Nghiên cứu áp dụng sản xuất sạch hơn trong quá trình sản xuất chitin chitosan

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CHẾ BIẾN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG SẢN XUẤT SẠCH HƠN TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CHITIN – CHITOSAN Giáo viên hướng dẫn: Th.S. NGÔ THỊ HOÀI DƯƠNG Sinh viên thực hiện: ĐOÀN THỊ THU HUYỀN Lớp: 47 CB – 2 Nha Trang, 2009 Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m - i - LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài: “Nghiên cứu áp dụng sản xuất sạch h ơn trong quá trình sản xuất chitin-chitosan”, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô Th.S Ngô Thị Hoài Dương đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá tr ình tiến hành làm đề tài. Qua đây cũng cho phép tôi đ ươc bày tỏ lòng biết ơn đến Th.S Nguyễn Thị Thục, Th.S khổng Trung Thắng đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô trong bộ môn Công nghệ chế biến – Khoa Chế biến đã nhiệt tình truyền đạt kiến thức trong suốt thời gian của khóa học. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các anh chị, cán bộ ph òng thí nghiệm khoa Chế biến, cán bộ phòng thí nghiệm viện Công nghệ sinh học & Môi trường, cán bộ phòng thí nghiệm Hóa sinh – khoa Chế biến đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành tốt đề tài. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới bố mẹ, anh chị em c ùng bạn bè đã luôn ủng hộ, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Tôi xin chân thành cảm ơn! Nha Trang, tháng 06 năm 2009 Sinh viên Đoàn Th ị Huyền Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m - ii - MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC BẢNG iv DANH MỤC HÌNH v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Error! Bookmark not defined. vi MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 2 1.1 Tổng quan về công nghệ sản xuất chitin -chitosan. 2 1.1.1 Tính chất của chitin-chitosan 2 1.1.2 Tình hình nghiên c ứu chitin-chitosan trên thế giới và ở Việt Nam. 4 1.1.2.1 Tình hình nghiên c ứu chitin-chitosan trên thế giới. 4 1.1.2.2. Tình nghiên c ứu chitin–chitosan ở Việt Nam 5 1.1.3 Công nghệ sản xuất chitin-chitosan. 5 1.1.3.1 Nguyên lý chung: 5 1.1.3.2 Phương pháp s ản xuất chitin-chitosan 8 1.2 Tổng quan về sản xuất sạch h ơn 13 1.2.1 Khái quát sản xuất sạch hơn 13 1.2.2 Mục tiêu của SXSH 13 1.2.3 Lợi ích của việc đầu t ư vào SXSH 14 1.2.4 Phương pháp lu ận SXSH 14 1.3 Tổng quan về nước thải trong quá tr ình sản xuất chitin-chitosan 15 1.3.1 Giới thiệu về nước thải 15 1.3.2 Quy trình sản xuất chitin tổng quát và ngồn nước thải 16 1.3.3 Thành phần các chất có trong n ước thải. 16 1.3.4 Cơ sở lý thuyết tinh sạch các dịch thải sản xuất chitin-chitosan 17 1.3.5 Cơ sở lý thuyết xử lý tạp chất v à chất màu của các dịch thải. 18 CHƯƠNG 2 21 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C ỨU 21 2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu: 21 2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu: 21 2.1.2 Nội dung nghiên cứu 21 2.2.NGUYÊN VẬT LIỆU. 21 Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m - iii - 2.2.1 Nguyên liệu 21 2.2.2 Hóa chất 21 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C ỨU 21 2.3.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát. 21 2.3.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm chi tiết 22 2.3.2.1 Bố trí thí nghiện nghi ên cứu tình hình sử dụng nước và hóa chất trong sản xuất chitin -chitosan. 22 2.3.2.2 Bố trí thí nghiệm xử lý dịch thải HCl v à nước rửa sau khi ngâm HCl 23 2.3.2.3 Bố trí thí nghiệm xử lý dịch thải NaOH sau khử protein v à nước rửa sau khi rửa sau khi ngâm NaOH. 24 2.3.3 Phương pháp xác đ ịnh các chỉ tiêu: 25 2.3.4 Phương pháp x ử lý số liệu: 25 CHƯƠNG 3 26 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 26 3.1 Thành phần cơ bản của phế liệu tôm. 26 3.2 Kết quả nghiên cứu tình hình sử dụng nước và hóa chất trong quá trình sản xuất chitin-chitosan 26 3.3 Kết quả nghiên cứu xử lý dịch thải HCl v à nước rửa sau khi ngâm. 30 3.4 Kết quả nghiên cứu xử lý dịch thải NaOH v à nước rửa sau khi ngâm NaOH 32 3.5 Đề xuất quy trình sản xuất chitin có sử dụng tái thu hồi hóa chất v à nước rửa 33 3.6 Phân tích lợi ích của giải pháp đề xuất. 34 CHƯƠNG 4 36 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 36 1. Kết luận . 36 2. Đề xuất ý kiến. 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 PHỤ LỤC 38 Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m - iv - DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Thành phần hóa học cơ bản của phế liệu tôm. 26 Bảng 3.2 Hàm lượng khoáng kết tủa thu đ ược. 31 Bảng 3.3 Chất lượng dịch thải sau lọc 32 Bảng 3.4: Chất lượng của chitin khi sản xuất có hồi l ưu hóa chất và nước rửa 34 Bảng 3.5: Chi phí hóa chất cho 1 kg chitin khi sản xuất không tái sử dụng v à có tái sử dụng hóa chất và nước rửa 34 Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m - v - DANH MỤC HÌNH Trang Hình 2.1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát 22 Hình 2.2: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xử lý dịch thải HCl sau khử khoáng 23 Hình 2.3: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xử lý dịch thải NaOH sau khử protein 24 Hình 3.1: Hàm lượng tạp chất còn lại trong mẫu chitin sản xuất theo các qui trình 27 Hình 3.2: Biểu đồ biểu diễn tình hình sử dụng axit HCl đậm dặc trong các quy trình sản xuất chitin-chitosan. 27 Hình 3.3: Biểu đồ biểu diễn tình hình sử dụng NaOH khan trong các quy tr ình sản xuất chitin-chitosan 28 Hình 3.4: Biều đồ biểu diễn tình hình sử dụng nước trong các quy tr ình sản xuất chitin-chitosan 28 Hình 3.5: Biểu đồ biểu diễn tình hình sử dụng nước, hóa chất và chất lượng chitin ứng với các quy trình. 28 Hình 3.6: Sơ đồ hồi lưu các dịch thải và nước thải trong quá trình sản xuất chitin 33 Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m - vi - DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT SXSH : Sản xuất sạch hơn Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m 1 MỞ ĐẦU Là một trong những ngành kinh tế trọng tâm của nền kinh tế quốc dân, ngành Thủy sản đã đóng góp một phần không nhỏ v ào sự phát triển của nền kinh tế. Cùng với nhịp độ phát triển của nền kinh tế trong v à ngoài nước, ngành Thủy sản trong những năm gần đây đã đạt được những thành tựu đáng kể về nuôi trồng, chế biến thủy sản cũng nh ư xuất nhập khẩu. Nhưng đi cùng với sự phát triển của ngành, vấn đề phế liệu trong chế biến thủy sản l à một điểm hạn chế do lượng phế liệu thải ra từ công nghi ệp chế biến thủy sản h àng năm là rất lớn khoảng 100.000 tấn phế liệu tôm/năm. Như ta biết, công nghệ sản xuất chitin-chitosan là một hướng tận dụng phế liệu vỏ tôm có hiệu quả góp phần chuyển 100.000 tấn phế liệu tôm/năm thành các sản phẩm hữu ích. Tuy n hiên công nghệ sản xuất chitin-chitosan lại là nguồn gây ô nhiễm, bình quân cứ 1 kg chitosan phải thải ra môi tr ường trung bình 0.2 m 3 nước thải. Các tác nhân gây ô nhiễm trong công nghệ sản xuất chitin-chitosan gồm:dư lượng axit và dư lượng kiềm. Trong th ực tế dư lượng kiềm lớn hơn dư lượng axit nên khi cho các dịch thải trung hòa với nhau, dịch thải sau trung hòa vẫn còn tính kiềm mạnh, hàm lượng muối NaCl sinh ra, protein hòa tan rất cao và có màu đỏ nâu rất đậm.Với số l ượng dịch thải trên rất lớn nên gây ô nhiễm nặng nề cho môi tr ường và nếu có xử lý nước thải trước khi thải ra môi trường thì tiêu tốn năng lượng rất lớn, đây cũng chính l à vấn đề sống còn cho các nhà máy s ản xuất chitin-chitosan hiện nay. Hơn nữa, nhu cầu xã hội đòi hỏi giảm thiểu tối đa nguồn ô nhiễm. Vì lý do này mà em chọn đề tài: “Nghiên cứu áp dụng sản xuất sạch h ơn trong quá trình sản xuất chitin - chitosan” với mong muốn là đưa ra được biện pháp để giảm thiểu lượng nước và hóa chất sử dụng, góp phần bảo vệ môi trường và giảm giá thành sản xuất chitin-chitosan. Trong thời gian thực hiện đề t ài, dù đã có nhiều cố gắng nhưng bên cạnh việc đạt được một số kết quả nhất định th ì đề tài của em vẫn có nhiều thiếu sót. Kính mong sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô v à các bạn để đề tài của em được hoàn thiện hơn. Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về công nghệ sản xuất chitin -chitosan. 1.1.1 Tính chất của chitin-chitosan. a. Chitin Chitin có màu trắng không tan trong n ước, trong kiềm, trong axit lo ãng và các dung môi hữu cơ khác như ete, rư ợu. Chitin hòa tan được trong dung dịch đậm đặc, nóng của muối thyoxyanat liti (LiSCN) v à muối thyoxyanat canxi (Ca(SCN) 2 ) tạo thành dung dịch keo. Chitin ổn định với các chất oxy hóa như: KMnO 4 , nước javen, NaClO,… người ta lợi dụng tính chất n ày để khử màu cho chitin. Chitin có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại ở b ước sóng 884890 cm. Chitin là một polysaccharide nguồn gốc tự nhi ên, có hoạt tính sinh học cao, có tính hòa hợp sinh học và tự phân hủy trên da. Chitin bị men lysozym, một loại men chỉ có ở cơ thể người, phân giải thành monome N-acetyl-D- glucosamin. Khi đun nóng chitn trong dung d ịch NaOH đặc thì chitin sẽ bị khử mất gốc acetyl (-COCH 3 ) tạo thành chitosan. Khi đun nóng chitin trong axit HCl đặc thì chitin sẽ bị thủy phân tạo thành glucosamin 85.8 %, axit acetic14.5 %. b. Chitosan Chitosan ở dạng bột, vẩy, màu trắng, vàng nhạt hoặc không màu, có tính kiềm nhẹ. Chitosan không hòa tan trong n ước và trong kiềm, hòa tan trong axit loãng tạo thành dung dịch nhờn có màu trong suốt. Khi hòa tan chitosan trong dung dịch axit acetic loãng sẽ tạo thành dung dịch keo dương, nhờ có tính dẫn điện dương mà nó không k ết tủa khi có mặt ion kim loại nặng. Chitosan còn được xem như là một polymecationic có khả năng bám dính v ào bề mặt điện tích âm. Chitosan phản ứng với axit đậm đặc hình thành muối khó tan. Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m 3 Chitosan phản ứng với iot và axit sulfuric cho phản ứng màu tím nên người ta ứng dụng nó để phân tích định tính . Công thức cấu tạo của chitosan: Chitosan có rất nhiều tính chất lý học, hóa học v à sinh học quan trọng được ứng dụng rộng r ãi trong nhiều lĩnh vực như: Công nghiệp, nông nghiệp, công nghệ sinh học, y học, môi trường và một số ngành công nghiệp khác. - Trong y học: Chitosan dùng sản xuất chỉ khâu y học, da nhân tạo, thuốc liền vết thương, thuốc trị viêm loét dạ dày, tá tràng, viêm kh ớp, thoái hóa khớp ngày nay chitosan đang đư ợc nghiên cứu về tác động kích thích tính miễn dịch, chống ung th ư, làm giảm cholesterol, làm thực phẩm chức năng. - Trong công nghiệp: Chitosan làm phụ gia trong sản xuất vải c hịu nhiệt, vải chống thấm, vải may quần áo, vải col trong may mặt, vải kháng khuẩn trong y tế… Chitosan làm tăng đ ộ bền của giấy, sản xuất giấy cao cấp, giấy không nhem, tăng cường độ bám dính, độ nét, độ bền của mực in. Chitosan dùng làm ph ụ gia sơn chống thấm, chống mốc, tăng cường độ bám dính của sơn. Chitosan sản xuất màng mỏng bao gói cho các thực phẩm cao cấp, túi đựng dể phân hủy. - - Trong mỹ phẩm: Sản xuất kem d ưỡng da, kem chống khô nứt da, kem bảo vệ da bởi tia cực tím v à một số loại mỹ phẩm cao c ấp khác. Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m [...]... vậy chúng ta cần phải nghiên cứu thu hồi những chất có giá trị v à đồng thời tìm ra biện pháp để xử lý và tái sử dụng nước thải trong quá trình sản xuất chitin- chitosan 1.3.4 Cơ sở lý thuyết tinh sạch các dịch thải sản xuấ t chitin- chitosan Dư lượng hóa chất trong các dịch thải của quá tr ình sản xuất chitinchitosan có nồng độ cao và có hòa tan các thành phần phi chitin- chitosan Trong thực các dịch thải... sau khi tận dụng dịch thải Đưa ra hướng tận dụng Hình 2.1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát 2.3.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm chi tiết 2.3.2.1 Bố trí thí nghiện nghiên cứu tình hình sử dụng nước và hóa chất trong sản xuất chitin- chitosan Tiến hành sản xuất theo chitin 3 quy tr ình: Quy trình kết hợp sử dụng enzym Flavourzym để khử protein trong sản xuất chitin -chitosan (Quy trình 1) Quy trình kết hợp... trừ tủa bằng phương pháp cơ học .d o m o o c u -tr a c k C w w w d o m C lic k to 20 w w w w bu bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k c h a n g e Vi e N y c CHƯƠNG 2 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C ỨU 2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu: 2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu áp dụng sản xuất sạch hơn trong quá trình sản xuất chitin – chitosan nhằm tiết giảm... hơn 1.2.1 Khái quát sản xuất sạch hơn SXSH được xác định là sự ứng dụng liên tục chính sách phòng ngừa tổng hợp đối với quá trình sản xuất, các sản phẩm v à dịch vụ nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình sản xuất đồng thời giảm rủi do đối với con ng ười và môi trường 1.2.2 Mục tiêu của SXSH Đối với quá trình sản xuất: Áp dụng SXSH nhằm giảm tiêu thụ nguyên vật liệu và năng lượng cho đơn vị sản phẩm, loại... đầu nghiên cứu hoàn thiện quy trình sản xuất chitin chitosan cũng như các ứng dụng của nó Đã có nhiều trường đại học, nhiều cơ quan nghiên cứu như: Trường Đại Học Tổng Hợp, Đại Học Y D ược TP HCM, Phân Viện Khoa học Việt Nam… cùng nhiều nghiên cứu ở các cơ sở sản xuất khác như: TP HCM, Cà Mau… 1.1.3 Công nghệ sản xuất chitin- chitosan 1.1.3.1 Nguyên lý chung: Trên thực tế có rất nhiều quy trình sản xuất. .. vậy quá trình sản xuất này chưa hiệu quả kinh tế và gây ô nhiễm môi trường Với những tồn tại trên việc tìm ra biện pháp tái sử dụng các dịch thải trong quá trình sản xuất chitin- chitosan là một vấn đề cấp thiết nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế cho quá tr ình sản xuất, góp phần giảm l ượng nước thải, giảm chất hòa tan trong nước thải và làm giảm ô nhiễm môi trường 1.2 Tổng quan về sản xuất sạch hơn 1.2.1... tái sử dụng vào quá trình sản xuất là vấn đề cần thiết nhằm mang lại hiệu quả kinh tế cao h ơn cho quá trình sản xuất và làm giảm ô nhiễm môi trường Thành phần chủ yếu trong các dịch thải của quá tr ình sản xuất chitinchitosan là: protein hòa tan, các ch ất màu, các chất khoáng, tạp chất vậy n ên phải tiến hành xử lý các thành phần này trước khi tái sử dụng các dịch thải v ào quá trình sản xuất to... hóa chất trong quá trình sản xuất chitin- chitosan Phế liệu tôm được tiến hành sản xuất chitin theo 3 quy tr ình: Qt 1 - Chitin sản xuất theo quy trình kết sử dụng enym Flavourzyme, Qt 2 - Chitin sản xuất theo quy trình cải tiến có xử lý sơ bộ bằng axit fomic, Qt 3 - Chitin sản xuất theo quy trình hóa học truyền thống Kết quả phân tích chất lượng của chitin thu được trình bày ở bảng 3.1và Ham lương tap... ta chọn quy trình enzym để tiếp tục nghiên cứu vì quy trình này cho chất lượng chitin tốt nhất, hàm lượng các tạp chất còn lại trong chitin là ít nhất Qua đồ thị biểu diễn tình hình sử dụng axit HCl trong các quy tr ình sản xuất chitin- chitosan ở hình 3.2 cho thấy thể tích axit sử dụng tại các quy tr ình có sự chênh lệch lớn Quy trình sản xuất chitin kết hợp xử lý s ơ bộ bằng axit fomic sử dụng trung... chitin sử dụng 3.437 lít HCl đậm đặc Quy trình sản xuất chitin kết hợp sử dụng enzym Flavourzyme tr ình bình cứ 1 kg chitin sử dụng 3.682 lít HCl đâm đặc Quy trình hóa học truyền thống trung bình 1 kg chitin sử dụng lit 6.845 HCl đậm đặc Nh ư vậy sản xuất chitinchitosan theo quy trình kết hợp xử lý bằng axit fomic v à enzym sẽ giảm được gần 50% axit HCl Qua đồ thị biểu diễn tình hình sử dụng NaOH trong . tài: Nghiên cứu áp dụng sản xuất sạch h ơn trong quá trình sản xuất chitin- chitosan , tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô Th.S Ngô Thị Hoài Dương đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá. ản xuất chitin- chitosan hiện nay. Hơn nữa, nhu cầu xã hội đòi hỏi giảm thiểu tối đa nguồn ô nhiễm. Vì lý do này mà em chọn đề tài: Nghiên cứu áp dụng sản xuất sạch h ơn trong quá trình sản xuất. Tình nghiên c ứu chitin chitosan ở Việt Nam 5 1.1.3 Công nghệ sản xuất chitin- chitosan. 5 1.1.3.1 Nguyên lý chung: 5 1.1.3.2 Phương pháp s ản xuất chitin- chitosan 8 1.2 Tổng quan về sản xuất sạch