Thiết kế nhà máy sản xuất chitin và dịch đạm thủy phân từ phế liệu vỏ tôm với năng suất 50 tấn nguyên liệungày

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HÓA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CHITIN VÀ DỊCH ĐẠM THỦY PHÂN TỪ PHẾ LIỆU VỎ TÔM VỚI NĂN

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA HÓA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CHITIN VÀ DỊCH

ĐẠM THỦY PHÂN TỪ PHẾ LIỆU VỎ TÔM VỚI NĂNG

SUẤT 50 TẤN NGUYÊN LIỆU/NGÀY

Người hướng dẫn: TS LÊ LÝ THÙY TRÂM Sinh viên thực hiện: MAI THỊ MỸ DUYÊN

Số thẻ sinh viên: 107120246 Lớp: 12SH

Đà Nẵng, 5/2017

LỜI NÓI ĐẦU VÀ CẢM ƠN

Trong quá trình hơn 3 tháng làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự

giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô bộ môn Qua đây, em xin

bày tỏ lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến cô là TS Lê Lý Thùy Trâm, người đã tận

tình hướng dẫn, dìu dắt và giúp đỡ em trong suốt quá trình hoàn thành đồ án, giúp em

có nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong việc thiết kế nhà máy

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô khoa Hóa – Trường Đại học Bách

Khoa Đại học Đà Nẵng đã tận tình truyền đạt kiến thức trong suốt 5 năm học vừa qua,

giúp em có cơ sở lý thuyết, tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập.Vốn

kiến thức tiếp thu được trong quá trình học là hành trang quý báu cho công việc trong

tương lại

Cuối cùng, em xin cảm ơn những người thân trong gia đình và bạn vè đã tạo điều

kiện, động viên, giúp đỡ em cả về vật chất và tinh thần để em có thể hoàn thành xong

CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp này là của riêng em dựa trên sự nghiên cứu,

tìm hiểu từ các số liệu thực tế và được thực hiện theo đúng sự chỉ dẫn của giáo viên

hướng dẫn Mọi sự tham khảo sử dụng trong đồ án đều được trích dẫn từ các nguồn tài

liệu nằm trong danh mục tài liệu tham khảo

Sinh viên thực hiện

Mai Thị Mỹ Duyên

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU VÀ CẢM ƠN 1

CAM ĐOAN 3

MỤC LỤC 4

DANH MỤC HÌNH 9

DANH MỤC BẢNG 10

MỞ ĐẦU 11

CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ-KỸ THUẬT 12

1.1 Đặc điểm tự nhiên 12

1.1.1 Địa lý tự nhiên[23] 12

1.1.2 Khí hậu[23] 12

1.1.3 Hướng gió[27] 13

1.2 Nguồn cung cấp nguyên liệu 13

1.3 Nguồn cung cấp điện, hơi và nhiên liệu 13

1.4 Nguồn cung cấp nước 13

1.5 Thoát nước và xử lí nước thải 14

1.6 Hệ thống giao thông vận tải 14

1.7 Nguồn nhân lực và thị trường tiêu thụ 14

1.8 Khả năng tiêu thụ sản phẩm 14

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 15

2.1 Tổng quan về Chitin 15

2.1.1 Giới thiệu về Chitin 15

2.1.2 Cấu trúc hóa học, tính chất hóa học của Chitin 15

2.1.3 Ứng dụng của Chitin 18

2.1.4 Nguồn thu nhận Chitin 20

2.2 Phương pháp sản xuất Chitin từ vỏ tôm 20

2.2.1 Tổng quan về phế liệu vỏ tôm 20

2.2.2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất Chitin 21

2.2.3 Công nghệ sản xuất Chitin 22

2.3 Tổng quan về quá trình thủy phân 25

2.3.1 Quá trình thủy phân 25

2.3.2 Các phương pháp thủy phân protein[10] 26

2.3.3 Ứng dụng của dịch thủy phân protein[10] 27

2.4 Phương pháp sản xuất dịch đạm thủy phân từ vỏ tôm 27

2.4.1 Tình hình nghiên cứu dịch thủy phân protein 27

2.4.2 Công nghệ sản xuất dịch đạm thủy phân 29

2.5 Tổng quan về enzyme Protesae [26] 30

2.5.1 Tổng quan về enzyme Papain[25] 30

2.5.2 Tổng quan về enzyme Alcalsase[30] 31

2.6 Kết luận 32

CHƯƠNG 3: THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 33

3.1 Sơ đồ quy trình công nghệ 33

3.2 Thuyết minh quy trình sản xuất Chitin 34

3.2.1 Nhận nguyên liệu 34

3.2.2 Ép vỏ tôm 34

3.2.3 Nghiền 34

3.2.4 Rửa trung tính 1 35

3.2.5 Lọc lần 1 35

3.2.6 Giai đoạn khử protein 35

3.2.7 Ly tâm 1 35

3.2.8 Rửa trung tính 2 35

3.2.9 Lọc lần 2 36

3.2.10 Giai đoạn khử khoáng 36

3.2.11 Ly tâm 2 36

3.2.12 Rửa trung tính 3 36

3.2.13 Lọc 3 36

3.2.14 Tẩy màu 36

3.2.15 Rửa trung tính 4 37

3.2.16 Sấy 37

3.2.17 Bao gói và lưu kho 38

3.3 Thuyết minh quy trình sản xuất dịch đạm thủy phân 38

3.3.1 Tiếp nhận nguyên liệu 38

3.3.2 Thủy phân dịch ép 38

3.3.3 Cô đặc và bổ sung chất bảo quản 39

3.3.5 Đóng chai, dán nhãn và lưu kho 39

CHƯƠNG 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 40

4.1 Lập kế hoạch sản xuất 40

4.2 Chọn các thông số ban đầu 40

4.3 Tính toán hao hụt 40

4.3.1 Hao hụt vận chuyển 40

4.3.2 Hao hụt chất khô 41

4.3.3 Hao hụt ẩm 41

4.3.4 Một số công thức sử dụng 42

4.4 Tính cân bằng vật chất của từng công đoạn 42

4.4.1 Công đoạn nhận nguyên liệu 42

4.4.2 Công đoạn ép 43

4.4.3 Tính toán quy trình sản xuất Chitin 43

4.4.4 Tính toán quy trình sản xuất dịch đạm thủy phân 53

CHƯƠNG 5: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 57

5.1 Cách chọn và tính toán 57

5.1.1 Chọn thiết bị[13] 57

5.1.2 Tính toán thiết bị[13] 57

5.2 Tính thiết bị 57

5.2.1 Cân xe ô tô 57

5.2.2 Máy ép trục vít 58

5.2.3 Máy nghiền 59

5.2.4 Thiết bị rửa thùng quay 60

5.2.5 Thiết bị lọc 61

5.2.6 Thiết bị khử protein 62

5.2.7 Thiết bị khử khoáng 63

5.2.8 Thiết bị ly tâm 64

5.2.9 Thiết bị tẩy màu 65

5.2.10 Thiết bị sấy 66

5.2.11 Băng tải làm mát 67

5.2.12 Thiết bị bao gói 67

5.2.13 Thùng chứa 68

5.2.14 Tính Bunke 70

5.2.15 Thiết bị thủy phân dịch ép tôm 73

5.2.16 Thiết bị cô đặc 73

5.2.17 Thiết bị rót chai 74

5.2.18 Thiết bị dán nhãn và in date 75

5.2.19 Băng tải 76

5.2.20 Vít tải 77

5.2.21 Băng tải định lượng 78

5.2.22 Gàu tải 78

5.2.23 Xe xúc nguyên liệu 79

5.2.24 Bơm 79

5.3 Tổng kết thiết bị 81

CHƯƠNG 6: TÍNH TỔ CHỨC 83

6.1 Sơ đồ tổ chức nhà máy 83

6.2 Tổ chức lao động của nhà máy 83

6.3 Nhân lực của nhà máy 84

6.3.1 Nhân viên làm việc theo giờ hành chính 84

6.3.2 Nhân viên làm việc theo ca 84

CHƯƠNG 7: TÍNH XÂY DỰNG 86

7.1 Đặc điểm khu đất xây dựng nhà máy 86

7.2 Các hạng mục công trình 86

7.2.1 Phân xưởng sản xuất chính 86

7.2.2 Kho chứa hóa chất 86

7.2.3 Kho chứa thành phầm 87

7.2.4 Kho chai và túi 88

7.2.5 Khu hành chính 88

7.2.6 Nhà để xe 88

7.2.7 Gara oto 88

7.2.8 Nhà thường trực bảo vệ 88

7.2.9 Nhà sinh hoạt 89

7.2.10 Tháp nước 89

7.2.11 Trạm phát điện dự phòng 90

7.2.12 Trạm biến áp 90

7.2.13 Nhà nồi hơi 90

7.2.14 Kho nhiên liệu 90

7.2.15 Nhà ăn 90

7.2.16 Khu cung cấp và xử lí nước 91

7.2.17 Khu xử lí nước thải 91

7.2.18 Phân xưởng cơ điện 91

7.2.19 Trạm cân 91

7.2.20 Khu đất mở rộng 91

7.2.21 Bãi tập kết nguyên liệu 91

7.3 Tính khu đất xây dựng nhà máy 93

7.3.1 Diện tích khu đất 93

7.3.2 Tính hệ số sử dụng Ksd 93

CHƯƠNG 8: TÍNH NĂNG LƯỢNG 95

8.1 Tính hơi 95

8.1.1 Máy sấy băng tải 95

8.1.2 Lượng nhiệt cho thiết bị khử protein 99

8.1.3 Thiết bị cô đặc 100

8.1.4 Lượng hơi cần cung cấp cho nhà máy 100

8.1.5 Lượng hơi vệ sinh, tổn thất vào các mục đích khác 100

8.1.6 Tính và chọn nồi hơi 100

8.2 Tính nhiên liệu 101

8.3 Tính cấp thoát nước 102

8.3.1 Cấp nước 102

8.3.2 Thoát nước 103

CHƯƠNG 9: KIỂM TRA SẢN XUẤT VÀ SẢN PHẨM 104

9.1 Kiểm tra nguyên liệu đầu vào 104

9.1.1 Vỏ tôm nguyên liệu 104

9.1.2 Hóa chất & Enzyme 104

9.1.3 Bao bì 104

9.2 Kiểm tra các công đoạn sản xuất 104

9.2.1 Thiết bị ép và thiết bị nghiền 104

9.2.2 Khử protein 105

9.2.3 Khử khoáng 105

9.2.4 Sấy 105

9.2.5 Đóng gói sản phẩm 105

9.2.6 Cô đặc 105

9.3 Kiểm tra sản phẩm 105

9.3.1 Chitin 105

9.3.2 Dịch đạm thủy phân 106

CHƯƠNG 10: AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH XÍ NGHIỆP 107

10.1 An toàn lao động 107

10.1.1 Các nguyên nhân chủ yếu gây tai nạn trong quá trình sản xuất 107

10.1.2 Những biện pháp hạn chế tai nạn lao động 107

10.1.3 Những yêu cầu cụ thể về an toàn lao động 108

10.2 Vệ sinh xí nghiệp 109

10.2.1 Vệ sinh cá nhân của công nhân 109

10.2.2 Vệ sinh máy móc, thiết bị 109

10.2.3 Vệ sinh xí nghiệp 109

10.2.4 Xử lý nước thải 109

KẾT LUẬN 111

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Vị trí khu dịch vụ thủy sản Đà Nẵng 14

Hình 2.1 Vỏ tôm và Chitin 15

Hình 2.2 Sắp xếp các mạch trong phân tử chitin 16

Hình 2.3 Công thức cấu tạo của Chitin 16

Hình 2.4 Phản ứng tạo Chitosan từ Chitin 17

Hình 2.5 Phản ứng tạo Glucosamin từ Chitin 17

Hình 2.6 Sơ đồ quy trình sản xuất Chitin theo phương pháp hóa học 23

Hình 2.7 Sơ đồ công nghệ thu nhận Chitin bằng phương pháp sử dụng enzyme của PGS-TS Trần Thị Luyến 25

Hình 3.1 Quy trình sản xuất Chitin và dịch đạm thủy phân từ tôm 33

Hình 3.2 Máy ép trục vít 34

Hình 3.3 Hình vẽ thiết bị tẩy màu 37

Hình 3.4 Thiết bị sấy băng tải nhiều tầng 38

Hình 5.1 Cân ô tô 58

Hình 5.2 Máy ép trục vít 59

Hình 5.3 Máy nghiền 60

Hình 5.4 Máy rửa lồng quay 60

Hình 5.5 Thiết bị lọc 62

Hình 5.6 Bể phản ứng bằng thép không gỉ 63

Hình 5.7 Thiết bị ly tâm liên tục 65

Hình 5.8 Lưới lọc nước inox 66

Hình 5.9 Máy sấy băng tải nhiều tầng 67

Hình 5.10 Băng tải làm mát 67

Hình 5.11 Thiết bị bao gói 68

Hình 5.12 Thiết bị thùng chứa 68

Hình 5.13 Bunke 70

Hình 5.14 Thiết bị cô đặc tuần hoàn 74

Hình 5.15 Máy chiết rót 2 trong 1 75

Hình 5.16 Máy dán nhãn 76

Hình 5.17 Băng tải cao su 77

Hình 5.18 Vít tải 77

Hình 5.19 Tủ điều khiển và kết cấu cơ khí của phần băng tải định lượng 78

Hình 5.20 Gàu tải 79

Hình 5.21 Xe xúc lật 79

Hình 5.22 Máy bơm 80

DANH MỤC BẢNG

Bảng 4.1 Thành phần hóa học cơ bản của vỏ tôm thẻ chân trắng [6] 40

Bảng 4.2 Bảng tổng kết hao hụt qua các công đoạn trong sản xuất Chitin 41

Bảng 4.3 Tỷ lệ hao hụt vận chuyển qua các công đoạn trong 41

sản xuất dịch đạm thủy phân 42

Bảng 4.4 Bảng tổng kết nguyên liệu 55

Bảng 4.5 Bảng tổng kết bán thành phẩm qua các giai đoạn của công đoạn sản xuất Chitin 55

Bảng 4.6 Bảng tổng kết bán thành phẩm qua các giai đoạn của công đoạn sản xuất dịch đạm thủy phân 56

Bảng 5.1 Bảng tổng kết chọn bơm 80

Bảng 5.2 Tổng kết các bể, thùng chứa trong dây chuyền sản xuất 81

Bảng 5.3 Bảng tổng kết các thiết bị trong dây chuyền sản xuất 82

Bảng 6.1 Nhân viên tham gia sản xuất trong phân xưởng 84

Bảng 6.2 Nhân viên làm việc gián tiếp 85

Bảng 7.1 Bảng kích thước các công trình xây dựng toàn nhà máy 92

Bảng 8.1 Bảng thông số trạng thái của thiết bị 96

Bảng 8.2 Bảng thông số của không khí qua calorife trước khi vào máy sấy 96

Bảng 8.3 Thông số của không khí sau khi sấy 97

Bảng 8.4 Bảng tổng kết lượng hơi sử dụng 100

Bảng 8.5 Bảng lượng nước dùng cho các công đoạn 103

Bảng 9.1 Chỉ tiêu Chitin thành phẩm 105

MỞ ĐẦU

Giáp xác là nguồn nguyên liệu thủy sản dồi dào chiếm 1/3 tổng sản lượng

nguyên liệu thủy sản ở Việt Nam Trong công nghiệp chế biến thủy sản xuất khẩu, tỷ

lệ cơ cấu các mặt hàng đông lạnh từ giáp xác chiếm từ 70 – 80% công suất chế biến

Hàng năm các nhà máy chế biến đã thải bỏ một lượng phế liệu giáp xác khá lớn

khoảng 70000 tấn/năm [1]

Theo ước tính, có khoảng 65% sinh khối của tôm có thể ăn được, phần còn lại

được loại bỏ như chất thải (đầu ngực và bộ xương ngoài) Tuy nhiên lượng phế thải đó

chứa nhiều protein, chất màu, Chitin, nên là nguồn sản xuất Chitin phong phú và quan

trọng

Chitin là polymer thiên nhiên đang được ứng dụng nhiều trong y học, dược

phẩm, xử lý nước thải, sản xuất Chitosan Chính vì vậy cần có biện pháp xử lý và thu

hồi Chitin Cho đến nay việc thu hồi Chitin từ các phế thải thủy sản đã mang lại những

kết quả khả quan và có triển vọng về bảo vệ môi trường cũng như mang lại hiệu quả

kinh tế

Hiện nay có hai phương pháp sản xuất Chitin chính đó là phương pháp hóa học

và phương pháp sinh học Phương pháp hóa học tuy mang lại kết quả nhanh hơn

nhưng lại gây ảnh hưởng đến chất lượng Chitin hơn so với phương pháp sinh học,

đồng thời nước thải của phương pháp hóa học cũng gây ảnh hưởng đến môi trường

Trong khi đó, phương pháp sinh học giúp đem lại sản phẩm Chitin chất lượng cao hơn,

không gây ảnh hưởng đến môi trường

Bên cạnh đó, Min-Soo Heu và cộng sự [21] đã chỉ ra rằng dịch thủy phân

protein từ phế liệu tôm có chứa thành phần acid amin khá cao và có giá trị về mặt sinh

học Vì vậy, việc tận thu dịch protein từ phế liệu tôm là rất cần thiết, vì không những

vừa nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên mà còn góp phần khuyến khích cải tiến

công nghệ sản xuất Chitin ở Việt Nam theo hướng thân thiện với môi trường

Xuất phát từ những vấn đề trên, em quyết định chọn đề tài “Thiết kế nhà máy

sản xuất Chitin và dịch đạm thủy phân từ phế liệu vỏ tôm với năng suất 50 tấn nguyên

liệu/ngày” Nhằm tiếp thu những tiến bộ khoa học trong việc thiết kế nhà máy sản xuất

Chitin và dịch đạm thủy phân thân thiện với môi trường và đạt năng suất cao

CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ-KỸ THUẬT

1.1 Đặc điểm tự nhiên

1.1.1 Địa lý tự nhiên[23]

Thành phố Đà Nẵng gồm vùng đất liền và vùng quần đảo trên biển Đông Vùng

đất liền nằm ở 15055' đến 16014' vĩ độ Bắc, 107018' đến 108020' kinh độ Đông, Bắc

giáp tỉnh Thừa Thiên - Huế, Tây và Nam giáp tỉnh Quảng Nam, Đông giáp Biển Đông

Vùng biển gồm quần đảo Hoàng Sa nằm ở 15045’ đến 17015’ vĩ độ Bắc, 1110 đến 1130

kinh độ Đông, cách đảo Lý Sơn (thuộc tỉnh Quảng Ngãi, Việt Nam) khoảng 120 hải lý

về phía Nam

Nằm ở vào trung độ của đất nước, trên trục giao thông Bắc - Nam về đường bộ,

đường sắt, đường biển và đường hàng không, cách Thủ đô Hà Nội 764km về phía Bắc,

cách thành phố Hồ Chí Minh 964 km về phía Nam Ngoài ra, Đà Nẵng còn là trung

điểm của 4 di sản văn hoá thế giới nổi tiếng là cố đô Huế, Phố cổ Hội An, Thánh địa

Mỹ Sơn và Rừng quốc gia Phong Nha - Kẻ Bàng

Trong phạm vi khu vực và quốc tế, thành phố Đà Nẵng là một trong những cửa

ngõ quan trọng ra biển của Tây Nguyên và các nước Lào, Campuchia, Thái Lan,

Myanma đến các nước vùng Đông Bắc Á thông qua Hành lang kinh tế Đông Tây với

điểm kết thúc là Cảng biển Tiên Sa Nằm ngay trên một trong những tuyến đường biển

và đường hàng không quốc tế, thành phố Đà Nẵng có một vị trí địa lý đặc biệt thuận

lợi cho sự phát triển nhanh chóng và bền vững

Thành phố Đà Nẵng có diện tích tự nhiên là 1.283,42 km2; trong đó, các quận nội

thành chiếm diện tích 241,51 km2, các huyện ngoại thành chiếm diện tích 1.041,91

km2

1.1.2 Khí hậu[23]

Đà Nẵng nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình, nhiệt độ cao và ít

biến động Khí hậu Đà Nẵng là nơi chuyển tiếp đan xen giữa khí hậu miền Bắc và

miền Nam, với tính trội là khí hậu nhiệt đới điển hình ở phía Nam Mỗi năm có 2 mùa

rõ rệt: mùa mưa kéo dài từ tháng 8 đến tháng 12 và mùa khô từ tháng 1 đến tháng 7,

thỉnh thoảng có những đợt rét mùa đông nhưng không đậm và không kéo dài

Nhiệt độ trung bình hàng năm khoảng 25,9°C; cao nhất vào các tháng 6, 7, 8,

trung bình từ 28-30°C; thấp nhất vào các tháng 12, 1, 2, trung bình từ 18-23°C Riêng

vùng rừng núi Bà Nà ở độ cao gần 1.500m, nhiệt độ trung bình khoảng 20°C

Độ ẩm không khí trung bình là 83,4%; cao nhất vào các tháng 10, 11, trung bình

từ 85,67 - 87,67%; thấp nhất vào các tháng 6, 7, trung bình từ 76,67 - 77,33%

Lượng mưa trung bình hàng năm là 2.504,57 mm/năm; lượng mưa cao nhất vào các

tháng 10, 11, trung bình từ 550 - 1.000 mm/tháng; thấp nhất vào các tháng 1, 2, 3, 4,

trung bình từ 23-40 mm/tháng

Số giờ nắng bình quân trong năm là 2.156,2 giờ; nhiều nhất là vào tháng 5, 6,

trung bình từ 234 đến 277 giờ/tháng; ít nhất là vào tháng 11, 12, trung bình từ 69 đến

165 giờ/tháng

1.1.3 Hướng gió[27]

Trong các tháng mùa nóng (IV,V, VI) hướng gió chủ đạo nổi trội là hướng Đông

(tần suất 10%) và Nam (~7%) Gió Tây Nam gây khô nóng cũng xuất hiện, tần suất

khoảng 5%, từ tháng IV đến tháng VIII, tuy đã yếu hơn so với vùng Bình Trị Thiên

Do thành phố nằm kề với biển nên gió đất, gió biển xảy ra hàng ngày, có ảnh

hưởng rất tốt cho tiện nghi nhiệt và sức khoẻ

Trong ba tháng mùa lạnh (XII, I, II) gió hướng Bắc vẫn chiếm ưu thế, tuy nhiên

nhiệt độ của nó đã tăng lên rõ rệt, không còn gây giá lạnh như các địa phương ở phía

Bắc đèo Hải Vân Gió Đông và Tây Bắc có tần suất xấp xỉ nhau (khoảng 10%) còn gió

Bắc Tây Bắc tần suất nhỏ hơn

1.2 Nguồn cung cấp nguyên liệu

Nhà máy chủ yếu sử dụng nguồn nguyên liệu là vỏ tôm Vỏ tôm được nhập về

nhà máy từ các công ty chế biến thủy sản trong khu vực như:

+ Công ty Chế biến và Xuất nhập khẩu thuỷ sản Thọ Quang

+ Công ty Cổ phần Thuỷ sản Nam Ô

+ Công ty Cổ phần Thuỷ sản Đà Nẵng

+ Công ty Cổ phần Thủy sản và Thương mại Thuận Phước

+ Công ty Cổ phần XNK Thuỷ sản miền Trung

Đó là những công ty gần với địa điểm xây dựng nhà máy, tiết kiệm chi phí vận

chuyển nguyên liệu

1.3 Nguồn cung cấp điện, hơi và nhiên liệu

Nhà máy sử dụng nguồn điện lấy từ lưới điện quốc gia thông qua trạm biến áp

riêng Dòng điện nhà máy sử dụng có hiệu điện thế 220V Ngoài ra, để đảm bảo quá

trình dẫn xuất được liên tục, nhà máy có trang bị thêm máy phát điện dự phòng

Lượng hơi đốt cung cấp cho phân xưởng được lấy từ lò hơi riêng của nhà máy

Các loại nhiên liệu như dầu FO dùng cho lò hơi, xăng dùng cho ôtô,… được mua từ

trạm xăng dầu trong địa bàn thành phố

1.4 Nguồn cung cấp nước

Nước được lấy từ hệ thống cấp nước thành phố, sau khi qua hệ thống xử lý của

nhà máy, đạt tiêu chuẩn mới được đưa vào sản xuất

1.5 Thoát nước và xử lí nước thải

Toàn bộ nước thải của nhà máy sau khi qua hệ thống xử lý của nhà máy được

thải vào hệ thống thoát nước chung của thành phố

1.6 Hệ thống giao thông vận tải

Vị trí địa lí của thành phố Đà Nẵng cũng như sự phát triển của cơ sở hạ tầng giao

thông rất thuận lợi cho việc nhập, vận chuyển nguyên liệu cũng như tiêu thụ sản phẩm

theo các đường bộ, đường hàng không, đường biển

1.7 Nguồn nhân lực và thị trường tiêu thụ

Đà Nẵng là một thành phố khá năng động và đang thu hút rất nhiều lao động trẻ

Đây là một thị trường rộng lớn và đầy tiềm năng của các nhà sản xuất Đặc biệt, với

tuyến hành lang Đông Tây mà Đà Nẵng là điểm cuối của tuyến đường, thị trường sẽ

tiếp tục mở rộng đến Myanma, Thái Lan, Lào, mở ra cơ hội lớn cho các nhà đầu tư

Ngoài ra, thành phố còn tiếp nhận nguồn nhân lực từ các vùng lân cận nên sẽ

giảm được chi phí thuê nhân công Đội ngũ cán bộ khoa học kĩ thuật và quản lý nhà

máy sẽ tiếp nhận từ các trường Đại học

Thị trường tiêu thụ được chọn là thị trường cả nước và hướng đến xuất khẩu sang

các nước trong khu vực, đặc biệt là khu vực Đông Nam Á

1.8 Khả năng tiêu thụ sản phẩm

Chitin là một sản phẩm có ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực y học, xử lý

nước thải, công nghiệp nhuộm, giấy, mỹ phẩm, thực

phẩm, dược phẩm,… Do đó khả năng tiêu thụ nội địa

được đảm bảo, tương lai hướng tới các nước trong khu

vực Trung Quốc, Nhật Bản, Mỹ là những nước nhập

khẩu chính Chitin từ Việt Nam để tinh chế lại và sản

xuất Chitosan

Kết luận: Với những điều kiện thuận lợi trên, em

quyết định đặt nhà máy sản xuất Chitin và dịch đạm

thủy phân từ phế liệu vỏ tôm với năng suất 50 tấn

nguyên liệu/ngày tại Khu công nghiệp Dịch vụ Thủy

Sản Đà Nẵng Khu công nghiệp có tổng diện tích là

77,3 ha, nằm tại Phường Thọ Quang, Quận Sơn Trà,

thành phố Đà Nẵng Hình 1.1 Vị trí khu dịch vụ thủy sản Đà Nẵng

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Tổng quan về Chitin

2.1.1 Giới thiệu về Chitin

Chitin là polymer hữu cơ phổ biến trong thiên nhiên, sau Cellulose [5]

Về mặt lịch sử, Chitin được Braconot phát hiện đầu tiên vào năm 1821, trong cặn

dịch chiết một loài nấm Ông đặt tên cho chất này là “Fungine” để ghi nhớ nguồn 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 Braconot đều đi đến kết luận

Chitin có dạng công thức giống cellulose

Những công trình đầu tiên ở Nga, liên quan đến việc điều chế Chitin được thực

hiện dưới sự chỉ đạo của Viện sĩ P.Sorugin những năm 1934-1935 Các thử nghiệm sử

dụng Chitosan được F.Cadov thực hiện năm 1941

Hiện nay nhằm mục đích phát triển các nghiên cứu về Chitin/Chitosan ở Nga có

Hiệp hội liên bang về Chitin (The Russian chitin society), được thành lập từ năm 2000

[4]

Hình 2.1 Vỏ tôm và Chitin

2.1.2 Cấu trúc hóa học, tính chất hóa học của Chitin

2.1.2.1 Cấu trúc hóa học Chitin

Bằng phương pháp nhiễu xạ tia X, người ta đã chứng minh được chitin tồn tại ở

ba dạng cấu hình: α, β, γ – chitin

Các dạng này của Chitin chỉ khác nhau do sự sắp xếp về hướng của mỗi mắt xích

(N-acetyl-D-Glucosamin) 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,

thì các cấu trúc α, β, γ- chitin được mô tả như sau:

Hình 2.2 Sắp xếp các mạch trong phân tử chitin

α - chitin có cấu trúc các mạch được sắp 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 vững Do các mắt xích sắp xếp đảo chiều,

xen kẽ thuận lợi về mặt không gian và năng lượng Đây cũng là dạng phổ biến trong tự

nhiên

β, γ - chitin do mắt xích ghép với nhau theo kiểu song song (β - chitin) và hai

song song một ngược chiều (γ - chitin), giữa các lớp không có loại liên kết hydro

Dạng β - chitin cũng có thể chuyển sang dạng α - chitin nhờ quá trình axetyl hóa cho

cấu trúc tinh thể bền vững hơn

Qua nghiên cứu về sự thủy phân chitin bằng enzyme hay axit HCl đậm đặc thì

người ta thấy rằng Chitin có cấu trúc là một polymer được tạo thành từ các đơn vị

N-Acetyl-β-D-Glucosamin liên kết với nhau bởi liên kết -1,4 glucoside

Công thức cấu tạo của chitin:

Công thức phân tử: [C8H13O5N]n

Phân tử lượng: Mchitin = (203,09)n [20]

Hình 2.3 Công thức cấu tạo của Chitin Liên kết -1,4 glucoside của mỗi mắt xích cấu tạo nằm lệch nhau một góc 1800

tạo nên mạch xoắn Liên kết này kém bền, dễ bị cắt đứt bởi tác nhân ion H+ của acid

Sự có mặt của nhóm amino trong Chitin làm cho chúng có những đặc tính sinh học

chuyên biệt và có thể tham gia các phản ứng đặc trưng Chitin là polymer có những

tính chất xác định, bao hàm cả khả năng bị phân hủy bởi vi sinh vật và có hoạt tính

sinh học Nên Chitin còn được quan tâm nghiên cứu như một loại vật liệu chức năng

đặc biệt mới

Điều khác biệt của Chitin so với các polysaccharide khác là phân tử Chitin tích

điện dương mạnh, nó giúp cho Chitin tạo ra liên kết với các phân tử mang điện tích âm

trên bề mặt

Trong mỗi nguyên liệu khác nhau thì Chitin có sự khác biệt về thành phần cấu

tạo và hàm lượng Chitin khác nhau [3]

2.1.2.2 Tính chất hóa học của Chitin

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, acid 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

Chitin có khả năng hấp thu tia hồng ngoại có bước sóng 884 – 890 cm-1

Chitin tương đối ổn định với các chất oxy hóa khử như thuốc tím (KMnO4), oxy

già (H2O2), nước javen (NaOCl – NaCl)…, lợi dụng tính chất này mà người ta sử dụng

các chất oxy hóa trên để 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:

Hình 2.4 Phản ứng tạo Chitosan từ Chitin Lợi dụng tính chất này người ta điều chế ra Chitosan – chất có nhiều ứng dụng

trong công nghiệp thực phẩm (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 acid HCl đậm đặc, ở nhiệt độ cao thì Chitin sẽ bị cắt mạch

thu được Glucosamine:

Hình 2.5 Phản ứng tạo Glucosamin từ Chitin

Lợi dụng tính chất này người ta điều chế ra Glucosamine là một loại thuốc có tác

dụng chống thoái hóa khớp [2]

2.1.3 Ứng dụng của Chitin

Khả năng ứng dụng của Chitin thường thấp hơn so với các dẫn xuất của nó như

Chitosan, Glucosamin, vì vậy Chitin thường được sử dụng để điều chế các dẫn xuất

của nó Chitosan là một chất có nhiều đặc tính hóa học thích hợp nên được nghiên cứu

sử dụng trong nhiều ngành lĩnh vực

2.1.3.1 Trong y học

Chitin và Chitosan là nguyên liệu sản xuất thuốc điều trị bỏng, viêm loét dạ dày,

hạ cholesterol, trị béo phì, giảm đau, chống đông tụ máu, tăng sức đề kháng, chữa

xương khớp và chống được cả bệnh ung thư

Tác nhân hạ cholesterol: Chitosan có chức năng hạ cholesterol trong ruột động

vật Người ta đã tiến hành thí nghiệm với thỏ và thấy khi được cho ăn thức ăn giàu

cholesterol 0.9% trong 39 ngày, lượng cholesterol huyết thanh tăng từ 79 lên 650 mg/

kg thể trọng Trong trường hợp với khẩu phần ăn như trên nhưng bổ sung 2%

Chitosan, lượng cholesterol huyết thanh chỉ tăng khoảng 300 mg/kg thể trọng, trong đó

lượng cholesterol có ích (HDL – cholesterol) giảm không đáng kể Và từ lâu, một số

chuyên gia ở Trung tâm Huyết học thuộc Viện Hàn lâm Y học Nga cũng đã phát hiện

Chitosan có thể ngăn chặn sự phát triển của chứng nhồi máu cơ tim và bệnh đột quỵ

Điều trị béo phì: Khi vào đường tiêu hóa, Chitosan có khả năng bao các hạt cầu

béo và kéo chúng thải ra ngoài theo (động vật không tiêu hóa Chitosan) nhờ đó nó

được ứng dụng làm thuốc giảm béo

Các vật liệu y sinh học và dược phẩm: Chitin và các dẫn xuất được sử dụng như

những vật liệu y sinh học hay vật liệu để bao gói các loại thuốc tan chậm Film

Chitosan bao thuốc cũng có công dụng như các dạng con nhộng thương phẩm và được

sử dụng như vật liệu dùng để cấy giải phóng chậm các loại thuốc chống ung thư

Chitosan cũng được đưa vào công thức các loại thuốc uống làm gia tăng sự hấp thu

của thuốc vào máu

Vật liệu vá vết thương: Các vết thương ở mô động, thực vật có thể được bao bằng

một tấm màng hay một miếng xốp Chitin và Chitosan dạng bông hoặc dạng bột mịn

Các vết thương cũng có thể được trị liệu bằng các dung dịch hay kem Chitin và

Chitosan Kết quả là sự phát triển của các tế bào ở vùng mô bị thương được kích thích,

Chitinase và lysozyme được tăng cường dẫn đến mau lành vết thương và hạn chế

nhiễm trùng Tại cuộc chiến Iraq vừa qua, Mỹ cũng đã sử dụng loại băng cứu thương

kiểu mới, kỹ thuật cao, có thành phần cấu tạo bởi chất Chitosan So với các loại băng

thường, tốc độ cầm máu, tính sát khuẩn và thời gian lành mô khi sử dụng loại băng

này có hiệu quả hơn gấp nhiều lần

Chữa bệnh khớp: Hiện nay, loại thuốc chữa khớp làm từ vỏ tôm có tên

Glucosamin đang được sử dụng rộng rãi So với các sản phẩm cùng loại thì

Glucosamin có ưu thế hơn, vì được sản xuất từ nguồn vỏ tôm tự nhiên nên sản phẩm ít

gây tác dụng phụ, không độc hại và không bị rối loạn tiêu hoá cho người bệnh (điều

này có ý nghĩa rất quan trọng) Nước Mỹ đã tiêu thụ được hơn 1 tỷ viên nang

Glucosamin Những năm gần đây, loại thuốc chữa khớp này còn đựợc sử dụng rộng rãi

ở nhiều nước trong đó có Việt Nam [18]

2.1.3.2 Trong nông nghiệp

Làm phân bón rau sạch: Chitin và Chitosan chủ yếu được bón ở dạng bột, dạng

miếng hay dạng dung dịch vào đất nông nghiệp hay môi trường nuôi cấy lỏng Ngoài

ra dung dịch Chitosan có thể được phun lên lá cây [4]

Thuốc bảo vệ thực vật: Theo danh mục thuốc bảo vệ thực vật Việt Nam hiện nay,

có khoảng 20 sản phẩm đăng ký với hoạt chất là Chitosan Hiện nay Chitosan được

đăng ký để phòng trừ các loại dịch hại như sương mai hại bắp cải; đạo ôn trên lúa;

tuyến trùng trên cà rốt, cải xanh, bầu bí, cà phê; héo rũ cà chua; thối nhũn cho hành;

thuốc kích thích sinh trưởng cho cà chua, lúa, mía, chè; thán thư trên ớt…[53]

2.1.3.3 Trong mỹ phẩm

Chitosan là nguyên liệu sản xuất kem dưỡng da, kem chống tia tử ngoại…

Các muối hữu cơ của Chitosan phân tử thấp hòa tan trong ethanol loãng và được

sử dụng như một thành phần của keo xịt tóc

CM-Chitin và HP-Chitosan cationic hòa tan trong nước và bền trong một khoảng

pH rộng, chúng được sử dụng như một thành phần của mỹ phẩm chăm sóc da

Chitosan, CM-Chitosan, HP-Chitosan có chức năng tạo độ ẩm cho da, ngăn cản sự hủy

hoại cơ học tóc Đặc tính giữ độ ẩm tương ứng với dung dịch propylenglycol 20% và

dung dịch hyaluronic loãng Những dẫn xuất trên của Chitosan có thể ngăn chặn sự

nhiễm khuẩn trên da và hoạt hóa tế bào da, dẫn đến ngăn chặn sự lão hóa của da [18]

[19]

2.1.3.4 Trong thực phẩm

Hiện nay, Chitosan được sử dụng rất phổ biến trong sản xuất thực phẩm

Chitosan được chứng minh là có khả năng tạo dạng màng mỏng để sử dụng như là

những lớp màng mỏng hoặc những lớp bao không độc hại (có thể ăn được) Màng bao

Chitosan có thể cải thiện khả năng bảo quản các loại thực phẩm dễ bị thối rữa bằng

cách giảm lượng không khí bên trong bao gói cũng như giảm quá trình thoát hơi nước

Có thể nhúng trực tiếp thực phẩm vào dung dịch Chitosan pha sẵn rồi để khô, tạo

thành một lớp màng mỏng tự nhiên trên bề mặt sản phẩm: trứng, thịt cá, rau quả, giá

đỗ, bánh gạo, nhúng cải bắp trước khi làm kim chi… Hoặc cũng có thể tạo thành màng

trước rồi mới cho sản phẩm vào: bánh mì, xúc xích…

Hoặc cho Chitosan trực tiếp vào sản phẩm dạng lỏng: xử lý nước quả, làm trong

giấm, bảo quản tàu hũ, đồng hóa sữa, kem và mayonaise, bảo quản mì…[17][19] [24]

2.1.4 Nguồn thu nhận Chitin

Trong thiên nhiên, Chitin tồn tại ở cả động vật và thực vật

Trong giới động vật, Chitin là thành phần cấu trúc quan trong của 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

Chlorophiceaae

Trong động vật thủy sản, đặc biệt là trong vỏ tôm, cua, ghẹ, hàm lượng Chitin

chiếm tỉ lệ khá cao, từ 14÷35% so với trọng lượng khô Vì vậy vỏ tôm, cua, ghẹ là

nguồn nguyên liệu tiềm năng sản xuất Chitin [5, tr 23]

2.2 Phương pháp sản xuất Chitin từ vỏ tôm

2.2.1 Tổng quan về phế liệu vỏ tôm

2.2.1.1 Sản lượng phế liệu vỏ tôm trong công ngiệp chế biến thủy sản

Ở Việt Nam nguồn nguyên liệu tôm là rất dồi dào, được thu từ 2 nguồn chính là

đánh bắt tự nhiên và nuôi trồng Đặc biệt, nuôi tôm đã phát triển mạnh trong những

năm gần đây và trở thành ngành kinh tế mũi nhọn Diện tích nuôi tôm đã tăng từ

250.000 ha năm 2000 lên đến 478.000 ha năm 2001 và 540.000 ha năm 2003, năm

2012 diện tích nuôi tôm của nước ta xấp xỉ khoảng 640.000 ha [1]

Phần lớn tôm được đưa vào chế biến dưới dạng đã được bóc vỏ, bỏ đầu Phần

đầu thường chiếm 34-45%, phần vỏ, đuôi và chân chiếm 10-15% trọng lượng của tôm

nguyên liệu Tuy nhiên tỉ lệ này tùy thuộc vào giống loài, giai đoạn sinh trưởng của

chúng [2]

Việc tiêu thụ một số lượng lớn nguyên liệu của các nhà máy chế biến thủy sản đã

thải ra một lượng lớn phế liệu trong đó phế liệu vỏ, 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 chi phí sẽ rất lớn [1]

2.2.1.2 Cấu tạo vỏ tôm[2]

Vỏ tôm được cấu tạo từ một phức hợp Chitin - protein liên kết với một số hợp

chất hữu cơ khác (astaxanthin, lipid), bị hóa cứng do kết hợp với canxi cacbonat

Vỏ tôm chia làm 4 lớp chính:

+ Lớp biểu bì: Lớp này cơ bản khác so với các lớp còn lại là nó chứa lipid nhưng

không chứa Chitin Do lớp này chứa lipid nên nó cản trở tác động của acid trong quá

trình tách khoáng ở nhiệt độ thường

+ Lớp màu: Lớp này chứa những thể hình hạt của vật chất mang màu giống

melanin Chúng gồm những túi khí hoặc không bào, một vài vùng xuất hiện những hệ

thống rãnh, thẳng đứng là con đường cho canxi thẩm thấu vào

+ Lớp canxi hóa: lớp này chiếm phần lớn vỏ, thường có màu xanh trải đều khắp,

Chitin ở trạng thái tạo phức với canxi

+ Lớp không bị canxi hóa: Đây là vùng trong cùng của lớp vỏ bao gồm các phức

Chitin-protein bền vững, không có canxi và quinone Lớp này chiếm một phần rất nhỏ

so với tổng chiều dày vỏ

2.2.1.3 Thành phần hóa học của vỏ tôm

Thành phần chiếm tỉ lệ đáng kể trong phế liệu vỏ, đầu tôm là protein, Chitin,

canxi cacbonat, sắc tố Tỉ lệ giữa các thành phần này là không ổn định, chúng thay đổi

theo giống, loài, đặc điểm sinh thái, sinh lý, mùa vụ…

Chitin tồn tại trong vỏ, đầu của tôm dưới dạng liên kết với protein, canxi

cacbonat và nhiều hợp chất khác

Protein trong vỏ tôm thường là loại protein không hòa tan, protein liên kết với

Chitin thành từng lớp xen kẽ, ngoài ra protein còn liên kết với CaCO3 quyết định tính

bền vững của vỏ Canxi trong vỏ, đầu của tôm có chứa một lượng lớn muối vô cơ, chủ

yếu là muối CaCO3

Sắc tố chủ yếu trong vỏ tôm là astaxanthin, nó là dẫn xuất của caroten kết tinh

dạng vảy tím, tan trong CS2, piridin và không tan trong nước

Ngoài những thành phần chính trên còn có lipid, phospho, nước và cả enzyme

cũng có tỉ lệ nhỏ trong vỏ, đầu tôm [2]

Từ thành phần, tính chất nguồn phế liệu đầu, vỏ tôm, ta thấy đây là nguồn

nguyên liệu phong phú, giàu tiềm năng, không chỉ để sản xuất chitin - chitosan mà còn

có thể thu hồi một lượng protein và astaxanthin có giá trị Do đó, cần có chế độ xử lý

thích hợp để thu hồi các chất này một cách tốt nhất

2.2.2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất Chitin

2.2.2.1 Tình hình nghiên cứu và sản xuất Chitin trên thế giới[2]

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 phế 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

SVTH: Mai Thị Mỹ Duyên GVHD: TS Lê Lý Thùy Trâm 22

hồi các chất này có lợi nếu sử dụng trong công nghiệp Phần protein thu được sẽ dùng

để chế biến thức ăn gia súc, còn phần Chitin sẽ được dùng như một chất khởi đầu để

điều chế các dẫn xuất có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp

Thời gian gần đây, xuất hiện nhiều nghiên cứu tập trung vào việc sản xuất bột

đầu tôm bằng phương pháp sử dụng enzyme proteaza (Synowwiecki và Al-Khateeb,

2003; Mizani, 2005; Helenice Duarteda Holanda and Netto F.M, 2006) Quá trình thủy

phân protein đầu tôm bằng phương pháp enzyme cho kết quả khả quan Thủy phân đầu

tôm bằng chế phẩm Alcalase thu được dịch thủy phân có nhiều các acid amin không

thay thế rất thích hợp cho thức ăn gia súc và tăng khả năng thu hồi protein trong dịch

thủy phân và có thể dùng làm thức ăn cho cá Dịch thủy phân thu được bằng phương

pháp sinh học có chứa các peptit có hoạt tính sinh học có thể dùng trong sinh học

Thời gian thủy phân bằng enzyme ngắn hơn phương pháp lên men

2.2.2.2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất Chitin ở Việt Nam[5

Việc nghiên cứu, sản xuất Chitin - Chitosan và các ứng dụng của chúng trong sản

xuất phục vụ đời sống là một hướng nghiên cứu tương đối mới mẻ ở nước ta Vào

những năm 1978 đến 1980, Trường đại học Thủy sản Nha Trang đã công bố quy trình

sản xuất Chitin – Chitosan của kỹ sư Đỗ Minh Phụng, nhưng chưa có ứng dụng cụ thể

trong sản xuất Hiện nay, Việt Nam có nhiều cơ sở khoa học đang nghiên cứu sản xuất

Chitin – Chitosan như: Trường đại học Nông lâm thành phố Hồ Chí Minh; Trung tâm

nghiên cứu polymer – Viện khoa học Việt Nam

2.2.3 Công nghệ sản xuất Chitin

2.2.3.1 Phương pháp hóa học

Quy trình tách chiết và làm sạch Chitin được tiến hành theo phương pháp hóa

học thông thường được áp dụng từ trước tới nay trong nhiều phòng thí nghiệm trên thế

giới cũng như ở Việt Nam để thu nhận Chitin từ nguyên liệu chế phẩm thủy sản Quá

trình gồm 3 giai đoạn chính là loại khoáng, loại protein và khử màu

Phương pháp thu nhận Chitin của Trần Thị Luyến và Huỳnh Nguyễn Duy Bảo

Phế phẩm thủy sản

Khử khoáng HCl 5%, v/w=20, nhiệt

độ phòng, 12-24h

Hình 2.6 Sơ đồ quy trình sản xuất Chitin theo phương pháp hóa học

Bước 1: Quá trình khử khoáng

Trong vỏ tôm, thành phần khoáng chủ yếu là muối CaCO3, và rất ít là Ca3(PO4)2

Nên người ta thường dùng các loại acid như HCl, H2SO4, để khử khoáng Khi khử

khoáng nếu dùng HCl thì cho hiệu quả cao hơn

Cho một lượng vừa đủ dung dịch 2,74N vào nguyên liệu đã được rửa sơ bộ bằng

nước máy nhằm loại bỏ bớt thịt, ngâm trong 12-24 giờ Sau đó rửa bằng nước máy tới

khi pH trung tính, công đoạn này có tác dụng rửa trôi hết lượng muối tạo thành và acid

còn dư

Bước 2: Quá trình khử protein

Công đoạn khử protein và lipid thường sử dụng NaOH loãng ở nhiệt độ cao cho

hiệu quả cao hơn Phản ứng thủy phân protein tạo thành acid amin, peptid hòa tan

Ngâm sản phẩm vừa thu được với NaOH 4% ở nhiệt độ phòng trong thời gian

ngắn (15-30 phút), đun sôi 1-2 giờ rồi rửa sạch bằng nước máy đến pH trung tính

Bước 3: Khử màu

Các chất màu trong Chitin thô được tẩy trắng đầu tiên bằng cách dùng dung dịch

thuốc tím KMnO4 0,1% ngâm khoảng 15 phút cho đến khi sản phẩm có màu trắng thì

lấy ra rửa sạch bằng nước máy, phơi khô hoặc sấy Ta thu được Chitin sạch [1]

Ưu điểm

- Thời gian tạo ra sản phẩm rất nhanh chỉ trong 1 ngày, tiết kiệm được thời gian

và sức lao động

- Quy trình đơn giản, không đòi hỏi kỹ thuật cao

- Trang thiết bị thông dụng

Nhược điểm

- Chất thải của phương pháp hóa học này có khả năng gây ô nhiễm cao, độc hại

đối với con người, vật nuôi, động vật thủy sinh

- Hiệu quả trích ly không cao, dưới 10%

- Chất lượng sản phẩm kém, chất lượng không đồng đều giữa các mẻ trích ly

- Khó khăn trong việc kiểm soát quá trình [6]

2.2.3.2 Phương pháp sinh học

Phương pháp sinh học chỉ khác ở công đoạn khử protein không sử dụng hóa chất

mà có thể sử dụng hệ vi khuẩn, nấm men hoặc các enzyme để loại bỏ các enzyme một

cách triệt để Có thể sử dụng enzyme protease hoặc deacetylase để thay thế NaOH

trong quy trình hóa học

Enzyme protease thường được sử dụng là Papain, Bromelin và các enzyme động

thực vật, vi sinh vật Enzyme deacetylase thu nhận được từ quá trình nuôi cấy vi sinh

vật

Các sinh vật này thường tồn tại nhiều trên vỏ tôm, đặc biệt ở những nơi vỏ tôm

đang phân hủy

Khi xử lý vỏ tôm trong môi trường có chế phẩm protease thì protein sẽ bị phân

hủy thành các thành phần đơn giản như acid amin và peptid [7][8]

Ưu điểm

- Hiệu suất thu hồi cao hơn so với phương pháp hóa học, tương ứng khoảng

7,45% và 10,4%

- Chất lượng sản phẩm tốt hơn so với phương pháp hóa học

- Lượng hóa chất chủ yếu trong quá trình tách chiết Chitin là HCl và NaOH được

sử dụng ít hơn, từ đó tiết kiệm được hóa chất và lượng nước rửa sau khi xử lí acid và

kiềm

- Ít gây ô nhiễm môi trường từ chất thải

- Thiết bị sử dụng ít hơn, điều này mang lại ý nghĩa kinh tế lớn đối với quy trình

công nghệ khi phát triển tạo ra sản phẩm thương mại

Nhược điểm

- Thời gian thu nhận sản phẩm lâu hơn

- Tiêu tốn nhiều công lao động hơn, do có nhiều tiến trình hơn [7] [8]

Các nhà khoa học đã nghiên cứu các phương pháp sản xuất Chitin từ vỏ tôm ứng

dụng các enzyme khác nhau Đó là phương pháp thu nhận Chitin bằng cách khử

khoáng bằng HCl 10% ở nhiệt độ phòng Sau đó khử protein bằng enzyme Papain,

Pepsin hoặc Tripsin

Phương pháp đang được áp dụng nhiều tại các sơ sở sản xuất Chitin ở nước ta là

phương pháp thu nhận Chitin của PGS-TS Trần Thị Luyến

Vỏ tôm được ngâm trong HCl 10% tỷ lệ w/v = 1/10, để ở nhiệt độ phòng trong

thời gian 5 giờ Rửa sạch đến pH = 7 Sau đó khử protein bằng Papain 13%, tỷ lệ w/v

= 1/5, ở nhiệt độ 70 - 800C trong thời gian 4 giờ Rửa sạch, tẩy màu và sấy khô thu

được Chitin khô, trắng

Quy trình sử dụng enzyme Papain cho sản phẩm có độ nhớt cao hơn các quy

trình khác Vì vậy để nâng cao chất lượng Chitin 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 hồi protein và tận dụng [1]

Hình 2.7 Sơ đồ công nghệ thu nhận Chitin bằng phương pháp sử dụng enzyme của

PGS-TS Trần Thị Luyến

2.3 Tổng quan về quá trình thủy phân

2.3.1 Quá trình thủy phân

Thủy phân theo nghĩa đen là phản ứng với nước Nó là một quá trình hóa học

trong đó một phân tử được tách thành hai phần bằng cách cho thêm một phân tử nước

Một đoạn của phân tử mẹ có được một ion hydro (H + ) từ các phân tử nước bổ

sung Các nhóm khác thu thập các nhóm hydroxyl còn lại (OH - ) [28]

Rửa trung tính

Rửa sạch Khử Protein

Chitin Làm khô

Quá trình thủy phân protein là quá trình phân cắt mạch peptid tại các liên kết

peptid qua các dạng trung gian như pepton, polypeptid, peptid và cuối cùng là acid

amin

Sơ đồ quá trình thủy phân protein:

Như vậy, sản phẩm thủy phân của protein bao gồm các pepton, polypeptid,

peptid và các acid amin Hầu hết các acid amin thu nhận được khi thuỷ phân protein

đều ở dạng L-α amino acid Vị của acid amin phụ thuộc vào cấu trúc không gian Dạng

L có vị đắng, dạng D có vị ngọt, còn acid amin có gốc R mạch vòng có cả vị đắng và

vị ngọt Cường độ vị phụ thuộc vào giá trị “ngưỡng nồng độ”, là nồng độ thấp nhất để

có thể cảm nhận sự có mặt của acid amin Ngưỡng này lại phụ thuộc vào tính kỵ nước

của gốc R trong phân tử acid amin L-tryptophan và L-tyrosine có vị đắng nhất Acid

L-glutamit acid ở nồng độ cao có vị ngọt của thịt, ở nồng độ thấp là chất tăng vị cho

sản phẩm thực phẩm

Đối với dipeptid ngoại trừ dipeptid của acid aspartic có vị ngọt, các dipeptid còn

lại có vị đắng Vị của peptid không phụ thuộc cấu hình không gian L hoặc D như acid

amin Cường độ vị cũng phụ thuộc vào tính kỵ nước của các gốc R mà không phụ

thuộc vào trình tự của acid amin [9]

2.3.2 Các phương pháp thủy phân protein[10]

2.3.2.1 Thủy phân bằng acid

Trong sản xuất thường dùng HCl, ngoài ra có thể dùng H2SO4 Acid phân ly càng

mạnh thì phản ứng thủy phân xảy ra càng nhanh

Acid clohydric (HCl) có hoạt độ lớn nhất nên được sử dụng phổ biến nhất, ngoài

ra sau khi thủy phân phản ứng trung hoà tạo thành NaCl có lợi cho sản phẩm thực

phẩm Phương pháp này là dùng acid HCl 6N dư thừa ở nhiệt độ 100-120oC trong

khoảng 24 giờ Sản phẩm thu được chủ yếu là các acid amin tự do dưới dạng

hydrogenclorate Một số acid amin như serine và threonine bị phá huỷ một phần,

tryptophan bị phá huỷ hoàn toàn, glutamine và asparagine phân ly thành acid glutamic,

acid aspartic và NH4+

2.3.2.2 Thuỷ phân bằng kiềm

Người ta cũng có thể thu nhận các amino acid bằng phương pháp thuỷ phân với

NaOH, bằng cách đun nóng trong nhiều giờ Sản phẩm thu được hầu hết là các amino

acid nhưng đều bị racemic hóa, các amino acid cysteine, serine và treonine bị phá huỷ

nhưng tryptophan không bị phá huỷ Vì vậy, phương pháp thuỷ phân bằng kiềm

thường chỉ dùng để xác định tryptophan

2.3.2.3 Thuỷ phân bằng enzyme

Ngày nay, thu nhận chế phẩm acid amin bằng việc thuỷ phân bằng enzyme được

ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học khác nhau bởi sử dụng enzyme có

nhiều ưu điểm là không có sản phẩm phụ do enzyme có tính đặc hiệu cao, thủy phân

trong điều kiện nhiệt độ thấp nên ít ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, ít tốn năng

lượng Do mỗi loại enzyme có tính đặc hiệu riêng nên vị trí liên kết peptid bị cắt mạch

là tùy vào loại enzyme

2.3.3 Ứng dụng của dịch thủy phân protein[10]

Thủy phân protein là nhằm phân giải các nguyên liệu có chứa thành phần

protein ở trạng thái phân tử lượng lớn (khó tiêu hóa) về thành các peptid ngắn mạch

hay amino acid dễ hấp thụ cho các cơ thể sống Sản phẩm của quá trình thủy phân

protein là dịch đạm thủy phân Hiện nay dịch đạm thủy phân được ứng dụng trong

nhiều lĩnh vực

Trong y dược: Dùng sản xuất môi trường dinh dưỡng nuôi vi sinh vật, sản xuất

huyết thanh miễn dịch Sản xuất dịch đạm truyền cho người bệnh suy kiệt, người

không tự ăn uống được, người bị chấn thương nặng, bệnh nhân phải phẫu thuật lớn

Trong hương liệu mỹ phẩm, người ta trộn một lượng nhỏ enzyme protease và kem

thoa, kem cạo râu, dầu gội, dầu bôi tóc, kem giặt…để làm cho da, tóc mềm mại, tẩy bỏ

dễ dàng lớp tế bào già…

Trong thực phẩm: Dùng sản xuất bột đạm, nước chấm, nước mắm, tương, chao,

bánh kẹo, thức ăn bổ sung, thực phẩm chức năng …

Trong nông nghiệp: Dùng làm phân bón cải tạo đất…

Trong chăn nuôi: Dùng làm tăng độ tiêu hóa, bổ sung đạm vào thành phầnthức

ăn giúp động vật tăng trưởng tốt nhằm rút ngắn thời gian nuôi Khi nuôi thủy sản

người nuôi còn dùng dịch thủy phân làm chất tăng vị kích thích bắt mồi cho động vật

thủy sản, đặc biệt là dùng khi thời tiết thay đổi hay khi sử dụng kháng sinh trị bệnh (cá

biến ăn)

2.4 Phương pháp sản xuất dịch đạm thủy phân từ vỏ tôm

2.4.1 Tình hình nghiên cứu dịch thủy phân protein

2.4.1.1 Tình hình nghiên cứu dịch thủy phân protein trên thế giới

Trên thế giới, vấn đề thu hồi protein từ phế liệu tôm bằng enzyme thủy phân đã

được nghiên cứu từ lâu (Simpson và Haard, 1985; Synowiecki và Al-Khateeb, 2000;

Mizani và cộng sự, 2005) Các enzyme như Alcalase đã được sử dụng để thủy phân

protein từ phế liệu tôm (Chabeaud, Guerard, Laroque & Dufosse, 2007; Mizani,

Aminlari, 2005) và Trypsin, Papain, Pepsin (Synowwiecki & Al-Khateeb, 2000;

Chakrabarty, 2002), Neutrase và Protease (Rutanapornvareeskul, 2006)

Józef Synowiecki và cộng sự, 1999 nghiên cứu ứng dụng Alcalase để khử protein

của phế liệu vỏ tôm Crangon crangon nhằm thu hồi Chitin và protein Ban đầu vỏ tôm

Crangon crangon được khử khoáng sơ bộ bằng dung dịch HCl 10%, 20°C, 30 phút và

khử protein bằng enzyme Alcalase, 55°C, pH = 8,5 Độ thủy phân DH cao nhất là

30%, dịch thủy phân thu được có chứa 63% protein so với hàm lượng chất khô tuyệt

đối

Gildberg và Stenberg, 2001 thu được 68,5% protein từ phế liệu tôm Pandalus

borealis sau 2 giờ thủy phân với enzyme Alcalase

Whenhong Cao và cộng sự, 2008 đã nghiên cứu thu hồi protein từ phế liệu đầu

tôm thẻ chân trắng bằng cách cho đầu tôm tự thủy phân, điều chỉnh nhiệt độ bằng cách

nâng nhiệt từ 40 – 70°C, cứ sau 30 phút thì tăng lên 5°C, giữ ở pH tự nhiên Kết quả

cho thấy tại điều kiện nhiệt độ 40°C, 50°C, 60°C thì hàm lượng protein thu hồi tương

ứng là 43,6%, 73,6%, 87,4% Và kết quả cũng chỉ ra rằng khi nhiệt độ tăng từ 45°C –

60°C là nhiệt độ mà enzyme nội tại hoạt động mạnh nhất thì độ thủy phân (DH) tăng

từ 0 – 48% sau 180 phút khi nâng nhiệt dần lên, lượng protein thu hồi cao nhất là

87,4% tại 60°C

2.4.1.2 Tình hình nghiên cứu dịch thủy phân protein ở Việt Nam

Trước đây, nguồn phế liệu tôm chủ yếu được cung cấp cho các nhà máy chế biến

thức ăn gia súc nhỏ lẻ Vỏ, đầu tôm đã được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi với các

phương pháp truyền thống như: Sấy khô hoặc phơi nắng, sau đó đem xay mịn bổ sung

vào thức ăn chăn nuôi Việc sấy khô đòi hỏi năng lượng lớn, tốn kém Phơi nắng thì

phụ thuộc vào thời tiết, mất vệ sinh và gây ô nhiễm môi trường

Trong những năm gần đây, ngoài việc tận dụng phế liệu tôm thẻ để sản xuất

Chitin – Chitosan người ta còn nghiên cứu thu hồi lượng protein có giá trị trong các

quy trình sản xuất Chitin – Chitosan

Đặng Thị Hiền (2008) đã sử dụng enzyme Alcalase để thủy phân phế liệu tôm và

tận thu protein, asthaxanthin trong công nghệ sản xuất Chitin – Chitosan Quá trình

được tiến hành ở điều kiện nhiệt độ 54ºC, 8 giờ, tỉ lệ enzyme bổ sung 0,22%, pH = 8,

tỷ lệ nước/nguyên liệu là 1/1 Kết quả thu được 52,7% protein

Năm 2009, Nguyễn Minh Trí và cộng sự đã nghiên cứu ép tách protein từ đầu

tôm thẻ (Penaeus vannamei) trong sản xuất Chitin sau đó dùng dịch protein này cô đặc

và bổ sung vào chượp trong sản xuất nước mắm Kết quả thí nghiệm cho thấy khi bổ

sung dịch thủy phân protein (khoảng 20% thể tích chượp) vào chượp sau 105 ngày,

sau 1 tháng thu được nước mắm tương ứng với lượng protein bổ sung [11]

Trang Sĩ Trung (2009) đã sử dụng enzyme Flavourzyme trong quy trình sản xuất

Chitin nhằm tận thu hỗn hợp protein và asthaxanthin có tỷ lệ thu hồi hàm lượng chất

khô cao, tăng hơn 20%, chất lượng Chitin, Chitosan cao hơn so với phương pháp hóa

học truyền thống Hỗn hợp protein và asthaxanthin thu được có chất lượng cao thể

hiện qua hàm lượng protein và thành phần acid amin, có thể ứng dụng trong chế biến

thức ăn gia súc Ngoài ra còn giảm ô nhiễm môi trường so với phương pháp hóa học

[7]

2.4.2 Công nghệ sản xuất dịch đạm thủy phân

Để tách protein hiện nay người ta thường dùng phương pháp sau:

2.4.2.1 Phương pháp cơ học

Sử dụng lực cơ học để tách một phần protein ra khỏi nguyên liệu vỏ, đầu tôm

Đầu tôm còn tươi được rửa sạch, sau đó đem ép bằng trục lăn hoặc trục vít, thu hồi

dịch protein và bảo quản Phương pháp này cho hiệu quả thu hồi không cao và thường

được dùng kết hợp với phương pháp khác

2.4.2.2 Phương pháp hóa học

Phương pháp này sử dụng NaOH với các nồng độ khác nhau để khử protein trong

phế liệu

Ưu điểm của phương pháp là đơn giản, không đòi hỏi máy móc thiết bị phức tạp,

dễ áp dụng trên quy mô lớn Tuy nhiên hạn chế của phương pháp này là gây ô nhiễm

môi trường do dịch thải thường chứa kiềm, một phần protein và các sản phẩm thủy

phân; hơn nữa sản phẩm protein bị hạn chế do các phản ứng không mong muốn do

môi trường kiềm mạnh

2.4.2.3 Phương pháp hóa lý

Nguyên lý dựa trên việc kết tủa protein bằng cách dùng acid để điều chỉnh pH

dung dịch chứa protein về điểm đẳng điện của protein (pH = 4 – 5,5), sau đó dùng các

phương pháp lắng, lọc để thu hồi protein Ưu điểm của phương pháp là đơn giản, dễ

tiến hành, có thể thu hồi với hiệu suất cao, có thể ứng dụng thu hồi protein trong nước

thải của các nhà máy chế biến thực phẩm và chế biến thủy sản

Satya S.Dey & Krushna Chandra Dora (2011) khi nghiên cứu thủy phân thu hồi

protein từ đầu và vỏ tôm sú Penaeus monodon bằng 4 loại enzyme Alcalase, Neutrase,

Protamex, Flavourzyme cho thấy Alcalase có tác dụng tốt nhất Chế độ tối ưu đề xuất

thủy phân ở nhiệt độ 59,37ºC, pH = 8,25, tỷ lệ enzyme/ cơ chất 1,84%, thời gian 84,42

phút [29]

2.4.2.4 Phương pháp sinh học

Phương pháp này dựa trên dựa trên hệ enzyme có sẵn trong nội tạng đầu tôm

hoặc bổ sung enzyme thương mại (từ vi sinh vật, thực vật, động vật) để thủy phân

protein đầu tôm thành các peptide, acid amin và thu hồi chúng Có 2 phương pháp:

Phương pháp ủ xi lô và phương pháp bổ sung enzyme protease

Phương pháp ủ xi lô

Phương pháp này dựa trên hoạt tính của enzyme protease có sẵn trong phế liệu

tôm hoặc bổ sung từ ngoài vào Sự hóa lỏng của mô tôm là kết quả của việc thủy phân

protein nhờ hoạt động của enzyme, ngoài ra còn được hỗ trợ bằng cách bổ sung các

acid hữu cơ Chất lượng của protein thu được từ phương pháp này chủ yếu phụ thuộc

vào hàm lượng các acid amin quan trọng

Trang Sĩ Trung và cộng sự (2009) ứng dụng ủ xi lô bằng acid formic đã loại

được 83,1% protein và 66,1% khoáng từ phế liệu tôm trong quá trình chế biến Chitin

[7]

Phương pháp bổ sung enzyme protease

Phương pháp này giống như phương pháp ủ xi lô là đều dựa trên hoạt động thủy

phân của enzyme protease để thu hồi protein Tuy nhiên để giảm thời gian thủy phân,

người ta bổ sung hàm lượng nhất định enzyme protease nhằm tăng tốc độ thủy phân

trong hỗn hợp phế liệu tôm

2.5 Tổng quan về enzyme Protesae [26]

Protease là nhóm enzyme thủy phân có khả năng cắt mối liên kết peptide

(-CO-NH-) trong các phân tử polypeptide, protein và một số cơ chất khác tương tự thành các

amino acid tự do hoặc các peptide phân tử thấp

2.5.1 Tổng quan về enzyme Papain[25]

2.5.1.1 Nguồn thu enzyme

Papain được tách từ nhựa đu đủ xanh, là một enzyme thực vật Trong nhựa đu đủ

có chứa một hỗn hợp protease, bao gồm: Papain, chymoPapain A (có gốc acid amin

cuối là acid glutamic), chymoPapain B (có gốc acid amin cuối là tyrosine), proteinase

III, proteinase IV Trong đó, hàm lượng Papain chiếm cao nhất (95%) và hoạt tính

phân giải protein của Papain cao hơn chymoPapain nhiều lần

2.5.1.2 Tính chất hóa học của enzyme Papain

Papain thuộc nhóm Cystein-protease vì trung tâm hoạt động của nó có chứa

nhóm SH của Cystein, nhóm này nằm gần vòng imidazol của Histidine và nhóm

-COOH của acid Aspactic Sự tổ hợp của các nhóm chức có mặt trong trung tâm hoạt

động tạo điều kiện cho hoạt động xúc tác của phân tử enzyme

Papain đóng vai trò vừa là một endoprotease vừa là một exoprotease nên chúng

thủy phân protein thành các polypeptid và các acid amin Tính đặc hiệu cơ chất của

Papain rộng, nó có thể thủy phân hầu hết các liên kết peptid, trừ liên kết với proline và

với acid glutamic có nhóm -COOH tự do

2.5.1.3 Hoạt động của enzyme Papain

Độ hoạt động của Papain bị suy giảm theo thời gian bảo quản

Papain là một enzyme chịu được nhiệt độ tương đối cao Ở dạng nhựa khô,

Papain không bị biến tính trong 3 giờ ở 100oC, còn ở dạng dung dịch, Papain bị mất

hoạt tính sau 30 phút ở 82,5oC

Papain có khả năng hoạt động ở một vùng pH tương đối rộng từ 4,5 đến 8,5,

nhưng lại dễ bị biến tính trong môi trường acid có pH<4,5 và trong môi trường kiềm

mạnh có pH >12

2.5.2 Tổng quan về enzyme Alcalsase[30]

2.5.2.1 Lịch sử phát triển

Năm 1947, Linderstrom, Lang và Ottesen tại phòng thí nghiệm Carlsberg đã tiến

hành nuôi cấy Bacillus licheniformis và thu được loại enzyme Subtilisin Carlsberg Nó

được thu lần đầu tiên ở dạng kết tinh vào năm 1952 và từ đó đến nay, subtilisin là

protease vi sinh vật công nghiệp quan trọng nhất, được sử dụng nhiều trong sản xuất

các chất tẩy rửa Subtilisin là một nhóm enzyme protease kiềm (serine protease) và

Alcalase là một dẫn xuất thuộc nhóm này đã được thương mại hóa

Alcalase được sử dụng trong công thức chất tẩy rửa để loại bỏ vết bẩn protein, ví

dụ như cỏ, máu, chất nhầy, phân và các thực phẩm khác nhau như trứng và nước

thịt Nó là protease kiềm được sử dụng trong chất tẩy rửa sinh học trong thập niên

1960, và vẫn còn được sử dụng ngày hôm nay

2.5.2.2 Tính chất hóa học của enzyme Alcalase

Alcalase là enzyme xúc tác sự thuỷ phân liên kết peptit (CO-NH) trong phân tử

protein và các cơ chất tương tự

Dưới tác dụng của Alcalase, protein bị thuỷ phân theo sơ đồ sau:

Protein → pepton → polypeptit → peptit→ acid amin

Sử dụng enzyme Alcalase cho phép điều chỉnh dễ dàng độ thủy phân, tính toán

được lượng base yêu cầu để duy trì pH không đổi trong suốt quá trình thủy phân

Chọn enzyme này cũng dựa trên đặc trưng của nó cho khả năng không hút nước

của các amino acid vào giai đoạn cuối, dẫn đến sản phẩm thủy phân không có vị

đắng (Adler-Nissen, 1986), đồng thời sản phẩm có sự cân bằng tốt các amino acid

thiết yếu (Kristinsson và Rasco, 2000)

2.5.2.3 Hoạt động của enzyme Alcalase

Alcalase là một endo protease, hoạt tính 2,4 UI/g

Alcalase hoạt động giữa pH = 6.5 và pH = 8.5

Nhiệt độ hoạt động giữa 45 và 65 ° C với nhiệt độ tối ưu nhất là 60 ° C, nhiệt độ

cao hơn thì các hoạt động bị giảm nhanh chóng

Một số loại thực phẩm, ví dụ như trứng, khoai tây và máu, chứa các chất ức chế

protease có thể ức chế Alcalase

Alcalase nên được lưu trữ trong tủ lạnh 3-5°C Không đóng băng

2.6 Kết luận

Hiện nay, một trong những khó khăn trong phương pháp hóa học để sản xuất

Chitin là thể tích chất thải lớn và trong đó chứa các chất ăn mòn, các chất lơ lửng 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, biến đổi 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 dịch đạm thủy phân, mang lại hiệu quả kinh tế cao, hạn chế việc xử lý môi trường

Tuy nhiên việc sử dụng phương pháp sinh học cũng gặp nhiều khó khăn như giá

thành sản phẩm cao, tùy thuộc loại enzyme sử dụng Vì vậy người ta có thể kết hợp cả

hai phương pháp này nhằm khắc phục những nhược điểm của từng phương pháp

Trên cơ sở đó, em quyết định chọn phương pháp thu nhận bằng sinh học để thiết

kế dây chuyền công nghệ cho nhà máy sản xuất Chitin và dịch đạm thủy phân

CHƯƠNG 3: THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

3.1 Sơ đồ quy trình công nghệ

Hình 3.1 Quy trình sản xuất Chitin và dịch đạm thủy phân từ tôm

Lưu kho

Rửa trung tính 1 + lọc 1

HCl 10%

Nhiệt độ phòng T=5h

w/v=1/5

Enzyme Alcalase 1% E/S

T= 4h Natri benzoat

Dịch đạm thủy phân

w/v=1/5

KMnO4 1%, Nhiệt độ phòng T=15 phút (COOH)2 1%

3.2 Thuyết minh quy trình sản xuất Chitin

3.2.1 Nhận nguyên liệu

Vỏ tôm được thu gom từ nhà máy thủy sản và được vận chuyển đến nhà máy, tập

kết tại bãi nguyên liệu sau khi được cân khối lượng ở cân ô tô Tại đây phế liệu vỏ tôm

sẽ được xử lý qua các công đoạn để thu được Chitin thành phẩm

3.2.2 Ép vỏ tôm

Mục đích: Vỏ tôm sẽ được ép với tỉ lệ 80% xác và 20% dịch Phần xác ép sẽ

được đưa đi xử lý làm Chitin và phần dịch sẽ được đưa đi sản xuất dịch đạm thủy

phân

Tiến hành: Sử dụng máy ép trục vít

Hình 3.2 Máy ép trục vít Máy được thiết kế dựa trên nguyên lý trục vít tải xoắn vận hành liên tục bên

trong một lồng lưới hình trụ tròn lắp ghép hai nửa Khi nguyên liệu được nạp vào, trục

vít tải có nhiệm vụ nâng chuyển nguyên liệu về phía trước, và trục vít vừa làm nhiệm

vụ vận chuyển vừa miết, ép nguyên liệu lại với nhau để vắt nước cho đến khi nguyên

liệu kết dính thành bã và khô hẳn, trục vít sẽ đẩy bã nguyên liệu này lần lượt chui qua

khe vít tải để rơi ra ngoài theo máng hứng được lắp ở đầu miệng ra của máy Phần

nước sau khi được ép sẽ chui qua khe lưới và được thu về bởi một phểu côn được lắp

đặt bên dưới thân máy

3.2.3 Nghiền

Mục đích: Nghiền nhỏ nguyên liệu, đạt kích thước đồng đều, thuận tiện cho giai

đoạn khử protein và khử khoáng

Tiến hành: Sau khi làm ráo, nguyên liệu được đem đi nghiền bằng máy nghiền để

đạt kích thước 10 mm

Cho nguyên liệu vào cửa nạp Máy nghiền hoạt động dựa trên hệ thống dao gồm

4 lưỡi dao băm và 32 lưỡi dao nghiền quay quanh một trục với tốc độ lớn cho phép

băm, nghiền nguyên liệu một cách nhanh chóng và dễ dàng Máy sẽ cho ra sản phẩm

đã được nghiền ở cửa xả nguyên liệu

3.2.4 Rửa trung tính 1

Mục đích: Làm sạch nguyên liệu, loại bỏ các tạp chất như rác, các loại cát sạn,

tránh gây hư hỏng thiết bị

Tiến hành: Sử dụng thiết bị rửa thùng quay Đưa toàn bộ hỗn hợp trên qua bể

rửa Nước được đưa vào với tỷ lệ 1:1 so với hỗn hợp Dưới tác dụng của dòng nước

xoáy các tạp chất sẽ được loại bỏ khỏi vỏ Nước thải được ống dẫn đến khu xử lý nước

thải Phần vỏ tôm được băng tải chuyển đến thiết bị tiếp theo

3.2.5 Lọc lần 1

Mục đích: Tách riêng phần dịch và phần bã nhằm tăng hiệu suất khử protein

Phần bã tiếp tục vào công đoạn sản xuất Chitin Phần dịch thì đem qua hệ thống xử lý

nước thải

Tiến hành: Sử dụng thiết bị lọc

3.2.6 Giai đoạn khử protein

Mục đích: Loại bỏ thành phần protein liên kết với Chitin trong vỏ tôm

Tiến hành: Sử dụng thiết bị thủy phân có lớp lót chịu acid Nạp vỏ tôm vào thiết

bị, enzyme Papain 13% được bổ sung vào Quá trình được thực hiện ở 700C, trong 4

giờ

3.2.7 Ly tâm 1

Mục đích: Tách riêng phần dịch và phần vỏ tôm

Sau quá trình ly tâm, hỗn hợp được tách biệt chủ yếu là thay đổi trạng thái,

không có biến đổi hóa học, hóa lý, hóa sinh đáng kể Lượng dịch sau khi ly tâm sẽ

được dẫn đến thùng chứa để chuẩn bị cho quá trình cô đặc Vỏ tôm tiếp tục được đưa

vào quá trình sản xuất Chitin

Tiến hành: Sử dụng thiết bị ly tâm liên tục

3.2.8 Rửa trung tính 2

Mục đích: Nhằm loại hết lượng enzyme dư và protein hòa tan còn bám trên vỏ

tôm

Tiến hành: Sử dụng thiết bị rửa thùng quay Đưa toàn bộ hỗn hợp trên qua bể

rửa Nước được đưa vào với tỷ lệ 1:3 so với hỗn hợp Dưới tác dụng của dòng nước

xoáy, peptit, enzyme dư sẽ được tách khỏi vỏ Phần vỏ tôm được băng tải chuyển đến

thiết bị tiếp theo Phần dịch được vận chuyển đến hệ thống xử lý nước thải

3.2.9 Lọc lần 2

Mục đích: Tách riêng phần dịch và phần bã nhằm tăng hiệu suất khử khoáng

Phần bã tiếp tục vào công đoạn sản xuất Chitin Phần dịch được vận chuyển đến hệ

thống xử lý nước thải

Tiến hành: Sử dụng thiết bị lọc

3.2.10 Giai đoạn khử khoáng

Mục đích: Loại bỏ thành phần khoáng liên kết trong vỏ tôm

Tiến hành: Sử dụng thiết bị thủy phân giống quá trình khử protein Hỗn hợp vỏ

tôm được chuyển tới thiết bị khử khoáng Tại đây, nó được nhào trộn với acid HCl

10% tỷ lệ 1:5 Quá trình khử khoáng được tiến hành ở nhiệt độ phòng và liên tục

khuấy đảo hỗn hợp phản ứng nhờ cánh khuấy Sau 5 giờ tháo sản phẩm chứa các muối

hoà tan

3.2.11 Ly tâm 2

Mục đích: Tách riêng phần dịch và phần vỏ tôm

Lượng dịch sau khi ly tâm sẽ theo đường ống vào hệ thống xử lý nước thải Vỏ

tôm tiếp tục được đưa vào quá trình sản xuất Chitin

Tiến hành: Sử dụng thiết bị ly tâm liên tục

3.2.12 Rửa trung tính 3

Mục đích: Rửa trôi hết lượng muối tạo thành và đồng thời loại bỏ lượng HCl dư

còn bám trên nguyên liệu

Tiến hành: Sử dụng thiết bị rửa thùng quay Nước được bổ sung vào với tỷ lệ 1:3

so với hỗn hợp Dưới tác động của dòng nước xoáy, muối khoáng và acid dư sẽ được

tách ra khỏi vỏ Sau đó phần vỏ tôm được băng chuyền dẫn đến công đoạn tiếp theo,

nước thải sẽ được ống dẫn đến hệ thống xử lý nước thải của nhà máy

3.2.13 Lọc 3

Mục đích: Tách riêng phần dịch và phần bã nhằm tăng hiệu suất tẩy màu Phần

bã tiếp tục vào công đoạn sản xuất Chitin Phần dịch được dẫn đến hệ thống xử lý

nước thải

Tiến hành: Sử dụng thiết bị lọc

3.2.14 Tẩy màu

Mục đích: Loại bỏ thành phần sắc tố chứa trong Chitin

Chitin thô có màu hồng nhạt do có sắc tố astaxanthin Do Chitin ổn định với các

chất oxy hóa như thuốc tím KMnO4 nên lợi dụng tính chất này, người ta sử dụng

KMnO4 để khử màu Chitin

Tiến hành: Dùng hỗn hợp KMnO4 1% + (COOH)2 để tẩy màu

Theo Nguyễn Văn Thiết, Đỗ Ngọc Tú, thì ta tiến hành tẩy màu với lượng Chitin

được tách chiết từ 100g nguyên liệu với KMnO4 0,1% 10ml (10mg) (ngâm trong 15

phút sau đó rửa sạch bằng nước máy) và với dung dịch acid oxalic 1% 10ml (100mg)

[12]

Hình 3.3 Hình vẽ thiết bị tẩy màu Hình 3.3 là hình vẽ thiết bị tẩy màu được thiết kế bằng thùng chứa bằng thép

không gỉ, bên trong được gia công với lưới lọc inox 10 Gàu tải sẽ vận chuyển vỏ tôm

vào thiết bị, công nhân sẽ cho thuốc tím vào Sau 15 phút, công nhân sẽ mở van cho

nước vào để tiến hành rửa vỏ tôm và cánh khuẩy hoạt động để vỏ tôm đảo đều Sau 15

phút, công nhân sẽ vận hành bơm để hút nước ra ngoài và nước đi vào hệ thống xử lý

nước thải Vỏ tôm được vận chuyển đến công đoạn tiếp theo

3.2.15 Rửa trung tính 4

Mục đích: Rửa sạch lượng acid oxalic 1% (COOH)2 dư và lượng muối tạo thành

Tiến hành: Sử dụng thiết bị rửa thùng quay Nước được bổ sung vào với tỷ lệ 1:1

so với hỗn hợp Dưới tác động của dòng nước xoáy, muối và acid dư sẽ được tách ra

khỏi vỏ Sau đó phần vỏ tôm được băng tải dẫn đến công đoạn tiếp theo, nước thải sẽ

được ống dẫn đến hệ thống xử lý nước thải của nhà máy

3.2.16 Sấy

Mục đích: Làm khô Chitin tới một độ ẩm nhất định, nhằm ức chế hoạt động của

nấm, vi khuẩn gây hư hỏng sản phẩm, thuận tiện cho bảo quản Đồng thời giảm khối

lượng, thể tích giúp giảm chi phí vận chuyển sản phẩm

Tiến hành: Chitin sau khi làm ráo nước được đem đi sấy trong thiết bị sấy băng

tải nhiều tầng

Máy sấy băng tải nhiều tầng có tủ kim loại kín, bên trong có từ 4 đến 5 nhánh

băng tải Các băng chuyền được sản xuất bằng lưới thép không gỉ với kích thước lỗ 20

 1,5 mm, và mỗi băng được căng ra trên các tang truyền chủ động và tang bị động

Hình 3.4 Thiết bị sấy băng tải nhiều tầng

Chú thích

1,3: Băng tải 5: Tang bị động

2: Quạt 6: Tủ kim loại

4: Calorife hơi 7: Tang dẫn động

Mỗi băng tải có thể có bộ dẫn động độc lập với hộp giảm tốc, hoặc có thể có bộ

dẫn động chung cho phép thay đổi tốc độ của các băng tải từ 1,14 đến 1,0 m/phút

Không khí để sấy cho vào dưới nhánh thứ hai của băng tải và đựơc đun nóng nhờ các

calorife hơi lắp giữa các băng lưới của mỗi nhánh Không khí xuyên qua tất cả các

băng lưới và sản phẩm nằm trên đó Không khí được bão hoà ẩm và sau khi làm vô

trùng thì được quạt thổi ra ngoài

Sản phẩm trước khi sấy được băng tải chuyền đến nhánh trên của băng chuyền

máy sấy Sản phẩm cùng với băng chuyền đến đầu cuối cùng rồi đổ xuống băng dưới

3.2.17 Bao gói và lưu kho

Mục đích: Thuận tiện cho vận chuyển và bảo quản

Tiến hành: Chitin thu được sau khi sấy được dẫn thiết bị bao gói Tùy yêu cầu

khách hàng có thể đóng bao 1kg, 20kg, 50kg… Chitin thành phẩm sau khi bao gói

đưa vào kho thành phẩm chờ xuất ra thị trường tiêu thụ

3.3 Thuyết minh quy trình sản xuất dịch đạm thủy phân

3.3.1 Tiếp nhận nguyên liệu

Dịch ép thu được từ công đoạn ép vỏ tôm được chuyển lên bồn thủy phân

Dịch protein thu được từ công đoạn khử protein trong quy trình sản xuất Chitin

sẽ được chuyển qua bồn chứa

3.3.2 Thủy phân dịch ép

Mục đích: Biến đổi dịch ép thành dịch đạm thủy phân

Tiến hành: Dịch ép được bổ sung enzyme Alcalase đến khi đạt pH đạt yêu cầu

Lượng enzyme Alcalase được cho thêm vào là 1% lượng dịch ép Thời gian tiến hành

thủy phân là 4 giờ Tiến hành ở nhiệt độ phòng

3.3.3 Cô đặc và bổ sung chất bảo quản

Mục đích cô đặc:

- Tăng nồng độ chất khô trong sản phẩm, làm tăng độ nhớt, tăng nồng độ protein

sản phẩm, giảm độ ẩm sản phẩm

- Kéo dài thời gian bảo quản

- Giảm được khối lượng vận chuyển

Mục đích bổ sung chất bảo quản:

Trong quá trình thủy phân protein bằng phương pháp sử dụng enzyme Alcalase

thì thường xảy ra hiện tượng phân hủy các hợp chất có chứa nitơ tạo ra NH3 gây thối

hỗn hợp thủy phân Vì vậy trong quá trình thủy phân nên bổ sung các chất phòng thối

Ở đây, ta chọn Natri benzoat (C6H5NaCO2 ) cũng như kết hợp giữa việc dung hòa chất

với cô dặc dịch thủy phân làm phương pháp bảo quản sản phẩm

- Công dụng của C6H5NaCO2 [31]:

+ C6H5NaCO2 có tên khoa học là Natri benzoat, được sử dụng rộng rãi với công

dụng là chất bảo quản thực phẩm Là muối natri của acid benzoic và tồn tại dưới hình

thức này khi hòa tan trong nước Có thể được sản xuất từ phản ứng của sodium

hydroxide với acid benzoic

+ Cơ chế bảo quản thực phẩm: Cơ chế bắt đầu với sự hấp thu acid benzoic vào tế

bào Nếu độ pH nội bào thay đổi đến 5 hoặc thấp hơn, quá trình lên men kỵ khí

glucose qua phosphofructokinase được giảm 95%, do đó ức chế sự tăng trưởng và tồn

tại của vi sinh vật gây hư hỏng thực phẩm

+ Nếu sử dụng với hàm lượng thấp sẽ không gây tác dụng phụ đối với cơ thể

động vật

Tiến hành: Bổ sung chất bảo quản Natri benzoat C6H5NaCO2 với tỉ lệ 0,08% vào

thiết bị cô đặc chân không, có cánh khấy, hơi được cấp liên tục từ lò hơi

3.3.5 Đóng chai, dán nhãn và lưu kho

Mục đích: Dễ dàng vận chuyển và bảo quản

Tiến hành: Dùng thiết bị đóng chai 1 l/chai và thiết bị dán nhãn

CHƯƠNG 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

4.1 Lập kế hoạch sản xuất

Kế hoạch sản xuất của nhà máy năm 2017:

Mỗi ngày làm việc 3 ca, mỗi ca làm việc 8 tiếng

Nguyên liệu vỏ tôm được nhập liên tục, để đảm bảo lượng nguyên liệu cần thiết

50 tấn/ngày cho quá trình sản xuất

Nhà máy đóng cửa tháng 1 để bảo dưỡng thiết bị

Số ngày hoạt động của nhà máy là 334 ngày

4.2 Chọn các thông số ban đầu

Công suất của nhà máy: 50 tấn nguyên liệu = 50000 kg nguyên liệu/ngày

Công suất tính theo ca: 16666,667 kg/ca

Năng suất tính theo giờ: 50000/24 = 2083,33 kg/giờ

Độ ẩm của sản phẩm trước khi sấy: 80%

Độ ẩm của sản phẩm sau khi sấy: 5%

Trong năm 2016, tôm chân trắng sống/ tươi/đông lạnh là sản phẩm xuất khẩu

chiếm giá trị cao nhất của Việt Nam với trên 731 triệu USD, nên ta giả sử là vỏ tôm

Là hao hụt xảy ra trong quá trình vận chuyển nguyên liệu, thành phẩm và bán

thành phẩm từ thiết bị trước sang thiết bị sau trong quy trình sản xuất Do vậy, tất cả

các công đoạn đều có hao hụt vận chuyển

Hao hụt trong quá trình vận chuyển dược kí hiệu là: Hvc

Yêu cầu các hao hụt trong quá trình vận chuyển đều ≤ 2%

Do vậy, để thuận tiện cho quá trình tính toán cũng như chọn thiết bị để thiết kế

nhà máy, ta chọn các hao hụt trong quá trình vận chuyển đều là 0,5%