Tài liệu Nghiên cứu quy trình thu hồi protein từ dung dịch máu cá tra trong quá trình chế biến cá tra

h a n g e Vi e w N y bu k to LỜI CAM KẾT Luận văn Thạc sỹ khoa học này được kỹ sư Mã Huy thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của Tiến sỹ Trang Sĩ Trung, khoa chế biến, Trường Đại học Nha Trang, Việt Nam. Những kết quả thực nghiệm của chúng tôi thu được trong luận văn Thạc sỹ khoa học này là hoàn toàn mới và chưa được ai công bố chính thức. Tôi xin cam đoan đây là sự thật và hoàn toàn chịu trách nhiệm với những kết quả mình đã công bố. Nha Trang, ngày 30 tháng 10 năm 2009 Tác giả thực hiện Mã Huy .d o m w .c o m o lic ii lic C c u -tr a c k w w .d o w w w C k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e w N y bu LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: - Thầy TS. Trang Sĩ Trung, trưởng Bộ môn Hóa - vi sinh- Khoa chế biến Trường Đại học Nha Trang đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài; - Thạc sỹ Nguyễn Công Minh, Bộ môn Hóa - vi sinh - Khoa chế biến Trường Đại học Nha Trang đã trợ giúp tôi trong suốt quá trình thực hiện thí nghiệm; - Toàn thể thầy, cô Viện công nghệ sinh học & môi trường, Bộ môn Hóa – Vi sinh – Khoa Chế Biến - Trường Đại học Nha Trang tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình triển khai các thí nghiệm; - Ban giám đốc nhà máy chế biến thủy sản Ấn Độ Dương, thuộc tập đoàn Nam Việt đã hỗ trợ chúng tôi trong quá trình kháo sát và thu mẫu dung dịch máu cá tra tại nhà máy. Chân thành cảm ơn ban giám đốc các nhà máy IDI thuộc tập đoàn Sao Mai, tỉnh An Giang, nhà máy Trường Nguyên, khu công nghiệp Trà Nóc 1 cùng các bạn hữu, kỹ sư thuộc các nhà máy chế biến cá tra khu vự đồng bằng Sông Cửu Long, đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong quá trình khảo sát hiện trạng xử lý dịch máu thải của nhà máy. - Ban lãnh đạo và cán bộ Trung tâm Khuyến nông - ngư, Chi Cục phát triển nông thôn tỉnh Cà Mau đã tạo điều kiện, chia sẻ khó khăn và động viên tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài; - Ba mẹ và gia đình đã luôn động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp; - Cùng các bạn hữu, đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ và cùng tôi chia sẻ những khó khăn để hoàn thành luận văn này. Tôi mãi mãi ghi nhận sự giúp đỡ quí báu của quí thầy, cô, đồng nghiệp và bạn hữu. k to .d o m w o m o .c lic iii lic C c u -tr a c k w w .d o w w w C k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e c u -tr a c k w N y bu to k lic iv MỤC LỤC Số trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TẮT TRONG LUẬN VĂN ................................. VII DANH MỤC BẢNG .................................................................................................VIII DANH MỤC HÌNH .....................................................................................................IX MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .................................................................3 1.1. Tổng quan về cá Tra ...............................................................................................4 1.1.1. Sản lượng chế biến cá tra................................................................................4 1.1.2. Thành phần và giá trị dinh dưỡng của cá tra................................................5 1.1.3. Dung dịch máu cá, nước thải và thực trạng xử lý nước thải của các nhà máy chế biến cá tra hiện nay..............................................................................8 1.2. Protein, tính chất và phương pháp thu hồi protein..............................................9 1.2.1. Tính chất hòa tan của protein.........................................................................9 1.2.2. Các phương pháp thu hồi protein hòa tan trong dung dịch ......................10 1.3. Tổng quan về chitosan và ứng dụng chitosan trong việc thu hồi protein ......16 1.3.1. Cấu trúc và tính chất của chitosan ...............................................................16 1.3.2. Ứng dụng của chitosan thu trong hồi protein.............................................17 1.4. Clorua canxi và ứng dụng làm chất trợ lắng......................................................19 CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........21 2.1. Nguyên vật liệu .....................................................................................................22 2.1.1. Máu cá tra .......................................................................................................22 2.1.2. Dụng cụ, thiết bị, hóa chất sử dụng .............................................................22 2.2. Phương pháp nghiên cứu......................................................................................22 2.2.1. Khảo sát hiện trạng dung dịch máu cá tại một số nhà máy chế biến cá Tra ở Đồng bằng Sông Cửu Long và xác định các tính chất cơ bản của dung dịch máu cá......................................................................................................22 .d o o w .c m C m o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e c u -tr a c k w N y bu 2.2.3. Bố trí thí nghiệm tổng quát...........................................................................24 2.2.4. Bố trí thí nghiệm xác định pH thích hợp để kết tủa protein trong dung dịch máu cá tra ................................................................................................25 2.2.5. Bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ thích hợp để kết tủa protein trong dung dịch máu cá tra ......................................................................................26 2.2.6. Nghiên cứu xác định thời gian xử lý nhiệt thích hợp................................27 2.2.7. Nghiên cứu xác định chế độ xử lý thích hợp khi sử dụng phương pháp điểm đẳng điện kết hợp với chitosan làm chất trợ lắng..............................28 2.2.8. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của độ deacetyl và phân tử lượng chitosan đến hiệu suất thu hồi và thời gian lắng của protein..............................................29 2.2.9. Nghiên cứu xác định chế độ xử lý thích hợp khi sử dụng phương pháp điểm đẳng điện kết hợp với CaCl2 làm chất trợ lắng..................................30 2.2.10. Nghiên cứu xác định chế độ xử lý thích hợp khi sử dụng phương pháp xử lý nhiệt kết hợp với chitosan làm chất trợ lắng ....................................31 3.3. Phương pháp phân tích.........................................................................................31 3.3.1. Xác định hàm lượng protein.........................................................................31 3.3.2. Xác định hàm lượng lipid theo phương pháp Folch ................................. 32 3.3.3. Xác định hàm lượng ẩm theo phương pháp sấy ở 1050 C ................................. 32 3.3.4. Phương pháp xác định hàm lượng tro ........................................................32 3.3.5.Phương pháp xác định thành phần acid amin..............................................32 3.3.6. Phương pháp xác định thời gian lắng .........................................................32 3.3.7. Phương pháp xử lý số liệu ............................................................................32 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.........................................................33 3.1. Kết quả khảo sát hiện trạng dung dịch máu cá ở một số nhà máy chế biến cá Tra ở đồng bằng sông Cửu Long ..................................................................34 3.2. Kết quả khảo sát thành phần hóa học và các chỉ tiêu môi trường cơ bản của nguyên liệu dung dịch máu cá tra........................................................................39 3.3. Kết quả nghiên cứu qui trình thu hồi protein từ dung dịch máu cá Tra.........40 3.3.1. Nghiên cứu qui trình thu hồi protein bằng phương pháp đẳng điện........40 k to 2.2.2. Nghiên cứu qui trình thu hồi protein từ dung dịch máu cá.......................23 lic .d o m w o v .c C m o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e c u -tr a c k w N y bu 3.3.3. Đánh giá hiệu quả về mặt môi trường khi xử lý dung dịch máu cá ........54 3.3.4. Đề xuất qui trình thu hồi protein từ dung dịch máu cá tra........................55 3.3.5. Đề xuất các trang thiết bị trong qui trình thu hồi protein từ dung dịch máu cá tra ..........................................................................................................56 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN ......................................................................58 Kết luận......................................................................................................................58 Đề xuất ý kiến ...........................................................................................................59 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................60 k to 3.3.2. Nghiên cứu qui trình thu hồi protein bằng phương xử lý nhiệt ...............48 lic .d o m w o vi .c C m o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e w N y bu k to DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TẮT TRONG LUẬN VĂN Stt Ký hiệu viết Viết đầy đủ tắt 1 BOD Biochemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy sinh hóa). 2 COD Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy hóa học). 3 TSS Total Suspendid Solid (Tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng). 4 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam. .d o m w .c o m o lic vii lic C c u -tr a c k w w .d o w w w C k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e c u -tr a c k w N y bu to k lic viii DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1. Các loài thuộc giống cá tra ở Việt Nam .....................................................4 Bảng 1.2. Sản lượng chế biến cá tra.............................................................................5 Bảng 1.3. Tỷ lệ khối lượng các thành phần của cá tra trong chế biến .....................5 Bảng 1.4. Thành phần hoá hoc cơ bản của cá tra philê .............................................5 Bảng 1.5. So sánh thành phần acid amin không thay thế trong protein cá tra với một số nguồn protein khác......................................................................................6 Bảng 1.6. Tính chất của một số loại chitosan thương mại (Cho và cộng sự, 1998)............17 Bảng 3.1. Hiện trạng thải bỏ máu cá năm 2008 của một số nhà máy chế biến cá tra.......38 Bảng 3.2. Thành phần hóa học và các chỉ tiêu môi trường cơ bản của dung dịch máu cá tra ..............................................................................................................39 Bảng 3.3. Kết quả ảnh hưởng của pH đến trạng thái kết tủa của protein..............40 Bảng 3.4. Các chỉ tiêu hóa lý của bột protein thu được dung dịch máu cá từ hai phương pháp xử lý .................................................................................................51 Bảng 3.5. Thành phần acid amin trong bột protein từ máu cá tra ..........................52 Bảng 3.6. Kết quả chỉ tiêu VSV trong bột protein ...................................................53 .d o o w .c m C m o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e c u -tr a c k w N y bu to k lic ix DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1. Quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm cá tra phi-lê đông IQF tại Công ty cổ phần Nam Việt, An Giang ................................................................................... 7 Hình 1.2. Công thức cấu tạo của chitosan ................................................................. 17 Hình 2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát thu hồi protein từ dung dịch máu cá tra......24 Hình 2.2. Bố trí thí nghiệm chọn giá trị pH thích hợp để kết tủa protein từ dung dịch máu cá tra ..............................................................................................................25 Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ thích hợp để thu hồi protein.......26 Hình 2.4. Xác định thời gian xử lý nhiệt thích hợp..................................................27 Hình 2.5. Sơ đồ nghiên cứu thu hồi protein bằng phương pháp điểm đẳng điện có bổ sung chitosan làm chất trợ lắng .............................................................................28 Hình 2.6. Sơ đồ nghiên cứu ảnh hưởng của độ deacetyl và phân tử lượng chitosan đến hiệu suất thu hồi và thời gian lắng của protein..................................................29 Hình 2.7. Sơ đồ nghiên cứu thu hồi protein bằng phương pháp điểm đẳng điện có bổ sung CaCl2 làm chất trợ lắng .................................................................................30 Hình 2.8. Sơ đồ nghiên cứu thu hồi protein bằng phương pháp xử lý nhiệt có bổ sung chitosan làm chất trợ lắng ..................................................................................31 Hình 3.1. Bồn ngâm tiết tại công ty tnhh trường nguyên........................................34 Hình 3.2. Bồn ngâm tiết tại nhà máy Ấn Độ Dương ...............................................36 Hình 3.3. Bồn ngâm tiết tại nhà máy chế biến thủy sản đa quốc gia IDI..............37 Hình 3.4. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến hiệu suất thu hồi protein .................40 Hình 3.5. Ảnh hưởng của pH và chitosan đến hiệu suất thu hồi protein...............42 Hình 3.6. Ảnh hưởng của việc xử lý ph kết hợp bổ sung chitosan đến chiều cao cột kết tủa protein .........................................................................................................42 Hình 3.7. Ảnh hưởng của độ deacetyl chitosan đến hiệu suất thu hồi protein ..... 43 Hình 3.8. Ảnh hưởng của độ deacetyl chitosan đến chiều cao cột kết tủa protein..... 44 .d o o w .c m C m o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e c u -tr a c k w N y bu Hình 3.10. Ảnh hưởng của độ phân tử lượng chitosan đến chiều cao cột kết tủa protein ............................................................................................................................45 Hình 3.11. Ảnh hưởng việc kết hợp pH và CaCl2 đến hiệu suất thu hồi protein.........46 Hình 3.12. Ảnh hưởng của việc kết hợp pH và CaCl2 đến chiều cao cột kết protein......47 Hình 3.13. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi protein.........................48 Hình 3.14. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất thu hồi protein .......................49 Hình 3.15. Ảnh hưởng của nhiệt độ và chitosan đến hiệu suất thu hồi protein.... 50 Hình 3.16. Ảnh hưởng của sự kết hợp nhiệt độ và chitosan đến chiều cao cột kết tủa protein......................................................................................................................50 Hình 3.17. Hiệu quả về mặt môi trường khi xử lý dung dịch máu cá bằng phương pháp xử lý nhiệt và bổ sung chitosan.........................................................................54 Hình 3.18. Sơ đồ qui trình thu hồi protein trong dung dung dịch máu cá tra .......55 Hình 3.19. Mô hình tổng thể thiết bị thu hồi protein từ dung dịch máu cá tra ..... 56 k to Hình 3.9. Ảnh hưởng của phân tử lượng chitosan đến hiệu suất thu hồi protein.........45 lic .d o m w o x .c C m o .d o w w w w w C lic k to bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e N y .c to k lic MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay vấn để ô nhiễm môi trường do nước thải chế biến thủy sản đang ở mức báo động. Một trong những nguyên nhân là do chúng ta chưa có biện pháp hợp lý để tận thu các phụ phẩm hữu cơ, chủ yếu là protein trong nước thải của quá trình chế biến mà thường thải các thành phần này ra môi trường hoặc chưa xử lý đúng yêu cầu nên gây ô nhiễm. Chế biến cá tra đang phát triển rất nhanh ở Đồng bằng Sông Cửu Long. Theo thống kê năm 2008, nguồn nguyên liệu cá tra, basa đạt gần 1,2 triệu tấn, doanh số xuất khẩu cá tra, cá basa ước đạt 1,4 tỉ USD (Bộ NN&PTNT, 2008). Quá trình chế biến cá tra tạo ra một lượng dung dịch máu cá, theo ước tính thì trung bình mỗi tấn cá tạo ra từ 0,5 đến 0,7 m3 hoặc cao hơn tùy theo qui trình áp dụng. Do đó, với sản lượng chế biến cá năm 2008 thì sinh ra một lượng dung dịch máu cá rất lớn, lên cả vài trăm ngàn m3. Trong dung dịch máu cá có một lượng protein hòa tan lớn, có giá trị dinh dưỡng rất cao. Hiện nay, lượng dung dịch máu cá chưa được xử lý đúng mức mà thường đưa trực tiếp vào hệ thống xử lý nước thải, gây quá tải hệ thống, dẫn đến ô nhiễm môi trường. Vì vậy, việc thu hồi protein trong dịch máu cá là yêu cầu thiết yếu, vừa để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường, lại giúp tăng hiệu quả sử dụng nguồn lợi protein. Hiện nay, để thu hồi protein thì có một số phương pháp thông dụng như phương pháp đẳng điện (điều chỉnh pH bằng acid, kiềm) hoặc xử lý nhiệt để kết tủa protein. Ngoài ra, để tăng cường hiệu quả, rút ngắn thời gian xử lý trong quá trình thu hồi protein từ nước thải thủy sản, một số chất keo tụ, tạo bông thường được sử dụng như các muối vô cơ (NaCl, Al2(SO4)3, FeCl 3), các polyme như alginate, chitosan, polyme tổng hợp (Marti và cộng sự, 1994; Wibowo và cộng sự, 2005; Chakrabarti, 2006; Trang Sĩ Trung và cộng sự, 2008). Đặt biệt chitosan, một polyme sinh học được chiết rút chủ yếu từ phế liệu thủy sản, có tính keo tụ và tạo bông rất tốt và đã được ứng dụng nhiều trong thu hồi protein (Zeng và cộng sự, 2008; Renault và cộng sự, 2009). Ngoài ra, vì chitosan không độc và có hoạt tính sinh học có lợi như kháng nấm, kháng khuẩn, chống oxy hóa, bảo vệ protein (protein protectant) nên sản phẩm protein thu hồi có thể sử dụng trong chế biến thức ăn cho người và động vật (Hirano, 1996). Xuất phát từ những vấn đề trên, mục đích đề tài “Nghiên cứu qui trình thu hồi protein từ dung dịch máu cá tra trong quá trình chế biến cá tra”, nghiên cứu qui trình thu hồi protein, có sử dụng các chất trợ lắng thích hợp cho các nhà máy chế biến cá tra .d o m o o c u -tr a c k C w w w .d o m C lic k to 1 w w w w bu bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e N y .c to k khác tìm ra giải pháp hợp lý cho việc giảm tải hệ thống xử lý nước thải của các nhà máy chế biến cá tra hiện nay. Đây chính là hướng đi mới, nhằm tìm tìm ra những giải pháp thích hợp, để giải quyết những vấn đề bức xúc và nan giải của các nhà máy chế biến thủy sản nói chung và các nhà máy chế biến cá tra ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long nói riêng. 2. Ý nghĩa khoa học của đề tài  Khảo sát hiện trạng dung dịch máu cá tại các cơ sở chế biến cá Tra ở đồng bằng sông Cửu Long  Nghiên cứu thu hồi protein từ dung dịch máu cá bằng phương pháp điểm đẳng điện.  Nghiên cứu thu hồi protein từ dung dịch máu cá bằng phương pháp xử lý nhiệt.  Nghiên cứu bổ sung chất trợ lắng chitosan trong việc thu hồi protein  Đánh giá chất lương bột protein thu được và đánh giá hiệu quả về mặt môi trường  Xây dựng được quy trình công nghệ thu hồi protein từ dung dịch máu cá Tra. 3. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài  Đánh giá hiện trạng và thành phần cơ bản của dung dịch máu cá để từ đó có biện pháp xử lý phù hợp  Quy trình thu hồi protein từ dung dịch máu cá đáp ứng được yêu cầu xử lý dung dịch máu cá để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường và nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn lợi. 4. Kết cấu của luận văn Luận văn bao gồm các chương mục sau:  Mở đầu  Chương 1: Tổng quan tài liệu  Chương 2: Nguyên vật liệu và phương pháp nghiên cứu  Chương 3: Kết quả và thảo luận  Kết luận và đề xuất ý kiến  Tài liệu tham khảo  Phụ lục .d o m C lic ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long. Một mặt tận thu nguồn protein phế thải, mặt o o c u -tr a c k w w w .d o m C lic k to 2 w w w w bu bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e N y .c Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU to k lic .d o m o o c u -tr a c k C w w w .d o m C lic k to 3 w w w w bu bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e N y to k lic .c 1.1. Tổng quan về cá Tra Cá tra tên khoa học là Pangasius hypohthalmus, trước đây còn gọi là Pangasius shutchi, hay Sangasius micronemus, rất phổ biến ở Thái Lan, Cam-Pu-Chia, Việt Nam, Philipin, Singapore, nó được xếp vào nhóm cá da trơn. Có khoảng 20 loài trong giống cá tra được tìm thấy ở châu Á, ở Việt Nam có khoảng 9 loài thuộc giống cá này. Bảng 1.1. Các loài thuộc giống cá tra ở Việt Nam STT Tên khoa học Tên địa phương 1 Pangasius hypophthalmus Cá Tra 2 Pangasius bocourti Cá Basa 3 Pangasius macronema Cá Tra nâu 4 Pangasius larnaudii Cá Vồ đém 5 Pangasius nasutus 6 Pangasius sutchi Cá Tra nghệ 7 Pangasius taeniurus Cá Bông lau 8 Pangasius poliranodon 9 Pangasius siamensis Cá Hú Cá Dứa Cá Sát Xiêm Trong tự nhiên cá tra sống tập trung ở lưu vực sông Mê Kông (Thái Lan, Lào, Cam-Pu-Chia và Việt Nam). Nghề nuôi cá tra ở Việt Nam đã có từ những năm 60. Cá Tra có khả năng sống tốt trong điều kiện ao tù, nước đọng, cá ăn được mùn bã hữu cơ, rau quả, động vật thân mềm, cá tạp…do đó nó đã trở thành đối tượng nuôi truyền thống trong ao hồ của người dân đồng bằng sông Cửu Long với nguồn giống tự nhiên được cung cấp từ 2 tỉnh An Giang và Đồng Tháp [8]. 1.1.1. Sản lượng chế biến cá tra Tháng 5 năm 1995 khoa thủy sản Trường Đại Học Cần Thơ cho sinh sản nhân tạo thành công giống cá tra, từ đó đáp ứng được nhu cầu về giống cho các hộ nuôi thương phẩm cũng như thúc đẩy nghề nuôi cá tra lang rộng sang các tỉnh, thành khác. Hiện nay ở các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long cá tra là loài thủy sản có sản lượng xuất khẩu cao nhất, trữ lượng cá tra nuôi tăng lên hàng năm rất nhanh, các nhà máy chế .d o m o o c u -tr a c k C w w w .d o m C lic k to 4 w w w w bu bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e N y to k biến cá tra xuất khẩu cũng mọc lên ngày càng nhiều, tập trung ở cá khu công nghiệp của các tỉnh Đồng Tháp, An Giang, Cần Thơ, Tiền Giang, Vĩnh Long. Các nhà máy này ngày càng hiện đại và đáp ứng nhu cầu xuất khẩu cũng như tiêu thụ sản phẩm của các hộ dân nuôi, theo thống kê cho thấy, có trên 80% lượng cá được xuất khẩu, và hiện nay có trên 50 quốc gia trên thế giới nhập khẩu các sản phẩm chế biến từ các doanh nghiệp chế biến cá tra ở Việt Nam. Bảng 1.2. Sản lượng chế biến cá tra Sản Lượng 1997 1999 2001 2003 2004 2006 2007 2008 (triệu tấn) 0,04 0,086 0,114 0,162 0,255 0,825 1,0 1,2 1.1.2. Thành phần và giá trị dinh dưỡng của cá tra Cũng như các loài thủy sản khác cá tra là loại cá dễ nuôi và có gía trị dinh dưỡng cao, các hình thức nuôi khác nhau thì thành phần dinh dưỡng trong cá cũng khác nhau. Bảng 1.3. Tỷ lệ khối lượng các thành phần của cá tra trong chế biến [7] Hình thức Phi-lê nuôi không da Nuôi ao Nuôi bè Đầu xương, Da Thịt bụng Mỡ lá Nội tạng 40,1 5,15 11,21 2,94 5,84 34,61 38,52 4,98 10,34 3,28 6,02 36,17 vây, đuôi Bảng 1.4. Thành phần hoá hoc cơ bản của cá tra philê Ẩm Protein tổng số Lipid Tro (%) (N*6,25) (%) (%) Cá tra nuôi ao 71,80 16,00 10,03 1,35 Cá tra nuôi bè 72,63 16,04 8,07 1,62 Hình thức nuôi .d o m o .c C lic o c u -tr a c k w w w .d o m C lic k to 5 w w w w bu bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e N y to k lic .c Bảng 1.5. So sánh thành phần acid amin không thay thế trong protein cá tra với một số nguồn protein khác Acid amin (%) Nguồn protein Cá tra Cá biển Thịt bò Sữa Trứng 4 4,6 4,2 4,4 5,5 Valine 5,4 6 5 7,6 8,1 Methionine 3,9 4 2,9 4,3 3,3 Leucine 5,5 6 5,2 7,2 7,1 Isoleucine 7,1 8,4 8,2 10,2 8,4 Phenylalanine 4,7 3,9 4,5 5,3 5,4 Lysine 8,5 8,8 9,3 8,1 6,8 - 1 1,1 1,6 1,9 Threonine Triptophan .d o m o o c u -tr a c k C w w w .d o m C lic k to 6 w w w w bu bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e N y to k Quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm cá tra phi-lê đông IQF tại công ty cổ phần Nam Việt, An Giang. Tiếp nhận nguyên liệu Cắt tiết Dung dịch nước thải máu cá Phi-lê Rửa 1 Lạng da Chỉnh hình Bảo quản Soi ký sinh trùng Bao gói Rửa 2 Cân 2 Quay muối Mạ băng Phân cỡ - Phân loại Cấp đông IQF Cân 1 Rửa 3 Hình 1.1. Quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm cá tra phi-lê đông IQF tại công ty cổ phần Nam Việt, An Giang Nguồn nguyên liệu cung cấp cho nhà máy chế biến cá tra là nguyên liệu còn tươi sống hay nói cách khác là cá còn đang bơi lội. Cá được thu hoạch và vận chuyển đến nhà máy bằng phương tiện tàu, xe và được đưa vào nhà máy để chế biến thành nhiều mặt hàng khác nhau để phục vụ cho xuất khẩu cũng như tiêu thụ nội địa, do đó .d o m o .c C lic o c u -tr a c k w w w .d o m C lic k to 7 w w w w bu bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e N y .c to k các nguồn nguyên liệu thuỷ sản khác. 1.1.3. Dung dịch máu cá, nước thải và thực trạng xử lý nước thải của các nhà máy chế biến cá tra hiện nay Cùng với sự phát triển của nghề nuôi cá tra ở đồng bằng sông Cửu Long hiện nay, các nhà máy chế biến cá tra cũng mọc lên nhiều đáp ứng nhu cầu tiêu thụ nguyên liệu cho các hộ dân, góp phần giải quyết các vấn đề về kinh tế, xã hội cho các tỉnh. Bên cạnh đó vấn đề môi truờng ngày càng ô nhiễm trầm trọng, các nhà máy chế biến có công suất chế biến từ vài chục đến vài trăm tấn nguyên liệu cá tra nguyên liệu trên một ngày đã thải ra môi trường một lượng rất lớn chất thải chứa một hàm lượng rất lớn protein và các chất hữu cơ khác nhưng chưa được thu hồi. Trong quá trình chế biến cá Tra phi lê có công đoạn cắt tiết và sau đó cho vào bồn ngâm để loại máu. Công đoạn này tạo ra một lượng dung dịch máu cá lớn, theo ước tính thì trung bình mỗi tấn cá tạo ra từ 0,5 đến 0,6 m3. Do đó, với sản lượng chế biến cá tra hiện nay thì sinh ra một lượng dung dịch máu cá rất lớn, lên đến vài trăm ngàn m3/năm. Vì vậy, lượng dung dịch máu cá nếu không được xử lý thích hợp sẽ gây ô nhiễm môi trường xung quanh các nhà máy chế biến cá tra. Máu cá cũng như máu các loài động vật khác chứa nhiều thành phần có giá trị dinh dưỡng cao như protein, acid amin, khoáng, vitamin, lipid nên rất thuận lợi cho vi sinh vật phát triển, gây ôi máu, tạo ra các mùi hôi khó chịu, gây ô nhiễm môi trường. Đặc biệt, trong dung dịch máu cá có một lượng protein hòa tan lớn, có giá trị dinh dưỡng rất cao. Hiện nay, lượng dung dịch máu cá chưa được xử lý đúng mức mà thường đươc đưa trực tiếp vào hệ thống xử lý nước thải, gây quá tải hệ thống, dẫn đến gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy, việc thu hồi protein trong dung dịch máu cá là yêu cầu thiết yếu, vừa để giải quyết vấn đề môi trường, lại giúp tăng hiệu quả sử dụng nguồn lợi. Ngoài ra, nước thải trong nhà máy chế biến cá tra còn có thịt vụn, lipid. Các thành phần này đã góp phần gây nên sự ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Khi phân tích nước thải trong chế bíến cá tra người ta nhận thấy hàm lượng BOD ở mức 10002000 mg O2/lít cho nên rất khó sử dụng qui trình sinh học để xử lý, mặt khác trong thành phần nước thải còn có clo dư trong quá trình khử trùng và vệ sinh nhà xưởng với hàm lượng cao, do đó nó ảnh hưởng lớn đến hệ vi sinh vật trong qui trình xử lý, cho nên .d o m C lic nguồn nguyên liệu không có hoặc rất ít được bảo quản bằng các hoá chất bảo quản như o o c u -tr a c k w w w .d o m C lic k to 8 w w w w bu bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e N y .c to k thải trước khi đưa vào khu xử lý. Hiện nay người ta có nhiều biện pháp nhằm giảm thiểu lượng thải như là dùng phương pháp tuyển nổi lipid, dùng lược để thu hồi thịt vụn trước khi thải ra môi trường. Biện pháp giải quyết việc quản lý và xử lý nước thải trong chế biến thuỷ sản đang được áp dụng theo hai hướng cơ bản. Một mặt chủ động giảm lượng nước thải ngay trong quá trình sản xuất bằng cách áp dụng các công nghệ chế biến hiệu quả như áp dụng qui trình sản xuất sạch hơn, sử dụng nước trong chế biến hợp lý hơn, phương pháp này vừa làm tăng tính hiệu quả của qui trình vừa giảm thiểu độ ô nhiễm của nước thải, từ đó giảm chi phí xử lý nước thải. Mặt khác áp dụng công nghệ xử lý nước thải tiên tiến có chi phí tiết kiệm nhất, nghiên cứu tìm biện pháp thu hồi lượng chất hữu cơ hoà tan trong nước thải và cho phép tận dụng những chất này vào nhiều mục đích khác nhau. Xuất phát từ hai hướng cơ bản trên các nhà nghiên cứu đã và đang tìm biện pháp phù hợp cho từng đối tượng nước thải và điều kiện sản xuất của từng xí nghiệp. Nhiều nhà máy ở An Giang, Cần Thơ đã nghiên cứu thử nghiệm áp dụng biện pháp thu hồi lượng protein trong dung dịch máu cá sau khi cắt tiết bằng nhiều biện pháp khác nhau tuy nhiên chỉ mới thử nghiệm do đó dung dịch máu cá hịện nay vẫn được thải ra trực tiếp môi trường và tình trạng ô nhiễm môi trường do các nhà máy chế biến cá tra hiện nay vẫn chưa có biện pháp khắc phục. Khó khăn và trở ngại nhất hiện nay là hàm lượng protein trong dung dịch máu cá cao, chủ yếu ở dạng protein hòa tan nên không thể sử dụng các biện pháp thông thường thu hồi. 1.2. Protein, tính chất và phương pháp thu hồi protein 1.2.1. Tính chất hòa tan của protein Quá trình hòa tan của phân tử protein trong nước bắt đầu từ sự tiếp xúc giữa các phân tử nước với phân tử protein. Khi đó các phân tử nước có độ phân cực cao bị hấp phụ bởi các nhóm phân cực trên bề mặt các phân tử protein. Kế đến sự phân tán các phân tử protein trong môi trường nước sẽ góp phần làm tăng bề mặt tiếp xúc liên pha, dẫn đến hình thành lớp vỏ hydrate bao quanh bề mặt phân tử protein, làm cho protein hòa tan vào trong môi trường nước (bằng phương pháp nhiễu xạ tia X người ta đã xác định được lớp vỏ hydrate này là lớp nước đơn phân tử, có bề dày khoảng 3A0, đúng bằng kích thước của phân tử nước). Khi đó trạng thái hòa tan của các phân tử protein .d o m C lic cách tốt nhất hiện nay là làm cách nào tách bớt hàm lượng các thành phần trong nước o o c u -tr a c k w w w .d o m C lic k to 9 w w w w bu bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e N y .c to k phân tử và khả năng tích điện cùng dấu của các phân tử protein (lực đẩy tĩnh điện giữa các phân tử). Do vậy, yếu tố đầu tiên ảnh hưởng đến tính chất hòa tan của protein là cấu tạo của phân tử protein. Trật tự sắp xếp và tỷ lệ giửa các nhóm phân cực (nhóm ưa nước) và các nhóm không phân cực (nhóm kỵ nước) trong phân tử protein sẽ đặc trưng cho khả năng hòa tan của phân tử protein. Cụ thể là với các nhóm như -OH, -SH, -COOH, -NH2, ...có tính ưa nước sẽ làm tăng độ hòa tan của phân tử protein trong nước trong khi đó các nhóm có tính kỵ nước như -CH3, -C2H5, -C3 H7,... sẽ làm giảm tính tan của protein trong nước. Các phân tử protein có cấu trúc không gian dạng sợi như keratin, fibroin, miozin,... tan kém trong nước, còn các phân tử protein dạng hình cầu như albumin, mioglobin, hemoglobin,... lại tan tốt trong nước. Ngoài ra, dưới tác dụng cộng hợp của các yếu tố môi trường như: pH, nhiệt độ, nồng độ muối trumg tính trong dung dịch, dung môi hữu cơ thì khả năng hòa tan của protein cũng thay đổi rất nhiều [3,4,5]. 1.2.2. Các phương pháp thu hồi protein hòa tan trong dung dịch Để thu hồi protein trong dung dịch nói chung và trong dung dịch máu cá nói riêng thì quan trọng nhất là phải có phương pháp thích hợp nhất. Mỗi công nghệ, phương pháp đều có ưu, khuyết điểm nhất định. Do đó tuỳ theo điều kiện của mỗi nhà máy, chi phí đầu tư, thời gian, chi phí năng lượng, hoá chất, nhân công, hiệu suất thu hồi…và chất lượng sản phẩm thu được sẽ mang lại gía trị lợi nhuận cho nhà sản xuất bao nhiêu và quan trọng nhất có giải quuyết được vấn đề ô nhiễm môi trường cho nhà máy hiện nay hay không mà chúng ta chọn công nghệ, phương pháp cho thích hợp. Các phương pháp thu hồi protein chính + Phương pháp kết tủa [1] Đây là phương pháp ứng dụng nhiều nhất trong công nghiệp để thu nhận chế phẩm protein từ dung dịch. Nguyên tắc của phương pháp này là dưới tác động của các yếu tố bên ngoài tương tác giữa protein với nước, giữa protein với protein, giữa protein với các thành phần khác sẽ bị thay đổi, dẫn đến kết quả là làm giảm khả năng tan của protein trong dung dịch, các phân tử protein tập hợp lại thành một khối kết tủa .d o m C lic trong nước sẽ được duy trì bởi 2 yếu tố: độ bền của lớp vỏ hydrate bao quanh bề mặt o o c u -tr a c k w w w .d o m C lic k to 10 w w w w bu bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c h a n g e Vi e N y .c to k được chia thành 2 dạng: * Biến tính thuận nghịch Là dạng biến tính thường gây ra những thay đổi bên ngoài phân tử như: sự phá vỡ lớp vỏ hydrate trên bề mặt phân tử protein hay điện tích của các phân tử bị trung hòa. Bên cạnh đó biến tính thuận nghịch cũng có thể biến đổi vể mặt cấu trúc không gian của phân tử protein mà nguyên nhân là do có sự phá hủy các liên kết trong phân tử. Chủ yếu là do các liên kết như liên kết ion, liên kết hydro, liên kết kỵ nước (liên kết Van der Wals) bị phá vỡ tương ứng với các cấu trúc bậc 4, bậc 3 bị thay đổi chuyển thành cấu trúc bậc 2 thậm chí cấu trúc bậc 2 bị thay đổi một phần. Nói chung ở đây hầu như không có sự phân hủy các liên kết bền trong phân tử (tiêu biểu là liên kết cầu nối disulfua). Chính vì thế mà khi tác nhân gây biến tính được loại ra thì các cấu trúc ban đầu của phân tử protein được phục hồi trở lại (biến tính thuận nghịch) * Biến tính không thuận nghịch Là dạng biến tính gây ra những biến đổi sâu sắc, dẫn đến mất khả năng phục hồi trở lại cấu trúc ban đầu của phân tử protein. Khi đó các liên kết hóa học yếu có trong phân tử kể cả một số liên kết mạnh như cầu disulfua cũng bị phá hủy. Đầu tiên phân tử protein duỗi mạch chuyển về cấu trúc đơn giản (bậc 1 hoặc bậc 2), sau đó có thể hình thành những liên kết mới, trong trường hợp này do mất đi các liên kết bền ban đầu mà phân tử protein không còn khả năng phục hồi lại cấu trúc tự nhiên ngay cả khi tác nhân gây biến tính được loại bỏ, điều này cũng đồng nghĩa với việc phân tử protein bị mất đi các tính chất ban đầu. Trên cơ sở đó phương pháp kết tủa gây biến tính không thuận nghịch được ứng dụng rất nhiều để thu nhận protein với mụch đích giữ lại các giá trị dinh dưỡng của sản phẩm. Tùy vào điều kiện cụ thể mà các tác nhân gây biến tính được ứng dụng độc lập hay phối hợp với nhau sao cho quá trình thu nhận đạt được hiệu quả mong muốn. + Kết tủa bằng điều chỉnh pH Do tính chất phân li lưỡng cực nên khi hòa tan trong dung dịch, ở một giá trị pH nhất định các phân tử protein chủ yếu ở dạng lưỡng cực với các nhóm amin bị proton hóa (nhận proton), còn các nhóm carboxyl bị phân ly (mất proton). Khi đó do tích diện .d o m C lic và tách ra khỏi dung dịch. Tùy theo tác nhân gây biến tính mà sự biến tính của protein o o c u -tr a c k w w w .d o m C lic k to 11 w w w w bu bu y N O W ! XC er O W F- w PD h a n g e Vi e ! XC er PD F- c u -tr a c k .c