Nghiên cứu chế độ thủy phân đầu xương cá tra bằng sự kết hợp enzyme Alcalase và Flavourzyme

Nguyên liệu còn lại sau quá trình chế biến Nguyên liệu còn lại sau quá trình chế biến bao gồm: đầu, da, xương, vây, nội tạng, máu, mỡ, rẻo cá… Nguyên liệu còn lại thủy sản trong các nhà

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

GVHD: T.S NGUYỄN THỊ MỸ HƯƠNG

Nha Trang, tháng 7 năm 2013

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đề tài tốt nghiệp, ngoài sự nổ lực của bản thân, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ cá nhân và tập thể Qua đây tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến:

Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Nha Trang đã tạo điều kiện tốt nhất về cơ sở, vật chất để tôi có thể hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp

Các thầy cô trong khoa Khoa Công nghệ Thực Phẩm đã tận tình chỉ dẫn, dạy bảo, truyền đạt những kiến thức quý báu nhất cho em trong suốt thời gian thực hiện

đề tài

Quý thầy cô quản lý phòng thí nghiệm công nghệ chế biến, hóa – vi sinh, công nghệ thực phẩm và công nghệ sinh học đã tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực tập

Đặc biệt tôi xin chân thành cảm ơn cô TS Nguyễn Thị Mỹ Hương đã rất tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài này

Xin gửi lời cảm ơn đến các bạn sinh viên cùng khóa đã nhiệt tình giúp đỡ trong suốt thời gian thực hiện đề tài ở phòng thí nghiệm

Và cuối cùng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến cha mẹ đã luôn luôn động viên, nhắc nhở tạo mọi điều kiện trong suốt thời gian học tập và làm đề tài tại trường

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Kiều Trang

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH vi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT viii

LỜI MỞ ĐẦU 1

PHẦN 1: TỔNG QUAN 2

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÁ TRA VÀ NGUYÊN LIỆU CÒN LẠI SAU QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN 2

1.1.1 Giới thiệu chung về cá Tra 2

1.1.2 Đặc điểm sinh học của cá Tra 3

1.1.3 Tình hình nuôi trồng, chế biến và xuất khẩu cá Tra 5

1.1.4 Nguyên liệu còn lại của quá trình chế biến cá Tra và các hướng tận dụng nguyên liệu còn lại 9

1.2 TỔNG QUAN VỀ ENZYME PROTEASE VÀ SỰ THỦY PHÂN PROTEIN BẰNG ENZYME 11

1.2.1 Tổng quan về enzyme protease 11

1.2.2 Tổng quan về sự thủy phân protein bằng enzyme 14

1.3 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH SẤY 18

1.3.1 Bản chất của quá trình sấy 18

1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình sấy 19

1.3.3 Sấy phun 21

1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC VỀ SỰ THỦY PHÂN PROTEIN BẰNG ENZYME 23

1.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 23

1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 25

PHẦN 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 27

2.1.1 Nguyên liệu đầu xương cá Tra 27

2.1.2 Enzyme Alcalase và Flavourzyme 27

2.2 SƠ ĐỒ BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM 28

2.2.1 Xác định thành phần hóa học của đầu xương cá Tra 28

2.2.2 Quy trình dự kiến sản xuất sản phẩm thủy phân protein từ đầu xương cá Tra 29

2.2.3 Bố trí thí nghiệm xác định các thông số thích hợp cho quá trình thủy phân đầu xương cá Tra 31

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 43

2.3.1 Phương pháp phân tích 43

2.3.2 Phương pháp xử lý số liệu 44

PHẦN 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 45

3.1 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA ĐẦU XƯƠNG CÁ TRA 45

3.2 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT THÍCH HỢP CHO QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN 45

3.2.1 Kết quả xác định tỷ lệ enzyme Alcalase so với nguyên liệu 45

3.2.2 Kết quả xác định nhiệt độ thủy phân giai đoạn đầu thích hợp 48

3.2.3 Kết quả xác định thời gian thủy phân giai đoạn đầu thích hợp 51

3.2.4 Kết quả xác định tỷ lệ enzyme Flavourzyme thích hợp 55

3.2.5 Kết quả xác định nhiệt độ thủy phân giai đoạn sau thích hợp 57

3.2.6 Kết quả xác định thời gian thủy phân giai đoạn sau thích hợp 60

3.3 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH SẢN XUẤT SẢN PHẨM THỦY PHÂN 64

3.3.1 Sơ đồ quy trình sản xuất sản phẩm thủy phân từ đầu xương cá Tra 64

3.3.2 Thuyết minh quy trình sản xuất dịch thủy phân từ đầu xương cá Tra 65

3.4 SẢN XUẤT SẢN PHẨM THỦY PHÂN THEO QUY TRÌNH ĐỀ XUẤT

67

3.4.1 Các sản phẩm thu được từ sự thủy phân đầu xương cá Tra 67

3.4.2 Chất lượng dịch thủy phân protein 68

3.4.3 Chất lƣợng bột thủy phân protein 69

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

PHỤ LỤC 77

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng của cá Tra 5

Bảng 1.2 Thành phần hóa học của cá Tra phi lê 5

Bảng 1.3 Thành phần dinh dưỡng của cá Tra thành phẩm 5

Bảng 1.4 Thị trường xuất khẩu cá Tra 8

Bảng 3.1 Thành phần hóa học của đầu xương cá Tra 45

Bảng 3.2 Các sản phẩm thu được từ 1kg đầu xương cá Tra 67

Bảng 3.3 Chất lượng cảm quan của dịch thủy phân protein 68

Bảng 3.4 Chỉ tiêu hóa học của dịch thủy phân protein 68

Bảng 3.5 Chất lượng cảm quan của bột protein hòa tan 69

Bảng 3.6 Kết quả xác định chỉ tiêu hóa học bột protein hòa tan 69

Bảng 3.7 Kết quả xác định thành phần acid amin của bột protein hòa tan 70

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cá tra 2 Hình 1.2 Giá trị xuất khẩu và thị trường nhập khẩu cá Tra, 2 tháng đầu năm 2013 7 Hình 1.3 Các sản phẩm xuất khẩu chính của Việt Nam 9 Hình 2.1 Đầu xương cá Tra 27 Hình 2.2 Sơ đồ xác định thành phần hóa học của đầu xương cá Tra 28 Hình 2.3 Sơ đồ quy trình dự kiến sản xuất sản phẩm thủy phân đầu xương cá Tra 29 Hình 2.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ enzyme Alcalase thích hợp 32 Hình 2.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ thủy phân giai đoạn đầu thích hợp 34 Hình 2.6 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian thủy phân giai đoạn đầu thích hợp 36 Hình 2.7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ enzyme Flavourzyme thích hợp 38 Hình 2.8 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ thủy phân giai đoạn sau thích 40 Hình 2.9 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian thủy phân giai đoạn sau 42 thích hợp 42 Hình 3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme giai đoạn đầu đến hiệu suất thu hồi Nitơ 45 Hình 3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme giai đoạn đầu đến hàm lượng Nitơ acid amin 47 Hình 3.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme giai đoạn đầu đến hàm lượng Nitơ amoniac 48 Hình 3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân giai đoạn đầu đến hiệu suất thu hồi Nitơ 49 Hình 3.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân giai đoạn đầu đến hàm lượng Nitơ acid amin 50 Hình 3.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân giai đoạn đầu đến hàm lượng Nitơ amoniac 51 Hình 3.7 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân giai đoạn đầu đến hiệu suất thu hồi Nitơ 52

Hình 3.8 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân giai đoạn đầu đến hàm lượng Nitơ

acid amin 53

Hình 3.9 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân giai đoạn đầu đến hàm lượng Nitơ amoniac 54

Hình 3.10 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme giai đoạn sau đến hiệu suất thu hồi Nitơ 55

Hình 3.11 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme giai đoạn sau đến hàm lượng Nitơ acid amin 56

Hình 3.12 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme giai đoạn sau đến hàm lượng Nitơ amoniac 57

Hình 3.13 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân giai đoạn sau đến hiệu suất thu hồi Nitơ 58

Hình 3.14 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân giai đoạn sau đến hàm lượng Nitơ acid amin 59

Hình 3.15 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân giai đoạn sau đến hàm lượng Nitơ amoniac 60

Hình 3.16 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân giai đoạn sau đến hiệu suất thu hồi Nitơ 61

Hình 3.17 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân giai đoạn sau đến hàm lượng Nitơ acid amin 62

Hình 3.18 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân giai đoạn sau đến hàm lượng Nitơ amoniac 63

Hình 3.19 Sơ đồ quy trình sản xuất sản phẩm thủy phân từ đầu xương cá Tra 65

Hình 3.20 Bột protein không tan từ đầu xương cá Tra trước và sau khi sấy 68

Hình 3.21 Dịch thủy phân protein từ đầu xương cá Tra 68

Hình 3.22 Bột thủy phân protein từ đầu xương cá Tra 69

LỜI MỞ ĐẦU

Ngành chế biến thủy sản của nước ta hiện đang rất phát triển, đồng thời cũng tạo ra nhiều nguồn phế liệu Tuy nhiên hiện nay, nguồn phế liệu được tận dụng để sản xuất ra các sản phẩm có giá trị, do đó nó được coi là nguồn nguyên liệu khá quan trọng

Việc tận dụng các nguồn nguyên liệu còn lại này hiện nay rất đa dạng, nhưng với mục đích nâng cao hơn chất lượng của sản phẩm thu được, đồng thời đa dạng hóa các sản phẩm thu được từ nguồn nguyên liệu còn lại, giải quyết triệt để hơn sự

ô nhiễm môi trường, từ đó mà có nhiều hướng nghiên cứu hơn và thực hiện trên nhiều đối tượng hơn

Đối với cá Tra, hiện nay do ngành nuôi, chế biến và xuất khẩu cá Tra đang rất phát triển, và trở thành nguồn thủy sản xuất khẩu chủ lực của các tỉnh miền Nam nói riêng và nước ta nói chung Do đó, lượng nguyên liệu còn lại vô cùng lớn, song song đó cũng có nhiều công trình nghiên cứu tận dụng máu, mỡ, da, xương,… của

cá Tra Nhưng để mang tính chất hoàn thiện, hướng nghiên cứu cần phải dựa trên các tiêu chí về đảm bảo không ảnh hưởng đến môi trường, chính vì vậy sử dụng enzyme trong các công trình nghiên cứu đang rất được quan tâm

Chính vì lý do đó, được sự hướng dẫn của cô TS Nguyễn Thị Mỹ Hương, tôi

tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế độ thủy phân đầu xương cá Tra bằng

sự kết hợp enzyme Alcalase và Flavourzyme”

PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÁ TRA VÀ NGUYÊN LIỆU CÕN LẠI SAU QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN

1.1.1 Giới thiệu chung về cá Tra

Cá tra là một trong số 11 loài thuộc họ cá Tra (Pangasiidae) đã được xác

định ở sông Cửu Long [20]

Cá tra có tên tiếng Anh: Shutchi catfish

Tên khoa học : Pangasius hypophthalmus (Sauvage, 1878)

Tên thương mại: Tra catfish

Bộ cá nheo: Siluriformes

Họ cá tra : Pangasiidae

Giống cá tra dầu : Pangasianodon

Loài cá tra : Pangasianodon hypophthalmua

nh 1.1 Cá tra

+ Phân bố:

- Cá Tra phân bố ở lưu vực sông Mêkong, có mặt ở cả 4 nước Lào, Việt Nam, Campuchia và Thái Lan Ở Thái Lan còn gặp chúng ở lưu vực sông Mêkong và Chao phyraya

- Ở nước ta những năm trước đây, khi chưa có cá sinh sản nhân tạo, cá bột và cá giống được vớt trên sông Tiền và sông Hậu Cá trưởng thành chỉ thấy trên ao nuôi, rất ít gặp trong tự nhiên Việt nam đã thành công trong sinh sản nhân tạo và đã đáp ứng được nhu cầu về giống cho nghề nuôi thương phẩm

- Cá Tra là một trong những loài có giá trị kinh tế phổ biến ở Đồng bằng sông Cửu Long Đây là loài cá có kích thước lớn, dễ nuôi, tăng trọng nhanh Hiện nay cá

Tra có nguồn gốc sinh sản nhân tạo đã được thả nuôi ổn định và là một trong những đối tượng nuôi trồng thủy sản đang được phát triển với tốc độ nhanh tại các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long Năng suất nuôi cá Tra rất cao, trong ao đạt tới 60 – 70 tấn/ha, trong bè có thể đạt tới 100 – 300 kg/m3

nước bè nuôi Tập trung nhiều tại An Giang và Đồng Tháp, và là một trong những loài cá có giá trị xuất khẩu cao [20]

- Cá Tra ngoài tự nhiên phân bố ở những sông, hồ, kênh, rạch, mương vùng nước ngọt, sống ở các thủy vực nước tĩnh và nước chảy Cá cũng được nuôi với hình thức nuôi bè, ao [20]

+ Hình thức nuôi: thâm canh, bán thâm canh với các mô hình nuôi bè, ao [20] + Thu hoạch: Thông thường thì một vụ nuôi kéo dài khoảng 6 – 8 tháng, nếu thả cá

nhỏ thì thời gian thu hoạch dài hơn (khoảng 10 – 12 tháng)

Khi thu hoạch dùng lưới bắt bớt cá, sau cùng tác cạn thu toàn bộ

Khi thu hoạch kích thước của cá tra khoảng 30 – 40 cm [20]

+ Vận chuyển: Cá được vận chuyển đến công ty bằng thuyền thông thủy, ở đầu

thuyền đuôi thuyền và ở mạn thuyền có lỗ cho nước ra vào tự do như vậy kéo dài được thời gian sống của cá Để tăng hiệu quả vận chuyển nên ít dừng lại dọc đường nhưng nếu cần đỗ lại thì đỗ ở những nơi nước sạch và nước chảy với tốc độ nhỏ nhất là 0,5 m/giây, không để thuyền phơi nắng, khi đi phải từ từ tốc độ thuyền nhỏ hơn 4 km/giờ để tránh cho cá khỏi va đập vào thành thuyền để hạn chế cá bị chết vì

cá sống là nguyên liệu chế biến lý tưởng nhất Vì vậy, khi vận chuyển nguyên liệu cần tìm mọi biện pháp để vận chuyển tốt nhất Hiệu quả vận chuyển cá sống là do lượng oxy hòa tan trong nước quyết định, nếu lượng oxy quá thấp sẽ làm cho cá ngạt thở [20]

1.1.2 Đặc điểm sinh học của cá Tra

1.1.2.1 Hình thái sinh lý

Cá Tra là cá da trơn (không vảy) thân dài, lưng xám đen, bụng hơi bạc, miệng rộng, có 2 đôi râu dài Cá Tra sống chủ yếu trong nước ngọt, có thể sống ở vùng nước hơi lợ (nồng độ muối từ 10 - 14%) có thể chịu đựng được nước phèn với pH ≥

5 Dễ chết ở nhiệt độ thấp ≤ 15°C nhưng chịu nóng tới 39°C [20]

Cá Tra có cơ quan hô hấp phụ và còn có thể hô hấp bằng bóng khí và da nên chịu đựng được môi trường thiếu oxy hòa tan, cá có ngưỡng oxy thấp nên sống được ở ao nước bẩn [7]

1.1.2.2 Đặc điểm dinh dưỡng

Cá hết noãn hoàng thì thích ăn mồi tươi sống, vì vậy chúng ăn thịt lẫn nhau ngay trong bể ấp, thậm chí cá vớt trên sông vẫn thấy chúng ăn nhau trong đáy vớt

cá bột Chúng ăn các loại phù du động vật có kích thước vừa cỡ miệng chúng

Khi cá lớn tính ăn tạp thiên về động vật và dễ chuyển đổi loại thức ăn Trong

ao nuôi cá tra có khả năng thích nghi với nhiều loại thức ăn, kể cả thức ăn bắt buộc như mùn, bã hữu cơ, động vật đáy [7]

