Luận án tiến sĩ Công nghệ thực phẩm: Sử dụng thịt đầu tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei) để chế biến chế phẩm giàu protein

Mục tiêu chính của nghiên cứu trong luận án là xác định chế độ thích hợp cho quá trình thủy phân protein từ thịt đầu tôm thẻ bằng enzyme protease nội tại và enzyme thương mại để thu nhận dịch chế phẩm dịch protein thủy phân;...

HÀ TH TH Y VY

CHÂN TR NG (Litopenaeus vannamei)

CH BI N CH PH M GIÀU PROTEIN

LU N ÁN T T NGHI P TI NăS NGÀNH CÔNG NGH TH C PH M

2019

KHOA NÔNG NGHI P

LU N ÁN T T NGHI P TI NăS NGÀNH CÔNG NGH TH C PH M

Mã ngành: 62.54.01.01

CHÂN TR NG (Litopenaeus vannamei)

CH BI N CH PH M GIÀU PROTEIN

NGHIÊN C U SINH

HÀ TH TH Y VY MSNCS: P1114009

CỄNăB ăH NGăD N

2019

L I C M T

hoƠn thƠnh đ c lu n án nƠy, ngoƠi s n l c c a b n thơn tôi đư nh n

đ c s đ ng viên, giúp đ vƠ h tr th t quý báu t các đ n v vƠ cá nhơn trong

c ng nh ngoài tr ng Xin đ c bƠy t lòng tri ơn chơn thƠnh vƠ sơu s c! Xin chơn thƠnh cám n PGs.Ts Nguy n V n M i đư t n tình h ng d n, bao dung, tin t ng, giúp đ , cung c p ki n th c vƠ ph ng pháp lƠm vi c b ích đ giúp tôi tìm ra nh ng h ng đi đúng đ n trong quá trình th c hi n nghiên

c u nƠy

Nghiên c u sinh xin g i l i cám n đ n PGs.Ts Tr n Thanh Trúc đư đ́ng ǵp ý ki n nh m đ a ra các ph ng h ng đ phơn tích s li u, th o lu n k t

qu trong su t quá trình th c hi n lu n án

i v i b n thơn, Tr ng i h c C n Th lƠ n i g n li n v i bao k ni m

tu i tr , tình yêu và hoài bão, lƠ n i nơng b c tôi t m t sinh viên, h c viên cao h c đ n hi n t i lƠ m t Nghiên c u sinh Xin đ c g i l i tri ơn chân thành

nh t đ n t t c quý Th y Cô trong B môn Công ngh th c ph m – nh ng ng i

Th y, ng i Cô luôn t n tơm truy n đ t kinh nghi m quý báu và ni m đam mê nghiên c u, c ng nh luôn luôn giúp đ tôi trong su t ch n đ ng nghiên c u

gian nan vƠ kh́ nh c

Chơn thƠnh c m n Ban Giám hi u, Ban Ch nhi m Khoa Nông nghi p

vƠ Sinh h c ng d ng, Khoa Sau i h c - Tr ng i h c C n Th ; đ c bi t, chân thành c m n PGs.Ts Lê V n VƠng vƠ PGs.Ts H Quang đư t o m i

đi u ki n cho tôi đ c s d ng trang thi t b vƠ các th t c, h s c n thi t trong

su t th i gian h c t p vƠ nghiên c u t i tr ng

Chơn thƠnh c m n, S N i v , S GD& T, S L TBXH t nh Cà Mau

vƠ Ban Giám Hi u Tr ng TCKTKT CƠ Mau đư tin t ng, t o m i đi u ki n

vƠ th t c giúp tôi th c hi n lu n án đúng th i gian vƠ k ho ch đ ra

Xin chơn thƠnh c m n Anh Nguy n Minh H i – Giám đ c Công ty CBTS Hòa Trung đư t o đi u ki n t t nh t đ tôi ć đ y đ các trang thi t b vƠ nhơn

l c thu m u C m n Ch Tr n Thanh Vơn – TPTC Công an ThƠnh ph C n

Th vƠ các ch ph́ng viên báo C n Th đư th ng xuyên giúp đ , đ ng viên đ tôi v t qua nh ng kh́ kh n trong th i gian th c hi n đ tƠi

Cám n Th c s Nguy n Th Xuân Dung - nguyên cán b Vi n Nghiên

c u và Phát tri n Công ngh sinh h c, các em Nguy n Th C m Tuy, Nguy n

Th H ng G m, Nguy n Th H ng Tr m, L u Th M Vi vƠ m t s sinh viên lƠm vi c trong phòng thí nghi m D006 đư h tr tôi hoƠn thƠnh lu n án

Ng Ơnh Công ngh Th c ph m ii Khoa Nông nghi p

Cu i cùng, l i yêu th ng t n đáy lòng xin g i đ n đ ng sinh thƠnh vƠ t t

c các thƠnh viên trong gia đình đư đ ng viên tinh th n vƠ t o đi u ki n thu n

l i đ tôi hoƠn thƠnh ch ng trình h c Nghiên c u sinh C m n ch ng, luôn

n m ch t tay em, giúp em v t m i kh́ kh n trong cu c s ng c bi t, cho con kính dơng lên linh h n cha kính yêu, ng i lƠ ni m tin, lƠ đ ng l c đ con ć th hoƠn thƠnh tơm nguy n c a ng i

Xin chơn thƠnh cám n!

Trơn tr ng,

TÓM T T

Vi c nghiên c u thu h i vƠ s d ng protein t ph ph m trong ch bi n tôm đông l nh d a trên các tác đ ng c h c, h́a lý vƠ sinh h c luôn đ c đ c

bi t quan tơm b i vì đơy lƠ ngu n nguyên li u r ti n, d i dƠo, ć giá tr c v

m t dinh d ng l n ho t tính sinh h c Trong đ u tôm ch a m t l ng l n protein, chitin, astaxanthin và các h p ch t sinh h c khác, đ c bi t lƠ h enzyme

th y phơn trong th t đ u tôm ć ho t đ khá cao T đ́, c n xem vi c thu h i

và s d ng protein nh là m t s n ph m chính thay vì ch lƠ ph ph m c a quá trình s n xu t chitin-chitosan nh hi n nay Do đ́, v n đ ắNghiên c u s d ng

th t đ u tôm th chơn tr ng (Litopenaeus vannamei) đ ch bi n ch ph m giƠu protein” đ c th c hi n b ng cách s d ng enzyme protease n i t i k t h p

enzyme th ng m i đ th y phơn th t đ u tôm th nh m t o ra ch ph m protein

Ch ph m th y phơn giƠu protein t th t đ u tôm đ c s d ng nh m t nguyên

li u b sung nh m c i thi n m t s tính ch t ch c n ng trong quá trình ch bi n

th c ph m T nghiên c u đư thu đ c nh ng k t qu nh sau: (1) Enzyme protease k thu t t th t đ u tôm th chơn tr ng ho t đ ng t t nh t nhi t đ

60 °C vƠ pH 7 Ho t tính enzyme t ng nhanh khi n ng đ c ch t th t đ u tôm

t ng t 0 đ n 0,6 g/mL v i h ng s Kmc a protease kh o sát lƠ 0,0795 g/mL và giá tr Vmax đ t 11,70 µM/phút; (2) i u ki n t i u cho quá trình ti n x lý enzyme protease tr c khi th y phơn lƠ nhi t đ 56,19 °C; pH 7,04 vƠ th i gian 3,62 phút Hi u su t th y phơn (%DH) t ng đ n 41,12% và hƠm l ng protein

đ t 44,33 mg/100 g sau 6 gi th y phơn protein th t đ u tôm b ng protease n i

t i; (3) Các thông s t t nh t đ th y phơn th t đ u tôm b ng alcalase th ng

m i v i n ng đ 20 UI/g là pH 7,67; nhi t đ 57,99 °C; th i gian th y phơn 4

gi Hi u su t th y phơn (%DH) là 37,6% vƠ ho t tính ch ng oxy h́a đ t 31,57%; (4) T ng t alcalase, đi u ki n t t nh t đ flavourzyme ho t đ ng là

pH 6,97; nhi t đ 51,04 °C; n ng đ enzyme là 30 UI/g vƠ th y phơn trong 3

gi Hi u su t th y phơn (%DH) đ t 35,10% vƠ ho t tính ch ng oxy h́a là 29,50%; (5) Vi c k t h p protease th ng m i vƠ enzyme n i t i nh m m c đích v a đ t hi u su t th y phơn cao v a ć ho t tính ch ng oxy h́a t t nh t khi b sung flavourzyme sau 32,24 phút s d ng alcalase đi u ki n pH 7,01; nhi t đ 54,94 °C vƠ th i gian 2,96 gi N ng đ alcalase vƠ flavouryme b sung l n l t lƠ 19,43 UI/g vƠ 32,09 UI/g giúp hi u qu th y phơn protein t

th t đ u tôm th đ t 90,19% và ho t tính ch ng oxy h́a là 86,16%; (6) i u

ki n t t nh t cho quá trình cô đ c chân không d ch th y phơn lƠ 45,58 °C vƠ th i gian t ng ng lƠ 41,85 phút, khi đ́ hƠm l ng protein t ng s lƠ 20,56% vƠ

ho t tính ch ng oxy h́a đ t 65,21%, th i gian tr đông d ch cô đ c là 3 tháng; (7) B sung ch ph m protein th y phơn d ng cô đ c ć th nâng giá tr n c

Ng Ơnh Công ngh Th c ph m iv Khoa Nông nghi p

m m d i 10oN lên h ng 1 vƠ h ng 2 n ng đ 3% d ch cô đ c lƠ t t nh t đ

h n ch quá trình oxy h́a s n ph m khô cá ĺc 1 n ng trong th i gian b o qu n

l nh 10 tu n Nghiên c u đư đ́ng ǵp d n li u khoa h c v gi i pháp k t h p

h enzyme n i t i vƠ enzyme th ng m i, t o s n ph m giá tr gia t ng t ph

ph m tôm th chơn tr ng c ng nh nơng cao giá tr s d ng, t o l i th c nh tranh cho m t hƠng tôm Vi t Nam

T khóa: Alcalase, flavourzyme, protease n i t i, th t đ u tôm th , th y phân

ABSTRACT

Protein recovery from by-products of the frozen shrimp process and its utility based on mechanical, physicochemical, and biological effects have recently become an interest of research That is because those by-products are cheap and valuable resources for nutritious aspect and biological activity The shrimp head meat contains a large amount of protein, chitin, astaxanthin and many other biological compounds Especially, the enzyme’s activity in the shrimp head is quite high From that, studies on protein recovery and its production have been considered, protein obtained from the shrimp head meat should be a main product instead of such a by-product from the chitin-chitosan production process Therefore, the research ắUtility of whiteleg shrimp head meat (Litopenaeus vannamei) for producing of protein enriched products” was conducted by using intracellular protease enzyme and commercially available enzyme to produce protein products In addition, high protein products obtained from the shrimp head meat was used to make as supplementary materials which can improve some functional properties in food processing procedure Results achieved from the research have been summarized as following: (1) Protease enzyme attained from the whiteleg shrimp head meat had a good activity at 60°C (pH 7.0) Enzyme activity was increased rapidly when the shrimp head meat amount was risen from 0 to 0.6 g/mL with Km constant of 0.0795 g/mL and Vmax value was 11.70 µM/min (2) Optimal conditions for protease pretreatment before hydrolysis were 56.19°C, pH 7.04, and 3.62 minutes hydrolysis time The hydrolysis efficiency (%DH) was enhanced to 41.12% with the protein content of 44.33 mg/100 g after 6 hours hydrolysis with internal protease (3) Best parameters for shrimp head meat’s hydrolysis were 57.99°C, pH 7.67, 4 hours hydrolysis time by using 20 UI/g commercial alcalase enzyme Hydrolysis efficiency (%DH) and antioxidant activity were 37.6% and 31.57%, respectively (4) Flavourzyme enzyme had good activity at 51.04 °C, pH 6.97,

3 hours hydrolysis time by using 30 UI/g flavourzyme enzyme The hydrolysis efficiency (%DH) and antioxidant activity were 35.10% and 29.50%, respectively (5) Combination of commercial protease and intracellular enzyme have been investigated and the following results have been obtained: 54.94°C,

pH 7.01, 2.96 hours hydrolysis time by using alcalase enzyme (19.43 UI/g) and flavouryme enzyme (32.09 UI/g) The hydrolysis efficiency (%DH) and antioxidant activity have been improved to 90.19% and 86.16%, respectively (6) Good conditions to condense the high protein product were 45.58°C and 41.85 min with 20.56% total protein amount and the antioxidant activity was 65.21% The condensed product can be stored for 3 months in frozen condition

Ng Ơnh Công ngh Th c ph m vi Khoa Nông nghi p

(7) This condensed product can be added into fish sauce to upgrade under 10 oN

to the 2nd and 1st grade fish sauce It was also used to evaluate the oxidation prevention of the dried snakehead fish with the intermedicate moisture 3% of the condensed product was found to be sufficient to store the dried snakehead fish for 10 weeks in cold condition Finally, this research has contributed to scientific materials for solutions on combination of intracellular enzyme and commercially available enzymes It not only creates high value products from by-products of the whiteleg shrimp process, but also improve the value of utility and competitive advantage of Vietnamese shrimp

Keywords: Alcalase, flavourzyme, hydrolysis intracellular protease, shrimp head

Ng Ơnh Công ngh Th c ph m viii Khoa Nông nghi p

M C L C

L I C M T i

TÓM T T iii

ABSTRACT v

L I CAM OAN vii

M C L C viii

DANH ŚCH H̀NH xi

DANH ŚCH B NG xvi

DANH SÁCH T VI T T T xix

Ch ng 1 GI I THI U 1

1.1 t v n đ 1

1.2 M c tiêu nghiên c u 2

1.3 N i dung nghiên c u 2

1.4 i t ng và ph m vi nguyên c u c a đ tài 2

1.5 Ý ngh a c a lu n án 3

1.6 i m m i c a lu n án 3

Ch ng 2 T NG QUAN TÀI LI U 4

2.1 Gi i thi u v tôm th và ph ph m trong ch bi n tôm đông l nh 4

Tôm th 4

Thành ph n dinh d ng trong tôm th chân tr ng 4

Ph ph m tôm trong quá trình ch bi n 5

ng d ng ph ph m trong s n xu t 8

2.2 T ng quan v protease 11

Khái ni m v protease 11

H Serine protease 12

H enzyme protease trong th y s n 13

Enzyme alcalase 14

Enzyme flavourzyme 15

Kh n ng ng d ng c a protease 17

2.3 T ng quan v protein 20

Protein 20

Peptit 21

Axit amin 22

S th y phân protein 24

Vai trò c a protein th y phân 26

2.4 Các nghiên c u có liên quan 31

Nghiên c u ngoƠi n c 31

Nghiên c u trong n c 32

Ch ng 3 PH NG PH́P NGHIÊN C U 34

3.1 Ph ng ti n nghiên c u 34

a đi m và th i gian thí nghi m 34

D ng c , thi t b 34

3.2 Nguyên li u s d ng 35

3.3 Ph ng pháp trích ly và tinh s ch s b enzyme protease t th t đ u tôm 36

3.4 Ph ng pháp nghiên c u 36

Ph ng pháp phơn tích vƠ đo đ c các ch tiêu hóa 36

Ph ng pháp thu th p và x lý s li u 37

3.5 Ph ng pháp b trí thí nghi m 38

Xác đ nh thành ph n ban đ u c a nguyên li u 39

Thí nghi m 1: nh h ng c a th i gian tr đông th t đ u tôm đ n quá trình bi n đ i protease trong th t đ u tôm 39

N i dung 1: Xác đ nh đ c đi m enzyme protease n i t i trong th t đ u tôm th 40

N i dung 2: Kh o sát m t s y u t nh h ng đ n quá trình th y phân protein t tht đ u tôm b ng enzyme n i t i 42

N i dung 3: Xác đ nh đi u ki n th y phân protein (pH, nhi t đ , n ng đ enzyme) c a tht đ u tôm b ng enzyme ngo i bào (alcalase/flavourzyme) thích h p 45

N i dung 4: Xây d ng quy trình ch bi n ch ph m protein th y phơn vƠ đánh giá kh n ng b o qu n s n ph m 54

N i dung 5: ng d ng ch ph m d ch protein th y phân trong s n xu t th c ph m 59 Ch ng 4 K T QU VÀ TH O LU N 62

4.1 Tính ch t c a nguyên li u và kh n ng tr đông th t đ u tôm th 62

Thành ph n h́a lý c b n c a th t đ u tôm th chân tr ng 62

ánh giá kh n ng tr đông th t đ u tôm đ n s n đ nh c a hi u qu th y phân protein b ng protease n i t i 63

4.2 N i dung 1: c đi m c a enzyme protease n i t i hi n di n trong th t đ u tôm th 64

Xác đ nh đ b n nhi t c a protease sau tinh s ch s b t th t đ u tôm th 64

nh h ng c a n ng đ c ch t đ n ho t tính enzyme protease 66

4.3 N i dung 2: Các y u t có nh h ng đ n hi u qu th y phân protein c a th t đ u tôm b ng enzyme n i t i 68

nh h ng c a nhi t đ , pH và th i gian kích ho t protease n i t i đ n quá trình th y phân protein t tht đ u tôm th 68

Xác đ nh hi u su t th y phân c a protease n i t i theo th i gian 76

4.4 N i dung 3: Xác đ nh đi u ki n th y phân protein (pH, nhi t đ , n ng đ enzyme) c a th t đ u tôm b ng enzyme ngo i bào (alcalase/flavourzyme) thích h p 78

nh h ng c a pH và nhi t đ đ n hi u qu th y phân protein t th t đ u tôm th b ng alcalase 78

Xác đ nh n ng đ enzyme alcalase đ n hi u qu th y phân protein t th t đ u tôm th 86

Ng Ơnh Công ngh Th c ph m x Khoa Nông nghi p

Xác đ nh th i gian th y phân protein t th t đ u tôm th b ng enzyme alcalase

88

nh h ng c a pH và nhi t đ đ n hi u qu th y phân protein t th t đ u tôm th b ng enzyme flavourzyme 90

Xác đ nh n ng đ enzyme flavourzyme đ n hi u qu th y phân protein t th t đ u tôm th 96

Xác đ nh th i gian th y phân protein t th t đ u tôm th b ng enzyme flavourzyme 97

K t qu t ng tác gi a th i gian b sung flavourzyme và th i gian k t thúc quá trình th y phân khi s d ng ph i h p alcalase và flavourzyme 98

K t qu t ng tác gi a n ng đ enzyme flavourzyme và enzyme alcalase 104

4.5 N i dung 4: Xây d ng quy trình ch bi n ch ph m th y phân giàu protein và đánh giá kh n ng b o qu n s n ph m 111

K t qu t ng tác gi a nhi t đ , pH và th i gian th y phân khi ph i h p s d ng enzym n i t i và 2 enzyme alcalase và flavourzyme 111

So sánh l a ch n enzyme có kh n ng th y phân hi u qu nh t 119

Kh o sát t ng tác gi a nhi t đ và th i gian cô quay đ n tính ch t c a d ch th y phân 123

nh h ng c a th i gian b o qu n đ n s thay đ i tính ch t và thành ph n d ch th y phân sau cô quay 131

4.6 N i dung 5: K t qu ng d ng b sung ch ph m d ch protein th y phân t th t đ u tôm trong quá trình s n xu t th c ph m 133

B sung d ch th y phơn giƠu protein vƠo n c m m 133

nh h ng c a n ng đ d ch đ m th y phơn cô đ c đ n quá trình oxy hóa khô cá lóc m t n ng trong th i gian b o qu n 136

Ch ng 5 K T LU N VÀ XU T 146

5.1 K t lu n 146

5.2 xu t 147

TÀI LI U THAM KH O 148

PH L C A: ĆC PH NG PH́P PHÂN TÍCH 167

PH L C B: TH NG KÊ 180

PH L C C: HÌNH NH 257