1.2 Mục tiêu của đề tài Đề tài được nghiên cứu nhằm mục đích: Nghiên cứu xác định thành phần nước thải chứa máu cá và đề xuất phương pháp thu hồi máu cá. Nghiên cứu xác định các điều kiện công nghệ (độ pha loãng, nhiệt độ, sự có mặt và nồng độ các chất keo tụ, pH…) đến hiệu quả thu hồi máu cá. 1.3 Nội dung nghiên cứu của đề tài Để đạt được mục tiêu đề ra, nội dung nghiên cứu bao gồm các vấn đề sau: 1. Tổng quan lý thuyết. 2. Khảo sát về thực trạng thải bỏ máu cá trong quy trình chế biến. 3. Đề xuất phương pháp thu hồi máu cá trong nước thải chế biến thủy sản.
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Nghề nuôi cá da trơn nước ta bắt đầu khởi sắc từ năm 1993 với sản lượng lên tới hàng chục nghìn tấn/năm với lồi cá cá ba sa (tên khoa học Pangasius (Hamilton), Pangasius Bocourti (Souvage)) cá tra (tên khoa học Pangasius Micronemus Pangasius Hypopthalamus) Cá tra loài cá đặc sản vùng sông Mê Kông.Sản phẩm chủ yếu fitler đông lạnh, sản lượng xuất chiếm 80%, tiêu thụ nội địa 20% Theo Hiệp hội Chế biến Xuất Thủy sản (Vasep), tháng đầu năm 2009, xuất thuỷ sản nước đạt 1000 tấn, kim ngạch gần 2,2 tỉ USD Tuy nhiên, phát triển ngành chế biến thuỷ sản làm cho vấn đề ô nhiễm môi trường ngày lớn Chất thải phát sinh ngành chế biến thuỷ sản bao gồm chất thải rắn (đầu, xương, vây,…) nước thải có lẫn máu cá, nhớt cá Lượng chất thải (nhất nước thải) ngành thải vào môi trường ngày tăng số lượng, biến động thành phần Theo số liệu thống kê, năm, tồn ngành chế biến thuỷ sản thải vào mơi trường lượng nước thải từ – 12 triệu m3/năm, thành phần chủ yếu lượng máu cá từ quy trình chế biến Xét khía cạnh mơi trường, nước thải chế biến thuỷ sản, số BOD máu cá khoảng 200 g/l, COD khoảng 400 g/l chí máu đơng có số BOD gần 900 g/l Điều cho thấy nguồn nước thải bị ô nhiễm nặng nề phương pháp xử lý phù hợp Nếu chế biến ngày khoảng 100 cá lượng máu cá thải 1.2 tấn, lượng nước thải dùng để rửa máu cá trung bình từ 1,3 – 1,5 m 3/tấncá Mặt khác, máu cá thu tương đương với lượng chất khơ khoảng 150 kg, protein chiếm 87% ( ≈130,5 kg) Như nhà máy tốn chi phí đầu tư quy trình xử lý nước thải mà lãng phí lượng protein khơng nhỏ từ máu cá.Bên cạnh đó,nước thải thải với hàm lượng chất khô lớn giàu dinh dưỡng môi trường thuận lợi để pháttriển mầm bệnh, gây nhiễm mơi trường Do đó, việc tách thu hồi lượng máu cá khơng có ý nghĩa mặt mơi trường mà có lợi mặt kinh tế Vì vậy, đề tài nhằm xửlý nước thải nhà máy chếbiến thủy sản thu hồi lượngmáu cá để làm nguyên liệu cho chế biến thức ăn gia súc thức ăn thủy hải sản Mục tiêu đề tài 1.2 Đề tài nghiên cứu nhằm mục đích: - Nghiên cứu xác định thành phần nước thải chứa máu cá đề xuất phương pháp thu hồi máu cá - Nghiên cứu xác định điều kiện cơng nghệ (độ pha lỗng, nhiệt độ, có mặt nồng độ chất keo tụ, pH…) đến hiệu thu hồi máu cá 1.3 Nội dung nghiên cứu đề tài Để đạt mục tiêu đề ra, nội dung nghiên cứu bao gồm vấn đề sau: Tổng quan lý thuyết Khảo sát thực trạng thải bỏ máu cá quy trình chế biến Đề xuất phương pháp thu hồi máu cá nước thải chế biến thủy sản CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan ngành chế biến thủy sản Việt Nam Ngành thủy sản bao gồm: ngành nuôi trồng chế biến thủy sản Trong đó, ngành chế biến thuỷ sản phần bản, ngành có hệ thống sở vật chất tương đối lớn, bước đầu tiếp cận với trình độ khu vực, đội ngũ quản lý có kinh nghiệm, cơng nhân kỹ thuật có tay nghề giỏi Ngành chế biến thủy sản ngày mở rộng quy mô sản xuất phục vụ cho nhu cầu ngày cao người Sản phẩm ngành chế biến thủy sản đa dạng phong phú với nhiều phương thức chế biến thủy sản khô, nước mắm, sản phẩm lên men, sản phẩm hun khói, đồ hộp thủy sản chả cá rán, cá phi lê, … Đối với hàng chế biến xuất khẩu, ngành chuyển dần từ hình thức bán nguyên liệu sang xuất sản phẩm tươi sống, sản phẩm ăn liền sản phẩm bán lẻ siêu thị có giá trị cao 2.2 Ơ nhiễm nước thải Nguồn nước thải phát sinh trình hoạt động: Nước thải sản xuất: Phát sinh chủyếu từkhâu rửa nguyên liệu trongquá trình tiếp nhận, sơ chế thủy sản Đây loại nước thải có nồng độ chất ô nhiễm cao Nước thải vệ sinh công nghiệp: Đây lượng nước cần dùng cho việcrửa sàn nhà ngày, ngồi dùng cho việc rửa máy móc, thiết bị, rửa xe… Nước thải sinh hoạt: Nước thải từviệc tắm giặt, vệsinh toàn bộcơng nhân, cán xí nghiệp 2.3 Hiện trạng thải bỏ máu cá - Công suất chế biến cá trung bình: 100tấn/ngày - Lượng máu thải ngày tính theo nguyên liệu cá: khoảng 1.6 máu cá/100 cá - Lượng nước dùng rửa cá ngày: 100 m3/100tấn cá Theo sơ đồ quy trình chế biến cá fillet Công ty TNHH XNK Thủy sản An Phát nước thải phát sinh từ nhiều cơng đoạn quy trình sản xuất.Theo thực tế lượng nước thải thải khâu cắt tiết – ngâm rửa cá nhiều nhất.Trong đó, số BOD, COD nước thải khâu cắt tiêt – ngâm rửa cá cao Nước thải từ khâu thu gom chung với nước thải toàn quy trình sản xuất, sau dẫn đến hệ thống xử lý nước thải nhà máy Nước thải đầu đạt loại C trước dẫn sang khu xử lý nước thải tập trung khu công nghiệp Tuy nhiên, hệ thống xử lý nước thải thường xuyên bị tải, hoạt động không hiệu quả.Như vậy, công ty khơng tốn chi phí đầu tư vận hành hệ thống xử lý nước thải mà lãng phí lượng protein không nhỏ từ nguồn máu cá.Bên cạnh đó, nước thải cơng ty với hàm lượng chất khô lớn giàu dinh dưỡng sẽlàm môi trường thuận lợi để phát triển mầm bệnh, gây ô nhiễm môi trường Do vậy, kết hợp thu hồi máu cá đưa nước sau thu hồi máu cá vào hệ thống xử lý nước thải nhà máy giảm nồng độ chất nhiễm dẫn tới giảm chi phí đầu tư cho quy trình xử lý nước thải, đồng thời đem lại hiệu kinh tế cho nhà máy 2.4 Khả thu nhận máu cá Phần lớn công ty có hai đường dẫn nước thải bao gồm: nước thải sinh hoạt nước thải sản xuất Tuy nhiên, hai đường dẫn nước thải tập trung vào hố thu gom, sau dẫn vào hệ thống xử lý chung cơng ty Do đó, tiến hành thu hồi máu cá từ nước thải hố thu gom nước thải chung nhà máy khơng có hiệu nồng độ máu cá nước thải q thấp Chính vậy, thu gom nước thải khâu cắt tiết – ngâm rửa cá riêng để tiến hành thu hồi máu cá hiệu thu hồi cao 2.5 Cơ sở lý thuyết trình 2.5.1 Quá trình lắng Lắng phương pháp thường dùng để tách huyền phù chất keo (được hợp lại dạng cặn sau giai đoạn keo tụ - kết bơng) Mỗi hạt rắn khơng hòa tan nước thải lắng chịu tác động hai lực: trọng lực lực cản xuất hạt rắn chuyển động tác động củatrọng lực Mối tương quan hai lực định tốc độ lắng hạt rắn Trọng lượng P hạt rắn phụ thuộc vào khối lượng, kích thước tỉ trọng nó.Lực cản P1 phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, tốc độ rơi hạt rắn độ nhớt nước thải Tùy theo nồng độ chất hạt cặn (tỉ trọng hình dạng) người ta phân biệt bốn kiểu lắng: lắng hạt đồng ổn định, lắng hạt cặn khơng đồng có khả keo tụ, lắng chậm lại (do lớp cặn có nồng độ cao) lắng kiểu nén bùn - Kiểu 1: Lắng hạt đồng ổn định Kiểu lắng (gọi lắng hạt rời cá thể) đặc trưng bởi: hạt cặn bảo tồn tính chất vật lý ban đầu chúng (hình dạng, kích thước, tỉ trọng) trình lắng Vận tốc lắng độc lập với nồng độ hạt cặn: có nghĩa định luật cổ điển Newton Stoke áp dụng trường hợp Khi hạt cặn đồng ổn định lắng, vận tốc tăng dần đến giá trị mà lực lắng (trọng lượng) cân với lực ma sát Trạng thái dVp/ dt = tương ứng với điểm cân lực tác dụng lên hạt cặn - Kiểu 2: Lắng hạt cặn khơng đồng có khả keo tụ (các hạt cặn keo tụ) Trong kiểu lắng này, cặn q trình lắng có tượng kết tụ.Vì tính chất vật lý cặn (hình dạng, kích thước, tỉ trọng vận tốc lắng) thay đổi q trình lắng Lắng dung dịch nước có hạt keo tụ phụ thuộc vào đặc tính lắng keo bơng mà phụ thuộc vào đặc tính keo tụ chúng Vận tốc lắng phụ thuộc vào đường kính, tỉ trọng hạt cặn độ nhớt động lực học nước Tỉ lệ kết hạt cặn bể lắng phụ thuộc vào: • Khoảng cách phân tử chuyển động • Điện tích bề mặt • Gradient vận tốc bể • Nồng độ hạt cặn • Đường kính hạt cặn Kiểu 3: Lắng bị chậm lại - Kiểu lắng đặc trưng nồng độ hạt cặn cao Điều tạo lớpcác hạt cặn làm xuất ranh giới rõ rang chất rắn lắng xuống chất lỏng lên Kiểu 4: Lắng theo kiểu nén bùn - Trong kiểu lắng này, hạt cặn tiếp xúc với lắng xuống, lớp chồng lên lớp 2.5.2 Đông tụ keo tụ Quá trình lắng tách hạt rắn huyền phù tách chất gây nhiễm bẩn dạng keo hồ tan chúng hạt rắn có kích thước q nhỏ Để tách hạt rắn cách có hiệu phương pháp lắng, cần tăng kích thước chúng nhờ tác động tương hỗ hạt phân tán liên kết thành tập hợp hạt, nhằm tăng vận tốc lắng chúng.Việc khử hạt keo rắn lắng trọng lượng đòi hỏi trước hết cần trung hồ điện tích chúng, thứ đến liên kết chúng với nhau.Q trình trung hồ điện tích thường gọi q trình đơng tụ, q trình tạo thành lớn từ hạt nhỏ gọi q trình keo tụ Phương pháp đơng tụ Q trình thuỷ phân chất đơng tụ tạo thành keo xảy theo giai đoạn sau : Me3+ Me(OH)2+ + + HOH HOH ⇔ ⇔ Me(OH)2+ Me(OH)+ + + H+ H+ Me(OH)+ + HOH ⇔ Me(OH)3 + H+ Me3+ + 3HOH ⇔ Me(OH)3 + 3H+ Chất đông tụ thường dùng muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp chúng.Việc chọn chất đông tụ phụ thuộc vào thành phần, tính chất hố lý, giá thành, nồng độ tạp chất nước, pH Các muối nhôm dùng làm chất đông tụ: Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al(OH)2Cl, KAl(SO4)2.12H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O Thường dùng sunfat nhôm làm chất đông tụ hoạt động hiệu pH = – 7.5, tan tốt nước, sử dụng dạng khô dạng dung dịch 50% giá thành tương đối rẻ Các muối sắt dùng làm chất đông tụ: Fe2(SO4)3.2H2O, Fe2(SO4)3.3H2O, FeSO4.7H2O FeCl3 Hiệu lắng cao sử dụng dạng khô hay dung dịch 10 - 15% Phương pháp keo tụ Keo tụ trình kết hợp hạt lơ lửng cho chất cao phân tử vào nước Khác với q trình đơng tụ, keo tụ kết hợp diễn khơng tiếp xúc trực tiếp mà tương tác lẫn phân tử chất keo tụ bị hấp phụ hạt lơ lửng Sự keo tụ tiến hành nhằm thúc đẩy q trình tạo bơng hydroxyt nhơm hydroxyt sắt với mục đích tăng vận tốc lắng chúng Việc sử dụng chất keo tụ cho phép giảm chất đông tụ, giảm thời gian đông tụ tăng vận tốc lắng Cơ chế làm việc chất keo tụ dựa tượng sau: hấp phụ phân tử chất keo bề mặt hạt keo, tạo thành mạng lưới phân tử chất keo tụ Sự dính lại hạt keo lực đẩy Van Der Walls Dưới tác động chất keo tụ hạt keo tạo thành cấu trúc chiều, có khả tách nhanh hoàn toàn khỏi nước Chất keo tụ thường dùng hợp chất tự nhiên tổng hợp chất keo tự nhiên tinh bột, ete, xenluloce, dectrin (C 6H10O5)n dioxyt silic hoạt tính (xSiO2.yH2O) 2.6 Tổng quan nguồn nguyên liệu, sản phẩm 2.6.1 Máu Máu loại mô liên kết đặc biệt với thành phần bao gồm dịch lỏng huyết tương phần tế bào hồng cầu Hình 1: Tế bào máu Cấu tạo, đặc tính hình thái học tính chất vật lý, hóa học máu Máu tổ chức di động tạo thành từ thành phần hữu hình tế bào (hồng cầu, bạch cầu, tiểu cầu) huyết tương.Chức của máu cung cấp chất nuôi dưỡng cấu tạo tổ chức loại bỏ chất thải trình chuyển hóa thể khí cacbonic acid lactic.Máu phương tiện vận chuyển tế bào (bao gồm tế bào có chức bảo vệ thể tế bào bệnh lý), chất khác (các amino acid, lipid, hormone) tổ chức quan thể Các rối loạn thành phần cấu tạo máu hay ảnh hưởng đến tuần hồn bình thường dẫn đến rối loạn chức nhiều quan khác Máu gia súc, gia cầm dạng mơ liên kết có vai trò quan trọng đời sống động vật Cấu trúc máu gồm hai phần rõ rệt: phần lỏng gọi huyết tương, phần hữu hình gọi huyết cầu (hồng cầu, bạch cầu, tiểu cầu) Tỉ lệ huyết tương huyết cầu khác loài gia súc Trong thể động vật máu nóng, lượng máu chiếm 3-5% trọng lượng, khoảng 35-45% hồng cầu, phần lại huyết tương Trong máu có khoảng 10-17% protein tùy loại động vật nên coi máu cá “thịt lỏng” - Tỷ trọng: tỷ trọng toàn phần máu 1,05-1,06 Trong đó, tỷ trọng huyết tương 1,03, tỷ trọng huyết cầu 1,1 Tỷ trọng thay đổi tùy theo nồng độ protein huyết cầu máu - pH: giá trị pH khoảng 7,39 điều dẫn đến máu có tính kiềm - Độ nhớt: độ nhớt máu so với nước 3,8/1-4,5/1: giá trị phụ thuộc vào nồng độ protein số lượng huyết cầu - Áp suất thẩm thấu: áp suất thẩm thấu máu gần 7,5 atm, phần lớn muối NaCl gây phần nhỏ protein hòa tan Áp suất thẩm thấu máu định phân phối nước thể Dưới tác dụng nhiệt máu bị đông đặc, phần nước tự máu bị ngồi Bản chất đơng đặc máu biến tính kết vón cục tiểu phần protein Các tiểu phần protein huyết khác đông đặc nhiệt độ khác nhau: albumin 67oC; globulin 69-75oC; fibriogen 56oC Để đơng đặc hồn tồn máu cần nâng nhiệt đến 80oC Thành phần hóa học máu Máu dung dịch keo, thành phần protein Ngoài ra, máu có số thành phần khác chất khoáng, carbonhydrate, lipit, vitamin, sắc tố, hoocmon chất có hoạt tính sinh học khác Một số vấn đề thường gặp máu cá Máu cá loại máu khác chứa nhiều thành phần có giá trị dinh dưỡng cao vi khống, amino acid, vitamin B, C…, protein, glucid, lipid nên thuận lợi cho vi sinh vật phát triển vi khuẩn Samolella, Bacillus,Clostridium, E.Coli, Coliform… nấm mốc, nấm men… Do đó, máu mơi trường truyền mầm bệnh cho người động vật Đồng thời, vi sinh vật tiết enzyme phân huỷ hợp chất hữu có máu làm giảm giá trị dinh dưỡng gây ôi máu, tạo mùi lạ gây khó chịu, nhiễm mơi trường Nấm men trực khuẩn đường ruột làm cho máu sủi bọt, làm thay đổi trạng thái màu sắc máu Một số yếu tố khác có ảnh hưởng đến thành phần, chất lượng máu cá Ngồi vi sinh vật, điều kiện sinh hố lý khác ảnh hưởng đến thành phần hoá học tính chất máu cá Máu sau khỏi thể cá nhanh chóng bị đơng tụ can thiệp vào trình yếu tố nhiệt độ, ánh sáng, hoá chất, acid citric, acid lactic,… ảnh hưởng đến q trình đơng máu Ion sắt máu dạng dễ hấp thu tác dụng với gốc acid tạo muối khơng tan chuyển thành dạng không hấp thu Các yếu tố môi trường nhiệt độ,ánh sáng enzyme vi sinh vật có sẵn máu nhanh chóng oxi hố máu thành CO 2, NH3 nước, làm thất thoát đáng kể thành phần dinh dưỡng máu 2.6.2 Protein Cấu tạo protein: Hình 2: Cấu tạo protein Tất protein chứa nguyên tố C, H, O, N Một số có chứa lượng nhỏ S Tỉ lệ phần trăm khối lượng nguyên tố phân tử protein sau: C: 50-55% H: 6,5-7,3% O: 21-24% N: 15-18% S: 0-0,24% Ngoài nguyên tố trên, số protein chứa lượng nhỏ nguyên tố khác như: P, Fe, Zn, Mn, Ca, … Protein cấu tạo từ đơn vị acid amin Acid amin hợp chất hữu mạch thẳng vòng phân tử có chứa nhóm amin (-NH2), nhóm cacboxyl (-COOH) 10 Lọc: Cặn tủa đem lọc loại bỏ phần nước, nước sau lọc theo đường ống dẫn qua bể điều hòa, sau sấy 105oC, 120 phút bột huyết thơ Giải thích quy trình xử lý nước thải: Song chắn rác: Cho phép cào dọn tay, dùng để loại bỏ phần tử lớn không phân hủy khỏi nước thải Bể thu gom Nước thải từ trình sản xuất, sinh hoạt dẫn bể thu gom Bể thu gom cơng trình có nhiệm vụ tiếp nhận, trung chuyển Bể điều hòa: Nước thải bơm sang bể điều hòa hữu Chức bể điều hòa lưu lượng nồng độ chất ô nhiểm nước thải ( pH, BOD, COD, chất dinh dưỡng) đồng thời máy thổi khí cung cấp oxy vào nước thải nhằm tránh sinh mùi hôi thối làm giảm khoảng 20-30% hàm lượng COD, BOD có nước thải Bể Aeroten: Tại bể sinh học hiếu khí (Aerotank) diễn q trình sinh học hiếu khí trì nhờ khơng khí cấp từ máy thổi khí Tại đây, vi sinh vật dạng hiếu khí ( bùn hoạt tính) phân hủy chất hữu lại nước thải thành chất vô đơn giản như: CO2, H2O… theo phản ứng sau: Chất hữu + vi sinh vật hiếu khí H2O + CO2 + sinh khối Hiệu suất xử lý bể làm thoáng theo COD, BOD đạt khoảng 90 – 95% Bể lắng: Sau xử lý sinh học hiếu khí, nước thải chảy qua bể lắng nhằm tách sinh khối vi sinh vật (bùn sinh học) có dòng nước thải Nước thải phân phối 16 vào ống lắng trung tâm, bùn lắng xuống đáy bể, nước chảy tràn bề mặt theo hệ thống máng thu nước Bể lọc: Cuối nước thải bơm vào thiết bị lọc áp lực gồm lớp vật liệu: sỏi đỡ, cát thạch anh nhằm loại bỏ hợp chất hữu hòa tan, ngun tố dạng vết, chất khó khơng phân giải sinh học, tạo độ cần thiết cho nước thải 3.3 Các phương pháp thu hồi máu cá nước thải chế biến thủy sản Để thực mục đích thu hồi máu cá, điều quan trọng lựa chọn đuợc phương pháp thích hợp mặt cơng nghệ, phương pháp có ưu việt mặt hạn chế định mà vào để định thực phương pháp Tóm lại, dù thực với phương pháp thu hồi máu cá khác cần đáp ứng số điều kiện sau: tình hình sản xuất thực tế nhà máy, chi phí đầu tư thiết bị, lượng chất thu hồi, sản phẩm sau có đem lại lợi nhuận cho nhàmáy hay khơng cuối q trình sản xuất có ảnh hưởng tới môi trường tự nhiên không Các phương pháp thường áp dụng thu hồi máu cá từ dung dịch bao gồm phương pháp hóa học (pI, diêm tích, alcaloit, dung mơi hữu cơ, muối kim loại nặng, polymer hữu cơ…) phương pháp vật lý (siêu lọc, siêu âm tia cực tím, nhiệt độ…) 3.3.1 Phương pháp kết tủa Đây phương pháp ứng dụng nhiều để thu hồi máu cá từ dung dịch Nguyên tắc phương pháp tác động yếu tố bên ngoài, tương tác protein máu cá với nước, protein với protein protein với thành phần khác bị thay đổi, dẫn đến hệ giảm khả hòa tan phân tử dung dịch, dẫn đến tập hợp phân tử 17 protein tạo thành khối kết tủa tách khỏi dung dịch Tuỳ theo tác nhân gây biến tính mà biến tính phân tử phân thành hai dạng: - Biến tính thuận nghịch: Là dạng biến tính thường gây thay đổi bên phân tử như: phá vỡ lớp vỏ hydrat bề mặt phân tử protein hay điện tích phân tử bị trung hồ Bên cạnh đó, biến tính thuận nghịch biến đổi cấu trúc không gian phân tử protein mà nguyên nhân có phá huỷ liên kết phân tử Chủ yếu liên kết yếu liên kết ion, liên kết hyđro, liên kết kỵ nước (liên kết Van Der Walls) bị phá huỷ tương ứng với cấu trúc bậc 4, bậc bị thay đổi, chuyển thành cấu trúc bậc 2, chí cấu trúc bậc bị làm thay đổi phần Nói chung, khơng có phân huỷ liên kết bền phân tử (tiêu biểu liên kết cầu disunfua) Chính thế, tác nhângây biến tính loại khỏi mơi trường cấu trúc ban đầu phân tử protein phục hồi trở lại (thuận nghịch) - Biến tính khơng thuận nghịch: Là dạng biến tính gây biến đổi sâu sắc, dẫn đến khả phục hồi trở lại cấu trúc ban đầu phân tử protein Khi đó, hầu hết liên kết hoá học yếu phân tử số liên kết mạnh cầu disunfua bị phá huỷ, phân tử protein duỗi mạch chuyển dạng cấu trúc đơn giản (bậc bậc 1), sauđó hình thành liên kết trường hợp này, liên kết ban đầu mà phân tử protein khơng khả phục hồi lại cấu trúc tự nhiên tác nhân gây biến tính loại bỏ Điều đồng nghĩa với việc phân tử protein tính chất ban đầu Trên sở phương pháp kết tủa gây biến tính khơng thuận nghịch ứng dụng nhiều để thu nhận máu cá với mục đích giữ lại giá trị dinh dưỡng chế phẩm Tùy vào điều kiện cụ thể mà tác nhân gây biến tính sử dụng độc lập phối hợp với cho trình thu nhận đạt hiệu mong muốn Kết tủa pH 18 Do tính chất phân ly lưỡng cực nên hòa tan dung dịch pH định, phân tử protein chủ yếu tồn dạng ion lưỡng cực với nhóm amin bị proton hóa (nhận proton) nhóm cacboxyl bị phân ly (mất proton) Khi bề mặt phân tử protein bao quanh lớp vỏ hydrat, trạng thái dung dịch keo protein trì tác nhân acid, bazơ, từ dung dịch đệm ta đưa pH dung dịch giá trị mà điện tích phân tử protein bị trung hòa khiến cho lực đẩy tĩnh điện phân tử đi, đồng thời tương tác phân tử protein với phân tử nước giảm, dẫn đến lớp vỏ hyrat bao quanh bề mặt bị phá vỡ làm tăng tương tác phân tử protein, tạo điều kiện cho phân tử tập hợp với hình thành kết tủa Ở khơng có thay đổi cấu trúc phân tử nên loại tác nhân gây kết tủa khỏi dung dịch protein hòa tan trở lại mơi trường có pH thích hợp Mặt khác, trường hợp pH dung dịch thay đổi đến giá trị cao thấp biến tính khơng thuận nghịch xảy Khi đó, điện tích nhóm phân cực mạch bên acid amin thay đổi, tạora lực đẩy tĩnh điện nhóm bị ion hố nên làm giãn mạch phân tử protein, xuất nhóm kỵ nước bề mặt, tương tác protein chiếm ưu thế, kết phân tử protein tiến lại gần nhau, làm xuất kết tủa Vì chế kết tủa pH mang tính thuận nghịch nên áp dụng để tách hợp chất protein có hoạt tính sinh học khỏi hỗn hợp mà đảm bảo hoạt tính cấu trúc phân tử.Tuy nhiên, thời gian tủa thường lâu, hiệu suất lại thấp chi phícho hố chất khơng nhỏ nên hiệu kinh tế không cao Kết tủa nhiệt độ Dưới tác dụng nhiệt độ cao, liên kết cấu trúc phân tử protein phá huỷ, cấu trúc bậc 2, bậc bậc bị giãn mạnh, xuất nhóm kỵ nước bề mặt phân tử protein, làm giảm tương tác protein với nước nên gây kết tủa protein Tất trường hợp biến tính nhiệt độ cao biến tính khơng thuận nghịch cầu disunfua bị phá huỷ hoàn toàn Mỗi loại protein khác có nhiệt độ biến tính khác nhau, nồng 19 độ thời gian xử lý nhiệt quy định mức độ biến đổi, đa số trường hợp protein bắt đầu bị biến tính nhiệt độ khoảng 45-50 oC, nhiệt độ tăng, biến tính sâu sắc Bên cạnh yếu tố hoạt độ nước, pH môi trường, hàm lượng muối, chất nồng độ chất khác có ảnh hưởng định Protein bị gia nhiệt điểm đẳng điện kết tủa nhanh hơn, người ta thường dùng cách để phân lập tinh chế protein từ Lactoserum, máu huyết tương Tuy nhiên, người ta nhận thấy số protein bị kết tủa nhiệt độ thấp (trường hợp trứng, sữa) Điều giải thích phân tử protein có tỉ lệ acid amin kỵ nước/ acid amin háo nước cao nên nhiệt độ thấp làm giảm liên kết hydro protein với nước, tăng tương tác protein protein làm xuất kết tủa Vì vậy, phương pháp ưu việt để tách protein từ dung dịch sinh học mà chúng quan tâm đến hoạt tính cấu trúc sinh học Ngược lại, để thu nhận enzym cần phải tiến hành nhiệt độ thấp Phương pháp tủa nhiệt xảy nhanh, triệt để, gây nhiễm mơi trường.Bên cạnh ưu điểm, phương pháp có nhược điểm chi phí lượng cho q trình lớn Kết tủa muối trung tính Khi cho dung dịch muối trung tính vào dịch chứa máu cá, muối hòa tan làm nồng độ ion dung dịch Khi đó, có cạnh tranh nước ion muối trung tính phân tử protein Ở nồng độ muối thấp độ tan protein xem tỷ lệ với nồng độ muối (chính xác tỷ lệ thuận với lực ion dung dịch) Khi nồng độ muối tăng độ tan protein tăng dần độ tan protein đạt cực đại giá trị nồng độ muối (điểm muối tích) Khi nồng độ muối tiếp tục tăng độ tan protein giảm tương tác muối – nước lúc tăng mạnhdẫn đến làm giảm tương tác nước protein, lớp vỏ hydrat phân tử ptoteinbị phá vỡ, thêm vào đó, ion muối trung tính bám lên bề mặt phân tử protein tạo thành lớp vỏ có điện tích trung hòa, kết làm kết tủa protein 20 Nồng độ dung dịch muối cần dùng tùy thuộc vào hóa chất protein dung dịch Các ion âm ion dương phân tử muối định hiệu loại muối đó, cụ thể là: - Hiệu ion âm giảm dần theo thứ tự: phosphate > sunfate > acetate > chloride - Các ion dương cho hiệu cao thường sử dụng NH+4> K+> Na+ Trong đó, muối sử dụng nhiều (NH 4)2SO4 với lý giá thành rẻ, độ hoà tan cao Tỷ trọng dung dịch amoni sulfat bão hoà khoảng 1.235 g/ml với nồng độ tương ứng 4M Muối thường bổ sung vào dạng dung dịch, khơng muốn thể tích dung dịch thay đổi dùng muối dạng bột Nồng độ muối amoni kết tủa thường dùng 50-80% độ bão hoà.Lượng muối sản phẩm tách phương pháp lọc qua màng thẩm tích Ưu điểm phương pháp khơng gây biến tính bất thuận nghịch protein, nên áp dụng để tinh enzyme Ngồi ra, với lớp ion muối bao quanh bề mặt phân tử protein có tác dụng ngăn cản thuỷ phân protein, chống lại tác động vi sinh vật nên bảo quản lượng protein tủa thời gian trước tiến hành bước Tuy nhiên, lượng hố chất sử dụng gây nhiễm mơi trường hiệu suất tủa khơng cao nên khó khai triển quy mô công nghiệp Kết tủa dung môi hữu Các dung môi hữu tan nước như: ethanol, acetone, methanol, isopropanol… bổ sung vào dung dịch protein, mặt vừa làm kết tủa số điện môi dung dịch, khiến cho tương tác phântử protein tăng lên Mặt khác, tính chất háo nước nên cho vào dung dịch protein, phân tử dung môi hữu hút nước, làm giảm tương tác nước protein, dẫn đến phá vỡ lớp vỏ hydrat phân tử protein, kết gây kết tủa protein Nồng độ ion dung dịch ảnh hưởng đến trình kết tủa Nồng độ ion dung dịch khoảng 0,05-0,2M thích hợp Với nồng độ ion cao 21 cầnlượng dung mơi nhiều nguy biến tính tăng Trong nồng độ ion thấp kết tủa thu mịn khó tách Nếu điều chỉnh pH dung dịch giá trị pI protein kết tủa xảy nhanh nồng độ dung môi hữu cần thấp Bên cạnh đó, kích thước phân tử protein ảnh hưởng đến tốc độ trình kết tủa, với phân tử có kích thước lớn kết tủa xảy nhanh chóng dễ dàng phân tử protein có tính chất có kích thước nhỏ Aceton ethanol dung môi phổ biến việc kết tủa protein Trong đó, aceton sử dụng nhiều nồng độ cần thiết thấp Hầu hết, protein dung dịch kết tủa aceton dung dịch chiếm 50% (v/v) ethanol 80% (v/v) Điều cần lưu ý để tránh nồng độ protein trở nên q lỗng thêm dung mơi, làm giảm hiệu kết tủa Cho nên dung dịch protein trước cần có nồng độ lớn 1mg/l Ưu điểm phương pháp tủa nhiệt độ thấp protein khơng bị biến tính nên thích hợp để thu nhận enzym, hormon Tuy nhiên, lượng dung môi sử dụng lớn nên gây ô nhiễm môi trường không kinh tế quy mô công nghiệp Kết tủa polymer hữu PEG (polyethylene glycol) loại polymer hữu dùng phổ biến để kết tủa protein từ dung dịch Khối lượng phân tử PEG nhỏ 500.000 (dalton), phân tử PEG tan dung môi: nước, methanol, benzen… không tan diethyl ether, hexane Cơ chế tác nhân tương tự dùng dung mơi hữu cơ, phân tử PEG hòa tan dung dịch, hút nước làm lớp vỏ hydrat bao quanh phân tử protein nên gây kết tủa protein Ưu điểm phương pháp lượng PEG sử dụng thấp chiếm khoảng 20%, PEG không gây biến tính protein, khơng độc hại, hiệu thu nhận cao Do đó, phương pháp thường áp dụng để thu nhận chế phẩm enzyme hợp chất có hoạt tính sinh học khác Tuy nhiên, nồng độ 22 PEG cao làm cho dung dịch có độ nhớt cao, khó tách kết tủa giai đoạn thời gian kết tủa tương đối dài 3.3.2 Phương pháp siêu lọc Phân tử protein có kích thước lớn nên khơng thể khuyếch tán qua màng bán thấm Do đó, áp lực cao lực ly tâm, cho dung dịch protein qua màng bán thấm có nước phân tử nhỏ khác qua, phân tử protein bị giữ lại Tuy nhiên, việc ứng dụng phương pháp để thu nhận lượng lớn chế phẩm protein chi phí thiết bị lớn, thời gian xử lý dài nên thông thường áp dụng quy mơ phòng thí nghiệm Nhưng ưu điểm phương pháp chế phẩm thu nhận có độ tinh cao 3.3.3 Phương pháp hấp phụ polymer Dùng polymer có kích thước nhỏ để hấp phụ nước phân tử nhỏ khác khỏi nước thải chứa máu cá Phương pháp áp dụng để cô đặc dung dịch protein, nhiên, hiệu suất thu hồi thấp phân tử protein bị hấp phụ vào polymer nên việc ứng dụng hạn chế Ngồi phương pháp nêu có số phương pháp phân tích protein phương pháp sắc ký phương pháp điện di áp dụng để tách riêng protein từ hỗn hợp.Các phương pháp sử dụng chủ yếu để phân tích protein quy mơ phòng thí nghiệm 3.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước “Nghiên cứu thu hồi protein máu cá từ quy trình chế biến cá tra” – tác giả Lê Thanh Hải, Đại học Bách Khoa, 8/2006 Tác giả tiến hành thu hồi protein máu cá với thông số tối ưu cho trình kết tủa sau: - Sử dụng dung dịch đệm acetat pH = - Tỉ lệ thể tích dung dịch máu cá/dung dịch đệm: 30:1 - Thời gian kết tủa: 50 phút - Nhiệt độ kết tủa: 60oC Quy trình thu hồi protein máu cá tác sau: 23 Dung dịch máu loãng Tác nhân tủa Kết tủa máu cá Nước thải Lọc Enzyme Thủy phân Sấy Sấy phun Bột protein hòa tan Bột protein thơ Hình 5: Quy trình thu hồi tận dụng máu cá Qua thông số này, tác giả thu protein máu cá từ quy trình chế biến cá tra với hiệu suất kết tủa protein 91,47% Sau thu protein, tác giả tiến hành xác định thành phần chế phẩm là: * Hàm lượng ẩm * Hàm lượng Nitơ tổng * Hàm lượng tro tổng 24 Kết thu được: bột kết tủa protein sau sấy khơ tới độ ẩm 5-7% có hàm lượng Nitơ tổng 21% tro tổng 2,14%, bột có màu nâu đen phức hợp Fe hemoglobin Bột máu cá thu được ứng dụng lĩnh vực: - Làm thức ăn cho gia súc - Tạo thành sản phẩm protein thủy phân dạng pepton dùng bổ sung dinh dưỡng môi trường nuôi cấy vi sinh vật - Trong y học, bột máu cá với hàm lượng protein cao nguyên liệu thuận lợi để sản xuất pepton thay phần cho nguyên liệu sản xuất pepton - Bột máu cá dùng sản xuất màu thực phẩm tượng tự chế phẩm từ máu động vật khác “Nghiên cứu ứng dụng chitosan việc thu hồi protein từ nước rửa sumiri” – tác giả, TrườngĐại học Thủy Sản Nha Trang Chitosan chiết rút từ phế liệu tôm thẻ chân trắng ứng dụng làm chất trợ lắng để thu hồi protein nước rửa sumiri Kết cho thấy protein nước rửa sumiri kết tủa pH = thu hồi phương pháp lắng, lọc với trợ lắng chitosan nồng độ xử lý 80-100 ppm thời gian 15 phút Hiệu suất thu hồi đạt gần 60% protein hòa tan nước rửa sumiri thời gian ngắn Protein thu hồi chứa đầy đủ acid amin thiết yếu phù hợp việc tái sử dụng việc chế biến thức ăn gia súc 3.5 Đề xuất quy trình thu hồi máu cá quy mơ cơng nghiệp Trên thực tế, với quy mơ cơng nghiệp đơn giản sử dụng cách cung cấp nhiệt Do đó, phát triển quy mơ cơng nghiệp dùng thu góp lượng mặt trời sau để truyền nhiệt cho dòng nước thải 25 Hình 6: Quy trình thu hồi máu cá quy mơ cơng nghiệp Trong đó: Bình chứa Thiết bị truyền nhiệt Bể lắng ngang Thiết bị đun nước nóng dùng lượng mặt trời Nhận xét: Với mơ hình đề xuất thu góp lượng mặt trời đáp ứng nhiệt độ từ 40-70oC Do đó, thực tế sử dụng đun nóng lượng mặt trời để truyền nhiệt cho dòng nước thải đạt 60oC 26 3.6 Đề xuất hướng ứng dụng hỗn hợp bột máu cá Ứng với điều kiện thí nghiệm khảo sát bình kết tủa máu cá, tiến hành thu nhận hỗn hợp bột máu cá xác định thành phần bột máu cá là: Hàm lượng ẩm Hàm lượng Nitơ tổng Hàm lượng tro tổng Kết thu sau: - Bột kết tủa máu cá sau sấy khô tới độ ẩm 5-7% có hàm lượng Nito tổng 21% tro tổng 2,14%, bột có màu nâu đen phức hợp Fe hemoglobin - Bột máu cá giàu protein, giàu chất sắt sử dụng trực tiếp làm thức ăn gia súc, gia cầm Mặt khác, chất khống sắt có máu dạng hòa tan nên giúp vật ni hấp thu dễ dàng, nguồn bổ sung chất dinh dưỡng tốt - Do thành phần giàu protein, lẫn tạp chất nên tạo thành sản phẩm protein thủy phân dạng pepton dùng bổ sung dinh dưỡng môi trường nuôi cấy vi sinh vật ứng dụng lĩnh vực nghiên cứu vi sinh công nghệ sinh học - Trong lĩnh vực y học, pepeton thành phần thiếu môi trường nuôi cấy vi trùng mà nguồn pepton có giá thành cao phải ngoại nhập 3.7 Nhận xét sơ tính kinh tế đề tài Vấn đề thu hồi lượng máu cá khâu cắt tiết – ngâm rửa cá quy trình sản xuất cá mang lại lợi ích sau: - Góp phần làm giảm đáng kể nồng độ chất ô nhiễm nước thải trước vào hệ thống xử lý nước thải chung nhà máy, từ làm lượng hóa chất cần thiết cho q trình xử ly, giảm chi phí xử lý cho nhà máy - Thời gian lưu bể aeroten giảm làm giảm nồng độ phát sinh mùi - Chất khơ thu có hàm lượng protein cao làm thức ăn cho gia súc, gia cầm CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 27 Quá trình thu hồi máu cá nước thải công đoạn cắt tiết – ngâm rửa cá, kết tủa phương pháp nhiệt kết hợp với sử dụng chất trợ lắng cho hiệu suất thu hồi đạt khoảng 70 – 72,13% Các thơng số cho q trình thu hồi máu cá là: • Khoảng nhiệt độ kết tủa: 60oC – 65oC; • Thời gian lưu nước bể lắng: 30 phút; • Nồng độ phèn nhơm 20mg/l; • Khoảng pH thích hợp cho trình: – Quy trình thu hồi triển khai quy mơ cơng nghiệp, đề tài nghiên cứu mang lại nhiều ý nghĩa: - Góp phần làm giảm lượng hàm lượng chất ô nhiễm nước thải phát sinh từ quy trình chế biến nồng độ BOD 5, COD, từ làm giảm chi phí cho hệ thống xử lý nước thải, đồng thời mang lại hiệu kinh tế cho nhà máy - Bổ sung nguồn nguyên liệu chế biến thức ăn gia súc chế biến thức ăn thủy sản, góp phần đa dạng hóa nguồn nguyên liệu cho ngành chế biến thức ăn gia súc, thức ăn thủy hải sản - Tận thu nguồn phụ phẩm nhà máy chế biến thủy sản để tạo sản phẩm cho nhà máy - Sử dụng nhiệt từ nguồn lượng mặt trời làm tác nhân kết tủa máu cá, tiết kiệm điện 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Nguyễn Văn Phước, Kỹ thuật xử lý chất thải công nghiệp, Trường Đại Học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh, trang 209-214, 2006 [2].Nguyễn Ngọc Lân Truyền nhiệt công nghệ môi trường Nhà xuất Khoa học Kỹ Thuật, 2006 [3].Lê Thanh Hải Nghiên cứu thu hồi protein máu cá từ quy trình chế biến cá tra Đại học Bách Khoa, tháng 8/2006 [4].http://123doc.org/document/1226753-nghien-cuu-cong-nghe-thu-hoi-mauca-trong-nuoc-thai-che-bien-thuy-san-tai-cong-ty-tnhh-xuat-nhap-khau-thuysan-an-phat-tien-giang-potx.htm(ngày 11/3/2017) 29 30 ... cần thiết cho nước thải 3.3 Các phương pháp thu hồi máu cá nước thải chế biến thủy sản Để thực mục đích thu hồi máu cá, điều quan trọng lựa chọn đuợc phương pháp thích hợp mặt cơng nghệ, phương... điều hòa Nước thải Lắng Quy trình xử lý nước thải Aeroten Cặn tủa Quy trình thu hồi máu Lọc Lắng Sấy Lọc Bột huyết thơ Hình 1: Sơ đồ quy trình cơng nghệ xử lý -thu hồi máu cá nước thải công ty... dẫn nước thải tập trung vào hố thu gom, sau dẫn vào hệ thống xử lý chung cơng ty Do đó, tiến hành thu hồi máu cá từ nước thải hố thu gom nước thải chung nhà máy khơng có hiệu nồng độ máu cá nước