Báo cáo nghiên cứu quy trình thủy phân protein trong đầu cá ngừ vây vàng bằng protease thương mại

Báo cáo nghiên cứu quy trình thủy phân protein trong đầu cá ngừ vây vàng bằng protease thương mại Báo cáo nghiên cứu quy trình thủy phân protein trong đầu cá ngừ vây vàng bằng protease thương mại Báo cáo nghiên cứu quy trình thủy phân protein trong đầu cá ngừ vây vàng bằng protease thương mại

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2012 THÔNG BÁO KHOA HỌC SẢN XUẤT SẢN PHẨM THỦY PHÂN PROTEIN TỪ ĐẦU CÁ NGỪ VÂY VÀNG BẰNG PROTEASE THƯƠNG MẠI PRODUCTION OF PROTEIN HYDROLYSATE FROM YELLOWFIN TUNA HEAD BY A COMMERCIAL PROTEASE Nguyễn Thị Mỹ Hương1 Ngày nhận bài: 18/01/2012; Ngày phản biện thông qua: 15/03/2012; Ngày duyệt đăng: 10/06/2012 TÓM TẮT Sản phẩm thủy phân protein sản xuất từ đầu cá ngừ vây vàng enzyme Protamex 0,5% nhiệt độ 450C pH tự nhiên thời gian với tỉ lệ nước/nguyên liệu 1:1 Các kết nghiên cứu độ thủy phân tỉ lệ thu hồi nitơ sản phẩm thủy phân tăng lên với tăng thời gian thủy phân Sau thủy phân, độ thủy phân đạt 30,1% tỉ lệ thu hồi nitơ 85,1% Sản phẩm thủy phân protein từ đầu cá ngừ vây vàng có hàm lượng protein 88,2%, lipit 1,4% tro 8,3% Sản phẩm thủy phân protein có hàm lượng axít amin khơng thay cao sử dụng sản xuất thức ăn cho người động vật Dầu đầu cá ngừ thu từ thủy phân giàu axít béo omega 3, đặc biệt axit docosahexaenoic (DHA) axit eicosapentaenoic (EPA) Các axít béo có hàm lượng cao dầu đầu cá ngừ axit palmitic, axit stearic, axit oleic, DHA and EPA Từ khóa: Đầu cá ngừ, độ thủy phân, Protamex, Sản phẩm thủy phân ABSTRACT Protein hydrolysate was produced from yellowfin tuna head using 0.5% Protamex at 450C and natural pH for 6h with a water/material ratio of 1:1 Results of study showed that the degree of hydrolysis and ratio of nitrogen recovery in hydrolysate increased with increasing hydrolysis time After h of hydrolysis, the degree of hydrolysis obtained 30.1% and ratio of nitrogen recovery was 85,1% Protein hydrolysate from yellowfin tuna head had protein content of 88.2%, lipid content of 1.4% and ash content of 8.3% This protein hydrolysate had high content of essential amino acids and can be used in the production of human and animal diets Tuna head oil obtained from hydrolysis was rich in omega-3 fatty acids, especially docosahexaenoic acid (DHA) and eicosapentaenoic acid (EPA) Fatty acids with high contents in tuna head oil were palmitic acid, stearic acid, oleic acid, DHA and EPA Keywords: Tuna head, Degree of hydrolysis, Protamex, Hydrolysate I ĐẶT VẤN ĐỀ Cá ngừ lồi cá có giá trị kinh tế cao hầu hết cá ngừ sử dụng việc sản xuất sản phẩm đồ hộp, đơng lạnh, hun khói… Theo Hiệp hội Chế biến Xuất thủy sản Việt Nam (VASEP), khối lượng xuất cá ngừ Việt Nam năm 2010 đạt khoảng 82,6 nghìn tấn, trị giá 287 triệu USD Việc chế biến cá ngừ cho xuất thải lượng lớn nguyên liệu lại, khoảng 40 - 60% khối lượng nguyên liệu Các nguyên liệu lại bao gồm đầu, nội tạng, xương, vây… Đầu cá ngừ nguồn giàu protein, lipit dễ gây ô nhiễm môi trường Vì ngành cơng nghiệp chế biến cá ngừ cần phải tìm cách tận dụng ngun liệu cịn lại sẵn có này, làm cho chúng trở thành sản phẩm có giá trị gia tăng, từ tăng thêm lợi nhuận cho xí nghiệp chế biến thuỷ sản Trong bối cảnh đó, việc sản xuất sản phẩm thuỷ phân protein từ đầu cá ngừ vấn đề cần thiết có ý nghĩa Điều khơng nâng cao hiệu sử dụng nguyên liệu lại sau chế biến, làm tăng giá trị chúng mà cịn góp phần hạn chế nhiễm mơi trường Trong báo này, độ thủy phân, tỉ lệ thu hồi nitơ sản phẩm TS Nguyễn Thị Mỹ Hương - Khoa Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Nha Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG ❖ 25 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản thủy phân, thành phần hóa học axít amin sản phẩm thủy phân thành phần axít béo dầu cá thu từ thủy phân đầu cá ngừ trình bày II VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Vật liệu nghiên cứu 1.1 Đầu cá ngừ vây vàng Đầu cá ngừ vây vàng (Thunnus albacares) cung cấp Công ty chế biến thủy sản Hải Vương, khu cơng nghiệp Suối Dầu, Khánh Hịa Đầu cá ngừ đông lạnh rã đông, xay nhỏ trộn đều, sau bao gói túi nhựa hút chân không Các túi nguyên liệu bảo Số 2/2012 quản tủ đơng nhiệt độ t = - 200C sử dụng 1.2 Enzyme Protamex Enzyme Protamex dùng cho thủy phân protein cung cấp công ty Novozyme Đan Mạch Đó enzyme proteaza có nguồn gốc từ vi sinh vật Bacillus Enzyme Protamex có hoạt độ 1,5 AU (Anson Units)/g, điều kiện thích hợp cho enzyme hoạt động pH = 5,5 - 7,5 nhiệt độ 35 - 600C Phương pháp nghiên cứu 2.1 Thủy phân đầu cá ngừ Quá trình thủy phân đầu cá ngừ thể sơ đồ hình Hình Sơ đồ trình thủy phân đầu cá ngừ enzyme Protamex Đầu cá ngừ xay nhỏ đông lạnh rã đơng tủ lạnh qua đêm, sau thủy phân enzyme Protamex Đó enzyme protease, có hoạt độ 1,5 AU (Anson Units)/g, điều kiện thích hợp cho enzyme hoạt động pH = 5,5 - 7,5 nhiệt độ 35 - 600C Tỉ lệ enzyme 26 ❖ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG 0,5% so với nguyên liệu, tỉ lệ nước/nguyên liệu 1/1 Quá trình thủy phân thực nhiệt độ 450C, pH tự nhiên (6,5) thời gian 6h Hỗn hợp khuấy trộn với tốc độ 300 vòng/phút Sau thủy phân làm bất hoạt enzyme nhiệt độ 950C 15 phút Hỗn hợp sau Taïp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản thủy phân lọc qua rây để tách riêng phần xương phần dịch lọc Phần dịch lọc đem ly tâm lạnh với tốc độ 10.000 vòng/phút 40C 30 phút Sau ly tâm thu phần: Dầu đầu cá ngừ, dịch thủy phân cặn ly tâm Dịch thủy phân sấy chân không thăng hoa thu sản phẩm thủy phân protein 2.2 Phương pháp phân tích Độ thủy phân xác định theo phương pháp DNFB mô tả Nguyen cộng (2011) Thu hồi Nitơ xác định theo Liaset cộng (2002) sau: Thu hồi Nitơ (%) = Lượng nitơ tổng số sản phẩm thủy phân (g) x 100/lượng nitơ tổng số đầu cá ngừ xay nhỏ đem thủy phân (g) Hàm lượng nước, tro protein thô xác định theo phương pháp AOAC (1990) Hàm lượng lipit xác định theo Folch cộng (1957) Thành phần axít amin phân tích theo Kechaou cộng (2009) Thành phần axít béo phân tích theo Noriega-Rodríguez cộng (2009) 2.3 Xử lý số liệu Số liệu báo cáo trung bình lần phân tích Kết phân tích phần mềm Excel Số 2/2012 q trình thủy phân, độ thủy phân tăng nhanh thể tốc độ phản ứng nhanh, sau độ thủy phân tăng chậm dần Hình dạng đường cong độ thủy phân trình thủy phân đầu cá ngừ tương tự với đường cong độ thủy phân có từ thủy phân cá trích (Liceaga-Gesualdo Li-Cha, 1999), đầu cá hồi (Gbogouri cộng sự, 2004), đầu nội tạng cá sardine (Souissi cộng sự, 2007) Sau thủy phân đầu cá ngừ, độ thủy phân 24,1% Sau thủy phân, độ thủy phân đạt 30,1% Thu hồi nitơ Theo Benjakul Morrissey (1997) thu hồi nitơ (hay protein) phản ánh tỉ lệ nitơ (hay protein) thu hồi sản phẩm thủy phân Tỉ lệ thu hồi nitơ đầu cá ngừ trình thủy phân thể hình Kết nghiên cứu cho thấy tỉ lệ thu hồi nitơ sản phẩm thủy phân tăng theo thời gian thủy phân Trong trình thủy phân, tỉ lệ thu hồi nitơ tăng nhanh, sau tăng chậm dần Sau thủy phân tỉ lệ thu hồi nitơ đạt 85,1% III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN Độ thủy phân Độ thủy phân sử dụng để biểu thị cắt đứt liên kết peptit trình thủy phân (Benjakul Morrissey, 1997) Độ thủy phân thu trình thủy phân đầu cá ngừ enzyme Protamex thể hình Hình Tỉ lệ thu hồi nitơ trình thủy phân đầu cá ngừ Protamex Các cơng trình nghiên cứu trước cho thấy có hịa tan nitơ (hay protein) tác dụng enzyme trình thủy phân tỉ lệ thu hồi nitơ sản phẩm thủy phân tăng theo thời gian thủy phân (Liaset cộng sự, 2002; Aspmo cộng sự, 2005) Thành phần hóa học axít amin Hình Đường cong độ thủy phân trình thủy phân đầu cá ngừ Protamex Kết nghiên cứu cho thấy độ thủy phân tăng theo thời gian thủy phân, sản phẩm thủy phân protein đầu cá ngừ Thành phần hóa học axít amin sản phẩm thủy phân protein đầu cá ngừ sau thủy phân phân tích trình bày bảng TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG ❖ 27 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2012 Bảng Thành phần hóa học axít amin sản phẩm thủy phân protein đầu cá ngừ Thành phần hoá học Nước Hàm lượng (%) 8,3 + 0,3 Protein thơ a 88,2 + 0,9 Thành phần axít amin Lipit a Tro a 1,4 + 0,3 8,3 + 0,4 Hàm lượng (g/100g chất khô) Arginine 4,12 Histidine 5,12 Isoleucine 4,27 Leucine 6,38 Lysine 3,13 Methionine 2,16 Phenylalanine 2,58 Threonine 3,32 Valine 3,65 Alanine 4,45 Aspartic 7,62 Glutamic 2,41 Glycine 5,08 Hydroxyproline 1,34 Proline 1,47 Serine 2,39 Tyrosine 2,19 Tổng axít amin khơng thay 34,73 Tổng axít amin 61,68 Tỉ lệ axít amin khơng thay thế/Tổng axít amin (%) 56,31 a: Tính theo chất khơ Kết nghiên cứu cho thấy sản phẩm thủy phân protein đầu cá ngừ có hàm lượng protein cao (88,2%), hàm lượng lipit thấp (1,3%) hàm lượng tro 8,3% Sản phẩm thủy phân có tổng hàm lượng axít amin 61,68g/100g chất khơ, hàm lượng axít amin khơng thay 34,73g/100g chất khơ Axít amin khơng thay chiếm tỉ lệ 56,31% tổng lượng axít amin Kết phân tích thành phần axít amin cho thấy sản phẩm thủy phân protein đầu cá ngừ có giá trị dinh dưỡng cao, giàu axít amin khơng thay sử dụng việc sản xuất thức ăn cho tôm (Nguyen cộng sự, 2012) Các axít amin có hàm lượng cao sản phẩm thủy phân 28 ❖ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG protein đầu cá ngừ leucine, histidine, aspartic glycine Ngược lại, axít amin có hàm lượng thấp hydroxyproline proline Một số nghiên cứu khác thủy phân đầu cá trích (Sathivel cộng sự, 2003) thủy phân đầu cá hồi (Sathivel cộng sự, 2005) cho thấy sản phẩm thủy phân có hàm lượng axít amin khơng thay cao Thành phần axít béo dầu đầu cá ngừ Thành phần axít béo dầu cá thu từ thủy phân đầu cá ngừ vây vàng sau thủy phân xác định thể bảng Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2012 Bảng Hàm lượng thành phần axít béo dầu đầu cá ngừ Axít béo Hàm lượng (% tổng axít béo) Axit myristic (C14:0) 3,32 Axit palmitic (C16:0) 29,63 Axit stearic (C18:0) 10,74 Axit linoceric (C24:0) 1,13 Axít béo no Tổng axít béo no 44,82 Axít béo khơng no nối đơi Axit palmitoleic (C16:1 ω7) 5,95 Axit oleic (C18:1 ω9) 16,68 Axit vacenic (C18:1 ω7) 2,61 Axit gadoleic (C20:1 ω9) 2,29 Axit erucic (C22:1 ω9) 2,25 Axit nervonic (C24:1 ω9) 1,86 Tổng axít béo khơng no nối đơi 31,64 Axít béo không no nhiều nối đôi Axit linoleic (C18:2 ω6) 1,86 Axit linolenic (C18:3 ω3) 0,81 Axit stearidonic (C18:4 ω3) 1,43 Axit arachidonic (C20:4 ω6) 1,12 Axit docosatetraenoic (C22:4 ω6) 0,43 Axit eicosapentaenoic, EPA (C20:5 ω3) 2,58 Axit docosapentaenoic (C22:5 ω3) 0,42 Axit docosahexaenoic, DHA (C22:6 ω3) 14,89 Tổng axít béo không no nhiều nối đôi 23,54 Trong dầu đầu cá ngừ, hàm lượng axít béo no chiếm 44,82% tổng lượng axít béo, axít béo khơng no nối đơi chiếm 31,64% axít béo khơng no nhiều nối đơi chiếm 23,54% Axit palmitic (C16:0) axít chủ yếu, chiếm tỉ lệ cao (29,63%), sau axit oleic có hàm lượng cao thứ hai (16,68%) Dầu đầu cá ngừ có nhiều axít béo omega 3, đặc biệt DHA, chiếm 14,89%, hàm lượng EPA 2,58% DHA EPA axít béo omega cần thiết cho người DHA có vai trị quan trọng việc phát triển mơ thần kinh não, EPA góp phần làm giảm tỷ lệ cholesterol máu có tác dụng phòng ngừa bệnh tim mạch (Stansby cộng sự, 1990) Các cơng trình nghiên cứu trước cho thấy hàm lượng DHA loài cá ngừ cao hầu hết loài cá khác hàm lượng DHA cao nhiều EPA (Stansby cộng sự, 1990; Shimada cộng sự, 1997) IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Độ thủy phân tỉ lệ thu hồi nitơ sản phẩm thủy phân tăng suốt trình thủy phân Sau thủy phân, độ thủy phân đạt 30,1% tỉ lệ thu hồi nitơ đạt 85,1% Sản phẩm thủy phân protein đầu cá ngừ có giá trị TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG ❖ 29 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản dinh dưỡng cao, giàu axít amin khơng thay (chiếm 56,31% tổng lượng axít amin) Dầu đầu cá ngừ có hàm lượng axít béo ω3 cao, đặc biệt DHA (14,89%) EPA (2,58%) Các sản phẩm sử dụng nhiều lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn sản phẩm thủy phân pro- Số 2/2012 tein dùng việc sản xuất nước mắm công nghiệp, bột dinh dưỡng bổ sung vào thức ăn cho tôm, cá Dầu cá dùng nuôi trồng thủy sản sử dụng thực phẩm cho người sau tinh chế TÀI LIỆU THAM KHẢO AOAC, 1990 Official Method of Analysis, 15th ed Arlington, VA: Association of Official Analytical Chemists Aspmo, S.I., Horn, S.J., Eijsink, V.G.H 2005 Enzymatic hydrolysis of Atlantic cod (Gadus morhua L.) viscera Process Biochem., 40: 1957-1966 Folch, J., Lees, N., Sloan-Stanley, G.H 1957 A simple method for the isolation and purification of total lipids from animal tissues J Biol Chem., 226: 497- 509 Benjakul, S., Morrissey, M.T 1997 Protein hydrolysates from Pacific whiting solid waste J Agric Food Chemistry 45: 3423-30 Gbogouri, G.A, Linder, M., Fanni, J., Parmentier, M 2004 Influence of hydrolysis degree on the functional properties of salmon by-products hydrolysates J Food Sci., 69(8): 615-622 Kechaou, E.S., Dumay, J., Donnay-Moreno, C., Jaouen, P., Gouggou, J.P., Bergé, J.P., Amar, R.B 2009 Enzymatic hydrolysis of cuttlefish (Sepia officialis) and sardine (Sardina pichardus) viscera using commercial proteases: Effects on lipid distribution and amino acid composition.Journal of Bioscience and Bioengineering.107(2): 158-164 Liaset, B, Nortvedt, R, Lied, E, Espe, M 2002 Studies on the nitrogen recovery in enzymatic hydrolysis of Atlantic salmon (Salmo salar, L.) frames by ProtamexTM protease Process Biochemistry 37: 1263-1269 Liceaga-Gesualdo, A.M, Li-Chan, E.C.Y 1999 Functional properties of fish protein hydrolysate from herring (Clupea harengus) J Food Sci., 64(6): 1000-1004 Nguyen, H.T.M., Sylla, K.S.B., Randriamahatody, Z., Donnay-Moreno, C., Moreau, J., Tran, L.T., Bergé, J.P 2011 Enzymatic hydrolysis of yellowfin tuna (Thunnus albacares) by-products using Protamex protease Food Technology and Biotechnology 49 (1): 48 - 55 10 Nguyen, H.T.M., Pérez-Gálvez, R., Bergé, J.P 2012 Effect of diets containing tuna head hydrolysates on the survival and growth of shrimp Penaeus vannamei Aquaculture 324-325: 127-134 11 Noriega-Rodríguez, J.A., Ortega-García, J., Angulo-Guerrero, O; García, H.S., Medina-Juárez, L.A., Gámez-Mezac, N 2009 Oil production from sardine (Sardinops sagax caerulea) CyTA - Journal of Food Vol (3): 173-179 12 Sathivel, S., Bechtel, P.J., Babbitt, J., Smiley, S., Crapo, C., Reppond, K.D, Prinyawiwatkul W 2003 Biochemical and functional properties of herring (Clupea harengus) byproduct hydrolysates Food Science 68: 2196-2200 13 Sathivel, S., Smiley, S., Prinyawiwatkul, W., Bechtel, P.J 2005 Functional and nutritional properties of red salmon (Oncorhynchus nerka) enzymatic hydrolysates Food Science 70(6): 401-406 14 Shimada, Y., Maruyama, K., Sugihara, A Moriyama, S., Tominaga, Y 1997 Purification of docosahexaenoic acid from tuna oil by a two-step enzymatic method: hydrolysis and selective esterification Journal of the American Oil Chemists’ Society.74:1441-1446 15 Souissi, N., Bougatef, A., Triki-Ellouz, Y., Nasri 2007 Biochemical and functional properties of sardinella (Sardinella aurita) by-product hydrolysates Food Tech Biotech, 45(2): 187-94 16 Stansby, M.E., Schlenk, H., Gruger, E.H 1990 Fatty acid composition of fish In Stansby, M.E, Fish oil in nutrition 6-39 New York: Van Nostrand Reinhold 30 ❖ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG ... độ 35 - 600C Phương pháp nghiên cứu 2.1 Thủy phân đầu cá ngừ Quá trình thủy phân đầu cá ngừ thể sơ đồ hình Hình Sơ đồ trình thủy phân đầu cá ngừ enzyme Protamex Đầu cá ngừ xay nhỏ đông lạnh rã... trình thủy phân đầu cá ngừ Protamex Kết nghiên cứu cho thấy độ thủy phân tăng theo thời gian thủy phân, sản phẩm thủy phân protein đầu cá ngừ Thành phần hóa học axít amin sản phẩm thủy phân protein. .. Độ thủy phân thu trình thủy phân đầu cá ngừ enzyme Protamex thể hình Hình Tỉ lệ thu hồi nitơ trình thủy phân đầu cá ngừ Protamex Các cơng trình nghiên cứu trước cho thấy có hịa tan nitơ (hay protein)