Nghiên cứu thu nhận N-Acetyl-Glucosamine từ vỏ tôm thẻ chân trắng bằng phương pháp thủy phân enzyme

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích công nghệ thực phẩm thu nhận n acetyl glucosamine bằng phương pháp thủy phân bởi enzyme, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp

• Tác giả: Nguyễn Thị Nhân Băng
• Người hướng dẫn: GS. Đồng Thị Anh Đào
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm
• Đề tài: Nghiên cứu thu nhận N-Acetyl-Glucosamine từ vỏ tôm thẻ chân trắng bằng phương pháp thủy phân enzyme
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TÔNG QUAN
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU
• 1.2. TỔNG QUAN VỀ CHITIN
• 1.3. TỔNG QUAN VỀ N-ACETYL-GLUCOSAMINE
• 1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT GLUCOSAMINE
• 1.5. TỔNG QUAN VỀ ENZYME
• 2. CHƯƠNG 2: DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ
• 2.2. BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM THỦY PHÂN CHITIN BẰNG ENZYME CELLULASE
• 2.3. BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM NÂNG CAO HIỆU QUẢ THỦY PHÂN CHITIN BẰNG ENZYME GLUCOAMYLASE
• 2.4. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
• 2.5. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN VỎ TÔM
• 3.2. XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA CHITIN
• 3.3. XÁC ĐỊNH HOẠT ĐỘ ENZYME
• 3.4. KHẢO SÁT CHỌN CHẾ ĐỘ THỦY PHÂN CHITIN THU N-ACETYL-GLUCOSAMINE
• 3.4.1. Thí nghiệm 1: Khảo sát nhiệt độ thủy phân của enzyme cellulase
• 3.4.2. Thí nghiệm 2: Khảo sát pH thủy phân của enzyme cellulase
• 3.4.3. Thí nghiệm 3: Khảo sát tỷ lệ E/S của enzyme cellulase
• 3.4.4. Thí nghiệm 4: Khảo sát thời gian thủy phân của cellulase
• 3.4.5. Thí nghiệm 5: Tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân của enzyme cellulase
• 3.5. KHẢO SÁT CHỌN CHẾ ĐỘ NÂNG CAO HIỆU SUẤT THỦY PHÂN CHITIN BẰNG ENZYME GLUCOAMYLASE
• 3.5.1. Thí nghiệm 6: Khảo sát nhiệt độ thủy phân của glucoamylase
• 3.5.2. Thí nghiệm 7: Khảo sát pH thủy phân của enzyme glucoamylase
• 3.5.3. Thí nghiệm 8: Khảo sát tỷ lệ E/S của glucoamylase
• 3.5.4. Thí nghiệm 9: Khảo sát thời gian thủy phân của glucoamylase
• 3.5.5. Thí nghiệm 10: Tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân của enzyme glucoamylase
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về N Acetyl Glucosamine từ vỏ tôm thẻ chân trắng

N-Acetyl-Glucosamine (GlcNAc) là một hợp chất quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm. Nó được biết đến với nhiều ứng dụng, đặc biệt trong việc điều trị các bệnh liên quan đến xương khớp. Vỏ tôm thẻ chân trắng, một nguồn phế liệu dồi dào từ ngành thủy sản, chứa nhiều chitin, là nguyên liệu chính để thu nhận N-Acetyl-Glucosamine. Việc nghiên cứu thu nhận GlcNAc từ vỏ tôm không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao.

1.1. Tình hình sản xuất N Acetyl Glucosamine hiện nay

Sản xuất N-Acetyl-Glucosamine chủ yếu dựa vào các phương pháp hóa học, tuy nhiên, những phương pháp này thường gây ô nhiễm môi trường. Việc chuyển sang các phương pháp sinh học, như thủy phân enzyme, đang được nghiên cứu để cải thiện hiệu quả và an toàn.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng vỏ tôm thẻ chân trắng

Vỏ tôm thẻ chân trắng không chỉ là nguồn nguyên liệu phong phú mà còn chứa nhiều chất dinh dưỡng. Việc tận dụng nguồn phế liệu này giúp giảm thiểu lãng phí và tạo ra giá trị kinh tế cho ngành thủy sản.

II. Thách thức trong việc thu nhận N Acetyl Glucosamine từ vỏ tôm

Mặc dù vỏ tôm thẻ chân trắng là nguồn nguyên liệu tiềm năng, nhưng việc thu nhận N-Acetyl-Glucosamine từ chúng gặp nhiều thách thức. Các yếu tố như điều kiện thủy phân, loại enzyme sử dụng và thời gian phản ứng đều ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi GlcNAc. Việc tối ưu hóa các yếu tố này là cần thiết để đạt được hiệu quả cao nhất.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân

Nhiệt độ, pH và tỷ lệ enzyme/substrate (E/S) là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình thủy phân. Việc nghiên cứu và tối ưu hóa các yếu tố này sẽ giúp nâng cao hiệu suất thu hồi N-Acetyl-Glucosamine.

2.2. Khó khăn trong việc kiểm soát chất lượng sản phẩm

Đảm bảo chất lượng sản phẩm N-Acetyl-Glucosamine thu được từ vỏ tôm là một thách thức lớn. Cần có các phương pháp phân tích chính xác để đánh giá chất lượng và độ tinh khiết của sản phẩm.

III. Phương pháp thủy phân enzyme để thu nhận N Acetyl Glucosamine

Phương pháp thủy phân enzyme là một trong những cách hiệu quả nhất để thu nhận N-Acetyl-Glucosamine từ vỏ tôm thẻ chân trắng. Sử dụng enzyme cellulase và glucoamylase giúp phân giải chitin thành GlcNAc một cách hiệu quả. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa điều kiện thủy phân có thể nâng cao đáng kể hiệu suất thu hồi.

3.1. Quy trình thủy phân bằng enzyme cellulase

Enzyme cellulase được sử dụng để thủy phân chitin trong vỏ tôm. Nghiên cứu cho thấy điều kiện tối ưu là ở nhiệt độ 50°C, pH 5, với tỷ lệ E/S là 2.2 giờ, cho hiệu suất thu hồi N-Acetyl-Glucosamine đạt 10%.

3.2. Quy trình thủy phân bằng enzyme glucoamylase

Sau khi thủy phân bằng cellulase, glucoamylase được sử dụng để nâng cao hiệu suất thu hồi. Điều kiện tối ưu cho glucoamylase là 60°C, pH 5, với tỷ lệ E/S là 1.4 giờ, cho hiệu suất thu hồi đạt 18%.

IV. Ứng dụng thực tiễn của N Acetyl Glucosamine

N-Acetyl-Glucosamine có nhiều ứng dụng trong ngành dược phẩm và thực phẩm. Nó được sử dụng để điều trị các bệnh viêm khớp, cải thiện sức khỏe xương khớp và tăng cường hệ miễn dịch. Việc thu nhận GlcNAc từ vỏ tôm không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

4.1. Ứng dụng trong ngành dược phẩm

N-Acetyl-Glucosamine được sử dụng trong các sản phẩm bổ sung dinh dưỡng cho người bị viêm khớp. Nó giúp giảm đau và cải thiện chức năng khớp, mang lại chất lượng cuộc sống tốt hơn cho người bệnh.

4.2. Ứng dụng trong ngành thực phẩm

GlcNAc cũng được sử dụng trong ngành thực phẩm như một chất phụ gia, giúp cải thiện độ hòa tan và độ ổn định của sản phẩm. Nó có thể được sử dụng trong các sản phẩm chức năng và thực phẩm bổ sung.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu thu nhận N-Acetyl-Glucosamine từ vỏ tôm thẻ chân trắng bằng phương pháp thủy phân enzyme đã chỉ ra tiềm năng lớn trong việc phát triển sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao. Việc tối ưu hóa quy trình và ứng dụng các công nghệ mới sẽ giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

5.1. Triển vọng phát triển ngành công nghiệp N Acetyl Glucosamine

Ngành công nghiệp sản xuất N-Acetyl-Glucosamine từ vỏ tôm có tiềm năng phát triển mạnh mẽ. Việc áp dụng công nghệ sinh học sẽ giúp nâng cao hiệu quả và giảm thiểu tác động đến môi trường.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình thu nhận N-Acetyl-Glucosamine, đồng thời khám phá các ứng dụng mới của sản phẩm này trong y học và thực phẩm.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh ngành thủy sản Việt Nam phát triển mạnh mẽ, sản lượng nuôi trồng tôm nước lợ trong quý I năm 2017 ước đạt khoảng 68.3 ngàn tấn, tăng 14% so với cùng kỳ năm trước. Tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei) chiếm tỷ trọng lớn trong xuất khẩu tôm Việt Nam, với giá trị xuất khẩu đạt 391.7 triệu USD, tăng 10.6% so với quý I/2016. Tuy nhiên, quá trình chế biến tôm thẻ chân trắng tạo ra lượng lớn phế liệu vỏ tôm, gây áp lực ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý hiệu quả.

Chitin, thành phần chính trong vỏ tôm, có thể được chuyển hóa thành N-acetyl-glucosamine (GlcNAc) – một hợp chất có giá trị dược liệu cao, đặc biệt trong hỗ trợ điều trị các bệnh xương khớp. GlcNAc có khả năng kích thích tổng hợp proteoglycans, tăng sản xuất dịch nhầy khớp, đồng thời ức chế các enzyme phá hủy sụn khớp, góp phần làm chậm quá trình thoái hóa khớp.

Mục tiêu nghiên cứu là khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân chitin từ vỏ tôm thẻ chân trắng bằng enzyme cellulase và glucoamylase, từ đó tối ưu hóa điều kiện thủy phân nhằm nâng cao hiệu quả thu nhận N-acetyl-glucosamine. Nghiên cứu được thực hiện trên nguyên liệu vỏ tôm thẻ chân trắng nuôi trồng tại tỉnh Bến Tre, trong khoảng thời gian từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2017. Kết quả nghiên cứu không chỉ góp phần phát triển công nghệ sản xuất GlcNAc thân thiện môi trường mà còn tạo nền tảng cho ngành công nghiệp xử lý phế liệu thủy sản bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Cấu trúc và tính chất của chitin: Chitin là polysaccharide dạng poly (β-1,4-N-acetyl-D-glucosamine), tồn tại dưới ba dạng cấu trúc α-, β- và γ-chitin, với α-chitin phổ biến nhất trong vỏ tôm. Chitin có tính không tan trong nước và dung môi hữu cơ, cần xử lý hóa học và sinh học để thu nhận các dẫn xuất có giá trị như GlcNAc.

• Phản ứng thủy phân enzyme: Enzyme cellulase và glucoamylase xúc tác thủy phân liên kết β-1,4-glucoside trong chitin, giải phóng N-acetyl-glucosamine. Cellulase gồm các thành phần exoglucanase, endoglucanase và β-glucosidase phối hợp để phân giải polysaccharide. Glucoamylase xúc tác thủy phân liên kết α-1,4 và α-1,6 glucoside, tăng hiệu quả thu nhận sản phẩm.

• Phương pháp tối ưu hóa bề mặt đáp ứng (Response Surface Methodology - RSM): RSM được sử dụng để khảo sát và tối ưu các yếu tố ảnh hưởng như nhiệt độ, pH, tỷ lệ enzyme trên cơ chất (E/S), thời gian thủy phân nhằm đạt hiệu suất thu hồi GlcNAc cao nhất.

Các khái niệm chính bao gồm: chitin, N-acetyl-glucosamine, enzyme cellulase, enzyme glucoamylase, thủy phân enzyme, và tối ưu hóa bề mặt đáp ứng.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nguyên liệu chính là vỏ tôm thẻ chân trắng thu mua từ công ty Cổ phần Trang, Khu công nghiệp Hiệp Phước, TP. Hồ Chí Minh. Enzyme cellulase và glucoamylase được cung cấp bởi Novozymes (Đan Mạch).

• Quy trình xử lý nguyên liệu: Vỏ tôm được xử lý protein bằng dung dịch NaOH 5% (tỷ lệ 1/10 w/v) ở 60°C trong 6 giờ, xử lý khoáng bằng dung dịch HCl 5% (tỷ lệ 1/15 w/v) ở nhiệt độ phòng trong 2 giờ để thu nhận chitin. Chitin sau đó được chuẩn bị thành huyền phù bằng cách ngâm trong HCl đậm đặc ở 4°C trong 2 giờ, rửa trung tính và điều chỉnh pH về 7.

• Thủy phân enzyme: Thủy phân chitin bằng cellulase được khảo sát các yếu tố nhiệt độ (40-60°C), pH (4-6), tỷ lệ E/S (1.5-2.5 U/g), thời gian (1.5-3 giờ). Sau đó, thủy phân tiếp bằng glucoamylase với các điều kiện tương tự nhưng nhiệt độ tối ưu là 60°C, pH 5, tỷ lệ E/S 1.4 U/g, thời gian 4.4 giờ.

• Phân tích và tối ưu hóa: Sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) để thiết kế thí nghiệm và phân tích ảnh hưởng của các yếu tố đến tỷ lệ thu hồi N-acetyl-glucosamine. Cỡ mẫu thí nghiệm được lựa chọn phù hợp với ma trận Plackett-Burman và RSM nhằm đảm bảo độ tin cậy và khả năng tổng quát hóa kết quả.

• Kiểm tra chất lượng sản phẩm: Độ ẩm, độ tro, độ hòa tan và khối lượng phân tử trung bình của bột N-acetyl-glucosamine được xác định bằng các phương pháp chuẩn như sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), phương pháp sấy khô, và các kỹ thuật quang phổ UV-Vis.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong vòng 5 tháng, từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2017, bao gồm các giai đoạn xử lý nguyên liệu, khảo sát điều kiện thủy phân, tối ưu hóa và kiểm tra chất lượng sản phẩm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thành phần hóa học của vỏ tôm thẻ chân trắng: Chitin chiếm khoảng 29.4% ± 1.4% khối lượng khô tuyệt đối, protein chiếm 24.5%. Hàm lượng khoáng chủ yếu là muối canxi carbonate, chiếm tỷ lệ lớn trong phế liệu.

2. Điều kiện thủy phân tối ưu bằng cellulase: Nhiệt độ 50°C, pH 5, tỷ lệ enzyme trên cơ chất (E/S) 2.2 U/g, thời gian 2.2 giờ cho tỷ lệ thu hồi N-acetyl-glucosamine đạt khoảng 10%. Các biến nhiệt độ, pH và E/S ảnh hưởng rõ rệt đến hiệu suất thủy phân, với nhiệt độ và pH là yếu tố quan trọng nhất.

3. Nâng cao hiệu quả thủy phân bằng glucoamylase: Tiếp tục thủy phân dịch thu được từ cellulase bằng glucoamylase ở 60°C, pH 5, tỷ lệ E/S 1.4 U/g trong 4.4 giờ, tỷ lệ thu hồi N-acetyl-glucosamine tăng lên 18%. Việc kết hợp hai enzyme giúp tăng hiệu quả thu nhận sản phẩm cuối cùng.

4. Chất lượng sản phẩm N-acetyl-glucosamine: Bột GlcNAc thu được có độ ẩm 3.38%, độ tro 8.57%, độ hòa tan đạt 80%, khối lượng phân tử trung bình khoảng 1 (đơn vị chưa rõ, theo ước tính). Sản phẩm có độ tinh khiết cao, phù hợp cho ứng dụng dược liệu.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc sử dụng enzyme cellulase và glucoamylase trong quy trình thủy phân chitin từ vỏ tôm thẻ chân trắng là phương pháp hiệu quả, thân thiện môi trường so với phương pháp hóa học truyền thống sử dụng acid đậm đặc. Nhiệt độ và pH là các yếu tố quyết định hoạt tính enzyme, phù hợp với đặc tính sinh học của cellulase (tối ưu 50°C, pH 5) và glucoamylase (tối ưu 60°C, pH 5).

So sánh với các nghiên cứu trước đây, tỷ lệ thu hồi GlcNAc đạt được trong nghiên cứu này tương đương hoặc cao hơn, đồng thời giảm thiểu lượng hóa chất thải ra môi trường. Việc áp dụng RSM giúp tối ưu hóa các điều kiện thủy phân một cách khoa học, tiết kiệm thời gian và chi phí thí nghiệm.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ ảnh hưởng của nhiệt độ, pH, tỷ lệ E/S và thời gian đến tỷ lệ thu hồi GlcNAc, cũng như bảng so sánh thành phần hóa học nguyên liệu và sản phẩm cuối cùng. Điều này giúp minh họa rõ ràng sự cải thiện hiệu suất thủy phân khi kết hợp hai enzyme.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Ứng dụng quy trình thủy phân enzyme trong sản xuất công nghiệp: Khuyến nghị các doanh nghiệp chế biến thủy sản áp dụng phương pháp thủy phân kết hợp cellulase và glucoamylase để tận dụng phế liệu vỏ tôm, nâng cao giá trị sản phẩm và giảm ô nhiễm môi trường. Thời gian triển khai dự kiến 12-18 tháng.

2. Nâng cao công suất và hiệu quả enzyme: Đề xuất nghiên cứu tiếp tục cải tiến enzyme cellulase và glucoamylase, bao gồm tuyển chọn chủng vi sinh sản xuất enzyme có hoạt tính cao hơn hoặc biến đổi enzyme để tăng độ bền và hiệu suất thủy phân. Chủ thể thực hiện là các viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ sinh học.

3. Phát triển sản phẩm N-acetyl-glucosamine đa dạng: Khuyến khích phát triển các dạng bào chế GlcNAc như viên nang, bột pha uống, kết hợp với các thành phần hỗ trợ điều trị xương khớp nhằm mở rộng thị trường tiêu thụ. Thời gian nghiên cứu và phát triển sản phẩm khoảng 24 tháng.

4. Xây dựng quy trình xử lý phế liệu bền vững: Đề xuất xây dựng mô hình xử lý phế liệu thủy sản theo hướng tuần hoàn, kết hợp sản xuất GlcNAc và các sản phẩm giá trị gia tăng khác, giảm thiểu chất thải và tác động môi trường. Chủ thể thực hiện là các cơ quan quản lý, doanh nghiệp và viện nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Doanh nghiệp chế biến thủy sản: Có thể áp dụng quy trình thủy phân enzyme để tận dụng phế liệu vỏ tôm, giảm chi phí xử lý chất thải và tạo ra sản phẩm giá trị cao như N-acetyl-glucosamine.

2. Viện nghiên cứu và trường đại học: Tham khảo để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về enzyme thủy phân, tối ưu hóa quy trình và ứng dụng trong công nghiệp sinh học.

3. Ngành dược phẩm và thực phẩm chức năng: Sử dụng kết quả nghiên cứu để phát triển sản phẩm hỗ trợ điều trị bệnh xương khớp dựa trên GlcNAc có nguồn gốc tự nhiên, an toàn và hiệu quả.

4. Cơ quan quản lý môi trường và phát triển bền vững: Tham khảo để xây dựng chính sách khuyến khích áp dụng công nghệ sinh học trong xử lý phế liệu thủy sản, giảm thiểu ô nhiễm và phát triển kinh tế tuần hoàn.

Câu hỏi thường gặp

1. N-acetyl-glucosamine là gì và có tác dụng gì?
   N-acetyl-glucosamine (GlcNAc) là một amino-monosaccharide, thành phần cấu tạo chính của chitin và proteoglycans trong sụn khớp. GlcNAc giúp tăng sản xuất dịch nhầy khớp, kích thích tái tạo mô sụn và ức chế enzyme phá hủy sụn, hỗ trợ điều trị các bệnh xương khớp.

2. Tại sao sử dụng enzyme cellulase và glucoamylase trong thủy phân chitin?
   Cellulase và glucoamylase xúc tác thủy phân liên kết β-1,4 và α-1,4 glucoside trong chitin, giúp phân giải polysaccharide thành GlcNAc hiệu quả hơn so với phương pháp hóa học, đồng thời thân thiện với môi trường và an toàn hơn.

3. Các yếu tố nào ảnh hưởng đến hiệu quả thủy phân enzyme?
   Nhiệt độ, pH, tỷ lệ enzyme trên cơ chất (E/S) và thời gian thủy phân là các yếu tố chính ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme và tỷ lệ thu hồi GlcNAc. Nghiên cứu đã xác định nhiệt độ 50-60°C, pH 5 và tỷ lệ E/S phù hợp là tối ưu.

4. Quy trình xử lý vỏ tôm trước khi thủy phân như thế nào?
   Vỏ tôm được xử lý protein bằng dung dịch NaOH 5% ở 60°C trong 6 giờ, xử lý khoáng bằng dung dịch HCl 5% ở nhiệt độ phòng trong 2 giờ để loại bỏ tạp chất, thu nhận chitin tinh khiết trước khi tiến hành thủy phân enzyme.

5. Lợi ích của phương pháp thủy phân enzyme so với phương pháp hóa học?
   Phương pháp enzyme giảm thiểu sử dụng hóa chất độc hại, giảm ô nhiễm môi trường, an toàn cho người lao động và sản phẩm có độ tinh khiết cao hơn. Ngoài ra, enzyme có thể tái sử dụng và điều kiện phản ứng nhẹ nhàng hơn.

Kết luận

• Nghiên cứu đã thành công trong việc tối ưu hóa điều kiện thủy phân chitin từ vỏ tôm thẻ chân trắng bằng enzyme cellulase và glucoamylase, đạt tỷ lệ thu hồi N-acetyl-glucosamine lên đến 18%.
• Phương pháp thủy phân enzyme thân thiện môi trường, giảm thiểu hóa chất độc hại so với phương pháp hóa học truyền thống.
• Sản phẩm N-acetyl-glucosamine có chất lượng cao với độ ẩm 3.38%, độ tro 8.57%, độ hòa tan 80%, phù hợp ứng dụng trong dược phẩm và thực phẩm chức năng.
• Kết quả nghiên cứu góp phần phát triển công nghệ xử lý phế liệu thủy sản bền vững, tạo giá trị gia tăng cho ngành thủy sản Việt Nam.
• Đề xuất triển khai ứng dụng quy trình trong sản xuất công nghiệp và nghiên cứu nâng cao hiệu quả enzyme trong giai đoạn tiếp theo.

Hành động tiếp theo: Các doanh nghiệp và viện nghiên cứu nên phối hợp triển khai thử nghiệm quy mô công nghiệp, đồng thời phát triển sản phẩm GlcNAc đa dạng để mở rộng thị trường tiêu thụ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TÔNG QUAN 1. TONG QUAN VE NGUYÊN LIEU 1. Tinh hình xấu khẩu tôm — nguồn phé liệu Sản lượng nuôi trồng thủy san tháng 3 năm 2017: ước đạt 107 ngàn tan, tăng 9.6% so với cùng kì năm trước, đưa tong sản lượng nuôi trồng thủy sản 3 tháng dau năm ước đạt 570 ngàn tấn, tăng 2.7 % so với cùng kỳ năm 2016. Diện tích nuôi tôm nước lợ của cả nước 3 tháng đầu năm ước đạt 535.6 ngàn ha, tăng 1.7% so với cùng kỳ năm trước, sản lượng ước đạt 68.3 ngàn tan, tăng 14.

Diện tích tôm thé chân trang tại các tinh đồng bằng sông Cửu Long ước dat 17.6%), sản lượng ước đạt 21 ngàn tan (+10. [1] Ngay trong tháng đầu tiên của năm 2017, xuất khẩu tôm đã giảm 12.6% so với cùng kỳ năm 2016. Sang tháng 2/2017, xuất khẩu tôm lại tăng 18.2% trong tháng 3/2017. Do vậy, giá trị xuất khẩu trong 3 tháng đầu năm nay giảm nhẹ 0.

Trong quý 1/2017, xuất khẩu tôm chân trang vẫn chiếm ưu thế với tỷ trong 63.3% tong xuất khẩu tôm Việt Nam; tôm si đứng thứ hai với 27.3% và tôm biến với 9. Ty trọng xuất khẩu tôm chân trang tăng từ 57% trong quý 1/2016 lên 63. Tuy nhiên, tỷ trọng xuất khẩu tôm sti giảm từ 35% năm xuống còn 27.3%, ty trọng tôm bién tăng nhẹ. Quy 1/2017, trong tổng xuất khẩu tôm của Việt Nam, tôm chân trang sống/tươi/đông lạnh là sản phẩm xuất khẩu chiếm giá trị cao nhất với 208.

Trong giai đoạn này, giá trị xuất khâu các sản phẩm tôm chân trăng của Việt Nam tăng 10.6% so với quý I/2016 đạt 391.7 triệu USD trong khi xuất khẩu các sản phẩm tôm st giảm 21% đạt 168. Xuất khẩu tôm biến tăng 12. Trong quý 1/2017, Việt Nam xuất khẩu tôm sang 68 thị trường, tăng so với 64 thị trường của cùng kỳ năm 2016. Top 10 thị trường chính bao gồm Nhật Bản, EU, Mỹ, Trung Quốc, Hàn Quốc, Canada, Australia, ASEAN, Đài Loan và Thụy Sỹ, chiếm 95.4% tổng xuất khẩu tôm Việt Nam.

Từ quá trình tìm hiểu về tình hình sản xuất và xuất khẩu như trên thấy được rang có một lượng lớn phé liệu tôm được thải ra và cần có biện pháp xử lý một cách khoa học, tạo nền móng cho công nghiệp sản xuất N-acetyl-glucosamine và các ngành công nghiệp khác. Vỏ tôm thẻ chân trắng a. GIỚI thiệu Tôm thẻ chân trang [2] hay còn gọi là tôm bạc Thái Bình Duong, có tên khoa học là Litopenaeus vannamei hay Penaeus vannamei [3], thuộc ngành Arthropoda (Chân khớp), lớp Crustacea (Giáp xác), bộ Decapoda (Mười chan), họ Penaeidae (Tôm he), giống Litopenaeus, loài Litopenaeus vannamei. Tên tiếng Anh là White leg shrimp.

Tôm thé chân trắng b. Đặc điểm hình thái và phân bố Đặc điểm hình thái Tôm chân trắng vỏ mỏng có màu trăng đục nên có tên là tôm bạc, bình thường có màu xanh lam, chân bò có màu trang ngà nên gọi tôm chân trang. Chùy là phần kéo dài tiếp với bụng. Dưới chùy có 2 - 4 răng cưa, đôi khi có tới 5 - 6 răng cưa ở phía bụng.

Những răng cưa đó kéo dài, đôi khi tới đốt thứ hai. Phân bo Tôm Litopenaeus vannamei [3] là tôm nhiệt đới, phân bố vùng ven bờ phía Đông Thái Bình Dương, từ biển Peru đến Nam Mexico, vùng biển Ecuado. Hiện tôm chân trăng đã được di giống ở nhiều nước Đông Á và Đông Nam Á như Trung Quốc, Thái Lan, Philippines, Indonesia, Malaysia và Việt Nam. Thành phan của vỏ tôm thẻ Cau tạo vỏ tôm Vỏ tôm chia làm 4 lớp chính là: lớp biểu bì, lớp màu, lớp calci hóa và lớp không bị calci hóa.

[4] Lớp biểu bì: có chứa 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 polyphenoloxidase và bị hóa cứng bởi puinone-tanin. Lớp biểu bì 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 thăng. Lớp màu: tính chất của lớp này do sự có mặt của những thé hình hạt của vật chất mang màu giống dạng melanin.

Chúng gdm những túi khí hoặc không bào. Một vài vùng xuất hiện những rãnh thăng đứng có phân nhánh, là con đường cho calci thâm thấu vào. Lớp calci hóa: lớp này chiếm phan lớn vỏ, thường có màu xanh trải đều khắp, chitin ở trang thái tạo phức với calci. Lớp không bị calci hóa: vùng trong cùng của lớp vỏ được tạo thành bởi một phan tương đối nhỏ so với tổng chiều dày bao gồm các phức chitin-protein bên vững không có calci.

Thành phan hóa học của vó tôm [5] Protein: trong phế liệu tôm protein thường tôn tại ở 2 dạng tự do và phức hợp. Dạng tự do ton tại 6 phan thịt tôm lẫn vào phế liệu và nội tạng của tôm. Dạng phức hợp là dạng protein liên kết với chitin, calci carbonate, liên kết với lipid tạo thành lipoprotein, liên kết với sắc tố tạo thành proteincarotenoit. như một phan thống nhất quyết định tính bền vững của vỏ tôm.

Chitin: tồn tại dưới dạng liên kết với những liên kết đồng hóa trị với các protein dưới dạng phức hợp chitin-protein, liên kết với các hợp chất khoáng và các hợp chất hữu cơ khác gây khó khăn trong việc tách chiết chúng. Khoáng: chủ yếu là muối calci carbonate, hàm lượng calci phosphate không nhiều nhưng trong quá trình khử khoáng dễ hình thành hợp chất CaHPO, không tan trong HCI gây khó khăn cho quá trình khử khoáng. Sắc tố: trong vỏ tôm chủ yếu là astaxanthin. Astaxanthin liên kết với các phân tử protein tạo thành phức carotenoprotein hap thụ ánh sáng Amax = 628nm, tạo nên mảu xanh đặc trưng.

Dưới tác dụng của nhiệt, liên kết này bị phá hủy và giải phóng astaxanthin trở lại dạng tự do hap thu mạnh bức xạ trong vùng ^ = 470- 510nm có màu đỏ cam. Enzyme nội tạng trong đầu tôm và của các vi sinh vật thường trú trên tôm nguyên liệu. Ngoài ra, trong phế liệu tôm còn có các thành phân khác như: nước, lipid. Theo một số nghiên cứu, thành phan hoá học cơ bản của phế liệu vỏ tôm thẻ chân trang được trình bày trong Bảng 1.

Thành phan hoá học của vỏ tôm thé chân trắng [4] Thành phần hoá học Hàm lượng (%) Chitin 294+14 Protein 24.5 * Tính trên khôi lượng khô tuyệt đôi, độ âm vỏ tôm là 76% + 1. TONG QUAN VE CHITIN 1. Cau tao Chitin là polime hữu co pho bién trong tu nhiên sau cellulose, được tach chiết lần đầu tiên vào năm 1811 bởi nha dược hóa học người Pháp Henri Braconnot từ nam. [6] Trong tự nhiên chitin được tôn tại trong nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau bao gồm vỏ các loài giáp xác, côn trùng và vi sinh vật.

Trong các loài giáp xác như tôm, cua, ghe,. loài chân đầu như mực,. vỏ tôm hùm có hàm lượng chitin cao chiếm 60-75%. Từ côn trùng thi có ở vỏ các loai như muỗi, gián, ong mật, nhộng tăm,.

Chitin cũng tôn tại phô biên trong giới vi sinh vật như: vi nam, nâm mộc, nắm men, một số loài tảo và một số loài xạ khuẩn Streptomyces. Nhưng nguồn khai thác chính là từ phế liệu thủy sản, vỏ của các loài giáp xác đặc biệt là từ tôm và cua. Công thức phân tử là (CgH¡zOsN)ạ. Trong đó: n thay đổi tùy thuộc vào loại nguyên liệu (nam the = 400+500, nam ham = 7002800, neu = 500600).

Chitin la poly (B-1,4- N-acetyl-D-glucosamine), một polisaccharide mach thăng không phân nhánh, được cấu tạo bởi các monosaccharide N-acetyl-B-D- glucosamine liên kết với nhau bằng liên kết B-1,4-glucoside, tạo nên một mạng lưới các sợi có tổ chức, có cầu trúc tương tự như cellulose, ở cellulose thì carbon C-2 chứa nhóm hydroxyl (-OH), còn đối với chitin thì chứa nhóm acetyl (-COCHH:).2) [5,7] HOH2C NHCOCH; HO ` ~ Sg O O “ PS hổ HO NHCOCH3 HOH„C Hình 1. Cau trúc hóa học của chitin Trong các loài giáp xác, chitin là thành phần cấu tạo chính tạo nên độ cứng chắc của vỏ giáp xác, chitin thường không tôn tại ở dạng tự do mà luôn kết hợp với protein dưới dạng phức hợp, carbonate calci và nhiều hợp chất hữu cơ khác. Chitin được chia thành 3 dạng cau trúc: a-chitin, B-chitin, y-chitin xuat phat từ nguồn gốc tách chiết chitin. Ba dang chitin này khác nhau về tinh hydrate hoá, kích thước của mỗi đơn vị cau trúc và cách sắp xếp các mach trong mỗi đơn vị cau trúc.

- -chitin: là phố biến nhất, được tim thấy trong thành tế bào nam men, nam mốc, VI nắm, nhuyễn thé, gân, trong vỏ tôm, tôm hum, cua, và lớp biểu bì của côn trùng, có độ rắn phân tử cao nhất và ở dạng rắn chắc và các mạch chitin sắp xếp song song ngược chiều nhau. - §-chitin: hiếm gặp hon, thường có trong xương mực, bao gồm các mach chitin song song cùng chiều nhau, có độ ran chắc thấp, tinh hydrate hóa cao. - y-chitin: là biến thé của a-chitin, sắp xếp cứ 2 mạch song song cùng chiều thì có một mạch ngược chiêu. œ-chitin B-chitin y-chitin Hình 1.

Sự sắp xếp cua chuoi polime cua ơ-chitin, j-chitin, y-chitin 1. Tính chất của chitin Chitin có màu trắng, có cấu trúc siêu lỗ, có khả năng hấp phụ tốt, dễ tạo mang. Chitin là polime ky nước (hydrophobic polime) đặc biệt là a-chitin, không tan trong nước, môi trường kiềm, acid loãng và các dung môi hữu cơ như ete, rượu. Chitin tan trong dung dich acid đậm đặc như HCl, H;PO¿, dimethylacetamide chứa 5% lithium chloride, trong dung dich đặc nóng của muối tioxianat Liti (LISCN) và thioxianat calci Ca(SCN)» tạo thành dung dịch keo.

Chitin tương đối 6n định với các chất oxy hóa khử, như thuốc tím (KMnO,), HO», nước Javen (NaC1O) hay Ca(C1O)s,. Khi đun nóng trong dung dich HCI đậm đặc thi chitin sẽ bị thuỷ phân thành các phan tử glucosamine có hoạt tính sinh học cao. Chitin có độ deacetyl thấp. Chitin tự nhiên có độ deacetyl dao động trong khoảng từ 8-12%.

Khi đun nóng chitin trong dung dịch NaOH đặc thi chitin bị khử mat gốc acetyl tạo thành chitosan. TONG QUAN VE GLUCOSAMINE 1. Tinh hinh san xuat glucosamine a. Thé gidi Từ những năm 1990, người ta đã chế tao được glucosamine từ vỏ tôm, cua, sò.

Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều nghiên cứu và ứng dụng sản xuất glucosamine, chủ yếu là glucosamine sulfate, glucosamine hydrochloride. Tuy nhiên, N-acetyl-D-glucosamine không phố biến rộng rãi trên thị trường và có giá thành rất dat. Việt Nam Tình hình sản xuất ølucosamine ở Việt Nam còn khá hạn chế, một số ít các công ty sản xuất glucosamine (chủ yếu là glucosamine sulfate, glucosamine hydrochloride) xuất khẩu qua Mỹ, Nhật như AFCP, VN Organic,.