5. Bố cục đề tài
1.3.2. Tính chất hóa học
Chitosan ở dạng bột có màu trắng ngà, còn ở dạng vẩy có màu trắng hay hơi đục.
Chitosan có tính kiềm nhẹ, không hoà tan trong nước, trong kiềm nhưng hoà tan trong dung dịch acid axetic loãng tạo thành một dung dịch keo nhớt trong suốt. Chitosan khi hoà tan trong dung dịch acid axetic loãng tạo thành dung dịch keo
dương nhờ đó mà keo Chitosan không bị kết tủa khi có mặt một số ion kim loại nặng như: Pb, Hg…
Chitosan kết hợp với aldehyte trong điều kiện thích hợp để hình thành gel, đây là cơ sở để bẫy tế bào, enzyme.
Chitosan phản ứng với acid đậm đặc tạo thành muối khó tan.
Chitosan tác dụng với iod trong môi trường acid H2SO4 tạo thành sản phẩm
có màu tím.
1.3.3. Tính chất sinh học
Chitosan có nhiều tác dụng sinh học đa dạng như: tính kháng nấm, tính kháng khuẩn với nhiều chủng loại khác nhau, kích thích sự phát triển tăng sinh tế bào, có khả năng nuôi dưỡng tế bào trong điều kiện nghèo dinh dưỡng, tác dụng cầm máu, chống ung thư.
Ngoài ra, Chitosan còn có tác dụng làm giảm cholesterol và lipid trong máu, làm to vi động mạch và hạ huyết áp, điều trị thận mãn tính, chống rối loạn nội tiết, làm tăng cường hệ thống miễn dịch cơ thể, hạn chế sự phát triển của các tế bào u, ung thư…
* Độc tính
Qua hàng loạt công trình nghiên cứu đã kết luận Chitosan là một chất không độc hoặc độc tính rất thấp trên súc vật thực nghiệm và nó có thể sử dụng an toàn trên cơ thể người. Do vậy nhiều nước trên thế giới như: Nhật, Mỹ, Trung Quốc, Hàn Quốc…đã dùng Chitosan trong thực phẩm để làm thuốc bổ dưỡng cơ thể và phụ gia thực phẩm. Nhiều cuộc hội nghị quốc tế về Chitosan đã khẳng định tác dụng điều trị và tính an toàn của Chitosan.
Cơ quan bảo vệ môi trường của Mỹ (USFPA) đã cho phép Chitosan không những được dùng làm thành phần của thức ăn, mà còn dùng cả trong việc tinh chế nước uống. Ngay từ năm 1983, hiệp hội thuốc vầ thực phẩm Mỹ (USFDA) đã chấp nhận Chitosan được dùng làm chất phụ gia trong thực phẩm và dược phẩm ở Mỹ.
1.3.4. Ứng dụng của chitosan
a) Trong nông nghiệp
Chitosan chống lại các vi nấm và vi khuẩn gây bệnh của môi trường xung quanh để bảo vệ thực vật, dùng làm chất kích thích sinh trưởng cây trồng, thuốc chống bệnh đạo ôn và khô vằn cho lúa.
b) Trong y học
Những ứng dụng tiềm năng của chitin - chitosan và những dẫn xuất của chúng rất nhiều. Một số đã đưa vào ứng dụng như là: chỉ khâu phẫu thuật tự phân huỷ, da nhân tạo, thấu kính chiết xuất… và một số ứng dụng đang được nghiên cứu như: tác động miễn dịch, chống sự phát triển của khối U, đặc tính làm giảm cholesterol hay nghiên cứu làm thuốc chữa bệnh viêm loét dạ dày, tá tràng.
* Tạo da nhân tạo chống nhiễm khuẩn và cầm máu
Do có khả năng kháng khuẩn và tạo màng nên Chitosan được ứng dụng phối hợp với một số thành phần phụ liệu khác để tạo da nhân tạo chống nhiễm khuẩn và cầm máu.
Hình 1.9. Ứng dụng chitosan làm da nhân tạo
Nhật Bản đã sản xuất ra “Da nhân tạo” có nguồn gốc từ chitin được gọi là Beschitin.W, nó giống như là một tấm vải (có kích thước 10x 10 cm) và được bọc ốp lên vết thương chỉ một lần đến khi khỏi. Tấm Beschitin.W bị phân huỷ sinh học từ từ cho đến lúc hình thành lớp biểu bì mới. Nó có tác dụng giảm đau, giúp cho các vết sẹo bỏng phục hồi biểu bì nhanh chóng.
Ở Việt Nam, các nhà khoa học thuộc Viện Hoá học, Trung tâm Khoa học tự nhiên và Công nghệ quốc gia và bác sĩ Trường Đại học Y Hà Nội đã nghiên cứu thành công Da nhân tạo có tên Vinachitin. Vinachitin được dùng trong các trường bệnh nhân bị thương, bỏng trên diện tích rộng, bệnh nhân bị choáng do mất nước dẫn đến dễ bị nhiễm trùng. Có tác dụng chống mất nước, tăng khả năng tái tạo da và đặc biệt khi vết thương lành không để lại sẹo [11].
* Tạo chỉ khâu phẫu thuật tự tiêu
Chitosan là một polymer tự nhiên có thời gian phân huỷ nhanh hơn rất nhiều so với các hợp chất tổng hợp, mặt khác nó có tính kháng khuẩn, tan trong môi trường axit axetic loãng, không độc hại và có khả năng tạo sợi nên được ứng dụng tạo chỉ khâu phẫu thuật.
* Đặc tính làm giảm Cholesterol
Theo các nhà khoa học thì tác dụng hạ Cholesterol của N,N,N-
trimetylchitosan (TMC) là do trong phân tử của nó có chứa nhóm – N+(CH3), các
nhóm này có khả năng kết hợp với các Cl- của các axit béo có trong muối mật và
được đào thải ra khỏi cơ thể.
* Trong bào chế dược phẩm
Trong kỹ nghệ bào chế dược phẩm, chitosan được sử dụng làm chất tạo màng, chất tạo dính, viên nang, làm tá dược độn hay các chất mang sinh học dẫn thuốc…
Trên thế giới việc ứng dụng chitin- chitosan trong công nghệ sản xuất thuốc rất mạnh mẽ và hiệu quả. Tác dụng của chitosan là bao bọc tá dược hay cố định thuốc để kéo dài thời gian sử dụng thuốc cũng như tránh các tác dụng phụ của thuốc.
c) Trong công nghệ thực phẩm
Chitosan là một hợp chất polymer tự nhiên không độc và rất an toàn đối với thực phẩm. Nó có những tính chất rất đặc trưng như khả năng kháng khuẩn, chống ẩm, tạo màng, có khả năng hấp phụ mùi, hấp phụ một số kim loại nặng…[10], do đó nó được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực công nghệ sản xuất thực phẩm và bảo quản.
* Chitosan được sử dụng như chất kháng khuẩn
Do monome glucosamine trên vị C- 2 ở giá trị pH < 6 nên chitosan hoà tan và kháng khuẩn tốt hơn chitin. Khả năng kháng khuẩn của chitosan đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu và đưa ra các kết quả ở bảng 1.3.
Bảng 1.3. Nồng độ tối thiểu (ppm) của chitosan và dẫn xuất của chúng ức chế các môi trường vi khuẩn khác nhau [10]
Môi trường vi khuẩn DD69 SC1 SC2 SBC
Gram dương Staphylococcus aureus 100 100 > 2000 200 Listeria monocytogenes 100 100 > 2000 100 Bacillus cereus 1000 500 NT > 2000 Gram âm Escherichia coli 100 100 NT 100 Vibrio parahaemolyticus 100 100 > 2000 100 Pseudomonas aeruginosa 200 200 > 2000 2000 Shigella dysenteriae 200 200 > 2000 100 Vibrio cholerae 200 > 2000 > 2000 2000 Salmonella typhimurium > 2000 200 > 2000 2000
Chú thích: DD69- chitosan có độ deacetyl 69%; SC1- chitosan sulphonate 0,63%; SC2- chitosan sulphonate 13,03%; SBC- chitosan sulphobenzoyl; NT- các giá trị chưa được kiểm tra.
