i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, em đã nhận được sự giúp đỡ, động viên, khích lệ của nhiều tập thể và cá nhân. Trước hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, Ban chủ nhiệm khoa Chế Biến và quý thầy cô đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức quý báu cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian học tập tại trường. Sự biết ơn sâu sắc nhất em xin gửi tới Ths. Ngô Thị Hoài Dương – người đã định hướng và tận tình hướng dẫn, động viên, góp nhiều ý kiến thiết thực, quý giá trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Em xin chân thành cảm ơn toàn thể thầy, cô Viện công nghệ sinh học & môi trường, Bộ môn hóa sinh – vi sinh thực phẩm – Khoa chế biến - Trường Đại học Nha Trang đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình hoàn thành đề tài. Xin cảm ơn tất cả những người bạn đã luôn quan tâm, động viên, ủng hộ và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Bố mẹ của con Cuối cùng, con xin kính gửi tới và gia đình lòng biết ơn sâu sắc nhất đã luôn cổ vũ, động viên và giúp đỡ con trong những năm qua. Em mãi mãi ghi nhận sự giúp đỡ quí báu của quí thầy, cô, gia đình và bạn hữu. Nha Trang, tháng 7 năm 2010 Sinh viên thực hiện NGÔ THANH TUYỀN ii MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC HÌNH vii DANH MỤC BẢNG ix LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦA CHITIN-CHITOSAN. 2 1.1. Giới thiệu phế liệu tôm và các hướng tận dụng 2 1.1.2 phế liệu tôm 2 1.1.3 Cấu tạo và thành phần sinh hóa của vỏ tôm 3 1.1.3.1 Cấu tạo của vỏ tôm 3 1.1.3.2 Thành phần sinh hoá của vỏ tôm 4 1.1.4 Các hướng tận dụng phế liệu tôm 5 1.2. Tổng quan về chitin, chitosan và công nghệ sản xuất chitin, chitosan 10 1.2.1 Sự tồn tại của chitin, chitosan trong tự nhiên 10 1.2.2 Tính chất của chitin, chitosan 11 1.2.2.1 cấu trúc của chitin 11 1.2.2.2 cấu trúc của chitosan 13 1.2.3. Công nghệ sản xuất chitin, chitosan 14 1.2.3.1 Phương pháp hóa học 15 1.2.3.2 Phương pháp sinh hoc 15 1.3. Ứng dụng của Chitin-Chitosan 16 1.3.1 Trong y học và mỹ phẩm 16 1.3.2 Trong công nghiệp thực phẩm 17 iii 1.3.3 Ứng dụng trong nông nghiệp 17 1.3.4 Ứng dụng trong sinh học 17 1.3.5 Ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác. 17 1.4. Tình hình nghiên cứu sản xuất chitin, chitosan trên thế giới và việt nam 18 1.4.1 Sản xuất chitin, chitosan theo phương pháp hóa học 19 1.4.2. Sản xuất chitin, chitosan theo phương pháp hóa học cải tiến 21 1.4.3. Sản xuất chitin, chitisan theo phương pháp sử dụng enzyme 26 1.5. Protease và quá trình thủy phân protein 29 1.5.1 Khái niệm chung và đặc tính của enzyme 29 1.5.2 Bản chất, cấu trúc và cơ chế tác dụng của enzyme 29 1.5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng của enzyme 31 1.5.4. Nguồn nguyên liệu để thu nhận enzyme protease 33 CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 2.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 34 2.1.1 Nguyên liệu đầu tôm 34 2.1.2. Enzyme Protamex 34 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: 34 2.2.1 Phương pháp thu nhận mẫu 34 2.2.2. Phương pháp phân tích và đánh giá chất lượng chitin 35 2.2.2.1.Kiểm nghiệm hoá học 35 2.2.3. Bố trí thí nghiệm để chọn các điều kiện xử lý thích hợp 35 2.2.3.1. Bố trí thí nghiệm 35 2.2.3.2. Xây dựng đường chuẩn của phương pháp Microbiuret và phương pháp Biuret 35 2.2.3.3. Bố trí thí nghiệm xác định thành phần hoá học của đầu tôm, dịch ép và bã ép đầu tôm 37 2.2.3.4.Quy trình dự kiến sản xuất chitin từ phế liệu đầu tôm 38 2.2.3.5. Các thí nghiệm của mẫu thủy phân khử protein tối ưu Dùng enzyme Protamex 39 iv 2.2.3.6. Nghiên cứu cải tiến quá trình rửa trong công đoại khử protein bằng enzyme protamex 41 2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA HỌC 44 2.3.1. Xác định hàm lượng ẩm bằng phương pháp sấy ở nhiệt độ 105 o C theo TCVN 3700-1990. 44 2.3.2. Xác định hàm lượng khoáng bằng phương pháp nung ở 550 o C. 44 2.3.3. Xác định hàm lượng protein theo phương pháp Microbiuret 44 2.3.3.1. Dụng cụ 44 2.3.3.2. Hóa chất 45 2.3.3.3. Tiến hành 45 2.3.4. Xác định hàm lượng Protein theo phương pháp Biuret 46 2.3.4.1. Dụng cụ: giống như phương pháp Microbiuret. 46 2.3.4.2. Hóa chất 46 2.3.5. Phương pháp xử lý số liệu 46 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 47 3.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn cho phương pháp Microbiuret và phương pháp Biuret 47 3.1.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn cho phương pháp Microbiuret 47 3.1.2. Kết quả xây dựng đường chuẩn cho phương pháp Biuret 47 3.2. Thành phần hoá học cơ bản của phế liệu đầu tôm, bã ép, dịch ép 48 3.2.1. Thành phần hóa học của phế liệu đầu tôm 48 3.2.2. Thành phần hóa học của đầu tôm sau khi ép 48 3.2.3. Thành phần hóa học của đầu tôm ban đầu và sau khi ép 49 3.3. Kết quả nghiên cứu công đoạn khử protein bằng enzyme protamex 50 3.4. Kết quả nghiên cứu công đoạn rửa sau khi thuy phân protein bằng enzyme protamex 52 3.4.1. Kết quả rửa chitin thô sau khử protein bằng enzyme protamex bằng nước thường 52 v 3.4.2. Kết quả nghiên cứu công đoạn rửa nhiều lần với dung dịch mước muối 54 3.4.3. Kết quả nghiên cứu công đoạn rửa nhiều lần với dung dịch axit acetic 55 CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ Ý KIẾN ĐỀ XUẤT 58 4.1. Kết luận 58 4.2. Ý kiến đề xuất 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT PLT : Phế liệu tôm V : Thể tích NL : Nguyên liệu BE : Bã ép MCKK : Mẫu chưa khử khoáng MĐKK : Mẫu đã khử khoáng TN : Thí nghiệm E/S : Tỷ lệ enzyme/Nguyên liệu pH tn : pH tự nhiên pH đc : pH điều chỉnh vii DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1 Sơ đồ các hướng tận dụng của phế liệu tôm 6 Hình 1.2.Quy trình của Stevens (2002) Học Viện Công Nghệ Châu Á 19 Hình 1.3.Quy trình nhiệt của Yamashaki và Nakamichi (Nhật Bản) 20 Hình 1.4.Quy trình sản xuất của Pháp 21 Hình 1.5. Quy trình của Đỗ Minh Phụng, trường Đại học Thủy Sản 23 Hình 1.6. Quy trình sản xuất Chitosan ở Trung tâm cao phân tử thuộc 24 Hình 1.7. Quy trình sản xuất Chitosan từ vỏ tôm Sú bằng phương pháp hóa học với một công đoạn xử lý kiềm (Trần Thị Luyến, 2003) 25 Hình 1.8. Quy trình sản xuất chitin của Holanda và Netto (2006) 26 Hình 1.9. Quy trình sử dụng Enzyme papain để sản xuất chitosan (Trần Thị Luyến, 2003) 27 Hình 2.1. Sơ đồ thí nghiệm xác định thành phần hoá học của đầu tôm 37 Hình 2.2. Sơ đồ thí nghiệm xác định thành phần hóa học của bã ép đầu tôm 38 Hình 2.3.Quy trình dự kiến . 