BÁO cáo NGHIÊN cứu KHOA học kĩ THUẬT nghiên cứu điều chế chitosan

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO    ĐỀ TÀI THAM DỰ CUỘC THI KHOA HỌC – KĨ THUẬT DÀNH CHO HỌC SINH NĂM HỌC 2014 - 2015 “NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ CHITOSAN OLIGOSACCHARIDE (COS) TỪ VỎ TƠM VÀ ỨNG DỤNG KÍCH THÍCH TĂNG TRƢỞNG CÂY DÂU TÂY (FRAGARIA VESCA L.) TẠI THÀNH PHỐ PLEIKU, TỈNH GIA LAI” ĐƠN VỊ DỰ THI: TRƢỜNG THPT CHUYÊN HÙNG VƢƠNG LĨNH VỰC: HÓA - SINH NHÓM TÁC GIẢ: TRẦN QUANG HUY LÊ VĂN MINH PHÚ GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN: ThS TRẦN THỊ ANH THƢ Gia Lai, Tháng năm 2015 LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn ThS Trần Thị Anh Thư, trường THPT Chuyên Hùng Vương tỉnh Gia lai, người tận tình hướng dẫn tạo điều kiện cho nhóm hồn thành đề tài Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô Ban giám hiệu Trường THPT Chuyên Hùng Vương, thầy cô tổ Nghiên cứu Khoa học, tổ Hóa học tổ Sinh học Trường THPT Chuyên Hùng Vương, tỉnh Gia Lai tạo điều kiện tốt để nhóm chúng em hồn thành đề tài Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến GS Trần Thái Hòa, Trường Đại học Khoa học Huế, nhiệt tình giúp đỡ cố vấn nội dung cho nhóm thực đề tài Chúng em xin gửi lời cảm ơn PGS.TS.Nguyễn Danh, Chủ tịch Liên hiệp hội KH&KT tỉnh Gia Lai, nhiệt tình giúp đỡ, cố vấn cho nhóm chúng em thực đề tài Chúng em xin gửi lời cảm ơn thầy Đặng Xuân Dự, Trường Đại học Sài Gòn, nhiệt tình giúp đỡ, cố vấn nội dung cho nhóm chúng em thực đề tài Chúng em xin gửi lời cảm ơn nghiên cứu viên Trung tâm Nghiên cứu Triển khai Công nghệ Bức xạ (VINAGAMMA), Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam; Trung tâm kiểm nghiệm thuốc, mỹ phẩm, thực phẩm tỉnh Thừa Thiên Huế giúp đỡ chúng em đo đạc, xử lý số liệu để hoàn thành đề tài Chúng cháu xin chân thành cảm ơn bác Đặng Cương, chủ vườn Dâu tây xã An Phú, thành phố Pleiku, gia đình Đinh Quốc Tuấn cô Nguyễn Thị Diệu Vấn, xã An Phú, thành phố Pleiku, tỉnh Gia Lai giúp đỡ chúng cháu nắm rõ thực quy trình trồng Dâu tây Xin cảm ơn gia đình động viên, hỗ trợ để chúng hoàn thành đề tài Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn bạn bè ủng hộ, động viên suốt thời gian thực đề tài Pleiku, tháng 02 năm 2015 Nhóm nghiên cứu đề tài TÓM TẮT Đề tài “Nghiên cứu điều chế chitosan oligosaccharide (COS) từ vỏ tôm khảo sát ảnh hưởng COS đến tăng trưởng Dâu tây (Fragaria vesca L.) thành phố Pleiku, tỉnh Gia Lai” đƣợc tiến hành từ đầu tháng năm 2014 đến đầu tháng 02 năm 2015 Đề tài tận dụng nguồn phế thải thủy sản dễ gây ô nhiễm môi trƣờng nhƣ vỏ tôm để tạo chế phẩm sinh học Oligochitosan (COS) có khả tăng cƣờng miễn dịch, kích thích tăng trƣởng cho trồng chế chitin cách loại khống khỏi vỏ tơm (dùng dung dịch HCl 10%), loại protein khỏi vỏ tôm (sử dụng dung dịch NaOH 5%, nhiệt độ 1000C), cuối rửa nƣớc đến pH = phơi khô (hoặc sấy 40 0C) Sản phẩm cuối chitin Chitin đƣợc xử lý dung dịch NaOH 45-50% 100 0C giờ, rửa nhiều lần nƣớc đến pH = 7, phơi khơ Sản phẩm thu đƣợc chitosan có độ deacetyl (DDA) từ 80 – 90% Hòa tan chitosan (DDA 80-90%) dung dịch axit lactic 2%, sau bổ sung H2O2 để cắt mạch chitosan thu đƣợc dung dịch COS Chọn COS có độ đề acetyl khoảng 86%, Mw = 10 kDa tiến hành khảo sát phun định kỳ lên Dâu tây cơng thức thí nghiệm với nồng độ khác lô đối chứng (Các Dâu tây đƣợc phun nƣớc), tìm nồng độ COS thích hợp Kết nghiên cứu điều chế đƣợc dung dịch COS ứng dụng COS thành công tăng trƣởng, nâng cao suất Dâu tây với nồng độ thích hợp khoảng 20 ppm Và nhóm nghiên cứu tin đƣa chế phẩm (COS) cho ngƣời nông dân đem lại hiệu sản xuất nông nghiệp công nghệ sinh học an toàn đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Ý nghĩa COS Chitosan oligosaccharide CTS Chitosan DA Độ axetyl hóa DDA Độ đề axetyl hóa FT-IR Phƣơng pháp phổ hồng ngoại GPC Máy sắc ký gel thấm qua KLPT Khối lƣợng phân tử (Da) Mw Kí hiệu khối lƣợng phân tử khối PI Độ đa phân tán polyme 10 W/V Khối lƣợng/thể tích DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1: Cấu trúc phân tử chitin Hình 2: Cấu trúc phân tử chitosan Hình 3: Cấu trúc chitosan oligosaccharide Hình 4: Quá trình deacetyl chitin tạo chitosan Hình 5: Cấu trúc Dâu tây Hình 6: Sơ đồ quy trình trồng Dâu tây vƣờn nông dân thành phố Pleiku, tỉnh Gia Lai 12 Hình 7: Quy trình chiết tách chitin từ vỏ tơm 15 Hình 8: Sơ đồ quy trình điều chế chitosan 16 Hình 9: Thiết bị điều chế Chitosan 16 Hình 10: Quy trình điều chế COS 17 Hình 11: Sản phẩm COS có M < 10kDa 18 Hình 12: Chitin đƣợc chiết tách từ vỏ tôm 23 Hình 13: Phổ FT – IR chitin ban đầu (1) chitosan DDA= 90% (2) 25 Hình 14: Kết GPC Chitosan DDA=90% 26 Hình 15: Phổ IR COS có DDA = 86% 27 Hình 16: Sắc kí đồ GPC COS DDA= 86%, Mw0 = 10 kDa, cắt mạch H2O2 5% 27 Hình 17: Cây Dâu tây trồng (20 ngày tuổi) 29 Hình 18: Hình ảnh đo chiều dài cuống Dâu tây giai đoạn: (a); sinh trƣởng (b); hoa (c) 30 Hình 19: Biểu đồ ảnh hƣởng COS đến chiều dài cuống giai đoạn sinh trƣởng hoa 32 Hình 20: Chiều dài Dâu tây giai đoạn sinh trƣởng (a) giai đoạn hoa (b) 33 Hình 21: Biểu đồ thể ảnh hƣởng nồng độ COS đến chiều dài 35 Hình 22: Chiều rộng lô đối chứng (a) lô phun COS 30 ppm (b) giai đoạn sinh trƣởng 36 Hình 23: Đồ thị ảnh hƣởng nồng độ COS đến chiều rộng 38 Hình 24: Đồ thị ảnh hƣởng nồng độ COS đến số hoa Dâu tây 39 Hình 25: Hình ảnh Dâu tây giai đoạn hoa lô đƣợc phun COS 20ppm (a) lô đối chứng (b) 40 Hình 26: Đồ thị ảnh hƣởng nồng độ COS đến số Dâu tây 42 Hình 27: Hình ảnh Dâu tây đƣợc phun COS 20 ppm 42 Hình 28: Hình ảnh Dâu tây giai đoạn kết trái lô đối chứng (a) lô phun COS 20 ppm (b) 43 DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1: Kết xác định độ ẩm hàm lƣợng khoáng mẫu 23 Bảng 2: Hiệu việc tận dụng vỏ tôm để chế tạo chitosan 28 Bảng 3: Số liệu biểu thị hiệu kinh tế thu gom vỏ tôm điều chế Chitosan 28 Bảng 4: Ảnh hƣởng COS đến chiều dài (cm) cuống giai đoạn sinh trƣởng giai đoạn hoa lơ thí nghiệm 31 Bảng 5: Ảnh hƣởng COS đến chiều dài (cm) Dâu tây giai đoạn sinh trƣởng giai đoạn hoa lơ thí nghiệm 34 Bảng 6: Chiều rộng trung bình Dâu tây giai đoạn sinh trƣởng giai đoạn hoa lơ thí nghiệm 37 Bảng 7: Ảnh hƣởng COS đến tổng số lƣợng hoa trung bình lô (cái) 39 Bảng 8: Số lƣợng tỉ lệ đậu trung bình Dâu tây lô 41 Bảng 9: Khối lƣợng (gam) Dâu tây thu hoạch trung bình ngày lơ thí nghiệm 43 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 ĐẠI CƢƠNG VỀ CHITIN, CHITOSAN, CHITOSAN OLIGOSACCHARIDE (COS) 1.1.1 Cấu trúc phân tử chitin, chitosan, chitosan oligosaccharide 1.1.2 Tính chất chitin, chitosan 1.1.3 Tính chất chitosan oligosaccharide (COS) 1.1.4 Ứng dụng COS nông nghiệp 1.2 SƠ LƢỢC VỀ CÂY DÂU TÂY VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT 1.2.1 Sơ lƣợc Dâu tây 1.2.2 Đặc điểm thực vật học 1.2.3 Giới thiệu số kỹ thuật trồng Dâu tây tỉnh Lâm Đồng 10 1.2.4 Quy trình trồng Dâu tây thành phố Pleiku 11 CHƢƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13 2.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 13 2.1.1 Đối tƣợng nghiên cứu 13 2.1.2 Phạm vi thời gian nghiên cứu 13 2.1.3 Nội dung nghiên cứu 13 2.1.4 Nguyên liệu hóa chất 13 2.1.5 Dụng cụ thiết bị 14 2.2 PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 14 2.2.1 Chiết tách chitin từ vỏ tôm 14 2.2.2 Đề axetyl hóa chitin chế tạo chitosan 15 2.2.3 Xác định số thông số tiêu chuẩn chitin, chitosan COS 16 2.2.4 Phƣơng pháp cắt mạch chitosan thành COS 17 2.2.5 Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm 18 2.2.6 Phƣơng pháp xác định tiêu sinh trƣởng 20 2.2.7 Phƣơng pháp xử lý số liệu 21 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 22 3.1 CHIẾT TÁCH CHITIN TỪ VỎ TÔM 22 3.2 ĐIỀU CHẾ CHITOSAN 23 3.3 KẾT QUẢ CẮT MẠCH CHITOSAN DDA = 90% BẰNG H2O2 26 3.4 HIỆU QUẢ CỦA VIỆC TẬN DỤNG PHẾ LIỆU VỎ TÔM 28 3.5 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM ẢNH HƢỞNG CỦA COS ĐẾN SỰ SINH TRƢỞNG CỦA CÂY DÂU TÂY 29 3.5.1 Ảnh hƣởng nồng độ COS đến chiều dài cuống 29 3.5.2 Ảnh hƣởng COS đến chiều dài 33 3.5.3 Ảnh hƣởng COS đến chiều rộng 36 3.5.4 Ảnh hƣởng COS đến số lƣợng hoa: 38 3.5.5 Ảnh hƣởng COS đến suất Dâu tây: 40 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 PHỤ LỤC 47 PHỤ LỤC 48 PHỤ LỤC 49 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Xã hội ngày phát triển, nhu cầu ngƣời ngày cao, đặc biệt nhu cầu nguồn thực phẩm tƣơi Với mong muốn cung cấp cho ngƣời tiêu dùng nguồn trái Dâu tây sạch, ngon, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm nhằm hạn chế sử dụng loại phân hóa học chất tăng trƣởng trồng trọt, chúng em tận dụng nguồn phế thải vỏ tôm để điều chế chitosan oligosaccharide (COS) để ứng dụng quy trình trồng Dâu tây Trên sở đó, chúng em chọn đề tài: “Nghiên cứu điều chế chitosan oligosaccharide (COS) từ vỏ tôm khảo sát ảnh hưởng COS đến tăng trưởng Dâu tây (Fragaria vesca L.) thành phố Pleiku, tỉnh Gia Lai” hƣớng đến lựa chọn sản xuất loại chế phẩm sinh học thay cho loại hóa chất, nhằm bảo vệ môi trƣờng, nâng cao giá trị sản phẩm nơng nghiệp, góp phần xây dựng sinh thái nơng nghiệp bền vững Mục tiêu nghiên cứu - Điều chế đƣợc chitosan oligosaccharide (COS) có khối lƣợng phân tử thấp từ vỏ tôm phù hợp cho thực vật (cây Dâu tây) mang lại hiệu kinh tế - Tìm hƣớng phát triển cho Dâu tây địa bàn thành phố Pleiku, tỉnh Gia Lai - Trả lời câu hỏi: Giá trị kinh tế COS so với thị trƣờng khác nhƣ nào? Liệu chitosan oligosaccharide (COS) có ảnh hƣởng đến tăng trƣởng Dâu tây khơng? Nếu có, ảnh hƣởng với nồng độ tối ƣu giai đoạn tốt nhất? Vấn đề nảy sinh trình điều chế COS việc phun COS lên Dâu tây? ... từ vỏ tôm 15 Hình 8: Sơ đồ quy trình điều chế chitosan 16 Hình 9: Thiết bị điều chế Chitosan 16 Hình 10: Quy trình điều chế COS 17 Hình 11: Sản phẩm COS... động viên suốt thời gian thực đề tài Pleiku, tháng 02 năm 2015 Nhóm nghiên cứu đề tài TÓM TẮT Đề tài ? ?Nghiên cứu điều chế chitosan oligosaccharide (COS) từ vỏ tôm khảo sát ảnh hưởng COS đến tăng... COS thích hợp Kết nghiên cứu điều chế đƣợc dung dịch COS ứng dụng COS thành công tăng trƣởng, nâng cao suất Dâu tây với nồng độ thích hợp khoảng 20 ppm Và nhóm nghiên cứu tin đƣa chế phẩm (COS)