Nghiên cứu và tối ưu hóa các điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA HÓA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU VÀ TỐI ƯU HĨA CÁC ĐIỀU KIỆN
THU NHẬN CHITOSAN
TỪ VỎ TƠM THẺ CHÂN TRẮNG
Người hướng dẫn: TS. NGUYỄN THỊ TRÚC LOAN
Sinh viên thực hiện:

NGUYỄN THỊ VINH

Số thẻ sinh viên: 107150192
Lớp: 15H2B

Đà Nẵng, 12/2019


TĨM TẮT
Tên đề tài: Nghiên cứu và tối ưu hóa các điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm
thẻ chân trắng.
Sinh viên thực hiện; Nguyễn Thị Vinh
MSSV: 107150192
Lớp 15H2B
Mục đích của nghiên cứu này nhằm khảo sát ảnh hưởng của giai đoạn thủy phân
protein, khử khống và deacetyl hóa trong quy trình thu nhận chitin – chitosan. Đồng

thời tối ưu hóa quy trình thu nhận chitin – chitosan bằng phương pháp bề mặt đáp ứng
để tăng hiệu suất và chất lượng thành phẩm.
Kết quả từ các thí nghiệm khảo cho thấy:
- Quá trình thủy phân protein thực hiện ở nhiệt độ 600C, tỉ lệ nguyên liệu/dung
môi 1/10, nồng độ NaOH 0,8 M, thời gian thủy phân 60 phút đạt hiệu suất 73,74%.
- Quá trình deacetyl thực hiện ở điều kiện nồng độ NaOH 45%, nhiệt độ 1100C, tỉ
lệ nguyên liệu/dung môi 1/15, thời gian 5h, độ deacetyl đạt được là 80,38%.
- Tối ưu hóa q trình thu nhận chitin: thủy phân protein bằng NaOH 0,79M,
nhiệt độ 63,860C, tỉ lệ nguyên liệu / dung môi 1/12 (w/v), thời gian 75 phút, hiệu suất
thủy phân protein đạt 77,73%. Điều kiện tối ưu cho q trình khử khống là: EDTA
0,35M, tỉ lệ ngun liệu/dung môi là 1/10 (w/v), thời gian 150 phút. Trong điều kiện này
thì hàm lượng khống cịn lại trong mẫu là 0,53%. Hiệu suất chitin thu nhận là 30,56%.
- Tối ưu hóa q trình thu nhận chitosan: nồng độ NaOH 47%, nhiệt độ 110,60C,
thời gian 5,4 giờ, tỉ lệ nguyên liệu/dung môi 1/15, độ deacetyl đạt 82,05%. Hiệu suất
thu nhận chitosan là 71,42%.
- Chitosan thành phẩm có độ deacetyl hóa là 82,49%, độ tan là 93,51% , độ nhớt đạt 213 cps.
Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm 4 chương:
+ Chương 1: Tổng quan
+ Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
+ Chương 3: Kết quả và thảo luận
+ Chương 4: Kết luận và kiến nghị


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA HĨA

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Nguyễn Thị Vinh

Số thẻ sinh viên: 107150192

Lớp: 15H2B

Ngành: Công nghệ thực phẩm

Khoa: Hóa

1. Tên đề tài đồ án: Nghiên cứu và tối ưu hóa các điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ
tôm thẻ chân trắng.
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
- Đặt vấn đề
- Chương 1: Tổng quan
- Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
- Chương 3: Kết quả và thảo luận
- Chương 4: Kết luận và kiến nghị
- Tài liệu tham khảo
- Phụ lục
5. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): Khơng
6. Họ tên người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Trúc Loan
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 01/09/2019
8. Ngày hoàn thành đồ án: 18/12/2019
Đà Nẵng, ngày
Trưởng bộ môn

PGS.TS Đặng Minh Nhật

tháng 12 năm 2019

Người hướng dẫn

TS. Nguyễn Thị Trúc Loan


LỜI NĨI ĐẦU

Để hồn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “ Nghiên cứu và tối ưu hóa các điều
kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng”, bên cạnh sự nỗ lực phấn đấu của bản
thân, tôi ln nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cơ, bạn bè và gia đình.
Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến q thầy cơ khoa Hóa trường Đại học
Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng nói chung, Bộ mơn Cơng nghệ thực phẩm nói riêng đã
truyền đạt cho em kiến thức trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và cũng như có
hành trang vững chắc cho sự nghiệp trong tương lai.
Bên cạnh đó, em xin được tỏ lòng biết ơn và gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô
Nguyễn Thị Trúc Loan, người trực tiếp hướng dẫn đồ án này. Cơ đã ln tận tình chỉ
bảo và hướng dẫn tơi tìm ra hướng nghiên cứu, tìm kiếm tài liệu, xử lý, phân tích số
liệu và giải quyết vấn đề… nhờ đó em mới có thể hồn thành được đồ án tốt nghiệp
của mình.
Đồng thời, em xin gửi lời cảm ơn đến q thầy cơ phịng thí nghiệm khoa Hóa
trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng, phịng thí nghiệm bộ mơn Cơng nghệ thực phẩm
trường Đại học sư phạm kỹ thuật Đà Nẵng đã tạo điều kiện cho em về trang thiết bị,
phịng thí nghiệm, giúp em hoàn thành đề tài thuận lợi và đúng tiến độ.
Em cũng xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, những người đã luôn bên
cạnh ủng hộ, giúp đỡ và động viên trong suốt thời gian thực hiện đề tài.

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong hội đồng bảo vệ tốt
nghiệp đã dành thời gian quý báu của mình để đọc và nhận xét đồ án của em.
Trong quá trình thực hiện nghiên cứu, mặc dù đã cố gắng hoàn thiện đề tài qua
tham khảo tài liệu, trao đổi và tiếp thu ý kiến đóng góp nhưng chắc chắn khơng tránh
khỏi những sai sót. Vì vậy em rất mong nhận được sự góp ý chân thành của Q Thầy,
Cơ và bạn đọc.
Đà Nẵng, ngày tháng 12 năm 2019
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Vinh

i


CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng em. Các số liệu sử
dụng phân tích trong luận văn có nguồn gốc rõ ràng, đã cơng bố theo đúng quy định.
Các kết quả nghiên cứu trong đồ án do em tự thực hiện, phân tích một cách trung thực,
khách quan và phù hợp với thực tiễn của Việt Nam. Các kết quả này chưa từng được
công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác.
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Vinh

ii


MỤC LỤC

Tóm tắt
Nhiệm vụ đồ án
Lời nói đầu ..................................................................................................................... i
Cam đoan....................................................................................................................... ii
Mục lục ......................................................................................................................... iii
Danh sách bảng ..............................................................................................................v
Danh sách hình ............................................................................................................ vi
Danh sách các cụm từ viết tắt .................................................................................... vii
Mở đầu ............................................................................................................................1
Chương 1: TỔNG QUAN ...............................................................................................3
1.1. Tổng quan về chitin và chitosan ...........................................................................3
1.1.1. Tìm hiểu chung ......................................................................................................3
1.1.2. Cấu trúc và tính chất của chitin .............................................................................4
1.1.3. Cấu trúc và tính chất của chitosan .........................................................................5
1.2. Ứng dụng của chitin – chitosan ...........................................................................11
1.2.1. Ứng dụng chitosan trong ngành công nghệ thực phẩm .......................................11
1.2.2. Ứng dụng trong ngành nông nghiệp ....................................................................11
1.2.3. Ứng dụng trong ngành y học-dược học ...............................................................12
1.2.4. Ứng dụng trong những ngành công nghiệp khác ................................................12
1.3. Giới thiệu về nguồn nguyên liệu và công nghệ sản xuất chitin- chitosan ........14
1.3.1. Nguồn thu nhận chitin-chitosan...........................................................................14
1.3.2. Cơng nghệ sản xuất chitin-chitosan .....................................................................15
1.4. Tình hình nghiên cứu sản xuất chitin-chitosan trên thế giới và ở việt nam ...19
1.4.1. Tình hình nghiên cứu sản xuất chitin-chitosan trên thế giới ...............................19
1.4.2. Tình hình nghiên cứu sản xuất chitin- chitosan ở việt nam ................................20
Chương 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................22
2.1. Đối tượng, thiết bị, dụng cụ và hóa chất sử dụng ..............................................22
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ..........................................................................................22
2.1.2. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất sử dụng .................................................................22
2.2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu ...............................................................22

iii


2.2.1. Nội dung nghiên cứu ...........................................................................................22
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu .....................................................................................23
2.3. Bố trí thí nghiệm ...................................................................................................25
2.3.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến giai đoạn thủy phân protein bằng dung dịch
NaOH .............................................................................................................................25
2.3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến giai đoạn deacetyl hóa ................................26
2.3.3. Bố trí thí nghiệm tối ưu hóa q trình thu nhận chitin-chitosan .........................27
2.4. Phương pháp xử lý số liệu ....................................................................................29
Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................................30
3.1. Thành phần hóa học cơ bản của vỏ tôm .............................................................30
3.2. Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protein bằng dung
dịch NaOH ....................................................................................................................31
3.2.1. Kết quả xác định ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thủy phân protein ........31
3.2.2. Kết quả xác định ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu/dung dịch naoh đến hiệu suất
thủy phân protein ...........................................................................................................32
3.2.3. Kết quả tối ưu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thủy phân protein ...............33
3.2.4. Kết quả tối ưu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất khử khoáng .........................36
3.3. Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến q trình deacetyl hóa.............................38
3.3.1. Kết quả xác định ảnh hưởng của nồng độ naoh đến độ deacetyl hóa của chitosan
.......................................................................................................................................38
3.3.2. Kết quả xác định ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ deacetyl hóa của chitosan .....39
3.3.3. Kết quả xác định ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu/dung dịch naoh đến độ
deacetyl hóa của chitosan ..............................................................................................40
3.3.4. Kết quả xác định ảnh hưởng của thời gian đến độ deacetyl hóa của chitosan ....41
3.3.5. Kết quả khảo sát q trình tối ưu hóa q trình deacetyl hóa .............................42
3.4. Đánh giá hiệu suất thu hồi và chất lượng chitosan thành phẩm thu được .....44
3.4.1. Hiệu suất thu hồi chitin-chitosan .........................................................................44

3.4.2. Đánh giá chất lượng chitosan thành phẩm ..........................................................44
KẾT LUẬN ..................................................................................................................46
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................47
PHỤ LỤC 1
PHỤ LỤC 2
PHỤ LỤC 3
iv


DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1. 1. Nồng độ tối thiểu của chitosan để ức chế các loài .......................................10
Bảng 1. 2. Các điều kiện để thủy phân protein trong quá trình sản xuất chitin từ các ..16
Bảng 1. 3. Các điều kiện để khử khống trong q trình sản xuất chitin từ các nguồn
phế liệu khác nhau [17] .................................................................................................17
Bảng 2. 1. Ma trận bố trí thí nghiệm mã hóa các biến độc lập của quá trình khử
protein…………………………………………………………………………............27
Bảng 2. 2. Ma trận bố trí thí nghiệm mã hóa các biến độc lập của q trình khử khống
.......................................................................................................................................28
Bảng 2. 3. Ma trận bố trí thí nghiệm mã hóa các biến độc lập của q trình khử protein
.......................................................................................................................................29
Bảng 3. 1. Thành phần hóa học cơ bản của vỏ tôm…………………………………30
Bảng 3. 2. Mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy để thủy phân protein ............................33
Bảng 3. 3. Phân tích phương sai của phương trình hồi quy để thủy phân protein ........34
Bảng 3. 4. Mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy để khử khoáng .....................................36
Bảng 3. 5. Phân tích phương sai của phương trình hồi quy khử khoáng ......................36
Bảng 3. 6. Mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy để deacetyl hóa ....................................42
Bảng 3. 7. Phân tích phương sai của phương trình hồi quy để deacetyl hóa ................42
Bảng 3. 8. Hiệu suất thu hồi thành phẩm (%) ...............................................................44
Bảng 3. 9. So sánh một số chỉ tiêu chất lượng của chitosan .........................................45

v


DANH SÁCH HÌNH

Hình 1. 1. Cấu tạo của chitin [28] ...................................................................................4
Hình 1. 2. Cơng thức so sánh cấu tạo chitin, chitosan, cellulose [23].............................6
Hình 1. 3. Chuỗi phản ứng của chitosan và các dẫn xuất ................................................7
Hình 1. 4. Phức Ni (II) của chitin và chitosan .................................................................8
Hình 1. 5. Phản ứng N-acyl hóa của chitosan .................................................................8
Hình 1. 6. Phản ứng depolyme hóa của chitosan ............................................................8
Hình 1. 7. Ứng dụng của chitosan trong may mặc ........................................................13
Hình 1. 8. Quy trình thu nhận chitin-chitosan [17] .......................................................16
Hình 3. 1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thủy phân protein………………..31
Hình 3. 2. Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến hiệu suất thủy phân protein ..........32
Hình 3. 3. Biểu đồ 2D (I, II, …, IV) và biểu đồ bề mặt 3D (a, b,…, f) xác định phạm vi
tối ưu của các điều kiện thủy phân protein ....................................................................35
Hình 3. 4. Biểu đồ 2D (I, II, III) và biểu đồ bề mặt 3D (a, b, c) xác định phạm vi tối ưu
của các điều kiện khử khống........................................................................................37
Hình 3. 5. Ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến độ deacetyl hóa của chitosan ..............38
Hình 3. 6. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ deacetyl hóa của chitosan .........................39
Hình 3. 7. Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu /dung môi đến độ deacetyl hóa của chitosan ...40
Hình 3. 8. Ảnh hưởng của thời gian đến độ deacetyl hóa của chitosan ........................41
Hình 3. 9. Biểu đồ 2D (I, II, III) và biểu đồ bề mặt 3D (a, b, c) xác định phạm vi tối ưu
của các điều kiện deacetyl hóa ......................................................................................43

vi

DANH SÁCH CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

ANOVA: Analysic of variance
DDA: Degree of deacetylation
EDTA: Ethylenediaminetetraacetic acid
RSM: Response Surface Methodology
RCCD: Rotatable Central Composite Design

vii


Nghiên cứu và tối ưu hóa các điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, ngành chế biến thủy sản được xem là ngành mũi
nhọn thúc đẩy GDP của cả nước, trong đó chế biến và xuất khẩu tơm đang tăng trưởng
mạnh. Theo hiệp hội Chế biến và Xuất Khẩu thủy Sản Việt Nam (VASEP) cho biết,
kim ngạch xuất khẩu tôm năm 2018 đạt 3.58 tỷ USD. Trong đó tơm thẻ chân trắng giữ
vị trí chủ đạo trong cơ cấu mặt hàng tôm xuất khẩu của Việt Nam. Việc đẩy mạnh xuất
khẩu tơm đã dẫn đến tình trạng một khối lượng lớn vỏ tơm tạo ra gây khó khăn trong
việc thu gom, xử lý, từ đó dẫn đến các vấn đề về mơi trường. Tuy nhiên chính lượng
phế thải này lại là tiềm năng lớn cho việc sản xuất chitin-chitosan – một polymer tự
nhiên có ứng dụng rộng rãi trong các ngành nghề sản xuất.
Chitin-chitosan là những polysaccharide tồn tại trong tự nhiên với sản lượng rất
lớn đứng thứ hai sau cellulose. Chitosan là sản phẩm deacetyl hóa chitin với các mức
deacetyl hóa khác nhau. Giống như chitin, chitosan có một số tính chất đáng quan tâm
như phân hủy sinh học, tương hợp sinh học và đặc biệt là không độc đối với con người
và mơi trường. Song khác với chitin, nó có thể hịa tan tốt trong các dung dịch axit
lỗng, giúp dễ dàng áp dụng hơn. Điều này làm cho nó trở thành vật liệu tiềm năng có

thể ứng dụng trong nhiều ngành khác nhau từ nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm, y
tế và môi trường.
Trong những năm gần đây, có thể thấy việc tìm ra những ứng dụng mới của
chitin, chitosan và dẫn xuất, việc sản xuất và tiêu thụ các sản phẩm nguồn gốc chitin,
chitosan không ngừng gia tăng. Nhiều nghiên cứu quá trình thu nhận chitin-chitosan
bằng phương pháp sinh học đã được công bố, tuy nhiên việc sử dụng enzym đắt tiền
làm cho giá thành sản phẩm cũng tăng theo. Vì vậy phương pháp hóa học vẫn được ưu
tiên sử dụng do có ưu điểm nhanh, đơn giản, dễ thực hiện.
Theo nghiên cứu thu nhận chitin-chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng của Nguyễn
Thị Trúc Loan, Phan Thị Loan (2018) thì việc sử dụng acid EDTA thay thế cho HCl
trong q trình khử khống có thể làm giảm hiện tượng cắt mạch chitin, nâng cao chất
lượng sản phẩm và ít gây ơ nhiễm mơi trường. Nghiên cứu này cũng đã khảo sát được
điều kiện nồng độ, thời gian thích hợp để hiệu suất thủy phân protein là tốt nhất.
Tuy nhiên, chưa nghiên cứu kỹ về các yếu tố ảnh hưởng tới q trình khử
protein, deacetyl hóa và chưa tối ưu hóa các điều kiện. Chính vì vậy, việc nghiên cứu
sâu hơn các yếu tố ảnh hưởng đến các giai đoạn trong q trình thu nhận chitinchitosan có chất lượng thương mại là hết sức cần thiết.
SVTH: Nguyễn Thị Vinh- Lớp 15H2B

GVHD: TS. Nguyễn Thị Trúc Loan

1


Nghiên cứu và tối ưu hóa các điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng

Xuất phát từ những thực tế trên, chúng tôi đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu và
tối ưu hóa các điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tơm thẻ chân trắng” nhằm tìm ra
một quy trình sản xuất chitin-chitoan cho hiệu suất cao, rút ngắn thời gian tiến hành và
nâng cao chất lượng sản phẩm thu được.
❖ Mục đích nghiên cứu của đề tài:

- Xác định thành phần hóa học của vỏ tơm thẻ chân trắng.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protein và quá trình deacetyl hóa.
- Tối ưu hóa các điều kiện thu nhận chitin-chitosan thành phẩm.
- Đánh giá chất lượng chitin-chitosan thành phẩm.
❖ Mục tiêu nghiên cứu:
- Xây dựng được quy trình thu nhận chitin-chitosan cho hiệu suất cao và chất lượng tốt.
❖ Đối tượng nghiên cứu: Vỏ tôm thẻ chân trắng thu nhận từ công ty Xuất Nhập Khẩu
Miền Trung- Đà Nẵng.
❖ Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp vật lý, hóa học, phương pháp xử lý số liệu
trên các phần mềm như Excel, Minitab, ANOVA,…
❖ Nội dung bài báo cáo: gồm 4 chương
-

Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Kết quả và thảo luận
Chương 4: Kết luận và kiến nghị

SVTH: Nguyễn Thị Vinh- Lớp 15H2B

GVHD: TS. Nguyễn Thị Trúc Loan

2


Nghiên cứu và tối ưu hóa các điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về chitin và chitosan

