Luận văn thạc sĩ nghiên cứu chế tạo và xác định đặc tính màng trên cơ sở chitosan và tinh bột

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HUỲNH THỊ THU DIỆU

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ XÁC ĐỊNH
ĐẶC TÍNH MÀNG TRÊN CƠ SỞ CHITOSAN
VÀ TINH BỘT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Đà Nẵng, 2019


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HUỲNH THỊ THU DIỆU

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ XÁC ĐỊNH
ĐẶC TÍNH MÀNG TRÊN CƠ SỞ CHITOSAN
VÀ TINH BỘT

Chuyên ngành
Mã số

: Kỹ thuật Hóa học
: 8520301

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Dương Thế Hy

Đà Nẵng, 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình
nào khác. Nếu khơng đúng như đã nêu trên, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về đề
tài của mình.
Người cam đoan

Huỳnh Thị Thu Diệu


TÓM TẮT LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH MÀNG TRÊN CƠ
SỞ CHITOSAN VÀ TINH BỘT
Học viên: Huỳnh Thị Thu Diệu Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học
Mã số: 8520301 Khóa: 35 Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN
Tóm tắt: Đề tài này đề cập đến việc kết hợp các ưu điểm của hai polymer tự
nhiên chitosan và tinh bột để tạo ra màng định hướng bảo quản thực phẩm bền, ít hút
nước, có khả năng kháng khuẩn, phân hủy sinh học.
Màng tinh bột có tính hút nước cao, kém bền. Để tăng độ bền màng và giảm khả
năng hút nước, tiến hành đóng rắn tinh bột bằng acid citric. Các điều kiện đóng rắn được
khảo sát bao gồm hàm lượng acid citric, thời gian đóng rắn và nhiệt độ đóng rắn. Độ
trương của màng trong nước sau khi đóng rắn được lựa chọn để đánh giá mức độ hình
thành liên kết ngang trong màng. Kết quả nghiên cứu đã tìm được điều kiện đóng rắn tốt
nhất, phản ánh qua độ trương trong nước bé nhất, là: hàm lượng AC 5% và đóng rắn ở

150° C trong 30 phút. Tuy nhiên, màng màng tinh bột đóng rắn lại có độ bền kéo bé hơn
so với màng chưa đóng rắn. Khi phối hợp tinh bột với chitosan sẽ làm giảm khả năng hút
nước, tăng độ bền kéo nhưng không làm thay đổi độ thấm hơi nước. Ngoài ra màng phối
hợp cịn có khả năng kháng khuẩn gram âm Escherichia coli.
Từ khóa: Chitosan; Tinh bột; Màng thực phẩm; Kháng khuẩn; Phân hủy sinh học.
FABRICATION AND CHARACTERIZATION OF THE FILM BASED ON
CHITOSAN AND STARCH
Abstract: This research mentions about combination of advantages of two
natural polymers, chitosan and starch, to create film that has low water sorption,
antibacterial and biodegradable properties. The use of this film is aimed to food
packaging.
Starch film has high water sorption, low strength. In order to increase the
strength and to reduce the water sorption of the starch film, it considers to crosslink
the starch using citric acid. The conditions investigated for starch curing are citric
acid content, time and temperature. The swelling in water of the film after hardening
is selected to evaluate the crosslink density in the film. Research results have found
the best curing conditions that correspond to the smallest degree of swelling in water:
o
the ratio of citric acid to starch (by mass) is 5/100, the temperature is 150 C and
curing time is 30 minutes. However, the crosslinked starch film has a lower tensile
strength than that of uncrosslinked starch film. Adding chitosan to starch reduces the
water sorption, increase the tensile strength but remain water vapor penetration. In
addition, the starch/chitosan film has antibacterial property with gram-negative
Escherichia coli.
Key words: Starch; Chitosan; Food packaging; Antibacterial; Biodegradable.