Nuôi trong ao một năm cá đạt 1 – 1,5kg/con Những năm sau cá tăng trọng nhanh hơn có khi đạt tới 5 – 6kg/con/năm Tùy môi trường sống và sự cung cấp thức ăn cũng như loại thức ăn có hàm lượng đạm nhiều hoặc ít Độ béo fulton của

cá tăng dần theo trọng lượng và nhanh nhất ở những năm đầu Cá đực thường có độ béo cao hơn cá cái và độ béo thường giảm đi khi vào mùa sinh sản [7]

1.1.2.4 Đặc điểm sinh sản

Tuổi thành thục: cá tra đực thành thục ở tuổi thứ 2 và cá cái tuổi thứ 3 trở lên Mùa sinh sản tự nhiên vào đầu tháng 5 âm lịch Trong điều kiện nuôi vỗ tốt cá Tra có thể tham gia sinh sản vào đầu tháng 4 dương lịch Sức sinh sản từ 100.000 –

200.000 trứng/ký, tuổi thành thục từ 3 – 4 tuổi [11]

1.1.2.5 Thành phần hóa học và dinh dưỡng của cá Tra

Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng của cá Tra [3]

Thành phần dinh dƣỡng (170g/con) cá Tra pangasius hypophthalmus

Bảng 1.2 Thành phần hóa học của cá Tra phi lê [10]

Bảng 1.3 Thành phần dinh dưỡng của cá Tra thành phẩm [21]

Thành phần dinh dƣỡng trên 100g thành phẩm ăn đƣợc Tổng năng

lƣợng cung

cấp (calori)

Chất đạm (g)

Tổng lƣợng chất béo (g)

Chất béo chƣa bão hòa (có DHA, EPA) (g)

Cholesterol (%)

Natri (mg)

Đối với cá tra, chủ yếu được nuôi ở các tỉnh An Giang, Đồng Tháp, Cần Thơ, Bến Tre, thuộc đồng bằng sông Cửu Long

Theo báo cáo của Tổng cục Thủy sản, năm 2012 diện tích nuôi cá tra đạt 5.910

ha, sản lượng hơn 1,28 triệu tấn [22]

Tuy nhiên, hiện nay nhiều địa phương trọng điểm nuôi cá Tra đã thu hẹp diện tích như: Trà Vinh còn 117 ha, giảm 47,5% so với cùng kỳ năm trước; An Giang

779 ha, giảm 18%, Cần Thơ 667 ha, giảm 4,2% Sản lượng cá Tra ba tháng đầu năm của vùng Đồng bằng sông Cửu Long ước tính đạt 210 nghìn tấn, giảm 15% so với cùng kỳ năm 2012 [23]

Cá Tra được xuất sang 142 quốc gia và vùng lãnh thổ nhưng trong đó các thị trường nhập khẩu chính như EU, Hoa Kỳ, ASEAN,…

1.1.3.2 Tình hình chế biến và xuất khẩu cá Tra

Cá Tra thường được chế biến đông lạnh xuất khẩu dưới dạng fillet là phổ biến nhất, hoặc có thể có các sản phẩm như cá Tra tẩm bột, cá Tra cắt sợi, cá Tra cắt lát vuông Để đổi mới, đáp ứng nhu cầu của thị trường về các dòng sản phẩm, hiện nay đang có hướng nghiên cứu cá Tra viên và cá Tra xông khói

Năm 2012, xuất khẩu cá Tra của Việt Nam sang các thị trường chính đều sụt giảm, trong khi xuất khẩu cá tra sang Ai Cập lại tăng trưởng và dự kiến sẽ tiếp tục tăng trong năm nay vì nhu cầu của thị trường này vẫn lớn [25]

Giá trị xuất khẩu cá Tra của Việt Nam sang Ai Cập trong năm 2012 đạt 48,7 triệu USD, tăng 29,1% so với năm trước và tăng trưởng trong tất cả các tháng của năm, nhất là trong quý IV tăng tới 132% đạt 8,2 triệu USD [25]

Giá trị xuất khẩu cá Tra của Việt Nam sang Ai Cập luôn tăng trưởng trong nhiều năm vừa qua, ngoại trừ năm 2011 bị sụt giảm so với năm 2010 [25]

Theo số liệu của Bộ Thương mại Mỹ (DOC), tháng 12/2012 Mỹ nhập khẩu hơn 11,587 triệu pao cá tra, giảm 29,4% so với 16,416 triệu pao của tháng 11/2012

và giảm 43,3% so với 20,444 triệu pao của tháng 12/2011 [26]

Chỉ có Việt Nam cung cấp cá Tra cho Mỹ trong tháng 12 nhưng khối lượng nhập khẩu giảm 29,4% so với 16,416 triệu pao của tháng 11/2012 và giảm 41,9% so với 19,95 triệu pao của cùng kỳ năm 2011 [26]

Năm 2012, Mỹ nhập khẩu 213,885 triệu pao cá Tra, tăng 10,2% so với 194 triệu pao của năm 2011, chủ yếu từ Việt Nam, Trung Quốc, Thái Lan, Cămpuchia

và Malaysia Trong đó, Việt Nam là nhà cung cấp hàng đầu với khối lượng 213,021 triệu pao, tăng 14,3% so với năm ngoái và chiếm tới 99% thị phần cá loài này tại

Mỹ Nhập khẩu cá Tra từ các nước khác đều giảm [26]

Tình hình xuất khẩu cá Tra Việt Nam 2 tháng đầu năm 2013

nh 1.2 Giá trị xuất khẩu và thị trường nhập khẩu cá Tra, 2 tháng đầu năm

2013

(Nguồn: Vasep (theo số liệu Hải Quan Vn) – bản tin TMTS số 011-2013, ngày 22/3/2013)

Theo Vasep, từ năm 2009 – 2012, giá trị xuất khẩu cá Tra đều tăng, tuy nhiên

2 tháng đầu năm 2013 giá trị xuất khẩu cá Tra giảm Sự sụt giảm này phụ thuộc và

bị tác động bởi rất nhiều nguyên nhân, như do kinh phí đầu vào tăng, nhu cầu nhập khẩu của các thị trường lớn giảm, ngoài ra, các ngân hàng đang siết chặt tín dụng vì

sợ rủi ro, dẫn đến tình trạng không ít doanh nghiệp phải đóng cửa hoặc chỉ hoạt động cầm chừng Bên cạnh đó, ngày 14/3/2013, Bộ Thương mại Mỹ ra phán quyết

áp đặt mức thuế chống phá giá đối với mặt hàng cá tra, cá basa fillet đông lạnh của Việt Nam xuất khẩu sang Mỹ với mức thuế nhập khẩu cao làm cho việc sản xuất, xuất khẩu mặt hàng này càng gặp nhiều khó khăn hơn

Về thị trường xuất khẩu

Bảng 1.4 Thị trường xuất khẩu cá Tra

(Nguồn: Vasep (theo số liệu Hải Quan Vn) – bản tin TMTS số 011-2013, ngày 22/3/2013)

Hiện nay, EU vẫn là thị trường lớn của nước ta về mặt hàng cá Tra nói riêng, sau đó là Mỹ, Mexico, Brazil và khu vực ASEAN

Trong các mặt hàng xuất khẩu nước ta, cá Tra vẫn là nguồn hàng chủ lực, chiếm hơn 30% trong các sản phẩm xuất khẩu chính

nh 1.3 Các sản phẩm xuất khẩu chính của Việt Nam

(Nguồn: Vasep (theo số liệu Hải Quan Vn) – bản tin TMTS số 011-2013, ngày 22/3/2013)

Hiện nay tình hình nuôi trồng, chế biến và xuất khẩu cá Tra gặp rất nhiều rắc rối, bị ảnh hưởng bởi khủng hoảng kinh tế, giá cả biến động, không đảm bảo được nguồn ra cho bà con nuôi cá Tra, do đó ngành nuôi và chế biến cá Tra hiện nay đang rơi vào cảnh lao đao Do đó, cần có quy hoạch và tìm hướng đi mới cho mặt hàng cá Tra

1.1.4 Nguyên liệu còn lại của quá trình chế biến cá Tra và các hướng tận dụng nguyên liệu còn lại

1.1.4.1 Nguyên liệu còn lại sau quá trình chế biến

Nguyên liệu còn lại sau quá trình chế biến bao gồm: đầu, da, xương, vây, nội tạng, máu, mỡ, rẻo cá…

Nguyên liệu còn lại thủy sản trong các nhà máy chế biến thủy sản mang đặc trưng theo từng loại hình công nghệ chế biến thường có khối lượng lớn do tỷ lệ nguyên liệu còn lại trên một đơn vị thành phần cao, chịu ảnh hưởng bởi tính mùa vụ của nguồn nguyên liệu

Khối lượng và chủng loại của nguyên liệu còn lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

- Công suất của nhà máy

- Loại nguyên liệu được sử dụng

- Chất lượng của nguyên liệu

- Trình độ công nghệ chế biến

- Yêu cầu của sản phẩm cuối cùng

- Tay nghề công nhân

Nguyên liệu còn lại của cá Tra sau khi fillet, lạng da thường chiếm khoảng 50% so với toàn bộ khối lượng cá

Tận dụng lượng phế liệu này không những làm tăng hiệu quả kinh tế mà còn góp phần khép kín quy trình sản xuất, giảm nguy cơ gây ô nhiễm môi trường

1.1.4.2 Hướng tận dụng

Trước đây người ta dùng nguyên liệu còn lại để làm thức ăn cho gia súc hoặc thải ra môi trường (máu, mỡ cá,…) Hiện nay với công nghệ chế biến thực phẩm thủy sản khá phát triển nên mở ra nhiều hướng tân dụng cho nguồn nguyên liệu còn lại này

Sản xuất bột cá

Bột cá là thành phần quan trọng không thể thiếu trong thức ăn chăn nuôi gia súc và nuôi trồng thủy sản Việc sản xuất bột cá chăn nuôi có ý nghĩa kinh tế rất lớn, bởi vì công nghệ này đã tận dụng được nguồn phế liệu và thủy sản kém giá trị tạo nên sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, cung cấp lượng đạm dễ tiêu hóa cho động vật nhằm phát triển chăn nuôi cung cấp trứng, sữa, thịt cho con người Tận dụng nguồn phế liệu dồi dào từ công nghệ chế biến thủy sản, sản xuất ra một lượng bột cá đáng kể cung cấp cho chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản

Sản xuất gelatin, collagen

Tận dụng phế liệu từ thủy sản như: Vảy, xương, bong bóng và da cá để sản xuất collagen, gelatin Chúng có nhiều ứng dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm, dược, công nghệ giấy, in dệt và một số ngành nghề khác Trong công nghệ thực phẩm, gelatin dùng làm phụ liệu trong sản xuất bánh điểm tâm, lạp xưởng, độ hộp, kem cốc, chất ổn định và chất nhũ hóa trong thực phẩm Trong công nghiệp điện ảnh, gelatin dùng để làm phim ảnh, phim chụp quang tuyến Trong công nghiệp, gelatin dùng để chế tạo mực in, các dung dịch nhuộm màu, ngoài ra còn

dụng làm diêm, giấy, thuộc da, gỗ dán, dệt…

Sản xuất các sản phẩm thủy phân

Ngày nay, người ta cũng đã tận dụng phế liệu để sản xuất các sản phẩm thủy phân như dịch đạm cô đặc, bột đạm thủy phân… Đây là những sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, hàm lượng protein lớn và dễ tiêu hóa Ta có thể sử dụng các sản phẩm này bổ sung vào thức ăn chăn nuôi, hay dùng trong thực phẩm

Sản xuất bột khoáng

Tận dụng nguồn phế liệu từ đầu, xương cá để tận thu bột khoáng Đây là một hướng đi mới của việc tận dụng phế liệu thủy sản Hiện tại đã có công trình nghiên

cứu sản xuất bột canxi từ xương cá tra của Viện nghiên cứu nuôi trồng thủy sản II

Ngoài ra, phế liệu thủy sản còn được tận dụng để sản xuất ra nhiều các sản

phẩm khác như chất màu, chất mùi…

Sản xuất dầu cá

Tận dụng nguồn phế liệu từ các loại cá béo, từ gan cá để sản xuất dầu cá Dầu

cá có nhiều công dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau và nhất là trong thực phẩm, y dược dầu cá được sử dụng nhiều

1.2 TỔNG QUAN VỀ ENZYME PROTEASE VÀ SỰ THỦY PHÂN PROTEIN BẰNG ENZYME

1.2.1 Tổng quan về enzyme protease

1.2.1.1 Định nghĩa

Enzyme là protein có khả năng xúc tác đặc biệt cho phản ứng hóa học xảy ra ở bên trong và bên ngoài cơ thể sinh vật

Protease là enzyme xúc tác sự thủy phân các liên kết peptit (-CO-NH-) trong

phân tử protein và các cơ chất tương tự [1]

1.2.1.2 Bản chất của enzyme

Enzyme là những protein có hoạt tính sinh học do vậy chúng có đầy đủ tính chất của một protein

- Về khối lượng phân tử: enzyme là những protein có khối lượng phân tử lớn

từ 6000÷ 1000000 daltol Do vậy enzyme không thể đi qua màng bán thấm

- Về bản tính : Giống như các protein khác enzyme có thể hòa tan được trong nước trong dung dịch muối loãng và khi tan trong nước thì tạo thành dung dịch keo giống như protein, enzyme không hòa tan trong dung dịch phân cực

Enzyme bị kết tủa bởi các yếu tố gây kết tủa protein, như các yếu tố vật lý, hóa học làm kết tủa protein thì cũng làm kết tủa enzyme

Enzyme bị mất hoạt tính khi bị tác động gây biến tính protein như nhiệt độ, acid, kiềm đặc, hoặc muối kim loại nặng

1.2.1.3 Các loại enzyme protease

Theo phân loại quốc tế các enzym protease được chia thành bốn nhóm phụ [1]

- Aminopeptidase: cắt đứt mối liên kết peptide ở đầu mạch polypeptide có nhóm amin tự do

- Cacboxypeptidase: cắt đứt mối liên kết peptide ở chỗ đầu mạch polypeptide có nhóm cacboxyl tự do

- Dipeptidase: thủy phân các dipeptide

- Proteinase: xúc tác thủy phân các liên kết peptide nối mạch

1.2.1.4 Cơ chế tác động của enzyme

Enzyme là chất xúc tác sinh học, do đó trước tiên chúng mang đầy đủ các đặc điểm của chất xúc tác nói chung Enzyme tác động và chuyển hóa cơ chất trải qua

- Giai đoạn 1: Enzyme kết hợp với cơ chất bằng liên kết yếu tạo thành phức hợp enzyme - cơ chất (ES) không bền, phản ứng diễn ra nhanh nhưng đòi hỏi năng lượng thấp các liên kết chủ yếu tạo thành giữa enzyme và cơ chất trong phức hợp

ES là tương tác tĩnh điện, liên kết hydro, liên kết vandecvan Mối liên kết đòi hỏi những điều kiện khác nhau và chịu ảnh hưởng khác nhau khi có muối

- Giai đoạn 2: Là giai đoạn phức tạp hóa xảy ra sự biến đổi của cơ chất dưới

sự tác dụng của một số nhóm chức trong trung tâm hoạt động của enzyme và làm cho cơ chất từ chỗ không hoạt động trở thành hoạt động, một số liên kết trong cơ chất bị kéo căng và mật độ electron trong cơ chất bị thay đổi

- Giai đoạn 3: Là giai đoạn tạo thành sản phẩm và giải phóng enzyme Đây là giai đoạn cuối của quá trình phản ứng từ cơ chất hoạt động sẽ hình thành sản phẩm

và giải phóng enzyme dưới dạng tự do ban đầu

1.2.1.5 Ứng dụng của enzyme protease

Các protease được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: công

nghiệp, nông nghiệp, y học, trong nghiên cứu khoa học… [1]

- Ứng dụng của protease trong công nghiệp

- Trong công nghiệp thịt: protease được sử dụng để làm mềm thịt và tăng hương

vị thịt sau chế biến, dùng protease khi làm xúc xích, lạp xưởng

- Trong quá trình chế biến sữa: ở đây chủ yếu sử dụng các proteinase có tác dụng làm đông tụ sữa như: renin, pepsin và một số protease vi sinh vật khác trong quá trình sản xuất phomat

- Trong công nghiệp nước giải khát: protease được sử dụng để làm trong bia và làm trong nước quả

- Trong công nghiệp dệt: papain và protease vi sinh vật được sử dụng để làm sạch

tơ tự nhiên, tẩy hồ tơ nhân tạo

- Trong kỹ nghệ phim ảnh: Protease vi khuẩn và xạ khuẩn được sử dụng để tái sinh các nguyên liệu cảm quang khác nhau như phim điện ảnh, giấy ảnh…

- Trong công nghiệp sản xuất bột giặt và các chất tẩy rửa: protease kiềm tính được thêm vào các chất tẩy rửa thì có khả năng làm sạch một cách có hiệu quả các vết bẩn trên vì protease thủy phân protein thành các dạng hòa tan

- Trong công nghiệp dược phẩm và y học

Protease được sử dụng để sản xuất các loại thuốc làm tăng khả năng tiêu hóa protein, dùng để phân giải các cục protein trong cơ thể, chữa bệnh nghẽn tim mạch, tiêu mủ các vết thương, các ổ viêm, làm thông đường hô hấp… Cũng có thể dùng protease để thủy phân sơ bộ protein làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật để sản xuất nhiều loại thuốc

- Trong nông nghiệp

Protease được sử dụng trong chăn nuôi để phân giải sơ bộ protein trong thức

ăn, làm tăng khả năng hấp thụ thức ăn của động vật, hoặc dùng sản xuất các dịch

thủy phân giàu đạm bổ sung vào thức ăn của gia súc, gia cầm

- Ứng dụng của protease trong chế biến thủy sản

Trong quá trình chế biến cá: khi làm nước mắm, sản xuất bột cá… protease vốn có trong cá sẽ thủy phân một phần protein thịt cá Tuy nhiên quá trình này thường xảy ra rất chậm và yếu Đưa thêm protease từ ngoài sẽ làm tăng quá trình thủy phân rút ngắn thời gian chế biến, làm tăng hương vị của sản phẩm Sử dụng protease để sản xuất các dịch đạm thủy phân từ các phế liệu giàu protein như thịt vụn, đầu cá, da…

Sử dụng protease trong việc đánh vẩy cá: Đánh vẩy cá bằng enzyme được sử dụng trong trường hợp xử lý cơ học không thể đáp ứng được Kỹ thuật dựa trên cơ

sở sử dụng một hỗn protease của cá để phân hủy tế bào cấu trúc liên kết với vẩy cá

1.2.2 Tổng quan về sự thủy phân protein bằng enzyme

1.2.2.1 Nguyên lý của quá trình thủy phân protein

Nguyên lý của quá trình thuỷ phân protein là quá trình biến đổi protein trong nguyên liệu thành acid amin bằng tác nhân enzyme, theo cơ chế sau:

Nhờ tác nhân thuỷ phân, protein phân giải thành các phân tử đơn giản ngắn mạch dần và cuối cùng thành acid amin Mục đích của quá trình thuỷ phân protein

là giúp cho quá trình tiêu hóa dễ dàng, đồng thời tăng thêm hương vị, tạo mùi vị đặc trưng cho sản phẩm

Thủy phân protein bằng enzyme

Nguyên lý của phương pháp là sử dụng enzyme protease để thủy phân protein thành acid amin

Protease là các enzyme xúc tác sự thuỷ phân liên kết peptide (-CO-NH-) trong

phân tử protein và các cơ chất tương tự theo cơ chế sau: [1]

Enzyme protease có thể có sẵn trong nguyên liệu hoặc bổ sung từ bên ngoài

vào [1]

Đối với enzyme có sẵn trong nguyên liệu: người ta lợi dụng nguồn enzyme sẵn

có bên trong nguyên liệu và tạo mọi điều kiện tối ưu cho chúng phát triển rồi phát huy tác dụng thuỷ phân như nhiệt độ, độ pH, nồng độ muối, cho thêm nước, xay nhỏ

Đối với enzyme nhân tạo từ bên ngoài vào: Nguyên lý là bổ sung các enzyme

từ bên ngoài vào để thuỷ phân protein của nguyên liệu thành dung dịch acid amin Nguyên liệu đem xay nhỏ sau đó trộn đều với chế phẩm protease để thuỷ phân Tùy nguồn protease mà điều chỉnh pH, nhiệt độ và thời gian thủy phân thích hợp Enzyme protease có thể được tách chiết từ các nguồn sau: thực vật, động vật hoặc vi sinh vật

1.2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng của enzyme

Phản ứng do enzyme xúc tác phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nồng độ enzyme, nồng độ cơ chất, nhiệt độ, pH môi trường, các ion kim loại, các chất vô cơ

- Ảnh hưởng của các chất kìm hãm

Hoạt động của enzyme có thể bị thay đổi dưới tác dụng của một số chất có bản chất hóa học khác Các chất làm giảm hoạt độ enzyme nhưng không bị chuyển hóa bởi enzyme được gọi là các chất kìm hãm hoặc chất ức chế Các chất này có thể

là những ion, các phân tử vô cơ, hữu cơ kể cả các protein

Khi có mặt của các chất kìm hãm, 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 kìm hãm của nó để điều chỉnh phản ứng

- Ảnh hưởng của các chất hoạt hoá:

Chất hoạt hoá là những chất khi có mặt trong phản ứng có tác dụng làm tăng hoạt tính enzyme, các chất này có bản chất hoá học khác nhau, có thể là ion kim loại, anion hoặc các chất hữu cơ Tuy nhiên các chất hoạt hoá chỉ có tác dụng trong

giới hạn nồng độ xác định Khi dùng quá nồng độ cho phép, hoạt độ enzyme cũng 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 thuỷ phân tăng Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng thuỷ phân do enzyme xúc tác được đặc trưng bằng

500C Nhiệt độ làm cho enzyme mất hoàn toàn hoạt tính gọi là nhiệt độ tới hạn, đa

số enzyme có nhiệt độ tới hạn khoảng 700C; với các enzyme bền nhiệt (bromelin, papin…), nhiệt độ tới hạn có thể cao hơn Nhiệt độ thích hợp đối với một enzyme

có sự thay đổi khi có sự thay đổi về pH, nồng độ cơ chất…

- Ảnh huởng của pH:

pH có ảnh hưởng mạnh mẽ đến hoạt tính của enzyme vì pH ảnh hưởng đến mức độ ion hoá cơ chất, ion hoá 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 thích hợp trong vùng acid (pepxin, protease-acid 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 thời gian thủy phân:

Thời gian thủy phân cần thích hợp để enzyme phân cắt các liên kết trong cơ chất, tạo thành các sản phẩm cần thiết của quá trình thuỷ phân nhằm đảm bảo hiệu suất thuỷ phân cao, chất lượng sản phẩm tốt Thời gian thuỷ phân dài, ngắn khác nhau tuỳ thuộc vào loại enzyme, nồng độ cơ chất, pH, nhiệt độ, sự có mặt của chất hoạt hoá, ức chế… Trong thực tế, thời gian thuỷ phân phải xác định bằng thực nghiệm và kinh nghiệm thực tế cho từng quá trình thuỷ phân cụ thể

- Ảnh hưởng của lượng nước:

Nước vừa là môi trường để 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 thuỷ phân bởi enzyme

1.3 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH SẤY

1.3.1 Bản chất của quá trình sấy

Sấy là một phương pháp bảo quản thực phẩm đơn giản, an toàn và dễ dàng

Nó làm giảm độ ẩm của thực phẩm đến mức cần thiết, do đó vi sinh vật, nấm mốc

và nấm men bị ức chế hoặc không phát triển và hoạt động được Sấy cũng làm giảm hoạt độ của các enzyme, giảm kích thước và trọng lượng của sản phẩm

Sấy là quá trình làm khô các vật thể, các vật liệu, các sản phẩm bằng phương pháp bay hơi nước Trong quá trình sấy xảy ra các quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất Cụ thể là quá trình truyền nhiệt cho vật sấy, quá trình truyền ẩm từ trong vật sấy vào môi trường Các quá trình truyền nhiệt xảy ra đồng thời trên vật liệu sấy, chúng có ảnh hưởng qua lại với nhau Sự khuếch tán của nước từ nguyên liệu

ra môi trường có 2 quá trình:

- Quá trình khuếch tán ngoại:

Là sự dịch chuyển của hơi nước trên bề mặt vào không khí

Lượng nước bay hơi trong quá trình khuếch tán ngoại thực hiện được dưới điều kiện áp suất hơi nước bão hòa trên bề mặt nguyên liệu lớn hơn áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí

- Quá trình khuếch tán nội:

Là quá trình chuyển động của nước, trong nguyên liệu từ lớp này sang lớp khác để tạo độ cân bằng ẩm trong bản thân nguyên liệu Động lực của quá trình khuếch tán nội là sự chênh lệch về độ ẩm giữa các lớp bên trong và bên ngoài Nếu

sự chênh lệch ẩm càng lớn thì quá trình khuếch tán ngoại càng nhanh

Mối quan hệ giữa khuếch tán nội và khuếch tán ngoại: khuếch tán nội và khuếch tán ngoại có mối quan hệ chặt chẽ với nhau Tức là khuếch tán ngoại tiến hành thì khuếch tán nội mới có thể được tiếp tục, và như thế độ ẩm của sản phẩm mới được giảm dần Nếu khuếch tán nội lớn hơn khuếch tán ngoại thì quá trình bay hơi sẽ nhanh hơn, nhưng điều này hiếm có Khuếch tán nội của nước trong nguyên liệu thường nhỏ hơn khuếch tán ngoại thì quá trình bay hơi sẽ bị gián đoạn Trong quá trình làm khô, ở giai đoạn hàm ẩm trong nguyên liệu nhiều thì sự chênh lệch về

độ ẩm lớn Vì vậy khuếch tán nội thường phù hợp với khuếch tán ngoại Do đó tốc

độ làm khô sẽ nhanh nhưng ở giai đoạn cuối thì hàm lượng nước trong nguyên liệu còn lại ít, tốc độ bay hơi ở bề mặt nhanh hình thành một lớp màng cứng, làm ảnh hưởng đến quá trình làm khô nguyên liệu [8]

1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình sấy

1.3.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí sấy

Trong trường hợp các điều kiện khác không đổi như vận tốc gió, độ ẩm không khí… nếu tăng nhiệt độ không khí thì tốc độ sấy sẽ nhanh Nhưng nếu tăng nhiệt độ không khí quá cao thì sẽ làm nguyên liệu bị cháy làm ảnh hưởng đến chất lượng nguyên liệu Đồng thời khi nhiệt độ cao sẽ làm cho lipid trong nguyên liệu bị oxi hóa tạo ra nhiều andehyt và ceton làm cho sản phẩm có mùi ôi khét khó chịu

Ngoài ra nếu nhiệt độ quá cao sẽ xảy ra hiện tượng tạo màng cứng ở bề mặt nguyên liệu làm cản trở sự thoát hơi nước từ trong ra ngoài dẫn đến tốc độ sấy chậm Ngược lại nếu nhiệt độ không khí quá thấp thì sự thoát hơi nước chậm lại và

sẽ kéo dài thời gian sấy Vì vậy phải sấy ở nhiệt độ thích hợp

Quan hệ giữa lượng nước bay hơi và nhiệt độ sấy:

dT dw

k(t1 – t2)

t2: nhiệt độ nguyên liệu ban đầu (oC)

1.3.2.2 Ảnh hưởng của áp suất khí quyển

Tốc độ sấy của nguyên liệu trong không khí ở nhiệt độ nhất định được biểu thị :

dT

dw

B(p1 – p2) Trong đó:

p1: là áp suất hơi nước trên bề mặt nguyên liệu (mmHg)

p2: là áp suất riêng phần hơi nước trong không khí (mmHg)

B: là hệ số bay hơi nước trong khí quyển

Trong điều kiện áp suất thường vận tốc gió v = const thì B phụ thuộc vào sự truyền dẫn ẩm phần trong nguyên liệu Khi đó B được đặc trưng bằng hệ số bay hơi

1.3.2.3 Độ ẩm tương đối của không khí

Độ ẩm tương đối của không khí là nhân tố ảnh hưởng quyết định đến tốc độ sấy Khi độ ẩm nhỏ thì áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí nhỏ, tốc độ sấy sẽ nhanh và ngược lại

Theo kết quả nghiên cứu của nhà khoa học thì:

- Độ ẩm không khí > 65% thì tốc độ sấy sẽ giảm rõ rệt, thời gian sấy sẽ kéo dài dẫn đến nguyên liệu dễ hỏng

- Độ ẩm không khí > 80% thì quá trình sấy dừng lại và xảy ra hiện tượng hút ẩm

Độ ẩm không khí nhỏ thì tốc độ sấy nhanh nhưng độ ẩm nhỏ quá sẽ tạo màng

cứng ở bề mặt nguyên liệu và kết quả là tốc độ làm khô cũng không được nhanh 1.3.2.4 Kích thước và bản thân của nguyên liệu

Diện tích bề mặt càng lớn thì tốc độ sấy càng nhanh vì tốc độ làm khô tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt và bề dày nguyên liệu

Đối với nguyên liệu to dày thì nên cắt nhỏ để tăng diện tích tiếp xúc và giảm

bề dày nguyên liệu nhằm tăng tốc độ sấy Còn nếu chiều dày của nguyên liệu không đều thì tốc độ làm khô ở các điểm khác nhau sẽ khác nhau

1.3.3 Sấy phun

Phương pháp sấy phun dùng để sấy các dung dịch, huyền phù, keo phân tán Trong công nghiệp thực phẩm, hệ thống sấy phun dùng để sấy dung dịch, để tách bơ thành sữa bột, lòng đỏ trứng gà, cafe hòa tan, nước ép trái cây các loại, nấm men, vitamin…

Nhờ các bộ phận phun mà nguyên liệu sấy được phun thành các hạt rất nhỏ vào dòng tác nhân sấy đi vào buồng sấy làm tăng sự tiếp xúc giữa hai pha Nhờ vậy

mà cường độ sấy cao, thời gian sấy ngắn Sử dụng tác nhân sấy có nhiệt độ cao, sản phẩm sấy phun có chất lượng tốt, xốp, dễ hòa tan, tiện cho sử dụng và chế biến Dễ dàng lựa chọn thông số sấy

Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm sau: lưu lượng tác nhân sấy lớn, tốn kém trong khâu chuẩn bị dung dịch (nguyên liệu sấy) và hệ thống sấy phun có giá thành cao Hệ thống sấy phun gồm có: buồng sấy phun, bộ phận nạp nguyên liệu

là những vòi hay cơ cấu phun, hệ thống quạt, caloriphe để cấp nhiệt cho tác nhân sấy, bộ phận thu hồi sản phẩm sấy

1.3.3.1 Cơ sở khoa học của sấy phun:

Sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu dưới tác dụng của nhiệt Trong quá trình sấy, nước được tách ra khỏi vật liệu nhờ sự khuếch tán do:

- Chênh lệch ẩm giữa bề mặt và bên trong vật liệu

- Chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh

Quá trình sấy phun có một số điểm cách biệt hơn so với các quá trình sấy khác Mẫu nguyên liệu đưa vào sấy phun có dạng lỏng, còn sản phẩm sau khi sấy có dạng bột Thực chất mẫu nguyên liệu khi vào thiết bị sấy sẽ được phân tán thành hạt nhỏ li ti trong buồng sấy chúng được tiếp xúc với tác nhân sấy Kết quả là hơi nước bốc đi nhanh chóng Các hạt sản phẩm được tách ra khỏi tác nhân sấy nhờ một hệ thống thu hồi riêng Quá trình sấy có những ưu điểm sau:

- Thời gian tiếp xúc giữa các hạt lỏng và tác nhân sấy trong thiết bị rất ngắn,

do đó nhiệt độ của mẫu nguyên liệu đem sấy không bị tăng cao Nhờ đó sự tổn thất các chất dinh dưỡng mẫn cảm với nhiệt độ là không đáng kể

- Sản phẩm sấy phun thu được là các hạt có hình dạng và kích thước đồng nhất Tỷ lệ giữa các cấu tử không bay hơi trong hạt sản phẩm tương tự như trong mẫu lỏng ban đầu

- Thiết bị sấy phun trong thực tế sản xuất thường có năng suất cao và làm việc theo nguyên tắc liên tục Điều này góp phần làm hiện đại hóa các quy trình công nghiệp

1.3.3.2 Nhược điểm của sấy phun:

- Không thể sử dụng những mẫu có độ nhớt quá cao hoặc sản phẩm yêu cầu

có tỷ trọng cao

- Mỗi thiết bị sấy phun thường được thiết kế để sản xuất một số sản phẩm với những tính chất và chỉ tiêu đặc thù riêng Ví dụ: thiết bị chuyên dùng để sản xuất bột mịn không thể sản xuất dạng bột

- Vốn đầu tư thiết bị sấy phun khá lớn khi ta so sánh với các thiết bị sấy liên tục

1.3.3.3 Quá trình sấy phun gồm 3 giai đoạn:

- Giai đoạn phân tán dòng nguyên liệu thành những hạt sương li ti

- Giai đoạn trộn mẫu cần sấy và không khí nóng, khi đó sẽ xảy ra quá trình bốc hơi nước trong mẫu

- Giai đoạn thu hồi sản phẩm từ dòng khí thoát

1.3.3.4 Nguyên lý của thiết bị sấy phun:

Dịch được bơm vào thiết bị với tốc độ thích hợp đến đầu vòi phun dịch phân tán thành các hạt nhỏ li ti

Dòng không khí nóng được lọc sạch và đi qua tháp sấy có nhiệt độ khoảng

130 ÷ 200oC Dòng không khí này được đua đến sát đầu mút của vòi phun Nhờ chuyển động của dòng không khí nóng đã tạo nên chuyển động xoáy

Sau đó hỗn hợp không khí – dịch được định hướng bởi bộ phận cyclon phân chia có khả năng tách sản phẩm khỏi khí thải Bột nêm tách ra sẽ rơi xuống bình thu mẫu ở phía dưới

Trong quá trình sấy tất cả các yếu tố: nhiệt độ không khí, áp suất khí nén, tốc

độ bơm dịch… đều ảnh hưởng đến hiệu quả sấy phun Chẳng hạn, nếu sấy ở nhiệt

độ cao trong thời gian dài sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC VỀ

SỰ THỦY PHÂN PROTEIN BẰNG ENZYME

1.4.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Nguyen và cộng sự (2011) đã nghiên cứu sự thủy phân nguyên liệu còn lại từ

cá ngừ bằng enzyme Protamex và đặc tính sinh hóa của sản phẩm thủy phân Một chế độ thủy phân được thực hiện cho các nguyên liệu còn lại từ cá ngừ như đầu, nội tạng, đuôi ở nhiệt độ 450C, tỷ lệ nước/nguyên liệu = 1/1, tỷ lệ enzyme 0,1%, pH tự nhiên, thời gian 12h Kết quả nghiên cứu đã cho thấy, độ thủy phân của đầu, nội tạng và đuôi lần lượt là 32,3%, 16,8% và 22,2% Hiệu suất thu hồi nitơ trong các sản phẩm thủy phân từ đầu, nội tạng và đuôi lần lượt là 73,6%, 82,7%, 85,8% [15]

Ovissipour và cộng sự (2010) đã nghiên cứu sản xuất sản phẩm thủy phân

protein từ đầu cá ngừ vây vàng Thunnus albacares sử dụng enzyme Alcalase và

Protamex Đầu cá ngừ vây vàng thu được từ quá trình sản xuất cá ngừ đóng hộp được thủy phân với các thông số sau: nồng độ enzyme sử dụng là 1,5%, pH tự nhiên, tỷ lệ nguyên liệu/nước (w/v) là 1/1 Kết quả cho thấy theo thời gian thủy phân thì độ thủy phân càng cao Độ thủy phân, hàm lượng protein và acid amin

trong sản phẩm thủy phân thu được khi sử dụng enzyme Alcalase cao hơn so với enzyme Protamex [17]

Sathivel và cộng sự (2005) đã nghiên cứu khi thủy phân đầu cá hồi bằng enzyme Alcalase (0,5%) ở nhiệt độ 500C, trong thời gian 75 phút thì thu được bột protein thuỷ phân có rất nhiều các thành phần acid amin trong đó hàm lượng Isoleucine (3,71g/100g protein), Phenylalanine (4,07g/100g protein), hàm lượng Leucine (6,69g/100g protein), và Lysine (7,39g/100g protein) Tổng số acid amin là 98,74 g/100g protein [18]

Motamedzadegan và cộng sự (2010) đã nghiên cứu tối ưu hóa chế độ thủy

phân nội tạng cá ngừ vây vàng Thunnus albacares bằng enzyme Neutrase Kết quả

chỉ ra rằng khi sử dụng enzyme Neutrase để thủy phân nội tạng cá ngừ vây vàng

Thunnus albacares thì các thông số tối ưu là nồng độ enzyme 37 AU / kg protein,

pH tự nhiên của bản thân nguyên liệu, nhiệt độ từ 50°C, và thời gian 60 phút thì độ thủy phân (DH) đạt 35%, sản phẩm thủy phân có hàm lượng protein cao 74,56% và hàm lượng lipid thấp 1,86% và được sử dụng trong nuôi trồng thủy sản và làm thức

ăn cho chăn nuôi [14]

Sylla và cộng sự (2008) đã nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ nước đến quá

trình thủy phân protein nguyên liệu còn lại của cá bơn Cynoglossus senegalensis

Quá trình nghiên cứu sự thay đổi tỷ lệ nước đến quá trình thủy phân nguyên liệu còn lại của cá bơn sử dụng enzyme Protamex Kết quả nghiên cứu được rằng, sự thay đổi điều kiện thủy phân thì quá trình thủy phân cho tỷ lệ protein như nhau (60%) nhưng khác nhau ở cấu tạo của peptide (độ dài peptide từ 294 đến 13700 Da) [19]

Molia (2011) đã sản xuất protein từ nội tạng cá Tầm (Huso Huso) sử dụng

enzyme Protamex Điều kiện tối ưu cho quá trình thủy phân là 39.210

C, 114.2 phút, nồng độ enzyme là 27.41 AU/kg protein Kết quả nghiên cứu cho thấy, giá trị dinh dưỡng của dịch thủy phân protein từ nội tạng cá Tầm rất cao [13]

Ovissipour và cộng sự (2008) đã nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình thủy phân bằng enzyme Alcalase đến thành phần acid amin của dịch thủy phân từ nội

tạng cá Tầm Perian (Acipenser persicus) Quá trình thủy phân protein nội tạng cá

Tầm Perian, được thực hiện ở nhiệt độ 550C, thời gian 205 phút, pH=8,5, tỷ lệ enzyme Alcalase 2,4L/nguyên liệu (E/S) là 0,1 AU/g protein Hàm lượng protein của sản phẩm thủy phân thu được là 65,82%, hàm lượng lipid là 0,18% Độ thủy phân thu được cao nhất được thực hiện ở 550

C, sau 205 phút (46,13%) Kết quả cho thấy hàm lượng acid amin thủy phân từ nội tạng cá nhìn chung cao hơn hàm lượng acid amin so với tiêu chuẩn của FAO/WHO cho người lớn [16]

1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Lâm Tuyết Hận (2009) đã nghiên cứu thu nhận chế phẩm enzyme protease từ nội tạng cá chẽm có điều kiện hoạt động là pHopt = 7,5 – 8, topt = 350C, muối ăn ở nồng độ càng cao thì hoạt độ enzyme càng giảm Từ đây đã sử dụng enzyme được thu nhận này ứng dụng vào nghiên cứu thủy phân cá nục thuôn và thu được kết quả

về các thông số ảnh hưởng đến sự thủy phân: pH = 8, tỉ lệ nước 20%, NaCl = 2%, E/S = 2%, t = 500C, T = 14 giờ Kết quả thu được bột đạm cá nục thuôn có hàm lượng protein thô là 79,93%, protein hòa tan 13,45%, Naa = 16,65%, bột đạm hòa tan là 89,65%, bộ đạm không hòa tan là 10,35% [2]

Nguyễn Thị Mỹ Hương (2011) đã nghiên cứu sản xuất sản phẩm thủy phân protein từ đầu cá ngừ vây vàng và sử dụng sản phẩm thủy phân này trong thức ăn cho tôm Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, việc bổ sung bột protein thủy phân từ đầu cá ngừ vào trong thức ăn cho tôm đã cải thiện sự tăng khối lượng của tôm, hệ số chuyển hóa thức ăn và hiệu quả sử dụng protein [5], [6]

Nguyễn Thị Ngọc Hoài (2012) đã nghiên cứu thu hồi và đặc trưng hóa tính chất sản phẩm thủy phân protein từ đầu tôm bằng enzyme Kết quả dịch thủy phân protein thu được đem cô quay ở nhiệt độ 450

C, áp suất hút chân không là 50mbar, thời gian hút là 20 phút, nồng độ chất khô trong dịch thủy phân sau cô quay là 22o Brix Sau đó, tiến hành sấy phun dịch cô quay ở nhiệt độ 130o

C, nồng độ maltodextrin bổ sung là 8%, mẫu thu được có độ ẩm là 10% , trong 1 gam bột thì hàm lượng protein hòa tan là 110,1mg [4]

Trần Thị Hồng Nghi và cộng sự (2011) đã nghiên cứu sử dụng enzyme

protease từ vi khuẩn (Bacillus subtilis) để thủy phân phụ phẩm cá tra và ứng dụng

sản phẩm thủy phân trong việc sản xuất nước mắm Điều kiện tối ưu cho việc thủy

phân phụ phẩm cá Tra bằng enzyme protease từ vi khuẩn Bacillus subtilis như sau:

nhiệt độ 500C, pH = 7,6; tỷ lệ nước 30%, nồng độ muối 2%, hoạt độ enzyme 50UI

và thời gian thủy phân là 18 giờ Sản phẩm nước mắm thu được sau khi ủ ở tỷ lệ bã chượp 20% có hàm lượng đạm formol 14,5 g/l, đạm tổng số 16 g/l, đạm NH3 1,49 g/l và acid amin 12,81 g/l [9]

PHẦN 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

2.1.1 Nguyên liệu đầu xương cá Tra

Hình 2.1 Đầu xương cá Tra

Nguyên liệu đầu xương cá Tra Pangasius hypophthalmus được cung cấp bởi

công ty cổ phần Nam Việt, thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang Nguyên liệu được cấp đông, sau đó được vận chuyển từ An Giang ra Nha Trang, rồi được đưa đến phòng thí nghiệm Công nghệ Chế Biến, trường Đại học Nha Trang Tại đây, nguyên liệu được rã đông, xay nhỏ, nguyên liệu sau khi xay được đồng nhất và được đóng trong các túi nhỏ, khối lượng là 100g và 500g Sau khi đóng gói xong, nguyên liệu được bảo quản trong tủ đông ở nhiệt độ -200C cho đến khi sử dụng

2.1.2 Enzyme Alcalase và Flavourzyme

2.1.2.1 Enzyme Alcalase

Enzyme Alcalase của hãng Novozyme, Đan Mạch Enzyme Alcalase thu được

từ Bacillus licheniformis Đây là protease được phân tách và tinh sạch từ nguồn vi

sinh vật Alcalase là 1 endo-protease Điều kiện hoạt động tối ưu cho enzyme Alcalase, pH từ 6,5 ÷ 8,5 , nhiệt độ 45 ÷ 650C Enzyme này bị bất hoạt ở 85oC trong

10 phút Nhiệt độ bảo quản enzyme Alcalase là từ 3 ÷ 50C

2.1.2.2 Enzyme Flavourzyme

Enzyme Flavourzyme của hãng Novozyme, Đan Mạch Chế phẩm enzyme

Flavourzyme được chiết xuất từ nấm Aspergillus oryzae Chế phẩm là hỗn hợp của chủng Bacillus, Flavourzyme có cả hoạt tính của endoprotease và exoprotease, có

nhiệt độ hoạt động thích hợp ở 50 ÷ 550C, pH hoạt động nằm trong khoảng 5,0 ÷ 7,0, enzyme này bị bất hoạt ở 85oC trong 10 phút hoặc 1200C trong vòng 5 giây Tuy nhiên, sự khử hoạt tính của Flavourzyme phụ thuộc nhiều vào cơ chất, điều kiện môi trường hoạt động (nồng độ cơ chất, pH …) Nhiệt độ bảo quản thích hợp cho enzyme này từ 0 ÷ 100C

Chế phẩm này của hãng Novozymes sản xuất và đã được tổ chức FAO cho phép sử dụng trong thực phẩm

2.2 SƠ ĐỒ BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM

2.2.1 Xác định thành phần hóa học của đầu xương cá Tra

Thành phần hóa học của đầu xương cá Tra được xác định theo sơ đồ hình 2.2

Hình 2.2 Sơ đồ xác định thành phần hóa học của đầu xương cá Tra

Nghiền nhỏ

Xác định thành phần: nước, lipid, protein, khoáng

Kết quả Đầu xương cá Tra

2.2.2 Quy trình dự kiến sản xuất sản phẩm thủy phân protein từ đầu xương

Đầu xương cá Tra

Thủy phân bằng Alcalase

Đầu xương cá Tra có chất lượng tốt, màu sắc tự nhiên, mùi tự nhiên, không có dấu hiệu bị ươn

* Xử lý

Nguyên liệu được cấp đông, tiến hành rã đông, sau đó chặt nhỏ để thuận lợi cho công đoạn tiếp theo

* Nghiền nhỏ

Nguyên liệu sau khi đã rã đông và xử lý xong, đem nghiền nhỏ với đường kính

lỗ sàng là 3mm, nhằm tăng diện tích tiếp xúc, tạo điều kiện cho quá trình thủy phân diễn ra nhanh hơn Sau đó cho nguyên liệu vào trong các túi nhựa để tiện cho quá trình thủy phân sau này

* Thủy phân bằng enzyme Alcalase

Nguyên liệu được đem thủy phân với enzyme Alcalase với tỷ nước/nguyên liệu là 1/1, khuấy trộn đều, tỷ lệ enzyme/nguyên liệu, nhiệt độ thủy phân và thời gian thủy phân nhất định Tiến hành khuấy đảo thường xuyên tạo điều kiện cho quá trình thủy phân diễn ra nhanh hơn Sau khi thủy phân tiến hành bất hoạt enzyme ở

900C trong 15 phút

* Thủy phân bằng enzyme Flavourzyme

Nguyên liệu được đem thủy phân tiếp tục bằng enzyme Flavourzyme với tỷ lệ enzyme/nguyên liệu, nhiệt độ thủy phân và thời gian thủy phân nhất định Tiến hành khuấy đảo thường xuyên tạo điều kiện cho quá trình thủy phân diễn ra nhanh hơn

Dịch thủy phân sau khi phối trộn Maltodextrin 10%, được đem đi sấy phun ở nhiệt độ 1350C, tốc độ bơm dịch 12ml/phút, áp suất khí nén = 0,5bar

2.2.3 Bố trí thí nghiệm xác định các thông số thích hợp cho quá trình thủy phân đầu xương cá Tra

2.2.3.1 Bố trí thí nghiệm xác định các thông số thích hợp cho quá trình thủy phân ở giai đoạn đầu

1 Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ enzyme Alcalase thích hợp

Mẫu thí nghiệm được tiến hành theo sơ đồ sau: