THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG PROTEASE TỪ NỘI TẠNG TÔM TRONG SẢN XUẤT CHITIN

THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG PROTEASE TỪ NỘI TẠNG TÔM TRONG SẢN XUẤT CHITIN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ************************** KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG PROTEASE TỪ NỘI TẠNG TÔM TRONG SẢN XUẤT CHITIN Ngành học : CÔNG NGHỆ SINH HỌC Niên khóa : 2003 – 2007 Sinh viên thực hiện : TRẦN THỊ NGỌC HÀ Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 9/2007 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ************************** KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP VĂN BẰNG KỸ SƢ THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG PROTEASE TỪ NỘI TẠNG TÔM TRONG SẢN XUẤT CHITIN Giáo viên hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện: PGS - TS. NGUYỄN TIẾN THẮNG TRẦN THỊ NGỌC HÀ ThS. NGUYỄN LỆ HÀ Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 9/2007 iii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn: Ba mẹ và những ngƣời thân trong gia đình đã giúp con có sự thành đạt nhƣ hôm nay. Ban giám hiệu trƣờng Đại học Nông Lâm TP. HCM, ban chủ nhiệm Bộ môn Công nghệ sinh học, cùng tất cả quý thầy cô đã truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt quá trình học tại trƣờng. PGS – TS. Nguyễn Tiến Thắng, ThS. Nguyễn Lệ Hà, CN. Đỗ Thị Tuyến đã hết lòng hƣớng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực tập tốt nghiệp. Các anh chị tại phòng Các chất có hoạt tính sinh học đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian thực tập tốt nghiệp. Bạn Lê Minh Thông, Trƣơng Minh Dũng, Ngô Thị Thu Ngân và Cao Thị Thanh Loan. Các bạn bè thân yêu của lớp CNSH K29 đã chia xẻ cùng tôi những vui buồn trong thời gian học cũng nhƣ hết lòng hổ trợ, giúp đỡ tôi trong thời gian thực tập. iv TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu “Thử nghiệm khả năng ứng dụng Enzyme protease từ nội tạng tôm trong sản xuất Chitin” đƣợc tiến hành tại phòng thí nghiệm Viện Sinh học nhiệt đới, thời gian từ tháng 4 đến tháng 7/2007 với mục đích xem xét Enzyme từ nội tạng tôm có thể dùng để thủy phân, loại protein thay thế cho việc dùng NaOH hay không. Thử nghiệm sản xuất Chitin đƣợc bố trí trên cả 2 loại nguyên liệu là vỏ tôm khô và tƣơi, dƣới cả 2 hình thức khử: khử khoáng trƣớc và khử protein trƣớc. Công đoạn khử khoáng thực hiện bằng cách: xử lý với HCl 10%; trong 5 giờ; ở nhiệt độ phòng; tỷ lệ giữa nguyên liệu vỏ tôm tƣơi và dung dịch HCl là 1:5 (W/V), đối với vỏ tôm khô là 1:10 (W/V). Đối với công đoạn tẩy màu: với KMnO 4 1%, H 2 SO 4 10%; trong 1,5 giờ và với Na 2 S 2 O 3 2%; trong 15 phút. Kết quả đã xác định đƣợc các thông số thích hợp cho quá trình thủy phân protein vỏ tôm bằng chế phẩm protease thô từ nội tạng tôm nhƣ sau:  Đối với quá trình sản xuất Chitin thực hiện thủy phân protein trƣớc: - Nồng độ Enzyme thủy phân tốt nhất ở cả vỏ khô và vỏ tƣơi là 6%. - Nhiệt độ thủy phân tốt nhất: ở vỏ khô là 55 0 C, ở vỏ tƣơi là 60 0 C. - pH thủy phân tốt nhất ở cả vỏ khô và vỏ tƣơi là 7 - Thời gian thủy phân tốt nhất ở cả 2 loại vỏ là 4 giờ.  