1.1.1. Tìm hiểu chung
Danh từ “chitin” bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp “tunic” hay “envenlopen” có nghĩa là
lớp vỏ ngồi hay sự bao bọc.
Chitin được Henri Braconnot phát hiện lần đầu tiên vào năm 1811 trong cặn dịch
chiết của một loại nấm và đặt tên là “Fungine” để ghi nhớ nguồn gốc tìm ra nó. Năm
1823, A.Odier phân lập được một chất từ bọ cánh cứng mà ông gọi là “chitin” hay
“chiton”. Nhưng ông khơng phát hiện ra sự có mặt của Nitơ trong đó, cuối cùng cả
Odier và Braconnot đều đi đến kết luận rằng cấu trúc của chitin giống cấu trúc của
cellulose [2].
Ở thực vật, chitin có trong vách tế bào của nấm và một số loài tảo chlorophyceae.
Ở động vật, chitin là thành phần cấu trúc quan trọng của vỏ bao của một số động vật
không xương sống như côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác, giun tròn. Đặc biệt, chitin tồn
tại rất nhiều ở vỏ tơm, cua, ghẹ,… Vì vậy, chúng là nguồn nguyên liệu dồi dào để sản
xuất chitin-chitosan [1].
Chitin tồn tại trong tự nhiên ở dạng tinh thể: cấu trúc gồm nhiều phân tử được nối
với nhau bằng cầu nối hydro và tạo thành một hệ thống dạng sợi ít nhiều có tổ chức.
Trong tự nhiên rất ít gặp dạng tồn tại tự do của chitin, nó thường liên kết dưới dạng
phức hợp chitin-protein, chitin với các hợp chất hữu cơ,… khi tồn tại như thế chitin có
sự trơ đối với các chất thủy phân, hóa học và enzyme, do đó nó gây khó khăn cho việc
tách chiết và tinh chế. Tùy thuộc vào đặc tính của cơ thể và sự thay đổi từng giai đoạn
sinh lý mà trong cùng một lồi, người ta có thể thấy sự thay đổi về hàm lượng cũng
như chất lượng của chitin [1].
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 vẫn gọi hợp chất này là “cellulose”. Cũng trong năm này, khi đun chitin trong
dung dịch KOH ở 180 ºC, Hope – Seyler thu được một hợp chất mới có số nguyên tử
giống như trong chitin và gọi nó là chitosan [3].
Trong tự nhiên, chitosan rất hiếm gặp, chỉ có trong vách ở một số lớp vi nấm
(đặc biệt: zygomycetes, mucor,…) và ở vài loại côn trùng như ở thành bụng của mối
chúa. Chitosan lần đầu tiên được phát hiện năm 1859 bởi nhà khoa học C. Rouget,

cũng từ thời điểm này giới khoa học bắt đầu nghiên cứu thực nghiệm và sử dụng
SVTH: Nguyễn Thị Vinh- Lớp 15H2B

GVHD: TS. Nguyễn Thị Trúc Loan

3


Nghiên cứu và tối ưu hóa các điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng

những polyme này. Sự deacetyl bằng kiềm, chitin tạo thành chitosan và tan được trong
dung dịch acid acetic loãng [1].
1.1.2. Cấu trúc và tính chất của chitin
1.1.2.1. Cơng thức cấu tạo của chitin
Chitin là một dạng polysaccharide mạch thẳng gồm các tiểu phân N-acetyl-Dglucosamine kết hợp lại với nhau theo liên kết β-1,4-glycoside, chúng phổ biến trong
tự nhiên chỉ sau cellulose.
Chitin có cơng thức phân tử: (C8H13O5N)n
Phân tử lượng : M = (203,09)n
Tên gọi: Poly-β-(1-4)-2-acetamido-2-deoxyD-glucopyranose;
deoxy-β-D-glucose.

Poly-β-(1-4)-2-acetamido-2-

Hình 1. 1. Cấu tạo của chitin [28]
Chitin có cấu trúc tinh thể rất chặt chẽ và đều đặn. Bằng phương pháp nhiễu xạ
tia X, người ta có thể chứng minh được chitin tồn tại ở 3 dạng cấu hình: α- chitin, βchitin, γ – chitin. Các dạng này của chitin chỉ do sự sắp xếp khác nhau về hướng của
mỗi mắt xích (N-acetyl-D-glucosamin) trong mạch [3],[24].
Có thể biểu diễn mỗi mắt xích này bằng mũi tên chỉ nhóm –CH2OH, phần đi
chỉ nhóm –NHCOCH3, thì các cấu trúc α, β, γ - chitin được mô tả như sau:

Trong số 3 trạng thái tinh thể của chitin, phổ biến và bền vững nhất là α-chitin,
trong phân tử có các liên kết đơi song song, chính nhờ các liên kết hydro. Phân tử βchitin và γ - chitin kém bền vững và ít gặp hơn [13].
1.1.2.2 Tính chất vật lý của chitin
Chitin là polysaccharide nguồn gốc tự nhiên, có hoạt tính sinh học cao, có tính
hịa hợp sinh học và tự phân hủy trên da, không gây độc hại với người.
Chitin có màu trắng hay màu trắng phớt hồng, dạng vảy hoặc dạng bột, không
mùi, không vị, kết tinh ở dạng tinh thể vơ định hình, có cấu trúc rắn chắc hơn các
polymer sinh học khác.
SVTH: Nguyễn Thị Vinh- Lớp 15H2B

GVHD: TS. Nguyễn Thị Trúc Loan

4


Nghiên cứu và tối ưu hóa các điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng

Chitin tan trong các dung dịch acid vơ cơ đặc nhưng lại có tính kỵ nước cao và
khơng tan trong nước, trong mơi trường kiềm, acid lỗng và các dung mơi hữu cơ như ete,
rượu… 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 có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại có bước sóng λ = 884 - 890 µm.
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 [4].
1.1.2.3 Tính chất hóa học của chitin
Chitin ổn định với các chất oxy hoá mạnh như thuốc tím (KMnO4); oxy già
(H2O2); nước javen (NaOCl-NaCl)… lợi dụng tính chất này mà người ta sử dụng các
chất oxy hoá trên để khử màu cho chitin.
Chitin phản ứng với HCl đâm đặc, ở nhiệt độ cao tạo thành 88,5% D-glucosamin

và 21,5% acid acetic.

Khi đun nóng chitin trong dung dịch NaOH đậm đặc (40-50%), ở nhiệt độ cao
thì chitin sẽ bị mất gốc acetyl tạo thành chitosan.

Phản ứng este hóa:
- Chitin tác dụng với HNO3 đậm đặc cho sản phẩm chitin nitrat.
- Chitin tác dụng với anhydride sunfuric trong pyridin, dioxan và N,Ndimetylanilin cho sản phẩm chitin sunfonat.
Phản ứng nhiệt phân: Nhiệt phân chitin ở nhiệt độ cao (khoảng 9000C) sẽ tạo ra
một số các hợp chất có mùi thơm thơm đặc trưng.
Từ thế kỷ trước các nghiên cứu về việc hấp thu, tạo phức với kim loại nặng đã
được thực hiện. Chitin có thể tạo phức với nhiều kim loại như đồng, chì, crom …[4].
1.1.3. Cấu trúc và tính chất của chitosan
1.1.3.1. Công thức cấu tạo của chitosan
Chitosan là một chuỗi polysaccharide bao gồm các đơn vị D-glucosamine liên
kết với nhau bằng các liên kết β-(1-4)-glucoside.
SVTH: Nguyễn Thị Vinh- Lớp 15H2B

GVHD: TS. Nguyễn Thị Trúc Loan

5


Nghiên cứu và tối ưu hóa các điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng

Tên gọi khoa học: Poly (1-4)-2-amino-2-deoxi- β -D-glucose
Công thức phân tử: (C6H11O4N)n
Phân tử lượng: M= (161,07)n
Chitosan thu được bằng phản ứng deacetyl hóa chitin, biến đổi nhóm N-acetyl
thành nhóm amin ở vị trí C-2.

Hình 1. 2. Cơng thức so sánh cấu tạo chitin, chitosan, cellulose [23]
Như cơng thức ở hình 1.2, thì sự khác biệt duy nhất giữa chitosan và cellulose là
nhóm amin (-NH2) ở vị trí C2 của chitosan thay thế nhóm hydroxyl (-OH) ở cellulose.
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 ít kết
tinh hơn so với chitin, dễ dàng tham gia phản ứng hóa học hơn chitin.
Do q trình deacetyl hóa xảy ra khơng hồn tồn nên người ta quy ước nếu độ
deacetyl hóa (degree of deacetylation) DDA > 50% thì gọi là chitosan, nếu DDA <
50% gọi là chitin.
1.1.3.2. Tính chất vật lý của chitosan
Chitosan là một sản phẩm deacetyl hóa của chitin, là một chất rắn, xốp, nhẹ, hình
vảy, dai hơn chitin, có thể xay nhỏ theo các kích cỡ khác nhau, có màu trắng hay màu
vàng nhạt, nhiệt độ nóng chảy là 309 – 3110C [13].
Chitosan có tính kiềm nhẹ, khơng tan trong nước, dung dịch kiềm và acid đậm
đặc nhưng tan trong acid loãng như acid acetic, acid fomic, acid lactic..., tạo thành
dung dịch keo trong suốt.

SVTH: Nguyễn Thị Vinh- Lớp 15H2B

GVHD: TS. Nguyễn Thị Trúc Loan

6


Nghiên cứu và tối ưu hóa các điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng

Chitosan là một trong những dẫn xuất quan trọng của chitin, vì khả năng tan tốt của
nó trong các dung dịch acid lỗng, cũng như có một số hoạt tính sinh học đáng quan tâm

khác ngoài khả năng phân hủy, tương hợp sinh học và khơng độc giống như chitin.
Chitosan có khả năng tạo màng tốt và có khả năng hấp phụ chất.
Do là một polycationic mang điện tích dương nên chitosan có khả năng bám dính
trên các bề mặt có điện tích âm như protein, aminopolysaccharide (alginate), acid béo
và phospholipid nhờ sự có mặt của nhóm amino (NH2) [7].
1.1.3.3. Tính chất hóa học của chitosan
Trong phân tử chitosan có chứa các nhóm chức -OH, -NH2 trong các mắt xích Dglucosamin có nghĩa chúng vừa là alcol vừa là amin. Phản ứng hoá học có thể xảy ra ở
vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế -OH, dẫn xuất thế N-, hoặc dẫn xuất thế O, N- [6].
Mặt khác chitosan là những polymer mà các monomer được nối với nhau bởi các
liên kết β-(1-4)-glucoside, các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các chất hoá học như:
acid, base, tác nhân oxy-hóa và các enzyme thuỷ phân.
a.Tính chất hóa học chung của chitosan và các dẫn xuất

Hình 1. 3. Chuỗi phản ứng của chitosan và các dẫn xuất
b. Khả năng hấp phụ tạo phức với các ion kim loại chuyển tiếp
Trong phân tử chitosan và một số dẫn xuất của chitin chứa các nhóm chức mà
trong đó các nguyên tử oxi và nitơ của nhóm chức cịn cặp electron chưa sử dụng, do
đó chúng có khả năng tạo phức, phối trí với hầu hết các kim loại nặng và các kim loại
chuyển tiếp như: Hg+, Cd2+, Zn2+, Cu2+, Ni2+, Co2+… tùy nhóm chức trên mạch
polymer mà thành phần và cấu trúc của phức khác nhau.
Ví dụ: với phức Ni (II) nếu chitin có cấu trúc bát diện có số phối trí bằng 6, nếu
chitosan có cấu trúc tứ diện có số phối trí bằng 4.
SVTH: Nguyễn Thị Vinh- Lớp 15H2B

GVHD: TS. Nguyễn Thị Trúc Loan

7


Nghiên cứu và tối ưu hóa các điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tơm thẻ chân trắng

Hình 1. 4. Phức Ni (II) của chitin và chitosan
c. Phản ứng N-acyl hóa của chitosan
Đây là phản ứng giữa anhydide acid với chitosan để điều chế N-acyl chitosan.

Hình 1. 5. Phản ứng N-acyl hóa của chitosan
d. Phản ứng alkyl hóa khử
Phản ứng này dùng để điều chế các dẫn xuất N-alkyl của chitosan. Tổng quát,
phản ứng xảy ra như sau:

Trong đó, giai đoạn đầu xảy ra chậm, giai đoạn thứ hai xảy ra nhanh với sự có
mặt của NaCNBH, ở pH = 4.
e. Phản ứng khử nhóm amin và cắt mạch HNO2
Acid nitrơ được sử dụng để thực hiện phản ứng deamin hóa và depolymer hóa
chitosan, phản ứng xảy ra càng mạnh khi có mặt AgNO3.

Hình 1. 6. Phản ứng depolyme hóa của chitosan

SVTH: Nguyễn Thị Vinh- Lớp 15H2B

GVHD: TS. Nguyễn Thị Trúc Loan

8


Nghiên cứu và tối ưu hóa các điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tơm thẻ chân trắng

1.1.3.4. Tính chất sinh học của chitosan
Vật liệu chitosan có nguồn gốc tự nhiên, khơng độc, dùng an tồn cho người.
Chúng có tính hịa 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: có khả năng hút nước, giữ ẩm,
tính kháng nấm, tính kháng khuẩn, cầm máu, chống sưng u, chống ngứa.… [8].
- Có tác dụng làm giảm đáng kể số lượng vi sinh vật tổng số trên bề mặt thực phẩm [7].
- Ngồi ra, chitosan cịn có tác dụng làm giảm cholesterol và lipid máu, làm
to vi động mạch và hạ huyết áp, điều trị thận mãn tính, chống rối loạn nội tiết.
1.1.3.5. Một số đặc tính quan trọng đánh giá chất lượng của chitosan
Chất lượng và đặc tính của chitosan được đánh giá thơng qua độ tinh sạch, độ
deacetyl, độ tan, độ nhớt, khối lượng phân tử trung bình, mức độ phân bố khối lượng
phân tử, kiểu phân bố của các monomer trên chuỗi polymer và cấu trúc hình thái [29].
a. Độ acetyl hóa (DDA)
Độ deacetyl hóa có thể dùng để so sánh chitin và chitosan vì nó xác định hàm
lượng các nhóm amin tự do có trong chuỗi polyme (DDA > 50% thì gọi là chitosan,
nếu DDA < 50% thì gọi là chitin).
Mức độ deacetyl hóa ảnh hưởng đến tính chất vật lý, hóa học, sinh học của
chitosan cũng như khả năng phân hủy sinh học, tự tổng hợp, tính chất hấp phụ,….
Mức độ deacetyl hóa của chitosan vào khoảng 56-99% (thường 80%) phụ thuộc
vào loài giáp xác và phương pháp sử dụng [25],[39].
b. Độ nhớt
Độ nhớt là một nhân tố quan trọng để xác định khối lượng phân tử của chitosan.
Chitosan phân tử lượng thường có độ nhớt từ 30 – 200 cps và chitosan phân tử lượng
lớn hơn 1 triệu dalton có độ nhớt lên đến 3000 – 4000 cps.
Ngoài ra độ nhớt của chitosan cịn phụ thuộc vào độ deacetyl hóa, khối lượng
nguyên tử, nồng độ dung dịch, độ mạnh của lực ion, pH và nhiệt độ…
Độ nhớt chitosan còn bị ảnh hưởng đáng kể bởi các biện pháp xử lý vật lý
(nghiền, gia nhiệt, hấp khử trùng…) và hóa học (xử lý bằng ozon), trừ q trình làm
lạnh thì nó sẽ giảm khi thời gian và nhiệt độ xử lý tăng. Vì vậy, dung dịch chitosan bảo
quản ở 4ºC được cho là ổn định nhất [24].
c. Khối lượng phân tử
Chitosan là một polyme sinh học có khối lượng phân tử cao. Khối lượng chitosan
thường lớn hơn 1 triệu Dalton trong khi các sản phẩm chitosan thương phẩm có khối

lượng 100,000-1,200,000 Dalton, phụ thuộc nguồn chitin, điều kiện deacetyl và
thường rất khó kiểm soát.
SVTH: Nguyễn Thị Vinh- Lớp 15H2B

GVHD: TS. Nguyễn Thị Trúc Loan

9


Nghiên cứu và tối ưu hóa các điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng

Khối lượng phân tử của chitosan quyết định tính chất của chitosan như khả năng
tạo màng, tạo gel, khả năng hấp phụ chất màu, đặc biệt là khả năng ức chế vi sinh vật.
Thơng thường, nhiệt độ cao, sự có mặt của oxy và sức kéo có thể dẫn đến phân
hủy chitosan. Giới hạn nhiệt độ là 2800C, sự phân hủy do nhiệt độ có thể xảy ra và
mạch polyme nhanh chóng bị phá vỡ, do đó khối lượng phân tử giảm [25], [39].
d. Tính tan
Chitosan nhờ có nhóm amin tự do nên có năng lượng tự do lớn, pKa (hằng số
phân ly) của chitosan có giá trị từ 6,2 đến 6,8 tạo điều kiện cho chitosan có thể hịa tan
trong các dung dịch của acid lỗng tạo thành keo dương [25]
Tính tan của chitosan bị ảnh hưởng của mức độ acetyl hóa, độ acetyl hóa càng
tăng khi độ deacetyl hóa tăng. Ngồi ra, các nhân tố nhiệt độ và thời gian quá trình
deacetyl hóa, nồng độ các chất kiềm, việc xử lý sơ bộ, kích thước của các phân tử cũng
ảnh hưởng đến tính tan của dung dịch chitosan [25],[39].
e. Hoạt tính kháng khuẩn
Hoạt tính kháng vi khuẩn của các hợp chất này chịu ảnh hưởng của một số yếu tố
như khối lượng phân tử ( Mw), DDA, loại vi sinh vật và một số tính chất hóa lý khác [26].
Bảng 1. 1. Nồng độ tối thiểu của chitosan để ức chế các loài
vi khuẩn khác nhau [14],[26]
Bacterial strain

DDA (%)

Mw (kDa)

MIC (%)a

Escherichia coli

85

12

0,1

Escherichia coli

85

6

0,06

Escherichia coli O-157

90

5-10

0,12

Vibrio parahaemolyticus

75

1-10

0,4

Salmonella typhimurium

75-90

1-10

0,125

Streptococcus mutans

90

5-10

0,008

Streptococcus faecalis

90

5-10

0,03

Staphylococcus aureus

50-90

1-10

0,125

Bacillus subtilis

75-90

5-10

0,125

MIC là nồng độ thấp nhất của chitosan có thể ức chế hoàn toàn sự phát triển của vi
sinh vật
*Các cơ chế kháng khuẩn của chitosan
a

+ Nhờ tác dụng của những nhóm NH3+ trong chitosan lên các vị trí mang điện
tích âm ở trên màng tế bào vi sinh vật, dẫn tới sự thay đổi tính thấm của màng tế
bào làm cho quá trình trao đổi chất qua màng bị ảnh hưởng. Lúc này, vi sinh vật không
SVTH: Nguyễn Thị Vinh- Lớp 15H2B

GVHD: TS. Nguyễn Thị Trúc Loan

10


Nghiên cứu và tối ưu hóa các điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng

thể nhận các chất dinh dưỡng cơ bản, làm mất cân bằng giữa bên trong và bên ngoài
màng tế bào và cuối cùng dẫn đến sự chết của tế bào [7].
+ Các nhóm amino trong chitosan có thể tác dụng với các nhóm anion của bề mặt
thành tế bào, lấy đi các ion kim loại quan trọng của tế bào vi khuẩn, ngăn cản sự phát
triển của vi khuẩn [8].
+ Chitosan có khả năng phá huỷ màng tế bào thông qua tương tác của những
nhóm NH3+ với những nhóm phosphoryl của thành phần phospholipid của màng tế
bào vi khuẩn.
Ngồi ra, hoạt tính tạo chelat của chitosan cũng đã tước đoạt các kim loại, yếu tố
vi lượng hoặc các chất dinh dưỡng cần thiết cũng được đề xuất như một yếu tố giới
hạn sự tăng trưởng của vi khuẩn [14].
1.2. Ứng dụng của chitin – chitosan
1.2.1. Ứng dụng chitosan trong ngành công nghệ thực phẩm
Diệt khuẩn: Do chitosan có tính chất diệt khuẩn và có khả năng tạo màng tốt
nên chitosan được dùng để sản xuất các màng mỏng để bao gói thực phẩm chống ẩm
mốc, chống mất nước.
Đặc tính diệt khuẩn của chitosan được 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 sự mất cân bằng
liên quan đến các ion thiết yếu.
- Phá hoại chức năng màng tế bào. Gây ra sự rò rỉ các phần bên trong tế bào.
Như vậy việc dùng chất chitosan bao bọc quanh bề mặt thực phẩm có thể kéo
dài thời gian bảo quản, giảm sự hư hỏng do khả năng kháng nấm, kháng khuẩn của nó.
Chất phụ gia: Chitosan có thể thay thế hàn the làm chất phụ gia bảo quản tốt

cho giò và bánh cuốn ở nhiệt độ phòng và bảo quản tốt đến 26 ngày ở T= 80 0C. Trong
chế biến bảo quản giị thì lượng Chitosan được dùng tốt nhất là 2,5 g/kg thịt và được
đưa vào ở giai đoạn xay nhuyễn cùng với muối và gia vị trước khi cho nước mắm của
quy trình sản xuất giị truyền thống.
Trong chế biến bảo quản bánh cuốn thì lượng Chitosan được dùng tốt nhất là
24 g dung dịch 3,5% cho 1 kg bột nước và được đưa vào ở giai đoạn trước khi tráng
bánh. Sản phẩm giị và bánh cuốn có phụ gia chitosan giá thành phù hợp với an
toàn sức khoẻ [15].
1.2.2. Ứng dụng trong ngành nông nghiệp
Dùng như một thành phần chính trong thuốc trừ nấm bệnh. Chitosan phịng trừ
được các bệnh cây do các nhóm vi sinh vật như nấm, vi khuẩn, tuyến trùng và cả virút.
SVTH: Nguyễn Thị Vinh- Lớp 15H2B

GVHD: TS. Nguyễn Thị Trúc Loan

11


Nghiên cứu và tối ưu hóa các điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tơm thẻ chân trắng

Có thể coi chitosan như một loại vắc-xin thực vật. Ở ta hiện nay hoạt chất chitosan
đăng ký với với nhiều tên thương mại như Olicide, Thumb, Stop... phòng trừ nhiều
loại bệnh do nấm, vi khuẩn và tuyến trùng cho lúa và nhiều cây trồng khác.
Chitosan là các polymer glucosamine có ảnh hưởng đến chuyển hóa và sinh học
phân tử của tế bào thực vật. Các mục tiêu di động là màng tế bào và nhiễm sắc thể
trong nhân. Chitosan sẽ tác động lên màng tế bào, nhiễm sắc thể, DNA, các kinase, các
phản ứng oxy hóa…Do đó, chitosan cịn dùng làm chất kích thích sinh trưởng, tăng
năng suất cây trồng, Trong sản xuất rượu vang, chitosan được sử dụng để tinh lọc,
ngăn ngừa hư hỏng sản phẩm.
Từ 1986, Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (Environmental Protection

Agency) đã cho phép dùng chitosan rộng rãi trong nông nghiệp [11].
1.2.3. Ứng dụng trong ngành y học-dược học
- Chitosan có khả năng thúc đẩy q trình đơng máu. Các muối chitosan có được
từ pha trộn chitosan với axit hữu cơ như axit succinic hoặc lactic sẽ tác dụng với màng
tế bào hồng cầu, tiểu cầu khiến sự hình thành cục máu đơng được nhanh chóng hơn.
- Chitosan cũng có tác dụng giảm đau do khả năng ngăn chặn xung động ở các
mút tận cùng các dây thần kinh cảm giác.
- Chitosan có tính nhầy dính (mucoadhesive) nên được sử dụng để đưa thuốc vào
cơ thể qua da, như sử dụng với miếng dán insulin.
- Chitosan cũng có thể được kết hợp với các vật liệu khác tạo thành những
composite dùng trong y khoa.
- Chitosan là một tá dược quan trọng dùng để độn, dẫn thuốc, màng bao phim,
viên nang mềm, nang cứng, làm chất mang thuốc giúp thuốc tác dụng chậm kéo dài..
- Chitosan là nguyên liệu để làm vật liệu y sinh như da nhân tạo, màng sinh học,
chất nền cho da nhân tạo, …
1.2.4. Ứng dụng trong những ngành công nghiệp khác
1.2.4.1. Xử lý nước thải
Nước thải của hoạt động khai thác mỏ, mạ kim loại, nhà máy điện, chế tạo thiết
bị điện và đặc biệt là hoạt động của các tổ hợp nhiên liệu hạt nhân, các cơ sở quốc
phịng, v.v...có chứa các kim loại có độc tính cao như crơm, cađimi, chì, thủy ngân,
niken, đồng cần được xử lý trước khi thải. Hấp phụ sinh học là phương pháp sử dụng
các vật liệu sinh học để tách kim loại hay các hợp chất và các hạt khỏi dung dịch.
Trong những năm gần đây, phương pháp này được đánh giá là một trong những
phương pháp hiệu quả về cả kinh tế và kỹ thuật để loại bỏ các kim loại gây nhiễm bẩn
nguồn nước mặt và nhiều loại nước thải công nghiệp.
SVTH: Nguyễn Thị Vinh- Lớp 15H2B

GVHD: TS. Nguyễn Thị Trúc Loan

12

Nghiên cứu và tối ưu hóa các điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng

1.2.4.2. Hấp phụ kim loại nặng
Chitosan có khả năng hấp phụ tốt các kim loại nặng. Do đặc tính của nhóm
amino tự do trong cấu trúc chitosan được tạo thành khi deacetyl hóa chitin, các phức
chelat của nó làm cho khả năng hấp phụ kim loại tăng gấp 5 đến 6 lần so với chitin.
Khi ghép một số nhóm chức vào khung cấu trúc của chitosan sẽ làm tăng khả năng hấp
phụ kim loại của chitosan lên nhiều lần.
Chitosan có thể sử dụng như một chất hấp thụ để tách các đồng vị phóng xạ nguy
hiểm từ nước bị nhiễm phóng xạ và thu hồi Uranium từ nước biển và nước ngọt [22].
+ Loại bỏ các polymer hiện diện trong nước thải, giảm mùi hơi thối.
+ Ngồi ra, chitosan có thể ứng dụng để xử lý các vệt dầu loang, xử lý nước thải sinh
hoạt, thu hồi protein và khoáng từ nước thải nông nghiệp và tách các độc chất từ dung dịch.
1.2.4.3. Công nghệ nhiếp ảnh, dệt và in ấn
- Trong kỹ thuật nhiếp ảnh, chitosan được sử dụng như tác chất tạo ra các acid
màu trong gelatin và đóng vai trị như chất hỗ trợ cho quá trình phản xạ ánh sáng.
Phim chitosan có độ nhớt rất cao, khơng tan trong nước, acid. Độ cứng được cải thiện
bằng cách tổng hợp đúc chitosan, rồi xử lý phim bằng dung dịch acid [11].
- Chitosan có thể được dùng làm chất cầm màu trong khi nhuộm và in sợi dệt.
Khả năng kháng khuẩn của chitosan giúp vải có độ bền cao hơn. Có thể thay hồ tinh
bột bằng chitosan để hồ vải, nó tác dụng làm tơ sợi mềm, mịn, bóng đẹp, cố định hình
in, chịu được acid và kiềm nhẹ [22].

