Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình sản xuất Chitin theo phương pháp sinh học
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1013.19 KB, 94 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CHẾ BIẾN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA
QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CHITIN
THEO PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
Giáo viên hướng dẫn: Th.S. NGÔ THỊ HOÀI DƯƠNG
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ NGỌC HOÀI
Lớp: 47 CB -2
Nha Trang,2009
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
i
LỜI CẢM ƠN
Qua 3 tháng nỗ lực phấn cuối cùng với sự giúp đỡ tận tình của các
thầy cô và bạn bè em đã hoàn tất đề tài này. Qua đây em xin bày tỏ lòng biết
ơn sâu sắc đến cô, Thạc sĩ Ngô Thị Hoài D ương, người đã tận tình truyền
đạt những kiến thức trong qu á trình học tập và trực tiếp h ướng dẫn, chỉ bảo
những kinh nghiệm quý báu để em hoàn thành tốt đề tài.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn trân trọng nhất tới các thầy cô trong khoa
chế biến đã nhiệt tình truyền đạt cho em những kiến thức trong những n ăm
học vừa qua. Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy, cô phụ trách phòng thí
nghiệm Hóa-Vi sinh thực phẩm, cùng thầy cô bộ môn công nghệ chế biến, bộ
môn quản lý chất lượng và an toàn thực phẩm, bộ môn công nghệ lạnh, các
anh chị trung tâm công nghệ sinh học và Trun g tâm ứng dụng công nghệ chế
biến trường Đại học Nha Trang đã tạo điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian
thực tập.
Chân thành cảm ơn các bạn sinh viên lớp 47CB2, cùng toàn thể các
bạn sinh viên thực tập tại phòng thí nghiệm đã nhiệt tình giúp đỡ động viên
em.
Cuối cùng con xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến bố, mẹ kính mến
cùng anh chị em thân yêu. Những ng ười đã ủng hộ nhiệt tình cả vật chất lẫn
tinh thần trong quá trình học tập và thực hiện đề tài.
Sinh viên
Nguyễn Thị Ngọc Hoài
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
ii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN i
MỤC LỤC ii
DANH MỤC CÁC BẢNG v
DANH MỤC CÁC BẢNG v
DANH MỤC CÁC HÌNH viii
LỜI MỞ ĐẦU 1
PHẦN 1 3
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NG HỆ SẢN XUẤT VÀ ỨNG D ỤNG CỦA
CHITIN-CHITOSAN 3
1.1. TỔNG QUAN VỀ CHITIN -CHITOSAN 3
1.1.1. Sự tồn tại của Chitin-Chitosan trong tự nhiên 3
1.1.2. Cấu trúc và tính chất của Chitin -Chitosan 4
1.1.2.1Cấu trúc của Chitin-chitosan 4
1.1.2.2. Tính chất của Chitin-Chitosan 5
1.1.3. Ứng dụng của Chitin -Chitosan 6
1.1.3.1.Trong y học và mỹ phẩm 6
1.1.3.2.Trong công nghi ệp thực phẩm 7
1.1.3.3. Ứng dụng trong nông nghiệp 7
1.1.3.4. Ứng dụng trong sinh học 7
1.1.3.5. Ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác. 7
1.2. GIỚI THIỆU VỀ PHẾ LIỆU TÔM VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
CHITIN-CHITOSAN. 8
1.2.1. Giới thiệu về phế liệu tôm 8
1.2.2. Công nghệ sản xuất Chitin-Chitosan 12
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT CHITIN-CHITOSAN TRÊN
THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 15
1.3.1. Sản xuất chitin, chitosan theo ph ương pháp hóa học 15
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
iii
1.3.2. Sản xuất chitin, chitosan theo ph ương pháp hóa học cải tiến: 17
1.3.3. Sản xuất chitin, chitosan theo ph ương pháp sử dụng enzyme: 25
PHẦN 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PH ƯƠNG PHÁP NGHIÊN C ỨU 29
2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 29
2.1.1. Nguyên liệu đầu tôm 29
2.1.2. Enzyme Protease 29
2.1.3. Acid benzoic (C
6
H
5
COOH) 30
2.1.4. Nguyên liệu khác 30
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C ỨU 31
2.2.1. Phương pháp thu nh ận mẫu 31
2.2.2. Bố trí thí nghiệm xác định các thông số kỹ thuật 31
2.2.2.1. Bố trí thí nghiệm xây dựng đường chuẩn của phương pháp
Microbiuret và phương pháp Biuret 33
2.2.2.2. Bố trí thí nghiệm xác định thành phần hóa học của phế liệu đầu tôm
thẻ chân trắng 35
2.2.2.3. Thí nghiệm xác định chế độ khử protein tối ưu 35
a. Khử lần 1: dùng enzyme alcalase 35
b. Khử lần 2 dùng NaOH: 36
2.2.2.4. Thí nghiệm xác định chế độ khử khoáng 38
a. Khử lần 1: Dùng acid benzoic 38
b. Khử lần 2: Dùng acid chlohydric 40
2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA H ỌC:[1] 41
2.3.1. Xác định hàm lượng ẩm bằng phương pháp sấy ở nhiệt độ 105
o
C theo
TCVN 3700-1990. 41
2.3.2. Xác định hàm lượng khoáng bằng ph ương pháp nung ở 600
o
C 41
2.3.3. Xác định hàm lượng protein theo ph ương pháp Microbiuret: 41
2.3.3.1. Dụng cụ 42
2.3.3.2. Hóa chất 42
2.3.3.3. Tiến hành .42
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
iv
2.3.4. Xác định hàm lượng Protein theo phương pháp Biuret 43
2.3.4.1. Dụng cụ 43
2.3.4.2. Hóa chất 43
2.3.4.3. Tiến hành .43
2.3.5. Phương pháp xử lý số liệu 44
PHẦN 3. KẾT QUẢ NGH IÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 45
3.1. Kết quả đường chuẩn xây dựng được theo phương pháp Microbiuret và
phương pháp Biuret 45
3.1.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn của phương pháp Microbiuret : 45
3.1.2. Kết quả xây dựng đường chuẩn của phương pháp Biuret: 45
3.2. Thành phần hóa học của phế liệu tôm thẻ 46
3.3. Kết quả nghiên cứu công đoạn khử protein bằng enzyme Alcalase 47
3.4. Kết quả nghiên cứu công đoạn khử protein bằng NaOH 49
3.5. Kết quả nghiên cứu công đoạn khử khoáng bằng acid benzoic 52
3.6. Kết quả nghiên cứu công đoạn khử khoáng bằng HCl 55
PHẦN 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 59
4.1. Kết luận: 59
4.2. Một số đề xuất cần tiếp tục nghiên cứu: 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO 60
PHỤ LỤC 1
1) Phương pháp quy ho ạch thực nghiệm để tối ưu hóa cho công đo ạn
khử protein từ phế liệu tôm bằng enzyme Alcalase 1
2) Phương pháp quy ho ạch thực nghiệm để tối ưu hóa cho công đo ạn
khử protein từ phế liệu tôm bằng NaOH: 6
3) Phương pháp quy ho ạch thực nghiệm để tối ưu hóa cho công đo ạn
khử khoáng từ phế liệu tôm bằng C
6
H
5
COOH: 11
4) Phương pháp quy ho ạch thực nghiệm để tối ưu hóa cho công đo ạn
khử khoáng từ phế liệu tôm bằng HCl: 15
5) Một số thiết bị sử dụng trong đề tài: . 19
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
v
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1. Một số chỉ tiêu chất l ượng của chitosan từ vỏ tôm sú theo ph ương
pháp xử lý kiềm một giai đoạn (Trần Thị Luyến, 2003) 23
Bảng 2. Một số chỉ tiêu chất l ượng của chitosan sản xuất theo quy trình
Papain (Trần Thị Luyến, 2003) .27
Bảng 3.Bố trí thí nghiệm chạy đường chuẩn của phương pháp Microbiuret 34
Bảng 4. Bố trí thí nghiệm chạy đường chuẩn của phương pháp Biuret 34
Bảng 5. Bố trí thí nghiệm theo qui hoạch thực nghiệm với biến ảo của công
đoạn khử protein bằng enzyme Alcalase. 36
Bảng 6. Bố trí thí nghiệm ở tâm ph ương án của công đoạn khử protein bằng
enzyme Alcalase 36
Bảng 7. Bố trí thí nghiệm theo qui hoạch thực nghiệm với biến ảo của công
đoạn khử protein bằng NaOH 38
Bảng 8. Bố trí thí nghiệm ở tâm phương án của công đoạn khử protein bằng
NaOH 38
Bảng 9. Bố trí thí nghiệm theo qui hoạch thực nghiệm với biến ảo của công
đoạn khử khoáng bằng C
6
H
5
COOH 39
Bảng 10. Bố trí thí nghiệm ở tâm phương án của công đoạn khử khoáng bằng
C
6
H
5
COOH 39
Bảng 11. Bố trí thí nghiệm theo qui hoạch thực nghiệm với biến ảo của công
đoạn khử khoáng bằng HCl. 41
Bảng 12. Bố trí thí nghiệm ở tâm phương án của công đoạn khử khoáng bằng
HCl 41
Bảng 13. Thành phần hóa học của phế liệu tôm thẻ ch ân trắng (%) 46
Bảng 14. Kết quả hàm l ượng protein còn lại ở các chế độ khử protein bằng
enzyme Alcalase 47
Bảng 15. Thí nghiệm ở tâm phương án của công đoạn khử protein bằng
enzyme Alcalase 47
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
vi
Bảng 16. Kết quả hàm lượng protein các thí nghiệm tối ưu theo đường dốc nhất 48
Bảng 17. Kết quả hàm l ượng protein ở các chế độ khử protein bằng NaOH 49
Bảng 18. Thí nghiệm ở tâm ph ương án của công đoạn khử protein bằng
NaOH 50
Bảng 19. Kết quả hàm lượng protein các thí nghiệm tối ưu theo đường dốc nhất 50
Bảng 20. Thành phần hóa học của phế liệu tôm thẻ Chân Trắng sau khi khử lý
khử protein bằng enzyme Alcalase và NaOH ở điều kiên tối ưu 52
Bảng 21. Kết quả hàm l ượng khoáng còn lại trong phế liệu tôm ở các chế độ
khử khoáng bằng C
6
H
5
COOH 53
Bảng 22. Thí nghiệm ở tâm phương án của công đoạn khử khoáng bằng
C
6
H
5
COOH 53
Bảng 23. Thành phần hóa học của phế liệu tôm thẻ Chân Trắng sau khi khử
protein bằng enzyme Alcalase, NaOH và C
6
H
5
COOH ở điều kiên tối ưu 55
Bảng 24. Kết quả hàm l ượng khoáng còn lại trong phế liệu tôm ở các chế độ
khử khoáng bằng HCl 55
Bảng 25. Thí nghiệm ở tâm ph ương án của công đoạn khử khoáng bằng HCl 55
Bảng 26. Kết quả đo OD330nm 1
Bảng 27. Kết quả đo OD570nm 1
Bảng 28. Bảng bố trí thí nghiệm 2
Bảng 29.Các thí nghiệm ở tâm ph ương án 3
Bảng 30. Các thí nghiệm ở tâm ph ương án của công đoạn khử protein bằng
enzyme Alcalase. 3
Bảng 31.Các số liệu dùng để tính toán 4
Bảng 32. Kết quả thực nghiệm tối ưu hóa công đoạn thủy phân khử protein
bằng enzyme 6
Bảng 33.Các thông số tối ưu 6
Bảng 34. Bảng bố trí thí nghiệm 7
Bảng 35.Các thí nghiệm ở tâm ph ương án 7
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
vii
Bảng 36.Các thí nghiệm ở tâm ph ương án của công đoạn khử protein bằng
NaOH 8
Bảng 37. Các số liệu dùng để tính toán . 9
Bảng 38.Kết quả thực nghiệm tối ưu hóa công đoạn khử protein bằng NaOH 10
Bảng 39.Các thông số tối ưu 10
Bảng 40. Bảng bố trí thí nghiệm 11
Bảng 41. Các thí nghiệm ở tâm ph ương án 12
Bảng 42. Các thí nghiệm ở tâm ph ương án của công đoạn khử khoáng bằng
C
6
H
5
COOH 12
Bảng 43.Các số liệu dùng để tính toán .13
Bảng 44. Kết quả thực nghiệm tối ưu hóa công đoạn khử khoáng bằng C
6
H
5
COOH 14
Bảng 45. Các thông số tối ưu 15
Bảng 46. Bảng bố trí thí nghiệm 15
Bảng 47. Các thí nghiệm ở tâm phương án 16
Bảng 48. Các thí nghiệm ở tâm ph ương án của công đoạn khử protein bằng
NaOH 16
Bảng 49. Các số liệu dùng để tính toán 17
Bảng 50. Kết quả thực nghiệm tối ưu hóa công đoạn khử khoáng bằng HCl. 18
Bảng 51. Các thông số t ối ưu 19
