BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐIỀU CHẾ CHITIN TỪ MAI MỰC ỐNG PHAN THIẾT.
THOÁI BIẾN CHITIN BẰNG ACID CLOHYDRIC ĐỂ ĐIỀU
CHẾ CHITOSAN CÓ TRỌNG LƯỢNG PHÂN TỬ THẤP.

SVTH: Nguyễn Thanh Hoa.
Ngành: Công nghệ hóa học.
Niên khóa: 2007 – 2011.

Tháng 8/2011


ĐIỀU CHẾ CHITIN TỪ MAI MỰC ỐNG PHAN THIẾT. THOÁI BIẾN
CHITIN BẰNG ACID CLOHYDRIC ĐỂ ĐIỀU CHẾ CHITOSAN CÓ TRỌNG
LƯỢNG PHÂN TỬ THẤP.

Tác giả

NGUYỄN THANH HOA

Khóa luận được đề trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng cấp bằng kỹ sư ngành:
Công Nghệ Hóa Học.

Giáo viên hướng dẫn:
TS. TỐNG THANH DANH

Tháng 8/ 2011


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, con xin gởi lời cảm ơn trân trọng đến ba mẹ, người đã nuôi nấng dạy
dỗ và hết lòng yêu thương con để con có được ngày hôm nay.
Xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô Bộ môn Công nghệ Hóa học trường Đại
học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh đã tận tâm truyền đạt cho tôi những kiến thức
quý báo trong thời gian học tập tại trường.
Trong quá trình thực hiện luận văn tại phòng thí nghiệm, tôi vô cùng biết ơn sự
quan tâm chỉ dẫn của thầy Tống Thanh Danh, cô Vương Ngọc Chính thuộc khoa Công
Nghệ Hóa học trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, đã tận tình hướng
dẫn giúp tôi có thêm những vốn kiến thức có ích, tiếp cận với các trang thiết bị hiện
đại, và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành tốt luận văn. Một lần nữa xin chân
thành cảm ơn quí thầy cô và chúc thầy cô nhiều sức khỏe.
Xin cám ơn các bạn, các anh chị trong phòng thí nghiệm đã giúp đỡ tôi rất nhiều
trong suốt quá trình làm luận văn.
Với thời gian hạn chế, nên trong quá trình thực hiện luận văn không tránh khỏi
những thiếu sót. Kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và bạn bè để
luận văn được hoàn thiện hơn.
Một lần nữa xin gửi lời cảm ơn, lời chúc sức khoẻ và thành công đến tất cả mọi
người!
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 08/2011
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thanh Hoa

i



TÓM TẮT
Chitin là một trong những polysaccharide tự nhiên phong phú nhất với khả năng
tương hợp sinh hoc, không độc tính và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Thu hồi β-chitin từ mai mực ống Phan Thiết bằng việc phối hợp giữa loại protein và
loại khoáng là một hướng nghiên cứu mới trong hóa học.
Qua khảo sát sự biến đổi tính chất của β-chitin trong môi trường acid, chúng tôi đã
đánh giá và phân vùng các sản phẩm ứng với từng phạm vi điều kiện cụ thể. Trên kết
quả đó, chúng tôi tiếp tục điều chế ra sản phẩm chitosan có trọng lượng phân tử thấp
và có thể ứng dụng vào một số sản phẩm trong ngành mỹ phẩm, thực phẩm, dược
phẩm…

ii


ABSTRACT
Chitin is one of the most abundant natural polysaccharides with the ability to
biocompatibility, non-toxicity and is applied in many different fields. Withdrawal of βchitin from squid pens Phan Thiet in the coordination between the deproteination and
decalcification is a new direction of research in chemistry.
Throughout the investigation of changing of β-chitin behavior in acid treatment, we
evaluated and divided to some areas of products with specific condition. According to
the result, we have continued the preparation of chitosan products with low molecular
weight and can be applied in cosmetics, food, pharmaceuticals…

iii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................... i
TÓM TẮT .......................................................................................................................... ii
ABSTRACT ....................................................................................................................... ii

MỤC LỤC ......................................................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................................ ix
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT, KÍ HIỆU ................................................................ x
DANH SÁCH CÁC BẢNG PHỤ LỤC ........................................................................... xi
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 2
1. Đặt vấn đế ........................................................................................................................ 2
2. Mục đích đề tài ................................................................................................................ 3
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ............................................................................................. 5
1. Tổng quan về chitin và chitosan ...................................................................................... 5
1.1 Giới thiệu về chitin và chitosan .................................................................................. 5
1.1.1 Chitin..................................................................................................................... 5
1.1.2 Chitosan ................................................................................................................ 6
1.2 Tính chất của chitin và chitosan ................................................................................. 7
1.2.1 Tính chất lý hóa của chitin.................................................................................... 7
1.2.2 Tính chất lý hóa của chitosan ............................................................................... 8
1.3 Qui trình thu hồi chitin và điều chế chitosan ............................................................ 10
1.3.1 Sơ đồ qui trình tổng quát thu hồi chitin và điều chế chitosan ............................ 10
1.3.2 Điều chế chitin .................................................................................................... 11
1.3.3 Điều chế chitosan ................................................................................................ 12
1.4 Ứng dụng của chitin và dẫn xuất chitosan ................................................................ 12
1.4.1 Ứng dụng trong y học ......................................................................................... 12
1.4.2 Ứng dụng trong công nghiệp dược ..................................................................... 14
1.4.3 Ứng dụng trong mỹ phẩm ................................................................................... 14
1.4.4 Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm và công nghệ sinh học .......................... 15
1.4.5 Ứng dụng trong thực phẩm chức năng ............................................................... 16

iv



1.4.6 Ứng dụng trong nông nghiệp .............................................................................. 18
1.4.7 Ứng dụng trong xử lý nước ................................................................................. 18
2. Tổng quan về nguyên liệu mai mực .............................................................................. 19
2.1 Mực ống (squid)........................................................................................................ 19
2.2 Mai mực (squid pen) ................................................................................................. 20
2.3 Ứng dụng của mai mực............................................................................................. 21
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................................... 23
1. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................... 23
1.1 Phương pháp nhiệt trọng lượng và quang phổ hấp thụ nguyên tử............................ 23
1.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM (Scaning electron microscopy) ......... 23
1.3 Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại FTIR............................................................. 24
1.4 Phương pháp phổ nhiễu xạ Rownghen (XRD) ......................................................... 25
1.5 Đo độ nhớt – Xác định trọng lượng phân tử ............................................................. 25
1.6 Độ hấp phụ nước (Absorbency value) ...................................................................... 26
2. Phương tiện tiến hành thực nghiệm ............................................................................... 26
2.1 Nguyên liệu ............................................................................................................... 26
2.2 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị ........................................................................................ 26
3. Thực nghiệm .................................................................................................................. 27
3.1 Thu hồi chitin từ mai mực ốngPTVN .......................................................................... 27
3.1.1 Đánh giá nguyên liệu mai mực ốngPTVN .............................................................. 27
3.1.2 Quá trình loại protein và loại khoáng để thu hồi chitin từ mai mực ốngPTVN .... 27
3.1.3 Đánh giá chitin thu hồi từ mai mực ốngPTVN....................................................... 28
3.2 Điều chế chitosan có trọng lượng phân tử thấp ........................................................ 28
3.2.1 Quá trình thoái biến chitin trong môi trường HCl ở nhiệt độ thường................ 28
3.2.2 Sự biến đổi tính chất của chitin đã thoái biến bằng HCl trong môi trường
kiềm ở điều kiện nhiệt độ cao (90 0C) ............................................................................... 29
3.2.3 Đánh giá sản phẩm chitosan có trọng lượng phân tử thấp ................................ 29
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN..................................................................... 31
A. KẾT QUẢ .................................................................................................................... 31
1. Thu hồi chitin từ mai mực ốngPTVN ............................................................................... 31

1.1 Đánh giá nguyên liệu mai mực ốngPTVN ................................................................... 31

v


1.2 Thu hồi chitin từ mai mực ốngPTVN .......................................................................... 34
1.2.1 Quá trình loại protein và loại khoáng để thu hồi chitin từ mai mực ốngPTVN .... 34
1.2.2 Đánh giá sản phẩm chitin thu hồi từ mai mực ốngPTVN ...................................... 35
2. Điều chế chitosan có trọng lượng phân tử thấp ............................................................. 39
2.1 Quá trình thoái biến chitin trong môi trường HCl ở nhiệt độ thường ...................... 39
2.2 Sự biến đổi tính chất của chitin đã thoái biến bằng HCl trong môi trường kiềm ở
điều kiện nhiệt độ cao (90 0C). Điều chế chitosan ............................................................ 40
B. BÀN LUẬN .................................................................................................................. 49
1. Thu hồi chitin từ mai mực ốngPTVN ............................................................................... 49
1.1 Nguyên liệu mai mực ốngPTVN .................................................................................. 49
1.2 Thu hồi chitin từ mai mực ốngPTVN .......................................................................... 50
2. Điều chế chitosan có trọng lượng phân tử thấp ............................................................. 51
2.1 Quá trình thoái biến chitin trong môi trường HCl ở nhiệt độ thường ...................... 51
2.2 Sự biến đổi tính chất của chitin đã thoái biến bằng HCl trong môi trường kiềm ở
điều kiện nhiệt độ cao (90 0C). Điều chế chitosan ............................................................ 51
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ...................................................................... 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 57
PHỤ LỤC ......................................................................................................................... 60

vi


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1: Cấu trúc phân tử chitin ........................................................................................ 3
Hình 2.2: Cấu trúc phân tử chitosan .................................................................................... 4

Hình 2.3: Quy trình tổng quát thu hồi chitin, điều chế chitosan ....................................... 10
Hình 2.4: Mực ống............................................................................................................. 19
Hình 2.5: Mai mực ống trên cơ thể ................................................................................... 20
Hình 2.6: Hình dạng mai mực ở điều kiện thường ............................................................ 21
Hình 4.1: Hình ảnh mai mực ốngPTVN ............................................................................... 31
Hình 4.2: Phổ nhiễu xạ XRD của nguyên liệu mai mực ốngPTVN ..................................... 32
Hình 4.3: Hình ảnh SEM của nguyên liệu mai mực ốngPTVN............................................ 33
Hình 4.4: Phổ hồng ngoại FTIR của nguyên liệu mai mực ốngPTVN ................................. 34
Hình 4.5: Hình ảnh chitin thu hồi từ mai mực ốngPTVN..................................................... 36
Hình 4.6: Phổ nhiễu xạ XRD của chitin thu hồi từ mai mực ốngPTVN .............................. 36
Hình 4.7: Hình ảnh SEM của chitin thu hồi từ mai mực ốngPTVN ..................................... 37
Hình 4.8: Phổ hồng ngoại FTIR của chitin thu hồi từ mai mực ốngPTVN .......................... 38
Hình 4.9: Đồ thị hiệu suất thu hồi chitin trong môi trường HCl với các nồng độ khác
nhau ................................................................................................................................... 39
Hình 4.10: Đồ thị hấp phụ nước của chitin sau khi thoái biến trong môi trường HCl ...... 40
Hình 4.11: Đồ thị hiệu suất thu hồi chitosan ..................................................................... 41
Hình 4.12: Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của sự thoái biến lên trong lượng phân tử ............ 42
Hình 4.13: Đồ thị thể hiện độ deacetyl hóa (DD) của chitosan......................................... 42
Hình 4.14: Phổ nhiễu xạ XRD của chitosan ...................................................................... 43
Hình 4.15: Hình ảnh SEM của chitosan (tại nồng độ 18.50 % trong môi trường HCl) .... 44
Hình 4.16: Hình ảnh SEM của chitosan (tại nồng độ 9.25 % trong môi trường HCl) ...... 44
Hình 4.17: Hình ảnh SEM của chitosan (tại nồng độ 4.63 % trong môi trường HCl) ...... 45
Hình 4.18: Hình ảnh SEM của chitosan (KTB trong môi trường HCl) ............................ 45
Hình 4.19: Phổ FTIR của chitosan (tại nồng độ 18.50 % trong môi trường HCl) ............ 46
Hình 4.20: Phổ FTIR của chitosan (tại nồng độ 9.25 % trong môi trường HCl) .............. 46
Hình 4.21: Phổ FTIR của chitosan (tại nồng độ 4.63 % trong môi trường HCl) .............. 47
Hình 4.22: Phổ FTIR của chitosan (KTB trong môi trường HCl) .................................... 47

vii



Hình 4.23: Cấu trúc α-chitin và β-chitin ........................................................................... 49

viii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 4.1: Đánh giá nguyên liệu mai mực ốngPTVN ........................................................... 31
Bảng 4.2: Tác kích phối hợp xen kẽ giữa quá trình loại protein và loại khoáng .............. 35
Bảng 4.3: Đánh giá chitin thu hồi từ mai mực ốngPTVN .................................................... 35
Bảng 4.4: Giá trị DA (%), độ nhớt η và MW (Dalton) của chitin thu hồi từ mai mực
ốngPTVN .............................................................................................................................. 38
Bảng 4.5: Đánh giá các chỉ tiêu của chitosan .................................................................... 41

ix


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT, KÍ HIỆU
STT

Tên

Kí hiệu

1

Mai mực ống ở vùng Phan Thiết Việt Nam

Mai mực ốngPTVN


2

Nhiệt độ tác kích

t (0C)

3

Thời gian tác kích

T (giờ)

4

Tỷ lệ nguyên liệu/dung dich

Ng/ dd

5

Nồng độ NaOH

CNaOH (M)

6

Nồng độ HCl

CHCl (M)


7

Độ ẩm

x (%)

8

Khối lượng nguyên liệu mai mực (ướt) ban đầu

mMMU (g)

9

Khối lượng nguyên liệu mai mực (khô) ban đầu

mMMK (g)

10

Khối lượng sản phẩm chitin (ướt)

mCU (g)

11

Khối lượng sản phẩm chitin (khô)

mCK (g)


12

Khối lượng sản phẩm chitosan (ướt)

mC'U (g)

13

Khối lượng sản phẩm chitosan (khô)

mC'K (g)

14

Hiệu suất thu hồi

H (%)

15

Độ hấp phụ nước

AVH2O

16

Trọng lượng phân tử trung bình

MW


17

Độ nhớt

Η

18

Độ acetyl

DA (%)

19

Độ deacetyl hóa

DD (%)

x


DANH SÁCH CÁC BẢNG PHỤ LỤC
A. Quá trình thu hồi chitin từ mai mực ốngPTVN ............................................................... 60
B. Điều chế chitosan có trọng lượng phân tử thấp ............................................................ 60
B.1 Thoái biến chitin trong môi trường HCl (lần 1)....................................................... 60
B.2 Thoái biến chitin trong môi trường HCl (lần 2)....................................................... 61
B.3 Chitin đã thoái biến trong môi trường kiềm (lần 1) ................................................. 61
B.4 Chitin đã thoái biến trong môi trường kiềm (lần 2) ................................................. 61

xi



CHƯƠNG I

MỞ ĐẦU

1


Chương 1
MỞ ĐẦU
1. Đăt vấn đề
Việt Nam có bờ biển dài rộng lớn, là nơi cư trú của rất nhiều loài thủy hải sản có
giá trị cao. Trong những năm gần đây việc khai thác, đánh bắt, nuôi trồng và chế biến
thủy hải sản xuất khẩu đang ngày càng phát triển. Hàng năm các nhà máy chế biến
thủy hải sản đông lạnh phải vứt bỏ một lượng khá lớn vỏ phế phẩm. Hiện nay phần lớn
lượng phế phẩm này được phơi khô làm thức ăn gia súc hoặc không được sử dụng và
lúc đó chúng được xem là chất thải rắn có khả năng gây ô nhiễm cao. Trong khi đó,
nếu tận dụng nguồn phế phẩm này để thu hồi chitin và các dẫn xuất của nó sẽ tạo nên
những mặt hàng giá trị đem lại lợi nhuận kinh tế cao và giảm được tình trạng ô nhiễm
môi trường.
Như chúng ta biết, thành phần chính trong lớp vỏ các loài giáp xác ( mực, tôm, cua,
ghẹ,…) là chitin – một loại polymer thiên nhiên. Chitosan là dẫn xuất của chitin cũng
có những đặc tính quý giá nên chitin và chitosan ngày càng được khám phá và được
ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như y học, công nghiệp dược, mỹ phẩm, xử lý nước
thải, bảo quản thực phẩm, nông nghiệp…
Ở những đề tài nghiên cứu trước đây, thu hồi chitin và chitosan sử dụng nguồn
nguyên liệu chính hầu hết là vỏ tôm, cua, ghẹ,…nguồn nguyên liệu phong phú từ phế
phẩm ngành thủy sản đông lạnh. Bên cạnh đó, mai mực cũng là phế phẩm có trữ lượng
khá lớn. Hơn nữa, trong mai mực chứa lượng chitin lớn dễ dàng thu hồi chitin bằng

phương pháp hóa học sử dụng kiềm và acid để làm sạch nguyên liệu, thuận lợi khác là
không tốn hóa chất cho quá trình loại màu, vì nguyên liệu này màu trắng trong suốt.
Xuất phát từ những vấn đề trên mà tôi chọn đề tài: “Điều chế chitin từ mai mực
ống Phan Thiết. Thoái biến chitin bằng acid clohydric để điều chế chitosan có trọng
lượng phân tử thấp.”

2


2. Mục đích đề tài
Trong đề tài này tiến hành nghiên cứu theo phương pháp hóa học và đáp ứng các
nội dung và mục tiêu sau:
 Thu hồi chitin từ nguồn nguyên liệu mai mực ốngPTVN bằng việc phối hợp giữa
loại protein bằng NaOH và loại khoáng bằng HCl nhằm đạt hiệu suất cao.
 Khảo sát quá trình thoái biến chitin trong môi trường HCl với các nồng độ khác
nhau ở nhiệt độ thường để điều chế chitosan có trọng lượng phân tử (MW) thấp.

3


CHƯƠNG II

TỔNG QUAN

4


Chương 2
TỔNG QUAN
1. Tổng quan về chitin và chitosan

1.1 Giới thiệu về chitin và chitosan
1.1.1 Chitin
Chitin - một thành phần quan trọng của lớp vỏ cứng bao bọc bên ngoài của các loài
sinh vật sống dưới nước và trên cạn, chitin là polysaccharides mạch thẳng có nhiều
trong tự nhiên được xem như là dẫn xuất của cellulose[7]. Trong đó, nhóm (OH) ở
nguyên tử C(2) được thay thế bằng nhóm acetyl amino(-NHCOCH3). Như vậy, chitin
là poly [β-(1-4)-2-acetamido-2-deoxy-D-glucosamine] liên kết với nhau bởi các liên
kết β-(C-1-4) glucosides[3,8]. Các mắt xích của chitin cũng được đánh số như glucose.
Chitin có cấu trúc tinh thể và nó cấu tạo thành một mạng lưới sợi hữu cơ[7]. Vì thế mà
chitin làm tăng độ bền, độ cứng và là điểm tựa cho các sinh vật. Trong lớp vỏ cứng của
sâu bọ và loài giáp xác chitin không tồn tại trong thiên nhiên như một chất riêng biệt
mà xuất hiện dưới dạng phức chất với nhiều chất khác, đặc biệt là tạo phức với protein.
Trong các loài nấm mốc, chitin tạo phức với các polysaccharides khác.
Công thức hóa học tổng quát của chitin: (C8H13O5N)n.
Khối lượng phân tử của chitin: Mchitin = (203)n.

Hình 2.1: Cấu trúc phân tử của Chitin

5


Chitin trung hòa điện, chỉ có khoảng dưới 10% nhóm amino (-NH2), còn lại hơn
90% là nhóm N-acetyl (-NHCOCH3).
1.1.2 Chitosan
Chitosan là sản phẩm biến tính của Chitin, là một chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy được
tạo thành bằng cách loại các nhóm acetyl từ phân tử chitin (quá trình deacetyl).
Chitosan có tên khoa học là poly[β(1-4)-2-amino-2-deoxy-D-glucopyranose]. Chitosan
cũng có mặt ở một số loài nấm mốc nhưng không phổ biến bằng chitin.[7]
Cả chitin và chitosan đều là copolymer, tỉ lệ giữa hai nhóm monomer này cũng là tỉ
lệ giữa nhóm amino và nhóm acetyl và được gọi là độ deacetyl hóa (DD) của sản

phẩm. Nếu DD > 50 %, đó là chitosan ngược lại là chitin.
Công thức hóa học tổng quát của chitosan: (C6H11O4N)n.
Khối lượng phân tử của chitosan: Mchitosan = (161)n.

Hình 2.2: Cấu trúc phân tử của Chitosan
Đặc tính của chitosan được quyết định bởi độ acetyl hóa (degree of acetylation
DA) hoặc độ deacetyl hóa (degree of deacetylation DD, DD = 100 - DA).
Độ deacetyl hóa ảnh hưởng đến tính chất hóa lý (khối lượng phân tử, độ nhớt, tính
tan…), đây là một thông số rất quan trọng.
Trọng lượng phân tử trung bình (MW) cũng là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến tính
chất hóa lý, cũng như hoạt tính sinh học của chitosan.

6


1.2 Tính chất của chitin và chitosan
1.2.1 Tính chất lý hóa của chitin
Chitin là một chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy hoặc dạng bột có màu trắng hay vàng
nhạt, không mùi, không vị. Công thức phân tử: (C8H13O5N)n. Khối lượng phân tử:
Mchitin = (203)n.
Trong tự nhiên chitin tồn tại dưới 3 dạng cấu hình: α-chitin, β-chitin, γ-chitin.[3,21]
Các dạng này của chitin chỉ do sự sắp xếp khác nhau về hướng của mỗi mắt xích
(N-acetyl-D-glucosamin) trong mạch

Có thể biểu diễn mỗi mắt xích này bằng mũi tên sao cho phần đầu của mũi tên chỉ
nhóm –CH2OH, phần đuôi chỉ nhóm –NHCOCH3 thì cấu trúc α, β, γ-chitin được biểu
diễn như trên.
Phổ biến nhất là dạng α-chitin có cấu trúc mạch được xếp ngược chiều nhau một
cách đều đặn. Vừa có liên kết hydro trong một lớp và hệ chuỗi, vừa có liên kết hydro
giữa các lớp do các chuỗi thuộc lớp kề nhau nên rất bền vững. α-chitin được tìm thấy

trong các loài nấm, vỏ sò, vỏ tôm, vỏ cua, vỏ ghẹ,…
Dạng β-chitin có các mắc xích ghép với nhau theo kiểu song song. Liên kết
hydrogen trong β-chitin yếu hơn nên nó dễ bị ảnh hưởng bởi các dung môi và cho
phản ứng hóa học dễ dàng hơn. β-chitin được tìm thấy trong các loài tảo cát, trong mai
mực ống.
Dạng γ-chitin kém phổ biến được cho là một biến dạng của α-chitin, các mắc xích
nối theo kiểu hai song song một ngược chiều.
Chitin có cấu trúc tinh thể bền vững nên chỉ tan trong một số dung môi đặc biệt.
Vì có liên kết hydro chặt chẽ giữa các phân tử nên chitin thể hiện ái lực hạn chế
đối với phần lớn dung môi. Chitin thông thường (α-chitin) không tan và hầu như
không trương trong các dung môi thông dụng và chỉ tan trong một số dung môi đặc
biệt, ví dụ :N,N-dimetyl acetamide (DMAc) có chứa 5-10% LiCl hay một số dung môi

7


đã được Flo hóa như hexafloacetone và một số hệ dung môi khác dùng để hòa tan như
formic acid-dicloroacetic acid, tricloroacetic acid và dicloroetan . β-chitin có ái lưc đối
với nước và dung môi hữu cơ yếu hơn α-chitin.[12]
Chitin ổn định với các chất oxy hóa mạnh như KMnO4, H2O2, NaClO,…lợi dụng
tính chất này người ta sử dụng các chất oxy hóa trên để khử màu cho chitin khi sản
xuất từ vỏ tôm, cua, ghẹ, riêng với mai mực thì không cần giai đoạn khử màu.
Khi đun nóng chitin trong dung dịch NaOH đậm đặc (40- 50%) ở nhiệt độ cao thì
chitin sẽ bị mất gốc acetyl tạo thành chitosan.

Khi đun nóng trong môi trường acid đậm đặc ở nhiệt độ cao thì chitin sẽ bị cắt
mạch thành glucosamine.

Chitin tác dụng với HNO3 cho sản phẩm chitin nitrat. Chitin tác dụng với
anhydride sunfuaric trong pyridin, dioxane và N,N-dimethylaniline cho sản phẩm

chitin sunfunate.
1.2.2 Tính chất lý hóa của chitosan
Chitosan có cấu trúc phụ thuộc vào cấu trúc của chitin, nguồn nguyên liệu và
phương pháp điều chế. Ở trạng thái tự nhiên chitosan là chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy có
thể xay nhỏ theo nhiều kích cỡ khác nhau. Chitosan có màu trắng hoặc vàng nhạt,
không mùi, không vị.
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 trọng lượng phân tử, độ nhớt, khả năng hòa tan trong acid…
Chitosan là một bazơ, dễ tạo muối với các acid hình thành những chất điện ly cao
phân tử (polyelectrolyte) có tính tan phụ thuộc vào bản chất của các anion có liên
quan.

8


Chitosan tan được trong HCl, HBr, HI, HNO3 và HClO4 loãng. Chitosan tan rất ít
trong H3PO4 đậm đặc. Chitosan hình thành muối tan được trong nước với phần lớn các
acid hữu cơ. Các muối của monocarboxylic acid như chitosan benzoate, chitosan-oaminobenzoate (chitosan antranilate), chitosan aminobenzoate, chitosan phenylacetate
tan tốt nhưng chitosan hydrocinnamate tan rất ít và chitosan-p-methonycinnamate thì
không tan. Còn muối của chitosan và formic acid, acetic acid tan rất tốt trong nước.
Ngoài ra, chitosan còn tan rất dễ dàng trong hỗn hợp DMF-N2O2 với tỷ lệ
N2O2:chitosan là 3:1, cho dung dịch có độ nhớt nhỏ. Đây là dung môi hữu cơ duy nhất
của chitosan được biết đến.
Chitosan tan tốt trong một số rất ít các dung môi hữu cơ. Trong môi trường acid,
chitin/chitosan đều bị thủy phân. Khả năng bị thủy phân phụ thuộc vào các nhóm thế
theo thứ tự sau: –NHCOCH3 < –OH < –NH2. Mức độ thủy phân phụ thuộc vào loại
acid, nồng độ acid, nhiệt độ và thời gian phản ứng. Chitosan tan tốt trong dung dịch
acetic acid. Dung dịch acid acetic-chitosan có tính tương hợp tốt với các rượu từ
methanol đến buthanol, ethyleneglycol, diethyleneglycol, triethyleneglycol, acetone và

formamide. Sự có mặt của acid hữu cơ ảnh hưởng rất ít đến độ nhớt của dung dịch, trừ
trường hợp polyols.
Ngoài ra trong môi trường acid, chitosan bị proton hóa nên nó phản ứng được với
các polyanion tạo thành phức do đôi electron tự do của nhóm amin đã giúp chitosan
tạo được liên kết cho nhận.
Chitosan tạo phức với kim loại, xảy ra nhờ những nhóm amine có vai trò như
những phối tử (ligand) gắn với ion kim loại. Mức độ deacetyl hóa chitosan và nồng độ
của những nhóm amine linh động rất quan trọng, là yếu tố cần thiết để tạo thành phức
chất. Chitosan chỉ tạo phức với kim loại chuyển tiếp chứ không tạo phức với ion kim
loại kiềm và kiềm thổ.

9


1.3 Qui trình thu hồi chitin và điều chế chitosan
1.3.1 Sơ đồ qui trình tổng quát thu hồi chitin và điều chế chitosan
Nguyên liệu

Xử lý sơ bộ

OH-

Loại protein

pH=7

Lọc, rửa, sấy

H+


Loại khoáng

pH=7

Lọc, rửa, sấy

(Rửa, xay nhuyễn, sàng)

Lặp lại 3 lần

Chitin

Deacetyl hóa

pH=7

CNaOH=10 M, t=90 0C

Lọc, rửa, sấy

Chitosan

Hình 2.3: Quy trình tổng quát thu hồi chitin, điều chế chitosan.

10

 


1.3.2 Điều chế chitin[19]

Nguồn gốc của chitin ảnh hưởng đến tính chất vật lý và cấu trúc của chitin. Đối với
các loài giáp xác, thành phần bao ngoài của chitin chủ yếu là protein và khoáng
(CaCO3), các chất màu và các chất béo. Trong nguồn nguyên liệu từ nấm, thành phần
bao ngoài của chitin chủ yếu là những polysaccharide như α-glucan, β-glucan, mannan
và cellulose. Chitin từ vỏ các loài giáp xác có hóa tính bền vững, độ kết tinh cao, độ
acetyl hóa cao hơn so với chitin tách từ nấm. Do có sự khác nhau này mà phương pháp
chiết tách chitin cũng khác nhau.
Phương pháp tách chitin từ phế liệu tôm, cua, mực qua từng bước với hai công
đoạn chính là loại bỏ protein và loại khoáng, một phần nhỏ chất màu và lipid. Cần phải
loại bỏ các thành phần này nhằm mục đích đảm bảo độ tinh khiết của sản phẩm.
 Loại protein
Các hóa chất thường được sử dụng như: NaOH, KOH, Na2CO3, K2CO3, Ca(OH)2,
Na3PO4,…Sử dụng thông dụng nhất vẫn là NaOH. Tùy thuộc vào loại nguyên liệu mà
thay đổi nồng độ bazơ, nhiệt độ và thời gian phản ứng. Ngoài ra để gia tăng hiệu quả
loại protein người ta còn sử dụng enzyme để phá hủy protein như: pepsin, papain,
trypsin. Có hai quá trình xảy ra trong giai đoạn này:
 Thủy phân protein tạo amino acid và peptid
 Thủy phân lipid tạo xà phòng:

R1, R2, R3: các gốc hydrocacbon của acid béo.
 Loại khoáng
Khoáng được loại trong quá trình này chủ yếu là CaCO3, một phần nhỏ là
Ca3(PO4)2, để loại khoáng có thể dùng các acid như: HCl, H2SO4,…Ngoài ra có thể
dùng phương pháp lên men vi khuẩn tạo lactic acid để loại khoáng. Khi dùng H2SO4 sẽ
sinh ra CaSO4 khó tan, không thể loại khỏi nguyên liệu bằng phương pháp rửa thông
thường, sẽ ảnh hưởng đến chất lượng chitin.

11



Xử lý khoáng bằng HCl cho hiệu quả cao, quá trình thực hiện ở nhiệt độ phòng
hoặc thấp hơn nhiệt độ phòng để giảm thiểu sự depolymer của mạch chitin. Phản ứng
chính xảy ra trong quá trình loại khoáng:
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2
Ca3(PO4)2 + 6HCl = 3CaCl2 + 2H3PO4
1.3.3 Điều chế chitosan[19,21]
Chitosan là sản phẩm deacetyl hóa của chitin. Do đó, nếu điều chế chitosan từ
nguyên liệu đầu thì cũng phải trải qua giai đoạn loại khoáng và loại protein rồi đến
deacetyl hóa.
Deacetyl hóa
Phản ứng dựa trên nguyên tắc các amide bị thủy phân trong môi trường kiềm
chuyển thành amine. Ở đây không sử dụng acid làm tác nhân deacetyl hóa do có phản
ứng cắt mạch polymer. Thường xử lý bằng NaOH, cũng có thể thay thế bằng KOH,
LiOH, Ca(OH)2... Mức độ deacetyl hóa phụ thuộc vào nồng độ kiềm, nhiệt độ, thời
gian phản ứng và kích thước của nguyên liệu đầu. Để hạn chế việc cắt mạch, có thể
thực hiện phản ứng trong môi trường khí trơ như nitrogen, argon thay vì thực hiện
trong môi trường không khí.
1.4 Ứng dụng của chitin và dẫn xuất chitosan
Ngày nay, chitin và dẫn xuất của nó là chitosan là một polymer sinh học phổ biến
nhất do đặc tính sinh lý và hóa lý của nó như là tính tương thích về mặt sinh học, khả
năng hấp thụ, khả năng tạo màng và giữ các ion kim loại và đặc điểm cấu trúc quang
học. Do đó nó được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực. Có thể tóm tắt một vài ứng
dụng tiêu biểu như sau:
1.4.1 Ứng dụng trong y học[15,16,17]
Chitin và chitosan có hàng loạt ứng dụng trong vấn đề chăm sóc sức khỏe cho con
người, như thuốc mỡ làm lành vết thương. Thuốc mỡ được làm bằng cách cho bột
chitosan đi qua lỗ nhỏ dưới áp suất và tốc độ lớn, chitosan sẽ bị xé nhỏ, sau đó sẽ được
trộn đều trong mỡ chữa bệnh. Chitosan có tác dụng làm tăng nhanh quá trình tái tạo
mô, tăng liền vết thương, không gây hại cho tế bào, màng chitosan có tác dụng trong
sự chuyển hóa của tế bào trong điều kiện nghèo dinh dưỡng kéo dài, điều này có lợi

cho việc điều trị vết thương.

12