Thiết kế phân xưởng sản xuất chitosan từ đầu và vỏ tôm, năng suất 500 kg sản phẩm

----o0o---- NGUYỄN THỊ TUYẾT SƯƠNG THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT CHITOSAN TỪ ĐẦU VÀ VỎ TÔM, NĂNG SUẤT 500KG SẢN PHẨM/NGÀY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Nha

o0o

NGUYỄN THỊ TUYẾT SƯƠNG

THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT CHITOSAN TỪ

ĐẦU VÀ VỎ TÔM, NĂNG SUẤT 500KG SẢN PHẨM/NGÀY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Nha Trang, tháng 6 năm 2014

o0o

NGUYỄN THỊ TUYẾT SƯƠNG

THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT CHITOSAN TỪ

ĐẦU VÀ VỎ TÔM, NĂNG SUẤT 500KG SẢN PHẨM/NGÀY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

GVHD : TS VŨ DUY ĐÔ

Nha Trang, tháng 6 năm 2014

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian học tập và thực hiện đồ án khóa luận tốt nghiệp tại trường Đại học Nha Trang, mặc dù gặp nhiều khó khăn, nhưng với sự dìu dắt quý báu của thầy

cô, sự ủng hộ của gia đình và bạn bè, cùng với sự nỗ lực của bản thân, tôi đã hoàn

thành xong đề tài “Thiết kế phân xưởng sản xuất chitosan từ đầu và vỏ tôm, năng

suất 500 kg sản phẩm/ngày”

Trước hết, tôi vô cùng biết ơn ban giám hiệu trường Đại học Nha Trang, các thầy cô trong khoa Công nghệ thực phẩm đã trang bị cho tôi những kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập và rèn luyện tại trường để tôi có thể làm cơ sở thực hiện đề tài và vững bước vào đời

Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy TS Vũ Duy

Đô đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia dình, người thân và bạn bè đã tạo điều kiện, động viên, khích lệ để tôi vượt qua mọi khó khăn trong quá trình học tập vừa qua

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Khánh Hòa, ngày 08 tháng 06 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Tuyết Sương

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC HÌNH ix

LỜI MỞ ĐẦU 1

Chương 1 LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 3

1.1 Tổng quan về công nghệ sản xuất chitin - chitosan 3

1.1.1 Quy trình công nghệ chung sản xuất chitin - chitosan 3

1.1.2 Tình hình nghiên cứu chitin-chitosan trên thế giới và ở Việt Nam 6

1.1.3 Một số quy trình sản xuất chitin – chitosan hiện nay 8

1.2 Ý nghĩa, nhiệm vụ, yêu cầu và các điều kiện thiết kế 11

1.2.1 Ý nghĩa của việc thiết kế phân xưởng sản xuất chitosan 11

1.2.2 Nhiệm vụ thiết kế 12

1.2.3 Yêu cầu đối với thiết kế: Đáp ứng tiêu chuẩn HACCP 13

1.2.4 Các điều kiện thiết kế 17

Chương 2 XÁC ĐỊNH CÔNG NGHỆ, TÍNH CÂN BẰNG NGUYÊN, VẬT LIỆU, TÍNH CHỌN MÁY, THIẾT BỊ VÀ LAO ĐỘNG 22

2.1 Xác định công nghệ, tính cân bằng nguyên, vật liệu 22

2.1.1 Nguyên liệu 22

2.1.2 Quy trình công nghệ sản xuất chitosan 26

2.1.3 Cân bằng nguyên, vật liệu 31

2.2 Tính chọn máy, thiết bị 42

2.2.1 Nguyên tắc chọn máy, thiết bị 42

2.2.2 Tính chọn máy, thiết bị ở phân xưởng 44

2.2.3 Tính chọn máy, thiết bị phụ 55

2.3 Bố trí nhân lực phân xưởng 57

2.3.1 Lao động trưc tiếp sản xuất 57

2.3.2 Lao động gián tiếp 61

Chương 3 QUI HOẠCH MẶT BẰNG XƯỞNG SẢN XUẤT 63

3.1 Nguyên tắc bố trí mặt bằng phân xưởng 63

3.2 Các công trình cụ thể 64

3.2.1 Phân xưởng sản xuất chính 64

3.2.2 Kho thành phẩm 70

3.2.3 Kho bảo quản nguyên liệu 72

3.2.4 Kho hóa chất 73

3.2.5 Kho bao bì 76

3.2.6 Phòng quản đốc 76

3.2.7 Phòng KCS 76

3.2.8 Phân xưởng cơ điện 77

3.2.9 Phân xưởng nồi hơi 77

3.2.10 Kho chứa dầu FO 77

3.2.11 Bể dự trữ nước 78

3.2.12 Khu xử lý dịch thải thu hồi hóa chất 78

3.2.13 Trạm xử lý nước thải 78

Chương 4 TÍNH NHU CẦU NĂNG LƯỢNG, NƯỚC, XỬ LÝ NƯỚC THẢI 81

4.1 Tính điện năng 81

4.1.1 Tính điện chiếu sáng 81

4.1.2 Tính điện động lực 85

4.2 Tính nhiệt và hơi 86

4.2.1 Tính nhiệt và hơi dùng cho thùng ngâm công đoạn ngâm trong NaOH 86

4.2.2 Tính nhiệt và hơi dùng cho thùng ngâm công đoạn deacetyl 89

4.2.3 Tính nhiệt và hơi cho công đoạn sấy 92

4.2.4 Tính hơi dùng cho nhu cầu khác 92

4.2.5 Tính hơi dùng cho toàn phân xưởng 93

4.2.6 Chọn nồi hơi và tính nhiên liệu 93

4.3 Tính nước 94

4.3.1 Lượng nước tiêu thụ trong phân xưởng sản xuất chính 94

4.3.2 Lượng nước dùng cho nồi hơi 95

4.3.3 Lượng nước dùng cho sinh hoạt 96

4.4 Xử lý nước thải 96

Chương 5 TÍNH KINH TẾ 99

5.1 Tính vốn đầu tư cố định 99

5.1.1 Vốn đầu tư xây dựng 99

5.1.2 Vốn đầu tư máy, thiết bị 100

5.2 Tính chi phí sản xuất 100

5.2.1 Chi phí nguyên, vật liệu 100

5.2.2 Chi phí nhân công 101

5.2.3 Chi phí điện 103

5.2.4 Chi phí nước 103

5.2.5 Chi phí nhiên liệu 104

5.2.6 Chi phí khấu hao 104

5.2.7 Chi phí phát sinh 104

5.3 Tính giá thành sản phẩm 104

5.3.1 Chi phí quản lý doanh nghiệp 104

5.3.2 Chi phí bán hàng 105

5.3.3 Giá thành sản phẩm 105

5.3.4 Định giá sản phẩm 105

5.4 Tính hiệu quả kinh tế 105

5.4.1 Tổng doanh thu 105

5.4.2 Lãi gộp 105

5.4.3 Lãi thuần 105

5.4.4 Lợi nhuận thuần 106

5.4.5 Lợi nhuận sau thuế 106

5.4.5 Thời gian thu hồi vốn 106

5.4.6 Tỷ suất lợi nhuận trên doanh thu 106

KẾT LUẬN 107

TÀI LIỆU THAM KHẢO 108

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thống kê yếu tố khí tượng tỉnh Khánh Hòa năm 2012 18

Bảng 2.1 Thành phần trọng lượng của tôm (%) 22

Bảng 2.2 Thành phần hóa học của phế liệu tôm (%) 25

Bảng 2.3 Thành phần hóa học của vỏ tôm sú 25

Bảng 2.4 Tính chất lý hóa của HCl, NaOH 26

Bảng 2.5 Sơ đồ nhập nguyên, vật liệu 31

Bảng 2.6 Biểu đồ sản xuất theo ca 32

Bảng 2.7 Biểu đồ sản xuất cụ thể 32

Bảng 2.8 Tỷ lệ hao phí nguyên liệu trong quy trình sản xuất chitosan 34

Bảng 2.9 Bảng tổng hợp định mức và năng suất các công đoạn 35

Bảng 2.10 Bảng tổng hợp nhu cầu hóa chất cho dây chuyền sản xuất 39

Bảng 2.11 Bảng tổng hợp nguyên liệu sản phẩm 40

Bảng 2.12 Biểu đồ quá trình kỹ thuật 41

Bảng 2.13 Thống kê các máy, thiết bị trong phân xưởng 55

Bảng 2.14 Bảng bố trí công nhân tổ đóng gói 57

Bảng 2.15 Bảng bố trí công nhân trực tiếp sản xuất 58

Bảng 2.16 Bảng bố trí công nhân phụ 59

Bảng 2.17 Bảng bố trí lao động gián tiếp 61

Bảng 2.18 Bảng tổng hợp lao động trong phân xưởng 62

Bảng 3.1 Bảng tổng hợp các công trình xây dựng phân xưởng 79

Bảng 4.1 Bảng tổng hợp điện chiếu sáng 84

Bảng 4.2 Bảng tổng hợp điện động lực 85

Bảng 4.3 Lượng hơi dùng cho toàn phân xưởng 93

Bảng 4.4 Bảng tiêu hao nước cho công đoạn rửa trung tính 95

Bảng 5.1 Bảng tổng hợp giá thành các công trình xây dựng phân xưởng 99

Bảng 5.2 Bảng tổng hợp giá thành các máy, thiết bị chính 100 Bảng 5.3 Chi phí nguyên, vật liệu cho phân xưởng 101 Bảng 5.4 Tiền lương của lao động gián tiếp 102

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ quy trình sản xuất chitosan của nhóm nghiên cứu của Nhật 7

Hình 1.2 Sơ đồ quy trình sản xuất chitosan Yamashaki và Nakamichi 8

Hình 1.3 Sơ đồ quy trình sản xuất chitosan của Trần Thị Luyến 9

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình sản xuất 25

Hình 2.2 Sơ đồ hồi lưu dịch thải và nước thải trong quá trình sản xuất chitosan 34

Hình 2.3 Cấu tạo máy rửa băng chuyền 42

Hình 2.4 Máy rửa băng chuyền 43

Hình 2.5 Cấu tạo máy ép tách dịch 44

Hình 2.6 Máy đóng gói đứng TTM-1300KB 50

Hình 2.7 Máy dò kim loại băng tải tự động D-300 51

Hình 3.1 Sơ đồ mặt bằng khu ngâm 62

Hình 3.2 Sơ đồ mặt bằng khu xử lý nguyên liệu 63

Hình 3.3 Sơ đồ mặt bằng khu bao gói 65

Hình 3.4 Sơ đồ mặt bằng khu thay đồ, vệ sinh 66

Hình 3.5 Sơ đồ mặt bằng xưởng cơ điện 72

Hình 3.6 Sơ đồ mặt bằng phân xưởng 75

Hình 4.1 Sơ đồ quy trình xử lý nước thải 92

LỜI MỞ ĐẦU

Chế biến phế liệu thành các sản phẩm giá trị gia tăng là một lĩnh vực đang được quan tâm phát triển theo hướng nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên, sản xuất sản phẩm mới, ứng dụng sản xuất sạch hơn, hạn chế ô nhiễm môi trường nhằm góp phần phát triển bền vững sản xuất công nghiệp Ở Việt Nam, vài thập kỷ qua đánh dấu một bước phát triển ngoạn ngục của ngành thủy sản Chỉ riêng các mặt hàng từ tôm đã đạt kim ngạch xuất khẩu trung bình 1,5 tỷ USD Phế liệu tôm theo đó ước tính trên 100.000 tấn/năm với lượng chitin (tinh khiết) tương ứng trên 4 000 tấn Vì vậy, cần phải nghiên cứu và sử dụng nguồn phế liệu này để sản xuất các sản phẩm có giá trị, nâng cao hiệu quả sử dụng nguyên liệu, giải quyết vấn đề chất thải trong quá trình chế biến Trong phế liệu thủy sản chứa rất nhiều thành phần có giá trị, đặc biệt là chitin - chitosan, là các polymer sinh học đang được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp từ thực thực phẩm, nông nghiệp, đến y học

Hiện nay, ở Việt Nam đã có nhiều nhà máy sản xuất chitin - chitosan từ phế liệu chế biến thủy sản để nâng cao hiệu quả của quá trình chế biến và giảm thiểu từ gốc sự

ô nhiễm môi trường của công nghệ chế biến thủy sản Mặc dù tình hình sản xuất chitin

- chitosan khá lạc quan, công nghệ sản xuất chitin - chitosan ở Việt Nam đang còn ở trình độ hạn chế, chưa tạo được sản phẩm thỏa mãn yêu cầu để có thể xuất qua các thị trường như Nhật, Hàn Quốc, Mỹ Công nghệ hiện nay còn gây ô nhiễm môi trường rất lớn và chi phí sản xuất cao vì chưa tận thu các thành phần có giá trị khác bên cạnh chitin như protein, chất màu từ phế liệu thủy sản Điều này do nhiều nguyên nhân Một trong các nguyên nhân căn bản là nhà sản xuất mong muốn đầu tư ít, luật pháp về môi trường chưa nghiêm và sản phẩm thô vẫn đang có thị trường chấp nhận Tuy vậy, để có thể khai thác nguồn phế liệu này có hiệu quả hơn, mang lại lợi nhuận lớn hơn và giảm

ô nhiễm môi trường, cần có đầu tư thích đáng hơn và cải tiến căn bản công nghệ sản xuất đang áp dụng hiện nay

Để đáp ứng yêu cầu và nhiệm vụ đặt ra trong điều kiện thực tế ở nước ta, tôi

được giao nhiêm vụ : “Thiết kế phân xưởng sản xuất chitosan từ đầu và vỏ tôm,

năng suất 500 kg sản phẩm /ngày”

Nội dung đề tài:

1) Lập luận kinh tế kỹ thuật cho thiết kế;

2) Xác định công nghệ, tính cân bằng nguyên, vật liệu, tính chọn máy, thiết bị

và lao động cho xưởng sản xuất;

3) Qui hoạch mặt bằng xưởng sản xuất;

4) Tính nhu cầu năng lượng, nước, xử lý nước thải cho xưởng sản xuất;

5) Tính kinh tế cho xưởng sản xuất

Trong thời gian thực hiện đề tài, dù đã có nhiều cố gắng, tuy nhiên do lần đầu tiên tiếp xúc với công việc thiết kế cùng với việc thiếu kinh nghiệm và kiến thức còn nhiều hạn chế nên đề tài của tôi vẫn có nhiều thiếu sót Tôi rất mong được sự đóng góp

ý kiến của quý thầy cô và các bạn để đề tài của tôi được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cám ơn!

Chương 1 LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 1.1 Tổng quan về công nghệ sản xuất chitin - chitosan

1.1.1 Quy trình công nghệ chung sản xuất chitin - chitosan [12], [13], [21]

Khác với các polymer khác, trong quá trình nấu chiết, người ta thường hòa tan polymer ra dung dịch rồi sau đó lọc, và tách dung môi để thu hồi dưới dạng rắn Chitin ngược lại, khi tách chiết, người ta lại làm ngược với các polymer thực vật là lấy tất cả các tạp chất ra khỏi vỏ giáp xác, phần còn lại sẽ là chitin Trên thực tế có rất nhiều quy trình sản xuất chitin - chitosan khác nhau Tùy theo mục đích của sản phẩm mà người

ta chọn quy trình sản xuất chitosan phù hợp Các quy trình có phương pháp sản xuất, số công đoạn, thứ tự công đoạn, loại hóa chất và thông số xử lý khác nhau Thế nhưng dựa vào tính chất tồn tại của chitin - chitosan trong tự nhiên mà để tách triết chúng thường qua các quá trình chính là khử khoáng, khử protein, tẩy màu và deacetyl hóa

CaCO3 + 2 HCl = CaCl2 + CO2↑ + H2O

Ca3(PO4)2 + 6 HCl = 3 CaCl2 + 2 H3PO4Khí CO2 sinh ra được giải phóng ra ngoài môi trường, trong quá trình thoát ra

nó làm cho nguyên liệu nổi lên Do vậy trong quá trình ngâm phải khuấy đảo liên tục

để khí thoát ra đều và để axit tác động đều đến nguyên liệu

Muối sinh ra hòa tan trong nước rửa nên dễ dàng được rửa trôi ở công đoạn rửa trung tính

Trong môi trường axit một phần protein bị biến tính nên nó bị tách ra khỏi liên kết protein-astasanthin, astasanthin được tách ra ở dạng tự do dễ bị oxy hóa trong không khí chuyển thành astacin có màu đỏ đặc trưng

Trong quá trình khử khoáng thì nồng độ axit HCl, thời gian xử lý và tỷ lệ nguyên liệu/dung dịch HCl có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả khử khoáng và chất lượng của

chitin - chitosan thành phẩm

Ngoài ra, có thể khử khoáng bằng acid hữu cơ như acid lactic, acid acetic, acid citric Khi sử dụng acid hữu cơ để tách khoáng thì chitin - chitosan thu được có độ tinh sạch cao, có thể đáp ứng về yêu cầu độ tinh sạch của chitin trong y dược, thực phẩm Ngoài ra, chitin - chitosan thu được có phân tử lượng lớn và độ nhớt cao

 Khử protein, lipit

Dùng kiềm để thủy phân các protein ở dạng liên kết trong nguyên liệu thành axit amin, peptit, protein tự do và thủy phân lipit tạo thành glycerin và muối của axit béo hòa tan vào trong môi trường Để khử protein, lipit thường dùng NaOH ở nồng độ vừa phải

Trong quá trình khử protein, lipit thì nồng độ, nhiệt độ, thời gian xử lý và tỷ lệ nguyên liệu/dung dịch NaOH có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất khử protein, lipit và chất lượng chitin - chitosan thành phẩm

Hiện nay, có nhiều nghiên cứu và triển khai thí nghiệm sử dụng protease để thủy phân protein trong quá trình sản xuất chitin từ phế liệu thủy sản Tuy nhiên, các nghiên cứu này chỉ mới triển khai ở quy mô phòng thí nghiệm và kết quả nghiên cứu cho thấy

sử dụng enzyme không khử triệt để được protein từ phế liệu thủy sản và hàm lượng protein còn lại ở mẫu chitin khá cao (6-9%) Vì vậy, để triển khai ở quy mô sản xuất lớn cần nghiên cứu thêm để nâng cao hiệu quả quy trình có sử dụng enzyme để khử protein

 Tẩy màu

Trong phế liệu tôm và cua có chứa một lượng lớn chất màu, chủ yếu thuộc nhóm carotenoid: astacene, astaxanthin, canthaxanthin, lutein và β-carotene Trong quá trình sản xuất chitin, để chitin có màu trắng đẹp thì cần có công đoạn tẩy màu Việc tẩy màu này có thể thực hiện bằng cách phơi dưới ánh nắng mặt trời hoặc xử lý bằng các chất tẩy màu thông dụng như KMnO4, H2O2, NaOCl, NaHSO3 Thông thường H2O2 và NaOCl được sử dụng nhiều nhất

Tuy nhiên, quá trình tẩy màu thường đi kèm với quá trình cắt mạch chitin, nên dẫn đến chitosan có phân tử lượng thấp Vì vậy, chế độ tẩy màu cần phải được nghiên cứu lựa chọn phù hợp để hạn chế cắt mạch chitin Quá trình tẩy màu cần tiến hành nhanh, sử dụng nồng độ thích hợp cho từng loại nguyên liệu Thông thường quá trình tẩy màu chỉ sử dụng đối với phế liệu tôm vì hàm lượng sắc tố cao, còn đối với xương mực thì không cần thiết phải có bước tẩy màu

 Deacetyl hóa

Deacetyl là quá trình khử nhóm acetyl (-COCH3) có trong cấu trúc phân tử của chitin để chuyển chitin thành chitosan Thông thường quá trình deacetyl được thực hiện bằng cách ngâm chitin trong dung dịch NaOH hoặc KOH đậm đặc Nồng độ thường sử dụng là 40 - 50%, ở nhiệt độ 100oC hoặc cao hơn Công đoạn deacetyl được thực ở những chế độ rất đa dạng, phong phú, tùy thuộc vào nguồn chitin và yêu cầu về tính chất của chitosan

Người ta có thể sử dụng acid đặc để thực hiện quá trình deacetyl Tuy nhiên, việc xử lý bằng acid đặc thường kèm theo quá trình cắt mạch của polymer, do đó thực hiện deacetyl trong kiềm đặc vẫn là phương pháp thường được sử dụng

Ngoài ra, có thể dùng tác nhân sinh học là enzym chitin deacetylase (CDA) thu

nhận từ nấm Absidia coerulia cho quá trình deacetyl Áp dụng enzymer để deacetyl có

nhiều ý nghĩa như nâng cao chất lượng sản phẩm chitosan, tránh sử dụng hóa chất đậm đặc, hạn chế ô nhiễm môi trường Các kết quả cho thấy quá trình deacetyl bằng CDA chủ yếu thực hiện đối với chitin đã deacetyl một phần, còn đối với chitin tự nhiên thì

quá trình deacetyl bằng CDA không hiệu quả Hiệu quả deacetyl bằng CDA sẽ được tăng lên nếu chitin được xử lý giảm độ rắn trước khi deacetyl bằng CDA (Stevens, 2005)

1.1.2 Tình hình nghiên cứu chitin-chitosan trên thế giới và ở Việt Nam

1.1.2.1 Tình hình nghiên cứu chitin-chitosan trên thế giới

Từ những năm 30 của thể kỷ XX việc nghiên cứu về dạng tồn tại, cấu trúc, tính chất hóa lý và ứng dụng của chitin - chitosan đã được công bố, chitin - chitosan đã được đưa vào ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, kể cả lĩnh vực sinh học và đạt được hiệu quả cao

Năm 1972, hãng Kyowa Oid Ansd Fat của Nhật Bản lần đầu tiên đưa vào sản xuất công nghiệp chitin

Năm 1990, sản lượng chitosan trên thế giới vào khoảng 1 200 tấn Hiện nay đi đầu trong lĩnh vực sản xuất và ứng dụng chitin - chitosan là Nhật Bản với 600 tấn/năm,

Mỹ 400 tấn/ năm Ngoài ra còn có các nước khác như Trung Quốc, Ấn Độ, Pháp…

Hiện nay có rất nhiều công ty lớn trên thế giới tham gia vào lĩnh vực sản xuất chitin - chitosan và họ đã nghiên cứu ra nhiều sản phẩm có nguồn gốc chitosan sử dụng thích hợp để xử lý nước, khử các ion kim loại độc, bọc hạt và nhiều ứng dụng khác trong nông nghiệp

1.1.2.2 Tình nghiên cứu chitin - chitosan ở Việt Nam

Là nước có nền khoa học kỹ thuật còn kém phát triển, việc nghiên cứu và sản xuất chitin - chitosan và ứng dụng của nó còng tương đối mới mẻ đối với nước ta Công trình vào năm 1978 – 1982 của cô Đỗ Minh Phụng tại trường Đại Học Thủy Sản (nay là trường Đại học Nha Trang) là bước khởi đầu của nước ta về lĩnh vực này, tuy nhiên bước đầu vẫn còn gặp nhiều khó khăn

Những năm gần đây, trước yêu cầu cấp bách về xử lý tận thu nguồn phế liệu và những thông tin về kỹ thuật, các nhà khoa học của nước ta bắt 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 Dược 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 Một số quy trình sản xuất chitin – chitosan hiện nay

1.1.3.1 Quy trình sản xuất của nhóm nghiên cứu ở Nhật Bản (1996)

Nhận xét: Sản phẩm chitosan sản xuất theo quy trình này có màu sắc đẹp, hàm

lượng protein và khoáng chất còn lại trong chitin thấp, chitosan thu được có tính đa

dạng cao Tuy nhiên, do quá trình tách protein và khử khoáng đều thực hiện ở nhiệt độ

cao nên phân tử lượng và độ nhớt của chitosan thu được thấp

1.1.3.2 Quy trình sản xuất của Yamashaki và Nakamichi (Nhật Bản)

Nhận xét: Thời gian được rút ngắn triệt để Giá thành sẽ rẻ do hạn chế hóa chất

Chitosan có độ tinh khiết cao Tuy nhiên, phải có thiết bị nồi cao áp do gia nhiệt lớn Màu sắc của chitosan sẽ không đẹp, màu vàng do tiến hành ở nhiệt độ cao cộng với chế

độ tẩy màu Độ nhớt thấp vì tiến hành ở nhiệt độ cao gây đứt mạch nhiều

1.1.3.3 Quy trình sản xuất của PGS.TS Trần Thị Luyến (Đại học Nha Trang)

Nguyên liệu sử dụng là vỏ tôm, vỏ cua và phế liệu của các nhà máy chế biến thuỷ sản Quá trình deacetyl được thực hiện ở nhiều mức nồng độ NaOH, thời gian và nhiệt độ Nếu dùng nồng độ NaOH thấp thì phải tăng thời gian xử lý thì chitosan thành

Chitosan

Hình 1.2 Sơ đồ quy trình sản xuất chitosan của Yamashaki và Nakamichi

Nguyên liệu (vỏ tôm)

Ngâm trong HCl

Rửa trung tính Sấy

NaOH 15M

to = 150oC

τ = 1h

phẩm mới đạt độ deacetyl cao, ngoài ra vai trò của nhiệt độ cũng được thể hiện rõ trong việc tách nhóm acetyl khi sản xuất chitosan

Nhận xét: Đây là một quy trình được nghiên cứu đầy đủ về ảnh hưởng của chế

độ xử lý deacetyl (nồng độ, nhiệt độ, thời gian) đến chất lượng chitosan (độ nhớt, độ deacetyl) Quy trình này có ý nghĩa cao vì nó đáp ứng được yêu cầu thực tế sử dụng chitosan rất đa dạng, tuỳ vào mục đích ứng dụng mà cần có độ nhớt và độ deacetyl

khác nhau

Hình 1.3 Sơ đồ quy trình sản xuất chitosan của Trần Thị Luyến

Nấu trong NaOH

1.2 Ý nghĩa, nhiệm vụ, yêu cầu và các điều kiện thiết kế

1.2.1 Ý nghĩa của việc thiết kế phân xưởng sản xuất chitosan

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 vào sự phát triển của nền kinh tế Cùng với nhịp độ phát triển của nền kinh tế trong và 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 như xuất nhập khẩu Nhưng đi cùng với sự phát triển của ngành, vấn đề phế liệu trong chế biến thủy sản là một điểm hạn chế do lượng phế liệu thải ra từ công nghiệp chế biến thủy sản hàng năm là rất lớn khoảng 100.000 tấn phế liệu tôm/năm Theo nghiên cứu của các nhà khoa học, trong thành phần cơ bản của vỏ tôm - cua - ghẹ,

chitin chiếm tỷ trọng khá lớn và có nhiều tính năng rất tốt để chế biến thành các sản

phẩm cao cấp phục vụ sản xuất và đời sống xã hội Vì vậy nhiều quy trình sản xuất chitin - chitosan từ phế liệu chế biến thủy sản đã được xây dựng để nâng cao hiệu quả quá trình chế biến và giảm thiểu từ gốc sự ô nhiễm môi trường của công nghệ chế biến thủy sản

Chitin - chitosan được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành khác nhau Các ứng dụng quan trọng bao gồm: công nghệ xử lý nước, công nghiệp dệt nhuộm, giấy; cố định enzymer, vector chuyển gen, tạo viên bọc tế bào trong công nghệ sinh học; tái tạo xương, điều trị thấp khớp, kiểm soát quá trình giải phóng của thuốc, giảm mỡ trong huyết thanh, làm da nhân tạo trong y học; làm chất giữ ẩm cho da, chất ổn định trong

mỹ phẩm; dùng làm chất điều hòa sinh trưởng cho cây, phân bón, kháng mấm trong nông nghiệp; dùng trong thực phẩm chức năng, chất xơ, chất tạo bọt, chất bảo quản, chất làm trong bia, làm bao bì trong công nghệ thực phẩm Điều đó đã làm cho chitin - chitosan ngày càng quan trọng và được sự quan tâm của cộng đồng các nhà khoa học Danh sách các ứng dụng của chitin, chitosan do đó ngày càng dài hơn [13], [21]

Trên thị trường nước ta hiện nay, có rất nhiều mặt hàng chitosan được sản xuất trong nước và nhập khẩu từ nước ngoài Trong khi đó, nước ta có nhiều ưu thế về

nguồn lợi thủy sản, có nguồn nhân lực dồi dào, giá nhân công rẻ Do đó, việc thiết kế phân xưởng sản xuất chitosan có ý nghĩa rất lớn bởi lẽ:

- Góp phần đáng kể trong việc tạo nên chitosan - sản phẩm đặc thù từ phế liệu thủy sản, có ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp từ thực phẩm, nông nhiệp đến y học

- Đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước, cạnh tranh với hàng ngoại nhập Hàng sản xuất trong nước có giá thành rẻ và chất lượng không kém hàng ngoại nhập

- Góp phần nâng cao giá trị của mặt hàng, đẩy mạnh kim ngạch xuất khẩu, thúc đẩy phát triển, tạo cơ sở vững chắc cho ngành công nghiệp sản xuất chitosan trong nền kinh tế quốc dân

- Giải quyết vấn đề phế liệu cho ngành chế biến thủy sản, nâng cao hiệu quả kinh tế, hạn chế ô nhiễm môi trường

- Sử dụng nguồn nhân lực tại chỗ, giải quyết nạn thất nghiệp và tăng thu nhập cho người dân trong khu vực

- Sự phát triển của ngành chế biến thủy cùng với công nghiệp sản xuất chitosan tạo sự phối hợp giữa ngư nghiệp, công nghiệp khai thác, nuôi trồng và chế biến góp phần thúc đẩy sự phát triển của toàn ngành thủy sản

1.2.2 Nhiệm vụ thiết kế

Nhiệm vụ của bản thiết kế này là thiết kế mới phân xưởng sản xuất chitosan từ đầu và vỏ tôm, năng suất 500 kg sản phẩm/ngày Sản phẩm được sản xuất tại phân xưởng đạt chất lượng cao, đáp ứng yêu cầu của thị trường trong và ngoài nước

Sản phẩm chitosan thu được từ quy trình sản xuất của phân xưởng đạt các chỉ tiêu sau:

- Màu sắc, trạng thái : Trắng ngà, dẻo dai

- Độ ẩm : 8,5%

- Hàm lượng tro : 0,05%

- Độ nhớt : 13,95 oE

- Độ tan : 98,97%

- Độ deacetyl : 92,75%

- Nitơ tổng số : 7,8%

Bản thiết kế cần cố gắng áp dụng những cải tiến mới, những biện pháp kỹ thuật,

tự động hóa sản xuất nhằm giảm bớt lãng phí trong sản xuất mang lại hiệu quả cao, giảm sức lao động chân tay ở những nơi vất vả nặng nhọc, độc hại Bên cạnh đó, cần lưu ý một số vấn đề trong thiết kế như:

- Tiết kiệm trong xây dựng: Cần tránh những xây dựng thừa làm tốn vật liệu xây dựng, đồng thời gây lãng phí, tốn kém trong việc sử dụng và bảo quản về sau Giảm diện tích xây dựng đến mức tối thiểu, sử dụng triệt để diện tích và thể tích phân xưởng Chú ý áp dụng những kiến trúc rẻ tiền nhưng chất lượng đảm bảo, có tính thẩm mĩ, xây dựng nhanh chóng, không cần thiết có những công trình kiến trúc với nghệ thuật cầu

kỳ, đồng thời tránh những vật liệu đắt tiền nếu không cần thiết

- Khả năng mở rộng của phân xưởng sau này: Phải để những khoảng thừa và những khu đất dự trữ phù hợp với hướng hoặc vị trí của phân xưởng sau này có thể phát triển ra mà không gây những điều bất hợp lý cho hoạt động sản xuất Diện tích dự trữ khoảng 25 - 30%

- Phải đảm bảo an toàn lao động cho công nhân

1.2.3 Yêu cầu đối với thiết kế: Đáp ứng tiêu chuẩn HACCP

Chitosan là sản phẩm có ứng dụng quan trọng trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp, y dược và môi trường như: sản xuất glucosamin, chỉ khâu phẩu thuật, chất bảo vệ môi trường, bảo quản thực phẩm,… Vì vậy, sản phẩm chitosan phải đạt được những yêu cầu khắt khe về vệ sinh, cần phải áp dụng một hệ thống quản lý chất lượng cho phân xưởng sản xuất chitosan Căn cứ vào yêu cầu đảm bảo vệ sinh cho sản phẩm chitosan và tình hình thực tế hiện nay, phân xưởng sẽ được áp dụng chương trình quản lý chất lượng theo HACCP

Bản thiết kế phân xưởng tuân thủ theo Thông tư số 15/2012/TT-BYT (Quy định

về điều kiện chung đảm bảo an toàn thực phẩm đối với cơ sở sản xuất, kinh doanh thực phẩm):

 Địa điểm, môi trường:

- Có đủ diện tích để bố trí các khu vực của dây chuyền sản xuất thực phẩm và thuận tiện cho việc vận chuyển thực phẩm;

- Khu vực sản xuất không bị ngập nước, đọng nước;

- Không bị ảnh hưởng bởi động vật, côn trùng, vi sinh vật gây hại;

- Không bị ảnh hưởng đến an toàn thực phẩm từ các khu vực ô nhiễm bụi, hoá chất độc hại và các nguồn gây ô nhiễm khác

- Đườg nội bộ phải được xây dựng bảo đảm tiêu chuẩn vệ sinh; cống rãnh thoát nước thải phải được che kín và vệ sinh khai thông thường xuyên;

- Nơi tập kết, xử lý chất thải phải ở ngoài khu vực sản xuất thực phẩm

 Kết cấu nhà xưởng:

- Nhà xưởng phải có kết cấu vững chắc, phù hợp với tính chất, quy mô và quy trình công nghệ sản xuất thực phẩm;

- Vật liệu tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm phải bảo đảm tạo ra bề mặt nhẵn, không thấm nước, không thôi nhiễm chất độc hại ra thực phẩm, ít bị bào mòn bởi các chất tẩy rửa, tẩy trùng và dễ lau chùi, khử trùng;

- Trần nhà phẳng, sáng màu, không bị dột, thấm nước, không bị rạn nứt, không

- Hướng của hệ thống thông gió phải bảo đảm gió không được thổi từ khu vực nhiễm bẩn sang khu vực sạch

 Hệ thống chiếu sáng:

- Hệ thống chiếu sáng bảo đảm theo quy định để sản xuất, kiểm soát chất lượng

an toàn sản phẩm;

- Các bóng đèn chiếu sáng phải được che chắn an toàn bằng hộp, lưới để tránh

bị vỡ và bảo đảm các mảnh vỡ không rơi vào thực phẩm

- Các nguồn nước trên phải được kiểm tra chất lượng, vệ sinh ít nhất 6 tháng/lần theo quy định

 Hệ thống xử lý chất thải, rác thải:

- Có đủ dụng cụ thu gom chất thải, rác thải; dụng cụ làm bằng vật liệu ít bị hư hỏng, bảo đảm kín, có nắp đậy, có khóa trong các trường hợp cần thiết Dụng cụ chứa đựng chất thải nguy hiểm phải được thiết kế đặc biệt, dễ phân biệt, khi cần có thể khoá

để tránh ô nhiễm;

- Hệ thống xử lý chất thải phải được vận hành thường xuyên và xử lý chất thải đạt các tiêu chuẩn theo quy định của pháp luật về bảo vệ môi trường

 Nhà vệ sinh, khu vực thay đồ bảo hộ lao động:

- Nhà vệ sinh phải được bố trí riêng biệt với khu vực sản xuất thực phẩm; cửa nhà vệ sinh không được mở thông vào khu vực sản xuất; ít nhất phải có 01 (một) nhà

vệ sinh cho 25 người;

- Hệ thống thông gió bố trí phù hợp, bảo đảm không được thổi từ khu vực nhà

vệ sinh sang khu vực sản xuất; hệ thống thoát nước phải dễ dàng loại bỏ chất thải và bảo đảm vệ sinh Có bảng chỉ dẫn “Rửa tay sau khi đi vệ sinh” ở vị trí dễ nhìn tại khu vực nhà vệ sinh;

- Có phòng thay trang phục bảo hộ lao động trước và sau khi làm việc

1.2.4 Các điều kiện thiết kế

Bên cạnh việc lựa chọn quy trình công nghệ sản xuất cho phân xưởng Để phân xưởng hoạt động tốt và đạt hiệu quả kinh tế cao cần phải lựa chọn địa điểm xây dựng phân xưởng phù hợp với các điều kiện sau:

- Căn cứ vào phương hướng, kế hoạch phát triển kinh tế của ngành và của địa phương, phân xưởng phải đặt trong vùng quy hoạch của địa phương

- Địa điểm xây dựng phân xưởng phải gần nguồn nguyên liệu và nguồn nguyên liệu đó phải ổn định để có thể cung cấp nguyên liệu lâu dài cho phân xưởng Sản lượng

và chất lượng nguyên liệu được coi là trung tâm hoạt động của phân xưởng

- Diện tích đất đặt phân xưởng phải đảm bảo có thể mở rộng khi muốn tăng năng suất của phân xưởng

- Địa điểm xây dựng phải gần vùng cung cấp điện, nhiên liệu đảm bảo cho hoạt động của phân xưởng không bị gián đoạn

- Có nguồn nước đảm bảo cho hoạt động của phân xưởng

- Là nơi có nguồn nhân công dồi dào để thu hút lao động cho phân xưởng

- Thuận lợi về giao thông vận chuyển nguyên liệu và sản phẩm, thuận tiện cho khách hàng đến giao dịch

- Không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như: mùi hôi, khói bụi, các tác nhân gây ô nhiễm từ môi trường xung quanh; địa hình nơi xây dựng phải đảm bảo vững chắc và bằng phẳng, đảm bảo cho vấn đề cấp thoát nước, không bị ngập nước, đọng nước khi trời mưa

Xuất phát từ những yêu cầu trên, tôi chọn thiết kế phân xưởng đặt tại khu công nghiệp Suối Dầu, huyện Cam Lâm, tỉnh Khánh Hòa, cách thành phố Nha Trang khoảng

25 km về phía Nam Khu công nghiệp Suối Dầu nằm cạnh quốc lộ 1A, đây là con đường huyết mạch nối từ Nam ra Bắc, là đầu nối quan trọng cho việc phát triển kinh tế của các tỉnh miền Trung

Đây là khu vực có địa hình tương đối bằng phẳng, rất thuận lợi cho việc xây dựng phân xưởng Nơi này cũng có lực lượng lao động tại chỗ dồi dào, có thể cung đủ nguồn nhân lực cho phân xưởng

(Nguồn: Cục Thống kê tỉnh Khánh Hòa)

Khu công nghiệp Suối Dầu nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, một năm chỉ

có hai mùa: mùa nắng và mùa mưa Lượng mưa trung bình hàng năm từ 1 000÷2 000

mm, tập trung vào tháng 9÷12, chiếm khoảng 75% lượng mưa cả năm

Số giờ nắng từ 2 200÷2 700 giờ/năm

Nhiệt độ trung bình trong năm là 26,7oC

 Hợp tác hóa

Sự hợp tác hóa trong vùng có ý nghĩa lớn về mặt kinh tế và sản xuất Phân xưởng có thể liên kết với công ty sản xuất bao bì, công ty điện lực, cấp thoát nước trong khu công nghiệp để giảm được chi phí đầu tư xây dựng và mua sắm trang thiết

bị, máy móc, hạ giá thành sản phẩm Trong vùng, có nhiều nhà máy chế biến tôm và chế biến thức ăn gia súc Vì vậy, phân xưởng có thể hợp đồng mua nguyên liệu (phế liệu tôm) và bán phế liệu (dịch ép từ công đoạn ép tách dịch có chứa hàm lượng protein cao)

 Nguồn nhân lực

Nguồn nhân công sử dụng cho phân xưởng chủ yếu được tuyển dụng tại địa phương nhằm giảm chi phí cho việc xây dựng nhà ở cho công nhân Đối với nguồn nhân lự quản lý và kỹ thuật, do gần với Nha Trang nên có thể tuyển chọn hoặc hợp

đồng với trường Đại học Nha Trang, và có thể tuyển dụng từ các trường đại học và cao đẳng khác trong cả nước

 Nguồn cung cấp điện

Nguồn điện cung cấp là rất quan trọng cho hoạt động của phân xưởng Khả năng cung cấp điện cho xí nghiệp là tương đối dễ dàng vì đây là khu công nghiệp được quy hoạch, nên có mạng điện quốc gia, sử dụng mạng điện 3 pha, đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện cho sản xuất và sinh hoạt

 Nguồn cung cấp nước và thoát nước

Khu công nghiệp Suối Dầu có hệ thống cung cấp nước nội bộ công suất trên

3 000 m3/ngày đêm Ngoài ra, khu công nghiệp còn là nơi có hệ thống nước ngầm tốt nên xí nghiệp có thể xây dựng hệ thống nước cấp để phục vụ cho quá trình chế biến và sinh hoạt

Mặt khác, khu công nghiệp Suối Dầu đã có sẵn hệ thống xử lý nước thải chung hiện đại và hoàn thiện, tất cả lượng nước thải của phân xưởng sẽ được xử lý đạt tiêu chuẩn loại B trước khi dẫn vào hệ thống xử lý chung của khu công nghiệp

 Nguồn cung cấp nhiên liệu

Trong phân xưởng sản xuất chitosan, cần một lượng hơi nước rất lớn cho quá trình gia nhiệt cho thùng ngâm và sấy sản phẩm Vì vậy, phân xưởng sẽ lắp đặt nồi hơi

để chủ động cung cấp hơi cho quá trình sản xuất

Nhiên liệu được sử dụng cho nồi hơi là dầu FO, mua từ các trạm xăng dầu xung quanh khu công nghiệp

 Hệ thống giao thông vận tải

Phân xưởng nằm trong khu công nghiệp sát với quốc lộ 1A nên thuận tiện cho việc thu mua nguyên liệu và vận chuyển thành phẩm bằng đường ô tô, xe lửa

Ngoài ra, xí nghiệp nằm gần cảng Nha Trang và Cam Ranh nên thuận lợi cho vận chuyển hàng hóa bằng đường biển

 Thị trường tiêu thụ

Phân xưởng đặt ở nơi có hệ thống giao thông thuận lợi nên sản phẩm có thể dễ dàng được đưa tới các tỉnh thành trong nước cũng như xuất khẩu ra nước ngoài.

Bảng 2.1 Thành phần trọng lượng của tôm (%) [13]

cung cấp nhiều nguyên liệu cho các nhà máy chế biến thủy sản trong nước và xuất khẩu nhiều mặt hàng như:

- Tôm tươi còn vỏ, đầu (nguyên con) cấp đông IQF hoặc Block

- Tôm vỏ bỏ đầu cấp đông IQF hoặc Block

- Tôm bóc vỏ, bỏ chỉ lưng cấp đông IQF

- Tôm bóc vỏ, còn đốt đuôi cấp đông IQF

- Tôm dạng sản phẩm định hình, làm chín

- Tôm bóc vỏ, đóng hộp

Phần lớn tôm được đưa vào chế biến dưới dạng đã được bóc vỏ, bỏ đầu Phần đầu thường chiếm 34÷45%, phần vỏ, đuôi và chân chiếm 10÷15% trọng lượng của tôm nguyên liệu Tuy nhiên, tỉ lệ này phụ thuộc vào giống loài, giai đoạn sinh trưởng của chúng Thành phần trọng lượng của các loại tôm được trình bày ở Bảng 2.1

 Cấu tạo vỏ tôm:

Vỏ tôm chia làm 4 lớp chính:

- Lớp biểu bì (epicucle)

- Lớp màu

- Lớp canxi hóa

- Lớp không bị canxi hóa

Lớp biểu bì, lớp màu, lớp canxi hóa cứng do sự lắng đọng của canxi Lớp màu, lớp canxi hóa, lớp không bị canxi hóa chứ nhiều chitin nhưng lớp biểu bì thì không Ta gọi các lớp có chứa chitin là endocuicle

Lớp biểu bì: Những nghiên cứu cho thấy lớp màng nhanh chóng bị biến đỏ bởi Fucxin, có điểm pH = 5,1; không chứa chitin Nó khác với các lớp còn lại, bắt màu với anilin xanh Lớp epicuticle có lipit vì thế nó cản trở tác động của axit ở nhiệt độ thường trong công đoạn khử khoáng bằng axit hơn là các lớp bên trong Màu của lớp này thường vàng rất nhạt có chứa polyphenoloxidase và bị hóa cứng bởi puinone - tanin

Lớp epicuticle liên kết với một số màng mỏng bên ngoài cản trở hòa tan ngay cả trong môi trường axit đậm đặc do nó có chứa các mắt xích paratin mạch thẳng

Lớp màu: Tính chất của lớp này do sự có mặt của những thể hình hạt của những vật chất mang màu giống dạng melanin tạo nên Chúng gồm những túi khứ hoặc những dạng không bào Một vài vùng xuất hiện những hệ thống rãnh thẳng đứng có phân nhánh, là con đường cho canxi thẩm thấu vào

Lớp canxi hóa: Lớp này chiếm phần lớn vỏ, thường có màu xanh trải đều khắp, chitin ở trạng thái tạo phức với canxi

Lớp không bị canxi hóa: Vùng trong cùng của lớp vỏ được tạo thành bởi một phần tương đối nhỏ so với tổng chiều dày bao gồm các phức chitin - protein bền vững không có canxi và quinine

 Thành phần hóa học của vỏ tôm:

Thành phần chiếm tỉ lệ đáng kể trong phế liệu vỏ, đầu tôm là protein, chitin, canxi, sắc tố, enzym

- Protein: Thành phần protein trong phế liệu tôm thường tồn tại ở 2 dạng: dạng

tự do và dạng liên kết

+ Dạng tự do: Dạng này tồn tại ở phần thịt tôm từ một số tôm bị biến đổi và vứt

đi lẫn vào phế liệu hoặc phần thịt còn sót lại trong đầu và nội tạng của tôm Nếu công nhân vặt đầu không đúng kỹ thuật thì phần protein bị tổn thất vào phế liệu nhiều làm tăng tiêu hao nguyên vật liệu, mặt khác phế liệu này khó xử lý hơn

+ Dạng liên kết: Ở dạng này, protein không hòa tan và thường liên kết với chitin, canxi carbonat, với lipit tạo thành lipoprotein, với sắc tố tạo proteincarotenoit,… như một phần thống nhất quyết định tính bền vững của vỏ tôm

- Chitin: Tồn tại dưới dạng liên kết bởi những liên kết đồng hóa trị với các protein dưới dạng phức chitin - protein, liên kết với các hợp chất khoáng và các hợp chất hữu cơ khác gây khó khăn cho việc tách và chiết chúng

- Canxi: Trong vỏ, đầu tôm có chứa một lượng lớn muối vô cơ, chủ yếu là muối CaCO3, hàm lượng Ca3(PO4)2 mặc dù không nhiều nhưng trong quá trình khử khoáng

dễ hình thành hợp chất CaHPO4 không tan trong HCl gây khó khăn cho quá trình khử khoáng

- Sắc tố: Trong vỏ tôm thường có nhiều loại sắc tố nhưng chủ yếu là astaxanthin

- Enzym: Theo Tạp chí Thủy sản số 5/1993, hoạt độ protease của đầu tôm khoảng 6,5 đơn vị hoạt độ/gam tươi Các enzymer chủ yếu là enzymer trong nội tạng của đầu tôm và của vi sinh vật thường trú trên tôm nguyên liệu

Ngoài thành phần chủ yếu kể trên, trong phế liệu vỏ, đầu tôm còn có các thành phần khác như: nước, carbonat, lipit, phospho

Tỉ lệ giữa các thành phần này là không ổn định, chúng thay đổi theo giống, loài, đặc điểm sinh thái, sinh lý, mùa vụ,…

Bảng 2.2 Thành phần hóa học của phế liệu tôm (%) [13]

Như vậy, trong phế liệu tôm hàm lượng chitin chiếm khá cao (11,10÷27,20%)

và đây là nguồn nguyên liệu lý tưởng để sản xuất chitin - chitosan

2.1.1.2 Hóa chất

Các hóa chất được sử dụng trong quy trình sản xuất chitosan là NaOH khan và dung dịch HCl 32% dùng trong công nghiệp

Bảng 2.4 Tính chất lý hóa của HCl, NaOH [2], [3]

Độ hòa tan trong nước Hoàn toàn Dễ tan trong nước lạnh

Điểm nóng chảy (oC) Không phù hợp 323

2.1.2 Quy trình công nghệ sản xuất chitosan

2.1.2.1 Sơ đồ quy trình sản xuất chitosan

Vỏ, đầu tôm

Rửa, ép tách dịch

Ngâm trong NaOH

Rửa trung tính 1 Ngâm trong HCl

Rửa trung tính 2

HCl 4%

to phòng

τ = 2h w/v = 1/4

NaOH 4%

to = 65oC

τ = 2h w/v = 1/5

to = 60oC

τ = 10h

2.1.2.2 Thuyết minh quy trình sản xuất chitosan

a Nguyên liệu

Phế liệu vỏ, đầu tôm dùng để sản xuất chitosan phải tươi, thực nghiệm chứng minh rằng nguyên liệu đã bị thối rửa thì sản lượng và chất lượng của chitosan sẽ kém Nguyên liệu được vận chuyển về phân xưởng bởi xe tải trong các thùng cách nhiệt có ướp đá và bảo quản trong kho nguyên liệu

b Rửa ép tách dịch

Đây được coi là bước tiền xử lý để loại bỏ tạp chất, protein và nước, đồng thời làm giảm kích thước nguyên liệu Lúc đầu, nguyên liệu (vỏ, đầu tôm) còn nhiều tạp chất, vì vậy cần phải rửa để loại bỏ tạp chất Sau đó, thực hiện công đoạn ép để loại bỏ tạp chất, nước và một phần protein trong nguyên liệu, giảm kích thước nguyên liệu cho quá trình xử lý tiếp theo được hiệu quả hơn Nếu giai đoạn này được làm tốt cùng với nguyên liệu tươi thì chất lượng chitosan thu được sẽ tốt và tiết kiệm chi phí hóa chất ở công đoạn sau Dịch ép có hàm lượng protein cao, có thể được tận dụng để chế biến thức ăn gia súc, làm phân bón vi sinh

c Ngâm trong NaOH

Do chitin tồn tại trong nguyên liệu dưới dạng liên kết với khoáng, protein nên cần phải khử các hợp chất phi chitin này ra khỏi chitin Các hợp chất phi chitin là chất khoáng, chất màu, protein, lipid và các hợp chất khác

Để loại bỏ protein và chất béo, tiến hành ngâm trong dung dịch NaOH 4%, ở nhiệt độ 65oC trong 2 giờ, tỷ lệ nguyên liệu trên dung dịch acid (w/v) là 1/5 Để rút ngắn thời gian trao đổi chất của nguyên liệu với dung dịch cần thực hiện ly tâm với tốc

d Rửa trung tính 1

Đây là giai đoạn trung gian giữa các công đoạn trong quy trình sản xuất để cho các công đoạn tiếp theo không còn lẫn dung dịch của công đoạn trước Tiến hành rửa kết hợp ly tâm với tốc độ 25 vòng/phút trong khoảng 10 phút Yêu cầu pH của nước rửa cuối phải là pH trung tính

e Ngâm trong HCl

Nguyên liệu sau khi ngâm xút thì mềm hơn và màu sắc nhạt hơn, thành phần còn lại chủ yếu là khoáng và chitin Thành phần khoáng trong phế liệu tôm chủ yếu tồn tại dưới dạng canxin carbonat và một ít ở dạng canxi phosphat

Tiến hành khử khoáng trong dung dịch acid HCl 4%, ở nhiệt độ phòng, trong 2 giờ, tỷ lệ nguyên liệu trên dung dịch hóa chất (w/v) là 1/4 Để tăng hiệu quả của quá trình khử khoáng, trong quá trình xử lý thực hiện khấy đảo với tốc độ 25 vòng/phút

Trong quá trình ngâm, thường xuyên khuấy đảo, nếu phát hiện thấy nguyên liệu chưa mềm mà không thấy bọt nổi lên thì chứng tỏ lượng acid không đủ, cần bổ sung thêm Lúc nguyên liệu đã mềm, bọt khí không nổi lên nữa thì quá trình ngâm có thể kết thúc

Sau khi kết thúc quá trình khử khoáng, hệ thống van sẽ được mở ra, dung dịch acid thải từ thùng ngâm được đưa ra ngoài, xử lý và bổ sung HCl để sử dụng lại

f Rửa trung tính 2

Tiến hành rửa kết hợp ly tâm với tốc độ 25 vòng/phút trong khoảng 10 phút Yêu cầu pH của nước rửa cuối phải là pH trung tính

g Nấu Chitin trong NaOH

Sản phẩm chitin thu được sau khi sấy sẽ được dùng để sản xuất chitosan Quá trình sản xuất chitosan từ chitin được thực hiện bởi công đoạn deacetyl, đây là quá trình tách nhóm acetyl khỏi phân tử chitin