2. Các phương pháp ở trong nước
2.1 Quy trình sản xuất chitine theo phương pháp của Đại Học Thủy sản Nha Trang [7] [7]
Trường Đại Học Thủy sản Nha Trang có đưa ra quy trình công nghệ sản xuất chitine như sau:
Vỏ tôm được rửa sạch và phơi đến khơ, sau đó được ngâm trong dung dịch HCl 5% Ngâm trong HCl 1N ở nhiệt độ
phịng trong 2 giờ
Vỏ tơm sạch Hấp chín Phơi khơ
Sấy nhỏ Khử protein bằng NaOH 3,5% ở
650C trong 2 giờ
Rửa trung tính
Tẩy màu hữu cơ bằng aceton ở nhiệt độ phòng trong 30 phút
Rửa sạch
Tẩy màu bằng nước Javel 0,135% ở
nhiệt độ phòng trong 6 phút Rửa trung tính
Chitine
Deacetyl hóa bằng NaOH 40% ở nhiệt độ 850C trong 4 giờ
Rửa trung tính
Luận văn tốt nghiệp 26 SVTH: Nguyễn Ngọc Thái Trân
trong 48 giờ ở nhiệt độ phòng để loại khoáng, sau khi vớt ra rửa trung tính tiếp tục ngâm
trong dung dịch NaOH 8% ở 1000C, sau 2 giờ lấy ra, rửa sạch đến pH = 7. Tiếp theo ta tiến
hành tẩy màu với chất oxi hóa mạnh như KMnO4 – C2H2O2, H2O2…, sau đó sấy khơ ta thu
được chitine trắng hồng.
Ưu điểm của quy trình là các cơng đoạn đơn giản, có giai đoạn tẩy màu nên sản phẩm có màu tương đối trắng, có độ nhớt cao.
Nhược điểm: thời gian tiến hành tương đối dài, chi phí sản xuất tương đối cao do nồng độ hóa chất tương đối cao.
Quy trình được tóm tắt theo sơ đồ sau:
Hình 10 Quy trình trích ly chitine theo ĐH thủy sản Nha Trang
2.5 Quy trình sản xuất chitosan của Đỗ Minh Phụng [7]
Quy trình điều chế chitosan của Đỗ Minh Phụng tương tự quy trình điều chế chitine của ĐH Nha Trang và được tóm tắt như sau:
Nguyên liệu là vỏ tơm khơ được khử khống bằng HCl 6N với tỷ lệ w/v=1/2,5, ở nhiệt độ phòng, sau 48 giờ đem rửa trung tính, tiếp theo đun trong NaOH 8% với tỷ lệ w/v=1/1,5, ở
nhiệt độ 1000C trong 2 giờ để khử protein rồi đem rửa trung tính.
Tiến hành tẩy màu bằng KMnO4 1% trong môi trường H2SO4 10%, sau 1 giờ đem rửa
sạch và khử màu phụ bằng Na2S2O3 1,5% trong 15 phút, vớt ra rửa sạch thu được chitine.
Vỏ tôm Rửa sạch Phơi khô
Ngâm vỏ tôm trong HCl 5% ở nhiệt độ phòng trong 48 giờ
Rửa sạch
Thủy phân bằng NaOH 8% ở 1000C
trong 2 giờ Rửa sạch
Tẩy màu Sấy khô
Deacetyl chitine bằng NaOH 40% với tỷ lệ w/v=1/1, ở nhiệt độ 800C sau 24 giờ đem rửa sạch và cuối cùng thu được chitosan.
Sản phẩm có chất lượng khá tốt, chitine có màu trắng đẹp. Song thời gian còn dài, sử
dụng nhiều chất oxy hóa dễ làm ảnh hưởng tới độ nhớt của sản phẩm. Quy trình điều chế:
Hình 11 Quy trình sản xuất chitosan của Đỗ Minh Phụng
2.3 Quy trình sản xuất chitosan ở Trung tâm cao phân tử Viện Khoa Học Việt Nam[8]
Nguyên liệu là vỏ ghẹ hay vỏ tôm sạch được khử khống lần 1 bằng HCl 4%, nhiệt độ
phịng, sau 24 giờ đem rửa trung tính. Nấu trong NaOH 3%, nhiệt độ 90 – 950C, sau 3 giờ
đem rửa trung tính, tiếp tục khử khống lần 2 bằng HCl ở nhiệt độ phòng, sau 24 giờ đem
rửa trung tính và đem nấu lần 2 trong NaOH ở nhiệt độ 90 – 950C, sau 3 giờ đem rửa trung
tính. Cuối cùng nấu trong NaOH 40%, rửa trung tính và sấy khơ thu được chitosan.
Sản phẩm chitosan sản xuất theo quy trình này có màu sắc khơng đẹp bằng sản phẩm theo quy trình của kỹ sư Đỗ Minh Phụng, thời gian thực hiện quy trình kéo dài, nhiều cơng đoạn.
Deacetyl bằng NaOH 40% ở 800C
trong 24 giờ
Vỏ tơm Rửa sạch Phơi khơ
Khử khống bằng HCl 6N ở nhiệt độ phòng trong 48 giờ
Rửa sạch
Đun trong NaOH 8% ở 1000C trong 2 giờ Chtine Rửa sạch Tẩy màu bằng KMnO4 Tẩy màu bằng Na2S2O3 Rửa sạch Chitosan
Luận văn tốt nghiệp 28 SVTH: Nguyễn Ngọc Thái Trân
Hình 12 Quy trình sản xuất chitosan ở Viện Khoa Học Việt Nam
2.4 Quy trình sản xuất chitine của Xí nghiệp thủy sản Hà Nội [7]
Xí nghiệp thủy sản Hà Nội đưa ra quy trình sản xuất chitine được thực hiện qua các bước sau:
Nguyên liệu là vỏ tôm khô hoặc tươi được loại bỏ hết tạp chất, xử lý tách khoáng lần 1 trong HCl 4%, tỷ lệ w/v=1/2, ở nhiệt độ phòng sau 24giờ vớt ra rửa trung tính. Sau đó dùng NaOH 2% để tách protein lần 1 với tỷ lệ w/v=1/2,8 ở nhiệt độ 90 – 950C, sau 3 giờ đem ra rửa sạch và tiến hành khử khoáng lần 2 cũng dùng HCl 4%, tỷ lệ w/v=1/2, ở nhiệt độ phòng sau 24 giờ đem rửa trung tính. Để tách protein lần 2 cũng dùng NaOH 2%, w/v=1/2,8, ở nhiệt độ 90 – 950C, sau 3 giờ rửa trung tính và tiến hành khử khoáng lần 3 cũng giống như lần khử khống trên. Sản phẩm đem làm khơ thu được chitine.
Vỏ tơm sạch Khử khống lần 1 bằng HCl 4% ở
nhiệt độ phòng trong 24 giờ
Nấu trong NaOH 3% lần 1 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 Nấu trong NaOH 3% lần 2 ở 90-
950C trong 3 giờ
Rửa trung tính Nấu trong NaOH 40%
Rửa sạch Sấy khô
Chitine thu được có độ trắng cao mặc dù khơng có cơng đoạn tẩy màu. Nhưng nhược điểm là thời gian sản xuất của quy trình kéo dài, nồng độ hóa chất xử lý cao kết hợp với thời gian xử lý dài (cơng đoạn khử khống) làm cắt mạch polyme trong môi trường acid dẫn đến độ nhớt giảm.
Hình 13 Quy trình sản xuất chitine của Xí nghiệp thủy sản Hà Nội
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 khoáng lần 2 bằng HCl 4% ở nhiệt độ phịng 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 tôm khô, sạch, nghiền thành bột, sau đó đun sơi nguyên liệu với nước trong 2 giờ và gạn bỏ protein, sấy khô. Ngun liêu khơ đun trong HCl 5% tách khống, rửa sạch đến pH=7 và sấy khơ. Khử hoàn tồn protein trong NaOH 5%, đun sôi. Sản phẩm rửa sạch đến pH=7,
sấy khô. Chitine thu được có màu trắng phớt hồng. Từ chitine để chuyển hóa thành
Vỏ tôm tươi Rửa sạch Sấy khô
Ngâm vỏ tơm 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 quá 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, cô 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 toàn. Sản phẩm được lọc chân không 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 hịa tan glucosamine.HCl, gắn bình cầu với hệ thống đun hoàn 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 tơm *Vật liệu: Vỏ tơm *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 tơm 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 khơ 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 tơm
2.1 Q trình loại protein
Tiến hành loại bỏ hoàn toàn protein bằng dung dịch NaOH 3%. Lượng NaOH 3% cho vào đến khi ngập tồn bộ vỏ tơm 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 hoàn 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 Q trình khử khống
Trong vỏ tơm, thành phần khoáng 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 khoáng. Khi khử khoáng,
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, q 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 tôm thu được cho vào cốc 1lít, sau đó cho từ từ 200ml HCl 10% vào và để ngập toàn bộ vỏ tôm, 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 còn sắc tố astaxanthin. Do chitine ổn định với
các chất oxy hoá 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 q trình điều chế chitine được tính theo cơng thức sau:
Trong đó :
m1: số gam của vỏ tơm ban đầu (g).
m2: số gam chitine thu được (g).