carotenoid để thu hồi chitin và chitosan
Bã đầu tôm đƣợc phân riêng sau khi thu hồi ĐGC từ quy trình xử lý kết hợp hai enzyme protease: Alcalase 0,2% (2h) và Flavourzyme 0,1% (1h) đƣợc sử dụng để sản xuất chitin - chitosan. Thành phần hóa học cơ bản của bã đầu tôm đƣợc phân tích và trình bày ở Bảng 3.3.
Bảng 3.3. Thành phần hóa học cơ bản của bã tôm
Chỉ tiêu Hàm lƣợng (%) Hàm lƣợng ẩm 79,1 ± 2,8 Hàm lƣợng protein* 7,5 ± 1,9 Hàm lƣợng khoáng* 16,8 ± 2,6 Hàm lƣợng lipid* 2,9 ± 1,0 Hàm lƣợng chitin* 65,8 ± 3,3
*Kết quả tính theo hàm lượng chất khô tuyệt đối.
c
b b
Dù mẫu đầu tôm sau khi đƣợc thủy phân kết hợp Alcalase và Flavourzyme đã loại đƣợc khoảng 90% protein và khoảng 15% khoáng nhƣng lƣợng protein còn lại trong mẫu sau xử lý thu hồi ĐGC tƣơng đối cao. Bảng kết quả 3.3 cho thấy hàm lƣợng protein (7,5%) và khoáng (16,8%) còn trong bã đầu tôm chƣa đạt yêu cầu về chất lƣợng của chitin kỹ thuật (hàm lƣợng khoáng và protein còn lại trong chitin <1% [49]), nên bã tôm đƣợc phân riêng ra từ quá trình thu nhận ĐGC chỉ đƣợc xem nhƣ là chitin thô. So sánh với nghiên cứu của Rao và cộng sự [50], xử lý phế liệu tôm bằng phƣơng pháp lên men lactic, có thể loại đƣợc khoảng 88-90% protein, nên chất lƣợng màu sắc chitin thô hơi đỏ, tối màu. Vì vậy, ta cần phải loại bỏ lƣợng protein còn lại bằng phƣơng pháp xử lý dung dịch NaOH loãng. Sau đó, mẫu đƣợc khử khoáng bằng HCl loãng để đảm bảo hàm lƣợng khoáng và protein thấp dƣới 1%, đạt chất lƣợng kỹ thuật để có thể sản xuất chitosan có chất lƣợng cao.
Kết quả của quá trình khử protein còn lại và khử khoáng đƣợc trình bày ở Hình 3.11 và Hình 3.12. 0 1 2 3 4 5 6 12 18 Hà m lư ợn g pr ot ei n còn lạ i ( % ) Thời gian xử lý (h) 1% NaOH 2% NaOH 3% NaOH
Hình 3.11. Ảnh hƣởng của thời gian và nồng độ NaOH xử lý đến hàm lƣợng protein còn lại trong mẫu chitin (xử lý ở nhiệt độ phòng)
Các giá trị trung bình của cột có các ký tự (a, b, c) khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa về mặt thống kê (p<0,05). c b a b a a a a a
Sử dụng NaOH loãng ở các nồng độ khác nhau để loại bỏ protein còn lại trong bã tôm, nhìn chung kết quả cho thấy khi sử dụng NaOH 1% thì khả năng loại protein ở nồng độ này thấp, lƣợng protein còn trong bã cao rất nhiều so với hai nồng độ NaOH 2% và 3%, ở các điều kiện thời gian xử lý khác nhau (Hình 3.11). Ở thời gian xử lý là 6h thì với nồng độ NaOH 1% lƣợng protein còn trong bã là 4,2%, trong khi ở nồng độ NaOH 2% và 3% thì lƣợng protein còn lại tƣơng ứng là 3,2% và 2,4%. Khi tăng thời gian xử lý từ 6h lên 12h thì hàm lƣợng protein còn lại trong bã giảm mạnh từ khoảng 3% (NaOH 2% và 3%) xuống đạt tới mức khoảng 1%, đạt yêu cầu chất lƣợng của chitin kỹ thuật 9Rao và cộng sự, 2007) [49]. Tuy nhiên, khi kéo dài thời gian xử lý lên 18h thì protein còn lại ở cả hai nồng độ NaOH 2% và 3% lại giảm rất ít; điều này có thể do lƣợng protein còn lại này có liên kết chặt chẽ với chitin nên khó tách ra, kể cả xử lý điều kiện NaOH 3% và kéo dài 18h (Trang Sĩ Trung và cộng xự, 2010) [13].
Nhƣ vậy, nồng độ NaOH 2% và xử lý trong thời gian 12h là điều kiện thích hợp để tách lƣợng protein còn lại trong bã để sản xuất chitin. Kết quả này phù hợp với nghiên cứu của No và Mayers và của Stevevs [43, 56], nồng độ NaOH sử dụng trong quá trình khử protein từ phế liệu giáp xác thƣờng dao động khoảng 2%, nhiệt độ xử lý có thể sử dụng ở nhiệt độ phòng hoặc cao hơn trong thời gian từ 2 – 12 giờ, chế độ khử protein trong quá trình sản xuất chitin thành phần và chất lƣợng của phế liệu.
Kết quả khử khoáng của bã cho thấy trong khoảng thời gian xử lý từ 3h đến 9 h thì nồng độ HCl có ảnh hƣởng rất lớn; khả năng khử khoáng của HCl ở nồng độ 3% thấp hơn rất nhiều so với ở các nồng độ xử lý HCl 4% và 5% (Hình 3.12). Khi nồng độ HCl tăng từ 3% lên 5% thì lƣợng khoáng còn lại trong bã giảm từ gần 4,5% xuống còn khoảng 1,2% trong thời gian là 3h. Ở nồng độ HCl sử dụng là 4% thì hàm lƣợng khoáng còn lại trong mẫu chitin giảm xuống <1% nếu thời gian xử lý là 6h. Trong thời gian xử lý là 6 h thì hàm lƣợng khoáng còn lại trong chitin khi xử lý ở nồng độ HCl 4% và 5% thì khác biệt không có ý nghĩa thống kê (p>0,05). Kéo dài thời gian xử lý đến 9 h thì nếu sử dụng nồng độ HCl 3% cũng chƣa đạt đƣợc hàm lƣợng khoáng còn lại trong chitin <1% mà phải cần nồng độ HCl sử dụng từ 4-5%. Tóm lại, để đạt yêu cầu chitin kỹ thuật (hàm lƣợng khoáng phải dƣới 1%) thì chế độ tách khoáng thích hợp đƣợc chọn là xử lý bằng HCl 4% trong 6 h, ở nhiệt độ phòng.
0 1 2 3 4 5 3 6 9 Thời gian xử lý (h) H àm lƣợ ng k ho án g cò n lạ i (%) 3% HCl 4% HCl 5% HCl
Hình 3.12. Ảnh hƣởng của thời gian và nồng độ HCl xử lý đến hàm lƣợng khoáng còn lại trong mẫu chitin (xử lý ở nhiệt độ phòng)
Các giá trị trung bình của cột có các ký tự (a, b, c) khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa về mặt thống kê (p<0,05).
Kết quả này chứng minh rằng so với phƣơng pháp không sử dụng enzyme để xử lý phế liệu tôm thì nồng độ NaOH thƣờng sử dụng là 4-5% và hàm lƣợng HCl sử dụng khoảng từ 7-9%, thời gian xử lý từ 1 đến 2 ngày (Trang Sĩ Trung và cộng sự, 2010) [13] , thì phƣơng pháp cải tiến kết hợp enzyme cho phép giảm đáng kể lƣợng hóa chất sử dụng trong quy trình sản xuất chitin và cũng rút ngắn đƣợc rất nhiều thời gian xử lý.
Chất lƣợng chitin thu đƣợc từ bã tôm sau khi thực hiện quy trình đề xuất đƣợc xác định và trình bày ở Bảng 3.4.
Bảng 3.4. Chất lƣợng chitin thu đƣợc từ bã đầu tôm
Chỉ tiêu Kết quả phân tích
Màu sắc Hồng nhạt
Độ ẩm (%) 9,75 ± 1,2
Hàm lƣợng khoáng (%)* 0,89 ± 0,1
Hàm lƣợng protein (%)* 0,83 ± 0,1
*Kết quả tính theo hàm lượng chất khô tuyệt đối.
c b a b b a a a a
Hàm lƣợng protein (0,83%) và khoáng (0,89%) còn lại trong bã tôm đạt chất lƣợng kỹ thuật của chitin để có thể sản xuất chitosan có chất lƣợng cao. Rao và cộng sự cho biết chất lƣợng của chitin phụ thuộc rất nhiều vào hàm lƣợng protein và khoáng còn lại trong sản phẩm [49]. Chất lƣợng của chitin kém sẽ cho ra sản phẩm chitosan kém chất lƣợng, hàm lƣợng protein và khoáng trong chitin nhiều ảnh hƣởng đến quá trình deacetyl hóa, sản phẩm chitosan không đáp ứng đƣợc các yêu cầu kỹ thuật khi đƣợc ứng dụng vào các mục đích công nghệ cao nhƣ ngành công nghệ thực phẩm, y dƣợc, mỹ phẩm…[13, 49].
Kết luận, bã đầu tôm sau khi phân riêng từ quá trình thu nhận chế phẩm ĐGC sẽ được xử lý với NaOH 2% trong 12 giờ để khử protein và xử lý HCl 4% trong 6 giờ để khử khoáng, đạt chất lượng chitin để sản xuất chitosan có chất lượng cao.
Nhƣ vậy, ta có thể thấy sản xuất chitin-chitosan từ đầu tôm bằng phƣơng pháp sử dụng enzyme protease sẽ mang lại nhiều lợi ích nhƣ ngoài việc thu đƣợc chitin, chitosan thì còn thu đƣợc hỗn hợp protein và carotenoid có chất lƣợng cao, có thể bổ sung vào thực phẩm con ngƣời; hạn chế đƣợc sự ô nhiễm môi trƣờng do các chất hữu cơ tồn tại trong đầu vỏ tôm, hóa chất xử lý; có thể thu hồi đầu vỏ tôm để sản xuất chitin-chitosan. Hơn nữa, việc sử dụng enzyme để thu hồi hàm lƣợng protein và carotenoid ở dạng phức carotenoprotein cao và màu sắc đỏ cam đẹp (Nguyễn Lệ Hà, 2011) [4] và cũng có thể nâng cao đƣợc chất lƣợng cảm quan về mùi và vị của sản phẩm (Vũ Ngọc Bội và Vũ Thị Hoan, 2004) [2]. Đây là phƣơng pháp thu hồi khép kín và quan trọng, bởi vì tất cả những gì có thể thu nhận đƣợc từ nguyên liệu mà trƣớc đây đƣợc xem nhƣ là phế liệu từ các cơ sở chế biến thủy sản xuất khẩu tôm đông lạnh thải ra là các chất có giá trị kinh tế cao, hạn chế gây nguy hại đến môi trƣờng sống. Tuy nhiên, để có chất lƣợng chitin-chitosan cao có thể ứng dụng trong y dƣợc hơn là mục đích trong các ngành nhƣ nông nghiệp và thực phẩm thì cần phải xử lý lại chitin thô bằng hóa chất loãng để thu đƣợc chitin có chất lƣợng cao.