BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG NGÔ THỊ HOÀI DƯƠNG TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH THU NHẬN
CHITIN-CHITOSAN TỪ PHẾ LIỆU TÔM THẺ CHÂN
TRẮNG NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ VÀ CHẤT LƯỢNG
SẢN PHẦM LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỦY SẢN

KHÁNH HÒA - 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

NGÔ THỊ HOÀI DƯƠNG TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH THU NHẬN
LỜI CẢM ƠN
Luận án hoàn thành là nhờ có nhà trường, các tổ chức có liên quan tạo điều
kiện; thầy cô, bạn bè giúp đỡ và hỗ trợ nhiệt tình. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành
nhất tới:
Ban Giám Hiệu trường Đại học Nha Trang và các phòng , ban, khoa, viện liên
quan đã cho phép và tạo điều kiện thực hiện luận án,
Đại sứ quán Nauy tại Hà Nội và Ban quản lý dự án SRV2701 đã hỗ trợ kinh
phí và tạo điều kiện để tôi có cơ hội nâng cao trình độ và trau dồi kinh nghiệm
nghiên cứu,
Phòng thí nghiệm NOBIPOL của trường đại học Khoa học và công nghệ
Nauy đã hỗ trợ thực hiện các phép phân tích,
PGS. TS. Ngô Đăng Nghĩa, TS Nguyễn Anh Tuấn và GS. TS. Kjell M.
Varum, những người Thầy tâm huyết đã tận tình hướng dẫn, động viên khích lệ,
dành nhiều thời gian trao đổi và định hướng trong quá trình thực hiện luận án,
Các cán bộ kỹ thuật của viện Công nghệ Sinh học và Môi trường, trung tâm
Thí nghiệm Thực hành - trường Đại học Nha Trang đã giúp đỡ và tạo điều kiện trong
quá trình tiến hành nghiên cứu,
Các bạn đồng nghiệp, đặc biệt là TS. Khổng Trung Thắng và Ths. Nguyễn
Công Minh đã nhiệt tình giúp đỡ và chia sẻ nhiều kinh nghiệm quí báu,
Các em sinh viên ngành Công nghệ Chế biến Thủy sản các khóa từ 48 đến 52,
đặc biệt là em Đào Thị Tuyết Mai đã hỗ trợ trong việc triển khai các thí nghiệm
nghiên cứu,
Cuối cùng, xin gửi tấm lòng ân tình tới Gia đình, những người thân yêu luôn
là nguồn động viên và chia sẻ mọi khó khăn để luận án đươc hoàn thành.

Ngô Thị Hoài Dương
iii


RSM Respone Surface Methodology: Phương pháp bề mặt đáp ứng
RMS Mức năng lượng tổng
SEM Scanning Electron Microscope: Kính hiển vi điện tử quét
SS Sum of Squares: Tổng bình phương độ lệch
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
TNLK Tổng năng lực khử
χ
cr
Degree of crystallinity: Độ kết tinh
iv MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iii
MỤC LỤC iv
DANH MỤC BẢNG vii
DANH MỤC HÌNH ix
PHẦN MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 5
1.1. TÔM THẺ CHÂN TRẮNG VÀ TÌNH HÌNH CHẾ BIẾN Ở VIỆT NAM 5
1.2. GIÁ TRỊ CỦA NGUYÊN LIỆU CÒN LẠI TỪ QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN TÔM
.8
1.2.1. Tỷ lệ nguyên liệu còn lại trong công nghiệp chế biến tôm 8
1.2.2. Thành phần hóa học của nguyên liệu còn lại trong công nghiệp chế biến tôm và
tiềm năng khai thác 9
1.2.3. Hệ protease trên đầu tôm 10
1.2.4. Thu hồi protein từ nguyên liệu còn lại của quá trình chế biến tôm 11
1.3. CHITIN VÀ CÔNG NGHỆ THU HỒI TỪ VỎ ĐỘNG VẬT GIÁP XÁC 12

1.11.1. Sóng siêu âm và cơ chế tác động 37
1.11.2. Tác dụng của sóng siêu âm đến hoạt động của enzyme 39
1.11.3. Ứng dụng sóng siêu âm trong quá trình thu hồi chitin - chitosan 39
CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU & PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 43
2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU 43
2.1.1. Nguyên liệu tôm thẻ chân trắng (Panaeus vannamei) 43
2.1.2. Pepsin 43
2.1.3. Hóa chất 43
2.1.4. Thiết bị tạo sóng siêu âm 44
2.2. BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM 44
2.2.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm 44
2.2.2. Sơ đồ nghiên cứu tổng quát 44
2.2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm chi tiết 46
2.3. PHƯƠNG PHÁP THU THẬP THÔNG TIN, DỮ LIỆU 65
2.3.1. Xác định thành phần khối lượng của nguyên liệu 65
2.3.2. Xác định các thành phần hóa học cơ bản 65
2.3.3. Xác định thành phần acid amin và thành phần khoáng 65
2.3.4. Xác định hoạt độ enzyme 65
2.3.5. Xác định khả năng chống oxy hóa của sản phẩm thủy phân protein 66
2.3.6. Xác định tính chất của chitin và chitosan 66
2.3.7. Xác định các thông số động học 68
2.3.8. Xác định các hàm mục tiêu 68
2.4. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 69
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 71
3.1. THÀNH PHẦN CỦA ĐỐI TƯỢNG TÔM THẺ CHÂN TRẮNG 71
vi 3.1.1. Thành phần khối lượng và hóa học cơ bản của đối tượng nghiên cứu 71
3.1.2. Thành phần acid amin, khoáng và kim loại nặng của đối tượng nghiên cứu 72

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 145
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 147
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 167
PHỤ LỤC
vii DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Danh pháp của tôm thẻ chân trắng 5
Bảng 1.2: Tỷ lệ các thành phần còn lại sau chế biến của một số loài tôm có giá trị
thương mại (% so với khối lượng tôm) 9
Bảng 1.3: Thành phần hóa học của nguyên liệu còn lại từ một số loài tôm có giá trị
thương mại (% theo trọng lượng chất khô) 9
Bảng 1.4: Giá bán tham khảo của chitin và các dẫn xuất của nó 10
Bảng 2.1: Miền nghiên cứu thí nghiệm tối ưu quá trình xử lý với pepsin 53
Bảng 2.2: Sự thay đổi nồng độ enzyme và cơ chất trong thí nghiệm nghiên cứu
phương trình động học quá trình khử protein của pepsin. 59
Bảng 2.3: Miền nghiên cứu thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của 3 nhân tố: nhiệt độ,
thời gian và nồng độ NaOH khi deacetyl với sóng siêu âm 62
Bảng 2.4: Miền nghiên cứu thí nghiệm tối ưu quá trình deacetyl với sóng siêu âm
37kHz (RMS=35W) 63
Bảng 3.1: Thành phần khối lượng của đối tượng tôm thẻ chân trắng (cỡ 60÷160
con/kg) 71
Bảng 3.2: Thành phần hóa học cơ bản của đối tượng tôm thẻ chân trắng (cỡ 81÷120
con/kg) 72
Bảng 3.3: Thành phần acid amin của đối tượng tôm thẻ chân trắng (cỡ 81÷120
con/kg) (g/100g amino acid) 73
Bảng 3.4: Hàm lượng acid amin của đối tượng tôm thẻ chân trắng (cỡ 81÷120
con/kg) (mg/100g nguyên liệu) 73
Bảng 3.5: Thành phần khoáng và kim loại nặng trên đối tượng nghiên cứu (mg/kg) 74

) (x10
3
)
a
123
Bảng 3.18: Kết quả thực nghiệm theo mô hình Two-Level Factor với miền nghiên
cứu ở Bảng 2.3 125
Bảng 3.19: Kết quả phân tích thống kê ảnh hưởng của các nhân tố đến độ deacetyl 

2

theo biến mã hóa (p=0,05) 126
Bảng 3.20: Kết quả phân tích thống kê ảnh hưởng của các nhân tố đến độ hòa tan 

3

theo biến mã hóa (p=0,05) 126
Bảng 3.21: Kết quả thực nghiệm theo mô hình Central Composite với miền nghiên
cứu ở Bảng 2.4 128
Bảng 3.22: Giá trị các hệ số hồi qui của hàm mục tiêu độ deacetyl 

4
và độ hòa tan


5
theo biến mã (p=0,05) 128
Bảng 3.23: Kết quả kiểm định thống kê phương trình hồi qui (3-13) và (3-14)
(p=0,05) 129
Bảng 3.24: Độ deacetyl và độ hòa tan theo phương trình hồi qui và thực nghiệm . 129

Hình 2.3: Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu chế độ thu hồi chitin và dịch protein có hoạt
tính chống oxy hóa từ nguyên liệu đầu tôm thẻ chân trắng 50
Hình 2.4: Sơ đồ thí nghiệm đánh giá khả năng khử protein và khoáng của pepsin 52
Hình 2.5: Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu khả năng kết hợp sóng siêu âm để nâng cao
hiệu quả xử lý với pepsin 55
Hình 2.6: Sơ đồ nghiên cứu hoàn thiện công nghệ đề xuất và đặc trưng tính chất sản
phẩm chitin thu được 56
Hình 2.7: Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu động học quá trình khử protein với pepsin . 58
Hình 2.8: Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của công đoạn tiền xử lý đến quá
trình deacetyl 60
Hình 2.9: Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của sóng siêu âm đến quá trình
deacetyl. 61
Hình 2.10: Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu động học quá trình deacetyl với sóng siêu
âm 62
Hình 2.11: Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu tối ưu quá trình deacetyl có kết hợp với
sóng siêu âm 63
Hình 3.1: Ảnh hưởng của thời gian lưu giữ ở nhiệt độ phòng (27÷30
o
C) đến sự hao
hụt khối lượng, hao hụt protein và hàm lượng bazơ nitơ bay hơi của phần đầu tôm
thẻ chân trắng 76
Hình 3.2: Ảnh hưởng của thời gian và lượng nước bổ sung đến hiệu suất thu hồi nitơ
và sản phẩm có hoạt tính chống oxy hóa khi thực hiện quá trình tự thủy phân đầu
tôm ở 60
o
C, pH tự nhiên. 79
Hình 3.3: Ảnh hưởng của thời gian và lượng nước bổ sung đến hàm lượng protein
còn lại trên phần vỏ đầu và hiệu quả khử protein khi thực hiện quá trình tự thủy phân
đầu tôm ở 60
o

o
C trong 90 phút; và (C):chiếu
sóng siêu âm trong vòng 90 phút ở 40
o
C. 98
Hình 3.15: Ảnh hưởng của cách thức sử dụng sóng siêu âm và thời gian đến hàm
lượng protein còn lại trên vỏ tôm khi xử lý với pepsin (20U/g protein, 40
o
C, pH=2)
99
Hình 3.16: Ảnh hưởng của cách thức sử dụng sóng siêu âm đến hàm lượng khoáng
còn lại trên vỏ tôm khi xử lý với pepsin (20U/g protein, 40
o
C, pH=2) 101
Hình 3.17: Ảnh hưởng của công đoạn tiền xử lý pepsin với sóng siêu âm đến khả
năng loại protein trên vỏ tôm (20U/g protein, 40
o
C, pH=2). 102
Hình 3.18: Phổ nhiễu xạ tia X của chitin thu được theo qui trình sử dụng pepsin kết
hợp với HCl và NaOH 104
Hình 3.19: Phổ FT-IR của chitin thu được theo qui trình sử dụng pepsin kết hợp với
HCl và NaOH 104
Hình 3.20: Phổ H
1
NMR của chitin thu được theo qui trình sử dụng pepsin kết hợp
với HCl và NaOH 105
Hình 3.21: Sự thay đổi lượng protein trên vỏ tôm theo thời gian xử lý với pepsin ở
điều kiện nhiệt độ 40
o
C, pH2, nồng độ enzym 0,42g/L 106

/S
o
) và thời gian đến hiệu quả khử
protein ở nhiệt độ 40
o
C và pH=2. 112
Hình 3.27: Ảnh hưởng của cách thức tiền xử lý đến khả năng deacetyl. 114
Hình 3.28: Ảnh chụp SEM (10kV) mẫu chitin đã được xử lý trong 60 phút ở 60
o
C
với nước nóng (A) và chiếu siêu âm (B). 114
Hình 3.29: Phổ nhiễu xạ tia X của chitin được tiền xử lý và mẫu đối chứng 115
Hình 3.30: Ảnh hưởng của nồng độ NaOH và phương thức deacetyl đến độ deacetyl
và độ hòa tan của mẫu sau 6h xử lý ở 80
o
C 118
Hình 3.31: Phổ nhiễu xạ tia X của chitosan được deacetyl trong điều kiện có (A) và
không có sự hỗ trợ của sóng siêu âm (B) với [NaOH]=60% ở 80
o
C, 4h. 119
Hình 3.32: Phổ FT-IR của chitosan được deacetyl với [NaOH]=60% (w/w) ở 80
o
C
trong 4h trong điều kiện có (đường màu đỏ) và không có sự kết hợp với sóng siêu âm
(đường màu đen). 120
Hình 3.33: Sự thay đổi của độ deacetyl theo thời gian deacetyl trong điều kiện có và
không có siêu âm với các nồng độ NaOH (w/w) khác nhau 121
Hình 3.34: Mối quan hệ giữa giá trị logarith của độ deacetyl với thời gian khi thay
đổi nồng độ NaOH (w/w) trong điều kiện có và không có sự kết hợp với sóng siêu
âm 123

các dẫn xuất của nó tuy nhiên trên thực tế lĩnh vực này ở nước ta hiện còn nhiều hạn
chế: qui mô sản xuất nhỏ lẻ, chủng loại sản phẩm không đa dạng, chất lượng thấp,
khả năng ứng dụng và thương mại hóa sản phẩm kém, không cho phép thu hồi đồng
thời protein và các hợp chất có giá trị sinh học khác nên hiệu quả kinh tế không cao
và đặc biệt là gây ô nhiễm môi trường rất nghiêm trọng [9], [20]. Do vậy, để có thể
khai thác hiệu quả nguồn nguyên liệu còn lại dồi dào từ quá trình chế biến tôm ở
nước ta, đặc biệt là với tôm thẻ chân trắng - một đối tượng nuôi mới, đồng thời thúc
đẩy sự hình thành và phát triển bền vững ngành công nghiệp sản xuất các sản phẩm
có giá trị gia tăng từ nguồn nguyên liệu này cần có thêm các nghiên cứu chuyên sâu
làm cơ sở cho việc cải tiến công nghệ thu hồi chitin, chitosan và cả protein.
Công nghệ thu hồi chitin đang được áp dụng chủ yếu dựa vào phương pháp
hóa học nhưng đến nay phương pháp này đã bộc lộ nhiều nhược điểm cần xử lý:
ảnh hưởng sâu sắc đến các đặc tính sinh học quí giá của protein và sắc tố có trên
nguyên liệu tôm, gây ảnh hưởng lớn đến mạch polysaccaride của chitin và thải ra
một lượng lớn hóa chất và chất thải [95], [98]. Phương pháp thu hồi chitin bằng
công nghệ sinh học hạn chế được ô nhiễm môi trường, cho phép thu hồi đồng thời
2 các hợp chất sinh học khác, giữ được đặc tính của mạch polysaccarite nhưng lại
chưa đáp ứng được yêu cầu về mặt hiệu quả kinh tế do chi phí lớn, thời gian kéo dài
và mức độ tách tạp chất không triệt để [27], [120], [164]. Kết hợp phương pháp sinh
học và phương pháp hóa học đang là hướng đi được quan tâm do hạn chế được
lượng hóa chất sử dụng và cho phép thu hồi đồng thời các hợp chất có hoạt tính sinh
học khác, mà chủ yếu là protein, bên cạnh chitin. Tuy nhiên để có thể áp dụng
phương pháp này vào thực tiễn vẫn cần có thêm các giải pháp công nghệ bổ sung để
rút ngắn thời gian và tiết giảm chi phí chung đồng thời thu thập các thông tin động
học để kiểm soát quá trình [151].
Xu thế mới trong cải tiến công nghệ hiện nay là chú trọng khai thác và áp
dụng tác nhân vật lý để hỗ trợ quá trình hóa học và sinh học, trong đó sóng siêu âm

- Xác định thành phần (thành phần khối lượng, thành phần hóa học, thành phần
khoáng và thành phần acid amin) của đối tượng tôm thẻ chân trắng,
- Nghiên cứu tối ưu hóa chế độ thu nhận chitin và protein từ phần đầu và vỏ tôm
thẻ chân trắng,
- Nghiên cứu động học quá trình khử protein trên vỏ tôm thẻ chân trắng bằng
pepsin,
- Nghiên cứu tối ưu hóa và động học quá trình deacetyl chitin, thu hồi từ đối
tượng tôm thẻ chân trắng, trong điều kiện dị thể với sự hỗ trợ của sóng siêu âm,
- Đề xuất qui trình thu nhận chitin, chitosan và protein sử dụng công nghệ cải tiến
(kết hợp phương pháp enzyme, phương pháp hóa học và phương pháp vật lý)
cho phép nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả của quá trình.
Ý nghĩa khoa học, thực tiễn và tính mới của đề tài
Luận án đã công bố dẫn liệu về thành phần khối lượng và thành phần hóa
học của đối tượng nguyên liệu tôm thẻ chân trắng được nuôi và chế biến ở khu vực
Khánh Hòa, đồng thời đánh giá tác động của việc chậm xử lý đến sự biến đổi của
đầu và vỏ tôm thẻ chân trắng. Kết quả thu được là căn cứ khoa học để các doanh
nghiệp chế biến tôm và sản xuất chitin thực hiện các điều chỉnh cần thiết cho quá
trình xử lý nguyên liệu còn lại, từ đó nâng cao được hiệu quả sử dụng tài nguyên,
hạn chế được các tác động xấu đến môi trường.
4 Lần đầu tiên việc nghiên cứu động học quá trình khử protein dưới xúc tác
của enzyme protease (pepsin) cũng được thực hiện. Kết quả nghiên cứu động học
thu được giúp hiểu rõ hơn đặc điểm cấu trúc của vỏ tôm, bản chất quá trình khử
protein bằng enzyme pepsin đồng thời cung cấp mô hình toán hỗ trợ cho việc mở
rộng qui mô áp dụng cũng như kiểm soát, điều chỉnh quá trình khử protein bằng
enzyme.
Các kết quả nghiên cứu tối ưu hóa và động học quá trình deacetyl trong điều
kiện dị thể có kết hợp với sóng siêu âm lần đầu tiên được công bố giúp hiểu rõ hơn

Lớp: Malacostraca
Bộ: Decapoda
Phân bộ: Dendrobranchiata
Họ: Penaeidae
Chi: Litopenaeus
Loài: L. vannamei
Danh pháp hai phần: Litopenaeus vannamei (Boone, 1931)
Danh pháp đồng nghĩa: Penaeus vannamei (Boone, 1931)

Tôm thẻ chân trắng được nuôi đầu tiên ở châu Mỹ La Tinh và sau đó được di
giống đến rất nhiều nước trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Giá đầu tư thấp, mùa
vụ nuôi ngắn (khoảng từ 120 đến 180 ngày), có khả năng thích ứng tốt trong điều
kiện nuôi với độ muối rộng, cho năng suất cao, ít bị cảm nhiễm bệnh tật hơn tôm sú,
kích cỡ tôm lại phù hợp với nhu cầu tiêu thụ của thế giới và giá cả ổn định là những
điều kiện để tôm chân trắng chiếm được vị trí ưu tiên trong nuôi trồng thuỷ sản tại
các nước, cũng như ở Việt Nam.
Ở nước ta, tôm thẻ chân trắng được nuôi ở hầu khắp các tỉnh trong cả nước
với vụ nuôi chính chủ yếu từ tháng 2 đến tháng 10 hàng năm. Diện tích và sản
lượng tôm thẻ chân trắng liên tục tăng (Hình 1.1), dự kiến đạt 449.500 tấn vào năm
2015 [12].
6 N¨m
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
DiÖn tÝch (ha)
0
10
20
30

năm 2008 và 2009.
Các dạng sản phẩm chế biến từ tôm thẻ chân trắng chủ yếu gồm tôm nguyên
con (HOSO); tôm còn vỏ bỏ đầu (HLSO); tôm lột vỏ, lấy (PD hoặc PND) hoặc
không lấy chỉ (PUD); tôm lột vỏ, chừa đuôi (PTO); tôm duỗi NOBASHI; tôm
7 SUSHI và tôm bao bột. Các sản phẩm trên có thể ở dạng tươi hoặc hấp và cơ cấu
sản phẩm có xu hướng nghiêng về các sản phẩm tôm đã qua chế biến [21].

Hình 1.2: Thống kê khối lượng và giá trị các sản phẩm xuất khẩu từ tôm thẻ
chân trắng của Việt Nam trong giai đoạn 2002-2012 (Nguồn FAO, [86])
Sản lượng các sản phẩm chế biến từ tôm thẻ chân trắng tăng nhanh kéo theo
nguồn nguyên liệu còn lại từ quá trình sản xuất các sản phẩm này cũng tăng nhanh
chóng, đòi hỏi phải được xử lý để tận thu các sản phẩm hữu ích và kiểm soát ô
nhiễm môi trường. Tuy nhiên, vì là một đối tượng nguyên liệu mới, chỉ được chấp
nhận cho nuôi đại trà với diện tích lớn từ năm 2008, nên số lượng các nghiên cứu
liên quan đến việc thu hồi các sản phẩm hữu ích từ nguồn nguyên liệu còn lại của
quá trình chế biến đối tượng tôm này ở nước ta còn khá khiêm tốn so với đối tượng
tôm sú.
Trong các tỉnh ở khu vực Nam Trung Bộ, Khánh Hòa là một tỉnh có tiềm
năng về nuôi trồng và chế biến các nguyên liệu thủy sản. Số liệu thống kê ở Hình
1.3 cho thấy sản lượng tôm nuôi trong giai đoạn 2002-2011 tại Khánh Hòa luôn đạt
và vượt mức 7000 tấn/năm trong đó chủ yếu là tôm thẻ chân trắng. Trong số các
doanh nghiệp chế biến thủy sản hiện có tại Khánh Hòa, Công ty Cổ phần Thủy sản
N¨m
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Khèi lîng xuÊt khÈu (1000xtÊn)
0
50

Hình 1.3: Thống kê sản lượng tôm nuôi ở tỉnh Khánh Hòa giai đoạn 2002-2011
(Nguồn Bộ Công thương, [8])
1.2. GIÁ TRỊ CỦA NGUYÊN LIỆU CÒN LẠI TỪ QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN
TÔM
1.2.1. Tỷ lệ nguyên liệu còn lại trong công nghiệp chế biến tôm
Phần còn lại sau quá trình chế biến tôm nguyên liệu thành các sản phẩm
chính trước đây được gọi là phế liệu, tuy nhiên nếu tiếp cận theo quan điểm sản xuất
hiện đại về "Zero Waste" (Không phế liệu) chúng sẽ được gọi với khái niệm mới là
nguyên liệu còn lại (By-products). Nguyên liệu còn lại sau khi chế biến tôm gồm có
đầu, vỏ, đuôi và một lượng không đáng kể thịt vụn; Tỷ lệ giữa các phần thay đổi tùy
thuộc vào giống loài, độ tuổi, mùa vụ và phương pháp chế biến. Số liệu thống kê tỷ
lệ giữa nguyên liệu còn lại so với khối lượng toàn thân tôm của một số loài tôm
được trình bày trong Bảng 1.2 cho thấy sau quá trình chế biến các sản phẩm tôm
xuất khẩu sẽ có trung bình khoảng 50% lượng nguyên liệu không được sử dụng. Do
đó sẽ có khoảng trên dưới 50% lượng nguyên liệu tôm còn lại sau quá trình sản xuất
9 các sản phẩm chính cần được tiếp tục xử lý để góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng
tài nguyên và hạn chế ô nhiễm môi trường.
Bảng 1.2: Tỷ lệ các thành phần còn lại sau chế biến của một số loài tôm có giá
trị thương mại (% so với khối lượng tôm)
Tên khoa học
Tên tiếng Việt
Thành phần
Nguồn
Đầu
Vỏ
Đuôi
Farfantepenaeus paulenis

[198]
Trachypena curvirostris
Tôm đanh móc
37,9
11,5
2,3
[100]

1.2.2. Thành phần hóa học của nguyên liệu còn lại trong công nghiệp chế biến
tôm và tiềm năng khai thác
Thành phần hóa học của nguyên liệu còn lại sau quá trình chế biến của một
số loài tôm có giá trị thương mại đã được một số tác giả nghiên cứu và được tổng
hợp trong Bảng 1.3.
Bảng 1.3: Thành phần hóa học của nguyên liệu còn lại từ một số loài tôm có giá
trị thương mại (% theo trọng lượng chất khô)
Loài
Tên tiếng
Việt
Protein
Chitin
Tro
Lipid
Nguồn
Crangon crangon
Tôm thường
40,6
17,8
27,5
9,95
[210]

21,9
6,3
[166]
Penaeus
semisulcatus
Tôm he vằn
49,8
14,1
21,6
7,4
[166]
Xiphopenaeus
kroyeri
Tôm Seabob
39,42
19,92
31,98
3,79
[70]
10 Số liệu tổng hợp cho thấy mặc dù có sự khác nhau về tỷ lệ các thành phần
hóa học ở các loài tôm nhưng protein luôn là thành phần chiếm tỷ trọng lớn nhất (từ
33÷49,8% khối lượng chất khô), tiếp đến là chất khoáng và chitin (tương ứng từ
21,6÷38% và từ 13,5÷20% khối lượng chất khô). Thành phần có sự khác biệt lớn
nhất giữa các loài tôm là lipid, dao động từ 0,3 đến 9,75%. Tuy nhiên hầu hết các
kết quả đã công bố đều chưa quan tâm đến việc làm rõ sự khác biệt về thành phần
hóa học của phần đầu và phần vỏ tôm (vỏ thân và đuôi).
Như vậy, nguyên liệu còn lại của quá trình chế biến tôm là nguồn nguyên

Oligosaccharides
50÷100
c

a
Loại siêu tinh khiết/GMP có thể lên đến hơn 50.000USD/kg;
b
Nếu sản xuất bằng phương pháp enzyme có
giá trong khoảng 100÷140USD/kg;
c
Loại siêu tinh khiết có thể lên đến hơn 10.000USD/kg
1.2.3. Hệ protease trên đầu tôm
Trên đầu tôm có chứa một hệ gồm nhiều loại enzyme khác nhau trong đó
một lượng đáng kể là enzyme protease. Hệ enzyme protease trên đầu tôm bao gồm
cả endoprotease và exoprotease, nhưng thành phần và điều kiện hoạt động của
11 chúng thay đổi theo giống loài, độ tuổi và khu vực sinh sống [2], [3], [16], [91].
Enzyme protease trong nội tại tôm he (Penaeus orientals) đánh bắt ở vùng biển Hàn
Quốc hoạt động ổn định trong môi trường trung tính và môi trường kiềm nhưng
không ổn định trong môi trường acid [173]. Hệ enzyme trong nội tạng tôm thẻ Ấn
độ (Penaeus indicus) trưởng thành ở bờ biển Kenya chứa enzyme chymotrypsin,
trypsin và elastase, không có enzyme pepsin; pH hoạt động tối ưu của trypsin là 7,5
– 8,0 chymotrypsin 7,2 – 7,8, elastase 6,8 – 8,5 [175]. Hệ protease đầu tôm bộp
(Metapenaeus affinis) có hai thành phần với nhiệt độ và pH thích hợp tương ứng là
60
o
C; 7,5 và 50
o

astaxanthin [28], glycosaminoglycans [47], các peptite có chứa khoáng như canxi
[106], sắt [107], các peptid có khả năng chống oxy hóa và /hoặc kiểm soát enzyme
gây cao huyết áp [105], [158].
1.3. CHITIN VÀ CÔNG NGHỆ THU HỒI TỪ VỎ ĐỘNG VẬT GIÁP XÁC
1.3.1. Sự tồn tại của chitin trong tự nhiên
Chitin là một polysaccaride được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1811 và
được chiết tách bởi Odier vào năm 1823 [209]. Chitin có cấu trúc đa phân tử, mạch
thẳng, đồng trùng hợp từ hai tiểu đơn vị là 2-amino-2 deoxy-D glucopyranose
(GlcN) và 2-acetamido-2-deoxy-D-glucopyranose (GlcNAc) thông qua liên kết β(1-
4) glucosidic [45] (Hình 1.4). Chitin được xem như là một dẫn xuất của cellulose
mà ở đó nhóm hydroxyl ở C
2
được thay thế bằng nhóm acetamide (-NH-CO-CH
3
)
[194].

Hình 1.4: Cấu trúc hóa học của chitin
Chitin là thành phần tham gia cấu tạo vỏ của các loài giáp xác, thành tế bào
vi sinh vật, ngoài ra chitin còn được phát hiện thấy trong một số động và thực vật
bậc thấp như nấm mốc, một số loại tảo và côn trùng [219]. Tùy thuộc vào nguồn,
chitin có thể tồn tại 1 trong 3 dạng thù hình là α, β hay

; các dạng thù hình này có
sự khác nhau về sự sắp xếp các chuỗi polysaccharide trong vùng kết tinh [209].
Trong các dạng tồn tại, dạng α-chitin là phổ biến và có kết cấu chặt chẽ nhất, tồn tại
chủ yếu trong vỏ các loài giáp xác, thành tế bào của nấm men và nấm mốc. β-chitin
được phát hiện thấy trong nang của mực ống và trong ống tiêu hóa của một số loài