3.3.1 Kết quả nghiên cứu xác định nồng độ NaOH thích hợp
Để xác định nồng độ NaOH thích hợp cho quá trình khử protein trong nguyên liệu lần II, các thí nghiệm được bố trí ở những nồng độ NaOH khác nhau
(1%, 2%, 3%) trong cùng điều kiện nhiệt độ 50oC, thời gian 12 giờ, tỷ lệ NaOH/đầu tôm (v/w) = 5/1. Kết quả nghiên cứu được thể hiện ở Hình 3.5
1,6 0,8 0,4 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 1 2 3 Nồng độ NaOH (%) H à m l ư ợ n g p r o te in ( % )
Hình 3.5 Ảnh hưởng của nồng độ NaOH tới khả năng thủy phân protein
Kết quả cho thấy, khi tăng nồng độ NaOH từ 1% tới 3% thì hàm lượng protein còn lại trong đầu tôm giảm dần từ 1,6% xuống 0,4%. Theo quy chuẩn về chất lượng của Chitin thì, hàm lượng protein còn lại trong nguyên liệu là nhỏ hơn 1%, do đó với nồng độ NaOH sử dụng là 1% không được chấp nhận bởi hàm lượng protein còn lại trong nguyên liệu khá cao, khoảng 1,6%. Ở nồng độ NaOH sử dụng là 2% và 3%, hàm lượng protein còn lại trong nguyên liệu lần lượt là 0,8% và 0,4%, tất cả đều thấp hơn tiêu chuẩn cho phép. Tuy ở nồng độ NaOH 3%, hàm lượng protein còn lại rất thấp khoảng 0,4% nhưng nồng độ sử dụng là khá cao. Mặt khác, ở nồng độ NaOH 2% hàm lượng protein còn lại khoảng 0,8% đạt tiêu chuẩn chất lượng của Chitin. Vậy nồng độ NaOH được cho là thích hợp để thủy phân protein lần II là 2%. So với quy trình sản xuất Chitin - Chitosan của Trung tâm chế biến Trường Đại học Nha Trang với nồng độ NaOH sử dụng là 6%, hay nghiên cứu của GV Đỗ Minh Phụng, trường Đại học Nha Trang với nồng độ NaOH sử dụng là 8% [7] thì nồng độ hóa chất sử dụng trong sản xuất được giảm rất nhiều.
3.3.2 Kết quả nghiên cứu xác định thời gian khử protein lần II bằng NaOH
Để xác định thời gian xử lý tốt nhất cho NaOH, các thí nghiệm được bố trí trong những khoảng thời gian khác nhau (từ 8 tới 14 giờ) ở cùng điều kiện nhiệt độ 50oC, nồng độ NaOH 2%, tỷ lệ NaOH/đầu tôm (v/w) = 5/1. Kết quả được thể hiện ở Hình 3.6 1,1 0,9 0,8 0,6 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 8 10 12 14
Thời gian (giờ)
H à m l ư ợ n g p ro te in ( % )
Hình 3.6 Ảnh hưởng của thời gian tới khả năng khử protein lần II bằng NaOH 2%
Kết quả cho thấy, khi thời gian khử càng lâu (từ 8 giờ tới 14 giờ) thì hàm lượng protein còn lại trong đầu tôm càng giảm (từ 1,1% xuống 0,6%). Điều này chứng tỏ, thời gian khử càng kéo dài thì hiệu quả khử protein càng tốt. Tuy nhiên, đồng nghĩa với việc tăng thời gian (giảm hàm lượng protein còn lại trong đầu tôm) thì chất lượng của Chitin – Chitosan cũng bị giảm dần do tăng độ cắt mạch Chitin làm giảm độ nhớt của Chitosan và tăng chi phí sản xuất do thời gian kéo dài. Vì vậy, để cân đối các yếu tố trong sản xuất đề tài đưa ra thời gian khử NaOH 2% thích hợp là 10 giờ với hàm lượng protein còn lại 0,9%, thỏa mãn yêu cầu chất lượng Chitin công nghiệp. So với nghiên cứu kết hợp enzyme protease trong công nghệ sản xuất Chitin của TS. Trang Sĩ Trung [15], thì công đoạn khử phần protein còn lại bằng NaOH 2% trong 12 giờ, nhận thấy có sự khác biệt về thời gian xử lý, điều này
do hàm lượng protein trong nguyên liệu sau khi xử lý bằng enzyme và chế độ xử lý nhiệt của hai nghiên cứu là khác nhau dẫn đến thời gian xử lý khác nhau.
Vậy chế độ khử protein trong đầu tôm lần II bằng NaOH được thực hiện ở các điều kiện:
- Nhiệt độ: 50oC
- Thời gian: 10 giờ
- Nồng độ NaOH: 2%
- Tỷ lệ Nguyên liệu/NaOH: 1/5 (w/v)
Với chế độ khử protein trên thì hàm lượng protein còn lại trong nguyên liệu đầu tôm khoảng 0,9%.
3.4 Kết quả khử khoáng bằng HCl
Thí nghiệm khử khoáng được thực hiện trong điều kiện nồng độ HCl 4%, thời gian xử lý 6 giờ, ở nhiệt độ phòng, theo nghiên cứu của TS. Trang Sĩ Trung [15]. Kết quả thu được hàm lượng tro tổng số trong nguyên liệu sau khi khử khoáng là 0,98 ± 0,08%, điều này chứng tỏ quá trình khử khoáng đạt hiệu quả.
3.5 Đánh giá chất lượng Chitin
Sau khi hoàn thành các quá trình khử protein và khử khoáng từ hai quy trình (quy trình nghiên cứu sản xuất và quy trình đối chứng) thu được hai loại Chitin, Chitin 1: Chitin thu được từ quy trình sản xuất có sử dụng enzyme để thủy phân protein, Chitin 2: Chitin thu được từ quy trình sản xuất đối chứng theo phương pháp hóa học thông thường. Tiến hành đánh giá các chỉ tiêu màu sắc, độ ẩm, hàm lượng tro tổng số, hàm lượng protein của nguyên liệu, kết quả được trình bày trong Bảng 3.2
Bảng 3.2 Chỉ tiêu chất lượng cơ bản của Chitin
STT Chỉ tiêu phân tích Chitin 1 Chitin 2
1 Màu sắc Trắng hồng Trắng đục
2 Độ ẩm (%) 12,03 ± 1,3 13,3 ± 1,6
3 Hàm lượng tro tổng số (%) 0,98 ± 0,08 2,8 ± 1,1 4 Hàm lượng protein (%) 0,93 ± 0,08 3,3 ± 0,6
Kết quả trong Bảng 3.2 cho thấy, chất lượng Chitin thu được từ quy trình sản xuất có sử dụng enzyme cao hơn nhiều so với quy trình sản xuất đối chứng (sản xuất theo phương pháp hóa học), thể hiện hàm lượng tro và hàm lượng protein còn lại trong nguyên liệu đều dưới 1%, ở quy trình đối chứng còn lại lần lượt là 2,8% và 3,3%. Với chất lượng như vậy, Chitin sản xuất theo quy trình kết hợp sử dụng enzyme đã đáp ứng được yêu cầu chất lượng của Chitin công nghiệp (Mukku và cộng sự, 2007) [20].
3.6 Đánh giá chất lượng Chitosan
Chitosan thu được bằng deacety Chitin trong điều kiện NaOH 70%, nhiệt độ 80oC, thời gian 8 giờ, với tỷ lệ NaOH/nguyên liệu = 5/1 (theo TS. Trang Sĩ Trung, 2008, Báo cáo đề tài cấp Bộ, Trường Đại Học Nha Trang) [16], sau khi thu được Chitosan tiến hành đánh giá chất lượng và so sánh với quy trình sản xuất đối chứng theo phương pháp hóa học. Kết quả được thể hiện trong Bảng 3.3
Bảng 3.3 Chỉ tiêu chất lượng cơ bản của Chitosan
STT Chỉ tiêu chất lượng Chitosan 1 Chitosan 2
1 Màu sắc Trắng sáng Trắng đục 2 Độ ẩm (%) 12,25 ± 0,05 13,1 ± 0,40 3 Hàm lượng tro (%) 0,95 ± 0,07 1,7 ± 0,30 4 Hàm lượng Protein (%) 0,78 ± 0,09 1,3 ± 0,20 5 Độ nhớt (cps) 1047 ± 56 514 ± 34 6 Độ tan (%) 96,5 ± 0,30 94,1 ± 0,30 7 Độ đục (NTU) 19,7 ± 0,60 24,9 ± 2,60
8 Tổng số vi khuẩn hiếu khí (CFU/g) 1,4 x 103 -
9 Staphylococcus aureus KPH -
10 Escherichia coli KPH -
11 Salmonella KPH -
12 Clostridium KPH -
Chitosan 1: Chitosan sản xuất từ Chitin 1; Chitosan 2: Chitosan sản xuất từ
Kết quả cho thấy, Chitosan sản xuất từ quy trình kết hợp xử lý bằng enzyme (Chitosan 1) có các chỉ tiêu chất lượng tốt hơn so với mẫu Chitosan sản xuất theo phương pháp hóa học (Chitosan 2) làm đối chứng, cụ thể Chitosan 1 có hàm lượng protein và tro thấp hơn, độ tan tốt hơn, độ đục thấp hơn, đặc biệt Chitosan 1 có độ nhớt cao hơn rất nhiều so với Chitosan 2. Kết quả tương tự về việc tăng độ nhớt cũng được đề cập bởi tác giả Trần Thị Luyến khi sử dụng enzyme papain [9], điều này có thể là do sử dụng enzyme thì ảnh hưởng của quá trình cắt mạch Chitosan xảy ra ít hơn vì enzyme hoạt động có tính đặc hiệu cao hơn so với việc sử dụng hóa chất (NaOH) để khử protein. Kiển tra các chỉ tiêu vi sinh của mẫu Chitosan thu được từ quy trình kết hợp xử lý bằng enzyme (Bảng 3.3) cho thấy, Chitosan thu được từ quy trình này hoàn toàn có thể ứng dụng trong các lĩnh vực, đặc biệt trong lĩnh vực bảo quản thực phẩm và y học đem lại thu nhập cao cho người sản suất.
Hình 3.7 Quy trình sản xuất Chitin – Chitosan
Nguyên liệu đầu tôm
Bã ép 1
Khử protein bằng enzyme Neutrase
Điều kiện: - Nhiệt độ: 55 oC - Thời gian: 6 giờ
- Tỷ lệ enzyme/đầu tôm (v/w) = 0,4% - pH = 6,5 - Tỷ lệ nước/đầu tôm = 2/1 Dịch ép 2 Khử protein bằng NaOH Khử khoáng bằng HCl Rửa Chitin Chitosan Rửa
Thời gian: 6 giờ Nồng độ HCl: 4% Tỷ lệ (w/v): 1/5 Nhiệt độ thường
Deacetyl bằng NaOH 70% Thời gian: 10 giờ
Nồng độ NaOH: 2% Tỷ lệ (w/v): 1/5 Nhiệt độ : 50oC Bã ép 2 Tỷ lệ 1/5 (w/v), 8 giờ, 80oC Ép Dịch ép 1 Ép
* Giải thích quy trình
Nguyên liệu đầu tôm sau khi rửa sạch, để ráo và loại bỏ tạp chất được tiến hành ép bằng máy ép trục vít nhằm loại bớt các thành phần protein, khoáng, nước,…có trong nguyên liệu đi ra theo dịch ép. Phần bã ép còn lại được tiến hành khử protein lần I bằng enzyme protease Neutrase trong điều kiện tỷ lệ enzyme/nguyên liệu là 0,4%, nhiệt độ 55oC, thời gian 6 giờ, pH 6,5, tỷ lệ bổ sung nước/nguyên liệu bằng 2/1, kết thúc quá trình thủy phân tiến hành ép để phân tách hỗn hợp thành hai phần bã ép và dịch ép. Phần bã ép tiếp tục được khử protein lần II bằng NaOH 2%, ở 50oC trong 10 giờ, rửa sạch thu được sản phẩm có hàm lượng protein dưới 1%. Đem sản phẩm đó khử khoáng bằng HCl 4%, trong 6 giờ ở nhiệt độ phòng, sau đó rửa sạch HCl bằng nước, phơi khô thu được Chitin. Tiếp tục deacetyl Chitin thu được với NaOH 70% trong 8 giờ ở 80oC thu được sản phẩm cuối cùng là Chitosan.
Chương 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận
- Phế liệu đầu tôm thẻ chân trắng có hàm lượng khoáng và protein tương ứng là 27,4% và 50,5%.
- Phế liệu đầu tôm thẻ chân trắng sau khi ép có hàm lượng khoáng và protein tương ứng là 18,7% và 24,5%.
- Công đoạn ép đã loại được 40,33% khối lượng phế liệu tôm.
- Đầu tôm sau khi ép được xử lý enzyme với tỷ lệ enzyme/đầu tôm = 0,4%, nhiệt độ 55oC, thời gian 6 giờ, pH = 6,5, tỷ nước/nguyên liệu = 2/1 đã khử được 86,3% hàm lượng protein trong nguyên liệu, hàm lượng protein còn lại là 6,9%.
- Mẫu đã xử lý enzyme được khử protein lần II bằng NaOH với nồng độ 2%, thời gian 10 giờ, nhiệt độ 50oC, tỷ lệ NaOH/nguyên liệu = 5/1, kết quả hàm lượng protein còn lại trong nguyên liệu là 0,9%.
- Kết quả khử khoáng bằng HCl 4%, ở nhiệt độ thường, trong thời gian 6 giờ, hàm lượng khoáng còn lại trong nguyên liệu là 0,98%
- Chitin có hàm lượng tro tổng số 0,98%, hàm lượng protein 0,93%.
- Chitosan có hàm lượng khoáng 0,95%, hàm lượng protein 0,78%, độ nhớt 1047 cps, độ tan 96,5%, độ đục 19,7% và các chỉ tiêu vi sinh đạt tiêu chuẩn sử dụng trong công nghệ thực phẩm.
4.2 Kiến nghị
- Từ kết quả nghiên cứu đạt được, tiếp tục triển khai thí nghiệm theo phương pháp kết hợp xử lý enzyme trên quy mô lớn hơn, tiến tới sản xuất trên quy mô công nghiệp.
- Nghiên cứu tận thu dịch ép đầu tôm trước và sau khi xử lý bằng enzyme. - Nghiên cứu tác động tới môi trường của quy trình kết hợp xử lý bằng enzyme.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt
1. Bộ Nông nghiệp & Phát triển nông thôn (2009), Báo cáo tổng kết năm 2006, 2007, 2008, 2009.
2. Nguyễn Trọng Cẩn, Nguyễn Thượng Hiền, Đỗ Thị Giang, Trần Thị Luyến (1998), Công nghệ enzyme, Nhà xuất bản nông nghiệp, Tp. HCM.
3. Lê Thanh Cường (2006), Nghiên cứu điều kiện xử lý hóa học phế liệu tôm đã
qua công đoạn khử protein bằng enzyme Protamex trong công nghệ sản xuất
Chitin, Trường Đại học Nha Trang.
4. Nguyễn Việt Dũng (1999), Nghiên cứu sự biến đổi của tôm sau khi chết và
phương pháp bảo quản tôm nguyên liệu, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Kỹ thuật, TP. Hồ Chí Minh.
5. Trần Cảnh Đình, Vũ Xuân Sơn, Nguyễn Thị Hường (2010), Nghiên cứu chế độ thủy phân đầu tôm bằng enzyme, Viện Nghiên cứu Hải sản, TP. Hải Phòng.
6. Hà Văn Hùng (2006), Nghiên cứu thu hồi hỗn hợp Protein-Astaxanthin trong dịch thải của quy trình sản xuất Chitin từ phế liệu tôm, Trường Đại học Nha Trang, Khánh Hòa.
7. Trần Thị Luyến, Đỗ Minh Phụng (1996), Công nghệ chế biến tổng hợp-tập
3,Trường Đại học Thủy sản, Nha Trang.
8. Trần Thị Luyến (2000), Hoàn thiện quy trình sản xuất Chitin – Chitosan và chế biến một số sản phẩm công nghiệp khác từ phế liệu tôm, Báo cáo khoa học – đề tài cấp Bộ, Trường Đại học Thủy Sản, Nha Trang.
9. Trần Thị Luyến và cộng sự (2003), Nghiên cứu sản xuất Chitosan bằng
enzyme papain, Tạp chí KHCN Thuỷ sản, số 1, trang 3-8, Trường Đại học Thủy sản, Nha Trang.
10. Trần Thị Luyến và cộng sự (2003), Nghiên cứu sản xuất Chitosan từ vỏ tôm
sú bằng phương pháp hoá học với một công đoạn xử lý kiềm, Tạp chí KHCN Thuỷ sản, Đại học Thuỷ sản, số 5, tr.18-20.
11. Trần Thị Luyến, Đỗ Minh Phụng, Nguyễn Anh Tuấn (2003), Sản xuất các
chế phẩm kỹ thuật và y dược từ phế liệu thuỷ sản, Nhà xuất bản Nông nghiệp.
12. Trần Thị Luyến (2004), Báo cáo tổng kết dự án sản xuất thử nghiệm cấp bộ sản
xuất Chitin, Chitosan từ phế liệu chế biến thuỷ sản, Mã số B2002-33-01-DA, Trường Đại học Thủy sản, Nha Trang.
13. Tạp chí Thương mại Thủy sản (3/2010), Nuôi tôm biển ở Châu Á năm 2009: su hướng sản lượng, Số 123.
14. Nguyễn Minh Trí, Lương Thị Xuyến, Nguyễn Thị Thanh Hải, Đỗ Thị Ánh Hòa (2009), Ép tách protein từ đầu tôm thẻ (Penaeus vannamei) trong sản xuất
Chitin và bổ sung vào chượp trong sản xuất nước mắn, Tạp chí Khoa học – Công nghệ Thủy Sản, Trường Đại học Nha Trang.
15. Trang Sĩ Trung (2007), Nghiên cứu kết hợp enzyme protease trong công
nghệ sản xuất Chitin từ phế liệu đầu vỏ tôm, Tạp chí Khoa học – Công nghệ Thủy sản, số 3, Trường Đại học Nha Trang.
16. Trang Sĩ Trung (2008), Báo cáo đề tài cấp Bộ, Trường Đại Học Nha Trang. 17. Trang Sĩ Trung (2009), Đánh giá chất lượng sản phẩm và hiệu quả môi
trường của quy trình sản xuất Chitin cải tiến kết hợp sử dụng enzyme. Tạp chí Khoa học – Công nghệ Thủy sản, số 1, Trường Đại Học Nha Trang.
Tài liệu tiếng Anh
18. AOAC, 1990. Official Method of Analysis, 15th ed. Arlington, VA: Association of Official Analytical Chemists.
19. Holanda, H. D. D, Netto, F. M (2006), Recovery of components from shirmp (Xiphopenaeus kroyeri) processing waste by enzymatic hydrolysis. Journal of Food Science, 71, 298-303.
20. Mukku S. R., Kyaw, A. K., Trung, Trang Si. Stevens, W. F. 2007. Optimun parameters for production of chitin and chitosan from Squilla. Journal of Applied Polymer Science, 103, 3694-3700.
21. Pratya Charoenvuttitham; John Shi; Gauri S. Mittal-Canada “Chitin extraction from black tiger shrimp waste using organic acids”
22. Rao, Mukku Shrinivas and Stevens, Willem F (2005), Chitin production by Lactobacillus fermentation of shrimp biowaste in a drum reactor and its chemical conversion to Chitosan. Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 80, 1080-1087.
23. Rasa Slizyte, Egidijus Dauksas, Eva Falch, Ivar Storro, Turid Rustad (2004),
Characteristics of protein fractions generated from hydrolysed cod (Gadus morhua) by-products. Process Biochemistry 40, 2021–2033.
24. Rose Meire Vidotti, Elisabete Maria Macedo Viegas, Dalton José Carneiro (2003), Amino acid composition of processed fish silage using different raw materials, Animal Feed Science and Technology 105, 199-20
25. Simpson, B. K., Gagne, N. and Simpson, M. V. (1994) Bioprocessing of Chitin and Chitosan, in Fisheries Processing Biotechnological applications,
PHỤ LỤC
Phụ lục 1. CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Bảng 1 Ảnh hưởng của nồng độ tới hiệu suất thủy phân của enzyme
Neutrase
Tỷ lệ enzyme/đầu tôm (%) Hiệu suất thủy phân protein (%)
0 61,93 ± 0,52 0,1 62,5 ± 0,75 0,2 68,56 ± 0,73 0,3 74,88 ± 0,45 0,4 78,17 ± 0,65 0,5 80,04 ± 0,41
Bảng 2 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới thời gian thủy phân của enzyme
Neutrase
Nhiệt độ (oC) Hiệu suất thủy phân protein (%)
35 67,21 ± 0,86 40 69,26 ± 0,46 45 71,29 ± 0,44 50 75,98 ± 0,89