Nghiên cứu ảnh hưởng chất lượng phế liệu tôm ban đầu đến quá trình sản xuất chitin và chitosan

1

MỤC LỤC
Trang
Lời mở đầu 4
Chương I. TỔNG QUAN 5
1.1. Tìm hiểu về nguồn phế liệu tôm 5
1.1.1. Thành phần, tính chất của nguồn phế liệu tôm. 5
1.1.2. Sản lượng phế liệu tôm 6
1.1.3. Các ứng dụng của phế liệu tôm 7
1.1.4. Xử lý và bảo quản phế liệu trước khi sản xuất chitin & chitosan 8
1.2. Tổng quan về chitin-chitosan và công nghệ sản xuất chitin-chitosan 10
1.2.1.Khái quát chung về chitin-chitosan 10
1.2.1.1.Cấu tạo và tính chất của chitin, chitosan 10
1.2.1.1.1. Cấu tạo và tính chất của chitin. 10
a, Cấu tạo của chitin. 10
b, Tính chất của chitin. 11
1.2.1.1.2.Cấu tạo và tính chất của chitosan 11
a, Cấu tạo của chitosan. 11
b, Tính chất của chitosan. 11
1.2.1.2. Ứng dụng của chitin và chitosan 12
a. Ứng dụng của chitin. 12
b. Ứng dụng của chitosan: 12
1.2.2. Công nghệ sản xuất chitin-chitosan 14
1.2.2.1. Các bước chính trong quá trình sản xuất chitin-chitosan 14
1.2.2.2. Một số quy trình công nghệ sản xuất chitin, chitosan trên thế giới 15
a. Quy trình sản xuất chitin từ vỏ tôm hùm của Hackman 15
b. Quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tôm của Pháp. 16
1.2.2.3. Một số quy trình sản xuất chitin-chitosan của Việt Nam 18
2

a. Quy trình của GVC Đỗ Minh Phụng-Đại Học Thuỷ Sản 18
b. Quy trình sản xuất chitin của xí nghiệp thuỷ sản Hà Nội. 19
c. Quy trình sử dụng enzym papain để sản xuất chitosan (Trần Thị Luyến-
ĐHTS). 20
d. Quy trình sản xuất chitin&chitosan theo phương pháp hoá học (TS.Trang
Sĩ Trung-ĐH Nha Trang). 21
Chương II .NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23
2.1. Nội dung và phạm vi nghiên cứu 23
2.2. Đối tượng nghiên cứu 23
2.3. Phương pháp nghiên cứu 24
2.3.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm 24
2.3.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm. 25
2.3.3.Phương pháp xử lý số liệu. 26
2.3.4. Phương pháp xác định các chỉ tiêu 26
1. Phương pháp xác định độ ẩm (phương pháp sấy ở nhiệt độ cao 100÷105
0
C).
26
2. Phương pháp xác định hàm lượng tro toàn phần (khoáng) 26
3. Phương pháp xác định hàm lượng protein (phương pháp microbiuret). 26
4. Xác định hàm lượng NH
3
bằng phương pháp trưng cất lôi cuốn hơi nước 27
5. Xác định hàm lượng acid amin bằng phương pháp formol. 27
6. Xác định độ nhớt của chitosan bằng thiết bị NDI 1 Rotational Viscometer. .27
7. Xác định độ deacetyl bằng thiết bị UV Vis. 28
Chương III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 29
3.2. Các chỉ tiêu chất lượng của nguyên liệu. 29
3.2.1. Thành phần hoá học của phế liệu tươi: 29
3.2.2. Biến đổi thành phần hoá học của phế liệu khi bảo quản ở các chế độ khác

nhau. 30
3

3.2.2.1. Bảo quản ở nhịêt độ phòng (t
0
= 28÷30
0
C) 30
3.2.2.2. Bảo quản lạnh đông 32
3.2.2.3. Mẫu phơi khô 32
3.3. Ảnh hưởng của chế độ bảo quản đến chất lượng của chitin và chitosan 35
3.3.1. Chitin & chitosan sản xuất từ phế liệu tươi. 35
3.3.2. Chitin & chitosan sản xuất từ phế liệu bảo quản ở nhiệt độ phòng. 36
3.3.3. Chitin & chitosan sản xuất từ phế liệu bảo quản lạnh đông. 37
3.3.4. Chitin & chitosan sản xuất từ phế liệu phơi khô 38
3.4. So sánh chất lượng của chitin và chitosan sản xuất từ các mẫu phế liệu bảo quản
theo các chế độ khác nhau 39
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 42
Kết luận. 42
Đề xuất ý kiến 42

4

LỜI MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của đất nước, ngành thủy sản đã và đang phát triển như
một ngành kinh tế - kỹ thuật có những đóng góp ngày càng to lớn cho đất nước, trở
thành ngành kinh tế quan trọng trong nền kinh tế quốc dân.Tỷ trọng GDP của ngành
thuỷ sản trong tổng GDP toàn quốc hiện nay là trên 5% và nước ta đã trở thành một
trong số 10 nước xuất khẩu thuỷ sản hàng đầu thế giới. Tuy nhiên đi cùng với sự phát
triển của nghành, vấn đề về phế liệu trong chế biến thuỷ sản lại là một điểm hạn chế do
lượng phế liệu thải ra từ công nghiệp chế biến thuỷ sản là rất lớn. Sự ô nhiễm môi
trường do phế liệu thải ra trong các nhà máy chế biến thuỷ sản đang trở thành vấn đề
bức xúc cần được quan tâm giải quyết nhằm làm giảm lượng chất thải cũng như tái sử
dụng chúng vào các mục đích khác. Trong các mặt hàng xuất khẩu của nuớc ta thì mặt
hàng tôm xuất khẩu luôn chiếm tỷ trọng lớn và là mặt hàng xuất khẩu chủ yếu, theo đó
cũng tạo ra một lượng lớn phế liêu tôm được thải bỏ ra, riêng vỏ tôm thải ra 70.000
tấn/năm. Như ta đã biết phế liệu tôm là một nguồn cung cấp chitin và chitosan phong
phú ngoài ra còn có thể sử dụng để chế biến rất nhiều sản phẩm khác, tuy nhiên phế
liệu tôm lại rất dễ bị hư hỏng do sự tấn công của VSV và các tác nhân khác nếu không
được thu gom hoặc bảo quản kịp thời, điều này xảy ra không những gây ra ô nhiễm
môi trường mà còn gây ra thiệt hại về kinh tế do không thể sử dụng phế liệu hư hỏng
để sản xuất các sản phẩm thực phẩm, ngoài ra còn ảnh hưởng lớn đến chất lượng của
chitin và chitosan. Chính vì vậy em lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng chất lượng
phế liệu tôm ban đầu đến quá trình sản xuất chitin và chitosan” để từ đó đưa ra được
biện pháp bảo quản phế liệu phù hợp góp phần nâng cao chất lượng chitin và chitosan.
Trong quá trình thực hiện đề tài, dù đã có nhiều cố gắng nhưng bên cạnh việc đạt
được một số kết quả thì đề tài của em vẫn còn có rất nhiều thiếu sót. Kính mong được
sự đóng góp của quý thầy cô để đề tài của em được hoàn thiện hơn.
Nha Trang, Ngày tháng năm

Sinh viên thực hiện
5

Chương I. TỔNG QUAN
1.1. Tìm hiểu về nguồn phế liệu tôm.
1.1.1. Thành phần, tính chất của nguồn phế liệu tôm.
Phế liệu tôm bao gồm đầu và vỏ đuôi tôm. Ngoài ra còn có tôm gãy thân, tôm lột
vỏ sai quy cách hoặc tôm bị biến màu, tuỳ thuộc vào loài và phương pháp xử lý lượng
phế liệu có thể vượt quá 60% khối lượng sản phẩm.
Trong thành phần phế liệu tôm, phần đầu thường chiếm khoảng 35÷45% trọng lượng
của tôm nguyên liệu, phần vỏ chiếm 10÷15%. Tỷ lệ này cũng phụ thuộc vào giống loài,
giai đoạn sinh trưởng, mùa vụ, phương pháp chế biến ví dụ: Đối với tôm càng xanh
Macrobrachium rosenbergii phần đầu tôm chiếm tới 60% trọng lượng tôm, đối với tôm
sú Penaeus monodon phần đầu tôm chiếm 40% trọng lượng tôm, đối với tôm thẻ phần
đầu tôm chiếm 28% vỏ tôm chiếm 9% trọng lượng tôm. Với sản phẩm tôm lột vỏ rút
chỉ lưng, lượng đuôi và vỏ đuôi tôm chiếm khoảng 25% trọng lượng tôm.
Thành phần chiếm tỷ lệ đáng kể trong phế liệu vỏ, đầu tôm là protein, chitin, canxi
cacbonat, sắc tố. Tỷ lệ giữa các thành phần này là không ổn định, chúng thay đổi theo
giống loài, đặc điểm sinh thái, sinh lý, mùa vụ
- Protein trong vỏ tôm tồn tại dưới hai dạng:
+ Dạng tự do.
+ Dạng phức tạp: Dạng này liên kết với chitin thành từng lớp xen kẽ, ngoài ra
protein còn liên kết với cacbonat calci quyết định tính bền vững của vỏ.
- Chitin: Thành phần chitin trong vỏ tôm tồn tại dưới dạng liên kết với protein,
khoáng, và những hợp chất hữu cơ khác gây khó khăn cho việc tách chiết và tinh chế
chúng.
- Calci: Trong vỏ, đầu tôm có chứa một lượng lớn muối vô cơ chủ yếu là muối
CaCO
3
.

6

- Sắc tố: Sắc tố ở tôm chủ yếu là một hỗn hợp có caroten, trong vỏ tôm có chứa
nhiều loại sắc tố nhưng chủ yếu là astaxanthin, astaxanthin là dẫn xuất của carroten kết
tinh dạng vảy tím, tan trong CS
2
, pridin và không tan trong nước.
Ngoài những thành phần chính trên còn có lipid, phospho, nước, enzym
- Trong phế liệu tôm có chứa một lượng lipid đáng kể (nhỏ hơn 34% db), chủ yếu
là các axit béo chưa bão hoà như eicosapentaenoic(EPA) và axit béo
decosahexaenoic(DHA), đây là những axit béo rất có lợi cho sức khoẻ con người và
chúng cũng có rất nhiều ứng dụng.
- Trong đầu tôm có chứa enzym tiêu hoá chymotrypsin được sử dụng trong điều trị
bệnh ung thư, ngoài ra trong vỏ tôm còn có một số enzym khác như alkaline
photphatase, deacetylase, chitinase, b-N-acetylglucosamidase cũng được ứng dụng
nhiều trong thực tế.
Như vậy trong phế liệu tôm có chứa rất nhiều thành phần có giá trị kinh tế cao vì
vậy vấn đề nghiên cứu tận dụng có hiệu quả phế liệu vỏ, đầu tôm cần được quan tâm.
Nếu sử dụng tốt nguồn nguyên liệu này sẽ mở ra những hướng nghiên cứu mới trong
các lĩnh vực của đời sống.
1.1.2. Sản lượng phế liệu tôm.
Trong những năm gần đây sản lượng tôm thu hoạch (cả đánh bắt và nuôi trồng)
liên tục tăng mạnh thúc đẩy nghành xuất khẩu phát triển chính vì vậy sản lượng phế
liệu tôm từ các nhà máy chế biến thuỷ sản cũng tăng lên đáng kể.
- Trên thế giới:
Theo ước tính thì sản lượng tôm trên toàn thế đạt xấp xỉ 3 triệu tấn/năm. Hầu hết
sản lượng tôm trên thế giới là từ các nước đang phát triển như: Thái Lan, Chile,
Philippin, Ấn Độ, Pakistan và Indonexia (Hall and De Silva,1992).
Theo đó tạo ra một lượng phế liệu tôm rất lớn, ước tính có khoảng 1,44 triệu tấn/năm.
Lượng phế liệu bao gồm cả đầu và vỏ tôm cả từ đánh bắt và nuôi trồng.

7

- Tại Việt Nam:
Theo chiến lược xuất khẩu của bộ Thuỷ sản đến năm 2005 sản lượng tôm xuất
khẩu đạt 140.000 tấn/năm. Từ quá trình sản xuất này có một lượng lớn phế liệu tôm
được thải ra, riêng vỏ tôm thải ra khoảng 70.000 tấn/năm. Như vậy hàng năm ở nước ta
thải ra một lượng lớn phế liệu tôm, lượng phế liệu này hiện nay chủ yếu dùng để làm
thức ăn chăn nuôi gia súc mang lại hiệu quả kinh tế không cao, trong khi đây lại là
nguồn nguyên liệu tiềm năng để sản xuất ra rất nhiều sản phẩm có giá trị như chitin,
chitosan, các chế phẩm protein ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống, chính
vì vậy cần có những biện pháp tích cực để tận dụng có hiệu quả nguồn phế liệu này.
1.1.3. Các ứng dụng của phế liệu tôm.
Ngày nay khi ngành công nghiệp chế biến thực phẩm ngày càng phát triển thì ô
nhiễm từ phế thải đã trở thành một vấn đề ngày càng bức xúc do việc thải bỏ chất thải
rắn cũng như nước thải phát sinh, vì vậy giảm lượng phế liệu từ khâu chế biến hoặc tìm
các giải pháp tái sử dụng chúng đang ngày càng trở nên phổ biến nhằm làm giảm ô
nhiễm môi trường và làm tăng lợi nhuận cho ngành thủy sản. Đặc biệt đối với phế liệu
tôm hiện nay đang rất được quan tâm bởi đây là loại phế liệu có rất nhiều ứng dụng
mang lại giá trị kinh tế cao:
- Từ phế liệu tôm thu hồi được có thể tận dụng để sản xuất bột tôm vì chúng chứa
một số chất kích thích ăn hay các chất dẫn dụ hóa học, chủ yếu là acidamin và
nucleotide, các chất này cải thiện đáng kể chất lượng thức ăn cho vật nuôi. Bên cạnh đó
bột tôm cũng cung cấp một nguồn carotenoid có tác dụng tạo sắc tố ở loài vật nuôi như:
Làm cho thịt cá hồi có màu hồng như mong muốn,
dùng bột tôm làm thức ăn cho gia cầm sẽ giúp cải thiện sắc tố da.
- Phế liệu tôm có thể được sử dụng giống như một cơ chất cho quá trình lên men để
tạo ra các enzym hoặc tạo ra các sản phẩm có giá trị cao khác như chất kháng sinh
8

- Trong thành phần của vỏ, đầu tôm có chứa một lượng lớn chitin, vì vậy có thể sử

dụng để sản xuất chitin và chitosan. Hiện nay chitin và chitosan ngày càng được ứng
dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống mang lại giá trị kinh tế cao.
- Ngoài ra từ phế liệu tôm có thể tận dụng để chế biến thành rất nhiều sản phẩm
khác như: Đầu tôm sau khi được loại vỏ có thể chế biến thành mắm tôm và gia vị, đầu
tôm được dùng làm nguyên liệu tạo mùi cho món súp tôm đặc, tôm vụn được dùng làm
món canh tôm, tận dụng nước luộc tôm để tận thu protein hoà tan
- Từ phế liệu tôm có chất lượng cao có thể sử dụng làm bánh phồng tôm, các sản
phẩm khác như nước mắm tôm, tôm khô hay sambal (một món gia vị) cũng là hướng
để sử dụng phế liệu tôm với chất lượng tốt để sản xuất các sản phẩm tương tự.
1.1.4. Xử lý và bảo quản phế liệu trước khi sản xuất chitin & chitosan.
Trong phế liệu tôm có chứa rất nhiều enzym và vi sinh vật, enzym chủ yếu tồn tại
trong đầu tôm là các enzym proteaza thuỷ phân protein, còn trong phần vỏ chứa ít
enzym hơn, vi sinh vật trong phế liệu tôm chủ yếu là các loài vi sinh vật gây thối rữa
phân huỷ protein, vi sinh vật có mặt trên phế liệu tôm chủ yếu lây nhiễm vào từ các
vùng nuôi ngay từ khi tôm còn sống cho tới khi đánh bắt, vận chuyển sau khi tôm
chết chúng bắt đầu phân giải protein, quá trình chế biến cũng là nguyên nhân chính làm
lây nhiễm vi sinh vật vào phế liệu tôm, dưới tác dụng của các enzym và vi sinh vật
protein trong phế liệu sẽ bị phân huỷ thành các sản phẩm bậc thấp như pepton, peptid,
axit amin, aldehyt, NH
3

Do đó khi phế liệu tôm chưa được sử dụng để sản xuất mà không áp dụng các biện
pháp để bảo quản thì phế liệu sẽ nhanh chóng bị hư hỏng, lượng protein trong đầu tôm
bị mất đi vì bị ươn thối có thể tới trên 10%. Điều này xảy ra không những làm mất đi
một lượng lớn phế liệu tôm mà còn làm ô nhiễm môi trường một cách nghiêm trọng.
Vì vậy việc nghiên cứu và đưa ra các phương pháp bảo quản phế liệu tôm là rất cần
thiết.
9

Hiện nay có nhiều phương pháp bảo quản phế liệu khác nhau như: Phơi (hay sấy

khô), làm lạnh, cấp đông, luộc hay sử dụng hoá chất bảo quản
+ Làm lạnh: Là hạ nhiệt độ của phế liệu tôm xuống gần nhưng không thấp hơn
nhiệt độ điểm băng. Phương pháp này hạn chế được một phần sự phát triển của VSV
và enzym nhưng nhược điểm của phương pháp này là thời gian bảo quản ngắn.
+ Phơi hay sấy khô: Là phương pháp giảm độ ẩm của phế liệu tôm. Do đó cũng
góp phần kìm hãm hoạt động của enzym và VSV. Đây là phương pháp hiện nay đang
được sử dụng phổ biến.
+ Sử dụng hoá chất bảo quản: đây là phương pháp đang được nghiên cứu để áp
dụng rộng rãi trong thực tế. Nguyên tắc chung của phương pháp này là dùng hóa chất
để ức chế hoạt động của enzym và VSV. Hoá chất sử dụng có thể là axit hữu cơ, axit
vô cơ và các chất bảo quản khác. Khi sử dụng các axit để bảo quản phế liệu, chúng sẽ
làm giảm pH xuống, tạo môi trường bất lợi cho các tác nhân gây hư hỏng phế liệu.
Thông thường acid focmic với hàm lượng 3% (w/v) được sử dụng làm tác nhân acid
hoá để hạ pH xuống 4,0 hay thấp hơn nữa. Acid focmic chứa một số thành phần có tác
dụng khử trùng, ức chế vi khuẩn. Ngoài ra có thể sử dụng hỗn hợp acid hữu cơ và axit
vô cơ như acid focmic, axit acetic, axit HCl và/hoặc acid Sulfuric, acid propionic với
tỷ lệ và nồng độ thích hợp.
+ Phương pháp luộc: Sử dụng nhiệt độ cao trong môi trường có nước để vô
hoạt enzym và tiêu diệt VSV, phương pháp này ít được sử dụng do chi phí sản xuất cao
và không kéo dài được thời gian bảo quản.
+ Phương pháp cấp đông: Đây là phương pháp hạ thấp nhiệt độ của phế liệu
xuống dưới -18
0
C, ở nhiệt độ này có tác dụng ức chế mạnh hoạt động của enzym và
VSV vì vậy có thể giữ được chất lượng của phế liệu tốt. Tuy nhiên phương pháp này
cũng có nhược điểm là chi phí sản xuất cao.
10

1.2. Tổng quan về chitin-chitosan và công nghệ sản xuất chitin-chitosan.
1.2.1.Khái quát chung về chitin-chitosan.

Chitin là một polymer hữu cơ phổ biến trong thiên nhiên, chitin được phân bố
rộng rãi chỉ sau cellulose, ước tính cứ một năm trái đất tổng hợp 20g chitin/m
2
/năm.
chitin có trong vỏ, xương của động vật không xương sống; trong móng chân, sừng,
khớp xương của động vật có xương sống; trong vỏ của tế bào thực vật đều có chứa ít
nhiều chitin. Trong động vật thuỷ sản đặc biệt là vỏ tôm, cua, ghẹ, hàm lượng chitin
chiếm tỷ 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 và các sản phẩm từ chúng. Trong tự nhiên
chitin tồn tại ở dạng liên kết với các thành phần khác tạo phức hợp bền vững.
Chitosan là dẫn xuất của chitin, nó được tạo ra bằng cách khử gốc acetyl của
chitin trong môi trường kiềm đặc nóng. Chitosan có những tính chất đặc biệt hơn chitin
nên khả năng ứng dụng của chitosan rất rộng rãi.
1.2.1.1.Cấu tạo và tính chất của chitin, chitosan.
1.2.1.1.1. Cấu tạo và tính chất của chitin.
a, Cấu tạo của chitin.
Chitin có cấu trúc polymer tuyến tính từ các đơn vị N-acetyl-b-D glucosamin nối
với nhau nhờ cầu nối b-1,4 glucoside.






Hình1.1. Cấu trúc phân tử của chitin.
Công thức phân tử:


5138
OHC

n

11

b, Tính chất của chitin.
 Chitin không tan trong kiềm, axit loãng, trong nước và các dung môi hữu cơ khác.
 Chitin bền với các chất oxy hoá như H
2
O
2
nước Javel, KMnO
4
.
 Khi đun nóng trong môi trường axit đặc nó sẽ phân huỷ tạo Glucosamin.
 Đun nóng trong môi trường kiềm đặc nó sẽ bị khử gốc Acetyl tạo thành Chitosan.

Chitin khó tan trong dung dịch NH
3.
1.2.1.1.2.Cấu tạo và tính chất của chitosan.
a, Cấu tạo của chitosan.
Chitosan là một polymer hữu cơ có cấu trúc tuyến tính từ các đơn vị b-D
Glucosamin liên kết với nhau bằng liên kết b-1,4 glucoside.





Hình 1.2. Cấu trúc phân tử của chitosan.
Công thức phân tử:



NOHC
4116
n

b, Tính chất của chitosan.
Chitosan có những đặc tính cơ bản sau: chitosan có nguồn gốc tự nhiên, trọng
lượng phân tử cao, không độc, an toàn cho người khi sử dụng chitosan làm thực phẩm,
dược phẩm. Nó có khả năng hoà hợp cao với cơ thể và có khả năng tự phân huỷ sinh
học. Ngoài ra chitosan còn có khả năng hút nước, giữ ẩm, kháng nấm, kháng khuẩn với
nhiều chủng loại khác nhau.
- Tính chất vật lý:
+ Chitosan là chất rắn, xốp, nhẹ.
+ Ở dạng bột chitosan có màu trắng ngà, ở dạng vảy có màu trắng hoặc hơi vàng.
- Tính chất hoá học:
12

+ Chitosan có tính kiềm nhẹ, không tan trong nước, trong kiềm nhưng tan trong
acid acetic loãng tạo thành dung dịch keo dương, nhớt và trong suốt, nhờ đó mà keo
chitosan không kết tủa khi có mặt một số ion kim loại nặng như Pb, Hg
+ Chitosan kết hợp với aldehyde trong điều kiện thích hợp hình thành gel, đây là
cơ sở để bẫy tế bào, enzyme.
+ Chitosan phản ứng với acid đậm đặc, tạo thành muối khó tan, tác dụng với iot
trong môi trường H
2
SO
4
cho phản ứng màu tím, phản ứng này dùng để phân tích định
tính Chitosan.
- Tính chất sinh học:

+ Chitosan có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm với nhiều chủng loại khác nhau.
+ Chitosan có tác dụng làm giảm cholesterol và lipid trong máu.
+ Chitosan được dùng để chữa bệnh tiểu đường do khả năng thúc đẩy hoạt động
của các peptid-insulin kích thích sự tiết insulin ở tuyến tuỵ.
1.2.1.2. Ứng dụng của chitin và chitosan.
a, Ứng dụng của chitin.
Chitin được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực:
+ Dùng trong nghành dệt: Làm cho vải vóc, tơ sợi bền màu, chịu được cọ sát.
+ Dùng để sản xuất giấy trong suốt và những màng mỏng.
+ Để sản xuất sợi chitin không tan trong acid, độ dai tăng lên, không độc.
+ Chitin kết hợp với muối kim loại hình thành hợp chất associated, nếu đem kết
hợp với muối của Pb, Cd, Zn sẽ tạo ra loại cellulose có khả năng chống tia phóng xạ
+ Dùng trong thực phẩm: Chitin cũng được ứng dụng trong thực phẩm như dùng
chitin trong sản xuất ethanol, nếu cung cấp 0,2% chitin vào môi trường lên men củ cải
đường ở 37
0
C sau 36 giờ sẽ có 5,38÷5,6% ethanol được hình thành, nhưng nếu không
có mặt chitin thì phải mất 72h để sản xuất một lượng tương tự.
b, Ứng dụng của chitosan:
13

Chitosan có ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế.
- Trong nông nghiệp:
+ Chitosan được sử dụng để bọc nang hạt giống nhằm ngăn ngừa sự tấn công của
nấm trong đất, đồng thời nó còn có tác dụng cố định phân bón, tăng khả năng nảy mầm
của hạt.
+ Trong chăn nuôi chitosan cũng được sử dụng làm chất tăng trưởng trong thức ăn
gia cầm đã được chứng minh là không độc và không có tác dụng phụ.
- Trong xử lý nước thải:
+ Làm chất đông để tuần hoàn nước, loại bỏ thuốc nhuộm, diệt côn trùng

+ Tạo chelat (hợp chất dị vòng chứa ion kim loại) với các kim loại nặng giúp loại
bỏ các chất thải độc hại
- Trong công nghệ thực phẩm:
+ Chitosan có thể sử dụng làm chất lọc để loại bỏ tanin, làm trong đồ uống
+ Làm chất bảo quản thực phẩm: Chitosan có khả năng ức chế hoạt động của một
số vi khuẩn như E.coli , diệt được một số loại nấm hại dâu tây, cà rốt, đậu và có tác
dụng tốt trong bảo quản các loại rau quả có vỏ cứng bên ngoài.
+ Làm màng bao thực phẩm: Chitosan có tính chất kháng khuẩn nên có thể sử
dụng làm màng bao thực phẩm thay thế cho màng bao bằng PE. Ngoài ra chitosan còn
có thể làm chậm quá trình bị thâm của rau quả
- Trong y tế:
+ Làm thuốc chống cholesterol: chitosan sẽ giúp làm giảm thành phần cholesterol
có hại và tăng cholesterol có lợi cho cơ thể con người, làm ổn định huyết áp.
+ Sử dụng làm bông băng, chỉ tự tiêu, là thành phần quan trọng để làm lành vết
thương, điều trị bỏng và các tổn thương da
Ngoài ra chitosan còn có rất nhiều ứng dụng khác trong thực tế và hiện vẫn đang được
nghiên cứu để mở rộng phạm vi ứng dụng của chúng.
14

1.2.2. Công nghệ sản xuất chitin-chitosan.
1.2.2.1. Các bước chính trong quá trình sản xuất chitin-chitosan.
Chitin không tồn tại độc lập mà nó thường liên kết với các thành phần khác như:
Protein, khoáng, sắc tố. Vì vậy để thu được chitin thì ta phải loại bỏ các thành phần
khác không phải là chitin trong nguyên liệu.
Quá trình sản xuất chitin-chitosan bao gồm 3 bước chính là:
- Bước khử khoáng (tách khoáng):
Khoáng tồn tại trong vỏ tôm chủ yếu ở dạng các muối không tan như: CaCO
3
,
Ca

3
(PO
4
)
2
. Vì vậy để khử khoáng trong đầu và vỏ tôm ta sử dụng các acid HCl hoặc
HCOOH để hoà tan các muối không tan thành các muối có thể tan được và tách ra.
Phương trình phản ứng:
CaCO
3
+ HCl CaCl
2
+ H
2
O + CO
2
CaCO
3
+ HCOOH (HCOOH)
2
Ca + H
2
O + CO
2
- Bước khử Protein: Để khử Protein trong phế liệu tôm có thể sử dụng các phương
pháp sau:
 Phương pháp hoá học: Sử dụng NaOH để khử protein, nồng độ NaOH sử dụng
tuỳ thuộc vào hàm lượng Protein trong nguyên liệu. Đây là phương pháp mang lại hiệu
quả khử protein cao nhưng lại có nhược điểm là thải ra một lượng lớn NaOH gây ô
nhiễm môi trường.

 Phương pháp sinh học: Có thể sử dụng các Enzym khác nhau để thuỷ phân
protein trong phế liệu tôm, từ đó tách được protein ra khỏi nguyên liệu, có thể sử dụng
một số Enzym sau: chymotripsin, papain, các enzym từ vi sinh vật. Đây là phương
pháp có nhiều ưu điểm, sử dụng nhiệt độ thấp và áp xuất tự nhiên, không ảnh hưởng tới
các thành phần khác, tuy nhiên lại có nhược điểm là chi phí cao vì vậy hiện nay
phương pháp hoá học thường được sử dụng phổ biến hơn.
Có thể khử khoáng trước hoặc sau bước khử protein.
15

Tuỳ theo yêu cầu sử dụng mà có thể có thêm bước khử màu hoặc không. Có thể
sử dụng các chất oxy hoá khử để khử màu như: H
2
O
2
nước Javel, KMnO
4
hoặc sử dụng
dung môi là aceton để chiết sắc tố.
- Bước Deacetyl: Sau khi thu chitin tiến hành deacetyl chitin trong môi trường kiềm
đặc, nóng để loại bỏ nhóm (-CO-CH
3
) trong phân tử Chitin tạo thành Chitosan.

Hình 1.3. Phản ứng deacetyl chuyển chitin thành chitosan.
1.2.2.2. Một số quy trình công nghệ sản xuất chitin, chitosan trên thế giới.
a, Quy trình sản xuất chitin từ vỏ tôm hùm của Hackman.
Vỏ tôm hùm được rửa sạch và sấy khô ở 100
0
C, được khử khoáng bằng HCl 2N
với tỉ lệ w/v=1/10 ở nhiệt độ phòng trong thời gian 5h, sau đó rửa trung tính rồi sấy
khô ở 100
0
C và nghiền thành bột mịn, tiếp tục ngâm trong dung dịch HCl 2N với tỷ lệ
w/v=1/2,5 ở nhiệt độ phòng trong thời gian 48h sau đó ly tâm thu phần bã và đem rửa
trung tính. Ngâm bã bột đã rửa trung tính trong dung dịch NaOH 1N với tỉ lệ
w/v=1/2,5 ở nhiệt độ 100
0
C trong 42h rồi đem li tâm thu phần bã và tiến hành rửa
trung tính. Sau đó tiếp tục ngâm trong dung dịch NaOH 1N với tỉ lệ và nhiệt độ như
trên trong 12h rồi đem li tâm thu phần bã, rửa trung tính và đem rửa sạch bằng cách li
tâm với các chất theo thứ tự: nước, ethanol, ether và làm khô ta thu được sản phẩm
Chitin dạng bột màu kem.
Sơ đồ quy trình:
16

HCl 2M
T
0
phòng


=5h; w/v=1/10

HCl 2M
t
0
phòng,

=5h
w/v=1/2,5

NaOH 1M
t
0
=100
0
C,

=42h
w/v=1/2,5
NaOH 1M
t
0
=100
0
C,

=12h
w/v=1/2,5

Hình 1.4. Quy trình sản xuất chitin từ vỏ tôm hùm của Hackman.
b, Quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tôm của Pháp.
Nguyên liệu (vỏ tôm) sạch được đem đi hấp chín, phơi khô, sau đó xay nhỏ. Tiến
hành khử protein bằng NaOH 3,5% với tỉ lệ w/v=1/10 ở nhiệt độ 65
0
C trong 2h rồi vớt
ra và tiến hành tẩy màu bằng aceton với tỉ lệ w/v=1/5 ở nhiệt độ phòng trong thời gian
30phút, vớt ra rửa sạch sau đó tẩy màu lại bằng NaOCl 0,135% với tỉ lệ w/v=1/4 ở
Nguyên liệu, ngâm HCl

Rửa trung tính, sấy khô

Nghiền mịn

Ngâm HCl

Li tâm, rửa trung tính

Ngâm NaOH
Li tâm, rửa trung tính
Ngâm NaOH
Li tâm, rửa trung tính
Rửa sạch bằng li tâm
Làm khô
chitin dạng bột màu kem
17

nhiệt độ phòng trong 6phút rồi vớt ra rửa trung tính ta thu được chitin. Sau đó deacetyl
ta thu được chitosan.
Sơ đồ quy trình:


















Hình 1.5. Quy trình sản xuất chitin-chitosan từ vỏ tôm của Pháp.
Ưu điểm: Thời gian sản xuất ngắn, sản phẩm có màu sắc đẹp, sạch do có 2 bước khử
sắc tố.
Nhược điểm: Do NaOCl là một chất oxy hoá mạnh, ảnh hưởng đến mạch polymer, do
đó độ nhớt của sản phẩm giảm, chi phí sản xuất lớn do aceton rất đắt tiền, khó đảm bảo
an toàn khi sản xuất, khó áp dụng trong điều kiện sản xuất của nước ta hiện nay.
Vỏ tôm
Hấp chín, phơi khô
Chitosan

Deacetyl

Rửa trung tính
Ngâm NaOCl
Ngâm HCl
Rửa trung tính
Tách protein
Xay nhỏ
18

1.2.2.3. Một số quy trình sản xuất chitin-chitosan của Việt Nam.
a, Quy trình của GVC Đỗ Minh Phụng-Đại Học Thuỷ Sản .
Sơ đồ quy trình





Hình 1.6. Quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tôm của Đỗ Minh Phụng.
Nguyên liệu là vỏ tôm khô được khử khoáng bằng HCl 6N với tỉ lệ w/v=1/2,5, ở
nhiệt độ phòng, sau 48h vớt ra và rửa trung tính, tiếp theo ngâm trong NaOH 8% ở
nhiệt độ 100
0
C trong 2h với tỉ lệ w/v=1/2,5 để khử protein, sau đó vớt ra và đem rửa
trung tính. Tiến hành tẩy màu bằng KMnO
4
1% trong môi trường H
2
SO
4

10% trong 60
phút sau đó đem rửa sạch và tiếp tục tẩy màu bằng Na
2
SO
3
1,5% trong 15 phút rồi vớt
ra rửa sạch ta thu được chitin, deacetyl bằng NaOH 40% với tỉ lệ w/v=1/1, t
0
=80
0
C.
Ngâm HCl
Rửa trung tính
Ngâm NaOH
Rửa trung tính
Tẩy màu
chitin
Nấu trong NaOH
Vỏ tôm khô
Rửa trung tính
chitosan
19

Sau thời gian 24h vớt ra rửa sạch ta thu được chitosan.
Ưu điểm: Sản phẩm có chất lượng khá tốt, chitin có màu sắc đẹp.
Nhược điểm: Thời gian xử lý dài, sử dụng nhiều chất oxy hoá nên dễ ảnh hưởng đến độ
nhớt của chitosan sau này.
b, Quy trình sản xuất chitin của xí nghiệp thuỷ sản Hà Nội.

HCl 4%


=24h, t
0
phòng
w/v=1/2

NaOH 2%
t
0
=90÷95
0
C,

=3h
w/v=1/2
HCl 4%


=24h, t
0
phòng
w/v=1/2
NaOH 2%
t
0
=90÷95
0
C,


=3h
w/v=1/2,8

HCl 4%
t
0
phòng,

=24h
w/v=1/2



Hình 1.7. Quy trình sản xuất chitin của xí nghiệp thuỷ sản Hà Nội.
Nguyên liệu
Tách khoáng lần 1
Rửa trung tính
Tách protein lần 1
Rửa trung tính
Tách khoáng lần 2
Rửa trung tính
Tách protein lần 2
Rửa trung tính
Tách khoáng lần 3
Rửa trung tính
chitin
20

Nguyên liệu là vỏ tôm khô hoặc tươi được loại bỏ hết tạp chất, xử lý tách khoáng lần 1
trong HCl 4% trong thời gian 24h ở nhiệt độ phòng với tỷ lệ w/v=1/2 sau đó vớt ra rửa

trung tính và dùng NaOH 2% để tách protein lần 1 với tỷ lệ w/v=1/2,8, ở nhiệt độ
90÷95
0
C trong thời gian 3h, sau đó rửa trung tính và tiến hành khử khoáng lần 2 cũng
bằng HCl 4% với tỷ lệ w/v=1/2, ở nhiệt độ phòng trong thời gian 24h rồi đem rửa trung
tính.
Để tách protein lần 2 ta ngâm trong NaOH 2% với tỷ lệ w/v=1/2,8 ở nhiệt độ
90÷95
0
C sau 3h vớt ra rửa trung tính rồi tiến hành khử khoáng lần 3 cũng giống hai lần
trên. Sản phẩm đem sấy khô ta thu được chitin.
Ưu điểm: Chitin thu được có độ trắng cao mặc dù không có công đoạn tẩy màu.
Nhược điểm: Thời gian sản xuất kéo dài, nồng độ hóa chất sử dụng cao kết hợp với
thời gian xử lý dài (công đoạn khử khoáng) làm cắt mạch polymer trong môi trường
acid dẫn đến độ nhớt giảm.
c, Quy trình sử dụng enzym papain để sản xuất chitosan (Trần Thị Luyến-ĐHTS).
Vỏ tôm khô được xử lý trong dung dịch HCl 10% với tỉ lệ w/v=1/10, ở nhiệt độ
thường trong thời gian 5h. Còn vỏ tôm tươi được xử lý tương tự như trên nhưng với tỉ
lệ w/v=1/5. Sau đó tiến hành rửa trung tính rồi tiến hành khử protein bằng enzym
papain theo phương pháp bổ sung dung dịch 13% papain vào khối vỏ tôm đạt tỉ lệ
w/v=1/5, dung dịch acid HCl điều chỉnh về 5÷5,5 và nâng nhiệt độ lên 70÷80
0
C trong
thời gian 4h, sau đó rửa sạch và làm khô ta thu được chitin. Tiếp tục tiến hành deacetyl
trong dung dịch NaOH 35%, ở nhiệt độ t
0
=80±2
0
C, với tỷ w/v=1/10, trong thời gian 6h
sau đó vớt ra tiếp tục tiến hành rửa trung tính và phơi khô ta thu được chitosan.

Ưu điểm: Cho sản phẩm có chất lượng cao, độ nhớt độ tan và hiệu xuất cao. Dịch thuỷ
phân thải ra trong quá trình sản xuất có chứa nhiều protein và một số chất có lợi khác,
vì vậy có thể tái sử dụng để thu hồi protein mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Nhược điểm: Chi phí sản xuất cao. Cần có nhiều nghiên cứu để sử dụng enzym
deacetylase thay thế hoàn toàn cho NaOH trong công đoạn deacetyl
21

Khử protein
Papain13%
t
0
=70
0
C,

=4h
pH=5, w/v=1/5
Ngâm HCl
Ngâm HCl
Rửa trung tính
Rửa sạch
Làm khô
Vỏ tôm tươi
Rửa trung tính
Chitosan
Sơ đồ quy trình:

NaOH 35%
t
0

=70÷80
0
C
t=6h
w/v=1/10












Hình 1.8. Quy trình sử dụng enzym papain để sản xuất chitosan.
d. Quy trình sản xuất chitin&chitosan theo phương pháp hoá học (TS.Trang Sĩ Trung-
ĐH Nha Trang).
Nguyên liệu được khử khoáng bằng HCl 4%, ở nhiệt độ phòng trong thời gian 6h,
tỉ lệ w/v=1/1.5, sau đó được rửa sạch đến trung tính. Sau khi khử khoáng tiến hành khử
protein trong đầu, vỏ tôm bằng NaOH 4%, ở nhiệt độ phòng trong thời gian 6h, tỉ lệ
w/v=1/1.5, rửa trung tính và phơi khô ta thu được chitin.
Tiếp tục deacetyl chitin bằng NaOH 70%, ở nhiệt độ 90÷95
0
C trong thời gian 3h, tỉ lệ
w/v=1/12, sau đó vớt ra rửa sạch NaOH, phơi khô ta thu được chitosan.
Vỏ tôm khô
Deacetyl

22

Sơ đồ quy trình

HCl 4%
w/v=1/1.5
t
0
phòng,

=6h

NaOH 4%


=6h, t
0
phòng
w/v=1/1.5





NaOH 70%


=3h, t
0
=90÷95

0
C
w/v=1/12




Hình 1.9. Sơ đồ quy trình sản xuất chitin&chitosan (TS.Trang Sĩ Trung-ĐH Nha Trang)

Nhận xét: Đây là quy trình nghiên cứu sản xuất chitin và chitosan áp dụng cho đối
tượng nguyên liệu là tôm thẻ, dễ thực hiện, thời gian sản xuất ngắn, cho chất lượng
chitin và chitosan khá cao.

Nguyên liệu
Khử khoáng
Rửa trung tính
Khử protein
Rửa trung tính
Phơi khô
chitin
deacetyl
Rửa trung tính
chitosan
23

Chương II .NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
2.1. Nội dung và phạm vi nghiên cứu.
Mục đích thực hiện đề tài là nghiên cứu ảnh hưởng của chất lượng phế liệu tôm
ban đầu khi bảo quản ở các chế độ khác nhau đến chất lượng của sản phẩm chitin và

chitosan.
Khảo sát tình hình bảo quản phế liệu hiện nay tại nhà máy chế biến thuỷ sản F17,
thuộc Thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hoà.
Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu ảnh hưởng của 3 chế độ bảo quản bao gồm bảo
quản thường, bảo quản đông và phơi khô đến chất lượng của chitin-chitosan được sản
xuất từ phế liệu đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng theo quy trình trình bày ở mục 1.2.2.3.d.
2.2. Đối tượng nghiên cứu.
Đối tượng được lựa chọn để nghiên cứu là phế liệu (đầu và vỏ) tôm thẻ chân trắng
(Penaeus vannamei). Phế liệu được thu mua từ xí nghiệp F17 thuộc Thành phố Nha
Trang, tỉnh Khánh Hòa.
Đầu và vỏ tôm được thu mua ngay từ khi tôm vừa được bóc vỏ ra sau đó được vận
chuyển về xưởng sản xuất, trong quá trình vận chuyển phế liệu được giữ lạnh bằng
nước đá.
Sau khi vận chuyển về xưởng sản xuất phế liệu được chia thành 4 lô, khối lượng
mỗi lô là 5kg, đựng trong bao nilong (khối lượng trong mỗi bao là 500g).
Cách xử lý từng lô như sau:
+ Lô 1: Được đem đi sản xuất ngay thành chitin và chitosan.
+ Lô 2: Bảo quản ở nhiệt độ phòng: Phế liệu sau khi vận chuyển từ nhà máy về được
bảo quản ở nhiệt độ phòng (nhiệt độ từ 28÷30
0
C), trong các thùng xốp, sau các khoảng
thời gian khác nhau thì được đem đi sản xuất chitin, chitosan.
24

+Lô 3: Bảo quản lạnh đông (t
0
<=-18
0
C): Phế liệu sau khi đem từ nhà máy về được cấp
đông nhanh, hạ thấp nhiệt độ của phế liệu xuống dưới -18

0
C, sau đó đem bảo quản
trong tủ đông, sau thời gian bảo quản 1 tháng mới được đem đi sản xuất chitin &
chitosan.
+Lô 4: Phơi khô: Phế liệu được đem đi phơi khô làm giảm độ ẩm xuống dưới giới hạn
hoạt động của vi sinh vật (độ ẩm <20%) nhằm kéo dài thời gian bảo quản, sau đó mới
được đem đi sản xuất chitin & chitosan.
2.3. Phương pháp nghiên cứu.
2.3.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm.
- Tiến hành khảo sát tình hình bảo quản phế liệu tôm hiện nay tại nhà máy chế biến
thuỷ sản F17: Khảo sát từ khâu tiếp nhận nguyên liệu đến quá trình sản xuất, thu gom
và bảo quản phế liệu tại nhà máy.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các chế độ bảo quản đến chất lượng của sản phẩm chitin
và chitosan:
Tiến hành bố trí thí nghiệm theo phương pháp cổ điển.
Với các mẫu phế liệu bảo quản theo các phương pháp khác nhau tiến hành xác
định các chỉ tiêu: Hàm lượng protein, hàm lượng axit amin, hàm lượng khoáng, độ ẩm,
NH
3
. Từ đó đánh giá được chất lượng ban đầu của các mẫu phế liệu bảo quản theo các
phương pháp khác nhau đồng thời qua đó đánh giá được ảnh hưởng của các chế độ bảo
quản đến chất lượng của phế liệu.
Chitin&chitosan được sản xuất theo quy trình hoá học truyền thống trình bày tại
mục 1.2.2.3.d áp dụng cho tất cả các mẫu phế liệu bảo quản theo các phương pháp
khac nhau. Từ đó so sánh các chỉ tiêu chất lượng của chitin&chitosan sản xuất từ các
mẫu phế liệu bảo quản theo các chế độ khác nhau để đánh giá được ảnh hưởng của chất
lượng phế liệu ban đầu đến chất lượng của sản phẩm chitin&chitosan.
25

2.3.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm.

Hình 2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm.
Hàm lượng
protein

Axit
amin

NH
3

Độ
ẩ
m

Tro
chitin

chitosan
Xác định các chỉ tiêu của
chitin và chitosan
Nguyên liệu
Bảo quản lạnh đông Phơi khô
Bảo quản ở nhiệt độ phòng

=4h

=8h

=2h

=6h
Xác định thành phần hoá học
Hàm lượng
protein

Độ
ẩm

Hàm
lư
ợ
ng tro

Độ
nh
ớ
t

Độ
deacetyl

Đánh giá chất lượng và so sánh
Đề xuất biện pháp bảo quản phế liệu
Xác định thành phần hóa học