Khảo sát các điều kiện thu nhận chitin chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng bằng phương pháp hóa học

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HÓA * KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN THU NHẬN CHITINCHITOSAN TỪ VỎ TƠM THẺ CHÂN TRẮNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP HĨA HỌC Sinh viên thực hiện: PHAN THỊ LOAN Đà Nẵng – Năm 2018 TÓM TẮT Tên đề tài: Khảo sát điều kiện thu nhận chitin-chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng phương pháp hóa học Sinh viên thực hiện: Phan Thị Loan MSSV: 107130105 Lớp 13H2B Đề tài nhằm mục đích khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến quy trình thu nhận chitin-chitosan từ vỏ tơm thẻ chân trắng để chất lượng sản phẩm, hiệu suất thu nhận sản phẩm tăng lên rút ngắn thời gian sản xuất bao gồm trình tiền xử lý vỏ tơm ngun liệu, q trình thủy phân q trình khử khống Kết cho thấy: - Phương pháp tiền xử lý vỏ tôm ban đầu tốt giúp giảm thời gian nâng cao hiệu suất vỏ tôm đem sấy khô nhiệt độ 50-600C, sau đem nghiền nhỏ - Q trình thủy phân thực nhiệt độ 600C, nồng độ NaOH 0,8M, tỷ lệ vỏ tôm/dung môi 1/10, thời gian thủy phân 60 phút đạt hiệu suất 85,83% - Quá trình khử khoáng điều kiện nồng độ EDTA 0,3M, nhiệt độ phòng, tỷ lệ nguyên liệu 1/15 thực Kết hàm lượng khống cịn lại mẫu 1,26% - Các tiêu chất lượng chitosan chitosan thành phẩm tương tự với chitosan công ty Protan –Biopolymer Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm chương: + Chương 1: Tổng quan + Chương 2: Đối tượng phương pháp nghiên cứu + Chương 3: Kết thảo luận + Chương 4: Kết luận kiến nghị ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA HÓA NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phan Thị Loan Lớp: 13H2B Khoa: Hóa Số thẻ sinh viên: 107130105 Ngành: Công nghệ thực phẩm Tên đề tài đồ án:Khảo sát điều kiện thu nhận chitin-chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng phương pháp hóa học Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: Nội dung phần thuyết minh tính tốn: - Đặt vấn đề - Chương 1: Tổng quan - Chương 2: Đối tượng phương pháp nghiên cứu - Chương3: Kết thảo luận - Chương 4: Kết luận kiến nghị - Tài liệu tham khảo - Phụ lục Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thước vẽ ): Không Họ tên người hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Trúc Loan Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 10/01/2018 Ngày hoàn thành đồ án: 30/05/2018 Đà Nẵng, ngày 30 tháng 05 năm 2018 Trưởng môn Người hướng dẫn PGS.TS Đặng Minh Nhật TS Nguyễn Thị Trúc Loan LỜI NÓI ĐẦU Sau gần tháng thực đề tài “ Khảo sát điều kiện thu nhận chitin-chitosan phương pháp hóa học”, với hướng dẫn Nguyễn Thị Trúc Loan, em hồn thành xong đồ án tốt nghiệp Để đạt kết vậy, xin gửi lời cảm ơn đến q thầy khoa Hóa trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng nói chung, Bộ mơn Cơng nghệ thực phẩm nói riêng truyền đạt cho tơi kiến thức suốt trình học tập, nghiên cứu Đây hành trang quý báu giúp không thực tốt đề tài tốt nghiệp mà giúp tự tin vững bước đường nghiệp tới Bên cạnh đó, tơi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đên cô Nguyễn Thị Trúc Loan, cô tận tình hướng dẫn, bảo, khích lệ động viên suốt thời gian làm đề tài Nhờ kiến thức cô truyền đạt, hướng dẫn giúp tránh khỏi nhiều bỡ ngỡ trình thực để làm đề tài Đồng thời, tơi xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô phịng thí nghiệm khoa Hóa trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng, phịng thí nghiệm mơn Cơng nghệ thực phẩm trường Đại học sư phạm kỹ thuật Đà Nẵng, phịng thí nghiệm trường Cao đẳng lương thực thực phẩm tạo điều kiện cho trang thiết bị, phịng thí nghiệm, giúp tơi hồn thành đề tài thuận lợi tiến độ Cuối xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô hội đồng bảo vệ tốt nghiệp dành thời gian quý báu để đọc nhận xét đồ án Đà Nẵng, ngày 30 tháng 05 năm 2018 Sinh viên thực Phan Thị Loan SVTH: Phan Thị Loan- Lớp 13H2B GVHD: TS Nguyễn Thị Trúc Loan i CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu sử dụng phân tích luận văn có nguồn gốc rõ ràng, công bố theo quy định Các kết nghiên cứu đồ án tự thực hiện, phân tích cách trung thực, khách quan phù hợp với thực tiễn Việt Nam Các kết chưa công bố nghiên cứu khác Sinh viên thực Phan Thị Loan ii MỤC LỤC Tóm tắt Nhiệm vụ đồ án Lời nói đầu i Cam đoan ii Mục lục iii Danh sách bảng vi Danh sách hình ảnh vii Danh sách cụm từ viết tắt viii Mở đầu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chitin chitosan 1.2 Cấu trúc tính chất chitin 1.2.1 Công thức cấu tạo chitin 1.2.2 Tính chất vật lý chitin 1.2.3 Tính chất hóa học chitin 1.3 Cấu trúc tính chất chitosan 1.3.1 Công thức cấu tạo chitosan 1.3.2 Tính chất vật lý chitosan 1.3.3 Tính chất hóa học chitosan 1.3.4 Một số đặc tính quan trọng đánh giá chất lượng chitosan 10 1.4 Ứng dụng chitin – chitosan 12 1.4.1 Ứng dụng chitosan ngành công nghệ thực phẩm 13 1.4.2 Ứng dụng ngành nông nghiệp 13 1.4.3 Ứng dụng ngành y học-dược học 13 1.4.4 Ứng dụng ngành công nghiệp khác 14 1.5 Giới thiệu nguồn nguyên liệu thu nhận chitin- chitosan 15 1.5.1 Nguồn thu nhận chitin-chitosan từ vỏ lồi giáp xác ( tơm, cua, mực) 15 1.5.2 Nguồn thu nhận chitin, chitosan từ vi sinh vật 15 1.5.3 Nguồn thu nhận chitin từ côn trùng 15 1.6 Công nghệ sản xuất chitin-chitosan 15 iii 1.6.1 Thủy phân protein 16 1.6.2 Khử khoáng 18 1.6.3 Deacetyl hóa 20 1.3 Tình hình nghiên cứu sản xuất chitin-chitosan giới Việt Nam 20 1.3.1 Tình hình nghiên cứu sản xuất chitin-chitosan giới 20 1.3.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất chitin- chitosan Việt Nam 21 CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23 2.1 Đối tượng, thiết bị, dụng cụ hóa chất sử dụng 23 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 23 2.1.2 Thiết bị, dụng cụ hóa chất sử dụng 23 2.2 Nội dung phương pháp nghiên cứu 24 2.2.1 Nội dung nghiên cứu 24 2.2.2 Phương pháp nghiên cứu 24 2.3 Bố trí thí nghiệm 28 2.3.1 Khảo sát giai đoạn tiền xử lý vỏ tôm nguyên liệu 28 2.3.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến giai đoạn thủy phân protein dung dịch NaOH 29 2.3.3 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến giai đoạn khử khoáng acid EDTA 30 2.3.4 Giai đoạn deacetyl hóa 31 2.4 Phương pháp xử lý số liệu 31 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 32 3.1 Phương trình đường chuẩn dung dịch protein chuẩn 32 3.2 Thành phần hóa học vỏ tôm 32 3.3 Ảnh hưởng trình tiền xử lý đến hiệu suất thủy phân protein 33 3.4 Xác định thông số tối ưu cho trình thủy phân protein dung dịch NaOH 34 3.3.1 Kết xác định ảnh hưởng nồng độ NaOH đến hiệu suất thủy phân protein 34 3.3.2 Kết xác định ảnh hưởng thời gian phản ứng đến hiệu suất thủy phân protein 35 3.5 Xác định thơng số cho q trình khử khống dung dịch EDTA 37 iv 3.5.1 Kết xác định ảnh hưởng nồng độ EDTA đến hàm lượng khống cịn lại mẫu chitin 37 3.5.2 Kết xác định ảnh hưởng tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến hàm lượng khống cịn lại mẫu chitin 38 3.5.3 Kết ảnh hưởng thời gian phản ứng đến hàm lượng khống cịn lại mẫu chitin 39 3.6 Đánh giá hiệu suất thu hồi chất lượng chitosan thành phẩm thu 40 3.6.1 Hiệu suất thu hồi chitin-chitosan 40 3.6.2 Đánh giá chất lượng chitosan thành phẩm 41 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46 Kết luận 46 Kiến nghị 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC v DANH SÁCH BẢNG Bảng 1 Nồng độ tối thiểu CTS để ức chế loài vi khuẩn khác 11 Bảng Các điều kiện để thủy phân protein trình sản xuất chitin từ nguồn phế liệu khác 17 Bảng Các điều kiện để khử khống q trình sản xuất chitin từ nguồn phế liệu khác 18 Bảng Thí nghiệm xây dựng đường chuẩn 25 Bảng Thành phần hóa học vỏ tôm 32 Bảng Các điều kiện điều chế chitin từ vỏ tôm 40 Bảng 3 Hiệu suất thu hồi thành phẩm (%) 40 Bảng Mối tương quan nồng độ chitosan thời gian lưu phương pháp đo độ nhớt nhớt kế Ubelloge 42 Bảng Độ acetyl hóa chitosan (%) 43 Bảng So sánh số tiêu chất lượng chitosan 44 vi DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1 Cấu tạo chitin Hình Cấu tạo chitosan Hình Cơng thức so sánh cấu tạo chitin, chitosan, cellulose Hình Chuỗi phản ứng chitosan dẫn xuất Hình Phức Ni (II) chitin chitosan Hình Phản ứng N-acyl hóa chitosan Hình Phản ứng depolyme hóa chitosan 10 Hình Quýt bao màng chitosan 13 Hình Ứng dụng chitosan may mặc 14 Hình 10 Quy trình thu nhận chitin-chitosan 16 Hình 1Vỏ tôm 23 Hình Đồ thị đường chuẩn protein chuẩn 32 Hình Ảnh hưởng trình tiền xử lý đến hiệu suất thủy phân protein theo thời gian 33 Hình 3 Ảnh hưởng nồng độ NaOH đến hiệu suất thủy phân protein 35 Hình Ảnh hưởng thời gian thủy phân đến hiệu suất thủy phân protein 36 Hình Ảnh hưởng nồng độ EDTA đến q trình khử khống 37 Hình Ảnh hưởng tỷ lệ ngun liệu/dung mơi đến q trình khử khống 38 Hình Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến q trình khử khống 39 Hình Dung dịch chitosan 1% với dung mơi acid acetic 1% 41 Hình Mối tương quan nồng độ độ nhớt chitosan 42 Hình 10 Giá trị pH thay đổi thêm 0,1M NaOH (ml) để chuẩn độ với HCl 0,1M 43 Hình 11 Mẫu trước chuẩn độ 43 Hình 12 Mẫu trước chuẩn độ 43 Hình 13 Chitosan thành phẩm 45 vii Khảo sát điều kiện thu nhận chitin-chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng phương pháp hóa học 85 a Hiệu suất (%) 80 b 75 c 70 65 c 60 d 55 50 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Nồng độ NaOH (mol/l) Hình 3 Ảnh hưởng nồng độ NaOH đến hiệu suất thủy phân protein *Các chữ a, b, c, đồ thị thể sai khác có nghĩa giá trị phân tích ANOVA chiều theo nồng độ với mức ý nghĩa p < 0,05 Phân tích liệu từ đồ thị 3.3 nhận thấy tăng nồng độ NaOH từ 0,6M lên 0,8M hiệu suất thủy phân có xu hướng tăng từ 68,2 % lên 78,02 % Tại nồng độ 0,8M hiệu suất thủy phân có giá trị lớn (78,02 %) Tuy nhiên từ nồng 0,8M trở sau hiệu suất thủy phân lại giảm cách rõ rệt Điều giải thích sau: - Nồng độ dung dịch NaOH thấp cường lực xúc tác không đủ mạnh để cắt đứt liên kết protein-chitin kéo theo hiệu suất thủy phân thấp, thành phẩm nhiều tạp chất - Nồng độ dung dịch NaOH cao cường lực xúc tác tăng, dễ dàng cắt đứt liên kết ổn định phức protein-chintin vỏ tôm dẫn đến hiệu suất thủy phân tăng Nhưng đến nồng độ định số protein có vỏ tơm bị biến tính, đơng tụ lại khiến hiệu suất khơng tăng mà có xu hướng giảm dần Theo nghiên cứu M.S Benhabiles cộng (2012) cho thấy hiệu suất thủy phân protein phụ thuộc vào nồng độ NaOH Phân tích khác biệt ý nghĩa cho hiệu suất thủy phân cho thấy nồng độ NaOH 0,8M cho hiệu suất thủy phân cao khác biệt hoàn toàn so với hiệu suất thủy phân nồng độ NaOH khác Do đó, nồng độ NaOH 0,8M lựa chọn cho thí nghiệm khảo sát 3.3.2 Kết xác định ảnh hưởng thời gian phản ứng đến hiệu suất thủy phân protein Bên cạnh yếu tố nồng độ thời gian phản ứng đóng vai trị quan trọng đến chất lượng chitin chi phí sản xuất Nếu thời gian q ngắn trình loại protein SVTH: Phan Thị Loan- Lớp 13H2B GVHD: TS Nguyễn Thị Trúc Loan 35 Khảo sát điều kiện thu nhận chitin-chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng phương pháp hóa học khơng hồn tồn, thời gian dài khơng có lợi mặt kinh tế mà ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Do cần xác định khoảng thời gian tối ưu cho trình phản ứng để thu sản phẩm tốt Hiệu suất (%) Kết khảo sát thể hình 3.4 88 86 84 82 80 78 76 74 72 70 68 a a a a 120 150 b 30 60 90 Thời gian (phút) Hình Ảnh hưởng thời gian thủy phân đến hiệu suất thủy phân protein *Các chữ a, b, c, đồ thị thể sai khác có nghĩa giá trị phân tích ANOVA chiều theo nồng độ với mức ý nghĩa p < 0,05 Từ đồ thị 3.4 nhận thấy, tăng thời gian thủy phân hiệu suất thủy phân có xu hướng tăng Khi tăng từ 30 phút lên 60 phút hiệu suất tăng nhanh từ 76,33% lên 85,83% Tuy nhiên, tiếp tục tăng thời gian phản ứng từ 60 phút lên 150 phút hiệu suất khơng tăng khơng có khác biệt mặt ý nghĩa thống kê (p