CHỈ TIÊU PHÂN TÍCH CHITIN - CHITOSAN

Các chỉ tiêu phân tích hóa lý, nguyên tắc, cách tiến hành, cách tính toán và biện luận...

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM

PHÂN TÍCH CHITIN – CHITOSAN

KHOA MÔI TRƯỜNG & CÔNG NGHỆ SINH HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC

TP Hồ Chí Minh, 2013

LỜI NÓI ĐẦU

Để có một quy trình xử lý thành công, đòi hỏi chúng ta phải kiểm soát được quá trình vận hành cũng như các thông số kỹ thuật sản phẩm Thường thì người ta đi tiến hành từ cơ bản nhất là trạng thái, nhưng chỉ tiêu nay không mấy quan trọng chỉ mang tính chất cảm quan, các chỉ tiêu cho ta biết xác thực được chất lượng chitin – chitosan

là hàm lượng tro dưới 2%, hàm lượng tro càng thấp càng tốt và tùy thuộc lĩnh vực sử dụng mà cần hàm lượng này thấp tới đâu, ví dụ dùng trong công nghiệp thì dưới 2%, trong thực phẩm dưới 1% Độ ẩm thường thì dưới 10%, độ hòa tan cũng cho ta biết mức độ tinh khiết của chitosan tối đa có thể hòa tan 100%, độ nhớt dao động từ 20 – 4000cps, độ nhớt cao gây cản trở nhiều quá trình do vậy chỉ số này càng thấp càng tốt Quan trọng hơn hết là chỉ số deacetyl hóa chỉ số này càng cao chitosan càng tinh khiết đối đa 100% và hiên nay tốt nhất chỉ đạt 99% Đó là những thông số bản ánh chất lượng chitin – chitosan, ngoài ra người ta còn phân tích tính an toàn của sản phẩm (các tác nhân tạp nhiễm trong sản phẩm) đầu tiên phải nói tới là hàm lượng kim loại nặng như As dưới 1mg/kg, Pb dưới 2mg/kg, Hg dưới 0.5mg/kg, thứ hai là các thành phần vi

sinh coliform tổng dưới 1000 khuẫn lạc, E.coli, salmonela không cho phép có

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỤC LỤC ii

DANH SÁCH HÌNH VÀ BẢNG iv

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH 1

1.1 Quy trình sản xuất 1

1.2 Phân tích nguyên liệu vỏ tôm 2

1.2.1 Độ ẩm vỏ tôm 2

1.2.2 Khoáng tổng số 3

1.2.3 Đạm tổng số 6

1.3 Phân tích các giống khởi động 9

1.3.1 Chỉ số thông dụng 10

1.3.2 Mật độ cấy giống 10

1.4 Phân tích canh trường lên men 11

1.5 Tổng hợp kết quả 15

1.6 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm [3] 15

1.6.1 Trạng thái 16

1.6.2 Độ ẩm 16

1.6.2.1 Xác định độ ẩm bằng phương pháp sấy khô 16

1.6.2.2 Xác định độ ẩm bằng phương pháp Karl Fischer 17

1.6.3 Độ deacetyl hóa 19

1.6.3.1 Xác định độ deacetyl hóa dựa vào hàm lượng đạm tổng số 20

1.6.3.2 Xác định độ deacetyl bằng phương pháp quang phổ hồng ngoại 22

1.2.4 Khối lượng phân tử 23

1.2.5 Độ nhớt 25

1.2.6 Khả năng hòa tan 27

1.2.7 Hàm lượng khoáng 28

1.2.8 Hàm lượng kim loại nặng [26], [27] 29

1.2.8.1 Hàm hượng Asen bằng phương pháp đo màu 30

1.2.8.2 Hàm lượng Pb 33

1.2.8.3 Xác định thủy ngân tổng số bằng quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngon lửa 37 1.2.9 Xác định coliform tổng [12] 39

1.2.10 Xác định E.coli [21] 39

CHƯƠNG 2 TIÊU CHUẨN SẢN PHẨM 42

2.1 Tiêu chuẩn sản phẩm 42

2.1.1 Theo bài báo khoa học 42

2.1.2 Theo các công ty thương mại 44

CHƯƠNG 3 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52

3.1 Kết luận 52

3.2 Kiến nghị 53

Tài liệu tham khảo 54

HẾT 56

DANH SÁCH HÌNH VÀ BẢNG

Hình 1 1 Log mật độ tế bào 11

Hình 1 2 dịch canh trường sau lên men 12

Hình 1 3 vỏ tôm sau lên men 13

Hình 1 4 vỏ tôm sau lên men và được tẩy màu 15

Hình 1 5 Deacetyl hóa chitin cho ra chitosan 19

Bảng 1 1 Kết quả phân tích độ ẩm trước lên men 2

Bảng 1 2 Kết quả phân tích độ ẩm sau lên men 3

Bảng 1 3 kết quả phân tích khoáng trước lên men 4

Bảng 1 4 kết quả phân tích khoáng sau lên men 5

Bảng 1 5 thông số phân tích khoáng 5

Bảng 1 6 kết quả phân tích đạm tổng số trước lên men 8

Bảng 1 7 kết quả phân tích đạm tổng số sau lên men 9

Bảng 1.8 thông số phân tích khoáng 9

Bảng 1 9 kết quả chuẩn độ acid lactic 14

Bảng 1 10 Tính hàm lượng % nitơ toàn phần trong mẫu chitin theo lý thuyết 20

Bảng 1 11 Tính hàm lượng % nitơ toàn phần trong mẫu chitosan theo lý thuyết. 21

Bảng 1 12 Giá trị của K và α theo độ deacetyl hóa của chitosan 24

Bảng 2.1 Chỉ tiêu chitin [19] 42

Bảng 2 2 Chỉ tiêu chitosan 42

Bảng 2 3 Chi tiêu chitosan [10] 43

Bảng 2.4 Chỉ tiêu chitosan [15] 43

Bảng 2 5 Chỉ tiêu chitosan 44

Bảng 2.6 Chỉ tiêu chitosan 45

Bảng 2.7 Chỉ tiêu chitosan 46

Bảng 2 8 Chỉ tiêu chitosan 46

Bảng 2 9 Chỉ tiêu chitin 47

Bảng 2 10 Chỉ tiêu chitosan 48

Bảng 2 11 Chỉ tiêu chitin 49

Bảng 2 12 Chỉ tiêu chitosan 49

Bảng 2 13 Chitosan được sử dụng trong y học tại Viêt Nam 50

Bảng 3 1 Tổng hợp chất lượng chitosan 52

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH 1.1 Quy trình sản xuất

1.2 Phân tích nguyên liệu vỏ tôm

Mục đích của việc phân tích quy trình lên men này được tiến hành chủ yếu nhầm giám sát quá trình vận hành, đánh giá hiệu suất của quá trình xử lý

- Sơ đồ phân tích các chỉ tiêu trong vỏ tôm sú

1.2.1 Độ ẩm vỏ tôm

Xác định độ ẩm bằng phương pháp sấy khô, về nguyên tắc, dụng cụ, cách tiến hành, cách tính toán kết quả được trình bày rỏ ở mục 1.6.2

- Kết quả phân tích độ ẩm vỏ tôm trước lên men như sau:

Bảng 1 1 Kết quả phân tích độ ẩm trước lên men

nung

Độ ẩm (%)

- Kết quả phân tích độ ẩm vỏ tôm sau lên men như sau:

Bảng 1 2 Kết quả phân tích độ ẩm sau lên men

nung

độ ẩm (%)

- Xác định khối lượng chén nung: Nung cốc ở nhiệt độ 5500C trong 2 giờ, làm nguội ở bình hút ẩm 45 phút và cân Lặp lại đến khi có trọng lượng không đổi

- Khoáng hóa: Cân 2 g mẫu vào chén đã biết khối lượng, nung ở nhiệt độ 1000C đến khi hết khói đen bay ra thì tăng nhiệt độ từ 5500C kéo dài trong 4 giờ

- Xác định khối lượng khoáng: Mẫu sau khi đã khoáng hóa xong (mẫu trắng đều, nếu còn vết đen xen kẽ thì thêm 10 ml nước cất nóng và nung tiếp) đem để nguội ở bình hút ẩm 45 phút và cân Lặp lại việc nung (khoảng 1 giờ) và cân đến khối lượng không đổi

W là khối lượng mẫu, (g)

Khối lượng (g) khoáng trong nguyên liệu theo công thức sau:

Trong đó:

TA% là phần trăm hàm lượng khoáng tổng số, (%)

W là khối lượng mẫu mang đi khoáng hóa, (g)

 Kết quả khoáng hóa trước lên men:

 Kết quả khoáng hóa sau lên men:

Bảng 1 4 kết quả phân tích khoáng sau lên men

m cốc (g) m mẫu (g) m cốc + mẫu sau nung % tro

Bảng 1 5 thông số phân tích khoáng

m Vỏ tôm ban đầu 2000 (g)

m Vỏ tôm sau lên men 1600 (g)

m khoáng đầu 6,08163

m khoáng sau 1,059808554

- Dựa theo cách tính của Rao và cộng sự (2000), theo công thức sau tính được hiệu

suất quá trình khư khoáng:

1.2.3 Đạm tổng số  Nguyên tắc - Vô cơ hóa mẫu: Trước tiên mẫu được vô cơ hóa bằng H2SO4 đặc ở nhiệt độ cao và có chất xúc tác Các phản ứng của quá trình vô cơ hóa xảy ra như sau: 2H2SO4 → 2H2O +2SO2↑+ O2 Oxi tạo thành trong phản ứng lại oxi hóa các nguyên tố khác Các phân tử chứa nitơ dưới tác dụng của H2SO4 tạo thành NH3 Ví dụ: các protein bị thủy phân thành acid amine; carbon và hidro của acid amine tạo thành CO2 và H2O; còn nitơ được giải phóng dưới dạng NH3 kết hợp với H2SO4 dư tạo thành (NH4)2SO4 tan trong dung dịch 2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4 Các nguyên tố P, K, Ca, Mg, chuyển thành dạng oxide: P2O5, K2O, CaO, MgO,

- Chưng cất đạm:

Đuổi NH3 ra khỏi dung dịch bằng NaOH

(NH4)2SO4 + 2 NaOH = Na2SO4 +H2O + 2NH3↑

Lúc này NH3 bay ra được làm lạnh biến đổi thành NH4OH rơi vào bình hứng, dưới

Lưu ý: Giai đoạn này phải thực hiện trong tủ Hotte, đặt bình hơi nghiêng trên bếp,

tránh trường hợp khi sôi mạnh hóa chất bắn ra ngoài, khi đã sôi giữ nhiệt độ bếp

đun vừa phải để tránh hóa chất trào ra ngoài và không bị bay mất ammoniac

Trong khi đun, theo dõi sự mất màu đen của dung dịch trong bình đun, khi thấy dung dịch gần như trong suốt thì có thể lắc nhẹ bình để kéo hết các phân tử ở trên thành bình còn chưa bị oxi hoá vào trong dung dịch Tiếp tục đun cho đến khi dung dịch trong hoàn toàn Để nguội bình rồi chuyển toàn bộ dung dịch sang bình định mức 100 ml, dùng nước cất vô đạm tráng lại bình Kjeldahl và định mức đến vạch

- Cất đạm: Chuyển 50ml dung dịch trong bình định mức ở trên vào bình cất đạm có sẵn 50ml nước cất và 3 giọt thuốc thử Tashiro lúc này trong bình có màu tím hồng

Tiếp tục cho vào bình cất 20ml NaOH 40% cho đến khi toàn bộ dung dịch chuyển sang màu xanh lá mạ (thêm 5ml NaOH 40% nếu dung dịch trong bình chưa chuyển hết sang màu xanh lá mạ)

- Tiến hành lắp hệ thống cất đạm, cho vào bình hứng 20ml H2SO4 0,1N và 3 giọt thuốc thử Tashiro (dung dịch có màu tím hồng) Đặt bình hứng sao cho ngập đầu ống sinh hàn Bật công tắc cất đạm Kiểm tra xem hơi ra từ đầu ống sinh hàn có

làm xanh giấy quỳ không, nếu không thêm NaOH 40% Sau khi cất đạm 20 – 25

phút để kiểm tra xem NH4OH còn được tạo ra không, dùng giấy quỳ ẩm thử ở đầu ống sinh hàn Nếu giấy quỳ không đổi sang màu xanh là được Ngưng cất đạm, đợi

hệ thống nguội mới tháo hệ thống đem đi rửa.[2]

- Chuẩn độ: dùng NaOH 0,1N chuẩn độ H2SO4 dư trong bình hứng bằng cho đến khi mất màu tím hồng và chuyển sang màu xanh lá mạ

 Tính kết quả

- Hàm lượng % nitơ tổng số được tính theo công thức

) Trong đó:

