Xem mẫu
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản - số 04/2008
VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
KẾT HỢP XỬ LÝ SƠ BỘ BẰNG ACID FORMIC TRONG QUI TRÌNH CHẾ BIẾN
PHẾ LIỆU TÔM ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CHITIN-CHITOSAN
COMBINING PRETREATMENT BY FORMIC ACID IN SHRIMP WASTE PROCESSING FOR
IMPROVING QUALITY OF CHITIN AND CHITOSAN
Ngô Thị Hoài Dương, Trang Sĩ Trung, Phạm Thị Đan Phượng
Khoa Chế biến - Trường Đại học Nha Trang
Tóm tắt
Chất lượng chitin và chitosan chiết rút từ vỏ tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei) đã được cải
thiện đáng kể khi kết hợp xử lý sơ bộ bằng axit formic với nồng độ 0,4% trong 8h. Sản phẩm thu được
có màu trắng sáng, hàm lượng khoáng và protein thấp hơn 1%, độ nhớt trên 2000 cps, đạt yêu cầu
dùng trong công nghiệp. Bên cạnh đó công đoạn tiền xử lý này đã cho phép giảm hơn 50% lượng hóa
chất và thời gian xử lý, góp phần giảm thiểu chi phí và ô nhiễm môi trường.
Từ khóa: chitin, axit formic, xử lý sơ bộ
Abstract
The quality of chitin and chitosan produced from shrimp shell waste(Penaeus vannamei) was
improved by preteatment with 0.4% formic acid in 8 hours. The colour of final chitin is white and the
ash and protein residue were about less than 1%, the viscosity was up to 2000 cps. In addition, the
chemical consumption, the duration of the treatment was reduced to 50%. In this way, chitosan can be
produced at lower cost and in a more environmentally friendly way.
I. MỞ ĐẦU
Việt Nam hiện nay là một trong số các
phải có các nghiên cứu giúp hạn chế lượng
hóa chất sử dụng đồng thời nâng cao chất
quốc gia sản xuất và xuất khẩu các sản phẩm
từ tôm lớn trên thế giới. Giá trị xuất khẩu các
lượng sản phẩm.
Một số nghiên cứu gần đây cho thấy, chất
sản phẩm từ tôm đạt trên 1,3 tỷ USD/năm [11],
lượng chitin, chitosan có thể được nâng lên khi
và cùng với đó là một lượng rất lớn phế liệu
tôm được thải ra, ước tính khoảng trên
kết hợp công đoạn tiền xử lý bằng một số acid
hữu cơ như acid acetic và acid benzoic và
100.000 tấn năm. Lượng phế liệu này đã và
đang được tận dụng để sản xuất ra các chế
lượng hóa chất sử dụng giảm đáng kể trong
qui trình sản xuất chitin-chitosan từ tôm Sú
phẩm có giá trị như chitin-chitosan. Tuy nhiên
các qui trình sản xuất chitin đang sử dụng là
(Toan và cộng tác viên, 2006; Pratya và cộng
tác viên, 2006). Vì vậy, với mục đích mở rộng
các qui trình hóa học có sử dụng HCl và NaOH
khả năng ứng dụng công đoạn tiền xử lý bằng
ở nồng độ cao, thời gian dài để khử khoáng và
protein nên chất lượng chitin, chitosan không
acid hữu cơ trong quá trình sản xuất chitin từ
phế liệu tôm thẻ nhằm nâng cao chất lượng
cao, đặc biệt là sản phẩm có độ nhớt thấp, độ
đục cao. Ngoài ra, lượng hóa chất sau khi xử
chitin và giảm thiểu ô nhiễm môi trường,
nghiên cứu kết hợp xử lý sơ bộ phế liệu tôm
lý được thải ra môi trường gây ô nhiễm [10].
Để có thể duy trì và phát triển ngành công
bằng axit focmic trong quá trình sản xuất chitin
đã được thực hiện. Nghiên cứu này là rất cần
nghiệp sản xuất chitin-chitosan ở nước ta cần
thiết và đáp ứng nhu cầu thực tiễn hiện nay.
24
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản - số 04/2008
II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1. Vật liệu
Phế liệu tôm Thẻ chân trắng (Penaeus
Sơ đồ bố trí thí nghiệm được trình bày ở
Hình 1. Phế liệu tôm sau khi thu nhận được xử
lý sơ bộ bằng acid formic ở điều kiện: nồng độ
vannamei) được thu nhận từ Trung tâm Nghiên
acid formic xử lý là 0,2, 0,4, 0,6% (v/w), tỷ lệ 1/1
cứu Chế biến Thuỷ sản, Trường Đại học Nha
Trang. Đầu vỏ tươi được thu mỗi đợt 20 kg, bảo
(w/v), nhiệt độ phòng và thời gian xử lý 4, 6,
8h. Phế liệu tôm sau khi xử lý sơ bộ được tiếp
quản lạnh, vận chuyển về phòng thí nghiệm, loại
bỏ rác bẩn, rửa và để ráo, sau đó bảo quản ở -
tục tách lượng protein còn lại bằng NaOH ở
nồng độ 3%, thời gian 24 h, nhiệt độ phòng và
o
20 C cho đến khi sử dụng. Acid formic được sử
dụng là dạng tinh khiết. Các hoá chất sử dụng
đều thuộc loại tinh khiết phân tích (PA).
2. Phương pháp nghiên cứu
2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm
tiếp tục khử khoáng bằng HCl ở nồng độ 4%,
thời gian 12 h, nhiệt độ phòng, rửa trung tính,
sấy thu được chitin. Chitin được deacetyl hóa
bằng NaOH 50% trong thời gian 12 h ở nhiệt độ
o
80 C thu được chitosan.
Phế liệu tôm
Đối chứng
Xử lý bằng acid formic
1
2
Khử khoáng bằng HCl
Khử protein bằng NaOH
3
Chitin
Xác định tính chất và
đánh giá
Deacetyl hoá trong NaOH đặc
4
Chitosan
Xác định tính chất và
đánh giá
Hình 1. Sơ đồ qui trình sản xuất chitin-chitosan cải tiến kết hợp xử lý sơ bộ bằng acid formic
Mẫu đối chứng được sản xuất theo qui
2.2 Phương pháp phân tích: Độ ẩm, Hàm
trình hóa học truyền thống có chế độ xử lý khử
khoáng bằng HCl ở nồng độ từ 6-7%, thời gian
lượng protein, hàm lượng tro được phân tích
theo phương pháp của AOAC (1990). Độ nhớt
2-3 ngày ở nhiệt độ thường, sau đó tiến hành
khử protein bằng NaOH ở nồng độ 6-8% thời
được của chitosan được xác định trên nhớt kế
Brookfield theo phương pháp của Mukku, 2007.
gian 2-3 ngày ở nhiệt độ thường.
25
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản - số 04/2008
2.3 Phương pháp xử lý số liệu: Số liệu
trên có sự biến thiên. Sự khác biệt về hàm
báo cáo là trung bình của 3 lần phân tích. Kết
quả được phân tích thống kê bằng phần mền
lượng khoáng và protein có ảnh hưởng đến chế
độ xử lý tách chiết chitin từ phế liệu của các loại
Excel, sử dụng ANOVA. Giá trị của p < 0,05
tôm khác nhau. Tôm thẻ chân trắng là một đối
được xem là có ý nghĩa về mặt thống kê.
tượng nuôi mới được phát triển ở nước ta trong
một vài năm gần đây và phế liệu tôm thẻ bắt
III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
1. Thành phần hoá học cơ bản của phế liệu tôm
Thành phần hóa học cơ bản của phế liệu
tôm gồm nước, protein, khoáng và chitin. Tùy
theo loài mà hàm lượng của các thành phần
đầu được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất
chitin với số lượng lớn. Thành phần hoá học cơ
bản của phế liệu tôm thẻ chân trắng được xác
định và trình bày ở Bảng 1.
Bảng 1. Thành phần hoá học cơ bản của phế liệu tôm Thẻ chân trắng
STT
1
Chỉ tiêu phân tích
Kết quả
Độ ẩm (%)
77,5±1,2
2
a
Hàm lượng tro tổng số (%)
24,6±0,8
3
Hàm lượng Protein (%)
47,4±1,8
a
a
: Tính theo chất khô tuyệt đối
Kết quả trên cho thấy hàm lượng khoáng
trong vỏ tôm thẻ chân trắng (Penaeus
Trong vỏ các loài giáp xác chitin liên kết với
protein và khoáng theo từng lớp, tạo nên độ
vannamei) thấp hơn so với thành phần khoáng
chắc cho lớp vỏ. Quá trình loại bỏ khoáng, chủ
trong vỏ tôm sú (Penaeus monodon) nhưng
hàm lượng protein lại cao hơn (tương ứng là
yếu là các muối canxi được thực hiện trong môi
trường axit. Trong qui trình sản xuất chitin
31,20 ± 0,84% và 42,80 ± 0,99%) (Trần Thị
Luyến, 2000; Pratya và cộng sự, 2006). Phân
truyền thống, quá trình tách khoáng chỉ tiến
hành một giai đoạn, lượng khoáng trong vỏ
tích này cho thấy cần phải có những nghiên cứu
và điều chỉnh theo hướng giảm nhẹ chế độ khử
được loại bỏ dưới tác dụng của axit clohydric ở
nồng độ cao trong thời gian dài. Hiệu quả tách
khoáng trong qui trình sản xuất chitin từ vỏ tôm
khoáng của qui trình khá cao tuy nhiên chất
thẻ chân trắng so với so với tôm sú để có được
chế độ xử lý phù hợp với đối tượng này.
2. Ảnh hưởng của quá trình xử lý sơ bộ
bằng acid formic đối với quá trình khử
lượng của chitin bị ảnh hưởng đáng kể (Trần
Thị Luyến, 2000; Percot và cộng sự, 2003). Khi
protein và khoáng của phế liệu tôm trong
quá trình sản xuất chitin
giai đoạn, ở giai đoạn đầu axit formic tương tác
với các khoáng có trong vỏ tôm hình thành nên
2.1 Ảnh hưởng đến hàm lượng tro còn lại
các muối format, mà chủ yếu là canxi format, có
trong mẫu chitin
Kết quả nghiên cứu ở hình 2 cho thấy nồng
khả năng hòa tan tương đối, nhờ đó một lượng
khoáng nhất định đã được loại trừ khi rửa. Bên
độ và thời gian xử lý axit formic có ảnh hưởng
đáng kể đến hiệu quả tách khoáng từ vỏ tôm thẻ
cạnh tác dụng khử khoáng, axit formic còn có
tác dụng phòng thối và làm giảm pH của khối
chân trắng. Hàm lượng khoáng còn lại giảm
đáng kể khi nâng nồng độ xử lý từ 0,2 lên 0,4%
nguyên liệu, tạo điều kiện cho các emzim
proteaza nội tại có điều kiện hoạt động, sau quá
và thời gian từ 4 lên 8h. Tuy nhiên, khi nâng
trình xử lý sơ bộ với axit formic vỏ tôm trở nên
nồng độ axit lên 0,6% và thời gian xử lý lên 12h
hiệu quả tách khoáng không tăng.
"sạch” protein và khoáng hơn, nhờ đó quá trình
khử khoáng ở giai đoạn 2 dưới tác dụng của
26
bổ sung quá trình xử lý sơ bộ bằng axit formic,
quá trình khử khoáng được thực hiện qua hai
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản - số 04/2008
đồng với kết quả khử khoáng bằng các axit hữu
hàm lượng khoáng còn lại trong vỏ tôm thấp
hơn 1%. Kết quả này có xu hướng khá tương
cơ khác như axit lactic, axit axetic của Pratya và
cộng sự 2006, Mahmoud và cộng sự, 2007.
Hàm lượng khoáng còn lại (%)
1.8
1.6
0,2% Formic acid
1.4
0,4% Formic acid
1.2
0,6% Formic acid
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
4
8
Hàm lượng protein còn lại (%)
axit clohydric được thuận lợi và triệt để hơn,
2
1.8
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
12
0,4% Formic acid
0,6% Formic acid
4
Thời gian xử lý (h)
Hình 2. Hàm lượng khoáng còn lại trong mẫu
chitin được xử lý sơ bộ bằng axit formic ở nồng
độ từ 0,2-0,6% trong thời gian từ 4-8h.
0,2% Formic acid
8
12
Thời gian xử lý (h)
Hình 3. Hàm lượng protein còn lại trong mẫu
chitin được xử lý sơ bộ bằng axit formic ở nồng
độ từ 0,2-0,6% trong thời gian từ 4-8h.
2.2 Ảnh hưởng đến hàm lượng protein còn
định trong nguyên liệu, nhờ đó quá trình khử
lại trong mẫu chitin
protein với NaOH tiếp sau được giảm nhẹ về
nồng độ và thời gian xử lý, hiệu quả khử protein
Số liệu ở hình 3 cho thấy bên cạnh tác
dụng hỗ trợ việc tách khoáng, axit formic còn
cao.
góp phần làm giảm đáng kể hàm lượng protein
trong các mẫu chitin được xử lý sơ bộ bằng axit
Khi so sánh chất lượng của chitin được sản
xuất theo qui trình cải tiến có xử lý sơ bộ bằng
formic. Ở chế độ xử lý với nồng độ axit formic là
4% và thời gian xử lý 8h, hàm lượng protein đã
axit formic với chitin sản xuất theo qui trình
truyền thống nhận thấy chất lượng của chitin
giảm xuống dưới 1%.
Quá trình khử protein trong vỏ tôm thực
sản xuất theo qui trình kết hợp với axit formic có
chất lượng được cải thiện đáng kể. Trong khi
chất là quá trình thủy phân protein. Trong qui
mẫu chitin đối chứng có màu trắng đục thì chitin
trình sản xuất chitin truyền thống quá trình này
diễn ra dưới tác dụng của NaOH. Nghiên cứu
sản xuất theo qui trình kết hợp thì có màu trắng
sáng, đồng thời hàm lượng tro và protein thấp
của Percot và cộng sự (2003) đã chỉ rõ khi khử
protein chỉ bằng NaOH năng lượng hoạt hóa
hơn nhiều so với chitin sản xuất theo qui trình
không có bước xử lý sơ bộ bằng acid formic
cho giai đoạn đầu khá lớn vì vậy cần sử dụng
NaOH có nồng độ cao, trong thời gian dài, dẫn
(Hình 4).
Kết luận: Từ kết quả trên cho phép chọn
đến suy giảm chất lượng của chitin. Tuy nhiên
chế độ xử lý sơ bộ phế liệu tôm bằng acid
khi kết hợp xử lý với axit formic, các emzym
proteaza có sẵn trong đầu tôm đã được hoạt
formic ở nồng độ 0,4% và thời gian 8h để mẫu
chitin thu được có hàm lượng protein và khoáng
hóa trong điều kiện pH thích hợp ngay từ giai
đoạn đầu đã đẩy nhanh quá trình thủy phân
thấp hơn 1% để đáp ứng yêu cầu chất lượng về
chitin công nghiệp (Mukku và cộng tác viên,
protein và loại bỏ được một lượng protein nhất
2007).
27
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản - số 04/2008
3. Chất lượng chitosan sản xuất từ chitin
nhớt rất cao, gấp hơn 4 lần so với chitosan
của qui trình kết hợp xử lý sơ bộ bằng acid
formic
sản xuất từ qui trình truyền thống (tương ứng
là 2100 ± 60 cps và 484 ± 31cps). Bên cạnh
Để có thể đánh giá chính xác hơn hiệu
tác dụng tăng cường hiệu quả tách khoáng và
quả của công đoạn xử lý sơ bộ bằng axit
formic, quá trình deacetyl để chuyển chitin
protein, công đoạn xử lý sơ bộ bằng axit formic
còn giúp giảm nhẹ chế độ xử lý hóa chất, cụ
sang dạng dẫn xuất hòa tan là chitosan đã
được thực hiện.
thể nồng độ axit HCl và NaOH cần dùng trong
qui trình cải tiến giảm so với qui trình truyền
Kết quả phân tích các chỉ tiêu chất lượng
chính của chitosan thu được từ chitin sản xuất
thống tương ứng từ 6-7% và từ 6-8% xuống
còn 4% và 3%, thời gian xử lý rút ngắn hơn 3
từ qui trình cải tiến và qui trình hóa học truyền
lần. Việc hạn chế sự tiếp xúc với các axit
thống được trình bày ở Bảng 3.
Kết quả cho thấy, chitosan sản xuất bằng
mạnh và kiềm ở nồng độ cao trong thời gian
dài đã làm cho các tính chất đặc trưng của
qui trình kết hợp có các chỉ tiêu chất lượng tốt
thể hiện qua hàm lượng protein và tro thấp
chitin như độ dài mạch, độ deacetyl ít bị ảnh
hưởng, nhờ đó chitin –chitosan sản xuất theo
hơn, độ tan tốt và độ đục thấp, đặc biệt độ
qui trình cải tiến có độ nhớt cao, độ đục thấp.
Hàm lượng tạp chất còn lại (%)
2.5
Hàm lượng khoáng còn lại
2
Hàm lượng protein còn lại
1.5
1
0.5
0
Mẫu không xử lý
Mẫu có xử lý
Mẫu chitin
Hình 4. Hàm lượng tạp chất còn lại trong mẫu chitin được xử lý sơ bộ
và không xử lý sơ bộ với axit formic
Kết quả của nghiên cứu này cho cũng cho
thấy việc xử lý sơ bộ bằng axit trên đối tượng
axit formic 0,25M và benzoic 0,25M theo tỷ lệ
1:2 (v/v) trên nguyên liệu là vỏ tôm sú, trong cả
tôm thẻ chân trắng có hiệu quả tương đồng
hai trường hợp hàm lượng tạp chất còn lại đều
như với đối tượng tôm sú đã được một số tác
giả nghiên cứu (Kyaw và Stevens, 2004;
thấp hơn 1%. Điều này có thể là do hàm lượng
khoáng ở vỏ tôm thẻ chân trắng thấp hơn so
Pratya và cộng sự, 2006; Nguyễn Văn Toàn và
cộng sự, 2006). So sánh với nghiên cứu của
với vỏ tôm sú (24,6±0,8 và 31,20 ± 0,84%
tương ứng) nên một mình axit formic đã có thể
Pratya và cộng sự (2006) thấy rằng quá trình
tiền xử lý bằng axit formoic ở nồng độ 0,4 %
cắt mạch và làm yếu liên kết chitin-khoángprotein. Vì vậy đối với phế liệu tôm thẻ chân
trong 8h với nguyên liệu là vỏ tôm thẻ chân
trắng không cần phải phối hợp nhiều loại axit
trắng có hiệu quả tách khoáng và protein
tương đương với hiệu quả xử lý bằng hỗn hợp
để xử lý sơ bộ như các tác giả đã thực hiện
với phế liệu tôm sú.
28
nguon tai.lieu . vn
VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
KẾT HỢP XỬ LÝ SƠ BỘ BẰNG ACID FORMIC TRONG QUI TRÌNH CHẾ BIẾN
PHẾ LIỆU TÔM ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CHITIN-CHITOSAN
COMBINING PRETREATMENT BY FORMIC ACID IN SHRIMP WASTE PROCESSING FOR
IMPROVING QUALITY OF CHITIN AND CHITOSAN
Ngô Thị Hoài Dương, Trang Sĩ Trung, Phạm Thị Đan Phượng
Khoa Chế biến - Trường Đại học Nha Trang
Tóm tắt
Chất lượng chitin và chitosan chiết rút từ vỏ tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei) đã được cải
thiện đáng kể khi kết hợp xử lý sơ bộ bằng axit formic với nồng độ 0,4% trong 8h. Sản phẩm thu được
có màu trắng sáng, hàm lượng khoáng và protein thấp hơn 1%, độ nhớt trên 2000 cps, đạt yêu cầu
dùng trong công nghiệp. Bên cạnh đó công đoạn tiền xử lý này đã cho phép giảm hơn 50% lượng hóa
chất và thời gian xử lý, góp phần giảm thiểu chi phí và ô nhiễm môi trường.
Từ khóa: chitin, axit formic, xử lý sơ bộ
Abstract
The quality of chitin and chitosan produced from shrimp shell waste(Penaeus vannamei) was
improved by preteatment with 0.4% formic acid in 8 hours. The colour of final chitin is white and the
ash and protein residue were about less than 1%, the viscosity was up to 2000 cps. In addition, the
chemical consumption, the duration of the treatment was reduced to 50%. In this way, chitosan can be
produced at lower cost and in a more environmentally friendly way.
I. MỞ ĐẦU
Việt Nam hiện nay là một trong số các
phải có các nghiên cứu giúp hạn chế lượng
hóa chất sử dụng đồng thời nâng cao chất
quốc gia sản xuất và xuất khẩu các sản phẩm
từ tôm lớn trên thế giới. Giá trị xuất khẩu các
lượng sản phẩm.
Một số nghiên cứu gần đây cho thấy, chất
sản phẩm từ tôm đạt trên 1,3 tỷ USD/năm [11],
lượng chitin, chitosan có thể được nâng lên khi
và cùng với đó là một lượng rất lớn phế liệu
tôm được thải ra, ước tính khoảng trên
kết hợp công đoạn tiền xử lý bằng một số acid
hữu cơ như acid acetic và acid benzoic và
100.000 tấn năm. Lượng phế liệu này đã và
đang được tận dụng để sản xuất ra các chế
lượng hóa chất sử dụng giảm đáng kể trong
qui trình sản xuất chitin-chitosan từ tôm Sú
phẩm có giá trị như chitin-chitosan. Tuy nhiên
các qui trình sản xuất chitin đang sử dụng là
(Toan và cộng tác viên, 2006; Pratya và cộng
tác viên, 2006). Vì vậy, với mục đích mở rộng
các qui trình hóa học có sử dụng HCl và NaOH
khả năng ứng dụng công đoạn tiền xử lý bằng
ở nồng độ cao, thời gian dài để khử khoáng và
protein nên chất lượng chitin, chitosan không
acid hữu cơ trong quá trình sản xuất chitin từ
phế liệu tôm thẻ nhằm nâng cao chất lượng
cao, đặc biệt là sản phẩm có độ nhớt thấp, độ
đục cao. Ngoài ra, lượng hóa chất sau khi xử
chitin và giảm thiểu ô nhiễm môi trường,
nghiên cứu kết hợp xử lý sơ bộ phế liệu tôm
lý được thải ra môi trường gây ô nhiễm [10].
Để có thể duy trì và phát triển ngành công
bằng axit focmic trong quá trình sản xuất chitin
đã được thực hiện. Nghiên cứu này là rất cần
nghiệp sản xuất chitin-chitosan ở nước ta cần
thiết và đáp ứng nhu cầu thực tiễn hiện nay.
24
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản - số 04/2008
II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1. Vật liệu
Phế liệu tôm Thẻ chân trắng (Penaeus
Sơ đồ bố trí thí nghiệm được trình bày ở
Hình 1. Phế liệu tôm sau khi thu nhận được xử
lý sơ bộ bằng acid formic ở điều kiện: nồng độ
vannamei) được thu nhận từ Trung tâm Nghiên
acid formic xử lý là 0,2, 0,4, 0,6% (v/w), tỷ lệ 1/1
cứu Chế biến Thuỷ sản, Trường Đại học Nha
Trang. Đầu vỏ tươi được thu mỗi đợt 20 kg, bảo
(w/v), nhiệt độ phòng và thời gian xử lý 4, 6,
8h. Phế liệu tôm sau khi xử lý sơ bộ được tiếp
quản lạnh, vận chuyển về phòng thí nghiệm, loại
bỏ rác bẩn, rửa và để ráo, sau đó bảo quản ở -
tục tách lượng protein còn lại bằng NaOH ở
nồng độ 3%, thời gian 24 h, nhiệt độ phòng và
o
20 C cho đến khi sử dụng. Acid formic được sử
dụng là dạng tinh khiết. Các hoá chất sử dụng
đều thuộc loại tinh khiết phân tích (PA).
2. Phương pháp nghiên cứu
2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm
tiếp tục khử khoáng bằng HCl ở nồng độ 4%,
thời gian 12 h, nhiệt độ phòng, rửa trung tính,
sấy thu được chitin. Chitin được deacetyl hóa
bằng NaOH 50% trong thời gian 12 h ở nhiệt độ
o
80 C thu được chitosan.
Phế liệu tôm
Đối chứng
Xử lý bằng acid formic
1
2
Khử khoáng bằng HCl
Khử protein bằng NaOH
3
Chitin
Xác định tính chất và
đánh giá
Deacetyl hoá trong NaOH đặc
4
Chitosan
Xác định tính chất và
đánh giá
Hình 1. Sơ đồ qui trình sản xuất chitin-chitosan cải tiến kết hợp xử lý sơ bộ bằng acid formic
Mẫu đối chứng được sản xuất theo qui
2.2 Phương pháp phân tích: Độ ẩm, Hàm
trình hóa học truyền thống có chế độ xử lý khử
khoáng bằng HCl ở nồng độ từ 6-7%, thời gian
lượng protein, hàm lượng tro được phân tích
theo phương pháp của AOAC (1990). Độ nhớt
2-3 ngày ở nhiệt độ thường, sau đó tiến hành
khử protein bằng NaOH ở nồng độ 6-8% thời
được của chitosan được xác định trên nhớt kế
Brookfield theo phương pháp của Mukku, 2007.
gian 2-3 ngày ở nhiệt độ thường.
25
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản - số 04/2008
2.3 Phương pháp xử lý số liệu: Số liệu
trên có sự biến thiên. Sự khác biệt về hàm
báo cáo là trung bình của 3 lần phân tích. Kết
quả được phân tích thống kê bằng phần mền
lượng khoáng và protein có ảnh hưởng đến chế
độ xử lý tách chiết chitin từ phế liệu của các loại
Excel, sử dụng ANOVA. Giá trị của p < 0,05
tôm khác nhau. Tôm thẻ chân trắng là một đối
được xem là có ý nghĩa về mặt thống kê.
tượng nuôi mới được phát triển ở nước ta trong
một vài năm gần đây và phế liệu tôm thẻ bắt
III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
1. Thành phần hoá học cơ bản của phế liệu tôm
Thành phần hóa học cơ bản của phế liệu
tôm gồm nước, protein, khoáng và chitin. Tùy
theo loài mà hàm lượng của các thành phần
đầu được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất
chitin với số lượng lớn. Thành phần hoá học cơ
bản của phế liệu tôm thẻ chân trắng được xác
định và trình bày ở Bảng 1.
Bảng 1. Thành phần hoá học cơ bản của phế liệu tôm Thẻ chân trắng
STT
1
Chỉ tiêu phân tích
Kết quả
Độ ẩm (%)
77,5±1,2
2
a
Hàm lượng tro tổng số (%)
24,6±0,8
3
Hàm lượng Protein (%)
47,4±1,8
a
a
: Tính theo chất khô tuyệt đối
Kết quả trên cho thấy hàm lượng khoáng
trong vỏ tôm thẻ chân trắng (Penaeus
Trong vỏ các loài giáp xác chitin liên kết với
protein và khoáng theo từng lớp, tạo nên độ
vannamei) thấp hơn so với thành phần khoáng
chắc cho lớp vỏ. Quá trình loại bỏ khoáng, chủ
trong vỏ tôm sú (Penaeus monodon) nhưng
hàm lượng protein lại cao hơn (tương ứng là
yếu là các muối canxi được thực hiện trong môi
trường axit. Trong qui trình sản xuất chitin
31,20 ± 0,84% và 42,80 ± 0,99%) (Trần Thị
Luyến, 2000; Pratya và cộng sự, 2006). Phân
truyền thống, quá trình tách khoáng chỉ tiến
hành một giai đoạn, lượng khoáng trong vỏ
tích này cho thấy cần phải có những nghiên cứu
và điều chỉnh theo hướng giảm nhẹ chế độ khử
được loại bỏ dưới tác dụng của axit clohydric ở
nồng độ cao trong thời gian dài. Hiệu quả tách
khoáng trong qui trình sản xuất chitin từ vỏ tôm
khoáng của qui trình khá cao tuy nhiên chất
thẻ chân trắng so với so với tôm sú để có được
chế độ xử lý phù hợp với đối tượng này.
2. Ảnh hưởng của quá trình xử lý sơ bộ
bằng acid formic đối với quá trình khử
lượng của chitin bị ảnh hưởng đáng kể (Trần
Thị Luyến, 2000; Percot và cộng sự, 2003). Khi
protein và khoáng của phế liệu tôm trong
quá trình sản xuất chitin
giai đoạn, ở giai đoạn đầu axit formic tương tác
với các khoáng có trong vỏ tôm hình thành nên
2.1 Ảnh hưởng đến hàm lượng tro còn lại
các muối format, mà chủ yếu là canxi format, có
trong mẫu chitin
Kết quả nghiên cứu ở hình 2 cho thấy nồng
khả năng hòa tan tương đối, nhờ đó một lượng
khoáng nhất định đã được loại trừ khi rửa. Bên
độ và thời gian xử lý axit formic có ảnh hưởng
đáng kể đến hiệu quả tách khoáng từ vỏ tôm thẻ
cạnh tác dụng khử khoáng, axit formic còn có
tác dụng phòng thối và làm giảm pH của khối
chân trắng. Hàm lượng khoáng còn lại giảm
đáng kể khi nâng nồng độ xử lý từ 0,2 lên 0,4%
nguyên liệu, tạo điều kiện cho các emzim
proteaza nội tại có điều kiện hoạt động, sau quá
và thời gian từ 4 lên 8h. Tuy nhiên, khi nâng
trình xử lý sơ bộ với axit formic vỏ tôm trở nên
nồng độ axit lên 0,6% và thời gian xử lý lên 12h
hiệu quả tách khoáng không tăng.
"sạch” protein và khoáng hơn, nhờ đó quá trình
khử khoáng ở giai đoạn 2 dưới tác dụng của
26
bổ sung quá trình xử lý sơ bộ bằng axit formic,
quá trình khử khoáng được thực hiện qua hai
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản - số 04/2008
đồng với kết quả khử khoáng bằng các axit hữu
hàm lượng khoáng còn lại trong vỏ tôm thấp
hơn 1%. Kết quả này có xu hướng khá tương
cơ khác như axit lactic, axit axetic của Pratya và
cộng sự 2006, Mahmoud và cộng sự, 2007.
Hàm lượng khoáng còn lại (%)
1.8
1.6
0,2% Formic acid
1.4
0,4% Formic acid
1.2
0,6% Formic acid
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
4
8
Hàm lượng protein còn lại (%)
axit clohydric được thuận lợi và triệt để hơn,
2
1.8
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
12
0,4% Formic acid
0,6% Formic acid
4
Thời gian xử lý (h)
Hình 2. Hàm lượng khoáng còn lại trong mẫu
chitin được xử lý sơ bộ bằng axit formic ở nồng
độ từ 0,2-0,6% trong thời gian từ 4-8h.
0,2% Formic acid
8
12
Thời gian xử lý (h)
Hình 3. Hàm lượng protein còn lại trong mẫu
chitin được xử lý sơ bộ bằng axit formic ở nồng
độ từ 0,2-0,6% trong thời gian từ 4-8h.
2.2 Ảnh hưởng đến hàm lượng protein còn
định trong nguyên liệu, nhờ đó quá trình khử
lại trong mẫu chitin
protein với NaOH tiếp sau được giảm nhẹ về
nồng độ và thời gian xử lý, hiệu quả khử protein
Số liệu ở hình 3 cho thấy bên cạnh tác
dụng hỗ trợ việc tách khoáng, axit formic còn
cao.
góp phần làm giảm đáng kể hàm lượng protein
trong các mẫu chitin được xử lý sơ bộ bằng axit
Khi so sánh chất lượng của chitin được sản
xuất theo qui trình cải tiến có xử lý sơ bộ bằng
formic. Ở chế độ xử lý với nồng độ axit formic là
4% và thời gian xử lý 8h, hàm lượng protein đã
axit formic với chitin sản xuất theo qui trình
truyền thống nhận thấy chất lượng của chitin
giảm xuống dưới 1%.
Quá trình khử protein trong vỏ tôm thực
sản xuất theo qui trình kết hợp với axit formic có
chất lượng được cải thiện đáng kể. Trong khi
chất là quá trình thủy phân protein. Trong qui
mẫu chitin đối chứng có màu trắng đục thì chitin
trình sản xuất chitin truyền thống quá trình này
diễn ra dưới tác dụng của NaOH. Nghiên cứu
sản xuất theo qui trình kết hợp thì có màu trắng
sáng, đồng thời hàm lượng tro và protein thấp
của Percot và cộng sự (2003) đã chỉ rõ khi khử
protein chỉ bằng NaOH năng lượng hoạt hóa
hơn nhiều so với chitin sản xuất theo qui trình
không có bước xử lý sơ bộ bằng acid formic
cho giai đoạn đầu khá lớn vì vậy cần sử dụng
NaOH có nồng độ cao, trong thời gian dài, dẫn
(Hình 4).
Kết luận: Từ kết quả trên cho phép chọn
đến suy giảm chất lượng của chitin. Tuy nhiên
chế độ xử lý sơ bộ phế liệu tôm bằng acid
khi kết hợp xử lý với axit formic, các emzym
proteaza có sẵn trong đầu tôm đã được hoạt
formic ở nồng độ 0,4% và thời gian 8h để mẫu
chitin thu được có hàm lượng protein và khoáng
hóa trong điều kiện pH thích hợp ngay từ giai
đoạn đầu đã đẩy nhanh quá trình thủy phân
thấp hơn 1% để đáp ứng yêu cầu chất lượng về
chitin công nghiệp (Mukku và cộng tác viên,
protein và loại bỏ được một lượng protein nhất
2007).
27
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản - số 04/2008
3. Chất lượng chitosan sản xuất từ chitin
nhớt rất cao, gấp hơn 4 lần so với chitosan
của qui trình kết hợp xử lý sơ bộ bằng acid
formic
sản xuất từ qui trình truyền thống (tương ứng
là 2100 ± 60 cps và 484 ± 31cps). Bên cạnh
Để có thể đánh giá chính xác hơn hiệu
tác dụng tăng cường hiệu quả tách khoáng và
quả của công đoạn xử lý sơ bộ bằng axit
formic, quá trình deacetyl để chuyển chitin
protein, công đoạn xử lý sơ bộ bằng axit formic
còn giúp giảm nhẹ chế độ xử lý hóa chất, cụ
sang dạng dẫn xuất hòa tan là chitosan đã
được thực hiện.
thể nồng độ axit HCl và NaOH cần dùng trong
qui trình cải tiến giảm so với qui trình truyền
Kết quả phân tích các chỉ tiêu chất lượng
chính của chitosan thu được từ chitin sản xuất
thống tương ứng từ 6-7% và từ 6-8% xuống
còn 4% và 3%, thời gian xử lý rút ngắn hơn 3
từ qui trình cải tiến và qui trình hóa học truyền
lần. Việc hạn chế sự tiếp xúc với các axit
thống được trình bày ở Bảng 3.
Kết quả cho thấy, chitosan sản xuất bằng
mạnh và kiềm ở nồng độ cao trong thời gian
dài đã làm cho các tính chất đặc trưng của
qui trình kết hợp có các chỉ tiêu chất lượng tốt
thể hiện qua hàm lượng protein và tro thấp
chitin như độ dài mạch, độ deacetyl ít bị ảnh
hưởng, nhờ đó chitin –chitosan sản xuất theo
hơn, độ tan tốt và độ đục thấp, đặc biệt độ
qui trình cải tiến có độ nhớt cao, độ đục thấp.
Hàm lượng tạp chất còn lại (%)
2.5
Hàm lượng khoáng còn lại
2
Hàm lượng protein còn lại
1.5
1
0.5
0
Mẫu không xử lý
Mẫu có xử lý
Mẫu chitin
Hình 4. Hàm lượng tạp chất còn lại trong mẫu chitin được xử lý sơ bộ
và không xử lý sơ bộ với axit formic
Kết quả của nghiên cứu này cho cũng cho
thấy việc xử lý sơ bộ bằng axit trên đối tượng
axit formic 0,25M và benzoic 0,25M theo tỷ lệ
1:2 (v/v) trên nguyên liệu là vỏ tôm sú, trong cả
tôm thẻ chân trắng có hiệu quả tương đồng
hai trường hợp hàm lượng tạp chất còn lại đều
như với đối tượng tôm sú đã được một số tác
giả nghiên cứu (Kyaw và Stevens, 2004;
thấp hơn 1%. Điều này có thể là do hàm lượng
khoáng ở vỏ tôm thẻ chân trắng thấp hơn so
Pratya và cộng sự, 2006; Nguyễn Văn Toàn và
cộng sự, 2006). So sánh với nghiên cứu của
với vỏ tôm sú (24,6±0,8 và 31,20 ± 0,84%
tương ứng) nên một mình axit formic đã có thể
Pratya và cộng sự (2006) thấy rằng quá trình
tiền xử lý bằng axit formoic ở nồng độ 0,4 %
cắt mạch và làm yếu liên kết chitin-khoángprotein. Vì vậy đối với phế liệu tôm thẻ chân
trong 8h với nguyên liệu là vỏ tôm thẻ chân
trắng không cần phải phối hợp nhiều loại axit
trắng có hiệu quả tách khoáng và protein
tương đương với hiệu quả xử lý bằng hỗn hợp
để xử lý sơ bộ như các tác giả đã thực hiện
với phế liệu tôm sú.
28