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

Từ yêu cầu thực tiễn đó, một trong những hướng giải quyết là sản xuất ra sản phẩm thủy phân từ đầu, xương cá Tra tạo ra các loại bột đạm bổ sung vào các sản phẩm dành cho con người như x

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

……… …………

LÊ THỊ KIM CHI

NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ THỦY PHÂN ĐẦU, XƯƠNG CÁ TRA BẰNG SỰ KẾT HỢP ENZYME PROTAMEX VÀ FLAVOURZYME

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Nha Trang, tháng 7 năm 2013

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

GVHD: TS NGUYỄN THỊ MỸ HƯƠNG

Nha Trang, tháng 6 năm 2013

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đề tài tốt nghiệp này, một phần nhờ vào sự nổ lực cố gắng của bản thân Ngoài ra còn có sự gúp đỡ, động viên, khích lệ của nhiều tập thể và cá nhân Vì thế, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, Ban chủ nhiệm khoa Công Nghệ Thực Phẩm và quý thầy cô quản lý phòng thí nghiệm Công nghệ chế biến, hóa sinh – vi sinh, công nghệ thực phẩm và viện công nghệ sinh học đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình làm

đề tài tốt nghiệp

Ngoài ra, em xin gửi lời biết ơn đến Tiến sĩ Nguyễn Thị Mỹ Hương - người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo những kinh nghiệm quý báu và góp nhiều ý kiến thiết thực trong suốt thời gian em thực hiện đề tài

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè đã động viên, khích lệ và giúp đỡ nhiệt tình trong suốt quá trình học tập cũng như hoàn thành đồ

án tốt nghiệp này

Xin chân thành cảm ơn!

Nha Trang, tháng 6 năm 2013

Sinh viên thực hiện

LÊ THỊ KIM CHI

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC HÌNH v

DANH MỤC BẢNG viii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ix

LỜI NÓI ĐẦU x

Chương I: TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan về cá Tra 1

1.1.1 Giới thiệu chung 1

1.1.2 Phân bố 3

1.1.3 Đặc điểm sinh dưỡng 4

1.1.4 Thành phần hóa học của cá Tra 5

1.1.5 Tình hình nuôi cá Tra 6

1.1.6 Tình hình xuất khẩu cá Tra ở Việt Nam 8

1.1.7 Tận dụng phế liệu đầu, xương cá tra 10

1.2 Tổng quan về enzyme protease 13

1.2.1 Định nghĩa 13

1.2.2 Phân loại enzyme protease 14

1.2.3 Cơ chế xúc tác của enzyme 16

1.2.4 Ứng dụng của enzyme 16

1.3 Thủy phân protein 17

1.3.1 Thủy phân hóa học 18

1.3.2 Thủy phân enzyme 18

1.3.3 Sản phẩm thủy phân 19

1.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme trong quá trình thủy phân 21

1.4 Tình hình nghiên cứu thủy phân protein trong và ngoài nước 22

1.4.1 Ngoài nước 22

1.4.2 Trong nước 25

Chương II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

2.1 Đối tượng nghiên cứu 27

2.1.1 Đầu, xương Cá Tra 27

2.1.2 Enzyme 27

2.2 Phương pháp nghiên cứu 28

2.2.1 Xác định thành phần hóa học của đầu, xương cá Tra 28

2.2.2 Quy trình dự kiến sản xuất sản phẩm thủy phân protein từ đầu, xương cá Tra 30

2.2.3 Bố trí thí nghiệm xác định các thông số kỹ thuật thích hợp cho quá trình thủy phân 32

2.2.4 Các phương pháp phân tích 44

2.2.5 Phương pháp xử lý số liệu 45

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 46

3.1 Kết quả xác định thành phần hóa học của đầu, xương cá Tra 46

3.2 Kết quả xác định các thông số kỹ thuật thích hợp 46

3.2.1 Kết quả xác định các thông số thích hợp đối với enzyme protamex ở giai đoạn đầu 47

3.2.2 Kết quả xác định các thông số thích hợp đối với enzyme Flavourzyme ở giai đoạn sau 56

3.3 Đề xuất quy trình sản xuất sản phẩm thủy phân 64

3.3.1 Sơ dồ quy trình sản xuất sản phẩm thủy phân 64

3.3.2 Giải thích quy trình 64

3.4 Sản xuất sản phẩm thủy phân theo quy trình đề xuất 67

3.4.1 Các sản phẩm thu được từ quá trình thủy phân đầu, xương cá Tra theo quy trình đề xuất 67

3.4.2 Đánh giá chất lượng sản phẩm 68

3.4.3 Thành phần acid amine từ dịch đạm thủy phân đầu, xương cá Tra 70

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC 77

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Cá Tra 1

Hình 1.2 Xuất khẩu cá Tra Việt Nam 2 tháng đầu năm 2013 8

Hình 1.3 Phế liệu chính từ cá 11

Hình 1.4 Các mức ứng dụng của phế liệu có thể có trong thực tế 13

Hình 2.1 Nguyên liệu đầu, xương cá Tra 27

Hình 2.2 Xác định thành phần hóa học của đầu, xương cá Tra 29

Hình 2.3 Quy trình dự kiến sản xuất sản phẩm thủy phân từ đầu, xương cá Tra 30

Hình 2.4 Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ enzyme Protamex thích hợp 33

Hình 2.5 Bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ thủy phân thích hợp đối với enzyme Protamex 35

Hình 2.6 Bố trí thí nghiệm xác định thời gian thủy phân thích hợp đối với enzyme Protamex 37

Hình 2.7 Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ enzyme Flavourzyme thích hợp 39

Hình 2.8 Bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ thủy phân thích hợp đối với enzyme Flavourzyme 41

Hình 2.9 Bố trí thí nghiệm xác định thời gian thủy phân thích hợp đối với enzyme Flavourzyme 43

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

Hình 3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Protamex đến hàm lượng Nitơ acid amine trong dịch protein thủy phân 48

Hình 3.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Protamex đến hàm lượng Nitơ amoniac trong dịch protein thủy phân 49

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

Hình 3.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân ở giai đoạn đầu đến hàm lượng Nitơ acid amine trong dịch protein thủy phân 51

Hình 3.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân ở giai đoạn đầu đến hàm lượng Nitơ

amoniac trong dịch protein thủy phân 52

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

Hình 3.8 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân ở giai đoạn đầu đến hàm lượng Nitơ acid amine trong dịch protein thủy phân 54

Hình 3.9 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân ở giai đoạn đầu đến hàm lượng Nitơ amoniac trong dịch protein thủy phân 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 Nitơ acid amine trong dịch protein thủy phân 57

Hình 3.12 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Flavourzyme đến hàm lượng Nitơ amoniac trong dịch protein thủy phân 58

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

Hình 3.14 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân ở giai đoạn sau đến hàm lượng Nitơ acid amine trong dịch protein thủy phân 60

Hình 3.15 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân ở giai đoạn sau đến hàm lượng Nitơ amoniac trong dịch protein thủy phân 60

Hình 3.16 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân ở giai đoạn sau đến hiệu suất thu Nitơ 61

Hình 3.17 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân ở giai đoạn sau đến hàm lượng Nitơ acid amine trong dịch protein thủy phân 62

Hình 3.18 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân ở giai đoạn sau đến hàm lượng Nitơ amoniac trong dịch protein thủy phân 63

Hình 3.19 Sơ đồ quy trình sản xuất sản phẩm thủy phân từ đầu xương cá Tra 64

Hình 3.20 Bể ổn nhiệt 65

Hình 3.21 Dịch thủy phân sau khi bất hoạt enzyme 65

Hình 3.22 Máy ly tâm thể tích lớn 66

Hình 3.23 Bột Protein không tan 67

Hình 3.24 Bột khoáng 67

Hình 3.25 Dịch protein thủy phân 68

Hình 3.26 Bột protein hòa tan 69

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Một số loài trong giống cá Tra ( Pagasius) ở Việt Nam 1

Bảng 1.2 Thành phần thức ăn trong ruột cá Tra ngoài tự nhiên 5

Bảng 1.3 Tỷ lệ khối lượng các thành phần khác nhau của cá Tra 5

Bảng 1.4 Thành phần hóa học cơ bản của cá Tra 6

Bảng 1.5 Tình hình sản xuất và tiêu thụ cá tra đến ngày 30/8/2012 7

Bảng 1.6 Giá trị xuất khẩu cá Tra từ ngày 1/1 đến15/2/2013 8

Bảng 2.1 Điều kiện hoạt động tối thích của enzyme FlavourzymeTM 28

Bảng 3.1 Thành phần hóa học của đầu, xương cá Tra (%) 46

Bảng 3.2 Khối lượng sản phẩm thu được từ quá trình thủy phân/1kg nguyên liệu 67 Bảng 3.3 Chỉ tiêu cảm quan của dịch thủy phân 68

Bảng 3.4 Các chỉ tiêu hóa học của dịch protein thủy phân 68

Bảng 3.5 Chất lượng cảm quan bột protein hòa tan 69

Bảng 3.6 Các chỉ tiêu hóa học của bột protein hòa tan 69

Bảng 3.7 Thành phần acid amine từ dịch đạm thủy phân của đầu, xương cá Tra 70

ĐBSCL: Đồng bằng sông Cửu Long

FAO: Food and Agriculture Organization

Tổ chức Lương nông của Liên Hiệp Quốc

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, ngành chế biến thủy sản ngày càng phát triển và đang là ngành mũi nhọn của đất nước, góp phần đưa nền kinh tế của nước ta đi lên Nhưng bên cạnh đó, nó cũng để lại nhiều trở ngại đáng quan tâm, một lượng lớn nguyên liệu còn lại sau quá trình chế biến được nhà máy thải ra chủ yếu như đầu, xương, nội tạng, vây,… chiếm khoảng 40 – 60% tổng khối lượng cá và rất dễ gây ô nhiễm môi trường nếu không có biện pháp xử lý kịp thời

Đặc biệt, cá Tra là một loài cá có giá trị kinh tế khá cao, được nước ta và nhiều nước khác trên thế giới sử dụng Các sản phẩm chủ yếu của cá Tra là dạng philê đông lạnh hay cá Tra nguyên con đông lạnh… Sau quá trình chế biến sản phẩm cá Tra thì lượng nguyên liệu còn lại chủ yếu là đầu, xương và vây Vì thế cần

có biện pháp thích hợp để tận dụng nguồn nguyên liệu này

Hiện nay, có nhiều hướng tận dụng nguồn phế liệu này như sản xuất bột cá làm thức ăn chăn nuôi, một phần làm thức ăn tươi cho gia súc… Nhưng lượng phế liệu này thải ra với số lượng lớn hàng ngày và nó còn chứa nhiều thành phần dinh dưỡng quan trọng cho con người Vì thế, hướng sản xuất ra sản phẩm có giá trị từ việc tận dụng nguồn phế liệu để phục vụ cho nhu cầu của con người và giảm thiểu ô nhiễm môi trường đang là một vấn đề rất cần thiết

Từ yêu cầu thực tiễn đó, một trong những hướng giải quyết là sản xuất ra sản phẩm thủy phân từ đầu, xương cá Tra tạo ra các loại bột đạm bổ sung vào các sản phẩm dành cho con người như xúc xích, các loại bánh, sản xuất bột nêm…

Chính vì thế, tôi thực hiên đề tài: “Nghiên cứu chế độ thủy phân đầu,

xương cá Tra bằng sự kết hợp enzyme Protamex và Flavourzyme”

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về cá Tra

1.1.1 Giới thiệu chung

Cá Tra là một loại cá da trơn, một trong 11 loài thuộc họ cá Tra (Pangasiidae) đã được xác định ở sông Cửu Long Cá Tra của Việt Nam cũng khác hoàn toàn với loài cá nheo Mỹ (Ictalurus punctatus) thuộc họ Itaruridae

Hình 1.1 Cá Tra

1.1.1.1 Phân loại Cá Tra

Cá Tra thuộc một lớp Lưỡng Tiêm ( Pisces)

Bộ cá Nheo Silur iformes

Họ Cá Tra Pangasiidae

Giống Cá Tra dầu Pangasianodon

Loài cá Tra dầu Pangasianodon.hypophthalmus ( Sauvage 1878)

Bảng 1.1 Một số loài trong giống cá Tra ( Pagasius) ở Việt Nam

STT Tên khoa học Tên Việt Nam

1 Pagasius hyphothalmus Cá Tra

2 Pagasius bocourti Cá Basa

3 Pagasius macronema Cá Sát Sọc (Tra Nâu)

4 Pagasius larnaudii Cá Vồ Đém

5 Pagasius nasutus Cá Sát Bầu (cá Hú)

6 Pagasius sutchi Cá Tra Nghệ

7 Pagasius taeniurus Cá Bông Lau

7 Pagasius poliranodon Cá Dứa

9 Pagasius siamensis Cá Sát Siêm

1.1.1.2 Hình thái sinh lý

Cá tra là loài cá da trơn ( không vảy), than dài, lưng xám đen, bụng hơi bạc, miệng rộng, có 2 đôi râu dài Cá Tra sống chủ yếu trong nước ngọt, có thể sống được ở nhũng vùng nước hơi lệ, có thể chịu được nước phèn với pH > 5, dễ chết ở nhiệt độ thấp dưới 150C nhưng chịu nóng tới 390C Cá Tra có số lượng hồng cầu trong máu nhiều hơn các loài cá khác Có cơ quan hô hấp phụ và có thể hô hấp bằng bóng khí và da và ngưỡng oxy của cá Tra thấp hơn 3 lần so với cà mè trắng [8]

1.1.1.3 Đặc điểm sinh trưởng

Cá Tra có tốc độ sinh trưởng tương đối nhanh, còn nhỏ có tăng nhanh về chiều dài Cá ương sau 2 tháng đã đạt được chiều dài 10-12 cm ( 14 – 15 gram) Từ khoảng 2,5 kg trở lên, mức tăng trọng nhanh hơn tăng chiều dài cơ thể Cá tra trong

tự nhiên có thể sống trên 20 năm Đã gặp cá trong tự nhiên 18 kg hoặc có loài cá dài 1,8m

Trong ao nuôi vỗ cá bố mẹ cho đẻ đạt tới 25kg ở cá 10 năm tuổi, nuôi trong

ao 1năm cá đạt 1-1,5 kg/con ( năm đầu tiên), những năm về sau cá tăng trọng nhanh hơn, có khi đạt tới 5-6kg/năm tùy thuộc môi trường sống và sự cung cấp thức ăn có hàm lượng đạm nhiều hay ít Độ béo Fulton của cá tăng theo trọng lượng và nhanh nhất ở những năm đầu, cá đực thường có độ béo cao hơn cá cái và độ béo giảm đi khi mùa sinh sản [8]

1.1.1.4 Đặc điểm sinh sản

Tuổi thành thục của cá đực là 2 tuổi và cá cái 3 tuổi, trọng lượng cá thành thục lần đầu từ 2,5-3 kg trong tự nhiên chỉ gặp cá thành thục trên sông ở địa phận của Campuchia và Thái Lan Ngay từ năm 1966, Thái Lan đã bắt Cá Tra thành thục trên sông (trong đầm Bung Borapet) và kích thích sinh sản nhân tạo thành công Sau

đó họ nghiên cứu nuôi vỗ cá Tra trong ao Đến năm 1972, Thái Lan công bố quy

trình sinh sản nhân tạo Cá Tra với phương pháp nuôi vỗ cá bố mẹ thành thục trong

ao đất

Cá Tra không có cơ quan sinh dục phụ ( sinh dục thứ cấp), nên chỉ nhìn hình dáng bên ngoài thì khó phân biệt được cá đực, cái Thời kỳ thành thục, tuyến sinh dục đực phát triển lớn gọi là buồng tinh hay tinh sào, ở cá cái gọi là buồng trứng hay noãn sào Tuyến sinh dục cá Tra bắt đầu phân biệt được ở giai đoạn II tuy màu sắc không khác nhau nhiều Các giai đoạn sau buồng trứng bắt đầu tăng về kích thước, hạt trứng màu vàng, tinh sào phân nhánh màu hồng chuyển sang màu trắng sữa Hệ số thành thục của cá Tra khảo sát được trong tự nhiên từ 1,76-12,94 (cá cái)

và 0,83-2,1 (cá đực) cá đánh bắt được trong tự nhiên từ 8-11kg Trong ao nuôi vỗ,

hệ số thành thục của cá Tra cái có thể đạt tới 19,5%

Mùa vụ thành thục của cá trong tự nhiên bắt đầu từ tháng 5-6 dương lịch, cá

có tập tính di cư đẻ tự nhiên trên những khúc sông có điều kiện sinh thái phù hợp thuộc địa phận Campuchia và Thái Lan, không đẻ tự nhiên ở phần sông Việt Nam Bãi đẻ cá tự nhiên nằm từ khu vực ngã tư giao tiếp 2 con sông Mê Kông và Tonlesap, từ thị xã Kratic (Campuchia) trở lên đến thác Khone, nơi tiếp giáp biên giới Campuchia và Lào Nhưng tập trung nhất từ Kampi đến hết Koh Rongiev thuộc địa giới 2 tỉnh Kratie và Stung Treng Tại đây có thể bắt được những cá Tra nặng tới 15kg với buồng trứng đã thành thục Cá đẻ trứng dính vào giá thể thường là rễ của loài cây sống ven sông Gimenila asiatica, sau 24 giờ thì trứng nở thành cá bột và trôi về hạ nguồn

Trong sinh sản nhân tạo, ta có thể nuôi thành thục sớm và cho sớm hơn trong

tự nhiên (từ tháng 3 dương lịch hàng năm), cá Tra có thể tái phát dục 1-3 lần trong 1 năm Số lượng trứng đếm được trong buồng trứng của cá gọi là sức sinh sản tuyệt đối Sức sinh sản tuyệt đối của cá Tra từ 200 ngàn đến vài triệu trứng Sức sinh sản tương đối có thể đạt tới 135 ngàn trứng/kg cá cái Kích thước của trứng cá Tra tương đối nhỏ và có tính dính Trứng sắp đẻ có đường kính trung bình 1mm Sau khi đẻ ra và hút nước đường kính khi trương nước có thể tới 1,5-1,6mm [8]

1.1.2 Phân bố

Cá Tra phân bố ở một số nước ở Đông Nam Á như Campuchia, Thái Lan, Indonexia vá Việt Nam Đây là một trong những loài cá nuôi quan trọng có giá trị kinh tế Cá Tra được nuôi phổ biến ở hầu hết các nước Đông nam Á, là một trong 6 loài cá nuôi quan trọng nhất của khu vực này Bốn nước trong hạ lưu sông Mê kông

đã có nghề nuôi Cá Tra truyền thống là Thái Lan, Campuchia, Lào, Việt Nam do có nguồn cá Tra tự nhiên phong phú Ở Campuchia tỷ lệ nuôi cá Tra chiếm 98% trong

3 loài thuộc họ cá Tra, chỉ có 2% là cá Basa và cá vồ đém, sản lượng cá Tra nuôi chiếm một nữa tổng sản lượng các loài cá nuôi Một số nước trong khu vực như Thái Lan, Malaysia, Indonexia đã nuôi cá Tra có hiệu quả từ thập niên 70-80 Người ta còn tìm thấy cá Tra trên lưu vực sông Chaophraya của Thái Lan Ở Việt Nam rất ít bắt gặp cá Tra trưởng thành trên các con song mà chủ yếu ở sông Tiền và sông Hậu là loái cá bột và cá giống Trước khi có phương pháp nhân tạo, người ta có nghề vớt cá bột và cá giống này về bán cho các ao, bè nuôi

Cá Tra có tập tính di cư ngược dòng sông Mê Kông để sinh sống và tìm nơi sinh sản tự nhiên Khảo sát chu kỳ di cư của Cá Tra ở địa phận Campuchia cho thấy

cá ngược dòng từ tháng 10 đến tháng 5 và di cư về hạ lưu từ tháng 5 đến tháng 9 hàng năm [8]

1.1.3 Đặc điểm sinh dưỡng

Cá Tra khi hết noãn hoàn thì thích ăn mồi tươi sống, vì vậy chúng ăn thịt lẫn nhau ngay trong bể ấp và chúng vẫn tiếp tục ăn nhau nếu cá ương không được cho

ăn đầy đủ, thậm chí cá vớt trên sông vẫn thấy chúng ăn nhau trong đáy cá vớt bột Ngoài ra khi khảo sát cá bột vớt trên sông , còn thấy trong dạ dày của chúng có rất nhiều phần cơ thể và mắt cá con các loài khác Dạ dày của chúng phình to hình chữ

U và co giãn được, ruột cá Tra ngắn, không gấp khúc lên nhau mà dính vào màng treo ruột ngay dưới bong khí vào tuyến sinh dục Dạ dày to và ruột ngắn là đặc điểm của cá thiên về ăn thịt Ngay vừa hết noãn hoàng cá thể hiện rõ tính ăn thịt và ăn lẫn nhau, do đó để tránh hao hụt do ăn nhau trong bể, cần nhanh chóng cần nhanh chóng chuyển cá ra ao ương Trong quá trình ương nuôi thành cá giống trong ao, chúng ăn được các loài phù du động vật có kích thước vừa cỡ miệng của chúng và

các thức ăn nhân tạo Khi cá lớn thể hiện tính ăn rộng, ăn đáy và ăn tạp thiên về động vật nhưng dễ chuyển đổi loại thức ăn Trong điều kiện thiếu thức ăn, cá có thể

sử dụng các loại thức ăn bắt buộc khác như mùn bã hữu cơ, thức ăn có nguồn gốc động vật Trong ao nuôi cá Tra cá có khả năng thích nghi với nhiều loại thức ăn khác nhau như cám, rau, động vật đáy. [21]

Khi phân tích thức ăn trong ruột cá đánh bắt tự nhiên cho thấy thành phần thức ăn khá đa dạng, trong đó cá Tra ăn tạp thiên về ăn động vật. [21]

Bảng 1.2 Thành phần thức ăn trong ruột cá Tra ngoài tự nhiên

1.1.4 Thành phần hóa học của cá Tra

Tỷ lệ các thành phần khối lượng của cá Tra phụ thuộc vào trọng lượng của cá khi thu hoạch và hình thức nuôi…, thành phần khối lượng được phân ra cá phần

sau: cơ thịt, đầu, vẩy, da, xương, nội tạng…

Bảng 1.3 Tỷ lệ khối lượng các thành phần khác nhau của cá Tra [5]

Thịt cá(%) Mỡ cá(%) Xương, đầu,vây(%) Nội tạng(%) Da (%) 33-38 15-25 17-42 2,5-4 5-7,5 Thành phần hóa học của thịt cá Tra bao gồm: nước, protein, lipit, gluxit, khoáng chất, vitamin, enzyme, hormone Cũng giống như những loài thủy sản khác, thành phần hóa học khác nhau về giống loài, trong cùng một loài nhưng sống ở môi trường nước khác nhau thì thành phần hóa học cũng khác nhau

Thành phần hóa học của cá Tra còn phụ thuộc vào mùa vụ, thời tiết khí hậu nguồn thức ăn, trạng thái sinh lý của cá Thành phần hóa học ảnh hưởng rất lớn đến giá trị cảm quan và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm [5]

Bảng 1.4 Thành phần hóa học cơ bản của cá Tra [21]

Thành phần dinh dưỡng trên 100g sản phẩm ăn được Calo Calo từ

chất béo

Tổng lượng chất béo

Chất béo bão hòa

Cholesterol Natri Protein

124,52 cal 30,84 3,42g 1,64g 25,20mg 70,60mg 23,42mg

1.1.5 Tình hình nuôi cá Tra

Trong 6 tháng đầu năm 2009, diện tích nuôi cá tra ở ĐBSCL là 5.001 ha, đạt 73% diện tích so với kế hoạch năm 2009, diện tích thu hoạch là 1.133 ha, bằng 22,6% diện tích thả nuôi Sản lượng thu hoạch là 312.00 tấn Không tính cá tồn đọng gần 7.000 tấn, sản lượng đến kỳ thu hoạch tính đến tháng 6/2009 đẫ gần 120.000 tấn

Nghề nuôi cá Tra còn phát triển lan rộng ra các tỉnh miền Trung và miền Bắc Mặc dù chỉ mới tiếp cận với nghề nuôi cá nước ngọt này nhưng những hộ dân nơi đây đã thu được những kết quả đáng kể Điển hình như ở Hà Tây đã có mô hình nuôi cá Tra đạt 80 tấn/ha, hay ở Nghệ An có mô hình nuôi đạt sản lượng 150 tấn/ha [22]

Theo báo cáo của Tổng cục thủy sản, diện tích nuôi cá Tra của các địa phương tháng 8/2012 đạt 4,631 ha, tăng 381 ha so với tháng 7 và bằng 109% so với cùng kì năm 2011 Diện tích đã thu hoạch là 2,949 ha, tăng 408 ha so với tháng 7 và bằng 117,6% so với cùng kì năm ngoái Năng suất bình quân 270 tấn/ha (năm 2011

là 307 tấn/ha)

An Giang là một trong những tỉnh ĐBSCL có diện tích nuôi cá Tra lớn nhất

cả nước Tuy nhiên, diện tích nuôi cá Tra của tỉnh từ đầu năm đến cuối tháng 8/2012 lại giảm, cụ thể đến tháng 8, tổng diện tích nuôi thương phẩm là 717,4 ha - giảm 47,6 ha so với cùng kỳ năm ngoái

Bảng 1.5 Tình hình sản xuất và tiêu thụ cá tra đến ngày 30/8/2012 [24]

STT Địa phương Diện tích

nuôi (ha)

Diện tích đã thu hoạch (ha)

Sản lượng thu (tấn)

Năng suất (tấn/ha)

2012, tỉnh đã thu hoạch 158.805 tấn cá Tra, tăng 25,05% so với năm 2011 Sở NN

và PTNT Bến Tre dự kiến diện tích nuôi cá tra năm 2013 ước đạt 700 ha, sản lượng nuôi ước đạt 140.000 tấn cá Tra nguyên liệu

Theo báo cáo của Chi cục Thủy sản Cần Thơ, diện tích nuôi thủy sản trên địa bàn đến hết quý III/2012 là 12,427 ha, bằng 96% so với cùng kỳ năm 2011, sản lượng thu hoạch 117.297 tấn, bằng 86% so với cùng kỳ năm 2011 So với cùng kỳ năm ngoái, diện tích nuôi cá Tra là 968 ha, bằng 118%; sản lượng thu hoạch 100.526

tấn, bằng 87% [23]

1.1.6 Tình hình xuất khẩu cá Tra ở Việt Nam

Tháng 12/2012, giá trị xuất khẩu cá Tra Việt Nam giảm 13,1% so với cùng

kỳ năm 2011 Tổng giá trị xuất khẩu cả năm 2012 giảm 3,4% so với năm trước, đạt 1,74 tỷ USD Trong 10 năm qua sản lượng cá Tra tại ĐBSCL đã tăng 3 lần từ 500.000 lên kỉ lục 1,5 triệu tấn vào năm 2008 và hiện đạt 1,2 triệu tấn/năm Năm

2012, giá trị xuất khẩu đạt 1,75 tỷ USD/năm , trong đó thị trường EU chiếm 24,4% (tương đương 425,8 triệu USD) và thị trường Mỹ chiếm 20,6% (tương đương 358,9 triệu USD) Trong khối EU, Tây Ban Nha là thị trường đơn lẻ lớn nhất của cá Tra Việt Nam chiếm khoảng 5%tổng giá trị XK (86,7 triệu USD), tiếp đến Hà Lan 3,9% chiếm 68,4 triệu USD, Đức 3,3% (54,7 triệu USD) và Anh 2,1% (36,2 triệu USD)

Năm 2012, mặt hàng cá Tra vẫn chiếm tỷ trọng lớn đứng thứ 2 trong số các sản phẩm thủy sản XK chủ lực của Việt Nam, đạt 28,4% Trong năm qua cá Tra Việt Nam đã được XK sang 142 quốc gia và vùng lãnh thổ, tăng so với 136 quốc gia vùng lãnh thổ so với năm 2011.[24]

Xuất khẩu cá Tra 2 tháng đầu năm 2013:

Hình 1.2 Xuất khẩu cá Tra Việt Nam 2 tháng đầu năm 2013

(Nguồn:VASEP ( theo số liệu hải quan Việt Nam)

Bảng 1.6 Giá trị xuất khẩu cá Tra từ ngày 1/1 đến15/2/2013 [23]

Thị trường Giá trị (USD) Tỷ giá trị (%)

Tây Ban Nha 11,663 5,9

Thị trường xuất khẩu chính của cá Tra là EU và Mỹ, xuất khẩu cá Tra sang

EU năm qua đạt 425,8 triệu USD, giảm 19,1% về giá trị so với năm 2011 Xuất khẩu sang Mỹ năm 2012 đạt 358,8 triệu USD, tăng 8,2% so với năm 2011 Trong 8 tháng đầu năm xuất khẩu tăng trưởng 2 con số nhưng 4 tháng cuối năm lại giảm mạnh

Trung Quốc và Ai Cập là 2 trong 10 thị trường lớn nhất NK cá Tra Việt Nam đạt mức tăng trưởng trên 2 con số trong năm qua Giá trị xuất khẩu cá Tra sang Trung Quốc và Hồng Kông tăng 31,5% so với năm 2011 và xuất khẩu sang Ai Cập đạt 29,1% đạt 48,7 triệu USD

Năm 2012,tỉnh An Giang có 4 doanh nghiệp nằm trong danh sách 10 DN XK

cá Tra hang đàu Việt Nam, công ty Agifish đứng thứ 3 trong bảng xếp hàng giá trị

xuất khẩu hơn 91,8triệu USD, sau công ty cổ phần Vĩnh Hoàn và công ty cổ phần Hùng Vương Tiếp đến là công ty Agifish.co đứng thứ 4 với giá trị XK gần 82,8 triệu USD, công ty Navico đạt trên 58 triệu USD và công ty CL-Fish Corp đạt 42,7 triệu USD [24]

Theo bộ thương mại Mỹ (DOC), NK cá Tra nguyên liệu đạt 213,8 triệu pao, tăng 10% ( khoảng 20 triệu pao) so với năm 2011 Việt Nam tiếp tục là nhà cung cấp lớn nhất của Mỹ, chiếm tới 99,6% tổng lượng nguyên liệu cá Tra phile đông lạnh tạ Mỹ sau những đợt cạnh tranh chống bán phá giá của Mỹ

Theo Eurostast, tháng 11/2012 EU nhập khẩu 31,7 triệu pao cá Tra phile đông lạnh, tăng 21,1% so với tháng 10/2012 và đạt mức cao nhất kể từ 11/2011

XK cá Tra sang Ai Cập năm 2012 đạt 48,7 triệu USD, tăng 29,1% so với năm trước và tăng trưởng trong tất cả các tháng của năm , nhất là trong quý IV tăng tới 132% đạt 8,2% triệu USD

Theo số liệu của Hải quan Việt Nam , XK cá Tra sang Đức tháng 1/2013 đạt 5,9 triệu USD, tăng 35,7% so với 1/2012 Tại Đức ước tính khoảng 70-75% khối lượng cá Tra được tiêu thụ tại phân khúc bán lẻ 25-30%khối lượng còn lại được bán trong phân khúc dịch vụ thực phẩm

Giá trị XK cá Tra trong nữa đầu tháng 1/2013 vẫn tiếp tục giảm mạnh tới 20,7% đạt hơn 63,38 triệu USD, trong số các thị trường nhập khẩu cá Tra, vẫn có thị trường tăng trưởng khá mạnh về giá trị NK như Arâp Xeut tăng 49,8%, Brazil tăng 48,2% và Trung Quốc (cả Hồng Kông) tăng 43%.[24]

1.1.7 Tận dụng phế liệu đầu, xương cá Tra

Hiện nước ta có nghiệp xuất khẩu cá Tra, cá Basa Các doanh nghiệp này có khả năng tiêu thụ khoảng 4.000 tấn nguyên liệu/ngày Với tỷ lệ này, hàng ngày các nhà máy chế biến thủy sản thải ra môi trường một lượng lớn phế phẩm gồm đầu, xương, mỡ, da cá,… theo ước tính của VASEP (2006), nếu sản lượng cá Tra nguyên liệu đạt 1 triệu tấn trong năm 2008 thì các nhà máy chế biến thủy sản sẽ phải loại bỏ hơn 600.000 tấn phế phẩm cá Tra Do đó, việc gia tăng giá trị sử dụng

nguồn phế liệu này trở thành một yêu cầu cấp thiết nhằm giải quyết vấn đề phát triển kinh tế xã hội đồng thời giữ gìn môi trường sống của cộng đồng

Ngành thủy sản ngày càng phát triển, sản lượng đánh bắt xa bờ và nuôi trồng ngày một tăng, đồng lượng với nó là lượng phế liệu thủy sản cũng rất lớn Trung bình lượng phế liệu chiếm từ 40%-60% trong chế biến Phế liệu từ quá trình sản xuất gồm đầu, da, xương, vây, vẩy, nội tạng…

Hiện nay có nhiều hướng tận dụng phế liệu chế biến từ thủy sản nói chung và

từ cá nói riêng như:

1.1.7.1 Sản xuất bột cá

Bột cá là thành phần quan trọng không thể thiếu trong thức ăn chăn nuôi gia súc và thủy sản Việc sản xuất bột cá chăn nuôi có ý nghĩa to lớn, bởi vì công nghệ này đã tận dụng được nguồn phế liệu và thủy sản kém giá trị nên sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, cung cấp lượng đạm dễ tiêu hóa cho động vật nhằm phát triển chăm nuôi cung cấp trứng, sữa, thịt cho con người Tận dụng nguồn phế liệu dồi

dào từ công nghệ chế biến thủy sản, sản xuất ra một lượng bột cá đáng kể cung cấp cho chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản

1.1.7.2 Sản xuất gelatin, collagen

Tận dụng phế liệu từ thủy sản như: vảy, xương, bong bóng và da cá để sản xuất collagen, gelatin Chúng có nhiều ứng dụng rộng rãi trong công nghệ thực phẩm, dược phẩm, công nghệ giấy, in dệt và các ngành nghề khác Trong công nghệ thực phẩm, gelatin dùng làm phụ liệu sản xuất bánh điểm tâm, lạp xưởng, đồ hộp, chất ổn định và chất nhũ hóa trong thực phẩm trong công nghiệp điện ảnh, gelatin dùng để làm phim ảnh, phim chụp quang tuyến Trong công nghiệp, gelatin dùng để chế tạo mực in, các dung dịch nhuộm màu, ngoài ra còn dùng để lám diêm, giấy, thuộc da, gỗ dán, dệt…

1.1.7.3 Sản xuất các sản phẩm thủy phân

Ngày nay người ta cũng tận dụng phế liệu để sản xuất các sản phẩm thủy phân như dịch đạm cô đặc, bột đạm thủy phân…Đây là những sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, hàm lượng protein lớn và dễ tiêu hóa Ta có thể sử dụng những phế liệu này bổ sung vào thức ăn chăn nuôi, trong thực phẩm

1.1.7.4 Sản xuất bột khoáng

Tận dụng nguồn phế liệu từ đầu, xương cá để tận dụng thu bột khoáng Đây

là một hướng đi mới của việc tận dụng phế liệu thủy sản Hiện tại đã có công trình nghiên cứu sản xuất bột canxi từ Viện nghiên cứu nuôi trồng thủy sản II

Ngoài ra phế liệu thủy sản còn được tận dụng để sản xuất ra nhiều các sản phẩm khác như chất màu, chất mùi…

Như vậy ta có thể tóm tắt khả năng ứng dụng của phế liệu như sau:

Hình 1.4 Các mức ứng dụng của phế liệu có thể có trong thực tế [25]

Trong thực tế phế liệu thủy sản còn ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực khác nhau Phần lớn chúng được sử dụng làm thức ăn nông nghiệp như tận dụng phế liệu

cá để làm thức ăn chăn nuôi, thực phẩm cho con người Và từ phế liệu người ta có thể tạo ra các sản phẩm có giá trị cao như chitin, chitosan… có thể ứng dụng trong y học

1.2 Tổng quan về enzyme protease

1.2.1 Định nghĩa

Enzyme là những protein có khả năng xúc tác sinh học chỉ cần một lượng nhỏ cũng có thể xúc tác để chuyển một lượng cơ chất rất lớn thành sản phẩm

Enzyme là chất hữu cơ có phân tử lượng lớn từ 20.000 đến 1.000.000 dalton

Do vậy, enzyme không thể đi qua được màng bán thấm Giống như các protein, enzyme có thể hòa tan trong nước, trong dung dịch muối loãng, trong các dung môi hữu cơ có cực, không hòa tan trong dung môi không phân cực Và khi tan trong nước thì tạo thành dung dịch keo giống như dung dịch của protein

Enzyme bị kết tủa bởi các yếu tố gây kết tủa protein Các yếu tố vật lý và hóa học làm kết tủa protein thì cũng làm kết tủa enzyme Enzyme cũng bị mất hoạt tính

khi bị tác động của các yếu tố gây biến tính protein như nhiệt độ cao, acid hoặc

kiềm đặc, muối kim loại nặng…

Enzyme có hai loại: enzyme một thành phần và enzyme hai thành phần

+ Enzyme một thành phần thì trong thành phần của nó chỉ có protein, những

enzyme này thường xúc tác cho các phản ứng thủy phân

+ Enzyme hai thành phần gồm có: phần protein và phần phi protein Phần protein

gọi là apoenzyme, phần phi protein gọi là coenzyme

Đến nay người ta đã xác định được rằng phần lớn enzyme trong tế bào đều

có cấu trúc bậc bốn bao gồm nhiều tiểu đơn vị, các tiểu đơn vị này có thể liên kết

với nhau bằng liên kết hydro, liên kết cộng hóa trị và một số liên kết khác, tùy mức

độ liên kết mà hình thành các đồng phân của enzyme gọi là isoenzyme

Trung tâm hoạt động của phân tử enzyme: chỉ chiếm một tỷ lệ khá nhỏ so

với phân tử enzyme và nó bao gồm nhiều nhóm chức khác nhau Ở enzyme một cấu

tử thì trung tâm hoạt động là một nhóm chức nhất định của các acid amin như SH,

OH, -COOH… Trung tâm hoạt động của enzyme hai cấu tử là do phần polypeptide

kết hợp đặc biệt tham gia vào việc tạo thành trung tâm hoạt độngvà các nhóm chức

của coenzyme, ngoài ra trung tâm hoạt động này còn có sự tham gia của các ion

kim loại

Hoạt tính của enzyme phụ thuộc vào tổng hợp các nhóm tham gia vào cấu

trúc trung tâm hoạt động, nếu vì một lý do nào đó mà trung tâm hoạt động này bị

phá vỡ thì hoạt tính xúc tác của enzyme mất đi [3]

Proteaza là enzyme xúc tác sự thủy phân các liên kết peptit (-CO-NH-) trong

phân tử protein, polypeptide đến các sản phẩm cuối cùng là các axit amin Ngoài ra,

nhiều protease cũng có khả năng thủy phân liên kết este và vận chuyển axit amin.[3]

Enzyme protease được chia làm hai loại: endopeptidaza và exopeptidaza Dựa vào vị trí tác động trên mạch polypeptide, exopeptidaza được chia làm

hai loại:

 Aminopeptidaza: xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu N tự do của

chuỗi polypeptide để giải phóng ra một amino axit

 Cacboxypeptidaza: xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu C của

chuỗi polypeptide để giải phóng ra một amino axit

Dựa vào động học của cơ chế xúc tác, endopeptidaza được chia thành 4

nhóm:

 Serine proteinase: là những proteinase chứa nhóm –OH của gốc

serine trong trung tâm hoạt động và có vai trò đặc biệt quan trọng đối với hoạt động xúc tác của enzyme Nhóm này bao gồm hai nhóm nhỏ: chymotrypsin và subtilisin Nhóm chymotrypsin bao gồm các enzyme động vật như chymotrypsin, trypsin, elastase Nhóm subtilisin bao gồm hai loại enzyme vi khuẩn như subtilisin, carlsberg, subtilisin BPN Các serine proteinase thường hoạt động mạnh ở vùng kiềm tính và thể hiện tính đặc hiệu cơ chất tương đối rộng

 Cysteine proteinase: các proteinase chứa nhóm –SH trong trung tâm

hoạt động Cysteine proteinase bao gồm các proteinase thực vật như papain, bromelin, một vài protein động vật và proteinase ký sinh trùng Các Cysteine proteinase thường hoạt động ở vùng pH trung tính, có tính đặc hiệu cơ chất rộng

 Aspartic proteinase: hầu hết các aspartic proteinase thuộc nhóm

pepsin, nhóm pepsin bao gồm các enzyme tiêu hóa như: pepsin, chymosin, cathepsin, renin Các aspartic proteinase có chứa nhóm carboxyl trong trung tâm hoạt động và thường hoạt động mạnh ở pH trung tính

 Metallo proteinase: là nhóm proteinase được tìm thấy ở vi khuẩn, nấm

mốc cũng như các sinh vật bậc cao hơn Các metallo proteinase thường hoạt động vùng pH trung tính và hoạt độ giảm mạnh dưới tác dụng của EDTA

Ngoài ra, protease được phân loại một cách đơn giản hơn thành 3 nhóm:

 Protease axit : pH = 2 – 4

 Protease trung tính: pH = 7 – 8

 Protease kiềm: pH = 9 – 11 [3]

1.2.3 Cơ chế xúc tác của enzyme

Quá trình tạo thành phức hợp enzyme cơ chất và cự biến đổi của phức hợp này thành sản phẩm, giải phóng enzyme tự do thường trải qua ba giai đoạn theo sơ đồ sau:

E + S ES P + E Trong đó:

E: enzyme

S: cơ chất

ES: phức hợp enzyme – cơ chất

P: Sản phẩm

 Giai đoạn 1: enzyme kết hợp với cơ chất bằng liên kết yếu tạo thành

phức hợp enzyme – cơ chất (ES) không bền, phản ứng này xảy ra rất nhanh và đòi hỏi năng lượng hoạt hóa thấp Các loại liên kết chủ yếu được tạo thành giữa E và S trong phức hợp ES là: tương tác tĩnh điện, liên kết hydrogen, tương tác Van der Waals

 Giai đoạn 2: xảy ra sự biến đổi cơ chất dẫn tới sự kéo căng và phá vỡ

các liên kết đồng hóa trị tham gia phản ứng

 Giai đoạn 3: tạo thành sản phẩm, còn enzyme được giải phóng ra

Trong công nghiệp sữa, protease được dùng để sản xuất phomat nhờ hoạt tính làm đông tụ sữa của chúng Có thể dùng renin, pepsin, một số protease vi sinh vật có hoạt tính làm đông tụ sữa được tách từ nấm mốc hoặc vi khuẩn

Trong công nghiệp da, protease được sử dụng với mục đích tách lông trên da

và làm mềm da nhờ sự thủy phân sơ bộ lông, tách các mô liên kết phía ngoài ra, chỉ còn một lớp collagen tạo lớp mỏng và mềm da

Trong công nghiệp dệt: protease được sử dụng để xử lý bên ngoài các sợi tơ, làm nhiệm vụ kết dính các sợi tơ Protease có tác dụng thủy phân lớp protein, serisin đã làm dính bết các sợi tơ tự nhiên, làm bong và tách rời các loại tơ tằm do

đó làm giảm lượng hóa chất để tẩy trắng

Trong chế biến thủy sản, tăng lượng nước mắm nhờ thủy phân protein thành các acid amin làm tăng hiệu suất thu hồi đạm của nước mắm

Một số ứng dụng khác:

- Điều chế các dịch đạm thủy phân dùng làm chất dinh dưỡng, chất điều vị trong thực phẩm và bổ sung cho thức ăn gia súc Từ Streptomyces fradiae tách được chế phẩm keratineza thủy phân được keratin rất có giá trị để sản xuất bột đạm từ da, lông vũ

- Điều chế môi trường dinh dưỡng của vi sinh vật để sản xuất vacsin, kháng sinh…

- Sản xuất keo động vật, chất giặt tổng hợp để tẩy các chất bẩn protein, sản xuất mỹ phẩm

- Sản xuất thuốc hỗ trợ tiêu hóa, nấu cao động vật, như bệnh nghẽn mạch máu, tiêu viêm vết thương [3]

1.3 Thủy phân protein

Thủy phân protein là một giải pháp để tăng giá trị của các phế liệu trong chế biến thủy sản Thuỷ phân protein bằng con đường hoá học hoặc con đường enzyme

có thể cho ra đa dạng sản phẩm

1.3.1 Thủy phân hóa học

Thuỷ phân hoá học là phương pháp cổ điển Thuỷ phân có thể thực hiện trong môi trường acid (HCl hoặc H2SO4) hoặc trong môi trường kiềm (NaOH) Điều kiện thuỷ phân khá tốn kém: nhiệt độ cao (1000C) và thường là trong môi trường áp suất thấp

Thuỷ phân axit có bất lợi là phá huỷ một phần axit amin và đặc biệt là phá huỷ hoàn toàn tryptophane Cho nên cần thiết bổ sung vào dịch thuỷ phân những axit amin này

Thuỷ phân trong môi trường kiềm bằng xút sẽ phá huỷ cystein, cystine, arginin và methionin Đặc biệt, thuỷ phân trong môi trường kiềm là nguyên nhân gây ra sự chuyển đổi L-axit amin thành D-axit amin con người không hấp thụ được, điều này làm giảm giá trị dinh dưỡng của sản phẩm

1.3.2 Thủy phân enzyme

Thuỷ phân enzyme có thuận lợi là dễ kiểm tra hơn thuỷ phân hoá học, cho phép giữ giá trị dinh dưỡng của nguyên liệu ban đầu và không cần xử lý hoá học để loại bỏ tác nhân thuỷ phân sau khi thuỷ phân (enzyme dễ dàng bị bất hoạt bởi nhiệt

độ tương đối)

Trong thuỷ phân enzyme, những proteasa sẽ cắt liên kết peptit của 2 axit amin kế tiếp nhau trong đoạn ban đầu của protein tạo thành ít nhất 2 peptit Cắt đứt liên kết peptit sẽ giải phóng proton H+ Sự giải phóng này sẽ làm cho môi trường có tính axit Quy luật này buộc quá trình thuỷ phân xảy ra trong điều kiện pH môi trường lớn hơn 6.5 để cho mức độ điện li của ion -R-N+H3 được đủ Khi pH nhỏ hơn thì phản ứng xảy ra theo chiều ngược lại và do đó ion OH- được giải phóng [6]

OH2H

R1

O N H

R2

H

H

R1

O O

H

H H

R2

+

Sự khác nhau trong quá trình chuẩn bị thuỷ phân chính là nguồn gốc enzyme thương mại (enzyme ngoại bào), được thêm vào trong quá trình chuẩn bị để thúc đẩy quá trình thuỷ phân Quá trình thuỷ phân được thúc đẩy bằng một enzyme duy nhất hay hỗn hợp proteasa thương mại có rất nhiều thuận lợi như kiểm tra được quá trình thuỷ phân và thông số thuỷ phân và sử dụng nhiệt độ xúc tác tương đối

Những enzyme được sử dụng có thể chia thành 3 dạng :

1 Enzyme có nguồn gốc thực vật : papain (quả đu đủ), ficin (cây vả), bromelin (quả dứa)

2 Enzye có nguồn gốc động vật : trypsin, chymotrypsin, pepsin (thành dạ dày)

3 Enzyme có nguồn gốc vi sinh vật : pronase (streptomyces griseus), protamex, monzym (bacillus subtilis)

Bột đạm thủy phân có hàm lượng protein cao khoảng 70%, lipid khoảng 0,5% và tỷ lệ nitơ dễ hấp thụ cao, rất có giá trị dinh dưỡng Có thể sử dụng dưới dạng nguyên chất hoặc phối trộn với các thực phẩm khác

Bột đạm thủy phân có màu trắng ngà, vàng nhạt hay vàng nâu tùy thuộc vào nguyên liệu ban đầu Mùi thơm đặc trưng, khi cho vào nước dễ tan, có khả năng tạo gel, dẻo dính

Bột đạm thủy phân thường được sản xuất từ các loài cá kém giá trị kinh tế hoặc từ các phế liệu cá

1.3.3.3 Các sản phẩm phụ từ quá trình thủy phân

Bột cặn thủy phân (protein không tan): là lớp dưới cùng sau khi ly tâm dịch thủy phân, được đem đi sấy khô và xay nghiền Trong bột cặn chứa phần lớn là protein không tan

Bột khoáng là phần xương thu được sau quá trình thủy phân được đem đi lọc tách xương và rửa sạch Sau đó, bột đem đi sấy khô và xay nghiền Trong bột khoáng có chứa các nguyên tố Ca, Mg, P…, một lượng nhỏ protein, lipit chưa thủy phân triệt để

Dầu cá: là lớp trên cùng thu được sau khi ly tâm hỗn hợp có được từ sự thủy phân Hàm lượng thì phụ thuộc vào nguyên liệu ban đầu Ngoài ra, trong dầu cá có chứa hàm lượng DHA, EPA… rất tốt cho sức khỏe con người

1.3.3.4 Ứng dụng của sản phẩm thủy phân

Dịch đạm cô đặc và bột đạm hòa tan có thể được ứng dụng trong sản xuất thức

ăn chăn nuôi, đặc biệt là trong nuôi trồng thủy sản Sản phẩm với nồng độ đạm cao, gồm hỗn hợp các amin cần thiết cho sự phát triển của tôm, cá Sản phẩm cũng chứa các chất kích thích tiêu hóa Cho nên khi phối trộn chúng vào thức ăn theo tỷ lệ phù hợp sẽ làm tăng vị ngon và với mùi hấp dẫn sẽ giúp cho tôm, cá nhanh chóng phát hiện và ăn mồi, góp phần cung cấp lượng thức ăn đầu vào cho nuôi trồng thủy sản

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 Ngoài

ra thì nó cũng có thể sử dụng làm phụ gia, gia vị trong thực phẩm

Dịch đạm cô đặc còn có thể sử dụng để bổ sung trong quá trình làm nước mắm

do nó có hàm lượng axit amin cao, làm tăng độ đạm của nước mắm

Dịch đạm thủy phân có thể dùng trong sản xuất nước mắm công nghiệp khi thêm hương vị của nước mắm, rút ngắn thời gian sản xuất mà hàm lượng đạm axit amin trong đó lại cao [1]

1.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme trong quá trình thủy

phân

1.3.4.1 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme và cơ chất

Giống như các phản ứng enzyme, tốc độ phản ứng thủy phân tỷ lệ với nồng

độ enzyme Khi nồng độ enzyme quá cao, nếu tiếp tục thêm enzyme thì sự biến đổi của tốc độ thủy phân là không đáng kể Vì vậy, tốt hơn là sử dụng nồng độ enzyme thích hợp để đạt hiệu quả thủy phân cực đại và giảm giá thành

Trong các phản ứng do enzyme xúc tác trước hết tạo thành phức trung gian giữa enzyme và cơ chất Sau đó, phức này chuyển hóa tiếp tục tạo thành sản phẩm cuối cùng và enzyme tự do, enzyme lại kết hợp với phân tử cơ chất khác Nếu nồng

độ cơ chất đủ thích hợp với lượng enzyme sẽ làm cho quá trình thủy phân diễn ra đều đặn nhanh chóng [3]

1.3.4.2 Ảnh hưởng của các chất kìm hãm và các chất hoạt hóa

Chất kìm hãm hay còn gọi là các chất ức chế là những chất mà khi trong phản ứng có sự hiện diện của chúng, enzyme có thể bị giảm hoặc mất hoạt tính Các chất này có thể là các ion, các phân tử vô cơ, hữu cơ Các chất kìm hãm thuận nghịch hoặc không thuận nghịch, cạnh tranh hoặc không cạnh tranh Với mỗi enzyme ta có các chất kìm hãm khác nhau

Các chất hoạt hóa là những chất có tác dụng làm tăng tính 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 [3]

1.3.4.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Vì enzyme có bản chất protein nên khi tăng hay giảm nhiệt độ đều ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme Thật vậy, mỗi enzyme chỉ hoạt động trong vùng nhiệt độ xác định Phần lớn enzyme hoạt động thích hợp ở khoảng nhiệt độ 40 oC ÷

50oC và vô hoạt hóa ở 70oC Trong vùng nhiệt độ thích hợp nếu nhiệt độ tăng 10oC thì tốc độ thủy phân tăng 1,5 ÷ 2 lần Nhiệt độ thích hợp của enzyme có thể thay đổi khi có sự thay đổi về pH, cơ chất [3]

1.3.4.4 Ảnh hưởng của pH môi trường

Enzyme rất nhạy cảm với sự thay đổi pH môi trường Mỗi enzyme chỉ hoạt động ở vùng pH nhất định gọi là pH tối thích pH tối thích của đa số enzyme nằm trong vùng acid yếu, kiềm yếu hay trung tính, chỉ có một số enzyme hoạt động tối thích nằm trong vùng acid mạnh hay kiềm mạnh [4]

1.3.4.5 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân

Thời gian thủy phân kéo dài hoặc rút ngắn đều ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình thủy phân và chất lượng của sản phẩm

Thời gian tác dụng kéo dài thì enzyme có điều kiện để cắt mạch triệt để Nhưng nếu kéo dài thời gian thủy phân quá mức dẫn đến vi sinh vật thích nghi và hoạt động mạnh tạo ra các sản phẩm cấp thấp như NH3, H2S, indol, skatol… đồng thời khi thời gian kéo dài hiệu quả kinh tế sẽ kém

Ngược lại, thời gian thủy phân rút ngắn, sự phân giải protein chưa triệt để, hiệu suất thủy phân không cao và gây lãng phí nguyên liệu [2]

1.3.4.6 Ảnh hưởng của lượng nước

Nước là môi trường thuận lợi của enzyme và vi sinh vật hoạt động Các kết quả nghiên cứu cho thấy điều kiện để các loại enzyme và vi sinh vật hoạt động được

là môi trường phải có hàm lượng nước tự do tối thiểu là 15%

Do vậy, nếu trong quá trình thủy phân ta bổ sung lượng nước quá thấp thì nó hạn chế được sự hoạt động của vi sinh vật nhưng đồng thời nó cũng ức chế hoạt động của enzyme làm giảm hiệu suất thủy phân Nhưng nếu bổ sung hàm lượng nước quá cao thì chính nước là môi trường thuận lợi để vi sinh vật hoạt động và phát triển tạo ra các sản phẩm cấp thấp như: indol, skatol, NH3, H2S… làm giảm chất lượng sản phẩm [4]

1.4 Tình hình nghiên cứu thủy phân protein trong và ngoài nước

1.4.1 Ngoài nước

Nguyen và cộng sự (2011) đã nguyên cứu sự thủy phân phế liệu từ phế liệu

cá ngừ bằng enzyme Protamex và đặc tính sinh hóa của sản phẩm thủy phân Một chế độ thủy phân đươc 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 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% [14]

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 về liều lượng 1200AU/g nguyên liệu và tỷ lệ nguyên liệu/nước là 1:4 (g/ml) trong thờ gian thủy phân 5 giờ ở nhiệt độ 450C Dịch đạm thủy phân thu được đem phối trộn với muối, đường và bột ngọt với tỷ lệ thích hợp sau đó tối ưu hóa chê độ sấy phun bằng bằng 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 82,98%, chất béo là 1,55%, đường tổng số 6,82% và sản phẩm có độ ẩm 4,09% [19]

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 Cá điều kiện tối ưu cho điều kiện 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% [20]

Herpandi và cộng sự (2012) đã nghiên cứu độ thủy phân và lượng acid amine tryptophan tự do của sản phẩm thủy phân từ cá ngừ bằng các loại protease khác nhau Sản phẩm thủy phân Protein 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 bà 2% so với khối luongj 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 că các Protease, tiếp theo là Protamex, Flavourzyme và Neutrase [11]

Liaset và cộng sự (2002) đã nghiên cứu thủy phân phế liệu ( phần xương sau

khi phile tách thịt) cá hồi bằng enzyme Protamex ở điều kiện nhiệt độ 550C, pH tự nhiên là 6,5, nồng độ enzyme là 11,1AU/kg protein thô với tỷ lệ trên nước là 1,14

Sau 6h thủy phân, kết quả thu được thủy phân giàu các acid amin thiết yếu và acid béo có thể có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực [13]

Nilsang và cộng sự (2004) đã nghiên cứu sử dụng 2 loại enzyme protease là Flavourzyme 1000L và Kojizyme 800L bổ sung để thủy phân dịch thải từ quy trình

cá ngừ đóng hộp để sản xuất dịch đạm Kết quả nghiên cứu cho thấy điều kiện tối

ưu khi sử dụng Flavourzyme 1000L bổ sung vào thủy phân là 450C, nồng độ enzyme là 50 LAPU/g protein (5%), nồng độ cơ chất là 20%(w/w) ở tại pH tự nhiên của nguyên liệu (5,9-6), thời gian thủy phân là 6h thì DH đạt 62% Đối với Kjoizyme 800L điều kiện tối ưu là ở 500C, nồng độ enzyme là 40LAPU/g protein (5%), nồng độ cơ chất 20% (w/w) ở pH tự nhiên, thời gian thủy phân là 6h thì DH đạt 68% [15]

Peizhi và cộng sự (2001) đã nghiên cứu tối ưu theo phương pháp trục giao quá trình thủy phân phế liệu mực từ enzyme Flavuorzyme 100MG và Protamex Nghiên cứu cho thấy hàm lượng acid amin tự do trong thủy phân đạt 24,8% so với 8,2% so với mẫu đối chứng Sản phẩm thu được có kết quả tốt nhất ở 500C sau 6 giờ thủy phân [18]

Ovissipour và cộng sự (2009) đã nghiên cứu thủy phân đầu cá ngừ vây vàng

sử dụng 1,5% enzyme Alcalase (2,4L) và Protamex endopeptidases từ các chủng vi

khuẩn Bacillus licheniformis và B subtilis, với điều kiện thủy phân tỷ lệ

nước/nguyên liệu 1:1, pH tự nhiên và 24h, nhiệt độ 550C và bất hoạt ở nhiệt độ

950C trong 15 phút Kết quả DH ( mức độ thủy phân), nitơ thu hồi , hàm lượng protein đều tăng Ngoài ra, enzyme Alcalase tác động mạnh hơn so với enzyme Protamex, sản phẩm quá trình thủy phân tạo thành các acid amin rất cần thiết [16]

Ho và cộng sự đã nghiên cứu dung dịch thủy phân cá thu làm chất gây mùi dẫn dụ khả năng bắt mồi của cá Hồi trắng cá thu được xay nhỏ sau đó đem đi thủy phân với Alcalase 2,4 AU/g hoặc Flavozyme 500L, nồng độ enzyme/protein là 3 %, thời gian phân thủy phân 1 hay 4 giờ Kết quả nghiên cứu cho thấy các sản phẩm thủy phân sau 1 và 4 giờ có hàm lượng peptide và các acid amine tự do cao hơn

mẫu dùng Alcalase 2,4 AU/g Mẫu thủy phân 4 giờ có hàm lượng acid amine cao hơn mẫu 1 giờ [12]

Năm 2009, Ovissipour nghiên cứu sự thủy phân nội tạng của cá tầm Beluga (Huso huso) Sử dụng bề mặt đáp ứng phương pháp luận (RMS) và thiết kế một nhân tố để làm giảm thiểu việc sử dụng enzyme và mô hình mức độ thủy phân (r2=0,94), các điều kiện thủy phân (nhiệt độ, thời gian và enzyme hoạt động) đã được tối ưu hóa Các điều kiện tối ưu là: 500C , 120 phút, protease (Alcalase 2,4L) hoạt động trên 34AU/kg protein Thủy phân protein Beluga nội tạng protein hòa tan tương đối cao (66,43%) và lipip thấp (1,34%).[17]

1.4.2 Trong nước

Đỗ Văn Ninh (2004), nghiên cứu về protease thu nhận từ nội tạng cá và gan mực cho thấy enzyme thu được là một hỗn hợp gồm nhiều protease có nhiều độ hoạt động thích hợp là 50-550C và hoàn toàn có thể sử dụng protease này trong thủy phân sản xuất các sản phẩm thủy phân từ cá cũng như bột đạm đẻ ứng dụng trong các lĩnh vực khác [7]

Lâm Tuyết Hàn (2009), nghiên cứu thu nhận chế phẩm enzyme protease từ nội tạng cá chẽm có điều kiện hoạt động là pHopt = 7,5-8, topt = 350C, muối ăn ở nồng độ càng cao thì hoạt độ enzyme càng giảm Từ đây đã sử dụng vào nghiên cứu thủy phân các nục thuôn và thu được kết quả về các thông số ảnh hưởng đến sự thủy phân: pH=8, tỷ lệ nước 20%, NaCl= 2%, E/S= 2%, t= 500C, T= 14h kết quả thu được bột đạm cá nục thuôn cá hàm lượng protein thô là 79,93%, proyein hòa tan 13,45%, Naa= 16,65%, bột đạm hòa tan là 89,65%, bột đạm không hòa tan là 10,35%

Vũ Ngọc Bội (2004), nghiên cứu về protease B subtilis S5 cho thấy có thể dung nước cất để thu nhận protease với hoạt tính cao từ canh trường nuôi cấy B subtilis S5 theo phương pháp bán rắn và thu nhận chế phẩm protease kỹ thuật bắng cách dung ethanol để gây kết tủa Protease thu được có nhiệt độ hoạt động thích hợp

là 550C và pH thích hợp là 6 Protease có thể sử dụng rất tốt trong thủy phân cá tạp

để sản xuất bột đạm thủy phân và thủy phân trong sản xuất nước mắm ngắn ngày [2]

Lê Bích Ngọc (2011) với đề tài nghiên cứu sản xuất sản phẩm thủy phân protein từ nguyên liệu còn lại (phế liệu) sau quá trình phile cá Đổng Xác định được các thông số thích hợp cho quá trình sản xuất sản phẩm thủy phân từ phế liệu cá Đổng vây sợi Tỷ lệ enzyme/nguyên liệu: 0,3%, Nhiệt độ thủy phân: 550C, Thời gian thủy phân: 4h [1]

Trang Sĩ Trung đã sử dụng enzyme Flavouzyme để tiến hành thủy phân phế liệu tôm Tại nhiệt độ 500C, 6 giờ, tỷ lệ enzyme bổ sung : 0,1%, thì hiệu suất thu hôi protein khoảng 92÷95%

Nguyễn Thi Tựu (2011) với đề tài Nghiên cứu quy trình sản xuất sản phẩm thủy phân Protein từ Vẹm Xanh xác định được các thông số thích hợp với tỷ lệ enzyme/ nguyên liệu (Protammex 0,4% và Flavourzyme 0,3%), nhiệt độ thủy phân

500C và thời gian thủy phân 4 giờ.[10]

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu

2.1.1 Đầu, xương Cá Tra

Hình 2.1 Nguyên liệu đầu, xương cá Tra

Cá Tra thuộc một lớp Lưỡng Tiêm (Pisces)

Bộ cá Nheo Silur iformes

Họ Cá Tra Pangasiidae

Giống Cá Tra dầu Pangasianodon

Loài cá Tra dầu Pangasianodon.hypophthalmus (Sauvage 1878)

Nguyên liệu đầu, xương cá Tra được cung cấp bởi công ty cổ phần Nam Việt, khu công nghiệp Mỹ Quý, phường Mỹ Quý, thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang

Đặc điểm nguyên liệu là dạng đông rời, là phế phẩm sau fillet

Nguyên liệu được chuyển về dạng đông và được chứa trong thùng xốp cách nhiệt

Sau khi về phòng thí nghiệm, nguyên liệu được rã đông và xay nhỏ, đồng nhất và cho vào túi nhựa 100g đem đi bảo quản đông ở nhiệt độ ≤ -200C để phục vụ thí nghiệm

2.1.2 Enzyme

2.1.2.1 Enzyme Protamex

Enzyme Protamex có nguồn gốc từ vi sinh vật Bacillus của hãng Novozyme

(Đan Mạch) Nó được sản xuất để thủy phân protein của thực phẩm Hiện nay enzyme này đang được sử dụng rộng rãi cả trong nghiên cứu và trong thực tiễn sản xuất

Enzyme Protamex có hoạt độ 1,5 AU/g, hoạt động thích hợp trong khoảng pH= 5,5 – 7,5; nhiệt độ 35oC – 60oC Protamex bị mất hoạt tính trong 30 phút tại

500C hoặc cao hơn khi pH= 4 và trong 10 phút tại 85oC hoặc cao hơn khi pH= 8

2.1.2.2 Enzyme Flavourzyme

Enzyme Flavourzyme là một protease được chiết xuất từ nấm Aspergillus

oryzae theo phương pháp lên men chìm 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

FlavourzymeTM 5,0 – 7,0 40oC - 60oC

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

Enzyme này bị bất hoạt ở 85oC hoặc cao hơn trong 10 phút

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Xác định thành phần hóa học của đầu, xương cá Tra

Xác định thành phần hóa học của đầu, xương cá Tra theo sơ đồ: