Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian bảo quản nguyên liệu đến sự hao hụt khối lượng và khả năng khử protein, khoáng của hệ Enzyme nội tại trên đầu tôm thẻ chân trắng

Chính vì thế cần phải nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của việc xử lí và bảo quản nguyên liệu đến chất lượng của hệ enzym nội tại, để ứng dụng nó vào quy trình sản xuất chitin nhằm giảm thi

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

* * * *

TRẦN THỊ DINH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG THỜI GIAN BẢO QUẢN NGUYÊN LIỆU ĐẾN SỰ HAO HỤT KHỐI LƯỢNG VÀ KHẢ NĂNG KHỬ PROTEIN/KHOÁNG CỦA HỆ ENZYME NỘI TẠI TRÊN ĐẦU TÔM THẺ CHÂN TRẮNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm

NHA TRANG - NĂM 2013

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

* * * *

TRẦN THỊ DINH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG THỜI GIAN BẢO QUẢN NGUYÊN LIỆU ĐẾN SỰ HAO HỤT KHỐI LƯỢNG VÀ KHẢ NĂNG KHỬ PROTEIN/KHOÁNG CỦA HỆ ENZYME NỘI TẠI TRÊN ĐẦU TÔM THẺ CHÂN TRẮNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm

GVHD: ThS NGÔ THỊ HOÀI DƯƠNG

NHA TRANG - NĂM 2013

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên: Trần Thị Dinh Lớp: 51 CB-TP1

Tên Đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian bảo quản nguyên liệu đến sự hao hụt khối lượng và khả năng khử protein/khoáng của hệ enzym nội tại trên đầu tôm thẻ chân trắng”

Số trang: 48 Số chương: 03 Số tài liệu kham khảo: 28

Hiện vật: 01 quyển đồ án; 01CD

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Kết luận:

ĐIỂM CHUNG

Bằng chữ Bằng số

Nha Trang, ngày … tháng … năm 2013

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ tên)

ThS NGÔ THỊ HOÀI DƯƠNG

LỜI CẢM ƠN

Trước hết em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Th.S Ngô Thị Hoài Dương đã tận tình hướng dẫn, chỉ dạy và truyền đạt kinh nghiệm và giúp đỡ em từng bước tiếp cận và hoàn thành luận văn

Em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô giáo trong khoa Công Nghệ Thực Phẩm.Thầy cô đã tận tình giúp đỡ, giảng dạy và truyền đạt kiến thức quý báu để em

có được nền tảng kiến thức vững chắc

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các bạn lớp 51CBTP1 đã đồng hành

và chia sẻ buồn vui với em trong những năm tháng sinh viên, trong suốt khóa học cũng như quá trình thực hiện đề tài

Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến cán bộ quản lý phòng thí nghiệm Viện CNSH&MT đã quan tâm và nhiệt tình giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn

Nha Trang, tháng 06 năm 2013

Sinh viên thực hiện

Trần Thị Dinh

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC HÌNH viii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 4

1.1 TỔNG QUAN VỀ PHẾ LIỆU TÔM 4

1.1.1 Phế liệu tôm trong chế biến thủy sản 4

1.1.2 Thành phần hóa học của phế liệu tôm 5

1.1.3 Hệ enzym protease của tôm 7

1.1.4 Sự biến đổi phế liệu tôm trong quá trình bảo quản 8

1.2 TỔNG QUAN VỀ ENZYM PROTEASE 9

1.2.1 Giới thiệu chung 9

1.2.2 Phân loại và đặc điểm các loại enzyme protease 11

1.2.3 Nguồn thu nhận protease 13

1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng của enzyme 13

1.2.5 Ứng dụng của enzyme protease trong xử lý phế liệu 16

1.3 Các nghiên cứu về sử dụng enzyme trong công nghệ sản xuất chitin và thu hồi các hợp chất có hoạt tính sinh học từ nguyên liệu còn lại 18

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

2.1 Đối tượng nghiên cứu 23

2.1.1 Nguyên liệu đầu và vỏ tôm 23

2.1.2 Enzym Protease 23

2.1.3 Hóa chất 23

2.2 Phương pháp nghiên cứu và xử lí số liệu 23

2.2.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm 23

2.2.2 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu 24

2.2.2.1 Xác định hàm lượng protein trên chitin 24

2.2.2.2 Xác định hàm lượng ẩm theo phương pháp sấy khô đến khối lượng không đổi 27

2.2.2.3 Xác định hàm lượng khoáng tổng số theo phương pháp nung đến khối lượng không đổi 27

2.2.2.4 Xác định hiệu quả khử khoáng và protein 28

2.2.2.5 Xác định mức độ hao hụt khối lượng 28

2.2.2.6 Xác định pH 28

2.2.3 Phương pháp xử lí số liệu 29

2.3 Bố trí thí nghiệm 29

2.3.1 Khảo sát sự thay đổi khối lượng và pH của nguyên liệu theo thời gian bảo quản 29

2.3.2 Đánh giá ảnh hưởng của việc bổ sung enzyme bên ngoài đến hiệu quả khử protein/khử khoáng khi thay đổi thời gian bảo quản 31

2.3.3 Đánh giá ảnh hưởng của đối tượng nguyên liệu đến hiệu quả khử protein và hiệu quả khử khoáng khi có và không bổ sung enzyme 34

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BIỆN LUẬN 36

3.1 Khảo sát sự thay đổi khối lượng và pH của nguyên liệu theo thời gian bảo quản 36

3.1.1 Sự hao hụt khối lượng của đầu tôm theo thời gian bảo quản: 36

3.1.2 Sự thay đổi pH của đầu tôm theo thời gian bảo quản 37

3.2 Đánh giá ảnh hưởng của việc bổ sung enzym bên ngoài đến hiệu quả khử protein (HQKP) khi thay đổi thời gian bảo quản 38

3.3 Đánh giá ảnh hưởng của việc bổ sung enzym bên ngoài đến hiệu quả khử khoáng (HQKK) khi thay đổi thời gian bảo quản 40 3.4 Đánh giá ảnh hưởng của đối tượng nguyên liệu đến HQKP khi có và không bổ sung enzym 42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

HQKP: Hiệu quả khử protein

HQKK: Hiệu quả khử khoáng

ĐKTP: Điều kiện thủy phân

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của đầu và vỏ tôm sú 5

Bảng 1.2 Thành phần hóa học của đầu và vỏ tôm thẻ chân trắng 6

Bảng 1.3 Sự thay đổi trạng thái cảm quan của đầu tôm theo thời gian bảo quản 8

Bảng 1.4 Sự biến đổi thành phần hóa học của đầu tôm theo thời gian bảo quản 9

Bảng 2.1 Thể tích các dung dịch hóa chất cho vào ống nghiệm 25

Bảng 2.2 Ma trận thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của chất lượng nguyên liệu và việc bổ sung enzyme 33

Hình 2.3 Quy trình nghiên cứu ảnh hưởng của đối tượng nguyên liệu đến hiệu quả khử protein khi có và không bổ sung enzyme 34

Bảng 3.1 HQKP của các loại nguyên liệu khác nhau khi có và không bổ sung enzym với nguyên liệu mua ở chợ 42

Bảng 3.2 HQKP của các loại nguyên liệu khác nhau khi có và không bổ sung enzym với nguyên liệu mua ở công ty 42

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Công thức của phức Biuret 24 Hình 2.2 Quy trình nghiên cứu sự thay đổi khối lượng và pH của nguyên liệu theo thời gian bảo quản 29 Hình 2.3 Quy trình nghiên cứu ảnh hưởng của việc bổ sung enzyme bên ngoài đến HQKP/HQKK khi thay đổi thời gian bảo quản 31 Hình 2.4 Quy trình nghiên cứu ảnh hưởng của đối tượng nguyên liệu đến hiệu quả khử protein khi có và không bổ sung enzyme 34 Hình 3.1: Hao hụt khối lượng đầu tôm theo thời gian bảo quản 36 Hình 3.2: Sự thay đổi pH của đầu tôm theo thời gian bảo quản 37 Hình 3.3 Ảnh hưởng của thời gian bảo quản đến HQKP của hệ enzym nội tại trên đầu tôm thẻ chân trắng với nguyên liệu mua ở chợ (A) và nguyên liệu mua ở công ty (B) 38 Hình 3.4: Ảnh hưởng của thời gian bảo quản đến HQKK của hệ enzym nội tại trên đầu tôm thẻ chân trắng với nguyên liệu mua ở chợ (A) và nguyên liệu mua ở công ty (B) 40 Hình 3.5 Ảnh hưởng của đối tượng nguyên liệu đến HQKP của hệ enzym nội tại trên đầu tôm thẻ chân trắng với nguyên liệu mua ở chợ (A) và nguyên liệu mua ở công ty (B) 43

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của đất nước, ngành thủy sản đã và đang phát triển như một ngành kinh tế - kỹ thuật có những đóng góp ngày càng to lớn cho đất nước, trở thành ngành kinh tế quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Tỷ trọng GDP của ngành thủy sản trong tổng GDP toàn quốc hiện nay là trên 5% và nước ta đã trở thành một trong số 10 nước xuất khẩu thủy sản hàng đầu thế giới

Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của ngành, vấn đề về phế liệu trong chế biến thủy sản lại là một điểm hạn chế, do phế liệu thải ra từ công nghiệp chế biến thủy sản là rất lớn Sự ô nhiễm môi trường do phế liệu thải ra trong các nhà máy chế biến thủy sản đang trở thành vấn đề bức xúc, cần được quan tâm và giải quyết, nhằm làm giảm lượng chất thải cũng như tái sử dụng chúng vào các mục đích khác nhau

Trong các mặt hàng xuất khẩu của nước ta thì mặt hàng tôm xuất khẩu luôn chiếm tỷ trọng lớn và là mặt hàng xuất khẩu chủ yếu, theo đó cũng tạo ra một lượng lớn phế liệu tôm Việc sử dụng nguồn phế liệu từ đầu vỏ tôm đang và sẽ được triển khai tại rất nhiều khu vực trong nước để tạo ra các sản phẩm hữu ích Hiện nay, việc tận dụng phế liệu đầu vỏ tôm tập trung chủ yếu vào sản xuất thức ăn cho gia súc, các sản phẩm chitin–chitosan, glucosamine…

Ở nước ta hiện nay thường sản xuất chitin-chitosan bằng phương pháp hóa học vì phương pháp này có ưu điểm là thời gian ngắn, đơn giản, dễ thực hiện ở quy

mô lớn Tuy nhiên, phương pháp hoá học cũng có nhiều nhược điểm như sản phẩm chitin, chitosan có phân tử lượng thấp, độ nhớt thấp, dư lượng hoá chất lớn, ô nhiễm môi trường, ăn mòn thiết bị Nhu cầu chung là cần lựa chọn một phương pháp sản xuất chitin thân thiện hơn với môi trường Vì vậy có nhiều nghiên cứu về việc sử dụng enzym (phương pháp sinh học) để sản xuất chitin tuy nhiên hệ enzym thường

là bổ sung từ ngoài vào và giá của những loại enzym này thì không hề nhỏ do đó mà khả năng ứng dụng của nó vào quy mô công nghiệp là thấp

Theo nhiều nghiên cứu [6][4] đã chỉ ra rằng trong phế liệu đầu tôm có hệ enzym nội tại hoạt động rất mạnh vì vậy nếu tạo điều kiện hợp lí cho hệ enzym này hoạt động có thể tận dụng hệ enzym có sẵn trong đầu tôm này để ứng dụng trong quá trình sản xuất chitin thay thế cho phương pháp hóa học như hiện nay Khả năng hoạt động của hệ enzym nội tại trên đầu tôm chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố trong

đó thời gian và điều kiện bảo quản có tác động rất lớn Chính vì thế cần phải nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của việc xử lí và bảo quản nguyên liệu đến chất lượng của

hệ enzym nội tại, để ứng dụng nó vào quy trình sản xuất chitin nhằm giảm thiểu giá thành và đặc biệt là có thể khắc phục được những hạn chế khi sử dụng phương pháp hóa học hoặc bổ sung enzym thương mại để sản xuất chitin

Xuất phát từ thực tế trên, cùng với sự hướng dẫn của cô Th.S Ngô Thị Hoài

Dương em đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian bảo quản

nguyên liệu đến sự hao hụt khối lượng và khả năng khử protein/khoáng của hệ enzym nội tại trên đầu tôm thẻ chân trắng”

❖ Tính khoa học và thực tiễn của đề tài

Thành công của đề tài sẽ là cơ sở để khuyến cáo các cơ sở sản xuất tôm và sản xuất chitin áp dụng các biện pháp hợp lý để giảm thiểu sự hao hụt khối lượng phế liệu và tận dụng nguồn enzym nội tại từ đầu tôm, hạn chế sử dụng hóa chất ở công đoạn khử protein trong sản xuất chitin – chitosan nhằm giảm ô nhiễm môi trường

❖ Nội dung của đề tài

1) Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian bảo quản nguyên liệu đến sự hao hụt khối lượng

2) Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian bảo quản đến khả năng khử protein/khoáng của hệ enzym nội tại trên đầu tôm thẻ chân trắng

3) Nghiên cứu ảnh hưởng của đối tượng nguyên liệu đến khả năng khử protein của hệ enzym nội tại trên đầu tôm thẻ chân trắng

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1.1 TỔNG QUAN VỀ PHẾ LIỆU TÔM

1.1.1 Phế liệu tôm trong chế biến thủy sản

Phế liệu tôm chủ yếu là đầu, vỏ và đuôi tôm, ngoài ra còn có phần thịt tôm

do lột vỏ sai quy cách hoặc tôm biến màu Tùy thuộc vào từng loài, sản phẩm chế biến khác nhau mà lượng phế liệu tôm thu được khác nhau Chẳng hạn, đối với tôm

càng xanh Macrobrachium rosenbergii, đầu tôm chiếm tới 60% trọng lượng tôm Đầu tôm sú Penaeus monodon cũng chiếm tới 40% trọng lượng tôm Đối với tôm

thẻ, lượng phế liệu đầu tôm chiếm khoảng 28% [3] Lượng phế liệu này có thể giảm bằng cách cải tiến thiết bị và công nghệ

Việc tiêu thụ một lượng lớn tôm nguyên liệu của các nhà máy chế biến thủy sản đã thải ra một lượng lớn phế liệu, chủ yếu là đầu tôm và vỏ tôm Các loại phế liệu này nếu thải trực tiếp ra môi trường sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng

và nếu đem xử lí chất thải thì chi phí sẽ rất lớn Ngày nay, đã có nhiều hướng nghiên cứu sử dụng phế liệu tôm để sản xuất các chế phẩm có giá trị quan trọng như chitin-chitosan, Asthaxanthin

Ở Việt Nam nguồn nguyên liệu tôm rất dồi dào, được thu từ hai nguồn chính

là đánh bắt tự nhiên và nuôi trồng Trong những năm gần đây, sản lượng tôm thu được trong cả nước rất lớn

Theo Tổng cục Thủy sản, năm 2012 nước ta hiện có 30 tỉnh, thành nuôi tôm nước lợ với tổng diện tích nuôi đạt 657.523 héc-ta, tổng sản lượng đạt 476.424 tấn, tăng 0,2% về diện tích Sản lượng thủy sản khai thác năm 2012 đạt 2622,2 nghìn tấn, tăng 4,3% so với năm 2011, trong đó khai thác biển đạt 2418 nghìn tấn, tăng 4,8% [11]

Năm 2012, Việt Nam xuất khẩu tôm sang 92 nước, đạt tổng kim ngạch khoảng 2,25 tỷ USD Theo Hiệp Hội Chế Biến và Xuất Khẩu Thủy Sản Việt Nam

(VASEP) dự báo xuất khẩu tôm của nước ta trong năm 2013 chỉ có thể đạt 220 nghìn tấn với trị giá 2,2 tỷ USD Do đó lượng phế liệu từ tôm thải ra từ các nhà máy chế biến là khá lớn khoảng 70.000 tấn/năm [2] Đây là nguồn phế liệu dồi dào để sản xuất chitin – chitosan và các sản phẩm giá trị khác

Như vậy hàng năm trên thế giới nói chung và nước ta nói riêng đã thải ra một lượng lớn phế liệu tôm Lượng phế liệu này chủ yếu dùng làm thức ăn chăn nuôi gia súc mang lại hiệu quả không cao mà còn gây ô nhiễm môi trường Vì dưới tác dụng của các vi khuẩn có trong môi trường và các enzyme nội tại trong phế liệu sẽ phân hủy các hợp chất phức tạp như protit, lipit, gluxit trong điều kiện hiếu khí, kị khí tạo các chất khí có mùi hôi thối như: axit béo không no, mercaptan, CH4, H2S, indol,

NH3, methylamine… nếu không xử lý kịp thời Chính vì vậy, cần có những biện pháp tích cực để tận dụng có hiệu quả nguồn phế liệu từ tôm này

1.1.2 Thành phần hóa học của phế liệu tôm

Thành phần hóa học chiếm tỉ lệ đáng kể trong phế liệu tôm là protein, chitin, khoáng, enzyme và sắc tố Trong đó đầu tôm có hàm lượng protein chiếm khoảng 50%, trong khi vỏ chỉ chiếm khoảng 22% Ngoài ra, một số loài tôm trong vỏ, đầu

có hàm lượng lipid tương đối cao (trên 10%) thì cần phải lưu ý công đoạn xử lý lipid Thông thường lượng lipid này cũng được loại đi trong công đoạn khử protein Thành phần khoáng của phế liệu tôm, cua, ghẹ, nang mực chủ yếu là Ca; ngoài ra

có P, K, Mg, Mn và Fe

Thành phần hóa học của tôm sú được trình bày ở bảng 1.1

Bảng 1.1.Thành phần hóa học của đầu và vỏ tôm sú [5]

Bộ phận Protein (%) Chất béo (%) Chitin (%) Tro (%)

Trong thời gian gần đây, việc nuôi tôm thẻ chân trắng (Penaaus vannamei)

thương phẩm phát triển mạnh, nguồn phế liệu tôm thẻ trở thành nguồn nguyên liệu

chính để sản xuất chitin Tương tự như phế liệu tôm sú, thành phần protein trong phế liệu tôm thẻ tương đối cao, số liệu cụ thể được trình bày ở bảng 1.2

Bảng 1.2 Thành phần hóa học của đầu và vỏ tôm thẻ chân trắng [5][12]

Hệ enzyme: Hệ enzyme của tôm thường có hoạt độ mạnh hơn đặc biệt ở cơ quan nội tạng ở đầu tôm nên rất dễ bị hư hỏng Hệ enzyme của tôm gồm:

- Protease: Là enzyme chủ yếu trong đầu tôm, chủ yếu phân giải protein thành acid amin

- Lipaza: Phân giải lipid thành glyxeryl và acid béo

- Tyrozinaza: Khi có mặt của oxi không khí thì sẽ biến Tyrozin thành melanin có màu đen ảnh hưởng đến giá trị cảm quan và chất lượng của sản phẩm

Chitin: Chiếm khối lượng lớn, tồn tại ở dạng liên kết với protein, canxicacbonat và nhiều hợp chất khác

Chất ngấm ra ở đầu tôm: Trymethylamin (TMA), Trimethylaminoyt (TMAO), Betain, bazo purin, các acidamin tự do, ure…

Ngoài các thành phần trên trong đầu tôm còn có một lượng đáng kể lipid, một lượng nhỏ photpho và sắc tố

Như vậy phế liệu đầu tôm là nguồn giàu chitin (11% trọng lượng khô), cũng

là một nguồn protein tốt (50 - 65% trọng lượng khô), giàu chất dinh dưỡng và nguồn enzyme

1.1.3 Hệ enzym protease của tôm [10]

Sự tiêu hóa và trao đổi chất protein, các hợp chất nitơ khác giữa các loài giáp xác khác nhau rất nhiều Các enzyme tiêu hóa đặc biệt là enzyme tiêu hóa protein ở giáp xác nói chung và của tôm nói riêng khá giống với enzyme có trong dạ dày của

cá Protease ở tôm không có dạng pepsin, chủ yếu ở dạng trypsin hoặc protease serin và có khả năng hoạt động rất cao Ngoài ra còn có enzym chymotrysin, astacine, collagenase Qua một số nghiên cứu của một số tác giả cho thấy enzyme từ tôm nói chung là các protease kiềm tính Các enzyme này có tính chất chung của enzyme:

- Hòa tan trong nước, dung dịch nước muối và một số dung môi hữu cơ nên dựa vào tính chất này để tách chiết chúng

- Bị kết tủa thuận nghịch bởi một số muối trung hòa, ethanol aceton để thu chế phẩm enzyme

- Hoạt tính của enzyme có thể tăng hay giảm dưới tác dụng của các chất hoạt hóa hoặc chất ức chế

- Độ hoạt động của enzyme chịu ảnh hưởng lớn bởi các yếu tố: nhiệt độ, pH môi trường

Protease của tôm cũng như các loài động vật thủy sản khác là các protease nội bào, nó tập trung nhiều nhất ở cơ quan tiêu hóa đến nội tạng và cơ thịt Do đặc điểm hệ tiêu hóa nội tạng của tôm nằm phần đầu nên hệ enzyme tập trung nhiều nhất ở phần đầu Nhóm enzyme có tác dụng thủy phân protid, có tính đặc hiệu rộng rãi, chúng không chỉ thủy phân liên kết liên kết peptid mà còn có thể thủy phân cả liên kết ester, liên kết amit và có thể xúc tác cho chuyển vị gốc acid amin

Trypsin: Có trong dịch vị tụy tạng, khả năng tác dụng của trypsin khá mạnh

với các loại protid có phân tử lượng thấp ở các mối liên kết peptid, amit, ester Trypsin từ ruột tôm có pH thích hợp là 7,8 ở 38oC

Peptidase, ereptase và các loại khác: Tham gia thủy phân liên kết peptid

trong phân tử protid và các polypeptid Khả năng tác dụng cũng như tính đặc hiệu của enzyme này phụ thuộc vào bản chất của các nhóm nằm liền kề bên mối liên kết peptid

Cacbonhydrase: Enzyme này xúc tác thủy phân các glucid và glucozit

Ta thấy hệ enzym protease trên đầu tôm tồn tại ở nhiều dạng và có khả năng hoạt động rất cao Do đó ta cần có những nghiên cứu xem ở thời gian bảo quản như thế nào thì hệ enzym này có thể phát huy hết khả năng của chúng trong việc khử protein, và có thể thay thế chúng được với enzym bổ sung vào hay không

1.1.4 Sự biến đổi phế liệu tôm trong quá trình bảo quản

Kết quả phân tích của Nguyễn Thị Lệ Nin [9] về sự biến đổi thành phần hóa học của phế liệu đầu tôm theo thời gian bảo quản ở nhiệt độ phòng (to=25oC÷33oC) cho thấy, trong điều kiện bình thường ở nhiệt độ phòng khi càng kéo dài thời gian bảo quản thì chất lượng của phế liệu đầu tôm thẻ càng có sự biến đổi đáng kể Độ

ẩm, hàm lượng lipid, hàm lượng tro có mức độ suy giảm không nhiều, nhưng hàm

lượng protein giảm mạnh, hàm lượng đạm thối tăng nhanh

Bảng 1.3 Sự thay đổi trạng thái cảm quan của đầu tôm theo thời gian bảo quản

Thời gian bảo

quản (giờ)

Chỉ tiêu Mùi Màu sắc

tôm

Màu đặc trưng của tôm thẻ chân trắng (màu xanh xám, sáng bóng)

Bảng 1.4 Sự biến đổi thành phần hóa học của đầu tôm theo thời gian bảo quản Thời

Hàm lƣợng protein hòa tan (%)

Hàm lƣợng NH3 (%)

Hàm lƣợng lipid (%)

Hàm lƣợng tro tổng số (%)

1.2 TỔNG QUAN VỀ ENZYM PROTEASE

1.2.1 Giới thiệu chung

Nhóm enzyme protease (peptit-hidrolase 3,4) xúc tác trong quá trình thủy phân liên kết peptid (-CO-NH-)n trong phân tử proteine, polypeeptide đến các sản phẩm cuối cùng là các acid amin Ngoài ra, nhiều protease cũng có khả năng thủy phân liên kết este và vận chuyển acid amin

Protease cần thiết cho các sinh vật sống, rất đa dạng về chức năng, từ mức độ

tế bào, cơ quan đến cơ thể nên đƣợc phân bố rộng rải trên nhiều đối tƣợng nhƣ vi sinh vật (vi khuẩn, nấm móc, virus…) đến thực vật (đu đủ, dứa…) và động vật (gan,

dạ dày bê, đầu tôm…)

 Bản chất, cấu trúc và cơ chế tác dụng của enzyme

khác, enzyme có thể hóa tan trong nước, trong dung dịch muối loãng nhưng không tan trong dung môi phân cực Enzyme dễ dàng bị kết tủa bởi các yếu tố vật lý và hóa học vốn làm kết tủa protein

Enzyme không bị mất hoạt tính ở nhiệt độ thấp ngược lại dưới tác dụng của yếu tố gây biến tính protein như nhiệt độ cao, acid hay kiềm đặc, muối kim loại nặng

ở nhiệt độ cao, enzyme thường bị mất hoạt tính xúc tác

Cấu trúc của enzyme

Enzyme của nấm mốc cũng như các enzyme khác được chia thành hai loại sau:

- Enzyme một cấu tử (enzyme đơn giản): trong thành phần phân tử chỉ có protein, những enzyme này thường xúc tác cho các phản ứng thủy phân

- Enzyme hai cấu tử (enzyme phức tạp): trong thành phần cấu tạo của nó gồm hai thành phần là protein (apenzyme) và phi protein (coenzyme) những enzyme này thường xúc tác cho các phản ứng oxy hóa-khử, các quá trình vận chuyển

Trung tâm hoạt động của phân tử enzyme chỉ chiếm một tỷ lệ khá nhỏ so với phân tử enzyme và nó bao gồm nhiều nhóm chức khác nhau Ở enzyme một cấu tử thì trung tâm hoạt động là một số nhóm chức nhất định của các acid amin như (-SH, -

OH, -COOH ) Trung tâm hoạt động của enzyme hai cấu tử là do phần polypeptide kết hợp đặc biệt tham gia vào việc tạo thành trung tâm hoạt động và các nhóm chức của coenzyme, ngoài ra các trung tâm này còn có sự tham gia của các ion kim loại

Hoạt tính của enzyme phụ thuộc vào tổng hợp các nhóm tham gia vào cấu trúc trung tâm hoạt động, nếu vì một lí do nào đó mà trung tâm hoạt động này bị phá vỡ thì hoạt tính xúc tác của enzyme mất đi

Cơ chế tác dụng của enzyme

Enzyme (E) là chất xúc tác sinh học, khi tác dụng với cơ chất (S) để ra sản phẩm (P) trải qua các giai đoạn theo cơ chế sau:

E+S  ES  P+E

Trong giai đoạn thứ nhất: enzyme kết hợp với cơ chất bằng liên kết yếu tạo

thành phức enzyme cơ chất (ES) không bền, phản ứng này xảy ra nhanh và đòi hỏi

năng lượng hoạt hóa thấp

Trong giai đoạn thứ hai: xảy ra sự biến đổi cơ chất dưới tác dụng của

enzyme dẫn đến sự kéo căng và phá vỡ các liên kết đồng hóa trị tham gia phản ứng

này Kết quả làm cho cơ chất được hoạt hóa dễ dàng tham gia phản ứng hơn

Trong giai đoạn thứ ba: sản phẩm tạo thành, còn enzyme được giải phóng

dưới dạng tự do để tiếp tục tham gia tác dụng với cơ chất khác

1.2.2 Phân loại và đặc điểm các loại enzyme protease

Protease (peptidase) thuộc phân lớp 4 của lớp thứ 3 (E.C.3.4) [18]

Peptidase (protease) (E.C.3.4)

Exopeptidase Endopeptidase

(E.C.3.4.11-17) (E.C.3.4.21-99)

Aminopeptidase Carboxypeptidase Serine Aspartic Metallo Cystine

proteinase proteinase proteinase proteinase

Exopeptidase: peptidase thủy phân các phân tử peptid có phân tử nhỏ

(pepton, polypeptid) thành các acid aminr tự do Những enzyme này đòi hỏi phải

các nhóm –COOH và nhóm -NH2 tự do tận cùng ở gần kề liên kết peptid Peptidase

có tính đặc hiệu tương đối hẹp, chủ yếu phân cách các liên kết ở hai đầu phân tử

proteine Dựa vào vị trí tác động lên mạch polypeptid, exopeptidase được phân chia

thành hai loại:

Amino peptidase: xúc tác thủy phân liên kết peptid ở đầu N tự do của chuỗi polypeptid để giải phóng ra một acid amin, dipeptid, hay tripepetid

Carboxypeptidase: xúc tác thuỷ phân liên kết peptid ở đầu C của mỗi polypeptid và giải phóng ra một acid amin, một dipeptid

Endopeptidase: protease thủy phân phân tử proteine thành polypeptid,

pepton Chúng có tính đặc hiệu tương đối rộng, là những enzyme hoạt động mà không đòi hỏi phải có nhóm carboxyl hay nhóm amin tận cùng ở gần liên kết peptid Chúng tác dụng vào những liên kết peptid ở bên trong phân tử protein Dựa vào động học của cơ chế xúc tác, endopeptidase được chia thành bốn 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 hoạt động xúc tác của enzyme Nhóm này bao gồm hai nhóm nhỏ:

- Chymotrypsine: bao gồm các enzyme động vật như chymotrypsine, trypsine, elastine

- Nhóm subtilisine: gồm hai loại enzyme vi khuẩn như Subtilisine Carlsberg, Subtilisine BPN

Các serine proteinase thường hoạt động mạnh ở vùng kiềm tính, và thể hiện tính đặc hiệu cơ chất tương đối rộng

Cystine proteinase: các nhóm proteinase chứa nhóm –SH trong trung tâm hoạt động Cystine protease bao gồm các protease thực vật như papain, bromelin, một vài protease động vật và protease kí sinh trùng Chúng thường hoạt động ở vùng pH trung tính, có tính đặc hiệu cơ chất rộng rãi

Aspartic proteinase: hầu hết các aspartic proteinase đều thuộc nhóm pepsin Nhóm pepsin bao gồm các enzyme tiêu hóa như pepsin, chymosin, cathepsin, renin Các aspartic proteinase có chứa nhóm carboxyl ở trung tâm hoạt động và thường hoạt động mạnh ở môi trường pH trung tính

Metallo proteinase: là nhóm protease được tìm thấy ở vi khuẩn, nấm mốc cũng như các vi sinh vật bậc cao hơn Các metallo proteinase thường hoạt động ở vùng pH trung tính và hoạt độ giảm mạnh dưới tác dụng của EDTA

Ngoài ra, protease còn được phân loại một cách đơn giản hơn thành ba nhóm sau: Protease acid: pH 2-4

1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng của enzyme [1]

Tốc độ phản ứng của enzyme phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như bản chất và nồng độ các chất phản ứng, nộng độ enzyme, nhiệt độ, pH môi trường, nồng

độ ion trong môi trường, nồng độ các chất kìm hãm, các chất hoạt hóa enzyme

Ảnh hưởng của nhiệt độ:

Giống như các phản ứng hóa học, các phản ứng cho enzyme xúc tác phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ Theo quy luật của phản ứng hóa học thì khi nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng tăng, nhưng vì bản chất của enzyme là protein nên nhiệt độ chỉ tăng cao đến mức nhất định Đa số các enzyme sẽ bị mất hoạt tính ở nhiệt độ

600C trở lên, trông nhiệt độ thích hợp nếu cứ tăng lên 100C thì tốc độ phản ứng tăng lên 1,5-2 lần

Nhiệt độ thích hợp của enzyme phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thời gian tác dụng dài thì nhiệt độ thích hợp của enzyme càng thấp Ngoài ra còn phụ thuộc vào nồng độ enzyme, nồng độ cơ chất, dạng tồn tại của enzyme cũng sẽ làm biến đổi tác dung của nhiệt độ

Ảnh hưởng của pH :

Enzyme rất nhạy cảm với pH của môi trường Mỗi enzyme chỉ thích hợp ở một pH xác định gọi là pH tối thích của enzyme Một số enzyme hoạt động ở pH thấp như pepsin pH=1,8-2,2 và hoạt động ở pH cao như tripsine pH=5-9, cùng một

số loại enzyme thu được ở các nguồn khác nhau cũng có pH tối thích khác nhau

pH của môi trường ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng có thể do:

- pH làm thay đổi trạng thái ion hóa của các nhóm định chức ở trung tâm hoạt động của enzyme, làm thay đổi khả năng phản ứng của các nhóm này trong phản ứng xúc tác và có thể làm thay đổi cấu trúc trung tâm của enzyme

- pH cũng làm thay đổi trạng thái ion hóa cơ chất, tại pH tối thích, phân tử cơ chất được ion hóa tới trạng thái thích hợp nhất cho sự kết hợp với enzyme, nhờ đó phản ứng có vận tốc cao nhất

Ảnh hưởng của thời gian:

Trong quá trình thủy phân, thời gian tác dụng của enzyme lên cơ chất có ảnh hưởng tới hoạt động của nó và đến chất lượng của sản phẩm Thời gian tác dụng càng dài thì sự tác dụng càng triệt để Mặt khác nếu thời gian tác dụng quá ngắn thì

sự phân giải protein chưa triệt để, như vậy hiệu suất thủy phân thấp gây khó khăn cho công đoạn tiếp theo, gây lãng phí nguyên vật liệu, không tận dụng hết nguyên liệu ban đầu

Ảnh hưởng của nồng độ muối:

Muối ăn có tác dụng kìm hãm hoạt động của vi sinh vật gây thối rữa và các

vi sinh vật không chịu muối, có tác dụng bảo quản nguyên liệu trong quá trình thủy

phân Mặt khác, muối ăn còn điều vị mặn tùy theo lượng muối bổ sung vào, ở nồng

độ giới hạn cho phép thì thúc đẩy enzyme hoạt động mạnh, nếu vượt qua giới hạn cho phép thì sẽ kìm hãm sự hoạt động của enzyme

Ảnh hưởng của ion kim loại:

Một số enzyme không bị ảnh hưởng rõ rệt của sự có mặt hay không có mặt đối với ion kim loại, nhưng có nhiều enzyme khác chịu ảnh hưởng sâu sắc của nồng

độ và bản chất của ion kim loại Có những ion kim loại hầu như tuyệt đối cần thiết cho sự hoạt động của một số enzyme, nhưng một số ion kim loại lại ức chế hoạt động của enzyme này

Kìm hãm không cạnh tranh: là chất kết hợp ở vị trí khác với trung tâm hoạt động làm thay đổi cấu trúc không gian của phân tử enzyme theo hướng không có lợi cho hoạt động xúc tác của enzyme, làm giảm vận tốc phản ứng xúc tác

Ảnh hưởng của chất hoạt hóa:

Chất hoạt hóa là những chất có khả năng làm tăng hoạt động xúc tác của enzyme hoặc làm cho enzyme ở dạng không hoạt động thành dạng hoạt động Chất hoạt hóa có thể làm tăng hay phục hổi hoạt độ của enzyme một cách gián tiếp hay trực tiếp

Hoạt hóa không gián tiếp: làm tăng tốc độ phản ứng của enzyme bằng cách loại trừ chất kìm hãm ra khỏi hỗn hợp phản ứng hoặc tham gia trực tiếp phản ứng, nhưng không tác dụng trực tiếp với phân tử enzyme

Hoạt hóa gián tiếp: chất này có tác dụng trực tiếp vào trung tâm hoạt động của enzyme hoặc làm thay đổi cấu hình không gian của phân tử enzyme theo hướng

có lợi cho hoạt động xúc tác

Ảnh hưởng của nồng độ enzyme:

Đối với các phản ứng enzyme, tốc độ phản ứng thủy phân tỉ lệ với nồng enzyme Khi nồng độ enzyme quá cao nếu tiếp tục thêm enzyme, 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

Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất:

Trong các phản ứng do enzyme xúc tác, trước hết phải 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 của cơ chất khác Nếu nồng độ cơ chất đầy đủ thích hợp với lượng enzyme sẽ làm quá trình thủy phân diễn ra đều đặn và nhanh chóng

1.2.5 Ứng dụng của enzyme protease trong xử lý phế liệu

Ngày nay tốc độ ô nhiễm môi trường đang gia tăng, các phương pháp xử lý hoá học và sinh học thông thường ngày càng khó đạt được mức độ cần thiết để loại

bỏ các chất ô nhiễm này Do đó, những phương pháp xử lý nhanh hơn, rẻ hơn, đáng tin cậy hơn được đưa vào áp dụng Hiện nay người ta đã biết nhiều loại enzyme khác nhau của thực vật và vi sinh vật Số lượng enzyme đã biết đạt tới con số hơn

3000 enzyme Trong đó có enzyme protease – một enzyme quan trọng trong xử lý protein

Protease thuộc nhóm enzyme thủy phân protein được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm như trong chế biến cá và thịt Protease có thể thủy phân các protein có trong chất thải, để sản xuất các dung dịch đặc hoặc các chất rắn khô có giá trị dinh dưỡng cho cá hoặc vật nuôi Protease thủy phân các protein không tan thông qua nhiều bước, ban đầu chúng được hấp thụ lên các chất rắn, cắt các chuỗi

polypeptit tạo thành các liên kết lỏng trên bề mặt Sau đó, quá trình hoà tan những phần rắn xảy ra với tốc độ chậm hơn phụ thuộc vào sự khuếch tán enzyme lên bề mặt cơ chất và tạo ra những phần nhỏ Chính vì tính chất trên mà protease được sử dụng một mặt để tận dụng các phế thải từ nguồn protein để những phế thải này không còn là các tác nhân gây ô nhiễm môi trường, một mặt để xử lý các phế thải protein tồn đọng trong các dòng chảy thành dạng dung dịch rửa trôi không còn mùi

hôi thối

• Ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm từ phế liệu thủy sản

- Ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm từ phế liệu tôm, cua, ghẹ :

Enzyme protease được dùng để thủy phân protein trong sản xuất chitin, astaxanthin, bột đạm Phần lớn phế liệu tôm tại Việt Nam cũng như trên thế giới hiện nay đang chủ yếu được sử dụng để sản xuất chitin – chitosan, một ứng dụng có

ý nghĩa lớn Công nghệ sản xuất chitin, chitosan còn đang gặp nhiều bất cập khi các quy trình sản xuất chitin-chitosan quy mô lớn tại Việt Nam chủ yếu là quy trình hóa học Việc sử dụng hóa chất với nồng độ cao dẫn đến lượng chitin-chitosan thu được chưa cao và nhiều tạp chất Mặt khác, các quy trình này chỉ tập trung vào việc thu nhận chitin-chitosan chưa chú trọng đến việc tận thu các sản phẩm khác của phế liệu tôm như protein, chất màu Các hóa chất và chất hữu cơ chưa được tận thu thải

ra gây ô nhiễm môi trường

Việc kết hợp sử dụng enzyme protease trong quá trình sản xuất chitosan có ưu thế hơn so với phương pháp hóa học truyền thống Nó giảm thiểu lượng hóa chất sử dụng và thải ra môi trường Mặt khác, quy trình cải tiến với sự vượt trội về chất lượng chitin, chitosan thu được và thu hồi sản phẩm protein-astaxanthin có giá trị dinh dưỡng và sinh học, làm hạn chế các chất hữu cơ chứa trong nước thải, giảm thiểu chi phí xử lý môi trường Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường trầm trọng do các cơ sở chế biến chitin-chitosan gây ra, góp phần phát triển bền vững ngành công nghiệp sản xuất chitin-chitosan từ phế liệu thủy sản Đây là một hướng đi cho phương pháp sản

chitin-xuất sạch hơn Bên cạnh đó, việc kết hợp sinh học và hóa học còn đảm bảo vấn đề giá thành sản xuất hợp lý, cơ hội cho mở rộng sản xuất với quy mô lớn Chitin - chitosan thu được có chất lượng cao hơn so với phương pháp hóa học, đặc biệt là độ nhớt và phân tử lượng Đồng thời, giảm hơn 50% lượng hóa chất sử dụng so với phương pháp hóa học truyền thống [28]

- Ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm từ phế liệu cá:

Enzyme protease được dùng để thủy phân phế liệu cá để sản xuất chế phẩm dẫn mùi giàu đạm dùng trong thức ăn nuôi tôm, cá hạn chế ô nhiễm môi trường Với công nghệ sản xuất đơn giản sử dụng chất xúc tác enzyme 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 dùng cho chăn nuôi gia súc

Biện pháp không những xử lý ngay được chất thải rắn với chi phí thấp, mà còn mang lại hiệu quả kinh tế từ việc sản xuất ra thức ăn dùng cho chăn nuôi được người tiêu dùng chấp nhận

• Ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm từ phế liệu khác

Ngoài ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm từ phế liệu tôm cua, phế liệu cá enzyme protease còn được ứng dụng sản xuất các sản phẩm từ phế liệu khác như:

Sử dụng enzyme Pectinase trong chiết rút các chất màu, tanin và các chất hòa tan khác do đó làm tăng chất lượng thành phẩm và tận dụng tối đa lượng nguyên liệu trái cây sản xuất dịch quả

1.3 Các nghiên cứu về sử dụng enzyme trong công nghệ sản xuất chitin và thu hồi các hợp chất có hoạt tính sinh học từ nguyên liệu còn lại

Theo phương pháp sinh học tại công đoạn khử protein không sử dụng hoá chất mà có thể sử dụng vi khuẩn, nấm men hoặc các enzyme để loại bỏ protein một cách triệt để Sản phẩm chittin, chitosan thu được có chất lượng cao do không bị ảnh hưởng nhiều bởi hóa chất [7] Các công đoạn cơ bản của phương pháp này được

thực hiện như sau: nguyên liệu  khử protein (bổ sung protease hoặc vi sinh vật có khả năng sinh protease)  khử khoáng  chitin Phản ứng thủy phân protein tạo thành các peptid, amino acid hòa tan vào môi trường

Việc sử dụng phương pháp sinh học cũng gặp rất nhiều khó khăn như giá thành sản phẩm có thể sẽ cao tùy thuộc vào enzyme sử dụng, việc loại bỏ hoàn toàn protein có thể đạt được bằng phương pháp hóa học nhưng không thể đạt được bằng phương pháp sinh học [16] Vì vậy, người ta có thể kết hợp hai phương pháp này nhằm khắc phục những nhược điểm của từng phương pháp

Hiện nay, một trong những nhược điểm của từng phương pháp hóa học để sản xuất chitin là thể tích chất thải có chứa các chất ăn mòn, các chất lơ lửng khó xử

lý quá lớn Những chất này là do trong công đoạn khử khoáng và khử protein sinh

ra Chính vì vậy, cần thiết phải có các biện pháp xử lý trước khi thải ra môi trường

và điều này làm cho giá thành sản phẩm tăng lên Quá trình sản xuất chitin bằng phương pháp hóa học có thể gây nên sự thủy phân polymer (Simpson và cộng sự, 1994; Healy và cộng sự, 1994), biến đổi tính chất vật lí (Gagne và Simpson, 1993) dẫn đến sản phẩm chitin có chất lượng thấp và gây ô nhiễm môi trường (Allan và cộng sự, 1978[16] Điều này là do không xác định được bản chất hoạt động của hóa chất cũng như sự khác nhau về hàm lượng chitin trong nguyên liệu Ngược lại, trong phương pháp sinh học thì thể tích chất không lớn, sản phẩm chitin thu được có

sự đồng nhất hơn về đặc tính lý hóa, protein sau quá trình thủy phân bằng enzyme

có thể được thu hồi làm bột dinh dưỡng, thức ăn cho gia súc, gia cầm, các chất khác như lipid, các sắc tố cũng được thu hồi Hơn nữa sẽ hạn chế được việc xử lý môi trường

Việc nghiên cứu ứng dụng enzyme protease trong quá trình sản xuất chitin –chitosan đã được biết đến từ lâu, nhưng nổi bật nhất vẫn là những nghiên cứu vào cuối những năm tám mươi và đầu những năm chín mươi trở lại đây

Shimahara và cộng sự, 1984 [21] công bố việc khử protein phế liệu giáp

xác với việc sử dụng protease sản xuất từ vi khuẩn như Pseudomonas maltophilia

LC – 102

Gagne và Simpson, 1993 [15] đầu tư ứng dụng chymotrypsin và papain để khử protein của phế liệu tôm Nghiêm cứu chỉ ra protein còn lại trong phế liệu sau khi thủy phân là 1,3% và 2,8% tương ứng với các mẫu được xử lý bằng enzyme chymotrysin và papain

Có một vài nghiêm cứu so sánh hiệu quả thủy phân protein giữa enzyme và

vi khuẩn Bustos và Michael, 1994 [14] tìm thấy Pseudomonas maltophilia khử

được 82% protein sau 6 ngày thủy phân, còn protease từ vi khuẩn thấp hơn 64% trong còng điều kiện thủy phân

Wang và Chio, 1998 [26] công bố việc khử protein phế liệu giáp xác bằng

Pseudomonas aeruginosa K – 187 Sau 5 ngày thủy phân khử được 82% protein từ

vỏ và đầu tôm Kết quả này cũng rất gần với 82% sau 6 ngày thủy phân bằng

Pseudomonas maltophilia ghi nhận bởi Bustos và Michael, 1994

Shimahara và Takiuchi, 1998 [22] đã sử dụng P matophilia vào việc thủy

phân protein từ các mảnh vỡ đã tách khoáng và thấy rằng hàm lượng protein còn lại 5% và 8% sau 8 ngày thủy phân

Để hiểu thêm về khả năng khử protein của enzyme protease, Jen-kuo Yang

và cộng sự 1999 [27] sử dụng protease từ bacillus subtilis ở nhiệt độ 500C, pH 8,0

để khử protein từ vỏ tôm, vỏ ghẹ và vỏ tôm hùm trong công nghệ sản xuất chitosan Kết quả đã loại bỏ được 88%, 67%, 83% protein theo thứ tự

Synowiecki và cộng sự, 2000 [23] nghiên cứu ứng dụng Alcalase để khử

protein của phế liệu vỏ tôm Crangon crangon nhằm thu hồi chitin và protein Ban đầu vỏ tôm Crangon crangon được khử khoáng sơ bộ bằng dung dịch HCL 10% ở

20oC trong 30 phút và khử protein bởi enzyme thương mại Alcalase ở 55oC và ph 8,5 Dịch thủy phân thu được chứa 63% protein so với vật chất khô (Nx6,25),

6,24% lipid, 23,4% NaCl Hàm lượng protein còn lại sau thủy phân khoảng 4% có thể là do trong quá trình thủy phân có sự kết hợp khử protein bằng NaOH 4M

Nghiêm cứu khác của Synowiecki và Al-Khateeb, 2001 [24] cho rằng enzyme tốt nhất cho việc phân tách carotenoprotein là trypsin Phương pháp enzyme lấy đi khoảng 90% protein và carotenoid từ phế liệu quá trình chế biến tôm Protease nội tại thích ứng với nhiệt độ thấp rất hữu ích cho quá trình xử lý vỏ phế liệu giáp xác, phương pháp dựa trên việc kiểm soát tự dộng sự phân giải protein Sản phẩm thu được có chứa khoảng 4,5% carotenoid, đây cũng là nguồn hợp chất tốt để tạo màu đẹp cho cá hồi và lòng đỏ trứng gà Việc xử lí sơ bộ phế liệu giáp xác bằng enzyme protease thương mại còn tăng hàm lượng carotenoid khoảng 58%

Rupsankar Chakrabarti (2002) 25 cho biết khi trích ly carotenoprotein từ

phế liệu tôm Metapenaeus monoceros bằng trypsin cho hiệu suất thu hồi sắc tố

carotenoid là cao nhất 55%, pepsin và papain là 50% trong 4 giờ ở nhiệt độ 28±5oC, hàm lượng protein trong bột protein là 450g/kg

Mizani và cộng sự (2005) 20 đã nghiên cứu thuỷ phân phế liệu đầu tôm

P.semisulcatus bằng enzym thương mại Alcalase Để cải thiện hiệu quả trích ly, một

vài chất hoá học như sodium sulphite và Triton x-100 được sử dụng kết hợp với enzym Khi Alcalase sử dụng độc lập (12 AU/kg), hiệu suất trích ly protein 45,1%, nhưng khi xử lí kết hợp với Triton x-100 (0.01 g/kg) thì hiệu suất thu hồi protein giảm xuống 39%, trong khi bổ sung sodium sulphite (200mmol/lit) cùng với enzym hay hỗn hợp enzym và Triton x-100 tăng mức trích ly protein từ 62% và 65,1% tương ứng Protein kết tủa tại pH 3,1 thì hàm lượng sulphite trong bột protein giảm 97% và bột protein thu được có chứa đầu đủ amino acid thiết yếu thích hợp làm thức ăn chăn nuôi

Holanda và Netto, 2006 [17] nghiên cứu thu hồi 3 thành phần chính của phế liệu tôm, protein, chitin, astaxanthin bằng việc sử dụng enzym Alcalase và

pancreatin Theo tác giả trong phế liệu tôm Xiphonpenaeus kroyeri có chứa 39,42%

protein, 31,98% tro và 19,92% chitin Tiến hành thuỷ phân khử protein bằng enzym

Alcalase tại các điều kiện: tỷ lệ enzym/nguyên liệu (E/S) 3%, nhiệt độ 60oC, pH 8,5 Kết quả nhận thấy rằng Alcalase có hiệu quả thu hồi protein, astaxanthin, chitin cao hơn so với trypsin, chymotripsin và carboxypeptidase tăng hiệu quả thu hồi protein

từ 57,5% lên 64,6% và astaxanthin từ 4,7 lên 5,7 mg/100g phế liệu khô

Trần Thị Luyến và Đỗ Thị Bích Thuỷ, 2006 [8] nghiên cứu nuôi cấy trực tiếp

vi khuẩn Bacillus subtilis để loại protein ra khỏi vỏ của phế liệu tôm Sau 24 giờ

phần trăm protein còn lại trong nguyên liệu tôm so với mẫu chưa xử lí là 12,99%

Bùi văn Tú, 2006 [13] nghiên cứu sử dụng vi khuẩn lactic để tách protein từ

vỏ tôm trong công nghệ sản xuất chitosan Tác giả đã xác định được chế độ lên men

tối ưu khi sử dụng hai chủng Lactobacillus plantarum và chủng lactic phân lập từ

vỏ tôm và tỉ lệ vi khuẩn so với nguyên liệu là 15/100 (v/w), tỉ lệ rỉ đường/nguyên liệu là 15/100 (w/w), thời gian lên men là 8 ngày Ở chế độ lên men tối ưu hàm

lượng khoáng và protein khử được khi sử dụng hai chủng L plantarum và chủng

lactic phân lập từ vỏ tôm lần lượt là 41,2%, 40,0% và 60,1%, 61,0%

Đặng Thị Hiền (2008) [5] đã sử dụng enzyme Alcalase để thủy phân phế liệu

tôm và tận thu protein, asthaxanthin trong công nghệ sản xuất chitin – chitosan

Quá trình được tiến hành ở điều kiện nhiệt độ 54oC, 8 giờ, tỉ lệ enzyme bổ sung

0,22%, pH 8, tỷ lệ nước/ nguyên liệu là 1/1 Kết quả thu được 52,7% protein

Kết quả của các nghiên cứu cho thấy dùng enzym protease thuỷ phân protein cho kết quả cao về khả năng thu hồi protein và chitin Nhiều loại enzym protease có thể được sử dụng vào mục đích này Tuy nhiên chi phí để mua các loại enzym này không phải là nhỏ do đó nếu tận dụng được chính hệ enzym nội tại trên đầu tôm thì

sẽ là một lợi thế rất lớn để áp dụng phương pháp này vào quy mô sản xuất lớn Nó

sẽ giúp thu hồi được protein và chitin có chất lượng cao, đặc biệt là góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường