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
TỔNG QUAN
Tổng quan về cá hồi
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]
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 mỗi 100g cá hồi Na Uy
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.
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].
Tổng quan về đu đủ
Cây đu đủ (danh pháp khoa học: Carica papaya) là một cây thuộc họ đu đủ papayaceae
Cây đu đủ có nguồn gốc từ vùng nhiệt đới Châu Mỹ song nguồn gốc xuất hiện các giống trồng trọt vẫn chưa được rõ ràng Một số tác giả cho rằng: Mexico và Costa Rica 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]
Hình 1.4 Cây đu đủ [19] Đu đủ là một cây song tử diệp, nhưng thân không cứng và cũng không đâm nhánh, trừ phi đã bắt đầu già cỗi Cây cao chừng 3 – 7m, thân đầy sẹo của cuống lá Lá mọc so le ở ngọn cây, cuống lá rỗng dài 60 – 70cm, phiến lá to rộng chia làm 6 – 9 thùy, thùy hình trứng nhọn, mép có răng cưa không đều [20]
Hoa màu trắng phớt vàng nhạt, mọc thành chùm xim ở nách những lá già Hoa đơn tính thường khác gốc, nhưng cũng có cây vừa mang cả hoa đực, hoa cái và hoa lưỡng tính, hoặc có hoa cái và hoa lưỡng tính Hoa đực ở cây đực màu hơi xanh lục, mọc từ nách lá trên những chùm dài, nhiều nhánh Hoa cái ờ cây cái lớn hơn, cuống rất ngắn, mọc rải rác hay hai ba hoa ở phần trên thân [21]
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
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]
Thành phần hóa học Hàm lượng % Thành phần hóa học Hàm lượng
Lipid 0,1 Vitamin PP 0,33 mg Đường 8,3 Muối khoáng:
+ Canxi + Sắt + Magie + Kali + Natri
Quả đu đủ xanh có chứa khoảng 60 – 70% các chất dinh dưỡng so với quả chín và được sử dụng làm rau ăn cho người, làm thức ăn chăn nuôi vì vậy chúng rất được coi trọng ở các vùng ít có điều kiện sản xuất rau cũng như các vùng nông nghiệp khó khăn Ngoài ra quả xanh còn là nguyên liệu để làm mứt quả, làm xalat và lấy khô làm rau dự trữ cũng như chế biến cùng với các sản phẩm khác Phần ruột của thân và rễ lớn của cây 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]
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].
Tổng quan về enzym lipase
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]
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…
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 –
Hình 1.5 Mô hình enzym lipase [29] Hình 1.6 Cấu trúc của enzym lipase [30]
1.4.4 Cơ chế động học xúc tác của enzym lipase
Trong quá trình xúc tác, một đặc điểm quan trọng của lipase là có sự thay đổi về dạng không gian của vùng (trung tâm) hoạt động
Theo các nghiên cứu lipase có nhóm serin, histidin và acid aspastic ở trung tâm hoạt động của nó Với các cơ chất không tan trong nước, hoạt tính của lipase đạt được cực đại chỉ khi nó được phân tán vào giữa bề mặt phân pha dầu nước Quá trình đó được 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
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 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)
Trong đó 3 nhóm b, c và d thường được gọi chung là là transesterification [31].
Tổng quan về iso-octan
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 chất lỏng không màu, mùi xăng, rất dễ cháy, không tan trong nước, ít tan trong etanol và ete [33] Một số tính chất vật lí đặc trưng của iso-octan như sau:
Bảng 1.3 Một số tính chất vật lí đặc trưng của iso-octan [32]
Khối lượng phân tử 114.232 g.mol −1
Tỉ trọng 0,692 g cm -3 Điểm nóng chảy -107,38 °C; -161,28 °F; 165,77 K Điểm sôi 99,30 °C; 210,74 °F; 372,45 K Áp suất hơi 5,5 kPa (ở 21 °C)
UV-vis (λtối đa) 210nm
Iso-octan là đồng phân của octan nên có đầy đủ tính chất hóa học của một ankan Một số phản ứng hóa học đặc trưng của iso-octan:
- 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].
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/m 2 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.
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, n- hexan… để chiết dầu ra khỏi nguyên liệu sau đó làm bay hơi hết dung môi thu được dầu thô
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.
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Đối tượng, hóa chất và thiết bị nghiên cứu
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 a) Thu nhận mủ đu đủ
Mủ đu đủ: được thu từ một số vườn đu đủ trồng tại huyện Đại Lộc, tỉnh Quảng Nam
Hình 2.2 Vườn thu nhận mủ đu đủ
+ 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
+ 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]
+ 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
+ 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
2.1.2 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị sử dụng
Bảng 2.1 Dụng cụ, hóa chất và thiết bị sử dụng
Iso – octan, acid oxalic, KOH, đietyl ete,
Na2SO4, cồn 96%, thuốc thử phenolphtalein
1%, NaCl, NaH2PO4, Na2HPO4
- Tất cả các hóa chất sử dụng đều đạt độ tinh khiết phân tích, xuất xứ từ Việt Nam và Trung Quốc
- Dụng cụ thiết bị sử dụng tại phòng thí nghiệm trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng và trường đại học Duy Tân
Các loại cốc thủy tinh: 100ml, 250ml, 500ml
Các loại ống đong: 50ml ,100ml, 250ml
Bình tam giác: 100ml, 250ml
Bình định mức 100ml, 500ml, 1000 ml
Cuvet, phễu chiết, buret, pipet Đũa khuấy thủy tinh, bóp cao su, ống sinh hàn
Cân kỹ thuật điện tử, cân phân tích 4 số, máy ly tâm EBA 20 Hettich (Đức), máy ép trục vít, máy khuấy từ
Ngoài ra còn sử dụng một số dụng cụ, máy móc thiết bị thường dùng trong phòng thí nghiệm như dao, thớt, máy xay sinh tố, bếp điện, vải lọc…
Hình 2.4 Máy ép trục vít Hình 2.5 Cân phân tích 4 số
Hình 2.6 Máy ly tâm Hình 2.7 Cân kỹ thuật điện tử
Phương pháp nghiên cứu
2.2.1 Nghiên cứu sản xuất dầu cá hồi bằng phương pháp xay – nấu a) Sơ đồ tách dầu dự kiến
Hình 2.9 Sơ đồ quy trình sản xuất dầu bằng phương pháp xay – nấu b) Thuyết minh
• Nguyên liệu: lườn cá hồi sau khi mua về được đem đi rã đông và xử lí sơ bộ để loại bỏ phần vây cá
- Mục đích: phá vỡ cấu trúc tế bào, làm cho kích thước nguyên liệu nhỏ và đồng đều tạo điều kiện cho dầu dễ thoát ra
- Phương pháp thực hiện: lườn cá sau khi xử lí được cho vào máy xay sinh tố để xay nhỏ
- Mục đích: tiếp tục phá vỡ cấu trúc của tế bào, phá vỡ liên kết hóa học giữa lipid
Ly tâm (3000 vòng/phút, 10 phút) và các thành phần khác trong nguyên liệu dưới tác dụng của nhiệt độ, tạo điều kiện thuận lợi để chất béo giải phóng ra ở dạng tự do Tách được một số tạp chất dễ bay hơi có phần tử lượng thấp gây mùi Vô hoạt enzym không mong muốn, xúc tác quá trình phân hủy dầu ( lipase, lipoxygenase…)
- Phương pháp thực hiện: lườn cá sau khi xay được bổ sung thêm nước (tỉ lệ 2:1 so với nguyên liệu) để tiến hành nấu trên bếp điện
- Mục đích: loại bỏ phần bã, protein đông tụ…để thu dịch lọc, tạo điều kiện thuận lợi cho các công đoạn sau
- Phương pháp thực hiện: nguyên liệu sau khi nấu đem đi lọc bằng vải lọc Phần bã giữ lại trên vải được rửa lại 3 lần bằng nước cất, phần nước rửa bã được thu lại cùng với phần dịch lọc để tiến hành quá trình lắng
- Mục đích: loại bỏ nước và các tạp chất có trong dịch lọc để thu phần dầu
- Phương pháp thực hiện: dịch sau quá trình lọc được đem đi lắng trên phễu chiết trong thời gian 10 phút Sau đó mở van phễu chiết để loại bỏ phần nước và cặn ở đáy phễu và thu phần dầu ở phía trên
- Mục đích: loại bỏ triệt để nước và cặn có trong dầu
- Phương pháp thực hiện: dầu sau quá trình lắng được cho vào ống ly tâm và bổ sung thêm Na2SO4 khan vào để tiến hành ly tâm trong thời gian 10 phút với tốc độ 3000 vòng/ phút Sau ly tâm rót phần dầu ở lớp trên cùng ta thu được dầu cá thô Bổ sung thêm chất chống oxi hóa (BHA, BHT) vào dầu cá thu được rồi đem bảo quản trong bình kín ở nhiệt độ -4℃ c) Bố trí thí nghiệm
Cần bố trí thí nghiệm để xác định được các điều kiện thích hợp nhằm thu được lượng dầu lớn nhất Cụ thể là xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thu hồi dầu của phương pháp
• Xác định thời gian nấu
- Tiến hành thí nghiệm theo sơ đồ quy trình dự kiến (hình 2.9) với 4 mẫu có khối lượng bằng nhau, mỗi mẫu là 100g, nhưng thời gian nấu ở các mẫu khác nhau lần lượt là 3, 5, 7, 9 phút (tính từ lúc bắt đầu sôi) Sau khi kết thúc quá trình ly tâm xác định lượng dầu thu được ở từng mẫu Từ đó chọn được thời gian nấu phù hợp
- Mỗi thí nghiệm được bố trí với 3 lần lặp
• Khảo sát ảnh hưởng của muối NaCl đến hiệu suất thu hồi dầu cá
- Lượng dịch loại sau quá trình lắng của thí nghiệm xác định thời gian nấu được thu nhận lại và đem đi trộn với nhau Tiến hành thí nghiệm với 4 mẫu, mỗi mẫu 50ml dịch, nhưng lượng muối bổ sung vào mỗi mẫu khác nhau lần lượt là 1, 2, 3, 4 g Sau đó cho các mẫu vào ống ly tâm và tiến hành quá trình ly tâm để xác định lượng dầu thu được ở từng mẫu Từ đó chọn được lượng muối phù hợp để sử dụng cho quá trình lắng
- Mỗi thí nghiệm được bố trí với 3 lần lặp
2.2.2 Nghiên cứu sản xuất dầu cá hồi bằng phương pháp cắt khúc – ép a) Sơ đồ tách dầu dự kiến
Hình 2.10 Sơ đồ quy trình sản xuất dầu bằng phương pháp cắt khúc – ép
Ly tâm (3000 vòng/phút, 10 phút) Ép
Cặn Nước, cặn thô b) Thuyết minh
• Nguyên liệu: lườn cá hồi sau khi mua về được đem đi rã đông và xử lí sơ bộ để loại bỏ phần vây cá
- Mục đích: làm cho kích thước nguyên liệu nhỏ và đồng đều, phá vỡ 1 phần cấu trúc của tế bào, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nấu
- Phương pháp thực hiện: lườn cá sau khi xử lí được đem đi cắt thành những phần có kích thước bằng nhau
- Mục đích: phá vỡ cấu trúc của tế bào, phá vỡ liên kết hóa học giữa lipid và các thành phần khác trong nguyên liệu dưới tác dụng của nhiệt độ, tạo điều kiện thuận lợi để chất béo giải phóng ra ở dạng tự do Tách được một số tạp chất dễ bay hơi có phần tử lượng thấp gây mùi Vô hoạt enzym không mong muốn, xúc tác quá trình phân hủy dầu ( lipase, lipoxygenase…)
- Phương pháp thực hiện: lườn cá sau khi cắt khúc được bổ sung thêm nước (tỉ lệ 2:1 so với nguyên liệu) để tiến hành nấu trên bếp điện
- Mục đích: tách phần bã và phần dịch lọc
- Phương pháp thực hiện: nguyên liệu sau khi nấu đem đi lọc bằng vải lọc Phần bã giữ lại trên vải được lấy để đem đi ép, phần dịch lọc thu lại để tiến hành quá trình lắng
- Mục đích: thu triệt để lượng dầu còn lại trong bã
- Phương pháp thực hiện: phần bã thu được sau lọc được đem đi ép bằng máy ép trục vít
- Mục đích: loại bỏ nước và các tạp chất có trong dịch lọc và dịch ép để thu phần dầu
- Phương pháp thực hiện: dịch sau quá trình lọc và ép được đem đi lắng trên phễu chiết trong thời gian 10 phút Sau đó mở van phễu chiết để loại bỏ phần nước và cặn ở đáy phễu và thu phần dầu ở phía trên
- Mục đích: loại bỏ triệt để nước và cặn có trong dầu
- Phương pháp thực hiện: dầu sau quá trình lắng được cho vào ống ly tâm và bổ sung thêm Na2SO4 khan vào để tiến hành ly tâm trong thời gian 10 phút với tốc độ 3000 vòng/ phút Sau ly tâm rót phần dầu ở lớp trên cùng ta thu được dầu cá thô Bổ sung thêm chất chống oxi hóa (BHA, BHT) vào dầu cá thu được rồi đem bảo quản trong bình kín ở nhiệt độ -4℃ c) Bố trí thí nghiệm
Với phương pháp này ta có thể sử dụng các điều kiện đã chọn từ phương pháp trên như: thời gian nấu, ảnh hưởng của muối trong quá trình lắng để xác định kích thước lát cắt phù hợp cho phương pháp
- Tiến hành thí nghiệm theo sơ đồ quy trình dự kiến (hình 2.10) với 2 mẫu có khối lượng bằng nhau, mỗi mẫu là 100g, nhưng kích thước lát cắt ở các mẫu khác nhau lần lượt là 1, 2 cm Sau khi kết thúc quá trình ly tâm xác định lượng dầu thu được ở từng mẫu Từ đó chọn được kích thước phù hợp
- Mỗi thí nghiệm được bố trí với 3 lần lặp
- Lưu ý: thời gian nấu và lượng muối bổ sung vào quá trình lắng ở phương pháp này chính là điều kiện đã chọn ở phương pháp trên
2.2.3 Lựa chọn phương pháp sản xuất dầu cá và xác định hiệu suất thu hồi dầu cá thô Để lựa chọn phương pháp sản xuất dầu cá cho hiệu suất lớn nhất, tiến hành so sánh lượng dầu thu được ở các điều kiện thích hợp của 2 phương pháp, chọn ra phương pháp thu được nhiều dầu nhất Sau đó, tiến hành thí nghiệm theo phương pháp đã chọn ở các điều kiện phù hợp đó với mẫu có khối lượng lớn hơn (khoảng 500g), từ đó tính được hiệu suất thu hồi dầu
Hiệu suất thu nhận dầu cá thô là tỷ số giữa khối lượng dầu cá thu nhận được sau khi ly tâm và khối lượng mẫu sử dụng ban đầu, như công thức sau:
Hiệu suất thu nhận = Khối lượng dầu cá
2.2.4 Phương pháp đánh giá chỉ tiêu chất lượng của dầu cá thô
- Xác định chỉ số axit theo TCVN 6127:1996; ISO 660:1983 [44]
- Xác định chỉ số xà phòng hóa theo TCVN 6126:2007; ISO 3657:2002 [45]
- Xác định chỉ số este: chỉ số este = chỉ số xà phòng – chỉ số axit
2.2.5 Phương pháp xác định thành phần axit béo có trong dầu cá hồi