Nghiên cứu quá trình thủy phân phụ phẩm tôm để ứng dụng sản xuất nước chấm

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên tác giả luận văn : Hoàng Thị Nga Đề tài luận văn: Nghiên cứu quá trình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên tác giả luận văn : Hoàng Thị Nga

Đề tài luận văn: Nghiên cứu quá trình thủy phân phụ phẩm tôm để ứng dụng

STT Góp ý của hội đồng Mục, nội dung và vị trí trang đã được chỉnh sủa trong

luận văn

1 Thông tin hóa chất,

thiết bị sử dụng 2.1.3 Hóa chất Hóa chất dùng trong nghiên cứu thuộc loại

tinh khiết dùng cho phân tích được sản xuất tại Merck hoặc Sigma

- Thuốc thử Folin ( Merck), Nyhidrin ( Sigma)

- BSA, Tyrosin, Casein ( Đức)

- Hóa chất thông thường: NaOH, CuSO4,

Na2SO3 ( Trung Quốc)

Trang 30 2.1.4 Thiết bị

Các dụng cụ, máy móc, thiết bị dùng trong nghiên cứu thuộc bộ môn công nghệ thực phẩm, viện Công Nghệ Sinh Học và Công Nghệ Thực Phẩm, trường đại học Bách Khoa Hà Nội bao gồm: tủ sấy, máy li tâm, máy voltex, bể ổn nhiệt, máy Kejldahl, máy

UV- Vis Trang 30

2 Trích dẫn phương

pháp nghiên cứu 2.3.1 Phương pháp nghiên cứu hóa sinh

2.3.1.1 Xác định hàm lượng protein tổng số theo

TCVN 3705 -90 2.3.1.2 Xác định hoạt tính protease theo phương

pháp Amano 2.3.1.3 Xác định nitơ amin bằng phương pháp

chuẩn độ formol 2.3.1.4 Xác định α-axit amin tự do heo phương

pháp đo màu trực tiếp với Ninhidrin

Bản chất của phương pháp là dùng Ninhidrin tác dụng với các α-axit amin nói chung và tạo phức chất màu tím rồi đem so màu trực tiếp và có thêm Piridin làm chất ổn định

2.3.1.5 Phương pháp xác định hiệu suất thủy phân

Hiệu suất thủy phân được tính dựa trên tỷ lệ hàm lượng α-amino axit tạo ra trong một thời gian thủy phân trên hàm lượng α-amino axit tối đa có trong mẫu được thủy phân bằng axit HCl

Trang 32

3 Bổ sung phần thảo

luận 3.2.1 Ảnh hưởng của nống độ muối tới hoạt độ enzyme nội tại trong phụ phẩm tôm

Nhìn vào đồ thị 3.2 ta có thể thấy hoạt độ enzyme tăng giảm theo một cơ chế

Điều này có thể được giải thích như sau: hệ enzyme tôm có hệ serin – protease bị ức chế bởi chuỗi peptide 6 axit aim Để tháo gỡ chuỗi phải nhờ đến hoạt động của Cathepsin B Cathepsin B hoạt động tháo gỡ chuỗi peptide 6 a.a làm cho hoạt tính của hệ serin protease hoạt động dẫn đến lúc tăng lúc giảm Đầu tiên hoạt độ enzyme tăng do chưa thủy phân tạo thành chuỗi peptide 6 axit amin, khi xảy ra quá trình thủy phân, chuỗi axit amin được tạo ra dẫn đến ức chế hệ serin protease Chờ Cathepsin B hoạt động tháo gỡ chuỗi peptide 6 a.a thì hệ serin protease tiếp tục hoạt động, do vậy có chu kỳ tăng –giảm hoạt tính

enzyme Chu kỳ này tăng dần đến lúc muối ngày càng thẩm thấu càng ức chế dần enzyme thì nó có hiện tượng giảm, nhưng không về đáy 0 UI/ml

1.2.6 Tính chất một số enzyme thương mại được

sử dụng trong sản xuất nước mắm

Bromelanin là nhóm protease thực vật có mã số

EC-3.4.33.22 được thu nhận từ họ Bromeliaceae

Enzyme Alcalase: Là một loại enzyme thủy phân

protein được tách chiết từ Bacillus licheniformis có

trọng lượng phân tử 27300 kDa

Enzyme Flavourzyme: Là một phức hợp enzyme

thủy phân protein được tách chiết từ nấm Aspergillus

- Đã tối ưu hóa được quá trình thủy phân bằng enzyme thương mại cho DH = 35,67 % Điều

kiện thủy phân tối ưu: hàm lượng Alcalase 0,2%; hàm lượng Flavourzyme 0,4 %; nhiệt

độ thủy phân 59 oC; thời gian thủy phân 8,2 h;

pH = 7,5

- Đã xác định được quy trình kết hợp bổ sung

enzyme thương mại Alcalase và Flavourzyme

vào giai đoạn đầu của quá trình thủy phân theo phương pháp truyền thống cho chất lượng dịch cao hơn và thời gian thủy phân rút

ngắn 2 tháng.Trang 58

6 Bổ sung nghiên cứu

Từ bảng 3.12 cho thấy dịch thủy phân kết hợp enzyme Alcalase và Flavourzyme có chất lượng cao hơn mẫu thủy phân theo phương pháp truyền thống: hàm lượng N tổng số = 13,2 g/l cao hơn mẫu truyền thống là 10,86 g/l; hàm lượng Na.a = 9,625 g/l cao hơn mẫu truyền thống là 7,5 g/l; hàm lượng NH3 thấp hơn mẫu truyền thống 0,54 lần Thời gian rút ngắn hơn 2 tháng

Dịch thủy phân thu được sau 10 ngày có màu nâu cánh gián, sáng, có mùi thơm đặc trưng của tôm, màu sắc này là màu mong muốn trong quá trình thủy

phân Trang 55 - 56

Ngày tháng năm

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

ơn cô đã truyền cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu và tận tình hướng dẫn

em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận

Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô bộ môn Công nghệ thực phẩm, viện Công nghệ Sinh học & Công nghệ Thực phẩm đã giảng dạy, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em trong quá trình học tập cũng như trong suốt quá trình làm thí nghiệm để hoàn thành luận văn này

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè và người thân, những người

đã luôn ủng hộ, động viên, chia sẻ và tạo mọi điều kiện cho tôi trong suốt thời gian học tập tại trường

Hà Nội, Ngày tháng năm 2017

Người viết báo cáo

Hoàng Thị Nga

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả

nghiên cứu trong luận văn là trung thực, chưa được công bố trong các công trình

khác Nếu không đúng như trên, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về đề tài của

mình

Người cam đoan

Hoàng Thị Nga

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan ngành tôm Việt Nam 3

1.2 Tổng quan về phụ phẩm tôm 5

1.2.1 Thành phần phế liệu tôm 7

1.2.2 Ảnh hưởng của phụ phẩm tôm tới môi trường 8

1.2.3 Các hướng tận thu phụ phẩm tôm 9

1.2.4 Các sản phẩm lên men từ thủy sản 13

1.2.5 Các phương pháp cải tiến trong sản xuất nước mắm 20

1.2.6 Tính chất một số enzyme thương mại được sử dụng trong sản xuất nước mắm 26

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29

2.1 Vật liệu nghiên cứu 29

2.1.1 Nguyên liệu đầu tôm 29

2.1.2 Enzyme 29

2.1.3 Hóa chất 30

2.1.4 Thiết bị 30

2.2 Phương pháp nghiên cứu 30

2.2.1 Phân tích thành phần ban đầu của phế liệu tôm 30

2.2.2 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt độ enzyme protease nội tại trong phụ phẩm tôm để lên men nước mắm theo phương pháp truyền thống 30

2.2.3 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình thủy phân phụ phẩm tôm bằng enzyme thương mại 31

2.3.1 Phương pháp nghiên cứu hóa lí 32

2.3.2 Phương pháp nghiên cứu hóa sinh 32

2.4 Phương pháp xử lí số liệu 32

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BIỆN LUẬN 33

3.1 Phân tích thành phần ban đầu của phụ phẩm tôm 33

3.2 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme protease nội tại theo phương pháp truyền thống 33

3.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ muối tới hoạt độ của enzyme nội tại trong phụ phẩm tôm 33 3.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt độ enzyme nội tại 40

3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của PH đến hoạt độ enzyme nội tại 41

3.2.4 Đánh giá chất lượng dịch thủy phân PPT bằng phương pháp truyền thống 42

Kết luận 1: 43

3.3 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình thủy phân bằng enzyme thương mại 44

3.3.1 Ma trận Boxbenhken 44

3.3.2 Bề mặt đáp ứng 45

3.3.3 Tối ưu hóa qúa trình thủy phân protein 49

3.3.4 Khảo sát tính thích ứng của mô hình trên toàn vùng đã chọn 51

3.3.5 Kết hợp quá trình thủy phân PPT bằng enzyme thương mại và enzyme nội tại bằng phương pháp lên men truyền thống 53

3.3.6 Đề xuất quy trình 56

Kết luận 2: 56

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58

KẾT LUẬN 58

KIẾN NGHỊ 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

PHỤ LỤC 63

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

OD Optical Density ( mật độ quang học)

Vasep Vietnam Association of Seafood Exporters and Producers (

Hiệp hội Chế biến và Xuất khẩu Thủy sản Việt Nam)

DH Degree of Hydrolysis ( mức độ thủy phân)

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Bảng thành phần phế liệu tôm % 6

Bảng 1.2 Thành phần phế liệu đầu và vỏ tôm 7

Bảng 2.1 Đặc tính của các enzyme sử dụng trong nghiên cứu 29

Bảng 3.1 Thành phần hóa học của phụ phẩm tôm 33

Bảng 3.2 Đánh giá cảm quan chất lượng ban đầu phụ phẩm tôm 33

Bảng 3.3 Đánh giá chất lượng cảm quan dịch thủy phân sau 24h 36

Bảng 3.4 Đánh giá chất lượng dịch thủy phân sau 7 ngày 38

Bảng 3.5 Chất lượng cảm quan dịch thủy phân sau 1 tháng 39

Bảng 3.6 Chất lượng dịch thủy phân PPT bằng phương pháp truyền thống sau 2,5 tháng 43

Bảng 3.7 Bảng biến số thực của quy hoạch BoxBenhken 44

Bảng 3.8 Bảng phân tích phương sai cho mô hình hồi quy, hệ số tương quan của mô hình R2 và tác động chính của các biến số trong quá trình thủy phân phụ phẩm tôm 50

Bảng 3.9 Kết quả điều kiện tối ưu cho quá trình thủy phân acid amin từ phụ phẩm tôm 51

Bảng 3.10 Kết quả thí nghiệm kiểm tra sự thích ứng của ma trận 52

Bảng 3 11 Sự thay đổi hiệu suất thủy phân và hoạt tính enzyme của mẫu sau thủy phân cho muối và không cho muối 53

Bảng 3.12 Chất lượng dịch thủy phân khi sử dụng enzyme nội tại và 55

thương mại 55

DANH MỤC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ

ĐỒ THỊ

Đồ thị 3.1 Ảnh hưởng của nồng độ muối tới hoạt tính enzyme ở 18h đầu 34

Đồ thị 3.2 Ảnh hưởng của nồng độ muối 10, 15, 25 % tới hoạt tính enzyme sau 7 ngày 37

Đồ thị 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt tính enzyme ở nồng độ muối 25% trong 12h đầu 40

Đồ thị 3.4 Ảnh hưởng của các nhiệt độ khác nhau tới hoạt tính của các enzyme sau 7 ngày mẫu bổ sung 25 % muối 41

Đồ thị 3.5 Hoạt tính enzyme ở pH 4, 5, 6 của mẫu 25% muối, nhiệt độ 50 o C 42

Đồ thị 3.6 Hoạt tính enzyme ở pH 4, 5, 6 mẫu 25 % muối, nhiệt độ 30 oC 42

Đồ thị 3.7 Sự thay đổi DH % của mẫu ủ chượp 54

Đồ thị 3.8 Hoạt tính enzyme mẫu ủ chượp 54

HÌNH VẼ Hình 1.1 Biểu đồ sản lượng nuôi trồng và khai thác thủy sản Việt Nam 3

Hình 3.1 Bề mặt đáp ứng của nhiệt độ và thời gian đến mức độ thủy phân 46

Hình 3.2 Bề mặt đáp ứng của nhiệt độ thủy phân và pH thủy phân tới mức độ thủy phân 47

Hình 3.3 Bề mặt đáp ứng của nhiệt độ và pH đến mức độ thủy phân phụ 48

phẩm tôm 48

Hình 3.4 Bề mặt đáp ứng của tỉ lệ enzyme Flavourzyme và pH đến mức độ thủy phân 49

Hình 3.5 Dịch trước thủy phân 52

Hình 3.6 Bã sau thủy phân 52

Hình 3.7 Dịch sau thủy phân 52

MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ

Sự phát triển nhanh của ngành nuôi trồng và chế biến tôm đã đem lại giá trị xuất khẩu cao, chiếm tỷ trọng lớn trong ngành Chế biến thủy sản Việt Nam Năm

2016, sản lượng tôm của cả nước đạt 650.000 tấn, xuất khẩu sang 93 thị trường với tổng giá trị đạt trên 3,1 tỷ USD tăng 6,7% so với năm 2015[15] Tôm dùng cho chế biến được cung cấp từ hai nguồn: đánh bắt và nuôi trồng, trong đó nguồn nuôi tôm đang chiếm ưu thế và nuôi tôm những năm gần đây đã trở thành ngành kinh tế quan trọng

Đồng thời với khối lượng lớn tôm xuất khẩu hàng năm thì phế liệu của ngành công nghiệp chế biến tôm thải ra lớn Phần lớn tôm xuất khẩu được đưa vào chế biến dưới dạng boc vỏ bỏ đầu Nếu tính rằng khối lượng đầu tôm trung bình chiếm

25 – 30 %, phần vỏ còn lại chiếm 10 – 15 % so với khối lượng toàn cơ thể thì song song với lượng tôm xuất khẩu hàng năm, lượng phế liệu tôm thải ra ở nước ta ước tính 100.000 tấn / năm Trong đầu tôm chứa một lượng lớn protein, chitin, chất màu astaxanthin và nhiều hợp chất sinh học khác Phế liệu tôm chủ yếu được dùng làm thức ăn gia súc, một phần để sản xuất chitin Ngành công nghiệp sản xuất chitin bằng phương pháp hóa học sử dụng NaOH và HCl ở nồng độ cao ( 6 – 10%) ảnh hưởng xấu đến chất lượng chitin và đặc biệt gây ô nhiễm môi trường do lượng hóa chất sử dụng và protein không được tận thu thải ra Cách sử dụng như vậy cũng mang lại hiệu quả kinh tế Tuy nhiên, vẫn rất cần thiết để tìm ra những phương hướng sử dụng nguồn phế liệu này một cách hiệu quả hơn, mang lại những lợi ích cao hơn về kinh tế, kỹ thuật và môi trường

Đề tài: “ Nghiên cứu quá trình thủy phân phụ phẩm tôm để ứng dụng sản

xuất nước chấm” được tiến hành với mong muốn thu lượng protein mà ngành công

nghiệp thu hồi chitin không tận thu được Bã của quá trình thủy phân protein được

sử dụng để sản xuất chitin, từ đó giảm giá thành chitin và giải quyết bài toán về môi trường

MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Mục đích chung của đề tài là rút ngắn thời gian thủy phân để ứng dụng làm nước chấm từ phụ phẩm tôm

ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đề tài tập trung vào đối tượng nghiên cứu là phụ phẩm tôm thu mua ở nhà máy chế biến Thủy hải sản Nam Định

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Để đạt được mục đích nghiên cứu chung đã đặt ra, đề tài tập trung vào các nội dung cụ thể sau đây:

1 Xác định các yếu tố ảnh hưởng tới hoạt độ enzyme protease nội tại trong PPT để lên men nước mắm theo phương pháp truyền thống

- Ảnh hưởng của nồng độ muối

- Ảnh hưởng của pH dịch thủy phân

- Ảnh hưởng của nhiệt độ

2 Tối ưu hóa quá trình thủy phân PPT bằng enzyme thương mại

- Cố định nồng độ enzyme Alcalase : 0,2%

- Tối ưu hóa các yếu tố bằng mô hình thực nghiệm BoxBenhken:

Nhiệt độ thủy phân : 45 – 65 oC

Thời gian : 5 – 13 giờ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan ngành tôm Việt Nam

Việt Nam nằm trên bờ tây của biển Đông, là một biển lớn của Thái Bình Dương, có bờ biển dài 3260 km Vùng nội thủy và lãnh hải rộng 226.000 km2, vùng đặc quyền kinh tế rộng hơn 1 triệu km2

với hơn 4000 hòn đảo, tạo nên 12 vịnh, đầm phá với tổng diện tích 1160 km2 được che chắn tốt, dễ trú đậu tàu thuyền

Nước ta với hệ thống sông ngòi dày đặc và có đường bờ biển dài rất thuận lợi phát triển hoạt động khai thác và nuôi trồng thủy sản Sản lượng thủy sản Việt Nam

đã duy trì tăng trưởng liên tục trong 17 năm qua với mức tăng bình quân là 9,07% năm Với chủ trương thúc đẩy phát triển của chính phủ, hoạt động nuôi trồng thủy sản đã có những bước phát triển mạnh, sản lượng liên tục tăng cao trong các năm qua, bình quân đạt 12,77%/ năm, đóng góp đáng kể vào tăng trưởng tổng sản lượng thủy sản cả nước

Hình 1.1 Biểu đồ sản lượng nuôi trồng và khai thác thủy sản Việt Nam

Nguồn: Vasep

Năm 2014, mặc dù phải đối mặt với nhiều khó khăn về thời tiết, dịch bệnh, các rào cản thị trường và những biến động trên Biển Đông, ngành thủy sản vẫn giành được thắng lợi với tổng sản lượng thủy sản đạt 6,3 triệu tấn, tăng 4,4% so với cùng kỳ năm 2013 Giá trị xuất khẩu đạt 7,920 tỷ USD, tăng 18% so với năm 2013 Trong đó, tổng giá trị xuất khẩu tôm có mức tăng trưởng mạnh ( 26,9 %) so với cùng kỳ năm trước, đạt 3,95 tỷ USD chiếm 50,38 % tổng kim ngạch xuất khẩu thủy sản[13]

Năm 2015, xuất khẩu thủy sản của cả nước ước đạt 6,7 tỷ USD, giảm 14,5 %

so với cùng kỳ năm 2014 Thị trường tiêu thụ kém, giá xuất khẩu hạ và biến động giảm giá của các đồng ngoại tệ so với USD đã tác động mạnh đến xuất khẩu thủy sản Việt Nam, ảnh hưởng sâu nhất là mặt hàng tôm Mặc dù sụt giảm mạnh nhưng tôm tiếp tục giữ ngôi vị số một với tỷ trọng giá trị xuất khẩu đạt 44% ( giảm so với năm 2014 là 50,38%).Theo thống kê của Cục Thủy sản (Bộ NN & PTNT), năm

