Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình sản xuất chitin theo phương pháp sinh học kết hợp hóa học

  • Số trang: 94 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 15 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 26946 tài liệu

Mô tả:

h a n g e Vi e w N y bu to k lic c u -tr a c k    ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CHITIN THEO PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC Giáo viên hướng dẫn: Th.S. NGÔ THỊ HOÀI DƯƠNG Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ NGỌC HOÀI Lớp: 47 CB -2 Nha Trang,2009-- w .d o m BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CHẾ BIẾN o .c 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 N y to k lic .c LỜI CẢM ƠN Qua 3 tháng nỗ lực phấn cuối cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô và bạn bè em đã hoàn tất đề tài này. Qua đây em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô, Thạc sĩ Ngô Thị Hoài D ương, người đã tận tình truyền đạt những kiến thức trong qu á trình học tập và trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo những kinh nghiệm quý báu để em hoàn thành tốt đề tài. Em xin bày tỏ lòng biết ơn trân trọng nhất tới các thầy cô trong khoa chế biến đã nhiệt tình truyền đạt cho em những kiến thức trong những n ăm học vừa qua. Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy, cô phụ trách phòng thí nghiệm Hóa-Vi sinh thực phẩm, cùng thầy cô bộ môn công nghệ chế biến, bộ môn quản lý chất lượng và an toàn thực phẩm, bộ môn công nghệ lạnh, các anh chị trung tâm công nghệ sinh học và Trun g tâm ứng dụng công nghệ chế biến trường Đại học Nha Trang đã tạo điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian thực tập. Chân thành cảm ơn các bạn sinh viên lớp 47CB2, cùng toàn thể các bạn sinh viên thực tập tại phòng thí nghiệm đã nhiệt tình giúp đỡ động viên em. Cuối cùng con xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến bố, mẹ kính mến cùng anh chị em thân yêu. Những ng ười đã ủng hộ nhiệt tình cả vật chất lẫn tinh thần trong quá trình học tập và thực hiện đề tài. Sinh viên Nguyễn Thị Ngọc Hoài .d o m o o c u -tr a c k C w w w .d o m C lic k to i 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 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ................................ ................................ ................................ ..........i MỤC LỤC ................................ ................................ ................................ ..............ii DANH MỤC CÁC BẢNG ................................ ................................ ...................... v DANH MỤC CÁC BẢNG ................................ ................................ ...................... v DANH MỤC CÁC HÌNH ................................ ................................ ....................viii LỜI MỞ ĐẦU ................................ ................................ ................................ .........1 PHẦN 1................................. ................................ ................................ .................. 3 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NG HỆ SẢN XUẤT VÀ ỨNG D ỤNG CỦA CHITIN-CHITOSAN................................. ................................ ................ 3 1.1. TỔNG QUAN VỀ CHITIN -CHITOSAN ................................ ........................ 3 1.1.1. Sự tồn tại của Chitin-Chitosan trong tự nhiên ................................ ............... 3 1.1.2. Cấu trúc và tính chất của Chitin -Chitosan ................................ ..................... 4 1.1.2.1Cấu trúc của Chitin-chitosan ................................ ................................ .........4 1.1.2.2. Tính chất của Chitin-Chitosan ................................ ................................ ....5 1.1.3. Ứng dụng của Chitin-Chitosan................................ ................................ ......6 1.1.3.1.Trong y học và mỹ phẩm ................................ ................................ ............. 6 1.1.3.2.Trong công nghiệp thực phẩm................................ ................................ ......7 1.1.3.3. Ứng dụng trong nông nghiệp ................................ ................................ ......7 1.1.3.4. Ứng dụng trong sinh học ................................ ................................ ............7 1.1.3.5. Ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác. ................................ ............7 1.2. GIỚI THIỆU VỀ PHẾ LIỆU TÔM VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHITIN-CHITOSAN. ................................ ................................ .................. 8 1.2.1. Giới thiệu về phế liệu tôm ................................ ................................ ............. 8 1.2.2. Công nghệ sản xuất Chitin-Chitosan ................................ ........................... 12 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT CHITIN-CHITOSAN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM ................................ ................................ ....... 15 1.3.1. Sản xuất chitin, chitosan theo ph ương pháp hóa học ................................ ...15 .d o m o o c u -tr a c k C w w w .d o m C lic k to ii 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 1.3.2. Sản xuất chitin, chitosan theo ph ương pháp hóa học cải tiến: ...................... 17 1.3.3. Sản xuất chitin, chitosan theo ph ương pháp sử dụng enzyme: ..................... 25 PHẦN 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PH ƯƠNG PHÁP NGHIÊN C ỨU............... 29 2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU ................................ .......................... 29 2.1.1. Nguyên liệu đầu tôm................................ ................................ ................... 29 2.1.2. Enzyme Protease................................ ................................ ......................... 29 2.1.3. Acid benzoic (C 6H5COOH) ................................ ................................ ........ 30 2.1.4. Nguyên liệu khác ................................ ................................ ........................ 30 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C ỨU................................ ................................ ..31 2.2.1. Phương pháp thu nhận mẫu................................ ................................ ......... 31 2.2.2. Bố trí thí nghiệm xác định các thông số kỹ thuật ................................ ......... 31 2.2.2.1. Bố trí thí nghiệm xây dựng đường chuẩn của phương pháp Microbiuret và phương pháp Biuret ................................ ............................ 33 2.2.2.2. Bố trí thí nghiệm xác định thành phần hóa học của phế liệu đầu tôm thẻ chân trắng ................................ ................................ ............................. 35 2.2.2.3. Thí nghiệm xác định chế độ khử protein tối ưu ................................ ........ 35 a. Khử lần 1: dùng enzyme alcalase ................................ ............................. 35 b. Khử lần 2 dùng NaOH: ................................ ................................ ............ 36 2.2.2.4. Thí nghiệm xác định chế độ khử khoáng ................................ .................. 38 a. Khử lần 1: Dùng acid benzoic ................................ ................................ ..38 b. Khử lần 2: Dùng acid chlohydric ................................ .............................. 40 2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA H ỌC:[1] ................................ ....41 2.3.1. Xác định hàm lượng ẩm bằng phương pháp sấy ở nhiệt độ 105oC theo TCVN 3700-1990. ................................ ................................ ...................... 41 2.3.2. Xác định hàm lượng khoáng bằng phương pháp nung ở 600oC. .................. 41 2.3.3. Xác định hàm lượng protein theo phương pháp Microbiuret: ...................... 41 2.3.3.1. Dụng cụ ................................ ................................ ................................ ...42 2.3.3.2. Hóa chất................................ ................................ ................................ ...42 2.3.3.3. Tiến hành ................................ ................................ ................................ .42 .d o m o o c u -tr a c k C w w w .d o m C lic k to iii 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 2.3.4. Xác định hàm lượng Protein theo phương pháp Biuret ................................ 43 2.3.4.1. Dụng cụ ................................ ................................ ................................ ...43 2.3.4.2. Hóa chất................................ ................................ ................................ ...43 2.3.4.3. Tiến hành ................................ ................................ ................................ .43 2.3.5. Phương pháp xử lý số liệu................................ ................................ ........... 44 PHẦN 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................ ...... 45 3.1. Kết quả đường chuẩn xây dựng được theo phương pháp Microbiuret và phương pháp Biuret ................................ ................................ .................... 45 3.1.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn của phương pháp Microbiuret : ................. 45 3.1.2. Kết quả xây dựng đường chuẩn của phương pháp Biuret: ........................... 45 3.2. Thành phần hóa học của phế liệu tôm thẻ ................................ ...................... 46 3.3. Kết quả nghiên cứu công đoạn khử protein bằng enzyme Alcalase ................ 47 3.4. Kết quả nghiên cứu công đoạn khử protein bằng NaOH ................................ 49 3.5. Kết quả nghiên cứu công đoạn khử khoáng bằng acid benzoic ...................... 52 3.6. Kết quả nghiên cứu công đoạn khử khoáng bằng HCl ................................ ...55 PHẦN 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN ................................ .................... 59 4.1. Kết luận:................................ ................................ ................................ ........ 59 4.2. Một số đề xuất cần tiếp tục nghiên cứu: ................................ ......................... 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................ ................................ ..................... 60 PHỤ LỤC................................ ................................ ................................ ................ 1 1) Phương pháp quy hoạch thực nghiệm để tối ưu hóa cho công đoạn khử protein từ phế liệu tôm bằng enzyme Alcalase ................................ ............. 1 2) Phương pháp quy hoạch thực nghiệm để tối ưu hóa cho công đoạn khử protein từ phế liệu tôm bằng NaOH: ................................ ............................ 6 3) Phương pháp quy hoạch thực nghiệm để tối ưu hóa cho công đoạn khử khoáng từ phế liệu tôm bằng C 6H5COOH: ................................ ................ 11 4) Phương pháp quy hoạch thực nghiệm để tối ưu hóa cho công đoạn khử khoáng từ phế liệu tôm bằng HCl: ................................ ............................. 15 5) Một số thiết bị sử dụng trong đề tài: ................................ ................................ . 19 .d o m o o c u -tr a c k C w w w .d o m C lic k to iv 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 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Một số chỉ tiêu chất l ượng của chitosan từ vỏ tôm sú theo ph ương pháp xử lý kiềm một giai đoạn (Trần Thị Luyến, 2003) ............................23 Bảng 2. Một số chỉ tiêu chất l ượng của chitosan sản xuất theo quy trình Papain (Trần Thị Luyến, 2003) ................................ ................................ .27 Bảng 3.Bố trí thí nghiệm chạy đường chuẩn của phương pháp Microbiuret .........34 Bảng 4. Bố trí thí nghiệm chạy đường chuẩn của phương pháp Biuret .................34 Bảng 5. Bố trí thí nghiệm theo qui hoạch thực nghiệm với biến ảo của công đoạn khử protein bằng enzyme Alcalase. ................................ ..................36 Bảng 6. Bố trí thí nghiệm ở tâm ph ương án của công đoạn khử protein bằng enzyme Alcalase ................................ ................................ .......................36 Bảng 7. Bố trí thí nghiệm theo qui hoạch thực nghiệm với biến ảo của công đoạn khử protein bằng NaOH ................................ ................................ ...38 Bảng 8. Bố trí thí nghiệm ở tâm phương án của công đoạn khử protein bằng NaOH................................. ................................ ................................ .......38 Bảng 9. Bố trí thí nghiệm theo qui hoạch thực nghiệm với biến ảo của công đoạn khử khoáng bằng C 6H5COOH ................................ ..........................39 Bảng 10. Bố trí thí nghiệm ở tâm phương án của công đoạn khử khoáng bằng C6H5COOH ................................ ................................ .............................. 39 Bảng 11. Bố trí thí nghiệm theo qui hoạch thực nghiệm với biến ảo của công đoạn khử khoáng bằng HCl. ................................ ................................ ......41 Bảng 12. Bố trí thí nghiệm ở tâm phương án của công đoạn khử khoáng bằng HCl................................ ................................ ................................ ...........41 Bảng 13. Thành phần hóa học của phế liệu tôm thẻ ch ân trắng (%) .....................46 Bảng 14. Kết quả hàm lượng protein còn lại ở các chế độ khử protein bằng enzyme Alcalase ................................ ................................ .......................47 Bảng 15. Thí nghiệm ở tâm phương án của công đoạn khử protein bằng enzyme Alcalase ................................ ................................ .....................47 .d o m o o c u -tr a c k C w w w .d o m C lic k to v 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 Bảng 16. Kết quả hàm lượng protein các thí nghiệm tối ưu theo đường dốc nhất ..........48 Bảng 17. Kết quả hàm lượng protein ở các chế độ khử protein bằng NaOH .........49 Bảng 18. Thí nghiệm ở tâm ph ương án của công đoạn khử protein bằng NaOH ................................ ................................ ................................ .......50 Bảng 19. Kết quả hàm lượng protein các thí nghiệm tối ưu theo đường dốc nhất ..........50 Bảng 20. Thành phần hóa học của phế liệu tôm thẻ Chân Trắng sau khi khử lý khử protein bằng enzyme Alcalase và NaOH ở điều kiên tối ưu................52 Bảng 21. Kết quả hàm lượng khoáng còn lại trong phế liệu tôm ở các chế độ khử khoáng bằng C 6H5COOH................................ ................................ ...53 Bảng 22. Thí nghiệm ở tâm phương án của công đoạn khử khoáng bằng C6H5COOH................................ ................................ ................................ 53 Bảng 23. Thành phần hóa học của phế liệu tôm thẻ Chân Trắng sau khi khử protein bằng enzyme Alcalase, NaOH và C 6H5COOH ở điều kiên tối ưu..55 Bảng 24. Kết quả hàm lượng khoáng còn lại trong phế liệu tôm ở các chế độ khử khoáng bằng HCl ................................ ................................ ...............55 Bảng 25. Thí nghiệm ở tâm ph ương án của công đoạn khử khoáng bằng HCl .....55 Bảng 26. Kết quả đo OD330nm ................................ ................................ ............ 1 Bảng 27. Kết quả đo OD570nm ................................ ................................ ............ 1 Bảng 28. Bảng bố trí thí nghiệm ................................ ................................ .......... 2 Bảng 29.Các thí nghiệm ở tâm ph ương án ................................ ............................ 3 Bảng 30. Các thí nghiệm ở tâm ph ương án của công đoạn khử protein bằng enzyme Alcalase. ................................ ................................ ....................... 3 Bảng 31.Các số liệu dùng để tính toán ................................ ................................ .. 4 Bảng 32. Kết quả thực nghiệm tối ưu hóa công đoạn thủy phân khử protein bằng enzyme ................................. ................................ ................................ ....... 6 Bảng 33.Các thông số tối ưu................................. ................................ ................ 6 Bảng 34. Bảng bố trí thí nghiệm ................................ ................................ ........... 7 Bảng 35.Các thí nghiệm ở tâm ph ương án ................................ ............................ 7 .d o m o o c u -tr a c k C w w w .d o m C lic k to vi 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 Bảng 36.Các thí nghiệm ở tâm ph ương án của công đoạn khử protein bằng NaOH ................................ ................................ ................................ ........ 8 Bảng 37. Các số liệu dùng để tính toán ................................ ................................ . 9 Bảng 38.Kết quả thực nghiệm tối ưu hóa công đoạn khử protein bằng NaOH ......10 Bảng 39.Các thông số tối ưu................................ ................................ ................10 Bảng 40. Bảng bố trí thí nghiệm ................................ ................................ ..........11 Bảng 41. Các thí nghiệm ở tâm ph ương án ................................ ..........................12 Bảng 42. Các thí nghiệm ở tâm ph ương án của công đoạn khử khoáng bằng C6H5COOH ................................ ................................ .............................. 12 Bảng 43.Các số liệu dùng để tính toán ................................ ................................ .13 Bảng 44. Kết quả thực nghiệm tối ưu hóa công đoạn khử khoáng bằng C6H5COOH ........14 Bảng 45. Các thông số tối ưu................................ ................................ ...............15 Bảng 46. Bảng bố trí thí nghiệm ................................ ................................ ..........15 Bảng 47. Các thí nghiệm ở tâm phương án ................................ ..........................16 Bảng 48. Các thí nghiệm ở tâm ph ương án của công đoạn khử protein bằng NaOH ................................ ................................ ................................ .......16 Bảng 49. Các số liệu dùng để tính toán ................................ ................................ 17 Bảng 50. Kết quả thực nghiệm tối ưu hóa công đoạn khử khoáng bằng HCl. .......18 Bảng 51. Các thông số tối ưu................................ ................................ ...............19 .d o m o o c u -tr a c k C w w w .d o m C lic k to vii 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 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.Cấu tạo của Chitin................................. ................................ ............ 4 Hình 2. Cấu tạo của Chitosan. ................................ ................................ ...... 5 Hình 3.Quy trình của Stevens (2002) Học Viện Công Nghệ Châu Á ...........15 Hình 4.Quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tôm hùm của Hackman ................17 Hình 5.Quy trình nhiệt của Yamashaki và Nakamichi (Nhật Bản) ...............17 Hình 6.Quy trình sản xuất của Pháp................................ .............................18 Hình 7.Quy trình của Đỗ Minh Phụng, trường Đại học Thủy Sản. ...............20 Hình 8. Quy trình sản xuất Chitosan ở Trung tâm cao phân tử thuộc Viện khoa học Việt Nam ................................ ................................ ...........21 Hình 9. Quy trình sản xuất Chitosan từ vỏ tôm Sú bằng ph ương pháp hóa học với một công đoạn xử lý kiềm (Trần Thị Luyến, 2003) .....................22 Hình 10. Quy trình của Trung tâm Chế biến Đại học Thủy sản ....................24 Hình 11. Quy trình sản xuất chitin của Holanda và Netto (2006) .................25 Hình 12. Quy trình sử dụng Enzyme papain để sản xuất chitosan ................26 Hình 13.Quy trình dự kiến sản xuất. ................................ ............................32 Hình 14.Quy trình sản xuất Chitin không dùng acid benzoic.(đ ối chứng) ....33 Hình 15.Công thức của phức Biuret. ................................ ............................42 Hình 16. Phương trình đường chuẩn của phương pháp Microbiuret .............45 Hình 17. Phương trình đường chuẩn của phương pháp Biuret. .....................46 Hình 18. Kết quả nghiên cứu tối ưu hóa chế độ thủy phân bằng enzyme theo phương pháp đường “lên dốc” của BoxWillson. ................................ .........49 Hình 19. Kết quả nghiên cứu tối ưu hóa chế độ ngâm NaOH theo phương pháp đường “lên dốc” của BoxWillson ................................ ............51 Hình 20. Kết quả nghiên cứu tối ưu hóa chế độ ngâm C 6H5COOH theo phương pháp đường “lên dốc” của BoxWillson. ..............................54 Hình 21. Kết quả nghiên cứu tối ưu hóa chế độ ngâm HCl theo phương pháp đường “lên dốc” của BoxWillson. ................................ ....................57 .d o m o o c u -tr a c k C w w w .d o m C lic k to viii 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 Hình 22.Thiết bị ổn nhiệt Memmert. ................................ ............................19 Hình 23. Thiết bị đo Uvmini-1240................................. ..............................19 Hình 24.Máy li tâm. ................................ ................................ ....................20 Hình 25.Thiết bị Vortex................................. ................................ ..............20 Hình 26.Sự bắt màu của dung dịch BSA sau khi cho thuốc thử Biuret. ........20 Hình 27. Công thức cấu tạo của Sodium citrate. ................................ ..........21 Hình 28. Mono Sodium Citrate Anhydrous. ................................ .................21 Hình 29. Dung dịch protein và thuốc thử Biuret ................................ ..........21 Hình 30. Thủy phân đầu tôm ................................ ................................ .......21 Hình 31. Đầu tôm đã được vô hoạt enzyme sau khi thủy phân(dùng nhiệt) ..22 Hình 32. Phế liệu tôm sau khi thủy phân ................................ ......................22 Hình 33. Phế liệu tôm sau khi thủy phân bằng enzyme Alcalase và xử lý NaOH ................................ ................................ ...............................22 Hình 34. Phế liệu tôm đã khử protein và khư khoáng lần 1 bằng C6H5COOH ................................ ................................ ...................... 23 Hình 35. Phế liệu tôm(PLT) đã khử protein bằng enzyme(trái), PLT đã khử protein bằng enzyme và NaOH ................................ .........................23 Hình 36. PLT đã khử protein bằng enzyme và NaOH(trái), PLT đã khử protein và khử khoáng bằng C 6H5COOH ................................ ..........23 .d o m o o c u -tr a c k C w w w .d o m C lic k to ix 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 LỜI MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài: Ở Việt Nam hiện nay chủ yếu sản xuất chitin-chitosan theo phương pháp hoá học có sử dụng các loại hoá chất với nồng độ cao, thời gian xử lý dài gây ảnh h ưởng tới chất lượng chitin-chitosan và các chế phẩm khác được sản xuất từ phế liệu giáp xác. Vì vậy, việc nghiên cứu một quy trình kết hợp phương pháp hoá học với phương pháp sinh học đồng thời giảm tối đa lượng hoá chất sử dụng là rất cần thiết góp phần giảm chi phí sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm. Ngoài ra, còn có rất nhiều hướng nghiên cứu sử dụng phế liệu giáp xác sản xuất các mặt hàng có giá trị khác như: Astaxanthin, thức ăn chăn nuôi, chiết rút chất mùi…nhưng công nghệ gây ô nhiễm nên không cho phép tận dụng các chất có hoạt tính khác. Do đó việc sử dụng nguồn phế liệu từ vỏ tôm đã được triển khai tại rất nhiều các khu vực trong nước. Việc tận dụng phế liệu vỏ tôm tập trung chủ yếu vào sản xuất thức ăn cho gia súc, các s ản phẩm Chitin-Chitosan, glucosamine, oligosaccharide… Tuy nhiên theo đi ều tra ban đầu thì trong công nghệ sản xuất Chitin-Chitosan trong nước hiện nay đều thực hiện chủ yếu theo phương pháp hóa học dẫn đến chất lượng chưa cao, hầu hết các cơ sở sản xuất Chitin-Chitosan chưa có một hệ thống xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn. Nguyên nhân chủ yếu là do hàm lượng chất lơ lửng, trong đó chủ yếu là các chất có nguồn gốc từ protein. Chúng có tính chất là rất khó lắng trong quá trình xử lí. Như vậy, nếu chúng ta có thể thu hồi protein sau quá trình th ủy phân bằng enzyme Alcalase thì sẽ tận dụng được nguồn chất dinh dưỡng trong phế liệu đầu vỏ tôm để làm bột dinh dưỡng cho người, thức ăn cho gia súc, gia cầm, từ đó nâng cao nâng cao được giá trị của nguyên liệu, giảm tải cho quá trình xử lí nước thải, hạn chế sự ô nhiễm môi tr ường. Đồng thời việc sử dụng thủy phân bằng enzyme sẽ hạn chế việc sử dụng hóa chất, gây ô nhiễm môi trường. Trong thực tế hiện nay tại các cơ sở sản xuất phải thu nhân nguyên liệu từ các khu vực xa, không tập trung và khối l ượng không lớn gây khó khăn về chi phí .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 to k lic .c vận chuyển. Do vậy việc nghiên cứu ứng dụng chế độ thủy phân bằng enzyme góp phần kéo dài thời gian bảo quản nguyên liệu, giảm chi phí do ph ơi hoặc sấy khô nguyên liệu, giảm sự ô nhiễm môi tr ường do không vận chuyển tạm thời, đồng thời loại bỏ một phần các chất khoáng, protein. Xuất phát từ thực tế trên, được sự đồng ý của Bộ môn Công nghệ Chế biếnKhoa Chế biến-Trường Đại học Nha Trang, dưới sự hướng dẫn của cô Thạc sĩ Ngô Thị Hoài Dương, em đã thực hiện đề tài: “ Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình sản xuất Chitin theo phương pháp sinh h ọc kết hợp hóa học.” 2.Mục đích của đề tài: Xác định các điều kiện tối ưu để khử protein từ phế liệu tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei) bằng enzyme Alcalase và NaOH, đồng thời xác định các điều kiện tối ưu để khử khoáng bằng acid benzoic kết hợp HCl nhằm giảm thiểu hóa chất sử dụng, giảm ô nhiễm môi tr ường, nâng cao chất lượng Chitin. 3. Tính khoa học và thực tiễn của đề tài: Thành công của đề tài sẽ được áp dụng tại các cơ sở sản xuất chitin với mục đích tận dụng nguồn protein từ đầu tôm, hạn chế sử dụng hóa chất nhằm giảm ô nhiễm môi trường và sản xuất ra chitin-chitosan có chất lượng cao và ứng dụng vào các lĩnh vực đặc biệt như ứng dụng trong y học, mỹ phẩm… . Đề tài cũng là nguồn tài liệu hữu ích phục vụ cho công tác nghiên cứu chuyên sâu về lĩnh vực này. 4. Nội dung của đề tài: - Tổng quan về công nghệ sản xuất chitin -chitosan - Nghiên cứu sản xuất Chitin bằng ph ương pháp sinh học Tối ưu hóa quá trình khử protein bằng enzyme kết hợp với NaOH Tối ưu hóa quá trình khử khoáng có sử dụng acid benzoic - Đề xuất quy trình. .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 to k lic .c PHẦN 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NG HỆ SẢN XUẤT VÀ ỨNG D ỤNG CỦA CHITIN-CHITOSAN. 1.1. TỔNG QUAN VỀ CHITIN -CHITOSAN 1.1.1. Sự tồn tại của Chitin-Chitosan trong tự nhiên Chitin và dẫn xuất của nó là Chitosan là những polysaccharide mạch thẳng, chúng phổ biến trong tự nhiên chỉ sau cellulose, Chit in tồn tại ở cả động vật và thực vật. Ở động vật thủy sản, Chitin tồn tại rất nhiều, đặc biệt là ở vỏ tôm, cua, ghẹ,… Vì vậy, chúng là nguồn nguyên liệu dồi dào để sản xuất Chitin-Chitosan. Trong động vật: Chitin là thành phần cấu trúc quan trọng của vỏ bao của một số động vật không xương sống như côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác, giun tròn, Chitin được coi là chất tạo xương hữu cơ chính ở động vật không xương sống. Trong thực vật: Chitin có trong vách tế bào của nấm và một số loài tảo chlorophyceae. Chitin t ồn tại trong tự nhiên ở dạng tinh thể. Nó có cấu trúc gồm nhiều phân tử được nối với nhau bằng cầu nối hydro và tạo thành một hệ thống dạng sợi ít nhiều có tổ chức. Trong tự nhiên rất ít gặp dạng tồn tại tự do của Chitin, nó liên kết dưới dạng phức hợp Chitin -protein,Chitin với các hợp chất hữu cơ,… khi tồn tại như thế Chitin có sự đề kháng đối với các chất thủy phân, hóa học và enzyme. Do đó nó gây khó khăn cho vi ệc tách chiết và tinh chế. Tùy thuộc vào đặc tính của cơ thể và sự thay đổi từng giai đoạn sinh lý mà trong cùng một loài, ng ười ta có thể thấy sự thay đổi về hàm lượng cũng như chất lượng của Chitin. Trong tự nhiên, Chitosan rất hiếm gặp, chỉ có trong vách ở một số lớp vi nấm (đặc biệt: zygomycetes, mucor,…) và ở vài loại côn trùng nh ư ở thành bụng của mối chúa. Sự deacetyl bằng kiềm, Chitin tạo thành Chitosan và tan được trong dung dịch acid acetic loãng. .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 to k lic .c 1.1.2. Cấu trúc và tính chất của Chitin -Chitosan 1.1.2.1 Cấu trúc của Chitin-chitosan Chitin-Chitosan là một polysaccharide nên có cấu trúc dạng chuỗi. Trong đó : Chitin : R : -NH-COCH3 Chitosan : R : -NH2 CHITIN: Chitin là một polysaccharide mạch thẳng, nó có cấu trúc tuyến tính gồm các đơn vị N-acetyl-glucosamine nối với nhau nhờ cầu β-1,4glucoside. Công thức phân tử: (C 8H13O5N)n Phân tử lượng : M = (203,19) n Trong đó n phụ thuộc vào nguồn gốc nguyên liệu: Đối với tôm hùm : n = 700÷800 Đối với cua : n = 500÷600 Đối với tôm thẻ: n = 400÷500 Công thức cấu tạo: Hình 1.Cấu tạo của Chitin. CHITOSAN: Chitosan là một polysaccharide mạch thẳng, gồm các phân tử D 1,4glucosamine. Khi xử lý kiềm đặc từ Chitin ta thu được Chitosan. Công thức phân tử : (C 6H11O4N)n Phân tử lượng: M= (161,07) n Công thức cấu tạo : .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 to k lic .c Hình 2. Cấu tạo của Chitosan. 1.1.2.2. Tính chất của Chitin-Chitosan CHITIN: Chitin có màu trắng, không tan trong nước, trong kiềm, trong acid loãng 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) và muối thyoxyanat canxi (Ca(SCN) 2) tạo thành dung dịch keo. Chitin ổn định với chất oxy hóa như KMnO4, nước javen, NaClO, …người ta lợi dụng tính chất này để khử màu cho Chitin. Chitin có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại ở bước sóng 884÷890 cm. Chitin là một polysaccharide nguồn gốc tự nhiên, có hoạt tính sinh học cao, có tính hòa hợp sinh học và tự phân hủy trên da. Chitin bị men lysozyme, một loại men chỉ có ở cơ thể người, phân giải thành monome N -acetyl-D-glucosamine. Chitin kết tinh ở dạng vô định hình, khó hòa tan trong dung dịch amoniac (NH3), không hòa tan trong thu ốc thử Schueizer-Sacrpamonia. Điều này có thể là do sự thay đổi nhóm hydroxy (-OH) tại vị trí C 2 bằng nhóm acetamic (NHCOCH 3) đã ngăn cản sự tạo thành các phức hợp cần thiết. Khi nung nóng Chitin trong dung d ịch NaOH đặc thì Chitin sẽ bị khử mất gốc acetyl tạo thành Chitosan. Khi đun nóng Chitin trong acid HCl đ ặc thì Chitin sẽ bị thủy phân tạo thành Glucosamine 85,5%, acid acetic 14,5%. .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 to k lic .c CHITOSAN: Đặc tính cơ bản của Chitosan: Chitisan có nguồn gốc thiên nhiên, không độc, dùng an toàn cho người trong thức ăn, thực phẩm, dược phẩm, có tính hòa hợp sinh học cao với cơ thể, có khả năng tự phân hủy sinh học, có nhiều tác dụng sinh học đa dạng: có khả năng hút nước, giữ ẩm, kháng nấm, kháng khuẩn với nhiều chủng loại khác nhau, kích thích tăng sinh t ế bào ở người, động vật, thực vật, có khả năng nuôi dưỡng tế bào trong điều kiện nghèo dinh dưỡng. Tính chất hóa học : Chitosan là chất rắn, xốp, nhẹ, màu trắng ngà, không mùi, không vị, hòa tan dễ dàng trong dung d ịch acid loãng. Loại Chitosan có khối lượng trung bình thấp từ 100000÷400000 hay được dùng nhiều nhất trong y tế và trong thực phẩm. Tính chất sinh học: Chitosan có nhiều tác dụng sinh học đa dạng như : tính kháng nấm, tính kháng khuẩn với nhiều chủng loại khác nhau, kích thích sự phát triển tăng sinh của tế bào, có khả năng nuôi dưỡng tế bào trong điều kiện nghèo dinh dưỡng, tác dụng cầm máu, chống s ưng u. Ngoài ra, Chitosan còn có tác d ụng làm giảm cholesterol và lipid máu, làm to vi động mạch và hạ huyết áp, điều trị thận mãn tính, chống rối loạn nội tiết. Với khả năng thúc đẩy hoạt động của các peptid- insulin, kích thích việc tiết ra insulin ở tuyến tụy nên Chitosan được dùng để điều trị bệnh tiểu đường. Nhiều công trình đã công bố khả năng kháng đột biến, kích thích làm t ăng cường hệ thống miễn dịch cơ thể, khôi phục bạch cầu, hạn chế sự phát triển của các tế bào u, ung thư, HIV/AISD, chống tia tử ngoại, chống ngứa,… của Chitosan. 1.1.3. Ứng dụng của Chitin-Chitosan:[2][5][10] 1.1.3.1. Trong y học và mỹ phẩm Dùng làm phụ gia trong kỹ nghệ bào chế d ược phẩm: Tá dược độn, tá dược chính, tá dược dẫn thuốc, màng bao phim, viên nang mềm, nang cứng…làm chất mang sinh học để gắn thuốc, tạo ra thuốc polymer tác dụng chậm kéo dài, làm hoạt chất chính để chữa bệnh như: Thuốc điều trị liền vết thương, vết phỏng, vết mổ vô trùng, thuốc bổ d ưỡng cơ thể: Hạ lipid và cholesterol .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 máu, thuốc chữa bệnh đau dạ dày, tiểu đường, xưng khớp, viêm khớp, viêm xương, loãng xương, chống đông tụ máu, kháng nấm, kháng khuẩn, điều trị suy giảm miễn dịch, có khả năng hạn chế sự phát triển của tế bào u, tế bào u ng thư và chống HIV. Dùng làm vật liệu y sinh: Da nhân tạo, màng sinh học, chất nền cho da nhân tạo, chỉ khâu phẫu thuật, mô cấy ghép… Trong mỹ phẩm chitosan được bổ sung vào kem chống khô da, kem lột mặt để tăng độ bám dính, tăng độ hòa hợp sinh học với d a, chống tia cực tím… 1.1.3.2. Trong công nghiệp thực phẩm[3] Chitosan được xem như một phụ gia tạo độ cứng, tạo keo, phân lớp và khử axit của trái cây và đồ uống, tăng cường mùi vị tự nhiên. Tạo màng để bao gói thực phẩm, hoa quả, rau tươi. Là một polyme dùng an toàn cho người, lại có hoạt tính sinh học đa dạng, chitosan được coi là thành phần bổ d ưỡng đưa vào thực phẩm, bánh kẹo, nước giải khát, thức ăn vật nuôi và thủy sản. Chitosan sử dụng để chống hiện tượng mất nước trong quá trình làm lạnh, làm đông thực phẩm. 1.1.3.3. Ứng dụng trong nông nghiệp [2][5] Dùng bảo quản hạt giống, tăng cường khả năng nảy mầm của hạt, tác nhân chống nấm, chống vi khuẩn gây bệnh cho môi tr ường xung quanh. Ngoài ra, chitosan còn dùng làm ch ất kích thích sinh trưởng cây trồng, thuốc chống bệnh đạo ôn, khô vằn cho lúa. 1.1.3.4. Ứng dụng trong sinh học Làm giá thể hoạt hóa cho công nghệ cố định enzyme và các tế bào vi sinh vật, làm chất mang sử dụng trong sắc ký chọn lọc, màng lọc sinh học, tổng hợp polymer sinh học. 1.1.3.5. Ứng dụng trong các ngành công nghiệp k hác. Trong công nghiệp dệt: Chitosan được dùng để hồ vải: cố định hình in hoa, ưu điểm có thể thay thế được hồ tinh bột bằng chitosan làm cho vải hoa, ti, sợi bền chịu được cọ xát, bề mặt đẹp, bền trong kiềm. .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 to k lic .c Làm vải chịu nước, không bắt lửa: Hòa tan chitosan trong dung dịch acid acetic loãng cùng với axetat nhôm và axit stearic thu đư ợc hỗn hợp. Hỗn hợp này đem sơn lên vải, khi khô tạo thành màng mỏng, chắc, bền, chịu n ước và không bắt lửa. Vải này được sử dụng để sản xuất đồ bảo hộ lao động. Làm sợi Chitin: Ngâm chitosan trong dung d ịch Na2SO4 bão hòa rồi đem kéo sợi, rửa trong nước ở nhiệt độ cao thu được giống sợi gai. Đem sợi này trộn với sợi cellulose tỷ lệ 30% thu được sợi Chitin-cellulose. Khả năng bắt màu thuốc nhuộm càng tăng khi ta tăng hệ sợi chitin. Trong công nghiệp giấy: Chitosan có tác dụng làm tăng độ bền của giấy, chỉ cần thêm trọng l ượng bằng 1% trọng lượng của giấy thì sẽ làm t ăng gấp đôi độ bền của giấy khi ẩm ướt, tăng độ nét khi in. Các loại giấy này dùng làm giấy vệ sinh, g iấy in, túi giấy. Trong ngành phim ảnh: Phim chitosan có độ nhớt rất cao, không tan trong n ước, acid. Độ cứng được cải thiện bằng cách tổng hợp đúc chitosan, rồi xử lý phim bằng dung dịch acid. Ứng dụng trong mỹ phẩm: Chitosan được sử dụng trong sản xuất kem chống khô da, do bản chất chitosan cố định dễ dàng trên biểu bì da bởi những nhóm NH4 + thường được các nhà khoa học gắn với những chất giữ n ước hoặc những chất lọc tia cực tím. Vì vậy chitosan là gạch nối giữa hoạt chất của kem và da. 1.2. GIỚI THIỆU VỀ PHẾ LIỆU TÔM VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHITIN-CHITOSAN. 1.2.1. Giới thiệu về phế liệu tôm Ở Việt Nam nguồn nguyên liệu tôm là rất dồi dào, được thu từ 2 nguồn chính là đánh bắt tự nhiên và nuôi trồng. Đặc biệt, nuôi tôm đã phát triển mạnh trong những năm gần đây và trở thành ngành kinh tế mũi nhọn. Diện tích nuôi tôm đã tăng từ 250.000 ha năm 2000 lên đến 478.000 ha năm 2001 và 540.000 ha năm 2003. Năm 2002, giá trị xuất khẩu thuỷ sản đạt hơn 2 tỷ USD, trong đó xuất khẩu tôm đông lạnh chiếm 47%, đứng thứ 2 sau xuất khẩu dầu khí. Năm 2004, xuất khẩu .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 to k lic .c thuỷ sản đạt giá trị 2,4 tỷ USD, chiếm 8,9% tổng giá trị xuất khẩu cả n ước trong đó tôm đông lạnh chiếm 53% tổng giá trị xuất khẩu thuỷ sản. N ăm 2006 kim ngạch xuất khẩu thủy sản đã qua mốc 3 tỷ đạt 3,31 tỷ USD, tăng gần 600 triệu USD so với năm 2005, trong đó mặt hàng tôm truyền thống chiếm vị trí đầu bảng xấp xỉ 1,5 tỷ USD, chiếm 44,3 % tổng kim ngạch xuất khẩu. N ăm 2007, tổng kim ngạch xuất khẩu thủy sản đạt 3,75 tỷ USD tăng 12% so với năm 2006 Mục tiêu xuất khẩu thuỷ sản đến năm 2010, Việt Nam phấn đấu đạt giá trị 4 4,5 tỷ USD. Ðịnh hướng đến năm 2020, chế biến xuất khẩu thủy sản tiếp tục là động lực thúc đẩy phát triển nuôi trồng thuỷ sản, khai thác thuỷ sản và mang lại nhiều lợi ích kinh tế ngành, nâng cao thu nh ập và đời sống lao động nghề cá. Tôm được dự kiến đạt khoảng 483 nghìn tấn nguyên liệu để phục vụ cho xuất khẩu khoảng 390.000 tấn năm 2010. Theo thống kê của Trung tâm Nghiên cứu Chế biến Thủy sản, Đại học Thuỷ sản thì lượng phế liệu năm 2004 tại Việt Nam ước tính khoảng 45.000 tấn phế liệu, năm 2005 ước tính khoảng 70.000 tấn/n ăm. Trần Thị Luyến (2004) cho biết trong vỏ tôm tươi chitosan chiếm khoảng 5% khối lượng, trong vỏ tôm khô khoảng 20-40% khối lượng. Như vậy hàng năm có thể sản xuất gần 5000 tấn chitosan phục vụ sản xuất trong nước và xuất khẩu, mang lại hiệu qu ả kinh tế cho ngành Thuỷ sản . Phế liệu tôm (PLT) là những thành phần phế thải từ các c ơ sở chế biến tôm bao gồm đầu, vỏ và đuôi tôm. Ngoài ra, còn có tôm gãy thân, tôm l ột vỏ sai quy cách hoặc tôm bị biến màu. Tuỳ thuộc vào loài và ph ương pháp xử lý mà lượng phế liệu có thể vượt quá 60% khối lượng sản phẩm. Có thể lấy tôm cà ng xanh Macrobrachium rosenbergii làm ví dụ, đầu tôm chiếm tới 60% trọng l ượng tôm. Đầu tôm sú Penaeus monodon cũng chiếm tới 40% trọng lượng tôm. Với sản phẩm tôm lột vỏ, rút chỉ lưng, lượng đuôi và vỏ đuôi của tôm chiếm khoảng 25% trọng lượng tôm. Đối với tôm thẻ, lượng phế liệu đầu tôm chiếm 28% và vỏ chiếm 9%, như vậy tổng lượng phế liệu vỏ đầu tôm thẻ là 37%. Lượng phế liệu này có thể giảm ít nhiều bằng cách nâng cao hiệu quả lột vỏ nhờ các thiết bị và công nghệ chế biến tốt hơn. Giảm lượng phế liệu từ khâu chế biến hoặc tìm giải pháp tái sử dụng .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 to k lic .c chúng đang trở nên phổ biến như một phương cách giúp làm tăng l ợi nhuận cho ngành thuỷ sản. Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy tỷ lệ của phế liệu tôm từ 30-70% (Watkin và cộng sự, 1982 ; Evers và Carroll [19], trung bình khoảng 50% so với khối lượng tôm chưa chế biến. Halanda và Netto (2006) cho r ằng phế liệu tôm có thể chiếm 50-70% so với nguyên liệu [20]. Phần lớn tôm được đưa vào chế biến dưới dạng bóc vỏ, bỏ đầu. Phần đầu thường chiếm khối lượng 34-45%, phần vỏ, đuôi và chân chiếm 10-15% trọng lượng của tôm nguyên liệu. Tuy nhiên, tỉ lệ này tuỳ thuộc vào giống loài và giai đoạn sinh trưởng của chúng [5] [6]. Cấu tạo và thành phần sinh hóa của vỏ tôm[5] Lớp ngoài cùng của vỏ tôm có cấu trúc chitin -protein bao phủ, lớp vỏ này thường bị hóa cứng khắp bề mặt c ơ thể do sự lắng đọng của muối canxi và các chất hữu cơ khác nằm dưới dạng phức tạp do sự tương tác giữa protein và các chất không hòa tan. Vỏ chia làm 4 lớp chính: Lớp biểu bì Lớp màu. Lớp canxi. Lớp không bị canxi hóa. - Lớp biểu bì, lớp màu, lớp canxi hóa cứng do sự lắng đọng của canxi. Lớp màu, lớp canxi hóa, lớp không b ị canxi hóa chứa chitin nh ưng lớp biểu bì thì không - Lớp màu: Tính chất của lớp này do sự hiện diện của những thể hình hạt của vật chất mang màu giống dạng melanin. Chúng gồm những túi khí hoặc những không bào. Một vài vùng xuất hiện những hệ thống rãnh thẳng đứng có phân nhánh, là con đường cho caxi thẩm thấu vào. - Lớp biểu bì: những nghiên cứu cho thấy lớp màng nhanh chóng bị biến đỏ bởi Fucxin, có điểm pH =5,1 không chứa chitin. Nó khác với các lớp vỏ còn lại, bắt màu xanh với anilin xanh. Lớp biểu bì có lipid vì vậy nó cản trở tác động của acid ở nhiệt độ thường hơn các lớp bên trong. Màu của lớp này th ường vàng rất nhạt. .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
- Xem thêm -