M Ở ĐẦU
1.5.MỘT SỐ QUY TRÌNH SẢN XUẤT CARRAGEENAN
1.5.1. Một số phương pháp xử lý rong trước khi nấu chiết + Xử lý trong môi trường nước nóng
Môi trường nước nóng có tác dụng:
Làm trương nở tế bào rong.
Tách bớt một lượng nhỏ chất màu, chất khoáng hòa tan.
Làm yếu liên kết glucozide của màng cellulose và màng tế bào cây rong.
+ Xử lý trong môi trường kiềm
Người ta thường dùng NaOH để xử lý rong trước khi nấu chiết.
Dung dịch NaOH có tác dụng sau:
Thủy phân bào mòn màng cellulose và phá vỡ nhiều lớp tế bào sắc tố, khử sắt trong rong.
Dung dịch NaOH có tác dụng khử ion SO42- có trong mixen
carrageenan, làm tăng sức đông của carrageenan.
Việc sử dụng kiềm để xử lý rong mang lại nhiều ưu điểm tuy nhiên một số khoáng Ca, Mg,… lại không được tách ra trong môi trường kiềm.
+ Xử lý trong môi trường acid
Môi trường acid có tác dụng sau:
Thủy phân bào mòn màng cellulose của cây rong đồng thời làm suy giảm liên kết màng tế bào chứa carrageenan, làm vỡ tế bào ngoại bì chứa đầy sắc tố, loại sắc tố ra khỏi cây rong.
27
Acid có tác dụng khử khoáng và các tạp chất khác.
Môi trường acid có những ưu điểm riêng song cũng còn có những
mặt hạn chế như nó không loại bỏ được ion SO42-….
+ Xử lý bằng formandehyt:
Formandehyt tương tác với protein phá vỡ cấu trúc hydratcacbon có
trong cây rong góp phần nâng cao chất lượng của cây rong, cố định các chất hữu cơ.
+ Xử lý bằng enzyme viscozyme L
Enzyme viscozyme L có tác dụng thủy phân bào mòn màng cellulose của thân rong, làm vỡ tế bào ngoại bì chứa sắc tố và một số
chất khác, giúp loại phần nào những tạp chất này ra khỏi thân rong, tăng
hiệu quả thu carrageenan.
1.5.2. Kỹ thuật nấu chiết carrageenan
Nấu chiết carrageenan là khâu quan trọng và chủ yếu của toàn bộ
quy trình sản xuất carrageenan. Mục tiêu của công đoạn này là dùng
nhiệt để hòa tan carrageenan trong nước tạo điều kiện cho quá trình thu
nhận carrageenan dễ dàng và đảm bảo hiệu suất thu hồi carrageenan cao. Trong quá trình nấu chiết có nhiều yếu tốảnh hưởng tới hai mục tiêu này
như môi trường nấu chiết, nhiệt độ, thời gian, lượng nước,…
+ Môi trường nấu chiết
Theo nhiều nghiên cứu cho thấy môi trường nấu chiết có pH = 4.8
là môi trường cho sức đông của carrageenan thu được cao nhất. Khi nấu
trong môi trường kiềm yếu đủ để phá vỡ màng tế bào của rong giải phóng carrageenan ra dung dịch đồng thời sẽ góp phần trung hòa lượng aicd tạo thành, do đó sức đông của carrageenan tăng.
28
+ Nhiệt độ xử lý enzyme
Muốn nâng cao hiệu suất chiết rút carrageenan cần phải nấu chiết ở
nhiệt độ cao hơn nhiệt độ hòa tan của nó. Nếu nhiệt độ nấu chiết cao thì
thời gian nấu giảm nhưng carrageenan bị thủy phân cắt mạch nên sức
đông giảm. Nếu nhiệt độ nấu chiết thấp thì thời gian nấu kéo dài và carrageenan cũng bị thủy phân cắt mạch làm sức đông giảm và hiệu suất trích ly giảm. Việc nấu chiết ở nhiệt độ thích hợp sẽ giúp cho việc lọc dễ dàng hơn.
+ Thời gian nấu chiết
Thời gian nấu chiết phụ thuộc vào phương pháp xử lý rong trước khi nấu chiết, môi trường nấu chiết và nhiệt độ nấu chiết. Nếu thời gian nấu chiết quá dài làm cho một số phân tử carrageenan bị thủy phân cắt mạch làm giảm sức đông. Nếu thời gian quá ngắn thì hiệu suất thu carrageenan thấp.
+ Tỷ lệ nước nấu
Lượng nước nấu ảnh hưởng lớn đến tỷ lệ thu hồi carrageenan. Nếu
lượng nước nấu quá lớn dẫn đến dung dịch keo có nồng độ thấp và thể
tích dung dịch chứa carrageenan lớn, gây tốn kém cho việc tách nước,
nhưng có ưu điểm là dễ lọc, hiệu suất chiết cao. Nếu lượng nước nấu ít làm nồng độ dịch keo cao, độ nhớt lớn khó lọc nên carrageenan còn giữ
lại ở nguyên liệu nhiều nên dễ gây thất thoát carrageenan. Do vậy cần xác định lượng nước nấu hợp lý để sau khi nấu dịch keo thỏa mãn yêu cầu là dịch keo dễ lọc và hiệu suất thu carrageenan cao.
29
1.5.3. Giới thiệu một số quy trình sản xuất carrageenan + Phương pháp của Pliste + Phương pháp của Pliste
Rong Chrondus Rửa Cắt nhỏ Ngâm Làm lạnh Kết tủa Ly tâm Sấy Thành phẩm Lọc ép Làm trong Lọc Bột trợ lọc Nước nóng t = 180 - 200oc T = 40- 60 phút Bã lọc
30
+ Quy trình sản xuất carrageenan của tác giả Đống Thị Anh Đào
Xử lý tẩy màu, mùi Rong sụn Lọc bã Rửa loại bỏ tạp chất Trích ly Kết tủa Hòa tan Nghiền Carrageena n Xay nghiền Tách Ngâm Dung Dịch Xử lý Tạo màng Bánh tráng Sấy khô Rong khô Thẩm thấu muối Thẩm thấu đường Mứt Rong muối Sấy Xử lý
31
+ Quy trình sản xuất carrageenan theo GS. Trần Thị Luyến
Rong sụn Xử lý kiềm Rửa Nấu chiết Cô đặc Làm nguội Tách nước (dùng cồn 96%) Phơi khô Lọc Để đông Cắt sợi, thỏi Cấp đông Rã đông Phơi khô Kết tủa bằng dung dịch KCl 1,5% Rửa Để ráo nước
Phơi hoặc sấy khô
32
CHƯƠNG II
NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU
2.1.1. Rong nguyên liệu
Đối tượng nghiên cứu là rong sụn kappaphycus alvarezii (Doty)
Doty, nuôi trồng và khai thác tại thị xã Cam Ranh, tỉnh Khánh Hòa. Rong sụn sau khi thu hoạch phơi khô đến độ ẩm khoảng 25%, hàm
lượng carrageenan 24.5 % và bảo quản dùng làm nguyên liệu tách chiết carrageenan.
2.1.2. Enzyme viscozyme L
Enzyme viscozyme L được sản xuất từ chủng Aspergillus aculeatus
do công ty NHH TM-DV Nam Giang, 133/11 Hồ Văn Huê – P.9 – Quận Phú Nhuận – Tp. Hồ Chí Minh nhập khẩu và cung cấp.
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.2.1. Các phương pháp phân tích 2.2.1. Các phương pháp phân tích
+ Xác định độ ẩm bằng phương pháp sấy ở nhiệt độ 100 -1050C Nguyên lý: Dùng nhiệt độ cao làm bay hết nước trong sản phẩm. Dựa vào khối lượng nước và sau khi đó tính ra phần trăm (%) nước trong mẫu
Tiến hành: Cân chính xác a gam carrageena dạng sợi đã được cắt nhỏ cho vào cốc sấy (cốc sấy đã được sấy đến khối lượng không đổi) tiến hành sấy lên tục trong tủ ở t0 =100-1050C 5 giờ. Sấy song đêm làm
nguội trong bình hút ẩm và đêm cân ở cân phân tích. Sau đó lại cho vào tủ sấy ở 100- 1050C trong 30 phút, rồi lấy ra làm nguội trong bình hút
33
Tính kết quả:
Độẩm được tính theo công thức:
( ).100% P B A W Trong đó:
A: Khối lượng của cốc sấy và carrageenan trước khi sấy (g). B: Khối lượng của cốc sấy và carrageenan sau khi sấy (g). P: Khối lượng mẫu đem thí nghiệm (a gam).
+ Phương pháp định lượng Carrageenan
Hàm lượng carrageenan được xác định theo công thức sau:
% 100 . ) 100 .( ) 100 .( W M w m C . Trong đó: C: Hàm lượng carrageenan (%).
m: Khối lượng carrageenan (g). M: Khối lượng rong (g).
w: Độẩm của carrageenan ( %).
W: Độẩm của rong (%)
+ Xác định sức đông của carrageenan
Sức đông của carrageenan là lực tác dụng lên 1 cm2 bề mặt thạch để
bề mặt thạch bắt đầu bị vỡ ra (đơn vị: g/cm2).
Tiến hành đo sức đông của carrageenan ở nồng độ 1.5%.
Điều chế dịch có nồng độ 1.5%
Giả sử carrageenan thu được độẩm là a % khi đó hàm lượng chất khô sẽ
chiếm là (100 – a) %. Như vậy trong 100 g sản phẩm thu được là (100 – a) g chất khô.
34
Để điều chế carrageenan có nồng độ 1.5% theo chất khô ta áp
dụng.
Từ 100g sản phẩm (100-a) g chất khô
b g 1.5g
Ta có b = (1.5×100) / (100-a) g.
Vậy muốn điều chế dịch có nồng độ 1.5% thì cần b (g) carrageenan
(có độẩm a%) hòa tan trong (100-b)ml nước.
Sau khi tính hàm lượng carrageenan và lượng nước cần thiết cho
vào đun sôi để hòa tan carrageenan hòa toàn. Đổ ra khuôn để đông và
tiến hành đo sức đông bằng máy đo sức đông.
+ Xác định độ nhớt của carrageenan
Điều chỉnh dịch có nồng độ 1.5% đo độ nhớt ở 75oC.
Để đo độ nhớt của carrageenan bằng máy đo độ nhớt Model NDJ-
35
2.2.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm 2.2.2.1. Quy trình dự kiến
Rong nguyên liệu
Ngâm, rửa Xử lý bằng enzyme viscozyme L Rửa Cân Nấu chiết Lọc và thu dịch carrageenan Làm lạnh đông Tan băng Tách nước
Phơi hoặc sấy khô
36
+ Giải thích quy trình
- Rong nguyên liệu: Rong sau khi thu hái được đem rửa sạch bùn
đất tạp chất bằng nước ngọt để, sau đó được đem đi phơi khô dưới ánh
nắng mặt trời đến độ ẩm khoảng 18 - 25%, hàm lượng carrageenan 24,5 % và bảo quản dùng làm nguyên liệu tách chiết carrageenan.
- Ngâm nước và rửa: Mục đích là làm cho tế bào rong trương nở
giống như trạng thái ban đầu, để enzyme dễ dàng thủy phân hơn, thời
gian ngâm khoảng 8h ÷ 10h. Sau khi ngâm nước, rong được đem rửa để
loại bớt muối và một số tạp chất khác bám trên thân rong, tránh tạp chát
ảnh hưởng đến chát lượng carrageenan sau này.
- Xử lý enzyme viscozyme: Rong sau khi rửa được đem đi xử lý enzyme với các thông số sau: lượng nước gấp 20 lần trọng lượng rong khô, nhiệt độ xử lý: 45oC, thời gian xử lý: 60 phút.
Mục đích của việc xử lý enzyme là dưới tác dụng của enzyme viscozyme L màng cellulose trên thân rong bị bào mòn và thủy phân nên bị phá vỡ tạo điều kiện thận lợi cho quá trình chiết rút carrageenan sau này. Trong quá trình xử lý một số tạp chất như: chất màu, protein và một số tạp chất khác cũng bị tách ra cùng với phần cellulose.
