bài tiểu luận về chitin,chitosan

T R Ư Ờ N G Đ Ạ I H Ọ C N SVTH: NGUYỄN CHÍ THANH LỜI MỞ ĐẦU Chitin vật liệu sinh học quý có nhiều phế thải thủy sản vỏ tôm, vỏ ghẹ Chitin dẫn xuất chitosan ứng dụng nhiều nhiều lĩnh vực y dược, bảo vệ môi trường nghành công nghiệp, nông nghiệp Trong y dược : từ chitin sản xuất Glucosamin – dược chất quý mà nước ta phải nhập để sản xuất loại dược phẩm Ngoài sản xuất phẫu thuật tự hoại, da nhân tạo, choto-olygosaccharite Đối với lĩnh vực khác công nghiệp: từ chitin chế sản phẩm công nghiệp có giá trị cao vải chitosan có khả diệt khuẩn, mực in ấn có độ bám dính cao, sản xuất sơn chống mốc, chống thấm cao Trong nông nghiệp: chitin sử dụng để bảo quản quả, hạt mang lại hiệu cao Hiện nay, công nghệ môi trường: chitin sử dụng xử lý nước thải công nghiệp hiệu xử lý nước thải nhuộm vải, xử lý nước thải nuôi tôm,cá Từ khả ứng dụng rộng rãi chitin nói mà nhiều nước giới nghiên cứu sản xuất sản phẩm Theo số liệu xuất Bộ nông nghiệp phát triển nông thôn tính riêng sản lượng tôm xuất đạt 140000 tấn/năm Từ trình sản xuất có lượng lớn phế liệu vỏ tôm thải khoảng 100000 tấn/năm Theo số liệu thực nghiệm chitin chiếm khoảng 5% vỏ tươi khoảng 20-40% vỏ khô, hàng năm sản xuất gần 50000 ngàn chitin từ vỏ tôm ghẹ phục vụ sản xuất nước xuất mang lại hiệu kinh tế cao cho nghành thủy sản Hiện giá bán kg chitin nguyên liệu thị trường từ 250000 đồng Tuy nhiên, từ thực tế nghiên cứu sản xuất chitin Việt nam nhà khoa học thống kê: để sản xuất kg chitin phương pháp hóa học cần sử dụng 80 kgs HCl 10% 75 kgs NaOH 40% để khử chất khoáng protein Điều nghĩa lượng phế thải hóa học chất phân giải protein thải môi trường hàng năm từ sở sản xuất chitin vô lớn Ở Việt Nam dự án nghiên cứu chitin bước đầu mở triển vọng khả thi nghành công nghiệp chitosan việc nâng cao lực cho công nghệ sản xuất chitin-chitosan việc làm cần thiết Vì vậy, nghiên cứu sản xuất chitin từ vỏ tôm, vỏ ghẹ hướng việc bảo vệ môi trường thu lợi nhuận cho doanh nghiệp thủy sản Việt Nam SVTH: NGUYỄN CHÍ THANH TỔNG QUAN Năm 1811, Chitin lần đầu tìm thấy nấm nhà khoa học người Pháp Braconnot Năm 1823 chitin tách chiết từ biều bì sâu bọ đặt tên chitin- nghĩa bao bọc,bởi nhà khoa học người Pháp Odier Năm 1859, chitosan-chất chuyển hóa chiti khám phá Roughet đặt tên nhà khoa học Hoppe Syler Việc nghiên cứu dạng cấu trúc tồn tại, tính chất lý hóa ứng dụng chitosan công bố từ năm 30 kỷ XX Nhiều nước giới thành công việc nghiên cứu chitin Nhật Bản, Mỹ, Ấn Độ, Pháp Năm 1973, Nhật Bản nước sản xuất thành công việc sản xuất chitin đạt 20 tấn/năm, đến 700 tấn/năm Trước đây, người ta thử tách chiết chitin từ rong biển không hiệu nguồn nguyên liệu không đủ đáp ứng Bên cạnh đó, nguồn chitin lại có nhiều vỏ tôm, vỏ ghẹ lại thải môi trường bên gây ô nhiễm môi trường Phần protein thu dùng để chế biến thức ăn gia súc, chitin dùng chất khởi đầu để điều chế dẫn xuất có giá trị Năm 1977, viện nghiên cứu Massachusetts ( Mỹ) xác định giá trị chitin protein vỏ tôm cua việc điều chế chitin chitosan Việc nghiên cứu sản xuất chitin hướng việc giải nguồn phế phẩm( vỏ tôm,cua) khổng lồ nhiều ứng dụng Vào năm 1978 đến 1980, kỹ sư Đỗ Minh Phụng đại học thủy sản Nha Trang công bố quy trình sản xuất chitin, chitosan việc nguồn nguyên liệu phân tán rộng, đặc biệt hàm lượng chứa nguyên liệu thấp chiti, chitosan khó tan dung môi thông thường, phản ứng hóa học nhằm biến tính chúng tốn có hiệu suất thấp nên giá thành chitosan đắt; đề tài nằm kệ Trong công nghệ sản xuất chitin theo phương pháp hóa học có bước xử lý kiềm bước xử lý axit nhằm loại bỏ protein khỏi hỗn hợp bán thành phẩm Về nguyên tắc thay bước phản ứng enzyme thủy phân protein vừa tránh việc dùng hóa chất, thu sản phẩm phụ dịch thủy phân gồm axit amin peptit mà sau tận dụng để sản xuất thức ăn chăn nuôi Dựa kinh nghiệm nghiên cứu thân hệ enzim khác kiến thức trường, thực hành tách chiết enzim sử dụng chế phẩm enzyme proteaza từ vỏ dứa, em tiến hành đề xuất đề tài nghiên cứu khoa học “Ứng dụng phương pháp sinh học để tổng hợp chitin từ phụ phẩm tiềm trình SVTH: NGUYỄN CHÍ THANH chế biến thủy sản” hướng tới mục tiêu thương mại hóa sản phẩm chitin mang thương hiệu Trường Đại Học Nông Lâm Hồ Chí Minh CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU I KHÁI QUÁT VỀ NGUYÊN LIỆU: Cấu tạo vỏ tôm protein không hòa tan thường liên kiết với chitin, canxicacbonat, với lipit tạo thành lipoprotein, với sắc tố tạo thành proteincarotenoit, định đến tính bền vững vỏ tôm Các thành phần phế liệu tôm: - - - Chitin tồn dạng phức hợp chitin-protein liên kết đồng hóa trị với protein, liên kiết với hợp chất khoáng hợp chất hữu khác gây khó khăn cho việc tách, chiết chúng Canxi đầu, vỏ tôm thường chứa lượng lớn muối vô cơ, chủ yếu muối CaCO3, muối Ca3(CO4)2 không nhiều trình khử khoáng dễ hình thành hợp chất CaHPO không tan HCl gây khó khăn trình khử khoáng Sắc tố: vỏ tôm thường chứa nhiều sắc tố chủ yếu astaxanthin Enzim: Theo táp chí thủy sản (số 5/1993) hoạt độ enzym protesaza khoảng 6,5 đơn vị hoạt độ/gam tươi Các enzym chủ yếu enzym nội tạng đầu tôm vi sinh vật thường trú tôm nguyên liệu Ngoài thành phần kể vỏ tôm có thành phần khác nước, lipit, photpho, Bảng 1.1: Thành phần hóa học phế liệu tôm Phế liệu Protein Chitin Lipit Tro Canxi Đầu tôm 53.10 11.10 8.90 22.60 7.20 Vỏ tôm 22.80 27.20 0.40 31.70 11.1  Như vậy, hàm lượng chitin phế liệu tôm chiếm cao 27.20%) nên nguồn nguyên liệu để sản xuất chitin Photpho 1.68 3.16 (11.10%- SVTH: NGUYỄN CHÍ THANH Hình 1: phụ phẩm tiềm từ cua tôm II TÍNH CHẤT HÓA LÝ CỦA CHITIN: Chitin có màu trắng màu trắng phớt hồng, dạng vảy dạng bột, không mùi, không vị, không tan nước, dung dịch kiềm, axit loãng số dung môi hữu este, rượu tan dung dịch đặc nóng muối Ca(SCN)2, tan hệ dimetylacetamid-LiCl 8% hexanfuoracetone sesquihydrate(CF3COCF3.H2O) Ngoài ra, chitin hấp thu tia hồng ngoại có bước sóng 884-890 cm-1 Chitin tồn chất oxy hóa mạnh thuốc tím (KMnO 4), chất oxy già (H2O2), nước Javen, Người ta lợi dụng đặc tính để khử màu chitin Khi đun nóng với NaOH đậm đặc(40-50% ) nhiệt độ cao chitin gốc acetyl tạo thành chitosan: Khi đun nóng với HCl đậm đặc, chitin bị cắt mạch thu glucosamine: Những đặc tính trên, người ta điều chế chitosan: ứng dụng rộng rãi nghành công nghiệp, công nghệ thực phẩm, môi trường, glucosamine: chức chống thoái hóa khớp SVTH: NGUYỄN CHÍ THANH CHƯƠNG II: NHỮNG ĐÁNH GIÁ VÀ NGHIÊN CỨU VỀ PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT CHITIN Hiện có phương pháp để sản xuất chitin từ phế liệu tôm phương pháp hóa học phương pháp sinh học, phương pháp hóa học để tách chiết chitin có từ lâu ngày phương pháp để sản xuất chitin, phương pháp sinh học nghiên cứu gần với mục đích thay phương pháp hóa học truyền thống tiêu hao nhiều hóa chất đặc biệt gây ô nhiễm môi trường Hai phương pháp giống có công đoạn chính: loại khoáng, loại bỏ protein, loại chất tẩy màu Điểm khác phương pháp công đoạn loại bỏ protein Phương pháp hóa học loại bỏ protein axit kiềm, phương pháp sinh học nhờ vào hoạt tính phân hủy protein hệ enzym thuộc nhóm proteinase I QUY TRÌNH TÁCH CHIẾT BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC Các công đoạn tách chiết, tinh chế chitin phương pháp hóa học thực hiên theo trình tự sau: Bước 1: Xử lý nguyên liệu với axit Cho dung dịch axit HCl( 2.74N) vào nguyên liệu rửa sơ nước máy để loại bỏ bớt thịt, ngâm sau rửa cặn nước máy đến pH trung tính ; lặp lại lần cho axit vào không thấy bọt Bước xử lý giúp loại bỏ chất khoáng phần protein vỏ tôm Bước 2: Xử lý nguyên liệu kiềm Ngâm sản phẩm thu từ bước vào dung dich NaOH 4% nhiệt độ phòng 15 phút, sau đun rữa nước máy đến pH trung tính Việc xử lý kiềm lặp lại lần nhằm loại bỏ tất protein vỏ tôm thu chitin thô chứa màu Bước 3: Loại bỏ chất màu Các chất màu chitin thô tẩy màu hỗn hợp dung dich KmnO 0.1%, axit Oxalic C2H2O4 1-2 sản phẩm trắng lấy rữa phơi khô thu chế phẩm chitin SVTH: NGUYỄN CHÍ THANH Chúng em tiến hành thí nghiệm tách chiết tinh chế chitin từ vỏ tôm với quy mô thí nghiệm với khối lượng mẫu 100g 500g Quy trình tiến hành ngày Bảng 1.2 Đánh giá tiêu hao hóa chất hiệu suất thu hồi chitin phương pháp hóa học Chỉ tiêu, Thông số HCl 2.74N NaOH 4% KMnO4 0.1% Axit oxalic Chitin Hiệu suất II Quy mô thí nghiệm 100g nguyên 500g nguyên liệu/mẫu liệu/mẫu 430ml (44.2g) 2000ml ( 205.5g) 925ml (37g) 3000ml (120g) 10ml (10mg) 50ml (50mg) 10ml (100mg) 50ml (500mg) 7.5g 37g 7.5% 7.4% Mẫu 2.1g vỏ tôm loại hết thịt 42ml (4.32g) 526ml (5.04g) 2.5ml (2.5mg) 2.5ml (25mg) 6g 28.6% QUY TRÌNH TÁCH CHIẾT BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC Trong dứa có chứa nhiều bromelain – enzyme thủy phân protein đồng thời chứa nhiều axit hữu Hai tính chất thích hợp cho việc dung dịch ép bã dứa để loại bỏ protein chất khoáng trình tách chiết tinh chế chitin Quy trình thu nhận chitin phương pháp enzyme sử dụng dịch ép vỏ dứa tiến hành theo sơ đồ: 