Luận Văn Sản xuất chitin - chitosan từ vỏ tôm

MỞ ĐẦU
​

1.1. Đặt vấn đề
Chitin là một polysaccharide đứng thứ hai về lượng trong tự nhiên chỉ sau cellulose. Chitin và các sản phẩm của chúng hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: y học, sản xuất mỹ phẩm, bảo quản nông sản, xử lý môi trường. Ngoài ra khi ta khử acetylene trong hợp chất chitin sẽ tạo thành chitosan là đơn vị cao phân tử của glucosamine, là một chất có ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp nhẹ, thực phẩm, nông nghiệp. Việc nghiên cứu và tách chiết chitin từ vỏ giáp xác đã được thực hiện hơn một thế kỷ nay.
Hiện nay, tôm là mặt hàng chế biến chủ lực của ngành thuỷ sản Việt Nam, chủ yếu là tôm đông lạnh. Theo báo cáo của Bộ thuỷ sản, sản lượng tôm năm 2003 là 193973 tấn, tuỳ thuộc vào sản phẩm chế biến và sản phẩm cuối cùng, phế liệu tôm có thể lên tới 40 – 70% khối lượng nguyên liệu. Tương ứng với sản lượng tôm hàng năm sẽ có khối lượng phế liệu khổng lồ gồm đầu và vỏ tôm được tạo ra. Hiện nay, ở nước ta nguồn phế liệu đầu và vỏ tôm chưa được tận dụng trên quy mô lớn. Tình trạng trên đặt ra yêu cầu cấp bách cho các nhà khoa học công nghệ, cho ngành thuỷ sản là phải sử dụng hợp lý và hiệu quả lượng phế liệu tôm rất lớn do các nhà máy chế biến thuỷ sản tạo ra hàng ngày để sản xuất ra sản phẩm có giá trị cao, chitin – chitosan.
Tuy nhiên, quy trình sản xuất chitin được sử dụng phổ biến hiện nay là theo phương pháp hoá học, protein trong đầu và vỏ tôm được loại bỏ bằng cách xử lý với NaOH. Như vậy, vừa tốn một lượng hoá chất vừa có hại cho môi trường, hơn nữa con đường xử lý hoá học làm giảm chất lượng sản phẩm chitosan vì phản ứng với NaOH làm giảm đi độ nhớt của chitosan.
Một trong những hướng giải quyết vấn đề trên là sử dụng chế phẩm enzyme thuỷ phân protein trong vỏ tôm để sản xuất ra sản phẩm chitin có chất lượng cao và vừa giải quyết được vấn đề môi trường. Nhiều loại enzyme protease đã được trích ly từ tự nhiên và được ứng dụng rộng rãi như: protease từ nội tạng tôm cá, bromelaine từ dứa, papain từ đu đủ, protease từ vi sinh vật vv.
Việc sử dụng enzyme vào sản xuất công nghiệp không những đem lại hiệu quả cao mà còn có thể làm giảm chi phí sản xuất bằng cách tái sử dụng lại enzyme. Để có thể tái sử dụng được enzyme ta có thể tiến hành cố định enzyme vào một chất mang bằng phương pháp nhốt và chitosan là một chất được xem là có nhiều triển vọng trong việc cố định enzyme và tế bào. Vớùi mong muốn góp phần giải quyết những yêu cầu trên, chúng tôi đã thực hiện đề tài “sản xuất chitin – chitosan từ vỏ tôm”
1.2. Mục đích khoá luận
Sản xuất chitin – chitosan bằng cách sử dụng enzyme protease thu được từ nuôi cấy nấm mốc Aspergillus oryzae bằng các nguyên liệu rẻ tiền, đồng thời nghiên cứu ứng dụng chitosan thu được làm giá thể cố định enzyme
1.3. Nội dung
Thu nhận enzyme protease từ Aspergillus oryzae.
Khảo sát quá trình kết tủa của enzyme protease.
Sử dụng enzyme protease trong sản xuất chitin – chitosan từ vỏ tôm. Khảo sát quá trình thuỷ phân.
Ưùng dụng chitosan làm giá thể cố định enzyme protease.

MỤC LỤC​

trang
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH SÁCH CÁC BẢNG
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Chương 1 Mở đầu 1
1.1. Đặt vấn đề 2
1.2. Mục đích đề tài 2
1.4. Nội dung 2
Chương 2 tổng quan tài liệu 3
2.1. Nguồn gốc sự tồn tại chitin – chitosan trong tự nhiên 3
2.1.1.Cấu trúc hoá học của chitin 4
2.1.2 Tính chất của chitin 5
2.1.3 Cấu trúc hoá học của chitosan 6
2.1.4 Tính chất của chitosan 7
2.1.5 Nguồn thu nhận chitin 8
2.2 Phương pháp sản xuất chitin – chitosan 9
2.3 Ứng dụng của chitin – chitosan 10
2.4 Tình hình nghiên cứu sản xuất trong và ngoài nước 12
2.5 Một số quy trình sản xuất trong và ngoài nước 15
2.6 Nhu cầu sử dụng phương pháp sinh học kết hợp với hoá học 20
2.7 Các nguồn enzyme protease 20
2.8 Đặc điểm chủng nấm mốc Aspergillus Oryzae 22
2.8.1Thu nhận enzyme protease từ phương pháp nuôi cấy bề mặt 23
2.8.2 Thu nhận và tủa enzyme 25
2.8.3 Tinh sạch enzyme 26
2.9 Giới thiệu về sự cố định enzyme 27
2.9.1. Định nghĩa 27
2.9.2 Tính chất của enzyme cố định 28
2.9.3. Vật liệu cố định 29
2.9.4. Phương pháp cố định 31
2.9.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme cố định 33
2.9.5.1. Bản chất và tính chất hoá học của chất mang 33
2.9.5.2. Tốc độ khuyếch tán của cơ chất sản phẩm 34
2.9.5.3 Aûnh hưởng của pH lên enzyme không hoà tan 34
2.5.6. Ứng dụng của enzyme cố định 34
2.9.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự thuỷ phân bằng enzyme 36
Chương 3 Phương pháp nghiên cứu 40
3.1. Thời gian và địa điểm thí nghiệm 40
3.2. Vật liệu 40
3.2.1. Đối tượng thí nghiệm 40
3.2.2. Thiết bị 40
3.2.3. Hoá chất 41
3.3. Phương pháp nghiên cứu 41
3.3.1 Phương pháp xác định hàm lượng protein theo Bradford 41
3.3.2 Định lượng protein theo phương pháp Biure 43
3.3.3. Phương pháp xác định hoạt tính enzyme theo Amano 44
3.3.4. Xác định hoạt tính riêng của dịch chiết enzyme 47
3.3.5 Phân tích thành phần nguyên liệu vỏ tôm 47
3.3.5.1. Xác định độ ẩm của vỏ tôm khô 47
3.3.5.2. Xác định hàm lượng tro trong vỏ tôm khô tuyệt đối 48
3.3.5.3. Xác định hàm lượng Ca và P trong mẫu tôm khô tuyệt đối 49
3.3.5.4. Xác định hàm lượng Nitơ tổng số bằng phương pháp Kieldahl 54
3.3.6 Phương pháp sản xuất chitin – chitosan 56
3.3.6.1 Điều chế enzyme protease bằng nấm mốc Aspergillus oryzae 56
3.3.6.2 Kết quả tủa enzyme bằng cồn để tìm ra tỷ lệ tủa thích hợp 56
3.3.6.3 Thuỷ phân vỏ tôm bằng enzyme protease kết tủa để thu chitin – chitosan 57
3.3.6.4 Tiến hành thuỷ phân vỏ tôm bằng enzyme để thu nhận chitosan 58


3.3.6.5 Kiểm tra sản phẩm chitosan thu được 59
3.3.6.6 Xác định độ deacety hoá dựa vào hàm lượng N tổng số 60
3.3.6.7 Ứng dụng chitosan thu được làm giá thể cố định enzyme 64
3.3.5. Xác đinh hàm lượng protein và chế phẩm protease ban đầu 65
3.3.5.1. Xác định hiệu suất hoạt tính enzyme cố định 65
3.3.5.2 Xác định hàm lượng protein có trong 1g chất mang gắn enzyme cố định 65
3.3.5.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH lên hoạt tính enzyme trước và sau cố định 66
3.3.5.4 Khảo sát độ bền nhiệt lên hoạt tính enzyme trước và sau cố định 66
3.3.5.5 Khảo sát số lần tái sử dụng của enzyme cố định bằng phương pháp nhốt 66
Chương 4 Kết quả và thảo luận 68
4.1 Kết quả phần khảo sát enzyme 68
4.2 Kết quả khảo sát vỏ tôm 69
4.3 Động học của quá trình thuỷ phân trong vỏ tôm bằng enzyme protease 69
4.3.1 Kết quả đo hàm lượng protein của dịch lọc sau khi thuỷ phân 69
4.3.1.1 Ở nồng độ 5% 69
4.3.1.2 Ở nồng độ 7% 71
4.3.1.3 Ở nồng độ 9% 72
4.4 Kết quả đo hàm lượng protein tổng số của mẫu 74
4.4.1 Ở nồng độ enyzme 5% 74
4.4.2 Ở nồng độ enzyme 7% 75
4.4.3 Ở nồng độ enzyme 9% 77
4.5 Kết quả của sản phẩm chitosan 78
4.5.1 Hiệu suất thu hồi sản phẩm 78
4.5.2 Định tính 78
4.5.3 Các tính chất lý hoá của sản phẩm chitosan 78
4.6 Kết quả của quá trình cố định enzyme bằng chất mang chitosan 80
4.6.1 Hiệu suất cố định 80
4.6.2 Aûnh hưởng của pH đến enzyme protease trước và sau cố định 80
4.6.3 Aûnh hưởng của nhiệt độ đến enzyme protease trước và sau cố định 82
4.6.4 Aûnh hưởng của độ bền nhiệt đến enzyme protease trước và sau cố định 84
4.7 Khảo sát số lần tái sử dụng của enzyme cố định 87
Chương 5 Kết luận và đề nghị 90
5.1 Kết luận 90
5.2 Đề nghị 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO 91