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
TÓM TẮT LUẬN VĂN

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU...................................................................................................................................................... 1
1. Đặt vấn đề........................................................................................................................................ 1
2. Tính cấp thiết của đề tài.............................................................................................................. 2
3. Mục tiêu nghiên cứu..................................................................................................................... 2
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.......................................................................................... 2
5. Phương pháp nghiên cứu............................................................................................................ 2
6. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực nghiệm.......................................................................... 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN............................................................................................................... 4
1.1. Tổng quan về chitin - chitosan..................................................................................................... 4
1.1.1. Cấu trúc phân tử của chitin và chitosan........................................................................ 4
1.1.2. Các loại nguyên vật liệu sản xuất chitin....................................................................... 6
1.1.3. Tính chất của chitosan......................................................................................................... 7
1.1.4. Ứng dụng của chitosan...................................................................................................... 10
1.2. Tổng quan về tinh bột sắn............................................................................................................ 10
1.2.1. Giới thiệu tinh bột............................................................................................................... 10
1.2.2. Hình dạng, đặc điểm, kích thước hạt tinh bột.......................................................... 11
1.2.3. Thành phần hóa học của tinh bột.................................................................................. 15
1.2.4. Thành phần, cấu trúc của amylose................................................................................ 15
1.2.5. Thành phần, cấu trúc của amylopectin........................................................................ 16
1.2.6. Các phản ứng tiêu biểu của tinh bột............................................................................. 17
1.2.7. Những tính chất vật lý của huyền phù tinh bột trong nước................................. 19
1.2.8. Độ nhớt của hồ tinh bột.................................................................................................... 21
1.2.9. Khả năng tạo gel và sự thối hóa gel........................................................................... 21


1.2.10. Hóa dẻo tinh bột................................................................................................................ 21

1.2.11. Ứng dụng màng tinh bột trong thực phẩm.............................................................. 22
1.3. Tổng quan về Axit Citric.............................................................................................................. 22
1.3.1. Giới thiệu............................................................................................................................... 22
1.3.2. Thơng tin tổng qt............................................................................................................ 23
1.3.3. Tính chất................................................................................................................................. 23
1.3.4. Ứng dụng................................................................................................................................ 24
1.4. Tổng quan về Natri Hypophotphit.......................................................................................... 25
1.4.1. Tính chất................................................................................................................................. 25
1.4.2. Ứng dụng................................................................................................................................ 25
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM...................................................................................................... 27
2.1. Nội dung thực hiện......................................................................................................................... 27
2.2. Hoá chất và dụng cụ thiết bị....................................................................................................... 27
2.3. Tiến hành thực nghiệm................................................................................................................. 27
2.4. Deacetyl hóa chitin......................................................................................................................... 30
2.5. Đo độ trương của màng................................................................................................................ 30
2.6. Đo đồ bền kéo đứt của các màng.............................................................................................. 31
2.7. Phân tích nhiệt trọng lượng (TGA).......................................................................................... 31
2.8. Xác định khả năng kháng khuẩn............................................................................................... 32
2.9. Xác định độ thấm hơi nước của màng.................................................................................... 32
2.10. Khảo sát khả năng phân hủy sinh học.................................................................................. 33
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................................................. 34
3.1. Deacetyl hóa chitin......................................................................................................................... 34
3.1.1. Deacetyl hóa.......................................................................................................................... 34
3.1.2. Ảnh hưởng màu chitosan đến màng............................................................................ 36
3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình đóng rắn màng tinh bột........................................ 37
3.2.1 Ảnh hưởng của hàm lượng acid citric (AC)............................................................... 37
3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian đóng rắn............................................................................... 39
3.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đóng rắn................................................................................ 40
3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng chitosan đến độ trương của màng...................................... 41
3.4. Tính chất cơ lý................................................................................................................................. 42

3.5. Sự phân hủy nhiệt........................................................................................................................... 42
3.6. Sự thấm hơi nước............................................................................................................................ 43
3.7. Khả năng kháng khuẩn................................................................................................................. 46
3.8. Khảo sát phân hủy sinh học........................................................................................................ 47
KẾT LUẬN.............................................................................................................................................. 49
KIẾN NGHỊ............................................................................................................................................. 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................................. 51
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
CA
CS
TGA


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu
bảng
1.1:

Thàn

xuất c

1.2:

Hoạt

1.3:

Đặc đ

1.4:

Nhiệt

3.1:

Độ th


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu
hình
1.1:

Cấu trúc ch

1.2:

