i

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành tốt đề tài này là nhờ sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô và bạn
bè .Qua đây em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô, Thạc sĩ Ngô Thị Hoài Dương,
người đã tận tình truyền đạt những kiến thức trong quá trình học tập và trực tiếp
hướng dẫn, chỉ bảo những kinh nghiệm quý báu để em hoàn thành tốt đề tài.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn trân trọng nhất tới các thầy cô trong khoa chế biến
đã nhiệt tình truyền đạt cho em những kiến thức trong những năm học vừa qua. Em
xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy, cô phụ trách phòng thí nghiệm Hóa-Vi sinh thực
phẩm, cùng thầy cô bộ môn công nghệ chế biến, viện công nghệ sinh học và môi
trường trường Đại học Nha Trang đã tạo điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian thực
tập.
Chân thành cảm ơn các bạn sinh viên lớp 50CB, cùng toàn thể các bạn sinh
viên thực tập tại phòng thí nghiệm đã nhiệt tình giúp đỡ động viên em.

Nha Trang tháng 07 năm 2012
Sinh viên

Nguyễn Văn Mạnh










ii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN I
MỤC LỤC II
DANH MỤC IV
C
HƯƠNG
1:

TỔNG

QUAN 3
1.1. NGUỒN PHẾ LIỆU TÔM VÀ CÁC HƯỚNG TẬN DỤNG 3
1.1.1. Nguồn phế liệu tôm 3
1.1.2. Cấu tạo và thành phần hóa học của phế liệu tôm [1] 4
1.1.3. Các hướng tận dụng của nguồn phế liệu tôm 7
1.2. TỔNG QUAN VỀ CHITIN 8
1.2.1. Nguồn gốc và sự tồn tại của chitin trong tự nhiên [1] 8
1.2.2. Cấu tạo và tính chất chitin 9
1.2.3. Ứng dụng của chitin - chitosan [5] 11
1.2.4. Công nghệ sản xuất chitin 13
C
HƯƠNG
2:

ĐỐI

TƯỢNG

VÀ


PHƯƠNG

PHÁP

NGHIÊN

CỨU 25
2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 25
2.1.1. Phế liệu vỏ, đầu tôm 25
2.1.2. Hóa chất nghiên cứu 25
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25
2.2.1. Phương pháp thu nhận mẫu 25
2.2.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm: 25
2.2.3. Phương pháp phân tích và xác định các chỉ tiêu 29
2.2.4. Thiết bị 29
C
HƯƠNG
3:

KẾT

QUẢ

NGHIÊN

CỨU

VÀ


THẢO

LUẬN 30
3.1. Kết quả nghiên cứu quá trình khử protein cho vỏ 30
3.1.1. Kết quả đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình khử
protein trên vỏ 30
3.1.2. Kết quả tối ưu quá trình khử protein trên vỏ 32
iii

3.2. Kết quả nghiên cứu quá trình khử protein cho đầu - vỏ tôm 37
3.2.1. Kết quả đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình khử
protein trên đầu - vỏ tôm 37
3.2.2. Kết quả tối ưu quá trình khử protein trên đầu-vỏ 40
3.3. Kết quả nghiên cứu quá trình khử protein cho đầu 44
3.3.1. Kết quả đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình khử
protein trên đầu 44
3.3.2. Kết quả tối ưu quá trình khử protein trên đầu 46
3.4. So sánh chế độ khử protein tối ưu của đầu, vỏ, và đầu - vỏ 51
KẾT

LUẬN

VÀ

ĐỀ

XUẤT

Ý


KIẾN 53
TÀI

LIỆU

THAM

KHẢO 54
PHỤ

LỤC 56





iv

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ tổng hợp các hướng tận dụng phế liệu tôm 8
Hình 1.2. .Cấu tạo của Chitin. 10
Hình 1.3. Sự sắp xếp của chuỗi polymer của α-chitin, β-chitin và γ-chitin 10
Hình 1.4. Chitosan và glucosamine tạo thành từ sự thủy phân chitin 11
Hình 1.5. Sơ đồ tổng quát quá trình sản xuất chitin, chitosan từ phế liệu thủy sản 13
Hình 1.6. . Quy trình sản xuất của Pháp 17
Hình 1.7. Quy tình sản xuất của Stevens, Viện công nghệ Châu Á (AIT), Thái
Lan (2002) 18
Hình 1.8. Quy trình của Đỗ Minh Phụng, trường Đại học Thủy sản Nha Trang 19
Hình 1.9. Quy trình sản xuất chitin và chitosan của Trang Sĩ Trung, Đại học
Nha Trang (2006) 20

Hình 1.10. Quy Trình của Trung tâm Chế biến Đại học Thủy sản 21
Hình 1.11. Quy trình sản xuất chitin của Holanda và Netto 22
Hình 1.12. Quy trình sử dụng Enzyme papain để sản xuất chitosan (Trần Thị
Luyến, 2003) 23
Hình 2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát 26
Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng và tương tác của các yếu tố nghiên cứu . 31
Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn độ lệch chuẩn theo thí nghiệm 36
Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn xác suất phân phối chuẩn theo độ lệch chuẩn 36
Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng và tương tác của các yếu tố nghiên cứu . 39
Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn xác suất phân phối chuẩn theo độ lệch chuẩn 43
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng và tương tác của các yếu tố nghiên cứu . 45
Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn độ lệch chuẩn theo thí nghiệm 50
Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn xác suất phân phối chuẩn theo độ lệch chuẩn 50
Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn phương trình đường chuẩn của phương pháp
Microbiuret 59

v

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần khối lượng của một số loài tôm 4
Bảng 1.2. Thành phần hóa học của đầu và vỏ tôm sú 6
Bảng 1.3. Thành phần hóa học của đầu và vỏ tôm thẻ chân trắng 6
Bảng 1.4. Tổng hợp điều kiện khử protein trong quá trình sản xuất chitin từ các
nguồn phế liệu khác nhau 15
Bảng 1.5. Tổng hợp các thông số của công đoạn khử protein –của một số nghiên
cứu trong và ngoài nước. 24
Bảng 2.1. Ma trận thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố 27
Bảng 2.2. Ma trận thí nghiệm tối ưu công đoạn khử protein bằng NaOH 28
Bảng 3.1. Kết quả đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố 30
Bảng 3.2. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố khi xử lý NaOH với vỏ tôm thẻ

chân trắng 31
Bảng 3.3. Kết quả tối ưu quá trình khử protein trên vỏ 32
Bảng 3.4. Kết quả phân tích dự đoán mô hình 33
Bảng 3.5. Kết quả phân tích ANOVA 33
Bảng 3.6. Kết quả phân tích các chỉ số thống kê ứng với mô hình lựa chọn 35
Bảng 3.7. Kết quả chọn chế độ tối ưu trên phần mềm DX 37
Bảng 3.8. Kết quả đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố 37
Bảng 3.9. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố khi xử lý NaOH với đầu + vỏ tôm
thẻ chân trắng 38
Bảng 3.10. Kết quả tối ưu quá trình khử protein trên đầu-vỏ 40
Bảng 3.11. Kết quả phân tích dự đoán mô hình 41
Bảng 3.12. Kết quả phân tích ANOVA 41
Bảng 3.13. Kết quả phân tích các chỉ số thống kê ứng với mô hình lựa chọn 42
Bảng 3.14. Kết quả chọn chế độ tối ưu trên phần mềm DX 44
Bảng 3.15. Kết quả đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố 44
vi

Bảng 3.16. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố khi xử lý NaOH với đầu tôm thẻ
chân trắng 45
Bảng 3.17. Kết quả tối ưu quá trình khử protein trên đầu 46
Bảng 3.18. Kết quả phân tích dự đoán mô hình 47
Bảng 3.19. Kết quả phân tích ANOVA 48
Bảng 3.20. Kết quả phân tích các chỉ số thống kê ứng với mô hình lựa chọn 49
Bảng 3.21. Kết quả chọn chế độ tối ưu 51
Bảng 3.22. Tổng hợp chế độ tối ưu cho hiệu quả khử cao nhất 51
Bảng 3.23. Bảng tối ưu khi cố đinh hiệu quả khử protein ở 97.42% 52
Bảng 3.23 cho thấy với cùng hiệu suất thu được như nhau nhưng với các đối
tượng khác nhau cho chế độ khử khác nhau. 52
Bảng 3.24. Bố trí thí nghiệm chạy đường chuẩn của ph ương pháp Microbiuret 58
Bảng 3.25. Kết quả đo OD330nm 59

Bảng 3.26. Thành phần khối lượng của tôm thẻ chân trắng 60













1

LỜI MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Là một trong những ngành kinh tế trọng tâm của nền kinh tế quốc dân, ngành
Thuỷ sản trong những năm gần đây đã đạt được những thành tựu quan trọng về nuôi
trồng, chế biến thuỷ sản cũng như xuất nhập khẩu, trong đó lĩnh vực chế biến tôm
xuất khẩu đóng góp một vai trò đáng kể. Mặc dù đã có sự quan tâm cải tiến công
nghệ, đa dạng hoá mặt hàng để khai thác triệt để nguồn lợi giáp xác nuôi trồng và
đánh bắt được nhưng tỷ lệ nguyên liệu còn lại trong chế biến tôm còn khá cao,
khoảng 30-40%, đòi hỏi phải được xử lý để tận thu nhằm hạn chế tổn thất và ô nhiễm
môi trường.
Nguyên liệu còn lại trong quá trình chế biến tôm gồm có đầu, vỏ và thịt vụn,
trong đó đầu và vỏ tôm có thể sử dụng để sản xuất chitin và chitosan mang lại giá trị
kinh tế cao. Một số nghiên cứu đã cho thấy đầu và vỏ tôm có đặc điểm cấu tạo và
thành phần hoá học khác nhau đáng kể, nhưng trong các qui trình sản xuất chitin hiện

nay ở nước ta hai đối tượng này vẫn được xử lý chung trong cùng một qui trình. Điều
này có thể dẫn đến việc sử dụng lượng hoá chất không hợp lý và ảnh hưởng xấu đến
chất lượng của chitin thu được.
Thực tế cho thấy trong dây chuyền sản xuất tôm, đầu và vỏ tôm hoàn toàn có
thể tách riêng một cách dễ dàng vì vậy việc áp dụng chế độ xử lý theo đặc điểm riêng
của từng đối tượng là cần thiết và khả thi nhằm kiểm soát lượng hoá chất sử dụng và
hạn chế tác động không có lợi đến tính chất của chitin thành phẩm.
Xuất phát từ thực tế trên, được sự đồng ý của Chủ nhiệm Khoa Công Nghệ
Thực Phẩm, Trường Đại học Nha Trang, đề tài: “Đánh giá ảnh hưởng của tính chất
nguyên liệu đầu vào đến hiệu quả khử protein bằng NaOH trong qui trình sản
xuất chitin” đã được thực hiện.

2

2. Mục tiêu đề tài
Nghiên cứu tối ưu hóa công đoạn khử protein trong quy trình sản xuất chitin
cho riêng đầu; vỏ; và đầu + vỏ tôm thẻ chân trắng . Từ đó, đề xuất chế độ khử protein
hợp lý cho từng đối tượng,
3. Nội dung nghiên cứu
- Đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình khử protein trên vỏ, đầu, và
đầu + vỏ tôm
- Tối ưu hóa công đoạn khử protein cho vỏ tôm bằng NaOH.
- Tối ưu hóa công đoạn khử protein cho đầu tôm bằng NaOH.
- Tối ưu hóa công đoạn khử protein cho đầu - vỏ tôm bằng NaOH.
- Đề xuất chế độ khử protein hợp lý riêng cho đầu, vỏ, và đầu-vỏ.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng bên cạnh một số kết quả đạt được đề tài
vẫn còn có rất nhiều thiếu sót. Kính mong sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô
và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.

Nha Trang, tháng 07 năm 2012

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Mạnh

3

Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. NGUỒN PHẾ LIỆU TÔM VÀ CÁC HƯỚNG TẬN DỤNG
1.1.1. Nguồn phế liệu tôm
Ở Việt Nam nguồn nguyên liệu tôm rất dồi dào, được thu từ 2 nguồn chính là
đánh bắt tự nhiên và nuôi trồng. Đặc biệt, nuôi tôm đã phát triển mạnh trong những
năm gần đây và trở thành ngành kinh tế mũi nhọn. Năm 2008 Kim ngạch xuất khẩu
thủy sản đạt 4,27 tỉ USD. Năm 2009 kim ngạch xuất khẩu cả năm ước đạt 4,3 tỷ
USD. Năm 2010 xuất khẩu thủy sản trên 5 tỷ USD, tăng 18% so với năm 2009. Đây
là lần đầu tiên xuất khẩu tôm của Việt Nam vượt 2 tỷ USD, với 241.000 tấn, tăng
13,4% về khối lượng và 24,4% về giá trị so với 209.567 tấn và 1,675 tỷ USD của năm
2009. Năm 2011, XK thủy sản của Việt Nam đạt 6,1 tỷ USD, tăng 21% so với năm
2010 và tăng gấp hơn 3 lần so với mức 2 tỷ USD năm 2002, XK tôm của Việt Nam
tiếp tục tăng trưởng mạnh với giá trị năm 2011 đạt gần 2,4 tỷ USD, trong đó XK tôm
sú chiếm 59,7% tổng giá trị, XK tôm chân trắng chiếm 29,3%, còn lại là tôm các loại khác.
Theo thống kê của Trung tâm Nghiên cứu Chế biến Thủy sản, Đại học Nha
Trang sản thì lượng phế liệu năm 2004 tại Việt Nam ước tính khoảng 45.000 tấn phế
liệu, năm 2005 tính riêng cho phế liệu tôm ước tính khoảng 70.000 tấn/năm [9]. Đến
năm 2008, các nhà máy chế biến thủy sản xuất khẩu chế biến khoảng 200.000 tấn tôm/năm,
quá trình chế biến tôm tạo ra một lượng phế liệu (đầu, vỏ) khoảng 100.000 tấn [13].
Phần lớn tôm được đưa vào chế biến dưới dạng tôm vỏ bỏ đầu hoặc tôm lột
PTO. Từ thực tế trên ta thấy chất rắn thải trong sản xuất sản phẩm tôm chủ yếu là đầu
và vỏ nhưng tỷ lệ đầu tôm cao hơn. Phần đầu chiếm 34 ÷ 45%, phần vỏ 10 ÷ 15%
trọng lượng tôm nguyên liệu[2]. Sản lượng xuất khẩu tôm ngày càng cao thì lượng
phế thải ra càng lớn. Phế liệu đầu và vỏ tôm chiếm 50- 70% nguyên liệu ban đầu (Đỗ

Văn Nam và cộng sự, 2005: Shahidi và Synowiecki, 1991). Nguồn phế liệu tôm này
nếu biết tận dụng triệt để sẽ mang lại nguồn lợi khổng lồ. Nó không chỉ đem lại giá trị
kinh tế cao mà còn có ý nghĩa bảo vệ môi trường. Thành phần phế liệu đầu và vỏ
một số loài tôm ở Bảng 1.1
4

Bảng 1.1. Thành phần khối lượng của một số loài tôm:[3]
Loài tôm Đầu tôm (%) Vỏ tôm (%)
He 29,80 10,00
Thẻ 28,00 9.00
Sú 31,40 8,90
Rằn 33,90 10,40
Gân 33,14 11,27
Chì 31,85 11,07
Bột 31,55 12,15
Sắt 42,38 11,62
Càng 51,95 8,56
Hùm 63,40 5,50
Mũ ni 52,02 12,57

1.1.2. Cấu tạo và thành phần hóa học của phế liệu tôm [1]
1.1.2.1. Cấu tạo vỏ tôm
Lớp ngoài cùng của vỏ tôm có cấu trúc chitin-protein bao phủ, lớp vỏ này
thường bị hóa cứng khắp bề mặt cơ thể do sự lắng đọng của muối canxi và các hợp
chất hữu cơ khác nằm dưới dạng phức tạp do sự tương tác giữa protein và các chất
không hòa tan.
Lớp biểu bì, lớp màu, lớp canxi hóa cứng do sự lắng đọng của canxi. Lớp màu,
lớp canxi hóa, lớp không bị canxi hóa chứa chitin nhưng lớp biểu bì thì không. Ta gọi
các lớp có chứa chitin là lớp endocuticle.
* Vỏ chia làm 4 lớp chính:

• Lớp biểu bì (epicuticle).
• Lớp màu.
• Lớp canxi.
• Lớp không bị canxi hóa.
5

- Lớp biểu bì (epicuticle): Những nghiên cứu cho thấy lớp màng này nhanh
chóng bị biến đỏ bởi fuxin, có điểm pH=5,1 không chứa chitin. Nó khác với các lớp
vỏ còn lại, bắt màu với anilin xanh. Lớp epicuticle có lipid vì thế nó cản trở tác động
của acid ở nhiệt độ thường trong công đoạn khử khoáng bằng acid hơn là các lớp bên
trong. Màu của lớp này thường vàng rất nhạt có chứa polyphenol-oxidase và bị hóa
cứng bởi quinone-tanin. Lớp epicuticle liên kết với một số màng mỏng bên ngoài cản
trở hòa tan ngay cả trong môi trường acid đậm đặc do nó có chứa các mắt xích paratin
mạch thẳng.
- Lớp màu: Tính chất của lớp này do sự có mặt của những thể hình hạt của vật
chất mang màu giống dạng melanin. Chúng gồm những túi khí hoặc những không
bào. Một vài vùng xuất hiện những hệ thống rãnh thẳng đứng có phân nhánh, là con
đường cho canxi thẩm thấu vào.
- Lớp canxi hóa: Lớp này chiếm phần lớn vỏ, thường có màu xanh trải đều
khắp, chitin ở trạng thái tạo phức với canxi.
- Lớp không bị canxi hóa: Vùng trong cùng của lớp vỏ được tạo thành bởi một
phần tương đối nhỏ so với tổng chiều dày bao gồm các phức chitin-protein bền vững
không có canxi và quinone.
1.1.2.2. Thành phần hóa học của phế liệu tôm
Thành phần hóa học chiếm tỉ lệ đáng kể trong phế liệu tôm là protein, chitin,
khoáng, enzyme và sắc tố. Trong đó đầu tôm có hàm lượng protein chiếm khoảng
50%, trong khi vỏ chỉ chiếm khoảng 22%. Ngoài ra, một số loài tôm trong vỏ, đầu có
hàm lượng lipid tương đối cao (trên 10%) thì cần phải lưu ý công đoạn xử lý lipid.
Thông thường lượng lipid này cũng được loại đi trong công đoạn khử protein. Thành
phần khoáng của phế liệu tôm, cua, ghẹ, nang mực chủ yếu là Ca; ngoài ra có P, K,

Mg, Mn và Fe.
Đối với tôm sú ta có bảng thành phần ở bảng 1.2

6

Bảng 1.2. Thành phần hóa học của đầu và vỏ tôm sú [3]
Bộ phận Protein thực Chất béo Chitin Tro
Đầu 53.5 8.9 11.1 22.6
Vỏ 22.8 0.4 27.2 11.7

Trong thời gian gần đây, việc nuôi tôm thẻ chân trắng (Penaaus vannamei)
thương phẩm phát triển mạnh, nguồn phế liệu tôm thẻ trở thành nguồn nguyên liệu
chính để sản xuất chitin. Tương tự như phế liệu tôm sú, thành phần protein trong phế
liệu tôm thẻ tương đối cao.
Bảng 1.3. Thành phần hóa học của đầu và vỏ tôm thẻ chân trắng[3][4]
Protein (%) Khoáng (%)
Vỏ 21 ± 2.1 27.5 ± 2.3
Đầu 49.01 25.23
Đầu + vỏ 47,4 ± 1,8 24,6 ± 0,8

Kết quả ở Bảng 1.3 cho thấy đầu tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei) có
hàm lượng protein cao hơn đáng kể so phần vỏ. Vì vậy, trong quá trình sản xuất
chitin từ phế liệu tôm thẻ cần lưu ý đến đặc điểm này.
Protein trong phế liệu tôm thường là loại protein không hoà tan do đó khó tách
ra khỏi vỏ, tồn tại dưới 2 dạng [2]: Dạng tự do tồn tại trong nội tạng và trong các cơ
thịt tôm, dạng phức tạp ở dạng này protein không hòa tan và thường liên kết với
chitin, canxi carbonate, với lipid tạo lipoprotein, với sắc tố tạo protein-carotenoid…
như một phần thống nhất quyết định tính bền vững của vỏ tôm.
Chitin: Tồn tại dưới dạng liên kết với protein, khoáng và nhiều hợp chất hữu
cơ khác, đây là nguyên nhân gây khó khăn cho việc tách và tinh chế chúng.

Canxi: Trong vỏ tôm, đầu tôm, vỏ ghẹ có chứa một lượng lớn muối vô cơ, chủ
yếu là muối CaCO
3
, hàm lượng Ca
3
(PO4)
2
, mặc dù không nhiều nhưng trong quá
trình khử khoáng dễ hình thành hợp chất CaHPO
4
không tan trong HCl gây khó khăn
cho quá trình khử khoáng.
7

Sắc tố: Trong vỏ tôm có nhiều loại sắc tố nhưng chủ yếu là astaxanthin. Trong
vỏ và đầu tôm thì astaxanthin kết hợp với protein một cách chặt chẽ. Cũng nhờ có
liên kết này mà thành phần astaxanthin trong vỏ tôm được bảo vệ. Khi liên kết
astaxanthin–protein không còn nữa thì astaxanthin sẽ dễ dàng bị oxy hoá tạo thành
astaxin.
Enzyme: Phế liệu tôm cũng có chứa một số enzyme. Trong đầu tôm có chứa
enzyme tiêu hoá chymotrypsin, nó được sử dụng trong điều trị bệnh ung thư. Một vài
loại enzyme khác có mặt trong phế liệu tôm gồm alkaline phosphatase, chitinase, -
N-acetyl glucosamidase cũng được ứng dụng nhiều trong thực tế. Hoạt độ enzyme
protease của đầu tôm khoảng 6,5 đơn vị hoạt độ/g tươi [12]
Ngoài các thành phần chủ yếu ở trên, trong vỏ đầu tôm còn có các thành phần
khác như: Nước, lipid, photpho…
Từ thành phần hoá học của nguồn phân loại tôm ta thấy có thể tận dụng nguồn
phế liệu này làm thức ăn chăn nuôi hoặc sản xuất chitin và chitosan để vừa góp phần
nâng cao hiệu quả kinh tế vừa góp phần giảm sự ô nhiễm môi trường do nguồn phế
liệu tôm được thải ra.

1.1.3. Các hướng tận dụng của nguồn phế liệu tôm
Phế liệu tôm có thể tận dụng để thu hồi protein, astaxanthin, chitin, chitosan và
enzyme protease. Qua nhiều tài liệu khoa học, có thể tổng kết các lĩnh vực ứng dụng
khác nhau của phế liệu tôm ở sơ đồ hình 1.1.









8




















Hình 1.1. Sơ đồ tổng hợp các hướng tận dụng phế liệu tôm
1.2. TỔNG QUAN VỀ CHITIN
1.2.1. Nguồn gốc và sự tồn tại của chitin trong tự nhiên [1]
Chitin được tách chiết lần đầu tiên vào năm 1811 bởi nhà dược hóa học người
Pháp Henri Braconnot từ nấm (Braconnot, 1811).
Chitin là polymer hữu cơ phổ biến trong tự nhiên sau cellulose, chúng được
tạo ra trung bình 20g trong 1 năm/1m
2
bề mặt trái đất. Trong thiên nhiên chitin tồn
tại ở cả động vật và thực vật.
Trong giới động vật, chitin là thành phần cấu trúc quan trọng của vỏ bao của
một số động vật không xương sống như côn trùng, nhuyễn thể, giáp xác, giun tròn.
Chitin được coi là chất tạo xương hữu cơ chính ở động vật không xương sống. Trong
Thức ăn gia súc Phế liệu tôm Chiết rút enzyme
Chiết rút
astaxanthin
Khử protein
Thu hồi
protein
Khử khoáng
Bổ
sung
vào
thực
phẩm
Chitin
Bổ sung

vào
thức ăn
chăn
nuôi
Sản xuất
thức ăn
cho tôm,
cá, gia súc

Ứng dụng
trong công
nghiệp
dư
ợc

Deacety hóa
Chitosan
Ứng dụng
trong các
ngành
khác
Ứng dụng
trong nông
nghiệp
Ứng dụng
trong công
nghiệp sinh
học
Ứng dụng
trong công

nghiệp
dược
Ứng dụng
trong công
nghiệp thực
phẩm
Công nghiệp
thực phẩm
Công nghiệp
dược
9

thực vật, chitin có trong vách tế bào của nấm và một số loài tảo chlorophyceae.
Chitin tồn tại trong tự nhiên ở dạng tinh thể. Nó có cấu trúc gồm nhiều phân tử được
nối với nhau bằng cầu nối hydro và tạo thành một hệ thống dạng sợi ít nhiều có tổ
chức. Trong tự nhiên rất ít gặp dạng tồn tại tự do của chitin, nó liên kết dưới dạng
phức hợp chitin-protein, chitin với các hợp chất hữu cơ… Khi tồn tại như thế, chitin
có sự đề kháng đối với các chất thủy phân, hóa học và enzyme. Do đó nó gây khó
khăn cho việc tách chiết và tinh chế. Tùy thuộc vào đặc tính của cơ thể và sự thay đổi
từng giai đoạn sinh lý mà trong cùng một loài, người ta có thể thấy sự thay đổi về
hàm lượng cũng như chất lượng của chitin.
Trong động vật thủy sản đặc biệt là vỏ tôm, cua, ghẹ, hàm lượng chitin chiếm
tỉ lệ khá cao, từ 14-35% so với trọng lượng khô. Vì vậy vỏ tôm, cua, ghẹ là nguồn
nguyên liệu tiềm năng sản xuất chitin-chitosan và các sản phẩm từ chúng.
Trong tự nhiên, chitosan rất hiếm gặp, chỉ có trong vách ở một số lớp vi nấm
(đặc biệt zygomycetes, mucor…) và ở vài loại côn trùng như ở thành bụng của
mối

chúa.


Ngày nay chitin – chitosan có rất nhiều ứng dụng trong đời sống vì vậy việc
nghiên cứu và sản xuất ngày càng có ý nghĩa quan trọng.
1.2.2. Cấu tạo và tính chất chitin
Chitin là một polysaccharide mạch thẳng, nó có cấu trúc tuyến tính gồm các
đơn vị N-acetyl-glucosamine nối với nhau nhờ cầu β-1,4glucoside.
Công thức phân tử: (C
8
H
13
O
5
N)
n

Phân tử lượng : M = (203,19)
n

Trong đó n phụ thuộc vào nguồn gốc nguyên liệu:
Đối với tôm hùm : n = 700÷800
Đối với cua : n = 500÷600
Đối với tôm thẻ: n = 400÷500
Công thức cấu tạo:
10


Hình 1.2. .Cấu tạo của Chitin.
Tính chất của chitin phụ thuộc vào cấu trúc của chitin. Người ta chia cấu
trúc chitin thành ba dạng: α-chitin, β-chitin, γ-chitin (Hackman và Goldberg, 1965).
Cấu trúc của chitin ở các dạng trên xuất phát từ nguồn chiết rút chitin, chitin từ tôm
và cua có dạng α-chitin, còn chitin từ mực có dạng β-chitin. Ba dạng chitin nêu trên

có sự khác nhau về tính hydrat hóa, kích thước của mỗi đơn vị cấu trúc và số
mạch chitin trong mỗi đơn vị cấu trúc. α-chitin có độ rắn phân tử cao nhất và ở
dạng rắn chắc và các mạch chitin sắp xếp song song nhưng ngược chiều nhau
(Carlsstrom, 1957). β-chitin bao gồm các mạch chitin song song cùng chiều nhau, có
độ rắn thấp, tính hydrat hóa cao. γ-chitin sắp xếp cứ 2 mạch song song cùng chiều
thì có một mạch ngược chiều. Trong tự nhiên, α-chitin có mặt nhiều nhất và thường rất
cứng. Trong khi β-chitin, γ-chitin thì tạo nên tính dai, dẻo (Rudall & Kenching, 1973) [18].

Hình 1.3. Sự sắp xếp của chuỗi polymer của α-chitin, β-chitin và γ-chitin
Chitin có màu trắng, cũng giống cellulose, chitin có tính kỵ nước cao (đặc
biệt đối
vớ
i
α-chitin)
và không tan trong nước, trong kiềm, trong acid loãng và các
dung môi hữu cơ như ete, rượu. Tính không tan của chitin là do chitin có cấu trúc
chặt chẽ, có liên kết trong và liên kết phân tử mạnh thông qua các nhóm hydroxyl
11

và acetamide (Urbanczyk và cộng sự, 1997). Tuy nhiên, β-chitin, không giống như α-
chitin, có tính trương nở với nước cao (Blackwel, 1969) [18].

- Chitin hòa tan được trong dung dịch acid đậm đặc như HCl, H
3
PO
4

và
dimethylacetamide chứa 5% lithium chloride.
- Chitin tự nhiên có độ deacetyl dao động trong khoảng từ 8-12%, phân tử

lượng trung bình lớn hơn 1 triệu dalton. Tuy nhiên, chitin chiết rút từ vi sinh vật thì
có phân tử lượng thấp, chỉ khoảng vài chục ngàn dalton.
- Khi đun nóng chitin trong dung dịch NaOH đặc thì chitin bị khử mất gốc
acetyl tạo thành chitosan.
- Khi đun nóng chitin trong dung dịch HCl đặc thì chitin sẽ bị thủy phân tạo
thành các phân tử glucosamine có hoạt tính sinh học cao. Khi đun nóng chitin trong
HCl đậm đặc tạo thành 88,5% D-glucosamine và 22,5% acid acetic.

Hình 1.4. Chitosan và glucosamine tạo thành từ sự thủy phân chitin
1.2.3. Ứng dụng của chitin - chitosan [5]
1.2.3.1. Trong công nghiệp thực phẩm
Trong công nghệ thực phẩm, chitin đặc biệt là chitosan là những hợp chất
polyme tự nhiên an toàn với những tính chất đặc trưng như khả năng kháng nấm,
kháng khuẩn, chống ôxy hóa, tạo màng , tạo gel, làm trong nên chitosan được ứng
dụng nhiều trong lĩnh vực cộng nghệ chế biến và bảo quản thực phẩm.
- Tạo màng, chống biến nâu, chống mất nước, hạn chế hao hụt trọng lượng,
kháng nấm bảo quả trái cây như dâu , vải, nhãn, na, xoài, thăng long
12

- kháng khuẩn, kháng nấm, chống ôxy hóa trong bảo quản và chế biến thịt, cá,
đậu, đậu phụ, bánh mỳ
- chitosan làm chất trợ lắng trong công nghệ sản xuất nước quả và rượu.
1.2.3.2. Ứng dụng trong nông nghiệp
Dùng bảo quản hạt giống, tăng cường khả năng nảy mầm của hạt, tác nhân
chống nấm, chống vi khuẩn gây bệnh cho môi trường xung quanh.
Ngoài ra, chitosan còn dùng làm chất kích thích sinh trưởng cây trồng, thuốc chống
bệnh đạo ôn, khô vằn cho lúa.
1.2.3.3. Ứng dụng trong sinh học
Làm giá thể hoạt hóa cho công nghệ cố định enzyme và các tế bào vi sinh vật,
làm chất mang sử dụng trong sắc ký chọn lọc, màng lọc sinh học, tổng hợp polymer

sinh học.
1.2.3.4. Trong y học và mỹ phẩm
Dùng làm phụ gia trong kỹ nghệ bào chế dược phẩm: Tá dược độn, tá dược
chính, tá dược dẫn thuốc, màng bao phim, viên nang mềm, nang cứng…làm chất
mang sinh học để gắn thuốc, tạo ra thuốc polymer tác dụng chậm kéo dài, làm hoạt
chất chính để chữa bệnh nh ư: Thuốc điều trị liền vết thương, vết phỏng, vết mổ vô
trùng, thuốc bổ d ưỡng cơ thể: Hạ lipid và cholesterol máu, thuốc chữa bệnh đau dạ
dày, tiểu đường, xưng khớp, viêm khớp, viêm x ương, loãng xương, chống đông tụ
máu, kháng nấm, kháng khuẩn, điều trị suy giảm miễn dịch, có khả năng hạn chế sự
phát triển của tế bào u, tế bào u ng thư và chống HIV. Dùng làm vật liệu y sinh: Da
nhân tạo, màng sinh học, chất nền cho da nhân tạo, chỉ khâu phẫu thuật, mô cấy
ghép…
Trong mỹ phẩm chitosan được bổ sung vào kem chống khô da, kem lột mặt
để tăng độ bám dính, tăng độ hòa hợp sinh học với da, chống tia cực tím…
1.2.3.5. Trong công nghiệp
Vải col dùng cho may mặc, vải chịu nhiệt, chống thấm, vải chitosan dùng cho
may quần áo diệt khuẩn trong y tế…
13

Ph
ế liệu

Kh
ử khoáng

Kh
ử protein

T
ẩy m

àu

chitin

Deacetyl hóa

Chitosan

1.2.3.6. Trong công nghệ in ấn
Dùng làm mực in cao cấp trong công nghệ in, tăng cường độ bám dính của mự in…
1.2.3.7. Trong công nghệ môi trường
Chitin – chitosan được ứng dụng khá phổ biến trong xử lý môi trường nhờ khả
năng hấp phụ, tạo phức với các ion kim loại (pb, Hg, Cd, Fe, Cu, ), các chất màu,
khả năng keo tụ, tạo bông rất tốt với các chất hữu cơ. Do đó chitin, chitosan được sữ
dụng như một nhóm tác nhân chính để xử lý nước thải (hiranp, 1996; matteus, 1997;
synowwiecki và Ali-Khateeb, 2003). nhuộm vải, xử lý nước trong công nghiệp nuôi
tôm, cá…
1.2.4. Công nghệ sản xuất chitin
Quy trình hóa học sản xuất chitin thông thường gồm công đoạn tách khoáng,
tách protein, và tẩy màu. Công đoạn tẩy màu ở các nước nhiệt đới như Việt Nam
thường thực hiện kết hợp với quá trình phơi khô sản phẩm chitin dưới ánh nắng mặt
trời. Chitosan được sản xuất từ chitin qua quá trình tách nhóm acetyl (deacetylation).
Tất cả các công đoạn trên đều được xử lý bằng hóa chất, tùy theo loại nguyên liệu,
công nghệ, và yêu cầu về chất lượng sản phẩm chitin và chitosan mà các điều kiện xử
lý sẽ khác nhau. Sơ đồ tổng quát quá trình sản xuất chitin, chitosan từ phế liệu thủy
sản được trình bày ở Hình 1.5











Hình 1.5. Sơ đồ tổng quát quá trình sản xuất chitin, chitosan từ phế liệu thủy sản
14

- Khử khoáng: Quá trình khử khoáng được thực hiện bằng việc sử dụng HCl
hoặc acid hữu cơ khác hoặc kết hợp cả hai ở nhiệt độ phòng với cơ chế như sau:
CaCO
3
+ 2HCl = CaCl
2
+ CO
2
+ H
2
O
Ca
3
(PO
4
)
2
+ 6HCl = 3CaCl
2
+ 2H
3

PO
4

Nồng độ acid: Nồng độ acid quá thấp sẽ không khử được hết khoáng dẫn đến
sản phẩm còn nhiều tạp chất. Nồng độ quá cao sẽ gây đứt mạch chitin, giảm chất
lượng sản phẩm.
Tỉ lệ acid/nguyên liệu: Nếu quá nhỏ thì sẽ không khử hết khoáng, nếu quá lớn
sẽ ảnh hưởng xấu đối với mạch, tốn chi phí.
Nhiệt độ, thời gian xử lí: hai yếu tố này cũng rất quan trọng, ảnh hưởng đến
chất lượng sản phẩm. Nếu thời gian xử lí dài và nhiệt độ cao thì sản phẩm bị nát sẽ rất
khó xử lí sau này, đồng thời sẽ ảnh hưởng tới độ nhớt của sản phẩm sau này. Nếu
nhiệt độ thấp và thời gian xử lí ngắn thì khoáng sẽ không bị loại triệt để
- Rửa trung tính: Công đoạn này có tác dụng rữa trôi hết lượng CaCl
2
tạo
thành, loại bỏ HCl dư bởi vì lượng HCl nếu còn sẽ trung hòa làm tốn lượng NaOH
cho công đoạn khử protein hay deacetyl. Trong quá trình rửa cũng có phần nào sắc tố
bị rửa trôi.
- Khử protein:[5]
Quá trình khử protein từ phế liệu thủy sản có thể được thực hiện với nhiều loại
hóa chất như NaOH, Na
2
CO
3
, Na
2
HCO
3
, KOH, K
2

CO
3
, Ca(OH)
2
. Tuy nhiên NaOH
được sử dụng nhiều nhất, nồng độ tù 1 – 10%, ở nhiệt độ phòng hoặc nhiệt độ cao, có
khi lên đến 100
0
C. Thời gian xử lý từ vài giờ đến vài ngày

15

Bảng 1.4. Tổng hợp điều kiện khử protein trong quá trình sản xuất chitin từ các
nguồn phế liệu khác nhau [5]
Nguồn Chế độ khử protein
Nồng độ kiềm Nhiệt độ (0C) Thời gian (h) Tỉ lệ (w/v)
Tôm hùm 1N NaOH 100 12h x 5 lần 1 : 5.5
10% NaOH Nhiệt độ phòng 72 -
10% NaOH 100 2.5 1 : 50
15% NaOH 65 3 1 : 10
Tôm
sú
3% NaOH 100 1 -
1% NaOH 65 1 1 : 10
1% kOH 90 2 1 : 20
4% NaOH Đun sôi 1 -
1N NaOH 100 1 1 : 6
5N NaOH 100 1 -
Tôm thẻ 5% NaOH Hồi lưu 2 1 : 15 – 20
5% NaOH 100 0.5 1 : 1

5% NaOH Đun sôi 0.5 2 : 3
5% NaOH 65 3 1 : 10
Cua 1N NaOH 80 3h x 2 lần -
2% NaOH 90 2 1 : 20
1N NaOH 50 6 -
5% NaOH 90 2 -
1N NaOH 60 5 -
5% NaOH 65 1 1 : 15

Phương trình khử protein như sau:
16

Quá trình khử protein thường kèm theo quá trình khử lipid do lipid có thể phản
ứng với kiềm tạo thành xà phòng theo phương trình phản ứng sau:

Đối với quá trình khử protein, nhiệt độ đóng vai trò qua trọng, ở nhiệt độ
thường quá trình tách protein diễn ra chậm, thời gian thủy phân 1 đến vài ngày. Khi
nâng nhiệt nhiệt độ xử lý thì thời gian cần thiết để tách protein giảm đáng kể. Để rút
ngắn thời gian tách protein còn vài giờ thì nhiệt độ cần đạt khoảng 90 – 100
0
C. Ngoài
ra tỷ lệ phế liệu với dung dịch hóa chất đóng vai trò quyết định hiệu quả tách protein.
Tuy nhiên cũng lưu ý là sử dụng nhiệt độ cao hoặc thời gian dài sẽ dẫn đến quá trình
cắt mạch sản phẩm chitin.
Trong phế liệu tôm và cua có chứa một lượng lớn chất màu (astaxanthin) vì
vậy để chitin có màu trắng, đẹp thì cần có một công đoạn tẩy màu. Việc tẩy màu này
có thể thực hiện bằng cách phơi dưới ánh sáng mặt trời hoặc xử lý bằng các chất tẩy
màu thông dụng. Theo Roberts (1998) thì phương pháp tẩy màu đơn giản nhất là sử
dụng H
2

O
2
hoặc NaOCl. Tuy nhiên, quá trình tẩy màu bằng hóa chất thường đi kèm
với quá trình cắt mạch chitin nên dẫn đến chitosan có phân tử lượng thấp, độ nhớt
thấp. Vì vậy, chế độ tẩy màu cần phải được nghiên cứu lựa chọn phù hợp để hạn chế
quá trình 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


17

1.2.4.2. Công nghệ sản xuất chitin-chitosan bằng phương pháp hoá học
a. Quy trình sản xuất chitosan từ vỏ tôm của Pháp[1]























Hình 1.6. . Quy trình sản xuất của Pháp
Ưu điểm: Quy trình sản xuất này rút ngắn được thời gian sản xuất rất nhiều.
Sản phẩm thu được rất sạch có màu trắng đẹp do đã khử được sắc tố triệt để.
Nhược điểm: Do NaOCl là một chất oxy hóa mạnh nên ảnh hưởng đến mạch
polymer làm cho độ nhớt của sản phẩm giảm một cách rõ rệt. Mặt khác, aceton rất đắt
V
ỏ tôm

H
ấp chín ph
ơi khô

Xay nh
ỏ

Tách protein

R
ửa trung tính

Ngâm HCl

Ngâm aceton


Ngâm NaOCl

R
ửa tr
ung tính

Deacety chitin
Rửa trung tính
chitosan

NaOH 3,5%


t
0
= 65
0
C
t = 2h
w/v = 1/10

HCl = 1N
t
o
phòng
t = 2h
w/v =

1/10


t
o
phòng
T = 30 phút
w/v = 1/5

NaOCl 0,135%
t
o
phòng
t = 6 phút
w
/v =

1/10

NaOH 40%

t
o
= 85
o
C

t

=

4

h

18

tiền, tổn thất nhiều, giá thành sản phẩm cao. Chưa kể đến các yếu tố an toàn sản xuất
công nghệ này khó áp dụng trong điều kiện sản xuất của nước ta hiện nay.
b. Quy tình sản xuất của Stevens, Viện công nghệ Châu Á (AIT), Thái Lan
(2002) [12]
















Hình 1.7. Quy tình sản xuất của Stevens, Viện công nghệ Châu Á (AIT),
Thái Lan (2002)
Nguyên liệu sử dụng là vỏ tôm hoặc vỏ cùng với đầu tôm được nghiền nhỏ và
ép, công đoạn này giúp giảm được một phần protein. Cho nên nó giúp quá trình khử
protein bằng NaOH và khử khoáng bằng HCl ở điều kiện nồng độ thấp và nhiệt độ
thấp hiệu quả hơn. Công đoạn đề acetyl được thực hiện 1 lần ở nhiệt độ trung bình

(65
0
C), thời gian 20h. Đây là một quy trình mới, tiết kiệm được lượng xút và acid
dùng, đồng thời tránh được quá trình
cắ
t mạch chitosan do xử lý ở nồng độ acid
chi
tosan

Phơi khô hoặc sấy ở 60
0
, 10h
Tách protein

R
ửa trung tính

Ngâm HCl

HCl 2,5%
t
0
phòng
t = 12h
w/v = 1/10
R
ửa trung tính

Nghi
ền nhỏ v

à ép

Tách protein

NaOH 2,5%

t
o
= 30
o
C
t = 24h
w/v

=

1/10

Nguyên li
ệu

R
ửa trung tính

NaOH 50%
t
0
= 65
0
C

t = 20h
w/v = 1/10

19

cao. Sản phẩm chitosan sản xuất theo quy trình này màu trắng, hàm lượng protein
và khoáng thấp, độ đề acetyl tương đối cao (từ 84-88%).
c. Quy trình của Đỗ Minh Phụng, Trường Đại học Thủy sản:[1]

















Hình 1.8. Quy trình của Đỗ Minh Phụng, trường Đại học Thủy sản Nha Trang

Nhận xét: Chitin thu được có độ trắng cao mặc dù không có công đoạn tẩy
màu. Tuy nhiên, lại có nhược điểm là thời gian sản xuất kéo dài, tiêu tốn nhân công,
nồng độ hóa chất sử dụng cao kết hợp với thời gian sử lý dài (công đoạn khử khoáng)

làm cắt mạch polymer trong môi trường acid dẫn đến độ nhớt giảm

V
ỏ tôm khô

Ngâm HCl

R
ửa trung tính

Ngâm NaOH

R
ửa trung tính

T
ẩy m
àu

chitin

N
ấu trong NaOH

R
ửa trung tính

chitosan

NaOH 8%



t
0
= 100
0
C
t = 2h
w/v = 1/2
,
5

HCl 6N
t
o

phòng
t = 48h
w/v = 1/2
,
5

NaOH 40%


t
0
= 80
0
C

t = 24h
w/v = 1/1