Vi bao tinh dầu gừng bằng phức Chitosan và Carboxymethyl Cellulose

Đồ án vi bao tinh dầu gừng bằng phức chitosan và carboxymethyl cellulose - ĐH SPKT TPHCM

• Tác giả: Bùi Quỳnh Như
• Người hướng dẫn: Nguyễn Vinh Tiến
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Hóa học
• Đề tài: Vi bao tinh dầu gừng bằng phức Chitosan và Carboxymethyl Cellulose
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan nghiên cứu vi bao tinh dầu gừng tại ĐH SPKT TPHCM

Đề tài vi bao tinh dầu gừng bằng phức chitosan và carboxymethyl cellulose được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Nghiên cứu thuộc ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, do sinh viên Bùi Quỳnh Như thực hiện dưới sự hướng dẫn của giảng viên Nguyễn Vinh Tiến vào tháng 02 năm 2023. Tinh dầu gừng chứa nhiều hợp chất quý như zingiberene, curcumene và gingerol. Các chất này mang hoạt tính kháng khuẩn, kháng viêm và chống oxy hóa mạnh mẽ. Tuy nhiên, tinh dầu gừng rất dễ bay hơi và nhạy cảm với ánh sáng, nhiệt độ cũng như oxy không khí. Kỹ thuật vi bao tạo ra giải pháp bao bọc hạt tinh dầu kích thước micromet. Lớp vỏ polymer sinh học giữ vai trò như rào cản vật lý ngăn cản tác nhân môi trường bên ngoài. Hệ dẫn truyền này bảo toàn dược tính sinh học tối đa cho tinh dầu gừng. Công trình này đặt nền tảng quan trọng cho việc chế tạo vật liệu bảo quản tự nhiên trong thực phẩm và y dược học hiện đại tại Việt Nam.

1.1. Bối cảnh học thuật và nguồn gốc đồ án tại ĐH SPKT TPHCM

Đồ án tốt nghiệp được hoàn thành tại Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM. Đề tài tập trung giải quyết các bài toán chế biến sâu nguồn nông sản Việt Nam. Củ gừng tươi vốn có sản lượng dồi dào nhưng giá trị thương phẩm chưa cao nếu chỉ tiêu thụ thô. Việc chiết xuất tinh dầu và đưa vào dạng vi bao giúp nâng cấp chuỗi giá trị nông nghiệp. Nghiên cứu kết hợp hai nguồn polymer tự nhiên là chitosan từ vỏ giáp xác và carboxymethyl cellulose có nguồn gốc thực vật. Hướng tiếp cận này hoàn toàn thân thiện với môi trường sinh thái, an toàn cho người tiêu dùng và bắt kịp xu hướng phát triển bền vững toàn cầu.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu và định hướng công nghệ vi bao

Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là khảo sát điều kiện hình thành phức polyelectrolyte bền vững giữa chitosan và CMC. Tác giả Bùi Quỳnh Như đã tiến hành đánh giá tỉ lệ phối trộn và nồng độ chất tạo màng tối ưu. Mục tiêu tiếp theo là xác định hiệu suất vi bao tinh dầu gừng đạt mức cao nhất. Cấu trúc hình thái hạt vi bao sau khi tạo thành được kiểm tra kỹ lưỡng qua các phép đo hiện đại. Nghiên cứu cũng định lượng khả năng bảo vệ hoạt chất bay hơi dưới tác động của nhiệt độ phòng và ánh sáng. Kết quả tạo tiền đề công nghệ để ứng dụng rộng rãi trong các dạng bột hòa tan hoặc màng bao gói thực phẩm thông minh.

II. Thách thức phân hủy và nhu cầu vi bao tinh dầu gừng dạng lỏng

Tinh dầu gừng tự nhiên sở hữu nhiều đặc tính sinh học quý giá nhưng tồn tại nhiều nhược điểm cố hữu. Tinh dầu chứa hàm lượng lớn monoterpene và sesquiterpene không no. Các phân tử này rất dễ bị oxy hóa khi tiếp xúc với không khí. Ánh sáng mặt trời và nhiệt độ cao làm biến tính nhanh chóng thành phần gingerol và shogaol. Quá trình phân hủy này gây biến đổi mùi hương, làm giảm hoạt tính sinh học và xuất hiện mùi khó chịu. Ngoài ra, tinh dầu gừng có tính kỵ nước mạnh, gây khó khăn lớn khi phân tán trong môi trường thực phẩm lỏng. Khi bảo quản ở dạng lỏng thông thường, tốc độ bay hơi tự nhiên diễn ra rất nhanh. Doanh nghiệp khó duy trì chất lượng sản phẩm ổn định theo thời gian dài. Kỹ thuật vi bao tinh dầu gừng xuất hiện như một yêu cầu cấp thiết để khắc phục các hạn chế kỹ thuật này. Màng bao vi mô bảo vệ các giọt tinh dầu khỏi tác động xâm hại từ môi trường.

2.1. Nguy cơ oxy hóa và suy giảm hoạt tính sinh học

Zingiberene là hoạt chất chính chiếm tỷ lệ cao trong tinh dầu củ gừng. Hợp chất này mang liên kết đôi chưa bão hòa nên có độ nhạy cảm oxy hóa rất cao. Khi tiếp xúc với không khí, các gốc tự do hình thành chuỗi phản ứng dây chuyền. Sản phẩm oxy hóa làm sụt giảm khả năng kháng khuẩn đối với các chủng vi sinh vật gây hại. Đồng thời, các thành phần thơm bay hơi nhanh chóng khiến hương vị cay nồng đặc trưng bị biến đổi rõ rệt. Quá trình gia nhiệt trong sản xuất công nghiệp càng đẩy nhanh tốc độ phân hủy này. Do đó, việc duy trì cấu trúc hóa học nguyên bản là thách thức lớn nếu không áp dụng công nghệ vi bao.

2.2. Hạn chế về độ hòa tan và độ ổn định vật lý

Tinh dầu gừng có bản chất sơ nước mạnh, không tan trong môi trường nước. Khi phối trộn vào đồ uống hay thực phẩm dạng lỏng, tinh dầu có xu hướng tách lớp nhanh chóng. Hiện tượng nổi váng làm mất mỹ quan sản phẩm và phân bố hoạt chất không đồng đều. Ngoài ra, độ nhớt thấp và sức căng bề mặt lớn gây khó khăn lớn cho việc định lượng chính xác trong dây chuyền tự động. Mùi hăng nồng quá mạnh của tinh dầu tự do cũng giới hạn phạm vi ứng dụng trong các sản phẩm đòi hỏi vị dịu nhẹ. Vi bao giúp chuyển trạng thái lỏng sang dạng bột khô chảy tự do. Nhờ đó, sản phẩm cải thiện độ tan và ổn định vật lý vượt trội.

