Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa...................................................................................................................i
Lời cảm ơn......................................................................................................................ii
Mục lục...........................................................................................................................1
Danh Mục Những Từ Viết Tắt........................................................................................3
Danh Mục Bảng, Hình, Sơ Đồ..………………………………………………............4
MỞ ĐẦU…………………………………………………………………….............7
Chương1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU.............………………………………………...8
1.1 Lịch sử và nguồn gốc chitin, chitosan:……………………………………............8
1.1.1 lịch sử phát hiện chitin, chitosan:........................................................................8
1.1.2 Nguồn gốc của Chitin:........................................................................................9
1.2 khái niện chitin, chitosan:......................................................................................11
1.3 Cấu trúc của chitin, chitosan:.................................................................................11
1.3.1 Cấu trúc của chitin:...........................................................................................11
1.3.2. Cấu trúc của chitosan:12
1.4 Điều chế chitin, chitosan:13
1.4.1 Điều chế chitin:................................................................................................13
1.4.1.1. Phương pháp Hackman.................................................................................15
1.4.1.2. Phương pháp WISTLER và BENILLER16
1.4.1.3. Phương pháp ROSEMAN.............................................................................17
1.4.2 Điều chế chitosan:.............................................................................................18
1.4.2.1. Phương pháp của Nguyễn Hoàng Hà[9]:......................................................19
1.4.2.2. Phương pháp của Đặng Văn Luyến..............................................................20
1.4.2.3. Phương pháp bán thủy nhiệt của Nguyễn Hữu Đức[11]: ............................22
1.4.2.4. Điều chế chitosan theo phương pháp hóa sinh.............................................22
GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN
1
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
1.5 Tính chất của chitin, chitosan:[10]…………………………………………........23
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
2.4.2 Điều trị viêm loét dạ dày:[8]..............................................................................40
2.4.3 Ứng dụng trong điều trị bỏng da:[2]..................................................................40
2.4.4 Ứng dụng để điều chế thuốc: ......................................................................41
Chương3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.............................................................……43
3.1 Xác định thành phần vỏ tôm:.................................................................................43
3.1.1 Định lượng nước:...............................................................................................43
3.1.2. Quá
trình
khử
khoáng.......................................................................................43
3.1.3Quá
trình
loại
bỏ
protein:...................................................................................44
3.1.4. Quá
trình
tẩy
màu
nên không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến
của thầy cô và các bạn để cuốn báo cáo được hoàn thiện hơn. Xin chân thành
cảm ơn.
DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT
GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN
4
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
COS : Chitosan Olygo Saccharite
DD : Độ Deacetyl
NOCC : N-O Carboxymethy
PE : Polythylene
SOR : Sorbital dạng lỏng
SB : Sodium Benzoate bột
TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam
VLDDTT : Viêm loét dạ dày tái tràng
WBC : Khả năng kết hợp với nước
DANH MỤC BẢNG - HÌNH - SƠ ĐỒ
GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN
5
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
Bảng 1.1 Thành phần chất hữu cơ trong loài động vật chân đốt………....................10
Bảng 1. 2 Hàm lượng chitin trong vỏ một số loại giáp xác ở nước ta ..... ................14
Bảng 1.3: Một số thông số đặc trưng của chitin và chitosan ………........................32
Bảng 2.1: Thành phần và nồng độ các chất trong nước thải ngành dệt nhuộm..37
Bảng2.2: Quy trình bảo quản cá sòng tươi nguyên liệu sau khi đánh bắt bằng dung dịch
Chitosan 2% hoặc COS 0,2% …………………………………...............................42
Bảng 3.1. Thành phần vỏ tôm ....................................................................................49
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............................................................................51
Bảng 3.3. Một số chỉ tiêu của chitosan được điều chế từ chitin khi chiếu xạ vi sóng ở
7
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
Chitosan là polysacharid nhiều thứ hai sau cellulose tìm thấy trong tự nhiên.Sản
phẩm chitin - chitosan đã có nhiều công trình nghiên cứu và ứng dụng trong thực tế
[2,3,6,8 ]. Chitin có ứng dụng làm da nhân tạo và là nguyên liệu trung gian cho các chất
quan trọng như chitosan, glucosamin và các chất có giá trị khác. Chitosan có nhiều ứng
dụng trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp, y dược và bảo vệ môi trường như: sản
xuất glucosamin, chỉ khâu phẫu thuật, thuốc kem, vải, sơn, chất bảo vệ hoa quả, bảo vệ
môi trường[11]…Với khả năng ứng dụng rộng rãi của chitin – chitosan mà nhiều nước
trên thế giới và cả Việt Nam đã và đang nghiên cứu sản xuất các sản phẩm này.Giáp xác
là nguồn nguyên liệu thủy sản dồi dào chiếm 1/3 tổng sản lượng nguyên liệu thủy sản ở
Việt Nam. Trong công nghiệp chế biến thủy sản xuất khẩu, tỷ lệ cơ cấu các mặt hàng
đông lạnh giáp xác chiếm từ 70 - 80% công suất chế biến. Hàng năm các nhà máy chế
biến đã thải bỏ một lượng phế liệu giáp xác khá lớn khoảng 70.000 tấn/năm[1]. Việc sản
xuất chitosan có nguồi gôc từ vỏ tôm đã mang lại hiệu quả kinh tế cao. Với khả năng
ứng dụng rộng rãi của chitin – chitosan trong cuộc sống như vậy.Từ những vấn đề trên
nhóm nghiên cứu chúng tôi quyết dịnh chọn đề tài “Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng
chitin, chitosan”làm đồ án tốt nghiệp.
Chương1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN
8
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
1.1 Lịch sử và nguồn gốc chitin, chitosan:
1.1.1 lịch sử phát hiện chitin, chitosan:
Danh từ “chitin” bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp “tunic” hay “envenlopen” đó có
nghĩa là lớp vỏ ngoài hay sự bao bọc.
Chitin đã được phát hiện bởi Henri Braconnot vào năm 1811[5]. Lần đầu tiên ông
phân lập được chitin như một hợp chất không tan trong kiềm của một số loại nấm. Hợp
chất do Braconnot phân lập được còn lẫn rất nhiều tạp chất nhưng ông khẳng định đây
không phải là gỗ.
chitosan nằm ở dạng liên kết β(1 4) giữa các mắc xích pyranoz.
Từ những năm 1930 đến 1940 có rất nhiều nghiên cứu vế chitin và chitosan,
khoảng 50 phát minh được đăng ký. Với những nghiên cứu của mình, Purchase và
Braum chứng minh được chitin là một polysaccharide của glucossamime bằng cách
GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN
9
Bảng 1.1 Thành phần chất hữu cơ trong loài động vật chân đốt.
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
thuỷ phân chitin theo nhiều cách khác nhau, hay với nghiên cứu của Rammelberg đã
xác định một cách chính xác nguồn gốc của chitin.
Vào năm 1948, Matsusshima cũng đã có một phát minh sản xuất glucossamine từ
vỏ cua.
Năm 1950, người ta đã sử dụng tia X để phân tích nhằm nghiên cứu sâu hơn sự
hiện diện của chitin trong nấm và trong thành tế bào.
Và đến năm 1951, quyển sách đầu tiên viết về chitin đã được xuất bản. Bấy giờ,
người ta đã phát hiện tiềm năng của các polyme thiên nhiên này.
Nhưng sự cạnh tranh của các loại polyme tổng hợp nên đã kìm hãm sự phát triển
thương mại của chitin và chitosan. Cho đến năm 1970, hàng loạt nghiên cứu về chitin
và chitosan được tiến hành với mục đích ban đầu là tận dụng nguồn phế liệu dồi dào từ
việc chế biến thuỷ sản (vỏ tôm) nhằm tránh gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, các
nhà khoa học đã phát hiện ra các tính chất đặc biệt của chitin và các dẫn xuất của nó
không những giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường mà còn mở ra một triển vọng rất
lớn trong việc ứng dụng chitin và các dẫn xuất của chúng vào sản xuất.
Vào năm 1978, một hội nghị đầu tiên nói về chitin và chitosan diễn ra tại Mỹ và
thu hút được sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học trên thế giới.
Hiện nay, những nghiên cứu về chitin và chitosan đã đạt những thành công nhất
định. Tại Nhật, một chương trình nghiên cứu dài hơn 10 năm cũng bắt đầu khởi động.
Trung Quốc, tuy là nước bắt đầu nghiên cứu chậm hơn so với những nước khác nhưng
lại đang phát triển rất nhanh trong lĩnh vực này.
1.1.2 Nguồn gốc của Chitin:
2. Lớp công trùng.
• Châu chấu 2 cánh cứng
Periplameta
3. Lớp bọ cánh cứng
• Pyliscus
4. Loài Bướm.
• Boubyx (con tằm ấu
trùng)
5. Loài tôm cua.
• Cencer
• Eugagurus
31,9
38,2
23,7
35,0
37,4
44,2
71,4
69,0
68,1
61,8
76,3
-
62,6
55,8
13,3
31,0
11
Hình1.1 Cấu trúc mạch polyme của chitin và cellulose
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
n
.
Trong đó có chứa 47,29%C; 6,45%H; 39,37%O và 6,89%N
Về cấu trúc hoá học của
chitin cũng tương tự như
celluloze ngoại trừ nhóm
hydroxyl thứ hai trên
nguyên tử carbon alpha (C
α
)
trên phân tử celluloze được
thay thế bằng nhóm
acetoamide. Cũng nhờ vào
cấu trúc này mà việc ứng
dụng của chitin vào xử lý nước thải nhà in nhuộm là một việc rất có triển vọng
GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN
12
Hình 1.2 Cấu trúc phân tử chitin trong không gian
Hình 1.3 Cấu trúc của chitosan
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
1.3.2. Cấu trúc của chitosan:
Chitosan là một poly[β-(1→ 4)- 2-amino-2- deoxy- D- glucopyranose]. Cả chitin
và chitosan đều là copolymer, tỉ lệ giữa 2 nhóm monomer này cũng là tỉ lệ giữa nhóm
amino và nhóm acetamido và được gọi là độ deacetyl (DD) của sản phẩm. Nếu
DD>60%, đó là chitosan, ngược lại là chitin.
Cấu trúc của phân tử chitosan trong
không gian có hình xoắc ốc, mỗi đơn vị cơ bản có 2 mắc xích D- glucosamin. Chiều
GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN
14
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
Vỏ tôm đồng 80 24,05 ± 0,15 30,0
Vỏ tôm biển 80 26.52 ± 0,24 33,1
• Loại khoáng
Để loại khoáng, các nhà nhiên cứu đã sử dụng rất nhiều tác nhân như HCl,
H
2
SO
4
, HNO
3
, CH
3
COOH...Nhưng HCl được sử dụng nhiều nhất do loại khoáng gần
như triệt để và không gây phản ứng phụ đáng kể.
2 H
+
+ CaCO
3 (r)
Ca
2+
+ CO
2
+ H
2
O
+ H
OH
H
2
N
C
R
2
Phương trình thủy phân Protein
• Khử màu
Trong vỏ của các loại giáp xác có chứa các phần tử mang màu, chủ yếu là
carotenoid. Các phần tử này không liên kết với protein hay khoáng chất nên không bị
loại trong các quá trình loại khoáng và protein. Để trích màu, người ta dùng ethanol
hay aceton hoặc dùng các chất oxy hoá như H
2
O
2
, KMnO
4
...để huỷ màu.
Sau đây là một số phương pháp cụ thể điều chế chitin.
1.4.1.1 Phương pháp Hackman
Vỏ tôm được làm sạch bằng cách cạo và rửa dưới vòi nước chảy rồi sấy khô trong lò
sấy ở nhiệt độ 100
o
C. Lượng dung là 220 g được ngâm trong 2 L HCl 2N trong 5 giờ ở
nhiệt độ phòng, rồi rửa kỹ với nước và sấy ở 100
o
C (trọng lượng còn khoảng 91,3 g).
Sau đó nghiền thành bột, bột nhuyễn này được trích trong bình cầu và lắc mạnh trong
Ngâm trong 0,5 L dd HCl 2N, ở nhiệt độ phòng,
trong 48h.
Phần rắn đem rửa thật kỹ
Ngâm trích trong 0,5 L NaOH 1N, ở 100
o
C, trong
12h (thực hiện 3 lần).
Phần rắn rửa thật kỹ
16
Sơ đồ 1.2: Quy trình điều chế chitin theo phương pháp Wistler và Beniller
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
rồi nghiền với ethanol 95%, cho đến khi phần nước lọc gần như không màu ( thao tác
này dung khoảng 6 L ethanol 95%).
Phần rắn lại tiếp tục đem nghiền với khoảng 1 L acetone, 2,5 L ethanol và 0,5 L
ether, sau đó lọc những hạt thu được gần như không màu, sấy khô ở áp suất kém và
được ngâm trong dung dịch HCl 37%, ở 20
o
C trong 4 ngày. Những hạt trương phồng
được ly tâm tách ra ở 0
o
C và rửa với nước ở 0
o
C cho đến khi hết acid. Hiệu suất là 20%
(100g) hàm lượng N là 7,1%
1.4.1.3. Phương pháp ROSEMAN
Vỏ tôm được khử Ca giống như phương pháp Hackman ở trên. Cân 100g được
lắc rung cơ học trong 18 giờ với 100mL dung dịch acid formic đặc (90%) ở nhiệt độ
phòng. Lọc lấy phần bã, rửa kỷ với nước và được xử lý trong 2 giờ với dung dịch
GVHD: Th.s Nguyễn Thị Trâm Châu Lớp: NCHD1QN
Chitin (100g)
Vỏ tôm xử lý lần 2
Chitin
Lắc rung cơ học trong HCOOH 90%, trong 18 h ở nhiệt
độ phòng.
Rửa kỹ phần bã với nước
Ngâm trong dung dịch NaOH 10%, trong 2,5h, ở
nhiệt độ phòng.
Rửa đến khi trung tính.
Rửa với ethanol rồi ether.
Sấy khô dưới áp suất kém.
18
Hình1. 6 Phổ IR của Chitin (A) và Chitosan (B)
Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu ứng dụng Chitosan
Giai đoạn 1: Những phần tử vô cơ thường bị loại do tác dụng của acid vô cơ
loãng hoặc enzyme hòa tan muối vô cơ.
Giai đoạn 2: Protein và các hợp chất hữu cơ khác bị loại do tác dụng của kiềm
hoặc enzyme protease.
Giai đoạn 3: Dùng dung dịch NaOH 40% - 60% và các muối của nó hoặc
enzyme protease để deacetyl hóa thu được chitosan.
Độ tinh khiết của
Chitosan có thể được kiểm tra bằng cả hai phương pháp hóa học (Cho Chitosan hòa tan
hoàn toàn trong dung dịch CH
3
COOH 1%, nếu Chitosan tan càng nhiều thì chứng tỏ nó
có độ tinh khiết càng cao) và phương pháp vật lí (Đo phổ IR, H-NMR).Sau đây là một
số phương pháp điều chế chitosan.
1.4.2.1. Phương pháp của Nguyễn Hoàng Hà[9]:
Vỏ tôm được làm sạch, nghiền nhỏ, cho vào lò nguyên liệu cùng với nước theo tỉ
lệ 1:1, nấu sôi trong 1 – 2 giờ, lọc thu được vỏ tôm sơ chế. Vỏ tôm sơ chế được để
nguội 60 – 65
Dung dịch HCl 10%, t
o
phòng, trong 6 – 12 giờ.
lọc, rửa, sấy khô.
Dung dịch NaOH 10%, t
o
phòng, trong 2-3 ngày.
Lọc, rửa, sấy khô.
Nước javel công nghiệp tỉ lệ 1:1, trong 30 phút.
Dung dịch NaOH 40%, ở 110 – 130
o
C, trong 5-8 giờ.
Lọc, rửa, sấy khô.
20
Copyright: Tài liệu đại học ©