- Rửa: Mục đích là loại bỏ những tạp chất được tạo ra sau quá trình thủy phân bằng enzyme như: enzyme, glucose, chất màu, protein…tránh
ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sau khi nấu chiết.
- Nấu chiết: Trong sản xuất carrageenan nấu chiết là một khâu quan trọng và chủ yếu của toàn bộ quy trình sản xuất carrageenan. Vì vậy tiến hành nghiên cứu các thông số cho quá trình nấu chiết.
37
- Lọc: Tiến hành lọc hỗn hợp qua 2 lớp vải ở nhiệt độ khoảng 70 ÷ 80oC để thu dung dịch carageenan. Mục đích của quá trình lọc ở 70 ÷ 80oC nhằm đảm bảo cho độ nhớt của dung dịch thấp, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lọc.
- Bổ sung KCl: Sau khi lọc, dịch lọc được bổ sung KCl 0.3% so với dịch lọc. KCl có tác dụng làm tăng sức đông của carrageenan.
- Để đông và cắt thỏi: Sau khi bổ sung KCl vào dịch lọc, dịch lọc
được để tạo gel trong môi trường tự nhiên, sau đó đem cắt sợi để rút ngắn thời gian làm đông sau này, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình
tách nước.
- Lạnh đông: Tiến hành làm đông chậm ở nhiệt độ -18 ÷ -20oC, thời
gian lạnh đông là 36 giờ. Sau đó tiến hành tan băng nhanh để tách nước ra khỏi carrageenan.
- Phơi hay sấy: Sau khi tách nước, carrageenan được đem đi phơi dưới ánh nắng mặt trời hoặc sấy ở nhiệt độ < 60oC cho đến khi đạt độẩm 18 - 20% thì bao gói và bảo quản ở nhiệt độ thường.
38
2.2.2.2. Bố trí thí nghiệm + Xác định nồng độ enzyme
Rửa
Xử lý enzyme ở các nồng độ khác nhau(%) Rong nguyên liệu
Ngâm, rửa
Xử lý bằng viscozyme L
Lọc, thu dịch carrageenan Để đông và cắt sợi, cắt thỏi
Làm đông Tan băng Phơi, sấy khô Thu carrageenan 1.2 5 1.5 1.7 5 2 0.7 5 0.5 0.25 0 1
Đành giá chất lượng carrageenan
39
+ Xác định tỷ lệ nước nấu/rong trong công đoạn nấu chiết
Rửa
Nấu chiết với tỷ lệ nước/rong khác nhau Rong nguyên liệu
Ngâm, rửa
Xử lý bằng enzyme viscozyme L
Lọc, thu dịch carrageenan Để đông và cắt sợi, cắt thỏi
Làm đông Tan băng
Phơi, sấy khô
carrageenan
Đánh giá chất lượng carrageenan thu nhận
Chọn tỷ lệ nước/rong
45/1 50/1 55/1 60/1
40
+ Xác định nhiệt độ xử lý enzyme
Rửa
Nấu chiết Rong nguyên liệu
Ngâm, rửa
Xử lý bằng enzyme viscozyme L
Lọc, thu dịch carrageenan Để đông và cắt sợi, cắt thỏi
Làm đông
Tan băng
Phơi, sấy khô
Thu carrageenan
40oC 45oC 50oC 55oC 60oC
35oC
Đánh giá chất lượng carrageenan thu nhận
41
+ Xác định thời gian nấu chiết
Rong nguyên liệu Rong nguyên liệu
Rửa Ngâm, rửa
Lọc, thu dịch carrageenan Để đông và cắt sợi, cắt thỏi
Làm đông Tan băng Phơi, sấy khô Thu carrageenan
Nấu chiết với thời gian khác nhau Rong nguyên liệu
Xử lý bằng enzyme viscozyme L
60 phút 70 phút 80 phút 90 phút 100 phút 110 phút
Đánh giá chất lượng carrageenan thu nhận Chọn thời gian thích hợp
42
+ Xác định pH để nấu chiết
Rửa
Nấu chiết Rong nguyên liệu
Ngâm, rửa Xử lý bằng viscozyme
Lọc, thu dịch carrageenan Để đông và cắt sợi, cắt thỏi
Làm đông
Tan băng Phơi, sấy khô
Thu carrageenan 5,2 5,4 5,6 5,8 6 4,8 4,6 4,2 4 5
Đánh giá chất lượng carrageenan Chọn pH nấu thích hợp
43
2.3. DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT
+ Dụng cụ: Sử dụng các thiết bị hiện có trong phòng thí nghiệm như: thiết bị điều nhiệt, thiết bị đo sức đông, tủ sấy và một số dụng cụ thí nghiệm cần thiết khác.
+ Hóa chất: các loại hóa chất: CH3COOH, CH3COONa, KCl, H2SO4,
NaOH,… đều là hóa chất tinh khiết của Trung Quốc, đạt tiêu chuẩn dùng cho
phân tích.
2.4. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU
Các thí nghiệm đều tiến hành 3 lần, kết quả là trung bình chung giữa các lần thí nghiệm. Xử lý số liệu và vẽ đồ thị bằng phần mềm Microsoft Word 6.0 với R2 0.95.
44
CHƯƠNG III
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THÍCH HỢP CHO QUY TRÌNH SẢN XUẤT CARRAGEENAN TỪ RONG SỤN BẰNG TRÌNH SẢN XUẤT CARRAGEENAN TỪ RONG SỤN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG ENZYME VISCOZYME L
3.1.1. Xác định nồng độ enzyme trong công đoạn xử lý
Tiến hành 9 mẫu thí nghiệm xử lý rong sụn bằng enzyme viscozyme L ở
nhiệt độ 55oC trong khoảng thời gian là 60 phút, pH = 4.8, với tỷ lệ
enzyme sử dụng là : mẫu1(0%), mẫu 2(0.25 %)… mẫu 9(2%) . Các mẫu thí nghiệm đều sử dụng 0,15g rong. Sau khi xử lý rong được sử dụng để
nấu chiết carrageenan ở nhiệt độ 90 - 950C, trong thời gian 60 phút. Sau khi nấu, ép, lọc sấy khô thu carrageenan và đánh giá hiệu suất, độ nhớt, sức đông của carrageenan. Kết quả đánh giá được thể hiện ở các hình: 3.1, 3.2 và 3.3.
45
Hình 3.1. Ảnh hường của nồng độ xử lí bằng enzyme viscozyme L đến hiệu suất thu nhận carrageenan
Hình 3.2. Ảnh hường của nồng độ xử lí bằng enzyme viscozyme L đến sức
46
Hình 3.3. Ảnh hường của nồng độ xử lí bằng enzyme viscozyme L đến độ
nhớt carrageenan
Từ kết quả nghiên cứu ở bảng 3.1 và các hình 3.1, 3.2 và 3.3 cho thấy:
Về mặt hiệu suất thu carrageenan: kết quả phân tích ở hình 3.1 cho
thấy nồng độ emzyme có ảnh hường đến hiệu suất thu nhận
carrageenan. Khi tăng nồng độ enzyme từ 0-1% thì hiệu suất thu nhận carrageenan tăng và đạt cao nhất khi nồng độ enzyme đạt 1%.
Nếu tiếp tục tăng lớn hơn 1% thì hiệu suất thu carrageenan lại giảm.
Kết quả này có thể giải thích là do bản thân viscozyme có khả năng
cắt các liên kết của carrageenan. Vì vậy khi nồng độ enzyme cao sẽ
thủy phân làm giảm hiệu suất của hỗn hợp.
Về mặt sức đông của carrageenan: kết quả phân tích ở hình 3.2 cho
thấy nồng độ enzyme có ảnh hường đến sức đông của carrageenan.
47
cực đại khi nồng độ enzyme là 1%. Khi tiếp tục tăng nồng độ
enzyme từ 1-2% thì sức đông giảm dần. Kết quả này có thể giải thích là do bản thân viscozyme có khả năng cắt các liên kết của carrageenan. Vì vậy khi nồng độ enzyme cao sẽ thủy phân làm giảm