Nghiên cứu sử dụng polymer sinh học trong việc thu hồi protein từ nước thải chế biến thủy sản

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HOÀNG HƢƠNG QUỲNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG POLYMER SINH HỌC TRONG VIỆC THU HỒI PROTEIN TỪ NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Đà Nẵng - Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HOÀNG HƢƠNG QUỲNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG POLYMER SINH HỌC TRONG VIỆC THU HỒI PROTEIN TỪ NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN Chuyên ngành : Công nghệ sinh học Mã số : 60420201 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Ts Đặng Đức Long Đà Nẵng - Năm 2018 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả Nguyễn Hồng Hƣơng Quỳnh iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii TÓM TẮT LUẬN VĂN vii DANH MỤC VIẾT TẮT viii DANH MỤC C C NG ix DANH MỤC C C H NH x MỞ Đ U 1 T nh c p thiết c M c ti u nghi n cứu Đối t Ph t i ng v ph m vi nghi n cứu ng ph p nghi n cứu ngh kho h c v th c ti n c t i nghi n cứu ố c c luận v n CHƯƠNG T NG QUAN TÀI LI U 1.1 Tổng qu n v ng nh chế biến th y sản 1.2 Tổng qu n v n ớc thải th y sản 1.3 Tổng qu n v Proten c 1.3.1 Protein c u trúc 10 1.3.2 Protein ch t c 10 1.3.3 Protein li n kết (khung m ng) 11 1.4 Tổng qu n v polymer sinh h c xử lý n ớc thải 11 1.4.1 Tổng qu n v chitos n 11 a C u trúc 11 b T nh ch t c chitos n 12 b.1 T nh ch t vật lý 12 b.2 T nh ch t h h c 12 b.3 T nh ch t sinh h c 13 c Ứng d ng c chitos n 13 iv c.1 Ứng d ng c ng ngh th c ph m [26 29 13 c.2 Ứng d ng y tế [29 34 15 c.3 Ứng d ng xử lý m i tr ờng [58 15 c.4 Ứng d ng n ng nghi p [21 16 c.5 Ứng d ng c ng nghi p [33 16 1.4.2 Tổng qu n v bentonite 16 a C u trúc 17 b T nh ch t c bentonite 18 c Ứng d ng c bentonite 20 d C c ph ng ph p ho t h 1.5 Tổng qu n v ph bentonite 21 ng ph p keo t 22 1.5.1 Kh i ni m 22 1.5.2 C chế 22 a C chế trung ho i n t ch 24 b C chế t o cầu nối 24 c C chế t o cầu nối sảy r phản ứng 24 1.5.3 C c yếu tố ảnh h ởng ến qu tr nh keo t 25 a pH 25 b Li u l c Đ ng ch t keo t 25 c b n ầu 25 d Ch t h u c 26 e Ion n ớc 26 f Hi u ứng khu y 26 g Nhi t keo t 26 h Thế n ng zet 26 1.6 Tổng qu n v t nh h nh nghi n cứu v ngo i n ớc 26 1.6.1 T nh h nh nghi n cứu n ớc 26 1.6.2 T nh h nh nghi n cứu n ớc ngo i 28 CHƯƠNG NGUYÊN LI U VÀ PHƯƠNG PH P NGHIÊN CỨU 30 2.1 Nguy n li u nghi n cứu 30 v 2.1.1 Ngu n n ớc thải 30 2.1.2 D ng c h ch t v thiết b sử d ng 30 a D ng c 30 b H ch t 30 c Thiết b 31 2.2 Ph ng ph p nghi n cứu 31 2.2.1 S tiến tr nh nghi n cứu 31 2.2.2 Thuyết minh tiến tr nh nghi n cứu 32 a L m s ch v ho t h a.1 M c bentonite 32 ch 32 a.2 Tiến h nh th nghi m 32 b Khảo s t ặc t nh n ớc thải th y sản 33 c Nghi n cứu th c nghi m hi u su t xử lý COD c n ớc thải th y sản chitos n v bentonite 33 d Nghi n cứu thu h i protein t n ớc thải th y sản l m ph ph m bổ sung v o thức n gi súc 35 2.3 Ph ng ph p phân tích 36 2.3.1 Ph a H ng ph p x c nh COD 36 ch t 36 b C ch tiến h nh 36 c C ng thức t nh to n 36 2.3.2 Ph ng ph p x c nh TSS (Tot l Supended Solids) 37 a C ch tiến h nh 37 b C ng thức t nh to n 37 2.3.3 X c a H nh h m l ng protein ph ng ph p r dford [6 37 ch t 37 b C ch tiến h nh 37 2.3.4 Xác nh nit tổng số ph ng ph p Kejld hl [4 38 a Nguy n lý 38 b C ch tiến h nh 38 CHƯƠNG KẾT QU VÀ TH O LUẬN 40 vi 3.1 Kết ho t h 3.2 Đặc tr ng c entonite 40 n ớc thải th y sản 41 3.2.1 Khảo s t ặc tr ng c n ớc thải th y sản 41 3.2.2 Kết phân t ch ch t l ng n ớc thải t i c c v tr kh c nh u 42 3.3 Khảo s t hi u su t thu h i protein v hi u su t xử lý COD 44 3.3.1 Xây d ng ờng lbumin chu n 44 3.3.2 Kết khảo s t hi u su t thu h i protein v hi u su t xử lý COD 45 3.3.3 Kết protein thu h i l m ph ph m cho ch n nu i gi súc 48 3.4 Kết khảo s t ảnh h ởng c CHƯƠNG pH ến khả n ng keo t protein 49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51 4.1 Kết luận 51 4.2 Kiến ngh 51 TÀI LI U THAM KH O 53 PHỤ LỤC 58 vii TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG POLYMER SINH HỌC TRONG VIỆC THU HỒI PROTEIN TỪ NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN H c vi n: Nguy n Ho ng H Mã số: 60420201 Khóa: 32 ng Quỳnh Chuyên ngành: Công ngh sinh h c Tr ờng Đ i h c ch kho – ĐHĐN T m tắt: Nghi n cứu n y nhằm ứng d ng qu tr nh keo t dùng m t số lo i polymer sinh h c ể thu h i protein t n ớc thải th y sản S u thử nghi m i u ki n dung d ch chu n với m t lo i protein quy tr nh r ã c mở r ng ứng d ng tr n mẫu n ớc thải th y sản c tr m xử lý n ớc thải S n Tr - Đ Nẵng c d ng c c lo i protein kh c nh u Vi c nghi n cứu tập trung v o sử d ng lo i polymer sinh h c l chitos n kết h p với ch t hỗ tr v c l bentonite bổ sung v o n ớc thải nhằm thu h i protein l m giảm nhi m n ớc thải Hi u su t xử lý n ớc thải c nh gi th ng qu c c th ng số nh : c COD (chemic l oxygen dem nd) TSS (turbidity & suspended solids) Kết nghi n cứu t m r t l chitos n: bentonite phù h p ể keo t protein c ng nh giảm ch số COD l n tới h n 88 h m l ng protein c thu h i l n tới h n 95 T kết cho th y t nh ứng d ng c nghi n cứu n y kh c o n c nh ch t l ng n ớc thải t i c c nh m y kh c nh u b o g m c ng ty CP Th y sản v TM Thuận Ph ớc; C ng ty CP Đ h p H Long; C ng ty TNHH Hải Th nh; C ng ty Cổ Phần Kh ng Th ng v tr m xử lý CWWTP c ng c phân t ch theo c c ti u ch pH OD COD TSS NH4 TN TP v tổng dầu m ng th c vật nghi n cứu n y Từ kh a: “qu tr nh keo t ” “n ớc thải th y sản” “polymer sinh h c” “chitos n” “bentonite” Abstract: This research aims to apply the coagulation process using biopolymers to extract protein from fish processing wastewater After testing with a pure protein solution in a buffer, the procedure has been extended to real wastewater samples of Son Tra wastewater treatment plant, which contains a variety of proteins The research focused on the use of chitosan in combination with an inorganic addition (bentonite) to recover proteins and decrease the pollution of the wastewater The efficiency of the treatment process is measured through several parameters such as turbidity, chemical oxygen demand (COD), TSS (turbidity & suspendid solids) The results have determined an approapriate chitosan: bentonite ratio, at which the COD reduction is up to 88% and the recovery of protein is up to more than 95% Results show a great potential of the method in fish processing wastewater treatment in larger scale In addition, the quality of fish processing wastewater from various factories including seafood and TM Thuan Phuoc, Ha Long, Hai Thanh, Khang Thong and CWWPT was also measured via analytical criteria (pH, BOD, COD, TSS, NH4, nitrogen total, phosphate total and oil-and-grease total) in the present study Keywords - “coagutaling process”, “fish processing wastewater”, “bio-polymer”, “chitosan”, “bentonite” viii DANH MỤC VIẾT TẮT BOD5 : Nhu cầu oxi h sinh h c (s u ng y) CBTS : Chế biến th y sản COD : Nhu cầu oxy h CWWTP : Tr m xử lý n ớc thải tập trung DVTS : D ch v th y sản GGS : Cắt m ng bỏ ru t GDP : Tổng sản ph m quốc n i KCN : Khu c ng nghi p MTV : M t th nh vi n TNHH : Tr ch nhi m h u h n CP : Cổ phần TN : Tổng Nit P : Phốt TP : Tổng Phốt TSS : Tổng ch t rắn l lửng T0 : Nhi t h h c nh vảy ix DANH MỤC CÁC BẢNG ảng 1.1 Thành phần n ớc thải chế biến th y sản [tr.35, 8] ảng 1.2 Vi c thải h ng n m protein v ch t béo t n ớc thải c a ngành chế biến th y sản Ba Lan [5] ảng 1.3 Bảng số li u h m l ng protein thành phần hóa h c c a m t số loài th y sản ảng 1.4 T l % protein tổng số protein cá, m c ống th t 10 ảng 2.1 Thể tích chitosan khối l ng bentonite bổ sung cho t ng thí nghi m 34 ảng 2.2 Bảng d ng ờng chu n ph ng ph p r dford 38 ảng 3.1 Kết phân t ch bentonite ch ho t h v ã c ho t hóa 41 ảng 3.2 Đặc tr ng c n ớc thải th y sản 41 ảng 3.3 Kết phân tích ch t l ng n ớc thải t i v trí khác nhau42 ảng 3.4 Bảng số li u sau xử lý c n ớc thải th y sản 46 ảng 3.5 Kết khảo sát ảnh h ởng c pH ến hi u su t xử lý n ớc thải 49 Dung d ch phenol-natri nitroprusside: hoà tan g phenol 0,025 g natri nitroprusside (Na2[Fe(CN)5NO].2H2O) v o n ớc deion s u nh mức lên 500 mL Xây dựng đường chuẩn - Xây d ng ờng ch n cách tr n dung d ch chu n với thuốc thử nh nh bảng (2.4) r i em o h p th -ABS b ớc s ng 640 nm L u ý h số pha loãng mẫu c pha lỗng Chuẩn bị mẫu phân tích - Pha loãng mẫu n ớc c t cho n ng mẫu nằm khoảng ờng chu n (< mg/L) cần thiết - L y mL mẫu ã ph loãng v o ống nghi m, Thêm mL muối phenolnatri prusside vào ống - Lắc 10 giây máy lắc rung Vibrator - Thêm vào ống mL NaOCl (dung d ch c m u h i x nh) - Lắc 30 giây máy lắc rung Vibr tor i u nhi t 30 – 40oC t 20 - 30 phút - Để nhi t phòng r i o qu ng b ớc sóng 640 nm (Thiết bị: o hấp thụ quang COD) Biểu hiệu su t xử lý nƣớc thải qua số COD hàm lƣ ng protein Hi u su t xử lý n ớc thải qu ch số COD v h m l protein ng 120.000 100.000 t l 80.000 60.000 40.000 20.000 0.000 10 11 số th nghi m hi u su t x lý COD hi u su t thu h i protein 12 13 14 15 16 t l Biểu k t hiệu su t xử lý nƣớc thải t i pH khác 100.000 98.000 96.000 94.000 92.000 90.000 88.000 86.000 84.000 82.000 97.270 95.904 94.198 91.961 90.097 88.466 pH = pH = 5,5 pH = th nghi m hi u su t thu h i protein hi u su t xử lý COD ... HƢƠNG QUỲNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG POLYMER SINH HỌC TRONG VIỆC THU HỒI PROTEIN TỪ NƢỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN Chuyên ngành : Công nghệ sinh học Mã số : 60420201 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC NGƯỜI... i (nh sò ốc hến…) 1.4 Tổng quan v polymer sinh học xử lý nƣớc thải Polymer sinh h c (polymer c ngu n gốc sinh h c) l nh ng polymer c t o r t nhi n c c chu kỳ sinh tr ởng c c c c thể sống… Vi c... gi c c lo i protein v m t số t nh ch t vật lý c ch xếp c c protein Do c ng c chi lo i nh : protein c u trúc protein ch t c protein m li n kết [37] ảng 1.4 Tỉ lệ % protein tổng số protein cá,