Tài liệu Đánh giá khả năng phối hợp enzym alcalase và pepsin để khử protein cho đầu tôm trong quá trình sản xuất chitin

i LỜI CẢM ƠN Báo cáo này là chuyên khảo lớn nhất để kết thúc hành trình của sinh viên, là thành quả của 16 năm học tập và phấn đấu. Đây cũng là cơ hội để tôi bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới những người đã giúp đỡ tôi trong suốt những năm tháng qua. Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô Ngô Thị Hoài Dương, cô Nguyễn Thị Mỹ Trang đã trực tiếp hướng dẫn em trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện đề tài Xin cảm ơn các thầy cô trong bốn năm gắn bó đã trang bị nền tảng cho em những kiến thức chuyên môn cũng như kiến thức xã hội. Xin cảm ơn Khoa Chế Biến, Viện Công Nghệ Sịnh Học và Môi Trường đã tạo điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất giúp em hoàn thành đề tài này. Xin cảm ơn Gia đình, bạn bè, đã luôn âm thầm giúp đỡ trong các năm tháng tới trường Cuối cùng, xin chúc tất cả mọi người lời chúc sức khỏe và hạnh phúc. ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... i MỤC LỤC ........................................................................................................ ii DANH MỤC BẢNG ..............................................................................................iv DANH MỤC HÌNH ................................................................................................v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................vii LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN..................................................................................2 1.1 TỔNG QUAN VỀ PHẾ LIỆU TÔM..................................................................2 1.1.1. TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN MẶT HÀNG TÔM VÀ KHẢ NĂNG TẬN DỤNG PHẾ LIỆU TÔM Ở NƯỚC TA HỆN NAY. ................................................2 1.1.1.1. Tình hình xuất khẩu tôm ở nước ta..............................................................2 1.1.1.2. Thành phần, tính chất và tình hình tận thu phế liệu tôm. .............................5 1.1.2. TỔNG QUAN VỀ CHITIN............................................................................9 1.1.2.1. Cấu tạo, tính chất chitin: ............................................................................9 1.1.2.2. Các phương pháp sản xuất chitin. .............................................................10 1.2.2.3. Tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm. ..............................................................19 1.2.2.4. Ứng dụng chitin. .......................................................................................19 1.3.TỔNG QUAN VỀ ENZYM PROTEASE ........................................................20 1.3.1. Giới thiệu về enzym.....................................................................................20 1.3.2 . Tính ưu việt của enzym protease so với các chất xúc tác vô cơ khác ...........21 1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzym protease..............................22 1.3.4. Ứng dụng của enzym protease .....................................................................23 CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................27 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU. ........................................................................27 2.1.1. Bã ép đầu tôm. .............................................................................................27 2.1.2. Enzym Alcalase và Pepsin. ..........................................................................27 2.1.2.1. Enzym Alcalase. .......................................................................................27 2.1.2.2. Enzym Pepsin. ..........................................................................................28 iii 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. ..................................................................29 2.2.1. Sơ đồ quy trình thí nghiệm tổng quát. .........................................................29 2.2.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm.....................................................................30 2.2.2.1 Xác định hiệu suất thu dịch ép. ..................................................................30 2.2.2.2 Xác định thành phần hóa học cơ bản của bã ép đầu tôm.............................31 2.2.2.3. Xác định thành phần hóa học trên bã thủy phân bằng Alcalase..................32 2.2.2.4. Xác định nồng độ HCl và thời điểm bổ sung enzym Pepsin. .....................33 2.2.2.5. Xác định sự ảnh hưởng của nồng độ enzym Pepsin đến hiệu quả thủy phân. ..............................................................................................................................34 2.2.2.6. Xác định sự ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả thủy phân. ..................35 2.2.3. Phương pháp xác định các chỉ tiêu. ..............................................................36 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................37 3.1. Hiệu suất ép....................................................................................................37 3.2. Thành phần hóa học cơ bản của bã ép đầu tôm ...............................................38 3.3. Thành phần hóa học cơ bản của sản phẩm thủy phân bằng Alcalase. ..............38 3.4. Kết quả đo pH xác định nồng độ HCl và thời điểm bổ sung enzym Pepsin............39 3.5. Kết quả thí nghiệm xác định sự ảnh hưởng của nồng độ enzym Pepsin đến hiệu quả thủy phân. .......................................................................................................41 3.6. Kết quả thí nghiệm theo dõi sự ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả thủy phân. .....................................................................................................................43 3.7. Quy trình đề xuất. ...........................................................................................44 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN ....................................................................46 TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................47 PHỤ LỤC..............................................................................................................49 iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 : Thành phần trọng lượng của các loại tôm ...............................................6 Bảng 1.2 : Chỉ tiêu chất lượng cơ bản của chitin thu được theo quy trình cải tiến và quy trinh hóa học truyền thống ..............................................................................19 Bảng 1.3: Tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm chitin..................................................19 Bảng 1.4: Các enzym được cố dịnh trên chitin.......................................................20 Bảng 1.5: Ảnh hưởng của các thông số lên hoạt động của enzym protease và chất xúc tác vô cơ .........................................................................................................22 Bảng 3.2: Thành phần hóa học cơ bản của bã ép đầu tôm. .....................................38 Bảng 3.3: Kết quả nghiên cứu thành phần hóa học cơ bản của bã thủy phân bằng Alcalase:................................................................................................................38 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Biểu đồ giá trị xuất khẩu tôm của nước ta từ năm 2006-2010...................4 Hình 1.2: Biểu đồ tỷ lệ giá trị xuất khẩu tôm sang các thị trường năm 2010 ............4 Hình 1.3: Cấu trúc chitin .........................................................................................9 Hình 1.4 : Sơ đồ tổng quát quá trình sản xuất chitin từ phế liệu tôm . ....................10 Hình 1.5: Quy trình sản xuất chitin tổng quát từ phế liệu thủy sản bằng phương pháp hóa học. ........................................................................................................11 Hình 1.6: Quy trình sản suất chitin tổng quát bằng phương pháp sinh học. ............13 Hình 1.7: Quy trình sản xuất chitin cải tiến từ phế liệu tôm có kết hợp xử lý enzym protease và thu hồi protease và astaxanthin............................................................15 Hình 1.8: Quy trình sản xuất chitin tổng quát từ phế liệu thủy sản bằng phương pháp hóa học ở nước ta..........................................................................................17 Hình 1.9: Quy trình sử dụng enzym Flavourzyme trong công nghệ sản xuất chitin từ phế liệu tôm...........................................................................................................18 Hình 2.1: Sơ đồ quy trình thí nghiệm tổng quát .....................................................29 Hình 2.2: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định hiệu suất thu dịch ép đầu tôm..............31 Hình 2.3: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thành phần hóa học cơ bản của bã ép đầu tôm. .......................................................................................................................31 Hình 2.4: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thành phần hóa học trên bã thủy phân bằng alcalase. ........................................................................................................32 Hình 2.5: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nồng độ HCl và thời điểm bổ sung enzym Pepsin. .......................................................................................................33 Hình 2.6: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định sự ảnh hưởng của nồng độ enzym Pepsin đến hiệu quả thủy phân...............................................................................34 Hình 2.7: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định sự ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả thủy phân...............................................................................................................35 Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn khối lượng đầu tôm, dịch ép, bã ép...............................37 Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn sự biến đổi của pH theo thời gian. ................................39 Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn sự biến đổi của hàm lượng khoáng theo thời gian ........40 vi Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn hàm lượng protein còn lại trong dịch thủy phân Pepsin và bã chiết..................................................................................................................42 Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn sự biến đổi hàm lượng protein trong dịch và bã theo thời gian .......................................................................................................................43 Hình 3.6: Đề xuất quy trình sản xuất chitin............................................................45 vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT GT: Giá trị HL: Hàm lượng KL: Khối lượng NL: Nguyên liệu TP: Thủy phân TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam TS: Tiến sỹ XK: Xuất khẩu 1 LỜI NÓI ĐẦU Tốc độ tăng trưởng của nền kinh tế đã kéo theo hệ quả tất yếu là môi trường đang bị chịu nhiều ảnh hưởng nặng nề. Quy mô công nghiệp hóa ở nước ta đang diễn ra mạnh mẽ. Lượng chất thải ở các ngành công nghiệp đang là vấn đề cần giải quyết cho toàn xã hội. Để hạn chế tối đa sự ô nhiễm môi trường, người ta đã sử dụng rất nhiều biện pháp thu hồi và xử lý phế liệu Đặc thù của ngành công nghiệp chế biến thủy sản là lượng phế liệu và rác thải hữu cơ rất lớn. Sử dụng một cách có hiệu quả phế liệu đang là một câu hỏi lớn cần giải quyết. Ở nước ta, tôm là mặt hàng xuất khẩu với số lượng lớn và được ưa chuộng trên các thị trường, bên cạnh đó là lượng lớn phế liệu bao gồm đầu, vỏ. Việc tận dụng sản xuất các sản phẩm giá trị gia tăng mà đặc biệt là chitin đang được các doanh nghiệp quan tâm. Tuy nhiên hầu hết các cơ sở sản xuất chitin hiện nay đều sử dụng hòa chất trong các khâu xử lý. Điều này lại nảy sinh vấn đề ô nhiễm môi trường do hóa chất và lượng dịch protein quý giá không được thu hồi. Chình vì thế, việc nghiên cứu sử dụng enzym vào sản xuất chitin là điều vô cùng cần thiết, không những hạn chế tối đa những ảnh hưởng tiêu cực tới môi trường mà ta còn thu hồi được lượng lớn dịch thủy phân để sản xuất các sản phẩm giá trị gia tăng ứng dụng trong y học, thực phẩm… Đây là bước đệm cho công nghệ sản xuất chitin ở nước ta vồn còn lạc hậu. Đã có rất nhiều nghiên cứu ở nước ta và trên thế giới về sử dụng enzym thủy phân protein trong quá trình tách protein. Tuy nhiên việc sử dụng một enzym duy nhất lại không cho chitin sản phẩm đạt yêu cầu chất lượng do lượng protein còn lại trong chitin là tương đối lớn.Chính vì vậy , em đã chọn đề tài “ Đánh giá khả năng phối hợp enzym Alcalase và Pepsin để khử protein cho đầu tôm trong quá trình sản xuất chitin”. Trong quá trình nghiên cứu và trình bày, chắc chắn báo cáo sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được các ý kiến đóng góp để nghiên cứu được hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn. Nha Trang, tháng 7 năm 2011 SV. Nguyễn Văn Trường 2 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ PHẾ LIỆU TÔM 1.1.1. TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN MẶT HÀNG TÔM VÀ KHẢ NĂNG TẬN DỤNG PHẾ LIỆU TÔM Ở NƯỚC TA HỆN NAY. 1.1.1.1. Tình hình xuất khẩu tôm ở nước ta Cùng với sự phát triến nhanh của nền kinh tế nước ta trong những năm gần đây, thì ngành thủy sản và đặc biệt là những sản phẩm xuất khẩu từ tôm đã đem lại nguồn ngoại tệ khổng lồ. Các mặt hàng tôm xuất khẩu rất đa dạng, nhưng phần lớn tôm được đưa vào chế biến dưới dạng tôm vỏ bỏ đầu hoặc tôm lột, chủ yếu bao gồm: - Tôm nguyên con (HOSO) cấp đông IQF - Tôm vỏ bỏ đầu (HLSO) cấp đông IQF, block. - Tôm PDTO hấp cấp đông IQF (IQF CPTO). - Tôm vỏ bỏ đầu hấp cấp đông IQF. - Tôm PDTO hấp cấp đông IQF. - Tôm PD, PTO xẻ bướm tẩm bột. - Tôm lột PTO (bỏ đầu, bỏ vỏ còn đuôi) cấp đông IQF, block. - Tôm lột PD (bỏ đầu, bỏ vỏ, bỏ đuôi) cấp đông IQF, block. - Tôm lột PTO xiên que đông IQF. - Tôm lột PD xiên que đông IQF. - Tôm PDTO NOBASHI. - Tôm NOBASHI tẩm bột (EBI FURAI). Theo thống kê mới nhất của FAO về xuất khẩu tôm sú trên thế giới, số liệu năm 2006, Việt Nam tiếp tục 4 năm liền đứng thứ 1 về giá trị xuất khẩu, đạt 1,25 tỷ USD. Về sản lượng Việt Nam đứng thứ 4, với 131,615 tấn sau Thái Lan, Ấn Độ, Indonesia. (VASEP). Số liệu xuất khẩu tôm của Việt Nam cho thấy ngành này vẫn tiếp tục tăng trưởng mặc dù 2009 là năm hết sức khó khăn do ảnh hưởng suy thoái kinh tế toàn cầu. Theo Hải quan Việt Nam, đến hết tháng 11 của năm 2009, số liệu xuất khẩu mặt hàng 3 tôm đi các thị trường của Việt Nam đạt: 190,490.000 tấn, trị giá 1.518 tỷ USD. Cả nước có hơn 300 doanh nghiệp tham gia xuất khẩu tôm, trong đó có 60 doanh nghiệp dẫn đầu chiếm hơn 80% kim ngạch; 120 doanh nghiệp có giá trị xuất khẩu tôm hơn 1 triệu USD. Chủ yếu xuất cho các thị trường lớn như Nhật, Hoa Kỳ, Úc, Anh, Belgium, Canada, Trung Quốc, Đức, Đài Loan và Nam Triều Tiên. Năm 2009, xuất khẩu tôm được giữ vững, phần nhiều nhờ công đóng góp của con tôm thẻ chân trắng. Tỷ lệ tôm thẻ chân trắng vẫn tiếp tục xu hướng tăng dần lên trong cơ cấu chung bởi loại tôm này có năng suất cao, chất lượng tương đương mà giá thành nuôi lại rẻ hơn. Hơn nữa người tiêu dùng trên thế giới đang thắt chặt chi tiêu, cần mua tôm giá rẻ tôm thẻ chân trắng càng có lợi thế bứt phá. Mặt khác Việt Nam có lợi thế ở thị trường tôm chân trắng cỡ nhỏ do có nguồn lao động. Thống kê năm 2009 cho thấy, Nhật Bản gia tăng nhập khẩu tôm chân trắng, chiếm 18% khối lượng, Mỹ thị trường nhập khẩu tôm chân trắng lớn nhất chiếm 28%. Theo thống kê sơ bộ, xuất khẩu tôm thẻ chân trắng năm 2009 đạt hơn 50,000 tấn với kim ngạch hơn 300 triệu USD. Năm 2009, theo hiệp hội VASEP riêng ngành tôm đạt khối lượng xuất khẩu gần 210 nghìn tấn với kim ngạch xuất khẩu trên 1,67 tỷ USD, so với năm 2008 tăng 9,4% về khối lượng và 3% về giá trị. Cũng theo tổng thư kí hiệp hội VASEP năm 2010 xuất khẩu tôm chân trắng của Việt Nam dự kiến đạt 500 triệu USD, sản lượng đạt khoảng 150,000 tấn, tăng gấp đôi năm 2008. Cùng với sự tăng nhanh sản lượng xuất khẩu sản phẩm tôm ra thị trường thì nguồn phế liệu do ngành này tạo ra cũng ngày càng tăng cao. Theo thống kê của tổ chức Nông Lương thế giới FAO thì sản lượng tôm trên thế giới khoảng trên dưới 4 triệu tấn /năm. Hầu hết sản lượng tôm trên thế giới từ các nước đang phát triển như: Thái Lan, Việt Nam, Trung Quốc, Ecudo, Malaysia, Ấn Độ, và Indonexia. Theo đó đã tạo ra một lượng phế liệu tôm rất lớn, ước tính có khoảng 1,6 triệu tấn/năm. [1] Năm 2010, Việt Nam đã XK gần 241.000 tấn tôm các loại, trị giá 2,106 tỷ USD, tăng 13,4% về khối lượng và 24,1% về giá trị so với cùng kỳ năm 2009. Trong năm, giá trị XK sang một sô thị trường chính đều tăng trưởng tốt từ 2,5% - 53,8%, chỉ có giá trị NK tôm từ Việt Nam của Canađa giảm nhẹ 0,2% so với cùng kỳ năm 2009. 4 So với tháng 11/2010, giá trị XK tôm Việt Nam sang các thi trường chính trong tháng 12 hầu hết đều tăng, riêng giá trị XK sang Mỹ, Pháp và Ôxtrâylia giảm từ 1,6 24,3 triệu USD. Cũng trong tháng này, giá trị XK sang thị trường Mỹ tuy giảm mạnh tới 24,3 triệu USD so với tháng trước đó, song vẫn giữ mức tăng tưởng khá so với cùng kỳ năm 2009, tương ứng 18,3%.[11] Hình 1.1: Biểu đồ giá trị xuất khẩu tôm của nước ta từ năm 2006-2010 Hình 1.2: Biểu đồ tỷ lệ giá trị xuất khẩu tôm sang các thị trường năm 2010 Tính đến ngày 15/4/2011, Việt Nam XK gần 52 nghìn tấn tôm sang 70 quốc gia và vùng lãnh thổ trên thế giới, thu về 482 triệu USD. XK tôm sang Nhật Bản giảm sút kể từ giữa tháng 3 và kéo dài sang tháng 4 do động đất và sóng thần. Tuy nhiên, mức giảm không lớn và XK tôm sang Nhật Bản sẽ nhanh chóng tăng trưởng trở lại do nhu cầu tại thị trường này tăng cao. XK tôm sang các nước EU trong thời gian qua cho thấy sức tăng trưởng cao, điển hình như XK sang Đức tăng trên 139% về giá trị, sang Anh tăng 57%, và sang Bỉ tăng gần 53%. 5 Từ đầu năm đến ngày 15/4/2011, Việt Nam XK gần 52 nghìn tấn tôm các loại, trị giá trên 481 triệu USD, tăng 20,7% về khối lượng và 34% về giá trị so với cùng kỳ năm ngoái. XK sang hầu hết các thị trường chính đều tăng trưởng mạnh. Riêng XK sang Ôxtrâylia chứng kiến mức sụt giảm khá sâu kể từ đầu năm. [11] Nhìn chung, tình hình xuất khẩu thủy sản nói chung, và mặt hàng tôm nói riêng đang có những dấu hiệu tích cực với sự phát triển bền vững. 1.1.1.2. Thành phần, tính chất và tình hình tận thu phế liệu tôm. Phần lớn tôm được đưa vào chế biến dưới dạng tôm vỏ bỏ đầu hoặc tôm lột PTO. Từ thực tế đó ta thấy chất thải rắn trong sản xuất sản phẩm từ tôm chủ yếu là đầu và vỏ nhưng tỷ lệ đầu tôm cao hơn. Phần đầu thường chiếm 34 ÷ 45%, phần vỏ 10 ÷ 15% trọng lượng tôm nguyên liệu [7]. Sản lượng xuất khẩu tôm càng cao thì phế liệu tôm thải ra càng lớn. Phế liệu đầu và vỏ tôm thường chiếm 50 ÷ 70% nguyên liệu ban đầu (Đỗ Văn Nam và cộng sự, 2005; Shahidi và Synowiecki, 1991).Nguồn phế liệu này nếu biết tận dụng triệt để sẽ đem lại nguồn lợi nhuận khổng lồ. Nó không chỉ đem lại giá trị kinh tế cao mà còn có ý nghĩa bảo vệ môi trường.[8] * Thành phần phế liệu tôm Phế liệu tôm bao gồm đầu tôm, vỏ tôm và đuôi tôm. Ngoài ra trong quá trình sản xuất còn có các dạng phế liệu như các mảnh tôm đứt gẫy, tôm biến đỏ, biến đen nhưng số lượng ít. Chủ yếu vẫn là đầu tôm. 6 Bảng 1.1 : Thành phần trọng lượng của các loại tôm [7] Loại tôm Đầu tôm Vỏ tôm Thẻ 28.00 9.00 Sú 31.40 8.90 He 29.8 10.00 Chì 31.85 11.07 Bộp 31.55 12.15 Rảo 33.20 12.20 Gân 33.14 11.27 Rằn 33.90 10.40 Càng 51.95 8.56 Sắt 42.38 11.62 Hùm 63.40 5.50 Mũ ni 52.20 12.57 Vàng 31.75 13.07 * Thành phần hóa học của đầu tôm Thành phần hóa học chiếm tỷ lệ đáng kể trong đầu tôm là protein, chitin, khoáng, enzyme và sắc tố. Trong đó hàm lượng protein lên chiếm tới trên 50%. - Protein trong đầu tôm tồn tại ở 2 dạng: + Dạng tự do: dạng này tồn tại trong nội tạng tôm hay trong cơ thịt. + Dạng liên kết: đây là protein không hòa tan, thường liên kết với chitin, calci carbonate, với lipid tạo thành lipoprotein, sắc tố tạo proteincarotenoid... như một phần thống nhất quyết định tính bền vững của vỏ tôm. - Enzym: Trong đầu tôm chứa một lượng không nhỏ enzym nội tại, đó là enzym protease. Nó tồn tại trong nội tạng nên chủ yếu nằm trong đầu tôm. Hoạt độ enzyme protease của đầu tôm khoảng 6,5 đơn vị hoạt độ/g tươi. Ngoài ra còn có enzyme alkaline phosphatesa, chitinase, -N-acetyl glucosamidase. 7 - Chitin: tồn tại dưới dạng liên kết với protein, khoáng và những hợp chất hữu cơ khác. - Khoáng: trong thành phần đầu tôm có chứa một lượng muối vô cơ, chủ yếu là calci carbonate. - Sắc tố: sắc tố trong đầu tôm cũng như vỏ tôm chủ yếu là astaxanthin. Chất này kết hợp với protein một cách chặt chẽ. Nhờ liên kết này mà thành phần astaxanthin trong vỏ được bảo vệ, khi liên kết giữa astaxanthin và protein không còn nữa thì astaxanthin dễ dàng tách ra và bị oxy hóa thành astaxin. * Tình hình tận dụng phế liệu tôm ở nước ta hiện nay Ở nước ta, mỗi năm có một lượng rất lớn phế liệu tôm được tạo ra, tính riêng trong năm 2010 có khoảng hơn 89100 tấn phế liệu tôm được tạo ra, trong đó phế liệu đầu là hơn 67400 tấn vì thế việc tận thu phế liệu tôm để sản xuất các sản phẩm giá trị gia tăng có giá trị kinh tế cao, cùng với việc đảm bảo môi trường đang là điều vô cùng cần thiết đối với ngành thủy sản Việt Nam. Trước đây phế liệu tôm chủ yếu dùng trong sản suất thức ăn gia súc. Bắt đầu từ tháng 6 năm 2002, dự án sản xuất thử chitosan bắt đầu được thực hiện tại trường Đại học Thủy sản Nha Trang. Quy trình sản xuất chất chitosan của trường Đại học Thủy sản khá đơn giản. Vỏ tôm, cua, ghẹ được đưa vào bể xử lý - chúng là nguyên liệu để làm ra chất chitin. Từ chitin qua xử lý thu được chitosan rất có giá trị. Phần lớn phế liệu tôm ở Việt Nam đều được dùng làm nguyên liệu để sản xuất chitin – chitosan. Thực tế đã có nhiều công ty chuyên sản xuất các sản phẩm chitin - chitosan như: công ty Phương Duy, khu công nghiệp và khu chế xuất Cần Thơ, công ty TNHH kỹ nghệ sinh hóa Quốc Thành Việt Trung - những doanh nghiệp tiên phong trong xử lý phế liệu thủy sản. Hàng năm tiêu thụ gần 30.000 tấn phế liệu thủy sản. Ngoài việc nghiên cứu sản xuất chitin- chitosan và các dẫn xuất của nó thì việc thu hồi chất màu axtaxanthin, protein, khoáng... là điều rất quan trọng. - Sử dụng phế liệu tôm trong sản xuất chitin – chitosan: 8 Đây là biện pháp sử dụng phế liệu chính không chỉ ở Việt Nam mà hầu hết các nước trên thế giới. Sử dụng phế liệu tôm sản xuất chitin-chitosan mang lại lợi ích kinh tế cao và có ý nghĩa lớn bởi những ứng dụng tuyệt vời từ sản phẩm này. Nguồn phế liệu sẵn có cho công nghiệp chitin đã làm cho các phân xưởng sản xuất phát triển nhanh và hiện nay đã đạt mức trên 3.000 tấn chitin thô mỗi năm, chủ yếu là xuất qua Trung Quốc. Nhu cầu phế liệu cho nền công nghiệp non trẻ này đã vượt qua khả năng cung cấp của các nhà máy chế biến tôm khiến cho việc thu mua phế liệu tôm ngày càng trở nên khó khăn và cạnh tranh rất cao. - Sử dụng phế liệu tôm trong tách chiết astaxanthin: Biện pháp này cũng là một hướng đi đem lại giá trị cao cho nguồn phế liệu tôm tại Việt Nam. - Sử dụng phế liệu tôm trong sản xuất thức ăn chăn nuôi: Tùy theo từng vùng mà nguồn phế liệu này được dùng làm thức ăn chăn nuôi ở các dạng khác nhau. Ở Nha Trang thường là dạng tươi (phế liệu nghiền nhỏ) và làm thức ăn cho tôm cá dưới dạng bột. Chất lượng bột phụ thuộc vào chất lượng phế liệu và phương pháp chế biến. Tận dụng theo hướng này mới chỉ giải quyết được 1/3 số phế liệu. - Sử dụng phế liệu tôm sản xuất bột đạm đầu tôm: Bột đạm đầu tôm được sản xuất từ nguồn phế liệu tôm và những nguồn nguyên liệu tôm chất lượng thấp như tôm đứt gẫy, tôm đã bắt đầu biến màu và tôm nhỏ, tôm vụn. Đây là một nguồn protein động vật tốt cho gia súc. Bột đầu tôm có khoảng 33÷34% protein, trong đó có 4÷5% lyzin, 2,7% methionin. Ngoài ra bột đầu tôm giàu canxi 5,2%, photpho 0,9% và các nguyên tố vi lượng khác. Bột đầu tôm hiện nay được chế biến bằng cách thủ công. Nếu là tôm lớn thì người ta dùng tay để bóc vỏ và đầu ra khỏi thân tôm. Phần thịt tôm được sấy hoặc phơi khô là phần chính phẩm, còn phần vỏ và đầu được phơi nắng là phần phụ phẩm được dùng cho chăn nuôi. Còn nếu là tôm loại nhỏ thì tôm được cho vào bao 50 kg rồi dùng cây để đập dập cho đầu tôm tách khỏi thân tôm. Phần thân tôm được tách riêng bằng cách cho tất cả lên một sàn lớn, rồi dùng tay chà xát để tách riêng ra từng phần một. 9 Bột đầu tôm có những phần đen với những màu khác nhau như: vàng nhạt, hồng, cam và có mùi rất đặc trưng. Có hai loại bột đầu tôm, loại có nhiều vỏ và loại có nhiều thịt. Bột đầu tôm chứa nhiều vỏ là loại bột sử dụng làm thức ăn cho chăn nuôi như thức ăn cho tôm, cá. Bột đầu tôm có nhiều thịt và được sản xuất với công nghệ cao hơn được ứng dụng trực tiếp làm thực phẩm cho người. Các sản phẩm như bột canh tôm hay các sản phẩm surimi...có bổ sung bột tôm vừa tăng giá trị dinh dưỡng vừa tạo mùi đặc trưng của sản phẩm. Ứng dụng bày không chỉ nâng cao được giá trị cho phế liệu tôm mà còn đa dạng hóa được sản phẩm thực phẩm. 1.1.2. TỔNG QUAN VỀ CHITIN 1.1.2.1. Cấu tạo, tính chất chitin: [10] Chitin được cấu tạo từ nhiều đơn vị N-acetyl-  -D glucosamin liên kết với nhau thông qua cầu nối  -1,4 glucoside. Cấu trúc của chitin là một tập hợp các phân tử, liên kết với nhau bởi các cầu nối glucoside và hình thành một mạng lưới các sợi có tổ chức. Hình 1.3: Cấu trúc chitin Tính chất: - Chitin có màu trắng. - Không tan trong nước, trong môi trường kiềm, acid loãng và các dung môi hữu cơ như: rượu, ether... - Tan tốt trong các dung dịch đặc nóng như NaOH, thioxianat Liti (LiSCN) và thioxianat canxi Ca(SCN)2. - Phản ứng với NaOH, HCl - Khi đun nóng chitin trong dung dịch NaOH đậm đặc thì chitosan được tạo thành. 10 1.1.2.2. Các phương pháp sản xuất chitin.[5] Sơ đồ tổng quát Phế liệu Khử protein Khử khoáng Tẩy màu Chitin Hình 1.4 : Sơ đồ tổng quát quá trình sản xuất chitin từ phế liệu tôm . Quy trình sản xuất chintin bao gồm các công đoạn: tách protein, tách khoáng, tẩy màu. Việc tẩy màu tại các nước nhiệt đới như nước ta thường kết hợp quá trình phơi khô. *Các phương pháp sản xuất chitin ở nước ngoài. * Phương pháp hóa học: Rất nhiều quy trính sản xuất chitin bằn phương pháp hóa học được nghiên cứu và phát triển (No và cộng sự, 1989; Srikumlaithong và cộng sự, 1996; Roberts, 1998; Stevens, 2002)Tuy nhiên có một số công đoạn xử lý khác nhau tùy theo tính chất phế liệu, điều kiện sản xuất, quy mô sản xuất, các yếu tố kinh tế kỹ thuật và môi trường, yêu cầu chất lượng sản phẩm.Sau đây là quy trình sản xuất chitin tổng quát: 11 Phế liệu tôm Khử protein bằng NaOH Rửa trung tính Khử khoáng bằng HCl Rửa trung tính Tẩy màu bằng NaOH hoăc H2O2 Rửa Sấy Chitin Hình 1.5: Quy trình sản xuất chitin tổng quát từ phế liệu thủy sản bằng phương pháp hóa học. Ưu điểm: - Đơn giản, không đòi hỏi thiết bị máy móc phức tạp. - Chi phí thấp. - Dễ áp dụng để sản xuất lớn. Nhược điểm: - Chitin, chitosan thu được có độ nhớt thấp, phân tử lượng thấp. 12 - Protein, astaxanthin chua được tận dụng và thu hồi. - Ô nhiễm môi trường do nước thải và hóa chất. *Phương pháp sinh học: Từ những năm 60 của thế kỉ trước đã có những nghiên cứu về ứng dụng enzym protease để thủy phân protein (Takede và Abe, 1962; Takeda và Katsuura, 1964). Những năm tiếp theo, enzym protease vi sinh vật Pseudomonas maltophilia được nghiên cứu để khử protein trong vỏ tôm,cua (Shimahara va Takiguchi, 1988). Hàm lượng protein còn lại trên chitin khoảng 5%. Các nghiên cứu sử dụng enzym chymotrypsin và papain để thủy phân protein trong phế liệu tôm (NellieGagne và cộng sự, 1993) cho thấy hàm lượng protein còn lại trên chitin là khá thấp, cụ thể là 1,3% và 2,8%. Dùng enzym Alcalase để thủy phân protein từ phế liệu tôm crangon, thu hồi được 64,3% protein (Synowiecki và cộng sự, 2000)[8] Có một số nghiên cứu khử khoáng bằng lên men lactic hoặc sử dụng các acid lactic, acid acetic (Mahmoud và Ghaly, 2006; Charoenvutuham và cộng sự, 2006) 13 Phế liệu tôm Khử protein bằng protease hoặc lên men vi sinh vật Rửa Khử khoáng bằng acid hữu cơ Rửa Tẩy màu Rửa/sấy khô Chitin Hình 1.6: Quy trình sản suất chitin tổng quát bằng phương pháp sinh học.