Nghiên cứu thủy phân protein trong phế liệu đầu tôm bằng enzyme alcalase và protamex; đánh giá khả năng chống oxi hóa của dịch thủy phân

Các công trình nghiên cứu và ứng dụng của nguyên liệu còn lại trong chế biến sản phẩm từ nguyên liệu tôm ..... Việc đánh giá hoạt tính sinh học của dịch thu được sau thủy phân trong công

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đề tài này, em đã nhận được sự giúp từ nhiều cá nhân, tổ chức

và gia đình Qua đây em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:

Cô giáo Ngô Thị Hoài Dương, người trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo và hỗ trợ trong suốt thời gian thực hiện đề tài này

Quý thầy cô giáo và đặc biệt quý thầy cô trong khoa Chế Biến trường Đại Học Nha Trang đã tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm trong suốt thời gian học tập tại trường

Ban giám đốc và các anh chị quản lí phòng thí nghiệm viện Công Nghệ Sinh Học và Môi Trường, trường Đại Học Nha Trang đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng em thực hiện đề tài

Cảm ơn quý bạn bè đã giúp đỡ trong suốt thời gian cùng thực hiện đề tài tốt nghiệp

Cuối cùng, con xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ba mẹ, gia đình đã động viên tinh thần cũng như vật chất lớn nhất, giúp con vượt qua khó khăn trong suốt bốn năm ngồi trên ghế giảng đường và trong thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp

Xin chân thành cảm ơn!

Nha trang, tháng 7 năm 2011

Sinh viên Hoàng Thị Nhạn

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 3

1.1 Khái quát về phế liệu tôm 3

1.1.1 Phân loại nguyên liệu tôm 3

1.1.2 Tôm thẻ chân trắng 4

1.1.2.1 Tình hình phát triển của tôm thẻ chân trắng 4

1.1.2.2 Thành phần của tôm thẻ chân trắng 5

1.1.2.3 Nguồn phế liệu tôm thẻ chân trắng 7

1.1.2.4 Các hướng tận dụng phế liệu tôm thẻ chân trắng 8

1.2 Khái quát về các chất chống oxi hóa 8

1.2.1 Khái niệm chung 8

1.2.2 Ứng dụng của các chất chống oxi hóa 10

1.2.2.1 Trong thực phẩm 10

1.2.2.2 Trong y học 10

1.3 Khái quát về enzyme 11

1.3.1 Bản chất sinh học của enzyme 11

1.3.2 Cơ chế tác dụng của enzyme 12

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng enzyme 12

1.3.4 Tính chất đặc hiệu của enzyme 13

1.3.5 Hoạt độ Enzyme 14

1.3.6 Khái quát về enzyme protease 14

1.3.6.1 Định nghĩa 15

1.3.6.2 Phân loại 15

1.3.6.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng thủy phân protein 17

1.4 Các công trình nghiên cứu và ứng dụng của nguyên liệu còn lại trong chế biến sản phẩm từ nguyên liệu tôm 20

1.4.1 Các công trình nghiên cứu nước ngoài 20

1.4.2 Các công trình nghiên cứu trong nước 22

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

2.1 Đối tượng nghiên cứu 25

2.1.1 Nguyên liệu đầu tôm 25

2.1.2 Enzyme Protease 25

2.1.3 Hóa chất 26

2.2 Nội dung nghiên cứu 26

2.2.1 Xác định thành phần hóa học cơ bản phế liệu đầu tôm thẻ chân trắng 26

2.2.2 Đánh giá ảnh hưởng của việc xử lí nguyên liệu (ép, không ép) đến hiệu quả thủy phân 26

2.2.3 So sánh mức độ thủy phân, khả năng chống oxi hóa của dịch thủy phân phế liệu đầu tôm thẻ chân trắng bằng hai loại enzyme Alcalase, Protamex 26

2.3 Phương pháp nghiên cứu và xử lí số liệu 26

2.3.1 Phương pháp nghiên cứu 26

2.3.2 Phương pháp xử lí số liệu 28

2.4 Bố trí thí nghiệm 29

2.4.1 Xác định thành phần hóa học của phế liệu đầu tôm thẻ chân trắng 29

2.4.2 Ảnh hưởng của xử lí nguyên liệu 32

2.4.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme và thời gian khi thủy phân bằng enzyme Alcalase và Protamex 33

CHƯƠNG III : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 34

3.1 Thành phần hóa học cơ bản của đầu tôm thẻ chân trắng 34

3.2 Ảnh hưởng của xử lí nguyên liệu (ép, không ép) trước khi thủy phân

bằng enzyme Alcalase và Protamex 36

3.3 So sánh hiệu quả của việc sử dụng 2 enzyme Alcalase và Protamex để thủy phân đầu tôm theo thời gian và tỷ lệ enzyme bổ sung 38

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 47

Kết luận 47

Đề xuất ý kiến 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

PHỤ LỤC 52

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần khối lượng cơ bản của tôm thẻ chân trắng 6

Bảng 1.2: Thành phần hóa học cơ bản của phế liệu tôm thẻ chân trắng 7

Bảng 1.3: Mức độ ứng dụng của một số enzyme quan trọng trên thế giới 14

Bảng 3.1: Thành phần hóa học cơ bản của đầu tôm thẻ chân trắng 34

Bảng 3.2: Ảnh hưởng của xử lí nguyên liệu đến hàm lượng protein hòa tan khi thủy phân bằng enzyme Alcalase và Protamex 53

Bảng 3.3: Ảnh hưởng của xử lí nguyên liệu đến khả năng khử gốc DPPH của dịch thủy phân bằng enzyme Alcalase và Protamex 53

Bảng 3.4: Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến hàm lượng protein hòa tan khi thủy phân bằng enzyme Alcalase và Protamex 54

Bảng 3.5: Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng khử gốc DPPH của dịch thủy phân bằng enzyme Alcalase và Protamex 55

Bảng 3.6: Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến hàm lượng protein hòa tan khi thủy phân bằng enzyme Alcalase và Protamex 56

Bảng 3.7: Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến khả năng khử gốc DPPH của dịch thủy phân bằng enzyme Alcalase và Protamex 57

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Phản ứng thủy phân protein 17

Hình 2.1: Công thức tạo phức khi cho thuốc thử biuret vào protein 27

Hình 2.1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát 29

Hình 2.2: Sơ đồ thí nghiệm xác định thành phần hóa học trong đầu tôm 30

Hình 2.3: Sơ đồ tiến hành thí nghiệm 31

Hình 3.1: Ảnh hưởng của xử lý nguyên liệu đến hiệu quả thủy phân bằng enzyme Alcalase và Protamex 36

Hình 3.2: Ảnh hưởng của xử lí nguyên liệu đến khả năng chống oxi hóa dịch thủy phân bằng enzyme Alcalase và Protamex 37

Hình 3.3: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả thủy phân bằng enzyme Protamex và Alcalase 39

Hình 3.4: Ảnh hưởng của thời gian thủy phân lên khả năng chống oxi hóa của dịch thủy phân bằng enzyme Alcalse và Protamex 41

Hình 3.5: Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến hiệu quả thủy phân bằng enzyme Alcalase và Protamex 44

Hình 3.6: Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến khả năng chống oxi hóa của dịch thủy phân bằng enzyme Alcalase và Protamex 45

MỞ ĐẦU

Ngày nay, ngành công nghiệp chế biến ngày càng phát triển, sản lượng xuất khẩu ngày càng tăng, đặc biệt là công nghiệp chế biến các sản phẩm thủy sản, trong đó có các sản phẩm chế biến từ tôm

Cùng với sự tăng trưởng trong việc sản xuất các mặt hàng từ tôm, lượng nguyên liệu còn lại: đầu và vỏ tôm ngày càng tăng lên Trước đây hầu hết các công ty đều bán lượng phế liệu này với giá rẻ cho các nhà máy chế biến thức ăn gia súc, khi lượng phế liệu không được sử dụng hết thì gây ô nhiễm môi trường trầm trọng

Hiện nay, đầu và vỏ tôm được dùng để sản xuất chitin – chitosan Việc này làm tăng giá trị của nguyên liệu còn lại trong chế biến các sản phẩm từ tôm Tuy nhiên, với ứng dụng này thì lượng protein và các sắc tố tồn tại trên nguyên liệu còn lại chưa được tận thu và quan tâm đúng mức gây lãng phí và

ô nhiễm môi trường do hàm lượng protein cao trong nước thải

Việc kết hợp thu protein và các chất màu bằng cách sử dụng protease trong quá trình sản xuất chitin – chitosan là rất cần thiết một mặt làm giảm ô nhiễm môi trường và làm tăng giá trị sử dụng cho nguyên liệu còn lại trong chế biến các sản phẩm từ tôm Mặt khác, protein trong tôm là protein hoàn hảo, các chất màu là những chất có khả năng chống oxi hóa Việc đánh giá hoạt tính sinh học của dịch thu được sau thủy phân trong công đoạn khử protein góp phần đánh giá đúng mức giá trị của protein, đồng thời mở ra hướng tận thu, ứng dụng cao hơn cho sản phẩm thủy phân này

Được sự phân công của bộ môn Công Nghệ Chế Biến, khoa Chế Biến trường Đại Học Nha Trang, dưới sự hướng dẫn của cô giáo Ngô Thị Hoài Dương em đã thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu thủy phân protein trong phế liệu đầu tôm bằng enzyme

Alcalase và Protamex; đánh giá khả năng chống oxi hóa của dịch thủy phân”

Đề tài được thực hiện trên phế liệu đầu tôm thẻ chân trắng được thu mua từ công ty F17 Kết quả của đề tài sẽ giúp đánh giá hoạt tính sinh học của dịch thu được khi thủy phân đầu tôm bằng enzyme Protamex so với Alcalase, một enzyme vẫn thường được dùng để thủy phân đầu tôm hiện nay, từ đó mở

ra hướng sử dụng sản phẩm thủy phân này trong thực phẩm và thực phẩm chức năng Đồng thời, đóng góp vào tài liệu nghiên cứu các hướng tận dụng nguyên liệu còn lại trong chế biến các sản phẩm từ tôm

Đề tài tốt nghiệp được thực hiện trong thời gian có hạn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong sự đóng góp ý kiến quí báu của quý thầy cô

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1.1 Khái quát về phế liệu tôm

1.1.1 Phân loại nguyên liệu tôm [2]

Tôm là đối tượng rất quan trọng của ngành thủy sản nước ta hiện nay

Ở Việt Nam có khoảng 255 loài tôm thuộc 68 giống trong 21 họ Được phân

bố ở các vùng biển xa bờ, vùng biển ven bờ và các khu vực nội địa

Giới thiệu một số đối tượng quan trọng:

a Họ tôm he (Penaeidae)

Tôm Sú (Panaeus monodon): còn gọi là tôm cỏ, có kích thước lớn

Tôm có chiều dài khai thác 150-250mm với khối lượng từ 50 đến 150g Tôm

sú phân bố rộng, tập trung nhiều ở độ sâu 10 - 25m Tôm tự nhiên có quanh năm tuy nhiên mùa vụ chính vào tháng 2-4 và 7-10 hàng năm Tôm sú là loài tôm có thịt chắc, thơm ngon, có giá trị kinh tế cao, đây là đối tượng nuôi chủ yếu ở nước ta là nguồn nguyên liệu chế biến quanh năm cho các nhà máy chế biến tôm

Tôm He mùa (Panaeus merguiensis): còn gọi là tôm bạc hay tôm lớt,

phân bố rộng mùa vụ khai thác từ tháng 11 đến tháng 2 năm sau và 5-9 tôm

có chiều dài khai thác 140-200mm với khối lượng 40-145g

Tôm Thẻ (Panaeus semisulcatus): còn gọi là tôm sú vằn tôm phân bố

từ nông đến sâu nhưng tập trung chủ yếu ở độ sâu 20-40m Mùa vụ khai thác

từ tháng 2-4 và 7-9 có chiều dài khai thác khoảng 120-250mm với khối lượng từ 40-145g

Tôm Rảo (metapennacus ensis): còn gọi là tôm chì Tôm có nhiều ở

vùng biển nam trung bộ Mùa vụ khai thác từ tháng 12 đến tháng 2 năm sau

và từ tháng 6-8 Tôm Rảo có kích thước trung bình, chiều dài khai thác khoảng 100-180mm với khối lượng 20-50g

Ngoài ra còn một số tôm He có giá trị kinh tế khác

b Họ tôm vỗ (Scyllaridae)

Tôm Vỗ (Ibacus ciliatus): tôm vỗ phân bố khá rộng Trữ lượng khai

thác ở Việt Nam khá lớn Chiều dài khai thác 140-210 và khối lượng khoảng 80-300g Tôm Vỗ là loài tôm có thịt chắc, thơm ngon, có giá trị kinh tế

c Họ tôm Hùm (Homaridae) và họ tôm Rồng (Palinurdae)

Tôm Hùm sao (Panulirus ornatus): có kích thước lớn, phân bố rộng,

xuất hiện quanh năm Chiều dài khai thác trung bình 250-450mm với khối lượng 1230-2320g

Tôm Hùm đỏ (Panulirus longipes): phân bố từ Quảng Bình đến Bình

thuận, tập trung nhiều ở Cam Ranh Mùa vụ khai thác từ tháng 7-9 chiều dài khai thác 160-280mm với khối lượng 245-495g

Tôm Hùm sỏi (Panulirus stimpsoni): còn gọi là tôm Hùm đá Phân bố

rộng, xuất hiện quanh năm nhưng tập trung vào các tháng 11,12 và tháng 1 năm sau Chiều dài khai thác 165-350mm với khối lượng 275-585g

d Họ tôm Càng (Palaemonidae)

Tôm Càng xanh (Macrobrachium rosenbergii): là đối tượng nuôi và

khai thác tự nhiên lớn trong sông ngòi, kênh rạch, đầm đìa và ao vùng đồng bằng Nam Bộ mùa vụ khai thác quanh năm nhưng tập trung từ tháng 10 đến tháng 12 Tôm có chiều dài khai thác trung bình 110-200mm và khối lượng 30-120g

1.1.2 Tôm thẻ chân trắng

Tên tiếng Anh: White Leg shrimp

Tên khoa học: Penaeus vannamei

1.1.2.1 Tình hình phát triển của tôm thẻ chân trắng

Với nhu cầu ngày càng cao của con người, công nghiệp chế biến ngày càng phát triển, sản lượng chế biến thủy sản ngày càng tăng lên, đặc biệt là các sản phẩm chế biến từ tôm Trong công nghệ chế biến thuỷ sản xuất khẩu

của Việt Nam, tỷ lệ các mặt hàng giáp xác đông lạnh chiếm từ 70 – 80% sản lượng chế biến [22] Năm 2010, ước tính cả nước xuất khẩu được 240.000 tấn tôm với giá trị khoảng 2,08 tỷ USD (năm 2009: 209.567 tấn, 1,675 tỷ USD) Xuất khẩu tôm 2010 sang 92 thị trường, tăng hơn 10 thị trường so với năm

2009 Năm 2010, xuất khẩu tôm sang phần lớn các thị trường đều tăng trưởng với giá tôm xuất khẩu trung bình 8,7 USD/kg, tăng 8,8% so năm 2009 Năm

2010, tôm Việt Nam xuất sang 92 thị trường, tăng mười thị trường so với năm trước Cả nước xuất khẩu khoảng 240 nghìn tấn tôm, kim ngạch đạt khoảng 2,08 tỷ USD Ðây là lần đầu tiên kim ngạch xuất khẩu tôm vượt ngưỡng hai

tỷ USD [23]

Nguồn lợi thủy sản tự nhiên ngày càng cạn kiệt Vì vậy, nguyên liệu tôm chế biến chủ yếu được cung cấp từ nguồn nuôi trồng Trong hội thảo tổ chức gần đây tại Kuala Lumpur thuộc Malaysia, Liên minh người nuôi trồng thủy sản toàn cầu (Global Aquaculture Alliance), Ngành nuôi tôm của Việt Nam dự báo sẽ cho ra sản lượng là 403600 tấn tính đến cuối năm, tăng 12,8%

và năm 2012 tăng trưởng hơn 10% [24]

Từ năm 2006, tôm thẻ chân trắng trở thành đối tượng nuôi chủ yếu ở tỉnh Khánh Hòa Khoảng nửa diện tích ao, đìa ở Khánh Hòa đang được người dân thả nuôi tôm thẻ chân trắng, đến năm 2008 toàn tỉnh đã có 870 ha nuôi tôm thẻ chân trắng và diện tích thả nuôi đang có chiều hướng gia tăng Và đây

là nguồn nguyên liệu chính cung cấp cho các nhà máy chế biến tôm, đặc biệt

ở các tỉnh miền trung [25]

Công nghệ chế biến tôm tạo ra một lượng lớn phế thải rắn bao gồm đầu tôm và vỏ tôm Việc xử lí lượng phế liệu tôm tiêu tốn chi phí không nhỏ, nếu không được xử lí triệt để sẽ gây ảnh hưởng trầm trọng đến môi trường

1.1.2.2 Thành phần của tôm thẻ chân trắng

Hiện nay, tôm thẻ chân trắng thương phẩm là đối tượng nuôi chủ yếu ở Khánh Hòa, nó cung cấp nguyên liệu quanh năm cho các nhà máy chế biến

Vì vậy đây là đối tượng được hướng đến trong nghiên cứu

a Thành phần hóa học[2]

Thành phần cơ bản của nguyên liệu thủy sản gồm có protein, lipit, glucid, vitamin, nước, khoáng, sắc tố, đồng thời còn chứa đựng hệ enzyme, vi sinh vật và các chất hoạt động sinh học khác

Thành phần hóa học thường khác nhau theo giống, loài, môi trường sống, trạng thái sinh lý, mùa vụ, thời tiết

Thành phần protein trong tôm tương đối cao, protein là protein quý, có đầy đủ các axit amin cần thiết cho cơ thể

b Thành phần khối lượng

Thành phần khối lượng hay thành phần trọng lượng của nguyên liệu là

tỷ lệ phần trăm về khối lượng các thành phần trong cơ thể so với toàn bộ cơ thể nguyên liệu [2]

Thành phần khối lượng nguyên liệu thủy sản có ý nghĩa lớn trong công nghiệp thực phẩm và tiêu dùng

Đối với nguyên liệu tôm, tùy vào tình trạng nguyên liệu mà chế biến các sản phẩm khác nhau, phế liệu trong quá trình chế biến thường là đầu, vỏ

và đuôi tôm Trong đó, đầu và vỏ có khối lượng đáng kể (bảng 1.1)

Bảng 1.1: Thành phần khối lượng cơ bản của tôm thẻ chân trắng

(Dựa vào định mức bóc vỏ, bỏ đầu ở công ty F17)

Theo xu hướng gia tăng của sản lượng tôm xuất khẩu, khối lượng đầu

và vỏ thải ra trong chế biến ngày càng lớn nếu tận dụng hết nguồn phế liệu này sẽ mang lại lợi nhuận không nhỏ cho doanh nghiệp và giải quyết được vấn đề về môi trường

Trong quy trình chế biến hiện nay, đầu và vỏ sẽ được tách riêng biệt trên 2 công đoạn khác nhau Trong phần đầu lượng thịt tôm còn lại rất lớn, ngược lại trong phần vỏ phần lớn là chitin Vì vậy, cần nghiên phân riêng 2 đối tượng này trong quá trình nghiên cứu để đạt hiệu quả thu hồi cao nhất 1.1.2.3 Nguồn phế liệu tôm thẻ chân trắng

Cùng với sự tăng trưởng xuất khẩu tôm sang các thị trường, phế liệu tôm ngày càng tăng lên

Lượng nguyên liệu còn lại có khi đạt đến mức 80% so với nguyên liệu ban đầu trong quá trình chế biến các sản phẩm từ tôm (Shahidi, Synowiecki,

&Naczk, 1992) [18] Trong đó đầu chiếm 71,6% và vỏ chiếm 28,6% và lượng nguyên liệu còn lại này rất dễ bị hư hỏng (Meyers, 1986) [14] Như vậy việc tận dụng nguồn phế liệu này như một nguồn nguyên liệu để chế biến các sản phẩm khác là rất cần thiết

Phế liệu tôm ngày càng nhiều và ngày càng có nhiều nhà nghiên cứu quan tâm đến phế liệu này Thành phần trong phế liệu đã được nghiên cứu bởi Trang Sĩ Trung và cộng sự, 2007 (bảng 1.2)

Bảng 1.2: Thành phần hóa học cơ bản của phế liệu tôm thẻ chân trắng

Từ kết nghiên cứu cho thấy, hàm lượng protein trong phế liệu rất lớn Protein tôm là protein hoàn hảo Vì vậy việc tận thu protein này là cần thiết 1.1.2.4 Các hướng tận dụng phế liệu tôm thẻ chân trắng

Trước đây, nguồn phế liệu tôm trong chế biến chủ yếu được cung cấp cho các nhà máy chế biến thức ăn gia súc nhỏ lẻ, khi nguồn phế liệu không được tận dụng hết thì gây ảnh hưởng trầm trọng đến môi trường

Những năm gần đây, sản lượng tôm thẻ ngày càng tăng nên nguồn phế liệu tôm thẻ trở thành nguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin-chitosan nhất là ở các tỉnh miền trung đã mở ra một hướng tận dụng cho nguồn phế liệu này Tuy nhiên việc sản xuất chitin-chitosan bằng phương pháp hóa học vừa không tận thu hết sắc tố và protein trên phế liệu vừa ảnh hưởng đến môi trường do hàm lượng protein và hóa chất cao trong nước thải Việc sử dụng phương pháp sinh học để sản xuất chitin-chitosan đã và đang được quan tâm

và nghiên cứu, thông qua việc sử dụng enzyme protease để tách protein giúp thu được một lúc hai sản phẩm là protein thủy phân, các sắc tố trong dịch thủy phân và chitin-chitosan

Nguồn protein trong dịch thủy phân thường được tận thu bằng ba phương pháp chủ yếu là dùng nhiệt, pH, và các chất trợ lắng Sản phẩm protein thu được thường được tận dụng bổ sung vào thức ăn gia súc Tuy nhiên, một số nghiên cứu gần đây cho thấy dịch thủy phân thu được khi thủy phân phế liệu bằng các enzyme khác nhau có hoạt tính sinh học Điều này mở

ra hướng tận dụng cao hơn cho sản phẩm thủy phân, có thể ứng dụng sản phẩm thủy phân này trong thực phẩm chức năng và y dược

1.2 Khái quát về các chất chống oxi hóa

1.2.1 Khái niệm chung

Chất chống oxi hóa là một loại hóa chất giúp ngăn chặn hoặc làm chậm quá trình oxi hóa chất khác Phản ứng oxi hóa là loại phản ứng hóa học trong

đó electron được chuyển sang các chất oxi hóa, có khả năng tạo các gốc tự do sinh ra phản ứng dây chuyền phá hủy tế bào sinh vật Chất chống oxi hóa ngăn quá trình phá hủy này bằng cách khử đi các gốc tự do, kìm hãm sự oxi hóa bằng cách oxi hóa chính chúng Để làm vậy người ta hay dùng các chất khử (như thiol hay polyphenol) làm chất chống oxi hóa [26]

Dù phản ứng oxi hóa thuộc loại cơ bản trong đời sống nhưng có thể ngăn chặn nó, chẳng hạn động thực vật duy trì hệ thống rất nhiều loại chất chống oxi hóa như glutathione, vitamin C, vitamin E, enzyme catalase, superoxide dismutase, Axít citric, v.v đây là những chất chống oxi hóa vẫn thường được dùng trong thực phẩm và y học [27]

Chất chống oxi hóa liên quan đến công nghiệp thực phẩm, ngoài ra nó còn liên quan đến sinh học và y học bởi vì nó bảo vệ con người trước những tác hại của phản ứng oxi hóa Trong thực phẩm, khi nhắc đến “chất chống oxi hóa” thường được hiểu là chất ngăn chặn các gốc tự do gây ra phản ứng oxi hóa lipit Tuy nhiên gốc tự do không những gây tác hại đến lipit mà còn cả protein, AND, và các chất có phân tử lượng nhỏ khác Vì vậy chất chống oxi hóa được định nghĩa rộng hơn là tất cả những chất mà khi ta bổ sung chúng với hàm lượng nhỏ vào những đối tượng dễ bị oxi hóa thì sẽ ngăn chặn đáng

kể phản ứng oxi hóa xảy ra (Halliwell, 1990; Halliwell and Gutteridge, 1989)[8] Những đối tượng dễ bị oxi hóa ở đây bao gồm thực phẩm, các tế bào sống, protein, lipit và cacbonhydrate, AND Định nghĩa này nhấn mạnh hơn tầm quan trọng của các chất chống oxi hóa

Các chất chống oxi hóa thường được nhắc đến trong cơ thể sống và

dipeptid (carnosine, homocarnosine, anserine), axit phytic, taurine, bilirubin, ostrogen, creatinine, polyamine và melatonin Trong thực vật, các chất chống

oxi hóa là các phenol như là quercetin, carnosol, thymol, axit carnosic, hydroxytyrosol, tannins, catechins, rutin, morin, axit ellagic…[8]

1.2.2 Ứng dụng của các chất chống oxi hóa

sử dụng chất chống oxi hóa tổng hợp, độ an toàn của chúng luôn là câu hỏi đặt ra cho người tiêu dùng, một số chất được cho là có nguy cơ gây ung thư

và các bệnh về tim mạch Ngày nay người ta hướng đến việc sử dụng các chất chống oxi hóa có trong tự nhiên, các chất này tốt hơn rất nhiều so với các chất tổng hợp

1.2.2.2 Trong y học

Trong cơ thể, phản ứng oxy hóa tạo ra những gốc tự do Năm 1954, bác

sĩ Denham Harman thuộc Đại học Berkeley, California, là khoa học gia đầu tiên nhận ra sự hiện hữu của gốc tự do trong cơ thể với nguy cơ gây ra những tổn thương cho tế bào Nó phá rách màng tế bào khiến chất dinh dưỡng thất thoát, tế bào không tăng trưởng, rồi chết Nó tạo ra chất lipofuscin tích tụ dưới

da tạo thành những vết đồi mồi trên mặt, trên mu bàn tay Nó tiêu hủy hoặc ngăn cản sự tổng hợp các phân tử chất đạm, đường bột, mỡ, enzyme trong tế bào Nó gây đột biến ở gene, ở nhiễm thể, ở DNA, RNA Nó làm chất collagen, elastin mất đàn tính, dẻo dai khiến da nhăn nheo, cơ khớp cứng nhắc

Các chất chống oxi hóa cộng tác với nhau để loại trừ gốc tự do: Vitamin C là chất chống oxy hóa căn bản ở trong huyết tương, nó phá hủy

gốc tự do và ngăn không cho gốc này xâm nhập các phân tử cholesterol LDH,

nó tăng cường sự bền bỉ của mao mạch, ngăn không cho gốc tự do xâm nhập qua màng tế bào, giúp mau lành vết thương, kích thích sản xuất kích thích tố, kháng thể, acetylcholine, ngăn chặn tác dụng có hại của oxygen Beta- carotene, được khám phá ra cách đây hơn 150 năm từ lớp mầu cam ở củ cà rốt, beta-carotene hiện giờ là loại chống oxy hóa được tiêu thụ rất nhiều trên thị trường, chất này cần cho sự tăng trưởng và cho chức năng của các mô, của xương, tăng cường tính miễn dịch, giảm nguy cơ gây ung thư, giúp thị lực tốt hơn, nó có thể biến đổi thành sinh tố A Kết quả nhiều nghiên cứu khoa học cho thấy sinh tố E chặn phản ứng của gốc tự do, ngăn sự oxy hóa cholesterol và các chất mỡ khác, nâng cao tính miễn dịch, vì chặn sự oxy hóa cholesterol, sinh tố E làm giảm nguy cơ nhồi máu cơ tim, tai biến mạch máu não sinh tố E là chất chống oxy hóa hòa tan căn bản trong mỡ của cơ thể, vì

nó ngăn chặn sự oxy hóa chất béo trong thực phẩm chiên rán chúng vẫn thường được dùng hàng ngày Các chất chống oxi hóa khác gồm có: selenium, bioflavonoids, lutein, lycopene, coenzyme Q 10, alpha-lipoic acid và ubiquinone cũng được quảng cáo chống lão hóa, nhưng không phổ thông như sinh tố C, E và Beta Caroten [28]

Ngoài ra chất chống oxi hóa còn được ứng dụng trên nhiều lĩnh vực khác

1.3 Khái quát về enzyme

1.3.1 Bản chất sinh học của enzyme

Enzyme là một loại protein được sinh vật tổng hợp nên, và tham gia vào các phản ứng sinh học

Các loại enzyme đều có đặc tính sinh học như sau:

- Enzyme được tạo ra trong tế bào sinh vật

- Enzyme tham gia phản ứng trong cả tế bào sống và cả khi enzyme được tách khỏi tế bào sống

- Enzyme tham gia phản ứng trong điều kiện nhiệt độ ôn hòa

- Enzyme có thể tham gia các phản ứng trong và ngoài cơ thể từ giai đoạn đầu đến giai đoạn giải phóng hoàn toàn năng lượng dự trữ trong các hợp chất hóa học

- Enzyme có thể được thực hiện một phản ứng

- Phản ứng enzyme là phản ứng tiêu hao năng lượng rất ít

- Enzyme chịu sự điều khiển của gen và các điều kiện phản ứng

1.3.2 Cơ chế tác dụng của enzyme

Bản chất của các phản ứng enzyme là khi có sự tham gia xúc tác của các enzyme, các cơ chất sẽ được hoạt hóa mạnh, từ đó làm thay đổi tính chất hóa học của cơ chất, kết quả sau phản ứng sẽ tạo ra các sản phẩm của phản ứng Dưới tác dụng của enzyme cơ chất có thể thay đổi không chỉ về cấu trúc hóa học, mà còn thay đổi tính chất hóa học Quá trình xúc tác của enzyme xảy

ra qua ba giai đoạn:

Giai đoạn thứ nhất: enzyme sẽ kết hợp với cơ chất bằng những liên kết yếu, nhờ đó sẽ tạo phức enzyme-cơ chất Phức hệ này thường không bền Phản ứng tạo ra phức hệ enzyme-cơ chất xảy ra rất nhanh và cần một ít năng lượng

Giai đoạn thứ hai: khi cơ chất tạo phức với enzyme sẽ bị thay đổi cả cấu trúc không gian, cả về mức độ bền vững của liên kết kết quả là các liên kết bị phá vỡ và tạo ra sản phẩm

Giai đoạn thứ ba: đây là giai đoạn cuối cùng, sản phẩm của quá trình phản ứng được tạo thành và tách ra khỏi enzyme

E + S  ES  E + P 1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng enzyme

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng enzyme: nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn đến phản ứng enzyme Tốc độ phản ứng enzyme không phải lúc nào cũng

tỷ lệ thuận với nhiệt độ phản ứng tốc độ phản ứng chỉ tăng lên đến một giới hạn nhiệt độ nhất định Vượt quá nhiệt độ đó, tốc độ phản ứng enzyme sẽ giảm và dẫn đến mức triệt tiêu Nhiệt độ tương ứng với tốc độ phản ứng cao nhất được gọi là nhiệt độ tối ưu Nhiệt độ tối ưu phụ thuộc rất nhiều vào sự có mặt của cơ chất, kim loại, pH và các chất bảo vệ

Ảnh hưởng của pH đến phản ứng enzyme: pH của môi trường thường ảnh hưởng đến mức độ ion hóa của cơ chất, enzyme và đặc biệt ảnh hưởng đến độ bền của enzyme Chính vì thế pH có ảnh hưởng rất mạnh đến phản ứng enzyme

Ảnh hưởng của chất kìm hãm: các chất kìm hãm trong phản ứng enzyme thường là các chất có mặt trong phản ứng enzyme, làm giảm hoạt tính enzyme nhưng lại không bị enzyme làm thay đổi tính chất hóa học, cấu tạo hóa học và tính chất vật lý của chúng Các chất kìm hãm hoạt động của các enzyme bao gồm các ion, các phân tử vô cơ, các chất hữu cơ và cả protein

Ảnh hưởng của chất hoạt hóa: các chất có khả năng làm tăng hoạt tính của enzyme gọi là các chất hoạt hóa Các chất hoạt hóa enzyme có bản chất hóa học rất khác nhau, chúng có thể là các kim loại, các chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp

1.3.4 Tính chất đặc hiệu của enzyme

Tính chất đặc hiệu là biểu hiện khả năng xúc tác của enzyme đối với cơ chất nhất định Enzyme có tính đặc hiệu cao, tính chất đặc hiệu của enzyme cho thấy sự khác biệt rất lớn giữa enzyme với các chất xúc tác khác

Đặc hiệu phản ứng: mỗi enzyme chỉ xúc tác cho một phản ứng chuyển hóa nhất định

Đặc hiệu cơ chất: đặc hiệu tuyệt đối, đặc hiệu tương đối, và đặc hiệu quang học

b : độ pha loãng của dịch enzyme

c : thể tích của dịch thu được để đo

t : thời gian xảy ra phản ứng (phút)

1.3.6 Khái quát về enzyme protease

Từ khi phát hiện ra enzyme protease và khả năng chuyển hóa của nó, người ta đã ứng dụng nó vào nhiều trong công nghiệp và sản xuất

Bảng 1.3: Mức độ ứng dụng của một số enzyme quan trọng trên thế giới

(theo Nguyễn Đức Lượng, 2004) [6]

Qua số liệu bảng 1.3 cho thấy, protease là enzyme được sử dụng nhiều trên thế giới, đây là một hướng cải tiến chất lượng sản phẩm thủy phân từ protein Tính chất và chất lượng của các sản phẩm thủy phân được xác định thông qua độ thủy phân và cấu trúc của các peptid tạo thành Điều này phụ thuộc vào tính chất tự nhiên của protein và tính đặc hiệu của enzyme sử dụng cũng như việc kiểm soát các thông số của quá trình thủy phân như nhiệt độ, pH… nó sẽ làm giảm các phụ phẩm của quá trình thủy phân và cải thiện các tính chất của sản phẩm thủy phân này Giá trị dinh dưỡng của protein được giữ nguyên hay tăng lên khi thủy phân bằng enzyme, protein bị cắt mạch tạo thành các peptid hay các axit amin

1.3.6.1 Định nghĩa

Protease hay peptidase (EC.3.4.-.-) là nhóm enzyme thủy phân có khả năng cắt mối liên kết peptide (-CO~NH-) trong các phân tử polypeptide, protein và một số cơ chất khác tương tự thành các amino acid tự do hoặc các peptide phân tử thấp [29]

1.3.6.2 Phân loại

Việc phân loại enzyme protease có thể căn cứ vào nhiều tiêu chí khác nhau

* Căn cứ vào cơ chế phản ứng của enzyme tham gia

* Căn cứ vào pH tối thích cho hoạt động của enzyme như protease acid, protease kiềm, protease trung tính

* Nguồn thu các enzyme protease chủ yếu từ 3 nguồn cơ bản:

của một số động vật thủy sản (mực, cá…) thường là trypsin, pepsin, chymotrypsin, cathepsin

- Từ thực vật có thể thu được papain (từ đu đủ), bromelain (từ thân, lá,

vỏ dứa)

- Vi sinh vật cũng là một nguồn rất phong phú để thu enzym, thường từ

các loài Aspergillus, Bacillus, Clostridium, Streptomyces và một số loài nấm

men

* Tính đặc hiệu cơ chất của enzyme gồm: endopeptidase hay (endopeptit hydrolase, hay proteinase) và exopeptidase hay (peptidase), amino peptidase, cacboxyl peptidase, dipeptidase

* Theo phân loại quốc tế các enzyme protease được chia thành 4 nhóm phụ:

- Aminopeptidase: Enzyme xúc tác sự thủy phân liên kết peptit ở đầu nitơ của mạch polypeptit

- Cacboxypeptidase: Xúc tác sự thủy phân liên kết peptit ở đầu cacbon của mạch polypeptit

- Dipeptihydrolase: Xúc tác sự thủy phân các dipeptit

- Proteinaza: Xúc tác sự thủy phân liên kết peptit nối mạch

* Theo Barett và Donald (1956), protease được phân ra thành 2 nhóm lớn là nhóm endopeptidase và nhóm exopeptidase

Nhóm 1: Endopeptidase hay (endopeptit hydrolase, hay proteinase) là các enzyme phân giải các liên kết nằm trong mạch polypeptit, các enzyme nhóm này gồm có bốn phân nhóm:

Phân nhóm 1: Proteinase – serine là những protease mà trong trung tâm hoạt động của nó có nhóm (- OH) của axit amin serine Phân nhóm này gồm các enzyme như : trypsin, chymotrypsin

Phân nhóm 2: Proteinase – xistein là protease mà trong trung tâm hoạt động của nó có nhóm thiol (-SH) của axit amin xistein Nhóm này gồm các enzyme cathepsin

Phân nhóm 3: Proteinase – aspartic là những protease trong trung tâm hoạt động của nó có nhóm cacboxyl (-COOH) của aspactic như enzyme pepsin

Phân nhóm 4: Protease – kim loại Đây là những protease trong trung tâm hoạt động của nó có ion kim loại Enzyme này hoạt động trong môi trường trung tính Ví dụ như colagenase

Nhóm 2: Exopeptidase hay (peptidase) Các enzyme thuộc nhóm này gồm: Cacboxypeptidase, amino peptidase, dipeptidase Các exopeptidase không có khả năng thủy phân liên kết peptit ngoài cùng của chuỗi polypeptit hoặc đầu amin, hoặc đầu cacboxyl, tuần tự tách từng acidamin ra khỏi chuỗi polypeptit 1.3.6.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng thủy phân protein

nhau bởi các liên kết peptid Phản ứng liên quan đến việc phá vỡ chuỗi các nhóm amino này thành các mạch, nhánh nhỏ hơn trong môi trường nước được gọi là sự thủy phân protein

Protein Nước Axitcacboxylic Amino

Hình 1.1: Phản ứng thủy phân protein

Nucleo philic

Qúa trình thủy phân protein diễn ra:

Trong môi trường nước sự thủy phân protein sẽ xảy ra như trong hình 1.1

Do vậy, tùy mức độ thủy phân, thời gian thủy phân mà người ta có thể thu được peptid hay axitamin

Trong quá trình thủy phân vỏ đầu tôm bằng protease có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ thủy phân như:

a Ảnh hưởng của nhiệt độ: Bản chất của enzyme là protein nên khi tăng hay giảm nhiệt độ thường ảnh hưởng tới hoạt tính của enzyme và enzyme chỉ thể hiện hoạt tính cao nhất ở một giới hạn nhiệt độ nhất định Thông thường đối

nhiệt độ tới hạn của enzyme

Trong khoảng nhiệt độ thích hợp cho hoạt độ của enzyme, nếu nhiệt độ tăng

đối với một enzyme có thể thay đổi khi có sự thay đổi về pH và cơ chất

b Ảnh hưởng của pH: Enzyme rất nhạy cảm đối với sự thay đổi của pH Mỗi enzyme chỉ hoạt động ở một vùng pH nhất định gọi là pH tối thích pH tối thích của đa số enzyme nằm trong vùng trung tính, axit yếu hoặc kiềm yếu, chỉ rất ít enzyme hoạt động mạnh trong vùng axit hay kiềm Phế liệu tôm có thể bị thủy phân bởi enzyme protease có sẵn trong đầu tôm vì thế chúng ta phải chọn enzyme nào đóng vai trò là enzyme chính xúc tác cho quá trình thủy phân để tạo môi trường có pH thích hợp cho nó hoạt động và hạn chế ảnh hưởng của các enzyme khác

c Ảnh hưởng của thời gian: Thời gian thủy phân ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình thủy phân và chất lượng của sản phẩm thu được Hoạt tính sinh học

của sản phẩm thủy phân phụ thuộc lớn vào độ dài của các mạch peptid trong sản phẩm thủy phân Thời gian tác dụng kéo dài thì enzyme có điều kiện để cắt mạch triệt để, dẫn đến sự biến đổi sâu sắc của cơ chất Nhưng nếu kéo dài thời gian thủy phân quá mức sẽ tạo điều kiện cho vi sinh vật hoạt động làm

thời làm giảm hoạt tính sinh học của dịch thủy phân Nhưng khi rút ngắn thời gian thủy phân, sự thủy phân protein chưa triệt để dẫn tới hiệu suất thủy phân kém, gây lãng phí nguyên liệu và gây khó khăn cho khâu lọc rửa để thu dịch protein Vì vậy, tùy vào mục đích của quá trình thủy phân mà có thời gian thủy phân thích hợp

d Ảnh hưởng của diện tích tiếp xúc: Khi thủy phân diện tích tiếp xúc giữa enzyme và cơ chất cũng ảnh hưởng đến tốc độ thủy phân Để tạo điều kiện cho enzyme protease hoạt động tốt người ta thường xay nhỏ phế liệu tôm Khi diện tích tiếp xúc giữa enzyme protease với protein càng lớn thì quá trình thủy phân càng dễ dàng và ngược lại

e Ảnh hưởng của nồng độ enzyme: Trong điều kiện thừa cơ chất, nếu càng tăng nồng độ enzyme protease thì quá trình thủy phân xảy ra càng mãnh liệt Khi nồng độ enzyme bão hòa với nồng độ cơ chất, dù tăng nồng độ enzyme bao nhiêu đi nữa vận tốc của quá trình thủy phân rất ít thay đổi

f Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất: Khi enzyme protease kết hợp với cơ chất

là phế liệu tôm, sẽ tạo thành phức trung gian enzyme và cơ chất Khi cơ chất đầu tôm tạo phức với enzyme protease sẽ bị thay đổi cả cấu trúc không gian,

cả về mức độ bền vững của liên kết Kết quả là các liên kết bị phá vỡ và tạo ra sản phẩm thủy phân và giải phóng enzyme Qúa trình này cứ tiếp tục xảy ra đến khi cơ chất hết, nếu nồng độ cơ chất thích hợp với lượng enzyme sẽ làm cho quá trình thủy phân diễn ra đều đặn, nhanh chóng

g Độ tươi của nguyên liệu: Độ tươi của phế liệu tôm có vai trò quan trọng quyết định đến chất lượng của dịch thủy phân, sản phẩm protein thu hồi từ quá trình thủy phân và chitin, đặc biệt hoạt tính sinh học của sản phẩm thủy phân giảm đi đáng kể Độ tươi của phế liệu tôm giảm thì chất lượng của protein giảm do có sự phân hủy protein trong đầu tôm tạo thành những sản

phẩm

h Ảnh hưởng của tỷ lệ nước bổ sung vào hỗn hợp thủy phân: Nước là yếu tố ảnh hưởng quan trọng đến phản ứng thủy phân Nó có khả năng điều chỉnh phản ứng thủy phân, bởi lẽ nước là môi trường tăng cường quá trình phân cắt các liên kết nhị dương, là môi trường khuyếch tán enzyme và cơ chất tạo điều kiện cho tốc độ phản ứng xảy ra Do vậy quá trình thủy phân nguyên liệu đầu tôm nếu ta bổ sung nước với tỷ lệ thấp sẽ hạn chế được hoạt động của vi sinh vật nhưng đồng thời ức chế hoạt động của enzyme làm giảm hiệu suất thủy phân Nhưng nếu bổ sung nước với tỷ lệ quá cao, vi sinh vật hoạt động và phát triển phân hủy sản phẩm thành các sản phẩm thứ cấp Vì vậy, ta phải xác định tỷ lệ nước bổ sung thích hợp cho quá trình thủy phân

1.4 Các công trình nghiên cứu và ứng dụng của nguyên liệu còn lại trong chế biến sản phẩm từ nguyên liệu tôm

1.4.1 Các công trình nghiên cứu nước ngoài

Để tăng giá trị ứng dụng của phế liệu tôm, nhiều hướng tận dụng đã được nghiên cứu Protein và amino axit (Mandeville, Yaylayan, & Simpson, 1992), chất màu (Chen & Meyers, 1982), chất mùi (Pan, 1990), chitin và chitosan có thể được thu hồi từ vỏ và đầu tôm (Coward kelly, Agbogbo, & Holtzapple, 2006), ngoài ra người ta có thể sản xuất enzyme protease từ đầu

và phế liệu tôm (Ruttanapornvareesakul et al., 2005), protein thủy phân hay các peptid từ cá và thủy sản cũng như ở phế liệu đều có tính chất tốt, người ta

đã thấy nó có khả năng chống oxi hóa (He, Chen, Sun, Zhang, & Gao, 2006; Mendis, Rajapakse, Byun, & Kim, 2005) Chất chống oxi hóa tự nhiên, chủ yếu là các hợp chất của phenol từ vỏ tôm đã được nghiên cứu bởi Seymour and Li (1996)[20]

Sự thủy phân làm giảm chiều dài của các chuỗi peptit, tạo ra nguồn các

di, tri peptid là một nguồn protein có hoạt tính sinh học (Gildberg & Stenberg, 2001)

Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về việc tận dụng nguyên liệu còn lại trong quá trình chế biến tôm

Việc chế tạo nhiên liệu sinh học đã được đã được nghiên cứu Todd French, một phó giáo sư của trường đại học Mississippi State Từ phế liệu tôm ban đầu, người ta xử lí axit sau đó bổ sung nấm men vào Dưới tác dụng của axit và vi sinh vật người ta thu được sản phẩm chứa 5-20% nhiên liệu sinh học tương đương với dầu khí[30]

Việc sản xuất chitin-chitosan cũng được nghiên cứu nhiều Đây là một hướng tận dụng phế liệu tôm tốt và đang được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm Các chất chống oxi hóa trong phế liệu vỏ tôm đã được nghiên cứu bởi Seymour và Li (1996) Kết quả nghiên cứu cho thấy các chất chống oxi hóa trong vỏ tôm là các protein mà đơn phân là các axit amin chứa gốc phenol trong đó nhóm amin sắp xếp theo một quy tắc nhất định [20]

Việc chiết xuất astaxanthin từ phế liệu tôm cũng được nghiên cứu nhiều trên thế giới Bằng phương pháp hóa học và phương pháp sinh học một nhóm các nhà nghiên cứu ở Iran đã chiết xuất được astaxanthin từ phế liệu đầu tôm, bã sau khi chiết được carotenoid sẽ là nguyên liệu để sản xuất chitin-chitisan

Năm 2007, bằng các test thử về khả năng chống oxi hóa, một nhóm các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra chất chống oxi hóa có trong Mungoong, một

món ăn truyền thống của người Thái Lan được làm từ dịch chiết từ phế liệu

của tôm Qua nghiên cứu, người ta nhận thấy rằng Mungoong chứa các chất chống oxi hóa Dịch hòa tan từ sản phẩm này có hoạt tính chống oxi hóa cao bởi các test thử DPPH, ABTS radical scavenging activities and FRAP Hoạt tính chống oxi hóa phụ thuộc vào nồng độ dịch hòa tan từ sản phẩm này[21]

Năm 2008, S.J Li, T.A Seymour đã nghiên cứu ứng dụng chất chống oxi hóa được chiết từ vỏ tôm vào bảo quản một loại cá mú (thường sống ở rặng san hô) nhằm chống sự mất màu và oxi hóa lipit của loại cá này Kết quả cho thấy rằng dịch chiết bằng dung môi ethanol từ phế liệu tôm khi được bổ sung vào mẫu bảo quản lạnh sẽ có khả năng ngăn chặn sự biến màu của cá, và phản ứng oxi hóa lipit cũng xảy ra ít hơn so với mẫu đối chứng của nó Tuy vậy, các dịch chiết này thể hiện khả năng chống oxi hóa thấp hơn so với các chất chống oxi hóa tổng hợp [19]

Năm 2009, nhóm các nhà khoa học người Thái Lan đã nghiên cứu sản phẩm lên men của tôm và giáp xác (Kapi, Koong-Som and Jaloo), đây là các sản phẩm truyền thống của Thái Lan Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng sản phẩm lên men này có hàm lượng protein cao, và hầu hết các sản phẩm có hoạt tính sinh học, đặc biệt là khả năng chống oxi hóa tự nhiên và có lợi ích cho sức khỏe[16]

Hoạt tính sinh học từ protein tôm đã được nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới quan tâm và qua khảo sát người ta đã thu được một số kết quả khả quan

1.4.2 Các công trình nghiên cứu trong nước

Việc tận dụng nguồn phế liệu tôm trong nước còn nhiều hạn chế

Trước đây nguồn phế liệu dồi dào này chỉ được cung cấp với khối lượng nhỏ lẻ cho các nhà máy chế biến

Hiện nay, phế liệu đã được thu mua để sản xuất chitin-chitosan Trong

đó, trường Đại Học Nha Trang là một đơn vị khá điển hình

Năm 2003, Hoàng Thị Huệ An đã nghiên cứu, chiết xuất astaxanthin từ phế liệu vỏ tôm Theo tác giả đây là nguồn thu astaxanthin đáng kể[1]

Năm 2004, Vũ Ngọc Bội và Vũ Thị Hoan đã nghiên cứu chiết rút các chất mùi từ phế liệu tôm và ghẹ sử dụng protease [3]

Từ trước đến nay, ở Việt Nam, đã có nhiều đề tài nghiên cứu chiết xuất chitin-chitosan, những polymer sinh học được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp từ phế liệu tôm Tuy nhiên, hiện nay các quy trình sản xuất chitin-chitosan quy mô lớn tại Việt Nam chủ yếu là quy trình hóa học Việc

sử dụng hóa chất với nồng độ cao dẫn đến lượng chitin-chitosan thu được chưa cao và nhiều tạp chất Mặt khác, các quy trình này chỉ tập trung vào việc thu nhận chitin-chitosan, chứ chưa chú trọng đến việc tận thu các sản phẩm khác của phế liệu tôm như protein, chất màu Các hóa chất và chất hữu cơ chưa được tận thu thải ra gây ô nhiễm môi trường

Chính vì thế, từ năm 2006 đến 2008, Trang Sĩ Trung và các cộng sự đã tập trung nghiên cứu cải tiến quy trình sản xuất chitin - chitosan theo hướng kết hợp xử lý hóa học với sinh học, đồng thời, hoàn thiện quy trình theo hướng bổ sung các công đoạn tận thu protein và astaxanthin, nâng cao chất lượng chitin-chitosan Theo ông, việc kết hợp sử dụng enzyme chứ không chỉ dùng hóa chất trong quá trình sản xuất chitin-chitosan có ưu thế hơn so với phương pháp hóa học truyền thống là giảm thiểu lượng hóa chất sử dụng và thải ra môi trường Mặt khác, quy trình cải tiến với sự vượt trội về chất lượng chitin, chitosan thu được và thu hồi sản phẩm protein-astaxanthin có giá trị dinh dưỡng và sinh học, làm hạn chế các chất hữu cơ chứa trong nước thải, giảm thiểu chi phí xử lý môi trường Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường trầm trọng do các cơ sở chế biến

chitin-chitosan gây ra, góp phần phát triển bền vững ngành công nghiệp sản xuất chitin-chitosan từ phế liệu thủy sản Đây là một hướng đi cho phương pháp sản xuất sạch hơn Bên cạnh đó, việc kết hợp sinh học và hóa học còn đảm bảo vấn đề giá thành sản xuất hợp lý, cơ hội cho mở rộng sản xuất với quy mô lớn

Ngoài ra còn nhiều nghiên cứu khác của Trang Sĩ Trung và cộng sự về việc ứng dụng phế liệu tôm

Vấn đề tối ưu hóa quá trình sản xuất chitin-chitosan từ phế liệu tôm được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm và được nhiều sinh viên lựa chọn để thực hiện quá trình làm đề tài tốt nghiệp

Các nghiên cứu này hầu hết chưa quan tâm nhiều đến protein còn lại trên phế liệu tôm, protein thu hồi được chủ yếu ở dạng thô và được bổ sung vào thức ăn gia súc Theo một số nghiên cứu ở nước ngoài cho thấy, ngoài giá trị dinh dưỡng thì protein tôm còn có hoạt tính sinh học, hoạt tính chống oxi hóa Việc nghiên cứu về hoạt tính sinh học của protein tôm trong quá trình thủy phân sẽ mở ra hướng kết hợp thu protein có hoạt tính sinh học với sản xuất chitin-chitosan, protein thu hồi từ phế liệu tôm sẽ được ứng dụng trong thực phẩm, thực phẩm chức năng và y học, làm tăng hiệu quả kinh tế trong sản xuất

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

2.1.1 Nguyên liệu đầu tôm

Nguyên liệu đầu tôm được mua tại phân xưởng chế biến, Công ty Cổ phần Nha Trang Seafoods (F17) Yêu cầu nguyên liệu phải tươi, không có mùi lạ, không bị biến đỏ, biến đen, không lẫn tạp chất Nguyên liệu sau khi lấy cho ngay vào thùng xốp cách nhiệt có chứa nước đá và vận chuyển ngay

về phòng thí nghiệm Nguyên liệu được nhặt sạch tạp chất, cân cho vào túi PE,

khi xay là 0,5 ÷ 0,8 cm và tiến hành làm thí nghiệm ngay

2.1.2 Enzyme Protease

* Enzyme Alcalase: được mua tại Công ty Novozyme, TP.HCM Enzyme

Alcalase 2.4 L FG thu được từ Bacillus licheniformis Đây là protease được

phân tách và tinh sạch từ nguồn vi sinh vật Chọn enzyme này cũng dựa trên đặc trưng của nó cho khả năng không hút nước của các amino acid vào giai đoạn cuối, dẫn đến sản phẩm thủy phân không có vị đắng (Adler-Nissen, 1986) đồng thời sản phẩm có sự cân bằng về các amino acid thiết yếu (Kristinsson và Rasco, 2000) Hoạt tính 2UI/µl Nhiệt độ bảo quản tốt nhất là

* Enzyme Protamex: được mua tại công ty Novozyme, TP.HCM thu được từ

Bacillus amyloliquefaciens và Bacillus licheniformis Thường được ứng dụng

trong thủy phân protein thực phẩm nó có màu hơi nâu sáng, dạng bột, kích thước hạt trung bình xấp xỉ 250–450 µm Màu sắc của chế phẩm có thể thay đổi tùy theo lô hàng, màu sắc không thể hiện hoạt tính của enzyme Hoạt tính của chế phẩm Protamex 1,5 UI/mg Chế phẩm enzyme Protamex có nhiệt độ