nghiên cứu tối ưu hóa công đoạn khử khoáng và khử protein của phế liệu tôm thẻ chân trắng sau khi ép trong quy trình sản xuất chitin-chitosan

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, động viên và
khích lệ của nhiều tập thể và cá nhân.
Trước hết tôi xin gửi lời cám ơn chân thành đến Ban giám hiệu Trường Đại
học Nha Trang, Ban chủ nhiệm Khoa Chế biến cùng quý thầy cô đã giảng dạy và
truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong
suốt thời gian học tập tại trường.
Sự biết ơn sâu sắc nhất tôi xin gửi đến TS. Trang Sĩ Trung và ThS. Nguyễn
Công Minh - những người đã định hướng và tận tình hướng dẫn, động viên, góp ý
những ý kiến thiết thực, quý giá trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Qua đây, tôi xin chân thành cám ơn đến toàn thể thầy cô và cán bộ Bộ môn
Hóa sinh – Vi sinh thực phẩm, Bộ môn Công nghệ chế biến, Bộ môn Công nghệ
thực phẩm, Bộ môn Kỹ thuật lạnh và Viện công nghệ sinh học và Môi trường –
Trường Đại học Nha Trang, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi hoàn thành
đề tài này.
Xin cám ơn tất cả những người bạn đã luôn quan tâm, động viên và giúp đỡ
tôi trong quá trình thực hiện đề tài.
Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến bố mẹ và anh chị em thân
yêu. Những người đã luôn dõi theo và ủng hộ cả vật chất lẫn tinh thần cho tôi được
hoàn thành đề tài này.

Nha Trang, tháng 06 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Hoàng Vân

i

MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iii
DANH MỤC CÁC BẢNG iv

DANH MỤC CÁC HÌNH v
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3
1.1. TỔNG QUAN VỀ NGUỒN PHẾ LIỆU TÔM VÀ CÁC HƯỚNG TẬN
DỤNG 3
1.1.1. Nguồn phế liệu tôm 3
1.1.2. Cấu tạo và thành phần hóa học của phế liệu tôm 4
1.1.3. Các hướng tận dụng nguồn phế liệu tôm 7
1.2. TỔNG QUAN VỀ CHITIN VÀ CHITOSAN 8
1.2.1. Nguồn gốc và sự tồn tại của chitin-chitosan trong tự nhiên 8
1.2.2. Cấu tạo và tính chất của chitin-chitosan 9
1.3. ỨNG DỤNG CỦA CHITIN-CHITOSAN 15
1.3.1. Ứng dụng của chitosan trong các ngành công nghệ thực phẩm 15
1.3.2. Ứng dụng trong các ngành khác 15
1.4. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHITIN-CHITOSAN 16
1.4.1. Công nghệ sản xuất chitin-chitosan bằng phương pháp hoá học 20
1.4.2. Sản xuất chitin-chitosan bằng phương pháp sinh học 25
1.4.3. Sản xuất chitin-chitosan bằng phương pháp sinh học và phương pháp kết
hợp sinh học với hóa học 27
CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30
2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU 30
2.1.1. Phế liệu vỏ tôm nghiên cứu 30
2.1.2. Hóa chất nghiên cứu
30
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
30
2.2.1. Phương pháp thu nhận mẫu
30
2.2.2. Phương pháp phân tích 30
2.2.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm xây dựng đường chuẩn 31

2.2.4. Phương pháp bố trí thí nghiệm 31
2.2.5. Phương pháp xử lý số liệu 43
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 44
3.1. THÀNH PHẦN HÓA HỌC CƠ BẢN CỦA PHẾ LIỆU VỎ TÔM TRƯỚC
VÀ SAU KHI ÉP 44
3.2. KẾT QUẢ BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC KHOẢNG TỐI ƯU
THÍCH HỢP CHO CÔNG ĐOẠN KHỬ KHOÁNG 45
3.2.1. Xác định tỷ lệ phế liệu/dung dịch acid thích hợp 45
3.2.2. Xác định khoảng nồng độ HCl thích hợp 46
3.2.3. Xác định khoảng nhiệt độ thích hợp 47
3.2.4. Xác định khoảng thời gian thích hợp 48
ii

3.3. KẾT QUẢ TỐI ƯU CHO CÔNG ĐOẠN KHỬ KHOÁNG 49
3.4. KẾT QUẢ BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC KHOẢNG TỐI ƯU
THÍCH HỢP CHO CÔNG ĐOẠN KHỬ PROTEIN 53
3.4.1. Xác định tỷ lệ phế liệu/dung dịch NaOH thích hợp 53
3.4.2. Xác định khoảng nồng độ thích hợp 54
3.4.3. Xác định khoảng nhiệt độ thích hợp 55
3.4.4. Xác định khoảng thời gian thích hợp 56
3.5. KẾT QUẢ TỐI ƯU CÔNG ĐOẠN KHỬ PROTEIN 57
3.6. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG CỦA
CHITOSAN THU ĐƯỢC 62
3.7. TÍNH TOÁN HIỆU QUẢ MANG LẠI CỦA QUY TRÌNH TỐI ƯU 63
3.8. QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHITIN-CHITOSAN ĐỀ XUẤT 64
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO 68
PHỤ LỤC
iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
STT

Chữ viết tắt

Diễn giải
1 BSA Bovine Serum Albumin (huyết thanh bò)
2 cps Centipoise
3 DA Hiệu suất khử khoáng
4 DP Hiệu suất khử protein
5 DD Độ deacetyl
6 Glc Glucosamine
7 Glc-NAC Glucosamine N-Acetyl
8 IQF Individually Quick Frozen (hệ thống cấp đông nhanh)
9 KPH Không phát hiện
10 NXB Nhà xuất bản
11 PE Poly Etylen
12 QT1 Quy trình sản xuất chitin-chitosan tối ưu
13 QT2 Quy trình sản xuất chitin-chitosan đối chứng
14 USD Đô la Mỹ
iv

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Thành phần hoá học cơ bản của phế liệu tôm Penaaus vannamei (Trang
Sĩ Trung và cộng sự, 2007), Crangon crangon và Pandalus borealis (Synowiecki
và cộng sự, 2000) 5
Bảng 1.2. Tính chất của chitosan có độ DD khác nhau (Trang Sĩ Trung và cộng sự,
2006) 13
Bảng 3.1. Thành phần hoá học cơ bản, khối lượng của phế liệu vỏ tôm thẻ chân

trắng trước và sau khi ép 44
Bảng 3.2. Kết quả hàm lượng khoáng còn lại ở các chế độ khử khoáng bằng acid
HCl 49
Bảng 3.3. Thí nghiệm ở tâm phương án của công đoạn khử khoáng bằng acid
HCl 49
Bảng 3.4. Thông số tối ưu cho công đoạn khử khoáng 53
Bảng 3.5. Kết quả hàm lượng protein còn lại ở các chế độ khử protein bằng NaOH
58
Bảng 3.6. Thí nghiệm ở tâm phương án của công đoạn khử protein bằng NaOH
58
Bảng 3.7. Kết quả hàm lượng protein và hiệu suất khử protein của các thí nghiệm
tối ưu hóa theo đường dốc nhất 59
Bảng 3.8. Thông số tối ưu cho công đoạn khử protein 61
Bảng 3.9. Chỉ tiêu phân tích chitin thu được từ quy trình tối ưu và quy trình đối
chứng 61
Bảng 3.10. Chỉ tiêu chất lượng cơ bản của chitosan thu được từ quy trình tối ưu và
quy trình đối chứng 62
Bảng 3.11. Đơn giá của phế liệu vỏ tôm và hóa chất 63
Bảng 3.12. Lượng hóa chất và phế liệu sử dụng để sản xuất ra 1kg chitosan theo quy
trình tối ưu 64
Bảng 3.13. Lượng hóa chất và phế liệu sử dụng để sản xuất ra 1kg chitosan theo quy
trình đối chứng 64

v

DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Công thức cấu tạo của chitin 9
Hình 1.2. Sự sắp xếp của chuỗi polymer của α-chitin, β-chitin và γ-chitin 10
Hình 1.3. Chitosan và glucosamine tạo thành từ sự thủy phân chitin 11

Hình 1.4. Công thức cấu tạo của chitosan 12
Hình 1.5. Sơ đồ tổng quát quá trình sản xuất chitin, chitosan từ phế liệu thủy sản .17
Hình 1.6. Sơ đồ biễu diễn quá trình deacetyl 19
Hình 1.7. Quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tôm của Pháp 21
Hình 1.8. Quy tình sản xuất của Stevens, Viện công nghệ Châu Á (AIT), Thái Lan
(2002) 22
Hình 1.9. Quy trình của Đỗ Minh Phụng, trường Đại học Thủy sản Nha Trang 23
Hình 1.10. Quy trình sản xuất chitin và chitosan của Trang Sĩ Trung, Đại học Nha
Trang (2006) 24
Hình 1.11. Quy trình sản xuất chitin của Holanda và Netto (2006) 25
Hình 1.12. Quy trình sử dụng enzyme flavourzyme trong công nghệ sản xuất chitin
từ phế liệu tôm (Trang Sĩ Trung và cộng sự, 2007) 26
Hình 1.13. Quy trình sản xuất chitin ứng dụng papain để khử protein (Trần Thị
Luyến, 2000) 27
Hình 1.14. Quy trình sử dụng enzyme flavourzyme trong công nghệ sản xuất chitin
từ phế liệu tôm (Trang Sĩ Trung và cộng sự, 2007) 28
Hình 2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát 32
Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ phế liệu/dung dịch acid HCl thích
hợp 33
Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định khoảng nồng độ HCl thích hợp 34
Hình 2.4. Bố trí thí nghiệm xác định khoảng nhiệt độ thủy phân thích hợp 35
Hình 2.5. Bố trí thí nghiệm xác định khoảng thời gian thủy phân thích hợp 36
Hình 2.6. Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ phế liệu/dung dịch NaOH thích hợp 37
Hình 2.7. Bố trí thí nghiệm xác định khoảng nồng độ NaOH thích hợp 38
Hình 2.8. Bố trí thí nghiệm xác định khoảng nhiệt độ thích hợp 39
Hình 2.9. Bố trí thí nghiệm xác định khoảng thời gian thích hợp 40
Hình 2.10. Bố trí thí nghiệm cho quy trình đối chứng 41
Hình 2.11. Bố trí thí nghiệm cho công đoạn deacetyl 42
Hình 3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ phế liệu/dung dịch acid đến hiệu suất quá trình khử
khoáng 45

Hình 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ HCl đến hiệu suất quá trình khử khoáng 46
Hình 3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất quá trình khử khoáng 47
Hình 3.4. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình khử khoáng 48
Hình 3.5. Kết quả bố trí thí nghiệm tối ưu khử khoáng 52
Hình 3.6. Ảnh hưởng của tỷ lệ phế liệu/dung dịch NaOH đến hiệu suất quá trình
khử protein 53
Hình 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ đến hiệu suất quá trình khử protein 54
Hình 3.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất quá trình khử protein 55
vi

Hình 3.9. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất quá trình khử protein 56
Hình 3.10. Kết quả bố trí thí nghiệm tối ưu công đoạn khử protein theo hiệu suất
khử protein 60
Hình 3.11. Quy trình sản xuất chitin-chitosan đề xuất 65

1

LỜI MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Là một trong những ngành kinh tế trọng tâm của nền kinh tế quốc dân, ngành
Thuỷ 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 và ngoài nước, ngành Thuỷ sản trong
những năm gần đây đã đạt được những thành tựu đáng kể về nuôi trồng, chế biến
thuỷ sản cũng như xuất nhập khẩu. Nhưng đi cùng với sự phát triển của ngành, vấn
đề phế liệu trong chế biến thuỷ sản là một điểm hạn chế do lượng phế liệu thải ra từ
công nghiệp chế biến thuỷ sản hàng năm là rất lớn. Phế liệu tôm là một nguồn cung
cấp chitin và chitosan rất phong phú. Vì vậy, ngoài việc dùng phế liệu tôm để chế
biến thức ăn chăn nuôi thì chúng ta còn có thể sử dụng chúng để sản xuất chitin và
chitosan mang lại giá trị kinh tế cao.
Tuy nhiên quá trình sản xuất chitin và chitosan hiện nay chủ yếu dùng

phương pháp hóa học, do đó một lượng hoá chất rất lớn được sử dụng và thời gian
xử lý rất dài, điều này không những gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường, gây lãng
phí về chi phí trong quá trình sản xuất mà còn làm cho chất lượng của chitin và
chitosan bị giảm.
Xuất phát từ thực tế trên, được sự đồng ý của Chủ nhiệm Khoa Chế biến,
Trường Đại học Nha Trang, đề tài: “Nghiên cứu tối ưu hóa công đoạn khử
khoáng và khử protein của phế liệu tôm thẻ chân trắng sau khi ép trong quy
trình sản xuất chitin-chitosan” được thực hiện.
2. Mục tiêu đề tài
Nghiên cứu tối ưu hóa công đoạn khử khoáng và khử protein của phế liệu
tôm thẻ chân trắng sau khi ép trong quy trình sản xuất chitin-chitosan. Từ đó, xây
dựng quy trình cho chất lượng chitin-chitosan tốt nhất, sử dụng lượng hóa chất thấp
nhất và thời gian xử lý ngắn nhất.
3. Nội dung nghiên cứu
- Xác định thành phần phế liệu tôm trước và sau khi ép.
2

- Tối ưu hóa công đoạn khử khoáng bằng HCl với các yếu tố: Nồng độ HCl,
nhiệt độ và thời gian xử lý.
- Tối ưu hóa công đoạn khử protein bằng NaOH với các yếu tố: Nồng độ
NaOH, nhiệt độ và thời gian xử lý.
- Đánh giá chất lượng chitin-chitosan thu được.
- Đề xuất quy trình sản xuất chitin-chitosan tối ưu.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng bên cạnh việc đạt được một số kết quả
nhất định thì đề tài vẫn còn có rất nhiều thiếu sót. Kính mong sự đóng góp ý kiến
của quý thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.

Nha Trang, tháng 07 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Hoàng Vân

3

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ NGUỒN PHẾ LIỆU TÔM VÀ CÁC HƯỚNG TẬN
DỤNG
1.1.1. Nguồn phế liệu tôm
Sự phát triển rất nhanh của ngành chế biến thủy sản đã góp phần lớn vào việc
nâng cao giá trị xuất khẩu của nước ta, hàng triệu tấn thủy sản đã được xuất khẩu
hàng năm. Tuy nhiên, quá trình chế biến các sản phẩm thủy sản cũng tạo một lượng
lớn phế liệu.
Phế liệu tôm chủ yếu là đầu và các mảnh vỏ, ngoài ra còn phải kể đến phần
thịt vụn do bóc nõn không cẩn thận, một số tôm bị hư hỏng. Tuỳ theo giống loài,
phương pháp gia công chế biến mà lượng phế liệu có thể lên đến 60% sản lượng
khai thác được. Phần đầu tôm càng xanh chiếm khoảng 60% khối lượng toàn bộ,
với tôm sú thì đầu chiếm khoảng 40% so với khối lượng toàn bộ. Đối với sản phẩm
tôm bóc nõn và rút ruột mất mát theo vỏ và đuôi khoảng 25% trọng lượng tôm.
Theo thống kê của Trung tâm Nghiên cứu Chế biến Thủy sản, Đại học Nha
Trang 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/năm [3]. Đến năm 2008, các nhà máy chế
biến thủy sản xuất khẩu chế biến khoảng 200.000 tấn tôm/năm, quá trình chế biến
tôm tạo ra một lượng phế liệu (đầu, vỏ) khoảng 100.000 tấn [8].
Theo tạp chí Khoa học và Công nghệ Thuỷ sản (số 2 năm 2005) thì trong
công nghiệp chế biến thuỷ sản, các dạng chính của tôm đông lạnh như sau:
 Tôm tươi còn vỏ, đầu (nguyên con) cấp đông IQF hoặc Block.
 Tôm vỏ bỏ đầu cấp đông IQF hoặc Block.
 Tôm bóc vỏ, bỏ chỉ lưng cấp đông IQF.
 Tôm bóc vỏ, còn đốt đuôi cấp đông IQF.
 Tôm dạng sản phẩm định hình, làm chín.
Qua đó phần lớn tôm được đưa vào chế biến dạng bóc vỏ bỏ đầu. Và như

vậy, phế liệu chính là đầu tôm và vỏ tôm. Phần đầu thường chiếm khoảng 35-45%
4

trọng lượng của tôm nguyên liệu, phần vỏ chiếm từ 10-15%. Tỷ lệ này phụ thuộc
vào giống loài, giai đoạn sinh trưởng, mùa vụ, phương pháp gia công chế biến…
1.1.2. Cấu tạo và thành phần hóa học của phế liệu tôm
1.1.2.1. Cấu tạo vỏ tôm [3]
Lớp ngoài cùng của vỏ tôm có cấu trúc chitin-protein bao phủ, lớp vỏ này
thường bị hóa cứng khắp bề mặt cơ thể do sự lắng đọng của muối canxi và các hợp
chất hữu cơ khác nằm dưới dạng phức tạp do sự tương tác giữa protein và các chất
không hòa tan.
Lớp biểu bì, lớp màu, lớp canxi hóa cứng do sự lắng đọng của canxi. Lớp
màu, lớp canxi hóa, lớp không bị canxi hóa chứa chitin nhưng lớp biểu bì thì không.
Ta gọi các lớp có chứa chitin là lớp endocuticle.
* Vỏ chia làm 4 lớp chính:
+ Lớp biểu bì (epicuticle).
+ Lớp màu.
+ Lớp canxi.
+ Lớp không bị canxi hóa.
- Lớp biểu bì (epicuticle): Những nghiên cứu cho thấy lớp màng nhanh chóng bị
biến đỏ bởi fuxin, có điểm pH=5,1 không chứa chitin. Nó khác với các lớp vỏ còn
lại, bắt màu với anilin xanh. Lớp epicuticle có lipid vì thế nó cản trở tác động của
acid ở nhiệt độ thường trong công đoạn khử khoáng bằng acid hơn là các lớp bên
trong. Màu của lớp này thường vàng rất nhạt có chứa polyphenol-oxidase và bị hóa
cứng bởi quinone-tanin. Lớp epicuticle liên kết với một số màng mỏng bên ngoài
cản trở hòa tan ngay cả trong môi trường acid đậm đặc do nó có chứa các mắt xích
paratin mạch thẳng.
- Lớp màu: Tính chất của lớp này do sự có mặt 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 canxi thẩm thấu vào.
5

- Lớp canxi hóa: Lớp này chiếm phần lớn vỏ, thường có màu xanh trải đều khắp,
chitin ở trạng thái tạo phức với canxi.
- Lớp không bị canxi hóa: Vùng trong cùng của lớp vỏ được tạo thành bởi một phần
tương đối nhỏ so với tổng chiều dày bao gồm các phức chitin-protein bền vững
không có canxi và quinone.
1.1.2.2. Thành phần hóa học của phế liệu tôm
Nguồn nguyên liệu khác nhau dẫn đến quy trình chiết rút chitin có sự khác
nhau, tùy thuộc vào hàm lượng khoáng và protein có trong phế liệu. Trong các loại
phế liệu thủy sản, vỏ cua có hàm lượng khoáng cao nhất, có thể lên đến trên 50%
nên quá trình loại khoáng khó khăn hơn, trong khi hàm lượng protein trong đầu tôm
khá cao. Ngoài ra, một số loài tôm trong vỏ, đầu có hàm lượng lipid tương đối cao
(trên 10%) thì cần phải lưu ý công đoạn xử lý lipid. Thông thường lượng lipid này
cũng được loại đi trong công đoạn khử protein. Thành phần khoáng của phế liệu
tôm, cua, ghẹ, nang mực chủ yếu là Ca; ngoài ra có P, K, Mg, Mn và Fe.
Trong thời gian gần đây, việc nuôi tôm thẻ chân trắng (Penaaus vannamei)
thương phẩm phát triển mạnh, nguồn phế liệu tôm thẻ trở thành nguồn nguyên liệu
chính để sản xuất chitin. Tương tự như phế liệu tôm sú, thành phần protein trong
phế liệu tôm thẻ tương đối cao, gần 50% (Bảng 1.1).
Bảng 1.1. Thành phần hoá học cơ bản của phế liệu tôm Penaaus vannamei
(Trang Sĩ Trung và cộng sự, 2007) [9], Crangon crangon và Pandalus borealis
(Synowiecki và cộng sự, 2000)
STT Chỉ tiêu
phân tích
Penaaus
vannamei
Crangon
crangon

Pandalus
borealis
1 Khoáng

(%)

24,6 ± 0,8 27,1

0,1 29,2

0,2
2 Chitin

(%)

18,3 ± 0,9 17,8

0,9 17,0

0,3
3 Protein (%)

47,4 ± 1,8 40,6

5,4 41,9

0,2
4 Lipid (%) 4,7 ± 0,3 10,0

0,2 10,2


0,4
Phế liệu tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei) có hàm lượng protein cao,
gần tương đương với protein trong phế liệu tôm sú (Penaeus monodon). Ngoài ra,
6

trong phế liệu tôm còn có một lượng astaxanthin đáng kể. Vì vậy, trong quá trình
sản xuất chitin từ phế liệu tôm thẻ cần có biện pháp tận thu protein và astaxanthin
để chế biến thức ăn cho người và gia súc.
Thành phần chiếm tỷ lệ đáng kể trong đầu tôm là protein, chitin, khoáng, sắc tố.
Tỷ lệ các thành phần này không ổn định, chúng thay đổi theo giống, loài, đặc điểm sinh
thái, sinh lý… Thành phần chitin và protein trong vỏ tôm tươi tương ứng là 4,5% và
8,05%, trong vỏ tôm khô là 11–27,5% và 23,3–53,0%.
Hàm lượng chitin, protein, khoáng và carotenoid trong phế liệu vỏ tôm thay
đổi phụ thuộc vào quá trình chế biến cũng như phụ thuộc vào loài, trạng thái dinh
dưỡng, chu kỳ sinh sản. Vỏ giáp xác chứa chủ yếu là protein (30–40%), khoáng
(30–50%), chitin (13–42%).
Protein: Protein trong phế liệu tôm thường là loại protein không hoà tan do
đó khó tách ra khỏi vỏ, tồn tại dưới 2 dạng [2]:
- Dạng tự do: Dạng này tồn tại trong cơ quan nội tạng và trong các cơ gắn
phần vỏ.
- Dạng phức tạp: Ở dạng này protein không hòa tan và thường liên kết với
chitin, canxi carbonate, với lipid tạo lipoprotein, với sắc tố tạo protein-carotenoid…
như một phần thống nhất quyết định tính bền vững của vỏ tôm.
Chitin: Tồn tại dưới dạng liên kết với protein, khoáng và nhiều hợp chất hữu
cơ khác, đây là nguyên nhân gây khó khăn cho việc tách và tinh chế chúng.
Canxi: Trong vỏ tôm, đầu tôm, vỏ ghẹ có chứa một lượng lớn muối vô cơ,
chủ yếu là muối CaCO
3
, hàm lượng Ca

3
(PO
4
)
2
mặc dù không nhiều nhưng trong
quá trình khử khoáng dễ hình thành hợp chất CaHPO
4
không tan trong HCl gây khó
khăn cho quá trình khử khoáng.
Sắc tố: Trong vỏ tôm có nhiều loại sắc tố nhưng chủ yếu là astaxanthin.
Trong vỏ và đầu tôm thì astaxanthin kết hợp với protein một cách chặt chẽ. Cũng
nhờ có liên kết này mà thành phần astaxanthin trong vỏ tôm được bảo vệ. Khi liên
kết astaxanthin–protein không còn nữa thì astaxanthin sẽ dễ dàng bị oxy hoá tạo
thành astaxin.
7

Enzyme: Phế liệu tôm cũng có chứa một số enzyme. Trong đầu tôm có chứa
enzyme tiêu hoá chymotrypsin, nó được sử dụng trong điều trị bệnh ung thư. Một
vài loại enzyme khác có mặt trong phế liệu tôm gồm alkaline phosphatase,
chitinase, -N-acetyl glucosamidase cũng được ứng dụng nhiều trong thực tế. Hoạt
độ enzyme protease của đầu tôm khoảng 6,5 đơn vị hoạt độ/g tươi (theo tạp chí
Khoa học và Công nghệ Thủy sản, số 5/1993).
Ngoài các thành phần chủ yếu ở trên, trong vỏ đầu tôm còn có các thành
phần khác như: Nước, lipid, phospho…
Từ thành phần hoá học của nguồn phân loại tôm ta thấy có thể tận dụng
nguồn phế liệu này làm thức ăn chăn nuôi hoặc sản xuất chitin và chitosan để vừa
góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế vừa góp phần giảm sự ô nhiễm môi trường do
nguồn phế liệu tôm được thải ra.
1.1.3. Các hướng tận dụng nguồn phế liệu tôm

1.1.3.1. Sản xuất chitin, chitosan và glucosamine
Ngày nay cùng với khoa học công nghệ ngày càng phát triển, nhiều nhà
nghiên cứu khoa học đã công cố nhiều công trình nghiên cứu về sản xuất chitin,
chitosan và glucosamin từ phế liệu tôm.
Việc sản xuất chitin, chitosan nhìn chung gồm các công đoạn sau:
- Tách khoáng.
- Tách protein.
- Tẩy màu.
- Deacetyl bằng xút ở nồng độ cao.
Chitosan là dẫn xuất của chitin sau khi thủy phân bằng xút đậm đặc. Nó được
ứng dụng rộng rãi trong việc xử lý nước, trong công nghiệp, nông nghiệp, y dược,
mỹ phẩm…
Glucosamine là sản phẩm thủy phân chitin bằng HCl đặc. Nó được ứng
dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong y học.
1.1.3.2. Sản xuất thức ăn chăn nuôi [2]
8

Hiện nay có hai phương pháp được áp dụng phổ biến trong sản xuất bột tôm
là phương pháp sấy khô bằng nhiệt và phương pháp ủ xilô.
- Phương pháp sấy khô bằng nhiệt: Phương pháp có ưu điểm là đơn giản, có
thể chế biến nhanh một lượng lớn phế liệu tôm đông lạnh, tính kinh tế cao. Nhược
điểm là chất lượng kém và giá trị dinh dưỡng không cao.
- Phương pháp ủ xilô: Theo phương pháp này người ta sử dụng acid hữu cơ
và vô cơ trong việc ủ nhằm làm tăng tác động của enzyme, khử trùng và hạn chế sự
phát triển của vi sinh vật. Sau khi ủ, tiến hành trung tính bằng các chất kiềm, chất ủ
được làm thức ăn chăn nuôi. Phương pháp này có ưu điểm là chất lượng tốt nhưng
giá thành cao, phức tạp, không kinh tế.
1.1.3.3. Sản xuất bột màu astaxanthin [3]
Thành phần hóa học của phế liệu tôm đặc biệt rất giàu protein nên khi sản
xuất chitin cần phải xem xét thu hồi protein. Bên cạnh đó sắc tố astaxanthin tuy hàm

lượng nhỏ nhưng giá thành lại cao trên thị trường (2500USD/kg). Hơn nữa
astaxanthin còn là một carotenoid có tác dụng kích thích sinh trưởng, kháng một số
bệnh. Nó là chất tạo màu nên được sử dụng trong kỹ thuật nuôi trồng thủy sản, công
nghiệp, thực phẩm. Vì vậy hiện nay vấn đề tận dụng astaxanthin trong công nghiệp
chế biến phế liệu tôm là vấn đề đang được nhiều nước quan tâm …
1.2. TỔNG QUAN VỀ CHITIN VÀ CHITOSAN
1.2.1. Nguồn gốc và sự tồn tại của chitin-chitosan trong tự nhiên [7]
Chitin được tách chiết lần đầu tiên vào năm 1811 bởi nhà dược hóa học
người Pháp Henri Braconnot từ nấm (Braconnot, 1811).
Chitin là polymer hữu cơ phổ biến trong tự nhiên sau cellulose, chúng được
tạo ra trung bình 20g trong 1 năm/1m
2
bề mặt trái đất. Trong thiên nhiên chitin tồn
tại ở cả động vật và thực vật.

Trong giới 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.
9

Trong thực vật, chitin có trong vách tế bào của nấm và một số loài tảo
chlorophyceae. Chitin tồn 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 việc 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, người
ta có thể thấy sự thay đổi về hàm lượng cũng như chất lượng của chitin.
Trong động vật thủy sản đặc biệt là vỏ tôm, cua, ghẹ, hàm lượng chitin

chiếm tỉ lệ khá cao, từ 14-35% so với trọng lượng khô. Vì vậy vỏ tôm, cua, ghẹ là
nguồn nguyên liệu tiềm năng sản xuất chitin-chitosan và các sản phẩm từ chúng.
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 như ở thành bụng của mối
chúa.
Việc nghiên cứu sản xuất chitin-chitosan và các ứng dụng của chúng trong
sản xuất phục vụ đời sống là một vấn đề tương đối mới mẻ và đang được quan tâm
nghiên cứu ở nước ta.
1.2.2. Cấu tạo và tính chất của chitin-chitosan
1.2.2.1. Cấu tạo và tính chất của chitin
Công thức phân tử: (C
8
H
13
O
5
N)
n
, phân tử lượng: M = (203,19)
n


Hình 1.1. Công thức cấu tạo của chitin
10

Chitin là polysaccharide có đạm không độc hại, có khối lượng phân tử lớn.
Cấu trúc của chitin là một tập hợp các phân tử liên kết với nhau bởi các cầu nối
glucoside và hình thành một mạng các sợi có tổ chức. Hơn nữa chitin tồn tại rất
hiếm ở trạng thái tự do và hầu như luôn luôn nối với nhau bởi các cầu nối đẳng trị
(Coralente) với các protein, CaCO

3
và các hợp chất hữu cơ khác
Qua nghiên cứu về sự thủy phân chitin bằng enzyme hay HCl đậm đặc thì
người ta thấy rằng chitin có cấu trúc là một polymer được tạo thành từ các đơn vị
N-acetyl-β-D glucosamine liên kết với nhau bởi liên kết β-1,4 glucoside.
Chitin có cấu tạo hóa học giống cellulose và có thể xem là một dẫn xuất của
cellulose với nhóm acetamido ở cacbon số 2. Chitin đóng vai trò là thành phần tạo
nên độ cứng chắc của thành tế bào của nấm và vỏ của giáp xác.
Tính chất của chitin phụ thuộc vào cấu trúc của chitin. Người ta chia cấu trúc
chitin thành ba dạng: α-chitin, β-chitin, γ-chitin (Hackman và Goldberg, 1965). Cấu
trúc của chitin ở các dạng trên xuất phát từ nguồn chiết rút chitin, chitin từ tôm và
cua có dạng α-chitin, còn chitin từ mực có dạng β-chitin. Ba dạng chitin nêu trên có
sự khác nhau về tính hydrat hóa, kích thước của mỗi đơn vị cấu trúc và số mạch
chitin trong mỗi đơn vị cấu trúc. α-chitin có độ rắn phân tử cao nhất và ở dạng rắn
chắc và các mạch chitin sắp xếp song song nhưng ngược chiều nhau (Carlsstrom,
1957). β-chitin bao gồm các mạch chitin song song cùng chiều nhau, có độ rắn thấp,
tính hydrat hóa cao. γ-chitin sắp xếp cứ 2 mạch song song cùng chiều thì có một
mạch ngược chiều. Trong tự nhiên, α-chitin có mặt nhiều nhất và thường rất cứng.
Trong khi β-chitin, γ-chitin thì tạo nên tính dai, dẻo (Rudall & Kenching, 1973)
[19].

Hình 1.2. Sự sắp xếp của chuỗi polymer của α-chitin, β-chitin và γ-chitin
11

Chitin có màu trắng, cũng giống cellulose, chitin có tính kỵ nước cao (đặc
biệt đối với α-chitin) và không tan trong nước, trong kiềm, trong acid loãng và các
dung môi hữu cơ như ete, rượu. Tính không tan của chitin là do chitin có cấu trúc
chặt chẽ, có liên kết trong và liên kết phân tử mạnh thông qua các nhóm hydroxyl
và acetamide (Urbanczyk và cộng sự, 1997). Tuy nhiên, cần lưu ý là β-chitin, không
giống như α-chitin, có tính trương nở với nước cao (Blackwel, 1969) [19].

- Chitin hòa tan được trong dung dịch acid đậm đặc như HCl, H
3
PO
4
và
dimethylacetamide chứa 5% lithium chloride.
- Chitin tự nhiên có độ deacetyl dao động trong khoảng từ 8-12%, phân tử
lượng trung bình lớn hơn 1 triệu dalton. Tuy nhiên, chitin chiết rút từ vi sinh vật thì
có phân tử lượng thấp, chỉ khoảng vài chục ngàn dalton. Khi đun nóng chitin trong
dung dịch NaOH đặc thì chitin bị khử mất gốc acetyl tạo thành chitosan.
- Khi đun nóng chitin trong dung dịch HCl đặc thì chitin sẽ bị thủy phân tạo
thành các phân tử glucosamine có hoạt tính sinh học cao. Khi đun nóng chitin trong
HCl đậm đặc tạo thành 88,5% D-glucosamine và 22,5% acid acetic.

Hình 1.3. Chitosan và glucosamine tạo thành từ sự thủy phân chitin
- Độ rắn (crystallinity) của chitin cao và biến đổi tùy theo từng loại chitin.
1.2.2.2. Cấu tạo và tính chất của chitosan [7]
Chitosan là dẫn xuất đề acetyl hoá của chitin. Chitosan được cấu tạo từ các
mắt xích D-glucosamine liên kết với nhau bởi các liên kết β-1,4 glucosiside, do vậy
12

chitosan có thể gọi là poly β-(1-4)-2-amino-2-deoxi-D-glucose hoặc là poly β-(1-4)-
D-glucosamin.
Công thức phân tử: (C
6
H
11
O
4
N)

n
Phân tử lượng: M=(161,07)
n
Công thức cấu tạo:

Hình 1.4. Công thức cấu tạo của chitosan
Chitosan là một amino polysaccharide, được hình thành từ quá trình deacetyl
hoá chitin. Chitosan được phát hiện lần đầu tiên bởi Rouget vào năm 1859.
Chitosan thường ở dạng vẩy hoặc dạng bột có màu trắng ngà.
Công thức cấu tạo của chitosan gần giống như chitin và cellulose, chỉ khác là
chitosan chứa nhóm amin ở cacbon thứ 2. Không giống như chitin chỉ tan trong một
số ít hệ dung môi, chitosan tan tốt trong các acid hữu cơ thông thường như: acid
formic, acid acetic, acid propionic, acid citric, acid lactic. Khi hoà tan chitosan
trong môi trường acid loãng tạo thành keo dương. Đây là một điểm rất đặc biệt vì đa
số các keo polysaccharide tự nhiên tích điện âm. Chitosan tích điện dương sẽ có khả
năng bám dính bề mặt các ion tích điện âm và có khả năng tạo phức với các ion kim
loại và tương tác tốt với các polymer tích điện âm.
Chitosan không hoà tan trong nước, kiềm, cồn.
 Độ deacetyl của chitosan
Độ deacetyl của chitosan là một thông số quan trọng, đặc trưng cho tỉ lệ giữa
2-acetamido-2-deoxy-D-glucopyranose với 2-amino-2-deoxy-D-glucopyranose
trong phân tử chitosan. Tính chất của chitosan như khả năng hút nước, khả năng hấp
13

phụ chất màu, kim loại, kết dính với chất béo, kháng khuẩn, kháng nấm, mang DNA
…phụ thuộc rất lớn vào độ deacetyl hóa. Chitosan có độ deacetyl cao thì có khả
năng hấp phụ chất màu, tạo phức với kim loại tốt hơn. Tương tự, khả năng kháng
khuẩn, kháng nấm của chitosan cao hơn ở các mẫu chitosan có độ deacetyl cao. Cụ
thể, khả năng kháng khuẩn tốt đối với chitosan có độ deacetyl trên 90%. Tuy nhiên,
chitosan khả năng hút nước của chitosan thì giảm đi khi tăng độ deacetyl. Kết quả

nghiên cứu của Trang Sĩ Trung và cộng sự (2006) cho thấy khả năng hút nước của
chitosan có độ deacetyl hóa thấp (75%) đạt đến 659% cao hơn nhiều so với chitosan
có độ deacetyl hóa cao chỉ đạt 486% (Bảng 1.2).
Bảng 1.2. Tính chất của chitosan có độ DD khác nhau (Trang Sĩ Trung và cộng
sự, 2006)
Chitosan với độ deacetyl khác nhau
Tính chất
75% 87% 96%
Độ nhớt (cP) 111,2 ± 9,5

103,4 ± 7,9

107,3 ± 9,6

Tính thấm nước (%) 659 ± 33

472 ± 35

486 ± 29

Độ tan (%) 99,4 ± 0,1

99,6 ± 0, 3

99,5 ± 0,2

 Phân tử lượng và độ nhớt của chitosan
Phân tử lượng của chitosan cũng là một thông số quan trọng, nó quyết định
tính chất của chitosan như khả năng kết dính, tạo màng, tạo gel, khả năng hấp phụ
chất màu, đặc biệt là khả năng ức chế vi sinh vật. Chitosan có phân tử lượng càng

lớn thì có độ nhớt càng cao. Tuy nhiên, chitosan có phân tử lượng thấp thì thường
có hoạt tính sinh học cao hơn, thường có nhiều ứng dụng trong nông nghiệp, y học
và công nghệ sinh học. Chitosan có phân tử lượng lớn có khả năng tạo màng tốt và
màng chitosan tạo thành có sức căng tốt. Độ nhớt của chitosan phụ thuộc vào phân
tử lượng. Chitosan có phân tử lượng thấp có độ nhớt từ 30-200cps và chitosan có
phân tử lượng lớn hơn 1 triệu dalton có độ nhớt lên đến 3000-4000cps. Ngoài ra, độ
nhớt của chitosan còn phụ thuộc vào độ deacetyl, cường độ ion, pH, nhiệt độ.
 Độ rắn của chitosan
14

Độ rắn của chitosan phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nguồn gốc chitin, độ
deacetyl hóa, phân tử lượng và quá trình xử lý chitin và chitosan.
 Khả năng kháng nấm, kháng khuẩn của chitosan
Chitosan có khả năng ức chế nhiều chủng vi sinh vật: Vi khuẩn Gram âm, vi
khuẩn Gram dương và vi nấm. Khả năng ức chế vi sinh vật của chitosan phụ thuộc
vào độ deacetyl, phân tử lượng. So với chitin, chitosan có khả năng kháng khuẩn,
kháng nấm tốt hơn vì chitosan tích điện dương ở vị trí cacbon thứ 2 ở pH nhỏ hơn 6.
Chitosan có độ deacetyl cao trên 85% thì có khả năng kháng kháng khuẩn, kháng
nấm tốt. Chitosan có phân tử lượng dưới 2000 dalton thì khả năng ức chế vi sinh vật
kém. Chitosan có phân tử lượng trên 9000 dalton thì có khả năng ức chế vi sinh vật
cao (Jeon và cộng sự, 2000). Tuy nhiên, chitosan có phân tử lớn thì khả năng kháng
khuẩn cũng thấp. Chitosan được hòa tan trong các dung môi hữu cơ như acid acetic,
acid lactic và được sử dụng để xử lý kháng khuẩn, kháng nấm. Chitosan có khả
năng ức chế: Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, Escherichia coli,
Saccharomyces cerevisiae, Rhodotorula glutensis, Botrytis cinerea, Rhizopus
stolonifer, Aspergillus niger.
 Khả năng tạo màng của chitosan
Chitosan có khả năng tạo màng rất tốt. Tính chất cơ lý của màng chitosan
như độ chịu kéo, độ rắn, độ ngấm nước, phụ thuộc nhiều vào phân tử lượng và độ
deacetyl hóa của chitosan.

 Các tính chất khác của chitosan
Ngoài các tính chất nêu trên, chitosan còn có khả năng chống oxy hóa. Khả
năng chống oxy hóa của chitosan cũng phụ thuộc vào độ deacetyl, phân tử lượng và
độ nhớt của chitosan. Chitosan có độ nhớt thấp thì có khả năng chống oxy hóa cao.
Hơn nữa, chitosan có thể gắn kết tốt với lipid, protein, các chất màu. Do chitosan
không tan trong nước nên chitosan ổn định hơn trong môi trường nước so với các
polymer tan trong nước như alginate, agar. Khả năng tạo phức, hấp phụ với lipid,
protein và chất màu phụ thuộc nhiều vào phân tử lượng, độ deacetyl hóa, độ rắn và
độ tinh khiết của chitosan. Chitosan có độ deacetyl cao thì thường hấp phụ màu tốt.
15

1.3. ỨNG DỤNG CỦA CHITIN-CHITOSAN [11]
1.3.1. Ứng dụng của chitosan trong các ngành công nghệ thực phẩm
 Chất làm trong - Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất nước quả
Chitosan là tác nhân tốt loại bỏ đi đục, giúp điều chỉnh acid trong nước quả.
 Sử dụng trong thực phẩm chức năng
Chitosan có khả năng làm giảm hàm lượng cholesterol trong máu. Ngoài ra
chitosan còn xem là chất chống đông tụ máu. Nguyên nhân việc giảm cholesterol
trong huyết và chống đông tụ máu được biết là không cho tạo các mixen. Điều chú
ý là ở pH=6-6,5 chitosan bắt đầu bị kết tủa, toàn bộ chuỗi polysaccharide bị kết lắng
và giữ lại toàn bộ lượng mixen trong đó. Chính nhờ đặc điểm quan trọng này
chitosan ứng dụng trong sản phẩm thực phẩm chức năng.
 Phân tách rượu-nước
 Ứng dụng làm màng bao (bảo quản hoa quả)
Lớp màng không độc bao quanh bên ngoài bao toàn bộ khu cư trú từ bề mặt
khối nguyên liệu nhằm hạn chế sự phát triển vi sinh vật bề mặt (nguyên nhân chính
gây thối hỏng thực phẩm).
1.3.2. Ứng dụng trong các ngành khác
 Trong y dược
Từ chitosan vỏ cua, vỏ tôm có thể sản xuất glucosamine - một dược chất quý

dùng để chữa bệnh khớp đang phải nhập khẩu ở nước ta, chỉ phẫu thuật tự hoại,
chito-olygosaccaride, da nhân tạo, kem chống khô da, dùng làm thuốc chữa bệnh
viêm loét dạ dày, tá tràng, dùng bào chế dược phẩm, thuốc giảm béo…
 Trong công nghiệp
Vải col dùng cho may mặc, vải chịu nhiệt, chống thấm, vải chitosan dùng
cho may quần áo diệt khuẩn trong y tế…
 Trong nông nghiệp
Bảo quản quả, hạt giống mang lại hiệu quả cao, dùng như một thành chính
trong thuốc trừ nấm bệnh (đạo ôn, khô vằn…), dùng làm thuốc kích thích sinh
trưởng cây trồng cho lúa, cây công nghiệp, cây ăn quả, cây cảnh…
16

 Trong công nghệ in ấn
Dùng làm mực in cao cấp trong công nghệ in, tăng cường độ bám dính của
mực in…
 Trong công nghệ môi trường
Xử lý nước thải công nghiệp rất hiệu quả, xử lý nước thải trong công nghiệp
nhuộm vải, xử lý nước trong công nghiệp nuôi tôm, cá…
 Trong công nghệ sinh học
Chất mang cố định enzyme và cố định tế bào.
 Trong công nghệ thực phẩm
Sản xuất ra màng mỏng để bao gói thực phẩm, thay thế cho PE, màng
chitosan dễ phân hủy trong môi trường tự nhiên…
1.4. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHITIN-CHITOSAN [6]
Sản xuất chitin từ phế liệu thủy sản có thể thực hiện bằng phương pháp hóa
học, phương pháp sinh học hoặc phương pháp kết hợp hóa học với sinh học. Tuy
nhiên, hiện nay các quy trình sản xuất chitin ở qui mô lớn chủ yếu sử dụng phương
pháp hóa học. Phương pháp hóa học có ưu điểm như nhanh, đơn giản, dễ thực hiện
ở qui mô lớn. Tuy nhiên, phương pháp hóa học cũng có nhiều nhược điểm như sản
phẩm chitin, chitosan có phân tử lượng thấp, độ nhớt thấp, dư lượng hóa chất lớn, ô

nhiễm môi trường, ăn mòn thiết bị.
Quy trình hóa học sản xuất chitin thông thường gồm các công đoạn tách
khoáng, tách protein, tẩy màu. Công đoạn tẩy màu ở các nước nhiệt đới như Việt
Nam thường thực hiện kết hợp với quá trình phơi khô sản phẩm chitin dưới ánh
nắng mặt trời. Chitosan được sản xuất từ chitin qua quá trình tách nhóm acetyl
(deacetylation). Tất cả các công đoạn trên đều được xử lý bằng hóa chất, tùy theo
loại nguyên liệu, công nghệ, và yêu cầu về chất lượng sản phẩm chitin và chitosan
mà các điều kiện xử lý sẽ khác nhau. Sơ đồ tổng quát quá trình sản xuất chitin,
chitosan từ phế liệu thủy sản được trình bày ở Hình 1.5.


17












Hình 1.5. Sơ đồ tổng quát quá trình sản xuất chitin, chitosan từ phế liệu thủy
sản
- Khử khoáng
Trong vỏ tôm, thành phần khoáng chủ yếu là muối CaCO
3
và rất ít

Ca
3
(PO
4
)
2
. Nên người ta thường dùng các loại acid như HCl, H
2
SO
4
… để khử
khoáng. Khi khử khoáng, nếu dùng HCl thì cho hiệu quả cao hơn. Nếu dùng H
2
SO
4
sẽ tạo muối khó tan khi lưu chuyển nước ngâm chậm. Phản ứng của HCl để khử
khoáng phosphate canxi và cacbonate canxi như sau:
CaCO
3
+ HCl = CaCl
2
+ CO
2
+ H
2
O.
Ca
3
(PO
4

)
2
+ 6HCl = 3CaCl
2
+ 2H
2
PO
4
.
Trong quá trình rửa thì muối CaCl
2
tạo thành được rửa trôi, nồng độ HCl có
ảnh hưởng lớn đến chất lượng của chitosan thành phẩm, đồng thời nó ảnh hưởng
lớn tới thời gian và hiệu quả khử khoáng. Nồng độ HCl cao sẽ rút ngắn được thời
gian khử khoáng nhưng độ nhớt chitin-chitosan giảm nó sẽ làm cắt mạch
polysaccharide (mạch này bị phân huỷ khi thuỷ phân) dẫn đến chất lượng của
chitin-chitosan sau này bị giảm. Ngược lại nếu nồng độ HCl thấp thì thời gian khử
khoáng sẽ tăng nhưng ít bị ảnh hưởng, song nếu như nồng độ HCl quá thấp thì khử
Kh
ử khoáng

Kh
ử protein

T
ẩy m
àu

Chitin

Deacetyl

Chitosan

Ph
ế liệu

18

khoáng sẽ không triệt để và thời gian xử lý kéo dài ảnh hưởng tới chất lượng của
chitin-chitosan, đồng thời phải kéo dài chu kỳ sản xuất.
Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến tốc độ khử khoáng. Nhiệt độ càng cao thì rút
ngắn thời gian khử khoáng. Tuy nhiên ở nhiệt độ cao HCl bay hơi gây ô nhiễm môi
trường, đồng thời nhiệt độ cao nó sẽ làm thuỷ phân cắt mạch polysacaride của
chitin-chitosan trong môi trường acid, do đó nó sẽ làm cho mức độ trùng hợp của
polymer chitin giảm, dẫn đến làm giảm độ nhớt của sản phẩm chitosan sau này. Qua
nghiên cứu thực tiễn sản xuất người ta thường khử khoáng ở nhiệt độ phòng.
Tỷ lệ nguyên liệu và dung dịch HCl (%) cũng ảnh hưởng tới hiệu quả khử
khoáng. Nếu tỷ lệ này cao thì hiệu quả khử khoáng thấp do không đủ lượng HCl cần
để phản ứng hết lượng khoáng có trong nguyên liệu. Nếu tỷ lệ này nhỏ có nghĩa là
lượng dịch HCl sử dụng cao gây cồng kềnh thí nghiệm, chi phí tốn kém, giảm năng
suất dây chuyền, khả năng cắt mạch polymer lớn làm giảm chất lượng chitosan sau
này.
- Rửa trung tính
Công đoạn này có tác dụng rửa trôi hết lượng CaCl
2
tạo thành, loại bỏ HCl
dư bởi vì lượng HCl nếu còn nó sẽ trung hoà làm hao tổn lượng NaOH ở công đoạn
khử protein hay deacetyl. Trong quá trình rửa cũng có phần nào sắc tố bị rửa trôi.
- Xử lý kiềm

+ Xử lý kiềm loãng để khử protein (Phương pháp 2 giai đoạn xử lý kiềm).
 Thuỷ phân protein:
Protein acid amin + peptid hoà tan vào dịch rửa.
Xà phòng tạo thành có tác dụng tẩy rửa và hấp thụ các chất màu trong nguyên liệu.
- Tẩy màu
Trong phế liệu tôm và cua có chứa một lượng lớn chất màu (astaxanthin) vì
vậy để chitin có màu trắng, đẹp thì cần có một công đoạn tẩy màu. Việc tẩy màu
này có thể thực hiện bằng cách phơi dưới ánh sáng mặt trời hoặc xử lý bằng các
chất tẩy màu thông dụng. Theo Roberts (1998) thì phương pháp tẩy màu đơn giản
nhất là sử dụng H
2
O
2
hoặc NaOCl. Tuy nhiên, quá trình tẩy màu bằng hóa chất