Sơ đồ quy

1.3:

Cấu tạo hó

1.4:

(1) tinh bột

1.5:

Cấu trúc am

1.6:

Amylose v

1.7:

Phản ứng p

1.8:

Sơ đồ phân

2.2:

Thiết bị đo

2.2:

Cốc đo độ

3.1:

Chitosan

3.2:

Phổ FTIR c

3.3:

(a) Màng ti

3.4:

Màng tinh

3.5:

Độ trương

trong 30 ph

3.6:

Ảnh hưởng

3.7:

Ảnh hưởng

3.8:

Đồ thị biểu

3.9:

Độ bền kéo

3.10:

TGA của c

3.11:

Sự thay đổ

Khả năng k


3.12:

3.13:

tinh bột ph

Các màng
trước khi c
(phía dưới)


DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ
Số hiệu

sơ đồ
2.1:

Giai đoạn

2.1:

Giai đoạn


1

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành công nghệ chế biến thủy sản
cũng phát triển vượt bậc và đóng góp một phần không nhỏ vào việc phát triển nền kinh
tế đất nước. Tuy nhiên, công nghệ chế biến thủy sản phát triển bên cạnh những thuận
lợi như chế biến ra các mặt hàng thủy sản có chất lượng cao phục vụ cho xuất khẩu và
tiêu thụ trong nước cịn có bất lợi là lượng phế liệu thủy sản thải ra rất nhiều làm ô
nhiễm môi trường. Một trong những nguồn phế liệu thải ra là vỏ của các động vật giáp
xác như tôm, cua, ghẹ… Nguồn phế liệu này hiện nay chủ yếu dùng làm thức ăn chăn
ni hay làm phân bón nên hiệu quả kinh tế rất thấp. Mục tiêu đặt ra cho các nhà công
nghệ là nghiên cứu để tận dụng tối đa những thành phần có trong phế liệu thủy sản
nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế của chúng và tránh được ô nhiễm môi trường do
chúng gây nên.
Trong các mặt hàng thủy sản có giá trị kinh tế thì các mặt hàng thủy sản đơng
lạnh từ giáp xác chiếm từ 70 - 80% cơng suất chế biến. Vì vậy, lượng phế liệu từ vỏ
giáp xác do các nhà máy thủy sản thải ra khá lớn khoảng 70.000 tấn/năm [34]. Nguồn
phế liệu này chứa một lượng lớn chitin, đây là nguồn nguyên liệu quan trọng cho công
nghiệp sản xuất chitosan.

Trên thực tế, chitin là biopolymer phổ biến thứ hai sau cellulose. Cũng giống như
cellulose, chitin tuy rất phổ biến trong tự nhiên nhưng lại khó ứng dụng trực tiếp do
khả năng hịa tan kém, nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiệt độ phân hủy. Chính vì vậy
người ta phải biến tính và cắt ngắn mạch phân tử của chitin thì mới có thể ứng dụng
được. Sản phẩm phổ biến được sản xuất trực tiếp từ chitin là chitosan. Chitosan có khả
năng hịa tan trong dung dịch acid lỗng nên thuận tiện cho việc gia công các sản phẩm
dạng màng. Màng chitosan có độ bền cơ học cao, ít thấm ẩm. Chitosan có rất nhiều
đặc tính tốt như khơng độc, tương thích sinh học, phân hủy sinh học và đặc biệt là khả
năng kháng khuẩn. Vì vậy nó được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực y tế, thực phẩm, mỹ
phẩm.
Chitosan là một hợp chất sinh học có tính ưu việt rất phù hợp cho việc bảo quản
thực phẩm, rau quả. Ngồi khả năng kháng vi sinh vật, chitosan cịn có khả năng hạn
chế q trình hơ hấp hiếu khí tự nhiên của rau quả vì vậy trái cây sẽ được bảo quản lâu
hơn [16]. Mặt dù màng chitosan có rất nhiều ưu điểm trong bảo quản một số loại rau
quả sau thu hoạch nhưng nó cũng có những hạn chế, ví dụ khả năng ức chế một số loại
vi sinh vật kém, khó điều chỉnh độ thấm CO2 và O2 [24].
Vì vậy để ứng dụng một cách có hiệu quả màng chitosan, người ta thường kết


2
hợp nó với các thành phần khác.
Tinh bột là một nguồn polymer sinh học dồi dào, rẻ tiền, an toàn và phân hủy
sinh học. Tinh bột cũng được sử dụng rất nhiều để tổng hợp vật liệu phân hủy sinh học
thay thế cho polymer tổng hợp do chi phí thấp và khả năng phân hủy sinh học. Tuy
nhiên, vật liệu đi từ tinh bột chưa được ứng dụng nhiều bởi màng tinh bột yếu về mặt
cơ học, không bền khi gặp môi trường nước, dễ bị vi khuẩn, nấm tấn công nên khả
năng ứng dụng để làm màng bảo quản thấp. Để tăng cường khả năng chịu nước và tính
chất cơ học cho màng tinh bột người ta đã tiến hành tạo liên kết ngang. Tuy nhiên mức
độ cải thiện hai tính chất cũng chưa đạt như mong đợi [14]. Từ những phân tích trên
cho thấy nếu kết hợp tinh bột và chitosan thì sẽ có thể kết hợp được các ưu điểm và

hạn chế nhược điểm của những loại polymer thành phần. Ngồi ra cịn có thể điều
chỉnh khả năng thấm ẩm, thấm khí, độ bền cơ lí của màng một cách dễ dàng. Đề tài
“Nghiên cứu chế tạo và xác định đặc tính màng trên cơ sở chitosan và tinh bột"
được đề xuất nhằm thực hiện mục đích này. Mục tiêu trước mắt của đề tài là tạo ra
được màng trên cơ sở phối hợp giữa chitosan và tinh bột và xác định một số đặc tính
của màng chế tạo được.
2. Tính cấp thiết của đề tài

Bao bì polymer không thể thiếu trong cuộc sống hằng ngày. Chức năng của nó
bao gồm bảo quản sản phẩm chống lại sự phá hủy cơ học, hóa học và sinh hóa. Bao bì
cịn đóng vai trị trang trí, cung cấp thơng tin sản phẩm đồng thời tạo điều kiện thuận
lợi cho việc vận chuyển. Chính vì vậy nhu cầu sử dụng bao bì ngày càng tăng. Sản
lượng bao bì ngày càng tăng kết hợp với đặc điểm khó phân hủy của các polymer tổng
hợp làm cho sự ô nhiễm rác thải polymer ngày càng nghiêm trọng. Việc nghiên cứu
mở rộng khả năng ứng dụng của các polymer sinh học nhằm thay thế polymer tổng
hợp sẽ góp phần làm giảm phát thải CO 2, giảm ô nhiễm môi trường. Đề tài này sử
dụng chitosan và tinh bột để tạo màng. Hai loại polymer này đều có nguồn gốc tự
nhiên, khơng độc và phân hủy sinh học.
3. Mục tiêu nghiên cứu
Chế tạo màng từ chitosan - tinh bột và xác định một số đặc tính của nó.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: màng polymer trên cơ sở chitosan và tinh bột sắn.
Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất đóng rắn, thời
gian đóng rắn, nhiệt độ đóng rắn và thành phần chitosan/tinh bột sắn đến một số tính
chất của màng như độ trương trong nước, độ bền kéo...
5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thực nghiệm: tiến hành các thí nghiệm chế tạo màng polymer.


3

- Phương pháp phân tích cơng cụ: sử dụng thiết bị phân tích TGA, máy đo cơ lí

để xác định tính chất sản phẩm.
- Phương pháp xử lí số liệu: Trên cơ sở các dữ liệu thí nghiệm thu được, tiến

hành phân tích để đưa ra các kết luận.
6. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực nghiệm
6.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài
- Góp phần vào lĩnh vực nghiên cứu màng polymer thiên nhiên nhằm mở rộng

phạm vi ứng dụng của chúng.
- Tìm ra mối liên hệ giữa các đặc tính của màng như độ bền cơ học, độ thấm hơi

nước...với thành phần nguyên liệu và điều kiện chế tạo. Từ đó xác định điều kiện tốt
nhất cho việc sản xuất màng polymer cho một ứng dụng cụ thể.
6.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Như đã đề cập ở phần đặt vấn đề, chitin là thành phần chính trong các phế thải
của ngành cơng nghiệp chế biến thủy sản như nang mực, vỏ cua, tôm...nên việc tận
dụng được thành phần này giúp nâng cao hiệu quả kinh tế, giảm ơ nhiễm mơi trường.
Ngồi ra, mục tiêu xa hơn của đề tài là ứng dụng màng vào bảo quả rau quả sau thu
hoạch, góp phần làm tăng giá trị các sản phẩm nông nghiệp của nước ta.