Đối với quá trình sản xuất Chitin thực hiện khử khoáng trƣớc: - Nhiệt độ thủy phân tốt nhất: ở vỏ khô là 60 0 C, ở vỏ tƣơi là 55 0 C. - pH thủy phân tốt nhất ở cả vỏ khô và vỏ tƣơi là 7. - Thời gian thủy phân tốt nhất ở cả 2 loại vỏ là 4 giờ. v MỤC LỤC CHƢƠNG TRANG Trang tựa Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục . v Danh sách các hình viii Danh sách các bảng . ix Chƣơng 1. MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề . 1 1.2. Mục đích nghiên cứu . 2 Chƣơng 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Những khái niệm chung về Enzyme . 3 2.1.1. Đại cƣơng về Enzyme 3 2.1.1.1. Lịch sử phát triển 3 2.1.1.2. Định nghĩa 4 2.1.1.3. Bản chất của Enzyme . 4 2.1.1.4. Phân loại . 5 2.1.1.5. Hoạt tính Enzyme . 6 2.1.2. Đại cƣơng về Enzyme protease 6 2.1.2.1. Định nghĩa 6 2.1.2.2. Nguồn thu nhận 7 2.1.2.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến tốc độ phản ứng thủy phân bằng Enzyme 8 2.1.2.4. Ứng dụng 10 2.2. Đại cƣơng về tôm và Enzyme protease từ tôm 11 2.2.1. Đại cƣơng về tôm . 11 2.2.2. Thành phần hoá học trong các phần của tôm . 14 2.2.3. Enzyme protease từ tôm . 15 2.2.3.1. Tính chất . 15 2.2.3.2. Phân loại . 17 2.3. Chitin . 17 vi 2.3.1. Đại cƣơng về Chitin . 17 2.3.2. Đặc tính lý hoá học 19 2.3.3. Sự tổng hợp Chitin ở loài giáp xác . 20 2.3.4. Ứng dụng của Chitin . 21 2.3.5. Tình hình nghiên cứu Chitin trên thế giới và ở Việt Nam . 23 2.3.5.1. Tình hình nghiên cứu, sản xuất và tiêu thụ Chitin trên thế giới 23 2.3.5.2. Tình hình nghiên cứu Chitin ở Việt Nam 24 2.3.6. Các phƣơng pháp chiết tách Chitin 26 2.3.6.1. Phƣơng pháp hóa học . 26 2.3.6.2. Phƣơng pháp sinh học 30 Chƣơng 3. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Địa điểm thí nghiệm 32 3.2. Nguyên liệu . 32 3.3. Hóa chất và các thiết bị thí nghiệm chủ yếu đã sử dụng . 33 3.4. Phƣơng pháp nghiên cứu . 34 3.4.1. Các phƣơng pháp sử dụng trong nghiên cứu 34 3.4.1.1. Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng protein theo Bradford 34 3.4.1.2. Phƣơng pháp xác định hoạt tính Enzyme protease (phƣơng pháp Amano)36 3.4.2. Phƣơng pháp tách chiết và thu nhận Enzyme protease 38 3.4.3. Phƣơng pháp sản xuất Chitin bằng Enzyme protease từ nội tạng tôm 40 3.4.4. Bố trí thí nghiệm xác định điều kiện thủy phân vỏ tôm thích hợp bằng chế phẩm thô protease nội tạng tôm . 42 3.4.4.1. Xác định nồng độ Enzyme thủy phân thích hợp 42 3.4.4.2. Xác định nhiệt độ thủy phân thích hợp 43 3.4.4.3. Xác định pH thủy phân thích hợp . 43 3.4.4.4. Xác định thời gian thủy phân thích hợp . 44 3.5. Các phƣơng pháp xử lý số liệu 44 Chƣơng 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1. Quá trình thủy phân vỏ tôm bằng chế phẩm thô protease nội tạng tôm trên vỏ tôm đƣợc thủy phân protein trƣớc 45 4.1.1. Ảnh hƣởng của nồng độ Enzyme thủy phân 45 4.1.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ thủy phân . 47 vii 4.1.3. Ảnh hƣởng của pH thủy phân 49 4.1.4. Ảnh hƣởng của thời gian thủy phân . 51 4.2. Quá trình thủy phân vỏ tôm bằng chế phẩm thô protease nội tạng tôm trên vỏ tôm đƣợc khử khoáng trƣớc . 52 4.2.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ thủy phân . 52 4.2.2. Ảnh hƣởng của pH thủy phân . 54 4.2.3. Ảnh hƣởng của thời gian thủy phân 55 4.3. Kết quả so sánh hiệu suất và đánh giá cảm quan giữa các mẫu sản phẩm Chitin thu đƣợc 56 Chƣơng 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1. Kết luận . 58 5.2. Đề xuất ý kiến . 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 60 PHỤ LỤC 61 viii DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Tôm 12 Hình 3.1: Nội tạng tôm . 33 Hình 3.2: Máy ly tâm lạnh . 33 Hình 3.3: Bể ổn nhiệt . 33 Hình 3.4: Máy đo quang phổ UV- Vis . 34 Hình 4.1a: Ảnh hƣởng của nồng độ Enzyme trong dịch thủy phân đến sự giảm hàm lƣợng protein hòa tan và hoạt tính Enzyme protease trong quá trình thủy phân vỏ tôm khô . 46 Hình 4.1b: Ảnh hƣởng của nồng độ Enzyme trong dịch thủy phân đến sự giảm hàm lƣợng protein hòa tan và hoạt tính Enzyme protease trong quá trình thủy phân vỏ tôm tƣơi 46 Hình 4.2a: Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hoạt tính Enzyme protease và hàm lƣợng protein hòa tan trong dịch thủy phân vỏ tôm khô 48 Hình 4.2b: Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hoạt tính Enzyme protease và hàm lƣợng protein hòa tan trong dịch thủy phân vỏ tôm tƣơi 48 Hình 4.3a: Ảnh hƣởng của pH đến hoạt tính Enzyme protease và hàm lƣợng protein hòa tan trong dịch thủy phân vỏ tôm khô . 50 Hình 4.3b: Ảnh hƣởng của pH đến hoạt tính Enzyme protease và hàm lƣợng protein hòa tan trong dịch thủy phân vỏ tôm tƣơi 50 Hình 4.4a: Ảnh hƣởng của thời gian thủy phân đến hoạt tính Enzyme protease và hàm lƣợng protein hòa tan trong dịch thủy phân vỏ tôm khô 51 Hình 4.4b: Ảnh hƣởng của thời gian thủy phân đến hoạt tính Enzyme protease và hàm lƣợng protein hòa tan trong dịch thủy phân vỏ tôm tƣơi . 51 Hình 4.5a: Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hoạt tính Enzyme protease và hàm lƣợng protein hòa tan trong dịch thủy phân vỏ tôm khô sau khử khoáng 52 Hình 4.5b: Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hoạt tính Enzyme protease và hàm lƣợng protein hòa tan trong dịch thủy phân vỏ tôm tƣơi sau khử khoáng . 53 ix Hình 4.6a: Ảnh hƣởng của pH đến hoạt tính Enzyme protease và hàm lƣợng protein hòa tan trong dịch thủy phân vỏ tôm khô sau khử khoáng 54 Hình 4.6b: Ảnh hƣởng của pH đến hoạt tính Enzyme protease và hàm lƣợng protein hòa tan trong dịch thủy phân vỏ tôm tƣơi sau khử khoáng 54 Hình 4.7a: Ảnh hƣởng của thời gian thủy phân đến hoạt tính Enzyme protease và hàm lƣợng protein hòa tan trong dịch thủy phân vỏ tôm khô sau khử khoáng . 55 Hình 4.7b: Ảnh hƣởng của thời gian thủy phân đến hoạt tính Enzyme protease và hàm lƣợng protein hòa tan trong dịch thủy phân vỏ tôm tƣơi sau khử khoáng 56 Hình 4.8: Nguyên liệu và sản phẩm . 57 Hình 3.5: Đƣờng chuẩn protein 61 Hình 3.6: Đƣờng chuẩn protease 61 x DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 4.1a: Ảnh hƣởng của nồng độ Enzyme trong dịch thủy phân đến sự giảm hàm lƣợng protein hòa tan và hoạt tính Enzyme protease trong quá trình thủy phân vỏ tôm khô . 62 Bảng 4.1b: Ảnh hƣởng của nồng độ Enzyme trong dịch thủy phân đến sự giảm hàm lƣợng protein hòa tan và hoạt tính Enzyme protease trong quá trình thủy phân vỏ tôm tƣơi 62 Bảng 4.2a: Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hoạt tính Enzyme protease và hàm lƣợng protein hòa tan trong dịch thủy phân vỏ tôm khô 63 Bảng 4.2b: Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hoạt tính Enzyme protease và hàm lƣợng protein hòa tan trong dịch thủy phân vỏ tôm tƣơi 63 Bảng 4.3a: Ảnh hƣởng của pH đến hoạt tính Enzyme protease và hàm lƣợng protein hòa tan trong dịch thủy phân vỏ tôm khô . 64 Bảng 4.3b: Ảnh hƣởng của pH đến hoạt tính Enzyme protease và hàm lƣợng protein hòa tan trong dịch thủy phân vỏ tôm tƣơi 64 Bảng 4.4a: Ảnh hƣởng của thời gian thủy phân đến hoạt tính Enzyme protease và hàm lƣợng protein hòa tan trong dịch thủy phân vỏ tôm khô 65 Bảng 4.4b: Ảnh hƣởng của thời gian thủy phân đến hoạt tính Enzyme protease và hàm lƣợng protein hòa tan trong dịch thủy phân vỏ tôm tƣơi . 65 Bảng 4.5a: Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hoạt tính Enzyme protease và hàm lƣợng protein hòa tan trong dịch thủy phân vỏ tôm khô sau khử khoáng 66 Bảng 4.5b: Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hoạt tính Enzyme protease và hàm lƣợng protein hòa tan trong dịch thủy phân vỏ tôm tƣơi sau khử khoáng . 66 Bảng 4.6a: Ảnh hƣởng của pH đến hoạt tính Enzyme protease và hàm lƣợng protein hòa tan trong dịch thủy phân vỏ tôm khô sau khử khoáng . 67 Bảng 4.6b: Ảnh hƣởng của pH đến hoạt tính Enzyme protease và hàm lƣợng protein hòa tan trong dịch thủy phân vỏ tôm tƣơi sau khử khoáng 67 Bảng 4.7a: Ảnh hƣởng của thời gian thủy phân đến hoạt tính Enzyme protease và hàm lƣợng protein hòa tan trong dịch thủy phân vỏ tôm khô sau khử khoáng . 68 [...]... quyết những yêu cầu trên và tận dụng nguồn Chitin dồi dào trong phế liệu tôm, chúng tôi thực hiện đề tài: “ Thử nghiệm khả năng ứng dụng Enzyme protease nội tạng tôm trong sản xuất Chitin 1.2 Mục đích nghiên cứu Mục đích chung của đề tài là: Nghiên cứu khả năng ứng dụng chế phẩm thô protease nội tạng tôm để thủy phân vỏ tôm sản xuất Chitin Để đạt đƣợc các mục đích này, các mục tiêu cụ thể nhƣ sau: - Xác... Tôm ở nhờ +Phân bộ Dendrobranchiata: Tôm pan đan, tôm thẻ, tôm he Hình 2.1: Tôm Tôm biển thuộc lớp giáp xác, bộ mƣời chân, trong đó quan trọng nhất là các loài trong họ tôm he (Penaeidae), ngoài ra còn có họ tôm moi, tôm hùm, tôm vỗ, là loại hải sản có giá trị xuất khẩu hàng đầu của Việt Nam 12 Bên cạnh sản lƣợng tôm khai thác tự nhiên, sản lƣợng tôm nuôi của Việt Nam cũng tăng lên nhanh chóng, trong. .. nghiêu cứu, sản xuất và ứng dụng Chitin – Chitosan trong các lĩnh vực: nông nghiệp, y dƣợc và mỹ phẩm 2.3.6 Các phƣơng pháp chiết tách Chitin Sơ đồ chung cho quá trình sản xuất Chitin Nguyên liệu Khử khoáng Khử protein Tẩy màu Chitin Nguyên liệu dùng trong sản xuất Chitin có thể sử dụng vỏ tôm, cua, ghẹ, nang mực,… Nguyên liệu có thể sử dụng nguyên liệu khô hoặc tƣơi Tuy nhiên, việc sử dụng nguyên... chế biến và sản phẩm cuối cùng, phế liệu tôm có thể chiếm từ 40-70% khối lƣợng tôm nguyên liệu Tƣơng ứng với sản lƣợng tôm nƣớc ta, hằng năm sẽ có một khối lƣợng tôm khổng lồ gồm đầu và vỏ tôm đƣợc tạo ra Đặc biệt trong đầu tôm có nội tạng chứa Enzyme protease, Enzyme có hoạt tính rất cao, có khả năng thủy phân protein rất tốt Ở nƣớc ta hiện nay, nguồn phế liệu đầu và vỏ tôm chƣa đƣợc tận dụng triệt... và ứng dụng của Chitin đã đƣợc công bố Cho đến nay, Chitin đƣợc đƣa vào ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, cả lĩnh vực công nghệ sinh học và đạt hiệu quả cao Trong công nghiệp nhẹ - Trong công nghệ làm giấy, Chitin là một thành phần phụ gia rất tốt, đặc biệt cho giấy cao cấp - Chitin đƣợc dùng để sản xuất vải, bao, dây điện và dụng cụ bảo hộ lao động do có khả năng chống nƣớc, lửa và chịu nắng Trong. .. hồi lƣợng protein hao hụt - Chitin đƣợc dùng làm phụ gia thực phẩm với tác dụng làm đặc và chuyển thành sữa Trong y tế +Ngành dƣợc Chitin có tác dụng ngăn chặn khả năng sinh sản và sự tồn tại đặc trƣng của loài Anophelles stephensi Hợp chất Chitin- protein có khả năng diệt đƣợc giun sán mà không độc đối với cơ thể 20 +Ngành y - Từ Chitin sản xuất ra Chitosan có thể dùng sản xuất chỉ khâu phẩu thuật mà... Đại Học Thủy Sản, Đại Học Cần Thơ,… đã tập trung vào nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng công nghệ này Tuy nhiên, chất lƣợng sản xuất và những ứng dụng của nó chƣa đƣợc đánh giá đầy đủ Ở phía Bắc, Viện Khoa Học Việt Nam đã kết hợp với Xí Nghiệp Thủy Đặc Sản Hà Nội sản xuất Chitosan và ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp và có hiệu quả bƣớc đầu Ở phía Nam, Trung Tâm Công Nghệ và Sinh Học Thủy Sản phối hợp... sinh thái – sinh lý Chitin là thành phần chủ yếu của vỏ tôm Vì vậy, đây là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất Chitin – Chitosan 2.2.3 Enzyme protease từ tôm [4] 2.2.3.1 Tính chất Protease của tôm cũng nhƣ của các loài động vật thuỷ sản khác là các protease nội bào, tập trung nhiều nhất ở cơ quan tiêu hoá, sau đó là nội tạng và cơ thịt Đặc biệt là ở tôm do đặc điểm hệ tiêu hoá nôi tạng nằm ở phần đầu... Chitosan đã nghiên cứu ra nhiều sản phẩm có nguồn gốc Chitin sử dụng để xử lý nƣớc, khử các ion kim loại độc, bọc hạt và nhiều ứng dụng khác trong nông nghiệp Ngày nay, ngƣời ta tập trung vào các dẫn xuất của Chitin và khả năng ứng dụng của những dẫn xuất này Toàn bộ quá trình hoạt động khoa học của R.A.A Muzzarelli (Đại Học Y Khoa Ancona – Ý) tập trung vào Chitin và dẫn xuất của nó Cho đến nay, trên... giới đã có nhiều quy trình sản xuất Chitin – Chitosan, với nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau, nhƣng chủ yếu là vỏ tôm, cua, ghẹ 2.3.5.2 Tình hình nghiên cứu Chitin 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 vấn đề tƣơng đối mới ở nƣớc ta Năm 1978, trƣờng Đại Học Thủy Sản bắt đầu nghiên cứu chiết tách Chitin – Chitosan Trƣớc . dụng nguồn Chitin dồi dào trong phế liệu tôm, chúng tôi thực hiện đề tài: “ Thử nghiệm khả năng ứng dụng Enzyme protease nội tạng tôm trong sản xuất. Đề tài nghiên cứu Thử nghiệm khả năng ứng dụng Enzyme protease từ nội tạng tôm trong sản xuất Chitin đƣợc tiến hành tại phòng thí nghiệm Viện Sinh học