3.2. Xác định các thông số cho quy trình sản xuất chitin – chitosan
3.2.2. Công đoạn nấu kiềm NaOH
Mục đích của công đoạn nấu kiềm loãng là để khử protein, lipid. Trong thí nghiệm này ta thực hiện nấu kiềm 2 công đoạn, trong công đoạn này ta nấu nguyên
liệu trong kiềm loãng ở nhiệt độ 1000C trong thời gian ngắn. Trong quá trình nấu kiềm này thí xảy ra phản ứng thuỷ phân protein tạo thành amino acid , peptid, protein hoà tan vào dịc h nấu để loại bớt protein và c ác phi protein tạo ra s ản phẩm chitin. Nguyên liệu ruốc khô sau khi tiến hành khử khoáng ở c ác giá tr ị như thời gian 24 giờ nồng độ 5% và tỷ lệ w /v = 1/10 đem rửa trung tính rồi phơi khô sau đó đem cân chia thành 11 m ẫu, mỗi mẫu 200g rồi đem nấu ở 1000C với các c hế độ khác nhau theo như bảng 2.1.
Sau khi tiến hành thí nghiệm quy hoạch thực nghiệm ta thu được kết quả như sau:
Bảng 3.4. Bảng kết qu ả thí nghiệm quy hoạch của công đoạn nấu k iềm
STT U1 U2 U3 X0 X1 X2 X3 Y(%)
1 40 8 8 1 -1 -1 -1 7,02817
2 80 8 8 1 1 -1 -1 6,611
3 40 12 8 1 -1 1 -1 6,7281
4 80 12 8 1 1 1 -1 6,3147
5 40 8 12 1 -1 -1 1 5,575
6 80 8 12 1 1 -1 1 5,2816
7 40 12 12 1 -1 1 1 5,2983
8 80 12 12 1 1 1 1 5,187
Tính c ác hệ số bj bởi công thức :
bj= N XijYi
N
i
1 j = 0÷3;N=8.
Từ bảng số liệu trên ta tính được kết quả bj như sau:
b0 = 6,00298.
b1 = -0,1544.
b2 = -0,12096.
b3 = -0,6675.
Phương sai tái hiện S2th.
Kết quả thí nghiệm ở tâm phương án.
Bảng 3.5. Bảng kết quả về hàm lượng Nitơ tổng số còn lại thực hiện ở tâm phương án trong công đoạn nấu kiềm.
STT U10 U02 U03 Y0u Y 0u Y0u- Y 0u (Y0u-Y 0u)2
3
1 i
(Y0u-Y 0u)2
1 60 10 10 5,78065 -0,02294 0, 000526
2 60 10 10 5, 8687 0,06511 0, 004239
3 60 10 10 5,76143
5,80359
-0,04216 0, 001777
0,006542
Do đó: S2th =
1 ) (
0 3
1
2 0 0
N Y Y
i
u u
= 3 1
006542 , 0
=0,003271.
N0: số thí nghiệm ở tâm phương án.
Kiểm bj theo tiêu chuẩn Student bằng c ác h tính các hệ số tj tương ứng bởi công thức: t*j=
b j
S
b với Sb = N Sth2
= 8
003271 ,
0 =0,0202
Trong đó Sb: độ lệc h bình quân của hệ số thứ j.
Qua tính toán ta được t0= 297,1774; t1 = -7,64399; t2 = -5.98806; t3 =-33,04499.
Tính tj( ; 1) 2 N0
.
Tra bảng phân vị phân bố student với α= 0,05; N0=3 ta được tj(0,0025;2)= 4, 3.
Ta thấy: t*0;t1*;t*2; t*3 > tj nên c ác hệ số b0; b1; b2; b3 đều có ý nghĩa. Như vậy c ác yếu tố nồng độ kiềm, tỷ lệ dung dịch kiềm / nguyên liệu, thời gian đều ảnh hưởng đến quá trình khử protein. Tuy nhiên b3 >b1 > b2 chứng tỏ nồng độ dung dịch kiềm có ảnh hư ởng lớn nhất đến công đoạn khử protein sau đó đến thời gian rồi đến tỷ lệ. Khi đó phương trình hồi quy có dạng:
Yˆ = 6,00298 – 0,1544X1 – 0,12096X2 – 0,6675X3.(3-2)
Kiểm định tính tương tính của phư ơng trình hồi quy với thực nghiệm theo tiêu chuẩn Fisher.
Các số liệu dùng để tính toán phương sai dư (S2du) được cho ở bảng 3.6.
Bảng 3.6. Bảng số liệu dùng để tính toán ph ương sai dư của công đoạn nấu kiềm.
STT Y(u) Yˆ u
u Y u
Y ˆ
Yu Yˆu 2 2
1
ˆ
n
i
u
u Y
Y
1 7,02817 6,94584 0,08233 0,006778
2 6, 611 6,63704 -0,02604 0,000678
3 6,7281 6,70392 0,02418 0,000585
4 6,3147 6,39512 -0,08042 0,006467
5 5, 575 5,61084 -0,03584 0,001285
6 5,2816 5,30204 -0,02044 0,000418
7 5,2983 5,36892 -0,07062 0,004987
8 5, 187 5,06012 0,12688 0,016099
0,037297
Phương sai dư S2du =
l N
Y Y
n
i
u u
1
ˆ 2
= 8 4
037297 , 0
= 0,00932425.
Trong đó N: số thí nghiệm.
l:Số hệ số có ý nghĩa.
Tiêu chuẩn Fisher: F*= 2
2
th du
S S =
0202 , 0 00932425 ,
0 =0,46159.
Tính F(α; N-l; N0-1) . với α= 0,05;N= 8;l= 4; N0= 3.
Tra bảng phân vị phân bố Fisher ta có F(0.05;4;2) =19,25.
Như vậy ta thấy F* < F(0,05;4;2), nên phương trình hồi quy về khử protein tương thíc h với thực nghiệm.
Từ phương trình (3-2) ta thấy khả năng protein phụ thuộc cả vào 3 yếu tố thời gian, tỷ lệ nguyên liệu / dung dịch kiềm, nồng độ dung dịch kiềm. Từ kết quả tính toán ra tôi nhận thấy không thể tối ưu hoá được c ông đoạn này do việc chọn khoảng biến thiên bị lệch dưới, giá trị tối ưu nằm ngoài vùng khảo sát. Đây là sai
sót của đề tài nguyên nhân chính đây là đối tượng mới và thời gian hạn chế nên cần nghiên cứu bổ sung sau cho hoàn chỉnh hơn. Ở đây tôi c hỉ đi thảo luận phần kết quả tôi nghiên cứu ra., mục đích của công đoạn này là loại bỏ protein, các phi chitin c àng nhiều càng tốt được xác định thông qua sự giảm nitơ tổng số.Theo phương trình (3-2) thấy càng tăng X1, X2, X3 thì Yˆ càng giảm. Từ kết quả ở bảng 3.4 nhận thấy nấu kiềm ở thời gian 80 phút, tỷ lệ nguyên liệu / dung dịc h NaOH =12, nồng độ dung dịc h NaOH 12% thì protein bị khử đi nhiều nhất (do các phân tử protein bị thuỷ phân nhiều tạo thành c ác amino ac id, peptid, protein tự do hoà tan vào trong dung dịch). Tuy nhiên đây chư a phải là chế độ tốt nhất cho việc khử protein vì nếu tiếp tục tăng c ác giá trị này thì protein c òn tiếp tục bị khử nhưng không nên tăng quá cao vì nếu tăng cao quá thì trong điều kiện nồng độ NaOH cao và thời gian nấu lâu thì NaOH sẽ tác dụng lên mạch polysaccharide của phân tử chitin thuỷ phân cắt đứt liên kết 1,4-glucozid của phân tử chitin làm làm giảm độ nhớt của chitosan sau này.
3.2.3.: Xác định ảnh hưởng của nồng độ NaO H đến các chỉ tiêu của chitosan trong công đoạn deacetyl
Tiến hành 4 mẫu thí nghiệm, mỗi mẫu 15g chitin sau khi khử khoáng và protein,bổ sung NaOH vào c ác mẫu theo tỉ lệ w/v = 1/20với c ác nồng độ khác nhau:
mẫu 1:NaOH 45%, mẫu 2: NaOH 50%, mẫu 3: NaOH 55%, mẫu 4: NaOH 60%.
Thời gian deac etyl trong 12 giờ ở nhiệt độ 950C.
Sau khi deac etyl xong tiến hành rửa trung tính rồi phơi khô. Sau đó tiến hành xác định c ác chỉ tiêu. Kết quả được thể hiện ở bảng 3.6.
Bảng 3.7. Bảng kết quả ngh iên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung dịch NaO H đế n các ch ỉ tiêu củ a chitosan trong công đoạn deacetyl
Nồng độ
NaOH(%) Màu sắc, trạng thái chitosan Độ nhớt(cp) Độ đục (ftu) Nts(%)
45 Màu hồng nhạt, mềm mại 170 65 6,77134
50 Màu hồng nhạt,mềm mại 180 67 6,39875
55 Màu trắng hồng,mềm mại,xốp 205 75 6,02863
60 Màu trắng hồng, mềm mại, xốp 197 68 5,6973
Nhận xét:
Kết quả phân tích ở bảng 3.6 c ho thấy với cùng một lượng dung dịch NaOH.nhưng khi tăng nồng độ NaOH lên thì màu sắc của chitosan sẽ tốt hơn do các sắc tố bị khử đi nhiều hơn. Lúc khi tăng nồng độ của NaOH thì độ nhớt và độ đục của chitosan tăng lên do dứơi tác dụng của NaOH đậm đặc nhóm - CO – CH3 của phân tử chitin bị loại đi nhiều để chuyển thành chitosan, phản ứng xảy ra như sau:
Khi đó khả năng hoà tan của chitosan trong dung dịch acid acetic 1% tăng lên và khi tăng đến nồng độ NaOH 55% thì độ nhớt là c ao nhất lúc này c ác phân tử chitin đã chuyển nhiều thành c hitosan, sau đó khi tăng tiếp nồng độ NaOH lên thì ta thấy độ nhớt giảm xuống do lúc này NaOH đậm đặc tác dụng lên các phân tử chitosan thuỷ phân c ác liên kết 1,4- glucozid của phân tử chitosan làm chitosan bị cắt mạch từ đó c ó thể chọn nồng độ NaOH dùng để deacetyl là 55%. Phần trăm nitơ tổng số giảm theo thời g ian do chitin nay vẫn ở dạng thô còn c hứa nhiều protein nên trong quá trình deac etyl vẫn xảy ra quá trình khử protein nồng độ dung dịch NaOH c àng c ao thì protein bị khử đi c àng nhiều như vậy chitosan tạo ra càng tinh khiết.
3.2.4. Xác định ảnh hưởng của thời gian đến các chỉ tiêu của chitosan trong