Trong những năm gần đây, ở nước ta đã bắt đầu có nhiều nghiên cứu về việc thu hồi Protein hòa tan trong dịch thải.
Tại trường ĐH Nha Trang, năm 2003 Đỗ Văn Ninh và cộng sự đã nghiên cứu thu Protein trong dịch thải bằng phương pháp dùng dung dịch Acid và dung dịch Base kết hợp với nâng nhiệt. Kết quả cho thấy hiệu suất thu hồi Protein là 1,21% khi pH = 6, là 1,76 khi pH = 5 ở nhiệt độ 800C. Năm 2005, nhóm cộng sự do TS.Trang Sĩ Trung hướng dẫn đã nghiên cứu thu hồi Protein trong nước rửa Surimi bằng cách điều chỉnh pH dịch thải về 4,5 sau đó sử dụng Chitosan kết hợp nâng nhiệt. Các nghiên cứu bước đầu đã cho kết quả khả quan.
Năm 2006, Lê Thanh Hải – ĐHQG Tp. Hồ Chí Minh – Đại học Bách Khoa, đã nghiên cứu tách Protein từ máu cá tra thải bỏ từ ngành công nghiệp chế biến thủy sản. Kết quả nghiên cứu cho thấy máu cá tra chiếm khoảng 1% thể trọng, Protein chiếm 87% chất khô. Bước đầu nghiên cứu thu hồi Protein từ dung dịch máu cá Tra loãng trong dòng thải cho thấy có thể dùng phương pháp kết tủa Protein bởi dung dịch đệm Acetate 0,1M; pH = 4, tỉ lệ 1/27 so với dung dịch máu, kết hợp gia nhiệt ở 630C trong thời gian 59 phút, đạt hiệu suất thu hồi Protein 91,47%.
1.9.2. Các kết quả thu được từ phòng thí nghiệm [4] 1.9.2.1. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất thu hồi Protein
Kết quả thăm dò pH thích hợp để kết tủa Protein trong dịch thải máu cá Tra sau công đoạn cắt tiết được trình bày ở Hình 1.6.
0 10 20 30 40 50 4 4.3 4.6 4.9 5.2 pH H i ệ u s u ấ t (% ) pH
Hình 1.6: Ảnh hưởng của pH dung dịch đến hiệu suất thu hồi Protein từ dịch thải máu cá tra
Kết quả trên cho thấy pH ảnh hưởng rất lớn đến quá trình kết tủa Protein.Tại giá trị pH = 4,6 cho hiệu thu hồi cao nhất đạt 38%, và tại giá trị pH = 4,0 hiệu suất thu hồi thấp nhất đạt 28%. Ở trong khoảng pH từ 4,3 đến 4,9 thì đa số Protein có kết tủa hạt to, màu sáng thời gian lắng nhanh hơn. Điều này có thể khẳng định ở giá trị pH này là pI của đa số các Protein có trong dung dịch máu cá, các hạt Protein đạt trung hòa về điện, các phân tử Protein liên kết với nhau chặt hơn (liên kết Protein - Protein > liên kết Protein - nước), khả năng hydrat hóa là thấp nhất, chúng co lại và tập hợp lại kết tụ thành các hạt to hơn và lắng xuống.
Ở trong khoảng pH từ 4,0 đến 4,3 kết tủa thu đựợc mịn, màu tối, thời gian lắng rất lâu, hiệu suất thu hồi rất thấp dưới 40%. Điều này là do nồng độ H+ dư nên một số Protein tích điện dương yếu cùng dấu đẩy nhau làm cho liên kết giữa các phân tử Protein yếu đi, tăng khả năng hydrat hóa và độ hòa tan của Protein tăng lên vì thế các phân tử Protein sẽ khó tập hợp lại được. Dựa vào kết quả trên cho thấy khoảng pH thích hợp nhất từ 4,3 đến 4,9, trong đó hiệu suất thu hồi cao nhất ở pH = 4,6.
1.9.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi Protein.
Một trong những yếu tố gây biến tính Protein phải kể đến yếu tố nhiệt độ. Để xem xét sự ảnh hưởng của nhiệt độ và chọn ra chế độ xử lý thích hợp thí nghiệm được tiến hành như sau:
Nâng nhiệt các mẫu dịch thải máu cá lên nhiệt độ: 40; 50; 60; 62; 64; 66; 68; 70; 72oC thời gian xử lý là 8 - 10 phút. Lọc lấy dịch đem phân tích hàm lượng Protein còn lại trong dịch lọc, kết quả được thể hiện ở Hình 1.7.
Nhiệt độ (t0)
Hình 1.7: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi Protein từ dịch thải máu cá tra
Kết quả cho thấy, nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất thu hồi Protein trong dung dịch máu cá tra. Ở nhiệt độ 62oC trở lên cho hiệu suất thu hồi là cao nhất (trên 60%).
Kết quả thí nghiệm cho thấy từ 50oC đến dưới 62oC thì hiệu suất thu Protein trong dịch thải máu cá rất thấp (ở 60oC hiệu suất đạt 46%), chứng tỏ lượng Protein trong dịch thải máu cá kết tủa ít vì ở khoảng nhiệt độ này chưa đủ để làm kết tủa Protein. Từ 62oC trở lên thì hiệu suất thu hồi Protein tăng lên đáng kể, hiệu suất đạt 65%.
Khoảng nhiệt độ từ 62oC đến 68oC (tăng 6oC) thì hiệu suất thu hồi Protein tăng nhanh từ 65% tăng lên 86% (tăng 21%). Trong khi đó từ 68oC đến 72oC thì hiệu suất lại tăng chậm hoặc bằng với mức 68oC, điều này đã nói lên rằng ở mức nhiệt độ 68oC là tốt nhất và thu được hiệu suất cao nhất đạt 86%.
Nếu xét trên quy mô nhỏ thì ta có thể nâng nhiệt ở 72oC, nhưng trên thực tế để các nhà máy có thể áp dụng đựợc thì chi phí rất tốn kém và khó có thể thực hiện đựơc. Vì thế, để thu hồi Protein trong dịch thải máu cá Tra giá trị nhiệt độ thích hợp nhất là 68oC.
1.9.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ và nồng độ Chitosan đến hiệu suất thu hồi Protein
Nhằm tăng khả năng kết lắng, giảm thời gian xử lý, tăng kích thước hạt của kết tủa Protein, Chitosan với các nồng độ khác nhau: 0 ppm, 25 ppm, 50 ppm, 75 ppm, 100 ppm, 125 ppm được bổ sung vào mẫu máu cá đã được xử lý nhiệt ở 68oC. Kết quả được trình bày ở Hình 1.8.
Hình 1.8: Ảnh hưởng của nhiệt độ và Chitosan đến hiệu suất thu hồi Protein từ dịch thải máu cá Tra.
Xử lý nhiệt độ ở 68oC sau đó bổ sung Chitosan vào với nồng độ khác nhau. Kết quả cho thấy hiệu suất có tăng nhưng không nhiều ở nồng độ 25 ppm, nhưng ở nồng độ 50 ppm thì hiệu suất tăng lên đáng kể đạt 93,4%.
● Thời gian lắng của kết tủa rất nhanh.
• Kết tủa thu được dạng bông to.
• Khi tăng dần nồng độ Chitosan hiệu suất có chiều hướng giảm xuống.
• Nồng độ Chitosan tốt nhất trong khoảng 50 – 100 ppm.
Từ Hình 1.8 cho thấy ở mẫu không bổ sung Chitosan thì tốc độ lắng chậm và lớp dịch lắng ở phía trên còn đục vì vẫn tồn tại những hạt nhỏ Protein lơ lửng. Ở mẫu có bổ sung Chitosan 75 ppm thì tốc độ lắng nhanh nhất và dịch được lắng ở phía trên trong nhất, gần như trong suốt. Nồng độ Chitosan càng cao thì dịch lắng ở phía trên càng đục. Ở mẫu 125 ppm có hiện tượng các hạt keo liên kết thành mảng và nổi lên phía trên. Sau các khoảng thời gian lắng từ 10 đến 40 phút thì các mẫu đều lắng đến mức cần thiết.
Do đặc tính tạo keo dương trong môi trường Acid loãng của Chitosan khi bổ sung vào dịch thải sẽ làm cầu nối liên kết các hạt keo âm Protein lại với nhau tăng
0 20 40 60 80 100 0 25 50 75 100 125 Nồng độ Chitosan (ppm) H i ệ u s u ấ t (% )
kích thước và khối lượng hạt keo Protein từ đó tăng hiệu quả lắng và hiệu suất thu hồi Protein được cải thiện.
Ở mẫu không bổ sung Chitosan thì các hạt keo Protein tự hình thành liên kết tĩnh điện với nhau để tăng kích thước và khối lượng để lắng xuống. Dịch thải được lắng trong nhưng tốc độ lắng chậm hơn so với mẫu có bổ sung Chitosan. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ở mẫu có bổ sung Chitosan nồng độ 75 ppm có dịch lắng trong nhất và tốc độ lắng nhanh nhất. Đây là nồng độ vừa đủ để keo dương Chitosan liên kết, bao bọc các hạt keo Protein, tạo cầu nối keo tụ các hạt keo Protein tụ lại thành từng mảng phân lớp và lắng xuống. Tuy nhiên, trong đề tài đã sử dụng nồng độ Chitosan để bổ sung là 50 ppm, mặc dù tốc độ lắng và dịch lắng của 50 ppm kém hơn so với 75ppm. Vì lý do sau:
Chitosan là một Polymer hữu cơ mang điện tích dương, nguồn nguyên liệu để sản xuất ra Chitosan thì rất phong phú và nguyên liệu tương đối rẻ nhưng công nghệ và các hóa chất để phuc vụ cho công đoạn sản xuất ra Chitosan là khá cao. Vì thế giá bán Chitosan trên thị trường rất cao, nếu để các nhà máy có thể áp dụng phuơng pháp này mà sử dụng nồng độ Chitosan ở 75ppm là rất khó vì giữa 75ppm và 50 ppm thì hiệu suất thu hồi không chênh lệch nhau bao nhiêu cụ thể: Ở 75ppm hiệu suất đạt 90,32% còn ở 50 ppm hiệu suất đạt 93,4% cho nên ở nồng độ 50ppm là thích hợp nhất.
Việc bổ sung Chitosan ở nồng độ càng cao thì hiệu suất thu hồi hàm lượng Protein có tăng nhưng không đáng kể và tốc độ lắng chậm lại, dịch lại không trong mà đục dần. Hiện tượng này là do độ nhớt dịch thải tăng lên tỉ lệ thuận với sự tăng nồng độ Chitosan. Độ nhớt cao làm cản trở quá trình lắng và keo tụ của Protein. Ngoài ra nồng độ Chitosan cao làm dư số lượng điện tích cùng dấu nên cản trở quá trình keo tụ của hạt keo.
Chọn chế độ lắng sử dụng Chitosan ở nồng độ 50 ppm và thời gian lắng 10 đến 30 phút.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 50 75 100 125 Nồng độ Chitosan (ppm) C h i ề u c a o c ộ t (c m ) 10 15 25 30 40
Hình 1.9: Ảnh hưởng của nồng độ Chitosan đến chiều cao cột kết tủa trong các khoảng thời gian 10, 15, 25, 30, 40 phút
Về mặt thời gian, khi sử dụng Chitosan khoảng thời gian để lắng từ 10 – 30 phút thì chiều cao cột kết tủa giảm nhanh nhất. Từ 30 phút trở đi thì chiều cao cột kết tủa giảm không đáng kể. Do vậy khoảng thời gian thích hợp nhất là 10 – 30 phút.
Theo nghiên cứu của Trang Sĩ Trung và cộng sự (2007), ứng dụng của Chitosan trong quy trình thu hồi Protein của nước rửa Surimi đã làm giảm đáng kể thời gian lắng của Protein xuống còn 15 phút khi bổ sung Chitosan với nồng độ từ 80 – 100 ppm. Ban đầu, kết tủa có dạng hạt mịn nhưng sau khi bổ sung Chitosan thì chúng tập hợp lại thành hạt lớn và lắng xuống rất nhanh với hiệu suất đạt gần 60%. Khi hàm lượng Chitosan bổ sung vào quá ít hoặc quá nhiều đều làm giảm hiệu suất thu hồi Protein và làm tăng thời gian lắng của kết tủa.
Năm 2008, Trang Sĩ Trung và cộng sự đã nghiên cứu ứng dụng Chitosan để thu hồi Protein trong dịch thải máu cá Tra. Kết quả cho thấy khi điều chỉnh pH của dung dịch máu cá về pH = 4,7 sau đó bổ sung Chitosan nồng độ 25 ppm và nâng nhiệt ở khoảng 60 – 64oC thì cho hiệu suất thu hồi Protein cao nhất đạt trên 85%. Các kết quả trên đều cho thấy Chitosan có vai trò rất lớn trong việc keo tụ và trợ lắng làm tăng hiệu suất thu hồi Protein trong dịch thải máu cá Tra.
Thời gian (phút)
Như vậy:
Hiệu suất thu hồi Protein ở thí nghiệm pH – Chitosan ở nồng độ 25 ppm đạt hiệu suất 54,74%, ở nồng độ 50 ppm đạt 53,6%, ở nồng độ 0 ppm đạt 39,82%.
Hiệu suất thu hồi Protein ở thí nghiệm Nhiệt độ - Chitosan ở nồng độ 25 ppm đạt 86,3%, ở nồng độ 50 ppm đạt 93,4%, ở nồng độ 0 ppm đạt 85,1%.
1.9.2.4. Một số kết quả thí nghiệm thu được [4]
a. Đánh giá chất lượng bột Protein thu được từ dịch thải máu cá Tra
Sản phẩm bột Protein thu được sau quá trình làm thí nghiệm có dạng mịn, trạng thái bột thu được ở dạng nhão, độ ẩm 82%, bột thu được có màu nâu nhạt hoặc xám nhạt, hàm lượng tro tổng số đạt 1,12%. Kết quả phân tích các chỉ tiêu hóa lý và các thành phần Acid amin trong bột Protein thô được thể hiện trong Bảng 1.8 và 1.9 dưới đây.
Bảng 1.8: Các chỉ tiêu hóa lý của bột Protein thu được [4]
STT Chỉ tiêu Hàm lượng
1 Màu sắc Nâu hoặc xám nhạt
2 Độ ẩm 82%
3 Tro tổng số 1,12%
Bảng 1.9: Thành phần Acid amin trong bột Protein thô thu được từ máu cá [4] STT Tên Acid amin Hàm lượng (mg/kg)
1 Alanine 38,80 2 Glycine 11,03 3 Valine 499,13 4 Leucine 37,50 5 Isoleucine 48,86 6 Threonine 5,43 7 Serine 29,48 8 Proline 87,53 9 Asparagine 71,15 10 Methionine sulfoxide 53,17 11 4 - Hydroxyproline 544,93 12 Glutamine 1,11 13 Phenylalanine 109,15 14 Lysine 47,33 15 Histidine 88,14 16 Hly 95,04 17 Tyrosin 475,56 Tổng Acid amin 2.239,35
Từ bảng số liệu trên cho thấy thành phần Acid amin trong sản phẩm bột Protein thô thu được gần giống với thành phần Acid amin có trong dung dịch máu cá ban đầu. Vì vậy, bột Protein thu được sau quá trình xử lý có giá trị dinh dưỡng rất cao gần như không thay đổi nhiều so với ban đầu. Sản phẩm bột Protein thu được ở dạng thô giàu giá trị dinh dưỡng có thể tận dụng nguồn Protein để bổ sung vào các sản phẩm kém giá trị nhằm tăng hiệu quả kinh tế. Không những thế trong máu cá chứa hàm lượng chất khoáng sắt ở dạng hòa tan rất tốt giúp cho vật nuôi dễ
dàng hấp thu các chất. Mặt khác, bột Protein có thể ứng dụng vào các lĩnh vực như: Nuôi cấy VSV, ứng dụng trong nuôi cấy vi sinh và công nghệ sinh học điều này được hiểu như sau.
Do thành phần chế phẩm bột giàu Protein, ít lẫn tạp chất nên có thể tạo thành sản phẩm Protein thủy phân dưới dạng pepton ứng dụng trong các lĩnh vực trên. Trong lĩnh vực vi sinh học và y học Pepton là thành phần không thể thiếu trong môi trường nuôi cấy vi khuẩn, hơn nữa nguồn Pepton này có giá thành khá cao và nước ta đang phải nhập khẩu. Chính vì thế sản phẩm bột máu cá nếu được sử dụng triệt để thì sẽ là nguồn nguyên liệu rất tốt để sản xuất Pepton và làm giảm giá thành của sản phẩm xuống.
1.9.3. Các nghiên cứu trên thế giới
Nhà nghiên cứu Civit (1982) và cộng sự đã nghiên cứu việc tách các chất hữu cơ hòa tan trong nước bằng cách thay đổi nhiệt độ và pH để tạo ra sự kết tảu Protein trong nước thải của nhà máy bột cá. Kết quả nghiên cứu cho thấy lượng Protein thu hồi được nhiều nhất khi gia nhiệt ở nhiệt độ trên 65oC và pH ở khoàng 5,6 - 5,9. Khi tăng nhiệt độ lên trên 750C thì không tăng hiệu suất thu hồi.
Hiện nay nhiều nơi trên thế giới đã tiến hành các nghiên cứu sử dụng các chất kết đông để xử lý làm keo tụ Protein trong nước thải thủy sản. Các chất đông tụ thường được sử dụng là các muối của nhôm Al2(SO4)3, NH4Al(SO4)2… và các muối của sắt như FeCl3, Fe2(SO4)3. Genovese (1998) đã nghiên cứu tách Protein từ nước thải thủy sản. Chất kết đông được sử dụng là FeCl3 hàm lượng 10mg/l, Al2(SO4)3 hàm lượng 40mg/l. Mặt khác, việc sử dụng các Polymer hữu cơ vào để trợ giúp quá trình keo tụ và trợ lắng cũng đã được nghiên cứu. Kết quả cho thấy sử dụng các Polymer hữu cơ này làm tăng hiệu suất thu hồi lên đáng kể. Năm 2005, Wibowo và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của các loại Protein lên hiệu quả thu hồi Protein từ nước rửa Surimi. Hiện nay, nhiều nhà khoa học cũng bắt đầu nghiên cứu sử dụng Polymer Aluminium Cacbonhydrat (PAC), một loại phèn nhôm mới để tăng hiệu quả quá trình trợ lắng thu hồi Protein.
Chương 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THIẾT BỊ THU HỒI PROTEIN TỪ DỊCH THẢI MÁU CÁ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
CỦA DÂY CHUYỀN CHẾ BIẾN CÁ TRA – BASA 2.1. Xây dựng mô hình thiết kế
Từ sơ đồ nghiên cứu qui trình thu hồi Protein từ dịch thải máu cá tra - basa cùng với các kết quả thu được từ việc phân tích các phương pháp thu hồi Protein từ phòng thí nghiệm tôi đã xây dựng mô hình nghiên cứu thiết bị thu hồi Protein như hình sau:
Hình 2.1: Mô hình nghiên cứu thiết bị thu hồi Protein từ dịch thải máu cá tra – basa.
Ghi chú:
1. Thùng chứa máu cá. 5. Máy nước nóng. 11. Thùng trộn.