Tận dụng bã đầu tôm từ quá trình chế biến bột đạm giàu carotenoid bằng phương pháp kết hợphai enzyme Protease để thu hồi chitin và chitosan

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> <br /> Số 2/2014<br /> <br /> THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC<br /> <br /> TẬN DỤNG BÃ ĐẦU TÔM TỪ QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN BỘT ĐẠM<br /> GIÀU CAROTENOID BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT HỢP<br /> HAI ENZYME PROTEASE ĐỂ THU HỒI CHITIN VÀ CHITOSAN<br /> RECOVERY OF CHITIN AND CHITOSAN FROM SHRIMP HEAD WASTE<br /> OF CAROTENOID-RICH PROTEIN EXTRACTION PROCESS<br /> BY USING COMBINING TWO PROTEASES<br /> Phạm Thị Đan Phượng1, Trang Sĩ Trung2<br /> Ngày nhận bài: 29/11/2013; Ngày phản biện thông qua: 22/5/2014; Ngày duyệt đăng: 02/6/2014<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Bã đầu tôm từ quá trình thu nhận chế phẩm đạm giàu carotenoid bằng phương pháp xử lý kết hợp hai enzyme<br /> protease được tận dụng để thu hồi chitin và chitosan. Kết quả phân tích cho thấy bã đầu tôm còn chứa hàm lượng protein<br /> 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.<br /> 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.<br /> Sản phẩm chitin - chitosan được đánh giá có chất lượng tinh sạch cao với hàm lượng protein và khoáng thấp dưới 1%,<br /> chitosan có độ nhớt cao hơn 1000 cps.<br /> Từ khóa: bã đầu tôm, đạm giàu carotenoid, thu nhận, chitin, chitosan<br /> <br /> ABSTRACT<br /> Shrimp head waste from the production process of the carotenoid-rich protein by new method combining two<br /> proteases have been used for extraction of chitin and chitosan. Analytical results showed that shrimp waste head content<br /> low amounts of protein and minerals of 10% and 16.8% respectively but needed further treatment in order reach the<br /> commercial quality of chitin. Shrimp head waste was treated with 2% NaOH for 12 hrs to remove protein and 4% HCl<br /> treatment for 3 hrs to remove the minerals. Resultant chitin and chitosan have high purity with low residual protein and<br /> minerals of less than 1% and high viscosity of 1000 cps.<br /> Keywords: shrimp head waste, carotenoid - rich protein, extraction, chitin, chitosan<br /> <br /> I. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Sử dụng đầu tôm để sản xuất bột đạm giàu<br /> carotenoid là một hướng đi mới, nhằm tăng cường<br /> hiệu quả của việc sử dụng nguồn nguyên liệu còn<br /> lại trong chế biến thủy sản và nhu cầu về protein và<br /> chất màu phục vụ cho ngành chế biến thực phẩm.<br /> Việt Nam là một trong những nước chế biến tôm<br /> lớn nhất thế giới, sản lượng tôm hàng năm ước đạt<br /> 473.000 tấn, do đó lượng đầu tôm loại thải trong quá<br /> trình chế biến ước khoảng 97.000 tấn/năm (Anh và<br /> cs, 2011). Đây là nguồn nguyên liệu còn lại từ công<br /> nghiệp chế biến tôm cần được nghiên cứu để thu<br /> nhận các sản phẩm giá trị gia tăng.<br /> 1<br /> 2<br /> <br /> Trong những năm gần đây, một số nghiên cứu<br /> đã được triển khai để sử dụng có hiệu quả nguồn phế<br /> liệu đầu tôm từ các nhà máy chế biến thủy sản để<br /> chế biến chitin, chitosan và protein (Trung và cs, 2011).<br /> Đặc biệt, đầu tôm đã được nghiên cứu chế biến sản<br /> phẩm bột đạm giàu carotenoid làm phụ gia trong chế<br /> biến thực phẩm bằng phương pháp thủy phân kết hợp<br /> hai enzyme protease (Alcalase và Flavourzyme). Với<br /> phương pháp này, hiệu suất thu hồi và chất lượng bột<br /> đạm giàu carotenoid thu nhận từ đầu tôm được nâng<br /> cao đáng kể so với phương pháp sử dụng enzyme đơn,<br /> đặc biệt là về hàm lượng protein, carotenoid và mùi,<br /> vị của chế phẩm thu được (Phượng và Luyến, 2013).<br /> <br /> ThS. Phạm Thị Đan Phượng: Khoa Công nghệ thực phẩm - Trường Đại học Nha Trang<br /> PGS. TS. Trang Sĩ Trung: Trường Đại học Nha Trang<br /> <br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 37<br /> <br /> Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> Tuy nhiên, hiện nay bã đầu tôm từ quá trình<br /> chế biến bột đạm giàu carotenoid bằng phương<br /> pháp kết hợp Alcalase và Flavourzyme chưa được<br /> nghiên cứu để tận dụng để thu nhận chitin, chitosan.<br /> Chitin, đặc biệt là chitosan là những polyme sinh<br /> học có nhiều ứng dụng trong nông nghiệp, công<br /> nghệ thực phẩm, môi trường, công nghệ sinh học<br /> (Hirano, 1996; Kumar, 2000). Theo Trung và cs (2012),<br /> hàm lượng chitin trong đầu tôm đạt khoảng 9,3%.<br /> Do đó, lượng bã thải này là nguồn nguyên liệu<br /> rất phù hợp để thu nhận chitin và chitosan, nhằm<br /> nâng cao hiệu quả của công nghệ xử lý đầu tôm<br /> để sản xuất bột đạm giàu carotenoid. Trên thế<br /> giới, việc thu nhận đa sản phẩm từ đầu tôm đã<br /> được quan tâm nghiên cứu (Chakrabarti, 2002;<br /> Klomklao và cs, 2009). Trong bài báo này, chúng<br /> tôi xin trình bày kết quả nghiên cứu tận dụng bã<br /> tôm từ quá trình chế biến chế phẩm đạm giàu<br /> carotenoid bằng phương pháp kết hợp hai enzyme<br /> protease để thu hồi chitin và chtosan.<br /> II. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP<br /> NGHIÊN CỨU<br /> 1. Nguyên vật liệu<br /> Bã đầu tôm được thu hồi từ quy trình thu nhận<br /> chế phẩm đạm giàu carotenoid bằng phương pháp<br /> kết hợp Alcalase và Flavourzyme tại Phòng thí<br /> nghiệm - Trường Đại học Nha Trang theo quy trình<br /> nghiên cứu của (Phượng. P.T.Đ & Luyến. T.T, 2013).<br /> Alcalase và Flavourzyme được mua từ Công ty<br /> Novozymes (Đan Mạch). Alcalase 2,4 L có hoạt<br /> tính là 2,4 AU/g và Flavourzyme có hoạt tính<br /> 500 LAPU/g. Hóa chất sử dụng trong nghiên cứu là<br /> các loại hóa chất tinh khiết.<br /> 2. Phương pháp nghiên cứu<br /> 2.1. Xác định chế độ khử protein và khử khoáng để<br /> thu nhận chitin từ bã đầu tôm<br /> Bã đầu tôm thẻ chân trắng lấy từ quá trình thu<br /> nhận chế phẩm đạm giàu carotenoid bằng phương<br /> pháp kết hợp enzyme Alcalase và Flavourzyme.<br /> Sau đó tiếp tục tiến hành tách protein bằng kiềm<br /> loãng và khử khoáng bằng acid loãng để sản<br /> xuất chitin.<br /> 2.1.1. Xác định nồng độ NaOH sử dụng và thời gian<br /> để khử protein còn lại trong bã đầu tôm<br /> Bã đầu tôm sau thu hồi, được khử protein bằng<br /> NaOH với các nồng độ khác nhau: 1, 2, 3%; ứng<br /> với mỗi nồng độ bã tôm được khử ở các thời gian<br /> khác nhau: 6, 12, 18 h. Chế độ khử protein thích<br /> hợp được chọn dựa trên việc đáng giá hàm lượng<br /> protein còn lại trong bã đầu tôm.<br /> <br /> 38 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG<br /> <br /> Số 2/2014<br /> 2.1.2. Xác định nồng ðộ HCl sử dụng và thời gian để<br /> khử khoáng còn lại trong bã đầu tôm<br /> Bã đầu tôm sau quá trình khử protein, tiếp tục<br /> tiến hành khử khoáng bằng HCl với các nồng độ<br /> khác nhau: 3, 4, 5%; ứng với mỗi nồng độ bã tôm<br /> được khử ở các thời gian khác nhau: 3, 6, 12h.<br /> Chế độ khử khoáng thích hợp được chọn dựa trên<br /> việc đánh giá hàm lượng khoáng còn lại trong bã<br /> đầu tôm.<br /> 2.1.3. Deacetyl chitin để thu nhận chitosan<br /> Chitin từ bã đầu tôm sẽ được deacetyl ở 650C<br /> trong thời gian 20 giờ với NaOH 50% để thu nhận<br /> chitosan (Trung và cs, 2006). Chitin và chitosan thu<br /> được được xác định các chỉ tiêu chất lượng cơ bản.<br /> 2.2. Phương pháp phân tích<br /> Hàm lượng ẩm và khoáng được xác định theo<br /> phương pháp chuẩn của AOAC (1990). Hàm lượng<br /> protein trong đầu tôm được xác định theo phương<br /> pháp của Boyer (1993). Hàm lượng lipid được xác<br /> định theo phương pháp Folch và cs (1957). Hàm<br /> lượng chitin được xác định bằng phương pháp của<br /> Erika và cs (2006). Hàm lượng protein trong chitin<br /> và chitosan được xác định theo phương pháp<br /> microbiuret của Ruth và cs (1964). Độ tan được xác<br /> định theo phương pháp của Rao và cs (2007). Độ<br /> nhớt biểu kiến của dung dịch chitosan (1%, w/v trong<br /> acid acetic 1%) được đo bằng nhớt kế Brookfield và<br /> độ đục đo bằng máy đo độ đục HACH. Độ deacetyl<br /> của chitin được xác định theo phương pháp quang<br /> phổ của Tan và cs (2008).<br /> 2.3. Xử lý thống kê<br /> Số liệu báo cáo là giá trị trung bình của 3 lần<br /> lặp lại. Kết quả được phân tích thống kê bằng phần<br /> mềm Minitab và Microsoft Excel. Giá trị của p < 0,05<br /> được xem là có ý nghĩa về mặt thống kê.<br /> III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN<br /> Bã đầu tôm từ quy trình xử lý kết hợp hai<br /> enzyme protease để sản xuất đạm giàu carotenoid<br /> được xác định thành phần hóa học cơ bản. Kết quả<br /> được trình bày ở bảng 1.<br /> Bảng 1. Thành phần hóa học cơ bản của bã tôm<br /> Thành phần hóa học<br /> <br /> Hàm lượng ẩm<br /> Hàm lượng protein*<br /> Hàm lượng khoáng*<br /> Hàm lượng lipid*<br /> Hàm lượng chitin*<br /> <br /> Hàm lượng (%)<br /> <br /> 79,1 ± 2,8<br /> 7,5 ± 1,9<br /> 16,8 ± 2,6<br /> 2,9 ± 1,0<br /> 65,8 ± 3,3<br /> <br /> *Kết quả tính theo hàm lượng chất khô tuyệt đối<br /> <br /> Trong bã đầu tôm chứa chủ yếu là chitin với<br /> 65,8%, tiếp theo là khoáng (16,8%) và protein (7,5%).<br /> <br /> Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> Thành phần chủ yếu của bã đầu tôm là chitin. Tuy<br /> nhiên, để đạt yêu cầu về chất lượng của chitin kỹ<br /> thuật (hàm lượng khoáng và protein còn lại trong<br /> chitin