Tài liệu Nghiên cứu áp dụng sản xuất sạch hơn trong quá trình sản xuất chitin - chitosan

y o c u -tr a c k .c BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TR ANG KHOA CHẾ BIẾN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG SẢN XUẤT SẠCH HƠN TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CHITIN – CHITOSAN Giáo viên hướng dẫn: Th.S. NGÔ THỊ HOÀI DƯƠNG Sinh viên thực hiện: ĐOÀN THỊ THU HUYỀN Lớp: 47 CB – 2 Nha Trang, 2009 .d o m o w w w .d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e w N y bu to lic k c u -tr a c k LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài: “Nghiên cứu áp dụng sản xuất sạch h ơn trong quá trình sản xuất chitin-chitosan”, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô Th.S Ngô Thị Hoài Dương đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá tr ình tiến hành làm đề tài. Qua đây cũng cho phép tôi đươc bày tỏ lòng biết ơn đến Th.S Nguyễn Thị Thục, Th.S khổng Trung Thắng đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô trong bộ môn Công nghệ chế biến – Khoa Chế biến đã nhiệt tình truyền đạt kiến thức trong suốt thời gian của khóa học. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các anh chị, cán bộ ph òng thí nghiệm khoa Chế biến, cán bộ phòng thí nghiệm viện Công nghệ sinh học & Môi trường, cán bộ phòng thí nghiệm Hóa sinh – khoa Chế biến đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành tốt đề tài. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới bố mẹ, anh chị em c ùng bạn bè đã luôn ủng hộ, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Tôi xin chân thành cảm ơn! Nha Trang, tháng 06 năm 2009 Sinh viên Đoàn Th ị Huyền .d o m w o .c C m -i- o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e w N y bu to w MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN................................ ................................ ................................ ...i MỤC LỤC ................................ ................................ ................................ .......ii DANH MỤC BẢNG ................................ ................................ ...................... iv DANH MỤC HÌNH................................ ................................ ......................... v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............ Error! Bookmark not defined. vi MỞ ĐẦU ................................ ................................ ................................ ......... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................ ................................ ............ 2 1.1 Tổng quan về công nghệ sản xuất chitin -chitosan. ................................ .. 2 1.1.1 Tính chất của chitin-chitosan................................. .............................. 2 1.1.2 Tình hình nghiên cứu chitin-chitosan trên thế giới và ở Việt Nam. ...... 4 1.1.2.1 Tình hình nghiên c ứu chitin-chitosan trên thế giới. .................... 4 1.1.2.2. Tình nghiên cứu chitin–chitosan ở Việt Nam ............................ 5 1.1.3 Công nghệ sản xuất chitin-chitosan. ................................ .................... 5 1.1.3.1 Nguyên lý chung: ................................ ................................ ...... 5 1.1.3.2 Phương pháp sản xuất chitin-chitosan. ................................ ....... 8 1.2 Tổng quan về sản xuất sạch h ơn ................................ ........................... 13 1.2.1 Khái quát sản xuất sạch hơn ................................ .............................. 13 1.2.2 Mục tiêu của SXSH................................ ................................ ........... 13 1.2.3 Lợi ích của việc đầu tư vào SXSH................................. .................... 14 1.2.4 Phương pháp luận SXSH................................ ................................ ... 14 1.3 Tổng quan về nước thải trong quá trình sản xuất chitin-chitosan........... 15 1.3.1 Giới thiệu về nước thải................................. ................................ ..... 15 1.3.2 Quy trình sản xuất chitin tổng quát và ngồn nước thải. ...................... 16 1.3.3 Thành phần các chất có trong nước thải. ................................ ........... 16 1.3.4 Cơ sở lý thuyết tinh sạch các dịch thải sản xuất chitin-chitosan. ........ 17 1.3.5 Cơ sở lý thuyết xử lý tạp chất v à chất màu của các dịch thải. ............ 18 CHƯƠNG 2................................ ................................ ................................ ... 21 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C ỨU ....................... 21 2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu:................................ ......................... 21 2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu: ................................ ................................ ........ 21 2.1.2 Nội dung nghiên cứu ................................ ................................ ......... 21 2.2.NGUYÊN VẬT LIỆU. ................................ ................................ ......... 21 .d o m - ii - o .c lic k c u -tr a c k C m o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e w N y bu to 2.2.1 Nguyên liệu................................. ................................ ...................... 21 2.2.2 Hóa chất................................. ................................ ........................... 21 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C ỨU................................. ....................... 21 2.3.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát. ................................ ..................... 21 2.3.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm chi tiết ................................ .......................... 22 2.3.2.1 Bố trí thí nghiện nghiên cứu tình hình sử dụng nước và hóa chất trong sản xuất chitin-chitosan. ................................ ..................... 22 2.3.2.2 Bố trí thí nghiệm xử lý dịch thải HCl v à nước rửa sau khi ngâm HCl................................. ................................ ........................... 23 2.3.2.3 Bố trí thí nghiệm xử lý dịch thải NaOH sau khử protein v à nước rửa sau khi rửa sau khi ngâm NaOH. ................................ .......... 24 2.3.3 Phương pháp xác đ ịnh các chỉ tiêu: ................................ ................... 25 2.3.4 Phương pháp xử lý số liệu: ................................ ................................ 25 CHƯƠNG 3................................ ................................ ................................ ... 26 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................ .............. 26 3.1 Thành phần cơ bản của phế liệu tôm. ................................ .................... 26 3.2 Kết quả nghiên cứu tình hình sử dụng nước và hóa chất trong quá trình sản xuất chitin-chitosan. ................................ ................................ ..... 26 3.3 Kết quả nghiên cứu xử lý dịch thải HCl và nước rửa sau khi ngâm. ...... 30 3.4 Kết quả nghiên cứu xử lý dịch thải NaOH v à nước rửa sau khi ngâm NaOH................................. ................................ ................................ ........ 32 3.5 Đề xuất quy trình sản xuất chitin có sử dụng tái thu hồi hóa chất v à nước rửa ................................ ................................ ................................ ..... 