nghiên cứu kết hợp khử protein trong công đoạn khử khoáng của quy trình sản xuất chitin từ vỏ, đầu tôm thẻ chân trắng bằng pepsin và hcl

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG ĐÀO THỊ TUYẾT MAI NGHIÊN CỨU KẾT HỢP KHỬ PROTEIN TRONG CÔNG ĐOẠN KHỬ KHOÁNG CỦA QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHITIN TỪ VỎ, ĐẦU TÔM THẺ CHÂN TRẮNG BẰNG PEPSIN VÀ HCl LUẬN VĂN THẠC SĨ Nha Trang - 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG ĐÀO THỊ TUYẾT MAI NGHIÊN CỨU KẾT HỢP KHỬ PROTEIN TRONG CÔNG ĐOẠN KHỬ KHOÁNG CỦA QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHITIN TỪ VỎ, ĐẦU TÔM THẺ CHÂN TRẮNG BẰNG PEPSIN VÀ HCl Chuyên ngành: Công nghệ sau thu hoạch Mã số: 60 54 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. HUỲNH NGUYỄN DUY BẢO Nha Trang - 2012 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kì công trình nào khác. ĐÀO THỊ TUYẾT MAI ii LỜI CÁM ƠN Tôi xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến T.S Huỳnh Nguyễn Duy Bảo và Th.S Ngô Thị Hoài Dƣơng đã trực tiếp và tận tình hƣớng dẫn khoa học giúp tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin đƣợc gửi lời cám ơn đến các thầy cô trong Ban Giám hiệu, Khoa Sau Đại học, Khoa Công nghệ thực phẩm, Viện Công nghệ Sinh học và Môi trƣờng, Trung tâm Thí nghiệm thực hành đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cám ơn các thầy cô đã dày công dạy dỗ chỉ bảo chúng tôi trong những năm học tập tại trƣờng. Xin gửi lời biết ơn tới gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh động viên giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu. iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CÁM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 3 1.1. Tổng quan về NLCL trong chế biến tôm đông lạnh 3 1.1.1. Tình hình xuất khẩu tôm đông lạnh ở Việt Nam 3 1.1.2. Thành phần tính chất của NLCL sau quá trình chế biến tôm đông lạnh xuất khẩu 3 1.1.2.1. Thành phần NLCL sau chế biến tôm đông lạnh 3 1.1.2.2. Thành phần hóa học của đầu tôm 4 1.1.2.3. Thành phần hóa học của vỏ tôm 5 1.1.2.4. Một số nghiên cứu xác định thành phần hóa học của NLCL trong chế biến tôm đông lạnh 5 1.1.3. Tận dụng NLCL của quá trình chế biến tôm đông lạnh 6 1.1.3.1. Sử dụng NLCL trong sản xuất thức ăn chăn nuôi 6 1.1.3.2. Sử dụng NLCL tách chiết protease bổ sung vào thực phẩm 7 1.1.3.3. Sử dụng NLCL tách chiết astaxanthin 7 1.1.3.4. Tận thu protein, peptid từ NLCL tôm sử dụng trong thực phẩm 7 1.1.3.5. Sử dụng sản xuất chitin, chitosan 8 1.2. Tổng quan về enzyme protease 9 1.2.1. Enzyme protease 9 1.2.1.1. Nguồn thu nhận enzyme protease 9 1.2.1.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt động của enzyme protease 9 1.2.1.3. Ứng dụng của enzyme protease 12 1.2.2. Enzyme Pepsin 15 1.3. Tổng quan về chitin và công nghệ sản xuất chitin 16 iv 1.3.1. Chitin 16 1.3.2. Ứng dụng của chitin 17 1.3.3. Công nghệ sản xuất chitin 17 1.3.3.1. Sản xuất chitin bằng phƣơng pháp hóa học 17 1.3.3.2. Sản xuất chitin bằng phƣơng pháp sinh học 18 1.3.3.3. Sản xuất chitin bằng phƣơng pháp hóa học kết hợp sinh học 19 CHƢƠNG II: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 2.1. Nguyên vật liệu và hóa chất thiết bị 22 2.1.1. Đầu và vỏ tôm 22 2.1.2. Enzyme Pepsin 22 2.1.3. Hóa chất, thiết bị 22 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 23 2.3. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm 23 2.3.1. Bố trí thí nghiệm tổng quát 23 2.3.2. Xác định ảnh hƣởng của việc xử lý cơ học bằng phƣơng pháp ép đến hàm lƣợng protein, khoáng của nguyên liệu đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng 25 2.3.3. Nghiên cứu ảnh hƣởng của quá trình xử lý với HCl đến hàm lƣợng protein, khoáng trên đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng 26 2.3.4. Nghiên cứu chế độ xử lý đầu, vỏ tôm với Pepsin 27 2.3.5. Nghiên cứu chế độ xử lý NaOH trên đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng 37 2.3.6. So sánh chất lƣợng chitin của quy trình sản xuất chitin thu đƣợc với quy trình tham khảo 40 2.4. Phƣơng pháp phân tích 40 2.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu 40 CHƢƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 41 3.1. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của việc xử lý cơ học bằng phƣơng pháp ép đến hàm lƣợng protein, khoáng của nguyên liệu đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng 41 3.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của quá trình xử lý với HCl đến hàm lƣợng protein, khoáng trên vỏ, đầu tôm thẻ chân trắng 41 3.3. Kết quả nghiên cứu chế độ xử lý đầu, vỏ tôm thẻ bằng enzyme Pepsin 44 3.3.1. Kết quả nghiên cứu chế độ xử lý vỏ tôm thẻ chân trắng bằng Pepsin 44 v 3.3.1.1. Kết quả khảo sát khả năng sử dụng Pepsin trên vỏ tôm thẻ chân trắng 44 3.3.1.2. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời điểm bổ sung Pepsin đến HQKP và HQKK 46 3.3.1.3. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ xử lý với Pepsin đến HQKP và HQKK 48 3.3.1.4. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian xử lý với Pepsin đến HQKP và HQKK 49 3.3.1.5. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng và tƣơng tác của các yếu tố đến HQKP và HQKK của Pepsin 51 3.3.1.6. Tối ƣu hóa quá trình khử protein bằng enzyme Pepsin trên vỏ tôm thẻ chân trắng 52 3.3.2. Kết quả nghiên cứu chế độ xử lý với Pepsin trên bã đầu tôm thẻ chân trắng 58 3.3.2.1. Kết quả khảo sát khả năng sử dụng Pepsin trên bã đầu tôm thẻ chân trắng 58 3.3.2.2. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời điểm bổ sung Pepsin đến HQKP và HQKK 59 3.3.2.3. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng và tƣơng tác của các yếu tố đến HQKP của Pepsin trên bã đầu tôm thẻ chân trắng 60 3.3.2.4. Tối ƣu hóa quá trình khử protein bằng Pepsin trên đầu tôm thẻ chân trắng 61 3.4. Kết quả khảo sát chế độ xử lý đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng bằng NaOH 66 3.4.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ NaOH đến hàm lƣợng protein còn lại trên chitin từ đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng 66 3.4.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của thời gian xử lý NaOH đến hàm lƣợng protein còn lại trên chitin thô 67 3.4.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ xử lý NaOH đến hàm lƣợng protein còn lại trên chitin thô 68 3.4.4. Đề xuất quy trình sản xuất chitin từ đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng 70 3.5. Kết quả đánh giá chất lƣợng chitin đầu, vỏ tôm thu đƣợc từ quy trình đề xuất 71 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC 78 vi DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Bảng mã hóa các nhân tố nghiên cứu 32 Bảng 2.2. Bảng mã hóa các nhân tố nghiên cứu 36 Bảng 3.1. Thành phần hóa học vỏ, đầu tôm thẻ trƣớc và sau khi ép 41 Bảng 3.2. Mức độ ảnh hƣởng của các yếu tố trong quá trình khử protein bằng Pepsin trên vỏ tôm thẻ chân trắng 51 Bảng 3.3. Giá trị các thông số tối ƣu cho quá trình khử protein bằng enzyme Pepsin trên vỏ tôm thẻ chân trắng 52 Bảng 3.4. Phân tích chọn mô hình 52 Bảng 3.5. Bảng phân tích tính phù hợp của mô hình tối ƣu đã chọn 53 Bảng 3.6. Kết quả phân tích các chỉ số thống kê tƣơng ứng với mô hình tối ƣu 54 Bảng 3.7. Chế độ tối ƣu đề xuất từ phần mềm 57 Bảng 3.8. Kết quả kiểm định sự chính xác của phƣơng trình hồi quy 57 Bảng 3.9. Đánh giá mức độ ảnh hƣởng của các yếu tố trong quá trình khử protein bằng Pepsin trên đầu tôm thẻ chân trắng 61 Bảng 3.10. Giá trị các thông số tối ƣu cho quá trình khử protein bằng Pepsin trên đầu tôm thẻ chân trắng 62 Bảng 3.11. Phân tích chọn mô hình 62 Bảng 3.12. Bảng phân tích tính phù hợp của mô hình tối ƣu đã chọn 63 Bảng 3.13. Kết quả phân tích các chỉ số thống kê tƣơng ứng với mô hình tối ƣu 64 Bảng 3.14. Chế độ tối ƣu đề xuất 65 Bảng 3.15. Kiểm định sự chính xác của phƣơng trình hồi quy 66 Bảng 3.16. Kết quả so sánh chitin theo quy trình (*) và quy trình tham khảo 71 Bảng 3.17. Kết quả so sánh chitosan sản xuất theo qui trình (*) và qui trình tham khảo71 vii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Sự sắp xếp các chuỗi polyme của α-chitin, β-chitin, γ-chitin 16 Hình 2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát 23 Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thành phần hóa học cơ bản của đầu, vỏ tôm nguyên liệu, bã ép đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng 25 Hình 2.3. Sơ đồ khảo sát ảnh hƣởng của quá trình xử lý với HCl đến hàm lƣợng protein, khoáng trên vỏ tôm thẻ chân trắng 26 Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát nghiên cứu chế độ xử lý với Pepsin trên vỏ tôm thẻ chân trắng 27 Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát khả năng sử dụng Pepsin trên vỏ tôm thẻ chân trắng 28 Hình 2.6. Sơ đồ khảo sát ảnh hƣởng của thời điểm bổ sung enzyme đến HQKK và HQKP của enzyme Pepsin 29 Hình 2.7. Sơ đồ khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến khả năng khử khoáng, khử protein trong vỏ tôm khi kết hợp xử lý bằng HCl và Pepsin 30 Hình 2.8. Sơ đồ khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng khử khoáng, khử protein trong vỏ tôm khi kết hợp xử lý bằng HCl và Pepsin 31 Hình 2.9. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát chế độ xử lý với Pepsin trên đầu tôm thẻ chân trắng 33 Hình 2.10. Sơ đồ khảo sát khả năng sử dụng Pepsin trên đầu tôm thẻ chân trắng 34 Hình 2.11. Sơ đồ khảo sát ảnh hƣởng của thời điểm bổ sung Pepsin đến khả năng tách protein, khoáng trên vỏ tôm thẻ 35 Hình 2.12. Sơ đồ khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ NaOH đến hàm lƣợng protein còn lại trên chitin từ đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng 37 Hình 2.13. Sơ đồ khảo sát ảnh hƣởng của thời gian xử lý NaOH đến hàm lƣợng protein còn lại trên chitin từ đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng 38 Hình 2.14. Sơ đồ khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ xử lý NaOH đến hàm lƣợng protein còn lại trên chitin từ đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng 39 Hình 3.1. Ảnh hƣởng thời gian xử lý với HCl đến HQKP 42 Hình 3.2. Ảnh hƣởng của thời gian xử lý với HCl đến HQKK 42 viii Hình 3.3. Ảnh hƣởng của việc loại/không loại dịch sau xử lý với HCl và nồng độ Pepsin bổ sung đến HQKP 44 Hình 3.4. Ảnh hƣởng của việc loại/không loại dịch sau xử lý với HCl và nồng độ Pepsin bổ sung đến HQKK 45 Hình 3.5. Ảnh hƣởng của thời điểm bổ sung Pepsin đến HQKP 46 Hình 3.6. Ảnh hƣởng của thời điểm bổ sung Pepsin đến HQKK 47 Hình 3.7. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến HQKP khi xử lý với Pepsin 48 Hình 3.8. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến HQKK khi xử lý với Pepsin 49 Hình 3.9. Ảnh hƣởng của thời gian xử lý với Pepsin đến HQKP 50 Hình 3.10. Ảnh hƣởng của thời gian xử lý với Pepsin đến HQKK 50 Hình 3.11. Đồ thị không gian 3D và 2D biểu diễn HQKP theo các biến khảo sát: theo nhiệt độ và nồng độ (A và B); theo thời gian và nhiệt độ (B và E); theo thời gian và nồng độ (C và F) 56 Hình 3.12. Ảnh hƣởng của việc xử lý cơ học và bổ sung Pepsin đến HQKP 58 Hình 3.13. Ảnh hƣởng của việc xử lý cơ học và bổ sung Pepsin đến HQKK 59 Hình 3.14. Ảnh hƣởng của thời điểm bổ sung Pepsin đến HQKP, HQKK 60 Hình 3.15. Đồ thị không gian 3D và 2D biểu diễn HQKP theo nồng độ và thời gian 64 Hình 3.16. Ảnh hƣởng của nồng độ NaOH đến hàm lƣợng protein còn lại trên chitin từ đầu, vỏ tôm thẻ 67 Hình 3.17. Ảnh hƣởng của thời gian xử lý NaOH đến đến hàm lƣợng protein còn lại trên chitin từ đầu, vỏ tôm thẻ 68 Hình 3.18. Ảnh hƣởng của nhiệt độ xử lý NaOH đến hàm lƣợng protein còn lại trên chitin từ đầu, vỏ tôm thẻ 69 [...]... hóa, hoạt động trong môi trƣờng acid Nghiên cứu sử dụng enzyme Pepsin trong quá trình sản xuất chitin có thể kết hợp quá trình khử protein trong quá trình khử khoáng bằng HCl Từ thực tế trên cho thấy việc Nghiên cứu kết hợp khử protein trong công đoạn khử khoáng của quy trình sản xuất chitin từ vỏ, đầu tôm thẻ chân trắng bằng Pepsin và HCl mang tính cấp thiết nhằm tìm ra quy trình sản xuất chitin có chất... (HQKP) của enzyme Pepsin - Tối ƣu hóa quá trình khử khoáng kết hợp với khử protein bằng enzyme Pepsin - Hoàn thiện và đề xuất quy trình sản xuất chitin kết hợp khử protein trong công đoạn khử khoáng bằng enzyme Pepsin và HCl 3 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về NLCL trong chế biến tôm đông lạnh 1.1.1 Tình hình xuất khẩu tôm đông lạnh ở Việt Nam Xuất khẩu tôm có tốc độ tăng trƣởng rất lớn và đƣợc... sử dụng trong thực phẩm, dƣợc phẩm, mỹ phẩm, rút ngắn thời gian sản xuất, nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn NLCL sau chế biến tôm đông lạnh 2  Mục tiêu của đề tài: Nghiên cứu kết hợp khử protein bằng enzyme Pepsin trong công đoạn khử khoáng bằng HCl để rút ngắn thời gian sản xuất và giảm lƣợng hóa chất sử dụng trong sản xuất chitin từ đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng  Tính khoa học và thực tiễn của đề tài:... enzyme trong sản xuất chitin từ đầu, vỏ tôm + Làm cơ sở để triển khai ứng dụng enzyme Pepsin vào sản xuất chitin chất lƣợng cao Rút ngắn thời gian sản xuất ở quy trình sản xuất chitin quy mô lớn  Nội dung nghiên cứu: - Xác định thành phần hóa học cơ bản của vỏ, đầu tôm nguyên liệu và đầu vỏ tôm sau tách dịch ép - Xác định thời điểm bổ sung enzyme Pepsin - Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu quả khử protein. .. đến năng suất sản xuất quy mô công nghiệp Thêm vào đó chi phí sản xuất do sử dụng enzyme còn cao Vì vậy trên thực tế các doanh nghiệp sản xuất chƣa áp dụng phƣơng pháp sinh học vào sản xuất Hiện nay các công trình nghiên cứu sản xuất chitin thƣờng áp dụng kết hợp phƣơng pháp hóa học và phƣơng pháp sinh học để khử protein và khoáng 1.3.3.3 Sản xuất chitin bằng phƣơng pháp hóa học kết hợp sinh học Đây... vải, làm bền màu sản phẩm Trong y học chitin và dẫn xuất đƣợc sử dụng làm lành vết thƣơng và giảm di ứng 1.3.3 Công nghệ sản xuất chitin Ngoài chitin, hai thành phần chính trong NLCL là protein và khoáng Vì vậy để sản xuất chitin cần loại bỏ protein, khoáng và một số thành phần khác Có ba phƣơng pháp chính đƣợc nghiên cứu ứng dụng trong sản xuất chitin, chitosan 1.3.3.1 Sản xuất chitin bằng phƣơng pháp... phát triển trong tƣơng lai 1.1.3.5 Sử dụng sản xuất chitin, chitosan Nghiên cứu và ứng dụng sản xuất nhiều nhất là sản xuất chitin, chitosan và các dẫn xuất của nó đồng thời thu hồ ất màu axtaxanthin, protein, khoáng Dạng tồn tại, cấu trúc, tính chất lý hóa và ứng dụng của chitin, chitosan đã đƣợc công bố từ những năm 30 của thế kỷ XX Những nƣớc đã thành công trong lĩnh vực nghiên cứu sản xuất chitin, ... truyền thống đƣợc nghiên cứu và áp dụng rộng rãi Hiện nay hầu hết các nhà máy sản xuất chitin đều sử dụng phƣơng pháp này Thông thƣờng sử dụng NaOH để khử protein và HCl khử khoáng Ƣu điểm của phƣơng pháp là hiệu quả cao, hàm lƣợng protein và khoáng còn lại trong chitin thấp, thời gian khử protein, khoáng cũng đƣợc rút ngắn đáng kể Nghiên cứu của Stevens (2002) đầu vỏ tôm đƣợc khử protein bằng NaOH 4%,... đầu vỏ tôm đƣợc khử protein bằng NaOH 4%, ở nhiệt độ 30oC trong 24 giờ sau đó khử khoáng HCl 4% ở cùng nhiệt độ và thời gian cho sản phẩm chitin có hàm lƣợng khoáng và protein . việc Nghiên cứu kết hợp khử protein trong công đoạn khử khoáng của quy trình sản xuất chitin từ vỏ, đầu tôm thẻ chân trắng bằng Pepsin và HCl mang tính cấp thiết nhằm tìm ra quy trình sản xuất. trình khử khoáng kết hợp với khử protein bằng enzyme Pepsin. - Hoàn thiện và đề xuất quy trình sản xuất chitin kết hợp khử protein trong công đoạn khử khoáng bằng enzyme Pepsin và HCl. 3 . DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG ĐÀO THỊ TUYẾT MAI NGHIÊN CỨU KẾT HỢP KHỬ PROTEIN TRONG CÔNG ĐOẠN KHỬ KHOÁNG CỦA QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHITIN TỪ VỎ, ĐẦU TÔM THẺ CHÂN TRẮNG BẰNG