nghiên cứu ứng dụng enzyme alcalase trong quy trình sản xuất chitin từ phế liệu tôm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & MÔI TRƯỜNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ENZYME ALCALASE TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHITIN TỪ PHẾ LIỆU TÔM Giáo viên hướng dẫn: TS. TRANG SỸ TRUNG Sinh viên thực hiện: ĐÀM XUÂN CƯƠNG Lớp: 47 CNSH 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 Trong thời gian thực hiện đề tài vừa qua, em đã nhận được sự hướng dẫn tận tình và chu đáo của TS. Trang Sỹ Trung, đồng thời em cũng nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình và quý báu của các thầy, cô trong Viện CNSH & MT và các thầy cô ở phòng thí nghiệm Hóa sinh, phòng thí nghiệm Bộ môn Công Nghệ Sinh học, phòng thí nghiệm Bộ môn Công Nghệ Lạnh, cùng bạn bè trong lớp 47CNSH. Mặt khác em cũng nhận được sự động viên của gia đình về mọi mặt, đã giúp em hoàn thành đề tài. Qua đây cho phép em bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất về những sự giúp đỡ quý báu này. Sinh viên Đàm Xuân Cường 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 CÁC BẢNG v DANH MỤC HÌNH vi DANH MỤC VIẾT TẮT vii MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 1.1. Tổng quan về chitin 3 1.1.1. Sự tồn tại của chitin trong tự nhiên 3 1.1.2. Cấu trúc phân tử của chitin 3 1.1.3. Tính chất của chitin 4 1.2. Tổng quan về chitosan 5 1.2.1. Cấu trúc phân tử chitosan 5 1.2.2. Tính chất của chitosan 5 1.3. Ứng dụng của chitin – chitosan 6 1.3.1. Ứng dụng trong y học 6 1.3.2. Ứng dụng trong công nghiệp 7 1.3.3. Ứng dụng trong nông nghiệp 8 1.3.4. Ứng dụng trong công nghệ sinh học 9 1.3.5. Trong công nghiệp thực phẩm 9 1.4. Tổng quan về phế liệu Tôm 12 1.4.1. Phế liệu tôm đông lạnh trong quá trình chế biến 12 1.4.1.1. Thành phần phế liệu 12 1.4.1.2. Sản lượng phế liệu tôm đông lạnh 13 1.4.2. Cấu tạo và thành phần hóa học của vỏ tôm 14 1.4.2.1. Cấu tạo vỏ tôm 14 1.4.2.2.Thành phần hóa học của vỏ tôm 15 1.4.3. Các hướng tận dụng phế liệu hiện nay 16 1.4.3.1. Sản xuất chitin – chitosan 16 1.4.3.2. Sản xuất thức ăn chăn nuôi 16 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 1.4.3.3. Sản xuất caroten – protein 16 1.5. Tình hình nghiên cứu, sản xuất chitin – chitosan trên Thế giới và Việt Nam 17 1.5.1. Tình hình nghiên cứu và sản xuất chitin – chitosan trên thế giới 17 1.5.2. Một số quy trình sản xuất chitin – chitosan trên thế giới 19 1.5.2.1. Quy trình thủy nhiệt Yamasaky và Nacamichi Nhật Bản (1996) 19 1.5.2.2. Quy trình sản xuất chitosan của pháp (1996) 20 1.5.3. Tình hình nghiên cứu và sản xuất chitin – chitosan ở Việt Nam 21 1.5.4. Một số quy trình sản xuất chitin – chitosan ở Việt Nam 22 1.5.4.1. Quy trình của GVC Đỗ Minh Phụng – Đại học Thủy sản (1980) 22 1.5.4.2. Quy trình sản xuất chitin – chitosan ở Trung tâm cao phân tử thuộc Viện Khoa học Việt Nam (1996) 23 1.5.4.3. Quy trình sản xuất chitin của xí nghiệp thủy đặc sản Hà Nội 24 1.5.4.4. Quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tôm sú bằng phương pháp hóa học với một công đoạn xử lý kiềm PGS, TS Trần Thị Luyến – Đại học Thủy sản 25 1.5.4.6. Quy trình sản xuất chitin – chitosan của TS. Trang Sỹ Trung - Đại Học Nha Trang 28 1.6. Giới thiệu về enzyme protease và quá trình thùy phân 29 1.6.1. Enzyme protease 29 1.6.2. Protein thủy phân 29 1.6.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân 31 CHƯƠNG II : VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 33 2.1. Vật liệu nghiên cứu 33 2.1.1. Nguyên liệu đầu tôm 33 2.1.2. Enzyme Protease 33 2.2. Phương pháp nghiên cứu 34 2.2.1. Phương pháp thu nhận mẫu 34 2.2.2. Bố trí thí nghiệm tối ưu hóa quá trình thủy phân 34 2.2.3. Xác định các điều kiện thích hợp cho quá trình thủy phân protein đầu vỏ tôm bằng enzyme Alcalase 35 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 2.2.3.1. Xác định ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Alcalase tới quá trình thủy phân: 35 2.2.3.2. Xác định ảnh hưởng của thời gian thủy phân 35 2.2.3.3.Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình thủy phân 36 2.2.3. Quy trình sản xuất chitin – chitosan ứng dụng enzyme Alcalase 37 2.2.4. Các phương pháp kiểm tra chất lượng chitosan 38 2.2.5. Phương pháp xử lý số liệu 42 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43 3.1. Thành phần hóa học của phế liệu tôm thẻ 43 3.2. Ảnh hưởng của quá trình thủy phân đến hiệu quả khử protein và khử khoáng 43 3.2.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Alcalase/nguyên liệu đầu vỏ tôm (v/w) đến hiệu khử protein 43 3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình thủy phân 45 3.2.4. Xác định nhiệt độ thủy phân 47 3.3. Kết quả chất lượng chitosan được sản xuất từ enzyme Alcalase (phương pháp sinh học) và NaOH (theo phương pháp hóa học truyền thống) 49 CHƯƠNG IV : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 53 4.1. Kết luận 53 4.2. Đề xuất ý kiến 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 PHỤ LỤC 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 CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Thành phần hóa học cơ bản của phế liệu tôm thẻ chân trắng 13 Penaaus vannamei (TS. Trang Sỹ Trung) 13 Bảng 1.2. Chất lượng chitin – chitosan thu được theo phương pháp xử lý kiềm một công đoạn 26 Bảng 1.3. Một số chỉ tiêu chất lượng của chitin – chitosan sản xuất theo quy trình Papain 27 Bảng 2.2. Thông số máy đo độ nhớt 40 Bảng 3.1. Kết quả phân tích thành phần hóa học cơ bản 43 của phế liệu tôm thẻ chân trắng 43 Bảng 3.2. Trạng thái của mẫu thủy phân 45 Bảng 3.3. Đánh giá chất lượng của chitosan sản xuất theo phương pháp hóa học và sinh học 52 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 HÌNH Trang Hình 1.1. Công thức cấu tạo của chitin 4 Hình 1.2. Công thức cấu tạo của chitosan 5 Hình 1.3. Phế liệu đầu và vỏ tôm 15 Hình 2.1. Tối ưu hóa quá trình thủy phâm bằng enzyme Alcalase 34 Hình 2.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ E/S đến quá trình thủy phân 35 Hình 2.3. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình thủy phân protein 36 Hình 2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình thủy phân 36 Hình 2.5. Quy trình sản xuất chitosan ứng dụng enzyme Alcalase 37 Hình 3.1. Ảnh hưởng của nồng độ E/S đến % protein khử được 44 Hình 3.2. Ảnh hưởng của thời gian đến % protein được khử 46 Hình 3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến % protein được khử 47 Hình 3.4. Ảnh hưởng các yếu tố đến % protein được khử 49 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 vii DANH MỤC VIẾT TẮT NL: Nguyên liệu PLT: Phế liệu tôm E/S: tỷ lệ enzyme trên cơ chất N ts : Nitơ tổng số DH: Hoạt độ của enyme TL: Tỷ lệ 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 1.Tính cấp thiết của đề tài Xuất khẩu thủy sản của Việt Nam đã phát triển mạnh trong những năm gần đây và trở thành ngành kinh tế quan trọng, tạo công ăn việc làm và tăng thu nhập cho hàng triệu người dân ven biển và tạo nguồn thu ngoại tệ đáng kể cho đất nước. Năm 2006 kim ngạch xuất khẩu thủy sản đã qua mốc 3 tỷ đạt 3,31 tỷ USD, tăng gần 600 triệu USD so với năm 2005, trong đó mặt hàng tôm truyền thống chiếm vị trí đầu bảng xấp xỉ 1,5 tỷ USD, chiếm 44,3 % tổng kim ngạch xuất khẩu. Năm 2007 kim ngạch xuất khẩu thủy sản đạt gần 3,8 tỷ USD, tăng 12% so với năm 2006. Cùng với sự gia tăng khối lượng tôm xuất khẩu thì một lượng lớn phế liệu của ngành chế biến tôm thải ra. Phế liệu này có thể chiếm tới 40 ÷ 60% trọng lượng của tôm nguyên liệu và nó có chứa các thành phần có giá trị như protein, chitin, asthaxanthin. Theo ước tính thành phần của protein trong đầu tôm thẻ chiếm khoảng 10% trọng lượng tươi và như thế cứ sản xuất 1 kg Chitin thì sẽ thải hồi 2 kg protein. Ngoài ra, còn chứa đáng kể asthaxanthin (> 100 ppm). Lượng protein và asthaxanthin này rất có giá trị nếu được tận dụng vào việc chế biến thức ăn gia súc. Chitin và dẫn xuất của nó chitosan được ứng dụng rộng rãi không chỉ trong công nghiệp thực phẩm mà còn trong công nghiệp dược, mỹ phẩm, xử lý nước thải và trong nông nghiệp. Thông thường, quy trình sản xuất chitin – chitosan từ phế liệu tôm bao gồm quá trình khử protein, khử khoáng và tẩy trắng. Theo phương pháp truyền thống phế liệu tôm được khử protein bằng base mạnh, dịch protein thu được sau quá trình thường thải bỏ do có nồng độ hóa chất cao nên gây lãng phí rất lớn cho công nghệ sản xuất chitin – chitosan, đồng thời cũng gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Do đó, thu hồi một phần protein từ phế liệu tôm bằng enzyme thủy phân là một việc làm hết sức cần thiết. Xuất phát từ yêu cầu trên chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng enzyme Alcalase trong quy trình sản xuất Chitin từ phế liệu tôm”. 2. Mục đích của đề tài Xác định các điều kiện thích hợp để khử protein từ phế liệu tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei) bằng enzyme Alcalase nhằm giảm thiểu hóa chất sử 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 dụng, giảm ô nhiễm môi trường, đồng thời đưa enzyme Alcalase vào quy trình sản xuất chitin – chitosan. 3. Tính khoa học và thực tiễn của đề tài Thành công của đề tài sẽ được áp dụng tại các cơ sở sản xuất chitin với mục đích tận dụng nguồn protein từ đầu tôm, hạn chế sử dụng hóa chất nhằm giảm ô nhiễm môi trường. Việc sản xuất chitosan có chất lượng cao và ứng dụng vào các lĩnh vực đặc biệt đang là mối quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu trong và ngoài nước. Đề tài cũng là nguồn tài liệu hữu ích phục vụ cho công tác nghiên cứu chuyên sâu về lĩnh vực này. 4. Nội dung của đề tài Xác định thông số tối ưu cho quá trình thủy phân protein bằng enzyme protease: tỷ lệ enzyme/nguyên liệu, pH, nhiệt độ và thời gian thủy phân. Đồng thời chúng tôi cũng đề xuất quy trình ứng dụng enzyme vào quá trình sản xuất chitin từ phế liệu tôm. So sánh chất lượng chitin – chitosan sản xuất từ quy trình ứng dụng enzyme với quy trình hóa học truyền thống. 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 [...]... phát hiện và sản xuất trong mấy năm gần đây, mặt khác chitin – chitosan đang được ứng dụng nhiều trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống Vì vậy phần lớn phế liệu tôm được bán cho các xí nghiệp, cơ sở sản xuất chitin – chitosan với giá thành tương đối cao khoảng 1500 – 2000 đ/kg vỏ tôm khô 1.4.3.2 Sản xuất thức ăn chăn nuôi Phế liệu tôm được các nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi thu mua sản xuất thức ăn... sinh học (sử dụng nguồn enzyme Trypsin để chiết rút Astaxanthin-protein) Đây là một hướng rất khả thi trong công đoạn tận dụng phế thải từ các công đoạn sản xuất chitin – chitosan theo phương pháp hóa học và sinh học đã và đang được nghiên cứu 1.5 Tình hình nghiên cứu, sản xuất chitin – chitosan trên Thế giới và Việt Nam 1.5.1 Tình hình nghiên cứu và sản xuất chitin – chitosan trên thế giới Từ những năm... mạch Polymer do đó độ nhớt của sản phẩm giảm rõ rệt Mặt khác Aceton rất đắt tiền, tổn thất nhiều và giá thành sản phẩm cao Chưa kể đến các yếu tố an toàn sản xuất, công nghệ này khó áp dụng trong điều kiện của nước ta hiện nay 