Giới thiệu một số quy trình sản xuất carrageenan

M Ở ĐẦU

1.5.3.Giới thiệu một số quy trình sản xuất carrageenan

+ 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 sức đông của hỗn hợp.

 Về mặt độ nhớt của carrageenan: kết quả phân tích ở hình 3.3 cho thấy: nồng độ enzyme cũng có ảnh hường đến độ nhớt của carrageenan. Khi tăng nồng độ enzyme từ 0-1% thì độ nhớt cũng

tăng dần và đạt cực đại khi nồng độ enzyme la 1%. Khi tiếp tục tăng

nồng độ en zyme từ 1-2% thì độ nhớt giảm dần. Kết quả này cũng

có thể giải thích tương tự như trên.

Từ phân tích ở trên cho thấy hiệu suất thu carrageenan,sức đông,độ nhớt của carrageenan lớn nhất khi nồng độ enzyme viscozyme sử dụng để xử lí rong là 1%. Như vậy nồng độ enzyme viscozyme sử dụng để xử lí rong sụn 1% là phù hợp và được lựa chọn thông số cố định cho các thí nghiệm nghiên cứu sản xuất carrageenan sau này.

3.1.2. Xác định nhiệt độ xử lý enzyme thích hợp

Tiến hành 6 mẫu thí nghiệm nghien cứu xử lý rong sụn bằng enzyme viscozyme L ở các nhiệt đô khác nhau : Mẫu 1: xử lí ở nhiệt độ 35oC, mẫu 2: 40oC, mẫu 3: 45oC,… mẫu 6: 60oC, các mẫu thí nghiệm đều xử lí trong khoảng thời gian là 60 phút, pH = 4.8, với tỷ lệ enzyme sử dụng là

1%. Và lượng rong sử dụng là 0,15g. Sau khi xử lý rong được dùng để

nấu chiết carrageenan trong thời gian 60 phút. Sau khi nấu, ép, sấy khô

thu carrageenan và đánh giá hiệu suất, độ nhớt, sức đông của

48

Hình 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý enzyme đến hiệu suất thu nhận của carrageenan

Hình 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý enzyme đến sức đông của carrageenan

49

Hình 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý enzyme đến độ nhớt của carrageenan

Từ kết quả nghiên cứu ở bảng 3.2 và các hình 3.4, 3.5, 3.6 cho thấy:

- Về hiệu suất thu nhận carrageenan: Kết quả phân tích ở hình 3.4 cho thấy nhiệt độ xử lý enzyme có ảnh hưởng đến hiệu suất thu nhận carrageenan. Khi tăng nhiệt độ xử lý enzyme từ 50oC đến 55oC thì hiệu suất thu carrageenan tăng lên. Nhưng khi nhiệt độ tăng lớn hơn 55oC thì hiệu suất giảm xuống. Kết quả này có thể giải thích là khi nhiệt độ xử lý enzyme lớn hơn 55oC, carrageenan bị thủy phân cắt mạch làm hàm

lượng carrageenan thu được giảm dẫn đến hiệu suất thu carrageenan

giảm. Khi nhiệt độ nhỏ hơn 50oC thì quá trình khuếch tán của

carrageenan trong thân rong ra môi trường chậm hơn nên lượng

carrageenan thu được thấp hơn.

- Về sức đông của carrageenan: Kết quả phân tích ở hình 3.5 cho thấy nhiệt độ nấu chiết ảnh hưởng tới sức đông của carrageenan. Khi

50

độ 55oC. Nhưng khi tăng lớn hơn 55oC thì sức đông lại giảm xuống. Kết

quả này có thể giải thích là do carrageenan bị thủy phân cắt mạch ở nhiệt

độ cao làm sức đông giảm. Khi nhiệt độ nhỏ hơn 50oC thì lượng

carrageenan thu được giảm nên sức đông giảm..

- Về độ nhớt của carrageenan: Kết quả phân tích ở hình 3.6 cho thấy nhiệt độ nấu chiết ảnh hưởng tới độ nhớt của carrageenan. Khi tăng

nhiệt độ xử lý enzyme từ 50oC đến 55oC thì độ nhớt của dung dịch tăng

và lớn nhất ở nhiệt độ 55oC. Nhưng khi tăng lớn hơn 55oC thì độ nhớt lại giảm xuống. Kết quả này có thể giải thích carrageenan bị thủy phân cắt

mạch thành oligocarrageenan làm cho độ nhớt của carrageenan giảm.

Từ các nhận định trên cho thấy hiệu suất, sức đông và độ nhớt của carrageenan thu được lớn nhất ở nhiệt độ xử lý enzyme là 55 oC. Kết quả thực nghiệm này cho phép chọn nhiệt độ xử lý rong trong quá trình xử lí enzyme là 55 oC làm thông số cố định cho các thí nghiệm nghiên cứu sản xuất carrageenan sau này.

3.1.3. Xác định tỷ lệ nước nấu/rong trong công đoạn nấu chiết

Tiến hành 5 mẫu thí nghiệm xử lý rong sụn bằng enzyme viscozyme L ở

nhiệt độ 55oC trong khoảng thời gian là 60 phút, với tỷ lệ enzyme sử

dụng là 1%. Các mẫu thí nghiệm đều sử dụng 0,15g rong. Sau khi xử lý

rong đýợc sử dụng để nấu chiết carrageenan ở nhiệt độ 90 - 950C, trong