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
viii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.Cấu tạo của Chitin 4
Hình 2. Cấu tạo của Chitosan. 5
Hình 3.Quy trình của Stevens (2002) Học Viện Công Nghệ Châu Á 15
Hình 4.Quy trình s ản xuất chitosan từ vỏ tôm hùm của Hackman 17
Hình 5.Quy trình nhi ệt của Yamashaki và Nakamichi (Nhật Bản) 17
Hình 6.Quy trình s ản xuất của Pháp 18
Hình 7.Quy trình của Đỗ Minh Phụng, trường Đại học Thủy Sản. 20
Hình 8. Quy trình s ản xuất Chitosan ở Trung tâm cao phân tử thuộc Viện
khoa học Việt Nam 21
Hình 9. Quy trình s ản xuất Chitosan từ vỏ tôm Sú bằng ph ương pháp hóa học
với một công đoạn xử lý kiềm (Trần Thị Luyến, 2003) 22
Hình 10. Quy trình của Trung tâm Chế biến Đại học Thủy sản 24
Hình 11. Quy trình s ản xuất chitin của Holanda và Netto (2006) 25
Hình 12. Quy trình sử dụng Enzyme papain để sản xuất chitosan 26
Hình 13.Quy trình d ự kiến sản xuất. 32
Hình 14.Quy trình s ản xuất Chitin không dùng acid benzoic.(đ ối chứng) 33
Hình 15.Công thức của phức Biuret. 42
Hình 16. Phương trình đường chuẩn của ph ương pháp Microbiuret 45
Hình 17. Phương trình đường chuẩn của ph ương pháp Biuret. 46
Hình 18. Kết quả nghiên cứu tối ưu hóa chế độ thủy phân bằng enzyme theo
phương pháp đường “lên dốc” của BoxWillson. 49
Hình 19. Kết quả nghiên cứu tối ưu hóa chế độ ngâm NaOH theo ph ương
pháp đường “lên dốc” của BoxWillson 51
Hình 20. Kết quả nghiên cứu tối ưu hóa chế độ ngâm C
6
H
5
COOH theo
phương pháp đường “lên dốc” của BoxWillson. 54
Hình 21. Kết quả nghiên cứu tố i ưu hóa chế độ ngâm HCl theo ph ương pháp
đường “lên dốc” của BoxWillson. 57
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
ix
Hình 22.Thiết bị ổn nhiệt Memmert. 19
Hình 23. Thiết bị đo Uvmini-1240 19
Hình 24.Máy li tâm. 20
Hình 25.Thiết bị Vortex 20
Hình 26.Sự bắt màu của dung dịch BSA sau khi cho thuốc thử Biuret. 20
Hình 27. Công thức cấu tạo của Sodium citrate. 21
Hình 28. Mono Sodium Citrate Anhydrous. 21
Hình 29. Dung dịch protein và thuốc thử Biuret 21
Hình 30. Thủy phân đầu tôm 21
Hình 31. Đầu tôm đã được vô hoạt enzyme sau khi thủy phân(dùng nhiệt) 22
Hình 32. Phế liệu tôm sau khi thủy phân 22
Hình 33. Phế liệu tôm sau khi thủy phân bằng enzyme Alcalase và xử lý
NaOH 22
Hình 34. Phế liệu tôm đã khử protein và khư khoáng lần 1 bằng
C
6
H
5
COOH 23
Hình 35. Phế liệu tôm(PLT) đã khử protein bằng enzyme(trái), PLT đã khử
protein bằng enzyme và NaOH 23
Hình 36. PLT đã khử protein bằng enzyme và NaOH(trái), PLT đã khử
protein và khử khoáng bằng C
6
H
5
COOH 23
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
1
LỜI MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Ở Việt Nam hiện nay chủ yếu sản xuất chitin -chitosan theo phương pháp hoá
học có sử dụng các loại hoá chất với nồng độ cao, thời gian xử lý dài gây ảnh h ưởng
tới chất lượng chitin-chitosan và các chế phẩm khác được sản xuất từ phế liệu giáp
xác. Vì vậy, việc nghiên cứu một quy trình kết hợp phương pháp hoá học với
phương pháp sinh h ọc đồng thời giảm tối đa lượng hoá chất sử dụng là rất cần thiết
góp phần giảm chi phí sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm.
Ngoài ra, còn có rất nhiều hướng nghiên cứu sử dụng phế liệu giáp xác sản xuất các
mặt hàng có giá trị khác như: Astaxanthin, thức ăn chăn nuôi, chiết rút chất
mùi…nhưng công ngh ệ gây ô nhiễm nên không cho phép tận dụng các chất có hoạt
tính khác.
Do đó việc sử dụng nguồn phế liệu từ vỏ tôm đã được triển khai tại rất nhiều
các khu vực trong nước. Việc tận dụng phế liệu vỏ tôm tập trung chủ yếu vào sản
xuất thức ăn cho gia súc, các s ản phẩm Chitin-Chitosan, glucosamine,
oligosaccharide… Tuy nhiên theo đi ều tra ban đầu thì trong công nghệ sản xuất
Chitin-Chitosan trong nước hiện nay đều thực hiện chủ yếu theo phương pháp hóa
học dẫn đến chất lượng chưa cao, hầu hết các cơ sở sản xuất Chitin -Chitosan chưa
có một hệ thống xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn. Nguyên nhân chủ yếu là do hàm
lượng chất lơ lửng, trong đó chủ yếu là các chất có nguồn gốc từ protein. Chúng có
tính chất là rất khó lắng trong quá trình xử lí. Như vậy, nếu chúng ta có thể thu hồi
protein sau quá trình th ủy phân bằng enzyme Alcalase thì sẽ tận dụng được nguồn
chất dinh dưỡng trong phế liệu đầu vỏ tôm để làm bột dinh dưỡng cho người, thức
ăn cho gia súc, gia c ầm, từ đó nâng cao nâng cao được giá trị của nguyên liệu, giảm
tải cho quá trình xử lí n ước thải, hạn chế sự ô nhiễm môi tr ường. Đồng thời việc sử
dụng thủy phân bằng enzyme sẽ hạn chế việc sử dụng hóa chất, gây ô nhiễm môi
trường. Trong thực tế hiệ n nay tại các cơ sở sản xuất phải thu nhân nguyên li ệu từ
các khu vực xa, không tập trung và khối l ượng không lớn gây khó khăn về chi phí
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
2
vận chuyển. Do vậy việc nghiên cứu ứng dụng chế độ thủy phân bằng enzyme góp
phần kéo dài thời gian bảo quản nguyên liệu, giảm chi phí do ph ơi hoặc sấy khô
nguyên liệu, giảm sự ô nhiễm môi tr ường do không vận chuyển tạm thời, đồng thời
loại bỏ một phần các chất khoáng, protein.
Xuất phát từ thực tế trên, được sự đồng ý của Bộ môn Công nghệ Chế biến-
Khoa Chế biến-Trường Đại học Nha Trang , dưới sự hướng dẫn của cô Thạc sĩ Ngô
Thị Hoài Dương, em đã thực hiện đề tài: “ Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình sản xuất
Chitin theo phương pháp sinh h ọc kết hợp hóa học.”
2.Mục đích của đề tài:
Xác định các điều kiện tối ưu để khử protein từ phế liệu tôm thẻ chân trắng
(Penaeus vannamei) bằng enzyme Alcalase và NaOH, đồng thời xác định các điều
kiện tối ưu để khử khoáng bằng acid benzoic kết hợp HCl nhằm giảm thiểu hóa chất
sử dụng, giảm ô nhiễm môi tr ường, nâng cao chất lượng Chitin.
3. Tính khoa học và thực tiễn của đề tài:
Thành công của đề tài sẽ được áp dụng tại các cơ sở sản xuất chitin với mục
đích tận dụng nguồn protein từ đầu tôm, hạn chế sử dụng hóa chất nhằm giảm ô
nhiễm môi trường và sản xuất ra chitin-chitosan có chất lượng cao và ứng dụng vào
các lĩnh vực đặc biệt như ứng dụng trong y học, mỹ phẩm… . Đề tài cũng là nguồn
tài liệu hữu ích phục vụ cho công tác nghiên cứu chuyên sâu về lĩnh vực này.
4. Nội dung của đề tài:
- Tổng quan về công nghệ sản xuất chitin -chitosan
- Nghiên cứu sản xuất Chitin bằng ph ương pháp sinh học
Tối ưu hóa quá trình khử protein bằng enzyme kết hợp với NaOH
Tối ưu hóa quá trình khử khoáng có sử dụng acid benzoic
- Đề xuất quy trình.
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
3
PHẦN 1.
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NG HỆ SẢN XUẤT VÀ ỨNG D ỤNG CỦA
CHITIN-CHITOSAN.
1.1. TỔNG QUAN VỀ CHITIN -CHITOSAN
1.1.1. Sự tồn tại của Chitin -Chitosan trong tự nhiên
Chitin và dẫn xuất của nó là Chitosan là những polysaccharide mạch thẳng,
chúng phổ biến trong tự nhiên chỉ sau cellulose, Chit in tồn tại ở cả động vật và thực
vật. Ở động vật thủy sản, Chitin tồn tại rất nhiều, đặc biệt là ở vỏ tôm, cua, ghẹ,…
Vì vậy, chúng là nguồn nguyên liệu dồi dào để sản xuất Chitin-Chitosan.
Trong động vật: Chitin là thành phần cấu trúc quan trọng của vỏ bao của một
số động vật không xương sống như côn trùng, nhuy ễn thể, giáp xác, giun tròn,
Chitin được coi là chất tạo x ương hữu cơ chính ở động vật không xương sống.
Trong thực vật: Chitin có trong vách tế bào của nấm và một số loài tảo
chlorophyceae. Chitin t ồn tại trong tự nhiên ở dạng tinh thể. Nó có cấu trúc gồm
nhiều phân tử được nối với nhau bằng cầu nối hydro và tạo thành một hệ thống
dạng sợi ít nhiều có tổ chức. Trong tự nhiên rất ít gặp dạng tồn tại tự do của Chitin,
nó liên kết dưới dạng phức hợp Chitin -protein,Chitin với các hợp chất hữu c ơ,…
khi tồn tại như thế Chitin có sự đề kháng đối với các chất thủy phân, hóa học và
enzyme. Do đó nó gây khó khăn cho vi ệc tách chiết và tinh chế. Tùy thuộc vào đặc
tính của cơ thể và sự thay đổi từng giai đoạn sinh lý mà trong cùng một loài, ng ười
ta có thể thấy sự thay đổi về hàm lượng cũng như chất lượng của Chitin.
Trong tự nhiên, Chitosan rất hiếm gặp, chỉ có trong vách ở một số lớp vi nấm
(đặc biệt: zygomycetes, mucor,…) và ở vài loại côn trùng nh ư ở thành bụng của
mối chúa. Sự deacetyl bằng kiềm, Chitin tạo thành Chitosan và tan được trong dung
dịch acid acetic loãng.
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
4
1.1.2. Cấu trúc và tính chất của Chitin -Chitosan
1.1.2.1 Cấu trúc của Chitin -chitosan
Chitin-Chitosan là một polysaccharide nên có cấu trúc dạng chuỗi.
Trong đó : Chitin : R : -NH-COCH
3
Chitosan : R : -NH
2
CHITIN: Chitin là một polysaccharide mạch thẳng, nó có cấu trúc tuyến tính
gồm các đơn vị N-acetyl-glucosamine nối với nhau nhờ cầu β-1,4glucoside.
Công thức phân tử: (C
8
H
13
O
5
N)
n
Phân tử lượng : M = (203,19)
n
Trong đó n phụ thuộc vào nguồn gốc nguyên liệu:
Đối với tôm hùm : n = 70 0÷800
Đối với cua : n = 500÷600
Đối với tôm thẻ: n = 400÷500
Công thức cấu tạo:
Hình 1.Cấu tạo của Chitin.
CHITOSAN: Chitosan là một polysaccharide mạch thẳng, gồm các phân tử D -
1,4glucosamine. Khi xử lý kiềm đặc từ Chitin ta thu được Chitosan.
Công thức phân tử : (C
6
H
11
O
4
N)
n
Phân tử lượng: M= (161,07)
n
Công thức cấu tạo :
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
5
Hình 2. Cấu tạo của Chitosan.
1.1.2.2. Tính chất của Chitin-Chitosan
CHITIN:
Chitin có màu trắng, không tan trong nư ớc, trong kiềm, trong acid loãng và
các dung môi hữu cơ khác như ete, rượu. Chitin hòa tan được trong dung dịch đậm
đặc, nóng của muối thyoxyanat liti (LiSCN) và muối thyoxyanat canxi (Ca(SCN)
2
)
tạo thành dung dịch keo.
Chitin ổn định với chất oxy hóa nh ư KMnO
4
, nước javen, NaClO, …ng ười ta
lợi dụng tính chất này để khử màu cho Chitin.
Chitin có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại ở b ước sóng 884÷890 cm.
Chitin là một polysaccharide nguồn gốc tự nhiên, có hoạt tính sinh học cao, có tính
hòa hợp sinh học và tự phân hủy trên da. Chitin bị men lysozyme, một loại men chỉ
có ở cơ thể người, phân giải thành monome N -acetyl-D-glucosamine.
Chitin kết tinh ở dạng vô định hình, khó hòa tan trong dung dịch amoniac
(NH
3
), không hòa tan trong thu ốc thử Schueizer-Sacrpamonia. Điều này có thể là do
sự thay đổi nhóm hydroxy (-OH) tại vị trí C
2
bằng nhóm acetamic (NHCOCH
3
) đã
ngăn cản sự tạo thành các phức hợp cần thiết.
Khi nung nóng Chitin trong dung d ịch NaOH đặc thì Chitin sẽ bị khử mất
gốc acetyl tạo thành Chitosan. Khi đun nóng Chitin trong acid HCl đ ặc thì Chitin sẽ
bị thủy phân tạo thành Glucosamine 85,5%, acid acetic 14,5%.
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
6
CHITOSAN:
Đặc tính cơ bản của Chitosan: Chitisan có nguồn gốc thiên nhiên, không độc,
dùng an toàn cho ngư ời trong thức ăn, thực phẩm, dược phẩm, có tính hòa hợp sinh
học cao với cơ thể, có khả năng tự phân hủy sinh học, có nhiều tác dụng sinh học đa
dạng: có khả năng hút nước, giữ ẩm, kháng nấm, kháng khuẩn với nhiều chủng loại
khác nhau, kích thích tăng sinh t ế bào ở người, động vật, thực vật, có khả n ăng nuôi
dưỡng tế bào trong điều kiện nghèo dinh d ưỡng.
Tính chất hóa học : Chitosan là chất rắn, xốp, nhẹ, màu trắng ngà, không
mùi, không vị, hòa tan dễ dàng trong dung d ịch acid loãng. Loại Chitosan có khối
lượng trung bình thấp t ừ 100000÷400000 hay được dùng nhiều nhất trong y tế và
trong thực phẩm.
Tính chất sinh học: Chitosan có nhiều tác dụng sinh học đa dạng như : tính
kháng nấm, tính kháng khuẩn với nhiều chủng loại khác nhau, kích thích sự phát
triển tăng sinh của tế bào, có khả năng nuôi dưỡng tế bào trong điều kiện nghèo
dinh dưỡng, tác dụng cầm máu, chống s ưng u.
Ngoài ra, Chitosan còn có tác d ụng làm giảm cholesterol và lipid máu, làm to
vi động mạch và hạ huyết áp, điều trị thận mãn tính, chống rối loạn nội tiết.
Với khả năng thúc đẩy hoạt động của các peptid - insulin, kích thích vi ệc tiết
ra insulin ở tuyến tụy nên Chitosan được dùng để điều trị bệnh tiểu đường. Nhiều
công trình đã công bố khả năng kháng đột biến, kích thích làm t ăng cường hệ thống
miễn dịch cơ thể, khôi phục bạch cầu, hạn chế sự phát triển của các tế bào u, ung
thư, HIV/AISD, ch ống tia tử ngoại, chống ngứa,… của Chitosan.
1.1.3. Ứng dụng của Chitin-Chitosan:[2][5][10]
1.1.3.1. Trong y học và mỹ phẩm
Dùng làm phụ gia trong kỹ nghệ bào chế d ược phẩm:
Tá dược độn, tá dược chính, tá dược dẫn thuốc, màng bao phim, viên nang
mềm, nang cứng…làm chất mang sinh học để gắn thuốc, tạo ra thuốc polymer tác
dụng chậm kéo dài, làm hoạt chất chính để chữa bệnh như: Thuốc điều trị liền vết
thương, vết phỏng, vết mổ vô trùng, thuốc bổ d ưỡng cơ thể: Hạ lipid và cholesterol
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
7
máu, thuốc chữa bệnh đau dạ dày, tiểu đường, xưng khớp, viêm khớp, viêm x ương,
loãng xương, chống đông tụ máu, kháng nấm, kháng khuẩn, điều trị suy giảm miễn
dịch, có khả năng hạn chế sự phát triển của tế bào u, tế bào u ng thư và chống HIV.
Dùng làm vật liệu y sinh: Da nhân tạo, màng sinh học, chất nền cho da nhân tạo, chỉ
khâu phẫu thuật, mô cấy ghép…
Trong mỹ phẩm chitosan được bổ sung vào kem chống khô da, kem lột mặt để tăng
độ bám dính, tăng độ hòa hợp sinh học với d a, chống tia cực tím…
1.1.3.2. Trong công nghiệp thực phẩm[3]
Chitosan được xem như một phụ gia tạo độ cứng, tạo keo, phân lớp và khử
axit của trái cây và đồ uống, tăng cường mùi vị tự nhiên. Tạo màng để bao gói thực
phẩm, hoa quả, rau tươi. Là một polyme dùng an toàn cho người, lại có hoạt tính
sinh học đa dạng, chitosan được coi là thành phần bổ d ưỡng đưa vào thực phẩm,
bánh kẹo, nước giải khát, thức ăn vật nuôi và thủy sản. Chitosan sử dụng để chống
hiện tượng mất nước trong quá trình làm lạnh, làm đông thực phẩm.
1.1.3.3. Ứng dụng trong nông nghiệp [2][5]
Dùng bảo quản hạt giống, t ăng cường khả năng nảy mầm của hạt, tác nhân
chống nấm, chống vi khuẩn gây bệnh cho môi tr ường xung quanh.
Ngoài ra, chitosan còn dùng làm ch ất kích thích sinh tr ưởng cây trồng, thuốc chống
bệnh đạo ôn, khô vằn cho lúa.
1.1.3.4. Ứng dụng trong sinh học
Làm giá thể hoạt hóa cho công nghệ cố định enzyme và các tế bào vi sinh
vật, làm chất mang sử dụng trong sắc ký chọn lọc, màng lọc sinh học, tổng hợp
polymer sinh học.
1.1.3.5. Ứng dụng trong các ngành công nghiệp k hác.
Trong công nghiệp dệt:
Chitosan được dùng để hồ vải: cố định hình in hoa, ưu điểm có thể thay thế
được hồ tinh bột bằng chitosan làm cho vải hoa, ti, sợi bền chịu được cọ xát, bề mặt
đẹp, bền trong kiềm.
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
8
Làm vải chịu nước, không bắt lửa: Hòa tan chitosan trong dung d ịch acid
acetic loãng cùng với axetat nhôm và axit stearic thu đư ợc hỗn hợp. Hỗn hợp này
đem sơn lên vải, khi khô tạo thành màng mỏng, chắc, bền, chịu n ước và không bắt
lửa. Vải này được sử dụng để sản xuất đồ bảo hộ lao động.
Làm sợi Chitin: Ngâm chitosan trong dung d ịch Na
2
SO
4
bão hòa rồi đem kéo
sợi, rửa trong nước ở nhiệt độ cao thu được giống sợi gai. Đem sợi này trộn với sợi
cellulose tỷ lệ 30% thu được sợi Chitin-cellulose. Khả năng bắt màu thuốc nhuộm
càng tăng khi ta tăng h ệ sợi chitin.
Trong công nghiệp giấy:
Chitosan có tác dụng làm tăng độ bền của giấy, chỉ cần thêm trọng l ượng bằng 1%
trọng lượng của giấy thì sẽ làm t ăng gấp đôi độ bền của giấy khi ẩm ướt, tăng độ nét
khi in. Các loại giấy này dùng làm giấy vệ sinh, g iấy in, túi giấy.
Trong ngành phim ảnh:
Phim chitosan có đ ộ nhớt rất cao, không tan trong n ước, acid. Độ cứng được cải
thiện bằng cách tổng hợp đúc chitosan, rồi xử lý phim bằng dung dịch acid.
Ứng dụng trong mỹ phẩm:
Chitosan được sử dụng trong sản xuất kem chống khô da, do bản chất
chitosan cố định dễ dàng trên biểu bì da bởi những nhóm NH4
+
thường được các
nhà khoa học gắn với những chất giữ n ước hoặc những chất lọc tia cực tím. Vì vậy
chitosan là gạch nối giữa hoạt chất của kem và da.
1.2. GIỚI THIỆU VỀ PHẾ LIỆU TÔM VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
CHITIN-CHITOSAN.
1.2.1. Giới thiệu về phế liệu tôm
Ở Việt Nam nguồn nguyên liệu tôm là rất dồi dào, được thu từ 2 nguồn chính
là đánh bắt tự nhiên và nuôi trồng. Đặc biệt, nuôi tôm đã phát triển mạnh trong
những năm gần đây và trở thành ngành kinh tế mũi nhọn. Diện tích nuôi tôm đã
tăng từ 250.000 ha năm 2000 lên đến 478.000 ha năm 2001 và 540.000 ha năm
2003. Năm 2002, giá tr ị xuất khẩu thuỷ sản đạt hơn 2 tỷ USD, trong đó xuất khẩu
tôm đông lạnh chiếm 47%, đứng thứ 2 sau xuất khẩu dầu khí. N ăm 2004, xuất khẩu
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
9
thuỷ sản đạt giá trị 2,4 tỷ USD, chiếm 8,9% tổng giá trị xuất khẩu cả n ước trong đó
tôm đông lạnh chiếm 53% tổng giá trị xuất khẩu thuỷ sản. N ăm 2006 kim ngạch
xuất khẩu thủy sản đã qua mốc 3 tỷ đạt 3,31 tỷ USD, tăng gần 600 triệu USD so với
năm 2005, trong đó m ặt hàng tôm truyền thống chiếm vị trí đầu bảng xấp xỉ 1,5 tỷ
USD, chiếm 44,3 % tổng kim ngạch xuất khẩu. N ăm 2007, tổng kim ngạch xuất
khẩu thủy sản đạt 3,75 tỷ USD tăng 12% so với năm 2006
Mục tiêu xuất khẩu thu ỷ sản đến năm 2010, Việt Nam phấn đấu đạt giá trị 4 -
4,5 tỷ USD. Ðịnh hướng đến năm 2020, chế biến xuất khẩu thủy sản tiếp tục là
động lực thúc đẩy phát triển nuôi trồng thuỷ sản, khai thác thuỷ sản và mang lại
nhiều lợi ích kinh tế ngành, nâng cao thu nh ập và đời sống lao động nghề cá. Tôm
được dự kiến đạt khoảng 483 nghìn tấn nguyên liệu để phục vụ cho xuất khẩu
khoảng 390.000 tấn năm 2010. Theo thống kê của Trung tâm Nghiên cứu Chế biến
Thủy sản, Đại học Thuỷ sản thì lượng phế liệu năm 2004 tại Việt Nam ước tính
khoảng 45.000 tấn phế liệu, năm 2005 ước tính khoảng 70.000 tấn/n ăm. Trần Thị
Luyến (2004) cho biết trong vỏ tôm tươi chitosan chi ếm khoảng 5% khối l ượng,
trong vỏ tôm khô khoảng 20 -40% khối lượng. Như vậy hàng năm có thể sản xuất
gần 5000 tấn chitosan phục vụ sản xuất trong nước và xuất khẩu, mang lại hiệu qu ả
kinh tế cho ngành Thuỷ sản .
Phế liệu tôm (PLT) là những thành phần phế thải từ các c ơ sở chế biến tôm
bao gồm đầu, vỏ và đuôi tôm. Ngoài ra, c òn có tôm gãy thân, tôm l ột vỏ sai quy
cách hoặc tôm bị biến màu. Tuỳ thuộc vào loài và ph ương pháp xử lý mà lượng phế
liệu có thể vượt quá 60% khối lượng sản phẩm. Có thể lấy tôm cà ng xanh
Macrobrachium rosenbergii làm ví dụ, đầu tôm chiếm tới 60% trọng l ượng tôm.
Đầu tôm sú Penaeus monodon cũng chiếm tới 40% trọng lượng tôm. Với sản phẩm
tôm lột vỏ, rút chỉ lưng, lượng đuôi và vỏ đuôi của tôm chiếm khoảng 25% trọng
lượng tôm. Đối với tôm thẻ, lượng phế liệu đầu tôm chiếm 28% và vỏ chiếm 9%,
như vậy tổng lượng phế liệu vỏ đầu tôm thẻ là 37%. L ượng phế liệu này có thể
giảm ít nhiều bằng cách nâng cao hiệu quả lột vỏ nhờ các thiết bị và công nghệ chế
biến tốt hơn. Giảm lượng phế liệu từ khâu chế biến hoặc tìm giải pháp tái sử dụng
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
10
chúng đang trở nên phổ biến như một phương cách giúp làm tăng l ợi nhuận cho
ngành thuỷ sản.
Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy tỷ lệ của phế liệu tôm từ 30-70%
(Watkin và cộng sự, 1982 ; Evers và Carroll [19], trung bình khoảng 50% so với
khối lượng tôm chưa chế biến. Halanda và Netto (2006) cho r ằng phế liệu tôm có
thể chiếm 50-70% so với nguyên liệu [20]. Phần lớn tôm được đưa vào chế biến
dưới dạng bóc vỏ, bỏ đầu. Phần đầu thường chiếm khối lượng 34-45%, phần vỏ,
đuôi và chân chiếm 10-15% trọng lượng của tôm nguyên liệu. Tuy nhiên, tỉ lệ này
tuỳ thuộc vào giống loài và giai đoạn sinh trưởng của chúng [5] [6 ].
Cấu tạo và thành phần sinh hóa của vỏ tôm[5]
Lớp ngoài cùng của vỏ tôm có cấu trúc chitin -protein bao phủ, lớp vỏ này
thường bị hóa cứng khắp bề mặt c ơ thể do sự lắng đọng của muối canxi và các chất
hữu cơ khác nằm dưới dạng phức tạp do sự t ương tác giữa protein và các chất
không hòa tan.
Vỏ chia làm 4 lớp chính:
Lớp biểu bì
Lớp màu.
Lớp canxi.
Lớp không bị canxi hóa.
- Lớp biểu bì, lớp màu, lớp canxi hóa cứng do sự lắng đọng của canxi. Lớp
màu, lớp canxi hóa, lớp không b ị canxi hóa chứa chitin nh ưng lớp biểu bì thì không
- Lớp màu: Tính chất của lớp này do sự hiện diện của những thể hình hạt của
vật chất mang màu giống dạng melanin. Chúng gồm những túi khí hoặc những
không bào. Một vài vùng xuất hiện những hệ thống rãnh thẳng đứng có phân nhánh,
là con đường cho caxi thẩm thấu vào.
- Lớp biểu bì: những nghiên cứu cho thấy lớp màng nhanh chóng bị biến đỏ
bởi Fucxin, có điểm pH =5,1 không chứa chitin. Nó khác với các lớp vỏ còn lại, bắt
màu xanh với anilin xanh. Lớp biểu bì có lipid vì vậy nó cản trở tác động của acid ở
nhiệt độ thường hơn các lớp bên trong. Màu của lớp này th ường vàng rất nhạt.
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
11
- Lớp canxi hóa: Lớp này chiếm phần lớn lớp vỏ, th ường có màu xanh trải
đều khắp.
- Lớp không bị canxi hóa: Vùng trong cùng của lớp vỏ được tạo bởi một
phần tương đối nhỏ so với tổng chiều dày bao gồm các phức chitin – protein bền
vững không có canxi và puinone.
Thành phần sinh hoá của vỏ tôm
Protein: Thành phần protein trong phế liệu tôm th ường tồn tại ở hai dạng
Dạng tự do: Dạng này là phần thịt tôm từ một số tôm bị biến đổi được vứt
lẫn vào phế liệu hoặc phần thịt còn sót lại trong đầu và nội tạng của đầu tôm. Nếu
công nhân vặt đầu không đúng kỹ thuật thì phần protein bị tổn thất vào phế liệu
nhiều làm tăng định mức tiêu hao nguyên vật liệu, mặt khác phế liệu khó xử lý hơn.
Dạng phức tạp: Ở dạng này protein không hòa tan và th ường liên kết với
chitin, Canxi Carbonate, v ới lipid tạo lipoprotein, với sắc tố tạo
proteincarotenoit…như m ột phần thống nhất quyết định tính bền vững của vỏ t ôm.
Chitin: Tồn tại dưới dạng liên kết bởi những liên kết đồng hóa trị với các
protein dưới dạng phức hợp chitin -protein; liên kết với các hợp chất khoáng và các
hợp chất hữu cơ khác gây khó khăn cho vi ệc tách và chiết chúng.
Canxi: Trong vỏ, đầu tôm, vỏ ghẹ có chứa một lượng lớn muối vô c ơ, chủ
yếu là muối CaCO
3
, hàm lượng Ca
3
(PO
4
)
2
mặc dù không nhiều nh ưng 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 th ường có nhiều loại sắc tố nhưng chủ yếu là
Astaxanthin.
Enzyme: Theo tạp chí Thủy sản (số 5/1993) hoạt độ enzyme protease của
đầu tôm khoảng 6,5 đơn vị hoạt độ/g tươi. Các enzyme ch ủ yếu là enzyme của nội
tạng trong đầu tôm và của vi sinh vật th ường trú trên tôm nguyê n liệu.
Ngoài thành phần chủ yếu kể trên, trong vỏ đầu tôm còn có các thành phần
khác như: nước, lipid, phospho,…
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
12
1.2.2. Công nghệ sản xuất Chitin-Chitosan
Mặc dù chitin phân bố rộng rãi trong tự nhiên nh ưng nó không được tìm thấy
ở dạng tinh khiết. Chitin ở trạ ng thái tự nhiên thì liên kết với protein, lipid, sắc tố và
canxi . Vì vậy, nó cần phải được làm sạch trước khi sử dụng cho bất kỳ mục đích
thương mại nào. Phương pháp dùng để phân tách và tinh sạch chitin phải đảm bảo
lấy đi khoáng và tận dụng được các hợp chất có giá trị khác. Do đó, nhiều phương
pháp đã được áp dụng cho việc thu hồi chitin. H ơn nữa, tính hữu ích của các nguồn
chitin khác nhau ph ụ thuộc vào sự sẵn có của nguyên liệu, ph ương pháp đơn giản,
hàm lượng chitin, và sự phù hợp để tận thu các sản phẩm có giá trị khác.
Hiện nay việc làm sạch chitin bao gồm hai b ước chính:
- Khử khoáng: Loại bỏ khoáng bằng acid hoặc là một tác nhân tạo phức.
- Khử protein: Tách protein bằng kiềm hoặc một enzyme protease.
Hai bước này có thể đổi vị trí cho nhau phụ t huộc vào phương pháp thu hồi
protein, carotenoid và hơn n ữa là ứng dụng chitin. Chitin sử dụng nh ư một chất hấp
thụ hay hỗ trợ enzyme nên khử khoáng tr ước, bởi vì bước này lấy đi muối khoáng
và bảo vệ cấu trúc chitin đảm bảo sự deacetyl polysaccharid khi x ử lý kiềm nhẹ để
khử protein. Tăng cường mức deacetyl gia t ăng các nhóm amino t ự do tham gia vào
quá trình hấp phụ và gắn kết protein. Tuy nhiên, để thu hồi protein thì nên thực hiện
bước khử protein trước. Khi đó, sản lượng protein và chất l ượng là lớn nhất . Sau
quá trình khử khoáng và khử protein, sản phẩm được tẩy màu bằng acetone hoặc
hydrogen peroxide. Bư ớc này là không cần thiết và phụ thuộc vào yêu cầu của sản
phẩm cuối cùng. Có hai ph ương pháp chính đ ể sản xuất chitin: ph ương pháp hóa
học và phương pháp sinh học.
-Phương pháp hóa học: Quá trình khử khoáng được thực hiện bằng việc sử
dụng HCl hoặc acid hữu c ơ khác hoặc kết hợp cả hai ở nhiệt độ phòng với cơ chế
như sau:
CaCO
3
+ 2HCl = CaCl
2
+ CO
2
+ H
2
O
Ca
3
(PO
4
)
2
+ 6HCl = 3CaCl
2
+ 2H
3
PO
4
Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình này là:
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
13
a. Nồng độ acid: Nồng độ acid quá thấp sẽ không khử được hết khoáng dẫn đến
sản phẩm còn nhiều tạp chất. Nồng độ quá cao sẽ gây đứt mạch chitin, giảm
chất lượng sản phẩm.
b. Tỉ lệ acid/nguyên liệu: Nếu quá nhỏ thì sẽ không khử hết k hoáng, nếu quá
lớn sẽ ảnh hưởng xấu đối với mạch, tốn chi phí.
c. Nhiệt độ, thời gian xử lí: hai yếu tố này cũng rất quan trọng, ảnh hưởng đến
chất lượng sản phẩm. Nếu thời gian xử lí dài và nhiệt độ cao thì sản phẩm bị
nát sẽ rất khó xử lí sau này, đồng thời sẽ ảnh hưởng tới độ nhớt của sản phẩm
sau này. Nếu nhiệt độ thấp và thời gian xử lí ngắn thì khoáng sẽ không bị
loại triệt để.
Thông thường khi tiến hành ở nhiệt độ cao thì thời gian phải ngắn nếu có
điều kiện ta có thể xử lý ở nhiệt độ thấp thời gian dài thì chất lượng sẽ tốt hơn.
-Phương pháp sinh h ọc: Trong phương pháp sinh h ọc chỉ khác tại công đoạn
khử protein và deacetyl không sử dụng hoá chất mà có thể sử dụng hệ vi khuẩn,
nấm men hoặc các enzyme để loại bỏ protein một cách triệt để. Việc deacetyl được
thực hiện bởi enzyme deacetylase. Sản phẩm chitosan thu được có chất lượng cao
do không bị ảnh hưởng nhiều bởi hoá chất [ 6]
Việc sử dụng phương pháp sinh học cũng gặp phải rất nhiều khó kh ăn như
giá thành sản phẩm có thể sẽ cao tuỳ thuộc vào loại enzyme sử dụng, việc loại bỏ
hoàn toàn protein có th ể đạt được bằng phương pháp hoá học nhưng không thể đạt
được bằng phương pháp sinh h ọc . Vì vậy, người ta có thể kết hợp hai ph ương pháp
này nhằm khắc phục những nh ược điểm của từng phương pháp. Hiện nay, một
trong những khó khăn trong phương pháp hoá h ọc để sản xuất chitin là thể tích chất
thải có chứa các chất ăn mòn, các chất lơ lửng khó xử lý quá lớn. Những chất này là
do trong công đoạn khử khoáng và khử protein sinh ra. Chính vì vậy, cần thiết phải
có các biện pháp xử lý trước khi thải ra môi tr ường và điều này làm cho giá thành
sản phẩm tăng lên. Quá trình sản xuất chitin bằng ph ương pháp hoá học có thể gây
nên sự thuỷ phân polymer (Simpson và cộng sự, 1994; Healy và cộng sự, 1994),
biến đổi tính chất vật lý (Gagne và Simpson, 1993) và gây ô nhiễm môi tr ường
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
14
(Allan và cộng sự, 1978) [20 ]. Điều này là do không xác định được bản chất hoạt
động của hoá chất cũng nh ư sự khác nhau về hàm lượng chitin trong nguyên liệu .
Ngược lại, trong phương pháp sinh h ọc thì thể tích chất không lớn, protein sau quá
trình thủy phân bằng enzyme có thể được thu hồi làm bột dinh d ưỡng, thức ăn cho
gia súc, gia cầm, các chất khác nh ư lipid, các sắc tố cũng được thu hồi. Hơn nữa sẽ
hạn chế được việc xử lý môi tr ường. Vì vậy, muốn sản phẩm chitin có được sự đồng
nhất hơn về các đặc tính lý hoá thì chúng ta phải áp dụng những ph ương pháp xử lý
nhẹ hơn như việc sử dụng enzyme.
Legarraeta và cộng sự (1996) đã sử dụng enzyme protease và vi khuẩn có
khả năng tạo protease để tách protein nhằm thay thế cho phương pháp hoá học. Quá
trình này giúp tận dụng tối đa giá trị của nguồn phế liệu và hạn chế ảnh hưởng đến
môi trường. Hall & De Silva (1994) đã đề xuất một phương pháp khử khoáng đơn
giản bằng việc sử dụng lên men lactic nh ư là một phương pháp bảo quản phế liệu.
Phương pháp này là d ạng ủ chua ban đầu được phát triển cho bảo quản phế liệu tôm
pandan trước quá trình chế biến ở khí hậu nhiệt đới.
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
15
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN C ỨU SẢN XUẤT CHITIN -CHITOSAN TRÊN THẾ
GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
Việc nghiên cứu về dạng tồn tại, cấu trúc, tính chất lý hóa ứng dụng của
Chitosan đã được công bố từ những n ăm 30 của thế kỷ XX. Những n ước đã thành
công trong lĩnh vực nghiên cứu sản xuất chito san đó là: Nhật, Mỹ, Trung Quốc, Ấn
Độ, Pháp.
Cho đến nay trên thế giới đã có nhiều quy trình sản xuất chitin-chitosan, với
nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau nh ưng chủ yếu là vỏ tôm, cua, ghẹ nh ư:[5]
1.3.1. Sản xuất chitin, chitosan theo phương pháp hóa h ọc
- Quy trình của Stevens
Hình 3.Quy trình của Stevens (2002) Học Viện Công Nghệ Châu Á
Cao hơn 1%
Cao hơn 1%
Phế liệu tôm tươi
Khử protein
(NaOH 4%, t = 24 gi ờ,
t
o
=30
o
C)
Kiểm tra hàm lượng protein
Khử khoáng
(HCl 4%, t=24 giờ, t
o
=30
o
C)
Kiểm tra hàm lượng khoáng
Chitin
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e
V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