1.5.3 Tình hình nghiên cứu và sản xuất chitin – chitosan ở Việt Nam Việc nghiên cứu sản xuất chitin – chitosan và các ứng dụng của chúng trong sản xuất, phục vụ đời sống là một... dễ hòa tan trong nước tạo màng cho nên nó được ứng dụng phổ biến Cho đến nay trên thế giới đã có nhiều quy trình sản xuất chitin – chitosan, với nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau, nhưng chủ yếu là vỏ tôm, cua, ghẹ Trước đây người ta đã thử chiết tách chitin từ thực vật biển nhưng nguồn nguyên liệu không đủ để đáp ứng nhu cầu sản xuất Trữ lượng chitin phần lớn có nguồn gốc từ vỏ tôm, cua Trong một thời... quan về phế liệu Tôm 1.4.1 Phế liệu tôm đông lạnh trong quá trình chế biến 1.4.1.1 Thành phần phế liệu Phế liệu tôm chủ yếu là đầu và các mảnh vỏ, ngoài ra còn phải kể đến phần thịt vụn, một số tôm bị hỏng Tuỳ theo giống loài, phương pháp gia công chế biến mà lượng phế liệu có thể lên đến 60% sản lượng khai thác được Ví dụ tôm càng xanh, phần đầu tôm chiếm khoảng 60% khối lượng toàn bộ, với tôm sú thì... Đại học Thủy Sản bắt đầu nghiên cứu chiết tách chitin – chitosan Trước yêu cầu xử lý phế liệu thủy sản đang ngày càng cấp bách, trước những thông tin khoa học, kỹ thuật mới về chitin – chitosan, cũng như tiềm năng thị trường của chúng, đã thúc đẩy các nhà khoa học nước ta bắt tay nghiên cứu và hoàn thiện quy trình sản xuất chitin – chitosan ở bước cao hơn đồng thời nghiên cứu các ứng dụng của chúng... chitin thu được dùng để sản xuất ra các dẫn xuất khác Năm 1990, sản lượng chitosan trên thế giới vào khoảng 1200 tấn Hiện nay, đi đầu trong lĩnh vực sản xuất và ứng dụng chitin – chitosan là Nhật đã sản suất 600 tấn trên năm, Mỹ 400 tấn/năm Ngoài ra còn có các nước như Trung Quốc, Ấn Độ, Pháp cũng sản xuất và ứng dụng chitin – chitosan Nghiên cứu công nghệ sản suất chitin – chitosan phải gắn liền với đặc... chi phí sẽ rất lớn Ngày nay đã có rất nhiều hướng nghiên cứu sử dụng phế liệu tôm để sản xuất các chế phẩm có giá trị trong đó quan trọng nhất là việc sản xuất chitin – chitosan từ vỏ giáp xác 1.4.2 Cấu tạo và thành phần hóa học của vỏ tôm 1.4.2.1 Cấu tạo vỏ tôm Lớp ngoài cùng của vỏ tôm có cấu trúc chitin – protein bao phủ, lớp vỏ này thường bị hóa cứng khắp bề mặt cơ thể do sự lắng đọng của muối Calci... một số cơ sở sản xuất Hiện nay một số sản phẩm chitin – chitosan của Trung tâm Chế biến Thủy sản của Trường Đại học Nha Trang đang có uy tín cao, sản phẩm bắt đầu ứng dụng mạnh mẽ vào một số cơ sở sản xuất và nghiên cứu ở nước ra và đang chào hàng đi Thái Lan Sản phẩm chitosan của Trường Đại học Nha Trang đã góp phần giúp giảm nhập khẩu chế phẩm này ở nước ta 1.5.4 Một số quy trình sản xuất chitin – chitosan... xác và giun tròn Trong giới thực vật chitin có ở thành tế bào của nấm Zygemycethers và một số tảo Chlorophiceae Trong động vật Thủy sản đặc biệt là trong vỏ tôm, cua, ghẹ, mai mực, hàm lượng chitin khá cao từ 14 - 35% so với trọng lượng khô Vì vậy vỏ tôm, cua, ghẹ, mai mực là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin – chitosan và các sản phẩm từ chúng 1.1.2 Cấu trúc phân tử của chitin Chitin là polysaccharite . protein từ phế liệu tôm bằng enzyme thủy phân là một việc làm hết sức cần thiết. Xuất phát từ yêu cầu trên chúng tôi thực hiện đề tài: Nghiên cứu ứng dụng enzyme Alcalase trong quy trình sản xuất. Ứng dụng của chitin – chitosan 6 1.3.1. Ứng dụng trong y học 6 1.3.2. Ứng dụng trong công nghiệp 7 1.3.3. Ứng dụng trong nông nghiệp 8 1.3.4. Ứng dụng trong công nghệ sinh học 9 1.3.5. Trong. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ENZYME ALCALASE TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHITIN TỪ PHẾ LIỆU TÔM Giáo viên hướng dẫn: TS. TRANG SỸ TRUNG Sinh viên