* Chitosan được sử dụng làm màng bao gói
Sử dụng màng ăn và bao bọc để kéo dài thời gian bảo quản và cải thiện chất lượng của thực phẩm tươi, thực phẩm cấp đông đã được thử nghiệm suốt trong những năm qua. Những lớp màng ngoài này có thể cung cấp bổ sung và còn là công cụ cần thiết để kiểm soát những sự thay đổi về sinh lý, hình thái, lý hoá ở các sản phẩm thực phẩm.
Có nhiều cơ chế liên quan đến kéo dài thời hạn sử dụng của thực phẩm do sử dụng màng bao. Bao gồm kiểm soát sự truyền ẩm giữa thực phẩm và môi trường xung quanh, điều khiển sự giải phóng của các thành phần hoá học như những chất
kháng vi sinh vật, chống oxy hoá, giảm áp lực O2 trong bao gói, điều này dẫn đến
giảm tốc độ chuyển hoá, điều khiển tốc độ hô hấp, Chitosan có độ chống thấm cao đối với các chất như chất béo và dầu, kiểm soát nhiệt độ, củng cố cấu trúc thực phẩm và giữ mùi.
Màng Chitosan dai, bền, dẻo và rất khó rách.
* Tính chất chống oxy hoá của chitosan và dẫn xuất của nó
Các sản phẩm thịt rất dễ bị mất mùi và ôi do sự oxy hóa của các phần lipid không bão hoà. Hiệu quả xử lý của Chitosan để ổn định các chất oxyhoá trên thịt bò đã được Darmadji và Izumimoto nghiên cứu, họ quan sát thấy rằng sử dụng chitosan nồng độ 1% dẫn đến giảm 70% giá trị 2- thiobarbi- turic acid (TBA) sau 3
ngày bảo quản ở 40
C.
d) Trong công nghệ sinh học
Chitosan là một polymer tự nhiên có nhiều tính chất ưu việt và một trong những tính chất đó là nó có thể kết hợp với nhiều polymer tự nhiên khác tạo ra một cấu trúc mạng lưới vững chắc, làm tăng khả năng của một chất mang. Chitosan thoả mãn các yêu cầu đối với một chất mang, chúng bền vững không tan và ổn định với các yếu tố hoá học.
Chitosan được sử dụng khá phổ biến như một vật liệu cố định enzyme và tế bào thông qua cầu nối glutaraldehyt hoặc cố định trong khuôn gel. Nhờ khả năng như một chất mang mà người ta trộn bổ sung Chitosan vào dung dịch keo âm alginat làm chất mang để cố định tế bào hay enzyme làm tăng hiệu quả quá trình lên men.
e) Trong một số ngành công nghiệp khác
* Trong công nghệ xử lý nước thải
Nhờ khả năng làm ngưng kết các thể rắn lơ lửng, thể keo (chủ yếu trong
Hg+ (khả năng tạo phức). Do đó, chitin – chitosan được sử dụng để tẩy lọc nguồn nước thải công nghiệp từ các nhà máy chế biến thực phẩm, các nguồn nước nhiễm độc.
* Trong công nhiệp giấy
Do chitosan có cấu trúc tương tự cellulose nên chitosan được nghiên cứu bổ sung vào làm nguyên liệu sản xuất giấy. Sự có mặt của chitosan có tác dụng làm tăng độ bền dai của giấy, tăng khả năng chống thấm của giấy, đồng thời việc in ấn trên giấy cũng tốt hơn.
* Trong công nghiệp dệt
Dung dịch chitosan có thể thay thế hồ tinh bột để hồ vải. Chitoasan thấm vào sợi vải có tác dụng làm cho tơ sợi bền, mịn, bóng đẹp, cố định hình in, chịu được acid và kiềm nhẹ. Chitosan kết hợp với một số thành phần khác để sản xuất vải chịu nhiệt, vải chống thấm.
* Trong hoá mỹ phẩm
Chitosan được sử dụng để sản xuất kem giữ ẩm chống khô da, do tính chất
của chitosan dễ dàng cố định trên biểu bì của da nhờ nhóm –NH3+
. Các nhóm này liên kết với các tế bào sừng hoá của da, nhờ vậy mà các nhà khoa học đã nghiên cứu sử dụng chitosan làm kem dưỡng da chống nắng bằng cách ngăn tia cực tím với các
nhóm – NH3+ của chitosan.
1.4. ALIZARIN VÀ ION Cu2+
1.4.1. Alizarin
Hình 1.10. Công thức cấu tạo Alizarin
- Tên gọi khác: [8] 1,2-Dihydroxy-9,10-anthracenedione. 1,2-Dihydroxyanthraquinone. Turkey red. Mordant red 11. Alizarin B. Alizarin red. - Công thức phân tử: C14H8O4[8].
- Khối lượng mol: 240,21 g/mol [8].
- Khối lượng riêng: 1,540 g/cm3[8].
- Điểm nóng chảy: 279 đến 283 °C [8].
- Điểm sôi: 430 °C [8].
Alizarin là một hợp chất hữu cơ đã được sử dụng trong suốt lịch sử như là một thuốc nhuộm màu đỏ nổi bật, chủ yếu để nhuộm vải dệt. Nó có nguồn gốc từ rễ của cây madder. Năm 1869, nó đã trở thành các sắc tố tự nhiên đầu tiên được nhân bản tổng hợp [8].
Alizarin là thành phần chính để sản xuất các chất màu dùng cho các họa sĩ như màu hồng hoặc màu đỏ thẫm. Một ứng dụng đáng chú ý của alizarin hiện nay là một chất nhuộm màu trong nghiên cứu sinh học vì nó đánh dấu canxi tự do và xác định hợp chất có canxi có màu đỏ hoặc màu tía. Alizarin vẫn tiếp tục được sử dụng thương mại như là một loại thuốc nhuộm màu đỏ, nhưng ở mức độ thấp hơn so với 100 năm trước.
1.4.2. Ion Cu2+
a) Ảnh hưởng của các kim loại nặng
Xã hội càng phát triển, vấn đề ô nhiễm môi trường càng đặt lên hàng đầu, ô nhiễm môi trường từ nhiều nguồn khác nhau đây là mối nguy cơ đe dọa sự sống của muôn loài. Quá trình đô thị hóa nhanh, công nghiệp hóa, hiện đại hóa ở các nước phát triển là nguy cơ gây ô nhiễm kim loại nặng cho nước, đất và không khí. Sự nhiễm độc bởi các kim loại nặng như Zn, Cd, Pb, Cu…gây ra những bệnh âm ỉ và nguy hại đối với con người và động vật.
Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm3. Một số
kim loại nặng có thể cần thiết cho sinh vật, chúng được xem là nguyên tố vi lượng. Một số không cần thiết cho sự sống, khi đi vào cơ thể sinh vật có thể không gây độc hại gì. Kim loại nặng gây độc hại với môi trường và cơ thể sinh vật khi hàm lượng của chúng vượt quá tiêu chuẩn cho phép.
Các kim loại này được hấp thụ vào cơ thể qua lương thực - thực phẩm, nước uống hoặc cũng có thể qua bát đĩa, đồ chơi. Trong thời đại ngày nay việc sử dụng hoá chất đưa vào sản xuất khá phổ biến nên nguy cơ nhiễm các kim loại nặng vào thực phẩm ngày càng tăng do đó tình trạng ngộ độc do các kim loại nặng đang gia tăng.
b) Nguồn gốc Cu trong thiên nhiên
Trong đất: Lượng Cu có trong thạch quyển trung bình 70 mg/kg. Trong đất ở khoảng từ 2 – 100 mg/kg với chỉ số trung bình là 20 mg/kg. Lượng Cu chứa trong đá bazan lớn hơn trong đá granite và thấp hơn trong các loại đá carbonate[7].
Trong khí quyển: Tổng số lượng Cu bị loại bỏ trong khí quyển từ năm 3800
TCN được ước tính khoảng 3,2.106 tấn (khoảng 1% lượng tạo ra là 307.106 tấn) [7].
c) Nguồn gốc ô nhiễm Cu do con người
Nguyên liệu trong nông nghiệp: CuSO4.5H2O được dùng cho sản xuất để diệt
nấm mốc [7].
Trong khí thải công nghiệp: Cu từ không khí đưa vào đất do mưa và các chất thải khô, theo các chất thải công nghiệp chứa Cu và các chất có trong bụi.
Trong chất thải, bùn cống rảnh: lượng trung bình của Cu là khoảng 0,31 mg/kg chất thải, 0,21 mg/kg chất thải ra lúc đầu và 0,08 mg/kg ở chất ra đoạn cuối. Nếu ta không để ý đến thể tích thay đổi thì có khoảng 15% Cu trong chất thải tồn tại trong bùn thải [7].
d) Ảnh hưởng của Cu2+ lên con người và động thực vật
Các hợp chất của Cu không độc lắm, các muối Cu2+ gây tổn thương đường
tiêu hóa, gan thận và niêm mạc cho con người và động vật.
Sự kích thích dạ dày cấp tính có thể xảy ra ở một số người sau khi uống nước
có nồng độ Cu2+ trên 3 mg/l. Ở người lớn, vì sự thoái hóa gan nhân đậu, cơ chế điều
chỉnh Cu2+ bị suy giảm hiệu quả và do ăn uống lâu dài nước có nồng độ Cu2+ cao sẽ
làm tăng nguy cơ bị xơ gan.
Cây trồng thiếu Cu thường có tỷ lệ quang hợp bất thường. Cây trồng thừa Cu cũng xảy ra biểu hiện ngộ độc mà chúng có thể dẫn tới tình trạng cây chết. Lý do
của việc này là do dùng thuốc diệt nấm, thuốc trừ sâu đã khiến cho Cu2+ bị cặn lại
trong đất từ năm này sang năm khác, ngay cả bón phân sunfat đồng cũng gây tác hại tương tự.
CHƯƠNG 2
NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT 2.1.1. Nguyên liệu
Nguyên liệu chitosan, FeCl2.4H2O, FeCl3.6H2O, muối citrate, thuốc nhuộm
alizarin, muối Cu2+.
2.1.2. Dụng cụ và hóa chất
a. Dụng cụ và thiết bị
Dụng cụ: bình tam giác có nút nhám 100 ml, cốc thủy tinh 250 ml, 500 ml, 1000 ml, pipet 2 ml, 5 ml, 10 ml, phễu chiết, nhiệt kế, chén sứ 5 cái, bình định mức 50 ml, 100 ml.
Thiết bị: cân phân tích, tủ sấy, máy khuấy từ gia nhiệt, máy bơm dung dịch, máy đo pH, máy đo phổ UV – VIS, máy đo SEM, TEM, XRD.
b. Hóa chất
- Nước cất
- Sắt (III) clorua (FeCl3), Sắt (II) clorua (FeCl2) - Natri citrate
- Amoniac - Chitosan - Alizarin
- CuSO4
Các hóa chất đem sử dụng có mức độ tinh khiết đạt chuẩn.