Đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân protein được thể hiện qua khả năng tạo nhũ, khả năng tạo bọt, khả năng giữ nước và đặc biệt nhất là ở khả năng chống oxy hóa và khả năng hòa tan.
- Khả năng chống oxy hóa
+ Gốc tự do
Theo định nghĩa, gốc tự do ( Free radical ) là bất cứ phân tử hóa chất nào chỉ có một điện tử duy nhất (electron mang điện âm) hay một số lẻ điện tử. Khi một điện tử bị tách rời khỏi nhóm và phân tử đó trở thành một gốc tự do, với số lẻ điện tử. Do đó, nó không cân bằng, đầy đủ nên rất bất ổn, dễ tạo ra phản ứng. Nó luôn luôn tìm cách chiếm đoạt điện tử mà nó thiếu từ các phân tử khác, và lần lượt tạo ra một chuỗi những gốc tự do mới, gây rối loạn cho sinh hoạt bình thường của tế bào.[21]
+ Sự chống oxy-hóa
Sự khử gốc tự do của chất chống oxy hóa, trong đó các electron không ghép đôi của gốc tự do sẽ được nhận electron của chất chống oxy hóa để tạo thành các electron ghép đôi bền vững.
Có nhiều chỉ tiêu để đánh giá quá trình chống oxy-hóa, trong đó mỗi chỉ tiêu thể hiện một khía cạnh của hoạt động chống oxy-hóa, như vậy nhiều chỉ tiêu sẽ phản ánh một quá trình chống oxy-hóa tổng thể. Một số chỉ tiêu thường được sử dụng để đánh giá quá trình chống oxy-hóa như sau:
_ Hoạt động quét gốc tự do DPPH
DPPH là một gốc tự do bền, dung dịch có màu tím, bước sóng cực đại hấp thu tại 517 nm. Các chất có khả năng kháng oxy hóa sẽ trung hòa gốc DPPH bằng cách cho hydrogen, làm giảm độ hấp thu tại bước sóng cực đại và màu của dung dịch phản ứng sẽ nhạt dần, chuyển từ tím sang vàng nhạt.[18]
Cơ chế của hoạt động quét gốc tự do DPPH là sự ghép đôi hydro và đình chỉ quá trình oxy-hóa bằng sự chuyển các gốc tự do sang trạng thái ổn
định hơn. Như vậy, khi có mặt của chất chống oxy hóa nó sẽ khử gốc tự do DPPH và làm cho dung dịch bị giảm màu sắc, do đó độ hấp thụ của dung dịch sẽ giảm đi.
Z- + AH = ZH + A-
Trong đó: Z- là gốc tự do DPPH, AH là chất chống oxy hóa.
_Hoạt động khử ion Fe3+
Cơ chế của hoạt động khử ion Fe3+
là sự ghép đôi electron và đình chỉ phản ứng oxy-hóa dây chuyền bằng sự khử dạng oxy-hóa thành dạng tự do. Nguồn gốc chính của gốc tự do hydroxyl là phản ứng Haber-Weiss, trong đó gốc tự do superoxit khử Fe3+
thành Fe2+, sau đó nó xúc tác cho phản ứng Fenton giữa Fe2+
và H2O2. Như vậy, khi có mặt của chất chống oxy hóa nó sẽ khử gốc tự do superoxit nên hạn chế sự khử Fe3+
thành Fe2+ và làm cho dung dịch giữ màu sắc, do đó độ hấp thụ của dung dịch sẽ tăng lên.
O2- + Fe3+= O2 + Fe2+
Fe2+ + H2O2 = Fe3+ + OH- + OH [25]
+ Chất chống oxy hóa: là những chất có khả năng làm mất hoạt tính của gốc tự do tích tụ trong cơ thể, biến chúng thành những phân tử vô hại, đồng thời cũng có khả năng duy trì cấu trúc và chức năng của tế bào.
+ Một số chất chống oxy hóa như: Vitamine C, vitamine E, Beta- caroten, lycopen, biflavonoic, BHA, BHT,... và một số peptide có trong sản phẩm thủy phân protein từ phụ phẩm cá.
- Khả năng hòa tan
Độ hòa tan là chỉ số quan trọng đối với các protein được sử dụng trong các đồ uống, các dạng bột có tính tan cao.
Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hòa tan: Sự hòa tan của protein phụ thuộc vào pH, lực ion, kiểu dung môi và nhiệt độ.
pH môi trường: Ảnh hưởng đến sự ion hóa và khả năng tích điện của protein, khi pH cao hơn hoặc thấp hơn điểm đẳng điện, protein sẽ tích
điện âm hoặc điện dương, khi đó các phân tử nước sẽ tương tác với phần tích điện này do đó góp phần làm cho protein hòa tan. Ngoài ra, các chuỗi protein mang điện tích cùng dấu sẽ đẩy nhau do đó làm cho chúng phân ly và dãn mạch dễ dàng hơn.
Lực ion: Các ion muối trung tính ( 0,5-1M ) sẽ tác dụng với phần tích điện của protein do đó làm giảm lực hút tĩnh điện giữa các nhóm tích điện ngược dấu đứng cạnh nhau. Ngoài ra, sự solvat hóa phân tử protein nhờ các ion muối cũng làm tăng tính tan của protein. Ở nồng độ muối cao ( trên 1M ) các phân tử nước không đủ để solvat hóa protein vì chúng đã liên kết gần hết với muối. Tương tác protein-protein sẽ trội hơn tương tác protein-nước nên protein sẽ tập hợp với nhau và kết tủa.
Bản chất các dung môi hòa tan như: Etanol, axeton khi cho thêm vào dung dịch nước protein sẽ làm giảm hằng số điện môi của môi trường. Các lực đẩy tĩnh điện giữa các phân tử protein sẽ giảm, do đó sẽ làm protein tập hợp và kết tủa. Các dung môi trên cũng cạnh tranh với protein để dành các phân tử nước nên cũng làm giảm độ hòa tan của protein.
Nhiệt độ: Độ hòa tan của protein tăng khi tăng nhiệt độ từ 0- 500C. Ở nhiệt độ cao hơn 500C, khả năng hòa tan giảm do chuyển động nhiệt của các phân tử protein đủ lớn để phá hủy các liên kết vốn làm bền cấu trúc của protein bậc 2, bậc 3 do đó protein bị tập hợp lại và kết tủa.[7] (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1.4.Các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
1.4.1. Các nghiên cứu nước ngoài
Souissi và cộng sự ( 2007 ) đã nghiên cứu một số đặc tính sinh hóa và đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân từ cá mòi: Kết quả cho thấy khi thủy phân cá mòi bằng enzyme Alcalase thì độ thủy phân ở giá trị 10,16% trong khoảng pH rộng từ 6-10 thì độ hòa tan, khả năng tạo nhũ đạt mức cao nhất, và các hoạt động chống oxy hóa của sản phẩm thủy phân là khoảng 73% so với một tocopherol ( một chất chống oxy hóa tự nhiên ). Đồng thời
cũng kết luận rằng khi độ thủy phân càng tăng thì độ hòa tan tăng nhưng khả năng tạo nhũ lại giảm.[14]
Muzaifa và cộng sự ( 2012 ) đã nghiên cứu sự thủy phân nguyên liệu còn lại sau quá trình chế biến cá bằng 2 loại enzyme Alcalase 2,4L và Flavourzyme 500L. Nồng độ mỗi enzyme là 2%, tỷ lệ nước/nguyên liệu là 1/1, thủy phân ở 55oC trong 4h. Sau quá trình thủy phân nhận thấy : khi thủy phân bằng enzyme Alcalase thì hàm lượng đạm thu được, độ hòa tan, khả năng tạo nhũ và sự tạo bọt của sản phẩm thủy phân tốt hơn so với thủy phân bằng enzyme Flavourzyme.[12]
Klompong và cộng sự ( 2012 ) đã nghiên cứu về hoạt tính chống oxy hóa và một vài đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân từ thịt cá Chỉ Vàng (
Selaroides leptolepis ) bằng enzyme Alcalase 2.4 L ( HA ) và Flavourzyme 500L (
HF ) ở các mức độ khác nhau. Kết quả nghiên cứu cho thấy hoạt động tạo phức kim loại khi thủy phân bằng Alcalase và Flavourzyme tăng lên khi độ thủy phân tăng ( DH tăng ): trong đó sản phẩm thủy phân bằng Flavourzyme hoạt động cao hơn sản phẩm thủy phân bằng Alcalase ở cùng độ thủy phân thử nghiệm. Ở độ thủy phân thấp ( 5% ) thì sản phẩm thủy phân bằng Alcalase thể hiện khả năng khử gốc tự do DPPH tốt nhất. Đối với các đặc tính chức năng khác,cụ thể như độ hòa tan của sản phẩm thủy phân bằng cả 2 loại enzyme trên thì khả năng hòa tan đạt trên 85% trong 1 khoảng pH rộng ( pH= 2÷12 ). Ngoài ra, khi độ thủy phân tăng thì khả năng tọa bọt, tạo nhũ, khả năng ổn định nhũ tương, ổn định bọt tăng nhưng tiếp tục tăng độ thủy phân đến 1 giới hạn nhất định thì lại giảm, nguyên nhân chủ yếu là do độ dài các chuỗi peptide ngắn dần.[11]
You và cộng sự ( 2009 ) đã nghiên cứu về hiệu quả của độ thủy phân đến khả năng chống oxy hóa của sản phẩm thủy phân protein từ cá Chạch bùn bằng enzyme Protamax và Papain. Kết quả nghiên cứu cho thấy: thủy phân bằng enzyme Papain ở độ thủy phân là 23% thì hoạt động chống oxy hóa mạnh nhất.[15]
1.4.2. Các nghiên cứu trong nước
Vũ Ngọc Bội ( 2004 ) nghiên cứu quá trình thủy phân cá bằng enzyme protease từ B.subtilis S5. Chế phẩm protease kỹ thuật này có nhiệt độ thích hợp 55oC và pH = 6,0 có thể sử dụng để thủy phân protein cá cơm trong sản xuất nước mắm ngắn ngày.[1]
Nguyễn Thị Mỹ Hương ( 2012 ) “Nghiên cứu sản xuất sản phẩm thủy phân protein từ đầu cá ngừ vây vàng bằng protease thương mại”. Kết quả cho thấy: Sản phẩm thủy phân protein đã được sản xuất từ đầu cá ngừ vây vàng bằng enzyme Protamex 0,5% ở nhiệt độ 45oC và pH tự nhiên trong thời gian 6 giờ với tỉ lệ nước/nguyên liệu là 1:1. Các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng độ thủy phân và tỉ lệ thu hồi nitơ trong sản phẩm thủy phân tăng lên cùng với sự tăng thời gian thủy phân. Sau 6 giờ thủy phân, độ thủy phân đã đạt được 30,1% và tỉ lệ thu hồi nitơ là 85,1%. Sản phẩm thủy phân protein từ đầu cá ngừ vây vàng có hàm lượng protein 88,2%, lipit 1,4% và tro 8,3%. Sản phẩm thủy phân protein này có hàm lượng acid amine không thay thế cao và có thể được sử dụng trong sản xuất thức ăn cho người và động vật. Dầu đầu cá ngừ thu được từ sự thủy phân giàu axít béo omega 3, đặc biệt là acid docosahexaenoic ( DHA ) và acid eicosapentaenoic ( EPA ). Các acid béo có hàm lượng cao trong dầu đầu cá ngừ là acid palmitic, acid stearic, acid oleic, DHA và EPA.[4]
Bùi Thị Thu Hiền ( 2013 ) “Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất dịch đạm thủy phân giàu acid amine từ con moi ( con ruốc, tép biển ) bằng enzyme protease”. Sau quá trình nghiên cứu,Bùi Thị Thu Hiền – Chủ nhiệm đề tài cùng các cộng sự tiến hành sản xuất thử nghiệm dịch đạm thủy phân từ nguyên liệu moi quy mô phòng thí nghiệm. Kết quả sản xuất thử nghiệm cho thấy, cứ khoảng 5,5 kg nguyên liệu moi thu được 1 kg dịch đạm thủy phân có hàm lượng nito tổng số là 60%, trong đó 60% là nito acid amine.[20]
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
Hình 2. 1 Cá Hồng đỏ[19] Ngành: Chordata Lớp: Actinopterygii Bộ: Perciformes Họ: Lutjanidae Giống: Lutjanus
Loài: Lutjanus erythropterus ( Bloch,1790 ) [23]
2.1.1. Nguyên liệu đầu và xương cá Hồng
Đầu và xương cá Hồng đỏ được mua ở tại công trách nhiệm hữu hạn một thành viên Danh Tuyến, số 15 đường 2/4 thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa.
Chất lượng nguyên liệu tốt: Cá có mùi tanh tự nhiên, đầu cá có màu hồng tươi, mắt cá trong. Tại công ty cá được bảo quản bằng nước đá, được xếp ngay ngắn trong các thùng xốp cách nhiệt.
Sau khi đã được cho vào các thùng xốp và được bảo quản lạnh, nguyên liệu được vận chuyển về phòng thí nghiệm. Tại đây, nguyên liệu được xay nhỏ bằng máy xay rồi cho vào các túi nhựa 0,5 kg sau đó đem đi bảo quản đông ở nhiệt độ -200C cho đến khi sử dụng làm thí nghiệm.
Hình 2. 2 Đầu và xƣơng cá Hồng
Hình 2. 3 Đầu và xƣơng cá Hồng sau khi xay
2.1.2.Enzyme flavourzyme
Flavourzyme là một protease có nguồn gốc từ chủng nấm mốc
Aspergillus oryzae của hãng Novozyme ( Đan Mạch ) được tổ chức
FAO/WHO cho phép sử dụng.
Enzyme Flavourzyme hoạt động thích hợp ở pH = 5÷7; nhiệt độ tối ưu thích hợp là khoảng 50-55oC, enzyme bị bất hoạt ở 850C trong vòng 10 phút hoặc ở 1200C trong vòng 5 giây.
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.2.1.Xác định thành phần hóa học của đầu và xương cá Hồng
2.2.1.1. Xác định thành phần hóa học của đầu cá Hồng
Thành phần hóa học của đầu cá Hồng được xác định theo sơ đồ hình 2.4 như sau:
Hình 2. 4 Sơ đồ xác định thành phần hóa học của đầu cá Hồng
Thuyết minh: Nguyên liệu đầu cá được xay nhỏ, trộn đều sau đó lấy mẫu đem đi xác định các chỉ tiêu hóa học như: Nước, protein, lipid, tro.
2.2.1.2. Xác định thành phần hóa học của xương cá Hồng
Thành phần hóa học của xương cá Hồng được xác định theo sơ đồ hình 2.5 như sau:
Hình 2. 5 Sơ đồ xác định thành phần hóa học của xƣơng cá Hồng
Thuyết minh: Nguyên liệu xương cá được xay nhỏ, trộn đều sau đó lấy mẫu đem đi xác định các chỉ tiêu hóa học như: Nước, protein, lipid, tro.
2.2.2. Bố trí thí nghiệm xác định khối lượng các sản phẩm thu được từ sự thủy phân đầu và xương cá Hồng
2.2.2.1. Bố trí thí nghiệm xác định khối lượng các sản phẩm thu được từ sự thủy phân đầu cá Hồng
Đầu cá Hồng
Xay nhỏ
Xác định thành phần hóa học: Nước, protein, lipid, khoáng.
Xương cá Hồng
Xay nhỏ
Từ 1 kg đầu cá Hồng đã được xay nhỏ, đem đi thủy phân bằng enzyme Flavourzyme theo các bước như hình 2.6 dưới đây để xác định khối lượng các sản phẩm thu được sau khi thủy phân:
Hình 2. 6 Sơ đồ xác định khối lƣợng các sản phẩm thu đƣợc từ sự thủy phân đầu cá Hồng 8h H2O/NL = 1:1 E/NL=1% T0 = 500C pH tự nhiên Đầu cá Hồng xay nhỏ, cấp đông
Rã đông
Thủy phân bằng enzyme Flavourzyme
2h Bất hoạt enzyme Lọc 6h Dầu cá 4h Ly tâm Dịch lọc Sấy phun
Sản phẩm thủy phân protein từ đầu cá Hồng
Dịch thủy phân Bã ly tâm Sấy Bột protein không tan Bột khoáng Xương Sấy Rửa Cân Cân Cân Đo thể tích
Thuyết minh quy trình
Nguyên liệu: Nguyên liệu đầu cá Hồng đã được xay nhỏ và cấp đông. Rã đông: Nguyên liệu được rã đông trong ngăn mát tủ lạnh có nhiệt độ 40C trước ngày tiến hành thí nghiệm.
Thủy phân bằng enzyme Flavourzyme: Đầu cá Hồng được thủy phân với tỷ lệ nước cất so với nguyên liệu là 1:1; khuấy đều cho hỗn hợp đồng nhất và để trong bể ổn nhiệt 500
C; sau khi tâm hỗn hợp đạt 500C, cho enzyme Flavourzyme với tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu là 1%, tiến hành thủy phân ở pH tự nhiên ( pH=6,5 ), nhiệt độ ở 500C, thời gian thủy phân 2 giờ, 4 giờ, 6 giờ và 8 giờ. Trong suốt quá trình thủy phân cần thường xuyên khuấy đảo ( 30 phút/lần ).
Bất hoạt enzyme: Sau khi thủy phân đạt thời gian nhất định, tiến hành bất hoạt enzyme ở 850C.
Lọc: Hỗn hợp sau khi bất hoạt enzyme được lọc qua rây thu được dịch lọc và xương.
- Xương được đem đi rửa qua nước nóng,sau đó đem đi sấy khô thu được bột khoáng rồi đem cân khối lượng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Dịch lọc tiếp tục đem đi ly tâm.
Ly tâm: Dịch lọc được đem đi ly tâm với tốc độ ly tâm là 3500 vòng/phút trong vòng 30 phút. Sau khi ly tâm thu được:
- Dầu cá: Đem đi xác định thể tích dầu.
- Dịch protein thủy phân: Đem đi sấy phun thu được sản phẩm thủy phân protein dạng bột.
+ Sấy phun: Dịch thủy phân được đem đi sấy phun sau khi đã bổ sung 12% maltodexxtrin. Quá trình sấy thực hiện với các thông số kỹ thuật sau:
_ Áp suất khí nén: 0.5bar. _ Nhiệt độ sấy: 1350C.
+ Sản phẩm thủy phân protein: Đem cân khối lượng,tiếp tục đem đi đóng gói trong túi PA và tiến hành hàn mí để tránh bột bị hút ẩm và bị biến đổi, sau đó bảo quản trong tủ lạnh 40C.
- Bã ly tâm: Được đem đi sấy khô ở nhiệt độ 500C, thu được bột protein không tan, sau đó đem cân khối lượng.
2.2.2.2. Bố trí thí nghiệm xác định khối lượng các sản phẩm thu được từ sự thủy phân thủy phân xương cá Hồng
Từ 1kg xương cá Hồng đã được xay nhỏ, đem đi thủy phân bằng enzyme Flavourzyme theo các bước như hình 2.7 dưới đây để xác định khối lượng các sản phẩm thu được sau khi thủy phân:
Hình 2. 7 Sơ đồ đồ xác định khối lƣợng các sản phẩm thu đƣợc từ sự thủy phân xƣơng cá Hồng
Thuyết minh quy trình
8h
H2O/NL = 1:1 E/NL=1% T0 = 500C pH tự nhiên