NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ CHITOSAN TỪ CHITIN

TỔNG LIÊN ĐỒN LAO ĐỘNG VIỆT NAM ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG ® NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ CHITOSAN TỪ CHITIN (MAI MỰC) LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành Chuyên ngành Mã số : Cơng nghệ hóa học : Tổng hợp hữu : GVHD SVTH MSSV : : : VƯƠNG NGỌC CHÍNH VƯƠNG THỊ THU BA 061947H TP HỒ CHÍ MINH, 01/2011 LỜI CẢM ƠN Lời xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Vương Ngọc Chính, người trực tiếp hướng dẫn suốt trình làm luận văn tốt nghiệp Sự dẫn nhiệt tình với kiến thức quý giá cô truyền dạy giúp hiểu thêm đề tài thực Xin chân thành cám ơn thầy cô trường Đại học Tơn Đức Thắng nói chung, thầy khoa Khoa học ứng dụng nói riêng đặc biệt thầy cô công tác mơn Cơng nghệ Hóa học Những người thầy đáng kính truyền dạy kiến thức từ đại cương đến chuyên ngành quý báu cho em, giúp em hồn thành mơn học thời gian học tập trường trình làm việc sau Xin cám ơn thầy cô Bộ mơn hữu cơ, thầy phịng thí nghiệm Hữu trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh Viện Khoa học Vật Liệu Ứng Dụng giúp đỡ em q trình thí nghiệm Cuối cùng, em xin cám ơn anh chị bạn giúp đỡ suốt trình thực đề tài Một lần xin gửi lời cảm ơn, lời chúc sức khoẻ thành công đến tất người! Sinh viên VƯƠNG THỊ THU BA MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH i DANH MỤC BẢNG BIỂU iii DANH MỤC ĐỒ THỊ iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT v LỜI MỞ ĐẦU .vi Chương 1TỔNG QUAN .1 1.1 Tổng quan chitin chitosan 1.1.1 Tổng quan chitin .2 1.1.3 Tổng quan chitosan 1.1.3 Chitosan tinh thể mịn 1.2 Tính chất chitosan 1.2.1 Tính chất vật lý 1.2.2 Tính chất hóa học 10 1.3 Quy trình điều chế chitosan 15 1.3.1 Nguyên tắc chung 15 1.3.2 Sơ đồ quy trình tổng quát điều chế chitosan 16 1.3.3 Một số cải tiến điều chế chitosan 17 1.3.4 Điều chế chitosan tinh thể mịn 17 1.4 Ứng dụng chitosan 17 1.4.1 Trong công nghệ thực phẩm 17 1.4.2 Trong y học - dược phẩm 18 1.4.3 Trong mỹ phẩm 19 1.4.4 Trong xử lý nước thải 20 1.4.5 Trong nông nghiệp 20 1.4.6 Các ứng dụng khác 21 1.5 Tổng quan mai mực ống 21 1.5.1 Mực ống 21 1.5.2 Mai mực 23 1.5.3 Ứng dụng mai mực 24 Chương PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 2.1 Đặt vấn đề 26 2.2 Nội dung nghiên cứu 26 2.3 Phương tiện thí nghiệm 27 2.3.1 Hóa chất 27 2.3.2 Dụng cụ thí nghiệm 27 2.3.3 Thiết bị thí nghiệm 27 2.4 Các phương pháp phân tích 28 2.4.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope – SEM) 28 2.4.2 Phương pháp phổ hồng ngoại FTIR (Fourier transform infrared spectroscopy) 28 2.4.3 Phương pháp nhiễu xạ XRD 30 2.4.4 Phương pháp đo kích thước hạt nhỏ phân bố polymer (Dynamic Light Scattering – DLS) 31 2.4.5 Đo độ nhớt – Phân tích trọng lượng phân tử trung bình (Average Molecular Weight – Mw 32 2.4.6 Đo giá trị giữ nước (Water Retention Value – WRV) 32 2.5 Quy trình thực nghiệm 32 2.5.1 Chuẩn bị nguyên liệu chitin 32 2.5.2 Khảo sát trình điều chế chitosan 33 Chương KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 40 A-KẾT QUẢ 41 3.1 Chuẩn bị nguyên liệu 41 3.1.1 Điều chế chitin theo điều kiện tài liệu [12] 41 3.1.2 Đánh giá chitin điều chế 42 3.2 Khảo sát trình điều chế chitosan vảy 45 3.2.1 Khảo sát trình deacetyl hóa 45 3.2.2 Khảo sát q trình thối biến 51 B-BÀN LUẬN 60 3.3 Bàn luận dựa khảo sát điều chế chitosan vảy 60 3.4 Bàn luận dựa khảo sát điều chế chitosan tinh thể mịn 62 KẾT LUẬN 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC 68 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Cơng thức cấu tạo chitin Hình 1.2: Cơng thức cấu tạo chitosan .4 Hình 1.3: Cấu trúc mạch xếp song song ngược chiều - chitin .6 Hình 1.4: Cấu trúc mạch xếp song song chiều - chitin Hình 1.5: Quy trình tổng quát điều chế chitosan 16 Hình 1.6: Mực ống 22 Hình 1.7: Vị trí mai mực thể mực 23 Hình 1.8: Hình dạng mai mực 23 Hình 1.9: Công thức cấu tạo lý tưởng chitosan Hình 1.10: Cấu trúc mạch xếp song song ngược chiều - chitin 11 Hình 1.11: Cấu trúc mạch xếp song song chiều - chitin 11 Hình 1.12: Quy trình chung điều chế chitin chitosan 27 Hình 2.1: Phổ hấp thụ hồng ngoại FTIR chuẩn chitosan 29 Hình 2.2: Sơ đồ quy trình điều chế chitin từ mai mực ống 32 Hình 2.3: Sơ đồ quy trình điều chế chitosan dạng vảy từ chitin 34 Hình 2.4: Sơ đồ quy trình điều chế chitosan tinh thể từ chitosan dạng vảy 36 Hình 3.1: Hình dạng chitin sau điều chế từ mai mực Phan Thiết 42 Hình 3.2: SEM bề mặt mai mực (a) chitin điều chế từ mai mực(b) 42 Hình 3.3: Phổ FTIR chitin điều chế từ mai mực Phan Thiết 43 Hình 3.4: Phổ XRD của chitin từ mai mực Phan Thiết 44 Hình 3.5: Hình dạng chitin (a) chitosan vảy (b) 47 Hình 3.6: SEM bề mặt chitin (a) chitosan vảy (b) 48 Hình 3.7: Phổ FTIR chitin (a) chitosan vảy (b) 48 Hình 3.8: Phổ XRD chitin (a) chitosan vảy (b) 50 Hình 3.9: Hình dạng chitosan vảy (a) chitosan tinh thể mịn (b) 56 Hình 3.10: SEM chitosan vảy (a) chitosan tinh thể mịn (b) 57 Hình 3.11: Phổ FTIR chitosan vảy (a) chitosan tinh thể mịn (b) 58 Hình 3.12: Phổ XRD chitosan vảy (a) chitosan tinh thể mịn (b) 59 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các dung mơi hịa tan chitin chitosan .7 Bảng 3.1 Hiệu suất điều chế chitin từ mai mực 41 Bảng 3.2 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian lên hiệu suất tạo chitosan vảy 45 Bảng 3.3 Kết khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng chitin:thể tích dung dịch NaOH lên hiệu suất tạo chitosan vảy 46 Bảng 3.4 Đánh giá giá trị giữ nước chitosan dạng vảy 50 Bảng 3.5 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ acetic acid lên trình điều chế chitosan tinh thể mịn 51 Bảng 3.6 Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ thoái biến lên trình điều chế chitosan tinh thể mịn 53 Bảng 3.7 Kết khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng chitosan:thể tích dung dịch acetic acid lên trình điều chế chitosan tinh thể mịn 54 Bảng 3.8 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian thoái biến lên trình điều chế chitosan tinh thể mịn 55 Bảng 3.9 Hiệu suất điều chế chitosan tinh thể mịn 56 DANH MỤC ĐỒ THỊ Đồ thị 3.1: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian lên hiệu suất tạo chitosan vảy 45 Đồ thị 3.2: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng chitin:thể tích dung dịch NaOH lên hiệu suất tạo chitosan vảy 46 Đồ thị 3.3: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ acid acetic lên trình điều chế chitosan tinh thể mịn 51 Đồ thị 3.4: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nhiệt độ thối biến lên q trình điều chế chitosan tinh thể mịn 53 Đồ thị 3.5: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng chitosan:thể tích dung dịch acid acetic lên q trình điều chế chitosan tinh thể mịn 54 Đồ thị 3.6: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian thối biến lên q trình điều chế chitosan tinh thể mịn 55 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT  dd : Dung dịch  vk : Vận tốc khuấy (vòng /phút)  t : Thời gian (giờ)  T0 : Nhiệt độ (0C)  moư : Khối lượng nguyên liệu ướt ban đầu (g)  mok : Khối lượng nguyên liệu quy khô ban đầu (g)  mKT : Khối lượng sản phẩm không tan (g)  mbđ : Khối lượng chitosan ban đầu (g)  W : Độ ẩm (%)  Hchitin : Hiệu suất chitin (%)  Hv : Hiệu suất chitosan vảy (%)  Htt : Hiệu suất chitosan tinh thể mịn (%)  HOAc : Acid acetic  ĐGHOAc : Đánh giá khả tan dung dịch acetic acid 2%  DMAc/LiCl : Dimethylacetamide/ Lithium chloride (%)  DD : Độ deacetyl hóa (%) Phụ lục 3: Khảo sát ảnh hưởng nồng độ acetic acid lên trình điều chế chitosan tinh thể mịn CHOAc (%) moư (g) W (%) mok (g) ĐGHOAc m1 (g) WRV (%) 3.79 10.45 3.394 tan phần 6.64 95.64 WRVtb (%) 101.97 0.5 3.71 10.97 3.303 tan phần 6.88 108.29 3.34 11.85 2.944 tan 14.64 397.25 410.15 1.0 3.37 10.59 3.013 tan 15.76 423.05 3.38 11.74 2.983 tan 24.78 730.65 1.5 739.25 3.35 12.86 2.919 tan 24.75 747.84 3.35 11.83 2.954 tan 23.78 705.09 703.76 2.0 3.37 11.73 2.975 tan 23.87 702.43 3.36 12.07 2.954 tan 21.34 622.30 614.22 2.5 3.38 11.72 2.984 tan 21.07 606.13 Phụ lục 4: Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ thoái biến lên trình điều chế chitosan tinh thể mịn ttb (oC) moư (g) W (%) mok (g) m1 (g) WRV (%) 3.38 11.74 2.983 24.78 730.65 WRVtb (%) 739.25 30 3.35 12.86 2.919 24.75 747.84 3.43 11.57 3.033 44.64 1371.74 1378.10 50 3.45 12.66 3.013 44.73 1384.45 3.63 10.77 3.239 65.55 1923.74 70 1914.15 3.65 11.53 3.229 64.73 1904.55 3.45 10.63 3.083 51.87 1582.31 1553.39 90 3.57 10.87 3.182 51.69 1524.48 Phụ lục 5: Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ mchitosan:VHOAc lên trình điều chế chitosan tinh thể mịn Tỉ lệ mchitosan:VHOAc (g/ml) moư (g) W (%) mok (g) ĐGHOAc m1(g) WRV (%) 3.13 10.26 2.809 tan phần 23.68 743.05 WRVtb (%) 767.31 40 3.09 11.65 2.730 tan phần 24.34 791.57 3.14 10.75 2.802 tan phần 36.75 1211.35 1214.42 60 3.25 11.58 2.874 tan phần 37.86 1217.49 3.38 11.87 2.979 tan 51.38 1624.86 1630.75 80 3.45 11.59 3.050 tan 52.97 1636.64 3.63 10.77 3.239 tan 65.55 1923.74 100 1914.15 3.65 11.53 3.229 tan 64.73 1904.55 3.46 12.36 3.032 tan 55.38 1726.31 1708.50 120 3.48 12.43 3.047 tan 54.57 1690.69 Phụ lục 6: Khảo sát ảnh hưởng thời gian thoái biến lên trình điều chế chitosan tinh thể mịn ttb (h) moư (g) W (%) mok (g) m1(g) WRV (%) 3.36 11.63 2.969 24.07 710.647 WRVtb (%) 707.38 3.45 11.65 3.048 24.51 704.114 3.53 11.08 3.139 44.59 1320.57 1318.35 3.49 11.68 3.082 43.65 1316.12 3.63 10.77 3.239 65.55 1923.74 1914.15 3.65 11.53 3.229 64.73 1904.55 3.64 11.67 3.215 70.55 2094.26 2090.35 3.67 11.73 3.240 70.83 2086.44 3.66 11.34 3.245 67.65 1984.77 1981.81 3.62 11.46 3.205 66.63 1978.84 Phụ lục 7: Kết SEM mai mực Phan Thiết Phụ lục 8: Kết SEM chitin điều chế từ mai mực Phan Thiết 3800 3500 3200 2900 2600 2300 2000 1800 1600 Wavenumber cm-1 1400 1200 1000 900 800 700 635 593 549 531 686 900 1157 1114 1071 1031 1262 1315 1378 1427 1558 1658 2100 2922 2880 3431 80 85 Transmittance [%] 90 95 100 Phụ lục 9: Kết FTIR chitin điều chế từ mai mực Phan Thiết 600 Phụ lục 10: Kết XRD chitin điều chế từ mai mực Phan Thiết Phụ lục 11: Kết SEM chitosan vảy 3200 2600 Sample: MAU 1:15 90C 10M Resolution: Technique: KBr Nr of Scans: Measured by: NGUYEN QUOC VIET Source: MIR 2300 2000 1800 1600 Wavenumber cm-1 1400 Aperture: 6mm 40 Scanner Velocity: 10 KHz 1200 800 700 Intruments: TENSOR37 608 582 1000 900 678 1074 1157 1260 1321 1425 1381 1656 2123 2364 2324 2900 798 3500 898 3800 2919 3442 84 86 88 Transmittance [%] 90 92 94 96 98 100 Phụ lục 12: Kết FTIR chitosan vảy 600 Phụ lục 13: Kết XRD chitosan vảy 29_MAU_DUY THANH_CHITOSAN 100 90 80 d=4.48411 70 50 40 d=7.71971 Lin (Counts) 60 30 20 10 10 20 30 40 50 2-Theta - Scale 29_MAU_DUY THANH_CHITOSAN - File: 29_MAU_DUY THANH_CHITOSAN.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.050 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 12 s - Phụ lục 14: Kết SEM chitosan tinh thể mịn 3800 3500 3200 2900 2600 2300 2000 1800 1600 1400 1200 1000 900 800 700 600 Wavenumber cm-1 Sample: Hat ran Resolution: Technique: KBr Nr of Scans: Measured by: NGUYEN QUOC VIET Source: MIR Aperture: 6mm 32 Scanner Velocity: 10 KHz 587 561 520 667 635 715 899 1075 1327 1416 1598 2144 2922 3433 50 60 Transmittance [%] 70 80 90 100 Phụ lục 15: Kết FTIR chitosan tinh thể mịn Intruments: TENSOR37 500 400 Phụ lục 16: Kết XRD chitosan tinh thể mịn 29_MAU_DUY THANH_CHITOSAN TINH THE 100 90 80 70 d=4.41034 50 40 30 20 d=3.27764 d=7.86904 Lin (Counts) 60 10 10 20 30 40 50 2-Theta - Scale 29_MAU_DUY THANH_CHITOSAN TINH THE - File: 29_MAU_DUY THANH_CHITOSAN TINH THE.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.050 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room Phụ lục 17: Kết kích thước hạt trung bình DLS chitosan tinh thể mịn ... thu? ??c nhiều vào nguồn nguyên liệu trình tinh chế SVTH: VƯƠNG THỊ THU BA Chương TỔNG QUAN Chitosan poly (? ?-( 1-4 )-2 -amino-2-deoxy-D-glucopyranose với cấu trúc lý tưởng: Hình 1.2: Cơng thức cấu tạo... ether  DMF phức SO3-DMF lượng thừa DMF, phản ứng trì nhiệt độ phịng[14] Sản phẩm thu chứa nhóm N-sulfate Osulfate Chitosan-NH2 + O3S-O-CH=N+(CH3)2  Chitosan-NH-SO2OH + HCON(CH3)2 - Phản ứng sulfate... cắt mạch Phản ứng deamine hóa: R-NH2  R-NH2+-N=O R-N=N-OH R-N2 + OH-  R+ + N2 Phản ứng cắt mạch: H 3C H O HO O HO H NH H HN H H O HO CH2OH SVTH: VƯƠNG THỊ THU BA O HO H N2 HN H H H O H H CH2OH