Bã đầu tôm từ quá trình thu nhận chế phẩm
đạm giàu carotenoid bằng phương pháp xử lý
kết hợp hai enzyme protease chứa hàm lượng
chitin cao (65,8%), là nguồn nguyên liệu rất phù hợp
để thu nhận chitin và chitosan. Chất lượng chitin,
chitosan thu được có hàm lượng protein và khoáng
còn lại thấp (<1%) và chitosan có độ nhớt cao
(>1000 cPs).
5 trang |
Chia sẻ: linhmy2pp | Ngày: 23/03/2022 | Lượt xem: 193 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Tận dụng bã đầu tôm từ quá trình chế biến bột đạm giàu carotenoid bằng phương pháp kết hợp hai enzyme protease để thu hồi chitin và chitosan, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2014
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 37
THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC
TẬN DỤNG BÃ ĐẦU TÔM TỪ QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN BỘT ĐẠM
GIÀU CAROTENOID BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT HỢP
HAI ENZYME PROTEASE ĐỂ THU HỒI CHITIN VÀ CHITOSAN
RECOVERY OF CHITIN AND CHITOSAN FROM SHRIMP HEAD WASTE
OF CAROTENOID-RICH PROTEIN EXTRACTION PROCESS
BY USING COMBINING TWO PROTEASES
Phạm Thị Đan Phượng1, Trang Sĩ Trung2
Ngày nhận bài: 29/11/2013; Ngày phản biện thông qua: 22/5/2014; Ngày duyệt đăng: 02/6/2014
TÓM TẮT
Bã đầu tôm từ quá trình thu nhận chế phẩm đạm giàu carotenoid bằng phương pháp xử lý kết hợp hai enzyme
protease được tận dụng để thu hồi chitin và chitosan. Kết quả phân tích cho thấy bã đầu tôm còn chứa hàm lượng protein
và khoáng thấp dưới 10% và 16,8% và cần tiếp tục loại protein và khoáng để đạt yêu cầu về chất lượng của chitin kỹ thuật.
Bã đầu tôm được tiếp tục xử lý bằng NaOH 2% trong12 giờ để khử protein và xử lý HCl 4% trong 3 giờ để khử khoáng.
Sản phẩm chitin - chitosan được đánh giá có chất lượng tinh sạch cao với hàm lượng protein và khoáng thấp dưới 1%,
chitosan có độ nhớt cao hơn 1000 cps.
Từ khóa: bã đầu tôm, đạm giàu carotenoid, thu nhận, chitin, chitosan
ABSTRACT
Shrimp head waste from the production process of the carotenoid-rich protein by new method combining two
proteases have been used for extraction of chitin and chitosan. Analytical results showed that shrimp waste head content
low amounts of protein and minerals of 10% and 16.8% respectively but needed further treatment in order reach the
commercial quality of chitin. Shrimp head waste was treated with 2% NaOH for 12 hrs to remove protein and 4% HCl
treatment for 3 hrs to remove the minerals. Resultant chitin and chitosan have high purity with low residual protein and
minerals of less than 1% and high viscosity of 1000 cps.
Keywords: shrimp head waste, carotenoid - rich protein, extraction, chitin, chitosan
1 ThS. Phạm Thị Đan Phượng: Khoa Công nghệ thực phẩm - Trường Đại học Nha Trang
2 PGS. TS. Trang Sĩ Trung: Trường Đại học Nha Trang
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Sử dụng đầu tôm để sản xuất bột đạm giàu
carotenoid là một hướng đi mới, nhằm tăng cường
hiệu quả của việc sử dụng nguồn nguyên liệu còn
lại trong chế biến thủy sản và nhu cầu về protein và
chất màu phục vụ cho ngành chế biến thực phẩm.
Việt Nam là một trong những nước chế biến tôm
lớn nhất thế giới, sản lượng tôm hàng năm ước đạt
473.000 tấn, do đó lượng đầu tôm loại thải trong quá
trình chế biến ước khoảng 97.000 tấn/năm (Anh và
cs, 2011). Đây là nguồn nguyên liệu còn lại từ công
nghiệp chế biến tôm cần được nghiên cứu để thu
nhận các sản phẩm giá trị gia tăng.
Trong những năm gần đây, một số nghiên cứu
đã được triển khai để sử dụng có hiệu quả nguồn phế
liệu đầu tôm từ các nhà máy chế biến thủy sản để
chế biến chitin, chitosan và protein (Trung và cs, 2011).
Đặc biệt, đầu tôm đã được nghiên cứu chế biến sản
phẩm bột đạm giàu carotenoid làm phụ gia trong chế
biến thực phẩm bằng phương pháp thủy phân kết hợp
hai enzyme protease (Alcalase và Flavourzyme). Với
phương pháp này, hiệu suất thu hồi và chất lượng bột
đạm giàu carotenoid thu nhận từ đầu tôm được nâng
cao đáng kể so với phương pháp sử dụng enzyme đơn,
đặc biệt là về hàm lượng protein, carotenoid và mùi,
vị của chế phẩm thu được (Phượng và Luyến, 2013).
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2014
38 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Tuy nhiên, hiện nay bã đầu tôm từ quá trình
chế biến bột đạm giàu carotenoid bằng phương
pháp kết hợp Alcalase và Flavourzyme chưa được
nghiên cứu để tận dụng để thu nhận chitin, chitosan.
Chitin, đặc biệt là chitosan là những polyme sinh
học có nhiều ứng dụng trong nông nghiệp, công
nghệ thực phẩm, môi trường, công nghệ sinh học
(Hirano, 1996; Kumar, 2000). Theo Trung và cs (2012),
hàm lượng chitin trong đầu tôm đạt khoảng 9,3%.
Do đó, lượng bã thải này là nguồn nguyên liệu
rất phù hợp để thu nhận chitin và chitosan, nhằm
nâng cao hiệu quả của công nghệ xử lý đầu tôm
để sản xuất bột đạm giàu carotenoid. Trên thế
giới, việc thu nhận đa sản phẩm từ đầu tôm đã
được quan tâm nghiên cứu (Chakrabarti, 2002;
Klomklao và cs, 2009). Trong bài báo này, chúng
tôi xin trình bày kết quả nghiên cứu tận dụng bã
tôm từ quá trình chế biến chế phẩm đạm giàu
carotenoid bằng phương pháp kết hợp hai enzyme
protease để thu hồi chitin và chtosan.
II. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
1. Nguyên vật liệu
Bã đầu tôm được thu hồi từ quy trình thu nhận
chế phẩm đạm giàu carotenoid bằng phương pháp
kết hợp Alcalase và Flavourzyme tại Phòng thí
nghiệm - Trường Đại học Nha Trang theo quy trình
nghiên cứu của (Phượng. P.T.Đ & Luyến. T.T, 2013).
Alcalase và Flavourzyme được mua từ Công ty
Novozymes (Đan Mạch). Alcalase 2,4 L có hoạt
tính là 2,4 AU/g và Flavourzyme có hoạt tính
500 LAPU/g. Hóa chất sử dụ ng trong nghiên cứ u là
các loại hóa chất tinh khiết.
2. Phương pháp nghiên cứu
2.1. Xác định chế độ khử protein và khử khoáng để
thu nhận chitin từ bã đầu tôm
Bã đầu tôm thẻ chân trắng lấy từ quá trình thu
nhận chế phẩm đạm giàu carotenoid bằng phương
pháp kết hợp enzyme Alcalase và Flavourzyme.
Sau đó tiếp tục tiến hành tách protein bằng kiềm
loãng và khử khoáng bằng acid loãng để sản
xuất chitin.
2.1.1. Xác định nồng độ NaOH sử dụng và thời gian
để khử protein còn lại trong bã đầu tôm
Bã đầu tôm sau thu hồi, được khử protein bằng
NaOH với các nồng độ khác nhau: 1, 2, 3%; ứng
với mỗi nồng độ bã tôm được khử ở các thời gian
khác nhau: 6, 12, 18 h. Chế độ khử protein thích
hợp được chọn dựa trên việc đáng giá hàm lượng
protein còn lại trong bã đầu tôm.
2.1.2. Xác định nồng ðộ HCl sử dụng và thời gian để
khử khoáng còn lại trong bã đầu tôm
Bã đầu tôm sau quá trình khử protein, tiếp tục
tiến hành khử khoáng bằng HCl với các nồng độ
khác nhau: 3, 4, 5%; ứng với mỗi nồng độ bã tôm
được khử ở các thời gian khác nhau: 3, 6, 12h.
Chế độ khử khoáng thích hợp được chọn dựa trên
việc đánh giá hàm lượng khoáng còn lại trong bã
đầu tôm.
2.1.3. Deacetyl chitin để thu nhận chitosan
Chitin từ bã đầu tôm sẽ được deacetyl ở 650C
trong thời gian 20 giờ với NaOH 50% để thu nhận
chitosan (Trung và cs, 2006). Chitin và chitosan thu
được được xác định các chỉ tiêu chất lượng cơ bản.
2.2. Phương pháp phân tích
Hàm lượng ẩm và khoáng được xác định theo
phương pháp chuẩn của AOAC (1990). Hàm lượng
protein trong đầu tôm được xác định theo phương
pháp của Boyer (1993). Hàm lượng lipid được xác
định theo phương pháp Folch và cs (1957). Hàm
lượng chitin được xác định bằng phương pháp của
Erika và cs (2006). Hàm lượng protein trong chitin
và chitosan được xác định theo phương pháp
microbiuret của Ruth và cs (1964). Độ tan được xác
định theo phương pháp của Rao và cs (2007). Độ
nhớt biểu kiến của dung dịch chitosan (1%, w/v trong
acid acetic 1%) được đo bằng nhớt kế Brookfi eld và
độ đục đo bằng máy đo độ đục HACH. Độ deacetyl
của chitin được xác định theo phương pháp quang
phổ của Tan và cs (2008).
2.3. Xử lý thống kê
Số liệu báo cáo là giá trị trung bình của 3 lần
lặp lại. Kết quả được phân tích thống kê bằng phần
mềm Minitab và Microsoft Excel. Giá trị của p < 0,05
được xem là có ý nghĩa về mặt thống kê.
III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
Bã đầu tôm từ quy trình xử lý kết hợp hai
enzyme protease để sản xuất đạm giàu carotenoid
được xác định thành phần hóa học cơ bản. Kết quả
được trình bày ở bảng 1.
Bảng 1. Thành phần hóa học cơ bản của bã tôm
Thành phần hóa học Hàm lượng (%)
Hàm lượng ẩm 79,1 ± 2,8
Hàm lượng protein* 7,5 ± 1,9
Hàm lượng khoáng* 16,8 ± 2,6
Hàm lượng lipid* 2,9 ± 1,0
Hàm lượng chitin* 65,8 ± 3,3
*Kết quả tính theo hàm lượng chất khô tuyệt đối
Trong bã đầu tôm chứa chủ yếu là chitin với
65,8%, tiếp theo là khoáng (16,8%) và protein (7,5%).
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2014
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 39
Thành phần chủ yếu của bã đầu tôm là chitin. Tuy
nhiên, để đạt yêu cầu về chất lượng của chitin kỹ
thuật (hàm lượng khoáng và protein còn lại trong
chitin <1% (Rao và cs, 2007) thì cần tiếp tục loại
phần khoáng và protein còn lại. Kết quả của quá
trình khử protein còn lại và khử khoáng được trình
bày ở hình 2 và hình 3.
Kết quả cho thấy khi sử dụng NaOH 1% thì khả
năng loại protein ở nồng độ này thấp, lượng protein
còn trong bã cao rất nhiều so với hai nồng độ NaOH
2% và 3%, ở các điều kiện thời gian xử lý khác nhau
(hình 1). Ở thời gian xử lý là 6h thì với nồng độ NaOH
1% lượng protein còn trong bã là 4,2%, trong khi ở
nồng độ NaOH 2% và 3% thì lượng protein còn lại
tương ứng là 3,2% và 2,4%. Khi tăng thời gian xử lý
từ 6h lên 12h thì hàm lượng protein còn lại trong bã
giảm mạnh từ khoảng 3% (NaOH 2% và 3%) xuống
đạt tới mức khoảng 1%, đạt yêu cầu chất lượng của
chitin kỹ thuật. Tuy nhiên, khi kéo dài thời gian xử lý
lên 18 h thì protein còn lại ở cả hai nồng độ NaOH
2% và 3% lại giảm rất ít. Điều này có thể do lượng
protein còn lại này có liên kết chặt chẽ với chitin
nên khó tách ra, kể cả xử lý điều kiện NaOH 3% và
kéo dài 18h (Trung và cs, 2010). Như vậy, nồng độ
NaOH 2% và xử lý trong thời gian 12 h là điều kiện
thích hợp để tách lượng protein còn lại trong bã để
sản xuất chitin. Kết quả này phù hợp với nghiên cứu
của Stevens (2001) khi xử lý phế liệu tôm để thu
nhận chitin với nồng độ NaOH từ 2% đến 3%.
thì hàm lượng khoáng còn lại trong mẫu chitin giảm
xuống <1% nếu thời gian xử lý là 6 h. Trong thời
gian xử lý là 6 h thì hàm lượng khoáng còn lại trong
chitin khi xử lý ở nồng độ HCl 4% và 5% thì khác
biệt không có ý nghĩa thống kê (p > 0,05). Kéo dài
thời gian xử lý đến 9 h thì nếu sử dụng nồng độ HCl
3% cũng chưa đạt được hàm lượng khoáng còn lại
trong chitin <1% mà phải cần nồng độ HCl sử dụng
từ 4 - 5%. Tóm lại, để đạt yêu cầu chitin kỹ thuật
(hàm lượng khoáng phải dưới 1%) thì chế độ tách
khoáng thích hợp được chọn là xử lý bằng HCl 4%
trong 6 h, ở nhiệt độ phòng.
Kết quả đánh giá chất lượng chitin và chitosan
thu hồi từ bã đầu tôm trong quá trình thu hồi chế
phẩm ĐGC từ đầu tôm cho thấy chitin, chitosan có
tinh sạch cao (hàm lượng khoáng và protein còn lại
1000 cps) và độ
đục thấp (bảng 2).
Hình 1. Ảnh hưởng của thời gian và nồng độ NaOH xử lý
đến hàm lượng protein còn lại trong mẫu chitin
(xử lý ở nhiệt độ phòng)
Các giá trị trung bình của cột có các ký tự (a, b, c) khác nhau thì khác biệt
có ý nghĩa về mặt thống kê (p<0,05)
Kết quả khử khoáng của bã cho thấy trong
khoảng thời gian xử lý từ 3 h đến 9 h thì nồng độ
HCl có ảnh hưởng rất lớn; khả năng khử khoáng
của HCl ở nồng độ 3% thấp hơn rất nhiều so với ở
các nồng độ xử lý HCl 4% và 5% (hình 2). Khi nồng
độ HCl tăng từ 3% lên 5% thì lượng khoáng còn lại
trong bã giảm từ gần 4,5% xuống còn khoảng 1,2%
trong thời gian là 3 h. Ở nồng độ HCl sử dụng là 4%
Hình 2. Ảnh hưởng của thời gian và nồng độ HCl xử lý
đến hàm lượng khoáng còn lại trong mẫu chitin
(xử lý ở nhiệt độ phòng)
Các giá trị trung bình có các ký tự (a, b, c) khác nhau thì khác biệt có ý
nghĩa về mặt thống kê (p<0,05)
Bảng 2. Chỉ tiêu chất lượng cơ bản của
chitin và chitosan thu hồi từ bã đầu tôm trong
quá trình thu nhận chế phẩm đạm giàu carotenoid
STT Chỉ tiêu Kết quả phân tích*
Chitin
1 Màu sắc Hồng nhạt
2 Độ ẩm (%) 9,7
3 Hàm lượng khoáng (%) 0,94
4 Hàm lượng Protein (%) 0,98
Chitosan
1 Màu sắc Trắng sáng
2 Độ ẩm (%) 9,4
3 Hàm lượng khoáng (%) 0,87
4 Hàm lượng protein (%) 0,89
5 Độ nhớt (cps) 1234
6 Độ deacetyl hoá (%) 85,8
7 Độ tan (%) 99,8
8 Độ đục (NTU) 19,2
* Kết quả tính theo hàm lượng chất khô tuyệt đối và được mô
tả cảm quan sơ bộ
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2014
40 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Hình 3. Phổ nhiễu xạ tia X của chitosan
thu nhận từ bã đầu tôm
Độ rắn của chitosan thu nhận từ bã đầu tôm
được xác định bằng phương pháp nhiễu xạ tia X
(X-ray diffraction) và được trình bày ở hình 4. Phổ
nhiễu xạ của chitosan có một peak khoảng 20 độ
của góc quét 2Ɵ. Độ cao của peak tương đối thấp
thể hiện độ rắn tương đối thấp của chitosan.
Hình 5. Sơ đồ qui trình thu nhận chitin - chitosan
từ bã đầu tôm
1Bã đầu tôm từ quá trình sản xuất bột đạm giàu carotenoid bằng phương
pháp xử lý kết hợp hai enzyme protease;
2Nồng độ NaOH 2%, thời gian xử lý 12 h, nhiệt độ phòng;
3 Nồng độ HCl 4%, thời gian 6 h, nhiệt độ phòng;
4Deacetyl hóa bằng NaOH 50% trong thời gian 20 h ở nhiệt độ 65oC
IV. KẾT LUẬN
Bã đầu tôm từ quá trình thu nhận chế phẩm
đạm giàu carotenoid bằng phương pháp xử lý
kết hợp hai enzyme protease chứa hàm lượng
chitin cao (65,8%), là nguồn nguyên liệu rất phù hợp
để thu nhận chitin và chitosan. Chất lượng chitin,
chitosan thu được có hàm lượng protein và khoáng
còn lại thấp (<1%) và chitosan có độ nhớt cao
(>1000 cPs).
Hình 4. Chitin (trái) và chitosan (phải)
thu nhận từ bã đầu tôm
Như vậy bã đầu tôm từ quá trình sản xuất chế
phẩm đạm giàu carotenoid sẽ được xử lý với NaOH
2% trong 12 giờ để khử protein và khử khoáng bằng
HCl 4% trong 6 giờ để thu nhận chitin kỹ thuật với hàm
lượng protein và khoáng còn lại dưới 1% (hình 5).
Rửa trung tính
Deacetyl hoá trong NaOH đặc4
Chitosan
Khử khoáng bằng HCl3
Chitin
Bã đầu tôm1
Khử protein bằng NaOH2
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Phạm Thị Đan Phượng, Trần Thị Luyến, 2013. Chiết rút chế phẩm đạm giàu carotenoid từ đầu tôm thẻ chân trắng. Tạp chí
Khoa học - Công nghệ Thủy sản, 1: 125-131.
Tiếng Anh
2. Anh, P. T., Dieu, T. T. M., Arthur, P. J. M., Carolien, K.,& Simon, R. B., 2011. Towards eco-agro industrial clusters in aquatic
production: The case of shrimp processing industry in Vietnam. Journal of cleaner production, 19: 2107-2118.
3. AOAC, 1990. Offi cial method of analysis (Vol. 15th). Arlington, VA: Association of offi cial analytical chemists.
4. Boyer. R.F., 1993. Modern experimental biochemistry. Benjamin/Cummings Series in the Life Sciences and Chemistry,
California, Vol. 2: 51-55.
5. Chakrabarti, R., 2002. Carotenoprotein from tropical brown shrimp shell waste by enzymatic process. Food Biotechnol, 16:
81-90.
6. Erika. I.D.R, Waldo. M.A.M, Inocencio. H.C, Javier. H, Jaime. L.M, & Francisco. M.G., 2006. Determination of Chitin and
Protein Contents during the Isolation of Chitin from Shrimp Waste. Macromol Biosci, 6: 340-347.
7. Folch, J., Lees, M., & Sloane Stanley, G. H., 1957. A simple method for the isolation and purifi cation of total lipids from
animal tissues. J. Biol. Chem, 226: 497-509.
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2014
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 41
8. Hirano, S., 1996. Chitin biotechnology application. Biotechnology Annual Review, 2: 237-258.
9. Klomklao, S., Benjakul, S., Visessanguan, W., Kishimura, H., & Simpson, B. K., 2009. Extraction of carotenoprotein from
black tiger shrimp shells with the aid of bluefi sh trypsin. Journal of Food Biochemistry, 33: 201-217.
10. Kumar, R. M. N. V., 2000. A review of chitin and chitosan applications. Reactive and Functional Polymers, 46, 1-27.
11. Rao, M. S., Nyein, K. A., Trung, T. S., & Stevens, W. F., 2007. Optimum parameters for production of chitin and chitosan
from Squilla (S. empusa). Journal of Applied Polymer Science, 103: 3694-3700.
12. Ruth. F.I, & Gill. D.M., 1964. A Micro-Biuret method for estimating proteins. Anal Biochem, 9: 401-410.
13. Stevens, W. F., 2001. Production of chitin and chitosan: Refi nement and sustainability of chemical and biological processing.
Chitin and Chitosan in life science. In T. Uragami, K. Kurita & T. Fukamizo (Eds.), Proceedings 8th International Conference
on Chitin and Chitosan and 4th Asian Pacifi c Chitin and Chitosan Symposium. Yamaguchi, Japan, 293.
14. Tan SC, Khor E, Tan TK, Wong SM, 1996. The degree of deacetylation of chitosan: advocating the fi rst derivative UV
spectrophotometry method of determination. Talanta, 45: 713-719.
15. Trung, T. S., Thein-Han, W. W., Qui, N. T., Ng, C.H. and Stevens, W. F., 2006. Functional characteristics of shrimp chitosan
and its membranes as affected by the degree of deacetylation. Bioresour. Technol. 97: 659-663.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- tan_dung_ba_dau_tom_tu_qua_trinh_che_bien_bot_dam_giau_carot.pdf