Nghiên cứu ảnh hưởng các loại acid đến khả năng thu hồi hỗn hợp caroten protein từ đầu tôm bằng phương pháp ủ xi lô

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
----o0o----

LÊ THÁI DUNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CÁC LOẠI ACID ĐẾN
KHẢ NĂNG THU HỒI HỖN HỢP CAROTEN-PROTEIN
TỪ ĐẦU TÔM BẰNG PHƯƠNG PHÁP Ủ XI LÔ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Nha Trang, tháng 06 năm 2015


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
----o0o----

LÊ THÁI DUNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CÁC LOẠI ACID ĐẾN
KHẢ NĂNG THU HỒI HỖN HỢP CAROTEN-PROTEIN
TỪ ĐẦU TÔM BẰNG PHƯƠNG PHÁP Ủ XI LÔ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

GVHD: ThS. PHẠM THỊ ĐAN PHƯỢNG

Nha Trang, tháng 06 năm 2015


i

LỜI CẢM ƠN
Đề tài này đã được hoàn thành nhờ sự giúp đỡ tận tình của rất nhiều thầy cô
giáo, bạn bè, gia đình và các tập thể trường Đại học Nha Trang. Qua đây em xin gửi
lời cảm ơn chân thành nhất tới các cá nhân và tập thể đã giúp đỡ em trong suốt quá
trình học tập và thực hiện đề tài.
Tôi xin cảm ơn PGS.TS. Trang Sĩ Trung đã tạo điều kiện cho tôi được tham
gia Đề tài: Nghiên cứu sản xuất các sản phẩm giá trị gia tăng từ phế liệu tôm để ứng
dụng trong nông nghiệp do Bộ Khoa học và Công nghệ cấp.
Tôi xin chân thành gởi lời cám ơn sâu sắc tới giáo viên hướng dẫn ThS. Phạm
Thị Đan Phượng hết lòng chỉ bảo, tạo điều kiệnđã hướng dẫn tận tình, thường xuyên
theo dõi quá trình thực hiện đề tài.
Cám ơn sự giúp đỡ của ThS. Nguyễn Công Minh, ThS. Nguyễn Thị Như
Thường đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu.
Xin chân thành cám ơn Ban Giám hiệu, các anh, chị tại Phòng Khoa Công
nghệ Thực phẩm, Trung tâm thí nghiệm thực hành, Công nghệ sinh học và Môi
trường Trường Đại học Nha Trang đã tạo điều kiện cho tôi thuận lợi trong quá trình
học tập, nghiên cứu đề tài.
Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thành viên trong gia đình, các
bạn đồng môn đã động viên,luôn bên cạnh và giúp đỡ để em có thể hoàn thành đề
tài này.
Trong quá trình nghiên cứu và tiến hành thực hiện đề tài cũng như quá trình
hoàn thành báo cáo thì do kinh nghiệm thực tiễn, vốn kiến thức khoa học chưa sâu
nên khả năng lập luận còn nhiều thiếu sót. Mong thầy cô và các bạn đóng góp ý

kiến để bài báo cáo được hoàn thiện.

Nha trang, tháng 6 năm 2015
Sinh viên thực hiện
Lê Thái Dung


ii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. i
MỤC LỤC .................................................................................................................. ii
DANH MỤC CÁC BẢNG .......................................................................................... v
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................... vi
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN....................................................................................... 3
1.1. Tổng quan về phế liệu tôm.................................................................................... 3
1.1.1. Giới thiệu chung về phế liệu tôm ....................................................................... 3
1.1.2. Thành phần, tính chất của phế liệu tôm đầu, vỏ tôm........................................... 3
1.2. Các nghiên cứu trong nước liên quan tới đề tài ..................................................... 4
1.3. Các nghiên cứu ngoài nước liên quan tới đề tài ..................................................... 6
1.4. Tìm hiểu về caroten – protein ............................................................................... 7
1.4.1. Bản chất của caroten – protein ........................................................................... 7
1.4.2. Carotenoid ......................................................................................................... 7
1.4.3. Bản chất của astaxanthin .................................................................................... 9
1.4.4. Protein ............................................................................................................. 12
1.4.5. Ứng dụng của caroten – protein ....................................................................... 12
1.5. Tách chiết caroten-protein bằng phương pháp ủ xi lô .......................................... 13
1.5.1. Phương pháp ủ xi lô ......................................................................................... 13

1.5.2. Vai trò của emzyme có trong phế liệu tôm ....................................................... 16
1.6. Vai trò của acid trong quá trình thủy phân protein .............................................. 16
1.7. Acid vô cơ .......................................................................................................... 17


iii

1.7.1. Acid clohydric (HCl) ....................................................................................... 17
1.7.2. Acid sulfuric (H2SO4) ..................................................................................... 18
1.8. Acid hữu cơ ........................................................................................................ 18
1.8.1. Acid lactic ....................................................................................................... 18
1.8.2. Acid formic ..................................................................................................... 19
1.8.3. Acid propionic ................................................................................................. 19
1.9. Các phương pháp tách chiết hỗn hợp caroten-protein trong quá trình sản xuất
chitin ......................................................................................................................... 20
1.9.1. Phương pháp vật lí ........................................................................................... 20
1.9.2. Phương pháp hóa học ....................................................................................... 21
1.9.3. Phương pháp sinh học ..................................................................................... 22
1.10. Phương pháp thu hồi caroten – protein.............................................................. 23
1.10.1. Phương pháp thu hồi caroten – protein bằng pH ............................................. 23
1.10.2. Phương pháp thu hồi caroten – protein bằng nhiệt độ ..................................... 23
1.10.3. Phương pháp thu hồi caroten – protein bằng chất trợ lắng (chitosan) ............. 23
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ................................................... 25
2.1. Vật liệu nguyên cứu ............................................................................................ 25
2.1.1. Nguyên liệu đầu tôm thẻ chân trắng ................................................................. 25
2.1.2. Acid HCl ......................................................................................................... 26
2.1.3. Acid lactic ....................................................................................................... 26
2.2. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 27
2.2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát ..................................................................... 27
2.2.2. Xác định nồng độ HCl bổ sung ........................................................................ 29

2.2.3. Xác định thời gian xử lý acid HCl ................................................................... 30


iv

2.2.4. Xác định nồng độ acid lactic ............................................................................ 32
2.2.5. Xác định thời gian xử lý acid lactic .................................................................. 33
2.3. Các phương pháp phân tích, kiểm tra. ................................................................. 35
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................ 36
3.1. Thành phần hóa học cơ bản của nguyên liệu ...................................................... 36
3.2. Điều kiện xử lý đầu tôm thích hợp acid HCl ..................................................... 36
3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ acid HCl sử dụng đến hiệu suất thu hồi và hàm
lượng astaxanthin của hỗn hợp caroten-protein .......................................................... 37
3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian thủy phân HCl đến hiệu suất thu hồi và hàm lượng
astaxanthin của hỗn hợp caroten-protein .................................................................... 38
3.3. Điều kiện xử lý đầu tôm thích hợp với acid latic ................................................ 40
3.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ acid lactic sử dụng đến hiệu suất thu hồi và hàm
lượng astaxanthin của hỗn hợp caroten-protein .......................................................... 40
3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian xử lí acid lactic đến hiệu suất thu hồi và hàm lượng
astaxanthin của hỗn hợp caroten-protein .................................................................... 42
3.4. Đề xuất hai quy trình thu hồi hỗn hợp caroten-protein tối ưu từ acid HCl và
acid lactic .................................................................................................................. 44
3.4.1. Quy trình thu hồi hỗn hợp caroten-protein bằng acid HCl ................................ 44
3.4.2. Quy trình thu hồi hỗn hợp caroten-protein bằng acid lactic .............................. 45
3.5. Thành phần hóa học của hỗn hợp caroten-protein ............................................... 45
3.6. Đề xuất quy trình thu nhận hỗn hợp caroten-protein .......................................... 47
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................... 49
PHỤ LỤC.................................................................................................................. 53

v

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Thành phần hóa học cơ bản của đầu tôm thẻ chân trắng. ............................ 4
Bảng 1.4. Các ứng dụng chính của hỗn hợp protein và carotenoid . ......................... 12
Bảng 1.9. Hàm lượng protein của phế liệu tôm trước và sau khi ép ........................... 20
Bảng 3.1. Thành phần hóa học cơ bản của đầu tôm thẻ chân trắng ........................... 36
Bảng 3.4. Đánh giá cảm quan của hỗn hợp caroten-protein thu nhận từ đầu tôm............ 46


vi

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Quy trình thu hồi caroten-protein từ phế liệu đầu tôm bằng chế phẩm vi
sinh vật ( vi khuẩn Bacillus subtilic ) ........................................................................... 5
Hình 1.2. Các liên kết hóa học của astaxanthin với các phân tử khác trong tôm ......... 8
Hình 1.3. Cấu trúc hóa học của một vài astaxanthin ................................................... 9
Hình 1.4. Sự thay đổi cấu trúc phân tử astaxanthin khi tương tác với acid yếu ......... 11
Hình 1.5. Astacene.................................................................................................... 11
Hình 1.6. Crustaxanthin ............................................................................................ 12
Hình 2.1. Đầu tôm thẻ chân trắng.............................................................................. 25
Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát .............................................................. 28
Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nồng độ acid HCl thích hợp cho quá
trình thủy phân. ......................................................................................................... 29
Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian xử lý thích hợp với acid HCl ... 31
Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nồng độ acid lactic bổ sung cho quá
trình thủy phân .......................................................................................................... 33
Hình 2.6. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian xử lý thích hợp với acid lactic....... 34
Hình 3.1. Ảnh hưởng của nồng độ HCl đến hiệu suất thu hồi, hàm lượng

astaxanthin của hỗn hợp caroten-protein. ................................................................. 37
Hình 3.2. Ảnh hưởng của thời gian xử lý HCl đến hiệu suất thu hồi, hàm lượng
astaxanthin của hỗn hợp caroten-protein. ................................................................. 39
Hình 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ acid lactic hiệu suất thu hồi, hàm lượng
astaxanthin của hỗn hợp caroten-protein. ................................................................. 41
Hình 3.4. Ảnh hưởng của thời gian xử lý acid lactic đến hiệu suất thu hồi, hàm
lượng astaxanthin của hỗn hợp caroten-protein. ....................................................... 43
Hình 3.5. Quy trình thu hồi hỗn hợp caroten-protein bằng acid HCl ......................... 44
Hình 3.6. Quy trình thu hồi hỗn hợp caroten-protein bằng acid lactic ....................... 45
Hình 3.5. Quy trình thu hồi hỗn hợp caroten-protein ................................................. 47


1

MỞ ĐẦU
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Ngày nay, ngành công nghiệp chế biến thủy sản xuất khẩu ngày càng tăng
mạnh. Đặc biệt sản lượng tôm xuất khẩu, theo báo cáo của bộ Nông nghiệp và Phát
triển Nông Thôn kim nghạch xuất khẩu năm 2014 ước tính đạt 7,9 tỷ USD, tăng
18% so với cùng kỳ năm ngoái. Sự tăng trưởng này chủ yếu nhờ vào kết quả xuất
khẩu của mặt hàng tôm, với giá trị xuất khẩu cao nhất từ trước tới nay khoảng 4,1
tỷ USD, tăng 25% so với năm 2013. Và theo tổng cục thủy sản Việt Nam, trong
năm 2014 tổng sản lượng đạt trên 660000 tấn bao gồm 400000 tấn tôm thẻ chân
trắng và 260000 tấn tôm sú. Lượng phế liệu khoảng 240000 tấn/năm. Như vậy tôm
là mặt hàng có mức tăng trưởng cao nhất trong nhóm các mặt hàng thủy sản xuất
khẩu chính của Việt Nam.Nguyên liệu ngày một gia tăng nhanh hiện nay sẽ là
nguồn cung cấp nguyên liệu khá dồi dào cho các ngành công nghiệp tận dụng
nguồn nguyên liệu còn lại sau chế biến tôm để sản xuất ra các sản phẩm có giá trị
khác.
Tuy nhiên, hiện nay lượng nguyên liệu còn lại này chủ yếu chỉ được sử dụng

để làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất chitin mà chitosan màchưa chú trọng thu
hồi các thành phần khác có giá trị, trong đó có protein. Các nghiên cứu cho thấy
trong đầu tôm có chứa tới 50% hàm lượng protein [15] và có một lượng nhỏ
carotenoid, tuy nhỏ nhưng mang chức năng sinh học quan trọng.Việc nghiên cứu
thu nhận hỗn hợp caroten-protein ngày càng được quan tâm. Hỗn hợp carotenprotein được dùng để bổ sung vào thức ăn gia súc, nuôi trồng thủy sản, tăng màu
sắc cho cá và tăng khả năng miễn dịch cho vật nuôi. Vì thế việc nghiên cứu thu hồi
hỗn hợp caroten-protein từ đầu tôm là cần thiết.
Những nghiên cứu trước đây nghiên cứu sử dụng các các loại acid để khử
khoáng trong sản xuất chitin-chitosan mà chưa quan tâm đến các ảnh hưởng của các
loại acid vô cơ và hữu cơ ảnh hưởng đến quá trình thu nhận hỗn hợp carotenprotein.


2

Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng các loại acid đến khả năng thu hồi hỗn hợp carotenprotein từ đầu tôm bằng phương pháp ủ xilô” được đề xuất nhằm góp phần nâng cao sử
dụng tài nguyên, đem lại giá trị kinh tế cao cho ngành thủy sản và giảm thiểu môi trường
trong chế biến thủy sản tại Việt Nam. Kết quả của đề tài cũng sẽ là cơ sở để khuyến khích áp
dụng công nghệ sản xuất caroten-protein vào trong công nghiệp.
TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ảnh hưởng các loại acid đến khả năngthu hồi hỗn hợp carotenprotein từ đầu tôm bằng phương pháp ủ xilô.
NỘI DUNG:
1. Xác định thành phần hóa học của đầu tôm.
2. Xác định điều kiện thủy phân bằng acid chlohyric (nồng độ acid, thời gian
ủ).
3. Xác định điều kiện thủy phân bằng acid lactic (nồng độ acid, thời gian ủ).
4. Đề xuất quy trình thu hồi hỗn hợp caroten-protein bằng phương pháp ủ
xilô của từng acid.
5. Đánh giá chất lượng chế phẩm thu hồi từ hai quy trình trên và so sánh ưu
nhược điểm của từng phương pháp.
MỤC ĐÍCH
Tìm được phương pháp thu hồi hỗn hợp caroten-protein hiệu quả nhất có thể

áp dụng vào công nghiệp.
Ý NGHĨA KHOA HỌC
Đánh dấu bước đi quan trọng trong công tác nghiên cứu về tận thu chế phẩm
caroten-protein: tìm ra phương pháp thu hồi hiệu quả ( sử dụng acid thích hợp) thu
hồi caroten-protein đạt hiệu quả cao, tiết kiệm chi phí.
Ý NGHĨA THỰC TIỄN
Áp dụng công nghệ sản xuất caroten-protein vào trong công nghiệp. Sản xuất
thức ăn cho cá hồi.
PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đầu tôm thẻ chân trắng từ tỉnh Khánh Hòa.


3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về phế liệu tôm
1.1.1. Giới thiệu chung về phế liệu tôm
Trong những năm gần đây sản lượng tôm xuất khẩu ngày càng tăng. Vì vậy
lượng phế liệu từ tôm cũng tăng mạnh. Tùy thuộc vào công nghệ chế biến và loại
tôm khác nhau mà lượng phế liệu khác nhau từ 35-45% so với khối lượng của
nguyên liệu ban đầu (Meyers, 1994) [22]. Việc tận dụng chế phẩm tạo ra sản phẩm
có giá trị sử dụng là vấn đề được khuyến khích và đẩy mạnh để tăng nguồn lợi đồng
thời góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đưa ngành thủy sản phát triển bền
vững.
1.1.2. Thành phần, tính chất của phế liệu tôm đầu, vỏ tôm
Hiện nay, việc nuôi tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei) thương phẩm phát
triển mạnh nên nguồn nguyên liệu còn lại sau chế biến tôm thẻ chân trắng thu được
rất nhiều.
Trong phế liệu tôm thành phần đáng kể nhất là chitin, calcicarbonat, sắc tố.
Theo tạp chí khoa học học và công nghệ thủy sản (số 2/1995) thành phần hóa học

của phế liệu tôm thẻ chân trắng đông lạnh.
Protein: protein trong phế liệu tôm thường là loại protein không hoà tan do đó
khó tách ly ra khỏi vỏ, tồn tại dưới 2 dạng:
- Dạng tự do: Dạng này tồn tại trong cơ quan nội tạng và trong các cơ gắn phần
vỏ.
- Dạng phức tạp : Dạng này liên kết với chitin, CaCO3, như một phần thống
nhất của vỏ tôm.
Chitin: Tồn tại dưới dạng liên kết với protein, khoáng và nhiều hợp chất hữu
cơ khác, chúng là nguyên nhân gây khó khăn cho việc tách và tinh chế chúng.
Calci: Trong thành phần của vỏ tôm có chứa một lượng lớn muối vô cơ mà chủ
yếu là CaCO3.
Sắc tố: Trong vỏ tôm có nhiều loại sắc tố nhưng chủ yếu là astaxanthin là dẫn
xuất của carotenoid, thường ở dạng liên kết với acid béo (ester hóa) hay với protein


4

tạo nên phức hợp chặt chẽ có màu xanh của tôm. Khi liên kết này bị phá vỡ thì
astaxanthin dễ dàng bị oxy hóa thành astacene.
Enzyme: Theo tạp chí thuỷ sản (số 5/1993) hoạt độ enzyme protease của đầu
tôm khoảng 6,5 đơn vị hoạt độ/g tươi. Qua nhiều nghiên cứu bằng phương pháp sắc
ký qua Coat Sephadex G 75 đã tách được ở đầu tôm 2 loại protease có khối lượng
phân tử khác nhau. Ngoài ra còn có một số khoáng chất như P, K, Mg, Mn và Fe
(Trang Sĩ Trung và cộng sự, 2010) [15].
Bảng 1.1. Thành phần hóa học cơ bản của đầu tôm thẻ chân trắng [11]
Chỉ tiêu

Hàm lượng

Hàm lượng ẩm (%)

78,7 ± 1,4

Hàm lượng protein (%)*

51,4 ± 3,3

Hàm lượng khoáng (%)*

20,4 ± 2,1

Hàm lượng lipid (%)*

14,3 ± 2,3

Chitin (%)*

10,5 ± 1,9

Carotenoid (mg/kg)*

110.9 ± 9,9

*Kết quả tính theo hàm lượng chất khô tuyệt đối
1.2. Các nghiên cứu trong nước liên quan tới đề tài
Ngày nay, việc sử dùng phế liệu đầu tôm được nhiều nhà khoa học chú trọng,
được biết đến nhiều nhất qua việc sản xuất chitin – chitosan, chiết rút các chất màu,
chất mùi, phục vụ cho các ngành công nghệ. Trong thời gian gần đây việc nghiên
cứu thu hồi hỗn hợp carotene – protein được chú trọng, góp phần tăng hiệu quả kinh
tế, phát triển ngành thủy sản.

Việc tận thu hỗn hợp caroten-protein chứa astaxanthin từ đầu tôm ngày càng
được nghiên cứu nhiều hơn. Hoàng Thị Huệ An (2004) [1] nghiên cứu chiết xuất
astaxanthin từ phế liệu vỏ tôm bằng dung môi. Trong khi đó năm 2009, Ngô Thanh
Lĩnh cũng đã nghiên cứu sử dụng acid hữu cơ ở nồng độ thấp trong quy trình sản
xuất chitin-chitosan để khử protein, khoáng nhưng đồng thời tận thu được dịch ủ,
thu hồi caroten-protein. Phương pháp này thì tiết kiệm được chi phí nhưng tốn
nhiều thời gian[7].


5

Năm 2012, Phạm Thị Đan Phượng cũng sử dụng đơn lẻ một enzyme, kết hợp
nhiều enzyme để thuỷ phân đầu tôm thẻ chân trắng thu hồi hỗn hợp caroten-protein
(Alcalase 0,2% trong 2 giờ, Flavourzyme 0,1% trong 1giờ) cũng đã đạt được hiệu
suất thu hồi đáng kể, thời gian ngắn (chỉ mất 3 giờ), chất lượng caroten-protein
được nâng cao [11].
Bên cạnh đó còn có một số nghiên cứu sử dụng các loại vi khuẩn Bacillus
subtilic [9] để tận thu caroten-protein.
Phế liệu tôm
(đầu tôm sạch, tươi)
EDTA: 0,05%
Xay

- Tỷ lệ vi sinh vật/phế
Ủ

liệu: 5%
- Thời gian: 3 ngày
- Nhiệt độ phòng

Lọc bằng vải lọc
Bã
Dịch (Caroten-protein)
Sản xuất
chitin
Kết tủa
Chitosan 1%
Ly tâm

Bột caroten-protein
Hình 1.1. Quy trình thu hồi caroten-protein từ phế liệu đầu tôm bằng chế
phẩm vi sinh vật (vi khuẩn Bacillus subtilic)[9]


6

1.3. Các nghiên cứu ngoài nước liên quan tới đề tài
Trên thế giới, việc nghiên cứu sử dụng phế liệu từ tôm để sản xuất
các sản phẩm giá trị gia đã thu hút được sựquan tâm của rất nhiều nhà nghiên cứu ở
các nước có côngnghiệp chế biến thủy sản phát triển. Phần lớn các nghiên cứu được
biết đến là để thu nhận chitin và chitosan từphế liệu tôm.
Bên cạnh đó, việc thu nhận bột đạm giàu carotenoid cũng được quan tâm
nghiên cứu, các sản phẩm protein thu được có thể ứng dụng trong chế biến thức ăn
cho người hoặc gia súc ở dạng đạm giàu carotenoid hoặc chất mùi tôm. Các nghiên
cứu này chủ yếu tập trung vào phế liệu của tôm sú hay các loại tôm đặc thù ở khu
vực Châu Âu hay Bắc Mỹ; các nghiên cứu trên phế liệu tôm thẻ chân trắng thì còn
rất hạn chế.
Chen và Meyers (1982) [19] đã sử dụng acid trong quá trình lên men để thu
nhận carotenoid. Armenta và Guerrero (2009) [17] đã cho thấy một hàm lượng
amino acid cao của caroten-protein trong quá trình lên men, có thể được sử dụng

trong chế độ ăn của con người và động vật do nồng độ acid amin thiết yếu cao.
Carotenoid đặc biệt là astaxanthin từ phế liệu tôm cũng được quan tâm. Với
những hiệu quả mang lại thì astaxanthin sử dụng rất phổ biến trong việc bổ sung
làm thức ăn cho thủy sản để tăng màu sắc cho cá hồi và giáp xác, tăng hệ miễn dịch
của vật nuôi. Bên cạnh đó thì các nghiên cứu cho thấy astaxanthin đóng vai trò quan
trọng trong sinh sản và phát triển của cá hồi. Đặc biệt tính chất chống oxy hóa của
carotenoid [19]. Sử dụng thức ăn có chứa carotenoid thường xuyên có khả năng bảo
vệ tế bào và ngăn ngừa được nhiều loại bệnh trong đó có cả bệnh ung thư và bệnh
tim mạch [20]. Carotenoid cũng có thể chống lại Hecolybacter pylori gây bệnh
viêm loét dạ dày [19]. Vì vậy thu hồi hỗn hợp caroten-protein sao cho có hiệu quả
là đều cần quan tâm.


7

1.4. Tìm hiểu về caroten – protein
1.4.1. Bản chất của caroten – protein
* Caroten-protein
Caroten-protein là một phức hợp liên kết hóa trị giữa protein và caroten.
Caroten-protein trong tự nhiên đa dạng. Ở thực vật thường tồn tại với một lượng lớn
của grana của lục lạp, ở động vật giáp xác: tôm, cua, ghẹ… Chúng tồn tại ở lớp
ngoại bì, trong vỏ, các bộ phận cơ quan như trứng, dạ dày hay bạch huyết của
chúng. Theo Zagalsky (1976) [28] phản ứng giữa các nhóm 4 và 4’ keto trong các
vòng mang điện của β-astaxanthin là điều kiện tiên quyết cho phản ứng giữa nhóm
carbonyl trong carotenoid với các gốc amin để hình thành caroten-protein.
1.4.2.Carotenoid
Khi chất màu hóa học sử dụng trong thực phẩm ngày càng là mối nguy về sức
khỏe cho người tiêu dùng thì chất màu mang nguồn gốc tự nhiên như caroten ngày
càng được ứng dụng nhiều trong ngành công nghệ thực phẩm, dược phẩm và mỹ
phẩm. Sắc tố sử dụng rộng rãi nhất là caroten màu đỏ cam được tìm thấy chủ yếu trong

tôm, cua, cá hồi, cá hồng là astaxanthin [17]. Astaxanthin có vai trò quan trọng để loại
trừ hoặc ngăn chặn một số bệnh: chứng xơ vữa động mạch, ung thư, thoái hóa cơ thể
và các bệnh về mắt. Caroten chiết tách từ các loài giáp xác xem như là một tiền tố
vitamin A quan trọng và là nhóm chất chống oxy hóa [23] có hoạt tính sinh học mạnh,
có hiệu quả đối với người và động vật có vú. Có khả năng nâng cao khả năng miễn
dịch, ngăn ngừa triệu chứng lão hóa, bệnh thái hóa võng mạc bệnh Alzheimer,
Parkinson, các bệnh có liên quan đến sự thừa cholesterol, một số căn bệnh ung thư.
Trong phế liệu của các loại giáp xác thì carotenoid chủ yếu là astaxanthin (trên 95%)
theo Amenta và Guerrore-Legarreta (2009) [17].Vì vậy trích ly carotenoid như trích ly
astaxanthin.


8

Hình 1.2. Các liên kết hóa học của astaxanthin với các phân tử khác trong tôm
[17]
Astaxanthin cũng giống như các carotenoid khác tan trong lipid, có khối lượng
phân tử là 596,8 Da và chủ yếu tập trung ở phần vỏ, thường tồn tại ở dạng tự do,
dạng mono- hay ester với các acid béo không no mạch dài, hoặc dưới các phức hợp
caroten-protein của đồng phân quang học. Hàm lượng astaxanthin trong tôm khác
nhau tùy theo loài.
Do cấu trúc có nhiều nối đôi nên astaxanthin là một chất chống oxy hóa hiệu
quả, có khả năng bảo vệ màng tế bào và các mô khỏi bị tổn thương. Đặc tính chống
oxy hóa thể hiện ở sự ngăn cản hình thành các gốc tự do bằng cách loại bỏ oxy tự
do, trong trường hợp gốc tự do đã hình thành thì astaxanthin có thể liên kết với các
gốc tự do đó để vô hoạt chúng, nhờ đó astaxanthin bảo vệ lipid khỏi oxy hóa.


9

Hình 1.3. Cấu trúc hóa học của một vài astaxanthin [17]
1.4.3. Bản chất của astaxanthin [20]
1.4.3.1. Tính chất vật lý
Nhiệt độ nóng chảy 215 – 2160C, kết tinh từ piridin dạng vẩy tím, tan trong
CS2, không tan trong nước.
Khối lượng phân tử M = 596,82
Astaxanthin tự do trong không khí dễ bị oxy hoá thành astacene màu đỏ gạch
* Sự hấp thụ ánh sáng và màu sắc của astaxanthin :


10

Astaxanthin hấp thụ rất mạnh bức xạ trong vùng 470 – 510 nm (cực đại hấp
thụ thay đổi tùy theo dung môi sử dụng với hệ số tắt phân tử emax khoảng 105), tạo
nên màu đỏ cam rất đẹp. Đặc tính hấp thụ ánh sáng của astaxanthin có thể bị thay
đổi khi astaxanthin ở trạng thái liên kết với các phân tử khác. Chẳng hạn, trong tôm,
cua…, astaxanthin thường liên kết với các phân tử protein tạo thành phức carotenprotein (tức crustacyanin ) có lmax = 628 nm, tạo nên màu xanh đặc trưng của các
loài thủy sản khi còn sống. Dưới tác dụng nhiệt hoặc các tác nhân khác như acid,
kiềm liên kết trên bị phá hủy và giải phóng trở lại astaxanthin tự do màu đỏ cam.
* Tính tan :
Astaxanthin là hợp chất ít phân cực nên kém tan trong nước, dễ tan trong các
dung môi hữu cơ có độ phân cực thấp hay trung bình như piridin, diclorometan,
cloroform, aceton, eter dầu mỏ.
1.4.3.2. Tính chất hóa học
Do phân tử chứa chuỗi polyen với các nhóm keto, hydroxyl gắn với vòng đầu
mạch, astaxanthin rất nhạy cảm với các tác nhân chất oxy hóa, acid và base.
* Sự oxy hóa:
Astaxanthin dạng tự do rất dễ bị oxy hóa bởi các tác nhân electrophyl như oxy
phân tử, oxy nguyên tử hay các gốc tự do (như gốc hydroxyl, gốc peroxid…) nhưng
khi tạo phức với protein hay ở dạng ester hóa thì bền hơn. Hoạt tính chống oxy hóa

