Điều chế chitin chitosan từ vỏ tôm và nghiên cứu ứng dụng của màng chitosan trong bảo quản táo ta

Khóa luận tốt nghiệp

1

Khoa Hóa

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HĨA
----------

ĐIỀU CHẾ CHITIN/CHITOSAN TỪ VỎ TƠM
VÀ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA MÀNG
CHITOSAN TRONG BẢO QUẢN TÁO TA

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN SƯ PHẠM

SVTH: CHẾ THỊ PHƯƠNG THẢO
GVHD: TS. TRẦN MẠNH LỤC

Chế Thị Phương Thảo

Lớp 08SHH


Khóa luận tốt nghiệp

Khoa Hóa

2

MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Việt Nam là một quốc gia có biển lớn nằm trong vùng Biển Đông − với chỉ số
biển khoảng 0,01 − gấp 6 lần giá trị trung bình của thế giới. Với đường bờ biển dài,
lại chứa đựng nhiều nguồn tài nguyên phong phú và đa dạng với trữ lượng, quy mô
thuộc loại khá, cho phép phát triển nhiều lĩnh vực kinh tế biển quan trọng, đặc biệt
trong đó phải nói tới ngành ni trồng, khai thác và chế biến thủy sản.
Kinh tế biển ngày càng phát triển, phế thải từ các nhà máy chế biến thủy hải sản
thải ra cũng ngày càng nhiều. Trước đây, các loại phế thải này chủ yếu dùng để làm
thức ăn cho gia súc nên giá trị kinh tế rất thấp và còn gây ra ô nhiễm môi trường khi
lượng phế thải không được sử dụng hết. Việc tận dụng phế thải đó vào việc tái sản
xuất đang được nhiều người quan tâm và đầu tư.
Qua nhiều nghiên cứu, người ta đã chứng minh được trong vỏ của các lồi giáp
xác như tơm, cua, mai mực, vỏ côn trùng, ... cũng như ở một số lồi nấm có chứa
chitin - một polisaccarit mà chính bản thân nó và dẫn xuất của nó có khá nhiều đặc
tính quý báu như: kháng khuẩn, kháng nấm, kháng virut, chống viêm, tính hịa hợp
sinh học cao và đặc biệt có khả năng tự phân hủy sinh học.
Với khả năng ứng dụng rộng rãi của chitin – chitosan mà nhiều nước trên
thế giới và cả Việt Nam đã nghiên cứu sản xuất các sản phẩm này.
Để góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn phế thải thủy hải sản ở trong
nước và ứng dụng sản phẩm được tạo ra từ nguồn phế thải trong công nghệ thực
phẩm, chúng tôi đã chọn đề tài “Điều chế chitin/chitosan từ vỏ tôm và nghiên cứu
ứng dụng của màng chitosan trong bảo quản táo ta”.
2. Mục đích nghiên cứu
- Điều chế chitin/chitosan từ vỏ tôm.
- Nghiên cứu ứng dụng của màng chitosan trong bảo quản táo ta.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng: vỏ tôm, táo ta
3.2. Phạm vi nghiên cứu: Quy mơ phịng thí nghiệm

Chế Thị Phương Thảo

Lớp 08SHH


Khóa luận tốt nghiệp

Khoa Hóa

3

4. Phương pháp nghiên cứu
4.1. Nghiên cứu lý thuyết
- Phân tích và tổng hợp lý thuyết: nghiên cứu cơ sở khoa học của đề tài.
- Nghiên cứu giáo trình và tài liệu tham khảo có liên quan đến đề tài.
- Trao đổi với giáo viên hướng dẫn.
- Dùng toán học thống kê để xử lý kết quả.
4.2. Nghiên cứu thực nghiệm
- Điều chế chitin/chitosan từ vỏ tôm.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của màng chitosan đến sự thay đổi các chỉ tiêu vật lý, hóa
học của táo ta sau khi bảo quản.
5. Cấu trúc khóa luận gồm các phần
Mở đầu

2 trang (trang 1 – 2)

Chương I: Tổng quan

24 trang (trang 3 – 27)

Chương II: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

5 trang (trang 28 – 32)

Chương III: Kết quả và bàn luận

15 trang (trang 33 – 48)

Kết luận và kiến nghị

1 trang (trang 49)

Chế Thị Phương Thảo

Lớp 08SHH


Khóa luận tốt nghiệp

4

Khoa Hóa

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
A - Chitin, chitosan
1.1. Chitin [1][2]
1.1.1. Nguồn gốc, cấu trúc
a. Nguồn gốc
Chitin là một polysaccharide có nhiều trong tự nhiên, sản lượng đứng thứ hai
sau xenlulozo. Tên khoa học là poli−β−(1,4)2−axetamido−2−deoxy−D−glucose,

trong phân tử có chứa nhóm amino. Cấu trúc hóa học của chitin gần giống với
xenlulozo. Chitin bao gồm các β(1−4) liên kết các đơn vị của các amino đường N –
acetyl − glucosamine, và là nguồn chính của sản xuất.
Chitin là thành phần cấu trúc chính trong vỏ (bộ xương ngồi) của các động vật
khơng xương sống trong đó có lồi giáp xác (tôm, cua). Khi chế biến những loại hải
sản giáp xác, lượng chất thải (chứa chitin) chiếm tới 50% khối lượng đầu vào và
con số này tính trên tồn thế giới là 5,11 triệu tấn/năm. Ngồi ra cịn được tìm thấy
nhiều trong tế bào, nấm, trong các loài động vật thân mềm và da người.
Trong nấm, chitin là một thành phần thiết yếu của bên tường bao quanh và bảo
vệ các tế bào nấm và môi trường. Chitin là tham gia vào độ cứng của các thành tế
bào. Các polymer chitin nguồn gốc sinh học được tổng hợp bởi một hoạt động
enzym gọi là enzym tổng hợp chitin (CHS). Ở nấm men bánh mì, một số hoạt động
CHS tổng hợp chitin trong nội bào địa điểm khác nhau và ở những giai đoạn đặc
biệt của loại nấm này vừa chớm nở của đơn bào.
Về mặt lịch sử, chitin được Braconnot phát hiện đầu tiên vào năm 1821 trong
cặn dịch chiết của một loại nấm. Ông đặt tên cho chất này là “Fungine” để ghi nhớ
nguồn gốc của nó. Năm 1823 Odier phân lập được một chất từ bọ cánh cứng mà
ơng gọi là chitin hay “chiton”, tiếng Hy Lạp có nghĩa là vỏ giáp, nhưng ông không
phát hiện ra sự có mặt của nitơ trong đó. Cuối cùng cả Odier và Braconnot đều đi
đến kết luận chitin có dạng cơng thức giống với xenlulozơ.
Từ các kết quả nghiên cứu trước đây về chitin, thống kê được hàm lượng chitin
có trong vỏ các loài động vật giáp xác được thể hiện qua bảng sau:

Chế Thị Phương Thảo

Lớp 08SHH


Khóa luận tốt nghiệp

Khoa Hóa

5

Bảng 1.1. Hàm lượng chitin có trong vỏ các loài động vật giáp xác
Nguồn

% CaCO3

% Protein

% Chitin

Vỏ tơm nâu

48.97

29.5

21.53

Vỏ tơm hồng

42.26

34.02

23.72

Nang mực

88.48

6.12

5.40

Mai mực ống

4.74

46.23

49.00

Vỏ cua

66.58

16.68

16.73

Vỏ lồi tép nhỏ

63.94

15.46

20.06

Từ bảng trên, ta nhận thấy hàm lượng chitin ở mai mực ống là nhiều hơn cả.
Mặt khác, trong mai mực ống lại chứa chủ yếu là β−chitin, do đó mai mực ống được
chọn làm nguồn sản xuất β−chitin. Vỏ tôm hồng cũng chứa một lượng α-chitin khá
lớn, do đó để sản xuất α-chitin người ta thường chọn vỏ tôm hồng làm nguyên liệu.
b. Cấu trúc
Chitin là polisaccarit mạch thẳng, có thể xem như là dẫn xuất của xenlulozơ,
trong đó nhóm (− OH) ở nguyên tử C2 được thay thế bằng nhóm axetyl amino
(−NHCOCH3). Như vậy chitin là poli (N – axety – 2 – amino – 2 – deoxi – β − D
−glucopyranozo) liên kết với nhau bởi các liên kết β−(1,4) glicozit. Trong đó các
mắt xích của chitin cũng được đánh số như của glucozơ.

CH3

CH3

Hình 1.1. Cấu trúc của chitin
1.1.2. Tính chất vật lý
Chitin là tinh thể màu trắng hoặc màu ngà, vơ định hình và khơng mùi. Không
tan trong hầu hết các dung môi thông dụng (do chitin có liên kết hidro chặt chẽ

Chế Thị Phương Thảo

Lớp 08SHH


Khóa luận tốt nghiệp

Khoa Hóa

6

giữa các phân tử nên chitin thể hiện ái lực còn hạn chế đối với hầu hết các dung
mơi). Chỉ có thể tan trong các dung mơi đặc biệt như N, N − dimetylaxetamit có
chứa 5 − 10% LiCl, hay một số dung môi đã flo hóa như hexafloaxeton hay
hexaflo−2−propanol với mức tan phụ thuộc vào nguồn gốc điều chế. Ngồi ra để có
thể hịa tan được chitin người ta cịn có thể sử dụng một số hệ dung môi khác như:
axit fomic – axit dicloaxetic, axit tricloaxetic − dicloetan, ...
Do chitin có khối lượng phân tử lớn, nên nó dễ bị cắt mạch làm giảm khối
lượng trong phản ứng với kiềm đặc ở nhiệt độ cao, có khả năng phân hủy sinh học
trong tự nhiên bởi nhiều lồi sinh vật, có khả năng sát trùng, kháng khuẩn, kích
thích sinh trưởng, ...
Liên kết hidro giữa các phân tử của β-chitin yếu hơn so với α-chitin nên nó có
ái lực mạnh hơn đối với nước và dung mơi hữu cơ. Chính vì thế mà β-chitin có thể
trương đáng kể trong nước và tan được trong axit fomic hoặc axit axetic loãng.
1.1.3. Mật độ điện tử trên nguyên tử Nitơ của mạng tinh thể chitin
Trong chitin mật độ điện tử trên nguyên tử nitơ của mạng polime được xác định
bằng phương pháp kinh nghiệm của Zindols cho kết quả như sau:
Bảng 1.2. Mật độ điện tử trên nguyên tử nitơ của α-chitin và β-chitin tính theo
phương pháp Zindols (Vòng* = vòng N−axetyl−D−glucosamin)
Mật độ điện tử trên nguyên tử nitơ
Cấu hình

2 vịng*

3 vịng*

Α-chitin

-0.262

-0.196

-0.281

-0.259

-0.231

Β-chitin

-0.272

-0.125

-0.306

-0.483

-0.251

1.2. Chitosan
1.2.1. Nguồn gốc, cấu trúc [1][2]
a. Nguồn gốc
Chitosan là một dạng chitin đã bị khử axetyl trong mơi trường kiềm. Chitosan
cịn có tên là poli β−(1−4)−2−amino−2−deoxi−D−glucozo hoặc là poli β − (1 − 4)
– D − Glucosamin. Trong tự nhiên, chitosan chỉ tồn tại trong thành phần tế bào của

Chế Thị Phương Thảo

Lớp 08SHH


Khóa luận tốt nghiệp

7

Khoa Hóa

một số lồi nấm nên chitosan chủ yếu được tạo ra bằng phương pháp nhân tạo nhằm
phục vụ cho đời sống, công nghiệp, cho sự nghiệp khoa học kĩ thuật của con người.
b. Cấu trúc
Trong số các dẫn xuất của chitin thì chitosan là một trong những dẫn xuất
quan trọng vì nó có hoạt tính sinh học cao và có nhiều ứng dụng trong thực tế.
Việc sản xuất chitosan tương đối đơn giản, không cần dung mơi, hóa chất độc
hại, đắt tiền. Chitosan thu được bằng phản ứng deacetyl hóa chitin, biến đổi nhóm
N−acetyl thành nhóm amin ở vị trí C2.
Do q trình khử acetyl xảy ra khơng hồn tồn nên người ta quy ước nếu độ
deacetyl hóa (degree of deacetylation) DD > 50% thì gọi là chitosan, nếu DD <
50% gọi là chitin.
Chitosan có cấu trúc tuyến tính từ các đơn vị 2−amino−2−deoxy−β−D−
glucosamine liên kết với nhau bằng liên kết β− (1−4) glucozit.

Hình 1.2. Cấu trúc của chitosan
Chitin và chitosan có cấu trúc tương tự như cellulose, chỉ khác nhóm OH ở vị
trí C2 của xenlulozơ được thay bởi nhóm amin. Do đó, chitosan và chitin được coi là
chất xơ có nguồn gốc động vật.
Qua cấu trúc của chitin – chitosan ta thấy chitin chỉ có một nhóm chức hoạt
động là −OH (H ở nhóm hydroxyl bậc 1 linh động hơn H ở nhóm hydroxyl bậc 2
trong vịng 6 cạnh) cịn chitosan có 2 nhóm chức hoạt động là −OH, −NH2, do đó

chitosan dễ dàng tham gia phản ứng hóa học hơn chitin. Trong thực tế các mạch
chitin – chitosan đan xen nhau, vì vậy tạo ra nhiều sản phẩm đồng thời, việc tách
và phân tích chúng rất phức tạp.

Chế Thị Phương Thảo

Lớp 08SHH


Khóa luận tốt nghiệp

8

Khoa Hóa

Chitosan chứa nhiều nhóm –NH2 nên có thể tan trong dung dịch axit. Khi tan
trong dung dịch axit, chitosan tạo gel có thể tráng mỏng thành màng. Ứng dụng tính
chất này nên chitosan được dùng để tạo màng không thấm bảo quản trái cây hay
dùng hỗ trợ trong điều trị viêm loét dạ dày, tá tràng (trong môi trường axit của dạ
dày, chitosan tạo gel che phủ, bảo vệ niêm mạc).
Một số dẫn xuất của chitosan dạng acetate, ascorbate, lactate, malate và một số
dạng khác có thể hịa tan trong nước. Chính vì thế mà chitin đã được biến đổi thành
chitosan và các dẫn xuất của chitosan để đáp ứng các yêu cầu sử dụng khác nhau
trong đời sống.
1.2.2. Tính chất vật lý
Cơng thức phân tử: [C6H11O4N]n
Phân tử lượng: Mchitosan = (161,07)n
Chitosan có màu trắng ngà hoặc màu vàng nhạt, tồn tại dạng bột hoặc dạng
vảy, khơng mùi, khơng vị, nhiệt độ nóng chảy 309 - 3110C.
Chitosan ở thể rắn, xốp nhẹ, tồn tại ở hai dạng: dạng tinh thể chiếm tỉ lệ cao

(50-60%) và dạng vơ định hình. Chitosan có màu vàng hoặc màu trắng, không mùi,
hút ẩm nhiều, không tan trong nước, axit đặc, kiềm đặc và lỗng, khơng tan trong
cồn axeton và các dung môi hữu cơ khác. Chitosan tan nhiều trong axit loãng tạo
dung dịch keo trong suốt các muối tan trong nước. Độ nhớt của dung dịch chitosan
trong axit loãng liên quan đến kích thước và trọng lượng phân tử trung bình của
chuỗi polime. Độ nhớt thay đổi theo nguồn gốc của chitin và phương pháp điều chế
chitosan
1.2.3. Tính chất sinh học của chitosan
Chitosan khơng độc, dùng an tồn cho người. Chúng có tính hồ hợp sinh học
cao với cơ thể, có khả năng tự phân huỷ sinh học.
Chitosan có nhiều tác dụng sinh học đa dạng như: tính kháng nấm, tính
kháng khuẩn với nhiều chủng loại khác nhau, kích thích sự phát triển tăng sinh
của tế bào, có khả năng nuôi dưỡng tế bào trong điều kiện nghèo dinh dưỡng, tác
dụng cầm máu, chống sưng u.

Chế Thị Phương Thảo

Lớp 08SHH


Khóa luận tốt nghiệp

9

Khoa Hóa

Ngồi ra, chitosan cịn có tác dụng làm giảm cholesterol và lipid máu, hạ
huyết áp, điều trị thận mãn tính, chống rối loạn nội tiết.
Với khả năng thúc đẩy hoạt động của các peptit–insulin, kích thích việc tiết
ra insulin ở tuyến tụy nên chitosan đã được dùng để điều trị bệnh tiểu đường.

Nhiều cơng trình đã cơng bố khả năng kháng đột biến, kích thích làm tăng cường
hệ thống miễn dịch cơ thể, khôi phục bạch cầu, hạn chế sự phát triển các tế bào u,
ung thư, HIV/AIDS, chống tia tử ngoại, chống ngứa… của chitosan.
1.2.4. Độc tính của chitosan
Vào năm 1968, K. Arai và cộng sự đã xác định chitosan hầu như không
độc, chỉ số LD50 =16g/kg cân nặng cơ thể, không gây độc trên súc vật thực
nghiệm và người, khơng gây độc tính trường diễn.
Nghiên cứu tiêm chitosan theo đường tĩnh mạch trên thỏ, các tác giả đã kết
luận: chitosan là vật liệu hoà hợp sinh học cao, nó là chất mang lý tưởng trong hệ
thống vận tải thuốc, không những sử dụng cho đường uống, tiêm tĩnh mạch, tiêm
bắp, tiêm dưới da, mà cịn sử dụng an tồn trong ghép mơ.
Dùng chitosan loại trọng lượng phân tử trung bình thấp để tiêm tĩnh mạch,
khơng thấy có tích luỹ ở gan. Loại chitosan có DD ≈ 50%, có khả năng phân huỷ
sinh học cao, sau khi tiêm vào ổ bụng chuột, nó được thải trừ dễ dàng, nhanh
chóng qua thận và nước tiểu, chitosan không phân bố tới gan và lá lách.
Nhiều tác giả đã chỉ rõ những lợi điểm của chitosan: tính chất cơ học tốt,
khơng độc, dễ tạo màng, có thể tự phân hủy sinh học, hịa hợp sinh học khơng
những đối với động vật mà cịn đối với các mơ thực vật, là vật liệu y sinh tốt làm
mau liền vết thương.
1.3. Tính chất hóa học và sự khác nhau giữa chitin và chitosan
1.3.1. Tính chất hóa học
Trong phân tử chitin/chitosan có chứa các nhóm chức −OH, −NHCOCH3 trong
các mắt xích N−axetyl−D−glucozamin và nhóm –OH, nhóm −NH2 trong các mắt
xích D−glucozamin có nghĩa chúng vừa là ancol vừa là amin, vừa là amit. Phản ứng
hố học có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế O −, dẫn xuất thế N−,
hoặc dẫn xuất thế O–, N.

Chế Thị Phương Thảo

Lớp 08SHH

Khóa luận tốt nghiệp

10

Khoa Hóa

Mặt khác chitin/chitosan là những polime mà các monome được nối với nhau
bởi các liên kết β−(1− 4)−glicozit; các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các chất hoá
học như: axit, bazơ, tác nhân oxy hóa và các enzim thuỷ phân.
+ Các phản ứng của nhóm –OH
- Dẫn xuất sunfat.
- Dẫn xuất O − axyl cuả chitin/chitn.
- Dẫn xuất O – tosyl hoá chitin/chitosan.
+ Phản ứng ở vị trí N.
- Phản ứng N − axetyl hoá chitosan.
- Dẫn xuất N − sunfat chitosan.
- Dẫn xuất N − glycochitosan (N – hidrroxy − etylchitosan).
- Dẫn xuất acroleylen chitossan.
- Dẫn xuất acroleylchitosan.
+ Phản ứng xảy ra tại vị trí O, N.
- Dẫn xuất O,N – cacboxymetylchitosan.
- Dẫn xuất N,O − cacboxychitosan.
- Phản ứng cắt đứt liên kết β – (1− 4) glicozit
Ta xét một số phản ứng cụ thể:
1.3.1.1. Phản ứng axetyl hóa (axyl hóa)
Chitin khơng tan trong các dung mơi thích hợp cho phản ứng axetyl hóa nên
phản ứng này chủ yếu xảy ra trong điều kiện dị thể.
Phản ứng axetyl hóa hồn tồn chitin bằng anhidrit axetic (Ac 2O) có thể thực

hiện được trong môi trường axit metasunfonic (CH 3SO2OH). β-chitin cũng không
tan trong các dung môi thông thường như α-chitin nhưng trương đáng kể trong
nhiều dung mơi hữu cơ (methanol). Do đó, nhóm amino tự do có trong β-chitin có
thể được axetyl hóa trực tiếp trong methanol bởi Ac 2O tạo thành chitin thuần nhất
poli-N-axetyl-D-glucosamin. Đối với α-chitin trong cùng điều kiện này thì phản
ứng axetyl hóa khơng diễn ra.
Phản ứng axetyl hóa có thể xảy ra hồn tồn mà khơng có phản ứng phụ khi xử
lý β–chitin ở dạng huyền phù với Ac 2 O trong piridin dưới tác dụng của xúc tác

Chế Thị Phương Thảo

Lớp 08SHH


Khóa luận tốt nghiệp

11

Khoa Hóa

4−dimetylaminopiridin (DMAP). Phản ứng này phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ, thời
gian, chất xúc tác và đặc biệt là nguyên liệu điều chế chitin.
Ngoài ra, cịn có các phản ứng axyl hóa khác như: cacbonyl hóa chitin trong
mơi trường DMAC/LiCl tạo ra các sản phẩm được dùng để sản xuất thuốc diệt cỏ.
1.3.1.2. Phản ứng deaxetyl hóa
Nhóm axetyl của chitin có thể loại trừ bằng cách thủy phân với kiềm. Phản ứng
dùng để điều chế chitosan, chitin tan trong nước từ chitin. Tiến hành phản ứng
deaxetyl hóa α−chitin bằng NaOH hoặc KOH ở 100-106 o C thu được chitosan có
DD = 0,7÷0,95. Nếu muốn thu được chitosan có mức độ deaxetyl hóa hồn tồn
(Da ≈ 0) phải rửa sạch mẫu rồi xử lý kiềm lặp lại. Phản ứng phân hủy mạch chính

cũng diễn ra song song với phản ứng deaxetyl hóa. Vì vậy, để ngăn chặn sự phân
hủy mạch trong quá trình phản ứng deaxetyl hóa thì một số chất chống oxy hóa như:
thiophenol (1ml/g chitosan) hay natri bohydrua NaBH4 (0,1 g/g chitosan) được cho
thêm vào hỗn hợp phản ứng. NaBH4 là chất chống oxy hóa được dùng để ngăn chặn
sự phân hủy mạch polime tốt hơn thiophenol. Trong điều kiện đồng thể, phản ứng
xảy ra một cách ngẫu nhiên trên mạch chính, khi chitin có DD≈0,5 thì khả năng ưa
nước đặc biệt lớn, dẫn đến có khả năng tan được trong nước trung tính. Cũng với
chitin với DD≈0,5 nhưng nếu được điều chế trong điều kiện dị thể thì lại khơng tan
trong nước (có lẽ do trong mạch có những khối tập trung các nhóm axetyl). Sự phân
bố nhóm axetyl của chitin với DD ≈ 0,5 điều chế trong điều kiện dị thể và đồng thể
khác nhau, nên các thông số vật lý và khả năng thủy phân hóa bởi lyozim cũng khác
nhau.
1.3.1.3. Phản ứng đồng trùng hợp ghép
Chitin là một polime sinh học đặc biệt có nguồn gốc từ thiên nhiên, nhưng tính
khơng tan của nó trong hầu hết các dung mơi hữu cơ đã gây cản trở cho việc nghiên
cứu và ứng dụng nó. Vấn đề đặt ra cho các nhà nghiên cứu khoa học là làm thế nào
để có thể tạo ra các dẫn xuất của chitin để có thể ứng dụng trong khoa học cũng
như trong đời sống. Do đó, khả năng ghép tổng hợp các polime từ chitin và chitosan
đã thu hút sự quan tâm của cả thế giới như một phương pháp mới và lý thú để cải
biến khả năng ứng dụng của chitin. Tuy nhiên, phản ứng ghép đồng trùng hợp

Chế Thị Phương Thảo

Lớp 08SHH


Khóa luận tốt nghiệp

12

Khoa Hóa

polime lên chitin và chitosan chưa được nghiên cứu nhiều, do đó chưa có một hệ
thống thương mại lớn ứng dụng chitin/chitosan ghép đồng trùng hợp polime.
Sản phẩm đồng trùng hợp ghép từ chitin/chitosan có các tính chất khác nhau
phụ thuộc vào bản chất chitin/chitosan (mức độ deaxetyl hóa, khối lượng phân tử
trung bình, ...) và đặc điểm cấu trúc phân tử (loại mạch nhánh, độ mạch nhánh, vị trí
gắn mạch nhánh vào mắt xích của chitin/chitosan, ...) cũng như điều kiện phản ứng
đồng trùng hợp ghép. Sản phẩm của đồng trùng hợp ghép polime lên chitin/chitosan
được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: xử lý nước, hấp phụ các cation kim loại,
trong y học, nông nghiệp, chế biến thực phẩm, xúc tác cho phản ứng tạo vịng càng.
1.3.1.4. Phản ứng ankyl hóa
2−hydroxyetyl−chitin (glycol−chitin) là một dẫn xuất tan trong nước trung tính
đã được thương mại hóa. Glycol−chitin được điều chế bằng cách xử lý chitin kiềm
với etylenoxit. Vì phản ứng này diễn ra trong mơi trường kiềm mạnh nên phản ứng
N−deaxetyl hóa cũng diễn ra đồng thời. Deaxetyl hóa glycol−chitin bằng kiềm
mạnh thu được glycol−chitosan.
Một dẫn xuất tan trong nước khác nữa của chitin là dihidroxy propyl−chitin
được điều chế bằng phản ứng giữa chitin kiềm và 3−clopropan−1,2−diol (glyxerol
α−monoclohydroxyl) trong môi trường isopropanol.
1.3.1.5. Phản ứng tạo bazơ Schiff
Nhóm amino tự do ở chitosan phản ứng với andehit tạo thành bazơ Schiff. Phản
ứng loại này được tiến hành trong dung dịch nước của axit axetic với methanol và
dễ dàng đạt đến DS =1.
Glutarandehit là một diandehit thường được dùng để liên kết ngang với chitosan
dùng cho mục đích cố định enzyme. Liên kết ngang với glutarandehit làm tăng khả
năng hấp phụ ion kim loại nặng của chitosan và được sử dụng làm màng bán thấm.
1.3.1.6. Phản ứng thủy phân đề polime hóa
a. Phương pháp hóa học:
Sự đề polime của chitin/chitosan dùng H2O2 là phản ứng đồng thể có số lượng

các liên kết gluco bị phá tỷ lệ với lượng axit HNO 2 được dùng. Cơ chế gồm sự tách
nhóm amin của các gốc deaxetyl glucosamine hình thành 2,5−anhydro−D−mantozơ,

Chế Thị Phương Thảo

Lớp 08SHH


Khóa luận tốt nghiệp

Khoa Hóa

13

sau đó tạo 2,5−anhydro−D−manitol bằng cách dùng NaBH4. Các phân tử HNO2 tấn
cơng vào các nhóm amino của các gốc deaxetylglucosamin sau khi đã tách liên kết
gluco gần kề.
Tuy nhiên, các phương pháp thoái biến axit khơng đặc trưng lắm do q trình
thủy phân tiến hành một cách lộn xộn, kích thích một số lượng lớn các monome và
vấn đề loại bỏ axit khó khăn, khơng kinh tế. Xử lý hóa học, dùng axit mạnh là một
phương pháp nhanh, phổ biến để sản xuất các chitoligome, nhưng không thuận lợi ở
chỗ giá thành cao, năng suất thấp và lượng axit thừa gây ô nhiễm môi trường.
b. Phương pháp vật lý
Sự bức xạ là một phương pháp hữu hiệu để depolime tạo ra các oligome. Các tia
sáng tác dụng lên chitin/chitosan trong dung dịch axit axetic (CH3COOH) với các
tốc độ khác nhau và cho hiệu quả khác nhau. Dùng H3PO4 85% ở các nhiệt độ khác
nhau, thời gian khác nhau thì chitosan có khối lượng phân tử thấp điều chế được có
độ nhớt và khối lượng trung bình khác nhau từ 7,1.10 4.
c. Phương pháp dùng enzyme
Phương pháp dùng enzym là rất quan trọng vì khi xử lý bằng phương pháp này

thì cho phép quá trình depolime xảy ra trong điều kiện nhẹ nhàng hơn phương pháp
hóa học và phương pháp vật lý.
Các chitin/chitosan có độ tan cao được sản xuất bằng chitinase, chitosanase,
gluconase, lipase và một vài protease. Ngồi ra, các enzyme khơng đặc trưng như
lyozym, cellnase, papain, pectinase cũng được dùng để điều chế chitin/chitosan có
độ tan cao, trong đó papain được quan tâm đặc biệt bởi nguồn gốc thực vật của nó.
1.3.2. Một số điểm khác nhau giữa chitin và chitosan
Bảng 1.3. Một số điểm khác nhau giữa chitin và chitosan
Thông số
Monome

Chitin
N-axetyl-D-glucosamin (NADG)

Chitosan
D-glucosamin

Bản chất cấu tạo Trung hịa điện (chỉ 10% là nhóm Là
hóa học

một

cantionit,

có

amin −NH2 ở C2, cịn lại 90% là khoảng 70-90% là nhóm
nhóm N-axetyl –NHCOCH3

Chế Thị Phương Thảo

amino

Lớp 08SHH


Khóa luận tốt nghiệp

Khoa Hóa

14

Nguồn gốc

Thiên nhiên

Nhân tạo

Trữ lượng

Thứ hai sau xenlulozơ, khoảng Hầu như khơng có
1013 tấn/năm

Độ kết tinh

Rất cao, do nhóm –NHCOCH3 ở Gần như vơ định hình khi
vị trí C2 làm tăng liên kết hidro DA =0 do –NH2 ở C2
giữa các mạch và trong mạch

Vai

trò

trong Vỏ bảo vệ: vỏ tơm, cua, vỏ cơn Khơng có

thiên nhiên

trùng, vỏ nhộng, vỏ tế bào vi
khuẩn, vỏ một số loài sâu ở đáy
biển, ... kể cả da người.

Độ độc với 200 Chấp nhận được (chó sống)

Độc khá nghiêm trọng

mg/kg chó

(tác động lên hệ miễn
dịch, gây ra hiện tượng
xung huyết phổi).

Công nghệ chế Đơn giản

Phức tạp, tốn vốn đầu tư

tạo

(hóa chất, nước rửa, nhân
cơng, thiết bị)

Mơi trường

Ít gây ơ nhiễm

Gây ơ nhiễm do NaOH
có nồng độ cao

Thị trường

Đã dùng cho người

Chỉ dùng cho động vật

Giá cả

Rẻ hơn

Đắt gấp 3 lần chitin

1.4. Điều chế chitin/chitosan
1.4.1. Điều chế chitin [12]
a. Nguyên tắc
Chitin được điều chế nhìn chung phải dựa trên nguyên tắc: Loại bỏ protein,
canxi, các loại chất màu ra khỏi vỏ của các loại giáp xác và làm sạch phần chitin
còn lại. Theo phương pháp hóa học protein được loại bỏ bằng cách ngâm nguyên
liệu đã nghiền nhỏ trong môi trường (NaOH 1M) cịn muối khống được loại bỏ
bằng cách ngâm ngun liệu trong axit (HCl 1M). Phương pháp này khá đơn giản,

Chế Thị Phương Thảo

Lớp 08SHH


Khóa luận tốt nghiệp

15

Khoa Hóa

khơng nguy hiểm nhưng thời gian xử lý lâu, một lượng lớn axit và kiềm phế thải
không sử dụng được gây ô nhiễm ở môi trường.
Khi xử lý chitin trong mơi trường kiềm thì nhóm axetamit trong đại mạch phân
tử chitin bị thay thế bởi nhóm amino do phản ứng deaxetyl hóa, do đó chitin sau khi
xử lý có độ deaxetyl hóa trung bình ≈ 0,1. Mặt khác, song song với q trình loại bỏ
muối khống thì mạch chitin cũng bị thủy phân, cắt mạch tạo ra mạch có khối lượng
phân tử trung bình thấp hơn ban đầu.
a. Điều chế chitin keo
Do tính khơng tan trong hầu hết các loại dung môi, nguyên liệu đầu trong một
phản ứng hóa học có sự tham gia của chitin là bột chitin mịn. Bột chitin mịn được
gọi là chitin keo và nó được điều chế bằng cách: hịa tan chitin và axit HCl đậm đặc
rồi rót dung dịch vào nước. Chitin kết tủa thành một loại vật liệu bột có thể phân tán
vào nước. Và do xử lý bằng axit nên ta thu được bột chitin có khối lượng phân tử
trung bình thấp hơn ban đầu do quá trình thủy phân depolime hóa.
b. Điều chế chitin tan trong nước (water soluble chitin – WSC)
Chitin không tan trong nước nhưng có thể hịa tan trong dung dich nước của
NaOH được gọi là chitin kiềm. Khi ngâm chitin vào dung dịch NaOH đặc và xử lý
với tinh thể nước đá vụn thì tạo thành dung dịch chitin kiềm. Trong điều kiện này,
phản ứng deaxetyl hóa diễn ra nhanh trong dung dịch. Một mẫu dung dịch chitin
kiềm với nồng độ NaOH 10% để ở nhiệt độ phòng trong 70 giờ sẽ cho chitin với
DD≈0,5 tan hồn tồn trong nước trung tính. Với DD lớn hoặc nhỏ hơn 0,5 thì

chitin sẽ khơng tan hoàn toàn và dẫn đến tạo thành gel trương. Với chitin có
DD≈0,45÷0,5 thì độ tan trong nước là tốt nhất.
Khi tiến hành N−axetyl hóa chitosan đến độ axetyl hóa trung bình ≈0,5 thì cũng
thu được WSC. Theo nghiên cứu của tác giả Trần Thái Hòa cùng các đồng sự thấy
rằng sự hịa tan của chitin (chitosan sau khi deaxetyl) chính là do kích thước hạt của
nó.
1.4.2. Điều chế chitosan
Chitosan tự nhiên tồn tại trong thành tế bào của một số loại nấm, được tạo thành
nhờ hoạt động của một loại enzyme đã deaxetyl hóa chitin.

Chế Thị Phương Thảo

Lớp 08SHH


Khóa luận tốt nghiệp

16

Khoa Hóa

Hầu hết chitosan thương mại với độ DD khác nhau đều được điều chế bằng
cách deaxetyl hóa α-chitin trong mơi trường kiềm (NaOH/NaHB4) với nồng độ 40%
ở 110 oC trong thời gian vài giờ. Và để có thể thu được chitosan đã deaxetyl hóa
hồn tồn, người ta phải tiến hành phản ứng deaxetyl chitin lặp lại nhiều lần. Ngoài
phương pháp điều chế chitosan bằng phương pháp xử lý kiềm thì người ta cũng có
thể lợi dụng sự hoạt động của một số loại enzyme như chitanase, lyozim có khả
năng loại nhóm axetyl của chitin tạo thành chitosan. Việc sử dụng công nghệ enzym
để điều chế chitosan sẽ giảm thiểu nguy cơ gây ô nhiễm môi trường do sử dụng
nhiều hóa chất có nồng độ cao.

1.5. Tình hình nghiên cứu chitin/chitosan ở Việt Nam và trên thế giới [1] [9]
Trữ lượng chitin phần lớn có nguồn gốc từ vỏ tôm, cua. Trong một thời gian,
các chất phế thải này không được thu hồi mà lại thải ra ngồi gây ơ nhiễm mơi
trường. Năm 1977, Viện kỹ thuật Masachusetts (Mỹ), khi tiến hành xác định giá trị
của chitin và protein trong vỏ tôm, cua đã cho thấy việc thu hồi các chất này có lợi
nếu sử dụng trong công nghiệp. Phần protein thu được sẽ dùng để chế biến thức ăn
gia súc, còn phần chitin sẽ được dùng như một chất khởi đầu để điều chế các dân
xuất có nhiều dẫn xuất ứng dụng trong lĩnh vực cơng nghiệp.
Việc nghiên cứu sản xuất chitin/chitosan và các ứng dụng của chúng trong sản
xuất phục vụ đời sống là một hướng nghiên cứu tương đối mới mẻ ở nước ta. Vào
những năm 1978 đến 1980, Trường Đại học Thủy sản Nha Trang đã cơng bố quy
trình sản xuất chitin/chitosan của kỹ sư Đỗ Minh Phụng, nhưng chưa có ứng dụng
cụ thể trong sản xuất. Gần đây, trước yêu cầu xử lý phế liệu thủy sản đông lạnh
đang ngày càng cấp bách, trước những thông tin kỹ thuật mới về chitin/chitosan,
cùng những tiềm năng thị trường của chúng đã thúc đẩy các nhà khoa học bắt tay
vào nghiên cứu hoàn thiện quy trình sản xuất chitin/chitosan ở các bước cao hơn,
đồng thời nghiên cứu ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực sản xuất cơng nghiệp.
Hiện nay, ở Việt Nam có nhiều cơ sở khoa học đang nghiên cứu sản xuất
chitin/chitosan như: Trường Đại học Nông lâm − Thành hố Hồ Chí Minh; Trung
tâm nghiên cứu polime − Viện Khoa học Việt Nam; Viện Hóa thuộc phân Viện

Chế Thị Phương Thảo

Lớp 08SHH


Khóa luận tốt nghiệp

17

Khoa Hóa

Khoa học Việt Nam tại thành phố Hồ Chí Minh; Trung tâm Cơng nghệ và sinh học
Thủy sản – Viện Nghiên cứu nuôi trồng Thủy sản 2.
Ở miền Bắc, Viện Khoa học Việt Nam dã kết hợp với Xí nghiệp Thủy sản Hà
Nội sản xuất chitosan và ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp ở đồng lúa Thái Bình
và đã thu được một số kết quả đáng khích lệ.
Ở miền Nam, Trung tâm Cơng nghệ và Sinh học thủy sản phối hợp với một số
cơ quan khác: Đại học Y Dược Thành phố Hồ Chí Minh, Phân viện Khoa học Việt
Nam, Viện Khoa học Nông nghiệp miền Nam, ... đang nghiên cứu sản xuất và ứng
dụng chitin/chitosan trong lĩnh vực nông nghiệp, y dược và mỹ phẩm.
Qua nghiên cứu ảnh hưởng của chitosan và các nguyên tố vi lượng lên một số
chỉ tiêu sinh hóa của mạ lúa ở nhiệt độ thấp thì kết quả nghiên cứu cho thấy
chitosan vi lượng làm tăng hàm lượng diệp lục và hàm lượng nitơ; đồng thời hàm
lượng các enzyme như amylaza, catalaza hay peroxidaza cũng tăng lên.
Ngày nay chitosan còn được dùng làm nguyên liệu bổ sung vào thức ăn cho
tơm, cá, cua để kích thích sinh trưởng.
Những ứng dụng của chitin/chitosan và những dẫn xuất của chúng ngày càng
phát triển. Một số đã đưa vào ứng dụng như là: chỉ khâu tự hủy, da nhân tạo, thấu
kính chiết xuất, và một số ứng dụng khác còn đang nghiên cứu như: tác động kích
thích miễn dịch, chống sự phát triển của khối u, đặc tính làm giảm cholesterol máu;
trị bỏng nhiệt.
Da nhân tạo có nguồn gốc từ chitin, nó giống như một tấm vải và được bọc ốp
lên vết thương chỉ một lần cho đến khi khỏi. Da nhân tạo bị phân hủy sinh học từ từ
cho đến lúc hình thành lớp biểu bì mới. Nó có tác dụng làm giảm đau, giúp cho các
vết sẹo bỏng phục hồi biểu bì một cách nhanh chóng. Trường Đại học Dược Hà
Nội, Đại học Y Hà Nội, Trung tâm khoa học tự nhiên và công nghệ Quốc gia cũng
đã chế tạo thành công loại da nhân tạo này và bước đầu ứng dụng có hiệu quả.
Chitin/chitosan và các oligome của nó có đặc tính miễn dịch do nó kích thích các tế
bào có tác dụng bảo vệ miễn dịch với các tế bào khối u và các tác nhân gây bệnh.

Những nghiên cứu gần đây hướng vào các oligome, N−axetyl−glucosamin và

Chế Thị Phương Thảo

Lớp 08SHH


Khóa luận tốt nghiệp

18

Khoa Hóa

glucosamine, các chất này có tính chất của polyme tương ứng nhưng lại có ưu thế là
tan tốt trong nước do đó dễ dàng được hấp thụ.
Hiện nay trên thế giới thành công việc sử dụng chitosan làm chất tan để cố định
enzyme và tế bào. Enzym cố định đã cho phép mở ra việc sử dụng enzym trong
công nghiệp, y học và khoa học phân tích. Enzym cố định được sử dụng lâu dài,
khơng cần thay đổi chất xúc tác. Nhất là trong công nghệ làm sạch nước, làm trong
nước hoa quả, sử dụng enzym cố định rất thuận lợi và đạt hiệu quả cao. Chitosan
thỏa mãn yêu cầu đối với một chất mang có phân tử lượng lớn, bền vững, không tan
và ổn định với các yếu tố hóa học.
Do có cấu trúc tương tự như xenlulozo nên chitosan được nghiên cứu bổ sung
vào làm nguyên liệu sản xuất giấy. Chitosan làm tăng độ bền dai của giấy, đồng thời
việc in trên giấy cũng tốt hơn. Trong sản xuất, qua nghiên cứu người ta thấy nếu bổ
sung 1% chitosan thì độ bền của giấy tăng lên khi bị ướt hay tăng độ nét khi in. Có
thể thay hồ tinh bột bằng chitosan để hồ vải, nó có tác dụng làm tơ sợi bền, mịn,
bong đẹp, cố định hình in, chịu được axit và kiềm nhẹ. Chitosan kết hợp với một số
thành phần khác để sản xuất vải chịu nhiệt, vải chống thấm, sản xuất vải col, ...
Chitosan được sử dụng để sản xuất kem chống khơ da do tính chất của chitosan

là có thể cố định dễ dàng trên biểu bì của da nhờ các nhóm NH 4+. Các nhóm này
liên kết với các tế bào sừng hóa của da, nhờ vậy mà các nhà khoa học đã nghiên cứu
sử dụng chitosan làm các loại kem dưỡng da chống nắng. Nhờ khả năng làm đông
tụ các thể rắn lơ lửng giàu protein và nhờ khả năng kết dính tốt các ion kim loại như
Pb, Hg,... do đó chitin được sử dụng để tẩy lọc nguồn nước thải công nghiệp từ các
nhà máy chế biến thực phẩm. Chitosan được sử dụng để chống hiện tượng mất nước
trong q trình làm lạnh, làm đơng thực phẩm.
Do chitosan có tính chất diệt khuẩn, do đó nó được tạo thành màng mỏng để
bao gói thực phẩm chống ẩm mốc, chống mất nước.
Đặc tính diệt khuẩn của chitosan thể hiện trên các mặt sau:
 Khi tiếp xúc với thực phẩm chitin/chitosan sẽ lấy đi từ các vi sinh vật này
các ion thiết yếu, ví dụ như ion Cu2+. Như vậy vi sinh vật sẽ bị chết do mất cân bằng
liên quan đến các ion thiết yếu.

Chế Thị Phương Thảo

Lớp 08SHH


Khóa luận tốt nghiệp

19

Khoa Hóa

 Ngăn chặn phá hoại chức năng màng tế bào.
 Gây ra sự rò rỉ các phần bên trong tế bào.
Như vậy, việc dùng chitosan bao bọc xung quanh thực phẩm có thể kéo dài thời
gian bảo quản, giảm sự hư hỏng của thực phẩm do khả năng kháng nấm, kháng
khuẩn của nó.

1.6. Ứng dụng của chitosan [10]
1.6.1. Bảo quản thực phẩm
Một số dẫn xuất của chitosan 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 ngồi. Có thể bảo
quản các loại thực phẩm tươi sống, đông lạnh khi bao gói chúng bằng các màng
mỏng dễ phân hủy sinh học và thân môi trường. Thông thường người ta hay dùng
màng PE để bao gói các loại thực phẩm khơ. Nếu dùng PE để bao gói các thực
phẩm tươi sống thì có nhiều bất lợi do khơng khống chế được độ ẩm và độ thống
khơng khí (oxy) cho thực phẩm. Trong khi bảo quản, các thực phẩm tươi sống vẫn
"thở", 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 bao bọc bằng chitin và
chitosan sẽ giải quyết được các vấn đề trên. Trong thực tế người ta đã dùng màng
chitosan để đựng và bảo quản các loại rau quả như đào, dưa chuột, đậu, bưởi v.v...
Màng chitosan cũng khá dai, khó xé rách, có độ bền tương đương với một số chất
dẻo vẫn được dùng làm bao gói.
Một ứng dụng nữa của chitosan là làm chậm lại quá trình bị thâm của rau quả.
Rau quả sau khi thu hoạch sẽ dần dần bị thâm, làm giảm chất lượng và giá trị. Rau
quả bị thâm là do quá trình lên men tạo ra các sản phẩm polyme hóa của oquinon.
Nhờ bao gói bằng màng chitosan mà ức chế được hoạt tính oxy hóa của các
polyphenol, làm thành phần của anthocyamin, flavonoid và tổng lượng các hợp chất
phenol ít biến đổi, giữ cho rau quả tươi lâu hơn.
1.6.2. Dược phẩm
a. Màng sinh học
Nhờ vào tính ưu việt của chitosan, cộng với đặc tính không độc, hợp với cơ
thể, tự tiêu huỷ được, nên chitosan đã được ứng dụng rộng rãi và có hiệu quả trong

Chế Thị Phương Thảo

Lớp 08SHH

Khóa luận tốt nghiệp

20

Khoa Hóa

kỹ nghệ bào chế dược phẩm, làm thuốc chữa bỏng, giảm đau, thuốc hạ cholesterol,
thuốc chữa bệnh dạ dày, chống đông tụ máu, tăng sức đề kháng, chữa xương khớp
và chống được cả bệnh ung thư...Theo một số nhà khoa học thì chitosan có khả
năng khống chế sự gia tăng của tế bào ung thư.
Qua thí nghiệm thực hiện trên 60 bệnh nhân tuổi từ 35-76 của nhóm các bác sĩ
Bệnh viện K Hà Nội vào năm 2003 đã chứng minh, chitosan có tác dụng hỗ trợ điều
trị bệnh ung thư. Một cơng trình nghiên cứu thí nghiệm tiêm chitosan với liều
100mg/kg trên da chuột cống, sau đó gây viêm bằng Canageenin. chitosan cịn có
khả năng chống viêm cấp trên mô lành.
Tại cuộc chiến Iraq vừa qua, Mỹ cũng đã sử dụng loại băng cứu thương kiểu
mới, kỹ thuật cao, có thành phần cấu tạo bởi chất chitosan. So với các loại băng
thường, tốc độ cầm máu, tính sát khuẩn và thời gian lành mơ khi sử dụng loại băng
này có hiệu quả hơn gấp nhiều lần. Và từ lâu, một số chuyên gia ở Trung tâm Huyết
học thuộc Viện Hàn lâm Y học Nga cũng đã phát hiện, chitosan có thể ngăn chặn sự
phát triển của chứng nhồi máu cơ tim và bệnh đột quỵ.
b. Thuốc
Điển hình trên thị trường dược hiện nay là loại thuốc chữa khớp làm từ vỏ tơm
có tên glucosamin đang được thịnh hành trên toàn thế giới.
So với sản phẩm cùng loại thì glucosamin có ưu thế hơn, do sản xuất từ nguồn
vỏ tơm tự nhiên nên sản phẩm ít gây phản ứng phụ, không độc hại và không bị rối
loạn tiêu hoá cho người bệnh (rất quan trọng). Nước Mỹ đã tiêu thụ được hơn 1 tỷ
viên nang glucosamin. Những năm gần đây, loại thuốc chữa khớp này còn được phổ
cập rộng ở nhiều nước trong đó có cả nước ta.

1.6.3. Xử lý nước thải
+ Về ứng dụng của chitosan trong việc xử lí nước thải, dùng chitosan để hấp
phụ các ion kim loại nặng gây ô nhiễm môi trường sinh thái như Cu, Hg, Cr, Pb, Ni,
Cd, trong đó có lẽ Cr gây nguy hiểm cho sinh thái nhất. Cr có thể tồn tại ở nhiều
dạng với nhiều số oxi hố khác nhau, trong số đó, chỉ có những hợp chất hóa trị 3
với hóa trị 6 là thân thiện, quan trọng với mơi trường. Cr(VI) có thể gây hại vì nó
phân tán ở dạng CrO42- hay HCrO4 - có thể oxi hố những phân tử sinh học. Mặt

Chế Thị Phương Thảo

Lớp 08SHH


Khóa luận tốt nghiệp

Khoa Hóa

21

khác, do có khả năng hồ tan cao, Cr(VI) có thể gây hại cho sự sống của sinh vật
hơn Cr(III).
+ Kỹ thuật cổ điển để khử ion kim loại trong nước thải bao gồm các công đoạn
như kết tủa, tách qua màng, thẩm thấu ngược, bay hơi và xử lí điện hố. Tuy nhiên,
với những cách làm như vậy thì khơng hiệu quả lắm đối với những nước thải có
hàm lượng ion kim loại quá thấp, mà cần phải có kinh tế cao. Hiện nay, người ta tìm
cách hạ giá thành của qui trình bằng cách cho những vật liệu có khả năng hấp thụ
các ion kim loại độc hại. Và khâu mạch chitosan là chìa khố vấn đề.
+ Với sự hiện diện của nhóm amino ở vị trí 2 và hydroxyl ở vị trí 3, chitosan dễ
hình thành phức chelate với hầu hết các ion kim loại. Nhưng chitosan dùng trong
công đoạn hấp phụ phải là crosslinked (khâu mạch) chitosan. Qui trình crosslinking

cũng khá đơn giản, với những tác nhân như glutraldehyde hay epichlorohydrin. Gần
đây người ta hay dùng sóng gamma dưới sự hiện diện của carbon tetrachloride
(CCl4) như là một chất sensitizer.
Bảng 1.4. Tóm tắt một số ứng dụng của chitosan trong một số lĩnh vực
Lĩnh vực ứng

Sử dụng cụ thể

dụng
Xử lý nước

Làm đơng/hóa keo hóa học cho các chất thải ơ nhiễm vùng
nước
Loại bỏ/thu hồi của các ion kim loại từ dung dịch nước thải
nước

Nông nghiệp

Phủ lên cây
Chất kháng khuẩn
Lớp bao phủ hạt cây
Phân bón

Dệt may và giấy

Sợi cho ngành dệt và vải dệt thoi
Giấy và phim ảnh

Thực phẩm chức Chất cô đặc tự nhiên
năng/ Y tế

Phụ gia thực phẩm bao gồm cả thức ăn vật nuôi

Chế Thị Phương Thảo

Lớp 08SHH


Khóa luận tốt nghiệp

22

Khoa Hóa

Thực phẩm chế biến (ví dụ: đường tinh luyện)
Lọc và xác định
Chất Hypocholesterol (chất giảm béo)
Mỹ phẩm

Thành phần cho mái tóc và chăm sóc da (kem dưỡng ẩm)

Y Sinh

Bao phủ các vết bỏng và các vết thương cho người và động vật
Biomaterial (ví dụ: hấp thu chỉ khâu)
Thuốc chống đông hoặc các vật liệu antithrombogenic (Như
các dẫn xuất sunfat hóa-chitin)
Chất cầm máu(như chitosan)
Vận chuyển thuốc, vận chuyển gen

Công nghiệp thực + Loại bỏ các chất nhuộm màu, chất rắn lơ lửng,...
phẩm

+ Chất bảo quản
+ Ổn định màu sắc
+ Phụ gia thức ăn gia súc

Công nghệ sinh + Cố định enzyme
học

+ Tách protein
+ Phục hồi tế bào
+ Bao phủ sắc ký
+ Cố định tế bào

Nông nghiệp

+ Phủ giống
+ Phân bón
+ Kiểm sốt hóa chất nơng nghiệp

Màng

+ Kiểm soát độ thấm
+ Thẩm thấu ngược

1.7. Màng chitosan [2] [5]
* Khả năng tạo màng chitosan
Thông thường, người ta hay dùng màng polyethylene (PE) để bao gói các loại
thực phẩm khơ. Nếu dùng PE để bao gói các thực phẩm tươi sống thì có nhiều bất

lợi do khơng khống chế được độ ẩm và độ thống khơng khí (oxy) cho thực phẩm.

Chế Thị Phương Thảo

Lớp 08SHH


Khóa luận tốt nghiệp

23

Khoa Hóa

Trong khi bảo quản, các thực phẩm tươi sống vẫn "thở", 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.
Chitosan có khả năng tạo màng sử dụng trong bảo quản thực phẩm nhằm hạn
chế các tác nhân gây bệnh tâm thần trong các sản phẩm đóng gói trong áp suất
thay đổi của thịt, cá tươi hay đã qua chế biến.
- Khi dùng màng chitosan, dễ dàng điều chỉnh độ ẩm, độ thống khơng 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.
- Màng chitosan làm chậm lại quá trình bị thâm của rau quả. Rau quả sau khi
thu hoạch sẽ dần dần bị thâm, làm giảm chất lượng và giá trị. Rau quả bị thâm
là do quá trình lên men tạo ra các sản phẩm polyme hóa của oquinon. Nhờ bao
gói bằng màng chitosan mà ức chế được hoạt tính oxy hóa của các polyphenol, làm
thành phần của anthocyamin, flavonoid và tổng lượng các hợp chất phenol ít biến
đổi, giữ cho rau quả tươi lâu hơn. Táo có phủ màng chitosan có thể giữ tươi trong

6 tháng, nó cũng làm chậm q trình chín chuối hơn 30 ngày, chuối có màu vàng
nhạt khác hẳn với màu thâm như bảo quản thông thường.
Màng bao bọc bằng chitin và chitosan sẽ giải quyết được các vấn đề của màng
PE. Trong thực tế, người ta đã dùng màng chitosan để đựng và bảo quản các loại
rau quả như đào, dưa chuột, đậu, bưởi v.v... Màng chitosan cũng khá dai, khó xé
rách, có độ bền tương đương với một số chất dẻo vẫn được dùng làm bao gói.
Chế phẩm sinh học chitosan được tạo ra bằng cách hòa tan 1g chitosan trong
giấm ăn (CH3COOH) loãng 1% và dùng làm dung dịch gốc (hay còn gọi là dung
dịch nguyên). Tùy theo loại trái cây và chủng vi sinh vật gây nhiễm mà pha dung
dịch nguyên thành các dung dịch thứ cấp có nồng độ khác nhau để ứng dụng cho
việc bảo quản. Sau đó, dùng phương pháp phun chế phẩm sinh học chitosan lên bề
mặt trái cây. Ưu điểm của phương pháp này là kéo dài thời gian bảo quản độ tươi
của chuối gấp 3 lần so với các mẫu chuối làm đối chứng (không ứng dụng chế phẩm

Chế Thị Phương Thảo

Lớp 08SHH


Khóa luận tốt nghiệp

24

Khoa Hóa

sinh học chitosan). Ngồi ra, nhờ dùng phương pháp phun sương lên trái cây nên có
thể ứng dụng phương pháp này trên diện rộng và với khối lượng trái cây lớn.
* Ưu điểm của màng chitosan
- Dễ phân huỷ sinh học.
- Vỏ tôm phế liệu là nguồn nguyên liệu tự nhiên rất dồi dào, rẻ tiền, có sẵn

quanh năm, nên rất thuận tiện cho việc cung cấp chitin và chitosan.
- Tận dụng phế thải trong chế biến thủy sản để bảo quản thực phẩm ở nước ta.
Thành cơng này cịn góp phần rất lớn trong việc giải quyết tình trạng ơ nhiễm mơi
trường do các chất thải từ vỏ tôm gây ra.
B – Quả táo ta [16][17]
1.8. Đặc điểm
Táo ta, cịn gọi là táo đường có danh pháp khoa học là Ziziphus mauritiana.
Đây là loại cây ăn quả của vùng nhiệt đới, thuộc về họ Táo (Rhamnaceae). Quả là
loại quả hạch, khi chín nó mềm, chứa nhiều nước, có vị ngọt. Các quả chín vào các
khoảng thời gian khác nhau ngay cả khi chỉ trên một cây và có màu lục nhạt khi cịn
xanh và vàng nhạt khi chín. Kích thước và hình dạng quả phụ thuộc vào các giống
khác nhau trong tự nhiên cũng như loại được trồng. Quả được dùng để ăn khi đã
chín hoặc ngâm rượu hay sử dụng để làm đồ uống. Nó là một loại quả giàu chất
dinh dưỡng và chứa nhiều vitamin C.

Hình 1.3. Quả táo ta
Các lồi cây này là các loài cây lớn nhanh và phát triển mạnh rễ cái. Chúng có
thể là loại cây bụi rậm rạp, cao từ 1,2-1,8 m hoặc cây thân gỗ cao từ 3–9 m hay

Chế Thị Phương Thảo

Lớp 08SHH


Khóa luận tốt nghiệp

25

Khoa Hóa

thậm chí tới 12 m; mọc thẳng hoặc tỏa tán rộng, với các cành rủ xuống và có hoặc
khơng có lơng bao phủ, các cành nhánh ngoằn ngo, khơng gai hoặc có các gai
nhỏ, thẳng và sắc.
Chúng có thể là loại cây thường xanh hoặc khơng có lá trong vài tuần trong
mùa hè nóng bức.
Lá so le, hình trứng hoặc elip thn dài, kích thước 2,5-6,25 cm, chiều dài 2–
4 cm chiều rộng; dễ phân biệt với táo tàu (Ziziphus jujuba) bởi sự có mặt của các
sợi lơng tơ dày dặc, mềm như lụa, có màu nâu hay trắng ở mặt dưới cũng như cuống
lá non thì ngắn và có lơng. Ở mặt trên, chúng có màu xanh lục thẫm, bóng mặt và
với 3 gân lá theo chiều dọc, dễ thấy và bị nén xuống cũng như các răng cưa rất rõ
nét ở mép lá.
Hoa nhỏ, có 5 cánh hoa, màu vàng nhạt, tạo cụm 2-3 hoa trong nách lá.
Quả của loại mọc hoang có kích thước dài 1,25-2,5 cm. Các loại được ni
trồng tốt có thể đạt kích thước dài tới 6,25 cm và rộng tới 4,5 cm. Quả có thể có
dạng hình trứng xi, hình trứng ngược, trịn hay thn dài; lớp vỏ trơn, bóng hay
sần sùi, mỏng nhưng cứng, chuyển từ lục nhạt sang vàng, nếu để chín kỹ sẽ trở
thành một trong các màu như cam cháy/nâu đỏ/đỏ một phần hay toàn bộ.
Khi chưa chín, lớp cùi thịt có màu trắng, giịn, nhiều nước, vị từ chua tới ngọt,
có tính chất làm se nhẹ, tương tự như ở quả táo tây dại. Quả đã chín ít giịn hơn và
chuyển dần sang dạng bột; quả q chín nhăn nhúm, lớp cùi thịt có màu vàng sẫm,
mềm, xốp và có mùi thơm. Quả chứa một hột cứng. Hột chứa 2 hạt hình elip, màu
nâu, dài 6 mm.
1.9. Giá trị dinh dưỡng và thành phần hóa học [9]
Năng lượng của quả táo: 52 kcal/100 g
Trong lĩnh vực hoạt động thể chất, các thành phần của táo có lợi cho cơ thể cả
trước, trong và sau khi tập thể dục: nước táo cung cấp trung bình 5mg/100g vitamin
C, nhưng có thể từ 2-25 mg tùy thuộc vào sự đa dạng: ở phần ngoài của vỏ và nhiều
hơn nữa trong ruột, vì nó có nhiều gấp 4-5 lần các vitamin còn lại chứa trong quả.
Vitamin khác được tìm thấy trong quả táo: B1, B2, PP, B5, B6, B9, tiền vitamin A

Chế Thị Phương Thảo

Lớp 08SHH