tóm tắt luận án tối ưu hóa quá trình thu nhận chitin – chitosan từ phế liệu tôm thẻ chân trắng nhằm nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm

1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết
Việt Nam là một trong những nước xuất khẩu tôm hàng đầu trên thế giới với hai đối tượng nuôi chính là
tôm sú và tôm thẻ chân trắng, tổng khối lượng sản phẩm tôm sú và tôm thẻ năm 2012 đã đạt trên 480 ngàn tấn,
trong đó lượng tôm thẻ chân trắng đạt trên 130 ngàn tấn và có xu hướng gia tăng. Song song với các sản phẩm
xuất khẩu chính, một lượng đáng kể đầu và vỏ tôm cũng được tạo ra từ các qui trình sản xuất, ước tính lên đến
200 ngàn tấn mỗi năm. Trên đầu và vỏ tôm có chứa một lượng đáng kể protein, chitin, khoáng, protease và
astaxanthin. Do đó, việc xử lý kịp thời và hiệu quả lượng nguyên liệu tôm còn lại không những sẽ góp phần hạn
chế ô nhiễm môi trường mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh và hiệu quả sử dụng tài nguyên thông
qua việc thu hồi các hợp chất có hoạt tính sinh học.
Ở nước ta việc khai thác nguồn nguyên liệu tôm còn lại mới chỉ tập trung chủ yếu vào chitin và do sử
dụng phương pháp hóa học nên không thu hồi được các hợp chất có giá trị khác như protein và astaxanthin. Bên
cạnh đó,chất lượng chitin vẫn còn nhiều hạn chế và công nghệ sản xuất chitin đã gây ô nhiễm môi trường rất
nghiêm trọng. Vì vậy, để có thể sử dụng hiệu quả nguồn nguyên liệu còn lại từ quá trình chế biến tôm, đặc biệt
là với tôm thẻ chân trắng - một đối tượng nuôi mới, đồng thời thúc đẩy sự hình thành và phát triển bền vững
ngành công nghiệp sản xuất các sản phẩm có giá trị gia tăng từ nguồn nguyên liệu này ở Việt Nam cần thiết phải
nghiên cứu công nghệ cải tiến để có thể thu hồi chitin đồng thời với các hợp chất có giá trị sinh học khác và
giảm ô nhiễm môi trường.
Kết hợp phương pháp sinh học với hóa học đang là hướng đi được quan tâm trong thu hồi chitin và các
hợp chất có giá trị từ nguyên liệu giáp xác nhưng để có thể áp dụng vào thực tiễn cần phải nghiên cứu các giải
pháp hỗ trợ để nâng cao hiệu quả đồng thời hiểu rõ hơn về động học quá trình.
Xu thế mới trong cải tiến công nghệ hiện nay là chú trọng khai thác và áp dụng tác nhân vật lý để hỗ trợ
quá trình hóa học và sinh học, trong đó sóng siêu âm đang đặc biệt được quan tâm. Sóng siêu âm là một tác nhân
vật lý "xanh" đã được chứng minh hiệu quả và triển khai ở qui mô công nghiệp trong nhiều lĩnh vực như chế
biến thực phẩm, công nghiệp hóa học, công nghiệp dệt. Do đó nghiên cứu kết hợp xử lý sóng siêu âm trong quá
trình sản xuất chitin, chitosan có thể mở ra một hướng đi mới, giúp cải tiến hiệu quả công nghệ thu hồi chitin,
chitosan hiện có.
Luận án " Tối ưu hóa quá trình thu nhận chitin-chitosan từ phế liệu tôm thẻ chân trắng nhằm nâng
cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm" được thực hiện với mục đích nghiên cứu kết hợp phương pháp enzyme,

phương pháp hóa học với phương pháp vật lý để đề xuất một hướng đi mới cho phép cải tiến công nghệ sản xuất
chitin, chitosan ở Việt Nam.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của luận án là tối ưu hóa các công đoạn chính trong quá trình thu nhận chitin, chitosan bằng
công nghệ kết hợp nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm lượng hóa chất sử dụng, tận dụng được nguồn
protein có giá trị sinh học và hạn chế ô nhiễm môi trường.
3. Phạm vi và nội dung nghiên cứu
Luận án sẽ tập trung nghiên cứu 03 công đoạn chính có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và
hiệu quả của quá trình thu nhận chitin, chitosan từ vỏ động vật giáp xác: công đoạn khử protein, khử khoáng và
deacetyl, trên cơ sở đó đề xuất qui trình cải tiến cho phép cải thiện chất lượng của sản phẩm và nâng cao hiệu
2

quả về mặt môi trường. Các nội dung chính trong luận án bao gồm: (1) Xác định thành phần (thành phần khối
lượng, thành phần hóa học, thành phần khoáng và thành phần acid amin) của đối tượng tôm thẻ chân trắng; (2)
Nghiên cứu tối ưu hóa chế độ thu nhận chitin và protein từ phần đầu và vỏ tôm thẻ chân trắng; (3) Nghiên cứu
động học quá trình khử protein trên vỏ tôm thẻ chân trắng bằng pepsin; (4) Nghiên cứu tối ưu hóa và động học
quá trình deacetyl chitin, thu hồi từ đối tượng tôm thẻ chân trắng, trong điều kiện dị thể với sự hỗ trợ của sóng
siêu âm; và (5) Đề xuất qui trình thu nhận chitin, chitosan và protein sử dụng công nghệ cải tiến (kết hợp phương
pháp enzyme, phương pháp hóa học và phương pháp vật lý) cho phép nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả
của quá trình.
4. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu chính trong luận án là nguyên liệu còn lại (phần đầu và phần vỏ thân) của quá
trình chế biến tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei) xuất khẩu, kích cỡ trung bình từ 81-120 con/kg.
5. Ý nghĩa khoa học, thực tiễn và tính mới của luận án
Luận án đã công bố dẫn liệu về thành phần khối lượng và thành phần hóa học của đối tượng nguyên liệu
tôm thẻ chân trắng được nuôi và chế biến ở khu vực Khánh Hòa, đồng thời đánh giá tác động của việc chậm xử
lý đến sự biến đổi của đầu tôm thẻ chân trắng. Kết quả thu được là căn cứ khoa học để các doanh nghiệp chế
biến tôm và sản xuất chitin thực hiện các điều chỉnh cần thiết cho quá trình xử lý nguyên liệu còn lại, từ đó nâng
cao được hiệu quả sử dụng tài nguyên, hạn chế được các tác động xấu đến môi trường.
Lần đầu tiên việc nghiên cứu động học quá trình khử protein dưới xúc tác của enzyme protease (pepsin)

cũng được thực hiện. Kết quả nghiên cứu động học thu được giúp hiểu rõ hơn đặc điểm cấu trúc của vỏ tôm, bản
chất quá trình khử protein bằng enzyme pepsin đồng thời cung cấp mô hình toán hỗ trợ cho việc mở rộng qui mô
áp dụng cũng như kiểm soát, điều chỉnh quá trình khử protein bằng enzyme.
Các kết quả nghiên cứu tối ưu hóa và động học quá trình deacetyl trong điều kiện dị thể có kết hợp với
sóng siêu âm lần đầu tiên được công bố giúp hiểu rõ hơn tác dụng của hỗ trợ quá trình deacetyl của sóng siêu
âm, đồng thời cung cấp các căn cứ khoa học để mở rộng phạm vi áp dụng sóng siêu âm vào lĩnh vực sản xuất
chitin, chitosan.
Việc áp dụng công nghệ kết hợp (Integrated) giữa phương pháp sinh học, hóa học và vật lý vào quá trình
thu hồi chitin, chitosan và protein cũng lần đầu tiên được đề cập trong luận án. Các qui trình được đề xuất sẽ mở
ra một hướng đi mới trong việc cải tiến công nghệ thu hồi chitin, chitosan hiện có: cho phép nâng cao chất lượng
sản phẩm, thu hồi protein có hoạt tính sinh học, đồng thời tiết giảm đáng kể lượng hóa chất sử dụng và chất thải.
6. Kết cấu của Luận án
Luận án gồm 142 trang nội dung, 19 trang tài liệu tham khảo (242 tài liệu) và 56 trang phụ lục. Nội dung
luận án được trình bày trong 3 chương với 28 bảng biểu và 28 hình ảnh, đồ thị và 13 sơ đồ, qui trình.
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Thành phần và giá trị của nguyên liệu còn lại sau quá trình chế biến tôm xuất khẩu
Nguyên liệu còn lại sau khi chế biến tôm gồm có đầu, vỏ, đuôi và một lượng không đáng kể thịt vụn; Tỷ
lệ giữa các phần thay đổi tùy thuộc vào giống loài, độ tuổi, mùa vụ và phương pháp chế biến tuy nhiên theo số
liệu thống kê tỷ lệ nguyên liệu còn lại so với khối lượng toàn thân tôm dao động khoảng 40-60%.
Mặc dù có sự khác nhau về tỷ lệ các thành phần hóa học ở các loài tôm nhưng protein luôn là thành phần
chiếm tỷ trọng lớn nhất (từ 33-49,8% khối lượng chất khô), tiếp đến là chất khoáng và chitin (tương ứng từ 21,6-
3

38% và từ 13,5-20% khối lượng chất khô). Như vậy, nguyên liệu còn lại của quá trình chế biến tôm là nguồn
nguyên liệu quan trọng để thu nhận protein và chitin.
Trên đầu tôm có chứa một hệ gồm nhiều loại enzyme khác nhau trong đó một lượng đáng kể là enzyme
protease. Hệ enzyme protease trên đầu tôm bao gồm cả endoprotease và exoprotease, có hoạt lực tương đương
một số protease thương mại tuy nhiên chúng rất dễ bị tổn thất theo lượng protein hòa tan. Đối với tôm thẻ chân
trắng (Penaeus vannamei), hệ protease hoạt động mạnh ở 60
o

C trong vùng pH=7,5-8, đây cũng chính là giá trị
pH tự nhiên của đầu tôm tươi. Khai thác trực tiếp nguồn protease trên đầu tôm để thủy phân protein sẽ cho phép
tiết kiệm được chi phí bổ sung enzyme từ bên ngoài.
1.2. Pepsin và khả năng ứng dụng trong thu nhận protein và chitin
Pepsin có bản chất của một endopeptidase, thuộc nhóm aspartate protease, có tính đặc hiệu đối với các
liên kết peptide giữa các acid amin kỵ nước với các acid amin vòng thơm như phenylalanine, tryptophan và
tyrozin. Phân tử pepsin được hình thành từ một chuỗi protein đơn. Khối lượng phân tử trung bình của pepsin
thương mại vào khoảng 34,644 Da với 327 gốc acid amin, trong đó các acid amin có tính acid chiếm một tỷ lệ
cao (43 trong tổng số 327), tạo nên giá trị pI khá thấp. Trung tâm hoạt động của pepsin được hình thành bởi hai
tiểu phần có gốc aspartate, Asp32 và Asp215, một tiểu phần sẽ đóng vai trò chất nhận proton, và tiểu phần còn
lại là chất cho proton. pH hoạt động của pepsin trong khoảng từ 1-5, tùy theo cơ chất. Trong giải pH từ 5-7, hoạt
tính của pepsin giảm đáng kể. Ở pH trên 7, pepsin bị biến tính và mất khả năng hoạt động tuy nhiên hoạt tính của
pepsin có thể phục hồi khi pH của hệ thay đổi về vùng tối thích. Sản phẩm thủy phân protein của pepsin có hoạt
tính sinh học cao hơn so với các enzyme khác như Alcalase , α-chymotrypsin, và trypsin. Với các tính chất đặc
trưng này, có thể sử dụng pepsin để kết hợp quá trình khử protein với quá trình khử khoáng giúp rút ngắn thời
gian và thu hồi sản phẩm thủy phân protein có hoạt tính sinh học.
Pepsin thương mại hiện nay chủ yếu được thu nhận từ lớp niêm mạc dạ dày lợn theo phương pháp
truyền thống nên chi phí sản xuất cao hơn so với một số enzyme protease thương mại khác được thu nhận từ sinh
khối vi sinh vật. Tuy nhiên các nguồn thu nhận pepsin đang được nghiên cứu mở rộng (từ nội tạng cá hay từ
một số loài vi sinh vật như nấm Botrytis cinerea hay vi khuẩn Aspergillus niger) cùng với sự cải tiến về công
nghệ thu hồi dựa trên hệ thống hai pha (Aqueous two-phase system) do đó chắc chắn giá thành của pepsin sẽ có
sự điều tiết hợp lý hơn trong tương lai.
1.3. Sóng siêu âm và tiềm năng ứng dụng
Sóng siêu âm là sóng âm thanh có tần số cao hơn tần số tối đa mà tai người có thể nghe thấy được
(>20kHz). Trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm và công nghệ sinh học, sóng siêu âm có tần số thấp - cường độ
cao (20 -100kHz) có phạm vi ứng dụng khá rộng, đặc biệt được dùng để điều chỉnh tính chất vật lý và hóa học
của thực phẩm, của enzyme cũng như của các đối tượng được chiếu sóng.
Cơ chế tác động của sóng siêu âm trong hệ có chất lỏng chủ yếu liên quan đến hiện tượng tạo lỗ hổng
(cavitation). Tùy thuộc vào đặc tính của hệ được chiếu sóng siêu âm (tính chất của môi trường lỏng, sự có hay
không có mặt của khí và các thành phần không tan) và điều kiện chiếu sóng (tần số, mức năng lượng, thời gian,

phương thức tạo sóng, ) mà các tác động trên có thể xảy ra với các mức độ khác nhau. Với cơ chế tác động đa
chiều, sóng siêu âm có thể thay đổi cấu trúc không gian của các chất tham gia phản ứng (nguyên liệu, enzyme)
và tăng cường sự tiếp xúc giữa các chất tham gia phản ứng nhờ đó có tác dụng đẩy nhanh tốc độ và rút ngắn
đáng kể thời gian phản ứng.
4

Việc nghiên cứu và ứng dụng sóng siêu âm để đẩy nhanh tốc độ phản ứng hóa học, nâng cao hiệu suất
tách chiết các chất có hoạt tính sinh học với các hệ dị thể (rắn - lỏng) đang rất được quan tâm vì sóng siêu âm có
khả năng xúc tiến các phản ứng hóa học, giúp giảm nhẹ điều kiện phản ứng (nhiệt độ, thời gian, lượng hóa chất
sử dụng), tiết kiệm chi phí đồng thời còn cho phép giữ và/hoặc cải thiện chất lượng sản phẩm. Kết quả của các
nghiên cứu cho thấy tác động hóa học, vật lý và năng lượng hình thành nhờ xử lý sóng siêu âm đã cho phép giảm
thiểu được rất đáng kể lượng hóa chất và chất thải thải ra môi trường, góp phần tạo nên các quá trình công nghệ
"xanh" và chúng hoàn toàn có thể phát triển để đưa vào áp dụng ở qui mô công nghiệp.
1.4. Những vấn đề cần giải quyết đối với công nghệ sản xuất chitin, chitosan ở Việt Nam
Nguyên liệu dùng để sản xuất chitin chủ yếu là phần đầu tôm và vỏ tôm từ qui trình chế biến tôm sú và
tôm thẻ chân trắng xuất khẩu. Tại các doanh nghiệp chế biến tôm, đầu tôm luôn được tách ra khỏi thân từ rất
sớm, sau khi tiếp nhận (trừ sản phẩm tôm nguyên con); còn vỏ tôm sẽ được tách ra ở các giai đoạn muộn hơn,
tùy thuộc vào đặc điểm của sản phẩm. Tuy nhiên, sau đó chúng lại được nhập chung và lưu giữ khá lâu (thường
từ 4-8h) ở nhiệt độ phòng trong khu vực chứa phế liệu trước khi được vận chuyển đến các cơ sở sản xuất chitin
hoặc thức ăn gia súc. Lúc này đầu và vỏ tôm thường đã có dấu hiệu hư hỏng rất rõ: chảy dịch, mùi hôi và biến
màu. Thói quen xử lý này đã làm giảm hiệu quả thu hồi các sản phẩm hữu ích đồng thời gây ô nhiễm môi
trường.
Công nghiệp sản xuất chitin, chitosan của nước ta hiện tại còn đơn giản và chưa được đầu tư đúng mức.
Các cơ sở sản xuất đa phần tập trung ở khu vực miền Tây Nam bộ và Đồng bằng sông Cửu Long nhưng có qui
mô nhỏ, khoảng 2000 tấn sản phẩm/năm và chủ yếu sử dụng phương pháp hóa học; phương pháp sinh học kết
hợp với hóa học chỉ mới được một vài cơ sở triển khai thăm dò ở qui mô nhỏ. Các cơ sở sản xuất chitin hiện nay
đều sử dụng acid HCl trong công đoạn khử khoáng và NaOH để khử protein. Nồng độ HCl sử dụng thường nằm
trong khoảng 4-6% và xử lý ở nhiệt độ thường trong thời gian khoảng 1 ngày. Nồng độ của dung dịch NaOH
nằm trong khoảng 4-5%, ở nhiệt độ thường hoặc có gia nhiệt, thời gian trong khoảng 1 ngày. Quá trình khử
protein chỉ được gia nhiệt khi yêu cầu chất lượng của chitin cao còn hầu hết là xử lý ở nhiệt độ thường. Dịch thu

được sau khử protein được đưa lên tháp để cô đặc và sản phẩm protein thu hồi có dạng sệt, được tận dụng làm
thức ăn gia súc nhưng chất lượng rất kém.
Sản phẩm chính của các cơ sở sản xuất là chitin nhưng chất lượng vẫn còn thấp, hàm lượng khoáng và
protein cao, dễ bị biến màu; chất lượng không ổn định, giá thành cao; giá bán thấp do đó khả năng ứng dụng và
thương mại hóa hạn chế. Số lượng các cơ sở sản xuất chitin hiện đang ngày càng giảm vì bị cấm hoạt động do
gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Nguyên nhân gây ô nhiễm đến từ hai nguồn: dịch rỉ protein trong quá
trình vận chuyển nguyên liệu từ doanh nghiệp chế biến tôm về nơi sản xuất chitin và lượng chất thải từ qui trình
sản xuất chitin, chitosan. Nhu cầu thực tiễn đòi hỏi phải có các giải pháp khoa học để xử lý triệt để tình trạng ô
nhiễm này.
Tóm lại, hướng sử dụng nguyên liệu còn lại của quá trình chế biến tôm ở nước ta chỉ mới tập trung chủ
yếu đến việc thu hồi chitin mà chưa quan tâm nhiều đến việc thu hồi và duy trì giá trị sinh học cho protein cũng
như chưa tạo ra được các sản phẩm có tính ứng dụng và thương mại hóa cao. Thêm vào đó, các nghiên cứu chỉ
tập trung ở việc thiết lập qui trình công nghệ mà chưa có các nghiên cứu sâu về mặt động học và cũng chưa đánh
giá được mức độ ảnh hưởng và sự tương tác của các thông số xử lý trong qui trình công nghệ.
5

CHƯƠNG II: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Nguyên liệu chính
Nguyên liệu tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei) nuôi, ở khu vực Khánh Hòa, được sử dụng ở 2
dạng: dạng nguyên con để xác định thành phần khối lượng (có cỡ trong khoảng từ 60-160 con/kg), thành phần
hóa học, thành phần acid amin, thành phần khoáng (cỡ trong khoảng từ 81-120 con/kg, cỡ phổ biến); và ở dạng
nguyên liệu còn lại sau quá trình chế biến tôm thẻ chân trắng xuất khẩu (cỡ trong khoảng từ 81-120 con/kg, có
phần đầu và phần vỏ tôm tách riêng) để nghiên cứu thu hồi chitin, chitosan và protein. Nguyên liệu được thu
mẫu khi còn tươi, có màu sắc và mùi đặc trưng tại công ty Cổ phần NhaTrang Seafoods (F17), Nha Trang,
Khánh Hòa.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
Dùng phương pháp thực nghiệm, kết hợp giữa qui hoạch cổ điển với qui hoạch thực nghiệm để bố trí thí
nghiệm và thu thập số liệu; Khai thác các phần mềm chuyên dụng để xử lý số liệu, phân tích hồi qui và xác định
các chế độ tối ưu.
Đặc điểm của đối tượng tôm thẻ chân trắng được khảo sát về thành phần khối lượng, thành phần hóa học

cơ bản và sự biến đổi của nguyên liệu khi lưu giữ trong điều kiện được mô phỏng theo thực tế tại các doanh
nghiệp chế biến tôm.
Qui trình thu nhận chitin và protein được nghiên cứu riêng cho phần đầu và phần vỏ tôm theo hướng
khai thác khả năng kết hợp phương pháp enzyme với phương pháp hóa học và vật lý. Quá trình khử khoáng
được thực hiện chủ yếu bằng phương pháp hóa học với HCl theo hướng hạn chế ảnh hưởng của môi trường acid
đến mạch polysaccharide của chitin. Quá trình khử protein chủ yếu được thực hiện bằng phương pháp sinh học:
đối với phần đầu tôm sẽ khai thác hệ enzyme protease có sẵn trên nguyên liệu; còn đối với phần vỏ sẽ sử dụng
enzyme pepsin bổ sung từ bên ngoài. Mục tiêu là xác lập được chế độ tự thủy phân và xử lý pepsin tối ưu, cho
phép thu nhận dịch thủy phân có hoạt tính chống oxy hóa và loại tối đa lượng protein trên phần rắn. Quá trình
deacetyl để chuyển chitin thành chitosan sẽ được thực hiện trong điều kiện dị thể với NaOH. Công đoạn tiền xử
lý chitin và khả năng kết hợp sóng siêu âm sẽ được tập trung nghiên cứu nhằm cải tiến quá trình deacetyl truyền
thống. Bên cạnh đó các thông số động học của quá trình thủy phân protein trên vỏ tôm dưới xúc tác của pepsin
và deacetyl khi có sóng siêu âm cũng được khảo sát.
Dựa vào các kết quả nghiên cứu 3 công đoạn chính đã thu được kết hợp với kế thừa kết quả nghiên cứu
của các tác giả đi trước, qui trình sản xuất chitin, chitosan áp dụng công nghệ kết hợp sẽ được đề xuất. Sản phẩm
chitin, chitosan thu nhận từ qui trình đề xuất sẽ được đặc trưng tính chất thông qua việc xác định các chỉ tiêu liên
quan đến độ tinh sạch, khối lượng phân tử, độ acetyl/deacetyl, đặc điểm cấu trúc (phổ nhiễu xạ tia X, phổ FT-IR
và phổ NMR) và một số tính chất lý-hóa quan trọng; Sản phẩm thủy phân protein sẽ được đánh giá khả năng
chống oxy hóa thông qua đánh giá khả năng kiểm soát gốc tự do DPPH và tổng năng lực khử.
Mức độ nâng cao chất lượng sẽ được đánh giá dựa vào tiêu chuẩn chất lượng chitin, chitosan thương mại
do các công ty có uy tín công bố, cụ thể là công ty AxioGen (Ấn Độ) và công ty Ensymm (Đức). Hiệu quả quá
trình được đánh giá chủ yếu ở khía cạnh môi trường, dựa vào khả năng tiết giảm lượng hóa chất sử dụng so với
qui trình hiện đang được áp dụng trong thực tiễn trên cùng đối tượng tôm thẻ chân trắng.
6

2.3. Các phương pháp phân tích đã áp dụng
Các phương pháp phân tích sử dụng trong nghiên cứu là các phương pháp thường qui kết hợp với các
phương pháp hiện đại: phương pháp phân tích sắc ký lỏng cao áp (HPLC); Phương pháp xác định phân tử lượng
trung bình độ nhớt của polymer thông qua đo độ nhớt nội và phương trình Mark-Houwink-Sakurada (MHS); Phổ
nhiễu xạ tia X; Phổ hấp phụ quang phổ hồng ngoại (FT-IR); Phổ proton cộng hưởng từ hạt nhân (H

1
NMR);
Phương pháp chụp ảnh trên kính hiển vi điện tử quét (SEM).
2.4. Phương pháp xử lý số liệu
Sử dụng phân tích ANOVA kết hợp với Turkey Test để so sánh giá trị trung bình của các mẫu; Sử dụng
phương pháp mặt đáp ứng để tìm các phương trình hồi qui và thông số tối ưu của quá trình xử lý vỏ tôm với
pepsin và deacetyl chitin; Sử dụng phần mềm Sigmaplot 12.5 để vẽ đồ thị và phân tích hồi qui (chức năng
Regression và Global Curve Fit); Phần mềm Origin Pro 8.0 để xử lý phổ nhiễu xạ tia X; Phần mềm Design
Expert 8.0.7 và phần mềm MINTAB 16.1 để thiết kế thí nghiệm, phân tích tối ưu và xử lý thống kê; Giá trị
p<0.05 được xem là có ý nghĩa về mặt thống kê.
2.5. Thiết bị, hóa chất phục vụ nghiên cứu
Sử dụng enzyme pepsin (EC 3.4.2.3.1) do công ty hóa chất Merck sản xuất với mã số sản phẩm là
107185 0100. Hóa chất khác dùng trong nghiên cứu đều thuộc loại tinh khiết, trong đó hóa chất dùng trong quá
trình thu nhận chitin, chitosan (NaOH và HCl) do công ty LoBa, Ấn Độ, sản xuất và hóa chất dùng trong phân
tích các chỉ tiêu do công ty Mecrk, Đức, sản xuất.
Sử dụng bể siêu âm của hãng Elma Co. (Đức), Model S15-S900H để tạo sóng siêu âm. Sóng siêu âm
dùng trong nghiên cứu có tần số 37kHz với mức năng lượng tổng (RMS) đạt 35W.
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Thành phần của đối tượng tôm thẻ chân trắng
Kết quả phân tích cho thấy tỷ lệ trung bình của phần đầu và phần vỏ (bao gồm cả đuôi) so với khối
lượng toàn thân của tôm thẻ chân trắng (cỡ 60-160 con/kg) nằm trong khoảng 27,5±3,93 và 11,21± 2,63 (%),
tương ứng, căn cứ vào số liệu này có thể ước tính lượng nguyên liệu còn lại sau quá trình chế biến tôm thẻ chân
trắng sẽ vào khoảng 38,70±6,46 (%) so với lượng nguyên liệu đưa vào chế biến.
Phần đầu và vỏ của đối tượng tôm thẻ chân trắng với cỡ từ 81-120 con/kg, cỡ phổ biến, có hàm lượng
khoáng tương đương nhau: 25,61% và 26,66%, tương ứng, nhưng hàm lượng protein và chitin lại có sự khác
nhau khá đáng kể, hàm lượng protein trên đầu tôm cao hơn khoảng 18% nhưng hàm lượng chitin lại thấp hơn
50% so với vỏ tôm. So với phần thịt, hàm lượng acid amin trên phần đầu và vỏ tôm bằng khoảng 50% và 30%,
tương ứng; Thành phần và tỷ lệ của các acid amin không có sự khác nhau nhiều và đều có mặt các acid amin
không thay thế; Các acid amin glycine/arginine, glutamic/glutamine, aspartic/asparagine, và alanine luôn chiếm
tỷ lệ lớn, tuy nhiên, các acid amin Tyr, Phe, Leu và Val ở phần đầu và vỏ lại có tỷ lệ cao hơn so với phần thịt.

Thành phần khoáng K và Cu trong đầu và vỏ tôm thẻ chân trắng có sự chênh lệch không lớn, trong khi thành
phần Na, Ca và Fe lại có sự khác biệt đáng kể. Các kim loại nặng phát hiện thấy chủ yếu nằm ở phần đầu tôm
(Cd, As và Pb) nhưng đều có hàm lượng dưới mức cho phép dùng trong thực phẩm, trên vỏ tôm chỉ phát hiện
thấy Pb với hàm lượng tương đương trên phần đầu. Hàm lượng Se và Hg ở cả 2 phần đều nằm dưới giới hạn
phát hiện.
7

Cỏc phõn tớch trờn cho thy bờn cnh chitin, lng protein trờn v v u tụm cn c u tiờn thu hi
vi ch x lý thớch hp duy trỡ giỏ tr sinh hc v cn cú ch x lý riờng u v v tụm nõng cao
hiu qu thu hi chitin v protein.
3.2. Thu hi chitin v dch thy phõn protein cú hot tớnh sinh hc t u tụm th chõn trng
3.2.1. nh hng ca thi gian lu gi n s bin i ca u tụm
Cht lng ca phn u tụm cũn li sau quỏ trỡnh ch bin tụm th chõn trng xut khu suy gim
nhanh theo thi gian lu gi nhit phũng (27-30
o
C), hm lng baz nit bay hi tng liờn tc theo thi
gian v gn t mc gii hn khụng cho phộp s dng lm thc phm sau 4h (28,70,5 mg/100g so vi mc gii
hn l 30mg/100g); Cựng vi s bin i xu v cht lng cũn cú s hao ht ỏng k v khi lng tng v
hao ht protein (tng ng 5,081,26% v 15,590,44% sau 4h). Vic x lý sm phn u tụm, khụng mun
hn 4h, s giỳp hn ch mc tn tht, bin i cht lng v ụ nhim mụi trng.
Thời gian chờ (h)
0 2 4 6 8
Tỷ lệ hao hụt so với ban đầu (%)
0
5
10
15
20
25
Hàm lợng bazơ nitơ bay hơi (mg/100g)

0
10
20
30
40
50
Hao hut khối lợng
Hao hụt Protein
Bazơ nitơ
a
a
b

bcd
cd

d
bc

B
C
D
DE
E
F
A
E
a

Hỡnh 3.1: nh hng ca thi gian lu gi nhit phũng (27-30

o
C) n s hao ht khi lng, hao ht
protein v hm lng baz nit bay hi ca phn u tụm th chõn trng
3.2.2. Nghiờn cu ch thu hi protein v chitin t u tụm th chõn trng
Kt qu thu c ng vi mu 0h Hỡnh 3.2 v Hỡnh 3.3 cho thy ch cn s dng lc c hc ỏnh
o mnh u tụm trong 2 phỳt v lc qua rõy cú mt li 1mm ó cú th phõn riờng u tụm thnh 2 phn: phn
dch protein v phn v giỏp ca u tụm (c gi tt l v u). Phn dch thu c cú cha trờn 70% lng
protein ca ton b u tụm v phn v u ch chim 7,45 1,89% so vi tng khi lng u tụm v cú hm
lng protein trờn 20% (so vi khi lng cht khụ).
Thời gian (h)
0 1 2 3 4
Hiệu suất thu hồi Nitơ (%)
30
40
50
60
70
80
90
100
Tỷ lệ thu nhận sản phẩm có hoạt tính
chống oxy hóa (%)
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
4.0
4.1
4.2

4.3
Hiệu suất thu hồi nitơ ở tỷ lệ Nớc: NL 1:0
Hiệu suất thu hồi nitơ ở tỷ lệ nớc: NL 1:1
Hiệu suất thu hồi nitơ ở tỷ lệ nớc: NL 1:2
Tỷ lệ thu nhận sản phẩm ở tỷ lệ nớc:NL 0:1
Tỷ lệ thu nhận sản phẩm ở tỷ lệ nớc:NL 1:1
Tỷ lệ thu nhận sản phẩm ở tỷ lệ nớc: NL 2:1
a
a
a
a
bc
ab

cde cd
bcd
e ecd
e
cde
e

Hỡnh 3.2: nh hng ca thi gian v lng nc b
sung n hiu sut thu hi nit v sn phm cú hot
tớnh chng oxy húa khi thc hin quỏ trỡnh t thy
phõn u tụm 60
o
C, pH t nhiờn
Thời gian (h)
0 1 2 3 4
Hàm lợng protein còn lại (%)

8
10
12
14
16
18
20
22
Hiệu quả khử protein (%)
72
74
76
78
80
82
84
86
88
90
92
HL Protein ở tỷ lệ NL:Nớc1:0
HL Protein ở tỷ lệ NL:Nớc 1:1
HL Protein ở tỷ lệ NL: Nớc 1:2
HQK Protein ở tỷlệ NL:Nớc 1:0
HQK Protein ở tỷ lệ NL: Nớc 1:1
HQK Protein ở tỷ lệ NL:Nớc 1:2
a
a
a
b

bc
b
bcd

ef
cde
def
g
ef
ef
g

f

Hỡnh 3.3: nh hng ca thi gian v lng nc
b sung n hm lng protein cũn li trờn phn
v u v hiu qu kh protein khi thc hin quỏ
trỡnh t thy phõn u tụm 60
o
C, pH t nhiờn.
Cỏc ch cỏi khỏc nhau th hin s khỏc nhau cú ý ngha v mt thng kờ vi p<0,05
8

Tuy nhiờn, khi kt hp vi quỏ trỡnh t thy phõn, hiu sut thu hi protein ca phn dch v mc
tinh sch ca phn v u s c nõng cao mt cỏch ỏng k so vi ch thc hin ỏnh o. Theo chiu tng
ca thi gian t thy phõn, hiu sut thu hi nit, t l thu nhn sn phm cú hot tớnh chng oxy húa, v kh
nng kh protein trờn v u u tng tt c cỏc t l nc b sung. Tuy nhiờn, ch thy phõn cú t l
nc b sung so vi nguyờn liu l 1:1 hiu qu thu hi protein cú xu hng cao hn so vi t l 0:1 v 2:1 (
c hiu sut thu hi nit v t l thu nhn sn phm cú kh nng chng oxy húa), ng thi lng protein cũn li
trờn v u cng t giỏ tr thp nht. Sn phm thy phõn sau 2h vi ch b sung nc: NL l 1:1 cng cú

kh nng kh gc t do DPPH cao nht (Hỡnh 3.5). Khi kộo di thi gian thy phõn sau 2h, hiu qu thu hi
protein v kh nng kh protein ca mu cú t l nc b sung 1:1 khụng cũn tng ỏng k v kh nng chng
oxy húa cú xu hng gim.

Thời gian (h)
0 1 2 3 4
Lợng DPPH bị khử (M/g nguyên liệu)
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
a
b b bcd
bcde bcde
bcdef
cdef
def ef
bcdefbcdef
f
bc
bcd
A

Thời gian (h)
0 1 2 3 4
Mức độ hấp phụ quang học ở bớc sóng 700nm
0.04

0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
0.16
0.18
a
cde
cde
a ab
abc
abc
abcd
abcde
abcde
de
bcde
abc
e
cde
Tỷ lệ NL:Nớc 1:0 Tỷ lệ NL:Nớc 1:1 Tỷ lệ NL:Nớc 1:2
B

Hỡnh 3.5: nh hng ca thi gian v t l nc b sung n kh nng kh gc t do DPPH (A) v tng
nng lc kh (B) ca dch thy phõn. Cỏc ch cỏi khỏc nhau th hin s khỏc nhau cú ý ngha v mt thng kờ vi p<0,05.
Phn v u thu c sau khi thc hin quỏ trỡnh t thy phõn ch ti u (nhit 60
o
C, t l
NL:nc 1:1, trong 2h, pH t nhiờn) v c tỏch bng lc c hc cú hm lng protein 13,78 0,75%,

khoỏng 34,230,2% % (khi lng cht khụ) s c tip tc x lý thu chitin. Da vo kt qu nghiờn cu
ca cỏc tỏc gi i trc, ch x lý tip theo cho phn v u c xut l: x lý HCl 0,25M trong 12h
nhit phũng v x lý vi NaOH 1% trong 8h 70
o
C. Chitin thu c sau x lý vi ch xut cú cú hm
lng protein v khoỏng u thp hn 1% (0,59 0,17% v 0,450,12%, tng ng).
Túm li, thc hin ch t thy phõn iu kin thớch hp (t l NL:nc l 1:1, thi gian thy phõn
2h nhit 60
o
C v pH t nhiờn) ng thi kt hp vi s dng lc c hc ỏnh o v lc cho phộp thu
hi dch thy phõn protein cú hot tớnh chng oxy húa cựng vi chitin t u tụm th chõn trng ti mt cỏch
hiu qu: hiu sut thu hi nit t khong 86,191,67%, t l thu nhn sn phm cú hot tớnh chng oxy húa
khong 4,090,12%, ng thi gim c trờn 90% lng nguyờn liu cn x lý húa cht khi thu hi chitin. Tuy
nhiờn cn cú thờm cỏc nghiờn cu ton din hn v hot tớnh sinh hc ca dch thy phõn protein thu c cng
nh tỡm kim cỏc gii phỏp tinh ch thng mi húa sn phm thy phõn protein.
3.3. Thu hi chitin v dch thy phõn protein cú hot tớnh sinh hc t v tụm th chõn trng
3.3.1. Thit lp ch x lý vi HCl
Kt qu theo dừi s bin i hm lng khoỏng v lng khoỏng cũn li trờn v tụm theo thi gian x lý
vi HCl Hỡnh 3.6 cho thy quỏ trỡnh kh khoỏng ch yu din ra trong 2h u, vi khong 96% lng khoỏng
c loi b, khong thi gian sau 2h ch kh thờm mt lng khoỏng khụng ỏng k, tc kh khoỏng dn
t n giỏ tr gii hn sau 10h, ng thi, ó cú khong 30% lng protein b loi b cựng vi khoỏng; hm
lng protein v khoỏng cũn li ln lt l 32,26% v 2,61% (so vi khi lng cht khụ). Khi 96% khoỏng cú
9

trong vỏ tôm đã bị khử pH của hệ cũng đạt đến sự ổn định (dao động quanh giá trị pH=1,77±0,06). Do đó, chế
độ khử khoáng được lựa chọn như sau: xử lý với dd HCl 0,25M ở nhiệt độ phòng trong 2h với tỷ lệ dd HCl:vỏ
tôm là 4:1(v/w).
Thêi gian (h)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Hµm lîng kho¸ng cßn l¹i (%)

0
5
10
15
20
25
30
HiÖu qu¶ khö kho¸ng (%)
40
50
60
70
80
90
100
Hµm lîng kho¸ng cßn l¹i
HiÖu qu¶ khö kho¸ng

Hình 3.6: Sự thay đổi hàm lượng khoáng và hiệu quả khử khoáng khi xử lý vỏ tôm với HCl 0,25M theo
thời gian ở nhiệt độ phòng (27-30
o
C)
3.3.2. Đánh giá khả năng sử dụng pepsin
Kết quả ở Hình 3.7 cho thấy hoạt động xúc tác của pepsin làm tăng đáng kể hiệu quả khử protein và khử
khoáng, mức độ gia tăng phụ thuộc lượng enzyme sử dụng. Ở tỷ lệ 5U/g protein, có thêm khoảng 40% protein và
20% khoáng được khử so với mẫu đối chứng và khi tỷ lệ là 25U/g protein thì khả năng khử protein và khử
khoáng đạt mức ổn định, tương ứng với hiệu quả khử 85,93±0,25% và 90,34±0,9%. Nếu tính cả hiệu quả khử có
được do xử lý với HCl, tổng hiệu quả khử protein và khử khoáng lên đến 91,16±0,65%; và 99,79± 0,02%, tương
ứng. Mặc dù mức độ khử khoáng tổng tăng không nhiều giữa mẫu đối chứng và mẫu có sử dụng pepsin nhưng
sự gia tăng đó lại có ý nghĩa quan trọng ở chỗ góp phần khử triệt để lượng khoáng trong vỏ tôm, đưa hàm lượng

khoáng còn lại xuống dưới mức 1%, đáp ứng yêu cầu của chitin chất lượng cao.
Nång ®é Pepsin bæ sung (U/g protein)
0 5 10 15 20 25 30 35
HiÖu qu¶ khö (%)
0
20
40
60
80
100
120
HQK protein tõ qu¸ tr×nh xö lý víi Pepsin
HQK kho¸ng tõ qu¸ tr×nh xö lý víi Pepsin
HQK protein tæng
HQK kho¸ng tæng

Hình 3.7: Ảnh hưởng của nồng độ pepsin đến hiệu quả khử protein và khử khoáng

A

B

Hình 3.8: Ảnh chụp SEM (20kV) vỏ tôm trước (A) và sau khi xử lý với dung dịch HCl 0,25M trong 2h (B)
10

Ảnh chụp cấu trúc vỏ tôm sau khi xử lý với HCl bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) ở Hình 3.8 cho
thấy sau khi xử lý với acid HCl vỏ tôm có cấu trúc xốp hơn với sự xuất hiện nhiều khoảng trống; Điều này đã
giúp cho các phân tử pepsin có điều kiện xâm nhập, tiếp xúc sâu hơn vào cấu trúc của vỏ tôm.
3.3.3. Tối ưu quá trình xử lý với pepsin
Tiến hành xử lý số liệu thực nghiệm ở Bảng 3.8 bằng phương pháp mặt đáp ứng trên phần mềm DX

8.0.7 thu được mô hình hồi qui bậc 2 biểu diễn mối quan hệ giữa hiệu quả khử protein và các biến độc lập nhiệt
độ (30-40
o
C), tỷ lệ enzyme (5-25U/gprotein) và thời gian (6-18h) ở Phương trình (3-2).


= 73,37 + 16,3X
1
+ 7,73X
2
+ 8,62X
3
+ 4,47X
1
X
2
+ 2,97X
1
X
3
–7,17X
1
2
– 6,26X
2
2
– 8,90X
3
2
(Phương trình 3-2)

Trong đó: 

là hiệu quả khử protein dự đoán; X
1
, X
2
, X
3
lần lượt là giá trị mã hóa của biến nhiệt độ, tỷ lệ enzyme
và thời gian.
Trong Phương trình (3-2), hàm mục tiêu tỷ lệ nghịch với biến bình phương của nhiệt độ, bình phương
của tỷ lệ enzyme và bình phương của thời gian do đó có đồ thị biểu diễn là dạng mặt parabol lồi và sẽ tồn tại giá
trị cực đại của hàm mục tiêu. Các kết quả phân tích thống kê thu được chứng tỏ giữa hàm hồi qui thu được và
các biến độc lập có mức độ phù hợp và tương quan cao: hệ số tương quan (R-square) và hệ số tương quan hiệu
chỉnh (R square-adjusted) đều trên 0,99; giá trị p của kiểm định mức độ không phù hợp lớn hơn 0,47. Với hệ số
tương quan dự đoán, Pred-R
Squared
, bằng 0,958 Phương trình (3-2) có thể dự đoán chính xác 95,8% kết quả so với
thực nghiệm. Kết quả ở Bảng 3.9 cũng cho thấy không có sự khác biệt đáng kể giữa kết quả tính toán từ Phương
trình (3-2) với kết quả thu được từ thực nghiệm. Điều này một lần nữa khẳng định độ tin cậy của phương trình
hồi qui đã thu được và hoàn toàn có thể sử dụng Phương trình (3-2) để kiểm soát, điều khiển và dự đoán hiệu
quả khử protein đạt được khi áp dụng quá trình xử lý vỏ tôm bằng pepsin vào thực tiễn.
Bảng 3.8: Kết quả thực nghiệm theo mô hình Box-Behnken
N
o

X
1
,
o

C
X
2
, U/g.protein
X
3
, h
Y, (%)
*

N
o

X
1
,
o
C
X
2
, U/g.protein
X
3
, h
Y, (%)
*

1
-1
-1

0
41,89
9
0
-1
-1
41,08
2
1
-1
0
65,30
10
0
1
-1
58,57
3
-1
1
0
45,64
11
0
-1
1
57,11
4
1
1

0
86,95
12
0
1
1
76,09
5
-1
0
-1
34,99
13
0
0
0
73,15
6
1
0
-1
61,91
14
0
0
0
73,17
7
-1
0

1
46,77
15
0
0
0
73,76
8
1
0
1
85,55





*
Số liệu trình bày là trung bình cộng của 3 lần lặp
Bảng 3.9: Hiệu quả khử protein của pepsin theo phương trình hồi qui và theo thực nghiệm

STT

Điều kiện
Hiệu quả khử protein (%)
Từ thực nghiệm
*

Từ phương trình
1

X
1
=40
o
C ; X
2
= 10U/g.pro; X
3
=15h
82,41 ± 0,97
81,25
2
X
1
=40
o
C ; X
2
= 12,5U/g.pro; X
3
=14h
86,58 ± 0,51
85,39
3
X
1
=40
o
C ; X
2

= 15U/g.pro; X
3
=15h
89,87 ± 0,19
89,52
4
X
1
=40
o
C ; X
2
= 15U/g.pro; X
3
=16h
90,22 ± 0,14
89,74
5
X
1
=40
o
C ; X
2
= 20U/g.pro; X
3
=16h
93,29 ± 0,16
92,48
*

Số liệu trình bày là trung bình cộng của 3 lần lặp
Chế độ xử lý pepsin tối ưu cho đối tượng vỏ tôm thẻ chân trắng (đã qua khử khoáng với dd HCl 0,25 M)
như sau: nhiệt độ 40
o
C, thời gian 16h, nồng độ enzyme bổ sung 20U/g protein, ở pH=2; với chế độ này khoảng
92% lượng protein đã bị loại, hàm lượng protein và khoáng còn lại tương ứng là 8,2±1,6% và 0,56±0,04%.
11

3.3.4. Khả năng kết hợp sóng siêu âm và pepsin trong quá trình thu nhận chitin
Kết quả ở Hình 3.12 cho thấy thời gian chiếu sóng siêu âm (37kHz, RMS=35W) có ảnh hưởng rất lớn
đến khả năng hoạt động của pepsin, cụ thể trong vòng 25 phút đầu, sóng siêu âm có xu hướng làm tăng khả năng
hoạt động của pepsin, mức độ gia tăng hoạt độ cao nhất đạt được khoảng 8% sau khoảng 20-25 phút chiếu sóng
nhưng khi kéo dài thời gian chiếu sóng thì hoạt độ của pepsin lại có xu hướng giảm (p<0,05), sau 40 phút chiếu
sóng liên tục thì hoạt độ của pepsin không còn có sự khác biệt so với mẫu đối chứng (p>0,05) và nếu kéo dài
trên 40 phút, khả năng hoạt động của pepsin sẽ thấp hơn so mẫu không chiếu siêu âm (p<0,05).

Thêi gian (phót)
0 20 40 60 80 100
Ho¹t ®é enzyme (U/mg)
36
38
40
42
44
46
Cã sãng siªu ©m
Kh«ng cã sãng siªu ©m

Hình 3.12: Ảnh hưởng của thời gian chiếu sóng
siêu âm (37kHz, 35W) đến hoạt độ của pepsin

Thêi gian (h)
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Hµm lîng protein cßn l¹i (%)
5
10
15
20
25
30
35
8 10 12 14 16
6
7
8
9
10
11
Kh«ng tiÒn xö lý Pepsin
TiÒn xö lý Pepsin víi sãng siªu ©m
a
b
bc
cde bcd
def
def
fg
g
fg

Hình 3.17: Ảnh hưởng của công đoạn tiền xử lý pepsin
với sóng siêu âm đến khả năng loại protein trên vỏ tôm
(20U/g protein, 40
o
C, pH=2).
Các chữ cái khác nhau biểu hiện sự khác nhau có ý nghĩa về mặt thống kê với p<0,05.
Đồ thị ở Hình 3.17 cho thấy sau 14h xử lý ở điều kiện nhiệt độ và nồng độ enzyme tối ưu, hiệu quả khử
protein với pepsin đã được tiền xử lý 25 phút với sóng siêu âm tần số 37kHz (RMS 35W) tương đương với hiệu
quả đạt được sau 16h xử lý với pepsin không được tiền xử lý và việc kéo dài thời gian xử lý lên16h không làm
giảm hàm lượng protein còn lại một cách đáng kể (Hình 3.17, ảnh nhỏ). Như vậy, tiền xử lý pepsin trong 25 phút
trước khi thực hiện quá trình xử lý vỏ tôm sẽ giúp rút ngắn thời gian khử protein 2h.
3.3.5. Hoàn thiện qui trình thu nhận chitin và protein từ vỏ tôm thẻ chân trắng theo công nghệ đề xuất
Sau khi thực hiện chế độ khử protein lần 2 với dd NaOH 1%, trong 8h ở 70
o
C, tỷ lệ dd NaOH:NL=2:1
chitin thu được từ qui trình có sử dụng pepsin có độ tinh sạch cao (hàm lượng tro và protein đều dưới <1%,
tương ứng là 0,56±0,04% và 0,79±0,02%); cấu trúc mạch polysacchride hầu như ít bị ảnh hưởng (DA=
97,01±0,85% và phân tử lượng trung bình theo độ nhớt M
v
= 1652Da); Sản phẩm thu được rất phù hợp để sản
xuất các dẫn xuất có giá trị sinh học và thương mại cao từ chitin như N-acetyl glucosamine. Dịch thủy phân
protein thu được từ quá trình xử với pepsin cũng có thể thu hồi để sản xuất các chế phẩm có hoạt tính chống oxy
hóa, hiệu suất thu hồi đạt khoảng 3,52±1,54% (Bảng 3.10).
Bảng 3.10: Kết quả đánh giá khả năng thu hồi protein từ dịch thủy phân với pepsin


Chỉ tiêu

Khả năng thu
hồi nitơ

a
(%)
Tỷ lệ thu hồi chế
phẩm có hoạt tính
chống oxy hóa
b
(%)
Khả năng chống oxy hóa
dd chế phẩm có nồng độ 1mg/ml
So với dd BHA (1mg/ml) (%)
64,2±2,7
3,52±1,54
DPPH
(mM)
TNLK
(OD
700nm
)
DPPH

TNLK

0,13±0,01
0,1640±0,015
46,79±4,19
46,02±1,67
a
So với lượng nitơ trong nguyên liệu ban đầu;
b
So với khối lượng nguyên liệu ban đầu.

3.4. Động học quá trình khử protein của pepsin
12

Đại lượng ln(P/P
o
) (với P là lượng protein còn lại theo thời gian và P
o
là lượng protein ở thời điểm ban
đầu) có mối quan hệ tuyến tính với thời gian với hệ số tương quan R luôn đạt 0,99 (Hình 3.22). Kết quả này cho
phép khẳng định quá trình loại protein dưới tác dụng của pepsin tuân theo phản ứng giả bậc nhất (Pseudo-first
order) và có thể đặc trưng bằng phương trình vi phân có dạng: dP/dt = -kP, trong đó P biểu diễn lượng protein
còn lại theo thời gian và k là hằng số vận tốc của phản ứng.
Thêi gian (h)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Ln (P/Po)
-3.0
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
k
2
k
3
k
1

Hình 3.22: Sự thay đổi giá trị logarith của tỷ số (P/P

o
) theo thời gian xử lý với pepsin ở điều kiện nhiệt độ
40
o
C, pH2, nồng độ enzym 0.42g/L, với P là lượng protein còn lại theo thời gian (g), P
o
là lượng protein ở
thời điểm ban đầu (g)
Số liệu ở Bảng 3.11 cho thấy có sự thay đổi đột ngột của hằng số vận tốc ở các giai đoạn khử protein,
giá trị của hệ số vận tốc khử protein ở các giai đoạn 1 (0-2h), giai đoạn 2 (2-8h) và giai đoạn 3 (8-24h) lần lượt là
k
1
= 7,2.10
-2
, k
2
=3,05.10
-2
, k
3
=6,510
-3
(phút
-1
). So với giai đoạn 1, hệ số vận tốc ở giai đoạn 2 đã giảm một nửa và
ở giai đoạn 3 chỉ còn khoảng 1/10. Sự thay đổi đột ngột về hằng số vận tốc của phản ứng chứng tỏ có sự khác
nhau về mức độ liên kết giữa protein và chitin giữa các lớp trong cấu trúc vỏ tôm. Động học quá trình loại
protein bằng NaOH cũng có xu hướng tương tự, tuy nhiên, có sự khác nhau về thời điểm xảy ra sự thay đổi và
độ lớn của giá trị hằng số vận tốc. Trong trường hợp khử protein với NaOH, kết quả nghiên cứu của Percot
(2003) cho thấy hệ số vận tốc khử thay đổi tại mốc thời gian 30 phút và 8h đồng thời hệ số vận tốc ở giai đoạn 1

(0-30 phút) cao hơn đáng kể so với trường hợp của pepsin nhưng lại bằng/hoặc giảm 1/2 ở giai đoạn 2 (30 phút -
8h), tùy thuộc nhiệt độ, và thấp hơn rất đáng kể ở giai đoạn 3 (Bảng 3.11).
Bảng 3.11: Hằng số vận tốc quá trình loại protein khi xử lý với pepsin và NaOH
Hằng số tốc độ

Xử lý với Pepsin
*

([E] =0,42 g/L, E/S = 1,68/1000 g/g)
Xử lý với NaOH
**

(1M, 15mL/g)

40
o
C
50
o
C
70
o
C
k
1
(10
-2
phút
-1
)

0,72 ± 0,09
2,10 ± 0,04
2,68 ± 0,05
k
2
(10
-3
phút
-1
)

3,05 ± 0,57
3,12 ± 0,16
1,52 ± 0,08
k
3
(10
-4
phút
-1
)

6,50± 0,01
0,48 ± 0,10
1,53 ± 0,27
*
Số liệu trình bày là kết quả của 3 lần lặp;
**
Kết quả theo công bố của tác giả (Percot, 2003)

Quá trình khử protein dưới tác dụng xúc tác của pepsin diễn ra chủ yếu trong 2h đầu; Kết quả phân tích
động học kết hợp với phân tích hồi qui cho thấy hiệu quả khử (DP) và vận tốc khử (r) ở giai đoạn này tuân theo
Phương trình (3-9) và Phương trình (3-10), tương ứng và giá trị của hằng số vận tốc k
2
= 40,983 (min
-1
) và k
d

(=k
3
*K
m
) = 1,535 (min
-1
).
 