4

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về chitin - chitosan
Trong tự nhiên chitin tồn tại ở động vật và thực vật và là thành phần chính trong
bộ xương ngồi của động vật giáp xác như tôm, cua hay mực [29].

Chitin – chitosan có khối lượng phân tử lớn. Cấu trúc của chitin là tổ hợp các
monosaccharide liên kết với nhau bằng các liên kết glycozit và hình thành các sợi có
tổ chức. Hơn nữa, chitin rất hiếm khi tồn tại ở trạng thái tự do và hầu như luôn luôn
liên kết với các hợp chất như protein, CaCO3 và các hợp chất hữu cơ khác [23].
1.1.1. Cấu trúc phân tử của chitin và
chitosan a) Chitin
Chitin (C8H13O5N)n là một polymer của N-acetylglucosamin, dẫn xuất của
glucose, trong đó nhóm (-OH) ở nguyên tử C 2 được thay thế bằng nhóm acetamido (NHCOCH3). Như vậy, chitin là poly(N-acetyl-2-amino-2-deoxi - β-D-glucopyranose)
liên kết với nhau bằng liên kết β-(C-1-4) glycoside, trong đó các mắt xích của chitin
cũng được đánh số như glucose [23]. Công thức cấu tạo của chitin được biểu diễn như
sau:

b) Chitosan
Chitosan được phát hiện lần đầu tiên bởi Rouget vào năm 1859. Công thức cấu
tạo của chitosan gần giống như chitin và cellulose (như Hình 1.1) nhưng chitin chỉ tan
trong một số ít hệ dung mơi, mà điển hình là một số hệ Lithium Chloride/Amide bậc 3,
cịn chitosan thì dễ tan trong các axit hữu cơ, thơng thường là axit acetic, nên có nhiều
ứng dụng hơn chitin.


5

Hình 1.1: Cấu trúc chitin, chitosan, xenllulose [35]


6
Từ Hình 1.1 cho thấy chitosan là một polymer hữu cơ có cấu trúc mạch thẳng từ
các đơn vị β - D - glucosamin liên kết với nhau bằng liên kết β - 1,4 Glucozit.
Chitosan là sản phẩm được sản xuất từ chitin sau khi xử lý chitin trong kiềm đặc nóng
(q trình deacetyl hóa chitin) [18], [28] như Hình 1.2.

Hình 1.2: Sơ đồ quy trình deacetyl hóa chitin thành chitosan [36]
1.1.2. Các loại nguyên vật liệu sản xuất chitin
Chitin và chitosan có thể được chiết rút từ nhiều nguồn nguyên liệu như từ vỏ
tôm cua, tảo, nấm, vi khuẩn và sâu bọ. Nguồn phế thải tôm, cua, ghẹ, nang mực trong
quá trình chế biến thủy sản là nguồn nguyên liệu sẵn có, nhiều, chứa hàm lượng chitin
cao. Bảng 1.1 trình bày thành phần hóa học của một số ngun liệu chính được sử
dụng trong sản xuất chitin và chtosan.


7
Bảng 1.1: Thành phần hóa học chủ yếu của các nguyên liệu chính sản xuất chitin và
chitosan [37].
Nguyên liệu

Cua
1.

Callinectes sapidus

2.

Chinonecetes opilio

3.

Portunus trituberculatus

Tôm
1. Penaeus monodom

Phần vỏ giáp đầu ngực
Phần vỏ
2.

Pandalus borealis

Tôm càng
Tơm sơng nước ngọt
Con moi lân

1.1.3. Tính chất của chitosan
Chitosan là chất rắn, xốp, nhẹ, không mùi, không vị, ở dạng bột có màu trắng
ngà, dạng vẩy có màu trắng trong hay hơi vàng.
Chitosan có tính kiềm nhẹ, khơng hồ tan trong nước và trong kiềm nhưng hoà
tan dễ dàng trong các dung dịch axit loãng như axit acetic, axit propionic, axit lactic,
axit citric …. Khi hoà tan chitosan trong mơi trường axit lỗng tạo thành keo dương.
Đây là một điểm rất đặc biệt vì phần lớn các keo polyssacharide có điện tích âm.
Chitosan được xem như là một polycation có khả năng bám dính vào bề mặt các điện
tích âm và có khả năng tạo phức với một số ion kim loại.
Chitosan khi hoà tan trong dung dịch axit acetic lỗng có pH = 6 – 6.5 tạo thành
một dung dịch keo dương, nhờ đó mà keo Chitosan khơng bị kết tủa khi có mặt của


8
3+

2+

một số ion kim loại nặng như Pb , Hg .
Trong các biến tính hóa học của chitosan nhóm chức amino có thể xảy ra các

phản ứng hóa học như phản ứng acetyl hóa, phản ứng tạo base bậc 4, phản ứng với
các aldehyde và cetone hình thành nên các base Schiff… từ đó tạo ra các hợp chất
khác nhau có những đặc tính ưu việt hơn như kháng vi khuẩn, kháng nấm, kháng oxy
hóa, kháng virus, kháng acid, kháng ung bướu, khơng độc, khơng dị ứng, hồn tồn có
tính tương hợp sinh học và tự hủy sinh học. Còn ở vị trí nhóm hydroxyl cũng có thể
xảy ra một vài phản ứng hóa học như phản ứng o-acetyl hóa, liên kết hydro với
nguyên tử phân cực, phản ứng ghép…Do chitin có khả năng phản ứng và tính hịa tan
kém nên chitosan đã thu hút được nhiều nhà nghiên cứu để tạo các dẫn xuất có cấu
trúc được rõ ràng với những tính chất và chức năng tốt hơn [22].
Chitosan có tính tương thích sinh học cao, khơng độc hại và biểu hiện các đặc
tính bảo quản. Nó được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm chăm sóc y tế,
điều trị kháng khuẩn, quản lý nước thải, ổn định enzyme và mỹ phẩm. Tuy nhiên, do
tính hịa tan của nó, chitosan rất khó xử lý, dẫn đến chức năng và khả năng ứng dụng
bị hạn chế mặc dù chitosan thể hiện các hoạt động sinh học có giá trị khác nhau,
chẳng hạn như hoạt động chống ung thư, hoạt động miễn dịch, hoạt động hạ đường
huyết, hoạt động diệt khuẩn của chitosan đặc biệt thú vị. Hoạt động kháng khuẩn của
các dẫn xuất chitosan có hiệu quả trong việc ức chế sự phát triển của tế bào vi khuẩn
(hoạt tính kháng khuẩn bị ảnh hưởng bởi trọng lượng phân tử, mức độ deacetyl, nồng
độ trong dung dịch và pH của môi trường). Ức chế hoạt động kháng khuẩn bằng
chitosan biến tính cụ thể là ức chế kháng khuẩn của E. coli, C. albicans, S. aureus và
M. furfur có thể đạt tới 95% sau khi sử dụng chitosan nồng độ thấp (1 mg/mL) như
Bảng 1.2. Ở nồng độ 5 mg/L và 10 mg/mL, khả năng ức chế kháng khuẩn đạt 70100% so với hầu hết các loài vi khuẩn, ngoại trừ P. aeruginosa. Ngược lại, khả năng
ức chế không hiệu quả đối với P. aeruginosa đã được phát hiện ở nồng độ chitosan
kiềm hóa 5 mg/mL, trong khi đó, tỷ lệ khả năng ức chế cao 91,2% vẫn đạt được ở
nồng độ chitosan 10 mg/mL. Chitosan kiềm hóa cũng có hiệu quả chống lại vi khuẩn
kỵ khí như P. mụn trứng cá, với tỷ lệ khả năng ức chế cao 95% được quan sát thấy ở
nồng độ 10 mg/mL. Hoạt động kháng khuẩn của các dẫn xuất chitosan được phát hiện
rõ nhất ở vi khuẩn gram âm và nhiễm khuẩn [8].

