Nghiên cứu ảnh hưởng của một số chất đồng tạo gel đến tính chất cơ lý của gel protein tách chiết từ cơ thịt sẫm cá ngừ đại dương

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ CHẤT ĐỒNG TẠO GEL ĐẾN TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA GEL PROTEIN TÁCH CHIẾT TỪ CƠ THỊT SẪM CÁ NGỪ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ CHẤT ĐỒNG TẠO GEL ĐẾN TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA GEL PROTEIN TÁCH CHIẾT TỪ CƠ THỊT SẪM CÁ NGỪ ĐẠI DƯƠNG

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Trọng Bách Sinh viên thực hiện: Trần Thị Thùy Vân

Mã số sinh viên: 57130945

Khánh Hòa - 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ CHẤT ĐỒNG TẠO GEL ĐẾN TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA GEL PROTEIN TÁCH CHIẾT TỪ CƠ THỊT SẪM CÁ NGỪ ĐẠI DƯƠNG

MSSV: 57130945

Khánh Hòa - tháng 7/2019

i

LỜI CAM ĐOAN

Xin cam đoan đồ án tốt nghiệp này được hoàn thành là do quá trình tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu cũng như tham khảo ý kiến của giáo viên và thực hiện của cá nhân tôi cùng sự hỗ trợ của bạn Nguyễn Thị Anh Kỳ và bạn Laurine MULE trên phòng thí nghiệm Số liệu trong báo cáo là hoàn toàn trung thực, được xử lí theo phương pháp khoa học và đảm bảo độ tin cậy

Khánh hòa, ngày 20 tháng 7 năm 2019

Người cam đoan

Trần Thị Thùy Vân

ii

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin gửi đến Ban Giám Hiệu trường Đại học Nha Trang lòng biết

ơn sâu sắc và niềm tự hào đã cho em có cơ hội học tập và làm việc tại trường trong suốt 4 năm học vừa qua Đây là khoảng thời gian giúp em trao dồi học hỏi thêm rất nhiều kiến thức cũng như rèn luyện về các kỹ năng làm việc với mọi người

Tiếp theo, em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong Khoa Công nghệ Thực phẩm nói chung và các thầy cô bộ môn Công nghệ Chế biến nói riêng đã dạy dỗ, chỉ bảo rất nhiệt tình về kiến thức các môn học là cơ sở chuyên ngành quan trọng để giúp

đỡ em thực hiện đồ án này

Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Trọng Bách, anh Nguyễn Thế Nguyên đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng chuyên môn, động viên tinh thần, vật chất giúp em hoàn thành đồ án này

Bên cạnh đó xin gửi lời cảm ơn đến Quỹ phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia, Bộ Khoa học và Công nghệ đã cấp kinh phí cho đề tài Nafosted có mã số 106.99-2018.42

Trong quá trình thực hiện chắc chắn em còn rất nhiều thiếu sót, em rất mong sự chỉ bảo của Quý thầy cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Khánh Hòa, ngày 10 tháng 7 năm 2019

Sinh viên thực hiện Trần Thị Thùy Vân

iii

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Đề tài sử dụng cơ thịt sẫm cá ngừ đóng thành block (5kg/block) cấp đông đạt nhiệt độ tâm là -18°C và bảo quản ở nhiệt độ -20°C  2, được cung cấp bởi công ty cá ngừ Đại dương thuộc tập đoàn Hải Vương Group, lô B13, B14, KCN Suối Dầu, xã Suối Tân, huyện Cam Lâm, Khánh Hòa

Nghiên cứu tập trung vào khảo sát ảnh hưởng của các yếu trong công đoạn hòa tan thịt sẫm cá ngừ trong NaOH (bao gồm các yếu tố pH của dung môi chiết, thời gian hòa tan trong dung môi chiết, tỷ lệ nguyên liệu/dung môi chiết đến hiệu suất tách chiết protein từ cơ thịt sẫm cá ngừ) và ảnh hưởng của các chất đồng tạo gel (gồm tinh bột biến tính, protein đậu tương (SPI-Soy Protein Isolate)) đến tính chất cơ lí của gel protein tách chiết từ cơ thịt sẫm cá ngừ

Kết quả nghiên cứu dựa trên hiệu suất thu được và nồng độ hòa tan protein cho thấy các điều kiện tối ưu để hiệu suất thu được FPI (Fish Protein Isolate) cao nhất tại công đoạn hòa tan trong NaOH là pH = 12, thời gian hòa tan (3 giờ), tỷ lệ nguyên liệu/dung môi (1/5) Đối với công đoạn phối trộn phụ liệu các ảnh hưởng tích cực/tiêu cực đến các tính chất cơ lí của gel, các tỷ lệ tối ưu, Soy Protein Isolate (4%) thông qua các kết quả đo lưu biến, hao hụt trọng lượng, sự co rút kích thước và sự trương nở của gel sau khi phối trộn phụ liệu

iv

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC HÌNH VẼ vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ix

MỞ ĐẦU x

Chương 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Giới thiệu chung về cá ngừ 1

1.1.1 Tình hình khai thác và xuất khẩu cá ngừ 1

1.1.2 Một số loài cá ngừ đại dương 3

1.2 Tách chiết protein từ thủy sản bằng phương pháp điều chỉnh pH 13

1.2.1 Protein và thành phần trích ly chứa nitơ phi protein từ động vật thủy sản 13

1.2.2 Tách chiết protein từ thủy sản bằng phương pháp điều chỉnh pH 16

1.3 Sự hình thành thể gel trong thịt cá xay 19

1.3.1 Gel và sự hình thành thể gel 19

1.3.2 Cơ chế tạo gel protein 20

1.3.3 Yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng gel protein 21

1.4 Tổng quan về đối tượng nghiên cứu 26

1.4.1 Tổng quan về nguyên liệu cơ thịt sẫm cá ngừ vây vàng 26

1.4.2 Tổng quan về các chất đồng tạo gel sử dụng trong đề tài 28

1.5 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 29

1.5.1 Các nghiên cứu trên thế giới 29

1.5.2 Các nghiên cứu trong nước 31

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33

2.1 Đối tượng nghiên cứu 33

2.1.1 Nguyên liệu chính 33

v

2.1.2 Nguyên liệu phụ 33

2.1.2.1.Tinh bột biến tính 33

2.1.2.2 Protein đậu tương 33

2.2 Nội dung nghiên cứu 34

2.2.1 Quy trình tách chiết và tạo gel protein từ cơ thịt sẫm cá ngừ bằng phương pháp điều chỉnh pH 34

2.2.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 37

2.2.3 Phương pháp phân tích và xử lí số liệu 46

2.2.3.1 Cách tính hiệu suất 46

2.2.3.2 Nồng độ protein hòa tan 46

Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 52

3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tách chiết protein từ cơ thịt sẫm cá ngừ bằng phương pháp điều chỉnh pH 52

3.2 Kết quả ảnh hưởng của chất đồng tạo gel đến tính chất cơ lí của gel 55

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

PHỤ LỤC 71

vi

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Tình hình xuất khẩu cá ngừ Việt Nam ở 8 thị trường chính quy 1 năm 2019 2

Hình 1.2 Hình ảnh cá ngừ ồ 3

Hình 1.3 Hình ảnh cá ngừ chấm 4

Hình 1.4 hình ảnh cá ngừ bò 4

Hình 1.5 Hình ảnh cá ngừ vằn 5

Hình 1.6 hình ảnh cá ngừ mắt vây vàng 6

Hình 1.7 hình ảnh cá ngừ mắt to 6

Hình 1.8 sản phẩm cá ngừ dạng tươi sống 7

Hình1.9 Các sản phẩm đồ hộp cá ngừ 10

Hình 1.10 Một số dạng sản phẩm cá ngừ xông CO 11

Hình 2.1 Block cơ thịt sẫm đông (trái) và Cơ thịt sẫm xay (phải) 31

Hình 2.2 Sơ đồ qui trình tách chiết và tạo gel protein từ cơ thịt sẫm cá ngừ bằng phương pháp điều chỉnh pH 33

Hình 2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát ảnh hưởng của các yếu tố công đoạn hòa tan trong NaOH đến hiệu suất tách chiết proteintừ cơ thịt sẫm cá ngừ 36

Hình 2.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của pH công đoạn hòa tan trong NaOH đến hiệu suất tách chiết protein từ cơ thịt sẫm cá ngừ 37

Hình 2.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian công đoạn hòa tan NaOH đến gel protein 38

Hình 2.6 Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ thịt cá/dung dịch NaOH ở công đoạn hòa tan trong NaOH đến hiệu suất tách chiết protein từ cơ thịt sẫm cá ngừ 39

Hình 2.7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của phụ liệu đến tính chất cơ lí của gel tách chiết từ cơ thịt sẫm cá ngừ 41

Hình 2.8 Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của việc bổ sung tinh bột biến tính đến tính chất cơ lí của gel protein tách chiết từi cơ thịt sẫm cá ngừ 42

Hình 2.9 Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của việc bổ sung SPI đến tính chất của gel protein 43

Hình 2.10 Thước kẹp điện tử Mitutoyo 45

Hình 2.11 Thiết bị đo lưu biến (đầu nén số 3) 47

Hình 2.12 Thiết bị đo lưu biến (đầu cắt số 10) 47

vii

Hình 3.1 Ảnh hưởng của pH dung môi chiết đến hiệu suất tách chiết protein từ cơ thịt sẫm

cá ngừ 49 Hình 3.2 Ảnh hưởng của thời gian chiết đến hiệu suất tách chiết protein từ cơ thịt sẫm cá ngừ 50 Hình 3.3 ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi chiết đến hiệu suất tách chiết protein từ

cơ thịt sẫm cá ngừ 51 Hình 3.4 Ảnh hưởng của tinh bột biến tính đến tính chất đo lưu biến (lực nén) của gel 52 Hình 3.5 Ảnh hưởng của tinh bột biến tính đến tính chất đo lưu biến (lực cắt) của gel 54 Hình 3.6 Ảnh hưởng của tinh bột biến tính đến sự hao hụt trọng lượng của gel sau khi hấp 55 Hình 3.7 Ảnh hưởng của tinh bột biến tính đến sự co rút và trương nở kích thước của gel 56 Hình 3.8 Ảnh hưởng của SPI đên tính chất cơ lí (lực nén) của gel 57 Hình 3.9 Ảnh hưởng của SPI đến tính chất đo lưu biến của gel (lực cắt) 58 Hình 3.10 Ảnh hưởng của SPI ảnh hưởng đến sự hao hụt trọng lượng của gel sau khi hấp59 Hình 3.11 Ảnh hưởng của SPI đến sự co rút và trương nở kích thước của gel 60

viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của một số loài cá ngừ đại dương 21

ix

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

FPI Fish Protein Isolate (protein cá)

SPI Soy Protein Isolate (protein đậu tương)

TCVN Tiêu Chuẩn Việt Nam

PUFA Polyunsaturated fatty acid (Axit béo không bão hòa đa)

MUFA Monounsaturated fatty acid (axit béo không bão hòa đơn )

x

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay trên thế giới nói chung và đối với Việt Nam nói riêng thì thủy sản là một trong những nhóm thực phẩm quan trọng về mặt giá trị dinh dưỡng cũng như về giá trị kinh tế Tuy nhiên, việc khai thác nguồn nguyên liệu này ngày càng trở nên vất

vả và khó khăn hơn, đặc biệt là các loài thủy sản giá trị kinh tế cao như cá ngừ bởi loại

cá này chỉ có thể đánh bắt ngoài biển xa nên có rất nhiều nguy hiểm cho người dân và nếu việc khai thác đánh bắt quá nhiều sẽ ảnh hưởng đến số lượng của loài cá này gây

ra nhiều tác động xấu dẫn đến việc mất cân bằng hệ sinh thái biển Trong khi đó, tại các nhà máy chế biến cá ngừ chủ yếu là fillet và phần còn lại đều bị loại bỏ đi dùng cho các mục đích khác Rất nhiều cơ thịt sẫm bị loại bỏ, có thể lên đến 20% tổng trọng lượng nguyên liệu (Irinue Batista, 1999) gây lãng phí không nhỏ Bởi vì phần cơ thịt sẫm này vẫn chứa một lượng rất lớn protein có giá trị dinh dưỡng cao nhưng hiện tại sản phẩm chính được làm từ nguồn nguyên liệu này chủ yếu vẫn là làm thức ăn chăn nuôi hoặc làm phân bón

Do phần cơ thịt sẫm có chứa hàm lượng axit amin histidin cao dễ biến đổi thành histamin nếu chế độ bảo quản không tốt, khi sử dụng dễ bị dị ứng dẫn tới sự lo ngại của người tiêu dùng Đồng thời, các chất gây màu là myoglobin và hemoglobin

dễ bị oxy hóa biến nâu gây giảm giá trị cảm quan và chất lượng của sản phẩm Từ giá trị dinh dưỡng và khối lượng của nguồn nguyên liệu này bị bỏ đi rất nhiều nên việc nghiên cứu tận dụng loại nguyên liệu này để tách chiết gel protein là một điều cần thiết Tuy nhiên, bên cạnh đó vẫn còn có nhiều vấn đề như nếu tách chiết gel protein thì làm sao để nâng cao hiệu suất, tối ưu quy trình để từ đó có thể thu nhận được khối lượng gel là nhiều nhất Về mặt chất lượng thì vốn dĩ gel sau khi được tách chiết từ cơ thịt sẫm cá ngừ vẫn còn thấp, cấu trúc còn chưa hoàn thiện nên cần phải bổ sung các chất đồng tạo gel để nâng cao độ đàn hồi, độ chắc, dẻo dai… cho gel từ đó có thể làm

cơ sở để phát triển thêm nhiều sản phẩm mới góp phần gia tăng giá trị kinh tế cũng như chất lượng, đa dạng hóa sản phẩm từ loại nguyên liệu này Đó là lý do chúng tôi

chọn đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng của một số chất đồng tạo gel đến tính chất cơ lý

của gel protein tách chiết từ cơ thịt sẫm cá ngừ đại dương

xi

2 Nội dung nghiên cứu

 Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu trong công đoạn hòa tan trong NaOH đến hiệu suất tách chiết protein từ cơ thịt sẫm cá ngừ

- Nghiên cứu ảnh hưởng của pH

- Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ thịt cá/dung dịch NaOH

- Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian hòa tan trong NaOH

 Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất đồng tạo gel đến tính chất cơ lí của gel protein tách chiết từ cơ thịt sẫm cá ngừ

- Nghiên cứu ảnh hưởng của tinh bột biến tính

- Nghiên cứu ảnh hưởng của protein đậu tương (SPI)

3 Ý nghĩa khoa học và Ý nghĩa thực tiễn

Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo cung cấp thông tin về ảnh hưởng của công đoạn hòa tan NaOH (các yếu tố như nồng độ pH, tỷ lệ thịt cá/dung dịch NaOH, thời gian hòa tan NaOH) tới hiệu quả thu hồi protein được tách từ cơ thịt sẫm cá ngừ; ảnh hưởng của một số chất đồng tạo gel (tinh bột biến tính, protein đậu tương) tới trạng thái cấu trúc, độ bền cơ học, sự hao hụt trọng lượng sau khi hấp, … của gel

protein

Ý nghĩa thực tiễn

- Cơ sở khoa học chọn các yếu tố để hoàn thiện quy trình, chọn phụ liệu phù hợp

để nâng cao hiệu suất, chất lượng cơ lý của gel protein được tách từ cơ thịt sẫm cá ngừ

- Là cơ sở giúp giải quyết và tận dụng nguồn cơ thịt sẫm cá ngừ trong các nhà máy chế biến thủy sản

1

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung về cá ngừ

1.1.1 Tình hình khai thác và xuất khẩu cá ngừ

Theo thông tin từ Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn (NN&PTNT), các tháng đầu năm, thời tiết tương đối thuận lợi cho hoạt động khai thác thủy sản Ước sản lượng khai thác thủy sản qúy 1 năm 2019 ước đạt 820,5 nghìn tấn tăng 4,7% so với cùng kỳ năm 2018, trong đó khai thác biển ước đạt 785 nghìn tấn, tăng 4,8% so với cùng kỳ năm 2018 Khai thác nội địa ước đạt 35,5 nghìn tấn tăng 0,6% so với cùng kỳ năm trước

Theo đó, báo cáo của 3 tỉnh trọng điểm về khai thác cá ngừ loại trên 30kg/con ước đạt 4.403 tấn Trong đó, tại Khánh Hòa sản lượng khai thác cá ngừ mắt to, cá ngừ vây vàng ước được 560 tấn Tại Bình Định ước sản lượng khai thác cá ngừ đại dương ước đạt 2.740 tấn, bằng 93% so với cùng kỳ năm 2018 Tại Phú Yên ước tính sản lượng cá ngừ đại dương đạt 1.103 tấn tăng 1,5% so với cùng kỳ năm 2018 [1]

Từ đó cho thấy việc đánh bắt cá ngừ đã dần trở thành một nghề ổn định đối với nhiều người dân làng chài và cá ngừ là một trong những nguồn nguyên liệu thủy sản chính mà nhiều nhà máy chế biến thủy sản hiện nay dùng để sản xuất – thương mại Điển hình có thể kể như tập đoàn Hải Vương, Công ty TNHH Tính Thịnh, Công ty TNHH thực phẩm Mãi Tín,… Sự gia tăng về sản lượng đánh bắt được nhiều hơn mang lại nguồn giá trị kinh tế cho người dân giúp cải thiện cuộc sống tốt hơn, đồng thời cung cấp nguồn nguyên liệu ổn định cho các nhà máy chế biến cá ngừ Tuy nhiên lượng cá ngừ đánh bắt trong nước chiếm một tỷ lệ nhỏ so với nhu cầu của các nhà máy Đơn cử là Tập đoàn Hải Vương, trung bình mỗi tháng nhập khẩu khoảng 95.000 tấn (riêng cá ngừ vây vàng trung bình khoảng 6000 tấn/tháng), còn nguồn nguyên nguyên liệu trong nước khoảng 50-75 tấn/tháng Như vậy, sản lượng cá nhiều thì lượng sản phẩm tại các nhà máy chế cũng sẽ nhiều và cùng với đó thì lượng phế liệu loại bỏ ra trong quá trình sản xuất cũng nhiều hơn

cá ngừ của Việt Nam sang Mỹ đạt gần 69 triệu USD, tăng 69% so với cùng kỳ năm

2018 Với sự tăng trưởng này, tỷ trọng xuất khẩu sang thị trường Mỹ đã tăng từ 30% trong quý 1/2018 lên hơn 42% trong quý 1 năm nay, tăng 78% so với 3 tháng đầu năm

2018 Giá trị xuất khẩu cá ngừ của Việt Nam sang khối thị trường này trong 3 tháng đầu năm 2019 chỉ đạt 29 triệu USD, giảm 19% so với cùng kỳ năm trước Xuất khẩu các mặt hàng cá ngừ của Việt Nam sang EU hiện đang giảm so với cùng kỳ năm 2018 Giá trị xuất khẩu cá ngừ sang thị trường Trung Đông này trong 3 tháng đầu năm 2019 chỉ đạt 13,5 triệu USD, giảm 14% so với cùng kỳ năm 2018 [2]

Việc xuất khẩu cá ngừ sang các thị trường chính có nhiều sự thay đổi liên tục, có thị trường tăng tuy nhiên cũng có thị trường giảm Nhưng nhìn chung thì việc xuất khẩu các sản phẩm cá ngừ vẫn tăng Cho thấy nhu cầu về sản phẩm cá ngừ vẫn rất cao

là cở sở cho việc sản xuất cũng như đa dạng hóa các sản cá ngừ phát triển cụ thể như

có thể nghiên cứu sản xuất các sản phẩm mới từ nguồn phế liệu để có thể nâng cao giá kinh tế và mang lại giá trị dinh dưỡng cho con người, tận dụng nguồn phế liệu tránh gây lãng phí và giúp bảo vệ môi trường tránh gây ô nhiễm đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước và ô nhiễm không khí

3

1.1.2 Một số loài cá ngừ đại dương

1.1.2.1 Giới thiệu một số loài cá ngừ đại dương

Cá ngừ thuộc họ cá thu ngừ (Scombridae) có giá trị kinh tế cao ở vùng biển

Việt Nam Cá ngừ phân bố ở khắp các vùng biển Việt Nam, kích thước cá tương đối lớn (6 loài có kích thước từ 20 – 70 cm, khối lượng từ 0,5 – 4 kg; riêng 2 loài cá ngừ

vây vàng và cá ngừ mắt to có kích thước lớn 70 – 200 cm, khối lượng 1,6 – 64 kg) [3]

Căn cứ vào tập tính di cư có thể chia cá ngừ thành 2 nhóm nhỏ:

- Nhóm các loài có kích thước nhỏ, di cư trong phạm vi địa lí hẹp

- Nhóm các loài di cư đại dương

Mùa vụ khai thác cá ngừ ở vùng biển Việt Nam gồm 2 vụ, vụ chính bắt đầu từ tháng 4 đến tháng 8, vụ phụ từ tháng 10 đến tháng 2 năm sau Nghề khai thác cá ngừ chủ yếu là lưới vây, rê, câu và đăng Nghề câu vàng mới được du nhập từ những năm

1990 đã nhanh chóng trở thành một nghề khai thác cá ngừ quan trọng

 Cá ngừ ồ

Tên tiếng Anh: Bullet tuna

Tên khoa học: auxist rochie (Risso,1810)

(Nguồn: https://www.fishider.org/osteichthyes/scombridae/auxis-spp/auxis-rochei/)

Hình 1.2 Hình ảnh cá ngừ ồ

Phân bố: vùng biển miền Trung

Mùa vụ khai thác: quanh năm

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

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

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

4

 Cá ngừ chấm

Tên tiếng Anh: Eastern little tuna

Tên khoa học: euthynnus affinis (Canner, 1850)

(Nguồn: https://www.fishider.org/osteichthyes/scombridae/euthynnus-affinis/)

Hình 1.3 Hình ảnh cá ngừ chấm

Phân bố: chủ yếu bắt gặp ở vùng biển miền Trung và Nam Bộ

Mùa khai thác: quanh năm

Ngư cụ khai thác: lưới, vây, rê, đăng

Kích thước khai thác: 240 – 450 mm, chủ yếu 360 mm

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

 Cá ngừ bò

Tên tiếng Anh: Longtail tuna

Tên khoa học: thunnus tonggol (Bleeker,1851)

(Nguồn: https://www.fishider.org/osteichthyes/scombridae/thunnus-tonggol/)

Hình 1.4 hình ảnh cá ngừ bò

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

5

Mùa vụ khai thác: quanh năm

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

Kích thước khai thác: 400 – 700 mm

Dạng sản phẩm: ăn tươi, đóng hộp

 Cá ngừ vằn

Tên tiếng Anh: skipjack tuna

Tên khoa học: katsuwonus pelamis (Linnaeus, 1758)

Mùa vụ khai thác: quanh năm

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

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

Dạng sản phẩm: ăn tươi, đóng hộp

 Cá ngừ vây vàng

Tên tiếng Anh: yellowfin tuna

Tên khoa học: thunnus albacares (Bonnaterre, 1788)

Ngư cụ khai thác: câu vàng, rê, đăng

Kích thước khai thác: đối với lưới rê, kích thước dao động 490 – 900 mm, đối với câu vàng 500 – 2000 mm

Dạng sản phẩm: ăn tươi, đóng hộp

 Cá ngừ mắt to

Tên tiếng Anh: bigeye tuna

Tên khoa học: thunnus obsesus (Lowe, 1839)

Phân bố: ở vùng biển xa bờ miền Trung và Đông Nam bộ

Mùa vụ khai thác: quanh năm

Ngư cụ khai thác: câu vàng, rê, đăng

Kích thước khai thác: 600 – 1800 mm

Dạng sản phẩm: ăn tươi, đóng hộp

(Nguồn: https://www.fishider.org/osteichthyes/scombridae/thunnus-obesus/)

7

Hình 1.7 Hình ảnh cá ngừ mắt to

1.1.2.2 Thành phần khối lượng cá ngừ đại dương

Thành phần khối lượng của cá ngừ đại dương thay đổi theo loài, tuổi, giới tính

và mùa Thành phần khối lượng của cá ngừ đại dương được tổng hợp hình 1.8 Nhìn chung, thành phần khối lượng của thịt cá ngừ đại dương chiếm khoảng 60% phần còn lại là phế liệu loại ra trong quá trình chế biến gồm: đầu, xương, vây, vẩy, thịt vụn,… vẫn chiếm tỷ lệ rất cao khoảng 40 có thể nghiên cứu tìm các giải pháp thích hợp để tận dụng tối đa nguồn nguyên liệu phụ phẩm này giúp mang lại hiệu quả về kinh tế cao hơn

Hình 1.8 Thành phần khối lượng của cá ngừ đại dương [4]

Thành phần hóa học của cá ngừ đại dương

Cá ngừ đại dương rất bổ dưỡng thành phần hóa học của thịt cá ngừ đại dương thay đổi theo loài, tuổi, giới tính và mùa (Bảng 1.1) Trong thịt cá ngừ đại dương, hàm lượng đạm khá cao chiếm từ 22,4 – 28,3%, chất béo chiếm từ 2,1 – 24,6% [4] Sự thay đổi này thấy hàm lượng lipid khác biệt một cách rõ rệt trước và sau khi sinh sản, độ dày và thành phần mỡ cũng thay đổi theo mùa vụ Tuy nhiên cũng giống như các loài thủy sản khác nó gồm có 10 thành phần trong đó chiếm tỷ lệ cao hơn cả là hàm lượng nước, protein, lipid, gluxit,…

Lipid (%)

Tro (%)

Bên cạnh đó, lượng cơ thịt sẫm cá ngừ tương đối lớn Protein từ cơ thịt sẫm cá ngừ ít chất béo, giàu chất dinh dưỡng và các muối khoáng Đặc biệt protein này cũng chứa nhiều axit béo không bão hòa có tác dụng trong việc phòng ngừa một số bệnh tim mạch, xương khớp… Ngoài ra, còn chứa vitamin nhất là vitamin D, photpho… tốt cho xương [4] Tuy nhiên, nhiều người ăn phải lượng thịt sẫm này bị ngộ độc hoặc dị ứng tùy theo mức độ hàm lượng ăn phải nhiều hoặc ít, không phải do bản thân cơ thịt sẫm này có độc mà do cơ thịt sẫm này không được sử dụng tươi, không được bảo quản đúng chế độ, đúng cách tạo điều kiện cho các tác nhân vi sinh vật hoặc enzyme phát triển biến đổi và phân hủy histidin có trong cơ thịt sẫm này thành histamin

9

Histamin là chất có khả năng gây dị ứng như phù người, nhức đầu, nôn,… Khi

ăn phải một lượng histamin cao vượt mức cơ thể chấp nhận được (ngưỡng cho phép

100 mg/ngày) (theo TCVN 8352 – 2010) Đặc biệt histamin có tính chịu nhiệt cao,

ngay cả khi cá đã được nấu chín, đóng hộp và thanh trùng nhưng histamin không bị phá hủy

Màu sắc của cơ thịt sẫm cá ngừ được tạo chủ yếu là do các hợp chất mang màu

mà chủ yếu là myoglobin (Mb) và hemoglobin (Hb) [5] Tình trạng màu sắc của cơ thịt phụ thuộc vào sự oxy hóa nguyên tử sắt (Fe) trong nhóm hem của protein Khi tiếp xúc với oxy tạo thành phức hợp oxyMb (Mb-Fe2+-O2) có màu sắc không mong muốn Đặc biệt, các hem protein nói chung rất nhạy cảm với sự tự oxy hóa đặc biệt nhạy cảm với

sự thay đổi của nhiệt độ [6]

Vì lí do này sản phẩm cơ thịt sẫm cá ngừ sẽ dễ bị oxy hóa theo thời gian để hình thành dạng metMb (Mb-Fe3+) có màu nâu có thể chuyển sang màu nâu sẫm không mong muốn Sự hình thành metMb phụ thuộc vào quá trình chế biến và điều kiện bảo quản và có thể diễn ra trong vài giờ hoặc vài ngày

Do đó, lượng cơ thịt sẫm này ở trong các nhà máy chế biến loại ra rất lớn nhưng quá trình chế biến vẫn chưa được chú ‎trọng mà thường loại ra và bán ở dạng phế liệu

Vì vậy, cần nghiên cứu để tìm ra phương pháp tách chiết protein từ lượng cơ thịt sẫm này nhằm hạn chế sinh lượng histamin và loại bỏ sắc tố để nâng cao giá trị và ứng dụng sản xuất các mặt hàng thực phẩm khác nhau là hướng đi cần thiết

1.1.2.3 Một số sản phẩm chế biến từ cá ngừ đại dương

Cá ngừ (tuna) là một trong những loại nguyên liệu thủy sản có giá trị dinh dưỡng và giá trị kinh tế cao Cá ngừ có chứa nhiều chất dinh dưỡng quan trọng, bao gồm protein, vitamin B, khoáng chất và Omega – 3 axit béo thiết yếu [4] Những axit béo này được gọi là thiết yếu bởi nó rất quan trọng với sức khỏe con người Sản phẩm

từ cá ngừ đa dạng từ chế biến dạng tươi sống, đông lạnh, đóng hộp và xông CO

Sản phẩm cá ngừ đóng hộp: Là một trong các món ăn thủy sản tiện dụng bán chạy nhất thế giới và các thị trường tiêu thụ lớn như Mỹ, châu Âu,…

vị, kiểu dáng và mẫu mã đẹp hơn

Sản phẩm cá ngừ xông CO đông lạnh: Sản phẩm cá ngừ bảo ngừ bảo quản đông lạnh nhanh chóng dẫn đến sự hình thành màu nâu Các nhà máy chế biến sử dụng cacbon monoxide (CO) để xử lí cơ thịt cá ngừ để giữ lại màu đỏ tươi của cơ thịt Vì vậy, sản phẩm này cũng rất được nhiều thị trườn trên thế giới ưa chuộng như Mỹ, châu

Âu, Trung Quốc

Sản lượng khai thác cá ngừ trên thế giới đạt trên 4 triệu tấn và tại Việt Nam sản lượng đạt trung bình trên 17.000 tấn/năm, trong đó có trên 40% là phế liệu trong chế

biến [7] Phế liệu cá ngừ gồm vây, đầu, xương, nội tạng cá,… Đây là nguồn tài nguyên

quýgiá, nếu tận dụng để tăng giá trị thì có thể đem lại lợi nhuận rất lớn

Một số thành phần phế liệu này đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm và nghiên cứu như nghiên cứu thủy phân đầu, xương cá ngừ để tách chiết protein

bổ sung vào nước mắm,…

Bột xương cá ngừ có tiềm năng trở thành một sản phẩm phụ giá trị gia tăng trong ngành công nghiệp chế biến cá ngừ Xương cá chứa tỷ lệ canxi và photpho thích hợp có thể sử dụng để bổ sung canxi trong thực phẩm [4] Hay sản xuất dầu cá từ mắt

12

cá ngừ mang lại lượng dầu đạt tiêu chuẩn trong đó có chứa các axit béo không no (PUFA) không có khả năng sinh cholesterol Trong 100g dầu chiết xuất, DHA chiếm 19,7g/100g và EPA chiếm 3,9g/100g Hàm lượng các axit béo omega 6 là 3,8g/100g

và các axit béo không bão hòa đơn (MUFA) 23,3g/100g Số liệu này cho thấy, đầu mắt

cá ngừ là nguồn cung cấp PUFA và MUFA (hai nhóm chất vô cùng quan trọng đối với

sức khỏe con người [4]

Nội tạng cá là nguồn enzyme proteaza rất lớn, enzyme chiết rút được bổ sung vào các quá trình thủy phân protein Các chất thủy phân protein bị phân tách về mặt hóa học hoặc sinh học thành các chuỗi peptit có kích thước khác nhau Điều này tạo điều kiện cho việc tiết kiệm thời gian, nâng cao năng suất và hiệu suất của quá trình

thủy phân và tạo ra các sản phẩm có hoạt tính sinh học cao [4]

Bên cạnh thành phần phế liệu chính của cá ngừ là đầu, xương, vây, vẩy, nội tạng còn một phần không nhỏ là lượng cơ thịt sẫm loại ra trong một số sản phẩm chế biến từ cá ngừ

Với trữ lượng khai thác cá ngừ hiện nay có khối lượng khá lớn mà thành phần

cơ thịt sẫm loại ra trong quá trình sản xuất chế biến ước tính ở Việt Nam lượng cơ thịt sẫm cá ngừ này hàng năm khoảng trên 1.000 tấn/năm Vì vậy, cần nghiên cứu để tận dụng nguồn cơ thịt sẫm này để sản xuất một số mặt hàng giá trị gia tăng là một vấn đề mang tính cấp thiết

13

1.2 Tách chiết protein từ thủy sản bằng phương pháp điều chỉnh pH

1.2.1 Protein và thành phần trích ly chứa nitơ phi protein từ động vật thủy sản 1.2.1.1 Protein từ động vật thủy sản

Được cấu tạo từ các axit amin, hầu hết các axit amin này quyết định giá trị dinh dưỡng của thực phẩm Protein cuả ngũ cốc thường thiếu lysine và các axit amin chứa lưu huỳnh (methionine, cys‎enninnor‎e,)nr‎ ,)enin‎tủa cá và động vật thủy sản khác là nguồn nguyên liệu giàu các axit amin này Do đó, protein từ động vật thủy sản có giá trị dinh dưỡng cao hơn các loại ngũ cốc khác

Có thể chia protein của mô cơ cá thành 3 nhóm:

 Protein cấu trúc (protein tơ cơ)

- Chiếm khoảng 65 - 75% tổng hàm lượng protein trong cá

- Gồm các sợi actin, myosin, actymyosin và tropomyosin

- Các protein cấu trúc này có chức năng co rút đảm nhận hoạt động của cơ Myosin và actin là các protein tham gia trực tiếp vào quá trình co duỗi cơ

- Protein cấu trúc có khả năng hòa tan trong dung dịch muối trung tính có nồng

độ ion cao (>0,5M) [8]

 Protein chất cơ (protein tương cơ)

- Chiếm khoảng 25 – 30% hàm lượng protein trong cá

- Gồm các myogloin, myoalbumin, globulin và các enzyme Đa số protein chất

cơ là các enzyme tham gia vào sự trao đổi chất của tế bào

- Hầu hết protein chất cơ bị đông tụ khi đun nóng trong nước ở nhiệt độ trên

500C Trong quá trình chế biến và bảo quản, myoglobin dễ bị oxy hóa thành metmyoglobin, ảnh hưởng đến màu sắc sản phẩm

- Các protein này hòa tan trong nước, trong dung dịch muối trung tính có nồng độ ion thấp (<0,15M) Khả năng hòa tan của protein là một trong những nguyên nhân làm

14

mất giá trị dinh dưỡng do có một lượng protein tổn thất trong quá trình ướp muối, tan giá trong nước…[8]

 Protein mô liên kết

- Protein mô liên kết chiếm từ 3-10% tổng lượng protein và gồm có collagen và elastin

- Protein mô liên kết không tan trong nước, trong dung dịch kiềm hoặc dung dịch

muối

- Các sợi collagen tạo nên cấu trúc mạng lưới mỏng trong các mô liên kết và tương tự như collagen trong động vật có vú Hàm lượng collagen ở thịt cá thấp hơn động vật có vú, thường khoảng 1 – 10% tổng lượng protein và 0,2 – 2,2% trọng lượng của cơ thịt Chiếm khoảng 3% ở cá xương và khoảng 105 ở cá sụn (so với 17% trong các loài động vật có vú) Có mạng lưới ngoại bào, không tan trong nước, dung dịch

kiềm hoặc dung dịch muối có nồng độ ion cao

- Hàm lượng protein mô liên kết có ảnh hưởng đến trạng thái cấu trúc cơ thịt và

giá trị dinh dưỡng kém [8]

Tính ổn định của protein cá: hình thái cấu trúc của protein ở cá dễ bị biến đổi bởi

sự thay đổi của môi trường Khi xử lí với nồng độ muối cao hoặc nhiệt có thể dẫn tới biến tính protein Sự biến tính protein thể hiện rõ ở nhiệt độ 600C và mất khả năng giữ

nước của chúng

1.2.1.2 Thành phần trích ly chứa nitơ phi protein từ động vật thủy sản

Chất phi protein là thành phần hòa tan trong nước, có khối lượng phân tử thấp và chiếm khoảng từ 9 – 18% tổng hàm lượng protein ở cá xương, khoảng 33 – 38% ở các loài cá sụn [9]

Thành phần chính của hợp phần này bao gồm các chất bay hơi (amoniac, amine, trimethylamin, dimethylamin, trimethylamineoxid (TMAO), dimethyamineoxide (DMAO), creatin, các acid amin tự do, nucleotit, ure (có nhiều trong cá sụn)…

Thành phần chất trích ly chứa nitơ phi protein khác nhau phụ thuộc vào loài, kích

cỡ, mùa vụ, phần cơ lấy mẫu,…

Hàm lượng TMAO chứa cao nhất trong các loài cá xương sụn (cá nhám) và mực, chiếm khoảng (75 – 250 mgN/100g), cá tuyết chứa ít hơn (60 – 120 mgN/100g)

[9]

Theo Tokunaga (1970), hàm lượng TMAO ở cá nổi như cá trích, cá thu, cá ngừ tập trung cao nhất trong vùng cơ thịt sẫm (vùng thịt tối màu), trong khi đó các loài cá đáy cơ thịt trắng có hàm lượng TMAO cao hơn nhiều trong cơ thịt màu sáng TMAO

có vai trò điều hòa áp suất thẩm thấu gây ra sự chênh lệch nồng độ muối trong nước biển

Sự có mặt của trimethylamin trong cá hư hỏng là do sử khử TMAO bởi vi khuẩn Trimethylamin là một amin dễ bay hơi có mùi khó chịu đặc trưng cho mùi thủy sản hư hỏng

- Các axit amin tự do

Các axit amin tự do chiếm khoảng 0.5 – 2% trọng lượng cơ thịt, bao gồm có

glycine, histidine, proline… chúng góp phần tạo nên mùi vị đặc trưng của nguyên liệu [9]

Hàm lượng axit amin tự do càng nhiều thì vi khuẩn gây hư hỏng phát triển càng nhanh và sinh ra mùi amoniac

Các loài cá có cơ thịt sẫm và thường vận động như cá ngừ, cá thu có hàm lượng histadine cao Cơ thịt sẫm chứa histadine nhiều hơn cơ thịt trắng Trong thời gian bảo

quản, histidine bị vi sinh vật khử nhóm carboxyl hình thành độc tố histamin

16

- Urê

Urê có phổ biến trong tất cả cơ thịt cá, nhưng nói chung có ít hơn 0,05% trong cơ

thịt cá xương, các loài cá sụn biển có chứa một lượng lớn urê (1 – 2,5%) [9] Trong

quá trình bảo quản, urê phân hủy thành NH3 và CO2 dưới tác dụng của enzyme urease của vi sinh vật Do urê hòa tan trong nước và thấm qua màng tế bào nên nó dễ được tách ra khỏi miếng phi lê

- Amoniac

Amoniac có mùi đặc trưng (mùi khai) Trong cơ thịt của cá tươi có một lượng nhỏ amoniac Trong cá xương, lượng amoniac thấp nhưng khi bị hư hỏng do vi sinh vật thì lượng amoniac tăng nhanh Khi sự hư hỏng phát triển, pH cơ thịt chuyển qua môi trường kiềm do lượng amoniac tăng lên và tạo nên mùi ươn thối của cá

- Creatin

Là thành phần chính của hợp chất phi protein Cá ở trạng thái nghỉ ngơi creatin tồn tại dưới dạng mạch vòng photpho và cung cấp năng lượng cho quá trình co cơ

1.2.2 Tách chiết protein từ thủy sản bằng phương pháp điều chỉnh pH

1.2.2.1 Nguyên lí của phương pháp

Tách chiết protein từ cơ thịt đỏ cá ngừ bằng phương pháp điều pH thực chất là quá trình dựa vào khả năng hòa tan và kết tủa của protein tại điểm đẳng điện

Điểm đẳng điện pI là giá trị pH mà tại đó phân tử protein trung hòa về điện Ở giá trị pH = pI phân tử protein trung hòa về điện sẽ không dịch chuyển trong điện trường, phân tử protein sẽ kém bền nhất dễ kết tủa

Điểm đẳng điện pI của protein cá vào khoảng pH 4,5 – 5,5 Tại giá trị này, protein có độ hòa tan thấp nhất

1.2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tách chiết protein bằng phương pháp điều chỉnh pH

Quá trình tách chiết protein bằng phương pháp điều chỉnh pH nhằm giải phóng protein từ nguyên liệu ra môi trường để khai thác protein trong nguên liệu Trong quá

17

trình tách chiết để đạt được hiệu quả cao cần quan tâm đến các yếu tố ảnh hưởng sau

[10]

 pH của dung môi chiết

Đối với tách chiết protein trong mô hoặc tế bào sống pH có ảnh hưởng rất lớn Mỗi loại protein có khả năng hòa tan tại những pH dung môi nhất định, tuy nhiên trong nguyên liệu là các loại tế bào sống nó lại chứa tới hàng nghìn loại protein Vì vậy, phải làm cách nào để chọn loại dung môi thích hợp có thể hòa tan hầu hết các loại protein trong nguyên liệu

Độ tan của của protein thấp nhất ở pH = pI của nó, độ tan của protein tăng lên khi

pH nằm xa pI vì khi pH = pI thì phân tử protein không tích điện cho nên chúng không

có lực đẩy tĩnh điện và dễ bị đông Khi pH khác pI thì các phân tử protein tích điện cùng dấu và đẩy nhau cho nên không bị đông kết do đó độ tan tăng lên

 Nhiệt độ của dung môi chiết

Nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong quá trình tách chiết nói chung và protein nói riêng Khi thay đổi nhiệt độ làm thay đổi tốc độ phản ứng theo chiều hướng tăng, giảm thường thì sự thay đổi nhiệt độ tỷ lệ thuận với tốc độ phản ứng Tốc độ phản ứng tăng khi nhiệt độ tăng trong khoảng 0 – 40C, khi tăng nhiệt độ lên sự chuyển động hỗn loạn của các phân tử tăng hay nói cách khác khuếch tán phân tử diễn ra mạnh hơn Khác với các chất vô cơ, protein bị thay đổi nhiều dưới tác dụng của nhiệt độ Ở nhiệt

độ trên 400

C hầu hết các liên kết của protein với các phân tử khác bị phá vỡ, quá trình tách chiết sẽ giải phóng protein ra môi trường Khi nhiệt độ tăng lên 70 – 750C thì protein trong nguyên liệu bị đông tụ gây khó khăn trong quá trình tách chiết Biến tính của protein bởi nhiệt độ cao là biến tính không thuận nghịch, chính vì thế trong công nghệ tách và thu hồi protein thường nâng đến nhiệt độ vừa phải để đảm bảo đặc tính của protein

Như vậy, khi tăng nhiệt độ đến giới hạn phù hợp sẽ tăng cao hiệu quả tách chiết, rút ngắn thời gian tách chiết

 Thời gian hòa tan

18

Thời gian tách chiết càng dài thì sự tiếp xúc giữa cơ chất và dung môi càng dài,

là điều kiện để các phản ứng xảy ra Theo lí thuyết thời gian dài thì hiệu quả tách chiết tăng lên, tuy nhiên như đã nói ở trên khi đạt tới trạng thái cân bằng hoặc gần tới thì phản ứng xảy ra là vô cùng chậm, nếu tính về lượng protein hòa tan vào dung môi có thể tăng lên nhưng không đáng kể và hiệu quả cũng không cao Trong quá trình tách chiết protein bằng phương pháp điều chỉnh pH thì tốc độ của quá trình chủ yếu ở giai đoạn đầu và chậm lại ở thời gian sau Khi thời gian càng dài về sau thì tốc độ càng chậm và thậm chí ở một số dung môi thời gian dài sẽ gây ảnh hưởng đến cấu trúc cũng như đặc tính của protein Đó là lí do tại sao phải kiểm soát thời gian tách chiết thích hợp

 Thời gian khuấy đảo

Cũng như ảnh hưởng của nhiệt độ, sự khuấy đảo có liên quan đến sự chuyển động của phân tử protein và dung môi Sự khuấy đảo có thể làm tăng tốc độ tách chiết

do sự gia tăng tốc độ phản ứng nhưng cũng có thể do khả năng cắt đứt hoặc làm yếu các liên kết giữa protein và các thành phần khác trong tế bào dưới tác dụng cơ học, làm tăng khả năng hòa tan protein

 Tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu

Tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu ảnh hưởng tới sự chênh lệch nồng độ chất tan và khả năng tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi Khi tăng tỷ lệ này lên thì tốc độ phản ứng tăng lên tuy nhiên sau quá trình chiết sẽ có quá trình phân riêng, sẽ rất khó khăn

và tốn kém nếu thể tích sau chiết quá cao, vì vậy cần chọn tỷ lệ này thích hợp

1.2.2.3 Biến đổi của protein trong quá trình tách chiết protein bằng phương pháp điều chỉnh pH

Protein sau khi tách chiết khỏi tế bào một phần đã bị cắt đứt các liên kết với các loại khác, đồng thời bị chuyển từ các cấu trúc bậc cao sang cấu trúc bậc thấp hơn kèm

theo các tính chất tự nhiên ban đầu bị mất đi [9] Như vậy, sau tách chiết mạch protein

bị duỗi ra và để lộ các đầu ưa nước và kị nước sẽ tăng lên làm biến đổi đáng kể một số tính chất của protein

19

Khi nhiệt độ vừa phải thì protein chỉ bị biến tính nhẹ, các mạch peptit duỗi ra, các liên kết protein – protein, giữa protein và các thành phần khác bị phá vỡ sẽ làm

enzyme dễ tác dụng, tăng hiệu suất trích ly [9]

Khi nhiệt độ cao sẽ phá vỡ các cấu trúc trong tế bào, thủy phân các hợp chất hữu cơ, gây biến tính không thuận nghịch với protein

Vì vậy, phải nghiên cứu tìm ra các chế độ thích hợp làm giảm các biến đổi protein trong quá trình tách chiết, tạo ra protein có chất lượng tốt và hiệu suất cao để ứng dụng vào sản xuất các sản phẩm thực phẩm có giá trị dinh dưỡng và kinh tế

1.3 Sự hình thành thể gel trong thịt cá xay

1.3.1 Gel và sự hình thành thể gel

Gel là một mạng lưới không gian ba chiều được hình thành do sự liên kết các góc mang điện tích ở các mạch của hợp chất poly với nhau Mỗi liên kết được gọi là một nút Các phần còn lại của mạch poly tạo mạng lưới không gian vô định hình có chứa đầy pha phân tán là nước và các góc bền khác

Sự hình thành thể gel: đối với hệ keo mà các của chúng phân tán bất đối xứng (hình que, bản mỏng,…) thì hệ giảm tính bền vững động học, tuy nhiên chúng sẽ không bị mất đi hoàn toàn, các hạt có thể dính lại với nhau tại góc cạnh hoặc tại các đầu nút của hạt bằng các lực hút phân tử, tạo thành mạng lưới không gian bên trong chứa môi trường phân tán

Đối với gel protein, khi protein bị biến tính, các cấu trúc bậc cao bị phá huỷ, liên kết giữa các phân tử bị phá vỡ, các nhóm bên của acid amin khi ở câú trúc bậc cao thì

ẩn phía trong nhưng sau khi protein bị biến tính chúng quay ra phía bên ngoài Các mạch poly peptit bị duỗi ra gần nhau làm nội lực ma sát tăng, xuất hiện các liên kết giữa các mạch peptit tạo thành mạng lưới không gian ba chiều, các phần còn lại tạo mạng lưới không gian vô định hình được điền đầy pha phân tán là nước

Độ bền của gel tạo thành phụ thuộc vào chiều dài vùng liên kết và lực liên kết giữa các chuỗi peptit Nếu chiều dài của vùng liên kết dài, lực liên kết giữa các chuỗi

sẽ đủ lớn để chống lại áp lực và chống lại chuyển động nhiệt của các phân tử, gel tạo thành sẽ chắc bền Nhưng ngược lại, chiều dài của vùng liên kết ngắn và các chuỗi

20

không được liên kết tốt với nhau, các phân tử sẽ tách rời dưới tác dụng của áp lực hay

sự tăng nhiệt độ lúc này gel sẽ yếu và không ổn định

 Điều kiện tạo gel của protein thịt cá

Gia nhiệt: trong nhiều trường hợp, sự gia nhiệt là cần thiết cho quá trình hình

thành gel vì dưới tác dụng của nhiệt protein sẽ bị biến tính và duỗi mạch tạo điều kiện cho các nút lưới tạo thành

Axit hóa nhẹ: khi axit hóa nhẹ đồng nghĩa với hạ pH xuống gần điểm đẳng điện

(pI) của protein, do đó sẽ gây biến tính nhẹ protein và sự tạo gel có thể xảy ra

Tác động cơ học (nghiền, giă): khi nghiền giã liên tục mặc dù không cắt ngắn

mạch protein nhưng làm vỡ cấu trúc bậc cao của protein Tạo ra sự trượt và gây ma sát nội phân tăng, hình thành các liên kết nút mạng lưới gel

Ngoài ra còn có những tác động khác cũng tạo điều kiện tạo gel cho protein thịt các như ảnh hưởng của các cation (đặc biệt là Ca2+) khi thêm muối, lúc này có thể làm tăng tốc độ tạo gel (hoặc tăng độ cứng) hay là ức chế sự thủy phân bởi enzyme nội tại

ở mức độ vừa phải hoặc sự kiềm hóa nhẹ sau đó đưa về điểm đẳng điện

1.3.2 Cơ chế tạo gel protein

Cơ chế và các tương tác có quan hệ đến việc hình thành mạng protein ba chiều đặc trưng cho gel hiện chưa hoàn toàn rõ Nhiều nghiên cứu đã chỉ rõ rằng cần phải có giai đoạn biến tính và giãn mạch xảy ra trước khi hình thành tương tác giữa protein – protein và tập hợp phân tử

Khi protein bị biến tính các cấu trúc bậc cao bị phá hủy, các liên kết giữa các phân tử bị đứt, các gốc amin lộ ra ngoài và liên kết với các gốc khác tạo mạng lưới không gian ba chiều, phần còn tạo mạng lưới không gian vô định hình có nhốt pha phân tán là nước ở bên trong

Các nút mạng lưới có thể tạo ra do lực tương tác giữa các gốc ưa béo Tương tác béo được hình thành khi tăng nhiệt độ, làm các mạch poly peptit tiến sát lại với nhau

do đó làm khối gel bền vững hơn

21

Nút mạng lưới cũng được tạo ra do lực liên kết hydro giữa các mạch peptit với nhau, giữa các nhóm –OH của serin, threonin, tyozin với –COOH của glutanat, aspatic Nhiệt độ càng thấp thì các liên kết này càng mạnh Liên kết hydro là liên kết tạo ra độ linh động làm cho gel có độ dẻo dai nhất định

Tham gia liên kết tạo mạng lưới gel còn do liên kết tĩnh điện, liên kết cầu nối giữa các nhóm tĩnh điện ngược dấu hoặc do liên kết giữa các nhóm tĩnh điện cùng dấu qua các cation đa hóa trị, chẳng hạn như Ca2+ Các liên kết này còn có thể do các cầu disunfua (giữa nhóm –SH này với nhóm –SH khác của các cistein) Trường hợp này làm cho gel có tính chất bất thuận nghịch bởi nhiệt, rất chắc và bền

Khả năng tạo gel của protein phụ thuộc vào nồng độ của protein và pH của môi trường Khi nồng độ tăng thì khả năng gel hóa tăng do nội lực ma sát tăng, số lượng các nút mạng lưới tăng Trong khi đó pH môi trường tạo nên các lực đẩy tĩnh điện, đó cũng là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo gel Mỗi protein khác nhau có pH thích hợp cho khả năng tạo gel khác nhau Trong nhiều trường hợp pH thích hợp còn phụ thuộc vào cả nồng độ của protein Chẳng hạn, các protein có tỷ lệ axit amin ưa béo cao như hemoglobin, avallbumin sẽ có vùng pH tạo gel thay đổi phụ thuộc vào nồng độ protein Trái lại các protein có tỷ lệ phần trăm các axit amin ưa béo thấp như gelatin… thì lại không thay đổi pH tạo gel khi nồng độ protein thay đổi

1.3.3 Yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng gel protein

1.3.3.1 Ảnh hưởng của yếu tố nguyên liệu

Nguyên liệu là yếu tố cơ bản trong quy trình sản xuất gel protein và nó đóng một vai trò rất quan trọng trong việc quyết định chất lượng gel protein cuối cùng Độ tươi của cá có ảnh hưởng đến màu sắc, pH, mùi vị, độ dẻo dai và độ bền đông kết của gel protein Cá tươi và chất lượng sẽ cho gel protein đạt tiêu chuẩn chất lượng cao đồng thời nâng cao hiệu suất của hiệu suất của quy trình Ngược lại, nếu cá đã có những biến đổi xấu thì chất lượng gel protein cũng giảm theo

Độ tươi của nguyên liệu phụ thuộc vào phương pháp đánh bắt, phương pháp vận chuyển, bảo quản và thời gian bảo quản nguyên liệu, có thể bảo quản nguyên liệu 1 – 2

1.3.3.2 Ảnh hưởng của yếu tố công nghệ trong quy trình

 Ảnh hưởng của khâu rửa

Rửa là một trong những khâu quan trọng trong quá trình tách chiết gel protein Việc rửa liên tiếp thịt cá nhằm làm sạch thịt cá khỏi các muối khoáng, protein hòa tan, các tạp chất, vi khuẩn, các sản phẩm phân hủy gây mùi, màu và các tạp chất khác; đồng thời có tác dụng làm giảm hàm lượng mỡ trong thịt cá xay Trong lúc rửa một phần vitamin, axit béo và protein tự do bị mất đi, còn lại protein liên kết trong thịt cá Rửa còn gây tác động đến chất lượng và hiệu suất thu hồi gel protein Tương ứng với các loài khác nhau có chế độ rửa khác nhau để thu được sản phẩm có chất lượng tốt nhất

Hiệu quả của quá trình rửa phụ thuộc vào thời gian rửa, chế độ khuấy đảo, chu kì

rửa, lượng nước rửa Ở điểm giới hạn là 9 phút [11], hiệu quả chiết protein tăng mạnh

Nếu thời gian rửa quá dài và khuấy đảo quá mạnh sẽ gây ra hiện tượng hydrat mạnh của protein gây khó khăn cho việc ép tách nước sau này Vì vậy, thời gian tiếp xúc thịt

cá với nước rửa phải đủ lâu để hiệu quả chiết protein là cao nhất

23

Thường thì tỷ lệ thịt cá/nước rửa là 1/3 hoặc 1/4 thích hợp về cả ý nghĩa kinh tế Tuy nhiên, chọn tỷ lệ nước rửa cần xem xét đến chu kì rửa Quan hệ giữa nước rửa và chu kỳ rửa còn phụ thuộc vào nhiều tác nhân khác như độ sạch nguyên liệu đầu vào,

kỹ thuật của khâu xử lý nguyên liệu và hàm lượng chất béo trong cá

Cùng với tỷ lệ nước rửa và thịt cá, khi gia tăng số lần rửa thì khả năng khử các chất mang màu càng triệt để, tuy nhiên số lần rửa phải nằm trong giới hạn nhất định, nếu rửa quá nhiều sẽ gây tổn thất dinh dưỡng, giảm khả năng tạo gel và độ bền liên kết

Rửa thịt cá xay bằng dung dịch axit hữu cơ loãng có thể hạn chế sự thối rữa của sản phẩm, khử được các bazơ làm mất mùi tanh khai của thịt cá xay như cá nhám Độ

pH của nước rửa có tác dụng tẩy màu thịt cá xay, giảm lượng TMA do đó sẽ có tác dụng tốt khi rửa thịt cá xay có màu sẫm, xám hoặc xanh lá cây bằng axit nhẹ

Khi rửa nên duy trì nhiệt độ nước rửa trong vùng mà protein giữ được chức năng của nó (5 – 310C) tùy loài cá [11], ở nhiệt độ này protein duy trì được chức năng của

nó và có khả năng tạo gel Nước rửa phải có pH tự nhiên để protein không bị biến tính Nếu nước rửa có ion Fe2+ sẽ làm màu sắc thịt cá bị xám hoặc nâu Vì vậy, nước rửa phải đạt tiêu chuẩn nước sạch dùng cho chế biến thực phẩm theo quy định của Bộ Y

Tế số 01/2009 (QCVN 01:2009/BYT ngày 17 tháng 6 năm 2009)

 Ảnh hưởng của khâu ép tách nước

Đây là yếu tố ảnh hưởng đến hàm ẩm cũng như độ dẻo dai của gel protein Vai trò của nước trong thịt cá xay trước khi nghiền trộn là rất quan trọng Nước tham gia cấu trúc và hình thành trạng thái của gel protein Nước tương tác với các nhóm –NH2, -COOH, -CO-NH-… của protein tạo ra vỏ hydrat làm cho thành phần protein có độ nhớt và độ hòa tan nhất định

Nước còn làm biến tính protein phá vỡ toàn bộ cấu trúc bậc cao Nhờ biến tính

mà sau đó các phân tử protein tương tác với nhau tạo ra mạng lưới gel làm cho protein

có cấu trúc mới, do đó sản phẩm có trạng thái dẻo dai, đàn hồi

Nước trong gel protein có tác dụng hóa dẻo một số phụ liệu phối trộn như tinh bột, protein khác (lòng trắng trứng, protein đậu tương, tinh bột biến tính,…) và hòa tan

24

các chất phụ gia trong quá trình nghiền trộn, tạo độ dẻo dai, độ đặc, đô trong, tạo màng

và tạo sợi gel protein

 Ảnh hưởng cuả công đoạn hòa tan NaOH

Công đoạn này có ảnh hưởng rất quan trọng đến hiệu suất thu hồi protein có nhiều hay không Các yếu tố ảnh hưởng của công đoạn này như:

- Ảnh hưởng của thời gian chiết lên hiệu suất hòa tan và thu hồi protein của cơ thịt đỏ cá ngừ: hiệu suất thu hồi protein từ cơ thịt đỏ cá ngừ bằng phương pháp điều chỉnh pH phụ thuộc vào thời gian chiết

Nguyên nhân: có sự thay đổi như vậy là do quá trình tách chiết protein bằng phương pháp điều chỉnh pH bị ảnh hưởng bởi thời gian trích ly Khi thời gian tăng lên lượng chất khuếch tán tăng, nhưng thời gian phải có giới hạn Khi đã đạt được mức độ chiết cao nhất nếu kéo dài thời gian không mang lại hiệu quả kinh tế

- Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi chiết lên hiệu suất hòa tan và thu hồi protein của cơ thịt đỏ cá ngừ: khi tỷ lệ nguyên liệu/dung môi giảm thì tỷ lệ protein hòa tan trong dịch chiết tăng lên

Nguyên nhân: có sự thay đổi như vậy do khi tỷ lệ nguyên liệu/dung môi càng nhỏ thì sự chênh lệch nồng độ protein trong nguyên liệu và dung môi càng cao Điều này

sẽ tạo ra lực khuếch tán mạnh cho quá trình khuếch tán của các phân tử protein trong nguyên liệu, với tỷ lệ nguyên liệu/dung môi càng lớn thì dung dịch sẽ nhanh đạt đến điểm cân bằng vật chất giữa dung môi và chất tan, sẽ làm chậm quá trình hòa tan Trong khi đó với cùng một lượng nguyên liệu thể tích dung môi lớn thì cần phải có một lượng vật chất lớn mới đạt đến điểm cân bằng

- Ảnh hưởng của nhiệt độ dung môi chiết lên hiệu suất thu hồi protein lên thịt sẫm: nhiệt độ dung môi chiết tăng từ 10 – 300C thì tỷ lệ protein hòa tan trong thịt đỏ cá ngừ cũng tăng theo Nhiệt độ dung môi chiết ở 100C thì hiệu suất thu hồi protein chỉ đạt 56,5%, trong khi đó ở nhiệt độ 300C thì hiệu suất đạt khoảng 67% Nếu cứ tiếp tục tăng nhiệt độ lên cao thì hiệu suất thu hồi protein có xu hướng giảm xuống

Nguyên nhân: có sự thay đổi như vậy là do qua trình tách chiết protein bằng phương pháp điều chỉnh pH bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ của dung môi chiết Nhiệt độ có

25

tác dụng tăng tốc độ khuếch tán và giảm độ nhớt, phần tử chất hòa tan chuyển động dễ dàng khi khuếch tán giữa các phần tử dung môi, tuy nhiên nhiệt độ là một yếu tố giới hạn, vì khi nhiệt độ qua cao có thể xảy ra các phản ứng khác không cần thiết gây khó cho qua trình công nghệ Do đó, khi nhiệt độ tăng lên khả năng hòa tan protein tăng tỷ

lệ thuận còn hiệu suất thu hồi giảm là do dưới tác động của môi trường kiềm cùng với nhiệt độ cao trong khoảng thời gian chiết đã làm biến tính protein làm mất đặt tính tự nhiên của protein, cắt nhỏ mạch protein tạo ra các peptit và pepton mạch ngắn

 Ảnh hưởng của khâu nghiền trộn phụ liệu

Công đoạn này phối trộn các loại phụ liệu vào với nồng độ/ tỷ lệ thích hợp, sau

đó xay và nghiền trộn đảo đều chúng trong khối gel protein Công đoạn này có tính chất quyết dịnh đến sự tạo gel Hàm ẩm trong công đoạn nghiền trộn dao động từ 70 – 79% [11]

Quá trình này tác dụng một lực cơ học liên tục lên thịt cá xay Do tác động của lực cơ học và hàm ẩm, protein bị biến tính và xuất hiện các liên kết tạo gel Lực cơ học

đã làm cho sợi actin trượt liên tục trên sợi myosin, tạo nội lực ma sát làm cấu trúc bậc

2, 3, 4 của protein bị phá vỡ, protein duỗi ra làm xuất hiện các nút lưới gel làm cho gel dẻo dai và có độ bền chắc Ngoài ra các phụ liệu được nghiền trộn cho vào gel cũng đóng vai trò quan trọng không nhỏ trong việc tăng độ bền chắc, độ đàn hồi cho gel protein

Thời gian nghiền trộn có ảnh hưởng đến độ tạo gel Nếu thời gian nghiền trộn qua ngắn, mạng lưới gel chưa hình thành sẽ có độ bền đông kết giảm Nếu kéo dài thời gian nghiền trộn sẽ làm surimi bị sẫm màu Nhiều tác giả cho rằng thời gian nghiền trộn từ 10 – 15 phút là thích hợp

 Ảnh hưởng của khâu định hình

Quá trình định hình rất cần thiết và cũng là thời gian để các phụ liệu phát huy tác dụng triệt để vì nó tăng khả năng phối hợp tạo gel và đàn hồi Nhiệt độ và thời gian định hình có ảnh hưởng đến chất lượng gel Nếu nhiệt độ cao, thời gian định hình ngắn, nhiệt độ thấp thì thời gian định hình dài hơn Nếu bảo quản đông thì cần nhiệt

độ định hình thấp, nếu gia nhiệt nấu chín thì định hình ở nhiệt độ cao

26

1.3.3.3 Ảnh hưởng của hàm lượng nước có trong gel protein

Hàm lượng nước có ảnh hưởng lớn đến đặc tính chức năng, thời gian, nhiệt độ gia nhiệt, độ bền chắc gel Bởi vì hàm lượng ẩm này thể hiện tính chất gel cao Hàm

ẩm tạo nên vai trò trong tính ổn định của việc tan băng

1.3.3.4 Ảnh hưởng của các chất đồng tạo gel

Chất lượng gel protein còn phụ thuộc vào chất đồng tạo gel như tinh bột, protein đậu tương, lòng trắng trứng,… Các hợp phần phối trộn vào gel protein có ảnh hưởng lớn đến lực đàn hồi của gel theo thời gian bảo quản

Tinh bột có khuynh hướng giữ được tính chất đàn hồi của gel lớn hơn lòng trắng trứng Lòng trắng trứng tạo cho sản phẩm sau khi gia nhiệt kết cấu chắc nhưng ít dẻo Tinh bột tạo cho sản phẩm sau khi gia nhiệt có độ dẻo dai hơn Tinh bột có khả năng hấp thụ các hợp chất trong gian bào, hiệu quả trái ngược với lòng trắng trứng Tuy nhiên để có cấu trúc theo ý muốn cần phải phối hợp các thành phần này với gel protein với tỷ lệ thích hợp [11]

Cấu trúc gel protein còn phụ thuộc vào loại và tỉ lệ chất đồng tạo gel Thường thì tinh bột khoai tây có khả năng duy trì cấu trúc gel lớn hơn tinh bột sắn Các nhà nghiên cứu cho biết khả năng tạo gel của tinh bột phụ thuộc vào hàm lượng amylopectin có trong tinh bột Nếu hàm lượng tinh bột phối trộn quá nhiều sẽ làm cho đàn hồi của gel

bị giảm

1.3.3.5 Ảnh hưởng của điều kiện bảo quản

Ảnh hưởng không đáng kể của nhiệt độ bảo quản và pH môi trường đến chất lượng của gel Nhiệt độ bảo quản càng thấp thì chất lượng gel càng được đảm bảo Nhưng thời gian bảo quản quá dài thì chất lượng gel giảm dần

1.4 Tổng quan về đối tượng nghiên cứu

1.4.1 Tổng quan về nguyên liệu cơ thịt sẫm cá ngừ vây vàng

Ở Việt Nam, các sản phẩm chính sản xuất từ cá ngừ là: ăn tươi, đóng hộp, fillet Trong quá trình chế biến, cá ngừ nói chung và cá ngừ đại dương nói riêng thải ra một

lượng phế liệu khá lớn, tỷ lệ phế liệu này có thể lớn hơn 30% [12] Bao gồm: đầu,

27

xương, vây, nội tạng và phần cơ thịt sẫm Trong đó, phần đầu chiếm tỷ lệ cao nhất, nhưng phần cơ thịt sẫm lại là phần có giá trị dinh dưỡng và chứa hàm lượng protein cao Tuy nhiên, do đặc tính của cơ thịt sẫm chứa hàm lượng histamin cao trong thời gian bảo quản, histamin bị vi sinh vật khử nhóm cacbonxyl hình thành độc tố histamin

Hình 1.12 Sơ đồ biến đổi histidin thành histamin

Vì vậy, tại các công ty phần cơ thịt sẫm mới chỉ được bán để làm thức ăn chăn nuôi hoặc bán ra các đầu mối bán lẻ tại chợ Bên cạnh đó, họ cũng đã tiến hành nghiên cứu để tận dụng protein để sản xuất surimi, chả cá nhưng kết quả không được như mong muốn Bởi lẽ, hàm lượng cơ thịt sẫm cao nên khó tẩy trắng đáp ứng yêu cầu chất lượng surimi, thành phần có chứa myoglobin và lipid rất dễ bị oxy hóa…[13] mà công nghệ sản xuất surimi, chả cá chưa đáp ứng được

Trên thế giới, thành phần phế liệu này trong ngành chế biến cá fillet (kể cả cơ thịt sẫm) chiếm tới 30 – 35% so với nguyên liệu [14] Trước đây nguồn cơ thịt sẫm chỉ có một phần rất nhỏ được sử dụng làm thức ăn trực tiếp cho người dưới dạng tươi còn lại làm thức ăn chăn nuôi và thậm chí là thải bỏ trực tiếp Giải pháp đó vừa gây lãng phí lại vừa gây tốn kém thậm chí còn gây ô nhiễm môi trường, chính vì thế cần có biện pháp để tận dụng triệt để nguồn nguyên liệu còn lại này Xuất phát từ nhu cầu đó mà một số nhà khoa học đã nghiên cứu chế độ tách chiết và thu hồi protein từ nguồn phế liệu này Sử dụng chủ yếu là acid HCl và NaOH để điều chỉnh pH trong suốt quá trình

hòa tan và kết tủa protein hòa tan trong phế liệu [14]

Vì vậy, đề tài sẽ nghiên cứu áp dụng phương pháp điều chỉnh pH để khai thác protein cơ thịt sẫm còn mang lại trong quá trình chế biến cá ngừ là hướng có thể khử