QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHITIN-CHITOSAN ĐỀ XUẤT

Hình 3.11. Quy trình sản xuất chitin-chitosan đề xuất Rửa trung tính Deacetyl Phơi nắng Rửa trung tính Khử protein Rửa trung tính Khử khoáng Ép Rửa Chitin HCl 4% Nhiệt độ: 50oC Thời gian: 2h Tỷ lệ: 1/1,6 (w/v) NaOH 5,1 % Nhiệt độ: 59oC Thời gian: 5,9h Tỷ lệ: 1/1,4 (w/v) NaOH 70 % Nhiệt độ: 90oC Thời gian: 6h Tỷ lệ: 1/10 Phế liệu vỏ tôm Chitosan

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

KẾT LUẬN

Từ kết quả nghiên cứu thu được cho phép rút ra một số kết luận sau: - Đối với phế liệu vỏ tôm thẻ chân trắng:

+ Khi chưa ép phế liệu tôm thẻ chân trắng có hàm lượng khoáng chiếm 24,8% và protein chiếm 45,7%.

+ Sau khi ép đã loại đi 40,5% khối lượng phế liệu ban đầu. Hàm lượng protein giảm xuống còn 40,6%, trong khi đó hàm lượng khoáng không giảm 24,6%.

- Công đoạn tối ưu khử khoáng được tiến hành ở điều kiện: HCl 4%, nhiệt độ 50oC, thời gian 2h, tỷ lệ phế liệu/dung dịch HCl là 1/1,6 (w/v). Mẫu phế liệu sau công đoạn tối ưu khử khoáng có hàm lượng khoáng 0,9% (hiệu suất khử khoáng đạt 97,7%) và hàm lượng protein 26,4%.

- Công đoạn tối ưu khử protein được tiến hành ở điều kiện: NaOH 5,1%, nhiệt độ 59oC, thời gian 5,9h, tỷ lệ phế liệu/dung dịch NaOH là 1/1,4 (w/v). Mẫu phế liệu sau công đoạn tối ưu khử protein có hàm lượng protein 0,8% (hiệu suất khử protein 96,4%) và hàm lượng khoáng 0,8%.

- Chitin thu được từ quy trình tối ưu cho chất lượng cảm quan tốt về màu sắc. Hàm lượng khoáng và protein đều nhỏ hơn 1% (tương ứng là 0,8% và 0,8%).

- Chitosan thu được từ quy trình tối ưu có chất lượng tốt. Màu sắc trắng sáng, hàm lượng khoáng và protein còn lại thấp (0,7% và 0,6%). Các chỉ tiêu về độ nhớt, độ deacetyl đạt giá trị khá cao (1141,7cps và 84,8%). Độ tan 99,5% và độ đục 7,7% cho thấy hàm lượng tạp chất trong chitosan thu được là rất thấp. Ngoài ra, kết quả phân tích cho thấy không phát hiện các VSV gây bệnh thông dụng trên người. Vì vậy, chitosan thu được từ quy trình tối ưu có thể áp dụng vào lĩnh vực thực phẩm…

KIẾN NGHỊ

- Nghiên cứu sản xuất chitin bằng phương pháp ép và nâng nhiệt kết hợp với phương pháp enzyme để nâng cao chất lượng của chitosan.

- Cần có phương pháp nghiên cứu tuần hoàn lượng nước rửa, thu hồi và tái sử dụng lượng hóa chất, thu hồi protein bổ sung vào thức ăn gia súc.

- Cần tiếp tục nghiên cứu tối ưu công đoạn deacetyl để chọn ra các chế độ deacetyl thích hợp nhất cho quy trình tối ưu.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT

1. Nguyễn Cảnh (1993), Quy hoạch thực nghiệm, Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, tr. 10-15.

2. Phạm Thị Cảnh (2005), Nghiên cứu các biện pháp tiền xử lý để giảm lượng hóa

chất sử dụng, nâng cao chất lượng chitin-chitosan, Đồ án tốt nghiệp đại học, Trường Đại học Nha Trang.

3. Nguyễn Thị Chuyên (2005), Nghiên cứu khử protein trong vỏ tôm bằng phương

pháp lên men lactic trong công nghệ sản xuất chitosan, Đồ án tốt nghiệp đại học, Trường Đại học Nha Trang.

4. Đặng Thị Thu Hương (2009), Bài giảng thiết kế và phân tích thí nghiệm, Trường Đại học Nha Trang.

5. Phan Hiếu Hiền (2001), Phương pháp bố trí thí nghiệm và xử lý số liệu, NXB

Nông Nghiệp, tr. 22-24.

6. Trần Thị Luyến (2004), Báo cáo tổng kết dự án sản xuất thử nghiệm cấp bộ sản

xuất chitin, chitosan từ phế liệu chế biến thuỷ sản, Mã số B2002-33-01-DA.

7. Trần Thị Luyến, Đỗ Minh Phụng, Nguyễn Anh Tuấn (2005), Sản xuất các chế phẩm kỹ thuật và y dược từ phế liệu thuỷ sản, NXB Nông Nghiệp.

8. Trang Sĩ Trung (2008), “Đánh giá chất lượng sản phẩm và hiệu quả môi trường của quy trình sản xuất chitin cải tiến kết hợp xử lý enzyme”, Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thuỷ sản, số 04/2008.

9. Trang Sỹ Trung, Ngô Thị Hoài Dương, Phạm Thị Đan Phượng (2008), “Kết hợp xử lý sơ bộ bằng acid formic trong quy trình chế biến phế liệu tôm để nâng cao chất lượng chitin- chitosan”, Tạp chí Khoa học – Công nghệ Thủy Sản, số 4, tr. 11. 10.Trang Sỹ Trung, Phạm Thị Đan Phượng, Phạm Thị Minh Hải, Trần Văn Liễn, Ngô Văn Lực, Khoa Chế biến, Viện Nghiêm cứu Nuôi trồng Thủy sản – Trường Đại học Nha Trang (2008), “Xử lý carotenoprotein thu hồi từ quá trình sản xuất chitin và bước đầu thử nghiệm trong thức ăn cá”, Tạp chí Khoa học – Công nghệ Thủy sản, số 02/2008, tr. 37.

11. Viện công nghệ sinh học và thực phẩm. Ứng dụng chitosan trong bảo quản thực phẩm.

TÀI LIỆU TIẾNG ANH

12. Percot Aline, Viton Christophe, Domand Alain (2003), “Optimazation of Chitin Extracion from Shrimp Shells”, Biomacromolecules, Vol 4, No 1, American Chemical Society, pp. 12-18.

13. Pankaj R. Rege, Lawrence H. Block (1999), Chitosan processing: influence of process parameter during acidic and alkaline hydrolysis and effect of the processing sequence on the resultant chitosan’s properties, P.R. Rege, L.H. Block:

Carbohydrate Research 321 (1999) 235–24.

14. Pranee Lertsutthiwong, Ng Chuen How, Suwalee Chandrkrachangand Willem F. Stevens (2002), Effect of Chemical Treatment on the characteristics of shrimp chitosan, Journal of metals, materials and minerals, Vol. 12 No. 1, pp. 11-18.

15. H.K. No, S.P.Meyers, W. Prinyawiwatkul, And Z. Xu (2007), Applications of chitosan for improvement of quality and shelf life of foods, A review journal of food

science, Vol. 72, No. 5, 2007.

16. Inmaculada Aranaz, Marian Mengíbar, Ruth Harris, Inés Paños, Beatriz Miralles, Niuris Acosta, Gemma Galed and Ángeles Heras (2009), Functional Characterization of Chitin and Chitosan, Current Chemical Biology, Vol.3, No.2,

2009.

17. Tao Wu, Svetlana Zivanovic (2007), Determination of the degree of acetylation

(DA) of chitin and chitosan by an improved first derivative UV method,

Carbohydrate Polymers 73 (2008), pp. 248-253.

18. San Hein, Chuen How Ng,Willem F. Stevens, Kean Wang (2007), Selection of a practical assay for the determination of the entire range of acetyl content in chitin and chitosan: UV Spectrophotometry ưith phosphoric acid as solvent, Journal of Biomedical materials mesearch mart B: Applied Biomaterials, pp. 560.

19. Aslak Einbu (2007), Characterisation of chitin and a study of its acid-catalysed hydrolysis, Norwegian University of Science and Technology.

PHỤ LỤC

Phụ lục 1. Phương pháp xác định hàm lượng protein

 Xác định hàm lượng protein bằng phương pháp Biuret

a. Dụng cụ:

- Dụng cụ thủy tinh (ống nghiệm, cốc thủy tinh, ống đong, bình định mức, bình tam giác, pipette), vật liệu thông thường của phòng thí nghiệm.

- Micropipet (100-1000µl) - Thiết bị đo UV-VIS mini1240

b. Hóa chất:

- NaOH

- CuSO4.5H2O

- C4H4NaKO6.4H2O (Kali Natri tartrat) - BSA (Bovine Serum Albumin)

c. Tiến hành:

 Pha dung dịch thuốc thử biuret.

Hòa tan 2,35375g CuSO4.5H2O và 8,0571g C4H4NaKO6.4H2O trong 500ml nước cất, khuấy đều và cho thêm 300ml NaOH 10%. Dung dịch trên được khuấy trộn đều rồi làm đầy đến 1000ml bằng nước cất.

 Xây dựng đường chuẩn.

- Pha dung dịch chuẩn BSA: Hòa tan 0,5g BSA vào trong 50ml nước cất, khuấy dần dần khi BSA tan hết rồi định mức lên 100ml bằng nước cất (hàm lượng BSA: 10mg/ml).

Chuẩn bị 6 ống nghiệm sạch, đánh số thứ tự từ 1-6 sau đó cho các dung dịch hóa chất vào các ống nghiệm với thể tích và thứ tự như sau:

Bảng 1. Bố trí thí nghiệm chạy đường chuẩn của phương pháp Biuret Ống nghiệm Dung dịch hóa chất 1 2 3 4 5 6 BSA chuẩn (ml) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Nước cất (ml) 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Thuốc thử Biuret (ml) 4 4 4 4 4 4 Hàm lượng BSA (mg/ml) 0 2 4 6 8 10

Sau khi đã cho đầy đủ các hóa chất, ủ các ống nghiệm trên ở nhiệt độ phòng trong thời gian 30 phút.

Sau khi ủ, dung dịch trong các ống nghiệm trên được đo mật độ quang học ở bước sóng 570nm để đọc giá trị OD570 (sử dụng ống 1 làm mẫu blank).

 Kết quả xây dựng đường chuẩn cho phương pháp Biuret.

Bảng 2. Kết quả đo OD 570nm

Ống nghiệm Hàm lượng BSA(mg/ml) OD570

1 2 0,104

2 4 0,206

3 6 0,304

4 8 0,398

5 10 0,491

 Phương trình đường chuẩn.

y = 0.0483x + 0.0108 R2 = 0.9996 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 2 4 6 8 10 12 Hàm lượng protein (mg/ml) O D 5 7 0 n m

Từ phương trình đường chuẩn ta tính ra được hàm lượng protein có trong 1ml dịch. Từ đó tính ra được phần trăm protein có trong mẫu theo công thức tính sau: % protein = 100 / ) 100 .( 1000 . 100 . . MC m C V 

V: Thể tích mẫu sau khi pha loãng(ml) m: Khối lượng mẫu đem đi ủ (g)

MC: Độ ẩm của mẫu đem đi phân tích (%) C: Hàm lượng protein trong 1 ml (mg/ml) C được xác định theo công thức sau:

Từ phương trình đường chuẩn ta có: A= 0,0483C + 0,0108 A là độ hấp thụ quang học ở bước sóng 570nm

 Xác định hàm lượng protein bằng phương pháp Microbiuret: a. Dụng cụ:

- Dụng cụ thủy tinh (ống nghiệm, cốc thủy tinh, ống đong, bình định mức, bình tam giác, pipette), vật liệu thông thường của phòng thí nghiệm.

- Micropipet (100-1000µl). - Thiết bị đo UV-Vis mini 1240.

b. Hóa chất: - NaOH - Na2CO3 (Sodium Cabonate) - CuSO4.5H2O - Na3C6H5O7.2H2O (Sodium citrate) c. Tiến hành:

Pha dung dịch thuốc thử Microbiuret:

- Lấy 197,1395g Sodium citrate và 100g Sodium carbonate, đem hòa tan trong nước nóng nhưng không để nước sôi.

- Lấy 27,0314g CuSO4 hòa tan trong 100ml nước cất và thêm vào hỗn hợp trên. Sau đó thêm nước cất vào cho đủ 1 lít.

Xây dựng đường chuẩn:

Xây dựng đường chuẩn cho phương pháp Microbiuret:

- Hòa tan 0,1 gam huyết thanh bò (BSA) trong NaOH 3% tạo thành các nồng độ khác nhau sao cho nồng độ protein trong dịch thuộc khoảng từ 0,05-0,5g/l.

- Chuẩn bị 7 ống nghiệm sạch, đánh số thứ tự từ 1 đến 7, sau đó cho các dung dịch hóa chất vào các ống nghiệm với thể tích và thứ tự như sau:

Bảng 3. Bố trí thí nghiệm chạy đường chuẩn của phương pháp Microbiuret

Ống nghiệm Nồng độ Số ml dịch BSA(ml) Số ml NaOH 3%(ml) 1 0 0 4 2 0,05 0,2 3,8 3 0,1 0,4 3,6 4 0,2 0,8 3,2 5 0,3 1,2 2,8 6 0,4 1,6 2,4 7 0,5 2 2

Sau đó lấy mỗi mẫu 4ml, thêm vào đó 200µl thuốc thử Microbiuret, vortex cho đều và ủ sau 15 phút mang đi đo ở bước sóng 330nm. (Sử dụng ống 1 làm mẫu blank).

Kết quả xây dựng đường chuẩn cho phương pháp Microbiuret:

Bảng 4. Kết quả đo OD330nm

Ống nghiệm 1 2 3 4 5 6 7

Hàm lượng

BSA(mg/ml) 0 0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 OD330nm 0,075 0,148 0,296 0,448 0,594 0,732

Phương trình đường chuẩn y = 1.4689x + 0.0027 R2 = 0.9998 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Hàm lượng protein (mg/ml) O D 3 3 0 n m

Hình 2. Đồ thị biểu diễn phương trình đường chuẩn của phương pháp

Microbiuret

 Xử lý mẫu:

Lấy 1g mẫu + 20ml NaOH 3% →ủ ở 80oC,trong 6 giờ. Sau đó, hỗn hợp này được làm lạnh ở nhiệt độ phòng, rồi sau đó mang đi lọc. Khi lọc, dùng từ 10-15ml NaOH 3% để rửa bã.

Sau đó đem dịch đi li tâm ở 5000 vòng/15 phút → Lấy dịch → Pha loãng sao cho hàm lương protein nằm trong dãi bước sóng.

Lấy 4ml + 200μl Microbiuret → đo ở bước sóng 330nm.

Kết quả đo được tương ứng với giá trị y (OD330nm), dựa vào phương trình đường chuẩn tính ra được hàm lượng protein có trong 1 ml dịch. Từ đó tính ra được phần trăm protein có trong mẫu theo công thức tính sau:

% protein = 100 / ) 100 .( 1000 . 100 . . Mc m C V 

V: Thể tích mẫu sau khi pha loãng(ml) m: Khối lượng mẫu đem đi ủ (gam)

Mc: Độ ẩm của mẫu đem đi phân tích (%) C: Hàm lượng protein trong 1 ml(mg/ml) C được xác định theo công thức sau:

A là độ hấp thụ quang học ở bước sóng 330nm.

Phụ lục 2. Xây dựng đường chuẩn cho phương pháp xác định độ deacetyl của

chitosan [17], [18]

Hòa tan 0,1105g Glucosamin N-Acetyl (221g/mol) vào 10ml acid phosphoric 85%. Lấy 2ml dung dịch trên và định mức đến 100ml bằng nước cất. Lúc này ta thu được dung dịch Glucosamin N-Acetyl 0,001M hay Glucosamin N- Acetyl 1mM.

Tiếp tục pha loãng thành các nồng độ: 0,5mM, 0,25mM, 0,125mM. Chúng ta có thể pha thêm tại các nồng độ: 0,8mM, 0,4mM, 0,2mM, 0,1mM để tăng độ chính xác hơn.

Sau đó mang đi đo ở bước sóng 210nm.

 Kết quả xây dựng đường chuẩn cho phương pháp xác định độ deacetyl

của chitosan.

Bảng 5. Kết quả đo OD210nm

Ống nghiệm 1 2 3 4 5 6

Hàm lượng Glucosamin N-Acetyl 1 0,8 0,5 0,4 0,2 0,1

OD210nm 1,077 0,864 0,550 0,451 0,234 0,123

 Phương trình đường chuẩn.

y = 1.0553x + 0.0222 R2 = 0.9999 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Hàm lượng Glc-NAC (mM/ml) O D 2 1 0 n m

Hình 3. Đồ thị biểu diễn phương trình đường chuẩn của phương pháp xác định độ deacetyl

 Xử lý mẫu.

Cân chính xác 100mg chitosan khô. Sau đó dùng 20ml H3PO4 85% khuấy ở 600C trong vòng 40 phút. Sau 40 phút, khi chitosan đã được tan hoàn toàn. Lấy 2 ml dung dịch trên và định mức đến 200ml bằng nước cất. Sau đó lấy hỗn hợp này ủ ở nhiệt độ 60oC/2h. Sau khi ủ xong ta đi đo ở bước sóng 210nm.

 Công thức tính:

Độ deacetyl của chitosan (DD) được tính bằng công thức sau:

DD (%) = 100 * 1 –

Mmol Glc =

0,20321: Phân tử lượng của Acetyl-Glucosamine đã loại nước. 0,16117: Phân tử lượng của glucosamine đã loại nước.

W: Khối lượng (g/l) của mẫu glucosamine cân ban đầu (W = 0,5 g/l). Mmol Glc-NAC được tính theo công thức sau:

Y = 1,0553 * X + 0,0222 ( R2 = 0,9999 ).

Y : OD đo được ở bước sóng 210nm. X = Mmol Glc-NAC.

Phụ lục 3. Các phương pháp phân tích kiểm nghiệm hoá học

 Phương pháp xác định hàm lượng ẩm (phương pháp sấy khô).

a. Nguyên lý: Dùng sức nóng làm bay hết hơi nước trong thực phẩm. Cân trọng lượng thực phẩm trước và sau khi sấy khô, từ đó tính ra phần trăm nước có trong thực phẩm.

b. Dụng cụ, hóa chất.

- Tủ sấy điều chỉnh được nhiệt độ (100–105oC). - Cân phân tích chính xác 10-3 g.

Mmol Glc-NAC

Mmol Glc-NAC + Mmol Glc

W – (Mmol Glc-NAC*0,20321) 0.16117

- Bình hút ẩm. - Cốc sấy. - Đũa thủy tinh.

c. Tiến hành: Lấy một cốc sứ, đem sấy ở 100-105C cho đến trọng lượng không đổi. Để nguội trong bình hút ẩm và cân ở cân phân tích chính xác đến 0,0001 g. Sau đó cho vào cốc khoảng 2g chất thử đã chuẩn bị sẵn, cắt nhỏ. Cân tất cả ở cân phân tích với độ chính xác như trên. Cho tất cả vào tủ sấy 100-105C, sấy khô cho đến trọng lượng không đổi, tối thiểu là trong 6h. Sấy xong đem làm nguội ở bình hút ẩm (20 ÷30 phút) và đem cân ở cân phân tích với độ chính xác như trên.

Cho lại vào tủ sấy 100-105C trong 30 phút, lấy ra để nguội ở bình hút ẩm và cân như trên cho tới trọng lượng không đổi. Kết quả giữa 2 lần cân liên tiếp không được cách nhau quá 0,5 mg cho mỗi gam chất thử.

d. Tính kết quả.

Độ ẩm theo phần trăm (X) tính bằng công thức sau: X= G G G G   1 2 1 )*100 ( Trong đó: G: Là trọng lượng của cốc sứ (g).

G1: Trọng lượng của cốc và mẫu thử trước khi sấy (g).

G2: Trọng lượng của cốc và mẫu sau khi sấy, tính bằng gam (g).  Phương pháp xác định hàm lượng tro (khoáng).

a. Nguyên lý: Dùng sức nóng (550 ÷ 600C) nung cháy hoàn toàn các chất hữu cơ. Phần còn lại đem cân và tính ra phần trăm tro có trong mẫu thử.

b. Dụng cụ: - Tủ nung. - Cốc nung. - Bếp điện. Bình hút ẩm. - Kẹp, khay inox. c. Hóa chất:

- H2O2 hoặc HNO3 đậm đặc.

d. Tiến hành: Nung chén sứ đã rửa sạch ở lò nung tới 550-600C đến trọng lượng không đổi. Để nguội ở bình hút ẩm và cân ở cân phân tích chính xác đến 0,0001g. Cho vào chén sứ khoảng 2g chất thử. Cân tất cả ở cân phân tích với độ chính xác như trên. Cho tất cả vào lò nung và tăng nhiệt độ từ từ cho đến 550-600C. Nung