TRƯỜNG ĐẠI HỌC s u PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC ĐINH THỊ HẠNH NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG ĐIÈU CHÉ CHITOSAN KHỐI LƯỢNG PHÂN TỬ THẤP KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC • • • • C huyên ngành: H óa công nghệ m ôi trư ờng Người hướng dẫn khoa học TS. TRẰN THỊ Ý NHI HÀ NỘI - 2015 L Ờ I C Ả M ƠN Trước tiên em xin cảm ơn thầy giáo ThS. Lê Cao Khải, cùng toàn thể các thầy cô giáo trong khoa Hóa Học - Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2, đã tạo điều kiện cho em được tiếp thu những kiến thức chuyên môn về hóa học hữu cơ và công nghệ môi trường. Em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS.Trần Thị Ý Nhi Viện Hóa Học - Viện Hàn ỉâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt cho em các phương pháp nghiên cứu khoa học và những kinh nghiệm học thuật quý báu trong quá trình thực hiện khóa luận. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô, các anh chị tại Viện Hóa Học - Viện Hàn lâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo và dìu dắt em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận. Hà Nội, tháng 05 năm 2015 Sinh viên Đỉnh Thị Hạnh DANH MỤC HÌNH Hình 3.1: Phổ hồng ngoại của (3-chitin.............................................................29 Hình 3.2: Phổ hồng ngoại của (3-chitosan........................................................31 Hình 3.3: Giản đồ nhiễu xạ tia X của chitosan............................................... 32 Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa n / c và nồng độ chitosan....... 33 Hình 3.5: Phổ FT-IR của P-chitosan theo phương pháp phá kết tinh............33 Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa n / c và c ..................................35 Hình 3.7: Phổ FT-IR của chitosan khối lượng phân tử thấp.......................... 39 Hình 3.8: Phổ nhiễu xạ tia X của chitosan khối lượng phân tử thấp.............40 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Thành phần chính của một số nguyên liệu chứa chitin.................. 24 Bảng 3.1: Hàm lượng P-chitin trong mai mực ống.......................................... 29 Bảng 3.2: Ket quả đo áp suất thẩm thấu của chitosan tại các nồng độ khác nhau........................................................................................... 32 Bảng 3.3: Kêt quả đo áp suất thẩm thấu của chitosan DA~0...........................34 Bảng 3.4: Kết quả xác định khối lượng phân tử khi sử dụng nồng độ axit khác nhau...........................................................................................36 Bảng 3.5: Ket quả xác định khối lượng phân tử khi phản ứng thực hiện ở nhiệt độ khác nhau............................................................................ 37 Bảng 3.6: Mối quan hệ giữa độ tan và khối lượng phân tử trung bình của các mẫu L W C ................................................................................... 38 DANH MỤC CÁC S ơ ĐỒ Sơ đồ 1.1: Cấu tạo của Xenluloza, Chitin, Chitosan...........................................3 Sơ đồ 1.2: Điều chế chitosan................................................................................ 9 Sơ đồ 1.3: Quá trình sản xuất chitin/chitosan truyền thống............................10 Sơ đồ 1.4: Công thức cấu tạo của chitin/chitosan........................................... 10 Sơ dồ 1.5: Phản ứng đeaxetyl hóa chitin .........................................................11 Sơ đồ 1.6: Quá trình thủy phân bằng enzym .................................................. 14 Sơ đồ 1.7: Thủy phân chitosan bang axit HC1 loãng.......................................15 Sơ đồ 1.8: Sơ đồ cơ chế thủy phân axit liên kết glucozitcủa chitosan. Cơ chế được chấp nhận của quá trình thủy phânliên kếtglucozit..... 17 Sơ đồ 1.9: Cơ chế thủy phân liên kết N-axetyl............................................... 17 Sơ đồ 1.10: Quy trình điều chế chitosan khối lượng phân tử thấp................27 Sơ đồ 1.11: Phản ứng đeaxetyl hóa chitin........................................................30 BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẤT TRONG KHÓA LUẬN Ac : C H 3C O CTS : Chitosan DDA : Độ đề axetyl hóa DA : Độ axetyl hóa DMAc : N,N-đimetyl axetamit DP : Độ polymer hóa trung bình GlcN : D-glucosamin GlcNAc : N-axetyl-D-glucosamin IR : Hồng ngoại LAB : Lactic axit bacterial Mn : Khối lượng phân tử trung bình Me : CH 3 NMR : Nuclear Magnetic Resonance - Cộng hưởng từ hạt nhân LWC : Chitosan khối lượng phân tử thấp MỤC LỤC MỞ ĐÀU.................................................................................................................. 1 1. Lí do chọn đề tài............................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cún....................................................................................... 2 3. Nhiệm vụ nghiên cún......................................................................................2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN..................................................................................3 1.1. Giới thiệu chung về chitin/chitosan............................................................3 1.1.1. Cấu trúc tinh th ế ....................................................................................4 1.1.2. Tính ta n .................................................................................................. 4 1.1.3. Khối lượỉĩg phân tử ................................................................................5 1.1.4. Độ axetyl hóa - Xác định độ axetyl/đeaxetyl h ó a .............................. 6 1.2. Phương pháp điều chế chitin/chitosan........................................................7 1.2.1. Tách chitỉn từ vỏ phế thải thủy hải sản................................................ 8 1.2.2. Điều chế chỉtosan...................................................................................9 1.3. Tính chất hóa học....................................................................................... 10 ỉ .3.1 Phản ứng ở nhóm -O H ......................................................................... 11 1.3.2. Phản ứng ở nhóm axetamit..................................................................11 1.3.3. Phản ứng ở nhóm -N H 2.......................................................................12 1.3.4. Phản ứìĩg cắt mạch chitosan............................................................... 12 1.4. Một số ứng dụng của chitin/chitosan và dẫn xuất................................... 21 1.4.1. ứng dụng trong xử lý nước th ả i......................................................... 21 1.4.2. ứng dụng trongy dược....................................................................... 23 1.4.3. ứng dụng trong nông nghiệp..............................................................23 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM...........................................................................25 2.1. Nguycn liệu, hóa chất, dụng cụ và thiết bị nghicn cún.......................25 2.1.1. Nguyên liệu, hóa chất......................................................................... 25 2.1.2. Dụng cụ, thiêt bị nghiên cứu............................................................. 25 2.2. Thực nghiệm ............................................................................................ 26 2.2.1. Điều chế Chitin/chitosan.................................................................. 26 2.2.2. Điều chế chitosan khối lưọng phân tử thấp(LWC)....................... 29 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................... 31 3.1. Điều chế chitin/chitosan.......................................................................... 31 3.1.1. Điều chế chitin...................................................................................31 3.1.2. Điều chế chitosan từ chitin theo phương pháp kiềm đặc kết hợp nhiệt độ cao........................................................................................... 32 3.1.3.Điều chế chitosan có DA thấp...........................................................35 3.2. Khảo sát các điều kiện ảnh hưởng đến phản ứng điều chế chitosan khối lượng phân tử thấp..................................................................................37 3.2. 1. Anh hưởng của nồng độ axỉt HCl đến khối lượng phân tử trung bình ( Mn) sảnphấmphản ứng đềpolyme hoảchitosan................. 37 3.2.2. Anh hưởng của nhiệt độ đến khối lượng phần tử trung bình ( M n) sản phắm phản ứng đềpoỉyme hoả chitosan..................................39 3.2.3. Đảnh giả độ tan trong nước của các mâu chỉtosan trọng lượng phân tử thấp..................................................................................................40 3.3. Xác định cấu trúc của chitosan khối lượng phân tủ’ thấp...................... 40 KẾT LUẬN CHUNG......................................................................................... 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................44 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Chitin [poly-P-(1^4)-2-axetamiđo-2-đeoxy-D-glucopyranozơ], một polysaccarit với hàm lượng đứng hàng thứ hai trong tự nhiên sau xenlulozơ, là thành phần chính của vỏ các loài động vật giáp xác như: vỏ tôm, mai cua, mai mực... Chitin/chitosan là một polyme có nhiều tính chất đặc biệt: Tính hòa hợp sinh học, phân hủy sinh học, tính kháng khuẩn, kháng nấm, chống độc... Do đó được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực y học, dược phẩm, nông nghiệp, mỹ phẩm, công nghệ môi trường... Mặc dù vậy khả năng ứng dụng này còn hạn chế bởi chitin rất ít tan trong các dung môi hữu cơ và không tan trong nước do cấu trúc tinh thể chặt chẽ. Vì vậy rất nhiều nghiên cứu đã được tiến hành nhằm cải thiện tính tan của chitin/chitosan như kỹ thuật biến tính hóa học, tạo ra các dẫn xuất tan trong nước với các nhóm chức có tính năng đặc biệt, hay kỹ thuật đề polyme hóa làm giảm đáng kể trọng lượng của chitosan. Chitin/chitosan oligome (LMC) là sản phẩm thu được trong quá trình phân huỷ hoặc thuỷ phân chitin/chitosan. Phân tử chitin/chitosan có độ trùng họp n ~ 20 (n = 20-40) được gọi là chitin/chitosan khối lượng phân tử thấp. Ngoài các tính chất chung của chitin/chitosan, chitin/chitosan oligome còn có tính chất đặc biệt là tan trong nước ở dải pH rộng (pH = 5h-8). Chitin/chitosan khối lượng phân tử thấp (chitooligome) là một vật liệu có hoạt tính sinh học cao. Chúng có khả năng ngăn cản sự phát triển của khối u, kích thích hệ thống miễn dịch, tăng cường hoạt động của lysozym và có khả năng kháng khuẩn cao hon cả của chitosan. Nói chung, chitin/chitosan khối lượng phân tử thấp điều hoà sự lớn lên và phát triến của thực vật bằng chức năng của các gen bảo vệ, vì thế làm tăng các quá trình sinh trưởng phát 1 triển của cây, đồng thời ngăn cản sự lây nhiễm và phát triển của các loại nấm bệnh, do đó làm tăng năng suất cây trồng. Việt Nam là một nước có 32000 km bờ biến, với nguồn nguyên liệu thủy hải sản dồi dào, việc phát triển nghiên cứu về chitin/chitosan cũng như các dẫn xuất của nó nhằm mở rộng hơn nữa khả năng ứng dụng của loại vật liệu sinh học này được các nhà khoa học quan tâm nghiên cún. Đe góp phần mở rộng ứng dụng của chitin/chitosan và các dẫn xuất, góp phần bảo vệ môi trường, tôi đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu phản Ú7tg điều chế chỉtosan khối lượng phân tử thấp”. 2. Mục đích nghiên cứu Chế tạo ra được chitosan khối lượng phân tử thấp có khả năng hòa tan trong nước. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Điều chế chitin, chitosan từ mai mực ống; - Khảo sát các điều kiện phản ứng để điều chế oligochitosan (LMC): ảnh hưởng của nồng độ axit, nhiệt độ phản ứng.. - Khảo sát một số tính chất hóa lý của sản phẩm. 2 CHƯƠNG 1: TỎNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung về chitin/chitosan [1,2,4,15,21] Trong số các polysaccarit thì xenlulozo và chitin là nguồn tài nguyên sinh học tự nhiên phong phú nhất. Xenlulozo được tổng họp từ thực vật còn chitin được tổng họp chủ yếu từ động vật bậc thấp. Chitin có cấu trúc tương tự như xenlulozo, tên gọi “chitin” xuất phát từ tiếng Hilap “chiton” nghĩa là vỏ của các loài giáp xác như cua, tôm, mai mực..... Chitin được đánh giá là loại vật liệu có tiềm năng lớn nhưng cho đến này việc ứng dụng chitin vẫn chưa được rộng rãi như xenlulozo. Chitin không chỉ là nguồn tài nguyên sẵn có mà nó còn là một loại vật liệu chức năng do chitin là một polyme sinh học với nhiều tính chất quý báu như khả năng phân hủy sinh học và đặc biệt là có hoạt tính sinh học. Xenlulozo Chitin Chitosan 3 Sơ đồ 1.1: Cấu tạo của xenlulozo, Chitin, Chitosan Trong thực tế chitin và chitosan cùng tồn tại trong một phân tử polyme vì vậy khái niệm chitin, chitosan chỉ là tương đối. Khi polyme có tỷ lệ mắt xích ß (l—>4)-D-glucozamin lớn hơn 50% (DDA > 50%) thì được gọi là chitosan và ngược lại là chitin. 1.1.1. Cấu trúc tinh thể [1,2,4,30] Chitin là một loại polisaccarit mạch thẳng với khối lượng phân tử lớn được tạo bới mắt xích N-axetyl-D-glucozamin theo liên kết ß (l—>4)glucozit như kiểu liên kết các mắt xích D-glucozo ở xenlulozo. Bằng phương pháp nhiễu xạ tia X đã phát hiện chitin có 3 kiểu đa hình là: a, ß, y-chitin được mô tả theo hình sau: \ s I 1s t a - Chitin /^ /^ í\ í\ i\ ß - Chitin t \ J^ \ t ế\ t \ y - Chitin - a-chitin: cấu trúc tinh thể mạng ghép đôi song song (một mạng lên một mạng xuống liền nhau), a-chitin thường được tách từ vỏ cua. - ß-chitin: các mạch ghép trong tinh thế theo cách ghép song song cùng chiều, ß-chitin chủ yếu có trong mai mực nang sừng. - y-chitin: có mạch ghép trong tinh thể theo 2 cách, cứ 2 mạch song song lại có 1 mạch đối song, y-chitin được tách từ sợi kén của bọ cánh cứng, dạ dày của mực ống, là loại có trữ lượng ít nhất. 1.1.2. Tính tan [21,27] Chitin thể hiện ái lực hạn chế với phần lớn các dung môi vì có liên kết hidro chặt chẽ giữa các phân tử. Chitin thường (a-chitin) không tan và hầu 4 như không trương trong dung môi thông dụng mà chỉ tan trong một số dung môi đặc biệt, ví dụ: N,N-dimetylaxetamit (DMAC) có chứa 5-10% LiCl. Chitosan là một polyamin không tan trong nước cũng như trong dung môi hữu cơ nhưng tan trong môi trường axit loãng. Độ tan của chitosan phụ thuộc vào độ axetyl hóa, loại axit và nồng độ axit trong dung dịch. Khi xử lý chitin/chitosan trong môi trường axit mạnh với nồng độ lớn thường xảy ra phản ứng depolyme hóa (cắt mạch) làm giảm khối lượng phân tử polyme. 1.1.3. Khối lượng phần tử [21] Khối lượng phân tử chitin/chitosan là thông số quan trọng nhưng khó có thể xác định được chính xác do tính tan kém của chúng và sự đa dạng về kiểu phân bố các nhóm axetyl cũng như mức độ axetyl hóa. Độ dài mạch chính của chitin/chitosan có thể giảm trong quá trình xử lý với axit và kiềm. Khối lượng phân tử chitin sau khi tách khỏi protein cũng như các chất khác được tính toán theo các phương pháp đo độ nhớt, sắc ký thẩm thấu gel (GPCGel Permeation Chromatography) hoặc sắc ký loại trù’ theo độ lớn phân tử (SEC -Size Exclusion Chromatography) trong dung môi DMAc/LiCl. Ket họp các phương pháp SEC, tán xạ ánh sáng và đo độ nhớt thì có thể xác định được chính xác khối lượng phân tử trung bình và độ phân bố của khối lượng phân tử. Từ các số liệu thu được từ phương pháp GPC đã khẳng định các mẫu chitin tách từ mai cua, vỏ tôm và mai mực ống có độ polyme hóa (degree of polymeizaion - DP) nằm trong khoảng 2000 - 4000. Chitosan tan được trong dung dịch axit loãng và khối lượng phân tử có thể xác định theo phương pháp sắc ký lỏng cao áp ghép nối với cột loại trừ theo độ lớn phân tử (SE-HPLCsize exlusion high performance liquid chromatography). GPC-HPLC, GPC, phương pháp đo độ nhớt... cũng có thể chuyển hóa chitosan thành chitin qua phản ứng N-axetyl hóa và khối lượng phân từ được tính theo phương pháp GPC trong hệ dung môi DMAc/LiCl. Trong đó phương pháp đơn giản nhất để 5 xác định khối lượng phân tử polyme là xác định theo phương pháp gián tiếp qua phép đo độ nhớt. Phép đo độ nhớt không phải là phương pháp tuyệt đối để xác định khối lượng phân tử mà chỉ là phương pháp tương đối dựa trên cơ sở độ nhớt của dung dịch polyme tăng tỉ lệ với số lượng các phân tử thêm vào. Phương pháp đo áp suất thẩm thấu là phương pháp dựa trên định luật Vant-Hoff. Theo định luật này, sự phụ thuộc giữa áp suất thấm thấu p, thế tích V và nhiệt độ tuyệt đối T và số gam phân tử của vật chất trong dung dịch pha loãng được biểu diễn bằng phương trình trùng với dạng phương trình của dạng khí lí tưởng: PV = nRT = (g/M)RT p = (g/V)(RT)/M ->M = (RTC)/P Trong đó: g: khối lượng của chất hòa tan (g) M: khối lượng phân tử của chất (g/mol) C: nồng độ của dung dịch R: hằng số T: nhiệt độ tuyệt đối 1.1.4. Độ axetyl hóa - Xác định độ axetyl/đeaxetyl hóa [9,15,18] Độ axetyl hóa là hàm lượng nhóm (-N H C O C H 3) còn độ đeaxetyl hóa là hàm lượng nhóm (-NH2) trong chitin và chitosan. Mắt xích cơ sở của chitin là N-axetyl-D-glucosamin (GlcNAc). Mặc dù hầu hết các nhóm amino gắn với c 2 đã bị axetyl hóa, nhưng trong tự nhiên chitin vẫn tồn tại một số nhóm amino tự do. Hơn nữa, phản ứng đeaxetyl hóa chitin còn xảy ra trong quá trình tách loại protein bằng kiềm. Vì vậy, các mẫu chitin trên thực tế có DDA khác nhau (khoảng 5 - 15%) phụ thuộc vào nguồn gốc và cách điều chế chúng. Để thu được chitin có cấu trúc thuần nhất (chỉ gồm các mắt xích GlcNAc) thì phải tiến hành N-axetyl hóa chọn lọc các nhóm amino tự do. Khi 6 chitin bị đeaxetyl hóa đáng kể thì trở nên tan trong dung dịch axit axetic loãng và được gọi là chitosan. Trong đó, DDA = 100-DA. Đối với chitin thì DA > DDA, đối với chitosan thì DA < DDA. Khi DA = DDA thì có chitin tan trong nước. Tính chất của chitin cũng như chitosan phụ thuộc rất nhiều vào độ đeaxetyl hóa (DDA) - một thông số quan trọng nhất để chỉ ra là chitin hay chitosan. Vì vậy, việc tìm ra phương pháp xác định DDA (hay DA) một cách chính xác và đơn giản là vấn đề rất quan trọng và cần thiết. Có rất nhiều phương pháp đã được áp dụng để xác định DDA của chitin/chitosan như: phân tích nguyên tố, các phương pháp phổ như phổ hồng ngoại (IR), phổ tử ngoại (ƯV), phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NRM): 'H-NRM, l3C-NRM, và l5N-NRM ở trạng thái rắn, cho phép đo lưỡng sắc cầu, phổ khối, chuẩn độ điện thế, chuẩn độ nitrat (phương pháp chuẩn độ sử dụng bạc nitrat), chuẩn độ với axit picric, chuẩn độ độ dẫn, sắc ký lỏng cao áp, sắc ký khí - lỏng, sắc ký thẩm thấu gel, nhiệt phân - sắc ký khí, sắc ký khí. Trong các phương pháp xác định DA đã được áp dụng thì phổ IR là phương pháp thuận tiện đặc biệt trong trường họp mẫu ở trạng thái rắn, không hòa tan trong các dung môi. Đối với chitosan (tan trong môi trường axit loãng) thì phổ 'H-NRM là phương pháp nhanh, chính xác và có độ nhạy cao. Đo trong dung môi D 20 , C D 3C O O D /D 2O hoặc DCI/D2O. 1.2. Phưoiig pháp điều chế chitin/chitosan [8,18] Chitin có ở nhiều loài khác nhau, từ các loài nấm đến các động vật bậc thấp. Vỏ của các loài động vật chân đốt là nguồn nguyên liệu chính để điều 7 chế chitin, trong thành phần của vỏ các loài động vật này có chứa 20 - 50% chitin tính theo khối lượng khô. v ỏ tôm, mai cua là nguồn nguyên liệu phế thải từ công nghiệp chế biến thủy sản, hải sản được sử dụng đế sản xuất chitin thương mại. Các nguồn nguyên liệu khác để sản xuất chitin là: mai mực, sâu bọ, tảo, nấm... Thành tế bào một số loại nấm chứa cả chitin cũng như chitosan và được coi là nguồn chitosan tự nhiên. Chitosan được điều chế bằng cách thực hiện phản ứng deaxetyl hóa chitin trong môi trường kiềm. 1.2.1. Tách chitin từ vỏ phế thải thủy hải sản [1,4,18,19] Nguyên tắc chung để điều chế chitin là loại bỏ muối khoáng (chủ yếu là canxicacbonat), protein và các chất màu khỏi phế liệu thủy, hải sản. Hai phương pháp chủ yếu được áp dụng để tách chitin/chitosan là phương pháp hóa học và phương pháp lên men vi sinh vật. Theo phương pháp hóa học: Quá trình điều chế chitin được thực hiện theo các bước: tách khoáng - tách protein - khử màu. Muối khoáng thường được tách ra bằng cách xử lý nguyên liệu với dung dịch axit HC1, protein bị thủy phân trong môi trường kiềm, chất màu được loại bỏ bằng dung môi hoặc tác nhân oxi hóa. Trong quá trình xử lý, một số nhóm axetamit trong các mạch đại phân tử chitin bị thay thế bởi nhóm amino do phản ứng deaxetyl hóa. Điều chế chitin theo phương pháp hóa học có một số mặt hạn chế như phải sử dụng một lượng lớn kiềm, axit, nước rửa do đó chi phí lớn và gây ô nhiễm môi trường. Việc sử dụng axit và kiềm nóng dẫn đến việc cắt giảm mạch chitin tạo ra nhiều sản phẩm khác nhau. Theo phương pháp x ử lý vi sinh vật: Protein được tách khỏi vỏ các loài giáp xác bằng cách xử lý với enzim hay vi sinh vật theo nguyên tắc: vi khuẩn sinh ra lactic (LAB: lactic acid bacterial) tự có trong phủ tạng của vỏ phế thải (vỏ tôm, cua, mai mực...) với một lượng rất nhỏ cùng với nguồn LAB thuần chủng được bổ sung có tác dụng bảo quản và thủy phân phế 8 thải.Hỗn họp lên men bao gồm: vỏ phế thải, LAB, dung dịch glucozo. Trong quá trình lên men, LAB sản sinh ra axit lactic làm giảm pH của môi trường, tạo điều kiện cho quá trình thủy phân protein, thủy phân khoáng tạo thành các lactat canxi, magie... là các muối tan được trong nước. Bằng phương pháp ly tâm, phần dung dịch lỏng chứa protein và các muối khoáng hòa tan được loại bỏ thu được phần chitin không hòa tan. Đe có chitin sạch, có thể xử lý tiếp bằng dung dịch axit và kiềm loãng. Phương pháp điều chế chitin bằng phương pháp lên men vi sinh vật có một số ưu điểm như chi phí thấp, cấu trúc sản phấm không bịthay đổi nhiều và đặc biệt là ít gây ô nhiễm môi trường. (3-chitin được sản xuất chủ yếu từ mai mực ống theo cách đơn giản hơn vì thành phần của mai mực ống chủ yếu là chitin, hàm lượng protein và muối khoáng thường rất thấp. Hơn nữa, do sự sắp xếp các mạch đại phân tử trong p-chitin khác hẳn với a-chitin nên a-chitin có cấc liên kết hidro chặt chẽ hơn, vì vậy khi xử lý mai mực ống với axit và kiềm thường ở điềukiện êm dịu hơn nhiều so với xử lý vỏ tôm để thu được P-chitin. 1.2.2. Điều chế chitosan [1,2,4,19] Chitosan là sản phẩm deaxetyl hóa của chitin. Chitosan thương mại có nhiều loại với độ deaxetyl hóa khác nhau nhung thường được điều chế bằng cách deaxetyl hóa chitin trong môi trường kiềm nồng độ 40 - 50% ở 100 - 130°c trong 24 giờ. Phản ứng deaxetyl hóa xảy ra như sau: Chitosan thu được theo phương pháp này có DDA lên tới 90%. 9 Đe thu được chitosan có độ deaxetyl hóa cao hơn phải tiến hành phản ứng lặp đi lặp lại nhiều lần. Phản ứng deaxetyl hóa ß-chitin diễn ra dễ dàng hơn nhiều so với a-chitin: Từ các mẫu a-chitin, ß-chitin có DDA tương đương nhau tiến hành phản ứng deaxetyl hóa trong NaOH 30% ở 100°c với thời gian như nhau (2 giờ) thu được ß-chitosan với DDA ~ 70% trong khi đó đối với a-chitin giá trị đó là -20% . Tuy nhiên khi sử dụng dung dịch kiềm đặc thì bên cạnh phản ứng deaxetyl hóa còn xảy ra phản ứng thủy phân mạch chitin/chitosan làm giảm đáng kể khối lượng phân tử của chitin/chitosan. Ta có thể mô tả quá trình điều chế chitosan từ vỏ mai mực ống qua sơ đồ 1.3: Vỏ phế thải thủy hải sản ị Xay nghiền ị Khử khoáng bằng axit loãng (axit HC1) ị Tách loại protein bằng kiềm loãng (NaOH loãng) ị Chitin ị Deaxetyl hóa (bằng NaOH 50%, trong vòng 2h ở 100°C) ị Chitosan S ơ đo 1.3: Quá trình sản xuất chitin/chitosan truyền thong 1.3. Tính chất hóa học [1,2,5] Công thức tổng quát của chitin là: (CgH^NOs),! 10 ,OH >OH ^0 NHAc nh 2 n S ơ đồ 1.4: Công thức cấu tạo của chitin/chitosan Ta thấy trong mỗi mắt xích của chitin/chitosan vừa có nhóm chức (-OH) vừa có nhóm chức amin (-NHCOCH 3/NH 2 ) nên có ba trung tâm phản ứng chính, vì vậy nó vừa có tính chất của ancol lại vừa có tính chất của amin. 1.3.1 Phản ứng ở nhóm -O H Phản ứng với axit, anhidric axetic hay HC1 thu được sản phẩm ở dạng este. [Chit(OH)2]n + 2nHCl [Chit(OCl)2]n + 2nH20 Phản ứng với ankyl sunfat trong ankyl halogenua thu được các este. Phản ứng với các họp chất vinyl tạo este Trong mỗi mắt xích của chitin có 2 nhóm (-OH) ở C3 và c 6, đều có khả năng tham gia phản ứng. Do cấu trúc phân tử, nhóm (-OH) bậc 2 ở C3 bị án ngữ không gian nên phản ứng kém hơn nhóm (-OH) bậc 1 ở c 6. 1.3.2. Phản ứng ở nhóm axetamit Chitin có khả năng tham gia phản ứng thể hiện tính chất của amin bậc 2 như phản ứng đeaxetyl hóa tạo thành chitosan. M = (203)n M = (161)m S ơ đồ 1.5: Phản ứng đeaxetyl hóa chitin 11 Phản ứng trên thường được thực hiện với NaOH 40% ở 120 °c trong 1—>3h. Hiệu suất đeaxetyl hóa chỉ đạt 70%. Điều này có nghĩa là sản phẩm phản ứng là chuỗi polyme vẫn có cả mắt xích N-axetyl-D-glucozamin đan xen với p (1—>4) glucozamin. Đẻ đánh giá mức độ đeaxetyl hóa của chitin người ta đưa ra khái niệm độ đeaxetyl hóa (DDA) được tính theo công thức sau: 203(100-A ) DDA= 203(100-42A) ' 100% Với A là tổng số % mắt xích N-axetyl-D-glucozamin Muốn thu được chitosan đeaxetyl hóa hoàn toàn DDA ~ 0, phải rửa sạch mẫu rồi xử lý kiềm lặp lại nhiều lần. 1.3.3. Phản ủng ở nhóm -N H 2 Phản ứng xảy ra ở nhóm amin -N H 2 và nhóm amit - N H C O C H 3 hai nhóm này gắn ở vị trí c 2 (hay ở vị trí N). Tại đây nhóm -N H 2 của chitin/chitosan có đôi điện tử không phân chia do đó về mặt hóa học, chúng có khả năng phản ứng cao với các tác nhân ái lực electron để tạo ra các dẫn xuất tương ứng. Phản úng gắn với các nhóm -OH tại C3 (hoặc c 6) hay gắn polietylenglycol vào nhóm -N H 2 thu được các dẫn xuất có cấu trúc hóa học cồng kềnh nhằm cản trở không gian, làm giảm các liên kết cầu hidro giữa các mạch và trong mạch phân tử của chitin/chitosan như lúc ban đầu, để tạo ra các dẫn xuất tan trong nước. 1.3.4. Phản ửng cắt mạch chitosan Do quá trình chuyển hóa trong động thực vật chủ yếu xảy ra trong môi trường nước nên chitosan với khả năng tan kém trong nước đã làm hạn chế 12 phần nào hiệu quả và phạm vi ứng dụng. Vì vậy, để tăng khả năng ứng dụng của chitosan chúng ta phải cải thiện khả năng tan trong nước của chitosan. Hiện nay, trên thế giới, các nhà khoa học đã nghiên cún và tìm ra rất nhiều phương pháp để cải thiện khả năng tan trong nước của chitosan, trong đó phương pháp đề polyme hóa được coi là phương pháp đơn giản và hiệu quả nhất. Quá trình depolyme hóa là quá trình phả hủy các liên kết glucozit trong mạch đại phân tử dưới các tác nhân cắt mạch như: enzym, hóa chất chiếu xạ... Các tác nhân cắt mạch phá hủy liên kết glucozit, chuyển hóa chitosan thành oligome có khả năng tan trong nước cao hơn so với chitosan đại phân tử. Có nhiều phương pháp cắt mạch chitosan như: cắt mạch bằng enzym, cắt mạch bằng chiếu xạ, cắt mạch bằng phản ứng hóa học... Trong đó cắt mạch bằng phản ứng hóa học là phương pháp đơn giản và được sử dụng rộng rãi nhất. 1.3.4.1. Phương pháp chiếu xạ Quy trình chiếu xạ để thủy phân chitosan: Chitosan bột, đóng gói bằng polyetylen, được chiếu xạ với nguồn tia y Co60(coban), tốc độ chiếu 1,4 kGy.h'1, liều chiếu xạ từ 10-500 kGy. Chitosan sau khi chiếu xạ được làm trương nở trong nước (lOOg chitosan/1 lít H 20 ) trong 30 phút. Sau đó cho thêm axit axetic IN, khuấy trong 4 giờ cho tan hoàn toàn. Tiến hành trung hòa bằng 0,5M natribicacbonat, pH của dung dịch là 6 . Dùng H 20 2 để khử màu của sản phẩm và các sản phẩm khác trong quá trình chiếu xạ. Tiến hành phân tách: Ket tủa bằng dung dịch etanol, sau đó lọc thu được hai dạng sản phẩm, phần kết tủa, phần nước lọc. Phần kết tủa được rửa bằng MeOH và làm khô.Phần nước trong được cô đặc lại, kết tủa và đem 13 lọc thu hồi sản phẩm.Tiến hành đo độ nhớt (r|) đồng thời xác định khối lượng phân tử trung bình ( A / „) của sản phẩm. Cơ chế của quá trình chiếu xạ: R - H ^ > R ’(Ct +Ct )+ H ’ R - H + H ' ->R'(C, +C6)+ H 2 r -( c ^ c 4) ^ f; + f2 R - NH2 + / / • - > R'(C2)+ NH3 Trong đó R-H và R-NH 2 là các phân tử chitosan có khối lượng phân tử lớn, R*{c„) là gốc chitosan khối lượng phân tử lớn nằm trong nguyên tử cacbon c n, F*,F2 là phần của chuỗi chính. Sau khi bị bẻ gãy, độ nhạy chiếu xạ của phân tử polyme cho trước có thể được đánh giá từ hiệu suất depolyme chiếu xạ của nó. Phương trình của Charlesby Pnner: = Gứfx1,04x10'7 x Đ yM n M noJ Trong đó Mn là khối lượng phân tử trung bình số của chitosan ở liều lượng hấp thụ được; D và Mno là khối lượng phân tử trung bình số của chitosan ban đầu. Ket quả thu được cho thấy chitosan 8 B (DDA=99%) thì nhạy cảm hơn phương trình chiếu xạ so với 10B (DDA=90%). Ưu điểm của phương pháp là không có dư lượng hóa chất nên có độ tinh khiết cao. Nhược điểm là yêu cầu có thiết bị đặc biệt, hiệu quả cắt mạch kém hơn so với phương pháp hóa học. Phương pháp chiếu xạ phù họp cho sự phân hủy các loại polyme khác nhau. 1.3.4.2. Phương pháp thủy phân bang enzym Sơ đồ tổng quát quá trình thủy phân bằng enzym: 14 R = N H C O C H 3; N H 2 S ơ đồ 1.6: Quá trình thủy phân bang enzym Có tới hơn 30 loại enzym có thế sử dụng được để phân hủy chitin/chitosan: chitosanaza, aminaza, hemicellulaza, cellulaza, papain, lysozyme, pepsin... Trong dó pepsin, papain, pectinaza, có tác nhân lytic tot hon các loại enzym khác và hiệu quả cắt mạch polyme cao nhất là sử dụng pectinaza. Phương pháp thủy phân bang enzym cho phép thu được sản phẩm có dư ít lượng hóa chất, nên rất phù hợp với mục đích sử dụng trong y học. Tuy nhiên vấn đề mở rộng quy trình sản xuất còn có nhiều khó khăn. Trong số các loại enzym được sử dụng loại hemicellulaza có giá thành 1'ẻ hơn cả. Quá trình thủy phân bang enzym: Chitosan được hòa tan trong dung dịch axit axetic 1% -ỉ- 2% khuấy sau 3 giờ, điều chỉnh pH= 5,5. Đe qua đêm, sau đó đặt vào bể ổn nhiệt (50°c với hemixenlluloza) hay tủ ấm (37°c với pectinaza). Cho dung dịch enzym vào, lượng enzym được tính theo lượng chất tan (chitosan). Dừng phản ứng cắt mạch sau 3^-30 giờ (tùy từng loại enzym) bằng cách đun sôi dung dịch phản ứng trong 10 phút để tách bỏ enzym. Tiến hành lọc, dung dịch sau khi lọc được trung hòa bằng NaOH10%, pH đạt giá trị pH=9. Tiến hành ly tâm thu được phần kết tủa, rủa sản phẩm kết tủa bằng etanol nhiều lần. Sản phẩm lại được tách bằng sắc ký lỏng cao áp HPLC để phân đoạn. Quá trình thủy phân khi có mặt pectinaza (chiết từ nấm cúc màu nâu sẫm) ở pH=3, nhiệt độ 37°c làm cho độ nhớt của dung dich giảm nhanh. Oligome thu được trong quá trình này có khối lượng phân tử dao động trong 15 khoảng 20,000-ỉ-5000 Da. Chitosan khối lượng phân tử thấp có độ kết tinh cao hơn và đa dạng hình hơn chitosan. 1.3.4.3. Phương pháp hóa học • Phương pháp thủy phân axỉt: Г _ xOH Г - ^OH HC1 OH R m «n OH R R=NHCOCH3; NH 2 Sơ đồ 1.7: Thủy phân chỉtosan bằng axit HCl loãng Một số tác giả thủy phân chitosan bằng cách hòa tan chitosan trong axit HC1 (0,5%) với nồng độ polyme 1%H- 1,5% khuấy ở 65°C-ỉ-100oC trong 3 giờ. Sau đó để nguội đến nhiệt độ thường. Dùng NaOH để trung hòa (đến pH~ 8 ). Tiến hành lọc, phần kết tủa được rủa nhiều lần bằng etanol, sau đó làm khô bằng axeton. Phần nước trong được tách muối bằng MeOH, sau đó cô đặc lại và kết tủa trong etanol để thu phần sản phẩm tan trong nước. Các nghiên cún cho thấy độ polyme hóa DP phụ thuộc vào nồng độ axit HC1. Khi dùng axit HC1 đặc nóng thu được sản phẩm có DP =2-r5, khi dùng axit HC1 loãng (0,5%) thu được sản phẩm có D P -30... Các loại axit vô cơ đã được sử dụng như: Axit clohydric (HC1), axit sunfuric (H2SO4), axit photphoric (H3PO 4), axit nitric (HNO 3)... Trong đó axit clohydric được nghiên cún nhiều hơn cả. Do giá thành HC1 và khi trung hòa bằng NaOH, sản phẩm phụ là NaCl không độc, dễ tách. Ưu điểm của phương pháp là: Phản ứng cắt mạch xảy ra mạnh nhanh, nhưng các bước tách sản phẩm và dư lượng hoá chất thường khó triệt để. Sự thủy phân của liên kết glucozit (depolyme hóa) và liên kết N-axetyl của chitosan được nghiên cứu trong HC1 đặc, HC1 loãng. Các kết quả nghiên cứu cho thấy, tốc độ thủy phân của kiên kết glucozit tương đương với tốc độ 16 đề N-axetyl hóa trong axit loãng. Trong khi đó thì liên kết glycozit được thủy phân nhanh hơn 10 lần so với liên kết N-axetyl trong HC1 đặc. Điều này có thể giải thích bằng cách giả sử rằng, quá trình thủy phân của liên kết N-axetyl là phản ứng Sn2, trong khi thủy phân của liên kết glucozit là phản ứng SN1, với bước làm giảm vận tốc là sự hình thành cacbocation. 17 H+ Toe do toi han (Rate-limiting) H 20 H , u H, OH OH. '0 ' o So' do 1.8: Scr do ca che phdn ung thuy phdn axit lien ket glucozit cua chitosan Co' che duo'c chap nhan cua qua trlnh thuy phdn lien ket glucozit (phdn ung SN1) CH2OH 'O' O H ^ ‘O V CH3^ O H ^ NH -O . \— NH © (o CH.- "OH ch3^ o oh So’do 1.9: Ca che thuy phdn lien ket N-axetyl (phdn ung S/^2) Tren day la sa do mo ta co che thuy phan lien ket N-axetyl va lien ket glucozit cua chitosan bang axit. - Thuy phan lien ket N-axetyl (phan ung SN2) - Thuy phan lien ket glucozit (phan ung SN1) 18 • Phương pháp oxy hóa cắt mạch bằng tác nhân H2 O2 Các tác nhân oxy hóa được sử dụng như là: H N 0 3/N aN 02, H 20 2. Cơ chế đề polyme trong hệ chitosan và H2O2 như sau: Các phương trình cân bằng: R - N H 2 + H + = R - N H 3+ (1*) H 2Ơ2= H ' +HOO- (2*) Tổng hợp hai phản úng (1 *) và (2*) ta có phản ứng: H 2o 2 + R - nh 2 + H += R - NH; + H ' + HOO~ (3*) HOO" không bền dễ bị phân hủy tạo nhóm OH' hoạt động mạnh. HOO^OH- +0 * (4 *) Xảy ra phản ứng (5*): H 2o 2 + HOO~ -> HO ' + o 2' + H 2o (5*) HO '\h gốc oxi hóa rất mạnh, phản ứng chủ yếu của HO'với polysaccarit được chứng minh là mất bớt hydro. Nó phản ứng với cacbonhydrat rất nhanh và phản úng như phương trình: (G lc N ị, - ( G l c N ị + H O ' (GlcN)m- (G lcN \ + H20 (G lc N ị, - ( G I c N \ + H 2Ơ - > (GlcN)m+ (G lcN \ HO* lấy một nguyên tử H để tạo thành H 20 . Trong khi xử lý và điều chế, R -N H 2 có xu hướng phản ứng với H + để tạo thành R -N H 3+ làm cho nồng độ ion H+ giảm xuống tức là pH tăng lên; thêm vào đó HOO’ bị phân hủy nhanh chóng thành HO*.Điều đó có nghĩa là H 20 2 liên tục bị phân hủy trong phương trình (3*) những gốc này còn có phản ứng nhanh hơn nữa để hình thành sản phẩm oxy hóa tan trong nước với khối lượng phân tử thấp.Nghiên 20 cứu phổ FT-IR không có sự thay đổi trong cấu trúc của chuỗi chitosan trong quá trình depolyme hóa. 1.4. Một số ứng dụng của chỉtỉn/chỉtosan và dẫn xuất Chitin/chitosan là loại polysaccarit có nhiều nhóm chức (hyđroxyl, amino và axetamit) đóng vai trò quan trọng trong việc bảo tồn sinh thái và môi trường sống, đã được ứng dụng trong 1'ất nhiều lĩnh vực như dược phẩm, mỹ phẩm, công nghiệp thực phẩm, xử lý môi trường, nông nghiệp... 1.4.1. Úng dụng trong xử lý nưởc thải 1.4.1.1. Hấp phụ ỉon kim loại nặng Chitin/chitosan và nhiều dẫn xuất của nó đã được sử dụng để hấp phụ các ion kim loại trong xử lý nước cũng như thu hồi các kim loại quý hiếm. Nhiều nghiên cún chỉ ra rằng ion đồng bị hấp phụ bởi chitosan chủ yếu theo cơ chế tạo phức, pH 5 là tối ưu cho quá trình hấp phụ. Ớ khoảng pH cao hơn sẽ xảy ra hiện tượng kết tủa của Cu(OH)2. Khi có mặt của các tác nhân tạo phức càng cua như tatric, citrate, EDTA chitosan có thể hấp phụ ion đồng ở pH thấp hon. Sự proton hóa nhóm amin trong mạch chitosan hay chitosan ghép với PEI ưu thế cho cơ chế hút tĩnh điện với các ion đồng. Trong dung dịch chứa EDTA và ion đồng ở pH 3^-12, đồng tồn tại dưới dạng Cu(EDTA )2 trong khi ở pH thấp hơn nó tồn tại ở dạng CuH(EDTA). Nghiên cún cũng chỉ ra rằng, dung lượng hấp phụ rất thấp khi pH 20 (Mn20(Ã ^< 10.000 Da). + Khi nhiệt độ tăng thì khả năng đề polyme hóa cũng tăng. Nhiệt độ thích hợp cho phản úng đề polyme hóa chitosan trong môi trường HC1 IN là 80°c. + Chitosan có Mtt càng nhỏ thì càng dễ tan trong nước. 3.3. Xác định cấu trúc cũa chỉtosan khối lượng phân tử thấp *Pho hồng ngoại Chitosan khối lượng phân tử thấp được điều chế thông qua phản ứng cắt mạch (đề polyme hóa) bằng tác nhân HC1 nồng độ IN, phản ứng thực hiện ở 80°c, thời gian 12 giờ, chitosan DA~30%. Phổ hồng ngoại của chitosan khối lượng phân tử thấp được trình bày ở hình 3.7 40 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Wavenumbers (cm-1) Dale Sun May 03 05 05 29 2015 M3 KBr Scans 32 Resolution 4 000 Hình 3.7: Pho FT-IR của chỉtosan khối lượng phần tử thấp Các pic đặc trang được quy kết như sau: 3390cm'1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm hydroxyl (-OH); 2959cm"1đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết CH (vC-h), 1665 cm ' 1 đặc trung cho dao động hóa trị của nhóm cacbonyl c = 0 (của amit I), 1588 cm' 1 đặc trưng cho dao động biến dạng của N-H (Ỗ n-h); 1085 cm ' 1 đặc trung cho dao động hóa trị C-O-C trong liên kết P( 1—>4)glucozit. Tuy nhiên ta nhận thấy rằng cường độ pic 1665-1588 era' 1 giảm rất nhiều so với chitosan ban đầu. Nguyên nhân là ngoài sự thủy phân liên kết (3(1—>4)glucozit, còn có sự thủy phân liên kết N-axetyl làm giảm số nhóm N-axetyl và am in ở vị trí c 2. 41 * Phổ nhiễu xạ tia X của chitosan khối lượng phân tử thấp Hình 3.8: Phổ nhiễu xạ tia X của Chitosan khối lượng phân tử thâp Ta thấy phổ nhiễu xạ tia X của chitosan có 01 píc ở 20 =20° với d = 4,468 cường độ 614, còn phổ của LWC có 2 píc chính trong vùng tại 20 = 20° với d = 4,459 cường độ 705. Các mẫu LWC đều có píc chính với cường độ dao động từ 649 đến 740 cao hon chitosan. Nguyên nhân phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu LWC có nhiều hơn 01 píc là do mạch bị cắt ngắn nên chitosan trọng lượng phân tử thấp dễ bị hydrat hoá hơn chitosan. 42 KẾT LUẬN CHUNG Kết quả của luận văn được tóm tắt qua các nội dung chính sau: 1. Đã tách được chitin từ mai mực ống, hàm lượng chitin khoảng 37,5%. Sản phẩm thu được ở dạng rắn, màu trắng, xốp, không tan trong nước. 2. Điều chế được chitosan từ chitin thông qua phản ứng đeaxetyl hóa. Độ axetyl hóa đạt được khi đeaxetyl hóa một lần trong dung dịch NaOH 50%, nhiệt độ 120°c là 30%, khối lượng phân tử là 453 KDa. Sản phẩm thu được ở dạng rắn, màu trắng, xốp, tan tốt trong môi trường axit axetic 1%. Sử dụng phương pháp phá kết tinh thu được chitosan có độ axetyl hóa » 0 %, khối lượng phân tử 41 OKDa. 3. Đã nghiên cứu phản úng điều chế chitosan khối lượng phân tử thấp. - Từ các kết quả nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới phản ứng điều chế chitosan khối lượng phân tử thấp đã tìm ra điều kiện thích họp cho phản ứng thủy phân chitosan là: Tpư: 80°c, nồng độ HC1 là [HC1] = IN, trong thời gian 12giờ. LWC nhận được có khối lượng phân tử là 8237 Da (khi sử dụng chitosan DA~30%) và 7542 Da (khi sử dụng chitosan DA~0%). Chitosan có Mncàng nhỏ thì càng dễ tan trong nước - Đã nghiên cứu cấu trúc của chitosan khối lượng phân tử thấp bằng phương pháp phổ hồng ngoại IR và nhiễu xạ tia X-Ray. Ket quả nghiên cứu cho thấy rằng ngoài sự thủy phân liên kết (3(1—>4)glucozit, còn có sự thủy phân liên kết N-axetyl làm giảm số nhóm (-N H C O C H 3) và (-NH2) ở vị trí c 2 trong mạch đại phân tử chitosan. 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO _ i • 1• m _ _ rwi* _ ẠỊ __ Ai TTf Tài liệu Tiêng Việt 1. Nguyễn Thị Đông (2003), “ Tách chitin từ phế thải thúy sản bằn phương pháp lên men vi khuẩn axit lactic và tổng họp một số dẫn xuất NCacboxychitosan” , Luận án Tiến sỹ Hóa Học, Viện Hóa Học - Trung tâm Khoa học Tự nhiên và công nghệ Quốc Gia. 2. Phạm Thị Bích Hạnh (2003), “ Nghiên cứu phản úng đồng trùng hợp ghép một so vinyl monomer với Chitin và thăm dò khả năng hấp phụ ion kim loại nặng ” , Luận án Tiến sỹ Hóa Học, Viện Hóa Học - Trung tâm Khoa học Tự nhiên và công nghệ Quốc Gia. 3. Phan Tống Sơn, Trần Quốc Sơn, Đặng Như tại (1980), “ Cơ sở hóa học hữu cơ” , tập II, nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp. 4. Trần Thị Ý Nhi ( 2010 ), “Nghiên cứu một số phản ứng biến tính hóa học chitin/ chitosan và khả năng hấp phụ ion kim loại nặng, thuốc nhuộm củ a sản p h ẩm chitin /ch ito san đ ã b iến tính ” , Luận án Tiến sỹ Hóa Học, Viện Hóa Học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. ___ __ __ m i • li^ _ _ ___ Ị r r i* Ạ A 1 Tài liệu Tiêng Anh 5. Chen, Rong Huei; Chen, Jiahn Sheng (2000) “Changes of polydispersity and limiting molecular weight of ultrasound-treated chitosan”, Advance in Chitin Science, Vol.4 (EUCHIS'99), p. 361-366. 6. Crini G., G. Toni, M. Guerrini, M. Morcellet, M. Weltrowski and B. Martel (1997), “NMR characterization of N-benzyl sulfonated derivatives of chitosan”, Carbohydrate Polymer, Vol.33, p .145-151. 7. Domard A. (1996), “Some physicochemical and structural basis for applicability of chitin and chitosan”, Chitin and chitosan - Environmental friendly and versatile biomaterials, Proceedings o f the 44 Second Asia Pacific Symposium, Bangkok, Thailand, p. 1-12. 8 . Domard A., Rinaudo M. & Terrassin C., (1986), Intl.J.Biol.Macromol, (8 ), p .105-180. 9. Duarte M. L., Ferreira M. C., Marvao M. R., Rocha J. (2001), “Determination of the degree of acetylation of chitin and chitosan: an optimised methodology by FTIR spectroscopy”, Chitin and chitosan in life science, Kodansha Scientific Ltd., Tokyo, p.86-89. 10. Hadwiger L.A., Klosterman S.J., Choi J.J. (2002) “The mode of action of chitosan and its oligomerss in inducing plant promoters and developing disease resistance in plant”, Advance in chitin science, vol. V, p.452-457, Bangkok, Thailand 2002. 11. Harry S. (1989), “The theory of coloration of textiles”, in: A. Johnson (Ed.), Thermodynamics of dye sorption, 2nd Edition, Society o f Dyers and Colorists, West Yorkshire, UK, p. 255. 12. Hayes E. R., Davies D. H. (1978), “Characterization of chitosan. II: The determination of the degree of acetylation of chitosan and chitin”, Proceedings o f the First International Conference on Chitin/Chitosan, Eds. by Muzzarelli R.A.A, Pariser E.R., MIT Sea Grant Program, Cambride, Massachusetts, p.406-419. 13. Hirai A., Hisashi Odani, and Akio Nakajima. (1991), “Determination of degree of deacetylation of chitosan by 'H-NMR spectroscopy”, Polymer Bulletin, Vol. 26, p.87-94. 14. Hirano S. (1996), “Economic perspectives of chitin and chitosan”, The Proceedings o f the Second Asia Pacific Chitin Symposium, Bangkok, Nov. 1996, p.22-25. 15. Hitoshi Sashiwa, Sei-ichi Aiba. (2004), “Chemically modified chitin and chitosan as biomaterials”, Prog. Polym. S c i., Vol.29, p.887-908. 45 16. Hong kyoon No-Na young park, Shin Ho lee, Samuel P. Meyers. (2002), “Antibacterial activity of chitosans and chitosan oligomers with diffrent molecular weights”, International Journal of Food Microbiology, p. 65-72. 17. Kasaai M. R., Joseph Arul, Gérard Charlet. (2000), “Intrinsic viscosity molecular weight relationship for chitosan”, J. o f Polym. Sci, Part B: Polymer Physics, Vol. 38, p.2591-2598. 18. Kurita K. (2001), “Controlled functionalization of the polysaccharide chitin”, Progress in Polymer Science, Vol. 26, p .1921-1971. 19. Kurita K., Koji Tomita, Tomoyoshi Tada, Shigeru Ishii, Shin-ichiro Nishimura, and Kayo Shimoda (1993), “Squid Chitin as a Potential Alternative Chitin Source: Deacetylation Behavior and Characteristic Properties”, Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry, Vol. 31, p.485-491. 20. Kumar M. N. V. R., T. Rajakala Sridhari, K. Durga Bhavani, PP. K. Dutta. (1998), “Trends in color removal from textile mill effuents”, Colorage Aug., p. 25. 21. Kurita K. (2001), “Controlled functionalization of the polysaccharide chitin”, Progress in Polymer Science, Vol. 26, p. 1921-1971. 22. M. Rinaudo, P. Le Dung, M. Milas. (1992) “NMR investigation of chitosan derivatives formed by the reaction of chitosan with levulinic acid”, Inter. J. Biol. Macromol., Vol. 14, pp. 122. 23. Niola F., Nuria Basora, Esteban Chomet and Pierre Franôois Vidal. (1993), “A rapid method for the determination of the degree of N-acetylation of chitin-chitosan samples by acid hydrolysis and HPLC”, Carbohydrate Research, Vol. 238, pp. 1-9. 24. No. H. K., Meyers. S. PP., Prinyawiwatkul and Xu. X. (2007), “Applications of chitosan for Improvement of quality and Shelf Life of 46 Foods: A Review”, Journal o f Food Science, Vol.72, No.5. 25. Ravi Kumar. M. N. V., Muzzarelli. R.A.A., Muzzarelli. C., Sashiwa. H. (2004), “Chitosan Chemistry and Pharmaceutical Perspectives”, Chem. Rev, Vol. 104, p. 6017-6084. 26. Raymond L., Morin F. G. and Marchessault R. H. (1993), “Degree of deacetylation of chitosan using conductometric titration and solid-state NMR”, Carbohydrate Research, Vol. 246, p.331-336. 27. Rutherford F. A., Austin P. R. (1978), “Marine chitin properties and solvents”, Proceedings of the First International Conference on Chitin/Chitosan, Eds. by Muzzarelli R.A.A, Pariser E.R., MIT Sea Grant Program, Cambride, Massachusetts, p. 182-192. 28. Singh D.K., Ray A.R. (2000), “Biomedical applications of chitin, chitosan, and their derivatives”, Macromol.Chem.phys., Vol.40 (1), p.69-83. 29. Stoev G., Velichkov A. (1991), “Direct determination of acetic acid in strongly acidic hydrolysates of chitin and chitin-containing biological products by capillary gas chromatography”. Journal of Chromatography, Vol.538, p. 431-433. 30. Tokura K., et al. (1995), “regenation of chitin Foam with low crystallinity by new solvent system” 1th Int. Polymer Symposium, Polymers from natural sources, Hanoi Vietnam. 31. Varum K. M., Marit W. Anthonsen, Hans Grasdalen, and Olav Smidsrd (1991), “Determination of the degree of N-acetylation and the distribution of N-acetyl groups in partially N-deacetylated chi tins (chitosans) by high-field n.m.r. spectroscopy”, Carbohydrate Research, Vol.211, p .17-23 32. Wanichpongpan P. et al. (2002), “Enhance surface coating on mangosteen 47 [...]... đo độ nhớt (r|) đồng thời xác định khối lượng phân tử trung bình ( A / „) của sản phẩm Cơ chế của quá trình chiếu xạ: R - H ^ > R ’(Ct +Ct )+ H ’ R - H + H ' ->R'(C, +C6)+ H 2 r -( c ^ c 4) ^ f; + f2 R - NH2 + / / • - > R'(C2)+ NH3 Trong đó R-H và R-NH 2 là các phân tử chitosan có khối lượng phân tử lớn, R*{c„) là gốc chitosan khối lượng phân tử lớn nằm trong nguyên tử cacbon c n, F*,F2 là phần của chuỗi... và c 6, đều có khả năng tham gia phản ứng Do cấu trúc phân tử, nhóm (-OH) bậc 2 ở C3 bị án ngữ không gian nên phản ứng kém hơn nhóm (-OH) bậc 1 ở c 6 1.3.2 Phản ứng ở nhóm axetamit Chitin có khả năng tham gia phản ứng thể hiện tính chất của amin bậc 2 như phản ứng đeaxetyl hóa tạo thành chitosan M = (203)n M = (161)m S ơ đồ 1.5: Phản ứng đeaxetyl hóa chitin 11 Phản ứng trên thường được thực hiện với... nhau tiến hành phản ứng deaxetyl hóa trong NaOH 30% ở 100°c với thời gian như nhau (2 giờ) thu được ß -chitosan với DDA ~ 70% trong khi đó đối với a-chitin giá trị đó là -20% Tuy nhiên khi sử dụng dung dịch kiềm đặc thì bên cạnh phản ứng deaxetyl hóa còn xảy ra phản ứng thủy phân mạch chitin /chitosan làm giảm đáng kể khối lượng phân tử của chitin /chitosan Ta có thể mô tả quá trình điều chế chitosan từ... môi hữu cơ nhưng tan trong môi trường axit loãng Độ tan của chitosan phụ thuộc vào độ axetyl hóa, loại axit và nồng độ axit trong dung dịch Khi xử lý chitin /chitosan trong môi trường axit mạnh với nồng độ lớn thường xảy ra phản ứng depolyme hóa (cắt mạch) làm giảm khối lượng phân tử polyme 1.1.3 Khối lượng phần tử [21] Khối lượng phân tử chitin /chitosan là thông số quan trọng nhưng khó có thể xác định... HOO’ bị phân hủy nhanh chóng thành HO* .Điều đó có nghĩa là H 20 2 liên tục bị phân hủy trong phương trình (3*) những gốc này còn có phản ứng nhanh hơn nữa để hình thành sản phẩm oxy hóa tan trong nước với khối lượng phân tử thấp .Nghiên 20 cứu phổ FT-IR không có sự thay đổi trong cấu trúc của chuỗi chitosan trong quá trình depolyme hóa 1.4 Một số ứng dụng của chỉtỉn/chỉtosan và dẫn xuất Chitin /chitosan. .. khi bị bẻ gãy, độ nhạy chiếu xạ của phân tử polyme cho trước có thể được đánh giá từ hiệu suất depolyme chiếu xạ của nó Phương trình của Charlesby Pnner: = Gứfx1,04x10'7 x Đ yM n M noJ Trong đó Mn là khối lượng phân tử trung bình số của chitosan ở liều lượng hấp thụ được; D và Mno là khối lượng phân tử trung bình số của chitosan ban đầu Ket quả thu được cho thấy chitosan 8 B (DDA=99%) thì nhạy cảm... áp HPLC để phân đoạn Quá trình thủy phân khi có mặt pectinaza (chiết từ nấm cúc màu nâu sẫm) ở pH=3, nhiệt độ 37°c làm cho độ nhớt của dung dich giảm nhanh Oligome thu được trong quá trình này có khối lượng phân tử dao động trong 15 khoảng 20,000-ỉ-5000 Da Chitosan khối lượng phân tử thấp có độ kết tinh cao hơn và đa dạng hình hơn chitosan 1.3.4.3 Phương pháp hóa học • Phương pháp thủy phân axỉt: Г... độ nhớt thì có thể xác định được chính xác khối lượng phân tử trung bình và độ phân bố của khối lượng phân tử Từ các số liệu thu được từ phương pháp GPC đã khẳng định các mẫu chitin tách từ mai cua, vỏ tôm và mai mực ống có độ polyme hóa (degree of polymeizaion - DP) nằm trong khoảng 2000 - 4000 Chitosan tan được trong dung dịch axit loãng và khối lượng phân tử có thể xác định theo phương pháp sắc ký... 1.4.3 Úng dụng trong nông nghiệp 1.4.3.1 Chất kích thích sinh trưởng [10,34] Các nghiên cứu thử nghiệm về khả năng kích thích sinh trưởng của các loại vật liệu trên cơ sở chitosan đã được tiến hành và bước đầu thu được các kết quả khả quan Khả năng kích thích nảy mầm của hạt khi sử dụng chitin /chitosan có khối lượng phân tử thấp: Đối với chitooligosacarit có khối lượng phân tử 19,000 Da, nồng độ 3,75... ghép nối với cột loại trừ theo độ lớn phân tử (SE-HPLCsize exlusion high performance liquid chromatography) GPC-HPLC, GPC, phương pháp đo độ nhớt cũng có thể chuyển hóa chitosan thành chitin qua phản ứng N-axetyl hóa và khối lượng phân từ được tính theo phương pháp GPC trong hệ dung môi DMAc/LiCl Trong đó phương pháp đơn giản nhất để 5 xác định khối lượng phân tử polyme là xác định theo phương pháp ... Đã nghiên cứu phản úng điều chế chitosan khối lượng phân tử thấp - Từ kết nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng tới phản ứng điều chế chitosan khối lượng phân tử thấp tìm điều kiện thích họp cho phản ứng. .. tài: Nghiên cứu phản Ú7tg điều chế chỉtosan khối lượng phân tử thấp Mục đích nghiên cứu Chế tạo chitosan khối lượng phân tử thấp có khả hòa tan nước Nhiệm vụ nghiên cứu - Điều chế chitin, chitosan. .. thu chitosan có độ axetyl hóa « %, khối lượng phân tử 410 KDa 3.2 Khảo sát điều kiện ảnh hưởng đến phản ứng điều chế chỉtosan khối lượng phân tử thấp 3.2 Anh hưởng nồng độ axít HCl đến khối lượng