Dựa vào đồ thị ta dễ dàng nhận thấy hiệu suất thu hồi astaxanthin có xu hướng tăng. Ngày thứ nhất là 26,4%, ngày thứ hai tăng đến 35,4%, sang ngày thứ ba thì hiệu suất thu hồi astaxanthin cao nhất là 48,3%. Sang ngày thứ tư bắt đầu có dấu hiệu giảm xuống cịn 46,8%, và đến ngày thứ năm thì cịn 40,4%.
Nguyên nhân có thể là do khi ủ phế liệu với vi khuẩn Bacillus subtilis thì
trong những ngày đầu vi khuẩn này sử dụng cơ chất để sinh trưởng và phát triển nên lượng enzyme protease mà chúng tiết ra chưa nhiều, nên hiệu quả thủy phân protein không cao dẫn đến hiệu suất thu hồi chế phẩm protein cũng không cao. Đến ngày thứ ba, vi khuẩn B. Subtilis hoạt động mạnh nhất, chúng tiết ra hệ enzyme protease giúp cho quá trình thủy phân protein đạt hiệu quả cao. Đến ngày thứ tư và thư năm, môi trường dần dần cạn kiệt nguồn cơ chất do sự sinh trưởng của hệ vi sinh vật, nên
chúng bắt đầu hoạt động chậm lại, nên hiệu suất thu hồi kết tủa protein trong hai ngày này có xu hướng tăng chậm thậm chí giảm xuống.
Đối với astaxanthin, vì được thu nhận ở dạng phức hợp carotenoprotein và đang ở trạng thái liên kết với phân tử protein, nên hiệu suất thu hồi astaxanthin cũng thay đổi tăng giảm theo lượng protein thu hồi.
Tóm lại, trong điều kiện thủy phân phế liệu đã được xay nhỏ nhiệt độ phòng, tỷ lệ vi sinh vật/phế liệu = 5%, tỷ lệ nước/nguyên liệu = 1:1; thời gian ủ phế liệu với dịch vi sinh vật thích hợp được chọn là 3 ngày với hiệu suất thu hồi protein đạt 21,8% và hiệu suất thu hồi carotenoid đạt 48,3%.
3.5. Đánh giá chất lượng carotenoprotein thu được
Sau khi thực hiện các bước tối ưu nhằm chọn ra điều kiện thích hợp nhất để thu hồi protein và astaxanthin với hiệu suất cao, ta thu được kết quả phân tích chất lượng carotenoprotein (protein và astaxanthin) như Bảng 3.2
Bảng 3.2. Chất lượng carotenoprotein thu được
Chỉ tiêu (*) Kết quả
Hàm lượng protein (%) 62,5 ± 0.9
Hàm lượng khoáng (%) 24,38 ± 0,5
Độ ẩm (%) 77,87 ± 0,2
Hàm lượng astaxanthin (µg/g) 220 ± 0,1
(*): tính theo hàm lượng khơ.
Mẫu carotenoprotein thu được có dạng bột nhão, màu đỏ cam. Kết quả Bảng 3.2 cho thấy carotenoprotein thu được có hàm lượng protein và astaxanthin thu được tương đối cao với giá trị tương ứng là 62,5% và 220 µg/g.
So với bột cá, carotenoprotein có hàm lượng protein cao hơn nhiều (protein của bột cá là 50%). Do vậy, nên ứng dụng phương pháp thu hồi carotenoprotein từ phế liệu đầu tôm để đạt hiệu suất cao. Bên cạnh đó astaxanthin là một sắc tố có giá trị về mặt kinh tế, nếu thu hồi theo phương pháp này hàm lượng sẽ rất cao, tù đó tận dụng làm thức ăn cho cá hoặc chế biến thức ăn gia súc.
3.6 Đề xuất quy trình sản xuất
Dựa vào những kết quả thu được, em xin đề xuất quy trình sử dụng vi khuẩn
Bacillus subtilic để thu hồi carotenoprotein trong quy trình sản xuất chitin như sau:
Hình 3.7. Quy trình thu hồi carotenoprotein từ phế liệu đầu tôm bằng chế phẩm vi sinh vật
Phế liệu đầu tôm trước tiên sẽ được bổ sung nước với tỷ lệ 1/1 và một lượng EDTA 0,05% theo khối lượng nguyên liệu. Sau đó xay nhỏ bằng máy xay sinh tố. Tiếp theo sẽ bổ sung 5% dịch vi khuẩn Bacillus subtilis theo khối lượng nguyên liệu. Ủ toàn bộ hỗn hợp phế liệu và vi khuẩn trong 3 ngày ở nhiệt độ phòng. Sau
EDTA: 0.05% Xay
Ủ Phế liệu tôm ( đầu tôm sạch, tươi)
Bã
Kết tủa
Chitosan 1%
- Tỷ lệ vi sinh vật/phế liệu: 5% - Thời gian: 3 ngày
- Nhiệt độ phòng Lọc bằng vải lọc Dịch (carotenoprotein) Ly tâm Bột carotenoprotein Sản xuất chitin
thòi gian ủ, đem lọc bằng vải lọc thu dịch, phần bã được đem xử lý để sản xuất
Chitin.
Dịch lọc được chỉnh pH về 4.5 bằng HCl 10%, rồi nâng nhiệt lên 850C và giữ trong 5 phút. Sau khi để nguội, bổ sung 100ppm Chitosan 1% để trợ lắng. Sau khi lắng, đem ly tâm hỗn hợp ở 3500 vòng/phút trong 30 phút. Kết tủa bao gồm cả protein và astaxanthin. Chế phẩm thu hồi có thể ứng dụng để sản xuất thức ăn gia súc.
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1 KẾT LUẬN
- Trong phế liệu đầu tôm thẻ chân trắng, hàm lượng protein chiếm khoảng 46,6% còn hàm lượng astaxanthin là 121,3 (µg/g) khối lượng chất khơ, hàm lượng khống là 24,2%.
- Điều kiện thích hợp nhất để vi sinh vật thủy phân phế liệu đầu tôm nhằm thu hồi phức hợp carotenoprotein là: tỷ lệ nước/phế liệu là 1/1; phế liệu phải được xay nhỏ (nhưng không quá nát); tỷ lệ vi sinh vật/phế liệu là 5%; thời gian ủ là 3 ngày ở nhiệt độ thường. Hiệu suất thu hồi protein là 21,8%, hiệu suất thu hồi astaxanthin là 48,3%.
- Kết tủa thu hồi có hàm lượng protein là 62,5%, hàm lượng astaxanthin là 220 µg/g, hàm lượng khống cịn lại 24,38%, độ ẩm là 77,78%.
4.2 KIẾN NGHỊ
- Mở rộng nghiên cứu các yếu tố khác ảnh hưởng đến quá trình thu hồi phức hợp protein như: nhiệt độ lên men của vi khuẩn B. subtilic và tỷ lệ nước bổ sung
vào phế liệu.
- Cần kiểm tra một số chỉ tiêu khác của bột protein thu được như hàm lượng kim loại, vi sinh, thời hạn bảo quản sản phẩm … Đây là các chỉ tiêu nếu có điều kiện cần được nghiên cứu để có biện pháp nâng cao chất lượng bột chế phẩm thu được.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt
1. Hoàng Thị Huệ An, 2002. Nghiên cứu chiết xuất Astaxanthin từ phế liệu vỏ
tôm. Luận văn thạc sĩ, Trung tâm KHTN-CN Quốc gia, Hà Nội.
2. Nguyễn Trọng Cẩn (chủ biên), Nguyễn Thượng Hiền, Đỗ Thị Giang, Trần Thị Luyến, “Công nghệ enzym”, Nhà xuất bản Nơng nghiệp, TP. Hồ Chí Minh, 1998.
3. Trần Ngọc Châu (2000), “Nghiên cứu quy trình chiết rút astaxanthin từ vỏ
tôm”, Luận văn tốt nghiệp, Đại học Thủy Sản, Nha Trang.
4. Nguyễn Hữu Dũng, “Tận dụng phế liệu tôm”, Dự án cải thiện chất lượng và xuất khẩu thủy sản SEAQID, NXB Nông nghiệp, 2005.
5. Nguyễn Việt Dũng (1999), “Nghiên cứu sự biến đổi của tôm sau khi chết và
phương pháp bảo quản tôm nguyên liệu”, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Trường
đại học kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.
6. Nguyễn Thị Hiền, “Xử lý và tận dụng phế liệu tôm”, Tiểu luận, Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh, 2010.
7. Đỗ Thị Hòa (2004), “Nghiên cứu thu hồi protein trong quy trình sản xuất
chitin và đề nghị phương hướng sử dụng”, Luận văn tốt nghiệp, Đại học Thủy Sản, Nha Trang.
8. Đặng Văn Hợp, Đỗ Minh Phụng, (1997). “Phân tích kiểm nghiệm sản phẩm
thủy sản”, trường Đại học Nha Trang.
9. Đặng Thị Thu Hương, “Bài giảng phương pháp bố trí thí nghiệm và xử lý số
liệu”. Trường Đại học Nha Trang.
10. Trần Thị Luyến (2000), “Hồn thiện quy trình sản xuất Chitin – Chitosan và
chế biến một số sản phẩm công nghiệp khác từ phế liệu tôm”, Báo cáo khoa
học – đề tài cấp Bộ, trường Đại học Nha Trang.
11. 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 thủy sản”, Mã số B2002-33-
12. Trần Lê Minh, “So sánh khả năng thủy phân protein của 3 loại enzyme
protease thương mại: Alcalase, Flavourzyme và Protamex trong quá trình thu nhận phức hợp carotenoprotein từ phế liệu đầu tôm”, Luận văn tốt
nghiệp, Đại học Nha Trang.
13. Lê Văn Nhật (2005), “Nghiên cứu thu hồi protein và astaxanthin trong quy
trình sản xuất chitin”, Luận văn tốt nghiệp, Đại học Nha Trang.
14. Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn (2009), “Báo cáo tổng kết năm 2006
– 2009”.
15. Tạp chí Thương mại Thủy sản (3/2010), Nuôi tôm biển ở Châu Á năm 2009,
xu hướng sản lượng, số 123.
16. Trang Sĩ Trung, 2008, “Nghiên cứu kết hợp phương pháp sinh học để nâng
cao hiệu quả quy trình sản xuất chitin – chitosan từ phế liệu vỏ đầu tôm”,
Báo cáo đề tài cấp Bộ.
17. Trang Sĩ Trung, 2009, “Đánh giá chất lượng sản phẩm và hiệu quả mơi
trường của quy trình sản xuất Chitin cải tiến kết hợp sử dụng enzyme”. Tạp
chí Khoa học – Công nghệ Thủy sản, số 1, Trường Đại Học Nha Trang. 18. Lê Ngọc Tú (chủ biên) và các đồng tác giả, Hóa sinh cơng nghiệp, NXB
Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 1997.
19. Trần Quốc Sơn (1982), Cơ sơ lý thuyết hóa hữu cơ, tập 1, NXB Giáo dục.
Tài liệu tiếng Anh
20. AOAC, 1990. Official methods of analysis. 15th edition, Washington DC: Association of Analytical Chemists.
21. Arad S.M., and Yaron A., 1992. Natural pigment from red microalgae for use in foods and cosmetics. Trends in Food Science & Technology 3: 92-97. 22. Armenta R.E., and Guerrero-Legarreta I., 2009. Amino acid profile and
enhancement of enzymatic hydrolysis of fermented shrimp carotenoproteins.
Food Chemistry 112: 310-315.
23. Bautista J., Corpas R., Cremandes O., Hernandez-Pinzon I., Ramos R., Villanueva A., Sanchez-Vioque R., Clemente A., Pedroche J., Vioque J.,
Parrado J., & Millan F., 2000. Sunflower protein hydrosylates for dietary treatment of patients with liver failures. Journal American Oil Chemist Society 77: 121-126.
24. Chakrabarti R., 2002. Carotenoprotein from tropical brown shrimp waste by enzymatic process. Food Biotechnology 16(1): 81-90.
25. De Sio, Servillo F.L., Loiuduce R., Laratta B., and Castaldo D., 2001, Achromatographic procedure for the determination of carotenoids and chlorophylls in vegetable products. Acta Allimen 30: 395–405.
26. Fereidoon Shahidi (1999), Food applications of chitin and chitosans, Trends
in Food science & Technology.
27. Garate A.M., Milicua J.C.G., Gomez R., Macarulla J.M., and Britton G., 1986. Purification and characterization of the blue carotenoprotein from the carapace of the crayfish Procambarus clarkii (Girard). Biochemica et Biophysica Acta 881: 446-455.
28. George Britton (1995), Structure and properties of carotenoids in relation of
funtion, the FASEB journal, Vol 9, December, 1551-1558.
29. J. F. Peberdy (1999), Biotechnologycal approaches to the total utilisation of
crustacean shellfish and shellfish waste, Summary reports of European
Commission supported STD-3 projects, University of Nottingham, England 30. Kyaw Nyein Aye and Willem F Stevens∗, 2004. “Improved chitin
production by pretreatment of shrimp shells”. Thailand.
31. Lorentz R.T., and Cysewski G.R., 2000. Commercial potential for
Haematococcus microalgae as a natural source of astaxanthin. Trends Biotechnol 18: 160-167.
32. Lee S.H., Roh S.K., Park K.H., and Yoon K.R., 1999. Effective Extraction of Astaxanthin Pigment from Shrimp Using Proteolytic Enzymes. Biotechnol. Bioprocess Eng 4: 199-204
33. Meyers S.P., 1994. Developments in world aquaculture, feed formulations, and role of carotenoids. Pure Applied Chemistry 66: 1069-1076.
34. Oshima T., 1998. Recovery and use of Nutraceutical products from marine resources. Food Technology 52: 50-54.
35. Robert GAF, Domard A, Varum K, editors, Advances in chitin sciences, vol. 2. Lyon, France: Jacques Andre, 1997.
36. Shahidi F., and Synowiecki J., 1991. Isolation and characterization of nutrients and value-added products from snow crab (Chinoecetes opilio) and shrimp (Pandalus borealis) processing discards. Journal of Agricultural and
Food Chemistry 39: 1527-1532.
37. Timme E., Walwyn D., and Bailey A., 2009. Characterisation of the carotenoprotein found in carapace shells of Jasus lalandii. Comparative Biochemistry and Physiology Part B 153: 39-42.
38. Zagalsky P.F., 1976. CAROTENOID-PROTEIN COMPLEXES. Pure & Appl. Chem 47: 103-120
39. Zagalsky P.F., Eliopoulos E.E., and Findlay B.C., 1991. The lobster carapace carotenoprotein, α-crustacyanin. Biochem. J. 274: 79-83.
40. Weaver C.M., Schmidl M.K., Woteki C.E., & Bidlack W.R., 1993. Research needs in diet, nutrition and health. Food Technology 47: 14S-17S, 25S. 41. Holanda H.D.D., Netto F.M., 2006. Recovery of components from shirmp
(Xiphopenaeus kroyeri) processing waste by enzymatic hydrolysis. Journal of Food Science 71: 298-303.
PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1: CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Bảng P.1. Thành phần hoá học cơ bản của phế liệu đầu tôm thẻ chân trắng
STT Chỉ tiêu phân tích Kết quả
1 Độ ẩm (%) 78,9 ± 0,2
2 Hàm lượng chất khoáng (*) (%) 24,2 0,7 3 Hàm lượng protein (*) (%) 46,6 3,6 4 Hàm lượng astaxanthin (*) (µg/g) 121,3 12,5
(*): tính theo chất khơ
Bảng P.2. Ảnh hưởng của phương pháp cơ học đến hiệu suất thu hồi kết tủa protein
Bảng P.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ vi sinh vât/phế liệu đến hiệu suất thu hồi kết tủa protein
Bảng P.4. Ảnh hưởng của thời gian ủ đến hiệu suất thu hồi kết tủa protein
Phương pháp cơ học Xay Không xay
Hiệu suất thu hồi protein (%) 21,8 ± 1,5 15,5 ± 1,2 Hiệu suất thu hồi astaxanthin (%) 48,3 ± 1,4 24,0 ±1,7
Tỷ lệ vi sinh vật/ phế liệu 0% 3% 5% 7%
Hiệu suất thu hồi protein (%) 8,6 ± 2,1 12,3 ± 1,8 21,8 ± 1,5 16,5 ± 1,6 Hiệu suất thu hồi astaxanthin (%) 22,7 ± 1,7 35,8 ± 1,3 48,3 ± 1,4 38,3 ± 1,2
Thời gian ủ (ngày) 1 2 3 4 5
Hiệu suất thu hồi
protein (%) 13,4 ± 1,3 15,6 ± 1,7 21,8 ± 1,5 22,1 ± 1,3 16,3 ± 1,8 Hiệu suất thu hồi
PHỤ LỤC 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI
1. Phương pháp xác định độ ẩm
Độ ẩm được xác định bằng phương pháp sấy khô.
Nguyên lý :
Dùng sức nóng làm bay hơi hết hơi nước trong nguyên liệu. Cân trọng lượng nguyên liệu trước và sau khi sấy khô. Từ đó tính ra hàm lượng nước có trong nguyên liệu. Dụng cụ, vật liệu : + Tủ sấy. + Cân phân tích chính xác 10-4 + Bình hút ẩm. + Cốc sấy. + Đũa thủy tinh.
Cách tiến hành:
Lấy cốc sấy cho vào tủ sấy, sấy ở nhiệt độ 105C đến khối lượng không đổi, sau đó để trong bình hút ẩm để làm nguội và cân phân tích. Sau đó, cho vào cốc khoảng m (g) mẫu (khoảng 2 – 5g) được cân bằng cân phân tích với độ chính xác 10-4, cho tất cả vào tủ sấy ở nhiệt độ 105÷110C đến khối lượng không đổi, thời gian sấy từ 16 – 18 giờ. Sau đó lấy ra để nguội trong bình hút ẩm khoảng 30 phút rồi đem cân trên cân phân tích. Từ đó xác định hàm lượng ẩm.
Tính kết quả
(%)
1
100
).
2
(
G
G
G
G
X
Trong đó: X : Độ ẩm của vật liệu (%). G : Khối lượng cốc (g).G1: Khối lượng cốc + mẫu trước khi sấy (g). G2: Khối lượng cốc + mẫu sau khi sấy (g).
2. Phương pháp xác định hàm lượng tro
Nguyên lý :
Dùng sức nóng 600 – 6600C nung cháy hoàn toàn các chất hữu cơ trong mẫu. Phần cịn lại đem cân và tính ra % hàm lượng tro có trong nguyên liệu.
Cách tiến hành
Nung chén xứ đã rửa sạch ở lò nung tới 600C đến khối lượng không đổi. Để nguội trong bình hút ẩm và cân trọng lượng cốc trên cân phân tích với độ chính xác 10-4. Cân m (g) (khoảng 2- 5g) mẫu cũng bằng cân phân tích với độ chính xác như trên rồi cho vào các cốc sứ. Sau đó, cho tất cả vào lị nung ở nhiệt độ 600C, thời gian nung khoảng 16 giờ cho đến khi mẫu chuyển hoàn toàn thành tro trắng. Sau đó lấy ra để nguội trong bình hút ẩm, rồi đem cân trên cân phân tích.
Tính kết quả
Trong đó:
X: hàm lượng tro của mẫu (%). G: Khối lượng cốc (g).
G1: Khối lượng cốc + mẫu trước khi nung (g). G2: Khối lượng cốc + mẫu sau khi nung (g)
3. Phương pháp xác định hàm lượng protein
Xác định protein bằng phương pháp Kjeldahl
Nguyên tắc
Vơ cơ hóa mẫu bằng acid sulfuric đậm đặc với sự có mặt của chất xúc tác. Sau đó, tiến hành kiềm hóa sản phẩm phản ứng. Tiếp theo, chưng cất và chuẩn độ lượng amoniac giải phóng ra, từ đó tính được hàm lượng nitơ tổng số trong mẫu.
Để tính hàm lượng protein thô, lấy giá trị hàm lượng nitơ tổng số nhân với hệ số 6,25.
Cách tiến hành
- Vơ cơ hóa mẫu: Cân một lượng mẫu từ 0,5 – 2g cho vào ống Kjeldahl. Thêm khoảng 1g xúc tác (hỗn hợp K2SO4:CuSO4 theo tỉ lệ 5:1). Cho vào ống
(%)
1
100
*
)
2
(
G
G
G
G
X
khoảng 20ml acid sulfuric đậm đặc. Đặt các ống Kjeldahl vào hệ thống phá mẫu. Cài đặt nhiệt độ và thời gian cho máy, thời gian vơ cơ hóa mẫu khoảng từ 3 – 4 giờ. Khi giai đoạn này hoàn tất, chất lỏng trong ống trong và có màu xanh da trời nhạt. Nếu thấy trong ống vẫn cịn một số cặn rắn thì thêm ít nước cất vào rồi lắc đều.
