I.11.1. Đặc điểm chung của Calci Chlorua:
Canxi clorua tên tiếng Anh là Calcium chloride, là muối màu trắng, cĩ dạng bột hay dạng viên, vị mặn chát. Calcium chloride dạng rắn cĩ tính hút ẩm mạnh, tỏa nhiệt khi hịa tan trong nước.
Bảng 1.13. Một số tính chất của canxi chlorua [16]
Tên IUPAC Calcium(II) chloride, Calcium dichloride, E509
Tính chất
Cơng thức phân tử CaCl2
Khối lượng phân tử
110,98 g/mol (anhydrous – dạng khan CaCl2 )
128,999 g/mol (monohydrate – ngậm 1 phân tử nước CaCl2.H2O)
147,014 g/mol (dehydrate – ngậm 2 phân tử nước CaCl2.2H2O)
183,045 g/mol (tetrahydrate – ngậm 4 phân tử nước CaCl2.4H2O)
219,08 g/mol (hexahydrate – ngậm 6 phân tử nước CaCl2.6H2O)
Trạng thái bên
ngồi Chất rắn, tinh thể màu trắng
Khối lượng riêng
2,15g/cm3 (anhydrous) 1,835g/cm3 (dihydrate) 1,83g/cm3(tetrahydrate) 1,71 g/cm3 (hexahydrate) Điểm nĩng chảy 772 °C (anhydrous) 260 °C (monohydrate) 176 °C (dihydrate) 45,5 °C (tetrahydrate)
Điểm nĩng chảy 30 °C (hexahydrate)
Nhiệt độ sơi 1935 °C (anhydrous)
Khả năng tan trong nước
74,5 g/100mL (20 °C) 97,7 g/100 mL (0 °C)
Khả năng tan trong
cồn Tan tốt
pKa 8-9(anhydrous) 6,5-8,0 (hexahydrate)
LD50 1000 mg/kg (đường miệng, thí nghiệm trên chuột)
I.11.2. Ứng dụng của CaCl2 [16]
Trong xử lí nước thải:
- Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của CaCl2 là xử lí nước thải. Người ta sử dụng CaCl2 làm chất trợ lắng trong xử lí nước thải thơng thường hay trong các bể xử lí kị khí. Hiệu quả xử lí nước thải của CaCl2 cao hơn nhiều so với việc sử dụng các muối của barium, strontium hay magnesium. Sử dụng CaCl2 giúp trung hịa nước thải cĩ tính kiềm và duy trì pH thích hợp cho nước thải trước khi thải ra mơi trường.
- Ngồi ra, chỉ cần sử dụng CaCl2 với một lượng rất nhỏ làm chất trợ lắng sẽ đạt được hiệu quả mong muốn, trong khi các hĩa chất trợ lắng khác phải dùng với lượng nhiều hơn lại cĩ giá thành đắt hơn.
Tác dụng xử lí nước thải của CaCl2cĩ thể được giải thích như sau:
Khi ở trong dung dịch, CaCl2 phân li trong nước thành Ca2+và Cl-. Ca2+là một cation cĩ thể tạo cầu nối với các phần tử mang điện âm trong dung dịch và gắn kết
chúng lại thành khối lớn hơn, tăng khối lượng và dễ dàng bị lắng xuống. Tương tác của Ca2+ với các phần tử này là bởi lực hút tĩnh điện và lực Van der Waals.
Đối với các phần tử mang điện dương trong dung dịch thì ion Ca2+ sẽ tương tác với lớp hidrad hĩa bao quanh các phần tử này và làm thành cầu nối gắn kết chúng lại với nhau. Vì vậy khi thêm CaCl2 vào thì các phần tử lơ lửng trong dung dịch sẽ lắng rất nhanh.
Trong các ngành khác
Trong cơng nghiệp:
- Do cĩ khả năng hút ẩm mạnh nên khơng khí và các loại khí khác cĩ thể chuyển qua một cột calcium chloride để tách ẩm. Đặc biệt, calcium chloride thường được sử dụng trong các loại bao gĩi đặc biệt, cĩ thể ngăn chặn hơi ẩm nhưng cho phép khí lưu thơng giữa bên trong và bên ngồi..
- Dung dịch CaCl2 cĩ nhiều ưu điểm hơn so với nước muối vì nĩ cĩ điểm đĩng băng rất thấp (-52oC). Do đĩ, dung dịch CaCl2 cịn được sử dụng làm chất tải nhiệt phổ biến trong cơng nghệ lạnh.Ngồi ra, CaCl2 cịn được sử dụng làm phụ gia trong sản xuất plastic, bình cứu hỏa…
Trong thực phẩm:
- Liên minh châu Âu cho phép sử dụng CaCl2 làm chất phụ gia thực phẩm và mang số hiệu E509.
- Ở nồng độ thấp, CaCl2 được sử dụng làm chất tạo độ cứng cho rau quả đĩng hộp. Ở nồng độ cao hơn, CaCl2 được sử dụng làm chất tạo độ mặn cho rau củ muối mà khơng làm tăng hàm lượng muối ăn NaCl.
- Trong sản xuất bia, CaCl2 được sử dụng để làm tăng độ cứng của nước nấu vì canxi rất quan trọng đối với các enzyme và quá trình trao đổi chất của nấm men bia. . .
Trong y học:
- Dung dịch CaCl2 được tiêm vào tĩnh mạch để chữa bệnh giảm canxi trong máu.. Ngồi ra, CaCl2 cĩ thể sử dụng để chữa các vết cơn trùng cắn.
- Dung dịch CaCl2 cịn được sử dụng trong cơng nghệ biến đổi gen vì làm tăng tính thấm của màng tế bào, cho phép các DNA đi qua màng tế bào dễ dàng hơn
I.12.CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THU HỒI PROTEIN HỊA TAN TRONG DỊCH THẢI Ở TRONG VÀ NGỒI NƯỚC
I.12.1. Kết quả nghiên cứu ở Việt Nam [7][12][13]
Trong những năm gần đây, ở nước ta đã bắt đầu cĩ nhiều nghiên cứu về việc thu hồi protein hịa tan trong dịch thải.
Tại trường ĐH Nha Trang, năm 2003 Đỗ Văn Ninh và cộng sự đã nghiên cứu thu protein trong dịch thải bằng phương pháp dùng dung dịch acid và dung dịch base kết hợp với nâng nhiệt. Kết quả cho thấy hiệu suất thu hồi protein là 1,21% khi pH = 6, là 1,76 khi pH = 5 ở nhiệt độ 80oC. Năm 2005, nhĩm cộng sự do TS. Trang Sĩ Trung hướng dẫn đã nghiên cứu thu hồi protein trong nước rửa surimi bằng cách điều chỉnh pH dịch thải về 4.5, sau đĩ sử dụng chitosan kết hợp nâng nhiệt. Các nghiên cứu bước đầu đã cho kết quả khả quan.
Năm 2006, Lê Thanh Hải - ĐHQG Tp. Hồ Chí Minh - Đại học Bách Khoa, đã nghiên cứu tách Protein từ máu cá Tra thải bỏ từ ngành cơng nghiệp chế biến thuỷ sản. Kết quả nghiên cứu cho thấy máu cá Tra chiếm khoảng 1% thể trọng, protein chiếm 87% chất khơ. Bước đầu nghiên cứu thu hồi protein từ dung dịch máu cá Tra lỗng trong dịng thải cho thấy cĩ thể dùng phương pháp kết tủa protein bởi dung dịch đệm Acetate 0,1M; pH = 4, tỉ lệ 1/27 so với dung dịch máu, kết hợp gia nhiệt ở 63oC trong thời gian 59 phút, đạt hiệu suất thu hồi protein 91,47%.
I.12.2. Các nghiên cứu trên thế giới [9][10]
Nhà nghiên cứu Civit (1982) và cộng sự đã nghiên cứu việc tách các chất hữu cơ hịa tan trong nước bằng cách thay đổi nhiệt độ và pH để tạo ra sự kết tủa protein
trong nước thải của nhà máy bột cá. Kết quả nghiên cứu cho thấy lượng protein thu hồi được nhiều nhất khi gia nhiệt ở nhiệt độ trên 65oC và pH ở khoảng 5,6 – 5,9. Khi tăng nhiệt độ lên trên 75oC thì khơng tăng hiệu suất thu hồi.
Hiện nay nhiều nơi trên thế giới đã tiến hành các nghiên cứu sử dụng các chất kết đơng để xử lí làm keo tụ protein trong nước thải thủy sản. Các chất đơng tụ thường được sử dụng là các muối của nhơm Al2(SO4)3, NH4Al(SO4)2…và các muối của sắt như FeCl3, Fe2(SO4)3. Genovese (1998) đã nghiên cứu tách protein từ nước thải thủy sản. Chất kết đơng được sử dụng là FeCl3 hàm lượng 10mg/l, Al2(SO4)3 hàm lượng 40mg/l. Mặt khác, việc sử dụng các polymer hữu cơ vào để trợ giúp quá trình keo tụ và trợ lắng cũng đã được nghiên cứu. Kết quả cho thấy sử dụng các polymer hữu cơ này làm tăng hiệu suất thu hồi lên đáng kể. Năm 2005, Wibowo và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của các loại chitosan lên hiệu quả thu hồi protein từ nước rửa surimi. Hiện nay nhiều nhà khoa học cũng bắt đầu nghiên cứu sử dụng polimer aluminium chloride (PAC), một loại phèn nhơm mới để tăng hiệu quả quá trình trợ lắng thu hồi protein.
CHƯƠNG II
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU II.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
II.1.1. Nguyên liệu chính
Nguyên liệu chính của đề tài nghiên cứu thu hồi protein từ máu cá là dịch thải máu cá tra được lấy từ nhà máy chế biến cá Tra fillet đơng lạnh Thái Bình Dương của Cơng ty cổ phần Nam Việt, An Giang (NAVICO).
Hình 2.1. Dịch thải máu cá khi tiếp nhận tại Nha Trang
Dịch thải máu cá được cấp đơng tại kho cấp đơng của nhà máy ở nhiệt độ - 22oC, sau đĩ cho vào thùng xốp cách nhiệt và vận chuyển ra Nha Trang. Tại trường Đại Học Nha Trang, máu cá được bảo quản tại kho bảo quản đơng của Bộ mơn Kĩ thuật lạnh ở nhiệt độ - 20oC. Vì vậy, máu cá luơn được giữ ở trạng thái đơng lạnh và cĩ tính chất gần giống với dịch máu cá lúc thu gom tại nhà máy.
II.1.2. Hĩa chất sử dụng
Thí nghiệm sử dụng các hĩa chất sau: - Acid acetic 1%
- Chitosan được cung cấp bởi phịng Hĩa sinh – Vi sinh thực phẩm, Đại học Nha Trang với độ deacetyl 85%. Sau đĩ, chitosan rắn được pha trong acid acetic 1% thành dung dịch chitosan 1 %
- Dung dịch CaCl2 1%
II.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU II.2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát
Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát
Dịch thải máu cá Tra Nâng nhiệt Đánh giá và xác định nhiệt độ thích hợp Bổ sung CaCl21% làm chất trợ lắng Mẫu đối chứng Đánh giá và xác định nồng độ CaCl2thích hợp Bổ sung chitosan 1% làm chất keo tụ và tạo bơng
Đánh giá và xác định nồng độ chitosan thích hợp Mẫu đối chứng
Đánh giá, xác định nhiệt độ, nồng độ CaCl2 và nồng độ chitosan thích hợp
II.2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm chi tiết
II.2.2.1. Bố trí thí nghiệm thăm dị để khảo sát nhiệt độ thích hợp kết tủa protein trong dung dịch máu cá
Hình 2.4. Bố trí thí nghiệm thăm dị để khảo sát nhiệt độ thích hợp kết tủa protein trong dung dịch máu cá
Thí nghiệm được tiến hành như sau: chuẩn bị 7 bình tam giác dung tích 250ml, mỗi bình chứa 100 ml dịch thải máu cá. Sau đĩ, nâng nhiệt các mẫu dịch máu cá lần lượt ở 40oC, 50oC, 55oC, 60oC, 65oC, 70oC, 75oC trong bể ổn nhiệt. Thời gian xử lí nhiệt là 5 phút, khơng tính thời gian tăng nhiệt. Trong khi xử lí lắc đều dịch máu cá. Sau khi nâng nhiệt xong, lọc thu lấy phần dịch và xác định hàm lượng protein cịn lại theo phương pháp Microbiuret.
II.2.2.2. Bố trí thí nghiệm thăm dị để xác định nồng độ CaCl2 thích hợp nhằm tăng hiệu quả thu hồi protein trong dung dịch máu cá sau nâng nhiệt
Sau khi nâng nhiệt đến nhiệt độ thích hợp thì đa số các protein trong dung dịch máu cá sẽ bị kết tủa và lắng xuống. Tuy nhiên, nếu để lắng tự nhiên thì quá trình lắng rất chậm và mất nhiều thời gian, khơng đảm bảo yêu cầu xử lí cơng nghiệp. Do đĩ cần
Dịch thải máu cá Tra
Điều chỉnh về các mức nhiệt độ 40, 50, 55, 60, 65, 70, 75oC
Xác định hiệu suất thu hồi
bổ sung chất trợ lắng để để tăng nhanh quá trình lắng và thu hồi protein. Ở đây, chúng ta sử dụng dung dịch CaCl2 ở các nồng độ khác nhau để khảo sát hiệu quả trợ lắng và hiệu suất thu hồi protein.
Hình 2.5. Bố trí thí nghiệm thăm dị để xác định nồng độ CaCl2thích hợp nhằm tăng hiệu quả thu hồi protein trong dung dịch máu cá sau nâng nhiệt
Thí nghiệm được tiến hành như sau: lấy 600 ml dịch thải máu cá chứa vào cốc thủy tinh dung tích 1 lít, sau đĩ xử lí ở nhiệt độ thích hợp đã xác định trong thí nghiệm 1 trong thời gian 5 phút, khơng kể thời gian nâng nhiệt. Sau đĩ khuấy đều rồi chia dịch máu cá vào 5 cốc thủy tinh dung tích 250ml, mỗi cốc chứa 100 ml dịch máu cá đã nâng nhiệt. Lấy 1 cốc làm mẫu đối chứng. Lần lượt bổ sung CaCl2 ở các nồng độ 5ppm, 10 ppm, 15ppm, 20ppm vào các cốc cịn lại. Quan sát hiên tượng, sau đĩ lọc lấy dịch và xác định hàm lượng protein cịn lại theo phương pháp Microbiuret.
Dịch thải máu cá Tra đã nâng nhiệt ở nhiệt độ thích hợp được xác định ở thí nghiệm trên
Bổ sung CaCl2 để trợ lắng ở các nồng độ 0, 5, 10, 15, 20 (ppm)
Xác định hiệu suất thu hồi Chọn nồng độ CaCl2 bổ sung
II.2.2.2. Bố trí thí nghiệm thăm dị để xác định nồng độ chitosan thích hợp nhằm tăng hiệu quả thu hồi protein trong dung dịch máu cá sau khi nâng nhiệt và bổ sung CaCl2 trợ lắng
Sau khi bổ sung CaCl2 làm chất trợ lắng, kết tủa protein lắng rất nhanh, tuy nhiên lại tạo thành hạt mịn, dễ phân tán trở lại dung dịch gây khĩ khăn cho việc thu hồi. Vì vậy, việc bổ sung chitosan vừa cĩ tác dụng là thêm chất keo tụ (coagulant), mặt khác chitosan cũng là chất tạo bơng (flocculant), làm cho kết tủa protein lắng nhanh hơn và hạt kết tủa protein lớn hơn. Do đĩ, việc thu hồi protein bằng cách lắng lọc sẽ dễ dàng hơn.
Dung dịch chitosan được chuẩn bị như sau: cân 0.27g chitosan ( độ deacetyl 85%, phân tử lượng 1,1 triệu Dalton) hịa tan vào 25ml acid acetic 1% sẽ thu được 25ml dung dịch chitosan 1% (10.000ppm).
Hình 2.6. Bố trí thí nghiệm thăm dị nồng độ chitosan thích hợp nhằm tăng hiệu quả thu hồi protein trong dung dịch máu cá sau khi nâng nhiệt và bổ sung CaCl2
Dịch thải máu cá Tra đã nâng nhiệt và bổ sung CaCl2ở nồng độ thích hợp đã được tiến
hành ở các thí nghiệm trên
Bổ sung chitosan để trợ lắng và tạo bơng ở các nồng độ
0, 25, 50, 75, 100, 125 (ppm) Xác định hiệu suất thu hồi Chọn nồng độ chitosan bổ
Thí nghiệm được tiến hành như sau: lấy 700 ml dịch thải máu cá chứa vào cốc thủy tinh dung tích 1 lít, sau đĩ xử lí ở nhiệt độ thích hợp đã xác định trong thí nghiệm 1 trong thời gian 5 phút, khơng kể thời gian nâng nhiệt. Bổ sung CaCl2 ở nồng độ đã xác định là thích hợp ở thí nghiệm 2. Sau đĩ chia dịch máu cá đã xử lí vào 6 cốc thủy tinh dung tích 250ml, mỗi cốc 100ml dịch. Lấy 1 cốc làm mẫu đối chứng. Sau đĩ bổ sung dung dịch chitosan ở các nồng độ 25ppm, 50ppm, 75ppm, 100ppm, 125ppm vào các cốc cịn lại. Quan sát hiên tượng, sau đĩ lọc lấy dịch và xác định hàm lượng protein cịn lại theo phương pháp Microbiuret.
II.1.4. Phương pháp phân tích
Hàm lượng protein được xác định theo phương pháp Microbiuret (phụ lục trang , cĩ sử dụng phương pháp Kejldahl để kiểm chứng độ chính xác. Thành phần acid amin được phân tích bằng phương pháp sắc ký lỏng cao áp (HPLC).
- Hiệu suất thu hồi protein được tính theo cơng thức sau: HS(%) = *100
C Ca C
Trong đĩ:
HS (%) : Hiệu suất thu hồi protein (%)
C : Hàm lượng protein trong dịch thải máu cá ban đầu Ca : Hàm lượng protein trong dịch lọc sau khi xử lí
- Phương pháp xử lí số liệu:
Số liệu kết quả thí nghiệm được xử lí bằng phần mềm Excel, kết quả cuối cùng là trung bình của 3 lần phân tích.
II.1.3. Dụng cụ và thiết bị Dụng cụ - Cốc thủy tinh 250 ml, 500ml, 1000ml - Bình tam giác 125ml, 250ml - Ống đong 100ml - Giấy lọc Watman Máy mĩc, Thiết bị
- Máy đo pH - meter Fisher - Máy ổn nhiệt
- Máy li tâm
- Máy UV-vis mini
- Thiết bị chưng cất đạm tổng quát bán tự động - Tủ lạnh
- Tủ sấy
CHƯƠNG III
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN III.1. Kết quả khảo sát nguyên liệu máu cá
Dịch thải máu cá Tra sau cơng đoạn cắt tiết, tùy vào tỉ lệ pha lỗng và điều kiện xử lí của từng nhà máy sẽ cĩ biến động rất lớn về thành phần protein, acid amin cũng như BOD5, COD, SS. . .Kết quả phân tích về các chỉ tiêu hĩa lí ban đầu của dung dịch máu cá tại nhà máy chế biến cá Tra Thái Bình Dương thuộc cơng ty cổ phần Nam Việt như sau:
Bảng 3.1. Các đặc trưng hĩa lí của nguyên liệu
Stt Đặc trưng hĩa lí Giá trị
1 pH 6,9 – 7,4
2 Tro tổng số (%) 0,645 3 Nitơ tổng số (gN/l dịch thải máu cá) 3,863 4 Protein tổng số (gPr/l dịch thải máu cá) 25,27 5 BOD5 (mg/l) 1320 6 COD (mg/l) 2509 7 TSS (mg/l) 1960 8 Acid amin (mg/kg) 915,37
Nhìn vào bảng 3.1 ta thấy dung dịch máu cá ban đầu chứa hàm lượng protein khá cao, đạt 25,27 gPr/lit, tuy nhiên các chỉ số về mơi trường lại vượt quá tiêu chuẩn cho phép. So sánh các chỉ tiêu của dung dịch máu cá với tiêu chuẩn nước thải loại B