Tối ưu hóa thu nhận Chitin Chitosan từ phế liệu tôm thẻ - Ngô Thị Hoài Dương

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG NGÔ THỊ HOÀI DƯƠNG TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH THU NHẬN CHITIN-CHITOSAN TỪ PHẾ LIỆU TÔM THẺ CHÂN TRẮNG NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ VÀ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẦM LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỦY SẢN KHÁNH HÒA - 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG NGÔ THỊ HOÀI DƯƠNG TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH THU NHẬN CHITIN-CHITOSAN TỪ PHẾ LIỆU TÔM THẺ CHÂN TRẮNG NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ VÀ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẦM NGÀNH ĐÀO TẠO: CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỦY SẢN MÃ SỐ: 62 54 01 05 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGÔ ĐĂNG NGHĨA GS.TS KJELL MOTEN VARUM KHÁNH HÒA - 2015 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình do chính tôi thực hiện. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về những lời cam đoan của mình. Tác giả luận án Ngô Thị Hoài Dương ii LỜI CẢM ƠN Luận án hoàn thành là nhờ có nhà trường, các tổ chức có liên quan tạo điều kiện; thầy cô, bạn bè giúp đỡ và hỗ trợ nhiệt tình.

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới: Ban Giám Hiệu trường Đại học Nha Trang và các phòng , ban, khoa, viện liên quan đã cho phép và tạo điều kiện thực hiện luận án, Đại sứ quán Nauy tại Hà Nội và Ban quản lý dự án SRV2701 đã hỗ trợ kinh phí và tạo điều kiện để tôi có cơ hội nâng cao trình độ và trau dồi kinh nghiệm nghiên cứu, Phòng thí nghiệm NOBIPOL của trường đại học Khoa học và công nghệ Nauy đã hỗ trợ thực hiện các phép phân tích, PGS. Ngô Đăng Nghĩa, TS Nguyễn Anh Tuấn và GS. Varum, những người Thầy tâm huyết đã tận tình hướng dẫn, động viên khích lệ, dành nhiều thời gian trao đổi và định hướng trong quá trình thực hiện luận án, Các cán bộ kỹ thuật của viện Công nghệ Sinh học và Môi trường, trung tâm Thí nghiệm Thực hành - trường Đại học Nha Trang đã giúp đỡ và tạo điều kiện trong quá trình tiến hành nghiên cứu, Các bạn đồng nghiệp, đặc biệt là TS. Khổng Trung Thắng và Ths.

Nguyễn Công Minh đã nhiệt tình giúp đỡ và chia sẻ nhiều kinh nghiệm quí báu, Các em sinh viên ngành Công nghệ Chế biến Thủy sản các khóa từ 48 đến 52, đặc biệt là em Đào Thị Tuyết Mai đã hỗ trợ trong việc triển khai các thí nghiệm nghiên cứu, Cuối cùng, xin gửi tấm lòng ân tình tới Gia đình, những người thân yêu luôn là nguồn động viên và chia sẻ mọi khó khăn để luận án đươc hoàn thành. Ngô Thị Hoài Dương iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ANOVA Analysis of Variance: Phân tích phương sai AOAC Association of Official Analytical Chemists: Hiệp hội các nhà hoá phân tích chính thống. BHA Butylated hydroxyanisole CrI Crystalline Index: Chỉ số kết tinh cs Cộng sự DA Degree of Acetyl: Độ acetyl DD Degree of Deacetyl: Độ deacetyl db Dry basis: Theo khối lượng chất khô dd Dung dịch DPPH 2,2-Diphenyl-1-picryl hydrazyl FT-IR Fourier Transform Infrared : Quang phổ hấp thụ hồng ngoại chuỗi GlcN D-glucosamine GlcNAc N- acetyl glucosamine HPLC High-Performance Liquid Chromatography: Sắc ký lỏng hiệu năng cao HQK Hiệu quả khử LOD Limit of Detection: Giới hạn phát hiện MHS Phương trình Mark-Houwink-Sakurada Mw Phân tử lượng trung bình khối lượng Mv Phân tử lượng trung bình độ nhớt nd not detected: Không phát hiện NMR Nuclear Magnetic Resonance: Cộng hưởng từ hạt nhân NL Nguyên liệu OD Optical density: Độ hấp phụ quang học RSM Respone Surface Methodology: Phương pháp bề mặt đáp ứng RMS Mức năng lượng tổng SEM Scanning Electron Microscope: Kính hiển vi điện tử quét SS Sum of Squares: Tổng bình phương độ lệch TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TNLK Tổng năng lực khử χcr Degree of crystallinity: Độ kết tinh iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.

iii MỤC LỤC. iv DANH MỤC BẢNG. vii DANH MỤC HÌNH. ix PHẦN MỞ ĐẦU.

1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN. TÔM THẺ CHÂN TRẮNG VÀ TÌNH HÌNH CHẾ BIẾN Ở VIỆT NAM. GIÁ TRỊ CỦA NGUYÊN LIỆU CÒN LẠI TỪ QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN TÔM. Tỷ lệ nguyên liệu còn lại trong công nghiệp chế biến tôm.

Thành phần hóa học của nguyên liệu còn lại trong công nghiệp chế biến tôm và tiềm năng khai thác. Hệ protease trên đầu tôm. Thu hồi protein từ nguyên liệu còn lại của quá trình chế biến tôm. CHITIN VÀ CÔNG NGHỆ THU HỒI TỪ VỎ ĐỘNG VẬT GIÁP XÁC.

Sự tồn tại của chitin trong tự nhiên. Tính chất của chitin. Công nghệ thu hồi chitin từ vỏ động vật giáp xác. CHITOSAN VÀ QUÁ TRÌNH DEACETYL CHITIN.

Chitosan và tính chất của nó. Quá trình deacetyl chitin. ĐẶC TRƯNG TÍNH CHẤT CỦA CHITIN, CHITOSAN. Phương pháp xác định độ tinh sạch.

Phương pháp xác định phân tử lượng. Phương pháp xác định độ deacetyl. Phương pháp đánh giá mức độ kết tinh. ỨNG DỤNG CỦA CHITIN, CHITOSAN VÀ DẪN XUẤT.

THU HỒI VÀ XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU CÒN LẠI TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT TÔM Ở VIỆT NAM. Các nghiên cứu cải tiến công nghệ thu nhận chitin và chitosan. Các nghiên cứu về thu hồi protein và enzyme protease. Tình hình sản xuất chitin, chitosan.

TỐI ƯU BẰNG PHƯƠNG PHÁP MẶT ĐÁP ỨNG. PEPSIN VÀ TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG. Đặc điểm và cơ chế hoạt động của pepsin. Nguồn thu nhận Pepsin.

Tiềm năng ứng dụng của pepsin. NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC ENZYME. Xu hướng hiện đại trong nghiên cứu động học enzyme. Động học quá trình thủy phân protein.

ỨNG DỤNG SÓNG SIÊU ÂM TRONG THU HỒI SẢN PHẨM HỮU ÍCH. Sóng siêu âm và cơ chế tác động. Tác dụng của sóng siêu âm đến hoạt động của enzyme. Ứng dụng sóng siêu âm trong quá trình thu hồi chitin - chitosan.

39 CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU & PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. NGUYÊN VẬT LIỆU. Nguyên liệu tôm thẻ chân trắng (Panaeus vannamei). Thiết bị tạo sóng siêu âm.

BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM. Phương pháp bố trí thí nghiệm. Sơ đồ nghiên cứu tổng quát. Sơ đồ bố trí thí nghiệm chi tiết.

PHƯƠNG PHÁP THU THẬP THÔNG TIN, DỮ LIỆU. Xác định thành phần khối lượng của nguyên liệu. Xác định các thành phần hóa học cơ bản. Xác định thành phần acid amin và thành phần khoáng.

Xác định hoạt độ enzyme. Xác định khả năng chống oxy hóa của sản phẩm thủy phân protein. Xác định tính chất của chitin và chitosan. Xác định các thông số động học.

Xác định các hàm mục tiêu. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU. 69 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. THÀNH PHẦN CỦA ĐỐI TƯỢNG TÔM THẺ CHÂN TRẮNG.

Thành phần khối lượng và hóa học cơ bản của đối tượng nghiên cứu. Thành phần acid amin, khoáng và kim loại nặng của đối tượng nghiên cứu. THU HỒI CHITIN VÀ DỊCH PROTEIN CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC TỪ NGUYÊN LIỆU ĐẦU TÔM THẺ CHÂN TRẮNG. Ảnh hưởng của thời gian lưu giữ đến sự biến đổi của nguyên liệu còn lại.

Khảo sát ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến khả năng hoạt động của hệ enzyme protease nội tại trên đầu tôm thẻ chân trắng tươi. Nghiên cứu chế độ thu hồi protein và chitin từ đầu tôm thẻ chân trắng. THU HỒI CHITIN VÀ DỊCH PROTEIN CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC TỪ VỎ TÔM THẺ CHÂN TRẮNG. Thiết lập chế độ xử lý với HCl.

Đánh giá khả năng sử dụng pepsin để kết hợp khử protein và khử khoáng. Tối ưu hóa quá trình khử protein bằng enzyme pepsin trên vỏ tôm thẻ chân trắng. Kết hợp sóng siêu âm để tăng cường hiệu quả khử protein và khoáng khi xử lý với pepsin. ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH KHỬ PROTEIN CỦA PEPSIN.

Đặc điểm quá trình khử protein với xúc tác của pepsin. Xác định phương trình động học. NÂNG CAO HIỆU QUẢ DEACETYL TRONG ĐIỀU KIỆN DỊ THỂ. Tác dụng hỗ trợ của công đoạn tiền xử lý.

Đánh giá khả năng hỗ trợ quá trình deacetyl của sóng siêu âm. Động học quá trình deacetyl khi có sự hỗ trợ của sóng siêu âm. Ảnh hưởng của nồng độ, nhiệt độ và thời gian đến độ deacetyl và độ hòa tan trong điều kiện deacetyl dị thể với sóng siêu âm. Tối ưu quá trình deacetyl.

ĐỀ XUẤT QUI TRÌNH THU NHẬN CHITIN, CHITOSAN, PROTEIN THEO CÔNG NGHỆ CẢI TIẾN VÀ ĐÁNH GIÁ LỢI ÍCH. Qui trình thu nhận chitin, chitosan và protein theo công nghệ cải tiến đề xuất. Chất lượng của chitin và chitosan thu được theo qui trình đề xuất. Đánh giá hiệu quả của các qui trình theo công nghệ đề xuất.

140 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 145 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO. 147 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ. vii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Danh pháp của tôm thẻ chân trắng .2: Tỷ lệ các thành phần còn lại sau chế biến của một số loài tôm có giá trị thương mại (% so với khối lượng tôm) .3: Thành phần hóa học của nguyên liệu còn lại từ một số loài tôm có giá trị thương mại (% theo trọng lượng chất khô) .4: Giá bán tham khảo của chitin và các dẫn xuất của nó.1: Miền nghiên cứu thí nghiệm tối ưu quá trình xử lý với pepsin .2: Sự thay đổi nồng độ enzyme và cơ chất trong thí nghiệm nghiên cứu phương trình động học quá trình khử protein của pepsin.3: Miền nghiên cứu thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của 3 nhân tố: nhiệt độ, thời gian và nồng độ NaOH khi deacetyl với sóng siêu âm .4: Miền nghiên cứu thí nghiệm tối ưu quá trình deacetyl với sóng siêu âm 37kHz (RMS=35W) .1: Thành phần khối lượng của đối tượng tôm thẻ chân trắng (cỡ 60÷160 con/kg).2: Thành phần hóa học cơ bản của đối tượng tôm thẻ chân trắng (cỡ 81÷120 con/kg).3: Thành phần acid amin của đối tượng tôm thẻ chân trắng (cỡ 81÷120 con/kg) (g/100g amino acid) .4: Hàm lượng acid amin của đối tượng tôm thẻ chân trắng (cỡ 81÷120 con/kg) (mg/100g nguyên liệu) .5: Thành phần khoáng và kim loại nặng trên đối tượng nghiên cứu (mg/kg) 74 Bảng 3.6: Ảnh hưởng của thời gian lưu giữ ở nhiệt độ phòng (27÷30oC) đến màu sắc và mùi của phần đầu và vỏ tôm thẻ chân trắng .7: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến khả năng hoạt động của hệ enzyme nội tại trên đầu tôm thẻ chân trắng tươi .8: Kết quả thực nghiệm theo mô hình Box-Behnken với miền nghiên cứu ở Bảng 2.9: Hiệu quả khử protein của pepsin theo phương trình hồi qui và theo thực nghiệm .10: Kết quả đánh giá khả năng thu hồi protein từ dịch thủy phân với pepsin .