V1: số ml H2SO4 cho vào bình hứng

V2: số ml NaOH 0,1N đã chuẩn độ

A: số miligam nguyên liệu

1,42: hệ số; cứ 1 ml H2SO4 dùng để trung hòa NH4OH thì tương đương với 1,42

mg Nitơ

 Kết quả đạm tổng số trước lên men:

3 101,1 20 14,9 14,3264

 Kết quả đạm tổng số trước lên men:

Bảng 1 7 kết quả phân tích đạm tổng số sau lên men

Lặp lại m mẫu (mg) V H2SO4 V NaOH N (mg%)

- Từ quá trình sản xuất ta thu được bảng số liệu sau:

Bảng 1.8 thông số phân tích khoáng

m Vỏ tôm ban đầu 2000 (g)

m Vỏ tôm sau lên men 1600 (g)

- Dựa theo cách tính của Rao và cộng sự (2000), theo công thức sau tính được hiệu

suất quá trình khử protein

1.3 Phân tích các giống khởi động

- Trong quá trình xử lý này nguồn giống đóng vai trò hết sức quan trong, nó quyết định quá trinh có được thực thi hay không Khi đi phân tích giống thường nhà sản xuất sẽ phân tích xác định mật độ giống và phần trăm thể tích cấy giống Và

giám sát các điều kiện ngoại cảnh phù hợp cho vi sinh phát triển

- Sơ đồ phân tích các chỉ tiêu trước khi cấy giống

1.3.1 Chỉ số thông dụng

- Nguồn giống sẽ được tăng sinh trong môi trường MRS, duy trì 37oC trong vòng

24h hoặc hơn nhưng không quá 48h

- Thể tích được dùng cấy giống khi giống tăng sinh đạt mật độ yêu cầu là trên

15% (so với khối lựong vỏ tôm tươi)

- Cách xác định mật độ được sử dụng là lập một đường chuẩn có quan hệ tuyến

tính giữa mật độ quang OD và log nồng độ tế bào

- Kết quả đo OD xác định mật độ được dùng trong lên men là:

OD = 0,272, dựa vào đường chuẩn tính được mật độ lúc cấy giống 3,5*105

cfu/ml

1.4 Phân tích canh trường lên men

- Có nhiều chỉ tiêu cần phân tích trong phần canh trường này, tuy nhiên để đánh giá hiệu suất quá trình khử khoáng thì chỉ cần xác định các thông số như pH môi trường, lượng acid tạo ra (acid càng nhiều qua trình khử khoáng cáng tốt), phân tích hàm lượng khoáng và protein sau lên men là có thể kết luận được hiệu quả quá trình

- Sơ đồ phân tích các chỉ tiêu trong canh trường sau lên men

y = 2.7655x + 4.7915 R² = 0.9812

5.05 5.1 5.15 5.2 5.25 5.3 5.35 5.4 5.45

1.4.1 Trạng thái chung sau lên men

- Kết thúc lên men là 96h, tháo canh trường ra sẽ có mùi mắm đậu, màu vàng nhẹ

(chưa tẩy màu), đục

Dịch lên men

Hình 1 2 dịch canh trường sau lên men

- Vỏ tôm thấy mỏng hơn trước khi lên men, mềm, dai hơn, màu vàng…ở những cấu

trúc xốp thấy có nhớt nhẹ

1.4.2 Phân tích các thông số cơ bản

 Đo pH

- pH sau 72h lên men là 3,99

- pH sau 96h lên men là 3,95 Giấy quỳ và kiểm tra lại bằng máy đo pH

 Chuẩn độ acid tạo ra

- Hóa chất dùng chuẩn độ là NaOH 0,1N, dụng cụ máy đo pH

- Tiến hành lấy 10ml dịch lên men, cắm đầu dò pH vào Cho NaOH 0,1N từ buret nhỏ xuống cốc từ từ và lắc liên tục, theo dõi pH tăng tới 8,3 thì dừng lại đọc kết

quả

- Sau 72h chuẩn độ cho kết quả 10ml dịch lên men trung hòa hết 20ml NaOH 0,1N

Hình 1 3 vỏ tôm sau lên men

- Sau 96h chuẩn độ cho kết quả 10ml dịch lên men trung hòa hết 21,9ml NaOH

0,1N

 Tính lượng acid lactic tạo thành

- Tổng hợp số liệu từ đầu quy trình sản xuất ta có các thông số sau:

Bảng 1 9 kết quả chuẩn độ acid lactic

Tổng thể tích 7000 (g) Kết quả chuẩn độ (sau 96h)

1.5 Tổng hợp kết quả

- Vỏ tôm thấy mỏng hơn trước khi lên men, mềm, dai hơn,…ở những cấu trúc xốp

thấy có nhớt nhẹ Màu sắc trắng hơi ngà

- pH cuối cùng đo được sau khi lên men 96h là 3,95

- Phần trăm acid lactic đươc tạo ra là 6,8985% so với nguyên liệu vỏ tôm

- Hiệu quả khử khoáng đạt 98,61 (%)

- Hiệu quả khử protein đạt 65,8616 %

1.6 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm [3]

 Muốn đánh giá được chất lượng sản phẩm thì điều tiên quyết đầu tiên phải chắc rằng nguồn mẫu là chitosan, vậy muốn biết chính xác có đúng là chitosan hay không ta tiến hành phản ứng kiểm tra định tính nhanh chitosan:

- Pha lấy 10ml chitosan nồng độ 0,5% trong dung dịch acid acetic 1%, rồi thêm 0,1ml KMnO4 vào, dung dịch sẽ chuyển từ màu tím sang vàng nhạt

 Điều quan trọng nữa là muốn có thông số kiểm tra chính xác nhất ta nên thực hiện các bước tinh sạch chitosan trước khi đem đi kiểm tra như sau:

- Sau khi hoà tan chitosan thành dung dịch 1%, chúng ta tiến hành lọc bỏ phần cặn thu lấy dịch có độ nhớt đồng nhất

Hình 1 4 vỏ tôm sau lên men và được tẩy màu

- Trung hòa với NaOH 2M về pH = 7, ở pH này chitosan sẽ tủa lại, tạo thành dạng bông xốp, màu trắng ngà

- Lọc, sấy, nghiền, rây thu chitosan tinh sạch, sử dụng chitosan này làm nguồn mẫu cho các bước kiểm tra sau

1.6.1 Trạng thái

- Màu trắng, đục

- Dạng miếng, vảy hoặc bột

- Không tan trong nước, các dung môi và axetic loãng

- Sau đó cho vào cốc khoảng 10g mẫu Cân tất cả ở cân phân tích với độ chính xác như trên

- Cho tất cả vào tủ sấy ở 100 – 103oC, sấy cho đến khi trọng lượng không đổi, thường tối thiểu là 6h Trong thời gian sấy, cứ sau 1h lại dùng đũa thuỷ tinh đầu

- Cho lại vào tủ sấy 100 – 103oC trong 30 phút, lấy ra làm nguội trong bình hút ẩm (20 – 25 phút) và đem cân như trên tới khi trọng lượng không đổi Kết quả giữa hai lần cân liên tiếp không được cách nhau quá 0,5mg cho mỗi gam mẫu thử

m1: trọng lượng cốc cân, cát, và của mẫu trước khi sấy (g)

m2: trọng lượng cốc cân, cát đũa thủy tinh và của mẫu sau khi sấy (g)

Sai lệch giữa hai lần xác định song song không được lớn hơn 0,5 %

Kết quả cuối cùng là trung bình của 2 lần lặp lại song song

Cũng có thể cho kết quả sai số do một số thành phần bị oxy hóa khi gặp không khí

ở nhiệt độ cao (như mẫu có nhiều chất béo)

1.6.2.2 Xác định độ ẩm bằng phương pháp Karl Fischer

 Nguyên tắc

- Dựa trên độ mất màu của iot Ở nhiệt độ thường I2 kết hợp với nước và SO2 thành

HI không màu, theo phản ứng:

I2 + SO2 + 2H2O ↔ 2HI + H2SO4

- Từ sự mất màu của dung dịch iot, ta có thể tính phần trăm lượng nước có trong mẫu Phản ứng trên là phản ứng thuận nghịch, muốn cho phản ứng theo một chiều, Fischer cho thực hiện phản ứng trong môi trường có piridin

- Phương pháp này có thể phát hiện được tới vết nước (lượng nước rất nhỏ) và nếu

sử dụng máy đo tự động có thể xác định độ ẩm hàng loạt trong công nghiệp

 Dụng cụ hóa chất

- Máy đo độ ẩm tự động theo phương pháp Fischer

- Cân phân tích

- Thuốc thử Fischer: Piridin 10 mol ,SO2 3mol, Iot 1 mol , Metanol 5 lit

1ml thuốc thử này tương đương với 7,2 mg nước

1.6.3 Độ deacetyl hóa

 Khái niệm về độ deacetyl

- Là việc di chuyển các nhóm acetyl từ chuổi phân tử chitin, để lại đằng sau một hợp chất gọi là chitosan với nhóm – NH2

Hình 1 5 Deacetyl hóa chitin cho ra chitosan

- Mức độ acetyl hóa là một đặc tính quan trọng của quá trình sản xuất chitosan bởi vì

nó ảnh hưởng đến tính chất hóa lý và khả năng ứng dụng của chitosan sau này

- Mức độ deacetyl hóa của chitosan lên xuống từ 56 – 99%, trung bình là 80% Chitin với mức độ deacetyl hóa 75% hoặc cao hơn được gọi là chitosan

 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ deacetyl

- Độ deacetyl cao hay thấp phụ thuộc vào loài giáp xác

- Phụ thuộc vào chất lượng của chitin (nguyên liệu của quá trình deacetyl hóa)

- Chất lượng hóa chất dùng trong giai đoạn này cũng mang quyết định lớn đến hiệu suất deacetyl hóa

- Chế độ gia nhiệt

 Các phương pháp xác định độ deaetyl hóa

- Có rất nhiều phương pháp đã được công bố nhằm xác định độ deacetyl hóa của chitosan bao gồm: phương pháp Ninhydrin, phương pháp chuẩn độ, quang phổ hồng ngoại và tử ngoại Dưới đây là các phương pháp người ta thường dùng nhất

1.6.3.1 Xác định độ deacetyl hóa dựa vào hàm lượng đạm tổng số

- Nguyên lý: do khi chitin chuyển thành chitosan thì gốc acetyl cũng chuyển thành gốc amino, từ đó sẽ làm ảnh hưởng tới hàm lượng đạm tổng số, dựa vào sự thay đổi hàm lượng đạm tổng số ta xác định được độ deacetyl Cụ thể như sau

- Trong phân tử chitin (C8H13O5N)n nếu lấy một monome thì là C8H13O5N, ta lập được bảng sau để tính hàm lượng % nitơ toàn phần trong mẫu chitin theo lý thuyết (ký hiệu a):

Bảng 1 10 Tính hàm lượng % nitơ toàn phần trong mẫu chitin theo lý thuyết

Nguyên tố

Số nguyên tử trong một monome

Tính ra đơn

vị oxi

Tỉ lệ % trong mạch

a = 6,89%

- Trong chitosan (C6H11O4N)n nếu lấy một monomer thì là C6H11O4N, ta lập được bảng để tính hàm lượng % nitơ trong mẫu chitosan theo lý thuyết (ký hiệu b):

Bảng 1 11 Tính hàm lượng % nitơ toàn phần trong mẫu chitosan theo lý thuyết

- Độ acetyl hóa được tính theo công thức sau:

Trong đó:

c là hàm lượng % nitơ toàn phân trong mẫu đem đi kiểm tra

a là hàm lượng % nitơ toàn phần trong mẫu chitin tính theo lý thuyết

b là hàm lượng % nitơ toàn phần trong mẫu chitosan tính theo lý thuyết

1.6.3.2 Xác định độ deacetyl bằng phương pháp quang phổ hồng ngoại

- Trong phương pháp quang phổ hồng ngoại, chitosan được chuẩn bị dưới dạng hỗn hợp với đĩa KBr Đĩa KBr được chuẩn bị dựa theo phương pháp của Sabnis và Block với một ít cải tiến nhằm cho kết quả chính xác hơn, dễ thực hiện hơn Bột chitosan nghiền nhỏ được nến tạo thành hình đĩa và sấy trước khi phân tích

- Màng chitosan được chuẩn bị theo phương pháp của Baxter và cộng sự Chitosan được pha trong dung dịch acid acetic và sấy tạo màng Màng hitosan được khử điện tử sau khi rửa với methanol ammonia, nước cất và methanol Màng chitosan tiếp tục được sấy trước khi phân tích.[8],[9],[10]

- Phổ của đĩa KBr và màng chitosan được ghi bằng thiết bị quang phổ hồng ngoại

Độ deacetyl hóa (DD) của chitosan được tính toán bằng 2 công thức như sau;

] Trong đó:

A1655 và A3450 lần lượt là độ hấp thụ của dải bước sóng amine tại 1655cm-1 là hàm lượng nhóm N-acetyl và dải hydroxyl tại 3450cm-1

là số liệu hiệu chỉnh các sai số gây ra do độ dày của màng và sự khác biệt về mật độ của chitosan dạng bột

Hệ số 1,33 là giá trị tỷ lệ (A1655/A3450) của chitosan được acetyl hóa hoàn toàn, hay

1.2.4 Khối lượng phân tử

- Khối lượng phân tử của chitosan là một trong những thông số quan trọng cần được xác định khi tiến hành nghiên cứu chitosan Tùy vào điều kiện sản xuất mà chitosan có khối lượng phân tử khác nhau

- Chitosan là một polymer sinh học có khối lượng phân tử cao Giống như thành phần cấu tạo của nó, khối lượng phân từ của chitosan thay đổi theo nguồn ngyên liệu thô và phương pháp xử lí nguyên liệu trước khi đưa vào sản xuất Khối lượng phân tử của chitin trong tự nhiên thường lớn hơn 1triệu Dalton trong khi các sản phẩm chitosan thương phẩm có khối lượng khoảng 100.000 – 1.000.000 Dalton, phụ thuộc quá trình chế biến và loại sản phẩm Thông thường nhiệt độ cao, sự có mặt của oxy và sức kéo có thể dẫn đến phân hủy chitosan Giới hạn nhiệt độ là 280°C, sự phân hủy do nhiệt có thể xảy ra và mạch polymer nhanh chóng bị phá

vỡ, do đó khối lượng phân tử giảm.[7]

 Phương pháp xác định khối lượng phân tử trung bình

- Nguyên tắc: Thông thường, người ta sử dụng phương pháp đo độ nhớt cấu trúc để xác định khối lượng phân tử của chitosan Phân tử lượng tính toán được chính là khối lượng phân tử trung bình của chitosan trong dung dịch Độ nhớt là một thuộc tính của chất lưu như chất lỏng và khí Đối với chất lỏng, hay dung dịch polymer như dung dịch chitosan, chủ yếu độ nhớt chịu ảnh hưởng của lực tương tác nội phân tử.[1],[2]

- Cách tiến hành: Vì chitosan là chất rắn nên việc đầu tiên là tạo thành dụng dịch chitosan với hệ dung môi ( 0,3M CH3COOH; 0,2M CH3COONa) Độ nhớt tương đối của dung dịch được xác định bằng công thức:

đ

Trong đó:

t là thời gian chảy qua mao quản nhớt kế của dung dịch

t0 là thời gian chảy qua mao quản nhớt kế của dung môi

ηtđ là độ nhớt tương đối của dung dịch (ηtđ > 1 do t > to)

Giá trị độ nhớt riêng ηr được xác định theo công thưc:

[ ] ( ) Sau đó, ta sẽ tính toán và lập phương trình hồi quy tuyến tính giữa nồng độ C (%)

và ηr/C (100ml/g) có dạng:

Y = ax + b (*) Dựa vòa phương trình (*), khi x →0 thì y→b, hay [η] sẽ đạt dược giá trị b×100 (ml/g) khi C% = 0

K và α có giá trị phụ thuộc vào độ deacetyl hóa của chitosan Đối với hệ dung môi

0,3M CH3COOH; 0,2M CH3COONa, các giá trị được trình bày theo bảng sau:

Bảng 1 12 Giá trị của K và α theo độ deacetyl hóa của chitosan

Sau khi đối chiếu độ deacetyl hóa và tìm ra giá trị của K và α ta có thể xác định

được khối lượng phân tử trung bình của chitosan trước và sau khi chiếu xạ theo

công thức Mark-Houwink: [5]

([ ]

)

- 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

- Quá trình loại protein trong dung dịch NaOH 3% và sự khử trong quá trình khử khoáng làm giảm độ nhớt của dung dịch chitosan thành phẩm

 Phương pháp xác định độ nhớt

- Nguyên lý: nếu cho chất lỏng chảy qua các mao quản, chất lỏng có độ nhớt càng cao thì chảy qua càng chậm, vì thế ta dựa vào tính chất đó để xác định độ nhớt của chất lỏng

- Phương pháp: đối với dòng chảy tầng ổn định của chất lỏng Newton trong ống mao dẫn, phương trình cổ điển của Hagen Poiseuille đã đưa ra những nền tảng cho việc đo độ nhớt

Trong đó: