c. Tính tương hợp với các dung môi
3.1.4. Quá trình tẩy màu (loại bỏ astaxanthin):
Dùng nước Javen 0,5% để tẩy màu, chitin thô cho vào cốc thuỷ tinh, sau đó cho dung dịch nước Javen 0,5% vào ngập toàn bộ chitin, khuấy đều khoảng 15 phút ở nhiệt độ phòng. Chitin thu được có màu trắng. Chúng tôi dùng nước Javen với nồng độ < 0,5% để tránh hiện tượng oxy hoá phá mạch phân tử chitin - chitosan. Với phương pháp này chitin thu được có màu trắng và thời gian tẩy màu nhanh.
3.1.5. Điều chế chitin:
Vỏ tôm tươi mua về phải làm sạch, loại bỏ phần thịt thừa để tránh lẫn những chất lạ trong các gian đoạn xử lý sau. Vỏ tôm đem xay nên có cỡ hạt vừa phải, nếu hạt to quá làm cho các quá trình khử khoáng, loại protein…mất nhiều thời gian để phản ứng xảy ra hoàn toàn hơn nữa hạt to làm cho sản phẩm chitin thu được không đẹp.
Vỏ tôm sau khi loại khoáng đem ngâm trong NaOH khoảng 12 giờ. Tương tự như quá trình loại khoáng, nếu đun trong NaOH sẽ làm cho mạch chitin bị đứt làm giảm độ nhớt. Đặc biệt, quá trình này phải ngâm trong thời gian dài và phải rửa sạch mẫu sau khi ngâm với NaOH để loại hết protein làm tăng chất lượng chitin.
Có nhiều hoá chất có thể sử dụng để tẩy màu chitin như thuốc tím (KMnO4), oxy già (H2O2), nước Javen (NaOCl+NaCl), Na2S2O3, CH3COCH3…Trong quy trình này tẩy màu bằng nước Javen vì tẩy nhanh, chitin thu được có màu sắc đẹp. Tuy nhiên, nồng độ nước Javen phải thấp để tránh hiện tượng oxy hoá.
Qua kết quả định lượng trên, thành phần vỏ tôm được xác định như sau:
Bảng 3.1. Thành phần vỏ tôm
Thành phần vỏ tôm Chitin Khoáng Protein Chất màu Nước
Hàm lượng (%) 32,55 5,21 10,16 0,91 51,16
Kết quả trước đây1 33,68 5,35 10,29 50,68
Nhận xét
Kết quả cho thấy, nguồn nguyên liệu vỏ tôm thu thập được có hàm lượng chitin cao, tạo điều kiện thuận lợi cho các giai đoạn phản ứng sau.
Cấu trúc của chitin được đo phổ IR: ()
Phổ IR (KBr, ν cm-1): Nhóm –NH (3455); nhóm C-H (2967; 2930; 2890); nối C=O (1663); nối C–O (1158; 1118; 1075; 1025; 952; 896; nhóm CH3 (1379).
3.2 Điều chế chitosan:
Phương trình phản ứng điều chế chitosan từ chitin
O NHCOCH3 OH CH2OH O n nNaOH 50% vi sóng O NH2 OH CH2OH O n + nCH3COONa
NHCOCH3 thành nhóm –NH2 và sản phẩm chuyển hoá thành muối natri (CH3COONa). Để thực hiện được quá trình deacetyl hoá hoàn toàn, NaOH đậm đặc 50% đã được sử dụng và phản ứng được khảo sát ở các điều kiện khác nhau. Dựa vào tính chất chitosan tan được trong dung dịch axit loãng tạo thành dung dịch keo trong suốt, trong khi chitin thì không tan. Kiểm tra sơ bộ mức độ chuyển hóa chitin 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 sản phẩm được rửa trung tính và sấy khô cho chitosan có màu trắng sáng. Chitosan sạch thu được từ các điều kiện phản ứng khác nhau ở trên tiếp tục được đem đi xác định độ deacetyl và độ nhớt.
Để tìm điều kiện tối ưu cho phương pháp điều chế chitosan dưới sự chiếu xạ của vi sóng, hai yếu tố được tiến hành khảo sát là: công suất chiếu xạ và thời gian chiếu xạ. Sản phẩm thu được lần lượt được xác định độ deacetyl, độ nhớt, phân tử lượng, hiệu suất.
• Xác định độ deacetyl, độ nhớt, phân tử lượng của các mẫu chitosan
Theo tài liệu [21] nồng độ NaOH tối ưu cho phản ứng điều chế chitosan là 40%, tỉ lệ w/v là 1/10 nên chúng tôi chọn nồng độ và tỉ lệ này để điều chế chitosan.
Cân mỗi mẫu 10 gam chitin cho vào bình cầu, lắp hệ thống vào lò vi sóng, tiến hành khảo sát hai yếu tố: công suất và thời gian.
o Khảo sát công suất:
Chọn thời gian cố định là 8 phút, tiến hành thay đổi công suất chiếu xạ vi sóng khác nhau: 300 W, 450 W, 600 W, 750 W (ứng với mỗi công suất thực hiện 3 mẫu lấy số liệu trung bình). Kết quả khảo sát được trình bày ở bảng 2.2.
Bảng 3.2.Một số chỉ tiêu của chitosan được điều chế từ chitin khi chiếu xạ vi sóng ở 8 phút với các công suất khác nhau
Chỉ tiêu Công suất %DD Độ nhớt đặc trưng (ºE) Phân tử lượng (kD) Đơn vị chitosan H (%) 300 W 36,14 11,608 631 3921 91,48 450 W 52,44 10,925 577 3586 88,44 600 W 79,89 7,82 353 2193 87,17 750 W 80,05 4,6391 164 1017 82,21
Nhận xét
Theo kết quả khảo sát ở bảng 2.2 cho thấy quy trình điều chế chitosan theo phương pháp vi sóng với công suất 300 W và 450 W thì độ deacetyl thấp, chất lượng chitosan kém. Ở công suất 750 W thì độ deacetyl tăng không đáng kể nhưng độ nhớt đặc trưng của chitosan giảm, phân tử lượng trung bình nhỏ và hiệu suất điều chế chitosan giảm. Điều này có thể do ở công suất càng lớn, nhiệt sinh ra bởi sóng vi ba càng cao, quá trình chuyển hoá chitin thành chitosan tốt. Tuy nhiên, nhiệt quá cao có thể cắt đứt mạch polyme. Vì vậy công suất 600 W được chọn cho các nghiên cứu tiếp theo khi thực hiện phương pháp này.
Khảo sát thời gian
- Công suất chiếu xạ vi sóng: 600 W (công suất tối ưu vừa khảo sát).
- Thời gian chiếu xạ vi sóng: Từ 6 phút đến 12 phút (ứng với mỗi điểm thời gian thực hiện 3 mẫu lấy số liệu trung bình).
Kết quả khảo sát được trình bày ở bảng 2.3
Bảng 3.3. Một số chỉ tiêu của chitosan được điều chế từ chitin khi chiếu xạ vi sóng ở công suất 600 W với các thời gian khác nhau
Nhận xét
Từ bảng 2.3 nhận thấy thời gian tối ưu đối với phương pháp này là 10 phút. Nếu tiếp tục chiếu xạ vi sóng sau 10 phút thì độ deacetyl vẫn không tăng mà còn cho hiệu suất phản ứng, độ nhớt đặc trưng và phân tử lượng trung bình giảm đáng kể. Vì thế, chọn công suất 600 W, thời gian chiếu xạ vi sóng 10 phút là điều kiện tối ưu để điều chế chitosan. Chỉ tiêu Thời gian %DD Độ nhớt đặc trưng (ºE) Phân tử lượng (kD) Đơn vị chitosan H (%) 6 phút 74,49 8,3866 391 2431 88,31 8 phút 79,89 7,82 353 2193 87,17 10 phút 90,09 5,9516 236 1468 86,79 12 phút 90,09 4,9961 182 1135 78,81
So sánh kết quả điều chế chitosan với những nghiên cứu trước đây cho thấy: điều chế chitosan bằng phương pháp đun ở 100ºC trong 5,5 giờ theo tài liệu [1] thì sản phẩm chitosan thu được có độ deacetyl thấp 76,25% vì nhiệt chưa đủ lớn để chuyển hoàn toàn nhóm -NHCOCH3 thành -NH2 nên có thể tạo thành sản phẩm oligochitosan.
Điều chế chitosan bằng phương pháp vi sóng lần đầu tiên công bố bởi Abhishek
Sahu - Pranab Goswami - Utpal Bora22, thực hiện ở công suất 900 W, thời gian 5,5
phút cho sản phẩm có độ deacetyl 85,3%. Tuy nhiên, công suất mà tác giả sử dụng quá cao nên cần phải có thiết bị chịu nhiệt tốt. Vì vậy, chúng tôi đã nghiên cứu điều chế chitosan từ chitin ở công suất chiếu xạ vi sóng thấp hơn và mặc dù phải kéo dài thời gian phản ứng nhưng sẽ phù hợp với điều kiện thiết bị phòng thí nghiệm hiện có. Kết quả cho thấy, ở công suất 600 W, thời gian chiếu xạ 10 phút cho sản phẩm chitosan có DD 90,09%.
Nhận danh sản phẩm chitosan
Sản phẩm ở dạng rắn, màu trắng ngà, không mùi, không vị, không tan trong nước, kiềm, axit đặc và các dung môi hữu cơ, tan trong axit loãng tạo thành dung dịch trong suốt.
Sản phẩm tan tốt nhất trong dung dịch CH3COOH 1%. Độ sạch: 100%
Cấu trúc của chitosan được đo phổ IR: (xem phụ lục 4)
Phổ IR (KBr, ν cm-1): Nhóm -NH2 (3435); nối C-H (2920); nối C-O (1155; 1088; 1031); nối C-C (1423; 1381; 1324; 1258).
Chương4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