Nghiên cứu quy trình sản xuất và thủy phân dầu cá hồi bằng lipase mủ đu đủ phục vụ sản xuất thực phẩm chức năng giàu DHA và EPA

Vì vậy, trong nghiên cứu này tôi đã tiến hành nghiên cứu sản xuất dầu cá hồi từ lườn cá bằng các phương pháp khác nhau và ứng dụng enzym lipase mủ đu đủ thủy phân dầu cá thu được để phục

KHOA HÓA

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT VÀ THỦY PHÂN DẦU CÁ HỒI BẰNG LIPASE MỦ ĐU ĐỦ PHỤC VỤ SẢN XUẤT THỰC PHẨM CHỨC NĂNG GIÀU DHA VÀ EPA

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Tiên

MSSV: 107150122 Lớp: 15H2A

Đà Nẵng – Năm 2019

Tên đề tài: Nghiên cứu quy trình sản xuất và thủy phân dầu cá hồi bằng lipase mủ

đu đủ phục vụ sản xuất thực phẩm chức năng giàu DHA và EPA

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Tiên

Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương 4: Kết luận và kiến nghị

Trong công nghiệp chế biến cá hồi phi lê, lượng phụ phẩm thải ra tương đối lớn và không được sử dụng hiệu quả Đặc biệt lườn cá hồi, phần phụ phẩm có chứa nhiều dầu

cá và có giá trị dinh dưỡng rất cao Vì vậy, trong nghiên cứu này tôi đã tiến hành nghiên cứu sản xuất dầu cá hồi từ lườn cá bằng các phương pháp khác nhau và ứng dụng enzym lipase mủ đu đủ thủy phân dầu cá thu được để phục vụ sản xuất thực phẩm chức năng giàu DHA và EPA Kết quả cho thấy lượng dầu thu được ở phương pháp xay – nấu thì cho hiệu suất thu hồi dầu cao nhất và đạt được 16,47% (so với khối lượng lườn cá sử dụng) Do đó, sử dụng phương pháp này để sản xuất dầu cá hồi Kết quả xác định các chỉ tiêu chất lượng cho thấy dầu cá hồi thu được đảm bảo yêu cầu chất lượng để sử dụng Qua khảo sát các các yếu tố cho quá trình thủy phân, đã xác định được lượng enzym sử dụng 1,6% (w/w), tỉ lệ dung môi/cơ chất 1/1, nhiệt độ quá trình thủy phân 35℃ Thời gian thủy phân đạt hiệu suất cao nhất và đảm bảo tính kinh tế là 48h Qua so sánh với phương pháp thủy phân của nghiên cứu trước thì phương pháp sử dụng máy khuấy từ

và dùng iso – octan làm dung môi đem lại hiệu suất thủy phân cao hơn Do đó, chọn phương pháp này để nâng cao hiệu suất thủy phân

Nghiên cứu này sẽ là tiền đề cho nghiên cứu ứng dụng quá trình thủy phân dầu cá hồi bằng lipase từ mủ đu đủ để làm giàu DHA, EPA phục vụ cho ngành sản xuất thực phẩm chức năng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

“Nghiên cứu quy trình sản xuất và thủy phân dầu cá hồi bằng lipase mủ đu đủ phục

vụ sản xuất thực phẩm chức năng giàu DHA và EPA”

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu: tự chọn

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

Lời mở đầu

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương 4: Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

5 Các bản vẽ: Không

6 Họ tên người hướng dẫn: PGS.TS Đặng Minh Nhật

ThS Phan Thị Việt Hà

7 Ngày giao nhiệm vụ: 18/08/2019

8 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 09/12/2019

Thông qua bộ môn

Đà Nẵng, ngày … tháng … năm 2019 Đà Nẵng, ngày … tháng … năm 2019

PGS.TS Đặng Minh Nhật PGS.TS Đặng Minh Nhật

i

Sau hơn 4 tháng thực hiện đề tài “Nghiên cứu quy trình sản xuất và thủy phân dầu

cá hồi bằng lipase mủ đu đủ phục vụ sản xuất thực phẩm chức năng giàu DHA và EPA”,

được sự chỉ dẫn tận tình của thầy Đặng Minh Nhật, cùng với sự giúp đỡ của cô Phan Thị Việt Hà, các thầy cô bộ môn và các bạn sinh viên trong phòng thí nghiệm, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình

Trước hết cho phép em bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc nhất đến thầy Đặng Minh Nhật, thầy đã giúp đỡ em từ việc chọn đề tài cho đến khi hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình Trong suốt thời gian em thực hiện đồ án, thầy đã luôn định hướng, góp ý và sửa chữa những chỗ sai, để từ đó giúp em nắm bắt kĩ, chi tiết hơn về nội dung, cũng như các vấn đề liên quan đến đồ án, và hoàn thành đồ án một cách tốt nhất Bên cạnh đó, em cũng xin gửi lời cảm ơn đến cô Phan Thị Việt Hà, cô đã hướng dẫn, hỗ trợ, tạo điều kiện tốt nhất để em có thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp Nhờ cô

mà em được tiếp xúc với môi trường thực hành cùng những trang thiết bị hiện đại tại trường Đại học Duy Tân Cô luôn nhắc nhở và góp ý giúp em tích lũy thêm được nhiều kinh nghiệm cho bản thân mình

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Công nghệ Thực phẩm – Sinh học, các thầy cô ở phòng thí nghiệm và tất cả bạn bè, người thân đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi, khích lệ và động viên em trong suốt thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp của mình

Cuối cùng cho em xin được cảm ơn các thầy cô trong hội đồng bảo vệ tốt nghiệp

đã dành thời gian quý báu của mình để đọc và nhận xét cho đồ án của em

Tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp này là thành quả từ sự nghiên cứu dựa trên cơ

sở các số liệu thực tế, được thực hiện theo sự chỉ dẫn và định hướng của giáo viên hướng dẫn Đồ án được thực hiện hoàn toàn mới và là thành quả của riêng tôi, không sao chép theo bất cứ đồ án tương tự nào Mọi tài liệu, thông tin sử dụng trong đồ án đều được trích dẫn đúng từ các nguồn tài liệu nằm trong danh mục tài liệu tham khảo

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Đức Tiên

iii

Tóm tắt

Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp

Lời nói đầu i

Cam đoan ii

Mục lục iii

Danh mục các bảng biểu, hình vẽ vi

Danh sách các cụm từ viết tắt viii

LỜI MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về cá hồi 3

1.1.1 Giới thiệu 3

1.1.2 Phân loại 3

1.1.3 Thành phần dinh dưỡng của cá hồi 5

1.1.4 Tình hình nuôi trồng, khai thác và chế biến cá hồi 5

1.2 Tổng quan về dầu cá hồi 7

1.3 Tổng quan về đu đủ 8

1.3.1 Giới thiệu 8

1.3.2 Thành phần hóa học và giá trị sử dụng của đu đủ 10

1.3.3 Mủ đu đủ 11

1.4 Tổng quan về enzym lipase 11

1.4.1 Giới thiệu 11

1.4.2 Nguồn gốc 12

1.4.3 Cấu trúc enzym lipase 12

1.4.4 Cơ chế động học xúc tác của enzym lipase 13

1.4.5 Một số phản ứng đặc trưng được xúc tác bởi enzym lipase 14

1.5 Tổng quan về iso-octan 15

1.5.1 Giới thiệu 15

1.5.2 Tính chất vật lí 15

1.5.3 Tính chất hóa học 15

1.5.4 Ứng dụng 16

1.6 Tình hình nghiên cứu 16

1.6.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 16

1.6.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 17

1.7.1 Một số phương pháp thu dầu cá 18

1.7.2 Thủy phân dầu cá hồi bằng enzym lipase mủ đu đủ 19

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21

2.1 Đối tượng, hóa chất và thiết bị nghiên cứu 21

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 21

2.1.2 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị sử dụng 23

2.2 Phương pháp nghiên cứu 25

2.2.1 Nghiên cứu sản xuất dầu cá hồi bằng phương pháp xay – nấu 25

2.2.2 Nghiên cứu sản xuất dầu cá hồi bằng phương pháp cắt khúc – ép 27

2.2.3 Lựa chọn phương pháp sản xuất dầu cá và xác định hiệu suất thu hồi dầu cá thô 29

2.2.4 Phương pháp đánh giá chỉ tiêu chất lượng của dầu cá thô 29

2.2.5 Phương pháp xác định thành phần axit béo có trong dầu cá hồi 29

2.2.6 Nghiên cứu ứng dụng enzym lipase mủ đu đủ để thủy phân dầu cá 29

2.2.7 So sánh hiệu suất khi thủy phân trong hệ 2 pha và trong hệ 1 pha 31

2.2.8 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất của quá trình thủy phân 32 2.2.9 Phương pháp xử lý số liệu 32

Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 33

3.1 Nghiên cứu sản xuất dầu cá hồi bằng phương pháp xay – nấu 33

3.1.1 Xác định thời gian thích hợp cho công đoạn nấu 33

3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của muối NaCl đến hiệu suất thu hồi dầu cá 34

3.2 Nghiên cứu sản xuất dầu cá hồi bằng phương pháp cắt khúc – ép 34

3.3 Lựa chọn phương pháp sản xuất dầu cá và xác định hiệu suất thu hồi dầu cá thô 36

3.4 Đánh giá chỉ tiêu chất lượng của dầu cá thô 38

3.5 Xác định thành phần axit béo có trong dầu cá hồi 39

3.6 Nghiên cứu ứng dụng enzym lipase mủ đu đủ để thủy phân dầu cá 41

3.6.1 Khảo sát ảnh hưởng của lượng enzym sử dụng đến hiệu suất thủy phân 41

3.6.2 Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi/cơ chất đến hiệu suất thủy phân 43

3.6.3 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thủy phân 44

3.7 So sánh hiệu suất khi thủy phân trong hệ 2 pha và trong hệ 1 pha 46

3.8 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất của quá trình thủy phân 47

Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49

4.1 Kết luận 49

v

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 PHỤ LỤC

Danh mục bảng

Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng có trong 100 g Cá Hồi Na Uy 5

Bảng 1.2 Thành phần hóa học của thịt quả đu đủ chín 10

Bảng 1.3 Một số tính chất vật lí đặc trưng của iso-octan 15

Bảng 2.1 Dụng cụ, hóa chất và thiết bị sử dụng 23

Bảng 3.1 Lượng dầu thu được ở các mẫu có thời gian nấu khác nhau 33

Bảng 3.2 Lượng dầu thu được ở các mẫu có kích thước lát cắt khác nhau 35

Bảng 3.3 So sánh lượng dầu thu được ở điều kiện thích hợp của phương pháp xay – nấu và phương pháp cắt khúc – ép 36

Bảng 3.4 Các chỉ tiêu chất lượng của dầu cá 39

Bảng 3.5 Thành phần và hàm lượng axit béo trong dầu cá hồi (đo bằng phương pháp Sắc kí khí) 40

Bảng 3.6 Hiệu suất thủy phân ở các lượng enzym khác nhau 42

Bảng 3.7 Hiệu suất thủy phân ở các tỉ lệ dung môi/cơ chất khác nhau 43

Bảng 3.8 Hiệu suất thủy phân ở các mức nhiệt độ khác nhau 45

Bảng 3.9 Hiệu suất thủy phân của mẫu 1 và mẫu 2 ở thí nghiệm 2.2.6 46

Bảng 3.10 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất của quá trình thủy phân 47

Danh mục hình Hình 1.1 Cá hồi Đại Tây Dương 3

Hình 1.2 Các loại cá hồi Thái Bình Dương 4

Hình 1.3 Sản lượng nuôi trồng của các loài cá hồi từ năm 1950 – 2010 theo báo cáo của FAO 6

Hình 1.4 Cây đu đủ 9

Hình 1.5 Mô hình enzym lipase 13

Hình 1.6 Cấu trúc của enzym lipase 13

Hình 1.7 Mô hình cơ chế xúc tác của lipase ở bề mặt tiếp xúc giữa hai pha dầu – nước 13

Hình 1.8 Sự hoạt hóa enzyme 14

Hình 1.9 Hình thành phức hợp enzyme - cơ chất 14

vii

Hình 2.2 Vườn thu nhận mủ đu đủ 21

Hình 2.3 Sơ đồ thu chế phẩm enzym lipase thô 23

Hình 2.4 Máy ép trục vít 24

Hình 2.5 Cân phân tích 4 số 24

Hình 2.6 Máy ly tâm 24

Hình 2.7 Cân kỹ thuật điện tử 24

Hình 2.8 Máy khuấy từ 24

Hình 2.9 Sơ đồ quy trình sản xuất dầu bằng phương pháp xay – nấu 25

Hình 2.10 Sơ đồ quy trình sản xuất dầu bằng phương pháp cắt khúc – ép 27

Hình 2.11 Sơ đồ quá trình thủy phân dầu cá 30

Hình 3.1 Biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của thời gian nấu đến lượng dầu thu được…33 Hình 3.2 Lát cắt 1cm 33

Hình 3.3 Lát cắt 2cm 35

Hình 3.4 Sơ đồ quy trình sản xuất dầu cá hồi từ lườn cá 37

Hình 3.5 Dầu cá hồi thu được từ lườn cá 38

Hình 3.7 Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của lượng enzym đến hiệu suất của phản ứng thủy phân 42

Hình 3.8 Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của tỉ lệ dung môi/cơ chất đến hiệu suất phản ứng thủy phân 44

Hình 3.9 Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phản ứng thủy phân 45

Hình 3.10 Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất phản ứng thủy phân 48

DHA: Docosahexaenoic acid

EPA: Eicosapentaenoic acid

PUFAs: Polyunsaturated fatty acids (axit béo không bão hòa nhiều nối đôi) TAG: Triacylglycerol

FFA: Free Fatty acid (axit béo tự do)

LỜI MỞ ĐẦU

Cá hồi (Salmo salar) là nguồn lợi thủy sản quý, chứa nhiều chất có lợi cho sức

khỏe như các vitamin, DHA, các nguyên tố vi chất và nhiều axit amin Ở Việt Nam, cá hồi được ươm, nuôi ở Sapa (Lào Cai), Đà Lạt (Lâm Đồng), Lạng Sơn, Bắc Giang và một số địa phương khác, Theo “Quy hoạch phát triển cá nước lạnh đến năm 2020, tầm nhìn 2030” của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn ước tính tổng sản lượng nuôi

cá nước lạnh đến năm 2015 đạt 3460 tấn (cá hồi là 1448 tấn), đến năm 2020, sản lượng nuôi đạt 10000 tấn (cá hồi là 2713 tấn) [1]

Trong công nghiệp chế biến thuỷ sản, phụ phẩm thải ra từ các cơ sở chế biến cá chiếm một lượng lớn bao gồm: đầu, lườn cá, xương, da, vụn thịt… Lườn cá, phụ phẩm thải ra trong quá trình chế biến cá hồi phi lê có chứa lượng dầu cá lớn nhưng chúng chủ yếu được sử dụng để sản xuất bột cá hay chế biến một số món ăn thông thường…Do vậy, nếu tận dụng được lượng phụ phẩm này để thu dầu cá và ứng dụng dầu cá thu được

để tạo ra các sản phẩm thực phẩm chức năng thì đem lại giá trị kinh tế, thương mại cao

và làm tăng giá trị cho phụ phẩm cá hồi

Dầu cá hồi được biết đến là nguồn giàu axit béo không bão hoà nhiều nối đôi (PUFAs), trong đó chủ yếu là axit eicosapentaenoic (EPA) và axit docosahexaenoic (DHA) đã được công nhận là có ảnh hưởng tích cực đối với sức khoẻ của con người Các axit béo có vai trò trong phòng chống các bệnh tim mạch và giảm các vấn đề về sức khoẻ khác [2]

Hiện nay trên thế giới, một số tác giả đã sử dụng enzyme lipase để thủy phân dầu

cá nhằm làm giàu DHA và EPA phục vụ cho việc sản xuất các thực phẩm chức năng Nhưng chủ yếu là sử dụng enzyme lipase từ vi sinh vật vì chúng có hoạt tính cao hơn so với lipase từ các nguồn khác, tuy nhiên giá thành của loại enzym này khá cao Cho tới nay, ở nước ta chưa có công trình nghiên cứu nào ứng dụng enzyme lipase từ thực vật

để thủy phân dầu cá Lipase từ thực vật tuy có hoạt tính thấp hơn, chỉ chiếm một phần nhỏ trong nền công nghiệp sản xuất enzyme nhưng với nhiều ưu điểm như giá thành thấp, là enzyme cố định tự nhiên và được sử dụng trực tiếp như chất xúc tác sinh học ở dạng chế phẩm thô nên gần đây loại enzyme này đã được quan tâm và nghiên cứu khá nhiều [3]

Một vài nghiên cứu đã cho thấy lipase từ thực vật được ứng dụng trong các phản ứng thủy phân hoặc ester hóa Ðặc biệt, lipase từ mủ ở một số cây thuộc họ đu đủ như

Carica papaya được phát hiện là có hoạt tính cao trong phản ứng thủy phân và phản ứng

tổng hợp [4]

Do đó mục đích của nghiên cứu này là chọn ra phương pháp sản xuất dầu cá hồi

từ lườn cá sao cho đạt hiệu suất cao, có lợi về kinh tế nhất và ứng dụng enzym lipase từ

mủ đu đủ thủy phân dầu cá thu nhận được để làm tiền đề cho các quá trình nghiên cứu

làm giàu DHA và EPA sau này Vì vậy, tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu quy trình sản

xuất và thủy phân dầu cá hồi bằng lipase mủ đu đủ phục vụ sản xuất thực phẩm chức năng giàu DHA và EPA”

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về cá hồi

1.1.1 Giới thiệu

Cá hồi là tên gọi cho một số loài cá da trơn sống ở các nước ôn đới và hàn đới

thuộc họ Salmonidae Cá hồi sống dọc các bờ biển tại cả Bắc Đại Tây Dương (các họ di

cư Salmo salar) và Thái Bình Dương (khoảng sáu họ của giống Oncorhynchus), và cũng

đã từng được đưa tới Hồ lớn ở Bắc Mỹ Cá hồi được sản xuất nhiều trong ngành nuôi trồng thủy sản ở nhiều nơi trên thế giới [5]

Hình 1.1 Cá hồi Đại Tây Dương [6]

Về đặc trưng, các hồi là cá ngược sông để đẻ: chúng sinh ra tại khu vực nước ngọt,

di cư ra biển, sau đó quay trở lại vùng nước ngọt để sinh sản Tuy nhiên, có nhiều con thuộc nhiều loài sống cả đời tại vùng nước ngọt [5]

1.1.2 Phân loại

Cá hồi gồm nhiều loại khác nhau nhưng chủ yếu được chia làm hai loại chính: cá hồi Đại Tây Dương và cá hồi Thái Bình Dương

a) Cá hồi Đại Tây Dương: có những điểm hình dấu X trên đường bên, có thể có

hoặc không những điểm này trên đuôi Hàm trên không rộng quá phía sau mắt Có những điểm đen lớn phủ trên mang để phân biệt với cá hồi Thái Bình Dương

b) Cá hồi Thái Bình Dương gồm các loại như sau:

• Cá hồi Chinook (Oncorhynchus tshawytscha) là loài cá hồi Thái Bình Dương lớn

nhất, có màu xanh lá – xanh dương và trên đỉnh đầu với 2 bên mình màu bạc và bụng màu trắng Chúng có những điểm màu đen trên đuôi và phân nửa thân phía trước, miệng

của chúng có màu xám đậm

Hình 1.2 Các loại cá hồi Thái Bình Dương [7]

• Cá hồi Chum (Oncorhynchus keta) có chiều dài khoảng 58cm, trọng lượng

15,9kg và tuổi thọ tối đa là 7 năm

• Cá hồi Coho (Oncorhynchus kisutch) còn goi là cá hồi bạc ở Mỹ có thân thon

dài, cá được thành thục thường có một cái bướu nhỏ Hàm trên kéo dài đến sau mắt

• Cá hồi hồng (Oncorhynchus gorbuscha ) có màu bạc sáng ở đại dương Sau khi

trở về suối, màu sắc thay đổi sang màu xám nhạt ở mặt sau với bụng màu hơi vàng Có hương vị nhỏ và tinh tế, có mức chất béo thấp nhất trong các loại cá hồi

• Cá hồi Sockeye (Oncorhynchus nerka) có chiều dài khoảng 58cm, trọng lượng

7,7kg và tuổi thọ tối đa là 8 năm

• Cá hồi Steelhead (Oncorhynchus mykiss) có thân thon dài, 10 – 12 tia vây lưng,

8 – 12 tia vây hậu môn, có các chấm màu đen hình cánh sao trên thân Khi thành thục, trên lườn cá xuất hiện các vân màu hồng, đây là điểm đặc trưng của cá đực khi đến mùa sinh sản

• Cá hồi Masu (Oncorhynchus masou) có lưng màu tối và các sọc trên cơ thể trở

thành màu đỏ tươi với pha đỏ thẫm kết hợp vào bụng một dải phổ biến theo chiều dọc

có màu sắc nhẹ hơn [5]

1.1.3 Thành phần dinh dưỡng của cá hồi

Cá hồi được đánh giá là một nguồn thực phẩm giàu dinh dưỡng và có ích cho sức khỏe của con người do giàu protein, axit béo omega 3 và vitamin…

Protein cá hồi có vai trò cực kỳ quan trọng đối với sự phát triển cân nặng và chiều cao của cơ thể người Lượng protein có trong cá hồi giúp cơ thể chuyển hóa chất dinh dưỡng thuận lợi, hệ bài tiết hoạt động thải chất độc một cách hiệu quả, ít gây béo phì hay mắc bệnh tiểu đường cho cơ thể hơn so với thành phần protein trong động vật

Cá hồi chứa nhiều vitamin và omega-3 có lợi giúp duy trì đôi mắt sáng trong, ngừa các căn bệnh về mắt, nhất là bệnh thoái hóa điểm vàng nguy hiểm Thịt cá hồi chứa nhiều chất béo lành mạnh, an toàn cho sức khỏe người dùng Bảo vệ tim mạch hiệu quả,

ổn định huyết áp, giảm mỡ máu Thành phần omega-3 cũng cố chức năng tim, nhịp tim, giảm nguy cơ đột quỵ Thịt cá hồi giúp tăng cường trí nhớ, bổ sung chất dẫn truyền xung thần kinh Đặc biệt tốt cho trẻ nhỏ, tăng cường phát triển não với hàm lượng DHA cao Ngoài ra cá hồi còn chứa nhiều nguyên tố vi lượng: magie, sắt, kali…và còn là nguồn cung cấp selen tuyệt vời cho cơ thể người [8]

Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng có trong 100 g Cá Hồi Na Uy

(Nguồn: Viện Nghiên cứu Dinh dưỡng và Hải sản Na Uy)

Thành phần dinh dưỡng Đơn vị đo lường Hàm lượng dinh dưỡng trong

1.1.4 Tình hình nuôi trồng, khai thác và chế biến cá hồi

Trên thế giới tính đến năm 2007, nuôi trồng thủy sản của cá hồi có giá trị 10,7

tỷ USD Nhà sản xuất hàng đầu của cá hồi nuôi là Na Uy với 33%, Chile với 31%, và các nhà sản xuất ở châu Âu khác với 19% Sản lượng cá hồi của Na Uy trong năm 2011 – 2012 lên tới xấp xỉ 172 ngàn tấn, bỏ xa Anh Quốc đứng hàng thứ hai với sản lượng

chỉ là 23 ngàn tấn rưỡi Đối với Na Uy, nuôi trồng và đánh bắt hải sản là nguồn thu nhập đứng hàng thứ hai khoảng 6,6 tỷ euro trong năm 2012, chỉ sau dầu lửa, trong số này, riêng xuất khẩu cá hồi là 3,8 tỷ euro Chỉ trong vòng 3 thập niên, Na Uy đã thúc đẩy sự bùng nổ của thị trường rất có lãi này Hầu như không tồn tại đầu những năm 1980, giờ đây sản lượng cá hồi nuôi trong các trang trại trên thế giới đã vượt qua ngưỡng 2 triệu tấn, trong số này 60% là của Na Uy [9]

Hình 1.3 Sản lượng nuôi trồng của các loài cá hồi từ năm 1950 – 2010 theo báo cáo

của FAO [9]

Ở Việt Nam, Sa Pa được mệnh danh là thiên đường của loài cá nước lạnh bởi khí hậu đặc trưng và nguồn nước dồi dào Loài cá nuôi ở đây là cá hồi vân (còn gọi là cá hồi ráng) giờ được nuôi ngay dưới chân đỉnh Phanxipăng, tại thác Bạc, huyện Sa Pa (Lào Cai) và được nuôi ở Hà Giang, trên đỉnh Tây Côn Lĩnh [9] Đến năm 2015, toàn huyện Sapa có hơn 30 cơ sở nuôi cá nước lạnh với diện tích mặt nước khoảng 1,7 ha, tập trung

ở xã Bản Khoang, Tả Van, Tả Giàng Phình, Tả Phìn, Lao Chải, San Sả Hồ, thị trấn Sapa Hiện nay, tổng sản lượng cá hồi của địa phương đạt khoảng 700 - 800 tấn mỗi năm [10] Các dạng sản phẩm chế biến của cá hồi bao gồm: cá hồi hun khói, chế biến phi lê

và các sản phẩm phối chế khác Ðối với mặt hàng phi lê đông lạnh, phụ phẩm của quá trình chế biến này gồm: đầu, xương, vây, mỡ, nội tạng…Đặc biệt là lườn cá sau khi phi

lê chiếm một lượng rất lớn và có hàm lượng dầu tương đối cao Do đó việc tận dụng lườn cá hồi để sản xuất dầu cá có ý nghĩa rất lớn, đem lại hiệu quả kinh tế cao và nâng cao giá trị sử dụng của phụ phẩm

1.2 Tổng quan về dầu cá hồi

Dầu cá là loại dầu có nguồn gốc từ các mô của những con cá chứa dầu như cá hồi, cá thu, cá mòi, cá ngừ…Dầu cá có chứa các axit béo omega-3 axit eicosapentaenoic (EPA) và axit docosahexaenoic (DHA) mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe [11] Khác với các loại dầu cá khác thường có màu vàng, dầu cá hồi có màu đỏ cam, có mùi riêng và đặc trưng của cá hồi Dầu cá hồi không hề chứa carbohydrate, thay vào đó

là lượng protein vô cùng phong phú so với các loại thực phẩm khác Đặc biệt, trong dầu

cá hồi còn chứa nhiều loại dưỡng chất rất cần thiết cho cơ thể điển hình như vitamin D, tryptophan, vitamin B3, vitamin B6, vitamin B12, selen, photpho và magie Bên cạnh

đó thành phần của dầu cá hồi còn chứa một loại axit béo omega-3 rất quan trọng bao gồm EPA và DHA Đây là nguồn dinh dưỡng hết sức cần thiết cho phụ nữ mang thai, giúp bé phát triển toàn diện về thể chất và trí tuệ ngay khi còn trong bụng mẹ, đồng thời còn có tác dụng giảm nguy cơ sinh non hoặc thiếu cân, hạn chế tình trạng thiếu cân, cơ thể ốm yếu ở trẻ [12]

*Một số tác dụng của dầu cá hồi:

- Bệnh tim mạch: dầu cá hồi có khả năng phòng chống các bệnh tim mạch và các bệnh liên quan đến tim mạch Dầu có hồi giúp làm giảm lượng cholesterol, triglycerid – tác nhân gây xơ cứng động mạch, đồng thời dầu có hồi còn có tác dụng ngăn ngừa triệu chứng rối loạn nhịp tim [12]

- Phòng ngừa ung thư: dầu cá hồi còn được mệnh danh là “dung sĩ chống ung thư” hết sức hiệu quả Ba bệnh ung thư mà dầu cá hồi có khả năng phòng tránh là ung thư đại tràng, ung thư tuyến vú và ung thư tuyến tiền liệt Thành phần Omega-3 có trong dầu cá hồi sẽ giúp nuôi dưỡng các tế bào khỏe mạnh, ngăn ngừa tình trạng biến đổi thành tế bào ung thư [12]

- Hỗ trợ giảm cân: các nhà khoa học Nhật Bản đã tìm ra thêm một công dụng tuyệt vời của dầu cá hồi là giúp cơ thể động vật chuyển những tế bào mỡ từ dạng dự trữ sang dạng có thể đốt cháy, hay nói ngắn gọn dầu cá hồi chính là thứ thuốc giảm cân rất nhiều người tìm kiếm bấy lâu [13]

- Điều trị viêm khớp: dầu cá hồi, trong đó có chứa các acid béo chống viêm

omega-3 đã được chứng minh trong các nghiên cứu trước đó để giảm viêm và đau do viêm khớp dạng thấp, cho phép bệnh nhân giảm được số lượng các loại thuốc kháng viêm không steroid (NSAIDs), như ibuprofen và naproxen [14]

- Tốt cho mắt: omega 3 có trong dầu cá hồi sẽ giúp bảo vệ cho mắt không bị mắc các vấn đề về thoái hóa hoàng điểm và ngăn ngừa nguy cơ mắt bị khô [12]

- Rối loạn tâm thần: kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học Trường ĐH Vienna (Áo) đã cho thấy đối với những người đang gặp các vấn đề về sa sút trí tuệ, bệnh

Alzehimer và tâm thần phân liệt thường do thiếu hụt acid béo omega-3 (một loại acid có tác dụng bảo vệ các tế bào não chống lại sự oxy hóa) Vì vậy việc cung cấp đầy đủ acid này từ dầu cá hồi có thể giúp ngăn ngừa căn bệnh trên [15].

- Sức khỏe mái tóc và làn da: omega-3 trong dầu cá hồi giúp giữ độ ẩm trong tế bào da, sản sinh collagen, hạn chế nếp nhăn và giữ cho làn da luôn tươi khỏe Hàm lượng protein trong dầu cá hồi giúp tóc phát triển, duy trì mái tóc khỏe mạnh và mượt mà [12]

- Huyết áp cao: nhờ đặc điểm chống đông máu và chống viêm nên thành phần Omega-3 có trong dầu cá sẽ giúp làm giảm huyết áp, chống viêm Nhờ đó mà máu được bơm nhanh, phân bố đều lên các bộ phận của cơ thể nên giảm áp lực lên tim và nhanh chóng hạ huyết áp [12]

- Hen suyễn: nghiên cứu mới đây của Andreas Lopata, giáo sư đến từ Đại học James Cook ở Úc cho thấy, axit béo n-3 trong dầu cá hồi có liên quan đáng kể đến việc làm giảm nguy cơ mắc bệnh hen suyễn hoặc các triệu chứng giống hen suyễn lên đến 62% [16]

- Xương chắc khỏe: omega-3 trong dầu cá hồi giúp cho các khoáng chất trong xương và mô xung quanh được cân bằng nhờ đó giúp xương ngày càng được chắc khỏe hơn [12]

- Tốt cho thai kỳ: phụ nữ đang trong thời kì mang thai thì rất cần được bổ sung dầu

cá vì DHA trong dầu cá sẽ giúp hỗ trợ cho thị giác và não của thai nhi phát triển [12]

- Marianne Thusgaard và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu tác dụng của dầu cá hồi (PUFAs) trên lipid huyết tương, lipoprotein và các dấu hiệu viêm ở bệnh nhân nhiễm HIV được điều trị bằng liệu pháp kháng retrovirus đã chứng mình dầu cá hỗ trợ điều trị HIV/AIDS và giảm nồng độ triglyceric [17]

là nơi xuất tích của các dòng giống đu đủ đang được trồng hiện nay

Đu đủ được trồng ở các nước vùng nhiệt đới và á nhiệt đới ẩm Các nước trồng nhiều có thể kể đến là Ấn Độ, Trung Quốc, Thái Lan, Philippines, Myanma, Malaysia (châu Á); Tanzania, Uganda (châu Phi); Brasil, Ecuador, Mỹ (châu Mỹ); Úc, New Zealand (châu Đại Dương)

Ở Việt Nam đu đủ được trồng hầu hết ở các tỉnh miền Bắc và miền Nam Tuy nhiên, chúng được trồng nhiều ở các tỉnh đồng bằng, dọc theo các con sông, trên các

loại đất phù sa, dốc tụ và nhiều loại đất khác Những vùng đu đủ có thể kể đến như Hà Nam, Hưng Yên, Tuyên Quang, Vĩnh Phúc, Tiền Giang,… Diện tích trồng đu đủ cả nước khoảng 10.000 – 17.000 ha với sản lượng khoảng 200 đến 350 nghìn tấn quả [18]

Quả đu đủ bao gồm lớp vỏ mỏng bên ngoài kèm theo cuống, tiếp đến là lớp thịt quả dày, trong cùng là phần rỗng chứa hạt Mỗi quả có thể đạt 1000 – 1400 hạt trong điều kiện thụ phấn, thụ tinh tốt Hạt có màng mỏng bao quanh và chứa dầu nên dễ mất sức nảy mầm Quả đu đủ già chứa rất nhiều hạt hình trứng, màu xám đen, bám nhẹ vào

lớp thịt quả nhờ lớp mô sợi mềm Khi còn xanh, quả đu đủ chứa rất nhiều mủ, vỏ quả xanh và cứng Khi chín, vỏ quả chuyển thành màu vàng nhạt đến vàng đậm, đến cam [18]

1.3.2 Thành phần hóa học và giá trị sử dụng của đu đủ

Bảng 1.2 Thành phần hóa học của thịt quả đu đủ chín [18]

30 mg/100g 0,2 mg/100g

ở những nơi làm nông nghiệp khó khăn cũng được làm rau và thức ăn chăn nuôi [18] Toàn bộ cây đu đủ (trừ quả chín và rễ) đặc biệt là quả xanh có chứa nhựa mủ trong

đó chứa các enzym phân hủy protein gọi là papain, chất cao su, chất nhựa, axit malic,chất béo, men thủy phân và các axit amin: leuxin, tyroxin Trong men papain có tác giả thấy rất nhiều men peroxyldaza, một ít men lipaza Men papain có tác dụng như men pepsin của dạ dày và nhất là giống men trypsin của tụy tạng trong sự tiêu hóa các chất thịt Nó làm một số vi khuẩn gram dương và gram âm ngừng phát triển Papain còn có tác dụng làm đông sữa và giảm độc đối với toxin và toxanbumin Trồng với mục đích để thu nhựa, một cây đu đủ cho khoảng 100 – 200 gram nhựa khô (tương ứng 4% trọng lượng cây tươi hoặc 0,7 – 1,0% trọng lượng quả tươi) và 1 hecta có thể thu được 250 – 300 kg nhựa nguyên liệu Nhựa Papain khô được dùng trong công nghiệp chế biến thịt, chế biến sữa, công nghiệp làm thuốc tẩy, trong ngành y và các ngành kinh tế khác vì vậy đã và đang được một số khu vực trên thế giới quan tâm phát triển trồng đu đủ với mục đích này như Tanzania và một số nước khác ở châu Phi [20]

Trong lá, quả, hạt (chủ yếu là ở lá) có một chất ancaloit đắng gọi là cacpain và chất

gluxit gọi là cacpozit Chất cacpain làm chậm nhịp tim, có người đã dùng thay thế cho thuốc chữa tim Digitalin Trong hạt và các bộ phận khác có các tế bào chứa chất myrozin

và các tế bào khác chứa kali myronat [20]

Hoa, quả non của cây đu đủ cũng được sử dụng như là nguồn dược liệu trong việc điều trị ho, viêm phế quản, tắc sữa ở các bà mẹ đang cho con bú [18]

1.3.3 Mủ đu đủ

Mủ đu đủ là một chất lỏng màu trắng đục được tạo thành từ các hợp chất khác nhau như: protein, nhựa, đường, chất béo, gum… tất cả phân tán trong môi trường nước và đông lại khi tiếp xúc với môi trường không khí Mủ đu đủ chứa khoảng 85% nước, 15% chất khô (trong đó có 25% chất khô không hòa tan, 75% chất khô hòa tan) và nhiều enzyme thủy phân, chủ yếu là các protease Hỗn hợp các enzyme khác nhau có mặt trong mủ đóng vai trò bảo vệ cây chống lại các tác nhân bên ngoài [22]

Mủ đu đủ nằm trong các ống dẫn mủ trải rộng khắp toàn bộ cây, ngoại trừ rễ Quả xanh vào khoảng 10 tuần tuổi chứa nhiều mủ nhất [23]

Mủ đu đủ có hoạt tính kháng khuẩn, ức chế sự tăng trưởng của nấm, đặc biệt là

nấm Candida albicans (Giordani và Siepai 1991), vì thế thường được sử dụng trị bệnh

eczema trên da do nấm gây ra Mủ đu đủ có chứa papain và chymopapain, hai enzyme phân giải protein quan trọng của ngành công nghiệp Mủ đu đủ xanh là chất làm mềm thịt, sử dụng trong điều trị vết bỏng và vết thương bị hoại tử (Starley 1999; Hewitt et al 2000) Ngoài ra nó còn được dùng trong sản xuất mỹ phẩm (Singh và Sirohi 1977; Knight 1980), công nghệ thực phẩm, công nghiệp thuốc tẩy…[23]

Ngoài papain và chymopapain, mủ đu đủ còn chứa các enzyme khác như lipase, hydrolase Lipase từ mủ đu đủ liên kết chặt với phần chất khô không hòa tan trong nước

có trong mủ quả đu đủ do đó nó cũng không hòa tan trong nước Vì vậy, nó đã được được coi như “enzyme cố định tự nhiên” Các hoạt động của lipase là hoàn toàn độc lập với các protease khác hiện diện trong mủ và vai trò tự nhiên của nó hiện nay chưa được biết rõ Không có thử nghiệm nào về đặc tính sinh hóa của nó được thực hiện, vì cho đến nay, tất cả những nỗ lực để loại bỏ lipase từ các ma trận của chất khô để tinh sạch

đã không thành công Lipase từ mủ đu đủ có thể tinh chế một phần bằng cách hòa tan papain thô trong nước và bỏ pha nước sau khi ly tâm [24]

1.4 Tổng quan về enzym lipase

1.4.1 Giới thiệu

Lipase hay Triacylglycerol acylhydrolases là loại enzyme có khả năng xúc tác phản ứng thủy phân triacylglyceride có mạch dài tạo thành diacylglyceride, monoacylglyceride, glycerol và các acid béo tự do tại các bề mặt liên pha giữa nước và dung môi hữu cơ [25] Ngoài ra, lipase còn có thể xúc tác các phản ứng chuyển vị ester

và cả phản ứng tổng hợp ester trong môi trường ít nước

Lipase được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều ngành khác nhau như công nghệ thực phẩm, chất tẩy rửa, tổng hợp các chất hữu cơ, dược phẩm và cả trong sản xuất nhiên liệu sinh học như biodiesel Trong thị phần enzyme thế giới, lipase chiếm 7% và chỉ xếp sau protease và carbohydrase [26]

1.4.2 Nguồn gốc

Lipase có thể được thu nhận từ nhiều nguồn khác nhau như thực vật, động vật và

vi sinh vật, đặc biệt là từ vi khuẩn và nấm, đã có một vài lipase thu nhận từ vi sinh vật

có giá trị thương mại

Lipase từ thực vật được tìm thấy ở các mô dự trữ của các hạt chứa dầu như: hạt thầu dầu, hạt ngũ cốc, hạt hướng dương và chủ yếu được tìm thấy trong quá trình nảy mầm Lipase thu nhận từ nguồn này hạn chế về hoạt tính lẫn khả năng bền nhiệt, đồng thời nồng độ enzym là không cao

Lipase từ động vật đóng vai trò là chìa khóa trong quá trình tiêu hóa lipid (lipase

ở tuyến tụy và dạ dày), trong quá trình đồng hóa và dị hóa (lipase ở ruột, gan, lyosome

và lipoprotein) Ngoài ra các lipase động vật còn được chia làm ba nhóm dựa vào sự phân bố và hoạt tính của chúng là các lipase được tiết vào trong đường ruột bởi các tổ chức chuyên hóa (các lipase trong tiêu hóa thực phẩm), các lipase của tuyến sữa và của

mô

Lipase vi sinh vật phân bố rộng rãi từ vi khuẩn, nấm men đến nấm Hầu hết lipase ứng dụng thương mại có nguồn gốc từ vi khuẩn Vi sinh vật tổng hợp lipase được tìm thấy trong các môi trường phong phú như nước thải công nghiệp, nhà máy chế biến dầu thực vật, sữa, đất lẫn dầu, hạt cọ dầu, thực phẩm thối rữa, than đá và suối nước nóng… [27]

1.4.3 Cấu trúc enzym lipase

Cấu trúc chung của enzym lipase gồm một phiến β ở giữa được bao quanh bởi các xoắn α với nhóm serine hoạt động nằm trong một vòng (loop) gọi là cùi chỏ xúc tác (catalytic elbow) Trên serine là một khe kỵ nước (hydrophobic cleft) được hình thành sau sự hoạt hóa enzyme Khe ưa nước là một túi được kéo dài (elongated pocket) tùy theo cơ chất gắn khít vào Trung tâm hoạt động là bộ ba Serine, Histidine và Aspartate (hoặc Glutamate) Đối lập với protease, trung tâm xúc tác của lipase không phân bố ở

bề mặt ngoài mà nằm dưới chuỗi xoắn bề mặt Vị trí hoạt động của mọi lipase đều có Ser, His, Asp (hoặc Glu) và hoàn toàn bị che khuất bởi một đoạn nắp cấu tạo bởi một hoặc hai chuỗi xoắn Ngoại trừ các điểm chung về khả năng xúc tác thông dụng thì lipase

từ những nguồn khác nhau có rất ít điểm chung ở cấp độ axit amin Trong hầu hết cấu trúc lipase, đầu serin hoạt động trong chuỗi pentapeptit có trình tự Gly–X1–Ser–X2 –

gọi là quá trình hoạt hoá phân pha

Hình 1.7 Mô hình cơ chế xúc tác của lipase ở bề mặt tiếp xúc giữa hai pha dầu – nước

E : Là lipase hòa tan có hoạt tính

E* : Là lipase hoạt động được hấp thu

S : Là cơ chất không tan trong nước

E*S: Là các phức hệ cơ chất lipase

P : Là sản phẩm phản ứng

Khi không có mặt nước hoặc khi có nước với lượng nhỏ, phản ứng este hoá và phản ứng este được ưu tiên Trong trường hợp này, những đặc tính như tốc độ xúc tác

và tính đặc hiệu phụ thuộc nhiều vào điều kiện phản ứng và bản chất cơ chất

Lipase xúc tác cho một phản ứng hóa học qua ba bước (Martinelle, Hult, 1994)

- Bước 1: lipase thủy phân liên kết ester của lipid tại bề mặt phân pha giữa lipid và nước Trong nước trung tâm hoạt động chứa serine bị khóa lại bởi vòng xoắn helix (Hình 1.8)

Hình 1.8 Sự hoạt hóa enzyme

- Bước 2: khi lipase gắn vào bề mặt phân pha thì vòng xoắn helix di chuyển, cho phép cơ chất gắn vào trung tâm hoạt động (Hình 1.9)

Hình 1.9 Hình thành phức hợp enzyme - cơ chất

- Bước 3: tạo thành sản phẩm, còn enzyme được giải phóng ra dưới dạng tự do [31]

1.4.5 Một số phản ứng đặc trưng được xúc tác bởi enzym lipase

Enzym lipase xúc tác cho nhiều phản ứng hóa học khác nhau và thường được chia làm 2 loại: phản ứng thủy phân và phản ứng tổng hợp

- Phản ứng thủy phân:

RCOOR’ + H2O RCOOH + R’OH

- Phản ứng tổng hợp: được chia thành 4 nhóm nhỏ sau:

a) Este hóa (Esterification)

RCOOH + R’OH RCOOR’ + H2O

b) Este hóa tương hỗ (Interesterification)

RCOOR’ + R”COOR* RCOOR* + R”COOR’

c) Rượu phân (Alcoholysis)

RCOOR’ + R”OH RCOOR” + R’OH

d) Axit phân (Acidolysis)

RCOOR’ + R”COOH R”COOR’ + RCOOH

Trong đó 3 nhóm b, c và d thường được gọi chung là là transesterification [31]

1.5 Tổng quan về iso-octan

1.5.1 Giới thiệu

Iso-octan hay còn gọi 2,2,4-trimethylpentane là một ankan bao gồm pentan mang hai nhóm thế methyl ở vị trí 2 và một nhóm thế methyl duy nhất ở vị trí 4 có công thức (CH3)3CCH2CH(CH3)2 Nó là một trong một số đồng phân của octan (C8H18) và là thành phần quan trọng của xăng, thường được sử dụng với tỷ lệ tương đối lớn để tăng tiếng gõ sức cản của nhiên liệu [32]

- Iso-octan là một thành phần của xăng, thường được dùng làm chất chuẩn trong

xác định tính chống kích nổ của xăng (trị số octan) [32]

- Ngoài ra iso-octan còn được sử dụng làm dung môi trong kĩ thuật phân tích sắc

ký khí, làm dung môi để hòa tan các chất không phân cực như chất béo, este của axit béo… [32] Hiện nay, iso-octan là một dung môi rất thông dụng được dùng nhiều trong thực tế và trong các nghiên cứu Đặc biệt trong nghiên cứu mới đây của Aditi Sharma

đã sử dụng nó làm dung môi cho quá trình thủy phân dầu cá bằng enzym lipase giúp đem lại hiệu suất thủy phân cao vì nó có thể làm giảm sự ức chế hoặc bất hoạt enzyme Iso-octan hoạt động như một pha hữu cơ trong hệ thống phản ứng hai pha và giúp tách sản phẩm thủy phân ra khỏi hỗn hợp phản ứng một cách dễ dàng vì sản phẩm được tạo thành sau phản ứng có xu hướng hòa tan trong dung môi do đó hạn chế được ảnh hưởng của sản phẩm thủy phân đến hoạt động của enzym [35]

1.6 Tình hình nghiên cứu

1.6.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Năm 2000, Suganya Chantachum và Soottawat Benjakul đã nghiên cứu tách dầu thô từ đầu cá ngừ vằn sơ chế và không sơ chế bằng phương pháp khử ướt Cả nhiệt độ

và thời gian gia nhiệt đều ảnh hưởng đến sự phân tách và chất lượng dầu Điều kiện tối

ưu để tách dầu thô ở các mẫu gia nhiệt ở là 85°C trong 30 phút, sau đó tiến hành ép 140 tấn/m2 bằng máy ép thủy lực Sản lượng dầu thô được điều chế từ các mẫu đã được sơ chế và không được sơ chế lần lượt là 2,8 và 4,8% Dầu thô thu được từ các mẫu không được sơ chế cho thấy chất lượng cao hơn rõ rệt so với các mẫu được sơ chế Dầu thô từ các mẫu đã được sơ chế có giá trị peroxide cao hơn và màu đậm hơn nhiều so với các mẫu không được sơ chế Tuy nhiên, dầu thô từ các mẫu đã được sơ chế có lượng DHA cao hơn (25,5%) so với các mẫu không được sơ chế (18,8%) [36]

Năm 2006, Marion Létisse và cộng sự tiến hành nghiên cứu làm giàu EPA và DHA

từ phụ phẩm đầu cá mòi bằng cách chiết chất lỏng siêu tới hạn (SFE) mà không cần dung môi hữu cơ Nghiên cứu này đã tiến hành tối ưu hóa các thông số khác nhau, chẳng hạn như áp suất, nhiệt độ, tốc độ CO2 và thời gian để thu được sản lượng dầu chiết xuất cao nhất với lượng EPA và DHA cao nhất trong sản phẩm chiết xuất Với các thông số

Ánh sáng

100 – 140℃

t (℃)

thu được như: áp suất, nhiệt độ, tốc độ CO2 và thời gian lần lượt là 300 bar, 75°C, 2,5 ml/phút trong quá trình chiết 45 phút Sản lượng dầu chiết được 10,36% (so với khối lượng chất khô) với 10,95% EPA và 13,01% DHA (so với tất cả các axit béo) Kết quả này được so sánh với phương pháp dung môi truyền thống và năng suất chiết dường như tốt hơn Trên thực tế, ưu điểm của SFE là thời gian chiết ngắn hơn, ngăn ngừa gia nhiệt

và khía cạnh cảm quan tốt hơn bằng cách loại trừ việc sử dụng dung môi hữu cơ không được phép sử dụng hợp pháp [37]

Năm 2009, Alberta N.A Aryee và Benjamin K Simpson đã nghiên cứu sản xuất dầu cá hồi từ da cá bằng các phương pháp chiết xuất dung môi khác nhau như: phương pháp sử dụng hệ dung môi (hexane:isopropanol, CHCl3:CH3OH, hexane hoặc petroleum), phương pháp Soxhlet và Soxtec Kết quả chỉ ra rằng phương pháp chiết Soxtec với dung môi hexan cho hiệu suất thu dầu cao nhất khoảng 62% (so với tổng lượng chất khô) trong khi đó hiệu suất thu dầu từ phương pháp sử dụng hệ dung môi hexane:isopropanol và CHCl3:CH3OH chỉ là 35,15% và 43,82% [38]

Năm 2012, CarolinaPizarro và cộng sự đã nghiên cứu sử dụng Candida

cylindracea lipase thủy phân dầu cá nhằm thu axit béo Omega-3 EPA và DHA Phản

ứng thủy phân dầu cá được thực hiện bằng cách sử dụng 35U chất xúc tác sinh học trên mỗi gam dầu, ở 37°C và với tỷ lệ pha nước/hữu cơ 1:1 Pha nước là dung dịch đệm polyethylene glycol/photphat 40%, pH = 7 và pha hữu cơ là dung dịch dầu cá/hexan 1:4, thời gian thủy phân 48h cho hiệu suất thủy phân dầu cá lớn nhất [39]

Năm 2013, Aditi Sharma nghiên cứu sử dụng lipase để tiến hành quá trình thủy phân dầu cá và khảo sát các điều kiện thủy phân như: loại dung môi sử dụng, lượng cơ chất, lượng dung môi, lượng enzym, nhiệt độ thủy phân, tốc độ khuấy trên máy khấy từ, lượng đệm phosphat (pH = 7) Kết quả nghiên cứu cho thấy sử dụng iso – octan cho hiệu suất thủy phân lớn nhất và từ đó xác định được các điều kiện thủy phân như sau: lượng dầu cá 1g, lượng dung môi sử dụng 1g, enzym có hoạt độ 500U, tốc độ khuấy 400 vòng/phút, lượng đệm phosphat (pH = 7) 1g, nhiệt độ thủy phân 35℃ [35]

Năm 2016, Monjurul Haq và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu sản xuất dầu cá hồi

từ phụ phẩm phần bụng trong công nghiệp sản xuất cá hồi fillet bằng phương pháp sử dụng CO2 siêu tới hạn Kết quả cho thấy hiệu suất thu hồi dầu bằng phương pháp này khá cao (78,06%, so với tổng lượng dầu) cao hơn so với phương pháp ép truyền thống được tiến hành trên mẫu tương tự có hiệu suất (61,83%, so với tổng lượng dầu) Mặt khác, nghiên cứu của ông cũng đã chứng minh được dầu thu được từ phương pháp này thì có chất lượng cao hơn so với các phương pháp khác [40]

1.6.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Năm 2015, Đinh Thị Thu Trang, Nguyễn Trọng Dân và Đỗ Thị Thúy đã nghiên

cứu sử dụng phụ phẩm cá trong công nghiệp chế biến thủy sản như: đầu, xương, da, lườn cá… để làm giàu Omega-3 Kết quả dầu cá lỏng thu nhận được chuyển hóa từ dạng triglyxerit thành dạng axit béo tự do bao gồm các axit béo bão hòa và không bão hòa bằng phương pháp thủy phân trong thời gian 120 phút, nhiệt độ 80℃ cho hàm lượng axit béo tự do 98,2% Điều kiện tối ưu cho quá trình làm giàu Omega-3 từ hỗn hợp axit béo bằng phương pháp tủa urê gồm: tỉ lệ urê/axit béo 4/1, tỉ lệ EtOH/urê 9/1, nhiệt độ kết tinh 4℃ và thời gian 24h Hàm lượng Omega-3 sau quá trình làm giàu tăng từ 6,1% lên 24,5% trong đó hàm lượng DHA và EPA chiếm đến 23,2% [41]

Năm 2018, Dương Văn Luân và Kha Chấn Tuyền đã tiến hành nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện ép dầu từ phần đầu và phụ phẩm phần bụng cá hồi bằng phương pháp ép kiểu vít với sự hỗ trợ của sóng viba Kết quả tối ưu hoá điều kiện ép cho thấy hiệu suất

ép đạt cực đại và các chỉ số chất lượng nằm trong giới hạn cho phép khi tốc độ trục vít

là 9 vòng/phút và ẩm độ nguyên liệu truớc ép là 22,5% Ở các điều kiện ép tối ưu này, hiệu suất ép đạt tối ưu là 84,2% và dầu thu được có chất lượng cao [2]

Ở nước ta, chỉ có một vài nghiên cứu về sản xuất dầu cá nói chung cũng như dầu

cá hồi nói riêng từ phế thải trong công nghiệp sản xuất cá phi lê nhưng chưa có công trình nào nghiên cứu về ứng dụng lipase để thủy phân dầu cá đặc biệt là enzym lipase

mủ đu đủ Trong khi đó enzym này chỉ là phần không tan trong nước và được xem như phế thải trong quá trình sản xuất enzym papain từ mủ đu đủ

Kết luận: từ những nghiên cứu trong nước và trên thế giới về sản xuất dầu cá hồi,

tôi nhận thấy rằng mặc dù hiệu suất thu hồi dầu cao nhưng phương pháp tiến hành phức tạp, tốn kém, hiệu quả kinh tế thu được chưa cao Đặc biệt, ở Việt Nam chưa có công trình khoa học nào công bố về việc ứng dụng lipase từ mủ đu đủ thủy phân dầu cá để sản xuất ra các thực phẩm chức năng

Chính từ những lí do trên tôi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu quy trình sản xuất và

thủy phân dầu cá hồi bằng lipase mủ đu đủ phục vụ sản xuất thực phẩm chức năng giàu

DHA và EPA” là điều có ý nghĩa lớn trên cả phương diện khoa học lẫn thực tế

1.7 Cơ sở lựa chọn phương pháp nghiên cứu

1.7.1 Một số phương pháp thu dầu cá

Song song với quá trình sử dụng các sản phẩm chế biến từ dầu cá, công nghệ chế biến dầu ngày càng da dạng phát triển: từ khâu tách chiết thu dầu dến kỹ thuật tinh luyện giúp dầu có chất lượng cao hơn Tuy nhiên bước ngoặt lớn giúp nền công nghiệp chế biến dầu mỡ phát triển gắn liền với việc ứng dụng máy nghiền ép dầu dạng con lăn của Smeaton vào năm 1752 Tiếp theo đó công nghệ tách chiết dầu có kết hợp chưng sấy cùng bước đầu được nghiên cứu trong những năm 1795 (bởi Brahma), năm 1800 (bởi Neubauer) và năm 1891 (bởi Montgolfier) Nam 1855, Deiss đã thử nghiệm trích ly

thành công dầu từ dung môi là CS2, sau đó Irvine, Richardson và Lundy vào năm 1864

đã đưa ra phát minh cho việc sử dụng dung môi trích ly dầu là hidrocacbon và hiện nay vẫn còn được áp dụng Cùng với công nghệ tách chiết dầu đi đôi cùng với nó là công nghệ tinh luyện dầu cũng được phát triển Trong đó, có một số phương pháp điển hình như:

Phương pháp dùng nhiệt: sử dụng nhiệt độ cao để phá vỡ màng tế bào của nguyên

liệu, dầu từ các mô dự trữ sẽ chảy ra

Phương pháp dùng lực cơ học: bằng cách xay, nghiền, ép, ly tâm Đây là phương

pháp dùng lực cơ học để phá vỡ tổ chức của tế bào nguyên liệu rồi từ đó mà phân ly lấy dầu

Phương pháp đông đá và tan đông: nguyên lý của phương pháp này là hạ nhiệt độ

của khối nguyên liệu xuống dưới nhiệt độ đông đặc của nước Khi đó sẽ hình thành các tinh thể nước đá Do thể tích khối của nước ở thể rắn lớn hơn nước ở thể lỏng sẽ phá vỡ cấu trúc tế bào và mô chứa dầu từ bên trong, khi nâng nhiệt độ sẽ làm chảy dầu ra bên ngoài

Phương pháp chiết dầu bằng dung môi hữu cơ: nguyên lý của phương pháp này

là dùng dung môi hữu cơ không phân cực và dễ bay hơi như benzen, xăng nhẹ, hexan… để chiết dầu ra khỏi nguyên liệu sau đó làm bay hơi hết dung môi thu được dầu thô

n-Phương pháp sinh học: sử dụng enzym hoặc các vi sinh vật để phá hủy protein có

trong các mô tế bào, từ đó phá hủy tế bào và giải phóng ra dầu

Hầu hết các phương pháp trên đều là sử dụng một tác nhân vật lý hay sinh học để phá hủy màng tế bào, từ đó giải phóng ra dầu Riêng phương pháp sử dụng dung môi hữu cơ là dựa vào đặc tính không phân cực, dễ dàng hòa tan vào các dung môi kém phân cực của lipit [42], [43]

Các phương pháp này đều có những ưu, nhược điểm nhất định, nhưng để giảm mức độ ảnh hưởng của từng phương pháp đến chất lượng dầu thu được cũng như dựa vào điều kiện thí nghiệm, tính kinh tế của phương pháp, tôi chọn phương pháp kết hợp giữa dùng nhiệt và dùng lực cơ học để sản xuất dầu ở đề tài này

1.7.2 Thủy phân dầu cá hồi bằng enzym lipase mủ đu đủ

Theo nghiên cứu của Aditi Sharma (2013), tiến hành quá trình thủy phân dầu cá bằng enzym lipase trên máy khuấy từ và kết hợp với việc sử dụng dung môi trong quá trình thủy phân giúp cho hiệu suất thủy phân tăng lên Quá trình nghiên cứu đã khảo sát trên nhiều loại dung môi và ở các tốc độ khuấy khác nhau thì hiệu suất thủy phân đạt cao nhất khi sử dụng iso – octan làm dung môi và với tốc độ khuấy 400 vòng/phút

Do đó tôi chọn chế độ thủy phân trên máy khuấy từ và sử dụng iso – octan làm

dung môi để tiến hành quá trình thủy phân dầu cá hồi thay vì sử dụng máy lắc như nghiên cứu trước đó

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng, hóa chất và thiết bị nghiên cứu

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu

2.2.1.1 Lườn cá hồi

Lườn cá hồi được mua ở Công ty TNHH chế biến thực phẩm D&N tại 01 Nguyễn Phục, Thọ Quang, Sơn Trà, Đà Nẵng

Hình 2.1 Lườn cá hồi thu mua tại Công ty TNHH chế biến thực phẩm D&N

2.2.1.2 Lipase thô từ mủ đu đủ

- Điều kiện lấy mủ

+ Quả: lấy ở những quả đang còn xanh, vỏ quả mịn, có trọng lượng từ 0,5 – 1 kg

là tốt nhất Để thu chế phẩm enzyme có hoạt tính cao nhất, nên lấy mủ ở quả đang độ

10 tuần tuổi

+ Thời gian lấy mủ: bắt đầu thu nhận từ sáng sớm và kết thúc vào giữa buổi sáng (giai đoạn độ ẩm không khí cao) Khi độ ẩm không khí thấp, dòng mủ chảy chậm và đặc, khó thu nhận Mùa khô mủ ít, đặc, nồng độ protein cao Mùa mưa mủ nhiều, loãng, nồng độ protein thấp [18]

- Tiến hành

+ Mủ đu đủ lấy ở quả xanh còn trên cây

+ Dùng dao lam rạch vài đường dọc theo quả ở chỗ đường kính to nhất, các lát khía cách nhau 3 – 5 cm (không rạch sâu quá 2 mm, nếu không dịch nước và tinh bột từ quả sẽ trộn lẫn vào mủ và làm giảm chất lượng dịch mủ thu được)

Hứng lấy mủ chảy ra bằng lọ, miệng rộng trong 4 – 6 phút, sau khi lấy mủ xong đậy nắp kín, giữ trong tối và bảo quản lạnh Sau khi thu nhận sử dụng ngay hoặc đóng băng ở -20°C để sử dụng sau này

+ Bảo quản lạnh mang về phòng thí nghiệm, mục đích để tránh cho mủ không tiếp xúc lâu với không khí và đảm bảo hoạt tính của lipase có trong mủ

- Lưu ý

+ Không nên trộn mủ khô với mủ tươi vì nó làm giảm chất lượng

+ Khi tiến hành các thao tác với mủ tươi tránh không cho nhựa tiếp xúc vào da

vì nó sẽ gây bỏng Đồng thời cũng không nên để mủ tiếp xúc với các dụng cụ làm bằng kim loại nặng như sắt đồng…vì nó làm biến màu và giảm hoạt tính của enzyme Lọ, dao, muỗng…phải làm bằng thép không rỉ hoặc nhựa

+ Khi lấy mủ cần tránh không cho các chất bẩn hoặc côn trùng lẫn vào

+ Quả có thể được rút mủ trong suốt khoảng thời gian từ 4 – 7 ngày Lần đầu tiên

có thể chỉ một lần rạch là đủ, ở những lần thu mủ sau, rạch 2 – 3 đường giữa những đường rạch trước đó [18]

b) Thu nhận chế phẩm enzym lipase thô từ mủ đu đủ

Mủ đu đủ tươi sau khi thu nhận về được cấp đông rồi đem sấy thăng hoa ở nhiệt

độ -40°C trong 16h Mủ sau khi sấy được hòa với nước cất theo tỉ lệ 1:33 (tính theo lượng mủ khô) và tiến hành khuấy 3 phút Ly tâm lạnh mẫu ở nhiệt độ 4°C với tốc độ

6000 vòng/phút trong 20 phút Sau khi ly tâm, loại bỏ dịch nổi, thu tủa Tiếp tục hòa nước lạnh và ly tâm thêm 2 lần nữa Tủa thu được sấy bằng phương pháp sấy thăng hoa

ở -40°C trong 6 giờ Nghiền mịn mẫu, ta thu được chế phẩm lipase dạng thô, bảo quản trong bình thủy tinh đậy kín ở nhiệt độ -4°C

Hình 2.3 Sơ đồ thu chế phẩm enzym lipase thô

- Dụng cụ thiết bị sử dụng tại phòng thí nghiệm trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng và trường đại học Duy Tân

Cuvet, phễu chiết, buret, pipet

Đũa khuấy thủy tinh, bóp cao su, ống sinh

hàn

Thiết

bị

Cân kỹ thuật điện tử, cân phân tích 4 số, máy

ly tâm EBA 20 Hettich (Đức), máy ép trục