Tối ưu hóa công đoạn ủ xi lô với acid lactic trong quá trình sản xuất chitin từ phế liệu tôm thẻ chân trắng (penaeus vannamei) bằng phương pháp mặt đáp ứng

Kỷ yếu kỷ niệm 35 năm thành lập Trường ĐH ng nghiệp Th c ph m T h inh -2017) 150 TỐI ƢU HÓA CÔNG ĐOẠN Ủ XI LÔ VỚI ACID LACTIC TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CHITIN TỪ PHẾ LIỆU TÔM THẺ CHÂN TRẮNG (PENAEUS VANNAMEI) BẰNG PHƢƠNG PHÁP MẶT ĐÁP ỨNG Nguyễn Thị Ngọc Hoài*, Phạm Viết Nam Trường Đại học ng nghiệp Th c ph m Thành phố h inh * Email: hoaintn@cntp.edu.vn Ngày nhận bài: 31/05/2017; Ngày chấp nhận đăng: 30/08/2017 TÓM TẮT Việc ủ xi lô phế liệu tôm là một phương pháp thu hồi protein từ phế liệu tôm đã tận thu phần lớn protein để làm thức ăn trong chăn nuôi. Đồng thời, trong quá trình ủ xi lô còn có một lượng khoáng trong phế liệu tôm cũng được tách ra do kết hợp sử dụng acid hữu cơ với nồng độ và tỷ lệ thích hợp. Bã phế liệu tôm sau khi được tách riêng khỏi dịch ép sẽ được sử dụng cho việc sản xuất chitin. Tiến hành tối ưu hóa công đoạn ủ xi lô với acid lactic trong quá trình chiết chitin từ phế liệu tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei) bằng phương pháp mặt đáp ứng, sử dụng mô hình composit. Tối ưu 3 nhân tố nồng độ acid lactic (1−5%), tỷ lệ rỉ đường (8−12%), thời gian ủ xi lô (24−120 giờ) với hai hàm mục tiêu là hàm lượng protein còn lại trên bã và hiệu quả khử khoáng. Kết quả thu được thông số tối ưu ở nồng độ acid lactic 2,5%, tỷ lệ rỉ đường bổ sung là 9,5%, thời gian ủ xi lô là 75 giờ với hiệu quả khử protein khá cao (khoảng 78%), hiệu suất khử khoáng thu được là 21,1%. Từ khóa: Chitin, phế liệu tôm, ủ xi lô. 1. MỞ ĐẦU Phế liệu tôm chiếm 35−40% so với lượng nguyên liệu ban đầu còn trong phần phế liệu thì đầu tôm chiếm 71,4%, vỏ chiếm 28,6% và có thể đặt ra vấn đề là chúng sẽ hư hỏng và gây vấn nạn về môi trường [1]. Hiện nay, lượng phế liệu này chủ yếu được sử dụng để làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất chitin, không tận dụng phần có lợi trong phế liệu tôm như protein và astaxanthin. Các qui trình sản xuất chitin đang sử dụng là các qui trình hóa học, sử dụng nhiều hóa chất. Nước thải từ quá trình sản xuất chitin bằng qui trình hóa học có dư lượng NaOH, HCl và protein khá cao, nguy cơ gây ô nhiễm môi trường nước và không khí, tăng chi phí cho việc xử lý nước thải [2]. Ứng dụng acid hữu cơ trong việc khử khoáng của phế liệu tôm trong sản xuất chitin, chitosan đã được các nhà khoa học nghiên cứu rộng rãi. Pratya Charoenvuttitham; John Shi; Gauri S. Mittal (2006) sử dụng acid hữu cơ để khử khoáng trong sản xuất chitin từ phế liệu tôm sú, với chế độ khử khoáng bằng HCOOH 0,25M, acid citric 0,25M, nhiệt độ phòng, thời gian 30 phút, tỷ lệ 1/28(w/v), hiệu suất khử khoáng là 88,1±1,8% [3]. Ngoài ra Nesreen Samir Mahmoud, Abdelkader Ghaly (2006) cũng đã so sánh hiệu suất khử khoáng của acid lactic và acid acetic ở nồng độ lần lượt là 75,6g/L, 75g/L, tỉ lệ vỏ tôm/acid là 1/20, nhiệt độ 24oC, thời gian 2 giờ cũng thu được hiệu suất khử khoáng lần lượt là 97,4% đối với acid lactic và 86,36% đối với acid acetic, điều này chứng tỏ acid lactic có khả năng khử khoáng cao [4]. Theo Jung. W. J và cộng sự (2011) đã so sánh hiệu quả khử khoáng và khử protein trong quy trình sản xuất chitin của chủng Lactobacillucs paracasei ssp. Tolerans KCTC-3074) và acid lactic hữu cơ, kết quả đối với mẫu xử lý bằng vi sinh vật thì hàm lượng khoáng giảm khoảng 10%, hàm lượng protein giảm từ 51,3% xuống còn 32,3%. Trong khi đó, đối với mẫu sử dụng acid lactic hữu cơ thì hàm lượng khoáng trong nguyên liệu giảm từ 49,1% xuống còn 16,4%, hàm lượng protein giảm không đáng kể, chỉ khoảng 5% [5]. Năm 2009, Ngô Thanh Lĩnh và cộng sự đã thực hiện nghiên cứu “Nghiên cứu kết hợp phương pháp ủ xi lô trong công nghệ sản xuất chitin- chitosan từ phế liệu đầu vỏ tôm”, nghiên cứu cho thấy kết hợp ủ xi lô bằng acid formic với tỷ lệ acid/phế Tối ưu hóa c ng đoạn ủ xi l với acid lactic trong quá trình sản xuất chitin phế liệu t m thẻ... 151 liệu là 1% (v/w), rỉ đường với tỷ lệ 10% (w/w), ủ trong thời gian 3 ngày ở nhiệt độ phòng sẽ khử được 83,1% protein và 66,1% khoáng. Tiếp tục khử protein còn lại bằng alcalase với tỷ lệ enzyme/phế liệu là 0,2% (v/w) ở nhiệt độ 55 ºC, trong thời gian 8 giờ, pH = 8,5, và khử khoáng còn lại bằng acid lactic ở nồng độ 3%, thời gian 12 giờ ở nhiệt độ phòng thì chitin thu được có hàm lượng protein và khoảng dưới 1%. Tuy nhiên, nghiên cứu này vẫn còn một số hạn chế là acid formic là chất khử mạnh, bị oxy hóa nhanh trong môi trường trung tính và kiềm, là acid rất độc, hơi acid formic gây tổn thương mạnh cho mắt, niêm mạc và khí quản, dung dịch đậm đặc gây bỏng da rất lâu khỏi và rất đau. Chính vì điều này mà khả năng áp dụng của nghiên cứu trên bị hạn chế ở quy mô công nghiệp [2]. 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. Mặc khác, 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 [6]. Qua đó, nhận thấy ưu điểm khi áp dụng phương pháp ủ xilô 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 sau này khi sản xuất chitin. Đồng thời còn có thể tận thu các thành phần giá trị trong dịch ủ để sản xuất thức ăn trong chăn nuôi, do nồng độ hóa chất sử dụng trong khi ủ là không cao. Do đó, việc nghiên cứu tối ưu hóa công đoạn ủ xi lô với acid lactic trong quá trình chiết chitin từ phế liệu tôm là cần thiết, tận dụng được nguồn protein có chứa astaxanthin để ứng dụng hữu ích như làm thực phẩm chức năng cho con người, hạn chế sử dụng hóa chất vô cơ, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường. 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên vật liệu Nguyên liệu Đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei) được chọn là đối tượng nghiên cứu. Mật rỉ đường có độ Brix 72-88%, tổng độ đường 46-55%, có màu vàng đặc trưng của rỉ mật, và các hóa chất sử dụng đều thuộc loại tinh khiết phân tích (PA). 2.1.2. Thu mẫu và bảo quản mẫu Đầu,vỏ tôm được lấy từ nguyên liệu tôm thẻ chân trắng chế biến tại Công ty cổ phần thủy sản số 5, lô A38/II đường số 2, KCN Vĩnh Lộc, Q. Bình Tân, TPHCM. Nguyên liệu sau khi lấy được vận chuyển ngay bằng thùng xốp cách nhiệt có bảo quản nước đá, nhiệt độ < 5 ºC về phòng thí nghiệm. Nguyên liệu trước khi sử dụng được rửa sạch, để ráo trong thời gian 5 phút. Trong trường hợp chưa làm ngay thì rửa sạch, được bao gói và mang đi bảo quản đông ở điều kiện nhiệt độ -20 ºC tại phòng thí nghiệm Trung tâm thí nghiệm thực hành Trường Đại học Công nghiệp thực phẩm Tp Hồ Chí Minh. 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 2.2.1.Bố tr th nghiệm Đầu, vỏ tôm đã được bảo quản đông ở -20 ºC, được rã đông qua đêm ở 4 ºC, bổ sung acid lactic/nguyên liệu với tỷ lệ 1:2 (v/w), bổ sung rỉ đường, ủ xi lô ở nhiệt độ phòng, pH tự nhiên 4,5. Tách lấy riêng phần dịch và bã, phần bã thu được mang đi xác định hàm lượng protein còn lại trên bã và hiệu suất khử khoáng. Chọn được chế độ xử lý nguyên liệu thích hợp nhờ tối ưu hóa công đoạn ủ xi lô với acid lactic trong quá trình chiết chitin từ phế liệu tôm theo mô hình Composit. Bảng 1. Giá trị các yếu tố và mức yếu tố cho phân tích mặt đáp ứng Mức yếu tố Biến độc lập Nồng độ acid lactic (%)(A) Tỷ lệ rỉ đường (%)(B) Thời gian ủ xi lô(giờ)(C) −1 0,1 8 24 0 0,3 10 72 +1 0,5 12 120 Nguy n Th Ngọc oài hạm iết Nam 152 Thiết kế thí nghiệm: Bố trí thí nghiệm theo phương pháp mặt đáp ứng (Central Composit Design (CCD)), bao gồm 20 thí nghiệm, trong đó có 8 thí nghiệm nhân tố, 6 thí nghiệm ở tâm, và 6 thí nghiệm xung quanh trục. Kết quả của 20 thí nghiệm này là giá trị trung bình của 3 lần lặp. Các giá trị biên và giá trị trung tâm của các biến độc lập được biểu diễn ở Bảng 1. - Hàm mục tiêu: Y1 -Hàm lượng protein còn lại trên bã (%). Tìm giá trị cực đại cho Y1. - Y2-Hiệu suất khử khoáng (%). Tìm giá trị cực đại cho Y2. - A, B, C là biến thực. 2.2.2. ác phương pháp phân t ch - Xác định hàm lượng protein bằng phương pháp so màu: phương pháp Biuret theo Gornall và cộng sự (1948) [7]. - Xác định hàm lượng tro tổng số theo TCVN 5105:2009. - Xác định hàm lượng Astaxanthin theo Uma Nath Ushakumari, Ravi Ramanujan (2012) [8]. - Phân tích thành phần acid amin và acid béo theo TCVN 9969:2013. 2.3. Phƣơng pháp xử lý số liệu Thực nghiệm được tiến hành lặp lại 3 lần, kết quả thu được ở Bảng 3 được xử lý bằng phần mềm Design Expert 7.0 (DX7), thu được mặt đáp ứng của các biến độc lập. 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN Phế liệu tôm có các thành phần chính là chitin, protein, khoáng, lipid và chất màu được thể hiện ở Bảng 2. Bảng 2. Thành phần hóa học của phế liệu tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei) Chỉ tiêu Thành phần Hàm lượng protein (%) 47,6 ± 2,2 Hàm lượng tro tổng số (%) 22,2 ± 0,5 Hàm lượng lipid (%) 3,5±0,5 Hàm lượng astaxanthin (mg/kg) 132 ± 5,5 Kết quả cho thấy trong phế liệu tôm thẻ, thành phần protein chiếm tỷ trọng lớn nhất đạt 47,6%, tiếp đến là hàm lượng khoáng chiếm 22,2% so với hàm lượng chất khô. Từ những phân tích thành phần hóa học của tôm thẻ chân trắng ở trên cho thấy, ngoài chitin trong phế liệu còn có chứa một lượng lớn protein, khoáng và hàm lượng astaxanthin nên quy trình chế biến phế liệu tôm cần quan tâm thu hồi các thành phần có giá trị này. Kết quả ủ xi lô phế liệu tôm khi thực hiện thí nghiệm theo thiết kế RSM-CCD được thể hiện ở Bảng 3, kết quả này được nhập vào phần mềm Design-Expert 7.0 để tiến hành phân tích thu được mô hình hồi quy. Bảng 3. Kết quả thí nghiệm theo qui hoạch bậc hai composit. Số thí nghiệm Yếu tố thí nghiệm Hàm mục tiêu Nồng độ acid lactic (%) (A) Tỷ lệ rỉ đường (%) (B) Thời gian ủ xi lô (giờ) (C) Hàm lượng protein còn lại trên bã (%) Hiệu suất khử khoáng (%) 1 1 8 24 8,5 10,00 2 5 8 24 7,64 11,12 3 1 12 24 11,97 12,96 Tối ưu hóa c ng đoạn ủ xi l với acid lactic trong quá trình sản xuất chitin phế liệu t m thẻ... 153 3.1. Ảnh hƣởng của nhân tố nồng độ acid lactic, tỷ lệ rỉ đƣờng và thời gian ủ xi lô đến hàm lƣợng protein còn lại trên bã. Hàm lượng protein hòa tan: Y1= 14,43+ 0,6A − 1,66B + 1,1C − 0,17AB + 1,77AC − 0,82BC − 1,82A 2 + 1,34B 2 + 0,63C 2 (1) Phương trình (1) có p nhỏ hơn 0,001 cho thấy mô hình tương thích với thực nghiệm, Có R2=85,4% có nghĩa là nó áp dụng đúng 85,4% trường hợp thực nghiệm, mô hình này phản ánh quan hệ giữa các biến số ở mức độ tin cậy là 99% vì giá trị p của phương trình nhỏ hơn 0,0001. Giá trị p của các biến cũng nhỏ pA bằng 0,04, pC bằng 0,0139, pB*C bằng 0,0439, p của A 2 , B2 nhỏ hơn 0,0001. Như vậy, sự có mặt của các yếu tố nồng độ acid lactic (A), thời gian ủ xi lô (C), BC, A2, B2 đều có ý nghĩa. Khi xem xét phân tích đơn giản hơn với các biến số bậc một và hai nhưng vắng mặt tương tác giữa chúng, kết quả cũng thu được các phương trình hồi qui không tương thích thực nghiệm. Sự biến đổi hàm lượng protein hòa tan theo sự thay đổi của nồng độ acid lactic và tỷ lệ rỉ đường được biểu diễn theo Hình 1. ình Đồ thị biểu diễn sự biến đổi hàm lượng protein còn lại trên bã theo sự thay đổi của nồng độ acid lactic và tỷ lệ rỉ đường. 4 5 12 24 8,47 11,56 5 1 8 120 10,11 18,17 6 5 8 120 14,38 18 7 1 8 120 8,35 15,77 8 5 12 120 13,89 15,59 9 3 10 72 11,26 20,00 10 3 10 72 12,32 21,73 11 3 10 72 13,82 22,54 12 3 10 72 11,43 16,60 13 0,37 10 72 12,91 19,50 14 5,63 10 72 14,82 26,98 15 3 7,37 72 16,61 22,69 16 3 12,63 72 12,71 15,44 17 3 10 8,83 16,5 12,61 18 3 10 135,7 16,39 28,81 19 3 10 72 8,93 22,71 20 3 10 72 14,14 21,77 Nguy n Th Ngọc oài hạm iết Nam 154 Nhìn vào giá trị các hệ số của phương trình hồi quy ta dễ nhận ra một điều là hệ số của A2 là lớn nhất so với các hệ số khác và mang dấu âm thể hiện ảnh hưởng đáng kể của nồng độ acid lactic đến quá trình ủ xi lô. Hệ số của nồng độ acid lactic và hệ số thời gian ủ xi lô mang dấu dương chứng tỏ việc tăng nồng độ acid lactic hoặc thời gian ủ xi lô thì hàm lượng protein còn lại trên bã là tỷ lệ thuận. Trong khi đó, hệ số tỷ lệ rỉ đường là 1,66 mang dấu âm chứng tỏ khi tăng tỷ lệ rỉ đường thì hàm lượng protein còn lại trên bã giảm. Điều đáng lưu ý là hệ số của BC mang dấu âm, điều này có nghĩa là, khi tăng hoặc giảm đồng thời tỷ lệ rỉ đường và thời gian ủ xi lô thì tương tác giữa hai yếu tố này tỷ lệ nghịch với hàm lượng protein còn lại trên bã, mô hình biểu diễn mối quan hệ này là hình yên ngựa. Đồ thị contour và 3D ở Hình 1 cho thấy hàm lượng protein còn lại trên bã đạt giá trị thấp, trong khoảng tỉ lệ rỉ đường 10%, thời gian ủ xi lô 72 giờ và nồng độ acid lactic 2,5−3,5%. 3.2. Ảnh hƣởng của nhân tố nồng độ acid lactic, tỷ lệ rỉ đƣờng và thời gian ủ xi lô đến hiệu suất khử khoáng Hiệu suất khử khoáng: Y2 = 210,7 + 14A − 8B + 27,7C – 3,2AB − 0,875AC − 10,3BC − 20,4A 2 − 27,9B2 − 67C2 (2) Phương trình (2) có p nhỏ hơn 0,0001 cho thấy mô hình tương thích với thực nghiệm, có R2 bằng 83,92% có nghĩa là nó áp dụng đúng 83,92% trường hợp thực nghiệm, mô hình này phản ánh quan hệ giữa các biến số ở mức độ tin cậy là 99% vì giá trị p của phương trình nhỏ hơn 0,0001. Giá trị p của các biến cũng nhỏ pA bằng 0,0045, pC bằng 0,0097, pA*C bằng 0,0104, p của A 2 nhỏ hơn 0,0001, B2 nhỏ hơn 0,0001. Như vậy sự có mặt của các yếu tố nồng độ acid lactic A, thời gian ủ xi lô C, AC, A2, B2 đều có ý nghĩa. Khi xem xét phân tích phương trình hồi qui chỉ có các biến số bậc một và hai nhưng vắng mặt một trong các tương tác giữa chúng, kết quả thu được các phương trình hồi qui không tương thích thực nghiệm (p lớn hơn 0,05). Vì vậy phương trình hồi quy tương thích là phương trình (2). Sự biến đổi hiệu suất khử khoáng theo sự thay đổi của nồng độ acid lactic và thời gian ủ xi lô được thể hiện ở Hình 2. ình Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ acid lactic và thời gian ủ xi lô đến hiệu suất khử khoáng. Nhìn vào đồ thị contour và 3D ở Hình 2, có thể thấy rằng đây là mặt elliptic paraboloic với đỉnh quay lên nên có giá trị cực đại. Vì các số liệu thực nghiệm sử dụng thiết lập phương trình của mặt cong này cho thấy rằng, nếu nồng độ acid lactic, tăng thời gian ủ xi lô thì hiệu suất khử khoáng tăng dần, đạt cực đại, sau đó giảm xuống, nên chắc chắn mặt đáp ứng của (2) sẽ có điểm cực đại, đó cũng chính là điểm tối ưu mà chúng ta đang quan tâm. Nhìn vào giá trị các hệ số của phương trình hồi quy ta dễ nhận ra một điều là hệ số của A2, C2 là lớn hơn so với các hệ số khác và mang dấu âm thể hiện ảnh hưởng đáng kể của chúng đến quá trình ủ xi lô. Hệ số của nồng độ acid lactic A và thời gian ủ xi lô C mang dấu dương chứng tỏ việc tăng nồng độ acid lactic hoặc thời gian ủ xi lô thì hiệu suất khử khoáng thu được là tỷ lệ thuận. Tuy nhiên, điều đáng lưu ý là hệ số của AC mang dấu âm, điều này có nghĩa là, khi tăng hoặc giảm đồng thời nồng độ acid lactic và kéo dài thời gian ủ xi lô thì tương tác giữa hai yếu tố này tỷ lệ nghịch với hiệu suất khử khoáng. Trên cơ sở số liệu thực nghiệm, khi tăng nồng độ acid lactic thì hiệu suất khử khoáng sẽ tăng sẽ tăng, tuy nhiên mức độ tăng của hiệu suất khử khoáng chậm dần khi nồng độ acid lactic tăng lên cao, hệ số tỷ lệ giữa hiệu suất khử khoáng và nồng độc acid lactic A chỉ thỏa mãn trong khoảng được lựa chọn. Khi tăng A, C đến một mức nào đó, hiệu suất khử khoáng sẽ không tăng nữa mặc dù điều kiện ủ xi lô không thay đổi. Tối ưu hóa c ng đoạn ủ xi l với acid lactic trong quá trình sản xuất chitin phế liệu t m thẻ... 155 Từ Hình 2, dễ dàng nhận thấy hiệu suất khử khoáng có giá trị cao nhất ở nồng độ acid trong khoảng 2,5-3,5%, tỷ lệ rỉ đường khoảng 9,5-10,5%, thời gian ủ xi lô khoảng 70-75 giờ. Kết hợp cả hai hàm mục tiêu, thu được thông số tối ưu là nồng độ acid lactic 2,5%, tỷ lệ rỉ đường bổ sung là 9,5%, thời gian ủ xi lô là 75 giờ.Sau khi ủ xi lô theo các chế độ trên, thu được bán thành phẩm chitin thô có hàm lượng protein, khoáng, lipid, astaxanthin và trạng thái theo Bảng 4. Bảng 4. Thành phần hóa học và trạng thái của bán thành phẩm chitin sau khi ủ xi lô Hàm lượng protein (%) 10,289 ± 1,7 Hàm lượng tro tổng số (%) 17,52 ± 0,5 Hàm lượng lipid (%) 1,05±0,5 Hàm lượng astaxanthin (mg/kg) 55 ± 2,5 Sau khi ủ xi lô, hàm lượng protein trên bán thành phẩm (10,289%) thấp hơn so với kết quả nghiên cứu của Ngô Thanh Lĩnh (11,7%), chứng tỏ việc bổ sung acid lactic vào quá trình ủ xi lô có khả năng khử protein tốt hơn so với việc bổ sung acid formic. Mặc khác, hàm lượng khoáng còn lại trong bán thành phẩm chitin thô (17,52%) cao hơn so với kết quả nghiên cứu của Ngô Thanh Lĩnh (15,4%), điều này chứng tỏ khả năng khử khoáng của acid formic tốt hơn acid lactic. Bên cạnh hiệu suất khử protein và hiệu suất khử khoáng cần quan tấm đến chất lượng của dịch ủ xi lô, dịch ủ xi lô từ phế liệu tôm thu được có chứa đầy đủ acid amin không thay thế và các acid béo không no. Kết quả nghiên cứu này thu được hiệu suất khử khoáng thấp so với nghiên cứu của Pratya Charoenvuttitham; John Shi; Gauri S. Mittal (2006) sử dụng chế độ khử khoáng là HCOOH 0,25M, acid citric 0,25M, nhiệt độ phòng, thời gian 30 phút, tỷ lệ 1/28 (w/v), hiệu suất khử khoáng là 88,1±1,8%. Tuy nhiên, bên cạnh việc khử khoáng, khả năng khử protein trong nghiên cứu này là khá cao so với nghiên cứu của Jung. W. J và cộng sự (2011) đã so sánh hiệu quả khử khoáng và khử protein trong quy trình sản xuất chitin của chủng Lactobacillucs paracasei ssp. Tolerans KCTC-3074) và acid lactic hữu cơ, kết quả đối với mẫu xử lý bằng vi sinh vật thì hàm lượng khoáng giảm khoảng 10%, hiệu suất khử protein khoảng 40%. Trong khi đó, đối với mẫu sử dụng acid lactic hữu cơ thì hiệu suất khử khoáng đạt 66,6%, nhưng hiệu suất khử protein chỉ khoảng 5%. Kết quả nghiên cứu này thu được hiệu suất khử protein và khử khoáng thấp so với nghiên cứu của Ngô Thanh Lĩnh và cộng sự (2009) kết hợp ủ xi lô bằng acid formic với tỷ lệ acid/phế liệu là 1% (v/w), rỉ đường với tỷ lệ 10% (w/w), ủ trong thời gian 3 ngày ở nhiệt độ phòng sẽ khử được 83,1% protein và 66,1% khoáng, hiệu suất khử protein và khử khoáng khá cao nhưng vẫn còn nhiều hạn chế là acid formic là acid rất độc, hơi acid formic gây tổn thương mạnh cho mắt, niêm mạc, khí quản, dung dịch đậm đặc gây bỏng da rất lâu khỏi và không thu hồi dịch protein và astaxanthin. 3.3. Kết quả thành phần acid amin và acid béo trong phế liệu tôm và trong dịch ủ xi lô ở điều kiện tối ƣu ình 3 Thành phần phần trăm của các acid amin có trong phế liệu tôm và dịch ủ xi lô ở điều kiện tối ưu. Từ Hình 3 cho thấy, trong dịch ủ xi lô từ phế liệu tôm có chứa hầu hết các loại acid amin thiết yếu 0 5 10 15 20 25 T ry p to p h an L y si n H is ti d in e A rg in in e A sp ar ti c ac id T h re o n in e S er in e G lu ta m ic a ci d P ro li n e G ly ci n e A la n in e C y st in e V al in e M et h io n in e Is o le u ci n e L eu ci n e T y ro ci n e P h en y la la n in e H y d ro p ro li n e G lu ta m in e T h àn h p h ần % Các acid amin Thành phần % các acid amin có trong phế liệu tôm Thành phần % các acid amin có trong dịch ủ xi lô ở điều kiện tối ưu Nguy n Th Ngọc oài hạm iết Nam 156 như trong phế liệu tôm ban đầu. Trong đó, acid glutamic chiếm tỷ lệ cao nhất với 11,07% so với tổng các acid amin. Tiếp đó là các acid amin khác cũng chiếm tỷ lệ khá cao như: proline (6,75%), leucine (8,28%), acid aspartic (8,19%), lysine (7,89%), glycine (6,12%) alanine (7,11%), Như vậy, dịch ủ xi lô từ phế liệu tôm có thành phần dinh dưỡng khá cao và đầy đủ acid amin không thay thế. ình 4 Thành phần phần trăm của các acid béo có trong phế liệu tôm và dịch ủ xi lô ở điều kiện tối ưu. Kết quả trong Hình 4 cho thấy dịch ủ xi lô chứa nhiều acid béo không no quan trọng là acid alpha linoleic (ALA) 18:3n-3 (3,73%), acid eicosapentaenoic (EPA) 20:5n-3 (2,75%), aciddocosahexaenoic (DHA) 22:6n-3 (2,88%). Tổng các omega 3 là 7,22% và tổng các omega 6 là 21,82% cho thấy tỷ lệ hai chất này xấp xỉ là 1:3. Mặc dù hàm lượng acid béo trong dịch ủ xi lô thấp hơn nhiều so với hàm lượng các acid béo có trong phế liệu tôm, nhưng sự có mặt của các acid béo không bão hòa có vai trò quan trọng. Nghiên cứu chỉ ra rằngviệc kết hợp ủ xi lô với acid lactic trong quy trình sản xuất chitin từ phế liệu tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei) đã khử được khoảng 78% protein và 21% khoáng. Khi áp dụng công nghệ này trong sản xuất sẽ làm giảm lượng hóa chất sử dụng trong quy trình, giảm mức độ ô nhiễm môi trường do hóa chất gây ra. Bán thành phẩm chitin thô được mang đi thủy phân bằng enzyme Alcalase ở nồng độ 0,5% trong 6 h sau đó ngâm trong dung dịch acid lactic 3% trong 6 h sẽ thu được chitin có thành phần hóa học như Bảng 5. Đồng thời, dịch ủ xi lô thu được có chứa hầu hết các loại acid amin không thay thế và các loại acid béo không no, đặc biệt là có hàm lượng astaxanthin tương đối cao 35,2±1,5 mg/L nên có thể ứng dụng vào các mục đích như làm thực phẩm chức năng cho con người. Bảng 5. Chất lượng của chitin thu được bằng phương pháp ủ xi lô kết hợp hóa học. Chỉ tiêu Chitin Màu sắc Trắng, sáng Trạng thái Dạng vảy, mềm, mịn Protein (% vật chất khô) 0,93±0,06 Tro (% vật chất khô) 0,91±0,1 Độ ẩm (%) 8,7±0,15 Kết quả phân tích cho thấy, chitin sản xuất bằng phương pháp ủ xi lô hết hợp hóa học có hàm lượng protein và hàm lượng khoáng nhỏ hơn 1% đã đáp ứng được yêu cầu chất lượng của chitin công nghiệp. 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Kết quả thí nghiệm tối ưu theo mô hình Composit cho được kết quả các thông số nồng độ acid lactic, tỷ lệ rỉ đường và thời gian ủ xi lô tối ưu là 2,5%, 9,5% và 75 giờ. Sản phẩm thu được là dịch ủ xi lô có thành phần dinh dưỡng khá cao, chứa đầy đủ các acid amin không thay thế, các acid béo không bão hòa. Bán thành phẩm chitin thô thu được có hàm lượng protein thấp, hiệu suất khử protein đạt khoảng 78% và hiệu suất khử khoáng là 21%. Việc kết hợp ủ xi lô với acid lactic trong qui trình sản xuất chitin từ phế 0 5 10 15 20 25 30 35 T h àn h p h ần % Các acid béo Thành phần % các acid béo có trong phế liệu tôm Thành phần % các acid béo có trong dịch ủ xi lô ở điều kiện tối ưu Tối ưu hóa c ng đoạn ủ xi l với acid lactic trong quá trình sản xuất chitin phế liệu t m thẻ... 157 liệu tôm đã hạn chế lượng hóa chất sử dụng, giảm mức độ ô nhiễm môi trường, đồng thời giảm chi phí xử lý môi trường. Bên cạnh đó, cần nghiên cứu ứng dụng dịch ủ xi lô làm thức ăn chăn nuôi cho gia súc, gia cầm và nghiên cứu sâu hơn các biến đổi của dịch ủ trong quá trình sản xuất. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Fereidoon, S.,- Food applications of chitin and chitosans, Trends in Food Science and Technology, 10, 1999,37-51. 2. Ngô Thanh Lĩnh - Nghiên cứu kết hợp phương pháp ủ xi lô trong công nghệ sản xuất chitin- chitosan từ phế liệu đầu vỏ tôm, Luận văn thạc sĩ, Chuyên ngành Công nghệ sau thu hoạch, Trường Đại học Nha Trang, 2009. 3. Pratya Charoenvuttitham, John Shi, Gauri S. Mittal - Chitin extraction from black tiger shrimp (Penaeus monodon) waste using organic acids, Separation Science and Technology, 41, (2006), 1135-1153. 4. Nesreen Samir Mahmoud, Abdelkader Ghaly - Unconventional Demineralization of Crustacean waste for the production of chitin, American Society of Agricultural and Biological Engineers, 3(2006). 5. Jo G.H., Park R.D., Jung W.J., -Enzymatic Production of Chitin from Crustacean Shell Waste. In: Chitin, Chitosan, Oligosaccharides and Their Derivatives, S.K. Kim (Ed.), CRC Press, Taylor and Francis Group, Boca Raton, FL, USA, 2011,p. 37-45. 6. Luis A. Cira, Sergio Huerta, George M. Hall, Keiko Shirai - Pilot scale lactic acid fermentation of shrimp waste for Chitin recovery, Process Biochemistry 37(2002) 1359-1366. 7. Gornall, A., G., Bardawill, C., T., David, M., - Determination of serum proteins by means of the Biuret reaction, Department of Pathological Chemistry, University of Toronto, Toronto Canada, (1948) 8. Uma Nath Ushakumari, Ravi Ramanujan, Astaxanthin from shrimp shell waste. International Journal of Pharmaceutical Chemical Reseach, 16 (3) (2012) 2278-8700. ABSTRACT OPTIMIZE INCUBATION SILAGE WITH ACID LACTIC IN THE EXTRACTION CHITIN FROM WHITE SHRIMP WASTE (PENAEUS VANNAMEI) BY RESPONSE SURFACE Nguyen Thị Ngoc Hoai*, Pham Viet Nam Ho Chi Minh City University of Food Industry * Email: hoaintn@cntp.edu.vn The shrimp waste silage as a method of recovery of proteins from shrimp waste, has recovered most of the protein to feed livestock. Also, during silage has a mineral content in shrimp waste are separated by the combined use of organic acid with suitable concentrations and suitable rate. After shrimp waste residue being separated from the juice, it will be used for the production of chitin. Reseaching optimization incubation silage with lactic acid in the extraction chitin from white shrimp waste (Penaeus vannamei) by response surface methodology, using Composit model. Three factors chosen were lactic acid with concentrations (1−5%), the ratio of molasses (8−12%), incubation time (24−120 hours), with two response variables that were the protein on shrimp waste residue and efficiency of demineralized. The results shown that the optimal area was concentration of lactic acid of 2,5%, the ratio of molasses of 9,5%, the incubation time of 75 hours with high efficiency of protein (about 78%), efficiency of demineralized was 21,1%. Key word: chitin, shrimp waste, silage.