TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

PHẠM THỊ MAI

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ CHITOSAN TỪ VỎ TÔM
VÀ ỨNG DỤNG KHẢ NĂNG KHÁNG SÂU BỆNH
CỦA CHITOSAN TRÊN MỘT VÀI LOẠI
CÂY ĂN TRÁI

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC
NGÀNH HÓA HỮU CƠ

2016


TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

PHẠM THỊ MAI

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ CHITOSAN TỪ VỎ TÔM
VÀ ỨNG DỤNG KHẢ NĂNG KHÁNG SÂU BỆNH
CỦA CHITOSAN TRÊN MỘT VÀI LOẠI
CÂY ĂN TRÁI

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CAO HỌC
NGÀNH HÓA HỮU CƠ
MÃ NGÀNH: 06440114

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN


Cần thơ, ngày…..tháng ……năm 2016
Cán bộ hƣớng dẫn

TS. Nguyễn Thị Thu Thủy

Học viên thực hiện

Phạm Thị Mai


Trƣờng Đại học Cần Thơ
Khoa Khoa học Tự nhiên
Bộ môn Hóa học

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
------  ------

LUẬN VĂN ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM HÓA LÍ –
HÓA VÔ CƠ KHOA SƢ PHẠM TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ VÀ VƢỜN
CÂY ĂN TRÁI TẠI QUẬN BÌNH THỦY – TP. CẦN THƠ VÀ HUYỆN LAI
VUNG TỈNH ĐỒNG THÁP
Nội dung nhận xét:

Cán bộ hƣớng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Thị Thu Thủy
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
Chủ tịch:

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành gởi lời biết ơn sâu sắc đến:
TS. Nguyễn Thị Thu Thủy, ngƣời cô hƣớng dẫn, một tấm gƣơng nghiên
cứu khoa học đã tận tình giảng dạy, hƣớng dẫn, quan tâm và động viên tôi
trong quá trình học tập ở trƣờng. Cô đã dành nhiều thời gian, công sức, tận
tình truyền đạt những kiến thức chuyên môn, tri thức khoa học và kĩ năng thực
hành quý báo của cô trong suốt thời gian thực hiện đề tài này.
Quý thầy cô trƣờng đại học Cần Thơ đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi
trong suốt khóa học cũng nhƣ tận tâm giảng dạy, truyền đạt những kiến thức
hữu ích cho tôi trong suốt thời gian học tập.
Xin cảm ơn cha mẹ, gia đình đã luôn bên cạnh hỗ trợ con cả về vật chất
lẫn tinh thần trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Chân thành cảm ơn!

Phạm Thị Mai

i


Luận văn thạc sĩ

GVHD: Nguyễn Thị Thu Thủy
LỜI CAM KẾT

Tôi xin cam đoan luận văn này đƣợc hoàn thành dựa trên các kết qủa
nghiên cứu của riêng tôi, các kết qủa của nghiên cứu này chƣa đƣợc dùng cho
bất cứ luận văn cùng cấp nào khác và đƣợc sự hƣớng dẫn khoa học của TS.
Nguyễn Thị Thu Thủy.

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2016

1% và 2%, tƣơng đƣơng với việc sử dụng thuốc trừ sâu hóa học nhƣng hiệu
quả phòng trừ sâu bệnh chậm hơn so với việc sử dụng thuốc trừ sâu hóa học.
Từ những kết quả thu đƣợc cho thấy có thể dùng nhũ tƣơng chitosan 1,5%
thay thế thuốc trừ sâu hóa học trong nông nghiệp vừa an toàn cho ngƣời sử
dụng vừa góp phần hạn chế ô nhiễm môi trƣờng.

Phạm Thị Mai

iii


Luận văn thạc sĩ

GVHD: Nguyễn Thị Thu Thủy
ABSTRACT

Shrimp shells taken from by products of seafood processing industry are
demineralized with HCL 10% and protein reduction with NaOH 3% inorder to

get chitin. And then, chitin is deacetylation with NaOH 46% at 100-1200C in
three hours thirty minute to achieve Chitosan with deacetylation at 81,3%. The
quality is determined by Infrared spectroscopic methods. Chitosan product is
powder dissolved in acid acetic to have chitosan solution. Subsequently,
paraffin oil is used to have create chitosan soluation. Chitosan solution is used
as aqueous phase and a mixture of surfactant, Tween 80 and Span 60, is used
with the following percentage: 50:40:5:5. The research achieved three kinds of
chitosan emulsion with concentration : 1%, 1,5% and 2% chitosan in 1%
acetic acid. Emulsion is obtained and preserved in one month at room
temperature and then brought up fruit trees with 200 grams of emulsion
content in 3 liters of water and 100 grams in 3 liters of water emulsion. The

1.3 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ..................................... 2
1.4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ...........................................2
Chƣơng 2: TỔNG QUAN.................................................................................3
2.1 ĐẠI CƢƠNG VỀ CHITIN, CHITOSAN............................................. 3
2.1.1. Lịch sử phát hiện chitin và chitosan ................................................ 3
2.1.2. Nguồn gốc của chitin ....................................................................... 4
2.1.3.Cấu trúc hoá học của chitin .............................................................. 5
2.1.4. Cấu trúc hóa học của chitosan ......................................................... 6
2.2. TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA CHITIN – CHITOSAN ............................. 6
2.2.1. Tính chất vật lý của Chitin .............................................................. 6
2.2.2. Tính chất vật lý của Chitosan .......................................................... 6
2.3. TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA CHITIN – CHITOSAN ......................... 7
2.3.1. Tính chất hóa học của Chitin ........................................................... 7
2.3.2. Tính chất hóa học của Chitosan. ...................................................... 7
2.4. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT, TIÊU THỤ CHITIN –
CHITOSAN. .................................................................................................... 14
Phạm Thị Mai

v


Luận văn thạc sĩ

GVHD: Nguyễn Thị Thu Thủy

2.5. MỘT SỐ QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHITIN – CHITOSAN TRONG
VÀ NGOÀI NƢỚC. ........................................................................................ 15
2.5.1. Trên thế giới................................................................................... 15
2.5.2. Tại Việt Nam ................................................................................. 17
2.6. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA CHITOSAN .............................................21

vi


Luận văn thạc sĩ

GVHD: Nguyễn Thị Thu Thủy

3.3.2. Nghiên cứu tối ƣu hóa quá trình deacetyl hóa chitin tạo thành
chitosan……………………......................................................... ...…………32
3.4 CÁC THÍ NGHIỆM ĐỊNH TÍNH CHITOSAN ....................................... 36
3.4.1. Thí nghiệm xác định độ ẩm ............................................................. 36
3.4.2. Thí nghiệm xác định hàm lƣợng tro ................................................ 36
3.4.3. Thí nghiệm xác định hàm lƣợng nito tổng ...................................... 37
3.4.4. Tính hiệu suất điều chế chitosan từ vỏ tôm ..................................... 37
3.4.5. Thí nghiệm xác định hàm lƣợng chất không tan ............................. 38
3.4.6. Xác định pH ..................................................................................... 38
3.4.7. Định tính chitosan ............................................................................ 38
3.4.8. Thử độ tinh khiết ............................................................................. 38
3.5. BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM TẠO NHŨ TƢƠNG CHITOSAN VỚI CÁC TỈ
LỆ KHÁC NHAU............................................................................................ 39
3.5.1. Xác định điểm cân bằng HLB cho quá trình tạo nhũ khi sử dụng hỗn
hợp chất nhũ hóa Tween 80 và Span 60 .......................................................... 39
3.5.2. Thí nghiệm khảo sát khả năng tạo nhũ bền của dung dịch chitosan
với các tỉ lệ acid khác nhau .............................................................................. 40
3.6. BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM ỨNG DỤNG NHŨ TƢƠNG CHITOSAN TRÊN
VƢỜN CÂY ĂN TRÁI ................................................................................... 40
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 43
4.1. TÁCH CHIẾT CHITIN TỪ VỎ TÔM ..................................................... 43
4.1.1. Quá trình khử khoáng ........................................................................ 43
4.1.2. Quá trình loại protein ......................................................................... 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 77
PHỤ LỤC ........................................................................................................ 79
PHỤ LỤC 1: PHỔ IR CỦA CHITOSAN ....................................................... 79
PHỤ LỤC 2: MỘT SỐ HÌNH ẢNH ĐIỀU CHẾ CHITOSAN....................... 80
PHỤ LỤC 3: HÌNH ẢNH QUÁ TRÌNH ĐIỀU CHẾ NHŨ TƢƠNG
CHITOSAN ..................................................................................................... 84
PHỤ LỤC 4: HÌNH ẢNH MỘT SỐ THẾT BỊ THÍ NGHIỆM ...................... 85
PHỤ LỤC 5: BẢNG SỐ LIỆU CHO CÂY MẬN VÀ ỔI .............................. 86

Phạm Thị Mai

viii


Luận văn thạc sĩ

GVHD: Nguyễn Thị Thu Thủy
DANH MỤC HÌNH
Trang

Hinh 2.1. Cấu trúc hóa học của chitin ............................................................... 5
Hình 2.2. Cấu trúc hóa học của chitosan ........................................................... 6
Hình 2.3. Quy trình điều chế chitin theo phƣơng pháp Hackman ................... 15
Hình 2.4. Quy trình điều chế chitin theo phƣơng pháp Wistler và Beniller .... 16
Hình 2.5. Quy trình điều chế chitin theo phƣơng pháp Roseman ................... 17
Hình 2.6. Quy trình điều chế chitosan theo phƣơng pháp của Nguyễn Hoàng
Hà ................................................................................................................. 18
Hình 2.7. Quy trình điều chế chitosan theo phƣơng pháp của Đặng Văn
Luyến ............................................................................................................... 19
Hình 2.8. Quy trình điều chế chitosan theo phƣơng pháp bán thủy nhiệt ....... 20

non đến khi trái đƣợc 40 ngày ......................................................................... 60
Hình 4.13. Trái ổi trên nghiệm thức 4 ............................................................. 61
Hình 4.14. Biểu đồ thể hiện số trái ổi sâu trong nghiệm thức 4 từ lúc cây ra trái
non đến khi trái đƣợc 40 ngày ......................................................................... 62
Hình 4.15. Trái ổi trên nghiệm thức 5 ............................................................. 63
Hình 4.16. Biểu đồ thể hiện số trái ổi sâu trong nghiệm thức 5 từ lúc cây ra trái
non đến khi trái đƣợc 40 ngày ......................................................................... 64
Hình 4.17. Trái mận trên nghiệm thức 1 ......................................................... 65
Hình 4.18. Biểu đồ thể hiện số trái mận sâu trong nghiệm thức 1 từ lúc cây ra
trái non đến khi trái đƣợc 40 ngày ................................................................... 66
Hình 4.19. Trái mận trên nghiệm thức 2 ......................................................... 67
Hình 4.20. Biểu đồ thể hiện số trái mận sâu trong nghiệm thức 2 từ lúc cây ra
trái non đến khi trái đƣợc 40 ngày ................................................................... 68
Hình 4.21. Trái mận trên nghiệm thức 3 ......................................................... 69
Hình 4.22. Biểu đồ thể hiện số trái mận sâu trong nghiệm thức 3 từ lúc cây ra
trái non đến khi trái đƣợc 40 ngày ................................................................... 70
Hình 4.23. Trái mận trên nghiệm thức 4 ......................................................... 71
Hình 4.24. Biểu đồ thể hiện số trái mận sâu trong nghiệm thức 4 từ lúc cây ra
trái non đến khi trái đƣợc 40 ngày ................................................................... 72
Hình 4.25. Trái mận trên nghiệm thức 5 ......................................................... 73
Hình 4.26. Biểu đồ thể hiện số trái mận sâu trong nghiệm thức 5 từ lúc cây ra
trái non đến khi trái đƣợc 40 ngày ................................................................... 74

Phạm Thị Mai

x


Luận văn thạc sĩ


thử nghiệm với 4 lần lặp lại ............................................................................. 67
Bảng 4.17. Số lƣợng trái mận sâu trên nghiệm thức 2 trong 40 ngày phun
thuốc trừ sâu với 4 lần lặp lại .......................................................................... 68
Phạm Thị Mai

xi


Luận văn thạc sĩ

GVHD: Nguyễn Thị Thu Thủy

Bảng 4.18. Số lƣợng trái mận sâu trên nghiệm thức 3 trong 40 ngày phun nhũ
tƣơng chitosan 1% với 4 lần lặp lại ................................................................. 70
Bảng 4.19. Số lƣợng trái ổi sâu trên nghiệm thức 4 trong 40 ngày phun nhũ
tƣơng chitosan 1,5% với 4 lần lặp lại .............................................................. 72
Bảng 4.20. Số lƣợng trái ổi sâu trên nghiệm thức 5 trong 40 ngày phun nhũ
tƣơng chitosan 1% với 4 lần lặp lại ................................................................. 73

Phạm Thị Mai

xii


Luận văn thạc sĩ

GVHD: Nguyễn Thị Thu Thủy
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Kí hiệu



Luận văn thạc sĩ

GVHD: Nguyễn Thị Thu Thủy

CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Ngành chế biến thủy sản của nƣớc ta ngày càng phát triển. Một lƣợng
phụ phẩm khá lớn khoảng 70.000 tấn/năm đƣợc tạo ra từ các nhà máy chế biến
thủy sản. Nguồn phụ phẩm thủy sản này chủ yếu đƣợc sử dụng làm thức ăn
gia súc hay thải ra môi trƣờng gây ô nhiễm, chỉ một phần nhỏ đƣợc sử dụng để
sản xuất ra chitin, vì vậy nghiên cứu công nghệ tạo ra các sản phẩm hữu ích từ
nguồn phụ phẩm này là một vấn đề không chỉ có ý nghĩa lí luận mà còn có ý
nghĩa thực tiễn rất thiết thực.
Hiện nay chitosan đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đời
sống nhƣ trong y - dƣợc, trong công nghiệp, nông nghiệp, xử lí nƣớc thải, bảo
vệ môi trƣờng,…Xã hội ngày càng phát triển, chất lƣợng cuộc sống đƣợc nâng
cao, nhu cầu của con ngƣời cũng ngày càng phát triển, con nguời bắt đầu chú
ý nhiều hơn đến chất lƣợng sản phẩm hơn là số lƣợng, vấn đề về sức khỏe
cũng đƣợc quan tâm nhiều hơn và nguồn thực phẩm tƣơi sạch là vấn đề thiết
yếu.
Với mong muốn sử dụng chế phẩm sinh học thay thế thuốc trừ sâu
trong nông nghiệp, giải quyết một phần vấn đề môi trƣờng và cung cấp cho
nguời tiêu dùng nguồn trái cây tuơi sạch đảm bảo an toàn thực phẩm nhằm
hạn chế sử dụng các loại thuốc trừ sâu trên cây ăn trái, đề tài “ Nghiên cứu
điều chế chitosan từ vỏ tôm và ứng dụng khả năng kháng sâu bệnh của
chitosan trên một vài loại cây ăn trái” nghiên cứu điều chế chitosan từ
nguồn nguyên liệu vỏ tôm để ứng dụng thay thế thuốc trừ sâu trong việc
phòng trừ sâu bệnh trên cây ăn trái. Chitosan vừa có khả năng kháng nấm


2


Luận văn thạc sĩ

GVHD: Nguyễn Thị Thu Thủy
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN

2.1. ĐẠI CƢƠNG VỀ CHITIN - CHITOSAN
2.1.1. Lịch sử phát hiện chitin và chitosan [1]
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 đƣợc phát hiện bởi Henri Braconnot vào năm 1811. Lần đầu
tiên ông phân lập đƣợc chitin nhƣ một hợp chất không tan trong kiềm của một
số loại nấm. Hợp chất do Braconnot phân lập đƣợc còn lẫn rất nhiều tạp chất
nhƣng ông khẳng định đây không phải là gỗ.
Đến năm 1823, Odier đã cô lập đƣợc chitin từ cánh cứng của con bọ
cánh cứng và cũng phân lập đƣợc chitin khi loại khoáng vỏ cua. Từ đó, Odier
cho rằng đây là hợp chất cơ bản trong vỏ giáp sát và côn trùng.
Vào năm 1834, Children phát hiện sự có mặt của nitơ trong chitin, 9
năm sau đó tức năm 1843 sự tồn tại của nitơ trong chitin đã đƣợc Lassaigne
chứng minh một lần.
Đến năm 1859, C.Rouget phát hiện ra một hợp chất mới khi đun hoàn
lƣu chitin trong dung dịch KOH đặc, có tính chất khác với chitin, ông gọi đó
là “modified chitin”.
Năm 1876, Ledderhose thủy phân vỏ tôm hùm bằng dung dịch HCl và
nhận đƣợc một muối clorua của amin 6C. Ông đề nghị cấu trúc
CHO.(CHOH)4.CH2NH2.HCl.
Năm 1894, Winterstein phát hiện ra khi xử lý nấm với H2SO4 hay

Nhƣng sự cạnh tranh của các loại polymer tổng hợp đã kiềm hãm sự
phát triển thƣơng mại của chitin và chitosan. Cho đến năm 1970, hàng loạt
nghiên cứu về chitin và chitosan đƣợc tiến hành với mục đích ban đầu là tận
dụng nguồn phụ phẩm dồi dào từ việc chế biến thủy sản (vỏ tôm) nhằm tránh
gây ô nhiễm môi trƣờng. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã phát hiện ra các tính
chất đặt biệt của chitin và các dẫn xuất của nó không những giải quyết vấn đề
ô nhiễm môi trƣờng mà còn mở ra một triển vọng rất lớn trong việc ứng dụng
chitin và các dẫn xuất của chitin vào sản xuất.
Vào năm 1978, một hội nghị đầu tiên nói về chitin và chitosan diễn ra
tại Mỹ và thu hút đƣợc sự quan tâm của rất nhều nhà khoa học trên thế giới.
Hiện nay, những nghiên cứu về chitin và chitosan đã đạt đƣợc nhiều
thành công nhất định. Tại Nhật, một công trình nghiên cứu dài hơn 10 năm
cũng bắt đầu khởi động. Trung Quốc, tuy là nƣớc bắt đầu nghiên cứu chậm
hơn so với những nƣớc khác nhƣng lại phát triển rất nhanh trong lĩnh vực này.
2.1.2. Nguồn gốc của chitin [1]
* Từ động vật bậc thấp
Chitin là chất hữu cơ chủ yếu trong vỏ mai (bộ xƣơng ngoài của động
vật không xƣơng sống).
Theo Richard, chitin đƣợc tìm thấy trong lớp vỏ cutin của loài chân đốt.
Ngoài ra, Chitin còn đƣợc tìm thấy trong tế bào ống của loài mực, ở lớp vỏ
bao ngoài của loài Bọ cánh cứng, trong lớp vỏ mai của loài giáp xác, trong loài
nhện và bƣớm.
Chitin thƣờng có khoảng 25-50% trên lƣợng khan của lớp cutin, thành
phần khác chủ yếu là protein và calci carbonat.

Phạm Thị Mai

4



OH

NH
*

O

OH
O

O
OH

O

*

NH
OH

O
CH3

Hình 2.1. Cấu trúc hóa học của chitin

Phạm Thị Mai

5

n

NH2
OH
n

Hình 2.2. Cấu trúc hóa học của chitosan
2.2. TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA CHITIN – CHITOSAN [1-5]
2.2.1. Tính chất vật lý của Chitin
Chitin và chitosan là những polymer sinh học có khối lƣợng phân tử
lớn. Chitin có hình thái tự nhiên ở dạng rắn.
Chitin có cấu trúc bền vững, không tan trong nƣớc, kiềm, axit loãng,
các dung môi hữu cơ nhƣ ete, rƣợu,…Nhƣng tan trong dung dịch đặc nóng của
muối thioxianat liti (LiSCN) và thioxianat canxi (Ca(SCN)2) tạo dung dịch
keo. Chính vì thế, chitin đƣợc xem là nguyên liệu đầu để điều chế các dẫn xuất
của nó. Chitin còn có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại có bƣớc sóng 884-890
cm-1.
2.2.2. Tính chất vật lý của Chitosan
Chitosan là chất rắn vô định hình, xốp, nhẹ, hình vảy, có thể xay nhỏ
thành các kích cỡ khác nhau.
Phạm Thị Mai

6


Luận văn thạc sĩ

GVHD: Nguyễn Thị Thu Thủy

Chitosan không tan trong nƣớc, dung dịch kiềm và acid đậm đặc nhƣng
tan trong acid loãng tạo dung dịch keo trong. Chitosan có thể tan trong
Dimethylactamide (DMA) có chứa 8% lithium choloride hoặc acit hữu cơ nhƣ

Phạm Thị Mai

7


Luận văn thạc sĩ

GVHD: Nguyễn Thị Thu Thủy

Mặt khác chitin/chitosan là những polime mà các monome đƣợc nối với
nhau bởi các liên kết β-(1-4)-glicozit; các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các
chất hoá học nhƣ: acid, bazơ, tác nhân oxy-hóa và các enzyme thuỷ phân.
2.3.2.1. Độ deacetyl hóa (DD)
Một trong những chỉ số quan trọng của chitosan là độ deacetyl hóa
(DD) hoặc độ acetyl hóa (DA = 100 – DD). Chitosan có độ DD khác nhau dẫn
đến sự khác nhau về khối lƣợng phân tử, đô nhớt, khả năng hòa tan trong
acid,…
Một số phƣơng pháp xác định độ deacetyl hóa.
* Phƣơng pháp xác định phổ hồng ngoại
Khi khảo sát phổ IR của chitin và chitosan, các nhà nghiên cứu nhận
thấy dao động hấp thu của nhóm –OH không phụ thuộc vào DD trong khi ở
nhóm amide I có hiện tƣợng này.
Từ đó các nhà nghiên cứu đƣa ra nhiều công thức thực nghiệm tính DD
của sản phẩm. Các công thức này khá lặp lại về kết quả và phù hợp với kết quả
của phƣơng pháp chuẩn độ keo.
DD = 100 – (A1655 / A3450) x 115

(2.1)

Trong đó: