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 Chuyên ngành : Công nghệ sinh học Mã số : 60420201 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠNG NGHỆ SINH HỌC Đà Nẵng - Năm 2018 Cơng trình hoàn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: Ts Đặng Đức Long Phản biện 1: Ts Lê Lý Thùy Trâm Phản biện 2: Ts Vũ Thị Bích Hậu Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp thạc sĩ công nghệ sinh học họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 13 tháng 10 năm 2018 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa - Thư viện Khoa Hóa, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN M T nh c p thi t c Đ U tài Vấn đề ô nhiễm môi trường nước thải ngành chế biến thủy sản mức báo động Một nguyên nhân chưa có biện pháp hợp lý để tận thu phụ phẩm hữu có nước thải trình chế biến thủy sản Lượng chất thải ngành thải vào môi trường ngày tăng số lượng biến động thành phần Theo số liệu thống kê, toàn ngành chế biến thủy sản thải vào môi trường lượng nước thải từ – 12 triệu m3/năm Nước thải thủy sản có lẫn máu cá, nhớt cá chứa lượng protein hịa tan lớn, có giá trịnh dinh dưỡng cao, theo ước tính trung bình cá tạo từ 0,5 đến 0,7 m3 dung dịch máu cá cao so với quy trình chế biến áp dụng Hiện nay, nước thải nhà máy chế biến thủy sản chưa xử lý mức mà thường đưa trực tiếp vào hệ thống xử lý nước thải, gây tải hệ thống dẫn đến ô nhiễm môi trường Vì vậy, Trong nghiên cứu này, tơi tập trung vào thu hồi protein từ nước thải thủy sản Hiện nay, để thu hồi protein thường sử dụng số phương pháp thông dụng phương pháp đẳng điện (điều chỉnh pH acid, kiềm) xử lý nhiệt để kết tủa protein [51], [3] Ngoài ra, để tăng cường hiệu quả, rút ngắn thời gian xử lý trình thu hồi protein từ nước thải thủy sản, số chất keo tụ, tạo thường sử dụng muối vô (NaCl, Al2(SO4)3, FeCl3), polyme alginate, chitosan, polyme tổng hợp [51] [3] Đặc biệt chitosan, polyme sinh học chết tách từ phế liệu thủy sản, có tính keo tụ tạo bơng tốt ứng dụng nhiều thu hồi protein [53] Ngồi ra, chitosan khơng độc có hoạt tính sinh học có lợi kháng nấm, kháng khuẩn, chống oxy hóa, bảo vệ protein (protein protectant) nên sản phẩm protein thu hồi sử dụng chế biến thức ăn cho người động vật [8] Xuất phát từ vấn đề trên, chọn đề tài “Nghiên cứu sử dụng polyme sinh học việc thu hồi protein từ nước thải chế biến thủy sản” với mục đích sử dụng polyme sinh học thích hợp tìm giải pháp tối ưu làm tăng hiệu suất thu hồi protein tận dụng làm thức ăn chăn nuôi, mặt tận thu nguồn protein phế thải, mặt khác tìm giải pháp hợp lý cho việc giảm tải hệ thống xử lý nước thải nhà máy chế biến thủy sản Đây hướng mới, nhằm tìm giải pháp thích hợp để giải vấn đền xúc nan giải nhà máy chế biến thủy sản M c ti u nghi n c u - Khảo sát hiệu thu hồi protein từ nước thải chế biến thủy sản phương pháp keo tụ sử dụng polyme sinh học kết hợp với chất keo tụ vô bentonite; - Tận dụng nguồn protein phế phẩm làm nguyên liệu cho thức ăn chăn nuôi a - Đối tƣ ng ph m vi nghi n c u t Nước thải từ nhà máy chế biến thủy sản thu gom Trạm xử lý nước thải Sơn Trà, phường Thọ Quang, quận Sơn Trà, thành phố Đà Nẵng - Các loại polyme sinh học gồm: chitosan, natri alginate - Chất keo tụ vô Bentonite b v - Sử dụng nước thải chế biến thủy sản nhà máy chế biến thủy sản thu gom đấu nối Trạm xử lý nước thải Sơn Trà, phường Thọ Quang, quận Sơn Trà, thành phố Đà Nẵng a b Phƣơng ph p nghi n c u p áp t u ẫu: Phương pháp nghiên cứu phịng thí nghiệm p áp - Xác định pH nhiệt độ mẫu nước thải - Phương pháp Kali Permanganat - Phương pháp Kjeldahl - Phương pháp Bradford c p áp s u - Phương pháp đánh giá phương sai - Phương pháp đánh giá sai số - Phương pháp phân tích tương quan Và số phương pháp thực nghiệm khác ngh ho học th c ti n c tài nghi n c u a - Nghiên cứu khả thu hồi protein từ nước thải nhà máy chế biến thủy sản Đà Nẵng hỗn hợp bao gồm polyme sinh học kết hợp với chất keo tụ vô - Góp phần xây dựng quy trình cơng nghệ thu hồi protein từ nước thải thủy sản để sử dụng trực tiếp làm thành phần thức ăn gia súc polyme sinh học kết hợp với chất keo tụ vô - Nghiên cứu làm sáng tỏ thêm chế keo tụ protein polymer sinh học chất keo tụ vô 4 t b - t Có quy trình thu hồi protein từ nước thải chế biến thủy sản giải vấn đề ô nhiễm môi trường cấp bách địa phương đưa quy trình sử dụng nguồn phụ phẩm cách có giá trị Bố c c u n văn Luận văn có bố cục cụ thể sau: Mở đầu Chương 1: Tổng quan tài liệu Chương 2: Vật liệu phương pháp Chương 3: Kết thảo luận Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo Phụ lục CHƢƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan v ngành ch bi n th y sản 1.2 Tổng quan v nƣớc thải th y sản 1.3 Tổng quan v Proten cá 1.3.1 Protein cấu trúc 1.3.2 Protein chất 1.3.3 Protein liên kết (khung mạng) 1.4 Tổng quan v polymer sinh học xử ý nƣớc thải 1.4.1 Tổng quan chitosan a u tr t b t s b.1 Tính chất vật lý b.2 Tính chất hóa học b.3 Tính chất sinh học c Ứng t s c.1 ng dụng công nghệ thực phẩm [26, 29] c.2 ng dụng y tế [29, 34] c.3 ng dụng xử lý môi trường [58] c.4 ng dụng nông nghiệp [21] c.5 ng dụng công nghiệp [33] 1.4.2 Tổng quan bentonite a b u tr t t t Do bentonite chứa chủ yếu MMT có cấu trúc gồm lớp aluminosilicate liên kết với liên kết hydro, có ion bù trừ điện tích tồn lớp nên bentonite có tính chất đặc trưng: trương nở, hấp phụ, trao đổi ion, kết dính, nhớt, dẻo trơ, quan trọng khả trương nở, hấp phụ trao đổi ion c d 1.5 Ứ t p t p áp t hóa bentonite Tổng quan v phƣơng ph p eo t 1.5.1 Kh i ni m 1.5.2 chế a ế tru b ế t o cầu n i c ế t o cầu n i sảy phản ứng 1.5.3 a đ n tích c ếu t nh h ởng đến qu tr nh keo t pH b u t c đ đầu d t e tr f uứ u g tđ t h 1.6 ế t u t Tổng quan v tình hình nghiên c u ngồi nƣớc 1.6.4 nh h nh nghi n c u n c Các nghiên cứu trước thường sử dụng riêng lẻ polymer sinh học kết hợp với chất keo tụ vô để thu hồi protein nước thải thủy sản 1.6.5 nh h nh nghi n c u n c CHƢƠNG NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên liệu nghiên c u gu n n 2.1.1 c th i a ết b 2.2 Phƣơng ph p nghi n c u 2.2.1 đ tiến tr nh nghi n c u 2.2.2 hu ết minh tiến tr nh nghi n c u a s ả sát đ b c t t t t t ả t sả Nghiên cứu th c nghi m hi u su t x lý COD c c thải th y sản chitosan bentonite ứu t u d p su t ứ pr t t t ả t sả p s 2.3 Phƣơng ph p phân t ch 2.3.1 Ph ơng ph p x c định COD t a b tế t ứ t c t 2.3.2 Ph ơng ph p x c định TSS (Total Supended Solids) a tế t ứ t b t 2.3.3 X c định hàm l ợng protein ph ơng ph p Bradford [3] t a b tế 2.3.4 Xác định nitơ tổng số phương pháp Kejldahl [2] u a b c tế t ứ t t CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 K t ho t hóa Bentonite Mẫu bentonite sau làm hoạt hóa HCl 10% gửi cho phịng thí nghiệm mơn Cơng nghệ Hóa học – Trường Đại học Bách Khoa để xác định hoạt tính bề mặt Kết mẫu so sánh với mẫu bentonite chưa làm hoạt hóa Hình 3-1 ết ẫu đ s sá đ s v t ẫu t t Kết luận: Bentonite sau làm hoạt hóa có kích thước lỗ xốp lớn bentonite chưa hoạt hóa 3.2 Đặc trƣng c nƣớc thải th y sản 3.2.1 Kh o s t đặc tr ng n c th i thủy s n 10 3.2.2 Kết qu phân tích chất l ợng n c th i vị trí khác 3.3 Khảo sát hiệu su t thu hồi protein hiệu su t xử lý COD 3.3.1 Xây dựng đ ờng albumin chuẩn Độ hấp thụ (A) 0.5 0.4 y = 0.0081x + 0.0079 R² = 0.9958 0.3 0.2 0.1 0 ì 3.3.2 3.1 20 Nồng độ albumin40(µg/ml) 60 th đ ờng chu n albumin Kết qu kh