Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến thành phần hóa học và đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân protein từ đầu tôm thẻ chân trắng

TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến thành phần hóa học và đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân protein từ đầu tôm thẻ chân trắng”.. Công nghệ thủ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực

Khánh Hòa, tháng 07 năm 2018

Tác giả luận văn

Huỳnh Chấn Tỷ

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 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 7 năm 2018

Sinh viên thực hiện

Huỳnh Chấn Tỷ

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến thành phần hóa học và đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân protein từ đầu tôm thẻ chân trắng”

I Lý do chọn đề tài

Trong quá trình chế biến tôm sẽ thải ra một số lượng lượng phụ phẩm Đây là nguồn giàu chất dinh dưỡng như protein, lipid, khoáng và vitamin…nhưng cũng dễ gây ô nhiễm môi trường

Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, bên cạnh các sản phẩm chính, nguyên liệu còn lại bao gồm đầu và vỏ tôm cũng đã và đang được tận dụng một cách tối đa và hiệu quả như sản xuất thức ăn chăn nuôi, tách chiết astaxanthin, sản xuất chitin-chitosan và bột đạm thủy phân

Công nghệ thủy phân protein từ phụ phẩm của quá trình chế biến tôm bằng enzyme protease thương mại là một phương pháp tiên tiến và có hiệu quả trong việc thu hồi các chất dinh dưỡng từ phụ phẩm của công nghiệp chế biến tôm và đã được các nhà nghiên cứu khoa học trên thế giới quan tâm Sản phẩm thủy phân protein từ tôm có nhiều acid amin cũng như khoáng và vitamin rất cần thiết cho cơ thể, có giá trị dinh dưỡng cao nên có thể được ứng dụng trong lĩnh vực thực phẩm cho con người

Đó chính là lý do tôi quyết định làm đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến thành phần hóa học và đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân protein từ đầu tôm thẻ chân trắng.”

II Các vấn đề cần nghiên cứu

1 Nghiên cứu thành phần hóa học của đầu tôm thẻ chân trắng

2 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến thành phần hóa học của sản phẩm thủy phân protein từ đầu tôm thẻ chân trắng

3 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến các đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân protein từ đầu tôm thẻ chân trắng

III Quá trình thực hiện và kết quả nghiên cứu

Sau quá trình thực hiện và tìm hiểu đề tài, tôi đã từng bước giải quyết các vấn

đề đặt ra ban đầu Quá trình tìm hiểu đề tài thông qua các tài liệu trong nước và ngoài nước, tiếp xúc các anh chị có kinh nghiệm, giúp tôi có được nhiều kiến thức bổ ích và hữu hiệu trong thời gian làm đồ án

Những điều mà tôi đã làm được trong đề tài:

1 Xác định được thành phần hóa học của đầu tôm thẻ chân trắng

2 Xác định được ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến thành phần hóa học của sản phẩm thủy phân protein từ đầu tôm thẻ chân trắng

3 Xác định được ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến các đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân protein từ đầu tôm thẻ chân trắng

IV Định hướng phát triển đề tài

Với sự phát triển của công nghệ chế biến thủy sản thì lượng phụ phẩm càng ngày càng nhiều cần tận dụng tối đa hiệu quả sản lượng phụ phẩm này trong việc sản xuất thức ăn chăn nuôi, tách chiết astaxanthin, sản xuất chitin-chitosan và bột đam thủy phân

Cần tiếp tục nghiên cứu thêm việc ứng dụng của sản phẩm thủy phân protein từ

đầu tôm trong lĩnh vực thực phẩm

MỤC LỤC

Đề mục Trang

LỜI CAM ĐOAN……… i

LỜI CẢM ƠN……… ii

TÓM TẮT ĐỒ ÁN……… iii

MỤC LỤC……… v

DANH MỤC HÌNH……… viii

DANH MỤC BẢNG……… ix

LỜI MỞ ĐẦU……… 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN……… 3

1.1 Tổng quan về tôm và phụ phẩm tôm……… 3

1.1.1 Tình hình đánh bắt và nuôi trồng nguyên liệu tôm ở Việt Nam……… 3

1.1.2 Tình hình chế biến xuất khẩu tôm ở Việt Nam……… 4

1.1.3 Thành phần khối lượng và hóa học phụ phẩm tôm……… 5

1.1.4 Tận dụng phụ phẩm tôm……… 6

1.2 Tổng quan về thủy phân protein bằng enzyme protease……… 8

1.2.1 Đặc tính của enzyme protease……… 8

1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protein bằng enzyme protease……… 9

1.2.3 Ứng dụng của enzyme protease trong xử lý phế liệu……… 12

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT……… 15

2.1 Sản phẩm thủy phân và đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân… 15

2.1.1 Dịch thủy phân protein……… 15

2.1.2 Bột thủy phân protein……… 15

2.1.3 Đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân……… 15

2.2 Ứng dụng của sản phẩm thủy phân protein……… 18

2.2.1 Ứng dụng của sản phẩm thủy phân protein trong lĩnh vực công nghiệp thực phẩm……… 18

2.2.2 Ứng dụng của sản phẩm thủy phân protein trong lĩnh vực dược phẩm…… 19

2.2.3 Ứng dụng của sản phẩm thủy phân protein trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản……… 20

2.3 Tình hình nghiên cứu về sự thủy phân protein và đặc tính chức năng của

sản phẩm thủy phân protein trong và ngoài nước……… 20

2.3.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới……… 20

2.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước……… 22

CHƯƠNG 3: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……… 24

3.1.Đối tượng nghiên cứu……… 24

3.1.1 Đầu tôm……… 24

3.1.2 Enzyme Alcalase……… 24

3.2 Phương pháp nghiên cứu……… 24

3.2.1 Xác định thành phần hóa học của đầu tôm……… 24

3.2.2 Sản xuất sản phẩm thủy phân protein từ đầu tôm thẻ chân trắng ứng với thờ gian thủy phân khác nhau bằng enzyme Alcalase………25

3.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến thành phần hóa học của sản phẩm thủy phân protenin từ đầu tôm thẻ chân trắng……… 28

3.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến các đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân protenin từ đầu tôm thẻ chân trắng………… 28

3.2.5 Phương pháp phân tích hóa học……… 29

3.2.6 Phương pháp xác định đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân protein……… 29

3.2.7 Phương pháp xử lý số liệu………31

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN……… .32

4.1 Kết quả xác định thành phần hóa học của đầu tôm……… 32

4.2 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến thành phần hóa học của sản phẩm thủy phân protein từ đầu tôm thẻ chân trắng……… 33

4.3 Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân protein từ đầu tôm……… 34

4.3.1 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến khả năng hòa tan của sản phẩm thủy phân……… 34

4.3.2 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến khả năng tạo bọt của sản phẩm thủy phân prtotein từ đầu tôm……… 36

4.3.3 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến khả năng nhũ hóa của sản phẩm thủy phân prtotein từ đầu tôm……… 37

4.3.4 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến khả năng giữ nước của sản phẩm

thủy phân prtotein từ đầu tôm……… 38

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN……… 40

5.1 Kết luận……… 40

5.2 Đề xuất ý kiến……… 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 41

PHỤ LỤC……… 46

DANH MỤC HÌNH

Hình 3.1 Sơ đồ xác định thành phần hóa học của đầu tôm 24 Hình 3.2 Quy trình sản xuất sản phẩm thủy phân protein từ đầu tôm thẻ chân trắng ở các thời gian thủy phân khác nhau 26 Hình 3.3 Sơ đồ nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến thành phần hóa

học của sản phẩm thủy phân protenin từ đầu tôm thẻ chân trắng 28 Hình 3.4 Sơ đồ nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến các đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân protenin từ đầu tôm thẻ chân trắng 29 Hình 4.1 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến độ hòa tan của sản phẩm thủy phân

từ đầu tôm thẻ chân trắng……… 35 Hình 3.2 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến khả năng tạo bọt của sản phẩm thủy phân từ đầu tôm thẻ chân trắng… 36 Hình 4.3 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến khả năng nhũ hóa của sản phẩm

thủy phân từ đầu tôm thẻ chân trắng 38 Hình 4.4 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến khả năng giữ nước của sản phẩm

thủy phân từ đầu tôm thẻ chân trắng 39

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Bảng thành phần khối lượng của tôm 5 Bảng 4.1 Thành phần hóa học của đầu tôm 32 Bảng 4.2 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến thành phần hóa học của sản phẩm thủy phân protein từ đầu tôm 33

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, cùng với sự lớn mạnh của các ngành khoa học kỹ thuật, ngành Thủy sản ngày càng phát triển không ngừng, sản lượng thủy sản ngày càng tăng, đặc biệt là công nghiệp chế biến tôm

Hiện nay trong quá trinh chế biến, có một lượng phụ phẩm được thải ra Đây là nguồn giàu chất dinh dưỡng như protein, lipid, khoáng và vitamin…nhưng cũng dễ gây ô nhiễm môi trường Chi phí xử lý lượng phụ phẩm này rất lớn nhưng hiệu quả xử

lý không cao và vẫn ảnh hưởng đáng kể đến môi trường Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, bên cạnh các sản phẩm chính, nguyên liệu còn lại bao gồm đầu

và vỏ tôm cũng đã và đang được tận dụng một cách tối đa và hiệu quả như sản xuất thức ăn chăn nuôi, tách chiết astaxanthin, sản xuất chitin-chitosan và bột đam thủy phân Điều này không chỉ đem lại nguồn lợi to lớn cả về kinh tế mà còn cả lợi ích xã hội và đặc biệt giải quyết được vấn đề môi trường

Công nghệ thủy phân protein từ đầu tôm bằng enzyme protease thương mại là một phương pháp tiên tiến và có hiệu quả trong việc thu hồi các chất dinh dưỡng từ đầu tôm và đã được các nhà nghiên cứu khoa học trên thế giới quan âm Sản phẩm thủy phân protein từ đầu tôm có nhiều acid amin cũng như khoáng và vitamin rất cần thiết cho cơ thể, có giá trị dinh dưỡng cao nên có thể được ứng dụng trong lĩnh vực thực phẩm cho con người Khi sử dụng sản phẩm thủy phân protein bổ sung vào thực phẩm thì ứng với mỗi loại thực phẩm khác nhau, yêu cầu về thành phần hóa học các đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân cũng khác nhau, vì vậy việc nghiên cứu thành phần hóa học và đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân có thể nói là tiền đề cho các ứng dụng khác nhau của sản phẩm thủy phân protein, đồng thời có thể giải quyết được lượng nguyên liệu còn lại sau chế biến và có thể tăng thêm giá trị nguyên liệu còn lại

Với những lý do đó đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến thành phần hóa học và đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân protein từ đầu tôm thẻ chân trắng” được đề xuất thực hiện

Mục tiêu đề tài:

- Xác định thành phần hóa học của đầu tôm thẻ chân trắng

- Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến thành phần hóa học của sản phẩm thủy phân protein từ đầu tôm thẻ chân trắng

- Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến các đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân protein từ đầu tôm thẻ chân trắng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về tôm và phụ phẩm tôm

1.1.1 Tình hình đánh bắt và nuôi trồng nguyên liệu tôm ở Việt Nam

Việt Nam nằm bên bờ Tây của Biển Đông, là một biển lớn của Thái Bình Dương, có diện tích khoảng 3.448.000 km2, có bờ biển dài 3260 km Vùng nội thuỷ và lãnh hải rộng 226.000km2, vùng biển đặc quyền kinh tế rộng hơn 1 triệu km2 với hơn 4.000 hòn đảo, tạo nên 12 vịnh, đầm phá với tổng diện tích 1.160km2 được che chắn tốt dễ trú đậu tàu thuyền Biển Việt Nam có tính đa dạng sinh học (ĐDSH) khá cao, cũng là nơi phát sinh và phát tán của nhiều nhóm sinh vật biển vùng nhiệt đới Ấn Độ - Thái Bình Dương với chừng 11.000 loài sinh vật đã được phát hiện

Nước ta với hệ thống sông ngòi dày đặc và có đường biển dài rất thuận lợi phát triển hoạt động khai thác và nuôi trồng thủy sản Sản lượng thủy sản Việt Nam đã duy trì tăng trưởng liên tục trong 17 năm qua với mức tăng bình quân là 9,07%/năm Với chủ trương thúc đẩy phát triển của chính phủ, hoạt động nuôi trồng thủy sản đã có những bước phát triển mạnh, sản lượng liên tục tăng cao trong các năm qua, bình quân đạt 12,77%/năm, đóng góp đáng kể vào tăng trưởng tổng sản lượng thủy sản của cả nước

Thủy sản là một trong những mặt hàng xuất khẩu chính của xuất khẩu Việt Nam.Trong số đó các sản phẩm từ tôm luôn chiếm vị trí rất quan trọng, hàng năm kim ngạch xuất khẩu của các mặt hàng này đem lại lớn.Cả nước có hơn 300 doanh nghiệp tham gia xuất khẩu tôm, trong đó có 60 doanh nghiệp dẫn đầu chiếm hơn 80% kim ngạch; 120 doanh nghiệp có giá trị xuất khẩu tôm hơn 1 triệu USD Chủ yếu xuất cho các thị trường lớn như Nhật, Hoa Kỳ, Úc, Anh, Belgium, Canada, Trung Quốc, Đức, Đài Loan và Nam Triều Tiên Về loài tôm, trên thị trường thế giới từ chỗ tôm Sú là sản phẩm chủ lực và dẫn đầu về giá trị xuất khẩu trong các mặt hàng thủy sản đông lạnh thì đến nay theo tính toán của một số tổ chức thủy sản quốc tế tiêu thụ tôm thẻ chân trắng đang chiếm 2/3 tiêu thụ tôm toàn cầu

Tình hình thời tiết 6 tháng đầu năm tương đối thuận lợi cho việc thả nuôi tôm nước lợ, bên cạnh đó, giá tôm nước lợ ổn định, tôm nuôi đang phát triển tốt Ước diện tích nuôi tôm nước lợ 6 tháng đạt 639.761 ha, tăng 5,5% so với cùng kỳ, sản lượng ước đạt 216.811 tấn, tăng 14,7% so với cùng kỳ và bằng 32,9% kế hoạch năm 2017.Một số mô hình nuôi tôm thẻ thu được lợi nhuận khá khiến diện tích nuôi loài

này đang được mở rộng nhanh chóng Diện tích tôm thẻ cả nước 6 tháng đầu năm ước đạt 57.680 ha, tăng 32,6% so với cùng kỳ năm trước, thu hoạch được 107.662 tấn, tăng 30,8% Tuy nhiên, việc mở rộng diện tích nuôi quá nhanh dễ dẫn đến việc phá vỡ quy hoạch vùng nuôi, hệ thống ao nuôi chưa đáp ứng được các tiêu chuẩn kỹ thuật dẫn đến nguy cơ dịch bệnh bùng phát Nuôi tôm sú tăng trưởng ổn định, diện tích nuôi tôm Sú

cả nước ước đạt 582.080 ha, tăng 3,4% so với cùng kỳ, sản lượng đạt 109.149 tấn, tăng 2,2% [42]

1.1.2 Tình hình chế biến xuất khẩu tôm ở Việt Nam

Theo Hiệp hội chế biến và xuất khẩu thủy sản Việt Nam (VASEP), xuất khẩu tôm tiếp tục tăng trưởng mạnh trong năm 2017, kim ngạch xuất khẩu ước đạt 3,8 tỷ USD, tăng 22% so với năm 2016 Điều này cho thấy sự nỗ lực của các doanh nghiệp trong bối cảnh thị trường diễn biến phức tạp Với đà tăng trưởng như hiện nay, VASEP cũng dự báo xuất khẩu tôm sẽ tiếp tục tăng trưởng tích cực trong thời gian tới, nhất là ở một số thị trường như EU, Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc [43]

Theo ông Trương Đình Hòe, Tổng thư ký VASEP, xuất khẩu tôm sang EU tăng mạnh trong năm 2017 chủ yếu là do có lợi thế hơn so với một số đối thủ cung cấp khác nhờ có mức thuế GSP thấp Hiện tại, theo hệ thống ưu đãi thuế quan phổ cập (GSP)

mà EU dành cho Việt Nam đối với tôm nguyên liệu đông lạnh (mã HS 030617) là 4,2%; tôm chế biến đông lạnh (HS 160521) là 7% Trong khi đó, Thái Lan và Trung Quốc lại không được hưởng GSP của EU Thêm vào đó, trên thị trường EU, tôm Việt cũng phải cạnh tranh chính với tôm Ấn Độ và Ecuador Tuy nhiên, Ấn Độ có xu hướng giảm xuất khẩu tôm cho EU, do bị dính kháng sinh và đối mặt với nguy cơ EU cấm nhập khẩu nên tôm Việt Nam được lựa chọn thay thế Về phía các doanh nghiệp xuất khẩu, để được hưởng thuế suất ưu đãi từ EU, các doanh nghiệp mua tôm nguyên liệu trong nước dù giá cao hơn Để tăng lợi nhuận, các doanh nghiệp đã tập trung đầu

tư làm hàng chế biến sâu nhằm gia tăng giá trị khi xuất khẩu Theo các doanh nghiệp, giá trị xuất khẩu tôm Việt Nam sang EU khá tích cực là do người tiêu dùng EU ưa chuộng các sản phẩm thủy sản giá trị gia tăng tiện lợi và tăng nhập khẩu để phục vụ nhu cầu các lễ hội cuối năm Trong khi đó, nguồn tôm nước lạnh lại đang có giá cao và nguồn cung giảm nên EU tăng cường nhập khẩu tôm từ Việt Nam [44]

Các sản phẩm tôm xuất khẩu rất đa dạng chủ yếu là sản phẩm:

- Tôm nguyên con (HOSO) cấp đông IQF

- Tôm vỏ bỏ đầu (HLSO) cấp đông IQF, block

- Tôm PDTO hấp cấp đông IQF (IQF CPTO)

- Tôm vỏ bỏ đầu hấp cấp đông IQF

- Tôm PDTO hấp cấp đông IQF

- Tôm PDTO NOBASHI

- Tôm NOBASHI tẩm bột (EBI FURAI)

- Tôm PD, PTO xẻ bướm tẩm bột

- Tôm lột PTO (bỏ đầu, bỏ vỏ còn đuôi) cấp đông IQF, block

- Tôm lột PD (bỏ đầu, bỏ vỏ, bỏ đuôi) cấp đông IQF, block

- Tôm lột PTO xiên que đông IQF

- Tôm lột PD xiên que đông IQF

1.1.3 Thành phần khối lượng và hóa học phụ phẩm tôm

a Thành phần khối lượng của tôm:

Bảng 1.1 Bảng thành phần khối lượng của tôm

b Thành phần hóa học của phụ phẩm tôm:

Thành phần hóa học của đầu và vỏ tôm gồm có protein, chitin, khoáng, sắc tố

Tỷ lệ các thành phần khác nhau đối với đầu, vỏ là không ổn định, chúng thay đổi theo giống, loài, đặc điểm sinh thái, sinh lý … Thành phần chitin và proteintrong vỏ tôm tươi tương ứng là 4,5% và 8,5%

Hàm lượng chitin, protein, khoáng và carotenoid trong phế liệu tôm thay đổi rất rộng phụ thuộc vào điều kiện bóc vỏ trong quá trình chế biến cũng như phụthuộc vào loài, trạng thái dinh dưỡng, chu kỳ sinh sản Vỏ giáp xác chứa chủ yếu là protein (30-40%), khoáng (30-50%), chitin (13-42%)

-Protein: protein đầu tôm tồn tại ở 2 dạng chính là dạng tự do và dạng liên kết với chitin hoặc Canxi cacbonat

- Enzyme: Enzyme của tôm có hoạt động khá mạnh cho nên tôm nhanh bị phân giải hơn động vật trên cạn Trong quá trình bảo quản ta phải ức chế hoạt động của chúng để kéo dài thời gian bảo quản, nhiệt độ thích hợp cho enzyme là 25-55°C

Hệ enzyme thường có hoạt động mạnh hơn đặc biệt ở cơ quan nội tạng ởđầu tôm nên rất dể bị hư hỏng Hệ enzyme của tôm gồm:

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

-Lipaza: Phân giải lipid thành glyxeryl và acid béo

-Tyrozinaza: Khi có mặt của oxi không khí thì sẽ biến Tyrozin thành Melanin

có màu đen ảnh hưởng đến giá trị cảm quan và chất lượng của sản phẩm

-Chitin: Chiếm khối lượng lớn, tồn tại ở dạng liên kết protein, canxicacbonat và

nhiều hợp chất khác

- Chất ngấm ra ở đầu tôm: Trymethylamin (TMA), Trymethylaminoyt

(TMAO), Betain, Bazo purin, các acid amin tự do, ure

-Ngoài các thành phần trên trong đầu tôm còn có lipid, và sắc tố…

Như vậy, đầu tôm là nguồn giàu chitin (11% trọng lượng khô), cũng là một nguồn protein tốt (50 – 60% trọng lượng khô), giàu chất dinh dưỡng và nguồn enzyme

Vì vậy, việc tận thu nguồn protein này là rất cần thiết

1.1.4 Tận dụng phụ phẩm tôm

Quá trình chế biến tôm tạo ra một lượng lớn phụ phẩm rắn bao gồm đầu tôm và

vỏ tôm, thường chiếm khoảng 50% nguyên liệu ban đầu Vỏ, đầu tôm đã được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi với các phương pháp truyền thống như: Sấy khô hoặc phơi nắng sau đó đem xay mịn bổ sung vào thức ăn chăn nuôi Việc sấy khô đòi hỏi năng lượng lớn, tốn kém Phơi nắng thì phụ thuộc vào thời tiết, mất vệ sinh, và gây ô nhiễm môi trường Cả hai phương pháp này không loại được khoáng và chitin mà 2 chất này gây khó tiêu cho gia súc, gia cầm Vậy nếu lợi dụng tổng hợpphụ phẩm này bằng cách tách

riêng phần protein ở đầu tôm ra phục vụ chăn nuôi, tách hợp chất màu (Astaxanthin)

để phục vụ công nghiệp nhuộm, chế biến Chitosan để phục vụ nông nghiệp, công nghiệp, mỹ phẩm, y tế thì giá trị mang lại từ nguồn phế liệu tôm sẽ lớn hơn gấp nhiều lần so với chỉ đemphụ phẩm tôm đi sấy khô hay phơi nắng nghiền bột cho gia súc, gia cầm

Các hướng tận dụng phụ phẩm tôm:

a Sản xuất thức ăn chăn nuôi

Hiện nay nước ta thường sử dụng phế liệu tôm đông lạnh để sản xuất thức ăn chăn nuôi Rất nhiều thứcăn chăn nuôi bán chạy hiện nay có chứa bột tôm và nó chiếm 30% thành phần thức ăn Bột tôm được chế biến tốt có chứa acid amin tương tự như amin trong đậu tương hay trong bột cá

Hiện nay có hai phương pháp phổ biến trong sản xuất bột tôm là phương pháp sây khô và phương pháp ủ xi lô:

-Phương pháp sấy khô bằng nhiệt: ưu điểmđơn giản, có thể chế biến nhanh lượng phụ phẩm tôm đông lạnh, tính kinh tế cao Nhược điểm là chất lượng kém, giá trị dinh dưỡng không cao

-Phương pháp ủ xi lô: ở phương pháp này người ta sử dụng acid hữu cơ và vô

cơ trong việc ủ nhằm tăng tác động của enzyme khử trùng và hạn chế sự phát triển của

vi sinh vật Sau khi ủ tiến hành trung tính bằng các chất kiềm, chất ủ được làm thức ăn chăn nuôi Phương pháp này có ưu điểm chất lượng tốt nhưng giá thành cao và phức tạp

b Sản xuất bột màu Astaxanthin

Thành phần hóa học của tôm rất giàu protein nên trước khi sản xuất chitin chúng ta nên thu hồi protein lại Và trong vỏ tôm cũng chứa sắc tố Astaxanthin, tuy nó

có hàm lượng nhỏ nhưng giá thành lại cao trên thị trường Hơn nữa Astaxanthin còn là một carotenoid có tác dụng kích thích sinh trưởng, kháng một số bệnh Nó là chất tạo màu nên được dùng trong kỹ thuật nuôi trồng thủy sản, thực phẩm, công nghiệp

c Sản phẩm súp và canh

Có thể sử dụng các mẫu thừa của tôm chất lượng cao sau khi chế biến làm món canh và súp tôm Đầu tôm được sử dụng làm nguyên liệu tạo mùi cho món súp tôm đặc biệt Tôm vụn được sử dụng làm món canh tôm

d Các sản phẩm khác

Thịt tôm vụn hoặc không đạt chuẩn có thể tận dụng làm các sản phẩm định hình Sản phẩm này được đình hình thành hình con tôm hay các hình dạng trang trí như bánh tròn, viên, khoanh tôm Bằng cách tạo ra các hình dạng khác nhau, ướp tẩm gia vị hay bao bột, ta có thể làm ra rất nhiều sản phẩm tôm đẹp mắt

Nghiên cứu thủy phân phụ phẩm tôm bằng enzym để tận dụng protein là một hướng đi cũng đang được nhiều các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu

1.2 Tổng quan về thủy phân protein bằng enzyme protease

1.2.1 Đặc tính của enzyme protease

Enzyme là chất xúc tác sinh học mang bản chất protein do tế bào sinh ra, có khả năng xúc tác cho các phản ứng hóa học xảy ra nhanh chóng trong điều kiện sinh lý bình thường của cơ thể sống và chỉ cần một lượng nhỏ cũng xúc tác để chuyển hóa một lượng cơ chất lớn Bản thân enzyme không bị thay đổi khi phản ứng hoàn thành Enzyme có hoạt tính mạnh, tốc độ phản ứng nhờ xúc tác enzyme rất lớn, thường gấp

109 – 1011 lần tốc độ của các phản ứng nhờ xúc tác hóa học

Đặc tính của enzyme: enzyme có tính đặc hiệu cao.Tính đặc hiệu là khả năng chọn lọc cao của enzyme khi xúc tác Đây là đặc tính khác biệt rõ nhất của nó so với các chất vô cơ khác Tính đặc hiệu này thể hiện:

- Đặc hiệu kiểu phản ứng: là enzyme chỉ xúc tác một kiểu phản ứng nhất định

để chuyển hóa một chất nhất định Phần nhiều mỗi enzyme đều có tính đặc hiệu với một loại phản ứng nhất định Những chất có khả năng xảy ra nhiều loại phản ứng hóa học thì mỗi loại phản ứng ấy phải do một enzyme đặc hiệu xúc tác Ví dụ: amino acid

có khả năng xảy ra phản ứng khử carboxyl, phản ứng khử amin bằng cách oxy hóa và phản ứng vận chuyển nhóm amin, mỗi phản ứng ấy cần có một enzyme đặc hiệu tương ứng xúc tác theo thứ tự là decarboxylase, aminoacid oxydase và aminotransferase

- Đặc hiệu cơ chất: mỗi enzyme chỉ xúc tác cho sự chuyển hóa mộthoặc một số chất nhất định Mức độ đặc hiệu cơ chất của các enzyme khác nhau không giống nhau Với cơ chất enzyme đòi hỏi ở hai mức độ:

+ Đặc hiệu cơ chất tuyệt đối: enzyme chỉ xúc tác cho một kiểu liên kết nhất định và đòi hỏi rất khắt khe các nhóm nguyên tử xung quanh liên kết mà enzyme tác dụng

+ Đặc hiệu cơ chất tương đối: enzyme chọn một kiểu liên kết đểxúc tác nhưng đòi hỏi không quá khắt khe với nhóm nguyên tử xung quanh liên kết mà nó tác dụng

Đặc hiệu quang học (đặc hiệu lập thể): Hầu như tất cả các enzyme đều có tính đặc hiệu không gian rất chặt chẽ, nghĩa là enzyme chỉ tác dụng với một trong hai dạng đồng phân không gian của cơ chất Enzyme chỉ tác dụng với một trong hai dạng đồng phân quang học của các chất

1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protein bằng enzyme protease

Enzyme mang bản chất protein, yếu tố ảnh hưởng đến chúng là: nhiệt độ, pH môi trường, chất kìm hãm, chất hoạt hóa và nồng độ cơ chất Hoạt lực của enzyme sẽ cao khi tất cả các yếu tố trên là phù hợp với hoạt động của enzyme đó và ngược lại Chỉ cần thay đổi một trong số các yếu tố ảnh hưởng sẽ làm giảm khả năng xúc tác hoặc bất hoạt enzyme đó Cụ thể như:

* Ảnh hưởng của nhiệt độ:

Enzyme hoạt động trong một vùng nhiệt độ gọi là nhiệt độ hoạt động của enzyme Giá trị nhiệt độ thấp nhất hoặc cao nhất mà tại đó enzyme mất hoạt tính gọi là nhiệt độ tới hạn của enzyme Giá trị nhiệt độ mà enzyme thể hiện cao nhất khả năng xúc tác của mình gọi là nhiệt độ tối thích Trong thực tế nhiệt độ tối thích của enzyme

là một vùng lân cận hẹp Nhiệt độ tối thích của một enzyme không phải là một hằng

số, nó còn phụ thuộc vào pH môi trường, nồng độ cơ chất Đặc biệt xúc tác với thời gian dài nhiệt độ tối thích giảm Nhiệt độ môi trường hoạt động của enzyme quá cao khiến enzyme biến tính không thuận nghịch Nhiệt độ thấp enzyme biến tính thuận nghịch

Enzyme mang bản chất protein Khi ta tăng nhiệt độ lên trên 40-50°C xảy ra quá trình phá hủy chất xúc tác Sau nhiệt độ tối thích tốc độ phản ứng do enzyme xúc tác sẽ giảm Nhờ tồn tại nhiệt độ tối ưu người ta phân biệt phản ứng hóa sinh với các phản ứng vô cơ thông thường Mỗi enzyme có một nhiệt độ tối thích khác nhau, phần lớn phụ thuộc nguồn cung cấp enzyme, thông thường ở trong khoảng từ 40-60°C, cũng

có enzyme có nhiệt độ tối thích rất cao như enzyme của những chủng ưa nhiệt

* Ảnh hưởng của thời gian:

Thời gian cũng có ảnh hưởng đáng kể đến hoạt động của enzyme Khi enzyme tiếp xúc với cơ chất trong thời gian ngắn hiệu quả thấp vì khi đó enzyme và cơ chất chưa tiếp xúc triệt để Trong thời gian enzyme tác dụng với cơ chất sẽ tạo ra sản phẩm

Ở mỗi thời gian khác nhau sản phẩm tạo ra sẽ khác nhau Ví dụ khi thủy phân protein,

thời gian enzyme thủy phân cắt mạch cơ chất ngắn sản phẩm thủy phân sẽ là các đoạn mạch dài peptid, thủy phân không hoàn toàn Thời gian thủy phân dài sản phẩm thủy phân là các đoạn mạch ngắn hay là các acid amin Vì vậy tùy theo mục đích thủy phân

mà ta chọn thời gian thủy phân khác nhau [4]

* Ảnh hưởng của pH:

Giá trị pH có vai trò tạo trạng thái ion hóa cho enzyme và cơ chất Sự phân li khác nhau của một phân tử protein ở các giá trị pH khác nhau làm thay đổi tính chất của trung tâm liên kết cơ chất và hoạt động ở phân tử enzyme, dẫn đến giá trị xúc tác khác nhau phụ thuộc vào giá trị pH Giá trị pH tối thích là giá trị pH mà tại đó cả enzyme lẫn cơ chất đạt đến trạng thái ion hóa phù hợp nhất Chúng dễ dàng tương tác với nhau nên vận tốc enzyme xúc tác tăng Độ pH môi trường cũng liên quan đến độ bền của enzyme Môi trường quá acid hay quá kiềm enzyme đều kém bền Hầu hết các enzyme hoạt động tốt ở môi trường pH xấp xỉ 7 Cùng 1 loại enzyme lấy từ các nguồn khác nhau pH tối thích cũng khác nhau

* Ảnh hưởng của nồng độ enzyme:

Trong điều kiện thừa cơ chất, vận tốc phản ứng phụ thuộc tuyến tính vào nồng

độ enzyme Cũng có trường hợp nồng độ enzyme quá lớn vận tốc phản ứng tang chậm

* Ảnh hưởng của chất kìm hãm:

Là chất làm giảm khả năng xúc tác hoặc vô hoạt enzyme, chất kìm hãm kết hợp thuận nghịch với enzyme Chúng là các chất hữu cơ phân tử thấp, ion kim loại, phi kim Nó có thể là chất kìm hãm thuận nghịch hay bất thuận nghịch Kìm hãm thuận nghịch có thể là cạnh tranh, không cạnh tranh hay hỗn tạp

- Chất kìm hãm thuận nghịch:

+ Chất kìm hãm cạnh tranh

Chất kìm hãm cạnh tranh xảy ra với enzyme thiếu tính đặc hiệu cơ chất tuyệt đối Enzyme không nhận ra chất lạ nên kết hợp với trung tâm hoạt động của chất lạ đó

chiếm chỗ cơ chất chính Sản phẩm sinh ra ít hơn Khi cơ chất dư thừa, nồng độ chất kìm hãm thấp thì có thể loại bỏ tác dụng của chất kìm hãm, còn nồng độ cơ chất thấp

và nồng độ cơ chất cao thì lại có tác dụng kìm hãm hoàn toàn

Trường hợp đặc biệt chất kìm hãm cạnh tranh là kìm hãm bằng sản phẩm Trường hợp này xảy ra khi một sản phẩm phản ứng tác dụng trở lại enzyme và chiếm

vị trí hoạt động của phân tử enzyme

+ Chất kìm hãm không canh tranh

Là chất không kết hợp vào trung tâm hoạt động mà kết hợp vào các điểm dị không gian làm thay đổi cấu trúc trung tâm hoạt động của enzyme không có lợi cho quá trình xúc tác Đặc trưng của kiểu kìm hãm này là chất kìm hãm chỉ liên kết với phức hợp ES mà không liên kết với enzyme tự do

+ Chất kìm hãm hỗn tạp

Là chất kìm hãm không những liên kết với enzyme tự do mà còn liên kết với cả phức hợp ES tạo thành phức hợp EIS không tạo được sản phẩm P Hiện tượng kìm hãm chỉ phụ thuộc vào nồng độ chất kìm hãm

Trường hợp kìm hãm enzyme bằng nồng độ cao của cơ chất gọi là kìm hãm cơ chất.Kìm hãm bất thuận nghịch là chất kìm hãm có tác dụng bất thuận nghịch Đôi khi khóđể phân biệt giữa thuận nghịch và bất thuận nghịch và chất kìm hãm có thể hiểu như chất kìm hãm thuận nghịch không cạnh tranh

Nhìn chung hiệu quả kìm hãm phụ thuộc nồng độ chất kìm hãm, nồng độ enzyme, thời gian tác dụng

* Ảnh hưởng của chất kích hoạt, chất hoạt hóa:

Là chất làm tăng hoạt động của enzyme, enzyme từ không hoạt động sang hoạt động hoặc hoạt động ít chuyển sang hoạt động nhiều Chất hoạt hóa có tác dụng cắt một vài đoạn peptid đang ức chế hoạt động của enzyme để hình thành lại trung tâm hoạt động của enzyme và enzyme trở nên hoạt động Mỗi enzyme đòi hỏi một số chất hoạt hóa mang bản chất khác nhau Chất hoạt hóa có thể là các ion kim loại, phi kim làm cầu nối giữa enzyme và cơ chất hoặc làm tăng diện tích tiếp xúc giữa enzyme và

cơ chất

Chất hoạt hóa có thể kết hợp vào các điểm dị không gian giúp trung tâm hoạt động biến đổi theo hướng có lợi với chất xúc tác Ngoài ra chất hoạt hóa, chất kích

hoạt còn có vai trò phục hồi nhóm chức chưa hoạt động hoặc hoạt động ít trở nên hoạt động mạnh mẽ hơn

* Ảnh hưởng của tỷ lệ nước bổ sung:

Nước có khả năng điều chỉnh phản ứng thủy phân, nước là môi trường tang cường quá trình phân cắt các liên kết nhị dương là môi trường khuyếch tán enzyme và

cơ chất tạo điều kiện cho phản ứng xảy ra

* Ảnh hưởng của diện tích tiếp xúc:

Diện tích tiếp xúc giữa enzyme và cơ chất cũng ảnh hưởng đến quá trình thủy phân Diện tích tiếp xúc càng lớn thì quá trình thủy phân xảy ra càng nhanh Vì vậy đối với nguyên liệu có kích thước lớn thường được làm nhỏ để hiệu quả thủy phân cao hơn

1.2.3 Ứng dụng của enzyme protease trong xử lý phế liệu

Enzyme protease được ứng dụng rộng rãi trong y học, nông nghiệp, hóa học, công nghiệp dệt, mỹ phẩm, công nghiệp da, phim ảnh và đặc biệt là trong công nghiệp thực phẩm như: công nghiệp thịt, cá, công nghiệp chế biến sữa, bánh mì, bánh kẹo, bia, sản xuất sữa khô và bột trứng Ngoài ra enzyme protease còn được ứng dụng trong

xử lý phế liệu để thu hồi các sản phẩm có giá trị và bước đầu đã đem lại hiệu quả đáng

kể Các ứng dụng cụ thể của enzyme protease:

* Trong công nghiệp thực phẩm:

- Trong công nghiệp chế biến thịt: Protease được dùng làm mềm thịt nhờ sự thủy phân protein trong thịt

- Trong chế biến thủy sản Chế biến nước mắm ngắn ngày rút ngắn thời gian chế biến và nâng cao hiệu quả kinh tế

- Trong công nghiệp sữa: protease được dùng trong sản xuất phomat nhờ tác dụng làm đông tụ sữa

- Trong sản xuất bánh mì, bánh quy protease làm giảm thời gian nhào trộn, tăng

độ dẻo và làm nhuyễn bột, tạo độ xốp và độ nở tốt hơn

- Trong sản xuất nước giải khát: làm tăng độ bền của bia và rút ngắn thời gian lọc Làm trong và ổn định nước quả, rượu vang

*Trong y học:

Protease dùng làm thuốc tắc nghẽn tim mạch, tiêu mủ vết thương, làm thông đường hô hấp, chống viêm, làm thuốc tăng tiêu hóa protein, thành phần của các loại

thuốc dùng trong da liễu và mỹ phẩm Trong y học protease cũng dùng để sản xuất môi trường dinh dưỡng nuôi cấy vi sinh vật sản xuất ra kháng sinh, chất kháng độc

Ngoài ra còn dùng để cô đặc và tinh chế các huyết thanh kháng độc để chữa bệnh

*Trong nông nghiệp:

- Có thể sử dụng các loại chế phẩm enzyme khác nhau để chuyển hóa các phế liệu, đặc biệt là các phế liệu nông nghiệp cải tạo đất phục vụ nông nghiệp

- Công nghệ này khá phổ biến ở nhiều quốc gia Ở nước ta việc dùng enzyme vi sinh vật góp phần trong sản xuất phân hữu cơ đang được khai thác để thay thế cho phân hóa học

* Ứng dụng trong xử lý phế liệu:

 Ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm từ phụ phẩm thủy sản:

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

Enzyme protease được dùng để thủy phân protein trong sản xuất chitin, astaxanthin, bột đạm Phần lớn phụ phẩm tôm tại Việt Nam cũng như trên thế giới hiện nay chủ yếu được sử dụng để sản xuất chitin – chitosan, một ứng dụng có ý nghĩa lớn Công nghệ sản xuất chitin, chitosan còn đang gặp nhiều bất cập khi các quy trình sản xuất chitin-chitosan quy mô lớn tại Việt Nam chủ yếu là quy trình hóa học Việc

sử dụng hóa chất với nồng độ cao dẫn đến lượng chitin-chitosan thu được chưa cao và nhiều tạp chất Mặt khác, các quy trình này chỉ tập trung vào việc thu nhận chitin-chitosan chưa chú trọng đến việc tận thu các sản phẩm khác củaphụ phẩm tôm như protein, chất màu Các hóa chất và chất hữu cơ chưa được tận thu thải ra gây ô nhiễm môi trường Việc kết hợp sử dụng enzyme protease trong quá trình sản xuất chitin-chitosan có ưu thế hơn so với phương pháp hóa học truyền thống Nó giảm thiểu lượng hóa chất sử dụng và thải ra môi trường Mặt khác, quy trình cải tiến với sự vượt trội về chất lượng chitin, chitosan thu được và thu hồi sản phẩm protein-astaxanthin có giá trị dinh dưỡng và sinh học, làm hạn chế các chất hữu cơ chứa trong nước thải, giảm thiểu chi phí xử lý môi trường Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc giải quyết vấn đề

ô nhiễm môi trường trầm trọng do các cơ sở chế biến chitin-chitosan gây ra, góp phần phát triển bền vững ngành công nghiệp sản xuất chitin-chitosan từ phế liệu thủy sản Đây là một hướng đi cho phương pháp sản xuất sạch hơn

- Ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm từ phụ phẩm cá:

Enzyme protease được dùng để thủy phân phụ phẩm cá để sản xuất chế phẩm dẫn mùi giàu đạm dùng trong thức ăn nuôi tôm, cá Với công nghệ sản xuất đơn giản

sử dụng chất xúc tác enzyme của vi khuẩn đã phân lập được bổ sung vào phế liệu thủy sản (đầu, xương cá), chúng sẽ tự tách phần thịt ra khỏi xương Với phần thịt được cô đặc giàu chất đạm trộn với thức ăn cho tôm, phần xương được làm sạch, sấy khô, nghiền thành bột dùng cho chăn nuôi gia súc Biện pháp không những xử lý ngay được chất thải rắn với chi phí thấp, mà còn mang lại hiệu quả kinh tế từ việc sản xuất ra thức

ăn dùng cho chăn nuôi được người tiêu dùng chấp nhận

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Sản phẩm thủy phân và đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân

2.1.1 Dịch thủy phân protein

Dịch thủy phân protein là sản phẩm của quá trình thủy phân, khi cô đặc thì chúng sẽ thành dịch protein cô đặc Dịch thủy phân protein có màu vàng nhạt, trong suốt, có mùi đặc trưng của sản phẩm thủy phân

Thành phần chủ yếu của dịch thủy phân ptotein là các acid amin, các peptid Ngoài ra trong dịch đạm thủy phân có chứa một lượng nhỏ khoáng và lipid

2.1.2 Bột thủy phân protein

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

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

2.1.3 Đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân

Một số đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân protein là: Độ hòa tan, khả năng tạo bọt và ổn định bọt, khả năng giữ nước, khả năng tạo nhũ tương, khả năng chống oxy hóa… Mỗi đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân protein phụ thuộc rất nhiều vào nguồn nguyên liệu thủy phân, phương pháp thủy phân (sinh học, hóa học), chế độ thủy phân…

Bằng việc nghiên cứu sự ảnh hưởng và kiểm soát các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính chức năng ta sẽ tạo ra được sản phẩm thủy phân protein thích hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau trong thực phẩm, y học…

*Độ hòa tan

Độ hòa tan là một trong những đặc tính quan trọng nhất của sản phẩm thủy phân protein, đặc biệt đối với sản phẩm thủy phân protein được sử dụng trong các thức uống Nhiều đặc tính khác như khả năng nhũ hóa và tạo bọt bị ảnh hưởng bởi độ hòa tan

Sự thủy phân protein bằng enzym làm tăng độ hòa tan của protein Sản phẩm này có tính tan tăng đáng kể so với nguyên liệu ban đầu, nguyên nhân chính là do quá trình thủy phân đã tạo ra nhiều peptit nhỏ hơn và các axit amin, làm lộ ra các nhóm

phân cực, như nhóm amin (-NH2) và nhóm carboxyl (-COOH), thúc đẩy sự tương tác với nước Sự gia tăng của các nhóm amin và carboxyl cuối mạch làm gia tăng lượng nước hấp thu, tăng khả năng hòa tan trong nước của sản phẩm

Độ pH của dung dịch có ảnh hưởng đến sự hòa tan của sản phẩm thủy phân protein Sản phẩm này có độ hòa tan thấp tại điểm đẳng điện Khi pH xa điểm đẳng điện, protein hòa tan của sản phẩm thủy phân tăng Độ hòa tan của sản phẩm thủy phân phế liệu cá hồi cao hơn 75% ở phạm vi pH từ 3 - 11, cao hơn 90% ở pH 6 - 7 và thấp nhất ở pH 3 - 4 [17] Các sản phẩm thủy phân protein từ thịt cá chỉ vàng được sản xuất bằng Alcalase và Flavourzyme tan ở phạm vi pH rộng từ 2 - 12 với độ hòa tan cao hơn 85% và thấp nhất khi pH 4[25].Sản phẩm thủy phân từ phụ phẩm cá mòi có

độ hòa tan thấp nhất tại pH 3, độ hòa tan tăng lên khi pH tăng và đạt cao nhất 100% khi pH 6 ứng với độ thủy phân 10,16% [37] Độ hòa tan của sản phẩm thủy phân protein từ đầu cá ngừ mắt to tăng khi thời gian thủy phân tăng Sản phẩm thủy phân protein có độ hòa tan cao nhất khi pH = 9 và thấp nhất khi pH = 3 Ở pH = 9, các sản phẩm thủy phân protein từ đầu cá ngừ mắt to ứng với thời gian thủy phân 1 giờ, 2 giờ,

3 giờ và 4 giờ có độ hòa tan lần lượt là 88,5%; 93,6%; 96,9% và 98,8%[8] Độ hòa tan của sản phẩm cũng tăng lên khi độ thủy phân tăng Sản phẩm thủy phân protein có peptit nhỏ hơn hay độ thủy phân cao hơn dễ hòa tan hơn [17].Độ hòa tan của các sản phẩm thủy phân protein từ thịt cá chỉ vàng cũng tăng lên khi độ thủy phân tăng [25]

Sản phẩm thủy phân protein thủy sản được sử dụng rộng rãi trong nhiều hệ thực phẩm Với tính tan tốt và giá trị dinh dưỡng cao, sản phẩm này có tiềm năng lớn được sử dụng để sản xuất thức uống giàu dinh dưỡng và các sản phẩm thay thế sữa Nhờ tính tan tốt trong phạm vi pH rộng, sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên, an toàn và tính sẵn có trên thị trường nên sản phẩm thủy phân protein được đưa vào thực phẩm một cách dễ dàng

và mở ra cơ hội lớn cho ngành công nghiệp thực phẩm để cải thiện chất lượng thực phẩm

*Khả năng tạo bọt

Bọt thực phẩm là hệ phân tán của các bọt khí trong một pha liên tục lỏng hoặc bán rắn có chứa một chất hoạt động bề mặt hòa tan Trong nhiều trường hợp, khí là không khí, thường là khí cacbonic và pha liên tục là một dung dịch hoặc một huyền phù nước chứa protein Sự hình thành bọt có liên quan đến sự di chuyển, khuếch tán và sắp xếp lại cấu trúc của các phân tử protein tại bề mặt nước-không khí[40] khả năng

tạo bọt phụ thuộc vào tốc độ hấp thu, tính linh hoạt và tính kỵ nước của phân tử peptit, còn sự ổn định bọt phụ thuộc vào độ đàn hồi của màng[14] Sự hình thành màng bền vững và bọt ổn định có thể là do sự sắp xếp lại cấu trúc bậc ba của protein ở bề mặt và duy trì một mạng lưới rộng lớn giữa các phân tử (tương tác protein-protein) [28] Tốc

độ hấp thu vào bề mặt nước-không khí bị ảnh hưởng bởi kích thước phân tử, cấu trúc protein và tính kỵ nước của sản phẩm thủy phân [29]

Sản phẩm thủy phân protein từ phụ phẩm thủy sản có khả năng tạo bọt và làm bền bọt, chúng là chất tạo bọt tiềm năng cho ngành công nghiệp thực phẩm Sự thủy phân bằng enzym làm cải thiện khả năng tạo bọt Quá trình thủy phân protein tạo ra các peptit có tính kỵ nước, điện tích bề mặt và cấu trúc thay đổi so với phân tử protein ban đầu Trọng lượng phân tử protein giảm làm cho chúng linh hoạt hơn, tạo thành lớp bề mặt ổn định và tăng tốc độ khuếch tán vào bề mặt, điều này dẫn đến cải thiện khả năng tạo bọt [40].Tuy nhiên, sự kéo dài quá thời gian thủy phân có thể làm giảm khả năng tạo bọt của sản phẩm thủy phân protein Chẳng hạn, khi thời gian thủy phân tăng từ 1 đến 4 giờ thì khả năng tạo bọt của sản phẩm thủy phân protein từ đầu cá ngừ mắt to giảm Ứng với thời gian thủy phân 1 giờ, 2 giờ, 3 giờ và 4 giờ, khả năng tạo bọt của sản phẩm thủy phân protein từ đầu cá ngừ mắt to lần lượt là 96,4%; 80,7%; 72,2% và 65,5%[8] Khả năng tạo bọt của sản phẩm thủy phân protein từ thịt cá nhám ứng với

độ thủy phân 6,5%, 13% và 18,8% lần lượt là 136,3%, 66,5% và 63,5% [15] Khả năng tạo bọt của sản phẩm thủy phân protein giảm khi thời gian thủy phân hoặc độ thủy phân tăng là do kích thước nhỏ của các peptit được tạo ra khi thủy phân kéo dài làm giảm hoạt động bề mặt của nó và do đó cản trở sự hình thành màng ổn định xung quanh các bong bóng khí [15]

*Khả năng tạo nhũ tương

Khả năng nhũ hóa được xác định là thể tích dầu được nhũ hóa bởi sản phẩm thủy phân protein Khả năng nhũ hóa của sản phẩm thủy phân protein phụ thuộc vào hoạt động bề mặt của chúng Sản phẩm thủy phân protein là các hợp chất hoạt động bề mặt và thúc đẩy tạo nhũ tương dầu trong nước, chúng có đặc tính tạo nhũ tương tốt Khả năng nhũ hóa và ổn định nhũ tương của sản phẩm thủy phân protein từ cá phụ thuộc vào đặc điểm phân tử peptit, chiều dài chuỗi peptit [23] Tính đặc hiệu của các enzym được sử dụng trong quá trình thủyphân là quan trọng, bởi vì nó ảnh hưởng lớn đến kích thước phân tử và tính kỵ nước của polypeptit được tạo thành Điều này ảnh

hưởng đến các tính chất bề mặt của sản phẩm thủy phân protein Để có hoạt tính bề mặt tốt, chiều dài các peptit không nhỏ hơn 20 axit amin [26] Ngoài ra, các yếu tố như tốc độ khuấy trộn, nguồn protein, nhiệt độ, pH, loại dầu và hàm lượng nước có thể ảnh hưởng đến khả năng nhũ hóa [27]

Khi thủy phân protein cá trong một giới hạn nhất định sẽ tạo ra các peptit lớn làm cải thiện khả năng nhũ hóa so với protein ban đầu Ở độ thủy phân thấp (5%), sản phẩm thủy phân thể hiện tính chất tạo nhũ mạnh mẽ [23] Sản phẩm thủy phân protein

từ thịt cá rô phi có khả năng tạo nhũ từ 22,33 - 27,33 ml /0,5g [16] trong khi sản phẩm thủy phân protein từ xương cá bóp có khả năng nhũ hóa 3-12 ml/g [11]

*Khả năng giữ nước

Khả năng giữ nước của protein có vai trò quan trọng đối với công nghiệp thực phẩm bởi vì nó ảnh hưởng đến cả đặc tính cảm quan và kinh tế của sản phẩm Sự thủy phân protein làm thay đổi khả năng hấp thu và giữ phân tử nước của protein Sự tăng của các nhóm phân cực như -COOH và -NH2 trong quá trình thủy phân có ảnh hưởng đáng kể đến lượng nước hấp thu Do đó sản phẩm thủy phân protein có khả năng liên kết và giữ nước tốt

Độ thủy phân có ảnh hưởng đến khả năng giữ nước của sản phẩm thủy phân protein Ví dụ khả năng giữ nước của sản phẩm thủy phân protein từ da cá chép lần lượt là 2; 3,8 và 4,9 ml/g ứng với độ thủy phân 5,02; 10,4 và 14,9% [41] Khi tăng thời gian thủy phân từ 1 giờ đến4 giờ, khả năng giữ nước của sản phẩm thủy phân protein

từ đầu cá ngừ mắt to tăng từ 2,2 -2,5 ml/g [8]

Sản phẩm thủy phân protein từ cá có thể được sử dụng bổ sung vào thực phẩm

để giữ nước và cải thiện cấu trúc của sản phẩm Ngoài ra, việc bổ sung sản phẩm thủy phân protein cá ốt vảy vào thịt lợn băm nhỏ đã làm tăng khả năng giữ nước của nó khi

nấu [38]

2.2 Ứng dụng của sản phẩm thủy phân protein

2.2.1 Ứng dụng của sản phẩm thủy phân protein trong lĩnh vực công nghiệp thực phẩm

Sản phẩm thủy phân protein thủy sản có nguồn gốc tự nhiên, an toàn, có hàm lượng protein, axit amin không thay thế cao, dễ dàng được hấp thụ, tiêu hóa và có các peptit có hoạt tính sinh học, cho nên có tiềm năng lớn trong việc ứng dụng sản phẩm thủy phân protein thủy sản làm nguồn protein cho dinh dưỡng con người và mở ra cơ

hội lớn cho ngành công nghiệp thực phẩm để cải thiện chất lượng thực phẩm Sản phẩm thủy phân protein có nhiều đặc tính chức năng quan trọng như khả năng hòa tan, khả năng tạo bọt, khả năng nhũ hóa protein, khả năng giữ nước và khả năng hấp

thụ dầu nên chúng được sử dụng trong nhiều hệ thực phẩm [12]

Nhờ tính tan tốt trong phạm vi pH rộng, sản phẩm thủy phân protein được sử dụng để sản xuất thức uống giàu dinh dưỡng và các sản phẩm thay thế sữa Sản phẩm thủy phân protein có khả năng tạo bọt và làm bền bọt, do đó chúng có thể được sử dụng làm thành phần để hỗ trợ trong việc hình thành và ổn định bọt trong một số sản phẩm như bia, kem tươi, bánh ngọt, bánh mì Sản phẩm thủy phân protein cũng được

sử dụng làm thành phần để hỗ trợ trong việc hình thành và ổn định nhũ tương trong một số sản phẩm như margarin, xúc xích nhờ có đặc tính tạo nhũ tương tốt của chúng Ngoài ra, sản phẩm thủy phân protein có thể được sử dụng làm chất phụ gia bổ sung vào thực phẩm để giữ nước và cải thiện cấu trúc của sản phẩm [39] Chúng được sử dụng làm chất chống biến tính protein thịt cá trong quá trình đông lạnh để duy trì chất lượng của cá đông lạnh, ví dụ như sản phẩm thủy phân protein cá tuyết có thể thay thế hỗn hợp đường và sorbitol với tỉ lệ 1:1 để hạn chế sự mất nước, chống biến tính protein của thịt cá xay đông lạnh [13]

Ngoài ra, hoạt tính chống oxy hóa của sản phẩm thủy phân cá cũng có thể được ứng dụng để hạn chế sự oxy hóa lipit trong sản phẩm thực phẩm và kéo dài thời hạn sử dụng thực phẩm Sự oxy hóa lipit gây ra mùi vị khó chịu và tạo ra các sản phẩm có tiềm ẩn gây độc hại Các chất chống oxy hóa không chỉ cải thiện sự ổn định lipit và các sản phẩm chứa lipit mà còn được sử dụng để bảo quản sản phẩm thực phẩm bằng cách làm chậm sự biến màu và sự hư hỏng gây ra do sự oxy hóa

2.2.2 Ứng dụng của sản phẩm thủy phân protein trong lĩnh vực dược phẩm

Sản phẩm thủy phân được tạo ra từ protein cá có các hợp chất có hoạt tính sinh học và có thể được sử dụng trong lĩnh vực dược phẩm [31] Người ta quan tâm đến việc sử dụng các sản phẩm có hoạt tính sinh học để phòng ngừa và điều trị nhiều bệnh như rối loạn tiêu hóa [30]

Sản phẩm thủy phân protein có khả năng chống oxy hóa, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe, hạn chế tác hại do quá trình oxy hóa gây ra Một số peptit trong sản phẩm thủy phân protein từ phụ phẩm thủy sản có khả năng chống oxy hóa có 3 đến 16 axit amin đã được xác định Ngoài ra, một số axit amin, chẳng hạn như tyrosine,

methionine, histidine, lysine và tryptophan cũng có khả năng chống oxy hóa Ngoài ra, một số axit amin, chẳng hạn như tyrosine, methionine, histidine, lysine và tryptophan cũng có khả năng chống oxy hóa [22]

2.2.3 Ứng dụng của sản phẩm thủy phân protein trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản

Cùng với sự phát triển nuôi trồng thủy sản, nhu cầu bột cá ngày càng tăng cao, trong khi đó việc sản xuất bột cá không đáp ứng đủ nhu cầu này nên các nhà máy sản xuất thức ăn cho thủy sản đã phải nhập khẩu bột cá Vì vậy, việc tìm các nguồn protein khác để thay thế một phần bột cá trong thức ăn nuôi trồng thủy sản để giảm lượng bột

cá nhập khẩu là hết sức cần thiết Trong số các nguồn protein này thì sản phẩm thủy phân protein cá là thành phần thức ăn tiềm năng mà có thể được sử dụng trong thức ăn như một nguồn cung cấp protein, một chất hấp dẫn tôm, cá và làm tăng sự ngon miệng[18]

Việc bổ sung sản phẩm thủy phân protein từ đầu cá ngừ vây vàng vào thức ăn cũng đã làm tăng đáng kể tốc độ tăng trưởng và tỉ lệ sống của tôm thẻ chân trắng

(Penaeus vannamei) [32] Nguyễn Thị Mỹ Hương (2011, 2013) đã nghiên cứu ảnh

hưởng của thức ăn có bổ sung sản phẩm thủy phân protein từ đầu cá ngừ lên sự sống

và phát triển của tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei) [6],[7] Ngoài việc sử

dụng bột protein thủy phân từ đầu cá ngừ để sản xuất thức ăn cho tôm, dịch thủy phân protein từ cá thu cũng được sử dụng trong việc sản xuất thức ăn cho cá hồi

Sự phát triển của cá hồi tăng lên khi bổ sung dịch thủy phân protein cá thu vào thức

ăn với tỉ lệ 2% [21]

2.3 Tình hình nghiên cứu về sự thủy phân protein và đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân protein trong và ngoài nước

2.3.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

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 [19]

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” [20]

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% [32]

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%) [34]

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 [35]

Sathivel và cộng sự (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 [36]

2.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam, việc tận dụng nguồn nguyên liệu còn lại của quá trình chế biến được chú trọng nhiều trong những năm gần đây Trong đó, nghiên cứu sản xuất sản phẩm thủy phân protein cho đến nay đã có các công trình nghiên cứu sau:

Phạm Thị Hải Âu và Nguyễn Thúy Hường (2010) nghiên cứu lựa chọn ba loại enzyme thương phẩm có khả năng thủy phân protein là Flavouzyme, Acalase và Protemex để thủy phân protein từ cá tạp Kết quả cho thấy enzyme Acalase thích hợp nhất cho quá trình thủy phân cá tạp và phế liệu cá Các thông số tối ưu cho enzyme Acalase là : nhiệt độ thủy phân 55C, thời gian thủy phân 22h, tỷ lệ enzyme/cơ chất là 0,6%, tỷ lệ nước với nguyên liệu là 0,6% [1]

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

55 , 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 53 , thời gian thủy phân 2 giờ [3]

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% [5]

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: 55 ; 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: 50 ; thời gian thủy phân: 3 giờ [7]

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]