a) Trong xử lý nước thải
Do chitosan mang điện tích dương ,kết hợp với những polymer polyanonic có thể tạo phức với các ion kim loại ,do vậy chuyển ion kim loại hoà tan thành kết tủa .Các phản ứng này được sử dụng trong sử lý nước ô nhiễm.
Năm 1975, muối chitosan acetat lần đầu tiên được một công ty Nhật Bản giới thiệu như một tác nhân cationic tự nhiên để ngưng kết và xử lý cống rãnh.Hiện nay Chitosan sử dụng để xử lý nước thải sinh hoạt, tái sử dụng nước trong hồ bơi, thu hồi protein và khoáng từ nước thải công nghiệp, phân lập các chất có hoạt tính sinh học trong nước tiểu và tách các độc tố từ dung dịch.Chitosan cũng có thể sử dụng như một chất hấp thụ để tách các đồng vị phóng xạ nguy hiểm từ nước bị nhiễm phóng xạ và thu hồi Uranium từ nước biển và nước ngọt.
+ Xử lý màu trong nước thải. + Xử lý kim loại trong nước thải.
+ Xử lý chất huyền phù trong nước thải, cô đặc nồng độ thải để làm giảm thể tích nước thải xử lý.
+ Màng lọc sinh học
b) Trong công nghiệp dệt
Có thể thay hồ tinh bột bằng Chitosan để hồ vải, nó có tác dụng làm tơ sợi bền, mịn, bóng, đẹp, cố định hình in trên vải rõ nét, chịu được aicd và kiềm nhẹ. Chitosan có thể kết hợp với một số thành phần để sản xuất vải chụi nhỉệt, vải chống thấm, sản xuất vải col.
c) Trong công nghiệp giấy
Do cấu trúc tượng tự như cellulose, nên Chitosan được nghiên cứu bổ xung vào nguyên liệu sản xuất giấy. Chitosan có tác dụng làm tăng độ bền của giấy, chỉ cần thêm trọng lượng bằng 1% trọng lượng của giấy thì sẽ làm tăng gấp đôi độ bền của giấy khi ẩm ướt, tăng độ nét khi in. Các loại giấy này dùng làm giấy vệ sinh, giấy in, túi giấy.
d) Ứng dụng trong mỹ phẩm và trong công nghệ sinh học
+ Chitosan được sử dụng để sản xuất kem giữẩm cho da. + Chitosan được sử dụng là thành phần của keo xịt tóc.
+ Làm giá thể hoạt hóa cho công nghệ cố định tế bào và enzym.
+ Làm chất mang cho công nghệ chất mang cố định DNA dùng trong y học.
+ Màng lọc sinh học.
CHƯƠNG II
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
II.1. ĐỐÍ TƯỢNG NGHIÊN CỨU II.1.1. Nguyên liệu chính
Nguyên liệu chính sử dụng trong nghiên cứu để thu hồi protein là dịch thải máu cá Tra sau công đoạn cắt tiết trong quy trình sản xuất cá Tra phi lê tại Công ty Cổ phần Nam Việt (NAVICO), An Giang. Dịch thải máu cá được đóng vào chai 1500 ml và được cấp đông ở nhiệt độ -25oC sau đó chuyển về bảo quản tại tủ đông phòng thí nghiệm Công Nghệ Nhiệt Lạnh, Đại Học Nha Trang.
Hình 2.1. Dịch thải máu cá thu nhận từ nhà máy Nam Việt II.1.2. Hoá chất
NaOH dạng phân tích HCl dạng phân tích
Chitosan được cung cấp bởi phòng Hoá sinh- Vi sinh thực phẩm - Trường Đại học Nha Trang (Số 2 Nguyễn Đình Chiểu-Nha Trang –Khánh Hoà), với độ deacetyl 85 %.
Dịch thải máu cá Điều chỉnh về pH thích hợp để kết tủa protein Chọn chế độ xử lý thích hợp Đối chứng Bổ sung chitosan làm chất trợ lắng Đối chứng Đánh giá và chọn chế độ lắng thích hợp Kết hợp nâng nhiệt
Bố trí thí nghiệm theo qui hoạch thực nghiệm để xác định điều kiện xử lý tối ưu II.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
II.2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát
II.2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm chi tiết
II.2.2.1. Bố trí thí nghiệm thăm dò để chọn giá trị pH thích hợp để kết tủa protein trong dung dịch máu cá
Hình 2.3. Bố trí thí nghiệm thăm dò để chọn giá trị pH thích hợp để kết tủa protein từ dung dịch máu cá
II.2.2.2. Bố trí thí nghiệm thăm dò để xác định nồng độ chitosan bổ sung thích hợp để tăng hiệu quả quá trình thu hồi protein
Sau khi đã điều chỉnh pH dịch thải về điểm pI của protein thì đa số các protein bị kết tủa lại rồi lắng xuống. Nếu để lắng tự nhiên thì thời gian lắng sẽ kéo dài, không đảm bảo yêu cầu quá trình xử lý công nghiệp. Do đó, cần bổ sung chất trợ lắng để tăng nhanh quá trình lắng và thu hồi protein. Ở đây, ta dùng dung dịch chitosan ở các nồng độ khác nhau để trợ lắng. Ngoài ra, các protein chưa kết tủa ở pH xác định ở trên mà tích điện âm sẽ tương tác tỉnh điện với chitosan mang điện tích dương sẽ tiếp tục kết tủa.
Dịch thải máu cá Tra sau công đoạn phi lê (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Xác định hiệu suất thu hồi
Chọn pH thích hợp
Dùng HCl 5 %, NaOH 5 %
Hình 2.4. Bố trí thí nghiệm thăm dò để xác định nồng độ chitosan bổ sung thích hợp
Dung dịch chitosan được chuẩn bị như sau: hòa tan 10g chitosan với độ deacetyl cao (85%), phân tử lượng 1,1 triệu Dalton trong 1 lít dung dịch acid axetic 1% thành dung dịch Chitosan 1% (10.000 ppm).
Dịch thải máu cá Tra đã được điều chỉnh pH về pH thích hợp được xác định ở thí nghiệm trên
Bổ sung chitosan để trợ lắng keo tụ protein Nồng độ: 5; 10; 15; 20; 25; 30; 35; 40 (ppm)
Chọn chế độ bổ sung chitosan thích hợp
II.2.2.3. Bố trí thí nghiệm thăm dò trong việc kết hợp nâng nhiệt trong việc thu hồi protein
Hình 2.5. Bố trí thí nghiệm thăm dò để xác định nhiệt độ thích hợp trong việc keo tụ protein
II.3. Phương pháp phân tích
+Hàm lượng protein được xác định theo phương pháp chuẩn của AOAC, 1990.Thành phần acid amin được phân tích bằng phương pháp sắc kí lỏng cao áp (HPLC).
+Hiệu suất thu hồi :(( Co – Ca)/Co)*100 %
Trong đó:
Co: hàm lượng protein trong dung dịch nước thải ban đầu, Ca: hàm lượng protein trong dung dịch nước thải sau khi xử lí.
+Tốc độ lắng được đo theo phương pháp của Camp (1943) [10 ].
Dung dịch máu cá
Điều chỉnh về pH thích hợp, cho chitosan ở nồng độ đã xác định
Nâng nhiệt nhiệtở 40; 50; 60; 70; 80 oC
Xác định hiệu suất thu hồi và chọn nhiệt độ thích hợp
+ Phương pháp sử lí số liệu: Số liệu báo cáo là trung bình của 3 lần phân tích. Kết quả được phân tích thống kê bằng phần mềm Excel, giá trị của p < 0,05 được xem là có ý nghĩa về mặt thống kê.
II.4. Dụng cụ thiết bị phân tích sử dụng trong đề tài
Máy đo pH. Thiết bị ổn nhiệt. Máy sấy hồng ngoại. Máy đo dộ đục
2500 3000 3500 4000 4 4.5 5 5.5 6 pH Đ ộ đ ụ c( F T U ) 40 45 50 55 60 65 4 4.5 5 5.5 6 pH H iệ u s u ấ t th u h ồ i p ro te in ( % ) CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
III.1. Kết quả xác định pH thích hợp trong việc kết tủa protein
Kết quả thăm dò pH thích hợp để kết tủa protein trong dịch nước thải máu cá Tra sau công đoạn cắt tiết được trình bày ở Hình 3.1 và Hình 3.2.
Hình 3.1. Hiệu suất thu hồi protein khi điều chỉnh pH
50 55 60 65 70 75 80 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Nồng độ chitosan sử dụng (ppm) H iệ u s u ất t h u h ồi ( % )
Kết quả cho thấy pH ảnh hưởng rất lớn đến quá trình kết tủa protein. Ở pH trong khoảng từ 4,5 đến 5,0 cho hiệu suất kết tủa là cao nhất (trên 60 %) và độ đục dung dịch sau khi xử lí là thấp nhất. Ở pH trong khoảng 4,5 đến 5,0 thì phần lớn protein kết tủa dạng hạt mịn, có thể khẳng định rằng ở giá trị pH này là pI của đa số các protein có trong dung dịch máu cá, các hạt protein đạt trung hoà về điện, các phân tử protein sẽ liên kết với nhau, khả năng hydrat hoá là thấp nhất, chúng co lại và tập hợp lại, kết tụ thành các hạt mịn. Khi điều chỉnh pH xuống dưới 4,5 thì mức độ keo tụ lại giảm xuống, đó là do lúc này nồng độ H + dư nên một số protein lại tích điện dương yếu, đẩy nhau, liên kết giữa các phân tử protein yếu đi, tăng khả năng hydrat hoá, độ tan của protein tăng lên và lúc này các phân tử protein sẽ khó kết tụ hơn. Căn cứ vào các kết quả trên cho thấy pH trong khoảng 4,5 đến 5 là thích hợp. Để đảm bảo tính trung bình giữa hai điểm mút này ta chọn pH = 4,7 là pH thích hợp để kết tủa protein trong dịch thải máu cá. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
III.2. Kết quả xác định nồng độ chitosan bổ sung thích hợp cho việc keo tụ trợ lắng protein
Kết quả xác định nồng độ chitosan thích hợp cho việc keo tụ trợ lắng protein được thể hiện ở đồ thị Hình 3.3, Hình 3.4.
2000 2500 3000 3500 4000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Nồng độ Chitosan (ppm) Đ ộ đ ụ c (F T U )
Hình 3.4. Độ đục dịch thải máu cá sau khi lọc thu hồi protein trong quá trì xử lý kết hợp pH và chitosan ở các nồng độ khác nhau
Kết quả Hình 3.3 cho thấy hiệu suất lắng cao nhất (72%) khi sử dụng chitosan làm chất keo tụ trợ lắng đó là ở nồng độ 25 ppm. Kết quả cho thấy khả năng keo tụ trợ lắng của chitosan do chitosan có khả năng hấp phụ, tạo cầu nối để liên kết các hạt keo protein đã kết tủa thành các phân tử có kích thước lớn hơn và lắng xuống. Ngoài ra, chitosan mang các gốc amin tích điện dương sẽ trung hoà điện tích âm sẽ tương tác với các phân tử protein tích điện âm chưa kết tủa bằng pH và vì vậy, sẽ làm cho các protein này kết tủa, làm tăng hiệu suất thu hồi. Hơn nữa, khi có xử lý bằng chitosan, kết quả cho thấy ở khoảng nồng độ chitosan sử dụng từ 5 đến 40 ppm đều làm giảm độ đục, thấp hơn rất nhiều so với mẫu không xử lý chitosan (0 ppm) và ở nồng độ chitosan 25 ppm thì dịch thải máu cá sau khi xử lý có độ đục thấp nhất (Hình 3.4). Từ kết quả này, nồng độ chitosan thích hợp để bổ sung xử lý dung dịch máu cá được chọn là 25 ppm.
50 60 70 80 90 30 40 50 60 70 80 Nhiệt độ xử lý (oC) H iệ u s u ấ t th u h ồ i p ro te in ( % )
Không bổ s ung chitos an Bổ s ung chitos an
III.3. Kết quả nghiên cứu kết hợp nâng nhiệt sau khi đã xử lí pH và bổ sung chitosan trong việc thu hồi protein từ dịch thải máu cá
Kết quả xác định nhiệt độ thích hợp cho việc kết tủa protein sau khi xử lí pH và chất trợ lắng được thể hiện trên Hình 3.5 , Hình 3.6.
Hình 3.5. Hiệu suất thu hồi protein khi kết hợp nâng nhiệt
Kết quả cho thấy nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến nâng cao hiệu suất thu hồi protein trong dịch thải máu cá, hiệu suất có thểđạt trên 85% khi kết hợp quá trình xử lý nâng nhiệt lên khoảng từ 60 đến 65 oC. Kết quả này có thể do khi nung nóng sẽ làm phá vỡ vỏ điện tích và khả năng hyđrat hoá của protein. Ngoài ra khi nhiệt độ tăng làm chuyển động nội tại của các phân tử protein tăng sẽ làm phá vỡ liên kết hyđrogen của protein một cách dễ dàng vì vậy không những làm giảm khả năng hyđrat hoá của protein, làm đông vón các phân tử protein chưa kết tủa trong các công đoạn xử lý trước như xử lý kết tủa bằng pH và bổ sung chitosan.
0 1000 2000 3000 4000 30 40 50 60 70 80 Nhiệt độ xử lý (oC) Đ ộ đ ụ c (F T U ) Không bổ sung chitosan Bổ sung chitosan
Hình 3.6. Độ đục của dịch thải máu cá sau khi thu hồi protein khi kết hợp nâng nhiệt
Kết quả thí nghiệm cho thấy độ đục dung dịch máu cá giảm mạnh khi kết hợp nâng nhiệt trong việc thu hồi protein. Đặc biệt khi nhiệt độ trên 60 o C có kết hợp xử lý bằng chitosan. Điều này có thể giải thích do lượng protein trong dịch thải máu cá được thu hồi phần lớn khi xử lý kết hợp nhiệt và đồng thời nhiệt độ cũng phân hủy chất mang màu trong dung dịch máu cá, dẫn đến dung dịch thải có màu trong.
Tóm lại, nhiệt độ xử lý thích hợp để đạt hiệu suất thu hồi protein cao và độ đục của dung dịch sau xử lý thấp được chọn ở nhiệt độ 60oC trong trường hợp có bổ sung chitosan ở mức 25 ppm và xử lý ở nhiệt độ 70oC trong trường hợp không kết hợp xử lý bằng chitosan.
Sau khi có các chế độ pH, nồng độ chitosan, và nhiệt độ thích hợp, tối ưu hóa quy trình xử lý được thực hiện và trình bày ở phần sau.
III.4. Kết quả nghiên cứu tối ưu hoá quá trình kết tủa protein từ dung dịch máu cá Tra
Sau khi xác định được pH =4.7, nồng độ chitosan là 25 ppm, nhiệt độ 60
o
quá trình xử lý được thực hiện bằng phần mềm Memrodw với 3 yếu tố đầu vào là : pH, nồng độ chitosan, nhiệt độ.
Hàm mục tiêu :
Y1: Hiệu suất thu hồi protein (%)
Y2: Độ đục dung dịch sau khi xử lý (FTU). Các thông số tâm thí nghiệm:
pH = 4.7, bước nhảy 0.5
Nồng độ chitosan = 25, bước nhảy là 5 Nhiệt độ = 60 OC, bước nhảy 20 oC Ba lần lặp lại thí nghiệm ở tâm
Kết quả cho hàm Y1 (Hiệu suất thu hồi protein %)
Hình 3.7. Mặt đáp ứng của đường cong tối ưu hoá hàm Y1 khi cố định nhiệt độ, pH và nồng độ chitosan thay đổi
Hình 3.8. Đường cong tối ưu hoá hàm Y1, khi cố định nhiệt độ, nồng độ Chitosan và pH thay đổi
Nhận xét: Nhìn vào hình 3.7 và hình 3.8 (mặt đáp ứng của đường cong tối ưu hoá cho hàm Y1) ta thấy: Khi cố địng giá trị nhiệt độở 60 o C, pH và nồng độ Chitosan thay đổi, khối lượng cặn lắng thu được cao nhất nằm trong vùng giá trị pH từ 4.5 đến 4,8, và nồng độ Chitosan từ 23 ppm đến 26 ppm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.9. Mặt đáp ứng đường cong tối ưu hoá hàm Y1, khi cố định nồng độ Chitosan, nhiệt độ và pH thay đổi
Hình 3.10. Đường cong tối ưu hoá hàm Y1 khi cố định nồng độ Chitosan, nhiệt độ và pH thay đổi
Nhìn vào hình 3.9 và 3.10 ta thấy khi cố định yếu tố nồng độ Chitosan, pH chạy từ 4.4 đến 5,0 và nhiệt độ từ 64 o C trở lên thì lượng cặn lắng thu được lớn nhất.
Hình 3.11. Mặt đáp ứng của đường cong tối ưu hoá giá trị Y1 khi cố định pH, nồng độ Chitosan và nhiệt độ thay đổi
Hình 3.12. Đồ thị không gian thể hịên đường cong tối ưu hoá của Y1 khi cố định yếu tố pH nồng độ Chitosan và nhiệt độ thay đổi.
Nhận xét:Nhìn vào hình 3.11, hình 3.12 ta thấy khi cố định yếu tố pH, cho nồng độ Chitosan và nhiệt độ thay đổi thì khối lượng cặn lắng thu được cao khi nhiệt độ trên 64oC, nồng độ Chitosan từ 23 đến 27 ppm.
Y1 = 83.333 +36.506 Z1 -3.556 Z2 -5.694 Z3 -9.464 Z1² -30.474 Z2² -48.387 Z3² Trong đó: X1 = 0.098 Z 1 -0.571 Z 2 +0.815 Z 3 X2 = -0.037 Z 1 +0.817 Z 2 +0.576 Z 3 X3 = 0.995 Z 1 +0.086 Z 2 -0.059 Z 3 Z 1 = 0.098 X1 -0.037 X2 +0.995 X3 Z 2 = -0.571 X1 +0.817 X2 +0.086 X3 Z 3 = 0.815 X1 +0.576 X2 -0.059 X3
Kết quả hàm Y2:
Hình 3.13. Mặt đáp ứng đường cong tối ưu hoá hàm Y2, khi cố định nhiệt độ, nông độ chitosan và pH thay đổi.