Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Giáo dục - Đào tạo Cao đẳng - Đại học đề tài ứng dụng chitosan trong chế biến và bảo quản rau quả...

Tài liệu đề tài ứng dụng chitosan trong chế biến và bảo quản rau quả

.DOCX
36
598
72

Mô tả:

PhitonM ^ỉưdừD: ^7hi . &ốn QlữMinh. Qlạnụêl MỤC LỤC I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHITOSAN.....................................Error! Bookmark not defined. 1. Giói thiệu sơ lược về Chitin...............................................Error! Bookmark not defined. 2. Chitosan..............................................................................Error! Bookmark not defined. a. Tỉnh chất vật lý...........................................................Error! Bookmark not defined. b. Tính chất hóa học của Chitosan....................................................................................6 c.................................................................................................... Phương pháp khảo sát phản ứng định tính chitosan..........................................................Error! Bookmark not defined. 3...........................................................................................Lĩnh vực ứng dụng Error! Bookmark not defined. II. PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT CHITOSAN.........................Error! Bookmark not defined. 1. Chuẩn bị.........................................................................Error! Bookmark not defined. 2. Loại Protein...................................................................Error! Bookmark not defined. 3. Loại muối khoáng..........................................................Error! Bookmark not defined. 4. Phản ứng deacetyl hóa........................................................... 19 5. Tinh sạch Chitosan............................................................................. 19 6. Xác định mức độ deacetyl hóa của chitosan.....................................22 7. Đánh giá chất lượng sản phẩm Chitosan..........................................23 III. ỨNG DỤNG CỦA CHITOSAN TRONG CHÉ BIÉN & BẢO QUẢN RAU TRÁI Error! Bookmark not defined. IV. Bảo quản rau trái bằng màng bao Chitosan............ Error! Bookmark not defined. V. Đặc điểm của màng bao chitosan................................. Error! Bookmark not defined. VI. Tác dụng bảo quản của màng bao chitosan. Error! Bookmark not defined. VII. Cách sử dụng................................................. Error! Bookmark not defined. VIII. Một sổ ứng dụng thực tể hiện nay ở nước ta Error! Bookmark not defined. IX. Xử lý nước quả bằng chitosan................................ Error! Bookmark not defined. X. Làm trong nước quả...................................................... Error! Bookmark not defined. XI. Bảo vệ màu nước quả.................................................... ..................................................30 XII. Hiệu chinh độ chua của nước quả................. .................................................31 XIII. Tính chất kháng vsv của chitosan............... .................................................31 Phụ lục 32 Trang 1 (ậhiíaáan J Qfư3&D: &ễu. &ẫ*t QỉữMinh QlguạỀÍ I. Giới thiên chung về Chitosan: 1. Giói thiêu sơ lươc về Chitin: Chỉtỉn là một polysacharỉde xuất hiện nhiều thứ hai trong thiên nhiên chi sau cellulose, sản phẩm thương mại thường ở dạng rắn. Chỉtỉn có mặt trong vỏ các loại giáp xác (tôm, cua...), nhuyễn thể (sò, ốc...), bộ cánh cứng của côn trùng, màng tế bào nấm thuộc họ Zygemycetes, có trong sinh khối nấm méc và một vài loại tảo. Chitin có tên khoa học là: poly[-ị3 (1-4) -2 -acetamido -2-deoxy-D-glycopyranose]. Công thức cấu tạo của Chitin: Hình 1: cấu trúc của Chỉtỉn Chỉtin cổ cấu trúc tương tự cellulose, khi thay C(2) - nhóm hydroxyl của cellulose bằng C(2)-aeetamido ta sẽ Chitin. ỷ Cẩu true mang tinh thế của Chitin: Chitin tôn tại ờ 3 dạng polymorphic. Hưởng sắp xếp của các mạch thay đổi hình thành 3 dạng cấu trúc a, ß, Ỵ a - Chitin: ß- Chitin: Ỵ- Chitin: Dạng a - Chitin là bền nhàt và phổ biến nhất. Từ ß, y- Chitin có thể chuyển hóa về dạng a - Chitin a. íòmỉc ß- Chitin a - Chitin Dd HCl 6M nguội Trang 2 &ễu. &ẫ*t QỉữMinh QlguạỀÍ (ậhiíaáan Dd LiSCN bão hòa Ỵ- Chitin a - Chitin Dạng p, Y đều bền trong NaOH 1.25M, HC11.25M. a - Chitin có nhiều ở phần cứng vỏ động vật p, Ỵ- Chitin có nhiều ở vùng mềm và dai của động vật Trong tự nhiên, dạng liên kêt của Chỉtỉn thường là phức vớỉ proteỉn và polysaccharỉc. Liên kết Protein-Chitỉn được gọỉ là “ Coralent”. Chỉtỉn thường không tồn tại trong thiên nhiên như một chất riêng bỉệt mầ xuất hiện dưới dạng phức chất với nhiều chất khác như protein, polysaccharic (kể cả cellulose). Chitỉn tỉnh khiết chỉ có trong vỏ gai (extracellular spỉne) của những loài khúc tảo, còn lại là trong phòng thí nghiệm sau quá trình xử lý để lọai các thành phần khác. Thực tế ta chỉ khảo sát được Chitin dưới dạng hợp chất có chứa Chitin. Ngay cả khi dùng Chitin đã được làm sạch người ta vân không xem nó là một đơn chât vì các mạch polime sẽ chứa một phần 2-amino-2-deoxy-Dglycopyranose và một lượng đáng kể 2-acetamido-2- deoxy-D-glycopyranose. Chitỉn không hòa tan trong hầu hết các dung môi thông thường nên khả năng ứng dụng bị hạn chế. Do đó người ta thực hiện quá trình deacetyl hóa Chitin để tạo ra sản phâm Chỉtosan nhăm cải thiện độ hòa tan, tăng khả năng ứng dụng trong nhiêu lĩnh vực. 2. Chitosan: > Chỉtosan có tên khoa học: poly[p- (1-4) -2 - amỉdo -2-deoxy-D-glycopyranose]. > Công thức phân tử: (C6HiiN04)n > Trọng lượng phân tử trung bình: 10000 - 50000 dalton Hình 2: cấu trúc của Chỉtosan Chitosan là sản phẩm biến tính của Chitin, được tạo thành bằng cách loại các nhóm acetyl từ phân từ Chỉtín (quá trình deacetyl). Trang 3 Phitonin ^ỉưdừD: ^7hi . &ốn QlữMinh. Qlạnụêl Chitosan thương phẩm đã khử 80-85% nhóm acetyl (DD=80-85%) > Những tính chất chung của Chitosan thương phẩm: + Kích thước hạt: 1-3 mm + Trọng lượng riêng biểu kiến: 0.15-0.05 + Độ ẩm: 10% + Phần hòa tan trong kiềm và tro: 5% + Màu dung dịch: trắng hơi vàng + Trọng lượng phân tử: 1,6.105 - 3.105 g/mol + Hàm lượng amin: 7-10% a. Tính chất vât ly: Chi to san thương phẩm có dạng vảy rắn, màu trắng hay vàng nhạt, không mùi vị. Nhiệt độ nóng chảy: 309-311°C Hình3: Chitosan thương phẩm > Cấu trúc vât lý: Cấu trúc của Chitosan thay đổi tùy thuộc cấu trúc của Chitin nguyên liệu và phương pháp điều chế. Sự khác nhau trong cách sắp xếp các mạch polime trong Chitin sẽ dẫn đến sự khác nhau tương ứng trong Chitosan. Song người ta cho rằng trạng thái bền vững nhất của Chitosan tinh chế là một trong những cấu trúc tinh thể đúng của Chitosan. Ket quả Trang 4 PhitonM ^ỉưdừD: CJhi. &ân QlữMUth Qlạnụêi phân tích những sản phẩm thu được bằng cách nấu chảy Chitin trong KOH ở 180°c và bằng cách xử lý với dd NaOH đậm đặc cho thấy là như nhau. > Tính tan: Chitosan là một base tạo được các muối với acid do đó hình thành các polyelectrolyte mà tính tan phụ thuộc vào bản chất của những amino liên quan. Thường thì acid được cho vào Chitosan đang ngâm nước để tạo thành muối và sự hòa tan tự xảy ra đồng thời. Ví dụ để có dd 1% thì dùng l,0g Chitosan trong 50ml nước và cho tiếp thêm 50ml dd acid 2%. Tính tan của Chitosan trong các dung môi khác nhau như sau: + Trong acid vô cơ: Chitosan tan được trong HC1, HBr, HI, HNO3 và Hcl04 lõang nhưng cũng có thể tạo tủa tách riêng được trong dd HC1 hoặc HBr khi tăng nồng độ acid. Chitosan cũng hòa tan được trong H2SO4 ở nhiệt độ phòng. Trong acid H2SO4 đậm đặc, sự hòa tan xảy ra song song với sự sulphat hóa và thủy phân Chitin. + Trong các acid hữu cơ: Chitosan hình thành muối tan được trong nước với một nhóm acid hữu cơ. Những muối monocarboxylic acid lên đến hecxanoic dễ dàng hòa tan trong nước khi hình thành với maloic acid đến nonane dioic acid dều hòa tan được trong nước. Những nghiên cứu về muối của Chitosan và các acid aromatic carboxylic cũng cho thấy khả năng tan được trong nước như Chitosan benzoate, Chitosan o-amino benzoate (Chitosan anthranilate), Chitosan p-amino benzoate và cũng có một số muối không tan hoặc ít tan trong nước như Chitosan phenylacetate... Còn muối của Chitosan và acid formic, acid acetic tan rat tot trong nước. + Trong những dưng môi hữu cơ: Chitosan hòa tan một cách dễ dàng trong hỗn hợp DMF-N2O4 với tỷ lệ N2O4 : Chitosan =3:1 cho những dd có độ nhớt thấp và không xảy ra một biến đổi hóa học nào của Chitosan. Đây là dung môi hữu cơ được nghiên cứu đến. > Tính tương hơp vói các dung mỏi: Dung dịch Chitosan trong dung dịch acid acetic có thể tạo một thể thống nhất với các dung môi phân cực mà không gây ra sự tạo tủa Chitosan. Dung dịch acid acetic- Chitosan có tính tương hợp tốt với rượu như metanol, propanol, butanol, ethylen glycol, diethylene glycol, aceton, glycol formamide. Những dung dịch acid của Chitosan đều hòa lẫn được với các lọai nhựa tan trong nước không ion, ho, dextrin, glucose, saccharose, các glycol, sorbitol và các lọai dầu mỡ, các parafm, hydrocloric, nitric, formic, citric, và acid lactic nhưng không hòa tan trong acid sulfuric và các sulphate. > Bân chất điên ly cao phân tử của Chitosan trong dung dich acid: Trong dung dịch acid, những nhóm amin của Chitosan bị proton hóa và thể hiện bản chất của chất điện ly cao phân tử. Trong dung dịch lõang không có mặt chất điện ly, chỉ số độ nhớt tăng theo sự tăng nồng độ dung dịch Chitosan. Đây là đặc trưng của những dung dịch chất điện ly cao phân tử và là kết quả của sự tăng kích thước sợi khi pha lõang dung dịch do lực đẩy tĩnh điện giữa các đọan mạch. Lực đẩy này có thể bị khử mất bằng cách thêm một chất điện ly trọng lượng phân tử thấp có tác dụng che những phần mang Trang 5 Dung dịch acỉd CH3COOH 0,33M - NaCl 0,3M CH3COOH 0,1 Ố7M - NaCl Ò,46M CH3COOH 0,2M - NaCl 0,1M - Ure 4M Độ dài (A°) 30-230 73 122 b. Tỉnh chất hỏa hoc của Chỉtosan; Trong phân tử chỉtosan có chứa các nhóm chúc -OH, nhóm -NH2 trong các mắt xích Dglucozamin, do đó nó có thề tham gỉã các phản ứng hóa học đặc trưng cho từng nhóm chức, tạo ra các dẫn xuất thế. Mặt khác chitosan là một polime mà các monome được nối với nhau bởi các liên kết p(l-4)-glueoside; các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởỉ các chất hoá học như: axỉt, bazơ, tác nhân oxy-hóa và các enzim thuỷ phân. > Tính acid bazơ; Chitosan là một bazơ. Hằng số Kfc của nhóm amin thu được từ phương trình: -NHI + HjO » NH3+ + otr Trang ố Chất nền Chitosan [0.55] Chi to san [0.03] Mức độ hấp phụ của ỉon kim loại X 103 mol.g 1 Ni (II) Cu (II) Zn (II) Cd (II) 3,5 5,3 5,5 6,5 2,3 3,2 4,8 4,9 ---7--------------7-------------------------------------------------------------------------------- Kêt quả cho thây dung dịch Chitosan có mức độ deacetyl hóa cao ([0.55]) thì mức độ hấp phụ các ion kim loại sẽ cao và mức độ này tùy thuộc vào từng loại kim loại. Trang 7 ^ỉưdừD: CJhi. &ân QlữMUth Qlạnụêi PhitonM > Phàn ứng thủy phân trong môi trường acid: Trong môi trường acid Chitosan bị thủy phân nhưng mức độ thủy phân phụ thuộc vào loại acid, nồng độ acid và một số các yếu tố khác như nhiệt độ, thời gian phản ứng. Những kết quả cho thấy : a. Trong môi truờng H2SO4, sự thủy phân Chitosan kèm theo quá trình NSulphate hóa, cho sự phân hóa ngẫu nhiên các mạch phân tử b. Trong môi truờng HF, Chitosan cũng bị thủy phân nhưng kém hơn Chitin, tạo thành hỗn hợp các Oligome sau 19h ở 20°c. c. Trong các môi truờng acid khác như HC1, H3PO4. . S ự thủy phân cũng xảy ra ở những mức khác nhau Sự thủy phân Chitosan trong môi truờng acid được ứng dụng để điều chế Chi to san vi tinh thể. > Phân ứng deamin hóa: Dưới tác dụng của acid nitric, nhóm amin của Chitosan sẽ bị khử. Vận tốc của quá trình có thể tính như sau: w = Kcf. [H2NO2 ]. [-NH2Ị Trong đó Kcf là hằng số tốc độ cơ bản. > Phân ứng nitro hóa: Cho Chitosan tác dụng với HNO3 trong hỗn hợp của các loại: glacial acetic acid : acetic anhydric : acid nitric nguyên chất với tỷ lệ: 1:1:1,3 trong 5,5h ở nhiệt độ [ 5°c,sau đó trung hòa bằng dung dịch kiềm loãng. Sản phẩm thu được là muối acid của Chitosan nitrat. > Phân ứng sulphate hóa: Cho Chitosan tác dụng với hỗn hợp H2SO4 95% và CISO3ĨĨ 98% ở nồng độ từ 0- 4°c, tỉ lệ 1:2 trong lh, cho sản phẩm ở dạng Zwitter ionic (là liên kết tĩnh điện giữa C(6)0S03_ và NH3+C(2) trong phân tử) làm tăng tính cứng của chuỗi. Sản phẩm có dạng: \ o O 3 SOCH2 Trang 8 ^ỈƯTỪH: ^7hi . &ốn QlữMinh. Qlạnụêl PhitonM > Phàn ứng N-acvl hóa: Ta có thể acyl hóa Chi to san bằng các Carboxylic acid, chẳng hạn như formyl hóa Chitosan bằng cách đun Chitosan trong HCHO 100% ở 90°c. Trong những trường hợp khác người ta thường cho Chitosan phản ứng với các carboxylic anhydric trong môi trường là hệ dung môi đồng tướng: CH3COOH 10% vol Methanol; hoặc hệ: acid acetic : H20 : Methanol tỉ lệ 1 : 9 : 40 Chi to san phản ứng với RCOOH tạo: thẳng hay vòng tạo các dẫn xuất N-alkylidene Chitosan và N- arylidene Chitosan gel. c. Phương pháp khảo sát phản ứng đinh tính chitosan: Đe kiểm tra một chất có phải là chitosan hay không, người ta có thể sử dụng phản ứng với Kali Bicromat như sau: + Cho lml dung dịch Kali Bicromat 5% vào lOml dung dịch chitosan 0.5% trong dung dịch acid acetic 1 % + Neu có xuất hiện kết tủa màu vàng là có chi to san 1. Lĩnh vưc ứng dung: Hiện nay trên thế giới, Chitin và Chitosan đang ngày càng được sử dụng rộng rãi, nhất là ở các nước phát hiển như châu Âu (48% sản lượng), Mỹ (31%), Nhật Bản (16%) và Hàn Quốc (5%). Việc sử dụng Chitin và Chitosan đã mang lại giá trị kinh tế to lớn. Hình 6: Tình hình sử dụng Chitin và Chitosan trên thế giới Trang 9 (ậhiíaáan ^QíưdờT): &ễu. &ẫ*t QUtMÌMih QlguạỀÍ Chỉtỉn và Chitosan có thể dễ dàng bị vi khuẩn phân hủy, tức là chúng cũng thân thiện vối môi trường hơn các loại poỉymer tồng hợp. Hiện nay Chỉtosan được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như: y học, thực phẩm, nông nghiệp, môi trường... > Trong Y tế: nguyên liệu sản xuất thuốc điều trị bỏng, viêm loét dạ dày, hạ cholesterol, trị béo phì, giảm đau, chống đông tụ máu, tăng sức đề kháng, chữa xương khớp và chống đựợc cả bệnh ung thư + Tác nhân hạ cholesterol: chỉtosan có chức năng hạ cholesterol trong một động vật. Người ta đã tiên hành thí nghiệm với thỏ và thây khỉ được cho ăn thức ăn giàu cholesterol 0.9% trong 39 ngày, lượng cholesterol huyết thanh tăng từ 79 lên 650 mg/ trên lkg thể trọng. Trong trường hợp với khẩu phần ăn như trên nhưng có bổ sung 2% chỉtosan, lượng cholesterol huyết thanh giảm còn 300 mg/lkg thể trọng, trong khi đó lượng cholesterol có ích (HDL - cholesterol) giảm không đáng kể. Tuy nhiên khi tiêm chỉtosan-oỉỉgosaccharide vào thỏ thì không thây hiện tượng giảm cholesterol, điêu này cho thấy sự giảm cholesterol chi xảy ra trong ruột động vật. Và từ lâu, một số chuyên gia ở Trung tâm Huyết học thuộc Viện Hàn lâm Y học Nga cũng đã phát hiện, Chitosan có thể ngăn chặn sự phát triển của chứng nhồi máu cơ tỉm và bệnh đột quy + Điều trị béo phì: khi vào đường tiêu hóa, chỉtosan có khả năng bao các hạt càu béo và kéo “I Lost 45 chúng thải ra ngoài theo (động vật không tiêu hóa Pounds!” chitosan) nhờ đó được ứng dụng làm thuốc giảm béo. Ufa H. eDieuAf Nước ta hiện nay có thuốc Chỉtozan để giảm béo ombef mFO#& 0 -c-0 R0 CH; I! I R-C-O-CH 0 I II ¿H2 R-Cstructure ora rat molecule Hình 7: Khả nâng kết họp của Chỉtosan với chất béo Trang 10 233 Ibs PhitonM ^ỉưdừD: CJhi. &ốn QlữMinh. Qlạnụêl + Các vật liệu y sinh học và dược phẩm: Chitin và chitosan có thể kết hợp sinh học với mô, cơ quan, tế bào,...và có thể được sử dụng trong việc cấy vào mô. Chitin và các dẫn xuất của nó có thể tiêu đi trong mô động thực vật, nhưng vẫn có thể dẫn đến gia tăng sự cảm ứng các protein bảo vệ sinh học gồm lysozyme và chitinase. Tốc độ thủy phân enzyme với chitin cũng được điều khiển bởi cấu trúc của một nhóm N-acetyl và dẫn xuất của nó. Do những tính chất đặc trưng này, chitin và các dẫn xuất được sử dụng như những vật liệu y sinh học hay vật liệu để bao gói các loại thuốc tan chậm. Hoạt độ lipoprotein lipase trong máu tăng lên khi tiêm N, 0-sulfate chitosan và hoạt động miễn dịch được tăng cường khi cấy chitin N-deacetyl một phần vào mô động vật. Film chitosan bao thuốc (thấm qua được) cũng công dụng nhu các dang con nhộng thương phẩm và chitosan được sử dụng như vật liệu dùng để cấy giải phóng chậm các loại thuốc chống ung thư. Chitosan cũng được đưa vào công thức các loại thuốc uống, làm gia tăng sự hấp thu của thuốc vào máu + Vật liệu vá vết thương: Các vết thương ở mô động, thực vật có thể được bao bằng một tấm màng hay một miếng xốp chitin và chitosan, hoặc dạng bông, dạng bột mịn. Các vết thương cũng có thể được trị liệu bằng các dung dịch hay kem chitin và chitosan. Ket quả là sự phát triển của các tế bào ở vùng mô bị thương được kích thích, chitinase và lysozyme được tăng cường, dẫn đến mau lành vết thương và hạn chế nhiễm trùng. Tại cuộc chiến Iraq vừa qua, Mỹ cũng đã sử dụng loại băng cứu thương kiểu mới, kỹ thuật cao, có thành phần cấu tạo bởi chất Chitosan. So với các loại băng thường, tốc độ cầm máu, tính sát khuẩn và thời gian lành mô khi sử dụng loại băng này có hiệu quả hơn gấp nhiều lần. + Chất chống nghẽn mạch và chống đông máu: dẫn xuất N-octanoyl và N-hexanoyl của chitosan có chức năng chống nghẽn mạch, chitosan có chức năng cầm máu. Dan xuất sulfate hóa của chitin và chitosan có hoạt tính chống tụ máu. N, 0-sulfate chitosan có hoạt tính chống đông tụ thấp hơn heparin nhưng 0-oligosulfate chitin thì cao hơn mặc dù nó không có nhóm Nsulfate trong phân tử. Nhóm N-sulfate có vai trò quan trọng trong hoạt tính của heptarin. + Theo nghiên cứu của bệnh viện K Hà Nội trên 60 bệnh nhân ung thư đã cho thấy chitosan là một chất hỗ trợ điều trị tốt thông qua việc ngăn cản sự gia tăng của tế bào ung thư. + Chữa bệnh khớp: Điển hình trên thị trường dược hiện nay là loại thuốc chữa khớp làm từ vỏ tôm có tên Glucosamin đang được thịnh hành trên toàn thế giới. So với sản phẩm cùng loại thì Glucosamin có ưu thế hơn, do sản xuất từ nguồn vỏ tôm tự nhiên nên sản phẩm ít gây phản ứng phụ, không độc hại và không bị rối loạn tiêu hoá cho người bệnh (điều này có ý nghĩa rất quan trọng). Nước Mỹ đã tiêu thụ được hơn 1 tỷ viên nang Glucosamin. Những năm gần đây, loại thuốc chữa khớp này còn đựợc phổ cập rộng ở nhiều nước, trong đó có Việt Nam. Nước ta cũng có Glusivac đặc trị thoái hóa khớp Trang 11 PhitonM ^ỉưdừD: ^7hi . &ốn QlữMinh. Qlạnụêl > Trong Công nghiệp: xử lý nước thải và làm trong nước sinh hoạt + Chitosan cationit tạo các phức hợp đa điện ly với những polymer polyanionic và tạo phức hợp chelate với các ion kim loại để tạo kết tủa. Các phản ứng này được ứng dụng để làm trong nước thải ô nhiễm. Vào năm 1975, muối chi to san acetate lần đầu tiên được một công ty Nhật giới thiệu như một tác nhân cationit tự nhiên để đông tụ và loại các chất thải trong nước cống. Hiện nay hệ thống này vẫn còn được sử dụng để xử lý nước thải sinh hoạt, tái sử dụng nước thải (ví dụ nước hồ bơi), thu hồi các protein và khoáng từ nước thải công nghiệp, bao bọc các hạt béo, phân lập các chất có hoạt tính sinh học trong nước tiểu và tách các chất độc nội bào từ dung dịch loãng. Chi to san cũng được sử dụng như một chất hấp phụ để tách các đồng vị phóng xạ nguy hiểm từ nước ô nhiễm và thu hồi uranium từ nước biển và nước ngọt Metal ■=> Complex ion chitosan Hình 8: Chitosan tạo phức chelate với kim loại trong xử lỷ nước thải > Trong nông nghiệp: + Làm phân bón rau sạch: Chitin và chitosan chủ yếu được bón ở dạng bột, dạng miếng hay dạng dung dịch vào đất nông nghiệp hay môi trường nuôi cấy lỏng. Ngoài ra dung dịch chitosan có thể được phun lên lá cây. + Xử lý hạt giống: hạt giống có thể được nhúng vào dung dịch chitosan loãng, bao phủ bề mặt bằng một màng chitin hay chitosan mỏng hay bột mịn. Khi được bao phủ như vậy, hoạt động của chitinase của hạt được tăng cường trong giai đoạn nảy mầm. Sự tăng cường chitinase trong hạt sẽ làm gia tăng khả năng tự vệ sinh học của hạt qua việc nhiễm vsv, kết quả là làm cho cây trồng phát triển tốt. > Trong mỹ phẩm: nguyên liệu sản xuất kem dưỡng da, kem chống tia tử ngoại... + Kem dưỡng da: CM-chitin và HP-chitosan cationic hòa tan trong nước và bền trong một khoảng pH rộng, chúng được sử dụng như một thành phần của mỹ phẩm chăm sóc da. Chitosan, CM-chitosan, HP-chitosan có chức năng tạo độ ẩm cho da, ngăn cản sự hủy hoại cơ học tóc. Đặc tính giữ độ ẩm tương ứng với dung dịch propylenglycol 20% và dung dịch hyaluronic loãng. Những dẫn xuất trên của chitosan có thể ngăn chặn sự nhiễm khuẩn trên da và hoạt hóa tế bào da dẫn đến sự ngăn chặn sự lão hóa của da. Một số dẫn Trang 12 PhitonM ^ỉưdừD: ^7hi . &ốn QlữMinh. Qlạnụêl xuất Chitosan phức polyelectrolyte -based có tác dụng làm mềm da, kích thích phát triển da non, do đó được sử dụng như một chất phụ gia trong kem dưỡng da. + Dầu gội: Dẩn xuất Chitosan do phản ứng với hợp chất epoxy mạch dài có tính chất hoạt động bề mặt. Các dầu gội hiện nay đều sử dụng do có đặc tính tương hợp tốt với da đầu, ưu điểm hơn so với Lauryl-ether-sulfate dùng trong sản xuất dầu gội trước đây. Người ta điều chế bằng cách cho Chitosan phản ứng với 1,2 expoxytetradecane trong acid acetic O.lM-methanol tạo sản phẩm có khả năng hoạt động bề mặt, làm giảm sức căng bề mặt, tạo tính ổn định bọt tốt, hoàn toàn không gây hại cho da. + Các muối hữu cơ của chitosan phân tử thấp hòa tan trong ethanol loãng và được sử dụng như một thành phần của keo xịt tóc. > Trong thưc phẩm: hiện nay chitosan được sử dụng rất phổ biến trong sản xuất thực phẩm. Có thể sử dụng để thu hút nước và béo (quá trình nhũ hóa), quá trình đồng hóa, kết hợp với thuốc nhuộm, quá trình đông đặc. Chitosan cũng được chứng minh là có khả năng tạo dạng màng mỏng để sử dụng như là những lớp màng mỏng hoặc những lớp bao không độc hại (có thể ăn được). Màng bao Chi to san có thể cải thiện khả năng bảo quản các loại thực phẩm dễ bị thối rữa bằng cách giảm lượng không khí bên trong bao gói cũng như giảm quá trình thoát hơi nước. + Có thể nhúng trực tiếp thực phẩm vào dung dịch chitosan pha sẵn rồi để khô, tạo thành một lớp màng Hình 9: ưng dụng chitosan trong thực phẩm mỏng tự nhiên trên bề mặt sản phẩm: trứng, thịt cá, rau quả, giá đỗ, bánh gạo, nhúng cải bắp trước khi làm kim chi... + Hoặc cũng có thể tạo thành màng trước rồi mới cho sản phẩm vào: bánh mì, xúc xích... + Hoặc cho chitosan trực tiếp vào sản phẩm dạng lỏng: xử lý nước quả, làm trong giấm, bảo quản tàu hũ, đồng hóa sữa, kem và mayonaise, bảo quản mì... > Trong mốt số lĩnh vưc khác + Làm môi trường sắc ký và cố định: các loại gel N-methylen-chitosan và N-acylchitosan có thể được dùng như một môi trường hấp phụ trong môi trường hấp phụ trong việc cố định enzyme hay tế bào, hay cố định thuốc. Các hạt chi tin và chi to san với các kích thước khác nhau đã được bán trên thị trường với công dụng hấp phụ các ion kim loại, ion uranium, kallikrein nước tiểu, urokinase và erythropoetin. Chitinase và lysozyme tạo thành phức hợp ES với một loạt các dẫn xuất “N-acyl béo thấp” của chitosan. Các dẫn xuất N-butyryl và N-hexanol kháng lại sự thủy phân các enzyme này và hình thành các phức hợp ES, điều này cho thấy các dẫn xuất này rất thích hợp với việc sử dụng như một chất hấp phụ tron sắc ký ái lực để phân lập và tinh sạch enzyme trên. Trang 13 PhitonM ^ỉưdừD: CJhi. &ân QlữMUth Qlạnụêi + Hóa chất dùng trong phân tích: chitosan, HE-chitosan và methyl-chitosan phản ứng theo kiểu stoichiomdtrically (hóa học lượng pháp) với các chất keo polymer anionic trong dung dịch loãng để tạo thành kết tủa trung tính. Phản ứng này được ứng dụng trong phương pháp chuẩn độ chất keo và đã được sử dụng trong hóa phân tích. Chitin dạng keo, chitin tái tạo (Nacy chitosan) và dạng gel của nó, CM-chitin và HE-chitin được sử dụng như cơ chất của enzyme + Một số công ty đã giới thiệu sản phẩm sợi tổng hợp có bao chitin hay chitosan, vải đan tổng hợp tráng một lớp chitosan. Những sản phẩm này có khả năng giữ độ ẩm, kháng khuẩn kháng nấm. Chitin xanthate, alkaline chitin, N-acetylchitosan gels và chitosan được dùng như nguyên liệu sản xuất sợi, bông, film, xốp. II. PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT CHITOSAN: Chitosan là sản phẩm Deacetyl hóa của Chitin. Chitin có thể được sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau như từ tôm, cua, côn trùng có bộ cánh cứng, các loài giáp xác, nhuyễn thể (sò, ốc...), từ nấm.. .