Luận văn thạc sĩ Công nghệ thực phẩm: Nghiên cứu sản xuất và ứng dụng dịch thủy phân từ xương gà

- Xác định mức độ thủy phân, phân tử lượng của peptit và hàm lượng axit amin trong dịch thủy phân ở điều kiện thủy phân tối ưu nhất.. - Đánh giá chất lượng sản phẩm bột nêm từ dịch thủy

NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nguyên vật liệu

Thịt gà được mua từ công ty TNHH San Hà, Tp.HCM, Việt Nam (951 Tạ Quang Bửu, phường 6, quận 8, Tp.Hồ Chí Minh) Sau đó tách thịt khỏi xương tại công ty VISSAN (xương gà còn chứa khoảng 22,8 ± 0,25% thịt) Xương gà được bảo quản đông lạnh ở -18 0 C nhằm tạo sự ổn định về thành phần dinh dưỡng, chất lượng của nguyên liệu dùng trong nghiên cứu

Chế phẩm enzyme Protamex 1,5AU/g của hãng Novozyme R Đan Mạch [34]

- H2SO4 đậm đặc; H2SO4 0,1N - NaOH tinh khiết; NaOH 40%; NaOH

0,1N - Dung môi diethyl ether - Albumin tinh khiết - Na2CO3

- CuSO4.H2O - Natri-Kali Tartrat - TCA (axit trichloacetic) tinh khiết

- KI - Cloroform và axit acetic băng - Glucose chuẩn

- Thuốc thử DNS - Thuốc thử Folin - Dung dịch hồ tinh bột

Dụng cụ, thiết bị

- Máy quang phổ UV-Vis (Spectophotometer Hach, DR 5000)

- Cân điện tử (Sartorius AG, CPA3245, Germany)

- Ống đong: 25ml, 100ml, 500ml - Pipette:1ml, 2ml, 5ml, 10ml, 25ml - Micropipette: 100àl, 1000àl - Burette: 25 ml

- Máy đo pH - Máy khuấy từ (MR HEI-Standard) - Tủ sấy (Memmert)

- Bể điều nhiệt (Memmert) - Thiết bị tiệt trùng

- Lon + nắp - Thiết bị lọc chân không

- Bình định mức: 50ml, 100ml, 1000ml

- Becher, erlen: 50ml, 100ml, 250ml, 500ml, 1000ml - Ống nghiệm có nắp - Cốc sứ, giấy lọc, bình hút ẩm - Nhiệt kế

Phương pháp nghiên cứu

Hình 3.1 Sơ đồ nghiên cứu

Phân tích thành phần xương gà

1 Xác định hàm lượng protein tổng 2 Xác định hàm lượng lipid

Khảo sát quá trình thủy phân protein từ xương gà bằng phương pháp enzyme

Khảo sát chế độ thủy phân 1 Tỷ lệ E/S

2 pH 3 Nhiệt độ 4 Thời gian

Hiệu suất thu hồi protein hòa tan

Dịch xương thủy phân tối ưu

1 Xác định mức độ thủy phân 2 Xác định phân tử lượng của peptit 3 Xác định thành phần và hàm lượng axit amin

Hạt nêm từ dịch thủy phân

Tối ưu hóa quá trình

1 Xác định các chỉ tiêu hóa lý 2 Vi sinh

3 Cảm quan Khảo sát quá trình hầm

1 Tỷ lệ xương:nước 2 Thời gian hầm

3.3.2 Quy trình trích ly protein từ xương gà thực hiện trong nghiên cứu

Hình 3.2 Sơ đồ trích ly protein từ xương gà

- Mục đích : đảm bảo kích thước nguyên liệu đồng đều, tăng diện tích trao đổi nhiệt và diện tích tiếp xúc với enzyme

- Thực hiện : Xương được tách khỏi thịt bằng máy Phần xương thu được dùng làm thí nghiệm có kích thước trung bình khoảng 1 -2 cm

Xử lý nhiệt Xương gà

- Mục đích: o Làm mềm xương gà, trích ly một phần protein o Làm biến tính protein, xuất hiện các liên kết peptit ứng với vùng đặc hiệu của enzyme, dưới tác dụng của nhiệt làm các phân tử protein giãn mạch, giúp enzyme thủy phân dễ dàng hơn o Loại các mùi khó chịu, vô hoạt enzyme oxy hóa chất béo trong xương gà o Tiêu diệt vi sinh vật, ngăn cản sự phát triển của vi sinh vật trong suốt quá trình thủy phân

- Thực hiện: Quá trình được thực hiện trong thiết bị tiệt trùng, khảo sát các điều kiện: tỉ lệ xương gà/nước và thời gian hầm Các thí nghiệm đều qua quá trình thủy phân bằng enzyme Protamex với các thông số cố định Sau mỗi thí nghiệm, xác định hiệu quả quá trình bằng cách xác định hiệu suất thu hồi protein hòa tan

- Thông số cố định: o Nhiệt độ: 120 0 C o Áp suất: 2 at - Thông số khảo sát: o Tỉ lệ xương gà/nước o Thời gian hầm

Tách béo ra khỏi nguyên liệu để giảm hiện tượng oxy hóa, ôi hóa chất béo

Làm lạnh hỗn hợp xuống 2 o C rồi tách váng béo ở trên

Thủy phân bằng enzyme protease

Thủy phân protein trong xương gà, nâng cao hiệu suất trích ly protein cũng như giá trị dinh dưỡng của sản phẩm

- Thực hiện: o Xương gà sau khi hầm tiếp tục thủy phân bằng protease o Quá trình thủy phân được thực hiện trong bể điều nhiệt, được khảo sát ở các điều kiện: tỷ lệ E/S; pH; nhiệt độ và thời gian thủy phân o Sau mỗi thí nghiệm xác định hiệu quả quá trình thủy phân bằng cách xác định hiệu suất thu hồi protein hòa tan

- Thông số khảo sát: o Tỷ lệ E/S o pH o Nhiệt độ o Thời gian

- Mục đích: Ngừng quá trình thủy phân, ổn định chất lượng sản phẩm cho quá trình phân tích

- Thực hiện: Nâng nhiệt độ lên 95 0 C trong vòng 15 phút để bất hoạt enzyme

- Mục đích: loại bỏ xương và cặn để thu dịch protein

- Thực hiện: Sử dụng lưới lọc và thiết bị lọc chân không

3.3.3 Khảo sát quá trình trích ly protein từ xương gà bằng phương pháp enzyme

3.3.3.1 Khảo sát chế độ hầm (xử lý nhiệt)

Bảng 3.1: Bảng bố trí thí nghiệm khảo sát chế độ xử lý nhiệt

Yếu tố khảo sát Yếu tố cố định Hàm mục tiêu

Tỷ lệ xương gà/nước (w/w):

Thời gian xử lý nhiệt: 90 phút Điều kiện thủy phân: tỷ lệ E/S 1%, pH của nguyên liệu (6,4), 55 0 C, 150 phút

Hiệu suất thu hồi protein hòa tan

Thời gian xử lý nhiệt (phút):

Nhiệt độ xử lý: 120 0 C Tỷ lệ xương gà/nước: chọn từ khảo sát trước Điều kiện thủy phân: tỷ lệ E/S 1%, pH của nguyên liệu (6,4), 55 0 C, 150 phút

Khối lượng mẫu xương gà cho từng thí nghiệm là 50g

Các thí nghiệm được lặp lại 3 lần Kết quả thí nghiệm được xử lý thống kê theo Anova

3.3.3.2 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng và tối ưu hóa quá trình thủy phân protein xương gà bằng Protamex a Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protein xương gà bằng Protamex

Bảng 3.2: Bảng bố trí thí nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protein xương gà bằng Protamex

Yếu tố khảo sát Yếu tố cố định Hàm mục tiêu pH 6,4; 7; 7,5

Chế độ xử lý nhiệt: chọn từ khảo sát trước

Nhiệt độ: 55 0 C Thời gian: 150 phút Tỷ lệ E/S: 1%

Hiệu suất thu hồi protein hòa tan Nhiệt độ 50, 55, 60 0 C

Chế độ xử lý nhiệt, pH: chọn từ khảo sát trước Thời gian: 150 phút Tỷ lệ E/S: 1%

Chế độ xử lý nhiệt, pH, nhiệt độ: chọn từ khảo sát trước

2,5% tương ứng với các hoạt độ là 0AU/g;

Chế độ xử lý nhiệt, pH, thời gian và nhiệt độ: chọn từ khảo sát trước

Khối lượng mẫu xương gà cho từng thí nghiệm là 50g

Các thí nghiệm được lặp lại 3 lần Kết quả thí nghiệm được xử lý thống kê theo Anova b Tối ưu hóa quá trình thủy phân Để xác định kết quả tối ưu hóa của các thí nghiệm ảnh hưởng tương tác của các yếu tố lên hàm mục tiêu, chúng tôi sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng RSM (Response Surface Method) và phần mềm JMP 10.0.2 để xử lý kết quả Phương pháp bề mặt đáp ứng là phương pháp hữu hiệu trong việc tối ưu các quá trình chế biến thực phẩm Đây là tập hợp các kỹ thuật mô hình hóa toán học và thống kê, liên quan giữa việc xử lý số liệu và thành lập phương trình hồi quy để mô tả tính chất của sản phẩm với các thông số quy trình [15]

Phương pháp quy hoạch thực nghiệm được thực hiện theo phương pháp trực giao, tâm xoay, bậc hai, giá trị của tay đòn α chọn từ điều kiện: α = 2 k/4 (với k là số yếu tố) Số điểm ở tâm kế hoạch no được tăng lên để ma trận không suy biến, chính vì vậy mà quy hoạch thực nghiệm này sẽ tránh được sai số khi xác định Y

Mô hình thí nghiệm thực hiện tối ưu hóa ba yếu tố thực hiện theo mô hình toán của phần mềm JMP 10.0.2:

Bảng 3.3: Ma trận quy hoạch cấu trúc có tâm cấp hai, bốn yếu tố

Trong đó, các giá trị “0,” “-1” và “1” lần lượt là giá trị ở tâm và các biên của các biến xét trong thí nghiệm quy hoạch thực nghiệm Giá trị “+” được xác định dựa vào quy tắc đòn bẩy X1, X2, X3 là các biến số mã hóa cần tối ưu

Trong quá trình thực hiện thí nghiệm ta cần chú ý hai giá trị R 2 và R 2 hiệu chỉnh, chúng cho biết mức độ tin cậy của mô hình thí nghiệm Trong đó, R 2 > 0,8 và R 2 hiệu chỉnh >0,5 và độ sai lệch giữa chúng  [0,2 ; 0,3] cho thấy các giá trị hồi quy là có ý nghĩa và mô hình là đáng tin cậy [19]

Theo phương pháp trực giao ba yếu tố, phương trình hồi quy được biểu diễn theo dạng sau:

3.3.4 Khảo sát dịch thủy phân

- Mục đích: Xác định mức độ thủy phân (DH), xác định khối lượng phân tử các peptit tạo thành, định tính và định lượng các axit amin có trong dịch

- Tiến hành: o Xác định mức độ thủy phân (DH) o Xác định khối lượng phân tử các peptit tạo thành o Định tính và định lượng các axit amin trong sản phẩm

3.3.5 Ứng dụng sản xuất hạt nêm

- Xác định công thức sản xuất bột nêm

- Xác định quy trình sản xuất bột nêm bằng phương pháp sấy phun - Đánh giá chất lượng hạt nêm: o Các chỉ tiêu hóa lý: độ ẩm, protein tổng, lipid, chỉ số peroxit… o Chỉ tiêu vi sinh o Chỉ tiêu cảm quan

Các phương pháp phân tích

- Xác định hàm lượng protein tổng bằng phương pháp Kjeldahl [4]

- Xác định hàm lượng lipid tổng bằng phương pháp Soxhlet [4]

- Xác định độ ẩm bằng phương pháp sấy không đổi [4]

- Xác định hiệu suất thu hồi protein hòa tan:

Trong đó : - H : hiệu suất thu hồi protein hòa tan - ma : Lượng protein hòa tan có trong dịch thủy phân được xác định bằng phương pháp Lowry [7]

- m : Lượng protein tổng ban đầu - Xác định mức độ thủy phân bằng phương pháp kết tủa với TCA [17]

- Xác định phân tử lượng bằng phương pháp sắc kí lọc gel [2]

- Xác định chỉ số peroxit bằng phương pháp chuẩn độ [4]

- Xác định hàm lượng tro [7]

- Đánh giá cảm quan sản phẩm bột nêm từ xương gà thủy phân

Một sản phẩm thực phẩm không chỉ bổ dưỡng, an toàn vệ sinh mà còn phải có hình thức bên ngoài hấp dẫn, có mùi vị thơm ngon thì mới được người tiêu dùng chấp nhận Chính vì thế mà các chỉ tiêu cảm quan đối với thực phẩm là rất quan trọng mà mọi nhà sản xuất và kiểm tra thực phẩm không thể bỏ qua

Dùng phương pháp cho điểm là phương pháp đánh giá cảm quan Thang điểm xây dựng dựa trên cơ sở:

Bảng 3.4: Cơ sở xây dựng thang điểm đánh giá theo tiêu chuẩn Việt

Bậc đánh giá Điểm chưa có trọng số

1 5 Trong chỉ tiêu đang xét, sản phẩm có tính chất tốt đặc trưng và rõ rệt cho chỉ tiêu đó, không có sai lỗi và khuyết tật nào

2 4 Sản phẩm có khuyết tật nhỏ hoặc sai lỗi nhỏ hoặc có cả hai nhưng không làm giảm giá trị cảm quan của sản phẩm đó

Sản phẩm có khuyết tật hoặc sai lỗi hoặc cả hai Số lượng và mức độ của khuyết tật sai lỗi làm giảm giá trị cảm quan nhưng sản phẩm vẫn đạt theo tiêu chuẩn

Sản phẩm có khuyết tật hoặc sai lỗi hoặc cả hai Số lượng và mức độ của khuyết tật sai lỗi làm cho sản phẩm không đạt mức chất lượng quy định trong tiêu chuẩn, nhưng còn khả năng bán được

Sản phẩm có khuyết tật và sai lỗi ở mức độ trầm trọng, không đạt mục đích sử dụng chính của sản phẩm đó Song vẫn chưa bị coi là “hỏng”; sản phẩm đó không thể bán được, nhưng sau khi tái chế thích hợp, vẫn có thể sử dụng được

6 0 Sản phẩm có khuyết tật và sai lỗi ở mức độ rất trầm trọng, sản phẩm bị coi là “hỏng,” không sử dụng được nữa Đối với mỗi sản phẩm có các chỉ tiêu có mức độ quan trọng khác nhau, do đó cần có một hệ số quan trọng để biểu thị mức độ quan trọng Hệ số này được quy định cho từng loại sản phẩm cụ thể

Bảng 3.5: Danh mục chỉ tiêu cảm quan và hệ số quan trọng đối với sản phẩm bột nêm từ xương gà thủy phân

Tên chỉ tiêu Trọng số

Trạng thái 25 1 Điểm trung bình có trọng số của một chỉ tiêu là tích của điểm trung bình với trọng số của chỉ tiêu đó Điểm chung là tổng số điểm nhân với trọng số của tất cả các chỉ tiêu cảm quan

Bảng 3.6: Các cấp chất lượng đối với các sản phẩm thực phẩm

Cấp chất lượng Điểm chung

Yêu cầu về điểm trung bình có trọng số đối với các chỉ tiêu

Loại tốt 18,6-20,0 Các chỉ tiêu quan trọng nhất ≥ 4,7

Loại khá 15,2-18,5 Các chỉ tiêu quan trọng nhất ≥ 3,8 Loại trung bình 11,2-15,1 Mỗi chỉ tiêu ≥ 2,8 Loại kém (không đạt mức chất lượng quy định trong tiêu chuẩn nhưng còn khả năng bán được)

Loại rất kém ( không có khả năng bán được nhưng sau khi tái chế thích hợp còn sử dụng được)

Loại hỏng (không còn sử dụng được) 0-3,9 _ + Đánh giá cảm quan sản phẩm bột nêm từ xương gà thủy phân

Bước 1: Xây dựng bảng điểm

Bảng 3.7: Bảng điểm đánh giá chất lượng cảm quan sản phẩm

(Sản phẩm được pha loãng với nước theo tỉ lệ 1 bột nêm : 40 nước)

Tên chỉ tiêu Điểm chưa có trọng số

5 Màu vàng đặc trưng 4 Màu vàng hơi nhạt hoặc hơi đậm 3 Màu vàng rất nhạt hoặc rất đậm 2 Màu vàng nhưng có lẫn một ít màu nâu 1 Màu vàng lẫn màu nâu rất nhiều

0 Không còn màu vàng, có màu lạ

5 Mùi thơm rất đặc trưng của thịt gà 4 Mùi thơm thịt gà ít

3 Mùi thơm thịt gà rất ít 2 Rất khó phát hiện ra mùi thơm thịt gà, lẫn mùi nấu, khét 1 Hầu như không có mùi thơm, lẫn mùi nấu hay mùi khét 0 Có mùi lạ

5 Vị mặn ngọt hài hòa, có vị ngọt đậm đà của dịch xương 4 Vị mặn ngọt hài hòa, ít có vị ngọt đậm đà của dịch xương

3 Vị rất ngọt, ít mặn hoặc ít ngọt, mặn nhiều, rất ít có vị ngọt đậm đà của dịch xương 2 Vị không ngọt, không mặn, không đậm đà vị ngọt của dịch xương 1 Có vị lạ (đắng hoặc chát)

0 Có vị lạ, vị chua của hư hỏng

5 Dung dịch hòa tan hoàn toàn, đồng nhất tự nhiên 4 Dung dịch tan, có rất ít cặn lắng

3 Dung dịch tan, có một ít cặn mịn 2 Dung dịch tan ít, một ít cặn mịn lẫn bột bị đóng vón 1 Dung dịch tan ít, bột bị đóng vón lại rất nhiều

Bước 2: Chuẩn bị mẫu và đánh giá cảm quan

Trong quá trình này, chúng tôi tiến hành so sánh mẫu bột nêm từ xương gà và mẫu hạt nêm trên thị trường (hạt nêm Knorr) Chúng tôi tiến hành hòa tan các mẫu bột vào nước theo tỷ lệ 5g bột nêm + 200ml nước

Cuối cùng, cho các chuyên gia cảm quan sản phẩm bốn chỉ tiêu: màu sắc, mùi, vị và hình thái sản phẩm và tổng hợp điểm để so sánh giữa hai mẫu và so giá trị điểm chung tính được với TCVN 3215-79 để kết luận mức chất lượng của sản phẩm.

Phương pháp xử lý số liệu

Tất cả các thí nghiệm được lặp lại 3 lần Số liệu thí nghiệm được trình bày dưới dạng giá trị trung bình (± SD) Tính toán số liệu và vẽ biểu đồ bằng phần mềm Microsoft Excel, phân tích anova các thí nghiệm bằng phần mềm Minitab, sử dụng phần mềm JMP 10.0.2 và phương pháp bề mặt đáp ứng để quy hoạch thực nghiệm và tối ưu hóa quá trình thủy phân.