Nghiên cứu và tối ưu hóa các điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng

Mục đích của nghiên cứu này nhằm khảo sát ảnh hưởng của giai đoạn thủy phân protein khử khoáng và deacetyl hóa trong quy trình thu nhận chitin – chitosan Đồng thời tối ưu hóa quy trình thu nhận chitin – chitosan bằng phương pháp bề mặt đáp ứng để tăng hiệu suất và chất lượng thành phẩm Kết quả từ các thí nghiệm khảo cho thấy Quá trình thủy phân protein thực hiện ở nhiệt độ 600C tỉ lệ nguyên liệu dung môi 1 10 nồng độ NaOH 0 8 M thời gian thủy phân 60 phút đạt hiệu suất 73 74 Quá trình deacetyl thực hiện ở điều kiện nồng độ NaOH 45 nhiệt độ 1100C tỉ lệ nguyên liệu dung môi 1 15 thời gian 5h độ deacetyl đạt được là 80 38 Tối ưu hóa quá trình thu nhận chitin thủy phân protein bằng NaOH 0 79M nhiệt độ 63 860C tỉ lệ nguyên liệu dung môi 1 12 w v thời gian 75 phút hiệu suất thủy phân protein đạt 77 73 Điều kiện tối ưu cho quá trình khử khoáng là EDTA 0 35M tỉ lệ nguyên liệu dung môi là 1 10 w v thời gian 150 phút Trong điều kiện này thì hàm lượng khoáng còn lại trong mẫu là 0 53 Hiệu suất chitin thu nhận là 30 56 Tối ưu hóa quá trình thu nhận chitosan nồng độ NaOH 47 nhiệt độ 110 60C thời gian 5 4 giờ tỉ lệ nguyên liệu dung môi 1 15 độ deacetyl đạt 82 05 Hiệu suất thu nhận chitosan là 71 42 Chitosan thành phẩm có độ deacetyl hóa là 82 49 độ tan là 93 51 độ nhớt đạt 213 cps Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm 4 chương Chương 1 Tổng quan Chương 2 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu Chương 3 Kết quả và thảo luận Chương 4 Kết luận và kiến nghị

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HĨA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ TỐI ƯU HÓA CÁC ĐIỀU KIỆN THU NHẬN CHITOSAN TỪ VỎ TÔM THẺ CHÂN TRẮNG Người hướng dẫn: TS NGUYỄN THỊ TRÚC LOAN Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ VINH Số thẻ sinh viên: 107150192 Lớp: 15H2B Đà Nẵng, 12/2019 TÓM TẮT Tên đề tài: Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng Sinh viên thực hiện; Nguyễn Thị Vinh MSSV: 107150192 Lớp 15H2B Mục đích nghiên cứu nhằm khảo sát ảnh hưởng giai đoạn thủy phân protein, khử khoáng deacetyl hóa quy trình thu nhận chitin – chitosan Đồng thời tối ưu hóa quy trình thu nhận chitin – chitosan phương pháp bề mặt đáp ứng để tăng hiệu suất chất lượng thành phẩm Kết từ thí nghiệm khảo cho thấy: - Q trình thủy phân protein thực nhiệt độ 600C, tỉ lệ nguyên liệu/dung môi 1/10, nồng độ NaOH 0,8 M, thời gian thủy phân 60 phút đạt hiệu suất 73,74% - Quá trình deacetyl thực điều kiện nồng độ NaOH 45%, nhiệt độ 1100C, tỉ lệ nguyên liệu/dung môi 1/15, thời gian 5h, độ deacetyl đạt 80,38% - Tối ưu hóa q trình thu nhận chitin: thủy phân protein NaOH 0,79M, nhiệt độ 63,860C, tỉ lệ nguyên liệu / dung môi 1/12 (w/v), thời gian 75 phút, hiệu suất thủy phân protein đạt 77,73% Điều kiện tối ưu cho q trình khử khống là: EDTA 0,35M, tỉ lệ nguyên liệu/dung môi 1/10 (w/v), thời gian 150 phút Trong điều kiện hàm lượng khống cịn lại mẫu 0,53% Hiệu suất chitin thu nhận 30,56% - Tối ưu hóa q trình thu nhận chitosan: nồng độ NaOH 47%, nhiệt độ 110,60C, thời gian 5,4 giờ, tỉ lệ nguyên liệu/dung môi 1/15, độ deacetyl đạt 82,05% Hiệu suất thu nhận chitosan 71,42% - Chitosan thành phẩm có độ deacetyl hóa 82,49%, độ tan 93,51% , độ nhớt đạt 213 cps 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 KHOA HĨA CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Thị Vinh Số thẻ sinh viên: 107150192 Lớp: 15H2B Ngành: Công nghệ thực phẩm Khoa: Hóa Tên đề tài đồ án: Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng 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 - Chương 3: 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 ): Khơng Họ tên người hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Trúc Loan Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 01/09/2019 Ngày hoàn thành đồ án: 18/12/2019 Đà Nẵng, ngày Trưởng môn PGS.TS Đặng Minh Nhật tháng 12 năm 2019 Người hướng dẫn TS Nguyễn Thị Trúc Loan LỜI NÓI ĐẦU Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “ Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng”, bên cạnh nỗ lực phấn đấu thân, tơi ln nhận giúp đỡ tận tình thầy cơ, bạn bè gia đình Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô khoa Hóa trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng nói chung, Bộ mơn Cơng nghệ thực phẩm nói riêng truyền đạt cho em kiến thức suốt trình học tập, nghiên cứu có hành trang vững cho nghiệp tương lai Bên cạnh đó, em xin tỏ lịng biết ơn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô Nguyễn Thị Trúc Loan, người trực tiếp hướng dẫn đồ án Cơ ln tận tình bảo hướng dẫn tơi tìm hướng nghiên cứu, tìm kiếm tài liệu, xử lý, phân tích số liệu giải vấn đề… nhờ em hồn thành đồ án tốt nghiệp Đồng thời, em 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 tạo điều kiện cho em trang thiết bị, phịng thí nghiệm, giúp em hồn thành đề tài thuận lợi tiến độ Em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, người bên cạnh ủng hộ, giúp đỡ động viên suốt thời gian thực đề tài Cuối em 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 em Trong trình thực nghiên cứu, cố gắng hoàn thiện đề tài qua tham khảo tài liệu, trao đổi tiếp thu ý kiến đóng góp chắn khơng tránh khỏi sai sót Vì em mong nhận góp ý chân thành Q Thầy, Cơ bạn đọc Đà Nẵng, ngày tháng 12 năm 2019 Sinh viên thực Nguyễn Thị Vinh i CAM ĐOAN Em xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng em Các số liệu sử dụng phân tích luận văn có nguồn gốc rõ ràng, cơng bố theo quy định Các kết nghiên cứu đồ án em 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 Nguyễn Thị Vinh ii MỤC LỤC Tóm tắt Nhiệm vụ đồ án Lời nói đầu i Cam đoan ii Mục lục iii Danh sách bảng v Danh sách hình vi Danh sách cụm từ viết tắt vii Mở đầu Chương 1: TỔNG QUAN .3 1.1 Tổng quan chitin chitosan 1.1.1 Tìm hiểu chung 1.1.2 Cấu trúc tính chất chitin .4 1.1.3 Cấu trúc tính chất chitosan 1.2 Ứng dụng chitin – chitosan 11 1.2.1 Ứng dụng chitosan ngành công nghệ thực phẩm .11 1.2.2 Ứng dụng ngành nông nghiệp 11 1.2.3 Ứng dụng ngành y học-dược học .12 1.2.4 Ứng dụng ngành công nghiệp khác 12 1.3 Giới thiệu nguồn nguyên liệu công nghệ sản xuất chitin- chitosan 14 1.3.1 Nguồn thu nhận chitin-chitosan 14 1.3.2 Công nghệ sản xuất chitin-chitosan .15 1.4 Tình hình nghiên cứu sản xuất chitin-chitosan giới việt nam 19 1.4.1 Tình hình nghiên cứu sản xuất chitin-chitosan giới .19 1.4.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất chitin- chitosan việt nam 20 Chương 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .22 2.1 Đối tượng, thiết bị, dụng cụ hóa chất sử dụng 22 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 22 2.1.2 Thiết bị, dụng cụ hóa chất sử dụng 22 2.2 Nội dung phương pháp nghiên cứu .22 iii 2.2.1 Nội dung nghiên cứu 22 2.2.2 Phương pháp nghiên cứu .23 2.3 Bố trí thí nghiệm 25 2.3.1 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến giai đoạn thủy phân protein dung dịch NaOH .25 2.3.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến giai đoạn deacetyl hóa 26 2.3.3 Bố trí thí nghiệm tối ưu hóa q trình thu nhận chitin-chitosan 27 2.4 Phương pháp xử lý số liệu 29 Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 30 3.1 Thành phần hóa học vỏ tơm .30 3.2 Xác định yếu tố ảnh hưởng đến trình thủy phân protein dung dịch NaOH 31 3.2.1 Kết xác định ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất thủy phân protein 31 3.2.2 Kết xác định ảnh hưởng tỉ lệ nguyên liệu/dung dịch naoh đến hiệu suất thủy phân protein 32 3.2.3 Kết tối ưu yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thủy phân protein .33 3.2.4 Kết tối ưu yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất khử khoáng 36 3.3 Xác định yếu tố ảnh hưởng đến q trình deacetyl hóa 38 3.3.1 Kết xác định ảnh hưởng nồng độ naoh đến độ deacetyl hóa chitosan .38 3.3.2 Kết xác định ảnh hưởng nhiệt độ đến độ deacetyl hóa chitosan .39 3.3.3 Kết xác định ảnh hưởng tỉ lệ nguyên liệu/dung dịch naoh đến độ deacetyl hóa chitosan 40 3.3.4 Kết xác định ảnh hưởng thời gian đến độ deacetyl hóa chitosan 41 3.3.5 Kết khảo sát trình tối ưu hóa q trình deacetyl hóa .42 3.4 Đánh giá hiệu suất thu hồi chất lượng chitosan thành phẩm thu .44 3.4.1 Hiệu suất thu hồi chitin-chitosan 44 3.4.2 Đánh giá chất lượng chitosan thành phẩm 44 KẾT LUẬN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 PHỤ LỤC PHỤ LỤC PHỤ LỤC iv DANH SÁCH BẢNG Bảng 1 Nồng độ tối thiểu chitosan để ức chế loài .10 Bảng Các điều kiện để thủy phân protein trình sản xuất chitin từ 16 Bảng Các điều kiện để khử khống q trình sản xuất chitin từ nguồn phế liệu khác [17] 17 Bảng Ma trận bố trí thí nghiệm mã hóa biến độc lập q trình khử protein………………………………………………………………………… 27 Bảng 2 Ma trận bố trí thí nghiệm mã hóa biến độc lập q trình khử khoáng .28 Bảng Ma trận bố trí thí nghiệm mã hóa biến độc lập trình khử protein .29 Bảng Thành phần hóa học vỏ tơm…………………………………30 Bảng Mức ý nghĩa hệ số hồi quy để thủy phân protein 33 Bảng 3 Phân tích phương sai phương trình hồi quy để thủy phân protein 34 Bảng Mức ý nghĩa hệ số hồi quy để khử khoáng .36 Bảng Phân tích phương sai phương trình hồi quy khử khống 36 Bảng Mức ý nghĩa hệ số hồi quy để deacetyl hóa 42 Bảng Phân tích phương sai phương trình hồi quy để deacetyl hóa 42 Bảng Hiệu suất thu hồi thành phẩm (%) .44 Bảng So sánh số tiêu chất lượng chitosan 45 v DANH SÁCH HÌNH Hình 1 Cấu tạo chitin [28] Hình Cơng thức so sánh cấu tạo chitin, chitosan, cellulose [23] 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 Hình Ứng dụng chitosan may mặc 13 Hình Quy trình thu nhận chitin-chitosan [17] .16 Hình Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất thủy phân protein……………… 31 Hình Ảnh hưởng thời gian thủy phân đến hiệu suất thủy phân protein 32 Hình 3 Biểu đồ 2D (I, II, …, IV) biểu đồ bề mặt 3D (a, b,…, f) xác định phạm vi tối ưu điều kiện thủy phân protein 35 Hình Biểu đồ 2D (I, II, III) biểu đồ bề mặt 3D (a, b, c) xác định phạm vi tối ưu điều kiện khử khoáng 37 Hình Ảnh hưởng nồng độ NaOH đến độ deacetyl hóa chitosan 38 Hình Ảnh hưởng nhiệt độ đến độ deacetyl hóa chitosan 39 Hình Ảnh hưởng tỉ lệ nguyên liệu /dung môi đến độ deacetyl hóa chitosan 40 Hình Ảnh hưởng thời gian đến độ deacetyl hóa chitosan 41 Hình Biểu đồ 2D (I, II, III) biểu đồ bề mặt 3D (a, b, c) xác định phạm vi tối ưu điều kiện deacetyl hóa 43 vi DANH SÁCH CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT ANOVA: Analysic of variance DDA: Degree of deacetylation EDTA: Ethylenediaminetetraacetic acid RSM: Response Surface Methodology RCCD: Rotatable Central Composite Design vii Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng nghiệm để vừa tránh tốn chi phí giảm khả cắt mạch, tăng chất lượng chitosan thành phẩm 3.3.4 Kết xác định ảnh hưởng thời gian đến độ deacetyl hóa chitosan Ảnh hưởng thời gian đến độ deacetyl hóa thể hình 3.8 90 c b 80 DDA (%) a 70 60 50 Thời gian (giờ) Hình Ảnh hưởng thời gian đến độ deacetyl hóa chitosan *Các chữ a, b, c đồ thị thể sai khác có nghĩa giá trị phân tích ANOVA chiều theo thời gian với mức ý nghĩa p < 0,02 Kết từ đồ thị 3.8 cho thấy tăng thời gian từ đến độ deacetyl tăng dần từ 73,21% đến 83,88% Sự thay đổi kéo dài thời gian thời gian nguyên liệu tiếp xúc với dung mơi tăng lên, nhóm acetyl dễ dàng tách khỏi chitin Tuy nhiên, ảnh hưởng yếu tố thời gian đến độ deacetyl hóa giống yếu tố khác, kéo dài thời gian lâu, độ deacetyl tăng làm giảm mạch chitosan tạo thành chất lượng sản phẩm khơng tốt Kết phân tích ANOVA cho thấy độ deacetyl thời gian khác biệt khơng có ý nghĩa thống kê Vì thời gian lựa chọn cho thí nghiệm khảo sát để giảm thời gian thu nhận chitosan ➢ Độ deacetyl chitosan sau thực giai đoạn deacetyl hóa điều kiện khảo sát đơn (nồng độ NaOH 45%, tỷ lệ nguyên liệu/ dung môi 1/15, nhiệt độ 1100C, thời gian giờ) đạt 80,38% Kết chúng tối cao kết Kader Tokatli (2017) 78,2% cao kết Nguyễn Thị Trúc Loan, Phan Thị Loan (2018) 76,83% SVTH: Nguyễn Thị Vinh- Lớp 15H2B GVHD: TS Nguyễn Thị Trúc Loan 41 Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng 3.3.5 Kết khảo sát q trình tối ưu hóa q trình deacetyl hóa Từ kết khảo sát đơn biến, ta tiến hành tối ưu hóa yếu tố ảnh hưởng đến q trình deacetyl hóa: nồng độ NaOH (%), nhiệt độ, thời gian (giờ) Ảnh hưởng yếu tố đến độ deacetyl hóa thể bảng (Phụ lục 3) Bảng Mức ý nghĩa hệ số hồi quy để deacetyl hóa Hệ số Hệ số SE Giá trị T Giá trị p Cố định -611.254 129,868 -4,707 0,002 X1 14.527 2,576 5,640 0,001 X2 3.568 1,346 2,650 0,033 X3 57.191 12,010 4,762 0,002 X1 -0,094 0,020 -4,747 0,002 X2 -0,009 0,005 -1,864 0,105 X3 -2.499 0,494 -5,056 0,001 X1*X2 -0,027 0,015 -1,724 0,128 X1*X3 -0,514 0,154 -3,343 0,012 X2*X3 -0,053 0,077 -0,687 0,514 Bảng Phân tích phương sai phương trình hồi quy để deacetyl hóa Thơng số Tổng phương sai Bậc tự Trung bình phương sai khác Chuẩn Fisher Giá trị P Mơ hình 556,260 61,807 13,06 0,001 Độ lệch 33,129 4,733 Sự khơng tương thích 33,129 6,626 Sai số 0,000 0,000 Tổng 16 R-Sq = 94,38% R-SQ(adj) = 87,15% Xử lý liệu phần mềm Minitab 16 kết thí nghiệm có ý nghĩa hệ số hồi quy (Bảng 3.6) Bảng 3.6 cho thấy yếu tố (X1, X2, X3), tương tác (X1X3) hai giá trị bậc (X12, X32) liên quan đến mơ hình thể rõ ràng mức độ tin cậy 95%, ngoại trừ X22, X1X2, X2X3 Hơn nữa, liệu bảng 3.7 cho thấy giá trị Fisher (13,06) giá trị xác suất cực thấp (P = 0,001), hệ số hồi quy R2 mô hình cao (94,38%) Điều chứng tỏ mơ hình hồi quy thiết lập với ý nghĩa cao SVTH: Nguyễn Thị Vinh- Lớp 15H2B GVHD: TS Nguyễn Thị Trúc Loan 42 Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tơm thẻ chân trắng Tiến hành xử lý số liệu phần mềm Minitab 16, ta thu phương trình hồi quy biểu thị mối quan hệ độ deacetyl biến độc lập sau: Y = -611,254 + 14,527X1 + 3,568X2 + 57,191X3 – 0,094X12 – 2,499X32 – 0,514X1X3 Trong Y độ deacetyl, X1 nồng độ NaOH (mol/l), X2 nhiệt độ (0C) , X3 thời gian (giờ) Hình 3.9 cho thấy ảnh hưởng nồng độ NaOH, nhiệt độ thời gian đến độ deacetyl hóa, giúp tối ưu hóa điều kiện deacetyl hóa a) b) I) II) c) III) Hình Biểu đồ 2D (I, II, III) biểu đồ bề mặt 3D (a, b, c) xác định phạm vi tối ưu điều kiện deacetyl hóa Tối ưu hóa điều kiện deacetyl hóa giải phương trình hồi quy kết hình 3.9 Các giá trị tối ưu tương ứng với giá trị cực đại SVTH: Nguyễn Thị Vinh- Lớp 15H2B GVHD: TS Nguyễn Thị Trúc Loan 43 Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng hàm mục tiêu sau: NaOH 47%, nhiệt độ 110,60C, tỉ lệ 1/15 (g/ml), thời gian 5,4 Trong điều kiện tối ưu độ deacetyl đạt cao 82,05%, cao kết khảo sát đơn 80,83% 3.4 Đánh giá hiệu suất thu hồi chất lượng chitosan thành phẩm thu 3.4.1 Hiệu suất thu hồi chitin-chitosan Trong trình tạo chitin, nhận thấy từ 5g vỏ tơm ban đầu thu nhận hàm lượng chitin, chitosan thành phẩm đáng kể hiệu suất thu hồi thành phẩm thể qua bảng 3.8 Bảng Hiệu suất thu hồi thành phẩm (%) Hiệu suất (%) Chitin Chitosan 30,56 ± 1,31 71,42 ± 2,58 Số liệu bảng 3.8 cho thấy hiệu suất thu nhận chitin nghiên cứu đạt 30,56 ± 1,31% Kết lớn so với kết nghiên cứu Kader Tokatli (2017), hiệu suất 10,13 % Hiệu suất thu nhận chitosan nghiên cứu 71,42 ± 2,58% Kết lớn so với kết nghiên cứu Nguyễn Thị Trúc Loan Phan Thị Loan (2018) 70,04% 3.4.2 Đánh giá chất lượng chitosan thành phẩm Để đánh giá chất lượng chitosan thành phẩm, tiến hành xác định tiêu sau: hàm ẩm, protein tổng số, độ acetyl hóa DDA, độ nhớt, hàm lượng chất không tan, khối lượng phân tử đánh giá cảm quan 3.4.2.1 Hàm lượng ẩm Xác định hàm lượng ẩm theo mục 2.2.2.1 Kết xác định hàm lượng ẩm 9,27% 3.4.2.2 Hàm lượng protein tổng Kết hàm lượng protein tổng số chitosan thành phẩm 1,32% 3.4.2.3 Độ nhớt dung dịch chitosan Xác định độ nhớt mục 2.2.2.9 Kết xác độ nhớt dung dịch chitosan 1% dung môi acid acetic 1% 243 cps 3.4.2.4 Độ tan Độ tan chitosan xác định mục 2.2.2.8 Kết độ tan chitosan dung môi acid acetic 93,51% 3.4.2.5 Xác định độ deacetyl hóa chitosan (DDA) Độ acetyl hóa xác định mục 2.2.2.7 Kết độ deacetyl hóa 82,49% 3.4.2.6 Tổng kết kết đánh giá chất lượng chitosan thành phẩm Hiện nay, nước ta chưa có hệ thống tiêu đánh giá chất lượng chitosan thành phẩm, tiêu nêu kết đưa từ công ty Protan – SVTH: Nguyễn Thị Vinh- Lớp 15H2B GVHD: TS Nguyễn Thị Trúc Loan 44 Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng Biopolymer (một công ty sản xuất phân phối chitosan lớn giới – theo tạp chí Thủy sản số -1992) [15] công ty Heppe GmbH (Đức) [32] Kết so sánh chất lượng chitosan thành phẩm so với tiêu chất lượng chitosan công ty Protan – Biopolymer thể qua bảng 3.9 Bảng So sánh số tiêu chất lượng chitosan STT Chỉ tiêu chất lượng Chitosan cty Chitosan Protan - cty Heppe Biopolymer GmbH (Đức) Chitosan thực nghiệm Màu sắc Trắng Trắng Vàng nhạt Mùi Không mùi - Không mùi Độ ẩm (%) 10% < 10% 9,27% Hàm lượng protein tổng (%) - 1,0-2,0% 1,32% Độ deacetyl hóa (%) 70 75-80 82,49 Độ nhớt (cps) 200 200-300 213 Độ tan 80 - 93,51% Kết từ bảng 3.9, cho thấy chitosan thu từ thực nghiệm có độ deacetyl hóa độ tan (82,49%, 93,51% tương ứng) cao so với chitosan công ty Proptan- Biopolymer (70%, 80% tương ứng) Độ tan chitosan công ty Heppe GmbH –Đức (75-80%) có kết tương tự với chitosan thực nghiệm thu Theo kết nghiên cứu Brine Austin (1981) rằng, độ tan dung dịch chitosan tăng hiệu q trình loại bỏ protein q trình chuyển hóa chitin thành chitosan tăng [22] Bên cạnh đó, thấy độ nhớt chitosan thành phẩm đạt 213 cps, lớn so với chitosan công ty Proptan- Biopolymer Từ thấy hiệu tối ưu hóa điều kiện thu nhận chitosan nghiên cứu này, rút ngắn thời gian thu nhận chitosan thu có chất lượng tương đối cao, đạt tiêu chuẩn thương mại SVTH: Nguyễn Thị Vinh- Lớp 15H2B GVHD: TS Nguyễn Thị Trúc Loan 45 Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng KẾT LUẬN Kết luận Dựa vào kết nghiên cứu chương 3, đưa số kết luận sau: Đã xác định thành phần hóa học vỏ tơm ngun liệu Theo đó, vỏ tơm chứa 60,67% hàm ẩm, 24,03% protein, 20,67% khống chitin Tìm thơng số tối ưu cho q trình thủy phân protein dung dịch NaOH • Nhiệt độ thủy phân: 63,86oC • Tỷ lệ nguyên liệu/dung dịch NaOH: 1/12 (g/ml) • Nồng độ NaOH : 0,79M • Thời gian thủy phân: 75 phút 3.Tìm thơng số tối ưu cho q trình khử khống dung dịch EDTA • Nhiệt độ phòng • Tỷ lệ nguyên liệu/dung dịch EDTA: 1/11 • Nồng độ EDTA: 0,35M • Thời gian phản ứng : 150 phút Tìm thơng số tối ưu cho q deacetyl hóa: • Nhiệt độ: 110,6oC • Tỷ lệ nguyên liệu/dung dịch NaOH: 1/15 (g/ml) • Nồng độ NaOH : 47% • Thời gian thủy phân: 5,4 Hiệu suất chitin chitosan 30,56 ± 1,31; 71,42 ± 2,58%, Chitosan thu có chất lượng tương đối cao với độ deacetyl hóa độ tan đạt giá trị cao (82,49%, 93,51% tương ứng) Độ nhớt đạt 213 cps Kiến nghị - Mở rộng khoảng nghiên cứu tối ưu để đạt kết tốt - Hình thành chương trình lớn để nâng cao chất lượng cơng nghệ, chất lượng sản phẩm, phả triển ứng dụng chitosan vào ngành nghề khác - Nghiên cứu thu hồi hóa chất lại, thu hồi chất màu để giảm giá thành sản phẩm, nâng cao hiệu kinh tế giảm thiểu ô nhiểm môi trường SVTH: Nguyễn Thị Vinh- Lớp 15H2B GVHD: TS Nguyễn Thị Trúc Loan 46 Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] Trần Thị Mỹ Châu (2013), Nghiên cứu tối ưu hóa q trình sản xuất Chitin theo phương pháp sinh học kết hợp hóa học, Luận văn đại học [2] Lưu Văn Chính (2002), Tổng hợp nghiên cứu hoạt tính sinh học số dẫn xuất từ chitin, Luận án tiến sĩ [3] Trần Thị Luyến (2007), Báo cáo tổng kết dự án sản xuất thử nghiệm cấp Bộ- Sản xuất chitin- chitosan từ phế liệu thủy sản (vỏ tôm, vỏ ghẹ), Vụ Khoa học Công nghệ Bộ GD-ĐT, mã số B2002-33-01-DA [4] Phạm Lê Dũng, Trịnh Bình, Lại Thu Hiền cộng (1997), Vật liệu sinh học từ chitin, Viện Hóa Học – Viện Công nghệ sinh học, Trung tâm Khoa học Công nghệ Quốc gia Hà Nội, 238 trang [5] Đặng Văn Luyến, Đặng Mai Hương (1992), Phương pháp sản xuất chitosan, Đề cập công nghệ sản xuất biopolyme, cụ thể đề cập đến phương pháp thu nhận chitin từ vỏ tôm chuyển thành chitosan, 635 trang [6] Phạm Hữu Điển (1997), Nghiên cứu sử dụng chitosan Nơng Nghiệp Bảo Quản Thực Phẩm, Tạp chí Hóa Học số 3, 35(3): 75-78 [7] Phạm Hữu Điển (1997), Nghiên cứu sử dụng chitosan Nông Nghiệp Bảo Quản Thực Phẩm Tạp chí Hóa Học số 12 trang [8] Phạm Lê Dũng, Trịnh Bình, Lại Thu Hiền cộng (1997) Vật liệu sinh học từ chitin Viện Hóa Học – Viện Cơng Nghệ Sinh Học, Trung tâm Khoa học Công nghệ Quốc gia Hà Nội: 238 trang [9] Trần Thị Luyến (2004), Báo cáo tổng kết dự án sản xuất thử nghiệm cấp BộSản xuất Chitin-Chitosan từ phế liệu chế biến thủy sản (vỏ tôm, vỏ ghẹ) Vụ Khoa học Công nghệ Bộ GD-ĐT, mã số B2002-33-01-DA [10] Phạm Thị Đan Phượng, Trang Sĩ Trung (2012), Tính chất chitin chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei)- Khử protein phương pháp hóa học sinh học, Tạp chí Khoa học- Công nghệ thủy sản , số 3/2012, tr.48-52 [11] Trần Thị Luyến (2005), Nghiên cứu xác lập qui trình cơng nghệ sản xuất chitosan từ ghẹ, Tạp chí khoa học- Công nghệ Thủy sản, (2), tr.11-17 [12] Ngô Thị Hoài Dương, Trang Sĩ Trung (2008), Kết hợp xử lý sơ acid formic quy trình chế biến phế liệu tôm để nâng cao chất lượng chitin-chitosan, Tạp chí khoa học- Cơng nghệ Thủy sản- số 04/2008, tr.24-29 SVTH: Nguyễn Thị Vinh- Lớp 15H2B GVHD: TS Nguyễn Thị Trúc Loan 47 Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng [13] Bùi xuân Đông (2013), Ứng dụng phương pháp sinh học để tổng hợp chitosan từ phế liệu chế biến thủy sản, Đề tài khoa học công nghệ cấp đại học Đà Nẵng, mã số: Đ2013-02-53 [14] Võ Quang Nam cộng (9/2015), Nghiên cứu chế tạo chitosan khối lượng phân tử thấp có hoạt tính kháng khuẩn, Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường, Mã số: CS2014-02 [15] Ngô Thị Hồi Dương (2015), Tối ưu hóa q trình thu nhận chitin-chitosan từ phế liệu tôm thẻ chântrắng nhằm nâng cao hiệu chất lượng sản phầm, Luận án tiến sĩ công nghệ chế biến thủy sản, Mã số: 62 54 01 05 [16] Cao Thanh Huyền (2016), Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến việc trích ly chitosan từ vỏ tôm phế liệu Luận văn đại học [17] Nguyễn Anh Dũng, Nguyễn Quốc Hiến, Ngô Đại Nghiệp, Chitin, chitosan dẫn xuất -Hoạt tính sinh học ứng dụng, Nhà xuất giáo dục Việt Nam Tài liệu tiếng Anh [18] Pradip Kumar Dutta (2004), Chitin and chitosan: Chemistry, properties and application Journal of Scientific & Industrial Research, Vol.63, January 2004, pp 2031 [19] Kader Tokatli (2017), Optimization of chitin chitosan production from shrimp wastes and characterization Food Process Preserv, 42 [20] M.Yugandhar Kumar and A.Ravi (2017), Extraction and characterization of chitosan from shrimp waste for application in the feed industry In ternational Journal of Science, Environment and Technology, Vol.6, No 4, 2548-2557 [21] Jonh M.Walker (2002), The Protein Protocols Handbook [22] A.Percot (2003), Optimization of chitin extraction from Shrimp Shells Biomacromolecules, 4, 12-18 [23] Barbara Krajewska (2004), Application of chitin- and chitosan-based materials for enzyme immobilizations: a review, vol.35, August 2004, p126-139 [24] A Nuiris, H Ruth, M Beatiz (2009), Functional characterization of chitin and chitosan Current Chemical Biology, vol 3, 203-230 [25] Sun-Ok Fernandez-Kim (2004), Physicochemical and functional properties of crawfish chitosan as effected by different processing protocols LSU Master’s Theses, 1338 [26] Rejane C.Go cộng (2009), A review of the antimicrobialactivity of chitosan Polímeros, 19(3), p241-247 SVTH: Nguyễn Thị Vinh- Lớp 15H2B GVHD: TS Nguyễn Thị Trúc Loan 48 Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng [27] R A A Muzzarelli, M G Peter Chitin handbook, Analytical Biochemistry,1999, vol 266, 165-693 [28] Islem Younes Marguerite Rinaudo (2015), Chitin and chitosan preparation from Marine source, Structure, properties and application Mar Drugs 2015, 13(3), 1133-1174 [29] Yeul, V and Rayalu, S (2013), "Unprecedented Chitin and Chitosan: A Chemical Overview", Journal of Polymers and the Environment 21(2), pp 606-614 [30] Yan Wang and Joe M Regenstein (2009), Effect of EDTA, HCl, and Citric acid on Ca salt removal from Aisan carp scales prior to gelatin extraction Vol 74 (6), 2009, C426-C431 [31] M.S Benhabiles cộng sự, (2012), Antibacterial activity of chitin, chitosan and its oligomers prepared from shrimp shell waste Food Hydrocolloids 29, 48-56 [32] Marcin H Struszczyk (2002), Chitin and chitosan- Part II Applications of chitosan Polimery 2002, 47, nr [33] Hargono and Djaeni, M (2003) Utilization of chitosan prepared from shrimp shell as fat diluent Journal of Coastal Development, 7(1), 31-37 SVTH: Nguyễn Thị Vinh- Lớp 15H2B GVHD: TS Nguyễn Thị Trúc Loan 49 PHỤ LỤC Các phương pháp xác định thành phần hóa học vỏ tôm Phương pháp xác định độ ẩm a Nguyên tắc chung Độ ẩm xác định theo phương pháp sấy đến khối lượng không đổi tủ sấy Sấy mẫu 100 – 1050C đến khối lượng không đổi Cân trọng lượng thực phẩm trước sau sấy khơ, từ tính phần trăm nước có thực phẩm b Tính kết Cơng thức tính độ ẩm: W= Trong đó: m1 − m2 100 , % m1 − m0 m1 khối lượng cốc sứ mẫu trước sấy (g) m2 khối lượng cốc sứ mẫu sau sấy (g) mo khối lượng cốc (g) Phương pháp xác định hàm lượng khoáng a Nguyên tắc chung Dùng nhiệt độ cao (500-550oC) nung cháy hồn tồn chất hữu cơ, sau làm nguội bình hút ẩm khoảng 1h đem cân b Tính kết Hàm lượng tro tổng số X , tính phần trăm theo cơng thức: X = m − m0  100 , % m1 − mo Trong đó: m0: Khối lượng cốc nung, g m1: Khối lượng cốc nung + mẫu, g m2: Khối lượng cốc nung + tro, g Phương pháp xác định hàm lượng protein a Nguyên tắc chung [21] Phương pháp dựa thay đổi bước sóng hấp thu cực đại thuốc nhuộm Coomassie Brillant Blue tạo phức hợp với protein Trong dung dịch mang tính acid chưa kết nối với protein thuốc nhuộm dạng màu đỏ có bước sóng thấp thu cực đại 465nm kết hợp với protein thuốc nhuộm chuyển sang dạng màu xanh dương hấp thu cực đại mức cực đại bước sóng 595 nm Tiến hành thí nghiệm Phụ lục • Chuẩn bị dung dịch protein chuẩn: Cân 0,01 g albumin hòa tan 100 ml nước cất, bảo quản 4oC • Chuẩn bị dung dịch Bradford Cân 0,1g Coomassie Brillant Blue G-250 hịa tan 50ml 96% ethanol.Sau cho thêm vào dung dịch 100 ml acid phosphoric định mức thành 1l nước cất Dung dịch đem lọc thu dung dịch Bradford • Xây dựng đường chuẩn Chuẩn bị dãy dung dịch protein chuẩn có nồng độ tăng từ 10-100 µg/ml từ dung dịch protein gốc ( 0,1mg/ml albumin ) Bảng Thí nghiệm xây dựng đường chuẩn Ống nghiệm Nồng độ dung dịch (µg/ml) 40 50 60 70 80 90 Thể tích dung dịch protein chuẩn (ml) 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Thể tích nước cất (ml) 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Thuốc thử Biuret (ml) 5 5 5 • Chuẩn bị dung dịch phân tích Cho vào ống nghiệm ml dung dịch cần phân tích, thêm tiếp vào 5ml dung dịch thuốc thử Biuret Lắc đều, để yên phút, sau đem đo độ hấp thụ bước sóng 595 nm Khi xác định A mẫu ta dựa vào phương trình đường chuẩn để suy nồng độ protein mẫu Phụ lục PHỤ LỤC Phương trình đường chuẩn dung dịch protein chuẩn Từ kết đo độ hấp thụ quang dung dịch protein chuẩn, tiến hành xây dựng phương trình đường chuẩn dung dịch protein chuẩn Nồng độ protein [μg/ml] 90 80 y = 151,11x R² = 0,9975 70 60 50 40 30 20 10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Độ hấp thụ quang (ABS) Hình Đồ thị đường chuẩn protein chuẩn Mơ hình biểu diễn mối quan hệ nồng độ protein chuẩn với độ hấp thụ quang dung dịch protein thể qua phương trình y= 151,11x (trong đó: y hàm lượng protein chuẩn, x độ hấp thụ quang dung dịch protein nồng độ khác nhau) Hệ số tương quan R2 = 0,9975 có nghĩa có 99,75% giá trị thực nghiệm tương thích với phương trình đường chuẩn xác định hàm lượng protein có mẫu Phụ lục PHỤ LỤC Kết bố trí thí nghiệm tối ưu hóa q trình thu nhận chitin-chitosan Bảng Kết bố trí thí nghiệm cho yếu tố ảnh hưởng đến trình thủy phân protein STT X1 X2 X3 X4 Y -1 -1 -1 -1 71.476 -1 -1 -1 70.846 -1 -1 -1 71.689 1 -1 -1 71.014 -1 -1 -1 71.047 -1 -1 70.967 -1 1 -1 71.235 1 -1 71.187 -1 -1 -1 75.167 10 -1 -1 73.856 11 -1 -1 76.617 12 1 -1 76.987 13 -1 -1 1 75.254 14 -1 1 75.786 15 -1 1 77.462 16 1 1 77.012 17 -α 0 72.792 18 +α 0 70.002 19 -α 0 70.015 20 +α 0 72.112 21 0 -α 74.278 22 0 +α 75.687 23 0 -α 70.112 24 0 +α 79.436 25 0 0 73.428 26 0 0 74.057 27 0 0 74.214 Phụ lục Bảng Kết bố trí thí nghiệm cho yếu tố ảnh hưởng đến q trình khử khống STT X1 X2 X3 Y -1 -1 -1 6.64 -1 -1 3.42 -1 -1 3.85 1 -1 1.57 -1 -1 4.68 -1 1.24 -1 1 2.8 1 1.1 -α 0 6.53 10 +α 0 1.54 11 -α 5.83 12 +α 1.47 13 0 -α 2.21 14 0 +α 1.18 15 0 1.27 16 0 1.25 17 0 1.26 Phụ lục Bảng Kết bố trí thí nghiệm cho yếu tố ảnh hưởng đến trình deacetyl hóa STT X1 X2 X3 Y -1 -1 -1 61.94 -1 -1 79.67 -1 -1 71.00 1 -1 75.75 -1 -1 77.56 -1 77.33 -1 1 76.83 1 78.97 -α 0 65.77 10 +α 0 77.19 11 -α 75.39 12 +α 78.97 13 0 -α 63.48 14 0 +α 78.26 15 0 80.83 16 0 80.83 17 0 80.83 Phụ lục ... Loan Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng Xuất phát từ thực tế trên, thực đề tài ? ?Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng? ??... Trúc Loan 29 Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Thành phần hóa học vỏ tơm Tính chất chất lượng vỏ tôm ảnh hưởng... 35 Nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện thu nhận chitosan từ vỏ tôm thẻ chân trắng gian 75 phút Trong điều kiện tối ưu hiệu suất thủy phân protein cao 77,73%, cao kết khảo sát đơn 73,74% Kết tối ưu