Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng chitin, chitosan

Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng chitin, chitosan

Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa .i Lời cảm ơn ii Mục lục .1 Danh Mục Những Từ Viết Tắt 3 Danh Mục Bảng, Hình, Sơ Đồ ……………………………………………… 4 MỞ ĐẦU…………………………………………………………………… .7 Chương1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .……………………………………… .8 1.1 Lịch sử và nguồn gốc chitin, chitosan:…………………………………… 8 1.1.1 lịch sử phát hiện chitin, chitosan: 8 1.1.2 Nguồn gốc của Chitin: 9 1.2 khái niện chitin, chitosan: 11 1.3 Cấu trúc của chitin, chitosan: .11 1.3.1 Cấu trúc của chitin: .11 1.3.2. Cấu trúc của chitosan:12 1.4 Điều chế chitin, chitosan:13 1.4.1 Điều chế chitin: 13 1.4.1.1. Phương pháp Hackman .15 1.4.1.2. Phương pháp WISTLER và BENILLER16 1.4.1.3. Phương pháp ROSEMAN .17 1.4.2 Điều chế chitosan: .18 1.4.2.1. Phương pháp của Nguyễn Hoàng Hà[9]: 19 1.4.2.2. Phương pháp của Đặng Văn Luyến 20 1.4.2.3. Phương pháp bán thủy nhiệt của Nguyễn Hữu Đức[11]: 22 1.4.2.4. Điều chế chitosan theo phương pháp hóa sinh .22 GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN 1 Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan 1.5 Tính chất của chitin, chitosan:[10]………………………………………… 23 1.5.1 Tính chất của chitin: .23 1.5.2. Tính chất của Chitosan 24 1.5.2.1. Độ deacetyl (DD) .24 1.5.2.2. Dung môi và tính tan . 26 a.Trong acid vô cơ 26 b. Trong acid hữu cơ .27 c. Tính tương hợp với các dung môi .27 1.5.2.3. Thuỷ phân bằng acid 28 1.5.2.4. Phản ứng nitrat hoá 28 1.5.2.5. Phản ứng photphat hoá .29 1.5.2.6. Phản ứng sulfat hoá 29 1.5.2.7. Phản ứng alkyl hoá khử .29 1.5.2.8. Phản ứng khử nhóm amin và cắt mạch bằng HNO 2 .29 1.5.2.9. Tính tạo phức .30 Chương 2. Nghiên Cứu Ứng Dụng .31 2.1 Ứng dụng trong nông nghiệp: 31 2.1.1: Ứng dụng trong bảo quản hoa quả [6]: .31 2.1.2 Ứng dụng trong nuôi cấy cây trồng : .32 2.2 Ứng dụng trong công nghiệp : .32 2.2.1 Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất nước hoa quả : 32 2.2.2 ứng dụng trong công nghiệp dệt : 33 2.3 Ứng dụng trong thực phẩm : 34 2.3.1 Ứng dụng trong bảo quản trứng gà [3] : 36 2.3.2 Ứng dụng trong bảo quản cá sòng: 36 2.4 Ứng dụng trong y dược: .40 2.4.1 Làm giảm hàm lượng cholesterol trong máu:[8] .40 GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN 2 Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan 2.4.2 Điều trị viêm loét dạ dày:[8] 40 2.4.3 Ứng dụng trong điều trị bỏng da:[2] 40 2.4.4 Ứng dụng để điều chế thuốc: 41 Chương3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .……43 3.1 Xác định thành phần vỏ tôm: .43 3.1.1 Định lượng nước: .43 3.1.2. Quá trình khử khoáng .43 3.1.3Quá trình loại bỏ protein: .44 3.1.4. Quá trình tẩy màu (loại bỏ astaxanthin): .44 3.1.5. Điều chế chitin: .44 3.2 Điều chế chitosan: 45 Chương 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49 4.1 KẾT LUẬN 49 4.2. KIẾN NGHỊ 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO .50 LỜI CẢM ƠN GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN 3 Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan Như một quy luật của cuộc sống “học đi đôi với hành”. Học không chỉ để nâng cao kiến thức mà còn vận dụng vào thực tiễn cuộc sống. Học tập là một quá trình lâu dài mà cô, thầy chính là người truyền đạt kiến thức trong toàn bộ quá trình học tập của mỗi chúng ta. Thầy cô đã truyền đạt cho chúng ta những kiến thức quý báu không những về chuyên môn mà còn về kiến thức xã hội giúp chúng em làm quen dần với một môi trường mới không còn là môi trường đại học mà môi trường làm việc ở các nhà máy, công ty, xí nghiệp Với những kiến thức này làm nền tảng để chúng em vận dụng vào cuộc sống và công việc sau khi ra trường. Chính vì những công lao to lớn ấy chúng em xin gởi lời cảm ơn đến ban lãnh đạo Trung Tâm Công Nghệ Hóa Học cùng thầy cô trong tổ bộ môn Hóa Dầu, đặc biệt là cô Nguyễn Thị Trâm Châu, người luôn cận kề giúp đỡ động viên và trang bị cho chúng em tư liệu cũng như thực tế để hoàn thành bài báo cáo này . Vì thời gian hạn hẹp và vốn kiến thức còn hạn chế nên cuốn báo cáo này sẽ nên không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn để cuốn báo cáo được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn. DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN 4 Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan COS : Chitosan Olygo Saccharite DD : Độ Deacetyl NOCC : N-O Carboxymethy PE : Polythylene SOR : Sorbital dạng lỏng SB : Sodium Benzoate bột TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam VLDDTT : Viêm loét dạ dày tái tràng WBC : Khả năng kết hợp với nước DANH MỤC BẢNG - HÌNH - SƠ ĐỒ GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN 5 Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan Bảng 1.1 Thành phần chất hữu cơ trong loài động vật chân đốt……… 10 Bảng 1. 2 Hàm lượng chitin trong vỏ một số loại giáp xác ở nước ta . 14 Bảng 1.3: Một số thông số đặc trưng của chitin và chitosan ……… 32 Bảng 2.1: Thành phần và nồng độ các chất trong nước thải ngành dệt nhuộm 37 Bảng2.2: Quy trình bảo quản cá sòng tươi nguyên liệu sau khi đánh bắt bằng dung dịch Chitosan 2% hoặc COS 0,2% ………………………………… .42 Bảng 3.1. Thành phần vỏ tôm 49 Bảng 3.2. Một số chỉ tiêu của chitosan được điều chế từ chitin khi chiếu xạ vi sóng ở 8 phút với các công suất khác nhau 51 Bảng 3.3. Một số chỉ tiêu của chitosan được điều chế từ chitin khi chiếu xạ vi sóng ở công suất 600 W với các thời gian khác nhau ………………… .52 Hình 1.1 Cấu trúc mạch polyme của chitin và cellulose 12 Hình 1.2 Cấu trúc phân tử chitin trong không gian …………………… 12 Hình 1.3 Cấu trúc của chitosan ………………………………………… .13 Hình 1.4 Cấu trúc phân tử chitosan trong không gian ………………… 13 Hình 1. 5 Thành phần hóa học của vỏ tôm ……………………………… 14 Hình1. 6 Phổ IR của Chitin (A) và Chitosan (B) ……………………… 20 Hình 2.1 ứng dụng của chitosan trong bảo quản hoa quả 33 Hình 2.2 cá sòng được bảo quản bằng chitosan ……………………… 40 Hình2.3 Ứng dụng của chitosan để điều chế thuốc …………………… .45 Sơ đồ 1.1 Quy trình điều chế chitin bằng phương pháp Hackman …… 16 Sơ đồ 1.2: Quy trình điều chế chitin theo phương pháp Wistler và Beniller 18 Sơ đồ1.3 Quy trình điều chế chitin theo phương pháp Roseman …… .19 Sơ đồ1. 4 Quy trình điều chế chitosan theo phương pháp của Nguyễn Hoàng Hà ……………………………………………… 21 Sơ đồ 1. 5 Quy trình điều chế chitosan theo phương pháp của Đặng Văn Luyến ……………………………………………… 22 GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN 6 Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan Sơ đồ1. 6 Quy trình điều chế chitosan theo phương pháp bán thủy nhiệt ….23 Sơ đồ1. 7 Quy trình điều chế chitosan theo phương pháp hóa sinh…… 24 Sơ đồ 2.1: Bố trí thí nghiệm bảo quản cá sòng bằng nước đá kết hợp với nhúng dung dịch chitosan và COS .35 Sơ đồ 2.2 quy trình thu hồi protein .38 Sơ đồ 2.3: Bố trí thí nghiệm bảo quản cá sòng bằng nước đá kết hợp với nhúng dung dịch chitosan và COS .41 Sơ đồ2.4: Quy trình điều chế glucosamine .44 MỞ ĐẦU GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN 7 Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan Chitosan là polysacharid nhiều thứ hai sau cellulose tìm thấy trong tự nhiên.Sản phẩm chitin - chitosan đã có nhiều công trình nghiên cứu và ứng dụng trong thực tế [2,3,6,8 ]. Chitin có ứng dụng làm da nhân tạo và là nguyên liệu trung gian cho các chất quan trọng như chitosan, glucosamin và các chất có giá trị khác. Chitosan có nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp, y dược và bảo vệ môi trường như: sản xuất glucosamin, chỉ khâu phẫu thuật, thuốc kem, vải, sơn, chất bảo vệ hoa quả, bảo vệ môi trường[11]…Với khả năng ứng dụng rộng rãi của chitin – chitosan mà nhiều nước trên thế giới và cả Việt Nam đã và đang nghiên cứu sản xuất các sản phẩm này.Giáp xác là nguồn nguyên liệu thủy sản dồi dào chiếm 1/3 tổng sản lượng nguyên liệu thủy sản ở Việt Nam. Trong công nghiệp chế biến thủy sản xuất khẩu, tỷ lệ cơ cấu các mặt hàng đông lạnh giáp xác chiếm từ 70 - 80% công suất chế biến. Hàng năm các nhà máy chế biến đã thải bỏ một lượng phế liệu giáp xác khá lớn khoảng 70.000 tấn/năm[1]. Việc sản xuất chitosan có nguồi gôc từ vỏ tôm đã mang lại hiệu quả kinh tế cao. Với khả năng ứng dụng rộng rãi của chitin – chitosan trong cuộc sống như vậy.Từ những vấn đề trên nhóm nghiên cứu chúng tôi quyết dịnh chọn đề tài “Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng chitin, chitosan”làm đồ án tốt nghiệp. Chương1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN 8 Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan 1.1 Lịch sử và nguồn gốc chitin, chitosan: 1.1.1 lịch sử phát hiện chitin, chitosan: Danh từ “chitin” bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp “tunic” hay “envenlopen” đó có nghĩa là lớp vỏ ngoài hay sự bao bọc. Chitin đã được phát hiện bởi Henri Braconnot vào năm 1811[5]. Lần đầu tiên ông phân lập được chitin như một hợp chất không tan trong kiềm của một số loại nấm. Hợp chất do Braconnot phân lập được còn lẫn rất nhiều tạp chất nhưng ông khẳng định đây không phải là gỗ. Đến năm 1823, Odier đã cô lập được chitin từ cánh cứng của con bọ cánh cứng và cũng phân lập được chitin khi loại khoáng vỏ cua. Từ đó, Odier cho rằng đây là hợp chất cơ bản trong vỏ giáp xác và côn trùng. Vào năm 1834, Children phát hiện sự có mặt của nitơ trong chitin, 9 năm sau đó tức năm 1843 sự tồn tại của nitơ trong chitin đã được Lassaigne chứng minh một lần Đến năm 1859, C.Rouget phát hiện ra một hợp chất mới khi đun hoàn lưu chitin trong dung dịch KOH đặc, có tính chất khác với chitin, ông gọi nó là “modified chitin”. Năm 1876, Ledderhose thuỷ phân vỏ tôm hùm bằng dung dịch HCl và nhận được một muối Clorua của amin 6C. Ông đề nghị cấu trúc CHO.(CHOH) 4 .CH 2 NH 2 .HCl Năm 1894, Winterstein phát hiện ra khi xử lý nấm với H 2 SO 4 hay NaOH rồi thuỷ phân trong HCl thì đều thu được cùng loại mono saccharide và acid acetic. Tuy nhiên, ông ta vẫn gọi hợp chất này là “celulose”. Cũng trong năm này, khi đun chitin trong dung dịch KOH ở 180 0 C, Hope – Seyler thu được một hợp chất mới có số nguyên tử giống như trong chitin và gọi nó là chitosan. Năm 1912, Brach và Furth nhận thấy tỉ lệ acid acetic và glucosamin là 1:1, ông gọi nó là “polyme mono acetyl glucosamin”. Năm 1928, Meyer và Mark dựa trên phổ nhiễu xạ tia X kết luận rằng chitin và chitosan nằm ở dạng liên kết β(1 4) giữa các mắc xích pyranoz. Từ những năm 1930 đến 1940 có rất nhiều nghiên cứu vế chitin và chitosan, khoảng 50 phát minh được đăng ký. Với những nghiên cứu của mình, Purchase và Braum chứng minh được chitin là một polysaccharide của glucossamime bằng cách GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN 9 Bảng 1.1 Thành phần chất hữu cơ trong loài động vật chân đốt. Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan thuỷ phân chitin theo nhiều cách khác nhau, hay với nghiên cứu của Rammelberg đã xác định một cách chính xác nguồn gốc của chitin. Vào năm 1948, Matsusshima cũng đã có một phát minh sản xuất glucossamine từ vỏ cua. Năm 1950, người ta đã sử dụng tia X để phân tích nhằm nghiên cứu sâu hơn sự hiện diện của chitin trong nấm và trong thành tế bào. Và đến năm 1951, quyển sách đầu tiên viết về chitin đã được xuất bản. Bấy giờ, người ta đã phát hiện tiềm năng của các polyme thiên nhiên này. Nhưng sự cạnh tranh của các loại polyme tổng hợp nên đã kìm hãm sự phát triển thương mại của chitin và chitosan. Cho đến năm 1970, hàng loạt nghiên cứu về chitin và chitosan được tiến hành với mục đích ban đầu là tận dụng nguồn phế liệu dồi dào từ việc chế biến thuỷ sản (vỏ tôm) nhằm tránh gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã phát hiện ra các tính chất đặc biệt của chitin và các dẫn xuất của nó không những giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường mà còn mở ra một triển vọng rất lớn trong việc ứng dụng chitin và các dẫn xuất của chúng vào sản xuất. Vào năm 1978, một hội nghị đầu tiên nói về chitin và chitosan diễn ra tại Mỹ và thu hút được sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học trên thế giới. Hiện nay, những nghiên cứu về chitin và chitosan đã đạt những thành công nhất định. Tại Nhật, một chương trình nghiên cứu dài hơn 10 năm cũng bắt đầu khởi động. Trung Quốc, tuy là nước bắt đầu nghiên cứu chậm hơn so với những nước khác nhưng lại đang phát triển rất nhanh trong lĩnh vực này. 1.1.2 Nguồn gốc của Chitin: Chitin được tìm thấy chủ yếu ở hai nguồn sau đây: • Từ động vật bậc thấp. Chitin là chất hữu cơ chủ yếu trong vỏ mai ( bộ xương ngoài của động vật không xương sống). Theo Richard, chitin được tìm thấy trong lớp vỏ cutin của loài chân đốt. Ngoài ra, Chitin còn được tìm thấy trong tế bào ống của loài mực, ở lớp vỏ bao ngoài của loài Bọ cánh cứng, trong lớp vỏ mai của loài giáp xác, trong loài nhện và bướm. Chitin thường có khoảng 25 đến 50% trên lượng khan của lớp cutin, thành phần khác chủ yếu là protein và calci carbonat. GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN 10 [...]... lại không thích hợp cho chitosan vì H2SO4 gây phản ứng cắt mạch chitosan Có hai hướng điều chế chitosan nitrat như sau: - Chitosan phản ứng với HNO3 loãng - Chitosan tác dụng với hỗn hợp của acid acetic loãng: anhydric acetic: acid nitric nguyên chất ở nhiệt độ thấp hơn 50C theo tỉ lệ 1:1:1:3 GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu 28 Lớp: NCHD1QN Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan Sản phẩm thu được... với sự có mặt của NaCNBH, ở pH = 4 1.5.2.8 Phản ứng khử nhóm amin và cắt mạch bằng HNO 2 Acid nitrơ được được sử dụng để thực hiện phản ứng deamin hoá và depolymer hoá chitosan, phản ứng xảy ra càng mạnh khi có mặt của AgNO3 Khi thực hiện phản ứng GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu 29 Lớp: NCHD1QN Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan depolymer hoá chitosan ở nhiệt độ phòng bằng HCl 3M thì cần 160... khoa học cũng nghiên cứu thêm qui trình bảo quản trái quýt hồng (quýt Tiều) bằng cách bảo quản trong bao PE (nhưng chỉ đục 3 lỗ, mỗi lỗ 1 mm) và bảo quản ở nhiệt độ lạnh (150C) qui trình này cho phép thời gian tồn trữ kéo dài đến 9 tuần Hình 2.1 ứng dụng của chitosan trong bảo quản hoa quả GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu 31 Lớp: NCHD1QN Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan 2.1.2 Ứng dụng trong... Hàm lượng protein 6% - 7% 10% - 15% < 10% . gian cho c c ch t quan tr ng như chitosan, glucosamin và c c ch t c giá trị kh c. Chitosan c nhi u ng d ng trong c c ng nh c ng nghi p, n ng nghi p,. ph m chitin - chitosan đã c nhi u c ng trình nghi n c u và ng d ng trong th c t [2,3,6,8 ]. Chitin c ng d ng l m da nh n t o và là nguy n li u trung