4. Nội dung của đề tài:
1.4.1. Tình hình nghiên cứu sản xuất chitin trên thế giới
Từ những năm 30 của thế kỷ XX việc nghiên cứu về dạng tồn tại, cấu trúc, tính chất hóa lý và ứng dụng của chitin-chitosan đã được ứng dụng rộng rã trong nhiều lĩnh vực và đạt hiệu quả cao.
Năm 1986, những công ty Nhật Bản đã sản xuất được 1270 tấn chitin. Trong đó 1170 tấn dùng trong sản xuất chitosan, 60 tấn phục vụ sản xuất D-glucosamin và oligosaccharide và 40 tấn là chitin.
Hiện nay đi đầu trong lĩnh vực sản xuất chitin-chitosan là Nhật Bản, đã sản xuất 600 tấn/năm, Mỹ 400 tấn/ năm. Ngoài ra còn có các nước như Trung Quốc, Ấn Độ, Pháp cũng đã sản xuất và ứng dụng chitin, chitosan nhưng với sản lượng thấp.
Một số nghiên cứu sinh học sản xuất chitin:
+ Takeda và Abe (1962), Shimahara và et al (1982) đã loại protein bằng vi khuẩn phân giải protein hay enzyme. Dưới tác dụng của ezyme thủy phân, protein bị phân giải thành các acid amin hòa tan trong nước. Những tác nhân này tuy không làm ảnh hưởng đến chitin nhưng việc loại hoàn toàn protein là khó đạt được.
+ Rao và Stevens(2005) đã sản xuất chitin bằng cách ủ xi lô đầu vỏ tôm với
Lactobacillus plantarum 541 và A6 ở nồng độ muối 2%. Khi ủ xi lô đầu, vỏ tôm phế liệu sử dụng chủng Lactobacillus plantarum 541 khử được 81,845 khoáng, 59,8% protein, trong khi đó Lactobacillus plantarum A6 khử được 5% khoáng và 52,2 % protein.gần đây trường Đại học Thủy Sản đã có những nghiên cứu về việc
sử dụng hai enzyme phân giải protein chymotripsin và papain để khử protein trong vỏ tôm. Tuy nhiên những kết quả này chưa được công bố cụ thể.
+ A.Maryam Mizani, B.Mahmood Aminlari (2007) đã nghiên cứu sử dụng enzyme Alcalase 0.5% và sodium sulfite (200 mmol/l) để khử protein trên đầu tôm
P.semisulcatus thu hồi được 64% protein, để khử hết lượng protein còn lại dùng kiềm nhẹ (0,5% NaOH, 60 ° C, 0.5h).
+ Asbjorn Gildberg, Even Stenberg (2001) đã sử dụng enzyme Alcalase để khử protein trên tôm Pandalus borealis. Khi sử dụng enzyme Alcalase không ảnh hưởng xấu đến năng suất, chất lượng của chitin và thu hồi được 68.5% protein tổng số so với 12.8% theo phương pháp thông thường, ngoài ra còn thu hồi được astaxanthin có giá trị.
Quy trình sản xuất chitin của Holanda và Netto[16]
Quy trình này rút ngắn được thời gian sản xuất rất nhiều. Sản phẩm Chitin thu được có chất lượng khá tốt, màu trắng đẹp do đã khử được sắc tố trong công đoạn chiết astaxanthin. Ngoài ra còn tận thu được protein và astaxanthin mang lại hiệu quả kinh tế cao, đồng thời giảm thiểu đáng kể lượng hóa chất sử dụng.
Hình 1. 2. Quy trình sản xuất chitin của Holanda và Netto (2006)
1.4.2.Tình hình nghiên cứu sản xuất chitin ở Việt Nam
Việc nghiên cứu sản xuất chitin, chitosan và các ứng dụng của chúng trong sản xuất, phục vụ đời sống là một vấn đề tương đối mới ở nước ta. Năm 1978 trường Đại học Thủy Sản bắt đầu nghiên cứu tách chiết chitin-chitosan của Đỗ Minh Phụng.
Gần đây, khi chitosan trở thành nhu cầu trong nhiều ngành công nghiệp và có giá trị thì rất nhiều cơ quan nghiên cứu như: Trường Đại học Thủy Sản, đại học Tổng Hợp Thành Phố Hồ Chí Minh, Viện khoa học Việt Nam,…đã tập trung
Khử protein bằng enzyme Alcalase
Ly tâm (4oC, 15 phút)
Phần bã Phần dịch nổi phía trên
pH = 8,5 to = 55oC tỷlệ E/NL 3% w/v = 1/1 Sấy lạnh Phế liệu tôm
Chiết Astaxanthin bằng dầu nành và hỗn hợp dung môi Khử khoáng HCl 2,5%, 2h, to phòng Bột protein Rửa trung tính Sấy khô (60oC, 16h) Chitin
nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này, tuy nhiên chất lượng sản xuất chưa được đánh giá đầy đủ.
Trường Đại học thủy sản đã bước đầu nghiên cứu sản xuất chitin, chitosan theo phương pháp sinh học.
Sản xuất chitin, chitosan theo phương pháp sử dụng enzyme:
- Quy trình sử dụng Enzyme papain để sản xuất chitosan (Trần Thị Luyến, 2003)[5]
Hình 1.3. Quy trình sử dụng Enzyme papain để sản xuất chitosan(Trần Thị Luyến, 2003) Vỏ tôm tươi Ngâm HCl Ngâm HCl HCl 10% To phòng T = 5h w/v = 1/10 HCl 10% To phòng T = 5h w/v = 1/5 Rửa trung tính Khử protein Rửa sạch Deacetyl Rửa trung tính Làm khô Chitosan Chitin Rửa trung tính Vỏ tôm khô
Bảng 1.3. Một số chỉ tiêu chất lượng của chitosan sản xuất theo quy trình Papain (Trần Thị Luyến, 2003)
Chỉ tiêu Kết quả Chỉ tiêu Kết quả
Màu sắc Trắng, trong Độ nhớt 15,25oE
Trạng thái Mềm mại Độ Deacetyl 78,25%
Độ ẩm 10,10% Nts 8,25%
Hàm lượng tro 0,68% Hiệu suất 41,25%
Hàm lượng các chất không tan
0,92% Độ tan 98,37%
Quy trình Papain cho sản phẩm có độ nhớt cao hơn các quy trình khác. Đặc biệt độ deacetyl, độ tan và hiệu suất của quy trình có ưu thế hơn hẳn. Nhưng để nâng cao chất lượng của chitosan có thể sử dụng enzyme Papain thay thế cho NaOH để khử protein trong vỏ tôm. Đặc biệt dịch thủy phân thu được sử dụng cho các mục đích thu hồi protein và tận dụng, điều đó chắc chắn mang lại hiệu quả cao. Tuy nhiên, cần nghiên cứu quy trình xử lý tận dụng dịch thủy phân này. Cần tiếp tục nghiên cứu và sản xuất enzyme deacetylase để thay thế hoàn toàn cho NaOH đặc trong công đoạn deacetyl.
Quy trình sử dụng enzym Flavourzyme trong công nghệ sản xuất chitin từ phế liệu tôm (Trang Sĩ Trung và cộng sự, 2007).
Tuy nhiên nghiên cứu này chỉ mới triển khai ở quy mô phòng thí nghiệm và kết quả thí nghiệm cho thấy sử dụng enzyme Flavourzyme không khử triệt để protein và hàm lượng protein còn lại ở mẫu chitin khá cao (6-9%).
Hình 1.4. Quy trình sử dụng enzym Flavourzyme trong công nghệ sản xuất chitin từ phế liệu tôm (Trang Sĩ Trung và cộng sự, 2007)
Gần đây Đề tài “ Nghiên cứu tách chiết Chitin từ đầu-vỏ tôm bằng các phương pháp sinh học (Sử dụng Bromelanin trong dịch ép vỏ dứa) do tác giả Nguyễn Văn Thiết và Đỗ Ngọc Tú (2007) thực hiện nhằm thu nhận chitin từ phế liệu đầu vỏ tôm bằng phương pháp công nghệ enzyme [9][10]. Nguyên liệu để phục vụ thí nghiệm bao gồm: Phụ phẩm đầu và vỏ tôm khô (Nam Định), phụ phẩm sau khi mua về được sấy lại cho khô giòn ở nhiệt độ 40oC rồi nghiền nhỏ thành bột để thu nhận chitin. Vỏ dứa được thu mua ở chợ, nghiên cứu thử nghiệm tách chiết chitin bằng phương pháp hóa học. Kết
Phế liệu vỏ đầu tôm thẻ Xay nhỏ (0,5-0,6) )cm) Khử protein bằng enzyme Flavourzyme Thu dịch protein astaxanthin Khử protein còn lại bằng NaOH loãng Rửa trung tính Khử khoáng bằng HCl Rửa trung tính Chitin E/S: 0,1% Thời gian: 6 h Nhiệt độ: 50oC pH: 6,5
quả cho thấy, lượng chitin trung bình thu được từ 100g nguyên liệu bột đầu – vỏ tôm khô là 7,4-7,5 g. Kết quả này thấp hơn nhiều so với các số liệu công bố trong các tài liệu khác. Nguyên nhân là do nhóm nghiên cứu đã sử dụng đầu vỏ tôm chứa nhiều thịt. Hiệu suất thu hồi chitin phụ thuộc vào mẫu nguyên liệu đó chứa nhiều hay ít protein.
Tiếp tục tách chiết chitin nhờ sử dụng enzyme Bromelanin, tác giả cho rằng, việc xử lý bột vỏ tôm với dịch ép bã dứa không chỉ loại được phần lớn lượng protein của vỏ tôm mà còn loại được hết các chất khoáng trong vỏ tôm. Dịch ép bã dứa có nhiều axit hữu cơ có phản ứng với các chất khoáng trong vỏ tôm. Phương pháp này tỏ ra có nhiều ưu điểm như: Không cần axit để loại khoáng, tiêu tốn ít xút cho loại protein, hiệu quả thu hồi chitin cao hơn, chất lượng phế phẩm chitin nhận tốt hơn và ít gây ô nhiễm môi trường hơn. Nhược điểm duy nhất của phương pháp là mất nhiều thời gian thực hiện quy trình.
CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU