Nghiên cứu quy trình tinh chế Chitosan từ phế liệu tôm

Danh mục các bảng Bảng 3.1 - Các chỉ tiêu chất lượng của Chitosan thô được sản xuất tại Trung Tâm Chế Biến - Đại Học Nha Trang Bảng 3.4 - Kết quả phân tích các chỉ tiêu chất lượng của

Danh mục các bảng

Bảng 3.1 - Các chỉ tiêu chất lượng của Chitosan thô được sản

xuất tại Trung Tâm Chế Biến - Đại Học Nha Trang

Bảng 3.4 - Kết quả phân tích các chỉ tiêu chất lượng của mẫu

Chitosan tinh sạch bằng acid acetic

43

Bảng 3.5 - Kết quả phân tích các chỉ tiêu chất lượng của mẫu

Chitosan tinh sạch bằng acid citric

44

Bảng 3.6 - Kết quả phân tích các chỉ tiêu chất lượng của

Chitosan tinh sạch

45

Mục lục

Trang

Lời nói đầu

Chương I: Tổng quan 2

I.1 Tổng quan về Chitosan 3

I.1.1 Tính chất của Chitosan 3

I.1.2 Ứng dụng của Chitosan 3

I.1.2.1 Trong nông nghiệp 4

I.1.2.2 Trong y học 5

I.1.2.3 Trong công nghệ thực phẩm 9

I.1.2.4 Trong sinh học 10

I.1.2.5 Trong các nghành công nghiệp khác 12

I.1.3 Tình hình nghiên cứu Chitin – Chitosan trên thế giới và ở Việt Nam 14

I.1.3.1 Tình hình nghiên cứu Chitin – Chitosan trên thế giới 14 I.1.3.2 Tình hình nghiên cứu Chitin – Chitosan ở Việt Nam 15

I.2 Một số quy trình sản xuất Chitosan 16

I.3 Tổng quan về phương pháp tinh chế Chitosan 26

Chương II: Đối tượng nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu 28

II.1 Đối tượng nghiên cứu 29

II.1.1 Nguyên liệu 29

II.1.2 Hóa chất 29

II.2 Phương pháp nghiên cứu 30

II.2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 30

II.2.2 Các phương pháp kiểm tra chất lượng của Chitosan 33

Chương III: Kết quả nghiên cứu và thảo luận 40

III.1 Kết quả kiểm tra chất lượng Chitosan thô 41

III.2 Kết quả xác định nồng độ acid thích hợp để hòa tan Chitosan 42 III.3 Kết quả kiểm tra chất lượng Chitosan tinh sạch 43

III.3.1 Kết quả kiểm tra chất lượng Chitosan tinh sạch sử dụng dung môi hòa tan acid acetic 1% 43

III.3.2 Kết quả kiểm tra mẫu Chitosan tinh sạch sử dụng dung môi hòa tan acid citric 5% 44

III.4 So sánh chất lượng của Chitosan tinh sạch với Chitosan thô 45 Chương IV: Kết luận và đề xuất ý kiến 49

IV.1 Kết luận 50

IV.2 Đề xuất ý kiến 50

Tài liệu tham khảo 51

Phụ lục 53

Lời cảm ơn

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy TS Trang Sỹ

Trung, người đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành đồ án này

Qua đây cho em được gửi lời cảm ơn chân thành đến:

- Ban giám hiệu Trường Đại Học Nha Trang

- Ban chủ nhiệm Khoa Chế Biến

- Các thầy cô trong Khoa Chế Biến

- Các anh chị phòng thí nghiệm, cùng các bạn sinh viên

Đã quan tâm, đóng góp ý kiến, tận tình giúp đỡ em hoàn thành được đồ án này

Lời Nói Đầu

Là một trong những ngành kinh tế trọng tâm của nền kinh tế quốc dân, nghành thủy sản đã đóng góp một phần không nhỏ vào nền kinh tế Cùng với nhịp độ phát triển của nền kinh tế trong và ngoài nước ngành thủy sản trong những năm gần đây đã đạt được những thành tựu đáng kể về nuôi trồng, chế biến thủy sản cũng như xuất nhập khẩu Nhưng đi cùng với sự phát triển của ngành, vấn đề phế liệu trong chế biến thủy sản là một điểm hạn chế do lượng phế liệu thải ra từ công nghiệp chế biến thủy sản hàng năm là rất lớn Như ta

đã biết phế liệu tôm là một nguồn cung cấp Chitin – Chitosan phong phú Vì vậy ngoài việc dùng phế liệu tôm để chế biến thức ăn chăn nuôi thì chúng ta còn có thể sử dụng chúng để sản xuất Chitin - Chitosan Tuy nhiên quá trình sản xuất Chitin – Chitosan hiện nay còn sử dụng một lượng hóa chất rất lớn, điều này không những gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường một cách trầm trọng mà còn làm cho chất lượng của Chitin – Chitosan bị giảm Vì lý do này

mà em chọn đề tài: “ Nghiên cứu quy trình tinh chế Chitosan từ phế liệu tôm ” với mong muốn là từ nguồn Chitosan tinh chế có thể đưa vào ứng dụng nhiều trong cuộc sống nhiều hơn

Trong thời gian thực hiện đề tài, dù đã có nhiều có nhiều cố gắng nhưng bên cạnh việc đạt được một số kết quả thì đề tài của em vẫn còn có rất nhiều thiếu sót Kính mong sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn để

đề tài của em được hoàn thiện hơn

Nha trang, ngày 20/11/2007 Sinh viên thực hiện

Hà Thành Chung

Chương I:Tổng Quan

I.1 Tổng Quan Về Chitosan

I.1.1 Tính Chất Của Chitosan

Chitosan ở dạng bột, vẩy, màu trắng, vàng nhạt hoặc không màu, có tính kiềm nhẹ

Chitosan là hợp chất không màu, có tính kiềm nhẹ, không hòa tan trong nước và trong kiềm, hòa tan trong acid loãng tạo thành dung dịch nhờn có màu trong suốt Khi hòa tan Chitosan trong dung dịch acid acetic loãng sẽ tạo thành dung dịch keo dương, nhờ có tính dẫn điện dương mà nó không kết tủa khi có mặt ion kim loại nặng Chitosan còn được xem như là một polymecationic có khả năng bám dính vào bề mặt điện tích âm

Chitosan phản ứng với acid đậm đặc hình thành muối khó tan

Chitosan phản ứng với iod và acid sulfuric cho phản ứng màu tím nên người

ta ứng dụng nó để phân tích định tính

Công thức cấu tạo của Chitosan:

I.1.2 Ứng dụng của Chitosan

Chitosan có rất nhiều tính chất lý học, hóa học và sinh học quan trọng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: Công nghiệp, nông nghiệp, công nghệ sinh học, y học, môi trường và một số nghành công nghiệp khác

I.1.2.1 Trong Nông Nghiệp

Với tính chất của Chitin – Chitosan và các dẫn xuất của nó, người ta lợi dụng khả năng của Chitosan để làm thành một màng mỏng bao quanh hạt giống, giúp cho việc bảo quản được lâu hơn, ngoài ra nó còn có thể mang và

cố định phân bố thuốc trừ sâu khi phun lên cây Đã có những kết quả tốt khi

sử dụng trên lúa mì, đậu nành ở Pháp, bảo quản táo ở Anh, bảo quản hạt bắp ở Công Ty Lương Thực TP HCM

Năm 1987, Bentech đã được cấp bằng sáng chế nhờ phương pháp bao hạt giống bằng Chitosan

Kết quả cho thấy, trong vùng đất mà thường bị nấm tấn công vào rễ, thu hoạch mùa màng được nâng cao đến 20% nếu các hạt giống thu được bao bằng Chitosan

Viện Khoa Học Nông Nghiệp Miền Nam đã phối hợp với Trung Tâm CNSH Thủy Sản cùng tham gia vào nghiên cứu tác dụng thực tiễn của chế phẩm Chitosan, đối với một số loại hạt dễ mất sức nảy mầm và góp phần vào thúc đẩy sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng ở ngoài đồng Qua nghiên cứu người ta thấy rằng xử lý Chitosan nồng độ 2% có khả năng kéo dài thời gian sống và duy trì sức nảy mầm cao của hạt giống cà chua và hạt giống đậu cua ve sau thời gian bảo quản 9 – 12 tháng trong điều kiện môi trường bình thường

Từ nghiên cứu ảnh hưởng của Chitosan vi lượng nên một số chỉ tiêu sinh lý, sinh hóa của mạ lúa CR 203 trong điều kiện nhiệt độ thấp của Lê Thu Hiền và Lê Thị Lan Anh kết quả cho thấy Chitosan vi lượng làm tăng hàm lượng diệp lục tổng số từ 13.5 – 43.9 % và hàm lượng Nitơ tăng lên 14.9%, tăng amylase lên 71.3%, catalase lên 16.4 – 24%, peraxydaza lên 10.5 – 23.8% Qua nghiên cứu về sinh trưởng mạ lúa CR 203 cho thấy cây mạ được

xử lý Chitosan có khả năng chống rét ở nhiệt độ 5 – 8 oC, nhiệt độ này cây mạ vẫn phát triển tốt

sự phát triển của khối u, chống nhiễm khuẩn và cầm máu…

Học Viện Nghiên Cứu Biển thuộc Trường Đại Học Delaware đã nghiên cứu thành công việc sử dụng Chitin làm chỉ khâu phẫu thuật nhờ phát hiện ra một số dung môi đặc biệt, chất này có thể hòa tan ra một tỷ lệ phần trăm lớn Chitin ở điều kiện nhiệt độ thường mà không làm phá hủy cấu trúc polymer Công ty sản xuất sợi Nhật Bản đã sử dụng kết quả nghiên cứu này để sản xuất các loại chỉ khâu tự tiêu dùng cho phẫu thuật

Màng polymer được nghiên cứu trên fibrolasts và tế bào lòng mạch, đó

là 2 yếu tố đóng vai trò quan trọng trong quá trình liền vết thương đặc biệt ở giai đoạn sớm

Từ nghiên cứu phương pháp tạo màng với nhiều mẫu khác nhau, đã xây dựng được quy trình tạo màng theo sơ đồ sau:

(PDP là một dẫn xuất của Chitin)

Kết quả bước đầu cho thấy màng polymer sinh học thu được có những tính năng cần thiết để điều trị vết thương Màng trong suốt có độ mềm, dẻo và đàn hồi Màng có tác dụng tốt trên tế bào, không gây độc cho tế bào biểu mô,

có tác dụng kháng nấm, kháng khuẩn làm vết thương mau lành

Qua nghiên cứu người ta thấy rằng sử dụng màng polymer sinh học đã hạn chế đáng kể số lần thay băng, tiết kiệm thuốc nhanh khỏi bệnh và giảm sự đau đớn của bệnh nhân

Đóng gói Hòa tan

Đổ khuôn

Dùng làm thấu kính tiếp xúc:

Ở Mỹ Revlon Bave Hing đã được cấp bằng sáng chế của Đại Học Wasington là sản xuất ra thị trường một thấu kính tiếp xúc không có tính chất quang học từ dẫn xuất của Chitin Các nhà nghiên cứu nghĩ rằng nó có thể giúp cho việc làm sẹo hóa các giác mạc bị tổn thương

Dùng làm thuốc chữa bệnh viêm loét dạ dày – tá tràng:

Khoa Dược – Trường Đại Học Y Dược TP HCM đã nghiên cứu như sau từ Chitin – Chitosan điều chế ra các loại gel : Gel Chitosan, gel Chitosan + Al(OH)3, gel Chitin

Gel Chitosan: Hòa tan Chitosan trong dung dịch HCl 15% sau đó thêm dung dịch NaOH để cho pH = 8 – 8.5, rửa với nước và sấy khô

Gel Chitosan + Al(OH)3: Hòa tan Chitosan trong dung dịch HCl 15% sau đó thêm dung dịch NaAlO2 (8.6 g/l) để có gel Chitosan + Al(OH)3 rửa với nước và sấy khô

Gel Chitin: Do Chitin có tính chất khó điều chế trực tiếp tạo gel, nên phải áp dụng phương pháp từ gel Chitosan tạo gel Chitin bằng cách cho gel Chitosan tác dụng với anhydrit acetic

Qua nghiên cứu tác dụng đối với điều trị viêm loét dạ dày – tá tràng của

ba loại gel trên cho thấy ba loại gel trên thì: Gel Chitosan + Al(OH)3 cho tác dụng tốt nhất nó có tác dụng bảo vệ tế bào và chống loét Tuy nhiên đối với gel Chitosan có tác dụng tốt và gel Chitosan hoàn toàn là hợp chất thiên nhiên

vì không chứa Al(OH)3 nên sẽ tránh nguy cơ tác dụng phụ bởi Al(OH)3 còn đối với gel Chitin thì ít có tác dụng hơn

Dùng bào chế dược phẩm:

Trong công nghệ bào chế dược phẩm, Chitosan có thể làm các chất phụ gia như là làm tá dược độn, tá dược dính, chất tạo màng, viên nang, chất mang sinh học dẫn thuốc… do một số đặc tính ưu việt của nó

Viện Hóa Học Và Xí Nghiệp Dược Phẩm TW2 đã tiến hành nghiên cứu thăm dò ứng dụng Chitosan làm tá dược dính trong một số công thức thuốc viên có dược chất dễ bị tác động bởi các ion kim loại nặng

Qua nghiên cứu trên viên Vitamin Chitin cho thấy khi xát hạt ướt bằng Chitosan có kết quả tốt

Chitosan có khả năng tạo màng phim, nó thích hợp để bao các viên có thành phần trung tính và acid nhẹ Với các loại viên hơi kiềm, Chitosan làm giảm tốc độ hòa tan của dược chất, Chitosan dễ tạo tủa với phần lớn các chất màu tổng hợp, Chitosan có khả năng tạo màng mềm

quan sát thấy ở chuột được tiêm staphylococus aureus Những nghiên cứu giờ

đây hướng vào các olygomere của glucosamine và N- axetyl glucosamine mà

nó cũng có tính chất của polymer tương ứng nhưng nó có ưu điểm là tan trong nước và rất dễ hấp thụ

giảm tới 20 – 30 % sau khi dùng 20 ngày không gây độc hại cho cơ thể, mức

độ ảnh hưởng chỉ tác động khi vượt quá 18g/ngày/1kg thể trọng

I.1.2.3 Trong công nghiệp thực phẩm

Màng mỏng Chitosan dùng trong thực phẩm:

Chitosan không hòa tan trong nước, kiềm, alcol và ceton nhưng tan trong dung dịch axit loãng, Chitosan tạo trạng thái keo Dung dịch keo này khi bao phủ trên mặt sản phẩm sẽ tạo thành một lớp màng bảo vệ bán thấm Các phương pháp dùng Chitosan bảo quản quả tươi dựa trên tính chất này, lớp màng bảo vệ này có thể hạn chế sự bay hơi nước của rau quả, giảm bớt cường

độ hô hấp

Phương pháp sử dụng màng Chitosan đã cho kết quả tốt ở Anh, Úc khi bảo quản táo và một số rau quả ôn đới khác trong thời gian từ 5 – 6 tháng

Phòng Polymer Dược Phẩm - Viện Hóa Học- Trung Tâm Khoa Học

Tự Nhiên Và Công Nghệ Quốc Gia đã nghiên cứu công nghệ bảo quản rau quả

Chế phẩm dùng để bảo quản rau quả là PDP, nó là một dung dịch trên

cơ sở Chitosan, PDP không độc, có hoạt tính sinh học cao, có tác dụng tạo màng, ức chế sự phát triển các loại vi khuẩn và nhiều loại nấm

Bảo quản quả tươi bằng PDP: Quả tươi đã lựa chọn sau đó nhúng vào dung dịch khử trùng 1%, sau đó vớt ra để ráo và tiếp tục nhúng vào dung dịch PDP trong 1 phút, vớt ra để ráo cho khô màng polymer tạo thành

Kết quả này cho thấy khi dùng PDP sẽ kéo dài thời gian bảo quản rau quả tươi, hạn chế quá trình hô hấp, làm chín quả chậm, ít nhăn héo, lâu bị mất màu và hương vị, ngăn cản vi khuẩn và nấm xâm nhập, giảm tốc độ mất nước Lọc trong nước ép quả tươi bằng PDP: Quả chín đem xay ép lấy nước sau đó lọc thô để loại bỏ bã quả, đem xử lý nước quả lọc bằng PDP, lọc tủa đã kết tủa khỏi nước quả

Kết quả cho thấy khi dùng PDP sẽ làm tăng khả năng kết tụ của thịt quả

và những chất vô định hình khác làm cho việc lọc tủa dễ dàng hơn Sau khi xử

lý thu được nước quả trong, giữ nguyên màu và mùi vị của các quả dùng, thời gian bảo quản lâu hơn

Chitosan được dùng để tẩy lọc nguồn nước thải công nghiệp từ các nhà máy chế biến thực phẩm, nhờ khả năng đông tụ của các thể lơ lửng giàu protein, nhờ khả năng kết dính tốt các loại ion kim loại nặng như chì, thủy ngân… của keo dương Chitosan và do đó các ion kim loại này bị giữ lại mà keo Chitosan không bị đông tụ

Nguyễn Văn Thục và cộng sự đã nghiên cứu sử dụng Chitosan để tinh chế và nâng cao chất lượng agar – agar Kết quả cho thấy khi dùng Chitosan trong tinh chế và nâng cao chất lượng agar – agar, giúp giải quyết khó khăn

về công nghệ đặc biển là quá trình lọc thực hiện dễ dàng, giải quyết tồn tại chất lượng agar hiện nay

I.1.2.4 Trong sinh học

Chitosan được sử dụng khá rộng rãi làm vật liệu cố định enzyme và tế bào thông quá cầu nối glutaraldehyt hoặc được nhốt trong gel Tuy nhiên vật liệu Chitosan còn biểu hiện nhiều nhược điểm về tính chất cơ lý, độ bền hóa học và hoạt tính enzyme còn thấp Để khắc phục nhược điểm này nhiều công trình đã nghiên cứu cho phép sử dụng xạ styren, metyl, metacaylat, acrylonitrit lên Chitosan, tạo ra những vật liệu compolyme có độ bền cơ lý và hóa học cao

Khoa Sinh Học Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên TP HCM và Phòng Công Nghệ Bức Xạ - Viện Nghiên Cứu Hạt Nhân Đà Lạt đã nghiên cứu phép bức xạ compolyme của HEMA (Hydroxy Ethyl Methacrylat) với Chitosan để cố định enzyme trypsin

Phương pháp gép compolymer được trình bày như sau: Dung dịch Chitosan 1.5% được chuẩn bị bằng cách hòa tan trong dung dịch axit acetic 1%, monome HEMA được khuếch tán đều trong dung dịch Chitosan sau đó được chiếu xạ trong nguồn gama Co 60 ở 30OChitin, compolymer được hình thành sau chiếu xạ được chiết homopolymer không gép, sau đó xấy chân không đến trọng lượng không đổi enzyme trypsin được cố định trong gel Chitosan PHEMA theo sơ đồ sau:

Sau khi khâu mạch và tạo hạt trong dung dịch 2% Sodium tripolyphotphate pH= 8 trong 1 giờ, các hạt enzyme cố định được lấy ra ngâm trong dung dịch đệm photphate (pH=8) trong 6 giờ cuối cùng các hạt gel cố định được lấy ra và phơi khô ở 30 OC và bảo quản ở 4 oC

Dung dịch khâu mạch Chitosan 2% Sodium

Kết quả cho thấy gel Chitosan PHEMA được chế tạo trong điều kiện 10 – 15 % HEMA + 1.5% Chitosan với liều lượng chiếu xạ kgy, bề mặt hạt gel Chitosan – PHEMA không xuất hiện các vết nứt, cấu trúc bề mặt đồng nhất

ổn định Hoạt tính enzyme trypsin cố định trong Chitosan PHEMA cho hoạt tính cao và ổn định

Qua nghiên cứu người ta còn thấy vật liệu compolyme Chitosan thích hợp cho cố định hoocmon, thuốc để ứng dụng trong y học vì nó có đặc tính sinh học của Chitosan và PHEMA

I.1.2.5 Trong các nghành công nghiệp khác

 Trong công nghiệp dệt:

Chitin – Chitosan dùng trong công nghiệp dệt có ưu điểm làm cho một

số vải hoa, tơ sợi bền màu, bền sợi, chịu sự cọ xát, mặt ngoài ánh đẹp Ở Trung Quốc những xưởng dệt kim, nhuộm vải dùng Chitin để hồ vải, cố định hình, màu sắc Như vậy, Chitin – Chitosan có thể thay thế được hồ tinh bột để dùng trong công nghiệp dệt

Làm vải chịu nước không bắt lửa: Hòa tan Chitosan trong axit acetic

loãng cùng với axetat nhôm và axit stearic thu được hỗn hợp, hỗn hợp này được đem sơn lên vải, khi khô tạo màng mỏng chắc bền, chịu nước và không bắt lửa, vải này được sử dụng để sản xuất đồ bảo hộ lao động

Xuất phát từ tính chất lý hóa của Chitosan Huỳnh Nguyễn Duy Bảo trường Đại Học Nha Trang đã nghiên cứu sản xuất vải colle bằng cách phối trộn dịch keo Chitosan 6% với chất phụ gia tạo thành dịch hồ, sau đó đem dịch hồ nàu đi hồ vải, cán, giặt sạch, làm khô được vải colle Vải này được dùng trong may mặc, kết quả cho thấy vải này có màu trắng, khi khô thì cứng, khi ướt thì mềm mại như vải, không gãy, tạo nếp khi gấp, vải colle sản xuất bền trong dung dịch xà phòng, nước javen, nước sôi, không bị thoái hóa ở nhiệt độ cao

Làm sợi Chitin: Vì Chitin thuộc loại polysaccharide, do đó có thể dùng

nó để sản xuất sợi Chitin theo phương pháp sản xuất sợi keo dính, đây là một loại sợi nhân tạo, nó có thể dùng với sợi bông, sợi hóa học sản xuất từ nguyên liệu khác để tăng nguyên liệu cho nghành dệt

Sợi Chitin được sản xuất bằng cách ngâm Chitosan trong dung dịch

Na2SO4 bào hòa rồi đem kéo sợi Đem sợi này trộn với sợi cellulose tỷ lệ 30% thu được sợi Chitin – Cellulose Khả năng bắt màu tăng khi tăng tỷ lệ sợi Chitin

 Trong mỹ phẩm:

Trong mỹ phẩm, Chitosan cũng được ứng dụng khá rộng rãi Viện Hóa Học TP HCM đã nghiên cứu sử dụng Chitin – Chitosan để làm keo dưỡng da, dầu gội đầu

Dầu gội dầu được tổng hợp như sau:Hàm lượng chất tẩy rửa Sodium larysulfate 20%, chất tạo nhũ axits stearic 6 -9%, hàm lượng chất làm đặc sodium cacboxymethyl cellulose 0.5 – 1%, polymer Chitin hoặc Chitosan 0.5 – 1% màu và hương liệu theo cảm quan Qua nghiên cứu người ta thấy, dầu gội đầu có chứa polymer Chitin hoặc Chitosan là những chất carbohydrat, nó

sẽ cung cấp glucoza cho máu và chính yếu tố này sẽ giúp cho nang tóc hoạt động tốt và tóc sẽ phát triển tốt Ngoài ra Chitin – Chitosan còn có vài trò quan trọng là tách được những chất dầu và chất bã của tóc, giúp cho da đầu không ẩm, tóc mềm mại, óng ả, nó còn chống đỡ một số vi khuẩn, ký sinh trùng trên tóc

Chitosan được sử dụng để sản xuất kem chống khô da, do bản chất Chitosan cố định dễ dàng trên biểu bì của da bởi những nhóm NH4 + liên kết với nhóm tế bào sừng hóa của da

Kem dương da được tổng hợp như sau: Rót dung dịch B gồm sáp ong

5%, sáp parafin 10%, stereat sodium 6%, dầu khoáng 50% và dung dịch A

gồm nước 15%, triethanolmin 15%, glycerin 6%, kalicacbonat 0.3% sau đó khuấy đảo và cho thêm chitossan vào Qua nghiên cứu cho thấy kem dưỡng

da Chitosan có khả năng kháng nguyên làm sạch da, kích thích sự phát triển của tế bào non, làm cho da trẻ hồng hào

 Trong công nghiệp giấy:

Chitosan có tác dụng làm tăng độ bền của giấy chỉ cần thêm trọng lượng bằng 1% trọng lượng của giấy sẽ làm tăng độ bền của giấy khi ẩm ướt, tăng độ nét khi in

 Trong phim ảnh :

Phim Chitin có độ nét cao, không tan trong nước, axit Độ cứng được cải thiện bằng cách tổng hợp đúc Chitosan rồi xử lý phim bằng dung dịch axit

I.1.3 Tình Hình Nghiên Cứu Chitin – Chitosan Trên Thế Giới Và ở Việt Nam

I.1.3.1 Tình hình nghiên cứu Chitin – Chitosan trên thế giới

Từ những năm 30 của thể kỷ XX việc nghiên cứu về dạng tồn tại, cấu trúc, tính chất hóa lý và ứng dụng của Chitin – Chitosan đã được công bố, Chitin – Chitosan đã được đưa và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, kể

cả lĩnh vực sinh học và đạt được hiệu quả cao

Năm 1971, Allan và cộng sự đã dùng Chitosan để kết tủa agaropectin trong agar – agar và chiết agarose Somchai đã báo cáo kết quả dùng Chitosan

để làm giảm phần tử điện âm trong agaropectin và có thể nhận được agar tinh khiết hoặc agarose

Năm 1972, hãng Kyowa Oid Ansd Fat của Nhật Bản lần đầu tiên đưa vào sản xuất công nghiệp Chitin

Năm 1977, Viện Kỹ Thuật Masachusetts (Mỹ), khi tiến hành xác định giá trị của Chitin và protein trong vỏ tôm, cua, đã cho thấy việc thu hồi các

chất này rất có lợi nếu sử dụng trong công nghiệp, phần Chitin thu được được dùng để sản xuất ra các dẫn xuất khác

Năm 1990, sản lượng Chitosan trên thế giới vào khoảng 1200 tấn Hiện nay đi đầu trong lĩnh vực sản xuất và ứng dụng Chitin – Chitosan là Nhật Bản với 600 tấn/ năm, Mỹ 400 tấn/ năm Ngoài ra còn có các nước khác như Trung Quốc, Ấn Độ, Pháp…

Nghiên cứu công nghệ sản xuất Chitin – Chitosan phải gắn liền với nghiên cứu đặc tính sinh học, hóa học, tính chất lý hóa, và ứng dụng trong các lĩnh vực mới có thể giải quyết liên hoàn từ khâu sản xuất đến khâu tiêu thu nhằm đem lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật Nhiều nước như Nhật, Mỹ, Anh đã nghiên cứu một cách rất có hệ thống và đề cập nhiều nội dung khoa học trong

đó có việc ứng dụng Chitosan như một chất hấp thụ trao đổi ion để tinh chế nước giải khát

Ở Mỹ, hàng năm tổng giá trị về các chế phẩm Chitin – Chitosan sử dụng là 425 triệu USD trong đó 210 triệu USD thuộc nghành y tế, sau đó là nông nghiệp và mỹ phẩm Một vài công ty ở Mỹ đã nghiên cứu chiết rút Chitin – Chitosan từ sự lên men nấm

Hiện nay có rất nhiều công ty lớn trên thế giới tham gia vào lĩnh vực sản xuất Chitin – Chitosan và họ đã nghiên cứu ra nhiều sản phẩm có nguồn gốc Chitosan sử dụng thích hợp để xử lý nước, khử các ion kim loại độc, bọc hạt và nhiều ứng dụng khác trong nông nghiệp

I.1.3.2 Tình nghiên cứu Chitin – Chitosan ở Việt Nam

Là nước có nền khoa học kỹ thuật còn kém phát triển, việc nghiên cứu

và sản xuất Chitin – Chitosan và ứng dụng của nó còng tương đối mới mẻ đối với nước ta Công trình vào năm 1978 – 1982 của cô Đỗ Minh Phụng tại Trường Đại Học Thủy Sản là bước khởi đầu của nước ta về lĩnh vực này, tuy nhiên bước đầu vẫn còn gặp nhiều khó khăn

Những năm gần đây, trước yêu cầu cấp bách về xử lý tận thu nguồn phế liệu và những thông tin về kỹ thuật, các nhà khoa học của nước ta bắt đầu nghiên cứu hoàn thiện quy trình sản xuất Chitin – Chitosan cũng như các ứng dụng của nó Đã có nhiều trường đại học, nhiều cơ quan nghiên cứu như: Trường Đại Học Tổng Hợp, Đại Học Y Dược Tp – HCM, Phân Viện Khoa học Việt Nam… cùng nhiều nghiên cứu ở các cơ sở sản xuất khác như: TP HCM, Cà Mau…

I.2 Một số quy trình sản xuất Chitosan

 Quy trình thủy nhiệt của Yamashaki và Nakamichi (Nhật Bản)

