HOÀN CHỈNH THIẾT kế và CHẾ tạo THIẾT bị sơ CHẾ PHẾ LIỆU THỦY sản để sản XUẤT CHITIN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ

oOo



BÙI MINH NGỌC
LÊ BÁ TRƯNG





HOÀN CHỈNH THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ
SƠ CHẾ PHẾ LIỆU THỦY SẢN ĐỂ SẢN XUẤT
CHITIN



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

CHUYÊN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY





GVHD: KS. LÊ NGỌC SƠN

Nha Trang, tháng 01 năm 2010.




1
Lời nói ñầu

Trong quá trình học tập tại trường Đại học Nha Trang, em ñã ñược học tập
những ñiều hay từ các Thầy cô bạn bè, ñặc biệt từ các Thầy cô em ñã tiếp nhận
ñược một lượng kiến thức lớn lao về các môn học và về chuyên ngành Chế tạo máy
mà em ñang theo học.
Để kết thúc những tháng năm gắn bó với mái trường thân yêu này, giờ ñã
ñến lúc chúng em phải thể hiện nổ lực cuối cùng, ñó là làm tốt Đồ án tốt nghiệp.
Với những chỉ bảo tận tình của,Thầy Lê Ngọc Sơn,Thầy Trần An Xuân cộng thêm
sự nổ lực tìm tòi học hỏi của bản thân em ñã hoàn thành ñược Đồ án tốt nghiệp. Em
rất chân thành cảm ơn Thầy Lê Ngọc Sơn,Thầy Trần An Xuân .Vì ñã bổ sung cho
em nhiều kiến thức quý báu, và ñã trang bị cho em thêm nhiều suy nghĩ mới về
công việc sau này.
Do thời gian hạn chế và ñặc biệt do trình ñộ của bản thân chưa ñáp ứng
ñược yêu cầu nên em không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình làm Đồ
án tốt nghiệp. Vì vậy em mong ñược các Thầy cho em những ý kiến ñóng góp, và
mong các bạn ñọc cho tôi những góp ý chân thành ñể hoàn thiện hơn ñề tài này của
tôi.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn.

Nha Trang 25/12/2009
Sinh viên thực hiện
Bùi Minh Ngọc
Lê Bá Trưng






2









CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ QUY TRÌNH THIẾT BỊ SẢN XUẤT
CHITIN-CHITOSAN TỪ PHẾ LIỆU CHẾ BIẾN THỦY SẢN.

I. Tổng quan về Chitin - Chitosan
1.1. Sự tồn tại của Chitin- chitosan trong tự nhiên.
Chitin- Chitosan là polymer hữu cơ phổ biến trong tự nhiên sau cellulose và
chúng ñược tạo ra trung bình 20g trong một năm /m
2

bề mặt trái ñất. Trong tự nhiên
Chitin tồn tại ở cả thực vật và ñộng vật.
Trong giới ñộng vật, Chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng của các vỏ
một số ñộng vật không xương sống. Ở thực vật Chitin có ở thành tế bào của nấm và
một số tảo chlorophiceoe. Chitosan chính là sản phẩm biến tính của Chitin khi xử lý
Chitin với kiềm ñặc nóng.
Chitin- Chitosan là polysaccharide có ñạm không ñộc 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 glucozit và hình thành một mạng các sợi có tổ chức.
Trong ñộng vật thuỷ sản, ñặc biệt trong vỏ tôm, cua, ghẹ hàm lượng Chitin-
Chitosan khá cao từ 14÷35% so với trọng lượng khô. Vì vậy, vỏ tôm, cua, ghẹ là
nguồn nguyên liệu chính ñể sản xuất Chitin-Chitosan và các sản phẩm từ chúng
1.2. Cấu trúc và tính chất của Chitin.


3
Từ những nghiên cứu về sự thuỷ phân Chitin bằng enzim hay HCl ñậm ñặc,
người ta thấy rằng Chitin có cấu trúc là một polymer ñược tạo thành từ các ñơn vị
N- Acetyl-β-D-Glucosamin liên kết với nhau bởi liên kết β-1-4glucozit
Công thức cấu tạo:






Công thức phân tử:
[C
8
H

13
O
5
]
n

n : thay ñổi tuỳ thuộc vào từng loại nguyên liệu
Ví dụ: n= 400 ÷500 ở tôm thẻ
n= 700 ÷800 ở tôm hùm
n= 500 ÷ 600 ở cua
M
Chitin
= (203,09)
n
phân tử luợng
Chitin có màu trắng, không tan trong nước, trong môi trường kiềm, acid
loãng và các dung môi hữu cơ ete, rượu… Nhưng nó lại hoà tan trong dung dịch ñặc
nóng của muối thioxianatliti(LiSCN) và thioxianat can xi [Ca(SCN)
2
] tạo thành
dung dịch keo.
Chitin ổn ñịnh với các chất oxy hoá khử như thuốc tím KMnO
4
; oxy già
H
2
O
2
; nước Jave NaClO hay clorua vôi [CaClO]…Do ñó, dùng các hoá chất trên ñể
khử màu.

Chitin khó hoà tan trong thuốc thử Schweizei Sapranora. Điều này có thể do
nhóm axêtamin (-NHCOCH
3
) ngăn cản sự tạo thành các phức hợp cần thiết.
Khi ñun nóng trong acid HCl ñậm ñặc thì Chitin bị thuỷ phân hoàn toàn
thành 85,5% D-Glucosamin và 12,5% acid axetic quá trình thuỷ phân bắt ñầu xảy ra
ở mối nối glucozit, tiếp theo là là sự loại bỏ nhóm acetyl.
n

H
H
H
HN-COOCH
3

H
OH
H
CH
2

OH
H
H
OH
HN-COOCH
3

H
CH

2

OH


4
Khi ñun nóng Chitin trong dung dịch NaOH ñậm ñặc Chitin sẽ bị mất gốc
acetyl tạo thành Chitosan.
Chitin có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại có bước sóng 884÷890 µm.
1.3. Cấu trúc và tính chất của Chitosan.
Chitosan có cấu trúc tuyến tính như ñơn vị -D-Glucosamin liên kết với nhau
bằng liên kết -1-4Glucozit.
Công thức cấu tạo của Chitosan:




Công thức phân tử:
[C
6
H
11
O
4
N]
n

Phân tử lượng M
Chitosan
= (161,07)

n
Các tính chất của Chitosan
Chitosan ở dạng bột có màu trắng ngà, còn ở dạng vẩy có màu trắng hay hơi
vàng.
Chitosan có tính kiềm nhẹ, không hoà tan trong nước và trong kiềm nhưng
hoà tan trong acid acetic loãng tạo thành một một dung dịch keo dương nhờ ñó mà
keo nó không bị kết tủa khi có mặt của một số ion kim loại nặng như Pb, Hg…
Chitosan kết hợp với anñehyde trong ñiều kiện thích hợp tạo thành gel.
Chitosan phản ứng với acid ñậm ñặc tạo muối khó tan, Chitosan tác dụng với
iốt trong môi trường H
2
SO
4
cho phản ứng lên màu tím.
1.4. Cơ sở kỹ thuật sản xuất Chitosan [2]
Vỏ tôm cua dùng làm nguyên liệu sản xuất Chitosan, ngoài thành phần
Chitin ra còn có protid, chất béo, carbonat calci, sắc tố…


Bảng 1.1: Thành phần hoá học trong vỏ cua biển kết quả như sau:
NH
2
NH

2

n

H
H

H
H

O
H

CH

2

OH
H
H

OH
H
CH

2
OH



5
Thành phần Hàm lượng (%)

Nước
Tro
H
3

PO
4

NH
4
OH
Protid
Chitin
Chất béo
Cao
Muối

11,0
35,5
6,1
0,03
25,2
22,1
1,8
21,3
0,5
Bảng 1.2: Thành phần hóa học của vỏ tôm sú:[10/trang 29]
STT

Thành phần
Hàm lượng % trong vỏ
tôm tươi
Hàm lượng % trong
vỏ tôm khô
1

2
3
4
Muối canxi-phospho
Protein
Chitin
Astaxanthin
12,25
8,05
4,50
Chưa xác ñịnh
45,16
23,25
27,50
Chưa xác ñịnh
Quá trình sản xuất Chitin chủ yếu là căn cứ vào tính chất thành phần phi
Chitin trong nguyên liệu, dùng phương pháp hoá học phá huỷ những thành phần ñó
ñể thu ñược Chitin thuần thiết. Cuối cùng dùng kiềm ñậm ñặc xử lý ta ñược Chitin.










6
Quy trình công nghệ của nó như sau:

Vở tôm( cua)

HCl Ngâm acid

Nấu sút

KMnO
4
Oxy hoá tẩy màu

Na
2
S
2
O
3
Khử

Chitin

Xút ñặc Khử gốc axetyl

Làm khô

Chitosan
- Xử lý nguyên liệu
Vỏ tôm cua dùng ñể sản xuất Chitin phải tươi, thực nghiệm chứng minh rằng
nguyên liệu ñã thối rữa thì sản lương và chất lượng của Chitin sẽ kém. Đối với
nguyên liệu tươi trước lúc ngâm acid cần thiết phải loại bỏ tạp chất, dùng nước rửa
sạch. Nếu nguyên liệu không thể tiến hành chế biến ngay thì cần phải rửa sạch phơi

ñể bảo quản.
- Ngâm acid:
Ngâm acid là ñể khử bỏ carbonat calci, phosphat calci trong nguyên liệu, vì
những thành phần ñó có tương ñối nhiều trong vỏ tôm cua. Ngâm acid có thể dùng
HCl công nghiệp, nồng ñộ tuỳ theo nguyên liệu thường vỏ tôm dùng 5% vỏ cua
ñồng dùng 10%, vỏ cua biển dùng 10-15%. Trong quá trình ngâm nên thường


7
xuyên khuấy, phát hiện thấy nguyên liệu chưa mềm mà không thấy bọt nổi lên thì
chứng tỏ lượng acid không ñủ, nên cho thêm vào. Lúc nguyên liệu ñã mềm bọt
không nổi lên nữa thì quá trình ngâm acid có thể kết thúc, thời gian thường tuỳ
nguyên liệu mà quyết ñịnh.
- Nấu xút
Sau khi ngâm acid, vỏ tôm của nó màu ñỏ, thành phần chủ yếu là protid và
Chitin và một ít chất béo. Để loại bỏ protid và chất béo thì phải nấu sôi với xút nồng
ñộ 8-10%. Trong quá trình nấu protid bị xút phân giải, chất béo bị xà phòng hoá và
hoà tan trong dung dịch xút, ngoài ra một phần sắc tố cũng bị phá hoại. Thời gian
nếu dài ngắn tuỳ theo nguyên liệu, thường thì 1-2 giờ.
Nguyên liệu sau nấu sôi với xút thì mềm lại và màu sắc nhạc hơn, vớt ra
dùng nước rửa sạch xút, ñể rút ngắn thời gian rửa và tiết kiệm nước nên cho vào
một ít acid loãng ñể trung hoà bớt xút.
- Oxy hoá tẩy màu
Sắc tố chủ yếu trong vỏ tôm cua là astacin. Loại sắc tố này sau khi tôm cua
chết và nấu sôi thì biến thành màu ñỏ, màu ñỏ này trong quá trình ngâm acid và nấu
xút không mất ñi nên cần thiết phải oxy hoá tẩy màu. Trong sản xuất phổ biến dùng
KMnO
4
ñể tẩy màu, khuyết ñiểm lớn nhất của nó là thành phần vẫn có màu vàng
nhạt, ứng dụng trong ngành dệt có ảnh hưởng không tốt. Nguyên nhân có thể là do

MnO
2
tồn tại, mà Mn
4+
tồn tại là do trong quá trình oxy hoá khử, KMnO
4
khử
không hết ñuợc hoặc Mn
2+
bị không khí oxy hoá, ñặc biệt là trong ñiều kiện acid
không ñủ. Do ñó sự tồn tại của aicd và bước rửa sau lúc oxy hoá có một ý nghĩa
quan trọng trong vấn ñề ñảm bảo chất lượng.
Trong quá trình ngâm aicd và nấu xút, một số tạp chất vẫn chưa bị khử ñi thì
ở bước này do tác dụng của KMnO
4
một số tạp chất ñó cũng bị khử ñi. Quá trình
làm: vỏ tôm cua sau khi nấu xút ñem rửa sạch, ép khô, rồi cho vào dung dịch acid 3-
5%, có nồng ñộ 1% KMnO
4
, ngâm từ 1-2 giờ. Sau ñó vớt ra dùng nước rửa sạch
KMnO
4
. Nếu yêu cầu về màu sắc không cao thì có thể giảm bước này. Thực


8
nghiệm chứng minh rằng: sản phẩm như thế thì màu sắc tương ñối ñậm, nhưng
những tính năng khác thì không có thay ñổi gì.
- Khử
Nguyên liệu sau khi sử ký bằng KMnO

4
thì phải tiến hành khử mới có thể
loại bỏ ñược hết màu tím của KMnO
4
. Chất khử có thể dùng aicd oxalic,
Na
2
SO
3
,Na
2
S
2
O
3
, thường dùng Na
2
S
2
O
3
nồng ñộ 1-1,5%. Trong quá trình khử phải
luôn luôn khuấy ñể màu bay ñược ñều ñặn. Khử cho ñến lúc màu tím của KMnO
4

mất hết thì thôi, thời gian 5-10 phút, vớt ra làm khô ta ñược bán thành phẩm Chitin.
- Tẩy gốc axetyl:
Như trên ñã nói, Chitin qua bước sử lý bằng xút ñậm ñặc (40%), tẩy gốc
axetyl ta ñược Chitosan. Nhiệt ñộ lúc xử lý với xút có ảnh hưởng rất lớn ñến màu
sắc của thành phẩm. Kết quả thí nghiệm ở bảng dưới cho thấy rõ ñiều ñó:

Bảng 1.3. Mối quan hệ nhiệt ñộ và màu sắc thành phẩm.
Nhiệt ñộ nấu
(
0
C)
Thời gian
(giờ)
Màu của thành
phẩm
Hoà tan trong a.axetic
nồng ñộ 8%
20
30
40
60
80
100
140
120
22
22
22
3
Trắng
Trắng
Vàng nhạt
Vàng nhạt
Màu vàng
Vàng nâu
Hoà tan

Hoà tan
Hoà tan
Hoà tan
Hoà tan
Hoà tan

Từ kết quả của bảng trên cho thấy rằng nhiệt ñộ nấu dưới 30
0
C màu sắc ñẹp,
nhưng thời gian quá dài, nhiệt ñộ nấu tăng lên 100
0
C chỉ cần 3 giờ, nhưng nhiệt ñộ
cao màu sắc kém. Do ñó, trong sản xuất, nếu muốn có màu sắc ñẹp nên nấu ở nhiệt
ñộ thấp, nếu yêu cầu về màu sắc không cao có thể nấu ở nhiệt ñộ cao hơn. Nói
chung trong sản xuất nấu ở nhiệt ñộ 60-80
0
C thời gian 20-24 giờ.



9
Bảng 1.4 Thành phần hoá học của các nguyên liệu chính sản xuất Chitin
chitozanMuzzarelli, 1997)
Nguyên liệu Thành phần

Độ ẩm Protit Tro Lipit Chitin
Cua
1.Callinectes sapidus 4.5 24 56 2 12,9
2. Chinonêctes opilio

29,2 40,6 13,5 26,65
3.Portunus trituberculatus 12,9 10,3 57,9 0,3 17,1
Tôm
Thành phần
1. Penaeus monodom
Phần vỏ giáp ñầu ngực 9,1 26,8 29,3 0,5 34,9
Phần vỏ 9,7 42,8 20,8 1,2 36,5
2. Pandalus borealis 23,5 33,9 14,7 30,0
Tôm càng 9,24 61,6 26,7 1,4 30
Tôm sông nước ngọt 5,7 28,1 44 4,4 12,5
Con moi lân
44,6 24,7 1,8 19,9

1.5. Một số ứng dụng của Chitin và Chitosan.
a. Trong công nghiệp thực phẩm.
Chitin Chitosan và các dẫn xuất của nó ñược ứng dụng nhiều trong phụ gia
thực phẩm, trong tác nhân bao gói và chế biến nước uống.
Chitin và Chitosan có thể cung cấp chất xơ trong khẩu phần ăn rất an toàn,
nghiên cứu cho biết ñộng vật phát triển bình thường khi tiêu thụ 10% Chitin có
trong khẩu phần thức ăn.
b. Trong mỹ phẩm.
Chitosan dùng làm chất phụ gia, làm kem bôi mặt chống khô da, thuốc làm
mềm da, làm tăng khả năng hoà hợp sinh học giữa kem thuốc và da. Do bản chất
của Chitosan cố ñịnh dễ dàng trên biểu bì da bởi nhóm NH
4
+
liên kết với nhóm acid
trong cấu tạo lớp tế bào sừng hoá của da, sau khi cố ñịnh Chitosan còn có nhiều

10
nhóm NH
4
+
thừa ñược gắn với những chất giữ nước hoặc những chất lọc tia cực
tím, vì vậy Chitosan là gạch nối giữa hoạt chất của kem và da.
c. Trong y học.
Chitin và Chitosan có hàng loạt ứng dụng trong vấn ñề chăm sóc sức khoẻ
cho con người, như thuốc mỡ làm lành vết thương.
Chitosan có tác dụng làm tăng quá trình tái tạo mô, tăng liền viết thương,
không gây ñộc cho tế bào, màng Chitin có tác dụng trong việc chuyển hoá của tế
bào ở ñiều kiện nghèo dinh dưỡng kéo dài, ñiều này có lợi cho việc ñiều trị vết
thương.
Chitosan dùng làm chất phụ da rất tốt cho kỹ nghệ bào chế dược phẩm (keo
kết dính viên, tá dược chất tạo màng, tạo nang mềm… ). Chitosan là chất mang
polymer sinh học ñể gắn thuốc bằng liên kết cơ học hay hoá học nhằm tạo ra thuốc
polymer có nhiều tác dụng mới.
d. Trong nông nghiệp.
Chitosan ñược dùng một thành phần chính trong thuốc phòng trừ nấm dùng,
làm thuốc kích thích sinh trưởng cây trồng cho lúa, cây công nghiệp, cây ăn quả,
cây cảnh.
Chitosan có tách dụng lâu trên lá và cây, ñể làm tăng ñộ nảy mầm hạt, tăng
việc tạo diệp lục tố trong lá, tăng khả năng ñâm rễ, thúc ñẩy quá trình ra hoa kết
quả, làm tăng năng suất cây trồng.
e. Xử lý chất thải và nước thải.
Chitosan có khả năng tạo phức với kim loại vào nhóm amin, nó có thể giữ
ñược nhiều kim loại chuyển tiếp và những kim loại ñứng sau kim loại chuyển tiếp
do tạo thành phức chất vòng.
f. Trong công nghiệp nhẹ.
Chitosan là chất phụ gia rất tốt trong xử lý bề mặt giấy, ñặc biệt giấy cao cấp

như giấy ảnh. Do công thức hoá học của Chitosan và cellulose gần giống nhau, chỉ
cần thay thế nhóm –NH
2
của Chitosan bằng nhóm –OH của cellulose là có thể từ vỏ


11
con cua, con tôm có thể trở thành cây, các nhà công nghệp giấy có thêm một loại
nguyên liệu ñể làm bột giấy.

II. Tổng quan về công nghệ sản xuất Chitin – Chitosan từ phế liệu chế
biến từ thuỷ sản
2.1. Quy trình sản xuất Chitin- Chitosan trên thế giới.
a) Quy trình sản xuất Chitin từ tôm sông nước ngọt của Mayer và Lee, Đại học
Louisiana, Hoa Kỳ(1989)

Quy trình sản xuất:
Nguyên liệu

Nghiền nhỏ( >2mm)

Ngâm trong NaOH 3,5%( 2h, 65
0
C, 1/10 m/v)

Lọc

Rửa trung tính

Nấu trong HCl 1N ( 0,5h, t

0
phòng)

Rửa trung tính

Ngâm trong HCl (24h, nhiệt ñộ phòng)

Rửa trung tính

Tẩy màu bằng NaOCl 5 phút, nhiệt ñộ phòng


12

Rửa

Chitin
b) Quy trình sản xuất của nhóm nghiên cứu ở Thái và Nhật(1996)
Quy trình sản xuất:
Nguyên liệu

Rửa, sấy khô( 60
0
C, 10h)
Nghiền nhỏ ñến 2mm

Ngâm trong NaOH 1N(95-100
0
C, 1-3 h)

Rửa trung tính

Sấy khô ở 60
0
C, 10h

Ngâm trong HCl 1N ( 1-2h, t
0
phòng)

Rửa trung tính

Sấy khô ở 60
0
C, 10h

Nấu trong NaOH 50%, 120
0
, 1-2h

Rửa trung tính

Sấy khô ở 60
0
C, 10h



13
Chitosan

Nhận xét: Sản phẩm Chitosan sản xuất theo quy trình này có màu sắc ñẹp hàm
lượng protein và khoáng chất còn lại trong Chitin thấp, Chitosan thu ñược có tính
ña dạng cao. Tuy nhiên, do quá trình tách protitd và khử acetyl ñều thực hiện ở
nhiệt ñộ cao nên phân tử lượng và ñộ nhớt của Chitosan thu ñược thấp.
c) Quy trình sản xuất của Robert, Đại học Nottingham Trent, Vương Quốc
Anh(1998)

Quy trình sản xuất:
Nguyên liệu

Ngâm trong Na
2
CO
3
0,1M hoặc NaOH 5%(4h, 100
0
C)

Rửa trung tính

Ngâm trong HCl
Thời gian xử lý phụ thuộc vào nồng ñộ acid dùng(0.275 M, 1.6h, nhiệt ñộ
phòng; 11M, 4h, -20
0
C)

Rửa trung tính

Ngâm trong HCl( 24h, nhiệt ñộ phòng)

Rửa

Tẩy màu bằng NaOCl hoặc H
2
O
2


Rửa


14

Chitin

Nấu trong NaOH, nồng ñộ(35-50%), nhiệt ñộ (80-140
0
C),
và thời gian(0,5-10h)

Rửa trung tính

Sấy khô

Chitosan
Nhận xét: Đây là quy trình tổng hợp từ các quy trình sản xuất trước ñó, sản
phẩm Chitosan sản xuất theo quy trình này có màu trắng ñẹp, các chất màu ñược
loại bỏ sạch trong quá trình tẩy màu. Hàm lượng protitd và khoáng chất còn lại
trong Chitin thấp, Chitosan thu ñược có tính ña dạng cao, tuỳ theo từng ứng dụng

mà sử dụng cho phù hợp.
Quá trình tách protitd ñược thực hiện bằng ngâm trong Na
2
CO
3
hoặc NaOH.
Sử dụng Na
2
CO
3
cho ta chế ñộ xử lý nhẹ hơn nên dẫn tới Chitosan có phân tử lượng
lớn hơn.
Chế ñộ của quá trình tách khoáng khác nhau, chỉ ra sự liên quan giữa nồng
ñộ và nhiệt ñộ của quá trình xử lý, ñồng thời nó ảnh hưởng mạnh ñến chuỗi Chitin
và Chitosan thu ñược.
Trong quy trình sản xuất này có dùng chất tẩy màu nên màu sắc của Chitin
và Chitosan thu ñược trắng ñều ñẹp, tuy nhiên phải xét tới ảnh hưởng của quá trình
tẩy màu ñến chất lượng Chitosan như phân tử lượng và ñộ nhớt.
Quá trình khử acetyl ñựơc tiến hành với các ñiều kiện xử lý khác nhau nên
cho ra các sản phẩm Chitosan cuối cùng với tính chất rất ña dạng, khác nhau về ñộ
khử axetyl, phân tử lượng và ñộ nhớt.


15
2.2. Tổng quan về quy trình sản xuất Chitin- Chitosan ở Việt Nam
a) Quy trình sản xuất của PGS TS Trần Thị Luyến, Đại học Nha Trang
Quy trình sản xuất:
Nguyên liệu( vỏ tôm)

Khử khoáng bằng HCl 10%, nhiệt ñộ Phòng, 12h

Rửa trung tính

Khử protein bằng ngâm trong NaOH 8%,
nhiệt ñộ phòng, 12h

Rửa trung tính

Deacetyl trong NaOH ñặc 35-40%,
nhiệt ñộ 80-100
0
C, thời gian 5-6,5h

Rửa trung tính

Phơi khô hoặc sấy

Chitosan với nhiều mức deacetyl và ñộ nhớt

Nguyên liệu sử dụng là vỏ tôm, vỏ cua và phế liệu của các nhà máy chế biến
thuỷ sản. Quá trình deacetyl ñược thực hiện ở nhiều mức nồng ñộ NaOH, thời gian
và nhiệt ñộ. Nếu dùng nồng ñộ NaOH thấp thì phải tăng thời gian xử lý thì Chitosan
thành phẩm mới ñạt ñộ dêactyl cao, ngoài ra vai trò của nhiệt ñộ cũng ñược thể hiện
rõ trong việc tách nhóm acetyl khi sản xuất Chitosan.


16
Nhận xét: Đây là một quy trình ñược nghiên cứu ñầy ñủ về ảnh hưởng của chế
ñộ xử lý deacetyl (nồng ñộ, nhiệt ñộ, thời gian) ñến chất lượng Chitosan (ñộ nhớt,
ñộ deacetyl). Quy trình này có ý nghĩa cao vì nó ñáp ứng ñược yêu cầu thực tế sử

dụng Chitosan rất dạng, tuỳ vào mục ñích ứng mà cần có ñộ nhớt và ñộ deacetyl
khác nhau.
b) Quy trình của cô Đỗ Minh Phụng:
[
]
2

Quy trình sản xuất:
Vỏ tôm khô

Ngâm HCl 6N ( 1w/2,5v; 48h, t
0
phòng)

Rửa rung tính

Ngâm NaOH 8% (1w/2,5v; 2h, 100
0
C )

Rửa trung tính

Tẩy màu
(KMnO
4
1%; Na
2
S
2
O

3
1,5% trong môi trường H
2
SO
4
10%)

Chitin

Ngâm NaOH 40% (1w/1v; 24h, 80
0
C)

Rửa trung tính

Chitosan
Nhận xét: Sản phẩm có chất lượng khá tốt, Chitin có màu trắng ñẹp. xong thời gian
còn dài, sử dụng nhiều chất oxy hoá dễ làm ảnh hưởng ñến ñộ nhớt của sản phẩm.


17
c) Quy trình sản xuất Chitosan theo phương pháp bán thuỷ nhiệt(ĐH Dược
TPHCM)
[
]
2

Nguyên liệu (vỏ tôm)

Rửa sạch sấy khô, xay nhỏ

Ngâm HCl 12% (nhiệt ñộ phòng, 6h)

Rửa sạch sấy khô

Loại protein và deacetyl hoá bằng dung dịch
NaOH 15%(t
0
=150
0
C;1h)

Rửa trung tính bằng nước thường

Rửa lại bằng nước cất

Sấy khô ở 100
0
C

Chitosan

Nhận xét: Thời gian sản xuất ñược rút ngắn, xử lý protein và deacetyl ở nhiệt ñộ cao
nên chất lượng Chitosan giảm ñi, hiệu xuất thu hồi cao.
Những quy trình sản xuất Chitin-Chitosan hiện nay ở nước ta ñều ñược sản
xuất thủ công, theo những công ñoạn riêng biệt. Do ñó thời gian sản xuất dài, năng
suất không cao. Vì vậy, vấn ñề ñặt ra là phải rút ngắn thời gian sản xuất bằng việc
nâng cao nhiệt ñộ, gộp chung các công ñoạn vào một máy… nhưng chất lượng
Chitin-Chitosan phải ñạt yêu cầu chung.

18
Thiết kế thiết bị sản xuất Chitin-Chitosan cần phải ñưa ra các quy trình hợp lý.
Từ các quy trình trên, tôi ñưa ra quy trình sản xuất, ñể làm cở sở cho việc thiết kế
thiết bị.

Quy trình sản xuất:
Nguyên liệu (vỏ tôm)

Rửa sạch, cắt và ép

Ngâm HCl 12% (nhiệt ñộ phòng, 6h)
hoặc HCl 4% (tỷ lệ 1w/3v; 3h; 90-95
0
C)

Rửa sạch sấy khô

Loại protein và deacetyl hoá bằng dung dịch
NaOH15%(t
0
=150
0
C;1h)
hoặc NaOH 3,5% (tỷ lệ 1w/10v; 2h; 65
0
C)

Rửa trung tính bằng nước thường

Rửa lại bằng nước cất

Sấy khô ở 100
0
C

Chitosan
Trong quá trình thực nghiệm ñiều chỉnh thời gian ñể có chất lượng Chitin cao
vẫn ñảm bảo tính chất công nghệ của thiết bị.
III.Tổng quan về thiết bị sản xuất Chitin - Chitosan
3.1. Tổng quan về thiết bị sản xuất trên thế giới.


19
Trong quá trình sản xuất Chitin- Chitosan thì chưa sử dụng ñồng nhất trên một
loại thiết bị, mà ở mỗi khâu (công ñoạn) ñược thực hiện trên một loại thiết bị khác
nhau như: ñối với khâu ngâm ñảo thì ñược thực hiện ở máy ngâm ñảo (loại máy này
chỉ có một chức năng duy nhất là khuấy trộn ñể thực hiện các phản ứng ñược nhanh
hơn, ñồng ñều hơn), khi kết thúc công ñoạn này thì phải ñưa nguyên liệu ra và ñưa
vào một thiết bị khác ñể li tâm, sấy. Các thiết bị này làm việc ñộc lập nhau, chế ñộ
làm việc, kết cấu của thiết bị phụ thuộc yêu cầu của mỗi khâu. Mặc dù quá trình sản
xuất Chitin- Chitosan ñã ñược cơ giới hoá, nhưng do trong một quy trình sản xuất
còn có sự riêng biệt của các công ñoạn (nguyên lý sản xuất dựa trên dây chuyền của
các thiết bị), chắc chắn sẽ ảnh hưởng tới năng suất và chất lượng của sản phẩm.
Việc chế tạo các thiết bị sản xuất theo các khâu riêng biệt thì thiết bị sẽ có kết cấu
ñơn giản, vật liệu chế tạo chỉ cần thoả mãn chống acid hoặc kiềm.
3.2. Tổng quan về thiết bị sản xuất ở Việt Nam.
Quá trình sản xuất Chitin- Chitosan ở Việt Nam còn rất thủ công, các khâu chủ
yếu ñược thực hiện bằng tay là chính. Ở một số nơi khâu ngâm ñảo ñược thực hiện
ở trong bể và dùng cánh dạng mái chèo khuấy bằng tay, sau quá trình ngâm ñảo thì

sử dụng ánh nắng mặt trời ñể phơi khô mà không cần li tâm và sấy. Như vậy, sản
xuất phụ thuộc rất lớn vào ñiều kiện thời tiết.
Thiết bị chiết xuất Chitin- Chitosan ra ñời ñã góp phần tạo ñiều kiện phát triển
một nghành nghề mới không tác ñộng xấu ñến môi trường, cải thiện ñiều kiện làm
việc của người lao ñộng. Mang lại lợi ích to lớn về mặt kinh tế và xã hội.
3.3. Sơ ñồ cấu trúc thiết bị.
a. Các công ñoạn chung của quy trình sản xuất Chitin- Chitosan.
Dựa trên cơ sở của ñề tài B2004-33-44
TĐ
ta thấy rằng: các quy trình ñã ñược
thực hiện ñể sản xuất Chitin- Chitosan phải xử lý các công ñoạn sau:




20
Nguyên liệu Ép khô, cắt Ngâm ñảo trong dung dịch HCl(n=30
v/ph) litâm (n=600v/ph) Rửa trung hoà bằng nước(n=30v/ph)

Ngâm ñảo trong dung dịch NaOH(n=30v/ph)
Li tâm (n=600v/ph) Ngâm ñảo trong H
2
O(n=30v/ph) li tâm
(n=600v/ph) Sấy khô Sản phẩm.
Quá trình nghiền:
Đây ñược coi là bước tiền xử lý ñể loại bỏ tạp chất, protein, và nước, ñồng thời
làm giảm kích thước nguyên liệu. Hơn nữa, bước ép uớt sẽ loại bỏ tạp chất và nước
trong nguyên liệu làm cho quá trình xử lý tiếp theo ñược hiệu quả hơn.
Tuy nhiên, việc nghiền nguyên liệu không ñược quá nhỏ vì sẽ gây khó khăn
cho bước xử lý tiếp theo như công ñoạn rửa, li tâm (quá trình này ñược thực hiện ở

một thiết bị riêng và ñưa trực tiếp vào thiết bị thùng quay ñể thực hiện các công
ñoạn rửa, khuấy ñảo, li tâm, sấy).
Quá trình rửa:
Đây là giai ñoạn làm sạch nguyên liệu (vỏ tôm) trước khi cho vào máy, vì lúc
ñầu nguyên liệu (vỏ tôm) còn nhiều tạp chất. Nếu giai ñoạn này ñược làm tốt cùng
với nguyên liệu tươi thì chất lượng Chitin- Chitosan sẽ tốt.
Hiện nay, ở Việt Nam việc sản xuất Chitin - Chitosan chủ yếu thực hiện theo
phương pháp thủ công với công ñoạn riêng biệt, mỗi công ñoạn một thiết bị khác
nhau. Nếu sử dụng phương pháp này thì thời gian phụ mất nhiều, cần một số công
nhân ñể ñiều khiển việc vận chuyển nguyên liệu giữa các công ñoạn.
Vì vậy, vấn ñề ñặt ra là rút ngắn thời gian phụ và sản xuất theo một quy trình
khép kín, cần phải thiết kế ra một thiết bị thực hiện tất cả các công ñoạn của quy
trình sản xuất Chitin – Chitosan.
 Các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống thiết bị.
Trong quá trình làm việc máy phải thực hiện nhiều chức năng khác nhau, ở
những ñiều kiện khác nhau. Do ñó, yêu cầu kỹ thuật chung của máy là phải thích
hợp với mỗi ñiều kiện nhất ñịnh cho năng suất, an toàn khi thực hiện. Khi thiết kế
sơ ñồ thiết bị cần phải chú ý ñến các yêu cầu chung của máy là:


21
Do máy làm việc ở các môi trường khác nhau (acid và kiềm…) nên vật liệu
chế tạo thiết bị phải phù hợp.
Thiết bị phải có hệ thống ñưa dung dịch vào và dung dịch ñó phải ñảm bảo
ñúng tỷ lệ yêu cầu.
Khi thực hiện quy trình sản xuất Chitin- Chitosan có những công ñoạn làm
việc ở nhiệt ñộ cao do ñó thiết bị phải có hệ thống ñảm bảo nhiệt ñộ ñúng yêu cầu.
Việc cung cấp và lấy ra nguyên liệu, dung dịch sao cho phù hợp với sơ ñồ
máy.
Trong quá trình ngâm ñảo thì máy phải quay ở một tốc ñộ nào ñó cho phù hợp

ñể phản ứng xảy ra tốt nhất, nhanh nhất.
Tiếp theo máy phải thực hiện chức năng ly tâm, lúc này máy phải làm việc ở chế ñộ
khác so với quá trình ngâm ñảo.


22
CHƯƠNG II. HOÀN CHỈNH THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ
PHẦN A:THIẾT KẾ KĨ THUẬT THIẾT BỊ
I. Yêu cầu kỹ thuật thiết bị
Công việc của sơ chế gồm hai giai ñoạn:
- Xữ lý sinh học nguyên liệu.
- Ép khô, tách protein trong nguyên liệu
Thiết bị gồm 2 bộ phận chính là thiết bị ngâm ñảo, rữa và thiết bị ép khô. Thiết
bị ngâm ñảo, rữa ñược thực hiện ở trong thùng có xữ lý sinh học, còn thiết bị ép
khô ñược thực hiện trên máy ép.
♦ Một số yêu cầu về máy sơ chế.
Ngâm, ñảo rữa, vắt là những bước sơ chế nguyên liệu ñầu tiên. Đối với vỏ
tôm, cua, ghẹ thì các thớ thịt còn bám chặt vào các bề mặt vỏ, vì vậy chúng ta
phải tiến hành tách thịt ra các bề mặt vỏ trước khi sản xuất chitin – chitosan.
Giai ñoạn sơ chế nguyên liệu trước khi ñưa vào sản xuất có các tác dụng sau:
- Thuận lợi hơn trong quá trình sản xuất chitin - chitosan
- Để ñạt ñược năng suất cao hơn
- Cho chất lượng sản phẩm tốt hơn, ñảm bảo yêu cầu
 Một số yêu cầu khi tiến hành sơ chế bằng thùng ngâm, ñảo rữa
- Thùng ñảo rữa phải phải dùng vật liệu chống ăn mòn, vì nguyên liệu ñược
lấy từ biển có môi trường nước mặn.
- Nguyên liệu phải ñược rữa sạch, lọc bỏ các tạp chất.
- Trong quá trình xữ lý phải có cơ cấu ñảo, rữa hoặc công việc ñó ñược thực
hiện bằng thủ công.
- Việc dùng chế phẩm sinh học trong quá trình ngâm phải ñảm bảo ñủ liều

lượng ñể cho việc ngâm ñảo ñạt kết quả cao.
- Nguyên liệu sau khi ngâm ñảo, rữa xong phải ñảm bảo tách ñược một lượng
lớn Protein ra khỏi vỏ tôm.
 Một số yêu cầu khi tiến hành sơ chế bằng máy ép.


23
- Nguyên liệu phải ñược làm sạch các tạp chất, các thành phần không có lợi
cho quá trình sản xuất
- Sau khi sơ chế, nguyên liệu không bị dập, vỡ quá nhỏ
- Các lớp thịt phải ñược tác ra khỏi các bề mặt vỏ một cách sạch sẽ.
- Nguyên liệu phải ñược rữa sạch và ñảm bảo ñược vắt khô trước khi ñược ñưa
vào sản xuất công ñoạn tiếp theo.
II. Xây dựng sơ ñồ nguyên tắc làm việc của thiết bị ngâm ñảo, rữa, ép






III. Lựa chọn phương án thiết kế
1. Thiết bị ngâm, ñảo rữa
Có hai phương án ñể ta lựa chọn cho thiết bị ngâm ñảo:
a) Phuơng án 1: Dùng thiết bị thùng có cánh ñão:
Ta dễ dàng thấy ñược các ưu nhựơc ñiểm của thiết bị:
Ưu ñiiểm:
- Thiết bị làm việc hiệu quả, nguyên liệu sẻ ñược ngâm và rữa sạch nhờ cánh
ñảo liên tục.
- Năng suất cao, dễ thao
tác sử dụng

Nhược ñiểm:
- Gía thành chế tạo cao,
- Thiết bị chế tạo phức tạp
- Do máy có trục quay với
tốc ñộ chậm nên rất lãng
phí khi gắn ñộng cơ vào thiết bị
Nguyên liệu

Ngâm

Đảo

Rữa

Chất xúc tác
Sản phẩm

Ép

Tách Protein


24
b) Phương án 2: Thùng ngâm ñảo
Trong quá trình ngâm phải ñảo nguyên liệu, làm cho nguyên liệu trộn lẫn với
dung dịch sinh học. Thời gian ñảo là gián ñoạn, có thể là 1 ÷ 3 giờ mới ñảo một lần.
Với cách ñảo rửa như vậy ta có thể chọn phương án là ñảo thủ công.
Do yêu cầu thực tế ñặt ra ( tức là có diện tích nhà xưởng rộng ) và do chi phí ñể
chế tạo thiết bị không ñược lớn và một phần là thừa nhân công nên thiết bị ngâm
ñảo ñược chọn ñể thực hiện công việc ngâm ñảo là thùng. Mặc dù dùng thùng ngâm

ñảo có năng suất không cao, và chất lượng sản phẩm không ñược tốt.
 Tính toán cho thùng ngâm ñảo
Do nguyên liệu có ñộ xốp rất cao nên khi cho nguyên liệu vào nó sẽ bị nén lại.
Vậy nên ta tính toán thể tích của
thùng gâm ñảo theo ñiều kiện sau:
V
thùng
≤ 0,8V
nguyên liệu

⇒ a.b.c ≤ 0,8. 3,6 m
3
= 2,88 m
3

(thùng ngâm với năng suất 1tấn/lần)
Chọn chiều rộng a = 1,5 m, chiều dài b = 3m, chiều cao c = 0,7m
Suy ra thể tích thực của thùng là V
thùng
= 3,15(m
3
)
2. Thiết bị máy ép
Phương án A: Máy ép kiểu Piston tịnh tiến trong xylanh.
Phương án này thì ta có
thể mô phỏng qua hình vẽ
bên.


- Chuyển ñộng của

piston ( V )
- Lực ép của piston
chiều từ phải qua trái
- Hành trình ép của piston là có hạn