TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƢ PHẠM
BỘ MÔN HÓA HỌC

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG
ĐẾN VIỆC LY TRÍCH CHITOSAN
TỪ VỎ TÔM PHẾ LIỆU
Chuyên ngành: Sƣ phạm Hóa Học

Giáo viên hƣớng dẫn:
TS. Phan Thị Ngọc Mai

Sinh viên thực hiện:
Cao Thanh Huyền
Lớp: Sư phạm Hóa Học K38
MSSV: B1200586

CẦN THƠ - 2016


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

Trƣờng Đại Học Cần Thơ
Khoa Sƣ Phạm
Bộ Môn Sƣ Phạm Hóa Học

Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

Chƣơng 3: Phƣơng pháp và phƣơng tiện nghiên cứu.



Chƣơng 4: Kết quả và thảo luận.



Chƣơng 5: Kết luận và kiến nghị.

i


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

LỜI CẢM ƠN
Nhƣ một quy luật của cuộc sống “Học đi đôi với hành”. Học không chỉ để nâng
cao kiến thức mà còn để vận dụng những kiến thức đã học vào thực tiễn cuộc sống.
Học tập là một quá trình lâu dài mà thầy, cô chính là ngƣời truyền đạt kiến thức trong
toàn bộ quá trình học tập của mỗi chúng ta. Thầy, cô đã truyền cho chúng ta những
kiến thức quý báu không những về chuyên môn mà còn về kiến thức xã hội giúp chúng
ta làm quen dần với một môi trƣờng mới không còn là môi trƣờng đại học mà là môi
trƣờng làm việc ở các trƣờng học, công ty…
Với những kiến thức làm nền tảng để vận dụng vào cuộc sống và công việc sau
khi ra trƣờng. Những công lao to lớn ấy tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến:
Cô Phan Thị Ngọc Mai đã trực tiếp hƣớng dẫn và theo sát tôi trong quá
trình thực hiện đề tài, động viên, chỉ dẫn và đóng góp ý kiến cho đề tài luận văn của tôi
đƣợc hoàn chỉnh hơn.

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày… tháng … năm 2016
Giảng viên hƣớng dẫn

iii


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................


...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày… tháng … năm 2016
Giảng viên phản biện

v


Luận văn tốt nghiệp

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN ........................................................... iv
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN .............................................................v
TÓM TẮT ĐỀ TÀI........................................................................................................ vi
MỤC LỤC .................................................................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG .......................................................................................................x
DANH MỤC HÌNH....................................................................................................... xi
PHẦN MỞ ĐẦU .............................................................................................................1
1. ĐẶT VẤN ĐỀ .............................................................................................................1
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU .......................................................................................2
3. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU .....................................................................................2
4. PHƢƠNG PHÁP VÀ PHƢƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU ............................................2
5. TÍNH KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI .................................................3
6. NỘI DUNG LUẬN VĂN ............................................................................................3
PHẦN NỘI DUNG ..........................................................................................................4
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG ..............................................................................4
1.1. CHITIN – CHITOSAN .........................................................................................4
1.1.1 Khái niệm về chitin – chitosan ........................................................................4
1.1.2 Lịch sử phát hiện chitin – chitosan .................................................................4
1.1.3 Nguồn gốc của chitin ......................................................................................6
1.2 CẤU TRÚC CỦA CHITIN – CHITOSAN ...........................................................7
1.2.1 Cấu trúc của chitin ..........................................................................................7
1.2.2 Cấu trúc của chitosan ......................................................................................8
1.3 TÍNH CHẤT CỦA CHITIN – CHITOSAN ..........................................................9
1.3.1 Tính chất của chitin .........................................................................................9
1.3.2 Tính chất của chitosan ...................................................................................10
1.4 ỨNG DỤNG CỦA CHITIN – CHITOSAN ........................................................15
1.4.1 Trong nông nghiệp ........................................................................................15
1.4.2 Trong công nghiệp ........................................................................................16
1.4.3 Trong mỹ phẩm .............................................................................................18
vii

2.3.2.1 Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ NaOH trong việc loại protein và deacetyl
hóa ..........................................................................................................................38
2.3.2.2 Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến việc loại protein và deacetyl hóa ...38
2.3.2.3 Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian ngâm mẫu đến quá trình loại protein và
deacetyl hóa ............................................................................................................38
2.3.3 KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TÍNH CỦA CHITOSAN .......................................38
2.3.3.1 Xác định độ ẩm ..........................................................................................38
2.3.3.2 Xác định hàm lƣợng tro .............................................................................39
2.3.3.3 Xác định hàm lƣợng nitơ tổng số ...............................................................40
2.3.3.4 Tính hàm lƣợng protein thô .......................................................................41
2.3.3.5 Tính độ deacetyl hóa ..................................................................................42
2.3.3.6 Xác định độ nhớt ........................................................................................42
viii


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

2.3.3.7 Xác định hàm lƣợng chất không tan ..........................................................43
2.3.3.8 Tính hiệu suất .............................................................................................43
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN .....................................................................44
3.1 Kết quả thí nghiệm ...............................................................................................44
3.1.1 Ảnh hƣởng các yếu tố đến quá trình loại khoáng .........................................44
3.1.1.1 Ảnh hƣởng của nồng độ HCl đến quá trình loại khoáng ...........................44
3.1.1.2 Ảnh hƣởng của thời gian ngâm mẫu đến quá trình loại khoáng ................46
3.1.1.3 Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình loại khoáng ...................................49
3.1.2 Ảnh hƣởng các yếu tố đến quá trình loại protein và deacetyl hóa ................51
3.1.2.1 Ảnh hƣởng của nồng độ NaOH đến quá trình loại protein và deacetyl hóa
................................................................................................................................52

Bảng 3.4. Kết quả độ deacetyl hóa sau quá trình khảo sát nồng độ ............................ 52
Bảng 3.5. Kết quả độ deacetyl hóa sau quá trình khảo sát nhiệt độ ............................ 54
Bảng 3.6. Kết quả độ deacetyl hóa sau quá trình khảo sát thời gian ngâm mẫu ......... 56
Bảng 3.7. So sánh phổ IR của chitosan Nhật Bản và chitosan thực nghiệm ................ 60
Bảng 3.8. Kết quả so sánh chitosan thành phẩm với chitosan Nhật Bản và chitosan
thương mại ..................................................................................................................... 61

x


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Cấu trúc mạch polymer của chitin và xellulose.............................................. 7
Hình 1.2. Cấu trúc phân tử chitin và xellulose trong không gian .................................. 8
Hình 1.3. Cấu trúc polymer của chitosan ....................................................................... 9
Hình 1.4. Cấu trúc phân tử chitosan trong không gian .................................................. 9
Hình 1.5. Cam được bảo quản bằng màng chitosan (trái) và cam đối xứng (phải)
....................................................................................................................................... 15
Hình 1.6. Ứng dụng của chitosan trong may mặc ........................................................ 17
Hình 1.7. Quy trình sản xuất chitin bằng phương pháp Hackman ............................... 26
Hình 1.8. Quy trình sản xuất chitosan bằng phương pháp thủy điện
Yamasaki và Nacamichi................................................................................................. 27
Hình 1.9. Quy trình sản xuất chitosan của ĐH Bách khoa TP. Hồ Chí Minh ............. 28
Hình 1.10. Quy trình sản xuất chitosan của ĐH Cần Thơ ........................................... 29
Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc hàm lượng khoáng vào dung dịch HCl ........ 46
Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc hàm lượng khoáng vào thời gian ngâm mẫu

vào việc phát triển nền kinh tế đất nƣớc. Tuy nhiên, ngành công nghiệp chế biến thủy
sản phát triển bên cạnh những thuận lợi nhƣ chế biến ra các mặt hàng thủy sản có chất
lƣợng cao, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm phục vụ cho xuất khẩu và tiêu thụ trong
nƣớc còn có bất lợi là lƣợng phế liệu thủy sản thải ra rất nhiều làm ô nhiễm môi
trƣờng. Một trong những nguồn phế liệu thải ra là vỏ của động vật giáp xác nhƣ tôm,
cua, ghẹ… Hiện nay, nguồn phế liệu này chủ yếu dùng làm thức ăn chăn nuôi hay làm
phân bón nên hiệu quả kinh tế rất thấp. Vì thế, một mục tiêu đƣợc đặt ra cho các nhà
nghiên cứu là tìm ra giải pháp để tận dụng tối đa những thành phần có trong phế liệu
thủy sản nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế của chúng và tránh gây ô nhiễm môi trƣờng.
Một trong những hƣớng giải quyết yêu cầu trên là chiết rút chế phẩm chitin và
chitosan có hoạt tính cao từ vỏ tôm rồi sử dụng chế phẩm này để tạo ra những sản
phẩm mới cho xã hội và làm giảm thiểu chất thải.
Chitin và chitosan là những polysaccharide có ứng dụng rộng rãi trong nhiều
ngành nhƣ: công nghiệp, nông nghiệp, y dƣợc và bảo vệ môi trƣờng. Trong y dƣợc,
chitosan có thể sản xuất ra glucosamine, một dƣợc chất quý đang phải nhập khẩu ở
nƣớc ta. Ngoài ra, chitosan còn đƣợc dùng làm chỉ khâu thụ hoại, da nhân tạo, thực
phẩm chức năng… Chitosan còn đƣợc sử dụng trong công nghiệp dệt, in, sản xuất
nƣớc sơn chống thấm và chống mốc… Trong nông nghiệp, chitosan đƣợc dùng để bảo
quản các loại quả, hạt mang lại hiệu quả cao. Ngoài ra, chitosan cũng đang đƣợc sử
dụng rộng rãi để xử lý các chất thải công nghiệp, hấp thụ kim loại nặng và mang lại
hiệu quả cao.
Hiện nay, những nghiên cứu về chitin – chitosan đã đạt đƣợc những thành công
nhất định. Đi đầu trong lĩnh vực này là các quốc gia: Nhật, Mỹ, Trung Quốc, Pháp…
Năm 1973, Nhật Bản là quốc gia đầu tiên sản xuất chitosan với sản lƣợng 20 tấn/năm,
đến nay đã lên tới 700 tấn/năm, trong khi đó Mỹ cũng đạt sản lƣợng 300 tấn/năm.
SVTH: Cao Thanh Huyền

1



SVTH: Cao Thanh Huyền

2


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

5. TÍNH KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Thành công bƣớc đầu của đề tài là điều chế ra đƣợc chitosan trong phòng thí
nghiệm. Đề tài cũng là nguồn tài liệu hữu ích phục vụ cho công tác nghiên cứu về lĩnh
vực này.

6. NỘI DUNG LUẬN VĂN
- Tổng quan về công nghệ sản xuất và ứng dụng của chitin – chitosan.
- Nghiên cứu quy trình ly trích chitin – chitosan bằng phƣơng pháp hóa học.
Tối ƣu hóa quá trình khử khoáng bằng HCl.
Tối ƣu hóa quá trình khử protein và deacetyl hóa bằng NaOH đậm đặc.
- Đề xuất quy trình.

SVTH: Cao Thanh Huyền

3


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai


4


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

ông vẫn gọi hợp chất này là “cellulose”. Cũng trong năm này, khi đun chitin trong
dung dịch KOH ở 180 ºC, Hope – Seyler thu đƣợc một hợp chất mới có số nguyên tử
giống nhƣ trong chitin và gọi nó là chitosan.
Năm 1928, Meyer và Mark dựa trên phổ nhiễu xạ tia X kết luận rằng chitin và
chitosan nằm ở dạng liên kết (1→4) giữa các mắt xích pyranose.
Từ những năm 1930 đến 1940 có rất nhiều nghiên cứu về chitin và chitosan,
khoảng 50 phát minh đƣợc đăng ký. Với những nghiên cứu của mình, Purchase và
Braum chứng minh đƣợc chitin là polysaccharide của glucossamime bằng cách thủy
phân chitin theo nhiều cách khác nhau, hay với nghiên cứu của Rammelberg đã xác
định một cách chính xác nguồn gốc của chitin.
Năm 1950, ngƣời ta 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 đƣợc xuất bản. Bấy giờ,
ngƣời ta đã phát hiện ra đƣợc tiềm năng của các polyme thiên nhiên này.
Nhƣng vì sự cạnh tranh của các loại polyme tổng hợp nên đã kìm hãm sự phát
triển thƣơng mại của chitin – chitosan. Cho đến năm 1970, hàng loạt nghiên cứu về
chitin – chitosan đƣợc tiến hành với mục đích ban đầu là là tận dụng nguồn phế liệu
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 đặc 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 chúng vào sản xuất.
Vào năm 1978, hội nghị đầu tiên nói về chitin – chitosan diễn ra tại Mỹ và thu
hút đƣợc sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học trên thế giới.

không hiện diện đồng thời.
Chitin hiện diện trong tảo xanh, bằng phƣơng pháp vi hóa học Roelofsen và
Hoette đã tìm thấy chitin trong nấm men, Kreger cũng thu đƣợc chitin trong một số
loài nấm men bằng nhiễu xạ tia X.
Chitin không hiện diện một mình trong lớp vỏ ngoài của loài nấm mà nó đƣợc
liên kết với những thành phần khác. Lƣợng chitin đƣợc tinh chế từ một số loài nấm
thông thƣờng từ 3 % - 5 %.

SVTH: Cao Thanh Huyền

6


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

1.2 CẤU TRÚC CỦA CHITIN – CHITOSAN
1.2.1 Cấu trúc của chitin[3]
Chitin là một dạng polysaccharide gồm các tiểu phân N-acetyl-D-Glucosamine
kết hợp lại với nhau theo liên kết (1 → 4). Liên kết của chitin là poly [-(1→4) – 2 –
acetamido – 2 – deoxy – D – glucopyranose]. Chitin có cấu trúc tinh thể và nó cấu tạo
thành một mạng lƣới sợi hữu cơ. Vì thế, chitin làm tăng độ bền, độ cứng và là điểm
tựa cho các sinh vật.
Chitin có công thức phân tử: (C8H13O5N)n.
Trong đó có chứa 47,29 % C; 6,45 % H; 39,37 % O và 6,89 % N.
Về cấu trúc hóa học, chitin cũng tƣơng tự nhƣ cellulose ngoại trừ nhóm hydroxyl
thứ hai trên nguyên tử carbon alpha trên phân tử cellulose đƣợc thay thế bằng nhóm
acetoamide. Cũng nhờ vào cấu trúc này mà việc ứng dụng chitin vào xử lý nƣớc thải,
in nhuộm là một việc rất có triển vọng.

Hình 1.3. Cấu trúc polymer của chitosan
Cấu trúc của phân tử chitosan trong không gian có hình xoắn ốc, mỗi đơn vị cơ
bản có 2 mắt xích D – glucosamine. Chiều dài mỗi đơn vị cơ bản là 10,34 Å.

Hình 1.4. Cấu trúc phân tử chitosan trong không gian
1.3 TÍNH CHẤT CỦA CHITIN – CHITOSAN
1.3.1 Tính chất của chitin[12]
Chitin có màu trắng hoặc trắng phớt hồng, dạng vảy hoặc dạng bột, không mùi,
không vị, không tan trong nƣớc, trong môi trƣờng kiềm, trong acid loãng và trong các
dung môi hữu cơ khác nhƣ ete, rƣợu… Nhƣng tan trong dung dịch đặc nóng của muối
thioxianat liti (LiSCN), thioxianat canxi (Ca(SCN)2) tạo thành dung dịch keo, tan đƣợc
trong hệ dimetylacetamide – LiCl 8 %, tan trong hexafluoro – isopropyl alcohol
(CF3CHOHCF3) và hexafuoracetone sesquihydrate (CF3COCF3.H2O).
Chitin tồn tại trong các chất oxy hóa mạnh nhƣ: thuốc tím (KMnO4), oxy già
(H2O2), nƣớc javen (NaClO – NaCl)…, lợi dụng tính chất này mà ngƣời ta sử dụng các
chất oxy hóa trên để khử màu cho chitin.
SVTH: Cao Thanh Huyền

9


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Phan Thị Ngọc Mai

Chitin có khả năng hấp thu tia hồng ngoại có bƣớc sóng 884 – 890 cm-1.
Chitin là một polysaccharide nguồn gốc tự nhiên, có hoạt tính sinh học cao và tự
phân hủy trên da. Chitin bị men lysozyme, một loại men chỉ có ở cơ thể ngƣời phân
giải thành monome N-acetyl-D-glucosamine.
Khi đun nóng trong dung dịch NaOH đậm đặc (40 – 50 %), ở nhiệt độ cao thì

ngƣời ta quy ƣớc rằng nếu độ deacetyl hóa (degree of deacetylation) DD > 50 % thì
gọi là chitosan, nếu DD < 50 % thì gọi là chitin.
Quá trình deacetyl hóa bao gồm quá trình loại nhóm acetyl khỏi chuỗi phân tử
chitin và hình thành phân tử chitosan với nhóm amin hoạt động hóa học cao. Mức độ
deacetyl hóa là một đặc tính quan trọng của quá trình sản xuất chitosan, bởi vì nó ảnh
hƣởng đến tính chất hóa lý và khả năng ứng dụng của chitosan sau này. Mức độ
deacetyl hóa của chitosan vào khoảng 56 – 99 % (thƣờng là 80 %) phụ thuộc vào loài
giáp xác và phƣơng pháp sử dụng. Có rất nhiều phƣơng pháp để xác định mức độ
deacetyl hóa của chitosan bao gồm: thử ninhydrin, chuẩn độ điện thế, quang phổ hồng
ngoại, chuẩn độ bằng HI…
Độ nhớt là một nhân tố quan trọng để xác định khối lƣợng phân tử của chitosan.
Chitosan phân tử lƣợng cao thƣờng làm cho dung dịch có độ nhớt cao, điều này có thể
không mong muốn trong đóng gói công nghiệp. Nhƣng chitosan có độ nhớt cao thu
đƣợc từ phế phẩm của các loài giáp xác thì rất thuận tiện cho đóng gói.
Một số nhân tố trong quá trình sản xuất nhƣ mức độ deacetyl hóa, khối lƣợng
nguyên tử, nồng độ dung dịch, độ mạnh của lực ion, pH và nhiệt độ ảnh hƣởng đến độ
nhớt của chitosan. Ví dụ, độ nhớt của chitosan tăng khi thời gian khử khoáng tăng. Độ
nhớt của chitosan trong dung dịch acid acetic tăng khi pH của dung dịch này giảm, tuy
nhiên nó lại giảm khi pH của dung dịch HCl giảm. Tƣơng tự nhƣ vậy, quá trình loại
protein trong dung dịch NaOH và sự khử trong quá trình khử khoáng cũng làm giảm
độ nhớt của dung dịch chitosan thành phẩm. Ngoài ra, độ nhớt chitosan còn bị ảnh
hƣởng đáng kể bởi các biện pháp xử lý vật lý (nghiền, gia nhiệt, hấp khử trùng…) và
hóa học (xử lý bằng ozon), trừ quá trình làm lạnh thì nó sẽ giảm khi thời gian và nhiệt
độ xử lý tăng. Vì vậy, dung dịch chitosan bảo quản ở 4 ºC đƣợc cho là ổn định nhất.
a) Dung môi và tính tan
Chitosan là một bazơ, dễ tạo muối với các acid, hình thành những chất điện ly
cao phân tử, có tính tan phụ thuộc vào bản chất của các anion có liên quan. Quá trình
SVTH: Cao Thanh Huyền

11

c) Phản ứng nitrat hóa
Chitosan tƣơng tự cellulose có đặc tính tạo nitrat. Tuy nhiên, hỗn hợp HNO3 –
H2SO4 đƣợc dùng làm tác nhân để điều chế cellulose nitrat lại không thích hợp cho

SVTH: Cao Thanh Huyền

12