Kết hợp xử lý sơ bộ bằng acid formic trong qui trình chế biến phế liệu tôm để nâng cao chất lượng chitin chitosan

Chia sẻ: Danh Tuong Vi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

66
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Kết hợp xử lý sơ bộ bằng acid formic trong qui trình chế biến phế liệu tôm để nâng cao chất lượng chitin chitosan

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