điều chế chitin – chitosan từ vỏ tôm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ ------------ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐIỀU CHẾ CHITIN - CHITOSAN TỪ VỎ TÔM CÁN BỘ HƢỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN Vũ Trƣờng Sơn Trần Văn Toàn MSSV: 2092170 Ngành: Công Nghệ Hóa Học-Khóa 35 Tháng 4/2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ ------------ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐIỀU CHẾ CHITIN - CHITOSAN TỪ VỎ TÔM CÁN BỘ HƢỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN Vũ Trƣờng Sơn Trần Văn Toàn MSSV: 2092170 Ngành: Công Nghệ Hóa Học-Khóa 35 Tháng 4/2013 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ Độc lập - Tự Do - Hạnh phúc BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC PHIẾU ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Năm học: 2012 – 2013 1. Tên đề tài thực hiện: ĐIỀU CHẾ CHITIN – CHITOSAN TỪ VỎ TÔM 2. Sinh viên thực hiện: Trần Văn Toàn, MSSV: 2092170, Lớp Công Nghệ Hóa Học Khóa 35. 3. Cán hƣớng dẫn: Thầy Vũ Trƣờng Sơn 4. Địa điểm thời gian thực Địa điểm thực hiện: Phòng thí nghiệm Công Nghệ Hóa Học, Bộ môn Công Nghệ Hóa Học, Trƣờng Đại Học Cần Thơ. Thời gian thực hiện: từ ngày 31/12/2012 đến ngày 18/04/2013. 5. Mục đích đề tài Điều chế đƣợc chitin-chitosan, khảo sát yếu tố nồng độ dd HCl dd NaOH, nhiệt độ, thời gian thí nghiệm đến chất lƣợng chitosan thành phẩm. Xây dựng quy trình điều chế chitin-chitosan phòng thí nghiệm. 6. Nội dung  Chƣơng 1: Giới thiệu  Chƣơng 2: Tổng quan tài liệu  Chƣơng 3: Phƣơng pháp phƣơng tiện nghiên cứu  Chƣơng 4: Kết thảo luận  Chƣơng 5: Kết luận kiến nghị SINH VIÊN THỰC HIỆN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN DUYỆT CỦA BỘ MÔN DUYỆT CỦA HĐ LVTN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ Độc lập - Tự Do - Hạnh phúc BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC NHẬN XÉT VÀ Ý KIẾN ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 7. Tên đề tài thực hiện: ĐIỀU CHẾ CHITIN – CHITOSAN TỪ VỎ TÔM 8. Sinh viên thực hiện: Trần Văn Toàn, MSSV: 2092170, Lớp Công Nghệ Hóa Học khóa 35 9. Cán hƣớng dẫn: Thầy Vũ Trƣờng Sơn 10. Ý kiến nhận xét Cần thơ, ngày…… tháng……năm…… CÁN BỘ HƢỚNG DẪN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ Độc lập - Tự Do - Hạnh phúc BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC NHẬN XÉT VÀ Ý KIẾN ĐÁNH GIÁ CỦA HỘI ĐỒNG LVTN 1. Tên đề tài thực hiện: ĐIỀU CHẾ CHITIN – CHITOSAN TỪ VỎ TÔM 2. Sinh viên thực hiện: Trần Văn Toàn, MSSV: 2092170, Lớp Công Nghệ Hóa Học khóa 35 3. Cán hƣớng dẫn: Thầy Vũ Trƣờng Sơn 4. Ý kiến nhận xét . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cần thơ, ngày…… tháng……năm…… HỘI ĐÔNG LVTN LỜI CẢM ƠN Đây lần thực đề tài nghiên cứu luận văn tốt nghiệp, nên trình thực không tránh khỏi khó khăn. Để tri ân ngƣời ủng hộ, quan tâm, giúp đỡ suốt thời gian vừa qua. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến: Thầy Vũ Trƣờng Sơn, giảng viên, trƣởng phòng thí nghiệm thiết bị thực phẩm, Bộ môn Công nghệ thực phẩm, Khoa Nông nghiệp Sinh học ứng dụng, Trƣờng Đại học Cần Thơ tận tình hƣớng dẫn, dạy, đƣa ý kiến quý báu để hoàn thành tốt đề tài này. Tất quý thầy cô Bôn môn Công Nghệ Hóa Học nói chung, đặc biệt thầy cô Phòng thí nghiệm Công nghệ hóa học vô Phòng thí nghiệm Công nghệ hóa học hữu nói riêng giúp đỡ, tạo điều kiện làm việc thuận lợi trình thực đề tài tốt nghiệp. Tất bạn bè quan tâm, giúp đỡ, động viên để thực hiền đề tài đƣơc tốt hơn. Một lần xin chân thành cảm ơn! i TÓM TẮT ĐỀ TÀI Nƣớc ta có bờ biển dài 3260 km, chạy dọc theo chiều dài đất nƣớc. Đó điều kiện để ngành khai thác, nuôi trồng thủy hải sản phát triển. Trong xuất thủy sản ngành kinh tế mủi nhọn nƣớc ta nay. Đặc biệt xuất tôm đông lạnh phát triển năm trở lại đây, kéo theo lƣợng vỏ tôm phế thải khổng lồ đƣợc thải sau trình chế biến. Đây nguồn nguyên liệu dồi dao để sản xuất chitin chitosan. Nhiều nƣớc giới nghiên cứu quy trình sản xuất chitin-chitosan từ sớm, Việt Nam có nhiều công trình nghiên cứu sản xuất chitin-chitosan đƣợc công bố có nhiều ứng dụng thực tế sản xuất. Tôi chọn đề tài làm luận văn tốt nghiệp không với mục đích nghiên cứu, tiềm tòi mới, hƣớng chitin-chitosan. Mà dựa nghiên cứu nhà khoa học nƣớc công bố, để tìm hiểu chitin-chitosan, điều chế đƣợc chitin-chitosan hoàn thành quy trình điều chế chitin-chitosan phòng thí nghiệm. Do khả nhƣ kiến thức hạn chế nên đề tài luận văn tốt nghiệp không tránh khỏi sai sót. Rất mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp chân thành từ quý thầy cô bạn. ii MỤC LỤC Trang bìa Phiếu đề tài tốt nghiệp Lời cảm ơn i Tóm tắt đề tài ii Mục lục . iii Danh mục hình vii Danh mục bảng . ix Danh mục từ viết tăt x Danh mục bảng phụ lục . xi Chƣơng Giới thiệu . Chƣơng Tổng quan tài liệu 2.1 Khái niệm, nguồn gốc chitin-chitosan . 2.2 Lịch sử phát chitin-chitosan 2.3 Cấu trúc hoá học chitin-chitosan . 2.3.1 Cấu trúc chitin . 2.3.2 Cấu trúc chitosan . 2.4 Tính chất chitin-chitosan 2.4.1 Tính chất chitin 2.4.2 Tính chất chitosan 2.4.2.1 Dung môi tính tan . 2.4.2.2 Thủy phân acid 10 2.4.2.3 Phản ứng nitrat hóa . 10 2.4.2.4 Phản ứng photpho hóa . 11 2.4.2.5 Phản ứng alkyl hóa khử . 11 iii 2.4.2.6 Phản ứng khử nhóm amin cắt mạch HNO2 . 11 2.4.2.7 Tính tạo phức . 11 2.5 Tình hình nghiên cứu sản xuất, tiêu thụ chitin-chitosan . 12 2.6 Một số quy trình sản xuất chitin-chitosan nƣớc…… 12 2.6.1 Trên giới . 12 2.6.1.1 Phương pháp Hackman 12 2.6.1.2 Phương pháp P. Meyer Keuns, Lee . 13 2.6.1.3 Phương pháp thủy nhiệt Yamasaki Nacamichi . 14 2.6.1.4 Quy trình sản xuất chitosan Pháp 15 2.6.2 Trong nƣớc . 16 2.6.2.1 Quy trình sản xuất chitin Đại Học Thủy sản Nha Trang 16 2.6.2.2 Quy trình sản xuất chitosan Đỗ Minh Phụng . 17 2.6.2.3 Quy trình sản xuất chitosan ĐH Bách khoa TP. Hồ Chí Minh 19 2.6.3 Điều chế chitosan theo phƣơng pháp hóa sinh 19 2.7 Ứng dụng chitin-chitosan 20 2.7.1 Trong nông nghiệp 20 2.7.2 Trong công nghiệp 21 2.7.3 Trong thực phẩm 22 2.7.4 Trong mỹ phẩm 22 2.7.5 Trong y dƣợc 22 2.8 Cơ sở lý thuyết điều chế chitosan 24 2.8.1 Thành phần vỏ tôm . 24 2.8.2 Các bƣớc điều chế chitosan . 25 2.8.2.1 Loại khoáng . 25 2.8.2.2 Loại protein deacetyl hóa 26 2.8.2.3 Tẩy màu . 28 iv Chƣơng Phƣơng pháp phƣơng tiện nghiên cứu . 29 3.1 Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ thiết bị thí nghiệm . 29 3.2 Bố trí thí nghiệm . 30 3.2.1 Thí nghiệm khảo sát thời gian loại khoáng 30 3.2.2 Thí nghiệm khảo sát nhiệt độ loại khoáng . 31 3.2.3 Thí nghiệm khảo sát nồng độ dd HCl loại khoáng . 32 3.2.4 Thí nghiệm khảo sát nồng độ dd NaOH loại protein deacetyl hóa 33 3.2.5 Thí nghiệm khảo sát thời gian loại protein deacetyl hóa . 34 3.2.6 Thí nghiệm khảo sát nhiệt độ loại protein deacetyl hóa 35 3.3 Các thí nghiệm kiểm tra sản phẩm công thức tính . 36 3.3.1 Thí nghiệm xác định độ ẩm . 36 3.3.2 Thí nghiệm xác định hàm lƣợng tro 37 3.3.3 Thí nghiệm xác định hàm lƣợng nitơ tổng số 38 3.3.4 Tính độ deacetyl hóa . 39 3.3.5 Tính hiệu suất . 39 3.3.6 Thí nghiệm xác định hàm lƣợng chất không tan 39 Chƣơng Kết thảo luận 41 4.1 Kết thí nghiệm 41 4.1.1 Ảnh hƣởng thời gian đến trình loại khoáng 41 4.1.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến trình loại khoáng . 42 4.1.3 Ảnh hƣởng nồng độ dung dịch HCl đến trình loại khoáng 44 4.1.4 Ảnh hƣởng nồng độ dung dịch NaOH đến trình loại protein deacetyl hóa . 46 4.1.5 Ảnh hƣởng thời gian thí nghiệm đến trình loại protein deacetyl hóa . 47 4.1.6 Ảnh hƣởng nhiệt độ thí nghiệm đến trình loại protein deacetyl hóa . 49 v Chương 4: Kết thảo luận Dựa vào đồ thị hinh 4.5, nhận thấy khoảng hai mốc thời gian đầu tốc độ tăng độ deacetyl hóa cao. Tuy nhiên, khoảng sau (từ 89h) mức đô tăng lại nhỏ. Nguyên nhân sau phản ứng thời gian, nồng độ dd NaOH giảm đáng kể nên tốc độ deacetyl không nhanh nhƣ thời gian đầu. Từ thấy đƣợc, kéo dài thời gian phản ứng lâu phƣơng pháp tối ƣu để tăng mức deacetyl hóa. Nhƣng thời gian ngắn độ deacetyl hóa lại không đạt yêu cầu. 4.1.6 Ảnh hƣởng nhiệt độ thí nghiệm đến trình loại protein deacetyl hóa Nhiệt độ ảnh hƣởng lớn đến trình deacetyl hóa. Có thí nghiệm deacetyl thực nhiệt độ thấp (65oC) thời gian tiến hành thí nghiệm phải kéo dài đến 20h. Do đó, để rút ngắn thời gian thí nghiệm tiến hành loại protein deacetyl nhiệt độ cao. Bảng 4.6: Kết thí nghiệm khảo sát nhiệt độ loại protein deacetyl hóa Nhiệt độ (oC) 70 80 90 100 Lần Hàm lƣợng tro (%) 6,6 5,9 4,9 4,6 4,4 5,3 5,7 5,4 Trung bình 5,5 5,6 5,3 5,0 Độ deacetyl hóa (%) 53,4 57,3 69,9 77,1 57,2 62,9 75,3 82,5 Trung bình 55,3 60,1 72,6 79,8 Trần Văn Toàn 49 Chương 4: Kết thảo luận Hình 4.6: Đồ thị khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ thí nghiệm đến trình loại protein deacetyl hóa Qua đồ thị hình 4.6 nhận thấy tăng nhiệt độ mức độ deacetyl tăng lên rõ rệt. Đặc biệt mốc 90oC 100oC, mốc nhiệt độ độ deacetyl hóa đạt vƣợt yêu cầu (DD>70%). Do dó, chọn mốc nhiệt độ tiến hành loại protein deacetyl hóa phải cao 90oC. Dựa vào kết thí nghiệm (bảng 4.6), thấy tăng nhiệt độ loại protein deacetyl hóa hàm lƣợng tro chitosan giảm. Nguyên nhân nhiệt độ cao, phản ứng xảy triệt để NaOH loại số tạp chất khỏi chitosan. 4.2 Xây dựng quy trình điều chế chitosan Phƣơng pháp xây dựng dựa kết thí nghiệm (phần 4.1), tiến hành đánh giá, so sánh số liệu thu thập đƣợc chọn quy trình điều chế chitosan có kết tối ƣu nhất. Sau đó, điều chế chitosan theo quy trình này. Kiểm tra, đo đạc so sánh tiêu chất lƣợng sản phẩm. Từ đó, rút nhận xét chon quy trình điều chế chitosan ƣu nhất. Trong điều chế chitosan theo quy trình tối ƣu này, công đoạn rửa trung tính, sấy khô, tẩy màu đƣợc chọn cố định thực nhƣ bảng 3.1. Chỉ thay đổi thông số trong công đoạn loại khoáng, loại protein deacetyl hóa. Trần Văn Toàn 50 Chương 4: Kết thảo luận 4.2.1 Quy trình điều chế chitosan I (quy trình I) Trong quy trình này, chọn thời gian loại khoáng 7h, nhiệt độ 30oC dung dịch HCl đƣợc sử dụng có nồng độ 10%. Trong trình loại protein deacetyl hóa sử dung dung dịch NaOH 50%, thời gian thí nghiệm 9h, nhiệt độ 90oC. Vỏ tôm khô Thời gian: 7h Loại khoáng Nhiệt độ: 30oC Nồng độ dd HCl: 10% Rửa trung tính sấy khô Tẩy màu Rửa trung tính sấy khô Nồng độ dd NaOH: 50% Loại protein deacetyl hóa Thời gian: 9h Nhiệt độ: 90oC Rửa trung tính sấy khô Chitosan Hình 4.7 Quy trình điều chế chitosan I Trần Văn Toàn 51 Chương 4: Kết thảo luận 4.2.2 Quy trình điều chế chitosan II (quy trình II) Ở quy trình này, thời gian loại khoáng đƣợc chọn 8h, nồng độ dung dịch HCl sử dụng 8%, thí nghiệm loại khoáng đƣợc thực nhiệt độ 30oC. Dung dịch NaOH dùng để loại protein deacetyl hóa có nồng độ 50%, thời gian thực 8h, nhiệt độ 100oC Vỏ tôm khô Thời gian: 8h Nhiệt độ: 30oC Loại khoáng Nồng độ dd HCl: 8% Rửa trung tính sấy khô Tẩy màu Rửa trung tính sấy khô Nồng độ dd NaOH: 50% Loại protein deacetyl hóa Thời gian: 8h Nhiệt độ: 100oC Rửa trung tính sấy khô Chitosan Hình 4.8 Quy trình điều chế chitosan II Trần Văn Toàn 52 Chương 4: Kết thảo luận 4.2.3 Quy trình điều chế chitosan III (quy trình III) Các thông số trình loại khoáng thí nghiệm đƣợc chọn nhƣ sau : thời gian loại khoáng 7h, nhiệt độ 40oC nồng độ dung dịch HCl 8%. Các thông số trình loại protein deacetyl hóa là: thời gian phản ứng 8h, nhiệt độ 90oC nồng độ dung dịch NaOH 55%. Vỏ tôm khô Loại khoáng Thời gian: 7h Nhiệt độ: 40oC Nồng độ dd HCl: 8% Rửa trung tính sấy khô Tẩy màu Rửa trung tính sấy khô Loại protein deacetyl hóa Nồng độ dd NaOH: 55% Thời gian: 8h Nhiệt độ: 90oC Rửa trung tính sấy khô Chitosan Hình 4.9: Quy trinh điều chế chitosan III Trần Văn Toàn 53 Chương 4: Kết thảo luận 4.2.4 Kết so sánh Kết đánh giá so sánh chất lƣợng chitosan thành phẩm ba quy trình: quy trình I, quy trình II quy trình III đƣợc trình bày bảng 4.7. Bảng 4.7: So sánh chất lƣợng chitosan Quy trình I Quy trình II Quy trình III 8,7% 7,6% 8,1% Trắng, đục Trắng, Trắng, đục Hàm lƣợng tro 1,4% 1,7% 1,1% Độ deacetyl hóa 76,4% 77,2% 73,1% Hàm lƣợng chất không tan 0,9% 1,2% 0,7% Hiệu suất 17,6% 18,2% 18,6% Độ ẩm Màu sắc Dựa vào bảng 4.7 ta thấy chất lƣợng chitosan quy trình I, II III gần tƣơng đƣơng nhau. Phần lớn tiêu đạt yêu cầu chitosan thƣơng phẩm (xem phụ lục 2). Chỉ có hàm lƣợng tro chitosan điều chế theo quy trình II cao mức cho phép. Tuy nhiên, khắc phục điều cách tăng nồng độ dd HCl hay tăng nhiệt độ phản ƣng mức chênh lệch không cao lắm. Dù vậy, điều chế chitosan theo quy trình II không mang lại hiệu quy trình I III. So sánh sản phẩm chitosan điều chế theo quy trình I quy trình III, có nhận xét rằng: đa số thông số độ ẩm, hàm lƣợng tro, chất không tan sản phẩm chitosan quy trình I không đạt sản phẩm quy trình II. Nhƣng độ deacetyl lại cao rõ rệt (76,4% so với 73,1%). Hơn nữa, sản xuất theo quy trình I công đoạn loại khoáng thực dễ dang nhiệt độ thƣờng. Vì vây, chọn sản xuất chitosan theo quy trình I quy trình tối ƣu nhất. Trần Văn Toàn 54 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Sản phẩm chitosan thu đƣợc có chất lƣợng cao, tƣơng đƣơng với chitosan thƣơng phẩm. Quá đó, nói đề tài xây dựng thành công quy trình điều chế chitosan đạt đƣợc mục đích đề ra. Hạn chế đề tài dừng lại mức so sánh đánh giá hiệu suất trình loại khoáng loại protein nhƣ deacetyl hóa mà chƣa xác định đƣợc độ nhớt chitosan. Đây khó khăn lớn đề tài, thông qua độ nhớt ta xác định khối lƣợng phân tử chitin-chitosan. Đây thông số quan trọng chitosan. Qua đề tài Điều chế chitin-chitosan từ vỏ tôm, với việc lƣợc khảo tài liệu liên quan tìm hiểu chitin-chitosan. Chúng nhận thấy chitin-chitosan dẫn xuất chúng với tính chất ƣu việt, đặc biệt khả phân hủy sinh học cao, có ứng dung rộng rãi nhiều lĩnh vực. Từ nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm y sinh. Các nghiên cứu ứng dụng chitosan hỗ trợ điều trị ung thƣ mở hƣớng việc chống lại bênh quái ác này. 5.2 Kiến nghị Nƣớc ta vốn mạnh xuất tôm nên nguồn vỏ tôm phế liệu dồi dào. Chúng ta nên đầu tƣ nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất chitinchitosan có chất lƣợng cao phục vụ nhu cầu nƣớc tiến tới xuất khẩu. Góp phần xử lý lƣợng lơn chất thải từ ngành thủy sản mang lại nguồn lợi kinh tế cao cho đất nƣớc. Trong quy trình điều chế chitin-chitosan phƣơng pháp hóa học, cần tính toán chọn điều kiện tiến hành cho phù hợp để mang lại hiệu kinh tế giảm ô nhiểm môi trƣờng. Ngoài ra, hƣớng nghiên cứu để điều chế chitin-chitosan phƣơng pháp sinh học, phƣơng phát kết hợp sinh học hóa học. Các phƣơng pháp sử dụng vi sinh vật thay chất hóa học. Do hạn chế sử dụng tác nhân hóa học nên phƣơng pháp thân thiện với môi trƣờng. 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Trần Thị Luyến Báo cáo tổng kết Dự án sản xuất thử nghiệm cấp Sản xuất chitin-chitosan từ phế liệu chế biến thủy sản Bộ Giáo Dục Đào Tạo, Trƣờng Đại học Thủy Sản, 2004. 2. Nguyễn Ngọc Thủy Điều chế chitosan theo phương pháp hóa sinh số ứng dụng chitosan Luận văn thạc sĩ Hóa hữu cơ, 2005 ĐHQG TPHCM, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên. 3. Bùi Thanh Trung Sản xuất chitin-chitosan từ vỏ tôm ứng dụng chitosan làm màng bao bảo quản cà chua, Luận văn tốt nghiệp, Trƣơng Đại học Kỹ thuật Công Nghệ TP Hồ Chí Minh, 2011 4. Th.S Nguyễn Thị Thu Thủy, TS Nguyễn Công Hà Giáo trình thực tập Hóa học thực phẩm Trƣờng Đại học Cần Thơ, Khoa Nông nghiệp Sinh học ứng dụng, 2009 5. Trần Đại Lâm, Vũ Đình Hoàng Nghiên cứu phân lập chitin tổng hợp glucosamin sulfat natri clorua từ vỏ tôm Khoa Công nghệ Hóa học, Đại học Bách khoa Hà nội. 6. Lê Thị Minh Thủy Nghiên cứu phối trộn chitosan-gelatin làm màng bao thực phẩm bao gói bảo quản phi lê cá ngừ đại dương Tạp chí khoa học 2008,1, Tr. 147-153 Trƣờng Đại học Cần Thơ 7. Phạm Thị Trâm Châu Thực hành hóa sinh học,1997, NXB Giáo Dục 8. Nguyễn Văn Thiết, Đỗ Ngọc Tú Nghiên cứu tách chiết chitin từ đầu-vỏ tôm phương pháp sinh học Tạp chí Khoa học Công nghệ tập 45, số 3, 2007, Tr. 51-58 9. Trần Thị Luyến cộng Hoàn thiện quy trình sản xuất chitin-chitosan chế biến số sản phẩm công nghiệp từ phế liệu vỏ tôm, cua Báo cáo khoa học, Đề tài cấp bộ, Nha Trang, 2000. 10. Báo cáo ngành tôm Việt Nam năm 2012 – Xu hướng năm 2013, Hiệp hội chế biến xuất thủy sản Việt Nam. Trần Văn Toàn 56 11. http://www.biomass-asiaworkshop.jp/biomassws/02workshop/reports/20051213PP05-11p.pdf, cập ngày 12.2.2013. truy 12. Công ty TNHH Grobest Industrial Việt Nam, http://grobest.com.vn/thitruong/44-thi-truong/384-5-quoc-gia-xuat-khautom-nhieu-nhat-chau-a.html, truy cập ngày 27.1.2013. 13. MANUFACTURER-Chitoworld Co.,Ltd, http://www.chitosan.com.vn/index_vie.htm#II, truy cập ngày 9.2.2013, truy cập ngày 8.2.2013. 14. http://vi.wikipedia.org/wiki/Protein, truy cập ngày 7.2.2013. 15. Trung tâm phân phối sản phẩm thực phẩm chức http://thucphamchucnang360.com/home/details/135/vien-giap-xac-chitosanthien-su.html, truy cập ngày 27.1.2013. 16. GTC Bio Corporation http://www.bestchitosan.com/ 17. Công ty liên doanh hóa sinh Phƣơng Duy http://www.phuongduy.com.vn/index.php?page=detailContent&content_id= 57, truy cập ngày 7.2.2013. Trần Văn Toàn 57 Phụ lục Hình ảnh số thiết bị thí nghiệm Máy chƣng cất lôi đạm Trần Văn Toàn 58 Thiết bị nung tro Trần Văn Toàn 59 Bể điều nhiệt Trần Văn Toàn 60 Phụ lục Tiêu chuẩn chất lƣợng chitosan số thí nghiệm 1. Tiêu chuẩn chất lƣợng chitosan Đây tiêu chuẩn chất lƣợng chitosan công ty Protan-Biopolymer công ty lớn giới (Tạp chí thủy sản số 2, 1992) - Độ ẩm: 10% - Hàm lƣợng tro: 1,5% - Chất không hòa tan: 2% - Độ nhớt: 200 cps - Độ deacetyl: 70% 2. Định tính chitosan Để biết đƣợc sản phẩm thu đƣợc có phải chitosan hay không ngƣời ta dùng dung dịch KMnO4 để định tính nhanh chitosan theo tài liệu Nguyễn Hữu Đức Võ Tƣờng Khanh (1997). Lấy 0,1ml KMnO4 cho vào 10ml dung dich chitosan 0,5% dung dịch acid acetic 1% dung dịch chuyển từ màu tím sang màu vàng nhạt. 3. Thí nghiệm đo độ nhớt Có nhiều thiết bị đo độ nhớt khác nhau, dƣới xin trình bày phƣơng pháp đo độ nhớt chitosan máy đo Englers Chitosan đƣợc pha thành dung dịch 1% acid acetic 1%. Quá trình phải thực 20oC. Công thức tính độ nhớt động học k T20 Et  n T20 Trong đó: T20k Thời gian dung dịch chitosan 1% chảy đƣợc 200ml qua lỗ mao quản Englers 20oC. T20n Thời gian nƣớc chảy đƣợc 200ml qua lỗ mao quản Englers 20oC. Trần Văn Toàn 61 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ Độc lập - Tự Do - Hạnh phúc BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ĐỀ CƢƠNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Năm học: 2012 - 2013 1. Tên đề tài thực hiện: ĐIỀU CHẾ CHITIN – CHITOSAN TỪ VỎ TÔM 2. Sinh viên thực hiện: Trần Văn Toàn, MSSV: 2092170, Lớp Công Nghệ Hóa Học Khóa 35 3. Cán hƣớng dẫn: Thầy Vũ Trƣờng Sơn 4. Đặt vấn đề Chitosan polysacharide nhiều thứ hai sau cellulose đƣợc tìm thấy tự nhiên. Đã có nhiều công trình nghiên cứu chitin-chitosan vá có nhiều nghiên cứu ứng dụng vào thực tế. Chitin-chitosan có ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực nhƣ: công nghiệp, nông nghiệp, y sinh, bảo vệ môi trƣờng… Do thân thiện với môi trƣờng nhờ khả phân hủy sinh học khả ứng dụng cao, mà có nhiều công trình nghiên cứu chitin-chitosan. Nƣớc ta mạnh xuất thủy sản, có tôm đông lạnh. Do đó, hàng năm thải lƣợng lớn vỏ tôm phế thải. Theo số liệu thực nghiệm cho thấy, vỏ tôm tƣơi có chứa khoảng 5% chitosan, hàm lƣợng vỏ tôm khô 20-40%. Quá đó, ta thấy đƣợc tiềm phát triển ngành công nghiệp sản xuất chitin-chitosan dẫn xuất chúng nƣớc ta lớn. Từ vấn đề trên, định chọn tìm hiểu để tài “Điều chế chitin-chitosan từ vỏ tôm” làm luận văn tôt nghiệp. 5. Mục đích, yêu cầu Điều chế đƣợc chitin-chitosan, khảo sát yếu tố nồng độ dd HCl dd NaOH, nhiệt độ, thời gian thí nghiệm đến chất lƣợng chitosan thành phẩm. 6. Địa điểm thực Phòng thí nghiệm Công Nghệ Hóa Học, Bộ môn Công Nghệ Hóa Học, Trƣờng Đại Học Cần Thơ. Thời gian thực hiện: từ ngày 31/12/2012 đến ngày 18/04/2013 7. Giới thiệu thực trạng có liên quan tới vấn đề đề tài Hàng năm, tôm mặt hàng xuất chủ lực nƣớc ta. Theo số liệu từ chiến lƣợc xuất Bộ thủy sản, đến năm 2005 sản lƣợng tôm xuất đạt 140000 tấn/năm. Tƣơng ứng với sản lƣợng tôm hàng năm có lƣợng lớn vỏ tôm vỏ đầu tôm khổng lồ đƣợc thải loại. Ở nƣớc ta nguồn phế liệu dồi chƣa đƣợc tận dụng quy mô lớn. Vấn đề đặt cho nhà nghiên cứu ngành thủy sản phải