Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến sự biến đổi cấu trúc protein của thịt cá trong quá trình sản xuất surimi và các sản phẩm từ surimi cá nước ngọt

Ngoài cá tra và cá basa được chế biến xuất khẩu thì phần lớn cá nước ngọt được bán ra thị trường dưới dạng tươi nguyên con nên sản phẩm có giá trị gia tăng thấp Surimi là thịt cá được tá

B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐỖ THỊ YẾN

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

MÃ SỐ: 62540101

Người hướng dẫn khoa học:

1 PGS.TS Lâm Xuân Thanh

2 PGS.TS Tô Kim Anh

Hà N ội - 2014

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của luận án

Việt Nam là một trong số ít quốc gia có nhiều lợi thế về tài nguyên biển Nằm ở phía tây Biển Đông, Việt Nam có 28 tỉnh, thành có biển, tổng chiều dài bờ biển hơn 3.260 km với hơn 1 triệu km2.Trữ lượng cá toàn vùng biển Việt Nam ước tính khoảng 4,2 triệu tấn, với ngưỡng khai thác bền vững 1,4 – 1,7 triệu tấn/năm Chính vì vậy chế biến thuỷ sản xuất khẩu được coi là ngành kinh tế mũi nhọn với kim ngạch xuất khẩu đạt 4 tỷ USD năm

2010 Cũng như trên thế giới, sản lượng cá đánh bắt ngày càng sụt giảm trong khi nuôi thuỷ sản nước ngọt ở Việt nam phát triển mạnh khắp các vùng trong cả nước, hình thức nuôi đa dạng như nuôi trong ao hồ nhỏ, nuôi trong lồng bè trên sông, hồ chứa, nuôi luân xen canh thuỷ sản - lúa… với diện tích mặt nước trên 1,7 triệu hecta và tổng sản lượng ước tính khoảng 900.000 tấn Ngoài cá tra và cá basa được chế biến xuất khẩu thì phần lớn cá nước ngọt được bán ra thị trường dưới dạng tươi nguyên con nên sản phẩm có giá trị gia tăng thấp

Surimi là thịt cá được tách xương, rửa sạch, nghiền nhỏ, không có mùi vị và có màu sắc đặc trưng, có độ kết dính vững chắc, là một chế phẩm bán thành phẩm để từ đó tạo ra các sản phẩm mô phỏng có giá trị kinh tế cao Trong những năm gần đây, nguồn nguyên liệu cá biển cho sản xuất surimi suy giảm, nuôi trồng thủy sản phát triển và đa dạng nên cá nước ngọt được chú ý với mục đích làm nguồn nguyên liệu thay thế Một số nghiên cứu trên thế giới đã đánh giá khả năng tạo gel và chất lượng cảm quan của surimi

cá nước ngọt cho thấy đặc tính của cơ thịt cá nước ngọt khác với cá biển, khả năng tạo gel trung bình và đặc tính protein dễ bị thay đổi trong quá trình bảo quản lạnh đông và chế biến Chính vì vậy việc sử dụng cá nước ngọt làm nguyên liệu sản xuất surimi vẫn còn hạn chế

Vì những lý do trên chúng tôi chọn đề tài : « Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến sự biến đổi cấu trúc protein của thịt cá trong quá trình sản xuất surimi và các sản phẩm từ surimi cá nước ngọt » cho luận án tiến sỹ

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu tổng quát : Nâng cao giá trị gia tăng của cá nước ngọt

Mục tiêu cụ thể :

- Xây dựng quy trình sản xuất surimi từ cá nước ngọt

2

- Nâng cao chất lượng cảm quan các sản phẩm surimi của cá nước ngọt thông qua việc xác định sự biến đổi cấu trúc protein của thịt cá để từ đó tạo các sản phẩm mô phỏng từ surimi

3 Nội dung nghiên cứu

- Khảo sát lựa chọn nguyên liệu sản xuất surimi từ cá nước ngọt

- Xác đinh quá trình rửa thịt cá trong sản xuất surimi

- Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự biến đổi cấu trúc protein của surimi

- Nghiên cứu một số yếu tố để nâng cao khả năng tạo gel của surimi

- Nghiên cứu ứng dụng sản xuất các sản phẩm chả mực, chả tôm và xúc xích từ surimi cá nước ngọt

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

- Từ những kết quả nêu trên, mở ra phương pháp luận về khả năng định hướng, đa dạng hóa mặt hàng thực phẩm từ surimi cá mè và cá rô phi

4.1.2 Ý nghĩa thực tiễn :

- Việc sản xuất surimi và các sản phẩm mô phỏng từ surimi cá mè và cá rô phi sẽ đảm bảo tính ổn định cho nguồn nguyên liệu sản xuất surimi, thúc đẩy việc nuôi cá nước ngọt với quy mô lớn, đồng thời cơ cấu lại thành phần và định hướng lại phương hướng phát triển ngư nghiệp, tạo công ăn việc làm ổn định, thay đổi kinh tế nông thôn đặc biệt vùng nuôi trồng thuỷ sản miền Bắc

- Với kết quả nghiên cứu sự biến đổi cấu trúc của surimi trong quá trình gia nhiệt đã xác đinh sự biến tính protein và các liên kết hình thành trong qúa trình tạo gel của surimi Từ đó cải thiện đặc tính protein tạo sản phẩm sản phẩm mô phỏng từ surimi không những làm phong phú thêm các sản phẩm thực phẩm đáp ứng yêu cầu

đa dạng hóa sản phẩm mà còn nâng cao giá trị gia tăng cho cá nước ngọt ở Việt nam

- Các kết quả đề tài có thể dùng làm tại liệu tham khảo cho giảng dạy, nghiên cứu khoa học và cho sản xuất

3

5 Những điểm mới của luận án

- Là công trình đầu tiên ở Việt nam nghiên cứu về sự biến đổi cấu trúc protein của surimi cá mè và cá rô phi Từ kết quả nghiên cứu đã minh chứng được sự biến đổi cấu trúc protein dưới tác động của nhiệt độ và ảnh hưởng của enzym nội tại trong quá trình chế biến các sản phẩm từ surimi cá mè và cá rô phi

- Là công trình nghiên cứu một cách hoàn thiện từ cơ bản đến sản xuất công nghiệp, đăng ký tiêu chuẩn quốc gia và công bố hợp chuẩn

4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU I.1 Tình hình nuôi trồng và chế biến sản phẩm thủy sản nước ngọt trên thế giới và Việt nam

I.1.1 Tình hình nuôi trồng cá nước ngọt

Sản lượng cá nước ngọt trên thế giới năm 2010 ước tính 33,7 triệu tấn chủ yếu thuộc các

họ cá xương như cá chép (Cyprinidae), cá sóc (Cyprinodontidae), cá rô (Anabantidae), cá nheo (Siluridae), cá quả (Ophiocephalidae), cá thát lát (Clariidae), chạch (Mastacembelidae), cá chiên (Sisoridae), cá tầm (Acipenseridae), cá hồi Về nuôi trồng

thuỷ sản trên thế giới, cá chép đứng đầu với 21 triệu tấn, cá hồi 2,2 triệu tấn Trung quốc,

Ấn Độ, Việt Nam, Thái Lan, Myama, Philipin và Nhật Bản là những nước đi đầu ở châu Á trong lĩnh vực nuôi trông thủy sản Sản lượng trung bình hàng năm của các nước này

chiếm khoảng 87% sản lượng thủy sản nuôi trồng trên thế giới [149, 49]

Việt nam với một hệ thống sông ngòi đa dạng và rất thuận lợi cho nuôi trồng thủy sản, đặc biệt là các loài cá nước ngọt Ba lưu vực sông quan trọng nhất, quyết định đến năng lực ngành nuôi trồng tôm, cá của Việt nam là sông Cửu Long, sông Đồng Nai, sông Hồng Vùng châu thổ sông Cửu Long cùng với hệ thống kênh rạch chằng chịt gần 8 vạn km2 của

12 tỉnh đã tạo cho khu vực này một năng lực nuôi trồng thủy sản đứng vào bậc nhất của châu Á, hàng năm sản xuất được khoảng 4-4,5 triệu tấn cá dạng hàng hóa xuất khẩu trong

đó chủ yếu là cá tra, cá basa và tôm Ở khu vực phía bắc và miền trung, với việc phát triển của thủy điện đã tạo ra nhiều hồ nuôi nước ngọt rộng lớn Đây là môi trường tốt để chuyển đổi việc nuôi trồng thủy sản từ nhỏ lẻ thành ngành sản xuất hàng hóa lớn Cùng với đó các địa phương đã chuyển đổi diện tích đất trồng lúa năng suất thấp, các vùng trồng lúa 1 vụ bấp bênh, các vùng trồng cói hiệu quả kém, các vùng đất cát, đất hoang hoá sang nuôi trồng thuỷ sản do đó hiện nay ở Việt Nam diện tích các loại hình mặt nước và sản lượng thuỷ sản nuôi trồng tăng đáng kể với tổng sản lượng nuôi trồng ước tính năm 2010 là 2 triệu tấn Nuôi thuỷ sản nước ngọt phát triển mạnh khắp các vùng trong cả nước, hình thức nuôi đa dạng như nuôi trong ao hồ nhỏ, nuôi trong lồng bè trên sông, hồ chứa, nuôi luân xen canh thuỷ sản - lúa… Đối tượng nuôi phong phú, trong đó có nhiều đối tượng nuôi tạo sản phẩm hàng hoá lớn cho thị trường tiêu dùng trong nước và chế biến xuất khẩu như cá tra, cá basa, cá rô phi đơn tính Bên cạnh các loài cá được nuôi tập trung, rất nhiều loài cá

như cá mè, cá trôi, cá chim trắng được nuôi ghép chính ở trong ao với cá trắm, cá chép,

nhất là ở những ao hồ giàu sinh vật phù du Theo kết quả điều tra khoa học, đã xác định

5

được 544 loài cá nước ngọt phân bố ở Việt Nam [49] Ngoài ra, trong quá trình phát triển

nghề, đã nhập nội thêm hàng chục loài khác như cá trắm cỏ, cá rô phi, cá trôi ấn độ, v.v…

Tuy nhiên, chỉ có khoảng vài chục loài cá nước ngọt được chế biến xuất khẩu, trong đó

quan trọng nhất là cá tra và cá basa, cá chình, cá rô phi

I.1.2 Một số loài cá nước ngọt tiêu biểu [5,49]

a Cá rô phi (Oreochromis): Cá rô phi được nuôi rộng rãi

trên thế giới với sản lượng hàng năm vào khoảng 2,8 triệu tấn

Đây là loài cá mau lớn, dễ nuôi, ít dịch bệnh và có thể nuôi trong

nhiều loại hình thủy vực khác nhau

Trước đây, cá rô phi thường được nuôi ghép với các loài cá khác

trong ao hay trên ruộng lúa nhằm sử dụng hết nguồn thức ăn

trong thủy vực Tuy nhiên, với nhu cầu ngày càng tăng của thị

trường, hiện nay cá rô phi hầu như được nuôi thâm canh trong ao

hay bè Sản lượng cá rô phi ở nước ta khoảng 50 ngàn tấn, chiếm

2,2% tổng sản lượng thủy sản nuôi Các loài cá rô phi được nuôi

ở Việt nam: cá rô phi đen (Oreochromis mossambicus), cá rô phi

vằn (O niloticus), cá rô phi xanh (O aureus), cá rô phi đỏ (rô

phi lai Oreochromis spp.) Tuy nhiên trở ngại lớn nhất trong việc

nuôi cá rô phi ở Việt Nam là tỉ lệ cá đạt kích cỡ thương phẩm

(hơn 500g/con) thấp

b Cá mè (Hypophthalmichthys): là một trong những loài cá

nuôi chủ yếu ở Việt Nam, sinh trưởng nhanh, năng suất khá cao

Theo FAO, tổng sản lượng cá đánh bắt trong thiên nhiên trên thế

giới trong năm 2010 vào khoảng 60 ngàn tấn và khoảng 100

ngàn tấn nuôi trong các môi trường nhân tạo Cá mè trắng Việt

nam là loài đặc hữu của vùng đồng bằng và trung du Bắc bộ

Đây là loài cá nuôi phổ biến ở các tỉnh phía Bắc Hiện nay cá

được di giống và nuôi trong cả nước Cá có kích cỡ lớn có thể

đạt 15kg Cá khai thác có kích cỡ trung bình 0,5-1,5kg Chi cá

mè (Hypophthalmichthys) có thể gọi là chi cá chép đầu to Chi

này chỉ có 3 loài, cả 3 loài đều là cá được nuôi nhiều ở Trung

Quốc và Việt nam Có thể gọi là cá mè phương bắc Ba loài của

Hình 1.1 Cá rô phi vằn ( Oreochromis niloticus)

Hình 1.2 Cá rô phi đỏ ( Oreochromis spp)

Hình 1.3 Cá mè trắng (Hypophthalmichthys harmandi)

Hình 1.4 Cá mè trắng Hoa Nam (Hypophthalmichthys

molitrix)

Hình 1.5 Cá mè hoa (Hypophthalmichthys nobilis)

6

chi Hypophthalmichthys là: Cá mè trắng Việt

nam(Hypophthalmichthys harmandi), cá mè trắng hoa nam

(Hypophthalmichthys molitrix), Cá mè hoa (Hypophthalmichthys

nobilis Nhược điểm của các loài này là có mùi tanh, nhiều

xương dăm nên giá trị kinh tế không cao

c Cá trôi (Cirrhina molitorella): là cá ăn tạp, phổ thức ăn

rộng, dễ nuôi, lớn nhanh, là đối tượng nuôi quan trọng trong tập

đoàn cá nuôi trong các ao, hồ, đầm và cho sản lượng cá thịt đáng

kể Cá trôi Việt Nam thuộc loài có kích cỡ trung bình Cá nuôi 1

năm đạt 0,6-0,8kg; 2 năm đạt 1,5-1,8kg nhưng cá khai thác

thường có kích cỡ 300-1000g, trung bình 500g

d Cá chim trắng nước ngọt (Colossoma brachypomum):

thuộc bộ Characiformes, họ Characidae So với một số loài cá

khác, cá chim trắng nước ngọt lớn rất nhanh Trung bình, cá có

thể tăng trọng 100 g/tháng Trong điều kiện thích hợp, sau 6 đến

7 tháng nuôi, cá có thể đạt từ 1,2 - 2 kg/con Cá chim trắng nước

ngọt là loài nhập nội và ăn tạp, phàm ăn và săn mồi theo bầy nên

hiện đang được nuôi thử nghiệm, hoặc nuôi thương phẩm ở vùng

nuôi an toàn, có điều kiện che chắn (đê bao, lưới)

e Cá trê lai: Trong những năm vừa qua, cá Trê lai đã được

nuôi ở một số vùng châu Á như Thái Lan, Đài Loan, Ấn Độ,

Philippines, Trung Quốc, Việt Nam Ở một số nước, cá trê lai

trở thành đối tượng nuôi chủ yếu, như Thái Lan năng suất có thể

đạt 105 tấn/ha/năm [49] Họ cá trê gồm nhiều loài ở châu Á và

châu Phi Ở nước ta đang khai thác và nuôi 4 loài đó là cá trê đen

(Clarias focus), trê trắng (Clarias batrachus), trê vàng (Clarias

macrocephalus), trê phi (Clarias gariepinus) và cá trê lai Hiện

nay cá trê vàng lai (là con lai giữa cá trê phi đực và cá trê vàng

cái) đang được nuôi phổ biến ở nhiều địa phương trên cả nước

Cá trê dễ nuôi, sinh trưởng nhanh, là loài cá ăn tạp, tận dụng

được nhiều loại thức ăn sẵn có Có thể nuôi trong bể, ao nhỏ vài

chục mét vuông đến ao rộng vài trăm mét vuông, nuôi đơn, nuôi

7

I.1.3 Tình hình chế biến cá nước ngọt

Cho đến nay, cá nước ngọt chủ yếu được chế biến tại gia đình, các nhà hàng và các cửa hàng bán nhỏ lẻ Một số ít được sơ chế thủ công tại các cơ sở nhỏ lẻ hoặc ở các chợ cá Tuy nhiên, hiện nay nhu cầu sử dụng các mặt hàng chế biến ăn liền từ thuỷ sản nước ngọt ngày càng tăng cao Các sản phẩm cá nước ngọt chủ yếu là phile tươi ướp lạnh hoặc hun khói (cá hồi hun khói, cá chép muối, hun khói) được chế biến nhiều ở Nauy, Cộng hòa Séc, Ba Lan, Nga [127][128][56]

Một hướng thành công nhất trong chế biến cá nước ngọt đã được áp dụng đại trà ở qui

mô công nghiệp là tạo ra bán thành phẩm cá xay Từ đây chế biến ra nhiều dạng sản phẩm

có tính chất cảm quan khác nhau rất được nhiều người tiêu dùng ưa thích Những nước đi đầu như Trung Quốc, Mỹ, Nhật Bản… Theo các chuyên gia FAO thì trong lĩnh vực thực phẩm, cá xay mà dạng tốt nhất của nó là surimi là cơ sở thực phẩm tương lai

Surimi là thịt cá đã tách xương, rửa sạch, hầu như không có mùi, ít mỡ, có màu trắng Protein của bán thành phẩm này có khả năng tạo gel tốt Nhờ đó mà surimi có khả năng đông kết cao Nếu trộn surimi với một tỷ lệ thích hợp với các loại thịt khác không có khả năng tạo gel thì hỗn hợp phối trộn đó vẫn có khả năng đông kết, và từ đây có thể chế biến thành nhiều loại sản phẩm khác nhau từ một loại thịt nào đó Đây chính là giá trị công nghệ quý giá của surimi Đặc biệt surimi có tính chất tạo thành khối dẻo, mùi vị, màu sắc trung hòa, nên từ surimi có thể chế biến ra các sản phẩm giả đặc sản biển có giá trị cao như : tôm, sò, điệp, cua v.v

Sản xuất surimi đông lạnh và các sản phẩm mô phỏng là một ngành công nghiệp truyền thống, do đó các công trình nghiên cứu nhằm mở rộng nguồn nguyên liệu và nâng cao chất lượng surimi đã được quan tâm nghiên cứu từ lâu Cá biển có thịt trắng là cá minh thái Alaska chiếm 40% lượng nguyên liệu để làm surimi [121] Tuy nhiên do tính đa dạng của surimi để sản xuất nhiều mặt hàng khác nhau cùng với sự suy giảm sản lượng cá minh thái đã thúc đẩy việc nghiên cứu tìm các loài khác thay thế nên hiện nay hơn 50% sản lượng surimi toàn cầu được chế biến từ các loài cá khác được đánh bắt ở tất cả các vùng biển trên thế giới Các loài cá thịt trắng nước lạnh như cá tuyết Thái Bình Dương, cá hôki,

cá tuyết lam; hoặc các loài cá nổi nhỏ nước lạnh như cá trỏng Pêru, cá sọc một bên vây, cá sòng Thái Bình Dương; và phần lớn là các loài cá nhiệt đới quan trọng như cá lượng Itoyori, cá mối, cá trác được sử dụng cho sản xuất surimi [109]

8

Trong những năm gần đây, nguồn nguyên liệu cá biển cho sản xuất surimi suy giảm, nuôi trồng thủy sản phát triển và đa dạng nên cá nước ngọt được chú ý với mục đích làm nguồn nguyên liệu thay thế Đặc tính của cơ thịt cá nước ngọt khác với cá biển, khả năng tạo gel trung bình và đặc tính protein dễ bị thay đổi trong quá trình bảo quản lạnh đông và chế biến nên nhiều quan điểm cho rằng việc sử dụng cá nước ngọt sản xuất surimi không phù hợp [51] Rất nhiều nghiên cứu đánh giá khả năng tạo gel và chất lượng cảm quan của surimi cá nước ngọt: Cá rô phi [118, 79, 168, 161, 170], cá chép [169,100, 46], cá da trơn [43], cá trôi [111] Các kết quả cho thấy khả năng tạo gel của surimi từ các loài cá này có thể chấp nhận được

Ở Việt nam, công nghệ chế biến thuỷ sản nước ngọt còn rất hạn chế, ngoại trừ cá tra, cá ba sa đã được phát triển mạnh mẽ, được chế biến xuất khẩu chủ yếu ở dạng filê đông lạnh sang các thị trường Mỹ, EU, Nga, Trung Đông, Mexico, Trung Quốc, và phi lê

cá tra chế biến như tempura philê cá tra (Tempura Pangasius), philê cá tra bao bột bánh mì (Breaded Pangasius), philê cá tra cắt miếng, cắt thanh bao bột chiên, basa tàu hũ có khả

năng tiêu thụ tốt ở thị trường EU thì hầu hết các loài cá nước ngọt khác bán ra thị trường dưới dạng tươi nguyên con nên giá thành không cao, do đó không ổn định trong nuôi trồng

Việt nam là một trong những nước đứng đầu trong sản xuất surimi với 50 cơ sở sản xuất

và sản lượng surimi 100.000-140.000 tấn trong năm 2010-2012 Tuy nhiên do không kiểm soát được mùa đánh bắt, công nghệ đánh bắt, kích thước cá, và sự sụt giảm loài cá nên nhiều nhà máy sản xuất surimi ở Việt nam đã tận dụng các loài cá tạp như cá bánh đường,

cá sẫm màu sản xuất surimi hỗn hợp có chất lượng thấp và trung bình

I.2 Công nghệ chế biến surimi

I.2.1 Sự phát triển công nghiệp surimi và các sản phẩm từ surimi trên thế giới

 Nhật Bản là nước đi đầu trong lĩnh vực chế biến và xuất khẩu surimi Đầu thập

kỷ 80, Nhật đã sản xuất hơn 90% lượng surimi của thế giới Thời điểm đó, phần lớn cá Minh thái đánh bắt ở vùng biển Alaska (nguyên liệu tốt nhất cho sản xuất surimi) đều được các công ty Nhật Bản chế biến trên những con tàu, và phần lớn chúng được chế biến thành surimi Sản lượng các sản phẩm mô phỏng từ surimi tại Nhật Bản giao động trong khoảng 500.000 tấn trong khoảng thời gian 2008-2010 [144] Các dạng sản phẩm được chia làm sáu loại: satsuma-age (rán), chikuwa (nướng), kamaboko (hấp), kamaboko tẩm gia vị (xúc

từ cá minh thái Alaska Trong suốt năm 1986, sự gia tăng các sản phẩm giả cua ở Mỹ diễn

ra chậm nhưng vẫn kích thích sự phát triển, đặc biệt là các sản phẩm surimi nguyên liệu Năm 1987, lần đầu tiên nhập khẩu từ Nhật chỉ còn giữ được 40% thị phần các sản phẩm từ surimi ở Mỹ Đó cũng là năm đầu tiên các sản phẩm surimi của Mỹ đủ để cung cấp cho phần lớn nhu cầu của các cơ sở chế biến Nhưng có ý nghĩa nhất là một số sản phẩm surimi Mỹ được xuất khẩu đến Nhật Sản lượng surimi tăng rất nhanh: năm 1988 với 58 nghìn tấn, trong khoảng thời gian từ năm 2001-2005, sản lượng surimi ở Mỹ đạt cao nhất với khoảng 84.000 tấn/năm và có xu thế giảm năm 2012-2013 với 80.000 tấn Hiện ở Mỹ

có hơn 22 nhà máy sản xuất surimi, khoảng 75% surimi sản xuất ra được xuất khẩu, trong

đó 84% được xuất sang Nhật

Tại Mỹ vào những năm 1980, xảy ra sự kiện ở eo biển Bering - Alaska là sản lượng cua chân dài giảm mạnh mức kỷ lục Những chủ tàu cua cần có nguồn nguyên liệu, các nhà hàng cần sự thay thế cho sản phẩm cua đã bị loại khỏi thực đơn Một cải biến nhỏ từ dạng thỏi thành dạng miếng thịt cua từ surimi sử dụng ngay đã tạo ra một thị trường khổng lồ với sức tăng trưởng 100% giữa các năm 1983-1984 Các loại giả cua từ surimi điển hình như dạng thanh, miếng, khúc được phát triển tại Mỹ Năm 1985, sản lượng giả cua của Mỹ tăng hơn 2 lần lên gần 9000 tấn Đến năm 1989, các nhà sản xuất các sản phẩm giả cua và sản phẩm từ surimi của Mỹ đã sản xuất 63.000 tấn sản phẩm hoàn thiện trong năm đó Trong chưa đầy 10 năm, ngành công nghiệp surimi hoàn thiện đã được dựng lên ở Mỹ Đến năm 2012 sản lượng sản phẩm giả cua đạt 80.000 tấn [49]

 Trong 10 năm trở lại đây, một số công ty của các nước trong EU đã đẩy mạnh sản xuất các sản phẩm mô phỏng từ surimi Pháp là nước thành công nhất, do đáp ứng được yêu cầu cao về chất lượng sản phẩm và tính liên tục khi đưa sản phẩm vào thị trường tiêu thụ Song song với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp surimi thì việc tiêu thụ các sản phẩm mô phỏng gốc surimi cũng gia tăng nhanh chóng Hiện nay, thị trường các sản phẩm gốc surimi tăng nhanh ở châu Âu, đặc biệt là ở các nước Tây Ban Nha, Bỉ, Pháp,

Hà Lan [49]

 Tại châu Á, Trung Quốc là nước đi đầu trong lĩnh vực sản xuất surimi với tốc

độ tăng trưởng mạnh: sản lượng surimi từ 100.000 tấn năm 2001 tăng gấp 10 lần ở (1 triệu

10

tấn) năm 2010 Công nghệ sản xuất surimi và các sản phẩm nhân tạo không chỉ phát triển

ở Nhật, Mỹ, Hàn Quốc mà gần đây đã nhanh chóng phát triển ở các nước Đông Nam Á như Thái lan, Malaysia, Việt nam, Myanma và Indonesia Tổng sản lượng surimi của các nước này năm 2010 ước tính 315.800 tấn với thị trường lớn nhất là Thái lan sau đó làViệt nam và Malaysia [49]

Tại khu vực Đông Nam Á, thịt cua được chế biến ở dạng thanh chủ yếu phục vụ cho việc xuất khẩu, trong khi người dân bản địa có truyền thống sử dụng cá dưới dạng viên, nắm Tại các nước đang phát triển ở vùng nhiệt đới, sản xuất các mặt hàng từ surimi sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện nguồn cung cấp dinh dưỡng cho nhân dân từ các loài chưa tận dụng hết để làm các sản phẩm mô phỏng từ surimi

 Đối với cá biển, trong vòng 40 năm trở lại đây, rất nhiều nghiên cứu tập trung theo hướng cải thiện khả năng tạo gel của surimi bằng nhiều phương pháp khác nhau, như thay đổi các thông số trong quá trình rửa, chống biến tính protein trong quá trình bảo quản, kìm hãm sự tự thủy phân protein của surimi …vv Kết quả đã được các cơ sở chế biến áp dụng trong sản xuất các sản phẩm mô phỏng từ surimi, giải pháp để ứng dụng các kết quả đó là nghiên cứu sử dụng các thiết bị gia nhiệt điện trở, áp suất thủy tĩnh cao và trộn liên tục thay thế cho các thiết bị chế biến thông thường

Gia nhiệt điện trở (Ohmic heating)

Gia nhiệt điện trở là một phương pháp trong đó dòng điện xoay chiều đi qua sản phẩm thực phẩm dẫn điện Khi đó, nhiệt sinh ra bên trong là do điện trở của mẫu thực phẩm, tạo ra tốc độ gia nhiệt nhanh Phương pháp này khác với gia nhiệt bằng lò vi sóng, trong đó năng lượng được truyền đến các phân tử phân cực trong thực phẩm (chủ yếu là nước) và được chuyển thành nhiệt Điều này có thể tạo ra quá trình gia nhiệt không đều ở một số thực phẩm dạng khúc đặc Ở một số thực phẩm dạng hạt, gia nhiệt điện trở tạo ra

sự phân bố nhiệt đồng nhất, khi mà cả pha lỏng và pha rắn đều được làm nóng đồng thời Điều này đã dẫn đến cuộc cách mạng về tiệt trùng theo phương pháp điện trở đối với các sản phẩm như súp Chunky và các món hầm

Việc ứng dụng gia nhiệt điện trở trong hải sản cũng đã được khảo sát Khi so sánh phương pháp gia nhiệt điện trở với phương pháp gia nhiệt truyền thống bằng bể nước nóng 90ºC, thì độ bền gel của surimi từ cá Minh thái Alaska, cá lượng vây đuôi dài (cá đổng cờ)

và cá trích được nâng lên [154] Yongsawatdigul và cộng sự [158] đã khảo sát tính khả thi của phương pháp gia nhiệt điện trở trong việc tối đa hóa chức năng gel của surimi cá tuyết

11

Thái Bình Dương không có chất kìm hãm enzym Các gel được gia nhiệt bằng phương pháp điện trở có trị số lực kéo căng và lực kéo giãn lớn gấp hơn hai lần so với gel được gia nhiệt trong bể nước nóng Sự phân hủy chuỗi myosin nặng và actin cũng được giảm tối thiểu nhờ phương pháp gia nhiệt điện trở, dẫn đến hình thành cấu trúc mạng lưới ba chiều của gel

Theo kết quả nghiên cứu thì trị số lực kéo căng của gel surimi từ cá minh thái khi được gia nhiệt điện trở cao hơn so với gel gia nhiệt trong bể nước nóng (90ºC trong 15 phút) Trị số lực kéo giãn của gel surimi cá minh thái cũng không bị tác động bởi gia nhiệt điện trở Tuy nhiên, khi bổ sung protein của huyết tương bò vào mẫu thí nghiệm thì tác động của phương pháp gia nhiệt này không còn hiệu lực [154]

Đặc tính gel của cá nhiệt đới như cá tráp và cá hồng vàng được so sánh giữa gia nhiệt điện trở và gia nhiệt bằng nước ở nhiệt độ 900C cho thấy gia nhiệt điện trở làm tăng lực phá vỡ gel của cá tráp lên 1.3 lần và cá hồng vàng 1.6 lần Tuy nhiên gel surimi của cá tráp được gia nhiệt điện trở khi sử dụng gradien điện áp cao 16.7V.cm-1 cho lực phá vỡ gel thấp hơn khi sử dụng gradien điện áp 6.7 V.cm-1 Sử dụng gia nhiệt điện trở làm giảm đến mức thấp nhất sự phân hủy protein thể hiện sự giảm hàm lượng oligopeptide hòa tan trong TCA so với việc gia nhiệt bằng nước nóng [164]

Sử dụng gia nhiệt điện trở đối với surimi chứa các protease bền nhiệt có thể khắc phục một số tác dụng không tốt của các chất kìm hãm enzym thương mại như giá thành cao, mất màu, mất mùi Việc áp dụng gia nhiệt điện trở đã được áp dụng đối với sản xuất sản phẩm surimi kiểu sợi, một bản mỏng bột nhuyễn surimi liên tiếp được ép đùn lên một băng truyền bằng vải dệt được làm ẩm nằm phía trên bộ phận gia nhiệt điện trở Các điện cực bằng thép không gỉ, bao gồm cực Ka-tôt và A-nôt được đặt xen kẽ nhau với khoảng cách 10–20mm, đóng vai trò như các con lăn làm chuyển động quay tròn dây đai (băng truyền) Dòng điện được truyền đến từ một cực Ka-tôt tới cực A-nôt kế tiếp qua băng truyền làm ẩm và nhiệt được sinh ra giữa các điện cực Bản bột nhuyễn surimi mỏng, tính dẫn nhiệt tăng khi hàm lượng muối và ẩm tăng, được làm chín để tạo thành lá gel đàn hồi

Vì nhiệt được dẫn truyền bên trong surimi, nên việc loại bỏ các túi khí bên trong lá bột nhuyễn mang tính quyết định để tạo nhiệt đồng nhất Do đó, việc sử dụng máy cắt câm chân không để băm nhuyễn surimi rất cần thiết khi làm chín theo phương pháp gia nhiệt điện trở

Áp suất thủy tĩnh cao ( High Hydrostatic Pressure)

12

Áp suất thủy tĩnh cao là khi sản phẩm thực phẩm được hàn trong túi plastic, rồi cho vào một buồng (hầm) chịu áp suất lên tới 7000 atm Việc sử dụng áp suất rất cao nên gây ra các thay đổi về mặt lý hóa dù không có mặt của nhiệt độ Mức áp suất như vậy gây ảnh hưởng đến màng tế bào, hệ vi sinh vật, enzym Surimi có các protein tơ cơ ổn định sẽ

dễ tạo gel tại áp suất 2Kbar (2000 atm) Quá trình tạo gel của surimi cá minh thái bằng áp suất thủy tĩnh làm tăng liên kết chéo của chuỗi myosin nặng [152]

Surimi của cá ngừ Tây Ban Nha sau khi rửa bằng dung dịch muối kiềm được xử lý

ở áp suất cao 100, 200, 300, 400, 500 MPa ở nhiệt độ 400C trong 30 phút Đặc tính co dãn

và tính kết dính của gel surimi không bị ảnh hưởng bởi áp suất nhưng độ cứng của gel khi

xử lý ở 300MPa tăng 2,68 lần và ở 400MPa tăng 2,87 lần so với mẫu kiểm chứng Các mẫu giảm nhẹ khi xử lý ở 500MPa Ngoài ra áp suất cũng làm tăng độ trắng của surimi [101]

Chung và cộng sự [44] đã khảo sát ảnh hưởng của áp suất thủy tĩnh cao tới độ bền chắc gel của cá tuyết Thái Bình Dương và cá minh thái Alaska Các gel của cá tuyết không được bổ sung chất ức chế enzym và được xử lý bằng áp suất thủy tĩnh sẽ cho sức căng và

độ giãn gấp 3 lần so với các gel gia nhiệt trong bể nước nóng 90ºC Nếu quá trình xử lý này được thực hiện tại 50ºC thì các gel surimi của cá tuyết Thái Bình Dương quá yếu không thể đo được Enzym protease trong surimi cá tuyết Thái Bình Dương có nhiệt độ hoạt động tối ưu tại 55ºC và kết quả này đã chỉ ra rằng enzym vẫn còn hoạt động dưới một

số áp suất cao tại 55ºC Surimi cá minh thái cũng cho thấy tăng đáng kể cả hai trị số kéo căng và kéo giãn đối với tất cả áp lực xử lý ngoại trừ dưới các áp lực tại 50ºC Quan hệ thuận giữa áp suất và trị số sức căng là quan hệ nghịch đảo với tổng số áp suất đã dùng

Áp suất thủy tĩnh được cho là một công nghệ tiềm năng đối với hải sản surimi

Công nghệ trộn liên tục

Các loại máy cắt câm chân không ( Vacuum silent cutter) và máy nghiền đá thường được sử dụng trong quá trình nghiền các sản phẩm gốc surimi truyền thống Trong công đoạn này, mức độ xay nhuyễn có quan hệ mật thiết với lượng muối cho vào Chúng

có thể làm tăng khả năng hòa tan của protein và điều này rất cần thiết để cải thiện cấu trúc đàn hồi của hệ gel Gần đây tại Nhật, máy trộn liên tục đã được phát triển để tối thiểu hóa quá trình biến tính từ từ của protein sợi cơ

Cấu trúc của máy trộn liên tục bao gồm có rất nhiều đinh ghim sắc nhọn ở trung tâm trục Bột nhuyễn surimi trộn trước với muối và các phụ gia được đi qua ống trụ (xi

13

lanh) và được trộn nhanh, liên tục bởi các ghim này Khi so sánh độ bền gel của surimi cá minh thái Alaska đông lạnh được trộn với 2% muối và 30% nước bằng máy trộn liên tục, máy cắt câm chân không, máy nghiền đá Máy trộn liên tục cho độ bền gel cao nhất trong

10 phút trong khi máy cắt câm chân không và máy nghiền đá cho độ bền gel tối đa tương ứng tại 20 và 40 phút Khi so sánh về các hạng surimi khác nhau từ cá minh thái Alaska trong hai điều kiện trộn, thì máy trộn liên tục tạo ra độ bền gel cao hơn máy cắt câm chân không từ 20–50% Với việc bổ sung 55% lượng nước, gel surimi khi trộn bằng máy cắt câm chân không có độ bền chắc gel 780g.cm trong khi trộn bằng máy trộn liên tục cho độ bền chắc gel 1050g.cm Khi bổ sung 75% lượng nước và trộn bằng máy trộn liên tục, độ bền chắc gel đạt 900g.cm trong khi trộn bằng máy cắt chân không, gel không hình thành [47] Điều này cho thấy khi sử dụng máy trộn liên tục, lượng nước nhiều hơn có thể được giữ lại bởi cùng một lượng surimi và surimi hạng thấp được khuyến cáo nên sử dụng máy trộn liên tục để nâng cao chất lượng gel

 Do sự sụt giảm nguồn nguyên liệu cá biển nên trong những năm gần đây 2013) sản lượng surimi ở các nước như Mỹ, Nhật, Hàn Quốc giảm trong khi nhu cầu tiêu thụ các sản phẩm mô phỏng từ surimi ngày càng cao nên đã có các nghiên cứu sử dụng

(2012-cá nước ngọt để thay thế (2012-cá biển làm nguyên liệu sản xuất surimi Các nghiên cứu nhằm cải thiện chất lượng của surimi cá nước ngọt như sử dụng chitosan để làm tăng đô bền chắc gel của surimi cá chép [51] và cải thiện độ trắng, khả năng giữ nước của surimi cá trê phi [28] Bổ sung chất kìm hãm protease và transglutaminase để tăng khả năng tạo gel surimi cá rô phi [168], [161], [170] hoặc thay đổi các thông số để loại bỏ protein chất cơ nhằm cải thiện màu sắc và khả năng tạo gel trong chế biến cá chép, cá trôi Ấn độ [111]

I.2.2 Sự phát triển surimi và các sản phẩm mô phỏng từ surimi ở Việt Nam

Việt Nam là nước xuất khẩu và tiêu thụ các sản phẩm từ surimi có đầy triển vọng Năm

2005 sản lượng surimi là 64.000 tấn nhưng đến năm 2012 tổng sản lượng surimi đạt 140.000 tấn [145] Về sản xuất surimi ở Việt Nam còn chưa phát triển ngang tầm với tiềm năng của nó 50 cơ sở sản xuất surimi ở Việt Nam sử dụng nguồn nguyên liệu hầu hết là cá biển và tập trung các loài như: cá lượng, cá mối, cá đổng, cá đù, cá trác do đó có sự cạnh tranh về nguyên liệu và giá thành Bên cạnh đó chất lượng sản phẩm không ổn định do công nghệ đánh bắt và bảo quản kém, thời gian từ lúc đánh bắt trên tàu đến khi sản xuất dài

14

Các sản phẩm mô phỏng từ surimi ở Việt nam còn rất hạn chế với một số ít các xí nghiệp sản xuất thực phẩm ở khu vực phía Nam như sản phẩm giả cua của D&N Foods Processing (Đà Nẵng), sản phẩm giả tôm, ghẹ phục vụ cho mục đích xuất khẩu của BASEAFOOD (Bà Rịa – Vũng Tàu), Coimex ( Côn Đảo) Bên cạnh những khó khăn trong vấn đề công nghệ, người tiêu dùng trong nước dường như chưa quen với việc sử dụng các sản phẩm mô phỏng từ surimi cũng làm cho việc sản xuất sản phẩm này bị kìm hãm Việc nghiên cứu và sản xuất surimi ở Việt Nam cũng rơi vào tình hình chung của các nước đang phát triển vùng nhiệt đới Những năm gần đây, các nhà công nghệ thực phẩm, đặc biệt là các nhà khoa học thuộc viện nghiên cứu Thủy sản và trường Đại học Thủy sản đã tập trung nghiên cứu chế biến surimi và các sản phẩm mô phỏng gốc surimi từ các nguồn nguyên liệu cá khác nhau Nguyễn Trọng Cẩn, Đỗ Minh Phụng và các cộng sự (1991) đã

nghiên cứu sản xuất surimi từ cá nhám (Sphiridate) và cá mối Các công trình đã thành công trong việc chế biến sản phẩm mô phỏng giò heo, thịt cua, thịt bò, và xúc xích từ surimi cá Nhám và cá tạp [9] Thái Văn Đức, Trần Thị Luyến đã nghiên cứu sản xuất surimi từ cá mối, sử dụng dung dịch rửa là acid acetic 0,04% và phối trộn tinh bột nếp làm chất đồng tạo gel hạn chế khả năng mất nước của surimi cá mối trong quá trình tan băng [4] Nguyễn Văn Mười và cộng sự đã nghiên cứu sử dụng tinh bột biến tính và phụ gia tạo gel khác nhau, bao gồm PDP(chitofood, Poly- B - (1 - 4 ) – D glucosamin), gluten, lòng

trắng trứng đến đặc tính cấu trúc thanh giả cua từ surimi thịt dè cá tra (Pagasianodon

hypophthalmus)[10] Nguyễn Minh Thủy đã nghiên cứu sản xuất và nâng cao chất lượng

sản phẩm surimi từ cá tạp và kết quả cho thấy khi bổ sung 5% gấc, 10% tinh bột và 10%

mỡ làm tăng giá trị cảm quan sản phẩm surimi chiên [14] Phạm Công Thành và cộng sự [13] đã nghiên cứu công nghệ sản xuất surimi và các sản phẩm mô phỏng từ surrimi cá rô phi Đào Trọng Hiếu và cộng sự [6] trong khuôn khổ đề tài Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn “ Nghiên cứu sản xuất sản phẩm giá trị gia tăng từ nguyên liệu thuỷ sản nước ngọt” đã nghiên cứu công nghệ sản xuất surimi từ cá mè Nhìn chung các nghiên cứu sản xuất surimi từ các đối tượng cá khác nhau (cá mối, cá nhám, cá đổng, cá trích xương, cá cờ…) ở Việt Nam được tổ chức khá công phu, bước đầu đã đạt được nhiều kết quả đáng khích lệ Surimi và sản phẩm mô phỏng hiện nay vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu tại các trường Đại học, Viện nghiên cứu hải sản và một số công ty chế biến thực phẩm

I.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng surimi

I.2.3.1 Quy trình sản xuất Surimi

15

I.2.3.2 Ảnh hưởng của nguyên liệu cá

a Ảnh hưởng của loài cá

Cá minh thái Alaska là nguyên liệu tốt nhất cho việc sản xuất surimi Do sự sụt giảm sản lượng đánh bắt cá Minh thái, các loài cá khác được sử dụng làm nguyên liệu surimi như cá mối, cá đù, cá tráp, cá hồng vàng, cá pacific whiting Tuy nhiên tính chất công nghệ của surimi phụ thuộc vào thành phần cấu tạo của mỗi loài cá

Hình 1.10 Quy trình sản xuất surimi

Phối trộn với chất chống biến

tính protein Cấp đông

16

Theo nghiên cứu của Yaqin Hu và cộng sự [156] thấy rằng các enzym có sẵn trong thịt cá Pacific whiting như Cathepsin B,H,L làm giảm chất lượng gel của surimi Vì vậy các chất kìm hãm enzym được bổ sung vào surimi cá Pacific whiting trừ trưòng hợp surimi được gia nhiệt nhanh bằng phương pháp gia nhiệt điện trở [158]

Khi nghiên cứu đặc tính gel của protein cá bơn lưỡi ngựa (Atherethes Stomias) cho thấy

trong thịt của loài cá này chứa enzym protease bền nhiệt, do đó khi thanh trùng ở nhiệt độ

900C vẫn không ngăn cản được quá trình phá hủy protein Theo tác giả [164] thì việc bổ sung chất kìm hãm protease trong trường hợp này là rất cần thiết

Để sản xuất surimi từ cá sẫm màu hay cá nhiều chất béo như cá ngừ, cá trích, các công đoạn sản xuất phải giảm tối đa hàm lượng cũng như ảnh hưởng của chất béo và heme protein Vì vậy, theo khuyến cáo của Herbert và cộng sự [62], ngay từ lần rửa đầu tiên ta đã phải tính đến việc lựa chọn dung dịch để rửa thịt cá sao cho loại bỏ được chất béo và heme protein một cách nhiều nhất

b Ảnh hưởng của độ tươi của cá

Độ tươi của cá phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian bảo quản sau đánh bắt Sau khi cá chết xảy ra các quá trình: tiết nhớt, chết cứng, tự phân và phân hủy sâu sắc Chất lượng của

cá phụ thuộc tính chất và mức độ biến chất theo từng giai đoạn kể từ khi đánh bắt đến khi đưa vào chế biến Sự biến đổi lý, hóa dưới tác dụng của các enzym có trong thịt cá dẫn đến

sự thay đổi đặc tính chức năng của protein.sau khi chết cứng cá được chế biến càng nhanh càng tốt Sau giai đoạn chết cứng, cá chuyển sang giai đoạn tự phân Ở giai đoạn này diễn

ra sự phân giải Adenosin triphotphat (ATP) thành các hợp chất như sau:

ATP → ADP →AMP → IMP → HxR → HxTrong đó ATP: Adenosin triphotphat; ADP: Adenosin diphotphat, AMP: Adenosin monophotphat, IMP: Inosin monophotphat; HxR: Inosin, Hx: Hypoxanthin

Song song với quá trình trên là sự phân giải Trimetylamin oxyt (TMAO) thành dimetylamin (DMA) và formaldehyt Nếu cá được ướp lạnh để bảo quản trong điều kiện yếm khí thì cường độ các quá trình cuối cùng này sẽ tăng lên

(CH3)3NO → (CH3)2 NH +HCHO Formaldehyt phản ứng với các nhóm chức năng của chuỗi protein tơ cơ và tạo thành cầu metyl giữa các phân tử và nội phân tử của protein Từ đó dẫn đến sự biến tính protein và làm giảm khả năng tạo gel của protein tơ cơ [102]

17

Sự ảnh hưởng của thời gian bảo quản cá trong đá đến đặc tính chức năng của protein phụ thuộc vào loài cá Một số loài cá có thể được giữ trong đá vài ngày nhưng vẫn tạo được surimi có khả năng tạo gel tốt trong khi một số loài khác phải đưa vào sản xuất ngay để tránh mất khả năng tạo gel [52] Morrissey đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian bảo quản đến thành phần và tính chất chức năng của cá pacific whiting, cho kết quả rằng: nếu cá được giữ lạnh thì quá trình sản xuất nên được tiến hành trong vòng 24h sau đánh bắt và nếu cá không được làm lạnh nhanh thì quá trình sản xuất bắt buộc phải trong vòng 8-10h [113]

Đối với sản xuất surimi cá minh thái Alaska trên tàu biển, quá trình sản xuất được tiến hành trong vòng 12h và 24 - 48h nếu sản xuất tại các cơ sở ở bờ biển[82]

c Nhiệt độ và thời gian lưu giữ

Trong sản xuất surimi thấy rằng: cá được đưa vào sản xuất 6-12h sau khi đánh bắt sẽ cho chất lượng tốt Tuy nhiên, ở các cơ sở sản xuất có công suất thiết bị thấp, thời gian chế biến phải kéo dài, nhưng cá vẫn được giữ trong nước đá 00C thì sau hơn 14h, chất lượng surimi vẫn bảo đảm Trong giai đoạn này, nếu nhiệt độ tăng lên gây ra sự phân hủy protein

tơ cơ Ở một nghiên cứu khác của Lin và Park [90] lại cho thấy rằng sự phân hủy chuỗi myosin nặng tăng nhanh trong suốt giai đoạn lưu giữ Sự phân hủy này xảy ra thậm chí khi nhiệt độ giữ ở 00C: 23.5% lượng myosin bị phân hủy khi giữ cá ở 00C trong 14h và khi kéo dài thời gian lưu giữ lên 72h, hơn 70% myosin bị phân hủy

Sự phân hủy cũng ảnh hưởng bởi nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng sự phân hủy protein xảy ra nhanh hơn Trong 14h lưu giữ cá, sự phân hủy protein tăng gấp đôi khi nhiệt độ tăng từ 0 đến 100

C Ở nhiệt độ 200C sau 2h, 31.6% myosin bị phân hủy bằng lượng myosin bị phân hủy khi cá được lưu giữ ở 00C trong 24h

Khi nhiệt độ lưu giữ và chế biến tăng không những gây ra sự phân hủy protein làm giảm khả năng tạo gel của surimi mà còn làm tăng sự tổn thất protein trong suốt quá trình rửa Theo Park và Morrisey, khi cá được lưu giữ ở 00

C, tổng lượng protein mất từ 28% (00C, 0h) đến 33.8% (00C, 14h) và đạt giá trị cực đại 35% sau 72h [120]

1.2.3.3 Ảnh hưởng của quá trình rửa

Rửa là bước quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng surimi Quá trình rửa không chỉ loại bỏ chất béo và các thành phần không mong muốn như protein chất cơ, máu và các hợp chất nitơ khác để cải thiện màu sắc, mùi của sản phẩm mà còn làm tăng nồng độ protein tơ cơ,

NH4Cl + RCOOH → RCOONH4 + HCl

NH4OH + RCOOH → RCOONH4 + H2O Trimetylamin là chất gây mùi tanh khó chịu ở thịt cá và được trung hòa khi xử lý bằng axit

bề mặt hạt nhũ tương Kết quả tạo lớp điện tích âm trên bề mặt làm hạt nhũ tương tích điện

âm Các hạt tích điện âm ái nước và hoàn toàn rửa trôi theo nước

19

Bên cạnh việc sử dụng dung dịch axit hoặc kiềm để rửa thịt cá, thì việc sử dụng chất oxy hóa trong quá trình rửa cũng góp phần cải thiện khả năng tạo gel của protein đặc biệt đối với cá có chất lượng thấp Suttirus Phatcharat [143] đã sử dụng H2O2 và NaOCl với nồng

độ từ 10ppm đến 40ppm cho quá trình rửa cá hồng vàng ( bigeye snaaper) sau khi bảo quản trong đá 14 ngày Kết quả cho thấy cả hai chất oxy hóa này đều làm tăng độ bền chắc của gel hơn so với quá trình rửa bằng nước thông thường Với nồng độ NaOCl 20ppm cho lực phá vỡ và độ biến dạng cao nhất Actomyosin của surimi được rửa bằng NaOCl có lượng liên kết disunfua và bề mặt kị nước cao hơn

Đối với cá sẫm màu và nhiều chất béo như cá ngừ Thái Bình Dương được rửa bằng dung dịch muối kiềm NaHCO3 0.2% và 015%NaCl, khả năng tạo gel tăng gấp 10 lần so với thịt

cá không qua rửa và tăng gấp 2 đến 3 lần nếu rửa bằng nước lạnh [69] Quá trình rửa bằng dung dịch muối kiềm với 0.25% axit tanic được oxy hóa cũng cải thiện đặc tính gel của surimi cá ngừ [29] Việc sử dụng dung dịch rửa 0,025% polyphotphat kết hợp với 50mmol CaCl2 làm tăng độ bền chắc gel cũng như khả năng giữ nước của cá hồng vàng ( bigeye snapper) [116]

Mohamed và cộng sự [104] đã nghiên cứu quá trình rửa thịt cá mè bằng dung dịch muối cho thấy khả năng tạo gel của surimi tăng gấp 3 lần khi nồng độ dung dịch NaCl 0,1%

 Màu sắc của surimi có thể được cải thiện bằng việc tăng số lần rửa, thời gian rửa và lượng nước rửa [117] Mức độ rửa để tạo surimi có chất lượng tốt phụ thuộc vào loài, thành phần và độ tươi của cá Số lần rửa và tỷ lệ nước/ thịt cá phụ thuộc vào nhà sản xuất surimi Thông thường tỷ lệ nước/ thịt cá từ 4/1 đến 8/1 và quá trình rửa lặp lại từ 3 đến 4 lần là đảm bảo hiệu quả cho việc loại bỏ protein chất cơ Việc làm tăng lượng nước rửa dẫn đến tăng tổn thất protein và tăng lượng nước thải Quá trình rửa kéo dài làm tăng khả năng hydrat hóa của surimi do đó sẽ gây khó khăn cho quá trình tách nước tiếp theo và làm giảm khả năng tạo gel do sự phân hủy protein tơ cơ [91] Vì vậy đối với các nhà sản xuất surimi, việc làm tăng chất lượng cao nhất cũng như giảm đến mức thấp nhất lượng nước sử dụng và lượng nước thải, thì việc kiểm soát tỷ lệ nước/ thịt cá, số lần rửa và thời gian rửa

là cần thiết

Lin và Park [91] đã nghiên cứu giảm thấp nhất lượng nước sử dụng bằng việc giảm tỷ lệ nước/ thịt cá và tăng số lần rửa và thời gian rửa Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng khi tăng thời gian rửa không làm tăng khả năng loại bỏ protein chất cơ Có thể lý giải kết luận này

I.3 Sự biến đổi protein của surimi

I.3.1 Thành phần protein của surimi

I.3.1.1 Protein tơ cơ

Protein tơ cơ là thành phần chính của cơ cá chiếm 65-80% tổng lượng protein và tạo cho

cơ có cấu trúc dạng sợi Protein tơ cơ có thể được tách ra khỏi thịt cá xay với dung dịch muối trung tính với lực ion từ 0.3-1.0 Protein tơ cơ tham gia vào sự hình thành cấu trúc rắn chắc của thịt cá ở giai đoạn chết cứng Chúng có vai trò chủ yếu tạo ra khả năng giữ nước và khả năng tạo gel [108]

Thành phần chính của protein tơ cơ bao gồm: Myosin, actin, tropomyosin, troponin Hình lập thể của protein tơ cơ có thể được minh họa như hình 1.11 dưới đây

Hình 1.11: Hình ảnh protein tơ cơ

- Myosin:

Myosin có khối lượng phân tử khoảng 470kDa và là thành phần nhiều nhất trong tơ cơ chiếm 40-60% hàm lượng protein tơ cơ Phân tử myosin gồm 6 tiểu đơn vị polypeptide với

- Tropomyosin

Tropomyosin chiếm khoảng 8-10% protein tơ cơ có khối lượng phân tử 66kDa Tropomyosin chứa hai chuỗi peptide có cấu trúc xoắn α với 284 gốc axit amin Phân tử tropomyosin gắn vào hai sợi F-actin còn bản thân các phân tử tropomyosin thì gắn đầu đối

I.3.1.2 Protein chất cơ

Protein chất cơ chứa các protein hòa tan trong nước được gọi là myogen chiếm khoảng 20% tổng lượng protein trong cơ Hàm lượng protein chất cơ trong thịt cá khác nhau phụ thuộc vào loài và thường có hàm lượng cao ở các loài cá có thịt sẫm màu như cá Ngừ, cá Mòi Protein chất cơ cá bao gồm myoglobin, các enzym và các albumin [58]

18-Myoglobin là protein quyết định màu sắc của thịt cá Nhóm ngoại của myoglobin là heme gắn với globin ở gốc histidin có số thứ tự 93 Phân tử globin do 153 gốc axit amin tạo nên trong số đó có 121 gốc tham gia vào cấu trúc xoắn α, gồm 8 phần

Hình 1.13: Cấu trúc myoglobin

Cấu trúc bậc ba có dạng hình cầu được ổn định bởi các cầu muối, liên kết hydro và liên kết

ưa béo Nhóm ngoại heme nằm trong một khoang của cầu này Nguyên tử Fe của heme liên kết phối trí với 6 nguyên tử, mỗi nguyên tử sẽ cho một cặp điện tử

Protein của chất cơ hòa tan trong nước nên được loại bỏ bởi quá trình rửa, tách nước trong sản xuất surimi Nếu protein của chất cơ không được loại bỏ sẽ làm giảm nồng độ protein

tơ cơ Khi gia nhiệt protein của chất cơ bị biến Sự biến tính làm lộ ra bề mặt hoạt động của protein dẫn tới tác động qua lại giữa protein-protein, protein của chất cơ được giữ lại

và làm surimi có màu Protein chất cơ liên kết với protein tơ cơ, do đó gây cản trở cho sự

23

tạo gel Hultin và Kelleher [62] và Haard[58] nhận thấy với một lượng nhỏ protein chất cơ

có ảnh hưởng bất lợi đến độ bền chắc và độ dẻo của gel protein tơ cơ Các protein này có thể gây cản trở cho liên kết chéo của myosin trong suốt quá trình tạo mạng gel do protein chất cơ không tạo gel và khả năng giữ nước kém Sự có mặt protein chất cơ làm thay đổi tính chất lưu biến của gel surimi [37, 46]

Sự có mặt của protein heme ở surimi là chất xúc tác quá trình oxy hóa lipit (thường là photpholipit màng tế bào) Sự oxy hóa chất béo góp phần cho sự biến tính protein tơ cơ và như vậy sẽ làm giảm khả năng tạo gel [62]

I.3.1.3 Protein mô liên kết

Protein mô liên kết thuộc loại protein khung mạng: là những loại protein mạng, màng sợi

cơ, màng ty thể và của mô liên kết chiếm khoảng 3-5% tổng lượng protein Thành phần của protein mô liên kết là Colagen và Elastin Colagen và elastin không hòa tan trong nước, dung dịch axit hay kiềm và không có khả năng tạo gel Elastin chịu nhiệt tốt nhưng dưới tác dụng của nhiệt colagen chuyển thành gelatin Gelatin hòa tan có thể cản trở sự tạo gel của protein tơ cơ [84]

I.3.2 Sự tạo gel của protein surimi

Khả năng tạo gel là một tính chất chức năng rất quan trọng của protein tơ cơ thịt cá, đóng vai trò chủ yếu trong việc tạo cấu trúc các sản phẩm từ surimi như kamaboko, xúc xích Khi protein tơ cơ (myosin và actomyosin) bị biến tính, các cấu trúc bậc cao bị phá hủy, các mạch polypeptide bị duỗi ra, gần nhau, tiếp xúc với nhau và liên kết lại thành mạng lưới không gian 3 chiều Các phần còn lại hình thành mạng lưới không gian vô định hình, rắn, trong đó chứa đầy pha phân tán là nước Bốn loại liên kết chính tham gia vào sự hình thành mạng không gian gồm liên kết cầu muối, liên kết hydro, liên kết cộng hóa trị và các tương tác kị nước

I.3.2.1 Tương tác kị nước

Eiji Niwa[10] cho rằng các nút mạng lưới gel của protein tơ cơ ở thịt cá có thể được tạo ra

do các tương tác kị nước Các tương tác kị nước thường diễn ra giữa các phân tử không có cực (các nhóm ưa béo) Khoảng 25% các axit amin có trong phân tử myosin là các axit amin kị nước như analine, valine, leucine, isoleucine, proline, tryptophan và phenylalanine Những gốc này liên kết với phân tử nước tạo thành một tập hợp gọi là

“mạng lưới” mà tại đó các phân tử nước liên kết với nhau bằng các cầu hydro xung quanh

24

những gốc này ( sự hydrat hóa kị nước) Tuy nhiên trật tự sắp xếp này của các phân tử không bền với nhiệt bởi vì nó sẽ làm giảm entropi của hệ Trong khi đó lẽ ra entropi của hệ phải tăng thì hệ mới bền Vì vậy, trái với các gốc axit amin háo nước, các gốc kị nước thường có trong mạch bên trong của các phân tử protein chứ không phải dạng liên kết với nước Nhờ đó chúng đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định cấu trúc của phân tử protein Các cầu kị nước được hình thành khi đun nóng protein, do vậy không giống như liên kết hydro, các liên kết kị nước thường mạnh lên khi tăng nhiệt độ ít nhất là đến 580C Một số nghiên cứu về protein tơ cơ của các loài cá có tốc độ tạo gel chậm, khi giữ nhiệt ở khoảng 400C, các nhóm kị nước quay ra phía ngoài mặt phân tử protein Điều này chứng tỏ rằng các tương tác kị nước đóng vai trò quan trọng trong hiện tượng tạo gel

I.3.2.2 Liên kết hydro

Nút mạng lưới cũng có thể được tạo ra do các liên kết hydro, là liên kết giữa các nhóm –

OH của tirosine, serine, treonine với các nhóm –COOH của axit glutamic hoặc axit aspatic Các liên kết hydro được hình thành như sau:

Ở điều kiện nhiệt độ thấp, lực liên kết qua cầu hydro sẽ tăng lên.Mặt khác số cầu liên kết hydro cũng tăng lên Liên kết hydro là liên kết yếu cho sự tạo gel của protein tơ cơ nhưng đóng vai trò quan trọng trong việc làm ổn định liên kết với nước trong mạng gel hydro,

do đó làm cho gel có độ dẻo nhất định

Các kết quả phân tích hồng ngoại của Eiji Niwa cho thấy cấu trúc xoắn α của myosin bị phá hủy khi gia nhiệt bột nhuyễn surimi ở 800C, nhưng một phần cấu trúc xoắn này có thể phục hồi khi làm nguội Tại thời điểm này cấu trúc xoắn β của protein sẽ được hình thành và tạo cấu trúc dẻo của gel surimi Nếu cho rằng gel của myosin và actomyosin qua gia nhiệt được tăng cường thì các liên kết hydro sẽ đóng vai trò nhất định làm bền cấu trúc mạng không gian của gel surimi [115]

I.3.2.3 Liên kết cầu muối

Tham gia tạo các nút lưới trong gel cũng có thể do liên kết ion giữa các nhóm tích điện ngược dấu hoặc do liên kết giữa các nhóm tích điện cùng dấu qua các ion đa hóa trị như ion canxi Hơn một nửa axit amin trong phân tử myosin (protein tơ cơ) rất háo nước và khoảng 80% trong số đó là axit amin dạng kiềm và axit tính Hầu hết các nhóm gốc của

Protein

NH2Protein – OH O = C

25

chúng quay ra bên ngoài bề mặt của phân tử Chính những nhóm gốc này tham gia liên kết với nước Tại pH của hỗn hợp thịt cá xay, các nhóm cacboxyl (COO-) của phân tử axit glutamic và aspatic đều mang điện tích âm trong đó các nhóm amin (NH2+

) của lyzin và arginin lại mang điện tích dương Do vậy, những liên kết ion giữa các phân tử sẽ được hình thành nhờ các nhóm chức này và các protein tơ cơ liên kết với nhau tạo thành một tập hợp không tan trong nước Khi thêm muối vào, những ion muối này bình thường cũng đã

có liên kết với nước, sẽ gắn vào các nhóm chức có điện tích trái dấu quay ra phía ngoài phân tử protein

Khi các liên kết cầu muối giữa các protein của tơ cơ bị tách ra, các phân tử protein sẽ hòa tan lại do ái lực với nước của chúng lúc này đã tăng lên nhiều Mức độ xay nhuyễn có quan hệ mật thiết với lượng muối cho vào Chúng có thể làm tăng khả năng hòa tan của protein và điều này rất cần thiết để cải thiện cấu trúc đàn hồi của hệ gel

I.3.2.4 Liên kết cộng hóa trị

Liên kết cộng hóa trị là liên kết hóa học được hình thành giữa các nguyên tử bằng một hay nhiều cặp điện tử chung Liên kết này khó bị phá vỡ khi chúng được hình thành giữa các phân tử protein

- Liên kết cầu disunfua : Sự tạo thành liên kết cầu disunfua (-S-S-) giữa các phân tử

khi oxy hóa hai gốc cysteinee Sự gia nhiệt làm phơi bày các nhóm –SH ở bên trong, do đó xúc tiến việc hình thành hoặc trao đổi các cầu disunfua Khi có mặt nhiều nhóm –SH và -S-S- sẽ cho gel có tính bất thuận nghịch bởi nhiệt, rất chắc và bền

Protein – COO- +H3N- Protein (không tan)

Protein – COO- Na+ + Cl- +H3N- Protein (tan)

-NaCl +NaCl

Hình 1.14: Sự tạo thành liên kết cầu disunfua

26

- Liên kết isopeptide ε-(γ-glutamine) lysine: Là liên kết giữa nhóm γ-cacboxylamide

của glutamic với ε-amino của nhóm lysine dưới tác dụng của enzym xúc tác phản ứng trùng hợp transgultaminase (TGase) thông qua phản ứng axyl hóa [45] (theo phản ứng A của hình 1.15)

Hình 1.15: Phản ứng xúc tác bởi Transglutaminase, A: Phản ứng tạo isopeptide ε-( γ-glutamine)

lysine; B: Phản ứng chuyển axyl; C: Phản ứng deamin

Tuy nhiên có hai phản ứng quan trọng có thể được xúc tác bởi TGase

- Sự có mặt của amin bậc một, TGase xúc tác liên kết chéo các amin với glutamin của protein ( phản ứng chuyển axyl – acyl-transfer) ( phản ứng B)

- Khi có mặt lysine, nước sẽ phản ứng như là nucleophile dẫn đến loại amin của glutamin ( phản ứng C)

Vì là liên kết isopeptide nên nó là liên kết chéo cộng hóa trị trong nội phân tử và giữa các phân tử của protein dẫn đến sự tạo thành các polymer có khối lượng phân tử lớn Liên kết này làm tăng độ cứng và độ kết dính của gel surimi [36] Enzym endo-TGase là enzym phụ thuộc Ca2+, do đó có nhiều nghiên cứu bổ sung Ca2+ vào hỗn hợp bột nhuyễn surimi để làm tăng độ bền chắc của gel [60,87]

Theo nghiên cứu của Yuquin Ding [46], việc bổ sung CaCl2 vào hỗn hợp bột nhuyễn surimi làm tăng độ bền chắc của gel surimi Với nồng độ 100mM CaCl2 lực phá vỡ gel của surimi cá Yellowcheek carp tăng 242% so với không bổ sung Ở surimi cá Grass carp với nồng độ CaCl2 là 40mM lực phá vỡ gel tăng 107% nhưng nếu tăng nồng độ lên 80-100mM

sẽ làm giảm độ bền chắc gel do cản trở sự hình thành liên kết cầu disunfua

Việc bổ sung enzym transglutaminase từ vi sinh vật (MTGase) thu từ

Steptoverticillium ladakanum đã được nghiên cứu ứng dụng bổ sung vào surimi cá Tráp [74]

27

và cá nước ấm [125] để làm tăng lượng enzym xúc tác phản ứng trùng hợp và làm tăng cấu trúc gel Sử dụng enzym MTGase thương mại với 5U/g protein surimi có hiệu quả trong việc làm tăng độ bền chắc gel

I.3.3 Sự tự thủy phân protein bởi enzym có sẵn trong surimi

Protease có trong thịt cá đặc biệt là nhóm enzym endopeptidase ảnh hưởng nghiêm trọng đên khả năng tạo gel của surimi do kích thước protein bị giảm bởi sự phân cắt bên trong nên khả năng tạo gel của surimi giảm đáng kể Tất cả các protease hoạt động trong cơ

cá có thể làm mềm gel surimi và rất khác nhau giữa các loài và thường được chia thành 4 nhóm chính: cysteine protease, serine protease, aspatic protease và calpain [164]

I.3.3.1 Cysteine protease

protease trong cơ thịt cá được biết là nguyên nhân gây ra sự biến đổi cấu trúc cơ thịt trong suốt giai đoạn chết cứng Quá trình tự phân và phân hủy protein bởi cysteine và calpain được tìm thấy ở nhiều loài cá như cá ngừ, cá bơn , cá minh thái, cá rô phi, cá chép, cá trích, cá hồi, cá đù Cysteine protease chủ yếu là các Cathepsin B, H, L

Cathepsin B bị kìm hãm bởi các hợp chất phản ứng với nhóm thiol ở trung tâm hoạt động bao gồm axit iodoacetic, iodoacetamide, p-chloromercuribenzoate, và N-ethylmaleimide (NEM)

- Cathepsin H:

Enzym này có hoạt tính của cả thiol endopeptidase và aminopeptidase với khối lượng phân

tử 28kDa, pH tối ưu :7.0 Cathepsin H phân hủy myosin nhanh gấp 3 lần so với cathepsin B[164] Cathepsin H hoạt động mạnh nhất ở 200C và bị vô hoạt ở nhiệt độ 600C Cathepsin

cá Ngừ và là nguyên nhân làm mềm gel surimi [75] Một số nghiên cứu cho thấy Cathepsin B,H có thể được loại bỏ trong quá trình rửa nhưng cathepsin L không bị loại bỏ hoàn toàn và gây ra sự thủy phân protein tơ cơ [30,93,70] Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy hoạt tính thủy phân mạnh nhất của cathepsin L ở nhiệt độ 50-600C, chuỗi myosin nặng bị phá hủy hoàn toàn trong 30 phút ủ ở nhiệt độ trên, surimi không tạo được gel

Như vậy cathepsin B, H, L vừa có pH tối ưu nằm gần vùng pH của surimi ( 6,5- 7,2) vừa có tính bền nhiệt, do đó nó tham gia vào sự phá hủy cấu trúc gel của surmi làm gel mềm

và nát [164]

I.3.3.2 Calpain

Sự biến mất hoàn toàn sọc Z (hình 1.16) và làm yếu sự tương tác giữa actin-myosin bởi enzym protease trung tính được đặt tên “calpain” Enzym này có ở hầu hết mọi nơi và tồn tại trong tế bào chất hay kết hợp với tơ cơ nhưng chủ yếu ở sọc Z (66% trên D-disk, 20% ở bảng I và 14% ở băng A, titin, troponin-T và desmin) Sọc Z có cấu trúc trật tự cao, liên kết các sợi dày và mỏng bởi titin và nebulin ở một đầu, còn đầu kia nối với sarsolema bằng cấu trúc protein gọi là costamere

29

Hình 1.16: Sơ đồ cấu trúc và thành phần protein ở cơ liên quan đến sọc Z và mạng lưới tơ cơ

Calpain được cho là có tham gia vào quá trình mềm hóa cơ thịt thủy sản sau khi chết Hoạt động của các enzym này trong tế bào được kiểm soát bởi canxi, photpholipit, calpatatin và các chất hoạt hóa Những nghiên cứu khác còn cho thấy ở nhiệt độ thấp, các calpain của cá hoạt động mạnh hơn so với các calpain của động vật có vú với tốc độ phân cắt rất đặc trưng cho từng loài và tốc độ phân cắt mạnh nhất xảy ra với những myosin có độ bền nhiệt thấp nhất Chính vì thế, các loài cá thích nghi với môi trường lạnh lại nhạy cảm với tốc độ

tự phân giải của calpain nhiều hơn các loài cá sống ở vùng nước ấm Protease trung tính không thủy phân trực tiếp thành phần tơ cơ chính là myosin và actin và như vậy nó không trực tiếp phá hủy gel của protein tơ cơ nhưng có một số nghiên cứu cho rằng sự phân hủy sọc Z là yếu tố chính góp phần gây ra sự phân hủy protein tơ cơ sau khi chết do khả năng

sử dụng của các protease khác [70, 53]

I.3.3.3 Aspatic protease

Là loại enzym endopeptidase hoạt động mạnh ở pH axit và bị kìm hãm bởi pepstatin

cá khác nhau, cathepsin D có nhiệt độ tối ưu khác nhau Cathepsin D ở cá chép thủy phân

tơ cơ ổn định ở nhiệt độ 450

C, ở 500C hoạt lực giảm 34% và 70% thì vô hoạt [70]

- Cathepsin E

30

Cathepsin E hoạt động trong môi trường axit Cũng như cathepsin D, cathepsin E là enzym endopeptidaza có nhóm COOH Do khả năng ổn định thấp và môi trường axit nên enzym

này không quan trọng đối với sự tạo gel của protein tơ cơ [70]

I.3.3.4 Serine protease

Serine protease là enzym endopeptidase có trung tâm hoạt động serine Serine protease thường khu trú hoặc ở trong chất cơ hoặc liên kết với tơ cơ Hầu hết serine protease hoạt động mạnh ở pH kiềm nên được gọi là protease kiềm Các protease kiềm có pH tối ưu từ 7,5-8,5 được tìm thấy ở cá hồi Đại tây dương [139], cá đù [92], cá mối [165] và nhiệt độ tối ưu của enzym là 60-650C [52]

Nhóm protease kiềm bền nhiệt- serine protease trong cơ cá làm giảm khả năng tạo gel đàn hồi khi ủ ở nhiệt độ 60-700C Khi nâng nhiệt từ từ ở 700C trong 2h thì cấu trúc rắn chắc đàn hồi của gel cá đù đại tây dương giảm cùng với sự phân hủy myosin và tropomyosin Sự biến mất myosin tăng khi thời gian giữ nhiệt tăng Các enzym protease kiềm phân hủy hầu hết các protein trong tế bào như protein tơ cơ, mitochondrial, lyosomal, microsomal, và protein chất cơ [70]

Các enzym kiềm được loại bỏ rất nhiều trong quá trình rửa nhưng một phần nhỏ vẫn còn sót lại trong surimi cũng gây ra quá trình phá hủy cấu trúc do chúng thủy phân protein tơ

cơ đặc biệt myosin là cơ chất cho quá trình tạo gel Protease kiềm rất quan trọng đối với cá biển nhiệt đới và cá nước ngọt vì nó gắn rất chặt với tơ cơ gây khó khăn cho quá trình loại

bỏ bằng quá trình rửa vì vậy gây ra sự phá hủy cấu trúc mạng lưới gel của surimi

I.4 Công nghệ sản xuất các sản phẩm mô phỏng từ surimi

Bằng cách thay đổi công thức và chia thành nhiều loại sản phẩm [117], ngoài các sản phẩm giả cua có từ trước, xuất hiện nhiều loại sản phẩm mô phỏng khác nhau từ surimi như : sản phẩm giả sò, giả tôm…với công thức tương tự Những sản phẩm cùng loại như sản phẩm giả tôm hùm cũng đã được giới thiệu Trong những năm tới, sản xuất surimi

sẽ rất phát triển cùng với nhu cầu đa dạng hóa các sản phẩm gốc surimi để đáp ứng nhu cầu về thị hiếu ngày càng tăng của người tiêu dùng

I.4.1 Kamaboko

Sản phẩm từ surimi điển hình nhất tại Nhật Bản là Kamaboko ( hình 1.17)

31

Hình 1.17: Sản phẩm kamaboko

Sau khi tạo hình dáng cố định, tùy thuộc vào từng loại khác nhau bột nhuyễn surimi được đặt ở chế độ nhiệt độ 20–40ºC trong 30–60 phút Trong suốt qúa trình này, khả năng tạo gel của các protein sợi cơ được tăng cường, làm cho cấu trúc gel rất bền Công đoạn làm chín bằng cách hấp hoặc nướng để hoàn tất qúa trình đông tụ của các loại protein trong cá Thành phẩm được tạo ra bằng cách hấp được gọi là “mushi” kamaboko, nghĩa là kamaboko hấp, và được sản xuất rộng rãi tại phía Đông Nhật Bản Còn thành phẩm được hoàn tất băng cách nướng có tên là “yaki-ida” (nghĩa là nướng trên tấm ván) chủ yếu được tạo ra ở phía Tây Nhật Bản

I.4.2 Chikuwa

Chikuwa là mẫu sản phẩm đầu tiên trong những sản phẩm từ surimi được liệt kê trong văn học thế kỷ 18 Hình dạng điển hình của nó là hình ống hoặc tuýp

Hình 1.18 : Chikuwa được sản xuất từ surimi

Bột nhào surimi được đặt lên một lỗ có rãnh hình tam giác trên bề mặt của một công cụ hình tang trống Sau đó bột nhào được cuộn lên một thanh kim loại trên một băng truyền Băng chuyền được chuyển dịch qua một lò nướng quay tròn (kiểu tunel) Thành phẩm cuối cùng được đóng gói, thanh trùng, làm lạnh trước khi vào kênh phân phối thị trường

32

I.4.3 Satsuma-Age

Satsuma-age là loại kamaboko rán có nhiều hình dáng và đặc tính khác nhau Nó

mang một số tên khác nhau tùy theo cách gọi từng vùng Tại quận Kagoshima nơi

satsuma-age xuất hiện trước tiên, nó được gọi là “tsuke-age”, trong khi đó ở Tokyo nó

được gọi là “satsuma-age”, còn ở Osaka là “tempura” Đôi khi một số thành phần bổ sung

như rau, tôm, mực, và cá băm được trộn thêm vào bột nhào surimi để làm satsuma-age

Bột nhào sau đó được đóng khuôn thành nhiều hình dạng khác nhau (thanh, viên, nắm

tròn) trước khi rán Những sản phẩm surimi rán này rất phổ biến ở Hàn Quốc và thường

được gọi là “twi-ghin ahmook”

Hình 1.19: Satsuma-age ở Nhật và Ahmook hay Odeng ở Hàn quốc

Mặc dù rán là phương pháp làm chín đầu tiên đối với các sản phẩm satsuma-age,

nhưng có ba phương pháp làm chín sơ bộ thường được dùng để phân biệt thành phẩm cuối

cùng như “yude-age” (luộc-rán), “mushi” (hấp-rán), và ”ki” (rán-rán) Tuy nhiên, trong

những năm gần đây satsuma-age được sản xuất theo một quy trình có hai bước rán, bởi lẽ

nó mang lại hiệu suất cao và tạo sức bền cho gel Bước rán thứ nhất được thực hiện ở

130ºC, còn bước thứ hai được thực hiện ở 170ºC

I.4.4 Hanpen

Hanpen được sản xuất trước tiên ở Tokyo và một số nơi thuộc hạt Chiba

33

Hình 1.20: Sản phẩm Hanpen

Kết cấu của nó mềm như mứt kẹo hoặc đậu phụ mềm Để đạt được kết cấu mềm, đánh (khuấy mạnh) là bước cần thiết cho khâu cuối cùng khi trộn với yamaimo (một trong nhiều loại gôm) Gần đây, một số loại gôm hoặc polysaccharide được sử dụng làm tác nhân ổn định và khuấy Dầu thực vật cũng thường được trộn vào cho qúa trình hình thành kết cấu Bột nhào surimi thường được đánh khuấy ở trạng thái đông lạnh bằng máy trộn đá

ở tốc độ cao Tuy nhiên, vài năm trở lại đây, bột nhào surimi được thông khí cưỡng bức bằng máy trộn liên tục Bột nhào sau khi đánh được luộc bằng nước nóng (80–85ºC) để cố định kết cấu gel mềm

I.4.5 Các sản phẩm hải sản mô phỏng từ surimi

Các sản phẩm hải sản mô phỏng từ surimi (Surimi-based seafood analog products) được phát triển theo một vài kiểu, nhưng đặc biệt nhất giống kiểu thịt cua và tôm Kiểu thịt cua có hai loại tùy thuộc vào phương pháp sản xuất bao gồm dạng thịt sợi

và dạng khối Đối với sản phẩm kiểu tôm hùm và tôm được sản xuất trong khuôn

Kiểu thịt sợi (thanh cua)

Trong bước tạo hình của hải sản surimi, bột nhào surimi sau khi phối trộn được đưa lên một băng truyền thép không gỉ của máy làm chín tạo một lớp bột mỏng với độ dày 1-2mm Quá trình làm chín có thể làm chín bằng tang trống hoặc băng tải Độ dày và rộng của rải

Hình 1.21: Sản phẩm hải sản mô phỏng từ surimi

34

bột nhào xác định đường kính của các sản phẩm kiểu sợi và chúng cũng ảnh hưởng đến hiệu suất sản phẩm Tạo sợi cho hải sản surimi kiểu sợi với yêu cầu các sợi xếp thẳng hàng như sản phẩm thanh cua được thực hiện bằng các nhát cắt dài chạy dọc theo chiều dài trên các lá, phiến gel

Kiểu dạng khối (tôm): Quy trình chế biến quan trọng nhất trong dạng này là hình thành tối

đa kết cấu sợi ngẫu nhiên Để các sản phẩm có sợi ngẫu nhiên, chẳng hạn như tôm và tôm hùm, khối gel đã làm chín được xé nhỏ thành các sợi ngắn trước khi phối trộn với bột nhuyễn chưa làm chín, bột nhuyễn có tác dụng như là một chất kết dính (tỷ lệ phối trộn 7:3 hoặc 6:4), sau đó được ép đùn hoặc tạo khuôn

 Như vậy surimi cá biển đã được sử dụng làm các sản phẩm mô phỏng từ surimi để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng Tuy nhiên các công trình nghiên cứu sản xuất surimi và các sản phẩm mô phỏng từ surimi cá nước ngọt còn hạn chế Vì vậy

chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự biến đổi cấu trúc protein của thịt cá trong quá trình sản xuất surimi từ cá nước ngọt và ứng dụng”

Việc sản xuất surimi và các sản phẩm mô phỏng từ surimi sẽ đảm bảo tính ổn định cho nguồn nguyên liệu sản xuất surimi, thúc đẩy việc nuôi cá nước ngọt với quy mô lớn Bên cạnh đó sẽ cơ cấu lại thành phần và định hướng lại phương hướng phát triển ngư nghiệp, tạo công ăn việc làm ổn định, thay đổi kinh tế nông thôn đặc biệt vùng nuôi trồng thuỷ sản miền Bắc Việt nam và sẽ khai thác triệt để quỹ đất không thể gieo trồng cây lương thực

35

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1.Vật liệu

+ Cá mè trắng Việt Nam (hay còn gọi là mè ta) có tên khoa học là

Hypophthalmichthys Harmandi Sauv có khối lượng 1.5 – 2.5 kg/con, chiều dài 40 – 55

cm

+ Cá rô phi có tên khoa học Oreochromis niloticus có khối lượng từ 300-500g/con + Cá trôi có tên khoa học Cirrhinus molitorella thuộc họ Cyprinidae Cá có khối

lượng từ 500g-800g,

+ Cá chim trắng nước ngọt, có tên khoa học là Colossoma brachypomum, thuộc Bộ

Characiformes, Họ Characidae có khối lượng 1200-1500g/con

+ Cá trê phi đen (Clarias focus) có khối lượng 900-1200g /con

Mỗi loài cá được thu mua tại đầm Việt trì – Hà nội Sau khi thu mua, cá được làm chết ngay và được ướp đá và vận chuyển đến phòng thí nghiệm đảm bảo cá tươi

 Nguyên liệu phụ: Đầu mực và tôm đông lạnh của công ty Seaprodex Hải phòng, Tiêu, ớt, tỏi đảm bảo không mốc Tinh bột khoai sọ và dong riềng biến tính bằng phương pháp oxy hóa được thực hiện tại phòng thí nghiệm bộ môn CNTP với hàm lượng nhóm –COOH < 1.1%, pH: 5-7 Hương mực (dạng bột), hương tôm của công

ty hương liệu thực phẩm Việt nam Aroma

 Hóa chất: TCA, SDS, Tyrosine, BSA, các hóa chất điện di, PMSF, STI, leupeptin, EDTA, E64, thuốc thử folin, thuốc thử Ellman, L-cysteine được mua của hãng Sigma ( Mỹ) và Merck (Đức)

 Thiết bị sử dụng chủ yếu: Máy tách thịt cá, máy ép thủy lực, máy băm nhuyễn phối trộn, máy đo cấu trúc , máy đo mầu Minolta , kính hiển vi điện tử quét (SEM), quang phổ kế hồng ngoại (Raman), thiết bị đồng hóa IKA, máy so màu UV-VIS, li tâm lạnh, điện di đứng được sử dụng từ năm 2010 đến nay

 Các thực nghiệm được thực hiện chủ yếu tại:

- Các phòng thí nghiệm thuộc Viện CNSH-CNTP, trường ĐHBK Hà Nội

- Phòng thí nghiệm thủy sản- Khoa Nông nghiệp- Trường ĐH Kochi-Nhật Bản

- Phòng thí nghiệm trung tâm vật lý- Trường ĐH Tự nhiên- ĐH Quốc gia Hà Nội

2.2 Phương pháp nghiên cứu

36

2.2.1 Phương pháp vật lý

Xác định tỷ lệ thịt cá

Cá sau khi được vận chuyển đến phòng thí nghiệm được cắt đầu, loại bỏ nội tạng, tách thịt

cá bằng máy tách thịt có kích thước lỗ lưới 3mm thu được thịt cá xay Phần thịt cá xay được cân để xác định tỷ lệ thịt cá và làm nguyên liệu để nghiên cứu công nghệ sản xuất surimi

Xác định độ trắng bằng máy đo màu Minolta Chroma Meter DP 301 trong đó L* là

900C trong thời gian 15 phút và làm nguội bằng nước đá Gel surimi được bảo quản ở 50C qua đêm trước khi phân tích

Đo độ bền chắc gel: Mẫu gel surimi được làm ấm lên đến nhiệt độ phòng (20 - 250

C)

trước khi đo cấu trúc bằng máy đo cấu trúc texture analyzer TA.XT plus Mẫu được cắt

với độ dài 32mm và tiến hành đo độ bền chắc của gel bằng cách ép pittong có lực 5kg vào

bề mặt gel cho tới khi nó xuyên thủng bề mặt.Tốc độ chuyển động của pittong 1mm/s Độ

Hình 2.1 Thiết bị tách thịt cá

37

bền chắc của gel (g.cm) được tính bằng lực phá vỡ nhân với độ biến dạng (độ lún sâu trên

bề mặt trước khi xuyên thủng) Mỗi phép đo lặp lại 5 - 6 lần rồi lấy giá trị trung bình

Hình 2.2 Máy đo cấu trúc thực phẩm

Xác định vi cấu trúc bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM)

Mẫu được lấy từ giữa gel surimi có kích thước 2-3mm và được cố định mẫu trong glutaraldehyde 3% trong 3h sau đó rửa mẫu bằng đệm cacodylate 3 lần với thời gian 20 phút/ lần Tiến hành cố định mẫu trong axit osmic 1% trong 3h và rửa lại mẫu bằng đệm cacodylate 3 lần với thời gian 20 phút/ lần Tiến hành khử nước bằng cồn có nồng độ tăng dần theo quy trình: Cồn 50% * 1 lần/ 20 phút → Cồn 70% * 1 lần/ 20 phút → Cồn 80% *

1 lần/ 20 phút → Cồn 90% * 1 lần/ 20 phút → Cồn 96% * 1 lần/ 20 phút → Cồn 100%

*2 lần * 20 phút/ lần Sau khi khử nước bằng cồn tiến hành khử cồn bằng T.Butyl: đặt mẫu trong T.Butyl 3 lần * 20 phút/ lần và đặt mẫu trong T.Butyl vào ngăn đá tủ lạnh ( -50 C) trong 30 phút Làm khô mẫu bằng máy JFD- 310 của hãng JEOL Nhật Bản ( trong 3-5h) Gắn mẫu lên đế mang mẫu của SEM bằng băng dính cacbon Mạ phủ vàng mẫu bằng máy JFC- 1200 của hãng JEOL Nhật Bản Soi mẫu trên kính hiển vi điện tử quét ở các độ phân giải (500, 5000, 7500, và ×10000)

38

Hình 2.3 Kính hiển vi điện tử quét

Xác định cấu trúc protein bằng quang phổ kế hồng ngoại (Raman)

Mẫu surimi đông lạnh -18º C và các mẫu gel được bảo quản lạnh 40C cho đến khi tiến hành thí nghiệm Mẫu surimi được giã đông ở 40C trước khi quét bằng máy quang phổ kế

Raman hồng ngoại khả kiến (LabRAM HR 800 , HORIBA Jobin Yvon, France) Các mẫu

được đặt trong ống mao dẫn và giữ nằm ngang trong quang phổ kế Chùm laser tới chiếu thẳng vuông góc với trục ống mao dẫn Dữ liệu phổ Raman được tập hợp lại trên quang phổ kế Raman bằng bức xạ kích thích tại 612 nm từ chùm laser ion argon (He-Ne laser), sau đó được làm lạnh bằng hệ thống trao đổi nhiệt Coherent Laser Pure Các thông số sử dụng như sau: Công suất chùm laser tới là 100 mW, chiều cao khe 4 mm, độ phân giải phổ 5.0 cm-1 tại 19 000 cm-1, tốc độ lấy mẫu 120 cm-1 phút-1, số liệu được thu thập mỗi phút Đường chuẩn tần số của thiết bị được xây dựng thường xuyên bằng việc sử dụng dải tần

1050 cm-1 (±1 cm-1) của dung dịch chuẩn KNO3 1M Căn chỉnh quang học được kiểm soát bằng việc kiểm tra cường độ của dung dịch chuẩn này Để tăng tỷ số tín hiệu / độ nhiễu, mỗi mẫu được quét ít nhất 6 lần để lấy dữ liệu phổ trung bình Trong đó, mỗi một chế độ

xử lý cần lặp lại ba mẫu

Đường phổ được làm giảm nhiễu, chỉnh sửa đường gốc và được chuẩn hóa dựa vào dải tần

phenylalanine tại 1007 cm-1 bằng phần mềm GRAMS/32 Spectral Notebase version 4.14 level II (Galactic Industries Corp., Salem, NH) Việc xác đinh các píc trong phổ Raman ứng với mỗi loại dao động riêng biệt của các mạch bên axit amin hoặc của mạch chính polypeptide

39

Hình 2.4 Quang phổ kế hồng ngoại Raman

2.2.3 Phương pháp hóa sinh

Xác định hàm lượng chất béo theo phương pháp shochlet [1]

Xác định hàm lượng protein theo phương pháp Kjeldan [1]

Xác định pH bằng máy đo pH: Lấy 10g mẫu đồng hóa với 90ml nước cất Đo bằng máy đo pH

Xác định hàm lượng tro tổng bằng phương pháp nung ở nhiệt độ 550-6000

C trong thời gian 6h [1]

Xác định hàm lượng protein theo phương pháp Lowry[98]

1g mẫu được đồng hóa với 9ml SDS nóng và được ủ ở 900C trong 30 phút sau đó li tâm ở tốc độ 10000v/ph trong 20 phút ở nhiệt độ phòng Hàm lượng protein được xác đinh theo phương pháp Lowry dựa trên đường chuẩn BSA 1mg/ml

Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ, pH đến hoạt tính thủy phân: bằng phương pháp xác

định hàm lượng oligopeptide hòa tan trong TCA [168]

Để nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự thủy phân: 3g mẫu được ủ ở nhiệt độ

0,10,20,30,40,50,60,65,700C trong 1h Sự thủy phân được kết thúc bằng việc thêm 27ml TCA lạnh 5%

Để nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến sự thủy phân, 3g mẫu được đồng hóa với 9ml đệm McIlvaine ở pH 2,4,5,5.5,6,7,8 và đệm Tris-HCl ở pH 8, 8.5, 9 và được ủ ở 650C trong 1h Phản ứng được kết thúc bằng việc cho 18ml TCA lạnh 7.5% Sau đó hỗn hợp được đồng hóa bằng thiết bị đồng hóa IKA và li tâm lạnh 40C với tốc độ 10.000v/p trong 15phút Mẫu