o sát hi u suất thu h i protein hi u suất xử lý COD Kết luận: Với 100 ml mẫu nước thải, bổ sung ml chitosan 1% + g bentonite cho hiệu suất thu hồi protein cao 11 nhất, đạt 95,2% Khảo sát ảnh hưởng pH khả keo tụ protein 3.3.3 nu i gia s c Kết qu protein thu h i làm ph phẩm cho ch n Tiến hành quy trình keo tụ tối ưu từ kết trước, thu sản phẩm keo tụ từ lít nước thủy sản Tiến hành xác định phần trăm protein sản phẩm keo tụ Kết quả: sản phẩm keo tụ chứa 71% protein độ ẩm 97% Sau trình xử lý, protein tinh với độ ẩm 10% 3.4 K t khảo sát ảnh hƣởng c pH n khả eo t protein Điều chỉnh pH nước thải giá trị khác nhau, cụ thể giá trị: 5; 5,5; Sau tiến hành làm thí nghiệm thí nghiệm khảo sát hiệu suất thu hồi protein Kết luận: Tại pH = 6, hiệu suất thu hồi protein đạt kết cao lên tới 97% so với thí nghiệm chưa điều chỉnh pH 95%, hiệu suất tăng ko đáng kể qua thấy ảnh hưởng pH đến trình keo tụ protein Vì hiệu suất thu hồi protein tăng lên kéo theo hiệu suất xử lý COD tăng lên Tại thí nghiệm chưa điều chỉnh pH hiệu suất xử lý COD đạt 88% sau mẫu điều chỉnh pH hiệu suất xử lý tăng lên 91% 12 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 K t lu n Qua trình thực đề tài: “ ghi n c u sử d ng pol mer sinh học vi c thu h i protein từ n c th i chế biến thủ s n”, khảo sát hỗn hợp chitosan bentonite có khả thu hồi protein, xác định số đặc trưng nước thải chế biến thủy sản thử nghiệm thực nghiệm với nước thải Dựa vào kết thu rút số kết luận sau: Chúng tơi phân tích đặc trưng thông số môi trường nước thải thủy sản đầu vào Trạm xử lý nước thải Sơn Trà, thành phố Đà Nẵng sau: COD = 6000-7000 mg/l, Nitơ tổng = 712 mg/l, pH khoảng 6.33 - 6.78 Protein nước thải thủy sản thu hồi dung dịch chitosan kết hợp với bentonite Qua khảo sát nhiều mức thể tích khối lượng khác nhau, trình thu hồi đạt tối ưu với thể tích 4ml chitosan 1% g bentonite hiệu suất thu hồi protein đạt 88,7 % hiệu suất xử lý COD đạt 95.2 % 100ml nước thải Với 100 ml nước thải thủy sản sau điều chỉnh pH = 6; bổ sung thêm 4ml chitosan 1% g bentonite đạt hiệu suất thu hồi protein cao 97%, đồng thời hiệu suất xử lý COD đạt hiệu suất cao 91% Kết phân tích chất keo tụ thu cho thấy Protein chiếm 71% sản phẩm keo tụ Protein sau sấy 60oC để tránh làm biến tính protein Sau 12 tiếng sấy, protein tinh đạt độ ẩm 10% 4.2 Ki n nghị Vì thời gian làm thí nghiệm có hạn nên xin kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp sau: 13 Có thể tự sản xuất chitosan từ vỏ tôm, cua từ phế liệu công nghiệp sản xuất thủy sản, tiết kiệm chi phí mua chitosan cơng nghiệp Khảo sát kỹ thành phần nước thải hàm lượng ion kim loại đó, chitosan có khả hấp thụ ion kim loại tốt, làm giảm khả hấp phụ protein nước thải Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả thu hồi protein chitosan natri alginate Khảo sát sản phẩm thu ứng dụng sản phẩm thu làm thức ăn cho gia súc làm phân bón cho nơng nghiệp Mặc dù hiệu xử lý nước thải phương pháp cao chưa xử lý triệt để, nồng độ COD cao chưa đáp ứng tiêu chuẩn nước thải đầu ra, nên cần nghiên cứu thêm để xử lý triệt để  ... vệ protein (protein protectant) nên sản phẩm protein thu hồi sử dụng chế biến thức ăn cho người động vật [8] Xuất phát từ vấn đề trên, chọn đề tài ? ?Nghiên cứu sử dụng polyme sinh học việc thu. .. thức ăn gia súc polyme sinh học kết hợp với chất keo tụ vô - Nghiên cứu làm sáng tỏ thêm chế keo tụ protein polymer sinh học chất keo tụ vô 4 t b - t Có quy trình thu hồi protein từ nước thải... a - Nghiên cứu khả thu hồi protein từ nước thải nhà máy chế biến thủy sản Đà Nẵng hỗn hợp bao gồm polyme sinh học kết hợp với chất keo tụ vô - Góp phần xây dựng quy trình cơng nghệ thu hồi protein