Nghiên cứu chế độ thủy phân đầu cá ngừ bằng sự kết hợp enzyme Protemex và Flavourzyme

Hàng năm lượng nguyên liệu còn lại từ các quá trình chế biến thủy sản gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường, chúng bao gồm đầu, xương, vây, vẩy, nội tạng, vỏ tôm..., Có nhiều hướng t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Nha Trang, tháng 6 năm 2013

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

GVHD: TS NGUYỄN THỊ MỸ HƯƠNG

Nha Trang, tháng 6 năm 2013

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực tập đồ án tốt nghiệp, nhờ có sự giúp đỡ nhiệt tình của nhiều

cá nhân và tập thể mà tôi có thể thực hiện xong đồ án tốt nghiệp Qua đây, tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình đến từ:

Ban Giám Hiệu Trường Đại học Nha Trang

Ban chủ nhiệm khoa Công Nghệ Thực Phẩm

Cô TS Nguyễn Thị Mỹ Hương người đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo những kiến thức và kinh nghiệm vô cùng quý báu trong suốt thời gian tôi thực hiện đề tài Quý thầy cô quản lý phòng thí nghiệm công nghệ chế biến, hóa sinh - vi sinh, công nghệ sinh học và công nghệ thực phẩm đã tạo điều kiện cho tôi trong suốt thời gian thực tập tốt nghiệp

Và cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè đã quan tâm giúp đỡ, động viên, khích lệ tinh thần trong suốt quá trình học tập và thực tập

đồ án tốt nghiệp

Xin trân trọng cảm ơn!

Sinh viên

Hồ Phương Thảo

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH vi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ix

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU 3

1.1 TÌNH HÌNH KHAI THÁC VÀ CHẾ BIẾN CÁ NGỪ 3

1.1.1 Giới thiệu cá Ngừ 3

1.1.2 Tình hình khai thác và chế biến cá ngừ trên thế giới và Việt Nam 8

1.1.3 Tình hình xuất khẩu cá ngừ ở Việt Nam 9

1.1.4 Phế liệu cá ngừ và hướng tận dụng 12

1.1.4.1 Phế liệu cá ngừ 12

1.1.4.2 Tận dụng phế liệu 12

1.2 TỔNG QUAN VỀ ENZYME 13

1.2.1 Giới thiệu chung về enzyme 13

1.2.1.1 Khái niệm 13

1.2.1.2 Tính chất 13

1.2.1.3 Trung tâm hoạt động enzyme 13

1.2.1.4 Nguồn thu nhận enzyme 14

1.2.2 Giới thiệu về enzyme protease và một số enzyme protease thương mại 15

1.2.3 Quá trình thủy phân protein 17

1.2.3.1 Nguyên lý 17

1 2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình thủy phân 17

1.3 SẤY PHUN 19

1.4.TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI VỀ SỰ THỦY PHÂN PROTEIN 21

1.4.1.Tình hình nghiên cứu trên thế giới 21

1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 25

CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 27

2.1.1 Cá Ngừ vây vàng, đầu cá Ngừ vây vàng 27

2.1.2 Enzyme Protamex và Flavourzyme 28

2.1.2.1 Enzyme Protamex 28

2.1.2.2 Enzyme Flavourzyme 29

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29

2.2.1 Xác định thành phần hóa học của phế liệu đầu cá ngừ 29

2.2.2 Quy trình dự kiến sản xuất bột protein từ đầu cá Ngừ 30

2.2.3 Bố trí thí nghiệm xác định các thông số thích hợp cho quá trình thủy phân 33

2.2.3.1 Bố trí thí nghiệm xác định các thông số thích hợp đối với enzyme Protamex ở giai đoạn đầu 33

a) Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ enzyme protamex/ nguyên liệu 33

b) Bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ thủy phân thích hợp đối với enzyme Protamex 35

c) Bố trí thí nghiệm xác định thời gian thủy phân thích hợp đối với enzyme Protamex 37

2.2.3.2 Bố trí thí nghiệm xác định các thông số thích hợp đối với enzyme Flavourzyme ở giai đoạn sau 39

a) Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ enzyme Flavourzyme/nguyên liệu 39

b) Bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ thủy phân thích hợp đối với enzyme Flavourzyme 41 c) Bố trí thí nghiệm xác định thời gian thủy phân thích hợp đối với enzyme Flavourzyme 43

2.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 45

2.3.1 Phương pháp phân tích 45

2.3.2 Phương pháp xử lý số liệu 45

CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 46

3.1 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA ĐẦU CÁ NGỪ 46

3.2 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT THÍCH HỢP CHO QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN ĐẦU CÁ NGỪ 46

3.2.1 Kết quả xác định các thông số thích hợp enzyme Protamex ở giai đoạn đầu 46

3.2.1.1 Kết quả xác định tỷ lệ enzyme Protamex/nguyên liệu, nhận xét và thảo luận 46

3.2.1.2 Kết quả xác định nhiệt độ thủy phân thích hợp, nhận xét và thảo luận 49

3.2.1.3 Kết quả xác định thời gian thủy phân thích hợp, nhận xét và thảo luận 52

3.2.2 Kết quả xác định các thông số thích hợp đối với enzyme Flavourzyme ở giai đoạn sau 55

3.2.2.1 Kết quả xác định tỷ lệ enzyme Flavourzyme/nguyên liệu, nhận xét và thảo luận 55

3.2.2.2 Kết quả xác định nhiệt độ thủy phân thích hợp, nhận xét và thảo luận 58

3.2.2.3 Kết quả xác định thời gian thủy phân thích hợp, nhận xét và thảo luận 61

3.3 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH SẢN XUẤT SẢN PHẨM THỦY PHÂN 65

3.3.1 Sơ đồ quy trình sản xuất 65

3.3.2 Thuyết minh sơ đồ quy trình sản xuất 66

3.4 SẢN XUẤT SẢN PHẨM THỦY PHÂN THEO QUY TRÌNH ĐỀ XUẤT VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM THỦY PHÂN 68

3.4.1 Các sản phẩm thu được từ quá trình thủy phân và hiệu xuất thu hồi sản phẩm theo quy trình đề xuất 68

3.4.2 Kết quả đánh giá chất lượng sản phẩm thủy phân protein từ đầu cá Ngừ theo quy trinh đề xuất 71

3.4.2.1 Kết quả đánh giá chất lượng dịch thủy phân protein 71

3.4.2.2 Kết quả đánh giá chất lượng bột thủy phân protein 72

3.5.3 Kết quả xác định thành phần acid amin của sản phẩm bột thủy phân protein được sản xuất theo quy trình đề xuất 73

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 76

1 KẾT LUẬN 76

2 ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

PHỤ LỤC 82

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 Thành phần hóa học của đầu cá Ngừ 46

Bảng 3.2 Các sản phẩm thu được từ quá trình thủy phân và hiệu suất thu hồi sản phẩm 70 Bảng 3.3 Chất lượng cảm quan của dịch đạm thủy phân 71

Bảng 3.4 Chỉ tiêu hóa học của sản phẩm dịch đạm thủy phân 72

Bảng 3.5 Chất lượng cảm quan của sản phẩm bột protein 72

Bảng 3.6 Chỉ tiêu hóa học của sản phẩm bột protein 73

Bảng 3.7 Thành phần acid amin của bột thủy phân protein được sản xuất theo quy trình đề xuất 74

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cá ngừ chù 4

Hình 1.2 Cá ngừ chù 4

Hình 1.3 Cá ngừ chấm 5

Hình 1.4 Cá ngừ bò 5

Hình 1.5 Cá ngừ sọc dưa 6

Hình 1.6 Cá ngừ vằn 7

Hình 1.7 Cá ngừ vây vàng 7

Hình 1.8 Cá ngừ mắt to 8

Hình 1.9 Xuất khẩu cá ngừ (mã HS 03 và 16) từ ngày 1/1 đến 15/12/2012 10

Hình 1.10 Giá trị xuất khẩu cá ngừ của Việt Nam ở các thị trường trên thế giới (1/1 đến 15/12/2012) 10

Hình 1.11 Giá trị xuất khẩu cá ngừ từ Việt Nam đến một số các thị trường vào 2 tháng đầu năm giai đoạn 2009-2013 11

Hình1.12 Giá trị xuất khẩu cá ngừ sang các nước từ năm 2009-2013 11

Hình1.13 Giá trị xuất khẩu cá ngừ từ Việt Nam đến một số các thị trường 2 tháng đầu năm 2013 12

Hình 2.1 Cá ngừ vây vàng 27

Hình 2.2 Đầu cá Ngừ vây vàng 28

Hình 2.3 Đầu cá Ngừ vây vàng đã được xay nhuyễn 28

Hình 2.4 Sơ đồ xác định thành phần hóa học của đầu cá Ngừ 30

Hình 2.6 Sơ đồ quy trình dự kiến sản xuất dịch thủy phân đầu cá Ngừ 31

Hình 2.7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ enzyme Protamex thích hợp 34

Hình 2.8 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ thủy phân thích hợp đối với Protamex 36

Hình 2.9 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian thủy phân thích hợp đối với Protamex 38

Hình 2.10 Bố trí thí nghiệm xác định thích hợp tỷ lệ enzyme Flavourzyme/nguyên

liệu thích hợp 40

Hình 2.11 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ thủy phân thích hợp 42

Hình 2.12 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian thủy phân thích hợp 44

Hình 3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Protamex đến hiệu suất thu hồi Nitơ…… 47

Hình 3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Protamex đến hàm lượng Nitơ acid amin 48

Hình 3.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Protamex đến hàm lượng Nitơ amoniac 49

Hình 3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến hiệu suất thu hồi Nitơ 50

Hình 3.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến hàm lượng Nitơ acid amin 51

Hình 3.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến hàm lượng Nitơ amoniac 52

Hình 3.7 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến hiệu suất thu hồi Nitơ 53

Hình 3.8 Ảnh hưởng của thời gian đến đến hàm lượng Nitơ acid amin 54

Hình 3.9 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến đến hàm lượng Nitơ amoniac 55

Hình 3.10 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Flavourzyme đến hiệu suất thu hồi Nitơ 56 Hình 3.11 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Flavourzyme đến hàm lượng Nitơacid amin 57

Hình 3.12 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Flavourzyme hàm lượng Nitơ amoniac 58

Hình 3.13 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến hiệu suất thu hồi Nitơ 59

Hình 3.14 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến hàm lượng Nitơ acid amin 60

Hình 3.15 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến hàm lượng Nitơ amoniac 61

Hình 3.16 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất thu hồi Nitơ 62

Hình 3.17 Ảnh hưởng của thời gian đến đến hàm lượng Nitơ acid amin 63

Hình 3.18 Ảnh hưởng của thời gian đến đến hàm lượng Nitơ amoniac 64

Hình 3.19 Sơ đồ quy trình sản xuất bột protein từ đầu cá Ngừ 66

Hình 3.20 Sơ đồ thể hiện các sản phẩm thu được từ quá trình thủy phân 69

Hình 3.21 Dầu thu được từ quá trình thủy phân đầu cá Ngừ 69

Hình 3.22 Bột protein không tan từ quá trình thủy phân đầu cá Ngừ 69

Hình 3.23 Bột xương từ quá trình thủy phân đầu cá Ngừ 70

Hình 3.24 Dịch thủy phân protein từ đầu cá Ngừ 71

Hình 3.25 Bột thủy phân protein từ đầu cá Ngừ 73

τopt : thời gian thích hợp

E/NLopt: tỷ lệ enzyme/nguyên liệu thích hợp

Nts: nitơ tổng số

NNH3: nitơ amoniac

Naa: nitơ acid amin

g/l: gam nitơ trên lít

FAO: Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc VASEP: Hiệp hội Chế biến và Xuất khẩu Thủy sản Việt Nam Kg: kilogam

MỞ ĐẦU

Trong nhiều năm qua, hàng thủy sản luôn là một trong những mặt hàng xuất khẩu chủ lực của Việt Nam ra thị trường thế giới Trong năm 2012, xuất khẩu ngành hàng này chiếm tỷ trọng 5,3% trong tổng kim ngạch xuất khẩu tất cả các mặt hàng

của cả nước [33]

Trong 4 tháng đầu năm, tổng sản lượng thủy sản cả nước ước đạt 1.563 nghìn tấn (tăng 2,2% so cùng kỳ), trong đó sản lượng khai thác đạt 875 nghìn tấn (tăng 4,3%), sản lượng nuôi trồng 688 nghìn tấn (bằng 97,3%) [34]

Sự phát tiển ngành thủy sản đem lại một nguồn ngoại tệ đáng kể cho Việt Nam tuy nhiên, phát tiển kinh tế cũng phải đi kèm với bảo vệ môi trường Hàng năm lượng nguyên liệu còn lại từ các quá trình chế biến thủy sản gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường, chúng bao gồm đầu, xương, vây, vẩy, nội tạng, vỏ (tôm) ,

Có nhiều hướng tận dụng nguyên liệu còn lại này trong thực tiễn đem lại hiệu quả kinh tế cao như sản xuất chitin, chitosan từ vỏ tôm, sản xuất bột khoáng từ xương cá tra, chiết xuất enzyme từ nội tạng cá, sản xuất gelatin từ da cá

Trong đó cá Ngừ là mặt hàng xuất khẩu đứng thứ 3 ở Việt Nam sau Tôm và cá Tra Cùng với các mặt hàng thủy sản khác, thì cá Ngừ được tiêu thụ nhiều tại Mỹ, Nhật bản, EU Tình trạng các nhà máy đua nhau sản xuất các sản phẩm từ cá ngừ

có giá trị cao càng nhiều nhưng chưa thật sự chú trọng sử dụng hợp lý nguồn nguyên liệu còn lại tận thu chúng, phần lớn là sản xuất bột cá, một phần sản xuất thức ăn tươi phục vụ cho chăn nuôi thủy sản Việc chú trọng tận thu triệt để nguồn nguyên liệu còn lại này là rất cần thiết đặc biệt khi các doanh nghiệp thủy sản đang hướng tới mục tiêu phát triển bền vững trong tương lai Lựa chọn đầu cá ngừ để sản xuất sản phẩm thủy phân là một trong những giải pháp góp phần giải quyết các vấn

đề trên, tạo ra các sản phẩm mới đạt hiệu quả kinh tế hơn

Dưới sự hướng dẫn của cô Nguyễn Thị Mỹ Hương, tôi đã thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu chế độ thủy phân đầu cá Ngừ bằng sự kết hợp enzyme Protamex và Flavourzyme”

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu sự thủy phân và sản xuất sản phẩm thủy phân

từ đầu cá Ngừ

Ý nghĩa khoa học của đề tài

- Tạo ra dẫn liệu khoa học ban đầu làm tài liệu tham khảo cho sinh viên, các nhà chế biến thủy sản

- Dẫn liệu thu được là cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo và ứng dụng thực tiễn về sản xuất sản phẩm thủy phân

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là giúp các doanh nghiệp có khả năng sản xuất ra sản phẩm có giá trị cao hơn từ đầu cá Ngừ, làm tăng tổng doanh thu của ngành mà còn đóng vai trò không nhỏ trong việc bảo vệ môi trường và sử dụng hợp lí nguồn tài nguyên từ biển

Nội dung của đề tài bao gồm:

- Tìm hiểu về cá Ngừ, Đầu cá Ngừ

- Xác định thành phần hóa học của đầu cá Ngừ

- Nghiên cứu chế độ thủy phân đầu cá Ngừ bằng enzyme Protamex và Flavourzyme

- Đề xuất quy trình sản xuất bột thủy phân protein và đánh giá chất lượng bột

thủy phân protein

Do thời gian thực hiện đề tài có hạn, kinh nghiệm và năng lực bản thân còn hạn chế nên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong sự đóng góp của quý thầy

cô cùng toàn thể các bạn để báo cáo được hoàn thiện hơn

Hồ Phương Thảo

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU

1.1 TÌNH HÌNH KHAI THÁC VÀ CHẾ BIẾN CÁ NGỪ

1.1.1 Giới thiệu cá Ngừ

Cá Ngừ thuộc họ cá thu ngừ (Scombridae) có giá trị kinh tế quan trọng nhất ở biển Việt Nam Cá Ngừ phân bố ở khắp các vùng biển Việt Nam, kích thước cá tương đối lớn (6 loài có kích thước từ 20-70 cm, khối lượng từ 0,5-4 kg Riêng hai loài cá Ngừ vây vàng và cá Ngừ mắt to có kích thướclớn 70 – 200 cm, khối lượng 1,6 – 64 kg) Căn cứ vào tập tính di cư có thể chiacá ngừ ở Việt Nam thành 2 nhóm nhỏ:

♦ Nhóm các loài có kính thước nhỏ, di cư trong phạm vi địa lý hẹp [12]

♦ Nhóm các loài di cư đại dương [12]

Mùa vụ khai thác cá Ngừ ở vùng biển Việt Nam gồm hai vụ, vụ chính bắt đầu từ tháng 4 đến tháng 8, vụ phụ từ tháng 10 đến tháng 2 năm sau Cá Ngừ thường tập trung thành đàn và di cư, trong đàn thường bao gồm một số loài khác nhau Nghề khai thác chủ yếu là lưới vây, rê, câu và đăng Nghề câu vàng mới được du nhập từ những năm 1990 đã nhanh chóng trở thành một nghề khai thác cá ngừ quan trọng [12]

- Cá Ngừ nhỏ, phân bố địa phương

Đây là các loài cá Ngừ có kích cỡ nhỏ (từ 20÷70 cm, trọng lượng từ 0,5÷4 kg),

có giá trị kinh tế thấp, chủ yếu tiêu thụ nội địa

 Cá Ngừ ồ

Tên tiếng Anh: Bullet tuna

Tên khoa học: Auxis rochei (Risso, 1810)

Hình 1.1 Cá Ngừ chù

Phân bố: vùng biển miền Trung

Mùa vụ khai thác: quanh năm

Ngư cụ khai thác: lưới vây, vó, rê, đăng

Kích thước khai thác: từ 140÷310mm, chủ yếu 260 mm

Dạng sản phẩm: ăn tươi, phơi khô, đóng hộp, hun khói

 Cá Ngừ chù

Tên tiếng Anh: Frigate mackerel

Tên khoa học: Auxis thazard (Lacepede,1803)

Phân bố: chủ yếu ở vùng biển miền Trung, Đông và Tây Nam Bộ

Hình 1.2 Cá Ngừ chù

Mùa vụ khai thác: quanh năm

Ngư cụ khai thác: lưới vây, rê, đăng

Kích thước khai thác: dao động 150÷310 mm, chủ yếu 250 ÷260 mm Dạng sản phẩm: ăn tươi, phơi khô, đóng hộp, hun khói

 Cá Ngừ chấm

Tên tiếng Anh: Eastern little tuna

Tên khoa học: Euthynnus affinis (Canner, 1850)

Phân bố: chủ yếu bắt gặp ở vùng biển miền Trung và Nam Bộ Mùa vụ khai thác: quanh năm

Tên tiếng Anh: Longtail tuna

Tên khoa học: Thunnus tonggol (Bleeker, 1851)

Phân bố: ở vịnh Bắc bộ, Trung bộ, Tây Nam bộ

Hình 1.4 Cá Ngừ bò

Mùa vụ khai thác: quanh năm

Ngư cụ khai thác: lưới rê, câu, đăng, vây

Kích thước khai thác: 400÷700 mm

Dạng sản phẩm: ăn tươi, đóng hộp

 Cá Ngừ sọc dưa

Tên tiếng Anh: Striped tuna

Tên khoa học: Sarda orientalis

Hình 1.5 Cá Ngừ sọc dưa (Temminek & Schlegel, 1844)

Phân bố: vịnh Bắc bộ, vùng biển miền Trung

Mùa vụ khai thác: quanh năm

Ngư cụ khai thác: đăng, rê, vây, câu, mành

Kích thước khai thác: 450÷750 mm

Dạng sản phẩm: ăn tươi, ướp muối, đóng hộp

- Cá Ngừ di cư đại dương:

Ngoài cá ngừ vằn, các loài khác trong nhóm này đều có kích thước lớn (từ 700

÷ 2000 mm, khối lượng từ 1,6÷64 kg), có giá trị kinhtế cao và có nhu cầu lớn trên thị trường thế giới

Phạm vi di cư đại dương

 Cá Ngừ vằn

Tên tiếng Anh: Skipjack tuna

Tên khoa học: Katsuwonus pelamis (Linnaeus, 1758)

Phân bố: chủ yếu ở vùng biển miền Trung, vùng biển khơi bắt

Hình 1.6 Cá Ngừ vằn

gặp nhiều hơn vùng biển ven bờ

Mùa vụ khai thác: quanh năm

Ngư cụ khai thác: lưới rê, vây, câu vàng, câu giật, câu kéo

Kích thước khai thác: dao động 240÷700 mm, chủ yếu 480÷560 mm

Dạng sản phẩm: Ăn tươi, đóng hộp

 Cá Ngừ vây vàng

Tên tiếng Anh: Yellowfin tuna

Tên khoa học: Thunnus albacares (Bonnaterre, 1788)

Phân bố : ở vùng biển nhiệt đới ở vùng

Hình 1.7 Cá Ngừ vây vàng

biển xa bờ miền Trung và Đông Nam bộ

Mùa vụ khai thác: quanh năm

Ngư cụ khai thác: câu vàng, rê, đăng

Kích thước khai thác: đối với lưới rê, kích thước dao động 490÷900 mm, đối với câu vàng 500÷2.000 mm

Dạng sản phẩm: ăn tươi, đóng hộp

 Cá Ngừ mắt to

Tên tiếng Anh: Bigeye tuna

Tên khoa học: Thunnus obesus (Lowe, 1839)

Phân bố: ở vùng biển xa bờ miền

Trung và Đông Nam bộ

Mùa vụ khai thác: quanh năm

Ngư cụ khai thác: câu vàng, rê, đăng

1.1.2 Tình hình khai thác và chế biến cá Ngừ trên thế giới và Việt Nam

Trong tổng số 4 triệu tấn cá Ngừ đánh bắt được hàng năm trên thế giới, có tới 65% sản lượng khai thác ở Thái Bình Dương, 21% ở Ấn Độ Dương và 14% ở Đại Tây Dương, trong đó, cá Ngừ vây vàng chiếm đến 30% và cá Ngừ mắt to chiếm khoảng 10% tổng sản lượng cá Ngừ thế giới (Joseph, 2003) [17]

Theo báo cáo của tổ chức lương thực và nông nghiệp Liên hợp quốc (FAO), trong năm 2005, tổng sản lượng khai thác cá ngừ vây vàng (Thunnus albacares) trên thế giới là 1,296,000 triệu Sản lượng trung bình trong giai đoạn 1995- 2005 là 1,241,000 triệu tấn [17]

Cũng theo FAO, tổng kết năm 2012 sản lượng khai thác cá ngừ ở Trung Tây Thái Bình Dương tăng, sản lượng khai thác cá ngừ ở khu vực Đông Thái Bình Dương vẫn khả quan nên nguồn cung cấp cá ngừ nguyên liệu cho các nước đã được

cải thiện [1]

Hội thảo đánh giá sản lượng khai thác cá ngừ đại dương thường niên ở Việt Nam lần 2 được tổ chức tại TP Nha Trang, Khánh Hòa từ ngày 1-5/4/2013, nhằm cung cấp thông tin sản lượng khai thác cá ngừ cho Ủy ban Quản lý nghề cá Trung

và Tây Thái Bình Dương (WCPFC), xây dựng, xác định các nội dung tiếp tục được WCPFC hỗ trợ trong thời gian tới cho Việt Nam đưa ra kết quả sơ bộ bước đầu ước tính cho sản lượng khai thác cá ngừ đại dương ở Việt Nam khoảng gần 70.000 tấn trong năm 2012 Trong đó, cá ngừ vây vàng và mắt to khoảng 20.000 tấn, phần còn lại là cá ngừ sọc dưa [35]

Mở đầu năm 2013, khai thác cá ngừ của các địa phương trong cả nước trúng

đậm, báo hiệu một năm tốt đẹp cho ngành cá ngừ Việt Nam [2]

1.1.3 Tình hình xuất khẩu cá ngừ ở Việt Nam

Các mặt hàng từ cá ngừ đại dương là một trong những mặt hàng chủ lực của Việt Nam đứng thứ ba sau tôm và cá tra hàng năm đem về cho nước nhà một nguồn ngoại tệ đáng kẻ Phần lớn cá ngừ được xuất khẩu sang các nước, khu vực có nhu cầu lớn về hàng thủy sản: Nhật Bản, EU, Mỹ… đặc biệt cá ngừ phục vụ cho các sản phẩm có giá trị kinh tế cao rất được ưa chuộng của người Nhật là shasimi, shusi Trong đó, cá ngừ vây vàng và cá ngừ mắt to được chú trọng nhất

Cho đến nay, Việt Nam là nước xuất khẩu cá ngừ lớn thứ 3 thế giới với hơn 90 thị trường Theo Hiệp hội Chế biến và Xuất khẩu thủy sản Việt Nam (VASEP), khối lượng xuất khẩu cá ngừ của Việt Nam năm 2010 đạt khoảng 82,6 nghìn tấn, trị giá 287 triệu USD Năm 2012 (cụ thể ngày 1/1 đến 15/12/2012) giá trị xuất khẩu cá ngừ 554,694 triệu USD, cao gần gấp 2 lần so với năm 2011, gần như gấp ba lần so với năm 2008 [2]

Hình 1.9 Xuất khẩu cá ngừ (mã HS 03 và 16) từ ngày 1/1 đến 15/12/2012

Hình 1.10 Giá trị xuất khẩu cá ngừ của Việt Nam ở các thị trường trên thế

giới (1/1 đến 15/12/2012)

Giá trị xuất khẩu cá ngừ ở các thị trường lớn cũng có xu hướng tăng trong năm

2012 so với năm 2011, cụ thể Mỹ (+51%), EU (+50,6%), Nhật Bản (+32,4%) Đặc biệt Hàn Quốc (+1299%), Canada (+42,2%), Mexico (+407,2%) [1]

Trong giai đoạn 2008-2012 thì giá trị xuất khẩu cá Ngừ có xu hướng tăng đáng

kể từ 188,6 triệu USD đến 544,694 triệu USD [1]

Hình 1.11 Giá trị xuất khẩu cá ngừ từ Việt Nam đến một số các thị trường

vào 2 tháng đầu năm giai đoạn 2009-2013

Hình1.12 Giá trị xuất khẩu cá ngừ sang các nước từ năm 2009-2013

Hình1.13 Giá trị xuất khẩu cá ngừ từ Việt Nam đến một số các thị trường 2

tháng đầu năm 2013

Tiếp tục, đầu năm 2013, Vasep cũng công bố tổng giá trị xuất khẩu cá Ngừ

47874 USD (tháng 1 năm 2013) và 50627 USD (tháng 2 năm 2013) co xu hướng tăng so với cùng kỳ năm 2012 [2]

1.1.4 Phế liệu cá ngừ và hướng tận dụng

1.1.4.1 Phế liệu cá ngừ

Tùy thuộc vào quy cách chế biến mà phế liệu cá ngừ gồm đầu, xương, vây, da, nội tạng… tỷ lệ thành phần phế liệu khác nhau tùy thuộc vào loài và quy cách chế biến

Trong đó phế liệu thải ra trong quá trình chế biến chiếm 40-60% so với nguyên con, đầu cá chiếm khoảng 20% khối lượng nguyên con [12]

1.1.4.2 Tận dụng phế liệu

Nước ta hàng năm sản lượng cá ngừ khá cao khoảng 30000 tấn tức là khối lượng phế liệu khoảng 12000 - 18000 tấn, đầu cá là 6000 tấn Việc xử lý nguồn rác hữu cơ này gây khó khăn cho các nhà máy, đồng thời làm tăng khả năng gây ô nhiễm môi trường trầm trọng hơn Mặc khác các nhà khoa học nhận thấy trong phế liệu có chứa các chất có giá trị dinh dưỡng có thể sử dụng lại nhằm hạn chế ô nhiễm môi

trường, nâng cao giá trị sử dụng,có thể đưa ra hướng mới góp phần đa dạng hóa sản phẩm trên thị trường và thu thêm một nguồn lợi nhuận đáng kể

Các hướng tận dụng: làm thức ăn cho động vật nuôi, thu hồi bột đam từ việc thủy phân đầu, nội tang, xương cá ngừ, sản xuất bột xương, sản xuất dầu cá từ mắt

và nội tạng cá ngừ…

Vì nguồn lợi thủy sản đặc biệt là cá ngừ có hạn, do đó việc thu hồi triệt để nguồn dinh dưỡng là yêu cầu thiết yếu để phục vụ ngày càng tốt cho đời sống con người Trong đó thu hồi triệt để lượng protein và lipid trong đầu cá ngừ cũng được quan tâm và chú trọng

1.2.1.2 Tính chất

- Enzyme là những protein có khối lượng phân tử lớn, đa số có khối lượng phân

tử trung bình 6000 – 1000000 dalton do vậy enzyme không thể đi qua màng bán thấm

- Enzyme có thể hòa tan trong nước, dung dịch muối loãng, các dung dịch đệm, khi hòa tan thì tạo thành dung dịch keo và enzyme không tan trong dung môi không phân cực

- Enzyme cũng bị kết tủa bởi các tác nhân gây kết tủa protein Các tác nhân vật

lý và hóa học làm biến tính protein thì cũng làm biến tính enzyme Vậy enzyme cũng bị bất hoạt tính khi bị tác động bởi các tác nhân gây biến tính protein do nhiệt

độ cao, kiềm đặc hoặc acid, muối kim loại nặng [7]

1.2.1.3 Trung tâm hoạt động enzyme

Trung tâm hoạt động của enzyme là một phần nhỏ trong cấu trúc của enzyme có nhiệm vụ tham gia với cơ chất và chuyển hóa cơ chất

Trung tâm hoạt động của enzyme bao gồm nhiều nhóm chức khác nhau của acid amin, phân tử nước liên kết và trong nhiều trường hợp có cả ion kim loại, các nhóm chức của coenzyme [7]

Có những enzyme có một trung tâm hoạt động nhưng cũng có enzyme có 2 hay nhiều trung tâm hoạt động [7]

Ví dụ: alcol – dehydrogenase của gan động vật có 2 trung tâm hoạt động còn alcol – hydrogenase của nấm men có tới 4 trung tâm hoạt động, trung tâm hoạt động

có thể giống nhau nhưng có thể khác nhau về cấu tạo

Các nhóm chức thường gặp của các acid amin trong trung tâm hoạt động của enzyme là [7]:

- Nhóm – HS (sulfuhydryl) của Cysteine

- Nhóm – OH (hydroxyl) của Serine, Threonine, Tyrosine

- Nhóm – COOH (cacboxyl) của Aspartic, Glutamic

- Nhóm – NH2 (amin) của Tryptophan

- Vòng Imidazol của Histidine

- Nhóm Guaridin của Arginine

Enzyme thường gặp là enzyme 1 thành phần và enzyme 2 thành phần [7]:

- Enzyme 1 thành phần có bản chất protein do vậy trung tâm hoạt động của nó

là sự phối hợp giữa các nhóm chức có trong acid amin để hoàn thành trung tâm hoạt động của nó

- Đối với enzyme 2 thành phần trung tâm hoạt động của nó ngoài các nhóm chức acid amin người ta còn gặp các nhóm chức của các thành phần phi protein, chẳng hạn như các nhóm chức của thành phần coenzyme (thường chứa các vitamin hoặc các ion kim loại nặng)

1.2.1.4 Nguồn thu nhận enzyme

Enzyme có trong các tế bào động vật, thực vật và vi sinh vật Do vậy người ta có thể thu nhận từ các nguồn này để sử dụng trong công nghiệp [7]

Một số nguyên liệu dùng để tách chiết enzyme [7]:

- Từ thực vật: nhựa đu đủ papain, hạt đậu tương tách urease, thân của quả dứa tách bromelain

- Từ động vật: từ một số mô và cơ quan của động vật người ta có thể thu nhận được nhiều enzyme khác như từ dạ dày có thể thu được pepsine, từ tạng thu được trypsin, chymochypsin

- Từ vi sinh vật: vi sinh vật thường dùng để sản xuất các chế phẩm gồm nhiều

loại Aspergilus, Basillus, Pencillium, Clostridium, Streptomyces, và các loại nấm

men

Vi sinh vật là đối tượng thích hợp nhất để sản xuất enzyme, sử dụng vi sinh vật

để sản xuất enzyme có những ưu điểm sau:

- Có thể chủ động trong quá trình sản xuất

- Chu kì phát triển của vi sinh vật ngắn do đó có thể sản xuất enzyme từ vi sinh vật trong thời gian ngắn từ 36 – 60 giờ

- Có thể định hướng việc tổng hợp enzyme ở vi sinh vật theo hướng định hướng sản xuất chọn lọc enzyme với số lượng lớn

- Giá thành các chế phẩm enzyme từ vi sinh vật thấp hơn so với các nguồn khác vì môi trường nuôi cấy vi sinh vật tương đối rẻ tiền, đơn giản

1.2.2 Giới thiệu về enzyme protease và một số enzyme protease thương mại

Enzyme mang đầy đủ tính chất của một chất xúc tác, nó là một trong những chất xúc tác sinh học có cường lực xúc tác mạnh hơn nhiều so với các chất xúc tác thông thường Trong sản xuất công nghiệp, enzyme thường được dùng làm chất xúc tác để giảm thiểu các chất độc hại ra ngoài môi trường thay vì sử dụng các chất hóa học khác Đây cũng là cách gián tiếp hạn chế sự ô nhiễm môi trường phù hợp với xu thế phát triển hiện nay [7]

Trong những năm gần đây ngành công nghệ sinh học phát triển ngày càng mạnh

mẽ và thu được nhiều lợi nhuận mang lại kinh cao Một trong những lĩnh vực quan tâm nhiều nhất của công nghệ sinh học là công nghệ sản xuất ra các chế phẩm enzyme trong đó có enzyme protease Enzyme protease xúc tác quá trình thủy phân các liên kết peptid (-CO-NH-) trong phân tử protein và các polipeptid [7]

H R1

O O

H

H H

R2

H N+H

H H

R2

H H

R2

+

Do enzyme protease xúc tác thủy phân liên kết peptid nên nó được ứng dụng nhiều trong ngành công ngiệp thực phẩm: chiết protease từ dứa, đu đủ, nội tạng động vật, từ vi sinh vật làm mềm thịt Trong công nghiệp cá, sử dụng enzyme protease thủy phân thịt cá, sản xuất nước mắm, sản xuất bột cá…

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

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 1200C 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, 2004) [27] 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) [20]

Alcalase 2,4 L (Novo Nordisk, Bagsvaerd, Denmark) là protease của Bacillus icheniformis 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) [23]

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 35–600C Protamex có hoạt tính 1,5 AU/g Enzyme này cũng bị bất hoạt ở 850C trong 10 phút và ở pH thấp (Liaset, 2002) [23]

1.2.3 Quá trình thủy phân protein

1.2.3.1 Nguyên lý

Thực chất của quá trình thủy phân thịt cá là quá trình biến đổi protein để tạo ra các acid amin dưới tác dụng của hệ enzyme protease nội tại và enzyme bổ sung bên ngoài [13]:

Protein → Polipeptid → peptid → Acid amin

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

- Enzyme là chất xúc tác sinh học có tính đặc hiệu cao do vậy nó chỉ có tác dụng đối với một vài loại liên kết nào đó và kiểu liên kết nhất định

- Protease là chất xúc tác thủy phân liên kết peptid (-CO-NH-) trong phân tử protein và cơ chất tương tự

1 2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình thủy phân

Tốc độ thủy phân bằng enzyme chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố [13], 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 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

- 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:

- 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 acid (pepsin, protease acid của vi sinh vật…) hoặc nằm trong vùng kiềm ( trypsin, subtilin…) Với từng enzyme, giá trị pH thích hợp có thể thay đổi khi nhiệt độ, loại cơ chất … thay đổi

- Ảnh hưởng của thời gian thủy phân: thời gian thủy phân cần thích hợp để enzyme phân cắt các liên kết trong cơ chất, tạo thành các sản phẩm cần thiết của quá trình thủy phân nhằm đảm bảo hiệu suất thủy phân cao, chất lượng sản phẩm tốt Thời gian thủy phân dài, ngắn khác nhau tùy thuộc vào loại enzyme, nồng độ cơ chất, pH, nhiệt độ, sự có mặt của chất hoạt hóa, ức chế… Trong thực tế, thời gian thủy phân phải xác định bằng thực nghiệm và kinh nghiệm thực tế cho từng quá trình thủy phân cụ thể

- 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

1.3 SẤY PHUN

Phương pháp sấy phun dùng để sấy các dung dịch, huyền phù, keo phân tán Trong công nghiệp thực phẩm, hệ thống sấy phun dùng để sấy dung dịch, để tách bơ thành sữa bột, lòng đỏ trứng gà, cafe hòa tan, nước ép trái cây các loại, nấm men, vitamin…[8]

Hệ thống sấy phun gồm có: buồng sấy phun, bộ phận nạp nguyên liệu là những vòi hay cơ cấu phun, hệ thống quạt, caloriphe để cấp nhiệt cho tác nhân sấy, bộ phận thu hồi sản phẩm sấy [8]

Cơ sở khoa học của sấy phun:

Sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu dưới tác dụng của nhiệt Trong quá trình sấy, nước được tách ra khỏi vật liệu nhờ sự khuếch tán do [8]:

- Chênh lệch 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

Các điểm khác biệt của sấy phun so với các phương pháp sấy khác: mẫu nguyên liệu đưa vào sấy phun có dạng lỏng, còn sản phẩm sau khi sấy có dạng bột Thực chất mẫu nguyên liệu khi vào thiết bị sấy sẽ được phân tán thành hạt nhỏ li ti trong buồng sấy chúng được tiếp xúc với tác nhân sấy Kết quả là hơi nước bốc đi nhanh chóng Các hạt sản phẩm được tách ra khỏi tác nhân sấy nhờ một hệ thống thu hồi

riêng

Quá trình sấy có những ưu điểm sau [8]:

- Nhờ các bộ phận phun mà nguyên liệu sấy được phun thành các hạt rất nhỏ vào dòng tác nhân sấy đi vào buồng sấy làm tăng sự tiếp xúc giữa hai pha Nhờ vậy

mà cường độ sấy cao, thời gian sấy ngắn Khi sử dụng tác nhân sấy ở nhiệt độ cao, sản phẩm sấy phun có chất lượng tốt, xốp, dễ hòa tan, tiện cho sử dụng và chế biến

Dễ dàng lựa chọn thông số sấy

- Thời gian tiếp xúc giữa các hạt lỏng và tác nhân sấy trong thiết bị rất ngắn,

do đó nhiệt độ của mẫu nguyên liệu đem sấy không bị tăng cao Nhờ đó sự tổn thất các chất dinh dưỡng mẫn cảm với nhiệt độ là không đáng kể

- Sản phẩm sấy phun thu được là các hạt có hình dạng và kích thước đồng nhất Tỷ lệ giữa các cấu tử không bay hơi trong hạt sản phẩm tương tự như trong mẫu lỏng ban đầu

- Thiết bị sấy phun trong thực tế sản xuất thường có năng suất cao và làm việc theo nguyên tắc liên tục Điều này góp phần làm hiện đại hóa các quy trình công nghiệp

Nhược điểm của sấy phun [8]:

- Lưu lượng tác nhân sấy lớn, tốn kém trong khâu chuẩn bị dung dịch (nguyên liệu sấy) và hệ thống sấy phun có giá thành cao

- Không thể sử dụng những mẫu có độ nhớt quá cao hoặc sản phẩm yêu cầu có

tỷ trọng cao

- Mỗi thiết bị sấy phun thường được thiết kế để sản xuất một số sản phẩm với những tính chất và chỉ tiêu đặc thù riêng Ví dụ: thiết bị chuyên dùng để sản xuất bột mịn không thể sản xuất dạng bột

- Vốn đầu tư thiết bị sấy phun khá lớn khi ta so sánh với các thiết bị sấy liên tục

Quá trình sấy phun gồm 3 giai đoạn [8]:

- Giai đoạn phân tán dòng nguyên liệu thành những hạt sương li ti

- Giai đoạn trộn mẫu cần sấy và không khí nóng, khi đó sẽ xảy ra quá trình bốc hơi nước trong mẫu

- Giai đoạn thu hồi sản phẩm từ dòng khí thoát

Nguyên lý của thiết bị sấy phun [8]:

Dịch được bơm vào thiết bị với tốc độ thích hợp đến đầu vòi phun dịch phân tán thành các hạt nhỏ li ti

Dòng không khí nóng được lọc sạch và đi qua tháp sấy có nhiệt độ khoảng 130 ÷

2000C Dòng không khí này được đua đến sát đầu mút của vòi phun Nhờ chuyển động của dòng không khí nóng đã tạo nên chuyển động xoáy [8]

Sau đó hỗn hợp không khí – dịch được định hướng bởi bộ phận cyclon phân chia

có khả năng tách sản phẩm khỏi khí thải Bột nêm tách ra sẽ rơi xuống bình thu mẫu

ở phía dưới

Trong quá trình sấy tất cả các yếu tố: nhiệt độ không khí, áp suất khí nén, tốc độ bơm dịch… đều ảnh hưởng đến hiệu quả sấy phun Chẳng hạn, nếu sấy ở nhiệt độ cao trong thời gian dài sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

1.4.TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI VỀ

SỰ THỦY PHÂN PROTEIN

1.4.1.Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Chae (1998), qua nghiên cứu cho thấy 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 [14]

Herpandi và cộng sự (2012) đã nghiên cứu độ thủy phân và lượng axid 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 cho độ thủy phân cao nhất trong số tất cả các protease, tiếp theo

là Protamex, Flavourzyme và Neutrase [19]

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 axid amin không thay thế và axid béo không no [24]

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 axid amin tự do của sản phẩm thủy phân đạt cao nhất 24,8% so với mẫu đối chứng 8,2% [22]

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 [25]

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% [26]

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%) [30]

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 thủyphân thu được khi sử dụng enzyme Alcalase cao hơn so với enzyme Protamex 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% [31]

Ji và cộng sự (2012) đã nghiên cứu thủy phân protein của cá Đù vàng nhỏ và đánh giá hoạt động chống oxi hóa dịch thủy phân thu được Kết quả đưa ra điều kiện thủy phân tối ưu như sau: nhiệt độ 600C, thời gian thủy phân 4 giờ, nồng độ enzyme là 0,2% và tỷ lệ nguyên liệu/nước 1/5 Ở điều kiện thủy phân trên, độ thủy phân cao nhất (DH) là 49,50% Khả năng chống oxy hóa của dịch thủy phân protein

ở độ DH là 40,96, 43,75, 48,85 và 49,50% đã được nghiên cứu bằng picrylhydrazyl (DPPH) và khả năng loại bỏ gốc tự do hydroxyl Độ thủy phân ở 49,50% có khả năng chống oxy hóa cao nhất Quá trình thủy phân enzyme protein

a-diphenyl-b-cá Đù vàng nhỏ có thể được sử dụng để sản xuất sản phẩn thủy phân có tính chống oxi hóa [18]

Duan và cộng sự (2008) nghiên cứu thu hồi protein từ nguyên liệu còn lại sau fillet của cá Chép bạc bằng enzyme thủy phân và giảm vị đắng trong dịch thủy phân Sử dụng enzyme thủy phân nguyên liệu còn lại sau phi lê và sau đó nghiên cứu cơ chế giảm đắng trong dịch thủy Đầu tiên, nghiên cứu thủy phân với enzym protease trung tính, Papain, Protamex, Flavourzyme, kết hợp Neutrase và Papain (NPC), kết hợp Neutrase và Flavourzyme (NFC), so sánh các giá trị: độ thủy phân (DH), độ hòa tan của protein và giá trị vị đắng; Kết quả NFC đã được tìm thấy là tốt

nhất Thứ hai, trên cơ sở orthogonal tests, điều kiện thủy phân tối ưu đã được thực

hiện với tỷ lệ enzyme/nguyên liệu 0,5% của NFC ở pH 7.5 và 500C Cuối cùng, nghiên cứu ảnh hưởng của hai công đoạn tiền xử lý bao gồm ủ ấm và loại bỏ chất béo thông qua độ thủy phân DH đã được nghiên cứu Kết quả cho thấy hai công đoạn tiền xử lý này là không có lợi cho quá trình thủy phân bằng enzyme của nguyên liệu còn lại sau fillet của cá chép bạc [15]

Ovissipour M và cộng sự (2010) đã nghiên cứu tối ưu hóa quá trình thủy phân protein nội tạng cá Ngừ vây vàng Điều kiện thủy phân (tỷ lệ enzyme, nhiệt độ và thời gian) được tối ưu hóa sử dụng phương pháp bề mặt đáp Các điều kiện tối ưu

để đạt được độ thủy phân cao nhất là: 60,4°C, 90,25 phút, và Alcalase có độ hoạt động là 70,22 AU / kg protein Sấy phun dịch thủy phân protein nội tạng cá ngừ có hàm lượng protein tương đối cao (72,34%) và lipid thấp (1,43%) [32]

Kristinsson H.G và cộng sự (2000) đã nghiên cứu quá trình thủy phân protein

cơ thịt cá Hồi bởi hỗn hợp enzyme chiết suất từ nội tạng cá Hồi Đại Tây Dương Thí nghiệm xác định hoạt động của chymotrypsin trong thành phần serine protease

là tích cực nhất, tiếp theo là trypsin và elastase Sử dụng enzyme chiết suất từ nội tạng để thủy phân cơ thịt cá Hồi ở 400C tốt hơn so với 21,50C, và rất hiệu quả so với bốn loại protease thương mại về độ thủy phân (DH), quá trình thủy phân này kéo dài trong 180 phút Dịch thủy phân protein cá Hồi từ enzyme protease thương mại với các enzyme thu hồi từ nội tạng có chứa peptid khác nhau ở cùng một độ thủy

phân khi phản ứng diễn ra ở nhiệt độ 21,50C so với 400C, điều này cho thấy rằng hoạt động tương đối của các serine protease có thể khác nhau ở nhiệt độ phản ứng khác nhau [21]

Dumay J (2009) đã nghiên cứu tối ưu hóa quá trình thủy phân đầu cá Mòi bằng enzyme Protamex: nâng cao hiệu quả thu hồi lipid và phospholipid Thủy phân đầu

cá Mòi bởi enzyme Protamex đã được nghiên cứu (nhiệt độ, thời gian thủy phân và

tỷ lệ enzyme/cơ chất) sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng để thu hồi lượng lipid cao nhất và đặc biệt là phospholipid Theo báo cáo không có mối quan hệ giữa độ thủy phân và thu hồi lipid, tuy nhiên, điều kiện tối ưu để thu hồi lipid và phospholipid đã được tìm thấy là tương tự nhau (29 phút, 310C với 2,6 g enzyme/kg) Ở điều kiện thủy phân trên, lipid và phospholipid (phần dầu và dung dịch nước) có thể được thu hồi khi thời gian, nhiệt độ và tỷ lệ enzyme/cơ chất được tối ưu hóa Dữ liệu phân tích cho thấy rằng chúng có chứa lipid chất lượng cao, đặc biệt là acid béo ω-3 [16]

1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

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 [4]

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 [6]

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 [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 14,5g/l, đạm tổng số 16g/l, đạm NH3 1,49g/l và axid amin 12,81g/l [9]

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 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 50 mbar, thời gian hút là 20 phút, nồng độ chất khô trong dịch thủy phân sau cô quay là 220Brix Sau đó, tiến hành sấy phun dịch cô quay ở nhiệt độ 1300C, nồng độ maltodextrin bổsung là 8%, mẫu thu được có độ ẩm là 10% , trong 1 gam bột thì hàm lượng protein hòa tan là 110,1mg [10]

Qua những nghiên cứu và thực trạng ngành thủy sản trong nước và trên thế giới, thì vấn đề tận dụng nguồn nguyên liệu còn lại từ các quá trình chế biến thủy sản, cụ thể là đầu cá Ngừ chưa được chú trọng khai thác triệt để Vì vậy việc nghiên cứu quá trình thủy phân đầu cá ngừ là cần thiết góp phần tăng thêm một hướng nghiên cứu mới và ứng dụng cho thực tiễn đời sống, phấn đấu đạt mục tiêu phát triển bền vững trong ngành thủy sản nói riêng và ngành công nghiệp thực phẩm nói chung

CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

2.1.1 Cá Ngừ vây vàng, đầu cá Ngừ vây vàng

Cá Ngừ vây vàng [36]:

Tên tiếng anh: Yellowfin tuna

Phân loại khoa học

Chi (genus): Thunnus

Loài (species): T albacares

Hình 2.3 Đầu cá Ngừ vây vàng đã được xay nhuyễn

Mẫu cá xay nhuyễn được cho vào các túi PE khối lượng 100g và 500g, sau đó đem bảo quản ở nhiệt độ -18 ÷ -200C cho đến khi sử dụng

2.1.2 Enzyme Protamex và Flavourzyme

2.1.2.1 Enzyme Protamex

Enzyme Protamex có nguồn vật Bacillus của Novozyme (Đan mạch) Nó được

sản xuất để thủy phân protein của thực phẩm Hiện nay enzyme này đang được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu và thực tiễn sản xuất [28]

Enzyme Protamex có hoạt độ 1,5 AU/g, Hoạt động thích hợp trong khoảng pH = 5,5 – 7,5; nhiệt độ 350C – 600C Protamex bị mất hoạt tính trong 30 phút ở 500C khi

pH = 4 và trong 10 phút tại 850C hoặc cao hơn [28]

2.1.2.2 Enzyme Flavourzyme

Enzyme Flavourzyme: là một protease được chiết xuất từ nấm Aspergillus oryzae Hỗn hợp enzyme này có nhiệt độ hoạt động ở 40oC ÷ 60oC, hoạt động thích hợp ở nhiệt độ 40oC ÷ 60oC, pH hoạt động nằm trong khoảng 5,0 ÷ 7,0 [29]

Chế phẩm này của hãng Novozymes sản xuất và đã được tổ chức FAO cho phép

sử dụng trong thực phẩm Nó bao gồm tính chất của một endoprotease và exoprotease Enzyme này bị bất hoạt ở 85oC trong 10 phút hoặc cao hơn Tuy nhiên,

sự khử hoạt tính của Flavourzyme phụ thuộc nhiều vào cơ chất, điều kiện môi trường hoạt động (nồng độ cơ chất, pH …) [29]

Hiện nay, Flavourzyme thường được ứng dụng trên thực tế, dùng để thủy phân protein trong thực phẩm Hoạt độ của nó là 500 LAPU/g (Leucine Amino Peptidase) 1LAPU là lượng enzyme cần để thủy phân 1 µmol of L-leucine-pnitroanilide trong 1 phút [29]

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2.1 Xác định thành phần hóa học của phế liệu đầu cá ngừ

Thành phần hóa học của đầu cá Ngừ được xác định theo sơ đồ: