Quy trình điều chế và đặc trưng chitosan thu được từ vỏ tôm (Litopenaeus vannamei Boone)
Tóm tắt
Nguồn chính để sản xuất thương mại chitosan là quá trình khử acetyl mạnh mẽ của chitin, một polyme cơ sở có trong tảo lục, thành tế bào nấm và bộ xương ngoài của giáp xác. Nghiên cứu này đề xuất một quy trình mới nhằm điều chế chitosan từ vỏ tôm. Quy trình bao gồm hai giai đoạn tẩy trắng 10 phút bằng ethanol, sau quá trình khử khoáng và khử protein thông thường. Trước khi khử acetyl, chitin được ngâm trong dung dịch NaOH nồng độ 12,5 M, làm lạnh và giữ đông trong 24 giờ. Chitosan thu được được đặc trưng bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM), phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), quang phổ tử ngoại (UV), nhiễu xạ tia X (XRD) và phương pháp đo độ nhớt. Chúng tôi đã thu được các mẫu chitosan màu trắng với độ acetyl hóa dưới 9%, được xác định qua FTIR và quang phổ đạo hàm bậc nhất UV. Sự thay đổi hình thái của mẫu được quan sát thông qua SEM. Hàm lượng tro (ash content) trong các mẫu chitosan đều dưới 0,063%. Chitosan hòa tan trong dung dịch 1% axit axetic với tỷ lệ không tan còn lại nhỏ hơn hoặc bằng 0,62%. Phổ XRD cho thấy các đỉnh đặc trưng của chitosan ở khoảng 2θ = 10° và 20°. Khối lượng phân tử của chitosan nằm trong khoảng 2,3–2,8 × 105 g/mol. Kết quả cho thấy quy trình phát triển trong nghiên cứu này cho phép thu nhận chitosan có tính chất lý hóa phù hợp với các ứng dụng trong dược phẩm.
Từ khóa
#chitosan #chitin #Litopenaeus vannamei BooneTài liệu tham khảo
Dash, 2011, Chitosan—A versatile semi-synthetic polymer in biomedical applications, Prog. Polym. Sci., 36, 981, 10.1016/j.progpolymsci.2011.02.001
Seidel, A., and Bickford, M. (2013). Cosmeceutical compounds from marine sources. Kirk-Othmer Chemical Technology of Cosmetics, John Wiley & Sons, Inc.
Khor, E., and Wan, A.C.A. (2013). Chitin: Fulfilling a Biomaterials Promise, Elsevier Ltd.. [2nd ed.].
Bouhenna, 2015, Effects of chitin and its derivatives on human cancer cells lines, Environ. Sci. Pollut. Res., 22, 15579, 10.1007/s11356-015-4712-3
Ahmed, 2016, Preparation, characterization, and potential application of chitosan, chitosan derivatives, and chitosan metal nanoparticles in pharmaceutical drug delivery, Drug Des. Dev. Ther., 10, 483, 10.2147/DDDT.S99651
Sharp, 2013, A Review of the Applications of Chitin and Its Derivatives in Agriculture to Modify Plant-Microbial Interactions and Improve Crop Yields, Agronomy, 3, 757, 10.3390/agronomy3040757
Bautista-Banos, S., Romanazzi, G., and Jiménez-Aparicio, A. (2016). Chitosan in the Preservation of Agricultural Commodities, Academic Press, Elsevier.
Luo, 2013, Recent Advances of Chitosan and Its Derivatives for Novel Applications in Food Science, J. Food Process. Beverages, 1, 1
No, 2000, Application of chitosan for treatment of wastewaters, Rev. Environ. Contam. Toxicol., 1, 1
Peniche, 2001, Chitosan Based Polyelectrolyte Complexes, Natural and Synthetic Polymers: Challenges and Perspectives, Volume 168, 103
Croisier, 2013, Chitosan-based biomaterials for tissue engineering, Eur. Polym. J., 49, 780, 10.1016/j.eurpolymj.2012.12.009
Agnihotri, 2004, Recent advances on chitosan-based micro- and nanoparticles in drug delivery, J. Control. Release, 100, 5, 10.1016/j.jconrel.2004.08.010
Steinbüchel, A., De Baets, S., and Vandamme, E.J. (2002). Biopolymers, Vol. 6. Polysaccharides II: Polysaccharides from Eukaryotes, Wiley-VCH.
Younes, 2015, Chitin and chitosan preparation from marine sources. Structure, properties and applications, Mar. Drugs, 13, 1133, 10.3390/md13031133
Brugnerotto, 2001, An infrared investigation in relation with chitin and chitosan characterization, Polymer, 42, 3569, 10.1016/S0032-3861(00)00713-8
Qin, 2010, Dissolution or extraction of crustacean shells using ionic liquids to obtain high molecular weight purified chitin and direct production of chitin films and fibers, Green Chem., 12, 968, 10.1039/c003583a
Setoguchi, 2012, Facile production of chitin from crab shells using ionic liquid and citric acid, Int. J. Biol. Macromol., 50, 861, 10.1016/j.ijbiomac.2011.11.007
Beaney, 2005, Comparison of chitins produced by chemical and bioprocessing methods, J. Chem. Technol. Biotechnol., 80, 145, 10.1002/jctb.1164
Arbia, 2013, Chitin extraction from crustacean shells using biological methods—A review, Food Technol. Biotechnol., 51, 12
Synowiecki, 2000, The recovery of protein hydrolyzate during enzymatic isolation of chitin from shrimp Crangon processing discard, Food Chem., 68, 147, 10.1016/S0308-8146(99)00165-X
Tsaih, 2003, The effect of reaction time and temperature during heterogenous alkali deacetylation on degree of deacetylation and molecular weight of resulting chitosan, J. Appl. Polym. Sci., 88, 2917, 10.1002/app.11986
Lertwattanaseri, 2009, Microwave technique for efficient deacetylation of chitin nanowhiskers to a chitosan nanoscaffold, Carbohydr. Res., 344, 331, 10.1016/j.carres.2008.10.018
Hamer, 2015, Enzymatic production of defined chitosan oligomers with a specific pattern of acetylation using a combination of chitin oligosaccharide deacetylases, Sci. Rep., 5, 8716, 10.1038/srep08716
Allwin, 2015, Extraction of Chitosan from White Shrimp (Litopenaeus vannamei). Processing Waste and Examination of its Bioactive Potentials, Adv. Biol. Res., 9, 389
Ploydee, 2014, Production of High Viscosity Chitosan from Biologically Purified Chitin Isolated by Microbial Fermentation and Deproteinization, Int. J. Polym. Sci., 2014, 162173, 10.1155/2014/162173
Hajji, 2014, Structural differences between chitin and chitosan extracted from three different marine sources, Int. J. Biol. Macromol., 65, 298, 10.1016/j.ijbiomac.2014.01.045
Ladchumananandasivam, 2012, The Use of Exoskeletons of Shrimp Litopenaeus vanammei) and Crab (Ucides cordatus) for the extraction of Chitosan and Production of nanomembrane, Mater. Sci. Appl., 3, 495
Moura, 2006, Quitina e quitosana produzidas a partir de resíduos de camarão e siri: avaliação do processo em escala piloto, Vetor Rio Grande, 16, 37
Lamarque, 2005, New Route of Deacetylation of α- and β-Chitins by Means of Freeze-Pump Out-Thaw Cycles, Biomacromolecules, 6, 1380, 10.1021/bm049322b
(2010). Agência Nacional de Vigilância Sanitária Farmacopéia Brasileira, Anvisa.
ASTM International (2011). F2103-11 Standard Guide for Characterization and Testing of Chitosan Salts as Starting Materials Intended for Use in Biomedical and Tissue-Engineered Medical Product Applications, ASTM International.
Rinaudo, 1993, Characterization of chitosan. Influence of ionic strength and degree of acetylation on chain expansion, Int. J. Biol. Macromol., 15, 281, 10.1016/0141-8130(93)90027-J
Domszy, 1985, Evaluation of infrared spectroscopic techniques for analysing chitosan, Macromol. Chem. Phys., 186, 1671, 10.1002/macp.1985.021860815
Muzzarelli, 1985, Determination of the degree of acetylation of chitosans by first derivative ultraviolet spectrophotometry, Carbohydr. Polym., 5, 461, 10.1016/0144-8617(85)90005-0
David, 2010, Kinetics study of the solid-state acid hydrolysis of chitosan: Evolution of the crystallinity and macromolecular structure, Biomacromolecules, 11, 1376, 10.1021/bm1001685
(2007). The European Pharmacopeia, C.o. Europe.
(2011). The United States Pharmacopeia, The United States Pharmacopeial Convention.
Povea, 2011, Interpenetrated chitosan-poly(acrylic acid-co-acrylamide) hydrogels. Synthesis, characterization and sustained protein release studies, Mater. Sci. Appl., 2, 509