http://www.ebook.edu.vn Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu điều chế glucosamin từ vỏ tôm Nguyễn Đức Duy Lớp CN Hoá Dược và Hoá Chất BVTV K47 1 MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ …………………………………………………………………………..3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ................................................................... 5 1.1. Nguồn gốc và sự tồn tại chitin - chitosan trong tự nhiên. ................................ 5 1.2. Cấu trúc hoá học, tính chất lý hoá của chitin........................................................... 6 1.2.1. Cấu trúc hoá học của chitin. ..................................................................................... 6 1.2.2. Tính chất lý hoá của chitin. ....................................................................................... 8 1.3. Cấu trúc hoá học, tính chất lý hoá sinh và độc tính của chitosan. .............. 8 1.3.1. Cấu trúc hoá học của chitosan................................................................................ 9 1.3.2. Tính chất lý hoá của chitosan................................................................................ 10 1.3.3. Tính chất sinh học của chitosan. ......................................................................... 11 1.3.4. Độc tính của chitosan. .............................................................................................. 11 1.4. Tình hình nghiên cứu sản xuất và ứng dụng trong thực tế của chitin và chitosan ở Việt Nam và trên thế giới. ................................................................................ 12 1.5. Cấu trúc hóa học, tính chất lý hóa của glucosamin. ......................................... 15 1.6. Cấu trúc hóa học, tính chất vật lý một số muối của glucosamin. ............ 17 1.6.1. Glucosamin hydroclorua.......................................................................................... 17 1.6.2. Glucosamin sulfat. ....................................................................................................... 17 1.6.3. Acetyl glucosamin. ........................................................................................................ 18 1.7. Dược lý và dược động học của glucosamin và muối của nó. ..................... 18 1.8. Một số quy trình sản xuất chitin, chitosan trên thế giới và ở tại Việt Nam. .......................................................................................................................................................... 21 1.8.1. Trên thế giới. .................................................................................................................... 21 1.8.2. Ở Việt Nam. ....................................................................................................................... 23 1.9. Quy trình sản xuất glucosamin hydroclorua (glu.HCl). ................................. 25 1.9.1. Quy trình sản xuất glu.HCl của Trần Thị Luyến. ..................................... 25 1.9.2. Quy trình sản xuất glu.HCl của Đỗ Đình Rãng. ....................................... 26 Chương II : ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. ...................................................................................................................................................................... 27 2.1. Đối tượng nghiên cứu. ......................................................................................................... 27 2.2. Phương pháp nghiên cứu. .................................................................................................. 27
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
http://www.ebook.edu.vn
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu điều chế glucosamin từ vỏ tôm
Nguyễn Đức Duy Lớp CN Hoá Dược và Hoá Chất BVTV K47 1
MỤC LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ …………………………………………………………………………..3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN................................................................... 5 1.1. Nguồn gốc và sự tồn tại chitin - chitosan trong tự nhiên. ................................5 1.2. Cấu trúc hoá học, tính chất lý hoá của chitin...........................................................6
1.2.1. Cấu trúc hoá học của chitin. .....................................................................................6 1.2.2. Tính chất lý hoá của chitin. .......................................................................................8
1.3. Cấu trúc hoá học, tính chất lý hoá sinh và độc tính của chitosan...............8 1.3.1. Cấu trúc hoá học của chitosan. ...............................................................................9 1.3.2. Tính chất lý hoá của chitosan................................................................................10 1.3.3. Tính chất sinh học của chitosan. .........................................................................11 1.3.4. Độc tính của chitosan. ..............................................................................................11
1.4. Tình hình nghiên cứu sản xuất và ứng dụng trong thực tế của chitin và chitosan ở Việt Nam và trên thế giới. ................................................................................12 1.5. Cấu trúc hóa học, tính chất lý hóa của glucosamin..........................................15 1.6. Cấu trúc hóa học, tính chất vật lý một số muối của glucosamin. ............17
1.7. Dược lý và dược động học của glucosamin và muối của nó......................18 1.8. Một số quy trình sản xuất chitin, chitosan trên thế giới và ở tại Việt Nam...........................................................................................................................................................21
1.8.1. Trên thế giới. ....................................................................................................................21 1.8.2. Ở Việt Nam........................................................................................................................23
1.9. Quy trình sản xuất glucosamin hydroclorua (glu.HCl). .................................25 1.9.1. Quy trình sản xuất glu.HCl của Trần Thị Luyến. .....................................25 1.9.2. Quy trình sản xuất glu.HCl của Đỗ Đình Rãng. .......................................26
Chương II : ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.......................................................................................................................................................................27 2.1. Đối tượng nghiên cứu..........................................................................................................27 2.2. Phương pháp nghiên cứu...................................................................................................27
http://www.ebook.edu.vn
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu điều chế glucosamin từ vỏ tôm
Nguyễn Đức Duy Lớp CN Hoá Dược và Hoá Chất BVTV K47 2
CHƯƠNG III : THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ ......................................29 3.1.Quy trình điều chế chitin, chitosan và glucosamin hydroclorua. ..............29 3.2. Điều chế chitin từ vỏ tôm. ................................................................................................30 3.3.Điều chế chitosan bằng cách deacetyl chitin. ........................................................31 3.4. Điều chế glucosamin hydroclorua (glu.HCl). ......................................................32
3.4.1.Điều chế glu.HCl từ chitin. .....................................................................................32 3.4.2.Điều chế glu.HCl từ chitosan..................................................................................33 3.4.3. Tinh chế glu.HCl. ..........................................................................................................34
3.5. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất điều chế glu.HCl từ chitin.........................................................................................................................................................39 3.6. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất điều chế glu.HCl từ chitin .........................................................................................................................................................39 3.7. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit HCl đến hiệu suất điều chế glu.HCl từ chitin. ..............................................................................................................................40 CHƯƠNG IV : KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN..................................................41 4.1. Điều chế chitin từ vỏ tôm. ................................................................................................41
4.1.1.Quá trình khử khoáng..................................................................................................41 4.1.2. Quá trình loại bỏ protein.........................................................................................41
4.1.3. Quá trình tẩy màu (loại bỏ Astaxanthin). ......................................................42 4.2. Điều chế chitosan. ..................................................................................................................43 4.3. Điều chế glucosamin hydroclorua (glu.HCl)........................................................43
4.3.1. Điều chế glu.HCl đi từ chitin. ...............................................................................44 4.3.2. Điều chế glu.HCl từ chitosan. ...............................................................................45
KẾT LUẬN......................................................................................................................................48
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................49
http://www.ebook.edu.vn
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu điều chế glucosamin từ vỏ tôm
Nguyễn Đức Duy Lớp CN Hoá Dược và Hoá Chất BVTV K47 3
ĐẶT VẤN ĐỀ
Giáp xác là nguồn nguyên liệu thủy sản dồi dào chiếm 1/3 tổng sản lượng
nguyên liệu thủy sản ở Việt Nam. Trong công nghiệp chế biến thủy sản xuất
khẩu, tỷ lệ cơ cấu các mặt hàng đông lạnh giáp xác chiếm từ 70 - 80% công suất
chế biến. Hàng năm các nhà máy chế biến đã thải bỏ một lượng phế liệu giáp xác
khá lớn khoảng 70.000 tấn/năm [3].
Nguồn phế liệu này là nguyên liệu quan trọng cho công nghiệp sản xuất
chitin 1, chitosan 2, glucosamin 3 và các sản phẩm có giá trị khác. Do vậy việc
nghiên cứu và phát triển sản xuất các sản phẩm từ vỏ tôm là rất quan trọng, để
nâng cao giá trị sử dụng phế liệu này và làm sạch môi trường.
Sản phẩm chitin - chitosan đã có nhiều công trình nghiên cứu và ứng dụng
trong thực tế. Chitin có ứng dụng làm da nhân tạo và là nguyên liệu trung gian
cho các chất quan trọng như chitosan, glucosamin và các chất có giá trị khác.
Chitosan có nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp, y dược
và bảo vệ môi trường như: sản xuất glucosamin, chỉ khâu phẫu thuật, thuốc kem,
vải, sơn, chất bảo vệ hoa quả, bảo vệ môi trường…Với khả năng ứng dụng rộng
rãi của chitin – chitosan mà nhiều nước trên thế giới và cả Việt Nam đã nghiên
cứu sản xuất các sản phẩm này.
Glucosamin là một hoạt chất quý được sản xuất từ vỏ tôm thông qua
nguyên liệu trung gian là chitin hoặc chitosan. Glucosamin chủ yếu được sử dụng
trong y học chữa bệnh thoái hoá khớp.
Ở người già, chức năng cũng như cấu tạo của khớp có nhiều thay đổi, các
tế bào của khớp thoái hoá, trở nên kém linh động. Gân và dây chằng phân đoạn,
đóng vôi, khô cằn, trở nên kém bền bỉ, kém co dãn, không chịu được căng lực và
dễ bị tổn thương. Sụn trở nên đục màu, xơ hóa, gai xương, khô nước, rạn nứt với
nhiều tinh thể canxi làm khớp đau. Khớp co duỗi khó khăn vì màng hoạt dịch
mỏng và khô dần [1].
Trước đây, trong điều trị các bệnh thoái hóa khớp người ta thường dùng
các thuốc thuộc nhóm corticoid hoặc nhóm kháng viêm giảm đau không steroid
NSAID (Non - Steroidal Anti - Inflammatory Drugs), nhưng các thuốc thuộc
http://www.ebook.edu.vn
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu điều chế glucosamin từ vỏ tôm
Nguyễn Đức Duy Lớp CN Hoá Dược và Hoá Chất BVTV K47 4
nhóm này chỉ điều trị triệu chứng và có nhiều tác dụng phụ. Với các thuốc thuộc
nhóm corticoid thường gây nên các tác dụng phụ: loãng xương, viêm loét dạ dày,
giảm miễn dịch…. Đối với các NSAID thì gây viêm loét dạ dày…[12]. Từ thập
kỷ 90 người ta đã phát hiện ra glucosamin phục hồi được các sụn khớp, tức là
chữa được căn nguyên của bệnh viêm, thoái hoá khớp [2].
Đã có nhiều công trình nghiên cứu với nhiều thử nghiệm lâm sàng đã
chứng minh tác dụng điều trị tận gốc bệnh thoái hoá khớp của glucosamin, nhất
là dạng phối hợp với dược liệu thiên nhiên. Trên thực tế glucosamin thường được
sử dụng ở các dạng: glucosamin hydroclorua 4, glucosamin sulfat 5, N - Acetyl
glucosamin 6. Hiện nay thuốc chứa glucosamin đã được lưu hành trên 70 quốc
gia.
Tại Việt Nam, glucosamin và các thành phẩm đi từ glucosamin vẫn chủ
yếu là nhập khẩu và xu thế sử dụng ngày càng nhiều. Trong khi đó nguồn nguyên
liệu (vỏ giáp xác) chủ yếu để điều chế ra glucosamin thì dồi dào. Để tận dụng
nguồn nguyên liệu phế thải, tạo nguồn nguyên liệu cho việc sản xuất thuốc chữa
bệnh thoái hoá khớp và là nguyên liệu cho việc nghiên cứu các ứng dụng khác
của glucosamin chúng tôi đặt vấn đề tiến hành đề tài “Nghiên cứu điều chế
glucosamin từ vỏ tôm”.
Mục tiêu của đề tài nhằm giải quyết các vấn đề sau :
1. Phân lập chitin – chitosan từ vỏ tôm phế thải.
2. Điều chế glucosamin hydroclorua từ chitin và chitosan..
http://www.ebook.edu.vn
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu điều chế glucosamin từ vỏ tôm
Nguyễn Đức Duy Lớp CN Hoá Dược và Hoá Chất BVTV K47 5
Chương I: TỔNG QUAN
1.1. Nguồn gốc và sự tồn tại chitin - chitosan trong tự nhiên
Chitin - chitosan là một polysacharit tồn tại trong tự nhiên với sản lượng
rất lớn (đứng thứ hai sau xellulose). Trong tự nhiên chitin tồn tại trong cả động
vật và thực vật .
Trong động vật, chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng của các vỏ
một số động vật không xương sống như: côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác và giun
tròn. Trong động vật bậc cao monome 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. Trong thực vật
chitin có ở thành tế bào nấm họ zygenmyctes, các sinh khối nấm mốc, một số
loại tảo... [13].
Chitin - chitosan là polysacharit có đạm không độc, có khối lượng phân tử
lớn. Cấu trúc của chitin là tập hợp các monosacharit (N-acetyl-β-D-glucosamine)
liên kết với nhau bởi các cầu nối glucozit và hình thành một mạng các sợi có tổ
chức. Hơn nữa chitin tồn tại rất hiếm ở trạng thái tự do và hầu như luôn luôn nối
bởi các cầu nối đẳng trị (coralente) với các protein, CaCO3 và các hợp chất hữu
cơ khác.
Hình 1 : Chitin và vỏ tôm
http://www.ebook.edu.vn
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu điều chế glucosamin từ vỏ tôm
Nguyễn Đức Duy Lớp CN Hoá Dược và Hoá Chất BVTV K47 6
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 [5].
Vì vậy vỏ tôm, cua, ghẹ là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin - chitosan.
Về mặt lịch sử, chitin được Braconnot phát hiện đầu tiên vào năm 1821,
trong cặn dịch chiết từ một loại nấm. Ông đặt tên cho chất này là “Fungine” để
ghi nhớ nguồn gốc của nó. Năm 1823 Odier phân lập được một chất từ bọ cánh
cứng mà ông gọi là chitin hay “chiton”, tiếng Hy lạp có nghĩa là vỏ giáp, nhưng
ông không phát hiện ra sự có mặt của nitơ trong đó. Cuối cùng cả Odier và
Braconnot đều đi đến kết luận chitin có dạng công thức giống với xellulose.
O
NHCOCH3
OH
CH2OH
O OO
NHCOCH3
OH
CH2OH
O
O
NH2
OH
CH2OH
O OO
NH2
OH
CH2OH
O
O
OH
OH
CH2OH
O OO
OH
OH
CH2OH
O
2)
3)
1)
H×nh 2 :1) Chitin; 2) Chitosan; 3) Xellulose
1.2. Cấu trúc hoá học, tính chất lý hoá của chitin
1.2.1. Cấu trúc hoá học của chitin
Chitin 1 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 - chitin [15].
Các dạng này của chitin chỉ do sự sắp xếp khác nhau về hướng của mỗi
mắt xích (N-acetyl-D-glucosamin) trong mạch.
http://www.ebook.edu.vn
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu điều chế glucosamin từ vỏ tôm
Nguyễn Đức Duy Lớp CN Hoá Dược và Hoá Chất BVTV K47 7
Có thể biểu diễn mỗi mắt xích này bằng mũi tên sao cho phần đầu của mũi
tên chỉ nhóm –CH2OH, phần đuôi chỉ nhóm –NHCOCH3, thì các cấu trúc α, β, γ-
chitin được mô tả như sau:
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.
Công thức cấu tạo của chitin:
OO
HO
NHCCH3
O
OH
OH
NHCH2CH3
HO OO
HO
NHCH2CH3
O
OH
O
O
O
1 Tên gọi : Poly(1-4)-2-acetamido-2-deoxy-β-D-glucose; Poly(1-4)-2-
acetamido-2-deoxy-β-D-glucopyranose.
α - Chitin β - Chitin γ - Chitin
http://www.ebook.edu.vn
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu điều chế glucosamin từ vỏ tôm
Nguyễn Đức Duy Lớp CN Hoá Dược và Hoá Chất BVTV K47 8
Công thức phân tử: [C8H13O5N]n
Phân tử lượng : Mchitin = (203,09)n
1.2.2. Tính chất lý hoá của chitin [3]
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 …Nhưng 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% [4], tan trong hexafluoro-
isopropyl alcohol (CF3CHOHCF3) và hexafluoracetone sesquihydrate
(CF3COCF3.H2O) [16]. 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:
ChitnCH2OHOHNHCOCH3
ChitosanCH2OHOHNH2
NaOH 40-50%
T0cao
Khi đun nóng trong axit HCl đậm đặc, ở nhiệt độ cao thì chitin sẽ bị cắt
mạch thu được glucosamin:
CH2OHOHNHCOCH3
CH2OHOHNH2
GlucosaminHCl 36%
ChitnT0cao
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.
1.3. Cấu trúc hoá học, tính chất lý hoá sinh và độc tính của chitosan
http://www.ebook.edu.vn
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu điều chế glucosamin từ vỏ tôm
Nguyễn Đức Duy Lớp CN Hoá Dược và Hoá Chất BVTV K47 9
1.3.1. Cấu trúc hoá học của chitosan [3]
Trong số các dẫn xuất của chitin thì chitosan 2 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 [13].
Chitosan có cấu trúc tuyến tính từ các đơn vị 2-amino-2-deoxy-β-D-
glucosamine liên kết với nhau bằng liên kết β-(1-4) glucozit.
Công thức cấu tạo của chitosan:
OO
HO
NH2
O
OH
OH
NH2
HO OO
HO
NH2
O
OH
2 Tên gọi khoa học: Poly(1-4)-2-amino-2-deoxy-β-D-glucose; poly(1-4)-2-
amino-2-deoxy-β-D-glucopyranose.
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.
http://www.ebook.edu.vn
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu điều chế glucosamin từ vỏ tôm
Nguyễn Đức Duy Lớp CN Hoá Dược và Hoá Chất BVTV K47 10
1.3.2. Tính chất lý hoá của chitosan [3]
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.
Chitosan có tính kiềm nhẹ, không tan trong nước, trong kiềm nhưng hoà
tan được trong dung dịch axit hữu cơ loãng như: axit acetic, axit fomic, axit
lactic…, tạo thành dung dịch keo nhớt trong suốt. Chitosan hoà tan trong dung
dịch axit acetic 1 - 1.5%. Độ nhớt của chitosan trong dung dịch axit loãng liên
quan đến kích thước và khối lượng phân tử trung bình của chitosan (đây cũng là
tính chất chung của tất cả các dung dịch polyme) [6]. Chitosan kết hợp với
aldehit trong điều kiện thích hợp để hình thành gel, đây là cơ sở để bẫy tế bào,
enzym. Chitosan phản ứng với axit đậm đặc, tạo muối khó tan. Chitosan tác dụng
với iod trong môi trường H2SO4 cho phản ứng lên màu tím.
Một số dẫn xuất chitosan [26]:
OOHO HN
O
OHOO
HO NHO
OHOO
HO NH3+
O
OH
OOHO NH3
+O
OCH2CH2SO3-
OOHO NHCH2COOH
O
OCH2COOH
OOHO NHAc
O
OCH2CH2CN
OOHO NHAc
O
OCS2-Na+
OOHO N=CHR
O
OH
OOHO NHR
O
OH
OOHO NHCH2COOH
O
OH
OOHO NHAc
O
OCH2CHOHR
OOHO NH2
O
OH
OO-O NHAc
O
O-Na+
OORH2CO NHAc
O
OCH2ROO
HO NHAcO
OCH2COOH
OOHO NHAc
O
OH
Na+
Chitosan
Chitin
Crosslinked ChitosanChitosan salts
Sulfoethylchitosan
N,O-carboxymethylchitosan
Cyanoethylchitin
Chitin xanthogenate
Alkalichitin Alkylchitin
Carboxmethylchitin
Hydroxyalkylchitin
N-carboxymethylchitosan
N-alkylchitosan
Schiff base
Hình 3 : Sơ đồ các dẫn xuất đi từ chitin, chitosan.
http://www.ebook.edu.vn
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu điều chế glucosamin từ vỏ tôm
Nguyễn Đức Duy Lớp CN Hoá Dược và Hoá Chất BVTV K47 11
1.3.3. Tính chất sinh học của chitosan [5]
Chitosan không độc, dùng an toàn cho người [18]. Chúng có tính hoà hợp
sinh học cao với cơ thể [19], có khả năng tự phân huỷ sinh học [20].
Chitosan có nhiều tác dụng sinh học đa dạng như: tính kháng nấm, tính
kháng khuẩn với nhiều chủng loại khác nhau, kích thích sự phát triển tăng sinh
của tế bào, có khả năng nuôi dưỡng tế bào trong điều kiện nghèo dinh dưỡng, tác
dụng cầm máu, chống sưng u [21].
Ngoài ra, chitosan còn có tác dụng làm giảm cholesterol và lipid máu, hạ
huyết áp [22], điều trị thận mãn tính, chống rối loạn nội tiết [23].
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 [24].
1.3.4. Độc tính của chitosan [5]
Vào năm 1968, K. Arai và cộng sự đã xác định chitosan hầu như không
độc, chỉ số LD50 = 16g/kg cân nặng cơ thể, không gây độc trên súc vật thực
nghiệm và người, không gây độc tính trường diễn [25].
Nghiên cứu tiêm chitosan theo đường tĩnh mạch trên thỏ, các tác giả đã kết
luận: chitosan là vật liệu hoà hợp sinh học cao, nó là chất mang lý tưởng trong hệ
thống vận tải thuốc, không những sử dụng cho đường uống, tiêm tĩnh mạch, tiêm
bắp, tiêm dưới da, mà còn sử dụng an toàn trong ghép mô [25].
Dùng chitosan loại trọng lượng phân tử trung bình thấp để tiêm tĩnh mạch,
không thấy có tích luỹ ở gan. Loại chitosan có DD ≈ 50%, có khả năng phân huỷ
sinh học cao, sau khi tiêm vào ổ bụng chuột, nó được thải trừ dễ dàng, nhanh
chóng qua thận và nước tiểu, chitosan không phân bố tới gan và lá lách.
Nhiều tác giả đã chỉ rõ những lợi điểm của chitosan: tính chất cơ học tốt,
không độc, dễ tạo màng, có thể tự phân hủy sinh học, hòa hợp sinh học không
những đối với động vật mà còn đối với các mô thực vật, là vật liệu y sinh tốt làm
mau liền vết thương [27].
http://www.ebook.edu.vn
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu điều chế glucosamin từ vỏ tôm
Nguyễn Đức Duy Lớp CN Hoá Dược và Hoá Chất BVTV K47 12
1.4. Tình hình nghiên cứu sản xuất và ứng dụng trong thực tế của
chitin và chitosan ở Việt Nam và trên Thế giới [3]
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 [16].
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 Học
http://www.ebook.edu.vn
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu điều chế glucosamin từ vỏ tôm
Nguyễn Đức Duy Lớp CN Hoá Dược và Hoá Chất BVTV K47 13
Việt 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 mỹ phẩm.
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 [7].
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
[4], 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 [10], trị bỏng nhiệt [11]…
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 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
http://www.ebook.edu.vn
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu điều chế glucosamin từ vỏ tôm
Nguyễn Đức Duy Lớp CN Hoá Dược và Hoá Chất BVTV K47 14
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 [5].
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 –NH+4. 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.
http://www.ebook.edu.vn
Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu điều chế glucosamin từ vỏ tôm
Nguyễn Đức Duy Lớp CN Hoá Dược và Hoá Chất BVTV K47 15
Như vậy việc dùng chất 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.
1.5. Cấu trúc hóa học, tính chất lý hóa của glucosamin
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 glucosamin 3 (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 giới hạn nhất
định, nếu nhiệt độ không thích hợp thì sản phẩm cuối cùng là glucosamin có thể
bị giáng hóa thành những phân tử đơn giản hơn.
Công thúc cấu tạo của glucosamin:
CCCCCCH2OH
O
O
OH
OH
NH2
OH
CH2OHH OHNH2HHHOOHH
H
OHO
HO
NH2
OH
OH
3
OHC OH
NH2
OH
OH
OH
Tên UIPAC: (3R,4R,5S,6R)-3-amino-6-(hydroxymethyl)oxane-2,4,5-triol
Tên gọi khác: 2-Amino-2-deoxy-D-glucose; 2-amino-2-deoxy-β-D-