Tài liệu Hoàn thiện quy trình thu hồi chitin tù vỏ tôm bằng men lactic

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan nội dung bài đồ án tốt nghiệp là được trích lọc và tổng hợp từ các nguồn tài liệu rõ ràng, không sao chép dưới bất kỳ hình thức nào, các số liệu trích dẫn trong bài là trung thực và em xin chịu trách nhiệm về lời cam đoan của mình. TP. HCM, tháng 7 năm 2014 Sinh viên Dương Quốc Xuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cám ơn tất cả quý thầy cô trong trường Đại Học Kỷ Công Nghệ TP.HCM, thầy cô Khoa Công nghệ Sinh Học đã tận tình giãng dạy, truyền đạt kinh nghiệm kiến thức và hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập và tạo điều kiện thực hiện để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Đặc biệt em cám ơn Tiến sĩ Nguyễn Hoài Hương đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện để em thực hiện và hoàn thành tốt đồ án. Sinh viên thực hiện Dương Quốc Xuân ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC Lời cam đoan...................................................................................................................... Lời cảm ơn ........................................................................................................................ Mục lục..............................................................................................................................i Danh mục các hình. ........................................................................................................ iii Danh mục các bảng. ........................................................................................................v CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ...................................................................................... 4 1.1. Tổng quan về tôm sú và nghề nuôi trồng tôm sú tại Việt Nam................... 4 1.1.1 Vị trí phân loại................................................................................................. 4 1.1.2. Vùng phân bố của tôm sú trên thế giới............................................................. 4 1.1.3. Các vùng nuôi tôm chủ yếu tại Việt Nam.......................................................... 4 1.1.4 Các sản phẩm chủ yếu được sản xuất từ tôm sú. ............................................... 5 1.1.5. Các phương pháp xử lý vỏ tôm thải hiện nay. .................................................. 5 1.2 Tổng quan về chitin – chitosan ................................................................. 7 1.2.1 Lịch sử phát hiện chitin – chitosan.................................................................... 7 1.2.2 Nguồn gốc của Chitin. ...................................................................................... 8 1.2.3 Cấu tạo hóa học và đặc điểm củaChitin – Chitosan. ..................................... 110 1.2.4. Cấu trúc chitin – chitosan. ........................................................................... 110 1.2.5. Tính chất hóa học của chitin – chitosan....................................................... 121 1.2.6Ứng dụng của chitin – chitosan. .................................................................... 143 1.2.7. Tình hình sản xuất chitin – chitosan hiện nay .............................................. 187 1.3. Tổng quan về vi khuẩn lactic.................................................................... 243 1.3.1 Khái niệm ..................................................................................................... 243 1.3.2 Đặc tính chung ............................................................................................. 254 1.3.3 Đặc điểm hình thái một số giống LAB chủ yếu.............................................. 265 i ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.3.4 Đặc điểm sinh lý – sinh hóa .......................................................................... 320 1.3.5Giới thiệu các nghiên cứu ứng dụng vi khuẩn lactic vào lên men thu hồi chitin.376 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................38 2.1 Vật liệu nghiên cứu .................................................................................. 38 2.1.1Địa điểm nghiên cứu...................................................................................... 398 2.1.2 Thời gian thực hiện....................................................................................... 398 2.1.3Thiết bị và dụng cụ. ....................................................................................... 398 2.2 Phương pháp luận..................................................................................... 410 2.3 Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 421 2.3.1Thu thập mẫu và nguyên liệu ......................................................................... 421 2.3.2 Xác định các thông số về thành phần hóa học của nguyên liệu đầu vỏ tôm. .. 421 2.3.3Quy trình lên men kéo dài. ............................................................................. 443 2.3.4Xác định nguồn đường................................................................................... 454 2.3.5So sánh hiệu quả thu hồi chitin- chitosan của quy trình hóa học và lên men lactic ............................................................................................................. 465 2.3.6 Phương pháp tiến hành................................................................................. 487 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 565 3.1 Xác định thành phần hoá học của nguyên liệu vỏ đầu tôm....................... 565 3.2 Quá trình lên men kéo dài ......................................................................... 565 3.3 Xác định nguồn đường................................................................................... 60 3.4 So sánh phương pháp hóa học và lên men lactic .................................... 604 3.4.1 So sánh các thông số của chitin thu được từ phương pháp xử lý hóa học và lên men lactic...................................................................................................... 665 3.4.2 So sánh các thông số của chitosan thu được từ phương pháp xử lý hóa học và lên men lactic................................................................................................ 676 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................ 69 3.1 Kết luận........................................................................................................ 69 ii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3.2 Kiến nghị.................................................................................................... 709 Tài liệu tham khảo .................................................................................................... 710 Phụ lục .......................................................................................................................73 iii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Công thức cấu tạo của chitin .............................................................. 11 Hình 1.2Cấu tạo của chitin và chitosan............................................................. 11 Hình 1.3 Quy trình tổng quát thu nhận chitin và sản xuất chitosan từ vỏ đầu tôm ....................................................................................................................... 17 Hình 1.4 Quy trình sản xuất chitin, chitosan từ nguyên liệu vỏ đầu tôm bằng phương pháp thuần túy hóa học của Robert, đại học Nottingham Trent (1998) .......... 19 Hình 1.5 Quy trình lên men vỏ tôm thu nhận chitin của Bhaskar, viện nghiên cứu công nghệ thực phẩm, Ấn Độ, 2010.................................................................... 21 Hình 1.6. Cây phát sinh loài của vi khuẩn lactic. (OwenR. Fennema và cộng sự, 2004) ................................................................................................................... 24 Hình 1.7. Lactobacillus species ........................................................................ 26 Hình 1.8 Streptococcus..................................................................................... 27 Hình 1.9 Leuconostoc....................................................................................... 29 Hình 1.10 Pediococcus sp ................................................................................ 30 Hình 1.11Con đường lên men glucose .............................................................. 34 Hình 2.1. Sơ đồ xử lý vỏ tôm trước khi thí nghiệm........................................... 38 Hình 2.2 Sơ đồ tóm tắt của thí nghiệm xác định các thành phần trong nguyên liệu ....................................................................................................................... 42 Hình 2.3. Sơ đồ thu hồi chitin-chitosan bằng phương pháp hóa học.................. 46 iv ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.4 Quy trình lên men bằng phương pháp sinh học sử dụng rỉ đường....... 47 Hình 2.5 Nhớt kế Ostwald ................................................................................ 53 Hình 3.1 Hàm lượng acid lactic (%) sinh ra trong quá trình lên men kéo dài tại 0, 4 ngày, 7 ngày, 10 ngày ......................................................................................... 56 Hình 3.2 Hàm lượng N-amin (mg/g) sinh ra trong quá trình lên men kéo dài với thời gian 0h, 4 ngày, 7 ngày, 10 ngày .................................................................. 56 Hình 3.3 Biểu đồ thể hiện Hàm lượng N-protein (mg/g) sinh ra trong quá trình lên men kéo dài với thời gian 0h, 4 ngày, 7 ngày, 10 ngày......................................... 57 Hình 3.4 Hiệu quả khử protein (%)sauthời gian lên men 0h, 4 ngày, 7 ngày, 10 ngày . ...................................................................................................................... 58 Hình 3.5 Hiệu quả khoáng (%)sau thời gian lên men 0h, 4 ngày, 7 ngày, 10 ngày ....................................................................................................................... 59 Hình 3.6 Hàm lượng acid lactic (%) sinh ra trong quá trình lên men lactic vỏ, đầu tôm sử dụng đường glucose, saccharose và rỉ đường sau thời gian 10 ngày......... 60 Hình 3.7 Hàm lượng N-amin (mg/g) sau 10 ngàylên men lactic vỏ, đầu tôm sử dụng đường glucose, saccharose và rỉ đường ............................................................. 61 Hình 3.8 Hàm lượng nito protein (mg/g) sau 10 ngày lên men lactic vỏ, đầu tôm sử dụng đường glucose, saccharose và rỉ đường ................................................. 61 Hình 3.9 Hiệu quả khử protein (%)sau 10 ngày lên men lactic vỏ, đầu tôm sử dụng đường glucose, saccharose và rỉ đường ............................................................. 62 Hình 3.9 Biểu đồ thể hiện hiệu quả khử khoáng (%) của 3 môi trường sử dụng đường glucose, saccharose và rỉ đường sau thời gian 10 ngày.................................... 63 Hình 3.10 Chitin và chitosan thu được............................................................. 64 v ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3.11 Phản ứng màu xác định chitosan của mẫu xử lý bằng phương pháp hóa học và lên men lactic........................................................................................... 66 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần chất hữu cơ trong loài động vật chân đốt ......................... 9 Bảng 2.1 Chuẩn bị dung dịch albumin chuẩn .................................................... 50 Bảng 3.1 Thành phần hóa học của vỏ tôm......................................................... 55 Bảng 3.2 Hiệu quả khử protein (%) của quá trình lên men kéo dài với thời gian 0h, 4 ngày, 7 ngày, 10 ngày ....................................................................................... 57 Bảng 3.3 Hiệu quả khoáng (%) của quá trình lên men sau thời gian lên men 0h, 4 ngày, 7 ngày, 10 ngày ............................................................................................. 58 Bảng 3.4 Hiệu quả khử protein (%)sau 10 ngày lên men lactic vỏ, đầu tôm sử dụng đường glucose, saccharose và rỉ đường ............................................................. 62 Bảng 3.5 Hiệu quả khử khoáng (%)sau 10 ngày lên men lactic vỏ, đầu tôm sử dụng đường glucose, saccharose và rỉ đường ............................................................. 62 Bảng 3.6 Hiệu quả khử protein của phương pháp xử lý hóa học và lên men lactic sau 10 ngày sử dụng rỉ đường........................................................................... 65 Bảng 3.7 Hiệu quả khử khoáng của phương pháp xử lý hóa học và lên men lactic sau 10 ngày sử dụng rỉ đường........................................................................... 65 Bảng 3.8 So sánh một số đặc tính chất vật lý chitosan từ chitin theo hương pháp xử lý hóa học hóa học và quá trình lên men lactic...................................................... 67 Bảng 3.9 Giá thành nguyên liệu lên men của phương pháp hóa học và phương pháp lên men lactic khi xử lý 1000g vỏ tôm tạo ra chitin ........................................... 67 vi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài. Nước ta có nguồn thủy sản dồi dào, lượng vỏ giáp xác phế liệu hàng năm rất lớn (năm 2005 là 70.000 tấn). Trong đó có vỏ tôm. Tôm là mặt hàng chủ lực của thủy sản Việt Nam, chủ yếu là tôm đông lạnh. Theo báo cáo của bộ thủy sản, sản lượng tôm năm 2012 cả nước có 1.529 cơ sở sản xuất tôm sú giống, sản xuất được hơn 37 tỷ con giống và có 185 cơ sở sản xuất tôm chân trắng giống, sản xuất được gần 30 tỷ giống. Hiện nay có 30 tỉnh/thành nuôi tôm nước lợ, đã thả nuôi 657.523 ha, đạt sản lượng 476.424 tấn. trong đó diện tích nuôi tôm sú chiếm 94,1% và 67.2% sản lượng. Tương ứng với sản lượng tôm hàng năm sẽ có khối lượng phế liệu khổng lồ gồm đầu và vỏ tôm thải ra môi trường. Hiện nay ở nước ta nguồn phế liệu đầu và vỏ tôm chưa được tận dụng trên quy mô lớn, chủ yếu là làm thức ăn gia súc hay thải ra môi trường gây ô nhiễm. tình trạng trên đặt ra yêu cầu cấp bách là nghiên cứu sử dụng hợp lý và hiệu quả lượng phế liệu để sản xuất ra sản phẩm có giá trị cao. Trên thế giới có nhiều nghiên cứu tái sử dụng vỏ tôm như làm thức ăn gia súc, gia cầm và đặc biệt là thu nhận các hợp chất quý trong vỏ tôm như chitin carotenoid. Hiện nay chitin-chitosan và các sản phẩm nhận được từ chitin –chitosan được ứng dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực của đời sống như y học , nông nghiệp, bảo vệ môi trường… đặc biệt là trong y học chitin-chitosan được coi là polymer dược phẩm. Các quy trình sản xuất chitin trước đây là quy trình xử lý vỏ tôm bằng phương pháp hóa học dùng nhiều hóa chất gây ô nhiễm môi trường. Nhưng hiện nay bên cạnh quy trình hóa học xuất hiện quy trình sản xuất chitin-chitosan bằng sinh học dựa trên vi khuẩn lactic cho hiệu quả cao, thân thiện với môi trường. Quy trình ứng dụng công nghệ sinh học vào sản xuất chitin-chitosan đã bắt đầu được chú ý ở Việt Nam. Những nghiên cứu trước đó đã đề nghị một quy trình lên men lactic thu hồi chitin từ vỏ, đầu tôm nhưng còn nhiều vấn đề cần giải quyết để triển khai thực tế. . Do đó,tôi xin thực hiện đề tài “Hoàn thiện quy trình thu hồi chitin từ vỏ tôm bằng lên men lactic”. 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2. Tình hình nghiên cứu Có rất nhiều công trình nghiên cứu về vấn đề này trên thế giới, đặc biệt là ở Ấn Độ, Nhật Bản, Anh, Pháp…đều tìm được điểm chung là phương pháp lên men lactic vỏ tôm sẽ thu được nguồn chitin dễ dàng tinh sạch và hiệu suất cao hơn so với phương pháp xử lý hóa học ((Rao và Stevens2005; Prameela và cộng sự 2010).?) Tại trường đại học công nghệ tp. Hồ Chí Minhđã có các nghiên cứu về lên men lactic vỏ tôm từ năm 2012 Nguyễn Thị Ngọc Thu 08DSH: khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ nước đối với quá trình lên men vỏ tôm bằng L. acidophilus xác định tỉ lệ nước là 2,5:1 với vỏ tôm nguyên liệu và thời gian lên men 96 giờ Lê Thị Hồng Thủy 09 DSH: “Phân lập, tuyển chọn vi khuẩn lactic từ nem chua cho quá trình lên lactic thu hồi chitin từ vỏ đầu tôm” cho thấy vi khẩn LAB phân lập được mang kí hiệuL5 cho kết quả lên men vỏ đầu tôm tốt nhất; khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ đường lên quá trình lên men lactic cho kết quả cho thấy lượng đường cho kết quả tốt nhất là 20% và không thể giảm hơn nữa; ảnh hưởng của mật độ giống lên quá trình lên men lactic cho thấy mật độ giống cho kết quả lên men tốt nhất là 6,13x106 cfu/ml. Những vấn đề còn tồn tại: Thời gian lên men có thể kéo dài được không, tối đa bao nhiêu ngày. Ảnh hưởng của lên men kéo dài đến hiệu quả khử khoáng và khử protein thế nào? Có thể sử dụng nguồn đường rẻ tiền hơn glucose không ? So sánh phương pháp lên men lactic với phương pháp hóa học có sự khác biệt gì về chitin và sản phẩm cuối cùng là chitosan không? 3. Mục đích nghiên cứu. Hoàn thiện quy trình thu hồi chitin-chitosan từ vỏ tôm bằng lên men lactic giải quyết những vấn đề còn tồn tại nêu trên. 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4. Nhiệm vụ nghiên cứu. Xây dựng quy trình thu hồi chitin-chitosan bằng phương pháp lên men lactic bằng vi khuẩn lactic (LAB) với thời gian lên men để vỏ tôm được xử lý hết và thay thế đường D-Glucose bổu sung bằng nguồn đường rẻ tiền. 5. Phương pháp nghiên cứu. a. Phương pháp luận. Để đạt mục đích thu hồi chitin bằng phương pháp lên men lactichiệu quảđưa ra mục tiêu là chọn ra môi trường lên men với nguyên liệu rẻ tiền. Thời gian lên men để xử lý hết vỏ tôm. So sánh hiệu quả khử khoáng và khử protein với phương pháp hóa học và so sánh tính chất của chitosan thu được từ hai nguồn. Phương pháp xử lí số liệu Sử dụng phần mềm Excel để vẽ đồ thị. Sử dụng phần mền Statghraphics để xử lí số liệu. 6. Các kết quả đạt được của đề tài. Xác định được thời gian lên men . Xác định nguồn đường cho hiệu quả lên men cao, rẻ tiền. So sánh hiệu quả thu hồi chitin-chitosan từ phương pháp hóa học và lên men lactic Xây dựng quy trình lên men lactic hiệu quả. 7. Kết cấu của đồ án tốt nghiệp Đồ án tốt nghiệp gồm có 4 chương: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết quả và biện luận Chương 4: Kết luận và kiến nghị 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về tôm sú và nghề nuôi trồng tôm sú tại Việt Nam 1.1.1 Vị trí phân loại. Ngành: Arthropoda Lớp: Crustacea Bộ: Decapoda Họ chung: Penaeidea Họ: Penaeus Fabricius Giống: Penaues Loài: monodon Tên khoa học: Penaeus monodon Fabricius 1.1.2. Vùng phân bố của tôm sú trên thế giới Phạm vi phân bố của tôm sú khá rộng, từ Ấn Độ Dương qua hướng Nhật Bản, Đài Loan, phía đông Tahiti, phía nam Châu Úc và phía tây Châu Phi (Racek, 1955; Holthuis và Róa, 1965; Motoh, 1981,1985). Nhìn chung, tôm sú phân bố từ kinh độ 30oE đến 155oE, xung quanh các nước vùng xích đạo, đặc biệt là Indonesia, Malaysia, Philippines và Việt Nam. Tôm bột, tôm giống và tôm gần trưởng thành có tập tính sống gần bờ biển và vùng ngập mặn ven vờ. Khi tôm trưởng thành, chúng di chuyển xa bờ vì thích sống ở vùng nước sâu hơn. 1.1.3. Các vùng nuôi tôm chủ yếu tại Việt Nam Theo Tổng cục Thủy sản (Bộ Nông nghiệp – Phát triển nông thôn), Năm 2012 có 30 tỉnh thành nuôi 657500 ha, sản lượng 476400 tấn. Trong đó, diện tích tôm sú là 619300 ha với 298600 tấn, tôm chân trắng là 38100 ha. Đồng bằng sông Cửu Long là vùng nuôi tôm nước lợ chủ yếu của cả nước, với diện tích nuôi tôm là 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 595700ha, sản lượng 358400 tấn (chiếm 90,6% diện tích, 75,2% sản lượng nuôi tôm cả nước). Theo hộ Chế biến và Xuất khẩu Thủy sản Việt Nam cho biết,năm 2012 Việt Nam xuất khẩu tôm sang 92 thị trường với tổng giá trị ước tính đạt 2,25 tỷ USD.Xuất khẩu tôm sú năm đạt 1,16 tỷ USD, chiếm 56,1% tổng giá trị xuất khẩu tôm cả nước, tôm chân trắng đạt 676,6 triệu USD, chiếm 32,8%. 1.1.4 Các sản phẩm chủ yếu được sản xuất từ tôm sú. Tôm tươi được chế biến lạnh đông dưới nhiều dạng như sau:  Tôm nguyên con còn đầu và còn vỏ.  Tôm bỏ đầu: tôm bỏ đầu và còn vỏ.  Tôm bỏ đuôi: tôm bỏ đầu, bỏ ruột và bóc một phần vỏ.  Tôm xẻ lưng, bóc vỏ đến đốt áp chót.  Tôm cánh bướm, bóc vỏ đến đốt áp chót, cắt dọc theo chiều dài sống lưng, xẻ banh ra.  Tôm có 4 đốt đầu được bóc vỏ và cắt theo chiều dài.  Tôm bóc noãn: tôm bỏ đầu, bỏ vỏ và bỏ ruột.  Tôm bóc noãn, xẻ lưng.  Tôm bóc noãn không nguyên vẹn.  Tôm bóc noãn và cắt cánh bướm: tôm bóc noãn được cắt dọc theo chiều dài đến đốt cuối cùng.  Tôm bóc noãn có 4 đốt đầu tiên được cắt theo chiều dài. 1.1.5. Các phương pháp xử lý vỏ tôm thải hiện nay. Trong các quy trình sản xuất tôm lột vỏ, một lượng lớn vỏ tôm bị thải ra ngoài, gây ô nhiễm môi trường, đồng thời trong vỏ tôm thải ra còn rất nhiều chất có thể thu nhận lại. Các Protein, khoáng chất, vi lượng…trong vỏ tôm thải có thể chế biến thành thức ăn gia súc, gia cầm. Ngoài ra, các hợp chất quý như carotenoid, chitin…thu nhận vỏ tôm có rất nhiều ứng dụng trong y học, công nghiệp và nông nghiệp. 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đầu vỏ tôm, phụ phẩm trong ngành chế biến thủy hải sản, đã được nhiều tác giả nghiên cứu và sử dụng làm thức ăn gia súc, có nhiều công trình nghiên cứu về thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của đầu và vỏ tôm. Theo Vũ Duy Giảng (1995), bột đầu tôm được chế biến từ đầu, càng, vỏ tôm là nguồn protein động vật rất tốt cho gia súc, gia cầm. Giá trị dinh dưỡng của bột đầu tôm thấp tôm thấp hơn bột cá và bột máu. Bộ đầu tôm có 33 – 34% protein, trong đó có 4 – 5% lysine và 2,7% methionin. Theo Dương Xuân Tuyển, đầu vỏ tôm tươi đem hấp cách thủy có chứa chất khô là 26,40% và protein thô khoảng 11,38% trong khi protein thô trong vỏ đầu tôm muối chua là 11,20%. Canxi, phosphor là thành phần khá quan trọng trong đầu tôm. Đầu vỏ tôm tươi đem hấp chứa 3,68% canxin và 0,22% phosphor, tro và đầu vỏ tôm ủ chua có hàm lượng canxi 2,15% và phosphor 0,44%. Bột đầu vỏ tôm sấy khô chứa 5,2% canxi và 0,9% phospho (Dương Xuân Tuyển, 1992). Đầu vỏ tôm tươi ít được sử dụng nuôi heo nhưng được sử dụng khá phổ biến như nguồn thức ăn bổ sung đạm trong chăn nuôi vịt đẻ. Vỏ đầu tôm tươi đem hấp được Dương Xuân Tuyển (1992) sử dụng đến 46% và lúa là nguồn thức ăn năng lượng chính nuôi vịt đẻ CV super M tại trại Vigova, cho năng suất trứng 160 quả/năm so với tiêu chuẩn của Anh về năng suất trứng đối với giống bịt bố mẹ 170 quả/năm. Một và tác giả cũng đã sử dụng vỏ đầu tôm ủ chua nuôi heo thịt. Lê Văn Liễn, Nguyễn Thiện (1995), dùng 5% đầu vỏ tôm ủ chua thay thế bột cá trong khẩu phần thức ăn nuôi heo thịt cho kết quả tăng trọng và tiêu tốn thức ăn tương đương khẩu phần có 10% bột cá. (Theo Nguyễn Thị Thu Vân,1997). Tuy nhiên, các phương pháp trên vẫn chưa tận dụng hết các hợp chất trong vỏ tôm như chitin và carotenoid. Những năm gần đây, có rất nhiều nghiên cứu trên toàn thế giới về việ+c thu nhận chitin trong vỏ tôm nhằm tránh lãng phí nguồn tài nguyên này. 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.2. Tổng quan về chitin – chitosan 1.2.1 Lịch sử phát hiện chitin – chitosan. Danh từ “chitin” bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp “tunic” hay “envenlopen” đó có nghĩa lớp vỏ ngoài hay sự bao bọc. Chitin đã được phát hiện bởi Henri braconnot vào năm 1881. Lần đầu tiên ông phân lập được chitin như một hợp chất không tan trong kiềm của một số loại nấm. Hợp chất do Braconnot phân lập được còn rất nhiều tạp chất nhưng ông khẳng định đây không phải là gỗ. Đến năm 1823, Odier đã cô lập được chitin từ cánh cứng của con bọ cánh cứng và cũng phân lập được chitin khi loại khoáng vỏ cua. Từ đó, Odier cho rằng đây là hợp chất cơ bản trong vỏ giáp xác côn trùng. Vào năm 1834, Children phát hiện sự có mặt của nitơ trong chitin, 9 năm sau đó tứ là năm 1843 sự tòn tại của nito trong chitin đã được Lassaigne chứng minh một lần nữa. Đến năm 1859, C.Rouget phát hiện ra một hợp chất mới khi đun hoàn lưu chitin trong dung dịch KOH đặc, có tính chất khác với chitin, ông gọi nó là “modified chitin”. Năm 1876, Ledderhose thủy phân vỏ tôm hùm bằng dung dịch HCl và nhận được một muối Clorua của amin 6C. Ông đề nghị cấu trúc. CHO.(CHOH)4.CH2NH2.HCl Năm 1894, Winterstein phát hiện ra khi sử lý nấm với H2SO4 hay NaOH rồi thủy phân trong HCl thì đều thu được cùng loại monosaccharide và acid acetic. Tuy nhiên, ông ta vẫn gọi hợp chất này là “cellulose”. Cũng trong năm này, khi đun chitin trong dung dịch KOH ở 108oC, Hope – Seyler thu được một hợp chất mới có số nguyên tử giống như trong chitin và gọi nó là chitosan. Năm 1912, Brach và Furth nhận thấy tỉ lệ acid acetic và glucosamine là 1:1, ông gọi nó là “polymer mono acetyl glucosamine”. 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Năm 1928, Meyer và Mark dựa trên phổ nhiễu xạ tia X kết luận rằng chitin và chitosan nằm ở dạng lên kết (1 4) giữa các mắc xích pyranoz. Từ những năm 1930 đến 1940 có rất nhiều nghiên cứu về chitin và chitosan, khoảng 50 phát minh được đăng ký. Với những nghiên cứu của mình, Purchase và Braum chứng minh được chitin là một polysaccharide của glucosamine 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. Vào năm 1948, Matsusshima cũng đã có một phát minh sản xuất glucosamine từ vỏ cua. Năm 1950, người ta đã 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 được xuất bản. Bấy giờ, người ta đã phát hiện tiềm năng của các polymer thiên nhiên này. Nhưng sự cạnh tranh của các loại polymer tổng hợp nên đã kìm hãm sự phát triển thương mại của chitin và chitosan. Cho đến năm 1970, hàng loạt nghiên cứu về chitin và chitosan được tiến hành với mục đích ban đầu là tận dụng nguồn phế liệu dồi dào từ việc chết biến thủy sản (vỏ tôm) nhằm tránh gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã phát hiện ra các tính chất đặc biệt của chitin và các dẫn xuất của chúng nó không những giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường 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, một hội nghị đầu tiên nói về chitin và chitosan diễn ra tại Mỹ và thu hút được sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học trên thế giới. Hiện nay, những nghiên cứu về chitin và chitosan đã đạt những thành công nhất định. Tại Nhật, một chương trình nghiên cứu dài hơn 10 năm cũng bắt đầu khởi động. Trung Quốc, tuy là nước bắt đầu nghiên cứu chậm hơn so với những nước khác nhưng lại đang phát triển rất nhanh trong lĩnh vực này. 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.2.2 Nguồn gốc của Chitin. Chitin được tìm thấy chủ yếu ở hay nguồn sau đây:  Từ động vậy bậc thấp. Chitin là chất hữu cơ chủ yếu trong vỏ mai (bộ xương ngoài của động vật không xương sống). Theo Richard, chitin được tìm thấy trong lớp vỏ cutin của loài chân đốt. Ngoài ra, Chitin còn được 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 bướm. Chitin thường có khoảng 25 đến 50% trên lượng khan của lớp cutin, thành phần khác của yếu là protein và calci carbonat. Bảng 1.1. Thành phần chất hữu cơ trong loài động vật chân đốt. Tỉ lệ phần hữu cơ trong trọng lượng khan Nguồn Chitin % 9 Protein % ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1. Lớp Nhện. Bruthus (bò cạp) 31,9 68,1 Juygale (nhện) 38,2 61,8 23,7 76,3 35,0 - 37,4 62,6 44,2 55,8  Cencer 71,4 13,3  Eugagurus 69,0 31,0 2. Lớp côn trùng.  Châu chấu 2 cánh cứng Periplameta 3. Lớp bọ cánh cứng  Pyliscus 4. Loài bướm.  Boubyx (con tằm ấu trùng) 5. Loài tôm cua. Trừ thực vật bậc thấp, nguồn gốc của chitin trong thực vậy giới hạn ở một số loài nấm và tảo. Trong nấm chitin đóng vai trò như cenlulose trong các loài cây. Người ta đưa 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 phương pháp vi hóa học Roelofsen và Hoette đã tìm thấy chitin trong nấm men. Chitin không hiện diện một mình trong lớp vỏ ngoài của loài nấm mà nó được liên kết với những thành phần khác. Lượng chitin trong một số loài nấm thông thường từ 3% - 5%. 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.2.3 Cấu tạo hóa học và đặc điểm củaChitin – Chitosan. Chitin là một polymer 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 xương của tôm, cua, côn trùng, các động vật giáp xác…Trong các nguyên liệu này, chitin liên kết chặt chẽ với protein, lipid và các muối vô cơ (CaCO3) và các sắc tố màu (astarene, astaxanthin, canthaxanthin, lutin…) Chitosan là dẫn xuất của chitin, nó được tạo thành bởi phản ứng deacetyl hóa chitin. Khi chitin được xử lý với các chất kiềm đậm đặc ở nhiệt độ cao (120oC) trong dung dịch, nó sẽ bị loại nhóm acetyl và bị phân hủy khác nhau để cho ra sản phẩm là chitosan. Vậy chitosan không phải là một chất đơn thuần mà nó là một nhóm sản phẩm của chitin bị loại nhóm acetyl từng phần (Attila E, Pavlath and Dominic W.S.Wong. 1996). 1.2.4. Cấu trúc chitin – chitosan. với 2 – acetamido – 2 – deoxy – Chitin là sự kết hợp giữa liên kết - D – glucose (N – acetylglucosamine). Chitin thường được coi là dẫn xuất cellulose và có chưa 6,9% là N (Black và Schwartz, 1950). Nó có cấu trúc giống cellulose vì có gốc acetamide (-NH-COCH3) ở vị trí C2. Một dẫn xuất khác của chitin, chitosan là một polymer tuyến tính 2 – amino – 2- deoxy – – D – glucopyranose. 11 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.1Công thức cấu tạo của chitin. 1.2.5. Tính chất hóa học của chitin – chitosan Chitin là 1 polysaccharide chứa nitơ, trắng, cứng, không đàn hồi, không tan trong nước và acid yếu, chỉ tan trong một số dung môi, bền trong môi trường kiềm nhưng kém bền trong môi trường acid. Chitin ở thể rắn có độ kết tinh cao do gốc –NHCOCH3 ở vị trí cacbon thứ hai, làm tăng liên kết hydro giữa các mạch và trong mạch với nhau. Chitin ổn định với các chất oxy hóa khử như KMnO4, H2O2, NaClO hay Ca(ClO)2,…có thể lợi dụng tính chất này để khử màu chitin. Khi đun nóng trong môi trường kiềm đậm đặc chitin bị khử gốc acetyl tạo thành chitosan. a. b. Hình 1.2Cấu tạo của chitin (a) và chitosan (b). 12