2015 tôm ước đạt gần 3 tỷ USD, giảm 25 % so với năm 2014 Trong đó, xuất khẩu tôm thẻ chân trắng đạt 1,7 tỷ USD giảm 25 %, tôm sú đạt 977 triệu USD, chiếm 33

% giảm 29% so với năm 2014 Xuất khẩu sang các thị trường khác giảm đáng kể:

Mỹ ( giảm 39 % ), EU ( giảm 19 % ), Nhật Bản ( giảm 21% ), Trung Quốc ( giảm 19% ), Hàn Quốc ( giảm 24 % )[ 14]

Năm 2016, ngành thủy sản tiếp tục đối mặt với nhiều khó khăn, rét đậm, rét hại ở các tỉnh Đồng Bằng Bắc Bộ, hạn hán ở các tỉnh Tây Nguyên và Nam Trung

Bộ, xâm nhập mặn ở các tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long Đặc biệt trong năm

2016, ô nhiễm môi trường trên các sông xảy ra ở các tỉnh gây hiện tượng thủy sản chết hàng loạt, trong đó thiệt hại nặng nhất là sự cố môi trường biển tại khu vực 4 tỉnh ven biển Miền Trung Theo VASEP, năm 2016 tổng sản lượng thủy sản của cả nước đạt hơn 6,7 triệu tấn, tăng 2,5% so với cùng kỳ năm 2015 Trong đó sản lượng khai thác gần 3,1 triệu tấn ( tăng 1,7%), sản lượng nuôi trồng đạt 3,6 triệu tấn (tăng 3,3 %) Kim ngạch xuất khẩu thủy sản đạt khoảng 7 tỷ USD tăng 6,5 % so với cùng

kỳ Trong đó, Việt Nam xuất khẩu tôm sang 93 thị trường, với tổng giá trị đạt trên 3,1 tỷ USD, tăng 6,7% so với năm 2015[15]

Hiện nay, Việt Nam là một trong năm quốc gia xuất khẩu thủy sản hàng đầu thế giới, đã xuất khẩu tới 161 thị trường Một số thị trường chủ lực của tôm Việt Nam là: Mỹ, EU, Nhật Bản, Hàn Quốc, ASEAN, Australia, Brazil, Mexico Tuy nhiên, việc chế biến các sản phẩm giá trị gia tăng từ tôm chiếm khoảng 30%, còn lại

là xuất khẩu dưới dạng nguyên liệu, sơ chế, bán thành phẩm Theo Tạp chí Khoa học và Công nghệ Thủy sản ( số 2, năm 2005) các mặt hàng xuất khẩu tôm chủ yếu của nước ta là tôm đông lạnh nguyên con, tôm vặt đầu, tôm nõn

1.2 Tổng quan về phụ phẩm tôm

Phụ phẩm tôm chủ yếu là đầu tôm, vỏ tôm, và đuôi tôm là những thành phần được vặt bỏ trong quá trình gia công, chế biến Tùy vào từng loại tôm khác nhau và phương pháp xử lí mà lượng phụ phẩm tôm thu được là khác nhau

Theo tổ chức thương mại thế giới ( ITC) sản phẩm tôm nguyên con chiếm 46,7 %, tôm bỏ đầu chiếm 35,5 %, tôm bóc vỏ bỏ đầu chiếm 17,8 % tổng mặt hàng

về tôm Trong chế biến tôm phế phẩm sinh ra từ các công đoạn: cắt xén sửa sang hình dạng nguyên liệu để được sản phẩm có hình thức đẹp, công đoạn lặt đầu, rút chỉ, bóc vỏ Lượng phụ phẩm từ công đoạn lặt đầu từ 25 – 37 %, công đoạn lột vỏ

từ 6 – 10 %, chỉnh sửa hình thức 1- 2% so với nguyên liệu ban đầu

Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy tỷ lệ phế liệu tôm từ 30 – 70 % , trung bình khoảng 50 % so với khối lượng tôm chưa chế biến [18] Honlada và Netto ( 2006) cho rằng phế liệu tôm có thể chiếm từ 50 – 70 % so với nguyên liệu ban đầu [30;2] Phần lớn tôm được đưa vào dưới dạng bóc vỏ, bỏ đầu Phần đầu thường chiếm khối lượng 34 – 45 %, phần vỏ, đuôi và chân chiếm từ 10 – 15 % trọng lượng của tôm nguyên liệu [33] Tuy nhiên, tỷ lệ này tùy thuộc vào giống loài và giai đoạn sinh trưởng của chúng [9]

- Tôm nguyên con: 2.800 – 5.000 tấn/ năm

- Tôm bỏ đầu: 53.000 – 79.000 tấn/ năm

- Tôm bóc vỏ, bỏ đầu: 6.000 – 10.000 tấn/ năm

Ước tính lượng phụ phẩm từ các nhà máy chế biến thủy sản là 62.000 – 94.000 tấn/ năm Như vậy lượng phụ phẩm sinh ra trong quá trình chế biến tôm là rất lớn Các phụ phẩm trong quá trình chế biến tôm đã được xác định là một nguồn protein lớn, đồng thời là nguồn quan trọng để sản xuất chitin, chitosan và astaxanthin Trong nhiều năm qua, các kĩ thuật đã được phát hiện trong việc khai thác và thu hồi các chế phẩm sinh học chitin, chitosan từ nguồn phế liệu tôm để được ứng dụng trong các ngành y dược, công nghệ sinh học, công nghệ thực phẩm,

công nghiệp, nông nghiệp đã làm giảm giá thành chitin, chitosan, nâng cao giá trị kinh tế cho phế liệu tôm Tuy nhiên, lượng protein thải ra từ quá trình sản xuất chitin, chitosan chưa được tận thu, được thải ra môi trường gây ô nhiễm môi trường nặng nề Protein tôm là nguồn protein hoàn hảo, vì vậy việc tận thu protein này là cần thiết

1.2.1 Thành phần phế liệu tôm

Theo kết quả phân tích của Meyers (1985) tính theo % chất khô tuyệt đối, những thành phần chủ yếu có trong phế liệu đầu và vỏ tôm như trong bảng

Bảng 1.2 Thành phần phế liệu đầu và vỏ tôm [34;18]

Các thành phần chính của phụ phẩm tôm là protein, chitin, lipid, khoáng chất, ngoài ra nó còn chứa một lượng carotenoid có giá trị

 Protein: thành phần protein trong phụ phẩm tôm thường tồn tại ở hai dạng:

- Dạng tự do: dạng này là phần thịt tôm từ một số tôm bị biến đổi được vứt lẫn vào phế liệu hoặc phần thịt còn sót lại trong đầu và nội tạng của đầu tôm Nếu công nhân vặt đầu tôm không đúng kĩ thuật thì phần protein bị tổn thất vào phế liệu nhiều làm tăng định mức tiêu hao nguyên liệu, mặt khác phế liệu khó xử lí hơn

- Dạng phức tạp: ở dạng này protein không hòa tan và thường liên kết với chitin, canxi cacbonat, với lipid tạo lipoprotein, với sắc tố tạo proteincarotenoit như một phần thống nhất quyết định tính bền vững của vỏ tôm [5]

 Chitin: tồn tại dưới dạng liên kết bởi những liên kết đồng hóa trị với các protein dưới dạng phức hợp chitin – protein, liên kết với các hợp chất khoáng và các hợp chất hữu cơ khác gây khó khăn cho việc tách chiết chúng

 Canxi: trong vỏ, đầu tôm có chứa một lượng lớn muối vô cơ, chủ yếu là muối CaCO3, hàm lượng Ca3(PO4)2 mặc dù không nhiều nhưng trong quá trình khử khoáng dễ hình thành hợp chất CaHPO4 không tan trong HCl, gây khó khăn cho quá trình khử khoáng

 Sắc tố: trong vỏ tôm thường có nhiều loại sắc tố nhưng chủ yếu là chất Astaxanthin

 Enzyme: theo tạp chí Thủy sản (số 5/1993) hoạt độ enzyme protease của đầu tôm khoảng 6,5 đơn vị hoạt độ/g tươi Các enzyme chủ yếu là enzyme nội tại trong đầu tôm và của vi sinh vật thường trú trên tôm nguyên liệu Protease ở tôm không có dạng pepsin, chủ yếu ở dạng trypsin hoặc protease serin tựa trypsin và có khẳ năng hoạt động rất cao Ngoài ra, còn có enzyme chymotrypsin, astacine, collagenase

Phế liệu của ngành công nghiệp chế biến tôm là nguồn nguyên liệu có giá trị

sử dụng cao Nếu sử dụng hợp lí sẽ tận thu được một lượng chất dinh dưỡng lớn góp phần gia tăng giá trị của phụ phẩm tôm, đồng thời hạn chế ô nhiễm môi trường

1.2.2 Ảnh hưởng của phụ phẩm tôm tới môi trường

Các chất thải thủy sản khi có mặt nước, dưới tác dụng của các vi khuẩn có trong môi trường và enzyme nội tại trong phế liệu, các hợp chất phức tạp như protein, lipid, gluxit sẽ bị phân hủy trong điều kiện hiếu khí, kị khí, thiếu khí tạo các chất có mùi hôi thối như các acid béo không no, CH4, H2S, NH3, methylamine, các chất khí có mùi thối, cũng như các khoáng chất: NO2-, NO3-, PO4- Quá trình phân hủy chất thải hữu cơ bao gồm các quá trình lên men chua, lên men thối, lên men mốc vàng, mốc xanh, có mùi ôi thiu, hôi thối [3;25]

Quá trình phân hủy tạo ra các chất độc hại ở dạng hòa tan trong nước và cả dạng khí phát tán trong không khí như: vi trùng, siêu vi trùng, vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, các khí có mùi nặng CH4, H2S, indol, các hợp chất cacbonyl, các acid

cacboxilic gây ô nhiễm không khí và nguồn nước ngầm, gây bệnh cho người và gia súc [25]

Hiện nay, phế liệu tôm ở Việt Nam mới chủ yếu tận dụng để sản xuất thức ăn chăn nuôi, thu hồi chitin và một ít được sử dụng để sản xuất chitosan Các khoáng chất ( chủ yếu là canxi), lipid, carotenoprotein chưa được tận thu, chủ yếu thải ra môi trường Công nghệ sản xuất chitin bằng phương pháp hóa học sử dụng NaOH

và HCl ở nồng độ cao ( 6 – 10%) ảnh hưởng xấu đế chất lượng chitin, không thu hồi được protein và đặc biệt gây ô nhiễm môi trường Hiện nay, phương pháp thủy phân protein bằng enzyme đang được chú trọng, theo đó phương pháp này đem lại lợi ích lớn: tận thu protein từ phụ phẩm tôm, chất thải quá trình hủy phân bằng enzyme có thể được dùng để thu hồi chitin, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, nâng cao giá trị kinh tế cho phụ phẩm tôm

1.2.3 Các hướng tận thu phụ phẩm tôm

1.2.3.1 Sản xuất thức ăn chăn nuôi

Phế liệu tôm ở nước ta chủ yếu được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi dưới dạng tươi và dạng bột khô Các phương pháp chế biến:

- Phơi: sử dụng năng lượng mặt trời làm khô nguyên liệu sau đó bảo quản

- Sấy khô: sấy bằng thiết bị sấy sau khi khô đem nghiền mịn rồi trộn với thức

ăn gia súc

Những phương pháp này có ưu điểm là đơn giản có thể chế biến nhanh một khối lượng lớn phế liệu tôm, tuy nhiên nó cho sản phẩm có chất lượng kém, giá trị dinh dưỡng không cao Bột đầu tôm phơi nắng bị hao hụt nhiều protein Bột tôm phơi nắng chỉ chưa 20 – 30 % protein, bột tôm sấy có chất lượng cao hơn khoảng

38 – 40 % protein tuy nhiên nó có hạn chế là tốn kém về năng lượng

- Phương pháp ủ xi-lô: sử dụng hỗn hợp acid hữu cơ và vô cơ trong quá trình ủ nhằm làm tăng tác dụng của enzyme, khử trùng và hạn chế sự phát triển của

vi sinh vật Sau khi ủ, tiến hành trung hòa bằng các chất kiềm, chất ủ được làm thức ăn cho chăn nuôi Phương pháp này có ưu điểm là chất lượng sản phẩm tốt nhưng giá thành cao, phức tạp và tính kinh tế không cao [32]

- Phương pháp sinh học: phương pháp lên men lactic (ủ chua): đầu tôm được lên men nhờ hệ vi sinh vật tự nhiên hay cấy thêm vi khuẩn lactic [32] Sản phẩm thu được được dùng trực tiếp hoặc dưới dạng bột Đây là phương pháp

rẻ tiền có thể ổn định và giữ lại giá trị dinh dưỡng của phế liệu [32] Dịch thủy phân đem sấy phun có hàm lượng protein đạt 47%, còn đem cô đặc có hàm lượng protein đạt 28% [22]

Phạm Thị Bích Trâm và Phạm Thu Cúc sử dụng tỉ lệ vỏ đầu tôm và mật đường ở mức tỉ lệ 3:1 có bổ sung 0,1% polyenzyme để xử lý ủ chua Kết quả nghiên cứu sử dụng sản phẩm chế biến này nuôi vịt thịt ở mức bổ sung 17% trong khẩu phần cho vịt tăng trọng nhanh (36,35g/con/ngày)[10]

Tuy nhiên, sử dụng phế liệu tôm làm thức ăn chăn nuôi gia súc mang lại hệu quả kinh tế không cao Vì vậy, hướng tận dụng phế liệu tôm nhằm chế biến các sản phẩm có giá trị cao như chitin- chitosan, bột màu Astaxanthin kết hợp tận thu các sản phẩm trung gian làm thức ăn chăn nuôi gia súc đang không ngừng được nghiên cứu và đẩy mạnh áp dụng vào sản xuất công nghiệp

1.2.3.2 Sản xuất chitin – chitosan

Trong động vật thủy sản, đặc biệt là trong vỏ tôm, cua ghẹ, hàm lượng chitin chiếm tỷ lệ khá cao từ 14 – 35 % so với trọng lượng khô, vì vậy tôm, cua ghẹ là nguồn nguyên liệu tiềm năng sản xuất chitin – chitosan và các sản phẩm từ chúng[9]

Chitosan là dẫn xuất đề axetyl hóa của chitin, và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: y dược, nông nghiệp, bảo quản thực phẩm, môi trường [3;5] Trong

y dược: từ chitosan có thể sản xuất Glucosamin Trong công nghiệp từ chitosan có thể tạo nhiều sản phẩm có giá trị cao như vải Chitosan dùng cho may quần áo diệt khuẩn trong y tế, làm tăng độ bền của giấy, sản xuất giấy Sử dụng trong sản xuất sơn chống mốc và chống thấm

Nguyên tắc chung để sản xuất chitin[9]

Vỏ tôm khử khoáng  khử protein deacetyl  chitosan

Khử protein là một trong những công đoạn quan trọng trong sản xuất chitin

từ phụ phẩm tôm Hiện nay, các cơ sở sản xuất chitin chủ yếu dùng NaOH để khử

protein Phương pháp hóa học thường sử dụng nhiều hóa chất và các háo chất thải

từ nhà máy sản xuất chitin gây ô nhiễm môi trường Để hạn chế sử dụng hóa chất, phương pháp sử dụng enzyme đã được nghiên cứu sử dụng trong công đoạn khử protein trong công nghệ sản xuất chitin từ đầu và vỏ tôm[30;7]

Việc sản xuất chitin và chitosan từ phụ phẩm tôm có ý nghĩa rất lớn về mặt kinh tế và môi trường Tuy nhiên quá trình này vẫn còn để lãng phí một lượng lớn protein từ phụ phẩm tôm ( chủ yếu là ở đầu tôm), lượng protein này cần thiết phải đượctận thu

1.2.3.3 Sản xuất bột màu Astaxanthin

Trong các loài giáp xác thủy sản, astaxanthin chủ yếu tập trung ở phần vỏ ngoài( chiếm 58 – 87 %tổng hàm lượng carotenoid) Nó thường tồn tại ở dạng tự

do, dạng mono-, hay đi-ester với các axit béo không no mạch dài, hoặc dưới dạng phức của đồng phân quang học( 3S, 3‟S) Hàm lượng Astaxanthin trong vỏ tôm cua thay đổi đáng kể tùy theo loài( 50 -700 mg/kg trọng lượng khô) Như vậy, vỏ tôm cua chính là nguồn Astaxanthin tự nhiên đáng kể[9]

Biện pháp này là hướng đi đem lại giá trị cao cho nguồn phụ phẩm tôm tại Việt Nam Astaxanthin là chất chống oxy hóa mạnh, ngăn ngừa một số bệnh ung thư, chống lại tác hại của một số tia tử ngoại

Trong vỏ giáp xác astaxanthin tham gia vào trong thành phần của lipoprotein, astaxanthin tồn tại ở dạng liên kết với protein và dễ bị tách ra bởi tác dụng nhiệt

Astaxanthin có màu đỏ, hòa tan trong dung môi hữu cơ: ete, aceton, cồn và

dễ bị tách ra dưới tác dụng của nhiệt, oxy không khí

1.2.3.4 Tách chiết enzyme protease và ứng dụng vào thực phẩm

Nguyễn Việt Dũng đã bước đầu tách chiết protease từ thịt tôm sú và đo độ hoạt động của chúng ở các nhiệt độ và pH khác nhau, qua đó nhận biết protesae trong loại tôm này hoạt động thích hợp nhất ở pH=6,6 và nhiệt độ 50oC[4] Nguyễn Thị Mỹ Trang cũng đã tách chiết và nghiên cứu một số tính chất của protease trong đầu tôm bạc nghệ Phạm Thị Trân Châu và cộng sự đã nghiên cứu protease trên đầu

tôm biển miền Bắc Việt Nam cho thấy phạm vị hoạt động của nó khá rộng từ 6 đến

9 và hoạt động tối ưu ở pH = 7,5 và ở pH = 8,5 [1]

Nguyễn Lệ Hà đã tách chiết enzyme protease từ tôm sú bằng dung môi Tris- HCl và ứng dụng enzyme protease từ tôm sú vào thủy phân phế liệu đầu và vỏ tôm thu nhận carotenoprotein, thủy phân protein từ hỗn hợp máu và gan cá basa[10]

Ưu điểm vượt trội của enzyme từ động vật thủy sản khi ứng dụng vào sản xuất thực phẩm là chúng có thể cho hiệu quả tốt hơn so với phương pháp cơ học hay hóa học thông thường Làm sạch da cá tôm, mực bằng enzyme giúp giảm thiểu nguy cơ hư hỏng vật lý gây giật cơ thịt nguyên liệu, đồng thời cho hiệu suất thu hồi sản phẩm cao hơn[28].Việc sử dụng các enzyme này không đòi hỏi phải kiểm tra độ

an toàn vì chúng được tách chiết từ các phần ăn được của nguyên liệu Enzyme từ thủy sản thường thể hiện hoạt tính cao ở nhiệt độ thấp, vì vậy nhà sản xuất có thể thực hiện phản ứng ở nhiệt độ thấp, giúp tiết kiệm năng lượng, phản ứng này cũng

dễ dàng ngừng lại khi nâng nhiệt độ lên không quá cao và nhờ đó giảm được nguy

cơ hư hỏng do vi sinh vật[29]

1.2.3.5 Sử dụng làm chất tạo mùi thực phẩm

Trong chế biến thực phẩm, hương vị tôm cua đóng vai trò quan trọng, chẳng hạn khi chế biến sản phẩm mô phỏng cua, ghẹ, tôm từ Surimi cần phải bổ sung chế phẩm hương vị này để phối chế tạo ra sản phẩm đặc trưng Trong chế biến một số sản phẩm khác như: bánh phồng tôm, mì sợi cua, tôm, bột canh cua, tôm rất cần chế phẩm tôm, ghẹ, cua [9]

Năm 1992, H.H.Beak và K.R Cadwallader khi phân tích các chất tạo mùi dễ bay hơi có trong dung dịch chiết từ phế liệu tôm nước ngọt có và không thủy phân bằng protease đã phát hiện thấy khoảng 55 chất tạo mùi Các nhóm chất tạo mùi này thuộc các nhóm: aldehyde, ketone, alcol, nhóm chất chứa sulfua, pyridine và một số chất khác[9]

Việc sử dụng dịch thủy phân đầu tôm vào việc sản xuất các chế phẩm thực phẩm hoặc dẫn dụ, kích thích khả năng thèm ăn ở gia súc, gia cầm là một hướng đi mới

Công ty VNO, tiền thân của công ty VNF, sử dụng công nghệ thủy phân enzyme trên phụ phẩm đầu vỏ tôm để cho ra sản phẩm dịch tôm thủy phân (SSE): một hỗn hợp acid amin tự do và peptide đóng vai trò như chất dẫn dụ trong thức ăn Sản phẩm SSE chứa 20% protein và độ tiêu hóa cao protein Trong thử nghiệm trên

cá rô, thức ăn không sử dụng bột cá và bổ sung 2% dịch SSE giúp cải thiện hơn tỉ lệ sống của cá và cho kết quả tăng trọng, hiệu quả sử dụng tương đương thức ăn sử dụng 5% bột cá

Công ty sản xuất mì tôm Masan, Coluka – Miliket sử dụng dịch tôm tươi trực tiếp trộn vào sợi mì, các sản phẩm mô phỏng từ surimi, bánh phồng tôm, bột canh tôm sử dụng nhiều chế phẩm hương vị tôm

Kết luận: Việc sản xuất chitin-chitosan theo phương pháp truyền thống đưa đến

vấn đề rất lớn về ô nhiễm môi trường; sản xuất thức ăn chăn nuôi thì lại không tận thu được nguồn chitin, astaxathin Hầu hết các cơ sở sản xuất Chitin-Chitosan chưa

có một hệ thống xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn Nguyên nhân chủ yếu là do hàm lượng chất lơ lửng, trong đó chủ yếu là các chất có nguồn gốc từ protein Chúng có tính chất là rất khó lắng trong quá trình xử lí Việc sử dụng enzyme thủy phân thế liệu đầu tôm mở ra một hướng đi mới giải quyết các vấn đề ở trên Nó giảm thiểu lượng hóa chất để khử protein và thải ra môi trường, góp phần phát triển bền vững ngành công nhiệp sản xuất chitin-chitosan từ phế liệu thủy sản Đồng thời thu được dịch thủy phân có hàm lượng đạm cao có thể sử dụng làm nước chấm, sản phẩm bổ sung thực phẩm, chất dẫn dụ trong sản xuất thức ăn chăn nuôi Từ đó nâng cao được giá trị của nguyên liệu, giảm tải cho quá trình xử lí nước thải, hạn chế sự ô nhiễm môi trường Đồng thời việc sử dụng thủy phân bằng enzyme sẽ hạn chế việc sử dụng hóa chất, gây ô nhiễm môi trường

1.2.4 Các sản phẩm lên men từ thủy sản

đoạn lên men Quá trình lên men mắm tôm bắt buộc phải sử dụng chính 1 loại enzyme có trong ruột của loài giáp xác này để lên men, các vi khuẩn phân huỷ khác phải bị kiềm chế bằng nồng độ muối khá cao trong mắm tôm Nhờ đó hương vị chính của mắm tôm là hương vị của enzyme này tạo ra

Quy trình: Nguyên liệu tươi sống đem xay ra hoặc chà nát, đối với tôm to thì phải siết bỏ vỏ Trộn muối vừa đủ sao cho enzyme trong ruột tôm hoạt động được

mà vi khuẩn phân huỷ khác không hoạt động được (tỉ lệ 1 muối : 3 tôm) Cho vào dụng cụ chứa, phơi nắng, khuấy đảo, để bay bớt hơi nước phát sinh trong quá trình lên men Sau 6 tháng đến 1 năm khi mắm tôm có màu và hương vị như đã nói ở trên

1.2.4.4 Nước chấm từ tôm

Hiện nay ở Việt Nam cũng như nhiều nước trên thế giới đã có rất nhiều sản phẩm nước chấm xuất hiện trên thị trường Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật đã có khá nhiều phương pháp sản xuất nước chấm được đưa ra và áp dụng khá thành công Nguyên liệu tôm cũng đã được sử dụng thay thế cho cá, vẫn đảm bảo dinh dưỡng và hương vị

Năm 2011, TS Nguyễn Thị Mỹ Hương đã nghiên cứu sử dụng đầu tôm để sản xuất dịch thủy phân protein, từ đó dùng dung dịch này để sản xuất nước mắm Nước mắm từ phụ phẩm tôm theo quy trình công nghệ này có hàm lượng nito tổng số là 15,03 g/l, nito axit amin 9,06 g/l, tỷ lệ axit amin / nito tổng số là 60,28%, nito amonic 0,875 g/l

Với các sản phẩm nói trên thì enzyme đóng vai trò quan trọng, nó quyết định đến quá quá trình chế biến, tính chất, chất lượng sản phẩm thu được Các enzyme này tập trung trong ruột, nội tạng đối với cá; trong đầu, cơ quan tiêu hóa đối với tôm

1.2.4.5 Các hệ enzyme có trong tôm

Các hệ enzyme có trong tôm tập chung chủ yếu ở phần đầu tôm nơi bao gồm

hệ tiêu hóa, tuần hoàn, bài tiết, sinh dục…

Hệ tiêu quá là nơi tập trung nhiều các enzyme khác nhau Nhưng phần lớn là

hệ protease phân giải protein có hoạt tính khá mạnh, giúp cho việc tiêu hóa thức ăn

ở tôm Ngoài ra một số cơ quan gan, tụy, ống tiêu hóa cũng chứa nhiều enzyme protease

Hệ enzyme protease trong tôm: hệ protease của tôm cũng giống như các loài thủy sản khác là protease nội bào, tập trung nhiều ở cơ quan tiêu hóa, sau đó là nội tạng và cơ thịt Đặc biệt là ở tôm cơ quan tiêu hóa, nội tạng nằm ở phần đầu nên hệ enzyme sẽ tập trung lớn nhất ở phần đầu sau đó đến các cơ quan khác[5] Protease ở tôm không có dạng pepsin chủ yếu tồn tại dưới dạng tripsin hoặc serin-protease, dạng tripsin có khả năng hoạt động rất cao Một số enzyme protease tiêu biểu như: tripsin, cathepsin, dipeptidase, cacboxypeptidase…Khả năng hoạt động của các enzyme tiêu hóa protease khác nhau theo loài

Theo kết quả nghiên cứu của Phạm Thị Trân Châu cùng cộng tác viên về protease đầu tôm biển và thạc sĩ Nguyễn Thị Mỹ Trang về protease đầu tôm bạc nghệ cho thấy enzyme tiêu hóa protein là các enzyme oạt động mạnh ở môi trường kiềm

Theo Nguyễn Việt Dũng thì lại cho thấy enzyme protease ở đầu tôm sú lại thể hiện hoạt tính ở môi trường gần trung tính

Như vậy qua một số nghiên cứu của các tác giả cho thấy enzyme từ tôm nói chung là các enzyme protease kiềm tính Các enzyme này đều có tính chất chung của enzyme là:

 Hòa tan được trong nước, dung dịch muối, các dung môi hữu cơ nhờ vào tính chất này để tách chiết chúng

 Bị kết tủa thuận nghịch bởi một số muối trung hòa (sulphatamon), ethanol, aceton, để thu chế phẩm enzyme

 Hoạt tính của enzyme có thể tăng hoặc giảm dưới tác dụng của các chất hoạt hóa hoặc ức chế

 Độ hoạt động của enzyme chịu ảnh hưởng lớn của các yếu tố: nhiệt độ, pH môi trường, nồng độ muối…

Phân loại:

Có nhiều cách phân loại khác nhau tùy theo khả năng thủy phân khác nhau

mà các protease có các đặc tính khác nhau Protease là các enzyme xúc tác cho sự thủy phân liên kết peptid (CO-NH) trong phân tử tạo thành các peptide phân tử thấp, các acid amin Protease được chia thành hai loại: endo-peptidase và exo-peptidase

Endoprotease: phân giải các liên kết peptid ở giữa chuỗi mạch polypeptide (pepsin, tripsin, chymotrypsin…) Hệ endo-protease có thể chia ra làm các loại chính sau: serin protease; cysterin protease; aspartic protease; metallo protease [1]

Trong đầu tôm chứa chủ yếu là các enzyme nội mạch Điển hình như:

 Hệ enzyme serin-protease

Serine protease là enzyme endopeptidase có trung tập hoạt động là serine, bao gồm Trypsin và chymotrypsin

Trypsin và chymotrypsin, tồn tại trong nội tạng cá, đầu tôm Hệ enzyme này

có trung tâm hoạt động là serin, với nồng độ muối cao 15% thì nhóm Serin bị kìm hãm Nó thuộc nhóm enzyme kiềm tính, có khoảng pH hoạt động thích hợp từ 5-10, nhiệt độ hoạt động thích hợp 60-70oC

Enzyme trypsin: tồn tại nhiều trong nội tạng thủy sản, trypsin trong động vật thủy sản nói chung và trong tôm nói riêng tồn tại ở dạng không hoạt động gọi là trypsinogen chúng được hoạt hóa nhờ enzyme eterokinase (trypsiogen bị cắt mất 6 đoạn peptid sau cùng biến thành trypsin) Trypsin lại có tác dụng tự xúc tác tham gia phản ứng thủy phân Ở giai đoạn đầu của quá trình sản xuất nước mắm hoạt động của nó yếu dần đến tháng thứ 2 và phát triển dần đạt giá trị cực đại ở tháng thứ

3 rồi giảm dần đến khi chín chượp[3] Hệ enzyme này bị ức chế bởi chuỗi peptid 6

acid amin Để tháo gỡ chuỗi này phải nhờ đến hoạt động của enzyme Cathepsin B, nhưng Cathepsin B dễ bị ức chế bởi nồng độ muối cao (25%) Vì vậy để enzyme Cathepsin B hoạt động được người ta thực hiện phương pháp cho muối nhiều lần[3] Cho muối nhiều lần sẽ giúp ức chế vi khuẩn gây thối (6%), làm yếu các tương tác giữa actin và myosin, Cathepsin B hoạt động sẽ tháo gỡ các chuỗi Serin làm cho chúng hoạt động và phần cắt protein thành các peptid và acid amin

Trypsin là loại protease kiềm tính, phân tử lượng khoảng 23.800 Da, điềm đẳng điện ở pH=10,5 Đa số các trypsin hoạt động ở pH=8; khả năng tác dụng của trypsin khá mạnh với các loại protide phân tử lượng thấp ở các muối liên kết peptit, ester Trypsin ở ruột tôm có pH thích hợp là 7 - 8 ở 380C khi cho tác dụng với cơ chất là casein trong 24 giờ

Enzyme Chymotrypsin: Được tiết ra từ tuyến tụy dưới dạng tiền chymotrypsinogen Tiền enzyme này gặp trypsin sẽ biến thành chymotrypsin

Hai enzyme trypsin và chymotrypsin đều có tác dụng giống nhau, tức ở môi trường có độ pH ~ 8 thì 2 enzyme này thủy phân protein thành peptit[23]

 Hệ cysterin protease

Là protein có khối lượng phân tử khoảng 21-30 kDa Cysterin proteinase bao gồm: cathepsin B, C, H, K, L, M, N, S, T, V, W Trung tâm hoạt động có chứa nhóm –SH Chúng cho thấy hoạt tính thủy phân cao nhất ở pH trung tính từ 4 – 6,5,

có tính đặc hiệu cơ chất rộng Chúng đóng vai trò then chốt trong chuyển hóa protein của cơ thể sống và trong biến đổi những tính chất lưu biến của cơ thịt thủy sản sau khi chết Cathepsin B, D và L có vai trò quan trọng hơn trong quá trình mềm hóa cơ thịt thủy sản do tự phân giải, các Enzyme này có khoảng pH hoạt động tương đối rộng, hơn nữa cathepsin B và L lại có pH tối ưu gần với pH của cơ thịt thủy sản sau khi chết Cathepsin L tham gia vào quá trình tự phân giải cơ thịt cá nhiều hơn cathepsin D vì ở điều kiện pH trung tính loại enzyme này hoạt động mạnh hơn và nó phân giải cả protein sợi cơ lẫn mô liên kết[3]

Cathepsin B (B1, B2) có vùng pH tối ưu 5,5 – 6 sẽ thủy phân myosin, actin

Nó bị ức chế vừa phải bởi nồng độ muối > 25%[16]

Cathepsin H có hoạt tính của cả endopeptidase và aminopeptidase pH tối ưu

là 7 Nó phân hủy myosin nhanh gấp 3 lần cathepssin B Cathepsin H phân hủy nhanh myosin, actin, troponin Nhiệt độ hoạt động tối ưu 20oC, bị vô hoạt ở nhiệt độ

60oC và bị ức chế bởi nồng độ muối > 15%

Cathepsin L: phân hủy myosin, actin Cathepsin L có khả năng phân hủy gấp

10 lần Cathepsin B, hoạt động ở nhiệt độ thích hợp 55oC, bi ức chế bởi nồng độ muối > 15% [23]

 Enzyme Calpain

Là một endopetidaza được hoạt hóa bởi canxi, cần có cysteine cho sự hoạt động Calpain tham gia vào sự thoái hóa protein sợi cơ và sợi cơ thần kinh, hoạt hóa photphorylaza b kinaza và protein kinaza c, và biến đổi protein liên kết với hoocmon steroit Trong tế bào có chứa 2 nhóm calpain là µ-calpain và m-calpain Mỗi loại calpain khác nhau cần lượng canxi cũng khác nhau, µ -calpain cần 5-50

µM Ca2+ và m-calpain cần 150-1000 µM Ca2+ Calpain được cho là có tham gia vào quá trình mềm hóa cơ thịt thủy sản sau khi chết Hoạt động của các enzyme này trong tế bào được kiểm soát bởi canxi, photpholipit, calpatatin và các chất hoạt hóa Calpain không phá hủy trực tiếp mà chỉ làm suy yếu tương tác actomyosin giúp các enzyme protease khác tấn công thủy phân myosin (protein mô cơ) Các enzyme tham gia vào quá trình mềm hóa được coi là proteinaza nội bào của cơ thịt, đặc biệt

là cathepsin B, L và calpain có hoạt tính phân giải đối với nhiều loại protein khác nhau, chúng thủy phân protein cơ thịt rất nhanh ở pH của thủy sản sau khi chết Dựa trên pH tối ưu cho sự thủy phân protein sợi cơ cathepsin B, L và calpain được coi là nghiêm trọng hơn cathepsin D vì pH tối ưu của cathepsin B và L là 5,5-6,5 và calpain là 7-7,5, pH này rất gần với pH của cơ thịt thủy sản sau khi chết hơn là cathepsin D (tối ưu ở pH =3,5- 4,5)[41] Tùy thuộc vào mục đích xử lý, bảo quản và chế biến thủy sản, chúng ta có thể kiểm soát hoạt động của các enzyme proteinaza nội bào để hạn chế những tác động bất lợi đến cấu trúc cơ thịt thủy sản sau khi chết, phát huy những biến đổi theo chiều hướng có lợi cho quá trình chế biến, đặc biệt là những biến đổi do tự phân giải có lợi cho các sản phẩm thủy sản lên men

Cathepsin phân giải protit thành pepton và các sản vật trung gian thành axit amin:

Protid  Polypetid  Peptid  acid amin

 Hệ enzyme Aspatic –protease

Thuộc edo-protease hoạt động mạnh nhất ở pH acid, bị kìm hãm bởi pepstatin Điển hình là Cathepsin D, E trong thịt, nội tạng, cơ quan tiêu hóa của cá

và tôm Cathepsin D được coi là nguyên nhân gây ra sự phá hủy cấu trúc, làm mềm thịt cá Nó thủy phân protein tạo ra các peptid Hệ enzyme này hoạt tính cao, hoạt động mạnh trong thời gian đầu trong sản xuất nước mắm[3] Trong cá enzyme này chủ yếu trong thịt cá và nội tạng, tuy nhiên hoạt động rất thấp; trong khi đó hoạt động mạnh với tôm, cua, nhuyễn thể Hệ enzyme này tồn tại trong giai đoạn đầu thời kì thủy phân, khoảng 24 giờ sau khi muối hòa tan thì hoạt tính của chúng giảm dần vì không chịu nổi mặn Cathepsin D là một trong những enzyme thủy phân quan trọng nằm trong nhóm lysosome, PI = 5,7 – 6,8 ; pH=3 – 4,5 Sau khi protein

bị thủy phân sơ bộ tạo thành các peptid thì Cathepsin có vai trò chính trong quá trình tự chín cá ở pH thấp, nồng độ muối thấp Điều này giải thích tại sao sau khi chết thì thịt thủy sản bị cứng sau đó mềm nhũn Khi thủy sản chết do O2 không còn được cung cấp cho cơ thể làm cho các mô thịt hô hấp yếm khí sinh ra acid lactic làm pH giảm, từ đó tạo điều kiện cho enzyme Cathepsin hoạt động Tuy nhiên nó lại bị ức chế bởi nồng độ muối >15% nên nó đóng vai trò thứ yếu trong quá trình sản xuất nước mắm[41]

 Hệ Metalo-protease (Aminodipeptidase)

Hệ enzym này tồn tại trong nội tạng của cá và chịu được nồng độ muối cao (20 – 25 %) nên ngay từ đầu nó đã hoạt động mạnh, sang tháng thứ 2 thì giảm dần tới tháng thứ 3[3] Loại enzym này có hoạt tính khá mạnh, có khả năng thủy phân rộng rãi đối với các loại peptid Đây là nhóm thủy phân enzym trung tính, pH tối thích từ 5 – 7 , pI = 4 – 5, ổn định với ion Mg2+, Ca2+ và mất hoạt tính với Zn2+,

Ni2+, Pb2+, Hg2+…[3;25]

Các endo-protease và exo-protease làm thịt cá hòa tan trong dịch nước mắm, nhưng lúc này nước mắm chưa trong Dưới tác dụng của metalo – protease sẽ thủy phân tiếp tục peptid tạo thành acid amin làm trong dần dịch nước mắm [38]

Exo-protease: thủy phân các liên kết ở đầu của mỗi chuỗi mạch Carboxypeptide xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu C của chuỗi mạch polypeptide và giải phóng ra một amino acid hoặc một dipeptide

Ngoài ra còn một số hệ enzyme khác như là:

Cacbonhydrase: Enzyme này xúc tác thủy phân các glucid và glucozit

Các hệ enzyme trong tôm có tác dụng chính là thủy phân protein thành các peptit và các axitamin Tuy nhiên sự thủy phân này còn là rất phức tạp và thời gian lâu Vì vậy các nghiên cứu bổ sung thêm chế phẩm thương mại, lập bài toán tối ưu cho hoạt động của enzyme đang được nghiên cứu rất nhiều với mục đích rút ngắn được thời gian thủy phân và tạo sản phẩm chất lượng nhất

1.2.5 Các phương pháp cải tiến trong sản xuất nước mắm

1.2.5.1 Nước mắm

Nước mắm là một sản phẩm do thịt cá ngâm dầm trong nước muối mặn, phân giải từ protein phức tạp đến protein đơn giản và cuối cùng là các acid amin nhờ tác dụng của hệ enzyme có sẵn trong thịt và hệ tiêu hóa của cá, làm cho nước mắm có mùi vị đặc trưng Quá trình hình thành nước mắm là quá trình phức tạp bao gồm quá trình đạm hóa, quá trình phân giải đường trong cá thành acid, quá trình phân hủy một phần amino acid dưới tác dụng của vi khuẩn có hại, tiếp tục bị phân hủy thành những hợp chất đơn giản như amin, amoniac, cacbonic hydrosunfua

Nguyên lí chung của quá trình sản xuất nước mắm là cá được trộn với muối theo tỷ lệ nhất định, trong điều kiện môi trường tự nhiên, sau một thời gian hình thành nên nước mắm, có hương vị đặc trưng Nước mắm chính là sản phẩm của quá trình thủy phân protein thịt cá dưới tác dụng của enzyme nội tại có sẵn trong cá theo

sơ đồ sau[3]:

Song song với quá trình thủy phân là các quá trình biến đổi sinh hóa học phức tạp diến ra không ngừng và dưới tác động của vi sinh vật tạo nên hương vị và màu sắc đặc trưng của nước mắm

Phương pháp chế biến nước mắm cổ truyền Việt Nam có nhược điểm là chu

kì sản xuất quá dài ( 9 tháng đến 1 năm) vì vậy không kinh tế[3], còn các phương pháp chế biến hóa học, phương pháp vi sinh vật hay sử dụng enzyme tuy có rút ngắn được thời gian nhưng hương vị lại kém hơn Mục đích của phương pháp chế biến nước mắm cải tiến là vừa rút ngắn thời gian và nâng cao chất lượng nước mắm

mà lại vừa tận dụng được nguồn nguyên liệu

1.2.5.1 Phương pháp hóa học

Các phương pháp làm nước mắm cổ truyền chế biến từ nguyên liệu ra thành phẩm rất lâu, vì thế người ta dùng phương pháp hóa học để sản xuất ra nước mắm, rút ngắn thời gian chế biến[3] Cơ sở của phương pháp này là dùng hóa chất để thủy phân protid thịt cá đến acid amin Thường người ta sử dụng HCl để thủy phân sơ

bộ Dùng aicd clohidric để thủy phân có ưu điểm hơn các chất hóa học khác vì cho màu sắc nước mắm đẹp, đạm thối ít và sự tổn thất acid amin cũng ít Các điều kiện khác giống nhau nếu dùng H2SO4 thủy phân thì nhanh hơn HCl, giá thành không đắt hơn mấy nhưng màu sắc của nước mắm đen hơn nhiều, có nhiều đạm thối và mất đi một lượng acid amin như tryptophan vì H2SO4 có tính chất oxy hóa Dùng NaOH thủy phân cũng nhanh hơn HCl nhưng nó khử đi một số acid amin Còn dùng Na2CO3 thủy phân thì chậm nhất và dung dịch thủy phân xong trung hòa tới

pH = 7 thì lượng acid phải tiêu tốn lượng Na2CO3 đem thủy phân[3]

Qua so sánh trên cho thấy dùng HCl thủy phân tốt hơn cả Dung dịch lọc được sau khi thủy phân chỉ là một dung dịch nước chấm có nhiều acid amin, khôn có hương vị của nước mắm Vì vậy muốn có nước mắm thì ta phải cho hương vị của nước mắm vào bằng cách phối trộn với nước mắm cốt Phương pháp có hiệu quả hơn là ta đưa nước lọc thô vào thùng chượp chín kéo rút vài ngày là được nước mắm thơm ngon[3]

Ưu điểm: rút ngắn đáng kể thời gian thủy phân

Nhược điểm: acid và kiểm có tác động xấu đến chất lượng dinh dưỡng của sản phẩm cuối cùng và tạo nhiều sản phẩm phụ độc hại ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng Ngoài ra đòi hỏi thiết bị chịu acid, kiềm

Quy trình:

- Xử lí nguyên liệu: nguyên liệu đem rửa sạch

- Thủy phân: là quá trình phân giải protid thành acid amin hoặc peptid cấp thấp Cho thêm nước vào vại nguyên liệu đã xử lí bằng acid khoảng 30% so với trọng lượng của cá, tức HCl khoảng 7N, nhiệt độ thủy phân 100-105oC, thời gian từ 20-24h Nhiệt độ và thời gian thủy phân cũng phụ thuộc vào tính chất của nguyên liệu Nếu nhiệt độ quá cao, thời gian quá dài, hoặc nhiệt độ quá thấp, thời gian quá ngắn đều không có lợi Sử dụng CuSO4 kiểm tra mức

độ thủy phân, lấy một ít nước thủy phân ra cho nước vào trung hòa sau đó nhỏ CuSO4 nếu đã thủy phân hoàn toàn thì phản ứng không xảy ra có màu xanh của CuSO4 , nếu chưa hoàn toàn thì có màu tím

- Trung hòa: Khi đã thủy phân hoàn toàn, ta ngừng gia nhiệt, để nguội tới

60-70oC, dùng Na2CO3 công nghiệp cho vào từ từ và khuấy trộn, trung hòa tới pH=6,3-6,5 Trung hòa ở nhiệt độ này khử được nhiều mùi tanh chua, hôi thối nhất Vì vậy khi trung hòa cần đánh khuấy mạnh, tiết diện bay hơi càng lớn càng tốt

Phản ứng trung hòa : Na2CO3 + 2 HCl = 2 NaCl + H2O + CO2

Như vậy sau khi trung hòa dung dịch sẽ có độ mặn vừa phải, khí CO2 bay lên cũng mang theo cả khí tanh hôi

- Lọc và điều chỉnh chất lượng: sau khi trung hòa xong, dung dịch có chất béo nổi lên thì vớt ra, dùng vải phin lọc, nước lọc chính là nước mắm, bã có thể phơi khô làm thức ăn cho gia súc hoặc làm phân bón Dịch lọc sau khi lọc xong cần điều chỉnh lại chất lượng nước chấm như: nồng độ muối, độ đạm

1.2.5.2 Phương pháp vi sinh vật

Chế biến chượp bằng phương pháp vi sinh vật học là dùng vi khuẩn hay nấm mốc để thủy phân thịt cá, làm giai đoạn chín của chượp nhanh hơn, rút ngắn được thời gian chế biến nước mắm Hiện nay mốc được chọn để thủy phân thịt cá là loại

Aspergillus orizae[3]

Nguyên lí: Trong nấm mốc Aspergillus orizae có hệ enzyme proteaza Hệ

enzyme này có tác dụng thủy phân protid thành acid amin ở điều kiện nhiệt độ và môi trường thích hợp 37-41o

C và pH 6-8[3]

Ưu điểm: Rút ngắn thời gian chượp

Nhược điểm: Chu kì lên mốc kéo dài, có nhiều tạp trùng, tạp mốc xuất hiện cùng một lúc Nước mắm không có hương vị, mắm dễ bị đắng hoặc chua

- Lọc: Dung dịch đã thủy phân đem lọc, nước lọc để riêng, bã dùng nước nóng rửa 2-3 lần Nước lọc và nước rửa bã đã hợp lại đem đun sôi nhỏ lửa, cho thêm muối vào đạt tới độ mặn yêu cầu là được nước chấm Để có hương vị nước mắm ta phải đưa nước lọc kéo rút qua bã chượp cá cơm vài ngày[3]

1.2.5.3 Sử dụng enzyme trong sản xuất nước mắm ngắn ngày

Trong nghiên cứu rút ngắn thời gian chế biến nước mắm có hai hướng Hướng thứ nhất là lợi dụng nguồn enzyme có sẵn bên trong nguyên liệu và tạo mọi điều kiện tối ưu cho chúng phát triển rồi phát huy tác dụng thủy phân như nhiệt độ, độ

pH, nồng độ muối, đánh khuấy… Hướng thứ 2 là cho thêm enzyme nhân tạo từ bên ngoài vào, hướng này đã được nhiều người nghiên cứu nhưng còn nhiều tồn tại nên việc ứng dụng vào sản xuất còn nhiều hạn chế vì chưa đáp ứng được mùi vị của nước mắm Nguồn enzyme nhân tạo được lấy từ nội tạng gia súc hay cá: pepsin, tripsin, cathepsin hay từ thực vật như papain ở đu đủ, bromelin từ dứa…, hay từ vi

sinh vật Asp.flavus, Asp.niger….[3]

Trong quá trình lên men để sản xuất nước mắm, quá trình thủy phân được xúc tác bởi enzyme từ 2 nguồn khác nhau: protease trong nội tạng có sẵn trong cá và protease bổ sung thêm từ bên ngoài Việc bổ sung enzyme protease sẽ làm giảm thời gian thủy phân qua đó rút ngắn quá trình lên men Enzyme sử dụng trong sản xuất nước mắm đều có tác dụng thủy phân protein Tuy nhiên, mỗi loại enzyme tách

chiết từ các nguồn khác nhau có hoạt tính thủy phân khác nhau, điều kiện phản ứng khác nhau (pH tối ưu, nhiệt độ tối ưu…), tính chịu mặn khác nhau, hoạt động khác nhau (phân cắt đến polypeptide hay phân cắt đến tận acid amin) Mặt khác, mỗi loại

cá có hàm lượng protein, lipit, nước… khác nhau Do vậy tác dụng của từng loại enzyme lên quá trình thủy phân protein từng loại cá là khác nhau, thời gian thủy phân khác nhau, lượng acid amin thu được cũng khác nhau, điều này ảnh hưởng đến thời gian sản xuất và chất lượng nước mắm thành phẩm thu được

Các enzyme đã được thương mại hóa như bioprase, pronase, bromelain, ficin đã được nghiên cứu để bổ sung giảm thời gian sản xuất nước mắm Nghiên cứu của Murayama và cộng sự (1962) cho thấy việc bổ sung các bioprase và pronase giảm thời gian lên men còn 70 ngày và sản xuất nước sốt cá chất lượng tốt Guevara và cộng sự (1972) sử dụng papain trong sản xuất nước mắm và cho thấy thời gian lên men được giảm xuống 4-7 ngày mà không ảnh hưởng đến hương vị đặc trưng của nước mắm Beddows và Ardeshir (1979) đã kiểm tra, so sánh sự khác nhau ảnh hưởng của việc bổ sung bromelain (0.8%), papain (2.75%) và ficin (2.5%)[37] Bromelain đã cho kết quả với lượng protein được thủy phân lớn hơn 2 enzymen papain và ficin trong 18-21 ngày ở nhiệt độ 33oC Sự phân bố nitơ cũng tương tự nhưng phương pháp lên men truyền thống nhưng vẫn hạn chế về hương vị Ooshiro

và cộng sự (1981) cũng xem xét việc sử dụng bromelain, papain và trypsin để sản xuất nước mắm từ cá mòi Kết quả tối ưu nhất họ tìm được là sử dụng 0,3% papapin tại pH 5,2; nhiệt độ 37oC và muối 25% Màu sắc của sản phẩm cuối cùng khá giống nước mắm truyền thống, nhưng nó thiếu hương thơm đặc trưng của nước mắm Hơn nữa thời gian lên men cần 340-350 ngày Raksakulthai và cộng sự (1986) xem xét tác động của các enzyme thủy phân protein, họ đã nghiên cứu và thấy rằng chất lượng nước mắm tốt nhất sản xuất nước mắm cá cốt là khi lên men tỉ

lệ muối và cá là 4:1 ở 20-25oC và 2,5% gan, tụy, mực (bổ sung nội tạng)[36]

Từ các kết quả nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước, có thể thấy enzyme được sử dụng nhiều nhất và cho kết quả thủy phân tốt nhất là enzyme

protease A (enzyme được tách chiết từ nấm Aspergillus oryzae) Tuy nhiên, nghiên

cứu mới gần đây có ý nghĩa quan trọng trong ứng dụng sản xuất nước mắm là

nghiên cứu của Yougsawatdigul J-Thái Lan năm 2007 Ngoài việc sử dụng enzyme

protease tách chiết từ nắm Aspergillus oryzae (enzyme Flavourzyme), ông còn kết hợp với enzyme protease tách từ Bacillus licheniformis (enzyme Alcalase) Nghiên

cứu này được áp dụng khá rộng rãi trên thực tế, nguồn enzyme phục vụ cho sản xuất cũng được nghiên cứu, tách chiết và sản xuất phổ biến

Gần đây, nhiều nhà khoa học trong nước cũng tập trung nghiên cứu nhằm phát triển nước mắm có chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu tăng về số lượng và chất lượng của người tiêu dùng trên thị trường trong và ngoài nước

Năm 2010, Trần Công Hòa – Đại học Đà Nẵng đã nghiên cứu ảnh hưởng bổ

sung enzyme Bromelain và nồng độ muối đến quá trình sản xuất nước mắm Kết quả, sau 6 tháng, hàm lượng nito tổng số trong mẫu bổ sung bromelain đạt 25,19

g/l; hàm lượng nito acid amin đạt 16,49 g/l và ở nồng độ muối thấp 15% làm giảm

hoạt lực enzyme Bromelain, đồng thời cũng giảm chất lượng cảm quan nước mắm

Năm 2012, Phạm Thị Đan Phượng và Trần Thị Luyến đã sử dụng kết hợp 2 chế

phẩm Alcalase và Flavourzyme để chiết rút dịch thủy phân với hàm lượng đạm cao

và carotenoid cao Nghiên cứu cho thấy việc kết hợp endoprotease và exoprotease trong quá trình thủy phân protein sẽ góp phần nâng cao chất lượng và hiệu suất thu hồi sản phẩm thủy phân Đầu tôm được xử lí ở chế độ tối ưu: Đầu tiên xử lí bằng

Alcalase ở nồng độ 0,2% (v/v) trong 2 h, tiếp theo xử lí bằng Flavourzyem ở nồng

độ 0,1% trong 1h Chế phẩm đạm giàu carotenoid thu được có hàm lượng protein đạt gần 65% và carotenoid đạt trên 250 mg/kg Bên cạnh đó, chế phẩm có màu đỏ đẹp, mùi và vị đặc trưng của tôm Hiệu suất thu hồi chế phẩm carotenoprotein cũng cao hơn khi xử lí bằng cặp enzyme so với sử dụng enzyme đơn [8]

Năm 2013,Phạm Thị Khánh Phương sử dụng kết hợp 2 enzyme Alcalase và Flavourzyme để cải tiến quy trình sản xuất nước mắm Nghiên cứu cho kết quả khi

bổ sung 0,4 % Alcalase + 0,6 % Flavourzyme, bổ sung 25 % muối ( 4 lần) kết quả thu được Nts 2 tháng = 24,64g/l; 3 tháng = 29,2 g/l; 5 tháng = 30,45 g/l Tỷ lệ Na.a/

Nts > 50%(6)

1.2.6 Tính chất một số enzyme thương mại được sử dụng trong sản xuất nước mắm

Bromelanin: là protein- enzyme có nhiều trong quả dứa và một ít trong quả chuối

Bromelanin là nhóm protease thực vật có mã số EC-3.4.33.22 được thu nhận từ họ

Bromeliaceae, đặc biệt từ thân và trái dứa Là nhóm endoprotease có khả năng phân

cắt liên kết peptide nội phân tử protein để chuyển phân tử protein thành các đoạn nhỏ gọi là các peptide Ở mỗi bộ phận khác nhau thì bromelanin có pH tối ưu khác nhau và cấu tạo cũng có sự khác nhau Bromelanin có trong toàn bộ cây dứa, nhưng chứa nhiều nhất trong quả Thành phần chủ yếu của của Bromelanin có chứa nhóm sufulhudryl thủy giải protein Khi tách chiết và tinh sạch đoạn có chứa nhóm

sufulhudryl của bromelanin thì thu được enzyme thủy phân protein hiệu quả in vitro

[11]

Papain: được tách từ nhựa đu đủ xanh, là một enzyme thực vật Trong nhựa đu đủ

có chứa một hỗn hợp protease, bao gồm: Papain, chymopapain A (có gốc axit amin cuối là axit glutamic), chymopapain B (có gốc axit amin cuối là tyrosine), proteinase III, proteinase IV Trong đó, hàm lượng papain chiếm cao nhất (95%) và hoạt tính phân giải protein của papain cao hơn chymopapain nhiều lần Papain thuộc nhóm Cystein-protease vì trung tâm hoạt động của nó có chứa nhóm -SH của Cystein, nhóm này nằm gần vòng imidazol của Histidine và nhóm -COOH của axit Aspactic Sự tổ hợp của các nhóm chức có mặt trong trung tâm hoạt động tạo điều kiện cho hoạt động xúc tác của phân tử enzyme

Papain có khả năng hoạt động ở một vùng pH tương đối rộng từ 4,5 đến 8,5, nhưng lại dễ bị biến tính trong môi trường axit có pH<4,5 và trong môi trường kiềm mạnh có pH >12[38]

Enzyme Alcalase: Là một loại enzyme thủy phân protein được tách chiết từ

Bacillus licheniformis có trọng lượng phân tử 27300 kDa Chúng có khả năng phân

cắt các liên kết peptide nội phân tử (endopeptidase) để chuyển phân tử protein thành các đoạn peptide Nhiệt độ tối ưu cho Alcalase từ 55-70oC; pH tối ưu 6.5-8.5 Enzyme Alcalase có tính chịu muối kém [8]

Enzyme Flavourzyme: Là một phức hợp enzyme thủy phân protein được tách