Chương 5: Tổng quan về phụ phẩm trong chế biến thủy sản

TS Nguyễn Phúc Cẩm Tú - Khoa Thủy sản• Tỷ lệ % phụ phẩm của mỗi loài khác nhau: - 0% đối với các loài được sử dụng hoàn toàn như... • Ngoài ra, cá tạp bị các tàu đánh cá vứt bỏ ngay ngoà

GIỚI THIỆU

• Theo FAO (2016): năm 2014 sản lượng thủy hải sản khai thác ( 93 triệu) và nuôi trồng ( 74 triệu) toàn cầu mỗi năm đạt hơn 167 triệu tấn

• Trong đó 87% ( 146 triệu tấn) được con người tiêu thụ trực tiếp

• Phần còn lại ( 13%, 21 triệu tấn) dùng sản xuất các loại không làm thực phẩm cho người , chủ yếu dùng sản xuất bột cá và dầu cá ( 76%)

• Lượng thủy sản chế biến làm thực phẩm cho người ước tính 59 triệu tấn

• Lượng phụ/phế phẩm (by-product) khoảng từ 12 – 30

triệu tấn (20 – 50% lượng thủy sản chế biến làm thực phẩm cho người), trung bình là 20 triệu tấn

• Các loại phụ phẩm từ quá trình mổ ruột, cắt chỉnh sửa cá và cá bị hư hỏng thường vứt bỏ → tiềm năng làm ra các sản phẩm có giá trị gia tăng khác

Chất thải CBTS TS Nguyễn Phúc Cẩm Tú - Khoa Thủy sản

Chất thải CBTS TS Nguyễn Phúc Cẩm Tú - Khoa Thủy sản

Caviar: 3000 – 5000 $US/kg

TS Nguyễn Phúc Cẩm Tú - Khoa Thủy sản

• Tỷ lệ % phụ phẩm của mỗi loài khác nhau:

- 0% đối với các loài được sử dụng hoàn toàn như

• Ngoài ra, cá tạp bị các tàu đánh cá vứt bỏ ngay ngoài biển hoặc quá trình sơ chế trên tàu đã vứt bỏ ruột, đầu cá (11%)

• Nuôi thủy sản cũng là nguồn phát sinh phụ phẩm

do lỗi kỹ thuật, hiệu quả hoạt động thấp, điều kiện nuôi không phù hợp, …→ có thể sử dụng làm bột cá nếu không chứa các vi sinh gây bệnh

Chất thải CBTS TS Nguyễn Phúc Cẩm Tú - Khoa Thủy sản

Sơ đồ chế biến và phát sinh phụ phẩm

TS Nguyễn Phúc Cẩm Tú - Khoa Thủy sản

Sơ đồ chế biến và phát sinh phụ phẩm (tt)

TS Nguyễn Phúc Cẩm Tú - Khoa Thủy sản

Phụ phẩm

% phụ phẩm Thành phần có giá trị

Ruột 15 – 20

Dầu, chất béo, protein, protein thủy phân, peptid hoạt tính sinh học, squalene, enzyme, hương liệu

Da 1 – 3 Collagen, gelatin, elastine, sụn

Xương 10 – 16 Collagen, gelatin, sụn, chondroitin sulfate,

canxi, các khoáng khác Vanh

sửa cá 1 – 5

Protein, protein thủy phân, peptid hoạt tính sinh học

Phụ phẩm chế biến cá và các thành phần có giá trị

TS Nguyễn Phúc Cẩm Tú - Khoa Thủy sản

Nguồn Phụ

phẩm

% phụ phẩm Thành phần có giá trị

Giáp

xác

Tôm Đầu,

vỏ 65 – 85

Chitin, chitosan,

N-acetyl-d-glucosamine, d-N-acetyl-d-glucosamine, protein sắc

tố, protein thủy phân, enzymes, hương liệu

Cua

Vỏ, ruột, mang

60 – 70 Chitin, sắc tố

Tôm hùm

TS Nguyễn Phúc Cẩm Tú - Khoa Thủy sản

Vỏ 60 – 80

Protein thủy phân, enzymes, hương liệu

Phần không ăn được

8 – 20

Mực

Túi mực, nang mực, gan,…

25 – 32 Chitin, enzyme, peptid hoạt tính

sinh học, collagen, gelatin

Bạch tuộc

Nội tạng, phần miệng, mắt

10 – 20 Collagen, gelatin

Phụ phẩm chế biến ĐV có vỏ và thành phần có giá trị (tt)

TS Nguyễn Phúc Cẩm Tú - Khoa Thủy sản

TS Nguyễn Phúc Cẩm Tú - Khoa Thủy sản

Chất thải CBTS TS Nguyễn Phúc Cẩm Tú - Khoa Thủy sản

Chất thải Độ ẩm Protein thô Béo thô Tro

Cá biển không có giá trị 72.65 21.24 1.20 2.75

Cá nước ngọt không có giá trị 62.97 18.37 12.55 4.18

Chất thải hỗn hợp từ nhiều loài 70.30 15.56 7.27 5.64

Thành phần sinh hóa (g/100g trọng lượng tươi) của chất thải thủy sản

TS Nguyễn Phúc Cẩm Tú - Khoa Thủy sản

Tháp thị trường của việc ứng dụng các giá trị gia tăng khác nhau cho phụ phẩm CBTS

TS Nguyễn Phúc Cẩm Tú - Khoa Thủy sản

Sử dụng phụ phẩm CBTS

TS Nguyễn Phúc Cẩm Tú - Khoa Thủy sản

➢ Phụ phẩm cá tra

(Trần Thị Hồng Nghi và ctv, 2012)

TS Nguyễn Phúc Cẩm Tú - Khoa Thủy sản

• Phụ phẩm cá tra rất giàu chất béo và đã có nhiều phương pháp chế biến được phát triển, phụ thuộc vào mục đích sử dụng, thiết bị,…

• Qui trình chế biến phụ phẩm như sau: phụ phẩm được xay nhuyễn, nấu và chia thành 3 phần

- Phần mỡ nổi trên mặt được thu lại và trữ trong các thùng chứa

- Phần chất lỏng (giàu protein) → gây ô nhiễm môi trường

- Phần cặn phía dưới được dùng để chế biến thành bột

cá sau khi được ép nén và sấy khô

- Sau cùng, xay khô và trộn với chất chống ôxy hóa

• Sản phẩm có thể phân riêng thành từng loại: da, thịt vụn, xương, đầu cá hoặc phối trộn với nhau

• Có 3 loại bột cá từ phụ phẩm:

+ từ thịt vụn có phẩm chất cao nhất (chiếm tỷ lệ rất ít): hàm lượng protein 71,5%

+ từ đầu và xương cá có phẩm chất trung bình (phổ biến nhất): hàm lượng protein 33%

+ bột cá làm từ nước thải chế biến có hàm lượng protein thấp nhất

CÁC TRỞ NGẠI CỦA VIỆC SỬ DỤNG PHỤ PHẨM

• Việc sử dụng phụ phẩm trong sản xuất thức ăn tôm/cá →tăng nguy cơ lây nhiễm bệnh (vi khuẩn, nấm, virus, kýsinh trùng, )

• Vài loài nhuyễn thể ăn lọc → lây nhiễm bệnh virus và vikhuẩn từ nước cho người

• Các phụ phẩm cũng có thể gây tích lũy kim loại nặng,chất ô nhiễm hữu cơ bền (POPs, p ersistent o rganic

p ollutants) cho người sử dụng

• Ngoài ra còn có độc tố từ vi khuẩn (mycotoxin), dưlượng kháng sinh, các loại thuốc chống ký sinh,…

• Vi khuẩn Edwardsiella ictaluri là mầm bệnh chính trên

cá tra nuôi thâm canh

- Vi khuẩn này có thể sống nhiều tháng trong ao mà khôngcần ký chủ

- Không có số liệu sự ức chế nhiệt hoặc axít

• Vi khuẩn Clostridium botulinum: phân bố rộng rãi

trong môi trường nhất là trong điều kiện kỵ khí

- Bùng phát bệnh trên cá, nhất là khi cá ăn phải độc tốthần kinh của nó

- Bào tử bị ức chế trong điều kiện ở 133oC, 3 bar trong 20phút Độc tố của vi khuẩn không bền nhiệt

• Vi khuẩn Vibrio spp.: nhóm gây bệnh chính cho cá biển

- Số lượng vi khuẩn V anguillarum giảm 4log10 ở nhiệt độ47,5oC trong 2’

• Virus gây bệnh đốm trắng (white spot syndrome virus,

WSSV)

Ví dụ: Số lượng vi khuẩn ban đầu là 107/ml, hiệu suất khử trùng 99,9% Xác định số lượng vi khuẩn còn lại sau khử trùng.

số lượng vi khuẩn còn lại = 107 × (1- 0,999) = 104

Ví dụ: Tính hiệu suất khử trùng biết số lượng vi

khuẩn ban đầu là 107/ml và sau khử trùng là 103/ml

hiệu suất khử trùng (%) = 100 99 , 99

10

10 1

XỬ LÝ PHỤ PHẨM GIẢM CÁC NGUY CƠ

• Phụ phẩm dùng sản xuất bột cá từ việc phơi khô, sấy, gianhiệt và ép nén cá chết/phụ phẩm chế biến → lây nhiễmbệnh trong cùng loài/giữa các loài  có biện pháp xử lý

• Qui trình chuẩn để tiệt trùng các vi sinh gây bệnh trongsản phẩm thức ăn gia súc là gia nhiệt ở 133oC, 3bar trong20’

• Tái sử dụng phụ phẩm để sản xuất thức ăn gia súc là mộtbiện pháp kinh tế, nhưng tiềm ẩn các mối nguy về dịch tễhọc nếu không có qui trình xử lý thích hợp

• Có nhiều biện pháp xử lý để tái sử dụng phụ phẩm Mụcđích của xử lý là chuyển hóa nguyên liệu thô thành cácsản phẩm bền về mặt sinh học và bảo vệ đặc tính của sảnphẩm cho các mục đích sử dụng khác nhau

• Xử lý có thể bao gồm lý, hóa và công nghệ sinh học(một biện pháp hoặc kết hợp)

• Bên cạnh phương pháp xử lý nhiệt (sấy khô và nung),còn có các phương pháp xử lý sinh học: hiếu khí(compost) hoặc kỵ khí (biogas) kết hợp ổn định bằng axít

a Xử lý bằng phương pháp hóa và sinh học: kỵ khí

hoặc hiếu khí → sản phẩm cuối là phân bón

• Kỵ khí có thể là hệ thống ủ nhiệt độ cao (> 50oC) hoặcnhiệt độ thấp (> 30oC)

+ Có thể đặt một hệ thống khử trùng bằng phương phápPateur trước biogas

+ Sản phẩm lỏng của quá trình lên men được khử nước vàtrộn với các nguyên liệu giàu cacbon như giấy, carton,…

• Hiếu khí chủ yếu sử dụng là compost các vật liệu rắnhoặc lỏng

➢ Ủ bằng silo (ensiling)

• Dùng bảo quản phụ phẩm cho các quá trình tiếp theo

• Phụ phẩm được bảo quản trong môi trường pH  4,5

(HCl hoặc axít formic)

• Các axít hữu cơ (formic/propionic) có đặc tính diệt

khuẩn và khả năng thâm nhập thành tế bào tốt hơn axít

vô cơ → gia tăng quá trình tự phân

• Việc thêm axít là cần thiết để thúc đẩy sự phát triển

của các nhóm sinh vật ưa axít trong môi trường giàuprotein

• Ủ silo thích hợp cho việc bảo quản trung gian cá chết ở

trại nuôi

• Phụ phẩm chứa ít xương thích hợp cho phương pháp ủ

silo vì hàm lượng canxi cao có thể trung hòa axít

• Dầu cá và protein cô đặc từ ủ silo có thể dùng trong

nuôi trồng thủy sản

➢ Sản xuất biogas: lên men kỵ khí các nguyên liệu hữu

cơ phụ phẩm, dầu cá, chất thải chăn nuôi, giết mổ,…Quá trình gồm 4 bước:

- Thủy giải các phân tử lớn (cellulose, protein phân tử

lượng lớn)

- Lên men/axít hóa (sản phẩm chính là butyrate,

propionate)

- Quá trình lên men acetat hóa tạo thành axít acetic

- Lên men methan tạo thành khí methan (50-75%) và

CO2 (25-50%)

➢ Compost: lên men hiếu khí gồm 3 giai đoạn nhiệt thấp,

nhiệt cao và giai đoạn xử lý

Chất thải CBTS TS Nguyễn Phúc Cẩm Tú - Khoa Thủy sản

http://home.howstuffworks.com/vermicomposting.htm

Ấu trùng ruồi lính đen phân hủy rác Vermicompost bằng giun đất

TS Nguyễn Phúc Cẩm Tú - Khoa Thủy sản

b Xử lý bằng nhiệt:

• Xử lý nhiệt có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhauphụ thuộc vào mối liên hệ giữa thời gian/nhiêt độ trongquá trình xử lý

• Xử lý nhiệt khô hoặc ẩm không chỉ làm ức chế vi sinhvật/virus, mà còn ảnh hưởng đến đặc tính của sản phẩm

• Xử lý nhiệt kết hợp với xử lý hóa học sẽ làm tăng hiệuquả tiêu diệt vi sinh vật

➢ Sự tiệt trùng bằng phương pháp Pasteur:

- Xử lý ở nhiệt độ < 100oC → có hiệu quả ức chế giới

hạn

- Các bào tử chịu nhiệt của các vi sinh vật sinh bào tử ưa

nhiệt (thấp/cao) có thể chịu đựng nhiệt độ này và chỉ bị

ức chế khi thời gian tiếp xúc nhiệt kéo dài

- Ưu điểm: duy trì được chất lượng sản phẩm, nhất là

các protein dễ thủy phân

- Các nguyên liệu chứa nhiều mầm bệnh (kể cả bào tử)

→ tiệt trùng ở 90oC/1 giờ (cỡ hạt 50 mm); chứa ítmầm bệnh → 70oC/1 giờ (cỡ hạt 30 mm)

➢ Sự tiệt trùng (sterilization):

- Qui trình chuẩn: 133oC với áp suất hơi 3 bar trong ít

nhất 20 phút

- Cỡ hạt < 50 mm và nguyên liệu được xáo trộn liên tục

- Nếu chỉ dùng nguyên liệu từ cá → vấn đề kỹ thuật (sản

phẩm không dùng làm phân bón hoặc thức ăn do tạothành dạng keo và thủy giải protein) → sử dụng 5%nguyên liệu từ cá