bài tiểu luận về chitin,chitosan

Tuy nhiên, từ thực tế nghiên cứu và sản xuất chitin ở Việt nam các nhà khoa học đã thống kê: để sản xuất 1 kg chitin bằng phương pháp hóa học cần sử dụng 80 kgs HCl 10% và 75 kgs NaOH 40

R Ư Ờ N G Đ Ạ I H Ọ C N

LỜI MỞ ĐẦU

Chitin là vật liệu sinh học quý có nhiều trong phế thải thủy sản như vỏ tôm, vỏ ghẹ Chitin và các dẫn xuất chitosan được ứng dụng nhiều trong nhiều lĩnh vực như y dược, bảo vệ môi trường và trong các nghành công nghiệp, nông nghiệp Trong y dược : từ chitin có thể sản xuất Glucosamin – một dược chất quý mà nước ta phải nhập khẩu để sản xuất các loại dược phẩm Ngoài ra còn sản xuất các chỉ phẫu thuật tự hoại, da nhân tạo, choto-olygosaccharite Đối với các lĩnh vực khác như trong công nghiệp: từ chitin có thể chế ra các sản phẩm công nghiệp có giá trị cao như vải chitosan có khả năng diệt khuẩn, mực in ấn có độ bám dính cao, sản xuất sơn chống mốc, chống thấm cao Trong nông nghiệp: chitin được sử dụng để bảo quản quả, hạt mang lại hiệu quả cao Hiện nay, trong công nghệ môi trường: chitin được sử dụng trong xử lý nước thải công nghiệp rất hiệu quả như xử lý nước thải nhuộm vải, xử lý nước thải trong nuôi tôm,cá Từ khả năng ứng dụng khá rộng rãi của chitin như đã nói ở trên mà nhiều nước trên thế giới đã nghiên cứu sản xuất sản phẩm này

Theo số liệu xuất khẩu của Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn hiện nay tính riêng sản lượng tôm xuất khẩu đạt trên 140000 tấn/năm Từ quá trình sản xuất này

sẽ có lượng lớn phế liệu vỏ tôm thải ra khoảng 100000 tấn/năm Theo số liệu thực nghiệm chitin chiếm khoảng 5% vỏ tươi và khoảng 20-40% vỏ khô, như vậy hàng năm có thể sản xuất gần 50000 ngàn tấn chitin từ vỏ tôm và ghẹ phục vụ sản xuất trong nước và xuất khẩu mang lại hiệu quả kinh tế cao cho nghành thủy sản Hiện nay giá bán 1 kg chitin nguyên liệu trên thị trường từ 250000 đồng Tuy nhiên, từ thực tế nghiên cứu và sản xuất chitin ở Việt nam các nhà khoa học đã thống kê: để sản xuất 1 kg chitin bằng phương pháp hóa học cần sử dụng 80 kgs HCl 10% và 75 kgs NaOH 40% để khử các chất khoáng và protein Điều này nghĩa là lượng phế thải hóa học và các chất phân giải protein thải ra môi trường hàng năm từ những cơ

sở sản xuất chitin là vô cùng lớn Ở Việt Nam các dự án nghiên cứu chitin mới chỉ

là bước đầu mở ra một triển vọng khả thi về một nghành công nghiệp chitosan do vậy việc nâng cao năng lực cho công nghệ sản xuất chitin-chitosan là việc làm hết sức cần thiết Vì vậy, nghiên cứu sản xuất chitin từ vỏ tôm, vỏ ghẹ là một hướng đi mới trong việc bảo vệ môi trường và thu được lợi nhuận cho các doanh nghiệp thủy sản Việt Nam

TỔNG QUAN

Năm 1811, Chitin lần đầu tìm thấy trong nấm bởi nhà khoa học người Pháp Braconnot Năm 1823 chitin được tách chiết từ biều bì của sâu bọ và được đặt tên

là chitin- nghĩa là bao bọc,bởi nhà khoa học người Pháp Odier Năm 1859, chitosan-chất chuyển hóa của chiti được khám phá bởi Roughet và được đặt tên bởi nhà khoa học Hoppe Syler Việc nghiên cứu về dạng cấu trúc và tồn tại, tính chất

lý hóa và ứng dụng của chitosan được công bố từ những năm 30 của thế kỷ XX Nhiều nước trên thế giới đã thành công trong việc nghiên cứu chitin như Nhật Bản,

Mỹ, Ấn Độ, Pháp Năm 1973, Nhật Bản là nước đầu tiên sản xuất thành công trong việc sản xuất chitin đạt 20 tấn/năm, đến nay là 700 tấn/năm Trước đây, người ta thử tách chiết chitin từ rong biển nhưng không hiệu quả nhưng nguồn nguyên liệu không đủ đáp ứng Bên cạnh đó, nguồn chitin lại có rất nhiều trong vỏ tôm, vỏ ghẹ nhưng lại thải ra môi trường bên ngoài gây ô nhiễm môi trường Phần protein thu được dùng để chế biến thức ăn gia súc, còn chitin sẽ được dùng như một chất khởi đầu để điều chế các dẫn xuất có giá trị Năm 1977, viện nghiên cứu Massachusetts ( Mỹ) đã xác định giá trị của chitin và protein trong vỏ tôm cua trong việc điều chế chitin và chitosan

Việc nghiên cứu sản xuất chitin là một hướng đi mới trong việc giải quyết nguồn phế phẩm( vỏ tôm,cua) khổng lồ và nhiều ứng dụng mới Vào những năm

1978 đến 1980, kỹ sư Đỗ Minh Phụng của đại học thủy sản Nha Trang đã công bố quy trình sản xuất chitin, chitosan nhưng việc nguồn nguyên liệu phân tán rộng, đặc biệt hàm lượng chứa trong nguyên liệu thấp và chiti, chitosan đều rất khó tan trong dung môi thông thường, các phản ứng hóa học nhằm biến tính chúng đều tốn kém và có hiệu suất thấp nên giá thành của chitosan rất đắt; vì vậy đề tài vẫn nằm trên kệ Trong công nghệ sản xuất chitin theo phương pháp hóa học có 2 bước xử

lý kiềm và bước xử lý bằng axit nhằm loại bỏ protein ra khỏi hỗn hợp bán thành phẩm Về nguyên tắc có thể thay thế bước này bằng phản ứng enzyme thủy phân protein vừa tránh được việc dùng hóa chất, ngoài ra còn có thể thu được sản phẩm phụ là dịch thủy phân gồm các axit amin và các peptit mà sau đó có thể tận dụng

để sản xuất thức ăn chăn nuôi

Dựa trên kinh nghiệm nghiên cứu của bản thân về hệ enzim khác nhau và kiến thức trên trường, thực hành tách chiết enzim cũng như 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 năng trong quá trình

chế biến thủy sản” và hướng tới mục tiêu thương mại hóa sản phẩm chitin mang thương hiệu Trường Đại Học Nông Lâm tp Hồ Chí Minh

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU

I. KHÁI QUÁT VỀ NGUYÊN LIỆU:

Cấu tạo của vỏ tôm là các protein không hòa tan và thường liên kiết với chitin, canxicacbonat, với lipit tạo thành lipoprotein, với sắc tố tạo thành proteincarotenoit, quyết định đến tính bền vững của vỏ tôm Các thành phần chính trong phế liệu tôm:

- Chitin tồn tại dưới các dạng phức hợp chitin-protein bởi các liên kết đồng hóa trị với protein, liên kiết với các hợp chất khoáng và các hợp chất hữu cơ khác gây khó khăn cho việc tách, chiết chúng

- Canxi trong đầu, vỏ tôm thường chứa 1 lượng lớn muối vô cơ, chủ yếu là muối CaCO3, muối Ca3(CO4)2 mặc dù không nhiều nhưng trong quá trình khử khoáng dễ hình thành hợp chất CaHPO4 không tan trong HCl gây khó khăn trong quá trình khử khoáng

- Sắc tố: trong vỏ tôm thường chứa nhiều sắc tố nhưng chủ yếu là 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 là enzym của nội tạng trong đầu tôm và các vi sinh vật thường trú trên tôm nguyên liệu

Ngoài các thành phần kể trên trong vỏ tôm còn có các thành phần khác như nước, lipit, photpho,

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của phế liệu tôm

 Như vậy, hàm lượng chitin trong phế liệu tôm chiếm khá cao (11.10%-27.20%) nên đây là nguồn nguyên liệu để sản xuất chitin

Hình 1: phụ phẩm tiềm năng từ cua và tôm.

II. TÍNH CHẤT HÓA LÝ CỦA CHITIN:

Chitin có màu trắng hoặc màu trắng phớt hồng, dạng vảy hoặc dạng bột, không mùi, không vị, không tan trong nước, dung dịch kiềm, axit loãng và một số dung môi hữu cơ như este, rượu nhưng tan trong dung dịch đặc nóng của muối Ca(SCN)2, tan trong hệ dimetylacetamid-LiCl 8% và hexanfuoracetone sesquihydrate(CF3COCF3.H2O) Ngoài ra, chitin còn hấp thu các tia hồng ngoại có bước sóng 884-890 cm-1.

Chitin tồn tại trong các chất oxy hóa mạnh như thuốc tím (KMnO4), chất oxy già (H2O2), nước Javen, Người ta lợi dụng đặc tính này để khử màu chitin

Khi đun nóng với NaOH đậm đặc(40-50% ) ở nhiệt độ cao thì chitin sẽ mất gốc acetyl tạo thành chitosan:

Khi đun nóng với HCl đậm đặc, chitin sẽ bị cắt mạch thu được glucosamine:

Những đặc tính trên, người ta điều chế ra chitosan: ứng dụng rộng rãi trong các nghành công nghiệp, công nghệ thực phẩm, môi trường, và glucosamine: chức năng chống thoái hóa khớp

CHƯƠNG II: NHỮNG ĐÁNH GIÁ VÀ NGHIÊN CỨU VỀ PHƯƠNG PHÁP

SẢN XUẤT CHITIN.

Hiện nay có 2 phương pháp để sản xuất chitin từ phế liệu tôm là phương pháp hóa học và phương pháp sinh học, trong đó phương pháp hóa học để tách chiết chitin

đã có từ rất lâu và ngày nay vẫn là phương pháp chính để sản xuất chitin, còn phương pháp sinh học mới được nghiên cứu gần đây với mục đích thay thế phương pháp hóa học truyền thống vì tiêu hao nhiều hóa chất và đặc biệt là gây ô nhiễm môi trường Hai phương pháp này đều giống nhau là có 3 công đoạn chính: loại khoáng, loại bỏ protein, loại các chất tẩy màu Điểm khác nhau căn bản trong 2 phương pháp là ở công đoạn loại bỏ protein Phương pháp hóa học loại bỏ protein bằng axit và kiềm, còn phương pháp sinh học nhờ vào hoạt tính phân hủy protein của hệ enzym thuộc nhóm proteinase

I. QUY TRÌNH TÁCH CHIẾT BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC.

Các công đoạn tách chiết, tinh chế chitin bằng phương pháp hóa học được thực hiên theo trình tự sau:

Bước 1: Xử lý nguyên liệu với axit

Cho dung dịch axit HCl( 2.74N) vào nguyên liệu đã được rửa sơ bộ bằng nước máy để loại bỏ bớt thịt, ngâm trong 1 giờ sau đó rửa cặn bằng nước máy đến pH trung tính ; lặp lại 2 lần nữa cho đến khi cho axit vào không thấy bọt nữa Bước xử

lý này giúp loại bỏ chất khoáng và 1 phần protein trong vỏ tôm

Bước 2: Xử lý nguyên liệu kiềm

Ngâm sản phẩm thu được từ bước 1 vào dung dich NaOH 4% ở nhiệt độ phòng trong 15 phút, sau đó đun trong 1 giờ rồi rữa sạch bằng nước máy đến pH trung tính Việc xử lý kiềm này được lặp lại 2 lần nữa nhằm loại bỏ tất cả các protein trong vỏ tôm và thu được chitin thô còn chứa màu

Bước 3: Loại bỏ các chất màu

Các chất màu trong chitin thô được tẩy màu bằng hỗn hợp dung dich KmnO4 0.1%, axit Oxalic C2H2O4 trong 1-2 giờ cho đến khi sản phẩm trắng thì lấy ra rữa sạch và phơi khô sẽ thu được chế phẩm chitin sạch

Chúng em đã tiến hành thí nghiệm tách chiết và tinh chế chitin từ vỏ tôm với 2 quy

mô thí nghiệm với khối lượng mẫu là 100g và 500g Quy trình được tiến hành trong 1 ngày

Bảng 1.2 Đánh giá tiêu hao hóa chất và hiệu suất thu hồi chitin bằng phương pháp

hóa học

Chỉ tiêu,

Thông số

Quy mô thí nghiệm Mẫu 2.1g vỏ tôm

sạch được loại hết

thịt

100g nguyên liệu/mẫu

500g nguyên liệu/mẫu HCl 2.74N 430ml (44.2g) 2000ml ( 205.5g) 42ml (4.32g) NaOH 4% 925ml (37g) 3000ml (120g) 526ml (5.04g) KMnO4 0.1% 10ml (10mg) 50ml (50mg) 2.5ml (2.5mg) Axit oxalic 10ml (100mg) 50ml (500mg) 2.5ml (25mg)

II. QUY TRÌNH TÁCH CHIẾT BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC.

Trong quả dứa có chứa rất nhiều bromelain – enzyme thủy phân protein và đồng thời chứa nhiều axit hữu cơ Hai tính chất này rất thích hợp cho việc dung dịch ép

bã dứa để loại bỏ protein và các chất khoáng trong quá trình tách chiết và tinh chế chitin

Quy trình thu nhận chitin bằng 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), 1 ngày thay dịch enzyme 2 lần trong 6-7 ngày -> rửa sạch thu cặn -> xử lý dung dịch với NaOH 1% ở 90oC trong 45 phút -> tẩy màu bằng thuốc tím và axit oxalic -> sấy khô rồi thu sản phẩm

Quy trình này không cần HCl để khử khoáng vì trong dịch ép có chứa nhiều axit hữu cơ có tác dụng loại khoáng rất tốt Chúng tôi tiến hành trên các quy mô 100g

và 500g nguyên liệu/mẫu, mỗi đợt với 3 mẫu song song

Bảng 1.3 Đánh giá tiêu hao hóa chất và hiệu suất thu hồi chitin bằng phương pháp

sinh học

Chỉ tiêu, 100g nguyên liệu/mẫu 500g nguyên liệu/mẫu

Thông số Lần 1 2 Lần 1 2

Từ bảng 1.3 cho thấy hiệu suất thu hồi bằng phương pháp sinh học vượt trội hơn phương pháp hóa học đối với cả hai quy mô thí nghiệm 100g nguyên liệu/mẫu và 500g nguyên liệu/mẫu Mẫu thí nghiệm 2 của quy mô ở 100g đã bị loại phần lớn các vỏ tôm to nên hiệu suất chỉ đạt 3.6% so với 10.5% ở đợt thí nghiệm thứ nhất,

vì vậy nguyên liệu chứa nhiều protein thì hiệu suất thu hồi chitin sẽ giảm.Trong quy tình này có thể sử dụng dung dịch NaOH 1% thay cho NaOH 2% nhưng vẫn đem lại hiệu quả cao hơn Bên cạnh đó, trong quy trình này không cần sử dụng HCl – một chất không thể thiếu trong phương pháp hóa học Điều này mang lại lợi thế cho quy trình enzyme dưới góc độ thiết bị, hóa chất Việc xử lý vỏ tôm với dung dịch bã dứa không chỉ loại bỏ một lượng lớn protein trong vỏ tôm mà còn khử các chất khoáng trong đó chủ yếu là Ca Đây cũng là một ưu điểm lớn trong việc tách chiết chitin bằng phương pháp sinh học Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của phương pháp này chính là thời gian của phương pháp này (khoảng 8 ngày) quá lâu so với phương pháp hóa học (1 ngày)

III. ĐÁNH GIÁ, SO SÁNH KẾT QUẢ THU NHẬN CHITIN BẰNG 2 PHƯƠNG

PHÁP HOA HỌC VÀ ENZYME.

Sau khi thu được chế phẩm chitin từ hai phương pháp hóa hoc và enzim, chúng

em đã đánh giá dựa trên các thông số sau: hiệu suất, lượng hóa chất tiêu hao, độ tinh khuyết của chitin thành phẩm và thời gian Bên cạnh đó các chi phí khác như tiền điện, nước, lương nhân công, chưa được tính vì quy trình chỉ được thực hiện trong phòng thí nghiệm

Bảng 3.1 Đánh giá và so sánh kết quả thu nhận chitin bằng hai phương pháp hóa

học và sinh học

TT Chỉ tiêu, thông số Phương pháp hóa

học Phương pháp sinhhọc

2 Lượng hóa chất sử dụng:

- Dung dịch vỏ dứa

- HCl

- NaOH

- KmnO4

- Axit oxalic

0 430ml 925ml 10ml 10ml

4.5 lít 0 200ml 10ml 10ml

3 Màu sắc của chitin thành

phẩm Màu trắng đục,hơi vàng Màu trắng tinhkhuyết

Kết quả bảng 3.1 cho thấy phương pháp sinh học có nhiều vượt trôi hơn phương pháp hóa học Thứ nhất, hiệu suất thu hồi chitin của phương pháp sinh học cao hơn 10.5% so với 7.5%, cũng như chất lượng của chitin thu được Thứ hai, lượng hóa chất tiêu hao cho phương pháp sinh hoc ít hơn hẳn so với phương pháp hóa học nên chi phí cho việc xử lý nước thải và tiền mua hóa chất cũng giảm đáng kể Điều này mang lại ý nghĩa kinh tế khi triển khai các quy trình công nghệ để tạo ra sản phẩm thương mại Tuy nhiên, phương pháp hóa học vượt trội hơn ở thời gian thực hiện nên hướng nghiên cứu trong tương lai sẽ là tạo ra bước đột phá để giảm thời gian thực hiện phương pháp sinh học

CHƯƠNG III KẾT LUẬN.

Theo như nghiên cứu tình hình thủy sản Việt Nam và trên thế giới, chitin được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực của cuộc sống : y học, môi trường, công nghệ thực phẩm, nông nghiệp và công nghiệp Qua đó thấy rằng việc ứng dụng sản xuất chitin và các chế phẩm của chitin rất quan trọng và đem lại thu nhuận cao nhưng các doanh nghiệp thủy sản chưa tận dụng được nguồn phế liệu này mà còn gây ô nhiễm môi trường Nguyên nhân chính là do chưa có sự hợp tác, liên kiết giữa các nhà khoa học và doanh nghiệp thủy sản, chưa có sự hỗ trợ vốn và chuyển giao công nghệ của các nước phát triển trên thế giới Biện pháp đưa ra là cần sự liên kiết giữa các nhà khoa học và doanh nghiệp mà cầu nối chính là Sở khoa học và công nghệ, sự liên kiết này sẽ tạo ra một hướng đi mới mang tính ổn đinh, bền vững và tăng sức cạnh tranh cho doanh nghiệp Bên cạnh đó việc sản xuất chitin hiện nay chủ yếu bằng phương pháp hóa học nên hiệu suất chưa cao mà còn gây ô nhiễm môi trường Vì vậy hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ khắc phục những nhược điểm của phương pháp sinh học để tăng hiệu suất và rút ngắn khoảng thời gian thực hiện

TÀI LIÊU THAM KHẢO

1 Mai Xuân Tịnh – Điều chế chitin/chitosan từ vỏ tôm phế thải – Tạp chí Khoa học và Công nghệ hữu cơ (2001)

http://doc.edu.vn/tai-lieu/do-an-quy-trinh-san-xuat-chitin-tu-phe-lieu-tom-tuoi-49833/

4.http://doc.edu.vn/tai-lieu/de-tai-tim-hieu-ve-chitin-chitosan-52125/

MỤC LỤC

Lời Mở Đầu 1

Tổng Quan 2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU I. Khái Quát Về Nguyên Liệu 3

II. Tính Chất Hóa Lý Của Chitin 4

CHƯƠNG II: NHỮNG NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ VỀ PHƯƠNG PHÁP

SẢN XUẤT CHITIN I. Quy Trình Tách Chiết Bằng Phương Pháp Hóa Học 5

II. Quy Trình Tách Chiết Bằng Phương Pháp Sinh Học 6

III. Đánh Giá, So Sánh Kết Quả Chitin Thu Được Bằng 2 PP 7

CHƯƠNG III: KẾT LUẬN 9

Tài Liệu Tham Khảo 10