Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian thủy phân, loại enzyme và tỷ lệ nước đến độ thủy phân, thành phần hóa học, độ hòa tan và khả năng chống oxy hóa của sản phẩm thủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm

Nghiên cứu ảnh hưởng của loại enzyme và tỉ lệ nước đến độ thủy phân, độ hoà tan và khả năng chống oxy hóa của sản phẩm thủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xương cá chẽm.. Ảnh hưởng của t

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỦY SẢN

GVHD: TS NGUYỄN THỊ MỸ HƯƠNG

NHA TRANG, 06/2014

được sự hướng dẫn giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh chị cùng bạn

bè, với lòng kính trọng và biết ơn em xin được bày tỏ lời cảm ơn đến Ban Giám hiệu, quý thầy cô hướng dẫn ở Khoa Công nghệ Thực phẩm, Trung tâm thí nghiệm thực hành, Viện Công nghệ Sinh học và Môi trường đã giúp

em hoàn thành đề tài này

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô giáo hướng dẫn TS Nguyễn Thị Mỹ Hương đã hết lòng chỉ bảo, hướng dẫn tận tình, thường xuyên theo dõi và đôn đốc quá trình thực hiện đề tài

Xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè, các anh chị ở phòng thí nghiệm đã giúp

đỡ truyền đạt kinh nghiệm quý báu giúp em hoàn thành đề tài

Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến gia đình đã hết lòng động viên, quan tâm chia sẻ tạo mọi điều kiện tốt nhất trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Sinh viên

Trịnh Thị Thúy Nhâm

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

DANH MỤC BẢNG iv

DANH MỤC HÌNH v

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về nguyên liệu cá Chẽm 4

1.1.1.Đặc điểm hình thái, phân bố và thành phần hóa học của cá Chẽm 4

1.1.2.Sản lượng, tình hình khai thác, nuôi trồng và sử dụng cá Chẽm 5

1.2.Phụ phẩm (nguyên liệu còn lại) và khả năng tận dụng phụ phẩm 7

1.2.1.Phụ phẩm 7

1.2.2.Khả năng tận dụng phụ phẩm 8

1.3 Enzyme proteaza và sự thủy phân protein bằng enzyme protease 9

1.3.1 Enzyme protease 9

1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình thủy phân protein bằng enzyme 12

1.3.3 Các dạng sản phẩm thủy phân protein 15

1.3.4 Ứng dụng của các sản phẩm thủy phân protein 15

1.3.5.Thành phần dinh dưỡng của sản phẩm thủy phân protein 16

1.3.6 Một số đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân protein 16

1.4.Tình hình nghiên cứu về giá trị dinh dưỡng, đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân protein trên thế giới và trong nước 21

1.4.1.Tình hình nghiên cứu trên thế giới 21

1.4.2.Tình hình nghiên cứu trong nước 23

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

2.1 Đối tượng nghiên cứu 25

2.1.1 Nguyên liệu đầu và xương cá Chẽm 25

2.1.2 Enzyme Flavourzyme 25

2.1.3 Enzyme Protex 26 2.2.Phương pháp nghiên cứu 26 2.2.1.Xác định thành phần hóa học của hỗn hợp đầu xương cá Chẽm 26 2.2.2.Xác định khối lượng của các sản phẩm thu được từ sự thủy phân hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm 27 2.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến độ thủy phân, thủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xương cá chẽm bằng enzyme Flavourzyme 29 2.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của loại enzyme và tỉ lệ nước đến độ thủy phân, độ hoà tan và khả năng chống oxy hóa của sản phẩm thủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xương cá chẽm 32

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 36

3.1 Kết quả xác định thành phần hóa học của hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm 36 3.2.Kết quả xác định các sản phẩm tạo ra từ quá trình thủy phân hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm 36 3.3 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến độ thủy phân, thành phần hóa học, độ hoà tan và khả năng chống oxy hóa của sản phẩm thủy phân protein

từ hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm bằng enzyme Flavourzyme 38 3.3.1 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến độ thủy phân của sản phẩm thủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm bằng enzyme Flavourzyme 38 3.3.2 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến thành phần hóa học của sản phẩm thủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm bằng enzyme Flavourzyme 40

3.3.3 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến độ hòa tan của sản phẩm thủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm bằng enzyme Flavourzyme 41 3.3.4 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến khả năng khử gốc tự do DPPH của sản phẩm thủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm bằng 42 3.3.5 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến tổng năng lực khử của sản phẩm thủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xương cá chẽm bằng enzyme Flavourzyme 43 3.4.Ảnh hưởng của loại enzyme và tỉ lệ nước đến độ thủy phân, độ hoà tan

và khả năng chống oxy hóa của sản phẩm thủy phân protein từ hỗn hợp đầu

và xương cá Chẽm 44 3.4.1 Ảnh hưởng của loại enzyme và tỉ lệ nước đến độ thủy phân của sản phẩm thủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm 44 3.4.2 Ảnh hưởng của loại enzyme và tỉ lệ nước đến độ hòa tan của sản phẩm thủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm 45 3.4.3 Ảnh hưởng của loại enzyme và tỉ lệ nước đến khả năng khử gốc tự

do DPPH của sản phẩm thủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm 46 3.4.4 Ảnh hưởng của loại enzyme và tỉ lệ nước đến tổng năng lực khử sản phẩm thủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm 48

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của cá Chẽm 5 Bảng 3.1 Thành phần hóa học của hỗn hợp đầu xương cá Chẽm 36 Bảng 3.3 Khối lượng các sản phẩm tạo ra từ quá trình thủy 1kg phân hỗn

hợp đầu và xương cá Chẽm 37 Bảng 3.4 Thành phần hóa học của bột thủy phân protein 40

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cá Chẽm 4 Hình 2.1 Nguyên liệu đầu và xương cá Chẽm 25 Hình 2.2 Sơ đồ xác định thành phần hóa học của hỗn hợp đầu và xương cá

Chẽm 26 Hình 2.3 Sơ đồ xác định khối lượng của các sản phẩm thu được từ sự thủy

phân hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm 27 Hình 2.4 Sơ đồ thí nghiệm xác định ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến độ

thủy phân, thành phần hóa học, độ hoà tan và khả năng chống oxy hóa của sản phẩm thủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm bằng enzyme Flavourzyme 30 Hình 2.5 Sơ đồ thí nghiệm xác định ảnh hưởng của loại enzyme và tỉ lệ nước

đến độ thủy phân, độ hoà tan và khả năng chống oxy hóa của sản phẩm thủy phân protein 33 Hình 3.1 Các sản phẩm tạo ra từ quá trình thủy phân protein từ hỗn hợp đầu

và xương cá Chẽm 37 Hình 3.2 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến độ thủy phân của sản phẩm

thủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm bằng enzyme Flavourzyme 39 Hình 3.3 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến độ hòa tan của sản phẩm

thủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm bằng enzyme Flavourzyme 41 Hình 3.4 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến khả năng khử gốc tự do

DPPH của sản phẩm thủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm bằng enzyme Flavourzyme 42

