tự hoại… cũng được
nghiên cứu sản xuất từ chitin – chitosan. Chitosan còn được dùng sản xuất kem
chống khô da, kem dưỡng da ngăn chặn tia cực tím phá hoại da. Trong công

1


Đồ án tốt
nghiệp

nghiệp, từ chitosan có thể chế tạo ra nhiều sản phẩm có giá trị công nghiệp như: vải

col dùng cho may mặc, vải chịu nhiệt, chống thấm…. Chitosan làm tăng độ bền của
giấy, tăng cường độ bám dính của mực in. Chitosan được sử dụng trong sản xuất
sơn chống mốc và chống thấm. Trong nông nghiệp, chitosan được sử dụng để bảo
quản quả, hạt mang lại hiệu quả cao. Trong công nghệ môi trường hiện nay chitosan
được sử dụng để xử lý nước thải công nghiệp rất hiệu quả như xử lý nước thải trong
công nghiệp nhuộm vải, xử lý nước trong công nghiệp nuôi tôm, cá. Đặc biệt từ
chitosan có thể sản xuất ra màng mỏng để bao gói thực phẩm, màng này có thể thay
cho PE, màng chitosan có thể tự phân hủy trong môi trường tự nhiên nên vấn đề này
rất có ý nghĩa quan trọng trong xử lý nước thải và bảo vệ môi trường. Trong công
nghệ sinh học, chitosan dùng làm chất mang cố định enzyme và cố định tế bào…
Từ khả năng ứng dụng rộng rãi của chitin - chitosan như đã nói trên mà nhiều nước
nghiên cứu sản xuất ra sản phẩm này, trong khi đó sản phẩm này đang phải nhập
khẩu ở nước ta.
Các quy trình sản xuất chitin – chitosan trước đây là quy trình xử lý vỏ tôm
bằng phương pháp hóa học dùng nhiều hóa chất gây ô nhiễm môi trường. Nhưng
hiện nay bên cạnh quy trình hóa học xuất hiện quy trình sản xuất chitin – chitosan
bằng sinh học dựa trên vi khuẩn lactic, cho hiệu quả cao, thân thiện với môi trường.
Quy trình ứng dụng công nghệ sinh học vào sản xuất chitin – chitosan đã được bắt
đầu chú ý ở Việt Nam.
Năm 2008 – 2014 đề tài nghiên cứu “ Hoàn thiện quy trình thu hồi chitin –
chitosan từ vỏ tôm bằng lên men lactic” đã được nghiên cứu và hoàn thành tại Khoa
Công Nghệ Sinh Học - Thực Phẩm - Môi Trường Trường Đại Học Công Nghệ
Tp.HCM. Căn cứ vào kết quả đạt được của đề tài và nhu cầu thực tiễn về khả năng
ứng dụng và những hiệu quả khác mang lại của chitosan, người thực hiện đề tài
quyết định thực hiện đề tài “Ứng dụng của chitosan sản xuất từ chitin thu hồi bằng
phương pháp lên men lactic” trong khóa luận tốt nghiệp này.

2

Đồ án tốt
nghiệp

2. Tình hình nghiên cứu
Có rất nhiều công trình nghiên cứu về vấn đề này trên thế giới, đặc biệt là ở
Ấn Độ, Nhật Bản, Anh, Pháp...đều tìm được điểm chung là phương pháp lên men
lactic vỏ tôm sẽ thu được nguồn chitin dễ dàng tinh sạch và hiệu suất cao hơn so với
phương pháp xử lý hóa học (Rao và Stevens2005; Prameela và cộng sự 2010)
Tại Trường Đại học Công Nghệ tp.HCM đã có các nghiên cứu về lên men
lactic vỏ tôm từ năm 2012
Nguyễn Thị Ngọc Thu 08DSH: khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ nước đối với
quá trình lên men vỏ tôm bằng L. acidophilus xác định tỉ lệ nước là 2,5:1 với vỏ
tôm nguyên liệu và thời gian lên men 96 giờ
Lê Thị Hồng Thủy 09 DSH: “Phân lập, tuyển chọn vi khuẩn lactic từ nem
chua cho quá trình lên lactic thu hồi chitin từ vỏ đầu tôm” cho thấy vi khuẩn LAB
phân lập được mang kí hiệu L5 cho kết quả lên men vỏ đầu tôm tốt nhất; khảo sát
ảnh hưởng của tỉ lệ đường lên quá trình lên men lactic kết quả cho thấy lượng
đường cho kết quả tốt nhất là 20% và không thể giảm hơn nữa; ảnh hưởng của mật
độ giống lên quá trình lên men lactic cho thấy mật độ giống cho kết quả lên men tốt
nhất là 3,16x106 cfu/g.
Dương Quốc Xuân 10DSH: “ Hoàn thiện quy trình thu hồi chitin – chitosan
từ vỏ tôm bằng lên men lactic đạt hiệu quả cao”. Đề tài đã xác định được thời gian
lên men lactic vỏ đầu tôm thu hồi chitin – chitosan cho kết quả tốt nhất là 7- 10
ngày, có thể thay thế nguồn đường glucose bằng rỉ đường sau xử lý cho hiệu quả
khử khoáng và hiệu quả khử protein là triệt để.
3. Mục đích nghiên cứu
Ứng dụng chitosan sản xuất từ chitin thu hồi chitin – chitosan bằng phương
pháp lên men lactic với nguồn đường rỉ đường.

3

Đồ án tốt
nghiệp

4. Nhiệm vụ nghiên cứu
Thực hiện quy trình thu hồi chitin – chitosan từ vỏ tôm bằng phương pháp
lên men lactic với nguồn đường rỉ đường.
Ứng dụng của chitosan : khảo sát ảnh hưởng của chitosan đến khả năng ức
chế nấm Aspergillus flavus CĐP1, khảo sát khả năng kích thích nảy mầm của
chitosan lên hạt giống đậu tương và hạt giống đậu phộng.
5. Phương pháp nghiên cứu
a. Phương pháp luận
Để đạt được mục đích về tính ứng dụng của chitosan sản xuất từ chitin thu
hồi bằng phương pháp lên men lactic, khảo sát ảnh hưởng của chitosan lên khả
năng ức chế nấm Aspergillus flavus CĐP1, sau đó khảo sát ảnh hưởng của chitosan
đến khả năng kích thích nảy mầm hạt giống.
b. Phương pháp xử lý số liệu
Sử dụng phần mềm Excel để vẽ đồ thị
Sử dụng phần mềm Statghraphics để xử lý số liệu.
6. Các kết quả đạt được của đề tài
So sánh một số đặc tính tính chất vật lý giữa chitosan lên men lactic và
chitosan thương phẩm
Khảo sát ảnh hưởng chitosan đến khả năng ức chế nấm Aspergillus flavus

4


Đồ án tốt
nghiệp

CĐP1.
So sánh hiệu quả kháng nấm của 2 nguồn chitosan: lên men lactic và
thương phẩm
Khảo sát nồng độ chitosan thích hợp để kích thích nảy mầm hạt giống đậu
tương và đậu phộng một cách tốt nhất.
So sánh hiệu quả của 2 nguồn chitosan kích thích nảy mầm hạt giống: từ lên
men lactic và thương phẩm.

5


7. Kết cấu của đồ án tốt nghiệp
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị , nội dung đồ án tốt nghiệp gồm
3 chương như sau :
Chương 1: Tổng quan
Chương 2 : Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Kết quả và thảo luận


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về tôm sú
1.1.1. Cấu tạo của vỏ tôm
Vỏ tôm chia làm 4 lớp chính:
- Lớp biểu bì ( epicucle)
- Lớp màu
- Lớp canxi hóa
- Lớp không bị canxi hóa
Lớp màu : tính chất của lớp này do sự có mặt của những thể hình hạt của
vật chất mang màu giống dạng melanin. Chúng gồm những túi khứ hoặc những
không bào. Một vài vùng xuất hiện những hệ thống rãnh thẳng đứng có phân nhánh,

là con đường cho canxi thẩm thấu vào.
Lớp biểu bì (epcuticle): những nghiên cứu cho thấy lớp màng nhanh chóng
bị biến đổi bởi fucxxin, có điểm pH = 5,1 không chứa chitin. Nó khác với các vỏ
còn lại, bắt màu với anilin xanh. Lớp epicuticle có lipit vì thế nó cản trở tác động
của acid hơn là các lớp bên trong. Màu của lớp này thường vàng rất nhạt có chứa
polyphenoloxidase và bị hóa cứng bởi puinone – tannin. Lớp epicuticle liên kết với
một số màng mỏng bên ngoài cản trở hòa tan ngay cả trong môi trường acid đậm
đặc do nó có chứa các mắt xích paratin mạch thẳng.
Lớp canxi hóa: lớp này chiếm phần lớn vỏ, thường có màu xanh trải đều
khắp, chitin ở trạng thái tạo phức với canxi.
Lớp không bị canxi hóa: trong cùng của lớp vỏ được tạo thành bởi một phần tương
đối nhỏ so với tổng chiều dày bao gồm các phức chitin – protein bền vững không có
canxi và quinine.


1.1.2. Thành phần hóa học của vỏ tôm
Protein : thành phần protein trong phế liệu tôm thường tồn tại ở 2 dạng :
dạng tự do và dạng liên kết.
Dạng tự do : dạng này là tồn tại ở phần thịt từ một số tôm bị biến đổi và vứt
đi lẫn vào phế liệu hoặc phần đầu và thịt còn sót lại trong đầu và nội tạng của tôm.
Nếu công nhân vặt đầu không đúng kỹ thuật thì phần protein bị tổn thất vào phế liệu
nhiều làm tăng tiêu hao nguyên vật liệu, mặt khác phế liệu này khó xử lý hơn.
Dạng phức tạp : ở dạng này protein không hòa tan và thường liên kết với
chittin, canxicacbonat, với lipid tạo thành lipoprotein, với sắc tố tạo
proteincarotenoit,… như một phần thống nhất quyết định tính bền vững của vỏ tôm.
• Chitin : tồn tại dưới dạng liên kết bởi những những liên kết đồng
hóa trị với các prrotein dưới dạng phức hợp chitin – protein, liên kết với các hợp
chất
khoáng và các hợp chất hữu cơ khác gây khó khăn cho việc tách và chiết chúng.
• Canxi : trong vỏ, đầu tôm, … có chứa một lượng lớn muối vô cơ,

chủ yếu là muối CaCO3, hàm lượng Ca3( PO4)2 mặc dù không nhiều nhưng trong
quá trình khử khoáng dễ hình thành hợp chất CaHPO4 không tan trong HCl gây
khó khăn cho quá trình khử khoáng. Sắc tố trong vỏ tôm thường có nhiều loại
sắc tố
nhưng chủ yếu là astaxanthin.
• Enzyme : Hoạt độ enzyme protesae của đầu tôm khoảng 6,5 đơn vị
hoạt độ/ gam tươi. Các enzyme chủ yếu là enzyme của nội tạng trong đầu tôm và
của vi sinh vật thường trú trên tôm nguyên liệu.
Ngoài thành phần chủ yếu kể trên, trong vỏ đầu tôm còn có các thành phần
khác như : nước, lipid, photpho.
1.2. Tổng quan về chitin – chitosan
1.2.1. Lịch sử phát hiện chitin – chitosan
Chitin đã được phát hiện bởi Heri braconnot vào năm 1881. 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 rất nhiều tạp chất nhưng không
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 côn trùng.
Vào năm 1843 sự tồn tại của nitơ trong phân tử chitin đã được Lassaigne
chứng minh.
Năm1876, Ledderhose thủy 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 H2SO4 hay NaOH
rồi thủy phân trong HCl thì đều thu được cùng loại monosaccharide và acid acetic.
Tuy nhiên, ông ta vẫn gọi hợp chất này là “ cellulose”. Cũng trong năm này, khi
đun chitin trong dung dịch KOH ở 1080C, 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 glucosamine là 1:1,
ông gọi nó là “ polymer mono acetyl glucosamine”.
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.
Vào năm 1948, Matsusshima cũng đã có một phát minh sản xuất
glucosamine 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 được xuất bản. Bấy
giờ, người ta đã phát hiện tiềm năng của các polymer 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.
Việc nghiên cứu về dạng tồn tại, cấu trúc, tính chất lý hóa ứng dụng của
chitosan đã được công bố từ những năm 30 của thế kỷ XX. Những nước đã thành
công trong lĩnh vực nghiên cứu sản xuất chitosan đó là : Nhật, Mỹ, Trung Quốc, Ấn
Độ, Pháp. Nhật Bản là nước đầu tiên trên thế giới năm 1973 sản xuất 20 tấn/năm, và
đến nay đã lên tới 700 tấn/năm, Mỹ sản xuất trên 300 tấn/năm. Theo Know ( năm
1991) thì thị trường có nhiều triển vọng của chitin, chitosan là Nhật Bản, Mỹ, Anh,
Đức. Nhật được coi là nước dẫn đầu về công nghệ sản xuất và buôn bán chitin,
chitosan.
1.2.2. Cấu trúc của chitin – chitosan
Chitin là sự kết hợp giữa liên kết � (1 → 4) với 2 – acetamido – 2 –
deoxy
- � − � – glucose ( N- acetylglucosamine
)
Chitin thường được coi là dẫn xuất cellulose và có chứa 6,9% là N (Black và
Schwartz, 1950). Nó có cấu trúc giống cellulose vì có gốc acetamide ( -NH-COCH3) ở vị trí C2.

Chitosan là dẫn xuất deacetyl hóa của chitin, sự khác biệt duy nhất giữa
chitosan và chitin là ở vị trí C2, ở đó nhóm ( -NH2) thay thế nhóm ( -COCH3)
Chitosan là một polymer tuyến tính � ( 1 → 4) − 2 −
������� − 2 −
�����

−

�

−

���������������.

�

−


Hình 1.1. Công thức cấu tạo của chitin.


Hình 1.2. Công thức cấu tạo của chitosan
1.2.3. Tính chất của chittin – chitosan
1.2.3.1. Đặc điểm và tính chất hóa lý của chitin
Chitin là một polymer sinh học rất phổ biến trong tự nhiên và đứng hàng
thứ hai chỉ sau cellulose. Chitin tham gia vào thành phần cấu tạo và vách tế bào
nấm, cấu tạo nên bộ khung xương của tôm, cua, côn trùng, các động vật giáp xác…
Trong các nguyên liệu này, chitin liên kết chặt chẽ với protein, lipid và các muối vô
cơ ( CaCO3 ) và các sắc tố màu ( astarene, astaxanthin, canthaxanthin, lutin…)

Chitin là 1 polysaccharide chứa nito, trắng, cứng, không đàn hồi, không tan
trong nước, trong môi trường kiềm, acid loãng và các dung môi hữu cơ như ete,
rượu…. Chitin hòa tan được trong dung dịch đậm đặc, nóng của muối thyoxyanat
liti

( LiSCN) và muối thyoxyanat canxi ( Ca(SCN)2) tạo thành dung dịch keo.

Chitin ở thể rắn có độ kết tinh cao do gốc – NHCOCH3 ở vị trí cacbon thứ hai, làm
tăng liên kết hydro giữa các mạch và trong mạch với nhau.
Chitin ổn định với các chất oxy hóa khử như KMnO4, H2O2, NaClO hay
Ca(ClO)2… có thể lợi dụng tính chất này để khử màu chitin.

Khi đun nóng trong

môi trường kiềm đậm đặc chitin bị khử gốc acetyl tạo thành chitosan. Chitin không
hòa tan trong hầu hết các dung môi thông thường nên khả năng ứng dụng bị hạn
chế. Do đó người ta thực hiện quá trình deacetyl hóa chitosan để tạo ra sản phẩm
chitosan nhằm cải thiện độ hòa tan, tăng khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực.


1.2.3.2. Đặc điểm và tính chất hóa lý của chitosan
a. Tính chất vật lý của chitosan
Chitosan là dẫn xuất của chitin, nó được tạo thành bởi phản ứng deacetyl
chitin. Khi chitin được xử lý với các chất kiềm đặc ở nhiệt độ cao 1200C trong dung
dịch, nó sẽ bị loại nhóm acetyl và bị phân hủy khác nhau để cho ra sản phẩm là
chitosan. Vậy chitosan không phải là một chất đơn thuần mà nó là một nhóm sản
phẩm của chitin bị loại nhóm acetyl từng phần ( Attila E, Pavlath và Dominic
W.S.Wong, 1996)
Chitosan là sản phẩm biến tính của chitin, là một chất rắn xốp, nhẹ, hình vảy,
màu trắng ngà, không mùi, không vị hay được dùng nhiều nhất trong y tế và trong

thực phẩm. Chitosan được khám phá bởi Roughet vào năm 1859, và nó được đặt tên
là chitosan bởi nhà khoa học người đức Hoppe Seyler vào năm 1894. Chitosan là
polymer hữu cơ tự nhiên duy nhất mang điện tích dương, điều này tạo cho chitosan
những thuộc tính đặc biệt nhất.
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 như một loại vật liệu mới có tính ứng
dụng trong các ngành công nghiệp như dược, y học, thực phẩm, xử lý nước thải.
Chitosan có tính kiềm nhẹ, không tan trong nước, trong kiềm, hoặc các
dung môi hữu cơ khác nhưng hòa tan được trong dung dịch acid loãng như: acid
acetic, acid formic, acid lactic, HCl, HI, HNO3… tạo thành dung dịch keo nhớt
trong suốt. Chitosan hòa tan trong dung dịch acid acetic 1 - 1,5%. Chitosan kết hợp
với aldehit trong điều kiện thích hợp để hình thành gel, đây là cơ sở để bẫy tế bào,
enzyme.
Chitosan hình thành muối tan được trong nước với một nhóm acid hữu cơ.
Những nghiên cứu về muối của chitosan và các acid aromatic carboxylic cũng cho
thấy khả năng tan được trong nước như chitosan benzoate, chitosan o-amino
benzoate và cũng có một số muối không tan hoặc ít tan trong nước như chitosan


phenylacetate… Còn muối của chitosan và acid formic, acid acetic tan rất tốt trong
nước.
Bản chất điện ly cao phân tử của chitosan trong dung dịch acid : Trong
dung dịch acid, những nhóm amin của chitosan bị proton hóa và thể hiện bản chất
của chất điện ly cao phân tử. Trong dung dịch loãng không có mặt chất điện ly, chỉ
số độ nhớt tăng theo sự tăng nồng độ dung dịch chitosan. Đây là đặc trưng của
những dung dịch chất điện ly cao phân tử và là kết quả của sự tăng kích thước sợi
khi pha loãng dung dịch do lực đẩy tĩnh điện giữa các đoạn mạch. Lực đẩy này có
thể bị khử mất nằng cách thêm một chất điện ly trọng lượng phân tử thấp có tác
dụng che những phần mang điện trên mặt polymer. Và đồng thời, chỉ số độ nhớt

cũng giảm theo nồng độ chitosan cho trước. Chitosan có khả năng tích điện dương
do đó nó có khả năng kết hợp với những chất tích điện âm như chất béo, lipid và
acid mật.
Chitosan là chất có độ nhớt cao. Độ nhớt của chitosan phụ thuộc vào nhiều yếu tố
như mức độ deacetyl hóa, khối lượng nguyên tử, nồng độ dung dịch, độ mạnh của
lực ion, pH và nhiệt độ…
Mức độ deacetylation ( DDA): là độ chuyển hóa chitin thành chitosan. 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 deacetylation là một đặc tính quan
trọng của quá trình sản xuất chitosan bởi vì nó ảnh hưởng đến tính chất hóa lý và
khả năng ứng dụng của chitosan sau này. Thông thường mức độ deacetylation
chitosan đạt khoảng 85 – 95 %. Chitosan có mức độ deacetylation khoảng 75 % trở
lên thường được gọi là chitosan. Chitosan thương mại ít nhất phải có mức DDA
( degree of deacetylation ) hơn 70 %. Có rất nhiều phương pháp để xác định mức
độ deacetyl hóa của chitosan bao gồm : thử ninhydrrin, chuẩn độ điện thế, quang
phổ hồng ngoại, chuẩn độ bằng HI…
Khối lượng phân tử trung bình ( MW) : được xác định qua độ nhớt của
dung dịch chitosan và có giá trị biến đổi từ 100000 – 500000 g/mol ( Li, 1997;