PhitonM
^ỉưdừD: ^7hi . &ốn QlữMinh. Qlạnụêl
MỤC LỤC
I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHITOSAN.....................................Error! Bookmark not defined.
1. Giói thiệu sơ lược về Chitin...............................................Error! Bookmark not defined.
2. Chitosan..............................................................................Error! Bookmark not defined.
a. Tỉnh chất vật lý...........................................................Error! Bookmark not defined.
b. Tính chất hóa học của Chitosan....................................................................................6
c.................................................................................................... Phương pháp khảo sát
phản ứng định tính chitosan..........................................................Error! Bookmark not
defined.
3...........................................................................................Lĩnh vực ứng dụng
Error!
Bookmark not defined.
II. PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT CHITOSAN.........................Error! Bookmark not defined.
1. Chuẩn bị.........................................................................Error! Bookmark not defined.
2. Loại Protein...................................................................Error! Bookmark not defined.
3. Loại muối khoáng..........................................................Error! Bookmark not defined.
4. Phản ứng deacetyl hóa........................................................... 19
5. Tinh sạch Chitosan............................................................................. 19
6. Xác định mức độ deacetyl hóa của chitosan.....................................22
7. Đánh giá chất lượng sản phẩm Chitosan..........................................23
III. ỨNG DỤNG CỦA CHITOSAN TRONG CHÉ BIÉN & BẢO QUẢN RAU TRÁI Error!
Bookmark not defined.
IV. Bảo quản rau trái bằng màng bao Chitosan............
Error! Bookmark not defined.
V. Đặc điểm của màng bao chitosan.................................
Error! Bookmark not defined.
VI. Tác dụng bảo quản của màng bao chitosan.
Error! Bookmark not defined.
VII.
Cách sử dụng.................................................
Error! Bookmark not defined.
VIII.
Một sổ ứng dụng thực tể hiện nay ở nước ta
Error! Bookmark not defined.
IX. Xử lý nước quả bằng chitosan................................
Error! Bookmark not defined.
X. Làm trong nước quả......................................................
Error! Bookmark not defined.
XI. Bảo vệ màu nước quả....................................................
..................................................30
XII.
Hiệu chinh độ chua của nước quả.................
.................................................31
XIII.
Tính chất kháng vsv của chitosan...............
.................................................31
Phụ lục
32
Trang 1
(ậhiíaáan
J
Qfư3&D: &ễu. &ẫ*t QỉữMinh QlguạỀÍ
I. Giới thiên chung về Chitosan:
1. Giói thiêu sơ lươc về Chitin:
Chỉtỉn là một polysacharỉde xuất hiện nhiều thứ hai trong thiên nhiên chi sau cellulose,
sản phẩm thương mại thường ở dạng rắn. Chỉtỉn có mặt trong vỏ các loại giáp xác (tôm, cua...),
nhuyễn thể (sò, ốc...), bộ cánh cứng của côn trùng, màng tế bào nấm thuộc họ Zygemycetes, có
trong sinh khối nấm méc và một vài loại tảo.
Chitin có tên khoa học là: poly[-ị3 (1-4) -2 -acetamido -2-deoxy-D-glycopyranose].
Công thức cấu tạo của Chitin:
Hình 1: cấu trúc của Chỉtỉn
Chỉtin cổ cấu trúc tương tự cellulose, khi thay C(2) - nhóm hydroxyl của cellulose bằng
C(2)-aeetamido ta sẽ Chitin.
ỷ Cẩu true mang tinh thế của Chitin:
Chitin tôn tại ờ 3 dạng polymorphic. Hưởng sắp xếp của các mạch thay đổi hình thành 3
dạng cấu trúc a, ß, Ỵ
a - Chitin:
ß- Chitin:
Ỵ- Chitin:
Dạng a - Chitin là bền nhàt và phổ biến nhất. Từ ß, y- Chitin có thể chuyển hóa về
dạng a - Chitin
a. íòmỉc
ß- Chitin
a - Chitin
Dd HCl 6M nguội
Trang 2
&ễu. &ẫ*t QỉữMinh QlguạỀÍ
(ậhiíaáan
Dd LiSCN bão hòa
Ỵ- Chitin
a - Chitin
Dạng p, Y đều bền trong NaOH 1.25M, HC11.25M.
a - Chitin có nhiều ở phần cứng vỏ động vật
p, Ỵ- Chitin có nhiều ở vùng mềm và dai của động vật
Trong tự nhiên, dạng liên kêt của Chỉtỉn thường là phức vớỉ proteỉn và polysaccharỉc.
Liên kết Protein-Chitỉn được gọỉ là “ Coralent”.
Chỉtỉn thường không tồn tại trong thiên nhiên như một chất riêng bỉệt mầ xuất hiện dưới
dạng phức chất với nhiều chất khác như protein, polysaccharic (kể cả cellulose). Chitỉn tỉnh
khiết chỉ có trong vỏ gai (extracellular spỉne) của những loài khúc tảo, còn lại là trong phòng
thí nghiệm sau quá trình xử lý để lọai các thành phần khác. Thực tế ta chỉ khảo sát được Chitin
dưới dạng hợp chất có chứa Chitin. Ngay cả khi dùng Chitin đã được làm sạch người ta vân
không xem nó là một đơn chât vì các mạch polime sẽ chứa một phần 2-amino-2-deoxy-Dglycopyranose và một lượng đáng kể 2-acetamido-2- deoxy-D-glycopyranose.
Chitỉn không hòa tan trong hầu hết các dung môi thông thường nên khả năng ứng dụng
bị hạn chế. Do đó người ta thực hiện quá trình deacetyl hóa Chitin để tạo ra sản phâm Chỉtosan
nhăm cải thiện độ hòa tan, tăng khả năng ứng dụng trong nhiêu lĩnh vực.
2. Chitosan:
> Chỉtosan có tên khoa học: poly[p- (1-4) -2 - amỉdo -2-deoxy-D-glycopyranose].
> Công thức phân tử: (C6HiiN04)n
> Trọng lượng phân tử trung bình: 10000 - 50000 dalton
Hình 2: cấu trúc của Chỉtosan
Chitosan là sản phẩm biến tính của Chitin, được tạo thành bằng cách loại các nhóm
acetyl từ phân từ Chỉtín (quá trình deacetyl).
Trang 3
Phitonin
^ỉưdừD: ^7hi . &ốn QlữMinh. Qlạnụêl
Chitosan thương phẩm đã khử 80-85% nhóm acetyl (DD=80-85%)
> Những tính chất chung của Chitosan thương phẩm:
+ Kích thước hạt: 1-3 mm
+ Trọng lượng riêng biểu kiến: 0.15-0.05
+ Độ ẩm: 10%
+ Phần hòa tan trong kiềm và tro: 5%
+ Màu dung dịch: trắng hơi vàng
+ Trọng lượng phân tử: 1,6.105
- 3.105 g/mol
+ Hàm lượng amin: 7-10%
a. Tính chất vât ly:
Chi to san thương phẩm có dạng
vảy rắn, màu trắng hay vàng nhạt,
không mùi vị.
Nhiệt độ nóng chảy: 309-311°C
Hình3: Chitosan thương phẩm
> Cấu trúc vât lý:
Cấu trúc của Chitosan thay đổi tùy thuộc cấu trúc của Chitin nguyên liệu và phương
pháp điều chế. Sự khác nhau trong cách sắp xếp các mạch polime trong Chitin sẽ dẫn đến sự
khác nhau tương ứng trong Chitosan. Song người ta cho rằng trạng thái bền vững nhất của
Chitosan tinh chế là một trong những cấu trúc tinh thể đúng của Chitosan. Ket quả
Trang 4
PhitonM
^ỉưdừD: CJhi. &ân QlữMUth Qlạnụêi
phân tích những sản phẩm thu được bằng cách nấu chảy Chitin trong KOH ở 180°c và bằng
cách xử lý với dd NaOH đậm đặc cho thấy là như nhau.
> Tính tan:
Chitosan là một base tạo được các muối với acid do đó hình thành các polyelectrolyte mà
tính tan phụ thuộc vào bản chất của những amino liên quan. Thường thì acid được cho vào
Chitosan đang ngâm nước để tạo thành muối và sự hòa tan tự xảy ra đồng thời. Ví dụ để có dd
1% thì dùng l,0g Chitosan trong 50ml nước và cho tiếp thêm 50ml dd acid 2%.
Tính tan của Chitosan trong các dung môi khác nhau như sau:
+ Trong acid vô cơ:
Chitosan tan được trong HC1, HBr, HI, HNO3 và Hcl04 lõang nhưng cũng có thể tạo tủa
tách riêng được trong dd HC1 hoặc HBr khi tăng nồng độ acid. Chitosan cũng hòa tan được
trong H2SO4 ở nhiệt độ phòng. Trong acid H2SO4 đậm đặc, sự hòa tan xảy ra song song với
sự sulphat hóa và thủy phân Chitin.
+ Trong các acid hữu cơ:
Chitosan hình thành muối tan được trong nước với một nhóm acid hữu cơ. Những muối
monocarboxylic acid lên đến hecxanoic dễ dàng hòa tan trong nước khi hình thành với maloic
acid đến nonane dioic acid dều hòa tan được trong nước. Những nghiên cứu về muối của
Chitosan và các acid aromatic carboxylic cũng cho thấy khả năng tan được trong nước như
Chitosan benzoate, Chitosan o-amino benzoate (Chitosan anthranilate), Chitosan p-amino
benzoate và cũng có một số muối không tan hoặc ít tan trong nước như Chitosan
phenylacetate... Còn muối của Chitosan và acid formic, acid acetic tan rat tot trong nước.
+ Trong những dưng môi hữu cơ:
Chitosan hòa tan một cách dễ dàng trong hỗn hợp DMF-N2O4 với tỷ lệ N2O4 :
Chitosan =3:1 cho những dd có độ nhớt thấp và không xảy ra một biến đổi hóa học nào của
Chitosan. Đây là dung môi hữu cơ được nghiên cứu đến.
> Tính tương hơp vói các dung mỏi:
Dung dịch Chitosan trong dung dịch acid acetic có thể tạo một thể thống nhất với các
dung môi phân cực mà không gây ra sự tạo tủa Chitosan. Dung dịch acid acetic- Chitosan có
tính tương hợp tốt với rượu như metanol, propanol, butanol, ethylen glycol, diethylene glycol,
aceton, glycol formamide. Những dung dịch acid của Chitosan đều hòa lẫn được với các lọai
nhựa tan trong nước không ion, ho, dextrin, glucose, saccharose, các glycol, sorbitol và các lọai
dầu mỡ, các parafm, hydrocloric, nitric, formic, citric, và acid lactic nhưng không hòa tan trong
acid sulfuric và các sulphate.
> Bân chất điên ly cao phân tử của Chitosan trong dung dich acid:
Trong dung dịch acid, những nhóm amin của Chitosan bị proton hóa và thể hiện bản chất
của chất điện ly cao phân tử. Trong dung dịch lõang không có mặt chất điện ly, chỉ số độ nhớt
tăng theo sự tăng nồng độ dung dịch Chitosan. Đây là đặc trưng của những dung dịch chất điện
ly cao phân tử và là kết quả của sự tăng kích thước sợi khi pha lõang dung dịch do lực đẩy tĩnh
điện giữa các đọan mạch. Lực đẩy này có thể bị khử mất bằng cách thêm một chất điện ly trọng
lượng phân tử thấp có tác dụng che những phần mang
Trang 5
Dung dịch acỉd
CH3COOH 0,33M - NaCl 0,3M
CH3COOH 0,1 Ố7M - NaCl Ò,46M
CH3COOH 0,2M - NaCl 0,1M - Ure 4M
Độ dài (A°)
30-230
73
122
b. Tỉnh chất hỏa hoc của Chỉtosan;
Trong phân tử chỉtosan có chứa các nhóm chúc -OH, nhóm -NH2 trong các mắt xích Dglucozamin, do đó nó có thề tham gỉã các phản ứng hóa học đặc trưng cho từng nhóm chức, tạo
ra các dẫn xuất thế.
Mặt khác chitosan là một polime mà các monome được nối với nhau bởi các liên kết p(l-4)-glueoside; các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởỉ các chất hoá học như: axỉt, bazơ, tác nhân
oxy-hóa và các enzim thuỷ phân.
> Tính acid bazơ;
Chitosan là một bazơ.
Hằng số Kfc của nhóm amin thu được từ phương trình:
-NHI + HjO » NH3+ + otr
Trang ố
Chất nền
Chitosan [0.55]
Chi to san [0.03]
Mức độ hấp phụ của ỉon kim loại X 103 mol.g 1
Ni (II)
Cu (II)
Zn (II)
Cd (II)
3,5
5,3
5,5
6,5
2,3
3,2
4,8
4,9
---7--------------7--------------------------------------------------------------------------------
Kêt quả cho thây dung dịch Chitosan có mức độ deacetyl hóa cao ([0.55]) thì mức
độ hấp phụ các ion kim loại sẽ cao và mức độ này tùy thuộc vào từng loại kim loại.
Trang 7
^ỉưdừD: CJhi. &ân QlữMUth Qlạnụêi
PhitonM
> Phàn ứng thủy phân trong môi trường acid:
Trong môi trường acid Chitosan bị thủy phân nhưng mức độ thủy phân phụ thuộc vào
loại acid, nồng độ acid và một số các yếu tố khác như nhiệt độ, thời gian phản ứng. Những kết
quả cho thấy :
a. Trong môi truờng H2SO4, sự thủy phân Chitosan kèm theo quá trình NSulphate hóa, cho sự phân hóa ngẫu nhiên các mạch phân tử
b. Trong môi truờng HF, Chitosan cũng bị thủy phân nhưng kém hơn Chitin, tạo
thành hỗn hợp các Oligome sau 19h ở 20°c.
c. Trong các môi truờng acid khác như HC1, H3PO4. . S ự thủy phân cũng xảy
ra ở những mức khác nhau
Sự thủy phân Chitosan trong môi truờng acid được ứng dụng để điều chế Chi to san vi
tinh thể.
> Phân ứng deamin hóa:
Dưới tác dụng của acid nitric, nhóm amin của Chitosan sẽ bị khử. Vận tốc của quá trình
có thể tính như sau:
w = Kcf. [H2NO2 ]. [-NH2Ị
Trong đó Kcf là hằng số tốc độ cơ bản.
> Phân ứng nitro hóa:
Cho Chitosan tác dụng với HNO3 trong hỗn hợp của các loại: glacial acetic acid : acetic
anhydric : acid nitric nguyên chất với tỷ lệ: 1:1:1,3 trong 5,5h ở nhiệt độ [ 5°c,sau đó trung hòa
bằng dung dịch kiềm loãng. Sản phẩm thu được là muối acid của Chitosan nitrat.
> Phân ứng sulphate hóa:
Cho Chitosan tác dụng với hỗn hợp H2SO4 95% và CISO3ĨĨ 98% ở nồng độ từ 0- 4°c, tỉ
lệ 1:2 trong lh, cho sản phẩm ở dạng Zwitter ionic (là liên kết tĩnh điện giữa C(6)0S03_ và
NH3+C(2) trong phân tử) làm tăng tính cứng của chuỗi. Sản phẩm có dạng:
\
o
O 3 SOCH2
Trang 8
^ỈƯTỪH: ^7hi . &ốn QlữMinh. Qlạnụêl
PhitonM
> Phàn ứng N-acvl hóa:
Ta có thể acyl hóa Chi to san bằng các Carboxylic acid, chẳng hạn như formyl hóa
Chitosan bằng cách đun Chitosan trong HCHO 100% ở 90°c.
Trong những trường hợp khác người ta thường cho Chitosan phản ứng với các
carboxylic anhydric trong môi trường là hệ dung môi đồng tướng: CH3COOH 10% vol Methanol; hoặc hệ: acid acetic : H20 : Methanol tỉ lệ 1 : 9 : 40 Chi to san phản ứng với RCOOH
tạo:
thẳng hay vòng tạo các dẫn xuất N-alkylidene Chitosan và N- arylidene Chitosan gel.
c. Phương pháp khảo sát phản ứng đinh tính chitosan:
Đe kiểm tra một chất có phải là chitosan hay không, người ta có thể sử dụng phản
ứng với Kali Bicromat như sau:
+ Cho lml dung dịch Kali Bicromat 5% vào lOml dung dịch chitosan 0.5% trong
dung dịch acid acetic 1 %
+ Neu có xuất hiện kết tủa màu vàng là có chi to san
1. Lĩnh vưc ứng dung:
Hiện nay trên thế giới, Chitin và Chitosan đang ngày càng được sử dụng rộng rãi,
nhất là ở các nước phát hiển như châu Âu (48% sản lượng), Mỹ (31%), Nhật Bản (16%)
và Hàn Quốc (5%). Việc sử dụng Chitin và Chitosan đã mang lại giá trị kinh tế to lớn.
Hình 6: Tình hình sử dụng Chitin và Chitosan trên thế giới
Trang 9
(ậhiíaáan
^QíưdờT): &ễu. &ẫ*t QUtMÌMih QlguạỀÍ
Chỉtỉn và Chitosan có thể dễ dàng bị vi khuẩn phân hủy, tức là chúng cũng thân
thiện vối môi trường hơn các loại poỉymer tồng hợp. Hiện nay Chỉtosan được ứng dụng
trong rất nhiều lĩnh vực như: y học, thực phẩm, nông nghiệp, môi trường...
> Trong Y tế: nguyên liệu sản xuất thuốc điều trị bỏng, viêm loét dạ dày, hạ
cholesterol, trị béo phì, giảm đau, chống đông tụ máu, tăng sức đề kháng, chữa xương
khớp và chống đựợc cả bệnh ung thư
+ Tác nhân hạ cholesterol: chỉtosan có chức năng hạ cholesterol trong một động vật.
Người ta đã tiên hành thí nghiệm với thỏ và thây khỉ được cho ăn thức ăn giàu
cholesterol 0.9% trong 39 ngày, lượng cholesterol huyết thanh tăng từ 79 lên 650 mg/ trên
lkg thể trọng. Trong trường hợp với khẩu phần ăn như trên nhưng có bổ sung 2%
chỉtosan, lượng cholesterol huyết thanh giảm còn 300 mg/lkg thể trọng, trong khi đó
lượng cholesterol có ích (HDL - cholesterol) giảm không đáng kể. Tuy nhiên khi tiêm
chỉtosan-oỉỉgosaccharide vào thỏ thì không thây hiện tượng giảm cholesterol, điêu này
cho thấy sự giảm cholesterol chi xảy ra trong ruột động vật. 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 tỉm và bệnh đột quy
+ Điều trị béo phì: khi vào đường tiêu hóa,
chỉtosan có khả năng bao các hạt càu béo và kéo
“I Lost 45
chúng thải ra ngoài theo (động vật không tiêu hóa
Pounds!”
chitosan) nhờ đó được ứng dụng làm thuốc giảm béo.
Ufa H.
eDieuAf
Nước ta hiện nay có thuốc Chỉtozan để giảm béo
ombef
mFO#&
0
-c-0
R0
CH;
I! I
R-C-O-CH
0
I
II
¿H2
R-Cstructure ora
rat molecule
Hình 7: Khả nâng kết họp của Chỉtosan với chất béo
Trang 10
233 Ibs
PhitonM
^ỉưdừD: CJhi. &ốn QlữMinh. Qlạnụêl
+ Các vật liệu y sinh học và dược phẩm: Chitin và chitosan có thể kết hợp sinh học với
mô, cơ quan, tế bào,...và có thể được sử dụng trong việc cấy vào mô. Chitin và các dẫn xuất của
nó có thể tiêu đi trong mô động thực vật, nhưng vẫn có thể dẫn đến gia tăng sự cảm ứng các
protein bảo vệ sinh học gồm lysozyme và chitinase. Tốc độ thủy phân enzyme với chitin cũng
được điều khiển bởi cấu trúc của một nhóm N-acetyl và dẫn xuất của nó. Do những tính chất
đặc trưng này, chitin và các dẫn xuất được sử dụng như những vật liệu y sinh học hay vật liệu
để bao gói các loại thuốc tan chậm. Hoạt độ lipoprotein lipase trong máu tăng lên khi tiêm N,
0-sulfate chitosan và hoạt động miễn dịch được tăng cường khi cấy chitin N-deacetyl một phần
vào mô động vật. Film chitosan bao thuốc (thấm qua được) cũng công dụng nhu các dang con
nhộng thương phẩm và chitosan được sử dụng như vật liệu dùng để cấy giải phóng chậm các
loại thuốc chống ung thư. Chitosan cũng được đưa vào công thức các loại thuốc uống, làm gia
tăng sự hấp thu của thuốc vào máu
+ Vật liệu vá vết thương: Các vết thương ở mô động, thực vật có thể được bao bằng một
tấm màng hay một miếng xốp chitin và chitosan, hoặc dạng bông, dạng bột mịn. Các vết
thương cũng có thể được trị liệu bằng các dung dịch hay kem chitin và chitosan. Ket quả là sự
phát triển của các tế bào ở vùng mô bị thương được kích thích, chitinase và lysozyme được
tăng cường, dẫn đến mau lành vết thương và hạn chế nhiễm trùng. 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
mô khi sử dụng loại băng này có hiệu quả hơn gấp nhiều lần.
+ Chất chống nghẽn mạch và chống đông máu: dẫn xuất N-octanoyl và N-hexanoyl của
chitosan có chức năng chống nghẽn mạch, chitosan có chức năng cầm máu. Dan xuất sulfate
hóa của chitin và chitosan có hoạt tính chống tụ máu. N, 0-sulfate chitosan có hoạt tính chống
đông tụ thấp hơn heparin nhưng 0-oligosulfate chitin thì cao hơn mặc dù nó không có nhóm Nsulfate trong phân tử. Nhóm N-sulfate có vai trò quan trọng trong hoạt tính của heptarin.
+ Theo nghiên cứu của bệnh viện K Hà Nội trên 60 bệnh nhân ung thư đã cho thấy
chitosan là một chất hỗ trợ điều trị tốt thông qua việc ngăn cản sự gia tăng của tế bào ung thư.
+ Chữa bệnh khớp: Điển hình trên thị trường dược hiện nay là loại thuốc chữa khớp làm
từ vỏ tôm 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 tôm tự nhiên nên sản phẩm ít gây
phản ứng phụ, không độc hại và không bị rối loạn tiêu hoá cho người bệnh (điều này có ý nghĩa
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 đựợc phổ cập rộng ở nhiều nước, trong đó có Việt Nam.
Nước ta cũng có Glusivac đặc trị thoái hóa khớp
Trang 11
PhitonM
^ỉưdừD: ^7hi . &ốn QlữMinh. Qlạnụêl
> Trong Công nghiệp: xử lý nước thải và làm trong
nước sinh hoạt
+ Chitosan cationit tạo các phức hợp đa điện ly với
những polymer polyanionic và tạo phức hợp chelate với
các ion kim loại để tạo kết tủa. Các phản ứng này được
ứng dụng để làm trong nước thải ô nhiễm. Vào năm 1975,
muối chi to san acetate lần đầu tiên được một công ty Nhật
giới thiệu như một tác nhân cationit tự nhiên để đông tụ và
loại các chất thải trong nước cống. Hiện nay hệ thống này vẫn
còn được sử dụng để xử lý nước thải sinh hoạt, tái sử dụng
nước thải (ví dụ nước hồ bơi), thu hồi các protein và khoáng từ
nước thải công nghiệp, bao bọc các hạt béo, phân lập các chất
có hoạt tính sinh học trong nước tiểu và tách các chất độc nội
bào từ dung dịch loãng. Chi
to san cũng được sử dụng
như một chất hấp phụ để
tách các đồng vị phóng xạ
nguy hiểm từ nước ô nhiễm
và thu hồi uranium từ nước
biển và nước ngọt
Metal
■=>
Complex ion
chitosan
Hình 8: Chitosan tạo phức chelate với kim loại trong
xử lỷ nước thải
> Trong nông nghiệp:
+ Làm phân bón rau sạch: Chitin và chitosan chủ yếu được bón ở dạng bột, dạng miếng
hay dạng dung dịch vào đất nông nghiệp hay môi trường nuôi cấy lỏng. Ngoài ra dung dịch
chitosan có thể được phun lên lá cây.
+ Xử lý hạt giống: hạt giống có thể được nhúng vào dung dịch chitosan loãng, bao phủ
bề mặt bằng một màng chitin hay chitosan mỏng hay bột mịn. Khi được bao phủ như vậy, hoạt
động của chitinase của hạt được tăng cường trong giai đoạn nảy mầm. Sự tăng cường chitinase
trong hạt sẽ làm gia tăng khả năng tự vệ sinh học của hạt qua việc nhiễm vsv, kết quả là làm
cho cây trồng phát triển tốt.
> Trong mỹ phẩm: nguyên liệu sản xuất kem dưỡng da, kem chống tia tử ngoại...
+ Kem dưỡng da: CM-chitin và HP-chitosan cationic hòa tan trong nước và bền trong
một khoảng pH rộng, chúng được sử dụng như một thành phần của mỹ phẩm chăm sóc da.
Chitosan, CM-chitosan, HP-chitosan có chức năng tạo độ ẩm cho da, ngăn cản sự hủy hoại cơ
học tóc. Đặc tính giữ độ ẩm tương ứng với dung dịch propylenglycol 20% và dung dịch
hyaluronic loãng. Những dẫn xuất trên của chitosan có thể ngăn chặn sự nhiễm khuẩn trên da
và hoạt hóa tế bào da dẫn đến sự ngăn chặn sự lão hóa của da. Một số dẫn
Trang 12
PhitonM
^ỉưdừD: ^7hi . &ốn QlữMinh. Qlạnụêl
xuất Chitosan phức polyelectrolyte -based có tác dụng làm mềm da, kích thích phát triển
da non, do đó được sử dụng như một chất phụ gia trong kem dưỡng da.
+ Dầu gội: Dẩn xuất Chitosan do phản ứng với hợp chất epoxy mạch dài có tính
chất hoạt động bề mặt. Các dầu gội hiện nay đều sử dụng do có đặc tính tương hợp tốt với
da đầu, ưu điểm hơn so với Lauryl-ether-sulfate dùng trong sản xuất dầu gội trước đây.
Người ta điều chế bằng cách cho Chitosan phản ứng với 1,2 expoxytetradecane trong acid
acetic O.lM-methanol tạo sản phẩm có khả năng hoạt động bề mặt, làm giảm sức căng bề
mặt, tạo tính ổn định bọt tốt, hoàn toàn không gây hại cho da.
+ Các muối hữu cơ của chitosan phân tử thấp hòa tan trong ethanol loãng và được
sử dụng như một thành phần của keo xịt tóc.
> Trong thưc phẩm: hiện nay chitosan được sử
dụng rất phổ biến trong sản xuất thực phẩm. Có thể sử
dụng để thu hút nước và béo (quá trình nhũ hóa), quá
trình đồng hóa, kết hợp với thuốc nhuộm, quá trình đông
đặc. Chitosan cũng được chứng minh là có khả năng tạo
dạng màng mỏng để sử dụng như là những lớp màng
mỏng hoặc những lớp bao không độc hại (có thể ăn
được). Màng bao Chi to san có thể cải
thiện khả năng bảo quản các loại thực
phẩm dễ bị thối rữa bằng cách giảm
lượng không khí bên trong bao gói
cũng như giảm quá trình thoát hơi
nước.
+ Có thể nhúng trực tiếp thực
phẩm vào dung dịch chitosan pha sẵn
rồi để khô, tạo thành một lớp màng
Hình 9: ưng dụng chitosan trong thực phẩm
mỏng tự nhiên trên bề mặt sản phẩm:
trứng, thịt cá, rau quả, giá đỗ, bánh gạo, nhúng cải bắp trước khi làm kim chi...
+ Hoặc cũng có thể tạo thành màng trước rồi mới cho sản phẩm vào: bánh mì, xúc
xích...
+ Hoặc cho chitosan trực tiếp vào sản phẩm dạng lỏng: xử lý nước quả, làm trong giấm,
bảo quản tàu hũ, đồng hóa sữa, kem và mayonaise, bảo quản mì...
> Trong mốt số lĩnh vưc khác
+ Làm môi trường sắc ký và cố định: các loại gel N-methylen-chitosan và N-acylchitosan có thể được dùng như một môi trường hấp phụ trong môi trường hấp phụ trong việc cố
định enzyme hay tế bào, hay cố định thuốc. Các hạt chi tin và chi to san với các kích thước khác
nhau đã được bán trên thị trường với công dụng hấp phụ các ion kim loại, ion uranium,
kallikrein nước tiểu, urokinase và erythropoetin. Chitinase và lysozyme tạo thành phức hợp ES
với một loạt các dẫn xuất “N-acyl béo thấp” của chitosan. Các dẫn xuất N-butyryl và N-hexanol
kháng lại sự thủy phân các enzyme này và hình thành các phức hợp ES, điều này cho thấy các
dẫn xuất này rất thích hợp với việc sử dụng như một chất hấp phụ tron sắc ký ái lực để phân lập
và tinh sạch enzyme trên.
Trang 13
PhitonM
^ỉưdừD: CJhi. &ân QlữMUth Qlạnụêi
+ Hóa chất dùng trong phân tích: chitosan, HE-chitosan và methyl-chitosan phản ứng
theo kiểu stoichiomdtrically (hóa học lượng pháp) với các chất keo polymer anionic trong dung
dịch loãng để tạo thành kết tủa trung tính. Phản ứng này được ứng dụng trong phương pháp
chuẩn độ chất keo và đã được sử dụng trong hóa phân tích. Chitin dạng keo, chitin tái tạo (Nacy chitosan) và dạng gel của nó, CM-chitin và HE-chitin được sử dụng như cơ chất của
enzyme
+ Một số công ty đã giới thiệu sản phẩm sợi tổng hợp có bao chitin hay chitosan, vải đan
tổng hợp tráng một lớp chitosan. Những sản phẩm này có khả năng giữ độ ẩm, kháng khuẩn
kháng nấm. Chitin xanthate, alkaline chitin, N-acetylchitosan gels và chitosan được dùng như
nguyên liệu sản xuất sợi, bông, film, xốp.
II. PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT CHITOSAN:
Chitosan là sản phẩm Deacetyl hóa của Chitin. Chitin có thể được sản xuất từ nhiều
nguồn nguyên liệu khác nhau như từ tôm, cua, côn trùng có bộ cánh cứng, các loài giáp xác,
nhuyễn thể (sò, ốc...), từ nấm.. .Đặc biệt trong vỏ tôm cua, hàm lượng Chitin cao, từ 10-15%
nguyên liệu khô. Trong đó Chitin liên kết với Protein, các chất vô cơ mà chủ yếu là CaC03 và
các chất béo. Do đó cần phải loại các hợp chất này ra khỏi Chitin.
Có 2 phương pháp để sản xuất Chitosan là sử dụng hóa chất và Enzym. Phương pháp
dùng hóa chất rất đơn giản, ít chi phí đầu tư nhưng ảnh hưởng không tốt đến môi trường xung
quanh. Ngược lại, phương pháp sử dụng enzym không làm ô nhiễm môi trường, song phức tạp
và đòi hỏi chi phí đầu tư cao. Hiện nay trên thế giới, Chitosan phần lớn được sản xuất bằng hóa
chất, phương pháp dùng enzym mới bước đầu đi vào ứng dụng ở một số nước.Theo thực tế
nghiên cứu điều chế cho thấy ở nước ta chưa thể điều che Chitin- Chitosan theo phương pháp
sinh học, do các lý do sau:
+ Hiệu suất thu sản phẩm Chitosan rất thấp, mặc dù hoạt tính Enzym cao nhưng chỉ
có một phần nhỏ Chitin tham gia phản ứng do độ tinh thể của vỏ cao, chỉ có những nhóm
acetyl của Chitin nằm bên ngoài mới tiếp xúc được với Enzym.
+ Việc sản xuất Chitosan bang Enzym sẽ thành công khi và chỉ khi Enzym được phá
tinh thể trước khi cho phản ứng deacetyl hóa. Mà thực tế, vấn đề các phòng thí nghiệm trong
nước chưa thực hiện được điều này do thiếu thiết bị máy móc.
+ Điều chế Chitosan theo phương pháp sinh học bằng cách sử dụng Enzym đòi hỏi phải
có một nguồn cung cấp Enzym thường xuyên và ổn định hay một môi trường nuôi cấy Enzym
thích hợp. Điều này trong nước vẫn chưa thực hiện được.
Bên cạnh những bất lợi của phương pháp sinh học thì phương pháp hóa học lại tỏ ra có
nhiều lợi điểm hơn:
+ Quy trình sản xuất đơn giản, thiết bị rẻ tiền.
+ Hoá chất sử dụng rẻ tiền.
+ Chất lượng sản phẩm cao hơn do có thể thực hiện phản ứng ở nhiệt độ cao hơn.
+ Hiệu suất thu hồi sản phẩm khá cao.
Tuy nhiên phương pháp hoá học cũng có những bất lợi cần quan tâm:
Trang 14
Chitin
Cúilìneaes sapidus
Protei
n
25.1
Chinoeceres opiiio
29.2
Pandalus bỡreaỉis
41.9
Ị 26,6 \
17.0
CrattgQĩỉ crơttgon
40.6
1
17.8
P en a eus manvdon
47.4
Procamborus cïarkii
29.S
Euphausia superbü
41.0
Chitin source
Crab:
Shrimp
:
Crawfi
sh:
Krill:
Prawn
61.6
Ash
Lipids
58.6
40.6
2.1
1.3
34.2
5.2
27.5
9.9
40.4
23.0
1.3
13.2
1
1 24,0 /
46.6
5.6
\33.o/
23.0
29,4
1
11.6
1,4
Elaborated according to: Mjzzarelli (I99ĩ)> Nsezk er ¿1/(1981), Shahidi and Synowiceki (Ì99I), Synowiccki
and Al -KJmtecb (20Qfl)
Hình 10: Hiệu suất thu hồi Chitosan từ các nguồn nguyên liệu khác nhau
Trang 15
(ậhiíaáan
(ềhilôẤẨUt
^QíưdờT): &tu. &ẫ*t QUtJKinfa QlguạêlQỉữMinh QlguạỀÍ
&ễu. &ẫ*t
Percentage Yield of Chitin from 7 Crustaceans
50%
4 5% V 4
0% L
35%
30%
25%
20 %
Step 1
15
%
10
%
5%
\
g
ềề
J
ề
f
/
jexcessNaOH + H jO
Ế
Hình 11: Hàm lượng chitín trong 7 loài giáp xấc
Step_
Dd NaOH
Dd HCI
OH
Nước
Dd
NaOH
—
«
Làm nguội
*
>
<
Step_3
Vẩy Chitosan
50-60%
+
Hòa tan trong
o
Acerate ÌỬS1
Cliitơsan
(itflifW
Hình 13: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất Chitosan
Hình 12: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất Chitosan
Trang 16
17
(ậhiíaáan
J
Qfư3&D: &ễu. &ẫ*t QUtMÌMih QlguạỀÍ
°“ Cụ thể người ta tiến hành lần lượt các công đoạn sau:
1. Chuẩn bi:
Làm sạch vỏ giáp xác: Phế liệu vỏ giáp xác được thu thập và đun sôi trong lh để loại
hết các mô. vỏ tiếp tục được cho vào lò ở 1Ố3°C trong lh, sau đổ lấy ra, tách phần mô đã sấy
khô còn sót lại trên vỏ, cọ rứa sạch lớp vỏ.
Khử màu: Lớp vỏ cứng bên ngoài của loài giáp xác có chứa chât màu chủ yêu là
Cardenoid. Thành phần chính là astarene, astaxanthin, canthaxanthin, lutin và p - carotene.
Chúng không xuất hiện dướỉ dạng phức chất với các chất vô cơ cũng như protein, vì vậy khử
protein và khử khoáng cũng không loại được Cardenoid. Tuy vậy có thể khử màu bằng chất
trích màu như Kmn04, NaOCl, SO2, NaHS03... Có thể bổ sung công đoạn ngâm vỏ trong dung
dịch chất tẩy trắng loãng trước khi thực hiện quá trình đun sôi.
Làm nguội vỏ giáp xác: vỏ sau khi đã làm sạch
được đật trong lò ở 80°c trong 48h để phá vỡ cấu trúc
tỉnh thể của Chitin, nhằm chuyển hầu hết Chitin trong
vỏ thành dạng vô định hỉnh. Sau 48h, vỏ được lấy ra
khỏi lò và đổ nhanh vào bể chứa Nitơ lỏng (~196°C)
để làm nguội. Việc làm nguội nhanh sẽ hạn chế được
sự tái hình thành tinh thể Chitin, làm chúng trở nên vô
định hình hơn. Ngoài ra trong quá trình làm nguội,
nhiệt độ của Nỉtơ lỏng còn làm cho vỏ trở nên rất
giòn, dễ vỡ, gỉúp quá trình nghiền sau đó sẻ dễ dàng
hơn. Sau khoảng thòi gian nhất định, lấy vỏ ra khỏi dd
Nitơ lỏng, nghiền bằng cối và chày. Có thể thay dung
dịch Nitơ lỏng băng hôn hợp methanol- nước đá khô.
2. Loai Protein:
mT . .X , , ì Ấ. _
Hình 14: Nghiền vỏ băng cối và
chày
Protein được loại băng cách nấu với NaOH, nhiệt độ 60-100°C. Gần đây các nghiên cứu
mới được thực hiện với một khoảng rộng vớỉ các tác nhân như V| ,
NaOH, Naiỉcoà, KOH, K2C03, Ca(OH)2, Na2SƠ4, NaHSOs,
Ca(S04)2, NaP04, Na2S. Song NaOH vẫn được dùng thông dụng
hơn.
Tùy từng loại vỏ mà điều kiện xử lý có thể thay đổi về nồng
độ NaOH, nhiệt độ hoặc thời gian. Với những loại vật liệu dễ khử
protein, cổ thể dùng Na2C03 0.1M ở khoảng 100°c trong 4h. Đối
với vật liệu khổ xử lý, có thể dùng NaOH 5M ở khoảng 100°c trong
4L Tuy nhỉên, hầu hết các quá trình khử thường dùng NaOH IN
vớỉ một khoảng nhiệt độ và thờỉ gian xử lý (từ 65-100°C) trong
vòng 0.5-7L
Tiến hành: Cho hỗn hợp vỏ đã làm nguội vào Hình 15: Loại Pro bằng cách đun dd
NaOH 3,5% (tì lệ 1:10 w/v) ở 65°c. Sau 2h lấy
vớiddNaOH
Trang 18
^QíưdờT): &ễu. &ẫ*t QUtJKinfa QlguạỀÍ
^ỉưdừD: ^7hi . &ốn QlữMinh. Qlạnụêl
(ậhiíaáan
PhitonM
phần nổi lên trên, rửanhư tinh khiết (Được kiểm ở 90°c. Ngườiphương pháp phân tích HPLC).
được Chitosan gần bằng nước cất và sấy khô nghiệm bằng ta có thể định lượng xác định
lượng proteinhành thí từ vỏ tôm. lượt với lg và lOg vỏ tôm ban đầu, sự giảm khối lượng vỏ
Tiến tách ra nghiệm lần
tôm khi qua từng công đoạn được thể hiện trong bảng sau:
% so vối ban đầu
vỏ tôm ban 3. Sau khỉ muối Sau khỉ lọaỉ
Sau khỉ lọaỉ
Sau khỉ
Loai lọaỉ 4: Sựgiàm khối lượng vỏ tôm qua từng công đoạn
khoáng:
thẩm
đầu
protein Bâng muối khóang
nhóm acetyl
tích
Đê khử khoáng có thê dùng các tác nhân acid như HC1,
1g
40,46
33,38
19,85
HN067,53
3, H2SO4, CH3COOH, HCOOH..., song người ta thường
10 g
33,55
29,78
15,08
dùng69,58 ở nhỉệt độ phòng. Tùy tính chất nguyên liệu mà thay
HC1
đổi nồng độ acid và thời gian xử lý cần thiết. Ngoài ra người ta
cũng nghiên cứu quá trình khử EDTA ở pH kiềm. Nguyên liệu
được xử lý bằng EDTA ở pH9 hoặc pHlO, sau đó xử lý ở pH3
sẽ cho sản phẩm có khoảng 15% chất vô cơ chủ yếu là silỉcat.
Tiến hành: vỏ tôm đã loại protein được cho vào dd HC1
1N (tì lệ 1:15 w/v) ở 25°c trong 2h ở nhiệt độ phòng. Sau 2h lấy
phàn vỏ nổi lên trên, rửa bằng nước cất, sấy ở 90°c. vỏ tôm sau
khi đã sấy khô chứa chủ yếu là Chitin.
Hình 16: Loại muối
khoáng bằng
ddHCl
4. Phản ứng deacetvl hóa:
Phản ứng chính trong điêu chê Chỉtosan là deacetyl hóa băng dung dịch kiêm.
Dungdịch phản ứng
cần được gia nhiệt và
khuấy trộn đều trong
suôt thời gian phản
ứng.
Tiến hành:
Chitin thu được đem
phản ứng vói dung
dịch NaOỈI 50% (tỉ lẹ
1:25 w/v) để trong lò ở
80°c trong 96h.Chuẩn
độ đến pH 7.0 với dd
HC1 IN. Chitosan sẽ
kết tủa, ta tiến hành lọc
hoặc ly tâm, sau đó sấy
thu được Chitosan.
5. Tinh sach Chitosan:
Kết tủa sau khi đã sấy khô được nghiền thành bột và hòa tan trong dd acid acetic 2%
với tỉ lệ 1:100 (w/v). Cho dung dịch vào các ông thâm tích, đặt các ông vào dung dịch add
acetic có nồng độ tương đương trong 24h. Mục đích của quá trình nhằm loại bỏ các hợp
chất cổ phân tử lượng nhỏ ( muốỉ CH3COONa, muối Calci, các Protein có phân tử lượng
thấp...). Sau đó lấy dung dịch trong ống ra và sấy chân không, ta thu
Trang 19
- Xem thêm -