LỜI CẢM ƠN Báo cáo này là một trong những báo cáo lớn nhất để đánh dấu kết thúc quá trình học tập, là thành quả 16 năm học và phấn đấu. Đây là cơ hội để em bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới những người đã giúp đỡ em trong suốt những năm tháng qua. Qua 3 tháng nỗ lực phấn đấu, cuối cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô và bạn bè em đã hoàn thành đề tài này. Qua đây em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô, Thạc Sĩ Ngô Thị Hoài Dương, người đã tận tình truyền đạt những kiến thức trong quá trình thực tập, chỉ bảo những kinh nghiệm quý báu để em hoàn thành đề tài này. Em xin bày tỏ lòng biết ơn trân trọng nhất tới các thầy cô trong khoa chế biến đã nhiệt tình truyền đạt cho em những kiến thức trong những năm học vừa qua. Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy, cô phụ trách phòng thí nghiệm Viện Công Nghê Sinh Học và Môi Trường, cùng thầy cô bộ môn công nghệ chế biến, bộ môn quản lý chất lượng và an toàn thực phẩm, bộ môn công nghệ lạnh đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian thực tập. Chân thành cảm ơn các bạn sinh viên lớp 50CBTS, các chị cùng các bạn sinh viên thực tập tại phòng thí nghiệm đã nhiệt tình giúp đỡ động viên em. Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến bố, mẹ kính mến cùng anh chị em thân yêu. Những người đã ủng hộ nhiệt tình cả vật chất lẫn tinh thần trong quá trình thực tập và thực hiện đề tài. Sinh viên Nguyễn Thị Vân i MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC i DANH MỤC BẢNG v DANH MỤC HÌNH vi LỜI MỞ ĐẦU 1 PHẦN 1: TỔNG QUAN 3 1.1. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU CÒN LẠI TRONG CHẾ BIẾN TÔM ĐÔNG LẠNH. 3 1.1.1. Tình hình xuất khẩu tôm ở Việt Nam những năm gần đây 3 1.1.2 Nguyên liệu còn lại (NLCL) trong chế biến tôm. 3 1.1.2. Thành phần, tính chất của đầu và vỏ tôm. 4 1.1.2.1. Cấu tạo và thành phần sinh hóa của vỏ tôm 4 1.1.2.2. Thành phần hóa học của đầu và vỏ tôm 5 1.2. TỔNG QUAN VỀ CHITIN 6 1.2.1. Sự tồn tại của chitin trong tự nhiên. 6 1.2.2. Cấu tạo-tính chất của chitin 7 1.2.2.1. Cấu tạo của chitin 7 1.2.2.2. Tính chất của chitin 7 1.2.3. Ứng dụng của chitin - chitosan 8 1.2.4. Các phương pháp sản xuất chitin 10 1.2.5. Yêu cầu chất lượng sản phẩm chitin 11 1.3. TỔNG QUAN VỀ ENZYME PROTEASE. 12 1.3.1. Enzyme, phân loại enzyme 12 1.3.2. Nguồn thu nhận enzyme protease 14 1.3.3. Cơ chế tác dụng của protease 15 1.3.4. Hoạt độ enzyme 16 1.3.5. Quá trình thủy phân protein bằng enzyme protease 16 ii 1.3.5.1. Protein thủy phân 16 1.3.6. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình thủy phân protein của enzyme protease 18 1.3.7. Tính ưu việt của enzyme protease và ứng dụng của chúng. 20 1.3.7.1. Tính ưu việt của enzyme protease. 20 1.3.7.2. Ứng dụng của enzyme protease 21 1.4. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHITIN 23 1.4.1. Quy trình của Đỗ Minh Phụng, Trường Đại Học Thủy Sản. 23 1.4.2. Quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tôm sú bằng phương pháp hóa học với một công đoạn xử lý kiềm 25 1.4.3. Quy trình của Trung Tâm Chế Biến Đại Học Thủy Sản 26 1.4.3. Quy trình sử dụng enzyme Papain để sản xuất chitosan Luyến, 2003) 27 1.4.4. Quy trình sản xuất chitin của Holan da và Netto 28 PHẦN 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31 2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 31 2.1.1. Nguyên liệu vỏ tôm 31 2.1.2. Enzyme Protease 31 2.1.3. Hóa chất sử dụng 31 Tất cả các hóa chất sử dụng trong đề tài đều ở dạng tinh khiết dùng cho phân tích. 31 2.1.4 Thiết bị: 31 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31 2.2.1. Phương pháp thu nhận mẫu 31 2.2.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm. 32 2.2.3. Bố trí thí nghiệm tổng quát 32 2.2.4. Bố trí thí nghiệm xác định các thông số kỹ thuật. 33 2.2.4.1. Bố trí thí nghiệm xác định hàm lượng protein và hàm lượng khoáng còn lại sau quá trình khử khoáng 2 giờ. 33 iii 2.2.4.2. Đánh giá ảnh hưởng của việc xử lý nhiệt nguyên liệu và bổ sung enzyme Pepsin 34 2.2.4.3. Đánh giá ảnh hưởng của nồng độ enzyme pepsin đến hiệu quả khử protein và hiệu quả khử khoáng 35 2.2.4.4. Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của các nhân tố đến quá trình thủy phân bằng pepsin. 36 2.2.4.5. Thí nghiệm tối ưu hóa quá trình khử protein bằng enzyme Pepsin 37 2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA HỌC 39 2.3.1. Xác định hàm lượng ẩm bằng phương pháp sấy ở nhiệt độ 105 0 C theo TCVN 3700-1990 39 2.3.2. Xác định hàm lượng khoáng bằng phương pháp nung ở 550 0 C theo TCVN 4588–1988 39 2.3.3. Xác định hàm lượng protein còn lại: Hàm lượng protein còn lại trên chitin được xác định dựa vào phương pháp đã được Gornall AG và cộng sự giới thiệu 39 2.3.4. Xác định hiệu xuất khử khoáng và protein: 39 Hiệu suất khử protein (DP (%)) và khử khoáng (DA (%)) được xác định dựa trên công thức của Rao và cộng sự (2000) 39 PHẦN 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 40 3.1. Hàm lượng protein và hàm lượng khoáng còn lại sau 2 giờ khử khoáng với HCl 1% 40 3.2. Kết quả đánh giá ảnh hưởng của việc xử lý nhiệt nguyên liệu và bổ sung enzyme Pepsin 40 3.2.1. Ảnh hưởng tới hiệu quả khử protein 40 3.2.2. Ảnh hưởng đến hiệu quả khử khoáng: 42 3.3. Đánh giá ảnh hưởng của nồng độ enzyme pepsin tới hiệu quả khử protein 43 3.4. Ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình thủy phân của enzyme pepsin. 44 3.5. Kết quả tối ưu hóa quá trình thủy phân protein bằng enzyme pepsin 50 3.6. Đề xuất qui trình sản xuất chitin 62 iv 3.6.1. Thuyết minh quy trình 62 3.6.2. Sơ đồ 62 3.6.3. Đánh giá chất lượng của sản phẩm chitin thu được 63 PHẦN 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 64 4.1. KẾT LUẬN 64 4.2. ĐỀ XUẤT 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 v DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1. Tỷ lệ nguyên liệu còn lại của các loại tôm 4 Bảng 1.2. Thành phần hóa học cơ bản của vỏ tôm 5 Bảng 1.3. Yêu cầu chất lượng của chitin trong các lĩnh vực khác nhau 12 Bảng 1.4. Ảnh hưởng của các thông số lên hoạt động của enzym protease và chất xúc tác vô cơ 21 Bảng 1.5. Một số chỉ tiêu chất lượng của chitosan từ vỏ tôm sú theo phương pháp sử lý kiềm một giai đoạn 25 Bảng 1.6. Một số chỉ tiêu chất lượng của chitosan từ quy trình sử dụng Emzyme papain để sản xuất Chitosan 28 Bảng 2.1. Một số thiết bị thí nghiệm 31 Bảng 2.2. Ma trận bố trí thí nghiệm 37 Bảng 2.3. Bố trí thí nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm với biến ảo của công đoạn khử protein bằng enzyme Pepsin 38 Bảng 3.1. Hàm lượng protein và hàm lượng khoáng còn lại sau 2 giờ khử khoáng 40 Bảng 3.2. Kết quả thăm dò ảnh hưởng của các yếu tố đến hoạt động của enzyme pepsin 45 Bảng 3.3. Kết quả thí nghiệm tối ưu quá trình thủy phân bằng enzyme Pepsin 51 Bảng 3.4. Kết quả phân tích bậc cho mô hình hồi qui 52 Bảng 3.5. Kết quả phân tích ANOVA của mô hình hồi qui đã chọn 52 Bảng 3.6. Kết quả phân tích các chỉ số thống kê 53 Bảng 3.7. Kết quả tối ưu tương ứng với điều kiện 3 57 Bảng 3.8. So sánh chất lượng chitin giữa sơ đồ dự kiến và các quy trình khác 63 vi DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1. Cấu trúc của chitin 7 Hình 1.2. Sơ đồ phản ứng thủy phân xúc tác bởi protease 15 Hình 1.3. Phản ứng thủy phân protein 16 Hình 1.4. Quy trình của Đỗ Minh Phụng, Trường Đại Học Thủy Sản 24 Hình 1.5. Quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tôm sú bằng phương pháp hóa học với một công đoạn xử lý kiềm ( Trần Thị Luyến, 2003) 25 Hình 1.6. Quy trình của Trung Tâm Chế Biến Đại Học Thủy Sản 26 Hình 1.7. Quy trình sử dụng Emzyme papain để sản xuất chitosan 27 Hình 1.8. Quy trình sản xuất chitin của Holan da và Netto 28 Hình 2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát 32 Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định hàm lượng protein và hàm lượng khoáng còn lại sau 2 giờ khử khoáng 33 Hình 2.3. Sơ đồ thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của việc xử lý nhiệt nguyên liệu và bổ sung enzyme Pepsin 34 Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của nồng độ enzyme pepsin đến hiệu quả khử protein và hiệu quả khử khoáng 35 Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của việc xử lý nhiệt nguyên liệu và bổ sung enzyme Pepsin đến hiệu quả khử protein 41 Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của việc xử lý nhiệt nguyên liệu và bổ sung enzyme Pepsin đến hiệu quả khử khoáng 42 Hình 3.3. Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của nồng độ pepsin đến hiệu quả khử protein và khoáng 43 Hình 3.4. Bảng đánh giá mức độ ảnh hưởng của các nhân tố 46 Hình 3.5. Mô hình Half-Nomal Plot 46 Hình 3.6. Ảnh hưởng của nhân tố nhiệt độ 47 Hình 3.7. Ảnh hưởng của nhân tố nồng độ 48 Hình 3.8. Ảnh hưởng của nhân tố thời gian 48 vii Hình 3.9. Sự tương quan giữa nhiệt độ và nồng độ 49 Hình 3.10. Sự tương quan giữa nhiệt độ và thời gian 50 Hình 3.11. Kết quả tối ưu tương ứng với điều kiện 1 55 Hình 3.12. Kết quả tối ưu tương ứng với điều kiện 2 56 Hình 3.13. Mô hình thiết kế tối ưu 59 Hình 3.14. Kết quả tối ưu 60 Hình 3.15. Mặt đáp ứng và contour tại chế độ tối ưu 61 Hình 3.16. Quy trình sản xuất chitin với sự kết hợp của HCl và enzyme pepsin 62 1 LỜI MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài: Ở Việt Nam hiện nay chủ yếu sản xuất chitin-chitosan theo phương pháp hóa học có sử dụng các loại hóa chất với nồng độ cao, thời gian xử lý dài gây nên sự thủy phân polymer (Simpson và cộng sự, 1994; Healy và cộng sự, 1994), biến đổi tính chất vật lý (Gagne và Simpson, 1993) làm ảnh hưởng tới chất lượng của chitin- chitosan. Ngoài ra sản xuất chitin theo phương pháp hóa học có nhiều hạn chế như thải ra môi trường nhiều chất thải có chứa chất ăn mòn, các chất lơ lửng khó xử lý quá lớn làm ô nhiễm môi trường sống, nên tốn chi phí xử lý môi trường kéo theo sự tăng giá thành của sản phẩm, khi sản xuất theo phương pháp hóa học không tận thu được các chế phẩm sinh học khác như protein, astaxanthin…Và nó cũng gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người. Vì vậy, việc nghiên cứu một quy trình cho phép giảm tối đa lượng hóa chất sử dụng là rất cần thiết để góp phần giảm chi phí sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm. Phương pháp sản xuất chitin-chitosan bằng cách sử dụng enzyme đã góp phần khắc phục hạn chế nói trên của phương pháp hóa học như: thể tích chất thải không lớn, protein sau quá trình thủy phân bằng enzyme có thể thu hồi làm bột dinh dưỡng, thức ăn cho gia súc, gia cầm, các chất khác như lipid, các sắc tố cũng được thu hồi. Hơn nữa sẽ hạn chế được việc xử lí môi trường…Tuy nhiên việc sử dụng phương pháp sinh học cũng gặp rất nhiều khó khăn như tăng chi phí, hiệu quả khử khoáng và protein thấp, thời gian kéo dài. Xuất phát từ thực tế như trên, được sự đồng ý của bộ môn Công Nghệ Chế Biến- Khoa Công Nghệ Thực Phẩm- Trường Đại Học Nha Trang, dưới sự hướng dẫn của cô Thạc Sỹ Ngô Thị Hoài Dương, đề tài “Nghiên cứu sử dụng Pepsin để khử protein trong qui trình sản xuất Chitin từ vỏ tôm thẻ chân trắng” đã được thực hiện. 2. Mục đích của đề tài: Xác lập các thông số cho quá trình khử protein trên vỏ tôm thẻ chân trắng với enzyme Pepsin nhằm giảm thiểu hóa chất sử dụng, giảm ô nhiễm môi trường, nâng cao chất lượng của chitin thành phẩm. 2 3. Tính khoa học, thực tiễn của đề tài. Cung cấp thêm các dẫn liệu khoa học về việc sử dụng enzyme trong công nghệ sản xuất chitin. Kết quả của đề tài sẽ là cơ sở để tiếp tục nghiên cứu triển khai hướng sản xuất chitin thân thiện với môi trường ở quy mô lớn. 4. Nội dung của đề tài. - Tổng quan về công nghệ sản xuất chitin. - Đánh giá ảnh hưởng của việc xử lý nhiệt nguyên liệu và bổ sung enzyme tới khả năng khử protein của enzyme Pepsin. - Đánh giá ảnh hưởng của nồng độ Pepsin đến hiệu quả khử khoáng và khử protein. - Đánh giá ảnh hưởng của các nhân tố đến quá trình thủy phân protein với enzyme pepsin. - Tối ưu quá trình khử protein với Pepsin. - Đề xuất quy trình và đánh giá chất lượng của sản phẩm chitin thu được. [...]... sử dụng thức ăn lên khoảng 10%, tăng trọng gia súc trung bình 10-15% 23 - Ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm từ phế liệu thủy sản Ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm từ phế liệu tôm, cua, ghẹ Việc kết hợp sử dụng enzyme protease trong quá trình sản xuất chitin- chitosan có ưu thế hơn so với phương pháp hóa học truyền thống Nó giảm thiểu lượng hóa chất sử dụng và thải ra môi trường Mặt khác, quy trình. .. Chitosan Hình 1.6 Quy trình của Trung Tâm Chế Biến Đại Học Thủy Sản 27 1.4.3 Quy trình sử dụng enzyme Papain để sản xuất chitosan ( Trần Thị Luyến, 2003) Vỏ tôm khô Ngâm HCl Vỏ tôm tươi HCl 10% T0 phòng T =5h w/v =1/10 Ngâm HCl HCl 10% T0 phòng T =5h w/v =1/10 Rửa trung tính Khử protein Rửa sạch Làm khô Chitin Deacetyl Rửa trung tính Chitosan Hình 1.7 Quy trình sử dụng Emzyme papain để sản xuất chitosan (... CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHITIN Cho đến nay trên thế giới đã có nhiều quy trình sản xuất chitin- chitosan, với nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau nhưng chủ yếu là vỏ tôm, cua, ghẹ…Những nước đã thành công trong lĩnh vực nghiên cứu sản xuất chitin- chitosan đó là: Nhật, Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ, Pháp Sau đây là một số nghiên cứu tiêu biểu: 1.4.1 Quy trình của Đỗ Minh Phụng, Trường Đại Học Thủy Sản Nhận xét: Chitin. .. nhớt 26 1.4.3 Quy trình của Trung Tâm Chế Biến Đại Học Thủy Sản Quy trình của Trung Tâm Chế Biến có ưu điểm là đơn giản, không đòi hỏi máy móc thiết bị phức tạp Do đó, rất dễ dàng để sản xuất lớn Tuy nhiên thời gian sản xuất kéo dài và nồng độ hóa chất sử dụng còn khá cao, vẫn chưa có hướng xử lý nước thải từ quá trình sản xuất Phế liệu tôm Rửa sơ bộ Khử khoáng Ngâm rửa trung tính Khử protein HCl 7% T0... Nguyên liệu còn lại (NLCL) trong chế biến tôm Nguyên liệu còn lại sau quá trình sản xuất tôm đông lạnh xuất khẩu gồm có: đầu, vỏ, thịt vụn Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy tỷ lệ của phế liệu tôm từ 30- 4 70%, trung bình khoảng 50% so với khối lượng tôm chưa chế biến (Watkin và cộng sự, 1982; Evers và Carroll Trong đó phần đầu thường chiếm 34-45% và phần vỏ 10-15% so với lượng tôm nguyên liệu đưa vào... nguồn ngoại tệ không nhỏ nhờ việc xuất khẩu các mặt hàng thủy sản đặc biệt là mặt hàng thủy sản đông lạnh như: tôm, mực, cá… .Trong đó tôm đông lạnh chiếm tỉ lệ không nhỏ trong tổng kim ngạch xuất khẩu thủy sản hàng năm Các mặt hàng tôm xuất khẩu rất đa dạng, nhưng chủ yếu đều được phát triển từ tôm nguyên con bỏ đầu hoặc tôm lột Năm 2007, tổng kim ngạch xuất khẩu thủy sản đạt 3,75 tỷ USD tăng 12% so... màu Chitin Nấu trong NaOH NaOH 40% T0 =240C T = 24h w/v = 1/1 Rửa trung tính Chitosan Hình 1.4 Quy trình của Đỗ Minh Phụng, Trường Đại Học Thủy Sản 25 1.4.2 Quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tôm sú bằng phương pháp hóa học với một công đoạn xử lý kiềm ( Trần Thị Luyến) Vỏ tôm khô Vỏ tôm tươi HCl 10% T0 phòng t = 5h w/v = 1/10 Ngâm HCl HCl 10% T0 phòng t = 5h w/v = 1/5 Ngâm HCl Rửa trung tính Khử protein, ... Một số chỉ tiêu chất lượng của chitosan từ quy trình sử dụng Emzyme papain để sản xuất Chitosan (Trần Thị Luyến, 2003) Chỉ tiêu Kết quả Chỉ tiêu Màu sắc Trắng trong Độ nhớt Trạng thái Mềm mại Độ deacety Độ ẩm 10,10% Nts Hàm lượng tro 0,68% Hiệu suất Hàm lượng các chất 0.92% Độ tan không tan 1.4.4 Quy trình sản xuất chitin của Holan da và Netto Phế liệu tôm Khử protein bằng enzyme Alcalase Kết quả 15,25... - Protein Protein đầu vỏ tôm phần lớn thuộc loại khó tiêu và khó trích ly, protein đầu và vỏ tôm thường tồn tại ở 2 dạng chính là dạng tự do (có trong nội tạng và cơ gắn với phần thân tôm) và dạng liên kết không hòa tan, thường liên kết với chitin hoặc canxi cacbonat, lipid tạo thành lipoprotein, sắc tố tạo proteincarotenoid…như một thể thống nhất quyết định tính bền vững của vỏ tôm 6 - Enzyme Trong. .. không sử dụng hóa chất mà có thể sử dụng hệ vi khuẩn, nấm men hoặc các enzyme để loại bỏ protein một cách triệt để Phương pháp sinh học có thể được thực hiện ở cả hai công đoạn hoặc kết hợp khử khoáng theo phương pháp hóa học kết hợp khử protein theo phương pháp sinh học [2] Việc sử dụng phương pháp sinh học cũng gặp rất nhiều khó khăn như giá thành sản phẩm cao tùy thuộc vào loại enzyme sử dụng, việc . tài Nghiên cứu sử dụng Pepsin để khử protein trong qui trình sản xuất Chitin từ vỏ tôm thẻ chân trắng đã được thực hiện. 2. Mục đích của đề tài: Xác lập các thông số cho quá trình khử protein. quá trình thủy phân protein bằng enzyme pepsin 50 3.6. Đề xuất qui trình sản xuất chitin 62 iv 3.6.1. Thuyết minh quy trình 62 3.6.2. Sơ đồ 62 3.6.3. Đánh giá chất lượng của sản phẩm chitin. các dẫn liệu khoa học về việc sử dụng enzyme trong công nghệ sản xuất chitin. Kết quả của đề tài sẽ là cơ sở để tiếp tục nghiên cứu triển khai hướng sản xuất chitin thân thiện với môi trường