Hình 1. 7. Ứng dụng của chitosan trong may mặc
- Trong công nghệ in, chitosan là mực in sinh học (bioprinting), các sản vật in
sinh học này khi bỏ đi sẽ tự phân hủy sinh học không độc hại môi trường [11].
- Làm tăng độ bền của giấy: Do có cấu trúc tương tự như cellulose 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 giấy qua nghiên
cứu người ta thấy nếu bổ sung 1% chitosan thì độ bền của giấy tăng lên khi bị ướt.
SVTH: Nguyễn Thị Vinh- Lớp 15H2B

GVHD: TS. Nguyễn Thị Trúc Loan

13


Nghiên cứu và tối ưu hóa các điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng

Mặc khác chitosan có khả năng tự phân hủy sinh học nên rất thuận tiện cho q trình
tái chế giấy và gây ơ nhiễm môi trường.
1.2.4.4.Mỹ phẩm
Chitosan được sử dụng trong sản xuất kem chống khô da, do bản chất chitosan cố
định dễ dàng trên biểu bì da bởi những nhóm NH4+ thường được các nhà khoa học gắn
với những chất giữ nước hoặc những chất lọc tia cực tím. Vì vậy chitosan là gạch nối
giữa hoạt chất của kem và da [11].
1.3. Giới thiệu về nguồn nguyên liệu và công nghệ sản xuất chitin- chitosan
1.3.1. Nguồn thu nhận chitin-chitosan
1.3.1.1 .Từ vỏ các lồi giáp xác ( tơm, cua, mực)
Theo thống kê của FAO, hàng năm có khoảng 20 triệu tấn phế thải của công
nghiệp chế biến thuỷ sản, chiếm khoảng 25% tổng sản lượng đánh bắt, chế biến thuỷ
hải sản trên thế giới. Đây là nguồn nguyên liệu giàu protein nếu không sử dụng để sản
xuất chitin sẽ gây ô nhiễm nghiêm trọng.
Nguồn phế thải chế biến hải sản chứa 15-40% chitin (tùy theo loài và mùa khai
thác), 20-40% protein, 20-50% CaCO3. Ngồi ra, trong phế liệu chế biến hải sản cịn
có chất màu, lipid, khống.
Trong cơng nghiệp sản xuất chitin, chitosan nếu tận dụng hết các sản phẩm này
sẽ nâng cao được giá trị của quy trình chế biến chitin và hạn chế được ô nhiễm môi

trường. Hiện nay, nguồn phế thải trong chế biến hải sản là nguồn chính để sản xuất
chitin trên thế giới [17].
1.3.1.2. Từ vi sinh vật
Chitin cũng tồn tại khá phổ biến trong thế giới vi sinh vật như nấm, nấm mốc,
nấm men, một số loài tảo, và một số xạ khuẩn Streptomyces. Ngồi chitin, chitosan
cịn hiện diện khá phổ biến trong các lồi thuộc nhóm nấm tiếp hợp Zygomycets như
nấm Mucor rouxii, Aspergiluss niger, Rhizopus delemar, Rhizopus oryae, Mucor sp.
Hàm lượng chitosan phụ thuộc tuy lồi, biến thiên 5-25%.
Hàm lượng, tính chất của chitin, chitosan từ nguồn vi sinh vật phụ thuộc rất lớn
vào chủng, điều kiện nuôi cấy như môi trường, nhiệt độ, pH, công nghệ lên men [17].
1.3.1.3. Từ côn trùng
Chitin cùng với melanin và protein cấu tạo nên vỏ của côn trùng. Thành phần
chitin trong vỏ của các loài như muỗi, gián, ong mật, nhộng tằm, tuyến trùng đã được
nghiên cứu và cơng bố. Trong cấu tạo của ong mật có chứa 23-32% chitin, 35-45%
protein, 30-40% melanin và khoảng 3% khoáng chất (Nemtset, 2004). Trong cấu tạo
vỏ của tằm (Silkworm) có khoảng 20% là chitin [17].
SVTH: Nguyễn Thị Vinh- Lớp 15H2B

GVHD: TS. Nguyễn Thị Trúc Loan

14


Nghiên cứu và tối ưu hóa các điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng

1.3.2. Công nghệ sản xuất chitin-chitosan
Mặc dù chitin phân bố rộng rãi trong tự nhiên nhưng nó khơng
được tìm thấy ở dạng tinh khiết. Chitin tồn tại trong nguyên liệu dưới dạng
liên kết với protein, khống, nên trong q trình sản xuất chitin cần phải khử các hợp
chất phi chitin này ra khỏi chitin và tận dụng được các hợp chất có giá trị

khác. Các hợp chất phi chitin bao gồm protein, chất khoáng, chất màu, lipid và các
hợp chất khác với hàm lượng biến đổi tùy theo loại nguyên liệu [17].
Để sản xuất chitin từ phế liệu thủy sản có thể thực hiện bằng phương pháp hóa
học, phương pháp sinh học hoặc phương pháp kết hợp hóa học với sinh học. Những
hữu ích của các nguồn chitin khác nhau phụ thuộc vào sự sẵn có của
nguyên liệu, phương pháp đơn giản, hàm lượng chitin, và sự phù hợp
để tận thu các sản phẩm có giá trị khác. Hiện nay việc làm sạch chitin
bao gồm hai giai đoạn:
- Thu nhận chitin:
+ Khử khoáng: Loại bỏ khoáng bằng acid hoặc là một tác nhân tạo
phức.
+ Khử protein: Tách protein bằng kiềm hoặc một enzyme protease.
- Deacetyl hóa chitin để thu nhận chitosan
Thơng thường phương pháp hóa học được sử dụng rộng rãi với ưu điểm là
nhanh, đơn giản, dễ thực hiện ở quy mô lớn.
Sơ đồ tổng quát quá trình sản xuất chitin, chitosan từ phế liệu thủy sản được trình
bày ở hình 1.8.
Nguyên liệu

Thủy phân protein
Khử khống

Chitin

Deacetyl hóa

SVTH: Nguyễn Thị Vinh- Lớp 15H2B

ChitosanGVHD: TS. Nguyễn Thị Trúc Loan

15