Tài liệu Nghiên cứu sản xuất chitosan từ vỏ tôm sú

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA THUỶ SẢN DƯƠNG THỊ THANH HỒNG NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT CHITOSAN TỪ VỎ TÔM SÚ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CHẾ BIẾN THỦY SẢN 2010 i Đề tài: “Nghiên cứu sản xuất chitosan từ vỏ tôm sú” do sinh viên Dương Thị Thanh Hồng thực hiện và báo cáo ngày 18/05/2010 đã được hội đồng chấm luận văn thông qua. Luận văn đã được chỉnh sửa hoàn chỉnh và được giáo viên hướng dẫn phê duyệt. Cần Thơ, ngày 27 tháng 05 năm 2010 Giáo viên hướng dẫn Ths. LÊ THỊ MINH THỦY i TÓM LƯỢC Đề tài “Nghiên cứu sản xuất chitosan từ vỏ tôm sú” được thực hiện nhằm mục đích tận dụng nguồn phế liệu vỏ tôm sú để sản xuất chitosan một sản phẩm được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực mang lại hiệu quả kinh tế cho ngành Thủy sản, góp phần tạo ra một hướng mới cho việc tận dụng nguồn phế liệu này. Để nghiên cứu quy trình thích hợp trích ly chitosan từ vỏ tôm sú với các thông số kỹ thuật tối ưu cơ bản có ảnh hưởng đến các chỉ tiêu chất lượng của chitosan thành phẩm, thí nghiệm tiến hành khảo sát: Thời gian ngâm HCl và nồng độ HCl xử lý tối ưu để khử khoáng trong vỏ tôm sú; Thời gian ngâm NaOH và nồng độ NaOH xử lý tối ưu để khử protein trong vỏ tôm sú. Từ kết quả của thí nghiệm cho phép rút ra các thông số kỹ thuật tối ưu cho quy trình trích ly chitosan từ vỏ tôm sú như sau: Thời gian thích hợp cho việc khử khoáng trong vỏ tôm sú với dung dịch HCl là 48 giờ tương ứng với nồng độ HCl là 4%; Thời gian thích hợp cho việc khử protein trong vỏ tôm sú với dung dịch NaOH là 2 giờ tương ứng với nồng độ NaOH là 8%. ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp em đã gặp không ít khó khăn về nhiều mặt, nhờ sự động viên của gia đình, sự giúp đỡ của thầy cô và các bạn cùng lớp em đã hoàn thành đề tài “Nghiên cứu sản xuất chitosan từ vỏ tôm sú”. Qua đây em xin chân thành cảm ơn: Cô Lê Thị Minh Thủy đã tận tình hướng dẫn, chỉ dạy và truyền đạt cho em những kinh nghiệm quý báo trong suốt khoảng thời gian thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp của mình. Quý thầy cô bộ môn Dinh Dưỡng và Chế biến Thủy Sản trường Đại Học Cần Thơ đã giảng dạy và truyền đạt những kiến thức bổ ích cho em trong suốt thời gian học tập tại trường. Các cán bộ hướng dẫn phòng thí nghiệm đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình thực tập tại phòng thí nghiệm. Cảm ơn các bạn lớp Chế Biến Thủy Sản đã chia sẻ và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài. Chân thành cảm ơn. TP. Cần Thơ, ngày 14 tháng 5 năm 2010 Dương Thị Thanh Hồng iii CAM KẾT KẾT QUẢ Tôi xin cam kết luận văn này được hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên cứu của tôi và các kết quả của nghiên cứu này chưa được dùng cho bất cứ luận văn cùng cấp nào khác. TP. Cần Thơ, ngày 14 tháng 5 năm 2010 Dương Thị Thanh Hồng MỤC LỤC TÓM LƯỢC ............................................................................................................ ii LỜI CẢM ƠN......................................................................................................... iii CAM KẾT KẾT QUẢ .............................................................................................iv MỤC LỤC................................................................................................................v DANH SÁCH BẢNG ..............................................................................................vi DANH SÁCH HÌNH ............................................................................................. vii KÝ HIỆU VIẾT TẮT ........................................................................................... viii PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ .......................................................................................... 1 1.1 Tính cấp thiết của đề tài.................................................................................. 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ....................................................................... 1 1.3 Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 1 PHẦN II: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ........................................................................ 2 2.1 Giới thiệu nguồn nguyên liệu tôm sú .............................................................. 2 2.1.1. Đặc điểm sinh học của tôm sú................................................................. 2 2.1.2. Thành phần dinh dưỡng của tôm sú ........................................................ 2 2.2 Khái quát chung về chitin, chitosan ................................................................ 3 2.3 Chitosan......................................................................................................... 4 2.3.1 Cấu tạo của chitosan................................................................................ 4 2.3.2 Tính chất của chitosan ............................................................................. 4 2.4 Ứng dụng của chitosan ................................................................................... 6 2.4.1 Ứng dụng trong nông nghiệp ................................................................... 6 2.4.2 Ứng dụng trong y dược............................................................................ 6 2.4.3 Ứng dụng trong công nghệ sinh học......................................................... 7 2.4.4 Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm .................................................. 7 2.4.5 Ứng dụng trong một số lĩnh vực khác ...................................................... 8 2.5 Nghiên cứu về chitosan trong và ngoài nước .................................................. 8 2.5.1 Ngoài nước.............................................................................................. 8 2.5.2 Trong nước.............................................................................................. 9 2.6 Một số quy trình công nghệ sản xuất chitin – chitosan ...................................10 2.6.1 Ngoài nước.............................................................................................10 2.6.2 Trong nước.............................................................................................13 PHẦN III: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.........................15 3.1 Phương tiện...................................................................................................15 3.1.1 Nguyên liệu ............................................................................................15 3.1.2 Hóa chất .................................................................................................15 3.1.3 Thiết bị và dụng cụ .................................................................................15 3.2 Phương pháp nghiên cứu ...............................................................................15 3.2.1 Phân tích thành phần nguyên liệu............................................................15 3.2.2 Quy trình dự kiến trích ly chitosan từ vỏ tôm sú......................................16 3.2.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm................................................................18 3.2.4 Công thức tính toán ................................................................................20 3.2.4.1 Độ lệch chuẩn: Sử dụng hàm STDEV(number1;[number2] ;…) trong phần mềm Microsoft Excel để tính độ lệch chuẩn. ...........................................................20 3.2.5 Phương pháp xử lý số liệu ......................................................................21 PHẦN IV: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...............................................................22 4.1 Thành phần hóa học của nguyên liệu vỏ tôm sú.............................................22 4.2 Ảnh hưởng của thời gian ngâm HCl và nồng độ HCl xử lý đến hiệu quả khử khoáng ở vỏ tôm sú .............................................................................................23 4.3 Ảnh hưởng của thời gian ngâm NaOH và nồng độ NaOH xử lý đến hiệu quả khử protein ở vỏ tôm sú ......................................................................................24 4.4 Kết quả xác định độ deacetyl hóa và độ nhớt của sản phẩm chitosan. ............26 4.5 Sơ đồ quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tôm sú đề xuất.................................28 4.6 Dự tính chi phí sản xuất 1kg chitosan từ vỏ tôm sú........................................29 PHẦN V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................30 5.1 Kết luận ........................................................................................................30 5.2 Kiến nghị ......................................................................................................30 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................31 PHỤ LỤC A ...........................................................................................................32 PHỤ LỤC B ...........................................................................................................33 PHỤ LỤC C ...........................................................................................................37 DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1: Thành phần dinh dưỡng của tôm sú.......................................................... 2 Bảng 3.1: Phân tích thành phần nguyên liệu ............................................................15 Bảng 4.1: Kết quả phân tích thành phần nguyên liệu vỏ tôm sú ...............................22 Bảng 4.2: Kết quả phân tích hàm lượng khoáng còn lại trong vỏ tôm sú sau khi được xử lý ở 3 chế độ thời gian và 3 nồng độ HCl khác nhau...........................................23 Bảng 4.3: Kết quả phân tích hàm lượng protein còn lại trong vỏ tôm sú sau khi được xử lý ở 3 chế độ thời gian và 3 nồng độ NaOH khác nhau. ......................................24 Bảng 4.4: Kết quả phân tích độ nhớt các loại chitosan.............................................26 Bảng 4.5: Kết quả phân tích độ deacetyl các loại chitosan .......................................26 Bảng 4.6: Chi phí sản xuất 1kg chitosan từ vỏ tôm sú .............................................29 Bảng 4.7: Giá thành của 4 loại chitosan phân tích ...................................................29 DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1: Tôm sú ..................................................................................................... 2 Hình 2.2: 1. Chitin, 2. Chitosan, 3. Cellulose............................................................ 3 Hình 2.3: Phản ứng tạo chitosan từ chitin................................................................. 3 Hình 2.4: Công thức cấu tạo của chitosan................................................................. 4 Hình 2.5: Quy trình thủy nhiệt Yamasaki và Nakamichi (Nhật Bản)........................10 Hình 2.6: Quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tôm hùm của Hackman........................11 Hình 2.7: Quy trình sản xuất chitosan của Pháp ......................................................12 Hình 2.8: Quy trình sản xuất chitosan của Trung tâm Cao phân tử - Viện khoa học Việt Nam ................................................................................................................13 Hình 2.9: Quy trình sản xuất chitin của Xí nghiệp Thủy đặc sản Hà Nội .................14 Hình 3.1: Sơ đồ quy trình dự kiến trích ly chitosan từ vỏ tôm sú .............................16 Hình 3.2: Sơ đồ bố trí thí nghiệm ............................................................................18 Hình 3.3: Sơ đồ bố trí thí nghiệm ............................................................................19 Hình 3.4: Sơ đồ bố trí thí nghiệm ............................................................................20 Hình 4.1: Đồ thị biểu diễn hàm lượng khoáng còn lại trong vỏ tôm sú sau khi được xử lý ở 3 chế độ thời gian và 3 nồng độ HCl khác nhau...........................................23 Hình 4.2: Đồ thị biểu diễn hàm lượng protein còn lại trong vỏ tôm sú sau khi được xử lý ở 3 chế độ thời gian và 3 nồng độ NaOH khác nhau. ......................................25 Hình 4.3: Đồ thị biểu diễn độ deacetyl và độ nhớt của các loại chitosan ..................27 Hình 4.4: Quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tôm sú với các thông số đã khảo sát.....28 ctv DD TB VNĐ w/v KÝ HIỆU VIẾT TẮT Cộng tác viên Độ deacetyl Trung bình Việt Nam đồng Khối lượng nguyên liệu/thể tích PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Thủy sản Việt Nam đã phát triển mạnh trong những năm gần đây trở thành ngành kinh tế quan trọng tạo nguồn thu ngoại tệ đáng kể cho đất nước. Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, ước tính xuất khẩu thuỷ sản tháng 8 năm 2009 đạt 450 triệu USD, đưa tổng giá trị xuất khẩu cả nước 8 tháng đầu năm 2009 lên 2,65 tỷ USD. Đối với các mặt hàng xuất khẩu thì mặt hàng tôm (tôm đông lạnh và tôm chế biến) chiếm vị trí số một với khối lượng xuất khẩu hơn 95.000 tấn với thị trường xuất khẩu chính theo thứ tự là Nhật, Mỹ, Châu Âu. (http://www.khuyennongvn.gov.vn) Cùng với sự gia tăng khối lượng tôm xuất khẩu thì một lượng lớn phế liệu của ngành chế biến tôm đã thải ra. Theo thống kê của Trung tâm Nghiên cứu Chế biến Thủy sản trường Đại học Thuỷ sản Nha Trang 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. Việc nghiên cứu trích ly chitosan một sản phẩm được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như thực phẩm, nông nghiệp, môi trường, y học và mỹ phẩm từ vỏ tôm phục vụ sản xuất trong nước và xuất khẩu, mang lại hiệu quả kinh tế cho ngành Thuỷ sản . Từ thực tế trên cho thấy việc tận dụng nguồn phế liệu vỏ tôm để sản xuất chitosan đang là một nhu cầu cần thiết và ý nghĩa hiện nay, đề tài “Nghiên cứu sản xuất chitosan từ vỏ tôm sú” đã được thực hiện. 1.2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu quy trình thích hợp để trích ly chitosan từ vỏ tôm sú. Tối ưu hóa các thông số kỹ thuật cơ bản có ảnh hưởng đến các chỉ tiêu chất lượng của chitosan trong quá trình sản xuất chittosan từ vỏ tôm sú. 1.3 Nội dung nghiên cứu Khảo sát thời gian ngâm HCl và nồng độ HCl xử lý tối ưu để khử khoáng. Khảo sát thời gian ngâm NaOH và nồng độ NaOH xử lý tối ưu để khử protein. PHẦN II: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Giới thiệu nguồn nguyên liệu tôm sú 2.1.1. Đặc điểm sinh học của tôm sú Tên tiếng Anh: Black Tiger Shrimp. Tên khoa học: Penaeus monodon Fabracius. Ngành chân khớp Lớp giáp xác Bộ 10 chân Họ tôm he Giống Penaeus Loài Penaeus monodon. Hình 2.1: Tôm sú Sống nơi có bùn pha cát, vùng nước lợ và nước mặn. Có khả năng chịu được sự biến động về độ mặn rất lớn từ 0,02-7%, độ mặn tối ưu là 1-1,5%. Là loài động vật sinh hoạt về đêm, ăn động vật dưới đáy bùn, bã hữu cơ, xác động vật chết, thịt các loài nhuyễn thể, giun nhiều tơ và giáp xác. Thuộc loại động vật máu lạnh, thân nhiệt thay đổi theo nhiệt độ môi trường bên ngoài. Tôm sú có đặc điểm sinh trưởng nhanh, trong 3 – 4 tháng có thể đạt cỡ trung bình là 40 – 50g. Tôm sú được thu hoạch từ tháng 4 đến tháng 9 là chủ yếu. 2.1.2. Thành phần dinh dưỡng của tôm sú Bảng 2.1: Thành phần dinh dưỡng của tôm sú Thành phần dinh dưỡng tính trên 100g sản phẩm ăn được Thành phần Khối lượng Nước 76-79g Protid 19-33g Lipid 0,3-1,4g Tro 1,3-1,87g 29-50mg Canxi Photpho 33-67,6mg Natri 11-127mg 127-565mg Kali (Trần Đức Ba và Nguyễn Văn Tài, 2004) 2.2 Khái quát chung về chitin, chitosan Chitin, chitosan là polymer hữu cơ phổ biến trong thiên nhiên sau cellulose, chúng được tạo ra trung bình 20g trong 1 năm/1m2 bề mặt trái đất. Hình 2.2: 1. Chitin, 2. Chitosan, 3. Cellulose Trong thiên nhiên, chitin tồn tại ở cả động vật và thực vật. Ở động vật thủy sản đặc biệt là trong vỏ tôm, cua, ghẹ, hàm lượng chitin chiếm tỷ lệ khá cao, từ 14 ÷ 35% so với trọng lượng khô. Chitosan là sản phẩm được sản xuất từ chitin sau khi xử lý chitin trong kiềm đặc nóng. Chitosan có được những tính chất đặc biệt hơn chitin nên khả năng ứng dụng của chitosan rất rộng rãi. Hình 2.3: Phản ứng tạo chitosan từ chitin 2.3 Chitosan 2.3.1 Cấu tạo của chitosan Chitosan là một polysaccharide mạch thẳng được cấu tạo từ các mắc xích D-glucosamin liên kết với nhau bởi các liên kết β -1,4- glucoside. Công thức phân tử của chitosan: (C6H11O4N)n Phân tử lượng: Mchitosan = (161,07)n Hình 2.4: Công thức cấu tạo của chitosan (http: www.hoahocvietnam.com) 2.3.2 Tính chất của chitosan Chitosan là chất rắn, xốp, nhẹ, ở dạng bột có màu trắng ngà, dạng vẩy có màu trắng trong hay hơi vàng. Không mùi, không vị. Chitosan có tính kiềm nhẹ, không hòa tan trong nước và trong kiềm nhưng hòa tan trong dung dịch acid acetic loãng tạo thành dung dịch keo dương, nhớt và trong suốt. Chitosan không độc, an toàn cho người khi sử dụng làm thực phẩm, dược phẩm, có tính hòa hợp cao đối với cơ thể, có khả năng tự phân hủy sinh học. Chitosan có nhiều tác dụng sinh học như: khả năng hút nước, giữ ẩm, kháng nấm, kháng khuẩn với nhiều chủng loại khác nhau, kích thích tăng sinh tế bào ở người và động thực vật, có khả năng nuôi dưỡng tế bào trong điều kiện nghèo dinh dưỡng. Chitosan có độ tinh khiết càng cao thì càng dễ tan, màu sắc dung dịch hòa tan có độ trong cao, có tính kết dính cao và được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực hơn. Độ deacetyl hóa là một thông số quan trọng, chỉ mức độ chuyển hóa chitin thành chitosan. Phân tử lượng của chitosan cũng là một thông số quan trọng quyết định tính chất của chitosan như khả năng kết dính, tạo màng, tạo gel, khả năng hấp phụ chất màu. Trong vỏ tôm, chitin hầu hết ở trạng thái liên kết với protein, CaCO3 và các hợp chất hữu cơ khác tạo nên bộ khung của vỏ. Chitin dưới tác dụng của kiềm hoặc enzyme chitinase sẽ bị mất nhóm –CO-CH3 tạo thành chitosan. Do vậy nguyên tắc chung trong sản xuất chitosan là phải dùng các biện pháp công nghệ khử bỏ các tạp chất phi chitin và loại bỏ gốc acetyl –CO-CH3 theo sơ đồ chung sau: Vỏ tôm → Khử khoáng → Khử protein → Deacetyl → Chitosan Khử khoáng: Trong vỏ tôm, thành phần khoáng chủ yếu là muối CaCO3 và rất ít Ca3(PO4)2. Nên người ta thường dùng các loại acid như HCl, H2SO4… để khử khoáng. Khi khử khoáng, nếu dùng HCl thì cho hiệu quả cao hơn. Nếu dùng H2SO4 sẽ tạo muối khó tan khi lưu chuyển nước ngâm chậm. Phản ứng của HCl để khử khoáng cacbonate canxi và photphat caxni như sau: CaCO3 + HCl = CaCl2 + CO2 + H2O Ca3(PO4)2 + 6HCl = 3 CaCl2 + 2 H2PO4 Trong quá trình rửa thì muối CaCl2 tạo thành được rửa trôi, nồng độ HCl có ảnh hưởng lớn đến chất lượng của chitosan thành phẩm, đồng thời nó ảnh hưởng lớn tới thời gian và hiệu quả khử khoáng. Thời gian xử lý phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ HCl, với nhiệt độ thường thì thời gian xử lý ngắn, song ta chỉ sử dụng nồng độ HCl với một mức độ nhất định. Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến tốc độ khử khoáng. Nhiệt độ càng cao thì rút ngắn thời gian khử khoáng. Tuy nhiên ở nhiệt độ cao HCl bay hơi gây ô nhiễm môi trường, đồng thời nhiệt độ cao nó sẽ làm thuỷ phân cắt mạch polysacaride của chitin - chitosan trong môi trường acid, do đó nó sẽ làm cho mức độ trùng hợp của polymer chitin giảm, dẫn đến làm giảm độ nhớt của sản phẩm chitosan sau này. Qua nghiên cứu thực tiễn sản xuất người ta thường khử khoáng ở nhiệt độ phòng. Tỷ lệ nguyên liệu và dung dịch HCl (%) cũng ảnh hưởng tới hiệu quả khử khoáng. Nếu tỷ lệ này cao thì hiệu quả khử khoáng thấp do không đủ lượng HCl cần để phản ứng hết lượng khoáng có trong nguyên liệu. Nếu tỷ lệ này nhỏ có nghĩa là lượng dịch HCl sử dụng cao gây cồng kềnh thí nghiệm, chi phí tốn kém, giảm năng suất dây chuyền, khả năng cắt mạch polymer lớn làm giảm chất lượng chitosan sau này. Trong quá trình ngâm acid phải thường xuyên khuấy đảo vì lượng khoáng trong nguyên liệu Ca3(PO4)2 tác dụng với HCl sinh ra muối Ca(H2PO4)2 Ca3(PO4)2 + 4HCl = 2CaCl2 + Ca(H2PO4)2 Muối Ca(H2PO4)2 có tính aicd, trong điều kiện sự tuần hoàn của acid chậm có có thể tác dụng với Ca3(PO4)2 tạo thành CaHPO4 không hoà tan trong nước Ca3(PO4)2 + Ca(H2PO4)2 = 4 CaHPO4 Khử protein: Protein → acid amin + peptit → hòa tan vào dịch rửa Daecetyl: Có thể dùng các tác nhân hoá học là NaOH đậm đặc hoặc tác nhân sinh học là enzym deacetylaza vi khuẩn để khử acetyl của chitin để tạo thành chitosan. 2.4 Ứng dụng của chitosan 2.4.1 Ứng dụng trong nông nghiệp Chitosan được dùng như một thành phần chính trong thuốc phòng trừ nấm bệnh (đạo ôn, khô vằn,...), làm thuốc kích thích sinh trưởng cây trồng như lúa, cây công nghiệp, cây ăn quả, cây cảnh... Chitosan không độc hại, giữ tác dụng lâu trên lá, cây, làm tăng việc tạo diệp lục trên lá, tăng khả năng đâm rễ, thúc đẩy quá trình ra hoa kết quả tăng năng suất thu hoạch cây trồng. Chitosan được sử dụng để bọc nang các hạt giống nhằm mục đích ngăn ngừa sự tấn công của nấm trong đất, đồng thời nó còn có tác dụng cố định phân bón, thuốc trừ sâu, tăng cường khả năng nẩy mầm của hạt. Viện Khoa học nông nghiệp miền Nam và Trung tâm công nghệ sinh học Thủy sản cùng tham gia nghiên cứu tác dụng của chitosan lên một số loài hạt dễ mất khả năng nảy mầm và góp phần thúc đẩy sinh trưởng, phát triển của cây trồng ngoài đồng. Kết quả là có khả năng kéo dài thời gian sống và duy trì khả năng nảy mầm tốt của hạt giống cà chua và hạt giống đậu cô ve sau thời gian bảo quản 9 – 12 tháng trong điều kiện bình thường. 2.4.2 Ứng dụng trong y dược Trong kỹ nghệ bào chế dược phẩm, chitosan có thể dùng làm chất phụ gia như làm tá dược độn, tá dược dính, chất tạo màng viên nang mềm và cứng và chất mang sinh học dẫn thuốc... Theo nghiên cứu dùng chitosan làm tá dược dính trong một số công thức viên có dược chất dễ bị tác động bởi các ion kim loại nặng của Nguyễn Thị Ngọc Tú, Nguyễn Phúc Khuê và Nguyễn Thị Thanh Hải cho kết quả chitosan làm tá dược dính trên viên vitamin C tốt ngang PVP và là tác nhân khóa kim loại nặng tương tự EDTA_Na2. Chitosan và các dẫn xuất của nó được dùng làm thuốc chữa bệnh, thuốc hạ cholesterol trong máu, thuốc chữa vết thương, vết bỏng, thuốc chữa đau dạ dày, thuốc chống đông tụ máu, tác dụng tăng cường miễn dịch cơ thể. Khoa dược trường Đại học Y Dược Thành phố Hồ Chí Minh đã nghiên cứu thuốc chữa viêm loét dạ dày, tá tràng từ chế phẩm của chitosan: gel chitosan, gel chitosan và Al(OH)3. Nguyễn Thị Ngọc Tú và ctv đã nghiên cứu và bào chế thành công thuốc kem chữa bỏng Polysan và màng băng sinh học Pochisan từ chitosan. Polysan có tác dụng kích thích mô phát triển tạo điều kiện cho viết thương mau liền, không bị nhiễm trùng, không để lại sẹo. Pochisan có tác dụng che phủ, điều trị vết thương, vết bỏng sâu và dùng trong phẫu thuật vá da, cầm máu các vết thương, vết mổ và chống sưng u. 2.4.3 Ứng dụng trong công nghệ sinh học Chitosan là một chất mang phù hợp cho sự cố định enzym tế bào. Enzym cố định tế bào là một chất xúc tác sinh học hoạt động trong một không gian linh hoạt. Enzym cố định cho phép mở ra việc sử dụng rộng rãi enzym trong công nghiệp, trong y khoa, khoa học phân tích... Đặc điểm quan trọng của các nguyên liệu được sử dụng làm chất mang enzym là diện tích bề mặt trên một đơn vị thể tích hay trọng lượng phải rộng, không bị phân giải, không tan, bền vững với các yếu tố hóa học, giá rẻ, dễ kiếm. Trong các loại polyme thì chitin và chitosan thỏa mãn yêu cầu trên. Qua nhiều nghiên cứu cho thấy chitosan là một nguyên liệu dẻo, linh hoạt, nó có thể cố định enzym bằng các hấp phụ đơn giản, bằng hấp phụ dạng lưới hay dạng gel hay bằng liên kết ion qua nhân tố chức năng trung gian hoặc ở dạng thể vùi. 2.4.4 Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm Màng chitosan được sử dụng thay thế polyetylen để sản xuất giấy bóng kính, làm màng bao bọc thực phẩm, hoa quả, rau tươi hoặc để bọc lót các linh kiện khác. Chitosan được xem như một phụ gia tạo độ cứng, tạo keo, khử acid của trái cây, lọc trong các loại nước ép hoa quả, rượu bia và nước ngọt, tăng cường mùi vị tự nhiên. Chitosan sử dụng để chống hiện tượng mất nước trong quá trình làm lạnh, làm đông thực phẩm. Dung dịch keo chitosan có thể bọc hạt gel alginat trong việc cố định tế bào nấm men để lên men rượu và dịch quả nhiều lần. 2.4.5 Ứng dụng trong một số lĩnh vực khác Do cấu trúc tương tự xenlulose nên chitosan được nghiên cứu bổ sung vào nguyên liệu sản xuất giấy. Chỉ cần cho 1% chitosan tính theo trọng lượng vào bột giấy cũng đã đủ làm tăng sức dẻo dai của giấy, tăng độ nét khi in. Chitosan là nguyên liệu quan trọng được dùng để hồ vải chống nước. Hòa tan chitosan trong dung dịch CH3COOH loãng 1,5% cùng với acetat nhôm và acid stearic đem sơn lên vải khi khô tạo thành màng mỏng chắc bền chịu được nước, cách nhiệt. Vải này được sử dụng để sản xuất vải bao dây điện, những dụng cụ bảo hộ trong sản xuất, nghiên cứu. Chitosan được sử dụng để sản xuất kem giữ ẩm cho da, kem dưỡng da chống nắng và keo định hình tóc. Chitosan còn dùng trong xử lý nước thải công nghiệp, dùng để lọc trong nước sạch tiêu dùng, thanh lọc nước nhiễm chất độc hại và chất phóng xạ do chitosan khóa chặt các ion kim loại như : Hg2+, Pb2+ và U2+. 2.5 Nghiên cứu về chitosan trong và ngoài nước 2.5.1 Ngoài nước Từ những năm 30 của thế kỷ XX việc nghiên cứu về dạng tồn tại, cấu trúc tính chất hóa lý và ứng dụng của chitin-chitosan được đưa vào ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực và đạt hiệu quả cao. Hoạt động chống vi sinh vật của chitosan bị ảnh hưởng bởi mức độ deacetyl hóa, khối lượng phân tử, nồng độ, pH và loại vi sinh vật. Nghiên cứu cho thấy 3 mg/ml là nồng độ chitosan tối thiểu ức chế sự hình thành bào tử Botrylic cinerea và ở mức 5 mg/ml thì theo dõi thấy khả năng ức chế sự phát triển của Rhizopus stolonifer là 76% (Ghaouth và ctv, 1992). Cách thức ức chế của chitosan lên sự phát triển của một số loài vi sinh vật gây hư hỏng thực phẩm có thể được hiểu là sự tương tác của chitosan lên màng hoặc các cấu tử của vách tế bào, kết quả là làm tăng khả năng thẩm thấu của màng và sự rò rỉ chất khô từ tế bào hoặc có thể là nhờ vào khả năng liên kết với nước và ức chế hoạt động của những enzyme khác nhau. Chitosan còn tác động sinh học và thấm hút chất dinh dưỡng của vi khuẩn, ức chế sự phát triển của chúng (Darmadji và ctv, 1994). Chitosan còn được nghiên cứu làm màng bao bọc viên thức ăn cho động vật thủy sản làm tăng độ ổn định của viên thức ăn. Khi tăng nồng độ chitosan sử dụng thì độ ổn định của thức ăn tăng lên đáng kể. Tuy nhiên, khi sử dụng nồng độ chitosan là 0,3% thì viên thức ăn hình thành một lớp vỏ cứng, không phù hợp tính chất của thức ăn động vật thủy sản. Vì vậy, nồng độ 0,2% được chọn là nồng độ thích hợp cả về độ ổn định và thỏa mãn yêu cầu của thức ăn động vật thủy sản. Việc bổ sung chitosan vào thức ăn làm tăng độ ổn định thành phần dinh dưỡng và tính an toàn của thức ăn trong quá trình chế biến và bảo quản vì chitosan có tính kháng nấm, kháng khuẩn và chống oxy hóa (Hirano, 1996; Kim và cộng sự, 2007). Ứng dụng những tính chất trên chitosan được nghiên cứu làm màng bao bảo quản thực phẩm. Sử dụng dung dịch chitosan (hòa tan 5 g chitosan trong 500 ml acid acetic 1%) làm bao gói bảo quản cá thì thấy cá có bảo quản bằng màng chitosan kéo dài thời gian bảo quản tới 2 tháng trong khi cá không được bảo quản bằng màng chitosan thì thời gian bảo quản chỉ kéo dài tối đa 1 tháng trong cùng một điều kiện bảo quản (Attaya Kungsuwan và ctv, 1997). 2.5.2 Trong nước Việc nghiên cứu sản xuất chitin – chitosan và các ứng dụng của chúng trong sản xuất phục vụ đời sống là một vấn đề tương đối mới mẻ ở nước ta. Gần đây trước yêu cầu xử lý phế liệu thủy sản đông lạnh đang ngày càng cấp bách, trước những thông tin kỹ thuật mới về chitin – chitosan cũng như tiềm năng thị trường của chúng đã thúc đẩy các nhà khoa học Việt Nam bắt tay vào nghiên cứu hoàn thiện quy trình sản xuất chitin – chitosan đồng thời nghiên cứu các ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực sản xuất công nghiệp. Hiện nay được biết có một số cơ sở đang nghiên cứu sản xuất chitin – chitosan trong đó Trung tâm Chế biến trường Đại học Thủy sản Nha Trang là nơi sản xuất chitosan có chất lượng cao, ứng dụng mạnh mẽ vào một số cơ sở sản xuất và nghiên cứu ở nước ta và đã chào hàng đi Thái Lan. Sản phẩm chitosan của trường Đại học Thủy sản Nha Trang đã góp phần giảm nhập khẩu chế phẩm này ở nước ta. Quá trình khử protein là một trong những quá trình quan trọng trong quy trình sản xuất chitosan, được quan tâm và nghiên cứu đến nhiều nhằm mục đích tìm ra phương pháp khử protein tối ưu. Một số nghiên cứu theo phương pháp sinh học cho rằng có thể sử dụng enzyme protease để thay thế NaOH trong quy trình hóa học. Enzyme protease thường được sử dụng là papain, bromelain và các enzyme động thực vật, vi sinh vật. Sử dụng enzyme papain để khử protein trong sản xuất chitosan từ vỏ tôm cho sản phẩm có độ nhớt cao đặc biệt độ deacetyl, độ tan và hiệu suất quy trình có ưu thế hơn hẳn (Trần Thị Luyến và ctv, 2001). Sử dụng chế phẩm protease Flavourzyme để thủy phân protein trong phế liệu đầu vỏ tôm đạt hiệu suất thủy phân cao, đồng thời giảm thiểu lượng hóa chất sử dụng trong quá trình sản xuất một cách đáng kể. Chitosan thu được từ chitin sản xuất theo quy trình cải tiến, kết hợp với enzym có độ nhớt cao so với sản xuất theo phương pháp hóa học truyền thống. Đây là hướng đi phù hợp cho mục đích sản xuất chitin, chitosan theo hướng phát triển bền vững, giảm thiểu lượng hóa chất sử dụng, năng cao chất lượng chitin, tận thu protein và asthaxanthin (Trang Sĩ Trung và ctv, 2007). Màng bao chitosan được xem như là một loại bao bì có tính năng bảo vệ và có thể sử dụng như thực phẩm mà không hề ảnh hưởng đến môi trường chung quanh. Đặc biệt sản phẩm có thể sử dụng để bọc các loại thực phẩm tươi sống giàu đạm, dễ hư hỏng như cá, thịt ...(Bùi Văn Miên và Nguyễn Anh Trinh, 2003). 2.6 Một số quy trình công nghệ sản xuất chitin – chitosan 2.6.1 Ngoài nước 2.6.1.1 Quy trình thủy nhiệt Yamasaki và Nakamichi (Nhật Bản) Vỏ cua khô Khử khoáng khô HCl 2M τ : 1h T = 120oC Rửa trung tính Sấy khô Khử protein và deacetyl NaOH 15M τ : 1h T = 150oC Rửa trung tính Sấy khô Chitosan Hình 2.5: Quy trình thủy nhiệt Yamasaki và Nakamichi (Nhật Bản) 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.