Tài liệu Nghiên cứu sử dụng enzyme protease trong qui trình sản xuất chitin - chitosan

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG -------------- ĐẶNG THỊ HIỀN NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG ENZYME PROTEASE TRONG QUI TRÌNH SẢN XUẤT CHITINCHITOSAN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SAU THU HOẠCH MÃ SỐ: 60.54.10 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRANG SĨ TRUNG NHA TRANG - 2008 LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Trang Sĩ Trung đã hướng dẫn khoa học hết sức tận tình và chu đáo trong suốt thời gian làm luận văn nghiên cứu. Qua đây tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến Ban Giám Hiệu, Phòng Quan hệ Quốc tế, Khoa Chế biến Trường Đại học Nha Trang, Trung tâm Nghiên cứu Chế biến Trường Đại học Nha Trang, Công ty Cổ phần Nha Trang SeaFoods (F17) đã tạo điều kiện giúp đỡ về dụng cụ, thiết bị phục vụ nghiên cứu và tạo điều kiện về mặt thời gian cho tôi hoàn thành khoá học. Cảm ơn PGS. TS. Ngô Đăng Nghĩa, các thầy cô trong Khoa Chế biến cùng các bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt thời gian thực hiện các nghiên cứu. Nha Trang, tháng 06 năm 2008 Học viên Đặng Thị Hiền LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tác giả luận văn Đặng Thị Hiền i MỤC LỤC Trang DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU...................................................................... 3 1.1. GIỚI THIỆU VỀ PHẾ LIỆU TÔM VÀ CÁC HƯỚNG TẬN DỤNG ............. 3 1.1.1. Phế liệu tôm ............................................................................................. 3 1.1.2. Thành phần hóa học của phế liệu tôm ....................................................... 4 1.1.3. Các hướng tận dụng phế liệu tôm.............................................................. 5 1.2. CÁC SẢN PHẨM CÓ GIÁ TRỊ TỪ PHẾ LIỆU TÔM ................................... 6 1.2.1. CHITIN, CHITOSAN............................................................................... 6 1.2.1.1. Giới thiệu chung về chitin, chitosan ................................................... 6 1.2.1.3. Tình hình nghiên cứu sản xuất chitin, chitosan trên thế giới và Việt Nam ....................................................................................................... 8 1.2.2. PROTEIN VÀ ASTAXANTHIN .................................................................. 21 1.2.2.1. Astaxanthin trong phế liệu tôm.........................................................21 1.2.2.2. Các phương pháp thu nhận protein và astaxanthin............................26 1.2.2.3. Nghiên cứu thu hồi chitin, protein và astaxanthin bằng phương pháp sử dụng enzyme ............................................................................................ 29 1.3. BẢN CHẤT, CƠ CHẾ VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN .......................................................................................... 33 Chương 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............. 38 2.1. Nguyên vật liệu nghiên cứu .......................................................................... 38 2.2. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 39 2.2.1. Phương pháp thu nhận mẫu..................................................................... 39 2.2.2. Bố trí thí nghiệm xác định các thông số quy trình ................................... 40 2.2.3. Bố trí thí nghiệm xác định các điều kiện thích hợp cho quá trình thủy ii phân protein đầu vỏ tôm bằng enzyme Alcalase................................................41 2.2.4. Bố trí thí nghiệm xác định chế độ chiết astaxanthin từ phế liệu tôm ........44 2.2.5. Các phương pháp phân tích.....................................................................48 2.2.6. Phương pháp xử lý số liệu.......................................................................50 Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN....................................51 3.1. Thành phần hóa học của phế liệu tôm Thẻ ....................................................51 3.2. Ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài đến quá trình tách protein.....................51 3.2.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Alcalase/nguyên liệu ................................ 51 3.2.2. Ảnh hưởng của pH đến quá trình thủy phân ........................................... 54 3.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình thủy phân ................................... 56 3.2.4. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình thủy phân .................................. 57 3.2.5. Tối ưu hóa công đoạn tách protein của vỏ đầu tô m bằng enzyme Alcalase.. 59 3.3. Kết quả lựa chọn chế độ thích hợp để thu hồi asthaxanthin ........................... 64 3.3.1. Xác định môi trường và thời gian thích hợp để chiết astaxanthin ........... 64 3.3.2. Xác định nhiệt độ thích hợp để chiết astaxanthin.................................... 66 3.3.3. Xác định tỷ lệ dung môi/nguyên liệu thích hợp để chiết astaxanthin ...... 67 3.3.4. Tối ưu hóa quá trình chiết astaxanthin.................................................... 68 3.4. Đề xuất qui trình ứng dụng enzyme protease trong công nghệ sản xuất chitin .................................................................................................................. 73 3.5. Đánh giá sơ bộ hiệu quả quy trình sử dụng enzyme so với phương pháp hóa học ....................................................................................................................... 76 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN .................................................................. 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO iii DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT Kí hiệu Diễn giải viết tắt AU Đơn vị hoạt độ enzyme thủy phân protein DH Độ thủy phân DA Độ deacetyl hóa ES Phức hợp enzyme-cơ chất E/S Tỷ lệ enzyme/cơ chất NTS Nitơ tổng số PE Petroleum ether iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Nội dung Trang 1.1 Thành phần khối lượng của tôm 4 1.2 Thành phần (%) đầu và vỏ tôm 5 1.3 Một số chỉ tiêu chất lượng của Chitosan từ vỏ tôm sú theo 15 phương pháp xử lý kiềm một giai đoạn (Trần Thị Luyến, 2003) 1.4 Chỉ tiêu chất lượng của Chitosan sản xuất từ vỏ ghẹ (Trần Thị 16 Luyến, 2004). 1.5 Chỉ tiêu chất lượng của Chitosan sản xuất từ vỏ tôm Mũ ni 17 (Huỳnh Nguyễn Duy Bảo, 2002). 1.6 Một số chỉ tiêu chất lượng của Chitosan sản xuất theo quy trình 20 Papain (Trần Thị Luyến, 2003) 2.1 Tiêu chuẩn màu sắc cho bột carotenoprotein do Thái Lan sản 48 xuất 2.2 Tiêu chuẩn mùi cho bột carotenoprotein do Thái Lan sản xuất 48 3.1 Thành phần hóa học cơ bản của phế liệu tôm Thẻ chân trắng 51 3.2 Sự biến đổi trạng thái cảm quan của các mẫu theo thời gian 57 3.3 Mức và khoảng biến thiên của các yếu tố thí nghiệm 60 3.4 Ma trận trực giao cấp hai, ba yếu tố 61 3.5 Bảng kết quả kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy 62 3.6 Kết quả tối ưu hóa quá trình thủy phân phế liệu tôm bằng 63 enzyme 3.7 Mức thí nghiệm của các yếu tố 68 3.8 Ma trận trực giao cấp hai, ba yếu tố 69 3.9 Bảng kết quả kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy 70 3.10 Kết quả tối ưu hóa quá trình chiết astaxanthin 71 3.11 Các chỉ tiêu chất lượng của chitin từ quy trình hoá học và quy trình kết hợp bổ sung enzyme 75 3.12 Các chỉ tiêu chất lượng của chitosan từ quy trình hoá học và quy 75 v trình kết hợp bổ sung enzyme 3.13 Chất lượng của bột carotenoprotein 76 3.14 Thành phần amino acid trong bột carotenoprotein thu hồi từ quá 77 trình thủy phân phế liệu tôm 3.15 Nguyên vật liệu cho công nghệ sản xuất chitin theo phương pháp sử dụng enzyme và phương pháp hóa học (100 kg đầu vỏ 78 tôm) 3.16 Chi phí thực nghiệm sản phẩm chitin (tính trên 1kg chitin) sản xuất theo phương pháp thông thường 78 3.17 Chi phí thực nghiệm sản phẩm chitin (tính trên 1kg chitin) sản xuất theo phương pháp sử dụng enzyme 79 3.18 Thu hồi các sản phẩm từ 100 kg đầu vỏ tôm 79 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình Nội dung Trang 1.1 Sơ đồ ứng dụng của phế liệu tôm 5 1.2 Công thức cấu tạo của chitin 6 1.3 Công thức cấu tạo của chitosan 7 1.4 Quy trình của Stevens 8 1.5 Quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tôm hùm của Hackman 9 1.6 Quy trình thủy nhiệt của Yamashaki và Nakamichi (Nhật Bản) 10 1.7 Quy trình sản xuất của Pháp 11 1.8 Quy trình sản xuất của Đỗ Minh Phụng, Trường Đại Học Thủy Sản 12 1.9 Quy trình sản xuất chitin của xí nghiệp Thủy sản Hà Nội 13 1.10 Quy trình sản xuất chitosan ở Trung tâm cao phân tử thuộc Viện 14 khoa học Việt Nam 1.11 Quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tôm Sú bằng phương pháp hóa học 15 với một công đoạn xử lý kiềm (Trần Thị Luyến, 2003) 1.12 Quy trình công nghệ sản xuất chitosan từ vỏ ghẹ (Trần Thị Luyến, 16 2004) 1.13 Quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tôm Mũ ni (Huỳnh Nguyễn Duy 17 Bảo, 2002) 1.14 Quy trình của Trung tâm Chế biến Đại học Thuỷ sản 18 1.15 Quy trình sản xuất chitin của Holanda và Netto (2006) 19 1.16 Quy trình sử dụng enzyme Papain để sản xuất chitosan (Trần Thị 20 Luyến, 2003) 1.17 Cấu trúc phân tử astaxanthin 21 1.18 Sự thay đổi cấu trúc phân tử astaxanthin khi tương tác với acid 23 1.19 Astacene 23 1.20 Crustaxanthin 23 vii 3.1 Biểu đồ biểu thị khả năng tách protein của enzyme Alcalase phụ 52 thuộc vào tỷ lệ enzyme/nguyên liệu 3.2 Biểu đồ biểu hiện khả năng tách protein của enzyme Alcalase phụ 54 thuộc vào pH 3.3 Biểu đồ biểu hiện khả năng tách protein của enzyme Alcalase theo 56 nhiệt độ 3.4 Biểu đồ biểu thị khả năng tách protein của enzyme Alcalase theo 58 thời gian 3.5 Ảnh hưởng của môi trường và thời gian chiết đến hiệu suất thu hồi 64 astaxanthin 3.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi astaxanthin 66 3.7 Ảnh hưởng của tỷ lệ dầu nành so với nguyên liệu đến hiệu suất thu 67 hồi astaxanthin 1 MỞ ĐẦU Xuất khẩu thủy sản của Việt Nam đã phát triển mạnh trong những năm gần đây và trở thành ngành kinh tế quan trọng, tạo công ăn việc làm, tăng thu nhập cho hàng triệu người dân ven biển và tạo nguồn thu ngoại tệ đáng kể cho đất nước. Theo thống kê của Tổng cục Hải quan, năm 2006 kim ngạch xuất khẩu thủy sản đã qua mốc 3 tỷ đạt 3,31 tỷ USD, tăng gần 600 triệu USD so với năm 2005, trong đó mặt hàng tôm truyền thống chiếm vị trí đầu bảng xấp xỉ 1,5 tỷ USD, chiếm 44,3% tổng kim ngạch xuất khẩu. Năm 2007 kim ngạch xuất khẩu thủy sản đạt gần 3,8 tỷ USD, tăng 12% so với năm 2006, xuất khẩu tôm đông lạnh chiếm 40% tổng kim ngạch xuất khẩu. Cùng với sự gia tăng khối lượng tôm xuất khẩu thì một lượng lớn phế liệu của ngành chế biến tôm thải ra. Phế liệu này có thể chiếm tới 40÷60% trọng lượng của tôm nguyên liệu và nó có chứa các thành phần có giá trị như protein, chitin, astaxanthin. Theo ước tính thành phần của protein trong đầu tôm Thẻ chiếm khoảng 11% trọng lượng tươi và như thế cứ sản xuất 1 kg chitin thì sẽ thải hồi hơn 2 kg protein. Ngoài ra, còn chứa đáng kể astaxanthin (300mg/kg). Lượng astaxanthin này có giá trị kinh tế rất cao (khoảng 2.500 USD/kg) được ứng dụng trong nuôi thủy sản nhằm tạo ra sắc tố đỏ cam trong tôm, cua, cá hồi, cá hồng, cá cảnh,…đồng thời tăng cường sức đề kháng, nâng cao sức sống và khả năng sinh sản của các loài động vật này. Astaxanthin cũng có những ứng dụng quan trọng khác trong thực phẩm chức năng, trong mỹ phẩm và trong công nghiệp thực phẩm. Chitin và dẫn xuất của nó chitosan được ứng dụng rộng rãi không chỉ trong công nghiệp thực phẩm mà còn trong công nghiệp dược, mỹ phẩm, xử lý nước thải và trong nông nghiệp. Nhiều công trình nghiên cứu sản xuất chitin-chitosan trong và ngoài nước đã và đang thực hiện với nhiều phương pháp khác nhau. Đa số các quy trình sản xuất chitin-chitosan dùng kiềm mạnh để khử protein dẫn đến dịch protein thu được sau quá trình thường thải bỏ do có nồng độ hóa chất cao, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Hơn nữa, protein bị hạn chế sử dụng do các phản ứng không mong muốn giữa amino acid xảy ra trong môi trường kiềm mạnh, bên cạnh đó còn có sự kết bông các amino acid. Thu hồi một phần protein từ phế liệu tôm bằng sự thủy phân enzyme là rất cần thiết. Protein thu hồi có thể sử dụng như chất tạo mùi và bổ sung vào surimi hay thức ăn chăn nuôi. Hơn nữa, sản phẩm thủy 2 phân cũng là nguồn peptid hoạt động sinh học, với tiềm năng đáng kể trong dược học, đồng thời là tác nhân kích thích tăng trưởng trong thức ăn động vật. Trong những năm gần đây nghiên cứu ứng dụng enzyme cho việc thu hồi chitin, protein, astaxanthin đã và đang được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học, các cơ sở nghiên cứu sản xuất trong và ngoài nước. Tuy nhiên để hoàn thiện quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm đòi hỏi phải nghiên cứu sâu hơn nữa. Chính vì vậy, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sử dụng enzyme Protease trong qui trình sản xuất Chitin – Chitosan” dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Trang Sĩ Trung. Mục tiêu của đề tài: Xác định các điều kiện thích hợp để tách protein từ phế liệu tôm Thẻ chân trắng (Penaeus vannamei) bằng enzyme Alcalase nhằm giảm thiểu hóa chất sử dụng, giảm ô nhiễm môi trường, đồng thời đưa ra biện pháp thu hồi protein-astaxanthin. Nội dung của đề tài: - Xác định thông số tối ưu cho quá trình tách protein bằng enzyme protease: tỷ lệ enzyme/nguyên liệu, pH, nhiệt độ, thời gian thủy phân. Đề xuất quy trình ứng dụng enzyme vào quá trình sản xuất chitin từ phế liệu tôm. - So sánh chất lượng chitin-chitosan sản xuất từ quy trình ứng dụng enzyme với quy trình hóa học truyền thống. - Xác định thông số thích hợp cho quá trình chiết astaxanthin. - Đánh giá chất lượng của hỗn hợp carotenoprotein thu được từ quá trình sản xuất chitin. 3 Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. GIỚI THIỆU VỀ PHẾ LIỆU TÔM VÀ CÁC HƯỚNG TẬN DỤNG 1.1.1. Phế liệu tôm Theo thống kê của Trung tâm Nghiên cứu Chế biến Thủy sản, Đại học Thuỷ sản thì lượng phế liệu năm 2004 tại Việt Nam ước tính khoảng 45.000 tấn phế liệu, năm 2005 ước tính khoảng 70.000 tấn/năm. Trần Thị Luyến (2004) cho biết trong vỏ tôm tươi chitosan chiếm khoảng 5% khối lượng, trong vỏ tôm khô khoảng 20-40% khối lượng. Như vậy hàng năm có thể sản xuất gần 5000 tấn chitosan phục vụ sản xuất trong nước và xuất khẩu, mang lại hiệu quả kinh tế cho ngành Thuỷ sản [8]. Phế liệu tôm chủ yếu là đầu và các mảnh vỏ, ngoài ra còn phải kể đến phần thịt vụn do bóc nõn không cẩn thận, một số tôm bị hỏng. Tuỳ theo giống loài, phương pháp gia công chế biến mà lượng phế liệu có thể lên đến 60% sản lượng khai thác được. Ví dụ tôm càng xanh, phần đầu tôm chiếm khoảng 60% khối lượng toàn bộ, với tôm sú thì đầu chiếm khoảng 40% so với khối lượng toàn bộ. Đối với sản phẩm tôm bóc nõn và rút ruột mất mát theo vỏ và đuôi khoảng 25%. Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy tỷ lệ của phế liệu tôm từ 30-70% (Watkin và cộng sự, 1982 [50]. Holanda và Netto (2006) cho rằng phế liệu tôm có thể chiếm 50-70% so với nguyên liệu [32]. Phần lớn tôm được đưa vào chế biến dưới dạng bóc vỏ, bỏ đầu. Phần đầu thường chiếm khối lượng 34-45%, phần vỏ, đuôi và chân chiếm 10-15% trọng lượng của tôm nguyên liệu. Tuy nhiên, tỷ lệ này tuỳ thuộc vào giống loài và giai đoạn sinh trưởng của chúng [8] [9]. 4 Bảng 1.1. Thành phần khối lượng của một số loài tôm [9] Loài tôm Tôm vỏ bỏ đầu (%) Tôm thịt(%) Đầu tôm (%) Vỏ tôm (%) He 61,19 52,05 29,80 10,00 Thẻ 62,95 53,62 28,00 9,00 Sú 61,96 52,84 31,40 8,90 Rằn 58,23 48,60 33,90 10,40 Gân 59,30 41,45 33,14 11,27 Chì 57,71 47,43 31,85 11,07 Bột 60,32 49,02 31,55 12,15 Rảo 58,68 46,49 33,20 12,20 Vàng 60,25 48,04 31,75 13,07 Sắt 50,47 39,15 42,38 11,62 Càng 40,22 31,61 51,95 8,56 Hùm 28,07 22,20 63,40 5,50 Mũ ni 41,52 30,74 52,02 12,57 1.1.2. Thành phần hóa học của phế liệu tôm Thành phần chiếm tỷ lệ đáng kể trong đầu tôm là protein, chitin, khoáng, sắc tố. Tỷ lệ các thành phần này không ổn định, chúng thay đổi theo giống, loài, đặc điểm sinh thái, sinh lý,…Thành phần chitin và protein trong vỏ tôm tươi tương ứng là 4,50% và 8,05%. Trong vỏ tôm khô là 11 – 27,50% và 23,25 – 53%. Hàm lượng chitin, protein, khoáng và carotenoid trong phế liệu vỏ tôm thay đổi rất rộng phụ thuộc vào điều kiện bóc vỏ trong quá trình chế biến cũng như phụ thuộc vào loài, trạng thái dinh dưỡng, chu kỳ sinh sản. Vỏ giáp xác chứa chủ yếu là protein (30 – 40%), khoáng (30 – 50%), chitin (13 – 42%) [45]. 5 Bảng 1.2. Thành phần (%) đầu và vỏ tôm [17] Bộ phận Protein thực Chất béo Chitin Tro Canxi Photpho Đầu 53,5 8,9 11,1 22,6 7,2 1,69 Vỏ 22,8 0,4 27,2 11,7 11,1 3,16 1.1.3. Các hướng tận dụng phế liệu tôm Phế liệu tôm có thể tận dụng để thu hồi protein, astaxanthin, chitin, chitosan và enzyme protease. Qua nhiều tài liệu khoa học, có thể tổng kết các lĩnh vực ứng dụng khác nhau của phế liệu tôm như sau: Thức ăn gia súc Phế liệu tôm Chiết rút enzyme Công nghiệp thực phẩm Công nghiệp dược Khử protein Thu hồi protein Bổ sung vào thực phẩm Khử khoáng Bổ sung vào thức ăn chăn nuôi Chitin Deacetyl hóa Chiết rút astaxanthin Ứng dụng trong công nghiệp dược Sản xuất thức ăn cho tôm, cá, gia súc Ứng dụng trong nông nghiệp Ứmg dụng trong các ngành khác Chitosan Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm Ứng dụng trong công nghiệp dược Ứng dụng trong công nghiệp sinh học Hình 1.1. Sơ đồ ứng dụng của phế liệu tôm 6 1.2. CÁC SẢN PHẨM CÓ GIÁ TRỊ TỪ PHẾ LIỆU TÔM 1.2.1. CHITIN, CHITOSAN 1.2.1.1. Giới thiệu chung về chitin, chitosan Chitin là polymer hữu cơ phong phú thứ hai trên trái đất sau cellulose. Nhiều nghiên cứu cho rằng chitin có cấu trúc tuyến tính gồm các đơn vị N – acetyl – β – D glucosamine nối với nhau nhờ cầu nối β – 1,4 glucoside. + Công thức phân tử: (C32H54 N4O21)n, n: tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu Ví dụ: Ở tôm hùm n = 700-800, ở tôm thẻ n = 400-500, ở cua n = 500-600 + Công thức cấu tạo của chitin Hình 1.2. Công thức cấu tạo của Chitin Phân tử lượng: MChitin = (203,09)n - Chitin có màu trắng, không hòa tan trong nước, trong môi trường kiềm, acid loãng và các dung dịch hữu cơ như este, rượu nhưng nó lại tan được trong dung dịch đặc nóng của muối trung tính thyoxyanat liti và thyoxyanat calci, tạo thành dung dịch keo. - Ổn định với chất chống oxy hóa như KMnO4, nước javen, NaClO…người ta lợi dụng tính chất này để sử dụng các chất trên khử màu cho chitin. - Kết tinh ở dạng tinh thể vô định hình, khó hòa tan trong dung dịch amoniac và trong thuốc thử Schweizei sapranora. Điều này có thể do nhóm amino acid (-NHCOCH3 ) ngăn cản sự tạo thành các phức hợp cần thiết. - Có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại ở bước sóng 884 – 890 cm. - Là polysaccharite nguồn gốc tự nhiên, có hoạt tính sinh học cao, có tính hòa hợp sinh học và tự phân hủy trên da. - Bị enzyme lyozyme – một loại enzyme chỉ có trên cơ thể người, phân giải 7 thành monome N – acetyl – D – Glucosamine. - Khi đun nóng chitin trong HCl đậm đặc tạo thành 88,5% D-Glucosamin và 21,5% acid acetic. - Khi đun nóng chitin trong NaOH đậm đặc thì chitin bị mất gốc acetyl tạo thành chitosan (C6H11O4)n. Chitosan là dạng N-deacetyl của chitin, khi deacetyl chitin bằng kiềm đặc ta thu được chitosan, chitosan là một polymer hữa cơ có cấu trúc tuyến tính từ các đơn vị β – D glucosamine liên kết với nhau nhờ cầu nối β – 1,4 glucoside. Công thức phân tử: (C6H11O4N)n. Phân tử lượng: MChitosan=(161,07)n. Công thức cấu tạo của chitosan Hình 1.3. Công thức cấu tạo của chitosan - Chitosan là một chất rắn, xốp, nhẹ, ở dạng bột có màu trắng ngà, ở dạng vảy có màu trắng trong hay màu hơi vàng. - Chitosan có tính kiềm nhẹ, không hoà tan trong nước, trong kiềm nhưng hoà tan trong acid acetic loãng s ẽ tạo thành một dung dịch keo nhớt trong su ốt. Chitosan khi hoà tan trong dung dịch acid acetic loãng sẽ tạo thành dung dịch keo dương, nhờ đó mà keo chitosan không bị kết tủa khi có mặt của một s ố ion kim loại nặng nh ư: Pb3+, Hg+,… - Chitosan phản ứng với acid đậm đặc tạo muối khó tan. - Chitosan tác dụng với Iốt trong môi trường H2SO4 cho phản ứng lên màu tím. Đây là phản ứng dùng trong phân tích định tính chitosan. - Chitosan là một polymer mang điện tích dương nên được xem là một polycationic (pH<6,5), có khả năng bám dính trên bề mặt có điện tích âm như protein, aminopolysaccharide (alginate), acid béo và phospholipid nhờ sự có mặt của nhóm amino (NH2) (Knorr, 1984, Muzzanelli, 19 96)[47]. 8 - Chitosan có tính kháng nấm, kháng khuẩn cao. - Trên mỗi mắc xích của phân tử chitosan có ba nhóm chức, các nhóm chức này có khả năng kết hợp với chất khác tạo ra các dẫn xuất có lợi khác nhau của chitosan (O-acetylchitosan, N-acetylchitosan, N-phatylchitosan). - Chitosan có tính chất cơ học tốt, không độc, dễ tạo màng, có thể tự phân huỷ sinh học, có tính hoà hợp sinh học cao với cơ thể. 1.2.1.2. Tình hình nghiên cứu sản xuất chitin, chitosan trên thế giới và Việt Nam Việc nghiên cứu về dạng tồn tại, cấu trúc, tính chất lý hoá ứng dụng của chitosan đã được công bố từ những năm 30 của thế kỷ XX. Những nước đã thành công trong lĩnh vực nghiên cứu sản xuất chitosan đó là: Nhật, Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ, Phá p. Cho đến nay trên thế giới đã có nhiều quy trình sản xuất chitin - chitosan, với nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau nhưng chủ yếu là vỏ tôm, cua, ghẹ như: - Quy trình của Stevens [31] Phế liệu tôm tươi Khử protein (NaOH 4%,  = 24 giờ, t0= 300C) Cao hơn 1% Kiểm tra hàm lượng protein Khử khoáng (HCl 4%,  = 24 giờ, t0= 300C) Cao hơn 1% Kiểm tra hàm lượng khoáng Chitin Hình 1.4. Quy trình của Stevens (2002) Học Viện Công Nghệ Châu Á 9 - Quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tôm hùm của Hackman [9] Vỏ tôm Hùm Ngâm HCl HCl 2M T0 phòng  = 5h w/v = 1/10 Rửa trung tính, sấy khô,nghiền mịn Ngâm HCl Li tâm HCl 2M T0 phòng  = 48h w/v = 1/2.5 Rửa trung tính Ngâm NaOH NaOH 1M T0 = 1000C  = 42h w/v = 1/2.5 Li tâm Rửa trung tính Ngâm NaOH NaOH 1M T0 = 1000C  = 12h w/v = 1/2.5 Li tâm Rửa trung tính Rửa sạch bằng li tâm Làm khô Chitin dạng bột màu kem Hình 1.5. Quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tôm hùm của Hackman 10 Nhận xét: Quy trình này gồm nhiều công đoạn, thời gian sản xuất kéo dài 65 giờ nên chỉ có ý nghĩa trong công tác nghiên cứu thí nghiệm vì khi đưa ra sản xuất đại trà thì thiết bị cồng kềnh, tốn kém, hóa chất đắt tiền, dễ hao hụt khi sản xuất. - Quy trình thủy nhiệt của Yamashaki và Nakamichi (Nhật Bản) [9] Vỏ cua khô Khử chất vô cơ HCl 2M T0 = 1200C  = 1h Rửa trung tính Sấy khô Khử protein và chitin NaOH 15M T0 = 1500C  = 1h Rửa trung tính Sấy khô Chitosan Hình 1.6. Quy trình thủy nhiệt của Yamashaki và Nakamichi (Nhật Bản) Nhận xét: Quy trình đã đơn giản hóa công đoạn, rút ngắn đáng kể thời gian sản xuất so với các quy trình khác. Hóa chất sử dụng ít (HCl và NaOH), chitosan thu được có độ tinh khiết cao. Tuy nhiên sản phẩm chitosan thu được có độ nhớt thấp do nhiệt độ xử lý ở các công đoạn khá cao.