LỜI CẢM ƠN Để hồn thành luận văn này, tơi nhận nhiều giúp đỡ, động viên khích lệ nhiều tập thể cá nhân Trước hết xin gửi lời cám ơn chân thành đến Ban giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, Ban chủ nhiệm Khoa Chế biến quý thầy cô giảng dạy truyền đạt kiến thức quý báu tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian học tập trường Sự biết ơn sâu sắc xin gửi đến TS Trang Sĩ Trung ThS Nguyễn Công Minh - người định hướng tận tình hướng dẫn, động viên, góp ý ý kiến thiết thực, quý giá suốt thời gian thực đề tài Qua đây, xin chân thành cám ơn đến tồn thể thầy cán Bộ mơn Hóa sinh – Vi sinh thực phẩm, Bộ môn Công nghệ chế biến, Bộ môn Công nghệ thực phẩm, Bộ môn Kỹ thuật lạnh Viện công nghệ sinh học Môi trường – Trường Đại học Nha Trang, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành đề tài Xin cám ơn tất người bạn quan tâm, động viên giúp đỡ tơi q trình thực đề tài Cuối tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến bố mẹ anh chị em thân yêu Những người dõi theo ủng hộ vật chất lẫn tinh thần cho hoàn thành đề tài Nha Trang, tháng 06 năm 2010 Sinh viên thực Nguyễn Hoàng Vân i MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .iii DANH MỤC CÁC BẢNG .iv DANH MỤC CÁC HÌNH v LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUỒN PHẾ LIỆU TÔM VÀ CÁC HƯỚNG TẬN DỤNG 1.1.1 Nguồn phế liệu tôm 1.1.2 Cấu tạo thành phần hóa học phế liệu tôm 1.1.3 Các hướng tận dụng nguồn phế liệu tôm 1.2 TỔNG QUAN VỀ CHITIN VÀ CHITOSAN .8 1.2.1 Nguồn gốc tồn chitin-chitosan tự nhiên 1.2.2 Cấu tạo tính chất chitin-chitosan 1.3 ỨNG DỤNG CỦA CHITIN-CHITOSAN 15 1.3.1 Ứng dụng chitosan ngành công nghệ thực phẩm 15 1.3.2 Ứng dụng ngành khác 15 1.4 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHITIN-CHITOSAN 16 1.4.1 Công nghệ sản xuất chitin-chitosan phương pháp hoá học 20 1.4.2 Sản xuất chitin-chitosan phương pháp sinh học 25 1.4.3 Sản xuất chitin-chitosan phương pháp sinh học phương pháp kết hợp sinh học với hóa học 27 CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 2.1 NGUYÊN VẬT LIỆU 30 2.1.1 Phế liệu vỏ tôm nghiên cứu 30 2.1.2 Hóa chất nghiên cứu 30 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 2.2.1 Phương pháp thu nhận mẫu 30 2.2.2 Phương pháp phân tích 30 2.2.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm xây dựng đường chuẩn 31 2.2.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm 31 2.2.5 Phương pháp xử lý số liệu 43 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 44 3.1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CƠ BẢN CỦA PHẾ LIỆU VỎ TÔM TRƯỚC VÀ SAU KHI ÉP 44 3.2 KẾT QUẢ BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC KHOẢNG TỐI ƯU THÍCH HỢP CHO CƠNG ĐOẠN KHỬ KHỐNG 45 3.2.1 Xác định tỷ lệ phế liệu/dung dịch acid thích hợp 45 3.2.2 Xác định khoảng nồng độ HCl thích hợp 46 3.2.3 Xác định khoảng nhiệt độ thích hợp 47 3.2.4 Xác định khoảng thời gian thích hợp 48 ii 3.3 KẾT QUẢ TỐI ƯU CHO CƠNG ĐOẠN KHỬ KHỐNG 49 3.4 KẾT QUẢ BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC KHOẢNG TỐI ƯU THÍCH HỢP CHO CƠNG ĐOẠN KHỬ PROTEIN 53 3.4.1 Xác định tỷ lệ phế liệu/dung dịch NaOH thích hợp 53 3.4.2 Xác định khoảng nồng độ thích hợp 54 3.4.3 Xác định khoảng nhiệt độ thích hợp 55 3.4.4 Xác định khoảng thời gian thích hợp 56 3.5 KẾT QUẢ TỐI ƯU CÔNG ĐOẠN KHỬ PROTEIN 57 3.6 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG CỦA CHITOSAN THU ĐƯỢC 62 3.7 TÍNH TỐN HIỆU QUẢ MANG LẠI CỦA QUY TRÌNH TỐI ƯU 63 3.8 QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHITIN-CHITOSAN ĐỀ XUẤT 64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Diễn giải BSA Bovine Serum Albumin (huyết bị) cps Centipoise DA Hiệu suất khử khống DP Hiệu suất khử protein DD Độ deacetyl Glc Glucosamine Glc-NAC IQF Individually Quick Frozen (hệ thống cấp đông nhanh) KPH Không phát 10 NXB Nhà xuất 11 PE 12 QT1 Quy trình sản xuất chitin-chitosan tối ưu 13 QT2 Quy trình sản xuất chitin-chitosan đối chứng 14 USD Đô la Mỹ Glucosamine N-Acetyl Poly Etylen iv DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Thành phần hoá học phế liệu tôm Penaaus vannamei (Trang Sĩ Trung cộng sự, 2007), Crangon crangon Pandalus borealis (Synowiecki cộng sự, 2000) Bảng 1.2 Tính chất chitosan có độ DD khác (Trang Sĩ Trung cộng sự, 2006) 13 Bảng 3.1 Thành phần hoá học bản, khối lượng phế liệu vỏ tôm thẻ chân trắng trước sau ép 44 Bảng 3.2 Kết hàm lượng khoáng cịn lại chế độ khử khống acid HCl 49 Bảng 3.3 Thí nghiệm tâm phương án cơng đoạn khử khống acid HCl 49 Bảng 3.4 Thơng số tối ưu cho cơng đoạn khử khống 53 Bảng 3.5 Kết hàm lượng protein lại chế độ khử protein NaOH 58 Bảng 3.6 Thí nghiệm tâm phương án công đoạn khử protein NaOH 58 Bảng 3.7 Kết hàm lượng protein hiệu suất khử protein thí nghiệm tối ưu hóa theo đường dốc 59 Bảng 3.8 Thông số tối ưu cho công đoạn khử protein 61 Bảng 3.9 Chỉ tiêu phân tích chitin thu từ quy trình tối ưu quy trình đối chứng 61 Bảng 3.10 Chỉ tiêu chất lượng chitosan thu từ quy trình tối ưu quy trình đối chứng 62 Bảng 3.11 Đơn giá phế liệu vỏ tơm hóa chất 63 Bảng 3.12 Lượng hóa chất phế liệu sử dụng để sản xuất 1kg chitosan theo quy trình tối ưu 64 Bảng 3.13 Lượng hóa chất phế liệu sử dụng để sản xuất 1kg chitosan theo quy trình đối chứng 64 v DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1 Công thức cấu tạo chitin Hình 1.2 Sự xếp chuỗi polymer α-chitin, β-chitin γ-chitin 10 Hình 1.3 Chitosan glucosamine tạo thành từ thủy phân chitin 11 Hình 1.4 Cơng thức cấu tạo chitosan 12 Hình 1.5 Sơ đồ tổng quát trình sản xuất chitin, chitosan từ phế liệu thủy sản 17 Hình 1.6 Sơ đồ biễu diễn trình deacetyl 19 Hình 1.7 Quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tơm Pháp 21 Hình 1.8 Quy tình sản xuất Stevens, Viện cơng nghệ Châu Á (AIT), Thái Lan (2002) 22 Hình 1.9 Quy trình Đỗ Minh Phụng, trường Đại học Thủy sản Nha Trang 23 Hình 1.10 Quy trình sản xuất chitin chitosan Trang Sĩ Trung, Đại học Nha Trang (2006) 24 Hình 1.11 Quy trình sản xuất chitin Holanda Netto (2006) 25 Hình 1.12 Quy trình sử dụng enzyme flavourzyme công nghệ sản xuất chitin từ phế liệu tôm (Trang Sĩ Trung cộng sự, 2007) 26 Hình 1.13 Quy trình sản xuất chitin ứng dụng papain để khử protein (Trần Thị Luyến, 2000) 27 Hình 1.14 Quy trình sử dụng enzyme flavourzyme cơng nghệ sản xuất chitin từ phế liệu tôm (Trang Sĩ Trung cộng sự, 2007) 28 Hình 2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát 32 Hình 2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ phế liệu/dung dịch acid HCl thích hợp 33 Hình 2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định khoảng nồng độ HCl thích hợp 34 Hình 2.4 Bố trí thí nghiệm xác định khoảng nhiệt độ thủy phân thích hợp 35 Hình 2.5 Bố trí thí nghiệm xác định khoảng thời gian thủy phân thích hợp 36 Hình 2.6 Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ phế liệu/dung dịch NaOH thích hợp 37 Hình 2.7 Bố trí thí nghiệm xác định khoảng nồng độ NaOH thích hợp 38 Hình 2.8 Bố trí thí nghiệm xác định khoảng nhiệt độ thích hợp 39 Hình 2.9 Bố trí thí nghiệm xác định khoảng thời gian thích hợp 40 Hình 2.10 Bố trí thí nghiệm cho quy trình đối chứng 41 Hình 2.11 Bố trí thí nghiệm cho công đoạn deacetyl 42 Hình 3.1 Ảnh hưởng tỷ lệ phế liệu/dung dịch acid đến hiệu suất q trình khử khống 45 Hình 3.2 Ảnh hưởng nồng độ HCl đến hiệu suất trình khử khống 46 Hình 3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất q trình khử khống 47 Hình 3.4 Ảnh hưởng thời gian đến trình khử khống 48 Hình 3.5 Kết bố trí thí nghiệm tối ưu khử khống 52 Hình 3.6 Ảnh hưởng tỷ lệ phế liệu/dung dịch NaOH đến hiệu suất trình khử protein 53 Hình 3.7 Ảnh hưởng nồng độ đến hiệu suất trình khử protein 54 Hình 3.8 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất trình khử protein 55 vi Hình 3.9 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất trình khử protein 56 Hình 3.10 Kết bố trí thí nghiệm tối ưu cơng đoạn khử protein theo hiệu suất khử protein 60 Hình 3.11 Quy trình sản xuất chitin-chitosan đề xuất 65 LỜI MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Là ngành kinh tế trọng tâm kinh tế quốc dân, ngành Thuỷ sản đóng góp phần không nhỏ vào phát triển kinh tế Cùng với nhịp độ phát triển kinh tế nước, ngành Thuỷ sản năm gần đạt thành tựu đáng kể nuôi trồng, chế biến thuỷ sản xuất nhập Nhưng với phát triển ngành, vấn đề phế liệu chế biến thuỷ sản điểm hạn chế lượng phế liệu thải từ công nghiệp chế biến thuỷ sản hàng năm lớn Phế liệu tôm nguồn cung cấp chitin chitosan phong phú Vì vậy, ngồi việc dùng phế liệu tơm để chế biến thức ăn chăn ni cịn sử dụng chúng để sản xuất chitin chitosan mang lại giá trị kinh tế cao Tuy nhiên trình sản xuất chitin chitosan chủ yếu dùng phương pháp hóa học, lượng hố chất lớn sử dụng thời gian xử lý dài, điều khơng gây tình trạng nhiễm mơi trường, gây lãng phí chi phí q trình sản xuất mà cịn làm cho chất lượng chitin chitosan bị giảm Xuất phát từ thực tế trên, đồng ý Chủ nhiệm Khoa Chế biến, Trường Đại học Nha Trang, đề tài: “Nghiên cứu tối ưu hóa cơng đoạn khử khống khử protein phế liệu tôm thẻ chân trắng sau ép quy trình sản xuất chitin-chitosan” thực Mục tiêu đề tài Nghiên cứu tối ưu hóa cơng đoạn khử khống khử protein phế liệu tơm thẻ chân trắng sau ép quy trình sản xuất chitin-chitosan Từ đó, xây dựng quy trình cho chất lượng chitin-chitosan tốt nhất, sử dụng lượng hóa chất thấp thời gian xử lý ngắn Nội dung nghiên cứu - Xác định thành phần phế liệu tôm trước sau ép - Tối ưu hóa cơng đoạn khử khống HCl với yếu tố: Nồng độ HCl, nhiệt độ thời gian xử lý - Tối ưu hóa cơng đoạn khử protein NaOH với yếu tố: Nồng độ NaOH, nhiệt độ thời gian xử lý - Đánh giá chất lượng chitin-chitosan thu - Đề xuất quy trình sản xuất chitin-chitosan tối ưu Mặc dù có nhiều cố gắng bên cạnh việc đạt số kết định đề tài cịn có nhiều thiếu sót Kính mong đóng góp ý kiến quý thầy cô bạn để đề tài hoàn thiện Nha Trang, tháng 07 năm 2010 Sinh viên thực Nguyễn Hoàng Vân CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUỒN PHẾ LIỆU TÔM VÀ CÁC HƯỚNG TẬN DỤNG 1.1.1 Nguồn phế liệu tôm Sự phát triển nhanh ngành chế biến thủy sản góp phần lớn vào việc nâng cao giá trị xuất nước ta, hàng triệu thủy sản xuất hàng năm Tuy nhiên, trình chế biến sản phẩm thủy sản tạo lượng lớn phế liệu Phế liệu tôm chủ yếu đầu mảnh vỏ, ngồi cịn phải kể đến phần thịt vụn bóc nõn khơng cẩn thận, số tôm bị hư hỏng Tuỳ theo giống lồi, phương pháp gia cơng chế biến mà lượng phế liệu lên đến 60% sản lượng khai thác Phần đầu tôm xanh chiếm khoảng 60% khối lượng tồn bộ, với tơm sú đầu chiếm khoảng 40% so với khối lượng toàn Đối với sản phẩm tơm bóc nõn rút ruột mát theo vỏ đuôi khoảng 25% trọng lượng tôm Theo thống kê Trung tâm Nghiên cứu Chế biến Thủy sản, Đại học Nha Trang sản lượng phế liệu năm 2004 Việt Nam ước tính khoảng 45.000 phế liệu, năm 2005 ước tính khoảng 70.000 tấn/năm [3] Đến năm 2008, nhà máy chế biến thủy sản xuất chế biến khoảng 200.000 tơm/năm, q trình chế biến tôm tạo lượng phế liệu (đầu, vỏ) khoảng 100.000 [8] Theo tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thuỷ sản (số năm 2005) cơng nghiệp chế biến thuỷ sản, dạng tơm đơng lạnh sau:  Tơm tươi cịn vỏ, đầu (nguyên con) cấp đông IQF Block  Tôm vỏ bỏ đầu cấp đông IQF Block  Tơm bóc vỏ, bỏ lưng cấp đơng IQF  Tơm bóc vỏ, cịn đốt cấp đơng IQF  Tơm dạng sản phẩm định hình, làm chín Qua phần lớn tơm đưa vào chế biến dạng bóc vỏ bỏ đầu Và vậy, phế liệu đầu tôm vỏ tôm Phần đầu thường chiếm khoảng 35-45% Bảng 10 Kết xác định DD chitosan sản xuất theo qui trình đối chứng STT OD210nm MmolGlc-NAC MmolGlc DD Lần 0,5381 0,4889 2,4859 83,566 Lần 0,5342 0,4852 2,4906 83,696 Lần 0,5249 0,4764 2,5017 84,004 Trung bình 83,756 ± 0,130 Phụ lục Xác định độ nhớt chitosan Tiến hành: Pha chitosan nồng độ 1% acid acetic 1% sau tiến hành đo độ nhớt dung dịch nhiệt độ 250C máy đo độ nhớt Brookfield, sử dụng spin 62 Kết đo xác định công thức sau:     Trong đó:  - Kết đo cửa sổ nhớt kế  - Hệ số tỷ lệ tương ứng với tốc độ quay spin Hệ số K cho bảng sau: Bảng 11 Hệ số K nhớt kế Brookfield Tốc độ quay Hệ số K spin Spin 61 Spin 62 Spin 63 Spin 64 0.3 200 1000 4000 20.000 0.6 100 500 2000 10.000 1.5 40 200 800 4.000 20 100 400 2.000 10 50 200 1.000 12 25 100 500 30 10 40 200 60 20 100 Phụ lục Xác định độ hòa tan chitosan Nguyên lý: Chitosan hòa tan acid acetic lỗng, cịn hợp chất khác khơng hịa tan Tiến hành: Cân xác m (g) chitosan, hòa tan acid acetic 1% , khuấy 30 phút chitosan tan hồn tồn Sau đem lọc qua giấy lọc, rửa lại nước cất, đem sấy khô đến khối lượng không đổi ta xác định độ tan chitosan Tính kết quả: Cơng thức tính hàm lượng chất khơng tan X  A B *100 m Trong đó: A: Là khối lượng giấy lọc bã lọc sau sấy khô (g) B: Là khối lượng giấy lọc trước lọc sấy khô (g) m: Là khối lượng mẫu chitosan sử dụng (g) Phụ lục Bố trí thí nghiệm tối ưu cho cơng đoạn khử khống khử protein Thí nghiệm đượcc bố trí theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm [1], [4]  Bố trí thí nghiệm tối ưu cho cơng đoạn khử khống  Quy hoạch thực nghiệm: Cơng đoạn khử khống có yếu tố ảnh hưởng là: Nồng độ HCl, nhiệt độ, thời gian, tỉ lệ phế liệu/dung dịch HCl (w/v) Các yếu tố ảnh hưởng đến cơng đoạn khử khống mơ tả sau: Nồng độ HCl Nhiệt độ Khử Thời gian khống Tỷ lệ Hiệu suất khử khống Phân tích ảnh hưởng yếu tố đến q trình khử khống, qua thí nghiệm thăm dị, tài liệu tham khảo phần kế thừa kết công bố trước đây, cố định tỷ lệ phế liệu/dung dịch acid HCl là: 1/1,6 (w/v) Các thông số cần tối ưu là: - Nồng độ HCl: [3% - 5%] - Nhiệt độ: [40oC - 60oC] - Thời gian: [1h - 4h] Hàm mục tiêu là: Hiệu suất khử khoáng cao Theo quy hoạch thực nghiệm số thí nghiệm cần phải làm là: N = 2k Trong đó: N số thí nghiệm, đây: k = 3, N = Để thuận tiện cho việc tính tốn, ta chuyển từ hệ trục tự nhiên sang hệ trục không thứ nguyên với biến ảo: X0, X1, X2, X3 Khi đó, ta có ma trận quy hoạch với biến ảo bố trí Bảng 12 Bảng 12 Bố trí thí nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm với biến ảo cơng đoạn khử khống N U1(Nồng độ %) U2(Nhiệt độ) U3(Thời gian) X0 X1 X2 X3 Y(%) 40 1 -1 -1 -1 40 1 -1 -1 3 60 1 -1 -1 60 1 1 -1 40 -1 -1 40 1 -1 60 -1 1 60 1 1 Để kiểm định phương trình hồi quy ta tiến hành thực thí nghiệm tâm phương án Bảng 13 Bảng 13 Bố trí thí nghiệm tâm phương án cơng đoạn khử khoáng No U1 U2 50 2,5 10 50 2,5 11 50 Y(%) U3 2,5 U1: Nồng độ HCl (%) U2: Nhiệt độ thủy phân (oC) U3: Nhời gian thủy phân (h) Y: Hàm lượng khoáng cịn lại (% theo vật chất khơ) Phương trình hồi quy tuyến tính hàm lượng khống có dạng: Ŷ = b0 + b1X1 + b2X2 + b3X3 n N  X ij * Yi với b j  i 1 N Y i ; (j=0, 1, 2) b0  i 1 , (i=1,N) N Sau xác định phương trình hồi quy, ta tiến hành tối ưu hóa theo đường dốc để tìm điểm tối ưu  Bố trí thí nghiệm tối ưu cho cơng đoạn khử protein  Quy hoạch thực nghiệm: Công đoạn khử protein có yếu tố ảnh hưởng là: Nồng độ NaOH, nhiệt độ, thời gian, tỉ lệ phế liệu/dung dịch NaOH (w/v) Các yếu tố ảnh hưởng đến công đoạn mô tả sau: Nồng độ HCl Nhiệt độ Khử Thời gian protein Hiệu suất khử protein Tỷ lệ Phân tích ảnh hưởng yếu tố đến q trình khử protein, qua thí nghiệm thăm dị, tài liệu tham khảo phần kế thừa kết công bố trước đây, cố định tỷ lệ phế liệu/dung dịch NaOH là: 1/1,4 (w/v) Các thông số cần tối ưu là: - Nồng độ NaOH: [3% - 6%] - Nhiệt độ: [40oC - 70oC] - Thời gian: [4h - 7h] Hàm mục tiêu là: Hiệu suất khử protein cao Theo quy hoạch thực nghiệm số thí nghiệm cần phải làm là: N = 2k Trong đó: N số thí nghiệm, k = N = Để thuận tiện cho việc tính tốn, ta chuyển từ hệ trục tự nhiên sang hệ trục không thứ nguyên với biến ảo: X0, X1, X2, X3 Khi đó, ta có ma trận quy hoạch với biến ảo bố trí Bảng 14 Bảng 14 Bố trí thí nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm với biến ảo công đoạn khử protein N U1(Nồng độ %) U2(Nhiệt độ) U3(Thời gian) X0 X1 X2 X3 40 -1 -1 -1 40 1 -1 -1 3 70 -1 -1 70 1 -1 40 -1 -1 6 40 1 -1 70 -1 1 70 1 Y(%) Để kiểm định phương trình hồi quy ta tiến hành thực thí nghiệm tâm phương án 15 Bảng 15 Bố trí thí nghiệm tâm phương án công đoạn khử protein No U1(Nồng độ) U2(Nhiệt độ) U3(Thời gian) 4,5 55 5,5 10 4,5 55 5,5 11 4,5 55 5,5 Y(%) U1: Nồng độ NaOH (%) U2: Nhiệt độ thủy phân (oC) U3: Thời gian thủy phân (h) Y: Hàm lượng protein lại (% theo vật chất khơ) Phương trình hồi quy tuyến tính hàm lượng protein có dạng: Ŷ = b0 + b1X1 + b2X2 + b3X3 n N X với b j  ij Y * Yi i 1 i ; N (j=0, 1, 2) b0  i 1 N , (i=1,N) Sau xác định phương trình hồi quy, ta tiến hành tối ưu hóa theo đường dốc để tìm điểm tối ưu Phụ lục 10 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm để tối ưu hóa cho cơng đoạn khử khoáng acid HCl Phương pháp quy hoạch thực nghiệm số thí nghiệm cần tiến hành để đánh giá vai trò yếu tố là: N = nk Trong đó: N : Số thí nghiệm; n: Số mức, n = k: Số yếu tố ảnh hưởng; k = N = 23 = thí nghiệm Tính hệ số phương trình hồi quy: N  bj  X ij Y i i 1 Ở đây: j = 0, 1,2, …k với k số yếu tố độc lập N số thí nghiệm ma trận quy hoạch thực nghiệm N=8 Bảng 16 Bảng kết bố trí thí nghiệm N U1(Nồng độ) U2(Nhiệt độ) U3(Thời gian) X0 X1 X2 X3 Y(%) lượng khống cịn lại 40 1 -1 -1 -1 1,4 ± 0,12 40 1 -1 -1 1,2 ± 0,05 3 60 1 -1 -1 1,3 ± 0,01 60 1 1 -1 1,0 ± 0,11 40 -1 -1 1,2 ± 0,01 40 1 -1 0,8 ± 0,09 60 -1 1 1,2 ± 0,03 1 0,5 ± 0,02 60 Thay số ta tính hệ số: b0 = 1,0659 ; b1 = -0,1914; b2 = -0,0946 ; b3= -0,1524 Phương trình hồi quy tuyến tính dạng rút gọn là: Y  1,0659 – 0,1914* X1 – 0,0946 * X2 – 0,1524* X3 Kiểm định tính ý nghĩa hệ số phương trình hồi quy Bố trí thí nghiệm song song tâm phương án Các thí nghiệm bố trí sau: Bảng 17 Các thí nghiệm tâm phương án No U1(Nồng độ) U2(Nhiệt độ) U3(Thời gian) Y(%) lượng khống cịn lại 50 2,5 0,8 ± 0,02 10 50 2,5 0,9 ± 0,01 11 50 2,5 0,8 ± 0,01 Bảng 18 Các thí nghiệm tâm phương án cơng đoạn khử khống Y10  Y u Y -0,0580 Y1 0,757  0,0034 0 N0 Y1u 1u Y1 A  Y 3 0,859 0,829 0,0440 1u Y u 1 Y1   0,0055 u 1  0.815 0,0019 1u 0,0140 0,0002 Ta phương sai tái là:  Y S th  1u  Y1 u 1 N0 1  A  , 0027 N0 1 N  : số thí nghiệm tâm phương án Kiểm định ý nghĩa hệ số hồi quy: Cấu trúc: HO : i  Ha :  j  tj  bj S bj với S bj  S th  0,0185 N Trong sbj độ lệch quân phương hệ số thứ j Tính tốn ta có: to= 57,5099; t1= 10,3258; t2 = 5,1055; t3 = 8,2215 Tra bảng phân vị phân bố Student với p=0,05; f = No- = Suy : t0,05(2)=4,3 Như hệ số t1, t2, t3 có ý nghĩa Khi phương trình hồi quy có dạng: Y  1,0659 – 0,1914* X1 – 0,0946 * X2 – 0,1524* X3 (1) Kiểm định tương thích mơ hình thực nghiệm thực nghiệm theo tiêu chuẩn Fisher Các số liệu dùng để tính tốn phương sai dư ( S th ) cho bảng sau: Bảng 19 Các số liệu dùng để tính tốn STT Yi Yˆi ˆ Y i  Yi ˆ Yi  Yi )2 1,395 1,4096 -0,0146 0,0002 1,209 1,0269 0,1821 0,0332 1,275 1,4096 -0,1346 0,0181 N  (Y  Yˆ ) i 0,994 1,0269 -0,0329 0,0011 1,205 1,1049 0,1001 0,833 0,7221 0,1109 0,0123 1,154 1,1049 0,0491 0,0024 0,462 0,7221 -0,2601  0,145 0,0100 i 0,0677 N  Y i Phương sai dư S d Trong đó:  ˆ  Yi i 1  i 1 N 1  ,029 N: Số thí nghiệm 1: Số hệ số có nghĩa Tiêu chuẩn Fisher: F  Sd 12,5307   10,552 0,6540 S th Tra bảng phân vị phân bố Fisher F  (f1,f2) với:  =0,05 f1=N-L=3: Bậc tự tử f2=No-1=2 : Bậc tự mẫu Tra bảng ta có: F0,05(3,2) = 19,3 Vì F = 10,552 < F0,05(3,2) = 19,3; nên phương trình tương thích với thực nghiệm Bảng 20 Bảng thơng số tối ưu cho cơng đoạn khử khống acid HCl Yếu tố Thông số tối ưu Nồng độ HCl 4% Nhiệt độ thủy phân 50oC Thời gian thủy phân 2h Tỷ lệ phế liệu/dung dịch HCl 1/1,6 STT Phụ lục 11 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm để tối ưu hóa cho cơng đoạn khử protein NaOH Phương pháp quy hoạch thực nghiệm số thí nghiệm cần tiến hành để đánh giá vai trò yếu tố là: N = nk Trong đó: N : Số thí nghiệm; n: Số mức, n = k: Số yếu tố ảnh hưởng; k = N = 23 = thí nghiệm Tính hệ số phương trình hồi quy: N  bj  X ij Y i i 1 Ở đây: j = 0, 1,2, …k với k số yếu tố độc lập N số thí nghiệm ma trận quy hoạch thực nghiệm N=8 Bảng 21 Bảng kết bố trí thí nghiệm cho cơng đoạn khử protein N U1(Nồng độ) U2(Nhiệt độ) U3(Thời gian) X0 X1 X2 X3 Y(%) lượng protein lại 40 -1 -1 -1 6,8 ± 0,16 40 1 -1 -1 3,1 ± 0,06 3 70 -1 -1 4,7 ± 0,11 70 1 -1 1,3 ± 0,04 40 -1 -1 3,7 ± 0,04 6 40 1 -1 2,0 ± 0,05 70 -1 1 2,6 ± 0,01 1 1 0,3 ± 0,02 70 Thay số ta tính hệ số: b0 = 3,0598; b1 = -1,4030; b2 = - 0,8463; b3= -0,9070 Phương trình hồi quy tuyến tính dạng rút gọn là: Y  3,0598 – 1,4030* X1 – 0,8463 * X2 – 0,9070* X3 (2) Kiểm định tính ý nghĩa hệ số phương trình hồi quy Bố trí thí nghiệm song song theo điều kiện tâm phương án Các thí nghiệm bố trí sau: Bảng 22 Các thí nghiệm tâm phương án cho công đoạn khử protein N0 U1(Nồng độ) U2(Nhiệt độ) U3(Thời gian) Y(%) lượng protein lại 4.5 55 5,5 1,6 ± 0,08 10 4.5 55 5,5 1,6 ± 0,07 11 4.5 55 5,5 2,1 ± 0,06 Bảng 23 Các thí nghiệm tâm phương án công đoạn khử protein N0 Y1u Y10  Y u Y -0,1423 0,0203 0 Y1 1,636 1u  Y1 A  Y 10 1,604 u 1 11 -0,1743 1u Y 2,095  1,7783 0,0304 0,3167 1u 0,1003 u 1 Ta phương sai tái là:  Y S th  1u  Y1 u 1 N0 1  A  , 0755 N0 1 N  : số thí nghiệm tâm phương án Kiểm định ý nghĩa hệ số hồi quy: Cấu trúc: HO : i  Ha :  j  tj  bj S bj với S bj  S th  0,0971 N Y1   0,1509 Trong Sbj độ lệch quân phương hệ số thứ j Tính tốn ta có: to= 31,5036; t1= 14,4455; t2 = 8,7131; t3 = 9,3386 Tra bảng phân vị phân bố Student với p = 0,05; f = No- = Suy : t0,05(2)=4,3 Như hệ số t ; t ; t có ý nghĩa Khi phương trình hồi quy có dạng: Y  3,0598 – 1,4030*X1 – 0,8463*X2 – 0,9070*X3 (2) Kiểm định tương thích mơ hình thực nghiệm thực nghiệm theo tiêu chuẩn Fisher Các số liệu dùng để tính tốn phương sai dư ( S th ) cho bảng sau: Bảng 24 Các số liệu dùng để tính toán Yˆi ˆ Y i  Yi ˆ (Yi  Yi )2 STT Yi 6,782 5,3698 1,4123 1,99 3,107 2,5638 0,5433 0,30 4,711 5,3698 -0,6588 0,43 N  (Y i 1,267 2,5638 -1,2968 1,68 3,741 3,5558 0,1853 0,03 1,994 0,7498 1,2443 1,55 2,617 3,5558 -0,9388 0,88 0,259 0,7498 -0,4908 0,24 N  Y i Phương sai dư S d Trong đó:  ˆ  Yi i 1 N 1   1, 4219 N: Số thí nghiệm 1: Số hệ số có nghĩa Sd 12,5307 Tiêu chuẩn Fisher: F    18,8424 0,6540 S th Tra bảng phân vị phân bố Fisher Fα(f1,f2) với α = 0,05 i 1 ˆ  Yi )  7,11 f1 = N – L = 3: Bậc tự tử f2 = No – = 2: Bậc tự mẫu Tra bảng ta có: F0,05(3,2) = 19,3 Vì F = 18,8424 < F0,05(3,2) = 19,3; nên phương trình tương thích với thực nghiệm Từ phương trình (2) ta tiến hành tối ưu hóa theo phương pháp đường dốc Chọn bước chuyển động nhiệt độ thủy phân X2 2oC Các bước chuyển động yếu tố X1, X3 tính theo cơng thức đây: 1   b1  0,33 b2    1 b1 1  0,21 b3  Bảng 25 Kết thực nghiệm tối ưu hóa cơng đoạn thủy phân khử protein NaOH Tên X1 X2 X3 Mức sở 4,5 55 5,5 Hệ số bj Khoảng biến thiên bj  j -1,4030 -0,8463 10 -1,4030 -8,4625 Y DP -0,907 -0,907 Bước  j 0,33 0,21 Bước làm tròn 0,3 0,2 Thí nghiệm 12 4,8 57 5,7 1,3 ± 0,03 96,4 ± 0,04 Thí nghiệm 13 5,1 59 5,9 0,8 ± 0,03 98,6 ± 0,05 Thí nghiệm 14 5,4 61 6,1 0,6 ± 0,04 98,7± 0,06 Thí nghiệm 15 5,7 63 6,3 0,5 ± 0,02 98,9 ± 0,05 Thí nghiệm 16 6,0 65 6,5 0,3 ± 0,07 99,1 ± 0,03 Thông số tối ưu cho công đoạn khử protein NaOH Bảng 26 Thông số tối ưu cho công đoạn khử protein NaOH Yếu tố Thông số tối ưu Nồng độ NaOH 5,1% Nhiệt độ thủy phân 59oC Thời gian thủy phân 5,9h Tỷ lệ phế liệu/dung dịch NaOH 1/1,4 STT Phụ lục 12 Một số hình ảnh chitin, chitosan thiết bị sử dụng đề tài Hình Chitin phơi khơ ánh nắng mặt trời Hình Chitin thu từ quy trình tối ưu (QT1) quy trình đối chứng (QT2) Hình Chitosan thu từ quy trình tối ưu (QT1) quy trình đối chứng (QT2) Hình Thiết bị đo UV-mini 1240 Hình Thiết bị vortex ... khử khống khử protein phế liệu tôm thẻ chân trắng sau ép quy trình sản xuất chitin-chitosan? ?? thực Mục tiêu đề tài Nghiên cứu tối ưu hóa cơng đoạn khử khống khử protein phế liệu tôm thẻ chân trắng. .. phân tích liệu Descriptive Statistics 44 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CƠ BẢN CỦA PHẾ LIỆU VỎ TÔM TRƯỚC VÀ SAU KHI ÉP Phế liệu vỏ tôm xử lý qua công đoạn ép tiến... hiệu suất trình khử protein 56 Hình 3.10 Kết bố trí thí nghiệm tối ưu công đoạn khử protein theo hiệu suất khử protein 60 Hình 3.11 Quy trình sản xuất chitin-chitosan đề xuất