nghiên cứu sản xuất dịch thủy phân từ đầu cá chẽm (lates calcarifer) và ứng dụng trong việc sản xuất bột nêm

Quy trình sản xuất dịch đạm thủy phân từ đầu cá Chẽm...31 2.2.3.Thí nghiệm thăm dò xác định các thông số thích hợp cho quá trình thủy phân đầu cá Chẽm bằng enzyme Flavourzyme ...32 2.2.4

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

ĐỖ TRỌNG SƠN

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT DỊCH THỦY PHÂN TỪ

ĐẦU CÁ CHẼM (Lates calcarifer) VÀ ỨNG DỤNG

TRONG VIỆC SẢN XUẤT BỘT NÊM

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Nha Trang - 2012

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

ĐỖ TRỌNG SƠN

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT DỊCH THỦY PHÂN TỪ

ĐẦU CÁ CHẼM (Lates calcarifer) VÀ ỨNG DỤNG

TRONG VIỆC SẢN XUẤT BỘT NÊM

Chuyên ngành: Công nghệ sau thu hoạch

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực

Tác giả luận văn

Đỗ Trọng Sơn

LỜI CÁM ƠN

Trong quá trình học tập và nghiên cứu để thực hiện đề tài tốt nghiệp, tôi đã nhận được sự quan tâm tận tình của quý thầy cô hướng dẫn khoa học, Khoa Công nghệ Thực phẩm, Trung tâm thí nghiệm thực hành, Viện Công nghệ Sinh học và Môi trường và các cá nhân trong trường, đã giúp tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành gửi lời cám ơn sâu sắc tới cô giáo hướng dẫn TS Nguyễn Thị Mỹ Hương đã hết lòng chỉ bảo và hướng dẫn tận tình, thường xuyên theo dõi và đôn đốc quá trình thực hiện đề tài

Xin chân thành cám ơn Ban Giám hiệu, Khoa Sau Đại học và Khoa Công nghệ Thực phẩm Trường Đại học Nha Trang đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và bảo vệ luận văn

Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình tôi đã quan tâm, chia sẻ khó khăn

và động viên để tôi hoàn thành luận văn này

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CÁM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC HÌNH vii

KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ix

MỞ ĐẦU 1

PHẦN 1: TỔNG QUAN 3

1.1.TỔNG QUAN VỀ CÁ CHẼM 3

1.1.1 Đặc điểm hình thái, phân bố và thành phần hóa học của cá Chẽm 3

1.1.2 Tình hình khai thác, nuôi trồng và chế biến cá Chẽm 5

1.1.3 Nguyên liệu còn lại của quá trình chế biến cá Chẽm và các hướng tận dụng nguyên liệu còn lại này 8

1.2 TỔNG QUAN VỀ ENZYME PROTEASE VÀ QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN PROTEIN 9

1.2.1 Enzyme Protease 9

1.2.2.Một số enzyme protease thương mại 10

1.2.3.Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình thủy phân protein 10

1.2.4 Các dạng sản phẩm thủy phân 12

1.2.5 Ứng dụng của các sản phẩm thủy phân protein 12

1.3 TỔNG QUAN VỀ BỘT NÊM GIA VỊ 13

1.3.1 Khái quát chung về các sản phẩm bột nêm 13

1.3.2 Xu hướng phát triển của các sản phẩm bột nêm 15

1.3.3 Các phụ gia, gia vị được dùng trong sản xuất bột nêm 15

1.3.6 Sản xuất bột nêm bằng phương pháp sấy phun 20

1.4.TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC VỀ SỰ THỦY PHÂN PROTEIN BẰNG ENZYME VÀ SẢN XUẤT BỘT NÊM 23

1.4.1.Tình hình nghiên cứu trên thế giới 23

1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 26

PHẦN 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 29

2.1.1 Nguyên liệu đầu cá Chẽm 29

2.1.2 Enzyme Flavourzyme 29

2.1.3 Phụ gia sử dụng sản xuất bột nêm 30

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

2.2.1 Xác định thành phần hóa học của đầu cá Chẽm 30

2.2.2 Quy trình sản xuất dịch đạm thủy phân từ đầu cá Chẽm 31

2.2.3.Thí nghiệm thăm dò xác định các thông số thích hợp cho quá trình thủy phân đầu cá Chẽm bằng enzyme Flavourzyme 32

2.2.4.Tối ưu hóa chế độ thủy phân từ đầu cá Chẽm bằng enzyme Flavourzyme 37

2.2.5.Thử nghiệm sản xuất dịch đạm thủy phân từ đầu cá Chẽm bằng enzyme Flavourzyme và xác định các chỉ tiêu chất lượng của dịch đạm thủy phân thu được .37

2.2.6 Quy trình sản xuất bột nêm từ dịch đạm thủy phân thu được từ đầu cá Chẽm 39

2.2.7 Bố trí thí nghiệm xác định các tỷ lệ gia vị thích hợp cho quá trình sản xuất bột nêm 40

2.2.8 Sản xuất bột nêm từ dịch đạm thủy phân thu được từ đầu cá Chẽm và đánh giá chất lượng sản phẩm 44

2.2.9 Phương pháp phân tích 44

2.3 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 45

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 46

3.1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA ĐẦU CÁ CHẼM 46

3.2 XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ THÍCH HỢP CHO QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN ĐẦU CÁ CHẼM BẰNG ENZYME FLAVOURZYME 46

3.2.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Flavourzyme đến quá trình thủy phân đầu cá Chẽm 46

3.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến quá trình thủy phân đầu cá Chẽm 49

3.2.3 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến quá trình thủy phân đầu cá Chẽm52 3.3 KẾT QUẢ TỐI ƯU HÓA CHẾ ĐỘ THỦY PHÂN TỪ ĐẦU CÁ CHẼM

BẰNG ENZYME FLAOURZYME 54

3.4 CHẤT LƯỢNG CỦA DỊCH ĐẠM THỦY PHÂN TỪ ĐẦU CÁ CHẼM 62

3.5 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH CÁC TỶ LỆ GIA VỊ THÍCH HỢP ĐỂ SẢN XUẤT BỘT NÊM 63

3.5.1.Kết quả xác định tỷ lệ muối thích hợp 63

3.5.2 Kết quả xác định tỷ lệ đường thích hợp 64

3.5.3 Kết quả xác định tỷ lệ bột ngọt thích hợp 65

3.6 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH SẢN XUẤT BỘT NÊM VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 66

3.6.1.Quy trình sản xuất 66

3.6.2.Thuyết minh quy trình 67

3.6.3.Kết quả đánh giá chất lượng bột nêm sản xuất theo quy trình đề xuất 67

3.7.Tính toán chi phí nguyên vật liệu sử dụng trong sản xuất bột nêm từ dịch đạm thủy phân đầu cá Chẽm 71

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 72

1 KẾT LUẬN 72

2 ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng của cá Chẽm 4

Bảng 1.2 Thành phần axít amin không thay thế của cá Chẽm nguyên con và các cơ quan chính (g/100g protein) 5

Bảng 1.3 Sản lượng cá Chẽm nuôi trồng trên thế giới 2001-2009 (đơn vị :tấn)

(FAO fishery statistic) 6

Bảng 1.4 Giá trị kinh tế của ngành nuôi trồng cá Chẽm thế giới (nghìn USD) (FAO fishery statistic) 6

Bảng 1.5 Sản lượng cá Chẽm đánh bắt trên thế giới 2001-2009 (đơn vị : tấn) (FAO fishery statistic) 7

Bảng 1.6 Tiêu chuẩn chất lượng của sản phẩm maltodextrin [1] 16

Bảng 1.7 Bảng hai công thức phối nguyên liệu tạo ra sản phẩm bột canh tôm [21] 18

Bảng 1.8 Các chỉ tiêu cảm quan của bột nêm 19

Bảng 1.9 Các chỉ tiêu hóa học của bột nêm 19

Bảng 1.10 Hàm lượng kim loại nặng của bột nêm 20

Bảng 1.11 Chỉ tiêu vi sinh vật 20

Bảng 3.1 Thành phần hóa học cơ bản của đầu cá Chẽm 46

Hình 3.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng NH3 51

Bảng 3.2 Bảng quy đổi biến mã và biến thực 55

Bảng 3.3 Thiết kế thí nghiệm theo biến mã sử dụng mô hình Box-behnken và kết quả 56

Bảng 3.4 Kết quả phân tích ANOVA cho mô hình đáp ứng bậc 2 của hàm mục tiêu độ thủy phân (DH%) 57

Bảng 3.5 Thông số đánh giá tính phù hợp và tương quan mô hình 57

Bảng 3.6 Các hệ số ảnh hưởng trong mô hình hồi quy 60

Bảng 3.7 Các thông số tối ưu từ mô hình hồi qui 61

Bảng 3.8 Thí nghiệm lặp lại điểm tối ưu và kết quả 61

Hình 3.14 Dịch đạm thủy phân từ đầu cá Chẽm 62

Bảng 3.9 Chất lượng cảm quan dịch đạm thủy phân 62

Bảng 3.10 Chỉ tiêu hóa học của dịch đạm thủy phân 62

Bảng 3.12 Các chỉ tiêu hóa học của bột nêm 68

Bảng 3.13 Hàm lượng kim loại nặng của bột nêm 69

Bảng 3.14 Chỉ tiêu vi sinh vật 69

Bảng 3.15 Thành phần axít amin của sản phẩm bột nêm được sản xuất từ đầu cá Chẽm và hạt nêm trên thị trường (Hạt nêm Aji-ngon) 70

Bảng 3.16 Chi phí nguyên vật liệu sử dụng trong sản xuất bột nêm 71

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 1.1 Cá Chẽm 3

Hình 1.2 Sản lượng cá Chẽm nuôi trồng trên thế giới (FAO fishery statistic) 5

Hình 1.3 Sản lượng cá Chẽm đánh bắt trên thế giới (FAO fishery statistic) 6

Hình 1.6 Cấu tạo thiết bị sấy phun 22

Hình 2.1 Nguyên liệu đầu cá Chẽm 29

Hình 2.2 Sơ đồ xác định thành phần hóa học của đầu cá Chẽm 30

Hình 2.3 Qui trình sản xuất dịch đạm thủy phân từ đầu cá Chẽm 31

Hình 2.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ enzyme Flavourzyme thích hợp 33

Hình 2.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ thủy phân thích hợp 34

Hình 2.6 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian thủy phân thích hợp 36

Hình 2.7 Quy trình sản xuất dịch đạm thủy phân từ đầu cá Chẽm bằng enzyme Flavourzyme 38

Hình 2.8 Sơ đồ quy trình xác định các chỉ tiêu chất lượng của dịch đạm thủy phân từ đầu cá Chẽm 38

Hình 2.9 Quy trình nghiên cứu sản xuất bột nêm từ dịch đạm thủy phân thu được từ đầu cá Chẽm 39

Hình 2.10 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ muối thích hợp cho sản phẩm bột nêm 40

Hình 2.11 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ đường thích hợp cho sản phẩm bột nêm 42

Hình 2.12 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ bột ngọt thích hợp cho sản phẩm bột nêm 43

Hình 2.13 Quy trình sản xuất bột nêm từ dịch đạm thủy phân thu được từ đầu cá Chẽm44 Hình 3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Flavourzyme đến độ thủy phân 47

Hình 3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Flavourzyme đến hiệu suất thu hồi nitơ 47

Hình 3.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Flavourzyme đến hàm lượng NH3 48

Hình 3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ thủy phân 50

Hình 3.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi nitơ 50

Hình 3.7 Ảnh hưởng của thời gian đến độ thủy phân 52

Hình 3.8 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất thu hồi nitơ 53Hình 3.9 Ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng NH3 53Hình 3.10 Bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ và tỷ lệ enzyme đến độ thủy phân 58Hình 3.11 Bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của thời gian và tỷ lệ enzyme đến

