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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

NGÔ THỊ HOÀI DƯƠNG

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 PHẦM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỦY SẢN

KHÁNH HÒA - 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

NGÔ THỊ HOÀI DƯƠNG

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 PHẦM

NGÀNH ĐÀO TẠO: CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỦY SẢN
MÃ SỐ: 62 54 01 05

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS NGÔ ĐĂNG NGHĨA
GS.TS KJELL MOTEN VARUM

KHÁNH HÒA - 2015


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình do chính tôi thực hiện. Các số liệu, kết quả
trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về những lời cam đoan của mình.
Tác giả luận án
Ngô Thị Hoài Dương

i


LỜI CẢM ƠN
Luận án hoàn thành là nhờ có nhà trường, các tổ chức có liên quan tạo điều
kiện; thầy cô, bạn bè giúp đỡ và hỗ trợ nhiệt tình. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành
nhất tới:
Ban Giám Hiệu trường Đại học Nha Trang và các phòng , ban, khoa, viện liên
quan đã cho phép và tạo điều kiện để luận án được thực hiện,
Đại sứ quán Nauy tại Hà Nội và Ban quản lý dự án SRV2701 đã hỗ trợ kinh
phí và tạo điều kiện để tôi có cơ hội nâng cao trình độ và trau dồi kinh nghiệm
nghiên cứu,
Phòng thí nghiệm NOBIPOL của trường đại học Khoa học và công nghệ
Nauy đã hỗ trợ thực hiện các phép phân tích,
PGS. TS. Ngô Đăng Nghĩa, GS. TS. Kjell M. Varum và PGS TS Nguyễn Anh
Tuấn, những người Thầy tâm huyết đã tận tình hướng dẫn, động viên khích lệ, dành
nhiều thời gian trao đổi và định hướng trong quá trình thực hiện luận án,
Các cán bộ kỹ thuật của viện Công nghệ Sinh học và Môi trường, trung tâm
Thí nghiệm Thực hành - trường Đại học Nha Trang đã giúp đỡ và tạo điều kiện trong

quá trình tiến hành nghiên cứu,
Các bạn đồng nghiệp, đặc biệt là TS. Khổng Trung Thắng và Ths. Nguyễn
Công Minh đã nhiệt tình giúp đỡ và chia sẻ nhiều kinh nghiệm quí báu,
Các em sinh viên ngành Công nghệ Chế biến Thủy sản các khóa từ 48 đến 52,
đặc biệt là em Đào Thị Tuyết Mai và Trần Huỳnh Vy đã hỗ trợ trong việc triển khai
các thí nghiệm nghiên cứu,
Cuối cùng, xin gửi tấm lòng ân tình tới Gia đình, những người thân yêu luôn
là nguồn động viên và chia sẻ mọi khó khăn để luận án đươc hoàn thành.
Ngô Thị Hoài Dương

ii


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ANOVA

Analysis of Variance: Phân tích phương sai

AOAC

Association of Official Analytical Chemists: Hiệp hội các nhà hoá phân
tích chính thống.

BHA

Butylated hydroxyanisole

CrI

Crystalline Index: Chỉ số kết tinh

cs

Cộng sự

DA

Degree of Acetyl: Độ acetyl

DD

Degree of Deacetyl: Độ deacetyl

db

Dry basis: Theo khối lượng chất khô

dd

Dung dịch

DPPH

2,2-Diphenyl-1-picryl hydrazyl

FT-IR

Fourier Transform Infrared : Quang phổ hấp thụ hồng ngoại chuỗi

GlcN

D-glucosamine

GlcNAc

N- acetyl glucosamine

HPLC

High-Performance Liquid Chromatography: Sắc ký lỏng hiệu năng cao

HQK

Hiệu quả khử

HLSO

Dạng sản phẩm tôm còn vỏ bỏ đầu (Headless Shell On)

HOSO

Dạng sản phẩm tôm nguyên con (Head On Shell On)

LOD

Limit of Detection: Giới hạn phát hiện

MHS

Phương trình Mark-Houwink-Sakurada

Mw

Phân tử lượng trung bình khối lượng

Mv

Phân tử lượng trung bình độ nhớt

nd

not detected: Không phát hiện

NMR

Nuclear Magnetic Resonance: Cộng hưởng từ hạt nhân

NL

Nguyên liệu

OD

Optical density: Độ hấp phụ quang học

P&D

Dạng sản phẩm tôm bóc vỏ, xẻ lưng (Peeled Deveined)

PTO

Dạng sản phẩm tôm lột vỏ chừa đuôi (Peeled Tail On)

PUD

Dạng sản phẩm tôm bóc vỏ, không xẻ lưng (Peeled UnDeveined)

RSM

Respone Surface Methodology: Phương pháp bề mặt đáp ứng

RMS

Mức năng lượng tổng
iii


SEM

Scanning Electron Microscope: Kính hiển vi điện tử quét

SS

Sum of Squares: Tổng bình phương độ lệch

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TNLK

Tổng năng lực khử

χcr

Degree of crystallinity: Độ kết tinh

iv


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... I
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. II
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................ III
MỤC LỤC....................................................................................................................V
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................VIII
DANH MỤC HÌNH .....................................................................................................X
TÓM TẮT NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN..........................................X
PHẦN MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN........................................................................................ 5
1.1. TÔM THẺ CHÂN TRẮNG VÀ TÌNH HÌNH CHẾ BIẾN Ở VIỆT NAM .......... 5
1.2. GIÁ TRỊ CỦA NGUYÊN LIỆU CÒN LẠI TỪ QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN TÔM 8
1.2.1. Tỷ lệ nguyên liệu còn lại trong công nghiệp chế biến tôm ............................. 8
1.2.2. Thành phần hóa học của nguyên liệu còn lại trong công nghiệp chế biến tôm
và tiềm năng khai thác ................................................................................................. 9
1.2.3. Hệ protease trên đầu tôm .............................................................................. 10
1.2.4. Thu hồi protein từ nguyên liệu còn lại của quá trình chế biến tôm .............. 11
1.3. CHITIN VÀ CÔNG NGHỆ THU HỒI TỪ VỎ ĐỘNG VẬT GIÁP XÁC ........ 12
1.3.1. Sự tồn tại của chitin trong tự nhiên ............................................................... 12
1.3.2. Tính chất của chitin ....................................................................................... 13

1.3.3. Công nghệ thu hồi chitin từ vỏ động vật giáp xác ........................................ 15
1.4. CHITOSAN VÀ QUÁ TRÌNH DEACETYL CHITIN ...................................... 20
1.4.1. Chitosan và tính chất của nó ......................................................................... 20
1.4.2. Quá trình deacetyl chitin ............................................................................... 21
1.5. ĐẶC TRƯNG TÍNH CHẤT CỦA CHITIN, CHITOSAN ................................. 23
1.5. 1. Phương pháp xác định độ tinh sạch .............................................................. 23
1.5. 2. Phương pháp xác định phân tử lượng ........................................................... 24
1.5. 3. Phương pháp xác định độ deacetyl ............................................................... 25
1.5. 4. Phương pháp đánh giá mức độ kết tinh ........................................................ 26
1.6. ỨNG DỤNG CỦA CHITIN, CHITOSAN VÀ DẪN XUẤT ............................. 26
1.7. THU HỒI VÀ XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU CÒN LẠI TRONG QUÁ TRÌNH SẢN
XUẤT TÔM Ở VIỆT NAM ...................................................................................... 28
1.7. 1. Các nghiên cứu cải tiến công nghệ thu nhận chitin và chitosan ................... 28
1.7. 2. Các nghiên cứu về thu hồi protein và enzyme protease ............................... 30
v


1.7. 3. Tình hình sản xuất chitin, chitosan ............................................................... 31
1.8. TỐI ƯU BẰNG PHƯƠNG PHÁP MẶT ĐÁP ỨNG ......................................... 32
1.9. PEPSIN VÀ TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG ........................................................... 33
1.9.1. Đặc điểm và cơ chế hoạt động của pepsin .................................................... 33
1.9.2. Nguồn thu nhận Pepsin ................................................................................. 34
1.9.3. Tiềm năng ứng dụng của pepsin ................................................................... 35
1.10. NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC ENZYME ....................................................... 36
1.10. 1. Xu hướng hiện đại trong nghiên cứu động học enzyme ............................... 36
1.10. 2. Động học quá trình thủy phân protein .......................................................... 37
ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM TRONG THU HỒI SẢN PHẨM HỮU ÍCH .
........................................................................................................................ 37
1.11.1. Sóng siêu âm và cơ chế tác động .................................................................. 37
1.11.2. Tác dụng của sóng siêu âm đến hoạt động của enzyme ............................... 39

1.11.3. Ứng dụng sóng siêu âm trong quá trình thu hồi chitin - chitosan................. 40
1.11.

CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU & PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.............. 43
2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU ......................................................................................... 43
2.1.1. Nguyên liệu tôm thẻ chân trắng (Panaeus vannamei) .................................. 43
2.1.2. Pepsin ............................................................................................................ 43
2.1.3. Hóa chất ........................................................................................................ 43
2.1.4. Thiết bị tạo sóng siêu âm .............................................................................. 44
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................................... 44
2.2.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm ..................................................................... 44
2.2.2. Sơ đồ nghiên cứu tổng quát .......................................................................... 44
2.2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm chi tiết ..................................................................... 47
2.3. PHƯƠNG PHÁP THU THẬP THÔNG TIN, DỮ LIỆU ................................... 66
2.3.1. Xác định thành phần khối lượng của nguyên liệu ........................................ 66
2.3.2. Xác định các thành phần hóa học cơ bản ...................................................... 66
2.3.3. Xác định thành phần acid amin và thành phần khoáng ................................ 66
2.3.4. Xác định hoạt độ enzyme .............................................................................. 66
2.3.5. Xác định khả năng chống oxy hóa của sản phẩm thủy phân protein ............ 67
2.3.6. Xác định tính chất của chitin và chitosan ..................................................... 67
2.3.7. Xác định các thông số động học ................................................................... 69
2.3.8. Xác định các hàm mục tiêu ........................................................................... 69
2.4. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU ................................................................... 70
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................... 72
3.1. THÀNH PHẦN CỦA ĐỐI TƯỢNG TÔM THẺ CHÂN TRẮNG .................... 72
vi


3.1. 1. Thành phần khối lượng và hóa học cơ bản của đối tượng nghiên cứu ......... 72
3.1. 2. Thành phần acid amin, khoáng và kim loại nặng của đối tượng nghiên cứu 73

3.2. THU HỒI CHITIN VÀ DỊCH PROTEIN CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC TỪ
NGUYÊN LIỆU ĐẦU TÔM THẺ CHÂN TRẮNG ................................................. 76
3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian lưu giữ đến sự biến đổi của nguyên liệu còn lại .. 76
3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến khả năng hoạt động của hệ
enzyme protease nội tại trên đầu tôm thẻ chân trắng tươi ......................................... 78
3.2.3. Nghiên cứu chế độ thu hồi protein và chitin từ đầu tôm thẻ chân trắng ....... 79
3.3. THU HỒI CHITIN VÀ DỊCH PROTEIN CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC TỪ VỎ
TÔM THẺ CHÂN TRẮNG ....................................................................................... 86
3.3.1. Thiết lập chế độ xử lý với HCl ..................................................................... 86
3.3.2. Đánh giá khả năng sử dụng pepsin để kết hợp khử protein và khử khoáng . 88
3.3.3. Tối ưu hóa quá trình khử protein bằng enzyme pepsin trên vỏ tôm thẻ chân
trắng ....................................................................................................................... 92
3.3.4. Kết hợp sóng siêu âm để tăng cường hiệu quả khử protein và khoáng khi xử
lý với pepsin ............................................................................................................... 96
3.4. ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH KHỬ PROTEIN CỦA PEPSIN ........................... 107
3.4.1. Đặc điểm quá trình khử protein với xúc tác của pepsin ............................. 107
3.4.2. Xác định phương trình động học ................................................................ 110
3.5. NÂNG CAO HIỆU QUẢ DEACETYL TRONG ĐIỀU KIỆN DỊ THỂ.......... 114
3.5.1. Tác dụng hỗ trợ của công đoạn tiền xử lý .................................................. 114
3.5.2. Đánh giá khả năng hỗ trợ quá trình deacetyl của sóng siêu âm.................. 117
3.5.3. Động học quá trình deacetyl khi có sự hỗ trợ của sóng siêu âm ................ 122
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 ..................................................... 127
3.5.5. Tối ưu quá trình deacetyl ............................................................................ 129
3.6. ĐỀ XUẤT QUI TRÌNH THU NHẬN CHITIN, CHITOSAN, PROTEIN THEO
CÔNG NGHỆ CẢI TIẾN VÀ ĐÁNH GIÁ LỢI ÍCH ............................................. 136
3.6.1. Qui trình thu nhận chitin, chitosan và protein theo công nghệ cải tiến đề xuất
..................................................................................................................... 136
3.6.2. Chất lượng của chitin và chitosan thu được theo qui trình đề xuất ............ 140
3.6.3. Đánh giá hiệu quả của các qui trình theo công nghệ đề xuất ..................... 142

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................. 147
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................. 149
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ ..................................... 169
PHỤ LỤC .......................................................................................................................
vii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Danh pháp của tôm thẻ chân trắng .............................................................. 5
Bảng 1.2: Tỷ lệ các thành phần còn lại sau chế biến của một số loài tôm có giá trị
thương mại (% so với khối lượng tôm) ........................................................................ 9
Bảng 1.3: Thành phần hóa học của nguyên liệu còn lại từ một số loài tôm có giá trị
thương mại (% theo trọng lượng chất khô) .................................................................. 9
Bảng 1.4: Giá bán tham khảo của chitin và các dẫn xuất của nó............................... 10
Bảng 2.1: Miền nghiên cứu thí nghiệm tối ưu quá trình xử lý với pepsin ................. 54
Bảng 2.2: Sự thay đổi nồng độ enzyme và cơ chất trong thí nghiệm nghiên cứu
phương trình động học quá trình khử protein của pepsin. ......................................... 60
Bảng 2.3: Miền nghiên cứu thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của 3 nhân tố: nhiệt độ,
thời gian và nồng độ NaOH khi deacetyl với sóng siêu âm ...................................... 63
Bảng 2.4: Miền nghiên cứu thí nghiệm tối ưu quá trình deacetyl với sóng siêu âm
37kHz (RMS=35W) ................................................................................................... 64
Bảng 3.1: Thành phần khối lượng của đối tượng tôm thẻ chân trắng (cỡ 60÷160
con/kg)........................................................................................................................ 72
Bảng 3.2: Thành phần hóa học cơ bản của đối tượng tôm thẻ chân trắng (cỡ 81÷120
con/kg)........................................................................................................................ 73
Bảng 3.3: Thành phần acid amin của đối tượng tôm thẻ chân trắng (cỡ 81÷120
con/kg) (g/100g amino acid) ...................................................................................... 74
Bảng 3.4: Hàm lượng acid amin của đối tượng tôm thẻ chân trắng (cỡ 81÷120
con/kg) (mg/100g nguyên liệu) ................................................................................. 74
Bảng 3.5: Thành phần khoáng và kim loại nặng trên đối tượng nghiên cứu (mg/kg) 75

Bảng 3.6: Ảnh hưởng của thời gian lưu giữ ở nhiệt độ phòng (27÷30oC) đến màu sắc
và mùi của phần đầu và vỏ tôm thẻ chân trắng .......................................................... 77
Bảng 3.7: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến khả năng hoạt động
của hệ enzyme nội tại trên đầu tôm thẻ chân trắng tươi ............................................ 79
Bảng 3.8: Kết quả thực nghiệm theo mô hình Box-Behnken với miền nghiên cứu ở
Bảng 2.1 ..................................................................................................................... 93
Bảng 3.9: Hiệu quả khử protein của pepsin theo phương trình hồi qui và theo thực
nghiệm ........................................................................................................................ 95
Bảng 3.10: Kết quả đánh giá khả năng thu hồi protein từ dịch thủy phân với pepsin
.................................................................................................................................. 104
Bảng 3.11: Hằng số vận tốc quá trình loại protein khi xử lý với pepsin và NaOH . 109
Bảng 3.12: Giá trị hệ số động học a và b tương ứng với các điều kiện xử lý pepsin
.................................................................................................................................. 111
Bảng 3.13: Độ rắn của chitin sau khi được tiền xử lý và mẫu đối chứng ................ 116

viii


Bảng 3.14: Kết quả phân tích ANOVA ảnh hưởng của nồng độ NaOH và cách thức
deacetyl đến độ deacetyl .......................................................................................... 118
Bảng 3.15: Kết quả phân tích ANOVA ảnh hưởng của nồng độ NaOH và cách thức
deacetyl đến độ hòa tan ............................................................................................ 118
Bảng 3.16: Vận tốc deacetyl (%/phút) (x102)a ......................................................... 123
Bảng 3.17: Hệ số vận tốc deacetyl (phút-1) (x103)a .................................................. 125
Bảng 3.18: Kết quả thực nghiệm theo mô hình Two-Level Factor với miền nghiên
cứu ở Bảng 2.3 ......................................................................................................... 127
Bảng 3.19: Kết quả phân tích thống kê ảnh hưởng của các nhân tố đến độ deacetyl 2
theo biến mã hóa (p=0,05) ....................................................................................... 127
Bảng 3.20: Kết quả phân tích thống kê ảnh hưởng của các nhân tố đến độ hòa tan 3
theo biến mã hóa (p=0,05) ....................................................................................... 128

Bảng 3.21: Kết quả thực nghiệm theo mô hình Central Composite với miền nghiên
cứu ở Bảng 2.4 ......................................................................................................... 130
Bảng 3.22: Giá trị các hệ số hồi qui của hàm mục tiêu độ deacetyl 4 và độ hòa tan
5 theo biến mã (p=0,05) ......................................................................................... 130
Bảng 3.23: Kết quả kiểm định thống kê phương trình hồi qui (3-13) và (3-14)
(p=0,05) .................................................................................................................... 131
Bảng 3.24: Độ deacetyl và độ hòa tan theo phương trình hồi qui và thực nghiệm . 131
Bảng 3.25: Ảnh hưởng của chế độ deacetyl đến phân tử lượng trung bình độ nhớt của
chitosan (Mv, kDa) ................................................................................................... 132
Bảng 3.26: Chất lượng chitin sản xuất theo qui trình đề xuất ................................. 140
Bảng 3.27: Chất lượng chitosan thu được khi deacetyl với sóng siêu âm ở 80oC với
[NaOH]=60% trong 4h (sử dụng chitin thu hồi từ phần vỏ theo qui trình đề xuất) 141
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) ............................................................... 143
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 [9] (với 1000 kg nguyên liệu ban
đầu/mẻ) ..................................................................................................................... 145

ix


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Thống kê diện tích và sản lượng nuôi tôm thẻ chân trắng ở nước ta giai đoạn
2005-2012 ................................................................................................................
6
Hình 1.2: Thống kê khối lượng và giá trị các sản phẩm xuất khẩu từ tôm thẻ chân trắng
của Việt Nam trong giai đoạn 2002-2012 ....................................................................... 7
Hình 1.3: Thống kê sản lượng tôm nuôi ở tỉnh Khánh Hòa giai đoạn 2002-2011 .......... 8
Hình 1.4: Cấu trúc hóa học của chitin ........................................................................... 12
Hình 1.5: Mô hình cấu trúc vỏ động vật giáp xác ......................................................... 13

Hình 1.6: Cấu trúc hóa học của chitosan ....................................................................... 20
Hình 2.1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát .................................................................. 46
Hình 2.2 Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến khả năng
hoạt động của hệ enzyme protease nội tại trên đầu tôm thẻ chân trắng tươi ................ 49
Hình 2.3: Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu chế độ thu hồi chitin và dịch protein có hoạt
tính chống oxy hóa từ nguyên liệu đầu tôm thẻ chân trắng .......................................... 51
Hình 2.4: Sơ đồ thí nghiệm đánh giá khả năng khử protein và khoáng của pepsin ...... 53
Hình 2.5: Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu khả năng kết hợp sóng siêu âm để nâng cao
hiệu quả xử lý với pepsin............................................................................................... 56
Hình 2.6: Sơ đồ nghiên cứu hoàn thiện công nghệ đề xuất và đặc trưng tính chất sản
phẩm chitin thu được ..................................................................................................... 57
Hình 2.7: Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu động học quá trình khử protein với pepsin .... 59
Hình 2.8: Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của công đoạn tiền xử lý đến quá
trình deacetyl ................................................................................................................. 61
Hình 2.9: Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của sóng siêu âm đến quá trình
deacetyl. ......................................................................................................................... 62
Hình 2.10: Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu động học quá trình deacetyl với sóng siêu âm
....................................................................................................................................... 63
Hình 2.11: Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu tối ưu quá trình deacetyl có kết hợp với sóng
siêu âm ........................................................................................................................... 64
Hình 3.1: Ảnh hưởng của thời gian lưu giữ ở nhiệt độ phòng (27÷30oC) đến sự hao hụt
khối lượng, hao hụt protein và hàm lượng bazơ nitơ bay hơi của phần đầu tôm thẻ chân
trắng ............................................................................................................................... 77
Hình 3.2: Ảnh hưởng của thời gian và lượng nước bổ sung đến hiệu suất thu hồi nitơ
và sản phẩm có hoạt tính chống oxy hóa khi thực hiện quá trình tự thủy phân đầu tôm
ở 60oC, pH tự nhiên. ...................................................................................................... 80
Hình 3.3: Ảnh hưởng của thời gian và lượng nước bổ sung đến hàm lượng protein còn
lại trên phần vỏ đầu và hiệu quả khử protein khi thực hiện quá trình tự thủy phân đầu
tôm ở 60oC, pH tự nhiên. ............................................................................................... 81

x


Hình 3.4: Ảnh hưởng của thời gian và tỷ lệ nước bổ sung đến hàm lượng khoáng còn
lại trên phần vỏ đầu và hiệu quả khử khoáng khi thực hiện quá trình tự thủy phân ở
60oC, pH tự nhiên. ......................................................................................................... 82
Hình 3.5: Ảnh hưởng của thời gian và tỷ lệ nước bổ sung đến khả năng khử gốc tự do
DPPH (A) và tổng năng lực khử (B) của dịch thủy phân .............................................. 83
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÷30oC) ................................................ 86
Hình 3.7: Ảnh hưởng của nồng độ pepsin đến hiệu quả khử protein và khử khoáng ... 88
Hình 3.8: Ảnh chụp SEM vỏ tôm trước (A) và sau khi xử lý với dung dịch HCl 0,25M
trong 2h (B) ................................................................................................................... 90
Hình 3.9: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng khử khoáng và protein trong quá trình
xử lý với pepsin. ............................................................................................................ 91
Hình 3.10: Sự thay đổi hiệu quả khử khoáng và hiệu quả khử protein của pepsin theo
thời gian xử lý ................................................................................................................ 92
Hình 3.11: Đồ thị không gian 3D và 2D biểu diễn hàm mục tiêu - hiệu quả khử protein
theo các biến khảo sát. ................................................................................................... 94
Hình 3.12: Ảnh hưởng của thời gian chiếu sóng siêu âm (37kHz, 35W) đến hoạt độ
của pepsin. ..................................................................................................................... 97
Hình 3.13: Ảnh hưởng của thời gian chiếu sóng siêu âm đến hàm lượng khoáng (A) và
hàm lượng protein (B) trên vỏ tôm (đã xử lý với HCl 0,25M) ..................................... 98
Hình 3.14: Ảnh chụp SEM (10kV) vỏ tôm - (A): sau khi xử lý 2h với ddHCl 0,25M ở
nhiệt độ phòng; (B): tiếp tục ngâm nước nóng ở 40oC trong 90 phút; và (C):chiếu sóng
siêu âm trong vòng 90 phút ở 40oC. .............................................................................. 99
Hình 3.15: Ảnh hưởng của cách thức sử dụng sóng siêu âm và thời gian đến hàm
lượng protein còn lại trên vỏ tôm khi xử lý với pepsin (20U/g protein, 40oC, pH=2)100
Hình 3.16: Ảnh hưởng của cách thức sử dụng sóng siêu âm đến hàm lượng khoáng còn
lại trên vỏ tôm khi xử lý với pepsin (20U/g protein, 40oC, pH=2) ............................. 102

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, 40oC, pH=2). ............................................... 103
Hình 3.18: Phổ nhiễu xạ tia X của chitin thu được theo qui trình sử dụng pepsin kết
hợp với HCl và NaOH ................................................................................................. 105
Hình 3.19: Phổ FT-IR của chitin thu được theo qui trình sử dụng pepsin kết hợp với
HCl và NaOH .............................................................................................................. 106
Hình 3.20: Phổ H1NMR của chitin thu được theo qui trình sử dụng pepsin kết hợp với
HCl và NaOH .............................................................................................................. 106
Hình 3.21: Sự thay đổi lượng protein trên vỏ tôm theo thời gian xử lý với pepsin ở
điều kiện nhiệt độ 40oC, pH2, nồng độ enzym 0,42g/L .............................................. 107
Hình 3.22: Sự thay đổi giá trị logarith của tỷ số (P/Po) theo thời gian xử lý với pepsin ở
điều kiện nhiệt độ 40oC, pH2, nồng độ enzym 0.42g/L. ............................................. 108
xi


Hình 3.23: Ảnh hưởng của nồng độ pepsin và thời gian đến hiệu quả khử protein trong
điều kiện So=18g protein/L, ở 40oC và pH=2. ............................................................. 110
Hình 3.24: Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất So và thời gian đến hiệu quả khử protein
khi eo= 0,25g/L (175U/L), ở 40oC và pH=2. ............................................................... 111
Hình 3.25: Quan hệ hồi qui giữa hệ số a với tỷ lệ enzyme so với cơ chất (eo/So) ....... 112
Hình 3.26: Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme:cơ chất (eo/So) và thời gian đến hiệu quả khử
protein ở nhiệt độ 40oC và pH=2. ................................................................................ 113
Hình 3.27: Ảnh hưởng của cách thức tiền xử lý đến khả năng deacetyl. .................... 115
Hình 3.28: Ảnh chụp SEM (10kV) mẫu chitin đã được xử lý trong 60 phút ở 60oC với
nước nóng (A) và chiếu siêu âm (B). .......................................................................... 115
Hình 3.29: Phổ nhiễu xạ tia X của chitin được tiền xử lý và mẫu đối chứng ............. 116
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 80oC ................................................................ 119
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 80oC, 4h. ................... 121

Hình 3.32: Phổ FT-IR của chitosan được deacetyl với [NaOH]=60% (w/w) ở 80oC
trong 4h trong điều kiện có (đường màu đỏ) và không có sự kết hợp với sóng siêu âm
(đường màu đen).......................................................................................................... 121
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 ....................................... 123
Hình 3.34: Mối quan hệ giữa giá trị logarith của độ deacetyl với thời gian khi thay đổi
nồng độ NaOH (w/w) trong điều kiện có và không có sự kết hợp với sóng siêu âm . 125
Hình 3.35: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian và nồng độ NaOH đến
hàm mục tiêu độ deacetyl ............................................................................................ 129
Hình 3.36: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ, thời gian và nồng độ NaOH đến
độ hòa tan..................................................................................................................... 129
Hình 3.37: Đường đẳng trị của hàm mục tiêu độ deactetyl và độ hòa tan .................. 132
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. ....................................... 134
Hình 3.39: Qui trình thu nhận chitin và protein từ phần đầu tôm thẻ chân trắng đề xuất
..................................................................................................................................... 137
Hình 3.40: Qui trình thu nhận chitin và protein từ phần vỏ tôm thẻ chân trắng đề xuất ..
..................................................................................................................................... 138
Hình 3.41: Qui trình xác định chế độ deacetyl và sản xuất chitosan đề xuất .............. 139

xii


TÓM TẮT NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
Đề tài 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.
Ngành/Chuyên ngành: Công nghệ Chế biến Thủy sản

Mã số:
62 54 01 05
Nghiên cứu sinh: Ngô Thị Hoài Dương
Khóa:
2009
Người hướng dẫn: PGS.TS Ngô Đăng Nghĩa
Cơ sở đào tạo:

GS.TS Kjell M. Varum
Trường Đại học Nha Trang

1. Cung cấp các dẫn liệu khoa học về thành phần hóa học cơ bản, thành phần acid
amin, thành phần khoáng và kim loại nặng của đầu và vỏ tôm cùng với ảnh hưởng
của nhiệt độ và pH đến khả năng hoạt động của hệ enzyme protease nội tại trên đầu
của tôm thẻ chân trắng nuôi tại khu vực Khánh Hòa.
2. Cung cấp các dẫn liệu mới về chế độ xử lý tối ưu và động học quá trình khử
protein trên vỏ tôm thẻ chân trắng bằng enzyme pepsin. Kết quả nghiên cứu cũng
đã bổ sung thêm sự hiểu biết về cấu trúc của vỏ tôm, sự liên kết giữa chitin, protein
và khoáng trong vỏ tôm.
3. Cung cấp các dẫn liệu mới về sự trợ giúp của sóng siêu âm cho công nghệ xử lý
enzyme và quá trình deacetyl hóa
4. Đã đề xuất một giải pháp đơn giản thông qua sự tự thủy phân protein dưới tác dụng
xúc tác của proteaza có ngay trong vỏ đầu tôm, ở nhiệt độ 60 oC kết hợp với đánh
đảo để thu hồi đồng thời protein và chitin.
5. Cung cấp các dẫn liệu và thông số chứng minh lợi ích của việc áp dụng kết hợp 3
giải pháp: giải pháp vật lý (sóng siêu âm, đảo trộn), giải pháp sinh học (enzym tự
nhiên, chế phẩm enzym) và giải pháp hóa học (hóa chất NaOH, HCl) trong quy
trình sản xuất chitin và chitosan đồng thời mở ra một hướng đi mới trong việc cải
tiến công nghệ sản xuất chitin, chitosan theo hướng thân thiện với môi trường.
6. Đề xuất 02 qui trình thu nhận chitin và 01 qui trình thu nhận chitosan với những

thông số kỹ thuật và phương trình toán học cụ thể cho phép kiểm soát quá trình sản
xuất ở từng công đoạn.
Khánh Hòa, ngày 23 tháng 4 năm 2015
Người hướng dẫn

NGHIÊN CỨU SINH

xiii


KEY FINDINGS
The title of the Dissertation: Optimization of chitin and chitosan extraction from byproduct from white leg shrimp (Penaeus vannamei) industry in Vietnam to improve
its quality and efficiency.
Major :
Aquatic Products Technology
Major Code: 62 54 10 05
PhD student: Ngo Duong Thi Hoai
Supervisors:

Assoc Prof. Dr. Ngo Dang Nghia
Prof. Dr Kjell M. Varum

Instution:
Nha Trang University
Key Findings
1. The data in relation to the composition of chemicals, amino acids, minerals and
heavy metals of three main parts of white leg shrimp (heads, shell and meat)
(Penaeus vannamei) as well as to the effects of pH and temperature on the activity
of endogenous proteases from heads of white shrimp leg cultivated in Khanh Hoa
province were collected.

2. The optimal parameters for recovery of chitin and protein hydrolysates from white
leg shrimp shells with pepsin were collected. In addition, kinetics of the process
was studied and the extra understandings of shrimp shell structures, the linkage
between protein, minerals and chitin were cleared up.
3. The capacities of ultrasound for intensifying chitin extraction with pepsin and
heterogeneous deacetylation with NaOH were proved.
4. The simple procedure to recovery chitin and protein efficiently through
simultaneous combination of autolysis with the endogenous protease and physical
force were put forward.
5. The benefits of the integration technology between physics (mechanical force and
ultrasound), enzyme (endogenous and commercial proteases) and chemicals
(NaOH, HCl) in chitin and chitosan production were demonstrated which showed a
progressive methodology to improve chitin and chitosan extraction industry
sustainably.
6. Three processes to recovery chitin (02) and chitosan (01) accompanying with
specific parameters and mathematic equations were brought out that allowed to
control efficiently the chitin and chitosan production.
Khanh Hoa, April 23th, 2015
Supervisors

PhD student
xiv


PHẦN MỞ ĐẦU
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 [102]. 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 [20]. Trên đầu và vỏ tôm
có chứa một lượng đáng kể protein, chitin, protease và astaxanthin. Do đó, việc xử
lý kịp thời và hiệu quả lượng đầu và vỏ tôm 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 [27].
Với lượng lớn đầu và vỏ tôm tạo ra từ ngành công nghiệp chế biến tôm, Việt
Nam có đủ nguồn nguyên liệu để hình thành ngành công nghiệp sản xuất chitin và
các dẫn xuất của nó tuy nhiên trên thực tế lĩnh vực này ở nước ta hiện còn nhiều hạn
chế: qui mô sản xuất nhỏ lẻ, chủng loại sản phẩm không đa dạng, chất lượng thấp,
khả năng ứng dụng và thương mại hóa sản phẩm kém, không cho phép thu hồi đồng
thời protein và các hợp chất có giá trị sinh học khác nên hiệu quả kinh tế không cao
và đặc biệt là gây ô nhiễm môi trường rất nghiêm trọng [9], [20]. Do vậy, để có thể
khai thác hiệu quả nguồn nguyên liệu còn lại dồi dào từ quá trình chế biến tôm ở
nước ta, 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 cần có thêm các nghiên cứu chuyên sâu
làm cơ sở cho việc cải tiến công nghệ thu hồi chitin, chitosan và cả protein.
Công nghệ thu hồi chitin đang được áp dụng chủ yếu dựa vào phương pháp
hóa học nhưng đến nay phương pháp này đã bộc lộ nhiều nhược điểm cần xử lý:
ảnh hưởng sâu sắc đến các đặc tính sinh học quí giá của protein và sắc tố có trên
nguyên liệu tôm, gây ảnh hưởng lớn đến mạch polysaccaride của chitin và thải ra
một lượng lớn hóa chất và chất thải [95], [98]. Phương pháp thu hồi chitin bằng
công nghệ sinh học hạn chế được ô nhiễm môi trường, cho phép thu hồi đồng thời
1


các hợp chất sinh học khác, giữ được đặc tính của mạch polysaccarite nhưng lại
chưa đáp ứng được yêu cầu về mặt hiệu quả kinh tế do chi phí lớn, thời gian kéo dài
và mức độ tách tạp chất không triệt để [27], [120], [164]. Kết hợp phương pháp sinh
học và phương pháp hóa học đang là hướng đi được quan tâm do hạn chế được

lượng hóa chất sử dụng và cho phép thu hồi đồng thời các hợp chất có hoạt tính sinh
học khác, mà chủ yếu là protein, bên cạnh chitin. Tuy nhiên để có thể áp dụng
phương pháp này vào thực tiễn vẫn cần có thêm các giải pháp công nghệ bổ sung để
rút ngắn thời gian và tiết giảm chi phí chung đồng thời thu thập các thông tin động
học để kiểm soát quá trình [95].
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 [40], [42], [52], [140].
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.
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.
Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu 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, có kích cỡ trung bình khoảng từ 81÷120 con/kg,
2


được thu mua ngay sau khi chúng được đưa ra khỏi dây chuyền chế biến tôm ở công
ty Cổ phần Nha Trang Seafoods (F17), đảm bảo độ tươi, có mùi và màu sắc đặc

trưng.
Phạm vi nghiên cứu: Quá trình thu nhận chitin, chitosan bao gồm nhiều
công đoạn trong đó các công đoạn khử protein, khử khoáng và deacetyl là 3 công
đoạn quan trọng nhất, có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và hiệu quả
của quá trình. Vì vậy, luận án sẽ tập trung nghiên cứu cải tiến 03 công đoạn này
nhằm cải thiện chất lượng của sản phẩm và nâng cao hiệu quả về mặt môi trường.
Nội dung nghiên cứu: Các nội dung chính trong luận án bao gồm:
-

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,

-

Nghiên cứu tối ưu hóa chế độ thu nhận chitin và protein từ phần đầu và vỏ tôm
thẻ chân trắng,

-

Nghiên cứu động học quá trình khử protein trên vỏ tôm thẻ chân trắng bằng
pepsin,

-

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,

-

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.
Ý nghĩa khoa học, thực tiễn và tính mới của đề tài
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 và vỏ 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.

3


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.
Việc khai thác và sử dụng các thiết bị, phương pháp nghiên cứu hiện đại
cùng với các phần mềm chuyên dụng cho phép giải thích và chứng minh các kết quả
nghiên cứu của luận án một cách khoa học. Kết quả nghiên cứu của luận án có thể
sử dụng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên và những ai quan tâm đến công nghệ
sản xuất các sản phẩm kỹ thuật và y dược từ nguồn nguyên liệu vỏ động vật giáp
xác.

4


1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. TÔM THẺ CHÂN TRẮNG VÀ TÌNH HÌNH CHẾ BIẾN Ở VIỆT NAM
Tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei, tên gọi trước đây là Penaeus
vannamei) là một dạng của tôm panđan của vùng đông Thái Bình Dương. Mặc dù
tôm thẻ chân trắng có nguồn gốc tự nhiên nhưng hiện giờ tôm nuôi là nguồn nguyên
liệu được sử dụng chủ yếu để sản xuất các sản phẩm tôm xuất khẩu. Danh pháp
phân loại của tôm thẻ chân trắng được trình bày ở Bảng 1.1.
Bảng 1.1: Danh pháp của tôm thẻ chân trắng
Giới: Animalia
Ngành: Arthropoda
Phân ngành: Crustacea
Lớp: Malacostraca
Bộ: Decapoda
Phân bộ: Dendrobranchiata
Họ: Penaeidae
Chi: Litopenaeus
Loài: L. vannamei
Danh pháp hai phần: Litopenaeus vannamei (Boone, 1931)

Danh pháp đồng nghĩa: Penaeus vannamei (Boone, 1931)

Tôm thẻ chân trắng được nuôi đầu tiên ở châu Mỹ La Tinh và sau đó được di
giống đến rất nhiều nước trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Giá đầu tư thấp, mùa
vụ nuôi ngắn (khoảng từ 120 đến 180 ngày), có khả năng thích ứng tốt trong điều
kiện nuôi với độ muối rộng, cho năng suất cao, ít bị cảm nhiễm bệnh tật hơn tôm sú,
kích cỡ tôm lại phù hợp với nhu cầu tiêu thụ của thế giới và giá cả ổn định là những
điều kiện để tôm chân trắng chiếm được vị trí ưu tiên trong nuôi trồng thuỷ sản tại
các nước, cũng như ở Việt Nam.
Ở nước ta, tôm thẻ chân trắng được nuôi ở hầu khắp các tỉnh trong cả nước
với vụ nuôi chính chủ yếu từ tháng 2 đến tháng 10 hàng năm. Diện tích và sản
lượng tôm thẻ chân trắng liên tục tăng (Hình 1.1), dự kiến đạt 449.500 tấn vào năm

2015 [12].
5


50

200

DiÖn tÝch
S¶n l­îng

180
160
140

30
120

100
20
80

S¶n l­îng (tÊn)

DiÖn tÝch (ha)

40

60

10

40
0

20
2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

N¨m

Hình 1.1: Thống kê diện tích và sản lượng nuôi tôm thẻ chân trắng ở nước ta
giai đoạn 2005-2012 [12].
So với tôm sú, tôm thẻ chân trắng ngày càng có vị trí quan trọng trong cơ cấu
sản xuất và xuất khẩu các mặt hàng tôm. Năm 2010 xuất khẩu tôm đạt trên 2 tỷ
USD chiếm hơn 1/3 tổng kim ngạch xuất khẩu trong đó tôm thẻ chân trắng chiếm
26% giá trị xuất khẩu đến năm 2011 xuất khẩu tôm đã đạt 2,39 tỷ USD với 704
triệu USD chiếm 29,3% từ tôm thẻ chân trắng, tăng 70% so với năm 2010 [102].
Đến năm 2013, giá trị xuất khẩu các sản phẩm từ tôm thẻ chân trắng đã chiếm trên
50% trong gần 4 tỷ tổng giá trị xuất khẩu các sản phẩm từ tôm. Tỷ lệ tôm thẻ chân
trắng có xu hướng tăng dần trong cơ cấu chung bởi loại tôm này có năng suất cao,
chất lượng tốt, kích cỡ và giá cả phù hợp với nhu cầu tiêu dùng hiện nay ở nhiều
nước trên thế giới. Số liệu thống kê của FAO trong giai đoạn 2002-2012 ở Hình 1.2
cho thấy khối lượng và giá trị xuất khẩu tôm thẻ chân trắng luôn duy trì ở mức trên
100 ngàn tấn sản phẩm với giá trị xuất khẩu trên 500 triệu USD mỗi năm ngoại trừ
năm 2008 và 2009.
Các dạng sản phẩm chế biến từ tôm thẻ chân trắng chủ yếu gồm tôm nguyên
con (HOSO); tôm còn vỏ bỏ đầu (HLSO); tôm lột vỏ, lấy chỉ (P&D) hoặc không lấy
chỉ (PUD); tôm lột vỏ, chừa đuôi (PTO); tôm duỗi NOBASHI; tôm SUSHI và tôm
6


bao bột. Các sản phẩm trên có thể ở dạng tươi hoặc hấp và cơ cấu sản phẩm có xu
hướng nghiêng về các sản phẩm tôm đã qua chế biến [21].

800
Khèi l­îng
Gi¸ trÞ

700

150

600
500

100

400
300

50

200

Gi¸ trÞ xuÊt khÈu (1000xUSD)

Khèi l­îng xuÊt khÈu (1000xtÊn)

200

100
0

0

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

N¨m

Hình 1.2: Thống kê khối lượng và giá trị các sản phẩm xuất khẩu từ tôm thẻ
chân trắng của Việt Nam trong giai đoạn 2002-2012 (Nguồn FAO, [86])
Sản lượng các sản phẩm chế biến từ tôm thẻ chân trắng tăng nhanh kéo theo
nguồn nguyên liệu còn lại từ quá trình sản xuất các sản phẩm này cũng tăng nhanh
chóng, đòi hỏi phải được xử lý để tận thu các sản phẩm hữu ích và kiểm soát ô
nhiễm môi trường. Tuy nhiên, vì là một đối tượng nguyên liệu mới, chỉ được chấp
nhận cho nuôi đại trà với diện tích lớn từ năm 2008, nên số lượng các nghiên cứu
liên quan đến việc thu hồi các sản phẩm hữu ích từ nguồn nguyên liệu còn lại của
quá trình chế biến đối tượng tôm này ở nước ta còn khá khiêm tốn so với đối tượng
tôm sú.
Trong các tỉnh ở khu vực Nam Trung Bộ, Khánh Hòa là một tỉnh có tiềm
năng về nuôi trồng và chế biến các nguyên liệu thủy sản. Số liệu thống kê ở Hình
1.3 cho thấy sản lượng tôm nuôi trong giai đoạn 2002-2011 tại Khánh Hòa luôn đạt
và vượt mức 7000 tấn/năm trong đó chủ yếu là tôm thẻ chân trắng. Trong số các
doanh nghiệp chế biến thủy sản hiện có tại Khánh Hòa, Công ty Cổ phần Thủy sản

7


Nha Trang (F17) là một trong những đơn vị dẫn đầu về chế biến tôm thẻ chân trắng,
sản lượng vào khoảng 5000 tấn nguyên liệu/năm.

S¶n l­îng t«m nu«i (1000xtÊn)

10

8

6

4

2

0
2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

N¨m

Hình 1.3: Thống kê sản lượng tôm nuôi ở tỉnh Khánh Hòa giai đoạn 2002-2011
(Nguồn Bộ Công thương, [8])
1.2. GIÁ TRỊ CỦA NGUYÊN LIỆU CÒN LẠI TỪ QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN
TÔM
1.2.1. Tỷ lệ nguyên liệu còn lại trong công nghiệp chế biến tôm
Phần còn lại sau quá trình chế biến tôm nguyên liệu thành các sản phẩm
chính trước đây được gọi là phế liệu, tuy nhiên nếu tiếp cận theo quan điểm sản xuất
hiện đại về "Zero Waste" (Không phế liệu) chúng sẽ được gọi với khái niệm mới là
nguyên liệu còn lại (By-products). 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. Số liệu thống kê tỷ
lệ giữa nguyên liệu còn lại so với khối lượng toàn thân tôm của một số loài tôm
được trình bày trong Bảng 1.2 cho thấy sau quá trình chế biến các sản phẩm tôm
xuất khẩu sẽ có trung bình khoảng 50% lượng nguyên liệu không được sử dụng. Do
đó sẽ có khoảng trên dưới 50% lượng nguyên liệu tôm còn lại sau quá trình sản xuất

8


các sản phẩm chính cần được tiếp tục xử lý để góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng
tài nguyên và hạn chế ô nhiễm môi trường.
Bảng 1.2: Tỷ lệ các thành phần còn lại sau chế biến của một số loài tôm có giá
trị thương mại (% so với khối lượng tôm)
Thành phần
Đầu
Vỏ
Đuôi
Farfantepenaeus paulenis Tôm São Paulo
28 ± 3 8 ± 1 4 ± 1

Metapenaeus dobsonii
Tôm sắt
33,5 ± 1,83 15,1 ± 1,35
Pandalus borealis
Tôm hồng biển Bắc
38,9 10,7
2,3
Parapenaeopsis stylifera Tôm đất
45,0 ± 1,16 11,0 ± 1,14
Penaeus indicus
Tôm thẻ Ấn Độ
33,9 ± 2.03 14,6 ± 0,68
Penaeus monodon
Tôm sú
34,4 ± 1.56 14,3 ± 2,59
Trachypena curvirostris
Tôm đanh móc
37,9 11,5
2,3
Tên khoa học

Tên tiếng Việt

Nguồn
[200]
[198]
[100]
[198]
[198]
[198]

[100]

1.2.2. Thành phần hóa học của nguyên liệu còn lại trong công nghiệp chế biến
tôm và tiềm năng khai thác
Thành phần hóa học của nguyên liệu còn lại sau quá trình chế biến của một
số loài tôm có giá trị thương mại đã được một số tác giả nghiên cứu và được tổng
hợp trong Bảng 1.3.
Bảng 1.3: Thành phần hóa học của nguyên liệu còn lại từ một số loài tôm có giá
trị thương mại (% theo trọng lượng chất khô)
Tên tiếng
Việt
Crangon crangon Tôm thường
Metapenaeus
Tôm bộp
affinis
Pandalus
Tôm hồng
borealis
biển Bắc
Penaeus
Tôm thẻ
vannamei
Penaeus
Tôm sú
monodon
Penaeus
Tôm he vằn
semisulcatus
Xiphopenaeus
Tôm Seabob

kroyeri
Loài

Protein

Chitin

Tro

Lipid

Nguồn

40,6

17,8

27,5

9,95

[210]

44,0

18,1

22,8

7,3

[166]

33-40

17-20

32-38

0,3-0,5

[196]

47,4 ±1,8

18,3 ±0,9

24,6 ±0,8 4,7±0,3

[222]

49,6

13,5

21,9

6,3

[166]

49,8

14,1

21,6

7,4

[166]

39,42

19,92

31,98

3,79

[70]

9