9
Bảng 1.2: Hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm của dẫn xuất chitosan [8]
Bảng

Hoạt tính kháng khuẩn và kháng nấm
a

Vi sinh vật

Escherichia coli
Pseudomonas aeruginosa
Staphylococcus aureus
Propionibacterium acne
Malassezia furfur
Malassezia pachydermatis
Trichophyton rubrum
Trichophyton mentagrophytes
Candida albicans

M T SD Z có nghĩa độ lệch chuẩn T.

a
b

Kết quả thu được từ trung bình của 3 lần xác định ở pH 6.

Liên quan đến sự khác biệt thống kê giữa các kết quả (p < 0.05).

Chitosan kết hợp với aldehyde trong điều kiện thích hợp để hình thành gel, đây là
cơ sở để bẫy tế bào, enzym.

Tính chất của chitosan phụ thuộc rất nhiều vào độ tinh khiết, độ deacetyl hóa,
phân tử lượng. Chitosan có độ tinh khiết càng cao thì càng dễ tan, dung dịch hịa tan có
độ trong cao, có tính kết dính cao và được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực hơn. Độ
deacetyl hóa là một thông số quan trọng, đặc trưng cho tỉ lệ giữa 2-acetamido-2deoxy-D-glucopyranose với 2-amino-2-deoxy-D-glucopyranose trong phân tử
chitosan. Khả năng thấm nước của màng chitosan có độ deacetyl hóa thấp thì sẽ cao
hơn so với màng chitosan có độ deacetyl hóa cao [13].
Phân tử lượng của chitosan cũng là một thông số quan trọng [11], nó quyết định
tính chất của chitosan như khả năng kết dính, tạo màng, tạo gel, khả năng hấp phụ chất
màu [9].


Chitosan có nhiều tác dụng sinh học đa dạng như khả năng hút nước, giữ ẩm,
kháng nấm, kháng khuẩn với nhiều chủng loại khác nhau [3], [20]. Kích thích tăng
sinh tế bào ở người và động thực vật, có khả năng nuôi dưỡng tế bào trong điều kiện
nghèo dinh dưỡng.


10
1.1.4. Ứng dụng của chitosan
Chitosan và dẫn xuất của chúng có rất nhiều ứng dụng trong nơng nghiệp, cơng
nghiệp thực phẩm, công nghiệp nhẹ, y học và một số ngành khác. Chitosan có thể
được bào chế ra nhiều hình thức khác nhau: chất dẻo, bột nhuyễn, lát mỏng, hoặc hơi
xịt…
Trong y học: Từ chitosan của vỏ cua, tơm có thể sản xuất glucosamin, một dược
chất quý dùng để chữa khớp. Chúng thường được dùng làm các tác nhân hạ
cholesterol, vật liệu vá vết thương, vật liệu chữa bỏng, vật liệu y sinh học và dược
phẩm, chất chống đông máu, chống ung thư và làm kính áp trịng.
Trong cơng nghiệp: Chitosan được dùng trong nhiếp ảnh, trong ngành giấy và
trong xử lý dệt nhuộm và in.
Trong nông nghiệp: Chitosan được dùng làm phân bón kích thích sinh trưởng cây

trồng.
Trong cơng nghệ thực phẩm: Làm bao bì bảo quản thực phẩm, kháng khuẩn.
Chitosan có nguồn gốc tự nhiên, khơng độc và rất an toàn cho người khi sử dụng làm
thực phẩm [27]. Tạo lớp màng bên ngoài nhằm hạn chế sự phát triển vi sinh vật bề
mặt, một nguyên nhân chính gây thối hỏng thực phẩm, thay thế cho bao bì PE. Màng
chitosan dễ phân hủy trong môi trường tự nhiên.
1.2. Tổng quan về tinh bột sắn
1.2.1. Giới thiệu tinh bột
Tinh bột là một phân tử polysacarit tự nhiên, phân hủy sinh học, rẻ tiền, có thể tái
tạo và có sẵn. Các nguồn tinh bột thực vật khác nhau là ngũ cốc (lúa mì, ngơ, gạo, lúa
mạch, yến mạch, lúa miến, kê và lúa mạch đen), cây họ đậu (đậu lăng, đậu đỏ, đậu
xanh, đậu tương, lạc…), một số cây họ đậu chưa được sử dụng (đậu kiếm, đậu bồ câu),
rễ và củ (sắn, khoai tây, khoai mỡ, khoai lang) và trái cây chưa chín (chuối, xồi). Hạt
tinh bột chủ yếu được tìm thấy trong hạt, rễ và củ, cũng như trong thân, lá, quả và
thậm chí là phấn hoa [25].
Tinh bột có khối lượng phân tử cao gồm các đơn vị glucose được nối với nhau
bởi các liên kết α-glycozide, có công thức phân tử là (C 6H10O5)n, ở đây n có thể từ vài
trăm đến vài ngàn. Trong thực vật, tinh bột thường ở dạng khơng hồ tan trong nước.
Do đó có thể tích tụ một lượng lớn ở trong tế bào mà vẫn không ảnh hưởng đến áp suất
thẩm thấu. Tinh bột không phải là một chất riêng biệt, nó bao gồm hai thành phần là
amylose và amylopectin. Amylose là polymer mạch thẳng, chứa từ từ 500-2.000 đơn vị
glucose, liên kết nhau bởi liên kết α-1,4 glycozide. Amylopectin


11
là polyme mạch nhánh, ngồi mạch chính có liên kết α-1,4 glycozide cịn có nhánh
liên kết với mạch chính bằng liên kết α-1,6 glycozide (Hình 1.3). Cấu trúc nhánh này
làm cho phân tử cồng kềnh hơn, chiều dài của mạch nhánh này khoảng 25-30 đơn vị
glucose. Phân tử amylopectin có thể chứa tới 100.000 đơn vị glucose. Hai chất này
khác nhau nhiều về tính chất lý học, hóa học và chúng qui định nên tính chất lý hóa

của tinh bột.

Hình 1.3: Cấu tạo hóa học của tinh bột [38]

Tinh bột được biến hình để giúp ngăn cản những thay đổi không mong muốn về
cấu trúc, cảm quan cũng như sự thối hóa hoặc phân hủy tinh bột trong q trình chế
biến và lưu trữ. Các tính chất “sẵn có” của tinh bột có thể thay đổi nếu chúng bị biến
hình để thu được những tính chất mới, thậm chí hồn tồn mới lạ. Việc thay đổi các
tính chất có thể thực hiện bằng các phản ứng hóa học khác nhau như thủy phân, oxy
hóa, ether hóa, ester hóa, liên kết ngang.
Liên kết ngang là một cách tiếp cận phổ biến để cải thiện hiệu quả của tinh bột
cho các ứng dụng khác nhau. Tinh bột và các sản phẩm tinh bột đã được liên kết
ngang với các tác nhân liên kết ngang, chẳng hạn như phosphorus oxychloride,
sodium trimetaphosphate, so- dium tripolyphosphate, epichlorohydrin, and 1,2,3,4diepoxy- butane để cải thiện các tính chất cơ học và sự ổn định của nước đối với sản
phẩm tinh bột.

1.2.2. Hình dạng, đặc điểm, kích thước hạt tinh bột
Các cacbonhydrat đầu tiên được tạo ra ở diệp lục do quang hợp, nhanh chóng


12
được chuyển thành tinh bột. Tinh bột ở mức độ này được gọi là tinh bột đồng hóa, rất
linh động, có thể được sử dụng ngay trong q trình trao đổi chất hoặc có thể được
chuyển hóa thành tinh bột dự trữ ở trong hạt, quả, củ, rễ, thân và bẹ lá [2].
Có thể chia tinh bột thành ba hệ thống:
- Hệ thống tinh bột của các hạt cốc.
- Hệ thống tinh bột của các hạt họ đậu.
- Hệ thống tinh bột của các củ.
Đặc điểm của một số loại tinh bột được thể hiện ở Bảng 1.3.