Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm

Một phần của tài liệu nghiên cứu kết hợp khử protein trong công đoạn khử khoáng của quy trình sản xuất chitin từ vỏ, đầu tôm thẻ chân trắng bằng pepsin và hcl (Trang 34 - 114)

1. Bố trí thí nghiệm tổng quát

Hình 2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát

XĐ thành phần hóa học

Nguyên liệu (đầu/vỏ tôm)

Tan giá, làm tơi

Nghiên cứu chế độ xử lý cơ học

Dịch Bã

Nghiên cứu khử khoáng lần 1 với HCl

Nghiên cứu xử lý với Pepsin kết hợp khử khoáng lần 2 với HCl

Đề xuất quy trình

Nghiên cứu xử lý với NaOH

Thuyết minh

1. Nguyên liệu

Nguyên liệu nghiên cứu là đầu và vỏ tôm đƣợc xử lý riêng, cấp đông đƣợc rã đông và làm tơi trƣớc khi sử dụng. Một phần nguyên liệu kiểm tra thành phần hóa học cơ bản. Phần còn lại đƣợc ép tách dịch, bã kiểm tra thành phần hóa học cơ bản và tiến hành nghiên cứu.

2. Xử lý với HCl

Bã đầu tôm, vỏ tôm đƣợc bổ sung HCl 2% với tỷ lệ 1/3 và 1% với tỷ lệ 1/4 (w/v) tƣơng ứng. Sau khi xử lý ở nhiệt độ phòng với thời gian 0,5, 1, 2, 3, 4 giờ tiến hành lọc rửa thu phần rắn phơi khô và kiểm tra hàm lƣợng protein, khoáng còn lại. Từ đó lựa chọn thời gian khử khoáng thích hợp xử lý các công đoạn tiếp theo.

3. Xử lý với Pepsin

Sau xử lý với HCl vắt ráo phần rắn thu đƣợc, tiến hành bổ sung nƣớc, điều chỉnh pH 2 ± 0,2 bằng acid HCl 1% rồi bổ sung enzyme Pepsin ở các nồng độ khác nhau và tiến hành quá trình thủy phân ở các điều kiện nhiệt độ, thời gian khác nhau nhằm nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố tỷ lệ enzyme, nhiệt độ và thời gian xử lý đến HQKK và HQKP của enzyme Pepsin, từ đó xác định đƣợc các yếu tố cần nghiên cứu cho việc tối ƣu hóa quá trình xử lý với enzyme Pepsin. Chitin thô thu đƣợc theo chế độ xử lý tối ƣu với Pepsin sẽ đƣợc kiểm tra hàm lƣợng protein, khoáng còn lại để lựa chọn chế độ xử lý tiếp theo, nếu cần.

4. Xử lý với NaOH

Sau xử lý bằng enzyme Pepsin ở chế độ tối ƣu chitin thô đƣợc xử lý với NaOH ở các điều kiện nồng độ, thời gian, nhiệt độ khác nhau đảm bảo hàm lƣợng protein, khoáng còn lại trên chitin nhỏ hơn 1%.

2. Xác định ảnh hƣởng của việc xử lý cơ học bằng phƣơng pháp ép đến hàm lƣợng protein, khoáng của nguyên liệu đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng

Mục đích: Xác định thành phần hóa học cơ bản của đầu, vỏ tôm thẻ nguyên

liệu trƣớc và sau khi ép để xác định biện pháp xử lý thích hợp trƣớc khi đƣa vào quá trình sản xuất chitin. Ngoài ra xác định thành phần hóa học của nguyên liệu trƣớc và sau khi ép có ý nghĩa quan trọng trong việc xác định các thông số cho các công đoạn xử lý tiếp theo nhƣ khử protein, khoáng.

Tiến hành: Đầu, vỏ tôm bảo quản đông đƣợc rã đông làm tơi. Một phần đƣợc

ép loại dịch và tách nƣớc, một phần nguyên liệu chƣa ép và bã ép đầu vỏ tôm đƣợc kiểm tra thành phần hóa học cơ bản: độ ẩm, hàm lƣợng protein, khoáng theo sơ đồ.

Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thành phần hóa học cơ bản của đầu, vỏ tôm nguyên liệu, bã ép đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng

Nguyên liệu (đầu/vỏ tôm)

Tan giá, làm tơi

Xử lý cơ học Dịch Bã Xác định hàm lƣợng khoáng Xác định hàm lƣợng protein Xác định hàm lƣợng ẩm Loại bỏ

3. Nghiên cứu ảnh hƣởng của quá trình xử lý với HCl đến hàm lƣợng protein,

khoángtrên đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng

Mục đích: Xử lý đầu vỏ tôm với HCl giúp loại một lƣợng khoáng đáng kể và

một phần protein trên nguyên liệu tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình khử protein tiếp theo.

Tiến hành: Bã đầu tôm, vỏ tôm đƣợc bổ sung HCl 2% với tỷ lệ 1/3 và 1% với

tỷ lệ 1/4 (w/v) tƣơng ứng. Sau khi xử lý ở nhiệt độ phòng với thời gian 0,5, 1, 2, 3, 4 giờ tiến hành lọc rửa thu phần rắn phơi khô và kiểm tra hàm lƣợng protein, khoáng còn lại. Từ đó lựa chọn thời gian khử khoáng thích hợp xử lý các công đoạn tiếp theo.

Hình 2.3. Sơ đồ khảo sát ảnh hƣởng của quá trình xử lý với HCl đến hàm lƣợng protein, khoáng trên vỏ tôm thẻ chân trắng

Nguyên liệu (đầu/vỏ tôm)

Xử lý với HCl

Vỏ tôm: HCl 1%, nhiệt độ thƣờng, tỷ lệ 1/4 (w/v) Đầu tôm: HCl 2%, nhiệt độ

thƣờng, tỷ lệ 1/3 (w/v)

Lựa chọn chế độ xử lý thích hợp

Lọc, rửa bã, làm khô

XĐ hàm lƣợng khoáng XĐ hàm lƣợng protein

4. Nghiên cứu chế độ xử lý đầu, vỏ tôm với Pepsin

2.3.4.1. Nghiên cứu chế độ xử lý với Pepsin trên vỏ tôm thẻ chân trắng

Bố trí thí nghiệm tổng quát

Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát nghiên cứu chế độ xử lý với Pepsin trên vỏ tôm thẻ chân trắng

Bã ép vỏ tôm

Xử lý với HCl

Đánh giá khả năng sử dụng Pepsin

Xác định các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt động của Pepsin

Thời gian xử lý Mức độ khử khoáng Lựa chọn chế độ xử lý thích hợp Chitin thô XĐ hàm lƣợng khoáng XĐ hàm lƣợng protein Nhiệt độ xử lý Xác định mức độ ảnh hƣởng và sự tƣơng tác của các yếu tố đến hoạt

động của Pepsin

Tối ƣu hóa quá trình xử lý với enzyme Pepsin

1. Khảo sát khả năng sử dụng Pepsin trên vỏ tôm thẻ chân trắng

Mục đích: Xác định khoảng nồng độ Pepsin cho hiệu quả tích cực đến khả

năng khử protein và khoáng trên vỏ tôm, đồng thời đánh giá tác động của việc phân ly hoặc không phân ly dịch xử lý với HCl từ đó khảo sát khả năng sử dụng Pepsin và lựa chọn chế độ xử lý tiếp theo.

Tiến hành: Bã ép vỏ tôm bảo quản đông đƣợc rã đông và làm tơi. Bổ sung HCl

1% tỷ lệ nguyên liệu/acid là 1/4 (w/v). Sau xử lý bằng HCl theo thời gian đã chọn, tiến hành phân ly loại dịch hoặc không phân ly. Tiếp tục bổ sung nƣớc và điều chỉnh pH đạt 2 ± 0,2 bằng HCl 1%. Bổ sung Pepsin nồng độ 10 U/g pro, thủy phân trong 6 giờ ở

37oC. Sau khi thủy phân tiến hành lọc rửa thu phần rắn phơi khô và kiểm tra hàm

lƣợng protein, khoáng còn lại theo sơ đồ.

Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát khả năng sử dụng Pepsin trên vỏ tôm thẻ chân trắng

Kết luận về khả năng sử dụng Pepsin

Lọc, rửa bã, làm khô

XĐ hàm lƣợng khoáng XĐ hàm lƣợng protein

[E]=5 U/g pro

[E]=0 U/g pro [E]=10 U/g pro

Bổ sung nƣớc và HCl 1% để pH = 2 ± 0,5

Không phân ly Phân ly

Bổ sung Pepsin, xử lý ở 37oC trong 6 giờ

Xử lý với HCl Bã ép vỏ tôm

2. Khảo sát sự ảnh hƣởng của thời điểm bổ sung Pepsin đến HQKP và HQKK

Mục đích: Thời gian khử khoáng với HCl có ảnh hƣởng đến hàm lƣợng

khoáng còn lại và mức độ rỗng xốp của vỏ tôm trƣớc khi xử lý với Pepsin. Điều này có thể ảnh hƣởng đến HQKP của enzyme Pepsin. Do đó cần khảo sát ảnh hƣởng của thời gian khử khoáng để xác định thời điểm bổ sung Pepsin hợp lý để hiệu quả thủy phân protein của Pepsin là cao nhất.

Tiến hành: Vỏ tôm bảo quản đông đƣợc rã đông, làm tơi. Mỗi mẫu cân 100g

bổ sung HCl 1% tỷ lệ nguyên liệu/acid 1/4 (w/v). Tiến hành khử khoáng trong 0,5, 1, 2, 3, 4 giờ và mẫu đối chứng không bổ sung HCl 1%. Sau đó phân ly hoặc không phân ly theo kết quả thí nghiệm trên. Bổ sung enzyme Pepsin với nồng độ 10 U/g pro và các

mẫu đối chứng không bổ sung enzyme, thủy phân trong 6 giờ ở 37oC. Sau khi thủy

phân tiến hành lọc rửa thu phần rắn phơi khô và kiểm tra hàm lƣợng protein, khoáng còn lại để đánh giá chọn chế độ thích hợp.

Hình 2.6. Sơ đồ khảo sát ảnh hƣởng của thời điểm bổ sung enzyme đến HQKK và HQKP của enzyme Pepsin

Xử lý thống kê, so sánh và đƣa ra kết luận

Bã, rửa, làm khô

XĐ hàm lƣợng khoáng XĐ hàm lƣợng protein

Xử lý không bổ sung Pepsin, pH 2 ± 0,2

thời gian 6 giờ, nhiệt độ 37oC

Xử lý HCl 1%, tỷ lệ 1/4 (w/v)

Xử lý với Pepsin 10 U/g pro, pH 2 ± 0,2

thời gian 6 giờ, nhiệt độ 37oC

Vỏ tôm rã đông, làm tơi

3. Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ xử lý với Pepsin đến HQKP và HQKK

Mục đích: Mỗi enzyme có nhiệt độ hoạt động tối ƣu khác nhau. Theo nhà sản

xuất enzyme Pepsin sử dụng có hoạt động tối ƣu 37oC tuy nhiên với từng cơ chất cụ

thể nhiệt độ này có thể thay đổi. Nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ đƣợc thực hiện ở

các nhiệt độ 30, 37 và 43oC trong bể ổn nhiệt để đánh giá ảnh hƣởng của nhiệt độ xử

lý với Pepsin đến HQKP và HQKK. Các giá trị nhiệt độ này tƣơng ứng với nhiệt đội môi trƣờng, nhiệt độ tối thích của enzyme theo nhà sản xuất và nhiệt độ khi gia nhiệt bằng ánh nắng mặt trời.

Tiến hành: Bã ép vỏ tôm sau khi ép đƣợc làm tơi, bổ sung HCl 1% tỷ lệ

nguyên liệu/acid 1/4 (w/v). Chọn thời gian xử lý với HCl, phân ly hoặc không phân ly dịch tùy theo kết quả nghiên cứu ở thí nghiệm trên. Bổ sung nƣớc và điều chỉnh pH 2 ± 0,2 bằng HCl 1%. Sau đó bổ sung enzyme Pepsin với nồng độ 10 U/g pro và mẫu

đối chứng không bổ sung enzyme, thủy phân trong 6 giờ ở nhiệt độ 30o

C, 37oC, 43oC.

Sau khi thủy phân tiến hành lọc rửa thu phần rắn phơi khô và kiểm tra hàm lƣợng protein, khoáng còn lại để đánh giá chọn chế độ thích hợp.

Hình 2.7. Sơ đồ khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến khả năng khử khoáng, khử protein trong vỏ tôm khi kết hợp xử lý bằng HCl và Pepsin

Xử lý thống kê, so sánh và đƣa ra kết luận

Lọc, rửa bã, làm khô

XĐ hàm lƣợng khoáng XĐ hàm lƣợng protein

Xử lý không bổ sung Pepsin, pH 2 ± 0,2, thời gian 6 giờ

Xử lý HCl 1%, tỷ lệ 1/4 (w/v), nhiệt độ thƣờng

Xử lý với Pepsin 10 U/gpro, pH 2 ± 0,2, thời gian 6 giờ

37oC

30oC 43oC

4. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian xử lý với Pepsin đến HQKP và HQKK

Mục đích: Thời gian là một yếu tố có ảnh hƣởng đến khả năng hoạt động của

enzyme. Thông thƣờng, hiệu quả hoạt động của enzyme tăng không đáng kể khi vƣợt qua khoảng thời gian cần thiết cho phản ứng. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian xử lý với Pepsin đến HQKP và HQKK để từ đó chọn thời gian thích hợp sử dụng Pepsin đạt hiệu quả cao nhất.

Tiến hành: Bã vỏ tôm sau ép tách làm tơi, bổ sung HCl 1% tỷ lệ nguyên

liệu/acid là 1/4 (w/v). Chọn thời gian khử khoáng và phân ly hoặc không phân ly dịch tùy theo kết quả nghiên cứu ở thí nghiệm trên. Bổ sung nƣớc và điều chỉnh pH đạt 2 ± 0,2 bằng HCl 1%. Sau đó bổ sung enzyme Pepsin với nồng độ 10 U/g pro và mẫu đối chứng không bổ sung enzyme, thủy phân trong các khoảng thời gian 6, 9, 12 và 15 giờ

ở 37oC. Sau khi thủy phân tách bã rửa, làm khô và kiểm tra các chỉ tiêu hàm lƣợng

khoáng, protein còn lại để đánh giá chọn chế độ thích hợp.

Hình 2.8. Sơ đồ khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng khử khoáng, khử protein trong vỏ tôm khi kết hợp xử lý bằng HCl và Pepsin

Xử lý thống kê, so sánh và đƣa ra kết luận

Lọc, rửa bã, làm khô

XĐ hàm lƣợng khoáng XĐ hàm lƣợng protein

Xử lý HCl 1%, tỷ lệ 1/4 (w/v), nhiệt độ thƣờng

Xử lý với Pepsin 10 U/g pro,

pH 2 ± 0,2, nhiệt độ 37oC

Vỏ tôm rã đông, làm tơi

6 giờ 9 giờ 12 giờ 15 giờ

Xử lý không bổ sung enzyme,

5. Khảo sát mức độ ảnh hƣởng và sự tƣơng tác của các yếu tố đến HQKP và HQKK của Pepsin

Mục đích: Trong quá trình xử lý với Pepsin trên vỏ tôm có sự ảnh hƣởng của

các yếu tố nhiệt độ, nồng độ enzyme và thời gian xử lý đồng thời xảy ra sự tƣơng tác giữa các yếu tố này. Khảo sát ảnh hƣởng và sự tƣơng tác của các yếu tố trong quá trình xử lý với Pepsin đến HQKP và HQKK để từ đó lựa chọn khoảng tối ƣu của các yếu tố đó.

Tiến hành: Bã vỏ tôm thẻ sau ép tách làm tơi, bổ sung HCl 1% tỷ lệ nguyên

liệu/acid 1/4 (w/v). Chọn thời gian khử khoáng và phân ly hoặc không phân ly dịch tùy theo kết quả nghiên cứu ở thí nghiệm trên. Bổ sung nƣớc và điều chỉnh pH đạt 2 ± 0,2 bằng HCl 1%. Tiếp tục bổ sung Pepsin với nồng độ khác nhau, thủy phân ở nhiệt độ, thời gian theo mô hình 2 level – factorial với 3 biến đƣợc thể hiện Bảng 2.1. Sau khi thủy phân tách bã rửa, làm khô và kiểm tra các chỉ tiêu hàm lƣợng khoáng, protein còn lại để đánh giá chọn chế độ thích hợp.

Bảng 2.1. Bảng mã hóa các nhân tố nghiên cứu

Nhân tố Nhân tố

đƣợc mã hóa

Đơn vị Mức nghiên cứu

-1 0 1

Nhiệt độ X1 oC 30 35 40

Nồng độ E X2 U/g pro 5 12,5 20

Thời gian X3 Giờ 6 12 18

6. Tối ƣu hóa quá trình khử protein bằng enzyme Pepsin kết hợp với khử khoáng

bằng HCl

Mục đích: Tìm đƣợc các thông số tối ƣu cho công đoạn khử protein với Pepsin

kết hợp khử khoáng bằng HCl trên vỏ tôm thẻ chân trắng.

Tiến hành: Bã vỏ tôm sau ép tách làm tơi, bổ sung HCl 1% tỷ lệ nguyên

liệu/acid 1/4 (w/v). Chọn thời gian khử khoáng và phân ly hoặc không phân ly dịch tùy theo kết quả nghiên cứu ở thí nghiệm trên. Bổ sung enzyme Pepsin với nồng độ khác nhau, thủy phân ở nhiệt độ, thời gian theo mô hình Box-Behneken với 3 biến dựa theo kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố đến HQKP và HQKK của Pepsin. Sau khi thủy phân tách bã tiến hành rửa, làm khô và tiến hành kiểm tra các chỉ tiêu hàm

lƣợng khoáng, protein còn lại để đánh giá chọn chế độ thích hợp với h

HQKP (Y) bằng Pepsin. Y max

Phƣơng trình hồi quy:

Y= bo + b1X1+ b2X2+ b3X3+ b12X1X2+ b23X2X3+ b13X1X3+ b11X12+ b22X22+ b33X32

2.3.4.2. Nghiên cứu chế độ xử lý với Pepsin trên bã đầu tôm thẻ chân trắng

Bố trí thí nghiệm

Hình 2.9. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát chế độ xử lý với Pepsin trên đầu tôm thẻ chân trắng

Bã ép đầu tôm

Xử lý với HCl

Đánh giá khả năng sử dụng Pepsin

Lựa chọn chế độ xử lý thích hợp

Chitin thô

XĐ hàm lƣợng khoáng XĐ hàm lƣợng protein

Xác định sự tƣơng tác các yếu tố đến hoạt động của Pepsin

Tối ƣu hóa quá trình xử lý với enzyme Pepsin

1. Khảo sát khả năng sử dụng Pepsin trên bã đầu tôm thẻ chân trắng

Mục đích: Đánh giá khả năng sử dụng hoặc không sử dụng enzyme Pepsin trên

bã ép đầu tôm cũng nhƣ ảnh hƣởng của việc xử lý cơ học đầu tôm để từ đó đƣa ra biện pháp thích hợp giúp tách/khử protein trên đầu tôm.

Tiến hành: Bã ép đầu tôm đƣợc làm tơi, xử lý với HCl 2% tỷ lệ nguyên

liệu/acid 1/3 (w/v) ở nhiệt độ phòng trong 2 giờ. Loại dịch khử khoáng, bổ sung nƣớc và điều chỉnh pH đạt pH 2 ± 0,2 bằng HCl 1%. Sau đó bổ sung hoặc không bổ sung

enzyme theo sơ đồ bố trí thí nghiệm Hình 2.10 và tiến hành ủ ở 40o

C trong 6 giờ. Tiếp theo xay mẫu với nƣớc tỷ lệ 1/5 (w/v), tiến hành lọc rửa thu phần rắn phơi khô và kiểm tra hàm lƣợng protein, khoáng còn lại. Đánh giá chọn chế độ xử lý thích hợp.

Hình 2.10. Sơ đồ khảo sát khả năng sử dụng Pepsin trên đầu tôm thẻ chân trắng Xử lý cơ học Lựa chọn chế độ xử lý thích hợp Lọc, rửa bã, làm khô XĐ hàm lƣợng khoáng XĐ hàm lƣợng protein Không xử lý cơ học

Một phần của tài liệu nghiên cứu kết hợp khử protein trong công đoạn khử khoáng của quy trình sản xuất chitin từ vỏ, đầu tôm thẻ chân trắng bằng pepsin và hcl (Trang 34 - 114)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(114 trang)