Trong bài báo này tác giả trình bày các điều kiện để điều chế chitin/chitosan từ vỏ tôm với hiệu suất cao nhất tương ứng các điều kiện phản ứng: Nồng độ axit HCl; thể tích axit HCl; nhiệt độ phản ứng; thời gian bẽ gãy mạch và liều xạ. Cấu trúc của sản phẩm được xác nhận bằng phương pháp phổ hồng ngoại.
JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Interdisciplinary Sci., 2013, Vol 58, No 10, pp 28-34 ĐIỀU CHẾ GLUCOSAMIN TỪ CHITIN/CHITOSAN VỚI TÁC NHÂN AXIT CLOHIĐRIC VÀ CHIẾU XẠ Nguyễn Thị Nhi Phương Khoa Cơ bản, Trường Đại học Phạm Văn Đồng, Quảng Ngãi Tóm tắt Chitin/chitosan hợp chất có nhiều ứng dụng sống, đặc biệt nguyên liệu để sản xuất biệt dược, chất chống viêm, nguyên liệu sinh học Chitin/chitosan có chủ yếu vỏ bọc bên loài động vật giáp xác trùng Trong báo tác giả trình bày điều kiện để điều chế chitin/chitosan từ vỏ tôm với hiệu suất cao tương ứng điều kiện phản ứng: nồng độ axit HCl; thể tích axit HCl; nhiệt độ phản ứng; thời gian bẽ gãy mạch liều xạ Cấu trúc sản phẩm xác nhận phương pháp phổ hồng ngoại Từ khóa: Điều chế, glucosamin, chitin/chitosan, tác nhân HCl Introduction Chitin (kitin) tìm thấy nấm vào năm 1811 nhà khoa học Henry Braconnot, ông đặt tên cho chất "Fungie" để ghi nhớ nguồn gốc Đến năm 1823 Odier phân lập chất từ bọ cánh cứng mà ơng gọi chitin, sau vào năm 1934 Children phát có mặt nitơ phân tử, đến năm 1875 Ledderhose thủy phân vỏ tôm hùm dung dịch HCl nhận muối clorua amin 6C Cuối đến kết luận chitin có dạng cơng thức giống xenlulozơ [3] Công thức cấu tạo chitin sau: Poly(1,4)-2 acetamido 2-deoxy β-D-glucoza Ngày nhận bài: 22/9/2013 Ngày nhận đăng: 24/10/2013 Tác giả liên lạc: Nguyễn Thị Nhi Phương, địa E-mail: nhiphuongnpn@gmail.com 28 Điều chế glucosamin từ chitin/chitosan với tác nhân axit clohidric chiếu xạ Năm 1894 nhà khoa học người Đức Hoppe Seyler chuyển hoá chitin tạo sản phẩm (dẫn xuất chitin) đặt tên chitosan Công thức cấu tạo chitosan sau: Poly(1,4)-2 amido 2-deoxy β-D-glucoza Chitin có chủ yếu động vật không xương sống, tạo thành vỏ bọc bên ngồi lồi giáp xác trùng Chitosan dẫn xuất chitin thu từ phản ứng đeacetyl hóa, tách gốc acetyl khỏi nhóm amino vị trí C2 Trên thực tế mạch phân tử chitosan tồn nhóm acetyl đan xen đeacetyl hóa chưa hồn tồn Do cơng thức xác mạch chitosan sau: Chitin/chitosan có trữ lượng lớn thiên nhiên: lượng chitin/chitosan tạo thiên nhiên ước tính khoảng 100 tỉ tấn/năm, phân bố rải rác loài động vật giáp xác sản lượng đứng sau xenlulozơ Hiện nay, nhiều dự án lớn nuôi tôm cát triển khai như: dự án 2.000 nuôi tôm cát nhà máy chế biến Hà Tĩnh, dự án xây dựng khu nuôi tôm công nghiệp cát lớn Việt Nam Quảng Bình với diện tích 2.800 Theo nhận định Viện Kinh tế Quy hoạch Thủy sản (Bộ Thủy sản), xu hướng tăng mạnh thời gian tới Qua thống kê Viện Kinh tế Quy hoạch thủy sản, Trung tâm Nghiên cứu Thủy sản III (Bộ Thủy sản) cho thấy, vùng ven biển nước ta có khoảng 100.000 đất cát, tập trung chủ yếu miền Trung, nhiều Quảng Bình (39.000 ha), Phú Yên (14.000 ha), Quảng Trị (13.000 ha) Quảng Ngãi (13.000 ha) Tại tỉnh Đồng sơng Cửu Long diện tích nuôi tôm xanh tăng nhanh năm gần đạt gần 5.000 ha, sản lượng đạt mức 1,5 tấn/ha Vì vậy, nghề ni tơm phát triển mạnh mẽ từ Bắc tới Nam, sản lượng năm sau ln cao năm trước Mặc dù chitin/chitosan có nhiều tự nhiên, xem hợp chất có nhiều ứng dụng y học, có khả tự phân huỷ sinh học tương hợp sinh học, q trình nghiên cứu chitin/chitosan thực có hệ thống vào kỉ 20 [1] Vào năm 1978, hội nghị nói chitin chitosan diễn Mỹ thu hút quan tâm nhiều nhà khoa học giới Hiện nay, nghiên cứu chitin chitosan đạt thành công định Tại Nhật, chương trình nghiên cứu dài 10 năm bắt đầu khởi động Trung Quốc, nước bắt đầu 29 Nguyễn Thị Nhi Phương nghiên cứu chậm so với nước khác lại phát triển nhanh lĩnh vực [3] Ở Việt Nam, chitin/chitosan bắt đầu nghiên cứu từ năm 1984 phòng nghiên cứu hợp chất cao phân tử, thuộc Trung tâm Khoa học Tự nhiên công nghệ Quốc gia Hiện Việt Nam có nhiều sở khoa học nghiên cứu sản xuất chitin/chitosan như: Trường Đại học Nơng Lâm, thành phố Hồ Chí Minh, Trung tâm nghiên cứu polyme viện Khoa học Việt Nam, Viện Hoá học thuộc phân viện Khoa học Việt Nam thành phố Hồ Chí Minh Nội dung nghiên cứu 2.1 Thực nghiệm * Xử lí sơ nguyên liệu: Nguyên liệu vỏ tôm mua từ nhà máy đông lạnh Vỏ tôm rửa nước, loại bỏ phần mắt thịt đầu, phơi khô nghiền nhỏ, lúc mẫu có màu hồng sáng * Tách chitin/chitosan từ vỏ tôm cua phế thải: - Nguyên tắc: Công nghệ sản xuất chitin/chitosan dựa nguyên tắc loại bỏ muối khoáng protein - Giai đoạn loại protein: Tách protein cách đun cách thủy với dung dịch NaOH 5% 90 ◦ C Mẫu sau loại protein rửa nhiều lần nước để loại hết NaOH Mẫu sau rửa kiềm, làm khơ nước tiến hành loại khống - Giai đoạn loại khoáng: Tách khoáng cách ngâm dung dịch HCl 12% nhiệt độ phòng (cần thêm HCl vào từ từ CO2 mạnh) Chitin tạo thành rửa nước nhiều lần để loại axit Tỉ lệ mẫu hóa chất: 100 g mẫu khô tiêu tốn hết 0,5 l HCl 12% 0,5 l NaOH 5%, kết thu 16 g chitin * Phương pháp xác nhận cấu trúc glucosamin: Sử dụng phương pháp Phổ hồng ngoại máy Shimadzu FTIR- 8101M (ép viên với KBr) 2.2 Kết thảo luận 2.2.1 Điều chế glucosamin từ chitin với tác nhân HCl * Ảnh hưởng nhiệt độ: Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất cắt mạch với thông số cố định như: Khối lượng chitin:10 g; Thể tích HCl:150 ml; Nồng độ HCl: 10 N; Thời gian phản ứng: Kết khảo sát biểu diễn Hình 30 Điều chế glucosamin từ chitin/chitosan với tác nhân axit clohidric chiếu xạ Hình Sự ảnh hưởng hiệu suất cắt mạch vào nhiệt độ Hình cho thấy: Khi nhiệt độ tăng hiệu suất cắt mạch tăng đạt cực đại 95 ◦ C Vì vậy, chúng tơi chọn giá trị nhiệt độ cho nghiên cứu * Ảnh hưởng nồng độ HCl: Khảo sát ảnh hưởng nồng độ axit HCl đến hiệu suất cắt mạch với điều kiện phản ứng cố định: Khối lượng chitin: 10 g; Thể tích HCl: 150 ml; Thời gian: giờ; Nhiệt độ: 95 ◦ C Bảng Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ HCl đến hiệu suất cắt mạch Nồng độ HCl (N) Hiệu suất (%) 23,000 10 25,754 10,5 29,793 11 32,714 11,5 35,612 12 38,660 12,5 38,006 Từ kết Bảng ta thấy, nồng độ HCl tăng hiệu suất cắt mạch tăng đạt cực đại 12 N Vì vậy, chúng tơi chọn nồng độ HCl 12 N cho nghiên cứu 2.2.2 Điều chế glucosamin từ chitin với tác nhân chiếu xạ HCl * Ảnh hưởng thể tích HCl Khảo sát ảnh hưởng thể tích axit HCl đến hiệu suất cắt mạch mẫu có liều xạ khác điều kiện phản ứng cố định: Khối lượng chitin chiếu xạ: 10 g; Nồng độ HCl: 12 N; Thời gian: giờ; Nhiệt độ: 95 ◦ C 31 Nguyễn Thị Nhi Phương Bảng Kết khảo sát ảnh hưởng thể tích HCl đến hiệu suất cắt mạch mẫu có liều xạ khác Liều xạ (KGy) Thể tích HCl (ml) Hiệu suất (%) 140 65,190 150 68,104 10 160 71,130 180 84,722 200 74,570 100 57,186 120 67,700 30 140 78,806 150 75,178 160 74,608 90 70,025 100 70,834 50 120 69,352 140 65,454 150 60,340 Nhận xét tổng quát: Qua khảo sát ảnh hưởng thể tích HCl đến hiệu suất cắt mạch liều xạ khác ta thấy, liều xạ 10 KGy đạt hiệu suất cao ứng với thể tích HCl 180 ml, thể tích lớn xảy phá hủy vòng glucosamin làm cho hiệu suất giảm xuống Vì vậy, chúng tơi chọn mẫu có liều xạ 10 KGy 180 ml HCl 12 N cho nghiên cứu * Ảnh hưởng thời gian phản ứng: Khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng đến hiệu suất cắt mạch với điều kiện phản ứng cố định: Khối lượng chitin chiếu xạ: 10 g; Nồng độ HCl: 12 N; Thể tích HCl: 180 ml; Liều xạ: 10 KGy; Nhiệt độ: 95 ◦ C Kết khảo sát thể Hình Hình Sự ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất cắt mạch 32 Điều chế glucosamin từ chitin/chitosan với tác nhân axit clohidric chiếu xạ Hình cho thấy: Khi tăng thời gian hiệu suất cắt mạch tăng đạt cực đại Nếu tăng thời gian hiệu suất cắt mạch giảm vịng glucosamin bị phá hủy Vì vậy, chọn thời gian cắt mạch tối ưu - Với giá trị tối ưu chọn mẫu chitin chiếu xạ có hiệu suất cắt mạch cao so với chitin chưa chiếu xạ Điều giải thích chiếu xạ nên mạch chitin cắt sơ thành oligo chitin - Đối với mẫu chitin chiếu xạ: Với liều xạ cao hiệu suất thấp tăng liều xạ lên cao glucosamin mở vịng sản phẩm tạo thành không mong muốn * Phổ hồng ngoại Glucosamin chuẩn mẫu nghiên cứu Hình Phổ hồng ngoại mẫu glucosamin chuẩn Hình Phổ hồng ngoại mẫu glucosamin nghiên cứu Phổ hồng ngoại (IR) glucosamin chuẩn (do Cơng ty Cổ phần Hóa chất Việt Mỹ cung cấp) glucosamin nghiên cứu trình bày Hình Hình Phổ hồng ngoại cho thấy có diện liên kết O-H 3327 cm−1 (glucosamin chuẩn) 3292 cm−1 (mẫu glucosamin nghiên cứu) Dao động đặc trưng liên kết amin bậc N-H ghi nhận 1628 cm−1 1538 cm−1 hai phổ Dao động nhóm C-O-C ghi nhận phổ hồng ngoại vùng hấp thu từ 1022 - 1131 cm−1 hai phổ Kết cho thấy mẫu glucosamin nghiên cứu có liệu phổ hồng ngoại tương tự mẫu glucosamin chuẩn 33 Nguyễn Thị Nhi Phương Kết luận - Tác giả khảo sát số điều kiện ảnh hưởng đến hiệu suất cắt mạch chitin tác nhân HCl để điều chế glucosamin hiệu suất cao (65,5%) với điều kiện phản ứng sau: Nồng độ HCl: 12 N; Thể tích HCl: 150 ml/10 g chitin; Nhiệt độ: 95 ◦ C - Tác giả khảo sát số điều kiện ảnh hưởng đến hiệu suất cắt mạch chitin để điều chế glucosamin phương pháp kết hợp chiếu xạ HCl Kết thu glucosamin hiệu suất cao (84,7%) với điều kiện phản ứng sau: Liều xạ: 10 KGy; Nồng độ HCl: 12 N; Thể tích HCl: 180 ml/10 g chitin; Thời gian: giờ; Nhiệt độ: 95 ◦ C - Với điều kiện phản ứng nhau, mẫu có chiếu xạ cho lượng glucosamin nhiều mẫu khơng chiếu xạ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Đàn, Ngô Ngọc Khuyến, 1999 Hợp chất thiên nhiên dùng làm thuốc Nxb Y học, Hà Nội [2] Nguyễn Quốc Hiến, 2000 Hố học xạ q trình cơng nghệ xạ chế tạo, biến tính vật liệu polyme Nxb Đà Lạt [3] Wikipedia ABSTRACT The modulation glucosamin from chitin/chitosan with hydrochloric acid and radiation agents Chitin/chitosan is a compound substance that has many applications in life, such as the production of drugs, anti-inflammatory agents, biological raw materials Chitin/chitosan is found mainly in the external covers of the species of crustaceans and insects In this article, the author presents the conditions for modulating chitin/chitosan from shrimps shells with high efficiency corresponding to reaction conditions such as: the concentration of HCl acid, capacity of HCl acid, reaction temperature, time of breaking down artery and dose 34 .. .Điều chế glucosamin từ chitin/chitosan với tác nhân axit clohidric chiếu xạ Năm 1894 nhà khoa học người Đức Hoppe Seyler chuyển hoá... Hình Hình Sự ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất cắt mạch 32 Điều chế glucosamin từ chitin/chitosan với tác nhân axit clohidric chiếu xạ Hình cho thấy: Khi tăng thời gian hiệu suất cắt mạch tăng... 38,006 Từ kết Bảng ta thấy, nồng độ HCl tăng hiệu suất cắt mạch tăng đạt cực đại 12 N Vì vậy, chúng tơi chọn nồng độ HCl 12 N cho nghiên cứu 2.2.2 Điều chế glucosamin từ chitin với tác nhân chiếu xạ