Nghiên cứu chế độ thủy phân đầu, xương cá tra để thu dịch thủy phân protein

Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ nước thích hợp cho quá trình thủy phân đầu, xương Cá Tra bằng enzyme Alcalase ..... Bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ thích hợp cho quá trình thủy phân

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

-

THÁI THỊ HUYỀN MSSV: 55134610

NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ THỦY PHÂN ĐẦU, XƯƠNG CÁ

TRA ĐỂ THU DỊCH THỦY PHÂN PROTEIN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Công nghệ sau thu hoạch

Nha Trang, tháng 07 năm 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

-

THÁI THỊ HUYỀN MSSV: 55134610

NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ THỦY PHÂN ĐẦU, XƯƠNG CÁ

TRA ĐỂ THU DỊCH THỦY PHÂN PROTEIN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Công nghệ sau thu hoạch

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TS NGUYỄN THỊ MỸ HƯƠNG

Nha Trang, tháng 07 năm 2017

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đề tài này, trước hết tôi xin gửi tới Ban Giám hiệu Trường

Đại học Nha Trang, Ban Chủ nhiệm Khoa Công nghệ Thực phẩm sự kính trọng,

niềm tự hào được học tập và nghiên cứu tại Trường trong những năm qua

Tôi xin chân thành gửi lời cám ơn sâu sắc tới cô giáo hướng dẫn TS Nguyễn

Thị Mỹ Hương- người đã hết lòng chỉ bảo những kinh nghiệm quý báu và hướng

dẫn tận tình, góp nhiều ý kiến thiết thực trong suốt thời gian tôi thực hiện đề tài

Xin cảm ơn sự quan tâm tận tình của quý thầy cô quản lý phòng thí nghiệm

Công nghệ chế biến, hóa sinh – vi sinh, công nghệ thực phẩm, viện công nghệ sinh

học cùng sự giúp đỡ, động viên, khích lệ của nhiều tập thể, cá nhân đã tạo điều

kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu làm đề tài tốt

nghiệp

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè đã động

viên, khích lệ và giúp đỡ nhiệt tình trong suốt quá trình học tập cũng như hoàn

thành đồ án tốt nghiệp này

Xin chân thành cảm ơn!

Nha Trang, tháng 6 năm 2017

Sinh viên thực hiện THÁI THỊ HUYỀN

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC HÌNH v

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vii

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu của đề tài 1

3 Nội dung nghiên cứu 1

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về cá Tra 3

1.1.1 Giới thiệu chung 3

1.1.1.1 Phân loại Cá Tra 3

1.1.1.2 Hình thái sinh lý 4

1.1.1.3 Đặc điểm sinh trưởng 4

1.1.1.4 Đặc điểm sinh sản 4

1.1.2 Phân bố 5

1.1.3 Đặc điểm sinh dưỡng 6

1.1.4 Thành phần hóa học của cá Tra 7

1.1.5 Tình hình nuôi cá Tra 8

1.1.6 Tình hình xuất khẩu cá Tra ở Việt Nam 9

1.1.7 Tận dụng phế liệu đầu, xương cá Tra 12

1.2 Tổng quan về enzyme protease 13

1.2.1 Định nghĩa 13

1.2.2 Tính chất 13

1.2.3 Trung tâm hoạt động enzyme 14

1.2.4 Nguồn thu nhận enzyme 15

1.3 Quá trình thủy phân protein 15

1.3.1 Sản phẩm thủy phân 16

1.3.1.1 Dịch đạm thủy phân 16

1.3.1.2 Bột đạm thủy phân 16

1.3.1.3 Các sản phẩm phụ từ quá trình thủy phân 16

1.3.1.4 Ứng dụng của sản phẩm thủy phân 17

1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme trong quá trình thủy phân 17 1.3.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme và cơ chất 17

1.3.2.2 Ảnh hưởng của các chất kìm hãm và các chất hoạt hóa 18

1.3.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ 18

1.3.2.4 Ảnh hưởng của pH môi trường 19

1.3.2.5 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân 19

1.3.2.6 Ảnh hưởng của lượng nước 20

1.4 Tình hình nghiên cứu thủy phân protein trong và ngoài nước 20

1.4.1 Ngoài nước 20

1.4.2 Trong nước 22

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 24

2.1.1 Đầu xương cá Tra 24

2.1.2 Enzyme Alcalase 24

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

2.2.1 Xác định thành phần hóa học của đầu, xương cá Tra 24

2.2.2 Sơ đồ dự kiến sản xuất dịch thủy phân protein từ đầu, xương cá Tra bằng enzyme Alcalase 26

2.2.3 Bố trí thí nghiệm xác định các thông số kỹ thuật thích hợp cho quá trình thủy phân đầu, xương Cá Tra để thu dịch thủy phân protein 27

2.2.3.1 Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ nước thích hợp cho quá trình thủy phân đầu, xương Cá Tra bằng enzyme Alcalase 28

2.2.3.2 Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ enzym Alcalase thích hợp cho quá

trình thủy phân đầu, xương cá Tra 29

2.2.3.3 Bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ thích hợp cho quá trình thủy phân đầu, xương cá Tra bằng enzym Alcalase 31

2.2.3.4 Bố trí thí nghiệm xác định thời gian thích hợp cho quá trình thủy phân đầu, xương cá Tra bằng enzym Alcalase 33

2.2.4 Đề xuất quy trình sản xuất dịch đạm thủy phân từ nguyên liệu đầu, xương Cá Tra và kiểm tra đánh giá chất lượng 36

2.2.5 Phương pháp phân tích 36

2.2.6 Phương pháp xử lý số liệu 37

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38

3.1 Kết quả xác định thành phần hóa học của đầu, xương cá Tra 38

3.2 Kết quả xác định các thông số thích hợp cho quá trình thủy phân đầu, xương cá Tra bằng enzyme Alcalase 38

3.2.1 Kết quả xác định tỷ lệ nước thích hợp cho quá trình thủy phân 39

3.2.2 Kết quả xác định tỷ lệ enzyme thủy phân thích hợp 41

3.2.3 Kết quả xác định nhiệt độ thủy phân thích hợp cho enzyme Alcalase 44

3.2.4 Kết quả xác định thời gian thủy phân thích hợp cho enzyme Alcalase 47

3.3 Đề xuất quy trình sản xuất sản phẩm thủy phân 50

3.3.1 Sơ đồ quy trình sản xuất sản phẩm thủy phân 50

3.3.2 Giải thích quy trình 51

3.4 Sản xuất sản phẩm thủy phân theo quy trình đề xuất 53

3.4.1 Các sản phẩm thu được từ quá trình thủy phân đầu, xương cá Tra theo quy trình đề xuất 53

3.4.2 Đánh giá chất lượng dịch đạm thủy phân 54

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 PHỤ LỤC I

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cá tra nuôi 3

Hình 1.2 Xuất khẩu cá Tra Việt Nam từ 1/1 đến 15/12/2016 10

Hình 1.3 Phế liệu chính từ cá 13

Hình 2.1 Đầu xương Cá Tra 24

Hình 2.2 Sơ đồ xác định thành phần hóa học của nguyên liệu đầu xương cá Tra 25

Hình 2.3 Quy trình dự kiến sản xuất dịch thủy phân protein từ đầu, xương cá Tra bằng enzyme Alcalase 26

Hình 2.4 Sơ đồ thí nghiệm xác định tỷ lệ nước thích hợp 28

Hình 2.5 Sơ đồ thí nghiệm xác định tỷ lệ enzyme thích hợp 30

Hình 2.6 Sơ đồ thí nghiệm xác định nhiệt độ thích hợp 32

Hình 2.7 Sơ đồ thí nghiệm xác định thời gian thích hợp 35

Hình 3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ nước đến độ thủy phân 39

Hình 3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ nước đến hiệu suất thu hồi Nitơ 39

Hình 3.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ nước đến hàm lượng Nitơ amoniac 40

Hình 3.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Alcalase đến độ thủy phân 41

Hình 3.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Alcalase đến hiệu suất thu hồi Nitơ 42

Hình 3.6 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Alcalase đến hàm lượng Nitơ amoniac 42

Hình 3.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến độ thủy phân 44

Hình 3.8 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến hiệu suất thu hồi Nitơ 45

Hình 3.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến hàm lượng Nitơ amoniac 45

Hình 3.10 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân ở đến độ thủy phân 47

Hình 3.11 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân ở đến hiệu suất thu hồi Nitơ 48

Hình 3.12 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến hàm lượng Nitơ amoniac 48

Hình 3.13 Sơ đồ quy trình sản xuất sản phẩm thủy phân từ đầu xương cá Tra 51

Hình 3.14 Dịch thủy phân sau khi bất hoạt enzyme 52

Hình 3.15 Máy ly tâm thể tích lớn 53

Hình 3.16 Dịch protein thủy phân 54

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Một số loài trong giống cá Tra (Pagasius) ở Việt Nam 3

Bảng 1.2 Thành phần thức ăn trong ruột cá Tra ngoài tự nhiên 7

Bảng 1.3 Tỷ lệ khối lượng các thành phần khác nhau của cá Tra 7

Bảng 1.4 Thành phần hóa học cơ bản của cá Tra 8

Bảng 1.5 Diện tích và sản lượng cá tra tại các tỉnh đồng bằng sông cửu long 9

Bảng 1.6 Giá trị xuất khẩu cá Tra năm 2016 11

Bảng 1.7 Tỷ lệ giá trị xuất khẩu cá Tra năm 2016 so với cùng kì 2015 11

Bảng 3.1 Thành phần hóa học của đầu, xương cá Tra (%) 38

Bảng 3.2 Chỉ tiêu cảm quan của dịch thủy phân 54

Bảng 3.3 Các chỉ tiêu hóa học của dịch protein thủy phân 54

Naa: Nitơ acid amine

Naa/Nts Tỷ lệ nitơ acid amine so với nitơ tổng

số

NNH3: Nitơ amoniac

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

DH: Degree of Hydrolysis (Độ thủy phân) XUẤT

KHẨU: Xuất khẩu

NK: Nhập khẩu

ĐBSCL: Đồng bằng sông Cửu Long

FAO: Food and Agriculture Organization

Tổ chức Lương nông của Liên Hiệp Quốc

ĐẶT VẤN ĐỀ

1 Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây, ngành chế biến thủy sản ngày càng phát triển và đang là ngành mũi nhọn của đất nước, góp phần đưa nền kinh tế của nước ta đi lên Nhưng bên cạnh đó, nó cũng để lại nhiều trở ngại đáng quan tâm, một lượng lớn nguyên liệu còn lại sau quá trình chế biến được nhà máy thải ra chủ yếu như đầu, xương, nội tạng, vây,… chiếm khoảng 40 – 60% tổng khối lượng cá và rất dễ gây ô nhiễm môi trường nếu không có biện pháp xử lý kịp thời

Đặc biệt, cá Tra là một loài cá có giá trị kinh tế khá cao, được nước ta và nhiều nước khác trên thế giới sử dụng Các sản phẩm chủ yếu của cá Tra là dạng philê đông lạnh hay cá Tra nguyên con đông lạnh… Sau quá trình chế biến sản phẩm cá Tra thì lượng nguyên liệu còn lại chủ yếu là đầu, xương và vây Vì thế cần

có biện pháp thích hợp để tận dụng nguồn nguyên liệu này

Hiện nay, có nhiều hướng tận dụng đầu, xương cá Tra như sản xuất bột cá làm thức ăn chăn nuôi, một phần làm thức ăn tươi cho gia súc… Nhưng đầu, xương

cá Tra thải ra với số lượng lớn hàng ngày và nó còn chứa nhiều thành phần dinh dưỡng quan trọng cho con người Vì thế, hướng sản xuất ra sản phẩm có giá trị từ việc tận dụng đầu, xương cá Tra để phục vụ cho nhu cầu của con người và giảm thiểu ô nhiễm môi trường đang là một vấn đề rất cần thiết

Từ yêu cầu thực tiễn đó, một trong những hướng giải quyết là sản xuất ra sản phẩm thủy phân protein từ đầu, xương cá Tra để thu dịch đạm thủy phân từ đó có thể ứng dụng trong thực phẩm…

Chính vì thế, tôi thực hiên đề tài: “Nghiên cứu chế độ thủy phân đầu, xương

cá Tra để thu dịch thủy phân protein”

2 Mục tiêu của đề tài

Tìm ra chế độ thủy phân phù hợp làm cơ sở để nghiên cứu qui trình công nghệ thu dịch đạm thủy phân có độ thủy phân và hiệu suất thu hồi cao

3 Nội dung nghiên cứu

- Xác định thành phần hóa học cơ bản của đầu, xương cá Tra

- Xác định các thông số thích hợp cho quá trình thủy phân đầu, xương cá Tra bằng enzyme Alcalase để thu dịch thủy phân protein được ứng dụng trong thực phẩm

- Sản xuất dịch thủy phân protein từ đầu, xương cá Tra theo các thông số thích hợp đã xác định đươc và kiểm tra đánh giá chất lượng của dịch thủy thủy phân

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghiên cứu của đề tài là dữ liệu về sự thủy

phân đầu, xương cá Tra bằng enzyme Alcalase để thu dịch thủy phân protein

- Ý nghĩa thực tiễn

+ Đề tài này góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường do đầu, xương cá Tra gây

ra, mở ra một hướng mới cho các nhà máy chế biến thủy sản về việc tận dụng phế liệu đầu, xương cá Tra và mang lại lợi ích thiết thực về kinh tế

+ Đề tài góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng đầu, xương cá Tra từ đó tạo ra được sản phẩm giàu acid amine rất cần thiết trong sản xuất và cuộc sống hàng ngày

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về cá Tra

1.1.1 Giới thiệu chung

Cá Tra là một loại cá da trơn, một trong 11 loài thuộc họ cá Tra (Pangasiidae)

đã được xác định ở sông Cửu Long Cá Tra của Việt Nam cũng khác hoàn toàn với

loài cá nheo Mỹ (Ictalurus punctatus) thuộc họ Itaruridae

Hình 1.1 Cá Tra nuôi

1.1.1.1 Phân loại Cá Tra

Cá Tra thuộc một lớp Lưỡng Tiêm (Pisces)

Bộ cá Nheo Siluriformes

Họ Cá Tra Pangasiidae

Giống Cá Tra dầu Pangasianodon

Loài cá Tra dầu Pangasianodon hypophthalmus (cá Tra nuôi)

Bảng 1.1 Một số loài trong giống cá Tra (Pagasius) ở Việt Nam [11]

1 Pagasius hyphothalmus Cá Tra

3 Pagasius macronema Cá Sát Sọc (Tra Nâu)

7 Pagasius poliranodon Cá Dứa

1.1.1.2 Hình thái sinh lý

Cá tra là loài 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 được ở nhũng vùng nước hơi lệ, có thể chịu được nước phèn với pH > 5, dễ chết ở nhiệt độ thấp dưới 150C nhưng chịu nóng tới 390C Cá Tra có số lượng hồng cầu trong máu nhiều hơn các loài cá khác Có cơ quan hô hấp phụ và có thể hô hấp bằng bóng khí và da và ngưỡng oxy của cá Tra thấp hơn 3 lần so với cà mè trắng [11]

1.1.1.3 Đặc điểm sinh trưởng

Cá Tra có tốc độ sinh trưởng tương đối nhanh, còn nhỏ có tăng nhanh về chiều dài Cá ương sau 2 tháng đã đạt được chiều dài 10-12 cm (14 – 15 gram) Từ khoảng 2,5 kg trở lên, mức tăng trọng nhanh hơn tăng chiều dài cơ thể Cá Tra trong

tự nhiên có thể sống trên 20 năm Đã gặp cá trong tự nhiên 18 kg hoặc có loài cá dài 1,8m

Trong ao nuôi vỗ cá bố mẹ cho đẻ đạt tới 25kg ở cá 10 năm tuổi, nuôi trong ao 1năm cá đạt 1-1,5 kg/con (năm đầu tiên), những năm về sau cá tăng trọng nhanh hơn, có khi đạt tới 5-6kg/năm tùy thuộc môi trường sống và sự cung cấp thức ăn có hàm lượng đạm nhiều hay ít Độ béo Fulton của cá tăng theo trọng lượng và nhanh nhất ở những năm đầu, cá đực thường có độ béo cao hơn cá cái và độ béo giảm đi khi mùa sinh sản [11]

1.1.1.4 Đặc điểm sinh sản

Tuổi thành thục của cá đực là 2 tuổi và cá cái 3 tuổi, trọng lượng cá thành thục lần đầu từ 2,5-3 kg Trong tự nhiên chỉ gặp cá thành thục trên sông ở địa phận của Campuchia và Thái Lan Ngay từ năm 1966, Thái Lan đã bắt Cá Tra thành thục trên sông (trong đầm Bung Borapet) và kích thích sinh sản nhân tạo thành công Sau đó họ nghiên cứu nuôi vỗ cá Tra trong ao Đến năm 1972, Thái Lan công bố quy trình sinh sản nhân tạo Cá Tra với phương pháp nuôi vỗ cá bố mẹ thành thục trong ao đất

Cá Tra không có cơ quan sinh dục phụ (sinh dục thứ cấp), nên chỉ nhìn hình dáng bên ngoài thì khó phân biệt được cá đực, cái Thời kỳ thành thục, tuyến sinh dục đực phát triển lớn gọi là buồng tinh hay tinh sào, ở cá cái gọi là buồng trứng hay noãn sào Tuyến sinh dục cá Tra bắt đầu phân biệt được ở giai đoạn II tuy màu sắc không khác nhau nhiều Các giai đoạn sau buồng trứng bắt đầu tăng về kích thước, hạt trứng màu vàng, tinh sào phân nhánh màu hồng chuyển sang màu trắng sữa Hệ số thành thục của cá Tra khảo sát được trong tự nhiên từ 1,76-12,94 (cá cái)

và 0,83-2,1 (cá đực) cá đánh bắt được trong tự nhiên từ 8-11kg Trong ao nuôi vỗ,

hệ số thành thục của cá Tra cái có thể đạt tới 19,5%

Mùa vụ thành thục của cá trong tự nhiên bắt đầu từ tháng 5-6 dương lịch, cá có tập tính di cư đẻ tự nhiên trên những khúc sông có điều kiện sinh thái phù hợp thuộc địa phận Campuchia và Thái Lan, không đẻ tự nhiên ở phần sông Việt Nam Bãi đẻ cá tự nhiên nằm từ khu vực ngã tư giao tiếp 2 con sông Mê Kông và Tonlesap, từ thị xã Kratic (Campuchia) trở lên đến thác Khone, nơi tiếp giáp biên giới Campuchia và Lào Nhưng tập trung nhất từ Kampi đến hết Koh Rongiev thuộc địa giới 2 tỉnh Kratie và Stung Treng Tại đây có thể bắt được những cá Tra nặng tới 15kg với buồng trứng đã thành thục Cá đẻ trứng dính vào giá thể thường là rễ của loài cây sống ven sông Gimenila asiatica, sau 24 giờ thì trứng nở thành cá bột và trôi về hạ nguồn

Trong sinh sản nhân tạo, ta có thể nuôi thành thục sớm và cho sớm hơn trong tự nhiên (từ tháng 3 dương lịch hàng năm), cá Tra có thể tái phát dục 1-3 lần trong 1 năm Số lượng trứng đếm được trong buồng trứng của cá gọi là sức sinh sản tuyệt đối Sức sinh sản tuyệt đối của cá Tra từ 200 ngàn đến vài triệu trứng Sức sinh sản tương đối có thể đạt tới 135 ngàn trứng/kg cá cái Kích thước của trứng cá Tra tương đối nhỏ và có tính dính Trứng sắp đẻ có đường kính trung bình 1mm Sau khi đẻ ra và hút nước đường kính khi trương nước có thể tới 1,5-1,6mm [11]

1.1.2 Phân bố

Cá Tra phân bố ở một số nước ở Đông Nam Á như Campuchia, Thái Lan, Indonexia vá Việt Nam Đây là một trong những loài cá nuôi quan trọng có giá trị kinh tế Cá Tra được nuôi phổ biến ở hầu hết các nước Đông nam Á, là một trong 6

loài cá nuôi quan trọng nhất của khu vực này Bốn nước trong hạ lưu sông Mê kông

đã có nghề nuôi Cá Tra truyền thống là Thái Lan, Campuchia, Lào, Việt Nam do có nguồn cá Tra tự nhiên phong phú Ở Campuchia tỷ lệ nuôi cá Tra chiếm 98% trong

3 loài thuộc họ cá Tra, chỉ có 2% là cá Basa và cá vồ đém, sản lượng cá Tra nuôi chiếm một nữa tổng sản lượng các loài cá nuôi Một số nước trong khu vực như Thái Lan, Malaysia, Indonexia đã nuôi cá Tra có hiệu quả từ thập niên 70-80 Người ta còn tìm thấy cá Tra trên lưu vực sông Chaophraya của Thái Lan Ở Việt Nam rất ít bắt gặp cá Tra trưởng thành trên các con song mà chủ yếu ở sông Tiền và sông Hậu là loái cá bột và cá giống Trước khi có phương pháp nhân tạo, người ta có nghề vớt cá bột và cá giống này về bán cho các ao, bè nuôi

Cá Tra có tập tính di cư ngược dòng sông Mê Kông để sinh sống và tìm nơi sinh sản tự nhiên Khảo sát chu kỳ di cư của Cá Tra ở địa phận Campuchia cho thấy

cá ngược dòng từ tháng 10 đến tháng 5 và di cư về hạ lưu từ tháng 5 đến tháng 9 hàng năm [11]

1.1.3 Đặc điểm sinh dưỡng

Cá Tra khi hết noãn hoàn thì thích ăn mồi tươi sống, vì vậy chúng ăn thịt lẫn nhau ngay trong bể ấp và chúng vẫn tiếp tục ăn nhau nếu cá ương không được cho

ăn đầy đủ, thậm chí cá vớt trên sông vẫn thấy chúng ăn nhau trong đáy cá vớt bột Ngoài ra khi khảo sát cá bột vớt trên sông, còn thấy trong dạ dày của chúng có rất nhiều phần cơ thể và mắt cá con các loài khác Dạ dày của chúng phình to hình chữ

U và co giãn được, ruột cá Tra ngắn, không gấp khúc lên nhau mà dính vào màng treo ruột ngay dưới bong khí vào tuyến sinh dục Dạ dày to và ruột ngắn là đặc điểm của cá thiên về ăn thịt Ngay vừa hết noãn hoàng cá thể hiện rõ tính ăn thịt và ăn lẫn nhau, do đó để tránh hao hụt do ăn nhau trong bể, cần nhanh chóng chuyển cá ra ao ương Trong quá trình ương nuôi thành cá giống trong ao, chúng ăn được các loài phù du động vật có kích thước vừa cỡ miệng của chúng và các thức ăn nhân tạo Khi cá lớn thể hiện tính ăn rộng, ăn đáy và ăn tạp thiên về động vật nhưng dễ chuyển đổi loại thức ăn Trong điều kiện thiếu thức ăn, cá có thể sử dụng các loại thức ăn bắt buộc khác như mùn bã hữu cơ, thức ăn có nguồn gốc động vật Trong ao

nuôi cá Tra cá có khả năng thích nghi với nhiều loại thức ăn khác nhau như cám, rau, động vật đáy [25]

Khi phân tích thức ăn trong ruột cá đánh bắt tự nhiên cho thấy thành phần thức

ăn khá đa dạng, trong đó cá Tra ăn tạp thiên về ăn động vật [25]

Bảng 1.2 Thành phần thức ăn trong ruột cá Tra ngoài tự nhiên [25]

1.1.4 Thành phần hóa học của cá Tra

Tỷ lệ thành phần khối lượng của cá Tra phụ thuộc vào trọng lượng của cá khi

thu hoạch và hình thức nuôi…, thành phần khối lượng được phân ra các phần sau:

cơ thịt, đầu, vẩy, da, xương, nội tạng…

Bảng 1.3 Tỷ lệ khối lượng các thành phần khác nhau của cá Tra [13]

Thịt cá(%) Mỡ cá(%) Xương, đầu,vây(%) Nội tạng(%) Da (%)

Thành phần hóa học của thịt cá Tra bao gồm: nước, protein, lipit, gluxit, khoáng chất, vitamin, enzyme, hormone Cũng giống như những loài thủy sản khác, thành phần hóa học khác nhau về giống loài, trong cùng một loài nhưng sống ở môi trường nước khác nhau thì thành phần hóa học cũng khác nhau

Thành phần hóa học của cá Tra còn phụ thuộc vào mùa vụ, thời tiết khí hậu nguồn thức ăn, trạng thái sinh lý của cá Thành phần hóa học ảnh hưởng rất lớn đến giá trị cảm quan và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm [13]

Bảng 1.4 Thành phần hóa học cơ bản của cá Tra [13]

Thành phần dinh dưỡng trên 100g sản phẩm ăn được Calo Calo từ

chất béo

Tổng lượng chất béo

Chất béo bão hòa

Cholesterol Natri Protein

124,52 cal 30,84 3,42g 1,64g 25,20mg 70,60mg 23,42mg

1.1.5 Tình hình nuôi cá Tra

Năm 2016 tình hình nuôi, chế biến và xuất khẩu cá tra ở vùng ĐBSCL gặp nhiều khó khăn do tác động của biến đổi khí hậu, hạn mặn, rào cản kỹ thuật của nhiều nước trên thế giới, giá cả thất thường không ổn định Tuy nhiên, ngành cá tra

đã vượt qua thách thức để tiếp tục tăng trưởng

Theo Tổng cục Thủy sản, ĐBSCL hiện có 4.785 ao nuôi cá tra thương phẩm, trong đó 2.267 ao thuộc sở hữu cá thể (chiếm 47,38%), 2.486 ao nuôi thuộc sở hữu doanh nghiệp (51,95%) và 32 ao thuộc sở hữu các hợp tác xã/tổ hợp tác

Theo báo cáo của Bộ NN&PTNT, năm 2016, diện tích nuôi cá tra thương phẩm đạt trên 5.500 ha, sản lượng đạt 1,19 triệu tấn, tăng gần 10% so với cùng kỳ

do sản lượng của một số tỉnh tăng khá lớn như: Đồng Tháp 285,5 nghìn tấn (tăng 6,8%), Cần Thơ 118 nghìn tấn (tăng 27,2%).So với cùng kỳ 2015, mặc dù số lượng giống thả nuôi giảm -11,1%, diện tích thả nuôi tăng 3,1%, nhưng sản lượng tăng 8,9% so với cùng kỳ năm 2015 Năm 2016, toàn vùng Đồng bằng sông Cửu Long

có 108 cơ sở cho sinh sản nhân tạo cá tra, 1.856 hộ ương dưỡng cá giống với diện tích khoảng 1.500 ha, sản lượng cá bột sản xuất ước đạt khoảng 16,5 tỷ con tăng 1,0% so với cùng kỳ, tập trung tại các địa phương trọng điểm về sản xuất giống như Đồng Tháp, An Giang, Cần Thơ, Vĩnh Long

Năm 2017, dự kiến diện tích nuôi cá tra giữ ở mức dưới 5 ngàn 500 ha với sản lượng hơn 1,15 triệu tấn, phấn đấu kim ngạch xuất khẩu đạt trên 1,7 tỷ USD Để đạt được kế hoạch đề ra, trong thời gian tới cần chỉ đạo quyết liệt trong việc tập trung nâng cao chất lượng giống cá tra; Tiếp tục đánh giá chất lượng, hoàn thiện và chuyển giao đàn cá tra chọn giống của Bộ cho các địa phương Bên cạnh đó, tăng cường áp dụng các tiêu chuẩn như GAP Đồng thời mở rộng việc áp dụng tiêu

chuẩn thực hành nuôi trồng thủy sản VietGap trong nuôi cá tra Mặc khác, đẩy mạnh tổ chức lại sản xuất theo hướng liên kết giữa các hộ nông dân thành hợp tác

xã, tổ hợp tác để làm nền tảng, tạo đầu mối cho liên kết dọc với các nhà máy chế biến, gắn vùng nguyên liệu với nhà máy chế biến, nhằm đảm bảo cho các hộ nuôi

và doanh nghiệp trụ vững với con cá tra [14]

Bảng 1.5 Diện tích và sản lượng cá tra tại các tỉnh đồng bằng sông cửu long[27]

1.1.6 Tình hình xuất khẩu cá Tra ở Việt Nam

Trong năm 2016, Việt Nam xuất khẩu cá tra sang 140 thị trường trên thế giới, tăng 4 thị trường so với năm 2015, đạt kim ngạch 1.669,475 triệu USD tăng 7% so với năm trước và chiếm 24% tổng kim ngạch xuất khẩu thủy sản Các thị

Diện tích và sản lượng cá tra tại các tỉnh đồng bằng sông cửu long - Nguồn: Bộ NN

và PTNT

(%) Nguồn

cung

diện tích (ha)

S lượng (tấn)

diện tích (ha)

S lượng (tấn)

trường chính: Mỹ, EU, Trung Quốc – Hong Kong, ASEAN, Mexico, Brazil, Colombia và Ảrập Xêut chiếm 79,2% tỷ trọng Hoa Kỳ tiếp tục là thị trường với xuất khẩu cá tra lớn nhất của Việt Nam, với tỷ trọng chiếm 23% trên tổng kim ngạch xuất khẩu, đạt ở mức trên 360 triệu USD

Năm 2016 chứng kiến sự tăng trưởng xuất khẩu cá tra sang thị trường Trung Quốc-Hồng Kông Dự kiến năm 2016, kim ngạch xuất khẩu sang thị trường Trung Quốc-Hồng Kông đạt 305 triệu đô la Mỹ, tăng 90% so với năm 2015, đây cũng là thị trường có mức tăng trưởng lớn nhất của Việt Nam tính đến thời điểm hiện nay Theo dự báo, xuất khẩu cá tra sang thị trường Trung Quốc có thể tiếp tục tăng mạnh trong năm 2017 Rất có thể Trung Quốc sẽ vượt Mỹ trở thành thị trường nhập khẩu

cá tra lớn nhất trong năm tới

Hiện nước ta có hơn 100 cơ sở sản xuất và xuất khẩu cá tra, trong đó có 20 doanh nghiệp lớn chiếm tỷ trọng khoảng 80% toàn ngành, nắm giữ 70-80% sản lượng nguyên liệu Do vậy, doanh nghiệp sẽ kiểm soát để đáp ứng được nguồn nguyên liệu xuất khẩu theo nhu cầu thị trường trong năm nay và năm tới Xuất khẩu

cá tra năm 2017 dự báo tăng nhẹ 4% đạt trên 1,7 tỷ USD Trong đó, thị trường Mỹ

là điểm đến cho 2-3 doanh nghiệp lớn, các doanh nghiệp khác sẽ tập trung nhiều vào các thị trường Trung Quốc, EU, ASEAN và đẩy mạnh sang Nga

Hình 1.2 Xuất khẩu cá Tra Việt Nam từ 1/1 đến 15/12/2016 [27]

(Nguồn: VASEP theo số liệu hải quan Việt Nam)

Mỹ 21%

Nhật Bản 17%

Trung Quốc 12%

Hàn Quốc 9%

EU 17%

ASEAN 7%

Các TT khác 19%

Thị trường xuất khẩu cá tra chính từ 1/1 –

15/12/2016 (GT)

Bảng 1.6 Giá trị xuất khẩu cá Tra năm 2016 [27]

SẢN PHẨM CÁ TRA XUẤT KHẨU NĂM 2016

Bảng 1.7 Tỷ lệ giá trị xuất khẩu cá Tra năm 2016 so với cùng kì 2015 [27]

THỊ

TRƯỜNG

Tháng 11/2016 (GT)

Nửa đầu T12/2016 (GT)

Tỷ lệ

GT (%)

So với cùng kỳ

2015 (%)

Từ 1/1 – 15/12/2016 (GT)

Tỷ lệ

GT (%)

So với cùng kỳ

1.1.7 Tận dụng phế liệu đầu, xương cá Tra

này có khả năng tiêu thụ khoảng 4.000 tấn nguyên liệu/ngày Nguồn chất thải hữu

cơ từ các doanh nghiệp làm tăng khả năng gây ô nhiễm môi trường trầm trọng hơn Mặc khác các nhà khoa học nhận thấy trong phế liệu có chứa các chất có giá trị dinh dưỡng có thể sử dụng lại nhằm hạn chế ô nhiễm môi trường, nâng cao giá trị sử dụng, có thể đưa ra hướng mới góp phần đa dạng hóa sản phẩm trên thị trường và thu thêm một nguồn lợi nhuận đáng kể

Các hướng tận dụng: làm thức ăn cho động vật nuôi, thu hồi dịch đạm từ việc thủy phân đầu, xương cá tra, sản xuất bột xương, sản xuất dầu cá từ đầu, xương cá tra…

Vì nguồn lợi thủy sản đặc biệt là cá tra có hạn, do đó việc thu hồi triệt để nguồn dinh dưỡng là yêu cầu thiết yếu để phục vụ ngày càng tốt cho đời sống con người Trong đó thu hồi triệt để lượng protein và lipid trong đầu cá tra cũng được quan tâm và chú trọng

Với tỷ lệ này, hàng ngày các nhà máy chế biến thủy sản thải ra môi trường một lượng lớn phế phẩm gồm đầu, xương, mỡ, da cá… Do đó, việc gia tăng giá trị

sử dụng nguồn phế liệu này trở thành một yêu cầu cấp thiết nhằm giải quyết vấn đề phát triển kinh tế xã hội đồng thời giữ gìn môi trường sống của cộng đồng

Trung bình lượng phế liệu chiếm từ 40%-60% tổng khối lượng cá Phế liệu từ quá trình sản xuất gồm đầu, da, xương, vây, vẩy, nội tạng…

Hình 1.3 Phế liệu chính từ cá [11]

Chính vì thế mà việc tận dụng phế liệu để tạo ra các sản phẩm có giá trị cao hơn là rất quan trọng, vừa giúp giảm đi lượng phế liệu thải ra môi trường, giảm ô nhiễm môi trường đồng thời cũng tạo ra những sản phẩm có giá tri kinh tế, tạo ra nguồn thu mới

1.2 Tổng quan về enzyme protease

- Enzyme cũng bị kết tủa bởi các tác nhân gây kết tủa protein Các tác nhân vật lý

và hóa học làm biến tính protein thì cũng làm biến tính enzyme Vậy enzyme cũng

bị bất hoạt tính khi bị tác động bởi các tác nhân gây biến tính protein do nhiệt độ cao, kiềm đặc hoặc acid, muối kim loại nặng

1.2.3 Trung tâm hoạt động enzyme

Trung tâm hoạt động của enzyme là một phần nhỏ trong cấu trúc của enzyme

có nhiệm vụ tham gia với cơ chất và chuyển hóa cơ chất

Trung tâm hoạt động của enzyme bao gồm nhiều nhóm chức khác nhau của acid amin, phân tử nước liên kết và trong nhiều trường hợp có cả ion kim loại, các nhóm chức của coenzyme

Có những enzyme có một trung tâm hoạt động nhưng cũng có enzyme có 2 hay nhiều trung tâm hoạt động Ví dụ: alcol – dehydrogenase của gan động vật có 2 trung tâm hoạt động còn alcol – hydrogenase của nấm men có tới 4 trung tâm hoạt động, trung tâm hoạt động có thể giống nhau nhưng có thể khác nhau về cấu tạo

Các nhóm chức thường gặp của các acid amin trong trung tâm hoạt động của enzyme là :

- Nhóm – HS (sulfuhydryl) của Cysteine

- Nhóm – OH (hydroxyl) của Serine, Threonine, Tyrosine

- Nhóm – COOH (cacboxyl) của Aspartic, Glutamic

- Nhóm – NH2 (amin) của Tryptophan

- Vòng Imidazol của Histidine

- Nhóm Guaridin của Arginine

Enzyme thường gặp là enzyme 1 thành phần và enzyme 2 thành phần [5]:

- Enzyme 1 thành phần có bản chất protein do vậy trung tâm hoạt động của nó là sự phối hợp giữa các nhóm chức có trong acid amin để hoàn thành trung tâm hoạt động của nó

- Đối với enzyme 2 thành phần trung tâm hoạt động của nó ngoài các nhóm chức acid amin người ta còn gặp các nhóm chức của các thành phần phi protein, chẳng hạn như các nhóm chức của thành phần coenzyme (thường chứa các vitamin hoặc các ion kim loại nặng)

1.2.4 Nguồn thu nhận enzyme

Enzyme có trong các tế bào động vật, thực vật và vi sinh vật Do vậy người

ta có thể thu nhận từ các nguồn này để sử dụng trong công nghiệp [5]

Một số nguyên liệu dùng để tách chiết enzyme [5]:

- Từ thực vật: từ nhựa đu đủ papain, từ hạt đậu tương tách urease, từ thân của quả dứa tách bromelain

- Từ động vật: từ một số mô và cơ quan của động vật người ta có thể thu nhận được nhiều enzyme khác như từ dạ dày có thể thu được pepsine, từ nội tạng thu được trypsin, chymochypsin

- Từ vi sinh vật: vi sinh vật thường dùng để sản xuất các chế phẩm gồm nhiều loại

Aspergilus, Basillus, Pencillium, Clostridium, Streptomyces, và các loại nấm men

- Vi sinh vật là đối tượng thích hợp nhất để sản xuất enzyme, sử dụng vi sinh vật để sản xuất enzyme có những ưu điểm sau:

- Có thể chủ động trong quá trình sản xuất

- Chu kì phát triển của vi sinh vật ngắn do đó có thể sản xuất enzyme từ vi sinh vật trong thời gian ngắn từ 36 – 60 giờ

- Có thể định hướng việc tổng hợp enzyme ở vi sinh vật theo hướng sản xuất chọn lọc enzyme với số lượng lớn

- Giá thành các chế phẩm enzyme từ vi sinh vật thấp hơn so với các nguồn khác vì môi trường nuôi cấy vi sinh vật tương đối rẻ tiền, đơn giản

1.3 Quá trình thủy phân protein

Thực chất của quá trình thủy phân thịt cá là quá trình biến đổi protein để tạo

ra các acid amin dưới tác dụng của hệ enzyme protease nội tại và enzyme bổ sung bên ngoài [12]:

Protein → Polipeptid → peptid → Acid amin Tùy mức độ thủy phân, thời gian thủy phân mà ta có thể thu được peptid hay acid amin

- Enzyme là chất xúc tác sinh học có tính đặc hiệu cao do vậy nó chỉ có tác dụng đối với một vài loại liên kết nào đó và kiểu liên kết nhất định

- Protease là enzyme xúc tác thủy phân liên kết peptid (-CO-NH-) trong phân tử protein

Bột đạm thủy phân có hàm lượng protein cao khoảng 70%, lipid khoảng 0,5%

và tỷ lệ nitơ dễ hấp thụ cao, rất có giá trị dinh dưỡng Có thể sử dụng bột đạm thủy phân dưới dạng nguyên chất hoặc phối trộn với các thực phẩm khác

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

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

1.3.1.3 Các sản phẩm phụ từ quá trình thủy phân

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

Bột khoáng là phần xương thu được sau quá trình thủy phân được đem đi lọc tách xương và rửa sạch Sau đó, bột đem đi sấy khô và xay nghiền Trong bột

khoáng có chứa các nguyên tố Ca, Mg, P…, một lượng nhỏ protein, lipit chưa thủy phân triệt để

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

1.3.1.4 Ứng dụng của sản phẩm thủy phân

Dịch đạm cô đặc và bột đạm hòa tan có thể ứng dụng trong sản xuất thức ăn chăn nuôi, đặc biệt là trong nuôi trồng thủy sản Sản phẩm với nồng độ đạm cao, gồm hỗn hợp các acid amin cần thiết cho sự phát triển của tôm, cá Sản phẩm cũng chứa các chất kích thích tiêu hóa Cho nên khi phối trộn chúng vào thức ăn theo tỷ

lệ phù hợp sẽ làm tăng vị ngon và với mùi hấp dẫn sẽ giúp cho tôm, cá nhanh chóng phát hiện và ăn mồi, góp phần cung cấp lượng thức ăn đầu vào cho nuôi trồng thủy sản

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

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

1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme trong quá trình thủy phân

Tốc độ thủy phân bằng enzyme chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố, cụ thể là:

1.3.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme và cơ chất

- 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

- 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

1.3.2.2 Ảnh hưởng của các chất kìm hãm và các chất hoạt hóa

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

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

1.3.2.3 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

là nhiệt độ tối thích Với đa số enzyme, vùng nhiệt độ thích hợp trong khoảng 40 –

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

1.3.2.4 Ảnh hưởng của pH môi trường

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 acid (pepsin, protease acid của vi sinh vật…) hoặc nằm trong vùng kiềm ( trypsin, subtilin…) Với từng enzyme, giá trị pH thích hợp có thể thay đổi khi nhiệt độ, loại cơ chất … thay đổi

Enzyme rất nhạy cảm với sự thay đổi pH môi trường Mỗi enzyme chỉ hoạt động ở vùng pH nhất định gọi là pH tối thích pH tối thích của đa số enzyme nằm trong vùng acid yếu, kiềm yếu hay trung tính, chỉ có một số enzyme hoạt động tối thích nằm trong vùng acid mạnh hay kiềm mạnh [5]

1.3.2.5 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 thủy phân nhằm đảm bảo hiệu suất thủy phân cao, chất lượng sản phẩm tốt Thời gian thủy phân dài, ngắn khác nhau tùy thuộc vào loại enzyme, nồng độ cơ chất, pH, nhiệt độ, sự có mặt của chất hoạt hóa, ức chế… Trong thực tế, thời gian thủy phân phải xác định bằng thực nghiệm và kinh nghiệm thực tế cho từng quá trình thủy phân cụ thể

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

Ngược lại, thời gian thủy phân rút ngắn, sự phân giải protein chưa triệt để, hiệu suất thủy phân không cao và gây lãng phí nguyên liệu [12]

1.3.2.6 Ảnh hưởng của lượng nước

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

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

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

1.4 Tình hình nghiên cứu thủy phân protein trong và ngoài nước

1.4.1 Ngoài nước

Herpandi và cộng sự (2012) đã nghiên cứu độ thủy phân và lượng acid amine tryptophan tự do của sản phẩm thủy phân từ cá ngừ bằng các loại protease khác nhau Sản phẩm thủy phân Protein cá ngừ vằn được sản xuất bằng các loại Protease (Alcalase, Alcalase, 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 nguyên liệu Kết quả cho thấy thời gian dài với tỷ lệ enzyme cao đã làm tăng độ thủy phân bằng enzyme Alcalase cho độ thủy phân cao nhất trong số tất cả các Protease, tiếp theo là Flavourzyme và Neutrase [16]

Ho và Tan (2002) đã sử dụng enzym Alcalase để sản xuất dịch đạm thủy phân

từ cá rô phi Oreochromis mossambicus Điều kiện thủy phân cho hiệu suất cao là ở

nhiệt độ 50°C, pH là 8.0, với tỷ lệ một phần nước và một phần thịt cá; tỷ lệ enzym và

cơ chất là 1:50 Sau khi đã trung hòa, dịch thuỷ phân được thu hồi, sấy khô và làm nguyên liệu sản xuất bánh quy “Keropok” [17]

Nguyen và cộng sự (2011) đã nghiên cứu sự thủy phân phế liệu 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 phế liệu 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% [19]

Năm 2009, Ovissipour nghiên cứu sự thủy phân nội tạng của cá tầm Beluga

(Huso huso) Sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng các điều kiện thủy phân (nhiệt

độ, thời gian và enzyme hoạt động) đã được tối ưu hóa Các điều kiện tối ưu là:

500C, 120 phút, protease (Alcalase 2,4L) hoạt động trên 34AU/kg protein Sản phẩm thủy phân protein từ nội tạng cá tầm có hàm lượng protein hòa tan tương đối cao (66,43%) và lipip thấp (1,34%).[20]

Ramakrishnan và cộng sự (2013) đã nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ enzyme Alcalase (0.5, 1 và 2%) và thời gian (1, 2, 3 và 4 giờ) đối với việc chiết xuất protein từ toàn bộ cá và phụ phẩm (đầu, xương, vây, đuôi, da và ruột) đã được nghiên cứu Hàm lượng protein tăng lên khi nồng độ enzyme tăng lên từ 0,5-2% đối với toàn bộ cá và các bộ phận của cá [21]

Sathivel và cộng tác viên (2005) 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 axít 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 axít amin là 98,74 g/100g protein [22]

Yang Xin– min và cộng sự (2011) đã nghiên cứu tối ưu hóa quá trình sản xuất bột nêm từ sản phẩm thủy phân điệp Với điều kiện thủy phân sò điệp được xác định như sau: Flavourzyme với liều lượng 1200AU/g nguyên liệu và tỷ lệ nguyên liệu /nước là 1:4 (g / ml) trong thời gian thủy phân 5 giờ ở nhiệt độ 450C Dịch đạm thủy phân thu được đem phối trộn với muối, đường và bột ngột ở tỷ lệ thích hợp sau đó tối ưu hóa chế độ sấy phun bằng phương phương pháp bề mặt đáp ứng, thiết kế thí nghiệm theo Box – Benken Sản phẩm bột nêm thu được có hàm lượng protein thô

là 82,89%, chất béo là 1,55%, đường tổng số 6,82% và sản phẩm có độ ẩm 4,09% [23]

Vũ Ngọc Bội (2004) đã nghiên cứu quá trình thủy phân cá bằng enzyme

protease từ B.subtilis S5 Chế phẩm protease kỹ thuật này có nhiệt độ thích hợp là

550C, pH thích hợp là 6,0 và có thể sử dụng rất tốt trong thủy phân cơ thịt cá tạp để sản xuất bột đạm thủy phân và thủy phân cá cơm trong sản xuất nước mắm ngắn ngày [2]

Huỳnh Dự (2010) đã nghiên cứu quá trình thủy phân phế liệu mực bằng enzyme protease và thử nghiệm bổ sung dịch thủy phân vào thức ăn nuôi cá Kết quả chỉ ra rằng qua ba loại enzyme Alcalase, Protamex và Neutrase sử dụng thủy phân phế liệu mực thì Alcalase hiệu quả hơn so với hai loại enzyme còn lại Và điều kiện thích hợp nhất với enzyme Alcalase là nồng độ enzyme là 5% so với trọng lượng chất khô của phế liệu mực, pH = 7,6, nhiệt độ 530C, thời gian thủy phân 2 giờ [4]

Bùi Thị Thu Hiền và cộng sự (2013) Nghiên cứu tối ưu hóa công đoạn thủy phân moi (acetes sp) bằng enzyme alcalaza cho thấy dịch đạm thủy phân từ moi có hàm lượng axit amin đạt 14,76 (g/l), tỷ lệ Naa/Nts 60,85%, hiệu suất thủy phân đạt 85,25% [6]

Nguyễn Thị Mỹ Hương (2013) đã nghiên cứu chế độ thủy phân cá cơm bằng

sự kết hợp enzyme Alcalase và flavourzyme Kết quả xác định được các thông số thích hợp cho quá trình sản xuất sản phẩm thủy phân là: Giai đoạn đầu thủy phân bằng enzyme Alcalase tỷ lệ enzyme/nguyên liệu: 0,5 %; nhiệt độ thủy phân: 55oC; thời gian thủy phân: 4 giờ Giai đoạn sau thủy phân bằng enzyme Flavourzyme: tỷ

lệ enzyme/nguyên liệu: 0,3; nhiệt độ thủy phân: 50oC; thời gian thủy phân: 3 giờ [8]

Phan Thị Hương (2014) đã nghiên cứu điều kiện thích hợp cho quá trình thủy phân moi biển bằng enzym Alcalase phối hợp với enzym bromelin thô như sau: tỷ

lệ nước bổ sung 20%, pH = 7; nhiệt độ thủy phân 50C; thời gian thủy phân 14,93 giờ, tỷ lệ enzym Alcalase so với cơ chất 0,49% và tỷ lệ enzym Bromelin so với cơ chất 13% [9]

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 enzyme protease Kết quả nghiên cứu cho thấy chế độ thủy phân sử dụng kết hợp 2 loại enzyme protease thích hợp như sau: Giai đoạn đầu xử lí bằng Alcalase ở nhiệt độ

550C, pH tự nhiên, nồng độ Alcalase/đầu tôm là 0,2%, 2 giờ; sau đó xử lý tiếp bằng Flavourzyme: tỷ lệ Flavourzyme/đầu tôm là 0,1%, 1 giờ [10]

Vũ Hồng Thiên và cộng sự (2009) đã công bố kết quả nghiên cứu xây dựng

quy trình công nghệ sản xuất bột canxi thực phẩm từ xương cá Tra Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng: Khi sử dụng phương pháp thủy phân xương cá Tra bằng phương pháp hóa học sử dụng NaOH, thì điều kiện tối ưu cho quá trình là nhiệt độ 80oC, thời gian 90 phút, tỷ lệ NaOH:nguyên liệu là 1:1 và nồng độ NaOH dùng để thủy phân là 2% Trong khi đó, đối với phương pháp enzyme thì điều kiện thích hợp là: nhiệt độ 55oC, tỷ lệ enzyme/cơ chất 5:10 trong thời gian 48 giờ Sản phẩm bột xương thu được từ cả hai phương pháp đều được đánh giá tốt về mặt cảm quan [11]

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

2.1.1 Đầu xương cá Tra

Hình 2.1 Đầu xương cá Tra

Đầu xương cá Tra được cung cấp bởi công ty cổ phần Nam Việt, khu công nghiệp Mỹ Quý, phường Mỹ Quý, thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang Đầu xương cá Tra được đông lạnh đựng trong thùng xốp cách nhiệt rồi vận chuyền đến trường Đại học Nha Trang

Sau khi về phòng thí nghiệm, đầu xương cá được rã đông và đem xay nhỏ bằng máy xay có kích thước lỗ 5 mm Sau đó trộn đều và cân cho vào túi nhựa cột chặt miệng, mỗi túi 50g để thuận lợi cho thí nghiệm Nguyên liệu được xay chưa thí nghiệm ngay thì đem bảo quản đông ở điều kiện nhiệt độ -180C

2.1.2 Enzyme Alcalase

Enzyme Alcalase được sản xuất bởi công ty Novozyme, Đan Mạch Enzyme

Alcalase là enzyme endoprotease và được sản xuất từ vi khuẩn Bacillus

licheniformis Alcalase ở dạng lỏng, điều kiện hoạt động thích hợp của Alcalase là

nhiệt độ 50 – 700C, pH= 6,5 - 8,5 Hoạt độ của Alcalase là 2,4 AU (Anson unit)/g

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

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 như sau:

Sơ đồ:

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

 Tiến hành:

Đầu, xương cá Tra sau khi được xay và trộn đều Sau đó tiến hành lấy mẫu đem xác định hàm lượng các thành phần hóa học là: nước, tro, lipid, protein Tiến hành phân tích theo các phương pháp:

- Xác định độ ẩm bằng phương pháp sấy ở 1050C đến độ ẩm không đổi theo TCVN 3700- 90

- Xác định hàm lượng tro bằng phương pháp nung ở 550-6000C

- Xác định hàm lượng protein thô bằng phương pháp Kjeldahl Hàm lượng protein thô = 6,25 x Hàm lượng nitơ tổng số

- Xác định hàm lượng lipid tổng số bằng phương pháp Folch

Từ kết quả phân tích ta đưa ra kết luận về thành phần hóa học của đầu, xương, nội tạng cá Tra

Kết quả

Nguyên liệu đầu, xương cá Tra

Xay nhỏ

Xác định thành phần hóa học (nước, protein, lipit, tro)

2.2.2 Sơ đồ dự kiến sản xuất dịch thủy phân protein từ đầu, xương cá Tra bằng enzyme Alcalase

Dựa trên tham khảo của một số công trình nghiên cứu về sự thủy phân nguyên liệu sau quá trình chế biến bằng enzyme, tôi đưa ra quy trình sản xuất dịch đạm thủy phân đầu, xương cá Tra như sau:

Hình 2.3 Quy trình dự kiến sản xuất dịch thủy phân protein từ đầu, xương cá

Tra bằng enzyme Alcalase

Đầu, xương cá Tra đã nghiền nhỏ

Ly tâm Phần dịch lọc Lọc Bất hoạt enzyme Thủy phân bằng enzyme Alcalase

Dịch thủy phân protein

Phần bã rắn

Cặn ly tâm Dầu cá

Bảo quản

Thuyết minh quy trình:

 Nguyên liệu

Nguyên liệu ở đây là đầu, xương cá Tra đã được xay nhỏ

 Thủy phân bằng enzyme:

Qúa trình thủy phân bằng enzyme Alcalase được thực hiện ở một chế độ nhất định

về tỷ lệ nước, tỷ lệ enzyme, nhiệt độ, thời gian

Do đó các thông số còn lại cần nghiên cứu là xác định tỷ lệ nước, tỷ lệ enzyme,

nhiệt độ và thời gian thủy phân

2.2.3.1 Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ nước thích hợp cho quá trình thủy phân đầu, xương Cá Tra bằng enzyme Alcalase

Đầu, xương cá Tra đã nghiền nhỏ

Mẫu 3 30%

Mẫu 2 20%

Dịch thủy phân protein

Cặn ly tâm Dầu cá

Phần bã rắn

Hình 2.4 Sơ đồ thí nghiệm xác định tỷ lệ nước thích hợp

Thuyết minh quy trình:

 Mục tiêu của thí nghiệm:

Xác định được tỷ lệ nước thích hợp cho quá trình thủy phân protein đầu, xương cá Tra

Sau khi thủy phân xong, enzyme được ức chế ở nhiệt độ 95oC trong 15 phút Sau đó lọc hỗn hợp qua rây để tách riêng phần bã rắn và phần dịch lọc Đem phần dịch lọc đi ly tâm ở tốc độ 7000 vòng/phút, thời gian ly tâm 30 phút Sau khi ly tâm

ta được dịch thủy phân protein

Dịch thủy phân protein đem đi xác định độ thủy phân, hiệu suất thu hồi nitơ

và hàm lượng nitơ amoniac Từ đó làm cơ sở để chọn được tỷ lệ nước thích hợp

2.2.3.2 Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ enzym Alcalase thích hợp cho quá trình thủy phân đầu, xương cá Tra

Hình 2.5 Sơ đồ thí nghiệm xác định tỷ lệ enzyme thích hợp

Phần dịch lọc

Đầu, xương cá Tra đã nghiền nhỏ

Thủy phân bằng enzyme Alcalase ( N/NLopt, to=50oC, pH tự nhiên, tg=5h), tỷ lệ enzyme so với NL như sau:

Mẫu 1

0,1%

Mẫu 5 0,5%

Mẫu 4 0,4%

Mẫu 3 0,3%

Mẫu 2 0,2%

Xác định độ thủy phân, hiệu suất thu hổi Nitơ và hàm

lượng Nitơ amoniac

Chọn tỷ lệ enzyme thích hợp

Cặn ly tâm Dầu cá

Thuyết minh quy trình:

 Mục tiêu của thí nghiệm:

Xác định được tỷ lệ enzyme Alcalase thích hợp cho quá trình thủy phân

số cố định là: nhiệt độ 50oC, pH tự nhiên, tỷ lệ nước thích hợp đã xác định trong thời gian là 5h Thí nghiệm được bố trí với tỷ lệ enzyme Alcalase so với nguyên liệu là: 0%, 0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,4%, 0,5%, Trong quá trình thủy phân thường xuyên khuấy đảo và đậy giấy bạc ở các cốc

Sau khi thủy phân xong, enzyme được ức chế ở nhiệt độ 95oC trong 15 phút Sau đó lọc hỗn hợp qua rây để tách riêng phần bã rắn và phần dịch lọc Đem phần dịch lọc đi ly tâm ở tốc độ 7000 vòng/phút, thời gian ly tâm 30 phút Sau khi ly tâm

ta được dịch thủy phân protein

Dịch thủy phân protein đem đi xác định độ thủy phân, hiệu suất thu hồi nitơ

và hàm lượng nitơ amoniac Từ đó làm cơ sở để chọn được tỷ lệ enzyme Alcalase thích hợp

2.2.3.3 Bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ thích hợp cho quá trình thủy phân đầu, xương cá Tra bằng enzym Alcalase