Quá trình thủy phân có thể được thực hiện bằng chính enzyme nội tại hoặc bổ sung enzyme từ ngoài vào. Quá trình thủy phân bằng enzyme protease tạo ra
nhiều các sản phẩm thủy phân như: dầu cá, dịch đạm thủy phân, bột đạm thủy phân, bột khoáng và bột protein không tan.
Dịch đạm thủy phân
Dịch đạm thủy phân là sản phẩm của quá trình thủy phân. Khi cô đặc thì chúng sẽ thành dịch đạm cô đặc.
Đối với cá thì dịch có màu vàng nhạt, trong suốt, có mùi thơm đặc trưng, thoảng mùi cá, với tôm là màu vàng xám hoặc nâu đen tùy chất lượng nguyên liệu ban đầu.
Thành phần chủ yếu của dịch đạm thủy là các axit amine, các peptid. Ngoài ra thì trong dịch đạm thủy phân còn chứa một lượng nhỏ khoáng và lipit.
Bột đạm thủy phân
Dịch đạm thủy phân được đem đi cô đặc và sấy khô thì thu được bột đạm thủy phân (bột đạm hòa tan). Thực chất của quá trình sản xuất bột đạm từ cá bằng phương pháp sử dụng enzyme protease là quá trình thủy phân protein để tạo các peptid và các axit amin dưới tác động của hệ protease nội tại và enzyme bổ sung từ ngoài vào.
Bột đạm thủy phân có hàm lượng protein cao khoảng 70%, lipit khoảng 0,5% và tỷ lệ nitơ dễ hấp thụ cao, rất có giá trị dinh dưỡng. Có thể sử dụng dưới dạng nguyên chất hoặc phối trộn với các thực phẩm khác.
Bột đạm thủy phân có màu trắng ngà, vàng nhạt hay vàng nâu tùy thuộc vào nguyên liệu ban đầu. Mùi thơm đặc trưng, khi cho vào nước dễ tan, có khả năng tạo gel, dẻo dính. Bột đạm thủy phân được sản xuất từ phế liệu cá.
Dầu cá
Dầu cá là lớp trên cùng thu được sau khi ly tâm hỗn hợp sau thủy phân. Hàm lượng dầu thu được phụ thuộc vào nguyên liệu ban đầu.
Trong dầu cá có chứa hàm lượng DHA, EPA… rất cần thiết cho con người. Dầu cá ngừ có nhiều axit béo quan trọng, DHA chiếm 14,89%; hàm lượng EPA chiếm 2,58% (Nguyễn Thị Mỹ Hương, 2011), DHA có vai trò qua trọng trong việc phát triển mô thần kinh não. EPA góp phần làm giảm tỷ lệ cholesterol trong máu và có tác dụng phòng ngừa bệnh tim mạch.
Các sản phẩm khác từ quá trình thủy phân
Bột cặn thủy phân (protein không tan): lớp dưới cùng thu được sau khi ly tâm hỗn hợp thủy phân, được đem đi sấy khô và xay nghiền thu được bột cặn thủy phân. Trong bột cặn thủy phân chứa phần lớn là protein không tan.
Bột khoáng, hỗn hợp sau khi thủy phân được đem đi lọc tách xương và rửa sạch. Sau đó đem đi sấy khô và nghiền. Trong bột khoáng có chứa các nguyên tố Ca, Mg, P…một lượng nhỏ protein, lipit chưa thủy phân triệt để.
CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu
2.1.1. Đầu cá ngừ vây vàng
Đầu cá ngừ vây vàng được mua tại công ty TNHH JK Fish, địa chỉ 49 tổ 21 – hòn Nghê 1, Vĩnh Ngọc, Nha Trang. Sau đó đầu cá được đem về phòng thí nghiệm công nghệ chế biến cắt thành từng khúc nhỏ, xay nhuyễn.
Mẫu cá xay nhuyễn được cho vào các túi PE khối lượng 100g, sau đó đem bảo quản ở nhiệt độ - 200C ÷ - 180C cho đến khi sử dụng.
2.1.2. Enzyme Protamex
Enzyme Protamex là protease của bacillus sp của Novozyme (Đan Mạch).
Enzyme này có tác dụng thủy phân protein trong thực phẩm. Hiện nay enzyme này đang được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu và sản xuất thực tiễn.
Enzyme Protamex có hoạt độ 1,5AU/g. Hoạt động thích hợp trong khoảng pH = 5,5 – 7,5; nhiệt độ 350C – 600C. Protamex bị mất hoạt tính trong 30 phút tại 500C hoặc cao hơn khi pH = 4 và ở 850C trong 10 phút.
2.1.3. Hóa chất
K2HPO4, KH2PO4, CH3OH, CHCl3, NaCl.
Xuất xứ: Trung Quốc
Địa điểm mua: Cửa hàng hóa chất Hoàng Trang – số 42 Hoàng Hoa Thám.
2.2. Địa điểm nghiên cứu:
Thủy phân đầu cá ngừ tách dầu tại phòng thí nghiệm công nghệ sinh học, Viện Công Nghệ Sinh Học và môi trường, Trường Đại học Nha Trang.
Xác định hàm lượng lipit trong dầu cá ngừ tại khu công nghệ cao, Trường đại học Nha Trang.
2.3. Nội dung nghiên cứu
1. Phân tích thành phần hóa học của đầu cá ngừ
2. Nghiên cứu sự biến thiên hàm lượng lipit ở các chế độ pH, nhiệt độ thủy phân khác nhau.
3. Xây dựng quy trình tách dầu cá thô bằng phương pháp thủy phân đầu cá ngừ sử dụng enzyme Protamex.
2.4. Phương pháp nghiên cứu:
2.4.1. Quy trình tách dầu đầu cá ngừ bằng phương pháp thủy phân
Quy trình tách dầu cá thô bằng phương pháp thủy phân đầu cá ngừ bằng enzyme Protamex
Thuyết minh quy trình
Nguyên liệu
Xử lý
Nghiền nhỏ
Thủy phân bằng enzyme Protamex
Bất hoạt enzyme
Lọc
Li tâm
Dầu cá
Hình 2.1: Sơ đồ dự kiến tách lipit từđầu cá ngừ vây vàng bằng
phương pháp thủy phân
Dịch đạm thủy phân
Cặn li tâm Bã
Nguyên liệu: Đầu cá ngừ vây vàng, màu sắc tự nhiên, có mùi tanh tự nhiên, không
có mùi lạ và không có dấu hiệu bị ươn hỏng.
Xử lý: Vì kích thước đầu khá lớn nên cần phải cưa nhỏ để thuận tiện cho quá trình
nghiền nhỏ.
Nghiền nhỏ:
Nguyên liệu sau khi xử lý được đem nghiền nhỏ với các mức đường kính lỗ sàng là 5mm và 3mm, đầu tiên nguyên liệu được nghiền nhỏ với đường kính lỗ sàng là 5mm, sau đó được nghiền nhỏ với lỗ sàng 3mm nhằm tạo điều kiện cho quá trình thủy phân diễn ra nhanh hơn. Sau đó cho nguyên liệu vào các túi PE 100g, để tiện cho quá trình thủy phân sau này, nếu không dùng ngay thì đem đi bảo quản ở nhiệt độ ≤ - 18oC cho đến khi sử dụng.
Thiết bị: Máy xay thịt cá TA57/D xuất xứ Italia.
Mục đích của xay nhỏ là:
- Phá vỡ kết cấu tế bào, giúp cho lipit tự do nằm trong các tế bào và mô dễ dàng thoát ra ngoài.
- Tế bào bị phá vỡ làm tăng diện tích tiếp xúc của nguyên liệu với enzyme để rút ngắn thời gian thủy phân và quá trình thủy phân được triệt để hơn.
Thủy phân:
Nguyên liệu được cho vào cốc thủy tinh, khối lượng mỗi mẫu 100g, tiến hành thủy phân với các thông số kỹ thuật: tỷ lệ Đ/NL: 1/1, pH lần lượt là 5,5; 6,5; 7,5; nhiệt độ thủy phân lần lượt là: 500, 550 và 600C, thời gian thủy phân là 4h,. Trong quá trình thủy phân, khuấy đảo thường xuyên, tạo điệu kiện cho quá trình thủy phân diễn ra nhanh hơn, chính xác hơn. Kết thúc quá trình thủy phân bằng cách bất hoạt enzyme ở nhiệt độ 900C trong vòng 15 phút.
Trong công đoạn này nhiệt độ hỗn hợp được duy trì bằng bể ổn nhiệt. Trong quá trình thủy phân phải thường xuyên theo dõi nhiệt độ, nếu nhiệt độ dao động thì phải điều chỉnh lại sao cho nhiệt độ thủy phân thích hợp.
Bất hoạt enzyme
Bất hoạt enzyme ở 900C trong vòng 15 phút, ngoài ra còn tiêu diệt vi sinh vật gây thối rữa, giảm độ nhớt của khối hỗn hợp, làm đông tụ protein để dễ dàng cho công đoạn sau.
Lọc: Lọc tách xương qua rây để thu được phần dịch lọc và bã lọc.
Ly tâm: Tiến hành ly tâm dịch lọc thu được trong thời gian 30 phút, tốc độ ly tâm
3500 vòng/phút. Ly tâm xong ta thu được 3 phần: Dịch thủy phân, Dầu, Phần cặn ly tâm.
Thiết bị ly tâm: Máy ly tâm thể tích lớn MF600 xuất xứ Hàn Quốc, cân kỹ thuật BL3200.
Tách lipit: Dùng phễu chiết để chiết phần lipit ra khỏi dịch thủy phân. 2.4.2. Bố trí thí nghiệm thủy phân đầu cá ở từng nhiệt độ khác nhau
Tiến hành thủy phân 4 mẫu từ đầu cá ngừ đã xay nhuyễn, mỗi mẫu 100g nguyên liệu.
Thủy phân bằng enzyme (Đ/NL= 1/1, nồng độ E: 0,5%; τ = 4 giờ) Mẫu 1 (pH = 5,5) Mẫu 2 (pH = 6,5) Mẫu 3 (pH = 7,5) 7Bấ7hoạt Bất hoạt enzyme Lọc Li tâm Dầu Bã Rã đông Mẫu 4: ĐC Nguyên liệu Xác định hàm lượng lipit
Hình 2.2. Sơ đồ thủy phân đầu cá ngừở từng nhiệt độ
khác nhau
t = 500C t = 550C t = 600C
Cặn li tâm Dịch đạm thủy phân
Đầu cá ngừ vây vàng đã được nghiền nhỏ đông lạnh được đem rã đông rồi tiến hành thủy phân 4 mẫu với các thông số cố định: tỷ lệ enzyme Protamex: 0.5%, tỷ lệ Đ/NL: 1/1, thời gian thủy phân 4h, nhiệt độ thủy phân lần lượt: 500C, 550C, 600C. Ở mỗi nhiệt độ sẽ có 4 mẫu được thủy phân với pH lần lượt là: pH = 5,5; pH = 6,5, pH = 7,5 và pH tự nhiên của nguyên liệu. Mẫu sau khi thủy phân làm bất hoạt enzyme ở nhiệt độ 900C trong thời gian 15 phút và để nguội đến nhiệt độ khoảng 500C. Sau đó lọc qua rây để tách xương rồi đem ly tâm với tốc độ 3500 vòng/phút trong vòng 30 phút. Sau khi ly tâm, thu hồi dầu ở lớp trên cùng rồi tiến hành xác định hàm lượng lipit.
2.5. Phương pháp phân tích
Xác định hàm lượng Lipit bằng phương pháp FOLCH
2.6. Phương pháp xử lý số liệu
Xử lý số liệu thí nghiệm và vẽ đồ thị bằng phần mềm Microsoft Excel 2013 và SPSS 16.0
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả xác định thành phần hóa học của đầu cá ngừ vây vàng
Kết quả xác định thành phần hóa học của đầu cá ngừ vây vàng được trình bày trong bảng sau
Chỉ tiêu Protein Lipit Nước Tro
Hàm lượng (%) 18,89 11,35 73,61 1,34
Từ kết quả thể hiện ở bảng 3.1 cho thấy hàm lượng lipit là 11,35% chiếm tỉ lệ khá cao trong thành phần hóa học của đầu cá ngừ. Kết quả này phù hợp với những nghiên cứu gần đây về thành phần hóa học đầu cá ngừ cụ thể là: cùng nguyên liệu là đầu cá ngừ nhưng hàm lượng lipit này lại cao hơn hàm lượng lipit (5%) trong nghiên cứu của Mahmoudreza Ovissipour [14]. Đồng thời xấp xỉ kết quả trong nghiên cứu của Bùi Trường Bích Ngân (12,34%) [7] và nghiên cứu của tác giả Nguyễn Thị Mỹ Hương (13,5%) [3]. Điều này cho thấy đầu cá ngừ là một nguyên liệu đầy tiềm năng cho công nghệ sản xuất bột protein và thu hồi lượng lipit để ứng dụng trong các ngành công nghệ thực phẩm.
3.2. Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng lipit trong quá trình thủy phân đầu cá ngừ bằng enzyme Protamex ở 500C cá ngừ bằng enzyme Protamex ở 500C
Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng lipit trong quá trình thủy phân đầu cá ngừ bằng enzyme Protamex 500C được thể hiện ở hình 3.1 và bảng 1 (phụ lục 1)
Dựa vào hình cho thấy ở nhiệt độ 500C, khi tăng pH từ pH = 5,5 đến pH = 6,5 thì hàm lượng lipit tăng từ 44,03% đến 72,68%. Tuy nhiên nếu tiếp tục tăng pH lên pH = 7,5 thì hàm lượng lipit giảm xuống nhưng không đáng kể so với hàm lượng lipit ở pH = 6,5; từ 72,68% xuống 72,13%. Tuy ở pH = 6,5 thu được hàm lượng lipit cao nhất nhưng qua xử lý thống kê, sự khác biệt giữa hàm lượng lipit ở pH = 6,5 và pH = 7,5 là không có ý nghĩa thống kê. Vì vậy, pH thích hợp là 6,5 hoặc pH = 7,5.
Có thể giải thích kết quả này như sau: Khi tăng pH đến pH = 6,5 thì có thể làm cho vận tốc phản ứng tăng, enzyme phân cắt protein ở mức độ phù hợp nên dầu được giải phóng ra nhiều. Còn khi ở pH = 5,5 ở điểm pH này enzyme có thể bị kìm hãm, bị giảm hoạt tính, dẫn tới hàm lượng dầu được giải phóng ra không nhiều. Và ở pH = 7,5 hàm lượng lipit giảm, có thể do ở môi trường kiềm nhẹ, enzyme bị giảm hoạt tính nên mức độ tác động, thủy phân protein liên kết giảm xuống, lượng lipit giải phóng ra ít dẫn tới hàm lượng giảm.
Một số nghiên cứu khác trên cùng đối tượng đầu cá ngừ cho thấy điều kiện thủy phân tương thích ở cùng nhiệt độ cho kết quả thu hồi lipit khá tốt. [14]
Hình 3.1. Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng lipit trong quá trình thủy phân
3.3. Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng lipit trong quá trình thủy phân đầu cá ngừ bằng enzyme Protamex ở 550C cá ngừ bằng enzyme Protamex ở 550C
Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng lipit trong quá trình thủy phân đầu cá ngừ bằng enzyme Protamex 550C được thể hiện ở hình 3.2 và bảng 2 (phụ lục 1)
Dựa vào hình 3.2 cho thấy, ở nhiệt độ 550C khi tăng pH từ pH = 5,5 đến pH = 6,5 thì hàm lượng lipit giảm từ 71,15% xuống 60,73%. Tiếp tục tăng pH lên pH = 7,5 thì hàm lượng lipit tiếp tục giảm; từ 62,73% xuống 51,87%. Do đó, chọn pH thích hợp ở nhiệt độ 550C là pH = 5,5.
Hàm lượng lipit ở điều kiện này cá ngừ hơn nghiên cứu của Bùi Trường Bích Ngân (64,13%) khi sử dụng enzyme Protamex đề thu hồi lipit từ đầu cá. Điều này do có sự khác nhau giữa các nguyên liệu được đem đi thủy phân, thời gian thủy phân, độ tinh khiết của enzyme.
Có thể giải thích kết quả như sau: có thể ở điểm pH = 5,5, enzyme hoạt động mạnh nên có thể phá vỡ các tế bào mỡ và tác động hầu hết lượng protein liên kết
Hình 3.2. Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng lipit trong quá trình thủy phân
với lipit nên dẫn tới hàm lượng tăng. Nhưng khi tăng pH từ pH = 6,5 lên pH = 7,5 thì hàm lượng lipit lại giảm xuống đáng kể, có thể ở khoảng pH này, enzyme bị giảm hoạt tính nên dẫn tới hàm lượng lipit bắt đầu giảm xuống.
Cùng giá trị pH = 5,5 nhưng hàm lượng lipit ở nhiệt độ 550C cao hơn nhiều so với hàm lượng lipit khi thủy phân ở nhiệt độ 500C. Trong khi đó ở pH = 6,5 và pH =7,5 thì hàm lượng lipit lại thấp nhiều hơn so với khi thủy phân ở nhiệt độ 500C.
Nguyên nhân: tốc độ phản ứng enzyme chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như: pH, nhiệt độ, thời gian thủy phân…có thể pH = 5,5 và nhiệt độ 550C thì enzyme hoạt động mạnh, quá trình phân cắt diễn ra mạnh mẽ nên dầu được giải phóng ra nhiều. Ngược lại ở pH = 6,5; pH =7,5 nhiệt độ 550C không còn là nhiệt độ cho enzyme hoạt động mạnh nữa do tốc độ phản ứng enzyme còn chịu tác động của pH nên lượng dầu thoát ra ít hơn.
3.4. Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng lipit trong quá trình thủy phân đầu cá ngừ bằng enzyme Protamex ở 600C cá ngừ bằng enzyme Protamex ở 600C
Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng lipit trong quá trnh thủy phân đầu cá ngừ bằng enzyme Protamex 600C được thể hiện ở hình 3.3 và bảng 3 (phụ lục 1)
Hình 3.3. Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng lipit trong quá trình thủy phân
Ở nhiệt độ 600C khi tăng pH = 5,5 đến pH = 6,5 thì hàm lượng lipit giảm từ 71,20% xuống 67,85%. Và khi tiếp tục tăng đến pH = 7,5 thì hàm lượng tiếp tục giảm đáng kể từ 67,85% xuống 54,49%. Tuy ở pH = 5,5 thu được hàm lượng lipit cao nhất nhưng qua xử lý thống kê, sự khác biệt giữa hàm lượng lipit ở pH = 5,5 và ph = 6,5 là không có ý nghĩa thống kê. Vì vậy, pH thích hợp là pH = 5,5 hoặc pH = 6,5.
Kết quả này được giải thích như sau: Khi tăng pH = 5,5 lên pH = 6,5; hàm lượng lipit tăng lên do trong khoảng pH này enzyme hoạt động mạnh, quá trình phân cắt liên kết protein diễn ra mạnh mẽ nên lượng dầu được giải phóng ra nhiều hơn. Nhưng khi giảm pH = 6,5 lên pH = 7,5 hàm lượng lipit lại giảm xuống, có thể trong môi trường kiềm nhẹ enzyme bị giảm hoạt tính nên quá trình phân cắt các liên kết diễn ra yếu nên hàm lượng lipit giảm.
Khi tiến hành thủy phân thu hồi dầu ở pH = 5,5 thì hàm lượng lipit ở nhiệt độ 600C (71,20%) cao hơn không nhiều so với hàm lượng lipit ở nhiệt độ 550C