1.2. Các phương pháp sản xuất chitin và chitosan
1.2.2. Một số quy trình sản xuất chitosan
Phương pháp điều chế chitosan bao gồm 3 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Những phần tử vô cơ thường bị loại do tác dụng của axit vô cơ loãng hoặc enzym hòa tan muối vô cơ.
Giai đoạn 2: Protein và các hợp chất hữu cơ khác bị loại do tác dụng của kiềm hoặc enzym .
Giai đoạn 3: Dùng dung dịch NaOH 40% - 60% và các muối của nó hoặc enzym để deacetyl hóa thu được chitosan.
Độ tinh khiết của chitosan có thể được kiểm tra bằng cả hai phương pháp hóa học (cho chitosan hòa tan hoàn toàn trong dung dịch CH3COOH 1%, nếu chitosan tan càng nhiều thì chứng tỏ nó có độ tinh khiết càng cao) và phương pháp vật lí (đo phổ IR, H-NMR).Sau đây là một số phương pháp điều chế chitosan.
+ Phương pháp của Nguyễn Hoàng Hà [8]
Vỏ tôm được làm sạch, nghiền nhỏ, cho vào lò nguyên liệu cùng với nước theo tỉ lệ 1:1, nấu sôi trong 1 - 2 giờ, lọc thu được vỏ tôm sơ chế. Vỏ tôm sơ chế được để nguội 60 - 65oC rồi thủy phân bằng dung dịch HCl 10%
theo tỉ lệ 2 kg nguyên liệu: 1 lít dung dịch HCl, trong 2 - 5 giờ, hoặc enzym proteasea (1 kg nguyên liệu : 0,3 - 0,5g proteasea) ở 40oC - 70oC, trong 0,5 - 3 giờ. Sau đó cho vào dung dịch HCl 10%, ở nhiệt độ phòng, trong 2-6 giờ thu được phức chitin protein. Tiếp theo tiến hành thủy phân phức chitin protein bằng dung dịch NaOH 10% theo tỉ lệ 5 kg nguyên liệu: 1 lít NaOH ở nhiệt độ thường, trong 2 - 3 ngày thu được chitin thô. Chitin thô được tẩy màu bằng nước Javel công nghiệp theo tỉ lệ 1 kg chitin:
Sơ đồ1.1: Quy trình điều chế chitosan theo phương pháp của Nguyễn Hoàng Hà
Vỏ tôm
Vỏ tôm xử lý lần 1
Vỏ tôm xử lý lần 2
Chitin thô
Chitin tinh khiết
Chitosan
1. Rửa sạch, nghiền nhỏ.
2. Đun với nước theo tỉ lệ 1 :1, trong 1-2 giờ, lọc.
1. Dung dịch HCl 10%, to phòng, trong 6 – 12 giờ.
2. lọc, rửa, sấy khô.
1. Dung dịch NaOH 10%, to phòng, trong 2-3 ngày.
2. Lọc, rửa, sấy khô.
Nước javel công nghiệp tỉ lệ 1:1, trong 30 phút.
1. Dung dịch NaOH 40%, ở 110 – 130 oC, trong 5-8 giờ.
2. Lọc, rửa, sấy khô.
1 lít nước Javel công nghiệp. Sau 30 phút thu được chitin tinh khiết.
Cuối cùng chuyển hóa chitin thành chitosan bằng dung dịch NaOH 40% ở 110 - 130oC, trong 3 - 8 giờ, rửa, lọc, sấy khô thu được chitosan.
+ Phương pháp của Đặng Văn Luyến [6]
Vỏ tôm được nghiền nhỏ, phơi khô, cho vào dung dịch NaOH 3% (tỉ lệ 1 kg nguyên liệu: 4 lít NaOH) tiến hành phản ứng ở 90oC trong 2 - 4 giờ, sau đó rửa sạch, sấy khô. Tiếp tục cho vào dung dịch HCl 0,6N ( theo tỉ lệ 1 kg nguyên liệu: 4 lít dung dịch HCl ) phản ứng tiến hành ở 20 - 30oC, trong 4 - 6 giờ. Tiến hành lọc, rửa, sấy khô vỏ tôm ( quá trình này được lặp đi lặp lại 3 - 4 lần để tách hết canxi và protein). Hiệu suất tách chitin là 10 - 15% so với vỏ tôm khô.
Sơ đồ 1.2: Quy trình điều chế chitosan theo phương pháp của Đặng Văn Luyến
1. 4 lít HCl 0,6N, ở 20 – 30oC, trong 4 giờ (lặp lại 3 lần).
2. Lọc, rửa, sấy khô.
1. 1,5 lít NaOH 40% (thay đổi nhiệt độ từ 5 – 90oC). Tiến hành 3 lần.
2. Giữ huyền phù ở 30oC, trong 2 – 5 ngày. Sau đó đun huyền phù ở 70 – 100oC, trong 2 giờ.
Vỏ tôm xử lý lần 1
Chitin thô (152g)
Chitosan (105g)
1. Ngâm trong 4 lít NaOH 3%, 90oC, trong 2 – 4 giờ.
2. Lọc, rửa, sấy khô.
Vỏ tôm (1000g)
Tiếp theo cho chitin vào dung dịch NaOH 40% (theo tỉ lệ 1 kg chitin: 1 lít NaOH) thay đổi đột ngột nhiệt độ của huyền phù chitin trong dung dịch NaOH 40% từ 5 - 100oC bằng cách tăng rồi giảm đột ngột nhiệt độ từ 2 - 3 lần, sau đó để huyền phù chitin ở 30oC trong 2 - 5 ngày. Cuối cùng, tiến hành phản ứng chuyển hóa chitin thành chitosan ở 70oC - 100oC, trong 1 - 3 giờ, lọc, rửa, sấy khô. Dung dịch NaOH thu hồi để xử lý vỏ tôm ban đầu.
+ Phương pháp bán thủy nhiệt của Nguyễn Hữu Đức [10]
Vỏ tôm được rửa sạch, loại bỏ phần thịt thừa, sấy khô và xay nhỏ, sau đó ngâm trong dung dịch HCl 12% trong 6 giờ, lọc, rửa sạch và sấy khô.
Tiếp tục cho nó vào dung dịch NaOH 15 M trong 1 giờ, sau đó lọc rửa kỹ, sấy khô.
Sơ đồ 1.3: Quy trình điều chế chitosan theo phương pháp bán thủy nhiệt
+ Điều chế chitosan theo phương pháp hóa sinh
* Nguyên liệu
• Vỏ tôm: được rửa sạch, sấy khô và đem xay thành bột.
Vỏ tôm
Chitin – protein
Chitosan
( rửa sạch, loại bỏ thịt thừa, đầu, chân, sấy khô và xay nhỏ)
1. Dung dịch HCl 12%, ở nhiệt độ phòng, trong 6 giờ.
2. Lọc, rửa, sấy khô.
1. dung dịch NaOH 15M, trong 1 giờ.
2. Lọc, rửa, sấy khô.
• Vi sinh vật: Có 2 loại giống chính là Bacillus và Pseudomonas.
Ngoài ra còn có một số loài vi khuẩn khác như: Micrococus radiatus, Flavobacterium aurantiacus, Mycobacterium cyaneum…
• Enzym proteasea tự nhiên như Bromelina.
* Phương pháp điều chế
Quá trình điều chế thực hiện qua 2 giai đoạn:
• Giai đoạn 1: Dùng vi khuẩn giống bacillus để hòa tan muối vô cơ như canxi cacbonat.
• Giai đoạn 2: Dùng bromelin để phân giải nối peptit của chitin và protein.
• Hiệu suất điều chế là 28,2%
Sơ đồ 1.4: Quy trình điều chế chitosan theo phương pháp hóa sinh
1. Dùng 4g chế phẩm bacillusa trộn với vỏ tôm, pha nước đến độ ẩm 50%. Chỉnh pH đến 7, giữ hỗn hợp ở nhiệt độ phòng, trong 36 giờ.
2. Rửa sạch, ly tâm tách hết nước.
Vỏ tôm xử lý lần 1 Vỏ tôm (400g)
Chitosan (112,8g)
1. Dùng 8 g chế phẩm bromelina trộn vào vỏ tôm đã khử canxi cacbonat pha nước đến độ ẩm 50%, giữ hỗn hợp ở nhiệt độ phòng trong 48 giờ.
2. Rửa sạch, sấy khô ở 100oC