Luận Văn Nghiên cứu ảnh hưởng của độ deacetyl đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan thủy phân bằng H2SO4

Đồ án tốt nghiệp năm 2012
Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của độ deacetyl đến hoạt tính chống oxy hóa của chitosan thủy phân bằng H2SO4


MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN i
MỤC LỤC ii
DANH MỤC HÌNH .v
LỜI MỞĐẦU . 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 2
1.1. Tổng quan chitin-chitosan . 2
1.1.1. Nguồn gốc, cấu tạo phân tửcủa chitin-chitosan 2
1.1.1.1. Nguồn gốc chitin, chitosan 2
1.1.1.2. Công thức cấu tạo chitin, chitosan . 2
1.1.1.3 Độdeacetyl của chitin và chitosan . 3
1.1.1.4. Phân tửlượng của chitosan . 4
1.1.2. Tính chất c ủa chitosan . 4
1.1.2.1. Khảnăng kháng khuẩn, kháng nấm của chitosan 5
1.1.2.2. Khảnăng tạo màng của chitosan . 5
1.1.2.3. Các tính chất khác c ủa chitosan . 6
1.1.3. Ứng dụng của chitosan . 6
1.1.3.1. Ứng dụng chitosan trong thực phẩm . 6
1.1.3.2. Ứng dụng chitosan trong nông nghiệp và thủy sản 7
1.1.3.3. Ứng dụng chitosan trong xửlý môi trường 8
1.1.3.4. Ứng dụng chitosan trong y học và công nghệsinh học 8
1.2. Chitosan thủy phân . 8
1.2.1. Giới thiệu vềchitosan thủy phân 8
1.2.2. Đặc điểm tính chất chitosan thủ y phân . 9
1.2.3. Một sốphương pháp thuỷ phân chitosan có khối lư ợng phân tửth ấp . 9
1.2.4. Ứng dụng chitosan thủy phân . 10
1.2.4.1. Trong công nghiệp thực phẩm . 10
1.2.4.2. Ứng dụng trong mỹphẩm . 10
1.2.4.3. Trong lĩnh vực y dược . 10
iii
1.2.5. Thủ y phân chitosan bằng H
2SO
4 13
1.2.5.1. Cơ chếthủy phân chitosan bằng H2SO4 . 13
1.2.5.2. Các y ếu tố ảnh hưởng tới kh ảnăng cắt mạch chitosan bằng H
2SO
4 . 13
1.3. Quá trình oxy hóa 14
1.3.1. Gốc tựdo 14
1.3.2. Định nghĩa ch ất chống oxy hóa 14
1.3.3. Ảnh hưởng của gốc tựdo tới cơ thể . 14
1.3.4. Chất chống oxy hóa . 16
1.3.5. Cơ chếchống oxy hóa của chitosan 19
1.3.6. Tình hình nghiên cứu khảnăng chống oxy hoá của chitosan trên thếgiới và
Việt Nam . 20
1.3.6.1. Tình hình nghiên cứu khảnăng chống oxy hóa chitosan trên thếgiới 20
1.3.6.2. Tình hình nghiên cứu khảnăng chống oxy hóa của chitosan ởViệt Nam 22
CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24
2.1. Đối tượng nghiên cứu . 24
2.1.1. Chitosan . 24
2.1.2. Hóa chất 26
2.2. Phương pháp nghiên cứu 26
2.2.1. Thí nghiệm thủy phân chitosan bằng H
2SO
4 26
2.2.2. Phương pháp phân tích 29
2.2.2.1. Phương pháp xác định hiệu suất thu hồi 29
2.2.2.2. Phương pháp xác định độ ẩm và độdeacetyl . 29
2.2.2.3. Phương pháp phân tích khảnăng khửgốc tựdoDPPH . 30
2.2.2.4. Phương pháp xác định tổng năng lực khử 31
2.3. Phương pháp xửlý sốliệu 32
CHƯƠNG III. KẾT QUẢNGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 33
3.1. Hiệu suất thu hồi của chitosan thủy phân bằng H
2SO4 33
3.2. Độ ẩm của chitosan thủ y phân bằng H
2SO4 . 34
3.3. Độdeacetyl của chitosan thủy phân bằng acid H
2SO
4 . 35
iv
3.4. Tương quan giữa hoạt tính chống oxy hóa và độdeacetyl của chitosan thủ y
phân bằng H
2SO4 . 37
3.5. Đềxuất quy trình sản xuất chitosan có hoạt tính chống oxy hóa bằng phương
pháp thủy phân bởi acid H2SO
4 . 41
KẾT LUẬN VÀ ĐỀXUẤT Ý KIẾN 44
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 45
PHỤLỤC
v
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cơ chếtác động của gốc tựdo đến tếbào . 15
Hình 2.1. Sơ đồquy trình sản xuất chitosan . 24
Hình 2.2. Chitosan nguyên liệu .25
Hình 2.3. Sơ đồbốtrí thí nghiệm thủy phân chitosan bằng acid H
2SO4 . 27
Hình 2.4. Đường chuẩn DPPH .31
Hình 3.1. Hiệu suất thu hồi chitosan thủy phân bằng acid H
2SO4 . 33
Hình 3.2. Độ ẩm của chitosan thủy phân bằng acid H
2SO
4 34
Hình 3.3. Độdeacetyl của chitosan thủ y phân bằng H
2SO
4 35
Hình 3.4. Quá trình deacetyl hóa và thủy phân cắt m ạch chitosan thủy phân bằng
H2SO
4 .37
Hình 3.5. Khảnăng khử gốc tựdo DPPH của chitosan thủ y phân bằng H
2SO4 38
Hình 3.6. Tương quan giữa khảnăng khửgốc tựdo DPPH và độdeacetyl của
chitosan thủy phân bằng H
2SO
4 .39
Hình 3.7. Tổng năng lực khửcủa chitosan thủy phân bằng acid H
2SO4 . 40
Hình 3.8. Tương quan giữa tổng năng lực khửvà độdeacetyl của chitosan thủy
phân bằng acid H
2SO4 . 41
Hình 3.9. Quy trình sản xuất chitosan có hoạt tính chống oxy hóa theo phương pháp
thủy phân bằng H
2SO
4 . 42
Hình 3.10. Chitosan thủy phân (1) và chitosan kết tủa bằng NaOH (2) 43
Hình 3.11. Chitosan thủy phân bằng H
2SO
4
sau khi sấy 43
1
LỜI MỞĐẦU
Chitin là một polymer sinh học tồn tại phổbiến trong vỏcác loài giáp xác
như tôm cua, mực, một sốloại vi khuẩn, Dẫn xuất của chitin là chitosan co nhiều
tính chất đặc biệt như khảnăng tạo màng, tạo gel, kháng khuẩn, kháng nấm, được
ứng dụng nhiều vào các ngành công nghiệp thực phẩm, xửlý chất thài, công nghệ
sinh học và y dược, Các tính chất này phụthuộc rất nhiều vào khối lượng phân tử
và độdeacetyl của chitosan.
Chitosan mạch ngắn và chitooligosaccharidelà sản phẩm thu được từquá
trình phân cắt chitosan bằng các tác nhân: vật lý (chiếu tia bức xạ[21]); hóa học (sử
dụng H
2O2
, các loại acid H2SO
4, HCl, HNO3 ). Nhiều nghiên cứu cho thấ y
chitosan mạch ngắn, khối lượng phân tửthấp, độdeacetyl cao có hoạt tính sinh học
cao hơn so với chitosan được sản xuất theo quy trình thông thường. Một trong số
những tính chất đó là ho ạt tính chống oxy hóa.
Chitosan và chitosan mạch ngắn giữvai trò là chất chống oxy hóa, ngăn
ngừasựhư hỏng thực phẩm do các tác nhân oxy hóa gây ra. Điều này đã được ứng
dụng tạo màng bảo quản thực phẩm như các loại trái cây, thịt bò, cá trích, Hơn
nữa, chitosan và chitosan mạch ngắn còn ngăn chặn, giảm thiểu tác hại của các tác
nhân oxy hóa cơ thể, hủ y hoại tếbào bằng cách liên kết với các phân tửcó hại, làm
giảm và phá hủy hoạt tính của chúng.
Đềtài: “ Nghiên cứu ảnh hưởng của độdeacetyl đến hoạt tính chống oxy
hóa của chitosan thủy phân bằng H2SO4
” nhằm tìm ra điều kiệnth ủy phân thích
hợp( thời gian thủy phân và nồng độacid), ảnh hưởng của độdeacetyl với ho ạt tính
chống oxy hóa của chitosanthủy phân dưới tác nhân là acid sulfuricđểcó cơ sở
thiết lập quy trình sản xuất chitosan có hoạt tính chống oxy hóa.
2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan chitin-chitosan
1.1.1. Nguồn gốc, cấu tạo phân tửcủa chitin-chitosan [1]
1.1.1.1. Nguồn gốc chitin, chitosan
Chitin là polymer hữu cơ phổbiến trong tựnhiên sau cellulose. Chitin ít khi
ởdạng tựdo mà luôn liên kết với protein dưới dạng phức hợp cacbonat canxi và
nhiều hợp chất hữu cơ khác, gây khó khăn cho việc tách chiết. Chitin là một
polysaccharide được cấu tạo bởi các monosaccharide liên kết với nhau bằng cầu nối
1,4-glucosid, có công thức phân tửlà (C8H13O5
N)n. Chitin có cấu trúc hóa học
giống cellulose và có thểxem là một d ẫn xuất của cellulose với nhóm acetamido ở
cacbon số2.
Chitin đóng vai trò là thành phần chính cấu tạo nên độcứng chắc của vỏgiáp
xác. Chitin được tách chiết lần đầu tiên vào năm 1811 bởi nhà dược hóa học người
Pháp Henri Braconnot từnấm (Braconnot, 1811).
Chitosan là một dẫn xuất của chitin được hình thành khi tách nhóm acetyl
(quá trình deacetyl hóa chitin) khỏi chitin nên chitosan chứa rất nhiều nhóm amino.
Chitosan được phát hiện lần đầu tiên bởi Rouget vào năm 1859. Chitosan thường ở
dạng vẩy hoặc dạng bột có màu trắng ngà. Công thức cấu tạo của chitosan gần
giống như chitin và cellulose chỉkhác là chitosan chứa nhóm amin ởcacbon thứ2.
1.1.1.2. Công thức cấu tạo chitin, chitosan
3
Trong thực tếthư ờng có mắt xích chitin đan xen trong mạch cao phân tử
chitosan khoảng 10%. Vì vậy công thức chính xác của phân tửchitosan là:
Công thức phân tử: ( C6H11O4
)
n
Phân tửlượng: M=1000-5000 Dalton tùy loại. Trong mỗi mắt xích phân tử
của chitosan có chứa nhóm amin nên nó là một polyamin). Chitosan có M>= 10
6
Dalton, phải hòa tan trong môi trường axit acetic loãng 0,5%-1%.
1.1.1.3 Độdeacetyl của chitin và chitosan
Độdeacetyl của chitin và chitosan là một thông sốquan trọng, đặc trưng cho
tỉlệgiữa 2-acetamido- 2deoxy-Dglucopyranose với 2-amino-2-deoxy-D-glucopyranose trong phân tửchitin và chitosan. Chitin có độdeacetyl thấp còn
chitosan thì có độdeacetyl cao, tức là chứa nhiều nhóm amino.
Ngoài độdeacetyl thì sựphân bốcủa các nhóm glucosamine cũng ảnh hưởng
đến tính chất của chitosan. Cụthể, chitosan phân bốdạng rời rạc dễtan hơn
chitosan phân bốdạng khối.
D-D-A-D-D-A-A-D-D-D-A-D-D-A-D-D-A-A-Phân bốdạng random (rời rạc) của phân tửchitosan
D-D-D-D-D-D-D-D-D-A-A-A-A-A-A-A-A-A-
4
Phân bốdạng block (dạng khối) của phân tửchitosan
Trong đó: D: D-glucosamine
A: N-acetyl glucosamine
1.1.1.4. Phân tửlượng của chitosan
Phân tửlượng của chitosan là một thông sốcấu trúc quan trọng, nó quyết
định tính chất của chitosan như khảnăng kết dính, tạo màng, tạo gel, khảnăng hấp
phụchất màu, đ ặc biệt là khảnăng ức chếvi sinh vật. Chitosan có phân tửlượng
càng lớn thì có độnhớcàng cao. Thông thường, phân tửlượng của chitosan nằm
trong khoảng từ100000 dalton đến 1200000 dalton (Li và cộng sự, 1997). Phân tử
lượng của chitosan phụthuộc vào nguồn chitin và điều kiện deacetyl va thường rất
khó kiểm soát. Tuy nhiên, chitosan có phân tửlượng thấp thì thườngcó hoạt tính
sinh học cao hơn, thường có nhiều ứng dụng trong nông nghiệp, y học và công nghệ
sinh học, Chitosan có phân tửlượng lớn có khảnăng tạo màng tốt và màng chitosan
tạo thành có sức căng tốt. Độnhớt của chitosan phụthuộc và phân tửlượng.
Chitosan có phân tửlượng thấp có độnhớt từ32-200cps và có phân tửlư ợng lớn
hơn 1 triệu dalton có độnhớt lên đ ến 3000-4000 cps. Ngoài ra, độnhớtcủa
chitsosan còn phụthuộc vào độdeacetyl, cường độion, pH, nhiệt độ.
1.1.2. Tính chất của chitosan
Chitosan tan tốt trong các acid hữu cơ thông thường như acid formic, acid
acetic, acid propionic, acid citric, acid lactic. pKa của chitosan có giá trịtừ6,2 đến
6,8. Khi hòa tan chitosan trong môi trường acid loãng tạo thành keo dương. Đây là
một điểm rất đặc biệt vì đa sốcác keo polysaccharide tựnhiên tích điện âm.
Chitosan tích điện dương sẽcó khảnăng bám dính bềmắt các ion tích điện âm và
có khảnăng tạo phức với các kim loại và tương tác tốt với các polyme tích điên âm.
Tính chất của chitosan như khảnăng hút nước, khảnăng hấp phụchất màu,
kim loại, kết dính với chất béo, khángkhuẩn, kháng nấm, mang DNA . phụthuộc
rất lớn vào độdeacetyl hóa. Chitosan có độdeacetyl cao thì có khảnăng hấp phụ
chất màu, tạo phức với kim lo ại tốt hơn. Tương tự, khảnăng kháng khuẩn, kháng
nấm của chitosan cao hơn ởcác mẫu chitosan có độdeacetyl cao.Cụth ể, khảnăng


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1.Trang Sĩ Trung, Trần ThịLuyến, Nguyễn Anh Tuấn, Nguy ễn ThịHằng Phương,
2011, chitin-chitosan từphếliệu thủ y sản và ứng dụng, NXB Nông Nghiệp TP Hồ
Chí Minh, trang 14-26, 55-90.
2.Phan Đình Thụy, Nghiên cứu khảnăng chống oxy hóa của chitosan thủ y phân
bằng H
2SO
4, 2011, luận văn tốt nghiệp đại học Nha Trang, trang 13 -24.
3.Trần ThịLuyến (2004), Báo cáo tổng kết dựán sản xuất thửnghiệm cấp bộsản
xuất chitin, chitosan từphếliệu chếbiến thủy sản, Mã sốB2002-33-01-DA, tr.8-15.
4.Nguyễn ThịHằng Phương, 2007. Nghiên cứu ảnh hưởng của độdeacetyl hóa
chitosan đến khảnăng ứng dụng vào bảo quản na. Luận văn thạc sĩ kỹthuật chuyên
nghành Công nghệsau thu hoạch-Trường Đại Học Nha Trang.
5. Trần ThịLuyến, ĐỗMinh Phụng, Nguyễn Anh Tuấn, 2006, sản xuất các chế
phẩm kỹthu ật và y dược từphếliệu thủy sản, NXB Nông Nghiệp TP.HồChí Minh,
trang 23-37.
6. Đặng Trung Thành, Vũ LệQuyên, 2000. Tài liệu thực tập “công nghệchếbiến
dầu cá và tận dụng phếliệu, Khoa ChếBiến-Đại học Nha Trang.
Tiếng Anh
7. Alonso et al. Determination of the degree of acetylation of chitin and chitosan by
thermal analysis. J. Them. Anal. 28 ,1993,, 193-198.
8. Zamani and Taherzadeh.Low MW chitosan, BioResource 5(3) (2010),1554-1654
9. A.Domard, N.Cartier. Glucosamine oligomers: 1. Preparation and
characterization, Int. J. Biol. Macromol. 11 ,1989,,297–302.
10. Y. Kikkawa, T.Kawada, L. Furukawa, T. Sakuno.A convenient preparation
method of chitooligosaccharides by acid hydrolysis, J.Facul. Agr., Tottori
University 26, 1990, 9-17
46
11. K.Tommeraas, K.M. Varum, B.E. Christensen, O. Smidrod.Preparation and
characterization of oligosaccharides produced by nitrous acid depolymerisation of
chitosans, Carbohyd. Res.333(2001) 137–144.
12. Juan Carlos Cabrera, Pierre Van Cutsem .Preparation of chitooligosaccharide
with degree polymerization higher than by 6 acid or enzymatic degradation of
chitosan, Biochemical Engineering Journal 25(2005) 165-172.
13. Jeon, Y-J., Shahidi, F., Kim, S-K, 2002. Preparation of chitin and chitosan
oligomers and their application in physiological functional foods. Food Review
International, 16, 2,159-776.
14. Kyung W. Kim, R.L. Thomas. Antioxidative activity of chitosans with varying
molecular weights. Department of Packaging Science, Clemson University,
Clemson, SC 29634-0370, USA
15. Janak Y.V.A. Kamil, You-Jin Jeon1, Fereidoon Shahidi. Antioxidative activity
of chitosans of different viscosity in cooked comminuted flesh of herring (Clupea
harengus). Food Chemistry 79(2002) 69–77
16. Fu, H,. Shieh, D,. Ho, C,. Antioxydant and free radical scavenging activitives of
edible mushrooms. J. Food Lipids 9, 2002, 35-46.
17. Oyaizu, M,. Studies of products of browning reactions: antioxidative activitives
of products of browning reaction prepared from glucosamine. Jpn. J. Nutr. 1986,
44, 307-315.
18. Shaojie Lu, Xuefeng Song, Deyong Cao, Yiping Chem, Kangde Yao.
Preparation of Water-Soluble Chitosan, Journal of Applied Polymer Science, Vol.
91,2004, 3497-3523
19. Inmaculada Aranaz, Marian Mengíbar, Ruth Harris, Inés Paños, Beatriz
Miralles, Niuris Acosta, Gemma Galed and Ángeles Heras. Functional
Characterization of Chitin and Chitosan. Current Chemical Biology,2009,3, 203-230
47
20. Se-Kwon Kim. Chitin, Chiosan, Oligosaccharides and Their Derivatives:
Biological Activities and Application, CRC Press, Taylor & Francis Group, 2011,
241-250.
21. Hsia-Yin Lin, Cheng-Chun Chou. Antioxidative activities of water-soluble
disaccharide chitosan derivatives, Food Research International 37, 2004,883–889.
22. M. Shobita Rao, Ramesh Chander and Arun Sharma. Radiation processed
chitosan
a potent antioxidant, Tissue N
o
273, 2006, 188-194.
23. Xie W., Xu P., Liu Q. Antioxidant activity of water-soluble chitosan
derivatives. Bioorg. Med. Chem. Letters. 11,2001,1699-1701.
24. Nabavi et al. In vitro antioxidant activity of phytolacca americana berries,
Pharmacologyonline 1, 2009, 81-88.
Website
25. http://***********/xem-tai-lieu/qua-trinh -oxy-hoa-la-gi-.439552.html
26.http://www.nsl.hcmus.edu.vn/greenstone/collect/thesiskh/archives/HASH8ff4.dir/
5.PDF
27. http://giaoan.violet.vn/present/show/entry_id/6735676
28. http://www.tin247.com/dung_chat_chong_oxy_hoa_co_the_ngua_ung_thu-10-23696885.html
29. http://www.tin247.com/cac_chat_chong_oxy_
30. http://www.tin247.com/nhung_dieu_can_biet_ve_chat_chong_oxy_hoa-10-21417439.htmlhoa_khong_%E2%80%9Cniu%E2%80%9D_duoc_tuoi_tre-10-21351117.html