38 Hình 2.4 Sơ đồ quy trình bố trí công đoạn rửa với nhiều cách khác nhau 42 Hình 2.5.Công thức của phức Biuret. 44 Hình 2.6. Công thức cấu tạo của Sodium citrate. 45 Hình 3.1. Đô thị biểu diễn phương trình đường chuẩn của phương pháp Microbiuret 47 Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn phương trình đường chuẩn của phương pháp Biuret. 47 Hình 3.3. Biểu đồ biểu diễn thành phần hóa học của nguyên liệu/bã ép đầu tôm tính theo hàm lượng chất khô 49 Hình 3.4. Biểu đồ biểu diễn hàm lượng protein còn lại trên chitin thô khi rửa thường 1 lần và 3 lần 52 Hình 3.5. Biểu đồ biểu diễn lượng nito hòa tan trong nước rửa ở nước rửa lần đầu khi sử dụng nước thường rửa 1 lần và 3 lần với các tỷ lệ khác nhau 53 viii Hình 3.6. Biểu đồ biểu diễn lượng nước cần dùng trong mỗi tỷ lệ nước rửa khác nhau 53 Hình 3.7. Biểu đồ biểu diễn hàm lượng protein còn lại trong công đoạn rửa bằng dung dịch nước muối 54 Hình 3.8. Biểu đồ biểu diễn lượng nito hòa tan trong nước rửa ở các lần rửa khi có sử dụng nước muối rửa 3 lần với các nồng độ khác nhau 55 Hình 3.9. Biểu đồ biểu diễn hàn lượng protein còn lại trên chitin tho sau khử protein khi rửa 3 lần với dung dịch axit acetic, tỷ lệ 1:2 56 Hình 3.10. Biểu đồ diễn lượng nito hòa tan trong nước rửa khi rửa 3 lần với tỷ lệ 1:2 có bổ sung axit acetic với các nồng độ khác nhau 57 ix DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1. Một số chỉ tiêu chất lượng của chitosan từ vỏ tôm sú theo phương pháp xử lý kiềm một giai đoạn (Trần Thị Luyến, 2003) 26 Bảng 1.2.Chất lượng của chitosan sản xuất theo quy trình Papain (Trần Thị Luyến, 2003) 28 Bảng 2.1. Bố trí thí nghiệm chạy đường chuẩn của phương pháp Microbiuret 36 Bảng 2.2. Bố trí thí nghiệm chạy đường chuẩn của phương pháp Biuret 37 Bảng 2.3. Bố trí thí nghiệm theo qui hoạch thực nghiệm với biến ảo của công đoạn khử protein bằng enzyme protamex 40 Bảng 2.4. Bố trí thí nghiệm ở tâm phương án của công đoạn khử protein bằng enzyme protamex 40 Bảng 3.1. Thành phần hoá học cơ bản của phế liệu đầu tôm thẻ chân trắng 48 Bảng 3.2. Thành phần hoá học cơ bản của phế liệu đầu tôm thẻ chân trắng sau khi ép 48 Bảng 3.3. Kết quả hàm lượng protein còn lại ở các chế độ khử protein bằng enzyme Protamex 50 Bảng 3.4. Thí nghiệm ở tâm phương án của công đoạn khử protein bằng enzyme protamex 51 Bảng 3.5. Kết quả hàm lượng protein các thí nghiệm tối ưu theo đường dốc nhất 51 1 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành chế biến thủy sản được coi là ngành mũi nhọn, sự phát triển của ngành chế biến thủy sản được xem là nhiệm vụ chiến lược của nhà nước ta, hàng năm ngành đã đem về hàng triệu đô la, là nguồn ngoại tệ đáng kể trong ngân sách Nhà nước. Trong đó mặt hàng về tôm đặc biệt là tôm thẻ chân trắng trong mấy năm gần đây đang chiếm ưu thế mỗi năm xuất khẩu hàng ngàn tấn. Đi cùng với sự phát triển này thì lượng phế liệu thải ra từ tôm là một con số không nhỏ đòi hỏi phải có biện pháp xử lý, sử dụng tốt nguồn phế liệu này để không gây ôi nhiễm môi trường, gây lãng phí cho sản xuất. Tận dụng phế liệu tôm để thu chitin & chitosan là một biện pháp có hiệu quả cao bên cạnh việc dùng phế liệu tôm để chế biến thức ăn chăn nuôi. Tuy nhiên hiệu quả kinh tế thu được phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng chitin- chitosan. Hiện nay có nhiều quy trình sản xuất chitin, chitosan nhưng qui trình cho đối tượng là tôm thẻ nhưng chưa nhiều, chất lượng chưa cao và đồng đều bên cạnh đó là lượng chất thải gây ô nhiêm môi trường là rất lơn. Chính vì vậy cần nghiên cứu tìm ra quy trình sản xuất tối ưu đối với phế liệu tôm thẻ chân trắng để tạo ra chitin, chitosan có chất lượng tốt nhất nhằm mở rộng ứng dụng của chitosan đồng thời sử dụng lượng hóa chất thấp nhất, thời gian xử lý ngắn, giảm thiểu tối đa lượng nước rửa trong quá trình sản xuất và để tận dụng triệt để nguồn phế liệu tôm cho các ngành công nghiệp khác. Vì lý do này mà đề tài: “ Nghiên cứu sử dụng enzyme protamex trong quá trình khử protein và thử nghiệm một số giải pháp cải tiến công đoạn rửa ” được chọn thực hiện để góp phần tìm ra các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng chitin- chitosan nhằm đạt được mục tiêu nói trên. Nha trang ngày 20 tháng 7 năm 2010 Sinh viên thực hiện NGÔ THANH TUYỀN [...]... phương pháp xử lý nhẹ hơn như việc sử dụng enzyme Legarraeta và cộng sự (1996) đã sử dụng enzyme protease và vi khuẩn có khả năng tạo protease để tách protein nhằm thay thế cho phương pháp hoá học Quá trình này giúp tận dụng tối đa giá trị của nguồn phế liệu và hạn chế ảnh hưởng đến môi trường Hall & De Silva (1994) đã đề xuất một phương pháp khử khoáng đơn giản bằng việc sử dụng lên men lactic như là một. .. gia vào quá trình hấp phụ và gắn kết protein Tuy nhiên, để thu hồi protein thì nên thực hiện bước khử protein trước Khi đó, sản lượng protein và chất lượng là lớn nhất Sau quá trình khử khoáng và khử protein, sản phẩm được tẩy màu bằng acetone hoặc hydrogen peroxide Bước này là không cần thiết và phụ thuộc vào yêu cầu của sản phẩm cuối cùng Có hai phương pháp chính để sản xuất chitin: phương pháp. .. ăn chăn nuôi chitin Ứng dụng trong công nghiệp dược Sản xuất thức ăn cho tôm, cá, gia súc Deacetyl hóa Chitosan Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm Ứng dụng trong công nghệ dược Ứng dụng trong công nghệ sinh học Ứng dụng trong nông nghiệp Ứng dụng trong các ngành khác Hình 1.1 sơ đồ các hướng tận dụng của phế liệu tôm Ở nước ta, sản phẩm tôm đông lạnh chiếm sản lượng lớn nhất trong các sản phẩm đông... …đã tập trung vào nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này Trong đó, các kết quả công bố gần đây của các nhà khoa học thuộc trường Đại học Thủy sản Nha Trang đã đi sâu nghiên cứu hoàn thiện quy trình sản xuất ở bước cao hơn theo hướng giảm thiểu sử dụng hóa chất trong xử lý, ứng dụng công nghệ enzyme Những kết quả đó đã góp phần đáp ứng yêu cầu cấp bách xử lý phế liệu của tôm đông lạnh và trước những yêu... thấp và thời gian xử lí ngắn thì khoáng sẽ không bị loại triệt để Thông thường khi tiến hành ở nhiệt độ cao thì thời gian phải ngắn nếu có điều kiện ta có thể xử lý ở nhiệt độ thấp thời gian dài thì chất lượng sẽ tốt hơn 1.2.3.2 Phương pháp sinh hoc: Trong phương pháp sinh học chỉ khác tại công đoạn khử protein và deacetyl không sử dụng hoá chất mà có thể sử dụng hệ vi khuẩn, nấm men hoặc các enzyme. .. không thể đạt được bằng phương pháp sinh học [23] Vì vậy, người ta có thể kết hợp hai phương pháp này nhằm khắc phục những nhược điểm của từng phương pháp Hiện nay, một trong những khó khăn trong phương pháp hoá học để sản xuất chitin là thể tích chất thải có chứa các chất ăn mòn, các chất lơ lửng khó xử lý quá 16 lớn Những chất này là do trong công đoạn khử khoáng và khử protein sinh ra Chính vì vậy,... tận dụng phế liệu tôm: Phế liệu tôm có thể tận dụng để thu hồi protein, astaxanthin, chitin, chitosan và cácenzyme protease Qua nhiều tài liệu khoa học, có thể tổng kết các lĩnh vực ứng dụng của phế liệu tôm như sau: 6 ` Thức ăn gia súc Phế liệu tôm Chiết rút enzyme Công nghiệp thực phẩm Công nghiệp dược Khử protenin Thu hồi protein Bổ xung vào thực phẩm Chiết rút astaxanthin Khử khoáng Bổ xung vào... với các protein dưới dạng phức hợp chitin -protein; liên kết với các hợp chất khoáng và các hợp chất hữu cơ khác gây khó khăn cho việc tách và chiết chúng 5 Canxi: Trong vỏ, đầu tôm, vỏ ghẹ có chứa một lượng lớn muối vô cơ, chủ yếu là muối CaCO3, hàm lượng Ca3(PO4)2 mặc dù không nhiều nhưng trong quá trình khử khoáng dễ hình thành hợp chất CaHPO4 không tan trong HCl gây khó khăn cho quá trình khử khoáng... xuất khẩu vào thị trường Mỹ), nguồn thu ngân sách địa phương có thể tăng lên, có trong một số loại sản phẩm có giá trị sản xuất trong nước giá rẻ[30] a Sử dụng phế liệu tôm để sản xuất chitin – chitosan Chitin là một polysacchairid xuất hiện trong thiên nhiên nhiều chỉ sau cellulose Chitin có mặt trong vỏ các loài giáp xác, màng tế bào nấm thuộc họ Zygemycetes có trong sinh khối nấm mốc, và một vài loại... 10 Có 2 phương pháp được áp dụng phổ biến trong sản xuất bột tôm là phương pháp sấy khô và phương pháp ủ xilô + Phương pháp sấy khô bằng nhiệt: Phương pháp có ưu điểm là đơn giản, có thể chế biến nhanh lượng phế liệu tôm đông lạnh, tính kinh tế cao Nhược điểm là chất lượng kém, giá trị dinh dưỡng không cao + Phương pháp ủ xilô: ở phương pháp này người ta sử dụng axit hữu cơ và vô cơ trong việc ủ nhằm . tôm ban đầu và sau khi ép 49 3.3. Kết quả nghiên cứu công đoạn khử protein bằng enzyme protamex 50 3.4. Kết quả nghiên cứu công đoạn rửa sau khi thuy phân protein bằng enzyme protamex 52 3.4.1 nước rửa trong quá trình sản xuất và để tận dụng triệt để nguồn phế liệu tôm cho các ngành công nghiệp khác. Vì lý do này mà đề tài: “ Nghiên cứu sử dụng enzyme protamex trong quá. mà đề tài: “ Nghiên cứu sử dụng enzyme protamex trong quá trình khử protein và thử nghiệm một số giải pháp cải tiến công đoạn rửa ” được chọn thực hiện để góp phần tìm ra các yếu tố ảnh