    




    (Phương trình 3-9)
    





  

 



 (Phương trình 3-10)
3.5. Nâng cao hiệu quả deacetyl trong điều kiện dị thể
3.5.1. Tác dụng hỗ trợ của công đoạn tiền xử lý
13

Đồ thị ở Hình 3.27 cho thấy quá trình tiền xử lý đã có tác dụng tăng cường khả năng deacetyl rất đáng
kể. Độ deacetyl của các mẫu được tiền xử lý với nước nóng và sóng siêu âm cao hơn gần 20% so với mẫu không
được tiền xử lý khi cùng được deacetyl theo cách truyền thống với NaOH 60% (w/w) trong 3h. Tuy nhiên không
có sự khác biệt có ý nghĩa về độ deacetyl đạt được giữa 02 cách thức tiền xử lý đã thực hiện (p>0,05).
MÉu
DD (%)
50
60
70
80
90
100
ChiÕu siªu ©m
Ng©m níc nãng
Kh«ng xö lý
a
a
b

Hình 3.27: Ảnh hưởng của cách thức tiền xử lý đến khả năng deacetyl.
Các chữ cái khác nhau biểu hiện sự khác nhau có ý nghĩa về mặt thống kê với p<0,05.
Kết quả chụp SEM ở Hình 3.28 cho thấy bề mặt mẫu chitin được tiền xử lý với sóng siêu âm có nhiều
nếp nhăn hơn so với bề mặt của mẫu chỉ ngâm nước nóng và kết quả xử lý số liệu đo phổ nhiễu xạ tia X trên
phần mềm Origin Pro 8.0 trình bày ở Bảng 3.13 cho thấy so với mẫu chitin không được tiền xử lý, độ rắn tổng
(χ
cr
) của chitin sau khi tiền xử lý với sóng siêu âm và nước nóng ở nghiên cứu này giảm tương ứng 1,38 và
2,54%. Như vậy, thực hiện tiền xử lý chitin thu nhận từ vỏ tôm thẻ chân trắng giúp giảm tỷ lệ vùng kết tinh và
tăng hiệu quả deacetyl, chế độ tiền xử lý được đề xuất là ngâm nước nóng 60
o
C trong 60 phút.
A

B

Hình 3.28: Ảnh chụp SEM (10kV) mẫu chitin đã được xử lý trong 60 phút ở 60
o
C với nước nóng (A) và
chiếu siêu âm (B).
Bảng 3.13: Độ rắn của chitin sau khi được tiền xử lý và mẫu đối chứng
Mẫu chitin
CrI
020
(%)
CrI
110
(%)
χ
cr

(%)
Không xử lý
90,09
95,85
74,12
Xử lý với nước nóng
88,68
95,05
71,58
Xử lý với sóng siêu âm
90,13
95,97
72,74
3.5.2. Đánh giá khả năng hỗ trợ quá trình deacetyl của sóng siêu âm
Đồ thị ở Hình 3.30 cho thấy sóng siêu âm có mức độ ảnh hưởng khác nhau đến độ deactyl và độ hòa tan
trong dải nồng độ khảo sát (35-65%, w/w). Tác động của sóng siêu âm đến độ deacetyl thể hiện rõ rệt khi nồng
độ NaOH ≤45%. Khi nồng độ NaOH sử dụng ≤45%, DD của mẫu được deacetyl trong điều kiện có sóng siêu âm
cao hơn rất đáng kể (p<0,05) so với mẫu đối chứng, không có sóng siêu âm, và giá trị DD đạt được tỷ lệ thuận
với sự gia tăng nồng độ nhưng khi nồng độ NaOH ≥50% sự ảnh hưởng của sóng siêu âm và nồng độ thể hiện
không rõ rệt, độ deacetyl ở các mẫu chênh lệch không đáng kể (p>0,05). Trong cùng điều kiện về nồng độ và
thời gian, độ hòa tan của mẫu được deacetyl trong điều kiện có sóng luôn cao hơn đáng kể so với mẫu đối chứng.
Tuy nhiên, mức độ ảnh hưởng giảm theo chiều tăng của nồng độ và khi nồng độ NaOH=65% thì không có sự
14

khác biệt đáng kể (p>0,05). So với độ deacetyl, sóng siêu âm có ảnh hưởng lớn hơn đến độ hòa tan, mức độ ảnh
hưởng được duy trì ngay cả khi nồng độ NaOH = 60%.
Nång ®é NaOH (%, w/w)
35 40 45 50 55 60 65
§é Deacetyl (%)
20

30
40
50
60
70
80
90
Nång ®é NaOH (%, w/w)
35 40 45 50 55 60 65
§é hßa tan (%)
20
40
60
80
100
Cã sö dông sãng siªu ©m
Kh«ng cã sãng siªu ©m
A B
a
b
a
c
e
ef d
fg g
efg efg efg efg
a b

c
e c

f h hi ij
j
ijhg

Hình 3.30: Ảnh hưởng của nồng độ NaOH và phương thức deacetyl đến độ deacetyl và độ hòa tan của
mẫu sau 6h xử lý ở 80
o
C.
Các chữ cái khác nhau biểu hiện sự khác nhau có ý nghĩa về mặt thống kê với p<0,05
Tính chất của chitosan thu được trong điều kiện deacetyl có và không có sự hỗ trợ của sóng siêu âm
(80
o
C, 4h, NaOH=60%, w/w) được đặc trưng bằng phổ nhiễu xạ tia X và phổ FT-IR. Kết quả phân tích phổ
nhiễu xạ tia X ở Hình 3.31 cho thấy có sự dịch chuyển nhẹ góc phản xạ tại vị trí 020, từ 2θ=9,54
o
sang
2θ=10,08
o
kèm theo sự giảm nhẹ về mức độ kết tinh ở chitosan được deacetyl sau 4h trong điều kiện có siêu âm
so với chitosan được deacetyl theo cách truyền thống (độ rắn tổng 71,38% so với 72,81%, tương ứng).

Hình 3.31: Phổ nhiễu xạ tia X của chitosan được deacetyl trong điều kiện có (A) và không có sự hỗ trợ của
sóng siêu âm (B) với [NaOH]=60% ở 80
o
C, 4h.


Hình 3.32: Phổ FT-IR của chitosan được deacetyl với [NaOH]=60% (w/w) ở 80
o
C trong 4h trong điều kiện

có (đường màu đỏ) và không có sự kết hợp với sóng siêu âm (đường màu đen).
0 10 20 30 40 50
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 10 20 30 40 50
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
10.08273
20.1758
38.59359
9.54498
20.21717
Lin (counts)
2THETA

Lin (counts)
2THETA
A
B
3448.70
2922.26
1657.23
1421.75
1380.14
1321.87
1262.14
1154.35
1082.15
1030.95
896.01
798.13
773.65
669.51
630.70
612.42
583.04
543.54
531.02
500600700800900100012001400160018002000230026002900320035003800
Wavenumber cm-1
40 45 50 55 60 65
Transmittance [%]
15

Phổ FT-IR của chitosan được deacetyl trong điều kiện có và không có sóng siêu âm ở Hình 3.32 có các

peak đặc trưng cho chitosan theo mô tả của Rinaudo (2006) và khá tương đồng nhau. Điều này chứng tỏ sóng
siêu âm có tần số 37kHz (35W) không có tác động đáng kể nào đến các liên kết hóa học trong phân tử chitosan.
Tuy nhiên phổ FT-IR của chitosan thu được trong điều kiện có sóng siêu âm có cường độ hấp phụ tại vị trí 1560
và 1312 cm
-1
(tương ứng với amide II và amide III) giảm và peak ở vị trí 1415cm
-1
sắc nhọn hơn, điều này khẳng
định sự có mặt của sóng siêu âm đã giúp đạt được độ deacetyl cao hơn.
3.5.3. Động học quá trình deacetyl khi có sự hỗ trợ của sóng siêu âm
Sự thay đổi giá trị DD khi deacetyl trong điều kiện có và không kết hợp với sóng siêu âm (37kHz, RMS
35W) theo thời gian với dải nồng độ NaOH từ 35-60% (w/w) có cùng xu hướng: tăng theo thời gian xử lý và tiến
dần đến một giới hạn ổn định; Thời điểm đạt được độ deactyl cao nhất tỷ lệ nghịch với nồng độ NaOH sử dụng:
nồng độ càng tăng, thời điểm đạt giá trị DD ổn định càng đến sớm, ngoại trừ trường hợp deacetyl ở nồng độ
35%. Tuy nhiên, ở cùng điều kiện về nồng độ NaOH và thời gian, các mẫu được deacetyl khi có sóng siêu âm
luôn đạt đến giá trị ổn định sớm hơn và có giá trị cao hơn (Hình 3.33).
Thêi gian (phót)
0 60 120 180 240 300 360
DD (%)
0
10
20
30
40
50
A

Thêi gian (phót)
0 60 120 180 240 300 360
DD (%)

0
20
40
60
80
B

Thêi gian (phót)
0 60 120 180 240 300 360
DD (%)
0
20
40
60
80
100
C

Thêi gian (phót)
0 60 120 180 240 300 360
DD (%)
0
20
40
60
80
100
D

Thêi gian (phót)

0 60 120 180 240 300 360
DD (%)
0
20
40
60
80
100
Kh«ng cã sãng siªu ©m
Cã sãng siªu ©m
E

Hình 3.33: Sự thay đổi của độ deacetyl theo thời gian deacetyl trong điều kiện có và không có siêu âm với
các nồng độ NaOH (w/w) khác nhau
(A) 35%, (B) 40%, (C) 45%, (D) 50% và (E) 60%. Giá trị biểu diễn là trung bình cộng của 3 lần lặp.

Bảng 3.16: Vận tốc deacetyl (%/phút) (x10
2
)
a
Giai
đoạn
b

Chế độ deacetyl
Nồng độ NaOH (%) (w/w)
Không có sóng siêu âm
Xử lý với sóng siêu âm
35
40

45
50
60
35
40
45
50
60
1
18,58
44,53
173,58
271,19
311,32
78,58
196,35
252,32
355,94
416,37
2
54,41
63,81
51,87
49,23
59,66
55,58
50,62
42,19
37,62
37,51

3
2,25
11,30
10,76
4,96
3,14
1,61
8,43
8,70
2,56
1,41
4
0,24
8,08
3,90
3,24
1,87
0,16
3,77
6,55
3,53
1,88
a
Giá trị biểu diễn là giá trị trung bình của 3 lần lặp;
b
Giai đoạn: 1 (0-15 phút); 2 (15-60 phút); 3 (60-240 phút); 4 (240 -360 phút)
Giá trị vận tốc deacetyl ở Bảng 3.16 cho thấy tốc độ phản ứng giảm dần theo thời gian và chủ yếu diễn
ra trong 1 giờ đầu, đặc biệt là ở 15 phút đầu tiên. Ở giai đoạn 1 (0-15 phút), vận tốc phản ứng deacetyl luôn tăng
khi tăng nồng độ NaOH và khi được hỗ trợ bởi sóng siêu âm nhưng trái lại ở các giai đoạn sau (2, 3 và 4), vận
16

tốc deacetyl lại có xu hướng giảm khi có mặt sóng siêu âm và/hoặc khi nồng độ NaOH sử dụng cao hơn, ngoại
trừ trường hợp [NaOH]=35%. Số liệu cũng cho thấy quá trình deacetyl diễn ra rất chậm sau 4 giờ và đặc biệt ở
nồng độ NaOH ≤35% thì hầu như không diễn ra, kể cả khi có mặt sóng siêu âm.
Phản ứng deacetyl trong điều kiện có và không có sóng siêu âm đều tuân theo phương trình giả bậc nhất,
có dạng dX/dt = k* X, với X là độ deacetyl ở thời điểm t và k là hệ số vận tốc deacetyl; tuy nhiên giá trị của hệ
số vận tốc k thay đổi theo nồng độ NaOH, sự tham gia của sóng siêu âm và thời gian với xu hướng tương tự như
đã quan sát được ở vận tốc deacetyl nêu trên (Bảng 3.17)
Bảng 3.17: Hệ số vận tốc deacetyl (phút
-1
) (x10
3
)
a
Giai
đoạn
b

Chế độ deacetyl
Nồng độ NaOH (%) (w/w)
Không có sóng siêu âm
Xử lý với sóng siêu âm
35
40
45
50
60
35
40
45

50
60
1
43,81
78,11
151,36
178,58
187,19
106,36
158,77
174,11
195,62
205,55
2
36,78
30,63
13,11
9,12
9,60
22,01
11,82
8,48
5,83
5,10
3
0,70
2,36
1,75
0,71
0,40

0,39
1,35
1,29
0,34
0,17
4
0,07
1,27
0,53
0,42
0,22
0,04
0,52
0,82
0,44
0,22
a
Giá trị biểu diễn là giá trị trung bình của 3 lần lặp;
b
Giai đoạn: 1 (0-15 phút); 2 (15-60 phút); 3 (60-240 phút); 4 (240 -360 phút)

Như vậy, sóng siêu âm (37kHz, 35W) giúp cho quá trình deacetyl được đẩy nhanh và diễn ra đồng đều
hơn, cải thiện đáng kể độ hòa tan nhưng không làm thay đổi bản chất của quá trình deacetyl và không có ảnh
hưởng đáng kể nào đến các liên kết hóa học trong phân tử chitosan so với khi deacetyl theo cách truyền thống.
3.5.4. Ảnh hưởng của nồng độ, nhiệt độ và thời gian đến độ deacetyl và độ hòa tan trong điều kiện
deacetyl dị thể với sóng siêu âm
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ (70-80
o
C), thời gian (2-6h), nồng độ (40-60%) theo mô hình
yếu tố hai mức ở Bảng 3.19 và Bảng 3.20 cho thấy tất cả các biến đơn và biến tương tác giữa nồng độ với nhiệt

độ và thời gian đều có ảnh hưởng đến độ deacetyl và độ hòa tan trong miền nghiên cứu; Trong đó biến nồng độ
là biến có ảnh hưởng đáng kể nhất, với mức độ 26,73% đối với độ deacetyl và 52,65% đối với độ hòa tan. Yếu tố
có tầm ảnh hưởng quan trọng sau nồng độ đến độ hòa tan là nhiệt độ nhưng trái lại là thời gian lại có ảnh hưởng
lớn hơn nhiệt độ đối với độ deacetyl. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ hòa tan và độ deacetyl tương ứng là
11,10% và 3,73%; trong khi đó ảnh hưởng của thời gian là 5,85% và 10,13%, tương ứng.
Bảng 3.19: Kết quả phân tích thống kê ảnh hưởng
của các nhân tố đến độ deacetyl (



 (p=0,05)
Biến
Mức độ ảnh hưởng (%)
Hệ số hồi qui
Prob>F
X
0


70,080
0,001
X
1

3,751
1,875
0,001
X
2

10,138
5,069
0,001
X
3

26,731
13,365
0,001
X
1
X
3

-1,967
-0,984
0,004
X
2
X
3

-9,017
-4,509
0,001

Bảng 3.20: Kết quả phân tích thống kê ảnh hưởng
của các nhân tố đến độ hòa tan (




(p=0,05)
Biến
Mức độ ảnh hưởng (%)
Hệ số hồi qui
Prob>F
X
0


68,225
0,001
X
1

11,100
5,550
0,001
X
2

5,850
2,925
0,007
X
3

52,650
26,325
0,001

X
1
X
3

-6,300
-3,150
0,005
X
2
X
3

-3,650
-1,825
0,031

X
1
: Nhiệt độ (
o
C); X
2
:Thời gian (h); X
3
:Nồng độ (%);
Mối quan hệ toán học biểu diễn sự tương quan giữa các biến độc lập đến độ deacetyl (


) (%) và độ hòa

tan ( 


) (%) được trình bày ở Phương trình (3-11) và Phương trình (3-12) tương ứng.



70,081

+ 1,875 X
1
+5,069 X
2
+13,365 X
3
- 0,984 X
1
X
3
- 4,509 X
2
X
3
(Phương trình 3-11)
17




= 68,225

+ 5,55 X
1
+2,925 X
2
+26,325 X
3
- 3,154 X
1
X
3
- 1,825 X
2
X
3
(Phương trình 3-12)
Kết quả phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ, nồng độ và thời gian đến hai hàm mục tiêu độ deacetyl và độ
hòa tan bằng phương pháp mặt đáp ứng cho thấy để thu được sản phẩm có độ deacetyl trên 70% và độ hòa tan
trên 85% thì chế độ deacetyl phải thực hiện ở nồng độ NaOH≥ 50%, thời gian không dưới 4h ở nhiệt độ 80
o
C.
3.5.5. Tối ưu quá trình deacetyl
Tiến hành xử lý số liệu thực nghiệm thu được ở Bảng 3.21 bằng phương pháp mặt đáp ứng trên phần
mềm MINITAB 16.1 thu được phương trình hồi qui cho hàm mục tiêu độ deacetyl (


) (%) và hàm mục tiêu độ
hòa tan (



) (%) theo 2 biến độc lập: nồng độ (50-60%) và thời gian (4-8h) ở Phương trình (3-13) và Phương
trình (3-14), tương ứng.



= 85,8035+ 3,0240 X
1
+2,069 X
2
- 1,2260X
1
2
- 1,2865X
2
2
-0,5759X
1
X
2
(Phương trình 3-13)



= 96,5179+ 3,0600 X
1
+1,3300 X
2
+0,6400X
1
2

- 0,5100X
2
2
-1,2175X
1
X
2
(Phương trình 3-14)
Bảng 3.21: Kết quả thực nghiệm theo mô hình Central Composite

X
1
: Nồng độ (%); X
2
:Thời gian (h)
Kết quả kiểm định thống kê được tóm tắt ở Bảng 3.23 cho phép khẳng định độ tin cậy của Phương trình
(3-13) và Phương trình (3-14). Hai phương trình này có thể giải thích 97,85% và 95,76% số liệu thực nghiệm thu
được đối với hàm mục tiêu độ deacetyl và độ hòa tan, tương ứng.
Bảng 3.23: Kết quả kiểm định thống kê phương trình hồi qui (3-13) và (3-14), (p=0,05)
Hệ số kiểm định
Hàm mục tiêu
Độ deacety 


, %)
Độ hòa tan 


, %)
PRESS

5,62
5,43
R-Sq (%)
98,84
97,72
R-Sq(pred) (%)
94,18
93,03
R-Sq(adj) (%)
97,85
95,76
Mức độ không phù hợp
0,48
0,91
Bảng 3.25: Ảnh hưởng của chế độ deacetyl đến phân tử lượng trung bình độ nhớt của chitosan (M
v
, kDa)
Điều kiện deacetyl
Phân tử lượng trung bình độ nhớt (M
v
), (kDa)
Có sóng
Không sóng
Nhiệt độ (
o
C)
80
70
80
Nồng độ NaOH (%)

50
60
50
50
60
Thời gian (h)

0
1652, 00
1652,00
1652,00
1652,00
1652,00
2
592,61
539,12
-
-
-
4
468,53
404,21
-
-
-
6
421,82
361,84
473,26
439,90

378,53
8
377,37
323,55
-
-
-
*
Số liệu biểu diễn là trung bình cộng của 2 lần lặp
Do quá trình depolymer luôn diễn ra song song với quá trình deacetyl và có ảnh hưởng đến đặc tính của
chitosan vì vậy việc nghiên cứu sự thay đổi phân tử lượng trong quá trình deacetyl đã được thực hiện. Kết quả ở
N
o

X
1
,
%
X
2
, h
DD
(%)
Độ hòa tan
(%)
N
o

X
1

, %
X
2
, h
DD
(%)
Độ hòa tan

(%)
1
-1
-1
78,31
91,56
8
0
0
80,89
93,65
2
+1
-1
85,41
100,00
9
+1
0
87,13
100,00
3

-1
+1
83,32
96,43
10
0
-1
81,60
94,12
4
+1
+1
88,12
100,00
11
0
+1
86,30
97,23
5
0
0
86,34
96,14
12
0
-1
85,95
95,78
6

0
0
85,98
97,13
13
0
0
84,94
95,78
7
0
0
86,12
97,45
14
0
0
85,76
96,76
18

Bảng 3.25 cho thấy phân tử lượng trung bình độ nhớt của sản phẩm chitosan (M
v
) phụ thuộc vào điều kiện
deacetyl (nhiệt độ, thời gian, nồng độ và điều kiện có/không có sự hỗ trợ của sóng siêu âm).
Trong cùng 6h xử lý với NaOH có nồng độ 60% (w/w) phân tử lượng trung bình độ nhớt của chitosan
thu được khi deacetyl ở 70
o
C cao hơn đáng kể so với ở 80
o

C (473,26 so với 421,82kDa); chitosan thu được khi
deacetyl truyền thống, không có mặt sóng siêu âm, có phân tử lượng cao hơn so với khi kết hợp với sóng siêu âm
nhưng mức độ chênh lệch không quá lớn (439,90 và 378,53 kDa so với 421,82 và 361,84 kDa tương ứng với
nồng độ 50 và 60% khi deacetyl ở 80
o
C trong 6h). Phân tử lượng của chitosan giảm theo chiều tăng của thời gian
deacetyl nhưng mức độ giảm khác nhau ở giai đoạn trước và sau 2h. Phân tử lượng trung bình độ nhớt giảm
khoảng 64-67% chỉ sau 2h (từ 1652kDa xuống còn 592,61 và 539,12 kDa tương ứng với nồng độ NaOH 50 và
60%) nhưng sau đó phân tử lượng có chiều hướng giảm chậm lại, so với thời điểm 2h deacetyl phân tử lượng
trung bình độ nhớt chỉ giảm 20 và 25% tương ứng sau 6h và 8h deactyl ở cả nồng độ NaOH 50% và 60%.
Phân tích hồi qui tuyến tính giá trị logarith phân tử lượng trung bình độ nhớt của chitosan thu được trong
khoảng thời gian deacetyl từ 2-8h thấy rằng động học quá trình depolymer trong điều kiện có sóng siêu âm vẫn
tuân theo phương trình bậc nhất (Hình 3.38) tương tự như khi deacetyl truyền thống.
Thêi gian (h)
2 4 6 8
Lg(Mv)
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
y = 2,8198-0,0317*t (R=0,9573)
y = 2,7800-0,0352*t (R=0,9363)
NaOH 50%
NaOH 60%

Hình 3.38: Ảnh hưởng của nồng độ và thời gian đến phân tử lượng trung bình độ nhớt của chitosan được
deacetyl với sự hỗ trợ của sóng siêu âm.
Phương trình (3-15) và (3-16) biểu diễn sự thay đổi phân tử lượng trung bình độ nhớt của chitosan theo

thời gian khi deacetyl ở nhiệt độ 80
o
C với dung dịch NaOH 50% và 60%, tương ứng. Dựa vào hai phương trình
này có thể xác định được thời gian deacetyl cần thực hiện để thu chitosan có phân tử lượng trung bình độ nhớt
thỏa mãn yêu cầu.



= 2,8501 - 0,0404*t (Phương trình 3-15)



= 2,7767 - 0,0388*t (Phương trình 3-16)
Như vậy, với 04 phương trình hồi qui thu được (từ Phương trình (3-13) đến (3-16)) có thể kiểm soát quá
trình deacetyl ở 80
o
C với sóng siêu âm tần số 37kHz để thu chitosan có độ deacetyl, phân tử lượng và độ tan
theo yêu cầu.
3.6. Đề xuất qui trình thu nhận chitin, chitosan và protein theo công nghệ cải tiến và đánh giá lợi ích
3.6.1. Qui trình thu nhận chitin, chitosan và protein theo công nghệ cải tiến đề xuất
Căn cứ vào các kết quả nghiên cứu đã thu được trong quá trình thực hiện luận án có thể khẳng định
phương pháp thu hồi chitin, chitosan có sử dụng kết hợp phương pháp enzyme, phương pháp hóa học và vật lý
có thể áp dụng để cải tiến công nghệ thu hồi chitin, chitosan từ nguyên liệu còn lại của quá trình chế biến tôm
19

thẻ chân trắng xuất khẩu. Qui trình thu hồi chitin, chitosan và protein dựa trên công nghệ này được đề xuất ở
Hình 3.39, Hình 3.40 và Hình 3.41.
Đầu tôm tươi sau khi đưa ra khỏi dây chuyền sản xuất sẽ được bổ sung lượng nước sạch theo tỷ lệ 1:1
(w/v), trộn đều và tiến hành tự thủy phân ở pH tự nhiên trong 2h ở nhiệt độ 60
o

C. Kết thúc thời gian thủy phân,
hỗn hợp sẽ được đánh đảo mạnh trong 2 phút, tốc độ khoảng 1000 vòng/phút và chuyển sang thiết bị lọc với kích
thước lỗ 1mm. Phần dịch sẽ được xử lý (lọc, ly tâm, tách cặn), sấy để thu chế phẩm thủy phân protein có hoạt
tính chống oxy hóa và tùy theo mục đích sử dụng có thể được tinh chế tiếp theo. Phần bã (phần vỏ đầu) sẽ tiếp
tục được xử lý để thu chitin. Để thu chitin, phần vỏ đầu được xử lý với dung dịch HCl 0,25M trong 12h ở nhiệt
độ phòng, tỷ lệ dd HCl so với vỏ đầu là 4:1 (v/w). Phần rắn sau xử lý sẽ được rửa sạch đến trung tính, vắt ráo và
khử protein lần 2 với NaOH 1% trong 8h ở 70
o
C, thể tích dung dịch NaOH sử dụng so với lượng vỏ đầu là
2:1(v/w). Chitin thu được sau tinh sạch sẽ được rửa đến trung tính, làm khô đến độ ẩm <10% và bảo quản nơi
khô ráo.

Đầu tôm tươi
Tự thủy phân
(2h, 60
o
C, pH tự nhiên, Tỷ lệ H
2
O:NL=1:1(v/w)
Đánh đảo mạnh trong 2 phút, tốc độ
khoảng 50 vòng/phút
Vỏ đầu Dịch thủy phân protein
Xử lý với HCl 0,25M trong 12 h ở nhiệt
độ phòng, tỷ lệ ddHCl:NL=4:1(v/w)
Xử lý với NaOH 1%, 8h, 70
o
C,
tỷ lệ ddNaOH:NL= 2:1(v/w)
Rửa đến trung tính
Rửa đến trung tính Làm khô Chitin

Sấy
Lọc
(Đường kính lỗ lọc khoảng 1mm)
Thu sản phẩm

Hình 3.39: Qui trình thu nhận chitin và protein
từ phần đầu tôm thẻ chân trắng đề xuất

Vỏ tôm tươi
Xử lý HCl 0,25M trong 2h, ở nhiệt độ
phòng, tỷ lệ ddHCl:NL=4:1(v/w)
Rửa sạch, vắt ráo
Thủy phân ở pH =2, trong 14h ở 40
o
C
Dung dịch pepsin
(20U/g protein)
Phân riêngDịch thủy phân
Sấy
Xử lý với NaOH 1%, trong 8h ở
70
o
C, tỷ lệ ddNaOH:NL=2:1 (v/w)
Rửa trung tính
Phơi khô
Chitin
Bã
Ép ráo
Thu sản phẩm
Chiếu siêu âm

(37kHz, RMS=35W, 25 phút)

Hình 3.40: Qui trình thu nhận chitin và protein từ
phần vỏ tôm thẻ chân trắng đề xuất
Vỏ tôm sau khi ép ráo sẽ được khử khoáng với HCl 0,25M ở nhiệt độ phòng, tỷ lệ dung dịch HCl so với
lượng vỏ tôm là 4:1 (v/w). Sau 2h, vớt phần rắn ra, rửa sạch vắt ráo và tiếp tục xử lý với pepsin. Bổ sung dung
dịch có pH =2 vào hỗn hợp vỏ tôm đã khử khoáng ở trên theo tỷ lệ 3:1 (v/w), nâng hỗn hợp lên nhiệt độ 40
o
C và
bổ sung pepsin theo tỷ lệ 20U/g protein. Duy trì ổn định nhiệt độ cho hỗn hợp ở 40
o
C trong 14 hoặc 16h, tương
ứng với có hay không có tiền xử lý pepsin với sóng siêu âm (37kHz, RMS 35W) trong 25 phút ở 40
o
C. Khi kết
thúc thời gian xử lý với pepsin tiến hành lọc để tách riêng phần dịch và phần rắn. Phần dịch được xử lý tương tự
phần dịch thu được từ phần đầu ở trên để thu sản phẩm thủy phân protein có hoạt tính chống oxy hóa. Phần rắn
sau khi rửa sạch đến trung tính và vắt ráo sẽ tiếp tục được khử protein lần 2 với NaOH 1% trong 8h ở 70
o
C; thể
tích dung dịch NaOH sử dụng so với phần rắn là 2:1 (v/w). Kết thúc thời gian khử protein lần 2, chitin sẽ được
rửa sạch đến trung tính, làm khô đến độ ẩm <10% và bảo quản nơi khô ráo
Tùy thuộc vào mục đích sử dụng sẽ xác định được yêu cầu về độ deacetyl, độ hòa tan và phân tử lượng
của chitosan cần sản xuất. Với các thông số đã xác định đó, tiến hành tính toán nồng độ NaOH cần dùng và thời
gian cần deacetyl ở 80
o
C dựa vào các Phương trình (3-13), Phương trình (3-14) và Phương trình (3-15) hoặc
20

Phương trình (3-16). Chitin (dạng vảy) sẽ được ngâm nước nóng 60

o
C trong vòng 60 phút và làm ráo trước khi
trộn đều với dung dịch NaOH có nồng độ đã xác định theo tỷ lệ 1:15 (w/v) và thực hiện deacetyl theo thời gian
đã tính toán được. Sóng siêu âm có tần số 37kHz với mức năng lượng 35W được chiếu trong suốt thời gian
deacetyl và nhiệt độ được duy trì ở 80
o
C bằng bộ phận ổn nhiệt. Sau khi kết thúc quá trình deacetyl, chitosan
được ngâm, rửa sạch đến trung tính, làm khô đến độ ẩm <10% và bảo quản trong bao bì kín, ở nơi khô ráo.

Ngâm nước nóng 60
o
C trong 60 phút
Ngâm, rửa đến trung tính
Làm khô
Chitosan
Chitin
Chiếu siêu âm tần số 37kHz
Làm ráo
Xác định yêu cầu về độ deacetyl,
phân tử lượng và độ hòa tan của sản
phẩm chitosan
Deacetyl ở 80
o
C
Căn cứ vào Phương trình (3-12),
(3-13) , (3-14) hoặc (3-15)
Xác định chế độ deacetyl phù hợp
(Thời gian, nồng độ NaOH)
Mục đích sử dụng chitosan

Hình 3.41: Qui trình xác định chế độ deacetyl và sản xuất chitosan đề xuất
3.6.2. Chất lượng của chitin và chitosan thu được theo qui trình đề xuất
Chitin và chitosan thu được từ phần đầu và phần vỏ của tôm thẻ chân trắng theo qui trình đề xuất ở Hình
3.39, Hình 3.40 và Hình 3.41 có các chỉ tiêu chất lượng được trình bày ở Bảng 3.26 và Bảng 3.27. Kết quả phân
tích ở Bảng 3.26 cho thấy so với tiêu chuẩn chitin thương mại do công ty AxioGen (Ấn Độ) công bố, sản phẩm
chitin sản xuất theo qui trình đề xuất từ nguyên liệu đầu tôm và vỏ tôm thẻ chân trắng đều có chất lượng đáp ứng
yêu cầu, tất cả các chỉ tiêu đều nằm trong dải cho phép.

Bảng 3.26: Chất lượng chitin sản xuất theo qui trình đề xuất
Chỉ tiêu
Tiêu chuẩn chitin thương mại
b

Sản phẩm thu được

Từ phần vỏ
Từ phần đầu
Màu sắc
Ngà vàng
Trắng hồng
Trắng hồng
Tro (%, db)
<1
0,57±0,07
0,68±0,05
Protein (%, db)
-
0,66±0,1
0,79±0,04
Độ acetyl (%)

>90
97,01±0,85
94,32±0,29
Độ ẩm (%)
<10
8,70±0,79
8,07±0,56
Phân tử lượng trung bình độ nhớt (M
v
, kDa)
-
1652
1232
Hàm lượng kim loại nặng (ppm)
≤ 15
0,29
Tạp chất không tan (%)
<1
<1
a


a
Dung môi NaOH 40%, có bổ sung ure, sau 72h ở nhiệt độ 6-10
o
C;
b
: Công bố của Cty AxioGen, Ấn Độ.
Bên cạnh đó, nhờ hạn chế việc xử lý nguyên liệu với HCl ở nồng độ cao và nhiệt độ cao nên chitin sản
xuất theo qui trình đề xuất có mạch polysaccharide ít bị ảnh hưởng, phân tử lượng trung bình độ nhớt cao (1232

và 1652 kDa, tương ứng với nguyên liệu là đầu và vỏ tôm). Việc tiết giảm nồng độ và số lần xử lý với NaOH
trong qui trình cũng có tác dụng hạn chế quá trình deacetyl nên sản phẩm chitin thu được có độ acetyl cao (94%
21

và 97% tương ứng với nguyên liệu ban đầu là đầu và vỏ tôm), với đặc điểm này sản phẩm chitin sản xuất theo
qui trình đề xuất rất thích hợp để làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất N-acetyl glucosamine, một sản phẩm
đang có nhu cầu tiêu thụ lớn và giá bán cao hiện nay.
Kết quả phân tích chất lượng chitosan sản xuất từ chitin thu hồi từ phần vỏ trong điều kiện có sóng siêu
âm ở 80
o
C, thời gian 4h, nồng độ NaOH 60% theo qui trình đề xuất ở Bảng 3.27 cho thấy chitosan sản xuất theo
qui trình đề xuất đã đáp ứng hầu hết các chỉ tiêu quan trọng đối với chitosan thương mại được sử dụng trong lĩnh
vực thực phẩm và y dược do công ty AxioGen (Ấn Độ) và Ensymm (Đức) công bố, ngoại trừ hai chỉ tiêu không
thực hiện được (độ đục và nhiệt độ chuyển pha). Tuy nhiên, để có thể hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu của
chitiosan dùng trong y dược thì cần phải nâng độ deacetyl và đối với lĩnh vực y học thì phải cải thiện thêm về chỉ
tiêu mật độ khối.
Bảng 3.27: Chất lượng chitosan thu được khi deacetyl với sóng siêu âm ở 80
o
C với [NaOH]=60% trong 4h
(sử dụng chitin thu hồi từ phần vỏ theo qui trình đề xuất)
Chỉ tiêu
Tiêu chuẩn chitosan thương mại
a, b

Sản phẩm
Thực phẩm
Y học
Dược phẩm
Màu sắc
Trắng ngà

Trắng hoặc vàng
Trắng
Trắng
Tro (%)
-
<0,5
-
0,66±0,05
Protein (%)
-
<0,3
<1
0,55±0,05
Độ deacetyl (%)
-
66-99,8
90-95
84,84±1,22
Độ ẩm (%)
-
<10
<8
8,7±0,7
Khối lượng phân tử (kDa)
-
< 4000
-
404,21
Mật độ khối (g/cm
3

)
0,50 - 0,6
1,35 - 1,40
0,50 - 0,6
0,62±0,04
Độ hòa tan (%)
-
>99
a
; >99,8
b

-
99,03±0,1
Độ đục (NTU)
-
≤ 30
-
KXĐ
Nhiệt độ chuyển pha (
o
C)
-
203
-
KXĐ
Khả năng hấp phụ chất béo (g/g)
≥5,0
-
≥5,0

6,89±0,5
Độ nhớt động học (Dung dịch 1% trong axit 1%) (cP)
-
20 - 1600
-
1209±103
Asenic (ppm)
ND
**

<2
<2
ND
Cadmium (ppm)
ND
<0,2
<0,2
ND
Chì (ppm)
≤10,15
<1
<1
0,22
Thủy ngân (ppm)
ND
<0,05
<0,05
ND
Tổng số vi khuẩn (cfu/g)
<50,000

<1000
<1000
750
E.Coli (cfu/g)
ND
ND
ND
ND
Listeria (cfu/25g)
ND
-
ND
ND
Pseudomonas (cfu/25g)
ND
-
ND
ND
Staphylococcus aureus (cfu/g)
ND
-
ND
ND
Coliform (cfu/g)
ND
ND
ND
ND
Salmonella (cfu/25g)
ND

ND
ND
ND
Nấm men và nấm mốc (cfu/g)
<1000
<100
<100
ND
*
KXĐ: Không xác định;
**
ND: Không phát hiện;
a
: Công bố của Cty AxioGen, Ấn Độ,
b
: Công bố của Cty Ensymm, Đức.
3.6.3. Đánh giá hiệu quả của các qui trình theo công nghệ đề xuất
Các thông số cơ bản liên quan đến công đoạn khử khoáng, khử protein và deacetyl khi thực hiện quá
trình thu nhận chitin, chitosan và protein theo qui trình đề xuất và qui trình thực tế được tổng hợp ở Bảng 3.28
Số liệu tổng hợp cho thấy chất lượng chitin sản xuất theo qui trình đề xuất được cải thiện hơn so với qui
trình thực tế, thể hiện ở các điểm sau: (1) Độ tinh sạch cao hơn (hàm lượng protein và khoáng còn lại trên chitin
sản xuất theo qui trình đề xuất đều <1% trong khi ở qui trình thực tế hàm lượng protein và tro của chitin từ phần
đầu lại >1% ; (2) Độ acetyl và phân tử lượng trung bình độ nhớt cao hơn.
Sản xuất theo qui trình đề xuất còn có ưu điểm nổi bật là cho phép thu hồi protein ở dạng có hoạt tính
sinh học cùng với giảm thiểu rất đáng kể lượng hóa chất sử dụng và lượng chất thải hình thành (nhờ giảm lượng
22

protein và hóa chất trong dịch thải ở công đoạn khử protein và khoáng), cụ thể: tỷ lệ sản phẩm có hoạt tính
chống oxy hóa có thể thu nhận vào khoảng 3,52±1,54 và 4,09±0,12%; Lượng HCl đậm đặc giảm 75,67 và
96,26%; Lượng NaOH khan giảm 86,67 và 97,95%, tương ứng với nguyên liệu vỏ tôm và đầu tôm. Qui trình đề

xuất còn cho phép nâng cao hiệu suất thu hồi chitin 32,87% và 2,8%, tương ứng với nguyên liệu đầu tôm và vỏ
tôm. Việc thu hồi triệt để lượng protein còn giúp giảm lượng protein đi vào dòng thải, giải quyết được vấn đề
khó khăn trong xử lý nước thải của quá trình sản xuất chitin.
Bảng 3.28: So sánh một số thông số của qui trình đề xuất với qui trình thực tế (ước tính cho 1000kg
nguyên liệu ban đầu/mẻ)
Chỉ tiêu
Qui trình đề xuất
a

Qui trình thực tế
b
[9]
Phần vỏ
Phần đầu
Phần vỏ
Phần đầu
CHITIN
Hàm lượng protein (%, db)
0,66±0,1
0,79±0,04
0,81±0,10
1,57±0,10
Hàm lượng tro (%,db)
0,57±0,07
0,68±0,05
0,66±0,10
1,33±0,10
Phân tử lượng (kDa)
1652
1232

959,58
735,6
Độ acetyl (%)
97,01±0,85
94,32±0,29
88,17±1,54
83,44±0,57
Tỷ lệ thu nhận (%)
d

6,85 ± 0,09
3,84 ± 0,18
6,66±0,13
2,89 ± 0,11
Thời gian xử lý (h)
c

24
22
36
36
Lượng acid HCl đậm đặc (L)
77,33
8,59
317,8
229,52
Lượng NaOH khan (kg)
18
2
135

97,5
Lượng Pepsin (kg)
1,4
0
0
0
PROTEIN




Hiệu suất thu hồi nitơ (%)
64,20±2,70
86,20±1,67
-
-
Tỷ lệ thu nhận sản phẩm có khả năng chống oxy hóa (%)
d

3,52±1,54
4,09±0,12
-
-
CHITOSAN
Hàm lượng protein (%, db)
0,55±0,05
0,65±0,08
Hàm lượng tro (%, db)
0,66±0,05
0,79±0,12

Phân tử lượng trung bình độ nhớt (kDa)
404,21
253,32
Độ deacetyl (%)
84,84±1,22
82,12±1,23
Độ hòa tan (%)
99,03±0,1
96,84±1,15
Hiệu suất thu hồi sau tinh sạch (%)
95,47±0,91
88,76±1,43
Lượng NaOH khan (kg)
41,10
39,96
Thời gian xử lý (h)
4
10
a
Chitosan được deacetyl trong điều kiện có sóng siêu âm ở 80
o
C với [NaOH]=60% trong 4h;
b
Mẫu được sản xuất lại dựa theo qui trình
thực tế;
c
Số liệu được tính trong điều kiện có tiền xử lý Pepsin với sóng siêu âm;
d
So với khối lượng nguyên liệu ban đầu.
Điều này có được là do ở qui trình đề xuất đã bổ sung công đoạn đánh đảo và lọc kết hợp với khai thác

tác dụng thủy phân protein của hệ enzyme protease nội tại và enzyme pepsin. Trong qui trình thực tế đang được
áp dụng, công đoạn ép chỉ giúp giảm khoảng 35% khối lượng nguyên liệu đầu tôm ban đầu, trong khi đó công
đoạn đánh đảo và lọc giúp giảm trên 90% lượng nguyên liệu cần xử lý hóa chất và đặc biệt là tách được gần như
toàn bộ lượng protein nằm ngoài cấu trúc vỏ đầu. Với công nghệ đề xuất, gần như toàn bộ lượng protein có trên
nguyên liệu tôm còn lại không tiếp xúc trực tiếp với hóa chất, vì vậy vẫn giữ được giá trị sinh học của mình.
Hiệu quả thu hồi chitin ở qui trình đề xuất cao hơn so với qui trình thực tế cũng có thể là do đã hạn chế được
hiện tượng deacetyl trong quá trình khử protein và giảm được thất thoát.
Việc kết hợp sóng siêu âm trong quá trình deacetyl đã giúp nâng cao độ hòa tan khoảng 1,5% mặc dù
thời gian và nhiệt độ deacetyl được giảm nhẹ, chính nhờ độ hòa tan được cải thiện nên tỷ lệ thu hồi chitosan tinh
khiết (thu được sau tinh sạch) đã tăng 10,63%.
Với kết quả thu được từ Bảng 3.28 có thể ước tính sơ bộ lợi ích thu được khi áp dụng công nghệ cải tiến
để thu nhận chitin, chitosan và protein so với công nghệ hiện có khi xử lý 1000kg nguyên liệu đầu vào và được
23

trình bày tóm tắt ở Bảng 3.29Error! Reference source not found Kết quả tổng hợp cho thấy công nghệ thu
hồi chitin, chitosan cải tiến được đề xuất giúp nâng cao hiệu quả kinh tế nhờ tăng hiệu suất thu hồi sản phẩm:
chitin, chitosan và protein nhưng điều có ý nghĩa hơn cả là công nghệ đề xuất cho phép giảm rất đáng kể lượng
hóa chất và chất thải hình thành.
Bảng 3.29: Ước tính lợi ích đạt được khi áp dụng công nghệ kết hợp để thu nhận chitin, chitosan và
protein so với qui trình thực tế (với 1000 kg nguyên liệu ban đầu/mẻ)
Thông số
*


Nguyên liệu sử dụng

Phần đầu

Phần vỏ
Lượng chitin tăng thêm (kg)

9,5

1,9
Lượng chitosan tinh sạch tăng thêm (kg)

-

5,2
Lượng protein có thể thu hồi (kg)

83,4

46,7
Lượng sản phẩm có hoạt tính chống oxy hóa (kg)

40,9

35,2
Lượng NaOH khan có thể tiết giảm (kg)

77, 5

117,0
Lượng HCl đậm đặc có thể tiết giảm (L)

220,9

240,5
Thời gian có thể rút ngắn (h)

20, 0

18,0
Lượng nước thải có thể hạn chế (m
3
)

3,6

0
Lượng protein đi vào dòng thải có thể hạn chế (kg)

83,4

46,7

* Số liệu biểu diễn là trung bình cộng của 03 lần lặp và chỉ ước tính đối với 3 công đoạn chính: khử protein, khử khoáng và deacetyl.
Việc hạn chế đáng kể lượng hóa chất sử dụng và lượng protein thải bỏ sau qui trình thu hồi chitin sẽ
giúp giải bài toán nan giải về ô nhiễm cho công nghiệp sản xuất chitin hiện nay, tạo điều kiện để phát triển ngành
công nghiệp sản xuất chitin và các chế phẩm hữu ích ở nước ta.
Mặc dù tính khả thi về mặt kỹ thuật và môi trường của việc sử dụng pepsin vào sản xuất chitin và thu
hồi protein đã được chứng minh nhưng chưa thể áp dụng vào thực tiễn ngay thời điểm này vì chưa đảm bảo tính
khả thi về mặt kinh tế: giá thành enzyme pepsin hiện nay còn khá cao. Tuy nhiên các thông tin về khả năng nuôi
cấy vi sinh vật có thể sinh tổng hợp pepsin và các tiến bộ đã đạt được trong kỹ thuật tinh chế enzyme hiện đại
cho phép hy vọng về triển vọng sử dụng pepsin vào sản xuất chitin ở qui mô công nghiệp trong thời gian tới.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
KẾT LUẬN
Từ các nghiên cứu ở trên cho phép rút ra một số kết luận sau:
1. Đã thiết lập được chế độ tự thủy phân cho phép thu hồi đồng thời sản phẩm thủy phân protein có hoạt tính

chống oxy hóa và chitin một cách hiệu quả từ phần đầu tôm thẻ chân trắng thông qua khai thác hệ enzyme
protease nội tại và đánh đảo: nhiệt độ 60
o
C, pH tự nhiên trong 2h, tỷ lệ nước:NL 1:1 (v/w).
2. Đã tối ưu hóa được chế độ xử lý vỏ tôm thẻ chân trắng bằng enzyme pepsin và động học của quá trình khử
protein như sau:
- Chế độ xử lý tối ưu: tỷ lệ pepsin: cơ chất là 20U/g protein, thời gian thủy phân 16h, nhiệt độ 40
o
C,
pH=2;
- Quá trình khử protein trên vỏ tôm bằng pepsin tuân theo phương trình giả bậc nhất và protein trong vỏ
tôm có cấu trúc theo lớp. Hiệu quả khử protein (DP) và vận tốc khử (r) trong 2h đầu tuân theo phương
trình toán học như sau:
 


 

    




    


    





  

 







24

3. Sóng siêu âm (37kHz, RMS 35W) có khả năng tăng cường hiệu quả hoạt động của pepsin (tăng 8% sau 25
phút chiếu sóng siêu âm) đồng thời đẩy nhanh tốc độ và độ đồng đều khi deacetyl chitin trong điều kiện dị
thể.
4. Đã tối ưu hóa quá trình deacetyl và thiết lập được 4 phương trình hồi qui biểu diễn mối quan hệ giữa độ
deacetyl, độ hòa tan và phân tử lượng trung bình độ nhớt của sản phẩm chitosan với nồng độ NaOH và thời
gian khi deacetyl ở 80
o
C trong điều kiện có sóng siêu âm (37kHz, RMS 35W).
5. Đã đề xuất 02 qui trình sử dụng kết hợp enzyme, hóa chất và sóng siêu âm để thu nhận đồng thời chitin và
sản phẩm thủy phân protein có hoạt tính chống oxy hóa từ đầu và vỏ tôm thẻ chân trắng; 01 qui trình sản
xuất chitosan có độ deactyl, độ hòa tan và phân tử lượng độ nhớt được kiểm soát theo yêu cầu sử dụng sản
phẩm. Sản phẩm chitin, chitosan sản xuất theo qui trình đề xuất có chất lượng đáp ứng tiêu chuẩn thương
mại của các nhà cung cấp có uy tín trên thế giới. Thêm vào đó, hiệu suất thu chitin tăng 2,8 và 32,87% tương
ứng với nguyên liệu là vỏ và đầu tôm; Độ hòa tan của chitosan tăng 1,5% và hiệu suất thu chitosan tinh sạch
tăng 10,63%; Lượng HCl sử dụng đối với vỏ và đầu tôm tương ứng giảm 75,67 và 96,26% và lượng NaOH
giảm 86,67 và 97,95% so với qui trình thực tế.
6. Đồng thời, đã xác định được thành phần khối lượng, thành phần hóa học cơ bản, thành phần acid amin,

thành phần khoáng và kim loại nặng của đầu và vỏ tôm thẻ chân trắng nuôi trồng tại khu vực Khánh Hòa
như sau:
- Đối với tôm thẻ chân trắng (cỡ 60÷160 con/kg) phần đầu và phần vỏ chiếm trung bình 38,70±6,46 (%)
so với khối lượng tôm nguyên con, trong đó tỷ lệ từng phần tương ứng là 27,50±3,93 và 11,21±2,63
(%);
- Đối với tôm thẻ chân trắng (cỡ 81÷120 con/kg) phần đầu và vỏ có hàm lượng protein, khoáng và chitin
tương ứng là: 44,39±1,84 và 26,11±1,15%; 26,66±1,63 và 25,61±1,79%; 11,40±1,69 và 27,37±1,16%;
hàm lượng acid amin chiếm khoảng 50% và 30%, tương ứng, so với hàm lượng acid amin của phần thịt;
thành phần khoáng phong phú, gồm: Ca, Na, K, Fe, Cu, và Zn; và hàm lượng các kim loại nặng thường
gặp (Pb, As, Cd, Hg, Se) đều dưới ngưỡng cho phép dùng trong thực phẩm.
KIẾN NGHỊ
Trên cơ sở của các nghiên cứu đã thực hiện, cần tiếp tục:
1. Nghiên cứu chế độ thu nhận dịch protein có hoạt tính sinh học từ đầu và vỏ tôm thẻ chân trắng nhằm tạo ra
các sản phẩm có thể thương mại hóa.
2. Nghiên cứu tác động của sóng siêu âm đến quá trình deacetyl đối với chitin được thu hồi từ các nguồn
nguyên liệu giáp xác khác.
3. Triển khai công nghệ thu nhận chitin, chitosan theo hướng cải tiến đã thu được ở qui mô lớn để thu thập các
thông số cần thiết cho việc áp dụng vào thực tiễn.