Luận Văn Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình sản xuất Chitin từ vỏ tôm thẻ chân trắng với sự kết hợp của Alkalase

Đồ án tốt nghiệp năm 2012
Đề tài: Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình sản xuất Chitin từ vỏ tôm thẻ chân trắng với sự kết hợp của Alkalase – Pepsinvà HCl


MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC i
LỜI MỞ ĐẦU .1
PHẦN 1: TỔNG QUAN .3
1.1. TỔNG QUAN VỀ CHITIN . 3
1.1.1. Cấu trúc và tính chất của chitin .3
1.1.2. Ứng dụng của chitin – chitosan .4
1.2. TỔNG QUAN VỀ PHẾ LIỆU TÔM . 6
1.2.1. Tỷ lệ thu hồi phế liệu tôm .6
1.2.2. Cấu tạo và thành phần sinh hóa của vỏ tôm . 7
1.2.3.Thành phần sinh hoá của vỏ tôm .8
1.3. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHITIN 9
1.3.1. Giới thiệu công nghệ sản xuất chitin .9
1.3.2. Tình hình nghiên cứu sản xuất chitin trên thế giới và ở Việt Nam .11
1.3.2.1. Sản xuất chitin, chitosan theo phương pháphóa học 12
1.3.2.2. Sản xuất chitin, chitosan theo phương pháp hóa học cải tiến 15
1.3.2.3. Sản xuất chitin, chitosan theo phương phápsử dụng enzyme 21
1.4. Tổng quan về enzyme protease . 23
1.4.1. Phân loại protease .23
1.4.2 Nguồn thu nhận enzyme protease .24
1.4.3. Một số loại protese thường dùng .25
PHẦN 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .26
2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU . 26
2.1.1. Nguyên liệu vỏ tôm .26
2.1.2. Enzyme Protease .26
2.1.3. Hóa chất 26
2.2.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 26
2.2.1.Phương pháp thu nhận mẫu 26
ii
2.2.2. Bố trí thí nghiệm .26
2.2.2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát 26
2.2.2.2. Bố trí thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của xử lý nhiệt nguyên liệu trước khi
thủy phân . 28
2.2.2.3. Thí nghiệm xác định chế độ khử protein tốiưu bằng enzyme Alcalase 28
2.2.2.4. Thí nghiệm xác định chế độ khử protein tốiưu bằng enzyme Pepsin 29
2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA HỌC 32
2.3.1 Xác định hàm lượng ẩm bằng phương pháp sấy ởnhiệt độ 105
o
C theo
TCVN 3700-1990 32
2.3.2. Xác định hàm lượng khoáng bằng phương pháp nung ở 600
o
C .32
2.3.3. Xác định hàm lượng protein theo phương pháp của Hein và cộng sự năm 2004 . 32
2.3.4. Xác định hiệu quả khử protein 33
2.3.5. Phương pháp xử lý số liệu: 33
PHẦN 3: kẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 34
3.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của xử lý nhiệt nguyên liệu trước thủy phân 34
3.2.Kết quả nghiên cứu công đoạn khử protein bằng enzyme Alcalase . 35
3.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các nhân tố đến công đoạn khử protein bằng
enzyme Pepsin . .40
3.4.Kết quả nghiên cứu tối ưu công đoạn khử proteinbằng enzyme Pepsin và HCl 44
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾn 51
Một số đề xuất cần tiếp tục nghiên cứu: . . 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO .52
PHỤ LỤC 54


LỜI MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Giáp xác là nguồn nguyên liệu thủy sản dồi dào chiếm 1/3 tổng sản lượng
nguyên liệu thủy sản ở Việt Nam. Trong công nghiệp chế biến thủy sản xuất khẩu,
tỷ lệ cơ cấu các mặt hàng đông lạnh từ giáp xác chiếm từ 70 – 80% công suất chế
biến. Hàng năm các nhà máy chế biến đã thải bỏ một lượng phế liệu giáp xác khá
lớn khoảng 70.000 tấn/năm. [1]
Nguồn phế liệu này là nguyên liệu quan trọng cho công nghiệp sản xuất
chitin, chitosan, glucosamine và các sản phẩm khác. Do vậy việc nghiên cứu và
phát triển sản xuất các sản phẩm từ vỏ tôm là rất cần thiết nhằm nâng cao giá trị sử
dụng phế liệu này và làm sạch môi trường.
Theo điều tra ban đầu thì công nghệ sản xuất chitin– chitosan trong nước
hiện nay chủ yếu theo phương pháp hóa học với việc sử dụng hóa chất có nồng độ
cao, thời gian xử lý dài, không những ảnh hưởng đếnchất lượng sản phẩm, mà còn
gây ô nhiễm môi trường, khó khăn cho quá trình xử lý nước thải, đồng thời tốn chi
phí cao . Vì vậy, là xu thế mới hiện nay ứng dụng công nghệ sinh học trong sản
xuất chitin, thay thế hóa chất bằng enzyme để giảm tối đa lượng hoá chất sử dụng,
giảm ô nhiễm môi trường và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Ở Việt Nam trong những năm qua đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu sử dụng
enzyme protease vào công đoạn khử protein của quy trình sản xuất chitin-chitosan.
Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu cho thấy khi sử dụng đơn lẻ một loại enzyme
protease thì hiệu quả khử protein không cao, lượng enzyme sử dụng nhiều và vẫn
phải dùng kết hợp với hóa chất. Nếu kết hợp hai enzyme protease để khử protein có
thể sẽ mang lại tác dụng tích cực hơn.
Xuất phát từ thực tế trên, được sự đồng ý của Bộ môn Công nghệ Chế biếnKhoa Chế biến -Trường Đại học Nha Trang, dưới sự hướng dẫn của cô Thạc sĩ Ngô
Thị Hoài Dương, đề tài: “Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình sản xuất Chitin từ vỏ tôm
thẻ chân trắng với sự kết hợp của Alkalase – Pepsinvà HCl”đã được thực hiện.
2
2. Mục đích của đề tài
Đề xuất quy trình sản xuất chitin từ vỏ tôm thẻ chân trắng (Penaeus
vannamei) với sự kết hợp của enzyme Alkalnase, enzyme Pepsin và HCl.
3. Tính khoa học và thực tiễn của đề tài
Thành công của đề tài sẽ được áp dụng tại các cở sởsản xuất chitin với mục
đích tận dụng triệt để nguồn protein từ phế liệu tôm, hạn chế sử dụng hóa chất
nhằm giảm ô nhiễm môi trường, tạo ra sản phẩm có chất lượng cao và ứng dụng
rộng rãi Đề tài cũng là nguồn tài liệu hữu ích phụcvụ cho công tác nghiên cứu
chuyên sâu về lĩnh vực này.
4. Nội dung của đề tài
- Tổng quan về công nghệ sản xuất chitin – chitosan.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của việc xử lý nhiệt sơ bộ nguyên liệu đến khả năng
khử protein của Enzyme Alcalase.
- Nghiên cứu quy trình sản xuất sản xuất chitin với sự kết hợp của Alcalase –
Pepsin và HCl.
- Đề xuất quy trình.
- Sơ bộ đánh giá chất lượng sản phẩm thu được.


PHẦN 1: TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ CHITIN
1.1.1. Cấu trúc và tính chất của chitin
a. Sự tồn tại của Chitin trong tự nhiên
Chitin là một polysacharit tồn tại trong tự nhiên với sản lượng rất lớn (đứng
thứ hai sau xellulose). Trong tự nhiên chitin tồn tại trong cả động vật và thực vật.
Trong động vật, chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng của các vỏ một
số động vật không xương sống như: côn trùng, nhuyễnthể, giáp xác và giun tròn.
Trong động vật bậc cao monome của chitin là một thành phần chủ yếu trong mô da
nó giúp cho sự tái tạo và gắn liền các vết thương ởda. Trong thực vật chitin có ở
thành tế bào nấm họ zygenmyctes, các sinh khối nấm mốc, một số loại tảo .[2].
Chitin là polysacharit có đạm không độc, có khối lượng phân tử lớn. Cấu trúc
của chitin là tập hợp các monosacharit (N-acetyl- β-D-glucosamine) liên kết với
nhau bởi các cầu nối glucozit và hình thành một mạng lưới các sợi có tổ chức. Hơn
nữa chitin tồn tại rất hiếm ở trạng thái tự do và hầu như luôn luôn nối bởi các cầu
nối dặng trị (coralente) với các protein, CaCO
3
và các hợp chất hữu cơ khác.[3]
Trong các loài thủy sản đặc biệt là trong vỏ tôm, cua, ghẹ, hàm lượng chitin
chiếm khá cao dao động từ 14 – 35% so với trọng lượng khô. Vì vậy, tôm, cua, ghẹ
là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin – chitosan.[3]
b. Cấu trúc của chitin
Chitin là một polysaccharide mạch thẳng, nó có cấu trúc tuyến tính gồm các
đơn vị N-acetyl-glucosamine nối với nhau nhờ cầu β-1,4glucoside.
Công thức phân tử: (C8H13O5
N)n
Phân tử lượng : M = (203,19)
n
Trong đó n phụ thuộc vào nguồn gốc nguyên liệu:
Đối với tôm hùm : n = 700ư800
Đối với cua : n = 500ư600
Đối với tôm thẻ: n = 400ư500
4
Công thức cấu tạo của chitin được trình bày ở hình 1.1
Hình 1.1. Cấu tạo của Chitin
c. Tính chất của chitin
Chitin có màu trắng, không tan trong nước, trong kiềm, trong acid loãng và
các dung môi hữu cơ khác như ete, rượu. Chitin hòa tan được trong dung dịch đậm
đặc, nóng của muối thyoxyanat liti (LiSCN) và muối thyoxyanat canxi (Ca(SCN)
2
)
tạo thành dung dịch keo, tan được trong hệ dimetylacetamid - LiCl 8%[4], tan trong
hexafluoro –isopropul alcohol (CF
3
CHOHCF3
) và hexafluoracetone sesquihydrate
(CF
3
COCF3.H2O)[15]. Chitin ổn định với chất oxy hóa như KMnO
4
, nước javen,
NaClO, người ta lợi dụng tính chất này để khử màu cho chitin [3].
Chitin có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại ở bước sóng 884ư890 µm.
Chitin là một polysaccharide nguồn gốc tự nhiên, cóhoạt tính sinh học cao,
có tính hòa hợp sinh học và tự phân hủy trên da. Chitin bị enzyme lysozyme, một
loại enzyme chỉ có ở cơ thể người, phân giải thành mono N-acetyl-D-glucosamine.
Khi đun nóng chitin trong dung dịch NaOH đặc (40-50%), ở nhiệt độ cao thì
chitin sẽ bị mất gốc acetyl tạo thành chitosan.
Khi đun nóng chitin trong acid HCl đặc thì chitin sẽ bị thủy phân tạo thành
Glucosamine và acid acetic.
1.1.2. Ứng dụng của chitin – chitosan
a. Trong y học, mỹ phẩm[3][6]
Dùng làm phụ gia trong kỹ nghệ bào chế dược phẩm:
5
Tá dược độn, tá dược chính, viên nang mềm, nang cứng làm chất mang
sinh học để gắn thuốc, tạo ra thuốc polymer tác dụng kéo dài, làm hoạt chất chính
để chữa bệnh như: Thuốc điều trị liền vết thương, vết phỏng, vết mổ vô trùng, thuốc
bổ dưỡng cơ thể: Hạ lipid và cholesterol máu, thuốc chữa bệnh đau dạ dày, tiểu
đường, xưng khớp, viêm khớp, chống đông tụ máu, kháng nấm, kháng khuẩn, điều
trị suy giảm miễn dịch, có khả năng hạn chế sự pháttriển của tế bào u, tế bào ung
thư và chống HIV.
Dùng làm vật liệu y sinh: Da nhân tạo, màng sinh học, chất nền cho da nhân
tạo, chỉ khâu phẫu thuật, mô cấy ghép
Trong mỹ phẩm chitosan được bổ sung vào kem chống khô da, kem lột mặt
để tăng độ bám dính, tăng độ hòa hợp sinh học với da, chống tia cực tím
b. Trong công nghiệp thực phẩm[7]
Chitosan được xem như một phụ gia tạo độ cứng, tạo keo, phân lớp và khử
axit của trái cây và đồ uống, tăng cường mùi vị tự nhiên hoặc tạo màng để bao gói
thực phẩm, hoa quả, rau tươi.
c. Trong nông nghiệp[5], [3]
Dùng bảo quản hạt giống, tăng cường khả năng nảy mầm của hạt, tác nhân
chống nấm, chống vi khuẩn gây bệnh cho môi trường xung quanh.
Ngoài ra, chitosan còn dùng làm chất kích thích sinh trưởng cây trồng, thuốc
chống bệnh đạo ôn, khô vằn cho lúa.
d. Ứng dụng trong sinh học
Làm giá thể hoạt hóa cho công nghệ cố định enzyme và các tế bào vi sinh
vật, làm chất mang sử dụng trong sắc ký chọn lọc, màng lọc sinh học, tổng hợp
polymer sinh học.
e. Ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác
ã Trong công nghiệp dệt
Chitosan được dùng để hồ vải: cố định hình in hoa, ưu điểm có thể thay thế
được hồ tinh bột bằng chitosan làm cho vải hoa, ti,sợi bền chịu được cọ xát, bề mặt
đẹp, bền trong kiềm.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
A. Tài liệu tiếng Việt
1. Trần Thị Luyến, Huỳnh Nguyễn Duy Bảo và một số cộngsự. “Hoàn thiện quy
trình sản xuất Chitin-Chitosan và chế biến một số sản phẩm công nghiệp từ
phế liệu vỏ tôm, cua”. Báo cáo khoa học, Đề tài cấpbộ. Nha Trang 2000.
2. Trần Thị Luyến, “Chitin/Chitosan”. Các bài giảng vàbáo cáo chuyên đề, tập 2,
tr 27-35, 1995.
3. Trần Thị Luyến, Đỗ Minh Phụng, Nguyễn Anh Tuấn, 03/2005, Sản xuất các
chế phẩm kỹ thuật và y dược từ phế liệu Thủy sản- NXB Nông nghiệp.
4. Phạm Lê Dũng, Trịnh Bình, Lại Thu Hiền và cùng các cộng sự . “Vật liệu sinh
học từ chitin”. Viện hóa học - Viện công nghệ sinh học, Trung tâm khoa học
tự nhiên và Công nghệ quốc gia. Hà Nội.1997.
5. Nguyễn Hữu Tào, Lê Văn Liễn, Bùi Văn Chính,Vũ Chí Cương – Viện chăn
nuôi – Kỹ thuật chế biến, bảo quản, và sử dụng nguồn phụphẩm nông nghiệp
và hải sản làm thức ăn chăn nuôi.
6. Nguyễn Thị Ngọc Hoài, 2009, “ nguyên cứu tối ưu hóa quá trình sản xuất
chitin theo phương pháp sinh học’’, luận văn tốt nghiệp kỹ sư ngành chế biến
– trường Đại học Nha Trang.
7. Nguyễn Thị Ngọc Tú , 2003,76tr. Nghiên cứu dùng vật liệu Chitosan làm phụ
gia thực phẩm đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm. [Tên tạp chí]
8. Trần Thị Luyến và cộng sự (2003), Nghiên cứu sản xuất Chitosan từ vỏ tôm sú
bằng phương pháp hóa học với một công đoạn xử lý kiềm, Tạp chí KHCN
Thủy sản, Đại học Thủy Sản, số 5, 18-20
9. Nguyễn Cảnh (1993), Quy hoạch thực nghiệm, Trường Đại học Bách Khoa
Tp.Hồ Chí Minh, 10-15
10. Phan Hiếu Hiền (2001), Phương pháp bố trí thí nghiệm và xử lý số liệu– NXB
Nông nghiệp,22-24.
53
11. Đặng Văn Hợp, Đỗ Minh Phụng, Nguyễn Thuần Anh, Vũ Ngọc Bội – Phân
tích thực phẩm kiểm nghiệm thủy sản– Nhà xuất bản Nông nghiệp, 2006.
B. Tài liệu tiếng Anh
12. Kim. S. S., Kim. S. H. and Lee.Y. M. (1996). “Preparation, characterization
and properties of β-Chitin and N-Acetylated β-Chitin”, J.Polymer Sci., Part B:
Polymer physics. Vol 34, p.2367-2374.
13. Dalev. P. G., Simeonova. L.S., (1992),An enzyme biotechnology for thetotal
utilization of leather wastes, Biotechnol Lett Vol. 14, pp.531-534.
14. Gagne. N. and Simpson. B.K.,(1993), Use of proteolytic enzymes to facilitate
recovery from shrimp wastes, Food Biotechnol,pp. 253-263.
15. Birch. G.G., Blakerough. N., and Parker. K.J., (1981), Enzymes and Food
Processing Applied, Science Publishers Ltd, London.
16. Adler – Niesen. J.,(1986), Enzyme Hydrosis of Food Proteins, Elsevier
Applied Science Publishers, New York.