Nghiên cứu các thông số thích hợp cho công đoạn nấu của quy trình sản xuất carrageenan từ rong sụn bằng phương pháp sử dụng enzyme cellulase

1 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Đồ án này Trước hết tôi xin gửi tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, Ban Chủ nhiệm Khoa Chế biến, Phòng Đào tạo Đại học và Sau đại học niềm kính trọng, sự tự hào được học tập tại Trường trong những năm qua. Sự biết ơn sâu sắc nhất tôi xin được giành cho thầy: TS. Vũ Ngọc Bội - Phó Giám đốc Viện Công nghệ Sinh học và Môi trường - Trường Đại học Nha Trang đã tận tình hướng dẫn và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này. Xin cám ơn: TS. Nguyễn Anh Tuấn - Chủ nhiệm Khoa Chế biến, TS. Vũ Duy Đô - Trưởng Bộ môn Công nghệ Thực phẩm và các thầy cô phản biện đã cho tôi những lời khuyên quí báu để đồ án tốt nghiệp được hoàn thành có chất lượng. Đặc biệt xin được ghi nhớ tình cảm, sự giúp đỡ của: các thầy cô giáo trong Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, ThS. Nguyễn Thị Thục, các thầy cô giáo quản lý phòng thí nghiệm Công nghệ Chế biến và phòng thí nghiệm Công nghệ Sinh học - Viện Nghiên cứu Công nghệ Sinh học và Môi trường đã giúp đỡ nhiệt tình và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian thực hiện đồ án này. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, người thân và các bạn bè đã tạo điều kiện, động viên khích lệ tôi vượt qua mọi khó khăn trong quá trình học tập vừa qua. i MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG I 3 TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN, CARRAGEENAN VÀ ENZYME CELLULASE 3 1.1 TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN 3 1.1.1. Giới thiệu về rong sụn 3 1.1.2. Đặc điểm sinh học của rong sụn 4 1.1.3. Thời vụ trồng rong sụn 5 1.1.4. Thành phần hóa học của rong sụn 6 1.1.5. Ứng dụng của rong sụn 8 1.2 TỔNG QUAN VỀ CARRAGEENAN 8 1.2.1. Giới thiệu về carrageenan 8 1.2.2. Cấu tạo và phân loại carrageenan 9 1.2.3. Một số tính chất của carrageenan 12 1.2.4. Ứng dụng của carrageenan 18 1.3. TỔNG QUAN VỀ ENZYM CELLULASE 20 1.4. MỘT SỐ CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CARRAGEENAN 22 1.5. MỘT SỐ QUY TRÌNH SẢN XUẤT CARRAGEENAN 24 1.5.1. Một số phương pháp xử lý rong trước khi nấu chiết 24 1.5.2. Kỹ thuật nấu chiết carrageenan 25 1.5.3. Giới thiệu một số quy trình sản xuất carrageenan 27 CHƯƠNG II 32 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU 32 ii 2.1.1. Rong nguyên liệu 32 2.1.2. Enzyme cellulase 32 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 2.2.1. Các phương pháp phân tích 32 2.2.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm 34 2.2.2.1. Quy trình dự kiến 35 2.2.2.2. Bố trí thí nghiệm 38 2.3. DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT 42 2.4. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 42 CHƯƠNG III 43 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 43 3.1. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THÍCH HỢP CHO QUY TRÌNH SẢN XUẤT CARRAGEENAN TỪ RONG SỤN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG ENZYME CELLULASE 43 3.1.1. Xác định tỷ lệ nước nấu/rong trong công đoạn nấu chiết 43 3.1.2. Xác định nhiệt độ nấu thích hợp 46 3.1.3. Xác định thời gian nấu thích hợp 49 3.1.4. Xác định pH thích hợp cho công đoạn nấu chiết 52 3.2. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH SẢN XUẤT CARRAGEENAN 56 3.3. SẢN XUẤT THỬ SẢN PHẨM VÀ TÍNH CHI PHÍ NGUYÊN VẬT LIỆU CHO SẢN PHẨM 58 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 61 1. KẾT LUẬN 61 2. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 iii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Hình ảnh rong sụn tươi 3 Hình 1.2 Hình ảnh rong sụn khô 3 Hình 1.3. Cấu tạo của carrageenan với các liên kết luân phiên của β – D – galactose pyranose và α – D –galactose pyranos 9 Hình 1.4. Cấu tạo của k – carrageenan 10 Hình 1.5. Cấu tạo của I –carrageenan 11 Hình 1.6. Cấu tạo của λ – carrageenan 11 Hình 1.7. Mô hình phản ứng giữa Carrageenan và Protein 13 Hình 1.8. Quá trình tạo gel đông của Carrageenan 15 Hình 3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước nấu/rong đến hiệu suất thu nhận carrageenan 43 Hình 3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước nấu/rong đến sức đông của carrageenan 44 Hình 3.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước nấu đến độ nhớt của carrageenan 44 Hình 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ nấu đến hiệu suất của carrageenan 47 Hình 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ nấu đến sức đông của carrageenan 47 Hình 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ nấu đến độ nhớt của carrageenan 48 Hình 3.7. Ảnh hưởng của thời gian nấu đến hiệu suất thu carrageenan 50 Hình 3.8. Ảnh hưởng của thời gian nấu đến sức đông của carrageenan 50 Hình 3.9. Ảnh hưởng của thời gian nấu độ nhớt của carrageen2an 51 Hình 3.10. Ảnh hưởng của pH nấu chiêt đến hiệu suất thu nhận sản phẩm 53 Hình 3.11. Ảnh hưởng của pH nấu chiêt đến sức đông sản phẩm 53 Hình 3.12. Ảnh hưởng của pH nấu chiêt đến độ nhớt của sản phẩm 54 Hình 3.13. Hình ảnh về sản phẩm carrageenan dạng sợi 60 Hình 3.14. Hình ảnh về nhãn mác cho sản phẩm carrageenan 60 iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần hóa học của rong sụn 6 Bảng 1.2. Hàm lượng amino acid của rong sụn 7 Bảng 1.3. Tính tan của carrageenan trong các môi trường khác nhau 16 1 MỞ ĐẦU Việt Nam là một nước nhiệt đới, có bờ biển dài hơn 3200 km với trên 1 triệu km 2 thềm lục địa là điều kiện thuận lợi cho việc phát triển nuôi trồng thủy sản trong đó phải kể đến các loại rong quý có giá trị kinh tế cao. Hiện nay, các nhà khoa học Việt Nam đã tuyển chọn, di nhập một số loại rong mới để nuôi trồng thử nghiệm và phát triển thành nghề mới cho ngư dân nhằm khai thác tiềm năng mặt nước biển và đa dạng hóa nguồn nguyên liệu thuỷ sản. Trong số các loài rong mới được du nhập và phát triển tại Việt Nam trong những năm trở lại đây, rong sụn (Kappaphycus alvarezii (Doty) Doty) là loại rong có giá trị kinh tế cao đã nhanh chóng thích nghi và phát triển tốt ở nhiều vùng biển tại Việt Nam. Hiện rong sụn được nuôi nuôi trồng và phát triển thành một nghề của ngư dân các tỉnh như Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Kiên Giang. Rong sụn là nguyên liệu để sản xuất carrageenan một loại polysaccarid được biết và sử dụng từ thế kỷ XVI. Ngày nay, carrageenan được nhiều nước sử dụng trong công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm, công nghiệp giấy, công nghiệp dệt, công nghệ sinh học, y dược,… Nhờ có phổ ứng dụng rộng rãi nên nhu cầu carrageenan trên thế giới rất lớn và hàng năm nhu cầu này ngày càng tăng. Đã có nhiều công trình nghiên cứu tách chiết carrageenan từ rong sụn. Nhưng các công trình nghiên cứu đều sử dụng hóa chất để xử lý rong do vậy chất thải từ quá trình sản xuất gây ô nhiễm môi trường. Cellulase là enzyme có khả năng thủy phân cellulose vì thế nếu sử dụng enzyme này để phá hủy lớp vách tế bào thực vật bằng cellulose có thể giúp cho việc thu nhận carrageenan dễ dàng hơn, lượng hóa chất sử dụng ít hơn thậm chí 2 có thể không cần sử dụng hóa chất. Xuất phát từ thực tế này, em được khoa Chế biến giao thực hiện đề tài “Nghiên cứu các thông số thích hợp cho công đoạn nấu của quy trình sản xuất carrageenan từ rong sụn bằng phương pháp sử dụng enzyme cellulase”. Mục tiêu của đề tài: sử dụng enzyme cellulase thay thế hóa chất để xử lý rong sụn trong quá trình sản xuất carrageenan. Nội dung của đề tài: 1) Xác định các thông số thích hợp cho công đọan nấu của quy trình sản xuất carrageenan từ rong sụn bằng phương pháp sử dụng enzyme cellulase: tỷ lệ nước/rong trong công đoạn nấu chiết, xác định môi trường nấu chiết; nhiệt độ và thời gian nấu chiết. 2) Đề xuất quy trình sản xuất carrageenan từ rong sụn bằng phương pháp sử dụng enzyme cellulase. 3) Sản xuất thử carrageenan theo quy trinh đề xuất và sơ bộ tính chi phí nguyên vật liệu cho sản phẩm carrageenan sản xuất. Do thời gian, kinh phí và kiến thức có hạn nên báo cáo này không tránh khỏi những hạn chế. Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn. 3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN, CARRAGEENAN VÀ ENZYME CELLULASE 1.1 TỔNG QUAN VỀ RONG SỤN 1.1.1. Giới thiệu về rong sụn Rong sụn thuộc ngành: Rhodophyta, Lớp: Rhodophyceae, Phân lớp: Florideophycide, Bộ: Gigartinales, Họ: Areschougiaceae, Giống: Kappaphycus, Loài: alvarezii Hình 1.1. Hình ảnh rong sụn tươi Hình 1.2 Hình ảnh rong sụn khô 4 Macxxell Doty là người đầu tiên tìm thấy rong sụn ở vùng biển Philippines vào năm 1972. Người có công thu nhận mẫu cùng với ông là Alvarezii. Do vậy Macxxell Doty đặt tên rong này là Euchuma alvarezii Doty. Khi phân tích thành phần hóa học của loại rong này ông đã đổi tên Euchuma alvarezii Doty thành Kappaphycus alvarezii. Sau đó ông cùng với các nhà nghiên cứu tại trường đại học Hawaii bắt đầu nghiên cứu phát triễn phương pháp nuôi trồng rong sụn ở Hawaii. Từ đó, rong sụn nuôi trồng và phát triễn rộng rãi ở nhiều nước như Indonesia, Malaysia, Ấn Độ, Việt Nam …. 1.1.2. Đặc điểm sinh học của rong sụn Rong sụn là loài rong nhập nội có đặc tính giòn, dễ gẫy khi tươi. Vì vậy các nhà khoa học tại phân viện khoa học vật liệu Nha Trang đã thống nhất đặt tên Việt Nam cho loại rong này là rong sụn. Rong sụn có thân hình trụ tròn, đường kính thân chính có thể đạt tới 20mm. Từ trọng lượng 100g ban đầu sau một năm rong sụn tưng trưởng thành bụi rong, nặng 14 – 16 kg. Rong sụn chia nhánh rậm rạp, kiểu tự do không theo quy luật. Khi đang sinh trưởng trong nước biển có màu xanh nâu, thân giòn, dễ gẫy. Khi khô thành sợi cứng như sừng, có màu vàng nâu. Nhiệt độ thích hợp nhất cho sự sinh trưởng và phát triễn của rong sụn là từ 25 – 28 o C. Nhiệt độ cao hơn 30 o C và thấp hơn 20 o C sẽ ảnh hưởng đến sinh trưởng của rong. Nếu nhiệt độ thấp hơn 15 – 18 o C thì rong sẽ ngừng phát triễn. Rong sụn là loài ưa mặn, chúng chỉ sinh trưởng và phát triễn tốt ở nơi có độ mặn cao (28 – 32 ‰) ở độ mặn thấp (18 – 20 ‰) rong chỉ có thể tồn tại thời gian ngắn (5 – 7 ngày) và nếu kéo dài nhiều ngày rong sẽ ngừng phát triễn có hiện tượng đứt gẫy và dẫn đến tàn lụi. 5 Rong sụn thuộc ngành rong đỏ Rhodophyta có chứa sắc tố chlorophyll và phycobline nên rong sụn chỉ thích nghi với ánh sang có bước song ngắn với cường độ ánh sáng không cao từ 12000 – 50000 lux. Ánh sáng quá cao hoặc quá thấp thì đều ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triễn của rong sụn. Rong sụn phát triễn tốt ở vùng nước thường xuyên trao đổi và luân chuyển. Đây là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ sự sinh trưởng và phát triễn cũng như chất lượng của rong. Rong sụn và đa số các loài rong có mùi tanh đặc trưng, mùi của rong sụn là yếu tố phức tạp được cấu thành bởi nhiều yếu tố trong đó có sự tham gia đáng kể của bihenic acid, là loại acid do vi khuẩn sống trên thân cây rong sinh ra. Các vi khuẩn này có rất nhiều trong nước biển. Để khử mùi cho rong sụn, người ta có thể phơi rửa rong nhiều lần bằng nước sạch hoặc ngâm trong nước gạo, dấm ăn, nước trà…. 1.1.3. Thời vụ trồng rong sụn Có hai mùa trồng chính là: + Mùa chính ở các tỉnh Trung Bộ (từ Đà Nẵng đến Bình Thuận) thường từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau. Ở các tỉnh Nam Bộ thường từ tháng 6 đến tháng 3 năm sau. + Mùa phụ: Ở các tỉnh Trung Bộ thường từ tháng 4 đến tháng 9, ở các tỉnh Nam Bộ thường từ tháng 4 đến tháng 6. Thời gian trồng phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện môi trường và mùa khí hậu của từng vùng trồng. Người ta thường thu hoạch rong sau khi trồng từ 2 đến 3 tháng. [...]... miệng như rong biển đang rất được ưa chuộng các gia đình nên sử dụng các món canh rong biển trong thực đơn hàng ngày của mình Các sản phẩm làm từ rong sụn: Các món thạch, Carrageenan, Trà rong biển, Mứt, Kẹo, Rong sụn dầm dấm, Siro từ rong sụn 1.2 TỔNG QUAN VỀ CARRAGEENAN 1.2.1 Giới thiệu về carrageenan Carrgeenan là một loại polysaccharide của galactose tìm thấy trong các loài rong đỏ như là: Chondrus,... được ứng dụng để sản xuất một số sản phẩm trong lĩnh vực thực phẩm Rong sụn được sử dụng để chiết tách Carrageenan sử dụng trong một số lĩnh vực như thực phẩm, dược phẩm, trong một số ngành công nghiệp khác Ngoài ra sử dụng rong sụn có khả năng giảm cholesterol trong máu Cuộc sống ngày nay ai cũng sợ các sản phẩm giàu cholesterol, nguyên nhân gây nên bênh béo phì Vậy nên các thực phẩm có hàm lượng calo... làm các món ăn như: các món thạch, hạnh nhân, nước uống …  Carrageenan được bổ sung vào bia rượu, dấm làm tăng độ trong Trong sản xuất bánh mì, bánh bích quy, bánh bông lan carrageenan tạo cho sản phẩm có cấu trúc mềm xốp  Trong công nghệ sản xuất chocolate bổ sung carrageenan vào để làm tăng độ đồng nhất, độ đặc nhất định  Trong sản xuất kẹo làm tăng độ chắc độ đặc cho sản phẩm  Trong sản xuất. .. khỏi thân rong, tăng hiệu quả thu carrageenan 1.5.2 Kỹ thuật nấu chiết carrageenan Nấu chiết carrageenan là khâu quan trọng và chủ yếu của toàn bộ quy trình sản xuất carrageenan Mục tiêu của công đoạn này là dùng nhiệt để hòa tan carrageenan trong nước tạo điều kiện cho quá trình thu nhận carrageenan dễ dàng và đảm bảo hiệu suất thu hồi carrageenan cao Trong quá trình nấu chiết có 26 nhiều yếu tố ảnh... đã nghiên cứu chiết tách và một số tính chất của carrageenan từ rong đỏ từ vùng biển Việt Nam Thành Thị Thu Thủy, Trần Thị Thanh Thủy, Trần Thị Thanh Vân (2003) đã nghiên cứu thành phần hóa học và cấu trúc của k – carrageenan từ tảo biển đỏ ở vùng biển Việt Nam Phạm Văn Đạt (2004) đã nghiên cứu tách chiết và thử nghiệm sản xuất chế phẩm nước chiết từ rong sụn đóng hộp Kết quả đã xây dựng được quy trình. .. tốt cho quá trình chiết rút các chất và enzyme có trong malt + Trong sản xuất agar - agar: dưới tác dụng của cellulase thành tế bào rong có chứa cellulose sẽ bị thủy phân làm cho quá trình chiết rút agar - agar hơn so với phương pháp dùng acid để phá vỡ thành tế bào + Trong công nghiệp sản xuất thức ăn chăn nuôi: Việc bổ sung cellulase trực tiếp vào thức ăn sẽ làm tăng khả năng đồng hóa thức ăn trong... có tác dụng ức chế sự sinh trưởng của Sarcoma-180 phòng các bệnh u bướu, ung thư 23 Đống Thị Anh Đào (1999) đã nghiên cứu thu nhận carrageenan từ rong sụn Kappaphycus alvarezii nuôi trồng ở Ninh Thuận Kết quả cho thấy, hàm lượng carrageenan ttrong rong sụn chiếm đến 40 % tổng số các thành phần Ngoài ra, tác giả còn tìm thấy trong rong thành phần protein của rong sụn còn chứa 11 acid amin với hàm lượng... Carrageenan đựoc ứng dụng trong công nghiệp sợi nhân tạo, phim ảnh sản xuất giấy Ngoài ra carrageenan là môi 20 trườncố định enzyme là chất xúc tác trong công nghiệp tổng hợp và chuyển hoá các chất khác + Trong mỹ phẩm: bổ sung vào sản xuất các loại kem dưỡng da, nước hoa 1.3 TỔNG QUAN VỀ ENZYM CELLULASE Cellulase là một nhóm enzyme có khả năng xúc tác quá trình thủy giải cellulose thành các sản phẩm mạch ngắn... thấy carrageenan có tính chất gần giống với gelatin Từ năm 1973, Maxwell doty và cộng tác viên đã tiến hành nghiên cứu phương pháp nuôi trồng rong sụn với quy mô lớn ở Hawaii Năm 1989, C Rochas, M Rinaudo và S landry đã tiến hành nghiên cứu carrageenan tách chiết từ Eucheuma cottonii bằng cách phân tích thành phần carrageenan bị thủy phân bằng enzyme Cũng như phân tích carrageenan tách 24 chiết từ Echeuma... nhiệt đới Nghiên cứu này cũng đã chứng minh khả năng thành công, cho hiệu suất cao và được ứng dụng rộng rãi ở Philipines 1.5 MỘT SỐ QUY TRÌNH SẢN XUẤT CARRAGEENAN 1.5.1 Một số phương pháp xử lý rong trước khi nấu chiết + Xử lý trong môi trường nước nóng Môi trường nước nóng có tác dụng:  Làm trương nở tế bào rong  Tách bớt một lượng nhỏ chất màu, chất khoáng hòa tan  Làm yếu liên kết glucozide của màng . trình sản xuất carrageenan. Nội dung của đề tài: 1) Xác định các thông số thích hợp cho công đọan nấu của quy trình sản xuất carrageenan từ rong sụn bằng phương pháp sử dụng enzyme cellulase: . nấu của quy trình sản xuất carrageenan từ rong sụn bằng phương pháp sử dụng enzyme cellulase . Mục tiêu của đề tài: sử dụng enzyme cellulase thay thế hóa chất để xử lý rong sụn trong quá trình. nước /rong trong công đoạn nấu chiết, xác định môi trường nấu chiết; nhiệt độ và thời gian nấu chiết. 2) Đề xuất quy trình sản xuất carrageenan từ rong sụn bằng phương pháp sử dụng enzyme cellulase.