Tách chiết và tinh sạch collagen thủy phân từ da cá ngừ vây vàng (Thunnus albacares) và ứng dụng trong thực phẩm tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH NGUYỄN CƠNG BỈNH TĨM TẮT LUẬN ÁN TÁCH CHIẾT VÀ TINH SẠCH COLLAGEN THỦY PHÂN TỪ DA CÁ NGỪ VÂY VÀNG (THUNNUS ALBACARES) VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm Mã số: 9.54.01.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH NGUYỄN CƠNG BỈNH TĨM TẮT LUẬN ÁN TÁCH CHIẾT VÀ TINH SẠCH COLLAGEN THỦY PHÂN TỪ DA CÁ NGỪ VÂY VÀNG (THUNNUS ALBACARES) VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm Mã số: 9.54.01.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Cán hướng dẫn: TS NGUYỄN MINH XUÂN HỒNG TS NGUYỄN HỒNG NAM KHA Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2022 A PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Ngành cơng nghiệp chế biến thủy sản Việt Nam phát triển mạnh mẽ dẫn đến lượng phụ phẩm thải từ ngành cơng nghiệp lớn Trong quy trình sản xuất cá fillet, lượng phụ phẩm chiếm khoảng 50 - 70%, bao gồm da, xương, đầu, vây, vẩy nội tạng, chủ yếu dùng để sản xuất thức ăn chăn ni phân bón với giá trị kinh tế thấp Trong đó, da cá nguồn nguyên liệu để sản xuất collagen thủy phân tốt Trong qui trình sản xuất collagen thủy phân, cơng đoạn loại bỏ phi collagen, thủy phân tinh phân đoạn peptide collagen công đoạn quan trọng ảnh hưởng định đến hiệu suất thu hồi chất lượng collagen thủy phân Đến nay, việc loại bỏ phần phi collagen nguyên liệu, dung dịch kiềm thường sử dụng thiếu thông tin tỷ lệ phi collagen loại bỏ Việc lựa chọn enzyme tối ưu điều kiện thủy phân collagen từ da cá ngừ vây vàng hạn chế Bên cạnh để tinh phân đoạn collagen thủy phân từ dịch trích thơ, kỹ thuật siêu lọc có nhiều ưu điểm bật tốn chi phí lượng, thân thiện với mơi trường tính chất peptide collagen thu có hoạt tính tốt so sánh với kỹ thuật tinh khác Từ sở trên, luận án nghiên cứu qui luật ảnh hưởng yếu tố cơng nghệ q trình xử lý phi collagen, lựa chọn enzyme điều kiện tối ưu thông số trình thủy phân collagen enzyme đến độ thủy phân hiệu suất thu hồi collagen Các phân đoạn collagen thủy phân dịch thủy phân phân tách khảo sát tính chất Bên cạnh đó, kỹ thuật tinh dịch collagen thủy phân từ da cá ngừ vây vàng kỹ thuật siêu lọc khảo sát Các phân đoạn collagen thủy phân đem xác định tính chất cơng nghệ thử nghiệm ứng dụng sản xuất thực phẩm 2 Mục tiêu luận án Đề tài thực nhằm mục đích nâng cao giá trị nguồn phụ phẩm da cá ngừ, tạo collagen thủy phân có hoạt tính sinh học tính cơng nghệ nhằm ứng dụng thực phẩm Những đóng góp luận án Nghiên cứu xác định thơng số tối ưu q trình xử lý, thủy phân tinh collagen thủy phân từ da cá ngừ vây vàng Việc phân tách phân đoạn collagen thủy phân nghiên cứu hoạt tính sinh học chúng giúp làm rõ giá trị collagen thủy phân, làm sở khoa học cho nghiên cứu sau việc ứng dụng collagen thủy phân thực tiễn đời sống Nghiên cứu tìm thêm nguồn nguyên liệu để sản xuất collagen thủy phân nhằm ứng dụng vào lĩnh vực thực phẩm, dược phẩm y học, đồng thời nâng cao giá trị sử dụng phụ phẩm nhà máy chế biến cá ngừ fillet Đề tài phù hợp với chiến lược phát triển thủy sản Việt Nam đến 2030, tầm nhìn đến năm 2045 theo định số 339/QĐ-TTg Thủ Tướng Chính Phủ ngày 11 tháng năm 2021 Mục tiêu phát triển thủy sản thành ngành kinh tế quan trọng quốc gia, sản xuất hợp lý, suất chất lượng hiệu Bố cục luận án Luận án có 146 trang, 22 bảng, 53 hình 138 tài liệu tham khảo, bao gồm phần mở đầu; Chương 1: Tổng quan; Chương 2: Phương pháp nghiên cứu; Chương 3: Kết thảo luận 3 B PHẦN NỘI DUNG Tổng quan Phần tổng quan luận án trình bày tóm tắt :Tình hình khai thác chế biến cá ngừ vây vàng; Collagen collagen thủy phân; Tính chất ứng dụng collagen thủy phân; Các phương pháp tách chiết tinh collagen thủy phân; Các yếu tố ảnh hưởng công nghệ lọc màng; Những đề tồn nghiên cứu thu nhận tính chất collagen thủy phân; Hướng nghiên cứu nội dung nghiên cứu luận án Vật liệu phương pháp nghiên cứu 2.1 Thời gian địa điểm nghiên cứu 2.1.1 Thời gian Nghiên cứu thực từ tháng 6/2017 đến 12/2020 2.1.2 Địa điểm Thí nghiệm thực Trung tâm thí nghiệm Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm Thành Phố Hồ Chí Minh Trung tâm dịch vụ Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Thành Phố Hồ Chí Minh 2.2 Nguyên liệu, thiết bị hóa chất sử dụng nghiên cứu Da cá ngừ vây vàng (Thunnus albacares) lấy từ phụ phẩm quy trình sản xuất cá ngừ fillet đơng lạnh công ty TNHH J.K.FISH Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa Da cá được thu nhận vận chuyển theo sơ đồ hình Hình 2.1, xư lý bảo quản theo sơ đồ Hình 2.2 Nguyên liệu chanh dây (Passirflora edulis) đặt mua Huyện Đức Trọng Tỉnh Lâm Đồng Chanh dây phải đạt độ chín kỹ thuật, vỏ có màu tím, tươi, ngun ven, khơng có tạp chất trùng, khơng có mùi vị lạ Đường kính từ 67 mm – 78 mm khối lượng từ 90 g – 120 g Đường saccrose: Sử dụng đường tinh luyện Biên Hịa Sữa tươi khơng đường sữa bột gầy (skim milk) Vinamilk Enzyme alcalase 2.5L PF (Novozymes, Đan Mạch) có hoạt độ 2.5 AU-A/g, nhiệt độ thích hợp từ 50 – 60 C, pH – Enzyme flavourzyme 500MG (Novozymes, Đan Mạch) có hoạt độ 500 LAPU/g, nhiệt độ thích hợp 40 – 55 C, pH – Enzyme pepsin RM712 (Himedia, Ấn Độ) có hoạt độ 10.000 NF U/mg, nhiệt độ thích hợp – 40 C, pH 1,5 – 2,0 Men giống vi khuẩn lactic Vinamilk chứa hai loại vi khuẩn lactic Streptococcus thermophilus Lactobacillus delbrueckii subssp Bulgaricus với tỉ lệ : Thiết bị sử dụng cho nghiên cứu Đề tài sử dụng thiết bị sau: Máy cất đạm tự động (2300KJEL-TEC, Thụy Điển); lò nung (Lenton, Anh); chiết chất béo Soxhlet SER148/6(Velp, Italia); sắc ký lỏng hiệu cao (HPLC) (Agilent 1200, Mỹ); hệ thống HPLC (Agilent 1100, Mỹ); bể cách thủy điều nhiệt (Memmert, Đức); bể ổn nhiệt lạnh Alpha RA24 (LAUDA, Đức); thiết bị đồng hóa (PT 1300D, Thụy Sĩ); cân phân tích số (STARTORIUS, Đức); tủ cấp đông (Mitsubishi, Nhật); máy quang phổ UV-vis (LAMOMED 2550, Mỹ); nhớt kế rotor (SHEN, Anh); máy ly tâm lạnh (MERMLE, Đức); Tủ sấy (Memmert, Đức); máy đồng hóa; hệ thống lọc màng QuixStand Benchtop System (GE, Mỹ); màng lọc UFP-1-C-6 (GE, Mỹ) với chất liệu polysulfone, chiều dài màng lọc 63,5 cm đường kính hộp lọc 3,2 cm, kích thước lỗ lọc 1000 NMWC, điện tích màng lọc 0,48 m2 Hóa chất sử dụng cho nghiên cứu Các enzyme sử dụng bao gồm alcalase (2.5L PF), flavourzyme (500MG) (Novozymes, Đan Mạch) enzyme pepsin (RM712,10.000 NF U/mg) (Himedia, Ấn Độ) Các hóa chất sử dụng nghiên cứu thuộc tiêu chuẩn phân tích, bao gồm: axit chlohydric, 1–fluoro– 2,4 – dinitrobenzene (DNFB), axit boric (H3BO3) (Merck, Đức); axit amin chuẩn, hydroxyproline chuẩn, 2,2-Diphenyl-1picrylhydrazyl (DPPH), axit ascorbic, sắt (II) sunfat (FeSO4), 1,10-phenanthroline, H2O2, cumene hydroperoxide (HPO), ammonium thiocyanate, iron(II) chloride tetrahydrate, axit perchloric , axit trichloroacetic, amonium molybdate (Sigma- Aldrich, Mỹ) Ngồi cịn số hóa chất thơng dụng khác 5 Thu nhận da cá ngừ vây vàng Thu trực tiếp từ dây chuyền sản xuất nhà máy, sau công nhân fillet cá, lạng da Nhiệt độ nước rửa ≤ C, rửa loại bỏ máu, tạp chất phần vi sinh vật Sau rửa mẫu để phút để loại bỏ bớt nước dính ướt Rửa sơ bộ, để Xếp khuôn – Cấp đông Da cá xếp vào khuôn khuôn kg đưa cấp đông tủ đông tiếp xúc Nhiệt độ cấp đông -40 C C nhiệt độ tâm block da ≤ -18 C Tách khn, bao gói Vận chuyển Da cá sau cấp đơng đưa tách khn vịi nước chảy Các block da cá bao gói túi PE hàn kín miệng cho vào thùng cách nhiệt Da cá sau cho vào thùng cách nhiệt vận chuyển phịng thí nghiệm xe lạnh có nhiệt độ -18 C Hình 2.1 Sơ đồ thu nhận, vận chuyển da cá ngừ vây vàng Da cá thu nhận, vận chuyển theo sơ đồ hình 2.1 Rã đơng Tiến hành rã đông bồn nước nhiệt độ phòng block da cá tan băng hoàn toàn Xử lý Loại bỏ vảy phần thịt bám da Rửa để loại bỏ tạp chất, nhiệt độ nước rửa ≤ 10 C Cắt nhỏ Da cá sau xử lý cắt nhỏ với kích thước x cm, trình cắt da bảo quản nước đá Rửa để loại bỏ tạp chất vi sinh vật Nhiệt độ nước rửa ≤ 10 C sau để mẫu Rửa, để Trộn mẫu, chia nhỏ Mẫu sau để trộn để đồng mẫu Chia phần nhỏ, trung bình phần từ – kg để thuận tiện cho việc làm thí nghiệm Mẫu da sau trộn đều, chia phần nhỏ đem cấp đông nhiệt độ -40 C, nhiệt độ tâm ≤ -18 C Cấp đông Bao gói bảo quản Da cá sau cấp đơng bao gói túi PE hàn kín miệng cho vào thùng carton bảo quản nhiệt độ -18 C Hình 2.2 Sơ đồ xử lý bảo quản da cá ngừ vây vàng 2.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm Sơ đồ tổng quát nội dung nghiên cứu đề tài trình bày Hình 2.3 Nghiên cứu quy trình xử lý phi collagen từ da cá ngừ vây vàng Nghiên cứu quy trình thủy phân collagen từ da cá ngừ vây vàng enzyme Tinh sạch, tách chiết phân đoạn collagen thủy phân tính chất phân đoạn Ứng dụng collagen thủy phân vào số sản phẩm thực phẩm Hình 2.3 Sơ đồ nội dung nghiên cứu 2.3.1 Nghiên cứu quy trình xử lý phi collagen từ da cá ngừ vây vàng Các thơng số kỹ thuật quy trình xử lý phi collagen từ da cá ngừ vây vàng khảo sát theo sơ đồ Hình 2.3 Da cá xử Xác định thành phần hóa học lý theo Hình 2.2 TN1: Khảo sát ảnh hưởng nồng độ NaOH Khảo sát sơ điều kiện loại bỏ phi collagen da cá NaOH TN2: Khảo sát ảnh hưởng thời gian xử lý NaOH TN3: Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ da cá/dung NaOH (w/v) TN4: Tơi ưu hóa điều kiện loại bỏ phi collagen da cá NaOH Da cá ngừ vây vàng giàu collagen Hình 2.4 Sơ đồ nghiên cứu quy trình xử lý phi collagen từ da cá ngừ vây vàng 2.3.2 Nghiên cứu quy trình thủy phân collagen da cá enzyme Trong nghiên cứu này, loại enzyme lựa chọn để khảo sát khả thủy phân collagen từ da cá ngừ Da cá ngừ vây vàng giàu collagen chuẩn bị theo sơ đồ Hình 2.3, xay nhỏ máy xay trục vít, kích thước lỗ xay 0,5 cm, sau chia thành túi nhỏ trữ đông trước sử dụng Mẫu sau đem tan băng tiến hành thí nghiệm theo Hình 2.4 để xác định điều kiện thủy phân theo enzyme với hàm mục tiêu độ thủy phân (DH) hiệu suất thu hồi nitrogen (NR) Da cá ngừ vây vàng giàu collagen Enzyme Pepsin Khảo sát trình thủy phân collagen enzyme Enzyme Flavourzym e Enzyme Alcalase Ảnh hưởng tỷ lệ E/S Ảnh hưởng pH Ảnh hưởng nhiệt độ Ảnh hưởng thời gian Tối ưu hóa điều kiện thủy phân enzyme Hình 2.5 Sơ đồ nghiên cứu quy trình tách chiết collagen thủy phân Chọn enzyme có độ thủy hiệu suất thu hồi nitrogen cao 10 2.3.3 Tinh phân đoạn collagen thủy phân Sơ đồ nghiên cứu quy trình tinh phân đoạn collagen Dịch collagen thủy phân Xác định thành phần: Chất khô, lipid, tro tổng, nitơ tổng Lọc sơ Bã Dịch lọc Xác định thành phần: Chất khô, lipid, tro tổng, Nitơ tổng Ly tâm Tách phân đoạn Xác định khối lượng phân tử peptide collagen dịch thủy phân để chọn màng lọc Tách khảo sát tính chất (hịa tan, tạo nhũ, tạo bọt, chống oxi hóa chống đông) phân đoạn collagen thủy phân Dịch ly tâm Khảo sát tính chất (hịa tan, tạo nhũ, tạo bọt, chống oxi hóa chống đơng) phân đoạn collagen thủy phân Ảnh hưởng nhiệt độ Ảnh hưởng áp suất -Kiểm tra chất độ tinh phân đoạn Lọc màng Retentate Sản phẩm (SP2) Ảnh hưởng pH Ảnh hưởng lưu lượng dòng nhập liệu Permeate Sản phẩm (SP1) - Khảo sát tính chất (hịa tan, tạo nhũ, tạo bọt, chống oxi hóa chống đơng) phân đoạn collagen Hình 2.6 Sơ đồ nghiên cứu quy trình tinh phân đoạn collagen 11 2.3.4 Ứng dụng collagen thủy phân vào thực phẩm 2.3.4.1 Ứng dụng phân đoạn (SP1) vào sản xuất nước uống chanh dây collagen Xác định tỷ lệ phối trộn nước, dịch ép chanh dây, axit citric, dịch siro collagen thủy phân để thu nước uống chanh dây có điểm cảm quan chung cao 2.3.4.2 Ứng dụng phân đoạn (SP2) vào sản xuất sữa chua collagen Xác định thời gian lên men tỷ lệ bổ sung collagen thủy phân với tiêu cần theo dõi pH, độ nhớt điểm cảm quan sản phẩm 2.4 Phương pháp phân tích 2.4.1 Phân tích tiêu hóa lý - Hàm lượng protein, hàm lượng lipid, hàm lượng ẩm, tro xác định theo AOAC 2011.04: 2011, AOAC 960.39: 2012, AOAC 950.46: 2000, AOAC 920.153:2007 - Phân tích kim loại nặng Pb, Hg, As theo AOAC 977.15: 2011, AOAC 971.21: 2010, AOAC 952.13:2010 - Phân tích axit amin HPLC theo phương pháp Stocchi ctv, 1992 - Phân tích hàm lượng collagen HPLC theo phương pháp (Woessner, 1961; Stocchi ctv, 1992; Boran & Regenstein, 2009) 2.4.2 Phân tích vi sinh - Phân tích tổng vi sinh vật hiếu khí (TPC) theo tiêu chuẩn AOAC 990.12: 1994 - Phân tích Salmonella theo tiêu chuẩn ISO 6579:2002 - Phân tích Escherichia Coli theo tiêu chuẩn ISO 7251 – 2005 2.4.3 Đánh giá chất lượng cảm quan sản phẩm - Đánh giá cảm quan nước giải khát theo TCVN 3215-79 - Đánh giá cảm quan sữa chua theo TCVN 3215-79 - - Cách huấn luyện hội đồng cảm quan theo TCVN 12389: 2018 2.4.4 Xác định tiêu trình thủy phân -Xác định hiệu suất thu hồi nitrogen 12 Hiệu suất thu hồi nitrogen (NR, %) = N1 N2 x100 N1: Nitrogen chứa collagen thủy phân (g); N2: Nitrogen da cá xử lý NaOH - Xác định độ thủy phân (DH, %) Độ thủy phân collagen xác định theo phương pháp Nielsen ctv, 2001 -Xác định phân bố trọng lượng phân tử peptide collagen thủy phân Xác định phân bố trọng lượng phân tử (MW) peptide collagen thủy phân từ da cá ngừ vây vàng đo sắc ký lọc gel (GPC) theo phương pháp Spellman ctv, 2009 -Tách phân đoạn collagen thủy phân Dựa vào sắc ký đồ GPC dịch collagen thủy phân Xác định thời gian lưu phân đoạn peptide để tách phân đoạn khỏi dịch thủy phân sắc ký lọc gel (GPC) 2.4.5 Phân tích số tiêu trình lọc màng - Độ phân riêng Độ phân riêng xác định theo phương pháp Shishegaran ctv, 2020 -Thông lượng qua màng Thông lượng qua màng xác định theo phương pháp Shishegaran ctv, 2020 - Hiệu suất thu hồi Hiệu suất thu hồi xác định theo phương pháp Gifuni ctv, 2020 2.4.6 Phân tích số tính chất collagen thủy phân -Xác định độ hòa tan Độ hòa tan phân đoạn collagen thủy phân xác định dựa phương pháp mô tả Tsumura ctv (2005) với số điều chỉnh - Xác định khả tạo nhũ collagen thủy phân Tính chất tạo nhũ gồm hoạt tính tạo nhũ (EAI:Emulsifying activity index) độ bền nhũ (ESI: Emulsifying stability index) xác định dựa phương 13 pháp Pearce Kinsella (Pearce & Kinsella, 1978; Zamorano-Apodaca ctv, 2020) -Xác định khả tạo bọt của collagen thủy phân Khả tạo bọt (FC: Foaming capacity độ bền bọt (FS: Foaming stability) xác định dựa phương pháp Shahidi ctv.(Shahidi ctv, 1995; Zamorano-Apodaca ctv, 2020) - Xác định khả chống oxy hóa + Khả khử gốc tự DPPH xác định theo phương pháp (Hui-Yin, 2002) + Năng lực khử xác định theo phương pháp pháp Wang ctv, 2012) + Xác định khả chống oxy hóa mơi trường dầu-nước theo phương pháp Zhao ctv, 2012 - Xác định khả chống đông collagen thủy phân Khả chống đông collagen thủy phân theo phương pháp Wu ctv, 2018 2.5 Phương pháp phân tích xử lý số liệu thí nghiệm Số liệu thí nghiệm phân tích phần mềm JMP phiên 14.2 Vẽ đồ thị microsoft excel 2016 Các giá trị trung bình khác phản ứng đo lường dự đốn phân tích phân tích phương sai (ANOVA) phần mềm SPSS phiên 25.0 Kết thảo luận 3.1 Kết nghiên cứu xử lý phi collagen từ da cá ngừ vây vàng 3.1.1 Thành phần hóa học da cá ngừ vây vàng Thành phần chủ yếu da cá ngừ vây vàng độ ẩm, tro, collagen, lipid protein trình bày Bảng 3.1 Trong ẩm độ chiếm tỷ lệ cao với 63,59%, protein chiếm 32,02% cao hàm lượng protein da cá tra da cá mập (Quỳnh & Đào, 2015) 14 Bảng Bảng thành phần hóa học da cá ngừ vây vàng Độ ẩm (%) Protein (%) Collagen (%) Lipid (%) Tro (%) 63,59 ± 0,78 32,02 ± 0,12 25,37 ± 0,07 4,03 ± 0,05 0,36 ± 0,02 Theo chất khô 87,94 ± 0,12 69,68 ± 0,07 11,07 ± 0,05 0,99 ± 0,02 Hàm lượng tro da cá ngừ vây vàng thấp (0,36% ± 0,02%) lúc xử lý mẫu loại hết phần vẩy cá Hàm lượng lipid thấp (4,03% ± 0,05%) cá ngừ vây vàng di chuyển nhiều So sánh hàm lượng protein tổng hàm lượng collagen nhận thấy hàm lượng collagen chiếm 69,6% tổng chất khơ có đến 7% lượng protein khơng phải collagen Bảng 3.1 cho thấy việc xử lý phi collagen từ da cá ngừ chủ yếu loại bỏ lipid protein collagen 3.1.2 Ảnh hưởng nồng độ NaOH, tỷ lệ dung dung NaON/ da cá (v/w), thời gian ngâm NaOH đến trình loại bỏ phi collagen da cá ngừ vây vàng Từ kết khảo sát yếu tố ảnh hưởng cho thấy điều kiện tốt để xử lý phi collagen từ da cá ngừ vây vàng dung dịch NaOH là: Nồng độ dung dịch NaOH 1,0N, thời gian xử lý 25 tỷ lệ dung dịch NaOH/da cá 5/1 (v/w) cho tỷ lệ hyp/protein cao tỷ lệ lipid thấp Tối ưu hóa điều kiện xử lý phi collagen từ da cá ngừ vây vàng dung dịch NaOH theo phương pháp bề mặt đáp ứng với yếu tố ảnh hưởng X1 (Nồng độ NaOH), X2 (Thời gian thủy phân) X3 (Tỷ lệ dung dịch NaOH/da cá) với hai hàm mục tiêu phần trăn hydroxyproline/protein (Y1) phần trăm lipid cịn lại/chất khơ (Y2) Kết điều kiện tối ưu trình xử lý phi collagen da cá ngừ vây vàng dung dịch NaOH là: X1 = 0,93N; X2 = 28 X3 = 5/1 (v/w) với Y1 = 9,94% Y2 = 5,5% Thành phần da cá ban đầu da cá sau xử lý phân tích so sánh (Bảng 3.6) Kết hàm lượng protein, collagen loại bỏ lipid da cá xử lý điều kiện tối ưu cao đáng kể so với da cá ban đầu 15 Bảng Thành phần hóa học da cá ngừ vây vàng trước sau xử lý Xử lý Độ ẩm (%) Protein thô (%, d.m.) Collagen (%, d.m.) Lipid thơ (%, d.m.) khống (%, d.m.) Trước 63,59a ± 0,78 87,94a ± 0,12 69,68a ± 0,07 11,07a ± 0,05 0,99a ± 0,02 Sau 77,69b ± 0,02 92,54b ± 0,03 85,58b ± 0,06 5,50b ± 0,02 1,6b ± 0,07 Độ lệch chuẩn ± SD; (a–b) số thể khác mức ý nghĩa (P < 0.05) 3.2 Thủy phân collagen da cá ngừ vây vàng enzyme Tối ưu hóa điều kiện thủy phân enzyme alcalase Tối ưu hóa điều kiện thủy phân collagen từ da cá ngừ vây vàng enzyme alcalase theo phương pháp bề mặt đáp ứng với yếu tố ảnh hưởng X1 (Nhiệt độ), X2 (pH), X3 (Nồng độ enzyme) X4 (Thời gian thủy phân) với hai hàm mục tiêu Y1 (Độ thủy phân: DH) Y2 (Hiệu suất thu hồi nitrogen: NR) Kết điều kiện tối ưu trình thủy phân collagen da cá ngừ vây vàng enzyme alcalase là: X1 = 54,7 C; X2 = 7,9; X3 = 0,034% X4 = 5,2 với Y1 = 24,54% Y2 = 96,42% Kết cho thấy enzyme alcalase thủy phân collagen da cá ngừ vây vàng hiệu với độ thủy phân cao Vì thu nhận peptide collagen có phân tử lượng nhỏ, đáp ứng tiêu chuẩn collagen thủy phân 3.3 Tinh sạch, phân đoạn khảo sát tính chất phân đoạn collagen thủy phân 3.3.1 Thành phần hóa học dịch thủy phân, lọc sơ sau ly tâm da cá ngừ vây vàng Dịch thủy phân collagen từ da cá ngừ vây vàng enzyme alcalase sau tinh cách lọc chân khơng, sau ly tâm với tốc độ 5000 vòng/phút 30 phút Kết thành phần hóa học trình bày Bảng 3.16 16 Bảng 3.16 Bảng thành phần hóa học dịch collagen sau thủy phân làm sơ Dịch thủy phân Dịch sau lọc chân không Dịch sau ly tâm Đạm (gN/L) 14,7a0,50 15,1a0,53 14,6a0,32 Lipid (%) 0,55a0,05 0,08b0,02 0,09b0,01 Tro (%) 0,17a0,01 0,17a0,02 0,171a0,01 Chất khô (%) 10,06a0,31 9,77a0,24 9,69ba0,15 82,82a1,50 79,92b1,05 79,30ba 0,50 96,61a0,95 94,81b1,02 94,52b0.35 Chỉ tiêu Hiệu suất thu hồi nitrogen da cá (%) Hiệu suất thu hồi collagen (%) a, b, c: hàng khác biệt có ý nghĩa mặt thống kê 95% 3.3.2 Phân bố khối lượng phân tử peptide collagen dịch thủy phân sau ly tâm Sự phân bố trọng lượng phân tử peptide dịch collagen thủy phân từ da cá ngừ vây vàng  kDa sắc ký GPC (Hình 3.17) Sản phẩm thủy phân bao gồm phân đoạn 10% peptide có khối lượng phân tử nhỏ 416 Da (F1), 40% (416 Da đến kDa) (F2) 50% (1 kDa đến 5kDa) (F3) (Hình 3.18) Hình 3.17 Sắc ký đồ phân bố trọng lượng phân tử peptide collagen dịch thủy phân da cá ngừ vây vàng sau ly tâm 17 Mn: Mw: Mz: Mv: D : [n] : Vp: Mp: A: 10% 30% 50% 70% 90% 1,2319e3 1,4417e3 1,4417e3 3,4606e3 1,6898e0 0,000000 9,2015e0 1,3311e3 1,7916e5 4,1578e2 7,2688e2 1,1047e3 1,6105e3 2,8438e3 g/mol g/mol g/mol g/mol ml/g ml g/mol ml*V g/mol g/mol g/mol g/mol g/mol Hình 3.18 Phân bố khối lượng phân tử peptide collagen dịch sau ly tâm 3.3.3 Kết tách phân đoạn collagen thủy phân sắc ký GPC (còn gọi sắc ký lọc gel) Dựa vào sắc ký đồ chạy sắc ký dịch thủy phân collagen từ da cá ngừ vây vàng (Hình 3.17) Sắc ký lọc gel (GPC) dùng để tách phân đoạn F1, F2 F3 khỏi phân dịch collagen thủy phân cách hứng sản phẩm đầu sắc ký theo thời gian lưu phân đoạn chạy sắc ký Theo sắc ký đồ (Hình 3.17) phân đoạn F3 khỏi sắc ký từ phút thứ đến phút thứ ; phân đoạn F2 từ phút thứ đến phút thứ 10 phân đoạn F3 từ phút thứ 10 đến phút thứ 11 3.3.4 Tính chất phân đoạn collagen thủy phân Các phân đoạn collagen thủy phân (F1, F2 F3) khảo sát tính chất hoạt tính chức Kết Bảng 3.17 cho thấy phân đoạn F1 F2 khả hịa tan khả chống oxi hóa cao phân đoạn F3 Ngược lại phân đoạn F3 có khả tạo bọt, tạo nhũ chống đông tốt F1 F2 18 Bảng 3.17 Tóm tắt tính chất phân đoạn collagen thủy phân Phân đoạn peptide collagen Tính chất F1 F2 F3 1kDa – 5kDa > 97,52 Khối lượng phân tử 98,63 416Da – 1kDa > 98,00 10 40 50 Khả tạo nhũ tương (EAI) (g/m2) 91,97 95,97 110,33 Độ bền nhũ tương (ESI) (g/m2) 16,61 17,40 19,98 Khả tạo bọt (FC) (%) 115,50 121,50 130,05 Độ bền bọt (FS) (%) 60,70 62,67 73,50 Khử gốc tự DPPH (IC50) (µg/ml) 28,64 40,64 120,75 Năng lực khử tổng (IC50) (µg/ml 13,30 16,57 57,38 Tỷ lệ (%) Khả chống oxy hóa mơ hình dầu nước (8 ngày)/mẫu trắng (mqE) Khả chống đông (4 chu kỳ tái đông) (%) 1,85/8,50 2,35/8,50 3,89/8,50 42,92 43,92 63,13 3.4 Thử nghiệm sử dụng màng lọc để phân đoạn collagen thủy phân ứng dụng công nghệ thực phẩm Đề tài sử dụng màng lọc UFP-1-C-6 GE (Mỹ) với chất liệu polysulfone với khối lượng mặt cắt qua màng 1kDa để tách collagen thủy phân thành hai phân đoạn SP1  3kDa 3kDa  SP2  5kDa với tỷ lệ SP1 SP2 90% 10% Thành phần hóa học sản phẩm trình bày Bảng 3.18 Các tính chất độ hịa tan, khả tạo nhũ hóa, khả tạo bọt, khả chống oxi hóa khả chống đơng SP1 SP2 trình bày bày Bảng 3.19 19 Bảng 3.18 Thành phần hóa học hiệu suất thu hồi loại dịch thủy phân qua công đoạn tinh Chỉ tiêu SP1 SP2 Đạm (gN/L) 14,14b0,40 18,63c0,35 Lipid (%) 0,05c0,01 Tro (%) 0,175b0,02 0,139c0,02 Chất khô (%) 9,04b0,33 15,41c0,26 Hiệu suất thu hồi nitrogen (%) 71,33c±1,13 7,97d±1,06 Hiệu suất thu hồi collagen (%) 86,01c±0,43 8,51d±0,52 0,40d0,04 a, b, c, d: hàng khác biệt có ý nghĩa mặt thống kê 95% Bảng 3.19 Tóm tắt tính chất phân đoạn collagen thủy phân SP1 SP2 Phân đoạn peptide collagen Tính chất SP1 SP2 Khối lượng phân tử 98,63 > 96,62 Tỷ lệ (%) 90,0 10,0 Khả tạo nhũ tương (EAI) (g/m2) 95,97 112,33 Độ bền nhũ tương (ESI) (g/m2) 19,23 24,17 Khả tạo bọt (FC) (%) 121,50 131,30 Độ bền bọt (FS) (%) 60,70 74,30 Khử gốc tự DPPH (IC50) (µg/ml) 48,51 142,98 Năng lực khử tổng (IC50) (µg/ml 19,74 75,66 2,25/8,50 4,00/8,50 45,92 67,13 Khả chống oxy hóa mơ hình dầu nước (8 ngày)/mẫu trắng (mqE) Khả chống đông (4 chu kỳ tái đông) (%) 3.4.9.1 Ứng dụng phân đoạn (SP1) vào sản xuất nước uống chanh dây collagen 50% Nước 0.1% Collagen thủy phân 0.15% Axit Phối trộn Chanh dây Cắt đôi Tách thịt Rót chai 25% siro Loại hạt Thanh trùng Dịch chanh dây Làm nguội Sản phẩm Hình 52 Quy trình sản xuất hồn thiện sản phẩm nước uống chanh dây có bổ sung collagen Kết cho thấy sản xuất thử nghiệm nước uống chanh dây có bổ sung collagen thủy phân với thành phần như: axit citric 0,15%, nước 50%, siro 25%, collagen 0,1% phần cịn lại dịch chanh dây cho chất lượng cảm quan sản phẩm cao khả giữ màu nước ép chanh dây tốt 20 3.4.9.2 Ứng dụng phân đoạn (SP2) vào sản xuất sữa chua collagen 3.8.2.3 Quy trình chế biến sữa chua bổ sung collagen thủy phân Nguyên liệu Phối trộn Đồng hóa Bổ sung collagen thủy phân (0,075%) Áp suất 200bar Thanh trùng 95C, phút Làm nguội Xuống 45C Cấy giống Men Ủ men Ủ lạnh Sản phẩm Hình 3.55 Sơ đồ quy trình chế biến sữa chua bổ sung collagen Kết cho thấy sản xuất thử nghiệm sữa chua có bổ sung collagen thủy phân với hàm lượng 0,075% với men giống vi khuẩn lactic Vinamilk thời gian lên men 300 phút cho chất lượng cảm quan sản phẩm tốt Sản phẩm mềm mịn, có pH 4,57 độ nhớt 3439 cp 21 KẾT LUẬN Nghiên cứu xác định điều kiện tối ưu để loại bỏ phi collagen da cá ngừ vây vàng phương pháp xử lý kiềm với nồng độ NaOH 0,93 N, thời gian xử lý 28 tỷ lệ dung dịch NaOH da cá : (v/w) Khi da cá ngừ vây vàng sau xử lý có tỷ lệ hydroxyproline so với protein lipid cịn lại so với chất khô 9,94% 5,5% Đây bước xử lý quan trọng để sản xuất collagen chất lượng cao dẫn xuất từ da cá ngừ vây vàng Nghiên cứu xác định điều kiện tối ưu để thủy phân collagen từ da cá ngừ vây vàng sau loại bỏ phi collagen enzyme alcalase với thông số như: nồng độ enzyme 0,034AU/g, nhiệt độ thủy phân 54,7 C, pH 7,9 thời gian thủy phân 5,2 với độ thủy phân 24,54% hiệu suất thu hồi nitrogen 96,42% Dịch thủy phân thu có khối lượng phân tử peptide  kDa Sử dụng phương pháp sắc ký lọc gel để tách phân đoạn peptide dịch collagen thủy phân Nghiên cứu tách phân đoạn collagen thủy phân F1, F2 F3 từ dịch thủy phân collagen da cá ngừ vây vàng Ba phân đoạn có tính cơng nghệ tốt khả hòa tan, khả tạo nhũ tương, khả tạo bọt, khả chống oxy hóa khả chống đơng Nghiên cứu sử phương pháp lọc màng để tinh tách phân đoạn peptide collagen dịch thủy phân màng lọc UFP-1-C-6 GE (Mỹ) với chất liệu polysulfone với khối lượng mặt cắt qua màng 1kDa Nghiên cứu xác định kiều kiện nhiệt độ, áp suất, pH lưu lượng dòng nhập liệu đến trình lọc màng Kết tách hai sản phẩm SP1 SP2 với tỷ lệ 90% 10% Cả hai phân đoạn collagen thủy phân có tính tan tốt; pH 8,0 phân đoạn SP1 tan tốt SP2 lớn 96%; cịn pH  8,0 hai phân đoạn tan gần hoàn toàn Khả tạo nhũ, tạo bọt chống đông phân đoạn SP2 tốt phân đoạn SP1, hoạt tính chống oxy hóa phân đoạn SP1 cao SP2 Collagen thủy phân phân tích thành phần hóa học tiêu vi sinh; kết cho thấy chúng có khả áp dụng vào sản phẩm thực phẩm Từ đó, nghiên cứu thử nghiệm thành công việc bổ sung collagen thủy phân vào hai sản phẩm nước 22 chanh dây sữa chua với kết điểm cảm quan cao, chứng tỏ nguồn collagen thủy phân từ da cá ngừ vây vàng có triển vọng để bổ sung vào thực phẩm Đề xuất Sử dụng loại màng khác để tinh phân đoạn collagen thủy phân nhằm thu phân đoạn collagen thủy phân có tính chất mong muốn Tiến hành sấy phun sấy thăng hoa sản phẩm collagen để thuận tiện việc bảo quản sản phẩm, đồng thời nghiên cứu tính chất collagen trình bảo quản hạn sử dụng Nghiên cứu sản xuất collagen thủy phân quy mơ cơng nghiệp, từ mở rộng việc ứng dụng collagen thủy phân sản phẩm thực phẩm khác DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ [1] Nguyễn Công Bỉnh, Nguyễn Minh Xuân Hồng.(2018) “ Tách chiết, tinh ứng dụng collagen thủy phân từ da cá”, Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển Trường Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh,Số 17 (5) trang 114-122 [2] Binh, N C., Hong, N M X., Kha, N H N., & Tuyen, K C (2020) Optimization of Treatment Conditions for Non-collagen Removal from Yellowfin Tuna Skin (Thunnus albacares) Chiang Mai University Journal of Natural Sciences, 19(3), 548–562 [3] Binh, N C., Kha, N H N., Tuyen, K C., & Hong, N M X (2021) Optimization of enzymatic hydrolysis of collagen from yellowfin tuna skin (Thunnus albacares) Journal of Food Processing and Preservation 45 (4) [4] Binh, N C., Hong, N M X., Kha, N H N., & Tuyen, K C (2021) Functional properties of yellowfin tuna (Thunnus albacares) skin collagen hydrolysate fraction obtained by ultrafiltration purification Current Research in Nutrition and Food Science Journal (3) 23 ... VÀNG (THUNNUS ALBACARES) VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm Mã số: 9. 54.0 1.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Cán hướng dẫn: TS NGUYỄN MINH XUÂN HỒNG TS NGUYỄN... collagen thủy phân Ảnh hưởng nhiệt độ Ảnh hưởng áp suất -Kiểm tra chất độ tinh phân đoạn Lọc màng Retentate Sản phẩm (SP2) Ảnh hưởng pH Ảnh hưởng lưu lượng dòng nhập liệu Permeate Sản phẩm (SP1) - Khảo... nghiên cứu quy trình tinh phân đoạn collagen 11 2.3.4 Ứng dụng collagen thủy phân vào thực phẩm 2.3 .4.1 Ứng dụng phân đoạn (SP1) vào sản xuất nước uống chanh dây collagen Xác định tỷ lệ phối trộn