Nghiên cứu sử dụng vi khuẩn lactic để khử khoáng và protein trên đầu và vỏ tôm trong sản xuất chitosan

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 11 THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VI KHUẨN LACTIC ĐỂ KHỬ KHOÁNG VÀ PROTEIN TRÊN ĐẦU VÀ VỎ TÔM TRONG SẢN XUẤT CHITOSAN STUDY ON USING LACTIC ACID BACTERIA FOR DEMINERALIZATION AND DEPROTEINIZATION OF HEADS AND SHELLS OF SHRIMP IN CHITOSAN PRODUCTION Vũ Ngọc Bội1, Nguyễn Thị Mỹ Trang2, Ngô Thị Phương Thảo3 Lê Phương Chung4, Hoàng Thị Bảo Yến5 Ngày nhận bài: 01/9/2015; Ngày phản biện thông qua: 11/11/2015; Ngày duyệt đăng: 15/3/2016 TÓM TẮT Sản xuất chitin và chitosan từ đầu vỏ tôm theo phương pháp hóa học để khử tạp chất có nhược điểm là ô nhiễm môi trường, chi phí sản xuất cao, các sản phẩm phụ lẫn với hoá chất nên việc tận dụng gặp nhiều khó khăn Nghiên cứu này đã thử nghiệm sử dụng 2 chủng vi khuẩn lactic có hoạt tính mạnh là Lactobacillus plantarum VTCC 431 và Lactobacillus bulgaricus VTCC 703 từ Bảo tàng giống chuẩn Việt Nam (VTCC) để khử khoáng và protein trên đầu vỏ tôm. Trong điều kiện lên men kỵ khí, với tỉ lệ vi khuẩn bổ sung 10%, thời gian lên men 132h, pH của môi trường 7.2, kết quả đã khử được hơn 85% protein và khoáng trong đầu vỏ tôm. Kết quả nghiên cứu này cho thấy khả năng sử dụng vi sinh vật trong cải tiến quy trình sản xuất chitin và chitosan từ đầu và vỏ tôm, hạn chế ô nhiễm môi trường, cải thiện chất lượng chitin và chitosan. Từ khóa: L. plantarum VTCC 431, L. bulgaricus VTCC 703, vỏ đầu tôm, chitosan, chitin ABSTRACT Some weakpoints of chemical method to remove impurities from heads and shells of shrimp in chitin and chitosan production are environmental pollution, high production costs, by products contain extraneous matters so diffi cult to retrieveThis study tested the use of two strains of lactic acid bacteria have strong activity, Lactobacillus plantarum VTCC 431 and Lactobacillus bulgaricus VTCC 703 from Vietnam Type Culture Collection (VTCC) to demineralize and deproteinize heads and shells of shrimp. In anaerobic fermentation conditions, additional bacteria ratio of 10%, 132 hours fermentation time, pH of 7.2, the results showed that more than 85% protein and mineral were removed from heads and shells of shrimp. These results suggested the possibility of using microorganisms in process improvement chitin and chitosan produced from heads and shells of shrimp, limit environmental pollution and improve the quality of chitin and chitosan. Keywords: L. plantarum VTCC 431, L. bulgaricus VTCC 703, heads and shells of shrimp, chitosan, chitin 1 TS. Vũ Ngọc Bội, 2 ThS. Nguyễn Thị Mỹ Trang: Khoa Công nghệ thực phẩm - Trường Đại học Nha Trang 3 KS. Ngô Thị Phương Thảo: Trường Cao đẳng Nghề - Nha Trang 4 ThS. Lê Phương Chung, 5 Hoàng Thị Bảo Yến: Viện Công nghệ sinh học và Môi trường - Trường Đại học Nha Trang I. ĐẶT VẤN ĐỀ Ngành thủy sản nướ c ta trong những năm gần đây đã đạt được những thành tựu đáng kể về nuôi trồng, chế biến cũng như xuất khẩu và thự c sự đã trở thành ngành kinh tế trọng điểm, đóng góp một phần không nhỏ vào sự phát triển kinh tế của đất nước. Trong đó, ngành chế biế n thủ y sả n luôn giữ vai trò chủ đạo và đóng Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016 12 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG góp một tỷ trọng lớn trong kim ngạch xuất khẩu thủy sản. Theo sự phát triển chế biến thủy sản, mộ t vấ n đề lớn, đang đượ c quan tâm là phế liệ u từ công nghiệ p chế biế n, trong đó có phế liệ u từ chế biế n tôm xuấ t khẩ u. Nguồn phế liệu này nế u không đượ c xử lý hay tậ n dụ ng một cách hiệu quả sẽ gây ô nhiễm môi trườ ng. Trong phế liệu tôm có chứa protein, astaxanthin, chitin,... là những chất rất hữu ích. Do đó, ngoài việc dùng phế liệu tôm để chế biến thức ăn chăn nuôi, chúng ta có thể sử dụng chúng để sản xuất chitin và chitosan mang lại giá trị kinh tế cao (Trần Thị Luyến, 1995). Chitin và dẫn xuất của nó là chitosan là những polysaccharid mạch thẳ ng. Chitin tồn tại ở cả động vật và thực vật. Ở động vật thủy sản, chitin có nhiều ở vỏ tôm, cua ghẹ (Trần Thị Luyến và cộng sự, 2005). Vì vậy, vỏ tôm, cua ghẹ là nguyên phế liệu dồi dào để sản xuất chitin-chitosan. Hiện nay, công nghệ sản xuất chitin và chitosan chủ yếu theo phương pháp hóa học dùng HCl, NaOH để khử protein và khoá ng chấ t. Nhượ c điể m củ a công nghệ nà y là gây ô nhiễm môi trường, ăn mòn thiết bị, chi phí sản xuất cao, chưa tận thu được các thành phần có giá trị như protein, chất màu từ phế liệu thủy sản. Nhiề u nghiên cứ u đã được thực hiện nhằ m cả i thiệ n quy trì nh, hạ n chế nhượ c điể m, tăng hiệ u suấ t thu hồ i cá c thà nh phầ n có í ch, trong đó sử dụ ng vi sinh vậ t hỗ trợ là mộ t trong nhữ ng giả i phá p đượ c nhiề u nhà nghiên cứ u quan tâm (Trang Sĩ Trung, 2008). Lên men lactic là một trong những kỹ thuật phát triển từ lâu đời và được con người ứng dụng sớm nhất trong bảo quản và chế biến thực phẩm (sữa lên men, thịt lên men, rau lên men, các sản phẩm đồ uống) cũng như trong nhiều lĩnh vực khác như y dược, hóa chất và chăn nuôi (Nguyễn Trọng Cẩn và cộng sự, 2006). Trong điều kiện có mặt nguồn cơ chất carbohydrat (saccharose, glucose, fructose, tinh bột ngô, tinh bột sắn), vi khuẩn lactic sẽ lên men carbohydrat tạo thành acid lactic và sản sinh enzyme protease. Acid lactic sẽ tác dụng với phần canxicacbonat trong vỏ tôm để tạo thành lactatcanxi ở dạng không hòa tan (Nguyễn Đức Lượng, 2001). Phản ứng này gần tương ứng với quá trình khử khoáng bởi HCl trong phương pháp hóa học. Đồng thời hệ enzyme protease sẽ thủy phân một phần protein có trong vỏ tôm làm tăng quá trình khử protein khỏi vỏ đầu tôm. Vì vậy việc sử dụng vi khuẩn lactic trong quá trình lên men khử khoáng và protein trên vỏ đầu tôm hứa hẹn sẽ nâng cao hiệu quả sản xuất chitin, chitosan và hạn chế ô nhiễm môi trường. II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Đối tượng nghiên cứu Vi khuẩn giống: sử dụng hai chủng vi khuẩn lactic: L. plantarum VTCC 431 và L. bulgaricus VTCC 703 do Bảo tàng giống chuẩn Việt Nam (VTCC), Đại học Quốc gia Hà Nội cung cấp. Nguyên liệu đầu tôm thẻ chân trắng: đầu vỏ tôm thẻ chân trắng thu nhận tại bàn chế biến của Công ty Cổ phần Nha Trang Seafoods - F17. Vỏ đầu tôm sau khi thu nhận, rửa sạch, vận chuyển về Phòng thí nghiệm Công nghệ Thực phẩm - Trường Đại học Nha Trang, đông lạnh và bảo quản ở -200C để dùng dần trong quá trình nghiên cứu. 2. Phương pháp nghiên cứu 2.1. Phương pháp xử lý mẫu: Trước khi tiến hành nghiên cứu, nguyên liệu đầu tôm được rửa sạch, xay nhỏ bằng máy xay với kích cỡ nguyên liệu từ 4÷6 mm, trộn đều, cân cho vào túi polymer (1000g/túi) và bảo quản đông ở nhiệt độ -200C để dùng cho quá trình nghiên cứu. 2.2. Phương pháp phân tích: - Xác định hàm lượng ẩm bằng phương pháp sấy khô ở nhiệt độ 105oC theo TCVN 3700 - 1990. - Xác định hàm lượng khoáng bằng phương pháp nung ở 5500C theo TCVN 4588 - 1988. - Xác định hàm lượng protein còn lại bằng phương pháp Microbiuret. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 13 Kết quả phân tích cho thấy đầ u tôm chứ a 4 thà nh phầ n chí nh là protein, khoá ng, lipid và chitin. Trong đó protein chiế m hà m lượ ng lớ n nhấ t (48,6%) - kế t quả nghiên cứ u này cao hơn sơ với thà nh phầ n proetin đầu vỏ tôm thẻ chân trắ ng mà Trang Sĩ Trung đã phân tích năm 2008. Sự khác biệt này có thể là do mùa vụ và thời điểm lấy mẫu. Hà m lượ ng lipid (5,8%) cũ ng cao hơn nhiề u so vớ i hà m lượ ng lipid chỉ có ở phầ n vỏ tôm (4,7%). 2. Nhân giống vi khuẩn Chủng giống L. plantarum VTCC 431 và L. bulgaricus VTCC 703 được hoạt hóa trên môi trường MRS agar. Khuẩn lạc đặc trưng cho L. plantarum VTCC 431 có hình tròn, nhẵn, mị n, màu trắng sữa. Quan sát vi khuẩn L. plantarum VTCC 431 dưới kính hiểu vi thấy rằng L. plantarum VTCC 431 là trực khuẩn Gram dương, có dạng hình que nhỏ, không sinh bào tử, không di động. Khuẩn lạc đặc trưng cho L. bulgaricus VTCC 703 phẳng, hơi vàng, đường kính 2 ÷ - 3 mm, khuẩn lạc càng già thì càng trở nên sậm màu. Vi khuẩn L. bulgaricus VTCC 703 là trực khuẩn Gram dương, hình que dài, mảnh, thường xếp thành chuỗi dài, không có khả năng di động. Tiến hành nhân giống trên môi trường MRS lỏng và lắc 150 vòng/phút. Sau các khoảng thời gian 2, 4,, 30h, tiến hành xác định mật độ tế bào trong dịch nuôi cấy, kết quả thể hiện ở hình 1 và hình 2 như sau. Bả ng 1. Thà nh phầ n hó a họ c củ a đầ u vỏ tôm thẻ chân trắ ng STT Chỉ tiêu Đơn vị đo Hà m lượ ng (*) 1 Hà m lượ ng protein % 48,6 ± 1,3 2 Hà m lượ ng khoá ng % 25,2 ± 0,6 3 Hà m lượ ng lipid % 5,8 ± 0,3 4 Chitin % 17,9 ± 0,5 *Kế t quả tí nh theo hà m lượ ng chấ t khô tuyệ t đố i. - Xác định mật độ tế bào vi khuẩn bằng phương pháp đo OD ở bước sóng 600 nm kết hợp phương pháp đếm khuẩn lạc (Trần Linh Thước, 2007). - Xác định hiệu suất khử khoáng và khử protein dựa trên công thức của Rao và cộng sự (2000) ● Các số liệu được xử lý và vẽ đồ thị bằng phần mềm MS EXCEL 2010 III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 1. Thành phần hóa học của đầu tôm thẻ chân trắng Kết quả phân tích thành phần hóa học cơ bản của đầu vỏ tôm thẻ chân trắng được trình bày ở bảng 1. Hình 1. Ảnh hưởng của thời gian nuôi đến sự sinh trưởng của vi khuẩn L. plantarum VTCC 431 Hình 2. Ảnh hưởng của thời gian nuôi đến sự sinh trưởng của vi khuẩn L. bulgaricus VTCC 703 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016 14 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Kết quả nuôi cấy các chủng vi khuẩn ở trên cho thấy trong 20h đầu của quá trình nuôi, các chủng vi khuẩn phát triển chậm. Bắt đầu từ giờ thứ 20 trở đi, vi khuẩn bắt chuyển sang pha sinh trưởng và phát triển rất nhanh. Từ giờ nuôi từ 28h đến 30h, mật độ tế bào đạt cao nhất, vi khuẩn đang ở cuối pha log, đầu pha ổn định. Đây là thời điểm vi khuẩn sinh tổng hợp enzyme mạnh cũng như nhiều hợp chất có hoạt tính mạnh khác. Sau 30h nuôi cấy vi khuẩn chuyển sang pha ổn định. Vì vậy, dịch vi khuẩn sử dụng trong quá trình lên men khử protein và khoáng ở đầu tôm ở các thí nghiệm tiếp theo sẽ được nhân giống và dừng quá trình nuôi ở thời gian từ 28 ÷ 30h nuôi cấy. 3. Sử dụng vi khuẩn L. plantarum VTCC 431, L. bulgaricus VTCC 703 trong xử lý đầu tôm 3.1. Xác định tỉ lệ vi khuẩn bổ sung vào nguyên liệu: Vi khuẩn L. plantarum VTCC 431 và L. bulgaricus VTCC 703 được nhân giống trên môi trường MRS. Sau đó tiến hành các mẫu thí nghiệm xác định khả năng lên men khử khoáng và khử protein của chúng. Quá trình lên men thực hiện ở nhiệt độ phòng, trong 6 ngày (144h) ở pH 7,2 trong điều kiện kị khí. Sau khi lên men ép tách vỏ, rửa sạch, cân, sấy khô đế n độ ẩ m 11% và tiến hành phân tích hàm lượng protein và khoáng còn lại. Kết quả thể hiện ở hình 3, hình 4, hình 5 và hình 6. Hình 3. Ảnh hưởng của tỷ lệ vi khuẩn L.plantarum bổ sung đến hàm lượng khoáng còn lại ở vỏ đầu tôm Hình 4. Ảnh hưởng của tỷ lệ vi khuẩn L.bulgaricus bổ sung đế hàm lượng khoáng còn lại ở vỏ đầu tôm Hình 5. Ảnh hưởng của tỷ lệ vi khuẩn L.plantarum bổ sung đến hàm lượng protein còn lại ở vỏ đầu tôm Hình 6. Ảnh hưởng của tỷ lệ vi khuẩn L.bulgaricus bổ sung đến hàm lượng protein còn lại ở vỏ đầu tôm Từ kết quả phân tích cho thấy tỷ lệ dịch vi khuẩn càng tăng, lượng protein và khoáng còn lại trong vỏ đầu tôm càng thấp. Sau 6 ngày bổ sung vi khuẩn L. plantarum VTCC 431và L. bulgaricus VTCC 703 đã nhân giống trên môi trường MRS hàm lượng protein và khoáng còn lại trong mẫu giảm đáng kể. Kết quả này là do vi khuẩn L. plantarum VTCC 431 và L. bulgaricus VTCC 703 trong quá trinh lên men đã sinh ra enzyme protease và acid lactic. Enzyme protease sinh ra sẽ thủy phân protein của vỏ đầu tôm tạo thành các peptid mạch ngắn, các acid amin hòa tan vào dịch lên men. Còn acid lactic sẽ phản ứng với CaCO3 tạo thành Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 15 lactatcanxi ở dạng không hòa tan (Rao và cs, 2001 và 2005). Vì vậy hàm lượng protein và khoáng còn lại trong đầu vỏ tôm giảm đáng kể. Từ phân tích ở trên cho thấy tỷ lệ dịch vi khuẩn bổ sung vào nguyên liệu đầu tôm thích hợp là 10%. 3.2. Xác định thời gian lên men khử protein và khử khoáng Sử dụng 2 chủng L. plantarum VTCC 431 và L. bulgaricus VTCC 703 để lên men vỏ đầu tôm với tỉ lệ vi khuẩn bổ sung 10% (v/w) ở pH 7,2 và lên men ở nhiệt độ phòng với thời gian lên men khác nhau. Sau khi lên men tiến hành ép tách dịch lên men, rửa sạch và sấy khô đến cùng độ ẩm là 11%. Kết quả phân tích hàm lượng protein và khoáng còn lại ở vỏ đầu tôm được trình bày ở các hình 7 ÷10. Hình 7. Sự thay đổi hàm lượng khoáng còn lại ở vỏ đầu tôm theo thời gian lên men bằng vi khuẩn L.plantarum Hình 8. Sự thay đổi hàm lượng khoáng còn lại ở vỏ đầu tôm theo thời gian lên men bằng vi khuẩn L.bulgaricus Hình 9. Sự thay đổi hàm lượng protein còn lại ở vỏ đầu tôm theo thời gian lên men bằng vi khuẩn L.plantarum Hình 10. Sự thay đổi hàm lượng protein còn lại ở vỏ đầu tôm theo thời gian lên men bằng vi khuẩn L.bulgaricus Kết quả phân tích cho thấy thời gian lên men có quan hệ nghịch biến với hàm lượng protein và khoáng còn lại ở vỏ đầu tôm sau quá trình lên men. Trong giới hạn nghiên cứu, càng tăng thời gian lên men thì hàm lượng protein và khoáng còn lại ở đầu vỏ tôm càng giảm. Nhưng càng về cuối quá trình lên men, mức độ giảm hàm lượng protein và khoáng chất còn lại ở vỏ đầu tôm càng chậm. Do vậy để tiết kiệm thời gian mà hiệu quả khử protein và khoáng vẫn đạt yêu cầu, nên dừng thời gian lên men ở giai đoạn 132 h. Từ kế t quả phân tí ch trên cho phép lựa chọn thông số thích hợp cho quá trì nh khử khoá ng và protein trên đầ u vỏ tôm thể bằ ng các chủng vi khuẩn L. plantarum VTCC 431 và L. bulgaricus VTCC 703 ở bảng 2. Bả ng 2. Thông số thích hợp cho quá trì nh khử khoá ng và protein bằ ng dịch vi khuẩn L. plantarum VTCC 431và L. bulgaricus VTCC 703 STT Yế u tố Thông số tố i ưu 1 Nồ ng độ dị ch vi khuẩ n/phế liệ u 10% (v/w) 2 Thờ i gian 132 h 3 pH 7,2 4 Nhiệ t độ phòng 300C Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016 16 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG 3.3. Xác định chế độ khử khoáng bằng HCl Sau khi tiến hành lên men khử khoáng và protein bằng dịch vi khuẩn, tiến hành khử khoáng còn lại ở vỏ đầu tôm bằng acid HCl. Kết quả nghiên cứu khử khoáng còn lại bằng HCl được trình bày ở hình 11 và 12. Hình 11. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch HCl đến hàm lượng khoáng còn lại ở đầu vỏ tôm đã xử lý bằng vi khuẩn L.plantarum Hình 12. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch HCl đến hàm lượng khoáng còn lại ở đầu vỏ tôm đã xử lý bằng vi khuẩn L.bulgaricus Kết quả trình bày ở hình 11 và hình 12 cho thấy càng tăng nồng độ HCl sử dụng thì hàm lượng khoáng còn lại ở đầu tôm giảm càng mạnh. Khi nồng độ HCl là 4,0%, hàm lượng khoáng còn lại ở vỏ đầu tôm đã xử lý bằng vi khuẩn L. plantarum VTCC 431 giảm chỉ còn 0,70% (hàm lượng khoáng ban đầu của vỏ đầu tôm là 13,1%); còn đối với mẫu đã xử lý bằng vi khuẩn L. bulgaricus VTCC 703 thì hàm lượng khoáng giảm còn 1,22%. Khi nồng độ HCl sử dụng lớn hơn 4,0% hàm lượng khoáng còn lại ở vỏ đầu tôm giảm không đáng kể so với mẫu xử lý sử dụng nồng độ HCl là 4,0%. Do vậy, để đảm bảo được hiệu quả và chất lượng chitosan thành phẩm sau này, nồng độ HCl 4,0% là thích hợp. Hình 13. Ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng khoáng còn lại ở vỏ đầu tôm xử lý bằng dung dịch HCl 4% (đối với mẫu đã xử lý bằng vi khuẩn L. plantarum) Hình 14. Ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng khoáng còn lại ở vỏ đầu tôm xử lý bằng dung dịch HCl 4% (đối với mẫu đã xử lý bằng vi khuẩn L. bulgaricus) Kết quả phân tích trình bày ở hình 13 và hình 14 cho thấy đối với mẫu đầu vỏ tôm đã xử lý bằng dung dịch vi khuẩn L. plantarum VTCC 431 với nồng độ HCl sử dụng 4,0%, thời gian khử khoáng càng dài thì lượng khoáng khử được càng nhiều, sau 17h xử lý lượng khoáng còn lại ở đầu vỏ tôm chỉ là 0,47% (hàm lượng khoáng ban đầu còn lại ở vỏ đầu tôm là 13,1%); còn đối với mẫu đã xử lý bằng vi khuẩn L. bulgaricus VTCC 703, hàm lượng khoáng còn lại ở vỏ đầu tôm là 0,92% (hàm lượng khoáng ban đầu còn lại ở vỏ đầu tôm là 14,65%). Sau 17 h trở đi lượng khoáng trong đầu vỏ tôm giảm không đáng kể. Thời gian ngắn thì quá trình Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 17 khử khoáng sẽ không triệt để, ngược lại nếu thời gian dài thì sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của chitin thành phẩm. Như vậy thời gian thích hợp cho quá trình khử khoáng là 17h. Theo Rao và cộng sự (2001 và 2005) trong quy trình sản xuất chitin - chitosan từ phế liệu vỏ tôm thì công đoạn khử khoáng bằng HCl ảnh hưởng nhiều nhất đến kích thước và độ nhớt của chitosan thu được. Hầu hết các sự suy giảm trọng lượng của chuỗi chitin xảy ra trong vài phút đầu tiên và các sản phẩm hình thành là oligosaccharid. Từ đó cho thấy rằng, việc tăng hàm lượng HCl sẽ cho hiệu suất khử khoáng cao nhưng sẽ ảnh hưởng xấu đến chất lượng chitin và chitosan thu được sau này. Sự suy giảm mạch polysaccharid của chitin xảy ra thông qua việc acid HCl thủy phân cắt đứt liên kết glucosid. Vì vậy việc tăng cao nồng độ HCl và thời gian thủy phân phải đảm bảo hợp lý để tiết kiệm hóa chất và giảm thời gian thủy phân, từ đó giảm chi phí sản xuất nhưng vẫn đảm bảo được vấn đề quan trọng là các yếu tố trên không tác động đến việc cắt mạch polysaccharid của chitin. 3.4. Xác định chế độ khử protein bằng NaOH Sau khi khử khoáng và protein còn lại ở vỏ đầu tôm sau lên men bằng HCl, tiến hành khử protein còn lại bằng NaOH loãng. Kết quả khử protein còn lại bằng NaOH được trình bày ở hình 15 và hình 16. Hình 15. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch NaOH đến hàm lượng protein còn lại ở vỏ đầu tôm (đối với mẫu đã xử lý bằng vi khuẩn L. plantarum) Hình 16. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch NaOH đến hàm lượng protein còn lại ở vỏ đầu tôm (đối với mẫu đã xử lý bằng vi khuẩn L. bulgaricus) Kết quả trình bày ở hình 15 và hình 16 cho thấy ở cùng một chế độ xử lý, càng tăng nồng độ NaOH sử dụng thì lượng protein bị khử càng nhiều. Ở nồng độ NaOH từ 2,0% và 4,0%, sau 12 giờ thủy phân, hàm lượng protein còn lại ở vỏ đầu tôm tương ứng là 2,49% và 0,74% đối với mẫu đã xử lý bằng chủng L. plantarum VTCC 431; còn đối với mẫu đã xử lý bằng chủng L. bulgaricus VTCC 703 lượng protein còn lại tương ứng là 3,87% và 1,01%. Khi nồng độ NaOH sử dụng lớn hơn 4,0%, hàm lượng protein khử được tăng không đáng kể. Do vậy nồng độ NaOH thích hợp để khử protein còn lại sau lên men là 4,0%. Hình 17. Ảnh hưởng của thời gian xử lý đến NaOH 4% đến hàm lượng protein còn lại (đối với mẫu đã xử lý dịch vi khuẩn L. plantarum) Hình 18. Ảnh hưởng của thời gian xử lý đến NaOH 4% đến hàm lượng protein còn lại (đối với mẫu đã xử lý dịch vi khuẩn L. bulgaricus) Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016 18 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Kết quả trình bày ở hình 17 và hình 18 cho thấy thời gian càng dài, hiệu quả khử protein càng cao, lượng protein khử được càng nhiều. Sau 13h khử protein bằng NaOH 4,0%, hàm lượng protein còn lại ở vỏ đầu tôm tương ứng là 0,86% và 1,07% đối với các mẫu đã xử lý bằng L. plantarum VTCC 431 và L. bulgaricus VTCC 703. Sau đó nếu tăng thời gian xử lý trên 13h hiệu quả khử protein gần như không đổi. Nếu thời gian xử lý ngắn hơn 13h, quá trình khử protein không triệt. Do đó thời gian được chọn để khử protein sau lên men bằng NaOH 4,0% là 13h. Như vậy, quá trình khử protein còn lại trên đầu vỏ tôm bằng NaOH phụ thuộc rất lớn vào nồng độ NaOH và thời gian. Quy luật biến đổi của hàm lượng protein là khi tăng nồng độ NaOH và thời gian thủy phân sẽ làm giảm hàm lượng protein còn lại trong vỏ đầu tôm. Nhiều nghiên cứu cho rằng quá trình khử protein bằng NaOH ít tác động đến cấu trúc mạch polysaccharid của chitin hơn so với quá trình khử khoáng bằng acid HCl. Do đó muốn giảm triệt để lượng protein ta phải tăng nồng độ NaOH và kéo dài thời gian thủy phân. Theo nghiên cứu của Lertsutthiwong và cộng sự (2002), quá trình khử protein nếu thực hiện ở nhiệt độ phòng, nồng độ NaOH 4% và thời gian 21h là đủ để cho sản phẩm chitin có hàm lượng protein còn lại thấp, xấp xỉ 1%. Từ kết quả nghiên cứu ở trên cho phép lựa chọn các thông số thích hợp cho quá trình khử khoáng và protein trên đầu tôm sau khi lên men bằng NaOH được trình bày ở bảng 3. Bả ng 3. Thông số thích hợp cho quá trì nh khử khoá ng và protein còn lại ở vỏ đầu tôm bằ ng NaOH 4% STT Yếu tố Thông số tối ưu 1 Nồng độ NaOH 4% 2 Thời gian 13h 3 Nhiệt độ Nhiệt độ phòng (khoảng 300C) 4 Tỷ lệ đầu tôm/dung dịch NaOH 1/4 (w/v) IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận Từ kết quả nghiên cứu ở trên cho phép rút ra một số kết luận như sau: - Hai chủng vi khuẩn L. plantarum VTCC 431 và L. bulgaricus VTCC 703 hoàn toàn có khả năng khử khoáng và protein ở vỏ đầu tôm trong sản xuất chitin – chitosan. Trong đó, chủng vi khuẩn L. plantarum VTCC 431 có khả năng khử khoáng và protein ở vỏ đầu tôm tốt hơn chủng L. bulgaricus VTCC 703. - Chế độ lên men khử khoáng và protein ở vỏ đầu tôm thích hợp là: tỉ lệ vi khuẩn bổ sung so với nguyên liệu là 10%, thời gian lên men là 132 h, pH của môi trường là 7,2, trong điều kiện kị khí với hiệu quả khử được hơn 85% protein và khoáng trong vỏ đầu tôm. Phần khoáng còn lại trong vỏ đầu tôm sẽ được xử lý triệt để bằng dung dịch HCl 4% với tỉ lệ 5/1 (v/w) trong 17 h và lượng protein còn lại sẽ được xử lý bằng dung dịch NaOH 4% với tỉ lệ 4/1 (v/w), trong 13h. 2. Kiến nghị Tiếp tục nghiên cứu công đoạn deacetyl để hoàn thiện quy trình sản xuất chitin - chitosan theo phương pháp sinh học. Đồng thời tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện quá trình khử khoáng và protein ở vỏ đầu tôm bằng phương pháp sử dụng vi khuẩn cũng như nghiên cứu thu hồi protein bổ sung vào thức ăn chăn nuôi gia súc. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Nguyễn Trọng Cẩn, Đỗ Minh Phụng, Nguyễn Anh Tuấn (2006), Công nghệ chế biến thực phẩm thủy sản, Tập I - Nguyên liệu chế biến thủy sản, NXB. Nông nghiệp, Hà Nội. 2. Nguyễn Đức Lượng (2001), Công nghệ vi sinh vật, NXB. Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh. 3. Trần Thị Luyến (1995), Nghiên cứu sản xuất chitosan từ vỏ tôm sú bằng phương pháp hóa học với một số công đoạn xử lý kiềm, Tạp chí khoa học và công nghệ thủy sản, Số 2, Trường Đại học Thủy sản, Nha Trang. 4. Trần Thị Luyến và cộng sự (2003), Nghiên cứu sản xuất chitosan bằng enzyme papain, Tạp chí Khoa học Công nghệ Thủy sản, Số 1, Trường Đại học Thủy sản, Trang 3-8. 5. Trần Linh Thước (2007), Phương pháp phân tích vi sinh vật trong nước, thực phẩm và mỹ phẩm, NXB. Giáo dục, Hà Nội. 6. Trang Sĩ Trung (2008), Nghiên cứu kết hợp phương pháp sinh học để nâng cao hiệu quả quy trình sản xuất chitin - chitosan từ phế liệu vỏ đầu tôm, Báo cáo đề tài khoa học cấp Bộ, Trường Đại học Nha Trang. Tiếng Anh 7. Lertsutthiwong P., Chandrkrachang S., Nazhad M. M. and Stevens W. F. (2002), Chitosan as a dry strength agent for paper, Appita Journal 55(3): 208-212. 8. Rao M. S., Tuyen M. H., Stevens W. F. and Chandrkrachang S. (2001), Deproteination by mechanical, enzymatic and Lactobacillus treatment of shrimp waste for production of chitin. Chitin and Chitosan: Chitin and Chitosan in Life Science, Yamaguchi Press, Japan; 301-304. 9. Rao M. S., Munoz J. and Stevens W. F (2000), Critical factors in chitin production by fermentation of shrimp biowaste, Appl. Microbiol. Biotechnol. 54, pp. 808-813. 10. Rao M. S. and Stevens W. F (2005), Chitin production by Lactobacillus fermentation of shrimp biowaste in a drum reactor and its chemical conversion to chitosan, Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 80, pp. 1080-1087.