Nghiên cứu công nghệ sản xuất bột protein chất lượng cao (FPC) từ phụ phẩm cá tra

Việc khảo sát một số tính năng công nghệ của sản phẩm và đánh giá khả năng ứng dụng của sản phẩm này trong chế biến thực phẩm cho thấy: sản phẩm có tính năng hòa tan vượt trội trong khi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

- -oOo -

Tp HCM, ngày 26 tháng 8 năm 2010

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: PHẠM ĐỖ TRANG MINH Phái: Nữ

Ngày, tháng, năm sinh: 01/02/1979 Nơi sinh: Tiền Giang Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm và đồ uống MSHV: 01107740

1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT PROTEIN

CHẤT LƯỢNG CAO (FPC) TỪ PHỤ PHẨM CÁ TRA

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

- Khảo sát lựa chọn enzyme phù hợp để xử lý phụ phẩm cá tra

- Khảo sát các thông số công nghệ trong quá trình xử lý enzyme lên hàm lượng protein trong các thành phần dịch đạm cá

- Xây dựng quy trình công nghệ và tạo sản phẩm

- Xác định một số tính năng công nghệ của sản phẩm và đánh giá khả năng ứng dụng sản phẩm trong chế biến thực phẩm

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 21/6/2009

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 21/6/2010

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS TRẦN BÍCH LAM

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô, đặc biệt là các thầy cô trong Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm đã dạy dỗ và truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm cho tôi trong suốt quá trình học tập Tôi cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn các thầy cô ở các phòng thí nghiệm của Bộ môn đã giúp đỡ và tạo điều kiện về trang thiết bị, dụng cụ, hóa chất, cho tôi hoàn thành các thí nghiệm của luận văn

Xin chân thành cảm ơn tất cả bạn bè, người thân đã luôn động viên và giúp

đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Xin chân thành cảm ơn !

Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 8 năm 2010

Phạm Đỗ Trang Minh

Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng các enzyme thương mại trong xử lý phụ phẩm cá tra nhằm thu hồi hàm lượng protein hòa tan cao nhất Dịch đạm sau xử

lý bằng enzyme Alcalase có hàm lượng protein tan là 4,143±0,02 g/100ml sau đó được cô đặc, sấy phun và tạo sản phẩm bột cá có hàm lượng protein 81,12±0,38%, đạt tiêu chuẩn FPC

Việc khảo sát một số tính năng công nghệ của sản phẩm và đánh giá khả năng ứng dụng của sản phẩm này trong chế biến thực phẩm cho thấy: sản phẩm có tính năng hòa tan vượt trội trong khi tính năng tạo nhũ và tạo bọt thấp, vì vậy phù hợp sử dụng cho việc chế biến bột nêm, nước xốt, dịch ngâm tẩm trong sản xuất jambon hay fillet xông khói

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2

1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU 2

1.1.1 Thực trạng chế biến và tiêu thụ phụ phẩm cá tra 2

1.1.2 Sử dụng vụn cá sau quá trình fillet 5

1.1.3 Tình hình sản xuất, chế biến và sử dụng bột cá trên thế giới 5

1.1.4 Xu hướng sản xuất bột cá trên thế giới 9

1.1.5 Tổng quan về Fish Protein Concentrate (FPC) 10

1.1.6 Một số nghiên cứu trong và ngoài nước về sản xuất và ứng dụng bột cá trong những năm gần đây 15

1.2 SỬ DỤNG ENZYME TRONG SẢN XUẤT FPC 18

1.2.1 Sự thủy phân protein bằng enzyme protease Novozymes 18

1.2.2 Các enzyme dùng trong nghiên cứu 23

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 26

2.1 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 26

2.1.1 Nguyên liệu 26

2.1.2 Enzyme 26

2.1.3 Các thiết bị sử dụng trong nghiên cứu 27

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

2.2.1 Mục đích nghiên cứu 27

2.2.2 Sơ đồ nghiên cứu 28

2.2.3 Thuyết minh sơ đồ nghiên cứu 29

2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 35

2.3.1 Định lượng lipit bằng hệ thống soxhlet 35

2.3.2 Định lượng nitơ bằng phương pháp kjeldahl 36

2.3.3 Định lượng protein bằng phương pháp quang phổ 36

2.3.4 Xác định hàm lượng ẩm theo tiêu chuẩn AOAC 37

2.3.5 Xác định hàm lượng tro theo tiêu chuẩn AOAC 37

2.3.6 Xác định mức độ thủy phân DH (degree of hydrolysis) 37

2.3.7 Xác định tính năng tạo bọt 38

2.3.10 Xác định hoạt độ enzyme theo phương pháp anson cải tiến 40

2.3.11 Phương pháp xác định pH 40

2.3.12 Chuẩn bị mẫu xử lý bằng enzyme 41

2.3.13 Phương pháp sấy phun 41

2.3.14 Phương pháp điện di 42

2.4 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 44

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

46 3.1 KẾT QUẢ KHẢO SÁT NGUYÊN LIỆU 46

3.2 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH HOẠT TÍNH CÁC LOẠI PROTEASE 47

3.3 KẾT QUẢ CHỌN ENZYME THỦY PHÂN 48

3.3.1 Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme lên hàm lượng protein tan trong dịch đạm thủy phân 48

3.3.2 Ảnh hưởng của thời gian lên hàm lượng protein trong huyền phù 49

3.3.3 Ảnh hưởng của thời gian lên mức độ thủy phân DH (%) 50

3.4 KẾT QUẢ CHỌN THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ 55

3.4.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian 55

3.4.2 Kết quả khảo sát tỉ lệ enzyme/cơ chất 56

3.4.3 Kết quả khảo sát qui hoạch thực nghiệm tối ưu hóa quá trình xử lý enzyme 60

3.4.4 Kết quả phân tích điện di 69

3.5 KẾT QUẢ XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ TẠO SẢN PHẨM 70

3.5.1 Quy trình công nghệ 70

3.5.2 Thuyết minh quy trình 71

3.6 KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC TÍNH NĂNG CÔNG NGHỆ 73

3.6.1 Khả năng hòa tan 74

3.6.2 Tính năng tạo bọt 76

3.6.3 Tính năng tạo nhũ 79

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83

4.1 KẾT LUẬN 83

4.2 KIẾN NGHỊ 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

PHỤ LỤC 91

A CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 91

B KẾT QUẢ XỬ LÝ SỐ LIỆU 106

Bảng 1.1 Thành phần các chất trong bột cá tiêu chuẩn 11

Bảng 1.2 Đặc tính của những protease Novozymes và những sản phẩm thủy phân protein sản xuất bởi các enzyme này 21

Bảng 1.3 Các thời gian xử lý để vô hoạt enzyme ở pH và nhiệt độ đã cung cấp 22

Bảng 2.1 Điều kiện tối ưu cho quá trình thủy phân 27

Bảng 2.2 Các thiết bị, dụng cụ sử dụng trong nghiên cứu 27

Bảng 2.3 Các biến độc lập và mức độ dao động của các yếu tố trong thiết kế bề mặt đáp ứng cho hàm mục tiêu là hàm lượng protein trong dịch đạm 31

Bảng 2.4 Sơ đồ bố trí quy hoạch thực nghiệm cho hàm mục tiêu là hàm lượng protein trong dịch đạm 32

Bảng 2.5 Các biến độc lập và mức độ dao động của các yếu tố trong thiết kế bề mặt đáp ứng cho hàm mục tiêu là DH 32

Bảng 2.6 Sơ đồ bố trí quy hoạch thực nghiệm cho hàm mục tiêu là DH 33

Bảng 2.7 Ma trận của kế hoạch bậc hai tâm xoay 45

Bảng 3.1 Kết quả phân tích nguyên liệu 46

Bảng 3.2 Kết quả xác định đường chuẩn tyrosin 47

Bảng 3.3 Kết quả xác định hoạt độ của enzyme theo đường chuẩn Tyrosin 47

Bảng 3.4 Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian lên hàm lượng protein tổng trong dịch đạm thủy phân 48

Bảng 3.5 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian lên hàm lượng protein trong huyền phù (% trên căn bản ướt) 50

Bảng 3.6 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian lên mức độ thủy phân 51

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của thời gian lên hàm lượng tủa trong dịch đạm 55

Bảng 3.8 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ E/S 57

Bảng 3.9 Kết quả khảo sát hàm lượng protein trong huyền phù (%) 57

Bảng 3.10 Hàm lượng tủa trong dịch đạm thủy phân 58

Bảng 3.11 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ E/S lên DH (%) 59

Bảng 3.12 Bảng kết quả tối ưu hóa quá trình xử lý enzyme 60

Bảng 3.14 Kết quả phân tích phương sai của thí nghiệm tối ưu hóa 61

Bảng 3.15 Kết quả phân tích quy hoạch thực nghiệm tối ưu hóa 63

Bảng 3.16 Kết quả thông số công nghệ theo quy hoạch thực nghiệm cho quá trình xử lý bằng enzyme alcalase 64

Bảng 3.17 Kết quả khảo sát tối ưu hóa cho mức độ thủy phân 65

Bảng 3.18 Đánh giá những ảnh hưởng của các biến độc lập lên hàm lượng protein tổng trong dịch đạm thủy phân 65

Bảng 3.19 Kết quả phân tích phương sai của thí nghiệm tối ưu hóa 66

Bảng 3.20 Thành phần hóa học của sản phẩm 72

Bảng 3.21 Kết quả khảo sát khả năng hòa tan 75

Bảng 3.22 Kết quả khảo sát tính năng tạo bọt 77

Bảng 3.23 Kết quả khảo sát tính năng tạo nhũ 80

Bảng 4.1 Thành phần hóa học của sản phẩm so với bột cá tiêu chuẩn 83

Hình 1.1 Phụ phẩm thủy sản tại một cơ sở chế biến thủ công 4

Hình 1.2 Sơ đồ quy trình sản xuất FPC theo phương pháp truyền thống 13

Hình 1.3 Sơ đồ quy trình sản xuất bột cá theo công nghệ mới 17

Hình 1.4 Thủy phân các peptide bằng các loại enzyme khác nhau 21

Hình 1.5 Quá trình thủy phân với những enzyme protease Novozymes khác nhau 22

Hình 1.6 Ảnh hưởng của pH lên hoạt tính của Neutrase ở 45°C (113°F) 24

Hình 1.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt tính của Neutrase ở pH 6 24

Hình 1.8 Sự ổn định ở pH 6 (đệm phosphate) của Neutrase ở các nhiệt độ khác nhau 25

Hình 2.1 Sơ đồ tiến trình nghiên cứu 28

Hình 2.2 Cấu trúc phân tử của agarose 43

Hình 3.1 Đường chuẩn tyrosin 47

Hình 3.2 Ảnh hưởng của thời gian lên hàm lượng protein trong dịch đạm thủy phân 49

Hình 3.3 Ảnh hưởng của thời gian lên hàm lượng protein trong huyền phù 50

Hình 3.4 Ảnh hưởng của thời gian mức độ thủy phân 51

Hình 3.5 DH của phản ứng thủy phân bằng Alcalase và Flavourzyme trên cơ chất là cá chép bạc 52

Hình 3.6 Thủy phân protein cá ngừ bằng Alcalase ở các nồng độ khác nhau 53

Hình 3.7 Ảnh hưởng loại enzyme lên mức độ thủy phân của cơ cá tuyết (Gadus morhua) 53

Hình 3.8 Sự phụ thuộc của DH vào thời gian xử lý enzyme và loại enzyme 53

Hình 3.9 Sự thủy phân cơ cá hồi xay bằng các loại enzyme khác nhau 54

Hình 3.10 Ảnh hưởng của thời gian lên hàm lượng tủa trong dịch đạm 56

Hình 3.12 Hàm lượng protein trong huyền phù 58

Hình 3.13 Hàm lượng tủa trong dịch đạm thủy phân 58

Hình 3.14 Ảnh hưởng của tỉ lệ E/S lên DH 59

Hình 3.15 Đồ thị bề mặt đáp ứng 63

Hình 3.16 Đồ thị vòng dự đoán kết quả quy hoạch thực nghiệm 63

Hình 3.17 Ảnh hưởng tương tác các yếu tố thời gian và nồng độ enzyme lên mức độ thủy phân DH (%) 67

Hình 3.18 Đồ thị vòng dự đoán vùng cực đại cho mức độ thủy phân 67

Hình 3.19 Kết quả phân tích điện di 69

Hình 3.20 Quy trình công nghệ sản xuất FPH 70

Hình 3.21 Ảnh hưởng pH lên khả năng hòa tan của FPC 76

Hình 3.22 Ảnh hưởng của pH lên khả năng tạo bọt của FPC 78

Hình 3.23 Ảnh hưởng của pH lên tính năng tạo nhũ của protein 80

Hình 3.24 Ứng dụng FPC trong chế biến fillet cá hồi xông khói 82

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2

1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU 2

1.1.1 Thực trạng chế biến và tiêu thụ phụ phẩm cá tra 2

1.1.2 Sử dụng vụn cá sau quá trình fillet 5

1.1.3 Tình hình sản xuất, chế biến và sử dụng bột cá trên thế giới 5

1.1.4 Xu hướng sản xuất bột cá trên thế giới 9

1.1.5 Tổng quan về Fish Protein Concentrate (FPC) 10

1.1.6 Một số nghiên cứu trong và ngoài nước về sản xuất và ứng dụng bột cá trong những năm gần đây 15

1.2 SỬ DỤNG ENZYME TRONG SẢN XUẤT FPC 18

1.2.1 Sự thủy phân protein bằng enzyme protease Novozymes 18

1.2.2 Các enzyme dùng trong nghiên cứu 23

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 26

2.1 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 26

2.1.1 Nguyên liệu 26

2.1.2 Enzyme 26

2.1.3 Các thiết bị sử dụng trong nghiên cứu 27

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

2.2.1 Mục đích nghiên cứu 27

2.2.2 Sơ đồ nghiên cứu 28

2.2.3 Thuyết minh sơ đồ nghiên cứu 29

2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 35

2.3.1 Định lượng lipit bằng hệ thống Soxhlet 35

2.3.2 Định lượng nitơ bằng phương pháp Kjeldahl 36

2.3.3 Định lượng protein bằng phương pháp quang phổ 36

2.3.4 Xác định hàm lượng ẩm theo tiêu chuẩn AOAC 37

2.3.7 Xác định tính năng tạo bọt 38

2.3.8 Khả năng hòa tan 38

2.3.9 Tính chất nhũ hóa 39

2.3.10 Xác định hoạt độ enzyme theo phương pháp anson cải tiến 39

2.3.11 Phương pháp xác định pH 40

2.3.12 Chuẩn bị mẫu xử lý bằng enzyme 41

2.3.13 Phương pháp sấy phun 41

2.3.14 Phương pháp điện di 41

2.4 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 42

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 45

3.1 KẾT QUẢ KHẢO SÁT NGUYÊN LIỆU 46

3.2 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH HOẠT TÍNH CÁC LOẠI PROTEASE 46

3.3 KẾT QUẢ CHỌN ENZYME THỦY PHÂN 47

3.3.1 Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme lên hàm lượng protein tan trong dịch đạm thủy phân 47

3.3.2 Ảnh hưởng của thời gian lên hàm lượng protein trong huyền phù 48

3.3.3 Ảnh hưởng của thời gian lên mức độ thủy phân DH (%) 49

3.4 KẾT QUẢ CHỌN THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ 54

3.4.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian 54

3.4.2 Kết quả khảo sát tỉ lệ enzyme/cơ chất 55

3.4.3 Kết quả khảo sát qui hoạch thực nghiệm tối ưu hóa quá trình xử lý enzyme 59

3.4.4 Kết quả phân tích điện di 67

3.5 KẾT QUẢ XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ TẠO SẢN PHẨM 69

3.5.1 Quy trình công nghệ 69

3.6.1 Khả năng hòa tan 73

3.6.2 Tính năng tạo bọt 75

3.6.3 Tính năng tạo nhũ 78

3.7 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA PROTEIN TRONG THỰC PHẨM 80

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82

4.1 KẾT LUẬN 82

4.2 KIẾN NGHỊ 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

PHỤ LỤC 90

A CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 90

B KẾT QUẢ XỬ LÝ SỐ LIỆU 105

Bảng 1.1 Thành phần các chất trong bột cá tiêu chuẩn 11

Bảng 1.2 Đặc tính của những protease Novozymes và những sản phẩm thủy phân protein sản xuất bởi các enzyme này 21

Bảng 1.3 Các thời gian xử lý để vô hoạt enzyme ở pH và nhiệt độ đã cung cấp 22

Bảng 2.1 Điều kiện tối ưu cho quá trình thủy phân 27

Bảng 2.2 Các thiết bị, dụng cụ sử dụng trong nghiên cứu 27

Bảng 2.3 Các biến độc lập và mức độ dao động của các yếu tố trong thiết kế bề mặt đáp ứng cho hàm mục tiêu là hàm lượng protein trong dịch đạm 31

Bảng 2.4 Sơ đồ bố trí quy hoạch thực nghiệm cho hàm mục tiêu là hàm lượng protein trong dịch đạm 32

Bảng 2.5 Các biến độc lập và mức độ dao động của các yếu tố trong thiết kế bề mặt đáp ứng cho hàm mục tiêu là DH 32

Bảng 2.6 Sơ đồ bố trí quy hoạch thực nghiệm cho hàm mục tiêu là DH 33

Bảng 2.7 Ma trận của kế hoạch bậc hai tâm xoay 43

Bảng 3.1 Kết quả phân tích nguyên liệu 45

Bảng 3.2 Kết quả xác định đường chuẩn tyrosin 46

Bảng 3.3 Kết quả xác định hoạt độ của enzyme theo đường chuẩn Tyrosin 46

Bảng 3.4 Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian lên hàm lượng protein tan trong dịch đạm thủy phân 47

Bảng 3.5 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian lên hàm lượng protein trong huyền phù 49

Bảng 3.6 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian lên mức độ thủy phân 59

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của thời gian lên hàm lượng tủa trong dịch đạm 54

Bảng 3.8 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ E/S 55

Bảng 3.9 Kết quả khảo sát hàm lượng protein trong huyền phù (%) 56

Bảng 3.10 Hàm lượng tủa trong dịch đạm thủy phân 57

Bảng 3.11 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ E/S lên DH (%) 58

protein tổng trong dịch đạm thủy phân 60

Bảng 3.14 Kết quả phân tích phương sai của thí nghiệm tối ưu hóa 60

Bảng 3.15 Kết quả phân tích quy hoạch thực nghiệm tối ưu hóa 62

Bảng 3.16 Kết quả thông số công nghệ theo quy hoạch thực nghiệm cho quá trình xử lý bằng enzyme alcalase 63

Bảng 3.17 Kết quả khảo sát tối ưu hóa cho mức độ thủy phân 64

Bảng 3.18 Đánh giá những ảnh hưởng của các biến độc lập lên hàm lượng protein tổng trong dịch đạm thủy phân 64

Bảng 3.19 Kết quả phân tích phương sai của thí nghiệm tối ưu hóa 65

Bảng 3.20 Thành phần hóa học của sản phẩm 71

Bảng 3.21 Kết quả khảo sát khả năng hòa tan 74

Bảng 3.22 Kết quả khảo sát tính năng tạo bọt 76

Bảng 3.23 Kết quả khảo sát tính năng tạo nhũ 79

Bảng 4.1 Thành phần hóa học của sản phẩm so với bột cá tiêu chuẩn 82

Hình 1.1 Phụ phẩm thủy sản tại một cơ sở chế biến thủ công 4

Hình 1.2 Sơ đồ quy trình sản xuất FPC theo phương pháp truyền thống 13

Hình 1.3 Sơ đồ quy trình sản xuất bột cá theo công nghệ mới 17

Hình 1.4 Thủy phân các peptide bằng các loại enzyme khác nhau 21

Hình 1.5 Quá trình thủy phân với những enzyme protease Novozymes khác nhau 22

Hình 1.6 Ảnh hưởng của pH lên hoạt tính của Neutrase ở 45°C (113°F) 24

Hình 1.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt tính của Neutrase ở pH 6 24

Hình 1.8 Sự ổn định ở pH 6 (đệm phosphate) của Neutrase ở các nhiệt độ khác nhau 25

Hình 2.1 Sơ đồ tiến trình nghiên cứu 28

Hình 2.2 Cấu trúc phân tử của agarose 42

Hình 3.1 Đường chuẩn tyrosin 46

Hình 3.2 Ảnh hưởng của thời gian lên hàm lượng protein trong dịch đạm thủy phân 48

Hình 3.3 Ảnh hưởng của thời gian lên hàm lượng protein trong huyền phù 49

Hình 3.4 Ảnh hưởng của thời gian mức độ thủy phân 50

Hình 3.5 DH của phản ứng thủy phân bằng Alcalase và Flavourzyme trên cơ chất là cá chép bạc 51

Hình 3.6 Thủy phân protein cá ngừ bằng Alcalase ở các nồng độ khác nhau 52

Hình 3.7 Ảnh hưởng loại enzyme lên mức độ thủy phân của cơ cá tuyết (Gadus morhua) 52

Hình 3.8 Sự phụ thuộc của DH vào thời gian xử lý enzyme và loại enzyme 52

Hình 3.9 Sự thủy phân cơ cá hồi xay bằng các loại enzyme khác nhau 53

Hình 3.10 Ảnh hưởng của thời gian lên hàm lượng tủa trong dịch đạm 55

Hình 3.12 Hàm lượng protein trong huyền phù 57

Hình 3.13 Hàm lượng tủa trong dịch đạm thủy phân 57

Hình 3.14 Ảnh hưởng của tỉ lệ E/S lên DH 58

Hình 3.15 Đồ thị bề mặt đáp ứng 62

Hình 3.16 Đồ thị vòng dự đoán kết quả quy hoạch thực nghiệm 62

Hình 3.17 Ảnh hưởng tương tác các yếu tố thời gian và nồng độ enzyme lên mức độ thủy phân DH (%) 66

Hình 3.18 Đồ thị vòng dự đoán vùng cực đại cho mức độ thủy phân 66

Hình 3.19 Kết quả phân tích điện di 68

Hình 3.20 Quy trình công nghệ sản xuất FPH 69

Hình 3.21 Ảnh hưởng pH lên khả năng hòa tan của FPC 75

Hình 3.22 Ảnh hưởng của pH lên khả năng tạo bọt của FPC 77

Hình 3.23 Ảnh hưởng của pH lên tính năng tạo nhũ của protein 79

Hình 3.24 Ứng dụng FPC trong chế biến fillet cá hồi xông khói 81

MỞ ĐẦU

Ở nước ta, trong công nghiệp fillet cá da trơn, phế phẩm gồm đầu, xương, da, nội tạng và phần thịt vụn của quá trình sửa fillet , chiếm khoảng 60% khối lượng cá nguyên liệu Tận dụng lượng phế liệu này không những làm tăng hiệu quả kinh tế mà còn góp phần khép kín quy trình sản xuất, giảm phế liệu gây ô nhiễm môi trường Hiện nay lượng phế liệu đầu, xương đang được sử dụng để chế biến thức ăn gia súc Một số nghiên cứu gần đây nhằm thu nhận các loại enzyme sẵn có trong nội tạng, thu nhận nguồn protein từ huyết cá và một số sản phẩm từ vụn cá fillet, v.v

Bột cá chất lượng cao là một sản phẩm giàu protein từ cá (fish protein concentrate, FPC) được sản xuất từ cá tạp hoặc phụ phẩm cá FPC có hàm lượng protein cao, hàm lượng chất béo thấp, có nhiều ứng dụng trong công nghiệp chế biến thực phẩm cho người và thức ăn nuôi

Chính vì vậy, hiện nay nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất FPC từ các phế liệu gồm đầu xương và thịt vụn của qui trình sản xuất fillet cá tra là cần thiết để tận thu nguồn phế phẩm dồi dào này từ ngành công nghiệp cá fillet

Mục tiêu của đề tài nhằm:

 Thay đổi công nghệ, sản xuất sản phẩm giá trị gia tăng từ phụ phẩm cá tra

 Tăng hiệu quả kinh tế của công nghiệp cá da trơn

 Giảm nhập khẩu FPC, tiết kiệm ngoại tệ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU

Cá tra là một trong 11 loài thuộc họ cá tra (Pangasiidae) đã được xác định ở sông

Cửu Long Tài liệu phân loại gần đây nhất của tác giả W.Rainboth xếp cá tra nằm trong giống cá tra dầu Cá tra dầu rất ít gặp ở nước ta và còn sống sót rất ít ở Thái lan và Campuchia, đã được xếp vào danh sách cá cần được bảo vệ nghiêm ngặt (sách đỏ) Cá

tra của ta cũng khác hoàn toàn với loài cá nheo Mỹ (Ictalurus punctatus) thuộc họ

Ictaluridae Hiện tại sản lượng cá tra nuôi tại Việt Nam đã đạt tới 1,2 triệu tấn/năm,

đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế [43]

1.1.1 Thực trạng chế biến và tiêu thụ phụ phẩm cá tra [53]

Năm 2006, với 800.000 tấn cá nguyên liệu được đưa vào chế biến, các nhà máy chỉ thu được chưa đầy 300.000 tấn phi-lê và thải bỏ hơn 500.000 tấn phế phẩm Năm

2007, sản lượng cá nguyên liệu đạt 1 triệu tấn, nhà máy chế biến thải ra thị trường hơn 600.000 tấn phế phẩm cá tra Hiện nay, sản lượng nuôi cá tra của Việt Nam ước tính khoảng 1,2 triệu tấn/năm, khi đưa vào chế biến xuất khẩu - chủ yếu là fillet đông lạnh, với định mức khoảng 2,6 kg nguyên liệu cho ra 1kg thành phẩm Như vậy, lượng phụ phẩm từ công nghiệp chế biến cá tra fillet đông lạnh khoảng 700.000 tấn/năm Nếu biết tận dụng hợp lý, nó sẽ đem lại nguồn thu rất lớn từ lượng phế phụ phẩm này (ước đạt 4.000 tỷ đồng/năm)

Giữa năm 2008, với mỗi kg phụ phẩm (giá 3.500 – 4.000 đồng/kg) có thể cho ra 0,2 kg mỡ cá (với giá bán 13.000 – 14.000 đ/kg) và 0,3 kg bột cá (9.000 – 10.000 đ/kg) Sau khi trừ các chi phí, việc chế biến phụ phẩm có thể đem lại lợi nhuận từ 500 – 1.000 đ/kg Theo giới chuyên môn, hiện nay 1kg fillet cá xuất khẩu có giá hơn 3 USD thì giá

cá tra mất fillet chỉ dao động ở mức từ 2.000 – 4.000 đ/kg Bong bóng cá bán cho những đại lý chuyên thu mua sấy khô cung cấp cho các nhà hàng nấu súp với giá gần 20.000 đ/kg Bao tử cá làm sạch bán cho các quán ăn đặc sản với giá 10.000 đ/kg Da cá xuất

khẩu sang châu Âu với giá 5.000 đ/kg phục vụ công nghiệp dược phẩm, mỹ phẩm Riêng

mỡ cá, chiếm từ 15 – 20% trọng lượng, được các cơ sở chế biến nấu thành mỡ nước cung ứng cho thị trường

Đây cũng chính là một trong những nguyên nhân, động lực chính làm xuất hiện ngày càng nhiều các cơ sở chế biến phụ phẩm cá tra với quy mô vừa và nhỏ Đặc biệt là các lò “luyện” mỡ, chế biến bột cá thủ công gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Chính vì vậy, cần phải có các giải pháp nhằm phát triển bền vững và giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ việc chế biến, tiêu thụ phụ phẩm cá tra

Hiện nay, việc chế biến (chủ yếu là tách chiết mỡ cá và chế biến thức ăn chăn nuôi), tiêu thụ phụ phẩm cá tra được thực hiện theo các phương thức như sau:

- Cơ sở chế biến cá tra đông lạnh với quy mô lớn đã đầu tư, xây dựng thêm các phân xưởng chế biến tận dụng phụ phẩm với dây chuyền công nghệ tương đối hiện đại, khép kín nhằm tạo thêm nguồn thu và hạn chế ô nhiễm môi trường do phụ phẩm gây ra

- Các cơ sở chuyên thu mua, chế biến phụ phẩm cá tra để chế biến thành bột cá hoặc mỡ cá với cơ sở vật chất, dây chuyền công nghệ cũng đã được cơ giới hóa và chuyên nghiệp hóa, tạo ra sản phẩm thức ăn chăn nuôi đảm bảo chất lượng và hạn chế ô nhiễm môi trường

- Mặt khác, các hộ gia đình chăn nuôi gia súc, gia cầm và thủy sản cũng thu mua phụ phẩm cá tra về tự chế biến thành thức ăn chăn nuôi Tuy nhiên, với quy mô hộ gia đình, chế biến thủ công, nên số lượng thu mua, chế biến không nhiều, vấn đề chất lượng sản phẩm và ô nhiễm môi trường chưa được quan tâm đúng mức

- Hiện nay, các sản phẩm từ phế phụ phẩm cá tra bao gồm: bong bóng cá, bao tử

cá, da cá được tách riêng để bán cho các nhà hàng hoặc chế biến xuất khẩu Một lượng lớn những phần còn lại chủ yếu được thu gom và đưa vào tách chiết lấy mỡ và chế biến bột cá làm thức ăn chăn nuôi

- Các sản phẩm từ phụ phẩm cá tra như mỡ cá thô và bột cá hiện nay được bán cho các cơ sở chế biến thức ăn chăn nuôi tiêu thụ Riêng sản phẩm mỡ cá tinh chế, chất lượng cao được các thương lái thu mua và xuất khẩu sang Campuchia và Trung Quốc

- Mỡ cá tra đã qua sơ chế đang được nhiều nhà máy chế biến cá tra xuất khẩu tại

TP Cần Thơ bán ra với giá 14.000 đ/kg Tại nhà máy chế biến thủy sản Bình An (khu công nghiệp Trà Nóc) mỗi ngày sản xuất được khoảng 30 tấn mỡ cá tra, nhưng không đủ đáp ứng cho khách hàng…

- Còn theo Hiệp hội Thủy sản TP Cần Thơ, mỗi tháng các nhà máy chế biến thủy sản ở Cần Thơ chế biến được trên 4.000 tấn mỡ cá, chưa kể các cơ sở chuyên thu gom phụ phẩm của các nhà máy chế biến thủy sản để chế biến mỡ cá xuất khẩu, nhưng đều có đầu ra ổn định

- Trung Quốc, Hồng Công, Đài Loan đang là những thị trường tiêu thụ mỡ cá tra rất mạnh Sản phẩm mỡ cá tra qua sơ chế được mua về để sản xuất biodiesel (dầu sinh học) thay thế dầu diesel, vừa hạn chế ô nhiễm môi trường, vừa đối phó với cơn sốt giá dầu hiện nay…

Hình 1.1 Phụ phẩm thủy sản tại một cơ sở chế biến thủ công [47]

1.1.2 Sử dụng vụn cá sau quá trình fillet [58]

Vụn cá có được sau quá trình xử lý sơ bộ và sửa fillet cá là nguồn nguyên liệu giàu protein có thể tận dụng đưa vào sản xuất thức ăn chăn nuôi Tuy nhiên, thấy được lợi ích tiềm năng từ nguồn nguyên liệu này, gần đây có một số nghiên cứu chọn hướng

sử dụng hiệu quả nhất loại nguyên liệu này là tách béo dùng cho công nghiệp dầu béo, phần protein còn lại dùng để sản xuất surimi

Các mẫu vụn cá được tách béo ở nhiệt độ 500C, đem rửa 6 lần, nồng độ nước muối rửa 0,5%, phối trộn phụ gia theo tỷ lệ: trehalose 4%, polyphosphat 0,3%, sorbitol 4%, thời gian đông lạnh 48 giờ, tạo gel ở hai nhiệt độ: 20 phút ở 400

C, sau đó, 20 phút ở

900C Kết quả cho thấy, vụn cá càng rửa nhiều càng trắng và hàm lượng béo còn lại trong thịt tỷ lệ nghịch với số lần rửa, nhưng lượng béo không giảm nhiều sau khi rửa 6 lần Tuy nhiên, trong giai đoạn gia nhiệt làm chảy béo sử dụng nước ấm thì hàm lượng béo giảm đáng kể, chỉ còn 3,72%, thấp hơn rất nhiều so với fillet thành phần Còn chất phụ gia là trehalose không tạo vị ngọt đậm cho sản phẩm, đồng thời không ảnh hưởng đến các phương pháp chế biến sau của sản phẩm

Từ vụn cá kém giá trị, nghiên cứu trên đưa ra quy trình phân ly chất béo, sử dụng phụ gia cải thiện và ổn định cấu trúc Sản phẩm đã đạt được một số chỉ tiêu đặt ra đối với surimi, đặc biệt là cải thiện tốt hàm lượng béo (chỉ còn khoảng trên 3%) và khả năng tạo gel của thành phẩm (trên 700 g/cm)

1.1.3 Tình hình sản xuất, chế biến và sử dụng bột cá trên thế giới ([34], [35])

Cá khô được sử dụng làm thức ăn cho động vật và làm phân bón hàng ngàn năm nay Những ghi nhận lịch sử cho thấy rằng ở Na Uy, dầu cá đã được sản xuất vào đầu những năm 800 sau công nguyên Dầu cá được sử dụng như là một thành phần cho bữa

ăn và trong sản xuất dầu thắp sáng thay cho đèn và nến Phần cá còn lại sau khi ép dầu được sử dụng làm thức ăn cho động vật và phân bón Các bản viết tay của bộ lạc ở Nam

Mỹ đề cập đến việc sử dụng cá mòi dầu (menhaden) làm thức ăn của động vật và phân bón, cả dạng ướt và khô Cá mòi dầu được đánh bắt từ vùng bờ biển bằng lưới Vào đầu

những năm 1800 ở Mỹ, cá mòi dầu được đánh bắt chủ yếu cho sản xuất dầu Dầu được

ép từ cá nấu sử dụng quy trình ép trọng lực, phần còn sót lại (gọi là bã ép) sau đó được

sử dụng chủ yếu làm phân bón Vào những năm 1850, máy ép trục vít phát triển nhằm ép dầu ra khỏi cá nấu; và sau nhiều thập niên đó là máy ép thủy lực Dầu cá là một mặt hàng công nghiệp chủ yếu và được sử dụng trong sơn, dầu nhờn, xà phòng, mực in và trong ngành da thuộc

Trong suốt nửa đầu thế kỷ 20, sản xuất gia súc và gia cầm mở rộng đáng kể, điều khiển bởi các trung tâm nghiên cứu đã thiết lập nên nhu cầu thiết yếu của các chất dinh dưỡng riêng biệt trong bữa ăn cho người và động vật Sự khám phá các loại vitamin và chứng minh những nhu cầu về acid amin và khoáng chất trong bữa ăn dẫn đến sự phát triển ngành chế biến thức ăn cho chăn nuôi United States President Wooddrow Wilson chỉ đạo Học viện khoa học quốc gia (Ntional Academy of Science - NAS) phải đảm bảo những cung cấp thực phẩm đầy đủ cho dân số các quốc gia trong suốt chiến tranh thế giới thứ nhất, dẫn đến việc thành lập một Hội đồng nghiên cứu quốc gia (National Research Council – NRC), một bộ phận của NAS NRC thành lập Ủy ban dinh dưỡng động vật (Committee on Animal Nutrition – CAN) vào năm 1928, và từ đó về sau, CAN

có các chuyên gia về dinh dưỡng động vật quốc gia, đánh giá các báo cáo nghiên cứu đã xuất bản từ giới học viện và các nguồn khác và phát triển những báo cáo về nhu cầu dinh dưỡng của vật nuôi trong gia đình, vật nuôi làm bạn và thú nuôi trong sở thú (NRC,

1999) Những nhu cầu đó được công bố theo bản tin NRC trong nhiều đợt, Nutritional

Requirements of Domestic Animals (có hiệu lực từ Ấn phẩm học viện quốc gia,

Washington, DC, USA) Thông tin hình thành căn bản cho sự mở rộng sản xuất gia súc

và gia cầm bằng cách cung cấp kiến thức có giá trị nhất cho ngành công nghiệp thức ăn gia súc Trong những năm đầu của thế kỷ 20, gia cầm là thực phẩm đắt tiền; hàng năm mức sử dụng thịt gia cầm theo đầu người ở Mỹ là 0,45kg Ngày nay, mức sử dụng theo đầu người là 37,3kg, và gia cầm được xem là nguyên vật liệu chính cho bữa ăn ở nhiều nơi trên thế giới

Bột cá đã được sử dụng như một thành phần của thức ăn chăn nuôi trong nhiều thế kỷ, nhưng 50 năm cuối, bột cá đã là một sản phẩm kinh doanh trên toàn cầu Bột cá được sản xuất chủ yếu là từ các loại cá không sử dụng trực tiếp cho con người, hay từ phụ phẩm của quá trình chế biến thủy sản Ngoại trừ các thực phẩm cho người, bột cá là sản phẩm có giá trị nhất được sản xuất từ cá Trong thập kỷ qua, mức sản xuất bột cá toàn cầu hàng năm dao động trong khoảng 5,5 và 7,5 triệu tấn Xấp xỉ 30% lượng thu hoạch cá toàn cầu hàng năm được sử dụng để sản xuất bột cá; sản lượng từ cá nguyên liệu (ẩm) đến bột cá (khô) và dầu cá trung bình là 26% Phương pháp làm giảm ẩm của quá trình chế biến là phương pháp sản xuất được sử dụng rộng rãi nhất, và sự cải tiến trong công nghệ sản xuất dẫn đến sự cân đối trong sản xuất bột cá cao hơn được phân loại theo loại trung bình

Mặc dù sự sản lượng bột cá toàn cầu hàng năm tương đối ổn định trong thập niên qua, trong suốt những năm El Nino, sản xuất ở Peru và Chile về cơ bản là giảm Các quốc gia này kê khai có khoảng 1/3 mức sản xuất toàn cầu, nhưng có đến 65% bột cá tươi được bán quốc tế; chính vì vậy những thay đổi trong sản xuất bột cá của họ gây ảnh hưởng đáng kể lên nguồn cung cấp và chi phối giá cả toàn cầu Việc sử dụng bột cá riêng

lẻ như một thành phần của thức ăn gia cầm Thức ăn nuôi trồng thủy sản sử dụng ít hơn 10% mức sản xuất bột cá hàng năm cho đến năm 1990, nhưng sự cân đối trong sản xuất hàng năm sử dụng trong thức ăn cho cá tăng 3 lần trong thập kỷ qua Việc sử dụng bột cá tăng trong thức ăn cho cá trở nên là nguyên nhân chủ yếu trong chi phí cho sử dụng trong thức ăn của gia cầm

Bột cá là nguồn protein được chọn làm thức ăn cho nhiều giống cá con khác nhau,

và dùng trong thức ăn cho các giống cá ăn thịt Dạng acid amin của bột cá kết hợp thuận lợi với protein concentrate thực vật nhằm sản xuất các sản phẩm hỗn hợp giúp nhanh chóng phát triển ngành kinh tế cá

Việc sử dụng bột cá đậm đặc sẽ làm cân bằng sản xuất, nuôi trồng thủy sản toàn cầu; gần 70% sử dụng trong thức ăn cá hồi và tôm (salmon, trout) trên toàn cầu Dự đoán

trong tương lai việc sử dụng bột cá trong ngành này với số lượng còn lại ít nhiều cũng ổn định và cân đối, bột cá sử dụng trong chế biến thức ăn giảm Những nỗ lực thu hồi protein từ phụ phẩm của quy trình chế biến sản phẩm biển sẽ tăng cung cấp bột cá khoảng 10%, đủ bù đắp cho sự thiếu hụt trong sản xuất các nguồn nguyên liệu đánh bắt đang bị cạn kiệt do đánh bắt quá mức

Bột cá là một loại nguyên liệu dạng bột khô sản xuất từ các giống cá biển sống ở

bề mặt vốn được đánh bắt cơ bản nhằm mục đích sản xuất bột cá và dầu cá Cá nguyên con được đưa ra cho quá trình chế biến ướt, và các nhà máy sản xuất bột cá vận hành liên tục khi cá còn đang tươi Bột cá cũng được sản xuất từ phụ phẩm của quy trình chế biến sản phẩm biển như là phế liệu của quá trình fillet, phế liệu của quá trình sửa fillet và đóng hộp, hay những phần còn lại của cá từ quá trình sản xuất surimi Hầu hết bột cá trên thế giới được sản xuất từ cá nguyên con

Bột cá là nguồn tài nguyên toàn cầu có hạn, lượng sản xuất hàng năm ổn định, ngoại trừ những năm El Nino, và nguồn cá dự trữ sử dụng trong sản xuất bột cá được khai thác hoàn toàn Khi dân số tăng, con người cần có thực phẩm biển Các sản phẩm biển được cung cấp từ các ngư trường cũng là nguồn tài nguyên toàn cầu có hạn và nguồn cá dự trữ sử dụng cho sản xuất sản phẩm biển cũng còn rất ít cho đánh bắt

Hiện tại, ngành nuôi trồng thủy sản cung cấp 33% nguồn thực phẩm cá trong toàn

bộ lượng đánh bắt và trên thế giới tính theo mức sử dụng sản phẩm biển bình quân trên đầu người (các sản phẩm từ cá) là 16 kg/năm sẽ đòi hỏi mức sản xuất từ ngành nuôi trồng thủy sản mở rộng lên đến 50 triệu tấn cho đến năm 2050 Điều này đòi hỏi phải nhập khẩu một lượng thức ăn viên lớn hơn, đỏi hỏi cung cấp số lượng cao hơn các thành phần thực phẩm khác nhau, bao gồm cả nguồn protein Có thể trong tương lai không xa, nhu cầu về bột cá sử dụng trong thức ăn ngày càng vượt quá mức sản xuất hàng năm trên toàn cầu do bột cá là nguồn tài nguyên có hạn và lượng bột cá hiện tại sử dụng trong các loại thức ăn ở các giai đoạn nuôi trồng thủy sản khác nhau là rất lớn Hiện nay, vấn đề này vẫn còn đang gây nhiều tranh cãi, được các trung tâm nghiên cứu trên khắp thế giới

quan tâm trong 15 năm qua và mục tiêu hiện nay là tìm kiếm các nguồn protein khác nhau nhằm thay thế bột cá trong chế độ ăn của các loại cá nuôi

Sự phát triển tạo ra những nhu cầu về nguồn protein chất lượng cao, và bột cá trở thành nguồn protein đứng đầu trong thức ăn động vật, đặc biệt cho gia cầm và heo Bột

cá không chỉ là nguồn protein giàu acid amin thiết yếu, mà còn chứa mức khoáng tương đối cao, mà bản chất của chúng trước đây chưa được biết đến Bột cá được cho rằng có chứa các “yếu tố sinh trưởng chưa được nhận biết”, mà trong gia cầm và heo sẽ không nhiều Sự nhận dạng về khoáng thiết yếu trong chế độ ăn ở bột cá và việc bổ sung vào chế độ ăn dẫn đến việc tạo các loại thức ăn đa dạng hơn và cuối cùng nhằm giảm dần lượng bột cá trong chế độ ăn của gia cầm và heo Ngày nay, ở Mỹ những thức ăn như thế

cơ bản dựa vào bột đậu nành và bắp

1.1.4 Xu hướng sản xuất bột cá trên thế giới ([34], [35])

Trước chiến tranh thế giới thứ 2, sản xuất bột cá toàn cầu là khoảng 1 triệu tấn/năm, nhưng sau những năm chiến tranh, sản xuất bắt đầu tăng, đạt được 2 triệu tấn/năm vào năm 1960 20 năm tiếp theo cho thấy sự mở rộng nhanh chóng và đưa đến việc sản xuất khoảng giữa năm 1980 là 6-7 triệu tấn/năm Việc chế tạo các thiết bị sản xuất bột cá ở Peru, Chile, Na Uy, Iceland, Đan Mạch và một số quốc gia khác tăng giúp năng suất sản xuất toàn cầu trong suốt giai đoạn này Việc sản xuất từ giữa những năm

1980 tương đối ổn định, ngoại trừ vào những năm khi có hiện tượng El Nino xảy ra ở Thái Bình Dương và giảm lượng đánh bắt loại cá trổng (anchoveta) ở Peru và miền bắc Chile

Lượng cá đánh bắt của thế giới thay đổi trong khoảng 84 triệu tấn và 94 triệu tấn vượt mức thập niên trước, và trong số này, khoảng 19-28 triệu tấn được sử dụng nhằm sản xuất bột cá và dầu cá Cá đánh bắt cho sản xuất bột cá và dầu cá đôi khi cũng được giới hạn cá công nghiệp nhằm phân biệt chúng với các loại cá thực phẩm khác Trong khi các giống cá được thu hoạch nhằm sản xuất bột cá thích hợp để ăn được, chúng thường không được sử dụng trực tiếp cho con người do bởi kích thước nhỏ, vị không

được ưa chuộng hay vì một số lý do khác Sản lượng bột cá và dầu cá từ việc đánh bắt cá công nghiệp trung bình 6-7 triệu tấn bột cá và 1,2 triệu tấn dầu cá, ngoại trừ, trong những năm El Nino, do đánh bắt giảm ở một số vùng

1.1.5 Tổng quan về Fish Protein Concentrate (FPC) ([35],[48])

1.1.5.1 Giới thiệu

Fish protein concentrate (FPC) là loại sản phẩm bột cá giàu protein (>65%), trong

đó protein được cô đặc hơn so với hàm lượng protein của cá ban đầu Loại sản phẩm này dành để sử dụng cho ấu trùng vật nuôi và cho con người

Theo tổ chức Nông lương Liên Hiệp quốc (FAO) phân chia FPC làm 3 loại:

- Loại A: loại bột hầu như không mùi, không vị có tổng số hàm lượng béo tối đa

là 0,75%

- Loại B: bột không có giới hạn đặc biệt nào về mùi vị hay vị, nhưng chắc chắn

có một chút mùi vị cá và hàm lượng béo tối đa là 3%

- Loại C: bột cá thường sản xuất trong các điều kiện vệ sinh hợp lý

Hàm lượng béo có mặt trong FPC là một chỉ số quan trọng và cần phải được xác định chính xác vì hàm lượng béo cao khi bị oxy hóa có thể sinh ra sản phẩm có mùi mạnh, vị ôi Hàm lượng protein của FPC phụ thuộc vào nguyên liệu thô sử dụng và mức

độ nước được loại bỏ, nhưng các sản phẩm thường chứa ít nhất 65% và loại A, lên đến 80%

1.1.5.2 So sánh FPC với bột cá (fish meal):

Bột cá (fish meal) được sản xuất trên khắp thế giới vể bản chất là một sản phẩm FPC tiềm năng và rẻ tiền, nhưng không sử dụng cho con người, mà dùng trong sản xuất thức ăn gia súc Bột cá nguyên thủy không phù hợp cho sử dụng của con người vì 3 nguyên nhân sau:

- Nó chỉ đạt yêu cầu là được sản xuất trong các điều kiện hợp vệ sinh nhằm loại trừ nguy cơ bị nhiễm bẩn bởi vi khuẩn gây bệnh

- Nó thường chứa chất béo dễ bị ôxy hóa làm phá hủy các vitamin và có thể làm giảm giá trị dinh dưỡng của protein, vì vậy dùng bột cá cho bữa ăn có thể làm tăng sự thiếu vitamin ở những người nghèo Hơn nữa mùi vị của chất béo bị ôi đối với nhiều người là không thể chấp nhận

- Có một nguy cơ nhỏ rằng chất béo ôi có thể có tích lũy độc tố gây ảnh hưởng lên người tiêu dùng sau một giai đoạn dài

Nguyên nhân đầu tiên là quan trọng nhất; do vậy loại bột cá được sản xuất dưới

các điều kiện hợp vệ sinh được gọi là FPC loại C

Bột cá tiêu chuẩn [15] là bột cá có chất lượng tiêu chuẩn được sản xuất ở nhà máy với công nghệ cao và các điều kiện hợp vệ sinh Hầu hết những ảnh hưởng về hóa học và

vi khuẩn Salmonella được kiểm soát nhằm đảm bảo chất lượng bột cá

Bảng 1.1 Thành phần các chất trong bột cá tiêu chuẩn

Protein 71,0 % _

Độ ẩm _ 10,0 % Chất béo (Soxhlet) _ 13,0 % Muối (NaCl) _ 3,5 % Nitơ bay hơi (Total Volatile

Nitrogen (TVN) ) _ 0,3 % Salmonella Không phát hiện _ Chất chống oxy hóa ethoxyquin _ Tuy nhiên nhiều nơi, nhiều trường hợp, bột cá còn có thể là tên gọi chung cho một số sản phẩm FPC loại A, là loại được sử dụng như phụ gia dùng trong thực phẩm cho người Vì vậy điều quan trọng cần quan tâm là thành phần sản phẩm

Nguyên liệu thô để sản xuất FPC có thể là cá tươi của hầu hết các loại cá mọi kích thước và bột cá Cá dùng sản xuất FPC cũng được bảo quản giống như cá thực phẩm, nó thường được bảo quản trong đá ngay sau khi đánh bắt và nhà máy nên bắt đầu chế biến trong vòng 48 giờ và tốt nhất trong vòng 12 giờ cập bến Bảo quản cá thô trong đá trên 8 ngày sau khi đánh bắt không ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng của FPC

Ở một số vùng biển trên thế giới có ngư trường lớn chưa được khai thác, có thể là nơi tiềm năng phát triển sản xuất FPC Trong hoạt động quy mô lớn, FPC sẽ cạnh tranh với ngành công nghiệp bột cá truyền thống Các nhà sinh vật học ước tính nguồn nguyên liệu trên thế giới hàng năm có thể tăng gấp đôi hoặc gấp ba; sự đánh bắt tăng thêm bao gồm các giống không thường để ăn nhưng cũng có thể được sử dụng để tạo ra FPC

1.1.5.3 Sản xuất FPC theo phương pháp truyền thống

Sản xuất FPC các loại A và B theo phương pháp truyền thống được mô tả ở đây Khoảng 80% khối lượng cá nguyên con là nước và chất béo, chất béo ở một số giống có thể lên đến khoảng 20% Sản xuất FPC bao gồm việc loại bỏ hầu hết nước và một phần hoặc tất cả chất béo Các phương pháp phát triển nhanh, ban đầu chủ yếu dùng dung môi hóa học nhằm loại bỏ chất béo và các thành phần cho mùi vị cá, nguyên liệu hoặc là từ cá thô hoặc từ bột cá Dung môi sử dụng thành công nhằm tạo ra FPC loại A

là alcohol, chẳng hạn như ethanol hay propanol; ethylene dichloride cũng được sử dụng Lựa chọn giữa ethanol và propanol dựa trên chi phí nhưng do propanol thường miễn thuế

và nó có khuynh hướng thay thế ethanol Thông thường dung môi được thu hồi và tái sử dụng Tuy nhiên, ngày nay FPC có thể được sản xuất nhờ vào quá trình thủy phân bằng các loại enzyme thương mại nhằm sản xuất được FPC có chất lượng cao

Hình 1.2 Sơ đồ quy trình sản xuất FPC theo phương pháp truyền thống

1 Cá tươi nguyên con được rửa nhẹ với nước sạch ngay sau khi cập bến, cân và cho vào máy xay

2 Trích ly lần đầu: cá xay được cho vào bồn trích ly thứ 1 nhằm tách nước; Ở bồn này không gia nhiệt trong đó cá xay được khuấy khoảng 50 phút với dịch lỏng thu hồi từ bồn trích ly thứ 2, có chứa isopropanol

3 Ly tâm: thành phần từ bồn 1 được cho vào tiếp tục ly tâm, trong đó phần đặc được tách thành bã rắn và dịch lỏng Bã ẩm được chuyển đến bồn 2 còn chất lỏng được tái thu hồi dung môi và chất béo

4 Trích ly lần 2: bồn 2 được nâng nhiệt khoảng 75°C Ở đây chất lỏng được thu hồi từ máy ép 3 được thêm vào bã ướt từ máy ép 1 và hỗn hợp được khuấy trong 90 phút Ở thời điểm bắt đầu giai đoạn này bã hầu như hoàn toàn được tách nước, riêng hàm

lượng chất béo từ khoảng 5%, đã được làm giảm xuống khoảng 1% trong suốt quá trình trích ly

5 Ly tâm: các thành phần của bồn trích 2 được ly tâm, bã ướt được chuyển đến bồn trích 3 và lỏng được hoàn lưu về bồn trích 1 cho mẻ nguyên liệu thô tiếp theo

6 Trích ly lần 3: bồn 3 được nâng nhiệt tới khoảng 75°C Isopropanol tinh khiết được bổ sung vào bã ướt và khuấy trong khoảng 70 phút Trong suốt giai đoạn này hàm lượng béo giảm còn khoảng 0,3%

7 Ly tâm: các thành phần của bồn 3 được ly tâm và bã ướt được rửa bằng isopropanol trong khoảng 50 phút Lỏng được hoàn lưu về bồn 2 cho mẻ tiếp theo

8 Loại bỏ dung môi: bã ướt được sấy chân không để làm bay hơi dung môi; đuổi nước nhằm cô đặc và tái sử dụng

9 Nghiền và đóng gói: nguyên liệu khô được chuyển đến máy nghiền búa, trong

đó nó được nghiền thành bột mịn và rây FPC được đóng gói trong bao chứa bằng sợi thủy tinh cách nhiệt, bảo quản và sẵn sàng cho việc gửi đi bằng tàu

Điểm quan trọng để chi chú rằng các nguyên liệu FPC rắn và dung môi qua các máy ép ở phía đối diện Do vậy dung môi trở nên bị ô nhiễm với nước và béo khi nó đi

từ máy ép 3 đến máy ép 1, trong khi FPC mất nước và béo khi nó đi theo đường khác Béo có thể được thu hồi từ dung môi và dung môi có thể tái sử dụng, dung môi giảm chỉ khoảng 1% lượng sử dụng cho mẻ tiếp theo

1.1.5.4 Các vấn đề kỹ thuật còn tồn tại đối với FPC

Các vấn đề sản xuất và bảo quản phụ thuộc vào loại FPC Đối với FPC loại A, có hàm lượng béo thấp, vấn đề là các sản phẩm có thể phát triển mùi vị cá trong suốt thời gian bảo quản Loại bỏ hoàn toàn dung môi đôi khi cũng khó khăn đối với các sản phẩm này Điều đáng chú ý là các thành phần mùi vị của cá được loại bỏ cùng với chất béo

6 tháng ở nhiệt độ 27°C khi đóng gói trong những bao bì kín

Ứng dụng của nó đặc biệt có lợi cho trẻ em đang phát triển và phụ nữ mang thai và cho con bú 12 gam FPC /ngày sẽ cung cấp protein cần thiết cho trẻ em Một quy trình chế biến FPC khoảng 50 tấn cá thô một ngày có thể cung cấp FPC cho ¾ triệu trẻ em

1.1.6 Một số nghiên cứu trong và ngoài nước về sản xuất và ứng dụng bột cá trong những năm gần đây

1.1.6.1 Nghiên cứu trong nước

 Về công nghệ sản xuất bột cá [52]

Phân viện Công nghiệp thực phẩm ở TpHCM đã nghiên cứu quy trình công nghệ

và thiết bị nhằm sản xuất các sản phẩm từ phụ phẩm cá như dịch đạm cá, bột cá, dầu cá, gelatin từ nguồn nguyên liệu này

Mô tả quy trình công nghệ như sau:

Phụ phẩm đầu cá (Đầu, xương) - xử lý - thuỷ phân - ly tâm - mỡ (1), xương (2) và dịch đạm (3)

(1) Mỡ - chế biến thành dầu cá

(2) Xương - xử lý - sấy - nghiền - bột cá

(3) Dịch đạm - xử lý - cô đặc - dịch đạm cá

Ưu điểm của công nghệ này: Ứng dụng công nghệ sinh học thủy phân phụ phẩm

cá nhằm thu hồi mỡ cá nên sản phẩm chất lượng béo thấp, thời gian bảo quản lâu hơn

 Ứng dụng bột cá [5]

Sự phát triển nhanh chóng của ngành nuôi trồng thủy sản của nước ta trong những năm gần đây và trong tương lai sẽ đồng thời với việc tăng nhu cầu sử dụng một lượng lớn bột cá để chế biến thức ăn Ngày nay, bột cá được xem như là thành phần then chốt, rất quan trọng để làm thức ăn đối với nhiều loại vật nuôi thủy sản Đặc biệt đối với các loài thủy sản ăn thịt như tôm, cá biển…vv Chính vì vậy, nhóm tác giả Nguyễn Văn Nguyện, Nguyễn Văn Hảo và Lê Xuân Hải ở Viện nghiên cứu nuôi trồng thủy sản II và Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh đã có nghiên cứu về “Một số đậc tính của bột cá dùng trong sản xuất thức ăn nuôi thủy sản”

Các nghiên cứu cho thấy bột cá có nhiều tính ưu việt như cân đối hàm lượng protein chất lượng cao trong thức ăn, giúp vật nuôi tăng trưởng nhanh, hệ số chuyển đổi thức ăn thấp Mặt khác, còn giúp giảm thiểu được sự ô nhiễm của môi trường do cung cấp số lượng thức ăn ít nhưng hiệu quả Việc nghiên cứu các đặc tính của bột cá cho phép đánh giá chính xác chất lượng của từng loại bột cá, làm cơ sở cho việc thiết lập khẩu phần thức ăn cho vật nuôi thủy sản Kết quả phân tích của một số loại bột cá có hàm lượng protein thô từ 55 – 65% có ẩm độ từ 7,22 – 10,11% , dung trọng thay đổi từ 0,45 – 0,60, béo thô từ 4,92% – 7,89%, tro thô từ 18,25 – 24,23% và chứa hầu hết các acid amin thiết yếu

1.1.6.2 Các nghiên cứu nước ngoài về sản xuất bột cá, khảo sát các tính năng công nghệ và ứng dụng trong thực tế [22]

Việc sử dụng những enzyme thủy phân protein, sản xuất những sản phẩm thủy phân protein cá (FPH) có thể được thực hiện trong những điều kiện kiểm soát để thu nhận được những peptide có các tính chất mới được sử dụng như những thành phần của thực phẩm Nhiều enzyme đã được nghiên cứu ứng dụng để tăng sự thủy phân protein cá (papain, Alcalase®, Neutrase®, Flavourzyme®, Protamex®, v.v…) Các protein tự

nhiên khi thủy phân bằng enzyme đã cải thiện tính chất chức năng của chúng, tăng khả năng hòa tan, tính tạo bọt và nhũ hóa và tăng khả năng ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm Những thay đổi về tính chất chức năng của các protein tự nhiên được cho là do các polypeptide đơn giản và những peptide sinh ra trong quá trình thủy phân bằng enzyme, nguyên nhân thay đổi chủ yếu do sản phẩm có khối lượng phân tử thấp hơn và

sự gia tăng số lượng nhóm ion hóa Sơ đồ ở hình 1.3 là một trong những quy trình công nghệ đã được nghiên cứu gần đây [24]

Hình 1.3 Sơ đồ quy trình sản xuất bột cá theo công nghệ mới

Đầu và nội tạng (500 g) đầu tiên được băm nhỏ sau đó nấu để vô hoạt những enzyme nội bào Đầu và nội tạng đã nấu được trộn với lượng tương đương nước cất và được khuấy trộn khoảng 2 phút pH của hỗn hợp được điều chỉnh để có giá trị hoạt động tối ưu cho enzyme Quá trình thủy phân được thực hiện ở điều kiện pH=8, t=50 °C Enzyme được thêm vào phản ứng với tỉ lệ enzyme/cơ chất là 727,26 U/g (đơn vị của enzyme trên gam sinh khối đầu và nội tạng cá mòi) pH của hỗn hợp được duy trì không đổi ở pH=8 trong suốt phản ứng enzyme bằng cách bổ sung liên tục dung dịch NaOH 4M vào hỗn hợp phản ứng Sau thời gian thủy phân thích hợp, vô hoạt enzyme bằng cách đun dung dịch ở 80°C trong 20 phút Sản phẩm thủy phân cá được ly tâm ở 5000g trong 20 phút để phân riêng những phần tan và không tan Cuối cùng, dịch ly tâm được sấy phun trong máy sấy phun (dòng khí vào t=160 °C, dòng khí ra t=80°C, p=3 bar, và tốc độ dòng v=500 mL/h) Mẫu được bảo quản ở dạng bột protein cá thủy phân

Ngoài ra, còn một số nghiên cứu tương tự của nhiều tác giả khác về sản phẩm thủy phân từ phụ phẩm ngành fillet cá sử dụng các enzyme như papain, Alcalase®, Neutrase®, Flavourzyme®, Protamex®, v.v và các tính năng công nghệ cũng như các hoạt tính kháng ung thư, chống di căn ung thư, bảo vệ đường ruột hoạt tính chống oxy hóa của chúng Một số tác giả nghiên cứu ứng dụng sản phẩm thủy phân protein trong một số loại thực phẩm nhằm cải thiện tính năng công nghệ và tăng giá trị dinh dưỡng của sản phẩm; thu nhận protein từ nội tạng cá bằng các enzyme thương mại ([12], [23], [27], [31], [32], [38], [39], [40])

1.2 SỬ DỤNG ENZYME TRONG SẢN XUẤT FPC

1.2.1 Sự thủy phân protein bằng enzyme protease Novozymes [55]

Sự thủy phân protein bằng enzyme là cách để cải thiện tính chất của protein Các tính chất của sản phẩm thủy phân protein được xác định bằng mức độ thủy phân (degree

of hydrolysis (DH)) và bằng cấu trúc của các peptide tạo ra Những tính chất này thay

đổi tùy thuộc vào bản chất của protein và tính đặc hiệu của enzyme sử dụng, cũng như phụ thuộc vào những điều kiện thủy phân, đặc biệt là pH và nhiệt độ

Thủy phân protein bằng enzyme làm tăng tính hòa tan của chúng Những tính năng công nghệ khác, như là khả năng nhũ hóa, khả năng tạo bọt, độ nhớt, khả năng tạo gel và khả năng hấp thu nước cũng chịu ảnh hưởng bởi quá trình thủy phân Vị của protein cũng bị ảnh hưởng bởi sự thủy phân Điều này dẫn đến thay đổi cả mùi của protein và vị đắng Giá trị dinh dưỡng của protein thường được duy trì hoặc tăng bởi sự thủy phân bằng enzyme, quá trình này được tiến hành dưới những điều kiện phản ứng

êm dịu Protein bị thủy phân dễ dàng thành những đơn vị nhỏ hơn: các polypeptide ngắn

và các oligopeptid

1.2.1.1 Phân loại các enzyme protease thương mại

Các enzyme protease chuyển hóa thực phẩm sau đây đã được dùng cho quá trình thủy phân protein:

 Các endoprotease: Alcalase, Food Grade®; Neutrase®; Protamex®; Novo-Pro™ D

 Phức hợp exopeptidase/endoprotease: Flavourzyme®

Các endoprotease cắt các liên kết peptide bên trong các chuỗi polypeptide, trong khi các exopeptidase cắt từng acid amin ở cuối mạch Hình 3 cho thấy các protease khác nhau sẽ thủy phân các liên kết khác nhau ở protein

Khi thực hiện thủy phân protein, thường dung dịch protein có nồng độ 8-12%, và liều lượng endoprotease thông thường là 0,5-2% so với trọng lượng protein Liều lượng flavourzyme là 10.000-25.000 LAPU/kg protein, tương ứng 20-50 kg flavourzyme 500 L hoặc MG trên một tấn protein

Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào tỉ lệ enzyme và cơ chất, tỉ lệ này giảm dần theo thời gian Sự thủy phân dừng lại khi không còn các liên kết peptide phù hợp để thủy phân Mức độ thủy phân tối đa phụ thuộc vào bản chất của protein và tính đặc hiệu của enzyme

1.2.1.2 Mức độ thủy phân (Degree of Hydrolysis)

Mức độ thủy phân (%DH), định nghĩa là phần trăm các liên kết peptide bị cắt, là thông số then chốt mô tả đặc tính sản phẩm thủy phân protein:

%DH= (số các liên kết peptide đã cắt/tổng số các liên kết peptide) x100%

%DH có thể được đo bằng các phương pháp khác nhau, ví dụ như:

Tăng áp suất thẩm thấu đo theo sự giảm điểm đông lạnh

Xác định các nhóm amin tự do, ví dụ như sử dụng phương pháp OPA phthaldialdehyde)

(ortho-Chuẩn độ pH-stat các nhóm amin tự do sinh ra

Chuẩn độ formol

Khi protein không tan được làm tăng khả năng hòa tan bằng quá trình phân giải protein, sự phân giải này có thể được theo dõi bằng cách đo hàm lượng chất khô trong pha hòa tan, ví dụ như đo độ Brix

1.2.1.3 Tính chất cảm quan sản phẩm sau thủy phân

Hương vị (vị thịt, vị rau cải, v.v ) nhìn chung tăng cường độ khi protein bị thủy phân để tạo thành những peptide nhỏ và acid amin Sự chuyển hóa protein có thể dẫn đến sự hình thành các peptide đắng

Các sản phẩm thủy phân chưa hoàn toàn thường có vị đắng Vị đắng được cho là gây ra bởi sự có mặt của các peptide chứa các acid amin kỵ nước ở cuối mạch, hình 1.4

Sau khi thủy phân với endoprotease, các protein chỉ bị thủy phân một phần thành những peptide ngắn Trong đó có những đoạn peptide chứa acid amin kỵ nước ở cuối mạch chính là nguyên nhân gây ra vị đắng Nếu tiếp tục thủy phân thêm bằng các exopeptidase sẽ phá vỡ những peptide này và vị đắng không còn nữa (hình 1.4)

Vị đắng phụ thuộc không chỉ mức độ thủy phân mà còn ở cấu trúc của các peptide Chẳng hạn, khi thủy phân casein bằng Alcalase sẽ bắt đầu sinh ra vị đắng thậm chí ở mức độ thủy phân là 1% Vị đắng giảm khi casein thủy phân với Protamex, và giảm nhiều hơn khi sử dụng Flavourzyme

Hình 1.4 Thủy phân các peptide bằng các loại enzyme khác nhau

1.2.1.4 Đặc tính của enzyme

Điều kiện làm việc tối ưu cho những enzyme này được tóm tắt ở bảng 1.2

Bảng 1.2 Đặc tính của những protease Novozymes và những sản phẩm thủy phân

protein sản xuất bởi các enzyme này