Nghiên cứu sản xuất chitin chitosan bằng nhiều phương pháp và ứng dụng sản xuất glucosamime hydrochloride

Danh mục các hình 1.15 Một số loại glucosamine đang được bày bán trên thị trường 22 1.16 Quy trình sản xuất chitosan của Đỗ Minh Phụng, trường 1.17 Quy trình sản xuất chitosan ở Trung t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA HÓA

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT CHITIN, CHITOSAN BẰNG NHIỀU PHƯƠNG PHÁP VÀ ỨNG DỤNG SẢN XUẤT GLUCOSAMINE HYDROCHLORIDE

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Hồng Ánh

MỤC LỤC

ĐẶT VẤN ĐỀ 9

Lý do chọn đề tài: 9

Tính cấp thiết của đề tài: 10

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 12

1.1 Nguồn nguyên liệu sản xuất chitin, chitosan 12

1.2 Chitin và ứng dụng của nó 13

1.2.1 Lịch sử phát hiện chitin 13

1.2.2 Khái niệm, nguồn gốc của chitin 15

1.2.3 Cấu trúc hóa học của chitin 16

1.2.4 Tính chất lý hóa của chitin [5] 17

1.2.5 Ứng dụng của chitin 18

1.3 Chitosan và ứng dụng của nó 19

1.3.1 Khái niệm chitosan 19

1.3.2 Cấu trúc hóa học của chitosan [5] 19

1.3.3 Tính chất lý hóa của chitosan [5] 20

1.3.4 Ứng dụng của chitosan 23

1.4 Glucosamine và ứng dụng của nó 25

1.4.1 Khái niệm 25

1.4.2 Cấu trúc hóa học của glucosamine 26

1.4.3 Tính chất lý hóa của glucosamine 27

1.4.4 Glucosamine hydrochloride 28

1.4.5 Dược lý và dược động học của glucosamine và muối của nó [16] 28

1.5 Tình hình nghiên cứu sản xuất và ứng dụng trong thực tế ở Việt Nam và trên thế giới [5] 32

1.6 Một số quy trình sản xuất chitin, chitosan [13] 36

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 39

2.1 Đối tượng nghiên cứu 39

2.2 Phương pháp nghiên cứu 39

2.2.1 Phương pháp vật lý 39

2.2.2 Phương pháp hóa lý 39

2.2.3 Phương pháp hóa học 39

2.2.4 Phương pháp sinh học 40

2.3 Hóa chất và thiết bị 40

3.1 Kiểm tra chất lượng nguyên liệu đầu vào 41

3.2 Nghiên cứu tối ưu hóa thời gian loại khoáng bằng phương pháp hóa học

42

3.2.1 Xây dựng điều kiện khảo sát quá trình loại khoáng 42

3.2.2 Thực hiện khảo sát quá trình loại khoáng 43

3.3 Nghiên cứu tối ưu hóa nhiệt độ loại protein bằng phương pháp hóa học

45

3.3.1 Xây dựng điều kiện khảo sát quá trình loại protein 45

3.3.2 Thực hiện khảo sát quá trình loại protein 46

3.4 Nghiên cứu quy trình sản xuất chitin, chitosan bằng phương pháp hóa học

49

3.4.1 Quy trình sản xuất chitin, chitosan bằng phương pháp hóa học 49

3.4.2 Sản xuất chitin, chitosan bằng phương pháp hóa học 51

3.5 Nghiên cứu quy trình sản xuất chitin, chitosan bằng phương pháp sinh hóa

53

3.5.1 Quy trình sản xuất chitin, chitosan bằng phương pháp sinh hóa 53

3.5.2 Sản xuất chitin, chitosan bằng phương pháp sinh hóa 54

3.6 So sánh chất lượng chitin, chitosan sản xuất bằng hai phương pháp 57

3.6.1 So sánh chất lượng chitin sản xuất bằng hai phương pháp 57

3.6.2 So sánh chất lượng chitosan sản xuất bằng hai phương pháp 62

3.7 Đề xuất quy trình sản xuất Glu.HCl 66

KẾT LUẬN 71

Danh mục các từ viết tắt:

Glu.HCl : Glucosamine hydrochloride

E – A : Phương pháp enzyme – acid ( phương pháp sinh hóa)

A – B : Phương pháp acid – base (phương pháp hóa học)

Danh mục các hình

1.15 Một số loại glucosamine đang được bày bán trên thị trường 22

1.16 Quy trình sản xuất chitosan của Đỗ Minh Phụng, trường

1.17 Quy trình sản xuất chitosan ở Trung tâm cao phân tử thuộc

1.18

Quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tôm sú bằng phương pháp hóa học với một công đoạn xử lý kiềm ( Trần Thị Luyến, 2003)

29

Hình Nội dung Trang

3.2 Các mẫu vỏ tôm sau khi loại khoáng ở 2 giờ (1) , 4 giờ (2),

3.3 Sự giảm dần hàm lượng canxi còn lại trong các mẫu khảo

3.4

Các mẫu chitin sau khi loại protein ở 25ᴼC (1), 40ᴼC (2), 60ᴼC (3), 80ᴼC (4) và 100ᴼC (5) trong cùng thời gian là 1 giờ

3.9 quy trình sản xuất chitin, chitosan bằng phương pháp sinh

3.12 Chitin trước khi tẩy màu theo phương pháp E-A (1) và A-B

3.13 Chitin sau khi tẩy màu theo phương pháp E-A (1) và A-B

3.14 Chitosan sản xuất theo phương pháp E-A (1) và A-B (2) khi

Hình Nội dung Trang

3.15 Chitosan sản xuất theo phương pháp E-A (1) và A-B (2)

3.17 Dịch lọc Glu.HCl trước và sau khi lọc, tinh thể

Danh mục các bảng

3.2 Hàm lượng canxi còn lại trong các mẫu khảo sát thời gian

3.3 Hàm lượng nitơ tổng các mẫu khảo sát nhiệt độ quá trình

3.8 Điều kiện tiến hành loại protein bằng chế phẩm protease 46

3.13 Định mức nguyên vật liệu sử dụng để sản xuất 1kg chitin

3.15 So sánh chất lượng chitosan sản xuất bằng hai phương pháp 54 3.16 Khối lượng chitin ướt cần dùng để sản xuất 1kg chitosan 55 3.17 Định mức nguyên liệu sử dụng để sản xuất 1kg chitosan

Bảng Nội dung Trang

3.21 Khối lƣợng chitin cần dùng để điều chế 1kg glucosamine 60 3.22 Định mức nguyên vật liệu sử dụng để sản xuất 1kg Glu.HCl 60

Chitosan là một polymer sinh học tự phân hủy tự nhiên được sản xuất từ chitin, một polysaccharide có nguồn gốc từ vỏ tôm, cua và tôm hùm Sự phát triển của các ứng dụng kinh doanh của chitin và chitosan trong các lĩnh vực khác nhau như y sinh học, dinh dưỡng, chế biến thực phẩm, nông nghiệp, mỹ phẩm, và xử lý nước thải đã nhanh chóng mở rộng trong những năm gần đây [21]

Chitin và dẫn xuất của nó là chitosan, có nhiều ứng dụng trong công nghệ thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm và công nghiệp chế biến Chitin có trong vỏ tôm Ước tính thị trường toàn cầu cho chitin và chitosan vào năm 2018 có thể lên đến 118.000 tấn Chitin được sử dụng thay thế các loại hóa chất (như flocculant) để xử lý nước rất phổ biến ở Nhật Bản, một thị trường lớn nhất cho chitin và chitosan Trong ngành mỹ phẩm, chitin có trong các sản phẩm chăm sóc da và tóc như dầu gội đầu, dầu xả và chất dưỡng ẩm Trong số các nước phát triển nuôi trồng thủy sản, Trung Quốc, Thái Lan và Ecuador đã xây dựng ngành công nghiệp sản xuất chitin và chitosan rất lớn [9]

Glucosamine hydrochloride (Glu.HCl) là một đường amin được tích hợp vào cấu trúc của các mô cơ thể Glu.HCl có thể thu được bằng cách thủy phân và deacetyl chitin, một polymer của N-acetyl glucosamine hoặc do thủy phân chitosan với axit clohidric Đó là mong muốn nếu các quá trình như vậy có hiệu quả trong cả thời gian và chi phí, và sản xuất sản phẩm có độ tinh khiết cao với năng suất tốt Nó chiếm khoảng 80% glucosamine, một hợp chất hữu ích trong việc duy trì sức khỏe chung ở những người mắc bệnh thoái hóa như bệnh viêm khớp Khi uống vào bụng,

nó được chọn lọc đưa lên bởi các mô doanh để phát huy tác dụng có lợi Glucosamine cũng có thể có tác dụng điều trị khác như chống virus, chống ung thư, chống lão hóa, miễn dịch tăng hay giảm cholesterol hoạt động [23]

Tính cấp thiết của đề tài:

Trong những năm qua, ngành chế biến thủy sản của nước ta đã có bước phát triển nhanh chóng, hiện đã có 575 cơ sở chế biến quy mô công nghiệp với tổng công suất thiết kế gần 2,8 triệu tấn sản phẩm/năm Chế biến thủy sản đã có đóng góp quan trọng trong phát triển lĩnh vực thủy sản nói riêng và cho nền kinh tế quốc dân nói chung Trong nhiều năm liền, thuỷ sản duy trì được vị trí là một trong những mặt hàng đem lại nguồn ngoại tệ lớn nhất cho Việt Nam, chiếm 8 – 11% tổng giá trị kim ngạch xuất khẩu cả nước Năm 2014 sản lượng chế biến xuất khẩu đạt trên 1,4 triệu tấn với giá trị kim ngạch đạt 7,83 tỷ USD Ngoài ra còn có hàng nghìn cơ sở chế biến nhỏ lẻ, hộ gia đình, với các loại hình chế biến phong phú [9]

Đi đôi với những thành công thu được là một khối lượng khổng lồ những phế liệu thủy sản ít được tận dụng đến Lượng phế liệu lớn chưa được phân hủy kịp thời làm ảnh hưởng đến môi trường và chất lượng lao động, đồng thời gây khó khăn cho các công ty, xí nghiệp về việc bảo đảm vệ sinh môi trường và an toàn thực phẩm Vì vậy việc đưa ra một phương pháp cụ thể nhằm tận dụng lượng phế liệu thủy sản là một nhu cầu thực sự cấp bách Phế liệu thủy sản được biết đến với đa số là vỏ tôm, cua, ghẹ, v.v Những loại vỏ thủy sản này có bản chất là chitin - nguyên liệu sản xuất glucosamin, một loại thuốc chữa trị bệnh thoái hóa khớp đang được y học rất quan tâm Việc nghiên cứu sản xuất chitin - chitosan và các ứng dụng của chúng trong sản xuất phục vụ đời sống là một hướng nghiên cứu tương đối mới mẻ ở nước

ta Vào những năm 1978 đến 1980 Trường đại học Thuỷ sản Nha Trang đã công bố quy trình sản xuất chitin - chitosan của kỹ sư Đỗ Minh Phụng, nhưng chưa có ứng dụng cụ thể trong sản xuất Gần đây trước yêu cầu xử lý phế liệu thuỷ sản đông lạnh đang ngày càng cấp bách, trước những thông tin kỹ thuật mới về chitin - chitosan cũng như tiềm năng thị trường của chúng đã thúc đẩy các nhà khoa học của chúng

ta bắt tay vào nghiên cứu hoàn thiện quy trình sản xuất chitin - chitosan ở bước cao hơn, đồng thời nghiên cứu các ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực sản xuất công nghiệp

Thừa kế những sáng chế khoa học trên thế giới, Việt Nam cũng đã có nhiều nghiên cứu nhằm đưa ra quy trình sản xuất chitin – chitosan từ vỏ tôm, cua, ghẹ, nhưng đa số chỉ dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm và không có tính ứng dụng cao

vì lượng hóa chất sử dụng tương đối nhiều, tiêu tốn nhiều thời gian và khó đưa vào quy mô công nghiệp Vì vậy, nghiên cứu này sẽ đề ra một sự so sánh chất lượng giữa sản phẩm chitin-chitosan sản xuất bằng phương pháp hóa học với chitin-chitosan sản xuất bằng phương pháp sinh hóa Đồng thời sẽ đưa ra phương pháp tối

ưu nhằm tiết kiệm thời gian cũng như hóa chất để đưa vào quy mô công nghiệp với mục đích mang lại lợi ích kinh tế cao Từ đó ứng dụng vào việc sản xuất glu.HCl với hiệu suất cao

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Nguồn nguyên liệu sản xuất chitin, chitosan

Chitin là một chuỗi dài polymer của một N - acetyl glucosamine, một dẫn xuất của glucose Chitin được tìm thấy ở nhiều nơi trong tự nhiên trên thế giới Nó

là một thành phần đặc trưng của thành tế bào của nấm, khung xương của động vật chân đốt và côn trùng Trong đó, vỏ tôm là một nguồn nguyên liệu chứa hàm lượng chitin cao

Hình 1.1: Phế liệu vỏ tôm

Thành phần hóa học của vỏ tôm:

- Chitin: Tồn tại dưới dạng liên kết bởi những liên kết đồng hóa trị với các protein dưới dạng các phức hợp chitin – protein, liên kết với các hợp chất khoáng và các hợp chất hữu cơ khác gây khó khăn cho việc tách và chiết chúng

- Canxi: Trong vỏ, đầu tôm, có chứa một lượng lớn muối vô cơ, chủ yếu là muối CaCO3, hàm lượng Ca3(PO4)2 mặc dù không nhiều nhưng trong quá trình khử khoáng dễ hình thành hợp chất CaHPO4 không tan trong HCl gây khó khăn trong quá trình khử khoáng

- Sắc tố: trong vỏ tôm thường có nhiều loại sắc tố nhưng chủ yếu là astaxanthin

- Enzym: theo tạp chí thủy sản (số 5/193) hoạt độ enzyme proteaza của đầu tôm khoảng 6,5 đơn vị hoạt độ/gam tươi Các enzyme chủ yếu là enzyme của nội tạng trong đầu tôm và của vi sinh vật thường trú trên tôm nguyên liệu

- Ngoài thành phần chủ yếu kể trên, trong vỏ đầu tôm còn có các thành phần khác như: nước, lipit, photpho

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của vỏ tôm [26]

Phế liệu Protein Chitin Lipit Tro Canxi Photpho

Danh từ “chitin” bắt nguồn từ tiếng Hy lạp “tunic” hay “envenlope” đó có

nghĩa là lớp vỏ ngoài hay sự bao bọc

Chitin đã được phát hiện bởi Henri Braconmot vào năm 1811 [4] Lần đầu tiên ông phân lập được chitin như một hợp chất không tan trong kiềm của một số loại nấm Hợp chất do Braconnot phân lập được còn lẫn rất nhiều tạp chất nhưng ông khẳng 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 là hợp 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

đó tức năm 1843 sự tồn tại của nitơ trong chitin đã được Lassaigne chứng minh một lần nữa

Đến năm 1859, C.Rouget phát hiện ra một hợp chất mới khi đun hoàn lưu chitin trong dung dịch KOH đặc, có tính chất khác với chitin, ông gọi nó là

“modified chitin”

Năm 1876, Ledderhose thủy phân vỏ tôm hùm bằng dung dịch HCl và nhận được 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 rồi thủy phân trong HCl thì đều thu được cùng loại mono saccharide và acid acetic Tuy nhiên, ông ta vẫn gọi hợp chất này là cellulose Cũng trong năm này, khi đun chitin trong dung dịch KOH ở 180ᴼC, Hope – Seyler thu được một hợp chất mới có số nguyên tử giống như trong chitin và gọi nó là chitosan Năm 1912, Brach và Furth nhận thấy tỉ lệ acid acetic và glucosamine là 1:1, ông gọi nó là “polymer môn acetyl glucosamine”

Năm 1928, Meyer và Mark dựa trên phỗ nhiễu xạ tia X kết luận rằng chitin

và chitosan nằm ở dạng liên kết β (1- 4) giữa các mắc xích pyranoz

Từ những năm 1930 đến 1940 có rất nhiều nghiên cứu về chitin, chitosan, khoảng 50 phát minh được đăng ký Với những nghiên cứu của mình, Purchase và Braum chứng minh được chitin là một polysaccharide của glucosamine bằng cách thủy phân chitin theo nhiều cách khác nhau, hay với nghiên cứu của Rammelberg

đã xác định một cách chính xác nguồn gốc của chitin

Vào năm 1948, Matsusshima cũng đã có một phát minh sản xuất glucosamine từ vỏ cua

Năm 1950, người ta đã sử dụng tia X để phân tích nhằm nghiên cứu sâu hơn

sự hiện diện của chitin trong nấm và thành tế bào

Và đến năm 1951, quyển sách đầu tiên viết về chitin đã được xuất bản Lúc

đó người ta đã phát hiện tiềm năng của các polymer thiên nhiên này

Nhưng sự cạnh tranh của các loại polymer tổng hợp nên đã kìm hãm sự phát triển thương mại của chitin và chitosan Cho đến năm 1970, hàng loạt nghiên cứu về chitin và chitosan được tiến hành với mục đích ban đầu là tận dụng nguồn phế liệu dồi dào từ việc chế biến thủy 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 vọng rất 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 thu 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 được những thành công nhất định Tại Nhật, một chương trình nghiên cứu dài hơn 10 năm đã khởi động Trung Quốc tuy là nước bắt đầu nghiên cứu chậm hơn so với những nước khác nhưng lại phát triển nhanh hơn trong lĩnh vực này

1.2.2 Khái niệm, nguồn gốc của chitin

Chitin là một polymer sinh học rất phổ

biến trong tự nhiên và đứng thứ hai chỉ sau

cellulose Chitin tồn tại cả trong thực vật và

động vật Trong thực vật, chitin tham gia vào

thành phần cấu tạo của vách tế bào nấm

họzygenmyctes, các sinh khối nấm mốc, một

số loại tảo… Trong động vật, chitin là một

thành phần cấu trúc quan trọng của 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, cấu tạo nên bộ khung xương của vỏ tôm, cua, côn trùng… Trong các loại nguyên liệu này, chitin liên kết chặt chẽ với

Hình 1.2: chitin dạng vảy

protein, lipid, các muối vô cơ (CaCO3) và các sắc tố màu (astarene, astaxathin, canthaxathin, luthin…)[1]

1.2.3 Cấu trúc hóa học của chitin

Chitin có cấu trúc tinh thể rất chặt chẽ và đều đặn Bằng phương pháp nhiễu

xạ tia X, người ta đã chứng minh được chitin tồn tại ở ba dạng cấu hình α, β, γ

β - chitin, γ - chitin được mô tả như sau [2]:

α – chitin β – chitin γ – chitin

Hình 1.3: Các dạng cấu trúc của chitin

α – chitin có cấu trúc các mạch được sắp xếp ngược chiều nhau đều đặn, nên ngoài liên kết hydro trong một lớp và hệ chuỗi, nó còn có liên kết hydro giữa các lớp do các chuỗi thuộc lớp kề nhau nên rất bền vững Do các mắt xích sắp xếp đảo chiều, xen kẽ thuận lợi về mặt không gian và năng lượng Đây cũng là dạng phổ biến trong tự nhiên

β, γ- chitin do mắt xích ghép với nhau theo kiểu song song (β- chitin) và hai song song một ngược chiều (γ- chitin), giữa các lớp không có loại liên kết hydro Dạng β- chitin cũng có thể chuyển sang dạng α- chitin nhờ quá trình axetyl hóa cho cấu trúc tinh thể bền vững hơn

Qua nghiên cứu về sự thủy phân chitin bằng enzym hay axit HCl đậm đặc thì người ta thấy rằng chitin có cấu trúc là một polyme được tạo thành từ các đơn vị N-Acetyl-β-D-glucosamine liên kết với nhau bởi liên kết β-(1-4) glucozit

OH

OH

O

n

Hình 1.4: Công thức cấu tạo của chitin

Tên gọi : Poly(1-4)-2-acetamido-2-deoxy-D-glucosamin hay D-Glucosamin

N-acetamido-Công thức phân tử: [C8H13O5N]n

Phân tử lượng : Mchitin= (203,09)

1.2.4 Tính chất lý hóa của chitin [5]

Chitin có màu trắng hay màu trắng phớt hồng, dạng vảy hoặc dạng bột, không mùi, không vị, không tan trong nước, trong môi trường kiềm, axit loãng và các dung môi hữu cơ như ete, rượu …Chitin tan trong dung dịch đặc nóng của muối thioxianat liti (LiSCN) và thioxianat canxi (Ca(SCN)2) tạo thành dung dịch keo, tan được trong hệ dimetylacetamid - LiCl 8%, tan trong hexafluoroisopropyl alcohol (CF3CHOHCF3) và hexafluoracetone sesquihydrate (CF3COCF3.H2O) Chitin có khả năng hấp thu tia hồng ngoại có bước sóng 884 - 890cm-1

Chitin ổn định với các chất oxy hoá mạnh như thuốc tím (KMnO4); oxy già (H2O2); nước javen (NaOCl - NaCl)…, lợi dụng tính chất này mà người ta sử dụng các chất oxy hoá trên để khử màu cho chitin

Khi đun nóng trong dung dịch NaOH đậm đặc (40 - 50%), ở nhiệt độ cao thì chitin sẽ bị mất gốc acetyl tạo thành chitosan:

Chitin

-CH2OH-OH

HCl 36%

t0 cao

Phản ứng este hóa :

- Chitin tác dụng với HNO3 đậm đặc cho sản phẩm chitin nitrat

- Chitin tác dụng với anhydrit sunfuric trong pyridin, dioxan và N,N-dimetylanilin cho sản phẩm chitin sunfonat

1.2.5 Ứng dụng của chitin

Chitin có thể ứng dụng làm chất phụ gia trong thực phẩm, tạo độ bền dai cho thực phậm thay thế một số chất không cho phép (nhƣ hàn the) Chitin làm chất mang trong cố định enzyme hay cố định tế bào, làm chất mang tạo các giá thể trồng cây cảnh

1.3 Chitosan và ứng dụng của nó

1.3.1 Khái niệm chitosan

Chitosan là dẫn xuất của chitin, nó được tạo thành bởi phản ứng deacetyl hóa chitin Khi chitin được xử lý với các chất kiềm đặc ở nhiệt độ cao trong dung dịch,

nó sẽ bị loại nhóm acetyl và bị phân hủy khác nhau để cho ra một sản phẩm của chitin bị loại nhóm acetyl từng phần [2]

Trong các loài thủy sản đặc biệt là trong vỏ tôm, cua, ghẹ, hàm lượng chitin - chitosan chiếm khá cao đao động từ 14 - 35% so với trọng lượng khô.Vì vậy vỏ tôm, cua, ghẹ là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin – chitosan [3]

1.3.2 Cấu trúc hóa học của chitosan [5]

Trong số các dẫn xuất của chitin thì chitosan là một trong những dẫn xuất quan trọng vì nó có hoạt tính sinh học cao và có nhiều ứng dụng trong thực tế

Việc sản xuất chitosan tương đối đơn giản, không cần dung môi, hóa chất độc hại, đắt tiền Chitosan thu được bằng phản ứng deacetyl hóa chitin, biến đổi nhóm N-acetyl thành nhóm amin ở vị trí C2

Do quá trình khử acetyl xảy ra không hoàn toàn nên người ta qui ước nếu độ deacetyl hóa (degree of deacetylation) DD > 50% thì gọi là chitosan, nếu DD < 50% gọi là chitin [1]

Hình 1.5: chế phẩm chitosan trên thị trường

Chitosan có cấu trúc tuyến tính từ các đơn vị Dglucosamine liên kết với nhau bằng liên kết β-(1-4) glucozit

2-amino-2-deoxy-β-Tên gọi khoa học: Polyamino-2-deoxy-β-D-glucose hay poly amino-2-deoxy-β-D-glucose

(1-4)-2-Công thức phân tử: [C6H11O4N]n

Phân tử lượng: Mchitosan= (161,07)n

Qua cấu trúc của chitin - chitosan ta thấy chitin chỉ có một nhóm chức hoạt động là -OH (H ở nhóm hydroxyl bậc 1 linh động hơn H ở nhóm hydroxyl bậc 2 trong vòng 6 cạnh) còn chitosan có 2 nhóm chức hoạt động là -OH, -NH2, do đó chitosan dễ dàng tham gia phản ứng hóa học hơn chitin Trong thực tế các mạch chitin - chitosan đan xen nhau, vì vậy tạo ra nhiều sản phẩm đồng thời, việc tách và phân tích chúng rất phức tạp

1.3.3 Tính chất lý hóa của chitosan [5]

Chitosan có màu trắng ngà hoặc màu vàng nhạt, tồn tại dạng bột hoặc dạng vảy, không mùi, không vị, nhiệt độ nóng chảy 309 – 3110C

Cấu trúc vật lý [17]:

Cấu trúc của chitosan thay đổi tùy thuộc vào 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

Hình 1.6: Công thức cấu tạo của chitosan

đúng của chitosan Kết quả phân tích những sản phẩm thu được bằng cách nấu chảy chitin trong KOH ở 180ᴼC và bằng cách xử lý với dung dịch NaOH đậm đặc là như nhau

Tính tan [17]:

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 dung dịch 1% thì dùng 0,1g chitosan trong 50ml nước và cho tiếp thêm 50ml dung dịch acid 2%

Tính tan của chitosan trong các dung môi khác nhau như sau:

- Trong acid vô cơ: Chitosan tan được trong HCl, HBr, HI, HNO3 và HClO4 loãng nhưng cũng có thể tạo tủa tách riêng được trong dung dịch HCl 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 chitosan

- Trong 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 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 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 rất tốt trong nước

- Trong dung môi hữu cơ: Chitosan hòa tan một cách dễ dàng trong hỗn hợp DMF-N2O4 với tỉ lệ N2O4:chitosan = 3:1 cho những dung dịch có độ nhớt thấp và không xảy ra một biến đổi hóa học nào của chitosan

Tính tương hợp với các dung môi [17]:

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 methanol, propanol, butanol, ethylene glycol, diethylene glycol, aceton, glycol formamide Những dung dịch acid của chitosan đều hòa lẫn được với các loại nhựa tan trong nước không ion, hồ, dextrin, glucose, saccarose, các glycol, sorbitol và các loại dầu mỡ, các paraffin, hydroclorin, nitric, formic, citric và acic lactic nhưng không hòa tan trong acid sunfuric và các sulphate

Một số dẫn xuất chitosan [2]:

O_

O

NH2O

H _O

OH

O_

O

NH3+O

H _O

OH

NH O_

O O

H _O

OH

O_ O

N=CHR O

H _O

H _O

O-Na+

O_

O NHAc O

H _O

OCH2R

O_ O

NHR O

H _O

OH

O_

O NHCH2COOH O

H _O

OH

O_ O

NHAc O

H _O

OCH2CHOHR

O_

O NHAc O

H _O

H _O

1.3.4 Ứng dụng của chitosan

Chitosan không độc, dùng an toàn cho người [24] Chúng có tính hoà hợp sinh học cao với cơ thể [26], có khả năng tự phân huỷ sinh học [22]

 Chitosan trong công nghệ thực phẩm

Chitosan được sản xuất từ vỏ tôm đã được sử dụng thay hàn the trong sản xuất bánh cuốn, bánh su sê Những nghiên cứu gần đây tại Việt Nam chúng ta đã thành công với những ứng dụng chitosan làm vỏ bảo quản thực phẩm tươi sống, dễ

hư hỏng như cá, thịt, rau quả mà không làm mất màu, mùi vị của sản phẩm

Chitosan và các dẫn xuất của chúng đều có tính kháng khuẩn, như ức chế hoạt động của một số loại vi khuẩn như E.Coli, diệt được một số loại nấm hại dâu tây, cà rốt, 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 cho thực phẩm (Nếu dùng bao gói bằng PE thì mức cung cấp oxy bị hạn chế, nước

sẽ bị ngưng đọng tạo môi trường cho nấm mốc phát triển) Màng chitosan cũng khá dai, khó xé rách, có độ bền tương đương với một số chất dẻo vẫn được dùng làm bao gói Màng chitosan làm chậm lại quá trình bị thâm của rau quả Rau quả sau khi thu hoạch sẽ dần dần bị thâm, làm giảm chất lượng và giá trị Rau quả bị thâm là do quá trình lên men tạo ra các sản phẩm polyme hóa của oquinon Nhờ bao gói bằng màng chitosan mà ức chế được hoạt tính oxy hóa của các polyphenol, làm thành phần của anthocyamin, flavonoid và tổng lượng các hợp chất phenol ít biến đổi, giữ cho rau quả tươi lâu hơn

 Chitosan trong công nghệ mỹ phẩm

Chitosan có khả năng tạo màng mỏng trên bề mặt da, cung cấp nước và hạn chế sự mất nước, làm tăng khả năng hòa hợp sinh học giữa kem thuốc và da, giúp

ổn định nhũ tương, hạn chế sự phát triển của vi khuẩn… do đó, chitosan là thành phần lý tưởng trong các sản phẩm mỹ phẩm Chitosan thường được sử dụng trong

công thức kem như tác nhân nhũ hóa, tác nhân làm mềm da, giữ ẩm cho da… Ngoài

ra chitosan còn được ứng dụng trong các sản phẩm định hình tóc, nước kẻ mắt, son môi… Đặc biệt chitosan được phát huy tác dụng hiệu quả và toàn diện trong kem dược liệu ngừa vẩy da, giúp ức chế sự chết tế bào, tăng cường tái tạo da, làm trơn, mịn da, bảo vệ da tránh các tác động có hại từ môi trường, chống viêm…

 Chitosan trong công nghệ dược phẩm

Chitosan có tác dụng làm giảm cholesterol và lipid máu, hạ huyết áp, điều trị thận mãn tính, chống rối loạn nội tiết

Với khả năng thúc đẩy hoạt động của các peptit - insulin, kích thích việc tiết

ra insulin ở tuyến tụy nên chitosan đã được dùng để điều trị bệnh tiểu đường

Nhiều công trình đã công bố khả năng kháng đột biến, kích thích làm tăng cường hệ thống miễn dịch cơ thể, khôi phục bạch cầu, hạn chế sự phát triển các tế bào u, ung thư, HIV/AIDS, chống tia tử ngoại, chống ngứa… của chitosan

Chitosan đã được các nhà nghiên cứu trong và ngoài nước nghiên cứu về tác dụng trị bỏng, làm lành vết thương… Một số nghiên cứu ghi nhận trao đổi chitosan

có khả năng cầm máu, kích thích tái tạo mô và biểu mô, làm chóng liền vết thương… Một số nghiên cứu ghi nhận màng đắp vết thương (bỏng) có sự kết hợp của chitosan và muối bạc thể hiện tác dụng rất tốt trong sự kiểm soát tốc độ trao đổi hơi nước, oxy và khả năng hút nước Chitosan cũng thúc đẩy sự di chuyển của bạch cầu trung tính và ổ viêm tang, làm tăng hoạt động của đại thực bào dẫn đến việc giải phóng ra chất trung gian hóa học và vự thực bào các yếu tố bên ngoài, do đó đóng vai trò quan trọng trong cơ chế của việc làm lành vết thương Như vậy, chitosan là vật liệu rất tốt trong việc bảo vệ và điều trị vết thương

Chitosan tạo màng gel trong môi trường acid dạ dày, màng này sẽ giúp bảo

vệ niêm mạc dưới tác dụng của các tác nhân gây loét dạ dày Bên cạnh đó, chitosan còn có tác dụng kháng nấm, kháng khuẩn vì vậy chitosan ức chế sự phát triển của

một số chủng vi khuẩn, trong đó có chủng Helicobacter pylori – được xem là một trong những tác nhân quan trọng gây loét dạ dày – tá tràng

Một số nhà nghiên cứu cho rằng chitosan và chitin đều có tác dụng giảm đau Tác dụng giảm đau của chitosan được cho là do sự hấp thu các ion proton được giải phóng nhờ nhóm amino tự do, vì vậy làm giảm pH ở khu vực bị viêm và giúp giảm đau

Chitosan có khả năng kết hợp với nước và chất béo cao Sự hấp thu chất béo của chitosan từ 170 – 315% Như vậy, chitosan có tác dụng làm giảm cân, giảm cholesterol bằng cách gắn kết với cholesterol và các thành phần lipid khác hiện diện trong đường tiêu hóa, vì vậy chitosan giúp ngăn chặn sự hấp thu chất béo vào máu

Khi thủy phân chitin trong môi trường axit HCl đậm đặc, các mối nối amid

và osid đều bị phá hủy do đó thu được glucosamine (là monome của chitosan) Yếu

tố nồng độ axit và nhiệt độ thủy phân rất quan trọng, nếu nồng độ của axit không thích hợp thì quá trình deacetyl hóa và deosid chỉ dừng lại ở giới hạn nhất định, nếu nhiệt độ không thích hợp thì sản phẩm cuối cùng là glucosamine có thể bị giáng hóa thành những phân tử đơn giản hơn

1.4.2 Cấu trúc hóa học của glucosamine

O H

OH

O OH

O H OH

NH2

CH2OH

Hình 1.10: Công thức cấu tạo của glucosamine

Tên IUPAC: (3R,4R,5S,6R)-3-amino-6-(hydroxymethyl)oxane-2,4,5-triol

glucopyranose; chitosamine; D-glucosamine; D-(+)- glucosamine

Công thức phân tử: C6H13O5N

Phân tử lượng: Mglucosamine= 179,17

1.4.3 Tính chất lý hóa của glucosamine

Glucosamine là chất rắn dạng tinh thể, không màu, không mùi, điểm nóng chảy 88ºC điểm phân hủy 110ºC, tan được trong nước và trong methanol sôi, hơi tan trong methanol hoặc ethanol, không tan trong ether và chloroform

CHO CHNH2

CHOH

CH2OH

Cu H

O H

CHO CHNH2

Phản ứng với C6H5CHO: Phản ứng xác nhận có mặt của NH2 Bazơ Shiff tạo

ra dưới dạng keo sánh màu nâu:

Hình 1.11: Công thức cấu tạo glucosamine hydrochloride

Tên gọi khoa học: 2-amino-2-deoxy-D-glucopyranose hydrochloride; Chitosamine hydrochloride; D-glucosamine hydrochloride; D-(+)-glucosamine hydrochloride

1.4.5 Dược lý và dược động học của glucosamine và muối của nó [16]

Glucosamine được tổng hợp bởi cơ thể nhưng khả năng đó giảm đi theo tuổi tác Glucosamine trên thị trường có nguồn gốc từ vỏ tôm cua, động vật biển và có 3 dạng glucosamin dùng trong điều trị là

hydrochloride và N-Acetylglucosamin, trong đó dạng muối sulfat được cho là có hiệu quả nhất Dược điển Mỹ 32 có chuyên luận glucosamin sulfat natri

Hình 1.12: Khớp xương bị thoái hóa

clorid

Glucosamine là một aminomonosacharit được thấy trong tự nhiên, nguyên liệu để tổng hợp proteoglycan Glucosamin kích thích tế bào sụn khớp tăng tổng hợp và trùng hợp nên cấu trúc proteoglycan bình thường Kết quả của quá trình trùng hợp là tạo ra mucopolysaccharit, thành phần cơ bản tạo nên sụn khớp Bình thường sụn khớp được cấu tạo chủ yếu bởi nước, collagen và proteoplycan

Glucosamin đồng thời ức chế các enzym phá hủy sụn khớp như collagenase, phospholipase A2 và giảm các gốc tự do superoxid phá hủy các tế bào sụn Glucosamin còn có tác dụng kích thích sinh sản mô liên kết của xương, giảm quá trình mất canxi của xương

Khi thiếu glucosamin thì sụn đặc biệt là sụn khớp háng, đầu gối bị hỏng, cứng, tạo gai xương gây biến dạng khớp làm hạn chế vận động, dẫn đến bệnh viêm

xương khớp phát triển

Do glucosamin làm tăng sản xuất chất nhầy dịch khớp nên tăng độ nhớt, khả năng bôi trơn của dịch khớp, vì thế không những làm giảm triệu chứng của thoái hóa khớp (đau, khó vận động) mà còn ngăn chặn quá trình thoái hóa khớp, ngăn chặn bệnh tiến triển

Thuốc tác động vào cơ chế sinh bệnh của thoái hóa khớp, điều trị các bệnh thoái hóa xương khớp cả cấp và mãn tính, cải thiện chức năng khớp

và ngăn chặn bệnh tiến triển, phục hồi cấu trúc sụn khớp

Từ tuổi 45 - 50 trở lên, bệnh có chiều hướng tăng (27% ở tuổi 60 - 70%, 45% ở tuổi 80) Đối tượng nguy cơ dễ mắc bệnh khớp nhất là người già, người béo phì, người bị chấn thương khớp, có dị tật bẩm sinh, bệnh về chuyển hoá, di truyền hoặc bị xáo trộn về kích tố

Hình 1.13: Đau xương

cột sống

Các muối của glucosamin có khả năng giải phóng và sản sinh mucopolysacharit khuếch tán tốt vào dịch khớp, phát huy tốt tác dụng chống viêm khớp

Trong thực nghiệm trên thỏ con, người

ta thấy glucosamin chỉ làm tăng thành phần

các proteoglycan trong các vị trí mô sụn hư

cần phải sửa chữa mà không có tác dụng

tương tự trên phần sụn khớp bình thường

Một nghiên cứu trên báo Archives of

Internal Medicine theo dõi những người bị

viêm khớp trong vòng 3 năm Các nhà nghiên

cứu theo dõi cơn đau và sự cải thiện trong cấu

trúc xương bằng tia X Họ cho 202 người với

các triệu chứng viêm khớp mạn từ nhẹ đến

nặng uống 1.500 mg glucosamine sulfate mỗi

ngày hoặc sử dụng placebo Sau khảo sát, các

nhà nghiên cứu nhận ra rằng glucosamine làm

chậm tiến trình của viêm khớp đầu gối mạn so

với nhóm giả dược

Những người uống glucosamine cải thiện đáng kể các triệu chứng đau và khó

cử động Khi chụp tia X, không thấy có sự đổi thay đáng kể nào về việc hẹp khoảng cách giữa các khớp (dấu hiệu của sự phá hủy khớp) ở nhóm uống glucosamine Ngược lại, khoảng cách giữa các khớp ở nhóm giả dược hẹp lại trong vòng 3 năm tiến hành cuộc nghiên cứu

Một trong những khảo sát lớn nhất về tác dụng của glucosamine đối với viêm khớp mạn là cuộc khảo sát kéo dài 6 tháng được bảo trợ bởi Viện sức khỏe nhà nước Được gọi là GAIT, cuộc khảo sát so sánh tác dụng của glucosamine sulfate, glucosamine hydrochloride, chodroitin sulfate, kết hợp giữa glucosamine và chondroitin sulfate, thuốc celecoxib và placebo trên các bệnh nhân bị viêm khớp mạn

Hình 1.14: Các vị trí khớp nối

Những năm gần đây, glucosamin được dùng rộng rãi trong điều trị viêm khớp, thoái hóa khớp Tuy nhiên, theo một nghiên cứu mới của tiến sĩ Ronald Tallarida thuộc trường Đại Học Y khoa Temple, Philadelphia (Mỹ) cho thấy nếu sử dụng glucosamin đơn độc sẽ không có hiệu quả chống đau Nhưng nếu kết hợp với một loại thuốc nhóm kháng viêm không steroid (NSAID) thì tác dụng chống đau, chống viêm tăng lên rất nhiều

Ưu điểm lớn nhất ghi nhận được đến nay là có rất ít tác dụng phụ khi sử dụng Glucosamine sulfate.Một vài trường hợp dị ứng không đáng kể đối với người

có cơ địa quá mẫn cảm với thuốc

Trước đây Glucosamine được xếp vào nhóm thuốc bảo vệ sụn (gồm có Glucosamine sulfate, Chondroitin sulfate và Diacerin) hay thuốc tác dụng chậm với các bệnh viêm khớp Hiện nay nó được cơ quan Dược phẩm châu Âu (EMEA) chấp nhận xét vào danh mục thuốc giúp cải thiện cấu trúc trong bệnh viêm khớp Các loại khác chưa được chấp nhận vì không đáp ứng được các yêu cầu thực nghiệm lâm sàng

Ở Việt Nam hiện nay cũng đang sử dụng một số loại thuốc có chứa glucosamin như: Lubrex, Lubrex-F, Glucosamin, Glusivac Nhưng các thuốc này chủ yếu vẫn nhập khẩu từ nước ngoài

Hình 1.15: Một số loại glucosamine đang được bày bán trên thị trường

1.5 Tình hình nghiên cứu sản xuất và ứng dụng trong thực tế ở Việt Nam và

trên thế giới [5]

Trước đây người ta đã thử chiết tách chitin từ thực vật biển nhưng nguồn nguyên liệu không đủ để đáp ứng nhu cầu sản xuất Trữ lượng chitin phần lớn có nguồn gốc từ vỏ tôm, cua Trong một thời gian, các chất phế thải này không được thu hồi mà lại thải ra ngoài gây ô nhiễm môi trường Năm 1977 Viện kỹ thuật Masachusetts (Mỹ), khi tiến hành xác định giá trị của chitin và protein trong vỏ tôm, cua đã cho thấy việc thu hồi các chất này có lợi nếu sử dụng trong công nghiệp Phần protein thu được sẽ dùng để chế biến thức ăn gia súc, còn phần chitin sẽ được dùng như một chất khởi đầu để điều chế các dẫn xuất có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp [18]

Việc nghiên cứu sản xuất chitin - chitosan và các ứng dụng của chúng trong sản xuất phuc vụ đời sống là một hướng nghiên cứu tương đối mới mẻ ở nước ta Vào những năm 1978 đến 1980 Trường đại học Thuỷ sản Nha Trang đã công bố quy trình sản xuất chitin - chitosan của kỹ sư Đỗ Minh Phụng, nhưng chưa có ứng dụng cụ thể trong sản xuất Gần đây trước yêu cầu xử lý phế liệu thuỷ sản đông lạnh đang ngày càng cấp bách, trước những thông tin kỹ thuật mới về chitin - chitosan cũng như tiềm năng thị trường của chúng đã thúc đẩy các nhà khoa học của chúng

ta bắt tay vào nghiên cứu hoàn thiện quy trình sản xuất chitin - chitosan ở bước cao hơn, đồng thời nghiên cứu các ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực sản xuất công nghiệp

Hiện nay ở Việt Nam có nhiều cơ sở khoa học đang nghiên cứu sản xuất chitin - chitosan như: Trường Đại Học Nông Lâm - thành phố Hồ Chí Minh; Trung tâm nghiên cứu polyme - Viện Khoa Học Việt Nam; Viện Hoá thuộc phân Viện Khoa Học Việt Nam tại thành phố Hồ Chí Minh; Trung tâm công nghệ và sinh học Thuỷ sản - Viện nghiên cứu nuôi trồng Thuỷ sản 2 Ở miền Bắc, Viện Khoa Học Việt Nam đã kết hợp với Xí nghiệp thuỷ sản Hà Nội sản xuất chitosan và ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp ở đồng lúa Thái Bình và đã thu được một số kết quả

đáng khích lệ Ở miền Nam, Trung tâm công nghệ và sinh học thuỷ sản phối hợp với một số cơ quan khác: Đại Học Y Dược thành phố Hồ Chí Minh, phân Viện Khoa HọcViệt Nam, Viện Khoa Học nông nghiệp miền nam,… đang nghiên cứu sản xuất và ứng dụng chitin - chitosan trong lĩnh vực: nông nghiệp, y dược và mỹphẩm

Trong nông nghiệp, chitosan được sử dụng để bảo vệ các hạt giống nhằm mục đích ngăn ngừa sự tấn công của nấm trong đất, đồng thời nó còn có tác dụng cố định phân bón, thuốc trừ sâu, tăng cường khả năng nảy mầm của hạt

Qua nghiên cứu ảnh hưởng của chitosan và các nguyên tố vi lượng lên một

số chỉ tiêu sinh hoá của mạ lúa ở nhiệt độ thấp thì kết quả nghiên cứu cho thấy chitosan vi lượng làm tăng hàm lượng diệp lục và hàm lượng nitơ; đồng thời hàm lượng các enzym như amylaza, catalaza hay peroxidaza cũng tăng lên

Ngày nay chitosan còn được dùng làm nguyên liệu bổ xung vào thức ăn cho tôm, cá, cua để kích thích sinh trưởng

Những ứng dụng của chitin - chitosan và những dẫn xuất của chúng ngày càng phát triển Một số đã đưa vào ứng dụng như là: chỉ khâu tự huỷ, da nhân tạo, thấu kính chiết xuất, và một số ứng dụng khác còn đang nghiên cứu như: tác động kích thích miễn dịch, chống sự phát triển của khối u, đặc tính làm giảm cholesterol máu, trị bỏng nhiệt…

Da nhân tạo có nguồn gốc từ chitin, nó giống như một tấm vải và được bọc

ốp lên vết thương chỉ một lần đến khi khỏi Da nhân tạo bị phân huỷ sinh học từ từ cho đến lúc hình thành lớp biểu bì mới Nó có tác dụng giảm đau, giúp cho các vết sẹo bỏng phục hồi biểu bì nhanh chóng Trường Đại Học Dược Hà Nội, Đại Học Y

Hà Nội, Trung tâm khoa học tự nhiên và công nghệ Quốc gia cũng đã chế tạo thành công loại da nhân tạo này và bước đầu ứng dụng có hiệu quả

Chitin - chitosan và các oligome của nó có đặc tính miễn dịch do nó kích thích các tế bào giữ nhiệm vụ bảo vệ miễn dịch với các tế bào khối u và các tác nhân gây bệnh

Những nghiên cứu gần đây hướng vào các oligome, N-acetyl-glucosamin và glucosamin, các chất này có một số tính chất của các polyme tương ứng nhưng lại

có ưu thế là tan tốt trong nước do đó dễ dàng được hấp thụ

Hiện nay trên thế giới đã thành công trong việc sử dụng chitosan làm chất mang để cố định enzym và tế bào Enzym cố định đã cho phép mở ra việc sử dụng rộng rãi enzym trong công nghiệp, y học và khoa học phân tích Enzym cố định được sử dụng lâu dài, không cần thay đổi chất xúc tác Nhất là trong công nghệ làm sạch nước, làm trong nước hoa quả, sử dụng enzym cố định rất thuận lợi và đạt hiệu quả cao Chitosan thoả mãn yêu cầu đối với một chất mang có phân tử lượng lớn, bền vững không tan và ổn định với các yếu tố hoá học

Do có cấu trúc tương tự như xellulose nên chitosan được nghiên cứu bổ sung vào làm nguyên liệu sản xuất giấy Chitosan làm tăng độ bền dai của giấy, đồng thời việc in trên giấy cũng tốt hơn Trong sản xuất giấy qua nghiên cứu người ta thấy nếu bổ sung 1% chitosan thì độ bền của giấy tăng lên khi bị ướt hay tăng độ nét khi

in [7]

Có thể thay hồ tinh bột bằng chitosan để hồ vải, nó có tác dụng làm tơ sợi bền, mịn, bóng đẹp, cố định hình in, chịu được axit và kiềm nhẹ Chitosan kết hợp với một số thành phần khác để sản xuất vải chịu nhiệt, vải chống thấm, sản xuất vải col…

Chitosan được sử dụng để sản xuất kem chống khô da do tính chất của chitosan là có thể cố định dễ dàng trên biểu bì của da nhờ các nhóm –NH4+ Các nhóm này liên kết với các tế bào sừng hóa của da, nhờ vậy mà các nhà khoa học đã nghiên cứu sử dụng chitosan làm các loại kem dưỡng da chống nắng

Nhờ khả năng làm đông tụ các thể rắn lơ lửng giàu protein và nhờ khả năng kết dính tốt các ion kim loại như Pb, Hg… do đó chitin được sử dụng để tẩy lọc nguồn nước thải công nghiệp từ các nhà máy chế biến thực phẩm

Chitosan sử dụng để chống hiện tượng mất nước trong quá trình làm lạnh, làm đông thực phẩm

Do chitosan có tính chất diệt khuẩn, do đó nó được tạo thành màng mỏng để bao gói thực phẩm chống ẩm mốc, chống mất nước

Đặc tính diệt khuẩn của chitosan được thể hiện trên các mặt sau :

• Khi tiếp xúc với thực phẩm chitin - chitosan sẽ lấy đi từ các vi sinh vật này các ion thiết yếu, ví dụ như ion Cu2+ Như vậy vi sinh vật sẽ bị chết do sự mất cân bằng liên quan đến các ion thiết yếu

• Ngăn chặn phá hoại chức năng màng tế bào

• Gây ra sự rò rỉ các phần bên trong tế bào

Như vậy việc dùng chitosan bao bọc quanh bề mặt thực phẩm có thể kéo dài thời gian bảo quản, giảm sự hư hỏng do khả năng kháng nấm, kháng khuẩn của nó

1.6 Một số quy trình sản xuất chitin, chitosan [13]

Quy trình của Đỗ Minh Phụng, trường đại học Thủy sản:

Nhận xét: Chitin thu được có độ trắng cao dù không có công đoạn tẩy màu Tuy nhiên có nhược điểm là thời gian sản xuất kéo dài, tiêu tốn nhân công, nồng độ hóa chất sử dụng cao kết hợp với thời gian xử lý dài làm cắt mạch polymer trong môi trường acid dẫn đến độ nhớt giảm

Quy trình sản xuất chitosan ở Trung tâm cao phân tử thuộc viện khoa học Việt Nam:

Hình 1.17: Quy trình sản xuất chitosan ở Trung tâm cao phân tử thuộc viện

khoa học Việt Nam

Nhận xét: Sản phẩm thu được có màu sắc không đẹp bằng sản phẩm sản xuất theo quy trình của Đỗ Minh Phụng, thời gian kéo dài, nhiều công đoạn

NaOH 40%, t○ = 90 – 95○C

t = 3h

Quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tôm Sú bằng phương pháp hóa học

với một công đoạn xử lý kiềm ( Trần Thị Luyến):

Hình 1.18: Quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tôm Sú bằng phương pháp hóa học

với một công đoạn xử lý kiềm (Trần Thị Luyến, 2003)

Nhận xét: Cho sản phẩm có cảm quan và chất lượng tốt, giảm thiểu thời gian sản xuất nên có lợi về mặt kinh tế rất lớn

HCl 10%

tᴼphòng,t = 5h w/ v = 1/ 15

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

- Chitin, chitosan và glucosamine hydrocloride sản xuất từ vỏ tôm thẻ - phế liệu thủy sản của nhà máy thủy sản đông lạnh Thuận Phước, thành phố Đà Nẵng

- Chế phẩm protease dạng bột sản xuất từ vi khuẩn Bacillus subtilis được phân

phối tại Trung tâm nghiên cứu và chuyển giao công nghệ trường Cao đẳng

Lương thực - Thực phẩm Đà Nẵng

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp vật lý

 Phương pháp lấy mẫu và chuẩn bị mẫu: Đầu tôm phế liệu được thu nhận

từ xí nghiệp chế biến tôm đông lạnh của công ty thủy sản Thuận Phước –

Đà Nẵng và vận chuyển về trường Cao đẳng LTTP trong thời gian vận chuyển không quá 1 giờ Đầu tôm phế liệu được kiểm tra cảm quan về màu sắc và mùi đạt yêu cầu, không có mùi hôi, mùi lạ thì đem đảo trộn đều và cân định lượng, đóng gói hút chân không Thao tác tiến hành nhanh để hạn chế hiện tượng oxy hóa làm biến đen đầu tôm Các gói mẫu đầu tôm phế liệu sau đó lập tức được bảo quản lạnh đông ở điều kiện -25°C ± 2°C

2.2.3 Phương pháp hóa học

 Hàm lượng protein được xác định bằng phương pháp chuẩn độ dựa trên

bộ vô cơ hóa và chưng cất Kjeldahl theo TCVN 8133-1:2009