của astaxanthin (ký hiệu Ast) trong cơ thể được giải thích bởi khả năng bắt giữ các
gốc tự do (ví dụ: gốc peroxid) tạo thành gốc cacbon trung tâm bền vững nhờ hiệu
ứng cộng hưởng.
* Phản ứng với acid :
Astaxanthin phản ứng với các acid yếu theo một cân bằng thuận nghịch, tạo ra
một phức hợp của các dạng cấu trúc (II) và (III) (Hình 1.3), gây ra sự dịch chuyển
cực đại hấp thụ của nó về phía sóng dài; khi trung hòa bằng các base yếu (như
dioxan) cấu trúc phân tử astaxanthin ban đầu lại được hồi phục. Tuy nhiên, khi phản
ứng với các acid mạnh (như HCl, H2SO4 ) có thể xảy ra sự phân hủy chuỗi polyen
của astaxanthin, làm nhạt màu đỏ cam.


11

Hình 1.4.Sự thay đổi cấu trúc phân tử astaxanthin khi tương tác với acid yếu
[20]
* Phản ứng với base:Trong môi trường kiềm, khi có mặt không khí,
astaxanthin bị oxy hóa nhanhchóng thành astacene có màu đỏ thẫm :

Hình 1.5. Astacene [20]
* Phản ứng khử (hydrua hóa) :
Khi xử lý bằng tác nhân khử NaBH4/ EtOH, các nhóm keto trong phân tử
astaxanthin sẽ chuyển thành nhóm hydrroxyl, tạo thành crustaxanthin: làm chuyển
dịch cực đại hấp thụ của astaxanthin khoảng 20 – 30 nm về phía sóng ngắn.
Astaxanthin là sắc tố thuộc nhóm carotenoid có màu đỏ, tím, kết tinh,
điểmnóng chảy 238-2400C. Astaxanthin dễ bị oxy hóa khi có mặt của oxy tạo thành
astacene. Astaxanthin là loại carotenoid có tính acid, có thể tác dụng với rượu tạo ra
muối không ổn định. Trong vỏ tôm nó tồn tại ở dạng phức hợp protein-astaxanthin.

12

Hình 1.6. Crustaxanthin [20]
1.4.4. Protein
Protein là thành phần không thể thiếu được của tất cả các cơ thể sinh vật
nhưng lại có đặc thù từng loài, từng cá thể của cùng một loài, từng cơ quan, của
cùng một cá thể. Protein rất đa dạng về cấu trúc và chức năng, là nền tảng về cấu
trúc và chức năng của cơ thể sống [3].
1.4.5. Ứng dụng của caroten – protein
Chế phẩm caroten-protein ngày càng được sử sụng nhiều trong nhiều lĩnh vực:
y dược, mỹ phẩm, công nghệ thực phẩm, thức ăn cho thủy sản….
Bảng 1.4. Các ứng dụng chính của hỗn hợp protein và carotenoid [20]
Lĩnh vực
Công nghệ thực phẩm
Nuôi trồng thủy sản
Y dược

Tính chất
Chất mùi, chất màu, thực phẩm chức năng
Tạo màu cho cá, tăng hệ miễn dịch, giảm stress
cho vật nuôi
Tăng hệ miễn dịch, chống lão hóa, ngăn chặn khả
năng gây ung thư, tim mạch, bệnh về mắt…

Mỹ phẩm

Hạn chế và giảm nếp nhăn, chống lão hóa

Với hàm lượng cao astaxanthin trong chế phẩm người ta sử dụng để làm thức
ăn cho các đối tượng nuôi trồng thủy sản.

- Trong kỹ thuật nuôi cá hồi: Chất lượng của cá hồi không chỉ được đánh giá
qua hàm lượng protein, lipid, acid amin mà còn được đánh giá qua chất lượng màu


13

sắc của cơ thịt của chúng. Trong khi đó, cá hồi nuôi thì màu sắc của chúng không
đáp ứng được các chỉ tiêu chất lượng và yêu cầu của khách hàng, vì vậy việc bổ
sung astaxanthin trong thức ăn của cá là cần thiết để tăng màu sắc hồng của cơ thịt
cá [13]. Theo S.ph. sozvatrev, 1982 cho thấy rằng bột đầu tôm có thể thay thế bột
cá. Trong bột đầu tôm có hàm lượng đạm cao 60% và có khả năng làm tăng hàm
lượng astaxanthin trong da và cơ cá hồi [10].
- Trong nuôi cá cảnh: Thức ăn có astaxanthin sẽ góp phần tạo màu sắc cho cá.
Nếu cho cá ăn thích hợp thì cá sinh trưởng và phát triển tốt, màu sắc đẹp.
- Trong phòng bệnh ở tôm: Theo Belinda K.Howell và Anthoy D. Matthew
nghiên cứu thì nguyên nhân của bệnh đốm xanh ở tôm là do thiếu carotenoid trong
khẩu phần ăn. Việc bổ sung carotenoid vào khẩu phần ăn là điều cần thiết [10].
1.5. Tách chiết caroten-protein bằng phương pháp ủ xi lô
Phương pháp ủ xi lô là một trong những phương pháp sinh học được sử dụng
phổ biến hiện nay. Phương pháp này có ưu điểm là không gây ô nhiễm môi trường
song đồng thời chất lượng của chitin và hỗn hợp chế phẩm caroten-protein vẫn có
chất lượng cao. Trong khi đó, phương pháp bổ sung enzyme cũng là phương pháp
sinh học thì khi sử dụng các loại enzyme thương mại thì giá thành cao, dẫn đến chi
phí sản xuất tăng, vì vậy việc áp dụng vào sản xuất công nghiệp gặp nhiều khó
khăn. Trong khi đó, phương pháp ủ xi lô tiết kiệm được chi phí nhờ sử dụng
enzyme nội tại có sẵn trong đầu tôm. Vì vậy việc áp dụng phương pháp ủ xi lô vào
sản xuất công nghiệp có tính khả thu cao.
1.5.1. Phương pháp ủ xi lô
* Tổng quan
Ủ xi lô hay còn được gọi là ủ chua là phương pháp đã được người dân sử dụng

lâu đời để lên men cho gia súc và động vật nuôi. Quá trình ủ chua được lên men nhờ
sự có mặt của các chủng vi khuẩn lactic có sẵn trong môi trường tự nhiên hoặc được
cung cấp từ ngoài vào giúp cho sản phẩm ủ chua đạt chất lượng mong muốn. Đây là
kết quả của quá trình lên men trong điều kiện yếm khí.


14

Phương pháp ủ chua thường được sử dụng trong nông nghiệp để ủ lên men
cho nguyên liệu cây trồng, cỏ tươi để làm thức ăn cho động vật nuôi: trâu, bò, heo,
gà…Người ta thường bổ sung muối, rỉ đường thích hợp cho quá trình lên men, đồng
thời bổ sung thêm acid với nồng độ thích hợp để ức chế vi sinh vật gây thối, gây hư
hỏng nguyên liệu. Quá trình ủ xi lô sẽ tạo thêm một số sản phẩm có giá trị như chất
thơm, vitamin, kháng sinh ( Nizin, diplocacxin…) [12].
Ngoài việc áp dụng lên men nguyên liệu trên nông nghiệp, người ta còn ứng
dụng đối với phế liệu cá, nội tạng bào ngư, phế liệu đầu vỏ tôm,… để sử dụng làm
thức ăn cho động vật nuôi [12].
Việc áp dụng phương pháp ủ chua đối với phế liệu tôm được sử dụng khá
phổ biến để bảo quản cũng như để chế biến dịch lên men và phối trộn thức ăn cho
gia súc. Phế liệu tôm sau khi lên men làm thức ăn cho động vật ở dạng lỏng, đôi khi
còn gọi là protein lỏng. Sự hóa lỏng của mô tôm là kết quả của việc thủy phân
protein nhờ hoạt động của enzyme nội tại trong nguyên liệu, ngoài ra còn được hỗ
trợ bằng cách bổ sung các acid hữu cơ do vi khuẩn lactic sinh ra, acid vô cơ thêm
vào. Chất lượng của dịch ủ xi lô được đánh giá vào hàm lượng các acid amin thu
được [5].
Phương pháp ủ xi lô đối với phế liệu tôm để thu hồi protein cũng như
astaxanthin được sử dụng khá phổ biến hiện nay. Khi áp dụng phương pháo này sẽ
tận thu phần lớn protein để làm thức ăn cho chăn nuôi từ phế liệu tôm, bên cạnh đó
hàm lượng chất màu astaxanthin sẽ thu được trong dịch lên men, ủ chua bằng
phương pháp sinh học sẽ ít ảnh hưởng đến thành phần astaxanthin này nên hàm

lượng astaxanthin thu hồi được cao. Bên cạnh đó, quá trình ủ sẽ còn một lượng
khoáng trong vỏ tôm cũng sẽ được tách ra một phần do kết hợp sử dụng hỗn hợp
acid hữu cơ và vô cơ với nồng độ và tỷ lệ thích hợp trong quá trình ủ. Bã tôm sau
khi được tách ra khỏi dịch ép sẽ được sử dụng cho việc sản xuất chitin.


15

* Ứng dụng của acid trong quá trình khử khoáng sản xuất chitin, chitosan
Việc ứng dụng acid trong việc khử khoáng để sản xuất chitin, chitosan của phế
liệu tôm đã được các nhà khoa học nghiên cứu rộng rãi, tiêu biểu là đề tài nghiên
cứu của Pratya Charoenvuttitham ; John Shi ; Gauri S. Mittal [25] và các cộng sự,
sử dụng acid hữu cơ để khử khoáng trong sản xuất chitin từ phế liệu tôm sú, với chế
độ khử khoáng HCOOH 0,25M; acid citric 0,25M; nhiệt độ phòng, thời gian 30
phút, tỷ lệ 1/28 (v/w), hiệu suất khử khoáng là 88,1± 1,8%.
Ngoài ra Nesreen Samir Mahmoud, Abdelkader Ghaly [24] sử dụng acid lactic
và acid acetid ở các chế độ thời gian, nhiệt độ, nồng độ khác nhau cũng thu được
kết quả khử khoáng đạt hiệu suất 82-95%. Thành phần canxicacbonat trong vỏ tôm
sẽ tác dụng với acid lactic để tạo ra lactatcanxi ở dạng không hoà tan. Phản ứng này
gần tương tự như quá trình khử khoáng bởi HCl trong phương pháp hoá học. Sơ đồ
của phản ứng như sau:
CaCO3 + 2CH3CHOHCOOH (CH3CHOHCOO)2Ca + H2O + CO2
Đồng thời trong quá trình này protein cũng bị hoá lỏng do hệ enzyme có sẵn
trong nguyên liệu và do vi khuẩn lactic sinh ra [5].
Ưu điểm của việc sử dụng acid hữu cơ là ít ảnh hưởng đến tính chất, chất
lượng chitosan, ít ảnh hưởng và tác động xấu đến môi trường. Đồng thời các sản
phẩm trung gian của quá trình nếu thu hồi sử dụng không phải trung hòa và không
ảnh hưởng đến sức khỏe con người hay vật nuôi. Qua đó, nhận thấy ưu điểm khi áp
dụng phương pháp ủ xi lô kết hợp bổ sung acid hữu cơ cho phế liệu tôm là không
những tách được đáng kể protein và khoáng trong vỏ tôm hạn chế lượng hóa chất

sau này khi sản xuất chitin. Đồng thời còn có thể tận thu các thành phần giá trị trong
dịch ủ để sản xuất thức ăn trong chăn nuôi, do nồng độ hóa chất sử dụng trong khi ủ
là không cao.
Như vậy, khi sử dụng phương pháp này để tách protein và khoáng trước khi
sản xuất chitin thì có thể giảm bớt lượng hóa chất sử dụng cần thiết. Mặt khác, đối


16

với các sản phẩm cần thu hồi trong dịch ủ khi bổ sung acid hữu cơ sẽ làm tăng khả
năng khử khoáng, protein và khả năng chiết astaxanthin nângcao chất lượng dịch ủ
(Sachindra và cộng sự, 2006) [26]. Bên cạnh đó là việc lợi dụng enzyme protease
trong phế liệu tôm để thủy phân protein, kết hợp với một lượng acid hữu cơ theo tỷ
lệ thích hợp, ủ trong một thời gian nhất định, sẽ có bã tôm với hàm lượng khoáng,
protein, sắc tố,.. tách ra đáng kể. Đồng thời thu hồi được dich ủ với hàm lượng
protein và sắc tố cao.
1.5.2.Vai trò của emzyme có trong phế liệu tôm
Các enzyme có trong đầu, vỏ tôm đóng vai trò quan trọng trong quá trình lên
men. Cơ chế phân giải protein cũng giống như sử dụng xút để khử protein. Tuy
nhiên, việc sử dụng enzyme đem đến nhiều mặt tích cực hơn như nâng cao chất
lượng chitin, chitosan, hàm lượng protein – astaxanthin. Trong phế liệu tôm có chứa
một số loại enzyme, theo tạp chí Khoa học và Công nghệ Thủy sản ( số 05/1993) thì
hoạt độ enzyme của protease của đầu tôm khoảng 6,5 đơn vị hoạt độ/g tươi. Trong
đầu tôm có chứa enzyme tiêu hóa chymotrypsin và một vài loại enzyme khác có
mặt trong phế liệu tôm như alkaline phosphatase,  -N-acetyl glucosaminse,
chitinase cũng đượcứng dụng nhiều trong thực tế có tác dụng thủy phân hiệu quả.
1.6. Vai trò của acidtrong quá trình thủy phân protein
Khi ủ phế liệu tôm, có thể sử dụng hỗn hợp acid hữu cơ và vô cơ như là acid
formic, acid chlohydric, và/hoặc acid sunfuric, acid propyonic và hydrochloric
và/hoặc acid sunfuric với các nồng độ khác nhau [4] nhằm mục đích hạ thấp pH ban

đầu để khống chế quá trình gây thối do vi sinh vật gây thối, bảo quản nguyên liệu
đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho chủng vi khuẩn lactic được bổ sung vào thực
hiện quá trình lên men hiệu quả, đồng thời thúc đẩy enzyme nội tại hoạt động.
Sự hiện diện của acid hữu cơ do chủng vi khuẩn lactic tạo ra và acid vô cơ
hoặc hữu cơ bổ sung vào trong quá trình lên men lactic sẽ làm giảm pH của môi
trường, ức chế sự phát triển của vi khuẩn gây thối rữa, và do đó kéo dài thời gian


17

bảo quản cho nguyên liệu. Việc hạ pH môi trường bằng acid vô cơ hoặc acid hữu cơ
và lên men bằng chủng vi khuẩn lactic trong quá trình ủ có những tác dụng sau:
-

Khi hạ pH bằng acid vô cơ ở giai đoạn đầu tiên trong quá trình lên men có
tác dụng thủy phân đường thành những đường đơn nhằm cung cấp nguồn
cacbon dồi dào cho sự phát triển của vi khuẩn lactic. Đồng thời ức chế sự
phát triển của vi khuẩn gây thối rữa, tạo môi trường thích hợp cho vi khuẩn
lactic phát triển.

-

Tác dụng thủy phân protein trong phế liệu tôm do hoạt động của enzyme
protease trong bản thân nguyên liệu, hạ pH thúc đẩy cho quá trình lên men
lactic.

-

Ức chế hoạt động, sự phát triển của vi sinh vật gây thối, nấm mốc, bảo quản
cho vỏ tôm không bị hư hỏng, đảm bảo chất lượng chitin sau này.

-

Với acid hữu cơ do vi khuẩn lactic tạo ra có tác dụng kháng khuẩn, decalxi
hóa, tách khoáng ra khỏi vỏ tôm tạo điều kiện thuận lợi khi sản xuất chitin.

-

Mặt khác còn tạo thành dịch chứa protein, astaxanthin lỏng có giá trị về mặt
dinh dưỡng khi thu hồi tận dụng làm thức ăn cho gia súc động vật nuôi, có
tác dụng ngăn chặn sự oxy hóa astaxanthin, ổn định hàm lượng này để có thể
tận thu dịch.

1.7. Acid vô cơ
1.7.1. Acid clohydric (HCl)
Acid clohydric có công thức phân tử là HCl; có phân tử gam là 36,46
gam/mol; là một acid vô cơ mạnh, do sự hòa tan của khí hydro clorua (HCl)
trong nước.
Trong số sáu acid vô cơ mạnh phổ biến, acid clohydric là một acid
monoproton ít có khả năng tạo phản ứng giảm số oxy hóa. Nó là một trong những
acid mạnh ít độc hại nhất khi tiếp xúc bằng tay; ngoài tính acid, nó còn bao gồm các
ion clo không phản ứng và không độc hại. Các dung dịch acid clohydric trung bìnhmạnh thì khá ổn định khi lưu trữ.