Nghiên cứu quy trình tái xử lý chitin mịn của công ty cổ phần việt nam food

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM - TRƯƠNG TÔN PHƯƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TÁI XỬ LÝ CHITIN MỊN CỦA CÔNG TY CỔ PHẦN VIỆT NAM FOOD NHA TRANG - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM - TRƯƠNG TÔN PHƯƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TÁI XỬ LÝ CHITIN MỊN CỦA CÔNG TY CỔ PHẦN VIỆT NAM FOOD CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS TRANG SĨ TRUNG ThS NGUYỄN CÔNG MINH NHA TRANG - 2017 i LỜI CẢM ƠN Trong trình thực đề tài tốt nghiệp, nhận nhiều giúp đỡ động viên từ giáo viên hướng dẫn số thầy cô Khoa Công Nghệ thực Phẩm cán phòng thí nghiệm, bạn bè gia đình ủng hộ giúp hoàn thành đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Trang Sĩ Trung, người Thầy tận tình hướng dẫn dạy cho kinh nghiệm quý báu để thực tốt đề tài tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến giúp đỡ nhiệt tình ThS Nguyễn Công Minh hết lòng hướng dẫn nhiệt tình dạy bảo, tạo điều kiện tốt cho thực đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn đến công ty Cổ phần Việt Nam Food cung cấp chitin mịn phục vụ cho nghiên cứu xử lý hoàn thành đồ án tốt nghiệp Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè tạo điều kiện vật chất tinh thần cho suốt thời gian học tham gia thực đồ án tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn Nha Trang tháng năm 2017 Sinh viên thực hiên Trương Tôn Phương ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ v MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tài liệu Chitin – Chitosan 1.1.1 Cấu trúc hóa họcvà tính chất chitin 1.1.2 Cấu tạo chitosan tính chất Chitosan 1.2 Ứng dụng Chitin –Chitosan 1.2.1 Trong công nghệ thực phẩm 1.2.2 Trong nông nghiệp thủy sản 1.2.3 Trong công nghệ xử lý môi trường 1.2.4 Ứng dụng số công nghiệp khác 1.3 Công nghệ sản xuất chitin-chitosan CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 2.1 Đối tượngnghiên cứu 15 2.2 Phương pháp nghiên cứu 17 2.2.1 Sơ đồ bố trí nghiên cứu tổng quát 17 2.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng NaOH đến chất lượng chitin sau xử lý 18 2.2.3 xử lý Nghiên cứu ảnh hưởng dung dịch HCl đến chất lượng chitin sau 23 2.3 Phương pháp phân tích 26 2.4 Phương pháp xử lí số liệu 27 CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 28 3.1 Thành phần hóa học Chitin 28 3.2 Nghiên cứu điều kiện khử protein chitin mịn NaOH 29 3.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ NaOH đến khả khử protein cho chitin mịn 29 3.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian xử lý NaOH đến khả khử protein chitin mịn 30 iii 3.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ chitin mịn/dung dịch NaOH đến chất lượng chitin sau xử lý 32 3.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ xử lý NaOH đến chất lượng chitin sau xử lý 33 3.3 Nghiên cứu điều kiện khử khoáng chitin dung dịch HCl 35 3.3.1 xử lý Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ HCl đến chất lượng chitin sau 35 3.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian ngâm HCl đến chất lượng chitin sau xử lý 37 3.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ chitin mịn/dung dịch HCl đến chất lượng chitin 38 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Thành phần hóa học chitin mịn 28 Bảng 3.2 Kết đánh giá chất lượng chitin trước sau xử lý 41 Bảng 3.3 Bảng đánh giá chất lượng chitosan (1) chitosan (2) 42 v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Cấu tạo chitin Hình 1.2 Cấu tạo chitosan Hình 1.3 quy trình sản xuất chitin-chitosan chung Hình 1.4 Chitoan glucosamine tạo từ trình deacetyl thủy phân chitin10 Hình 1.5 Quy trình Đỗ Minh Phụng trường Đại Học Nha Trang 11 Hình 1.6 quy trình sản xuất chitin – chitosan Trang Sĩ Trung, Đại học Nha Trang (2006) 12 Hình 1.7 Quy trình sản xuất chitin enzyme flavourzyme theo phương pháp hóa học kết hợp sinh học ( Trang Sĩ Trung cộng 2007) 13 Hình 1.8 Quy trình thu nhận chitin từ phế liệu tôm kết hợp xử lý nhiệt tẩy màu .14 Hình 2.1 Quy trình sản xuất nhà máy 15 Hình 2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát 17 Hình 2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu chế độ khử protein 18 Hình.2.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm chạy theo nồng độ NaOH 19 Hình 2.6.Sơ đồ bố trí thí nghiệm theo thời gian ngâm NaOH 20 Hình 2.8 Sơ đồ bố trí thí nghiệm nhiệt độ ủ đến chất lượng chitin 22 Hình 2.9 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khử khoáng tổng quát 23 Hình 2.10 Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ HCl đến chất lượng chitin 24 Hình 2.11 Sơ đồ bố trí thí nghiệm theo thời gian xử lý dung dịch HCl 25 Hình 2.12.Sơ đồ bố trí thí nghiệm theo tỷ lệ chitin mịn/dung dịch HCl 26 Hình 3.1 Ảnh hưởng nồng độ NaOH đến hiệu suất khử protein hàm lượng protein lại chitin mịn sau xử lý 29 Hình 3.2.Ảnh hưởng thời gian xử lý NaOH đến hiệu suất khử protein hàm lượng protein lại chitin mịn 31 vi Hình 3.3.Ảnh hưởng tỷ lệ chitin mịn/dung dịch NaOH đến hiệu suất khử protein hàm lượng protein lại chitin mịn 32 Hình 3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ ủ dung dịch NaOH đến hiệu suất khử protein hàm lượng protein lại chitin mịn 34 Hình 3.5 Ảnh hưởng nồng độ HCl đến hiệu suất khử khoángvà hàm lượng khoáng lại chitin mịn 35 Hình.3.6 Ảnh hưởng thời gian xử lý HCl đến hiệu suất khử khoángvà hàm lượng khoáng lại chitin mịn 37 Hình.3.7 Ảnh hưởng tỷ lệ chitin mịn/dung dịch HCl đến hiệu suất khử khoáng hàm lượng khoáng lại chitin mịn 38 Hình 3.8 Quy trình sản xuất dự kiến 39 Hình 3.9 Quy trình sản xuất chitosan từ chitin 41 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Chế biến phế liệu thành sản phẩm giá trị gia tăng lĩnh vực quan tâm phát triển theo hướng nâng cao hiệu sử dụng tài nguyên, sản xuất sản phẩm mới, ứng dụng sản xuất hạn chế ô nhiễm nhằm góp phần phát triển bền vững sản xuất công nghiệp Theo Hiệp Hội Chế Biến & Xuất Khẩu Thủy Sản Việt Nam năm 2016, xuất tôm bắt đầu đà hồi phục nhu cầu tiêu thụ tăng từ thị trường chủ lực Hoa Kỳ, EU, Trung Quốc tồn kho giảm, giá tôm giới tăng nguồn cung từ số nước sản xuất Ecuador, Thái Lan… sụt giảm dịch bệnh Kim ngạch xuất tôm năm 2016 đạt 3,13 tỷ USD, tăng 7,0% so với năm 2015, Theo ước tính, lượng phế liệu tôm khoảng 200.000 tấn/năm, có khoảng 120.000 đầu, vỏ tôm nguồn nguyên liệu dồi cho sản xuất chitin/chitosan vấn đề thách thức cho công tác xử lý môi trường Hiện có nhiều nhà máy thu mua phế liệu tôm nhằm mục đích sản xuất thức ăn cho gia cầm, dùng làm phân bón cho lúa nhiên công nghệ sản xuất thô sơ, lạc hậu Với lợi nguồn nguyên liệu hệ thống thiết bị máy móc, công nghệ công ty cổ phần Việt Nam Food (VNF) công ty chuyên xử lý phế liệu thủy sản để sản xuất sản phẩm giá trị gia tăng SSE (Soluble Shrimp Extract), chitin, chitosan Bên cạnh quy trình sản xuất SSE tại, VNF phải thải lượng xác bã (chitin mịn) lớn với lượng trung bình đạt 500kg/ ngày, chitin mịn thu hồi có chất lượng kém, màu ngà nâu, hàm lượng protein khoáng cao không đáp ứng yêu cầu chất lượng cho chitin thương mại Từ lý trên, đề tài: “Nghiên cứu quy trình tái xử lý chitin mịn công ty Cổ phần Việt Nam Food” tiến hành Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu chế độ tái xử lí chitin mịn thành sản phẩm chitosan Nội dung đề tài: - Phân tích chất lượng chitin mịn Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện tái xử lý protein cho chitin mịn NaOH Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện tái xử lý khoáng cho chitin mịn HCl Đề xuất quy trình tái xử lý chitin mịn Ý nghĩa đề tài: Kết đề tài có ý nghĩa lớn trình sản xuất công ty Phạm vi nghiên cứu: Chitin mịn sản xuất phương pháp hóa học 49  Ở bình hứng chứa sẵn thể tích dư (A ml) thêm vào vài giọt thị tashiro Đặt bình hứng đầu hệ thống làm lạnh, ý đầu phải ngập dung dịch acid H3BO3 f Hệ thống cất phải đảm bảo hoàn toàn kín Bắt đầu cất, theo dõi màu bình hứng, dung dịch chuyển sang màu xanh mạ phải kết thúc trình chưng cất Cốc hứng đem chưng cất HCL 0.1N g Tính kết Tính lượng N tổng số sau: N(%)   A  B .1,42 *100 m Trong đó: A: thể tích HCL 0,1N chuẩn độ mẫu (ml) B: Thể tích HCL 0,1N chuẩn độ mẫu trắng (ml) 1,42: mg nitơ tương ứng với ml HCL 0,1 N m: Lượng mẫu lấy nghiên cứu (g/ml) Hàm lượng protein thô mẫu tính theo công thức: P = 6,25*N Trong đó: N: Hàm lượng nitơ mẫu (%) P: Hàm lượng protein thô mẫu (%) 50 Phương pháp xác định độ deacetyl [20] a Xây dựng đường chuẩn N-acetyl glucosamine Hòa tan 0,1105 g N-acetyl glucosamine 10 ml H3PO4 dung dịch có nồng độ 0,05 M Lấy ml dung dịch sau thêm 98 ml nước cất dung dịch có nồng độ 0,001 M.Từ dung dịch ta pha thành dung dịch có nồng độ tương ứng 0,0001; 0,0002; 0,0004; 0,0006; 0,0008; 0,001 M Sau có dãy nồng độ trên, tiến hành đo OD bước sóng 210 nm để xây dựng đường chuẩn N-acetyl glucosamine b Chuẩn bị mẫu Hòa tan 100 mg chitin/chitosan 20 ml H3PO4 85 %, khuấy đảo 60oC vòng 40 phút Lấy 10 ml dung dịch định mức đến 100 ml nước cất, sau ủ dung dịch 60oC Sau đó, đo OD bước sóng 210 nm Từ kết đo được, thay vào đường chuẩn N-acetyl glucosamine để tính lượng N-acetyl glucosamine c Tính kết Xác định giá trị Degree of deacetyl (DD) mẫu Degree of deacetyl (DD) mẫu xác định theo công thức: 𝐷𝐷 = 100 ∗ [1 − 𝑚𝑀 𝐺𝑙𝑐 = 𝑚𝑀 𝐺𝑙𝑐 𝑁𝐴𝐶 ] 𝑚𝑀 𝐺𝑙𝑐 𝑁𝐴𝐶 + 𝑚𝑀 𝐺𝑙𝑐 𝑤 − (𝑚𝑀 𝐺𝑙𝑐 𝑁𝐴𝑐 ∗ 0,2032) 0,16117 Trong + DD: Degree of deacetyl + w: khối lượng mẫu 51 + mM NAC Glc: hàm lượng NAC Glc tính theo đường chuẩn mM Glc: Hàm lượng glucosamine Xác định hàm lượng Chitin [10] Phân tích hàm lượng chitin nguyên liệu vỏ tôm xác định theo số công bố trước [10] Cân 2g chitin mịn cho vào bình chứa 50ml HCl 1M thời gian 80 độ C, sau trình xử lý với acid, nguyên liệu rửa đến trung tính xử lý tiếp tục với dung dịch NaOH 1M vòng thời gian 90 o C bể ổn nhiệt, bã sau xử lý acid kiềm rửa lại lần với 15ml acetone sấy khô sản phẩm nhiệt độ 110 độ C đên lượng không đổi Hàm lượng chitin tính theo công thức: 𝐶𝑇(%) = 𝑚2 × 100 m1 × 100−𝑀𝐶 100 Trong đó, m1, m2 khối lượng trước sau sấy, MC độ ẩm nguyên liệu ban đầu 52 Phụ lục Kết xử lý trình nghiên cứu 2.1 Kết trình khử protein 2.1.1 Ảnh hưởng nồng độ NaOH đến chất lượng chitin sau xử lý Bảng 3.5 Ảnh hưởng nồng độ NaOH đến hiệu suất khử protein Nồng độ % Hiệu suất % Protein lại % 30,1 ± 1,5 6,1 ± 0,02 66,93 ± 1,11 2,09 ± 0,08 88,4 ± 0,36 1,0 ± 0,02 89,6 ± 0,25 0,9 ± 0,03 90,2 ± 0,67 0,8 ± 0,01 2.1.2 Ảnh hưởng thời gian ngâm NaOH đến chất lượng chitin sau xử lý Bảng 3.6.Ảnh hưởng thời gian ngâm NaOH đến hiệu suất khử protein Thời gian Hiệu suất % Protein lại % 4h 81,4 ± 0,64 1,87 ± 0,07 6h 85,5 ± 0,45 1,28 ± 0,02 8h 90,0 ± 0,06 0,9 ± 0,01 10h 90,6 ± 0,19 0,8 ± 0,02 12h 90,8 ± 0,31 0,8 ± 0,03 14h 91,1 ± 0.,18 0,7 ± 0,01 53 2.1.3 Ảnh hưởng tỷ lệ nguyên liệu/dung dịch NaOH đến chất lượng chitin sau xử lý Bảng 3.7 Ảnh hưởng tỷ lệ nguyên liệu/dung dịch đến hiệu suất khử protein Tỷ lệ chitin mịn/nguyên liệu Hiệu suất % Protein lại % 1/7.5 66,1 ± 0,30 2,85 ± 0,04 1/10 90,0 ± 0,42 0,88 ± 0,04 1/12.5 90,5 ± 0,03 0,81 ± 0,02 1/15 91,4 ± 0,12 0,74 ± 0,03 1/20 91,6 ± 0,17 0,71 ± 0,02 2.1.4 Ảnh hưởng nhiệt độ ủ đến chất lượng chitin sau xử lý Bảng 3.8.Ảnh hưởng nhiệt độ ủ đến chất lượng chitin sau xử lý Nhiệt độ ủ Hiệu suất % Protein lại % Nhiệt độ phòng 88,4 ± 0,35 1,0 ± 0,03 Nhiệt độ 70 độ C 92,2 ± 0,28 0,7 ± 0,04 Nhiệt độ 90 độ C 92,5 ± 0,24 0,7 ± 0,02 54 2.2 Kết trình khử khoáng 2.2.1 Ảnh hưởng nồng độ HCl đến chất lượng chitin sau xử lý Bảng 3.9.Ảnh hưởng nồng độ HCl đến chất lượng chitin sau xử lý Nồng độ % Hiệu suất % Khoáng lại % 35,2 ± 0,23 6,1 ± 0,11 86,9 ± 0,13 1,0 ± 0,02 87,6 ± 0,37 0,9 ± 0,02 88,8 ± 0,21 0,9 ± 0,03 90,4 ± 0,47 0,8 ± 0,02 2.2.2 Ảnh hưởng thời gian ngâm HCl đến chất lượng chitin sau xử lý Bảng 3.10.Ảnh hưởng thời gian ngâm HCl đến chất lượng chitin sau xử lý Thời gian (giờ) Hiệu suất % Khoáng lại % 85,3 ± 034 1.13 ± 0,03 87.1 ± 0,50 0,96 ± 0,02 90,1 ± 0,06 0,95 ± 0,02 10 89,6 ±0,07 0,87 ± 0,02 12 89,4 ± 0,31 0,8 ± 0,03 55 2.2.3 Ảnh hưởng tỷ lệ nguyên liệu/dung dịch HCl đến chất lượng chitin sau xử lý Bảng 3.11 Ảnh hưởng tỷ lệ nguyên liệu/dung dịch đến chất lượng chitin sau xử lý Tỷ lệ nguyên liệu/dung dịch Hiệu suất % Khoáng lại % 1/7.5 78,4 ± 0,18 2,5 ±0,03 1/10 86,2 ± 0,26 0,8 ± 0,02 1/12.5 89,8 ± 0,84 0,8 ± 0,02 1/15 93,0 ± 0,86 0,8 ± 0,01 56 Phụ lục Một số hình ảnh sản phẩm sau xử lí Hình ảnh khử protein theo nồng độ NaOH 57 Hình ảnh khử protein theo thời gian xử lý NaOH 58 Hình ảnh khử protein theo tỷ lệ chitin mịn/NaOH 59 Hình ảnh khử protein theo nhiệt độ xử lý NaOH 60 Hình ảnh khử khoáng theo nồng độ HCl 61 Hình ảnh khử khoáng theo thời gian xử lý 62 Hình ảnh khử khoáng theo tỷ lệ chitin mịn/HCl 63 Hình.4.0 Chitin trước sau xử lý Hình 4.1 Sản phẩm chitosan từ chitin mịn ... chitin thương mại Từ lý trên, đề tài: Nghiên cứu quy trình tái xử lý chitin mịn công ty Cổ phần Việt Nam Food tiến hành 2 Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu chế độ tái xử lí chitin mịn thành sản phẩm... lượng chitin mịn Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện tái xử lý protein cho chitin mịn NaOH Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện tái xử lý khoáng cho chitin mịn HCl Đề xuất quy trình tái xử lý chitin mịn Ý... TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM - TRƯƠNG TÔN PHƯƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TÁI XỬ LÝ CHITIN MỊN CỦA CÔNG TY CỔ PHẦN VIỆT NAM FOOD CÁN