1.3. Tổng quan về chitin và công nghệ sản xuất chitin
1.3.3.3. Sản xuất chitin bằng phƣơng pháp hóa học kết hợp sinh học
Đây là phƣơng pháp sản xuất chitin chitosan đang đƣợc các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Trung và cộng sự (2009) đã nghiên cứu ứng dụng enzyme
Flavourzyme trong sản xuất chitin. Đầu, vỏ tôm đƣợc thủy phân bằng enzyme Flavourzyme sau đó phân riêng dịch để thu hồi protein và astaxanthin, bã lọc khử protein lần 2 bằng NaOH lỗng và khử khống bằng HCl. Quy trình có nhiều ƣu điểm nhƣ thu hồi lƣợng chất khô trong phế liệu tăng 20%; chitin, chitosan có chất lƣợng cao hơn, đặc biệt là độ nhớt so với phƣơng pháp truyền thống. Hỗn hợp protein và astaxanthin thu đƣợc có chất lƣợng tốt, có thể ứng dụng trong chế biến thức ăn gia súc. Ngồi ra nƣớc thải của quy trình cải tiến có hàm lƣợng chất lơ lửng thấp, giảm hơn 90%, BOD giảm 50%, COD giảm 30% so với nƣớc thải của phƣơng pháp hóa học khơng thu hồi protein.
Holanda và Netto (2006) đã nghiên cứu sử dụng enzyme Alcalase và enzyme Pancreatin để thu hồi các thành phần chính của đầu, vỏ và đuôi tôm
Xiphopenaeus kroyeri – Brazil. Đầu vỏ tôm đƣợc thủy phân bằng Alcalase 3% ở pH
8,5, nhiệt độ 60oC, tỷ lệ nƣớc/ nguyên liệu 1:1 hoặc Pancreatin 1% ở pH 8,5, nhiệt độ
40oC sau đó bất hoạt enzyme ở 90o
C trong 5 phút và ly tâm 16000 vòng ở 4oC trong
15 phút. Dịch đƣợc sấy lạnh thu dịch đạm, bã đƣợc tiến hành thu hồi lipid và chitin. Kết quả cho thấy enzyme Alcalase có hiệu quả khử protein tốt, tuy nhiên sau khử protein bằng Alcalase cần khử protein bằng NaOH hoặc KOH ở nồng độ 1, 3, 5%
nhiệt độ 50, 70, 90oC và trong thời gian 1, 2, 3 giờ [18].
Quy trình sản xuất chitin kết hợp phƣơng pháp hóa học và sinh học sử dụng enzyme Alcalase khử protein từ tôm thẻ chân trắng thu tại các công ty chế biến thuộc Khánh Hòa (Trung, 2010). Với các điều kiện nghiên cứu: Tỷ lệ enzyme/ nguyên liệu là
0,1, 0,2, và 0,3% v/w, pH (7, 8, 9), nhiệt độ (nhiệt độ phòng, 40, 55, 70oC), thời gian
xử lý (4, 6, 8, 10, 12 giờ). Điều chỉnh pH bằng dung dịch NaOH 1N. Bất hoạt enzyme
ở 90oC trong 5 phút. Kết quả cho thấy xử lý bằng enzyme Alcalase thƣơng mại với tỷ
lệ enzyme/nguyên liệu 0,2%, ở pH 8 và nhiệt độ 55oC trong 8 giờ có thể thu hồi 86%
caroten. Sau khử protein bằng enzyme chitin tiếp tục đƣợc xử lý với NaOH 2% trong 12 giờ và khử khoáng trong 12 giờ với HCl 4% tỷ lệ 1/5 (w/v) ở nhiệt độ phòng thu đƣợc chitin có hàm lƣợng protein còn lại 0,99 ± 0,1%, khoáng 0,98 ± 0,2%. Chất
lƣợng chitin, chitosan thành phẩm tƣơng đối tốt: Chitosan (đƣợc deacetyl ở 60oC, nồng
độ NaOH 50% trong 20 giờ) có mật độ khối 0,51 g/ml, độ hịa tan 99,2%, độ deacetyl 83% và độ nhớt 1436 cps. Các thông số kiểm tra nƣớc thải so sánh giữa quy trình kết
hợp xử lý enzyme của tác giả và quy trình hóa học. Sau khi thu hồi carotenoprotein giảm ô nhiễm, chỉ tiêu TSS giảm 80%, BOD giảm 50%, COD giảm 30% so với phƣơng pháp không thu hồi carotenoprotein.
Từ các kết quả nghiên cứu cho thấy việc kết hợp sử dụng enzyme protease trong q trình sản xuất chitin giúp giảm lƣợng hóa chất sử dụng, cải thiện chất lƣợng chitin, thu hồi protein, astaxanthin, hạn chế các chất hữu cơ chứa trong nƣớc thải, giảm thiểu chi phí xử lý mơi trƣờng. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trƣờng do các cơ sở chế biến chitin gây ra, góp phần phát triển bền vững ngành công nghiệp sản xuất chitin từ NLCL thủy sản. Đây là một hƣớng đi cho phƣơng pháp sản xuất sạch hơn. Bên cạnh đó, việc kết hợp sinh học và hóa học cịn đảm bảo vấn đề giá thành sản xuất hợp lý, cơ hội cho mở rộng sản xuất với quy mơ lớn. Chitin, chitosan thu đƣợc có chất lƣợng cao hơn so với phƣơng pháp hóa học, đặc biệt là độ nhớt và phân tử lƣợng. Đồng thời, giảm hơn 50% lƣợng hóa chất sử dụng so với phƣơng pháp hóa học truyền thống [39]. Tuy nhiên thời gian sản xuất còn tƣơng đối dài làm giảm năng xuất sản xuất trong công nghiệp dẫn đến giảm giá trị kinh tế.
Nghiên cứu thủy phân protein bằng enzyme Pepsin giúp giải quyết đƣợc các hạn chế đó. Kết hợp thủy phân protein bằng enzyme Pepsin trong q trình khử khống giúp giảm thời gian sản xuất, và tận thu đƣợc sản phẩm thủy phân. Đặc biệt, xử lý bằng enzyme Pepsin là enzyme trong hệ tiêu hóa, sản phẩm protein thủy phân bởi enzyme Pepsin có hệ số tiêu hóa cao hơn so với các enzyme protease khác.