độ thủy phân 59Hình 3.12 Bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến độ thủy phân 59Hình 3.13 Điểm tối ưu thu được từ mô hình hồi qui 61Hình 3.15 Ảnh hưởng của tỷ lệ muối bổ sung đến điểm cảm quan chung của

bột nêm 63Hình 3.16 Ảnh hưởng của tỷ lệ đường bổ sung đến điểm cảm quan chung của

bột nêm 64Hình 3.17 Ảnh hưởng của tỷ lệ bột ngọt bổ sung đến điểm cảm quan chung của

bột nêm 65Hình 3.18 Qui trình sản xuất bột nêm từ nguyên liệu đầu cá Chẽm 66Hình 3.19 Sản phẩm bột nêm 68

KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DH Độ thủy phân

TĐ Tổng điểm

ĐTB Điểm trung bình

ĐTBKTL Điểm trung bình không trọng lượng

ĐTBCTL Điểm trung bình có trọng lượng

Bộ NN&PTNT Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn

Nts Nitơ tổng số

Naa Nitơ axít amin

NNH3 Nitơ amoniac

N/NL Tỷ lệ nước so với nguyên liệu

E / NL Tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu

FAO Food and Agriculture Organization

Tổ chức Lương nông của Liên hiệp quốc

JECFA

Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives

(Hội đồng chuyên gia về phụ gia thực phẩm của liên bộ Thực phẩm – y tế)

FCC Food Chemical Codex

BYT Bộ y tế

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, ngành chế biến thủy sản ở nước ta đang trên đà phát triển rất mạnh Xuất khẩu thủy sản Việt Nam tăng lên rất rõ rệt (theo Thống kê xuất khẩu thủy sản Việt Nam của VASEP năm 2012 là 5.873,075 triệu USD tăng 6,3% so với cùng kỳ năm 2011) Điều này, góp phần đáng kể trong chuyển dịch cơ cấu kinh tế, tạo công ăn việc làm và xóa đói giảm nghèo cho nhân dân Vì thế, ngành thủy sản thực sự là ngành kinh tế mũi nhọn trong cả nước, nhưng bên cạnh sự phát triển đó thì có một lượng lớn nguyên liệu còn lại sau quá trình chế biến thải ra Lượng nguyên liệu còn lại này đối với các nhà máy chế biến cá chủ yếu là đầu, xương, nội tạng, vây, chiếm khoảng từ 40 – 60 % tổng khối lượng cá (Tạp chí thông tin khoa học công nghệ kinh tế Thủy sản, 7/2006) và rất dễ gây ô nhiễm môi trường nếu không có biện pháp xử lí kịp thời

Đặc biệt, nguyên liệu cá Chẽm là một loại nguyên liệu có giá trị kinh tế cao đang được quan tâm và nuôi trồng Do vậy, ngày nay các nước trên thế giới nói chung cũng như Việt Nam nói riêng đang sử dụng các sản phẩm từ cá Chẽm với nhu cầu khá cao Vì thế, để đáp ứng được nhu cầu đó, đã có một số nhà máy sản xuất cá Chẽm được thành lập và để cho nhà máy hoạt động liên tục thì các nhà nuôi trồng đã nuôi trồng và tạo ra một nguồn nguyên liệu cá Chẽm dồi dào cung cấp cho nhà máy chế biến được liên tục nhằm đảm bảo cho sản xuất và xuất khẩu sản phẩm

cá Chẽm sang các nước trên thế giới Các sản phẩm cá Chẽm chủ yếu là các mặt hàng cá Chẽm philê đông lạnh, cá Chẽm nguyên con đông lạnh,…Sau quá trình chế biến các sản phẩm cá Chẽm thì lượng nguyên liệu còn lại chiếm tỷ lệ khá cao chủ yếu đầu và xương Vì thế, cần phải có biện pháp thích hợp để tận dụng lượng nguyên liệu còn lại này

Hiện nay, cũng đã có nhiều hướng nghiên cứu tận dụng nhưng chưa được hiệu quả, một số ít được tận dụng làm bột cá [15], một phần được dùng làm thức ăn tươi cho vật nuôi [12], Do vậy, việc sử dụng hiệu quả lượng lớn nguyên liệu còn lại do các nhà máy chế biến cá Chẽm tạo ra hằng ngày để sản xuất ra các sản phẩm mới có giá trị kinh

tế cao là một yêu cầu cấp thiết Việc sử dụng nguyên liệu còn lại này một mặt làm tăng giá trị của nguyên liệu còn lại sau quá trình chế biến cá Chẽm, mặt khác vừa làm giảm

đáng kể ô nhiễm môi trường do quá trình chế biến cá Chẽm gây ra Từ yêu cầu thực tiễn

đó, một trong những hướng giải quyết là sản xuất ra sản phẩm thủy phân từ đầu cá Chẽm

và ứng dụng nó trong việc sản xuất bột nêm

Chính vì thế, tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sản xuất dịch thủy phân từ đầu

cá Chẽm (Lates calcarifer) và ứng dụng trong việc sản xuất bột nêm”

2 Mục tiêu của đề tài

Xác định được các thông số tối ưu cho quá trình thủy phân đầu cá Chẽm và xây dựng được quy trình sản xuất bột nêm từ dịch thủy phân đầu cá Chẽm

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học:

Kết quả nghiên cứu sẽ góp thêm các dẫn liệu khoa học có giá trị tham khảo cho cán bộ khoa học kỹ thuật, các nhà sản xuất kinh doanh và sinh viên ngành Chế biến thủy sản về quá trình thủy phân đầu cá Chẽm để sản xuất sản phẩm thủy phân đạt chất lượng cao

- Ý nghĩa thực tiễn:

+ Kết quả của đề tài sẽ mở ra một hướng mới cho các nhà máy chế biến thủy sản, cơ sở sản xuất các mặt hàng cá Chẽm về việc tận dụng nguyên liệu còn lại và điều này sẽ mang lại lợi ích thiết thực về mặt kinh tế

+ Thành công của đề tài góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng phần nguyên liệu còn lại trong quá trình chế biến cá Chẽm Điều này không những tạo cơ hội phát triển sản xuất, đa dạng hóa mặt hàng và tăng giá trị cho nguyên liệu mà còn góp phần thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ ngành sản xuất kinh doanh thực phẩm nói riêng và thúc đẩy nền kinh tế đất nước nói chung

4 Nội dung của đề tài:

- Xác định thành phần hóa học của đầu cá Chẽm

- Thí nghiệm thăm dò xác định các thông số thích hợp cho quá trình thủy phân đầu cá Chẽm bằng enzyme Flavourzyme

- Tối ưu hóa chế độ thủy phân đầu cá Chẽm bằng enzyme Flavourzyme

- Sản xuất dịch đạm thủy phân từ đầu cá Chẽm theo các thông số tối ưu và xác định các chỉ tiêu đánh giá chất lượng của dịch đạm thủy phân

- Xác định các tỷ lệ gia vị thích hợp cho quá trình sản xuất bột nêm và xây dựng quy trình công nghệ sản xuất bột nêm từ dịch thủy phân đầu cá Chẽm

PHẦN 1: TỔNG QUAN

1.1.TỔNG QUAN VỀ CÁ CHẼM

1.1.1 Đặc điểm hình thái, phân bố và thành phần hóa học của cá Chẽm

1.1.1.1 Đặc điểm hình thái

Tên tiếng Anh: Seabass , Barramundi, Giant seaperch [28, 31]

Tên khoa học: Lates calcarifer

Theo FAO (1974) cá Chẽm có hệ thống phân loại như sau:

Cá Chẽm có thân hình thon dài và dẹt bên, cuống đuôi khuyết sâu Đầu nhọn,

nhìn bên cho thấy phía trên hơi lõm xuống ở giữa và hơi lồi ở lưng Miệng rộng và hơi so

le, hàm trên kéo dài đến phía dưới sau hốc mắt Răng dạng nhung, không có răng nanh,

trên nắp mang có gai cứng, vây lưng gồm có 2 vi: vi trước có 7-9 gai cứng và vi sau có

10-11 tia mềm Vi hậu môn có 3 gai cứng, vi đuôi tròn và có hình quạt Vẩy dạng lược

và có kích cỡ vừa phải, có 61 vẩy đường bên Chiều dài thân bằng 2,7 – 3,6 lần chiều

cao Chiều dài lớn nhất 47cm, thông thường là 19 – 25cm [22, 31] Khi cá còn khoẻ, trên

mặt lưng có màu nâu, mặt bên và bụng có màu bạc khi sống trong môi trường nước biển,

màu nâu vàng khi sống trong môi trường nước ngọt Khi cá ở giai đoạn trưởng thành sẽ

có màu xanh lục hay vàng nhạt trên lưng và màu vàng bạc ở mặt bụng

1.1.1.2 Đặc điểm phân bố

Cá Chẽm là một loài cá có giá trị xuất khẩu cao, có thể sống ở biển, đầm nước lợ

và cả trong ao đìa nước ngọt

Ở biển chúng thường sống trong các hang đá hoặc vùng đáy có cỏ biển Chúng cũng thích nghi với đáy rặng san hô Chúng thuộc loài cá dữ điển hình ở cửa sông, có số lượng lớn trong các kênh rạch, đầm phá và nhất là trong các đầm nuôi tôm [27]

Cá Chẽm là loài cá phân bố rộng từ vùng nhiệt đới đến cận nhiệt đới thuộc Tây Thái Bình Dương vá Ấn Độ Dương và có tính di cư xuôi dòng, cá lớn lên chủ yếu ở vùng nước ngọt như sông, hồ Khi thành thục (từ 3 đến 4 năm tuổi) chúng sẽ di cư ra vùng cửa sông, vùng ven biển có độ mặn thích hợp để sinh sản Ấu trùng sau khi nở ra sẽ được sóng đưa vào vùng cửa sông, vùng ven bờ và lớn lên Cá con sẽ dần di cư vào các thủy vực nước ngọt sinh sống và phát triển thành các cá thể trưởng thành [28]

Ở nước ta, chúng phân bố chủ yếu tại vùng vịnh Bắc bộ, vùng biển miền Trung

và số ít ở vùng biển miền Nam, mùa vụ khai thác là quanh năm Tuy nhiên, nguồn nguyên liệu khai thác tự nhiên chiếm số lượng thấp, chủ yếu là nguyên liệu thông qua nuôi trồng (tập trung nhiều ở các tỉnh ven biển miền trung, hình thức nuôi là trong các ao đất và lồng lưới) Khi cá đạt từ 10 đến 12 tháng tuổi là khai thác được, lúc này trọng lượng mỗi con từ 800 – 1,2 kg và kích thước từ 350 đến 500 mm

Trên thế giới, Cá Chẽm phân bố chủ yếu ở một số nước như: Đông Châu Phi, Vịnh Percian,

Ấn Độ, Srilanca, Myanmar, Australia, New Guinea, Indonesia, Malaysia, Philippines [27]

1.1.1.3 Thành phần hóa học của cá Chẽm

Thành phần hóa học cơ bản của cơ thịt cá Chẽm gồm có: nước, protein, lipid, gluxit, khoáng chất, vitamin Thành phần hóa học của cá thường khác nhau theo giống loài nhưng trong cùng một loài mà ở môi trường sống khác nhau thì thành phần hóa học cũng khác nhau Thành phần hóa học của cá còn phụ thuộc vào trạng thái sinh lý, mùa

vụ, thức ăn, thời tiết Sự khác nhau về thành phần thức ăn làm ảnh hưởng rất lớn đến mùi

vị và giá trị dinh dưỡng của cá Thành phần hóa học của cá Chẽm được thể hiện trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng của cá Chẽm

Thành phần dinh dưỡng trong 100g thực phẩm ăn được Thành phần chính Muối khoáng Vitamin Năng

lượng Nước Protein Lipid Tro Calci Phospho Sắt Natri Kali A B1 B2 PP

111 75,5 20,5 3,2 1,2 26 202 0,4 56 329 15 0,1 0,16 2,1

Cá Chẽm chắc thịt, ít béo, giàu omega 3 và protein, có các axít amin cân đối và một lượng khoáng hợp lý Các nguyên tố khoáng đa lượng và vi lượng rất cần thiết cho

sự phát triển của con người Với giá trị dinh dưỡng rất cao và sản lượng khai thác cao, nên giá trị về mặt kinh tế của cá Chẽm cũng rất cao Thịt cá Chẽm chứa đủ các axít amin

và quan trọng hơn cả là trong thịt có đủ các axít amin không thay thế (axít amin cưỡng bức) như bảng sau:

Bảng 1.2 Thành phần axít amin không thay thế của cá Chẽm nguyên con và

các cơ quan chính (g/100g protein)

Hình 1.2 Sản lượng cá Chẽm nuôi trồng trên thế giới (FAO fishery statistic)

Bảng 1.3 Sản lượng cá Chẽm nuôi trồng trên thế giới 2001-2009 (đơn vị :tấn)

(FAO fishery statistic) Năm 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Sản

lượng 26745 25194 28698 28888 31288 32124 34301 42976 49299

Ở Thái Lan, phần lớn cá Chẽm bán trên thị trường là cá nuôi lồng hoặc nuôi ao

Thái Lan cũng là quốc gia đầu tiên sản xuất cá Chẽm giống và có truyền thống lâu đời về

lĩnh vực này Tuy nhiên, nhiều nước khác ở châu Á cũng có bờ biển để nuôi thương mại

loài cá này nhưng nhìn chung hoạt động nuôi trong suốt thập niên qua vẫn phát triển

chậm do thiếu nguồn cá giống và chưa tạo được uy tín cao về mặt hàng này

Ở Inđônêxia, công ty PT FEGA MAIRKULTURA đã thành công trong việc nuôi

cá Chẽm Châu Á trong lồng nuôi ở vùng biển khơi Hiện nay công ty có 25-30 lồng nuôi

đặt trong vùng biển đang hoàn toàn nguyên sơ có diện tích 2.300 ha của Inđônêxia, cách

Jakarta khoảng 40 hải lý Sản lượng năm 2010 dự kiến đạt 1.000 tấn và tăng lên 5.000

tấn năm 2011

Cá Chẽm được nhiều nước trên thế giới nhập khẩu như Trung Quốc, Mỹ, Anh

Trong đó Singapore là nước nhập khẩu thực phẩm cá biển lớn trong khu vục Châu á tới

1000 tấn hằng năm

Cá Chẽm được đánh giá là loại cá có giá trị kinh tế cao theo FAO:

Bảng 1.4 Giá trị kinh tế của ngành nuôi trồng cá Chẽm thế giới (nghìn USD) (FAO

fishery statistic) Năm 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Giá trị 87593 64427 96826 74375 83545 98673 144527 155963 163729

Theo tổ chức nông lương thế giới (FAO), sản lượng cá Chẽm thương phẩm hàng

năm của thế giới đạt gần 130 nghìn tấn, trong đó sản lượng của Thái Lan và các nước

châu Á khác chiếm hơn 90%

Sản lượng đánh bắt cá Chẽm cũng được FAO thống kê như sau:

Hình 1.3 Sản lượng cá Chẽm đánh bắt trên thế giới (FAO fishery statistic)

Bảng 1.5 Sản lượng cá Chẽm đánh bắt trên thế giới 2001-2009 (đơn vị : tấn) (FAO

fishery statistic) Năm 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Sản

lượng 68716 71988 70705 6064 72235 85640 95269 81118 80831 Hiện nay do nguồn khai thác cá Chẽm từ biển và đại dương khá khan hiếm nên nguyên liệu cá Chẽm được cung cấp cho thị trường chủ yếu là từ nguồn nuôi thông qua các hộ nuôi Ở khu vực Đông Nam Á,Thái Lan đi đầu trong việc nghiên cứu tạo giống cũng như nuôi cá Chẽm, cung cấp cho thị trường nội địa và xuất khẩu một lượng lớn giống và cá Chẽm thương phẩm

1.1.2.2 Trong nước

Ở nước ta, cá Chẽm được xem là giống cá mới và có tiềm năng lớn trong tương lai Chúng ta đã sản xuất thành công cá Chẽm giống và đang nghiên cứu sâu hơn về loài này Trong hoàn cảnh cá tra và cá basa đã có khuynh hướng bão hòa, nguyên liệu tôm đang gặp nhiều khó khăn do dịch bệnh tràn lan và khó kiểm soát về dư lượng kháng sinh thì nguyên liệu cá Chẽm được xem là một trong những mặt hàng đem lại hiệu quả kinh

tế cao Mặt khác, việc nuôi cá Chẽm cũng ít làm ô nhiễm môi trường nước do chúng là loài ăn tạp và ít phát sinh dịch bệnh Vì vậy, nhiều hộ dân ở các tỉnh miền trung đã chuyển đổi mô hình nuôi cá tra, cá basa, tôm, cá khác sang nuôi cá Chẽm và bước đầu đem lại lợi nhuận lớn

Hiện nay, cá Chẽm được nuôi trong ao đầm nước lợ, nuôi lồng hoặc nuôi quảng canh Năm 2001, tổng số lồng nuôi trên biển là 23.989 lồng, nhiều hơn năm 2000 là 5.244 lồng, trong đó số lồng nuôi cá biển là 4.077 lồng Sản lượng nuôi lồng bè nước mặn năm 2001 đạt 2.635 tấn, cao hơn năm 2000 là 853 tấn, trong đó sản lượng cá biển là 1.898 tấn Năm 2004, diện tích nuôi cá biển trong ao là 1.750 ha và số lồng cá Chẽm trên 8.850 chiếc đạt sản lượng 7.675 tấn Ngoài ra tại các đầm nước lợ ven biển cá đã được thả nuôi ghép với đối tượng khác nhau Sản lượng cá nuôi nước lợ mặn đạt 13.865 tấn Kết quả này còn hạn chế, một trong những nguyên nhân chủ yếu là do chưa chủ động được nguồn cá giống [7]

Việt Nam bắt đầu nghiên cứu sản xuất giống cá biển từ những năm 1993 – 1994 Đến năm 2005, chúng ta cơ bản chủ động sản xuất giống một số loài cá biển trong đó có

cá Chẽm Trong năm 2003 – 2004, Viện nghiên cứu Nuôi trồng Thủy sản II và Trường Đại học Nha Trang đã sản xuất 400.000 con giống cá Chẽm

Dự án nuôi cá Chẽm của công ty cổ phần Vĩnh Hoàn được khởi động vào cuối năm 2010, với 68 ha ao nuôi

Hiện nay ở Sóc Trăng cũng đã tiến hành nuôi thí điểm cá Chẽm công nghiệp đạt

70 tấn cá/ ha

Vì vậy, để phát triển các loài cá nuôi mới phù hợp với chế biến công nghiệp và tiềm năng thị trường, Chương trình xuất khẩu thuỷ sản đến năm 2015 và định hướng đến năm 2020 của Bộ NN&PTNT có đề xuất phát triển nhanh việc nuôi cá Chẽm quy mô công nghiệp, nhằm đưa con cá này trở thành một trong các sản phẩm thuỷ sản xuất khẩu chủ chốt, kim ngạch xuất khẩu đạt từ 300-500 triệu USD vào năm 2015

1.1.3 Nguyên liệu còn lại của quá trình chế biến cá Chẽm và các hướng tận dụng nguyên liệu còn lại này

Nguyên liệu còn lại của quá trình chế biến này là: đầu, xương, vây, mỡ, nội tạng, rẻo cá… Trước đây, người ta chủ yếu tận dụng nguồn nguyên liệu còn lại này làm thức

ăn tự chế cho thủy sản Vì vậy, với sự phát triển của công nghệ chế biến thực phẩm thủy sản thì công nghệ xử lý và tận dụng nguồn nguyên liệu còn lại này ngày càng phát triển Bởi lẽ, từ sự phát triển của ngành chế biến thủy sản đã tạo ra một nguồn nguyên liệu còn lại dồi dào cả về sản lượng và chủng loại Đó chính là động lực thúc đẩy công nghệ xử lý lượng nguyên liệu còn lại này phát triển theo Vì thế, hiện nay đã có nhiều hướng tận dụng nguồn nguyên liệu còn lại này để sản xuất các sản phẩm có giá trị cao ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, gồm có:

để tạo nên sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, cung cấp lượng đạm dễ tiêu hóa cho động vật nhằm phát triển chăn nuôi cung cấp trứng, sữa, thịt cho con người [15]

Từ các loại nguyên liệu còn lại của quá trình chế biến cá như: gan cá, nội tạng, đầu cá…có thể dùng làm nguyên liệu để sản xuất dầu cá Thông thường quá trình tách chiết dầu cá gắn liền với công nghệ sản xuất bột cá Bởi lẽ, cần phải tách triệt để dầu cá

ra khỏi nguyên liệu trước khi sản xuất bột cá để chất lượng bột cá tốt hơn [15]

 Sản xuất bột đạm thủy phân

Sản phẩm thủy phân có thể được sản xuất từ đầu, xương, nội tạng cá [10, 11] Bột đạm thủy phân thu được chứa nhiều đạm dễ tiêu hóa, các vitamin, các nguyên tố khoáng

đa lượng, vi lượng và các chất hoạt động sinh học khác [32]

 Sản xuất nước mắm

Từ nguyên liệu còn lại của quá trình chế biến cá (đầu cá…), người ta đem thủy phân bằng enzyme Hỗn hợp sau thủy phân đem lọc thu được dịch thủy phân chứa nhiều axít amin Dịch thủy phân này được sử dụng để sản xuất nước mắm

 Ngoài ra, một số nguyên liệu còn lại của quá trình chế biến cá như da cá có thể tận dụng để sản xuất gelatin và collagen, xương cá có thể sản xuất bột khoáng [29], vảy

cá để sản xuất guanine và chân châu, tụy tạng cá để sản xuất insulin,

Hiện nay, ngành chế biến thủy sản trong nước phát triển khá mạnh mẽ nhưng công nghệ xử lý và tận dụng lượng nguyên liệu còn lại này thực sự chưa phát triển và chưa được quan tâm đúng mức Các sản phẩm sản xuất từ nguyên liệu còn lại của quá trình chế biến thủy sản còn ít, chưa đa dạng, chất lượng chưa cao Vì vậy, các nhà chế biến thực phẩm thủy sản cần tìm giải pháp để nâng cao giá trị sử dụng nguồn nguyên liệu còn lại này, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế trong chế biến thủy sản, đồng thời giảm thiểu lượng nguyên liệu còn lại sau quá trình chế biến thải ra môi trường

1.2 TỔNG QUAN VỀ ENZYME PROTEASE VÀ QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN PROTEIN

1.2.1 Enzyme Protease

Protease là enzyme thủy phân liên kết peptid của phân tử protein Enzyme protease được phân thành hai dạng là endoprotease và exoprotease Các endoprotease như trypsin, chymotrypsin, chymosin thủy phân các liên kết peptid ở bên trong chuỗi polypeptid Các exoprotease cắt các liên kết ở hai đầu tận cùng của chuỗi polypeptid, các exoprotease cắt vào đầu có nhóm carboxyl tận cùng được gọi là carboxylpeptidase còn những enzyme tác dụng vào đầu có nhóm amin tận cùng gọi là aminopeptidases [48] Các endoprotease và exoprotease kể trên cộng tác một cách rất có hiệu quả trong việc phân giải protein Có thể nói rằng, chức năng chính của endoprotease tạo ra một lượng lớn các chuỗi peptid có đầu C và đầu N tự do để tạo điều kiện cho các exoprotease hoạt động [59, 75]

Tuy nhiên, tác dụng của các protease rất phức tạp, bản chất của các mạch nhánh của axít amin ở bên cạnh các liên kết peptid có ảnh hưởng mạnh đến hoạt động của các enzyme Trên thực tế, các protease rất đặc hiệu và tỷ lệ những liên kết peptid trong một phân tử protein bị bẻ gãy bởi một protease là không cao.Ví dụ, trypsin chỉ thủy phân liên kết peptid giữa lysine và argininine, Chymotrypsin chỉ thủy phân những liên kết peptid giữa tyrosine, phenylalanine, tryptophan Thậm chí chymosin chỉ thủy phân liên kết peptid giữa Phe105-Met106 của kappa-casein [48]

Hiện nay, có rất nhiều loại protease đã được phát hiện và chúng được chia thành

4 nhóm cơ bản: serine protease (EC 3.4.21), cysteine protease (EC 3.4.22), aspartic protease (EC 3.4.23), và metalloprotease (EC 3.4.24) [59]

1.2.2.Một số enzyme protease thương mại

Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều loại protease, một số loại protease được sử dụng phổ biến hiện nay là: Flavourzyme, Alcalase, Neutrase, Protamex…

Flavourzyme là peptidase mang cả hai hoạt tính endo và exoprotease

(aminopeptidase), được sản xuất từ quá trình lên men chìm loài Aspergillus oryzae

Enzyme này hoạt động thủy phân protein trong điều kiện trung tính hoặc axít yếu Điều kiện hoạt động tối ưu của Flavourzyme 500L là pH = 5,0–7,0, nhiệt độ khoảng 500C Flavourzyme 500L có hoạt tính 500 LAPU/g Flavourzyme có thể bị ức chế hoạt động ở 90°C trong 10 phút hoặc 120°C trong 5 giây Đây là một trong những enzyme khi thủy phân protein thu được dịch đạm vị không đắng so với các loại enzyme thủy phân như Neutrase, Alcalase hay Protamex (Nilsang, 2005) [56]

Neutrase là endoprotease được chiết từ vi khuẩn được sử dụng để thủy phân

protein Enzyme này chỉ cắt protein ở mức độ vừa phải hoặc tạo thành các đoạn peptid Điều kiện hoạt động tốt của Neutrase 0,8L là pH = 5,5–7,5 ở nhiệt độ 45–550C Neutrase 0,8 L có hoạt tính 0,8 AU/g và bị ức chế khi pH <4 (Kamnerdpetch, 2007) [51]

Alcalase 2,4 L (Novo Nordisk, Bagsvaerd, Denmark) là protease của Bacillus

licheniformis với hoạt tính endopeptidase Alcalase là enzyme thương mại thuộc nhóm

serine protease subtilisin A Hoạt tính của Alcalase 2,4L là 2,4 AU/g, bị ức chế ở pH thấp, điều kiện hoạt động tốt nhất của Alcalase là pH = 8, nhiệt độ 50 – 600C (Liaset, 2002)[50]

Protamex là protease của Bacillus (Bagsvaerd, Denmark) Enzyme này có hoạt

tính endoprotease Điều kiện hoạt động tối ưu của protamex trong khoảng pH = 5,5–7,5

ở nhiệt độ 35–60 °C Protamex có hoạt tính 1,5 AU/g Enzyme này cũng bị bất hoạt ở

85oC trong 10 phút và ở pH thấp (Liaset, 2002)[50]

1.2.3.Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình thủy phân protein

Tốc độ thủy phân bằng enzyme chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố [17, 20], cụ thể là:

- Ảnh hưởng của nồng độ enzyme: Khi nồng độ enzyme thấp, lượng cơ chất

lớn, vận tốc thủy phân phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ enzyme Khi nồng độ enzyme tăng, tốc độ phản ứng thủy phân tăng đến một giá trị giới hạn v = vmax thì nếu nồng độ enzyme tiếp tục tăng, tốc độ enzyme phản ứng thủy phân bởi enzyme tăng không đáng

kể, thậm chí không tăng

- Ảnh hưởng của nhiệt độ: Enzyme là protein có hoạt tính xúc tác nên kém bền

với nhiệt, chúng chỉ có hoạt tính trong khoảng nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ làm chúng biến tính Trong khoảng nhiệt độ đó, khi nhiệt độ tăng tốc độ phản ứng thủy phân tăng Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng thủy phân do enzyme xúc tác được đặc trưng bằng hệ số:

Vùng nhiệt độ tạo cho enzyme có nhiệt độ cao nhất gọi là vùng nhiệt độ thích hợp của enzyme, trong đó có một giá trị nhiệt độ mà ở đó, tốc độ enzyme đạt cực đại gọi là nhiệt độ tối thích Với đa số enzyme, vùng nhiệt độ thích hợp trong khoảng 40 - 500C Nhiệt độ làm cho enzyme mất hoàn toàn hoạt tính gọi là nhiệt độ tới hạn, đa số enzyme có nhiệt độ tới hạn khoảng 700C, với các enzyme bền nhiệt (bromelin, papin…), nhiệt độ tới hạn có thể cao hơn Nhiệt độ thích hợp với một enzyme có sự thay đổi khi có sự thay đổi về pH, nồng độ cơ chất…

- Ảnh hưởng của thời gian thủy phân: Thời gian phản ứng thích hợp giúp

enzyme cắt mạch triệt để làm cho cơ chất bị thủy phân hoàn toàn hơn Nhưng nếu kéo dài thời gian thủy phân quá mức sẽ tạo điều kiện cho vi sinh vật hoạt động làm sản sinh

ra các sản phẩm cấp thấp như : NH3, H2S, indol, scatol…và việc kéo dài thời gian thủy phân sẽ làm giảm hiệu quả kinh tế Ngược lai nếu thời gian thủy phân ngắn thì quá trình thủy phân chưa triệt để các axít amin tạo thành còn ít trong khi các peptit còn tồn tại nhiều trong sản phẩm như vậy sẽ gây lãng phí nguyên liệu và khó khăn cho quá trình lọc

để thu dịch thủy phân protein

- Ảnh hưởng của pH: pH có ảnh hưởng mạnh mẽ đến hoạt tính enzyme vì pH

ảnh hưởng đến mức độ ion hóa cơ chất, ion hóa enzyme và đến độ bền của protein enzyme Đa số enzyme có khoảng pH thích hợp từ 5 – 9 Với nhiều protease, pH thích hợp ở vùng trung tính nhưng cũng có một số protease có pH trong vùng axít (pepsin, protease axít của vi sinh vật…) hoặc nằm trong vùng kiềm ( tripsin, subtilin…) Với từng enzyme, giá trị pH thích hợp có thể thay đổi khi nhiệt độ, loại cơ chất … thay đổi

- Ảnh hưởng của lượng nước: Nước vừa là môi trường phân tán enzyme và cơ

chất lại vừa trực tiếp tham gia phản ứng nên tỷ lệ nước có ảnh hưởng lớn đến tốc độ và chiều hướng và là một yếu tố điều chỉnh phản ứng thủy phân bởi enzyme

- Ảnh hưởng của diện tích tiếp xúc: Diện tích tiếp xúc lớn tức là enzyme và cơ

chất có điều kiện gặp nhau tốt hơn, như vậy sẽ thuận lợi cho phản ứng thủy phân nó sẽ làm cho phản ứng thủy phân diễn ra nhanh hơn

- Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất: Nồng độ cơ chất có ảnh hưởng lớn đến tốc độ

phản ứng thủy phân, khi càng tăng nồng độ cơ chất, tốc độ phản ứng thủy phân càng tăng, nhưng khi tốc độ phản ứng thủy phân đạt đến giới hạn v = vmax nếu tiếp tục tăng nồng độ cơ chất, vận tốc phản ứng thủy phân hầu như không tăng

- Ảnh hưởng của các chất kiềm hãm: Chất kiềm hãm (hay chất ức chế) là

những chất vô cơ hay hữu cơ mà khi có sự hiện diện của chúng, enzyme có thể bị giảm hoặc mất hoạt tính Với mỗi enzyme ta có các chất kìm hãm khác nhau, vì vậy khi sử dụng enzyme ta phải biết rõ các chất kiềm hãm của nó để điều chỉnh phản ứng

- Ảnh hưởng của các chất hoạt hóa: Chất hoạt hóa là những chất khi có mặt

trong phản ứng có tác dụng làm tăng hoạt tính enzyme, các chất này có bản chất hóa học khác nhau, có thể là ion kim loại, anion hoặc các chất hữu cơ Tuy nhiên các chất hoạt hóa chỉ có tác dụng trong giới hạn nồng độ xác định Khi dùng quá nồng độ cho phép, hoạt độ enzyme sẽ giảm

Thành phần chủ yếu của dịch đạm thủy phân là các axít amin, các peptid Ngoài

ra thì trong dịch đạm thủy phân còn chứa một lượng nhỏ khoáng và lipid

1.2.4.2 Bột đạm thủy phân

Bột đạm thủy phân cũng là một trong những dạng sản phẩm của quá trình thủy phân protein Dịch đạm thủy phân được đem đi cô đặc và sấy phun hoặc sấy chân không thăng hoa thì thu được bột đạm thủy phân (bột đạm hòa tan)

Bột đạm thủy phân có hàm lượng protein cao, rất có giá trị dinh dưỡng Bột đạm thủy phân có màu trắng ngà, vàng nhạt hay nâu tùy thuộc vào nguyên liệu ban đầu Mùi thơm đặc trưng, khi cho vào nước dễ tan

1.2.5 Ứng dụng của các sản phẩm thủy phân protein

Dịch đạm thủy phân và bột đạm thủy phân có thể được ứng dụng trong sản xuất thức ăn chăn nuôi, đặc biệt là trong nuôi trồng thủy sản Sản phẩm với hàm lượng protein cao, gồm hỗn hợp các axít amin cần thiết cho sự phát triển của tôm, cá Khi phối trộn sản

phẩm vào viên thức ăn thì thức ăn dễ tiêu hóa Bột đạm thủy phân cũng có thể được dùng trong thực phẩm sản xuất các sản phẩm bột dinh dưỡng cao đạm đối với bột đạm thủy phân có chất lượng cao Dịch đạm cô đặc còn có thể sử dụng để bổ sung trong quá trình làm nước mắm do nó có hàm lượng axít amin cao, làm tăng độ đạm của nước mắm Dịch đạm thủy phân có thể dùng trong sản xuất nước mắm công nghiệp hoặc được sử dụng để sản xuất bột nêm

1.3 TỔNG QUAN VỀ BỘT NÊM GIA VỊ

1.3.1 Khái quát chung về các sản phẩm bột nêm

Bột nêm thực phẩm là sản phẩm được tạo ra từ các chất phụ gia, hương liệu, gia vị… đã xuất hiện trước đây rất lâu và đang ngày càng phát triển, có nhiều cải tiến mới đáng kể [64] Trước đây, bột nêm chỉ là gia vị được sản xuất từ lá, rễ, củ, hạt… của các loại thảo mộc… được sấy khô và nghiền nhỏ hoặc chiết xuất lấy dung dịch rồi phối trộn với các phụ gia sau đó đem sấy.Thành phần phụ gia phối trộn thường gặp là các chất điều vị như bột ngọt 621 (chiếm khoảng 30% - 40%), chất điều vị 627, 631 (được xem là chất siêu ngọt), đường, muối,…

Bột nêm ở dạng bột (hoặc có thể tạo thành dạng hạt gọi là hạt nêm) là loại phụ gia hỗn hợp chứa nhiều nguyên liệu Bột nêm mang nhiều hương vị khác nhau cho món ăn tùy theo sự lựa chọn và ưa thích của người tiêu dùng mà các nhà sản xuất cho ra các sản phẩm như bột nêm có hương vị thịt, hương vị tôm, hương vị gà, hương vị nấm được chiết xuất từ thịt và xương heo, thịt tôm, thịt gà, nấm… Ngoài các thành phần nêu trên, bột nêm còn có thể bổ sung tinh bột, hương tổng hợp và một số phụ gia khác như muối, đường, tiêu, ớt, hành… để có thể tạo nên sản phẩm đặc trưng cho mỗi thương hiệu Các sản phẩm này sẽ được bổ sung vào món ăn tạo nên hương vị đặc trưng thơm ngon đậm

Gia vị làm đậm đà thêm bữa ăn hằng ngày với muối, đường, bột canh nước mắm, hạt súp, hạt nêm… hiện được sử dụng rất phổ biến mà bất cứ gia đình nào cũng phải cần đến Cũng chính gia vị góp phần trong việc nâng cao giá trị thực phẩm khác như thịt, trứng, sữa, cá, rau… làm bữa ăn chất lượng hơn

Hiện nay, trên thị trường bột nêm được sản xuất theo hai hướng chính sau:

- Dạng sản phẩm thứ nhất: các nhà chế biến phối trộn các phụ gia thường dùng với nhau như: đường, muối, bột ngọt, tiêu, hành khô… và một số hương liệu với tỷ lệ khác nhau tạo sản phẩm nêm gia vị để phục vụ thị hiếu người tiêu dùng thay vì dùng trực tiếp từng loại gia vị trên

- Dạng sản phẩm thứ hai: các nhà chế biến cũng phối trộn các loại phụ gia trên nhưng theo một hướng khác có bổ sung thêm thịt heo, gà, bò, hải sản… đã qua chế biến định hình nhiều dạng, để bổ sung những dưỡng chất cần thiết cho người sử dụng Mặc khác, góp phần làm tăng hương vị trong bữa ăn hằng ngày Những loại này hiện nay rất được người nội trợ tin dùng

Sau đây là một số sản phẩm hạt nêm gia vị của các nhãn hiệu lớn trên thị trường Việt Nam được nhiều người tin dùng:

Sản phẩm hạt nêm của Công ty Nestle Việt Nam:

- Hạt nêm cao cấp Maggi xương hầm: Chiết xuất từ thịt và nước cốt xương hầm tạo độ ngọt đậm đà căn bản của xương và thịt cho bất kì món canh nào Với Maggi xương hầm nước canh trong nguyên chất giữ được màu sắc của nguyên liệu tươi, mùi dễ chịu, vị ngọt thịt đậm đà

- Hạt nêm Maggi thơm Ngon Ngon dùng để nêm nếm và cung cấp vị ngọt của thịt cho tất cả các món ăn Nước súp trong lý tưởng được hơn 60% người tiêu dùng ưa thích so với sản phẩm cùng loại

- Hạt nêm Maggi nấm làm từ loại nấm hương cao cấp, chay mặn đều dùng

Sản phẩm hạt nêm Knorr của Cty Unilever Việt Nam:

- Hạt nêm từ thịt Knorr được làm từ thịt nguyên chất kết hợp cùng các gia vị truyền thống Sản phẩm này được sản xuất với công thức cải tiến tăng đáng kể lượng thịt

sẽ đem đến cho món ăn hương thịt và vị thịt đậm đà, thuần khiết

- Hạt nêm Knorr Nấm và Rong biển, chay mặn đều dùng được

Thành phần chính của một số loại bột nêm (hạt nêm) có trên thị trường [24]:

1.3.2 Xu hướng phát triển của các sản phẩm bột nêm

Hiện nay, trên thị trường có nhiều sản phẩm nêm gia vị với nhiều cách phối chế khác nhau Với mục đích phục vụ thị hiếu ngày càng cao của người tiêu dùng Ngoài những sản phẩm nêm gia vị thông thường trước đây thì thời gian gần đây trên thị trường gia vị Việt Nam xuất hiện nhiều sản phẩm nêm gia vị như: hạt nêm Maggi, Hạt nêm Aji – ngon, hạt nêm từ thịt knorr…đây là sản phẩm được chế biến theo một cách khác, tức là ngoài công thức phối chế các gia vị với nhau như: đường, muối, bột ngọt…thì trong các sản phẩm này, các nhà sản xuất còn bổ sung nhiều dưỡng chất từ thịt, gia súc, gia cầm, hải sản…để cung cấp chất dinh dưỡng cũng như hương vị trong bữa ăn hàng ngày Hàng loạt sản phẩm này được nhiều người ưa chuộng và tin dùng

Chính vì các nhà chế biến nắm bắt được xu hướng của người tiêu dùng cho nên thời gian hiện nay cũng như thời gian sắp đến sẽ phát triển thêm nhiều sản phẩm bột nêm mới Mà đặc biệt là phát triển những sản phẩm bột nêm được chế biến từ thịt gia súc, gia cầm, hải sản…Trong đó, cá là đối tượng được quan tâm, vì trong cá có nhiều dưỡng chất rất tốt cho người sử dụng Trong quá trình chế biến cá

có thể tận dụng đầu cá, thịt vụn cá để sản xuất bột nêm góp phần làm đa dạng sản phẩm bột nêm, làm tăng tổng doanh thu của các doanh nghiệp chế biến thủy sản cũng như làm giảm ô nhiễm môi trường

1.3.3 Các phụ gia, gia vị được dùng trong sản xuất bột nêm

Theo Quyết định số 3742/2001/QĐ-BYT ngày 31 tháng 8 năm 2001 của Bộ trưởng Bộ Y tế đưa ra khái niệm về phụ gia thực phẩm: “Phụ gia thực phẩm là những chất không được coi là thực phẩm hoặc một thành phần của thực phẩm Phụ gia thực phẩm có ít hoặc không có giá trị dinh dưỡng, được chủ động cho vào với mục đích đáp ứng yêu cầu công nghệ của quá trình sản xuất, chế biến, xử lý, bao gói, vận chuyển, bảo quản thực phẩm Phụ gia thực phẩm không bao gồm các chất ô nhiễm hoặc các chất bổ sung vào thực phẩm với mục đích tăng thêm giá trị dinh dưỡng của thực phẩm”

Trong đó, Maltodextrin và muối Sodium chloride là hai loại phụ gia có vai trò là chất bảo vệ sản phẩm trong quá trình sấy, nằm trong danh mục các chất phụ

gia được phép sử dụng trong thực phẩm (Quyết định số 3742/2001/QĐ-BYT) 1.3.3.1 Maltodextrin

Maltodextrin là các loại polysaccharide không ngọt, có công thức (C6H10O5)n.H2O, là sản phẩm thủy phân tinh bột không hoàn toàn (bằng enzym hoặc axít), có đương lượng dextrose (DE) từ 4 đến 20

Maltodextrin là phụ gia có nhiều ứng dụng trong công nghệ thực phẩm và công nghệ dược Trong công nghệ thực phẩm, maltodextrin là chất cố định mùi, vị, thay đổi cấu trúc và tăng cảm quan thực phẩm; chất trợ sấy; tăng năng lượng cho thực phẩm ăn kiêng.v.v giúp thực phẩm dễ hòa tan, dễ tiêu hóa, tăng giá trị dinh dưỡng Vì vậy, maltodextrin được dùng trong sản xuất sữa bột, bột trái cây hòa tan,

cà phê, bánh ngọt, nước xốt, tương ớt Trong công nghệ dược phẩm, maltodextrin

Tổng protein, lipid, xơ, tro <0,4

1.3.3.2 Muối Sodium chloride (NaCl)

Muối NaCl hay còn gọi là muối ăn, được sử dụng phổ biến trong công nghệ chế biến thực phẩm hiện nay vì nó có thể bảo vệ thực phẩm nhờ khả năng ức chế khả năng sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật [77] Ngoài ra, hiện nay muối NaCl còn được sử dụng với mục đích để làm tăng mùi vị và cải thiện cấu trúc, hình thái, màu sắc cho thực phẩm [44, 49]

Vai trò tạo mùi của muối trong thực phẩm:

Có rất nhiều lý do để sử dụng muối làm phụ gia hoặc gia vị thực phẩm Ngoài lý

do sử dụng muối trong công nghệ chế biến thực phẩm để bảo quản, lý do chính muối được sử dụng cho vào các loại thực phẩm khác nhau là do nó có khả năng nâng cao tính chất cảm quan theo chiều hướng có lợi cho thực phẩm, như làm tăng mùi và vị cho thực phẩm [36] Đồng thời, muối NaCl rất dễ mua và rẻ

Tùy theo cấu trúc hóa học của các loại muối ta có thể đánh giá cảm quan để nhận biết các vị của muối Ví dụ, muối Sodium chloride (NaCl) được coi là một loại muối có

vị mặn rất thanh khiết, trong khi đó muối potassium chloride (KCl) thì lại có vị mặn chát

Do vậy, trong công nghệ chế biến thực phẩm muối NaCl chiếm ưu điểm Ngoài ra, một tác dụng quan trọng khác cần quan tâm đó là khả năng làm tăng mùi vị của muối NaCl nói riêng và các loại muối nói chung cho một số thực phẩm đã được nghiên cứu như súp [36], bột nêm chế biến từ đầu tôm sú [24,76]

1.3.4 Một số quy trình sản xuất bột nêm

1.3.4.1.Quy trình sản xuất bột tôm gia vị từ nước luộc tôm

Nước luộc tôm  thủy phân  lọc  cô đặc  phối trộn  sấy phun  bao gói, bảo quản

Thuyết minh quy trình:

- Nước luộc tôm: nước luộc tôm sau khi thu hồi phải được bảo quản không làm hư hỏng, trước khi đem thủy phân cần được đánh giá cảm quan, xác định các chỉ tiêu hóa lý và vi sinh

- Thủy phân: thủy phân nước luộc bằng enzyme Flavourzyme nồng độ 0,2%, nhiệt độ thủy phân là 500C, thời gian thủy phân là 5h

- Lọc: dùng vải để lọc, mục đích loại bỏ tạp chất còn lại trong dịch thủy phân

- Cô đặc: nhằm làm tăng hàm lượng chất khô, rút ngắn công đoạn sấy đồng thời làm tăng hàm lượng chất dinh dưỡng cho bột nêm Cô đặc ở nhiệt độ 80-850C đến

độ khô là 280Bx Trong quá trình cô đặc cần phải khuấy đảo liên tục giúp cho quá trình bay hơi diễn ra nhanh hơn, tránh hiện tượng cháy khét ở đáy nồi

- Phối trộn: mục đích là tạo vị cho sản phẩm, đồng thời bổ sung thêm chất dinh dưỡng vào thành phần bột nêm

- Sấy phun: sấy ở nhiệt độ 1600C, tốc độ phun 525ml/l

- Bao gói, bảo quản: sau khi sấy tiến hành bao gói bằng bao bì nhiều lớp hoặc các lọ thủy tinh để đảm bảo bột không hút ẩm

1.3.4.2.Quy trình sản xuất bột ruốc gia vị tổng hợp

Nguyên liệu  xử lý nguyên liệu  phối trộn nguyên liệu  rang khô  đóng gói, bảo quản

Thuyết minh quy trình:

- Nguyên liệu chế biến bột ruốc tổng hợp gồm moi khô, bột cá, bột đậu nành và một số gia vị khác Bột ruốc tổng hợp dùng để nấu canh hoặc ăn trực tiếp

- Xử lý nguyên liệu: moi khô rửa sạch cát, rong rêu, loại bỏ cua ốc lẫn vào

Tỷ lệ nước rửa/nguyên liệu là 1:1 Cho moi khô vào nước khuấy đảo 3 – 4 lần, rửa 2 – 3 lần Moi vớt ra để ngoài vắt nước, để ráo không quá 3h, tốt nhất rửa đến đâu chế biến ngay đến đó

Đậu nành rang hơi vàng, ăn có mùi thơm Rang khoảng 30 phút/mẻ Đậu chín đem xay vỡ đôi, sàng lấy nhân Nhân đậu xay nhỏ mịn qua mắt sàn 1,5 – 2 mm

Bột cá: xay nghiền thành bột

Hạt tiêu: rang thơm, xay nhỏ mịn

- Phối trộn nguyên liệu: moi 25 kg, bột cá 15 kg, bột đậu nành 40 kg, mắm kem 15 kg, mì chính 1 kg, muối tinh 10 kg, bột tiêu 0,5 kg

- Rang khô: đầu tiên rang moi và mắm keo khô đến 60 – 70%, cho muối tinh vào rang tiếp Hạ nhiệt độ xuống, tiếp tục cho bột cá, bột đậu nành, tiêu, bột ngọt, đảo trộn 15 – 20 phút trên bếp Ruốc khô nắm trong tay buông ra tơi ngay

- Bao gói, bảo quản: sản phẩm đóng vào túi polyethylene, trọng lượng bao gói 0,5 – 1kg/túi Thời gian bảo quản 3 tháng kể từ ngày sản xuất ra thành phẩm Yêu

cầu độ ẩm trong sản phẩm 9 – 10%

1.3.4.3.Quy trình sản xuất bột canh tôm

Nguyên liệu  xử lý nguyên liệu  phối chế nguyên liệu  đảo trộn nguyên liệu  đóng gói, bảo quản [21]

Thuyết minh quy trình:

- Nguyên liệu: bột canh tôm chế biến từ tôm và moi khô và một số gia vị khác Bột canh tôm dùng để nấu canh hoặc ăn trực tiếp

- Xử lý nguyên liệu:

Tôm khô: tôm màu hồng, không mốc, sạch cát bẩn Xay nhỏ mịn

Đầu tôm: đầu tôm tận dụng trong sản xuất tôm đông lạnh, rửa sạch, luộc chín, phơi khô, xay nhỏ mịn

Moi khô: sạch tạp chất, màu hồng nhạt, phơi khô, xay nhỏ mịn

Đậu xanh: rang vàng thơm, xay nhỏ mịn

Muối hạt: sạch tạp chất, rang khô, giã nhỏ

Đường cát vàng, khô sạch

Bảng 1.7 Bảng hai công thức phối nguyên liệu tạo ra sản phẩm bột canh tôm [21]

Tên nguyên liệu Khối lượng (kg) Tên nguyên liệu Khối lượng (kg)

Bột tôm khô 20 Bột moi khô 30

Bột đầu tôm 15 Bột đậu xanh 5

Bột đậu xanh 5 Đường cát vàng 12

1.3.4.4 Qui trình sản xuất bột nêm từ bột nhão cá

Nguyên liệu cá  xử lý nguyên liệu  phối trộn  làm khô  nghiền ủ men

phối trộn bột nhão cá làm khô xay bột nêm cá [54]

Thuyết minh quy trình: Nguyên liệu cá mua về đạt yêu cầu chất lượng để sản xuất bột nêm cá đem đi làm sạch và rửa Sau đó được phối trộn với muối, quế, đinh hương với tỷ lệ nhất định và làm khô Sản phẩm sau khi được làm khô tiến hành nghiền nhỏ và

ủ men trong 3 tuần và phối trộn với tỏi, hẹ, me, tiêu, hành và đường với tỷ lệ thích hợp thu được bột nhão cá và làm khô rồi xay thu được bột nêm cá

1.3.5.Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng của bột nêm

Bột nêm được đánh giá theo tiêu chuẩn TCVN 7396 – 2004 sau đây:

1.3.5.1.Các chỉ tiêu cảm quan

Bảng 1.8 Các chỉ tiêu cảm quan của bột nêm

1 Màu sắc Đặc trưng của sản phẩm

2 Mùi, vị Đặc trưng của sản phẩm, không có mùi vị lạ

3 Trạng thái Dạng bột, rời, không vón

1.3.5.2.Các chỉ tiêu hóa học

Bảng 1.9 Các chỉ tiêu hóa học của bột nêm

1 Độ ẩm, (%), không lớn hơn 3,0

2 Hàm lượng muối ăn, (%) Do nhà sản xuất công bố

3 Hàm lượng đường tổng số,(%) Do nhà sản xuất công bố

4 Hàm lượng tro không tan trong axít clohydric (HCl),

(%), không lớn hơn 0,1

5 Hàm lượng iod, (mg/kg), tính theo KIO3 (đối với bột

1.3.5.3.Hàm lượng kim loại nặng

Bảng 1.10 Hàm lượng kim loại nặng của bột nêm STT Tên chỉ tiêu Mức tối đa (mg/kg)

1 Hàm lượng Asen (As) 2,0

1 Tổng số vi khuẩn hiếu khí trong 1 gam sản phẩm 10

4

2 Số Escherichia Coli trong 1 gam sản phẩm 3

3 Số Staphylococcus aureus trong 1 gam sản phẩm 10

2

4 Số Salmonella trong 1 gam sản phẩm 0

5 Tổng số bào tử nấm men, nấm mốc trong 1 gam sản phẩm 10

2

1.3.6 Sản xuất bột nêm bằng phương pháp sấy phun

- Sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu dưới tác dụng của nhiệt [4] Trong quá trình sấy, nước được tách ra khỏi vật liệu nhờ sự khuếch tán do:

+ Chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và bên trong vật liệu

+ Chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh

- Mục đích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền và bảo quản sản phẩm được lâu hơn

- Sấy phun là một trong những công nghệ sấy công nghiệp chính do khả năng sấy một bậc nguyên liệu từ dạng lỏng sang dạng bột khá đơn giản, dễ dàng kiểm soát nhiệt độ và định dạng hạt sản phẩm một cách chính xác

- Thiết bị sấy phun dùng để sấy các dạng dung dịch và huyền phù trong trạng thái phân tán nhằm tách ẩm ra khỏi vật liệu giúp tăng độ bền và bảo quản sản phẩm được lâu hơn

- Sản phẩm của quá trình sấy phun là dạng bột mịn như bột đậu nành, bột trứng, bột sữa,… hoặc các chế phẩm sinh học, dược liệu…

1.3.6.1 Nguyên lý của phương pháp sấy phun

Một hệ phân tán mịn của nguyên liệu từ chất lỏng hòa tan, nhũ tương, huyền phù đã được cô đặc trước (40 - 60% ẩm) được phun để hình thành những giọt mịn, rơi vào trong dòng khí nóng cùng chiều hoặc ngược chiều ở nhiệt độ khoảng 130 –

300oC trong buồng sấy lớn Kết quả là hơi nước được bốc đi nhanh chóng Các hạt sản phẩm được tách ra khỏi tác nhân sấy nhờ một hệ thống thu hồi riêng [4]

1.3.6.2 Cấu tạo của máy sấy phun

a Cấu tạo chung

Tất cả các thiết bị sấy phun đều bao gồm:

+ Cơ cấu phun: Có chức năng đưa nguyên liệu (dạng lỏng) vào buồng dưới dạng hạt mịn (sương mù) Quá trình tạo sương mù sẽ quyết định kích thước các giọt lỏng và sự phân bố của chúng trong buồng sấy, do đó sẽ ảnh hưởng đến giá trị bề mặt truyền nhiệt và tốc độ sấy Cơ cấu phun có các dạng như: cơ cấu phun áp lực,

cơ cấu phun bằng khí động, đầu phun ly tâm

+ Buồng sấy: Là nơi hòa trộn mẫu sấy (dạng sương mù) và tác nhân sấy (không khí nóng) Buồng sấy phun có thể có nhiều hình dạng khác nhau nhưng phổ biến nhất là buồng sấy hình trụ đứng, đáy côn Kích thước buồng sấy (chiều cao, đường kính…) được thiết kế phụ thuộc vào kích thước các hạt lỏng và quỹ đạo chuyển động của chúng, tức phụ thuộc vào loại cơ cấu phun sương sử dụng

+ Tác nhân sấy: Không khí nóng là tác nhân sấy thông dụng nhất Hơi là tác nhân gia nhiệt phổ biến nhất Nhiệt độ hơi sử dụng thường dao động trong khoảng 130-2500C Nhiệt độ trung bình của không khí nóng thu được thấp hơn nhiệt độ hơi

sử dụng là 100C

+ Hệ thống thu hồi sản phẩm: Bột sau khi sấy phun được thu hồi tại cửa đáy buồng sấy Để tách sản phẩm ra khỏi khí thoát, người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau: lắng xoáy tâm, lọc, lắng tĩnh điện…

Phổ biến nhất là phương pháp lắng xoáy tâm, sử dụng cyclon

+ Quạt: Để tăng lưu lượng tác nhân sấy, người ta sử dụng quạt ly tâm Ở quy

mô công nghiệp, các thiết bị sấy phun được trang bị hệ thống hai quạt Quạt chính được đặt sau thiết bị thu hồi bột sản phẩm từ dòng khí thoát Còn quạt phụ đặt trước thiết bị gia nhiệt không khí trước khi vào buồng sấy Ưu điểm của việc sử dụng hệ thống hai quạt là người ta có thể kiểm soát dễ dàng áp lực trong buồng sấy

Trong trường hợp chỉ sử dụng một quạt ly tâm đặt sau cyclon thu hồi sản phẩm, buồng sấy sẽ hoạt động dưới áp lực chân không rất cao Chính áp lực chân không này sẽ ảnh hưởng đến lượng bột sản phẩm bị cuốn theo dòng khí thoát, do đó

sẽ ảnh hưởng đến năng suất hoạt động và hiệu quả thu hồi bột sản phẩm của cyclon

Hình 1.6 Cấu tạo thiết bị sấy phun [4]

b Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy

- Nồng độ chất khô của nguyên liệu:

 Nồng độ cao: Giảm được thời gian bốc hơi nhưng lại tăng độ nhớt của nguyên liệu, gây khó khăn cho quá trình sấy phun

 Nồng độ thấp: Tốn nhiều thời gian và năng lượng cho quá trình

 Thực tế nồng độ vào khoảng: 45- 52%

- Nhiệt độ tác nhân sấy:

 Đây là yếu tố ảnh hưởng quyết định đến độ ẩm của sản phẩm sau khi sấy phun Khi cố định thời gian sấy, độ ẩm của bột sản phẩm thu được sẽ giảm đi nếu ta tăng nhiệt độ tác nhân sấy

 Tuy nhiên, việc gia tăng nhiệt độ cao có thể gây phân hủy một số cấu tử trong nguyên liệu mẫn cảm với nhiệt và làm tăng mức tiêu hao năng lượng cho toàn bộ quá trình

- Kích thước, số lượng và quỹ đạo chuyển động của các hạt nguyên liệu trong buồng sấy

Các yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy phun là tốc độ bơm đưa dòng nguyên liệu vào cơ cấu phun sương, lưu lượng không khí nóng vào buồng sấy, cấu tạo và kích thước buồng sấy…

1- Bộ lọc 7- Tháp sấy 2- Quạt hút khí nóng 8- Bộ phận tách bụi thứ nhất 3- Bộ gia nhiệt 9- Bộ phận tách bụi thứ hai 4- Nguyên liệu sấy 10- Quạt tuần hoàn

5- Bơm áp lực 11- Bộ phun sương 6- Bộ phận phối nhiệt

1.3.6.3 Ưu và nhược điểm của công nghệ sấy phun

a Ưu điểm

- Quá trình sấy nhanh, có thể điều khiển được tỷ trọng sản phẩm

- Bột sau khi sấy có độ hòa tan cao (90 - 100%), độ ẩm thấp (3 - 4%)

- Vận hành liên tục và có thể tự động hóa hoàn toàn, bảo dưỡng đơn giản

- Thiết kế đa dạng cho từng loại sản phẩm, từng loại qui mô nhà máy

- Áp dụng được cho các sản phẩm bền nhiệt và không bền nhiệt, nguyên liệu ở dạng dung dịch, gel, paste, hồ vữa, huyền phù…

- Chất lượng bột được bảo đảm trong suốt quá trình sấy

- Vật liệu hầu như không tiếp xúc với bề mặt kim loại của thiết bị

b Nhược điểm

- Chi phí đầu tư và năng lượng cao (để tách ẩm)

- Yêu cầu độ ẩm ban đầu cao để đảm bảo nguyên liệu có thể bơm đến thiết bị tạo

giọt lỏng và thất thoát các chất dễ bay hơi cao

1.4.TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC VỀ SỰ THỦY PHÂN PROTEIN BẰNG ENZYME VÀ SẢN XUẤT BỘT NÊM

1.4.1.Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Trên thế giới, sản phẩm thủy phân đã biết đến từ khá lâu và đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu công bố về việc sử dụng enzyme để thủy phân nguyên liệu còn lại của các nguyên liệu thủy sản để sản xuất ra các sản phẩm thủy phân, ứng dụng nhiều trong lĩnh vực chăn nuôi, thực phẩm

Chae (1998), sử dụng kết hợp 3 enzyme Neutrase, Alcalase và Flavourzyme

để thủy phân protein sẽ cho độ thủy phân cao hơn khi sử dụng kết hợp hai enzyme Alcalase và Flavourzyme Theo tác giả này, độ thủy phân đạt cao nhất khi sử dụng kết hợp 3 enzyme là 51% trong khi đó giá trị DH chỉ đạt 47 % khi sử dụng hai enzyme [37]

Guerard và cộng sự (2001) đã nghiên cứu về thủy phân bao tử cá ngừ bằng enzyme Alcalase với các thông số sau: nhiệt độ 500C, pH = 8, thời gian 5,5 giờ Kết quả nghiên cứu cho thấy sản phẩm này dùng làm chất bổ sung nitơ cho môi trường nuôi cấy vi sinh vật có kết quả tốt như những pepton công nghiệp dùng nuôi cấy vi sinh vật [43]

Herpandi và cộng sự (2012) đã nghiên cứu độ thủy phân và lượng axít amin trytophan tự do của sản phẩm thủy phân cá ngừ bằng các loại protease khác nhau Sản phẩm thủy phân protein thịt cá ngừ vằn được sản xuất bằng các loại protease (Alcalase, Protamex, Neutrase và Flavourzyme) trong thời gian 60, 120, 180 và 240

phút với tỷ lệ enzyme protease là 0,5, 1, 1,5 và 2% so với khối lượng của nguyên liệu Kết quả cho thấy thời gian dài với tỷ lệ enzyme cao đã làm tăng độ thủy phân Alcalase độ thủy phân cao nhất trong số tất cả các protease, tiếp theo là Protamex, Flavourzyme và Neutrase [45]

Ho và cộng sự (2009) đã nghiên cứu dịch thủy phân cá thu làm chất dẫn dụ khả năng bắt mồi cho cá hồi trắng Cá thu được xay nhỏ sau đó thủy phân với Alcalase hoặc Flavourzyme, nồng độ enzyme/protein là 3%, thời gian thủy phân 1 và

4 giờ Kết quả nghiên cứu cho thấy các sản phẩm thủy phân sau 1 và 4 giờ có hàm lượng peptid và các axít amin khác nhau Mẫu thủy phân bằng Flavourzyme có hàm lượng axít amin tự do cao hơn mẫu dùng Alcalase Mẫu 4 giờ có hàm lượng axít amin

tự do cao hơn mẫu 1 giờ Khi sử dụng dịch thủy phân cá thu bổ sung vào thức ăn tỷ lệ 2% dùng làm chất dinh dưỡng thì tỷ lệ tăng trưởng của cá tăng, hệ số chuyển đổi thức

ăn giảm [46]

Liaset và cộng sự (2002) đã nghiên cứu thu hồi nitơ từ xương cá hồi Atlantic

từ quá trình thủy phân bằng enzyme Protamex Xương cá hồi được xay nhỏ và thủy phân với điều kiện tỷ lệ nguyên liệu/nước là 1,16 : 1, tỷ lệ enzyme/cơ chất là 90 AU

Kg -1, pH là 6,5 và nhiệt độ nghiên cứu từ 350C đến 700C Kết quả nghiên cứu cho thấy khi thủy phân ở chế độ đó thì hiệu suất thu hồi nitơ tăng theo nhiệt độ, đạt cao nhất tại 500C với 53,5% và nhiệt độ càng tăng thì hiệu suất thu hồi nitơ lại giảm [50]

Liaset và cộng sự (2003) nghiên cứu thủy phân phần xương còn lại sau khi philê tách thịt cá hồi bằng enzyme Protamex ở điều kiện nhiệt độ 550C, pH tự nhiên

là 6,5, nồng độ enzyme là 11,1 AU/kg protein thô với tỷ lệ phế liệu/nước là 1,14, thời gian thủy phân 6 giờ Kết quả thu được sản phẩm thủy phân giàu các axít amin không thay thế và axít béo [51]

Lian và cộng sự (2005) nghiên cứu tối ưu hóa quá trình thủy phân phế liệu mực bằng enzyme Flavourzyme và Protamex Kết quả nghiên cứu cho thấy với nhiệt

độ 500C, thời gian thủy phân 6 giờ thì hàm lượng axít amin tự do của sản phẩm thủy phân đạt cao nhất 24,8% so với mẫu đối chứng 8,2% [52]

Luan và Li-jiao (2009) đã nghiên cứu công nghệ thủy phân thịt sò bằng sự kết hợp các loại enzyme proteaza Giai đoạn đầu thịt sò được thủy phân bằng sự kết hợp giữa proteaza trung tính và trypsin, giai đoạn sau được thủy phân bằng Flavourzyme Kết quả cho thấy tỷ lệ kết hợp tối ưu của protease trung tính và trypsin là 3:1 và các điều kiện thủy phân tối ưu của Flavourzyme như sau: nồng độ enzyme 1000U/g nguyên liệu, nhiệt độ thủy phân 550C, thời gian 5 giờ và pH=5 Với điều kiện này độ

thủy phân là 55,97% [53]

Motamedzadegan và cộng sự (2010) đã nghiên cứu tối ưu hóa chế độ thủy

phân nội tạng cá ngừ vây vàng Thunnus albacares bằng enzyme Neutrase Kết quả

chỉ ra rằng khi sử dụng enzyme Neutrase để thủy phân nội tạng cá ngừ vây vàng

Thunnus albacares thì các thông số tối ưu là nồng độ enzyme 37 AU / kg protein, pH

tự nhiên của bản thân nguyên liệu, nhiệt độ từ 50°C, và thời gian 60 phút thì độ thủy phân (DH) đạt 35%, sản phẩm thủy phân có hàm lượng protein cao 74,56% và hàm lượng lipid thấp 1,86% và được sử dụng trong nuôi trồng thủy sản và làm thức ăn cho chăn nuôi [55]

Nilsang và cộng sự (2004), nghiên cứu sử dụng hai loại enzyme protease là Flavourzyme 1000L và Kojizyme 800L bổ sung để thủy phân dịch thải từ qui trình

cá ngừ đóng hộp để thu dịch đạm Kết quả nghiên cứu cho thấy điều kiện tối ưu khi

sử dụng Flavourzyme là ở nhiệt độ 450C, nồng độ enzyme là 50 LAPU/g protein (5%), nồng độ cơ chất 20% (w/w), pH tự nhiên = 5,9 – 6,0, thời gian thủy phân sau 6 giờ thì DH đạt 62% Với Kojizyme 800L, điều kiện tối ưu là ở nhiệt độ 500C, nồng

độ enzyme là 40LAPU/g protein (5%), nồng độ cơ chất 20% (w/w), pH tự nhiên = 5,9 – 6,0, thời gian thủy phân sau 6 giờ thì độ thủy phân đạt 68% [56]

Nguyen và cộng sự (2011) đã nghiên cứu sự thủy phân phế liệu từ cá ngừ bằng enzyme Protamex và đặc tính sinh hóa của sản phẩm thủy phân Một chế độ thủy phân được thực hiện cho các phế liệu từ cá ngừ như đầu, nội tạng, đuôi ở nhiệt độ

450C, tỷ lệ nước/nguyên liệu = 1/1, tỷ lệ enzyme 0,1%, pH tự nhiên, thời gian 12h Kết quả nghiên cứu đã cho thấy, độ thủy phân của đầu, nội tạng và đuôi lần lượt là 32,3%, 16,8% và 22,2% Hiệu suất thu hồi nitơ trong các sản phẩm thủy phân từ đầu, nội tạng và đuôi lần lượt là 73,6%, 82,7%, 85,8% [57]

Ovissipour và cộng sự (2009) đã nghiên cứu tối ưu hóa sự thủy phân phế liệu

cá tầm bằng enzyme Alcalase Kết quả nghiên cứu đã xác định được các điều kiện tối

ưu là: 50°C, 120 phút Chế độ thủy phân này cho sản phẩm thủy phân có hàm lượng protein tương đối cao (66,43%) và lipid thấp (1,34%) [60]

Ovissipour và cộng sự (2010) đã nghiên cứu sản xuất sản phẩm thủy phân

protein từ đầu cá ngừ vây vàng Thunnus albacares sử dụng enzyme Alcalase và

Protamex Đầu cá ngừ vây vàng thu được từ quá trình sản xuất cá ngừ đóng hộp được thủy phân với các thông số sau: nồng độ enzyme sử dụng là 1,5%, pH tự nhiên, tỷ lệ nguyên liệu/nước (w / v) là 1:1 Kết quả cho thấy theo thời gian thủy phân thì độ thủy phân càng cao Độ thủy phân, hàm lượng protein và axít amin trong sản phẩm thủy phân thu được khi sử dụng enzyme Alcalase cao hơn so với enzyme Protamex [61]

Slizyté và cộng sự (2005) khi nghiên cứu quá trình thủy phân nội tạng cá Tuyết bằng enzyme Neutrase với tỷ lệ 0,3%, thời gian thủy phân 1h, ở nhiệt độ 500C thì thu được bột protein thủy phân có hàm lượng ẩm 3,9%; protein thô 83,5%; lipid 3,0%; tro 12,4% [67]

Sathivel và cộng sự (2005) nghiên cứu thủy phân đầu cá hồi đỏ bằng các loại enzyme thương mại như Alcalase, Flavourzyme 500L, Palatase 2000L và Neutrase

Họ đã nghiên cứu ảnh hưởng của các loại enzyme khác nhau và thời gian thủy phân khác nhau (25, 50, 75 phút) đến tính chất chức năng và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm thủy phân đầu cá hồi đỏ [68]

Sylla và các cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ nước đến quá trình thủy phân phế liệu cá bơn Trong nghiên cứu này, ảnh hưởng của 4 tỷ lệ nước khác nhau (10%, 25%, 50% và 100% so với nguyên liệu) đến quá trình thủy phân bằng enzyme Protamex được so sánh Quá trình thủy phân được thực hiện ở pH = 6, nhiệt

độ 400C, thời gian thủy phân là 6h [70]

Sathivel và cộng tác viên (2005) khi thủy phân đầu cá hồi bằng enzyme Alcalase (0,5%) ở nhiệt độ 500C, trong thời gian 75 phút thì thu được bột protein thuỷ phân có rất nhiều các thành phần axít amin trong đó hàm lượng Isoleucine (3,71g/100g protein), Phenylalanine (4,07g/100g protein), hàm lượng Leucine (6,69g/100g protein),và Lysine (7,39g/100g protein) Tổng số axít amin là 98,74 g/100g protein [74]

Vanessa và cộng sự (2012) đã nghiên cứu về tối ưu hóa sự thủy phân thịt vẹm bằng enzyme Thịt vẹm đã được thủy phân bằng cách sử dụng Protamex Các điều kiện tối ưu cho sự thủy phân thịt vẹm là pH = 6,85, nhiệt độ 510C, và tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu là 4,5% Dưới những điều kiện này độ thủy phân là 26,5% và hiệu

suất thu hồi protein 65% [78]

Yang Xiu – min và cộng sự (2011) đã nghiên cứu tối ưu hóa quá trình sản xuất bột nêm từ sản phẩm thủy phân điệp Với điều kiện thủy phân sò điệp được xác định như sau: Flavourzyme với liều lượng 1200AU/g nguyên liệu và tỷ lệ nguyên liệu /nước là 1:4 (g / ml) trong thời gian thủy phân 5 giờ ở nhiệt độ 450C Dịch đạm thủy phân thu được đem phối trộn với muối, đường và bột ngột ở tỷ lệ thích hợp sau đó tối

ưu hóa chế độ sấy phun bằng phương phương pháp bề mặt đáp ứng, thiết kế thí nghiệm theo Box – Benken Sản phẩm bột nêm thu được có hàm lượng protein thô là 82,89%, chất béo là 1,55%, đường tổng số 6,82% và sản phẩm có độ ẩm 4,09% [82]

1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam, việc nghiên cứu sản xuất sản phẩm thủy phân từ nguyên liệu còn lại của quá trình chế biến cũng được biết đến nhiều trong những năm gần đây Và cho đến nay đã có các công trình nghiên cứu sau:

Vũ Ngọc Bội (2004) đã nghiên cứu quá trình thủy phân cá bằng enzyme protease

từ B.subtilis S5 Chế phẩm protease kỹ thuật này có nhiệt độ thích hợp là 550C, pH thích hợp là 6,0 và có thể sử dụng rất tốt trong thủy phân cơ thịt cá tạp để sản xuất bột đạm thủy phân và thủy phân cá cơm trong sản xuất nước mắm ngắn ngày [2]

Huỳnh Dự (2010) đã nghiên cứu quá trình thủy phân phế liệu mực bằng enzyme protease và thử nghiệm bổ sung dịch thủy phân vào thức ăn nuôi cá Kết quả chỉ ra rằng qua ba loại enzyme Alcalase, Protamex và Neutrase sử dụng thủy phân phế liệu mực thì Alcalase hiệu quả hơn so với hai loại enzyme còn lại Và điều kiện thích hợp nhất với enzyme Alcalase là nồng độ enzyme là 5% so với trọng lượng chất khô của phế liệu mực, pH = 7,6, nhiệt độ 530C, thời gian thủy phân 2 giờ [5]

Nguyễn Thị Ngọc Hoài (2012) đã nghiên cứu thu hồi và đặc trưng hóa tính chất sản phẩm thủy phân protein từ đầu tôm bằng enzyme Kết quả dịch thủy phân protein thu được đem cô quay ở nhiệt độ 450C, áp suất hút chân không là 50mbar, thời gian hút là 20 phút, nồng độ chất khô trong dịch thủy phân sau cô quay là 22oBrix Sau đó, tiến hành sấy phun dịch cô quay ở nhiệt độ 130oC, nồng độ maltodextrin bổ sung là 8%, mẫu thu được có độ ẩm là 10% , trong 1 gam bột thì hàm lượng protein hòa tan là 110,1mg [9]

Nguyễn Thị Mỹ Hương (2011) đã nghiên cứu sản xuất sản phẩm thủy phân protein từ đầu cá ngừ vây vàng và sử dụng sản phẩm thủy phân này trong thức ăn cho tôm Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, việc bổ sung bột protein thủy phân từ đầu cá ngừ vào trong thức ăn cho tôm đã cải thiện sự tăng khối lượng của tôm, hệ số chuyển hóa thức ăn và hiệu quả sử dụng protein [10, 11]

Trần Thị Hồng Nghi và cộng sự (2011) đã nghiên cứu sử dụng enzyme

protease từ vi khuẩn (Bacillus subtilis) để thủy phân phụ phẩm cá tra và ứng dụng sản

phẩm thủy phân trong việc sản xuất nước mắm Điều kiện tối ưu cho việc thủy phân

phụ phẩm cá Tra bằng enzyme protease từ vi khuẩn Bacillus subtilis như sau: nhiệt

độ 500C, pH = 7,6; tỷ lệ nước 30%, nồng độ muối 2%, hoạt độ enzyme 50UI và thời gian thủy phân là 18 giờ Sản phẩm nước mắm thu được sau khi ủ ở tỷ lệ bã chượp 20% có hàm lượng đạm formol 14,5 g/l, đạm tổng số 16 g/l, đạm NH3 1,49 g/l và axít amin 12,81 g/l [19]

Đỗ Văn Ninh (2004) đã nghiên cứu thu nhận protease từ nội tạng cá và gan mực Kết quả cho thấy rằng chế phẩm protease thu được từ nội tạng cá và gan mực có nhiệt độ thích hợp từ 50 -550C và hoàn toàn có thể sử dụng protease này trong việc thủy phân cơ thịt cá để sản xuất dịch đạm thủy phân ứng dụng trong sản xuất pasta cá cũng như bột dinh dưỡng [20]

Lý Thị Minh Phương (năm 2008) đã nghiên cứu sản xuất dịch thủy phân từ thịt hàu biển dùng trong thực phẩm Kết quả nghiên cứu cho thấy dịch thủy phân thu được có hàm lượng axít amin cao, mùi thơm và đạt tiêu chuẩn về vi sinh với loại

enzyme thủy phân thích hợp là Allzyme FD ở nồng độ enzyme so với cơ chất là 0,32%, nhiệt độ 560C, pH= 6,5, thời gian thủy phân là 8 giờ [23]

Phạm Thị Đan Phượng (2012) với nghiên cứu thu nhận bột đạm giàu carotenoid từ đầu tôm thẻ chân trắng bằng phương pháp xử lí kết hợp hai enzyme protease Kết quả nghiên cứu cho thấy chế độ thủy phân sử dụng kết hợp 2 loại enzyme protease thích hợp như sau: Giai đoạn đầu xử lí bằng Alcalase ở nhiệt độ

550C, pH tự nhiên, nồng độ Alcalase/đầu tôm là 0,2%, 2 giờ; sau đó xử lý tiếp bằng Flavourzyme: tỷ lệ Flavourzyme/đầu tôm là 0,1%, 1 giờ Chế phẩm protein giàu carotenoid thu được phối trộn với các thành phần gia vị khác bao gồm: bột carotenoprotein sấy khô: 41g, muối ăn: 41g , đường: 9g, mì chính: 9g để chế biến bột canh tôm với kết quả cảm quan tốt, sản phẩm bột nêm có màu đỏ gạch, mùi thơm hài hòa, có hương thơm của tôm, vị ngọt nhẹ [24]

Vũ Hồng Thiên và cộng sự (2009) đã công bố kết quả nghiên cứu xây dựng

quy trình công nghệ sản xuất bột canxi thực phẩm từ xương cá Tra Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng: Khi sử dụng phương pháp thủy phân xương cá Tra bằng phương pháp hóa học sử dụng NaOH, thì điều kiện tối ưu cho quá trình là nhiệt độ 80oC, thời gian 90 phút, tỷ lệ NaOH:nguyên liệu là 1:1 và nồng độ NaOH dùng để thủy phân là 2% Trong khi đó, đối với phương pháp enzyme thì điều kiện thích hợp là: nhiệt độ

55oC, tỷ lệ enzyme/cơ chất 5:10 trong thời gian 48 giờ Sản phẩm bột xương thu được

từ cả hai phương pháp đều được đánh giá tốt về mặt cảm quan Tuy nhiên, để sản phẩm có thể được ứng dụng trong lĩnh vực thực phẩm, đặc biệt dùng làm chất bổ sung canxi cho thực phẩm con người, cần có nhiều nghiên cứu sâu hơn về quy trình tinh chế và sản xuất bột xương, đồng thời giá trị sinh học canxi của bột xương cũng cần được nghiên cứu nhằm xác định rõ giá trị, chất lượng của sản phẩm, từ đó xác định giới hạn khả năng ứng dụng của sản phẩm thu được [29]

PGS.TS Trần Thị Xô và Ths Đặng Thị Mộng Quyên (2007) đã thực hiện đề tài: Nghiên cứu tận dụng các phế liệu để sản xuất sản phẩm dẫn mùi giàu đạm dùng trong thức ăn nuôi tôm, cá Với công nghệ sản xuất đơn giản sử dụng chất xúc tác enzym của vi khuẩn đã phân lập được bổ sung vào phế liệu thủy sản (đầu, xương cá), chúng sẽ tự tách phần thịt ra khỏi xương Với phần thịt được cô đặc giàu chất đạm trộn với thức ăn cho tôm, phần xương được làm sạch, sấy khô, nghiền thành bột khoáng dùng cho chăn nuôi gia súc [32]

Như vậy, đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu liên quan đến việc tận dụng các nguyên liệu còn lại của quá trình chế biến để sản xuất ra các sản phẩm thủy phân protein Tuy nhiên, việc thủy phân nguyên liệu còn lại của quá trình chế biến cá Chẽm ở các nhà máy chế biến chưa được đầu tư nghiên cứu Vì vậy, việc nghiên cứu tận dụng đầu cá Chẽm để sản xuất dịch đạm thủy phân và ứng dụng trong sản xuất bột nêm là rất cần thiết

PHẦN 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

2.1.1 Nguyên liệu đầu cá Chẽm

Đầu cá Chẽm được mua tại Xí Nghiệp Khai Thác và Dịch Vụ Thủy Sản Khánh Hòa Đầu cá đã được cấp đông sau đó vận chuyển về phòng thí nghiệm Công nghệ chế biến, Đại học Nha Trang Tại đây, đầu cá Chẽm được rã đông, xay nhỏ bằng máy xay, sau đó được bao gói hút chân không Các túi nguyên liệu được làm đông bảo quản trong tủ đông ở nhiệt độ -200C cho đến khi sử dụng

Hình 2.1 Nguyên liệu đầu cá Chẽm 2.1.2 Enzyme Flavourzyme

Enzyme Flavourzyme được mua tại công ty Novozyme, TP.HCM Chế phẩm

enzyme Flavourzyme 500 MG thu được từ Aspergillus oryzae, Flavourzyme có cả

hoạt tính của endoprotease và exopeptidase

Điều kiện hoạt động tối ưu:

- pH = 5 – 7

- Nhiệt độ = 50 - 550C

- Enzyme này có thể bị bất hoạt ở 850C trong vòng 5 phút hoặc 1200C trong vòng 5 giây

- Nhiệt độ bảo quản thích hợp cho enzyme này từ 0 ÷100C

Đây là sản phẩm enzyme được FAO/WHO, JECFA và FCC công bố đạt tiêu chuẩn dùng cho thực phẩm Sản phẩm này đã được công bố chất lượng với BYT Việt Nam số 16536/2005/YT-CNTC