33 3.6 Phân tích lợi ích của giải pháp đề xuất. ................................ ................. 34 CHƯƠNG 4................................ ................................ ................................ ... 36 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN ................................ ............................. 36 1. Kết luận................................. ................................ ................................ . 36 2. Đề xuất ý kiến. ................................ ................................ ....................... 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................ ................................ .............. 37 PHỤ LỤC ................................ ................................ ................................ ...... 38 w .d o m - iii - o .c lic k c u -tr a c k C m o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e w N y bu to DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Thành phần hóa học cơ bản của phế liệu tôm. ................................ 26 Bảng 3.2 Hàm lượng khoáng kết tủa thu đ ược. ................................ .............. 31 Bảng 3.3 Chất lượng dịch thải sau lọc................................. ........................... 32 Bảng 3.4: Chất lượng của chitin khi sản xuất có hồi lưu hóa chất và nước rửa ........ 34 Bảng 3.5: Chi phí hóa chất cho 1 kg chitin khi sản xuất không tái sử dụng v à có tái sử dụng hóa chất và nước rửa ................................ ............................... 34 w .d o m - iv - o .c lic k c u -tr a c k C m o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e w N y bu to w DANH MỤC HÌNH Trang Hình 2.1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát ................................ ................... 22 Hình 2.2: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xử lý dịch thải HCl sau khử khoáng........... 23 Hình 2.3: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xử lý dịch thải NaOH sau khử protein ....... 24 Hình 3.1: Hàm lượng tạp chất còn lại trong mẫu chitin sản xuất theo các qui trình ................................ ................................ ................................ ............... 27 Hình 3.2: Biểu đồ biểu diễn tình hình sử dụng axit HCl đậm dặc trong các quy trình sản xuất chitin-chitosan. ................................ ................................ ........ 27 Hình 3.3: Biểu đồ biểu diễn tình hình sử dụng NaOH khan trong các quy tr ình sản xuất chitin-chitosan................................. ................................ ................. 28 Hình 3.4: Biều đồ biểu diễn tình hình sử dụng nước trong các quy trình sản xuất chitin-chitosan ................................ ................................ ........................ 28 Hình 3.5: Biểu đồ biểu diễn tình hình sử dụng nước, hóa chất và chất lượng chitin ứng với các quy trình. ................................ ................................ .......... 28 Hình 3.6: Sơ đồ hồi lưu các dịch thải và nước thải trong quá trình sản xuất chitin................................ ................................ ................................ .............. 33 .d o m -v- o .c lic k c u -tr a c k C m o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e w N y bu to DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT SXSH : Sản xuất sạch hơn .d o m w o .c lic k c u -tr a c k C m - vi - o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e N y .c MỞ ĐẦU Là một trong những ngành kinh tế trọng tâm của nền kinh tế quốc dân, ngành Thủy sản đã đóng góp một phần không nhỏ vào sự phát triển của nền kinh tế. Cùng với nhịp độ phát triển của nền kinh tế trong v à ngoài nước, ngành Thủy sản trong những năm gần đây đã đạt được những thành tựu đáng kể về nuôi trồng, chế biến thủy sản cũng nh ư xuất nhập khẩu. Nhưng đi cùng với sự phát triển của ngành, vấn đề phế liệu trong chế biến thủy sản l à một điểm hạn chế do lượng phế liệu thải ra từ công nghi ệp chế biến thủy sản hàng năm là rất lớn khoảng 100.000 tấn phế liệu tôm/năm. Như ta biết, công nghệ sản xuất chitin-chitosan là một hướng tận dụng phế liệu vỏ tôm có hiệu quả góp phần chuyển 100.000 tấn phế liệu tôm/năm thành các sản phẩm hữu ích. Tuy n hiên công nghệ sản xuất chitin-chitosan lại là nguồn gây ô nhiễm, bình quân cứ 1 kg chitosan phải thải ra môi tr ường trung bình 0.2 m 3 nước thải. Các tác nhân gây ô nhiễm trong công nghệ sản xuất chitin-chitosan gồm:dư lượng axit và dư lượng kiềm. Trong thực tế dư lượng kiềm lớn hơn dư lượng axit nên khi cho các dịch thải trung hòa với nhau, dịch thải sau trung hòa vẫn còn tính kiềm mạnh, hàm lượng muối NaCl sinh ra, protein hòa tan rất cao và có màu đỏ nâu rất đậm.Với số lượng dịch thải trên rất lớn nên gây ô nhiễm nặng nề cho môi trường và nếu có xử lý nước thải trước khi thải ra môi trường thì tiêu tốn năng lượng rất lớn, đây cũng chính l à vấn đề sống còn cho các nhà máy sản xuất chitin-chitosan hiện nay. Hơn nữa, nhu cầu xã hội đòi hỏi giảm thiểu tối đa nguồn ô nhiễm. Vì lý do này mà em chọn đề tài: “Nghiên cứu áp dụng sản xuất sạch h ơn trong quá trình sản xuất chitin - chitosan” với mong muốn là đưa ra được biện pháp để giảm thiểu lượng nước và hóa chất sử dụng, góp phần bảo vệ môi trường và giảm giá thành sản xuất chitin-chitosan. Trong thời gian thực hiện đề tài, dù đã có nhiều cố gắng nhưng bên cạnh việc đạt được một số kết quả nhất định th ì đề tài của em vẫn có nhiều thiếu sót. Kính mong sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô v à các bạn để đề tài của em được hoàn thiện hơn. to k lic .d o m o o c u -tr a c k C w w w .d o m C lic k to 1 w w w w bu bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e N y .c CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về công nghệ sản xuất chitin -chitosan. 1.1.1 Tính chất của chitin-chitosan. a. Chitin Chitin có màu trắng không tan trong nước, trong kiềm, trong axit lo ãng và các dung môi hữu cơ khác như ete, rượu. Chitin hòa tan được trong dung dịch đậm đặc, nóng của muối thyoxyanat liti (LiSCN) v à muối thyoxyanat canxi (Ca(SCN) 2) tạo thành dung dịch keo. Chitin ổn định với các chất oxy hóa như: KMnO4, nước javen, NaClO,… người ta lợi dụng tính chất n ày để khử màu cho chitin. Chitin có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại ở b ước sóng 884890 cm. Chitin là một polysaccharide nguồn gốc tự nhi ên, có hoạt tính sinh học cao, có tính hòa hợp sinh học và tự phân hủy trên da. Chitin bị men lysozym, một loại men chỉ có ở cơ thể người, phân giải thành monome N-acetyl-Dglucosamin. Khi đun nóng chitn trong dung d ịch NaOH đặc thì chitin sẽ bị khử mất gốc acetyl (-COCH 3) tạo thành chitosan. Khi đun nóng chitin trong axit HCl đặc thì chitin sẽ bị thủy phân tạo thành glucosamin 85.8 %, axit acetic14.5 %. b. Chitosan Chitosan ở dạng bột, vẩy, màu trắng, vàng nhạt hoặc không màu, có tính kiềm nhẹ. Chitosan không hòa tan trong n ước và trong kiềm, hòa tan trong axit loãng tạo thành dung dịch nhờn có màu trong suốt. Khi hòa tan chitosan trong dung dịch axit acetic loãng sẽ tạo thành dung dịch keo dương, nhờ có tính dẫn điện dương mà nó không kết tủa khi có mặt ion kim loại nặng. Chitosan còn được xem như là một polymecationic có khả năng bám dính v ào bề mặt điện tích âm. Chitosan phản ứng với axit đậm đặc hình thành muối khó tan. to k lic .d o m o o c u -tr a c k C w w w .d o m C lic k to 2 w w w w bu bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e N y .c Chitosan phản ứng với iot và axit sulfuric cho phản ứng màu tím nên người ta ứng dụng nó để phân tích định tính . Công thức cấu tạo của chitosan: Chitosan có rất nhiều tính chất lý học, hóa học v à sinh học quan trọng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: Công nghiệp, nông nghiệp, công nghệ sinh học, y học, môi trường và một số ngành công nghiệp khác. - Trong y học: Chitosan dùng sản xuất chỉ khâu y học, da nhân tạo, thuốc liền vết thương, thuốc trị viêm loét dạ dày, tá tràng, viêm khớp, thoái hóa khớp... ngày nay chitosan đang được nghiên cứu về tác động kích thích tính miễn dịch, chống ung thư, làm giảm cholesterol, làm thực phẩm chức năng. - Trong công nghiệp: Chitosan làm phụ gia trong sản xuất vải c hịu nhiệt, vải chống thấm, vải may quần áo, vải col trong may mặt, vải kháng khuẩn trong y tế… Chitosan làm tăng độ bền của giấy, sản xuất giấy cao cấp, giấy không nhem, tăng cường độ bám dính, độ nét, độ bền của mực in. Chitosan dùng làm phụ gia sơn chống thấm, chống mốc, tăng cường độ bám dính của sơn. Chitosan sản xuất màng mỏng bao gói cho các thực phẩm cao cấp, túi đựng dể phân hủy. - - Trong mỹ phẩm: Sản xuất kem dưỡng da, kem chống khô nứt da, kem bảo vệ da bởi tia cực tím v à một số loại mỹ phẩm cao c ấp khác. to k lic .d o m o o c u -tr a c k C w w w .d o m C lic k to 3 w w w w bu bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e N y .c - Trong công nghệ sinh học: Chitosan dùng làm chất mang trong cố định enzym, cố định tế bào. - Trong nông nghiệp: Chitosan dùng làm chất trợ lắng trong xử lý n ước thải công nghiệp nhuộm vải, n ước môi trường nuôi trồng thủy sản v à nước thải của các ngành công nghiệp khác. 1.1.2 Tình hình nghiên cứu chitin-chitosan trên thế giới và ở Việt Nam. 1.1.2.1 Tình hình nghiên c ứu chitin-chitosan trên thế giới. Từ những năm 30 của thể kỷ XX việc nghi ên cứu về dạng tồn tại, cấu trúc, tính chất hóa lý và ứng dụng của chitin-chitosan đã được công bố, chitinchitosan đã được đưa và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, kể cả lĩnh vực sinh học và đạt được hiệu quả cao. Năm 1971, Allan và cộng sự đã dùng chitosan để kết tủa agaropectin trong agar–agar và chiết agarose. Somchai đã báo cáo kết quả dùng chitosan để làm giảm phần tử điện âm trong agaropectin v à có thể nhận được agar tinh khiết hoặc agarose. Năm 1972, hãng Kyowa Oid Ansd Fat c ủa Nhật Bản lần đầu ti ên đưa vào sản xuất công nghiệp chitin. Năm 1977, Viện Kỹ Thuật Masachusetts (Mỹ), khi tiến h ành xác định giá trị của chitin và protein trong vỏ tôm, cua, đã cho thấy việc thu hồi các chất này rất có lợi nếu sử dụng trong công nghiệp, phần c hitin thu được được dùng để sản xuất ra các dẫn xuất khác. Năm 1990, sản lượng chitosan trên thế giới vào khoảng 1200 tấn. Hiện nay đi đầu trong lĩnh vực sản xuất v à ứng dụng chitin–chitosan là Nhật Bản với 600 tấn/ năm, Mỹ 400 tấn/ năm. Ngoài ra còn có các nước khác như Trung Quốc, Ấn Độ, Pháp… Nghiên cứu công nghệ sản xuất chitin-chitosan phải gắn liền với nghiên cứu đặc tính sinh học, hóa học, tính chất lý hóa, v à ứng dụng trong các lĩnh vực mới có thể giải quyết liên hoàn từ khâu sản xuất đến khâu ti êu thu nhằm đem lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật. Nhiều n ước như Nhật, Mỹ, Anh đã nghiên cứu to k lic .d o m o o c u -tr a c k C w w w .d o m C lic k to 4 w w w w bu bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e N y .c một cách rất có hệ thống v à đề cập nhiều nội dung khoa học, trong đó có việc ứng dụng chitosan như một chất hấp thụ trao đổi ion để tinh chế n ước giải khát. Ở Mỹ, hàng năm tổng giá trị về các chế phẩm chitin –chitosan sử dụng là 425 triệu USD trong đó 210 triệu USD thuộc nghành y tế, sau đó là nông nghiệp và mỹ phẩm. Một vài công ty ở Mỹ đã nghiên cứu chiết rút chitin– chitosan từ sự lên men nấm. Hiện nay có rất nhiều công ty lớn tr ên thế giới tham gia vào lĩnh vực sản xuất chitin–chitosan và họ đã nghiên cứu ra nhiều sản phẩm có nguồn gốc chitosan sử dụng thích hợp để xử lý n ước, khử các ion kim loại độc, bọc hạt v à nhiều ứng dụng khác trong nông nghiệp. 1.1.2.2. Tình nghiên cứu chitin–chitosan ở Việt Nam Là nước có nền khoa học kỹ thuật c òn kém phát triển, việc nghiên cứu và sản xuất chitin–chitosan và ứng dụng của nó còng tương đối mới mẻ đối với nước ta. Công trình vào năm 1978 – 1982 của cô Đỗ Minh Phụng tại Tr ường Đại Học Thủy Sản là bước khởi đầu của nước ta về lĩnh vực này, tuy nhiên bước đầu vẫn còn gặp nhiều khó khăn. Những năm gần đây, trước yêu cầu cấp bách về xử lý tận thu nguồn phế liệu và những thông tin về kỹ thuật, các nh à khoa học của nước ta bắt đầu nghiên cứu hoàn thiện quy trình sản xuất chitin–chitosan cũng như các ứng dụng của nó. Đã có nhiều trường đại học, nhiều cơ quan nghiên cứu như: Trường Đại Học Tổng Hợp, Đại Học Y D ược TP HCM, Phân Viện Khoa học Việt Nam… cùng nhiều nghiên cứu ở các cơ sở sản xuất khác như: TP HCM, Cà Mau… 1.1.3 Công nghệ sản xuất chitin-chitosan. 1.1.3.1 Nguyên lý chung: Trên thực tế có rất nhiều quy trình sản xuất chitosan khác nhau. Tùy theo mục đích của sản phẩm mà người ta chọn quy trình sản xuất chitosan phù hợp. Các quy trình có phương pháp sản xuất, số công đoạn, thứ tự công đoạn, loại hóa chất thông số xử lý khác nhau. Thế nh ưng dựa vào tính chất tồn tại của to k lic .d o m o o c u -tr a c k C w w w .d o m C lic k to 5 w w w w bu bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e N y .c chitin–chitosan trong tự nhiên mà để tách triết chúng thường qua các quá trình chính sau: - Khử khoáng: Trong nguyên liệu để sản xuất chitosan có tồn tại rất nhiều khoáng chất ở dạng muối khoáng tồn tại chủ yếu ở dạng CaCO 3 và số ít ở dạng Ca 3(PO4)2. Vậy nên người ta thường dùng axit HCl, H 2SO4… để khử khoáng. Trong thực tế người ta thường dùng axit HCl để khử khoáng vì có hiệu suất cao hơn so vời dùng H2SO4 và các axit khác. Phương trình phản ứng của quá trình khử khoáng: CaCO 3 + 2 HCl = CaCl 2 + CO 2↑ + H2O Ca3(PO4)2 + 6 HCl = 3 CaCl 2 + 2 H 3PO4 Khí CO 2 sinh ra được giải phóng ra ngoài môi trường, trong quá trình thoát ra nó làm cho nguyên li ệu nổi lên. Do vậy trong quá trình ngâm phải khuấy đảo liên tục để khí thoát ra đều và để axit tác động đều đến nguyên liệu. Muối sinh ra hòa tan trong nước rửa nên dễ dàng được rửa trôi ở công đoạn rửa trung tính. Trong môi trường axit một phần protein bị biến tính n ên nó bị tách ra khỏi liên kết protein-astasanthin, astasanthin được tách ra ở dạng tự dễ bị oxy hóa trong không khí chuy ển thành astacin có màu đỏ đặc trưng. Ngoài ra, trong quá trình khử khoáng thì nồng độ axit HCl, thời gian xử lý và tỷ lệ nguyên liệu/dung dịch HCl có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả khử khoáng và chất lượng của chitosan thành phẩm. - Khử protein, lipit: Dùng kiềm để thủy phân các protein ở dạng li ên kết trong nguyên liệu thành axit amin, peptit, protein tự do và thủy phân lipit tạo thành glycerin và muối của axit béo hòa tan vào trong môi tr ường. Để khử protein, lipit thường dùng NaOH ở nồng độ vừa phải. Trong quá trình khử protein, lipit thì nồng độ, nhiệt độ, thời g ian xử lý và tỷ lệ nguyên liệu/dung dịch NaOH có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất khử protein, lipit và chất lượng chitosan thành phẩm. Phương trình phản ứng của quá trình khử protein và lipit: to k lic .d o m o o c u -tr a c k C w w w .d o m C lic k to 6 w w w w bu bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e N y to k lic .c Chitin – Protein NaOH Chitin + Axit amin + Peptit + Protein t ự do - Deacetyl hóa: Deacetyl là quá trình khử nhóm acetyl (- COCH3) có trong cấu trúc phân tử của chitin để chuyển chitin th ành chitosan. Cũng có thể dùng các tác nhân hóa h ọc là kiềm đặc hay tác nhân sinh học l à enzym deacetylaza của vi khuẩn cho quá tr ình deacetyl. Thông th ường người ta thường dùng NaOH 35–40% cho công đoạn deacetyl. Phương trình deacetyl chitin để thành chitosan: Cấu trúc phân tử chitin n NaOH n CH3COOH Cấu trúc phân tử chitosan .d o m o o c u -tr a c k C w w w .d o m C lic k to 7 w w w w bu bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e N y .c 1.1.3.2 Phương pháp sản xuất chitin-chitosan. a. Quy trình thủy nhiệt của Yamashaki v à Nakamichi (Nhật Bản) Nguyên liệu (vỏ tôm) Chất vô cơ HCl 2M 120 OC, 2h Rửa trung tính Sấy khô Khử protein và đề acetyl hóa bằng NaOH 15M (150 OC, 1h) Rửa trung tính Sấy khô Chitosan Nhận Xét Quy trình này khử khoáng bằng HCl 2M ở t 0 = 1200C trong 1 giờ. Sau đó rửa trung tính làm khô và đồng khử protein, deacetyl bằng NaOH 15M 1500C trong 1 giờ. Kết quả theo các tác giả cho biết khoáng v à protein được tách ra triệt để, độ deacetyl hóa đạt > 70%. Ưu điểm: Thời gian được rút ngắn triệt để. Giá th ành sẽ rẻ do hạn chế hóa chất. Chitosan có độ tinh khiết cao. Quy tr ình khá sáng tạo gợi mở cho ta một hướng mới trong việc kết hợp khử protein v à deacetyl. Nhược điểm: Phải có thiết bị nồi cao áp do gia nhiệt lớn. Màu sắc của chitosan sẽ không đẹp, màu vàng do tiến hành ở nhiệt độ cao cộng với chế độ tẩy màu. Độ nhớt thấp vì tiến hành ở nhiệt độ cao gây đứt mạch nhiều. to k lic .d o m o o c u -tr a c k C w w w .d o m C lic k to 8 w w w w bu bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e N y .c b. Quy trình Hackman Vỏ tôm hùm Rửa, sấy khô ở 120 oC Ngâm HCl 2N (Hệ 1W:10V, 5h, t o phòng) Rửa trung tính, làm khô 100 oC Xay nhỏ Ngâm HCl 2N (Hệ 1W:2.5V, 48h, t o phòng) Ly tâm thu phần bã Rửa trung tính Ngâm NaOH 1N (Hệ 1W : 2.5V, 12h, t o phòng) Ly tâm thu phần bã Ngâm NaOH 1N (hệ 1W: 2.5V, 12h, 100 oC) Ly tâm thu phần bã Rửa trung tính Làm sạch bằng cách ly tâm với các chất theo thứ tự n ước, etanol, ete Làm khô Chitosan bột màu kem to k lic .d o m o o c u -tr a c k C w w w .d o m C lic k to 9 w w w w bu bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e N y .c Nhận xét Quy trình này tiến hành khử khoáng chất 2 lần bằng HCl 2N ở nhiệt độ phòng và khử protein 2 lần bằng NaOH 1N 100 oC, có xay nhỏ nguyên liệu sau lần khử khoáng một. Sắc tố đ ược tẩy bằng các dung môi hữu c ơ: nước, etanol, ete. Quy trình này mất thời gian dài, cồng kềnh, thiết bị phức tạp. Màu sắc chitin được tạo thành không đẹp. Quy trình không thể đưa ra sản xuất quy mô lớn được. c. Quy trình của Pháp Vỏ tôm Hấp chín phơi khô Ngâm NaOH 3.5% (tỷ lệ 1W: 10V, 2h, 65 oC) Rửa trung tính Ngâm aceton tỷ lệ 1W : 5V, 1/2h, t o phòng Ngâm NaClO 0.315 % tỷ lệ 1W : 10V, 1/10h, t o phòng Rửa trung tính Chitin Ngâm NaOH 40% tỷ lệ 1W: 4V, 4h, 85 oC Rửa trung tính Chitosan to k lic .d o m o o c u -tr a c k C w w w .d o m C lic k to 10 w w w w bu bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e N y .c Nhận xét: Quy trình này chitosan với chất lượng khá tốt và thời gian xử lý ngắn gọn nhưng nó sẽ gặp các vấn đề như: Màu của chitosan sẽ không trắng mà vàng nhạt vì xử lý kiềm NaOH 40% ở nhiệt độ 85 oC, hơn nữa NaOCl là một chất oxy hóa mạnh, ảnh hưởng đến mạch polyme, do đó độ nhớt của sản phẩm giảm rõ rệt. Mặt khác aceton rất đắt t iền, tổn thất nhiều, giá th ành sản phẩm cao. Chưa kể đến các yếu tố an toàn sản xuất, công nghệ này khó áp dụng trong điều kiện sản xuất công nghiệp của n ước ta hiện nay. d. Quy trình bán thủy nhiệt của Đại Học Dược TP – HCM Nguyên liệu (vỏ tôm ) Rửa sạch, sấy khô, xay nhỏ Ngâm HCl 12% (nhiệt độ phòng, 6h) Rửa sạch, sấy khô Loại protein và deacetyl hóa bằng dung dịch NaOH 15M, 1h, t o = 150oC Rửa trung tính bằng nước thường Rửa lại bằng nước cất Sấy khô 100 oC, thu được chitosan Nhận xét: Nguyên liệu được xay nhỏ rồi khử khoáng bằng dung dịch HCl 12%, nhiệt độ phòng, 6h. Quá trình loại protein và deacetyl được tiến hành đồng thời bằng dung dịch NaOH 15M, 150 0C, 1h. to k lic .d o m o o c u -tr a c k C w w w .d o m C lic k to 11 w w w w bu bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e N y .c Quy trình tương đối đơn giản, thời gian tiến hành sản xuất rút ngắn. Hóa chất và thiết bị tương đối đơn giản. Giá thành tương đối giảm. Tuy nhiên màu sắc của sản phẩm có màu xấu (vàng) do không tiến hành tẩy màu và deacetyl ở nhiệt độ cao. Độ nhớt thấp do xúc t iếp xúc với axit nồng độ cao, t o lớn, phải có thiết bị nồi nấu chịu áp lực cao do tiến hành ở nhiệt độ 150 oC. Quá trình tiến hành sẽ gặp nhiều khó khăn trong vấn đề lọc rửa trung tính do nguy ên liệu bị xay rất nhỏ. Nhất là lúc cuối sau deacetyl dung dịch có độ nhớt rất cao . e. Quy trình của Trường Đại Học Thủy Sản Vỏ tôm khô Ngâm HCl 6N, tỷ lệ 1W: 2.5V, 48h, t o phòng Rửa trung tính Ngâm NaOH 8% tỷ lệ 1W: 1.5V, 2h, t o = 100oC Rửa trung tính Tẩy màu (KMnO 4 1%, Na 2S2O3 1.5% trong môi trường H 2SO4) Chitin Ngâm NaOH 40% tỷ lệ 1W: 1.5V, 24h, t o = 80oC Rửa trung tính Chitosan Nhận xét Ưu điểm: Quy trình này tương đối đơn giản mà cho hiệu quả khá tốt. Màu sắc tương đối trắng, sản phẩm có độ nhớt cao. to k lic .d o m o o c u -tr a c k C w w w .d o m C lic k to 12 w w w w bu bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e N y .c Nhược điểm: Thời gian tiến h ành tương đối dài, giá thành sản phẩm còn tương đối cao. Những tồn tại và hạn chế trong công nghệ sản xuất chitin-chitosan: Hầu hết các quy trình sản xuất chitin-chitosan theo phương pháp hóa học đều cho chất lượng chitosan có độ nhớt thấp do nồng độ hóa chất cao kết hợp với thời gian dài làm cắt mạch polyme, hơn nữa nồng độ hóa chất sau khi xử lý còn tương đối cao. Tuy nhiên tất cả các dịch thải sau khi xử lý đều thải bỏ ra ngoài môi trường . Như vậy quá trình sản xuất này chưa hiệu quả kinh tế và gây ô nhiễm môi trường . Với những tồn tại trên việc tìm ra biện pháp tái sử dụng các dịch thải trong quá trình sản xuất chitin-chitosan là một vấn đề cấp thiết nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế cho quá tr ình sản xuất, góp phần giảm l ượng nước thải, giảm chất hòa tan trong nước thải và làm giảm ô nhiễm môi trường. 1.2 Tổng quan về sản xuất sạch hơn 1.2.1 Khái quát sản xuất sạch hơn SXSH được xác định là sự ứng dụng liên tục chính sách phòng ngừa tổng hợp đối với quá trình sản xuất, các sản phẩm v à dịch vụ nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình sản xuất đồng thời giảm rủi do đối với con ng ười và môi trường. 1.2.2 Mục tiêu của SXSH Đối với quá trình sản xuất: Áp dụng SXSH nhằm giảm tiêu thụ nguyên vật liệu và năng lượng cho đơn vị sản phẩm, loại bỏ tối đa nguy ên vật liệu có tính độc hại, giảm lượng dòng thải và độc tính của tất cả các d òng thải trước khi chúng ra khỏi quá trình sản xuất. Đối với sản phẩm: Áp dụng SXSH nhằm thiết kế sản phẩm mới theo hướng tiết kiệm và hiệu quả, giảm các yếu tố ảnh h ưởng tiêu cực đến môi trường trong trong suốt chu kỳ sống của sản phẩm từ khâu khai thác đến th ải bỏ. to k lic .d o m o o c u -tr a c k C w w w .d o m C lic k to 13 w w w w bu bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c