sử dụng thật hợp lý hiệu nguồn phế liệu khổng lồ để tạo sản phẩm có giá trị cao giảm ô nhiễm môi trƣờng. Trong sản xuất chitin-chitosan cách sử dụng dd HCl dd NaOH để loại khoáng, loại protein deacetyl hóa có ảnh hƣởng lớn đến hiệu trình sản xuất chất lƣợng sản phẩm. Nồng độ dd HCl ảnh hƣởng đế thời gian hiệu khử khoáng, nồng độ cao rút ngắn thời gian khử khoáng nhƣng lại ảnh hƣởng đến chất lƣợng chitosan sản phẩm. Nhƣng nồng độ thấp dẫn đến loại khoáng không triệt để thời gian phản ứng kéo dài. Tƣơng tự nhƣ vậy, việc chọn yếu tố nhiệt độ, nồng độ dd NaOH thời gian loại protein deacetyl hóa ảnh hƣơng lớn đến chitosan thành phẩm. Ngoài ra, cần nghiên cứu để xây dựng quy trình điều chế chitin-chitosan có chất lƣợng cao, mang lại hiệu kinh tế cao giảm ô nhiễm môi trƣờng. 8. Nội dung Phần Tổng quan tài liệu: giới thiệu khái niệm, lịch sử phát hiện, cấu trúc số tính chất chitin-chitosan. Tình hinh sản xuất, tiêu thụ ứng dụng chúng. Các sỏ lý thuyết để tiến hành thí nghiệm. Phần thực nghiệm: tiến hành khảo sát trình khử khoáng dd HCl, trình loại protein deacetyl băng dd NaOH. Kiểm tra so sánh số liệu thu đƣợc xây dựng quy trình điều chế chitin-chitosan. Giới hạn đề tài: Do yếu tố thời gian, kinh phí nhƣ khả nghiên cứu thân hạn chế. Đề tài dừng lại việc điều chế chitosan khảo sát ảnh hƣởng yếu tố thời gian, nồng độ nhiệt độ thí nghiêm đến chất lƣợng chitosan thu đƣợc. Tuy nhiên, việc khảo sát dừng lại số điểm nhiệt độ, nồng độ mốc thời gian định. Hạn chế lớn đề tài chƣa xác định đƣợc độ nhớt chitosan, thông số quan trọng chất ứng dụng. 9. Phƣơng pháp thực đề tài Tiến hành điều chế chitosan theo cách xử lý bƣớc kiềm. Thay đổi yếu tố thời gian thí nghiêm, nồng độ dd HCl dd NaOH, thay đổi nhiệt độ loại khoáng trình loại protein deacetyl hóa. Kiểm tra sản phẩm thu đƣợc thông qua xác đinh tiêu: hàm lƣợng tro độ deacetyl hóa (DD). 10. Kế hoạch thực Từ ngày 31/12/2012 đến ngày 18/01/2013: Nhận đề tài, thu thập tài liệu, lập đề cƣơng. Từ 18/01/2013 đến ngày 30/03/2013: Thực đề tài. Từ ngày 30/03/2013 đến ngày 18/04/2013: Tổng hợp kết hoàn thành báo cáo. SINH VIÊN THỰC HIỆN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN DUYỆT CỦA BỘ MÔN DUYỆT CỦA HĐ LVTN [...]... 50 Hình 4.7: Quy trình điều chế chitosan I 51 Hình 4.8: Quy trình điều chế chitosan II 52 Hình 4.9: Quy trình điều chế chitosan III 53 viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Sản lƣợng tôm ƣớc tính tại châu Á năm 2007-2011 2 Bảng 2.1: Hàm lƣợng chitin trong một số loài giáp xác 4 Bảng 2.2: Hàm lƣợng các thành phần chính trong vỏ tôm 25 Bảng 3.1: Các thông số... Chitosan là một dẫn xuất của chitin, đƣợc tạo thành bởi phản ứng deacetyl hóa chitin bằng kiềm đặc ở nhiệt độ cao Chitosan không phải là một đơn chất mà nó là một nhóm sản phẩm của chitin bị loại acetyl từng phần Bảng 2.1: Hàm lƣợng chitin trong một số loài giáp xác [3] Stt Giáp xác Hàm lƣợng chitin theo trọng lƣợng (%) 1 Vỏ tôm 27 2 Vỏ tôm phế thải hỗn hợp 12-18 3 Vỏ tôm hùm 37 4 Càng cua tuyết 24... nguồn gốc chitin- chitosan Chitin là một polymer rất phổ biến trong tự nhiên, số lƣợng chỉ đứng thứ hai sau cellulose Danh từ chitin đƣợc bắt nguồn từ chữ "chiton", tiếng Hy Lạp có nghĩa là vỏ giáp [17] Chitin là thành phần cấu tạo nên bộ khung của vỏ tôm, cua, côn trùng, các động vật giáp xác khác… Trong đó, chitin liên kết chặt chẽ với protein, lipit, các muối vô cơ và các sắc tố màu Chitosan là...4.2 Xây dựng quy trình điều chế chitosan 50 4.2.1 Quy trình điều chế chitosan I (quy trình I) 51 4.2.2 Quy trình điều chế chitosan II (quy trình II) 52 4.2.3 Quy trình điều chế chitosan III (quy trình III) 53 4.2.4 Kết quả và so sánh 54 Chƣơng 5 Kết luận và kiến nghị 55... kìm hãm sự phát triển thƣơng mại của chitin và chitosan Cho đến năm 1970, hàng loạt nghiên cứu về chitin và chitosan đƣợc tiến hành với mục đích ban đầu là tận dụng nguồn phế thải dồi dào từ việc chế biến thuỷ sản (vỏ tôm, cua, ghẹ) để chế biến chitin- chitosan nhằm tránh gây ô nhiễm môi trƣờng Tuy nhiên, các nhà khoa học đã phát hiện ra các tính chất đặc biệt của chitin và các dẫn xuất của nó không... phế liệu từ tôm có thể lên đến 40-70% khối lƣợng tôm nguyên liệu Theo số liệu thống kê từ chiến lƣợc xuất khẩu của Bộ thủy sản năm 2005 cho thấy, sản lƣợng tôm xuất khẩu của nƣớc ta đạt 140.000 tấn Sau quá trình chế biến đã thải ra khoảng 70.000 tấn vỏ tôm phế thải [1] Từ đó ta thấy, nguồn vỏ tôm phế thải cung ứng cho ngành công nghiệp sản xuất chitin- chitosan sẽ rất dồi dào Nếu đƣợc đầu tƣ nghiên cứu,... CH3COOH, sự thuỷ phân chitosan ở nhiệt độ thƣờng xảy ra là không đáng kể 2.4.2.3 Phản ứng nitrat hóa Chitosan tƣơng tự cellulose có đặc tính tạo nitrat Tuy nhiên, hỗn hợp HNO3H2SO4 đƣợc dùng làm tác nhân để điều chế cellulose nitrat lại không thích hợp cho chitosan vì H2SO4 gây phản ứng cắt mạch chitosan Có hai hƣớng điều chế chitosan nitrat nhƣ sau: - Chitosan phản ứng với HNO3 loãng - Chitosan tác dụng... xuất chitosan của ĐH Bách khoa TP Hồ Chí Minh [2] Vỏ tôm tƣơi Rửa sạch và làm khô Loại khoáng bằng HCl 6% ở nhiệt độ phòng trong 6 giờ Rửa trung tính Loại protein và deacetyl hóa bằng NaOH 7M ở nhiệt độ 130oC trong 90 phút Rửa trung tính Sấy khô Chitosan Hình 2.12: Quy trình sản xuất chitosan của ĐH Bách khoa TP Hồ Chí Minh 2.6.3 Điều chế chitosan theo phƣơng pháp hóa sinh [2] Nguyên liệu: - Vỏ tôm. .. giờ Sản phẩm có hàm lƣợng P là 24% Có hai phƣơng pháp điều chế ester phosphat của chitosan: - Dựa trên phƣơng pháp điều chế cellulose phosphat, gia nhiệt chitosan với hỗn hợp acid phosphoric và ure Ngƣời ta thƣờng dùng một chất lỏng trơ để xúc tiến phản ứng nhƣ toluen - Thực hiện phản ứng của chitosan với pentoxid P ở nhiệt độ từ 05oC Trong đó, chitosan đã đƣợc hoà tan trƣớc trong methan sulphonic... độ phòng, độ ẩm 50% trong 48 giờ Rửa sạch Sấy khô Chitosan Hình 2.13: Quy trình điều chế chitosan theo phƣơng pháp hóa sinh 2.7 Ứng dụng của chitin – chitosan 2.7.1 Trong nông nghiệp Phóng thích chậm các chất vào trong đất: Trong nông nghiệp, việc kéo dài thời gian tác dụng của phân bón, chất điều hòa tăng trƣởng hay chất dinh dƣỡng là rất cần thiết Chitosan đƣợc sử dụng nhƣ chất mang tự nhiên để kết . Indonesia 330.115 408.346 299.05 333.86 390.631 Ấn Độ 107 .665 86.600 76.261 94.190 107 .737 Bangladesh 63.600 67.197 105 .000 110. 000 115.000 Được tính theo tấn khối, không bao gồm. Meyer và Keuns, Lee 14 Hình 2.8: Quy trình sản xuất chitosan bằng phƣơng pháp thủy nhiệt Yamasaki và Nacamichi 15 Hình 2.9: Quy trình sản xuất chitosan của Pháp 16 Hình 2 .10: Quy trình sản. 2011 [10] . Chương 1: Giới thiệu Trần Văn Toàn 2 Bảng 1.1: Sản lƣợng tôm ƣớc tính tại châu Á năm 2007-2011 [11] SẢN LƢỢNG TÔM ƢỚC TÍNH TẠI CHÂU Á 2007-2011 2007 2008 2009 2 010 2011