đánh giá khả năng phối hợp enzym alcalase và pepsin để khử protein cho đầu tôm trong quá trình sản xuất chitin

i LỜI CẢM ƠN Báo cáo này là chuyên khảo lớn nhất để kết thúc hành trình của sinh viên, là thành quả của 16 năm học tập và phấn đấu. Đây cũng là cơ hội để tôi bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới những người đã giúp đỡ tôi trong suốt những năm tháng qua. Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô Ngô Thị Hoài Dương, cô Nguyễn Thị Mỹ Trang đã trực tiếp hướng dẫn em trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện đề tài Xin cảm ơn các thầy cô trong bốn năm gắn bó đã trang bị nền tảng cho em những kiến thức chuyên môn cũng như kiến thức xã hội. Xin cảm ơn Khoa Chế Biến, Viện Công Nghệ Sịnh Học và Môi Trường đã tạo điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất giúp em hoàn thành đề tài này. Xin cảm ơn Gia đình, bạn bè, đã luôn âm thầm giúp đỡ trong các năm tháng tới trường Cuối cùng, xin chúc tất cả mọi người lời chúc sức khỏe và hạnh phúc. ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC BẢNG iv DANH MỤC HÌNH v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 2 1.1 TỔNG QUAN VỀ PHẾ LIỆU TÔM 2 1.1.1. TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN MẶT HÀNG TÔM VÀ KHẢ NĂNG TẬN DỤNG PHẾ LIỆU TÔM Ở NƯỚC TA HỆN NAY 2 1.1.1.1. Tình hình xuất khẩu tôm ở nước ta 2 1.1.1.2. Thành phần, tính chất và tình hình tận thu phế liệu tôm. 5 1.1.2. TỔNG QUAN VỀ CHITIN 9 1.1.2.1. Cấu tạo, tính chất chitin: 9 1.1.2.2. Các phương pháp sản xuất chitin. 10 1.2.2.3. Tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm 19 1.2.2.4. Ứng dụng chitin. 19 1.3.TỔNG QUAN VỀ ENZYM PROTEASE 20 1.3.1. Giới thiệu về enzym 20 1.3.2 . Tính ưu việt của enzym protease so với các chất xúc tác vô cơ khác 21 1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzym protease 22 1.3.4. Ứng dụng của enzym protease 23 CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU. 27 2.1.1. Bã ép đầu tôm 27 2.1.2. Enzym Alcalase và Pepsin. 27 2.1.2.1. Enzym Alcalase. 27 2.1.2.2. Enzym Pepsin. 28 iii 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 2.2.1. Sơ đồ quy trình thí nghiệm tổng quát. 29 2.2.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm 30 2.2.2.1 Xác định hiệu suất thu dịch ép. 30 2.2.2.2 Xác định thành phần hóa học cơ bản của bã ép đầu tôm 31 2.2.2.3. Xác định thành phần hóa học trên bã thủy phân bằng Alcalase 32 2.2.2.4. Xác định nồng độ HCl và thời điểm bổ sung enzym Pepsin. 33 2.2.2.5. Xác định sự ảnh hưởng của nồng độ enzym Pepsin đến hiệu quả thủy phân. 34 2.2.2.6. Xác định sự ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả thủy phân. 35 2.2.3. Phương pháp xác định các chỉ tiêu 36 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 37 3.1. Hiệu suất ép 37 3.2. Thành phần hóa học cơ bản của bã ép đầu tôm 38 3.3. Thành phần hóa học cơ bản của sản phẩm thủy phân bằng Alcalase. 38 3.4. Kết quả đo pH xác định nồng độ HCl và thời điểm bổ sung enzym Pepsin 39 3.5. Kết quả thí nghiệm xác định sự ảnh hưởng của nồng độ enzym Pepsin đến hiệu quả thủy phân 41 3.6. Kết quả thí nghiệm theo dõi sự ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả thủy phân. 43 3.7. Quy trình đề xuất 44 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 PHỤ LỤC 49 iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 : Thành phần trọng lượng của các loại tôm 6 Bảng 1.2 : Chỉ tiêu chất lượng cơ bản của chitin thu được theo quy trình cải tiến và quy trinh hóa học truyền thống 19 Bảng 1.3: Tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm chitin 19 Bảng 1.4: Các enzym được cố dịnh trên chitin 20 Bảng 1.5: Ảnh hưởng của các thông số lên hoạt động của enzym protease và chất xúc tác vô cơ 22 Bảng 3.2: Thành phần hóa học cơ bản của bã ép đầu tôm. 38 Bảng 3.3: Kết quả nghiên cứu thành phần hóa học cơ bản của bã thủy phân bằng Alcalase: 38 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Biểu đồ giá trị xuất khẩu tôm của nước ta từ năm 2006-2010 4 Hình 1.2: Biểu đồ tỷ lệ giá trị xuất khẩu tôm sang các thị trường năm 2010 4 Hình 1.3: Cấu trúc chitin 9 Hình 1.4 : Sơ đồ tổng quát quá trình sản xuất chitin từ phế liệu tôm . 10 Hình 1.5: Quy trình sản xuất chitin tổng quát từ phế liệu thủy sản bằng phương pháp hóa học. 11 Hình 1.6: Quy trình sản suất chitin tổng quát bằng phương pháp sinh học 13 Hình 1.7: Quy trình sản xuất chitin cải tiến từ phế liệu tôm có kết hợp xử lý enzym protease và thu hồi protease và astaxanthin 15 Hình 1.8: Quy trình sản xuất chitin tổng quát từ phế liệu thủy sản bằng phương pháp hóa học ở nước ta 17 Hình 1.9: Quy trình sử dụng enzym Flavourzyme trong công nghệ sản xuất chitin từ phế liệu tôm 18 Hình 2.1: Sơ đồ quy trình thí nghiệm tổng quát 29 Hình 2.2: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định hiệu suất thu dịch ép đầu tôm 31 Hình 2.3: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thành phần hóa học cơ bản của bã ép đầu tôm 31 Hình 2.4: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thành phần hóa học trên bã thủy phân bằng alcalase. 32 Hình 2.5: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nồng độ HCl và thời điểm bổ sung enzym Pepsin. 33 Hình 2.6: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định sự ảnh hưởng của nồng độ enzym Pepsin đến hiệu quả thủy phân 34 Hình 2.7: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định sự ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả thủy phân 35 Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn khối lượng đầu tôm, dịch ép, bã ép 37 Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn sự biến đổi của pH theo thời gian 39 Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn sự biến đổi của hàm lượng khoáng theo thời gian 40 vi Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn hàm lượng protein còn lại trong dịch thủy phân Pepsin và bã chiết 42 Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn sự biến đổi hàm lượng protein trong dịch và bã theo thời gian 43 Hình 3.6: Đề xuất quy trình sản xuất chitin 45 vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT GT: Giá trị HL: Hàm lượng KL: Khối lượng NL: Nguyên liệu TP: Thủy phân TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam TS: Tiến sỹ XK: Xuất khẩu 1 LỜI NÓI ĐẦU Tốc độ tăng trưởng của nền kinh tế đã kéo theo hệ quả tất yếu là môi trường đang bị chịu nhiều ảnh hưởng nặng nề. Quy mô công nghiệp hóa ở nước ta đang diễn ra mạnh mẽ. Lượng chất thải ở các ngành công nghiệp đang là vấn đề cần giải quyết cho toàn xã hội. Để hạn chế tối đa sự ô nhiễm môi trường, người ta đã sử dụng rất nhiều biện pháp thu hồi và xử lý phế liệu Đặc thù của ngành công nghiệp chế biến thủy sản là lượng phế liệu và rác thải hữu cơ rất lớn. Sử dụng một cách có hiệu quả phế liệu đang là một câu hỏi lớn cần giải quyết. Ở nước ta, tôm là mặt hàng xuất khẩu với số lượng lớn và được ưa chuộng trên các thị trường, bên cạnh đó là lượng lớn phế liệu bao gồm đầu, vỏ. Việc tận dụng sản xuất các sản phẩm giá trị gia tăng mà đặc biệt là chitin đang được các doanh nghiệp quan tâm. Tuy nhiên hầu hết các cơ sở sản xuất chitin hiện nay đều sử dụng hòa chất trong các khâu xử lý. Điều này lại nảy sinh vấn đề ô nhiễm môi trường do hóa chất và lượng dịch protein quý giá không được thu hồi. Chình vì thế, việc nghiên cứu sử dụng enzym vào sản xuất chitin là điều vô cùng cần thiết, không những hạn chế tối đa những ảnh hưởng tiêu cực tới môi trường mà ta còn thu hồi được lượng lớn dịch thủy phân để sản xuất các sản phẩm giá trị gia tăng ứng dụng trong y học, thực phẩm… Đây là bước đệm cho công nghệ sản xuất chitin ở nước ta vồn còn lạc hậu. Đã có rất nhiều nghiên cứu ở nước ta và trên thế giới về sử dụng enzym thủy phân protein trong quá trình tách protein. Tuy nhiên việc sử dụng một enzym duy nhất lại không cho chitin sản phẩm đạt yêu cầu chất lượng do lượng protein còn lại trong chitin là tương đối lớn.Chính vì vậy , em đã chọn đề tài “ Đánh giá khả năng phối hợp enzym Alcalase và Pepsin để khử protein cho đầu tôm trong quá trình sản xuất chitin”. Trong quá trình nghiên cứu và trình bày, chắc chắn báo cáo sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được các ý kiến đóng góp để nghiên cứu được hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn. Nha Trang, tháng 7 năm 2011 SV. Nguyễn Văn Trường 2 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ PHẾ LIỆU TÔM 1.1.1. TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN MẶT HÀNG TÔM VÀ KHẢ NĂNG TẬN DỤNG PHẾ LIỆU TÔM Ở NƯỚC TA HỆN NAY. 1.1.1.1. Tình hình xuất khẩu tôm ở nước ta Cùng với sự phát triến nhanh của nền kinh tế nước ta trong những năm gần đây, thì ngành thủy sản và đặc biệt là những sản phẩm xuất khẩu từ tôm đã đem lại nguồn ngoại tệ khổng lồ. Các mặt hàng tôm xuất khẩu rất đa dạng, nhưng phần lớn tôm được đưa vào chế biến dưới dạng tôm vỏ bỏ đầu hoặc tôm lột, chủ yếu bao gồm: - Tôm nguyên con (HOSO) cấp đông IQF - Tôm vỏ bỏ đầu (HLSO) cấp đông IQF, block. - Tôm PDTO hấp cấp đông IQF (IQF CPTO). - Tôm vỏ bỏ đầu hấp cấp đông IQF. - Tôm PDTO hấp cấp đông IQF. - Tôm PD, PTO xẻ bướm tẩm bột. - Tôm lột PTO (bỏ đầu, bỏ vỏ còn đuôi) cấp đông IQF, block. - Tôm lột PD (bỏ đầu, bỏ vỏ, bỏ đuôi) cấp đông IQF, block. - Tôm lột PTO xiên que đông IQF. - Tôm lột PD xiên que đông IQF. - Tôm PDTO NOBASHI. - Tôm NOBASHI tẩm bột (EBI FURAI). Theo thống kê mới nhất của FAO về xuất khẩu tôm sú trên thế giới, số liệu năm 2006, Việt Nam tiếp tục 4 năm liền đứng thứ 1 về giá trị xuất khẩu, đạt 1,25 tỷ USD. Về sản lượng Việt Nam đứng thứ 4, với 131,615 tấn sau Thái Lan, Ấn Độ, Indonesia. (VASEP). Số liệu xuất khẩu tôm của Việt Nam cho thấy ngành này vẫn tiếp tục tăn g trưởng mặc dù 2009 là năm hết sức khó khăn do ảnh hưởng suy thoái kinh tế toàn cầu. Theo Hải quan Việt Nam, đến hết tháng 11 của năm 2009, số liệu xuất khẩu mặt hàng 3 tôm đi các thị trường của Việt Nam đạt: 190,490.000 tấn, trị giá 1.518 tỷ USD. Cả nước có hơn 300 doanh nghiệp tham gia xuất khẩu tôm, trong đó có 60 doanh nghiệp dẫn đầu chiếm hơn 80% kim ngạch; 120 doanh nghiệp có giá trị xuất khẩu tôm hơn 1 triệu USD. Chủ yếu xuất cho các thị trường lớn như Nhật, Hoa Kỳ, Úc, Anh, Belgium, Canada, Trung Quốc, Đức, Đài Loan và Nam Triều Tiên. Năm 2009, xuất khẩu tôm được giữ vững, phần nhiều nhờ công đóng góp của con tôm thẻ chân trắng. Tỷ lệ tôm thẻ chân trắng vẫn tiếp tục xu hướng tăng dần lên trong cơ cấu chung bởi loại tôm này có năng suất cao, chất lượng tương đương mà giá thành nuôi lại rẻ hơn. Hơn nữa người tiêu dùng trên thế giới đang thắt chặt chi tiêu, cần mua tôm giá rẻ tôm thẻ chân trắng càng có lợi thế bứt phá. Mặt khác Việt Nam có lợi thế ở thị trường tôm chân trắng cỡ nhỏ do có nguồn lao động. Thống kê năm 2009 cho thấy, Nhật Bản gia tăng nhập khẩu tôm chân trắng, chiếm 18% khối lượng, Mỹ thị trường nhập khẩu tôm chân trắng lớn nhất chiếm 28%. Theo thống kê sơ bộ, xuất khẩu tôm thẻ chân trắng năm 2009 đạt hơn 50,000 tấn với kim ngạch hơn 300 triệu USD. Năm 2009, theo hiệp hội VASEP riêng ngành tôm đạt khối lượng xuất khẩu gần 210 nghìn tấn với kim ngạch xuất khẩu trên 1,67 tỷ USD, so với năm 2008 tăng 9,4% về khối lượng và 3% về giá trị. Cũng theo tổng thư kí hiệp hội VASEP năm 2010 xuất khẩu tôm chân trắng của Việt Nam dự kiến đạt 500 triệu USD, sản lượng đạt khoảng 150,000 tấn, tăng gấp đôi năm 2008. Cùng với sự tăng nhanh sản lượng xuất khẩu sản phẩm tôm ra thị trường thì nguồn phế liệu do ngành này tạo ra cũng ngày càng tăng cao. Theo thống kê của tổ chức Nông Lương thế giới FAO thì sản lượng tôm trên thế giới khoảng trên dưới 4 triệu tấn /năm. Hầu hết sản lượng tôm trên thế giới từ các nước đang phát triển như: Thái Lan, Việt Nam, Trung Quốc, Ecudo, Malaysia, Ấn Độ, và Indonexia. Theo đó đã tạo ra một lượng phế liệu tôm rất lớn, ước tính có khoảng 1,6 triệu tấn/năm. [1] Năm 2010, Việt Nam đã XK gần 241.000 tấn tôm các loại, trị giá 2,106 tỷ USD, tăng 13,4% về khối lượng và 24,1% về giá trị so với cùng kỳ năm 2009. Trong năm, giá trị XK sang một sô thị trường chính đều tăng trưởng tốt từ 2,5% - 53,8%, chỉ có giá trị NK tôm từ Việt Nam của Canađa giảm nhẹ 0,2% so với cùng kỳ năm 2009. [...]... phế liệu và phương pháp chế biến Tận dụng theo hướng này mới chỉ giải quyết được 1/3 số phế liệu - Sử dụng phế liệu tôm sản xuất bột đạm đầu tôm: Bột đạm đầu tôm được sản xuất từ nguồn phế liệu tôm và những nguồn nguyên liệu tôm chất lượng thấp như tôm đứt gẫy, tôm đã bắt đầu biến màu và tôm nhỏ, tôm vụn Đây là một nguồn protein động vật tốt cho gia súc Bột đầu tôm có khoảng 33÷34% protein, trong đó... được nghiên cứu để khử protein trong vỏ tôm, cua (Shimahara va Takiguchi, 1988) Hàm lượng protein còn lại trên chitin khoảng 5% Các nghiên cứu sử dụng enzym chymotrypsin và papain để thủy phân protein trong phế liệu tôm (NellieGagne và cộng sự, 1993) cho thấy hàm lượng protein còn lại trên chitin là khá thấp, cụ thể là 1,3% và 2,8% Dùng enzym Alcalase để thủy phân protein từ phế liệu tôm crangon, thu... tính chất phế liệu, điều kiện sản xuất, quy mô sản xuất, các yếu tố kinh tế kỹ thuật và môi trường, yêu cầu chất lượng sản phẩm.Sau đây là quy trình sản xuất chitin tổng quát: 11 Phế liệu tôm Khử protein bằng NaOH Rửa trung tính Khử khoáng bằng HCl Rửa trung tính Tẩy màu bằng NaOH hoăc H2O2 Rửa Sấy Chitin Hình 1.5: Quy trình sản xuất chitin tổng quát từ phế liệu thủy sản bằng phương pháp hóa học Ưu... Tan tốt trong các dung dịch đặc nóng như NaOH, thioxianat Liti (LiSCN) và thioxianat canxi Ca(SCN)2 - Phản ứng với NaOH, HCl - Khi đun nóng chitin trong dung dịch NaOH đậm đặc thì chitosan được tạo thành 10 1.1.2.2 Các phương pháp sản xuất chitin. [5] Sơ đồ tổng quát Phế liệu Khử protein Khử khoáng Tẩy màu Chitin Hình 1.4 : Sơ đồ tổng quát quá trình sản xuất chitin từ phế liệu tôm Quy trình sản xuất. .. liệu tôm Khử protein bằng Flavourzyme Phân riêng Khử protein còn lại bằng NaOH loãng Phân riêng Dịch lọc 1 Dịch lọc 2 Khử khoáng bằng HCl Phổi trộn Thu hồi hỗn hợp protein và astaxanthin Chitin Hình 1.7: Quy trình sản xuất chitin cải tiến từ phế liệu tôm có kết hợp xử lý enzym protease và thu hồi protease và astaxanthin Ưu điểm: - Hàm lượng protein và khoáng còn lại trên bã nhỏ hơn 1% - Thu hồi được protein. .. số hơn 3000 enzym - Ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm từ phế liệu thủy sản Ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm từ phế liệu tôm, cua, ghẹ Việc kết hợp sử dụng enzym protease trong quá trình sản xuất chitin- chitosan có ưu thế hơn so với phương pháp hóa học truyền thống Nó giảm thiểu lượng hóa chất sử dụng và thải ra môi trường Mặt khác, quy trình cải tiến với sự vượt trội về chất lượng chitin, chitosan... từ đầu năm [11] Nhìn chung, tình hình xuất khẩu thủy sản nói chung, và mặt hàng tôm nói riêng đang có những dấu hiệu tích cực với sự phát triển bền vững 1.1.1.2 Thành phần, tính chất và tình hình tận thu phế liệu tôm Phần lớn tôm được đưa vào chế biến dưới dạng tôm vỏ bỏ đầu hoặc tôm lột PTO Từ thực tế đó ta thấy chất thải rắn trong sản xuất sản phẩm từ tôm chủ yếu là đầu và vỏ nhưng tỷ lệ đầu tôm. .. mà còn có ý nghĩa bảo vệ môi trường.[8] * Thành phần phế liệu tôm Phế liệu tôm bao gồm đầu tôm, vỏ tôm và đuôi tôm Ngoài ra trong quá trình sản xuất còn có các dạng phế liệu như các mảnh tôm đứt gẫy, tôm biến đỏ, biến đen nhưng số lượng ít Chủ yếu vẫn là đầu tôm 6 Bảng 1.1 : Thành phần trọng lượng của các loại tôm [7] Loại tôm Đầu tôm Vỏ tôm Thẻ 28.00 9.00 Sú 31.40 8.90 He 29.8 10.00 Chì 31.85 11.07... ni 52.20 12.57 Vàng 31.75 13.07 * Thành phần hóa học của đầu tôm Thành phần hóa học chiếm tỷ lệ đáng kể trong đầu tôm là protein, chitin, khoáng, enzyme và sắc tố Trong đó hàm lượng protein lên chiếm tới trên 50% - Protein trong đầu tôm tồn tại ở 2 dạng: + Dạng tự do: dạng này tồn tại trong nội tạng tôm hay trong cơ thịt + Dạng liên kết: đây là protein không hòa tan, thường liên kết với chitin, calci... nhiệt - Đầu tôm được ép bằng thiết bị ép thủ công Phần dịch đầu tôm được nghiên cứu theo hướng tận thu protein, phần bã vừa ép tiến hành làm thí nghiệm - Với bã ép chưa sử dụng ngay được cho vào các túi nilon, khối lượng 1kg bảo quản đông ở - 200C 2.1.2 Enzym Alcalase và Pepsin 2.1.2.1 Enzym Alcalase Enzym Alcalase là một loại enzym endoprotease có hoạt độ cao Enzym Alcalase sử dụng trong quá trình làm . vậy , em đã chọn đề tài “ Đánh giá khả năng phối hợp enzym Alcalase và Pepsin để khử protein cho đầu tôm trong quá trình sản xuất chitin . Trong quá trình nghiên cứu và trình bày, chắc chắn báo. liệu tôm sản xuất bột đạm đầu tôm: Bột đạm đầu tôm được sản xuất từ nguồn phế liệu tôm và những nguồn nguyên liệu tôm chất lượng thấp như tôm đứt gẫy, tôm đã bắt đầu biến màu và tôm nhỏ, tôm. quá trình sản xuất chitin từ phế liệu tôm . 10 Hình 1.5: Quy trình sản xuất chitin tổng quát từ phế liệu thủy sản bằng phương pháp hóa học. 11 Hình 1.6: Quy trình sản suất chitin tổng quát