Đồ án Quy trình sản xuất chitin từ phế liệu tôm tươi

Những bất lợi của phương pháp hỏa học này nếu xét theo các yếu tố về môi trường, kinh tế và chất lượng sản phấm có the thấy: • về môi trường: quá trình hóa học có thế là được xem như là

M Ở ĐẦU

Công nghiệp chế biến thủy sản đang ngày càng phát triển trên quy mô toàn cầu rất nhiều nước ở Đông Nam Á và Nam MT đang đấy mạnh ngành công nghiệp này chủ yếu cho xuất khẩu như Ân Độ, Indonexia, Thái Lan, Việt N am quá trình này bao gồm cả nuôi trồng và đánh bắt ờ biến, với một sản lượng đông lạnh rất lớn như vậy tất yếu một lượng phế thải không nhỏ bị vứt bỏ, để thối rữa và do đó gây ô nhiễm môi trường Theo ước tính lượng phế thải tôm, cua hàng năm là 1,44 triệu tấn (trọng lượng khô) Tuy vậy chính lượng phế thải vỏ tôm, cua, m ực này lại là một nguồn tiềm ẩn to lớn về protein, chất màu và chitin - polysaccarit

Chitin là một polyme thiên nhiên có cẩu tạo mạch thắng gồm các đơn vị N- axetyl-Dglucosamin nối với nhau bằng liên kết /? (1,4)- glucosit hiện đang được ứng dụng nhiều trong y học, dược phấm, công nghiệp thực phấm, xử lý nước Sức ép về kinh tế và môi trường ngày càng tăng của ngành chế biến thủy sản buộc phải sớm lựa chọn những biện pháp xử lý thích họp nhằm phổi hợp giải quyết vấn đề môi trường và thu hồi chitin Cho đến nay việc thu hồi chitin tù' những phế thải thủy sản đã cho những kết quả có trien vọng về kinh tế cũng như bảo vệ môi trường

Hiện nay đang cỏ hai phương pháp chủ yểu hay dùng để tách chitin: phương pháp truyền thống (phương pháp hóa học) và phương pháp sinh học (dung enzym hoặc

vi khuẩn) Tuy nhiên, Việc sản xuất chitin và dẫn xuất của chúng là nhũng quá trình hóa học đã và đang là mối quan tâm lớn hiện nay Chitn thu được phụ thuộc nhiều vào quy trình xử lý với axit và kiềm nóng để khử khoáng và khử protein Quá trình này tiêu tốn năng lượng, sản ra một thể tích lớn nước thải chứa nhiều NaOH, HC1, gây ăn mòn

và ô nhiễm mạnh, đông thời rất khó tách các sản phẩm còn có giá trị như chất màu, protein Nhưng điều quan trọng hơn cả là tính không on định của quá trình làm ảnh hưởng đến chất lượng của chitin Những bất lợi của phương pháp hỏa học này nếu xét theo các yếu tố về môi trường, kinh tế và chất lượng sản phấm có the thấy:

• về môi trường: quá trình hóa học có thế là được xem như là không hợp lý vì:

V Cần sử dụng một dung lượng lớn axit, kiềm, nước rửa

■S Nước thải là một chất ãn mòn và chứa những chất gây ô nhiễm như:

protein, khoáng đã hòa tan

• về kinh tế: quá trình hóa học trở nên kém hiệu quả hơn vì 4 lý do:

V Chi phí cho các yếu tố môi trường (như đã nêu trên)

V Chi phí năng lượng khi xử lý kiềm để loại protein, và tiếp tục chuyển chitin thành chitosan

V Tiêu tốn một lượng lớn nước đe rửa kiềm

V Không thu hồi được các sản phẩm còn cỏ giá trị khác

• về chất lượng sản phẩm: chất lượng giảm vì 2 lý do:

V Việc sử dụng axit và kiềm nóng dẫn đến việc cắt mạch của chitin làm cho sản phẩm thay đổi trọng lượng phân tử và độ nhớt (tức là chitin không giữ được tính chất nguyên bản củ minh)

V Việc đề acetyl hóa một cách ngẫu nhiên bằng axit và đặc biệt là kiềm nóng đã tạo ra nhiều sản phẩm khác nhau(có DA khác nhau) và còn tiếp tục gây biển tính những sản phẩm này thành chitosan và các dạng sản phâm khác

> Những lý do dó đã làm cho chitin và những dẫn xuất của nỏ chưa được thương mại hóa trong các lĩnh vực và ứng dụng

y Đổ khắc phục các vấn đồ trên, em đã lựa chọn hướng tách chiết chitin theo

phương pháp sinh học Ưu điếm của phương pháp này được thế hiện ở 3 khía cạnh:

V v ề môi trường: ít gây ô nhiễm môi trường, lượng nước rửa ít hơn

V v ề kinh tế: giám thiếu chi phí cho năng lượng, đồng thời có thêm các sản phấm kèm theo (chất màu và protein cho thức ăn gia súc) do đó giá thành rẻ hơn

V về chất lượng sản phẩm: chitin thu được có trọng lượng phân tử và độ nhớt không bị thay đổi nhiều do điều kiện xử lý êm dịu hơn

Đây là một giải pháp cập nhật, giải quyết được những nhược điểm của phương pháp truyền thống, hiện nay lĩnh vực nghiên cứu sinh thái chitin đã trở thành một ngành khoa học thực thụ, đã có nhiều hội nghị thế giới về “chitin enzymology” và những hoạt động này rất phù hợp với việc bào vệ môi trường nhất là trong lĩnh vực hóa học xanh

CH Ư Ơ N G I: TỎ NG QUAN 1.1: Phế thải trong công nghiệp chế biến

Tôm là nguồn thủy sản dồi dào và có giá trị kinh tế cao nhưng việc khai thác, đánh bắt phụ thuộc rất lớn vào điều kiện tự nhiên và mang tính mùa vụ vì vậy ngoài đánh bắt tự nhiên người ta còn đẩy mạnh theo hướng nuôi trồng đảm báo cung cấp nguyên liệu một cách thường xuyên cho các nhà máy chế biến thủy sản xuất khẩu.Giáp xác là nguồn nguyên liệu thủy sản dồi dào chiếm từ 30 - 35% tổng sàn lượng nguyên liệu ở Việt Nam Trong công nghiệp chế biến thủy sản xuất khẩu, tỷ lệ

cơ cấu các mặt hàng đông lạnh giáp xác chiếm từ 70 - 80% công suất chế biến Hàng năm các nhà máy chế biến đã thài ra một lượng phế liệu giáp xác khá lớn khoảng 70

000 tấn Riêng ở tỉnh Khánh Hòa lượng phế liệu này vào khoảng 2257 tấn/năm

Theo thống kê của tổng cục hải quan, tính đến hết tháng 11/2009, xuất khẩu tôm của Việt Nam đạt 190 490 tấn, trị giá trên 1,518 tí USD, tăng 7,4% vê lượng và 0,73%

về giá trị so với cùng kì năm 2008 Đây là mặt hàng thủy sản duy nhất tăng trưởng trong năm 2009 Hơn 300 doanh nghiệp tham gia xuất khẩu trong đó 60 doanh nghiệp dẫn đầu chiếm hơn 80% kim ngạch 120 doanh nghiệp có giá trị xuất khấu hơn 1 ừiệu USD

Theo dự báo của ông Trương Đình Hòe, Tổng thư ký Vasep, sang năm 2010, tôm sú vẫn là sản phẩm xuất khấu chủ lực trong khi xuât khẩu tôm chân trắng sẽ tăng gấp đôi lên 500 triệu USD, sản lượng đạt khoảng 150000 tấn, Việt Nam cỏ thể sẽ cỏ lợi thế ở thị trường tôm chân trắng cỡ nhỏ do có nguồn lao động Kim ngạch xuất khẩu tôm sú dự kiến sẽ đạt 1,4 tý USD Theo ông Hòe, sang năm mới, giá thành tôm sú sẽ tác động trực tiếp lên xuất khấu chứ không phải là thị trường Năm 2010, tôm Việt Nam sẽ là lựa chọn của các nhà nhập khẩu Nhật Bản trong khi Hàn Quốc sau khùng hoảng sẽ là thị trường quan trọng đôi với Việt Nam (theo Vasep.com.vn)

Việc tiêu thụ một sổ lượng lớn tôm nguyên liệu của các nhà máy chế biến thủy sản đã thải ra một lượng lớn phế liệu trong đó phế liệu vó, đầu tôm là chủ yếu Các loại phế liệu này nếu thải trực tiếp ra môi trường sẽ gây ô nhiễm môi trường trầm trọng và nếu đem xử lý chất thải thì chỉ phí sẽ rất lớn

Ngày nay đã có rất nhiều hướng nghiên cứu sử dụng phế liệu tôm để sản xuất các chế phấm có giá trị trong đó quan trọng nhất là việc sản xuất chitin - chitosan từ vỏ giáp xác,

1.2: Thành phần phế phẩm tôm:

Tôm là đối tượng quan trọng của ngành nuôi trồng và chế biển thủy sản Việt Nam Hiện nay ở nước ta, kĩ thuật khai thác và nuôi tôm rất phát triển và ngày càng cung cấp nhiều nguyên liệu cho các nhà máy chế biến thủy sản trong nước và xuất khẩu nhiều mặt hang như:

- Tôm tươi còn vỏ, đẩu (nguyên con) cấp đông IQF hoặc Block

- Tôm vỏ bỏ đầu cấp đông ĨQF hoặc Block

- Tôm bóc vỏ, bỏ chỉ lưng cấp đông IQF

- Tôm bóc vỏ, còn đốt đuôi cấp đông IQF

- Tôm dạng sản phâm định hình, làm chín

- Tôm bóc vỏ, đóng hộp

Điều này chứng tỏ tôm là một mặt hang đem lại nguồn lợi kinh tế lớn cho đất nước nhưng đồng thời cũng thái ra một lượng lớn đáng kế phế liệu, chú yếu là vỏ và đầu tôm Ngoài ra, có một lượng lớn đáng kể thịt vụn do bóc nõn không cấn thận hoặc một số tôm bị thải loại do biển màu, chất lượng không đảm bảo

Tùy theo giống, loài và phương pháp gia công chế biến mà lượng phế liệu này có thể thay đổi từ 40% (đối với tôm sú) đến 60% (đối với tôm càng xanh) lượng nguyên liệu thu mua Đối với sản phấm tôm bóc nõn và rút ruột thì mất mát theo vỏ tôm và đuôi khoảng 25% Nhìn chung, trong phế liệu tôm thì trọng lượng phẩn đầu thường gấp 3 -

4 lần so với phẩn vỏ và đuôi

Theo giáo trình “Sản xuất các chế phẩm kỳ thuật và y dược từ phế liệu thuỷ sản”[l 1] của trường Đại học Nha Trang ta có các bảng sau:

Bảng 1.1: Thành phần và trọng lượng của tôm (%)

1.3 Cấu tạo và thành phần hóa học của phế liệu tôm

1.3.1: cấu tạo vỏ tôm:•

Lớp biểu bì, lớp màu, lớp canxi hóa cứng do sự lắng đọng của canxi Lớp màu, lớp canxi hóa, lớp không bị canxi hóa chứa nhiều chitin nhưng lớp biếu bì thì không

Ta gọi các lớp có chứa chitin là endocuicle

Lớp màu: tính chất của lớp này do sự có mặt của những thể hình hạt của vật chất mang màu giống dạng melanin Chúng gồm những túi khứ hoặc những không bào Một vài vùng xuất hiện nhũng hệ thống rãnh thằng đứng có phân nhánh, là con đường cho canxi thấm thấu vào

Lớp biếu bì (epcuticle): những nghiên cứu cho thấy lớp màng nhanh chóng bị biến đỏ bởi Fucxin, có điểm pH = 5,1 không chứa chitin Nó khác với các vỏ còn lại, bắt màu với anilin xanh Lớp epicuticle có lipit vì thế nỏ cản trở tác động của axit ở nhiệt độ thường trong công đoạn khử khoáng bằng axit hơn là các lóp bên trong Màu của lớp này thường vàng rất nhạt có chửa polyphenoloxidase và bị hóa củng bởi pưinone - tannin Lớp epicuticle liên kết với một số màng mỏng bên ngoài cản trở hòa tan ngay cả trong môi trường axit đậm đặc do nó có chứa các mắt xích paratin mạch thăng

Lớp canxi hóa: lớp này chiếm phần lớn vỏ, thường có màu xanh trải đều khắp, chitin ở trạng thái tạo phức với canxi

Lóp không bị canxi hóa: vùng trong cùng của lớp vỏ được tạo thành bởi một phần tương đối nhỏ so với tống chiều dày bao gồm các phức chitin - protein bền vững không cỏ canxi và quinine

1.3.2: Thành phần hóa học của vỏ tôm:

Protein: thành phần protein trong phế liệu tôm thường tôn tại ở 2 dạng: dạng tự

do và dạng liên kết

Dạng tự do: dạng này là tồn tại ở phần thịt tôm từ một số tôm bị biến đổi và vứt

đi lẫn vào phế liệu hoặc phần đầu và thịt còn sót lại trong đầu và nội tạng của tôm Nếu công nhân vặt đầu không đúng kT thuật thì phần protein bị tổn thất vào phể liệu nhiều làm tăng tiêu hao nguyên vật liệu, mặt khác phế liệu này khó xử lý hơn

Dạng phức tạp: ở dạng này protein không hòa tan và thường liên kết với chitin, canxicacbonat, với lipit tạo thành lipoprotein, với sắc tố tạo proteincarotenoit như một phần thống nhất quyết định tính bền vững của vỏ tôm.

- Chitin: tồn tại dưới dạng liên kết bới những liên kết đồng hóa trị với các protein dưới dạng phức hợp chitin - protein, liên kết với các hợp chất khoáng và các hợp chất hữu cơ khác gây khó khăn cho việc tách và chiết chúng

- Canxi: trong vỏ, đầu tôm, vỏ g h ẹ có chứa một lượng lớn muối vô cơ, chủ yếu

là muối C aC 0 3, hàm lượng Ca3(P 0 4)2 mặc dù không nhiều nhưng trong quá trình khử khoáng dc hình thành hợp chất C aH P04 không tan trong HC1 gây khó khăn cho quá trình khử khoáng

Sắc tố: trong vỏ tôm thường có nhiêu loại sắc tố nhưng chủ yểu là astaxanthin

- Enzym: theo tạp chí thủy sản (sổ 5/1993) hoạt độ enzym proteaza của đầu tôm khoảng 6,5 đơn vị hoạt độ/gam tươi Các enzym chủ yếu là enzym của nội tạng ừong đầu tôm và của vi sinh vật thường trú trên tôm nguyên liệu

Ngoài thành phần chủ yếu kể trên, trong vỏ đầu tôm còn có các thành phần khác như: nước, lipit, photpho

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của phế liệu tôm

Phế liệu protein chitin ỉipit tro canxi photpho

> Như vậy, trong phế liệu tôm hàm lượng chitin chiếm khá cao (từ 1 1 ,1 0 - 27,2%)

và đây là nguồn nguyên liệu lý tưởng đế sản xuất chitin

1.4: Nguồn gốc và sự tồn tại của chỉtin - chỉtonsan trong tự nhiên

Chitin - chitosan là một polysaccarit tôn tại trong tự nhiên với sản lượng rất lớn (đứng thứ 2 sau xenluloza), Trong tự nhiên chitin tồn tại trong cả động vật và thực vật.Trong động vật, chitin là một thành phần cấu trúc quan trọng trong vỏ một sổ động vật không xương sống như: côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác và giun tròn Trong động vật

bậc cao monomer của chitin là một thành phần chủ yếu trong mô da, nó giúp cho sự tái tạo và gắn liền các vết thương ở da Trong thực vật chitin ở thành tế bào nấm họ zygenmyctes, các sinh khối nấm mốc, một sổ loại tảo[l].

Chitin - chitosan là polysacharit có đạm không độc, có khối lượng phân tử lớn Cẩu trúc của chitin là tập hợp các monosacharit (N-acetyl-ß-D-glucosamine) liên kết với nhau bởi các cầu nối glucozit và hình thành một mạng các sợi có tố chức Hơn nữa chitin tồn tại rất hiếm ở trạng thái tự' do và hầu như luôn luôn liên kết cộng hóa trị với các protein, các chất khoáng và các hợp chất hữu khác

Hình 1: chitin và vỏ tômTrong các loài thủy sản, đặc biệt là trong vở tôm, cua, ghẹ hàm lượng chitin - chitosan chiếm khá cao, dao động từ 14 - 35% so với trọng lượng khô [2], Vì vậy, vỏ tôm, cua, ghẹ là nguôn nguyên liệu chính để sản xuất chitin - chitosan

về mặt lịch sử, chitin được Braconnot phát hiện đầu tiên vào năm 1821, trong cặn dịch chiết từ một loài nấm Ông đặt tên cho chất này là “Fungine” đe ghi nhớ nguôn gốc của nó Năm 1823 Odier phân lập được một chất từ bọ cánh cứng mà ông gọi là chitin hay “chiton”, tiếng Hy Lạp có nghĩa là vỏ giáp, nhưng ông không phát hiện ra sự có mặt của Nito trong đó Cuối cùng cả Odier và Braconnot đều đi đến kết luận chitin có dạng công thức giống xenlulose

Hình 2: 1) chitin; 2) chitosan; 3) xenlulose

1.5: Cấu trúc hóa học, tính chất hóa lý của chitỉn

1.5.1: Cấu trúc hóa học của chitin:

Chitin I có cấu trúc tinh thể rất chặt chẽ và đều đặn Bằng phương pháp nhiễu xạ

tia X, người ta đã chứng minh được chitin tồn tại ở 3 dạng cấu hình: a, ß, y - chitin [3].

Các dạng này của chitin chỉ do sự sắp xếp khác nhau về hướng của mỗi mắt xích (N - acetyl - D - glucosmin) trong mạch

Có thể biểu diễn mỗi mắt xích này bằng mũi tên sao cho phần đầu của mũi tên chỉ nhóm - CH2OH, phần đuôi chỉ nhóm - NHCOCH3, thi các cầu trúc a, ß, y - chitin được mô tả như sau:

Hình 3: sắp xếp các mạch trong phân tử chitin

a - chitin có cấu trúc các mạch được sấp xếp ngược chiều nhau đều đặn, nên ngoài liên kết hydro trong một lớp và hệ chuỗi, nó còn có liên kết hydro giữa các lớp

do các chuỗi thuộc lớp kề nhau nên rất bền vừng Do các mắt xích sắp xếp đảo chiều, xen kẽ thuậ lợi về mặt không gian và năng lượng Đây cũng là dạng phố biến trong tự nhiên

p, y - chitin do mắt xích ghép với nhau theo kiếu song song (P - chitin) và hai song song một ngược chiều (y - chitin), giữa các lóp không có loại liên kết hydro Dạng p - chitin cũng có thể chuyển sang dạng a - chitin nhờ quá trình axetyl hóa cho cấu trúc tinh the bền vững hơn

Qua nhiều nghiên cứu về sự thủy phân chitin bằng enzym hay axit HC1 đậm đặc thì người ta thấy rằng chitin có cấu trúc là một polymer được tạo thành từ các đơn vị N

- acetyl - p - D - glucosamine liên kết với nhau bởi liên kết p - 1,4 - glucozit

Công thức cấu tạo của chitin:

n gọi: poly(l,4) - 2 - acetamido - 2 - deoxy - p - D - glucose; poly(l,4) - 2 — acetamido - 2 - deoxy - p - D - glucopyranose.

Công thức phân tử: [C8Hi305N]n

Phân tử lượng: Mchitin = (203,09)n

1.5.2: Tính chất hóa lý của chỉtỉn [4]

Chitin có màu trắng hay màu trắng phớt hồng, dạng vảy hoặc dạng bột, không mùi, không vị, không tan trong nước, trong môi trường kiềm, axit loãng và các dung môi hữu cơ như ete, rượu nhưng tan trong dung dịch đặc nóng của muối thioxianat canxi (Ca(SCN)2) tạo thành dung dịch keo, tan được trong hệ dimetylacetamid - LiCl 8% [5], tan trong hexaíluoro - isopropyl alcohol (CF3CHOHCF3) và hexaíuoracetone sesquihydrate (CF3COCF3.FÍ20) [6] Chitin có khá năng hấp thu tia hồng ngoại có bước sóng 884 - 890 cm '1

Chitin tồn tại với các chất oxy hóa mạnh như thuốc tím (KMnCL), oxy già (H20 2), nước javen (NaOCl - N aC l) , lợi dụng tính chất này mà người ta sử dụng các chất oxy hóa trên đề khử màu cho chitin

Khi đun nóng trong dung dịch NaOH đậm đặc (40 - 50%), ở nhiệt độ cao thì chitin sẽ bị mất gốc acetyl tạo thành chitosan:

Chitn •OH ' CH2° H - -► NaO H 40-50% Chitosan

f 1 ’ Q

•n h c o c h3 1 cao

-C H ,O H -OH -N H 2

> Lợi dụng tính chất này người ta điều chế ra chitosan - chất có nhiều ứng dụng như: úng dụng trong công nghiệp thực phấm (màng bao gói, bảo quản thực phẩm), là chất trung gian điều chế ra glucosamine có nhiều tác dụng trong y học

Khi đun nóng trong axit HC1 đậm đặc, ở nhiệt độ cao thì chitin sẽ bị cắt mạch thu được glucosamine:

- nh 2

> Lợi dụng tính chất này người ta điều chế ra Glucosamine là một loại thuốc có tác dụng chổng thoái hóa khớp

Phản ứng este hóa :

- Chitin tác dụng với HNO3 đậm đặc cho sản pham chitin nitrat

- Chitin tác dụng với anhydrit sunfuric trong pyridin, dioxan và N,N-dimetylanilin cho sản pham chitin sunfonat

1.6: Phương pháp thu nhận chitin

1.6.1: Phương pháp hóa học

Chitin có thế được sản xuất theo phương pháp hóa học như sau:

liệu tôm tươi

Khử protein bằng NaOH 4%, T

= 300 °c , T = 24 giờ, w/v = 1/

Rửa trung tính Cao hơn 5%

Kiếm tra hàm lượng protein

Khử khoáng bằng HCl 4%, 24

giờ, 300°c

Kiểm tra hàm lượng protein

chitin

Hiệu quả của quá trình khử protein phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ và tỉ lệ của dung dịch với khối lượng vỏ giáp xác Nồng độ NaOH thường dùng được sử dụng trong khoảng 1 - 10 % và ở nhiệt độ 50 - 100 °c Quá trình khử protein thích hợp cũng

có the đạt được bằng việc xử lý với dung dịch KOH

Quá trình khử khoáng cũng diễn ra với thời gian dài, nồng độ axit cao, nhiệt độcao

Như vậy phương pháp hóa học có nhiều nhược điểm như gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đen chất lượng chitin, không tận thu được các thành phần có giá trị khác (chất màu, protein làm thức ăn cho gia súc ) và như thế không giảm được giá thành sản phấm, không nâng cao được hiệu quả cho việc sản xuất chitin

1.6.2: Phương pháp cơ học

Nguyên lý: sử dụng các lực cơ học để tách một phần protein ra khỏi nguyên liệu

vỏ tôm Quá trình được tiến hành như sau: đầu tôm còn tươi đem rửa sạch, sau đó ép bằng trục lăn hoặc trục vít, thu protein đem sấy khô và bảo quản, hiệu quả thu hồi protein của phương pháp này không cao Tuy nhiên, quá trình này đã loại bỏ được một phần protein tự do trong đầu tôm vì vậy giảm thiếu được hóa chất sử dụng cho các công đoạn tiếp theo

1.6.3: Phương pháp hóa lý

Áp dụng phương pháp này nhằm thư hồi protein từ dịch thủy phân của công nghệ sản xuất chitin - chitosan theo phương pháp hóa học và phương pháp sinh học Nguyên lý dựa trên việc kết tủa protein bằng cách dung axit đế điều chính pH dung dịch chứa protein về điếm đắng điện của protein, sau đó dùng các phương pháp lắng, lọc đe thu hồi protein

Kct tủa protein

Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, dỗ làm, có thể thu hồi với hiệu suất cao Cho phép thu được hầu hết các protein hòa tan do đỏ có the ứng dụng đc thu hồi protein trong nước thài của các nhà máy chế biến thực phấrn, chế biển thủy sản

1.6.4: Phương pháp sinh học

Trong phương pháp sinh học chỉ khác ở công đoạn khử protein và deacetyl không sử dụng hóa chất mà có thể sử dụng hệ vi khuẩn, nấm men hoặc các enzym để loại bỏ protein một cách triệt đê Sản phấm chitosan thu được có chất lượng cao do không bị ảnh hưởng nhiều bởi hóa chất

Việc sử dụng phương phap sinh học cũng gặp phải rất nhiều khó khăn như giá thành sản phẩm có thể cao, tùy thuộc vào loại enzym sử dụng Việc loại bỏ hoàn toàn protein có thể đạt được bằng phương pháp hóa học nhưng rất khó đạt được bằng phương pháp sinh học Vì vậy, người ta có thể kết hợp hai phương pháp này nhằm

khắc phục những nhược điểm của từng phương pháp Hiện nay, một trong những khó khăn trong phương pháp hóa học đế sản xuất chitin là thế tích chẩt thải lớn và trong đó

có chứa các chất ăn mòn, các chất lơ lủng khó xử lý với khối lượng lớn Những chất này do công đoạn khử khoáng và khử protein sinh ra Chính vì vậy, cần thiết phải có các biện pháp xử lý trước khi thải ra môi trường và điều này làm cho giá thành sản phẩm tăng lên Quá trình sản xuất chitin bằng phương pháp hóa học có thể gây nên sự thủy phân polymer, biển đối tính chất vật lý và gây ô nhiễm môi trường Ngược lại, trong phương pháp sinh học khối lượng chất thải không lớn, protein sau thủy phân có thể thu hồi làm thức ăn gia súc và bên cạnh đó có thể thu hồi các chất màu Hơn nữa sẽ hạn chế được việc xử lý môi trường Vì vây, muốn sản phẩm chitin có được sự đồng nhất hơn về các đặc tính lý hóa thì chúng ta phải áp dụng nhũng phương pháp xử lý êm dịu hơn như viêc sử dụng enzym Legarracta và cộng sự (1996) đã sử dụng enzym proteaza và vi khuân có khả năng tạo proteaza đế tách protein nhằm thay thế cho phương pháp hóa học Hall và De Silva (1994) đã đề xuất phương pháp khử khoáng đơn giản bằng việc sử dụng lên men lactic như một phương pháp bảo quàn phế liệu Phương pháp này là dạng ủ chua ban đầu được phát triến cho bảo quản phe liệu tôm pandan trước quá trình chế biển ở khí hậu nhiệt đới ú chua là một quá trình đơn giản của việc bản quản nguyên liệu tránh vi sinh vật gây thối và đã được ứng dụng cho bản quán cá trong nhiều năm (Hall và De Silva, 1994)

Quy trình sản xuất chitin theo phương pháp sinh học của Nguyễn Thị Vân An:

Nhận xét: chitin thu được có hàm lượng protein và khoáng rất thấp, sản phẩm chitin có màu sắc đẹp Điều này có thể giải thích do trong quá trình khử protein bằng nước ép vỏ dứa thì đồng thời xảy ra quá trình khử khoáng nên liên kết giữa các muối Canxi và chitin bị cắt đứt càng tạo điều kiện cho quá trình khử khoáng và khử protein diễn ra một cách triệt để hơn.

1.7: Tình hình nghiên cứu và sản xuất Chitin trên thế giới

và ở Viêt Nam

1.7.1: Tình hình nghiên cứu và sản xuất chitin trên thế giói

Trước đây, người ta đã thử chiết tách chitin từ thực vật biển nhưng nguồn nguyên liệu không đủ để đáp ứng nhu cầu Trữ lượng chitin phần lớn có nguồn gốc từ

vỏ tôm, cua Trong một thời gian, các chất phể thải này không được thu hồi mà lại thải

ra ngoài gây ô nhiễm môi trường Năm 1977 Viện kỹ thuật Masachusetts (Mỹ) khi tiến hành xác định giá trị của chitin và protein trong vỏ tôm, cua đã cho thấy việc thu hồi các chất này có lợi neu sử dụng trong công nghiệp Phần protein thu được sẽ dùng đế chế biển thức ăn gia súc, còn phần chitin sẽ được dùng như một chất khởi đầu đe điều chế các dẫn xuất có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp [7],

Gần đây xuất hiện nhiều nghiên cứu tập trung vào việc sản xuất bột đầu tôm bằng phương pháp sử dụng enzym proteaza (Synowwiecki và Al - Khateeb, 2003; Mizani, 2005; Helenice Duarteda Holanda and Netto F.M, 2006) [9], Quá trình thủy phân protein đầu tôm bằng phương pháp enzym cho kết quả khả quan Thủy phân đầu tôm bằng chế phâm alcalaza thu được dịch thủy phân có nhiều các axit amin không thay thế rất thích hợp cho thức ăn gia súc (Mizani, 2005) [11] và tăng khả năng thu hồi protein trong dịch thủy phân và có thế dùng làm thức ăn cho cá [12], [13] Mizani và Aminari đã chỉ ra răng dùng enzym proteaza có thế tăng khả năng thu hồi protein từ 37% lên 45,7% [14] Dịch thủy phân thu được bằng phương pháp sinh học cỏ chứa các peptit có hoạt tính sinh học có thế dùng trong sinh học [ 12] Thời gian thủy phân bằng enzym ngắn hơn phương pháp lên men Enzym proteaza thường được dùng là papain, bromelain, pancreatin, chế phấm alcalaza Ưu điếm của phương pháp này là ngoài dịch thủy phân có thể thu hồi đồng thời chất sắc tố astaxanthin và chitin

Các nhận xét được trình bày dưới đây về các quy trình sản xuất chitin của tác giả Trần Thị Luyến.

a Quy trình sán xuất chitosan từ vỏ tôm hùm của Hackman

Ngâm HCl 2M, nhiệt độ phòng, T = 5 giờ, w/v = 1/10

Rửa trung tính, sấy khô, nghiền mịn

Ngâm HCl 2M, nhiệt độ phòng, r = 48 giờ, w/v = 1/ 2,5

Nhận xét:

Quy trình này gồm nhiều công đoạn, thời gian sản xuất kéo dài 65 giờ nên chỉ

có ỷ nghĩa trong công tác nghiên cứu thí nghiệm vì khi đua ra sản xuất đại trà thì thiết

bị cồng kềnh, ton kém, hóa chất đắt tiền, d ễ hao hụt khi sản xuất

1.7.2: Tình hình nghiên cứu và sản xuất chitin ở Việt Nam

Việc nghiên cứu, sản xuất chitin- chitosan và các ứng dụng của chúng trong sàn xuất phục vụ đời sống lả một hướng nghiên cứu tương đối mới mẻ ở nước ta Vào những năm 1978 đến 1980 Trường đại học Thúy sản Nha Trang đã công bố quy trình sản xuất chitin - chitosan của kỹ sư Đỗ Minh Phụng, nhung chưa có úng dụng cụ thc trong sàn xuất Gần đây, trước yêu cầu xử lý phế liệu thủy sản đông lạnh đang ngày càng cấp bách, trước những thông tin kỹ thuật mới về chitin - chitosan cũng như tiềm năng thị trường của chúng đã thúc đẩy các nhà khoa học của chúng ta bắt tay vào việc nghiên cứu hoàn thiện quy trình sản xuất chitin - chitosan ở bước cao hơn, đồng thời nghiên cứu các ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực sản xuất công nghiệp

Hiện nay, Việt Nam có nhiều cơ sở khoa học đang nghiên cứu sản xuất chitin - chitosan như: Trường đại học Nông lâm thành phổ Hồ Chí Minh; Trung tâm nghiên cứu polymer - Viện khoa học Việt Nam; Trung tâm công nghệ và sinh học thủy sán - viện nghiên cứu và nuôi trồng thủy sản 2

a Quy trình của GVC Đ ỗ Minh Phụng-Đại học Nha Trang (1980)

u ìi điếm: Sản phấm cỏ chất lượng khá tot, chitin cỏ màu sắc đẹp.

- Nhược điếm: Sử đụng nhiều chất oxy hóa do đó dê ảnh hưởng đến độ nhớt của sán phẩm, thời gian xử ỉỷ dài.

b Quy trình sử dụng enzym papain đề sán xuất chitosan của PGS - TS Tran Thị Luyến ĐHTS Nha Trang.

Ngâm HC1 10%, nhiệt độ Ngâm HC1 10%, nhiệt độ

phòng, 5 giờ, w/v = 1/10 phòng, 5 giờ, w/v = 1/10

Nhân xét:

Quy trình Papain cho sản phấm có độ nhớt cao hơn các quy trình khác Đặc biệt độ deacety, độ tan và hiệu suất quy trình cỏ ưu thế hơn hắn Đê nâng cao chất lượng chitosan có thể sử sụng enzyme papain thay thế cho NaOH để khử protein trong

vỏ tôm Đặc biệt dịch thủy phân thu được sử dụng cho các mục đích thu hoi protein và tận dụng Điều đỏ chắc chan mang lại hiệu quá cao Tuy nhiên cần nghiên cứu quá

trình xử lý tận dụng dịch thủy phân này cầ n tiếp tục sản xuất và chiết rút enzyme deacetylase đ ể thay thế hoàn tất cho NaOH đặc trong công đoạn deacetyl.

C H Ư Ơ NG II: NG U Y ÊN LIỆU VÀ PH Ư Ơ N G PHÁP

NG H IÊN CƯU

II 1: Nguyên liệu nghiên cứu

II.l.l: Nguyên liệu chính

ILJ 1.1: P h ế liệu tôm :

- Phế liệu tôm sử dụng trong nghiên cửu là phế liệu tôm Sú

- Tên khoa học: Penaeus monodon Fabricius

- Thành phần hỏa học:

Protein: 51,42 % so với chất khô tổng sổ

Chất khoáng tổng số: 23,26 % so với chất khô tổng số

- Thu mua tại Công ty cổ phần chế biến và xuất khẩu thủy sản Phú Minh Hưng - Thị trấn Quảng Yên, huyện Quảng Yên, tỉnh Quảng Ninh

II 1.1.2: E nzym ancalaza:

Sử dụng ancalaza của hãng Novo Đan Mạch

- Hoạt lực enzym: 638 u/m l

II 1.1.3: N atrihydroxit:

- Sử dụng natrihydroxit dạng tinh thê

- Công thức phân tử: NaOH

- M = 40.00

II.I.2: Hóa chất phụ:

Các hóa chất phụ chủ yếu dùng cho quá trình phân tích gồm:

Muối đồng sulfate (C uS04 5H20 )

BSA ( Bovine Standard Albumin)