Đặc biệt trong vỏ tôm cua, hàm lượng Chitin cao, từ 10-15% nguyên liệu khô. Trong đó Chitin liên kết với Protein, các chất vô cơ mà chủ yếu là CaC03 và các chất béo. Do đó cần phải loại các hợp chất này ra khỏi Chitin. Có 2 phương pháp để sản xuất Chitosan là sử dụng hóa chất và Enzym. Phương pháp dùng hóa chất rất đơn giản, ít chi phí đầu tư nhưng ảnh hưởng không tốt đến môi trường xung quanh. Ngược lại, phương pháp sử dụng enzym không làm ô nhiễm môi trường, song phức tạp và đòi hỏi chi phí đầu tư cao. Hiện nay trên thế giới, Chitosan phần lớn được sản xuất bằng hóa chất, phương pháp dùng enzym mới bước đầu đi vào ứng dụng ở một số nước.Theo thực tế nghiên cứu điều chế cho thấy ở nước ta chưa thể điều che Chitin- Chitosan theo phương pháp sinh học, do các lý do sau: + Hiệu suất thu sản phẩm Chitosan rất thấp, mặc dù hoạt tính Enzym cao nhưng chỉ có một phần nhỏ Chitin tham gia phản ứng do độ tinh thể của vỏ cao, chỉ có những nhóm acetyl của Chitin nằm bên ngoài mới tiếp xúc được với Enzym. + Việc sản xuất Chitosan bang Enzym sẽ thành công khi và chỉ khi Enzym được phá tinh thể trước khi cho phản ứng deacetyl hóa. Mà thực tế, vấn đề các phòng thí nghiệm trong nước chưa thực hiện được điều này do thiếu thiết bị máy móc. + Điều chế Chitosan theo phương pháp sinh học bằng cách sử dụng Enzym đòi hỏi phải có một nguồn cung cấp Enzym thường xuyên và ổn định hay một môi trường nuôi cấy Enzym thích hợp. Điều này trong nước vẫn chưa thực hiện được. Bên cạnh những bất lợi của phương pháp sinh học thì phương pháp hóa học lại tỏ ra có nhiều lợi điểm hơn: + Quy trình sản xuất đơn giản, thiết bị rẻ tiền. + Hoá chất sử dụng rẻ tiền. + Chất lượng sản phẩm cao hơn do có thể thực hiện phản ứng ở nhiệt độ cao hơn. + Hiệu suất thu hồi sản phẩm khá cao. Tuy nhiên phương pháp hoá học cũng có những bất lợi cần quan tâm: Trang 14 Chitin Cúilìneaes sapidus Protei n 25.1 Chinoeceres opiiio 29.2 Pandalus bỡreaỉis 41.9 Ị 26,6 \ 17.0 CrattgQĩỉ crơttgon 40.6 1 17.8 P en a eus manvdon 47.4 Procamborus cïarkii 29.S Euphausia superbü 41.0 Chitin source Crab: Shrimp : Crawfi sh: Krill: Prawn 61.6 Ash Lipids 58.6 40.6 2.1 1.3 34.2 5.2 27.5 9.9 40.4 23.0 1.3 13.2 1 1 24,0 / 46.6 5.6 \33.o/ 23.0 29,4 1 11.6 1,4 Elaborated according to: Mjzzarelli (I99ĩ)> Nsezk er ¿1/(1981), Shahidi and Synowiceki (Ì99I), Synowiccki and Al -KJmtecb (20Qfl) Hình 10: Hiệu suất thu hồi Chitosan từ các nguồn nguyên liệu khác nhau Trang 15 (ậhiíaáan (ềhilôẤẨUt ^QíưdờT): &tu. &ẫ*t QUtJKinfa QlguạêlQỉữMinh QlguạỀÍ &ễu. &ẫ*t Percentage Yield of Chitin from 7 Crustaceans 50% 4 5% V 4 0% L 35% 30% 25% 20 % Step 1 15 % 10 % 5% \ g ềề J ề f / jexcessNaOH + H jO Ế Hình 11: Hàm lượng chitín trong 7 loài giáp xấc Step_ Dd NaOH Dd HCI OH Nước Dd NaOH — « Làm nguội * > < Step_3 Vẩy Chitosan 50-60% + Hòa tan trong o Acerate ÌỬS1 Cliitơsan (itflifW Hình 13: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất Chitosan Hình 12: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất Chitosan Trang 16 17 (ậhiíaáan J Qfư3&D: &ễu. &ẫ*t QUtMÌMih QlguạỀÍ °“ Cụ thể người ta tiến hành lần lượt các công đoạn sau: 1. Chuẩn bi: Làm sạch vỏ giáp xác: Phế liệu vỏ giáp xác được thu thập và đun sôi trong lh để loại hết các mô. vỏ tiếp tục được cho vào lò ở 1Ố3°C trong lh, sau đổ lấy ra, tách phần mô đã sấy khô còn sót lại trên vỏ, cọ rứa sạch lớp vỏ. Khử màu: Lớp vỏ cứng bên ngoài của loài giáp xác có chứa chât màu chủ yêu là Cardenoid. Thành phần chính là astarene, astaxanthin, canthaxanthin, lutin và p - carotene. Chúng không xuất hiện dướỉ dạng phức chất với các chất vô cơ cũng như protein, vì vậy khử protein và khử khoáng cũng không loại được Cardenoid. Tuy vậy có thể khử màu bằng chất trích màu như Kmn04, NaOCl, SO2, NaHS03... Có thể bổ sung công đoạn ngâm vỏ trong dung dịch chất tẩy trắng loãng trước khi thực hiện quá trình đun sôi. Làm nguội vỏ giáp xác: vỏ sau khi đã làm sạch được đật trong lò ở 80°c trong 48h để phá vỡ cấu trúc tỉnh thể của Chitin, nhằm chuyển hầu hết Chitin trong vỏ thành dạng vô định hỉnh. Sau 48h, vỏ được lấy ra khỏi lò và đổ nhanh vào bể chứa Nitơ lỏng (~196°C) để làm nguội. Việc làm nguội nhanh sẽ hạn chế được sự tái hình thành tinh thể Chitin, làm chúng trở nên vô định hình hơn. Ngoài ra trong quá trình làm nguội, nhiệt độ của Nỉtơ lỏng còn làm cho vỏ trở nên rất giòn, dễ vỡ, gỉúp quá trình nghiền sau đó sẻ dễ dàng hơn. Sau khoảng thòi gian nhất định, lấy vỏ ra khỏi dd Nitơ lỏng, nghiền bằng cối và chày. Có thể thay dung dịch Nitơ lỏng băng hôn hợp methanol- nước đá khô. 2. Loai Protein: mT . .X , , ì Ấ. _ Hình 14: Nghiền vỏ băng cối và chày Protein được loại băng cách nấu với NaOH, nhiệt độ 60-100°C. Gần đây các nghiên cứu mới được thực hiện với một khoảng rộng vớỉ các tác nhân như V| , NaOH, Naiỉcoà, KOH, K2C03, Ca(OH)2, Na2SƠ4, NaHSOs, Ca(S04)2, NaP04, Na2S. Song NaOH vẫn được dùng thông dụng hơn. Tùy từng loại vỏ mà điều kiện xử lý có thể thay đổi về nồng độ NaOH, nhiệt độ hoặc thời gian. Với những loại vật liệu dễ khử protein, cổ thể dùng Na2C03 0.1M ở khoảng 100°c trong 4h. Đối với vật liệu khổ xử lý, có thể dùng NaOH 5M ở khoảng 100°c trong 4L Tuy nhỉên, hầu hết các quá trình khử thường dùng NaOH IN vớỉ một khoảng nhiệt độ và thờỉ gian xử lý (từ 65-100°C) trong vòng 0.5-7L Tiến hành: Cho hỗn hợp vỏ đã làm nguội vào Hình 15: Loại Pro bằng cách đun dd NaOH 3,5% (tì lệ 1:10 w/v) ở 65°c. Sau 2h lấy vớiddNaOH Trang 18 ^QíưdờT): &ễu. &ẫ*t QUtJKinfa QlguạỀÍ ^ỉưdừD: ^7hi . &ốn QlữMinh. Qlạnụêl (ậhiíaáan PhitonM phần nổi lên trên, rửanhư tinh khiết (Được kiểm ở 90°c. Ngườiphương pháp phân tích HPLC). được Chitosan gần bằng nước cất và sấy khô nghiệm bằng ta có thể định lượng xác định lượng proteinhành thí từ vỏ tôm. lượt với lg và lOg vỏ tôm ban đầu, sự giảm khối lượng vỏ Tiến tách ra nghiệm lần tôm khi qua từng công đoạn được thể hiện trong bảng sau: % so vối ban đầu vỏ tôm ban 3. Sau khỉ muối Sau khỉ lọaỉ Sau khỉ lọaỉ Sau khỉ Loai lọaỉ 4: Sựgiàm khối lượng vỏ tôm qua từng công đoạn khoáng: thẩm đầu protein Bâng muối khóang nhóm acetyl tích Đê khử khoáng có thê dùng các tác nhân acid như HC1, 1g 40,46 33,38 19,85 HN067,53 3, H2SO4, CH3COOH, HCOOH..., song người ta thường 10 g 33,55 29,78 15,08 dùng69,58 ở nhỉệt độ phòng. Tùy tính chất nguyên liệu mà thay HC1 đổi nồng độ acid và thời gian xử lý cần thiết. Ngoài ra người ta cũng nghiên cứu quá trình khử EDTA ở pH kiềm. Nguyên liệu được xử lý bằng EDTA ở pH9 hoặc pHlO, sau đó xử lý ở pH3 sẽ cho sản phẩm có khoảng 15% chất vô cơ chủ yếu là silỉcat. Tiến hành: vỏ tôm đã loại protein được cho vào dd HC1 1N (tì lệ 1:15 w/v) ở 25°c trong 2h ở nhiệt độ phòng. Sau 2h lấy phàn vỏ nổi lên trên, rửa bằng nước cất, sấy ở 90°c. vỏ tôm sau khi đã sấy khô chứa chủ yếu là Chitin. Hình 16: Loại muối khoáng bằng ddHCl 4. Phản ứng deacetvl hóa: Phản ứng chính trong điêu chê Chỉtosan là deacetyl hóa băng dung dịch kiêm. Dungdịch phản ứng cần được gia nhiệt và khuấy trộn đều trong suôt thời gian phản ứng. Tiến hành: Chitin thu được đem phản ứng vói dung dịch NaOỈI 50% (tỉ lẹ 1:25 w/v) để trong lò ở 80°c trong 96h.Chuẩn độ đến pH 7.0 với dd HC1 IN. Chitosan sẽ kết tủa, ta tiến hành lọc hoặc ly tâm, sau đó sấy thu được Chitosan. 5. Tinh sach Chitosan: Kết tủa sau khi đã sấy khô được nghiền thành bột và hòa tan trong dd acid acetic 2% với tỉ lệ 1:100 (w/v). Cho dung dịch vào các ông thâm tích, đặt các ông vào dung dịch add acetic có nồng độ tương đương trong 24h. Mục đích của quá trình nhằm loại bỏ các hợp chất cổ phân tử lượng nhỏ ( muốỉ CH3COONa, muối Calci, các Protein có phân tử lượng thấp...). Sau đó lấy dung dịch trong ống ra và sấy chân không, ta thu Trang 19
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan