BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
----o0o----

LÊ THÁI DUNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CÁC LOẠI ACID ĐẾN
KHẢ NĂNG THU HỒI HỖN HỢP CAROTEN-PROTEIN
TỪ ĐẦU TÔM BẰNG PHƯƠNG PHÁP Ủ XI LÔ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Nha Trang, tháng 06 năm 2015


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
----o0o----

LÊ THÁI DUNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CÁC LOẠI ACID ĐẾN
KHẢ NĂNG THU HỒI HỖN HỢP CAROTEN-PROTEIN
TỪ ĐẦU TÔM BẰNG PHƯƠNG PHÁP Ủ XI LÔ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM


kiến để bài báo cáo được hoàn thiện.

Nha trang, tháng 6 năm 2015
Sinh viên thực hiện
Lê Thái Dung


ii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. i
MỤC LỤC .................................................................................................................. ii
DANH MỤC CÁC BẢNG .......................................................................................... v
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................... vi
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN....................................................................................... 3
1.1. Tổng quan về phế liệu tôm.................................................................................... 3
1.1.1. Giới thiệu chung về phế liệu tôm ....................................................................... 3
1.1.2. Thành phần, tính chất của phế liệu tôm đầu, vỏ tôm........................................... 3
1.2. Các nghiên cứu trong nước liên quan tới đề tài ..................................................... 4
1.3. Các nghiên cứu ngoài nước liên quan tới đề tài ..................................................... 6
1.4. Tìm hiểu về caroten – protein ............................................................................... 7
1.4.1. Bản chất của caroten – protein ........................................................................... 7
1.4.2. Carotenoid ......................................................................................................... 7
1.4.3. Bản chất của astaxanthin .................................................................................... 9
1.4.4. Protein ............................................................................................................. 12
1.4.5. Ứng dụng của caroten – protein ....................................................................... 12
1.5. Tách chiết caroten-protein bằng phương pháp ủ xi lô .......................................... 13
1.5.1. Phương pháp ủ xi lô ......................................................................................... 13

2.2.3. Xác định thời gian xử lý acid HCl ................................................................... 30


iv

2.2.4. Xác định nồng độ acid lactic ............................................................................ 32
2.2.5. Xác định thời gian xử lý acid lactic .................................................................. 33
2.3. Các phương pháp phân tích, kiểm tra. ................................................................. 35
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................ 36
3.1. Thành phần hóa học cơ bản của nguyên liệu ...................................................... 36
3.2. Điều kiện xử lý đầu tôm thích hợp acid HCl ..................................................... 36
3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ acid HCl sử dụng đến hiệu suất thu hồi và hàm
lượng astaxanthin của hỗn hợp caroten-protein .......................................................... 37
3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian thủy phân HCl đến hiệu suất thu hồi và hàm lượng
astaxanthin của hỗn hợp caroten-protein .................................................................... 38
3.3. Điều kiện xử lý đầu tôm thích hợp với acid latic ................................................ 40
3.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ acid lactic sử dụng đến hiệu suất thu hồi và hàm
lượng astaxanthin của hỗn hợp caroten-protein .......................................................... 40
3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian xử lí acid lactic đến hiệu suất thu hồi và hàm lượng
astaxanthin của hỗn hợp caroten-protein .................................................................... 42
3.4. Đề xuất hai quy trình thu hồi hỗn hợp caroten-protein tối ưu từ acid HCl và
acid lactic .................................................................................................................. 44
3.4.1. Quy trình thu hồi hỗn hợp caroten-protein bằng acid HCl ................................ 44
3.4.2. Quy trình thu hồi hỗn hợp caroten-protein bằng acid lactic .............................. 45
3.5. Thành phần hóa học của hỗn hợp caroten-protein ............................................... 45
3.6. Đề xuất quy trình thu nhận hỗn hợp caroten-protein .......................................... 47
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................... 49
PHỤ LỤC.................................................................................................................. 53



astaxanthin của hỗn hợp caroten-protein. ................................................................. 37
Hình 3.2. Ảnh hưởng của thời gian xử lý HCl đến hiệu suất thu hồi, hàm lượng
astaxanthin của hỗn hợp caroten-protein. ................................................................. 39
Hình 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ acid lactic hiệu suất thu hồi, hàm lượng
astaxanthin của hỗn hợp caroten-protein. ................................................................. 41
Hình 3.4. Ảnh hưởng của thời gian xử lý acid lactic đến hiệu suất thu hồi, hàm
lượng astaxanthin của hỗn hợp caroten-protein. ....................................................... 43
Hình 3.5. Quy trình thu hồi hỗn hợp caroten-protein bằng acid HCl ......................... 44
Hình 3.6. Quy trình thu hồi hỗn hợp caroten-protein bằng acid lactic ....................... 45
Hình 3.5. Quy trình thu hồi hỗn hợp caroten-protein ................................................. 47


1

MỞ ĐẦU
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Ngày nay, ngành công nghiệp chế biến thủy sản xuất khẩu ngày càng tăng
mạnh. Đặc biệt sản lượng tôm xuất khẩu, theo báo cáo của bộ Nông nghiệp và Phát
triển Nông Thôn kim nghạch xuất khẩu năm 2014 ước tính đạt 7,9 tỷ USD, tăng
18% so với cùng kỳ năm ngoái. Sự tăng trưởng này chủ yếu nhờ vào kết quả xuất
khẩu của mặt hàng tôm, với giá trị xuất khẩu cao nhất từ trước tới nay khoảng 4,1
tỷ USD, tăng 25% so với năm 2013. Và theo tổng cục thủy sản Việt Nam, trong
năm 2014 tổng sản lượng đạt trên 660000 tấn bao gồm 400000 tấn tôm thẻ chân
trắng và 260000 tấn tôm sú. Lượng phế liệu khoảng 240000 tấn/năm. Như vậy tôm
là mặt hàng có mức tăng trưởng cao nhất trong nhóm các mặt hàng thủy sản xuất
khẩu chính của Việt Nam.Nguyên liệu ngày một gia tăng nhanh hiện nay sẽ là
nguồn cung cấp nguyên liệu khá dồi dào cho các ngành công nghiệp tận dụng
nguồn nguyên liệu còn lại sau chế biến tôm để sản xuất ra các sản phẩm có giá trị
khác.
Tuy nhiên, hiện nay lượng nguyên liệu còn lại này chủ yếu chỉ được sử dụng

áp dụng vào công nghiệp.
Ý NGHĨA KHOA HỌC
Đánh dấu bước đi quan trọng trong công tác nghiên cứu về tận thu chế phẩm
caroten-protein: tìm ra phương pháp thu hồi hiệu quả ( sử dụng acid thích hợp) thu
hồi caroten-protein đạt hiệu quả cao, tiết kiệm chi phí.
Ý NGHĨA THỰC TIỄN
Áp dụng công nghệ sản xuất caroten-protein vào trong công nghiệp. Sản xuất
thức ăn cho cá hồi.
PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đầu tôm thẻ chân trắng từ tỉnh Khánh Hòa.


3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về phế liệu tôm
1.1.1. Giới thiệu chung về phế liệu tôm
Trong những năm gần đây sản lượng tôm xuất khẩu ngày càng tăng. Vì vậy
lượng phế liệu từ tôm cũng tăng mạnh. Tùy thuộc vào công nghệ chế biến và loại
tôm khác nhau mà lượng phế liệu khác nhau từ 35-45% so với khối lượng của
nguyên liệu ban đầu (Meyers, 1994) [22]. Việc tận dụng chế phẩm tạo ra sản phẩm
có giá trị sử dụng là vấn đề được khuyến khích và đẩy mạnh để tăng nguồn lợi đồng
thời góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đưa ngành thủy sản phát triển bền
vững.
1.1.2. Thành phần, tính chất của phế liệu tôm đầu, vỏ tôm
Hiện nay, việc nuôi tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei) thương phẩm phát
triển mạnh nên nguồn nguyên liệu còn lại sau chế biến tôm thẻ chân trắng thu được
rất nhiều.
Trong phế liệu tôm thành phần đáng kể nhất là chitin, calcicarbonat, sắc tố.
Theo tạp chí khoa học học và công nghệ thủy sản (số 2/1995) thành phần hóa học


78,7 ± 1,4

Hàm lượng protein (%)*

51,4 ± 3,3

Hàm lượng khoáng (%)*

20,4 ± 2,1

Hàm lượng lipid (%)*

14,3 ± 2,3

Chitin (%)*

10,5 ± 1,9

Carotenoid (mg/kg)*

110.9 ± 9,9

*Kết quả tính theo hàm lượng chất khô tuyệt đối
1.2. Các nghiên cứu trong nước liên quan tới đề tài
Ngày nay, việc sử dùng phế liệu đầu tôm được nhiều nhà khoa học chú trọng,
được biết đến nhiều nhất qua việc sản xuất chitin – chitosan, chiết rút các chất màu,
chất mùi, phục vụ cho các ngành công nghệ. Trong thời gian gần đây việc nghiên
cứu thu hồi hỗn hợp carotene – protein được chú trọng, góp phần tăng hiệu quả kinh
tế, phát triển ngành thủy sản.

Lọc bằng vải lọc
Bã
Dịch (Caroten-protein)
Sản xuất
chitin
Kết tủa
Chitosan 1%
Ly tâm

Bột caroten-protein
Hình 1.1. Quy trình thu hồi caroten-protein từ phế liệu đầu tôm bằng chế
phẩm vi sinh vật (vi khuẩn Bacillus subtilic)[9]


6

1.3. Các nghiên cứu ngoài nước liên quan tới đề tài
Trên thế giới, việc nghiên cứu sử dụng phế liệu từ tôm để sản xuất
các sản phẩm giá trị gia đã thu hút được sựquan tâm của rất nhiều nhà nghiên cứu ở
các nước có côngnghiệp chế biến thủy sản phát triển. Phần lớn các nghiên cứu được
biết đến là để thu nhận chitin và chitosan từphế liệu tôm.
Bên cạnh đó, việc thu nhận bột đạm giàu carotenoid cũng được quan tâm
nghiên cứu, các sản phẩm protein thu được có thể ứng dụng trong chế biến thức ăn
cho người hoặc gia súc ở dạng đạm giàu carotenoid hoặc chất mùi tôm. Các nghiên
cứu này chủ yếu tập trung vào phế liệu của tôm sú hay các loại tôm đặc thù ở khu
vực Châu Âu hay Bắc Mỹ; các nghiên cứu trên phế liệu tôm thẻ chân trắng thì còn
rất hạn chế.
Chen và Meyers (1982) [19] đã sử dụng acid trong quá trình lên men để thu
nhận carotenoid. Armenta và Guerrero (2009) [17] đã cho thấy một hàm lượng
amino acid cao của caroten-protein trong quá trình lên men, có thể được sử dụng

tôm, cua, cá hồi, cá hồng là astaxanthin [17]. Astaxanthin có vai trò quan trọng để loại
trừ hoặc ngăn chặn một số bệnh: chứng xơ vữa động mạch, ung thư, thoái hóa cơ thể
và các bệnh về mắt. Caroten chiết tách từ các loài giáp xác xem như là một tiền tố
vitamin A quan trọng và là nhóm chất chống oxy hóa [23] có hoạt tính sinh học mạnh,
có hiệu quả đối với người và động vật có vú. Có khả năng nâng cao khả năng miễn
dịch, ngăn ngừa triệu chứng lão hóa, bệnh thái hóa võng mạc bệnh Alzheimer,
Parkinson, các bệnh có liên quan đến sự thừa cholesterol, một số căn bệnh ung thư.
Trong phế liệu của các loại giáp xác thì carotenoid chủ yếu là astaxanthin (trên 95%)
theo Amenta và Guerrore-Legarreta (2009) [17].Vì vậy trích ly carotenoid như trích ly
astaxanthin.


8

Hình 1.2. Các liên kết hóa học của astaxanthin với các phân tử khác trong tôm
[17]
Astaxanthin cũng giống như các carotenoid khác tan trong lipid, có khối lượng
phân tử là 596,8 Da và chủ yếu tập trung ở phần vỏ, thường tồn tại ở dạng tự do,
dạng mono- hay ester với các acid béo không no mạch dài, hoặc dưới các phức hợp
caroten-protein của đồng phân quang học. Hàm lượng astaxanthin trong tôm khác
nhau tùy theo loài.
Do cấu trúc có nhiều nối đôi nên astaxanthin là một chất chống oxy hóa hiệu
quả, có khả năng bảo vệ màng tế bào và các mô khỏi bị tổn thương. Đặc tính chống
oxy hóa thể hiện ở sự ngăn cản hình thành các gốc tự do bằng cách loại bỏ oxy tự
do, trong trường hợp gốc tự do đã hình thành thì astaxanthin có thể liên kết với các
gốc tự do đó để vô hoạt chúng, nhờ đó astaxanthin bảo vệ lipid khỏi oxy hóa.


9


của astaxanthin (ký hiệu Ast) trong cơ thể được giải thích bởi khả năng bắt giữ các
gốc tự do (ví dụ: gốc peroxid) tạo thành gốc cacbon trung tâm bền vững nhờ hiệu
ứng cộng hưởng.
* Phản ứng với acid :
Astaxanthin phản ứng với các acid yếu theo một cân bằng thuận nghịch, tạo ra
một phức hợp của các dạng cấu trúc (II) và (III) (Hình 1.3), gây ra sự dịch chuyển
cực đại hấp thụ của nó về phía sóng dài; khi trung hòa bằng các base yếu (như
dioxan) cấu trúc phân tử astaxanthin ban đầu lại được hồi phục. Tuy nhiên, khi phản
ứng với các acid mạnh (như HCl, H2SO4 ) có thể xảy ra sự phân hủy chuỗi polyen
của astaxanthin, làm nhạt màu đỏ cam.


11

Hình 1.4.Sự thay đổi cấu trúc phân tử astaxanthin khi tương tác với acid yếu
[20]
* Phản ứng với base:Trong môi trường kiềm, khi có mặt không khí,
astaxanthin bị oxy hóa nhanhchóng thành astacene có màu đỏ thẫm :

Hình 1.5. Astacene [20]
* Phản ứng khử (hydrua hóa) :
Khi xử lý bằng tác nhân khử NaBH4/ EtOH, các nhóm keto trong phân tử
astaxanthin sẽ chuyển thành nhóm hydrroxyl, tạo thành crustaxanthin: làm chuyển
dịch cực đại hấp thụ của astaxanthin khoảng 20 – 30 nm về phía sóng ngắn.
Astaxanthin là sắc tố thuộc nhóm carotenoid có màu đỏ, tím, kết tinh,
điểmnóng chảy 238-2400C. Astaxanthin dễ bị oxy hóa khi có mặt của oxy tạo thành
astacene. Astaxanthin là loại carotenoid có tính acid, có thể tác dụng với rượu tạo ra
muối không ổn định. Trong vỏ tôm nó tồn tại ở dạng phức hợp protein-astaxanthin.



- Trong kỹ thuật nuôi cá hồi: Chất lượng của cá hồi không chỉ được đánh giá
qua hàm lượng protein, lipid, acid amin mà còn được đánh giá qua chất lượng màu


13

sắc của cơ thịt của chúng. Trong khi đó, cá hồi nuôi thì màu sắc của chúng không
đáp ứng được các chỉ tiêu chất lượng và yêu cầu của khách hàng, vì vậy việc bổ
sung astaxanthin trong thức ăn của cá là cần thiết để tăng màu sắc hồng của cơ thịt
cá [13]. Theo S.ph. sozvatrev, 1982 cho thấy rằng bột đầu tôm có thể thay thế bột
cá. Trong bột đầu tôm có hàm lượng đạm cao 60% và có khả năng làm tăng hàm
lượng astaxanthin trong da và cơ cá hồi [10].
- Trong nuôi cá cảnh: Thức ăn có astaxanthin sẽ góp phần tạo màu sắc cho cá.
Nếu cho cá ăn thích hợp thì cá sinh trưởng và phát triển tốt, màu sắc đẹp.
- Trong phòng bệnh ở tôm: Theo Belinda K.Howell và Anthoy D. Matthew
nghiên cứu thì nguyên nhân của bệnh đốm xanh ở tôm là do thiếu carotenoid trong
khẩu phần ăn. Việc bổ sung carotenoid vào khẩu phần ăn là điều cần thiết [10].
1.5. Tách chiết caroten-protein bằng phương pháp ủ xi lô
Phương pháp ủ xi lô là một trong những phương pháp sinh học được sử dụng
phổ biến hiện nay. Phương pháp này có ưu điểm là không gây ô nhiễm môi trường
song đồng thời chất lượng của chitin và hỗn hợp chế phẩm caroten-protein vẫn có
chất lượng cao. Trong khi đó, phương pháp bổ sung enzyme cũng là phương pháp
sinh học thì khi sử dụng các loại enzyme thương mại thì giá thành cao, dẫn đến chi
phí sản xuất tăng, vì vậy việc áp dụng vào sản xuất công nghiệp gặp nhiều khó
khăn. Trong khi đó, phương pháp ủ xi lô tiết kiệm được chi phí nhờ sử dụng
enzyme nội tại có sẵn trong đầu tôm. Vì vậy việc áp dụng phương pháp ủ xi lô vào
sản xuất công nghiệp có tính khả thu cao.
1.5.1. Phương pháp ủ xi lô
* Tổng quan
Ủ xi lô hay còn được gọi là ủ chua là phương pháp đã được người dân sử dụng

lượng astaxanthin thu hồi được cao. Bên cạnh đó, quá trình ủ sẽ còn một lượng
khoáng trong vỏ tôm cũng sẽ được tách ra một phần do kết hợp sử dụng hỗn hợp
acid hữu cơ và vô cơ với nồng độ và tỷ lệ thích hợp trong quá trình ủ. Bã tôm sau
khi được tách ra khỏi dịch ép sẽ được sử dụng cho việc sản xuất chitin.


15

* Ứng dụng của acid trong quá trình khử khoáng sản xuất chitin, chitosan
Việc ứng dụng acid trong việc khử khoáng để sản xuất chitin, chitosan của phế
liệu tôm đã được các nhà khoa học nghiên cứu rộng rãi, tiêu biểu là đề tài nghiên
cứu của Pratya Charoenvuttitham ; John Shi ; Gauri S. Mittal [25] và các cộng sự,
sử dụng acid hữu cơ để khử khoáng trong sản xuất chitin từ phế liệu tôm sú, với chế
độ khử khoáng HCOOH 0,25M; acid citric 0,25M; nhiệt độ phòng, thời gian 30
phút, tỷ lệ 1/28 (v/w), hiệu suất khử khoáng là 88,1± 1,8%.
Ngoài ra Nesreen Samir Mahmoud, Abdelkader Ghaly [24] sử dụng acid lactic
và acid acetid ở các chế độ thời gian, nhiệt độ, nồng độ khác nhau cũng thu được
kết quả khử khoáng đạt hiệu suất 82-95%. Thành phần canxicacbonat trong vỏ tôm
sẽ tác dụng với acid lactic để tạo ra lactatcanxi ở dạng không hoà tan. Phản ứng này
gần tương tự như quá trình khử khoáng bởi HCl trong phương pháp hoá học. Sơ đồ
của phản ứng như sau:
CaCO3 + 2CH3CHOHCOOH (CH3CHOHCOO)2Ca + H2O + CO2
Đồng thời trong quá trình này protein cũng bị hoá lỏng do hệ enzyme có sẵn
trong nguyên liệu và do vi khuẩn lactic sinh ra [5].
Ưu điểm của việc sử dụng acid hữu cơ là ít ảnh hưởng đến tính chất, chất
lượng chitosan, ít ảnh hưởng và tác động xấu đến môi trường. Đồng thời các sản
phẩm trung gian của quá trình nếu thu hồi sử dụng không phải trung hòa và không
ảnh hưởng đến sức khỏe con người hay vật nuôi. Qua đó, nhận thấy ưu điểm khi áp
dụng phương pháp ủ xi lô kết hợp bổ sung acid hữu cơ cho phế liệu tôm là không
những tách được đáng kể protein và khoáng trong vỏ tôm hạn chế lượng hóa chất

đầu để khống chế quá trình gây thối do vi sinh vật gây thối, bảo quản nguyên liệu
đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho chủng vi khuẩn lactic được bổ sung vào thực
hiện quá trình lên men hiệu quả, đồng thời thúc đẩy enzyme nội tại hoạt động.
Sự hiện diện của acid hữu cơ do chủng vi khuẩn lactic tạo ra và acid vô cơ
hoặc hữu cơ bổ sung vào trong quá trình lên men lactic sẽ làm giảm pH của môi
trường, ức chế sự phát triển của vi khuẩn gây thối rữa, và do đó kéo dài thời gian


17

bảo quản cho nguyên liệu. Việc hạ pH môi trường bằng acid vô cơ hoặc acid hữu cơ
và lên men bằng chủng vi khuẩn lactic trong quá trình ủ có những tác dụng sau:
-

Khi hạ pH bằng acid vô cơ ở giai đoạn đầu tiên trong quá trình lên men có
tác dụng thủy phân đường thành những đường đơn nhằm cung cấp nguồn
cacbon dồi dào cho sự phát triển của vi khuẩn lactic. Đồng thời ức chế sự
phát triển của vi khuẩn gây thối rữa, tạo môi trường thích hợp cho vi khuẩn
lactic phát triển.

-

Tác dụng thủy phân protein trong phế liệu tôm do hoạt động của enzyme
protease trong bản thân nguyên liệu, hạ pH thúc đẩy cho quá trình lên men
lactic.

-

Ức chế hoạt động, sự phát triển của vi sinh vật gây thối, nấm mốc, bảo quản
cho vỏ tôm không bị hư hỏng, đảm bảo chất lượng chitin sau này.