Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện cô đặc đến chất lượng sản phẩm carotein protein thủy phân từ đầu tôm

Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia nhiệt đến chất lượng sản phẩm caroten-protein trong quá trình cô đặc.... Sơ đồ nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia nhiệt đến c

Nha Trang, tháng 07 năm 2015

GVHD: PGS.TS TRANG SĨ TRUNG ThS NGUYỄN CÔNG MINH

TS NGUYỄN VĂN MINH

Nha Trang, tháng 07 năm 2015

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, cho tôi gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS-TS Trang Sĩ Trung

đã tạo điều kiện cho tôi được tham gia Đề tài “Nghiên cứu sản xuất các sản phẩm

giá trị gia tăng từ phế liệu tôm để ứng dụng trong nông nghiệp” do Bộ Khoa học

và Công nghệ cấp

Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, tôi đã nhận được sự quan tâm sâu sắc

và tạo điều kiện tốt nhất từ các Thầy Cô trong Khoa Công nghệ Thực phẩm, Viện Công nghệ Sinh học và Môi trường để tôi hoàn thành đề tài này

Tôi xin gửi lời biết ơn trân trọng nhất đến PGS-TS Trang Sĩ Trung, ThS Phạm Thị Đan Phượng, TS Nguyễn Văn Minh và ThS Nguyễn Công Minh đã hết lòng hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình tìm hiểu tài liệu cũng như trong suốt quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu

Xin gửi lòng biết ơn đến gia đình, tất cả bạn bè đã ở bên cạnh giúp đỡ và ủng

hộ tôi trong suốt thời gian làm đề tài

Trong quá trình nghiện cứu và tiến hành đề tài cũng như quá trình hoàn thành đồ án do kinh nghiêm thực tiễn, vốn kiến thức chưa sâu nên khả năng lập luận, giải thích còn chưa tường tận, chính xác Mong Thầy Cô xem xét đóng góp ý kiến để đồ án được hoàn thiện hơn

Tôi xin cảm ơn

Khánh Hòa, tháng 6 năm 2015

Sinh viên

Lê Thị Diệu Hằng

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

MỞ ĐẦU viii

Chương 1: TỔNG QUAN 1

1.1.TỔNG QUAN VỀ PHẾ LIỆU TÔM 1

1.1.1 Tổng quan về phế liệu .1

1.1.2 Thành phần hóa học của phế liệu tôm 1

1.2 TỔNG QUAN VỀ CAROTEN-PROTEIN 2

1.2.1 Bản chất của caroten-protein 2

1.2.2 Tính chất vật lý của caroteniod 3

1.2.3 Tính chất hóa học 3

1.2.4 Hoạt tính sinh học và vai trò của caroten-protein 4

1.3 TỔNG QUAN VỀ ASTAXANTHIN 5

1.3.1 Tính chất vật lý của astaxanthin 6

1.3.2 Tính chất hóa học của astaxanthin 7

1.3.3 Ứng dụng của astaxanthin 9

1.3.4 Những biến đổi của astaxanthin trong quá trình bảo quản và chế biến 10

1.4 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 11

1.4.1.Nghiên cứu trong nước 11

1.4.2 Nghiên cứu ngoài nước 12

1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP THU NHẬN CAROTEN-PROTEIN 13

1.5.1 Thu nhận caroten-protein bằng phương pháp kết tủa ở điểm đẳng điện pI 13

1.5.2 Thu nhận caroten-protein bằng xử lý nhiệt 13

1.5.3 Thu nhận caroten-protein bằng chitosan 14

1.5.4 Thu nhận caroten-protein bằng cô đặc 14

1.5.4.1 Các phương pháp cô đăc 15

1.5.4.2 Phân loại thiết bị 15

1.5.4.3 Những biến đổi của thực phẩm trong quá trình cô đặc 18

1.5.5 Những hư hỏng thường gặp khi chế biến, bảo quản hỗn hợp caroten-protein 19

1.5.6 Các phương pháp bảo quản hỗn hợp caroten-protein 19

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 21

2.1.1 Phế liệu đầu tôm 21

2.1.2 Hóa chất 21

2.2 DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU 22

2.2.1 Thiết bị cô đặc chân không một nồi 22

2.2.2 Thiết bị phân tích 23

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

2.3.1 Quy trình thủy phân đầu tôm thu nhận caroten-protein 24

2.3.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia nhiệt đến chất lượng sản phẩm caroten-protein trong quá trình cô đặc 26

2.3.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chitosan bổ sung đến chất lượng của sản phẩm caroten-protein 28

2.3.4 Các phương pháp phân tích 29

2.4 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 30

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31

3.1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA DỊCH THỦY PHÂN CAROTEN PROTEIN 31

3.2 ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ GIA NHIỆT ĐẾN CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM CAROTEN-PROTEIN 32

3.2.1 Sự thay đổi hàm lượng chất khô theo thời gian cô đặc 32

3.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ gia nhiệt đến hiệu suất thu hồi protein và astaxanthin từ dịch caroten-protein thủy phân 33

3.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ gia nhiệt đến hàm lượng lipid trong quá trình cô đặc dung dịch caroten-protein 35

3.2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ gia nhiệt trong quá trình cô đặc đến hàm lượng

phospholipid của sản phẩm caroten-protein 37

3.2.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ gia nhiệt trong quá trình cô đặc đến chỉ số peroxide (PV) trong sản phẩm caroten-protein 39

3.2.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ quá trình cô đặc đến hàm lượng protein hòa tan có trong hỗn hợp caroten-protein 40

3.2.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ quá trình cô đặc đến cảm quan màu và mùi hỗn hợp caroten-protein 42

3.3 Ảnh hưởng của nồng độ chitosan bổ sung đến hiệu suất thu hồi proten và astaxanthin của dung dịch thủy phân caroten-protein 44

3.4 Đề suất quy trình cô đặc dung dịch thủy phân caroten-peotein 45

Chương 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47

4.1 KẾT LUẬN 47

4.2 KIẾN NGHỊ 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

PHỤ LỤC 51

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần đầu và vỏ phế liệu tôm (%) 1

Bảng 1.2 Ưu nhược điểm của phương pháp cô đặc nhiệt và cô đặc lạnh 15

Bảng 1.3 Quan hệ giữa nồng độ chất khô và nhiệt độ sôi ở 760 mmHg 17

Bảng 1.4 Quan hệ giữa độ chân không và nhiệt độ sôi của nước 17

Bảng 3.1 Thành phần hóa học cơ bản của dịch thủy phân caroten-protein 31

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cấu tạo của astaxanthin 5

Hình 1.2 Các đồng phân cấu tạo của astaxanthin 6

Hình 1.3 Các liên kết hóa học có thể có của astaxanthin với các phân tử khác trong tôm 6

Hình 1.4: Sự thay đổi cấu trúc phân tử astaxanthin khi tương tác với acid yếu 8

Hình 1.5 Astacene 8

Hình 1.6 Crustaxanthin 8

Hình 2.1 Nguyên liệu đầu tôm 21

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị cô đặc chân không một nồi 22

Hình 2.3 Hình ảnh thiết bị cô đặc chân không một nồi 23

Hình 2.4 Sơ đồ tách chiết dung dịch caroten-protein từ đầu tôm 25

Hình 2.5 Hình ảnh dịch caroten-protein từ đầu tôm thẻ chân trắng 26

Hình 2.6 Sơ đồ nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia nhiệt đến chất lượng sản phẩm caroten-protein trong quá trình cô đặc 27

Hình 2.7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chitosan bổ sung 29

Hình 3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ gia nhiệt đến sự biến đổi hàm lượng chất khô theo thời gian cô đặc 32

Hình 3.2 Ảnh hưởng của chế độ gia nhiệt đến hiệu suất thu hồi protein và astaxanthin 34

Hình 3.3 Ảnh hưởng của chế độ gia nhiệt trong quá trình cô đặc đến hàm lượng lipid trong sản phẩm caroten-protein 36

Hình 3.4 Ảnh hưởng của chế độ gia nhiệt trong quá trình cô đặc đến hàm lượng phospholipid trong sản phẩm caroten-protein 38

Hình 3.5 Ảnh hưởng của chế độ gia nhiệt trong quá trình cô đặc đến hàm lượng peroxide trong sản phẩm caroten-protein 39

Hình 3.6 Ảnh hưởng của chế độ gia nhiệt trong quá trình cô đặc đến hàm lượng protein hòa tan trong sản phẩm caroten-protein 41

Hình 3.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ quá trình cô đặc đến cảm quan màu và mùi của hỗn hợp caroten-protein 42 Hình 3.8 Ảnh hưởng của nồng độ chitosan bổ sung đến hiệu suất thu hồi protein và astaxanthin từ dịch caroten-protein thủy phân 44 Hình 3.9 Quy trình cô đặc dung dịch thủy phân caroten-peotein 46

MỞ ĐẦU

Trong những năm qua, ngành thủy sản đã có sự phát triển nhanh và đạt được những thành công nhất định Thủy sản là một trong những ngành kinh tế trọng điểm, có đóng góp lớn cho nền kinh tế quốc dân Tuy nhiên, ngành thủy sản hiện đang phát triển không bền vững, đặc biệt trong tình hình thiên tai và dịch bệnh xảy

ra liên tục dẫn đến thiếu hụt nguyên liệu trong sản xuất Vì vậy, vấn đề đặt ra là phải

sử dụng nguồn nguyên liệu trong chế biến một cách hiệu quả nhất Với đặc thù là lượng nguyên liệu còn lại (phế liệu) trong chế biến thủy sản nói chung và chế biến tôm nói riêng tạo ra rất lớn Việc tận dụng những nguyên liệu còn lại này để sản xuất ra các sản phẩm giá trị gia tăng đã và đang được các nhà khoa học nghiên cứu, một số kết quả đã được chuyển giao cho doanh nghiệp sản xuất Điển hình, phế liệu

từ công nghiệp chế biến tôm bao gồm đầu, vỏ tôm và thịt vụn đã được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất chitin và chitosan Một trong những hướng khác là thu hồi sản phẩm caroten-protein có trong phế liệu tôm để ứng dụng làm thực phẩm cho con người, bổ sung vào thức ăn cho động vật và thủy sản Hỗn hợp caroten-protein

có thành phần chính là protein và astaxanthin Trong đó astaxanthin có giá trị kinh

tế cao và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực Caroten-protein hiện được bổ sung vào thức ăn gia súc, nuôi trồng thủy sản, làm tăng màu sắc cá, tăng khả năng miễn dịch của vật nuôi và được bổ sung vào các mỹ phẩm,… Tuy nhiên, một trong những khó khăn hiện nay là làm sao thu hồi sản phẩm caroten-protein từ dịch thủy phân triệt để nhất Đã có nhiều phương pháp được nghiên cứu áp dụng như kết tủa ở điểm đẳng điện (pI), kết tủa nhiệt và phương pháp cô đặc,… Trong đó, phương pháp cô đặc được xem là phương pháp hiệu quả nhất để thu hồi triệt để sản phẩm caroten-protein từ dịch thủy phân Mặc dù vậy, cho đến nay cũng chưa có công trình nào đi sâu nghiên cứu ứng dụng phương pháp cô đặc để thu hồi caroten-protein từ dịch thủy phân

Chính vì vậy, việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện

cô đặc đến chất lượng sản phẩm caroten-protein thủy phân từ đầu tôm” là cần

thiết nhằm tìm ra các thông số thích hợp cho việc thu nhận caroten-protein

 Mục tiêu của đề tài

Xác định được các thông số (nhiệt độ gia nhiệt và nồng độ chitosan bổ sung) thích hợp trong quá trình cô đặc thu nhận caroten-protein từ dịch thủy phân đầu tôm

 Nội dung nghiên cứu

1 Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia nhiệt đến chất lượng sản phẩm caroten-protein trong quá trình cô đặc

2 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chitosan bổ sung đến chất lượng caroten-protein trong quá trình cô đặc

 Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu của đề tài là dữ liệu khoa học có giá trị tham khảo cho các nhà khoa học và sản xuất, giảng viên và sinh viên ngành Công nghệ thực phẩm, Công nghệ sinh học

 Ý nghĩa thực tiễn

Thành công của đề tài sẽ góp phần hoàn thiện quy trình thu nhận protein từ dịch thủy phân đầu tôm Kết quả này có thể được áp dụng trong thực tế tại các nhà máy sản xuất chitin và chitosan từ phế liệu tôm nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế cho sản phẩm

và loại tôm khác nhau mà lượng phế liệu khác nhau từ 35-45% so với khối lượng nguyên liệu ban đầu [26] Trong khi đó sản lượng tôm của nước ta năm 2013 là 541.000 tấn, sản lượng tôm sú đạt 268.000 tấn và sản lượng tôm thẻ chân trắng là 273.000 tấn Như vậy, ứng với sản lượng thì có khoảng 200.000 tấn phế liệu [9]

Vì vậy, việc tận dụng phế liệu trong chế biến tôm để tạo ra sản phẩm chất lượng có giá trị sử dụng là vấn đề được khuyến khích và đẩy mạnh để tăng nguồn lợi đồng thời góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường

1.1.2 Thành phần hóa học của phế liệu tôm

Bảng 1.1: Thành phần đầu và vỏ phế liệu tôm (%) [2]

Phế liệu Protein Chitin Lipid Tro Calci Phospho

Protein: protein trong phế liệu tôm thường là loại protein không hoà tan do đó

khó tách ly ra khỏi vỏ, tồn tại dưới 2 dạng:

- Dạng tự do: dạng này tồn tại trong cơ quan nội tạng và trong các cơ gắn phần vỏ

- Dạng phức tạp: dạng này liên kết với chitin, CaCO3, như một phần thống nhất của

vỏ tôm

Chitin: tồn tại dưới dạng liên kết với protein, khoáng và nhiều hợp chất hữu cơ khác, chúng là nguyên nhân gây khó khăn cho việc tách và tinh chế chúng

Calci: trong thành phần của vỏ tôm có chứa một lượng lớn muối vô cơ mà chủ yếu là CaCO3

Sắc tố: trong vỏ tôm có nhiều loại sắc tố nhưng chủ yếu là astaxanthin là dẫn xuất của carotenoid, thường ở dạng liên kết với acid béo (ester hóa) hay với protein tạo nên phức hợp chặt chẽ có màu xanh của tôm Khi liên kết này bị phá vỡ thì astaxanthin dễ dàng bị ôxy hóa thành astacene

Enzyme: theo tạp chí thuỷ sản (số 5/1993), hoạt độ enzyme protease của đầu

tôm khoảng 6,5 đơn vị hoạt độ/g tươi Qua nhiều nghiên cứu bằng phương pháp sắc

ký qua Coat Sephadex G 75 đã tách được ở đầu tôm 2 loại protease có khối lượng phân tử khác nhau Ngoài ra còn có một số khoáng chất như P, K, Mg, Mn và Fe [13]

1.2 TỔNG QUAN VỀ CAROTEN-PROTEIN

1.2.1 Bản chất của caroten-protein

Caroten-protein là một phức hợp liên kết hóa trị giữa protein và caroteinoid Trong tự nhiên, caroten-protein tồn tại rất đa dạng ở thực vật và động vật: ở động vật tồn tại ở động vật giáp xác như tôm, ghẹ, cua… Chúng tồn tại trong lớp biểu bì, trong vỏ, các bộ phận như trứng, dạ dày hay bạch huyết của chúng Theo Zagalsky phản ứng giữa các nhóm 4 và 4’ keto trong các vòng mang điện của β-astaxanthin là điều kiện tiên quyết cho phản ứng giữa nhóm carbonyl trong carotenoid với các gốc amin để hình thành caroten-protein [33] Caroteno-protein được chia thành 2 nhóm chính gồm caroten-protein thật: có sự liên kết chặt chẽ giữa carotenoid với protein

và carotenolipoprotein: carotenoid liên kết với các nhóm lipid và không thể hiện liên kết cụ thể với protein Các carotenoid có liên quan đến protein thì ít bị ôxy hóa hơn các carotenoid khác ở dạng tự do

Carotenoid có vai trò quan trong để loại trừ hoặc ngăn chặn một số bệnh thoái hóa cơ thể như chứng xơ vỡ động mạch, ung thư, các bệnh về mắt Carotenoid

ở dạng tự do có màu vàng, cam hoặc đỏ Tuy nhiên, trong cơ thể của một số loài động vật biển không xương sống các phức hợp carotenoid tạo màu khác nhau như

xanh lá, xanh dương, màu tía Carotenoid có nguồn gốc từ sinh vật biển được sử dụng rộng rãi như là một chất màu tự nhiên an toàn trong chế biến thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm Caroteinoid được tách từ các loại giáp xác có khả năng hình thành sắc tố được xem là một nguồn tiền tố vitamine A và là nhóm chống ôxy hóa

 Màu sắc của carotenoid được tạo ra nhờ sự có mặt của hệ nối liên hợp trong phân tử Phần lớn các cầu nối dạng trans Khả năng hấp thụ sóng mạnh nhất ở những bước sóng khác nhau của hệ nối đôi liên hợp được dử dụng để phân tích cấu trúc, định lượng cũng như định tính carotenoid

 Tính hấp thụ ánh sáng: chuỗi polyne liên hợp đặc trưng cho màu thấy được của carotenoid Dựa vào quang phổ thu của nó, người ta thấy khả năng hấp thụ ánh sáng phụ thuộc vào nối đôi liên hợp, phụ thuộc vào nhóm C9 mạch thẳng hay mạch vòng, cũng như các nhóm gắn trên vòng

 Rất nhạy đối với acid và chất ôxy hóa, bền vững với kiềm Do hệ thống nối đôi liên hợp nên nó dễ bị ôxy hóa mất màu hoặc đồng phân hóa, hydro hóa tạo màu khác

 Dễ bị ôxy hóa trong không khí, cần bảo quản trong khí trơ, chân không Ở nhiệt độ thấp nên bao kín tránh ánh sáng mặt trời

1.2.4 Hoạt tính sinh học và vai trò của caroten-protein

Trong ngành công nghệ thực phẩm Caroteniod là loại sắc tố rất được quan tâm vì tầm quan trọng của nó trong việc tạo màu, các caroteniod được dùng làm chất phụ gia cho nhiều thực phẩm và nước uống Năm 1954, P – carotene tổng hợp được đưa vào thị trường đầu tiên bởi Roche Nó dùng làm màu cho kem, bơ, nước

ép hoa quả…với tính an toàn cao hơn rất nhiều so với các hợp chất tạo màu nhân tạo Đồng thời, carotenoid khác cũng dùng làm chất phụ gia cho thức ăn gia súc, tạo màu đỏ cho lòng trứng gà cũng như các loại trứng gia cầm khác và tạo màu cho thịt của cá và động vật nuôi [17] Một số catenoid có vai trò tiền vitamin A Tiền vitamin A là những hợp chất họ caroteniod mà có khả năng cắt mạch C40 và chuyển hóa thành một hoặc hai phân tử vitamin A [17]

Trong Y dược, caroteniod có những đặc tính kích thích tính miễn dịch cao

Do đó nhiều năm qua, các carotene đặc biệt là P – carotene đã được các nhà nghiên cứu sử dụng trong điều trị AIDS [19] Caroten-protein còn được các nhà khoa học xác nhận là có hiệu ứng chống ung thư

Caroten có tác dụng phòng chống, bảo vệ tim mạch thông qua tác dụng phòng chống sự hình thành các cục máu đông trong lòng động mạch

Các chế phẩm có caroteniod dùng làm thuốc bổ điều trị suy dinh dưỡng cho trẻ em và một số bệnh về mắt: luteun và zeaxanthin hấp thụ những phổ ánh sáng có năng lượng cao có hại nhất của mặt trời, kìm hãm việc hoạt hóa các gốc tự do, ngăn chặn phản ứng kính hoạt ánh sáng

Caroteniod có khả năng phòng chống lão hóa [17], bồi dưỡng cho phụ nữ có thai và sau khi sinh Ngoài ra, các carotene là nguồn nguyên liệu phong phú cho công nghiệp mỹ phẩm: lycophen có tác dụng cực kỳ quan trọng đối với sắc đẹp, giúp quá trình chuyển hóa chất trong tế bào làm đẹp da, tóc, tăng sức đề kháng cho

da chống lão hóa da

1.3 TỔNG QUAN VỀ ASTAXANTHIN

Theo Armemte và guerero-Legarrata [21] cho thấy biết trong phế liệu tôm astaxanthin chiếm 95% trong caroteniod

Astaxanthin có cấu tạo là 3,3’-dihuydrôxyβ, β carotene-4,4- dione

Hình 1.1 Cấu tạo của astaxanthin [9]

Astaxanthin là một sắc tố có màu đặc trưng là màu vàng đỏ và là dẫn xuất của β – carotene

Astaxanthin thuộc nhóm chức phytochemical tecpen Astaxanthin có phân tử

là 596,8 Da và tan được trong lipit, astaxanthin thường tồn tại ở dạng tự do, dạng mono- hay ester với các acid béo không no mạch dài, hoặc dưới dạng phức hợp caroten-protein của đồng phân quang học, hàm lượng astaxanthin trong vỏ tôm thay đổi tuy thuộc giống loài

Điều này chứng tỏ ở vỏ các loài giáp xác chứa một nguồn astaxanthin tự nhiên đáng kể [11] Astaxanthin có thể tìm thấy trong vi tảo, men bia, cá hồi, cá, các loài nhuyễn thể, tôm, động vật giáp xác và trong lông chim của một số loài chim Cấu tạo các đồng phân của Astaxanthin:

Hình 1.2 Các đồng phân cấu tạo của astaxanthin [24]

Các liên kết hóa học có thể có của astaxanthin với các phân tử khác trong tôm

Hình 1.3 Các liên kết hóa học có thể có của astaxanthin với các phân tử khác

thái liên kết với các phân tử khác Chẳng hạn, trong tôm, cua… astaxanthin thường liên kết với các phân tử protein tạo thành phức caroten-protein (tức crustacyanin ) Dưới tác dụng nhiệt hoặc các tác nhân khác như acid, kiềm liên kết trên bị phá hủy

và giải phóng trở lại astaxanthin tự do màu đỏ cam [14]

Tính tan: astaxanthin là hợp chất ít phân cực nên kém tan trong nước, dễ tan trong trong các dung môi hữu cơ có độ phân cực thấp hay trung bình như piridin, diclorometan, cloroform, aceton, eter dầu mỏ

1.3.2 Tính chất hóa học của astaxanthin

Do phân tử chứa chuỗi polyen với các nhóm keto, hydrôxyl gắn với vòng đầu mạch, astaxanthin rất nhạy cảm với các tác nhân chất ôxy hóa, acid và base…

 Sự ôxy hóa: astaxanthin dạng tự do rất dễ bị ôxy hóa bởi các tác nhân electrophyl như ôxy phân tử, ôxy nguyên tử hay các gốc tự do (như gốc hydroxyl, gốc peroxide…) nhưng khi tạo phức với protein hay ở dạng ester hóa thì bền hơn Hoạt tính chống ôxy hóa của astaxanthin trong cơ thể được giải thích bởi khả năng bắt giữ các gốc tự do (ví dụ: gốc peroxide) tạo thành gốc cacbon trung tâm bền vững nhờ hiệu ứng cộng hưởng [14]

 Phản ứng với acid: astaxanthin phản ứng với các acid yếu theo một cân bằng thuận nghịch, tạo ra một phức hợp của các dạng cấu trúc (II) và (III) (Hình 1.5), gây ra sự dịch chuyển cực đại hấp thụ của nó về phía sóng dài; khi trung hòa bằng các base yếu (như dioxan) cấu trúc phân tử astaxanthin ban đầu lại được hồi phục Tuy nhiên, khi phản ứng với các acid mạnh (như HCl, H2SO4 )

có thể xảy ra sự phân hủy chuỗi polyen của astaxanthin, làm nhạt màu đỏ cam [14]

Hình 1.4: Sự thay đổi cấu trúc phân tử astaxanthin khi tương tác với acid yếu

[9]

Phản ứng với base: trong môi trường kiềm, khi có mặt không khí,

astaxanthin bị ôxy hóa nhanh chóng thành astacene có màu đỏ thẫm

Hình 1.5 Astacene [10]

 Phản ứng khử: khi xử lý bằng tác nhân khử NaBH4/ EtOH, các nhóm keto trong phân tử astaxanthin sẽ chuyển thành nhóm hydrrôxyl, tạo thành crustaxanthin: làm chuyển dịch cực đại hấp thụ của astaxanthin khoảng 20-30

nm về phía sóng ngắn [8]

Hình 1.6 Crustaxanthin [9]

Astaxanthin là sắc tố thuộc nhóm carotenoid có màu đỏ, tím, kết tinh, điểm nóng chảy 238-2400C Astaxanthin dễ bị ôxy hóa khi có mặt của ôxy tạo thành

astacene Astaxanthin là loại carotenoid có tính acid, có thể tác dụng với rượu tạo ra muối không ổn định Trong vỏ tôm nó tồn tại ở dạng phức hợp protein-astaxanthin

1.3.3 Ứng dụng của astaxanthin

Trong ngành thực phẩm và dinh dưỡng, astaxanthin được quan tâm nhiều vì được xem như chất màu tự nhiên an toàn không độc hại, có vai trò trong quá trình ôxy hóa chất béo, tạo nên màu sắc hương vị cho từng loại thực phẩm Astaxanthin

có thể được bổ sung vào bơ thực vật, nước sốt bơ, mì ống, salad trộn, salad dầu, pho mát, kem, sữa chua, sản phẩm thịt và cá, gelatin và món tráng miệng Astaxanthin

có chức năng sinh học mới bao gồm kích hoạt gen mã hóa để sản xuất protein và điều chế hoạt động của enzyme lipoxygenases Astxanthin được bổ sung làm thực phẩm chức năng để giảm sự tiến triển của bệnh tim mạch, một số loại bệnh ung thư, nguy cơ bị đục thủy tinh và các rối loạn ánh sáng và tăng cường miễn dịch ở những bệnh nhân nhiễm HIV [19] Astaxanthin cũng được xem là một chất màu thực phẩm Một lượng rất nhỏ astaxanthin có thể làm tăng màu sắc cho cá hồi khi được phối trộn phù hợp

Astaxanthin là chất chống ôxy hóa rất hiệu quả, có khả năng bảo vệ phospholipid của màng tế bào khỏi sự peroxide hóa, hoạt tính chống ôxy hóa của astaxanthin lớn hơn gấp 10 lần các carotenoid khác như zeaxanhin, lutein, canthaxanthin và β-caroten và lớn hơn gấp 100 lần so với vitamin E [27], astaxanthin có hoạt tính chống ôxy hóa cao gấp 10 lần so với các loại carotenoid khác như β-carotene, zeaxanthin, lutein, canthaxathin và cao gấp 500 lần so với α-tocopherol [19] Khả năng chống ôxy hóa của astaxanthin dựa trên chiều dài của phân tử và cấu trúc vòng ở hai đầu [23]

Astaxanthin có thể nâng cao khả năng miễn dịch, ngăn ngừa triệu chứng lão hóa, bệnh thoái hóa võng mạc bệnh Alzheimer, Parkinson, các bệnh có liên quan đến sự thừa cholesterol, một số căn bệnh ung thư [24] Đặc tính kháng viêm của astaxanthin có mối liên hệ chặt chẽ với hoạt động chống ôxy hóa Astaxanthin là chất chống ôxy hóa nên cũng là một rất hiệu quả chống viêm [20]

Astaxanthin có thể giúp giảm đau và viêm gân, khớp và cơ bắp Astaxanthin

có thể ngăn ngừa việc tăng huyết áp, có thể bảo vệ não do đột quy và thiếu máu cục

bộ, có tác dụng trong việc cải thiện bộ nhớ trong chứng mất trí Astaxanthin vai trò như là một phòng ngừa ung thư Astaxanthin có thể ngăn ngừa bệnh tim và giúp những người bị bệnh tim giảm thiểu nguy cơ đau tim hay đột quy Khả năng chống ôxy hóa và giảm viêm là hai yếu tố có lợi cho tim mạch vì có thể giúp cải thiện lipid máu bằng cách giảm cholesterol xấu và tăng cholesterol tốt [28] Astaxanthin có thể làm giảm đau nhức mắt, khô, mệt mỏi và mờ mắt Vì vậy astaxanthin có hiệu quả trong việc giảm viêm mắt

Astaxanthin được bổ sung trong nhiều sản phẩm mỹ phẩm khác nhau Vitamin E là một chất chống ôxy hóa đầu tiên được sử dụng và vẫn còn có thể rộng rãi Nhưng từ khi Astaxanthin được biết đến là chất chống ôxy hóa mạnh hơn so với vitamin E thì astaxanthin được bổ sung vào một loạt các sản phẩm mỹ phẩm như các loại son môi và sản phẩm kem chống nắng Trong kem chống nắng, astaxanthin

sẽ giúp bảo vệ da tốt hơn do bị cháy nắng và tổn hại do tia UV và nhờ có các thuộc tính chất chống ôxy hoá nên sẽ giúp chữa lành da bị hư hại [21]

1.3.4 Những biến đổi của astaxanthin trong quá trình bảo quản và chế biến

Các hợp chất carotene thuộc nhóm chất chống ôxy hoá có khả năng loại gốc

tự do Khả năng chống ôxy hóa của caroten dựa trên khả năng liên kết với ôxy nguyên tử và gốc peroxide bằng cách tạo ra sản phẩm cộng giữa β-carotene và gốc peroxide Dưới một số điều kiện, các hợp chất caroten hoạt động như những chất tiền ôxy hoá, dưới những điều kiện khác lại hoạt động như những chất chống ôxy hoá, có chức năng như một chất chống ôxy hóa chuỗi ngăn ngừa sự lan truyền của các phản ứng gốc tự do Vì vậy, carotene và đặc biệt là astaxanthin rất dễ bị biến đổi trong quá trình chế biến và bảo quản vì astaxanthin rất nhạy cảm với ánh sáng, ôxy

và nhiệt độ

Astaxanthin trong phế liệu tôm có thể được tìm thấy trong ba dạng chính: Astaxanthin tạo phức với protein (caroten-protein), astaxanthin liên kết với lipid,

protein và astaxanthin tự do Dạng astaxanthin tự do là dễ bị ôxy hóa nhất Phân tử của astaxanthin có nhiều nối đôi nên kém bền, dễ tạo liên kết với các chất khác như hydro, gốc tự do, peroxide, acid… làm mất đi hoạt tính vốn có của nó Cơ chế ôxy hóa astaxanthin được giải thích như là sự ôxy hóa lipid [22] và những tác nhân gây ôxy hóa như ánh sáng, nhiệt độ tương đối cao, ôxy và acid sẽ làm cho astaxanthin bị suy giảm hoạt tính Vì vậy, trong quá trình thu nhận và bảo quản cần lưu ý những yếu tố này nhằm hạn chế sự suy giảm chất lượng của astaxanthin

Những yếu tố ảnh hưởng đến astaxanthin:

 Nhiệt độ: nhiệt độ càng cao thì càng làm ôxy hóa astaxanthin dẫn đến làm giảm hoạt tính của nó Khi bảo quản ở nhiệt độ thấp thì quá trình ôxy hóa astaxanthin sẽ giảm và hoạt tính của astaxanthin được đảm bảo

 Ánh sáng: ánh sáng là tác nhân gây ôxy hóa astaxanthin nên khi bảo quản cần hạn chế ánh sáng tiếp xúc với hỗn hợp caroten-protein

 Ôxy nguyên tử: Ôxy là yếu tố có ảnh hưởng lớn đến quá trình ôxy hóa astaxanthin Đặc biệt là khi có thêm ánh sáng và nhiệt độ cao Vì vậy, khi bảo quản nên bao gói hút chân không

 Acid: acid được sử dụng trong quá trình thu nhận hỗn hợp caroten-protein sẽ ảnh hưởng đến hoạt tính của astaxanthin bằng cách tạo liên kết với nó Nên sử dụng acid ở nồng độ thấp để hạn chế sự suy giảm chất lượng của astaxanthin

1.4 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

Những nghiên cứu trên thế giới về thu hồi và bảo quản cũng như ứng dụng của hỗn hợp caroten-protein đã có nhiều thành tựu đáng kể, trong đó những thành tựu trong nước và ngoài nước tiêu biểu như sau:

1.4.1.Nghiên cứu trong nước

Chitin, caroten-protein, astaxanthin là những sản phẩm được thu hồi chính trong phế liệu tôm Trong đó thu hồi hỗn hợp caroten-protein có trong đầu tôm được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm như: năm 2004, Hoàng Thị Huệ An đã nghiên

cứu chiết xuất astaxanthin từ phế liệu vỏ tôm [1] Năm 2009, Ngô Thanh Lĩnh cũng

đã nghiên cứu sử dụng acid hữu cơ ở nồng độ thấp trong quy trình sản xuất chitosan để khử protein, khoáng nhưng đồng thời tận thu được dịch ủ, thu hồi caroten-protein, phương pháp này tiết kiệm được chi phí nhưng tốn nhiều thời gian [2] Nguyễn Lệ Hà vào năm 2011 đã nghiên cứu tách chiết và ứng dụng chế phẩm enzyme protease từ đầu tôm sú vào mục đích thủy phân phế liệu đầu và vỏ tôm sú

chitin-để thu nhận bột carotein-protein với hàm lượng protein (70,7%) và carotenoid cao (0,706 mg/g) [8] Năm 2012, Phạm Thị Đan Phượng cũng sử dụng đơn lẻ một enzyme, kết hợp nhiều enzyme để thuỷ phân đầu tôm thẻ chân trắng thu hồi hỗn hợp caroten-protein (Alcalase 0,2% trong 2 giờ, Flavourzyme 0,1% trong 1giờ) cũng đã đạt được hiệu suất thu hồi đáng kể trong thời gian ngắn (chỉ mất 3 giờ), chất lượng caroten-protein được nâng cao Tuy nhiên, sử dụng enzyme protease thương mại thì chi phí cao nên khó có thể mang lại nguồn lợi khi áp dụng vào công nghiệp [10]

1.4.2 Nghiên cứu ngoài nước

Việc thu hồi hỗn hợp caroten-protein đã được nghiên cứu và ứng dụng trên nhiều nước và cho ra nhiều thành quả đáng kể đến

Năm 2006, Higura-Ciapara và cộng sự đã nghiên cứu tính chất chống ôxy

hóa của caroteinoid Carotenoid cũng có thể chống lại Hecolybacter pylori gây bệnh

viêm loét dạ dày, sử dụng thức ăn có chứa carotenoid thường xuyên có khả năng bảo vệ tế bào và ngăn ngừa được nhiều loại bệnh trong đó có cả bệnh ung thư và bệnh tim mạch [24] Cao và cộng sự năm 2009, đã sử dụng phương pháp tự thủy phân sử dụng enzyme nội tại kết hợp với sự tăng dần nhiệt độ (nửa giờ tăng 5 oC từ 40-70 oC) đã cho thấy sự hiệu quả trong việc thu hồi protein trong đầu tôm thẻ chân trắng Hàm lượng protein của đầu tôm và dịch tự thủy phân bằng phương pháp tăng dần nhiệt độ đạt 60,6 và 88,8% [15] Năm 1987, Cano-López và cộng sự đã sử dụng enzyme phân hủy protein để phá vỡ các liên kết protein và sắc tố, chiết xuất được 58% carotenoid Những nghiên cứu trên, đều nghiên cứu thu hồi caroten-protein

những hầu như hoắc rất ít nghiên cứu quá trình cô đặc dịch chiết carotein những yếu

tố như nhiệt độ, hay bổ sung chitosan để hạn chế biến đổi chất lượng của

caroten-protein nên đề tài “ Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện cô đặc đến chất lượng

sản phẩm caroten-protein thủy phân từ đầu tôm” là rất cấp thiết

1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP THU NHẬN CAROTEN-PROTEIN

1.5.1 Thu nhận caroten-protein bằng phương pháp kết tủa ở điểm đẳng điện

pI

Giá trị pH mà tại đó phân tử protein trung hòa điện gọi là điểm đẳng điện của protein (pI), ở giá trị pH = pI phân tử protein trung hòa điện, điện tích của protein bằng không, tương tác tĩnh điện giữa các phân tử protein và các phân tử nước bị giảm Các phân tử protein tập hợp lại với nhau do lớp vỏ hydrate bên ngoài bị phá

vỡ Lợi dụng tính chất này để kết tủa protein Do không có sự thay đổi cấu trúc phân tử nên sau khi loại bỏ tác nhân gây kết tủa ra khỏi dung dịch thì các phân tử protein có thể hòa tan trở lại [12] Cơ chế kết tủa bằng pH đẳng điện có thể mang tính thuận nghịch nên áp dụng để tách hợp chất protein có hoạt tính sinh học ra khỏi hỗn hợp mà vẫn đảm bảo giữ được hoạt tính và cấu trúc phân tử Tuy nhiên thời gian tủa thường xảy ra rất lâu, hiệu suất thu hồi lại thấp và chi phí cao nên hiệu quả kinh tế không cao

1.5.2 Thu nhận caroten-protein bằng xử lý nhiệt

Với phương pháp thu hồi protein bằng xử lý nhiệt thì với nhiệt độ cao sẽ loại

bỏ được lớp vỏ hydrate của protein, làm giảm khả năng hấp thụ nước Các phân tử protein kết tụ lại với nhau thành khối Do mỗi loại protein khác nhau thì có độ biến tính khác nhau vì vậy độ biến tính của protein tỷ lệ thuận vào cường độ và thời gian khác nhau Đa số protein biến tính ở nhiệt độ 45-50 °C Protein khi được gia nhiệt ở điểm đẳng điện sẽ cho kết tủa nhanh hơn

Kết tủa protein bằng nhiệt có rất nhiều ưu điểm trong việc tách protein từ dung dịch mà khi chúng ta ít quan tâm đến hoạt tính hay cấu trúc của nó Phương

pháp kết tủa này xảy ra nhanh, triệt để, ít gây ô nhiễm môi trường Tuy nhiên, chi phí năng lượng cho quá trình gia nhiệt quá lớn khi thực hiện ở quy mô công nghiệp

1.5.3 Thu nhận caroten-protein bằng chitosan

Vì tính chất đặc trưng mang điện tích dương nên chitosan có thể tương tác với phần lớn các chất hữu cơ mang điện tích âm Chitosan thể hiện là một chất keo

tụ, tạo bông tốt, có hiệu quả trong việc thu hồi các chất hữu cơ trong nước, đặc biệt

là protein Phân tử chitosan cũng có khả năng hấp phụ, tạo cầu nối để liên kết các hạt keo protein đã kết tủa thành các phân tử có kích thước lớn hơn và lắng Ngoài

ra, chitosan có độ deacetyl cao thì trong dung dịch có chứa nhiều gốc amin tích điện dương sẽ trung hòa điện tích của các phân tử protein tích điện âm trong dung dịch nước rửa, giảm khả năng hydrat hóa, tập hợp lại và keo tụ [13] Nồng độ chitosan cũng ảnh hưởng lớn đến hiệu quả thu hồi, cần sử dụng chitosan ở một nồng độ hợp

lý vì khi tăng nồng độ chitosan làm tăng số điện tích cùng dấu và đẩy nhau tạo nên một mạng lưới keo cản trở quá trình keo tụ lắng xuống của các phân tử protein Chitosan có độ deacetyl hóa càng cao thì các nhóm tích điện dương trên mạch chitosan càng nhiều, thuận lợi trong tương tác ion để thu hồi protein hòa tan

Ưu điểm của phương pháp này là không gây biến tính protein, không độc hại

và hiệu quả thu nhận cao Do đó, phương pháp này áp dụng để tận thu các chế phẩm enzyme và các hợp chất có hoạt tính sinh học khác

1.5.4 Thu nhận caroten-protein bằng cô đặc

Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ chất tan của dung dịch bằng cách đun sôi và cho bay hơi dung môi Đây là một trong những quá trình công nghệ quan trọng được áp dụng trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm Hiệu quả sử dụng năng lượng của phương pháp cô đặc cao, có thể đạt 90%, cao hơn nhiều so với phương pháp sấy (đạt khoảng 60%) Cô đặc làm giảm thể tích, giảm khối lượng sản phẩm dẫn đến tăng hiệu quả kinh tế trong bao gói và vận chuyển Cô đặc còn giúp kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm do ức chế hoạt động của enzyme và hạn chế vi sinh vật phát triển do giảm hoạt độ nước Cô đặc được áp dụng dụng rộng rãi trong

trong công nghiệp thực phẩm để sản xuất các sản phẩm nước ép trái cây, nước ép rau quả, chế biến sữa, cà phê hòa tan và trong công nghệ kết tinh đường, muối

1.5.4.1 Các phương pháp cô đăc

 Phương pháp nhiệt: dưới tác dụng của nhiệt, dung môi chuyển từ dạng lỏng sang dạng hơi khi áp suất riêng của nó bằng áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng dung dịch [6]

 Phương pháp lạnh: khi hạ nhiệt độ đến mức yêu cầu nào đó thì có một cấu tử nào đó được tách ra dưới dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để làm tăng nồng độ chất tan

Hai phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng, được thể hiện trong Bảng 1.1 sau:

Bảng 1.2 Ưu nhược điểm của phương pháp cô đặc nhiệt và cô đặc lạnh

- Dễ bị quá nhiệt cục bộ làm hỏng sản phẩm - Sản phẩm khộng bị hỏng do nhiệt

- Sản phẩm dễ bị thay đổi màu sắc, đôi khi

tạo mùi không mong muốn

- Sản phẩm không bị thay đổi về màu sắc, không tạo mùi lạ

- Hiệu suất cô đặc cao - Hiệu suất cô đặc thấp

- Thiết bị cô đặc đơn giản - Thiết bị cô đặc phức tạp

1.5.4.2 Phân loại thiết bị

- Nhóm 1: dung dịch được đối lưu tự nhiên, dùng để cô đặc dung dịch loãng,

độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn tự nhiên của dung dịch dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt

- Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng được cho các dung dịch khá sệt,

có độ nhớt cao, giảm được sự bám cặn hay kết tinh từng phần trên bề mặt truyền nhiệt

- Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, cho phép dung dịch chảy thành màng qua bề mặt truyền nhiệt một lần để tránh sự tác dụng của nhiệt độ lâu làm biến tính một số thành phần dung dịch

Do vậy, tùy thuộc vào một số tính chất của dung dịch, tính hiệu quả cũng như mặt bằng mà thiết kế buồng đốt trong hay ngoài thiết bị cô đặc Trong quá trình

cô đặc cần chú ý cơ bản nhiệt độ sôi, thời gian sản phẩm lưu lại trong thiết bị và cường độ bốc hơi [5]

- Nhiệt độ sôi (Bảng 1.1): khi tiến hành quá trình cô đặc đun nóng sản phẩm đến nhiệt độ sôi Nước trong sản phẩm bốc hơi cho đến nồng độ khô yêu cầu thì ngừng quá trình cô đặc và kết thúc quá trình cô đặc Nhiệt độ sôi của sản phẩm phụ thuộc vào áp suất hơi ở bề mặt, nồng độ chất khô và tính chất vật lý, hóa học của sản phẩm Khi áp suát hơi trên bề mặt của sản phẩm càng thấp thì nhiệt độ sôi của sản phẩm cũng thấp vì vậy tạo độ chân không trong thiết bị cô đặc sẽ giảm được nhiệt độ sôi cô đặc của sản phẩm Hay nói cách khác là điều chỉnh nhiệt độ sôi bằng cách thay đổi độ chân không Nhiệt độ sôi thấp thì ít làm biết đổi tính chất của sản phẩm

Khi nồng độ chất khô trong sản phẩm càng lớn thì nhiệt độ sôi càng cao Trong quá trình cô đặc, nồng độ chất khô tăng dần nên nhiệt độ sôi của sản phẩm cũng tăng dần (Bảng 1.2)

- Thời gian cô đặc: là thời gian lưu lại sản phẩm trong thiết bị cô đặc cho sự bốc hơi nước ra khỏi nguyên liệu để đạt đến độ khô yêu cầu

- Cường độ bốc hơi: phụ thuộc vào cường độ trao đổi nhiệt giữa nhiệt độ hơi nóng và sản phẩm bốc hơi ảnh hưởng lớn đến quá trình cô đặc

Các tính chất vật lý của dung dịch như độ nhớt, hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng, sức căng bề mặt, nồng độ chất tan và độ tăng nhiệt độ sôi của dung dịch cũng ảnh hưởng đến quá trình cô đặc

Bảng 1.3 Quan hệ giữa nồng độ chất khô và nhiệt độ sôi ở 760 mmHg [18] Nồng độ chất khô (%) Nhiệt độ sôi ở 760 mm Hg (°C)

Độ chân không (mmHg) Nhiệt độ sôi (

đặc Độ chân không trong thiết bị càng cao thì nhiệt độ sôi của dung dịch càng thấp Trong quá trình cô đặc, tính chất của sản phẩm không ngừng biến đổi phụ thuộc vào nhiệt độ sôi, thời gian cô đặc và cường độ bốc hơi của sản phẩm Nhiệt độ sôi của dung dịch có ảnh hưởng lớn đến chất lượng của sản phẩm Khi bay hơi ở nhiệt độ thấp thì các tính chất của thực phẩm ít bị biến đổi, hạn chế những phản ứng hóa sinh không có lợi diễn ra như các phản ứng biến màu, phản ứng thủy phân và ôxy hóa lipid, protein và các chất có hoạt tính sinh học khác, từ đó duy trì được chất lượng của sản phẩm Theo thời gian cô đặc, nhiệt độ sôi của dung dịch sẽ tăng lên do nồng

độ chất khô tăng Vì vậy, việc khống chế áp suất chân không của thiết bị trong quá trình cô đặc là rất cần thiết nhằm duy trì nhiệt độ sôi, đảm bảo chất lượng cho sản phẩm cuối

1.5.4.3 Những biến đổi của thực phẩm trong quá trình cô đặc

 Biến đổi vật lý

- Khi cô đặc nước bay hơi, nồng độ chất tan tăng lên, nhiệt độ sôi, độ nhớt, khối lượng riêng tăng, những hệ số truyền nhiệt giảm Khi làm khô, do nước trong nguyên liệu mất đi cho nên khối lượng giảm, thể tích bị co rút lại, sản phẩm đạt trạng thái khô [4]

 Biến đổi hóa học

- Hiện tượng xẫm màu do phản ứng giữa nhóm (-NH2) và đường khử CHO) tạo các melanoidin Do nhiệt độ làm sản phẩm bị ôxy hóa ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm nên sử dụng thiết bị cô đặc chân không [32]

( Sự thủy phân lipid: trong quá trình làm khô đặc biệt là ở giai đoạn đầu có thể xảy ra quá trình thủy phân lipid tạo thành glyceril và acid béo làm giảm chất lượng sản phẩm [5]

- Sự ôxy hóa lipid: trong quá trình làm khô các acid béo, đặc biệt là acid béo không no dễ bị ôxy hóa tạo thành các sản phẩm trung gian như: peroxyde, hydroperoxyde, cetol, aldehyde… làm cho sản phẩm có mùi ôi khét khó chịu và có

màu sẫm tối Mức độ ôxy hóa lipid phụ thuộc vào phương pháp làm khô, nhiệt độ, thời gian làm khô và bản thân nguyên liệu [18]

- Sự đông đặc và biến tính protein: khi làm khô ở áp lực thường, sự đông đặc

và biến tính protein phụ thuộc vào nguyên liệu Nếu nguyên liệu đã được gia nhiệt thì protein ít bị biến đổi vì đã bị biến đổi từ trước Đối với nguyên liệu ướp muối nếu điều kiện làm khô không tốt thì protein bị biến đổi nhiều

1.5.5 Những hư hỏng thường gặp khi chế biến, bảo quản hỗn hợp protein

caroten-Do tính chất hóa học của hỗn hợp caroten-protein có tính nhạy cảm với ôxy

và ánh sáng Trong quá trình thu hồi, dung dịch caroten-protein dưới tác động của nhiệt độ, ôxy do tiếp xúc với môi trường không khí, ánh sáng làm cho caroteniod bị ôxy hóa, làm giảm chất lượng caroten-protein, làm hỗn hợp caroten-protein biến màu ảnh hưởng đến cảm quan và mùi của hỗn hợp

Trong qua trình bảo quản, do để bảo quan được thời gian lâu thì độ khô của hỗn hợp phải đạt từ 80-90% hoặc 30-35%, tùy theo mục đích của sản phẩm nên quá trình tách nước ra khỏi hỗn hợp sẽ chịu nhiều ảnh hưởng của các yếu tố môi trường làm thất thoát hàm lượng protein, astaxanthin trong hỗn hợp, hàm lượng lipit trong sản phẩm cũng giảm mạnh do sự ôxy hóa lipit khi tiếp xúc với ôxy trong điều kiện thường, làm sản phẩm có cảm quan màu sắc kém, màu tối Ngoài ra, nếu bảo quản ở điều kiện thường, hỗn hợp caroten-protein bị hút ẩm lại thì vi sinh vật có sẵn trong nguyên liêu sẽ làm hư hỏng hỗn hợp gây mùi khó chịu

1.5.6 Các phương pháp bảo quản hỗn hợp caroten-protein

 Bảo quản ở nhiệt độ thường: hỗn hợp caroten-protein sau khi tách nước đạt được hàm khô từ 80-90% hoặc 30-35%, tùy theo mục đích của sản phẩm đem đi bao gói thường hoặc bao gói hút chân không

 Bao gói thường: sử dụng bao bì PE cho sản phẩm vào và được hàm kín miệng bao bì Do trong bao bi vẫn có sự tồn tại của ôxy nên caroteniod vẫn

bị ôxy hóa nếu thời gian bảo quản dài làm ảnh hưởng đến chất lượng hỗn hợp caroten-peotein

 Bao gói hút chân không: cho hỗn hợp caroten-protein vào bao bì PA sau đó hút không khi ở trong bao bì ra, tạo độ chân không hạn chế được sự tiếp xúc giữa ôxy và caroteniod, hạn chế được quá trình ôxy hóa giúp cho màu sắc và tính chất của hỗn hợp ít bị biến đổi

 Bảo quản lạnh ở 4 °C: là hỗn hợp caroten-protein được làm lạnh hoặc làm lạnh đông Việc làm lạnh giúp hạn chế tốt sự sinh trưởng và phát triển vi sinh vật từ đóhạn chế được biến đổi chất lượng của caroten-protein

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

2.1.1 Phế liệu đầu tôm

Đầu tôm thẻ trắng (Penaeus vannamei) được lấy tại phân xưởng chế biến

Công ty Cổ phần Nha Trang Seafoods (F17) Chất lượng đầu tôm tươi, không bị biến đổi màu sắc, không bẩn nhiễm rác và tạp chất, được lưu giữ lạnh bằng thùng xốp cách nhiệt (<4 °C) với đá lạnh khi đưa về phòng thí nghiệm Trong trường hợp chưa thí nghiệm ngay thì bao gói bảo quản đông trong điều kiện nhiệt độ -20 °C

Hình 2.1 Nguyên liệu đầu tôm 2.1.2 Hóa chất

 Aicd HCl 10%

 NaOH 1%

 Đồng sulphat (CuSO4 5H2O) xuất sứ Trung Quốc

 Muối kép natri kali tartrat (NaKC4H4O6 4H2O)

 BHT (Butylated hydroxy toluen), pha 20ml BHT trong 1ml Chloroform

 Methanol 50% (CH3OH: H2O tỉ lệ 1:1)

 Chloroform

 NaCl 25%

 Cồn 96 o

 Acid acetic Ete dầu mỏ

2.2 DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU

2.2.1 Thiết bị cô đặc chân không một nồi

Cấu tạo của thiết bị cô đặc chân không: thiết bị nâng nhiệt và nồi chứa dịch

cô đặc phía trên có gắn áp kế chân không thông số từ 0-760mmHg, thiết bị ngưng tụ làm lạnh 2 lớp, bơm chân không (Hình 2.1 và Hình 2.2)

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị cô đặc chân không một nồi

Hình 2.3 Hình ảnh thiết bị cô đặc chân không một nồi

Nguyên lý làm việc của thiết bị cô đặc chân không một nồi: khi cho dung dịch cần cô đặc vào nồi cô đặc đóng kín nắp nồi cô đặc Bơm chân không nối liền nắp nồi cô đặc Khi hoạt động bơm chân không hút khí có trong nồi cô đặc tạo môi trường chân không trong nồi cô đặc Buồng đốt chứa hệ thống nâng nhiệt giúp nước trong buồng nóng lên Nhờ tiếp xúc với thành nồi cô đặc truyền nhiệt làm nước trong dịch cô đặc bốc hơi Hơi của dịch cô đặc được đi qua thiết bị ngưng tụ, ngưng

tụ nhờ làm lạnh Nước ngưng tụ được xả ra tại đáy của thiết bị ngưng tụ Thiết bị ngưng tụ nối với bơm chân không và nồi cô đặc để tạo thành 1 vòng tuần hoàn kép kín Lúc đó thiết bị cô đặc mới hoạt động hiệu quả

2.2.2 Thiết bị phân tích

 Máy quan phổ kế UV-Vis (Carry 50, Mỹ)

 Máy ly tâm EBA 21 (HETTICH Đức)

 Tủ sấy UF – memert Đức

 Máy cô quay chân không EE 16 (Trung quốc)

 Cân phân tích AY200 (Shimadzu/ Nhật)

 Lò nung vuông XMT-15 (Việt Nam)

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.3.1 Quy trình thủy phân đầu tôm thu nhận caroten-protein

Với nội dung của đề tài này, tác giả không đi sâu vào nghiên cứu quy trình thủy phân đầu tôm để thu hồi dịch caroten-protein Do đó, để có nguyên liệu cho các nghiên cứu về cô đặc, tác giả lựa chọn một quy trình đã được công bố bởi Nguyễn Hữu Dũng [7] Quy trình thủy phân đầu tôm để thu nhận dịch caroten-protein được thể hiện trên Hình 2.3

Hình 2.4 Sơ đồ tách chiết dung dịch caroten-protein từ đầu tôm

Thuyết minh quy trình

- Xử lý sơ bộ: nguyên liệu được rửa sạch, loại bỏ tạp chất, loại bỏ các đầu tôm bị biến màu

Dung dịch caroten-protein

- Nghiền nát đầu tôm: cân 100g đầu tôm cho vào máy xay với nước tỉ lệ 1:1 (100g đầu tôm trong 100 ml nước), khi xay chú ý đầu tôm phải nát tránh hiện tượng đầu tôm còn sót lại

- Ủ trong 1 giờ: bổ sung 3ml acid HCl 10% sau đó ủ trong 1 giờ

- Ủ trong 2 giờ: bổ sung lần lượt 1ml cồn, 5ml nước muối 25%, 0,3 ml acid lactic Sau đó đem ủ trong 2 giờ

- Lọc: lọc bằng rây lọc, bã lọc bổ sung 50ml nước tiếp tục, thu được dịch chiết caroten-protein (Hình 2.4)

Hình 2.5 Hình ảnh dịch caroten-protein từ đầu tôm thẻ chân trắng

2.3.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia nhiệt đến chất lượng sản phẩm caroten-protein trong quá trình cô đặc

Chế độ nhiệt độ gia nhiệt trong quá trình cô đặc có ảnh hưởng lớn đến tốc độ bay hơi nước khỏi dung dịch, do đó có ảnh hưởng lớn đến chất lượng của sản phẩm caroten-protein Vì vậy, cần nghiên cứu để xác định chế độ gia nhiệt phù hợp cho sản phẩm caroten-protein trong quá trình cô đặc ở một áp suất chân không nhất định Sơ đồ bố trí thí nghiệm được thể hiện trên Hình 2.5

Hình 2.6 Sơ đồ nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia nhiệt đến chất lượng sản

phẩm caroten-protein trong quá trình cô đặc Giải thích:

Dịch thủy phân caroten-protein được tiến hành cô đặc ở áp suất chân không

Pck = 600 mmHg với các chế độ gia nhiệt khác nhau (Hình 2.5) Khi hàm lượng chất khô trong dung dịch đạt từ 30-35% thì kết thúc quá trình cô đặc Sản phẩm được