Ảnh hưởng của phương pháp tiền xử lí bằng enzyme alcalase đến chất lượng gelatin từ da cá tra (pangasianodon hypophthalmus)

Nghiên cứu thay thế kiềm bằng enzyme Alcalase trong quá trình tiền xử lí da cá tra đến chất lượng của gelatin từ da cá tra thông qua các chỉ tiêu như độ gel, độ nhớt, nhiệt độ và thời gian tạo gel, màu sắc, phổ FT-IR, thành phần amino acid và hiệu suất thu hồi đã được thực hiện. Kết quả nghiên cứu cho thấy, hiệu suất thu hồi gelatin từ da cá tra tiền xử lí theo phương pháp enzyme cao hơn mẫu đối chứng (phương pháp kiềm).

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP TIỀN XỬ LÍ BẰNG ENZYME ALCALASE ĐẾN CHẤT LƯỢNG GELATIN TỪ DA CÁ TRA (Pangasianodon hypophthalmus) Nguyễn Văn Thơm1, Lê Thị Minh Thủy1* TÓM TẮT Nghiên cứu thay kiềm enzyme Alcalase q trình tiền xử lí da cá tra đến chất lượng gelatin từ da cá tra thông qua tiêu độ gel, độ nhớt, nhiệt độ thời gian tạo gel, màu sắc, phổ FT-IR, thành phần amino acid hiệu suất thu hồi thực Kết nghiên cứu cho thấy, hiệu suất thu hồi gelatin từ da cá tra tiền xử lí theo phương pháp enzyme cao mẫu đối chứng (phương pháp kiềm) Gelatin sản xuất điều kiện tiền xử lí enzyme với nồng độ 0,01 UI/g, 60 phút cho chất lượng tốt với độ gel đạt 185,9 g, độ nhớt 14,1 mPa.s hiệu suất thu hồi gelatin đạt 16,5%, có đặc tính tương tự với mẫu đối chứng Kết phân tích phổ FT-IR thành phần amino acid cho thấy khác biệt nhóm chức hàm lượng amino acid gelatin da cá tra tiền xử lí enzyme Alcalase tiền xử lí kiềm Như vậy, phương pháp sử dụng enzyme thay cho phương pháp sử dụng kiềm trình tiền xử lí nguyên liệu sản xuất gelatin mang lại triển vọng thay hóa chất cách sử dụng enzyme mà đảm bảo chất lượng gelatin hạn chế nhiễm mơi trường hóa chất thải Từ khóa: Amino acid, da cá tra, độ gel, enzyme Alcalase, hiệu suất thu hồi, phổ FT-IR ĐẶT VẤN ĐỀ2 Việt Nam quốc gia đứng đầu giới ngành nuôi cá tra thương phẩm (FAO, 2019) Sản lượng thu hoạch đạt 725,3 nghìn tổng doanh thu xuất cá tra đạt 612,3 triệu USD tháng đầu năm 2020 (VASEP, 2020) Ngành chế biến cá tra phi lê xuất thải lượng lớn da, chiếm khoảng 6% (Mahmoodani et al., 2014) Da cá tra có đặc điểm dày dai, chứa hàm lượng collagen cao nên nguồn nguyên liệu tiềm để sản xuất gelatin hay collagen có giá trị kinh tế cao (Singh et al., 2011; Mahmoodani et al., 2014) Chính thế, có nhiều nghiên cứu chiết xuất gelatin từ nguồn nguyên liệu nhiều phương diện, từ ảnh hưởng thời gian bảo quản da cá tra đến chất lượng gelatin (Lê Thị Minh Thủy Hồ Văn Việt, 2018) đến tối ưu hóa điều kiện tiền xử lí chiết xuất (Mahmoodani et al., 2014; Chavan et al., 2018), nghiên cứu cải thiện màu sắc khử mùi cho gelatin quan tâm (Singh Benjakul, 2017; Ismail Wan a Latiff, 2019), điểm chung nghiên cứu sử dụng hóa chất để xử lí ngun liệu, ảnh hưởng tiêu cực đến môi Khoa Thủy sản, Trường Đại học Cần Thơ Email: ltmthuy@ctu.edu.vn trường Ngược lại, liệu ứng dụng enzyme sản xuất gelatin cịn hạn chế chưa có dẫn liệu khoa học trích ly gelatin từ da cá tra phương pháp tiền xử lí enzyme Các cơng bố gần sử dụng enzyme để chiết xuất gelatin vảy cá chép alkaline protease (Jiang, 2013), da cá nhám góc enzyme Alcalase (Squalus acanthias) (Zhang et al., 2019) mang lại tính chất tốt cho gelatin thân thiện mơi trường Do đó, nghiên cứu chiết xuất gelatin từ da cá tra enzyme Alcalase triển khai, nhằm đánh giá đầy đủ điều kiện xử lí enzyme để thu nhận gelatin đạt chất lượng tốt thay cho phương pháp kiềm NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Chuẩn bị mẫu Da cá tra thu mẫu từ Công ty Caseamex, Khu cơng nghiệp Trà Nóc, thành phố Cần Thơ Ngun liệu bảo quản nước đá để hạn chế biến đổi xảy trình vận chuyển từ cơng ty phịng thí nghiệm Bộ mơn Chế biến thủy sản, Khoa Thủy sản, Trường Đại học Cần Thơ Tiến hành rửa da để ráo, cắt nhỏ (kích thước x cm), cho vào túi PE (50 g/túi) trữ đông 20°C tiến hành thí nghiệm, thời gian bảo quản nguyên liệu da cá tra không thỏng Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - TH¸NG 12/2020 75 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ 2.2 Hóa chất Các hóa chất sử dụng: Enzyme Alcalase 2.4L (Đan Mạch), NaOH (Sodium Hydroxide), C4 H9OH (butyl alcohol), H2SO4 (Sulfuric acid) đậm đặc, H3BO3 (Boric acid) số hóa chất khác 2.3 Phương pháp nghiên cứu Thí nghiệm: Ảnh hưởng điều kiện tiền xử lí enzyme Alcalase đến tính chất gelatin từ da cá tra Tiến hành thí nghiệm: Da cá tra rã đơng xử lí enzyme Alcalase theo mô tả Zhang et al (2019) với số hiệu chỉnh Các mức nồng độ enzyme khác 0,006; 0,008 0,01 UI/g với mốc thời gian: 45, 60 75 phút Thí nghiệm thực điều kiện nhiệt độ phòng hỗn hợp khuấy máy lắc OS-2000 (Hàn Quốc), tỉ lệ da cá: dung dịch enzyme 1: (w/v) Sau đó, mẫu da bất hoạt enzyme 900C phút rửa sạch, để Mẫu da cá tra xử lí enzyme Alcalase tiếp tục ngâm khuấy dung dịch butyl alcohol để khử lipid theo mô tả Zhang et al (2012) Nồng độ dung dịch butyl alcohol 10%, nhiệt độ phòng 24 giờ, tỉ lệ nguyên liệu: dung dịch (w/v) l: 10 Sau đó, mẫu rửa để trước tiến hành chiết xuất gelatin Quá trình chiết xuất gelatin da cá tra bể điều nhiệt (W350, Memmert, Schwabach, Đức) với tỉ lệ nguyên liệu: nước cất (w/v) 1:7 70 °C Sau đó, hỗn hợp lọc qua lớp vải lọc li tâm để loại bỏ phần cặn bã cịn sót lại thiết bị Hettich universal 320R (Đức) Dung dịch gelatin làm đông tách nước tủ đông (-200C) khoảng 16-18 trước sấy 60°C (độ ẩm gelatin đạt - 8%) tủ sấy WTE Binder (Đức) Mẫu gelatin nghiền mịn phân tích tiêu: hiệu suất thu hồi, độ bền gel, nhiệt độ thời gian tạo gel, độ nhớt, màu sắc Sau mẫu tốt phân tích amino acid phổ FT-IR Thí nghiệm thực thông qua nhân tố (nồng độ enzyme thời gian xử lí), nghiệm thức, số lần lặp lại Khối lượng mẫu cho bố trí thí nghiệm 50 g Mẫu đối chứng (tiền xử lý kiềm) chuẩn bị theo phương pháp Lê Thị Minh Thủy Hồ Văn Việt (2018) với số sửa đổi Da ngâm dung dịch NaOH 0,1 M với tỉ lệ da: dung 76 dịch 1:8 (w/v) thời gian nhiệt độ phòng, hỗn hợp lắc liên tục máy lắc Các thông số cho khử lipid chiết xuất gelatin cố định mẫu xử lí enzyme 2.4 Phương pháp phân tích 2.4.1 Phân tích thành phần hóa học ngun liệu gelatin Các tiêu thành phần hóa học nguyên liệu gelatin xác định theo AOAC (2000) Xác định độ ẩm phương pháp sấy đến khối lượng không đổi (AOAC, 2000 số 934.01), hàm lượng tro phương pháp đốt (AOAC, 2000 số 942.05), hàm lượng lipid phương pháp Soxhlet (AOAC, 2000 số 991.36) hàm lượng protein phương pháp Kjeldahl (AOAC, 2000 số 954.01) 2.4.2 Hiệu suất thu hồi Hiệu suất thu hồi gelatin xác định phương pháp kiểm tra khối lượng: 2.4.3 Xác định độ bền gel Độ bền gel (g) gelatin xác định theo phương pháp Gómez-Guillén et al (2002), sử dụng máy phân tích Texture analyze (Model TA.XT, microsystems, Surrey, Anh) với đầu dò P/0.5S đâm xuyên vào khối gel gelatin tới độ sâu mm tốc độ mm/s Mẫu gelatin hòa tan hoàn toàn nước cất (6,67% w/v) 600C 15 mL dung dịch gelatin đổ vào cốc thủy tinh đáy phẳng có kích thước 35×45 mm giữ 60C khoảng 16-18 để hình thành gel 2.4.4 Xác định độ nhớt gelatin Sử dụng máy đo độ nhớt Brookfield DV (RVDV11+CP, Mỹ), hịa tan gelatin nước nóng 600C 10 phút cho gelatin hòa tan hoàn toàn để đạt nồng độ 6,67% (Jamilah et al., 2011) Tốc độ vòng quay đĩa 100 rpm, thể tích dung dịch gelatin cho lần đo 0,5 mL Đơn vị độ nhớt mPa.s 2.4.5 Phân tích thành phần amino acid Xác định hàm lượng amino acid theo Thuy et al (2015): 20 mg bột gelatin thủy phân HCl có nồng độ M 110 0C, 22 điều kiện chân khơng Dịch thủy phân trung hịa dung dịch NaOH N 0,6 N lọc b lc Nông nghiệp phát triển nông thôn - KỲ - TH¸NG 12/2020 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ màng cellulose 0,45 μm (Toyo Roshi Kaisha Ltd., Tokyo, Nhật Bản) Hàm lượng amino acid dịch lọc xác định hệ thống HPLC (LC-10A, Shimadzu, Kyoto, Nhật Bản) với cột Shimpack Amino-Li (100 mm x 6.0 mm, Shimadzu) Shimpack SC- 30/S0504 Li (150 mm x 4.0 mm, Shimadzu) 2.4.6 Đo màu Đo màu: mẫu bột gelatin trải đủ dày tờ giấy trắng tiến hành đo màu thiết bị Colorimeter PCE-CSM (Trung Quốc), giá trị L* (độ sáng), a*(màu đỏ đến xanh cây) b* (màu vàng đến xanh da trời) nhận (Sae-leaw Benjakul, 2015) Tổng chênh lệch màu sắc (ΔE) mẫu gelatin mẫu tiêu chuẩn xác định công thức Mẫu tiêu chuẩn có giá trị L* = 93,52; a* = -0,3 b* = 1,57 2.4.7 Xác định phổ FTIR gelatin Phổ FTIR mẫu gelatin phân tích thiết bị Bruker Optics ALPHA FT-IR với bước sóng quang phổ từ 4000 đến 400 cm-1 Dữ liệu thu thập chương trình phần mềm OPUS 7.5 (Bruker, Ettlingen, Đức) 2.4.8 Xác định nhiệt độ thời gian tạo gel Hút mL dung dịch gelatin có nồng độ 6,67% (40°C) cho vào ống nghiệm thủy tinh (1,5x10 cm) (PYREX, Mỹ) Đặt ống nghiệm vào bể nước lạnh (8°C), ghim đầu nhiệt kế vào dung dịch gelatin rút khỏi dung dịch sau 20 giây Thời gian đầu nhiệt kế tách khỏi khối gelatin ghi nhận thời gian tạo gel Xác định nhiệt độ tạo gel xác định tương tự Nhiệt độ rút đầu nhiệt kế khỏi dung dịch gelatin mà khơng cịn nhỏ giọt xem nhiệt độ tạo gel (Sinthusamran et al., 2014) 2.5 Phương pháp xử lí số liệu Số liệu phân tích phương pháp thống kê mơ tả (trung bình ± độ lệch chuẩn) Sự khác biệt yếu tố nghiệm thức phân tích ANOVA với mức ý nghĩa 95% phép thử Duncan (p < 0,05), chương trình Statistical Package for the Social Sciences (SPSS) 16.0 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Thành phần hóa học da cá tra Chất lượng gelatin thu nhận phụ thuộc vào điều kiện xử lí, mà cịn dựa tính chất nguồn nguyên liệu ban đầu (Regenstein Zhou, 2007) Thành phần hóa học da cá tra thể bảng Bảng Thành phần hóa học da cá tra (tính theo ướt) Chỉ tiêu Hàm lượng (%) Ẩm 61,6± 0,201 Protein 32,7± 0,115 Lipid 3,97± 0,160 Khoáng 1,06± 0,059 Ghi chú: Số liệu thống kê trình bày dạng trung bình ± độ lệch chuẩn với n=3 Số liệu bảng cho thấy da cá tra có hàm lượng protein cao 32,7% lipid chiếm 3,97% Hàm lượng protein nguyên liệu cao yếu tố quan trọng cho hiệu suất chiết xuất gelatin cao Mặt khác, hàm lượng lipid cao nên dễ xảy oxy hóa q trình chiết xuất gelatin, tạo mùi khó chịu màu sẫm cho gelatin, ảnh hưởng đến khả ứng dụng nhiều lĩnh vực (Sae-leaw et al., 2016; Singh et al., 2017) Do đó, cần loại bỏ hợp chất nitơ phi collagen, lipid có nguyên liệu trước chiết xuất gelatin (Benjakul et al., 2012) 3.2 Hiệu suất thu hồi gelatin từ da cá tra Hiệu chiết xuất gelatin có liên quan đến loại nguyên liệu điều kiện tiền xử lí, chiết xuất gelatin (Montero Gómez-Guillén, 2000) Hiệu suất thu hồi gelatin từ da cá tra tiền xử lí với chế độ enzyme khác trình bày bảng Bảng Hiệu suất thu hồi, độ gel độ nhớt gelatin da cá tra Nồng độ enzyme (UI/g) Hiệu suất thu hồi Độ gel (g) Độ nhớt (mPa.s) thời gian (phút) (%) 12,1±2,04e 176,0±11,6bc 15,0±0,252a Đối chứng 160,5±10,8cd 9,33±0,321f 11,6±0,523e 45 de de 0,006 12,5±0,170 146,8±6,75 12,3±0,757b 60 16,8±0,622b 136,0±9,86e 10,3±0,436e 75 12,6±0,636de 197,4±5,57a 11,8±0,306bc 0,008 45 cd ab 14,3±0,523 190,7±2,11 14,7±0,200a 60 N«ng nghiƯp phát triển nông thôn - K - THáNG 12/2020 77 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 0,01 75 45 60 75 19,3±0,509a 14,9±0,212bc 16,5±0,453b 20,0±1,12a 152,5±8,86de 199,7±18,7a 185,9±6,78ab 153,1±6,18de 11,0±0,416cde 12,0±0,513bc 14,1±0,808a 11,0±0,666ed Ghi chú: Số liệu thống kê trình bày dạng trung bình ± độ lệch chuẩn (n = 3), chữ (a, b, c d) khác cột biểu thị khác biệt có ý nghĩa thống kê mức độ tin cậy 95% Hiệu suất thu hồi gelatin tăng đáng kể tăng nồng độ enzyme Alcalase kéo dài thời gian tiền xử lí (Bảng 2) Tỉ lệ thu hồi gelatin cao gấp 1,04-1,65 lần so với mẫu đối chứng (phương pháp kiềm) Sản lượng gelatin thu hồi nghiên cứu cao nghiên cứu trước Koli et al (2014) hiệu suất thu hồi đạt 7,8% thực tiền xử lí da cá tra dung dịch NaOH (0,2%), sulphuric acid (0,2%) citric acid (0,1%) Một nghiên cứu khác Lê Thị Minh Thủy Nguyễn Văn Thơm (2019) đề cập gelatin đạt hiệu suất 13,1% da cá tra nấu chiết mốc 70°C, Kết tương tự số liệu công bố Jiang (2013), hiệu suất thu nhận gelatin từ vảy cá chép tăng dần tăng thời gian thủy phân tăng tỉ lệ enzyme alkaline protease bổ sung Việc bổ sung Alcalase với nồng độ cao thời gian dài làm protein bị thủy phân thành mạch peptide ngắn (Liaset et al., 2000; Zhang et al., 2019), tạo thuận lợi cho trình chiết xuất gelatin, mặt khác ảnh hưởng lớn đến khả hình thành mạng lưới gel gelatin 3.3 Độ gel độ nhớt gelatin Cường độ gel độ nhớt gelatin tính chất vật lí quan trọng gelatin (Karim Bhat, 2009) Đặc tính gel gelatin chịu ảnh hưởng thành phần amino acid chiều dài chuỗi polypeptide (Muyonga et al., 2004b) Trong đó, độ nhớt chủ yếu phục thuộc vào khối lượng phân tử gelatin (Boran Regenstein, 2009) Theo kết trình bày bảng 2, mẫu da cá tra tiền xử lí enzyme với nồng độ 0,008 UI/g 0,01 UI/g khoảng thời gian xử lí từ 45 đến 60 phút cho kết độ gel gelatin cao (từ 185,87 đến 197,37 g) cao độ gel mẫu đối chứng (176 g), dung dịch gelatin có độ nhớt dao động từ 11,8-14,7 mPa.s đạt cao tiền xử lí enzyme Những số liệu cao so sánh với kết độ bền gel công bố Lê Thị Minh Thủy Hồ Văn Việt (2018), gelatin từ da cá tra đạt độ gel 151-166 g Ngoài ra, da cá tra nấu chiết 78 nhiệt độ 70º0C, cho độ bền gel cao 149 g (Lê Thị Minh Thủy Nguyễn Văn Thơm, 2019) Độ gel độ nhớt gelatin có khuynh hướng giảm dần với thời gian tiền xử lí đạt 75 phút Kéo dài thời gian tiền xử lí làm protein bị thủy phân dẫn đến tỉ lệ chuỗi peptide có trọng lượng phân tử cao khả hình thành gel độ nhớt gelatin giảm xuống (Zhang et al., 2019) 3.4 Nhiệt độ thời gian tạo gel gelatin Nhiệt độ thời gian tạo gel gelatin thu từ mẫu da cá tra tiền xử lí enzyme trình bày bảng Bảng Nhiệt độ thời gian tạo gel gelatin Nồng độ enzyme Thời gian tạo Nhiệt độ tạo (UI/g) - thời gian gel gel (°C) (phút) (phút) 15,5±0,656a 2,07±0,126b Đối chứng 13,0±0,200cd 3,80±0,087a 45 de 12,9±0,404 0,006 3,71±0,150a 60 12,4±0,173e 4,14±0,292a 70 13,3±0,252cd 2,12±0,168b 45 b 14,1±0,208 2,42±0,092b 0,008 60 12,9±0,458de 4,02±0,500a 70 13,6±0,115bc 2,15±0,321b 45 bc 13,6±0,200 2,22±0,633b 0,01 60 12,5±0,351e 2,47±0,383b 70 Ghi chú: Số liệu thống kê trình bày dạng trung bình ± độ lệch chuẩn (n = 3), chữ (a, b, c d) khác cột biểu thị khác biệt có ý nghĩa thống kê mức độ tin cậy 95% Hai mẫu da cá tra tiến hành tiền xử lí enzyme 60 phút cho kết nhiệt độ thời gian tạo gel cao 14,1°C 2,42 phút (0,008 UI/g) 13,6°C 2,22 (0,01 UI/g) Kết cao nghiên cứu Ratnasari Firlianty (2016), xác định nhiệt độ tạo gel gelatin da cá tra 11,67°C, da cá trê trắng 10°C da cá lóc 10,67°C Ngồi ra, 13,06°C nhiệt độ tạo gel gelatin từ da cá tra nghiên cứu Chavan et al (2018) Nhiệt độ tạo gel gim Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - TH¸NG 12/2020 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ dần thời gian tạo gel tăng dần tăng thời gian tiền xử lí nguyên liệu nồng độ enzyme, tỉ lệ chuỗi peptide có trọng lượng phân tử thấp có gelatin cao điều kiện tiền xử lí enzyme tăng (thời gian nồng độ enzyme) trình thủy phân protein (Liaset et al., 2000; Zhang et al., 2019) nên làm giảm khả đông kết làm cho gelatin tạo gel lâu (Kittiphattanabawon et al., 2010) 3.5 Màu sắc sản phẩm gelatin Khả ứng dụng vào thực phẩm gelatin phụ thuộc nhiều vào màu sắc (Zhang et al., 2019) Sự thay đổi màu sắc gelatin trình bày bảng Bảng Màu sắc bột gelatin từ da cá tra điều kiện tiền xử lí enzyme Nồng độ enzyme (UI/g) ΔE* L* a* b* - thời gian (phút) 80,0±0,895a 3,79±0,060a 17,8±0,372a 21,5±0,503e Đối chứng 80,0±0,382a 3,38±0,055b 17,4±0,438ab 22,5±0,662e 45 ab b ab 79,2±0,728 0,006 3,38±0,062 17,5±0,374 23,8±0,428cd 60 78,1±0,517b 3,79±0,180a 15,5±0,396d 23,5±0,377d 75 79,1±0,785ab 3,58±0,491ab 17,6±583ab 24,0±0,351bcd 45 ab b c 79,0±0,343 3,31±0,088 16,6±0,139 23,4±0,347d 0,008 60 76,9±0,956c 3,25±0,087b 16,5±0,257c 25,0±0,774ab 75 78,4±0,216b 3,31±0,276b 17,7±0,336ab 24,5±0,317abc 45 ab b bc 78,7±1,01 3,36±0,085 17,0±0,621 23,9±0,994cd 0,01 60 75,6±0,226d 3,54±0,252ab 15,6±0,336d 25,5±0,331a 75 Ghi chú: Số liệu thống kê trình bày dạng trung bình ± độ lệch chuẩn (n = 3), chữ (a, b, c d) khác cột biểu thị khác biệt có ý nghĩa thống kê mức độ tin cậy 95% Giá trị độ sáng L* phần lớn mẫu gelatin khác biệt không lớn tương tự với màu sắc mẫu đối chứng (đều lớn 78), số a*, b* tương tự, có gelatin thu với chế độ tiền xử lí mức thời gian cao (75 phút) hai nồng độ enzyme 0,008 UI/ g 0,01 UI/g có giá trị L* thấp (76,93 75,55) khác biệt có ý nghĩa so với trường hợp khác Do đó, khác biệt màu sắc (ΔE) hai mẫu cao so với mẫu khác 24,98 25,50 Sự giảm độ sáng bột gelatin q trình tiền xử lí da cá tra thời gian dài nồng độ enzyme cao làm cắt mạch protein thành phân tử có kích thước ngắn, đồng thời amino acid tự giải phóng tham gia phản ứng hóa nâu khơng enzyme (maillard) với nhóm khác đường khử, carbohydrate nguyên liệu thô chiết xuất gelatin (Schrieber Gareis, 2007; Zhang et al., 2018) gây sẫm màu cho gelatin Khi so sánh với nghiên cứu công bố, giá trị L* cao kết đưa Ratnasari et al (2013) với giá trị L* gelatin da cá tra 64,67, cịn thí nghiệm Jamilah et al (2011) L* đạt 68,69 Qua cho thấy, màu sắc gelatin từ da cá tra với chế độ tiền xử lí enzyme Alcalase khơng có thay đổi lớn tương tự với màu sắc mẫu đối chứng Như vậy, thông qua tiêu đề cập mẫu gelatin từ da cá tra tiền xử lí enzyme Alcalase có nồng độ 0,01 UI/g khơng có tính chất tốt tương tự mẫu đối chứng mà cịn có hiệu suất thu hồi cao mẫu đối chứng (1,36 lần) Vì thế, gelatin với chế độ tiền xử lí enzyme Alcalase có nồng độ 0,01 UI/g, lựa chọn để phân tích phổ FT-IR amino acid 3.6 Phổ FT-IR gelatin Phổ FT-IR mẫu gelatin từ da cá tra tiền xử lí enzyme Alcalase (0,01 UI/g, giờ) phương pháp kiềm (mẫu đối chứng) trình bày hình Cả hai mẫu gelatin thu nhận theo hai phương pháp khác có phổ FT-IR tương tự bước sóng vùng amide A 3415 cm-1 (tiền xử lí enzyme) 3422 cm-1 (xử lí kiềm) đỉnh amide I (đại diện cho liên kết nhóm -C=O- với nhóm COO-) đặc trưng cho cấu trúc cuộn (cấu trúc bậc II) mẫu gelatin quan sát bước sóng 1686 cm-1 1691 cm-1 Bên cạnh đó, gelatin từ da c tin x lớ enzyme cho Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - THáNG 12/2020 79 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ đỉnh amide II (đại diện cho nhóm -NH kết hợp với nhóm -CN) hấp thụ bước sóng 1527 cm-1 1530 cm-1 mẫu xử lí kiềm Hầu khơng có khác biệt cấu trúc xoắn ba gelatin thu nhận từ hai phương pháp enzyme hóa học a thông qua đỉnh amide III xác định bước sóng 1241 cm-1 Thơng qua liệu đo quang phổ FT-IR, gelatin sản xuất theo phương pháp tiền xử lí enzyme Alcalase có nhóm chức gần với phương pháp xử lí kiềm b Hình 1: Phổ FT-IR gelatin da cá tra theo phương pháp tiền xử lí enzyme Alcalase (a) tiền xử lí kiềm (b) 3.7 Thành phần amino acid gelatin Thành phần amino acid hai mẫu gelatin da cá tra sản xuất theo phương pháp tiền xử lí enzyme Alcalase (nồng độ enzyme 0,01 UI/g, 60 phút) phương pháp kiềm thể bảng Bảng Thành phần amino acid (đơn vị/1000 đơn vị) gelatin da cá tra Phương pháp tiền xử Thành phần lí xử lí STT amino acid Enzyme Kiềm Aspartic acid 46 46 Threonine 26 27 Serine 32 33 Glutamic acid 76 75 Glycine 341 346 Alanine 91 91 Valine 25 24 Cysteine 2 Methionine 10 10 10 Tryptophan ND ND 11 Isoleucine 12 Leucine 29 27 13 Tyrosine 14 Phenylalanine 16 16 15 Hydrolysine 16 Lysine 29 29 17 Histidine 5 18 Arginine 56 56 19 Hydroxyproline 89 87 20 Proline 111 111 Ghi chú: ND: Không phát 80 Hầu khơng có khác biệt thành phần amino acid hai mẫu gelatin hai phương pháp tiền xử lí enzyme kiềm (Bảng 5), loại amino acid chiếm tỉ lệ cao gelatin glycine, proline hydroxyproline Giống với kết công bố Sinthusamran et al (2014) hàm lượng glycine, proline hydroxyproline chiếm 334, 116-118, 82-84 (đơn vị/1000 đơn vị) Zhang et al (2019) báo cáo gelatin từ da cá nhám góc sản xuất enzyme Alcalase có glycine (31,6%) proline (10%) hydroxyproline (7,9%) Bởi proline hydroxyproline chịu trách nhiệm cho ổn định cấu trúc chuỗi xoắn ba chuỗi collagen thông qua liên kết hydrogen phân tử nước tự nhóm hydroxyl chúng nên làm tăng độ gel gelatin (Fernandez-Diaz et al., 2001) Như vậy, thành phần amino acid bị ảnh hưởng phương pháp tiền xử lí nghiên cứu 3.8 Thành phần hóa học gelatin Thành phần hóa học sản phẩm gelatin chiết xuất từ da cá tra theo phương pháp tiền xử lí enzyme kiềm thể bảng Bảng thể thành phần hóa học sản phẩm gelatin theo phương pháp khác Hàm lượng protein sản phẩm gelatin thu nhận da cá tra tiền xử lí enzyme kiềm 90,5% 91,2%, hàm lượng lipid khoáng thấp 0,03% Theo Benjakul et al (2009) hàm lượng khoáng 0,5% cho gelatin có chất lượng cao Jamilah et al (2011) cơng bố kết tương tự, gelatin có tỉ lệ thành phần ẩm, protein khoáng lần lt l 7,29%, 80,02% v 0,08% Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - THáNG 12/2020 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Bảng Thành phần hóa học sản phẩm gelatin Chỉ tiêu Ẩm Protein a Lipid a Khoáng a 0,024±0,002a 0,025±0,003a Phương pháp Enzyme 7,01±0,383 90,5±0,935 0,017±0,003 Phương pháp kiềm 6,61±0,295a 91,2±0,808a 0,018±0,003a Ghi chú: Số liệu thống kê trình bày dạng trung bình ± độ lệch chuẩn (n = 3), chữ (a, b, c d) khác cột biểu thị khác biệt có ý nghĩa thống kê mức độ tin cậy 95% KẾT LUẬN Phương pháp tiền xử lí da cá tra enzyme Alcalase với nồng độ enyme 0,01 UI/g nhiệt độ phòng chiết xuất 70°C thích hợp để sản xuất gelatin, gelatin thu nhận có tính hóa lý tương tự phương pháp kiềm Hơn nữa, phương pháp tiền xử lí enzyme cho hiệu thu hồi gelatin tốt (16,5%) cao gấp 1,36 lần so với việc sản xuất gelatin phương pháp kiềm (12,1%) Qua cho thấy, tiềm sản xuất gelatin phương pháp tiền xử lí nguyên liệu enzyme Alcalase lớn thay phương pháp kiềm LỜI CẢM ƠN Đề tài tài trợ Dự án Nâng cấp Trường Đại học Cần Thơ VN14-P6 nguồn vốn vay ODA từ Chính phủ Nhật Bản FAO, 2019 Viet Nam on track for USD billion annual pangasius export target as high prices continue, ngày truy cập 6/02/2020 Địa chỉ: http://www.fao.org/in-action/globefish/marketreports/resource-detail/en/c/1176222/ Fernandez-Diaz, M D., Montero, P and Gomez-Guillen, M C (2001) Gel properties of collagens from skins of cod (Gadus morhua) and hake (Merluccius merluccius) and their modification by the co-enhancers magnesium sulphate, glycerol and transglutaminase Food Chemistry 74(2): 161-167 Gómez-Guillén, M C., Turnay, J., FernándezDíaz, M D., Ulmo, N., Lizarbe, M A and Montero, P (2002) Structural and physical properties of gelatin extracted from different marine species: A comparative study Food Hydrocolloids 16(1): 25-34 AOAC, 2000 In: Horwitz, W (Ed.) Official methods of analysis of the Association of Offical Analytical chemists, 17th Washington DC USA Ismail, N and Wan A Latiff, W N F (2019) Effect of Pre-Treatment on Physical Properties and Sensory Attributes of Gelatin Extracted from Sutchi Catfish (Pangasius sutchi) Skin Scientific Research Journal 16(2): 59-76 Benjakul, S., Nalinanon, S and Shahidi, F (2012) Fish collagen In: Simpson, B K (Ed.) Food Biochemistry and Food Processing, 2rd John Wiley & Sons, Inc, New York, pp 369–370 10 Jamilah, B., Tan, K W., Umi Hartina, M R and Azizah, A (2011) Gelatins from three cultured freshwater fish skins obtained by liming process Food Hydrocolloids 25(5): 1256-1260 Benjakul, S., Oungbho, K., Visessanguan, W., Thiansilakul, Y and Roytrakul, S (2009) Characteristic of gelatin from the skins of bigeye snapper, Priacanthus tayenus and Priachanthus macracantus Food Chemistry 116: 445-451 11 Jiang, L (2013) Preparation of fish-scale gelatins by mild hydrolysis and their characterization Journal of Polymers and the Environment 21(2):564-567 TÀI LIỆU THAM KHẢO Boran, G and Regenstein, J M (2009) Optimization of gelatin extraction from silver carp skin Journal of Food Science 74(8): 432-441 12 Karim, A A and Bhat, R (2009) Fish gelatin: Properties, challenges, and prospects as an alternative to mammalian gelatins Food Hydrocolloids 23(3): 563-576 Chavan, R R., Dora, K C., Koli, J M., Chowdhury, S., Sahu, S and Talwar, N A (2018) Optimization of Fish Gelatin Extraction from Pangasianodon hypophthalmus and Protonibea diacanthus Skin and Bone International Journal of Pure Applied Bioscience 6(2): 1195-1209 13 Kittiphattanabawon, P., Benjakul, S., Visessanguan, W and Shahidi (2010) Comparative study on characteristics of gelatin from skin of brownbanded bamboo shark and blacktip shark as effected by extraction conditions Food Hydrocolloids 24(2-3): 164-171 Nông nghiệp phát triển nông thôn - KỲ - TH¸NG 12/2020 81 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ 14 Koli, J M., Sagar, B V., Kamble, R S and Sharangdhar S., T (2014) Functional properties of gelatin extracted from four different types of fishes A comparative study Indian Journal of Fundamental and Applied Life Sciences 4(4): 322-327 15 Lê Thị Minh Thủy Hồ Văn Việt (2018) Ảnh hưởng thời gian bảo quản nguyên liệu đến chất lượng gelatin chiết rút từ da cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Số chuyên đề: Thủy sản 54(2): 227-233 16 Lê Thị Minh Thủy Nguyễn Văn Thơm (2019) Nghiên cứu ảnh hưởng phương pháp xử lí điều kiện chiết rút đến chất lượng gelatin từ da cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản 4: 130-138 17 Liaset, B., Lied, E and Espe, M (2000) Enzymatic hydrolysis of by-products from the fish-filleting industry; chemical characterisation and nutritional evaluation Journal of the Science of Food and Agriculture 80(5): 581-589 18 Mahmoodani, F., Ardekani, V S., Fern, S S., Mohamad Yusop, S and Babji, A S., 2014 Optimization of extraction and physicochemical properties of gelatin from pangasius catfish (pangasius sutchi) skin Sains Malaysiana 43(7): 995-1002 19 Montero, P and Gómez-Guillén, M C (2000) Extracting conditions for megrim (Lepidorhombus boscii) skin collagen affect functional properties of the resulting gelatin Journal of Food Science 65(3): 434-438 characterization of gelatin from different fresh water fishes as alternative sources of gelatin International Food Research Journal 20(6): 3085-3091 24 Regenstein, J M and Zhou P (2007) Collagen and Gelatin from Marine By-Products In: Shahidi, F (Ed.) Mazimising the Value of Marine By-Products, 1st.Woodhead Publishing Limited, Cambridge, pp 279-303 25 Sae-leaw, T and Benjakul, S (2015) Physicochemical properties and fishy odour of gelatin from seabass (Lates calcarifer) skin stored in ice Food Bioscience 10: 59-68 26 Sae-leaw, T., Benjakul, S., O'brien, N M and Kishimura, H (2016) Characteristics and functional properties of gelatin from seabass skin as influenced by defatting International Journal of Food Science & Technology 51(5): 1204-1211 27 Schrieber, R and Gareis, H (2007) Gelatine Hand-book: Theory and Industrial Practice Wi-leyVCH GmbH & Co, Weinhem, Germany, pp 334 28 Singh, P and Benjakul, S (2017) Extraction and characterisation of gelatin from the skin of striped catfish (Pangasianodon hypophthalmus) and studies on its colour improvement African Journal of Biotechnology 16(1): 1-9 29 Singh, P., Benjakul, S., Maqsood, S and Kishimura, H (2011) Isolation and characterisation of collagen extracted from the skin of striped catfish (Pangasianodon hypophthalmus) Food Chemistry 124(1): 97-105 20 Muyonga, J., Cole, C G and Duodu, K (2004b) Extraction and physico-chemical characterisation of Nile perch (Lates niloticus) skin and bone gelatin Food Hydrocolloids 18(4): 581-592 30 Sinthusamran, S., Benjakul, S and Kishimura, H (2014) Characteristics and gel properties of gelatin from skin of seabass (Lates calcarifer) as influenced by extraction conditions Food Chemistry 152: 276-284 21 Nalinanon, S., Benjakul, S., Visessanguan, W and Kishimura, H (2008) Improvement of gelatin extraction from bigeye snapper skin using pepsinaided process in combination with protease inhibitor Food Hydrocolloids 22(4): 615-622 31 Thuy, L T M., Dat, N T., Quynh, N D and Osako, K (2015) The effect of preparation conditions on the properties of gelatin film from horse mackerel (Trachurus japonicus) scale Can Tho University Journal of Science 1: 39-46 22 Ratnasari, I and Firlianty (2016) Physicochemical characterization and skin gelatin rheological of four freshwater fish as alternative gelatin source AACL Bioflux 9(9): 1196-1207 32 VASEP, 2020 Xuất cá tra nửa đầu năm 2020, ánh sáng thị trường Singgapore Anh Ngày truy cập 15/8/2020, địa http://vasep.com.vn/Tin-Tuc/1207_61376/Xuatkhau-ca-tra-nua-dau-nam-2020-anh-sang-tai-thi-truongSingapore-va-Anh.htm 23 Ratnasari, I and Yuwono, S S., Nusyam, H and Widjanarko, S B (2013) Extraction and 82 Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - THáNG 12/2020 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 33 Zhang, Q X., Fu, R J., Yao, K., Jia, D.Y., He, Q and Chi, Y L (2018) Clarification effect of collagen hydrolysate clarifier on chrysanthemum beverage LWT-Food Science and Technology 91: 70-76 34 Zhang, J., Duan, R., Wang, Y., Yan, B and Xue, W (2012) Seasonal differences in the properties of gelatins extracted from skin of silver (Hypophthalmichthys Hydrocolloids 29(1):100-105 carp molitrix) Food 35 Zhang, Y., Dutilleul, P., Li, C and Simpson, B K (2019) Alcalase-assisted production of fish skin gelatin rich in high molecular weight (HMW) polypeptide chains and their characterization for film forming capacity LWT - Food Science and Technology 110: 117-125 THE EFFECT OF PRETREATED METHOD BY ALCALASE ENZYME ON THE GELATIN QUALITY FROM STRIPED CATFISH SKIN (Pangasianodon hypophthalmus) Nguyen Van Thom1, Le Thi Minh Thuy1 College of Aquaculture and Fisheries, Can Tho University Email: ltmthuy@ctu.edu.vn Summary The purpose of this research was to replace alkaline by Alcalase enzyme during pretreatment process on the quality of gelatin from striped catfish skin through gel strength, viscosity, setting temperature and time for gelation, colour, FT-IR spectra, amino acid as well as gelatin yield was conducted According to the results, the recovery yield of gelatin from pretreated skin by enzyme method was significantly higher than that of the control sample (alkaline method) Gelatin product was pretreated in enzyme condition at the concentration of 0.01 UI/g enzyme for 60 minutes had the best qualities, gel strength of gelatin reached to 185.9 g and its viscosity got 14.1 mPa.s and gelatin recovery yield was 16.5%, these properties were similar to the control sample The analysis of FT-IR spectra and amino acid also showed, there was not different about the fuctional group and amino acid composition of gelatin from striped catfish skin pretreated by Alcalase enzyme and alkaline Hence, the method of using enzyme could be use as an alternative method for that of alkaline to pretreat skin for gelatin production and potential opportunity for replacing chemical by enzyme, which still ensured the quality of gelatin and limited the environmental pollution because of chemical substance’s releasing Keywords: Amino acid, enzyme Alcalase, FT-IR spectra, gel strengh, recovery yield, Striped catfish skin Người phản biện: TS Đỗ Văn Nam Ngày nhận bài: 14/8/2020 Ngày thông qua phản biện: 15/9/2020 Ngày duyt ng: 22/9/2020 Nông nghiệp phát triển nông thôn - KỲ - TH¸NG 12/2020 83 ... FT-IR, gelatin sản xuất theo phương pháp tiền xử lí enzyme Alcalase có nhóm chức gần với phương pháp xử lí kiềm b Hình 1: Phổ FT-IR gelatin da cá tra theo phương pháp tiền xử lí enzyme Alcalase. .. pháp nghiên cứu Thí nghiệm: Ảnh hưởng điều kiện tiền xử lí enzyme Alcalase đến tính chất gelatin từ da cá tra Tiến hành thí nghiệm: Da cá tra rã đông xử lí enzyme Alcalase theo mơ tả Zhang et... xuất từ da cá tra theo phương pháp tiền xử lí enzyme kiềm thể bảng Bảng thể thành phần hóa học sản phẩm gelatin theo phương pháp khác Hàm lượng protein sản phẩm gelatin thu nhận da cá tra tiền xử