Tài liệu Thiết kế phân xưởng sản xuất chitosan từ đầu và vỏ tôm, năng suất 500 kg sản phẩm ngày

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ----o0o---- NGUYỄN THỊ TUYẾT SƯƠNG THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT CHITOSAN TỪ ĐẦU VÀ VỎ TÔM, NĂNG SUẤT 500KG SẢN PHẨM/NGÀY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Nha Trang, tháng 6 năm 2014 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ----o0o---- NGUYỄN THỊ TUYẾT SƯƠNG THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT CHITOSAN TỪ ĐẦU VÀ VỎ TÔM, NĂNG SUẤT 500KG SẢN PHẨM/NGÀY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM GVHD : TS. VŨ DUY ĐÔ Nha Trang, tháng 6 năm 2014 i LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập và thực hiện đồ án khóa luận tốt nghiệp tại trường Đại học Nha Trang, mặc dù gặp nhiều khó khăn, nhưng với sự dìu dắt quý báu của thầy cô, sự ủng hộ của gia đình và bạn bè, cùng với sự nỗ lực của bản thân, tôi đã hoàn thành xong đề tài “Thiết kế phân xưởng sản xuất chitosan từ đầu và vỏ tôm, năng suất 500 kg sản phẩm/ngày”. Trước hết, tôi vô cùng biết ơn ban giám hiệu trường Đại học Nha Trang, các thầy cô trong khoa Công nghệ thực phẩm đã trang bị cho tôi những kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập và rèn luyện tại trường để tôi có thể làm cơ sở thực hiện đề tài và vững bước vào đời. Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy TS. Vũ Duy Đô đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia dình, người thân và bạn bè đã tạo điều kiện, động viên, khích lệ để tôi vượt qua mọi khó khăn trong quá trình học tập vừa qua. Tôi xin chân thành cảm ơn! Khánh Hòa, ngày 08 tháng 06 năm 2014 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Tuyết Sương ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................. i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT............................................................................. vi DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................... vii DANH MỤC HÌNH ....................................................................................................... ix LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................. 1 Chương 1. LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT ............................................................. 3 1.1. Tổng quan về công nghệ sản xuất chitin - chitosan .............................................. 3 1.1.1. Quy trình công nghệ chung sản xuất chitin - chitosan ................................... 3 1.1.2. Tình hình nghiên cứu chitin-chitosan trên thế giới và ở Việt Nam ............... 6 1.1.3. Một số quy trình sản xuất chitin – chitosan hiện nay .................................... 8 1.2. Ý nghĩa, nhiệm vụ, yêu cầu và các điều kiện thiết kế ........................................ 11 1.2.1. Ý nghĩa của việc thiết kế phân xưởng sản xuất chitosan ............................. 11 1.2.2. Nhiệm vụ thiết kế ......................................................................................... 12 1.2.3. Yêu cầu đối với thiết kế: Đáp ứng tiêu chuẩn HACCP ............................... 13 1.2.4. Các điều kiện thiết kế ................................................................................... 17 Chương 2. XÁC ĐỊNH CÔNG NGHỆ, TÍNH CÂN BẰNG NGUYÊN, VẬT LIỆU, TÍNH CHỌN MÁY, THIẾT BỊ VÀ LAO ĐỘNG........................................................ 22 2.1. Xác định công nghệ, tính cân bằng nguyên, vật liệu .......................................... 22 2.1.1. Nguyên liệu .................................................................................................. 22 2.1.2. Quy trình công nghệ sản xuất chitosan ........................................................ 26 2.1.3. Cân bằng nguyên, vật liệu ............................................................................ 31 2.2. Tính chọn máy, thiết bị ....................................................................................... 42 2.2.1. Nguyên tắc chọn máy, thiết bị ..................................................................... 42 2.2.2. Tính chọn máy, thiết bị ở phân xưởng ......................................................... 44 iii 2.2.3. Tính chọn máy, thiết bị phụ ......................................................................... 55 2.3. Bố trí nhân lực phân xưởng ................................................................................ 57 2.3.1. Lao động trưc tiếp sản xuất .......................................................................... 57 2.3.2. Lao động gián tiếp........................................................................................ 61 Chương 3. QUI HOẠCH MẶT BẰNG XƯỞNG SẢN XUẤT .................................... 63 3.1. Nguyên tắc bố trí mặt bằng phân xưởng............................................................. 63 3.2. Các công trình cụ thể .......................................................................................... 64 3.2.1. Phân xưởng sản xuất chính .......................................................................... 64 3.2.2. Kho thành phẩm ........................................................................................... 70 3.2.3. Kho bảo quản nguyên liệu ........................................................................... 72 3.2.4. Kho hóa chất ................................................................................................ 73 3.2.5. Kho bao bì .................................................................................................... 76 3.2.6. Phòng quản đốc ............................................................................................ 76 3.2.7. Phòng KCS................................................................................................... 76 3.2.8. Phân xưởng cơ điện...................................................................................... 77 3.2.9. Phân xưởng nồi hơi ...................................................................................... 77 3.2.10. Kho chứa dầu FO ....................................................................................... 77 3.2.11. Bể dự trữ nước ........................................................................................... 78 3.2.12. Khu xử lý dịch thải thu hồi hóa chất .......................................................... 78 3.2.13. Trạm xử lý nước thải.................................................................................. 78 Chương 4. TÍNH NHU CẦU NĂNG LƯỢNG, NƯỚC, XỬ LÝ NƯỚC THẢI.......... 81 4.1. Tính điện năng .................................................................................................... 81 4.1.1. Tính điện chiếu sáng .................................................................................... 81 4.1.2. Tính điện động lực ....................................................................................... 85 4.2. Tính nhiệt và hơi................................................................................................. 86 4.2.1. Tính nhiệt và hơi dùng cho thùng ngâm công đoạn ngâm trong NaOH ...... 86 4.2.2. Tính nhiệt và hơi dùng cho thùng ngâm công đoạn deacetyl ...................... 89 iv 4.2.3. Tính nhiệt và hơi cho công đoạn sấy ........................................................... 92 4.2.4. Tính hơi dùng cho nhu cầu khác .................................................................. 92 4.2.5. Tính hơi dùng cho toàn phân xưởng ............................................................ 93 4.2.6. Chọn nồi hơi và tính nhiên liệu .................................................................... 93 4.3. Tính nước ............................................................................................................ 94 4.3.1. Lượng nước tiêu thụ trong phân xưởng sản xuất chính ............................... 94 4.3.2. Lượng nước dùng cho nồi hơi...................................................................... 95 4.3.3. Lượng nước dùng cho sinh hoạt................................................................... 96 4.4. Xử lý nước thải ................................................................................................... 96 Chương 5. TÍNH KINH TẾ........................................................................................... 99 5.1. Tính vốn đầu tư cố định ...................................................................................... 99 5.1.1. Vốn đầu tư xây dựng.................................................................................... 99 5.1.2. Vốn đầu tư máy, thiết bị............................................................................. 100 5.2. Tính chi phí sản xuất......................................................................................... 100 5.2.1. Chi phí nguyên, vật liệu ............................................................................. 100 5.2.2. Chi phí nhân công ...................................................................................... 101 5.2.3. Chi phí điện ................................................................................................ 103 5.2.4. Chi phí nước ............................................................................................... 103 5.2.5. Chi phí nhiên liệu ....................................................................................... 104 5.2.6. Chi phí khấu hao ........................................................................................ 104 5.2.7. Chi phí phát sinh ........................................................................................ 104 5.3. Tính giá thành sản phẩm ................................................................................... 104 5.3.1. Chi phí quản lý doanh nghiệp .................................................................... 104 5.3.2. Chi phí bán hàng ........................................................................................ 105 5.3.3. Giá thành sản phẩm .................................................................................... 105 5.3.4. Định giá sản phẩm...................................................................................... 105 5.4. Tính hiệu quả kinh tế ........................................................................................ 105 v 5.4.1. Tổng doanh thu .......................................................................................... 105 5.4.2. Lãi gộp ....................................................................................................... 105 5.4.3. Lãi thuần .................................................................................................... 105 5.4.4. Lợi nhuận thuần ......................................................................................... 106 5.4.5. Lợi nhuận sau thuế ..................................................................................... 106 5.4.5. Thời gian thu hồi vốn ................................................................................. 106 5.4.6. Tỷ suất lợi nhuận trên doanh thu................................................................ 106 KẾT LUẬN ................................................................................................................. 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 108 vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Giải thích CDA Enzyemer chitin deadetylase D Chiều rộng H Chiều cao h Giờ L Chiều dài QCVN Quy chuẩn Việt Nam to Nhiệt độ τ Thời gian w/v Tỷ lệ nguyên liệu trên dung dịch vii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Thống kê yếu tố khí tượng tỉnh Khánh Hòa năm 2012................................. 18 Bảng 2.1. Thành phần trọng lượng của tôm (%) ........................................................... 22 Bảng 2.2. Thành phần hóa học của phế liệu tôm (%) ................................................... 25 Bảng 2.3. Thành phần hóa học của vỏ tôm sú ............................................................... 25 Bảng 2.4. Tính chất lý hóa của HCl, NaOH .................................................................. 26 Bảng 2.5. Sơ đồ nhập nguyên, vật liệu .......................................................................... 31 Bảng 2.6. Biểu đồ sản xuất theo ca ............................................................................... 32 Bảng 2.7. Biểu đồ sản xuất cụ thể ................................................................................. 32 Bảng 2.8. Tỷ lệ hao phí nguyên liệu trong quy trình sản xuất chitosan ........................ 34 Bảng 2.9. Bảng tổng hợp định mức và năng suất các công đoạn .................................. 35 Bảng 2.10. Bảng tổng hợp nhu cầu hóa chất cho dây chuyền sản xuất......................... 39 Bảng 2.11. Bảng tổng hợp nguyên liệu sản phẩm ......................................................... 40 Bảng 2.12. Biểu đồ quá trình kỹ thuật........................................................................... 41 Bảng 2.13. Thống kê các máy, thiết bị trong phân xưởng ............................................ 55 Bảng 2.14. Bảng bố trí công nhân tổ đóng gói .............................................................. 57 Bảng 2.15. Bảng bố trí công nhân trực tiếp sản xuất .................................................... 58 Bảng 2.16. Bảng bố trí công nhân phụ .......................................................................... 59 Bảng 2.17. Bảng bố trí lao động gián tiếp ..................................................................... 61 Bảng 2.18. Bảng tổng hợp lao động trong phân xưởng ................................................ 62 Bảng 3.1. Bảng tổng hợp các công trình xây dựng phân xưởng ................................... 79 Bảng 4.1. Bảng tổng hợp điện chiếu sáng ..................................................................... 84 Bảng 4.2. Bảng tổng hợp điện động lực ........................................................................ 85 Bảng 4.3. Lượng hơi dùng cho toàn phân xưởng .......................................................... 93 Bảng 4.4. Bảng tiêu hao nước cho công đoạn rửa trung tính ........................................ 95 Bảng 5.1. Bảng tổng hợp giá thành các công trình xây dựng phân xưởng ................... 99 viii Bảng 5.2. Bảng tổng hợp giá thành các máy, thiết bị chính ........................................ 100 Bảng 5.3. Chi phí nguyên, vật liệu cho phân xưởng ................................................... 101 Bảng 5.4. Tiền lương của lao động gián tiếp............................................................... 102 ix DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ quy trình sản xuất chitosan của nhóm nghiên cứu của Nhật ..................7 Hình 1.2. Sơ đồ quy trình sản xuất chitosan Yamashaki và Nakamichi ..........................8 Hình 1.3. Sơ đồ quy trình sản xuất chitosan của Trần Thị Luyến ....................................9 Hình 2.1. Sơ đồ quy trình sản xuất .................................................................................25 Hình 2.2. Sơ đồ hồi lưu dịch thải và nước thải trong quá trình sản xuất chitosan .........34 Hình 2.3. Cấu tạo máy rửa băng chuyền ........................................................................42 Hình 2.4. Máy rửa băng chuyền .....................................................................................43 Hình 2.5. Cấu tạo máy ép tách dịch ...............................................................................44 Hình 2.6. Máy đóng gói đứng TTM-1300KB ................................................................50 Hình 2.7. Máy dò kim loại băng tải tự động D-300 .......................................................51 Hình 3.1. Sơ đồ mặt bằng khu ngâm ..............................................................................62 Hình 3.2. Sơ đồ mặt bằng khu xử lý nguyên liệu ...........................................................63 Hình 3.3. Sơ đồ mặt bằng khu bao gói ...........................................................................65 Hình 3.4. Sơ đồ mặt bằng khu thay đồ, vệ sinh..............................................................66 Hình 3.5. Sơ đồ mặt bằng xưởng cơ điện .......................................................................72 Hình 3.6. Sơ đồ mặt bằng phân xưởng ...........................................................................75 Hình 4.1. Sơ đồ quy trình xử lý nước thải ......................................................................92 1 LỜI MỞ ĐẦU Chế biến phế liệu thành các sản phẩm giá trị gia tăng là một lĩnh vực đang được quan tâm phát triển theo hướng nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên, sản xuất sản phẩm mới, ứng dụng sản xuất sạch hơn, hạn chế ô nhiễm môi trường nhằm góp phần phát triển bền vững sản xuất công nghiệp. Ở Việt Nam, vài thập kỷ qua đánh dấu một bước phát triển ngoạn ngục của ngành thủy sản. Chỉ riêng các mặt hàng từ tôm đã đạt kim ngạch xuất khẩu trung bình 1,5 tỷ USD. Phế liệu tôm theo đó ước tính trên 100.000 tấn/năm với lượng chitin (tinh khiết) tương ứng trên 4 000 tấn. Vì vậy, cần phải nghiên cứu và sử dụng nguồn phế liệu này để sản xuất các sản phẩm có giá trị, nâng cao hiệu quả sử dụng nguyên liệu, giải quyết vấn đề chất thải trong quá trình chế biến. Trong phế liệu thủy sản chứa rất nhiều thành phần có giá trị, đặc biệt là chitin chitosan, là các polymer sinh học đang được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp từ thực thực phẩm, nông nghiệp, đến y học. Hiện nay, ở Việt Nam đã có nhiều nhà máy sản xuất chitin - chitosan từ phế liệu chế biến thủy sản để nâng cao hiệu quả của quá trình chế biến và giảm thiểu từ gốc sự ô nhiễm môi trường của công nghệ chế biến thủy sản. Mặc dù tình hình sản xuất chitin - chitosan khá lạc quan, công nghệ sản xuất chitin - chitosan ở Việt Nam đang còn ở trình độ hạn chế, chưa tạo được sản phẩm thỏa mãn yêu cầu để có thể xuất qua các thị trường như Nhật, Hàn Quốc, Mỹ. Công nghệ hiện nay còn gây ô nhiễm môi trường rất lớn và chi phí sản xuất cao vì chưa tận thu các thành phần có giá trị khác bên cạnh chitin như protein, chất màu từ phế liệu thủy sản. Điều này do nhiều nguyên nhân. Một trong các nguyên nhân căn bản là nhà sản xuất mong muốn đầu tư ít, luật pháp về môi trường chưa nghiêm và sản phẩm thô vẫn đang có thị trường chấp nhận. Tuy vậy, để có thể khai thác nguồn phế liệu này có hiệu quả hơn, mang lại lợi nhuận lớn hơn và giảm ô nhiễm môi trường, cần có đầu tư thích đáng hơn và cải tiến căn bản công nghệ sản xuất đang áp dụng hiện nay. 2 Để đáp ứng yêu cầu và nhiệm vụ đặt ra trong điều kiện thực tế ở nước ta, tôi được giao nhiêm vụ : “Thiết kế phân xưởng sản xuất chitosan từ đầu và vỏ tôm, năng suất 500 kg sản phẩm /ngày”. Nội dung đề tài: 1) Lập luận kinh tế kỹ thuật cho thiết kế; 2) Xác định công nghệ, tính cân bằng nguyên, vật liệu, tính chọn máy, thiết bị và lao động cho xưởng sản xuất; 3) Qui hoạch mặt bằng xưởng sản xuất; 4) Tính nhu cầu năng lượng, nước, xử lý nước thải cho xưởng sản xuất; 5) Tính kinh tế cho xưởng sản xuất. Trong thời gian thực hiện đề tài, dù đã có nhiều cố gắng, tuy nhiên do lần đầu tiên tiếp xúc với công việc thiết kế cùng với việc thiếu kinh nghiệm và kiến thức còn nhiều hạn chế nên đề tài của tôi vẫn có nhiều thiếu sót. Tôi rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn để đề tài của tôi được hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cám ơn! 3 Chương 1. LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 1.1. Tổng quan về công nghệ sản xuất chitin - chitosan 1.1.1. Quy trình công nghệ chung sản xuất chitin - chitosan [12], [13], [21] Khác với các polymer khác, trong quá trình nấu chiết, người ta thường hòa tan polymer ra dung dịch rồi sau đó lọc, và tách dung môi để thu hồi dưới dạng rắn. Chitin ngược lại, khi tách chiết, người ta lại làm ngược với các polymer thực vật là lấy tất cả các tạp chất ra khỏi vỏ giáp xác, phần còn lại sẽ là chitin. Trên thực tế có rất nhiều quy trình sản xuất chitin - chitosan khác nhau. Tùy theo mục đích của sản phẩm mà người ta chọn quy trình sản xuất chitosan phù hợp. Các quy trình có phương pháp sản xuất, số công đoạn, thứ tự công đoạn, loại hóa chất và thông số xử lý khác nhau. Thế nhưng dựa vào tính chất tồn tại của chitin - chitosan trong tự nhiên mà để tách triết chúng thường qua các quá trình chính là khử khoáng, khử protein, tẩy màu và deacetyl hóa.  Khử khoáng Trong nguyên liệu để sản xuất chitin - chitosan có rất nhiều khoáng chất ở dạng muối khoáng tồn tại chủ yếu ở dạng CaCO3 và số ít ở dạng Ca3(PO4)2. Vậy nên người ta thường dùng axit HCl, H2SO4… để khử khoáng. Trong thực tế người ta thường dùng axit HCl để khử khoáng vì có hiệu suất cao hơn so với dùng H2SO4 và các axit khác. Phương trình phản ứng của quá trình khử khoáng: CaCO3 + 2 HCl = CaCl2 + CO2↑ + H2O Ca3(PO4)2 + 6 HCl = 3 CaCl2 + 2 H3PO4 Khí CO2 sinh ra được giải phóng ra ngoài môi trường, trong quá trình thoát ra nó làm cho nguyên liệu nổi lên. Do vậy trong quá trình ngâm phải khuấy đảo liên tục để khí thoát ra đều và để axit tác động đều đến nguyên liệu. Muối sinh ra hòa tan trong nước rửa nên dễ dàng được rửa trôi ở công đoạn rửa trung tính. 4 Trong môi trường axit một phần protein bị biến tính nên nó bị tách ra khỏi liên kết protein-astasanthin, astasanthin được tách ra ở dạng tự do dễ bị oxy hóa trong không khí chuyển thành astacin có màu đỏ đặc trưng. Trong quá trình khử khoáng thì nồng độ axit HCl, thời gian xử lý và tỷ lệ nguyên liệu/dung dịch HCl có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả khử khoáng và chất lượng của chitin - chitosan thành phẩm. Ngoài ra, có thể khử khoáng bằng acid hữu cơ như acid lactic, acid acetic, acid citric. Khi sử dụng acid hữu cơ để tách khoáng thì chitin - chitosan thu được có độ tinh sạch cao, có thể đáp ứng về yêu cầu độ tinh sạch của chitin trong y dược, thực phẩm. Ngoài ra, chitin - chitosan thu được có phân tử lượng lớn và độ nhớt cao.  Khử protein, lipit Dùng kiềm để thủy phân các protein ở dạng liên kết trong nguyên liệu thành axit amin, peptit, protein tự do và thủy phân lipit tạo thành glycerin và muối của axit béo hòa tan vào trong môi trường. Để khử protein, lipit thường dùng NaOH ở nồng độ vừa phải. Trong quá trình khử protein, lipit thì nồng độ, nhiệt độ, thời gian xử lý và tỷ lệ nguyên liệu/dung dịch NaOH có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất khử protein, lipit và chất lượng chitin - chitosan thành phẩm. Hiện nay, có nhiều nghiên cứu và triển khai thí nghiệm sử dụng protease để thủy phân protein trong quá trình sản xuất chitin từ phế liệu thủy sản. Tuy nhiên, các nghiên cứu này chỉ mới triển khai ở quy mô phòng thí nghiệm và kết quả nghiên cứu cho thấy sử dụng enzyme không khử triệt để được protein từ phế liệu thủy sản và hàm lượng protein còn lại ở mẫu chitin khá cao (6-9%). Vì vậy, để triển khai ở quy mô sản xuất lớn cần nghiên cứu thêm để nâng cao hiệu quả quy trình có sử dụng enzyme để khử protein.  Tẩy màu 5 Trong phế liệu tôm và cua có chứa một lượng lớn chất màu, chủ yếu thuộc nhóm carotenoid: astacene, astaxanthin, canthaxanthin, lutein và β-carotene. Trong quá trình sản xuất chitin, để chitin có màu trắng đẹp thì cần có công đoạn tẩy màu. Việc tẩy màu này có thể thực hiện bằng cách phơi dưới ánh nắng mặt trời hoặc xử lý bằng các chất tẩy màu thông dụng như KMnO4, H2O2, NaOCl, NaHSO3. Thông thường H2O2 và NaOCl được sử dụng nhiều nhất. Tuy nhiên, quá trình tẩy màu thường đi kèm với quá trình cắt mạch chitin, nên dẫn đến chitosan có phân tử lượng thấp. Vì vậy, chế độ tẩy màu cần phải được nghiên cứu lựa chọn phù hợp để hạn chế cắt mạch chitin. Quá trình tẩy màu cần tiến hành nhanh, sử dụng nồng độ thích hợp cho từng loại nguyên liệu. Thông thường quá trình tẩy màu chỉ sử dụng đối với phế liệu tôm vì hàm lượng sắc tố cao, còn đối với xương mực thì không cần thiết phải có bước tẩy màu.  Deacetyl hóa Deacetyl là quá trình khử nhóm acetyl (-COCH3) có trong cấu trúc phân tử của chitin để chuyển chitin thành chitosan. Thông thường quá trình deacetyl được thực hiện bằng cách ngâm chitin trong dung dịch NaOH hoặc KOH đậm đặc. Nồng độ thường sử dụng là 40 - 50%, ở nhiệt độ 100 oC hoặc cao hơn. Công đoạn deacetyl được thực ở những chế độ rất đa dạng, phong phú, tùy thuộc vào nguồn chitin và yêu cầu về tính chất của chitosan. Người ta có thể sử dụng acid đặc để thực hiện quá trình deacetyl. Tuy nhiên, việc xử lý bằng acid đặc thường kèm theo quá trình cắt mạch của polymer, do đó thực hiện deacetyl trong kiềm đặc vẫn là phương pháp thường được sử dụng. Ngoài ra, có thể dùng tác nhân sinh học là enzym chitin deacetylase (CDA) thu nhận từ nấm Absidia coerulia cho quá trình deacetyl. Áp dụng enzymer để deacetyl có nhiều ý nghĩa như nâng cao chất lượng sản phẩm chitosan, tránh sử dụng hóa chất đậm đặc, hạn chế ô nhiễm môi trường. Các kết quả cho thấy quá trình deacetyl bằng CDA chủ yếu thực hiện đối với chitin đã deacetyl một phần, còn đối với chitin tự nhiên thì 6 quá trình deacetyl bằng CDA không hiệu quả. Hiệu quả deacetyl bằng CDA sẽ được tăng lên nếu chitin được xử lý giảm độ rắn trước khi deacetyl bằng CDA (Stevens, 2005). 1.1.2. Tình hình nghiên cứu chitin-chitosan trên thế giới và ở Việt Nam 1.1.2.1. Tình hình nghiên cứu chitin-chitosan trên thế giới Từ những năm 30 của thể kỷ XX việc nghiên cứu về dạng tồn tại, cấu trúc, tính chất hóa lý và ứng dụng của chitin - chitosan đã được công bố, chitin - chitosan đã được đưa vào ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, kể cả lĩnh vực sinh học và đạt được hiệu quả cao. Năm 1972, hãng Kyowa Oid Ansd Fat của Nhật Bản lần đầu tiên đưa vào sản xuất công nghiệp chitin. Năm 1990, sản lượng chitosan trên thế giới vào khoảng 1 200 tấn. Hiện nay đi đầu trong lĩnh vực sản xuất và ứng dụng chitin - chitosan là Nhật Bản với 600 tấn/năm, Mỹ 400 tấn/ năm. Ngoài ra còn có các nước khác như Trung Quốc, Ấn Độ, Pháp… Hiện nay có rất nhiều công ty lớn trên thế giới tham gia vào lĩnh vực sản xuất chitin - chitosan và họ đã nghiên cứu ra nhiều sản phẩm có nguồn gốc chitosan sử dụng thích hợp để xử lý nước, khử các ion kim loại độc, bọc hạt và nhiều ứng dụng khác trong nông nghiệp. 1.1.2.2. Tình nghiên cứu chitin - chitosan ở Việt Nam Là nước có nền khoa học kỹ thuật còn kém phát triển, việc nghiên cứu và sản xuất chitin - chitosan và ứng dụng của nó còng tương đối mới mẻ đối với nước ta. Công trình vào năm 1978 – 1982 của cô Đỗ Minh Phụng tại trường Đại Học Thủy Sản (nay là trường Đại học Nha Trang) là bước khởi đầu của nước ta về lĩnh vực này, tuy nhiên bước đầu vẫn còn gặp nhiều khó khăn. Những năm gần đây, trước yêu cầu cấp bách về xử lý tận thu nguồn phế liệu và những thông tin về kỹ thuật, các nhà khoa học của nước ta bắt đầu nghiên cứu hoàn thiện quy trình sản xuất chitin - chitosan cũng như các ứng dụng của nó. Đã có nhiều 7 trường đại học, nhiều cơ quan nghiên cứu như: Trường Đại Học Tổng Hợp, Đại Học Y Dược TP HCM, Phân Viện Khoa học Việt Nam… cùng nhiều nghiên cứu ở các cơ sở sản xuất khác như: TP HCM, Cà Mau… 8 1.1.3. Một số quy trình sản xuất chitin – chitosan hiện nay 1.1.3.1. Quy trình sản xuất của nhóm nghiên cứu ở Nhật Bản (1996) Nguyên liệu Rửa, sấy khô to = 60oC τ = 10h Nghiền nhỏ đến 2 mm Ngâm trong NaOH NaOH 1N to = (95 - 100 oC) τ = (1 - 2h) Rửa trung tính Sấy khô Ngâm trong HCl to = 60oC τ = 10h HCl 1N to = phòng τ = (1 - 2h) Rửa trung tính Sấy khô Nấu trong NaOH to = 60oC τ = 10h NaOH 50% to = 120 oC τ = (1 - 2h) Rửa trung tính Sấy khô to = 60oC τ = 10h Chitosan Hình 1.1. Sơ đồ quy trình sản xuất chitosan của nhóm nghiên cứu của Nhật iêng Nhận xét: Sản phẩm chitosan sản xuất theo quy trình này có màu sắc đẹp, hàm lượng protein và khoáng chất còn lại trong chitin thấp, chitosan thu được có tính đa 9 dạng cao. Tuy nhiên, do quá trình tách protein và khử khoáng đều thực hiện ở nhiệt độ cao nên phân tử lượng và độ nhớt của chitosan thu được thấp. 1.1.3.2. Quy trình sản xuất của Yamashaki và Nakamichi (Nhật Bản) Nguyên liệu (vỏ tôm) Ngâm trong HCl HCl 2M to = 100 oC τ = 2h Rửa trung tính Sấy Nấu trong NaOH NaOH 15M to = 150 oC τ = 1h Rửa trung tính Sấy Chitosan Hình 1.2. Sơ đồ quy trình sản xuất chitosan của Yamashaki và Nakamichi Nhận xét: Thời gian được rút ngắn triệt để. Giá thành sẽ rẻ do hạn chế hóa chất. Chitosan có độ tinh khiết cao. Tuy nhiên, phải có thiết bị nồi cao áp do gia nhiệt lớn. Màu sắc của chitosan sẽ không đẹp, màu vàng do tiến hành ở nhiệt độ cao cộng với chế độ tẩy màu. Độ nhớt thấp vì tiến hành ở nhiệt độ cao gây đứt mạch nhiều. 1.1.3.3. Quy trình sản xuất của PGS.TS Trần Thị Luyến (Đại học Nha Trang) Nguyên liệu sử dụng là vỏ tôm, vỏ cua và phế liệu của các nhà máy chế biến thuỷ sản. Quá trình deacetyl được thực hiện ở nhiều mức nồng độ NaOH, thời gian và nhiệt độ. Nếu dùng nồng độ NaOH thấp thì phải tăng thời gian xử lý thì chitosan thành