Thử nghiệm sản xuất Oligochitosan và sử dụng Oligochitosan trong bảo quản tôm thẻ chân trắng nguyên liệu

Để cải thiện khả năng hòa tan và hoạt tính sinh học của chitosan, người ta đã sản xuất ra chitosan phân tử lượng thấp có khả năng hòa tan trong nước gọi là oligochitosan.[7] Oligochitosa

BỘ GIÁO VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

-

VÕ THỊ NHÀN

THỬ NGHIỆM SẢN XUẤT OLIGOCHITOSAN VÀ SỬ DỤNG

OLIGOCHITOSAN TRONG BẢO QUẢN TÔM THẺ CHÂN TRẮNG NGUYÊN LIỆU

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

KHÁNH HÒA - 2013

BỘ GIÁO VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

-

VÕ THỊ NHÀN

THỬ NGHIỆM SẢN XUẤT OLIGOCHITOSAN VÀ SỬ DỤNG

OLIGOCHITOSAN TRONG BẢO QUẢN TÔM THẺ CHÂN TRẮNG NGUYÊN LIỆU

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành Đồ án này

Trước hết tôi xin gửi tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, Ban Chủ nhiệm khoa Công nghệ Thực phẩm, Phòng Đào tạo niềm kính trọng, sự tự hào được học tập tại Trường trong những năm qua

Sự biết ơn sâu sắc nhất tôi xin được giành cho thầy: ThS Nguyễn Thị Mỹ Trang - Bộ môn Đảm bản Chất lượng và An toàn Thực phẩm - Trường Đại học Nha Trang đã tài trợ kinh phí, tận tình hướng dẫn và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này

Xin cám ơn: ThS Thái Văn Đức - Trưởng Bộ môn Công nghệ Thực phẩm và các thầy cô phản biện đã cho tôi những lời khuyên quí báu để công trình nghiên cứu được hoàn thành có chất lượng

Đặc biệt, xin được ghi nhớ tình cảm, sự giúp đỡ của: các thầy cô giáo trong Bộ môn Công nghệ Thực phẩm và tập thể cán bộ trong Các phòng thí nghiệm - Trung tâm Thực hành Thí nghiệm - Trường Đại học Nha Trang đã giúp đỡ nhiệt tình và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian tôi thực hiện đồ án này

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, người thân và các bạn bè đã tạo điều kiện, động viên khích lệ để tôi vượt qua mọi khó khăn trong quá trình học tập vừa qua

Nha Trang, tháng 7 năm 2013 Sinh viên thực hiện

Võ Thị Nhàn

MỤC LỤC

DANH MỤC VIẾT TẮT iii

DANH MỤC BẢNG iv

DANH MỤC HÌNH v

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về chitin, chitosan và oligochitosan 3

1.1.1 Cấu tạo và tính chất của chitin, chitosan và oligochitosan 3

1.1.2 Ứng dụng của chitin – chitosan và Oligochitosa 9

1.1.3 Tình hình nghiên cứu sản xuất chitin – chitosan – oligochitosan 17

1.2 Tổng quan về thủy sản Việt Nam 21

1.3 Tổng quan về tôm thẻ chân trắng 24

1.4 Tổng quan về phương pháp bảo quản lạnh 26

CHƯƠNG II: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29

2.1 NGUYÊN VẬT LIỆU 29

2.2 Phương pháp nghiên cứu 30

2.2.1 Các phương pháp phân tích 30

2.2.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 31

2.3 THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT SỬ DỤNG 35

2.4 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 35

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 36

3.1 THỬ NGHIỆM SẢN XUẤT OLIGOCHITOSAN 36

3.1.1 Xác định nồng độ cồn tối ưu để kết tủa oligochitosan 36

3.1.2 Xác định thời gian thủy phân oligochitosan 37

3.1.3 Đề xuất quy trình sản xuất olgochitosan 40

3.2 SƠ BỘ TÍNH TOÁN CHI PHÍ NGUYÊN VẬT LIỆU CHO SẢN XUẤT OLIGOCHITOSAN 41

3.3 THỬ NGHIỆM SỦ DỤNG OLIGOCHITOSAN BẢO QUẢN TÔM

THẺ CHÂN TRẮNG 42

3.3.1 Ảnh hưởng của nồng độ COS đến các chỉ tiêu cảm quan của tôm 43

3.3.2 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch oligochitosan đến sự biến đổi của NH3 44

3.3.3 Ảnh hưởng của nồng độ oligochitosan đến chỉ tiêu vi sinh vật của nguyên liệu tôm thẻ chân trắng trong quá trình bảo quản 46

3.4 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH BẢO QUẢN TÔM THẺ CHÂN TRẮNG NGUYÊN LIỆU 47

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 48

1 KẾT LUẬN 48

2 ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

PHỤ LỤC 51

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 : Thành phần dinh dưỡng của tôm thẻ chân trắng 26

Bảng 3.1: Hiệu suất thu hồi oligochitosan ở các nồng độ cồn khác nhau 37

Bảng3.2: Số liệu phần chitosan chưa được cắt mạch theo thời gian thủy phân 38

Bảng3.3: Hiệu suất thu hồi Oligochitosan theo thời gian thủy phân 39

Bảng 3.2 Số lượng nguyên vật liệu cho 100g oligochitosan 42

Bảng 3.3 Sơ bộ tính toán chi phí nguyên vật liệu cho 100g oligochitosan 42

Bảng 3.4: Bảng điểm tổng hợp đánh giá cảm quan của các kiểm nghiệm viên đã có trọng lượng 43

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: công thức cấu tạo của chitin 3

Hình 1.2: cấu tạo chitosan 5

Hình 1.3: sơ đồ quá trình biến đổi chitin thành chitosan 7

Hình 1.4: công thức cấu tạo của oligochitosan 9

Hình 1.5: Tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei) 26

Hình 2.1: Sơ đồ quy trình sản xuất chitosan 29

Hình 2.2: Sơ đồ quy quy trình dự kiến sản xuất chitosan 31

Hình 2.3: Sơ đồ xác định nồng độ cồn tối ưu để kết tủa oligochitosan 32

Hình 2.4: Sơ đồ xác định thời gian thủy phân oligochitosan 33

Hình 2.5: Sơ đồ xác định nồng độ COS thính hợp cho bảo quản tôm thẻ chân trắng 34

Hình 3.1: Ảnh hưởng của nồng độ cồn đến hiệu suất thu hồi oligochitosan 38

Hình 3.2: Thời gian thủy phân ảnh hưởng đến lượng chitosan chưa cắt mạch 39

Hình 3.3: Thời gian thủy phân ảnh hưởng tới hiệu suất thu hồi Oligochitosan 40

Hình 3.4: Sơ đồ quy trình sản xuất oligochitosan 40

Hình 3.5: Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Oligochitosan đến chất lượng cảm quan của tôm thẻ chân trắng ở nhiệt độ 0÷4oC 44

Hình 3.6: Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch COS đến hàm lượng NH3 trong tôm thẻ chân trắng bảo quản ở nhiệt độ 0÷4oC 45

Hình 3.7: Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng nồng độ COS đến tổng số vi sinh vật hiếu khí bề mặt 46

Một số hình ảnh 69

LỜI MỞ ĐẦU

Những năm gần đây xuất khẩu thủy sản nước ta ngày càng phát triển, đóng vai trò quan trọng trong tổng kim ngạch xuất khẩu Việt Nam Tổng giá trị kim ngạch xuất khẩu Thủy sản năm 2012 đạt khoảng 6,15 tỷ USD, tăng 0,7% so với năm 2011 nhưng chỉ bằng 94,2% so với kế hoạch Kim ngạch xuất khẩu tôm năm

2013 có thể đạt 2,4 tỷ USD, tăng 6,5% so với năm 2012

Tuy nhiên, lượng phế liệu thủy sản thải ra từ các nhà máy là rất lớn lên tới 70.000 tấn/ năm (2011) Nếu không có biện pháp xử lý thích hợp sẽ gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Ở Việt Nam, phế liệu thủy sản chủ yếu để dùng sản xuất thức ăn chăn nuôi gia súc, chitosan thô với chất lượng thấp để xuất khẩu Tuy nhiên việc ứng dụng chúng chitosan vào trong cuộc sống còn nhiều hạn chế Nguyên nhân

là do chitosan có trọng lượng phân tử cao, không tan trong nước nên có nhiều hạn chế cho việc ứng dụng Để cải thiện khả năng hòa tan và hoạt tính sinh học của chitosan, người ta đã sản xuất ra chitosan phân tử lượng thấp có khả năng hòa tan trong nước gọi là oligochitosan.[7]

Oligochitosan (COS) có phân tử lượng thấp có một số đặc tính đặc biệt như kháng khuẩn, kháng nấm, tăng cường hệ miễn dịch và có nhiều ứng dụng trong y dược như ngăn ngừa được sự phát triển của bệnh đái tháo đường, ngăn ngừa được

sự gia tăng của cholesterol của chuột khi sự dụng thức ăn đã được bổ sung oligochitosan.[8]

Với các tính chất đặc biệt của oligochitosan các nhà khoa học cho rằng khả năng ứng dụng của COS trong lĩnh vực sản xuất đời sống sẽ được mở rộng hơn Với tình hình hiện nay, việc lạm dụng các hóa chất bảo quản thực phẩm độc hại với người tiêu dùng như Hàn the, Urea, Borat, sunfit…đã ở mức báo động Mặc dù nhà nước có nhiều biện pháp song việc lạm dụng hóa chất trong bảo quản thực phẩm không giảm mà có chiều hướng gia tăng Nguyên nhân của hiện tường này có nhiều nhưng một trong những nguyên nhân là chúng ta không có các chất thay thế có tính năng tương tự và không độc hại Trước thực tế này việc nghiên cứu sử dụng

oligochitosan trong bảo quản thực phẩm nhất là nguyên liệu thủy sản cần phải đặt

ra và đẩy nhanh tiến độ nghiên cứu ứng dụng trong thực tế Chính vì thế, được sự cho phép của khoa Công nghệ Thực phẩm và cán bộ hương dẫn, em tiến hành thực

hiện đề tài: “ Thử nghiệm sản xuất oligochitosan và sử dụng oligochitosan trong bảo quản tôm thẻ chân trắng nguyên liệu” Với mục tiêu đánh giá khả năng sử dụng

COS trong bảo quản tôm thể chân trắng nguyên liệu nhằm kéo dài thời gian bảo quản tôm trong điều kiện bảo quản lạnh

Nội dung của đồ án:

1) Thử nghiệm sản xuất oligochitosan;

2) Sơ bộ tính chi phí nguyên vật liệu cho quá trình sản xuất oligochitosan; 3) Thử nghiệm sử dụng oligochitosan trong bảo quản tôm thẻ chân trắng nguyên liệu

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Sự thành công của đề tài là số liệu thực tế góp phần khẳng định khả năng sử dụng COS trong bảo quản tôm sau thu hoạch Các số liệu thực tế này sẽ góp phần làm phong phú thêm kiến thức về khả năng ứng dụng COS trong lĩnh vực chế biến thủy sản

Đồng thời thành công của đề tài sẽ là cơ sở để các doanh nghiệp chế biến thủy sản ứng dụng COS trong bảo quản để kéo dài độ tươi của tôm

Do lần đầu tiên tiếp cận với nghiên cứu khoa học nên đồ án tốt nghiệp của em còn nhiều hạn chế Vì vậy em rất mong được sự góp ý chân thành của các thầy cô

Em xin chân thành cảm ơn

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về chitin, chitosan và oligochitosan

1.1.1 Cấu tạo và tính chất của chitin, chitosan và oligochitosan

1.1.1.1 Chitin

Chitin là một polymer phổ biến trong tự nhiên,sau cellulose, chúng được tạo rất trung bình 20g trong 1 năm/1m2 bề mặt trái đất Chitin ít khi ở dạng tự do mà luôn liên kết với protein ở dạng phức hợp, cacbonat canxi và nhiều hợp chất hữu cơ khác, gây khó khăn cho việc tách chiết Chitin là một polysachrid dược cấu tạo bởi các monosaccharit liên kết với nhau bằng cầu nối 1,4-glucosid, có công thức phân

tử là (C8H13O5N)n Chitin có cấu trúc hóa học giống cellulose và có thể xem là một dẫn xuất của cellulose với nhóm acetamide ở cacbon số 2

Trong tự nhiên chitin tồn tại ở cả động vật và thực vật Trong giới động vật chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng của vỏ một số động vật không xương sống như: côn trùng, nhuyễn thể, giấp xác, và giun tròn Trong giới thực vật chitin

có ở thành tế bào của nấm Zygemycethers và một số tảo chlorophiceae

Động vật thủy sản đặc biệt là vỏ tôm, cua, ghẹ, là nguồn nguyên liệu tiềm năng sản xuất chitin, từ đó sản xuất các sản phẩm khác từ chúng

Chitin có cấu trúc tuyến tính từ các đơn vị N-acetyl-β-D Glucozamin nối với nhau nhờ cấu trúc β-1.4 Glucozit

Công thức cấu tạo:

Hình 1.1: công thức cấu tạo của chitin.[9]

phân tử lượng: Mchitin=(203,09)n

Chitin có màu trắng, cũng giống cellulose, chitin có tính kỵ nước cao (đặc biệt đối với α-chitin) và không tan trong nước, trong kiềm, trong acid loãng và các dung môi hữu cơ như ete, rượu Tính không tan của chitin là do chitin có cấu trúc chặt chẽ, có liên kiết trong và liên phân tử mạnh mẽ thông qua các nhóm hydroxyl

và acetamide Tuy nhiên, cần lưu ý là β-chitin, không giống như α- chitin, có tính trương nở với nước cao

- Chitin hòa tan được trong dung dịch acid đậm đặc như HCl, H3PO4 và dimethylacetamide chứa 5% lithium chloride

- Chitin tự nhiên có độ deacetyl dao động trong khoảng từ 8-12%, phân tử lượng lớn hơn 1 triệu dalton Tuy nhiên, chitin chiết rút từ vi sinh vật thì có phân tử lượng thấp, chỉ khoảng vài chục ngàn dalton 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 tạo thành các phân tử glucosamine có hoạt tính sinh học cao

- Chitin tương đối ổn định với các chất chống oxyhoa khử, thuốc tím (KMnO4), oxy già, nước Javen (NaClO) hay Ca(ClO)2…lợi dụng tính chất này người ta sử dụng các chất chống oxy hóa để khử màu cho chitin

- Chitin khó tan trong thuốc thử Schweizel Sapranora Điều này có thể do nhóm acetamit (-NHCOOCH3) ngăn cản sự tạo thành các phức chất cần thiết

- Khi đun nóng trong acid HCl đậm đặc thì chitin sẽ bị thủy phân hoàn toàn tạo thành 88.5% d-Glucosamin và 21.5% acid acetic, quá trình thủy phân xảy ra ở cầu nối Glucozid, sau đó là sự loại bỏ nhóm acetyl (-CO-CH3)

(C32H54N4O21)x + 2(H2O)
(C28H50N4O19)x + 2(CH3-COOH)

Khi đun nóng Chitin trong dung dịch NaOH đậm đặc thì chi tin sẽ bị mất gốc acetyl tạo thành chitosan

Chitin + n NaOH (đậm đặc) đun nóng chitosan + n CH3COONa

Chitin có khả năng hấp thụ hồng ngoại ở bước song: λ=884÷890µm.[2]

1.1.1.2 Chitosan

Chitosan là một dạng của polymer hữu cơ có cấu trúc tuyến tính từ các đơn

vị D-Glucosamin liên kết với nhau bằng liên kết 1-4 glucozide Các liên kết này rất

dễ bị cắt đứt bởi các tính chất hóa học như acid, bazo, tác nhân oxy hóa và các enzyme thủy phân.[3]

công thức cấu tạo:

Hình 1.2: cấu tạo chitosan.[9]

công thức phân tử: [C6H11O]n

phân tử lượng trung bình của chitisan: M=(161,07)n

Phân tử lượng của chitosan làm

một thông số cấu trúc quan trọng, nó

quyết định tính chất của chitosan như

khả năng kết dính, tạo màng, tạo gel, khả

năng hấp phụ chất màu, đăc biệt là khả

năng ức chế vi sinh vật Chitosan có

phân tử lượng càng lớn thì có độ nhớt

càng cao Thông thường, phân tử lượng

của chiotosan nằm trong khoảng từ

100.000 dalton đến 1.200.000 dalton (Li và cộng sự,1997) Phân tử lượng chitosan phụ thuộc vào nguồn chitin, điều kiện deacetyl và thường rất khó kiệm soát Tuy nhiên, chitosan phân tử lượng thấp thường có hoạt tính sinh học cao hơn, thường có nhiều ứng dụng trong nông nghiệp, y học, công nghệ sinh học Chitosan có phân tử lượng lớn, có khả năng tạo màng tốt và màng chitosan tạo thành có sức căng tốt Độ nhớt của chitosan phụ thuộc vào phân tử lượng Chitosan có phân tử lượng thấp có

độ nhớt từ 30-200 cps và chitosan có phân tử lượng lớn hơn 1 triệu dalton có độ nhớt lên đến 3.000-4.000 cps Ngoài ra, độ nhớt của chitosan còn phụ thuộc vào độ deacetyl, cường độ ion, pH, nhiệt độ.[2]

Chitosan là chất rắn, xốp, nhẹ, ở dạng bột màu trắng ngà, không mùi, không

vị ở dạng vảy có màu trắng trong hay màu hơi vàng Loại chitosan hay được dùng trong y tế, thực phẩm có trọng lượng trung bình từ 2.000 đến 4.000 Dalton

Không giống như chitin chỉ tan trong một số ít hệ dung môi, chitosan tan tốt trong các acid hữu cơ thông thường như acid focmic, acid acetic, acid propinic, acid citric, acid lactic pKa của chitosan có giá trị từ 6.2 đến 6,8 Khi hòa tan chitosan trong môi trường acid loãng tạo thành keo dương Đây là điểm rất đặc biệt vì đa số các keo polysaccharide tự nhiên tích điện âm Chitosan tích điện dương sẽ có khả năng bám dính bề mặt các ion có điện tích điện âm và có khả năng tạo phức với các ion kim loại và tương tác tốt với các polymer tích điện âm

Chitosan có khả năng tạo màng rất tốt Tính chất cơ lý của màng chitosan như độ chịu kéo, độ rắn, độ ngấm nước, phụ thuộc nhiều vào phân tử lượng và độ deacetyl hóa của chitosan Chitosan độ deacetyl cao có ứng suất kéo và độ kéo giãn dài giới hạn cao hơn màng chitosan có độ deacetyl thấp.[3]

Tính chất của chitosan như khả năng hút nước, khả năng hấp thụ chất màu, kim loại, kết dính với chất béo, kháng khuẩn, kháng nấm, mang AND….phụ thuộc rất lớn vào độ deacetyl hóa Chitosan có độ deacetyl cao thì có khả năng hấp thụ chất màu, tạo phức với kim loại tốt hơn Tương tự, khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của chitosan cao hơn ở các mẫu chitosan có độ deacetyl cao Cụ thể khả năng kháng khuẩn tốt với chitosan có độ deacetyl trên 90% Tuy nhiên khả năng hút

nước của chitosan giảm đi khi tăng độ deacetyl Kết quả nghiên cứu của Trung và cộng sự (2006) cho thấy khả năng hút nước của chitosan có độ deacetyl hóa thấp (75%) đạt đến 659% cao hơn nhiều so với chitosan có độ deacety hóa cao chỉ đạt 486%.[3]

Hình 1.3 Sơ đồ quá trình biến đổi chitin thành chitosan.[9]

Chitosan có khả năng ức chế nhiều chủng vi sinh vật: vi khuẩn Gram âm, vi khuẩn Gram dương và vi nấm Khả năng ức chế vi sinh vật của chitosan phụ thuộc vào độ deacetyl, phân tử lượng So với chitin, chitosan có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm tốt hơn vì chitosan tích điện dương ở vị trí cacbon thứ 2 ở pH nhỏ hơn 6 Chitosan có độ deacetyl cao trên 85% thì có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm tốt Chitosan có phân tử lượng dưới 2000 dalton thì khả năng ức chế vi sinh vật kém Chitosan có phân tử lượng trên 9000 dalton thì có khả năng ức chế vi sinh vật cao (Jeon và cộng sự)

Ngoài các tính chất trên chitosan còn có khả năng chống oxy hóa Khả năng chống oxi hóa của chitosan cũng phụ thuộc vào độ deacetyl, phân tử lượng và độ nhớt của chitosan Chitosan có độ nhớt thì có khả năng chống oxi hóa cao hơn Hơn nữa, chitosan có thể gắn kết với lipid, protein, các chất màu

Chitosan có nguồn gốc tự nhiên, không độc, an toàn khi sử dụng, làm thực phẩm, dược phẩm, có tính hòa hợp sinh học cao đối với cơ thể và có khả năng tự phân hủy sinh học Chitosan và oligomer của nó có đặc tính miễn dịch, do đó nó kích thích các tế bào giữ nhiệm vụ bảo vệ hệ miễn dịch đối với các khối u và các tác nhân gây bệnh Ngoài ra, chitosan còn có khả năng hút nước, giữ ẩm, có tính kháng khuẩn, kháng nấm Chúng có khả năng liên kết với protein, lipid nên có tác dụng làm giảm cholesterol và lipid trong máu Với khả năng thúc đẩy hoạt động của các peptide – insulin, kích thích việc tiết ra insulin ở tuyến tụy nên chitosan được dùng

để điều trị bệnh tiểu đường Nhiều công trình đã công bố khả năng kháng đột biến, kích thích làm tăng cường hệ thống miễn dịch cơ thể, khôi phục bạch cầu, hạn chế

sự phát của các tế bào ung thư, u….[3]

1.1.1.3 Oligochitosan

Oligochitosan là sản phẩm của quá trình thủy phân chitin, chitosan bằng các con đường hóa học, sinh học, tùy theo từng điều kiện, chế độ thủy phân mà các oligochitosan có khối lượng phân tử khác nhau

Oligochitosan là một saccharide, được kết hợp bởi các monosaccharide từ 2÷20 trong cấu trúc của chitin, chitosan

Oligochitosan được xem như là một thực phẩm chức năng Ngoài việc COS

có khả năng chống vi khuẩn, nấm mốc, nấm men, COS còn có khả năng chống cholesterol, chống ung thư, chống oxi hóa, chống bướu, chống tim mạch Công thức cấu tạo oligochitosan:

Hình 1.4: công thức cấu tạo của oligochitosan.[9]

Công thức phân tử:(C6H11O4N)n; n=0÷6

COS dạng bột có màu trắng hoặc hơi vàng, không mùi, vị không đặc biệt Chúng có khả năng tan tốt trong nước, độ nhớt thấp, phân tử lượng nhỏ và dễ kết tinh, có tính chất hoạt động sinh học cao như: tăng sức đề kháng, điều hòa lượng cholesterol, cải thiện thiếu máu, làm tăng khả năng hấp thụ canxi, thúc đẩy quá trình bài tiết, điều hòa huyết áp, thúc đẩy bài tiết acid Uric, chống ung thư máu…Ngoài

ra COS còn tham gia điều trị các bệnh: Viên loét dạ dày, bệnh tiêu chảy, bệnh táo bón, chuột rút, đặc biệt có khả năng kết hợp với mangan tham gia vào quá trình hình thành xương sụn rất tốt COS còn có khả năng kháng bệnh cho cây trồng vật nuôi, đồng thời cũng là chất kích thích sinh trưởng rất tốt.[3]

Các phương pháp sản xuất COS: Hiện nay có nhiều phương pháp sản xuất COS như:

• Phương pháp sinh học: Dùng enzyme để thủy phân chitin hoặc chitosan

• Phương pháp hóa học: Dùng acid để thủy phân như HCl

• Phương pháp chiếu xạ: Dùng các chất phóng xạ để thủy phân

1.1.2 Ứng dụng của chitin – chitosan và Oligochitosa

1.1.2.1 Trong nông nghiệp

Trong nông nghiệp, chitin, chitosan được sử dụng để tăng cường sự hoạt động của các vi sinh vật có lợi trong đất, bọc các hạt giống nhằm mục đích ngăn ngừa sự tấn công của nấm trong đất và tăng cường khả năng nảy mầm của hạt, giảm stress cho cây, kích thích sinh trưởng và tăng năng suất thu hoạch Đặc biệt chitosan

có đóng vai trò là chất kích thích hệ miễn dịch của cây và sự hoạt động của enzyme chitinase.[6]

Viện khoa học nông nghiệp Miền Nam và Trung tâm công nghệ sinh học thủy sản đã nghiên cứu tác dụng của chitosan đối với các hạt giống dễ mất khả năng nảy mầm và góp phần thúc đẩy khả năng sinh trưởng của cây non Kết quả là kéo dài thời gian sống và duy trì khả năng nảy mầm của hạt cà chua và đậu côve sau

thời gian bảo quản là 9÷12 tháng ở điều kiện bình thường, hạt sinh trưởng và phát triển tốt.[3]

Qua nghiên cứu ảnh hưởng của chitosan và các nguyên tố vi lượng lên một

số chỉ tiêu sinh lý, sinh hóa của lúa mạ, ở nhiệt độ thấp thì kết quả cho thấy chitosan

vi lượng làm tăng hàm lượng diệp lục và hàm lượng Nitơ tổng số, đồng thời hàm lượng các Enzyme như Amylase, Catalase, hay Peroxidase cũng tăng lên Ngoài ra trong nông nghiệp còn sử dụng chitosan để bảo quản thực phẩm, trái cây, do dịch keo chitosan có tác dụng chống mốc, chống sự phá hủy của một số nấm men, vi sinh vật gram âm trên các loại hoa quả

Ngoài ra chitosan còn được làm nguyên liệu bổ sung vào thành phần thức

ăn cho động vật thủy sản, giúp kích thích tăng trưởng tốt.[3]

Oligochitosan có khả kích thích kháng bệnh cho cây trồng vật nuôi Các nhà khoa học thuộc Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ (Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam) đã chế tạo thành công chế phẩm oligochitosan có tác dụng kích thích kháng bệnh cho cây trồng, vật nuôi

Khi xử lý hạt giống lúa bằng oligochitosan sẽ làm gia tăng tỷ lệ nảy mầm từ 88% (đối chứng không xử lý oligochitosan) lên 94,4% và sinh khối tươi của cây mạ non từ 1,18 g/cây (đối chứng) lên 1,70 g/cây

Sử dụng oligochitosan bổ sung vào thức ăn cho gia súc (lợn, gà ) sẽ tạo hiệu ứng kích kháng bệnh, làm gia tăng hiệu quả sử dụng thức ăn thông qua sự gia tăng vi khuẩn đường ruột có ích Lactobacillus, làm giảm số lượng vi khuẩn có hại

E coli, giúp cho lợn, gà, cá tăng trọng và đạt hiệu quả kinh tế cao hơn Ngoài ra, khi sử dụng oligochitosan sẽ giúp giảm thiểu hoặc không sử dụng các chất kháng sinh và chất tăng trọng tổng hợp, góp phần nâng cao chất lượng và độ an toàn của thịt lợn, gà, cá [9]

COS ảnh hưởng tích cực đến sinh trưởng của rau cải, đậu cove và một số rau khác, có tác dụng tăng năng suất, tăng khả năng kháng bệnh, hạn chế việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, góp phần bảo vệ môi trường và thực hiện chương trình rau sạch, rau an toàn

COS ảnh hưởng tích cực đến sinh trưởng và năng suất của Ngô Với nồng độ

phun thích hợp là 40ppm, số lần phun là 3 lần/vụ, liều lượng phun là 300l/ha, năng

suất sau khi sử dụng tăng 20% so với đối chứng (theo nghiên cứu của Đại học Nông

nghiệp I Hà Nội).[1]

1.1.2.2 Trong Y học

Ở một số nước đã sản xuất chỉ khâu phẫu thuật từ Chitin nhờ việc phát hiện

một số dung môi đặc biệt có khả năng hòa tan Chitin ở nhiệt độ thường mà không

làm phá hủy cấu trúc polymer.[1]

Nhật Bản đã sản xuất ra “Da nhân tạo” có nguồn gốc từ Chitin được gọi là

Beschitin W, nó giống như là một tấm vải (có kích thước 10x10cm) và được bao

bọc ốp lên vết thương chỉ một lần đến khi khỏi Tấm Beschitin.W bị phân hủy sinh

học từ từ cho đến lúc hình thành lớp biểu bì mới Nó có tác dụng giảm đau, giúp

các vết sẹo, bỏng phục hồi biểu bì nhanh chóng và chống nhiễm trùng.[3]

Ở Việt Nam, các nhà khoa học thuộc viện hóa học, Trung tâm Khoa học tự

nhiên và công nghệ quốc gia và bác sĩ Trường Đại học Y Hà Nội đã nghiên cứu

thành công da nhân tạo có tên là Vinachitin dùng trong các trường hợp bệnh nhân bị

thương, bỏng trên diện tích rộng, bệnh nhân bị choáng do mất nước dẫn đến bị

nhiễm trùng Có tác dụng chống mất nước, khả năng tái tạo da và đặc biệt khi vết

thương lành không để lại sẹo.[2]

Chitin – chitosan và các oligomer của nó có đặc tính miễn dịch do nó có

kích thích các tế bào giữ nhiệm vụ bảo vệ miễn dịch với các tế bào khối u và các tác

nhân gây bệnh, Chitosan – oligosaccharide được sản suất từ chitin được sự dụng

làm thuốc giảm cholesterol trong máu

Thời gian qua Khoa Dược của trường Đại Học Y Dược Thành Phố HCM đã

bước đầu nghiên cứu thành công thuốc trị viên loét dạ dày, tá tràng từ chitosan

Nhật Bản đã sản suất các sản phẩm, hàng hóa cho người ăn kiêng có chứa

chitosan để làm giảm cholesterol, theo các nhà khoa học thì tác dụng hạ cholesterol

của N,N,N-Trimetylchitosan (TMC) là do trong phân tử của nó có chứa nhóm

-N+(CH3), các nhóm này có khả năng kết hợp với Cl- của các acid béo trong muối mật và được đào thải ra khỏi cơ thể Làm giảm lipid trong máu, giảm cân nặng và chống béo phì với mục đích để tránh nguy cơ mắc bệnh tim mạch, tiểu đường như bánh mỳ, khoai tây chiên, dấm, nước chấm…được bán rộng rãi trên thị trường

Do đó có khả năng kháng khuẩn và tạo màng chitosan được ứng dụng phối hợp với một số thành phần phụ liệu khác để tạo da nhân tạo chống nhiễm khuẩn và cầm máu.[3]

Trong kỹ nghệ bào chế dược phẩm, chitosan được sử dụng làm chất tạo màng, chất tạo dính, viên nang, làm tá dược độn hay các chất mang sinh học dẫn thuốc…trên thế giới việc ứng dụng chitosan trong công nghệ sản suất thuốc rất mạnh mẽ và hiệu quả Tác dụng của chitosan là bao bọc tá dược hay cố định thuốc

để kéo dài thời gian sử dụng tránh các tác dụng phụ của thuốc

Nhìn chung chitin –chitosan có tiềm năng ứng dụng rất lớn trong y học Hiện nay các nhà khoa học đang nghiên cứu ứng dụng khác của nó như: tác động kích thích miễn dịch, chống sự phát triển của khối u, đặc biệt làm giảm cholesterol hay nghiên cứu làm thuốc chữa bệnh viêm loét dạ dày, tá tràng…đang mở ra hướng đi mới

COS và các chế phẩm của nó có đặc tính miễn dịch do nó kích thích các tế bào giữ nhiệm vụ bảo vệ miễn dịch với các tế bào khối u và các tác nhân gây bệnh Đồng thời COS còn được sử dụng để làm thuốc hạ cholesterol trong máu

1.1.2.3 Trong công nghiệp

• Trong công nghiệp thực phẩm

Chitin, chitosan là một polymer tự nhiên không độc và rất an toàn đối với thực phẩm với tính năng kháng khuẩn, chống ẩm, tạo màng, có khả năng hấp thụ một số kim loại nặng, nên chitosan được nghiên cứu ứng dụng trong nghành công nghệ sản suất thực phẩm và bảo quản

Sử dụng chitosan bao bọc thực phẩm để kéo dài thời gian bảo quản và cải thiện chất lượng thực phẩm tươi, thực phẩm đã cấp đông đã được thủ nghiệm suốt

những năm qua Những lớp màng ngoài này có thể cung cấp bổ sung và còn là công cụ cần thiết để kiểm soát những thay đổi về sinh lý, hình thái, lý hóa ở các sản phẩm thực phẩm.[3]

Chitosan có độ chống thấm cao đối với các chất như chất béo và dầu, kiểm soát nhiệt độ, củng cố cấu trúc thực phẩm và giữ mùi Màng chitosan dai, bền, dẻo,

và rất khó rách

Chitosan dùng để lọc trong các loại nước ép hoa quả, rượu bia, nước ngọt và

có thể lọc các nguồn nước thải công nghiệp từ các nhà máy chế biến thực phẩm nhờ khả năng làm đông có thể lơ lửng, rắn giàu protein trong nước thải của quá trình chế biến thịt, rau cải, tôm cá nhờ khả năng kết dính tốt các ion kim loại nặng như

Hg, Pb của keo dương chitosan Vì vậy các ion kim loại trên bề mặt bị giữ lại mà keo chitosan không bị keo tụ

Các sản phẩm thịt rất dễ bị mất mùi và ôi do sự oxi hóa của các thành phần lipid không bão hòa Hiệu quả sử lý của chitosan để ổn định các chất oxi hóa trên thịt bò đã được Darmadji và Izumimoto nghiên cứu, họ quan sát thấy rằng sử dụng chitosan nồng độ 1% dẫn đến giảm 70% giá trị 2-thiobarbi-turic acid (TBA) sau 3 ngày bảo quản ở 4oC

Năm 1983, thực phẩm Mỹ (USFDA) đã chấp nhận chitosan được dùng làm chất phụ gia trong thực phẩm và dược phẩm Chitosan tạo màng mỏng bao gói bảo quản thực phẩm, ngoài ra chúng còn dùng để khử màu các sản phẩm màu như dầu

cá, nước mắn xuất khẩu

Tại Canada và Mỹ từ lâu đã cho phép sự dụng vỏ bọc thực phẩm bằng màng chitosan, là một dạng polymer được dùng an toàn cho người, vì có hoạt tính sinh học cao đa dạng nên chitosan đã được đưa vào thành phần trong thức ăn như sữa chua, bánh kẹo và nước ngọt…[3]

Oligochitosan có phân tử lượng thấp, tan được trong nước, có khả năng kháng khuẩn cao nên hiện nay COS đang được chú ý đến để ứng dụng vào các ngành công nghiệp Năm 2005, Hoàng Ngọc Anh đã nghiên cứu về Oligoglucozamin để bảo quản thịt heo Năm 2006, có công trình nghiêp cứu của cô Trần Thị Luyến và cộng

sự dùng oligoglucozamin làm chất bảo quản xúc xích gà surimi Năm 2009, cô Trần Thị Luyến và Đỗ Hải Lưu đã nghiên cứu ảnh hưởng của chitosan, oligochitosan đến một số vi sinh vật gây bệnh trên cá bảo quản bằng nước

• Trong công nghệ sinh học

Trong lĩnh vực công nghệ sinh học, chitin – chitosan là một chất mang phù hợp cho sự cố định enzyme tế bào Enzymer cố định tế bào là một chất xúc tác sinh học hoạt động trong một không gian linh hoạt Enzymer cố định đã cho phép mở ra việc sử dụng rộng rãi enzymer trong công nghiệp, y học, khoa học phân tích…enzymer cố định được sử dụng lâu dài, không cần thay đổi chất xúc tác, nhất

là trong công nghệ làm sạch nước, làm trong nước quả Sử dụng enzymer cố định rất thuận lợi và đạt hiệu quả cao.[6]

Đặc điểm quan trọng của các nguyên liệu được sử dụng làm chất cố định enzymer là diện tích bề mặt rộng trên một đơn vị thể tích hay trọng lượng, không bị phân giải, không bị hòa tan, bền vững với các yếu tố hóa học, giá rẻ, dễ kiếm Trong các loại polymer, chitin và chitosan thỏa mãn các yêu cầu trên, chúng bền vững, không tan, ổn định với các yếu tố hóa học

Phương pháp cố định enzymer bao gồm: enzymer được dính trên các chất mang bằng liên kết hấp thụ hay liên kết tĩnh điện (liên kết ion), hoặc liên kết vùi trong lưới gel liên kết ngang (grosdinking) Enzymer được cố định trong chitosan bằng liên kết hấp thụ hay liên kết ngang qua các chất trung gian như: glutaradeh hoặc có khi enzymer bị vùi trong lớp lưới gel tạo thành liên kết ngang giữa chitosan

và glutaradehyd

Qua nhiều nghiên cứu cho thấy, chitosan có các đặc điểm sau:

- Chitosan là nguyên liệu linh hoạt, dẻo Nó có thể dùng cố định enzymer bằng liên kết hấp thụ đơn giản, bằng hấp thụ dạng lưới hay bằng liên kết ion qua các nhân tố chức năng trung gian hoặc ở dạng thể vùi

- Sự liên kết ion NH3+ của chitosan với các ion âm tự do trên enzymer là các nhân tố hình thành liên kết hấp thụ và liên kết ion

- Hiệu suất cố định theo phương pháp hấp thụ có khuynh hướng cao hơn theo phương pháp ion, cho phép thực hiện trong điều kiện nhẹ nhàng

- Khi so sánh với các chất nang khác thì chitosan có khả năng chứa đựng lượng protein 10÷30 mg/gram chitosan

• Trong công nghiệp giấy

Chỉ cần bỏ ra 1% chitin tính theo trọng lượng vào bột giấy cũng làm đã đủ làm tăng sức dẻo dai của giấy Nhờ đó các nhà máy có thể dùng ít chất sợi hơn nhưng vẫn giữ được phần tốt của giấy Theo ước tính các nhà sản suất giấy có thể tiết kiệm được 90% năng lượng tiêu thụ vì bây giờ họ không cần đánh bột giấy để rút nước ra nữa Loại giấy được chế tạo từ chitin dễ in hơn giấy bình thường và khó rách hơn khi bị ướt Với đặc tính này chitin có thể được dùng trong việc chế tạo tã lót cho trẻ em, khăn giấy và bao giấy gói hàng.[6]

Do cấu trúc chitosan tương tự như cellulose nên người ta bổ sung chitosan vào nguyên liệu làm giấy, chúng giúp giấy có độ bền dai, đồng thời chất lượng in trên giấy cũng tốt hơn Ngoài ra còn ứng dụng chitosan để sản suất giấy chịu nhiệt, giấy hoa dán tường.[3]

• Trong công nghiệp dệt

Chitosan được dùng để hồ vải, cố định hình in hoa, màu sắc Ưu điểm là làm cho vải hoa, tơ sợi bền màu, bền sợi, chịu được cọ sát, mặt ngoài thì ánh đẹp Tuy nhiên nhược điểm duy nhất là màu sắc hơi vàng, không thích hợp với màu trắng Chitosan là nguyên liệu quan trọng để hồ hóa lên vải chống nước Hòa tan Chitosan trong CH3COOH loãng 1,5% cùng với acetat nhôm và acid stearic thì được hỗn hợp Hỗn hợp này đem sơn lên vải, khi khô tạo thành màng mỏng chắc bền chịu được nước, chống lửa, cách nhiệt, chịu nắng và chống thối Vải này được sử dụng để sản xuất vải bao dây điện, những dụng cụ bảo hộ trong sản suất, nghiên cứu…

• Trong công nghiệp hóa mỹ phẩm

Chitosan được sử dụng trong thành phần sản xuất kem chóng khô da, làm kem dưỡng da, làm khả năng hòa hợp sinh học giữa kem thuốc và da, chế tạo thuốc, định hình tóc, kem lột mặt nạ.[3]

Từ năm 1969, chitin được bắt đầu sử dụng nhiều trong kỹ thuật bào chế mỹ phẩm Vài hãng đã sử dụng nó trong kem và thuốc bôi ngoài da để làm cho kem đặc lại và những hãng khác đang thí nghiệm để dùng nó trong việc bào chế thuốc trị sốt

và vecni sơn móng tay

Chitosan còn được thêm vào trong dầu gội đầu để làm cho nước loãng hơn bằng cách khóa các ion Fe, Ca, Mg lại với nhau

• Bảo vệ môi trường

Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (USEPA) đã cho phép chitosan không những dùng được trong thành phần thức ăn, mà còn dùng cả trong việc tinh chế nước uống, tẩy lọc nguồn và hấp phụ các kim loại nặng trong các nhà máy chế biến

Chitin, chitosan được ứng dụng khá phổ biến trong xử lý môi trường nhờ khả năng hấp phụ, tạo phức với các ion kim loại (Pb, Hg, Cd, Fe, Cu…) các chất màu, khả năng keo tụ, tạo bông rất tốt với các chất hữu cơ Do đó chitin, chitosan được sử dụng như là một trong các nhóm tác nhân để xử lý nước thải như: để hấp phụ, tạo phức trong việc xử lý kim loại, thu hồi protein trong nước thải, xử lý chất màu của nước thải từ nhà máy dệt nhuộm.[6]

• Dùng trong phim ảnh và một số nghành công nghệ khác: Phim chitosan có

độ nét cao, không tan trong nước, acid nhưng tan trong acid loãng như acid acetic Chitosan được làm mực in cao cấp trong công nghệ in Chitin, chitosan làm tăng độ bền của gỗ trong công nghiệp chế biến gỗ

Chitosan dùng để cố định enzymer và các tế bào vi sinh vật, làm chất mang sắc ký chọn lọc, trong công nghệ sinh học

Hãng kỹ thuật của Matsushita còn dùng chitosan trong việc chế tạo máy phát nhanh

1.1.3 Tình hình nghiên cứu sản xuất chitin – chitosan – oligochitosan

1.1.3.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài

Thế giới đã biết đến chitin – chitosan từ những năm 60 của thế kỷ XIX nhờ phát minh đầu tiên vào năm 1859 của Rouger, khi ông đun sôi chitin trong dung dịch KOH đậm đặc Về sau có nhiều công trình nghiên cứu về chitin, chitosan và các sản phẩm thủy phân chitin – chitosan

Shigermase cùng cộng tác viên (1994) cho rằng lyozyme có khả năng thủy phân chitin – chitosan rất tốt trong điều kiện t=38oC, pH=5,4

Aiba và Muraka (1996) cho rằng (GlcNAc)n, n=1÷7, có thể sản xuất được bằng cách dùng enzymer , enzymer cellulose và hemicellulase thủy phân chitosan Muzzarelli (1997) cũng cho rằng hemicellulase, papain và lipase thủy phân chitosan ở những độ nhớt rất khác nhau, hemicellulase thủy phân chitosan

ở những độ nhớt rất khác nhau, hemicellulase thủy phân chitosan, sản lượng (GlcNAc)n, n=6 thu được 18%, Muzzarelli (1997) cũng cho rằng Strepmyces griseus Hut 6037 tiết ra enzymer ngoại bào chitinase và chitosanase ứng dung thủy phân của loài giáp xác

Một nghiên cứu khác của Zhu cùng cộng tác viên (2001) cho rằng dùng hemicellulase thủy phân chitosan, sản lượng hexaose thu được 18% và dùng cellulose thủy phân chitosan cho sản lượng GlcNAc là 37 %

Murakami cùng cộng tác viên (1992) cho rằng mỗi enzymer thủy phân chitosan khác nhau sẽ có kết quả về sản lượng khác nhau do mức độ deacetyl của chitosan khác nhau

1.1.3.2 Tình hình nghiên cứu ở trong nước

Ở nước ta, trường Đại học Thủy Sản bắt đầu nghiên cứu chiết tách được Chitin – Chitosan từ năm 1978 với quy trình của kỹ sư Đỗ Minh Phụng nhưng chưa

có ứng dụng cụ thể trong sản suất Sau một thời gian, khi phát hiện ra nhiều ưu điểm của chitin – chitosan thì chúng ta đã trở thành nhu cầu trong nhiều nghành công nghiệp và trở thành mặt hàng có giá trị thì nhiều cơ quan nghiên cứu khác cũng tập trung vào nghiên cứu khác ứng dụng công nghệ này như trường Đại học

Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, Trung tâm Công nghệ sinh học thuộc Trung tâm nghiên cứu nuôi trồng Thủy sản II, trường Đại học Y Dược thành phố Hồ Chí Minh, phân viện khoa học Việt Nam…cho đến này tận dụng các nguồn phế liệu giáp xác nói chung và tận dụng phế liệu từ vỏ tôm nói riêng đang dần được mở rộng

và được đánh giá là có tiềm năng lớn

Trường Đại học Nha Trang đã nghiên cứu thành công các quy trình: quy trình công nghệ sản xuất chitosan từ vỏ nghẹ (Trần Thị Luyến), quy trình công nghệ sản suất chitosan từ vỏ tôm mũ ni (Huỳnh Nguyễn Duy Bảo), quy trình sử dụng papain

để sản suất chitosan (Trần Thị Luyến)

Hiện nay chủ yếu chitin và chitosan được sản suất theo phương pháp hóa học theo quy trình công nghệ cơ bản sau:

Hình 1.5: Sơ đồ sản xuất chitosan từ vỏ tôm, cua

Vỏ tôm/cua Khử protein bằng NaOH

Khử khoáng bằng HCl

Tẩy màu bằng NaOCl hoặc H2O2

Deacetyl trong NaOH đặc

Rửa trung tính

Rửa trung tính

Rửa trung tính

Chitosan

Sấy Rửa

Sấy Chitin

Nguyên liệu đưa vào quy trình có thể là phế liệu tôm, cua, ghẻ….rửa sạch nguyên liệu, loại bỏ tạp chất Đây là bước cần thiết để nâng cao hiệu quả của quá trình xử lý tiếp theo và chất lượng của chitin và chitosan Quá trình khử protein được thực hiện bằng cách ngâm NaCO3 hoặc NaOH Nồng độ NaOH được dùng tùy theo từng loại nguyên liệu và điều kiện xử lý, thông thường nồng độ NaOH được sử dụng là 4%, lượng dung dịch gấp 4-5 lần nguyên liệu Nếu áp dụng ở nhiệt độ cao thì có thể giảm nồng độ NaOH xử lý Sau đó rửa đến trung tính Quá trình khử khoáng bằng dung dịch HCl, nồng độ được sử dụng 4% lượng dung dịch 4-5 lần nguyên liệu, quá trình khử khoáng xẩy ra rất nhanh vào giai đoạn đầu của quá trình

xử lý nên cần khuấy đảo để phản ứng diễn ra đồng đều Sau đó rửa đến trung tính Quá trình deacetyl được tiến hành với các điều kiện khác nhau nên cho ra sản phẩm chitosan cuối cùng với tính chất rất đa dạng, khác nhau về độ khử deacetyl, phân tử lượng, độ nhớt

Theo phương pháp hóa học thường tốn khá nhiều hóa chất và gây ô nhiễm môi trường Do vậy, hiện nay có một số quy trình cải tiến được nghiên cứu và ứng dụng thành công như sau:

Quy trình sử dụng enzymer papain để khử protein cuả cô Trần Thị Luyến Ngoài ra còn có các quy trình dùng vi khuẩn lactic của Bùi Văn Tú và quy trình sử

dụng vi khuẩn Bacillus subitilis để khử protein của Lê Thị Thủy Gần đây có một số

công trình nghiên cứu sản suất chitosan bằng phương pháp sử dụng enzyme để thủy phân chitosan như công trình của Lê Thị Tưởng (2007) sử dụng enzyme hemicellulase thủy phân chitin, chitosan Việc kết hợp giữa phương pháp sinh học

và hóa học đã cho sản phẩm có chất lượng tốt hơn

Trong nông nghiệp chitosan được sử dụng để bao bọc bên ngoài hạt giống để ngăn ngừa sự tấn công của nấm trong đất, đồng thời còn có tác dụng cố định phân bón, thuốc trừ sâu, tăng cường khả năng nẩy mầm của hạt Qua nghiên cứu ảnh hưởng của chitosan và các nguyên tố vi lượng lên một số chỉ tiêu sinh lý – hóa sinh Của cây mạ lúa ở nhiệt độ thấp thì kết quả cho thấy chitosan vi lượng làm tăng hàm

lượng diệp lục tổng số và hàm lượng nitơ Đồng thời hàm lượng các enzyme như amylase, catalase, hay peroxidase của tăng lên

Trần Thị Luyến và các cộng sự Trường Đại Học Nha Trang đã nghiên cứu sản suất Oligoglucosamin từ Chitosan bằng phương pháp hóa học và đã nghiên cứu sử dụng Chitosan, Oligoglucosamin vào bảo quản dứa, cá ngân, thịt heo, thịt bò, cá nục…, cho thấy Chitosan, Oligoglucosamin có khả năng bảo quản thực phẩm cao

1.2 Tổng quan về thủy sản Việt Nam

Nước ta với điều kiện thiên nhiên thuận lợi: với bờ biển dài hơn 2500km, vùng biển rộng lớn, nhiều hải đảo, cửa biển phân bố nhiều nơi, hệ thống sông ngòi chằng chịt và lượng mưa rất lớn, rất thuận lợi cho việc nuôi trồng, đánh bắt và chế biến thủy sản phát triển Trên thực tế với thế mạnh như vậy, thủy sản nói chung ở nước

ta đã phát triển một cách mạnh mẽ, trong suốt những năm gần đây thủy sản luôn là ngành kinh tế trọng điểm của cả nước với kim ngạch xuất khẩu tăng liên tục Ngành thủy sản Việt Nam đã phát triển với tốc độ nhanh, từ kim ngạch xuất khẩu 1 tỷ đola

Mỹ năm 2000 thì sang năm 2001 đã đạt gấp đôi và năm 2006, trước khi gia nhập WTO, kim ngạch xuất khẩu đạt 3 tỉ USD Trong năm 2007, kim ngạch xuất khẩu đạt 3,75 tỉ USD, năm 2008 tăng lên 4,72 tỉ USD

Năm 2009 là năm có nhiều khó khăn đối với xuất khẩu nói chung, nhưng số liệu của tổng cục thống kê cho thấy xuất khẩu thủy sản của cả nước vẫn mang lại kim ngạch khoảng 4,2 tỉ USD, chỉ giảm 6,2% so với năm 2008

Năm 2010 thủy sản Việt Nam phấn đấu hết mình để đưa ngành thủy sản nước

ta lên tầm cao mới, vượt qua khó khăn và tiếp tục đa dạng hóa sản phẩm

Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, với những diễn biến thuận lợi của thị trường XK của tháng cuối năm, kim ngạch XK cả năm 2011 sẽ vượt

6 tỷ USD

Ông Trương Đình Hòe, Tổng bí thư Hiệp hội Chế biến và Xuất khẩu Thủy sản Việt Nam (VASEP) cho biết, trong các thị trường XK, EU là thị trường lớn nhất của thủy sản Việt Nam, chiếm 22,5% tổng giá trị, Mỹ chiếm 19,2%, Nhật Bản chiếm

15,9%, Hàn Quốc chiếm 7,7%, Trung Quốc chiếm 5,7%, ASEAN chiếm 5,1%, Oxtraylia chiếm 2,6% và 21,2% còn lại là các thị trường khác

Về cơ cấu mặt hàng tôm vẫn là mặt hàng xuất khẩu dẫn đầu với tỷ lệ 39,8%, tiếp đó là cá tra, basa chiếm 30,3%, cá khác chiếm 12%, nhuyễn thể chiếm 9,8%, cá ngừ chiếm 9,8% và các loài khác

Theo ông Hòe, cho đến nay, chế biến thủy sản Việt Nam là ngành công nghiệp

có tốc độ phát triển mạnh và ổn định, góp phần quan trọng vào tăng trưởng kinh tế Chỉ trong 10 năm, thủy sản Việt Nam đã có doanh số XK tăng gấp 3 lần, từ 2 tỷ USD năm 2002 tăng lên 6 tỷ USD trong năm 2011, với mức tăng trưởng doanh số khoảng 15 – 20% năm.[11]

Trước những kết quả hết sức lạc quan nói trên của XK thủy sản Việt Nam, các doanh nghiệp thủy sản bắt đầu hướng tới con số 10 tỷ USD đến năm 2020 theo mục tiêu chiến lược phát triển XK thủy sản giai đoạn 2010-2020 của chính phủ, đưa Việt Nam trở thành 1 trong 4 cường quốc đứng đầu về XK thủy sản trên thế giới Theo ông Nguyễn Hữu Dũng, Phó Chủ tịch Hiệp hội Chế biến và Xuất khẩu Thủy sản Việt Nam (VASEP), năm 2013 xu thế sản xuất thủy sản sẽ do thiếu vốn

và chi phí cao năm từ năm tiếp tục ảnh hưởng đến khai thác và nuôi trồng thủy sản năm 2013

Cụ thể, sản lượng cá tra dự báo đạt dưới 1,0 triệu tấn; tôm sẽ tiếp tục gặp khó khăn trong năm 2013 cho đến khi kiểm soát được hội chứng EMS, phụ thuộc vào chi phí thức ăn và chất lượng con giống Sản lượng hải sản dự kiến sẽ ổn định hơn, tuy nhiên chất lượng vẫn chưa được cải thiện nhiều, đáng lo ngại, mức độ liên kết dọc trong ngành cá tra, tôm và hải sản sẽ tăng lên Đồng thời, nguyên liệu nhập khẩu dự kiến tăng khoảng 20% so với năm 2012, trung bình 65–70 triệu USD/tháng, cả năm đạt 0,85-1,0 tỷ USD.[13]

Bên cạnh đó, nhu cầu các thị trường chính hồi phục Cụ thể, nhu cầu thủy sản của EU sẽ phục hồi sau quý II/2013 Xuất khẩu sang EU có thể đạt mức của năm

2011 với khoảng 1,2 tỷ USD, tăng 5,3% so với năm 2012 Thị trường Mỹ được dự

báo sẽ nhập khẩu hơn 1,3 tỷ USD, tăng 9% so với năm 2012 Do có mức thuế cao sau POR8, cá tra sẽ bán với giá cao hơn và đạt mức kim ngạch của 2012

Đối với thị trường Nhật Bản, dự báo chế độ kiểm tra ethoxyquin có thể được

dỡ bỏ, xuất khẩu tôm được phục hồi; mặt hàng mới của cá tra được giới thiệu với thị trường Nhật Còn tại châu Á, nhu cầu thủy sản của Trung Quốc, Hàn Quốc, ASEAN và Úc dự báo sẽ tăng Thị trường Trung Nam Mỹ, Trung Đông và Châu Phi sẽ được mở rộng và phát triển hơn

Dự báo về các nhóm mặt hàng chính, ông Dũng cho biết tổng giá trị kim ngạch xuất khẩu thủy sản 2013 sẽ tăng 5% so với 2012, đạt kim ngạch 6,5 tỷ USD Trong đó, tôm dự kiến đạt 2,2 tỷ USD, xấp xỉ mức năm 2012; cá tra dự kiến đạt 1,9 tỷ USD, tăng 5,5%; sản phẩm hải sản đạt khoảng 2,4 tỷ USD, tăng 10% so với năm 2012.[14]

Tuy nhiên, ông Dũng cũng cho biết, năm 2013, sản xuất thủy sản phải đối mặt với một số thách thức về: Quy hoạch nuôi trồng và xây dựng cơ sở hạ tầng; nguồn

bố mẹ và tôm cá giống sạch bệnh và chất lượng cao; Quản lý chặt dịch bệnh và sử dụng kháng sinh; Cải thiện chất lượng tôm cá sau thu hoạch; Hạ thấp sự lệ thuộc vào bột cá bằng cách sử dụng những nguồn đạm thay thế Áp dụng tiếp cận hệ sinh thái cho nuôi thủy sản; Quản lý và giám sát môi trường; Phát triển liên kết dọc trong chuỗi giá trị

Đối với xuất khẩu thủy sản sẽ bị thách thức về: Cạnh tranh khốc liệt hơn và xu hướng giảm giá trên thị trường quốc tế; Siết chặt các quy định về dư lượng hóa chất kháng sinh, nhất là ethoxyquin ở thị trường Nhật; Các vụ kiện chống bán phá giá và chống trợ giá ở Mỹ; Bảo đảm tính đồng nhất về chất lượng sản phẩm; Truy xuất nguốn gốc sản phẩm; Gia tăng giá trị cả trong nuôi trồng và chế biến thủy sản; Thiết lập các kênh phân phối hàng thủy sản Việt Nam; Xây dựng quảng bá hình ảnh và thương hiệu quốc gia.[12]

Kim ngạch xuất khẩu tôm năm 2013 có thể đạt 2,4 tỷ USD, tăng 6,5% so với năm 2012, nếu giải quyết tốt bốn thách thức tồn tại trong năm 2012 như dịch bệnh,

cạnh tranh tôm nguyên liệu từ thương lái Trung Quốc, thị trường và rào cản Ethoxyquin

Năm 2012 kim ngạch xuất khẩu thủy sản tăng thấp, xuất khẩu thủy sản đang đối mặt với nhiều trở ngại có thể ảnh hưởng đến kim ngạch xuất khẩu năm 2013 Tổng giá trị kim ngạch xuất khẩu thủy sản năm 2012 chỉ đạt khoảng 6,15 tỷ USD, tăng 0,7% so với năm 2011 nhưng chỉ bằng 94,2% so với kế hoạch

1.3 Tổng quan về tôm thẻ chân trắng

Ở nước ta, tôm là đối tưởng rất quan trọng của ngành thủy sản, nó chiếm tỷ

lệ 70-80% tổng kim ngạch xuất khẩu của toàn ngành Các loại Tôm biển của Việt Nam cũng rất đa dạng Theo các khảo sát chưa đầy đủ về sinh vật biển, thì trong vùng biển nước ta hiện nay có khoảng 255 loài tôm biển, thuộc các họ

Peinaeidae,Solenoceridae, Aristaeidae, Sicyonidae….cho đến nay loài tôm được

nuôi phổ biến nhất là tôm sú và tôm càng xanh, sản lượng cao nhất là tôm sú Trong

những năm gần đây, tôm thẻ chân trắng( Penaeus vannamei) cũng đã nuôi nhiều để

tạo nên sự đa dạng, phục vụ nhu cầu xuất khẩu và tiêu thụ nội địa Nhận thấy tôm thẻ chân trắng dễ nuôi, năng suất cao gấp, gấp 2 lần năng suất nuôi tôm sú nên chi phí sản suất thấp, giá thành hạ ( giá thấp hơn 20-25% so với tôm sú), nguồn cung

ổn định, hiệu quả kinh tế cao

Hình 1.5: Tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei)

Tôm thẻ chân trắng có nguồn gốc từ vùng biển xích đạo Đông Thái Bình Dương ( vùng biển phía tây Mỹ La Tinh) Một số nước Châu Á như Trung Quốc, Đài Loan, Thái Lan bắt đầu nuôi thử nghiệm loại tôm này những thập niên 70 của thế kỉ XX Qua thời gian dài nghiên cứu các nhà khoa học, sản suất giống và nuôi cho biết môi trường ở các nước cận xích đạo rất phù hợp để nuôi tôm này Đây là loài tôm quý hiếm, có giá trị cao, có thị trường lớn và đang mở rộng Đây cũng là mặt hàng xuất khẩu chủ yếu của chục nước Châu Mỹ Vào những năm 1998, ở Châu Mỹ có 12 nước nuôi tôm thẻ chân trắng, sản lượng đạt hơn 90% sản lượng nuôi tôm ở Tây bán cầu Trên thế giới, trong các loại tôm nuôi nhân tạo thì tôm thẻ chân trắng quan trọng thứ 2 sau tôm sú Còn đối với Châu Mỹ thì tôm thẻ chân trắng là số 1

Tại Việt Nam, việc đi nuôi tôm thẻ chân trắng vào năm 1996 và đến năm

2005, thì bộ Thủy sản đã để ra chủ trương phát triển nuôi tôm ở một số tỉnh như tỉnh Khánh Hòa, Phú yên, Bình Định, Quảng Ngãi, Hà Tĩnh, Ninh Thuận….sau thời gian nuôi thử nghiệm 0,5 ha ban đầu theo dự án nuôi tôm trên cát ở xã An Hải (Ninh Phước) đến tháng 5/2006, diện tích thả nuôi tôm thẻ chân trắng đã phát triển trên 250 ha, năng suất bình quân 8,4 tấn /ha, cá biệt có một số hộ nuôi thu hoạch năng suất từ 15-18 tấn/ha, lãi suất bình quân 200 triệu đồng /ha/vụ (2,5-3 tháng) Với hiệu quả kinh tế nuôi trên, có thể nói tôm thẻ chân trắng mở ra cơ hội mới cho nông dân phát triển kinh tế sau một thời gian dài lao đao vì nuôi tôm sú Hiện nay tôm thẻ chân trắng đã được nuôi đại trà tại Nghệ An, Quảng Ninh, Khánh Hòa…ở vùng biển Khánh Hòa, tôm thẻ chân trằng có sản lượng tương đối cao so với các loài tôm khác…[5]

Theo ông Trương Đình Hòe, Tổng thư ký Hiệp Hội chế biến và Xuất khẩu Thủy sản Việt Nam (Vasep) đưa ra tại hội nghị các ngành thủy sản do hiệp hội này

tổ chức tại TP Hồ Chí Minh “ năm nay, kinh ngạch xuất khẩu tôm ước đạt khoảng 1,8-1,9 tỷ USD, tăng trưởng 300 triệu USD so với năm 2010 Trong đó, tôm thẻ chân trắng xuất khẩu sẽ vươn lên bằng tôm sú đạt 50% kim ngạch toàn ngành” Ông Hòe cũng đã lý giải nguyên nhân: “ tuy khối lượng tôm thẻ chân trắng xuất khẩu thấp hơn so với tôm sú nhưng giá trị gia tăng của tôm thẻ chân trắng lại lớn hơn nên

lần đầu tiên kinh ngạch xuất khẩu tôm thẻ chân trắng bằng tôm sú” Mặt khác do tình trạng thiếu tôm nguyên liệu sẽ còn tiếp tục kéo dài không chỉ trong năm nay mà

có thể trong năm tới do nhiều doanh nghiệp đã chuyển sang chế biến và xuất khẩu tôm thẻ chân trắng

Thành phần hóa học của tôm thẻ chân trắng gồm có nhiều nước, protein, lipid, gluxid, vitamin, enzyme…

Bảng 2.1: Thành phần hóa học của tôm thẻ chân trắng

1.4 Tổng quan về phương pháp bảo quản lạnh

Làm lạnh là quá trình lấy nhiệt ra khỏi thực phẩm, hạ thấp nhiệt độ của nó xuống tới gần điểm đóng băng nhưng không thấp hơn điểm băng Thông thường nhiệt độ bảo quản lạnh từ 0 – 5oC, ở nhiệt độ ban đầu này nước trong nguyên liệu chưa bị đóng băng, enzymer bị giảm hoạt tính, vi sinh vật bị ức chế nhưng chưa bị tiêu diệt Vì vậy, thời gian bảo quản nguyên liệu thường không dài, thường thì khoảng vài ngày tối đa 15 ngày Để bảo quản lạnh có thể dùng nước đá hoặc nước muối lạnh, kho lạnh… trong đó phương pháp bảo quản bằng nước đá sử dụng phổ biến hơn cả

• Phương pháp bảo quản lạnh: Dùng nước đá xay hoặc nước đá vảy bảo quản

nguyên liệu trong các thùng cách nhiệt, có hai loại là loại có lỗ dưới đáy thùng và

loại không có lỗ dưới đáy thùng Đầu tiên cho một lớp đá vảy hoặc đá xay ở dưới đáy dụng cụ sau đó cho một lớp nguyên liệu vào rồi phủ kín một lớp đá, cứ như vậy đến khi gần đầy dụng cụ chứa đựng Trên cùng phủ một lớp đá, lượng lớp đá ở các lớp trên nhiều hơn so với lớp dưới Bổ sung thêm ít muối để hạ nhiệt độ của đá Phương pháp này có ưu điểm ổn định nhiệt độ bảo quản, không gây trương nước trong nguyên liệu Nhưng có nhược điểm dễ gây oxy hóa lipit trong nguyên liệu

Ưu điểm của việc sự dụng nước đá để bảo quản

• Nước đá có tác dụng làm giảm nhiệt độ của cá và môi trường

Khi nhiệt độ giảm từ nhiệt độ môi trường xuống gần 0oC, sự phát triển của vi sinh vật gây ươn hỏng và gây bệnh cũng giảm dẫn đến tốc độ ương hỏng sẽ giảm và loại bỏ được một số nguy cơ về an toàn thực phẩm Ngoài ra, khi giảm nhiệt độ còn làm giảm tốc độ phản ứng enzyme liên quan đến quá trình biến đổi tôm sau khi chết

do vậy kéo dài được giai đoạn tê cứng Tác dụng chính của nước đá là làm giảm nhiệt độ của nguyên liệu Do đó, sử dụng nước đá càng nhanh thì việc làm lạnh

càng tốt và thời gian bảo quản càng kéo dài

• Nước đá đang tan có tác dụng giữ nhiệt cho tôm

Nước đá tan cũng làm tăng quá trình trao đổi nhiệt giữa tôm và bề mặt nước

đá vì nước đá dẫn nhiệt tốt hơn không khí Ngoài ra nước đá ngăn sự mất nước và hao hụt khối lượng Trong thực tế, tốc độ làm lạnh nhanh đạt được khi hỗn hợp nước và đá Sự làm lạnh do bay hơi nước bề mặt sẽ làm giảm nhiệt độ bề mặt của tôm xuống thấp hơn nhiệt độ sinh trưởng tối ưu của một số loài vi khuẩn gây ươn

hỏng và vi khuẩn gây bệnh

• Một số tính chất vật lý có lợi của nước đá

Phương pháp làm lạnh bằng nước đá có ưu điểm so với các phương pháp làm lạnh khác, kể cả làm lạnh bằng không khí Nước đá có khả năng làm lạnh lớn là do

ẩn nhiệt nóng chảy của nước đá là 80kcal/kg nghĩa là cần khối lượng nước đá nhỏ

có thể làm lạnh 1 kg tôm Việc vận chuyển tôm với lượng ít nước đá sẽ làm tăng hiệu quả kinh tế Tuy nhiên trong thực tế cần một lượng nước đá nhiều hơn vì hao hụt do tổn thất nhiệt

Nước đá tan là một hệ tự điều chỉnh nhiệt độ, là sự thay đổi trạng thái vật lý của chúng từ trạng thái rắn sang lỏng và xảy ra ở nhiệt độ 0oC trong điều kiện bình thường Quá trình bảo quản tôm ở nhiệt độ 0oC trên điểm đóng băng được gọi là quá trình siêu mát và điều này làm tăng đáng kể thời gian bảo quản Tác dụng chính của việc ướp đá là kéo dài thời gian bảo quản tôm tươi bằng phương pháp bảo quản lạnh khá đơn giản so với bảo quản không có nước đá ở môi trường nhiệt độ lớn hơn

0oC Hơn nữa bảo quản bằng nước đá, không những đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm mà còn đảm bảo hàng hóa có thể lưu thông trong nước hoặc xuất khẩu ra nước ngoài

Có thể sản xuất nước đá theo các dạng khác nhau, tuy nhiên ngư dân thường dùng đá vảy, đá ống, đá đĩa để ướp còn đá cây phải xay trước khi bảo quản Nước

đá sản suất bằng nước sạch

Tốc độ làm lạnh chủ yếu phụ thuộc vào diện tích trên một đơn vị khối lượng tôm tiếp xúc với hỗn hợp nước đá/nước Diện tích trên một đơn vị khối lượng tiếp xúc càng lớn, tốc độ làm lạnh càng nhanh và thời gian đạt được nhiệt độ trung tâm của cá là 0oC càng ngắn.[3]

CHƯƠNG II: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 NGUYÊN VẬT LIỆU

+ Tôm thẻ chân trắng: Tôm thẻ chân trắng tươi đạt TCVN 3726 - 89 Tôm

được thu mua ở chợ Vĩnh Hải - Nha Trang Tôm sau khi được mua từ chợ rửa sạch rồi vận chuyện về phòng thí nghiệm để sử dụng cho quá trình nghiên cứu

+ Chitin: được sản xuất tại phòng thí nghiệm khoa công nghệ thực phẩm

trường Đại học Nha Trang Chitin được sự dụng để sản xuất Chitosan làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất oligochitosan Từ chitin em sản suất chitosan theo quy trình sau

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình dự kiến sản xuất chitosan

Chitosan