Nghiên cứu sản xuất sản phẩm thủy phân protein từ đầu cá ngừ bằng enzyme flavourzyme

i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài tốt nghiệp, ngoài sự nỗ lực học tập, rèn luyện của bản thân, tôi đã nhận được giúp đỡ của nhiều cá nhân và tập thể. Qua đây tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đến: Ban Giám Hiệu Trường Đại học Nha Trang Ban chủ nhiệm Khoa Chế Biến Cô TS.Nguyễn Thị Mỹ Hương người đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo những kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian tôi thực hiện đề tài. Quý thầy cô quản lý phòng thí nghiệm công nghệ chế biến, hóa sinh - vi sinh, công nghệ thực phẩm, công nghệ lạnh và công nghệ sinh học đã tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực tập tốt nghiệp. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè đã động viên, khích lệ và giúp đỡ nhiệt tình trong suốt quá trình học tập cũng như hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Sinh viên Nguyễn Thị Bích Thảo ii MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC BẢNG iv DANH MỤC HÌNH v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 3 1.1. Tìm hiểu về nguyên liệu 3 1.1.1. Tình hình khai thác và chế biến cá ngừ 3 1.1.1.1. Tình hình khai thác cá ngừ trên thế giới và Việt Nam 3 1.1.1.2. Tình hình xuất khẩu cá ngừ của Việt Nam 5 1.1.1.3. Giới thiệu các loại các ngừ thường gặp ở Việt Nam, mùa vụ khai thác 8 1.1.2. Tình hình sản xuất các mặt hàng thủy sản từ nguyên liệu cá ngừ 12 1.1.3. Phế liệu cá ngừ và hướng tận dụng phế liệu 12 1.1.3.1. Phế liệu cá ngừ 12 1.1.3.2. Tận dụng phế liệu 13 1.2. Enzyme và sự thủy phân bằng enzyme 16 1.2.1. Giới thiệu chung về enzyme 16 1.2.2. Giới thiệu về enzyme protease và các ứng dụng của nó trong công nghiệp 17 1.3. Sản phẩm thủy phân và vai trò của chúng 20 1.3.1. Sản phẩm thủy phân 21 1.3.1.1. Dịch đạm thủy phân 21 1.3.1.2. Bột đạm thủy phân 21 1.3.1.3. Các sản phẩm phụ từ quá trình thủy phân 21 1.3.2. Vai trò của sản phẩm thủy phân 22 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23 2.1. Đối tượng nghiên cứu 23 2.1.1. Cá ngừ mắt to 23 2.1.2. Đầu cá ngừ mắt to 23 2.1.3. Enzyme Flavourzyme 23 2.2. Địa điểm nghiên cứu 24 iii 2.3. Nội dung nghiên cứu 24 2.4. Phương pháp nghiên cứu 25 2.4.1. Xác định thành phần hóa học của phế liệu đầu cá ngừ 25 2.4.2. Quy trình dự kiến sản xuất các sản phẩm thủy phân 26 2.4.3. Bố trí thí nghiệm xác định các thông số kĩ thuật trong quá trình thủy phân 27 2.4.3.1. Bố trí thí nghiệm xác định tỉ lệ enzyme so với nguyên liệu 27 2.4.3.2. Bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ thủy phân thích hợp 29 2.4.3.3. Bố trí thí nghiệm xác định thời gian thủy phân thích hợp 30 2.5. Phương pháp phân tích 32 2.6. Phương pháp xử lý số liệu 32 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 33 3.1. Kết quả xác định thành phần hóa học của đầu cá ngừ mắt to 33 3.1.1. Kết quả: 33 3.1.2. Nhận xét và thảo luận 33 3.2. Kết quả xác định các thông số kỹ thuật tối ưu 34 3.2.1. Kết quả xác định tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu 34 3.2.2. Kết quả xác định nhiệt độ thủy phân thích hợp 36 3.2.3. Kết quả xác định thời gian thủy phân thích hợp 38 3.3. Đề xuất quy trình sản xuất sản phẩm thủy phân 39 3.3.1. Sơ đồ quy trình sản xuất sản phẩm thủy phân từ đầu cá ngừ mắt to 40 3.3.2. Thuyết minh quy trình 41 3.4. Chất lượng của sản phẩm thủy phân từ đầu cá ngừ mắt to 42 3.4.1. Chất lượng của dịch đạm thủy phân 42 3.4.2. Chất lượng của bột đạm thủy phân 43 3.4.3. Chất lượng của các sản phẩm phụ thu được từ quá trình thủy phân 45 3.4.3.1. Bột đạm không tan 46 3.4.3.2. Sản phẩm bột khoáng 48 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 50 1. KẾT LUẬN 50 2. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 PHỤ LỤC 1 iv DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1. Tỉ lệ các thành phần của cá ngừ 13 Bảng 2.1. Điều kiện hoạt động tối thích của enzyme Flavourzyme TM 24 Bảng 3.1. Thành phần hóa học của đầu cá ngừ mắt to (%) 33 Bảng 3.2. Thành phần hóa học của đầu cá Tầm, cá Leo, cá Đãnh và cá ngừ vây vàng (%) 33 Bảng 3.3. Chỉ tiêu cảm quan dịch thủy phân 42 Bảng 3.4. Chỉ tiêu hóa học của dịch thủy phân 42 Bảng 3.5. Chỉ tiêu cảm quan bột đạm thủy phân 43 Bảng 3.6. Các chỉ tiêu hóa học của bột đạm thủy phân 43 Bảng 3.7. Thành phần axit amin từ bột đạm thủy phân đầu cá ngừ mắt to 44 Bảng 3.8. Chỉ tiêu cảm quan bột đạm không tan 46 Bảng 3.9. Chỉ tiêu hóa học của bột đạm không tan 46 Bảng 3.10. Thành phần amin từ bột đạm không tan 47 Bảng 3.11. Chất lượng cảm quan của bột khoáng 48 Bảng 3.12. Thành phần hóa học của bột khoáng 48 v DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1. Nhập khẩu cá ngừ mắt to tươi đông lạnh từ Việt Nam của một số quốc gia năm 2004 4 Hình 1.2. Tình hình xuất khẩu cá ngừ nước ta từ năm 2007 – 2010 7 Hình 1.3. Cá ngừ ồ 8 Phân bố: chủ yếu ở vùng biển 9 Hình 1.4. Cá ngừ chù 9 Hình 1.5. Cá ngừ chấm 9 Hình 1.6. Cá ngừ bò 9 Hình 1.7. Cá ngừ sọc dưa 10 Hình 1.8. Cá ngừ vằn 10 Hình 1.9. Cá ngừ vây vàng 11 Hình 1.10. Cá ngừ mắt to 11 Hình 1.11. Cá ngừ dùng làm sashimi và sushi ở Nhật Bản 12 Hình 1.12. Các mức ứng dụng của phế liệu có thể ứng dụng trong thực tế 16 Hình 2.1. Cá ngừ mắt to 23 Hình 2.2. Xác định thành phần hóa học của đầu cá ngừ mắt to 25 Hình 2.3. Quy trình thủy phân dự kiến đầu cá ngừ mắt to 26 Hình 2.4. Bố trí thí nghiệm xác định tỉ lệ enzyme thích hợp 28 Hình 2.5. Bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ thủy phân thích hợp 30 Hình 2.6. Bố trí thí nghiệm xác định thời gian thủy phân thích hợp 31 Hình 3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến lượng đạm trong dịch thủy phân thu được từ 100g cá ngừ 34 Hình 3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến tỷ lệ đạm axit amin/đạm tổng số trong dịch đạm thủy phân thu được từ 100 g đầu cá 35 Hình 3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến lượng đạm trong dịch thủy phân thu được từ 100g cá ngừ 36 Hình 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến tỷ lệ đạm axit amin/đạm tổng số trong dịch đạm thủy phân thu được từ 100 g đầu cá 37 Hình 3.5. Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến lượng đạm trong dịch thủy phân thu được từ 100 g đầu cá 38 vi Hình 3.6. Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến tỷ lệ đạm axit amin/đạm tổng số trong dịch đạm thủy phân thu được từ 100g đầu cá 38 Hình 3.7. Sơ đồ quy trình sản xuất sản phẩm thủy phân từ đầu cá ngừ mắt to 40 Hình 3.8. Dịch đạm thủy phân 42 Hình 3.9. Bột đạm thủy phân 43 Hình 3.10. Các sản phẩm thu được từ sự thủy phân đầu cá ngừ mắt to bằng enzyme Flavourzyme (A: bột khoáng, B: bột đạm không tan, C: bột đạm thủy phân, D: dầu cá) 45 Hình 3.11. Sản phẩm bột đạm không tan 46 Hình 3.12. Sản phẩm bột khoáng 48 vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT THHH: trách nhiệm hữu hạn N/NL: nước trên nguyên liệu tg: thời gian g: gam E: enzyme opt: optimal L: lit T opt : nhiệt độ tối thích N ts : nitơ tổng số N NH3 : nitơ ammoniac N f : nitơ formol gN: gam nitơ gN/l: gam nitơ trên lít 1 LỜI MỞ ĐẦU “Phế liệu thủy sản” là cụm từ mà lâu nay ta vẫn hay thường dùng để chỉ cho các phần còn lại của quá trình chế biến như đầu, xương, vây, vẩy, nội tạng… Thế nhưng, ngày nay nó được gọi là nguyên liệu còn lại của quá trình chế biến. Chẳng hạn như: sản xuất chitin, chitosan từ vỏ tôm có nhiều ứng dụng trong thực tiễn mang lại hiệu quả kinh tế cao. Sản xuất bột khoáng từ xương cá tra hay chiết xuất enzyme từ nội tạng cá, đầu tôm cũng đã đạt được những kết quả khả quan. Việc tận thu phế liệu thủy sản thật sự cần thiết khi mà sản lượng đánh bắt thủy sản giảm đi trong những năm gần đây do tình trạng khai thác quá mức. Cá ngừ là mặt hàng thủy sản xếp thứ ba trong kim ngạch xuất khẩu thủy sản sau tôm và cá tra. Theo báo cáo của tổ chức FAO, cá ngừ mắt to ở Ấn Độ Dương bắt được nhiều nhất trong những năm 1999 vào khoảng 150.000 tấn nhưng đã giảm xuống còn 130.000 tấn trong năm 2007. Trong khi đó, nhu cầu tiêu sản phẩm thủy sản của con người ngày càng cao. Trước kia, một số ít phế liệu thủy sản được tận dụng làm bột cá, một phần tận dụng làm thức ăn tươi cho vật nuôi và phần lớn thải bỏ ra môi trường vừa gây lãng phí, vừa ô nhiễm môi trường. Vì thế việc sử dụng hợp lý và hiệu quả lượng phế liệu cá rất lớn do các nhà máy chế biến cá tạo ra hàng ngày để sản xuất ra các sản phẩm mới có giá trị kinh tế cao là một yêu cầu cấp thiết. Chúng vừa có thể làm tăng giá trị của phế liệu, giải quyết một lượng lớn phế liệu đang còn tồn đọng, vừa làm giảm đáng kể ô nhiễm môi trường do thủy sản gây ra. Một trong những hướng giải quyết yêu cầu trên là sản xuất các sản phẩm thủy phân từ phế liệu đầu cá. Chúng có hàm lượng amin cao, lại dễ hấp thụ, tiêu hóa rất cần thiết cho phát triển của cơ thể. Hơn nữa, mùi vị của chúng hấp dẫn, dễ dàng dẫn dụ các loài tôm cá tới ăn. Sản phẩm thủy phân có thể được dùng trong sản xuất thức ăn chăn nuôi nói chung và đặc biệt là cho ngành thủy sản nói riêng. Ví dụ như bột cá là thành phần quan trọng không thể thiếu trong thức ăn chăn nuôi gia súc và nuôi thủy sản. Lượng thức ăn cho chăn nuôi gia súc và nuôi thủy sản ở nước ta cần khoảng 300.000 tấn/năm, trong đó, bột cá sản xuất công nghiệp chỉ đáp ứng 1/10 nhu cầu. 2 Do vậy, phải nhập khẩu. Trên thực tế, người nuôi sử dụng bột cá tự chế là chủ yếu, nhưng việc sản xuất và chế biến bột cá tự chế còn nhiều bất lợi thậm chí còn gây ô nhiễm môi trường. Như vậy, việc sản xuất bột đạm từ đầu cá sẽ đáp ứng được một phần nhu cầu về protein của vật nuôi, thủy sản cũng như giải quyết nhu cầu về bột cá như hiện nay. Chúng cũng có thể được sử dụng làm bột cá thực phẩm nếu được tinh sạch. Dịch đạm thủy phân có thể được sử dụng để sản xuất nước mắm công nghiệp khi bổ sung thêm muối, hương vị hoặc bột đạm thủy phân có thể được sử dụng bổ sung vào sản xuất nước mắm để tăng hàm lượng đạm. Với các sản phẩm phụ của quá trình thủy phân như: bột khoáng, lipid có thể sử dụng trong việc sản xuất thực phẩm chức năng hoặc trong sản xuất thức ăn cho động vật thủy sản. Với sản lượng đánh bắt cá ngừ thế giới khoảng 4 triệu tấn/năm, trong đó 40- 60% là phế liệu trong chế biến [24]. Như vậy, tận thu phế liệu còn có nghĩa về mặt môi trường đồng thời nâng cao giá trị sử dụng từ nguồn “nguyên liệu” này. Việc ứng dụng công nghệ enzyme cho quá trình thu hồi này có thể cho ra các sản phẩm đa dạng. Dưới sự hướng dẫn của cô Nguyễn Thị Mỹ Hương, tôi đã thực hiện đề tài: “ Nghiên cứu sản xuất sản phẩm thủy phân protein từ đầu cá ngừ bằng enzyme Flavourzyme”. Do thời gian thực hiện đề tài có hạn, kinh nghiệm và năng lực bản thân còn hạn chế nên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong sự đóng góp của quý thầy cô cùng toàn thể các bạn để báo cáo được hoàn thiện hơn. Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Bích Thảo 3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1. Tìm hiểu về nguyên liệu 1.1.1. Tình hình khai thác và chế biến cá ngừ 1.1.1.1. Tình hình khai thác cá ngừ trên thế giới và Việt Nam Theo thống kê của FAO sản lượng cá ngừ trên thế giới đầu những năm 1950 chỉ đạt 5 trăm nghìn tấn và tăng lên gần 1 triệu tấn trong những năm 1960. Đến năm 1984 tăng lên 2 triệu tấn và hơn 4 triệu tấn vào năm 2003. Trong số 4,3 triệu tấn cá ngừ đánh bắt năm 2005 thì có tới 65% sản lượng cá khai thác ở Thái Bình Dương, 23% ở Ấn Độ Dương, 12% ở Đại Tây Dương. Trong đó, cá ngừ vây vàng chiếm 34%, cá ngừ mắt to chiếm 10% tổng sản lượng cá ngừ trên thế giới [7]. Thống kê gần đây của FAO, năm 2008 tổng sản lượng khai thác cá ngừ chủ yếu là cá ngừ vằn, cá ngừ vây vàng, cá ngừ mắt to, cá ngừ vây dài và cá ngừ vây xanh không tăng cao so với những năm 2005-2006 khoảng 4,35 triệu tấn [11]. Đây là vấn đề mà hiện nay nhiều tổ chức quan tâm. Do vậy, tháng 11/2010, Ủy ban quốc tế về Bảo tồn Cá ngừ vây xanh Đại Tây Dương (ICCAT) đã nhất trí giảm khoảng 40% hạn ngạch khai thác năm 2011 đối với cá ngừ vây xanh tại Đông Đại Tây Dương từ 13.500 tấn xuống còn 6.000 tấn. Ngoài ra, một số nước thành viên trong Ủy ban Bảo tồn Cá ngừ vây xanh phương Nam (CCSBT) cũng đề xuất giảm 20% hạn ngạch khai thác cá ngừ tại vùng này trong năm 2011 từ 11.810 tấn xuống còn 9.449 tấn [10]. Sản phẩm chế biến từ cá ngừ khá đa dạng từ dạng tươi sống (sashimi), đông lạnh, đóng hộp và xông khói. Trong đó, nổi trội hơn hết là các sản phẩm được chế biến dạng tươi sống và đông lạnh. Màu sắc của cơ thịt cá ngừ là một trong những nhân tố chính quyết định chất lượng và giá của sản phẩm. Cơ thịt cá ngừ tươi thường có màu đỏ tươi và thường được xếp hạng chất lượng cao nhất dùng để chế biến các sản phẩm tươi sống (sashimi). Nói về tình hình tiêu thụ cá ngừ trên thế giới, các thị trường như Nhật Bản, Mỹ, EU… vẫn chiếm ưu thế. [...]... Tìm hi u v cá ng và ph li u cá ng , enzyme và quá trình th y phân b ng enzyme 2.3.2 Xác nh thành ph n hóa h c c a 2.3.3 Nghiên c u ch u cá ng m t to th y phân t i ưu u cá ng m t to b ng enzyme Flavourzyme 2.3.3.1 T l enzyme so v i nguyên li u 2.3.3.2 Nhi t th y phân 2.3.3.3 Th i gian th y phân 2.3.4 S n xu t s n ph m th y phân t lư ng s n ph m u cá ng m t to và ánh giá ch t 25 2.4 Phương pháp nghiên c... ngh sinh h c là công ngh s n xu t ra các ch ph m enzyme trong ó có enzyme protease Enzyme protease xúc tác quá trình 18 th y phân các liên k t peptid (-CO-NH-) trong phân t protein và các polipeptid H O R2 N R1 + OH2 H enzyme + R1 O H H H R2 + H H H N H H T c + H N H R2 H N ♦ Các y u t H R2 O + + H H nh hư ng n quá trình th y phân b ng enzyme thu phân b ng enzyme ch u nh hư ng c a r t nhi u y... công nghi p cá, dùng enzyme protease thu phân th t cá, s n xu t nư c m m, s n xu t b t cá 1.3 S n ph m th y phân và vai trò c a chúng Quá trình th y phân có th ư c th c hi n b ng chính enzyme n i t i ho c b sung enzyme t ngoài vào S n ph m c a quá trình th y phân bao g m: d ch m th y phân, b t m th y phân, lipid, b t khoáng 21 1.3.1 S n ph m th y phân 1.3.1.1 D ch m th y phân D ch m th y phân là s... thành các chu i peptit có kích thư c khác nhau Ngư i ta ã tìm th y các c i m c a gastrin và cholecystokinins (các phân t kích thích bài ti t có ph m vi ho t thích t ng h p hóa h c protein ng l n t kích n ti t ra các enzyme tiêu hóa) trong d ch th y phân d dày cá ng khi s d ng Alcalase th y phân S d ng các enzyme khác th y phân có l làm tăng chu i peptid v i các ho t tính sinh h c khác B t xương cá ng... m th y phân u cá ông l nh Rã ông T l enzyme so v i NL Th y phân Nhi t th y phân Th i gian th y phân B t ho t enzyme Ph n r n Phân ly Ph n l ng Ly tâm Tách riêng thành t ng ph n D u cá D ch th y phân C n ly tâm (d ng b t s t) S y phun B t m hòa tan Hình 2.3 Quy trình th y phân d ki n u cá ng m t to Thuy t minh quy trình u cá ng kho ng 4oC ông l nh ư c rã ông trong t l nh qua êm, nhi t 27 Th y phân: nhi... trình hóa l ng là do enzyme có s n trong cá L i ích c a vi c xilô là lư ng ó mà m và các axit amin trong d ch cao, c bi t là lysine Chính vì lý do xilô cá thư ng ư c b sung vào th c ăn cho l n, gia c m và th c ăn nuôi th y s n thay cho b t cá (thành ph n t nh t trong th c ăn chăn nuôi) N i t ng và xương cá có th s d ng làm ch t th y phân protein Các ch t th y phân là các protein b phân tách v m t hóa... D ch m th y phân cũng là m t trong nh ng d ng c a quá trình th y phân m th y phân ư c em i cô th y phân (b t c và s y khô thì thu ư c b t m hòa tan) Th c ch t c a quá trình s n xu t b t phương pháp s d ng protease là quá trình th y phân protein các axit amin dư i tác B t m m t cá b ng t o các peptid và ng c a h protease n i t i và enzyme b sung t ngoài vào [1] m th y phân có hàm lư ng protein cao kho... i các th c ph m khác B t m th y phân có màu tr ng ngà, vàng nh t hay vàng nâu tùy thu c vào nguyên li u ban u Mùi thơm c trưng, khi cho vào nư c d tan, có kh năng t o gel, d o dính B t m th y phân thư ng ư c s n xu t t các loài cá kém giá tr kinh t ho c t các ph li u cá 1.3.1.3 Các s n ph m ph t quá trình th y phân B t c n th y phân (protein không tan): là l p dư i cùng sau khi ly tâm d ch th y phân, ... subtilin,…) V i t ng enzyme, giá tr pH thích h p có có th thay khi nhi t , lo i cơ ch t… thay i i - nh hư ng c a th i gian th y phân: th i gian th y phân c n thích h p enzyme phân c t các liên k t trong cơ ch t, t o thành các s n ph m c n thi t c a quá trình thu phân nh m m b o hi u su t thu phân cao, ch t lư ng s n ph m t t Th i gian thu phân dài, ng n khác nhau tuỳ thu c vào lo i enzyme, n ng ch t,... c ăn, xương cá cho các công ty dư c ph m và th c ăn, còn da và n i t ng c a cá dùng cho các công ty dư c ph m và th c ph m N u s n lư ng ph li u nhà máy ít hơn 14 1÷2 t n/ngày thì không s n xu t các s n ph m có quy mô l n như b t cá xilô cá ng thì không như v y, nó không ph thu c vào lư ng ph li u trong ch bi n Xilô cá là m t s n ph m d ng l ng ư c làm t cá nguyên con ho c các b ph n c a cá mà không . sản phẩm thủy phân 39 3.3.1. Sơ đồ quy trình sản xuất sản phẩm thủy phân từ đầu cá ngừ mắt to 40 3.3.2. Thuyết minh quy trình 41 3.4. Chất lượng của sản phẩm thủy phân từ đầu cá ngừ mắt to 42. đạm thủy phân 42 Hình 3.9. Bột đạm thủy phân 43 Hình 3.10. Các sản phẩm thu được từ sự thủy phân đầu cá ngừ mắt to bằng enzyme Flavourzyme (A: bột khoáng, B: bột đạm không tan, C: bột đạm thủy. 1.4. Cá ngừ chù 9 Hình 1.5. Cá ngừ chấm 9 Hình 1.6. Cá ngừ bò 9 Hình 1.7. Cá ngừ sọc dưa 10 Hình 1.8. Cá ngừ vằn 10 Hình 1.9. Cá ngừ vây vàng 11 Hình 1.10. Cá ngừ mắt to 11 Hình 1.11. Cá ngừ