Nghiên cứu sản xuất Oligochitosan và ứng dụng trong bảo quản tôm nguyên liệu sau thu hoạch :Luận án Tiến sĩ - Chuyên ngành: Công nghệ chế biến thủy sản

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

------------

VŨ THỊ HOAN

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT

OLIGOCHITOSAN VÀ ỨNG DỤNG

TRONG BẢO QUẢN TÔM NGUYÊN

LIỆU SAU THU HOẠCH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

KHÁNH HÒA - 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

------------

VŨ THỊ HOAN

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT

OLIGOCHITOSAN VÀ ỨNG DỤNG

TRONG BẢO QUẢN TÔM NGUYÊN

LIỆU SAU THU HOẠCH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

Chuyên ngành : Công nghệ chế biến thủy sản

Mã số : 9540105

Người hướng dẫn khoa học: GS. TS. Trần Thị Luyến

PGS. TS. Vũ Ngọc Bội

KHÁNH HÒA - 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu được thực hiện từ kinh phí

của Đề tài Cấp Nhà nước KC07.02/11-15:“Nghiên cứu công nghệ sản xuất và

ứng dụng chế phẩm oligosaccharid (oligochitin và oligochitosan) để bảo quản

sau thu hoạch nguyên liệu thuỷ sản đánh bắt xa bờ” do PGS. TS. Vũ Ngọc Bội

chủ trì và đã được Chủ nhiệm đề tài cho phép sử dụng trong Luận án. Các số liệu,

kết quả nêu trong Luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất

kỳ một công trình nghiên cứu nào trước đó.

Tác giả luận án

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành Luận án này,

Trước hết, tôi xin gửi tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, Lãnh

đạo Khoa Sau đại học và Ban Chủ nhiệm khoa Công nghệ Thực phẩm lòng biết

ơn và niềm tự hào được học tập tại Trường trong những năm qua.

Lòng biết ơn sâu sắc nhất xin được gửi tới GS. TS Trần Thị Luyến – nguyên

Phó Hiệu trưởng Trường Đại học Nha Trang và PGS. TS. Vũ Ngọc Bội - Trưởng

khoa Công nghệ Thực phẩm - Trường Đại học Nha Trang đã hết lòng hướng dẫn,

giúp đỡ, tôi trong suốt quá trình thực hiện Luận án này.

Xin chân thành cám ơn PGS. TS. Vũ Ngọc Bội - Chủ nhiệm đề tài Cấp Nhà

nước KC07.02/11-15: “Nghiên cứu công nghệ sản xuất và ứng dụng chế phẩm

oligosaccharid (oligochitin và oligochitosan) để bảo quản sau thu hoạch nguyên

liệu thuỷ sản đánh bắt xa bờ” đã tạo điều kiện về kinh phí để Luận án hoàn thành

có chất lượng.

Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Đàm Sao Mai - Viện trưởng Viện

Công nghệ Sinh học và Thực phẩm - Trường Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí

Minh và các thầy cô trong Viện Công nghệ Sinh học và Thực phẩm đã tận tình

giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận án.

Xin chân thành cám ơn PGS. TS. Trang Sĩ Trung - Hiệu trưởng - Trường

Đại học Nha Trang, PGS. TS. Nguyễn Anh Tuấn, TS. Huỳnh Nguyễn Duy Bảo -

Bộ môn Công nghệ Chế biến, TS. Nguyễn Thị Mỹ Hương - Trưởng Bộ môn Công

nghệ Sau thu hoạch - Khoa Công nghệ Thực phẩm - Trường Đại học Nha Trang,

PGS. TS. Ngô Đăng Nghĩa - Giám đốc - Viện Công nghệ Sinh học và Môi trường

và các thầy cô phản biện đã cho tôi lời khuyên quý báu để Luận án hoàn thành có

chất lượng.

Xin chân thành cám ơn các thầy cô giáo tại các phòng thí nghiệm - Trung

tâm Thực hành Thí nghiệm và các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ Thực phẩm

-Trường Đại học Nha Trang đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong

suốt quá trình thực hiện Luận án.

Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và bạn bè đã quan tâm,

động viên, cùng tôi chia sẻ khó khăn trong suốt thời gian thực hiện Luận án này.

i

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT..............................................................................v

DANH MỤC BẢNG .....................................................................................................vii

DANH MỤC HÌNH .......................................................................................................ix

TÓM TẮT NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN..........................................xiv

MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .........................................................................3

1.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ SẢN XUẤT CHITOSAN VÀ OLIGOCHITOSAN .............3

1.1.1. Giới thiệu về chitin, chitosan và oligochitosan ..................................................................... 3

1.1.1.1. Chitin và chitosan ............................................................................................................... 3

1.1.1.2. Oligochitosan ...................................................................................................................... 5

1.1.2. Phương pháp sản xuất chitin và chitosan .............................................................................. 6

1.1.3. Phương pháp sản xuất oligochitosan ................................................................................... 21

1.2. MỘT SỐ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG OLIGOCHITOSAN .......................................32

1.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ BIẾN ĐỔI VÀ PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN TÔM SAU

THU HOẠCH ..........................................................................................................................36

1.3.1. Cơ sở lý thuyết về biến đổi của tôm sau thu hoạch............................................................. 36

1.3.2. Phương pháp bảo quản tôm sau thu hoạch.......................................................................... 38

1.4. GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT BỨC XẠ........................................................................41

CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..............43

2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU......................................................................................................43

2.1.1. Đầu vỏ tôm dùng sản xuất oligochitosan ............................................................................ 43

2.1.2. Tôm bạc biển........................................................................................................................ 43

2.1.3. Enzyme protease .................................................................................................................. 43

2.1.4. Nguyên vật liệu để xác định độc chất học........................................................................... 43

2.1.5. Giống vi khuẩn..................................................................................................................... 44

2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................................................44

2.2.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm ............................................................................................ 44

2.2.2. Các phương pháp phân tích hóa học ................................................................................... 50

2.2.3. Phương pháp xác định hoạt độ enzyme protease ................................................................ 52

ii

2.2.4. Phương pháp nghiên cứu vi khuẩn ...................................................................................... 52

2.2.4.1. Phương pháp thu sinh khối vi khuẩn lactic ...................................................................... 52

2.2.4.2. Phương pháp phân tích vi sinh vật ................................................................................... 53

2.2.4.3. Phương pháp xác định hoạt tính kháng khuẩn của chế phẩm oligochitosan ................... 53

2.2.5. Phương pháp xác định độc chất học.................................................................................... 54

2.3. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ CHỦ YẾU SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN............56

2.4. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU ......................................................................56

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................................57

3.1. XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HÓA HỌC CƠ BẢN CỦA PHẾ LIỆU ĐẦU VỎ TÔM ......57

3.2. NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC ĐỂ KHỬ PROTEIN VÀ TẠP

CHẤT Ở ĐẦU VỎ TÔM THẺ CHÂN TRẮNG TRONG SẢN XUẤT CHITIN ....................57

3.2.1. NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT CHITIN TỪ ĐẦU VỎ TÔM BẰNG PHƯƠNG PHÁP

SỬ DỤNG ENZYME PROTEASE........................................................................................57

3.2.1.1. Nghiên cứu lựa chọn enzyme protease............................................................................. 57

3.2.1.2. Nghiên cứu khử protein còn lại ở đầu vỏ tôm bằng NaOH loãng và khử khoáng bằng HCl

loãng ............................................................................................................................................... 64

3.2.1.3. Đề xuất quy trình sản xuất chitin từ đầu vỏ tôm bằng phương pháp sử dụng enzyme

flavourzyme khử protein................................................................................................................ 67

3.2.2. NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT CHITIN TỪ ĐẦU VỎ TÔM BẰNG PHƯƠNG PHÁP

SỬ DỤNG VI KHUẨN LACTIC ĐỂ KHỬ PROTEIN VÀ CÁC TẠP CHẤT ..................69

3.2.2.1. Lựa chọn chủng vi khuẩn lactic thích hợp ....................................................................... 69

3.2.2.2. Nghiên cứu sản xuất chitin từ đầu vỏ tôm bằng phương pháp sử dụng vi khuẩn lactic L.

plantarum VTCC-B 431 để khử protein và các tạp chất .............................................................. 74

3.2.2.3. Nghiên cứu khử protein còn lại ở bán chế phẩm chitin bằng enzyme flavourzyme .. 84

3.2.2.4. Nghiên cứu khử khoáng còn lại ở chitin thô bằng HCl ................................................... 87

3.2.2.5. Đề xuất quy trình sản xuất chitin từ đầu vỏ tôm bằng phương pháp sử dụng vi khuẩn lactic

L. plantarum VTCC-B 431 để khử protein và các tạp chất .......................................................... 89

3.2.2.6. Đánh giá chất lượng chitin sản xuất theo quy trình sử dụng vi khuẩn lactic để khử protein

và các tạp chất................................................................................................................................ 90

3.3. NGHIÊN CỨU DEACETYL CHITIN ĐỂ SẢN XUẤT CHITOSAN CÓ ĐỘ

DEACETYL CAO.........................................................................................................92

3.3.1. XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ NAOH THÍCH HỢP CHO QUÁ TRÌNH DEACETYL CHITIN. 92

iii

3.3.2. XÁC ĐỊNH THỜI GIAN DEACETYL..............................................................93

3.3.3. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHITOSAN CÓ ĐỘ DEACETYL CAO.....95

3.4. NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT CHẾ PHẨM OLIGOCHITOSAN BẰNG KỸ THUẬT

BỨC XẠ COBAN 60....................................................................................................99

3.4.1. XÁC ĐỊNH ĐỘ HÒA TAN CỦA CHITOSAN TRONG DUNG DỊCH ACID........99

3.4.2. XÁC ĐỊNH LIỀU XẠ THÍCH HỢP CHO VIỆC CẮT MẠCH CHITOSAN TẠO

OLIGOCHITOSAN...............................................................................................................101

3.4.3. TÁCH PHÂN ĐOẠN OLIGOCHITOSAN SAU KHI CHIẾU XẠ.........................104

3.4.4. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH SẢN XUẤT OLIGOCHITOSAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP

CHIẾU XẠ SỬ DỤNG BỨC XẠ GAMMA CO-60 ...........................................................105

3.4.5. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC VÀ TRỌNG LƯỢNG PHÂN TỬ CỦA

OLIGOCHITOSAN SẢN XUẤT BẰNG CÁCH SỬ DỤNG BỨC XẠ ĐỂ PHÂN CẮT

CHITOSAN ...........................................................................................................................107

3.4.5.1. Đánh giá thành phần các phân đoạn của chế phẩm chiếu xạ chitosan .......................... 107

3.4.5.2. Sử dụng phổ FTIR để đánh giá cấu trúc của sản phẩm sau chiếu xạ chitosan .............. 108

3.4.5.3. Xác định khối lượng phân tử và cấu trúc của oligochitosan.......................................... 111

3.4.6. NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KHÁNG KHUẨN CỦA OLIGOCHITOSAN 116

3.4.6.1 Xác định hoạt tính kháng khuẩn của chế phẩm oligochitosan bằng phương pháp MIC 116

3.4.6.2. Xác định hoạt tính kháng khuẩn của chế phẩm oligochitosan bằng phương pháp nuôi cấy

trên đĩa thạch................................................................................................................................ 117

3.4.7. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH HOÀN THIỆN SẢN XUẤT OLIGOCHITOSAN BẰNG

PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG BỨC XẠ GAMMA COBAN 60 .........................................119

3.4.8. THỬ NGHIỆM ĐỘC TÍNH CỦA OLIGOCHITOSAN TRÊN CHUỘT LANG

THÍ NGHIỆM..............................................................................................................120

3.5. SỬ DỤNG OLIGOCHITOSAN TRONG BẢO QUẢN TÔM BẠC NGUYÊN

LIỆU ............................................................................................................................128

3.5.1. XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ OLIGOCHITOSAN THÍCH HỢP CHO QUÁ TRÌNH BẢO

QUẢN TÔM ..........................................................................................................................128

3.5.2. XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ BẢO QUẢN TÔM NGUYÊN LIỆU BẰNG

OLIGOCHITOSAN...............................................................................................................133

3.5.2.1. Xác định thời gian nhúng tôm nguyên liệu bằng dung dịch oligochitosan ................... 133

3.5.2.2. Xác định chế độ bao gói thích hợp để bảo quản tôm bạc bằng oligochitosan............... 138