M Ở ĐẦU
2.2.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.2.1. Các phương pháp phân tích
+ Xác định độ ẩm bằng phương pháp sấy ở nhiệt độ 100 -1050C
Nguyên lý: Dùng nhiệt độ cao làm bay hết nước trong sản phẩm. Dựa vào khối lượng nước và sau khi đó tính ra phần trăm(%) nước trong mẫu
Tiến hành: Cân chính xác a gam carrageena dạng sợi đã được cắt nhỏ cho
vào cốc sấy (cốc sấy đã được sấy đến khối lượng không đổi) tiến hành sấy lên tục trong tủ ở t0 =100-1050C 5 giờ. Sấy song đêm làm nguội trong bình hút ẩm và
đêm cân ở cân phân tích. Sau đó lại cho vào tủ sấy ở 100- 1050C trong 30 phút, rồi lấy ra làm nguội trong bình hút ẩm và cân không quá 0.5 mg cho mỗi mẫu.
Độ ẩm được tính theo công thức: ( ).100% P B A W Trong đó:
A: Khối lượng của cốc sấy và carrageenan trước khi sấy (g).
B: Khối lượng của cốc sấy và carrageenan sau khi sấy (g).
P: Khối lượng mẫu đem thí nghiệm (a gam).
+ Phương pháp định lượng Carrageenan
Hàm lượng carrageenan được xác định theo công thức sau: % 100 . ) 100 .( ) 100 .( W M w m C . Trong đó: C: Hàm lượng carrageenan (%).
m: Khối lượng carrageenan (g). M: Khối lượng rong (g).
w: Độ ẩm của carrageenan ( %). W: Độ ẩm của rong (%)
+ Xác định sức đông của carrageenan
Sức đông của carrageenan là lực tác dụng lên 1 cm2 bề mặt thạch để bề mặt
thạch bắt đầu bị vỡ ra (đơn vị: g/cm2).
Tiến hành đo sức đông của carrageenan ở nồng độ 1.5%.
Điều chế dịch có nồng độ 1.5%
Giả sử carrageenan thu được độ ẩm là a % khi đó hàm lượng chất khô sẽ chiếm
Để điều chế carrageenan có nồng độ 1.5% theo chất khô ta áp dụng.
Từ 100g sản phẩm (100-a) g chất khô
b g 1.5g
Ta có b = (1.5×100) / (100-a) g.
Vậy muốn điều chế dịch có nồng độ 1.5% thì cần b (g) carrageenan (có độ ẩm a%) hòa tan trong (100-b)ml nước.
Sau khi tính hàm lượng carrageenan và lượng nước cần thiết cho vào đun sôi để hòa tan carrageenan hòa toàn. Đổ ra khuôn để đông và tiến hành đo sức đông bằng máy đo sức đông.
+ Xác định độ nhớt của carrageenan
Điều chỉnh dịch có nồng độ 1.5% đo độ nhớt ở 75oC.
Để đo độ nhớt của carrageenan bằng máy đo độ nhớt Model NDJ- 1Rotational viscomneter. Sử dụng roto số 2, số vòng quay là n= 30 rpm.
2.2.2.1. Quy trình dự kiến
Rong nguyên liệu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ngâm, rửa Xử lý bằng enzyme cellulase Rửa Cân Nấu chiết Lọc và thu dịch carrageenan Làm lạnh đông Tan băng Tách nước
Phơi hoặc sấy khô
+ Giải thích quy trình
- Rong nguyên liệu: Rong sau khi thu hái được đem rửa sạch bùn đất tạp
chất bằng nước ngọt để, sau đó được đem đi phơi khô dưới ánh nắng mặt trời đến độ ẩm khoảng 18 - 25%, hàm lượng carrageenan 24,5 % và bảo quản dùng làm nguyên liệu tách chiết carrageenan.
- Ngâm nước và rửa: Mục đích là làm cho tế bào rong trương nở giống như trạng thái ban đầu, để enzyme dễ dàng thủy phân hơn, thời gian ngâm
khoảng 8h ÷ 10h. Sau khi ngâm nước, rong được đem rửa để loại bớt muối và một số tạp chất khác bám trên thân rong, tránh tạp chát ảnh hưởng đến chát lượng carrageenan sau này.
- Xử lý enzyme cellulase: Rong sau khi rửa được đem đi xử lý enzyme với
các thông số sau: lượng nước gấp 20 lần trọng lượng rong khô, Tỷ lệ
enzyme/rong là: 0.55%, nhiệt độ xử lý: 42oC, pH môi trường: 5.6, thời gian xử
lý: 85 phút.
Mục đích của việc xử lý enzyme là dưới tác dụng của enzyme cellulase
màng cellulose trên thân rong bị bào mòn và thủy phân nên bị phá vỡ tạo điều
kiện thận lợi cho quá trình chiết rút carrageenan sau này. Trong quá trình xử lý
một số tạp chất như: chất màu, protein và một số tạp chất khác cũng bị tách ra
cùng với phần cellulose.
- Rửa: Mục đích là loại bỏ những tạp chất được tạo ra sau quá trình thủy
phân bằng enzyme như: enzyme, glucose, chất màu, protein…tránh ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sau khi nấu chiết.
- Nấu chiết: Trong sản xuất carrageenan nấu chiết là một khâu quan trọng
và chủ yếu của toàn bộ quy trình sản xuất carrageenan. Vì vậy tiến hành nghiên cứu các thông số cho quá trình nấu chiết.
- Lọc: Tiến hành lọc hỗn hợp qua 2 lớp vải ở nhiệt độ khoảng 70 ÷ 80oC để
thu dung dịch carageenan. Mục đích của quá trình lọc ở 70 ÷ 80oC nhằm đảm
bảo cho độ nhớt của dung dịch thấp, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lọc.
- Bổ sung KCl: Sau khi lọc, dịch lọc được bổ sung KCl 0.3% so với dịch
lọc. KCl có tác dụng làm tăng sức đông của carrageenan.
- Để đông và cắt thỏi: Sau khi bổ sung KCl vào dịch lọc, dịch lọc được để
tạo gel trong môi trường tự nhiên, sau đó đem cắt sợi để rút ngắn thời gian làm
đông sau này, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tách nước.
- Lạnh đông: Tiến hành làm đông chậm ở nhiệt độ -18 ÷ -20oC, thời gian
lạnh đông là 36 giờ. Sau đó tiến hành tan băng nhanh để tách nước ra khỏi (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
carrageenan.
- Phơi hay sấy: Sau khi tách nước, carrageenan được đem đi phơi dưới ánh nắng mặt trời hoặc sấy ở nhiệt độ < 60oC cho đến khi đạt độ ẩm 18 - 20% thì bao gói và bảo quản ở nhiệt độ thường.
2.2.2.2. Bố trí thí nghiệm
+ Xác định tỷ lệ nước nấu/rong trong công đoạn nấu chiết
Rửa
Nấu chiết
Rong nguyên liệu
Ngâm, rửa
Xử lý bằng enzyme cellulase
Lọc, thu dịch carrageenan
Để đông và cắt sợi, cắt thỏi
Làm đông
Tan băng
Phơi, sấy khô
Thu carrageenan
22/1 24/1 26/1 28/1 30/1
+ Xác định nhiệt độ nấu chiết
Rửa
Nấu chiết
Rong nguyên liệu
Ngâm, rửa
Xử lý bằng enzyme cellulase
Lọc, thu dịch carrageenan
Để đông và cắt sợi, cắt thỏi
Làm đông
Tan băng
Phơi, sấy khô
Thu carrageenan
+ Xác định thời gian nấu chiết (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
30 phút 40 phút 50 phút 60 phút 70 phút
Rửa
Nấu chiết
Rong nguyên liệu
Ngâm, rửa
Xử lý bằng enzyme cellulase
Lọc, thu dịch carrageenan
Để đông và cắt sợi, cắt thỏi
Làm đông
Tan băng
Phơi, sấy khô
+ Xác định pH để nấu chiết
Rửa
Nấu chiết
Rong nguyên liệu
Ngâm, rửa
Xử lý bằng enzyme cellulase
Lọc, thu dịch carrageenan
Để đông và cắt sợi, cắt thỏi
Làm đông
Tan băng
Phơi, sấy khô
Thu carrageenan
2.3. DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT
+ Dụng cụ: Sử dụng các thiết bị hiện có trong phòng thí nghiệm như: thiết bị điều
nhiệt, thiết bị đo sức đông, tủ sấy và một số dụng cụ thí nghiệm cần thiết khác.
+ Hóa chất: các loại hóa chất: CH3COOH, CH3COONa, KCl, H2SO4, NaOH,… đều
là hóa chất tinh khiết của Trung Quốc, đạt tiêu chuẩn dùng cho phân tích.
2.4. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU
Các thí nghiệm đều tiến hành 3 lần, kết quả là trung bình chung giữa các lần thí (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
CHƯƠNG III
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THÍCH HỢP CHO QUY TRÌNH SẢN XUẤT CARRAGEENAN TỪ RONG SỤN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT CARRAGEENAN TỪ RONG SỤN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG ENZYME CELLULASE
3.1.1. Xác định tỷ lệ nước nấu/rong trong công đoạn nấu chiết
Tiến hành 6 mẫu thí nghiệm xử lý rong sụn bằng enzyme cellusoft L ở nhiệt độ 42oC trong khoảng thời gian là 85 phút, pH là 5.6, với tỷ lệ enzyme sử dụng
là 0.55%. Các mẫu thí nghiệm đều sử dụng 20 kg rong. Sau khi xử lý rong được
sử dụng để nấu chiết carrageenan ở nhiệt độ 90 - 950C, pH = 8 - 9, trong thời
gian 50 phút, nhưng tỷ lệ nước nấu rong khác nhau: mẫu 1: tỷ lệ nước nấu/rong
là 20/1, mẫu 2: 22/1,…, mẫu 6: 30/1. Sau khi nấu, ép, lọc thu dịch carrageenan và
đánh giá hiệu suất, độ nhớt, sức đông của carrageenan. Kết quả đánh giá được
thể hiện ở các hình: 3.1, 3.2 và 3.3. 0 5 10 15 20 25 20 ⁄ 1 22 ⁄ 1 24 ⁄ 1 26 ⁄ 1 28 ⁄ 1 30 ⁄ 1 Tỷ lệ nước nấu/rong H iệ u s u ấ t( % )
Hình 3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước nấu/rong đến hiệu suất thu nhận carrageenan
0 50 100 150 2 00 2 50 3 00 3 50 2 0 ⁄ 1 22 ⁄ 1 2 4 ⁄ 1 2 6 ⁄ 1 28 ⁄ 1 3 0 ⁄ 1 Tỷ lệ nước nấu/ r o ng
Hình 3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước nấu/rong đến sức đông của carrageenan
0 100 200 300 400 500 600 20 ⁄ 1 22 ⁄ 1 24 ⁄ 1 26 ⁄ 1 28 ⁄ 1 30 ⁄ 1 Tỷ lệ nước nấu/rong) Đ ộ n h ớ t( m P a .s )
Hình 3.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước nấu đến độ nhớt của carrageenan Nhận xét:
Từ kết quả nghiên cứu ở các hình 3.1, 3.2 và 3.3 cho thấy:
- Về mặt hiệu suất thủy phân: kết quả phân tích ở hình 3.1 cho thấy tỷ lệ nước nấu có ảnh hưởng đến hiệu suất thu nhận carrageenan. Khi tăng tỷ lệ nước
nấu so với rong trong khoảng từ 20/1 lên 22/1 thì hiệu suất thu nhận carrageenan tăng mạnh. Nhưng tiếp tục tăng tỷ lệ nước/rong lớn hớn 22/1 thì hiệu suất thu
nhận carrageenan cũng tăng nhưng mức độ tăng chậm lại. Kết quả này có thể
giải thích quá trình chiết là quá trình khuếch tán của carrageenan từ trong thân rong ra môi trường. Khi lượng carrageenan trong thân lớn thì quá trình khuếch tán mạnh, khi lượng carrageenan trong thân rong còn lại ít thì quá trình khuếch
tán chậm lại. Khi đó có tăng tỷ lệ nước/rong thì quá trình khuếch tán cũng vẫn
chậm và hiệu suất thu carrageenan vẫn tăng nhưng chậm. Mặt khác khi tăng tỷ lệ nước trên rong nhiều còn làm lượng dịch thu nhiều dẫn tới quá trình tách nước
sau này phức tạp và giá thành sản phẩm sẽ cao do chi phí sản xuất tăng. Nhưng
nếu tỷ lệ nước trên rong thấp, không tách chiết triệt để carrageenan ra khỏi màng tế bào và dịch chiết đặc dẫn tới công đoạn lọc gặp khó khăn và hiệu suất thu
nhận thấp.
- Về mặt sức đông của carrageenan: kết quả phân tích ở hình 3.2 cũng
cho thấy tỷ lệ nước nấu có ảnh hưởng đến sức đông của carrageenan. Khi tăng tỷ
lệ nước nấu so với rong trong khoảng từ 20/1 lên 22/1 thì sức đông của
carrageenan tăng mạnh và đạt cực đại khi tỷ lệ nước nấu/rong là 22/1. Nhưng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
tiếp tục tăng tỷ lệ nước/rong lớn hơn 22/1 thì sức đông của carrageenan bị giảm
dần. Kết quả này có thể giải thích quá trình chiết là quá trình khuếch tán
carrageenan từ trong thân rong ra môi trường. Khi lượng nước nấu quá lớn tạo dung dịch keo có nồng độ thấp vì thế nên sức đông của carrageenan kém. Ngược
lại lượng nước nấu ít thì tạo dung dịch keo có nồng độ cao nên sức đông của
- Về mặt độ nhớt của carrageenan: kết quả phân tích ở hình 3.3 cho thấy
tỷ lệ nước nấu cũng có ảnh hưởng đến độ nhớt của carrageenan. Khi tăng tỷ lệ nước nấu so với rong trong khoảng từ 20/1 đến 22/1 thì độ nhớt của carrageenan tăng và đạt cực đại khi tỷ lệ nước nấu/rong là 22/1. Nhưng tiếp tục tăng tỷ lệ nước nấu/rong lớn hơn 22/1 thì độ nhớt của carrageenan giảm dần. Kết quả này có thể giải thích là quá trình nấu chiêt là quá trình khuếch tán carrageenan trong
thân rong ra môi trường. Khi lượng nước nấu càng nhiều thì lượng dịch keo thu được có nồng độ càng thấp nên vì thế mà độ nhớt của carrageenan giảm.
Từ các nhận định ở trên cho thấy sức đông và độ nhớt của sản phẩm lớn
nhất khi tỷ lệ nước/rong trong công đọan nấu là 22/1. Kết quả thực nghiệm cho
phép chọn tỷ lệ nước/rong là 22/1 làm thông số cố định cho các thí nghiệm
nghiên cứu sản xuất carrageenan sau này.
3.1.2. Xác định nhiệt độ nấu thích hợp
Tiến hành 4 mẫu thí nghiệm xử lý rong sụn bằng enzyme cellusoft L ở nhiệt độ 42oC trong khoảng thời gian là 85 phút, pH là 5.6, với tỷ lệ enzyme sử dụng
là 0.55%. Các mẫu thí nghiệm đều sử dụng 20kg rong. Sau khi xử lý rong được
dùng để nấu chiết carrageenan với tỷ lệ nước nấu so với rong là 22/1, pH = 8 - 9, trong thời gian 50 phút, nhưng nhiệt độ nấu rong khác nhau: Mẫu 1: nhiệt độ nấu
là 80 – 85oC, mẫu 2: 85 – 90oC, mẫu 3: 90– 95oC, mẫu 4: 95 – 100oC. Sau khi nấu,
ép, lọc thu dịch carrageenan và đánh giá hiệu suất, độ nhớt, sức đông của
0 5 10 15 20 25
80 - 85oC 85 - 90oC 90 - 95oC 95 - 100oC
n h iệt độ (oC ) H iệ u s u ấ t (% )
Hình 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ nấu đến hiệu suất của carrageenan
0 50 100 150 200 250 300 350
80 - 85oC 85 - 90oC 90 - 95oC 95 - 100oC
Nhiệt độ (oC) S ứ c đ ô n g ( g /c m 2 )
390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490
80 - 85oC 85 - 90oC 90 - 95oC 95 - 100oC
Nh iệt độ (oC )
Hình 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ nấu đến độ nhớt của carrageenan Nhận xét
Từ kết quả nghiên cứu ở bảng 3.2 và các hình 3.4, 3.5, 3.6 cho thấy:
- Về hiệu suất thu nhận carrageenan: Kết quả phân tích ở hình 3.4 cho thấy nhiệt độ nấu chiết có ảnh hưởng đến hiệu suất thu nhận carrageenan. Khi (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
tăng nhiệt độ nấu chiết từ 80- 85oC đến 90 - 95oC thì hiệu suất tăng lên. Nhưng
khi nhiệt độ tăng lớn hơn 95oC thì hiệu suất giảm xuống. Kết quả này có thể giải
thích là khi nhiệt độ nấu chiết lớn hơn 95oC carrageenan bị thủy phân cắt mạch làm hàm lượng carrageenan thu được giảm dẫn đến hiệu suất chiết giảm. Khi nhiệt độ nhỏ hơn 90oC thì quá trình khuếch tán của carrageenan trong thân rong
ra môi trường chậm hơn nên lượng carrageenan thu được thấp hơn.
- Về sức đông của carrageenan: Kết quả phân tích ở hình 3.5 cho thấy
nhiệt độ nấu chiết ảnh hưởng tới sức đông của carrageenan. Khi tăng nhiệt độ
95oC. Nhưng khi tăng lớn hơn 95oC thì sức đông lại giảm xuống. Kết quả này có thể giải thích là do carrageenan bị thủy phân cắt mạch ở nhiệt độ cao làm sức đông giảm. Khi nhiệt độ nhỏ hơn 90oC thì lượng carrageenan thu được giảm nên sức đông giảm..
- Về độ nhớt của carrageenan: Kết quả phân tích ở hình 3.6 cho thấy nhiệt độ nấu chiết ảnh hưởng tới độ nhớt của carrageenan. Khi tăng nhiệt độ nấu chiết
từ 80- 85oC đến 90- 95oC thì độ nhớt của dung dịch tăng và lớn nhất ở nhiệt độ
90- 95oC. Nhưng khi tăng lớn hơn 95oC thì độ nhớt lại giảm xuống. Kết quả này có thể giải thích carrageenan bị thủy phân cắt mạch thành oligocarrageenan làm
cho độ nhớt của carrageenan giảm.
Từ các nhận định trên cho thấy hiệu suất, sức đông và độ nhớt của sản
phẩm lớn nhất ở nhiệt độ 90- 95oC. Kết quả thực nghiệm cho phép chọn nhiệt độ
nấu là 90- 95oC làm thông số cố định cho các thí nghiệm nghiên cứu sản xuất
carrageenan sau này.
3.1.3. Xác định thời gian nấu thích hợp
Tiến hành 5 mẫu thí nghiệm xử lý rong sụn bằng enzyme cellusoft L ở nhiệt độ 42oC trong khoảng thời gian là 85 phút, pH là 5.6, với tỷ lệ enzyme sử dụng
là 0.55%. Các mẫu thí nghiệm đều sử dụng 20 kg rong sụn. Sau khi xử lý, rong