De cuong khoa luan chitosan từ vỏ đầu tôm bảo quản rau quả

chitosan bảo quản hoa quảSản phẩm trái cây của nước ta, đặc biệt trái cây của các tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long cỏ nhiều lợi thế về chủng loại, sản lượng và chất lượng của trái cây miền nhiệt đới nhưng việc bảo quản để xuất khẩu vào các thị trường lớn như Nhật, Mỹ, EU... chưa ngang tầm với sản lượng thu hoạch hàng năm. Hiện nay, nước ta chỉ có một số doanh nghiệp lớn và các siêu thị có phương thức tồn trữ trái cây ở nhiệt độ lạnh. Còn lại đa số các vựa thu mua trái cây cũng như nông dân đều thu hoạch và bán trái cây theo tập quán, không có quy trình bảo quản sau thu hoạch. Điều này gây ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng sản phẩm và hiệu quả kinh tế. Có nhiều nguyên nhân trong vấn đề này, trong đó việc bảo quản chưa được đầu tư về công nghệ và hệ thống thiết bị bảo quản một cách tương xứng với doanh nghiệp có thương hiệu trái cây xuất khẩu. Thời gian gần đây vấn đề này được các nhà vườn rất quan tâm và các công trình nghiên cứu bảo quản trái cây sau thu hoạch cũng đang cho những kết quả khả quan. Rau quả chúng ta có sản lượng rất cao nhưng về mặt chất lượng thì rất kém như thường được thu hoạch khi chưa đến thời điểm thu hoạch, đa số trái cây thường không qua khâu kiểm tra chất lượng và vệ sinh an toàn thực phẩm.. .Trong đó chỉ một số lượng trái tươi đủ tiêu chuẩn phẩm cấp được phân loại bảo quả ở kho lạnh có nhiệt độ và độ ẩm thích hợp cho từng loại trái. Đáng chú ý, hiện do nước ta có rất ít các kho bảo quản nên chí phí bảo quản trong các khâu thu hái, bao gói và vận chuyển lạnh để xuất khẩu rất cao. Sự hư hỏng trong quá trình hảo quản rau quả do các nguyên nhân sau đây: do hiện tượng chín sinh lý tự nhiên và hiện tượng nhiễm bệnh. Đồng thời các yếu tố như vi sinh vật thâm nhập từ môi trường bên ngoài và cường độ hô hấp của quả nếu hô hấp càng mạnh mẽ thì quá trình chín càng chóng xảy ra và thời hạn bảo quả càng bị rút ngắn. Rau quả trong quá trình bảo quản bị mất nước và bị tổn thương cơ học. Bệnh cũng gây tổn thương tạo điều kiện cho nhiễm vi sinh vật thử cấp càng gây hư hỏng nhanh chóng hơn. Thuốc bảo vệ thực vật sử dụng bừa bãi dẫn đến giảm giá trị cảm quan và không an toàn. Vì vậy tìm đuợc phương pháp bảo quản rau quả sau thu hoạch đơn giản và tiết kiệm là nhiệm vụ trước mắt quan trọng để đẩy mạnh xuất khẩu rau quả. Cà chua là loại rau màu được trồng và sử dụng khá phổ biến ở nước ta. Chúng có tuổi thọ ngắn do cấu trúc nhiều nước và không có vỏ cứng bảo vệ. Thời vụ thu hái cà chua kéo dài từ tháng 11 đến tháng 2 năm sau. Trong thời gian này do thu hoạch cùng lúc nên giá cà chua rất thấp (có thời điểm chỉ 500 VND một kilogam), đôi khi người nông dân không muốn thu hái vì giá bán không bù đủ công sức. Nhưng khi trái vụ giá cà chua lại khả cao, các nhà máy không có cà chua để sản suất. Từ trước tới nay biện pháp bảo quản cà chua chủ yếu là sản xuất bán sản phẩm (nuớc ép, bột, cà chua

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI

KHOA TP – MT – ĐD -***** -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

THU NHẬN CHITIN - CHITOSAN TỪ VỎ TÔM ỨNG DỤNG TRONG BẢO

QUẢN RAU QUẢ

GVHD: NGUYỄN THỊ THU HẰNG NHÓM SVTH: NHÓM 1

LỚP: 14DSP1 NIÊN KHÓA: 2014 – 2018

ĐỒNG NAI, THÁNG 12 NĂM 2017

DANH SÁCH SINH VIÊN

ii

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1 Tên khóa luận: “Thu nhận chitin và chitosan từ vỏ tôm và ứng dụng trongbảo quản hoa quả”

2 Lớp: 14DSP1

3 Nhiệm vụ khóa luận:

 Thực hiện quy trình tách chitin, chitosan từ vỏ tôm

 Đánh giá chất lượng chitosan thu được

 Thử nghiệm quá trình bảo quản… bằng màng chitosan

 Mục đích thí nghiệm; chuẩn bị trang thiết bị, dụng cụ và hóa chất; Cáchtiến hành thí nghiệm; Kết quả đo, tính toán; Nhận xét và kết luận

4 Ngày giao:

5 Ngày hoàn thành đồ án:

6 Họ tên giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thu Hằng

Biên Hòa, ngày 12 tháng 7 năm 2017

LỜI CÁM ƠN

Trong suốt thời gian làm khóa luận tốt nghiệp, tìm hiểu và hoàn thành khóa luận này ngoài sự cố gắng của bản thân, chúng tôi còn nhận được sự giúp đỡ rất nhiệt tình của thầy cô khoa công nghệ thực phẩm - môi trường và đặc biệt với sự chỉ dẫn củagiáo viên hướng dẫn cô Nguyễn Thị Thu Hằng

Chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:

- Quý thầy cô Khoa Thực phẩm - Môi trường và Điều dưỡng, trường đại họccông nghệ Đồng Nai đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng tôi hoàn thành tốt khóa luận này

- Cô Nguyễn Thị Thu Hằng người trực tiếp chỉ dẫn, góp ý kiến, tận tình hướng dẫn chúng em trong suốt thời gian hoàn thành khóa luận

- Gia đình, người thân đã động viên giúp đỡ và tạo điều kiện cho chúng tôi trongsuốt thời gian làm khóa luận

Trong thời gian làm việc với Cô, chúng tôi không ngừng tiếp thu những kiếnthức bổ ích mà còn học được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêmtúc, hiệu quả Đây là những điều rất cần thiết cho chúng tôi trong quá trình học tập vàcông tác sau này

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!

iv

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Thái độ làm việc:

Trình bày:

Điểm số:

Biên Hòa, ngày … tháng … năm 2017

Giảng viên hướng dẫn

Nguyễn Thị Thu Hằng

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1

1.1 Đặt vấn đề

Sản phẩm trái cây của nước ta, đặc biệt trái cây của các tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long cỏ nhiều lợi thế về chủng loại, sản lượng và chất lượng của trái cây miền nhiệt đới nhưng việc bảo quản để xuất khẩu vào các thị trường lớn như Nhật, Mỹ, EU chưa ngang tầm với sản lượng thu hoạch hàng năm

Hiện nay, nước ta chỉ có một số doanh nghiệp lớn và các siêu thị có phương thức tồn trữ trái cây ở nhiệt độ lạnh Còn lại đa số các vựa thu mua trái cây cũng như nông dân đều thu hoạch và bán trái cây theo tập quán, không có quy trình bảo quản sauthu hoạch Điều này gây ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng sản phẩm và hiệu quả kinh tế Có nhiều nguyên nhân trong vấn đề này, trong đó việc bảo quản chưa được đầu tư về công nghệ và hệ thống thiết bị bảo quản một cách tương xứng với doanh nghiệp có thương hiệu trái cây xuất khẩu

Thời gian gần đây vấn đề này được các nhà vườn rất quan tâm và các công trình nghiên cứu bảo quản trái cây sau thu hoạch cũng đang cho những kết quả khả quan Rau quả chúng ta có sản lượng rất cao nhưng về mặt chất lượng thì rất kém như thường được thu hoạch khi chưa đến thời điểm thu hoạch, đa số trái cây thường không qua khâu kiểm tra chất lượng và vệ sinh an toàn thực phẩm Trong đó chỉ một số lượng trái tươi đủ tiêu chuẩn phẩm cấp được phân loại bảo quả ở kho lạnh có nhiệt độ

và độ ẩm thích hợp cho từng loại trái Đáng chú ý, hiện do nước ta có rất ít các kho bảo quản nên chí phí bảo quản trong các khâu thu hái, bao gói và vận chuyển lạnh để xuất khẩu rất cao Sự hư hỏng trong quá trình hảo quản rau quả do các nguyên nhân sau đây: do hiện tượng chín sinh lý tự nhiên và hiện tượng nhiễm bệnh Đồng thời các yếu tố như vi sinh vật thâm nhập từ môi trường bên ngoài và cường độ hô hấp của quả nếu hô hấp càng mạnh mẽ thì quá trình chín càng chóng xảy ra và thời hạn bảo quả càng bị rút ngắn

Rau quả trong quá trình bảo quản bị mất nước và bị tổn thương cơ học Bệnh cũng gây tổn thương tạo điều kiện cho nhiễm vi sinh vật thử cấp càng gây hư hỏng nhanh chỏng hơn Thuốc bảo vệ thực vật sử dụng bừa bãi dẫn đến giảm giá trị cảm quan và không an toàn Vì vậy tìm đuợc phương pháp bảo quản rau quả sau thu hoạch đơn giản và tiết kiệm là nhiệm vụ trước mắt quan trọng để đẩy mạnh xuất khẩu rau quả

Cà chua là loại rau màu được trồng và sử dụng khá phổ biến ở nước ta Chúng

có tuổi thọ ngắn do cấu trúc nhiều nước và không có vỏ cứng bảo vệ Thời vụ thu hái

cà chua kéo dài từ tháng 11 đến tháng 2 năm sau Trong thòi gian này do thu hoạch cùng lúc nên giá cà chua rất thấp (có thời điểm chỉ 500 VND một kilogam), đôi khi người nông dân không muốn thu hái vì giá bán không bù đủ công sức Nhưng khi trái

vụ giá cà chua lại khả cao, các nhà máy không có cà chua để sản suất Từ trước tới naybiện pháp bảo quản cà chua chủ yếu là sản xuất bán sản phẩm (nuớc ép, bột, cà chua

cô đặc ) dù công nghệ đã có nhiều cải tiến song các tính chất quý của cà chua trong các sản phẩm này đều bị mất đi, đặc biệt là mùi vị và vitamin

Trong những hướng nghiên cứu công nghệ bảo quản sau thu hoạch trái cây, rau quả nói chung và cà chua nói riêng thì việc kéo dài được thời gian bảo quản và quan trọng nhất là giữ được trạng thái, tính chất như của rau quả tươi được quan tâm hơn cả.Chitosan là một polyme được sản xuất từ đầu tôm, vỏ tôm, mai mực đó là những phụ phế phẩm của ngành chế biến thủy sản Chitosan thể hiện nhiều đặc tính đáng chú ý như có khả năng tạo màng thấm khí, khả năng diệt khuẩn cao và không hại cho người tiêu dùng khi sử dụng gói rau quả tươi, khi sử dụng đặc biệt phù họp cho bảo quản rau quả tươi Do đó người ta nghiên cứu sử dụng chitosan làm màng bao trong bảo quản rau quả vì nó vừa thân thiện với môi trường vừa an toàn thực phẩm.

1.2 Mục đích và yêu cầu nghiên cứu

1.2.1 Mục đích

- Thực hiện quy trình sản xuất chitin, chitosan bằng phương pháp hoá học

- Thử nghiệm bảo quản… bằng chitosan thu được

1.2.2 Yêu cầu

- Sản phẩm đạt các chỉ tiêu đưa ra

- Thu được các sản phẩm dạng bột

- Bảo quản được hoa quả trong thời gian lâu bằng chitosan

1.3 Đối tượng nghiên cứu

- Vỏ đầu tôm

3

1.4 Ý nghĩa của đề tài

Chitin là một polysaccharied đứng thứ hai về lượng trong tự nhiên chỉ sau cellulose Chitin và các sản phẩm của chúng hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: y học, sản xuất mỹ phẩm, bảo quản nông sản, xử lý môi trường… Ngoài ra khi khử acetylene trong hợp chất chitn sẽ tạo thành chitosan là đơn vị cao phân tử của glucosamine, là một chất có ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp nhẹ, thực phẩm, nông nghiệp Việc nghiên cứu và tách chiết chitin từ vỏ giáp xác đã được thực hiện hơn một thế kỷ nay

Hiện nay, tôm là mặt hàng chế biến chủ lực của nghành thủy sản Việt Nam, chủyếu là tôm đông lạnh Theo báo cáo của Bộ thủy sản, lượng tôm năm 2010 là 693.3 nghìn tấn, tùy thuộc vào sản phẩm chế biến và sản phẩm cuối cùng mà phế liệu có thể lên tới 40 – 70% khối lượng nguyên liệu

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Tổng quan về chitin-chitosan

2.1.1 Chitin

2.1.1.1 Lịch sử và nguồn gốc chitin, chitosan:

2.1.1.1.1 lịch sử phát hiện chitin, chitosan:

Danh từ “chitin” bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp “tunic” hay “envenlopen” đó cónghĩa là lớp vỏ ngoài hay sự bao bọc

Chitin đã được phát hiện bởi Henri Braconnot vào năm 1811[5] Lần đầu tiênông phân lập được chitin như một hợp chất không tan trong kiềm của một số loạinấm Hợp chất do Braconnot phân lập được còn lẫn rất nhiều tạp chất nhưng ôngkhẳng định đây không phải là gỗ

Đến năm 1823, Odier đã cô lập được chitin từ cánh cứng của con bọ cánh cứng

và cũng phân lập được chitin khi loại khoáng vỏ cua Từ đó, Odier cho rằng đây làhợp chất cơ bản trong vỏ giáp xác và côn trùng

Vào năm 1834, Children phát hiện sự có mặt của nitơ trong chitin, 9 năm sau đótức năm 1843 sự tồn tại của nitơ trong chitin đã được Lassaigne chứng minh một lần Đến năm 1859, C.Rouget phát hiện ra một hợp chất mới khi đun hoàn lưu chitintrong dung dịch KOH đặc, có tính chất khác với chitin, ông gọi nó là “modifiedchitin”

Năm 1876, Ledderhose thuỷ phân vỏ tôm hùm bằng dung dịch HCl và nhậnđược 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 NaOH rồithuỷ phân trong HCl thì đều thu được cùng loại mono saccharide và acid acetic Tuynhiên, ông ta vẫn gọi hợp chất này là “celulose” Cũng trong năm này, khi đun chitintrong dung dịch KOH ở 1800C, Hope – Seyler thu được một hợp chất mới có sốnguyên tử giống như trong chitin và gọi nó là chitosan

5

Năm 1912, Brach và Furth nhận thấy tỉ lệ acid acetic và glucosamin là 1:1, ônggọi nó là “polyme mono acetyl glucosamin”.

Năm 1928, Meyer và Mark dựa trên phổ nhiễu xạ tia X kết luận rằng chitin vàchitosan nằm ở dạng liên kết β(1 4) giữa các mắc xích pyranoz

Từ những năm 1930 đến 1940 có rất nhiều nghiên cứu vế chitin và chitosan,khoảng 50 phát minh được đăng ký Với những nghiên cứu của mình, Purchase vàBraum chứng minh được chitin là một polysaccharide của glucossamime bằng cáchthuỷ phân chitin theo nhiều cách khác nhau, hay với nghiên cứu của Rammelberg đãxác định một cách chính xác nguồn gốc của chitin

Vào năm 1948, Matsusshima cũng đã có một phát minh sản xuất glucossamine

và chitosan được tiến hành với mục đích ban đầu là tận dụng nguồn phế liệu dồi dào

từ việc chế biến thuỷ sản (vỏ tôm) nhằm tránh gây ô nhiễm môi trường Tuy nhiên,các nhà khoa học đã phát hiện ra các tính chất đặc biệt của chitin và các dẫn xuất của

nó không những giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường mà còn mở ra một triển vọngrất lớn trong việc ứng dụng chitin và các dẫn xuất của chúng vào sản xuất

Vào năm 1978, một hội nghị đầu tiên nói về chitin và chitosan diễn ra tại Mỹ vàthu hút được sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học trên thế giới

Hiện nay, những nghiên cứu về chitin và chitosan đã đạt những thành công nhấtđịnh Tại Nhật, một chương trình nghiên cứu dài hơn 10 năm cũng bắt đầu khởi động.Trung Quốc, tuy là nước bắt đầu nghiên cứu chậm hơn so với những nước khácnhưng lại đang phát triển rất nhanh trong lĩnh vực này

2.1.1.1.1.1 Nguồn gốc của Chitin:

Bảng 1.1 Thành phần chất hữu cơ trong loài động vật chân đốt.

Chitin được tìm thấy chủ yếu ở hai nguồn sau đây:

 Từ động vật bậc thấp

Chitin là chất hữu cơ chủ yếu trong vỏ mai ( bộ xương ngoài của động vậtkhông xương sống)

Theo Richard, chitin được tìm thấy trong lớp vỏ cutin của loài chân đốt Ngoài

ra, Chitin còn được tìm thấy trong tế bào ống của loài mực, ở lớp vỏ bao ngoài củaloài Bọ cánh cứng, trong lớp vỏ mai của loài giáp xác, trong loài nhện và bướm

Chitin thường có khoảng 25 đến 50% trên lượng khan của lớp cutin, thànhphần khác chủ yếu là protein và calci carbonat

 Eugagurus 69,0 31,0

Từ thực vật bậc thấp Nguồn gốc của chitin trong thực vật giới hạn ở một số loài nấm

và tảo Trong nấm chitin đóng vai trò như cenlulose trong các loài cây

Người ta đưa các giả thiết khác nhau về sự hiện diện của chitin hoặc cenluloselàm cơ sở cho mối quan hệ phát sinh giữa các nhóm của giống nấm đặc biệt làphycomecetus Qua phân tích bằng tia X, Frey đã xác nhận rằng chitin và cenlulosekhông hiện diện đồng thời

Chitin hiện diện trong tảo xanh, bằng phương pháp vi hóa học Roelofsen vàHoette đã tìm thấy chitin trong nấm men, Kreger cũng thu được chitin trong một sốloài nấm men bằng nhiễu xạ tia X

Chitin không hiện diện một mình trong lớp vỏ ngoài của loài nấm mà nó đượcliên kết với những thành phần khác Lượng chitin được tinh chế từ một số loài nấmthồng thường từ 3% - 5%

2.1.1.1 Khái niệm

Trong động vật, chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng của các vỏ một số động vật không xương sống như: côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác và giun tròn Trong động vật bậc cao monomer của chitin là một thành phần chủ yếu trong mô da nó giúp cho sự tái tạo và gắn liền các vết thương ở da Ngoài ra chitin có ở thành tế bào nấm

họ Zygenmycetas, sinh khối nấm mốc, một số loại tảo Trong động vật thủy sản đặc biệt là tôm, cua, ghẹ, hàm lượng chitin khá cao, từ 14 – 35% so với trọng lượng khô Vì vậy vỏ tôm, cua, ghẹ là nguồn nguyên liệu tiềm năng sản xuất chitin – chitosan và các sản phẩm từ chúng

- Chitin có khối lượng phân tử lớn

- Công thức phân tử chitin: (C8H13O5N)n

Tùy thuộc vào loại nguyên liệu để chiết tách chitin mà giá trị n sẽ thay đổi như sau:

- Với tôm thẻ: n = 400 - 500

- Với tôm hùm: n=700 - 800

- Với cua: n= 500 - 600

Qua nhiều nghiên cứu về sự thuỷ phân chitin bằng enzyme hay acid HCl đậm đặc thì người ta thấy rằng chitin có cấu trúc là một polymer được tạo thành từ các đơn vị N-acetyl D-glucosamine liên kết với nhau bởi liên kết β-(1-4) glucoside.[9]

2.1.1.2 Cấu trúc

Công thức cấu tạo chitin được thể hiện dưới hình sau:

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của chitin

Chitin là một chất rắn vô định hình, màu trắng, có cấu trúc tương tự như cenlulose.Trong tự nhiên, chitin tồn tại dưới 3 dạng cấu hình: α, β, γ- chitin; nhưng phổ biếnnhất là α-chitin, β-chitin Do cấu hình của chitin khác nhau, dẫn đến chúng có một sốtính chất khác nhau nhưng nhìn chung chitin có các tính chất sau:

Cả celluloze và chitin đều là những tinh thể cao, chúng chỉ tan trong một sốdung môi đặc biệt Chitin bị phân hủy trước khi nóng chảy, đây là đặc tính tiêu biểucủa polysaccharid có liên kết hydrogen Điều này cần thiết để hoà tan chitin vàchitosan trong một hệ thống dung môi riêng biệt để truyền tính năng

- Trong dung dịch HCl, chitin có độ triền quang thay đổi từ [α]20 = -1407 đến[α]26 = +560 bởi sự thủy phân

- Chitin là một polymer rất kỵ nước, không tan trong nước và trong hầu hết

các dung môi hữu cơ, acid loãng Nhưng nó lại tan tôt trong HCl đặc, H2SO4 đặc,H3PO4 78 – 97%, axit formic khan và tan trong hexafluoro isopropanol, hexafluoroaceton, chloro alcol dưới sự có mặt của dung dịch acid vô cơ và dimetylacetamidchứa 5% litiumchlorid (George A.F Roberts, 1992)

* Sự thủy giải chitin

9

 Sự thủy giải bằng acid

Ledderhose thu được từ sự thủy giải chitin trong dung dịch acid một sản phẩmdạng tinh thể mà ông gọi là glusosamine vào năm 1876

Năm 1902, một phương pháp thủy giải nhẹ nhàng hơn tạo nên 2 –acetamiddo–deoxy–D–glucose Như vậy cấu trúc và thành phần chính của chitin đãđược cô lập 2–acetamiddo–2– deoxy–D–glucose hydrochloride đã được tách rời vớihiệu suất 60 – 70% do sự thủy phân chitin từ cua với acid chlohidric đặc

 Sự thủy giải bằng enzyme

Với chế phẩm enzyme từ một ốc sên, Hackman đã thu được một lượng 44% tinh thể

2 – acetamido – 2 – deoxy – D – glucose và chỉ 0,5% 2 – amino – 2 – deoxy – D –glucose từ chitin

Trong thí nghiệm tương tự với một enzyme H Pomatia, tinh thể 2 – acetamido – 2deoxy – D – glucose thu được từ chitin của nấm men và tôm hùm với lượng tươngứng là 50% và 80%

Khi đun nóng trong dung dịch HCl đậm đặc thì chitin sẽ bị phân hủy hoàn toàn thành

88,5% D-Glucosamin và 11,5% acid acetic, quá trình này bắt đầu xảy ra ở mối nối Glucoside, sau đó là sự loại bỏ nhóm acetyl (-CO-CH3)

(C32H54N40O21)x + 2(H2O)  (C28H50N40O19)x + 2(CH3-COOH)x

Khi đun nóng trong dung dịch NaOH đậm đặc thì Chitin mất gốc acetyl tạo thành Chitosan

2.1.12 Tính chất vật lý

Chitin có màu trắng, cũng giống như cellulose, chitin có tính kỵ nước cao và không tan trong nước, trong kiềm, trong acid loãng và các dung môi hữu cơ như ete, rượu Tính không tan của chitin là do chitin có cấu trúc chặt chẽ, có liên kết trong và liên phân tử mạnh thông qua các nhóm hydroxyde và acetamide Tuy nhiên, β – chitin

có tính trương nở với nước cao Chitin bị hòa tan bởi dung dịch acid đậm đặc như HCl

và dimethylacetamide chứa 5% lithiumchoride

Chitin có cấu trúc rắn chắc hơn các polymer sinh học khác Độ rắn cao của chitin sẽ thay đổi theo từng loại chitin được chiết rút ra từ các nguyên liệu khác nhau

Chitin tự nhiên có độ deacetyl dao động trong khoảng từ 8 - 12%, phân tử lượng trung bình lớn hơn 1 triệu Dalton Tuy nhiên, chitin chiết từ vi sinh vật thì có phân tử lượng thấp, chỉ khoảng vài chục nghìn Dalton

2.2.2 Chitosan

2.2.2.1 Khái niệm

Chitosan được xem như là polymer tự nhiên quan trọng nhất Với đặc tính là có thể hoà tan tốt trong môi trường acid, chitosan được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm

Chitosan là dẫn xuất đề axetyl hoá của ehitin, trong đó nhóm (-NH2) thay thế nhóm (-COCH3) ờ vị trí C(2) Chỉtosan được cấu tạo từ các mắt xích D- glucozamin

11

liên kết vói nhau bởi các liên kết b~(l-4)~glicozỉt, do vậy chỉtosan có thể gọi là poly p~(l-4)~2-amino~2-deoxi~D~glucozơ hoặc là poly ß-(l-4)~D- glucozamin (cấu trúc ni)

Hình 2.3: cấu trúc chitosan (poly b-(l-4)-D- glucozamin)

Công thức phân tử: [C6H11O4N]n

Phân tử lượng: MChitosan = ( 161.07)n

Chitosan có màu trắng hay vàng nhạt, không mùi vị Không tan trong nước,dung dịch kiềm và axit đậm đặc nhưng tan trong acid loãng (pH6), tạo dung dịch keotrong, có khả năng tạo màng tốt, nhiệt độ nóng chảy 309 – 311 độ C

Chitosan và các dẫn xuất của chúng đều có tính kháng khuẩn, như ức chế hoạtđộng của một số loại vi khuẩn như E.Coli, diệt được một số loại nấm hại dâu tây, càrốt, đậu và có tác dụng tốt trong bảo quản các loại rau quả có vỏ cứng bên ngoài

Khi dùng màng chitosan, dễ dàng điều chỉnh độ ẩm, độ thoáng không khí chothực phẩm (Nếu dùng bao gói bằng PE thì mức cung cấp oxy bị hạn chế, nước sẽ bịngưng đọng tạo môi trường cho nấm mốc phát triển)

Màng chitosan cũng khá dai, khó xé rách, có độ bền tương đương với một sốchất dẻo vẫn được dùng làm bao gói

2.2.2.4 Tính chất hoá học của chitosan

1.5.2 Tính chất của Chitosan

Ở trạng tự nhiên chitosan là chất rắn, xốp nhẹ, hình vảy có thể xay nhỏ theonhiều kích cở khác nhau Chitosan có màu trắng hoặc vàng nhạt, không mùi không vị

( theo Riccardo, 1996)

1.5.2.1 Độ deacetyl (DD)

Một trong những chỉ số quan trọng của chitosan là độ deacetyl hoá (DD) hoặc

độ acetyl hoá (DA = 100- DD) Chitosan có độ DD khác nhau dẫn đến sự khác nhauvề khối lượng phân tử, độ nhớt, khả năng hoà tan trong acid

Một số phương pháp xácđịnh độ deacetyl

Hiện có nhiều phương pháp để xác định DD và sau đây là những phương phápphổ biến nhất

o Phương pháp xác định phổ hồng ngoại

Khi khảo sát phổ IR của chitin và chitosan, các nhà nghiên cứu nhận thấydao động hấp thu của nhóm –OH không phụ thuộc vào DD trong khi ở nhóm amide I

có hiện tượng này (Lưu Văn Chính, 2001)

Từ đó các nhà nghiên cứu đưa ra nhiều công thức thực nghiệm tính DD củasản phẩm Các công thức này khá lặp lại về kết quả và phù hợp với kết quả củaphương pháp chuẩn độ keo

DD = 100 – (A1655/A3450) x 115

Trong đó:

A1655: diện tích phần phổ hấp thu do dao động của nhóm amide I

A3450: diện tích phần phổ hấp thu do dao động của nhóm -OH

 Phương pháp phản ứng với ninhydrin

Nhóm amino của chitin và chitosan có khả năng phản ứng với ninhydrin tạo rahợp chất khử và amoni Hai hợp chất này phản ứng với nhau tạo hợp chất mang màu.Định độ hấp thu màu bằng phương pháp quang phổ UV, từ đó xác định DD

Phương pháp này dựa trên phương pháp định lượng độ keo do Terayama dùng

để phân tích các hợp chất đa điện tích trong dung dịch nước Dung dịch của mộtanionic đã biết nồng độ được mang đi tác dụng với dung dịch chitosan trong HCl,dùng methylen blue để xác định điểm cuối

 Phương pháp chưng cất với acid phosphoric

Khi tác dụng với acid phosphoric ở nhiệt độ cao, gốc acetyl trong chitosan sẽ bịtách ra dưới dạng acid acetic và định lượng bằng NaOH theo phương pháp chuẩn độthể tích

Cách tiến hành như sau: cho 0,3g vào dung dịch chứa 50ml H2O và 50mlH3PO4 85%, tiến hành chưng cất với nhiệt độ tăng dần 10C trong 1 phút cho đến

1600C, duy trì nhiệt độ này trong 60 phút, định lượng dịch chưng cất bằng dd NaOH0.1N với chất chỉ thị màu PP

Độ deacetyl được tính theo công thức:

DD = 100 – 2.03V/m

Với 2.03: hệ số liên quan đến phân tử lượng của chitin tính theo lý thuyết V: thể tích thực chuẩn độ mẫu

m: khối lượng mẫu thử đã dùng

 Dựa vào Nitrogen toàn phần

d là hàm lượng N của chitin theo lý thuyết

a là độ giảm khối lượng

Ngoài các phương pháp trên người ta còn sử dụng các phương pháp khác đểxác định DD như: phổ NMR, định phân acid-base, sắc ký khí, phương pháp thuỷ phânbằng acid và phân tích bằng HPLC,…

1.5.2.2 Dung môi và tính tan

Chitosan là một bazơ, dễ tạo muối với các acid, hình thành những chất điện

ly cao phân tử (polyelectrolyt) có tính tan phụ thuộc vào bản chất của các anion cóliên quan Quá trình hoà tan chitosan có thể xảy ra hai giai đoạn : hình thành muối vàhoà tan muối Tuy nhiên, thường cho acid và chitosan đã ở dạng huyền phù trongnước để hai quá trình xảy ra đồng thời Tính tan của muối chitosan phụ thuộc vàotrọng lượng phân tử, mức độ deacetyl hoá, tổng lượng acid có mặt và nhiệt độ dungdịch

a.Trong acid vô cơ

Chitosan tan được trong HCl, HBr, HI, HNO3, và HClO4 loãng nhưng cũng cóthể tách riêng được trong dung dịch HCl hoặc HBr khi tăng nồng độ acid Chitosantan rất ít trong H3PO4 đậm đặc, sự hoà tan xảy ra song song với sự sulfat hoá và thuỷphân chitosan

Chitosan tan được trong các dung dịch axit loãng là do sự proton hoá của nhómamin tự do Hằng số phân ly Kb của một nhóm amin được xác định dựa trên cân bằngsau:

-NH2 + H2O ⇔ - NH3 + OH

-K b=[−NH 3+].[OH−]

[−NH 2] và pKb = -logKbHằng số phân ly của axit liên hợp tương ứng được rút ra từ cân bằng: