nghiên cứu quy trình sản xuất sản phẩm thủy phân protein từ vẹm xanh

Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Protamex đến hàm lượng Nitơ trong dịch protein thủy phân.. Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Flavourzyme đến hàm lượng Nitơ trong dịch protein thủy phân.. Ảnh hưởng c

LỜI CẢM ƠN

ngoài sự nỗ lực học tập, rèn luyện của bả nhận được giúp đỡ của nhiều cá nhân và tập thể hoàn thành đề tài tốt nghiệp Qua đây, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đến:

Ban Giám Hiệu Trường Đại học Nha Trang

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè đã động viên, khích lệ và giúp đỡ nhiệt tình trong suốt quá trình học tập cũng như hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Sinh viên

Nguyễn Thị u

LỜI CẢM ƠN i

ii

IV V DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VI LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 2

1.1.Tổng quan về vẹm xanh 2

1.1.1.Giới thiệu chung 2

1.1.2.Phân bố 3

1.1.3.Thành phần hóa học và thành phần dinh dưỡng của vẹm xanh 3

1.1.4.Tình hình nuôi nhuyễn thể 4

1 ất khẩu nhuyễn thể hai mảnh vỏ tại Việt Nam 5

1.2.Tổng quan về enzyme 8

1.2.1.Định nghĩa 8

1.2.2.Phân loại enzyme protease 8

1.2.3.Cơ chế xúc tác của enzyme 9

1.2.4.Ứng dụng của enzyme protease trong công nghiệp 10

11

11

12

1.3.3.Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme trong quá trình thủy phân 13

1.3.4 Sản phẩm thủy phân 14

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17

2.1.Đối tượng nghiên cứu 17

2.1.1.Vẹm xanh 17

2.1.2.Enzyme 17

2.2.Phương pháp nghiên cứu 18

2.2.1.Xác định thành phần hóa học của vẹm xanh 18

2.2.2 Sơ đồ quy trình dự kiến sản xuất sản phẩm thủy phân 20

2.2.3 Bố trí thí nghiệm xác định các thông số kỹ thuật trong quá trình thủy phân

21

2.2.4.Các phương pháp phân tích 28

2.2.5.Phương pháp xử lý số liệu 29

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30

3.1.Kết quả xác định thành phần hóa học của Vẹm xanh 30

3.2.Kết quả xác định các thông số kỹ thuậ 30

3.2.1.Kết quả xác định tỷ lệ enzyme Protamex so với nguyên liệu 30

3.2.2.Kết quả xác định tỷ lệ enzyme Flavourzyme so với nguyên liệu 32

3.2.3.Kết quả xác định nhiệt độ thủy phân thích hợp 34

3.2.4.Kết quả xác định thời gian thủy phân thích hợp 36

3.3.Đề xuất quy trình sản xuất sản phẩm thủy phân 39

3.3.1.Sơ đồ quy trình sản xuất sản phẩm thủy phân từ 39

ất lượng của sản phẩm thủy phân từ xanh 42

3.4.1Khối lượng các sản phẩm thu được từ quá trình thủy phân 42

3.4.2Chất lượng của dịch protein thủy phân 43

3.4.3.Chất lượng của bột protein hòa tan 44

3.4.4.Chất lượng của bột protein không tan 47

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 51

KẾT LUẬN 51

ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

PHỤ LỤC 54

Bả ỡng của Vẹm xanh 4

Bảng 1.2 Tình hình xuất khẩu nhuyễn thể hai mảnh vỏ của Việ năm 2012 7

Bảng 2.1 Điều kiện hoạt động tối thích của enzyme FlavourzymeTM 18

Hình 2.4 Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ enzyme Protamex thích hợp 23

Bảng 3.1 Thành phần hóa học củ 30

Bảng 3.2 Chất lƣợng cảm quan dịch protein thủy phân 43

Bảng 3.3 Các chỉ tiêu hóa học của dịch protein thủy phân 44

Bảng 3.4 Chất lƣợng cảm quan bột protein hòa tan 44

Bảng 3.5 Các chỉ tiêu hóa học của bột protein hòa tan 45

Bảng 3.6 Thành phần axit amin của bột protein hòa tan 46

Bảng 3.7 Chất lƣợng cảm quan bột protein không tan 47

Bảng 3.8 Các chỉ tiêu hóa học của bột protein không tan 48

Bảng 3.9 Thành phần axit amin của bột protein không tan 49

2

Hình 2.2 Xác định thành phần hóa học của Vẹm xanh 19

ủy phân protein từ Vẹm xanh 20

Hình 2.5 Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ enzyme Flavourzyme thích hợp 25

Hình 2.6 Bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ thủy phân thích hợp 26

Hình 2.7 Bố trí thí nghiệm xác định thời gian thủy phân thích hợp 28

Hình 3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Protamex đến hàm lượng Nitơ trong dịch protein thủy phân 31

Hình 3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Protamex đến tỷ lệ Naa/Nts trong dịch protein thủy phân 31

Hình 3.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Flavourzyme đến hàm lượng Nitơ trong dịch protein thủy phân 33

Hình 3.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Flavourzyme đến tỷ lệ Naa/Nts trong dịch protein thủy phân 33

Hình 3.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến hàm lượng Nitơ trong dịch protein thủy phân 35

Hình 3.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến tỷ lệ Naa/Nts trong dịch protein thủy phân 35

Hình 3.7 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến hàm lượng Nitơ trong dịch protein thủy phân 37

Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến tỷ lệ Naa/Nts trong dịch protein thủy phân 37

Hình 3.9 Sơ đồ quy trình sản xuất sản phẩm thủy phân từ Vẹm xanh 39

Hình 3.10 Bể ổn nhiệt 40

Hình 3.11 Dịch thủy phân sau khi bất hoạt enzyme 40

Hình 3.12 Máy ly tâm thể tích lớn 41

Hình 3.13 Khối lượng các sản phẩm thu được từ quá trình thủy phân 42

Hình 3.14 Dịch protein thủy phân 43

Hình 3.15 Bột protein hòa tan 44

Hình 3.16 Bột protein không tan 47

En.Protamex/NL: Enzyme Protamex so với nguyên liệu

En Flavourzyme/NL: Enzyme Flavourzyme so với nguyên liệu

Naa/Nts: Nitơ axit amin trên nitơ tổng số

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển không ngừng của ngành công nghiệp chế biến thủy sản, công nghệ thủy phân bằng enzyme ngày càng phát triển Là do: nguồn phế liệu tạo ra từ ngành chế biến thủy sản rất dồi dào, chiếm một tỷ lệ rất cao Chúng có nguy cơ góp phần trực tiếp gây ô nhiễm môi trường nếu chúng ta không có những biện pháp khắc phục kịp thời

Hiện nay, sản xuất các sản phẩm thủy phân có ý nghĩa kinh tế rất to lớn Chúng tận dụng được nguồn phế liệu và các loài thủy sản kém giá trị tạo nên các sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, có hàm lượng đạm dễ tiêu hóa cao cung cấp cho các loài động vật, với mục đích phát triển ngành chăn nuôi, tạo ra các sản phẩm thực phẩm cần thiết cho con người

Ngoài ra, ở các nước có ngành công nghiệp phát triển công nghệ sản phẩm thủy phân được chú trọng, bằng việc tạo ra các loại bột đạm thực phẩm bổ sung vào các sản phẩm thực phẩm dành cho con người như: pate, xúc xích, chả, giò, các loại bánh, các loại nước uống…

Với mục đích không ngừng tìm kiếm ra các loại sản phẩm thủy phân giàu protein cung cấp cho con người, dưới sự hướng dẫn của TS.Nguyễn Thị Mỹ Hương,

tôi thực hiện đề tài:”Nghiên cứu quy trình sản xuất sản phẩm thủy phân protein

từ Vẹm xanh”

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về vẹm xanh

1.1.1 Giới thiệu chung [14]

Tên tiếng Anh: Green mussel

Tên khoa học: Perna Viridis, Mytilus spp., Modiolus spp

Nguồn nguyên liệu: khai thác, nuôi

Mùa vụ khai thác: tháng 4 – 5, tháng 9 - 11 Vùng khai thác: vùng biển miền Bắc – Trung - Nam Ngư cụ khai thác: lưới cào, xúc tay

Kích thước khai thác: 150 – 65 – 40mm Vẹm xanh là loại nhuyễn thể hai mảnh vỏ Vỏ

vỏ

Trong m

ận, Kiên Giang (Hà Tiên, Phú Quốc) [8]

xanh– 30o

/oo[14]

1.1.3 Thành phần hóa học và thành phần dinh dƣỡng của vẹm xanh

1.1.3.1 Thành phần hóa học của vẹm xanh

Vẹm xanh (Perna Viridis) là loài động vật thân mềm giàu protein, các loại

khoáng chất sắt, kẽm, phospho… Ngoài ra, trong cơ thịt của chúng chứa hàm lƣợng axit béo omega–3 cao, hàm lƣợng lipit thấp và một số vitamin nhóm B rất cần thiết cho cơ thể [10]

Theo phân tích thành phần dinh dưỡng, trong thịt Vẹm xanh chứa 53,5% protein, 17,6% glucid, 8,6% chất tro [11]

1.1.3.2 Thành phần dinh dưỡng của vẹm xanh

Vẹm xanh là loại thực phẩm có giá trị cao về mặt dinh dưỡng và kinh tế Thành phần protein của vẹm xanh có chứa gần như đầy đủ các axit amin không thay thế Hàm lượng lipit chiếm tỷ lệ nhỏ, nhưng trong chúng lại có hàm lượng và thành phần các axit không no, đặc biệt các axit béo thuộc Omega-3 rất cao, rất phù hợp cho người bị bệnh tim mạch

Bảng 1.1 dinh dưỡng của Vẹm xanh [14]

1.1.4 Tình hình nuôi nhuyễn thể

1.1.4.1 Tình hình nuôi nhuyễn thể hai mảnh vỏ trên thế giới [9]

Theo FAO (2010) cho thấy: tổng sản lượng và giá trị sản lượng nhuyễn thể nuôi thế giới giai đoạn 1998-2008 tăng, với tốc độ bình quân 5,5%/năm về sản lượng và 6,5%/năm về giá trị là thấp hơn so với tốc độ tăng chung hằng năm của các loại thủy sản nuôi trên thế giới Nếu so với sản lượng nuôi trồng thủy sản thế giới thì sản lượng nuôi năm 1998 chiếm 23,3%, năm 2003 là 22,6% và năm 2008 là 19,2% Tuy nhiên, giá trị thì chiếm tỷ lệ thấp hơn, năm 1998 (16,9%), năm 2003 (16,1%) và năm 2008 (12,5%)

Theo FAO (2010), mười quốc gia dẫn đầu về sản lượng nhuyễn thể nuôi giai đoạn 1998-2008 chủ yếu là các nước như: Việt Nam, Trung Quốc, Mỹ, Thái Lan, Tây Ban Nha, New Zealand, Hàn Quốc, Nhật, Pháp và Chilê, chiếm 64% tổng sản lượng và 64,2% tổng giá trị

Thành phần dinh dưỡng trong 100 g thực phẩm ăn được

Nhìn chung, sản phẩm nhuyễn thể ngày càng được người tiêu dùng ưa chuộng và được thị trường các nước phát triển chú ý Tuy nhiên, có rất nhiều nước tham vọng sẽ phát triển sản xuất và xuất khẩu mặt hàng này, đây cũng là một thách thức lớn hiện nay trong việc xây dựng kế hoạch phát triển ngành hàng

1.1.4.2 Tình hình nuôi nhuyễn thể hai mảnh vỏ tại Việt Nam

Nghề nuôi nhuyễn thể hai mảnh vỏ ở Việt Nam đã có cách đây khá lâu, tập trung chủ yếu ở các địa phương ven biển như đầm Lăng Cô, đầm Nha Phu (Khánh Hòa)…

- Khai thác: tổng sản lượng khai thác tự nhiên ở biển và ven biển các loài nhuyễn thể có vỏ thuộc lớp hai chân bụng và nhuyễn thể hai mảnh vỏ ước đạt 300.000 – 350.000 tấn/năm [3]

- Nuôi: theo FAO (2010), trong 10 nước dẫn đầu thế giới về sản lượng nuôi nhuyễn thể thì Việt Nam đứng thứ 8 nhưng so về tốc độ tăng trưởng bình quân hằng năm thì Việt Nam là nước có tốc độ tăng trưởng cao nhất (24,9%/năm) Năm 1998, sản lượng nhuyễn thể nuôi của Việt Nam chỉ đạt 21,3 nghìn tấn đến năm 2003 đạt được 100 nghìn tấn và năm 2008 đạt 170 nghìn tấn, với nhiều đối tượng khác nhau như: hàu, nghêu, trai ngọc, sò huyết, ốc hương, bào ngư vành tai, vẹm xanh và tu hài Hình thức nuôi cũng khá đa dạng: nuôi bãi triều, nuôi lồng bè, nuôi dàn Nguồn con nuôi chủ yếu vẫn dựa vào tự nhiên Nhưng gần đây đã sản xuất nhân tạo thành công giống của một số loài như trai ngọc, điệp, bào ngư, vẹm xanh… [3]

Trong các loài nhuyễn thể nuôi ở Việt Nam hiện nay, Vẹm xanh là một đối tượng nuôi đang phát triển mạnh và được nhiều địa phương ven biển đặc biệt quan tâm Nguyên nhân là do V

Vn

1.1.5 xuất khẩu nhuyễn thể hai mảnh vỏ tại Việt Nam

Tại Việt Nam, tình hình xuất khẩu nhuyễn thể hai mảnh vỏ chủ yếu sang các thị trường Mỹ, Canađa Đây là hai thị trường có mức tăng trưởng ổn định và khả

quan nhất của nhuyễn thể hai mảnh vỏ Việt Nam Tính đến hết tháng 9, Mỹ tăng hơn 29% và Canađa tăng hơn 30% về giá trị so với cùng kỳ năm 2010 Liên tiếp trong 9 tháng qua, Mỹ tăng nhập khẩu nhuyễn thể hai mảnh vỏ từ Việt Nam từ 2 - 150% cả khối lượng và giá trị so với cùng kỳ năm trước Còn Canađa, thay thế Thụy Sỹ trong danh sách các thị trường nhập khẩu lớn, tháng 4/2011, thị trường này làm "sáng bừng" cả bức tranh XK nhuyễn thể Việt Nam khi tăng đến hơn 1.800%

về khối lượng và gần 1.100% về giá trị so với cùng kỳ năm ngoái Điều này đã đưa kết quả XK nhuyễn thể hai mảnh vỏ sang Canađa trong 9 tháng đầu năm tăng 30,3% so với cùng kỳ năm ngoái [13]

Nửa đầu tháng 1/2012, nhuyễn thể hai mảnh vỏ của Việt Nam đã có mặt tại

21 thị trường khác nhau trên thế giới EU là thị trường nhập khẩu lớn nhất, chiếm 72,3% tổng giá trị Nếu tốc độ xuất khẩu sang EU duy trì như hiện nay, có thể năm nay xuất khẩu nhuyễn thể hai mảnh vỏ sang thị trường EU sẽ khả quan hơn năm

trước [13]

Bảng 1.2 Tình hình xuất khẩu nhuyễn thể hai mảnh vỏ của Việt Nam 4

[9]

(USD)

Tỷ lệ giá trị (%)

1.2.2 Phân loại enzyme protease [11]

Enzyme protease đƣợc chia làm hai loại: endopeptidaza và exopeptidaza Dựa vào vị trí tác động trên mạch polypeptide, exopeptidaza đƣợc chia làm

hai loại:

Aminopeptidaza: xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu N tự do của

chuỗi polypeptide để giải phóng ra một amino axit

Cacboxypeptidaza: xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu C của

chuỗi polypeptide để giải phóng ra một amino axit

Dựa vào động học của cơ chế xúc tác, endopeptidaza đƣợc chia thành 4

nhóm:

Serine proteinase: là những proteinase chứa nhóm –OH của gốc

serine trong trung tâm hoạt động và có vai trò đặc biệt quan trọng đối với hoạt động xúc tác của enzyme Nhóm này bao gồm hai nhóm nhỏ: chymotrypsin và subtilisin Nhóm chymotrypsin bao gồm các enzyme động vật nhƣ chymotrypsin, trypsin,

elastase Nhóm subtilisin bao gồm hai loại enzyme vi khuẩn như subtilisin, carlsberg, subtilisin BPN Các serine proteinase thường hoạt động mạnh ở vùng kiềm tính và thể hiện tính đặc hiệu cơ chất tương đối rộng

Cysteine proteinase: các proteinase chứa nhóm –SH trong trung tâm

hoạt động Cysteine proteinase bao gồm các proteinase thực vật như papain, bromelin, một vài protein động vật và proteinase ký sinh trùng Các Cysteine proteinase thường hoạt động ở vùng pH trung tính, có tính đặc hiệu cơ chất rộng

Aspartic proteinase: hầu hết các aspartic proteinase thuộc nhóm

pepsin, nhóm pepsin bao gồm các enzyme tiêu hóa như: pepsin, chymosin, cathepsin, renin Các aspartic proteinase có chứa nhóm carboxyl trong trung tâm hoạt động và thường hoạt động mạnh ở pH trung tính

Metallo proteinase: là nhóm proteinase được tìm thấy ở vi khuẩn,

nấm mốc cũng như các sinh vật bậc cao hơn Các metallo proteinase thường hoạt động vùng pH trung tính và hoạt độ giảm mạnh dưới tác dụng của EDTA

Ngoài ra, protease được phân loại một cách đơn giản hơn thành 3 nhóm: Protease axit : pH = 2 – 4

Protease trung tính: pH = 7 – 8

Protease kiềm: pH = 9 - 11

1.2.3 Cơ chế xúc tác của enzyme

Quá trình tạo thành phức hợp enzyme cơ chất và cự biến đổi của phức hợp này thành sản phẩm, giải phóng enzyme tự do thường trải qua ba giai đoạn theo sơ

Giai đoạn 1: enzyme kết hợp với cơ chất bằng liên kết yếu tạo thành

phức hợp enzyme – cơ chất (ES) không bền, phản ứng này xảy ra rất nhanh và đòi hỏi năng lượng hoạt hóa thấp Các loại liên kết chủ yếu được tạo thành giữa E và S trong phức hợp ES là: tương tác tĩnh điện, liên kết hydrogen, tương tác Van der Waals

Giai đoạn 2: xảy ra sự biến đổi cơ chất dẫn tới sự kéo căng và phá vỡ

các liên kết đồng hóa trị tham gia phản ứng

Giai đoạn 3: tạo thành sản phẩm, còn enzyme được giải phóng ra

dưới dạng tự do

1.2.4 Ứng dụng của enzyme protease trong công nghiệp

Enzyme protease được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp thực phẩm, công nghiệp nhẹ, công nghiệp dược, nông nghiệp…

Trong công nghiệp thịt, protease được dùng để làm mềm thịt nhờ sự thủy phân một phần potein trong thịt, làm cho thịt có một độ mềm thích hợp và tăng hương vị cho thịt Các loại protease thường dùng: protease thực vật (papain, bromelin, fixin) và protease vi sinh vật (từ nấm mốc, xạ khuẩn)

Trong công nghiệp sữa, protease được dùng để sản xuất phomat nhờ hoạt tính làm đông tụ sữa của chúng Có thể dùng renin, pepsin, một số protease vi sinh vật có hoạt tính làm đông tụ sữa được tách từ nấm mốc hoặc vi khuẩn

Trong công nghiệp da, protease được sử dụng với mục đích tách lông trên da

và làm mềm da nhờ sự thủy phân sơ bộ lông, tách các mô liên kết phía ngoài ra, chỉ còn một lớp collagen tạo lớp mỏng và mềm da

Trong công nghiệp dệt: protease được sử dụng để xử lý bên ngoài các sợi tơ, làm nhiệm vụ kết dính các sợi tơ Protease có tác dụng thủy phân lớp protein, serisin đã làm dính bết các sợi tơ tự nhiên, làm bong và tách rời các loại tơ tằm do

đó làm giảm lượng hóa chất để tẩy trắng

Trong chế biến thủy sản, tăng lượng nước mắm nhờ thủy phân protein thành các acid amin làm tăng hiệu suất thu hồi đạm của nước mắm

Một số ứng dụng khác:

- Điều chế các dịch đạm thủy phân dùng làm chất dinh dưỡng, chất điều vị trong thực phẩm và bổ sung cho thức ăn gia súc Từ Streptomyces fradiae tách được chế phẩm keratineza thủy phân được keratin rất có giá trị để sản xuất bột đạm từ da, lông vũ

- Điều chế môi trường dinh dưỡng của vi sinh vật để sản xuất vacsin, kháng sinh…

- Sản xuất keo động vật, chất giặt tổng hợp để tẩy các chất bẩn protein, sản xuất mỹ phẩm

- Sản xuất thuốc hỗ trợ tiêu hóa, nấu cao động vật, như bệnh nghẽn mạch máu, tiêu viêm vết thương

Thuỷ phân axit có bất lợi là phá huỷ một phần axit amin và đặc biệt là phá huỷ hoàn toàn tryptophane Cho nên cần thiết bổ sung vào dịch thuỷ phân những axit amin này

Thuỷ phân trong môi trường kiềm bằng xút sẽ phá huỷ cystein, cystine, arginin và methionin Đặc biệt, thuỷ phân trong môi trường kiềm là nguyên nhân gây ra sự chuyển đổi L-axit amin thành D-axit amin con người không hấp thụ được, điều này làm giảm giá trị dinh dưỡng của sản phẩm

1.3.2

Thuỷ phân enzyme có thuận lợi là dễ kiểm tra hơn thuỷ phân hoá học, cho phép giữ giá trị dinh dưỡng của nguyên liệu ban đầu và không cần xử lý hoá học để loại bỏ tác nhân thuỷ phân sau khi thuỷ phân (enzyme dễ dàng bị bất hoạt bởi nhiệt

độ tương đối)

Trong thuỷ phân enzyme, những proteasa sẽ cắt liên kết peptit của 2 axit amin kế tiếp nhau trong đoạn ban đầu của protein tạo thành ít nhất 2 peptit Cắt đứt liên kết peptit sẽ giải phóng proton H+ Sự giải phóng này sẽ làm cho môi trường có tính axit Quy luật này buộc quá trình thuỷ phân xảy ra trong điều kiện pH môi trường lớn hơn 6.5 để cho mức độ điện li của ion -R-N+

H3 được đủ Khi pH nhỏ hơn thì phản ứng xảy ra theo chiều ngược lại và do đó ion OH-

được giải phóng

OH2H

H R1

O O

H

H H

R2

H N+H

H H

R2

H H

R2

+

Sự khác nhau trong quá trình chuẩn bị thuỷ phân chính là nguồn gốc enzyme thương mại (enzyme ngoại bào), được thêm vào trong quá trình chuẩn bị để thúc đẩy quá trình thuỷ phân Quá trình thuỷ phân được thúc đẩy bằng một enzyme duy nhất hay hỗn hợp proteasa thương mại có rất nhiều thuận lợi như kiểm tra được quá trình thuỷ phân và thông số thuỷ phân và sử dụng nhiệt độ xúc tác tương đối

Những enzyme được sử dụng có thể chia thành 3 dạng :

1 Enzyme có nguồn gốc thực vật : papain (quả đu đủ), ficin (cây vả), bromelin (quả dứa)

2 Enzye có nguồn gốc động vật : trypsin, chymotrypsin, pepsin (thành dạ dày)

3 Enzyme có nguồn gốc vi sinh vật : pronase (streptomyces griseus), protamex, monzym (bacillus subtilis) v.v

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme trong quá trình thủy phân [2]

a Ảnh hưởng của nồng độ enzyme cơ chất

Giống như các phản ứng enzyme, tốc độ phản ứng thủy phân tỷ lệ với nồng

độ enzyme Khi nồng độ enzyme quá cao, nếu tiếp tục thêm enzyme thì sự biến đổi của tốc độ thủy phân là không đáng kể Vì vậy, tốt hơn là sử dụng nồng độ enzyme thích hợp để đạt hiệu quả thủy phân cực đại và giảm giá thành

Trong các phản ứng do enzyme xúc tác trước hết tạo thành phức trung gian giữa enzyme và cơ chất Sau đó, phức này chuyển hóa tiếp tục tạo thành sản phẩm cuối cùng và enzyme tự do, enzyme lại kết hợp với phân tử cơ chất khác Nếu nồng

độ cơ chất đủ thích hợp với lượng enzyme sẽ làm cho quá trình thủy phân diễn ra đều đặn nhanh chóng

b Ảnh hưởng của các chất kìm hãm các chất hoạt hóa

Chất kìm hãm hay còn gọi là các chất ức chế là những chất mà khi trong phản ứng có sự hiện diện của chúng, enzyme có thể bị giảm hoặc mất hoạt tính Các chất này có thể là các ion, các phân tử vô cơ, hữu cơ Các chất kìm hãm thuận nghịch hoặc không thuận nghịch, cạnh tranh hoặc không cạnh tranh Với mỗi enzyme ta có các chất kìm hãm khác nhau

Các chất hoạt hóa là những chất có tác dụng làm tăng tính hoạt tính enzyme Các chất này có bản chất hóa học khác nhau, có thể là ion kim loại, anion hoặc các chất hữu cơ

c Ảnh hưởng của nhiệt độ

Vì enzyme có bản chất protein nên khi tăng hay giảm nhiệt độ đều ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme Thật vậy, mỗi enzyme chỉ hoạt động trong vùng nhiệt độ xác định Phần lớn enzyme hoạt động thích hợp ở khoảng nhiệt độ 40 oC ÷

50oC và vô hoạt hóa ở 70oC Trong vùng nhiệt độ thích hợp nếu nhiệt độ tăng 10oC thì tốc độ thủy phân tăng 1,5 ÷ 2 lần Nhiệt độ thích hợp của enzyme có thể thay đổi khi có sự thay đổi về pH, cơ chất

d Ảnh hưởng của pH môi trường

Enzyme rất nhạy cảm với sự thay đổi pH môi trường Mỗi enzyme chỉ hoạt động ở vùng pH nhất định gọi là pH tối thích pH tối thích của đa số enzyme nằm trong vùng acid yếu, kiềm yếu hay trung tính, chỉ có một số enzyme hoạt động tối thích nằm trong vùng acid mạnh hay kiềm mạnh

e Ảnh hưởng của thời gian thủy phân

Thời gian thủy phân kéo dài hoặc rút ngắn đều ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình thủy phân và chất lượng của sản phẩm

Thời gian tác dụng kéo dài thì enzyme có điều kiện để cắt mạch triệt để Nhưng nếu kéo dài thời gian thủy phân quá mức dẫn đến vi sinh vật thích nghi và hoạt động mạnh tạo ra các sản phẩm cấp thấp như NH3, H2S, indol, skatol… đồng thời khi thời gian kéo dài hiệu quả kinh tế sẽ kém

Ngược lại, thời gian thủy phân rút ngắn, sự phân giải protein chưa triệt để,

hiệu suất thủy phân không cao và gây lãng phí nguyên liệu

f Ảnh hưởng của lượng nước

Nước là môi trường thuận lợi của enzyme và vi sinh vật hoạt động Các kết quả nghiên cứu cho thấy điều kiện để các loại enzyme và vi sinh vật hoạt động được

là môi trường phải có hàm lượng nước tự do tối thiểu là 15%

Do vậy, nếu trong quá trình thủy phân ta bổ sung lượng nước quá thấp thì nó hạn chế được sự hoạt động của vi sinh vật nhưng đồng thời nó cũng ức chế hoạt động của enzyme làm giảm hiệu suất thủy phân Nhưng nếu bổ sung hàm lượng nước quá cao thì chính nước là môi trường thuận lợi để vi sinh vật hoạt động và phát triển tạo ra các sản phẩm cấp thấp như: indol, skatol, NH3, H2S… làm giảm chất lượng sản phẩm

1.3.4.2 Bột đạm thủy phân

Bột đạm thủy phân cũng là một trong những dạng của quá trình thủy phân Dịch đạm thủy phân được đem đi cô đặc và sấy khô thì thu được bột đạm thủy phân (bột đạm hòa tan) Thực chất của quá trình sản xuất bột đạm bằng phương pháp sử dụng protease là quá trình thủy phân protein để tạo các peptit và các axit amin dưới tác động của hệ protease nội tại và enzyme bổ sung từ ngoài vào

Bột đạm thủy phân có hàm lượng protein cao khoảng 70%, lipid khoảng 0,5% và tỷ lệ nitơ dễ hấp thụ cao, rất có giá trị dinh dưỡng Có thể sử dụng dưới dạng nguyên chất hoặc phối trộn với các thực phẩm khác

Bột đạm thủy phân có màu trắng ngà, vàng nhạt hay vàng nâu tùy thuộc vào nguyên liệu ban đầu Mùi thơm đặc trưng, khi cho vào nước dễ tan, có khả năng tạo gel, dẻo dính

Bột đạm thủy phân thường được sản xuất từ các loài cá kém giá trị kinh tế hoặc từ các phế liệu cá

1.3.4.3 Các sản phẩm phụ từ quá trình thủy phân

Bột cặn thủy phân (protein không tan): là lớp dưới cùng sau khi ly tâm dịch thủy phân, được đem đi sấy khô và xay nghiền Trong bột cặn chứa phần lớn là protein không tan

Bột khoáng là phần xương thu được sau quá trình thủy phân được đem đi lọc tách xương và rửa sạch Sau đó, bột đem đi sấy khô và xay nghiền Trong bột khoáng có chứa các nguyên tố Ca, Mg, P…, một lượng nhỏ protein, lipit chưa thủy phân triệt để

Dầu cá: là lớp trên cùng thu được sau khi ly tâm hỗn hợp có được từ sự thủy phân Hàm lượng thì phụ thuộc vào nguyên liệu ban đầu Ngoài ra, trong dầu cá có chứa hàm lượng DHA, EPA… rất tốt cho sức khỏe con người

1.3.4.4 Vai trò của sản phẩm thủy phân

Dịch đạm cô đặc và bột đạm hòa tan có thể được ứng dụng trong sản xuất thức

ăn chăn nuôi, đặc biệt là trong nuôi trồng thủy sản Sản phẩm với nồng độ đạm cao, gồm hỗn hợp các amin cần thiết cho sự phát triển của tôm, cá Sản phẩm cũng chứa

các chất kích thích tiêu hóa Cho nên khi phối trộn chúng vào thức ăn theo tỷ lệ phù hợp sẽ làm tăng vị ngon và với mùi hấp dẫn sẽ giúp cho tôm, cá nhanh chóng phát hiện và ăn mồi, góp phần cung cấp lượng thức ăn đầu vào cho nuôi trồng thủy sản

Bột đạm thủy phân cũng có thể được dùng trong thực phẩm sản xuất các sản phẩm bột dinh dưỡng cao đạm đối với bột đạm thủy phân có chất lượng cao Ngoài

ra thì nó cũng có thể sử dụng làm phụ gia, gia vị trong thực phẩm

Dịch đạm cô đặc còn có thể sử dụng để bổ sung trong quá trình làm nước mắm

do nó có hàm lượng axit amin cao, làm tăng độ đạm của nước mắm

Dịch đạm thủy phân có thể dùng trong sản xuất nước mắm công nghiệp khi thêm hương vị của nước mắm, rút ngắn thời gian sản xuất mà hàm lượng đạm axit amin trong đó lại cao

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

2.1.1 Vẹm xanh [14]

Tên tiếng Anh: Green mussel

Tên khoa học : Perna Viridis

Loài : Chloromytilus Viridis

Vẹm xanh được mua tại thôn Ngọc Diêm, Tân Thành, Tân Đảo Nguyên liệu được xử lý

xanh

quản trong tủ đông ở nhiệt độ -18oC

2.1.2 Enzyme

2.1.2.1 Enzyme Protamex [12]

Enzyme Protamex có nguồn gốc từ vi sinh vật Bacillus của hãng Novozyme

(Đan Mạch) Nó được sản xuất để thủy phân protein của thực phẩm Hiện nay enzyme này đang được sử dụng rộng rãi cả trong nghiên cứu và trong thực tiễn sản xuất

Enzyme Protamex có hoạt độ 1,5 AU/g, hoạt động thích hợp trong khoảng

pH = 5,5 – 7,5; nhiệt độ 35oC – 60oC Protamex bị mất hoạt tính trong 30 phút tại

500C hoặc cao hơn khi pH = 4 và trong 10 phút tại 85oC hoặc cao hơn khi pH = 8

Enzyme này bị bất hoạt ở 85oC trong 10 phút hoặc cao hơn

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Xác định thành phần hóa học của vẹm xanh

Thành phần hóa học của Vẹm được xác định theo sơ đồ sau

2.2.2 Sơ đồ quy trình dự kiến sản xuất sản phẩm thủy phân

thực hiện chế độ khuấy đảo nhất định

Tiến hành 5 mẫu thí nghiệm với các tỷ lệ enzyme Protamex so với nguyên liệu là: 0,1%, 0,2%, 0,3% và 0,4%, 0,5% Thủy phân ở pH tự nhiên, với nhiệt độ thủy phân là 50oC, thời gian thủy phân là 3 giờ, tỷ lệ nước so với nguyên liệu là 1/1 Sau khi thủy phân, bất hoạt enzyme ở nhiệt độ 85oC trong thời gian 15 phút Dịch được đem đi ly tâm để tách riêng thành 2 phần: dịch thủy phân, và phần cặn Dịch thủy phân được đem đi xác định hàm lượng Nitơ tổng số, Nitơ axit amin, tỷ lệ

Naa/Nts

Hình 2.4 Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ enzyme Protamex thích hợp

Nguyên liệu đã nghiền nhỏ đông lạnh

Mẫu 4 (0,4%)

Mẫu 3 (0,3%)

Mẫu 5 (0,5%)

2.2.3.2 Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ enzyme Flavourzyme thích hợp so với nguyên liệu

Tiến hành 5 mẫu thí nghiệm với các tỷ lệ enzyme Protamex thích hợp đã xác định được ở thí nghiệm trước và tỷ lệ enzyme Flavourzyme so với nguyên liệu là: 0,1%, 0,2%, 0,3% và 0,4%, 0,5% Thủy phân ở pH tự nhiên, nhiệt độ thủy phân là

50oC, thời gian thủy phân là 3 giờ, tỷ lệ nước so với nguyên liệu là 1/1 Sau khi thủy phân, bất hoạt enzyme ở nhiệt độ 85oC trong thời gian 15 phút Dịch được đem đi ly tâm để tách riêng thành 2 phần: dịch thủy phân, và phần cặn Dịch thủy phân được đem đi xác định hàm lượng Nitơ tổng số, Nitơ axit amin, tỷ lệ Naa/Nts

Hình 2.5 Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ enzyme Flavourzyme thích hợp 2.2.3.3 Bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ thủy phân thích hợp

Tiến hành 4 mẫu thí nghiệm với 4 nhiệt độ thủy phân khác nhau là 45oC,

50oC, 55oC, 60oC Thủy phân ở pH tự nhiên trong 3 giờ, tỷ lệ nước so với nguyên

Nguyên liệu đã nghiền nhỏ đông lạnh

(0,1%)

Mẫu 2 (0,2%)

Mẫu 4 (0,4%)

Mẫu 3 (0,3%)

Mẫu 5 (0,5%)

liệu là 1/1, tỷ lệ enzyme Protamex và F so với nguyên liệu đã xác định được ở hai thí nghiệm trước Sau khi thủy phân, bất hoạt enzyme ở nhiệt

độ 85o

C trong thời gian 15 phút Dịch được đem đi ly tâm để tách riêng thành 2 phần: dịch thủy phân, và phần cặn Dịch thủy phân được đem đi xác định hàm lượng Nitơ tổng số, Nitơ axit amin, tỷ lệ Naa/Nts

Hình 2.6 Bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ thủy phân thích hợp

Nguyên liệu đã nghiền nhỏ đông lạnh

Mẫu 2 (50oC)

Mẫu 4 (60oC)

2.2.3.4 Bố trí thí nghiệm xác định thời gian thủy phân thích hợp

Tiến hành 8 mẫu thí nghiệm có thời gian thủy phân lần lượt là: 1 giờ, 2 giờ, 3 giờ, 4 giờ, 5 giờ và 6 giờ, 7 giờ, 8 giờ Thủy phân ở pH tự nhiên, tỷ lệ nước so với nguyên liệu là 1/1, tỷ lệ enzyme lavourzyme thích hợp so với nguyên liệu và nhiệt độ thủy phân thích hợp đã xác định được ở ba thí nghiệm trước Sau khi thủy phân, bất hoạt enzyme ở nhiệt độ 85oC trong thời gian 15 phút Dịch được đem đi ly tâm để tách riêng thành 2 phần: dịch thủy phân, và phần cặn Dịch thủy phân được đem đi xác định hàm lượng Nitơ tổng số, Nitơ axit amin, tỷ lệ Naa/Nts

Hình 2.7 Bố trí thí nghiệm xác định thời gian thủy phân thích hợp

2.2.4 Các phương pháp phân tích

- Xác định hàm lượng nước bằng phương pháp sấy ở nhiệt độ 105oC

- Xác định hàm lượng tro bằng phương pháp nung ở nhiệt độ 550÷600oC

- Xác định đạm tổng số bằng phương pháp Kjeldah

- Xác định hàm lượng protein thô bằng công thức: Nts ×6,25

Mẫu

8 (8h) (1h)

Mẫu

4 (4h) (1h)

Mẫu

5 (5h) (1h)

- Xác định hàm lượng nitơ amoniac theo phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước

- Xác định hàm lượng nitơ axit amin theo phương pháp formol

Naa = NF – NNH3

2.2.5 Phương pháp xử lý số liệu

- Kết quả thí nghiệm là trung bình cộng của ba lần phân tích

- Xử lý số liệu thực nghiệm trên phần mềm Excel 2003

Ư