Báo cáo nghiên cứu quy trình thủy phân protein trong đầu cá ngừ vây vàng bằng protease thương mại

Báo cáo nghiên cứu quy trình thủy phân protein trong đầu cá ngừ vây vàng bằng protease thương mại Báo cáo nghiên cứu quy trình thủy phân protein trong đầu cá ngừ vây vàng bằng protease thương mại Báo cáo nghiên cứu quy trình thủy phân protein trong đầu cá ngừ vây vàng bằng protease thương mại

THÔNG BÁO KHOA HỌC

SẢN XUẤT SẢN PHẨM THỦY PHÂN PROTEIN TỪ ĐẦU CÁ NGỪ

VÂY VÀNG BẰNG PROTEASE THƯƠNG MẠI

PRODUCTION OF PROTEIN HYDROLYSATE FROM YELLOWFIN

TUNA HEAD BY A COMMERCIAL PROTEASE

Nguyễn Thị Mỹ Hương1

Ngày nhận bài: 18/01/2012; Ngày phản biện thơng qua: 15/03/2012; Ngày duyệt đăng: 10/06/2012

TĨM TẮT

Sản phẩm thủy phân protein đã được sản xuất từ đầu cá ngừ vây vàng bằng enzyme Protamex 0,5% ở nhiệt độ 45 0 C

và pH tự nhiên trong thời gian 6 giờ với tỉ lệ nước/nguyên liệu là 1:1 Các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng độ thủy phân

và tỉ lệ thu hồi nitơ trong sản phẩm thủy phân tăng lên cùng với sự tăng thời gian thủy phân Sau 6 giờ thủy phân, độ thủy phân đã đạt được 30,1% và tỉ lệ thu hồi nitơ là 85,1% Sản phẩm thủy phân protein từ đầu cá ngừ vây vàng cĩ hàm lượng protein 88,2%, lipit 1,4% và tro 8,3% Sản phẩm thủy phân protein này cĩ hàm lượng axít amin khơng thay thế cao và cĩ thể được sử dụng trong sản xuất thức ăn cho người và động vật Dầu đầu cá ngừ thu được từ sự thủy phân giàu axít béo omega 3, đặc biệt là axit docosahexaenoic (DHA) và axit eicosapentaenoic (EPA) Các axít béo cĩ hàm lượng cao trong dầu đầu cá ngừ là axit palmitic, axit stearic, axit oleic, DHA and EPA.

Từ khĩa: Đầu cá ngừ, độ thủy phân, Protamex, Sản phẩm thủy phân.

ABSTRACT

Protein hydrolysate was produced from yellowfi n tuna head using 0.5% Protamex at 45 0 C and natural pH for 6h with a water/material ratio of 1:1 Results of study showed that the degree of hydrolysis and ratio of nitrogen recovery in

hydrolysate increased with increasing hydrolysis time After 6 h of hydrolysis, the degree of hydrolysis obtained 30.1% and

ratio of nitrogen recovery was 85,1% Protein hydrolysate from yellowfi n tuna head had protein content of 88.2%, lipid content of 1.4% and ash content of 8.3% This protein hydrolysate had high content of essential amino acids and can be used in the production of human and animal diets Tuna head oil obtained from hydrolysis was rich in omega-3 fatty acids, especially docosahexaenoic acid (DHA) and eicosapentaenoic acid (EPA) Fatty acids with high contents in tuna head oil were palmitic acid, stearic acid, oleic acid, DHA and EPA.

Keywords: Tuna head, Degree of hydrolysis, Protamex, Hydrolysate.

1 TS Nguyễn Thị Mỹ Hương - Khoa Cơng nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Nha Trang

I ĐẶT VẤN ĐỀ

Cá ngừ là một trong những lồi cá cĩ giá trị

kinh tế cao và hầu hết cá ngừ được sử dụng trong

việc sản xuất các sản phẩm đồ hộp, đơng lạnh, hun

khĩi… Theo Hiệp hội Chế biến và Xuất khẩu thủy

sản Việt Nam (VASEP), khối lượng xuất khẩu cá

ngừ của Việt Nam năm 2010 đạt khoảng 82,6

ng-hìn tấn, trị giá 287 triệu USD Việc chế biến cá ngừ

cho xuất khẩu đã thải ra một lượng lớn nguyên liệu

cịn lại, khoảng 40 - 60% khối lượng nguyên liệu

Các nguyên liệu cịn lại này bao gồm đầu, nội tạng,

xương, vây… Đầu cá ngừ là một nguồn giàu protein,

lipit nhưng cũng dễ gây ơ nhiễm mơi trường Vì vậy ngành cơng nghiệp chế biến cá ngừ cần phải tìm cách tận dụng nguyên liệu cịn lại sẵn cĩ này, làm cho chúng trở thành những sản phẩm cĩ giá trị gia tăng, từ đĩ tăng thêm lợi nhuận cho các xí nghiệp chế biến thuỷ sản Trong bối cảnh đĩ, việc sản xuất sản phẩm thuỷ phân protein từ đầu cá ngừ là vấn đề rất cần thiết và cĩ ý nghĩa Điều này khơng những nâng cao hiệu quả sử dụng nguyên liệu cịn lại sau khi chế biến, làm tăng giá trị của chúng mà cịn gĩp phần hạn chế sự ơ nhiễm mơi trường Trong bài báo này, độ thủy phân, tỉ lệ thu hồi nitơ trong sản phẩm

thủy phân, thành phần hóa học cơ bản và axít amin

của sản phẩm thủy phân cũng như thành phần axít

béo của dầu cá thu được từ sự thủy phân đầu cá

ngừ được trình bày

II VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1 Vật liệu nghiên cứu

1.1 Đầu cá ngừ vây vàng

Đầu cá ngừ vây vàng (Thunnus albacares)

được cung cấp bởi Công ty chế biến thủy sản Hải

Vương, khu công nghiệp Suối Dầu, Khánh Hòa

Đầu cá ngừ đông lạnh được rã đông, xay nhỏ và

trộn đều, sau đó được bao gói trong các túi nhựa

hút chân không Các túi nguyên liệu này được bảo

quản trong tủ đông ở nhiệt độ t = - 200C cho tới khi

sử dụng

1.2 Enzyme Protamex

Enzyme Protamex dùng cho sự thủy phân pro-tein được cung cấp bởi công ty Novozyme của Đan Mạch Đó là enzyme proteaza có nguồn gốc từ vi

sinh vật Bacillus Enzyme Protamex có hoạt độ 1,5

AU (Anson Units)/g, điều kiện thích hợp cho enzyme này hoạt động là pH = 5,5 - 7,5 và nhiệt độ 35 - 600C

2 Phương pháp nghiên cứu

2.1 Thủy phân đầu cá ngừ

Quá trình thủy phân đầu cá ngừ được thể hiện

ở sơ đồ hình 1

Hình 1 Sơ đồ quá trình thủy phân đầu cá ngừ bằng enzyme Protamex

Đầu cá ngừ xay nhỏ đông lạnh được rã đông

trong tủ lạnh qua đêm, sau đó được thủy phân

bằng enzyme Protamex Đó là enzyme protease,

nó có hoạt độ 1,5 AU (Anson Units)/g, điều

kiện thích hợp cho enzyme này hoạt động là

pH = 5,5 - 7,5 và nhiệt độ 35 - 600C Tỉ lệ enzyme

là 0,5% so với nguyên liệu, tỉ lệ nước/nguyên liệu

là 1/1 Quá trình thủy phân được thực hiện ở nhiệt

độ 450C, pH tự nhiên (6,5) trong thời gian 6h Hỗn hợp được khuấy trộn với tốc độ 300 vòng/phút Sau khi thủy phân làm bất hoạt enzyme ở nhiệt độ 950C trong 15 phút Hỗn hợp sau khi

thủy phân được lọc qua rây để tách riêng phần

xương và phần dịch lọc Phần dịch lọc được đem

ly tâm lạnh với tốc độ 10.000 vòng/phút ở 40C trong

30 phút Sau khi ly tâm thu được 3 phần: Dầu đầu

cá ngừ, dịch thủy phân và cặn ly tâm Dịch thủy

phân được sấy chân không thăng hoa thu được sản

phẩm thủy phân protein

2.2 Phương pháp phân tích

Độ thủy phân được xác định theo phương pháp

DNFB như đã được mô tả bởi Nguyen và cộng sự

(2011) Thu hồi Nitơ được xác định theo Liaset và

cộng sự (2002) như sau:

Thu hồi Nitơ (%) = Lượng nitơ tổng số trong sản

phẩm thủy phân (g) x 100/lượng nitơ tổng số trong

đầu cá ngừ xay nhỏ đem thủy phân (g)

Hàm lượng nước, tro và protein thô được xác

định theo phương pháp của AOAC (1990) Hàm

lượng lipit được xác định theo Folch và cộng sự

(1957) Thành phần axít amin được phân tích theo

Kechaou và cộng sự (2009) Thành phần axít béo

được phân tích theo Noriega-Rodríguez và cộng sự

(2009)

2.3 Xử lý số liệu

Số liệu báo cáo là trung bình của 3 lần phân

tích Kết quả được phân tích trên phần mềm

Excel

III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

1 Độ thủy phân

Độ thủy phân được sử dụng để biểu thị sự cắt

đứt liên kết peptit trong quá trình thủy phân

(Ben-jakul và Morrissey, 1997) Độ thủy phân thu được

trong quá trình thủy phân đầu cá ngừ bằng enzyme

Protamex được thể hiện ở hình 2

Hình 2 Đường cong độ thủy phân trong quá trình

thủy phân đầu cá ngừ bằng Protamex

Kết quả nghiên cứu cho thấy độ thủy phân tăng

theo thời gian thủy phân, trong 3 giờ đầu tiên của

quá trình thủy phân, độ thủy phân tăng nhanh thể hiện tốc độ phản ứng nhanh, sau đó độ thủy phân tăng chậm dần Hình dạng đường cong độ thủy phân trong quá trình thủy phân đầu cá ngừ tương

tự với các đường cong độ thủy phân có được từ

sự thủy phân cá trích (Liceaga-Gesualdo và Li-Cha, 1999), đầu cá hồi (Gbogouri và cộng sự, 2004), đầu

và nội tạng cá sardine (Souissi và cộng sự, 2007) Sau 3 giờ thủy phân đầu cá ngừ, độ thủy phân là 24,1% Sau 6 giờ thủy phân, độ thủy phân đạt được 30,1%

2 Thu hồi nitơ

Theo Benjakul và Morrissey (1997) sự thu hồi nitơ (hay protein) phản ánh tỉ lệ nitơ (hay protein) thu hồi được trong sản phẩm thủy phân Tỉ lệ thu hồi nitơ của đầu cá ngừ trong quá trình thủy phân được thể hiện ở hình 3

Kết quả nghiên cứu cho thấy tỉ lệ thu hồi nitơ trong sản phẩm thủy phân tăng theo thời gian thủy phân Trong 3 giờ đầu tiên của quá trình thủy phân, tỉ lệ thu hồi nitơ tăng nhanh, sau đó tăng chậm dần Sau 6 giờ thủy phân thì tỉ lệ thu hồi nitơ đạt 85,1%

Hình 3 Tỉ lệ thu hồi nitơ trong quá trình thủy phân

đầu cá ngừ bằng Protamex

Các công trình nghiên cứu trước đây cũng đã cho thấy có sự hòa tan nitơ (hay protein) dưới tác dụng của enzyme trong quá trình thủy phân và tỉ lệ thu hồi nitơ trong sản phẩm thủy phân tăng theo thời gian thủy phân (Liaset và cộng sự, 2002; Aspmo và cộng sự, 2005)

3 Thành phần hóa học cơ bản và axít amin của sản phẩm thủy phân protein đầu cá ngừ

Thành phần hóa học cơ bản và axít amin của sản phẩm thủy phân protein đầu cá ngừ sau 6 giờ thủy phân đã được phân tích và trình bày ở bảng 1

Kết quả nghiên cứu cho thấy sản phẩm thủy

phân protein đầu cá ngừ có hàm lượng protein cao

(88,2%), hàm lượng lipit thấp (1,3%) và hàm lượng

tro 8,3% Sản phẩm thủy phân này có tổng hàm lượng

axít amin là 61,68g/100g chất khô, hàm lượng axít

amin không thay thế là 34,73g/100g chất khô Axít

amin không thay thế chiếm tỉ lệ 56,31% tổng lượng

axít amin Kết quả phân tích thành phần axít amin

cho thấy sản phẩm thủy phân protein đầu cá ngừ có

giá trị dinh dưỡng cao, giàu axít amin không thay

thế và có thể được sử dụng trong việc sản xuất thức

ăn cho tôm (Nguyen và cộng sự, 2012) Các axít

amin có hàm lượng cao trong sản phẩm thủy phân

protein đầu cá ngừ là leucine, histidine, aspartic

và glycine Ngược lại, các axít amin có hàm lượng thấp là hydroxyproline và proline Một số nghiên cứu khác về sự thủy phân đầu cá trích (Sathivel và cộng

sự, 2003) và sự thủy phân đầu cá hồi (Sathivel và cộng sự, 2005) cũng đã cho thấy các sản phẩm thủy phân này có hàm lượng axít amin không thay thế cao

4 Thành phần axít béo của dầu đầu cá ngừ

Thành phần axít béo của dầu cá thu được từ sự thủy phân đầu cá ngừ vây vàng sau 6 giờ thủy phân

đã được xác định và thể hiện ở bảng 2

Bảng 1 Thành phần hóa học cơ bản và axít amin của sản phẩm thủy phân protein đầu cá ngừ

Thành phần axít amin Hàm lượng (g/100g chất khô)

Tổng axít amin không thay thế 34,73

Tổng axít amin 61,68

Tỉ lệ axít amin không thay thế/Tổng axít amin (%) 56,31

a: Tính theo chất khô

Trong dầu đầu cá ngừ, hàm lượng axít béo

no chiếm 44,82% tổng lượng axít béo, axít béo

không no một nối đôi chiếm 31,64% và axít

béo không no nhiều nối đôi chiếm 23,54% Axit

palmitic (C16:0) là axít chủ yếu, chiếm tỉ lệ cao

nhất (29,63%), sau đó là axit oleic có hàm lượng

cao thứ hai (16,68%) Dầu đầu cá ngừ có nhiều

axít béo omega 3, đặc biệt là DHA, chiếm 14,89%,

hàm lượng EPA là 2,58% DHA và EPA là các

axít béo omega 3 rất cần thiết cho con người

DHA có vai trò quan trọng trong việc phát triển

mô thần kinh não, EPA góp phần làm giảm tỷ lệ

cholesterol trong máu và có tác dụng phòng ngừa

bệnh tim mạch (Stansby và cộng sự, 1990) Các

công trình nghiên cứu trước đây đã cho thấy rằng hàm lượng DHA trong các loài cá ngừ cao hơn trong hầu hết các loài cá khác và hàm lượng DHA cao

hơn nhiều EPA (Stansby và cộng sự, 1990;

Shima-da và cộng sự, 1997).

IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Độ thủy phân và tỉ lệ thu hồi nitơ trong sản phẩm thủy phân tăng trong suốt quá trình thủy phân Sau 6 giờ thủy phân, độ thủy phân đạt 30,1% và tỉ lệ thu hồi nitơ đạt 85,1% Sản phẩm thủy phân protein đầu cá ngừ có giá trị

Bảng 2 Hàm lượng và thành phần axít béo của dầu đầu cá ngừ

Axít béo no

Axít béo không no một nối đôi

Tổng axít béo không no một nối đôi 31,64

Axít béo không no nhiều nối đôi

Tổng axít béo không no nhiều nối đôi 23,54

dinh dưỡng cao, giàu axít amin không thay thế

(chiếm 56,31% tổng lượng axít amin) Dầu đầu

cá ngừ có hàm lượng axít béo ω3 cao, đặc biệt

là DHA (14,89%) và EPA (2,58%) Các sản phẩm

này có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực

khác nhau, chẳng hạn sản phẩm thủy phân

pro-tein có thể được dùng trong việc sản xuất nước mắm công nghiệp, bột dinh dưỡng hoặc bổ sung vào thức ăn cho tôm, cá Dầu cá cũng được dùng trong nuôi trồng thủy sản hoặc có thể được sử dụng trong thực phẩm cho con người sau khi đã được tinh chế

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 AOAC, 1990 Offi cial Method of Analysis, 15th ed Arlington, VA: Association of Offi cial Analytical Chemists

2 Aspmo, S.I., Horn, S.J., Eijsink, V.G.H 2005 Enzymatic hydrolysis of Atlantic cod (Gadus morhua L.) viscera Process

Biochem., 40: 1957-1966

3 Folch, J., Lees, N., Sloan-Stanley, G.H 1957 A simple method for the isolation and purifi cation of total lipids from animal tissues J Biol Chem., 226: 497- 509

4 Benjakul, S., Morrissey, M.T 1997 Protein hydrolysates from Pacifi c whiting solid waste J Agric Food Chemistry.

45: 3423-30

5 Gbogouri, G.A, Linder, M., Fanni, J., Parmentier, M 2004 Infl uence of hydrolysis degree on the functional properties of salmon by-products hydrolysates J Food Sci., 69(8): 615-622

6 Kechaou, E.S., Dumay, J., Donnay-Moreno, C., Jaouen, P., Gouggou, J.P., Bergé, J.P., Amar, R.B 2009 Enzymatic

hydrolysis of cuttlefi sh (Sepia offi cialis) and sardine (Sardina pichardus) viscera using commercial proteases: Effects on lipid

distribution and amino acid composition.Journal of Bioscience and Bioengineering.107(2): 158-164

7 Liaset, B, Nortvedt, R, Lied, E, Espe, M 2002 Studies on the nitrogen recovery in enzymatic hydrolysis of Atlantic salmon

(Salmo salar, L.) frames by ProtamexTM protease Process Biochemistry 37: 1263-1269

8 Liceaga-Gesualdo, A.M, Li-Chan, E.C.Y 1999 Functional properties of fi sh protein hydrolysate from herring (Clupea

haren-gus) J Food Sci., 64(6): 1000-1004

9 Nguyen, H.T.M., Sylla, K.S.B., Randriamahatody, Z., Donnay-Moreno, C., Moreau, J., Tran, L.T., Bergé, J.P 2011

Enzymatic hydrolysis of yellowfi n tuna (Thunnus albacares) by-products using Protamex protease Food Technology and

Biotechnology 49 (1): 48 - 55

10 Nguyen, H.T.M., Pérez-Gálvez, R., Bergé, J.P 2012 Effect of diets containing tuna head hydrolysates on the survival and

growth of shrimp Penaeus vannamei Aquaculture 324-325: 127-134.

11 Noriega-Rodríguez, J.A., Ortega-García, J., Angulo-Guerrero, O; García, H.S., Medina-Juárez, L.A., Gámez-Mezac,

N 2009 Oil production from sardine (Sardinops sagax caerulea) CyTA - Journal of Food Vol 7 (3): 173-179.

12 Sathivel, S., Bechtel, P.J., Babbitt, J., Smiley, S., Crapo, C., Reppond, K.D, Prinyawiwatkul W 2003 Biochemical and

functional properties of herring (Clupea harengus) byproduct hydrolysates Food Science 68: 2196-2200.

13 Sathivel, S., Smiley, S., Prinyawiwatkul, W., Bechtel, P.J 2005 Functional and nutritional properties of red salmon

(Oncorhynchus nerka) enzymatic hydrolysates Food Science 70(6): 401-406.

14 Shimada, Y., Maruyama, K., Sugihara, A Moriyama, S., Tominaga, Y 1997 Purifi cation of docosahexaenoic acid from tuna oil by a two-step enzymatic method: hydrolysis and selective esterifi cation Journal of the American Oil Chemists’ Socie-ty.74:1441-1446

15 Souissi, N., Bougatef, A., Triki-Ellouz, Y., Nasri 2007 Biochemical and functional properties of sardinella (Sardinella

aurita) by-product hydrolysates Food Tech Biotech, 45(2): 187-94

16 Stansby, M.E., Schlenk, H., Gruger, E.H 1990 Fatty acid composition of fi sh In Stansby, M.E, Fish oil in nutrition 6-39 New York: Van Nostrand Reinhold