Hình 3.5 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến tổng năng lực khử của sản

phẩm thủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm bằng enzyme Flavourzyme 43 Hình 3.6 Ảnh hưởng của loại enzyme và tỉ lệ nước đến độ thủy phân của sản

phẩm thủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm 44 Hình 3.7 Ảnh hưởng của loại enzyme và tỉ lệ nước đến độ hòa tan của sản

phẩm thủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm… 45

Hình 3.9 Ảnh hưởng của loại enzyme và tỉ lệ nước đến khả năng khử gốc tự do

DPPH của sản phẩm thủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm 47 Hình 3.10 Ảnh hưởng của loại enzyme và tỉ lệ nước đến tổng năng lực khử

của sản phẩm thủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm 48

FCC Food Chemical Codex

N/NL Nước trên nguyên liệu

E/NL Enzyme trên nguyên liệu

LỜI MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Công nghiệp chế biến thủy sản đang càng ngày càng phát triển, các sản phẩm thủy sản ngàycàng đa dạng đáp ứng nhu cầu của thị trường Theo số liệu Hải quan, xuất khẩu thủy sản của cả nước trong tháng 2/2014 đạt 458 triệu USD, tăng gần 57% so với cùng kỳ năm ngoái[31] Cùng với sự phát triển đó là một lượng lớn nguyên liệu còn lại sau quá trình chế biến như đầu, xương, da, vây, vẩy, nội tang…Những nguyên liệu này rất dễ hư hỏng, gây ô nhiễm môi trường nếu không có biện pháp xử lí kịp thời

Ngày nay có rất nhiều hướng để tận dụng lại các nguyên liệu còn lại sau quá trình chế biến thủy sản Người ta có thể tận dụng đầu, xương để sản xuất bột đạm, dầu cá, tận dụng nội tạng cá để sản xuất enzyme, vây, vẩy, da

để sản xuất collagen, gelatin[11] Đây đều là các sản phẩm có giá trị cao, đem lại nguồn lợi lớn cho doanh nghiệp

Nguyên liệu cá Chẽm là một loại nguyên liệu có giá trị kinh tế cao, đang được quan tâm và mở rộng nuôi trồng trên thế giới và trong nước Các sản phẩm chính của cá Chẽm là các mặt hàng fillet đông lạnh, cá Chẽm nguyên con đông lạnh,… Sau quá trình chế biến, lượng nguyên liệu còn lại chiếm tỷ lệ cao là đầu và xương cá Trước đây, người ta tận dụng lượng nguyên liệu còn lại này để sản xuất bột cá nhưng chưa hiệu quả,làm thức ăn tươi cho vật nuôi hoặc được ứng dụng để sản xuất bột nêm nhưng chưa được phổ biến trong thực tế Ngày nay, khoa học công nghệ càng phát triển, người

ta phát hiện ra nhiều đặc tính tốt của các sản phẩm thủy phân protein từ cá ứng dụng được trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, nuôi trồng thủy sản, y học (chế phẩm y học) Một vấn đề đặt ra là muốn ứng dụng được ta cần phải biết thành phần hóa học, giá trị dinh dưỡng cũng như các đặc tính chức năng

của các sản phẩm thủy phân Chính vì vậy cần có hướng nghiên cứu thành phần hóa học, đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân từ nguyên liệu còn lại của cá Chẽm một mặt có thể giải quyết được lượng nguyên liệu còn lại sau quá trình chế biến, mặt khác có thể tăng thêm giá trị nguyên liệu còn lại

Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, em thực hiện đề tài: n c u ảnh ưởng của thời gian thủy phân, loại enzyme và tỉ lệ nước đến độ thủy phân, thành phần hóa học, độ hoà tan và khả năn c ống oxy hóa của sản phẩm thủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xươn cá Chẽm.

1 Mục tiêu của đề tài

Xác định được ảnh hưởng của thời gian thủy phân, tỷ lệ nước và loại enzyme đến độ thủy phân thành phần hóa học, độ hòa tan và khả năng chống oxy hóa của sản phẩm thủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm

2 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

- Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu sẽ góp phần bổ sung thêm các dẫn liệu khoa học có giá trị tham khảo cho các cán bộ khoa học kĩ thuật, các nhà sản xuất kinh doanh và các bạn sinh viên chuyên ngành Chế biến thủy sản trong việc nghiên cứu về giá trị dinh dưỡng, độ hòa tan và khả năng chống oxi hóa của sản phẩm thủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm

- Ý nghĩa thực tế

Kết quả của để tài sẽ mở ra một hướng mới cho việc tận dụng các nguyên liệu còn lại sau quá trình chế biến cá Chẽm để tạo ra các sản phẩm có giá trị cao hơn, tăng thêm thu nhập cho các doanh nghiệp chế biến

Đề tài sẽ góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng nguyên liệu còn lại của cá Chẽm Góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành chế biến thủy sản nước nhà

3.Nội dung của đề tài

- Xác định thành phần hóa học của hỗn hợp đầu và xương cá chẽm

-Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến độ thủy phân, thành phần hóa học, độ hoà tan và khả năng chống oxy hóa của sản phẩm thủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm bằng enzyme Flavourzyme

-Nghiên cứu ảnh hưởng của loại enzyme và tỉ lệ nước đến độ thủy phân, độ hoà tan và khả năng chống oxy hóa của sản phẩm thủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về nguyên liệu cá Chẽm

1.1.1.Đặc điểm hình thái, phân bố và thành phần hóa học của cá Chẽm

1.1.1.1.Đặc đ ểm hình thái

Tên tiếng Anh : Seabass,Barramundi,Giantseaperch [17, 18]

Tên khoa hoc : Latescalcarifer

Theo FAO (1974) cá Chẽm có hệ thống phân loại như sau:

chếch, hàm dưới nhô dài hơn hàm trên Răng nhọn, khỏe Xương khẩu cái và xương lá mía có nhiều răng, mọc thành đai Vậy lưng thứ nhất có 7 gai cứng Vây ngực ngắn, rộng Vây đuôi tròn, không chia thùy[17]

1.1.1.2 Đặc đ ểm phân bố

Cá Chẽm là loài phân bố rộng từ vùng nhiệt đới đến cận nhiệt đới thuộc Tây Thái Bình Dương và Ấn Độ Dương Chúng có thể sống ở nước ngọt nước mặn và nước lợ

Trên thế giới, cá Chẽm có ở một số nước như : Ấn Độ, Nam Trung Quốc, Australia, Indonesia, …Ở Việt Nam cá chẽm sống ở vùng vịnh bắc bộ, vùng biển miền trung và một số ít ở miền nam[17]

1.1.1.3 Thành phần hóa học của cá Chẽm

Thành phần hóa học của cơ thịt cá Chẽm bao gồm: nước, protein, lipid, gluxit, khoáng chất, vitamin Thành phần hóa học trong cùng một loài cá mà sống ở mội trường khác nhau thì khác nhau Thành phần hóa học của cá còn phụ thuộc vào mùa vụ, thức ăn, môi trường sống, thời tiết Thành phần hóa học của cá Chẽm được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của cá Chẽm[16]

1.1.2.Sản lượng, tình hình khai thác, nuôi trồng và sử dụng cá Chẽm

Cá Chẽm là loài có giá trị kinh tế quan trọng ở vùng Nhiệt đới và Cận Nhiệt đới, thuộc Châu Á và Thái Bình Dương Cá được nuôi nhiều ở các nước: Thái Lan, Malaysia, Singapore, Indonesia,Đài Loan trong các ao đầm nước lợ và nước ngọt cũng như nuôi trong lồng trên các vùng biển

Sản lượng cá Chẽm của thế giới đã tăng từ vài tấn năm 1986 lên đến 65.000 tấn năm 2010 Theo số liệu của FAO, cũng trong thời gian đó, giá cá trung bình đã giảm hơn một nửa xuống còn khoảng 8 đôla Úc Đài Loan, Malaixia, Thái Lan và Inđônêxia là những nước sản xuất cá Chẽm lớn nhất thế giới Tuy nhiên, hiện chỉ có Đài Loan và Inđônêxia là có số liệu ước tính cho năm 2011- 2013, theo đó sản lượng của Đài Loan dự kiến sẽ tăng từ 24.000 tấn năm 2011 lên khoảng 29.000 tấn năm 2013 trong khi đó Inđônêxia vẫn giữ ở mức 4.000 tấn[32]

Các chuyên gia dự đoán nguồn cung cá Chẽm và cá Tráp toàn cầu năm

sẽ diễn ra trong năm 2014[33]

Cá Chẽm là mặt hàng ưa chuộng của nhiều nước trên thế giới như Trung Quốc, Mỹ, Anh, Singapore Cá Chẽm được đánh giá là loài có giá trị kinh tế cao Theo FAO, sản lượng cá Chẽm thương phẩm hàng năm của thế giới đạt gần 130 nghìn tấn, trong đó sản lượng của Thái Lan và các nước Châu Á khác chiếm hơn 90%

Ở Việt Nam, cá Chẽm được xem là giống cá mới và có tiềm năng lớn trong tương lai.Năm 2001, tổng số lồng nuôi trên biển là 23.989 lồng, nhiều hơn năm 2000 là 5.244 lồng, trong đó số lồng nuôi cá biển là 4.077 lồng Sản lượng nuôi lồng bè nước mặn năm 2001 đạt 2.635 tấn, cao hơn năm 2000 là

853 tấn, trong đó sản lượng cá biển là 1.898 tấn Năm 2004, diện tích nuôi cá

biển trong ao là 1.750 ha và số lồng cá Chẽm trên 8.850 chiếc đạt sản lượng 7.675 tấn Ngoài ra tại các đầm nước lợ ven biển cá đã được thả nuôi ghép với đối tượng khác nhau Sản lượng cá nuôi nước lợ mặn đạt 13.865 tấn[7]

Năm 2010, tổng kim ngạch xuất khẩu của Công ty Cổ phần Vĩnh Hoàn (Vinh Hoan Corp) đạt 132 triệu USD, vượt 14,8% kế hoạch Đây là mức cao

kỷ lục kể từ ngày thành lập doanh nghiệp Năm qua cũng là năm đánh dấu

sự nỗ lực của Vĩnh Hoàn trong việc triển khai thực hiện nhiều dự án mới., trong đó có dự án nuôi, chế biến và xuất khẩu cá chẽm.Ngày 10/9/2011, Công

ty đã thả đợt giống đầu tiên của Dự án nuôi cá chẽm tại vùng nuôi có diện tích

170 ha ở tỉnh Bến Tre Công ty cũng đang xúc tiến mua thêm đất đào ao và để tăng diện tích lên 300 héc ta vào năm 2012 Philê cá chẽm là sản phẩm mới của Vĩnh Hoàn, hiện chủ yếu xuất khẩu sang các thị trường như Mỹ, EU và

Úc, với giá khoảng 8 USD/kg, nguyên liệu hiện nay đang thu mua từ các nguồn trong nước Theo tính toán, lợi nhuận từ sản phẩm này cao hơn cá tra thông thường từ 20 - 25% và cao hơn so với cá tra đạt chứng nhận Global G.A.P từ 10 - 15% Bên cạnh đó, nhà máy thức ăn thủy sản Vĩnh Hoàn 1 cũng

đã sản xuất thành công thức ăn cho cá chẽm Năm 2011, Vĩnh Hoàn dự kiến đạt sản lượng sản phẩm 700 tấn thành phẩm, doanh thu 44 tỷ đồng Sau khi đưa dự án nuôi cá chẽm vào hoạt động, sản lượng xuất khẩu sẽ tăng nhanh, dự kiến đến năm 2013 sản lượng thành phẩm có thể đạt tới 6.100 tấn/năm[32]

1.2.Phụ phẩm (nguyên liệu còn lại) và khả năng tận dụng phụ phẩm

1.2.1.Phụ phẩm

Phụ phẩm hay nguyên liệu còn lại của cá thường là đầu, xương, vây, vẩy, da, nội tạng…Đối với phần lớn các loài cá, phần ăn được ở dạng philê chỉ chiếm một nửa trọng lượng Riêng đầu cá đã chiếm khoảng 20% tổng trọng lượng con cá, sau đó là ruột, vây, da và xương Gần như toàn bộ những gì được

gọi là phần bỏ đi vẫn còn chứa nhiều protein và acid béo không sinh cholesterol, cộng với khoáng chất và các nguyên tố vi lượng, enzyme, kích thích tố, chất màu và chất tạo hương Đó là những chất có nhu cầu rất lớn trong nhiều ngành công nghiệp Từ những chất trước kia bị bỏ đi, giờ đây có thể chiết xuất ra nguyên liệu quý cho sản xuất thực phẩm, nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản, dược phẩm, mỹ phẩm[35].

cá là protein hoàn hảo Từ các loại nguyên liệu còn lại của quá trình chế biến

cá như: gan cá, nội tạng, đầu cá…có thể dùng làm nguyên liệu để sản xuất dầu cá Thông thường quá trình tách chiết dầu cá gắn liền với công nghệ sản xuất bột cá Bời vì cần phải tách triệt để dầu cá ra khỏi nguyên liệu trước khi sản xuất bột cá để chất lượng bột cá tốt hơn [9] Dầu cá chứa nhiều vitamin A,

D được ứng dụng làm thuốc chữa bệnh

 Sản xuất bột đạm thủy phân

Sản phẩm thủy phân có thể được sản xuất từ đầu, xương, nội tạng cá [5,6] Bột đạm thủy phân thu được chứa nhiều đạm dễ tiêu hóa, các vitamin, các nguyên tố khoáng đa lượng, vi lượng và các chất hoạt động sinh học khác

 Sản xuất Collagen, Gelatin

Collagen và Gelatin được sản suất từ vẩy xương, bong bóng và da cá Gelatin là sản phẩm sau khi phân giải Collagen Collagen dùng để làm phụ gia thực phẩm, làm yếu tố đông kết, làm phim ảnh, dùng trong công nghiệp và

dùng để chế biến thuốc Gelatin trong công nghiệp thực phẩm được dùng làm phụ liệu sản xuất bánh điểm tâm, lạp xưởng, đồ hộp, kem cốc, chất ổn định và chất nhũ hóa trong thực phẩm Trong công nghiệp Gelatin được dùng để chế tạo mực in, các dung dịch nhuộm màu, dùng làm diêm, giấy, thuộc da, gỗ dán Trong y học được dùng để chế keo bột cầm máu và thuốc tiêm[11]

 Sản xuất enzyme

Nội tạng cá hay các loài thủy sản khác là nguồn enzyme động vật quý giá Hằng năm lượng phế liệu thủy sản tăng lên nhanh chóng do ngành chế biến thủy sản ngày càng phát triển Nội tạng của động vật thủy sản chứa nhiều enzyme, những loại có hoạt tính cao là enzyme protease[11].Enzyme protease

có nhiều ứng dụng Hiện nay, việc sản xuất chế phẩm enzyme các loại đã và đang phát triển mạnh mẽ trên qui mô công nghiệp Thực tế đã có hàng nghìn chế phẩm enzyme bán trên thị trường thế giới, các chế phẩm này đã được khai thác và tinh chế có mức độ tinh khiết theo tiêu chuẩn công nghiệp và ứng dụng Các chế phẩm enzyme phổ biến như amylase, protease, catalase, cellulase, lipase, glucoseoxydase…Chế phẩm enzyme không chỉ được ứng dụng trong y học mà còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau, trong nông nghiệp, trong hóa học…[4]

Ngoài ra, một số nguyên liệu còn lại của quá trình chế biến cá xương cá

có thể sản xuất bột khoáng[11] , vảy cá để sản xuất guanine và chân châu, tụy tạng cá để sản xuất insulin,…[10]

1.3 Enzyme proteaza và sự thủy phân protein bằng enzyme protease

1.3.1 Enzyme protease

 Nhóm enzyme protease (peptidase) xúc tác quá trình thuỷ phân liên kết peptide (-CO-NH-) trong phân tử protein, polypeptide đến sản phẩm cuối cùng là các acid amin Ngoài ra, nhiều protease cũng có khả năng thuỷ phân liên kết este và vận chuyển acid amin[4]

 Phân loại enzyme

Protease được phân chia thành hai loại: endopeptidase và exopeptidase Dựa vào vị trí tác động trên mạch polypeptide, exopeptidase được phân chia thành hai loại:

- Aminopeptidase: xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu N tự do của chuỗi polypeptit để giải phóng ra một amino acid

- Carboxypeptidase: xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu C của chuỗi polypeptide và giải phóng ra một amino acid[4]

Dựa vào động học của cơ chế xúc tác, endopeptidase được chia thành bốn nhóm:

- Serin protease: là những protease 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: chymotrypsinvà subtilisin Nhóm chymotrypsin bao gồm các enzyme động vật như chymotrypsin, trypsin, elastase Nhóm subtilisin bao gồm hai loại enzyme vi khuẩn như Subtilisin Carlsberg, Subtilisin BPN Các serine protease thường hoạt động mạnh ở vùng kiềm tính và thể hiện tính đặc hiệu cơ chất tương đối rộng

- Cysteine protease: Các proteinase chứa nhóm –SH trong trung tâm hoạt động Cystein protease bao gồm các protease thực vật như papain, bromelin, một vài protein động vật và protease ký sinh trùng Các cysteine protease thường hoạt động ở vùng pH trung tính,

có tính đặc hiệu cơ chất rộng

- Aspartic protease: Hầu hết các aspartic protease thuộc nhóm pepsin Nhóm pepsin bao gồm các enzyme tiêu hóa như: pepsin, chymosin, cathepsin, rennin Các aspartic protease có chứa nhóm carboxyl

trong trung tâm hoạt động và thường hoạt động mạnh ở pH trung tính

- Metallo protease:Metallo protease là nhóm protease được tìm thấy ởvikhuẩn, nấm mốc cũng như các vi sinh vật bậc cao hơn Các metallo protease thường hoạt động vùng pH trung tính và hoạt độ giảm mạnh dưới tác dụng của EDTA(Ethylendiamin Tetraacetic Acid) [28,30]

Ngoài ra, protease được phân loại một cách đơn giản hơn thành ba nhóm:

Ngày nay enzyme protease được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều ngành khác nhau như điều chế dịch đạm thủy phân dùng làm chất dinh dưỡng, chất tăng vị trong thực phẩm và được dùng bổ sung trong thức ăn gia súc Sản xuất keo động vật, chất giặt tổng hợp để giặt các chất bẩn protein, sản xuất

mỹ phẩm [4]

Trên thị trường có rất nhiều loại protease, một số loại enzyme được sử dụng phổ biến là Flavourzyme, Alcalase, Neutrase, Protamex, Protex

Flavourzyme là peptidase mang cả hai hoạt tính endopeptidase và

exoprotease (aminopeptidase), được sản xuất từ quá trình lên men chìm loài Aspergillus oryzae Enzyme này hoạt động thủy phân protein trong điều kiện trung tính hoặc axít yếu Điều kiện hoạt động tối ưu của Flavourzyme 500L là

pH = 5,0–7,0, nhiệt độ khoảng 500C Flavourzyme 500L có hoạt tính 500 LAPU/g Flavourzyme có thể bị ức chế hoạt động ở 90°C trong 10 phút hoặc

120°C trong 5 giây Đây là một trong những enzyme khi thủy phân protein thu được dịch đạm vị không đắng so với các loại enzyme thủy phân như Neutrase, Alcalase hay Protamex (Nilsang, 2005)[25,27]

Alcalase 2,4 L (Novo Nordisk, Bagsvaerd, Denmark) là protease của

Bacillus licheniformis với hoạt tính endopeptidase Alcalase là enzyme thương mại thuộc nhóm serine protease subtilisin A Hoạt tính của Alcalase 2,4L là 2,4 AU/g, bị ức chế ở pH thấp, điều kiện hoạt động tốt nhất của Alcalase là pH = 8, nhiệt độ 50 - 600C (Liaset, 2002)[25,27]

Protamex là protease của Bacillus (Bagsvaerd, Denmark) Enzyme này

có hoạt tính endoprotease Điều kiện hoạt động tối ưu của Protamex trong khoảng pH = 5,5 - 7,5 ở nhiệt độ 35 - 60 °C Protamex có hoạt tính 1,5 AU/g Enzyme này cũng bị bất hoạt ở 85o

C trong 10 phút và ở pH thấp (Liaset, 2002)[27]

Protex 6L là protease của Bacillus licheniformi Điều kiện hoạt của

protex khoảng pH = 7 - 10, tối ưu ở pH = 9,5, ở nhiệt độ 25 -700C, Protex có hoạt tính 580,000 DU/g (tối thiểu)

Protex 51FPlà protease của Aspergillus oryzae Điều kiện hoạt của

Protex51FP khoảng pH = 6 - 9, tối ưu ở pH = 7,5, ở nhiệt độ 25-600C, tối ưu

ở 500

C,Protex có hoạt tính 400,000 HU/g (tối thiểu)

1.3.2.Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình thủy phân protein bằng enzyme

Quá trình thủy phân protein bằng enzyme chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố [12,13 ], cụ thể là:

 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme: Khi nồng độ enzyme thấp, lượng cơ chất lớn, vận tốc thủy phân phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ enzyme Khi nồng độ enzyme tăng, tốc độ phản ứng thủy phân tăng đến một giá trị giới hạn

v = vmax thì nếu nồng độ enzyme tiếp tục tăng, tốc độ enzyme phản ứng thủy phân bởi enzyme tăng không đáng kể, thậm chí không tăng

 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân: Thời gian phản ứng thích hợp giúp enzyme cắt mạch triệt để làm cho cơ chất bị thủy phân hoàn toàn hơn Nhưng nếu kéo dài thời gian thủy phân quá mức sẽ tạo điều kiện cho vi sinh vật hoạt động làm sản sinh ra các sản phẩm cấp thấp như : NH3, H2S, indol, scatol…và việc kéo dài thời gian thủy phân sẽ làm giảm hiệu quả kinh tế Ngược lai nếu thời gian thủy phân ngắn thì quá trình thủy phân chưa triệt để các axít amin tạo thành còn ít trong khi các peptit còn tồn tại nhiều trong sản phẩm như vậy

sẽ gây lãng phí nguyên liệu và khó khăn cho quá trình lọc để thu dịch thủy phân protein

 Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất: Nồng độ cơ chất có ảnh hưởng lớn đến tốc độ phản ứng thủy phân, khi càng tăng nồng độ cơ chất, tốc độ phản ứng thủy phân càng tăng, nhưng khi tốc độ phản ứng thủy phân đạt đến giới hạn v = vmax nếu tiếp tục tăng nồng độ cơ chất, vận tốc phản ứng thủy phân hầu như không tăng

 Ảnh hưởng của nhiệt độ: Enzyme là protein có hoạt tính xúc tác nên kém bền với nhiệt, chúng chỉ có hoạt tính trong khoảng nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ làm chúng biến tính Trong khoảng nhiệt độ đó, khi nhiệt độ tăng tốc

độ phản ứng thủy phân tăng Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng thủy phân do enzyme xúc tác được đặc trưng bằng hệ số:

VớiKt: Hằng số tốc độ phản ứng tại nhiệt độ t

Kt+10 : Hằng số tốc độ phản ứng tại nhiệt độ t + 100C

Người ta đã xác định được hệ số Q10 của các loại enzyme trong cơ thể

cá trong khoảng từ 2 – 3, cá biệt có thể lên đến 7 như phản ứng Hemoglobin trong máu cá Vùng nhiệt độ tạo cho enzyme có nhiệt độ cao nhất gọi là vùng

nhiệt độ thích hợp của enzyme, trong đó có một giá trị nhiệt độ mà ở đó, tốc

độ enzyme đạt cực đại gọi là nhiệt độ tối thích Với đa số enzyme, vùng nhiệt

 Ảnh hưởng của lượng nước: Nước vừa là môi trường phân tán enzyme

và cơ chất lại vừa trực tiếp tham gia phản ứng nên tỷ lệ nước có ảnh hưởng lớn đến tốc độ và chiều hướng và là một yếu tố điều chỉnh phản ứng thủy phân bởi enzyme

 Ảnh hưởng của các chất kiềm hãm: Chất kiềm hãm (hay chất ức chế) là những chất vô cơ hay hữu cơ mà khi có sự hiện diện của chúng, enzyme có thể bị giảm hoặc mất hoạt tính Với mỗi enzyme ta có các chất kìm hãm khác nhau, vì vậy khi sử dụng enzyme ta phải biết rõ các chất kiềm hãm của nó để điều chỉnh phản ứng

 Ảnh hưởng của pH: pH có ảnh hưởng mạnh mẽ đến hoạt tính enzyme

vì pH ảnh hưởng đến mức độ ion hóa cơ chất, ion hóa enzyme và đến độ bền của protein enzyme Đa số enzyme có khoảng pH thích hợp từ 5 – 9 Với nhiều protease, pH thích hợp ở vùng trung tính nhưng cũng có một số protease có pH trong vùng axít (pepsin, protease axít của vi sinh vật…) hoặc nằm trong vùng kiềm ( tripsin, subtilin…) Với từng enzyme, giá trị pH thích hợp có thể thay đổi khi nhiệt độ, loại cơ chất … thay đổi

 Ảnh hưởng của diện tích tiếp xúc: Diện tích tiếp xúc lớn tức là enzyme

và cơ chất có điều kiện gặp nhau tốt hơn, như vậy sẽ thuận lợi cho phản ứng thủy phân nó sẽ làm cho phản ứng thủy phân diễn ra nhanh hơn

 Ảnh hưởng của các chất hoạt hóa: Chất hoạt hóa là những chất khi có mặt trong phản ứng có tác dụng làm tăng 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 Tuy nhiên các chất hoạt hóa chỉ có tác dụng trong giới hạn nồng độ xác định Khi dùng quá nồng độ cho phép, hoạt độ enzyme sẽ giảm

1.3.3 Các dạng sản phẩm thủy phân protein

1.3.3.1 Dịch đạm thủy phân

Dịch đạm thủy phân là sản phẩm của quá trình thủy phân Khi cô đặc thì chúng sẽ thành dịch đạm cô đặc Dịch đạm thủy phân có màu vàng nhạt, trong suốt, có mùi đặc trưng của sản phẩm thủy phân Thành phần chủ yếu của dịch đạm thủy phân là các acid amin, các peptid Ngoài ra thì trong dịch đạm thủy phân còn chứa một lượng nhỏ khoáng và lipid

1.3.3.2 Bột đạm thủy phân

Bột đạm thủy phân cũng là một dạng sản phẩm thủy phân protein Dịch đạm thủy phân được đem đi sấy phun hoặc sấy chân không thăng hoa thì thu được bột đạm thủy phân (bột đạm hòa tan)

Bột đạm thủy phân có hàm lượng protein cao,rất có giá trị dinh dưỡng Bột đạm thủy phân có màu trắng ngà, vàng nhạt hay nâu tùy thuộc vào nguyên liệu ban đầu Mùi thơm đặc trưng, khi cho vào nước dễ tan

1.3.4 Ứng dụng của các sản phẩm thủy phân protein

Dịch đạm thủy phân và bột đạm thủy phân có thể được ứng dụng trong sản xuấtthức ăn chăn nuôi, đặc biệt là trong nuôi trồng thủy sản Sản phẩm với hàm lượng proteincao, gồm hỗn hợp các axít amin cần thiết cho sự phát triển của tôm, cá Khi phối trộn sảnphẩm vào viên thức ăn thì thức ăn dễ tiêu hóa 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 thủyphân có chất lượng cao Dịch đạm cô đặc còn có thể sử dụng để bổ sung trong quá trìnhlàm nước

mắm do nó có hàm lượng axít amin cao, làm tăng độ đạm của nước mắm Dịchđạm thủy phân có thể dùng trong sản xuất nước mắm công nghiệp hoặc được sử dụng để sản xuất bột nêm[16]

1.3.5.Thành phần dinh dưỡng của sản phẩm thủy phân protein

Thành phần hóa học của nguyên liệu thực phẩm có vai trò quan trọng đối với sức khỏe con người trong việc cung cấp chất dinh dưỡng cần thiết Sản phẩm thủy phân protein từ cá chứa nhiều thành phần cần thiết cho sức khỏe con người Nhiều nhà nghiên cứu báo cáo hàm lượng protein thủy phân protein cá dao động từ 60% đến 90% Người ta có thể tận dụng nó để bổ sung protein cho dinh dưỡng của con người.Hàm lượnglượng chất béo trong bột đạm thủy phân là dưới 5% Hàm lượng chất béo thấp là do quá trình ly tâm đã loại bỏ một lượng chất béo ra khỏi dịch đạm thủy phân Hàm lượng ẩm trong bột đạm thủy phân thấp hơn 10% Hàm lượng tro trỏng bột đạm dao động từ 0,45% đến 27%[22]

1.3.6 Một số đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân protein

1.3.6.1 Độ hòa tan

Về phương diện nhiệt động học sự hòa tan tương ứng với một sự phân

ly đồng thời các phân tử dung môi và các phân tử protein và tiếp đó là sự phân tán các phân tử protein vào dung môi để có một bề mặt tiếp xúc liên pha giữa protein và dung môi là tối đa Như vậy để hòa tan được protein phải tương tác với dung môi càng nhiều càng tốt Sự hòa tan của protein phụ thuộc vào pH, lực ion, kiểu dung môi và nhiệt độ

Khi pH cao hoặc thấp hơn điểm đẳng điện, protein sẽ tích điện âm hoặc dương, khi đó các phân tử nước sẽ tương tác với những phần tích điện này do

đó góp phần làm cho protein hòa tan Ngoài ra các chuỗi protein mang điện tích cùng dấu sẽ đẩy nhau do đó làm cho chúng tự phân ly tự dãn mạch dễ dàng hơn.Các dung môi như etanol, axeton khi thêm vào dung dịch nước

protein sẽ làm giảm hằng số điện môi của môi trường Các lực đẩy tĩnh điện giữa các phân tử protein sẽ giảm do đó làm protein tập hợp lại và kết tủa Ngoài ra các dung môi cũng cạnh tranh với phân tử protein để giành lấy các phân tử nước nên cũng làm giảm độ hòa tan của protein Độ hòa tan của protein tăng khi nhiệt độ tăng từ 0 đến 500

C Ở nhiệt độ cao hơn 500C, chuyển động nhiệt của các phân tử protein đủ lớn để phá vỡ các liên kết vốn làm bền cấu trúc bậc 2 và 3 của protein do đó protein sẽ tập hợp lại

Không phải protein có độ hòa tan ban đầu cao thì có được các tính chất chức năng khác tốt Sự hấp thu nước của một protein đôi khi có thể tốt hơn khi được làm biến tính và làm “bất tan” đến một mức độ thích hợp Chẳng hạn khả năng tạo gel của protein sẽ có được sau khi làm biến tính và làm “ bất tan” một phần Khả năng tạo bọt và khả năng tạo nhũ tương cũng liên quan đến mức độ giãn mạch, mức độ tập hợp lại và mức độ bất tan nhất định của protein Ngược lại các protein lactoserum và một số protein khác lại cần có độ hòa tan ban đầu khá cao để chúng tạo nhũ tương, tạo bọt và tạo gel tốt Có lẽ, điều lợi chủ yếu của độ hòa tan ban đầu là tạo tiền đề cho các phân tử hoặc các hạt protein khuếch tán được nhanh chóng do đó khi gel tạo ta sẽ có một kết cấu mịn và trơn Độ hòa tan ban đầu cao cũng làm cho sự khuếch tán của protein đến bề mặt liên pha không khí/nước và dầu nước được dễ dàng do đó làm cho hoạt động bề mặt của protein tốt hơn[19]

Khả năng hòa tan là một trong những tính chất chức năng quan trọng nhất protein và sản phẩm thủy phân protein Một số thuộc tính chức năng khác như nhũ tương hóa và tạo bọt bị ảnh hưởng bởi khả năng hòa tan[25]

Bột đạm thủy phân có khả năng hòa tan cao trên một phạm vi rộng của

độ pH là một đặctính hữu dụng cho nhiều ứng dụng trong thực phẩm[22]

1.3.6.2.Khả năn c ống oxi hóa

 Quá trình oxy hóa là quá trình tạo ra các gốc tự do và các sản phẩm khác [1]

Gốc tự do là phân tử thiếu đi một điện tử, điện tích của chúng luôn không cân bằng,

có xu thế lấy điện tử từ phân tử khác và tạo ra gốc tự do mới gây ra sự rối loạn chức năng của tế bào (Afzal và Armstrong, 2002) Barry Halliwell (2001) đã chỉ ra gốc tự

do ảnh hưởng lên sức khỏe con người phổ biến theo 3 con đường như: thích nghi với

hệ thống chống oxy hóa, gây tổn thương tế bào sống và làm chết tế bào sống trong cơ thể người Trong đó cơ chế làm chết tế bào sống có thể là làm hoại tử hoặc làm chết

tế bào sống một cách hệ thống Những gốc như: superoxide, hydroxyl, peroxyl, alkoxyl, hydroperoxyl, nitric oxide và nitrogendioxide được coi là gốc tự do (Barry Halliwell, 2001).Theo nhiều tài liệu tham khảo cho thấy, gốc tự do được sinh ra

do các tác nhân phổ biến như: Stress, chế độ dinh dưỡng, thiếu oxy mô, bỏng, nhiễm xạ, hoá chất độc hại, nhiễm trùng, bệnh mãn tính, lao động quá sức,…(Sarma et al., 2010) Hiện nay gốc tự do được biết là nguyên nhân gây hơn 60 bệnh lý như: các bệnh do stress, ung thư, tim mạch, thần kinh, đục thuỷ tinh thể, thoái hoá võng mạc, viêm, bệnh do phóng xạ, não suy, (Shailaja, 2012) Khi mắc các bệnh này thì các gốc tự do tăng cao, các chất chống oxy hoá giảm rất nhiều trong máu[3]

 Khả năng chống oxy hóa

Khi sử dụng các chất chống oxy hóa, các gốc tự do sinh ra trong quá trình oxy hóa sẽ bị loại bỏ Các chất chống oxy hóa ngoài khả năng loại bỏ gốc tự do còn giúp hạn chế tạo ra các sản phẩm thứ cấp khác Một số chất chống oxy hóa trong tự nhiên như Tocopherol( là một chất chống oxy hóa được tách ra trong quá trình tinh luyện dầu ăn) Axid ascorbic, carotenoid (trong cà rốt, gấc cà chua…), flavanone và flavonol (trong các mô thực vật)… Ngoài ra có thể sử dụng các chất chống oxi hóa tổng hợp như BHT, BHA, tocopherol tổng hợp, đoecylallate, TBHQ (tert-butyhydroquinone)[1]

Tuy nhiên, hiện nay, sử dụng các chất chống oxy hóa tổng hợp đang được kiểm soát nghiêm ngặt vì các nguy cơ ảnh hưởng xấu đến sức khỏe Chính vì vậy việc sử dụng các chất chống oxi hóa có nguồn gốc tự nhiên đang được khuyến khích

sử dụng Theo như nhiều nghiên cứu, sản phẩm thủy phân protein cá từ các loài khác nhau có thể làm chậm quá trình oxy hóa lipid và có tính khả thi để sử dụng như chất chống oxy hóa tự nhiên trong thực phẩm và các hệ thống sinh học Quá trình thủy phân giải phóng các peptid tự do Các peptid này có khả năng chống oxi hóa Khả năng chống oxy hóa của các peptid liên quan đến cấu trúc của chúng Người ta đã tìm thấy nhiều peptid khác nhau về kích thước, thành phần và trình tự các acid amin Sự khác nhau này có ảnh hưởng đến khả năng chống oxy hóa của chúng[22,25]

1.3.6.3 Khả năn ữ nước

Rất nhiều sản phẩm thực phẩm là những hệ thống chất rắn ngậm nước do đó tính chất lý hóa, tính chất lưu biến và cả tính chất cảm quan của chúng sẽ phụ thuộc vào sự tương tác của protein và các hợp phần khác với nước nghĩa là phụ thuộc vào khả năng hydrat hóa Hơn nữa các sản phẩm thực phẩm protein dạng khô khi sử dụng cũng phải được hydrat hóa Như vậy quá trình hydrat hóa và tái hydrat hóa là rất phổ biến trong thực phẩm

Quá trình hydrat hóa của một protein ở trạng thái khô bao gồm các giai đoạn như sau:

Protein khô  Hấp thụ các phân tử nước bởi các phần có cực  Hấp thụ nước thành một lớp dày  Ngưng tụ thành nước lỏng  Trương nở  Sovat hóa và phân tán

 Dung dịch

Các hạt không tan và bị trương phồng

Bốn giai đoạn đầu của quá trình hydrat hóa có liên quan với các hiện tượng như trương nở, thấm nước, giữ nước, cố kết và bám dính Giai đoạn cuối sẽ tạo ra độ phân tán độ nhớt hoặc độ đặc Khi protein có độ hòa tan tức thời có nghĩa là các giai đoạn

đầu xảy rất nhanh chóng

Protein tương tác với nước qua các nối peptit hoặc qua các acid amin của mạch bên Các yếu tố như nồng độ, pH, nhiệt độ, thời gian, lực ion và sự có mặt của các hợp phần khác sẽ ảnh hưởng đên tương tác protein và protein – nước

Sự hấp thụ và sự giữ nước của protein có vai trò rất lớn đến tính chất và kết cấu của nhiều thực phẩm Khi nước hấp thụ và làm tẩm ướt protein nhưng không làm cho protein tan ra thì sẽ làm cho protein trương lên do đó sẽ tạo cho thực phẩm có độ đặc,

độ nhớt và bám dính[19]

1.3.6.4 Khả năn làm bền n ũ tươn

Các nhũ tương là những hệ phân tán của hai chất lỏng không trộn lẫn với nhau

mà một trong hai có mặt dưới dạng những giọt nhỏ của pha bị phân tán, còn chất lỏng kia dưới dạng pha bị phân tán liên tục Phần nước các nhũ tương trong thực phẩm đều là dạng dầu trong nước hoặc nước trong dầu Thuật ngữ “nước” dùng để chỉ một chất lỏng có cực, ưa nước thường là một dung dịch nước Còn thuật ngữ

“dầu” để chỉ một chất lỏng ưa béo

Các protein là những chất làm bền nhũ tương trong thực phẩm Các protein được hấp thu vào bề mặt liên pha giữa các giọt dầu bị phân tán và pha nước liên tục,

sẽ tạo ra những tính chất cơ lý độ dày độ nhớt, độ đàn hồi, độ cứng có tác dụng chống lại sự hợp giọt Sự ion hóa của các acid amin mạch bên của protein cũng tạo ra lực đẩy tĩnh điện làm cho độ bền của nhũ tương tăng lên Có thể là do bản chất háo nước của đa số protein nên khi được hấp thụ thì phần lớn nhất của phân tử sẽ nằm về phía nước của bề mặt liên pha[19]

1.3.6.5 Khả năn tạo bọt

Các bọt thực phẩm là những hệ phân tán của các bọt khí trong một pha liên tục

là lỏng hoặc bán rắn có chứa một chất hoạt động bề mặt hòa tan Trong nhiều trường hợp khí là không khí ( thường là khí cacbonic) và pha liên tục là một dung dịch hoặc huyền phù nước chứa protein

Sự hình thành bọt bao gồm sự khuếch tán các protein hòa tan đến bề mặt liên pha không khí/nước Tại đây chúng tự giãn mạch, tự tập trung và tự trãi ra một cách nhanh chóng để làm giảm sức căng bề mặt liên pha Thường thì các phân tử mềm dễ uốn nghèo cấu trúc bậc hai bậc ba sẽ có tác dụng một cách có hiệu quả như là một chất hoạt động bề mặt Một sự giãn mạch thích hợp các protein hình cầu bằng cách gia nhiệt vừa phải bằng các tác nhân biến tính sẽ làm tăng khả năng tạo bọt Thường

có một mối liên quan trực tiếp giữa độ ưa béo bề mặt của một protein và khả năng làm giảm sức căng bề mặt liên pha của nó Các dẫn xuất ưa béo của các casein và protein khác có khả năng tạo bọt rất tốt vì chúng định hướng và trãi ra ở bề mặt liên pha không khí/nước rất dễ dàng

Còn để có bọt bền thì màng mỏng protein tạo thành xung quanh mỗi bọt khí phải dày, cố kết, đàn hồi liên tục và không thấm khí Dường như các protein hình cầu

có khối lượng phân tử cao và khó bị giãn mạch ở bề mặt sẽ tạo được những màng hấp thụ dày do đó làm cho bọt bền Có thể để tạo ra lớp bọt mỏng bền như thế thì nhiều lớp protein đã bị giãn mạch từng phần trước tiên phải tự liên hợp lại với nhau ở

bề mặt liên pha bằng các tương tác ưa béo và có thể bằng liên kết hydro và liên kết tĩnh điện[19]

Các protein có khả năng tạo bọt tốt là: lòng trắng trứng, globin và hemoglobin, gelatin, các protein của lactoserum, các misen casein, các protein của lúa mỳ, protein của đậu tương và một số dịch thủy phân của protein

1.4.Tình hình nghiên cứu về giá trị dinh dưỡng, đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân protein trên thế giới và trong nước

1.4.1.Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về một số đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân :

K Elavarasan và cộng sự (2012) đã nghiên cứu hoạt tính chống oxy hóa và đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân protein từ cá Chép nước

ngọt Tác giả tiến hành thủy phân bằng các enzyme : Alcalase , Bromelain , Flavorzyme và Protamex Kết quả cho thấy khả năng khử gốc tự do DPPH của sản phẩm thủy phân từ enzyme Bromelain cao hơn khi thủy phân bằng các enzyme còn lại Ổn định nhũ tương và chỉ số tạo bọt của sản phẩm thủy phân bằng enzyme Bromelain cũng cao hơn Khả năng tạo bọt của sản phẩm thủy phân bằng enzyme Flavorzyme là tốt nhất[23]

Nabil Sousissi và cộng sự (2006) đã nghiên cứu về thuộc tính sinh hóa

và chức năng của sản phẩm thủy phân từ đầu và nội tạng cá trích Tiến hành thủy phân bằng enzyme Alcalase, dịch thủy phân đem đi sấy phun rồi xác định hàm lượng protein thô Hàm lượng protein đạt từ 73 % đến 75 % Hàm lượng chất béo thấp Khi tăng độ thủy phân, khả năng hòa tan tăng trong khi khả năng tạo nhũ và khả năng tạo bọt lại giảm[25]

Chae (1998) ,sử dụng kết hợp 3 enzyme Neutrase, Alcalase và Flavourzyme để thủy phân protein sẽ cho độ thủy phân cao hơn khi sử dụng kết hợp hai enzyme Alcalase và Flavourzyme Theo tác giả này, độ thủy phân đạt cao nhất khi sử dụng kết hợp 3 enzyme là 51% trong khi đó giá trị DH chỉ đạt 47% khi sử dụng hai enzyme[21]

Shamloo và cộng sự (2012) đã nghiên cứu về thành phần acid amin, khả năng khử gốc tự do DPPH của sản phẩm thủy phân protein từ cá rô phi

đỏ Sản phẩm thủy phân protein từ cá rô phi đỏ được sản xuất bằng các enzyme Alcalase, Flavourzyme, Protamex Kết quả nghiên cứu cho thấy Sau quá trình thủy phân, tỷ lệ các acid amin thiết yếu tăng lên trong tất cả các mẫu, khả năng khử gốc tự do DPPH mẫu thủy phân bằng enzyme Alcalase cao hơn hai mẫu còn lại, không có sự khác biệt đáng kể trong việc khử gốc tự

do DPPH khi thủy phân bằng enzyme Flavourzyme và Protamex Mức độ thủy phân của enzyme Flavourzyme thấp hơn hai enzyme Alcalase và Protamex[27]

Herpandi và cộng sự (2012) đã nghiên cứu độ thủy phân và lượng acid amin tryptophan tự do của sản phẩm thủy phân cá ngừ bằng các loại protease khác nhau.Sản phẩm thủy phân protein thịt cá ngừ vằn được sản xuất bằng các loại protease (Alcalase, Protamex, Neutrase và Flavourzyme) trong thời gian

60, 120,180 và 240 phút với tỷ lệ enzyme protease là 0,5, 1, 1,5 và 2% so với khối lượng của nguyên liệu Kết quả cho thấy thời gian dài với tỷ lệ enzyme cao đã làm tăng độ thủy phân Alcalase cho độ thủy phân cao nhất trong số tất

cả các protease, tiếp theo là Protamex, Flavourzyme và Neutrase[24]

1.4.2.Tình hình nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam, những năm gần đây việc nghiên cứu các quá trình thủy phân cũng đã được quan tâm rất nhiều và đạt được những kết quả nhất định Tuy nhiên, việc nghiên cứu về độ thủy phân, thành phần hóa, độ hòa tan và khả năng chống oxi hóa của sản phẩm thủy protein từ cá vẫn còn rất ít Một số công trình nghiên về quá trình thủy phân:

Vũ Ngọc Bội (2004) đã nghiên cứu quá trình thủy phân cábằngenzymeprotease

từB.subtilisS5.Chếphẩmproteasekỹthuậtnàycó nhiệtđộthíchhợplà550C,pHthích hợplà6,0vàcóthểsửdụngrấttốttrongthủyphâncơthịtcátạpđểsảnxuấtbộtđạm

thủyphânvàthủyphâncácơmtrongsảnxuấtnướcmắmngắnngày[2]

NguyễnThịMỹHương(2011)đãnghiêncứusảnxuấtsảnphẩmthủyphân

proteintừđầucángừvâyvàngvà sửdụngsảnphẩmthủyphânnàytrongthứcăncho tôm.Kếtquảnghiêncứuchothấyrằng,việcbổsungbộtprotein thủyphântừđầucá ngừvàotrongthứcăn chotômđãcảithiệnsựtăngkhốilượngcủatôm, hệsố chuyển hóathứcăn và hiệuquảsửdụngprotein[5]

ĐỗVănNinh(2004)đãnghiêncứuthunhậnproteasetừnộitạngcávàgan

mực.Kếtquảchothấyrằngchếphẩmproteasethuđượctừnộitạngcávà ganmựccó nhiệtđộthíchhợptừ50-550Cvàhoàntoàncóthểsửdụngproteasenàytrongviệc

thủyphâncơthịtcáđểsảnxuấtdịchđạmthủyphânứngdụngtrongsảnxuấtpastacá

cũngnhưbộtdinhdưỡng.[13]

Phạm Thị Đan Phượng (2012) với nghiên cứu thu nhận bột đạm giàu carotenoid từ đầu tôm thẻ chân trắng bằng phương pháp xử lí kết hợp hai enzymeprotease Kết quả nghiên cứu cho thấy chế độ thủy phân sử dụng kết hợp 2 loạienzyme protease thích hợp như sau: Giai đoạn đầu xử lí bằng Alcalase ở nhiệt độ550C, pH tự nhiên, tỷ lệ Alcalase/đầu tôm là 0,2%, 2 giờ; sau đó xử lý tiếp bằngFlavourzyme: tỷ lệ Flavourzyme/đầu tôm là 0,1%, 1 giờ Chế phẩm protein giàucarotenoid thu được phối trộn với các thành phần gia vị khác bao gồm: bộtcarotenoprotein sấy khô: 41g, muối ăn: 41g , đường: 9g, mì chính: 9g để chế biến bộtcanh tôm với kết quả cảm quan tốt, sản phẩm bột nêm có màu đỏ gạch, mùi thơm hàihòa, có hương thơm của tôm, vị ngọt nhẹ[14]

PGS.TSTrầnThịXôvà Ths.ĐặngThịMộngQuyên(2007)đã thựchiện đềtài: Nghiên cứu tận dụng các phế liệu để sản xuất sản phẩm dẫn mùi giàu đạm dùng trong thức ăn nuôi tôm, cá Với công nghệ sản xuất đơn giản sử dụng chất xúc tác enzym của vi khuẩn đã phân lập được bổ sung vào phế liệu thủy sản (đầu, xương cá), chúng sẽ tự tách phần thịt ra khỏi xương Với phần thịt được cô đặc giàu chất đạm trộn với thức ăn cho tôm, phần xương được làm sạch, sấy khô, nghiền thành bột khoáng dùng cho chăn nuôi gia súc[15]

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

2.1.1 Nguyên liệu đầu và xương cá Chẽm

Đầu và xương cá Chẽm được mua tại Công ty trách nhiệm hữu hạn Danh Tuyến số 15 đường 2 tháng 4 Vĩnh Phước Nha Trang Đầu và xương cá được cấp đông sau đó vận chuyển về phòng thí nghiệm Công nghệ chế biến, Đại học Nha Trang Tại đây, đầu và xương cá Chẽm được rã đông, xay nhỏ bằng máy xay, sau đó được bao gói và được bảo quản đông trong tủ đông ở nhiệt độ -20OC cho đến ngày sử dụng

Hình 2.1 Nguyên liệu đầu và xương cá Chẽm

- Enzyme này có thể bị bất hoạt ở 850C trong vòng 10 phút hoặc

1200C trong vòng 5 giây

- Nhiệt độ bảo quản thích hợp cho enzyme này từ 0 ÷100C

Đây là sản phẩm enzyme được FAO/WHO, JECFA và FCC công bố đạt tiêu chuẩn dùng cho thực phẩm Sản phẩm này đã được công bố chất lượng với BYT Việt Nam số 16536/2005/YT-CNTC

2.2.Phương pháp nghiên cứu

2.2.1.Xác định thành phần hóa học của hỗn hợp đầu xương cá Chẽm

Xác định thành phần hóa học của hỗn hợp đầu xương cá Chẽm được thực hiện theo sơ đồ sau:

2.2.2.Xác định khối lượng của các sản phẩm thu được từ sự thủy phân hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm

Sơ đồ

Hình 2.3 Sơ đồ xác định khối lượng của các sản phẩm thu được từ sự

thủy phân hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm

 Thuyết minh quy trình

 Nguyên liệu

Nguyên liệu ở đây là hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm đã được nghiền nhỏ,

và đông lạnh

 Rã đông

Nguyên liệu được lấy ra khỏi tủ đông và được để ở ngăn mát của tủ lạnh để

rã đông, nhiệt độ khoảng 40

C

 Thủy phân bằng enzyme Flavourzyme

Sau khi nguyên liệu đã ra đông hoàn toàn tiến hành thủy phân 4 mẫu, mỗi mẫu 1kg nguyên liệu bằng enzyme Flavourzyme với tỷ lệ nước/nguyên liệu là 1:1, tỷ lệ enzyme/nguyên liệu là 1%, nhiệt độ là 500

Hỗn hợp sau thủy phân có chứa xương, ta tiến hành lọc qua ray để tách

riêng phần xương và phần dịch loc

 Rửa xương

Xương sau khi được tách ra được rửa bằng nước nóng đun sôi để loại

bỏ hết các chất còn bám trên xương như dịch, dầu Xương sau khi rửa có màu trắng

 Sấy xương

Sau khi rửa xương bằng nước nóng ta để cho ráo nước rồi sau đó tiến hành sấy khô Nhiệt độ sấy là 500C

Xương sau khi sấy đem xay nhỏ thành bột khoáng, tiến hành cân để xác định khối lượng sau đó bao gói vào túi PE rồi bảo quản ở ngăn mát ( nhiệt

C, tốc độ bơm dịch là 12ml/phút, áp suất khí nén bằng 0.5bar

Sau khi sấy phun thu được sản phẩm thủy phân protein (bột protein thủy phân) Sản phẩm thủy phân protein được đóng gói trong túi nhựa và được bảo quản ở nhiệt độ lạnh (khoảng 40C)

Bã ly tâm được đem đi sấy ở nhiệt độ 500C thu được bột protein không

tan đem đi cân

2.2.3.Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến độ thủy phân, thủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm bằng enzyme Flavourzyme

Sơ đồ

Hình 2.4 Sơ đồ thí nghiệm xác định ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến độ thủy phân, thành phần hóa học, độ hoà tan và khả năng chống oxy hóa của sảnphẩmthủy phân protein từ hỗn hợp đầu và xương cá Chẽm bằng enzyme

Flavourzyme