Tài liệu Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến việc ly trích chitosan từ vỏ tôm phế liệu

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƢ PHẠM BỘ MÔN HÓA HỌC LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN VIỆC LY TRÍCH CHITOSAN TỪ VỎ TÔM PHẾ LIỆU Chuyên ngành: Sƣ phạm Hóa Học Giáo viên hƣớng dẫn: TS. Phan Thị Ngọc Mai Sinh viên thực hiện: Cao Thanh Huyền Lớp: Sư phạm Hóa Học K38 MSSV: B1200586 CẦN THƠ - 2016 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai Trƣờng Đại Học Cần Thơ Khoa Sƣ Phạm Bộ Môn Sƣ Phạm Hóa Học Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc ------------ PHIẾU ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Năm học: 2015 – 2016 1. Tên đề tài: KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN VIỆC LY TRÍCH CHITOSAN TỪ VỎ TÔM PHẾ LIỆU. 2. Sinh viên thực hiện: Cao Thanh Huyền – MSSV: B1200586 – Lớp: Sƣ phạm Hóa học khóa 38. 3. Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Phan Thị Ngọc Mai. 4. Địa điểm và thời gian thực hiện Địa điểm thực hiện: Phòng thí nghiệm Hóa Cơ sở - Hóa lí, Bộ môn Sƣ phạm Hóa học, Trƣờng Đại Học Cần Thơ. Thời gian thực hiện: từ tháng 8/2015 đến tháng 5/2016. 5. Mục đích đề tài Điều chế đƣợc chitin – chitosan, khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng nhƣ: nồng độ dung dịch HCl và dung dịch NaOH, nhiệt độ, thời gian thí nghiệm đến chất lƣợng của chitosan thảnh phẩm. Xây dựng quy trình điều chế chitin – chitosan trong phòng thí nghiệm. 6. Nội dung chính  Chƣơng 1: Giới thiệu.  Chƣơng 2: Tổng quan tài liệu.  Chƣơng 3: Phƣơng pháp và phƣơng tiện nghiên cứu.  Chƣơng 4: Kết quả và thảo luận.  Chƣơng 5: Kết luận và kiến nghị. i Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai LỜI CẢM ƠN Nhƣ một quy luật của cuộc sống “Học đi đôi với hành”. Học không chỉ để nâng cao kiến thức mà còn để vận dụng những kiến thức đã học vào thực tiễn cuộc sống. Học tập là một quá trình lâu dài mà thầy, cô chính là ngƣời truyền đạt kiến thức trong toàn bộ quá trình học tập của mỗi chúng ta. Thầy, cô đã truyền cho chúng ta những kiến thức quý báu không những về chuyên môn mà còn về kiến thức xã hội giúp chúng ta làm quen dần với một môi trƣờng mới không còn là môi trƣờng đại học mà là môi trƣờng làm việc ở các trƣờng học, công ty… Với những kiến thức làm nền tảng để vận dụng vào cuộc sống và công việc sau khi ra trƣờng. Những công lao to lớn ấy tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến: Cô Phan Thị Ngọc Mai đã trực tiếp hƣớng dẫn và theo sát tôi trong quá trình thực hiện đề tài, động viên, chỉ dẫn và đóng góp ý kiến cho đề tài luận văn của tôi đƣợc hoàn chỉnh hơn. Thầy Nguyễn Mộng Hoàng, cô Nguyễn Thị Tuyết Nhung và thầy Nguyễn Điền Trung đã tận tình chỉ dạy và truyền đạt cho tôi nhiều kinh nghiệm quý báu, kiến thức hữu ích. Tất cả Thầy Cô trong Bộ môn Sƣ phạm Hóa học đã tận tình giảng dạy và trang bị cho tôi vốn kiến thức vô cùng quý báu trong suốt thời gian học tập tại trƣờng. Thầy Hồ Hoàng Việt cố vấn lớp Hóa K38 đã dẫn dắt, định hƣớng, quan tâm và giúp đỡ tận tình lớp Hóa của chúng tôi trong suốt bốn năm học qua. Tôi xin chân thành biết ơn gia đình đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi học tập, nghiên cứu và là nguồn động viên tinh thần to lớn giúp tôi vƣợt qua những khó khăn để hoàn thành tốt đề tài. Tập thể lớp Sƣ phạm Hóa học K38 đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt 4 năm học đại học. Xin chân thành cám ơn! ii Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN  ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Cần Thơ, ngày… tháng … năm 2016 Giảng viên hƣớng dẫn iii Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN  ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Cần Thơ, ngày… tháng … năm 2016 Giảng viên phản biện iv Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN  ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Cần Thơ, ngày… tháng … năm 2016 Giảng viên phản biện v Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai TÓM TẮT ĐỀ TÀI Nƣớc ta có đƣờng bờ biển dài 3260 km, chạy dọc theo chiều dài đất nƣớc. Đó là điều kiện để các ngành khai thác, nuôi trồng thủy hải sản phát triển. Trong đó xuất khẩu thủy sản là ngành kinh tế mũi nhọn của nƣớc ta hiện nay. Đặc biệt là xuất khẩu tôm đông lạnh rất phát triển trong những năm gần đây, kéo theo đó là lƣợng vỏ tôm phế thải khổng lồ đƣợc thải ra sau quá trình chế biến. Lƣợng phế thải này đã và đang đƣợc sử dụng để sản xuất các chế phẩm có giá trị nhƣ chitin và chitosan. Nhiều nƣớc trên thế giới đã nghiên cứu các quy trình sản xuất chitin – chitosan từ rất sớm, ở Việt Nam cũng đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về sản xuất chitin – chitosan đƣợc công bố và có nhiều ứng dụng trong thực tế sản xuất. Tôi chọn đề tài này làm luận văn tốt nghiệp không với mục đích nghiên cứu, tìm tòi ra cái mới, một hƣớng đi mới về chitin – chitosan. Mà chỉ dựa trên các nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nƣớc đã công bố, để tìm hiểu về chitin – chitosan, điều chế ra đƣợc chitin – chitosan và hoàn thành một quy trình điều chế chitin – chitosan trong phòng thí nghiệm. vi Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai MỤC LỤC PHIẾU ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ................................................................. i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN ....................................................... iii NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN ........................................................... iv NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN .............................................................v TÓM TẮT ĐỀ TÀI........................................................................................................ vi MỤC LỤC .................................................................................................................... vii DANH MỤC BẢNG .......................................................................................................x DANH MỤC HÌNH....................................................................................................... xi PHẦN MỞ ĐẦU .............................................................................................................1 1. ĐẶT VẤN ĐỀ .............................................................................................................1 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU .......................................................................................2 3. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU .....................................................................................2 4. PHƢƠNG PHÁP VÀ PHƢƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU ............................................2 5. TÍNH KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI .................................................3 6. NỘI DUNG LUẬN VĂN ............................................................................................3 PHẦN NỘI DUNG ..........................................................................................................4 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG ..............................................................................4 1.1. CHITIN – CHITOSAN .........................................................................................4 1.1.1 Khái niệm về chitin – chitosan ........................................................................4 1.1.2 Lịch sử phát hiện chitin – chitosan .................................................................4 1.1.3 Nguồn gốc của chitin ......................................................................................6 1.2 CẤU TRÚC CỦA CHITIN – CHITOSAN ...........................................................7 1.2.1 Cấu trúc của chitin ..........................................................................................7 1.2.2 Cấu trúc của chitosan ......................................................................................8 1.3 TÍNH CHẤT CỦA CHITIN – CHITOSAN ..........................................................9 1.3.1 Tính chất của chitin .........................................................................................9 1.3.2 Tính chất của chitosan ...................................................................................10 1.4 ỨNG DỤNG CỦA CHITIN – CHITOSAN ........................................................15 1.4.1 Trong nông nghiệp ........................................................................................15 1.4.2 Trong công nghiệp ........................................................................................16 1.4.3 Trong mỹ phẩm .............................................................................................18 vii Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai 1.4.4 Trong y dƣợc .................................................................................................18 1.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT, TIÊU THỤ CHITIN – CHITOSAN ....................................................................................................................................22 1.6 CỞ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU CHẾ CHITIN – CHITOSAN ................................22 1.6.1 Thành phần vỏ tôm........................................................................................22 1.6.2 Các bƣớc cơ bản điều chế chitin – chitosan ..................................................23 1.6.2.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình loại khoáng .................................................23 1.6.2.2 Loại protein và deacetyl hóa ......................................................................24 1.6.3 Định tính chitosan .........................................................................................25 1.7 Một số quy trình sản xuất chitin – chitosan trong và ngoài nƣớc ........................26 1.7.1 Trên thế giới ..................................................................................................26 1.7.2 Trong nƣớc ....................................................................................................29 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM .....................................................................................31 2.1 ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN THỰC HIỆN ........................................................31 2.2 NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ ...................................................31 2.2.1 Nguyên liệu ...................................................................................................31 2.2.2 Hóa chất ........................................................................................................31 2.2.3 Thiết bị ..........................................................................................................31 2.3 THỰC NGHIỆM .................................................................................................33 2.3.1 Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình loại khoáng ...........................34 2.3.1.1 Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ HCl trong việc khử khoáng ..................36 2.3.1.2 Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian ngâm mẫu đến việc loại khoáng..........36 2.3.1.3 Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình loại khoáng .....................36 2.3.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình loại protein và deacetyl hóa ..36 2.3.2.1 Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ NaOH trong việc loại protein và deacetyl hóa ..........................................................................................................................38 2.3.2.2 Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến việc loại protein và deacetyl hóa ...38 2.3.2.3 Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian ngâm mẫu đến quá trình loại protein và deacetyl hóa ............................................................................................................38 2.3.3 KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TÍNH CỦA CHITOSAN .......................................38 2.3.3.1 Xác định độ ẩm ..........................................................................................38 2.3.3.2 Xác định hàm lƣợng tro .............................................................................39 2.3.3.3 Xác định hàm lƣợng nitơ tổng số ...............................................................40 2.3.3.4 Tính hàm lƣợng protein thô .......................................................................41 2.3.3.5 Tính độ deacetyl hóa ..................................................................................42 2.3.3.6 Xác định độ nhớt ........................................................................................42 viii Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai 2.3.3.7 Xác định hàm lƣợng chất không tan ..........................................................43 2.3.3.8 Tính hiệu suất .............................................................................................43 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN .....................................................................44 3.1 Kết quả thí nghiệm ...............................................................................................44 3.1.1 Ảnh hƣởng các yếu tố đến quá trình loại khoáng .........................................44 3.1.1.1 Ảnh hƣởng của nồng độ HCl đến quá trình loại khoáng ...........................44 3.1.1.2 Ảnh hƣởng của thời gian ngâm mẫu đến quá trình loại khoáng ................46 3.1.1.3 Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình loại khoáng ...................................49 3.1.2 Ảnh hƣởng các yếu tố đến quá trình loại protein và deacetyl hóa ................51 3.1.2.1 Ảnh hƣởng của nồng độ NaOH đến quá trình loại protein và deacetyl hóa ................................................................................................................................52 3.1.2.2 Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình loại protein và deacetyl hóa .........54 3.1.2.3 Ảnh hƣởng của thời gian ngâm mẫu đến quá trình loại protein và deacetyl hóa ..........................................................................................................................56 3.2 Xây dựng quy trình điều chế chitosan .................................................................58 3.3 Định tính chitosan ................................................................................................59 3.4 Định lƣợng chitosan .............................................................................................61 KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ ...........................................................................................63 1. KẾT LUẬN ...............................................................................................................63 2. KIẾN NGHỊ ...............................................................................................................64 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................65 PHỤ LỤC ......................................................................................................................67 ix Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1. Một số thông số đặc trưng của chitin – chitosan ......................................... 14 Bảng 1.2. Hàm lượng các thành phần chính trong vỏ tôm khô .................................... 23 Bảng 2.1. Các hóa chất được sử dụng trong đề tài ...................................................... 30 Bảng 3.1. Kết quả hàm lượng khoáng còn lại sau quá trình khảo sát nồng độ HCl ........ ....................................................................................................................................... 45 Bảng 3.2. Kết quả hàm lượng khoáng còn lại sau quá trình khảo sát thời gian ngâm mẫu ................................................................................................................................ 47 Bảng 3.3. Kết quả hàm lượng khoáng còn lại sau quá trình khảo sát nhiệt độ phản ứng ....................................................................................................................................... 49 Bảng 3.4. Kết quả độ deacetyl hóa sau quá trình khảo sát nồng độ ............................ 52 Bảng 3.5. Kết quả độ deacetyl hóa sau quá trình khảo sát nhiệt độ ............................ 54 Bảng 3.6. Kết quả độ deacetyl hóa sau quá trình khảo sát thời gian ngâm mẫu ......... 56 Bảng 3.7. So sánh phổ IR của chitosan Nhật Bản và chitosan thực nghiệm ................ 60 Bảng 3.8. Kết quả so sánh chitosan thành phẩm với chitosan Nhật Bản và chitosan thương mại ..................................................................................................................... 61 x Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1. Cấu trúc mạch polymer của chitin và xellulose.............................................. 7 Hình 1.2. Cấu trúc phân tử chitin và xellulose trong không gian .................................. 8 Hình 1.3. Cấu trúc polymer của chitosan ....................................................................... 9 Hình 1.4. Cấu trúc phân tử chitosan trong không gian .................................................. 9 Hình 1.5. Cam được bảo quản bằng màng chitosan (trái) và cam đối xứng (phải) ....................................................................................................................................... 15 Hình 1.6. Ứng dụng của chitosan trong may mặc ........................................................ 17 Hình 1.7. Quy trình sản xuất chitin bằng phương pháp Hackman ............................... 26 Hình 1.8. Quy trình sản xuất chitosan bằng phương pháp thủy điện Yamasaki và Nacamichi................................................................................................. 27 Hình 1.9. Quy trình sản xuất chitosan của ĐH Bách khoa TP. Hồ Chí Minh ............. 28 Hình 1.10. Quy trình sản xuất chitosan của ĐH Cần Thơ ........................................... 29 Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc hàm lượng khoáng vào dung dịch HCl ........ 46 Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc hàm lượng khoáng vào thời gian ngâm mẫu ....................................................................................................................................... 48 Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc hàm lượng khoáng vào nhiệt độ ................... 50 Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc độ deacetyl hóa vào nồng độ NaOH ............ 53 Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc độ deacetyl hóa vào nhiệt độ ........................ 55 Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc độ deacetyl hóa vào thời gian ngâm mẫu ....................................................................................................................................... 57 Hình 3.7. Các mẫu chitosan .......................................................................................... 58 Hình 3.8. Các mẫu chitosan trong dung dịch acid acetic 1 % phản ứng với dung dịch KMnO4 .......................................................................................................................... 59 xi Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai Hình 3.9. Các mẫu chitosan phản ứng với dung dịch Lugol ........................................ 59 Hình 3.10. Phổ IR của chitosan thực nghiệm và chitosan Nhật Bản ........................... 60 xii Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai PHẦN MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Những năm gần đây, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp chế biến thủy sản cũng phát triển vƣợt bậc và đóng góp một phần không nhỏ vào việc phát triển nền kinh tế đất nƣớc. Tuy nhiên, ngành công nghiệp chế biến thủy sản phát triển bên cạnh những thuận lợi nhƣ chế biến ra các mặt hàng thủy sản có chất lƣợng cao, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm phục vụ cho xuất khẩu và tiêu thụ trong nƣớc còn có bất lợi là lƣợng phế liệu thủy sản thải ra rất nhiều làm ô nhiễm môi trƣờng. Một trong những nguồn phế liệu thải ra là vỏ của động vật giáp xác nhƣ tôm, cua, ghẹ… Hiện nay, nguồn phế liệu này chủ yếu dùng làm thức ăn chăn nuôi hay làm phân bón nên hiệu quả kinh tế rất thấp. Vì thế, một mục tiêu đƣợc đặt ra cho các nhà nghiên cứu là tìm ra giải pháp 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 gây ô nhiễm môi trƣờng. Một trong những hƣớng giải quyết yêu cầu trên là chiết rút chế phẩm chitin và chitosan có hoạt tính cao từ vỏ tôm rồi sử dụng chế phẩm này để tạo ra những sản phẩm mới cho xã hội và làm giảm thiểu chất thải. Chitin và chitosan là những polysaccharide có ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành nhƣ: công nghiệp, nông nghiệp, y dƣợc và bảo vệ môi trƣờng. Trong y dƣợc, chitosan có thể sản xuất ra glucosamine, một dƣợc chất quý đang phải nhập khẩu ở nƣớc ta. Ngoài ra, chitosan còn đƣợc dùng làm chỉ khâu thụ hoại, da nhân tạo, thực phẩm chức năng… Chitosan còn đƣợc sử dụng trong công nghiệp dệt, in, sản xuất nƣớc sơn chống thấm và chống mốc… Trong nông nghiệp, chitosan đƣợc dùng để bảo quản các loại quả, hạt mang lại hiệu quả cao. Ngoài ra, chitosan cũng đang đƣợc sử dụng rộng rãi để xử lý các chất thải công nghiệp, hấp thụ kim loại nặng và mang lại hiệu quả cao. Hiện nay, những nghiên cứu về chitin – chitosan đã đạt đƣợc những thành công nhất định. Đi đầu trong lĩnh vực này là các quốc gia: Nhật, Mỹ, Trung Quốc, Pháp… Năm 1973, Nhật Bản là quốc gia đầu tiên sản xuất chitosan với sản lƣợng 20 tấn/năm, đến nay đã lên tới 700 tấn/năm, trong khi đó Mỹ cũng đạt sản lƣợng 300 tấn/năm. SVTH: Cao Thanh Huyền 1 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai Ở Việt Nam, giáp xác là nguồn nguyên liệu dồi dào chiếm 1/3 tổng sản lƣợng nguyên liệu thủy sản. Trong công nghiệp chế biến thủy sản xuất khẩu, tỷ lệ cơ cấu các mặt hàng đông lạnh giáp xác chiếm từ 70 – 80 % công suất chế biến. Trong đó, theo thống kê của Bộ Thủy Sản năm 2014, xuất khẩu tôm ở Việt Nam là gần 660.000 tấn đạt kim ngạch 4 tỉ USD. Tƣơng ứng với sản lƣợng tôm nƣớc ta, hằng năm sẽ có một lƣợng rất lớn phế thải vỏ tôm đƣợc tạo ra. Với mong muốn góp phần giải quyết những yêu cầu trên và tận dụng nguồn chitin – chitosan dồi dào trong phế liệu tôm, tôi thực hiện đề tài: “Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến việc ly trích chitosan từ vỏ tôm”. 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Xác định các điều kiện tối ƣu để khử khoáng, khử protein và deacetyl hóa từ phế liệu vỏ tôm bằng HCl và NaOH nhằm giảm ô nhiễm môi trƣờng và nâng cao chất lƣợng chitin – chitosan. 3. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU Đối tƣợng nghiên cứu là vỏ thân tôm khô dùng để chiết tách chitin – chitosan. 4. PHƢƠNG PHÁP VÀ PHƢƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU a) Phƣơng pháp nghiên cứu  Phƣơng pháp thu mẫu.  Phƣơng pháp phân tích. b) Phƣơng tiện nghiên cứu  Các tài liệu, sách báo, các đề tài nghiên cứu khoa học có liên quan.  Máy tính. SVTH: Cao Thanh Huyền 2 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai 5. TÍNH KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Thành công bƣớc đầu của đề tài là điều chế ra đƣợc chitosan trong phòng thí nghiệm. Đề tài cũng là nguồn tài liệu hữu ích phục vụ cho công tác nghiên cứu về lĩnh vực này. 6. NỘI DUNG LUẬN VĂN - Tổng quan về công nghệ sản xuất và ứng dụng của chitin – chitosan. - Nghiên cứu quy trình ly trích chitin – chitosan bằng phƣơng pháp hóa học. Tối ƣu hóa quá trình khử khoáng bằng HCl. Tối ƣu hóa quá trình khử protein và deacetyl hóa bằng NaOH đậm đặc. - Đề xuất quy trình. SVTH: Cao Thanh Huyền 3 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai PHẦN NỘI DUNG CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. CHITIN – CHITOSAN 1.1.1 Khái niệm về chitin – chitosan[3], [12] Chitin là một polyme sinh học rất phổ biến trong tự nhiên và đứng hàng thứ hai chỉ sau cellulose. Chitin tham gia vào thành phần cấu tạo của vách tế bào nấm, cấu tạo nên bộ khung của vỏ tôm, cua, côn trùng, các động vật giáp xác… Trong các loại nguyên liệu này, chitin liên kết chặt chẽ với protein, lipid, các muối vô cơ (CaCO3) và các sắc tố màu (astarene, astaxanthin, canthaxanthin, lutin…). Chitosan là dẫn xuất của chitin, nó đƣợc tạo thành bởi phản ứng deacetyl hóa chitin. Khi chitin đƣợc xử lý với các chất kiềm đậm đặc ở nhiệt độ cao (120 ºC) trong dung dịch, nó sẽ bị loại nhóm acetyl và bị phân hủy khác nhau để cho ra một sản phẩm là chitosan. Vậy chitosan không phải là một đơn chất mà nó là một nhóm sản phẩm của chitin bị loại nhóm acetyl từng phần. 1.1.2 Lịch sử phát hiện chitin – chitosan[1], [14], [15] Danh từ “chitin” bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp “tunic” hay “envenlopen” có nghĩa là lớp vỏ ngoài hay sự bao bọc. Chitin đƣợc 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, Odier phân lập đƣợc một chất từ bọ cánh cứng mà ông gọi là “chitin” hay “chiton”, tiếng Hy Lạp có nghĩa là vỏ giáp. Nhƣng ông không 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. Vào năm 1834, Children phát hiện sự có mặt của Nitơ trong chitin, và 9 năm sau đó tức năm 1843, sự tồn tại của Nitơ trong chitin đã đƣợc Lassaigne chứng minh một lần nữa. Năm 1894, Winterstein phát hiện ra khi xử lí nấm với H2SO4 hay NaOH rồi thủy phân trong HCl thì đều thu đƣợc cùng loại mono saccharide và acid acetic. Tuy nhiên, SVTH: Cao Thanh Huyền 4 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai 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 đƣợc một hợp chất mới có số nguyên tử giống nhƣ trong chitin và gọi nó là chitosan. Năm 1928, Meyer và Mark dựa trên phổ nhiễu xạ tia X kết luận rằng chitin và chitosan nằm ở dạng liên kết (1→4) giữa các mắt xích pyranose. Từ những năm 1930 đến 1940 có rất nhiều nghiên cứu về chitin và chitosan, khoảng 50 phát minh đƣợc đăng ký. Với những nghiên cứu của mình, Purchase và Braum chứng minh đƣợc chitin là polysaccharide của glucossamime bằng cách thủy phân chitin theo nhiều cách khác nhau, hay với nghiên cứu của Rammelberg đã xác định một cách chính xác nguồn gốc của chitin. Năm 1950, ngƣời ta sử dụng tia X để phân tích nhằm nghiên cứu sâu hơn sự hiện diện của chitin trong nấm và trong thành tế bào. Và đến năm 1951, quyển sách đầu tiên viết về chitin đã đƣợc xuất bản. Bấy giờ, ngƣời ta đã phát hiện ra đƣợc tiềm năng của các polyme thiên nhiên này. Nhƣng vì sự cạnh tranh của các loại polyme tổng hợp nên đã kìm hãm sự phát triển thƣơng mại của chitin – chitosan. Cho đến năm 1970, hàng loạt nghiên cứu về chitin – chitosan đƣợc tiến hành với mục đích ban đầu là là tận dụng nguồn phế liệu dồi dào từ việc chế biến thủy sản (vỏ tôm) nhằm tránh gây ô nhiễm môi trƣờng. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã phát hiện ra các tính chất đặc biệt của chitin và các dẫn xuất của nó không những giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trƣờng mà còn mở ra một triển vọng rất lớn trong việc ứng dụng chitin và các dẫn xuất của chúng vào sản xuất. Vào năm 1978, hội nghị đầu tiên nói về chitin – chitosan diễn ra tại Mỹ và thu hút đƣợc sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học trên thế giới. Hiện nay, những nghiên cứu về chitin – chitosan đã đạt những thành công nhất định. Tại Nhật, một chƣơng trình nghiên cứu dài hơn 10 năm cũng bắt đầu khởi động. Trung Quốc, tuy là nƣớc bắt đầu nghiên cứu chậm hơn so với những nƣớc khác nhƣng lại đang phát triển rất nhanh trong lĩnh vực này. SVTH: Cao Thanh Huyền 5 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai 1.1.3 Nguồn gốc của chitin[2] Chitin đƣợc tìm thấy chủ yếu ở hai nguồn sau đây: ● Từ động vật bậc thấp. Chitin là chất hữu cơ chủ yếu trong vỏ mai (bộ xƣơng ngoài của động vật không xƣơng sống). Theo Richard, chitin đƣợc tìm thấy trong lớp vỏ cutin của loài chân đốt. Ngoài ra, chitin còn đƣợc tìm thấy trong tế bào ống của loài mực, ở lớp vỏ bao ngoài của loài bọ cánh cứng, trong lớp vỏ mai của loài giáp xác, trong loài nhện và bƣớm. Chitin thƣờng có khoảng 25 đến 50 % trên lƣợng khan của lớp cutin, thành phần khác chủ yếu là protein và calci carbonat. ● Từ thực vật bậc thấp. Nguồn gốc của chitin trong thực vật giới hạn ở một số loài nấm và tảo. Trong nấm, chitin đóng vai trò nhƣ cellulose trong các loài cây. Ngƣời ta đƣa các giả thiết khác nhau về sự hiện diện của chitin hoặc cellulose làm cơ sở cho mối quan hệ phát sinh giữa các nhóm của giống nấm đặc biệt là phycomecetus. Qua phân tích bằng tia X, Frey đã xác nhận rằng chitin và cellulose không hiện diện đồng thời. Chitin hiện diện trong tảo xanh, bằng phƣơng pháp vi hóa học Roelofsen và Hoette đã tìm thấy chitin trong nấm men, Kreger cũng thu đƣợc chitin trong một số loài nấm men bằng nhiễu xạ tia X. Chitin không hiện diện một mình trong lớp vỏ ngoài của loài nấm mà nó đƣợc liên kết với những thành phần khác. Lƣợng chitin đƣợc tinh chế từ một số loài nấm thông thƣờng từ 3 % - 5 %. SVTH: Cao Thanh Huyền 6 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai 1.2 CẤU TRÚC CỦA CHITIN – CHITOSAN 1.2.1 Cấu trúc của chitin[3] Chitin là một dạng polysaccharide gồm các tiểu phân N-acetyl-D-Glucosamine kết hợp lại với nhau theo liên kết (1 → 4). Liên kết của chitin là poly [-(1→4) – 2 – acetamido – 2 – deoxy – D – glucopyranose]. Chitin có cấu trúc tinh thể và nó cấu tạo thành một mạng lƣới sợi hữu cơ. Vì thế, chitin làm tăng độ bền, độ cứng và là điểm tựa cho các sinh vật. Chitin có công thức phân tử: (C8H13O5N)n. Trong đó có chứa 47,29 % C; 6,45 % H; 39,37 % O và 6,89 % N. Về cấu trúc hóa học, chitin cũng tƣơng tự nhƣ cellulose ngoại trừ nhóm hydroxyl thứ hai trên nguyên tử carbon alpha trên phân tử cellulose đƣợc thay thế bằng nhóm acetoamide. Cũng nhờ vào cấu trúc này mà việc ứng dụng chitin vào xử lý nƣớc thải, in nhuộm là một việc rất có triển vọng. Hình 1.1. Cấu trúc mạch polymer của chitin và cellulose SVTH: Cao Thanh Huyền 7