100g nguyên liệu > rữa bỏ thịt tôm -> hòa cặn vào 300ml dịch chiết enzyme (nước ép bã dứa), ngày thay dịch enzyme lần 6-7 ngày -> rửa thu cặn -> xử lý dung dịch với NaOH 1% 90 oC 45 phút -> tẩy màu thuốc tím axit oxalic -> sấy khô thu sản phẩm Quy trình không cần HCl để khử khoáng dịch ép có chứa nhiều axit hữu có tác dụng loại khoáng tốt Chúng tiến hành quy mô 100g 500g nguyên liệu/mẫu, đợt với mẫu song song Bảng 1.3 Đánh giá tiêu hao hóa chất hiệu suất thu hồi chitin phương pháp sinh học Chỉ tiêu, 100g nguyên liệu/mẫu 500g nguyên liệu/mẫu SVTH: NGUYỄN CHÍ THANH Thông số HCl 2.74N NaOH 2% NaOH 1% KMnO4 0.1% Axit oxalic Chitin Hiệu suất Lần 200ml 10ml 10ml 10,5g 10,5% 500ml 10ml 10ml 3,6g 3.6% Lần 800ml 50ml 50ml 50,7g 10.14% 2300ml 100ml 200ml 53g 16% Từ bảng 1.3 cho thấy hiệu suất thu hồi phương pháp sinh học vượt trội phương pháp hóa học hai quy mô thí nghiệm 100g nguyên liệu/mẫu 500g nguyên liệu/mẫu Mẫu thí nghiệm quy mô 100g bị loại phần lớn vỏ tôm to nên hiệu suất đạt 3.6% so với 10.5% đợt thí nghiệm thứ nhất, nguyên liệu chứa nhiều protein hiệu suất thu hồi chitin giảm.Trong quy tình sử dụng dung dịch NaOH 1% thay cho NaOH 2% đem lại hiệu cao Bên cạnh đó, quy trình không cần sử dụng HCl – chất thiếu phương pháp hóa học Điều mang lại lợi cho quy trình enzyme góc độ thiết bị, hóa chất Việc xử lý vỏ tôm với dung dịch bã dứa không loại bỏ lượng lớn protein vỏ tôm mà khử chất khoáng chủ yếu Ca Đây ưu điểm lớn việc tách chiết chitin phương pháp sinh học Tuy nhiên, nhược điểm lớn phương pháp thời gian phương pháp (khoảng ngày) lâu so với phương pháp hóa học (1 ngày) III ĐÁNH GIÁ, SO SÁNH KẾT QUẢ THU NHẬN CHITIN BẰNG PHƯƠNG PHÁP HOA HỌC VÀ ENZYME Sau thu chế phẩm chitin từ hai phương pháp hóa hoc enzim, chúng em đánh giá dựa thông số sau: hiệu suất, lượng hóa chất tiêu hao, độ tinh khuyết chitin thành phẩm thời gian Bên cạnh chi phí khác tiền điện, nước, lương nhân công, chưa tính quy trình thực phòng thí nghiệm SVTH: NGUYỄN CHÍ THANH Bảng 3.1 Đánh giá so sánh kết thu nhận chitin hai phương pháp hóa học sinh học TT Chỉ tiêu, thông số Hiệu suất Lượng hóa chất sử dụng: - Dung dịch vỏ dứa - HCl - NaOH - KmnO4 - Axit oxalic Màu sắc chitin thành phẩm Thời gian Phương pháp hóa học 7.5% Phương pháp sinh học 10.5% 430ml 925ml 10ml 10ml Màu trắng đục, vàng ngày 4.5 lít 200ml 10ml 10ml Màu trắng tinh khuyết 7-8 ngày Kết bảng 3.1 cho thấy phương pháp sinh học có nhiều vượt trôi phương pháp hóa học Thứ nhất, hiệu suất thu hồi chitin phương pháp sinh học cao 10.5% so với 7.5%, chất lượng chitin thu Thứ hai, lượng hóa chất tiêu hao cho phương pháp sinh hoc hẳn so với phương pháp hóa học phí cho việc xử lý nước thải tiền mua hóa chất giảm đáng kể Điều mang lại ý nghĩa kinh tế triển khai quy trình công nghệ để tạo sản phẩm thương mại Tuy nhiên, phương pháp hóa học vượt trội thời gian thực nên hướng nghiên cứu tương lai tạo bước đột phá để giảm thời gian thực phương pháp sinh học SVTH: NGUYỄN CHÍ THANH CHƯƠNG III KẾT LUẬN Theo nghiên cứu tình hình thủy sản Việt Nam giới, chitin ứng dụng rộng rãi lĩnh vực sống : y học, môi trường, công nghệ thực phẩm, nông nghiệp công nghiệp Qua thấy việc ứng dụng sản xuất chitin chế phẩm chitin quan trọng đem lại thu nhuận cao doanh nghiệp thủy sản chưa tận dụng nguồn phế liệu mà gây ô nhiễm môi trường Nguyên nhân chưa có hợp tác, liên kiết nhà khoa học doanh nghiệp thủy sản, chưa có hỗ trợ vốn chuyển giao công nghệ nước phát triển giới Biện pháp đưa cần liên kiết nhà khoa học doanh nghiệp mà cầu nối Sở khoa học công nghệ, liên kiết tạo hướng mang tính ổn đinh, bền vững tăng sức cạnh tranh cho doanh nghiệp Bên cạnh việc sản xuất chitin chủ yếu phương pháp hóa học nên hiệu suất chưa cao mà gây ô nhiễm môi trường Vì hướng nghiên cứu khắc phục nhược điểm phương pháp sinh học để tăng hiệu suất rút ngắn khoảng thời gian thực 10 SVTH: NGUYỄN CHÍ THANH TÀI LIÊU THAM KHẢO Mai Xuân Tịnh – Điều chế chitin/chitosan từ vỏ tôm phế thải – Tạp chí Khoa học Công nghệ hữu (2001) 2.http://doc.edu.vn/tai-lieu/do-an-quy-trinh-san-xuat-chitin-tu-phe-lieu-tom-tuoi49833/ 3.http://www.vjol.info/index.php/jst/article/viewFile/5116/4832 4.http://doc.edu.vn/tai-lieu/de-tai-tim-hieu-ve-chitin-chitosan-52125/ http://scv.udn.vn/bxdong/NCKH/2118 MỤC LỤC Lời Mở Đầu Tổng Quan CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU I II Khái Quát Về Nguyên Liệu Tính Chất Hóa Lý Của Chitin CHƯƠNG II: NHỮNG NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ VỀ PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT CHITIN I II III Quy Trình Tách Chiết Bằng Phương Pháp Hóa Học Quy Trình Tách Chiết Bằng Phương Pháp Sinh Học Đánh Giá, So Sánh Kết Quả Chitin Thu Được Bằng PP CHƯƠNG III: KẾT LUẬN Tài Liệu Tham Khảo 10 11 [...]... 2 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU I II Khái Quát Về Nguyên Liệu 3 Tính Chất Hóa Lý Của Chitin 4 CHƯƠNG II: NHỮNG NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ VỀ PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT CHITIN I II III Quy Trình Tách Chiết Bằng Phương Pháp Hóa Học 5 Quy Trình Tách Chiết Bằng Phương Pháp Sinh Học 6 Đánh Giá, So Sánh Kết Quả Chitin Thu Được Bằng 2 PP 7 CHƯƠNG III: KẾT LUẬN 9 Tài Liệu Tham ... CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU I II Khái Quát Về Nguyên Liệu Tính Chất Hóa Lý Của Chitin CHƯƠNG II: NHỮNG NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ VỀ PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT CHITIN I... phẩm chitin mang thương hiệu Trường Đại Học Nông Lâm Hồ Chí Minh CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU I KHÁI QUÁT VỀ NGUYÊN LIỆU: Cấu tạo vỏ tôm protein không hòa tan thường liên kiết với chitin,... glucosamine: chức chống thoái hóa khớp SVTH: NGUYỄN CHÍ THANH CHƯƠNG II: NHỮNG ĐÁNH GIÁ VÀ NGHIÊN CỨU VỀ PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT CHITIN Hiện có phương pháp để sản xuất chitin từ phế liệu tôm phương pháp