 Nhận Xét

Quy trình này khử khoáng bằng HCl 2M ở to= 120 oC trong 1 giờ Sau

đó rửa trung tính làm khô và đồng khử protein, deacetyl bằng NaOH 15M 150

Nhược điểm: Phải có thiết bị nồi cao áp do gia nhiệt lớn Màu sắc của Chitosan sẽ không đẹp, màu vàng do tiến hành ở nhiệt độ cao cộng với chế độ tẩy màu Độ nhớt thấp vì tiến hành ở nhiệt độ cao gây đứt mạch nhiều

 Quy trình Hackman

 Nhận xét

Quy trình này tiến hành khử khoáng chất 2 lần bằng HCl 2N ở nhiệt độ phòng và khử protein 2 lần bằng NaOH 1N 100 oC, có xay nhỏ nguyên liệu sau lần khử khoáng một Sắc tố được tẩy bằng các dung môi hữu cơ: nước, etanol, ete

Quy trình này mất thời gian dài, cồng kềnh, thiết bị phức tạp Màu sắc Chitin được tạo thành không đẹp Quy trình không thể đưa ra sản xuất quy mô lớn được

Rửa, sấy khô ở 120 oCNgâm HCl 2N (Hệ 1W:10V, 5h, to phòng)

Rửa trung tính, làm khô 100 oC

Xay nhỏ Ngâm HCl 2N (Hệ 1W:2.5V, 48h, to phòng)

Ly tâm thu phần bãRửa trung tính

Vỏ tôm hùm

Ly tâm thu phần bãNgâm NaOH 1N (hệ 1W: 2.5V, 12h, 100oC)

Ly tâm thu phần bãRửa trung tính Làm sạch bằng cách ly tâm với các chất theo thứ tự nước, etanol, ete

Làm khôChitosan bột màu kemNgâm NaOH 1N (Hệ 1W : 2.5V, 12h, to phòng)

đã bị xay nhỏ rất khó sửa, hao phí nguyên liệu lớn và khi đến công đoạn rửa

Hấp chín phơi khô

Vỏ tôm

Ngâm NaOH 3.5% (tỷ lệ 1W: 10V, 2h, 65 oC)

Rửa trung tínhNgâm aceton tỷ lệ 1W : 5V, 1/2h, to phòng

Ngâm NaOH 40% tỷ lệ 1W: 4V, 4h, 85oC

Rửa trung tínhChitosan

Ngâm NaClO 0.315 % tỷ lệ 1W : 10V, 1/10h, to phòng

Rửa trung tínhChitin

phơi Chitosan sẽ gặp nhiều khó khăn vì độ nhớt lúc này rất cao, khó tách nước

 Quy trình của phân viện vật lý Hà Nội

để nguyên liệu không phải trực tiếp tiếp xúc với hóa chất nồng độ cao do đó

độ nhớt đảm bảo Màu sắc của Chitin tạo thành xấu không được trắng do không được tẩy màu, chất lượng Chitin cũng không được tốt

Sấy khô

Chitosan Sấy khô thu được Chitin

 Quy trình bán thủy nhiệt của Đại Học Dược TP – HCM

 Nhận Xét

Nguyên liệu được xay nhỏ rồi khử khoáng bằng dung dịch HCl 12%, nhiệt độ phòng, 6h Quá trình loại protein và deacetyl được tiến hành đồng thời bằng dung dịch NaOH 15M, 150 oC, 1h

Quy trình tương đối đơn giản, thời gian tiến hành sản xuất rút ngắn Hóa chất và thiết bị tương đối đơn giản Giá thành tương đối giảm

Tuy nhiên màu sắc của sản phẩm có màu xấu (vàng) do không tiến hành tẩy màu và deacetyl ở nhiệt độ cao Độ nhớt thấp do xúc tiếp xúc với acid nồng độ cao, to lớn, phải có thiết bị nồi nấu chịu áp lực cao do tiến hành ở nhiệt độ 150oC Quá trình tiến hành sẽ gặp nhiều khó khăn trong vấn đề lọc rửa trung tính do nguyên liệu bị xay rất nhỏ Nhất là lúc cuối sau deacetyl dung dịch có độ nhớt rất cao

Rửa sạch, sấy khô, xay nhỏ

Ngâm HCl 12% (nhiệt độ phòng, 6h)

Rửa sạch, sấy khô

Sấy khô 100oC, thu được Chitosan

Loại protein và deacetyl hóa bằng dung dịch NaOH 15M, 1h, to = 150oC

Rửa trung tính bằng nước thường

Rửa lại bằng nước cất Nguyên liệu (vỏ tôm )

 Quy trình của Trường Đại Học Thủy Sản

Ngâm HCl 6N, tỷ lệ 1W: 2.5V, 48h, to phòng

Rửa trung tính Ngâm NaOH 8% tỷ lệ 1W: 1.5V, 2h, to = 100oC

Rửa trung tính Tẩy màu (KMnO4 1%, Na2S2O3 1.5% trong môi trường H2SO4)

Ngâm NaOH 40% tỷ lệ 1W: 1.5V, 24h, to = 80oC

Chitin

Vỏ tôm khô)

Chitosan Rửa trung tính

tồn tại của Chitin – Chitosan trong tự nhiên mà để tách triết chúng thường qua các quá trình chính sau:

- Khử khoáng: Trong nguyên liệu để sản xuất Chitosan có tồn tại rất nhiều

khoáng chất ở dạng muối khoáng tồn tại chủ yếu ở dạng CaCO3 và số ít ở dạng Ca3(PO4)2 Vậy nên người ta thường dùng acid HCl, H2SO4…để khử khoáng Trong thực tế người ta thường dùng acid HCl để khử khoáng vì có hiệu suất cao hơn so vời dùng H2SO4 và các acid khác

Phương trình phản ứng của quá trình khử khoáng:

CaCO3 + 2 HCl = CaCl2 + CO2↑ + H2O

Ca3(PO4)2 + 6 HCl = 3 CaCl2 + 2 H3PO4

Trong quá trình khử khoáng thì nồng độ acid HCl, thời gian xử lý và tỷ

lệ nguyên liệu / dung dịch HCl có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả khử khoáng và chất lượng của Chitosan thành phẩm

- Khử protein, lipid: Dùng kiềm để thủy phân các protein ở dạng liên kết

trong nguyên liệu thành aminoacid, peptid, protein tự do và thủy phân lipip tạo thành glycerin và muối của acid béo hòa tan vào trong môi trường Để khử protein, lipid thường dùng NaOH ở nồng độ vừa phải

Trong quá trình khử protein, lipid thì nồng độ, nhiệt độ, thời gian xử lý

và tỷ lệ nguyên liệu/ dung dịch NaOH có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất khử protein, lipid và chất lượng Chitosan thành phẩm

Phương trình phản ứng của quá trình khử protein và lipid:

Chitin – Protein Chitin + Aminoacid + Peptide + Protein

tự do

- Deacetyl hóa: Deacetyl là quá trình khử nhóm acetyl (- COCH3) có trong cấu trúc phân tử của Chitin để chuyển Chitin thành Chitosan Cũng có thể

NaOH

dùng các tác nhân hóa học là kiềm đặc hay tác nhân sinh học là enzyme deacetylasa của vi khuẩn cho quá trình deacetyl Thông thường người ta thường dùng NaOH 35 – 40% cho công đoạn deacetyl

Phương trình deacetyl Chitin để thành Chitosan:

Cấu trúc phân tử Chitin

n NaOH

n CH 3 COOH

Cấu trúc phân tử Chitosan

I.3 Tổng quan về phương pháp tinh chế Chitosan

Hiện nay, Chitosan đã được ứng dụng rất nhiều vào các lĩnh vực của cuộc sống cho nên nhu cầu về Chitosan là rất lớn Có rất nhiều cơ sở sản xuất được xây dựng để sản xuất Chitosan theo các quy trình khác nhau để cung cấp cho thị trường, tuy nhiên chỉ có một lượng ít các cơ sở có sản phẩm Chitosan

có chất lượng đáp ứng được yêu cầu Chitosan sản xuất tại các cơ sở sản xuất trên có thể chỉ an toàn đối với việc sử dụng trong các lĩnh vực công nghệ thực phẩm, công nghệ xử lý nước thải trong công nghiệp, nông nghiệp… còn nếu

áp dụng trong lĩnh vực y tế thì sẽ gây ra các phản ứng phụ bởi Chitosan có hàm lượng protein và hàm lượng kim loại (hàm lượng kim loại nằm trong khoảng 70-80 ppm, hàm lượng kim loại nặng 7.5 ppm) cao hơn so với quy định

Do vậy, việc nghiên cứu ứng dụng quy trình tinh chế Chitosan nhằm nâng cao chất lượng của Chitosan thành phẩm hứa hẹn sẽ mở ra một hướng nghiên cứu mới Chitosan sau khi tinh chế có chất lượng tốt hơn rất nhiều so với ban đầu: Hàm lượng protein chỉ còn <0.2%, hàm lượng tro <0.01%, hàm lượng kim loại <5ppm Chitosan sau khi tinh chế có thể áp dụng trực tiếp vào các nghành công nghệ thực phẩm, nông nghiệp, đặc biệt là trong lĩnh vực y học, thiết bị y học, công nghệ xử lý nước trong công nghiệp…

Như ta đã biết, Chitin là một hợp chất có màu trắng, không hòa tan

trong nước, kiềm, acid loãng và các dung môi hữu cơ như ete, rượu…Còn Chitosan là một hợp chất màu trắng, không hòa tan trong kiềm, nước nhưng lại tan dễ dàng trong dung dịch acid loãng (pH =6.5) Khi Chitosan hòa tan trong dung dịch acid loãng sẽ tạo thành một dung dịch keo dương, nhờ đó mà keo Chitosan không bị kết tủa khi có mặt của một số ion kim loại nặng như

Pb3+, Hg2+