III. Phương pháp tạo phức chitosan và CMC để vi bao tinh dầu gừng

Nghiên cứu sử dụng phương pháp đồng tạo phức polyelectrolyte giữa hai polymer trái dấu. Chitosan mang điện tích dương từ nhóm amin tự do trong môi trường axit yếu. Ngược lại, carboxymethyl cellulose mang điện tích âm từ các nhóm carboxylat. Khi kết hợp hai dung dịch trong điều kiện pH phù hợp, lực hút tĩnh điện liên kết các mạch polymer thành mạng lưới vỏ bọc liên tục. Tinh dầu gừng trước tiên được nhũ hóa kỹ lưỡng cùng chất hoạt động bề mặt nhằm phân tán thành các vi giọt ổn định. Sau đó, quá trình tương tác điện tích xảy ra bao bọc trọn vẹn giọt dầu vào bên trong lõi hạt vi mô. Hạt vi bao sau phản ứng được thu hồi và làm khô bằng phương pháp sấy phun hoặc đông khô. Phương pháp này vận hành ở điều kiện nhiệt độ êm dịu, không sử dụng dung môi hữu cơ độc hại. Quy trình đảm bảo độ an toàn sinh học cao nhất cho các sản phẩm tiêu dùng trực tiếp. Nghiên cứu tại ĐH SPKT TPHCM đã chuẩn hóa thành công quy trình thực nghiệm này.

3.1. Cơ chế tạo phức polyelectrolyte giữa chitosan và CMC

Cơ chế vi bao dựa trên lực tương tác tĩnh điện giữa các nhóm chức tích điện trái dấu. Phân tử chitosan sở hữu các nhóm amin mang điện tích dương khi hòa tan trong dung dịch axit axetic loãng. Trong khi đó, CMC là dẫn xuất cellulose chứa các nhóm carboxylat mang điện tích âm trong môi trường nước. Khi kiểm soát pH dung dịch ở khoảng giá trị thích hợp, hai polymer tự liên kết tạo phức chất không tan. Lớp màng phức hợp mỏng lắng đọng và bao phủ hoàn toàn bề mặt giọt nhũ tương tinh dầu gừng. Tỉ lệ nồng độ giữa chitosan và CMC quyết định trực tiếp độ dày và độ kín khít của màng. Sự kiểm soát chính xác thông số này giúp tối ưu hóa hiệu suất vi bao.

3.2. Đánh giá hiệu suất và đặc trưng hình thái hạt vi bao

Hiệu suất vi bao và tải lượng tinh dầu là hai chỉ tiêu quan trọng hàng đầu của quy trình. Hiệu suất vi bao được tính toán dựa trên lượng tinh dầu thực tế được bao bọc so với tổng lượng nạp ban đầu. Hình thái cấu trúc hạt vi bao được phân tích thông qua kính hiển vi điện tử quét. Các hạt vi bao thành phẩm có dạng hình cầu, bề mặt tương đối nhẵn và đồng đều về kích thước. Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier khẳng định sự tương tác tĩnh điện thành công giữa chitosan và CMC mà không làm biến đổi khung hóa học của tinh dầu gừng. Dữ liệu thực nghiệm xác thực hạt vi bao duy trì độ bền cơ học cao, bảo vệ tinh dầu an toàn trước các tác động nhiệt.

IV. Tiềm năng ứng dụng hạt vi bao tinh dầu gừng trong đời sống

Đồ án tốt nghiệp tại ĐH SPKT TPHCM mang lại giá trị thực tiễn to lớn cho nhiều lĩnh vực sản xuất. Hạt vi bao tinh dầu gừng giải quyết triệt để vấn đề mất mùi và biến tính trong quá trình bảo quản nông sản chế biến. Trong công nghệ thực phẩm, bột vi bao tinh dầu gừng có thể phối trộn trực tiếp vào trà hòa tan, gia vị đóng gói hoặc bánh kẹo chức năng. Hạt vi bao giúp che giấu vị cay gắt khó chịu, đồng thời cung cấp khả năng làm ấm và hỗ trợ tiêu hóa. Trong lĩnh vực bao bì thực phẩm, hạt vi bao được kết hợp vào màng mỏng sinh học kháng khuẩn. Hệ màng này giải phóng hoạt chất từ từ để ức chế nấm mốc trên bề mặt thịt cá tươi sống. Hơn nữa, ngành mỹ phẩm và dược phẩm có thể ứng dụng sản phẩm vào kem bôi giảm đau, xà phòng tự nhiên hay viên nén bổ sung sức khỏe. Nghiên cứu mở ra hướng đi bền vững cho công nghệ chế biến sau thu hoạch tại Việt Nam.

4.1. Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm và đồ uống chức năng

Hạt vi bao tinh dầu gừng đóng vai trò là phụ gia thực phẩm tự nhiên an toàn và tiện lợi. Dạng bột khô giúp bảo quản đơn giản, dễ dàng phân liều và phân tán đều trong nguyên liệu dạng bột. Khi ứng dụng vào trà gừng hòa tan, hạt vi bao giữ trọn mùi thơm thanh khiết mà không gây kết tủa cặn dầu trên bề mặt ly nước. Trong sản xuất bánh kẹo và gia vị đóng túi, sản phẩm duy trì thời hạn sử dụng dài hơn đáng kể. Người tiêu dùng được hấp thu các chất chống oxy hóa gingerol ổn định trong suốt quá trình lưu thông hàng hóa. Khả năng kiểm soát phóng thích hoạt chất khi vào dạ dày cũng giúp hạn chế cảm giác kích ứng niêm mạc đường tiêu hóa.

4.2. Phát triển màng bao sinh học và dược mỹ phẩm

Sự kết hợp giữa hạt vi bao tinh dầu gừng và vật liệu màng sinh học mở ra triển vọng lớn cho bao bì hoạt tính. Màng bao chứa hạt vi bao có khả năng ức chế vi khuẩn Pseudomonas và nấm mốc gây thối rữa thực phẩm. Thịt gia cầm và thủy sản bảo quản bằng loại màng này kéo dài độ tươi ngon thêm từ ba đến năm ngày. Trong ngành y dược, hạt vi bao tinh dầu gừng hỗ trợ sản xuất các miếng dán giảm đau nhức cơ bắp. Tinh dầu thẩm thấu dần đều qua da, duy trì cảm giác ấm nóng kéo dài mà không gây bỏng rát bề mặt biểu bì. Đây là hướng nghiên cứu có tính ứng dụng công nghiệp rất cao, phù hợp với xu thế tiêu dùng các chế phẩm tự nhiên.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong ngành công nghệ thực phẩm và dược phẩm, tinh dầu tự nhiên ngày càng được quan tâm và ứng dụng rộng rãi nhờ sở hữu các hoạt tính sinh học giá trị, đặc biệt là khả năng chống oxy hóa và kháng khuẩn giúp bảo vệ sản phẩm chống lại sự hư hỏng sinh học. Tinh dầu gừng (Zingiber officinale) là nguồn hoạt chất tự nhiên giàu các hợp chất sesquiterpene và monoterpenoid có hoạt tính sinh học cao. Tuy nhiên, việc ứng dụng trực tiếp tinh dầu gừng vào các hệ sản phẩm, nhất là thực phẩm ít chất béo, gặp phải nhiều rào cản kỹ thuật: bản chất kỵ nước, độ bay hơi cao, độ bền kém trước các tác nhân môi trường (như nhiệt độ, ánh sáng, oxy và pH), cũng như mùi nồng cay đặc trưng dễ làm biến đổi cảm quan sản phẩm.

Kỹ thuật vi bao (encapsulation) bằng phương pháp tạo giọt tụ phức tạp (complex coacervation) giữa các polyme tự nhiên tích điện trái dấu nổi lên như một giải pháp khắc phục triệt để các nhược điểm trên. Sự kết hợp giữa chitosan—một polysaccharide mang điện tích dương tự nhiên thu nhận từ vỏ giáp xác—và carboxymethyl cellulose (CMC)—một dẫn xuất cellulose tích điện âm—tạo nên hệ vỏ vi bao có khả năng tương thích sinh học cao, tự phân hủy sinh học, an toàn và thân thiện với môi trường. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, đề tài khóa luận tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học (chuyên ngành Hóa Polymer) tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã chọn hướng nghiên cứu: "Vi bao tinh dầu gừng bằng phức chitosan và carboxymethyl cellulose" do sinh viên Bùi Quỳnh Như thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Nguyễn Vinh Tiến.

Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định theo 4 nội dung cụ thể trong văn bản:

1. Điều chế bột vi bao để vi bao tinh dầu gừng bằng phức giữa chitosan và carboxymethyl cellulose (CMC).
2. Khảo sát thế zeta và độ đục của dung dịch chitosan và CMC để xác định giá trị pH và tỉ lệ chitosan : CMC tối ưu cho sự hình thành phức polyelectrolyte.
3. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng vỏ : nhân đến hiệu suất vi bao tinh dầu gừng và hiệu suất thu hồi bột vi bao.
4. Đánh giá độ tan, độ trương, khả năng hút ẩm, phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) và mức độ giải phóng tinh dầu của sản phẩm bột vi bao tạo thành.

• Đối tượng nghiên cứu: Polysaccharide tự nhiên chitosan dạng vảy (nguồn gốc Việt Nam), natri carboxymethyl cellulose dạng rắn (nguồn gốc Trung Quốc), tinh dầu gừng dạng lỏng màu vàng nhạt, chất hoạt động bề mặt Tween 20 và các dung môi, hóa chất phân tích phụ trợ.
• Phạm vi nghiên cứu: Toàn bộ các thí nghiệm điều chế, khảo sát tính chất keo và đánh giá hóa lý được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm tại Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh trong khoảng thời gian từ ngày 12/09/2022 đến ngày 22/02/2023.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình cơ sở

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết tạo phức polyelectrolyte liên phân tử (intermacromolecular polyelectrolyte complexes - PEC) giữa hai polymer sinh học mang điện tích trái dấu:

• Chitosan: Là polysaccharide mạch thẳng gồm các đơn vị D-glucosamine và N-acetyl-D-glucosamine liên kết qua cầu nối $\beta$-(1,4)-glycoside. Trong môi trường acid ($pH < 6,0$), các nhóm amin ($-NH_2$) tại vị trí carbon số 2 bị proton hóa thành dạng $-NH_3^+$, biến chitosan thành một polycation hòa tan có khả năng tương tác tĩnh điện mạnh mẽ.
• Carboxymethyl cellulose (CMC): Là dẫn xuất ether của cellulose mang các nhóm tích điện âm carboxymethyl ($-CH_2-COO^-$). Khi phối trộn hai dung dịch trong điều kiện pH phù hợp, lực hút tĩnh điện giữa nhóm $-NH_3^+$ của chitosan và $-COO^-$ của CMC dẫn đến hiện tượng phân chia pha lỏng - lỏng tạo giọt tụ phức tạp, bọc lấy các giọt tinh dầu gừng đã được phân tán nhũ hóa.
• Cơ sở thành phần tinh dầu gừng: Tinh dầu chứa các thành phần hóa học chính như $\alpha$-zingiberene (hàm lượng $> 25%$), $\beta$-bisabolene, $\alpha$-curcumene, $\beta$-sesquiphellandrene, cùng các hợp chất cay 6-gingerol, 6-shogaol và hợp chất bay hơi 1,8-cineole.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm phòng thí nghiệm với chuỗi quy trình chuẩn hóa:

• Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis: Xây dựng đường chuẩn định lượng nồng độ tinh dầu gừng trong dung môi n-hexan tại bước sóng cực đại $\lambda = 296\text{ nm}$ (theo Caciano Pelayo et al., 2019). Đường chuẩn phục vụ việc định lượng tinh dầu bề mặt, tinh dầu vi bao bên trong và tinh dầu chưa vi bao trong dịch nổi. Đo độ đục của huyền phù phức ở bước sóng $600\text{ nm}$ để xác định điểm hình thành phức lớn nhất.
• Phương pháp đo thế điện động Zeta (Zeta Potential): Sử dụng hệ thống phân tích Malvern Zetasizer Pro để theo dõi sự biến thiên điện tích bề mặt của các hạt chitosan ($0,1%$ trong dung dịch $HCl\ 0,5%$) và CMC ($0,1%$ trong nước cất) theo thang pH từ 2,0 đến 7,0 tại nhiệt độ phòng.
• Kỹ thuật đồng hóa và tạo giọt tụ: Tinh dầu gừng cùng chất nhũ hóa Tween 20 ($1%$ khối lượng so với nhân) được phân tán vào dung dịch CMC $0,5%$ bằng máy đồng hóa cơ học FSH-2A ở tốc độ 9.000 vòng/phút trong 5 phút. Tiếp tục cho dung dịch chitosan $0,5%$ vào và đồng hóa thêm 5 phút. Điều chỉnh pH hệ nhũ về giá trị mục tiêu bằng dung dịch $NaOH\ 1\text{ M}$, khuấy từ 30 phút, ủ lạnh qua đêm, tách ly tâm và sấy đối lưu ở $55^\circ\text{C}$ trong 24 giờ.
• Phương pháp đánh giá đặc tính hóa lý bột vi bao:
  • Hiệu suất thu hồi ($H_{th}$) và hiệu suất vi bao ($H_{vb}$): Định lượng phần trăm khối lượng bột thu được so với tổng vật liệu ban đầu; phân tách các phần tinh dầu tự do bề mặt (rửa hexan), tinh dầu trong dịch nổi ly tâm và tinh dầu vi bao bên trong (phá màng bằng dung dịch $HCl\ 4\text{ M}$ rồi trích ly bằng hexan).
  • Độ tan: Xác định tỷ lệ khối lượng hòa tan của $0,5\text{ g}$ bột trong $50\text{ mL}$ nước sau khi khuấy từ 30 phút, ly tâm $9.000\text{ vòng/phút}$, sấy khô dịch nổi ở $70^\circ\text{C}$. Khảo sát theo nhiệt độ ($30, 60, 80, 100^\circ\text{C}$) và theo pH dung dịch ($pH\ 2, 4, 6, 8$).
  • Độ trương nở: Ngâm $0,5\text{ g}$ mẫu trong nước cất trong 2 giờ đến khi trương nở bão hòa, lọc qua giấy lọc và cân khối lượng tăng thêm.
  • Khả năng hút ẩm: Đặt mẫu bột trong môi trường buồng kín chứa dung dịch $NaCl$ bão hòa (độ ẩm tương đối $RH = 75%$ ở $25^\circ\text{C}$) trong 7 ngày, cân kiểm tra sau mỗi 8 giờ.
  • Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR): Sử dụng máy Jasco FT-IR 4700 với đầu đo ATR, ghi phổ trong dải sóng từ $4.000\text{ cm}^{-1}$ đến $400\text{ cm}^{-1}$ để phân tích các dao động đặc trưng của nhóm chức và liên kết hydro, liên kết ion tạo thành.

Danh mục thiết bị	Xuất xứ / Hãng sản xuất	Mục đích sử dụng trong nghiên cứu
Máy đo thế zeta Malvern Zetasizer Pro	Malvern (Anh)	Đo thế điện động Zeta của dung dịch polyme
Máy quang phổ UV-Vis UH5300	Hitachi (Nhật Bản)	Dựng đường chuẩn $\lambda=296\text{ nm}$ và đo độ đục $\lambda=600\text{ nm}$
Máy quang phổ hồng ngoại FTIR 4700	Jasco (Nhật Bản)	Đo phổ phản xạ ATR từ $4.000$ đến $400\text{ cm}^{-1}$
Máy đồng hóa cơ học FSH-2A	Trung Quốc	Đồng hóa hệ nhũ tương ở tốc độ $9.000\text{ vòng/phút}$
Máy ly tâm Z326	Hermle (Đức)	Phân tách kết tủa và dịch nổi sau tạo phức
Máy khuấy từ gia nhiệt C-MAG HS7	IKA (Đức)	Hòa tan polyme và khuấy trộn tạo phức
Máy đo pH Lab 885	SI Analytics (Đức)	Kiểm soát giá trị pH dung dịch và hệ nhũ tương

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý thuyết chuyên sâu về các vật liệu cấu thành và công nghệ vi bọc:

• Chitosan: Nêu rõ lịch sử phát hiện từ năm 1859 bởi Charles Rouget và tên gọi do Felix Hoppe Seyler đặt. Phân tích cấu trúc hóa học với liên kết $\beta$-(1,4)-glycoside, ý nghĩa của mức độ deacetyl hóa ($DD > 50%$), tính chất tan đặc trưng trong acid hữu cơ loãng tạo keo cation, độ bền nhiệt (nhiệt độ nóng chảy khoảng $310^\circ\text{C}$), và các ứng dụng trong y sinh học, xử lý nước thải, nông nghiệp và màng bảo quản thực phẩm.
• Carboxymethyl cellulose (CMC): Trình bày lịch sử thương mại hóa từ năm 1918 tại Đức và năm 1946 tại Hoa Kỳ; cấu trúc vòng glucose dạng ghế với các nhóm thế phân cực $-CH_2-COOH$; tính chất hòa tan tạo dung dịch keo nhớt ($1.500 - 3.000\text{ cps}$ ở nồng độ $1%$, $25^\circ\text{C}$); tính ổn định nhiệt và quá trình mất nước cấu trúc ở $45 - 160^\circ\text{C}$.
• Cây gừng và tinh dầu gừng: Khái quát phân loại thực vật họ Zingiberaceae; bảng thành phần dinh dưỡng trong $100\text{ g}$ củ gừng tươi ($17,77\text{ g}$ carbohydrate; $1,7\text{ g}$ đường; $2\text{ g}$ chất xơ; $0,82\text{ g}$ chất béo; năng lượng $334\text{ kJ}$); phân tích cấu trúc các hoạt chất tạo vị cay và mùi thơm gồm 6-gingerol, 6-shogaol, $\alpha$-zingiberene, 1,8-cineole, $\alpha$-pinene, $\beta$-bisabolene và $\beta$-sesquiphellandrene.
• Kỹ thuật trích ly và vi bao: So sánh các phương pháp thu nhận tinh dầu (chưng cất lôi cuốn hơi nước, trích ly dung môi, trích ly bằng $CO_2$ siêu tới hạn); phân loại các công nghệ vi bao gồm phương pháp cơ học (sấy phun, tầng sôi, ép đùn), hóa lý (tạo giọt tụ đơn giản và phức tạp, làm bay hơi dung môi) và hóa học (trùng hợp liên kết ngang). Tổng hợp các công trình nghiên cứu vi bao tinh dầu bằng hệ chitosan-alginate, gelatin-gum arabic trên thế giới.

Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp

Chương 2 mô tả chi tiết quy trình thực nghiệm và các thông số vận hành:

• Xây dựng đường chuẩn UV-Vis: Chuẩn bị dung dịch gốc nồng độ $100\ \mu\text{g/mL}$ tinh dầu gừng trong n-hexan, pha loãng thành 10 mức nồng độ khác nhau. Kết quả xây dựng đường chuẩn tại bước sóng $\lambda = 296\text{ nm}$ cho phương trình hồi quy tuyến tính: $$y = 0,1698x - 0,1257 \quad (R^2 = 0,9994)$$
• Quy trình tối ưu hóa tạo phức: Đo thế zeta của chitosan và CMC riêng rẽ theo thang pH từ 2,0 đến 7,0. Khảo sát độ đục hỗn hợp ở bước sóng $600\text{ nm}$ với các tỷ lệ thể tích $1:1, 2:1, 4:1$ và hiệu suất thu hồi phức kết tủa sấy khô ở $100^\circ\text{C}$.
• Chuẩn bị hệ hạt vi bao: Khảo sát cố định tỉ lệ vỏ polymer chitosan : CMC là $1:2$ tại $pH = 5,5$, thay đổi tỉ lệ khối lượng vỏ : nhân tinh dầu theo 4 mức: $1:1, 2:1, 3:1$ và $4:1$.
• Thiết lập công thức tính toán: Chi tiết hóa phương pháp cô lập và công thức tính hiệu suất thu hồi bột vi bao ($H_{th}$), hiệu suất vi bao tinh dầu ($H_{vb}$), độ tan ($%m_{ht}$), độ trương nở ($T$), độ ẩm sấy khô ở $80^\circ\text{C}$ trong 24 giờ ($W$), và khả năng hấp thụ hơi ẩm theo thời gian.

Tỉ lệ Vỏ : Nhân	Khối lượng Chitosan (g)	Khối lượng CMC (g)	Khối lượng Tinh dầu gừng (g)
1 : 1	0,5	1,0	1,5
2 : 1	0,5	1,0	0,75
3 : 1	0,5	1,0	0,5
4 : 1	0,5	1,0	0,375

Chương 3: Kết quả và bàn luận

Chương 3 trình bày các số liệu thực nghiệm đo đạc và biện luận bản chất tương tác:

• Xác định điều kiện tạo phức tối ưu: Đường cong thế zeta cho thấy chitosan mang điện thế dương lớn ở pH thấp và giảm dần khi tăng pH, trong khi CMC mang điện thế âm trên toàn dải khảo sát. Phép đo độ đục ở $\lambda = 600\text{ nm}$ và hiệu suất thu hồi chất rắn xác nhận tỉ lệ polyme $1\text{ CTS} : 2\text{ CMC}$ tại $pH = 5,0$ tạo phức polyelectrolyte kết tụ mạnh nhất và đạt hiệu suất thu hồi phức cao nhất.
• Hiệu suất vi bao và hiệu suất thu hồi bột: Khi tăng tỉ lệ vỏ : nhân từ $1:1$ lên $3:1$, hiệu suất vi bao tinh dầu gừng tăng rõ rệt nhờ lượng vỏ polymer đủ dày để giữ các giọt tinh dầu phân tán. Tại tỉ lệ $3:1$, cả hiệu suất vi bao ($H_{vb}$) và hiệu suất thu hồi bột sấy ($H_{th}$) đều đạt giá trị cực đại. Tuy nhiên, khi tăng tiếp lên tỉ lệ $4:1$, lượng chất bao dư thừa làm tăng độ nhớt hệ nhũ tương, cản trở sự tạo phức đồng đều khiến hiệu suất giảm nhẹ.
• Đặc tính trương nở và hút ẩm: Độ trương nở của bột vi bao trong nước tăng thuận chiều với sự gia tăng tỉ lệ vỏ : nhân do tính ưa nước của mạng lưới polymer CMC và chitosan. Khả năng hút ẩm trong môi trường $NaCl$ bão hòa ($RH = 75%$) cũng tăng dần theo tỉ lệ vỏ : nhân trong suốt 7 ngày thử nghiệm.
• Độ hòa tan của bột vi bao:
  • Ảnh hưởng của nhiệt độ: Tại mọi tỉ lệ khảo sát, độ tan của bột tăng dần theo nhiệt độ từ $30^\circ\text{C}$ lên $100^\circ\text{C}$. Ở cùng mức nhiệt độ, mẫu có tỉ lệ vỏ : nhân càng cao thì độ tan lại càng giảm do mạng lưới liên kết tĩnh điện giữa vỏ polymer chặt chẽ hơn.
  • Ảnh hưởng của pH: Độ tan của bột vi bao tăng mạnh trong môi trường acid ($pH = 2,0$) do nhóm amin của chitosan bị proton hóa làm phân rã liên kết phức, và giảm dần khi pH tăng lên môi trường trung tính và kiềm ($pH = 8,0$). Ở cùng giá trị pH, tăng tỉ lệ vỏ : nhân làm giảm độ tan của bột.
• Phân tích phổ hồng ngoại FTIR: Phổ FTIR của chitosan xuất hiện dải hấp thụ đặc trưng của nhóm $-NH_2$ và $-OH$ ở $3.400 - 3.200\text{ cm}^{-1}$, nhóm amide I ở $1.650\text{ cm}^{-1}$. Phổ CMC thể hiện dao động kéo dãn của nhóm carboxylat ($-COO^-$) bất đối xứng tại $1.590\text{ cm}^{-1}$ và đối xứng tại $1.415\text{ cm}^{-1}$. Trên phổ FTIR của phức chitosan - CMC và bột vi bao, sự dịch chuyển các đỉnh hấp thụ của nhóm $-NH_3^+$ và $-COO^-$ cùng sự xuất hiện các peak dao động đặc trưng của khung hydrocacbon trong tinh dầu gừng xác nhận sự hình thành phức liên phân tử và sự hiện diện của tinh dầu bên trong hệ vỏ.
• Đánh giá mức độ giải phóng tinh dầu: Tinh dầu gừng được lưu giữ tốt ở môi trường trung tính và giải phóng nhanh hơn trong môi trường acid do sự trương nở và hòa tan cục bộ của lớp vỏ polyme.

Chương 4: Kết luận và kiến nghị

Tổng kết toàn bộ các thông số công nghệ tối ưu đã đạt được trong khóa luận, khẳng định tính khả thi của việc sử dụng phức chitosan - CMC để bọc tinh dầu gừng dạng bột khô. Tác giả kiến nghị các bước nghiên cứu tiếp theo nhằm nâng cao chất lượng khoa học của đề tài.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả định lượng chính trong văn bản

• Thông số tối ưu hóa quá trình tạo phức vỏ: Xác định được điều kiện tối ưu để tạo phức polyelectrolyte giữa chitosan và CMC là ở tỉ lệ khối lượng $1\text{ CTS} : 2\text{ CMC}$ tại giá trị $pH = 5,0$.
• Thông số tối ưu hóa quá trình vi bao tinh dầu: Tỉ lệ khối lượng vỏ : nhân tối ưu được xác định là $3:1$. Tại tỉ lệ này, hiệu suất vi bao tinh dầu gừng ($H_{vb}$) và hiệu suất thu hồi bột vi bao sấy đối lưu ($H_{th}$) đạt giá trị cao nhất so với các tỉ lệ $1:1, 2:1$ và $4:1$.
• Đặc trưng độ tan của bột vi bao:
  • Tăng tỷ lệ thuận theo nhiệt độ môi trường thử nghiệm ($30^\circ\text{C} \rightarrow 100^\circ\text{C}$).
  • Tăng trong môi trường acid ($pH = 2,0$) và giảm khi đưa về môi trường trung tính/kiềm ($pH\ 6,0 - 8,0$).
  • Tại cùng điều kiện nhiệt độ hoặc pH, độ tan có xu hướng giảm khi tăng tỉ lệ vỏ : nhân.
• Đặc trưng độ trương nở và hút ẩm: Độ trương nở trong nước và khả năng hấp phụ hơi ẩm tại điều kiện chuẩn ($RH = 75%, 25^\circ\text{C}$) đều tăng dần khi tăng tỉ lệ vỏ : nhân từ $1:1$ đến $4:1$.
• Cơ sở định lượng quang phổ: Thiết lập phương trình đường chuẩn định lượng tinh dầu gừng trong n-hexan tại bước sóng $296\text{ nm}$: $y = 0,1698x - 0,1257$ với hệ số tương quan tuyến tính $R^2 = 0,9994$.

Thông số khảo sát	Điều kiện tối ưu / Quy luật ghi nhận trong nghiên cứu
Tỉ lệ polyme tạo vỏ	$1\text{ Chitosan} : 2\text{ CMC}$ (khối lượng)
pH tạo phức vỏ tối ưu	$pH = 5,0$
Tỉ lệ Vỏ : Nhân tối ưu	$3 : 1$ (cho hiệu suất vi bao và thu hồi bột cao nhất)
Phương trình đường chuẩn UV-Vis	$y = 0,1698x - 0,1257$ tại $\lambda = 296\text{ nm}$ ($R^2 = 0,9994$)
Biến thiên độ tan theo nhiệt độ	Tăng theo chiều tăng nhiệt độ ($30^\circ\text{C} \rightarrow 100^\circ\text{C}$)
Biến thiên độ tan theo pH	Tăng mạnh ở môi trường acid ($pH = 2,0$), giảm ở môi trường trung tính
Xu hướng độ trương & hút ẩm	Tăng tỷ lệ thuận theo sự gia tăng tỉ lệ vỏ : nhân

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

• Ứng dụng hệ vật liệu màng bao phức polyelectrolyte chitosan - CMC để thay thế các chất mang tổng hợp trong bảo quản các hoạt chất dễ bay hơi và nhạy cảm với môi trường.
• Đề xuất ứng dụng bột vi bao tinh dầu gừng vào các hệ thực phẩm chức năng, gia vị sấy khô hoặc các chế phẩm y dược hỗ trợ tiêu hóa nhằm kiểm soát tốc độ giải phóng hoạt chất và che giấu mùi cay gắt.

Đóng góp thực tiễn của công trình

• Thiết lập quy trình công nghệ điều chế bột vi bao tinh dầu gừng sử dụng hoàn toàn các polymer sinh học tự nhiên có sẵn trong nước thông qua kỹ thuật tạo giọt tụ phức tạp, không sử dụng dung môi hữu cơ độc hại trong khâu bao gói.
• Cung cấp dữ liệu thực nghiệm toàn diện về sự tương tác giữa hai hệ keo tích điện trái dấu chitosan và CMC, làm cơ sở khoa học cho việc điều khiển cấu trúc và độ bền giải phóng của vi nang trong các môi trường pH và nhiệt độ khác nhau.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên biên bản đánh giá của Cán bộ hướng dẫn (PGS.TS. Nguyễn Vinh Tiến) và Cán bộ phản biện (TS. Nguyễn Tiến Giang), công trình còn tồn tại các hạn chế cụ thể cần khắc phục:

• Thiếu hình thái học vi mô: Khóa luận chưa thực hiện các phép phân tích hiển vi điện tử quét (SEM) hoặc hiển vi điện tử truyền qua (TEM) để quan sát hình thái bề mặt, kích thước hạt thực tế và chứng minh rõ nét cấu trúc lõi - vỏ (core - shell) của hạt vi bao.
• Hạn chế về phân tích bản chất liên kết hóa học: Nghiên cứu chưa đi sâu vào việc phân tích động học và cơ chế phản ứng tạo phức; cần cung cấp thêm bằng chứng hóa lý khẳng định sản phẩm tạo thành là phức chất polyelectrolyte thực sự chứ không đơn thuần là hỗn hợp cơ học của hai polyme.
• Mức độ đối chiếu tài liệu quốc tế: Các thảo luận và biện luận kết quả thực nghiệm còn thiếu tính đối chiếu, so sánh chuyên sâu với các công trình nghiên cứu tương đương đã công bố trên các tạp chí quốc tế.
• Quy mô thực nghiệm: Đề tài mới dừng lại ở quy mô khảo sát trong phòng thí nghiệm; chưa đánh giá độ ổn định của bột vi bao qua thời gian bảo quản dài hạn (shelf-life) và chưa thử nghiệm phối trộn thực tế trên các ma trận thực phẩm cụ thể.

---

Giá trị tham khảo

Bản khóa luận tốt nghiệp là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

• Sinh viên và học viên cao học: Thuộc các chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, Kỹ thuật Hóa Polymer, Công nghệ Vật liệu Sinh học và Công nghệ Thực phẩm đang thực hiện các đề tài liên quan đến kỹ thuật vi bọc, tương tác giữa các polyelectrolyte tự nhiên hoặc chế biến tinh dầu.
• Nghiên cứu viên và kỹ thuật viên phân tích: Có thể tham khảo phương pháp luận chuẩn xác về:
  • Quy trình xây dựng đường chuẩn UV-Vis để định lượng tinh dầu dễ bay hơi trong dung môi hữu cơ.
  • Phương pháp phân tách ba pha tinh dầu: tinh dầu bề mặt, tinh dầu tự do trong dịch nổi và tinh dầu liên kết bên trong vi nang.
  • Cách thức ứng dụng phép đo thế Zeta và đo độ đục quang phổ để khảo sát điểm đẳng điện và tối ưu hóa phản ứng tạo phức keo.
  • Các quy trình kiểm tra chỉ tiêu hóa lý thực nghiệm của bột polymer (độ trương nở, độ ẩm sấy, độ tan theo nhiệt độ/pH và độ hấp thụ ẩm môi trường).

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tỉ lệ chitosan : CMC và giá trị pH nào được xác định là tối ưu cho quá trình tạo phức polyelectrolyte làm vỏ vi bao?

Theo số liệu thực nghiệm đo độ đục ở bước sóng $600\text{ nm}$ và hiệu suất thu hồi chất rắn sấy khô, phức chitosan - CMC được hình thành tối ưu ở tỉ lệ khối lượng $1\text{ Chitosan} : 2\text{ CMC}$ tại giá trị $pH = 5,0$. Ở điều kiện này, mức độ ion hóa trái dấu giữa nhóm amin mang điện dương ($-NH_3^+$) của chitosan và nhóm carboxyl mang điện âm ($-COO^-$) của CMC đạt sự tương tác tĩnh điện mạnh mẽ nhất, cho khối lượng kết tủa phức lớn nhất.

2. Tỉ lệ khối lượng vỏ : nhân nào cho hiệu suất vi bao và hiệu suất thu hồi bột cao nhất?

Tỉ lệ khối lượng vỏ : nhân đạt tối ưu tại giá trị $3 : 1$. Ở tỉ lệ này, lượng vỏ polyme vừa đủ để bao bọc kín các giọt tinh dầu gừng phân tán, giúp hiệu suất vi bao tinh dầu và hiệu suất thu hồi bột sau sấy đối lưu đều đạt cực đại. Khi tỉ lệ vỏ : nhân thấp ($1:1, 2:1$), lượng tinh dầu bề mặt và thất thoát trong dịch nổi cao; trong khi ở tỉ lệ quá cao ($4:1$), độ nhớt dung dịch lớn gây cản trở quá trình hình thành hạt đồng đều.

3. Phương trình đường chuẩn định lượng tinh dầu gừng được thiết lập như thế nào?

Đường chuẩn được xây dựng bằng cách pha loãng dung dịch gốc tinh dầu gừng trong dung môi n-hexan và quét quang phổ UV-Vis để chọn bước sóng hấp thụ cực đại tại $\lambda = 296\text{ nm}$. Phương trình hồi quy tuyến tính thu được giữa độ hấp thụ quang ($y$) và nồng độ tinh dầu ($x$, đơn vị $\mu\text{g/mL}$) là: $$y = 0,1698x - 0,1257$$ với hệ số xác định $R^2 = 0,9994$, đảm bảo độ tin cậy cao cho việc định lượng tinh dầu trong toàn bộ quá trình thí nghiệm.

4. Yếu tố nhiệt độ và pH tác động như thế nào đến độ hòa tan của bột vi bao?

Độ tan của bột vi bao tỷ lệ thuận với nhiệt độ: khi tăng nhiệt độ từ $30^\circ\text{C}$ lên $100^\circ\text{C}$, độ tan của bột vi bao tăng dần ở tất cả các mẫu. Ngược lại, xét theo pH dung dịch, độ tan tăng mạnh nhất trong môi trường acid ($pH = 2,0$) do liên kết tĩnh điện của phức bị phá vỡ khi chitosan bị proton hóa hoàn toàn, và giảm dần khi đưa về môi trường acid yếu và trung tính. Đặc biệt, ở cùng một mức nhiệt độ hoặc pH, mẫu có tỉ lệ vỏ : nhân càng cao thì độ tan lại càng giảm.

5. Cán bộ phản biện đã chỉ ra những điểm thiếu sót kỹ thuật nào trong bản khóa luận?

Trong phiếu đánh giá ngày 01/03/2023, Cán bộ phản biện (TS. Nguyễn Tiến Giang) đã chỉ ra rằng khóa luận cần bổ sung kết quả chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) và hiển vi điện tử truyền qua (TEM) để quan sát hình thái vi cấu trúc và chứng minh rõ ràng cấu trúc lõi - vỏ của hạt vi bao, đồng thời đặt ra 2 câu hỏi phản biện yêu cầu làm rõ: sản phẩm tạo ra có bản chất thực sự từ phản ứng tạo phức hay không và có đúng cấu trúc vi bao hay không.

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Bùi Quỳnh Như đã nghiên cứu thành công quy trình điều chế bột vi bao tinh dầu gừng bằng phức polyelectrolyte giữa hai polymer sinh học tự nhiên là chitosan và carboxymethyl cellulose theo phương pháp tạo giọt tụ phức tạp. Đề tài đã giải quyết trọn vẹn các mục tiêu kỹ thuật đặt ra, xác định chính xác các thông số tối ưu gồm tỉ lệ vỏ $1\text{ CTS} : 2\text{ CMC}$ tại $pH = 5,0$ và tỉ lệ vỏ : nhân $3:1$ cho hiệu suất thu hồi và vi bao cao nhất. Mặc dù cần bổ sung các phân tích hiển vi điện tử (SEM/TEM) để hoàn thiện việc chứng minh cấu trúc vi mô, các dữ liệu thực nghiệm về độ tan, độ trương, khả năng hút ẩm và phổ FTIR đã chứng minh khả năng lưu giữ và bảo vệ tinh dầu gừng rõ rệt của hệ vật liệu, tạo tiền đề khoa học hữu ích cho các ứng dụng vi bọc trong công nghệ hóa học, thực phẩm và dược phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Tinh dẫu đang được ưa chuộng trong những thập kỷ gần đây do đặc tính chống oxy hóa và kháng khuẩn. bảo vệ thực phẩm khỏi bị hư hỏng. Tuy nhiên, do bản chất ky nước, mùi thơm và hương vị khá mạnh nên việc kết hợp chúng vào thực phẩm ít chất béo là một thách thức không nhỏ. Vi bao (hay vi bọc) là một cách tiếp cận hiệu quả để khắc phục niững nhược điểm này.

Chitosan va carboxymethyl! cellulose (CMC) 1a nhitng polyme ty nhién cé hoat tinh sinh hoc tot va kha nang trong tich sinh kha cao. Cac polyme này dễ dàng có được qua một + cow *. sa Ages bước xử lí và sử dụng rộng răi trong các ngành công nghiệp chế biến. Ngày nay, xu hướng sử dụng nguồn nguyên liệu tự nhiên đang được ưa chuộng tại các doanh nghiệp sản xuất.

Quá trình xử lí không quá phức tạp. giá thành hợp lí, thân thiện với môi trường là những nguyên nhân chính làm cho những polyme tự nhiên trở nên cực kì sáng giá trong mắt các nhà kinh doanh. khả năng lưu giữ các hợp chất có hoạt tính cao nhằm tránh các ảnh hưởng của môi trường dang được quan tâm và nghiền cứu bởi tiểm năng ứng dụng của chúng sẽ mang đến những lợi ích tuyệt vời trong tương lai. Nắm bắt được xu hướng đó, tôi muốn nghiên cứu ra một sản phẩm vừa thản thiện với môi trường vừa có hiệu quả cao trong việc bảo quản hợp chất có hoạt tính cao.

Cụ thẻ, sản phẩm bao gồm lớp vỏ vi bao từ các polyme tự nhiên. phần nhân bẻn trong có nhiều tính chất ưu việt có thể ứng dụng vào dược phẩm và y tế, Vì nhitng li do dé. t6i chon “Vi bao tinh dầu gừng bằng phức chitosan va carboxymethyl cellulose” lan dé tai luận văn tốt nghiệp. Đắi tượng và phạm vi nghiên cứu Dối tượng nghiên cứu: Chitosan, carboxymethy! cellulose (CMC), tinh dau gitng, Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu này được thực hiên với quy mô phòng thí nghiệm.

Nội dung nghiên cứu Điều chế hệ nhũ tương chitosan CMC và vi bao tỉnh dầu gừng bằng phức chitosan — CMC. Khảo sát các điều kiện ảnh hưởng đến hạt nhũ tương và đánh giá bột vi bao tạo thành bao gồm phổ FTIR, độ tan, độ trương, khả năng hút ẩm, hiệu suất vi bao. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Đánh giá khá năng vi bao của phức chitosan - CMC đến quá trình vi bao tỉnh dầu gừng. Há cục khóa luận Luận vấn bao pom: Chương [: Tổng quan Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp Chương 3: Kết quả và bàn luận Chương 4: Kết luận và kiến nghị Nw CHUONG 1: TONG QUAN 1.1 Nguén géc Chitosan là m6t polysaccharide mach thang thu được từ quá trình deacetyl hóa chitin.

Dây là một hợp chất có vai trò chính trong cấu trúc nên lớp vỏ của các động vật giáp xác như tôm. chitỉn còn được tìm thấy ở các loài côn trùng và động vật chân đút. chitin được lấy từ quá trình chiết xuất vỏ cua, tôm, nhuyễn thẻ. Irong lịch sử, chitosan được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1859 bởi nhà khoa học Charles Rouget (Phap).

Ong mé ta qua trinh deacetyl hóa chitin thông qua việc đun sôi với sự có mật của KOII đậm đặc. Nhà vật lí người Pháp nhận ra rằng sản phẩm mới thu được có thể hòa tan trong dung địch acid. tương phản với nước - ban chất không hòa tan của chitin tự nhiên. từ đó mở một con đường mới nghiên cứu và phát trién chitin.

chitin biến tính mới duge dat tén la “chitosan”, theo tên của nhà vật lý học và hóa học Felix Hoppe Seyler (Đức). Vào dầu thế kỷ 20, rất nhiều nghiên cứu đã được thực hiện về chủ đẻ chitin và chitosan. Năm 1930, các nghiên cứu của G.Rammelberg hướng đến việc xác định các đặc tính của chitosan từ các nguồn chitin, đặc biệt là vỏ cua và nắm. Chitosan còn được tìm thay trong thành tế bào của một số loại nấm trong tự nhiên, đặc biệt lả những loái thuộc lớn Zygomycetes.

Các nhà khoa học đã tìm ra một trong những cơ chế tông hyp chitosan, trong nắm là tiền hành khử cnzyme matic của chitin. chitosan có thẻ được sản xuất từ chitin thông qua phương pháp hóa học hoặc enzyme dựa trên cơ chế khư oXv hóa của chitin. Tuy nhiên, các loại nắm và số lượng của chúng trong tự nhiẻn chí chiếm một phan nhỏ so với lượng vỏ của các sinh vật giáp xác. Vì vậy, hàu hết chỉitosan được sản xuất 2.

* a * ` tye xà £ ` “S14 bảng cách khử nhiệt hóa của chitin chiết xuất từ vỏ tôm, cua [ I]. Trên thị trường, chitosan tồn tại ở dạng vảy hoặc dạng bột.1: Chitosan ở hai dạng vảy và bột 1.2 Câu trúc Chitosan la mt polysaccharide mach thang, tan trong nuée. Né 1a dang chitin đã khử acelyl một phản, trong đó một phần N-acetyl-D-glucosamine đã được chuyển đổi thành D-glucosamine và được liên kết với nhau bằng liên kết với B-(1,4)-glycoside. Ty 1é D- glucosamine so với N-acety!-D-glucosamine trong chitosan được gọi là mức độ deacetyl hoa (DD).

DD có giá trị từ 50% trở nên duge xem la chitosan [1]. OH OH OH O O O HO NH2 NH2 NH2 n Hình 1.2: Cấu trúc chitosan Công thức cấu tạo của chitosan gần giống với chitin và cellulose, khác & chd nhom amin của chitosan nằm ở cacbon số 2. Thành phần và kích thước cua các chuỗi phân tử chitosan phụ thuộc vào nguồn gốc và phương pháp khử oxi hóa chitin. Chitosan 1a mét vật liệu không độc hại, khả năng tương thích sinh học thể hiện đặc tính kháng khuẩn.

Trong môi trường acid, các nhóm amin được proton hóa nên có thẻ tương tắc với các polyanions như alginate, carragccnan, acid hyaluronie tạo thành polyelectrolyte ngày > ` +h , : ‘ ` x : 5 càng được sử dụng nhiêu hơn trong các vì bao các thành phần sinh học khác nhau [2].3 Tính chất Chitosan ở điều kiện tự nhiên dạng rắn màu trắng ngà hoặc màu vàng nhạt, ton tai dang bột hoặc dạng vảy. không mùi, không vị, nhiệt độ nóng chảy khoảng 310°C. Chitosan cực kì khó tan trong nước. kiềm và các dung môi hữu cơ nhưng hòa tan được trong hầu hết các dung dịch axit hữu cơ khi pH của dung dịch nhỏ hơn 6 [2].1 Dé hoa tan Khi hoa tan chitosan vao mdi trường acid tạo thành keo dung dịch có điện tích dương.

Lấy là một điểm khá đặc biệt vì đa số polysaccharide tự nhiên đều mang điện âm. Quá trình hea tan cua chitosan xay ra bằng cách proton hóa nhóm chức —NH; trên vị trí cacbon thứ 2 của đơn vị lặp lai D-glucosamine, theo đó polysaccharide được chuyển thành polyelcctrolyte trong môi trường acid, Cụ thể, chitosan mang điện dương có khả năng bám dính bể mặt các ion tích điện âm và có khả năng tạo phức với các ion kim loại, tương tác tốt với các polyme tích điện ấm. Trên thực tế. độ hòa tan của chỉtosan dựa trên rất nhiều yếu tố như nồng độ ion, pH, bản chất của acid được sử dụng để hòa tan.

Acid acetic và fomic là những môi trường phỏ biến nhất đề hòa tan chitosan phục vụ cho nghiên cứu [2].2 Khối lượng phân tử Khối lượng phân tử của chỉtosan được xem là một trong những thông số quan trọng ảnh hưởng đến các tính chất đặc trưng như khả năng kết dính. tạo mang, kha nang tre che sinh vật,. Thông thường giá trị này của chitosan nằm ở khoảng 1000000a. Phân tử khối của chitosan thường rất khó kiểm soát.

phụ thuộc vào nguùn cung cắp chitin và điều kiện để xảy ra quá trình deacetyl hóa. Chitosan có phân tư khỏi cao có khả năng tao mang tốt và màng chỉtosan có sức căng tốt, Ngoài ra, chitosan có phân tử khối cảng lớn thì có độ nhớt càng cao [3].3 Sự tạo phức Chitosan có khả năng tạo phức nhờ các nhóm chức —NH; trong cấu trúc chuỗi. Cụ thể, chúng có thể thực hiện các phản ứng tạo phức với kim loại hoặc tham gia vào quá trình điện ly và tạo phức polyelectrotyle trong môi trường acid. Ngoài ra, chitosan còn có khả năng tạo phức với chất hoạt động bề mặt liên quan đến việc xếp chồng các chuỗi alkyl và tạo ra hệ thống micellar [4].134 Khả năng hút âm và kháng khuẩn, kháng nắm Lò SO những tính chất cơ bản của chitosan như tính hút âm, khả năng hấp thụ màu, kết dịnh với chất béo, kháng khuẩn.

đều phụ thuộc rất nhiều vào mức độ deacetyl hóa. [hỏng số nay đặc trưng cho 2-acetamido-2-deoxy-D-glucopyranose với 2-amino-2— deoxy-l)-glucopyranose trong phan tr chitin va chitosan. Dé deacetyl phu thuéc vào bản chat loai giáp xác cung cấp nguồn chitin và phương pháp tiến hành quá trình deacetyl hóa. Thông thường con số này năm trong khoảng 56 ~ 99%, Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng độ deacetyl cla chitosan cảng cao thì khả năng kháng khuẩn.

kháng nấm càng tốt. Tuy nhiên, khả năng hút nước của chỉtosan lại có dấu hiệu giảm khi tăng độ deacetyl. Bên cạnh đó, chitosan có độ deacetyl cao có ứng suất kéo và độ giãn dài giới hạn cao nhưng độ trương nở lại thấp [5].4 Ung dung Chitosan là một polyme tự nhiên có nhiều ưu điểm như không độc hại. tương hợp sinh học và khả năng phân hủy sinh học nên có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, dae biệt là y học.

% Trong y tẾ Chitosan được ứng dụng rất nhiều trong y học như: tác nhàn kháng khuẩn, chất dần truyền, trong liệu pháp gen, tăng cường miền dịch, hoạt động làm giam cholesterol trong máu,. Hiện nay, liệu pháp gen và lớp vỏ có cho thuộc giải phỏng có kiểm soát là những ứng dụng được mong đợi nhất với chỉtosan. Quá trình đưa thuốc vào cơ thể để nó giải phóng đúng chỗ đúng liều lượng đang được quan tâm nghiên cứu rộng rãi trong lĩnh 6 vực y tế. Bên cạnh đó, những vấn đề về bệnh di truyền, làm chậm tiến trình phát triển của khối u cũng là một trong những lĩnh vực được đầu tư trong công cuộc nghiên cứu về quá trình đưa thuốc vào các cơ quan trong cơ thể.

s+ Trong nông nghiệp Các đặc tính như kháng khuẩn, chống côn trùng, ít độc hại và khả năng phân hủy sinh học giúp chitosan được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực nông nghiệp. Một số ứng dụng của chitosan có thể kể đến như ức chế sự phát triển của nhiều loại vi khuẩn và nấm gây bệnh cho thực vật. kích thích miễn dich bam sinh và kháng vi rút ở cây trồng hay làm giam tốc độ thoát hơi nước trong môi trường khô hạn. Ngoài ra, một số nghiên cứu chỉ ra chítosan cũng có thế cải thiện khả năng nảy mầm, chiều dài và hoạt động của rễ cũng như chiêu cao của cấy con, từ đó giúp tăng sản lượng cây trồng [6].