TỔNG QUAN
Henri Braconnot, một giáo sư người Pháp, đã phát hiện ra chitin vào năm 1811 sau khi
Vào năm 1799, nhà khoa học người Anh A Hachett đã phát hiện ra một vật liệu đặc biệt có khả năng chống lại các hóa chất thông thường Đến năm 1843, Lassaigne đã chứng minh sự hiện diện của nito trong chitin, trong khi Henri Braconnot đã đặt tên cho chitin là nấm Năm 1823, Auguste Odier phát hiện ra chất tạo màng sinh học tương tự trong bộ xương ngoài của côn trùng và cũng đặt tên cho nó là chitin.
Vào năm 1843, Lassaigne phát hiện ra sự hiện diện của nito trong chitin khi nghiên cứu bộ xương ngoài của bướm tằm Đến năm 1879, Ledderhose xác định glucosamine và axit axetic là các đơn vị cấu trúc của chitin, trong khi Gilson xác nhận glucosamine là đơn vị lặp lại của chitin vào năm 1894 Cuối cùng, vào năm 1946, Purchase và Braun đã làm sáng tỏ bản chất hóa học của chitin.
Chitin là một trong những chất tạo màng sinh học tái tạo phong phú nhất trên trái đất, có thể được khai thác từ các nguồn biển với chi phí thấp Chitin không chỉ tương thích sinh học và phân hủy sinh học mà còn có khả năng kháng khuẩn, hỗ trợ chữa lành vết thương và có tính sinh miễn dịch thấp Nhờ vào những đặc tính này, chitin đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như công nghệ thực phẩm, khoa học vật liệu, vi sinh, nông nghiệp, xử lý nước thải, hệ thống phân phối thuốc, kỹ thuật mô và công nghệ sinh học.
Chitin, polysaccharide tự nhiên phong phú thứ hai sau xenlulozo, là một chuỗi thẳng gồm các tiểu phân N-acetyl-D–Glucosamine liên kết với nhau qua liên kết β(1-4) Cấu trúc của chitin là poly[β-(1→4)-2-acetamido-2-deoxy-D-glucopyranose], tạo thành một mạng lưới sợi hữu cơ chặt chẽ và đều đặn Với khả năng phản ứng hóa học thấp, chitin chủ yếu tồn tại trong vỏ của động vật chân đốt như cua, tôm, côn trùng và cũng được sản xuất bởi nấm.
Chitin là một polysaccharide tự nhiên có cấu trúc chuỗi khác nhau và được ổn định bởi các cầu hydro, tạo thành một cấu trúc tinh thể có trật tự cao Nó thường liên kết với protein và có thể được củng cố thêm bởi các hợp chất vô cơ Khối lượng phân tử của chitin có thể đạt tới 10^6 Da.
Hình 1 1: Cấu trúc của chitin
Hình 1 2: Nguồn gốc của chitin [6]
1.1.2.1 Tính chất a Tính chất vật lý
Chitin là một chất rắn có màu trắng ngà, vàng nhạt hoặc trắng hồng, thường tồn tại ở dạng vảy hoặc bột mịn, không có mùi và vị Chitin hoạt động như một polysaccharide thực thụ, không tan trong dung dịch kiềm, axit loãng và các dung môi hữu cơ Tuy nhiên, nó có thể tan được trong dung dịch axit đặc nóng như axit clohydric, axit sulfuric, axit photphoric 78 – 97%, axit formic khan và hexafluoro isopropanol do cấu trúc tinh thể chặt chẽ của chitin.
Chitin có đặc tính kháng nấm mốc và kháng vi khuẩn, an toàn cho con người và động vật Khi được đun nóng trong natri hydroxit đậm đặc, chitin sẽ chuyển hóa thành chitosan.
Các phân tử chitin tạo thành chuỗi dài và liên kết với protein qua các liên kết cộng hóa trị, hình thành một mạng lưới cấu trúc phức tạp.
Chitin là một polyme không phân nhánh, bao gồm các gốc N-acetylglucosamine liên kết bằng các liên kết β-(1–4)-glycosidic, làm cho nó khó hòa tan và khó xử lý, hạn chế ứng dụng của nó Chitin có cấu trúc tương tự như xenlulozo, với một nhóm acetamido tại C-2, và cả hai polyme đều đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc cơ thể, với xenlulozo cung cấp sức mạnh cho thành tế bào thực vật và chitin cho bộ xương ngoài của động vật chân đốt cũng như thành tế bào nấm Chitin thường tồn tại dưới dạng homopolyme hiếm gặp trong tự nhiên, hình thành cấu trúc giống như tấm, với các chuỗi liên kết qua liên kết hydro, tạo ra độ cứng cho chuỗi chitin.
Chitin là một polyme tinh thể có trật tự, tồn tại dưới ba dạng chính: α-chitin, β-chitin và γ-chitin Mỗi dạng chitin có kích thước ô đơn vị, cấu trúc đóng gói và số lượng chuỗi chitin khác nhau trên mỗi đơn vị tế bào Sự khác biệt này phụ thuộc vào mức độ tổ chức của chúng.
Chitin có ba dạng chính, trong đó dạng α là phổ biến nhất, chủ yếu được chiết xuất từ bộ xương ngoài của động vật giáp xác và có mặt trong thành tế bào của nấm, men, cũng như lớp biểu bì của côn trùng Dạng α có tính kết tinh cao với sự sắp xếp chặt chẽ và các chuỗi chống song song Ngược lại, β-chitin có sự sắp xếp song song của các chuỗi và dễ phản ứng với dung môi γ-chitin, được coi là sự kết hợp giữa α và β, có hai chuỗi sắp xếp song song và một chuỗi ngược hướng.
Chitin có độc tính thấp và trơ trong đường tiêu hóa của động vật có vú, đồng thời có khả năng phân hủy sinh học nhờ vào chitinase có mặt rộng rãi trong tự nhiên, bao gồm vi khuẩn, nấm, thực vật và hệ tiêu hóa của nhiều loài Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng mức độ khử béo nhất định là cần thiết để thủy phân chitin Chitin được ứng dụng trong việc chuẩn bị cột sắc ký ái lực để phân lập và xác định cấu trúc lectin Ngoài ra, chitin và carboxymethylchitin có khả năng kích hoạt đại thực bào phúc mạc, ngăn chặn sự phát triển tế bào khối u ở chuột và kích thích đề kháng không đặc hiệu của vật chủ đối với nhiễm Escherichia coli Hơn nữa, chitin còn giúp tăng tốc độ chữa lành vết thương.
Chitin được ứng dụng rộng rãi trong việc cố định enzym và tế bào, đặc biệt trong ngành công nghiệp thực phẩm Nhờ vào khả năng phân hủy sinh học, tính không độc hại, tính trơ sinh lý, tính kháng khuẩn, tính ưa nước, khả năng tạo gel và ái lực với protein, chitin còn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác ngoài thực phẩm, bao gồm cảm biến sinh học.
Vật liệu chitin được ứng dụng trong xử lý ô nhiễm công nghiệp, đặc biệt trong việc hấp phụ phức bạc thiosulfate và actinides Chitin có thể được chế biến thành dạng màng và sợi, với sợi chitin đầu tiên được phát triển bởi Austin và sau đó là Hirano Những sợi chitin này, thu được từ quá trình kéo sợi ướt trong dung dịch NaOH 14%, có thể được pha trộn với xenlulozo hoặc tơ tằm Chúng có đặc tính không gây dị ứng, khử mùi, kháng khuẩn và kiểm soát độ ẩm, đồng thời sợi chitin tái sinh được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau.
7 chất kết dính trong quá trình làm giấy; bổ sung 10% chất xơ n-isobutylchitin cải thiện sự đứt gãy độ bền của giấy [18]
Màng chitin chủ yếu được phát triển trong lĩnh vực y tế và dược phẩm, với ứng dụng nổi bật như vật liệu băng bó vết thương và giải phóng thuốc Chitin còn được sử dụng làm tá dược và chất mang thuốc dưới dạng phim hoặc gel Một ứng dụng thú vị khác là trong vật liệu làm đầy xương composite hydroxyapatite – chitin – chitosan, tạo ra hỗn hợp tự đông cứng cho mô được hướng dẫn tái tạo trong điều trị khuyết tật xương nha chu.
THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Hóa chất và thiết bị
Axit chlohydric 36,5%, hóa chất Xilong, Trung Quốc
Natri hydroxit dạng rắn màu trắng, hóa chất Xilong, Trung Quốc
Hydrogen Peroxide dạng lỏng không màu, hóa chất Xilong, Trung Quốc Axit photphoric 38%, hóa chất Xilong, Trung Quốc
Glycerol dạng lỏng không màu, hóa chất Xilong, Trung Quốc
Epichlohydrin dạng lỏng không màu, hóa chất Aladdin, Trung Quốc
Etanol 99%, hóa chất Chemsol, Việt Nam
Bể điều nhiệt (Memmert – Đức)
Máy ly tâm Z206A (Hermle – Đức)
Máy quang phổ UV-VIS UH5300 (Hitachi – Nhật Bản)
Máy quang phổ FTIR-4700 (Jasco – Nhật Bản)
Máy đo cơ tính (Testometric – Anh)
Cân điện tử 4 số (OHAUS - USA)
Thước kẹp điện tử (Mitutoyo – Nhật Bản)
Những dụng cụ cần thiết như becher, pipette, petri, pipette pasteur,
Quy trình điều chế chitin từ bột vỏ tôm [66]
Trong bài viết này, tôi đã sử dụng bột vỏ tôm thương mại chuyên dụng cho thức ăn gia súc để chiết xuất chitin Chitin trong vỏ tôm thuộc nhóm α-chitin, có liên kết vững chắc với các thành phần khác như protein, lipid, khoáng chất và chất màu Nghiên cứu này áp dụng phương pháp hóa học để loại bỏ khoáng chất, protein và chất màu từ vỏ tôm.
Hình 2 1: Quy trình điều chế chitin từ bột vỏ tôm
Thuyết minh quy trình (hình 2.1):
Bước 1 (Khử khoáng): bột vỏ tôm ngâm trong dung dịch HCl 4% ở nhiệt độ 50 o C trong 10 giờ với tỷ lệ chất rắn/dung dịch là 1/5 w/w (Hình 2.2b)
Bước 2: Rửa sạch bột vỏ tôm đã xử lý ở bước 1 dưới vòi nước cho tới khi pH trung tính
Bước 3 trong quy trình khử protein là ngâm bột vỏ tôm đã rửa sạch vào dung dịch NaOH 3% ở nhiệt độ 70°C trong 12 giờ, với tỷ lệ chất rắn/dung dịch là 1/5 w/w.
Bước 5: Rửa sạch dưới vòi nước cho tới khi pH trung tính
Bước 6 (Khử màu):Ngâm trong dung dịch H2O2 1% trong vòng 8 giờ ở nhiệt độ 40 o C với tỉ lệ chất rắn/dung dịch là 1/5 w/w (Hình 2.2d)
Bước 7: Rửa sạch với nước
Bước 8: Sấy ở nhiệt độ 55 o C trong
Hình 2 2: a)Bột vỏ tôm, b) Bột vỏ tôm sau khi ngâm HCl, c) Bột vỏ tôm sau khi ngâm
NaOH, d) Bột vỏ tôm sau khi tẩy màu
Sơ đồ nghiên cứu màng chitin [37, 43]
Hình 2 4: Sơ đồ nghiên cứu màng chitin
Bước 1: Thêm axit photphoric lạnh (12 o C) vào chitin với tỉ lệ 15:1, sau đó khuấy đều để dễ hòa tan chitin
Sau khi hỗn hợp chitin được bảo quản ở nhiệt độ lạnh, sau 45 phút, chitin sẽ tan hoàn toàn và hình thành gel Gel này sẽ được chia thành hai phần, trong đó phần hai sẽ được bổ sung glycerol với tỷ lệ cố định là 45% (w/w glycerol:chitin).
Bước 3: Gel sẽ được trải đều trên đĩa petri và ngâm trong dung dịch etanol 99% để tạo ra các liên kết ngang vật lý, giúp gel chitin đông tụ thành màng.
Màng chitin cần được ngâm trong nước để loại bỏ axit dư Đối với màng chitin-glycerol, quá trình ngâm sẽ diễn ra trong dung dịch NaOH và epichlohydrin, đồng thời khảo sát tỉ lệ epichlohydrin Cuối cùng, màng sẽ được sấy khô.
Bước 5: Phân tích các màng thành phẩm bằng các phương pháp FTIR, SEM, độ truyền quang, cơ tính, độ trương nở và độ ổn định nhằm khảo sát tính chất của các màng chitin.
Hình 2 5:a) Gel chitin, b) Gel chitin sau khi đông tụ
Quy trình điều chế màng chitin
2.2.3.1 Quy trình điều chế màng chitin không bổ sung glycerol-epichlohydrin
Thuyết minh quy trình (hình 2.6)
Để tạo gel, đầu tiên, cân 1g chitin và cho vào cốc Tiếp theo, thêm 15g axit photphoric (12 độ C) vào cốc và khuấy đều hỗn hợp Sau đó, đặt cốc vào ngăn mát tủ lạnh Sau 45 phút, chitin sẽ tan hoàn toàn và hình thành gel.
Bước 2: Đem gel chitin đi ly tâm để loại bỏ bọt khí và các tạp chất với tốc độ 6000 rpm trong 20 phút
Sau khi ly tâm, gel chitin sẽ được tráng mỏng lên đĩa petri có bề mặt trơn nhẵn, không bị trầy xước Tiếp theo, đĩa petri sẽ được ngâm trong dung dịch etanol 99% trong 1 giờ để đông tụ gel chitin thành màng.
Bước 4: Ngâm màng trong nước 30 phút để cho lượng axit dư tồn tại trong màng thoát ra
Bước 5: Sấy màng ở nhiệt độ 45 o C trong
7 giờ Sau khi sấy xong lấy đĩa petri ra khỏi tủ sấy và lấy màng ra khỏi đĩa ta thu được màng CT
Hình 2 6: Quy trình điều chế màng chitin không bổ sung glycerol-epichlohydrin
2.2.3.2 Quy trình điều chế màng chitin có bổ sung glycerol-epichlohydrin
Thuyết minh quy trình (hình 2.7)
Để tạo gel chitin, đầu tiên cân 1g chitin vào mỗi cốc, sau đó thêm 15g axit photphoric (12 độ C) Sau 45 phút, khi chitin đã tan hoàn toàn, tiếp tục thêm 0,45g glycerol và khuấy trong 15 phút Trong suốt quá trình này, cần giữ gel chitin ở nhiệt độ lạnh.
Bước 2: Gel chitin được ly tâm để loại bỏ các tạp chất với tốc độ 6000 rpm trong 20 phút
Sau khi ly tâm, gel chitin được trải mỏng lên đĩa petri có bề mặt trơn nhẵn, không có vết trầy xước Tiếp theo, gel chitin được ngâm trong dung dịch etanol 99% trong 1 giờ để đông tụ thành màng.
Ngâm các màng CGE1, CGE2, CGE3 trong 100ml dung dịch epichlohydrin/NaOH với nồng độ 0,18%; 0,36%; 0,72% (w/v) trong 30 phút, sau đó rửa sạch bằng nước.
Sấy màng ở nhiệt độ 45 o C trong 7 giờ là bước quan trọng Sau khi hoàn tất quá trình sấy, lấy đĩa petri ra khỏi tủ sấy và lấy màng ra, ta sẽ thu được màng chitin-glycerol-epichlohydrin.
Hình 2 7: Quy trình điều chế màng chitin có bổ sung glycerol-epichlohydrin
Các tính chất của màng
Phổ hồng ngoại FTIR – Fourier Transform Infrared Spectroscopy
Phổ hồng ngoại FTIR được sử dụng để đánh giá các tương tác phân tử thông qua sự hấp thụ bức xạ hồng ngoại, cho phép phân tích sự thay đổi trong cấu trúc của chitin và màng chitin khi thay đổi thành phần Đặc biệt, các mẫu màng cho thấy sự khác biệt trong các liên kết trước và sau phản ứng giữa chitin, axit photphoric, glycerol và epichlohydrin Phổ hồng ngoại được thực hiện bằng thiết bị FTIR4700 (Jasco, Nhật Bản) với phạm vi hấp thụ từ 400-4000 cm -1 và độ phân giải 2 cm -1.
Hình 2 8: Máy FTIR (FTIR4700, Jasco, Nhật Bản )
Nồng độ dung dịch epichlohydrin/NaOH (% w/v) 0,18 0,36 0.72
Hiển vi điện tử quét – SEM
Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) là công cụ quan trọng để khảo sát hình thái bề mặt của mẫu màng SEM sử dụng chùm tia điện tử hội tụ để quét bề mặt, tạo ra hình ảnh chi tiết thông qua việc tương tác của các điện tử với mẫu, từ đó thu thập thông tin về hình dạng và thành phần bề mặt Thiết bị được sử dụng trong phương pháp này là kính hiển vi điện tử quét TM4000PLUS của Hitachi, Nhật Bản Trước khi tiến hành đo, mẫu màng cần được làm lạnh ở -40°C, sau đó sấy đông khô để loại bỏ hoàn toàn hơi nước và được bảo quản trong túi hút ẩm.
Hình 2 9: Máy SEM ( TM4000PLUS, Hitachi, Nhật Bản )
Phép đo tính chất cơ học của màng về khả năng bền kéo được thực hiện trên máy cơ tính M350-10CT của hãng Testometric Mẫu màng được cắt với kích thước 50x10 mm và độ dày được đo bằng thước kẹp điện tử tại ba vị trí ngẫu nhiên Giá trị trung bình và độ lệch chuẩn của độ dày được tính toán, sau đó sử dụng để xác định các tính chất cơ học của màng.
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Phân tích phổ hồng ngoại FTIR
Phổ hoạt động dựa trên khả năng hấp thụ bức xạ hồng ngoại của vật chất, giúp ghi nhận và đánh giá sự tương tác giữa các đỉnh và dao động đặc trưng của liên kết hóa học giữa các nguyên tử Điều này cho phép quan sát những thay đổi trong cấu trúc của chitin và màng chitin khi có sự thay đổi về thành phần.
Phổ FTIR của bột vỏ tôm – chitin
Hình 3 1: Phổ FTIR của bột vỏ tôm – chitin
Phổ FTIR của bột vỏ tôm cho thấy các peak chưa rõ ràng do sự hiện diện của protein, khoáng chất và tạp chất trong nguyên liệu thô Sau khi xử lý bằng HCl, các peak đặc trưng đã trở nên rõ nét hơn, đặc biệt tại các bước sóng 3445 cm-1 (O-H), 3263 cm-1 (N-H) và 1625 cm-1 (amide bậc I).
Phổ hấp thụ của bột vỏ tôm cho thấy đỉnh amide bậc II tại 1544 cm^-1 Trong hai bước xử lý tiếp theo, quá trình khử protein và tẩy màu đã tạo ra các đỉnh hấp thụ gần giống với bước xử lý bằng HCl Sau khi tẩy màu, phổ của bột vỏ tôm vẫn giữ được sự tương đồng với phổ của bột vỏ tôm đã ngâm trong NaOH.
Hình 3 2: Phổ FTIR của 2 mẫu chitin điều chế và chitin thương mại
Phổ của hai mẫu chitin điều chế và chitin thương mại cho thấy các dải hấp thụ sắc nét, với sự hiện diện của nhóm N-acetyl tại 1625 cm -1 (amide I) và đỉnh N-H tại 1548 cm -1 (amide II) Sự hấp thụ mạnh của nhóm O-H được quan sát ở 3436 cm -1, trong khi đỉnh co dãn N-H xuất hiện ở 3257 cm -1 Các đỉnh hấp thụ phổ biến giữa hai mẫu chitin đều tương tự, chứng tỏ mẫu chitin điều chế có thể sử dụng được Sự xê dịch nhẹ của một số đỉnh có thể do nguồn nguyên liệu khác nhau, độ deacetyl hóa khác nhau hoặc khối lượng phân tử không giống nhau.
Bảng 3.1 trình bày sự so sánh các liên kết trong phổ FTIR của bột vỏ tôm, chitin điều chế và chitin thương mại, với việc xác định các liên kết được thực hiện dựa trên bảng phổ hồng ngoại chuẩn [6].
Bột vỏ tôm sau khi ngâm HCl
Bột vỏ tôm sau khi ngâm NaOH
Phổ FTIR của màng chitin
Hình 3 3: Phổ FTIR của các mẫu màng
Phổ FTIR của màng CT và màng CGE được thể hiện trong hình 3.3 và tóm tắt trong bảng 3.2, cho thấy các đỉnh tín hiệu của các nhóm chức tương tự nhau ở các mẫu màng Tín hiệu O-H và N-H trong các mẫu màng có mũi rộng hơn, với sự dịch chuyển và cường độ hấp thụ cao hơn so với bột chitin ban đầu Cụ thể, peak O-H dịch chuyển từ 3445 đến 3460 cm -1 và peak N-H dịch chuyển từ 3259 đến 3263 cm -1, điều này có thể được giải thích bởi sự hình thành liên kết hydro và liên kết cộng hóa trị giữa các nhóm hydroxyl và amine trên chuỗi chitin.
Bảng 3 2: Các liên kết trong phổ FTIR của màng chitin ( Xác định các liên kết đo được bằng bảng phổ hồng ngoại chuẩn [6])
Hình 3 4: Cơ chế phản ứng của chitin và epichlohydrin
Phân tích hiển vi điện tử quét SEM
Hình ảnh SEM của bột vỏ tôm – chitin
Hình 3 5: a)Bột vỏ tôm, b) Bột vỏ tôm sau khi ngâm HCl, c) Bột vỏ tôm sau khi ngâm
NaOH, d) Bột vỏ tôm sau khi tẩy màu
Mẫu bột vỏ tôm có sự xuất hiện của các đốm đen do khoáng chất, protein và tạp chất Sau khi ngâm trong dung dịch axit chlohydric và natri hydroxit, bề mặt mẫu trở nên sạch hơn, nhờ vào sự hòa tan của khoáng chất trong axit chlohydric và sự phân hủy protein trong natri hydroxit, dẫn đến mẫu thu được tinh khiết hơn so với ban đầu.
Hình ảnh SEM của màng chitin
Hình 3 6: Ảnh SEM của a) Màng CT, b) Màng CGE1, c) Màng CGE2, d) Màng
Dựa vào hình 3.6a, bề mặt màng CT xuất hiện nếp gấp mà không có đốm trắng do không ngâm trong dung dịch epichlohydrin/NaOH Khi nồng độ epichlohydrin tăng, đốm trắng xuất hiện với mật độ dày hơn Cụ thể, màng CGE1 chỉ có đốm trắng li ti, trong khi màng CGE2 có đốm lớn hơn, và màng CGE3 phủ đầy vệt trắng Hiện tượng này được giải thích bởi việc ngâm màng trong dung dịch epichlohydrin/NaOH, khiến màng hấp thụ dung dịch và tạo thành lớp bột trắng khi sấy khô.
Hình 3 7: Kết quả đo độ bền kéo
Hình 3 8: Kết quả đo độ dãn dài
Bảng 3 3:Kết quả đo cơ tính
Màng CT có độ bền kéo và độ dãn dài thấp nhất so với các mẫu khác, nhưng lại có độ ổn định tốt nhất với độ lệch chuẩn ±1.08 và ±4.27 Tính chất cơ học của màng chitin được cải thiện khi thêm glycerol và ngâm trong dung dịch epichlohydrin Màng CGE1 và CGE2 cho kết quả bền kéo cao nhất, trong khi màng CGE3 có độ bền kéo giảm Liên kết ngang giữa epichlohydrin và chitin giúp tăng cường độ bền của mạch polymer Phần trăm dãn dài cũng tăng, với CGE1 và CGE2 có độ dãn dài cao và sự chênh lệch nhỏ Tuy nhiên, màng CGE3 lại có phần trăm dãn dài giảm Glycerol tạo liên kết hydro giữa các phân tử chitin, giúp chúng dễ trượt dưới tác dụng của lực kéo Tác dụng của glycerol và hàm lượng epichlohydrin tăng cường tính chất cơ học, nhưng quá nhiều epichlohydrin có thể làm giảm cơ tính và độ ổn định của màng Nghiên cứu của Duan cho thấy nồng độ glycerol 12,6% và 20,8% làm tăng độ kéo dài khi đứt của màng chitin từ 7,8 lên.
83,1% [39] Theo KunKun Zhu và các cộng sự, với sự gia tăng của hàm lượng ECH từ 0% đến 6%, độ bền kéo tăng từ 30 lên 139 Mpa [37]
Hình 3 9: Cơ chế phản ứng của chitin và glycerol
Hình 3 10: Đồ thị độ truyền quang
Ở bước sóng 600 nm, màng CT có độ truyền quang cao nhất đạt 71,8% Độ truyền quang của màng chitin-glycerol-epichlohydrin giảm dần theo nồng độ T%, với CGE1 là 43%, CGE2 là 22,3% và CGE3 là 13,8% Trong khoảng bước sóng từ 200-1100 nm, tỷ lệ ánh sáng truyền qua giảm khi nồng độ epichlohydrin tăng Điều này có thể giải thích bởi việc ngâm màng trong dung dịch Epichlohydrin/NaOH, khiến màng hấp thụ dung dịch và tạo thành lớp màu trắng bên ngoài khi sấy khô, cản trở ánh sáng truyền qua Kết quả này trái ngược với nghiên cứu của KunKun Zhu, trong đó epichlohydrin được thêm vào gel chitin, dẫn đến độ truyền quang tăng từ 64% lên 89% ở 600 nm khi nồng độ epichlohydrin tăng.
44 Độ trương nở trong các dung môi
Bảng 3 4: Kết quả độ trương nở
Độ trương nở của các mẫu màng trong nước cất dao động từ 150-158%, cho thấy sự tương đồng giữa các mẫu Màng trương nở tốt trong nước cất nhờ tác động của ion H+ vào phân tử polyme, làm tăng khả năng hút nước Trong khi đó, độ trương nở trong etanol chỉ đạt 10-30% và có xu hướng tăng theo nồng độ epichlohydrin, với màng CT gần như không trương nở Ngược lại, khi ngâm trong axit clohydric (pH 1), độ trương nở giảm dần từ 208% xuống 60% theo nồng độ epichlohydrin Đối với màng ngâm trong NaOH (pH = 13), kết quả độ trương nở cũng cho thấy sự biến động đáng kể.
45 Độ ổn định trong dung môi
Màng chitin duy trì hình dạng vuông vức sau 24 giờ ngâm trong nhiều dung dịch khác nhau, cho thấy tính bền vững của nó trong các dung môi thông thường Tuy nhiên, độ đục của màng có sự biến đổi tùy thuộc vào loại dung dịch, với độ đục gia tăng so với ban đầu Cụ thể, trong dung dịch axit clohydric, natri hydroxit và nước, độ đục của màng thấp hơn so với khi ngâm trong dung dịch etanol và acetone.
Hình 3 11: Độ trưởng nở trong dung dịch axit chlohydric
Hình 3 13: Độ trương nở trong natri hydroxit
Hình 3 14: Độ trương nở trong nước cất
Hình 3 12: Độ trưởng nở trong dung dịch etanol
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Qua nghiên cứu và kết quả thu được cho thấy:
Chitin điều chế có khả năng tạo màng Tuy nhiên, trong quá trình điều chế chưa thể loại bỏ hoàn toàn tạp chất dẫn đến màng chitin bị giòn
Axit photphoric có khả năng hòa tan chitin nhanh chóng trong 40 phút với nồng độ cao 6,67 %w/w ở nhiệt độ 12 độ C Màng chitin nguyên bản không có chất hóa dẻo thường giòn, có độ bền kéo thấp và độ dãn dài hạn chế Phân tích FTIR cho thấy sự tương tác giữa chitin với glycerol và epichlohydrin Việc bổ sung glycerol làm tăng độ mềm dẻo của màng, trong khi epichlohydrin không chỉ tăng độ bền kéo và độ dãn dài mà còn có thể gây ra hiệu ứng ngược nếu nồng độ quá cao Đặc biệt, độ truyền quang của màng giảm khi nồng độ epichlohydrin tăng Ngoài ra, khi nồng độ epichlohydrin tăng, độ trương nở trong dung dịch etanol cũng tăng, nhưng ngược lại trong dung dịch axit chlohydric và natri hydroxit.
Để có cái nhìn toàn diện hơn về hiệu quả của màng điều chế từ axit photphoric và chitin, chúng tôi xin đưa ra một số kiến nghị nhằm cải thiện quá trình đánh giá và tối ưu hóa sản phẩm.
Thay đổi chất hóa dẻo và chất tạo liên kết ngang để cải thiện tính chất của màng
Xác định thêm cấu trúc bên trong màng bằng phương pháp XRD
Phân tích nhiệt phân hủy của màng bằng phương pháp TGA
Việc điều chế chitin bằng phương pháp hóa học có thể gây ô nhiễm môi trường do sử dụng các dung môi vô cơ Do đó, cần tìm kiếm và áp dụng phương pháp điều chế sinh học thân thiện với môi trường hơn.