Trước đây, người ta chỉ chú trọng đến việc điều khiển hoạt động của các enzyme có sẵn trong thực phẩm, vì vậy, ứng dụng vào sản xuất thực phẩm của enzyme vẫn chỉ mới giới hạn ở phạm v[r]
Trang 1VẤN ĐỀ TRAO ĐỔI
NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TỪ ĐỘNG VẬT THỦY SẢN
TRONG CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM
APPLICATIONS OF ENZYME FROM FISH AND AQUATIC INVERTEBRATES
IN FOOD TECHNOLOGY
Nguyễn Lệ Hà1
Ngày nhận bài: 01/12/2013; Ngày phản biện thơng qua: 20/3/2014; Ngày duyệt đăng: 13/8/2014
TĨM TẮT
Bài viết điểm lại những kết quả nghiên cứu về ứng dụng của enzyme thu nhận từ nhiều loại thủy sản khác nhau vào chế biến thực phẩm, các điều kiện thích hợp để phản ứng xảy ra, ưu nhược điểm của sản phẩm thu được so với sản phẩm chế biến theo phương pháp truyền thống Một số loại enzyme từ thủy sản tỏ ra rất cĩ triển vọng, mở ra nhiều cơ hội ứng dụng, một số khác vẫn cịn cần thêm nhiều nghiên cứu để cĩ được giải pháp phù hợp cho chế biến
Từ khĩa: enzyme, protease, ứng dụng của enzyme, thủy sản
ABSTRACT
The article reviews research results relating to applications of enzymes from fi sh and invertebrates in food technology, the optimal conditions for processing, advantages and disadvantages of enzymatic method and fi nal product as compared
to traditional one Some enzymes originated from fi sh and invertebrates showed potential possibilities and offered a wide range of applications, while others required further investigation before coming to successful solutions in food technology Keywords: enzyme, protease, application of enzymes, fi sh and aquatic invertebrates
1 TS Nguyễn Lệ Hà: Trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghệ TP Hồ Chí Minh
I MỞ ĐẦU
Enzyme đã được sử dụng như phương tiện trợ
giúp hiệu quả ở rất nhiều lĩnh vực sản xuất và ngày
càng đĩng vai trị quan trọng hơn trong cơng nghệ
thực phẩm Trước đây, người ta chỉ chú trọng đến
việc điều khiển hoạt động của các enzyme cĩ sẵn
trong thực phẩm, vì vậy, ứng dụng vào sản xuất thực
phẩm của enzyme vẫn chỉ mới giới hạn ở phạm vi
một số sản phẩm lên men nhờ enzyme nội tại và
hệ vi sinh vật tự nhiên như nước mắm, cá muối
hay dịch thủy phân làm thức ăn gia súc hoặc ứng
dụng vào xử lý nước thải của các nhà máy chế biến
thủy sản để làm giảm độ nhớt (Haard, Stefansson
& Steigrimsdottir, 1990) Một số nghiên cứu mới ở
Canada, Đan mạch, Ailen, Nhật, Hàn quốc, Nauy
và Mỹ đã chú trọng phát triển những ứng dụng
mới vào lĩnh vực thực phẩm Người ta đã tinh sạch
được nhiều enzyme như deoxyribonuclease, lipase,
carboxypeptidase A và B, trypsin, chymotrypsin
và elastase từ cá tuyết Atlantic để ứng dụng vào
mục đích thực phẩm Các enzyme cũng đĩng vai trị quan trọng trong việc cải thiện năng suất và thơng
số kỹ thuật ở nhiều cơng đoạn sản xuất
II NỘI DUNG
1 Ứng dụng của enzyme vào phân giải cĩ chọn lọc mơ thịt cá và thủy sản
Do bản chất sinh hĩa khác nhau giữa lớp da và
cơ thịt động vật thủy sản, người ta cĩ thể sử dụng enzyme để thực hiện quá trình phân giải một cách
cĩ định hướng, sao cho tế bào da cá bị hịa tan nhưng lại khơng gây ảnh hưởng đến cơ thịt (Strom
& Raa, 1982, 1993) Điều này cho phép sử dụng enzyme như một cơng cụ đặc biệt vào cơng nghệ chế biến thực phẩm nhằm loại bỏ hoặc biến đổi cĩ chọn lọc một số bộ phận nhất định ở nguyên liệu động vật thủy sản cần chế biến
1.1 Loại da cá bằng phương pháp dùng enzyme
Cĩ thể sử dụng các enzyme protease nội bào tách chiết từ cá với mục đích loại lớp da của
Trang 2nguyên liệu này Đây là phương pháp ưu việt hơn
hẳn các phương pháp cơ, hóa học thường gây
thương tổn và làm giảm hiệu suất thu sản phẩm
(Haard & Simpson, 1994)
Ở Iceland, hàng năm có khoảng 2000 tấn cá
đuối bị thải trở lại biển vì công đoạn loại da thật sự
quá khó khăn, thường phải thực hiện thủ công Mặc
dù có nhiều loại máy bóc/tách da cá nhưng hiệu quả
không cao, nhiều trường hợp phải lặp lại nhiều lần,
và sau cùng vẫn cần kiểm tra và loại da lần cuối
bằng thủ công Quá trình đó làm hao hụt khá nhiều
cơ thịt cá và vì vậy có hiệu quả kinh tế thấp Một số
phòng thí nghiệm ở Iceland đã thử loại da cá đuối
Raja radiate bằng enzyme Đầu tiên, người ta biến
tính collagen da cá bằng cách xử lý nước ấm trong
thời gian ngắn, tiếp đó ngâm trong hỗn hợp chứa
enzyme proteolytic và glycolytic 4 giờ ở 250C hoặc
10 - 12 giờ ở 50C (Stefanson, 1988), cuối cùng rửa
sạch lớp da hòa tan này bằng nước
Cá trích cũng đã được thử nghiệm bóc tách da
ở Nauy (Jokimsson, 1984) Người ta xử lý cá bằng
dung dịch acid acetic 5% ở 100C nhằm biến tính
collagen da cá, sau đó chuyển sang ngâm trong các
bể chứa có pha protease acid tách chiết từ nội tạng
cá tuyết (Gilberg, 1993) Sau quá trình xử lý như
vậy, lớp vảy và da phía ngoài được loại ra để lại bề
mặt màu bạc rất mỏng Đối với cá thu, cá ngừ bò
và cá ngừ đại dương cũng có thể loại da bằng cách
tương tự (Borresen, 1992)
Fehmerling (1973) đã sử dụng dung dịch hỗn
hợp gồm nhiều enzyme khác nhau như proteolytic,
glycoside, hydrolase và lypolytic với nồng độ khác
nhau 0,003 - 3% để loại bỏ da, vỏ, những phần
không mong muốn của nhiều loại thủy sản khác
nhau như hàu, hến, tôm, mực, nghêu, cá da trơn,
cá ngừ đại dương, cá hồi, cá tuyết và một số loài cá
mình dẹt khác
Kim, Byun, Choi, Roh, Lee và Lee (1993)
cũng đã thử dùng collagenase tách chiết từ nội
tạng cá để loại phần da từ các miếng fi llet cá
Novoden modestrus Thí nghiệm cho thấy, quá trình
thủy phân có thể thực hiện tốt ở 180C trong 4 giờ
bằng dung dịch enzyme thô 0,3% (w/w) sau khi đã
xử lý sơ bộ bằng dung dịch acid acetic 0,5 M trong
10 phút
1.2 Dùng enzyme để bóc da mực
Tính chất cơ học, lý học và hóa sinh của cơ
thịt mực cũng như lớp da của nó rất khác so với
cá (Nilsen, Viana, & Raa, 1989; Raa, 1990) Mặc
dù thành phần chủ yếu của lớp da mực dày chứa
sắc tố phía ngoài là collagen nhưng nó lại không
đóng vai trò quyết định để tạo nên độ bền cơ học
của lớp da đó, có những thành phần khác chiếm tỉ
lệ khối lượng ít hơn nhưng quan trọng hơn, ví dụ như proteoglycans chẳng hạn (Raa và ctg, 1985)
Ở nhiều nơi, người tiêu dùng cho rằng da mực quá dày và dai nên không muốn dùng nó để chế biến thực phẩm Điều này là do mực có lớp màng dưới
da cấu tạo từ mô liên kết dày đặc, lớp màng này vẫn còn nguyên trên thân mực sau khi bóc da và co lại lúc nấu tạo cho các miếng mực độ dai cứng khó nhai nuốt Trong sản xuất thường lột lớp da như cao
su của mực bằng phương pháp thủ công, nhưng đây là công việc không dễ dàng Khi sản xuất mực ống lột da, thường người ta cũng chỉ loại lớp da ngoài cùng có chứa sắc tố bằng cách dùng máy, những máy này không loại được lớp da ở dưới không chứa sắc tố bao trùm cả bên trong lẫn bên ngoài thân mực Để giải quyết vấn đề này, một số nhà nghiên cứu cho rằng, có thể dùng enzyme để phân giải có chọn lọc da mực mà không ảnh hưởng đến cơ thịt của nó (Strom & Raa, 1993) Hơn thế nữa, sản phẩm mực ống chế biến có sử dụng enzyme còn có khác biệt đáng kể so với sản phẩm thu nhận bằng máy hay thủ công ở chỗ nó không
có lớp vỏ dai dày bao bọc Mực ống lột da bằng phương pháp này có hình dạng như bình thường sau khi gia nhiệt và đặc biệt là không hề có lớp màng dai bên ngoài, đây thực sự là một ưu điểm đáng kể Tuy nhiên, các glucosidase và collagenase thương mại lại hiếm và tương đối đắt, do đó thích hợp ứng dụng trong dinh dưỡng, còn các protease thương mại như trypsin, fi cin hay papain lại không thể phân giải được collagen nguyên thủy của lớp màng bọc thân mực, thêm vào đó, chúng lại có khả năng tấn công hữu hiệu vào cơ thịt mực, ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng bảo quản, mùi và vị của nó Tuy vậy,
có thể bổ sung có kiểm soát thêm protease vào quá trình chế biến mực theo cách thông thường, cơ thịt mực sẽ mềm mại hơn, đặc biệt là phần ria mực, và làm cho nó dường như ngon hơn (Nilsen và các tác giả, 1989; Strom & Raa, 1993)
Strom & Raa (1993) nhận thấy trong nội tạng mực có mặt một số enzyme có khả năng phân giải
da mực và đã sử dụng chúng để loại da một số loại
như mực ống Illex, Todarodes, Nototodarus và mực
nang Phương pháp này đơn giản và không đòi hỏi chi phí cao Quá trình thực hiện như sau: rửa mực
đã moi ruột bằng nước lạnh, sau đó làm mềm da mực bằng enzyme trong bể ở nhiệt độ thấp (Raa
và các tác giả, 1985) Các tác giả này cũng đã thử
xử lý mực bằng cách ngâm trước trong dung dịch muối 5%, sau đó gia nhiệt nhẹ (450C, 10 phút) để hoạt hóa enzyme nội tại của mực và nhờ vậy làm
Trang 3mềm lớp da dai dày của nó Leuba và ctg (1987)
cũng đề xuất một phương pháp loại da mực bằng
cách dùng chiết xuất gan mực trong dung dịch muối
ăn 0,2 - 2%
1.3 Dùng enzyme để đánh vảy cá và sản xuất cốt
ngọc trai
Ở một số thị trường, người ta ưa chuộng fi llet
cá còn da nhưng đã loại sạch vảy Các nhà nghiên
cứu đã đề xuất qui trình làm sạch vảy cá bằng cách
ứng dụng enzyme nhằm đạt hiệu suất cao và chất
lượng tốt so với sản phẩm loại vảy bằng phương
pháp cơ học Quá trình xử lý bằng enzyme còn loại
được cả các vi sinh vật trên bề mặt nguyên liệu,
nhờ đó kéo dài thời gian bảo quản (Raa, 1997)
Khi đánh vảy theo cách cơ học, một số loài cá
như cá tuyết Melanogrammus aeglefi nus thường
bị dập nát vì thịt chúng rất mềm (Stefansson &
Steingrimsdottir, 1990) Các thí nghiệm thực hiện
tại phòng thí nghiệm thủy sản Iceland đã chỉ ra
rằng, nếu sử dụng enzyme thì có thể tránh được
các tổn thương cho da và thịt cá, toàn bộ quá trình
chỉ bao gồm xử lý nguyên liệu cá bằng dung dịch
enzyme ở 00C, sau đó rửa sạch bằng cách phun tia
nước (Stefansson, 1988)
Hiện nay, có rất nhiều nhà nghiên cứu thực hiện
các thí nghiệm khám phá thành phần hóa học của
vảy cá nhằm tìm ra ứng dụng mới cho các protein
dạng sợi thu được sau khi tách chiết phần cốt ngọc,
sắc tố, các protein hòa tan và collagen (Raa, 1997)
Có một sáng chế đã được cấp bản quyền ở Canada
là sáng chế tách vảy và loại da cá bằng enzyme
keratolytic kết hợp với một hay nhiều loại hợp chất
hoạt động bề mặt (anion, lưỡng tính hoặc không
mang điện tích) trong môi trường ít nước (Rudolf,
1990) Ở Nhật bản, người ta đã sử dụng phần cốt
ngọc thu nhận từ vảy cá trích, cá mòi, hay cá hồi vào
sản xuất ngọc trai nhân tạo và nhiều sản phẩm khác
từ khá lâu Thành phần tạo nên hợp chất có ánh
xà cừ màu trắng bạc ở vảy cá là quanin (Tanikawa,
1985), hợp chất này có mặt ở lớp da ngoài hoặc
lớp vảy của các loài cá sống nơi tầng nước mặt
(Ockerman, 1992) Trong vảy cá, quanin kết hợp với
collagen và calcium phosphate tạo nên màu trắng
bạc óng ánh xà cừ Người ta gọi dịch huyền phù có
những tinh thể quanin lơ lửng là “cốt ngọc” Có thể
thu được cốt ngọc từ vảy cá bằng cách dùng các
enzyme proteolytic như trypsin chẳng hạn (Windsor
& Barlow, 1981)
1.4 Dùng enzyme để bóc tách các màng và cơ
quan nội tạng thủy sản
Trong sản xuất gan cá tuyết đóng hộp, việc bóc
tách lớp màng gan cá là một nhiệm vụ quan trọng
nhằm ngăn ngừa dòi phát triển ở lớp màng collagen bao bọc gan cá làm hư hỏng sản phẩm Ở Iceland, người ta đã thử nghiệm bóc lớp màng này bằng phương pháp sử dụng enzyme và thu được kết quả khả quan: phương pháp này giúp tăng hiệu suất thu gan cá 20 - 30% so với phương pháp thủ công (Stefansson, 1990)
Sản phẩm bong bóng cá tuyết muối rất được
ưa chuộng ở một số nơi, tuy nhiên việc chế biến
ra loại sản phẩm có màu trắng đẹp mà người tiêu dùng ưa chuộng lại thật sự khó thực hiện do lớp màng đen bao quanh bong bóng cá Ở Iceland, thử nghiệm ứng dụng với enzyme đã cho kết quả rất đáng khích lệ: hiệu suất loại màng đen bằng enzyme cao hơn so với phương pháp thủ công ít nhất tám lần (Stefansson & Steingrimsdottir, 1990) Collagen thu được từ bong bóng cá tuyết còn được
sử dụng như chất làm trong khi sản xuất bia rượu ở Nhật bản (Oshima, 1996)
2 Sử dụng enzyme protease trong tách chiết carotenoprotein từ phế liệu của quá trình chế biến các loài giáp xác
Việc phát triển ngành chế biến thủy sản trong đó
có chế biến tôm luôn song hành cùng với lượng lớn các phế liệu mà nếu được sử dụng một cách có hiệu quả và kinh tế sẽ giúp nâng cao lợi nhuận và giảm thiểu ô nhiễm môi trường Các carotenoprotein, loại phụ phẩm thu nhận từ quá trình chế biến tôm thường được sử dụng như chất bổ sung cho sản xuất thức ăn chăn nuôi hoặc chất tạo màu trong công nghệ thực phẩm Nếu tách carotenoid bằng dung môi hữu cơ hoặc dầu sẽ có tác dụng làm giảm lượng chitin và tro, nhờ đó hiệu suất thu chất màu cao Tuy nhiên sản phẩm thu được bằng cách như vậy không đi kèm với protein nên giảm tính ổn định do dễ bị oxy hóa (Haard, 1992) Trong phế liệu chế biến thủy sản, protein chiếm khoảng 1/3 hàm lượng chất khô, vì vậy, người ta đã thử nghiệm dùng enzyme để tận thu chúng song song với quá trình thu nhận carotenoid ở dạng carotenoprotein nguyên thủy Quá trình tách chiết carotenoprotein từ các phế liệu thủy sản như tôm, cua, tôm hùm đạt hiệu quả cao nếu trong dung dịch đệm để tách chiết có mặt trypsin (Cano-Lopez, Simpson & Haard, 1987) Cano-Lopez và các tác giả khác còn cho biết, nếu
sử dụng trypsin từ cá tuyết Atlantic trong quá trình tách chiết carotenoprotein từ phế liệu tôm thì có thể thu nhận được 64% astaxanthin và 81% protein, trong khi nếu dùng bovine trypsin thì chỉ có thể thu được 49% astaxathin và 65% protein trong cùng điều kiện như nhau Khi thực hiện trên vỏ tôm hùm
Trang 4thì Simpson, Dauphin và Smith (1992) lại thấy rằng,
trypsin từ tụy tạng bò cho hiệu suất thu chất màu
cao hơn so với khi sử dụng chế phẩm thô từ phế
thải chế biến cá tuyết Atlantic
3 Sử dụng protease trong việc thu nhận chitin
và protein từ phế thải chế biến tôm
Phế liệu tôm là nguồn cung cấp chitin dồi dào
Phế liệu tôm ướt có chứa 4 - 5% chitin Để thu nhận
chitin từ phế liệu cần phải loại bỏ các protein còn
dính sót lại, sau đó khử khoáng Người ta thường
dùng kiềm để loại protein, nhưng cách này có thể
gây nên hiện tượng deacetyl một phần và thậm chí
thủy phân mạch polymer, do đó sản phẩm thu được
sẽ có tính chất không bền Các enzyme protease
có thể cho hiệu quả rất tốt khi dùng để thực hiện
quá trình loại protein từ phế liệu tôm Simpson và cs
(1994) đã dùng chymotrypsin để loại protein và đạt
hiệu quả tốt khi tỉ lệ enzyme: cơ chất là 7:1000 (w/w)
ở pH 8, thời gian xử lý là 72 giờ ở 400C
4 Ứng dụng protease chiết rút từ cá và thủy sản
thay thế rennet trong sản xuất phomai
Rennet chiết xuất từ dạ dày bò là một chế phẩm
đóng vai trò quan trọng trong công nghệ chế biến
phomai Lượng trâu bò giết mổ giảm trong khi nhu
cầu tiêu dùng phomai trên thế giới lại tăng nhanh
chóng đã đặt ra cho các nhà nghiên cứu một yêu
cầu cấp bách tìm chất thay thế rennet vốn không
rẻ lại hiếm hoi Người ta đã tìm ra nhiều loại
enzyme có tác dụng làm đông sữa từ nguồn thực
vật, động vật và cả vi sinh vật Tuy nhiên, cho đến
hiện tại, pepsin bò và lợn vẫn là loại được sử dụng
rộng rãi nhất vì có hoạt tính proteolytic cao Mặc
dù loại enzyme thay thế rennet thu nhận từ vi sinh
vật đã được cho phép sử dụng trong sản xuất thực
phẩm, nhưng người ta vẫn khá dè dặt khi sử dụng
do tính đặc hiệu tương đối rộng của nó, dẫn đến
hiệu suất thu sữa đông thấp, đồng thời sự phân giải
protein quá mức có thể tạo ra các mùi lạ khi ủ chín
phomai sau này (Brewer, Helbig, & Haard, 1984)
Một nhược điểm nữa của các rennet có nguồn gốc
vi sinh vật là bền nhiệt Tuy nhiên, chymosin tương
đối ít bền nhiệt hơn và vào cuối quá trình làm đông
sữa thì nó cũng mất gần hết hoạt tính (Han, 1993)
Chính vì lý do này mà chymosin thường được
ưa chuộng hơn so với các protease khác (Haard,
Feltham, Helbig & Squires, 1982) Một số protease
từ dạ dày động vật thủy sản có tính chất khá tương
đồng với chymosin trong quá trình làm đông sữa
(Brewer và các tác giả khác, 1984; Han & Shahidi,
1995) Chymosin là endoproteinase có tính đặc hiệu
cao, nó chỉ cắt K-casein thành glycomacropeptide
và para-K-casein bằng cách làm đứt liên kết 105 -
106 giữa phenylalanine và methionine Pepsin và các enzyme proteolytic khác thường ít đặc hiệu hơn
do đó làm tăng số sản phẩm phân giải, gây vị đắng cho sản phẩm (Fox, 1981)
Trong dịch chiết chất nhờn ở dạ dày hải cẩu con có bốn zymogen của protease acid A, B, C, D Protease
A là loại tương tự chymosin (Shamsuzzaman & Haard, 1984) Người ta thấy rằng, chế phẩm thô
protease dạ dày hải cẩu Phoca groelandica có khả
năng làm đông sữa ở khoảng pH rộng hơn so với pepsin lợn (Shamsuzzaman & Haard, 1983), thêm vào đó, phomai sản xuất bằng protease dạ dày hải cẩu có chất lượng cảm quan cao hơn nhiều so với sản phẩm cùng loại làm bằng rennet bò Shamsuzzaman
& Haard (1985) cho rằng, pepsin A chính là thành phần chủ yếu của pepsin tách chiết từ hải cẩu làm sữa đông tụ Khi thử nghiệm với chế phẩm thô protease acid tách chiết từ cá tuyết, Han (1993) thấy rằng loại enzyme này không có tác dụng làm đông tốt bằng protease từ dạ dày hải cẩu hay chymosin
từ bò, nó cũng không cho hiệu quả tốt khi pH lớn hơn 6,4 Hiện nay, người ta đang thử nghiệm dùng protease từ cá ngừ đại dương để làm đông sữa và thu được kết quả khá tốt: loại protease này cho hiệu quả cao trong khoảng pH 5,5 - 6,4, tương tự như rennet (Tavares và cs, 1997)
5 Khử mùi ôi của sữa bằng enzyme động vật thủy sản
Trong sản xuất sữa, quá trình oxy hóa là quá trình cần tránh vì tạo cho sữa mùi vị khó chịu Fox (1982) thấy rằng, nếu xử lý sữa bằng trypsin sẽ
có tác dụng ổn định sữa và ngăn ngừa hiện tượng oxy hóa Các enzyme tiêu hóa thu nhận từ các loài cá chịu lạnh tỏ ra hữu ích hơn cả khi sử dụng trong các trường hợp cần vô hoạt enzyme bổ sung
mà không được dùng nhiệt độ cao quá (Simpson, 1984) Theo Simpson và Haard (1987a), cả trypsin bò và trypsin cá tuyết Greenland đều có tác dụng chống oxy hóa cho chất béo sữa giống nhau
ở nồng độ lớn hơn 0,0013%; tuy nhiên trypsin cá tuyết dễ vô hoạt hơn trong quá trình thanh trùng,
do đó sẽ không thể gây ra phản ứng thủy phân làm
hư hỏng sữa khi bảo quản
6 Enzyme protease trong lên men và muối cá
Hàng năm có một khối lượng lớn cá đánh bắt
bị loại ra và không đủ tiêu chuẩn để dùng làm thực phẩm vì chúng ít được người tiêu dùng ưa thích Đây cũng là động lực để các nhà nghiên cứu cố gắng tìm
ra phương pháp chế biến nhằm bảo quản hoặc tạo ra sản phẩm mới ngon hơn và dễ chấp nhận hơn
Trang 5Một trong những phương pháp bảo quản đồng
thời giúp cải thiện chất lượng cá là thực hiện lên
men nhờ enzyme nội tạng hoặc bổ sung enzyme
proteolytic từ nguồn ngoài để chuyển cá sang
dạng dịch nước hay “làm chín” một số sản phẩm
như “maatjes” (cá muối chín) hay cá muối ủ silage
(Simpson, 1984) Đây là một quá trình vật lý và hóa
học phức tạp, trong đó protein, lipid, carbohydrat
chịu những biến đổi sâu sắc dưới tác dụng của
nhiều loại enzyme và tạo ra mùi vị đặc biệt, rất riêng
của sản phẩm cá muối Ở một số nước Bắc Âu,
người ta coi đây là một loại gia vị Còn ở các nước
Đông Nam Á, nhiều sản phẩm cá muối và dịch cá
muối lại được sử dụng như thực phẩm Các enzyme
cá tuyết có thể ứng dụng vào quá trình lên men cá
khá hiệu quả (Haard, 1998) Điểm ưu việt của các
sản phẩm lên men truyền thống từ cá là được nhiều
người ưa chuộng, giá thành thấp, dễ sản xuất, an
toàn và có tác dụng cải thiện tiêu hoá, tăng cường
hấp thu chất dinh dưỡng
Các sản phẩm lên men từ cá được chia làm
hai nhóm chính: nhóm 1: qui trình chế biến chỉ sử
dụng cá và muối, nhóm 2: sử dụng cá, muối và
carbohydrate Ở nhóm đầu, quá trình lên men xảy
ra nhờ các enzyme phân giải có mặt trong nguyên
liệu, đồng thời muối ăn ở nồng độ cao (> 20%) có
tác dụng bảo quản, ngăn ngừa hư hỏng do vi sinh
vật (Venugopal & Shahidi, 1995)
7 Sử dụng enzyme protease trong sản xuất dịch
đạm cá (nước mắm)
Dịch đạm cá (nước mắm) là sản phẩm lên men
ở dạng lỏng được sản xuất nhờ quá trình thủy phân
protein cá ở điều kiện nồng độ muối cao Người
ta thường sản xuất dịch đạm cá bằng cách trộn
muối (20 - 30%) với cá nhỏ như cá cơm, cá nục,
cá mòi, cá sòng… và ủ trong thùng kín Ở Châu Á
và một số nước ven biển có thời tiết nóng như Việt
Nam, Thái Lan, Cambodia, Malaysia, Philipine và
Indonesia, đây còn là phương pháp bảo quản hữu
hiệu lâu đời (Beddows, 1985) Trong quá trình lên
men, các enzyme chịu muối trong cá và cả vi sinh vật
bên ngoài tác động vào thủy phân thịt cá ở điều kiện
độ mặn cao để tạo nên dịch nước mắm trong suốt
màu hổ phách có hàm lượng acid amin tự do cao
và mùi vị thơm ngon đặc trưng Nếu chắt phần dịch
lỏng trong thùng muối cá giữa chừng, hoặc thời gian
muối ngắn, ta sẽ thu được bột cá nhão (Beddows,
Saisithi, 1994) Orejana và Liston (1981) đã nghiên
cứu vai trò của các enzyme proteolytic trong sản
phẩm nước mắm và kết luận, enzyme đóng vai
trò chủ yếu trong quá trình phân giải thịt cá là
enzyme tựa trypsin, các protease khác như cathepsin B cũng đóng vai trò đáng kể và làm tăng hàm lượng protein hòa tan trong sản phẩm nước mắm Mùi thơm của nước mắm là do các hợp chất mang mùi tạo thành, chúng bao gồm ba nhóm chính là: (a) mùi tanh khai chủ yếu do ammoniac và trimetylamine, (b) mùi hôi có lẽ do các acid béo thấp phân tử mà chủ yếu là acid ethanoic và n-butanoic, (c) mùi thịt: mùi này rất phức tạp và là tổ hợp của rất nhiều hợp chất bay hơi phụ thuộc vào nguyên liệu cá dùng để muối mắm (Beddows và cs, 1976) Brooks và Reineccius (1976) đã trích ly nước mắm bằng dichloromethane và phân tích các hợp chất trung tính và base bay hơi và đi đến kết luận: trimethylamine, dimethylamine, methylamine, 2-methylpyrazine, 2,5-dimetylpyazine, acid hydroxypentanoic, lactone và phenol là các hợp chất tham gia tạo nên mùi của nước mắm Beddows cũng thông báo nhận diện được putrescine, cadaverine và histamine trong loại nước mắm được gọi là “budu” (Malaysia) và “nam-pla” (Thái lan) Saisithi (1994) tin rằng màu của nước mắm là do phản ứng biến nâu giữa các axit amin trong nước mắm với ribose, một sản phẩm của quá trình phân giải mô cơ cá sau khi chết từ ATP Nhiều nhà nghiên cứu đã thử bổ sung enzyme, mà chủ yếu là các proteinase thực vật như bromelain, fi cin và papain
để thúc đẩy quá trình sản xuất nước mắm từ cá hay hàu (Beddow, 1976; Chuapoehuk &Raksakulthai, 1992; Trần Thị Luyến, 1994)
Thông thường, quá trình chín của cá trích muối mắm kéo dài 6 - 12 tháng Bằng cách bổ sung các enzyme proteolytic như trypsin và chymotrypsin, người ta đã giảm được thời gian này xuống còn 2 tháng mà không ảnh hưởng đến chất lượng cảm quan của nước mắm loại 1 (Chaveesuk và cs, 1993) Gildberg và cs (1984) cũng thử nghiệm sản
xuất nước mắm 2 tháng từ cá cơm Stolephorus và
cho rằng mùi vị của sản phẩm hoàn toàn có thể chấp nhận được Để rút ngắn thời gian, họ sử dụng kỹ thuật áp dụng nồng độ muối thấp 5% ở pH 4 vào lúc bắt đầu muối mắm Tuy nhiên, ở hầu hết nước mắm ngắn ngày, sản phẩm thu được kém ngon và
có vị đắng (Sikorski và cs, 1995) Ưu điểm lớn nhất của phương pháp lên men truyền thống là hoạt tính enzyme giảm dần và sản phẩm sau cùng ổn định, chỉ còn sót lại rất ít enzyme hoạt động (Gildberg, 1993)
Ở Newfoundland Canada, Shahidi, Han & Synowiecki (1995) đã thử sản xuất nước mắm từ cá
ốt đực vảy nhỏ Nhiều nhà nghiên cứu khác cũng
đã thu được sản phẩm tốt từ nguyên liệu cá ốt đực
vảy nhỏ Mallotus villosus khi sử dụng tụy tạng mực
Trang 6xay nhỏ với nồng độ 2,5% (Raksakulthai, Lee &
Haard, 1986) Các tác giả này cũng cho biết rằng,
mẫu nước mắm xử lý bằng tụy tạng mực được ưa
chuộng và có nồng độ acid amin cao nhất khi so
sánh với những mẫu khác sản xuất nhờ protease,
pronase, trypsin và chymotrypsin từ nấm mốc
8 Protease và sản xuất dịch cá ủ chua
Dịch cá ủ chua là sản phẩm ở dạng lỏng được
làm từ cá nguyên con hay một phần nào đó của cá,
trong quá trình sản xuất có bổ sung acid và sự phân
giải cá là do các enzyme nội tại có mặt trong cá
thực hiện Gildberg và Almas (1986) thông báo rằng
hai protease pepsin I và pepsin II là các enzyme
chiếm ưu thế trong nội tạng cá tuyết hoạt động
tốt ở điều kiện acid trong pha lỏng Theo Arason,
Thoroddson và Valdimarsson (1990), có thể sản
xuất dịch cá ủ chua bằng cách dùng nội tạng, phế
thải từ công đoạn fi llet và các loại cá tạp, cá nổi
Ngày nay, người ta cho rằng, ủ chua cá là phương
cách hữu hiệu để giải quyết vấn đề phế thải trong
chế biến cá Quá trình sản xuất cá ủ chua gồm một
số công đoạn chính như sau: xay nhỏ phế liệu cá,
bổ sung lượng acid thích hợp để bảo quản, khuấy
đảo đều sao cho các enzyme nội tại ở cá được tạo
điều kiện acid thích hợp để hoạt động (đôi khi người
ta tạo ra môi trường lên men là bazơ thay vì acid,
tuy nhiên trường hợp này hiếm khi xảy ra) (Arason,
1994) Raa và Gildberg (1976) đã ghi nhận môi
trường acid lý tưởng để sản xuất cá ủ chua là pH 4
Các tác giả này cũng cho rằng, các yếu tố như hoạt
độ enzyme trong nguyên liệu lúc ban đầu, điều kiện
sinh lý của cá khi đánh bắt, pH, nhiệt độ và môi
trường acid bảo quản đóng vai trò quan trọng cho
quá trình chín sau đó Môi trường pH thấp là yếu tố
quan trọng để ngăn ngừa vi sinh vật phát triển, và
sau thời gian nhất định cần phải vô hoạt enzyme
bằng cách gia nhiệt trong thời gian ngắn chừng 10
phút ở 800C (Arason, 1994)
Các nhà nghiên cứu Raa, Gildberg và Strom
(1983) đã đề nghị phương pháp ủ chua cá bằng
cách phối trộn với hỗn hợp acid formic và propionic
1,5 - 2% và giữ trong ba ngày ở nhiệt độ 30 - 350C
Quá trình tự phân giải như vậy có tác dụng tạo điều
kiện thuận lợi cho việc tách lớp mỡ ra khỏi dịch
cá Tuy nhiên, Backoff (1976) nhận thấy rằng, sau
một tuần ở nhiệt độ 23 - 300C, chỉ có khoảng 80%
protein trong hỗn hợp ủ chua hòa tan và quá trình
ủ chua diễn ra chậm là do các enzyme tham gia có
hoạt độ proteolytic thấp
Sau một tuần bảo quản, hỗn hợp dịch cá ủ thường
lắng thành ba tầng: tầng bề mặt là dịch lipid - protein,
tầng giữa là dịch lỏng chứa các chất hòa tan và tầng cặn ở dưới Thành phần acid amin hầu như giữ nguyên không đổi sau khi kết thúc quá trình ủ chua, tuy nhiên, tryptophan có thể bị phân giải ở điều kiện môi trường acid Raa & Gildberg (1976) cũng nhận
ra rằng thành phần của lớp hòa tan trong thùng cá
ủ chua khác so với lớp cặn, trong lớp cặn không có hydroxyproline nhưng giàu cysteine/cystine, hàm lượng amino acid tạo mùi ở đây cũng khá cao Raa (1997) thông báo rằng, có một số peptids sinh ra trong quá trình ủ chua có tác dụng kích thích
hệ miễn dịch, nhiều hợp chất giúp cải thiện sức khỏe của các động vật sử dụng dịch cá ủ chua làm thức ăn bổ sung Nguyên nhân của điều này có lẽ
là do một số chất kháng sinh thực chất là các peptid mạch ngắn và quá trình ủ chua đã tạo ra các sản phẩm tương tự (Shahidi, 1994)
9 Sử dụng protease trong sản xuất bột đạm cá thủy phân
Dùng protease xử lý để sản xuất bột đạm cá thủy phân là cách tốt để sử dụng nguồn nguyên liệu
cá tạp rẻ tiền, phụ phẩm từ qui trình chế biến cá
fi llet và cả phế thải cá nhằm tạo ra các sản phẩm mới với những tính chất chức năng vượt trội (Mohr, 1980; Shahidi, 1995; Stefansson, 1990) Phương pháp này được sử dụng rộng rãi nhằm cải thiện tính hòa tan và một số tính chất chức năng phụ thuộc
độ hòa tan của protein cá (Mohr, 1980; Shahidi và
cs, 1995)
Các nghiên cứu sản xuất bột đạm cá thủy phân
đã bắt đầu từ những năm 1960 và đạt được kết quả đáng khích lệ FDA (Food and Drug Administration
- Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm của Mỹ)
đã thông qua tên gọi bột đạm cá thủy phân “fi sh protein concentrate” thay cho tên gọi trước kia đơn giản là bột cá “fi sh powder” Protein cá có thể dùng
để bổ sung giá trị dinh dưỡng cho các sản phẩm
từ ngũ cốc, cũng có thể dùng như một nguyên liệu thành phần cho sản xuất các loại bột và dịch uống cho người ăn kiêng, hoặc sản xuất thức ăn gia súc Đây cũng là một giải pháp đầy hứa hẹn để sản xuất
ra dịch thay thế sữa mẹ cho các vật nuôi còn nhỏ
và tạo nên những tính chất ưu việt cho chế độ dinh dưỡng vật nuôi (Strom & Raa, 1991) Onodenalore
và Shahidi (1996) thông báo rằng, quá trình thủy phân protein cá bằng enzyme đóng vai trò thật sự quan trọng để tạo ra các sản phẩm với tính chất chức năng độc đáo và có lợi cho sức khỏe
Để sản xuất bột đạm cá thủy phân, có thể áp dụng một trong hai qui trình cơ bản: tự phân giải kiểu truyền thống hoặc qui trình ngắn ngày Ở cả hai
Trang 7quy trình này, các enzyme proteolytic xúc tác thủy
phân cắt liên kết peptid trong phân tử protein và các
polypeptid để sản sinh ra các peptid thấp phân tử
và amino acid Cả hai qui trình này đều khá đơn
giản: cá sau khi xay nhỏ được trộn đều với enzyme
(có thể là enzyme của bản thân cá hoặc từ nguồn
thực vật, động vật, vi sinh vật bên ngoài), sau đó
ủ ở điều kiện tối ưu cho enzyme hoạt động (Mohr,
1980; Owens & Mendoza, 1985) Loại enzyme sử
dụng và thông số của quá trình chế biến sẽ quyết
định đặc tính của sản phẩm thu được Hơn thế nữa,
điều kiện phân giải nhẹ nhàng (thời gian thủy phân
ngắn, nhiệt độ vừa phải) là thật sự quan trọng để
thu được sản phẩm với tính chất như hệ nhũ tương
dạng gel (Sikorski và cs, 1995) Venugopal và
Shahidi (1995) thông báo rằng, quá trình thủy phân
kéo dài và thiếu kiểm soát có thể sẽ tạo ra sản phẩm
peptid ngắn mạch thiếu các tính chất chức năng của
protein nguyên thủy và làm sản phẩm bị đắng Như
vậy, mức độ thủy phân protein đóng vai trò quan
trọng trong việc thu nhận sản phẩm
Trong nghiên cứu của Đỗ Văn Ninh (2004),
protease nội tạng cá (thu, ngừ) và gan mực ống đã
được ứng dụng thành công khi thủy phân thịt cá
mối để thu dịch đạm đậm đặc và bột đạm cá Sản
phẩm thu được có các chỉ tiêu hóa học không khác
nhau nhiều, nhưng dịch đạm và bột đạm thu được
khi sử dụng protease từ cá thu cho giá trị cảm quan
cao nhất
Nhìn chung, quá trình thủy phân protein cá có
bổ sung enzyme từ nguồn ngoài phức tạp hơn và
cũng đắt hơn vì chi phí cho lượng enzyme cần bổ
sung chiếm tỉ lệ đáng kể trong giá thành sản phẩm
Một vấn đề nữa liên quan đến qui trình ngắn ngày là
sự tạo thành của các peptid không ưa nước tạo nên
vị đắng (Simpson & Haard, 1987a) Haard (1998)
cũng đã thông báo rằng, ruột các loài thủy sản
không xương sống có chứa nhiều loại amino- và carbopeptidase có thể ứng dụng để khử đắng cho sản phẩm thủy phân từ cá So với các protease từ nguồn vi sinh vật đang được áp dụng, các protease nội tại cá có tính đặc hiệu khá độc đáo và chuyên biệt, vì vậy, có thể đáp ứng tốt hơn các yêu cầu của qui trình sản xuất đạm cá thủy phân (Han, 1993)
III KẾT LUẬN
Như vậy, so với các enzyme đang được sử dụng trong sản xuất thực phẩm, ứng dụng của các enzyme có nguồn gốc thủy sản còn rất hạn chế Cho dù được coi là một trong những phương tiện hữu ích đầy hứa hẹn và đã được ứng dụng thành công trong một số lĩnh vực, việc nghiên cứu về các enzyme từ nguyên liệu thủy sản vẫn đang đòi hỏi sự đầu tư nghiên cứu nghiêm túc Việc tận thu enzyme ở qui mô công nghiệp cũng mới đang trong giai đoạn thử nghiệm và cần được nghiên cứu tiếp tục Để có hướng phát triển tốt, chúng ta rất cần đầu
tư để có thêm hiểu biết không chỉ về enzyme mà cả các qui trình sản xuất đang áp dụng và phát triển các công nghệ mới để đáp ứng các yêu cầu khác nhau của nhiều loại thực phẩm
Bên cạnh mong muốn tận dụng các enzyme vào mục đích chế biến thực phẩm, cần phải chú trọng đến khía cạnh kinh tế của quá trình, cần kiểm chứng về khả năng ứng dụng vào thực tế Điều này chủ yếu liên quan đến giá thành của các sản phẩm được sản xuất bằng cách ứng dụng enzyme, vì việc tách chiết chúng ra khỏi nguồn tự nhiên trước khi sử dụng là một hạn chế lớn làm tăng giá thành Chúng
ta sẽ cần thực hiện nhiều nghiên cứu để nhận diện được loại enzyme nào là đặc chủng nhất, tiềm năng nhất và các điều kiện hoạt động tối ưu của chúng, khi đó sẽ có nhiều hy vọng ứng dụng loại enzyme ấy vào sản xuất và tạo ra sản phẩm giá thành rẻ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1 Đỗ Văn Ninh, 2004 Tối ưu hóa quá trình phân giải protein của proteza trong thịt cá và thử nghiệm sản xuất sản phẩm mới từ
protein được thủy phân Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật Trường Đại học Thủy sản Nha Trang.
Tiếng Anh
2 An, H., Peters, M.Y., & Seymour, T.A., 1996 Role of endogenous enzymes in surimi gelation Trends in Food Science & Technology, 7: 321-327
3 Beddows, C.G., & Ardeshir, A.G., 1979 The production of soluble fi sh protein solution for use in fi sh sauce manufacture I The use of added enzyme Journal of Food Technology, 14: 603-612
4 Borresen, T., 1992 Biotechnology, by-products and aquaculture In E G.Bligh (Ed.) Seafood science and technology Oxford, UK: Maston Book Services Ltd.: 278-287
5 Brewer, P., Helbig, N., Haard, N.F., 1984 Atlantic cod pepsin Characterization and use as a rennet substitute Canadian International Food Science and Technology Journal, 17: 38-43