Ảnh hưởng của chế độ bảo quản nguyên liệu đến chất lượng chitin thu được từ phế liệu tôm

Vì vậy ngoài việc sử dụng phế liệu tôm để sản xuất thức ăn chăn nuôi thì chúng ta còn có thể sử dụng chúng để sản xuất chitin- chitosan, tách chiết protein nếu chất lượng tốt có thể sử d

Xin gửi lời cảm ơn đến thầy Trang Sĩ Trung, thầy Nguyễn Công Minh đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Tôi cũng muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến các cán bộ phòng thí nghiệm

bộ môn Hóa Vi sinh thực phẩm, bộ môn Công nghệ chế biến, Công nghệ thực phẩm

và Viện Công nghệ Sinh học đã tạo điều kiện cho tôi thực tập trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Cuối cùng xin cảm ơn gia đình, các bạn lớp 50TP2, các bạn thực tập trên phòng thí nghiệm và chị Phước đã động viên và giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Nha Trang, tháng 6 năm 2012 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Thảo

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC BẢNG iv

DANH MỤC HÌNH v

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vi

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU 3

1.1 TỔNG QUAN VỀ CHITIN 3

1.1.1 Cấu trúc và tính chất của chitin 3

1.1.2 Ứng dụng của chitin 4

1.1.3 Nguồn nguyên liệu sản xuất chitin 5

1.2 Tổng quan về phế liệu tôm 6

1.2.1 Giới thiệu về phế liệu tôm 6

1.2.2 Thành phần của phế liệu tôm 8

1.2.3 Các ứng dụng của phế liệu tôm 8

1.2.4 Xử lý và bảo quản phế liệu tôm trước khi sản xuất chitin 9

1.3 Tình hình nghiên cứu và sản xuất chitin 11

1.3.1 Công nghệ sản xuất chitin 11

1.3.2 Một số quy trình sản xuất chitin trên thế giới 12

1.4.3 Một số quy trình sản xuất chitin tại Việt Nam 17

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

2.1 Đối tượng nghiên cứu 23

2.1.1 Phế liệu tôm thẻ chân trắng 23

2.1.2 Hóa chất 23

2.2 Phương pháp nghiên cứu 23

2.2.1 Phương pháp thu nhận mẫu 23

2.2.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 24

2.2.2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 24

2.2.2.2 Thuyết minh quy trình 26

2.2.3 Các phương pháp phân tích 26

2.2.3.1 Xác định màu sắc, độ mềm mại của chitin (Phụ lục [1]) 26

2.2.3.2 Kiểm tra hàm lượng ẩm và hàm lượng tro (AOAC, 1990) (Phụ lục [1]) 26

2.2.3.3 Đo pH 26

2.2.3.4 Xác định protein trong nguyên liệu bằng phương pháp biuret 27

2.2.3.5 Xác định hàm lượng NH3 theo phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước 28

2.2.3.6 Xác định hàm lượng đạm acid amin bằng phương pháp formol 28

2.2.3.7 Xác định hàm lượng lipit theo phương pháp Folch 28

2.2.3.8 Xác định protein trong sản phẩm bằng phương pháp Microbiuret 30

2.2.3.9 Xác định độ deacetyl của chitin 31

2.2.3.10 Xác định mật độ khối của chitin 32

2.2.3.11 Xác định khả năng trương nở với nước của chitin 32

2.2.3.12 Khả năng hấp phụ chất màu của chitin 32

2.2.4 Phương pháp xử lý số liệu 33

Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 34

3.1 Biến đổi chất lượng của phế liệu tôm 34

3.2 Ảnh hưởng của chất lượng phế liệu tôm đến chất lượng chitin 37

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 PHỤ LỤC

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hóa học một số loại phế liệu thủy sản thông dụng để sản xuất chitin (No và Meyers, 1997, Trung, 2003) 5 Bảng 1.2 Thành phần trọng lượng của đầu, vỏ tôm (%) 7 Bảng 1.3 Một số chỉ tiêu chất lượng của chitosan sản xuất theo quy trình papain (Trần Thị Luyến, 2003) 17 Bảng 1.4 Chỉ tiêu chất lượng cơ bản của chitin thu được theo quy trình cải tiến và quy trình hóa học truyền thống 20 Bảng 1.5 Chỉ tiêu chất lượng cơ bản của chitosan sản xuất từ chitin của quy trình cải tiến 20 Bảng 3.1 Đánh giá cảm quan chất lượng nguyên liệu và sản phẩm chitin tương ứng 37

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của chitin 3

Hình 1.2 Sự sắp xếp của chuỗi polymer của - chitin, - chitin, - chitin 4

Hình 1.3 Quy trình sản xuất chitin từ vỏ tôm hùm của Hackman 13

Hình 1.4 Quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tôm của Pháp 15

Hình 1.5 Quy trình thủy nhiệt của Yamashaki và Nakamichi 16

Hình 1.6 Quy trình sử dụng enzyme papain để sản xuất chitosan 18

Hình 1.7 Quy trình sản xuất chitin- chitosan từ vỏ tôm của Đỗ Minh Phụng 19

Hình 1.8 Quy trình sản xuất chitin cải tiến từ phế liệu tôm có kết hợp xử lý enzyme protease và thu hồi protein và astaxanthin 21

Hình 1.9 Quy trình sản xuất chitin dự kiến 22

Hình 3.1 Hàm lượng khoáng từ các mẫu phế liệu có chế độ bảo quản khác nhau 34

Hình 3.2 Hàm lượng protein từ các mẫu phế liệu có chế độ bảo quản khác nhau 35

Hình 3.3 Hàm lượng lipit từ các mẫu phế liệu có chế độ bảo quản khác nhau 35

Hình 3.4 Hàm lượng amoniac, acid amin từ các mẫu phế liệu có chế độ bảo quản khác nhau 35

Hình 3.5 pH từ các mẫu phế liệu có chế độ bảo quản khác nhau 36

Hình 3.6 Hiệu suất thu hồi chitin từ các mẫu phế liệu có chế độ bảo quản khác nhau 38

Hình 3.7 Hàm lượng khoáng trong chitin từ các mẫu phế liệu có chế độ bảo quản khác nhau 39

Hình 3.8 Hàm lượng protein trong chitin từ các mẫu phế liệu có chế độ bảo quản khác nhau 39

Hình 3.9 Khả năng hấp phụ chất màu của chitin từ các mẫu phế liệu có chế độ bảo quản khác nhau 40

Hình 3.10 Khả năng trương nở với nước của chitin từ các mẫu phế liệu có chế độ bảo quản khác nhau 40

Hình 3.11 Mật độ khối của chitin từ các mẫu phế liệu có chế độ bảo quản khác nhau 41

Hình 3.12 Độ deacetyl của chitin từ các mẫu phế liệu có chế độ bảo quản khác nhau 41

LỜI NÓI ĐẦU

Thủy sản Việt Nam là một trong những ngành kinh tế trọng tâm của nền kinh tế quốc dân, đóng góp một phần không nhỏ vào nền kinh tế và tạo công ăn việc làm cho nhiều người dân, đặc biệt là dân cư vùng ven biển Ở Việt Nam, ngành thủy sản trong những năm gần đây phát triển không ngừng cả về nuôi trồng, chế biến và xuất nhập khẩu Song đi kèm với sự phát triển của ngành thì vấn đề phế liệu thủy sản cũng đang trở thành vấn đề cấp bách cần được giải quyết để tránh gây những ảnh hưởng xấu tới môi trường Hàng năm lượng tôm được nuôi trồng và chế biến cũng không phải là nhỏ vì vậy lượng phế liệu do nó thải ra cũng không ít Tuy nhiên như chúng ta biết trong phế liệu tôm chứa rất nhiều các thành phần có giá trị cao như protein, chitin, astaxanthin, carotenoprotein, glucosamine nên nhu cầu thu nhận chúng là rất cao Vì vậy ngoài việc sử dụng phế liệu tôm để sản xuất thức ăn chăn nuôi thì chúng ta còn có thể sử dụng chúng để sản xuất chitin- chitosan, tách chiết protein nếu chất lượng tốt có thể sử dụng để sản xuất hạt nêm sử dụng cho người, glucosamine phục vụ trong y dược… Do vậy nhu cầu tận dụng phế liệu tôm ngày càng lớn Tuy nhiên phế liệu tôm thu được phụ thuộc vào mùa vụ chế biến sản phẩm tôm đông lạnh nên chúng cần được bảo quản để đảm bảo việc sản xuất các sản phẩm trên được lâu bền

Chitin là một polysaccharide đứng thứ hai về lượng trong tự nhiên chỉ sau cellulose, và là một thành phần chiếm hàm lượng lớn trong phế liệu tôm Chitin và các sản phẩm của chúng hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như:

y học, sản xuất mỹ phẩm, bảo quản nông sản, xử lý môi trường Ngoài ra khi ta khử acetylene trong hợp chất chitin sẽ tạo thành chitosan là đơn vị cao phân tử của glucosamine, là một chất có ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp nhẹ, thực phẩm, nông nghiệp

Xuất phát từ yêu cầu trên mà tôi đã chọn đề tài “Ảnh hưởng của chế độ bảo quản nguyên liệu đến chất lượng chitin thu được từ phế liệu tôm”

Tuy nhiên đề tài chỉ dừng ở việc bảo quản để thu hồi chitin, do vậy mới chỉ được nghiên cứu ảnh hưởng của 3 chế độ bảo quản: ở nhiệt độ thường, nhiệt độ lạnh (570C) và phơi khô sau đó bảo quản trong 1 tháng

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU

1.1 TỔNG QUAN VỀ CHITIN

1.1.1 Cấu trúc và tính chất của chitin

a Cấu tạo chitin

Chitin là một polysaccharide được cấu tạo bởi các monosaccharide liên kết với nhau bằng cầu nối 1,4- glucoside, có công thức phân tử là (C8H13O5N)n , phân

tử lượng (203,09)n Trong đó n thay đổi tùy thuộc vào loại nguyên liệu:

Ở tôm thẻ: n = 400500

Ở tôm hùm: n = 700800

Ở cua: n = 500600

Công thức cấu tạo của chitin

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của chitin

Chitin tồn tại ở 3 dạng polymer: - chitin, - chitin, - chitin Sự khác nhau giữa chúng là ở sự sắp xếp các mạch chitin: - chitin có các mạch chitin sắp xếp song song nhưng ngược chiều nhau, - chitin gồm các mạch chitin song song cùng chiều nhau, - chitin sắp xếp cứ 2 mạch song song cùng chiều thì có 1 mạch ngược chiều [9]

Hình 1.2 Sự sắp xếp của chuỗi polymer của - chitin, - chitin, - chitin

b Tính chất của chitin

- Chitin có màu trắng, không tan trong nước, trong kiềm, trong acid loãng và các dung môi hữu cơ như ete, rượu Tuy nhiên, chitin hòa tan được trong dung dịch acid đậm đặc như HCl, H3PO4 và dimethylacetamide chứa 5% lithium chloride

- Chitin tương đối ổn định với các chất oxy hóa khử như thuốc tím KMnO4, oxy già H2O2, nước Javen NaClO hay Ca(ClO)2…

- Khi đun nóng chitin trong dung dịch NaOH đặc thì chitin bị khử mất gốc acetyl tạo thành chitosan

- Khi đun nóng chitin trong dung dịch HCl đặc thì chitin sẽ bị thủy phân tạo thành các phân tử glucosamine có hoạt tính sinh học cao

- Chitin có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại ở bước sóng =884890m

1.1.2 Ứng dụng của chitin [10]

- Dùng trong ngành dệt: làm cho vải vóc, tơ sợi bền màu, chịu được cọ sát

- Dùng để sản xuất giấy trong suốt và những màng mỏng

- Dùng để sản xuất sợi chitin không tan trong acid, tăng độ dai, không độc

- Sản xuất glucosamine: chitin dùng acid HCl đậm đặc thủy phân có thể lấy được glucosamine Glucosamine có tính năng thúc tiến thuốc kháng sinh và có thể dùng làm nguyên liệu nuôi vi trùng và chế thuốc

- Chitin kết hợp với muối kim loại hình thành hợp chất associated, nếu đem kết hợp với muối của Pb, Cd, Zn sẽ tạo ra loại cellulose có khả năng chống tia phóng xạ

- chitin - chitin - chitin

- Dùng trong thực phẩm: chitin cũng được ứng dụng trong thực phẩm như dùng chitin trong sản xuất ethanol, nếu cung cấp 0,2% chitin vào môi trường lên men củ cải đường ở 370C sau 36 giờ sẽ có 5,385,6% ethanol được hình thành, nhưng nếu không có mặt chitin thì phải mất 72 giờ để sản xuất 1 lượng tương tự

1.1.3 Nguồn nguyên liệu sản xuất chitin

Trong tự nhiên chitin tồn tại ở cả động vật và thực vật

Trong động vật, chitin tồn tại trong vỏ một số động vật không xương sống như: côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác và giun tròn Trong giới thực vật chitin có ở

thành tế bào của nấm Zygemycethers và một số tảo Chlorophiceae Tuy nhiên hàm

lượng chitin trong thực vật tương đối thấp, trong khi trong động vật thủy sản đặc biệt là trong phế liệu tôm, vỏ cua, ghẹ, nang mực hàm lượng chitin chiếm tỉ lệ khá cao, từ 1435% [1] Hàm lượng chitin biến đổi theo từng loại nguyên liệu, trong đó phế liệu mực (nang mực ống) có hàm lượng chitin cao nhất, tiếp theo là tôm sú và tôm thẻ (Bảng 1.1) Vì vậy vỏ tôm, cua, ghẹ, nang mực là nguồn nguyên liệu tiềm năng sản xuất chitin và các sản phẩm từ nó

Bảng 1.1 Thành phần hóa học một số loại phế liệu thủy sản thông dụng để sản

xuất chitin (No và Meyers, 1997, Trung, 2003) [10]

Thành phần hóa học (%) Nguồn

Tuy nhiên, việc vận chuyển và bảo quản chúng trước khi sản xuất ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng chitin sản xuất ra Phần lớn phế liệu sau khi thu mua được vận chuyển bằng xe ô tô trực tiếp về nơi sản xuất chitin và không có biện pháp bảo quản thích hợp để hạn chế ảnh hưởng tới chất lượng của phế liệu tôm Nếu để phế liệu bị hư hỏng thì chất lượng chitin sản xuất ra đạt chất lượng không cao, mức

độ hư hỏng càng lớn thì chất lượng chitin càng kém, đồng thời gây ô nhiễm môi trường Vì vậy cần nghiên cứu tìm ra quy luật biến đổi của phế liệu và có biện pháp bảo quản phù hợp để chất lượng chitin thu được là tốt nhất

1.2 Tổng quan về phế liệu tôm

1.2.1 Giới thiệu về phế liệu tôm

Trong những năm gần đây sản lượng tôm thu hoạch (cả đánh bắt và nuôi trồng) liên tục tăng mạnh thúc đẩy ngành xuất khẩu phát triển chính vì vậy sản lượng phế liệu tôm từ các nhà máy chế biến thủy sản cũng tăng lên đáng kể

Trên thế giới, theo ước tính thì sản lượng tôm trên toàn thế giới đạt xấp xỉ 3 triệu tấn/năm Hầu hết sản lượng tôm trên thế giới là từ các nước đang phát triển như: Thái Lan, Chile, Philippine, Ấn Độ, Pakistan và Indonexia (Hall and De Silva, 1992) Theo đó tạo ra một lượng phế liệu tôm rất lớn, ước tính có khoảng 1,44 triệu tấn/năm Lượng phế liệu bao gồm cả đầu và vỏ tôm từ đánh bắt và nuôi trồng

Ở Việt Nam nguồn nguyên liệu tôm rất dồi dào, được lấy từ 2 nguồn chính là nuôi trồng và đánh bắt, hàng năm lượng tôm xuất khẩu ra nước ngoài là rất lớn Năm 2002, giá trị xuất khẩu thủy sản đạt hơn 2 tỷ USD trong đó xuất khẩu tôm đông lạnh chiếm 47% Năm 2008, xuất khẩu thủy sản đạt 4,5 tỷ USD, tăng 33,7%

về khối lượng và 19,8% về giá trị so với năm trước Năm 2009, xuất khẩu thủy sản đạt con số tăng trưởng âm là 4,3 tỷ USD nhưng sản phẩm tôm vẫn đạt kim ngạch xuất khẩu tăng Xuất khẩu thủy sản Việt Nam năm 2011 đạt 6,1 tỷ USD tăng 21,5%

so với năm 2010, trong đó xuất khẩu tôm vẫn giữ vị trí cao nhất, vượt qua mức 2 tỷ USD của năm 2010 lên mức 2,4 tỷ USD năm 2011, trong đó xuất khẩu tôm sú chiếm 60%, tôm thẻ chiếm 29% và hơn 10% là các loại tôm khác Riêng xuất khẩu thủy sản 3 tháng đầu năm 2012, giá trị xuất khẩu đạt 1,3 tỷ USD, tăng 15,3% so với

cùng kì năm ngoái, xuất khẩu tôm tăng 9,3% so với cùng kì năm 2011 và dự tính hết năm 2012 xuất khẩu thủy sản cả nước có thể đạt tới ngưỡng 6,5 tỷ USD [15]

Với việc gia tăng lượng xuất khẩu tôm hàng năm thì phế liệu tôm thải ra cũng là một lượng không nhỏ Phế liệu tôm là những phần phế thải từ các cơ sở chế biến tôm không thể tận dụng để làm thành phẩm xuất khẩu như: đầu, vỏ và đuôi tôm, thường chiếm 50÷70% nguyên liệu ban đầu [3] [14]

Trong thành phần phế liệu tôm, đầu tôm thường chiếm khoảng 3545% trọng lượng của tôm nguyên liệu, phần vỏ chiếm 1015% Tỷ lệ này cũng phụ thuộc vào giống loài, mùa vụ, giai đoạn sinh trưởng, phương pháp chế biến… Chẳng hạn đối với tôm sú Penaeus monodon phần đầu tôm chiếm 31% trọng lượng tôm, đối với tôm thẻ phần đầu chiếm 28%, vỏ tôm chiếm 9% trọng lượng tôm (Bảng 1.2)

Bảng 1.2 Thành phần trọng lượng của đầu, vỏ tôm (%) [7]

1.2.2 Thành phần của phế liệu tôm

Thành phần chiếm tỷ lệ đáng kể trong phế liệu tôm là: protein, chitin, canxi cacbonat, sắc tố Tỷ lệ giữa các thành phần này thay đổi theo giống loài tôm, mùa

vụ, đặc điểm sinh thái…

- Protein: tồn tại ở 2 dạng:

+Dạng tự do

+Dạng phức tạp: dạng này liên kết với chitin theo từng lớp xen kẽ, ngoài

ra protein còn liên kết với canxi cacbonat

- Chitin: tồn tại ở dạng liên kết với khoáng, protein và những hợp chất khác gây khó khăn trong việc tách chiết chúng

- Canxi: trong đầu, vỏ tôm chứa một lượng lớn muối vô cơ chủ yếu là muối canxi cacbonat CaCO3

- Sắc tố: chủ yếu là hỗn hợp có chứa carotene, nhưng nhiều nhất là asthaxanthin, asthaxanthin là dẫn xuất của carotene kết tinh dạng vảy tím, tan trong

CS2, priding và không tan trong nước

- Lipit: trong phế liệu đầu tôm chứa một lượng không nhỏ lipit (nhỏ hơn 34db), chủ yếu là các loại acid béo chưa bão hòa như eicosapentaenoic (EPA) và axit béo decosahexaenoic (DHA), đây là những acid béo rất có lợi cho sức khỏe con người

- Enzyme: trong đầu tôm có chứa enzyme tiêu hóa chymotrypsin được sử dụng trong điều trị bệnh ung thư, ngoài ra trong vỏ tôm còn chứa một số loại enzyme như: alkaline, photphatase, deacetylase… Ngoài ra trong phế liệu tôm còn chứa rất nhiều các thành phần khác như: photpho, nước…

Như vậy, trong phế liệu tôm có chứa rất nhiều các thành phần có giá trị, vì vậy việc nghiên cứu để tận thu chúng một cách tối đa là rất cần thiết, vừa góp phần nâng cao giá trị kinh tế mà còn giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường do phế liệu tôm gây ra

1.2.3 Các ứng dụng của phế liệu tôm

- Sản xuất thức ăn chăn nuôi: chủ yếu phế liệu tôm đông lạnh được mang đi sản xuất thức ăn chăn nuôi Bột tôm từ phế liệu tôm chứa nhiều acid amin,

nucleotide và carotenoid có tác dụng tạo sắc tố ở loài vật nuôi như: làm cho thịt cá hồi có màu hồng như mong muốn, dùng bột tôm làm thức ăn cho gia cầm sẽ giúp cải thiện sắc tố da

- Phế liệu tôm có thể được sử dụng như một cơ chất cho quá trình lên men để tạo ra các enzyme

- Sản xuất chitin, chitosan: trong phế liệu tôm chứa một lượng lớn chitin vì vậy có thể tận dụng để tách chiết chitin và từ đó deacetyl để sản xuất ra chitosan, hai chất này đều có nhiều ứng dụng trong đời sống thực tế

- Tận thu glucosamine, protein: ta có thể tận thu glucosamine bằng cách thủy phân chitin bằng HCl đặc, glucosamine được ứng dụng rộng rãi trong y học Trong phế liệu đầu tôm chứa một lượng lớn protein, nếu protein tách chiết được từ phế liệu tôm có chất lượng thấp ta có thể đem bổ sung vào trong thức ăn gia súc, còn nếu protein đạt chất lượng cao thì có thể đem sản xuất bột nêm phục vụ cho đời sống con người

- Sản xuất bột màu asthaxanthin: trong phế liệu tôm, sắc tố asthaxanthin là một carotenoid có nhiều ứng dụng trong cuộc sống Nó là chất có khả năng tạo màu nên được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm thay thế cho các chất màu hóa học đang sử dụng

- Ngoài ra, từ phế liệu tôm có thể chế biến thành rất nhiều sản phẩm như: đầu tôm sau khi lột vỏ có thể chế biến thành mắm tôm và gia vị, đầu tôm được dùng làm nguyên liệu tạo mùi cho món súp tôm đặc… Hơn nữa từ phế liệu tôm chất lượng cao có thể sử dụng để làm thành bánh phồng tôm

1.2.4 Xử lý và bảo quản phế liệu tôm trước khi sản xuất chitin

Trong phế liệu tôm chứa rất nhiều enzyme và vi sinh vật gây hư hỏng, enzyme chủ yếu có trong đầu tôm là các enzyme proteaza thủy phân protein, còn trong phần vỏ thì chứa ít hơn, vi sinh vật trong phế liệu tôm chủ yếu là các loài vi sinh vật gây thối rữa phân hủy protein Vi sinh vật có mặt trên phế liệu tôm chủ yếu

là lây nhiễm từ các vùng nuôi từ khi tôm còn sống cho đến khi đánh bắt, vận chuyển, sau khi tôm chết chúng bắt đầu phân giải protein gây thối rữa Ngoài ra,

quá trình chế biến cũng có thể làm lây nhiễm vi sinh vật vào phế liệu tôm, dưới tác dụng của các enzyme và vi sinh vật protein trong phế liệu tôm sẽ bị phân hủy thành các sản phẩm bậc thấp gây mùi khó chịu như: pepton, peptide, acid amin, NH3

Do đó, phế liệu tôm chưa được sử dụng ngay mà không được bảo quản với các biện pháp bảo quản phù hợp thì phế liệu tôm sẽ nhanh chóng bị hư hỏng, lượng protein trong đầu tôm sẽ bị hao hụt nhiều Điều này gây ra sự hao hụt lớn về protein đồng thời gây ô nhiễm môi trường do sự hư hỏng của phế liệu tôm gây ra

Hiện nay có rất nhiều phương pháp bảo quản phế liệu tôm khác nhau như: phơi (hay sấy khô), bảo quản lạnh, bảo quản đông…

- Làm lạnh: hạ nhiệt độ của phế liệu tôm xuống gần như không thấp hơn nhiệt độ điểm băng Phương pháp này có ưu điểm là hạn chế được phần nào sự phát triển và hoạt động của vi sinh vật và của enzyme Tuy nhiên, nó có nhược điểm là không kéo dài được thời gian bảo quản

- Làm đông: hạ thấp nhiệt độ của phế liệu tôm xuống dưới - 180C Phương pháp này có ưu điểm là ức chế mạnh mẽ hoạt động của enzyme và vi sinh vật gây

hư hỏng Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là chi phí sản xuất cao

- Phơi hoặc sấy khô: là phương pháp làm giảm độ ẩm của phế liệu tôm, do

đó cũng góp phần làm giảm hoạt động của enzyme và vi sinh vật, đồng thời chi phí cũng không cao Phương pháp này hiện nay được dùng phổ biến nhất

- Phương pháp luộc: sử dụng nhiệt độ cao trong môi trường có nước để làm

vô hoạt enzyme và tiêu diệt vi sinh vật Phương pháp này ít được sử dung vì chi phí cao và thời gian bảo quản không dài

- Phương pháp sử dụng hóa chất: nguyên tắc của phương pháp này là dùng hóa chất để ức chế hoạt động của enzyme và vi sinh vật Hóa chất sử dụng có thể là các axit hữu cơ, vô cơ và các chất bảo quản khác, mục đích là làm giảm pH, tạo ra môi trường bất lợi cho các tác nhân gây hư hỏng Các axit thường sử dụng: axit formic, axit acetic, axit HCl, axit H2SO4, axit propionic… với các các nồng độ và tỷ

lệ thích hợp

1.3 Tình hình nghiên cứu và sản xuất chitin

1.3.1 Công nghệ sản xuất chitin

Chitin không tồn tại độc lập mà liên kết với các thành phần khác như protein, khoáng, sắc tố Vì vậy, để thu được chitin cần phải loại bỏ những thành phần này Công nghệ sản xuất chitin qua 2 bước chính:

- Khử khoáng: để khử khoáng trong phế liệu tôm người ta thường dùng axit HCl, HCOOH để hòa tan các muối không tan thành các muối có thể tan được và tách ra Khoáng tồn tại trong phế liệu tôm thường là: CaCO3, Ca3(PO4)2

HCl + CaCO3 = CaCl2 + H2O + CO2CaCO3 + HCOOH = (HCOO)2Ca + H2O + CO2

- Khử protein: để khử protein trong phế liệu tôm có các cách sau

+Phương pháp hóa học: sử dụng NaOH để khử protein, hàm lượng xút sử dụng phụ thuộc vào lượng protein trong từng loại nguyên liệu Phương pháp đạt hiệu quả khử cao nhưng lại gây ô nhiễm môi trường do thải ra một lượng lớn NaOH

+Phương pháp sinh học: sử dụng enzyme để thủy phân protein trong nguyên liệu Các loại enzyme thường dùng là: papain, alcalase, các enzyme từ vi sinh vật Đây là phương pháp có nhiều ưu điểm: sử dụng nhiệt độ thấp, áp suất tự nhiên… Tuy nhiên lại có nhược điểm là chi phí cao Vì vậy, phương pháp phổ biến hiện nay

là phương pháp hóa học

+Phương pháp kết hợp giữa hóa học và sinh học: để nâng cao hiệu quả khử protein và hạn chế các ảnh hưởng xấu như ảnh hưởng tới môi trường, người ta kết hợp giữa 2 phương pháp hóa học và sinh học để khử triệt để lượng protein có trong nguyên liệu Thường dùng phương pháp sinh học để khử protein trước, sau đó dùng phương pháp hóa học để khử nốt lượng protein còn sót lại, hạn chế lượng xút cần dùng

Tùy theo từng quy trình nghiên cứu mà có thể khử khoáng trước hoặc sau bước khử protein

1.3.2 Một số quy trình sản xuất chitin trên thế giới

a Quy trình sản xuất chitin từ vỏ tôm hùm của Hackman

Vỏ tôm hùm được rửa sạch, làm khô, sau đó được ngâm HCl 2M ở điều kiện nhiệt độ phòng, trong thời gian 5 tiếng với tỷ lệ w/v=1/10, sau đó rửa trung tính rồi sấy khô và mang đi nghiền mịn thành bột Tiếp tục ngâm trong dung dịch HCl 2M ở nhiệt độ phòng trong 48 tiếng với tỷ lệ w/v=1/2,5, sau đó li tâm thu phần bã mang rửa trung tính Ngâm phần bã đã rửa trung tính trong NaOH 1M ở 1000C, trong thời gian 48 tiếng với tỷ lệ w/v=1/2,5 rồi mang đi li tâm thu phần bã và rửa trung tính Sau đó tiếp tục mang ngâm NaOH 1M ở 1000C trong thời gian 12 tiếng ở tỷ lệ w/v=1/2,5 Tiếp tục mang đi li tâm thu phần bã để mang đi rửa trung tính và rửa sạch bằng cách li tâm, làm khô thu được chitin dạng bột màukem

Hình 1.3 Quy trình sản xuất chitin từ vỏ tôm hùm của Hackman

Nguyên liệu, ngâm HCL

Rửa trung tính, sấy khô

Chitin dạng bột màu kem

Li tâm, rửa trung tính Ngâm NaOH

T0=1000C

=48h; w/v=1/2,5 NaOH 1M

T0=1000C

=12h; w/v=1/2,5

b Quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tôm của Pháp

Nguyên liệu vỏ tôm sạch được đem đi hấp chín, phơi khô sau đó đem đi xay nhỏ Tiếp đó tiến hành tách protein bằng NaOH 3,5% ở 650C trong thời gian 2 tiếng với tỷ lệ w/v=1/10 Sau đó mang đi rửa trung tính rồi mang đi ngâm HCl 1N ở điều kiện nhiệt độ phòng trong thời gian 2 tiếng với tỷ lệ w/v=1/10 rồi vớt ra tiến hành tẩy màu bằng cách ngâm trong acetone ở nhiệt độ phòng trong thời gian 30 phút với

tỷ lệ w/v=1/5, sau đó vớt ra rửa sạch và tẩy màu lại bằng NaOCl 0,135% ở nhiệt độ phòng trong thời gian 2 tiếng, tỷ lệ w/v=1/10, tiến hành rửa trung tính ta được sản phẩm chitin Tiếp tục deacetyl chitin trong NaOH 40% ở 850C trong 2 tiếng với tỷ

lệ w/v=1/10, rửa trung tính và làm khô thu được chitosan

NaOH 40%

850C

=4h; w/v=1/4 Rửa trung tính

Chitosan

NaClO 0,315%

T0 phòng

=1/10h; w/v=1/10

c Quy trình thủy nhiệt của Yamashaki và Nakamichi (Nhật Bản)

Vỏ tôm khô được khử chất vô cơ bằng cách ngâm trong HCl 2M ở 1200C trong thời gian 1 tiếng Sau đó đem đi rửa trung tính, sấy khô Khử protein đồng thời deacetyl bằng NaOH 15M ở 1500C trong 1 tiếng Sau đó đem đi rửa trung tính

và sấy khô ta thu được chitosan

Hình 1.5 Quy trình thủy nhiệt của Yamashaki và Nakamichi

Rửa trung tính

Sấy khô

Sấy khô

Chitosan

1.4.3 Một số quy trình sản xuất chitin tại Việt Nam

a Quy trình sản xuất sử dụng enzyme papain để sản xuất chitosan của

Trần Thị Luyến- Đại học Nha Trang

Vỏ tôm khô được khử khoáng bằng cách ngâm trong HCl 10% với tỷ lệ w/v=1/10, ở nhiệt độ phòng trong thời gian 5 tiếng Vỏ tôm khô cũng được xử lý tương tự nhưng với tỷ lệ w/v=1/5 Sau đó tiến hành rửa trung tính rồi tiến hành khử protein bằng enzyme papain theo phương pháp bổ sung dung dịch papain 13% ở nhiệt độ 70800C với tỷ lệ w/v=1/5 trong thời gian 4 tiếng ở pH=5 Sau đó đem rửa sạch, làm khô thu được chitin Tiếp tục deacetyl trong NaOH 35% ở nhiệt độ

80 + 20C trong thời gian 6 tiếng với tỷ lệ w/v=1/10, tiến hành rửa trung tính thu được chitosan

Quy trình cho sản phẩm có độ nhớt cao, độ deacetyl, độ tan và hiệu suất quy trình cao Dịch thủy phân thải ra trong quá trình sản xuất có chứa nhiều protein có thể tận dụng thu hồi protein

Bảng 1.3 Một số chỉ tiêu chất lượng của chitosan sản xuất theo quy trình

Hình 1.6 Quy trình sử dụng enzyme papain để sản xuất chitosan

b Quy trình sản xuất chitin- chitosan của Đỗ Minh Phụng- Đại Học Thủy Sản

Vỏ tôm khô được khử khoáng bằng HCl 6N ở nhiệt độ phòng trong thời gian

48 tiếng với tỷ lệ w/v=1/2,5, sau đó rửa trung tính, ngâm trong NaOH 8% ở 1000C với tỷ lệ w/v=1/2,5, sau 2 tiếng vớt ra mang rửa trung tính và tẩy màu bằng KMnO4 1% trong H2SO4 10% trong 60 phút, sau đó đem rửa sạch và tiếp tục tẩy màu bằng Na2SO3 1,5% trong 15 phút rồi vớt ra rửa sạch thu được chitin Tiếp tục deacetyl bằng NaOH 40% với tỷ lệ w/v=1/1, ở 800C, sau thời gian 24 tiếng vớt ra rửa sạch thu được chitosan

HCl 10%

T0 phòng

=5h, w/v=1/5

Hình 1.7 Quy trình sản xuất chitin- chitosan từ vỏ tôm của Đỗ Minh Phụng

c Quy trình sản xuất chitin cải tiến từ phế liệu tôm có kết hợp xử lý enzyme protease và thu hồi protein và astaxanthin của Trang Sĩ Trung- Đại học Nha Trang

Phế liệu tôm được khử protein bằng enzyme Flavourzyme, sau đó được phân riêng, thu được dịch lọc 1, khử protein còn lại trong phần bã bằng NaOH loãng, phân riêng thu được dịch lọc 2, phối trộn với dịch lọc 1 thu hồi được hỗn hợp

Rửa trung tính

Ngâm NaOH

Chitin

Chitosan Rửa trung tính Nấu trong NaOH

protein và astaxanthin Sau khi thu dịch lọc 2, tiếp tục khử khoáng bằng HCl, rửa sạch thu được chitin, tiếp tục deacetyl bằng NaOH đặc thu được chitosan

Chitin sản xuất bằng phương pháp cải tiến có chất lượng cao hơn phương pháp hóa học, hàm lượng tro và protein còn lại thấp hơn 1% Chitosan sản xuất từ chitin sản xuất từ quy trình cải tiến cũng có chất lượng cao hơn so với chitosan sản xuất từ phương pháp hóa học, độ tro và độ đục thấp, độ tan và độ nhớt cao hơn

Bảng 1.4 Chỉ tiêu chất lượng cơ bản của chitin thu được theo quy trình cải

tiến và quy trình hóa học truyền thống

Chỉ tiêu chất lượng Chitin từ quy trình cải tiến Chitin từ quy trình hóa học

Hình 1.8 Quy trình sản xuất chitin cải tiến từ phế liệu tôm có kết hợp xử lý

enzyme protease và thu hồi protein và astaxanthin

d Vì mục đích chính của đề tài là nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện bảo quản

nguyên liệu đến chất lượng chitin thu hồi được nên các thông số trong quy trình sản xuất chitin trong đề tài này (nồng độ NaOH, HCl, tỷ lệ w/v, nhiệt độ, thời gian của công đoạn khử protein và khử khoáng) sẽ được giữ cố định theo quy trình sau:

Thu hồi hỗn hợp protein và

Dịch lọc 1