BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VUNG TÀU
BARIA VUNGTAU UNIVERSITY
C a p Sa i n t ia c q u e s
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CÁC HẠT GEL CHITIN KÍCH THƯỚC NHỎ TỪ Vỏ c u a
Trình độ đào tạo
: Đại học
Ngành
: Công nghệ kỹ thuật hóa học
Chuyên ngành
: Hóa dầu
Giảng viên hướng dẫn : Th.S Lê Thị Anh Phương
Sinh viên thực hiện
: Đoàn Thế Bảo
MSSV: 13030384
Lớp: DH13HD
Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2017
TRƯ ỜN G ĐẠI HỌ C BÀ RỊA-VŨNG TÀU
VIỆN KỸ THUẬT - K IN H TÉ BIỂN
PH IẾU GIAO ĐỀ TÀI
ĐỒ ÁN/ K H OÁ LUẬN TỐ T N G H IỆP
(Đính kèm Quy định về việc tổ chức, quản lý các hình thức tốt nghiệp ĐH, CĐ ban
hành kèm theo Quyết định số 585/QĐ-ĐHBRVT ngày 16/7/2013 của Hiệu trưởng
Trường Đại học BR-VT)
Họ và tên sinh viên: ĐOÀN THẾ BẢO Ngày sinh: 17/01/1995
: 13030384 Lớp: DH13HD MSSV
: 165D Lưu Chí Hiếu - P 10 - TP: Vũng Tàu Địa chỉ
: bao01639767710@gmail.com E-mail
T rình độ đào tạo : Đại học
: Chính quy Hệ đào tạo
Ngành : Công nghệ kỹ thuật hóa học
Chuyên ngành : Hóa dầu
1. Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo hạt gel chitin kích thước nhỏ từ vỏ cua
2. Giảng viên hướng dẫn: ThS. Lê Thị Anh Phương
3. Ngày giao đề tài : 25/1/2017
4. Ngày hoàn thành đồ án/ khoá luận tốt nghiệp: 30/6/2017
Bà Rịa-Vũng Tàu, ngày 11 tháng 2 năm 2017
GIẢNG VIÊN HƯ ỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)
TRƯ ỞN G NGÀNH TRƯ ỞN G VIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)
Trong quá trình thực hiện đồ án, tôi xin cam đoan những kết quả thu được từ
thực nghiệm là hoàn toàn chính xác và không sao chép từ bất kì đồ án nào. Các phần
trích dẫn nội dung từ các tài liệu tham khảo đã được ghi rõ trong phần Tài liệu tham
khảo trích dẫn cuối đồ án.
Tôi xin cam đoan những điều trên là sự thật và chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời
cam đoan này.
Sinh viên
Đoàn Thế Bảo
Lời đầu tiên cho phép tôi được gửi lời cảm ơn đến ban Giám hiệu trường Đại
học Bà Rịa - Vũng Tàu nói chung và Viện Kỹ thuật - Kinh tế Biển nói riêng đã tạo
điều kiện cho tôi thực hiện bản đồ án này. Đặc biệt xin cảm ơn cô Lê Thị Anh Phương
và các thầy cô trong Khoa đã có những đóng góp và tận tình chỉ dẫn giúp tôi hoàn
thiện bài báo cáo này.
Trong quá trình làm báo cáo đồ án vẫn còn nhiều điểm hạn chế, kính mong nhận
được những góp ý từ các thầy cô và các bạn sinh viên.
Tôi xin kính chúc cô Lê Thị Anh Phương cùng toàn thể thầy cô trong Khoa sức
khỏe và thành công hơn nữa trong công việc và cuộc sống.
Tôi cũng cảm ơn bạn bè đã góp ý kiến, giúp đỡ tôi trong quá trình làm đồ án
này.
Và lời cảm ơn cuối cùng tôi xin gửi đến gia đình tôi, bố mẹ, anh chị đã động
viên và tạo điều kiện học tập tốt nhất cho tôi để giúp tôi hoàn thiện bản đồ án.
Đoàn Thế Bảo
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH..................................................................................................... iii
DANH MỤC BẢNG.................................................................................................... iv
DANH MỤC VIẾT TẮT.............................................................................................. v
LỜI MỞ ĐẦU................................................................................................................ i
1. Tính cấp thiết của đề tài............................................................................................1
2. Tình hình nghiên cứu và sản xuất chitin trên thế giới và ở Việt Nam:................1
2.1. Tinh hình nghiên cứu và sản xuất chitin trên thế giới...................................1
2.2. Tinh hình nghiên cứu và sản xuất chitin ở Việt N am ....................................2
3. Mục đích nghiên cứu:............................................................................................... 2
4. Nhiệm vụ nghiên cứu:.............................................................................................. 2
5. Phương pháp nghiên cứu:........................................................................................ 2
5.1. Phương pháp điều chế hạt gel......................................................................... 2
5.2. Phương pháp đặc trưng................................................................................... 3
6. Dự kiến kết quả nghiên cứu:................................................................................... 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN........................................................................................ 4
1.1. Tổng quan về chitin............................................................................................... 4
1.1.1. Thành phần hóa học của chitin....................................................................4
1.1.2. Cấu trúc hóa học và tính chất hóa lý của chitin..........................................4
1.2. Tổng quan về phương pháp điều chế và ứng dụng hạt gel chitin......................6
1.2.1. Phương pháp điều chế...................................................................................6
1.2.2. Ứng dụng........................................................................................................7 1.3. Tổng quan về nguyên liệu vỏ cua......................................................................... 7
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...................................................... 10
2.1. Đối tượng nghiên cứu.........................................................................................10
2.1.1. Nguyên liệu................................................................................................ 10
2.1.2. Hóa chất.....................................................................................................10
2.1.3. Thiết bị........................................................................................................ 10
2.2. Nội dung nghiên cứu.......................................................................................... 10
2.2.1. Điều chế tinh thể lỏng chitin...................................................................... 10
2.2.2. Chế tạo hạt gel chitin kích thước nhỏ từ vỏ cua....................................... 17
2.2.3. M ột số phương pháp đặc trưng.................................................................. 21
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................................. 25
3.1. Kết quả của quá trình điều chế chitin lỏng (ChLC).........................................25
3.1.1. Kết quả chụp IR .......................................................................................... 25
3.1.2. Kết quả chụp X R D ...................................................................................... 26
3.1.3. Kết quả chụp SEM ...................................................................................... 26
3.2. Kết quả của quá trình nghiên cứu hạt gel chitin kích thước nhỏ...................27
3.2.1 Đặc điểm của các hạt gel chitin thu được từ 3 phương pháp.....................27
3.2.2. Kết quả của từng phương pháp.................................................................29
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................... 33
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 34
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Sắp xếp các mạch trong phân tử chitin............................................................. 4
Hình 1.2. Công thức cấu tạo của chitin.................................................................................5
Hình 1.3. Nguyên liệu sản xuất tinh thể lỏng chitin............................................................ 8
Hình 2.1. Sơ đồ điều chế tinh thể lỏng chitin 2.2.1.L Sơ c h ế .......................................... 11
Hình 2.2. Vỏ cua trong quà trình khửprotein lần 1.......................................................... 12
Hình 2.3. Quá trình khử khoáng...........................................................................................13
Hình 2.4. Vỏ cua trong quá trình khử Protein lần 2 ......................................................... 14
Hình 2.5. Vỏ cua sau khi khử màu và sấy (phơi khô)........................................................ 15
Hình 2.6. Deacetyl................................................................................................................. 15
Hình 2.7. M ẫu chitin thu được sau quá trình thủy p h â n ...................................................16
Hình 2.8. Sơ đồ phương pháp biến tính hóa học trực tiếp............................................... 17
Hình 2.9. Hình sau khi khuấy (a), lắng (b) và ly tâm........................................................ 18
Hình 2.10. Sơ đồ phương pháp 2 pha.................................................................................19
Hình 2.11. M ẫu sau khi ly tâ m ............................................................................................19
Hình 2.12. Sơ đồ phương pháp nhũ tương........................................................................ 20
Hình 2.13. M ẫu sau khi lắng (a) và ly tâm (b).................................................................21
Hình 2.14. M áy đo S E M .......................................................................................................22
Hình 3.1. Kết quả chụp IR trong điều chế ChLC .............................................................. 25
Hình 3.2. Kết quả chụp XRD trong điều chế ChLC .......................................................... 26
Hình 3.3. Kết quả chụp SEM trong điều chế ChLC .......................................................... 26
Hình 3.4. Mẫu gel thu được từ phương pháp nhũ tương.................................................. 27
Hình 3.5. Mẫu gel thu được của phương pháp biến tính hóa học trực tiếp................... 27
Hình 3.6. Mẫu gel thu được của phương pháp 2 p h a .......................................................28
Hình 3.7. So sánh mẫu từng phương pháp với mẫu ChLC (IR).......................................29
Hình 3.8. So sánh mẫu của các phương pháp với mẫu ChLC (XRD).............................30
Hình 3.9. Kết quả chụp SEM theo phương pháp nhũ tương............................................ 31
Hình 3.10. Kết quả SEM hạt gel chitin theo pp biến tính hóa học trực tiếp.................31
Hình 3.11. Kết quả chụp SEM theo phương pháp 2 p h a ................................................. 32
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần hóa học một số p h ế liệu thủy sản để sản xuất chitin.................. 7
Bảng 3.1. Bảng tóm tắt các thông số của quy trình điều chế ChLC [* ]........................25
DANH MỤC VIẾT TẮT
ChLC: Liquid chitin (Chitin lỏng)
IR: Fourrier Transformation InfraRed (Phổ hồng ngoại)
XRD: X-Ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X)
SEM: Scanning Electron Microscopy (Phương pháp kính hiển vi điện tử quét)
W/V: Phần trăm khối lượng - thể tích, (% w/v) biểu thị khối lượng chất trong một hỗn
hợp theo phần trăm thể tích của toàn bộ hỗn hợp.
LỜI MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Chitin là một polyme thiên nhiên có cấu tạo mạch thẳng gồm các đơn vị N-
axetyl-D glucosamin nối với nhau bằng liên kết ß (1,4)- glucosit được tách chiết từ các
nguồn cacbohydrat tự nhiên như vỏ tôm, cua, ghẹ,.. hiện đang được ứng dụng nhiều
trong y học, dược phẩm, công nghiệp thực phẩm, xử lý nước. [3]
Chitin qua quá trình deacetyl và thủy phân sẽ tạo thành một dạng tinh thể lỏng -
đây là một dạng trung gian của chitin và chitosan, có dạng hình que với cấu trúc phân
lớp - được sử dụng như một tiền chất để điều chế các loại vật liệu cacbon mao quản và
là một cái khung để điều chế ra loại vật liệu aerogel - một loại vật liệu siêu nhẹ với độ
xốp cao, diện tích bề mặt lớn - được ứng dụng vào điều chế các vật liệu bán dẫn, vật
liệu y sinh hoặc điều chế các vật liệu cảm biến khí.
Trong quá trình điều chế ra vật liệu aerogel, tinh thể lỏng chitin được tạo liên kết
ngang với các tác chất có nhóm -CH O như formaldehyde, glyoxal, metylglyoxal,
glutaral,.. .hoặc hỗn hợp kiềm/Urea để tạo thành các hạt gel chitin (chitin-hydrogel); từ
các hạt hydrogel, người ta thực hiện phản ứng thủy nhiệt để tạo ra vật liệu aerogel siêu
nhẹ. Trong khuôn khổ báo cáo tốt nghiệp và điều kiện làm việc hiện tại của phòng thí
nghiệm, chúng tôi thực hiện nghiên cứu các phương pháp tạo ra hạt gel chitin (chitin
hydrogel) - tiền chất ban đầu của aerogel - sử dụng glutaral như một chất kết nối tạo
liên kết ngang bằng các phương pháp khác nhau.
2. Tình hình nghiên cứu và sản xuất chitin trên thế giới và ở Việt Nam:
2.1. Tinh hình nghiên cứu và sản xuất chitin trên thế giới
Nhóm tác giả Xiaoping Shen, Julia L. Shamshina, Paula Berton (2013) [14], đã
tổng hợp ra các hạt hydrogel từ cellulose và chitin - hai loại polymer sinh học phổ
biến nhất Trái đất- với các điều kiện không có và có liên kết ngang. Trong trường hợp
có liên kết ngang, các tác giả đã sử dụng hỗn hợp NaOH/Urea ở nhiệt độ thấp (như
làm lạnh ở nhiệt độ âm) để tạo liên kết. Với các tác chất tạo liên kết ngang kiềm/Urea,
nhóm tác giả Bo Duan và cộng sự (2015) [11] cũng đã có những nghiên cứu để tạo ra
các hạt cầu micro (chitin microsphere) từ bột chitin tinh khiết.
Tác giả Yan Wu và cộng sự (2005) [15], đã chế tạo hạt nano chitosan dựa vào cơ
sở phản ứng giữa hạt gel ion chitosan với anion TPP (sodium tripolyphosphate) và
PEG (polyethylenglycol) và khảo sát sự ảnh hưởng của TPP và PEG lên khả năng tạo
hạt nano của chitosan. Kết quả thí nghiệm cho thấy khả năng kết hợp tuyệt vời của
chitosan với hai chất này.
2.2. Tinh hình nghiên cứu và sản xuất chitin ở Việt Nam
Việc nghiên cứu để tạo ra loại hạt này, hiện tại ở Việt Nam chưa có nhiều đặc
biệt là hydrogel và aergel từ chitin.
Nhóm tác giả Chau T. L. Trang, Le Q. T. Dung, Le T. Hoa (2017) - đại học
Khoa học Huế [13] đã sử dụng tinh thể lỏng chitin để điều chế ra hydrogel bằng cách
khuấy và đánh siêu âm sử dụng formaldehyde như một chất tạo liên kết cùng với tinh
thể lỏng chitin, sau đó tiến hành thủy nhiệt trong 20 giờ ở 70°C.
Các tác giả Lê Thanh Phước và Bùi Vũ Thanh Phương (2012) [4] tiến hành đề tài
nghiên cứu chế tạo hạt gel chitosan liên kết ngang kích thước nhỏ sử dụng glutaral
bằng phương pháp biến tính hóa học ứng dụng trong hấp phụ đồng.
Tác giả Dương Thị Ánh Tuyết (2010) [10] nghiên cứu chế tạo vật liệu
nanochitosan từ chitosan để làm chất hấp phụ protein - đã nghiên cứu dùng chất tạo
liên kết ngang là sodium tripolyphosphate (Na5P3O - TPP) để điều chế chitosan
hydrogel trước khi tạo vật liệu nanochitosan.
Ngoài các tác giả trên, còn các nhóm nghiên cứu khác, sử dụng glutaral, TPP
hoặc glyoxal đề tạo hạt hydrogel, tuy nhiên, hầu như xuất phát từ đối tượng ban đầu là
chitosan hoặc là chitin tinh khiết. [10]
3. Mục đích nghiên cứu:
• Nghiên cứu chế tạo hạt gel chitin (chitin-hydrogel) kích thước nhỏ từ vỏ cua.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu:
• Điều chế tinh thể lỏng chitin từ vỏ cua.
• Nghiên cứu chế tạo hạt gel chitin kích thước nhỏ từ vỏ cua bằng các phương
pháp khác nhau.
5. Phương pháp nghiên cứu:
5.1. Phương pháp điều chế hạt gel
• Phương pháp biến tính chitin
• Phương pháp nhũ tương
• Phương pháp 2 pha (pha ưa nước và pha kỵ nước)
5.2. Phương pháp đặc trưng
• Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
• Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• Phương pháp hấp thụ bức xạ hồng ngoại (IR)
6. Dự kiến kết quả nghiên cứu:
• Thu được hạt gel chitin kích thước nhỏ.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về chitin
1.1.1. Thành phần hóa học của chitin
Chitin: tồn tại dưới dạng liên kết bởi những liên kết đồng hóa trị với các protein
dưới dạng 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, vỏ cua ghẹ.. .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 cho
quá trình khử khoáng.
Protein: thành phần protein trong phế liệu cua thường tồn tại ở 2 dạng: dạng tự
do và dạng liên kết
- Dạng tự do: dạng này là tồn tại ở phần thịt cua từ một số cua bị biến đổi và vứt
đi lẫn vào phế liệu hoặc phần mai và thịt còn sót lại trong cua. Nếu công nhân vặt mai
cua không đúng kĩ thuật thì phần protein bị tổn thất vào phế liệu nhiều làm tăng tiêu
hao nguyên vật liệu, mặt khác phế liệu này khó xử lý hơn.
- Dạng phức tạp: ở dạng này protein không hòa tan và thường liên kết với chitin,
canxicacbonat, với lipit tạo thành lipoprotein, với sắc tố tạo proteincarotenoit.như một
phần thống nhất quyết định tính bền vững của vỏ cua.
1.1.2. Cấu trúc hóa học và tính chất hóa lý của chitin
1.1.2. !. Cấu trúc hóa học
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 3 dạng cấu hình: a, ß, Y - chitin.
a - Chitin ß - Chitin Y - c h iI in
Hình 1.1. Sắp xếp các mạch trong phân tử chitin
a - 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.
B, Y - chitin do mắt xích ghép với nhau theo kiểu song song (P - chitin) và hai
song song một ngược chiều (y - chitin), giữa các lớp không có loại liên kết hydro.
Dạng p - chitin cũng có thể chuyển sang dạng a - chitin nhờ quá trình axetyl hóa cho
cấu trúc tinh thể bền vững hơn.
Qua nhiều nghiên cứu về sự thủy phân chitin bằng enzyme hay axit HCl đậm đặc
thì người ta thấy rằng chitin có cấu trúc là một polymer được tạo thành từ các đơn vị N
- acetyl - p - D - glucosamine liên kết với nhau bởi liên kết p - 1,4 - glucozit.
Công thức cấu tạo của chitin:
Tên gọi: poly(1,4) - 2 - acetamido - 2 - deoxy - p - D - glucose; poly(1,4) - 2
acetamido - 2 - deoxy - p - D - glucopyranose.
Công thức phân tử: [C8H 13O5N]n.
Phân tử lượng: Mchitin = (203,09)n.
1.1.2.2. Tính chất hóa ỉý
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
canxi (Ca(SCN)2) tạo thành dung dịch keo, tan được trong hệ dimetylacetamid - LiCl
8% [5], tan trong hexaíluoro - isopropyl alcohol (CF3CHOHCF3) và hexafuoracetone
sesquihydrate (CF3COCF3.H2O) [5]. Chitin có khả năng hấp thu tia hồng ngoại có
bước sóng 884 - 890 cm-1.
Chitin tồn tại với các chất oxy hóa mạnh như thuốc tím (KMnO4), oxy già
(H2O2), nước javen (NaOCl - N a C l ) ., lợi dụng tính chất này mà người ta sử dụng các
chất oxy hóa trên để khử màu cho chitin.
Khi đun nóng trong dung dịch NaOH đậm đặc (40 - 50%), ở nhiệt độ cao thì
- C H 2O H
- c h 2O H
N aO H 4 0-5 0%
.
C h i t i n -O H
------— — —---- > C h i t o s a n -O H
- N H C O C H
-n h 2
chitin sẽ bị mất gốc acetyl tạo thành chitosan:
Khi đun nóng trong axit HCl đậm đặc, ở nhiệt độ cao thì chitin sẽ bị cắt mạch thu được
- C H 2O H
- c h 2O H
H C 13 6 %
,
C h i t i n -O H
— — — ^ G l u c o s a m i n
-O H
T cao
- N H C O C H
-n h 2
glucosamine:
Chitin có tính kỵ nước cao (đặc biệt đối với a - chitin) và không tan trong nước,
trong kiềm, trong axit loãng và các dung môi hữu cơ như ete, rư ợu,.. .Tính không tan
của chitin là do chitin có cấu trúc chặc chẽ, có liên kết trong và liên phân tử mạnh
thông qua các nhóm hydroxyde và acetamide. Tuy nhiên, ß - chitin có tính trương nở
với nước cao. Chitin hòa tan được trong dung dịch axit đậm đặc như HCl, H3PO4 và
dimethylacetamide chứa 5% lithiumchloride.
Chitin có cấu trúc rắn chắc hơn các polymer sinh học khác. Độ rắn cao của chitin sẽ
thay đổi tùy theo từng loại chitin được chiết rút từ các nguồn nguyên liệu khác nhau.
1.2. Tổng quan về phương pháp điều chế và ứng dụng hạt gel chitin
Từ chitin lỏng ta có thể tạo ra hạt gel chitin bằng các phương pháp khác nhau
như: phương pháp nhũ tương, phương pháp biến tính hóa học trực tiếp và phương
pháp 2 pha (pha ưa nước và pha kỵ nước).
1.2.1. Phương pháp điều chế
1.2.1.1. Phương pháp nhũ tương
Tạo nhũ tương: Sử dụng dung dịch ChLC 2% làm pha phân tán. Pha liên tục gồm
dầu paraffin và chất hoạt động bề mặt Span 80. Hỗn hợp trên được khuấy để hình
thành nhũ tương nước trong dầu. Sau đó dung dịch NaOH 1N được thêm vào hỗn hợp.
Sử dụng máy khuấy từ để khuấy mẫu rồi ngưng. Kết thúc thí nghiệm, hỗn hợp được
cho vào bình chiết và để ổn định qua một đêm. Dưới tác dụng của trọng lực, các hạt
chitin sẽ lắng xuống đáy bình chiết. Phần bông cặn lấy ra từ bình chiết được ly tâm để
loại bỏ phần dầu thừa còn sót lại, sau đó tiếp tục rửa với nước cất đến khi trung hòa.
Tạo liên kết ngang cho hạt chitin thu được bằng Glu 25% (ta thêm vào Glu vào với tỉ
lệ chitin/Glu là 1/0.5) rồi rửa lại bằng ether.
1.2.1.2. Phương pháp biến tính hóa học trực tiếp [6]
Hòa tan dung dịch ChLC (tinh thể chitin lỏng) vào dầu paraffin và chất hoạt động
bề mặt Span 80 cho vào cốc nhựa và khuấy trên máy khuấy từ. Thêm vào hỗn dung
dịch ChLC ở trên. Sau khi khuấy kể từ lúc kết thúc quá trình thêm dung dịch ChLC
vào hỗn hợp, tiếp tục thêm vào dung dịch Glu 25%, tốc độ khuấy không đổi. Tiếp theo
thêm dung dịch Glu 25% vào tiếp tục duy trì vận tốc khuấy không đổi. Hỗn hợp lúc
này chuyển thành dạng huyền phù với các hạt chitin liên kết ngang phân tán trong dầu
được để yên cho các hạt này lắng xuống. Lọc lấy phần kết tủa đem ly tâm để loại bỏ
phần dầu thừa và rửa vài lần với nước cất.
1.2.1.3. Phương pháp 2 pha [6]
Ta chuẩn bị 2 pha riêng biệt gồm pha ưa nước và pha kỵ nước. Đối với pha kỵ
nước ta cho Tween 80, dầu parafin và cyclohexan vào cốc khuấy đều. Pha ưa nước ta
cho chitin lỏng (ChLC 4%) với Glu 25% vào cốc và khuấy. Sau đó trộn hỗn hợp 2 pha
lại khuấy trong thời gian nhất định, để trên phễu chiết cho mẫu lắng xuống và tiếp tục
lọc^-ly tâm.
1.2.2. Ứng dụng
- Làm chất truyền tải thuốc [16]
- Làm hấp phụ
1.3. Tổng quan về nguyên liệu vỏ cua
Chitin - tinh thể lỏng chitin được chiết xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác
nhau: phế liệu thủy sản, vi nấm, vi khuẩn,... Tuy nhiên nguồn nguyên liệu chính để
sản xuất chitin - chitosan là phế liệu thủy sản, đặc biệt là vỏ tôm, ghẹ, mực. Tùy theo
từng loại nguyên liệu mà hàm lượng chitin biến đổi khác nhau.
Bảng 1.1. Thành phần hóa học một số p h ế liệu thủy sản để sản xuất chitin
Thành phần hóa học (%) Nguyên liệu Độ ẩm Protein Khoáng Chitin Lipit
24,0 56,0 12,9 Cua xanh 4,5 2,0
Ghẹ chấm 12,9 10,3 57,9 0,3 17,1
26,8 29,3 34,9 Đầu tôm sú 0,5 9,1
42,8 20,8 36,5 Vỏ tôm sú 9,7 1,2
- Nang mực 6-8 7-8 0,7-1 75-80
Vì thành phần của mỗi nguyên liệu khác nhau nên quy trình chiết xuất chitin cũng
khác nhau. Trong khóa luận này sử dụng nguyên liệu là vỏ cua nên sẽ tìm hiểu sơ lược
về thành phần phế liệu của nó.
Hình 1.3. Nguyên liệu sản xuất tinh thể lỏng chitin
♦♦♦ Thành phần của p h ế liệu cua
Quá trình phơi khô để loại nước có trong vỏ cua để bảo quản được thời gian dài
để chuổn bị cho quá trình làm thí nghiệm.
Vỏ cua chia làm 4 lớp chính:
• Lớp biểu bì (epicucle)
• Lớp màu
• Lớp canxi hóa
• Lớp không bị canxi hóa
Lớp biểu bì, lớp màu, lớp canxi hóa cứng do sự lắng đọng của canxi. Lớp màu,
lớp canxi hóa, lớp không bị canxi hóa chứa nhiều chitin nhưng lớp biểu bì thì không.
Ta gọi các lớp có chứa chitin là endocuicle.
Lớp màu: tính chất của lớp này do sự có mặt của những thể hình hạt của vật chất
mang màu giống dạng melanin. Một vài vùng xuất hiện những hệ thống rãnh thẳng
đứng có phân nhánh, là con đường cho canxi thẩm thấu vào.
Lớp biểu bì (epcuticle): Nó khác với các vỏ còn lại, bắt màu với anilin xanh.
Lớp epicuticle có lipit vì thế nó cản trở tác động của axit ở nhiệt độ thường trong
công đoạn khử khoáng bằng axit hơn là các lớp bên trong. Màu của lớp này
thường vàng rất nhạt có chứa polyphenoloxidase và bị hóa cứng bởi puinone -
tannin. Lớp epicuticle liên kết với một số màng mỏng bên ngoài cản trở hòa tan
ngay cả trong môi trường axit đậm đặc do nó có chứa các mắt xích paratin mạch thẳng.
Lớp canxi hóa: lớp này chiếm phần lớn vỏ, thường có màu xanh trải đều khắp,
chitin ở trạng thái tạo phức với canxi.
Lớp không bị canxi hóa: vùng trong cùng của lớp vỏ được tạo thành bởi một
phần tương đối nhỏ so với tổng chiều dày bao gồm các phức chitin - protein bền vững
không có canxi và quinine.
Do đó để thu được chitin cần phải làm thực nghiệm loại bỏ protein, canxi và màu.
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu
2.1.1. Nguyên liệu
Vỏ cua được lấy từ các nhà hàng thủy sản tại thành phố Vũng Tàu và Cà Mau.
2.1.2. Hóa chất
- Axit hydroclorua (HCl): 7%, 4M
- Natri hydroxyde (NaOH): 5%, 33%
- Nước cất
- Span 80
- Glutaral
- Tween 80
- H2O2: 5%, 30%
Tất cả các hóa chất đều là hóa chất tinh khiết của Trung Quốc.
2.1.3. Thiết bị
- Bếp điện
- Máy khuấy từ
- Máy ly tâm
- Tủ sấy
2.2. Nội dung nghiên cứu
2.2.1. Điều chế tinh thể lỏng chitin
Quy trình điều chế tinh thể lỏng chitin (ChLC) được tiến hành dựa vào công trình
nghiên cứu của TS. Trần Thanh Định - ĐH Vancouver - Canada [2].
Khử Protein
----------------- >
Khử khoáng ----------------- >
Khử Protein ----------------- >
Tẩy màu ------------->
Deacetyl -------------- >
Thủy phân -------------- >
Hình 2.1. Sơ đồ điều chế tinh thể lỏng chitin
2.2.1.1. Sơ chế
Vỏ cua sau khi được sử dụng được ngâm với nước để làm mềm các lớp thịt sót bên
trong và đem luộc trong nước sôi, rửa sạch và phơi khô.
2.2.1.2. Khử Protein lần 1 [12]
Mục đích: loại bỏ protein ra khỏi liên kết với chitin trong vỏ cua.
Quá trình khử protein từ phế liệu thủy sản có thể thực hiện với nhiều hóa chất như
NaOH, Na2CO3, NaHCO3, KOH, K2CO3, Ca(OH)2... Tuy nhiên, NaOH được sử dụng
nhiều nhất, nồng độ từ 1% - 10%, ở nhiệt độ phòng hoặc nhiệt độ cao, thời gian xử lý từ vài
giờ đến vài ngày. Để tăng cường hiệu quả của quá trình tách protein cần thực hiện khuấy
đảo trong khi xử lý. Tùy theo tính chất của nguyên liệu mà ta có thể chọn chế độ khử
protein phù hợp. Vỏ cua sau khi phơi khô bẻ nhỏ 1-2 cm cho vào lọ. Ta tiến hành loại bỏ
hoàn toàn protein bằng dung dịch NaOH 5%, protein bị kiềm thủy phân thành các amin tự
do tan và được loại ra theo quy trình rửa trôi. Lượng NaOH 5% cho vào đến khi ngập toàn
bộ vỏ tôm và kiểm tra pH = 11-12 là được để đảm bảo việc loại bỏ protein được hoàn toàn.
Đun ở nhiệt độ 80oC trong 6 giờ. Sản phẩm sau khi nung được rửa sạch bằng nước thường
hoặc nước cất đến pH = 7. Giai đoạn này sẽ loại bỏ được protein tồn tại ở dạng tự do: thịt
cua lẫn vào phế liệu cua hoặc phần thịt và nội tạng còn sót lại trong vỏ cua. Tiếp đó là công
đoạn rửa trung tính nhằm rửa trôi hết muối natri, các amin tự do và NaOH dư.
Hình 2.2. Vỏ cua trong quà trình khử protein lần 1
2.2.1.3. Khử khoáng [12]
Mục đích: loại bỏ các chất khoáng và chất m àu ra khỏi liên kết với chitin trong
vỏ cua.
Sau khi đã khử protein vỏ cua được rửa sạch và cho vào quá trình khử khoáng.
Trong vỏ cua thành phần khoáng chủ yếu là muối CaCO3 và rất ít Ca3(PO4)2 . Nên
người ta thường dùng các loại axit như HCl, H2SO4, . .. để khử khoáng. Quá trình khử
khoáng thường được thực hiện ở nhiệt độ thường kết hợp với khuấy đảo. Nồng độ của
axit, thời gian ngâm và tỷ lệ w/v của quá trình khử khoáng sẽ ảnh hưởng đến chất
lượng chitin thu được. Thông thường, đối với phế liệu tôm thì nồng độ HCl được sử
dụng thấp hơn so với phế liệu cua, ghẹ. Vì vậy, tùy theo từng loại nguyên liệu và yêu
cầu chất lượng chitin mà thực hiện chế độ khử khoáng sao cho phù hợp.
Nồng độ HCl có ảnh hưởng lớn đến chất lượng của chitin thành phẩm, đồng thời
có ảnh hưởng lớn đến thời gian và hiệu quả khử khoáng. Nếu nồng độ HCl cao sẽ rút
ngắn được thời gian khử khoáng nhưng sẽ làm cắt mạch do có hiện tượng thủy phân
các liên kết P" (1-4) glucoside để tạo thành tạo ra các polymer có trọng lượng phân tử
trung bình thấp, có khi thủy phân triệt để đến glucosamin. Ngược lại, nếu nồng độ HCl
quá thấp thì quá trình khử khoáng sẽ không triệt để và thời gian xử lý kéo dài ảnh
hưởng đến chất lượng sản phẩm [2].
Sau khi khử khoáng tiến hành rửa trung tính, công đoạn này có tác dụng rửa trôi hết
các muối, acid dư tan trong nước. Quá trình rửa kết thúc khi dịch rửa cho giá trị pH=7.
- Lấy 500ml HCl 7% cho vào bình 1 lít có chứa sẵn mẫu ^ thay axit 4 lần trong
CaC03 + 2HCl ^ CaCl2 + C02 + H O
Ca2 ( P04 ) 2 + 6HCl ^ 3CaCl2 + 2H 2P O4
khoảng 2, 3 ngày ^ nhằm loại bỏ canxi và khoáng trong sản phẩm.
Hình 2.3. Quá trình khử khoáng
2.2.1.4. Khử protein lần 2 [12]
Mục đích: tiếp tục loại bỏ protein để thu được vỏ cua có hàm lượng protein còn
lại nhỏ hơn 5%.
Để đảm bảo loại sạch protein còn sót lại sau quá trình khử protein lần đầu, ta
tiến hành khử protein một lần nữa. Mẫu sau khi được khử khoáng được rửa sạch. Lấy
500ml NaOH 5% cho vào bình chứa sẵn mẫu ^ Gia nhiệt trong vòng 8 tiếng sau đó
rửa sạch. Ở giai đoạn này sẽ loại bỏ được protein không hòa tan và thường liên kết với
chitin, CaCO , lipid tạo thành lipoprotein.
Hình 2.4. Vỏ cua trong quá trình khử Protein lần 2
2.2.1.5. Khử màu [12]
Vỏ cua khi khử protein lần 2 xong sẽ có màu hồng nhạt vì thế nó làm giảm giá
trị cảm quan, giảm chất lượng chitin khi dùng lượng chitin này làm nguyên liệu sản
xuất. Do đó cần tẩy màu cho ra chitin trắng hơn, tạo giá trị cảm quan tốt hơn.
Đề loại bỏ hoàn toàn màu của vỏ cua ta pha 500 ml H2O2 30% cho vào bình
chứa sẵn mẫu và gia nhiệt trong 1h ở 90°C (nhiệt độ bên trong bình). Sau khi tẩy trắng
xong ta rửa sạch với nước cất và đem phơi dưới ánh nắng mặt trời hoặc để trong tủ sấy
(khoảng 40°C đến 50°C) cho mẫu chitin khô lại, ta thu được chitin rắn.
Hình 2.5. Vỏ cua sau khi khử màu và sấy (phơi khô)
2.2.I.6. Deacetyl [12]
Deacetyl là chuyển hóa nhóm -NHCOCH3 thành nhóm NH2 và loại bỏ nhóm -
CH3CO một cách không hoàn toàn.
Thông thường quá trình deacetyl được thực hiện bằng cách ngâm chitin trong
dung dịch NaOH hoặc KOH đậm đặc. Nồng độ NaOH thường sử dụng từ 40 - 50%, ở
nhiệt độ 900C. Công đoạn deacetyl được thực hiện ở các chế độ rất đa dạng, phong phú
tùy vào nguồn chitin và yêu cầu về tính chất của nó.
Để tiến hành quá trình deacetyl, cân 2,5g chitin rắn sau khi đã khử màu và cho
vào bình cùng với 25ml NaOH 33% đặt lên máy khuấy từ và nhiệt độ bên trong là
90°C trong 2h. Lọc mẫu deacetyl và bằng nước cất khoảng 3-4 lần để tiếp tục quá trình
thủy phân.
Hình 2.6. Deacetyl
2.2.1.7. Thủy phân [12]
Mục đích: dùng để cắt mạch chitin - phá vỡ liên kết để tạo chitosan-chitin lỏng.
Ta lấy 50 ml dung dịch HCl 7% cho vào mẫu chitin đã deacetyl và đặt lên máy
khuấy từ, nhiệt độ trong bình thủy phân từ 100-104°C và tiến hành thủy phân trong
12h. Trong khoảng thời gian từ tiếng thứ 10 đến 11 ta bắt đầu dùng ống nhỏ giọt, nhỏ
từng giọt H2O2 vào (khoảng 1-10ml) để cho mẫu từ sẫm màu trở nên trắng lại, tránh
nhỏ một lần quá nhiều làm cho mẫu bị sủi bọt.
Tiếp tục quá trình thủy phân cho đến khi đạt đến thời gian mong muốn rồi ngừng
lại, sau đó ta lấy mẫu đã thủy phân đi ly tâm với vận tốc 5000 vòng/phút trong vòng 5
phút. Sau khi ly tâm hết chitin đã thủy phân ta thêm nước cất vào tiếp tục ly tâm 3-4
lần cho đến khi nước cất có màu trắng đục thì ngừng lại. Ta thu được mẫu chitin lỏng
màu trắng. Phần chitin lỏng còn đọng lại trong ống ly tâm ta rửa bằng cồn để thu toàn
bộ lượng chitin lỏng.
Hình 2.7. Mẫu chitin thu được sau quá trình thủy phân
2.2.2. Chế tạo hạt gel chitin kích thước nhỏ từ vỏ cua
2.2.2.I. Phương pháp biến tính hóa học trực tiếp [6]
Hình 2.8. Sơ đồ phương pháp biến tính hóa học trực tiếp
a)
b) c)
Hình 2.9. Hình sau khi khuấy (a), lắng (b) và ly tâm
2.2.2.2. Phương pháp 2 pha [13]
Khuấy trong
1h, ở nhiệt
độ thường
Hình 2.10. Sơ đồ phương pháp 2 pha
I \ ỵ
■ I
Sau khi ly tâm ta thu được mẫu:
V
ỉ
Hình 2.11. M ẫu sau khi ly tâm
2.2.2.3. Phương pháp nhũ tương [6]
Hình 2.12. Sơ đồ phương pháp nhũ tương
a) b)
Hình 2.13. M ẫu sau khi lắng (a) và ly tâm (b)
2.2.3. M ột số phương pháp đặc trưng
2.2.3.1. SEM ( Kính hiển vi điện tử quét )
SEMPA (Kính hiển vi điện tử quét có phân tích phân cực: Scanning Electron
Microscopy with Polarisation Analysis) là một chế độ ghi ảnh của SEM mà ở đó, các
điện tử thứ cấp phát ra từ mẫu sẽ được ghi nhận nhờ một detector đặc biệt có thể tách
các điện tử phân cực spin từ mẫu, do đó cho phép chụp lại ảnh cấu trúc từ của mẫu.
♦♦♦ Nguyên lý:
Việc phát các chùm điện tử trong SEM cũng giống như việc tạo ra chùm điện tử
trong kính hiển vi điện tử truyền qua, tức là điện tử được phát ra từ súng phóng điện tử (có
thể là phát xạ nhiệt, hay phát xạ trường...), sau đó được tăng tốc. Tuy nhiên, thế tăng tốc của
SEM thường chỉ từ 10 kV đến 50 kV vì sự hạn chế của thấu kính từ, việc hội tụ các chùm
điện tử có bước sóng quá nhỏ vào một điểm kích thước nhỏ sẽ rất khó khăn. Điện tử được
phát ra, tăng tốc và hội tụ thành một chùm điện tử hẹp (cỡ vài trăm Angstrong đến vài
nanomet) nhờ hệ thống thấu kính từ, sau đó quét trên bề mặt mẫu nhờ các cuộn quét tĩnh
điện. Độ phân giải của SEM được xác định từ kích thước chùm điện tử hội tụ, mà kích
thước của chùm điện tử này bị hạn chế bởi quang sai, chính vì thế mà SEM không thể đạt
được độ phân giải tốt như TEM. Ngoài ra, độ phân giải của SEM còn phụ thuộc vào tương
tác giữa vật liệu tại bề mặt mẫu vật và điện tử. Khi điện tử tương tác với bề mặt mẫu vật, sẽ
có các bức xạ phát ra, sự tạo ảnh trong SEM và các phép phân tích được thực hiện
SVTH: ĐOÀN THẾ BẢO
thông qua việc phân tích các bức xạ này. Các bức xạ chủ yếu gồm:
- Điện tử thứ cấp (Secondary electrons): Đây là chế độ ghi ảnh thông dụng nhất
của kính hiển vi điện tử quét, chùm điện tử thứ cấp có năng lượng thấp được ghi nhận
bằng ống nhân quang nhấp nháy. Vì chúng có năng lượng thấp nên chủ yếu là các điện
tử phát ra từ bề mặt mẫu với độ sâu chỉ vài nanomet, do vậy chúng tạo ra ảnh hai chiều
của bề mặt mẫu.
- Điện tử tán xạ ngược (Backscattered electrons): Điện tử tán xạ ngược là chùm
điện tử ban đầu khi tương tác với bề mặt mẫu bị bật ngược trở lại, do đó chúng thường
có năng lượng cao. Sự tán xạ này phụ thuộc rất nhiều vào vào thành phần hóa học ở bề
mặt mẫu, do đó ảnh điện tử tán xạ ngược rất hữu ích cho phân tích về độ tương phản
thành phần hóa học. Ngoài ra, điện tử tán xạ ngược có thể dùng để ghi nhận ảnh nhiễu
xạ điện tử tán xạ ngược, giúp cho việc phân tích cấu trúc tinh thể (chế độ phân cực
điện tử).
♦♦♦ Ưu điểm:
Mặc dù không thể có độ phân giải tốt như kính hiển vi điện tử truyền qua nhưng
kính hiển vi điện tử quét lại có điểm mạnh là phân tích mà không cần phá hủy mẫu
vật và có thể hoạt động ở chân không thấp. Một điểm mạnh khác của SEM là các thao
tác điều khiển đơn giản hơn rất nhiều so với TEM khiến cho nó rất dễ sử dụng. Một
điều khác là giá thành của SEM thấp hơn rất nhiều so với TEM, vì thế SEM phổ biến
hơn rất nhiều so với TEM.
Hình 2.14. M áy đo SEM
2.2.3.2. XRD (Phương pháp nhiễu xạ tia X )
Cơ sở của phương pháp nhiễu xạ tia X là dựa vào hiện tượng nhiễu xạ của chùm tia X
trên mạng lưới tinh thể. Khi bức xạ tia X tương tác với vật chất sẽ có hiệu ứng tán xạ đàn
hồi với các điện tử của các nguyên tử trong vật liệu có cấu trúc tinh thể sẽ dẫn đến hiện
tượng nhiễu xạ tia X.
Hiện tượng nhiễu xạ tia X chỉ xảy ra với 3 điều kiện sau:
+ Vật liệu có cấu trúc tinh thể.
+ Có tán xạ đàn hồi.
+ Bước sóng X của tia X phải có giá trị cùng bậc với khoảng cách giữa các nguyên
tử trong mạng tinh thể.
Chiếu chùm tia X lên mạng lưới tinh thể, mỗi nút mạng tinh thể trở thành trung tâm
nhiễu xạ. Các tia tới và tia phản xạ giao thoa với nhau hình thành lên các vân sáng và vân
tối xen kẽ nhau. Các cực đại nhiễu xạ (vân sáng) được xác định theo phương trình Bragg:
nl= 2dsinq
Trong đó: l: bước sóng tia X.
d: là khoảng cách giữa 2 mặt phang tinh thể kế tiếp trong họ các mặt
phẳng tinh thể (hkl) (m).
q: là góc giữa tia tới (hoặc tia phản xạ) và mặt phản xạ (độ).
n: bậc phản xạ và là số nguyên dương.
Với nguồn phát tia X, để nhận được hình ảnh rõ nét về cấu trúc của vật liệu đòi hỏi tia
X càng gần đơn sắc càng tốt. ồng phát tia X và các bộ phận điện tử phụ trợ tạo ra chùm tia
X trong khoảng tần số giới hạn có cường độ lớn. Các bộ lọc gương Gobel, các bộ phận phụ
trợ và các phần mềm điều khiển cho phép tạo được chùm tia đơn sắc có tần số thích hợp
phục vụ cho việc phân tích.
❖ Ứng dụng của phương pháp XRD
- Xác định tính pha tinh thể
- Xác định định lượng hàm lượng pha tinh thể
- Xác định các hằng số mạng của tinh thể
- Xác định phân bố kích thước hạt
❖ Ưu - nhược điểm của phương pháp XRD
- Tiến hành đo trong môi trường bình thường
- Chụp nhanh, chụp rõ nét (dựa trên một loại detector hiện đại có thể đếm tới 1
photon mà không có nhiễu và một thuật toán có thể phục hồi lại cả ảnh của mẫu.)
- Chụp được cấu trúc bên trong cho hình ảnh 3D và có thể chụp các linh kiện kích cỡ
dưới 50 nm, cấu trúc nhiều lớp.
- Tốn kém chi phí.
2.2.3.3. IR (Phươngpháp hấp thụ bức xạ hồng ngoại )
FTIR: Fourrier Transformation InfraRed hoạt động dựa trên sự hấp thụ bức xạ hồng
ngoại của vật chất cần nghiên cứu. Phương pháp này ghi nhận các dao động đặc trưng của
các liên kết hóa học giữa các nguyên tử. Phương pháp này cho phép phân tích với hàm
lượng chất mẫu rất thấp và có thể phân tích cấu trúc, định tính và cả định lượng. Có thể đạt
độ nhạy rất cao ngay cả khi mẫu chỉ có bề dày cỡ 50 nm....
♦♦♦ Cơ sở lý thuyết [7]:
Cơ sở của phổ hồng ngoại là sự thay đổi trạng thái dao động - quay của phân tử hóa
chất dưới tác dụng bức xạ hồng ngoại.
+ Vùng cận hồng ngoại: 0.75 pm - 2.5 pm
+ Vùng hồng ngoại: 2.5 pm - 50 pm
+ Vùng hồng ngoại xa: 50 pm - 1000 pm
Sử dụng nhiều nhất vùng hồng ngoại: 2.5 pm - 25 pm ( 4000 - 400 cm -1) các tần số
này chứa tất cả các tần số dao động của các nối trong phân tử hóa chất.
♦♦♦ Nguyên tắc hoạt động [7]:
+ Khi phân tử hợp chất hữu cơ ‘‘va chạm” với chùm sống điện từ sẽ hấp thu một năng
lượng tương ứng với bước sống xác định nào đó của tia tới và không hấp thu các chùm
tia có bước sóng khác.
+ Nếu ta chiếu mẫu chất hữu cơ một sống điện từ với các bước sống khác nhau và sau đó
xác định xem bước sóng nào bị hấp thu, bước sóng nào không thì ta sẽ có được một phổ
hấp thu của mẫu đó.
+ Kết quả được biểu diễn bằng đồ thị của hàm số năng lượng sóng điện từ đi qua phụ
thuộc vào bước sóng. Trục hoành biểu diễn bước sóng với đường nằm ngang ở trên đơn
vị là pm; đường nằm ngang ở dưới đơn vị là sóng ( cm-1), trục tung là hệ số hấp thụ sóng
điện từ có đơn vị là %.
♦♦♦ Ứng dụng của phổ IR [7]:
+ Nhận biết các chất
+ Xác định độ tinh khiết
+ Suy đoán về tính tương xứng của phân tử
+ Phân tích định lượng
CHƯ ƠNG 3. K Ế T QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. K ết quả của quá trìn h điều chế chitin lỏng (ChLC)
♦♦♦ Điều chế tinh thể lỏng chitin các điều kiện cụ thể được hiển thị ở bảng:
Bảng 3.1. Bảng tóm tắt các thông số của quy trình điều chế ChLC [*]
STT Quá trình Hóa chất Thời gian, nhiệt độ
1 Khử protein lần 1 N aO H 5% 6h, 80°C
2 Khử khoáng HCl 7% 2 ngày, t° phòng
3 Khử protein lần 2 N aO H 5% 8h, 80 °C
4 H 2O 25% Khử màu 2h, 90°C
5 Sấy khô 3h, 50°C
6 NaOH 33% Deacetyl 2h, 90°C
7 12h, 100 đến 104°C Thủy phân HCl 4M
Tinh thể lỏng chitin được đem đi đánh giá bằng phương pháp đo phổ hồng ngoại
(FI-IR), phương pháp X-Ray (XRD), phương pháp chụp ảnh SEM.
3.1.1. Kết quả chụp IR
Hình 3.1. Kết quả chụp IR trong điều chế ChLC
Kết quả chụp IR, cho thấy xuất hiện các peak trong vùng cacbonyl đặc trưng cho
chitin ở các dãy 3446cm-1 tương ứng với dao động của nhóm OH, ở vị trí 3264cm-1
tương ứng với dao động của NH, các amide I ở vị trí 1650cm-1 và 1626cm-1; amide II ở
1559cm-1.
3.1.2. Kết quả chụp XRD
Theo kết quả chụp XRD của tinh thể lỏng chitin cho thấy các peak nhiễu xạ ở vị trí khoảng 9,5°; 19,5°; 20,9°; 23,4° 20 tương ứng với các mặt 020,110, 120, 130 đặc trưng cho cấu trúc tinh thể lỏng a- chitin với mức độ tinh thể cao.
3.1.3. Kết quả chụp SEM
Hình 3.3. Kết quả chụp SEM trong điều chế ChLC
Hình ảnh SEM cho thấy xuất hiện các sợi nano chitin khá đồng đều và có sự
phân lớp, tuy nhiên các lớp xuất hiện chưa rõ ràng.
Kết quả phân tích IR, XRD, SEM của ChLC cho thấy sản phẩm chiết xuất từ vỏ
cua là các sợi nano tinh thể lỏng a- chitin và các kết quả này sẽ được dùng để so sánh,
đánh giá khả năng tạo liên kết giữa chitin với Glutaral 25% trong quá trình nghiên cứu
chế tạo hạt gel chitin kích thước nhỏ ở phần sau.
3.2. K ết quả của quá trìn h nghiên cứu h ạt gel chitin kích thước nhỏ
3.2.1 Đặc điểm của các hạt gel chitin thu được từ 3 phương pháp
3.2.1.1. Phương pháp nhũ tương
Hạt gel chitin có màu vàng nhạt, mềm, dẻo hơn so với ChLC ban đầu do mẫu được ly
tâm sau quá trình khuấy và được rửa bằng ether sau khi tạo liên kết ngang với Glutaral 25%.
Hình 3.4. Mẫu gel thu được từ phương pháp nhũ tương
3.21.2. Phương pháp biến tính hóa học trực tiếp
Hạt gel chitin có màu trắng, mềm, nhưng đặc hơn ChLC ban đầu, không dẻo và
dính như hạt được chế tạo từ phương pháp nhũ tương.
Hình 3.5. M ẫu gel thu được của phương pháp biến tính hóa học trực tiếp
3.2.I.3. Phương pháp 2 pha
Hạt gel thu được nhìn chung về màu sắc tương tự như ChLC ban đầu và phương
pháp biến tính hóa học trực tiếp, hạt có màu trắng và mềm. Mẫu đặc hơn ChLC nhưng
lỏng hơn so với 2 phương pháp trên.
Hình 3.6. Mẫu gel thu được của phương pháp 2 pha
Kết luân chung:
Đối với phương pháp nhũ tương màu vàng của hạt gel thu được có thể do quá
trình này chất tạo liên kết ngang là Glutaral 25% - bản thân có màu vàng, được cho
vào sau khi khuấy trộn với các chất hoạt động bề mặt và các tác chất khác, còn các
phương pháp biến tính hóa học trực tiếp và phương pháp 2 pha, liên kết ngang được
tạo ra trong quá trình khuấy trộn các chất.
Các hydrogel được tạo thành sau khi tạo liên kết ngang với glutaral đặc hơn so
với các hạt tinh thể chitin lỏng, chứng tỏ có phản ứng xảy ra giữa chất tạo liên kết với
chitin. Điều này có thể được giải thích là do có sự tạo thành liên kết imine cộng hóa trị
giữa nhóm aldehyde của glutaral và nhóm amine của tinh thể lỏng chitin. [17]
3.2.2. Kết quả của từng phương pháp
3.2.2.I. M ẫu chụp IR
Hình 3.7. So sánh mẫu từng phương pháp với mẫu ChLC (IR)
Kết quả chụp IR theo phương pháp nhũ tương (đường màu vàng) ta nhận thấy có
các peak đặc trưng cho dao động ở các dãy tương tự như kết quả IR của ChLC tinh khiết
(đường màu xanh dương) ở vị trí 3446cm-1 (tương ứng với dao động của nhóm OH) và
ở vị trí 3264cm-1 (tương ứng với dao động của NH); ở đây có sự tách peak nhẹ của các
amide I ở vị trí 1650cm-1 và 1626cm-1.
Đối với phương pháp biến tính hóa học trực tiếp, peak ở vị trí 1650cm-1 và
1626cm-1 tách ra nhiều hơn so với ChCL và theo phương pháp nhũ tương, yếu tố này có
thể thấy được rõ ràng hơn khi sử dụng phương pháp 2 pha. Điều này được giải thích, các
nhóm NH2 đã tham gia phản ứng với nhóm -CHO tạo thành liên kết imine ở vị trí
1650cm-1. Sự tham gia của chất tạo liên kết đã làm tăng tín hiệu của dao động ở vị trí
1560cm-1. Dao động của nhóm NH ở vị trí 3264cm-1 cũng rõ ràng hơn đối với đường
màu xanh lục và màu đỏ. Ngoài ra, sự gia tăng vừa và đột ngột của dao động ở vị trí
khoảng 2930cm-1 tương ứng với đường màu đỏ và màu xanh lục có thể được giải thích
là do sự gia tăng đóng góp vào phản ứng của glutaral trong liên kết glutaral-chitin. Kết
quả của phổ IR cho thấy, đã có sự tạo liên kết ngang của chitin với glutaral; điều này thể
hiện ở rõ ràng ở phương pháp 2 pha và đặc biệt là ở phương pháp biến tính [1,9].
3.2.2.2. M ẫu chụp XRD
♦♦♦ So sánh mẫu chụp ChLC ở mục [3.1.2] với mẫu của từng phương pháp
Hình 3.8. So sánh mẫu của các phương pháp với mẫu ChLC (XRD)
(1). ChLC; (2). Pp nhũ tương; (3). Pp biến tính hh trực tiếp; (4). Pp 2 pha
Nhân xét, so sánh mẫu của các phương pháp:
Giản đồ ở 20 đối với phương pháp nhũ tương (đường số 2) xuất hiện hai mũi ở
10° và 20° nhưng không đáng kể còn các mũi còn lại hầu như đã biến mất, điều này
cho thấy cấu trúc tinh thể của chitin đã bị phá hủy khi tạo liên kết ngang với Glutaral
25%, chứng tỏ liên kết ngang này là liên kết cộng hóa trị rất bền. Sự thay đổi cấu trúc
làm xáo trộn mạch liên kết phân tử chitin, làm giảm mức độ tinh thể của hạt gel chitin
- Glutaral so với ChLC ban đầu.
Đối với giản đồ của phương pháp biến tính hóa học trực tiếp và phương pháp 2
pha thì có các mũi mạnh ở 10°, 20°, 23° khá phù hợp với giản đồ của ChLC chứng tỏ
đối với cả hai phương pháp này mặc dù vẫn tạo liên kết với Glutaral 25% nhưng cấu
trúc của hạt gel chitin không thay đổi nhiều.
3.2.2.3. M ẫu chụp SEM
a. Phương pháp nhũ tương
Hình 3.9. Kết quả chụp SEM theo phương pháp nhũ tương
So sánh kết quả với mục 3.1.3
Kết quả chụp SEM theo phương pháp nhũ tương ta thấy mẫu chụp có dạng màng
khi chụp ở 30k, nhưng khi chụp ở 100k nhìn kỹ ta sẽ thấy có các gel chitin dính vào
nhau tạo thành.
Hạt tạo ra theo phương pháp này dựa trên cơ chế hình thành những hạt nhũ tương
chứa dung dịch chitin bên trong nên ta có thể thấy các hạt thu được có dạng hình que.
