2.5 Quy trình điều chế chitosan của Nguyễn Hồng Nam sư phạm Hóa K32 [8]
Từ chitine điều chế trên, cân lượng chính xác 20g chitine cho vào bình cầu 500ml, sau đó
cho 200ml dung dịch NaOH 40% cho. Đun cách thủy ở nhiệt độ 1000C, có hồi lưu tránh bay
hơi dung mơi, bay mùi khó chịu, thỉnh thoảng có khuấy cho phản ứng xảy ra nhanh, thời gian đun là 8 giờ. Sản phẩm sau phản ứng được rửa sạch đến pH=7, rửa lại bằng nước cất, sấy khô. Sản phẩm thu được là chitosan có màu trắng.
Vỏ tơm sạch Khử khống lần 1 bằng HCl 4% ở
nhiệt độ phòng trong 24 giờ
Tách protein lần 1 bằng NaOH 2% ở
90-950C trong 3 giờ
Rửa trung tính
Rửa trung tính
Khử khống lần 2 bằng HCl 4% ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ
Rửa trung tính Tách protein lần 1 bằng NaOH 2% ở
90-950C trong 3 giờ
Rửa trung tính Khử khống lần 3 bằng HCl 4% ở
nhiệt độ phòng trong 24 giờ
Rửa sạch Sấy khô
Luận văn tốt nghiệp 30 SVTH: Nguyễn Ngọc Thái Trân Quy trình điều chế:
Hình 14 Quy trình điều chế chitosan của Nguyễn Hồng Nam sư phạm Hóa K32 V. CÁC QUY TRÌNH SẢN XUẤT GLUCOSAMINE
1. Quy trình điều chế glucosamine hydrochloride
1.1 Quy trình điều chế glucosamine.HCl từ chitine của Đỗ Đình Rãng [11]
Đỗ Đình Rãng đã đưa ra quy trình điều chế glucosamine hydrochloride như sau:
Vỏ tơm khơ, sạch, nghiền thành bột, sau đó đun sơi nguyên liệu với nước trong 2 giờ và gạn bỏ protein, sấy khô. Nguyên liêu khô đun trong HCl 5% tách khoáng, rửa sạch đến pH=7 và sấy khơ. Khử hồn tồn protein trong NaOH 5%, đun sơi. Sản phẩm rửa sạch đến pH=7,
sấy khô. Chitine thu được có màu trắng phớt hồng. Từ chitine để chuyển hóa thành
Vỏ tơm tươi Rửa sạch Sấy khô
Ngâm vỏ tôm trong HCl 10% ở nhiệt độ phịng trong 12 giờ có khuấy
Rửa sạch
Thủy phân bằng NaOH 40% ở
1000C trong 8 giờ
Rửa sạch
Sấy khô ở 600C
Chitosan
Rửa sạch Tách protein bằng NaOH 8% ở nhiệt
độ phòng trong 12 giờ
Tẩy màu bằng dung dịch Na2S2O4 1%
trong NaOH 1% trong 1 giờ ở 500C
glucosamin bằng cách thủy phân trong dung dịch acid HCl đậm đặc 36%, ở nhiệt độ 1000C,
tẩy màu băng than hoạt tính, để kết tinh và lọc. Sấy khô, thu được tinh thể glucosamin
hydroclorua trắng. Hiệu suất q trình 51,4%. Tóm tắt quy trình;
Hình 15 Quy trình sản xuất glucosamine hydrochloride của Đỗ Đình Rãng
1.2 Quy trình sản xuất glucosamine.HCl từ chitosan của Nguyễn Thị Luyến [7]
Thuyết minh quy trình:
Để khử khống, vỏ tơm được ngâm trong HCl 10%, tỷ lệ w/v = 1/10, ở nhiệt độ phòng
trong thời gian 5 giờ, sau đó vớt ra rửa sạch đến pH=7. Sau đó khử protein kết hợp deacetyl
hóa trong NaOH 40%, tỷ lệ w/v = 1/10, ở nhiệt độ 95 – 1000C trong thời gian 6,5 giờ. Tẩy
màu rửa sạch, sấy khô. Chitosan được đun trong HCl 35%, tỷ lệ w/v = 1/4, ở nhiệt độ 95 –
1000C trong thời gian 4 giờ. Sau đó lọc bỏ cặn, làm lạnh 0 – 20C trong thời gian 2 giờ khi đó
kết tinh sẽ xuất hiện. Lọc tách kết tinh, hòa tan trong nước cất, khử màu qua than hoạt tính, cơ cạn và lại thực hiện kết tinh. Sau khi kết tinh lần cuối (khoảng 3 lần), tinh thể trắng, lọc
lấy tinh thể đem rửa lại bằng cồn, sau đó sấy khơ ở 50 – 600C.
Chitine Thủy phân bằng HCl 36% ở nhiệt độ 1000C Tẩy màu Kết tinh Lọc Sấy khô Glucosamine hydrochloride
Luận văn tốt nghiệp 32 SVTH: Nguyễn Ngọc Thái Trân
Quy trình điều chế glucosamine hydrochloride từ chitosan được tóm tắt theo sơ đồ sau:
Hình 16 Quy trình sản xuất glucosamine hydrochloride của Nguyễn Thị Luyến 2. Quy trình điều chế glucosamine sulfate
2.1 Quy trình điều chế glucosamine sulfate thứ nhất
Cho vào bình phản ứng 6,45g (0,03mol) glucosamine hydrochloride và 2,04g KHSO4 (0,015mol). Hòa tan hỗn hợp trong 2,5ml H2O. Sau đó tiếp tục cho từ từ 150ml isopropanol và khuấy đều trong một giờ.
Hỗn hợp phản ứng tiếp tục được khuấy trộn đều trong 4 giờ, sau đó giữ ở nhiệt độ 0 – 50C
trong 16 giờ để glucosamine sulfate kết tinh hoàn tồn. Sản phẩm được lọc chân khơng ở áp suất 150 mmHg, và được rửa sạch 2 lần với mỗi lần 25ml isopropanol.
Muối glucosamine sulfate thu được có màu trắng. Sản phẩm được sấy khô ở 250C, áp suất
2mmHg, khối lượng 6,94g. Phần trăm K trong muối %K = 7,16%.
2.3 Quy trình điều chế glucosamine sulfate thứ hai
Cho vào bình cầu 3 cổ 5,18g glucosamine hydrochloride, thêm tiếp 16,8g nước tinh khiết sao cho lượng nước vừa đủ hòa tan glucosamine.HCl, gắn bình cầu với hệ thống đun hồn lưu và một nhiệt kế để đo nhiệt độ trong bình, khuấy trộn liên tục (sự hòa tan của glucosamine.HCl là thu nhiệt từ mơi trường ngồi) cho đến khi thu được dung dịch trong suốt.
Chitosan Đun trong HCl 35% ở nhiệt độ 90-
950C trong 4 giờ Lọc bỏ cặn
Lọc lấy tinh thể
Hòa tan trong nước cất Khử màu
Cô cạn Kết tinh lại
Glucosamine hydrochloride
Sau khi khuấy đến dung dịch trong suốt, thêm vào dung dịch 2,12g K2SO4 và tiếp tục
khuấy khoảng 1 giờ ở nhiệt độ 25 – 300C để phản ứng xảy ra hồn tồn. Sau đó tiếp tục cho
vào bình cầu 67,2g isopropanol để kết tủa glucosamine sulfate. Hỗn hợp phản ứng được duy
trì ở 200C trong 4 giờ. Lọc sản phẩm, và rửa sạch sản phẩm với 100ml isopropanol.
Glucosamine sulfate được sấy ở nhiệt độ 700C trong điều kiện chân không trong 8 giờ. Glucosamine sulfate potassium chlohydride có màu trắng. đẹp.
Luận văn tốt nghiệp 34 SVTH: Nguyễn Ngọc Thái Trân
B. THỰC NGHIỆM I. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU I. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1. Đối tượng nghiên cứu *Vật liệu: Vỏ tôm *Vật liệu: Vỏ tôm *Hóa chất:
Sử dụng các loại hóa chất tinh khiết như acid hydroclorua (HCl), natri hydroxit (NaOH), kali permanganat (KMnO4), acid oxalic (C2H2O4), oxi già (H2O2), acid acetic (CH3COOH), ngồi ra cịn có các dung mơi khác như nước cất, methanol, ethanol…
*Dụng cụ thí nghiệm:
Bình tam giác, bình cầu cổ nhám, cốc thủy tinh, cân phân tích, nhiệt kế, thiết bị đo điểm nóng chảy, tủ sấy, bình hút ẩm, thiết bị gia nhiệt, khuấy từ, sinh hàn hồi lưu, dụng cụ lọc…
2. Phương pháp nghiên cứu
1. Sử dụng các phương pháp chiết tách hóa học để tách chiết vỏ tôm thu được chitine và
deacetyl hóa chitine trong dung dịch NaOH đậm đặc thu được chitosan. 2. Tổng hợp glucosamine hydrochloride từ chitine và chitosan. 3. Tổng hợp glucosamine sulfate từ glucosamine hydrochloride. 4. Tổng hợp acetyl glucosamine từ chitine.
5. Kiểm tra cấu trúc của sản phẩm điều ra thông qua các loại phổ như : IR, HPLC. So
sánh với các số liệu phổ đã công bố để xác định cấu trúc sản phẩm. 6. Xác định hiệu suất quá trình bằng phương pháp trọng lượng.
II. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ
1. Quy trình tổng hợp điều chế chitine, chitosan, glucosamine hydrochloride, glucosamine sulfate, acetyl glucosamine
Vỏ tôm sạch
Ngâm trong HCl 10%, t = 12 giờ, T0 phịng
Rửa trung tính
Đun trong NaOH 3%, t = 3,5- 4 giờ, T = 90- 950C
Ngâm trong KMnO4 1%, sau đó trong C2H2O4 1%
Rửa sạch, sấy khô ở 600C
Chitine
Đun trong HCl 36%, t = 4 giờ,
T0 = 90- 950 C
Ngâm trong NaOH 50%,
t = 4 giờ, T 0 = 110- 1200C
Rửa trung tính
Chitosan Glucosamine hydrochloride
Kết tinh Tách kết tủa bằng iso propanol
Glucosamine sulfate
Luận văn tốt nghiệp 36 SVTH: Nguyễn Ngọc Thái Trân
2. Điều chế chitine từ vỏ tôm
2.1 Quá trình loại protein
Tiến hành loại bỏ hoàn toàn protein bằng dung dịch NaOH 3%. Lượng NaOH 3% cho vào đến khi ngập toàn bộ vỏ tôm và kiểm tra pH = 11 - 12 là được để đảm bảo việc loại bỏ protein được hoàn toàn. Đun ở nhiệt độ 90 – 950C trong khoảng 3,5 - 4 giờ. Rửa sạch bằng nước thường và nước cất đến pH = 7.
Tiến trình thực hiện:
Cân 40g vỏ tơm khơ cho vào bình cầu 500ml, sau đó cho dung dịch NaOH 3% vào cho đến khi ngập hồn tồn vỏ tơm và kiểm tra pH= 11- 12 là đạt yêu cầu. Đun ở nhiệt độ 90 –
950C trong khoảng 3,5 - 4 giờ. Sau khi phản ứng kết thúc đem sản phẩm đi rửa bằng nước
thường đến pH=7, sau đó tráng lại bằng nước cất. Sản phẩm thu được có màu trắng phớt hồng.
2.2 Quá trình khử khống
Trong vỏ tơm, thành phần khống chủ yếu là muối CaCO3, MgCO3 và rất ít Ca3(PO4)2.
Nên người ta thường dùng các loại acid như HCl,H2SO4… để khử khống. Khi khử khống,
nếu dùng HCl thì cho hiệu quả cao hơn. Nếu dùng H2SO4 sẽ tạo muối khó tan nên ít sử dụng.
Phản ứng của HCl để khử khoáng như sau:
MgCO3 + 2HCl = MgCl2 + CO2 + H2O.
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2 + H2O.
Ca2(PO4)2 + 6HCl = 3CaCl2 + 2H3PO4.
Sau khi khử khoáng tiến hành rửa trung tính, quá trình rửa kết thúc khi dịch rửa cho pH=7.
Vỏ tôm ngâm trong dd NaOH 3%
Vỏ tôm sau khi ngâm HCl Tiến trình thực hiện:
Vỏ tơm thu được cho vào cốc 1lít, sau đó cho từ từ 200ml HCl 10% vào và để ngập tồn bộ vỏ tơm, ngâm trong khoảng 12 giờ (để qua đêm) và để ở nhiệt độ phòng. Sau 12 giờ, vớt vỏ tôm ra và rửa lại bằng nước thường đến pH=7, sau đó rửa bằng nước cất.
Để chitine thu được trắng đẹp ta tiến hành tẩy màu chitine.
2.4 Tẩy màu chitine
Chitine thơ thu được có màu hồng nhạt do cịn sắc tố astaxanthin. Do chitine ổn định với
các chất oxy hố như thuốc tím (KMnO4), oxy già (H2O2), nước javel (NaOCl+NaCl),
Na2S2O3, CH3COCH3,…lợi dụng tính chất này ta sử dụng KMnO4, H2O2 để khử màu cho
chitine.
Tiến hành tẩy màu chitine: Chất màu (astaxanthin) có trong chitine được loại bỏ bằng
cách:
Cho 10ml dung dịch KMnO4 1% vào trong bình đựng chtine ở trên, sau đó trộn đều với
nhau, để trong thời gian 1 giờ ở nhiệt độ phòng. Tiếp theo ta ngâm trong 50ml acid Oxalic
HOOC-COOH 1%, đun nóng ở nhiệt độ 50 – 600C thu được chitine trắng.
Chitine sau quá trình tẩy màu được rửa sạch bằng nước thường và được rửa lại với nước
cất. Sấy khô ở nhiệt độ 600C, thu được chitine khô.
Luận văn tốt nghiệp 38 SVTH: Nguyễn Ngọc Thái Trân
Hiệu suất quá trình điều chế chitine được tính theo cơng thức sau:
Trong đó :
m1: số gam của vỏ tôm ban đầu (g).
m2: số gam chitine thu được (g).
H(%) : hiệu suất của quá trình (%). Kết quả thu được như sau:
Bảng 2.3 Hàm lượng chitine trong vỏ tôm
STT Vỏ tôm (g) Chitine (g) Hiệu suất (%)
1 40 12.4 31
2 40 12,28 30,7
3 40 13,23 33,08
3. Điều chế chitosan bằng cách deacetyl chitine
Phương trình phản ứng điều chế chitosan từ chitine :
O CH2OH OH NHCOCH3 O O n nNaOH 50% 110 - 1200C O CH2OH OH NH2 O O n + nCH3COONa
Quá trình điều chế chitosan từ chitine thực chất là q trình deacetyl hố (deacetylation)
chitine, chuyển hố nhóm –NHCOCH3 thành nhóm –NH2 và loại bỏ nhóm acetyl –CH3CO,
chuyển hố thành muối natri (CH3COONa). Để thực hiện được q trình deacetyl hố hồn
tồn, sử dụng NaOH đậm đặc 50%, thời gian là 4 giờ với nhiệt độ ở 110 – 1200C. Kiểm tra
sơ bộ mức độ chuyển hóa chitine thành chitosan bằng cách lấy một ít sản phẩm cho vào
CH3COOH 1%, nếu sản phẩm tan tạo thành dung dịch keo trong suốt là được. Sau đó rửa
trung tính và sấy khơ, chitosan thu được có màu trắng sáng.
H% =
m1 m2
Từ chitine điều chế trên, cân lượng chính xác 10g chitine cho vào bình cầu 500ml, sau đó
cho 350ml dung dịch NaOH 50% cho đến ngập hoàn toàn chitine. Đun ở nhiệt độ 110 –
1200C, thỉnh thoảng có khuấy cho phản ứng xảy ra nhanh, thời gian đun là 4 giờ. Sản phẩm
sau phản ứng được rửa sạch đến pH=7, rửa lại bằng nước cất, sấy khô. Sản phẩm thu được là chitosan có màu trắng.
Hiệu suất quá trình điều chế chitosan được tính theo cơng thức:
Trong đó :
m1: khối lượng chitine tham gia phản ứng (g).
m2: khối lượng sản phẩm chitosan thu được (g). H(%) : hiệu suất của quá trình (%).
Kết quả thu được như sau:
Bảng 3.1 Hiệu suất điều chế chitosan từ chitine
STT Chitine (g) Chitosan (g) Hiệu suất (%)
1 10 6,18 61,8
2 10 6,36 63,6
4. Điều chế glucosamine hydrochloride
4.1 Điều chế glucosamine hydrochloride từ chitine
Cân 5g chitine khơ cho vào bình cầu 250ml, sau đó thêm 40ml HCl 36%. Đun cách thủy
có lắp sinh hàn hồi lưu, khuấy đều và duy trì ở nhiệt độ khoảng 90 – 950C. Khi nhiệt độ hỗn
hợp trong bình phản ứng đạt 65 – 700C thì chitine bắt đầu tan rất nhanh tạo thành dung dịch
màu nâu đen. Đun trong thời gian 4giờ. Kết thúc thời gian phản ứng, sản phẩm được lọc nóng để loại bỏ cặn bẩn, sau đó dịch lọc được tẩy màu bằng 1g than hoạt tính, giai đoạn này
hỗn hợp được đun nóng đến 900C, sau đó duy trì ở nhiệt độ 50 – 600C trong thời gian 30
phút.
H% =
m1 m2
Luận văn tốt nghiệp 40 SVTH: Nguyễn Ngọc Thái Trân
Lọc bỏ than hoạt tính thu được dung dịch có màu xanh nhạt trong suốt, để nguội thu được
dung dịch có màu vàng rơm. Dung dịch để nguội lạnh ở nhiệt độ 0 – 40C, thời gian để kết
tinh là 12 giờ (để qua đêm). Tinh thể glu.HCl được tách ra bằng phương pháp lọc, sau đó rửa lại sản phẩm thu được bằng cồn 960. Sản phẩm được sấy khô ở nhiệt độ
600C thì thu được tinh thể glu.HCl khô trắng đẹp.
4.2 Tinh chế glu.HCl
Cân 2g glu.HCl cho vào bình cầu 100ml, thêm dần 25ml cồn 960, đun sơi, có khuấy ở
nhiệt độ 75 – 800C. Sau khi hỗn hợp sôi, cho từ từ nước cất tối thiểu vào, cho đến khi
glu.HCl tan hết (vẫn duy trì ở nhiệt độ sôi), lượng nước cất tối thiểu là 5,5 - 6ml cho 2g
glu.HCl. Đun tiếp 60 phút, lọc nóng. Để kết tinh lại ở nhiệt độ 0 – 40C trong thời gian 4 giờ.
Tinh thể được lọc và rửa bằng cồn 960 (2 lần x 3ml), sấy khô ở nhiệt độ 600C thu được
glu.HCl tinh khiết. Dung dịch nước cái đem cô bớt dung môi và kết tinh lại để thu thêm glu.HCl.
Hiệu suất của quá trình điều chế glu.HCl từ chitine được tính theo cơng thức sau:
Trong đó :
m1: khối lượng chitine ban đầu (g).
m2: khối lượng sản phẩm glu.HCl thu được (g). H(%) : hiệu suất của quá trình (%).
Kết quả của quá trình thu được như sau:
Bảng 4.1 Hiệu suất điều chế glu.HCl từ chitine
STT Chitine (g) Glu.HCl (g) Hiệu suất (%)
1 5 2,93 58,6 2 5 2,88 57,6 3 5 3,02 60,4 H% = m1 m2 x 100 ( % ) Glucosamine hydrochloride
Glucosamine hydrochloride có dạng tinh thể không màu, không mùi
Tan trong nước, tan ít trong methanol sơi, khơng tan trong ether và chloroform.
Đo nhiệt độ nóng chảy: cho glucosamine hydrochloride vào ống vi quản rồi tiến hành đo nhiệt độ nóng chảy trên máy hiệu electrothermal.
Kết quả thu được sau khi tiến hành đo:
Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình
Nhiệt độ nóng
chảy (0C) 188.5 188.8 188.7 188.67
Sắc ký bản mỏng:
- Bản mỏng 60F254 : 1 x 5cm
- Hệ dung môi: n-butanol: acid acetic: H2O (4 : 1 : 2,2)
- Thuốc phun hiện màu: H2SO4 20%
Kết quả: cho một vệt màu vàng đậm. Rf = 0,378
5. Điều chế glucosamine sulfate potassium chlohydride
Cân 2,59g glu.HCl cho vào bình cầu 3 cổ 200ml có gắn hệ thống sinh hàn, một cổ được gắn nhiệt kế để xác định nhiệt độ trong bình, thêm vào bình cầu 8,4g nước tinh khiết, khuấy trộn liên tục cho đến khi thu được dung dịch trong suốt. Sau đó tiến hành cân 1,06g K2SO4 và
Luận văn tốt nghiệp 42 SVTH: Nguyễn Ngọc Thái Trân
được cho vào bình cầu, tiếp tục khuấy khoảng 1 giờ ở nhiệt độ 25- 300C . Sau khi phản ứng trao đổi ion trong bình cầu xảy ra hồn tồn, cho vào dung dịch
sau phản ứng 33,6g dung dịch isopropanol để kết tủa
glucosamine sulfate. Hỗn hợp phản ứng được duy trì ờ 200C
trong 4 giờ và sản phẩm glucosamine sulfate được thu hồi bằng phương pháp lọc. Sau khi lọc sản phẩm được rửa sạch với 100g isopropanol và được sấy chân không ở 700C trong 8 giờ ta được tinh thể glucosamine sulfate trắng đẹp.
Hiệu suất của quá trình điều chế glu.sulfate được tính theo
cơng thức sau:
Trong đó :
m1: khối lượng glucosamine sulfate thu được (g).