Chitin có cấu tạo hóa học giống cellulose và có thể xem là một dẫn xuất của cellulose với nhóm acetamido ở cacbon số 2. Chitin đóng vai trò là thành phần tạo nên độ cứng chắc của thành tế bào của nấm và vỏ của giáp xác. Chitin phân bố rộng rãi trong lớp vỏ của sâu bọ và giáp xác và nó cũng được tìm thấy ở vi sinh vật. Chitin được phát hiện năm 1811 bởi nhà dược hóa học người Pháp Henri Braconnot từ nấm (Braconnot, 1811). Chitosan là dẫn xuất của chitin sau khi tách nhóm acetyl nên chitosan có các nhóm amino.
1.5.2.2.Tính chất của chitin, chitosan
* Một số tính chất của chitin:
- Có màu trắng, không tan trong nước, trong môi trường kiềm, acid loãng và các dung dịch hữu cơ như este, rượu. Hòa tan được trong muối đậm đặc của thyoxyanat liti và thyoxyanat canxi, tạo thành dung dịch keo.
ta lợi dụng tính chất này để sử dụng các chất trên khử màu cho chitin.
- Kết tinh ở dạng tinh thể vô định hình, khó hòa tan trong dung dịch amoniac, không hòa tan trong thuốc thử Schweizei – sapranora.
- Có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại ở bước sóng 884 – 890 cm.
- Là polysaccharit nguồn gốc tự nhiên, có hoạt tính sinh học cao, có tính hòa hợp sinh học và tự phân hủy trên da.
- Bị men lyozyme – một loại men chỉ có trên cơ thể người, phân giải thành monome N – acetyl – D – Glucosamine.
- Khi đun nóng chitin trong HCl đậm đặc tạo thành glucosamine chlohydrat.
- Khi đun nóng chitin trong NaOH đậm đặc tạo thành chitosan (C6H11O4)n
* Một số tính chất của Chitosan:
- Có dạng bột hoặc dạng vảy, màu trắng– vàng nhạt họăc không màu, có tính kiềm nhẹ.
- Không hòa tan trong nước, trong dung dịch có tính kiềm, hòa tan được trong dung dịch acid acetic loãng tạo thành dung dịch keo dương, nhờ có tính điện dương mà nó không kết tủa khi có mặt của ion kim loại nặng. Chitosan còn được xem như một polymecationic có khả năng bám dính vào bề mặt tích điện âm.
- Phản ứng với acid đậm đặc tạo thành muối khó tan, chitosan có tác dụng với iod trong môi trường H2SO4 cho phản ứng lên màu tím.
- Không tác dụng với men lyozyme, mà chỉ bị các men của động vật như men bovin, canin phân giải thành D – Glucosamine.
1.5.2.3. Ứng dụng chitosan
Do tính chất không tan trong nước mà chitin ít được sử dụng trực tiếp. Nhưng từ nó trải qua nhiều giai đoạn xử lý hóa chất có thể điều chế dẫn xuất như glucosamine, chitosan …Thì nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.
Chitosan có nhiều ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau:
* Trong mỹ phẩm: Dùng làm phụ gia để tăng độ bám dính, tăng độ hòa hợp sinh học với da, chống tia cực tím, làm mềm da, làm kem lột mặt…
* Trong công nghiệp: Các kỹ nghệ làm giấy, chế biến gỗ, điện tử, mực in, phim ảnh. Chitosan dùng làm phụ gia để tăng cường chất lượng sản phẩm.
* Trong xử lý nước thải: Chitosan dùng để xử lý nước thải trong công nghiệp (tạo phức với các kim loại nặng độc hại), để lọc trong nước sạch tiêu dùng.
* Trong nông nghiệp: Chitosan chống lại các vi nấm và vi khuẩn gây bệnh của môi trường xung quanh, để bảo vệ thực vật, còn dùng làm chất kích thích sinh trưởng cây trồng, thuốc chống bệnh đạo ôn, khô vằn cho lúa.
* Trong công nghiệp thực phẩm: Để bảo quản đóng gói thức ăn, bảo quản thực phẩm, hoa quả, rau tươi…Vì nó tạo màng sinh học không độc. Người ta đã tạo màng chitosan trên quả tươi để bảo quản quả đào, quả lê, quả kiwi, dưa chuột, ớt chuông, dâu tây, cà chua, qủa vải, soài, nho…Dùng để lọc trong các loại nước quả ép, bia rượu vang, nước giải khát…
Là một polyme dùng an toàn cho người, lại có hoạt tính sinh học đa dạng, chitosan được đưa vào thực phẩm, thức ăn, bánh kẹo, nước giải khát.
* Trong công nghệ sinh học: Dùng để cố định enzyme và các tế bào vi sinh vật, làm chất mang sử dụng trong sắc ký chọn lọc.
* Trong y tế: Đây là ứng dụng quan trọng nhất mang lại hiệu quả kinh tế cao của chitosan:
- Dùng làm phụ gia trong kỹ nghệ bào chế dược phẩm: Tá dược độn, tá dược dính, tá dược dẫn thuốc, màng bao phim, viên nang mềm, nang cứng…
- Dùng làm chất màng sinh học để gắn thuốc, tạo ra thuốc polyme.
- Chitosan dùng làm hoạt chất chính để chữa bệnh như: Thuốc điều trị liền vết thương, vết phỏng, vết mổ vô trùng, thuốc bổ dưỡng cơ thể: Hạ Lipid và cholesterol máu, thuốc chữa bệnh đau dạ dày, tiểu đường, xưng khớp, viêm khớp, viêm xương, loãng xương, chống đông tụ máu, kháng nấm, kháng khuẩn, điều trị suy giảm miễn dịch, có khả năng hạn chế sự phát triển của tế bào u, tế bào ung thư.
- Dùng làm vật liệu: Da nhân tạo, màng sinh học, chất nền cho da nhân tạo, chỉ khâu phẫu thuật, mô cấy ghép…
Người ta ít sử dụng chitin làm phụ gia thực phẩm vì chitin không hòa tan trong nước, các dung dịch acid loãng hay kiềm. Mặt khác, chitin có tác dụng kháng khuẩn yếu hơn chitosan, nó không có tác dụng kháng nấm như chitosan (chitosan có cấu trúc giống như các polyamin, đó là các polyme có tính kháng nấm đặc hiệu).
Tóm lại: Công nghệ nghệ sản xuất chitin-chitosan trên thế giới cũng như trong nước hiện nay hầu như chưa đề cập đến việc tận thu protein nên gây ra một sự lãng phí rất lớn nguồn protein từ phế liệu đầu tôm. Điều này cho thấy, việc sản xuất chitin-chitosan theo phương pháp hoá học làm giảm giá trị dinh dưỡng của thành phần protein. Chính vì vậy, hiện nay vấn đề áp dụng công nghệ
sinh học trong công nghệ sản xuất chitin-chitosan nhằm tận dụng nguồn protein
đồng thời nâng cao chất lượng của chitosan đã và đang thu hút sự quan tâm của
rất nhiều nhà khoa học. Một số nghiên cứu đã đi vào chứng minh tác dụng của
quá trình ủ xi lô với việc tăng chất lượng sản phẩm chitosan. Các nghiên cứu nói chung đều đạt được kết quả rất cao về khả năng thu hồi protein và chitin.
Thông qua các nghiên cứu có thể thấy rằng cho đến nay ở Việt Nam chưa có công trình nào công bố “Nghiên cứu kết hợp phương pháp ủ xi lô trong công nghệ sản xuất chitin-chitosan từ phế liệu đầu vỏ tôm”. Chính vì vậy, trong luận văn này tiến hành nghiên cứu các nội dung cơ bản sau:
- Đánh giá các thành phần cơ bản của phế liệu tôm.
- Nghiên cứu phương pháp ủ xi lô kết hợp bổ sung acid ở nồng độ thấp trong việc khử protein, khoáng từ phế liệu tôm.
- Xác định thời gian, nồng độ HCl, acid lactic (C3H6O3) thích hợp khử khoáng còn lại.
- Đánh giá chất lượng dịch ủ.
- Đánh giá sơ bộ tác động môi trường nước thải của qui trình, so sánh với qui trình đang sử dụng phổ biến hiện nay.
Chương 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1.VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 2.1.1. Nguyên liệu đầu vỏ tôm
Trong số các loại tôm có thể thấy rằng ở nước ta tôm sú (Penaeus monodon) là loại có sản lượng cao nhất, được nuôi phổ biến ở Đồng bằng Sông Cửu Long, đặc biệt tại tỉnh Cà Mau. Thành phần phế liệu của tôm sú có hàm lượng chitin, protein cao. Vì vậy, trong đề tài này chọn đầu, vỏ tôm sú là đối tượng nghiên cứu (đầu 50%, vỏ 50%). Phế liệu tôm sú được thu nhận tại Công ty thủy hải sản Minh Phú, khu công nghiệp phường 8, tỉnh Cà Mau.