Tuy nhiên đối với phương pháp này bề mặt hạt gel chitin rất mềm và dính lại vào nhau
nên trong quá trình ly tâm lần 2 khi cho Glutaral 25% vào hạt sẽ dễ tạo thành khối, có
màu vàng nhạt, đồng thời cũng vì vậy mà các khối này khó bong, tróc. Do bị phá vỡ
cấu trúc khi tạo liên kết ngang với Glutaral nên các sợi que này không còn hình dạng
giống như ở mục 3.1.3 nữa.
b. Phương pháp biến tính hóa học trực tiếp
Hình 3.10. Kết quả SEM hạt gel chitin theo pp biến tính hóa học trực tiếp
So sánh kết quả với mục 3.1.3
Kết quả chụp SEM theo phương pháp biến tính hóa hoc trực tiếp ta thấy mẫu
chụp có dạng hình que rõ nét hơn so với phương pháp nhũ tương khi chụp ở 30k, còn
ở 100k nhìn kỹ ta sẽ thấy có các sợi hình que tương đối đồng đều nằm xen kẽ lẫn nhau.
Phương pháp này tạo được hạt chitin hình que, dài, đồng đều với kích cỡ khoảng
từ 3^m đến 10^m. Nhờ liên kết ngang Glutaral 25% đã làm tăng lực liên kết giữa các
mạch polymer của chitin, làm bề mặt hạt trở nên cứng hơn, khi tạo màng dễ bong, tróc
hơn trong quá trình lấy và chụp mẫu so với phương pháp nhũ tương.
Kích thước các sợi que đồng đều rất thuận lợi cho việc hấp phụ protein và thích
hợp quá trình truyền tải thuốc qua niêm mạc, đảm bảo thuốc được dẫn truyền và phóng
thích với tốc độ như nhau trong cơ thể.
c. Phương pháp 2 pha
Hình 3.11. Kết quả chụp SEM theo phương pháp 2 pha
So sánh kết quả với mục 3.1.3
Kết quả chụp SEM theo phương pháp 2 pha ta thấy mẫu chụp có dạng hình que
nằm xen kẽ lẫn nhau, các sợi que đồng đều hơn so với cấu trúc chitin ban đầu nhưng
không rõ nét bằng phương pháp biến tính hóa học trực tiếp.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
♦♦♦ Trong quá trình nghiên cứu đề tài tôi đã đúc kết được một số kết luận sau:
- Tận dụng được nguồn phế phẩm vỏ cua từ nhà hàng thủy hải sản vũng tàu và
Cà Mau để điều chế thành công tinh thể lỏng chitin (ChLC) làm tiền đề cho nghiên
cứu chế tạo các hạt gel chitin.
- Quá trình tạo hạt gel chitin kích thước nhỏ từ 3 phương pháp trên ta thấy
phương pháp biến tính hóa học trực tiếp là tốt nhất, hạt thu được nhỏ (với kích cỡ
khoảng từ 3^m đến 10^m), đồng đều, không bị kết khối và khả năng tạo liên kết
ngang giữa ChCL với glutaral là tốt nhất.
Kiến nghị
♦♦♦ Với kết quả đạt được như trên tuy nhiên đề tài cần được tiếp tục phát triển:
- Ứng dụng để làm chất tải thuốc trong thực tế
- Nếu có thời gian và điều kiện tiếp tục nghiên cứu thêm để tạo ra vật liệu siêu
nhẹ (vật liệu aerogel)
- Nghiên cứu ứng dụng tính chất hấp phụ của hydrogel này.
_
r
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiêng Việt
[1] Chu Ngọc Anh (2010). Giáo trình các phương pháp phân tích hóa lý trong hóa
dầu. ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu.
[2] Phạm Lê Dũng, Trịnh Bình, Lại Thu Hiền và cùng các cộng sự (2007). Vật liệu
sinh học từ chitin. Viện hóa học - Viện công nghệ sinh học, Trung tâm khoa học tự
nhiên và Công nghệ quốc gia. Hà Nội.
[3] Võ Thị Duyên_CNTP3_K50 (2013). Đồ án Quy trình sản xuất chitin từ p h ế liệu
tôm tươi.
[4] Phạm Hữu Điển và cộng sự (1997). Nghiên cứu sử dụng chitosan trong Nông
Nghiệp và Bảo Quản Thực Phẩm. Tạp chí Hóa Học - số 3.
[5] Nguyễn Thị Đông, Đỗ Trường Thiện, Nguyễn Văn Hoan (2005). Ứng dụng chitosan
khối lượng phân tử thấp để kích thích sinh trưởng đối với cây lúa. Tuyển tập các công
trình hội nghị khoa học và công nghệ hóa hữu cơ toàn quốc lần thứ 3, tr 445-449.
[6] Lê Thanh Phước và Bùi Vũ Thanh Phương. Nghiên cứu chế tạo hạt gel chitosan
liên kết ngang kích thước nhỏ. Trường Đại học Cần Thơ, 23b(2012) Trang: 60-68.
[7] ThS. Vũ Thị Hồng Phượng. Bài giảng Đại cương về quang phổ. Trường Đại học
Bà Rịa - Vũng Tàu.
[8] Trang Sĩ Trung (2009). Đánh giá chất lượng sản phẩm và hiệu quả môi trường của
quy trình sản xuất chitin cải tiến kết hợp xử lý enzyme. Tạp chí Khoa Học - Công
Nghệ Thủy Sản - số 1, 3-9.
[9] Trang Sĩ Trung và cộng sự (2010). Chitin-chitosan từ p h ế liệu thủy sản và ứng
dụng. Nhà xuất bản nông nghiệp, Tp. Hồ Chí Minh.
[10] Dương Thị Ánh Tuyết (2011). Nghiên cứu chế tạo vật liệu Nano chitosan làm
chất hấp phụ protein ứng dụng trong dẫn truyền thuốc. Tạp chí Phát triển Khoa học và
r
Công nghệ/Journal of Science and Technology Development.
Tài liệu tiêng Anh
[11] Bo Duan, Xiang Gao, Xu Yao, Yan Fang, Luong Hoang, Jun Zhou Lina (2015).
Unique carbon nanotube f microspheres brous N-doped with porous chitin derivative
grade fo r high-performance supercapacitors.
[12] Thanh-Nguyễn Định, Kevin E. Shopsowitz, và Mark J. MacLachlan (2013).
Mesoporous Silica and Organosilica Films Templated by Nanocrystalline Chitin.
[13] Chau T. L. Trang, Le Q. T. Dung, Le T. Hoa (2017). Chitin Liquid Crystal-
Templated Oxide. Department of Chemistry, College of Sciences, Hue University, 77
Nguyen Hue, Hue City Vietnam.
[14] Xiaoping Shen, Julia L. Shamshina, Paula Berton (2013). Hydrogel based on
cellulose and chitin: Fabrication, Properties and Applications. X. Shen, J. L.
Shamshina, P. Berton, G. Gurau and R. D. Rogers, Green Chem., 2015, DOI:
10.1039/C5GC02396C.
[15] Yan Wu, Wuli Yang, Changchun Wang, Jianhua Hu, Shoukuan Fu (2005). Chitosan
nanoparticles as a novel delivery system fo r ammonium glycyrrhizinate. Key Laboratory of
Molecular Engineering of Polymers of Educational Ministry, Department of
Macromolecular Science, Fudan University, Shanghai 200433, People’s Republic of China.
[16] E. Mirzaei B., A. Ramazani S. A. , M. Shafiee & M. Danaei (2013). Studies on
Glutaraldehyde Crosslinked Chitosan Hydrogel Properties fo r Drug Delivery Systems.
Department of Chemical and Petroleum Engineering, Sharif University of Technology,
Tehran, Iran.
[17] Vanessa L. Gonẹalves, Mauro C. M. Laranjeira, Valfredo T. Fávere Departamento de
Química, UFSC (2005). Effect o f Crosslinking Agents on Chitosan Microspheres in
Controlled Release o f Diclofenac Sodium. Rozángela C. Pedrosa Departamento de
Bioquímica, UFSC.
[18] Y. Zhang, L. Han, L. Hu, Y. Chang, R. He, M. Chen, Y. Shu and J. Wang (2016).
Downloaded by University of Sussex on 11/07/2016 19:11:03. Journal of Materials
Chemistry B.
