Đánh giá ảnh hưởng của thành phần nguyên liệu đến chất lượng của sản phẩm chitin, chitosan

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA THÀNH PHẦN NGUYÊN LIỆU ĐẾN CHẤT LƢỢNG CỦA SẢN PHẨM CHITIN, CHITOSAN Giáo viên hƣớng dẫn: ThS Phạm Thị Đan Phƣợng Sinh viên thực hiện: Võ Nguyễn Tú Uyên Lớp: 57TP3 Mã số sinh viên: 57130909 Khánh Hòa – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA THÀNH PHẦN NGUYÊN LIỆU ĐẾN CHẤT LƢỢNG CỦA SẢN PHẨM CHITIN, CHITOSAN GVHD: ThS Phạm Thị Đan Phƣợng SVTH: Võ Nguyễn Tú Uyên Lớp: 57TP3 MSSV: 57130909 Khánh Hòa – 2019 LỜI CAM ĐOAN Khóa luận tốt nghiệp với đề tài: “Đánh giá ảnh hƣởng thành phần nguyên liệu đến chất lƣợng sản phẩm chitin, chitosan” công trình tơi nghiên cứu Tơi xin cam đoan số liệu nêu khóa luận trung thực Những kết luận khóa luận chưa cơng bố tài liệu Khánh Hòa, tháng 07 năm 2019 Người thực Võ Nguyễn Tú Uyên iv LỜI CẢM ƠN Để hồn thành khóa luận này, em nhận nhiều bảo, giúp đỡ, động viên khích lệ nhiều thầy cơ, anh chị bạn bè Trước hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, Ban chủ nhiệm Bộ môn Công nghệ thực phẩm quý thầy cô giảng dạy truyền đạt kiến thức quý báu tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt thời gian học tập trường Em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến Cô ThS Phạm Thị Đan Phượng tận tình hướng dẫn, truyền đạt kinh nghiệm quý báu cho em suốt thời gian thực khóa luận Qua em xin chân thành cảm ơn đến tồn thể thầy quản lý phịng thí nghiệm Khu cơng nghệ cao tạo điều kiện thuận lợi cho em hồn thành khóa luận Cảm ơn gia đình người bạn quan tâm, động viên giúp đỡ em suốt q trình thực đề tài Khánh Hịa, tháng năm 2019 Sinh viên thực Võ Nguyễn Tú Uyên v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN v MỤC LỤC .vi DANH MỤC CÁC BẢNG viii LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tìm hiểu nguyên liệu vỏ đầu tôm 1.1.1 Sản lượng phế liệu tôm 1.1.2 Cấu tạo thành phần hóa học phế liệu tơm 1.2 Nguồn gốc tồn chitin, chitosan 1.2.1 Cấu trúc tính chất chitin .8 1.2.2 Cấu trúc tính chất chitosan 10 1.3 Chỉ tiêu chất lượng chitin,chitosan 11 1.4 Ứng dụng chitin, chitosan 12 1.5 Công nghệ sản xuất chitin, chitosan 16 1.6 Tình hình nghiên cứu sản xuất chitin-chitosan giới Việt Nam 21 CHƢƠNG ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .27 2.1 Đối tượng nghiên cứu 27 2.2 Hóa chất, dụng cụ thiết bị 27 2.3 Các phương pháp nghiên cứu 28 2.3.1 Thu mẫu xử lý mẫu 28 2.3.2 Bố trí thí nghiệm xác định thành phần hóa học đầu vỏ tôm thẻ chân trắng 28 2.3.3 Sơ đồ bố thí nghiệm tổng quát 29 vi 2.3.4 Bố trí thí nghiệm xác định tiêu chitin sản xuất theo quy trình đề xuất 30 2.3.5 Bố trí thí nghiệm xác định tiêu chitosan sản xuất theo quy trình đề xuất 36 CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 38 3.1 Thành phần hóa học nguyên liệu 38 3.2 Kết phân tích tiêu chất lượng đánh giá chất lượng mẫu chitin thu quy trình đề xuất 40 3.3 Kết phân tích tiêu chất lượng đánh giá chất lượng mẫu chitosan thu từ quy trình đề xuất 44 3.4 Đề xuất phương pháp xử lý nguyên liệu quy trình sản xuất chitin, chitosan .48 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51 4.1 Kết luận 51 4.2 Kiến nghị 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 PHỤ LỤC .56 vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hóa học phế liệu tôm Bảng 1.2 Thành phần hóa học vỏ tôm thẻ chân trắng Bảng 3.1 Thành phần hóa học phế liệu tôm thẻ chân trắng 38 Bảng 3.2 Chất lượng cảm quan màu sắc chitin thu từ quy trình đề xuất 40 Bảng 3.3 Chất lượng cảm quan màu sắc chitosan thu từ quy trình đề xuất 44 Bảng 3.4 Chất lượng mẫu chitosan thu quy trình deacetyl mẫu chitin từ quy trình giai đoạn khử protein 46 Bảng 3.5 Chất lượng mẫu chitosan thu quy trình deacetyl mẫu chitin từ quy trình giai đoạn khử protein 46 viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cơng thức hóa học cellulose chitin Hình 1.2 Cơng thức phân tử chitin Hình 1.3 Cơng thức cấu tạo chitosan 10 Hình 1.4 Quy trình sản xuất chitosan theo phương pháp hóa học Trang Sĩ Trung 22 Hình 1.5 Quy trình sản xuất chitin, chitosan theo phương pháp hóa học Phạm Thị Đan Phượng, 2012 24 Hình 1.6 Quy trình sản xuất chitin, chitosan theo phương pháp sinh học Phạm Thị Đan Phượng, 2012 25 Hình 1.7 Quy trình sản xuất chitin Holanda Netto (2006) 26 Hình 2.1 Sơ đồ sản xuất chitin tổng quát 29 Hình 2.2 Sơ đồ quy trình sản xuất chitin giai đoạn khử protein (A) 31 Hình 2.3 Sơ đồ quy trình sản xuất chitin giai đoạn khử protein (B) 34 Hình 2.4 Sơ đồ quy trình sản xuất chitosan 36 Hình 3.1 Ngun liệu đầu tơm thẻ chân trắng 38 Hình 3.2 Các mẫu chitin sản xuất theo quy trình đề xuất 40 Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn hàm lượng khống protein cịn lại mẫu chitin sản xuất từ nguyên liệu theo quy trình 42 Hình 3.4 Các mẫu chitosan sản xuất theo quy trình đề xuất 44 Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn hàm lượng protein cịn lại mẫu chitosan thu sản xuất từ nguyên liệu theo quy trình 45 Hình 3.6 Sơ đồ đề xuất phương pháp xử lý nguyên liệu quy trình sản xuất chitin, chitosan giai đoạn khử protein 48 ix LỜI MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ngành thủy sản ngành cơng nghiệp mũi nhọn Việt Nam, đóng góp phần khơng nhỏ vào phát triển kinh tế nước nhà Đi đôi với phát triển vấn đề phế liệu thải từ trình chế biến thủy sản hàng năm lớn, đặc biệt phế liệu tôm, điểm hạn chế quan tâm người Trước đây, phế liệu tôm dùng làm phân bón thức ăn chăn ni Thì thời gian gần nhà nghiên cứu chế biến phế liệu thành sản phẩm giá trị gia tăng chitin, chitosan sản phẩm có giá trị khác Đã có nhiểu nghiên cứu liên quan đến vấn đề tìm hiểu sản xuất chitin, chitosan Các nhà nghiên cứu mong muốn cho sản phẩm chitosan chất lượng để ứng dụng vào nhiều lĩnh vực như: nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm… Một số nghiên cứu thành phần phế liệu tơm, phần đầu thường chiếm khoảng 35÷45% trọng lượng tơm ngun liệu, phần vỏ chiếm 10÷15%, cịn lại phế liệu khác Trong phế liệu tơm có chứa thành phần giá trị protein, khoáng chất, chitin, carotenoid, cacbonat canxi, sắc tố, enzyme…1 Việc tạo sản phẩm chitosan từ thành phần khác từ phế liệu tơm hóa chất lỗng khơng cho chitin, chitosan đạt chất lượng mà dần tối ưu hóa quy trình sản xuất, hiệu sử dụng nguồn nguyên liệu, giảm thiểu lượng hóa chất sử dụng, giải vấn đề nước thải tính an tồn cho sức khỏe người tiêu dùng ứng dụng vào ngành công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm… Với mong muốn đánh giá khác biệt thành phần nguyên liệu đầu tôm ban đầu ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm chitin, chitosan Vì em tiến hành thực đề tài: “ Đánh giá ảnh hƣởng thành phần nguyên liệu đến chất lƣợng sản phẩm chitin, chitosan” Mục tiêu nghiên cứu: Đánh giá khác biệt thành phần nguyên liệu đầu tôm ban đầu đến chất lượng sản phẩm chitin, chitosan Nội dung nghiên cứu: Xác định thành phần hóa học nguyên liệu đầu tôm thẻ chân trắng với phương pháp xử lý khác Xác định tiêu chất lượng chitin chitosan sản xuất theo quy trình đề xuất Đánh giá ảnh hưởng nguyên liệu đầu tôm ban đầu đến chất lượng sản phẩm chitin, chitosan Đề xuất phương pháp xử lý nguyên liệu quy trình sản xuất chitin, chitosan Ý nghĩa khoa học: Kết đề tài có ứng dụng nghiên cứu, liệu khoa học tham khảo chitin, chitosan Ý nghĩa thực tiễn: Sự thành công đề tài quy mô phịng thí nghiệm góp phần vào phát triển ngành sản xuất chitin, chitosan Qua đó, tận thu tối đa nguồn phế liệu từ sản xuất mặt hàng tôm thẻ chân trắng, hạn chế ô nhiễm môi trường tạo sản phẩm thực phẩm có giá trị, mang lại hiệu kinh tế cao   Trong đó: DD: Độ deacetyl w: Khối lượng mẫu (mg) khô tuyệt đối mg NAC Gl: Hàm lượng NAC Glc tính theo đường chuẩn: y= 0,095x+0,122 mg NAC: Hàm lượng glucosamine 1ml dung dịch mẫu Hệ số 0,2032 0,16117 hệ số chuyển đổi từ đơn vị mol/ ml Nacetyl glucosamine D- glucosamine 2.5 y = 0.0389x + 0.0514 R² = 0.9982 ABS 1.5 0.5 0 10 20 30 40 50 60 UG/ML Xác định độ nhớt chitosan: Pha chitosan nồng độ 1% acid acetic 1% sau tiến hành đo độ nhớt dung dịch nhiệt độ 25°C máy đo độ nhớt Brookfield, sử dụng spin 64 Kết đo xác định công thức sau: =× 64 Trong đó: : Kết đo cửa sổ nhớt kế : Hệ số tỷ lệ tương ứng với tốc độ quay spin Hệ số cho bảng sau: Hệ số  Tốc độ quay spin Spin 61 Spin 62 Spin 63 Spin 64 0.3 200 1000 4000 20000 0.6 100 50 2000 10000 1.5 40 200 800 4000 20 100 400 2000 10 50 200 1000 12 25 100 500 30 10 40 2000 60 20 1000 Phƣơng pháp xác định độ hoà tan - Nguyên lý: Chitosan hồ tan acid acetic lỗng, cịn chitn tạp chất khác khơng hồ tan - Tiến hành: Cân xác M(g) chitosan hồ tan aicd acetic loãng 1% khuấy 30 phút chitosan tan hồn tồn Sau đem lọc qua giấy lọc, rửa lại 65 nước cất, đem sấy khô đến khối lượng không đổi ta xác định độ tan chitosan Trong đó: m: Khối lượng chitosan (g) A: Khối lượng phễu lọc + giấy lọc + tạp chất sau sấy (g) B: Khối lượng phễu lọc + giấy lọc trước sấy (g) Phụ lục 2: Kết thí nghiệm Kết hàm lƣợng khống cịn lại mẫu chitin đƣợc sản xuất từ nguyên liệu theo quy trình Bảng PL 2.1 Chất lƣợng mẫu chitin thu đƣợc quy trình sản xuất chitin giai đoạn khử protein Mẫu chitin Chỉ tiêu chất lượng A- R A- KR A- DN Hàm lượng ẩm (%) 9,94 ± 0,51 9,73 ± 0,16 9,87 ± 0,73 Hàm lượng khoáng* (%) 0,54 ± 0,05c 0,74 ± 0,04d 1,08 ± 0,03f *: tính theo hàm lượng khơ tuyệt đối Ghi chú: Quy trình A: chitin thu từ quy trình sản xuất chitin giai đoạn khử protein Chitin A- R: chitin sản xuất từ vỏ đầu tôm lột, rửa Chitin A- KR: chitin sản xuất từ vỏ đầu tôm lột, không rửa Chitin A- DN: chitin sản xuất từ đầu tôm nguyên Bảng PL 2.2 Chất lƣợng mẫu chitin thu đƣợc quy trình sản xuất chitin giai đoạn khử protein Chỉ tiêu chất lượng Mẫu chitin 66 B- R B- KR B- DN Hàm lượng ẩm (%) 9,13 ± 0,82 8,64 ± 0,4 9,27 ± 0,68 Hàm lượng khoáng* (%) 0,33 ± 0,03a 0,45 ± 0,05b 0,94 ± 0,05e *: tính theo hàm lượng khơ tuyệt đối Ghi chú: Quy trình B: chitin thu từ quy trình sản xuất chitin giai đoạn khử protein Chitin B- R: chitin sản xuất từ vỏ đầu tôm lột, rửa Chitin B- KR: chitin sản xuất từ vỏ đầu tôm lột, không rửa Chitin B- DN: chitin sản xuất từ đầu tôm nguyên ANOVA Khoangchitin Sum of Squares Between Groups Within Groups Total mau 4.00 5.00 1.00 Duncan 2.00 a 6.00 3.00 Sig df Mean Square 1.284 019 12 1.303 17 N 3 3 3 3267 F Sig .257 158.138 000 002 khoangchitin Subset for alpha = 0.05 4500 5490 7400 9433 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.0800 1.000 Kết hàm lƣợng protein lại mẫu chitin đƣợc sản xuất từ nguyên liệu theo quy trình Chỉ tiêu chất lượng Mẫu chitin 67 A- R A- KR A- DN Hàm lượng ẩm (%) 9,94 ± 0,51 9,73 ± 0,16 9,87 ± 0,73 Hàm lượng protein* (%) 0,67 ± 0,03c 0,77 ± 0,02d 1,24 ± 0,03f Mẫu chitin Chỉ tiêu chất lượng B- R B- KR B- DN Hàm lượng ẩm (%) 9,13 ± 0,82 8,64 ± 0,4 9,27 ± 0,68 Hàm lượng protein* (%) 0,44 ± 0,05a 0,54 ± 0,03b 0,98 ± 0,04e ANOVA proteinchitin Sum of Squares Between Groups Within Groups Total mau Duncana df Mean Square 1.309 010 1.319 12 17 N 4.00 5.00 1.00 2.00 6.00 3 3 3.00 Sig 4367 F Sig .262 303.951 000 001 proteinchitin Subset for alpha = 0.05 5367 6717 7717 9817 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.2350 1.000 Kết hàm lƣợng khống cịn lại mẫu chitosan thu đƣợc sản xuất từ nguyên liệu theo quy trình Mẫu chitosan Chỉ tiêu chất lượng C-R C- KR 68 C-DN Hàm lượng ẩm (%) 10,28 ± 0,58 9,91 ± 0,34 10,09 ± 0,46 Hàm lượng khoáng (%)* 0,47 ± 0,02c 0,69 ± 0,02d 0,93 ± 0,04f 69 *: tính theo hàm lượng khô tuyệt đối Ghi chú: C: chitosan thu từ quy trình deacetyl mẫu chitin quy trình giai đoạn khử protein Chitin C- R: chitosan sản xuất từ vỏ đầu tôm lột, rửa Chitin C- KR: chitosan sản xuất từ vỏ đầu tôm lột, không rửa Chitin C- DN: chitosan sản xuất từ đầu tôm nguyên Mẫu chitosan Chỉ tiêu chất lượng D-R D-KR D- DN Hàm lượng ẩm (%) 10,07 ± 0,76 10,49 ± 0,05 9,57 ± 0,79 Hàm lượng khoáng (%)* 0,26 ± 0,03a 0,36 ± 0,03b 0,81 ± 0,03e *: tính theo hàm lượng khô tuyệt đối Ghi chú: D: chitosan thu từ quy trình deacetyl mẫu chitin quy trình giai đoạn khử protein Chitin D- K: chitosan sản xuất từ vỏ đầu tôm lột, rửa Chitin D- KR: chitosan sản xuất từ vỏ đầu tôm lột, không rửa Chitin D- DN: chitosan sản xuất từ đầu tôm nguyên ANOVA khoangchitosan Sum of Squares Between Groups Within Groups Total df Mean Square 1.078 009 12 1.087 17 F 216 280.615 001 70 Sig .000 mau N 4.00 5.00 1.00 Duncan 2.00 a 6.00 3.00 Sig 3 3 3 khoangchitosan Subset for alpha = 0.05 2567 3550 4767 6900 8133 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 9367 1.000 Kết hàm lƣợng protein lại mẫu chitosan thu đƣợc sản xuất từ nguyên liệu theo quy trình Mẫu chitosan Chỉ tiêu chất lượng C-R C- KR C-DN Hàm lượng ẩm (%) 10,28 ± 0,58 9,91 ± 0,34 10,09 ± 0,46 Hàm lượng protein (%)* 0,44 ±0,04c 0,57 ± 0,04d 0,97 ± 0,01f Mẫu chitosan Chỉ tiêu chất lượng D-R D-KR D- DN Hàm lượng ẩm (%) 10,07 ± 0,76 10,49 ± 0,05 9,57 ± 0,79 Hàm lượng protein (%)* 0,18 ± 0,02a 0,27 ± 0,03b 0,77 ± 0,03e 71 ANOVA proteinchitosan Sum of Squares Between Groups Within Groups Total mau 4.00 5.00 1.00 Duncan 2.00 a 6.00 3.00 Sig df Mean Square 1.351 008 12 1.359 17 N 3 3 3 F Sig .270 397.503 000 001 proteinchitosan Subset for alpha = 0.05 1753 2700 4420 5667 7720 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 Kết đo độ nhớt mẫu chitosan sản xuất từ quy trình: ANOVA donhot Sum of Squares Between Groups Within Groups Total df Mean Square F 85.558 440482.500 88096.500 12356.000 12 1029.667 452838.500 17 72 Sig .000 9650 1.000 mau donhot Subset for alpha = 0.05 N 375.000 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 460.000 565.000 Duncan a 645.000 751.000 Sig 1.000 1.000 1.000 825.000 1.000 1.000 1.000 Kết đo độ deacetyl mẫu chitosan sản xuất từ quy trình: ANOVA dodeacetyl Sum of Squares Between Groups Within Groups Total mau df Duncan Sig 387 12 105.702 17 N dodeacetyl Subset for alpha = 0.05 3.00 2.00 1.00 6.00 5.00 4.00 Sig F 105.315 a Mean Square 21.063 652.777 000 032 80.2900 82.3767 83.2000 85.4333 86.0533 1.000 1.000 73 1.000 1.000 1.000 87.4500 1.000 Kết đo độ tan mẫu chitosan sản xuất từ quy trình: ANOVA dotan Sum of Squares Between Groups Within Groups Total mau 3.00 6.00 2.00 Duncan 1.00 a 4.00 5.00 Sig N df Mean Square 35.208 123 12 35.330 17 F 7.042 689.036 Sig .000 010 dotan Subset for alpha = 0.05 95.5417 97.4250 98.5517 98.7500 99.4523 99.6417 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 74 Phụ lục 3: Một số hình ảnh thiết bị, máy móc Hình PL Tủ sấy Memmert, Đức Hình PL Lị nung Hình PL Bể ổn nhiệt lắc đảo Hình PL Máy ép mẫu VS-1205SW1, Hàn Quốc 75 Hình PL Máy quang phổ UV- VIS DR 6000 (Hach - Lange, Đức) Hình PL Máy nghiền mẫu 76 Phụ lục 4: Một số hình ảnh thí nghiệm Hình PL Ngun liệu đầu tơm thẻ chân trắng Hình PL Các mẫu chitin sản xuất từ quy trình đề xuất 77 Hình PL 10 Các mẫu chitosan sản xuất từ quy trình đề xuất 78 ... phần nguyên liệu đầu tôm ban đầu ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm chitin, chitosan Vì em tiến hành thực đề tài: “ Đánh giá ảnh hƣởng thành phần nguyên liệu đến chất lƣợng sản phẩm chitin, chitosan? ??... tiêu chất lượng chitin chitosan sản xuất theo quy trình đề xuất Đánh giá ảnh hưởng nguyên liệu đầu tôm ban đầu đến chất lượng sản phẩm chitin, chitosan Đề xuất phương pháp xử lý nguyên liệu quy... Mục tiêu nghiên cứu: Đánh giá khác biệt thành phần nguyên liệu đầu tôm ban đầu đến chất lượng sản phẩm chitin, chitosan Nội dung nghiên cứu: Xác định thành phần hóa học nguyên liệu đầu tôm thẻ chân