L ỜI NÓI ĐẦU
2.3. SƠ ĐỒ BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM
Sơ đồ 2.1 thu và xử lí mẫu.
Mục đích: tất cả các mẫu đưa vào làm thí nghiệm đều có chung nguồn gốc trong cùng một lô nguyên liệu.
Tiến hành: cá nục gai được mua ở cảng Hòn Rớ Nha Trang được rửa sơ bộ sau đó vận chuyển về phòng thí nghiệm công nghệ chế biến thủy sản bằng thùng xốp, nhiệt độ đảm bảo ≤ 40C. Sau đó cá được rửa sạch và xay nhỏ với kích thước lỗ sàng lần
Làm đông
Đưa vào các thí nghiệm
Trữ đông Ướp lạnh Rửa Xác định thành phần hóa học Xác định thành phần khối lượng.
Nguyên liệu cá nục gai mua
tại cảng Rửa Xay Chia mẫu Vận chuyển về PTN Trích mẫu
một là d = 12 mm, lần hai d = 4,5 mm, tiếp theo tiến hành chia mẫu, cân mỗi mẫu 100g cho vào bì PE cột chặt. Tiến hành làm đông sau đó trữ đông cá ở tủ đông của PTN công nghệ chế biến nhiệt độ – 20 ± 20C.
Sơ đồ 2.2 bố trí thí nghiệm tổng quát.
Thuyết minh quy trình: cá nục gai được thu và xử lí mẫu như sơ đồ 2.1.
+ Rã đông: theo nguyên tắc cấp đông nhanh rã đông chậm, cá nục gai đã xay nhuyễn được trữ ở tủ đông với nhiệt độ – 20 ± 20C. Trước khi đi thủy phân cá được rã đông trong ngăn lạnh của tủ lạnh có nhiệt độ từ 0 – 40C.
Lipid Chất lơ lửng Cặn 4000v/phút, T=30 phút Li tâm Dịch li tâm Đánh giá chất lượng dịch đạm Dịch lọc Xác định Nts Bã pH tự nhiên, tỷ lệ W/S (1/1) Tỉ lệ 2 loại En Nồng độ E/S Nhiệt độ Thời gian Cá NL được xử lí theo sơ
đồ 2.1
Rã đông
Thủy phân
Bất hoạt enzyme
+ Thủy phân: cá sau khi được rã đông thì các túi PE được trộn đều vào nhau sau đó cân vào các bình tam giác chịu nhiệt mỗi bình 100g mẫu. Sau đó tiến hành bổ sung nước cất với tỉ lệ H2O/NL = 1:1 rồi bỏ vào bể ổn nhiệt. Khi nhiệt độ tâm đạt yêu cầu thì tiến hành bổ sung enzyme và khuấy đều cho enzyme tan trong hỗn hợp rồi bắt đầu tính giờ. Trong quá trình thủy phân thường xuyên lắc bình để thủy phân được đồng đều.
+ Bất hoạt enzyme: khi thủy phân đạt thời gian yêu cầu ta tiến hành bất hoạt enzyme. Tiến hành lấy bình tam giác cho vào lò vi sóng quay khi đạt 900C rồi cho vào bể ổn nhiệt ở cùng 900C trong 15 phút.
+ Lọc: sau khi bất hoạt lọc qua ray lọc, bỏ bã bao gồm xương và thịt cá chưa thủy phân hết.
+ Ly tâm: tiến hành ly tâm dịch lọc với vận tốc 4000 vòng/ phút trong 30 phút. Kết thúc quá trình ly tâm dịch phân thành bốn lớp trên cùng là lớp lipid, thứ hai là lớp chất lơ lửng, lớp ba là lớp dịch đạm và cuối cùng là lớp cặn. Hớt bỏ lớp lipid và lớp chất lơ lửng, gạn lấy dịch lọc cho vào hũ sữa chua bảo quản đông.
+ Dịch thủy phân được bảo quản trong tủ đông ở – 20 ± 20C và được đưa đi xác định các chỉ tiêu cần thiết: Naa, Nts, TVB _ N, hiệu suất thu hồi.
Sơ đồ 2.3 xác định thành phần hóa học của cá nục gai.
Mục đích: biết được thành phần hóa học ban đầu của cá nục gai để sau khi tiến hành thí nghiệm có thể so sánh với mẫu thủy phân để biết được ở chế độ nào thì thu được dịch đạm với hàm lượng cao nhất đồng thời có thể so sánh cá với các mùa vụ khác để chọn được nguyên liệu giàu nguồn dinh dưỡng.
Tiến hành: cá nục gai nguyên con được thu và xử lí theo sơ đồ 2.1 đi tiến hành xác định các thành phần hóa học cở bản theo các phương pháp phân tích ở mục 2.2.3.
Kết quả: thu được các thành phần hóa học cơ bản của cá nục gai từ đó có thể so sánh được với thành phần hóa học chung của cá nục.
Nguyên liệu cá nục gai
trích từ sơ đồ 2.1
Lấy mẫu đại diện
Kết quả
Xác định thành phần hóa học; protein, tro, khoáng, lipid, nước
Sơ đồ 2.4 bố trí thí nghiệm thăm dò tỉ lệ hai enzyme Protamex và Flavouzyme. Cá được xử lí theo sơ đồ 2.1 Xác định Nts 4000 vòng/phút, 30 phút Kết luận
Kiểm tra các chỉ tiêu: Nts, Naa, TVB_N, hiệu suất thu hồi
Lọc
Li tâm
Dịch đạm li tâm
Bã
Thu được kết quả
Thảo luận Lipid Chất lơ lửng Cặn Dịch lọc Thủy phân 1:0 1:2 2:1 1:3 3:1 Rã đông 1:1 0:1 Bất hoạt enzyme T=3h pH tự nhiên t0= 500C H2O/NL=1/1 Tỉ lệ E/S=0.3%
Mục đích: bố trí sơ đồ theo quy hoạch cổ điển để tìm ra tỉ lệ giữa hai enzyme thích hợp để tiến hành các thí nghiệm thăm dò tìm ra các vùng biên và điểm thích hợp cho quá trình tối ưu công đoạn thủy phân cá nục gai.
Tiến hành: mẫu được xử lí theo sơ đồ 2.1 thu và xử lý mẫu, lấy bảy túi mẫu đem rã đông rồi tiến hành trộn đều với nhau, một lượng nhỏ để xác định Nts, còn lại cân 100g cho vào các bình tam giác chịu nhiệt tiến hành thủy phân với các yếu tố cố định là: tỉ lệ H2O/NL = 1:1, pH tự nhiên của cá 6,3 – 6,5, nhiệt độ 500C, T = 3 giờ, tỉ lệ E/S = 0,3%.
Tiến hành cho mẫu vào bình tam giác, cho vào bể ổn nhiệt khi bể đạt 500C, tiếp tục đo nhiệt độ thông qua nhiệt kế. Khi tâm của mẫu đạt 500C thì bổ sung enzyme (Protamex : Flavouzyme).
- Tỉ lệ 1 : 0 = 0,3 : 0g. - Tỉ lệ 1 : 3 = 0,075 : 0,225g - Tỉ lệ 1 : 2 = 0,1 : 0,2g - Tỉ lệ 3 : 1 = 0,225 : 0,075g - Tỉ lệ 2 : 1 = 0,2 : 0,1g - Tỉ lệ 0 : 1 = 0 : 0,3g - Tỉ lệ 1 : 1 = 0,15 : 0,15g
Khi đạt thời gian thủy phân tiến hành bất hoạt enzyme: cho mẫu thủy phân vào lò vi sóng quay đến khí đạt 900C thì lấy ra cho vào bể ổn nhiệt ở 900C trong 15 phút rồi lấy ra tiến hành lọc. Sau đó li tâm dịch lọc trong 30 phút với tốc độ 4000 vòng/ phút. Tách riêng từng phần: lipid, chất lơ lửng, dịch đạm, cặn. Cuối cùng lấy dịch đạm đi xác định các chỉ tiêu: Naa, Nts, NNH3, TVB _ N, hiệu suất thu hồi.
Kết quả: thông qua các chỉ tiêu hóa học đã xác định chọn ra được tỉ lệ giữa 2 loại enzyme thích hợp để đi nghiên cứu thăm dò các thông số thủy phân.
Sơ đồ 2.5 bố trí thí nghiệm xác định tỉ lệ enzyme trên cơ chất.
4000 vòng/phút, T= 30 phút
Kiểm tra các chỉ tiêu: Nts, Naa, TVB _ N, hiệu suất thu hồi
Bất hoạt enzyme Kết luận Lọc Li tâm Dịch đạm li tâm Lipid Chất lơ lửng Cặn Bã
Thu được kết quả.
Thảo luận 0,1% 0,2% 0,3% 0,4% 0,5% Xác định Nts Cá NL được xử lí theo sơ đồ 2.1 Thủy phân Rã đông T=3h pH tự nhiên, t0=500C H2O/NL=1/1 Tỉ lệ 2 En = 1:1 Dich lọc
Mục đích: tìm ra vùng biên tốt nhất để tiến hành nghiên cứu tối ưu trong khoảng biên đã được thăm dò bằng thực nghiệm vì kết hợp hai enzyme sẽ có sự khác so với sự thủy phân protein của một enzyme.
Tiến hành: mẫu được xử lí theo sơ đồ thu và xử lý mẫu 2.1, lấy năm túi mẫu đem rã đông rồi tiến hành trộn đều với nhau, một lượng nhỏ để xác định Nts, còn lại cân 100g cho vào các bình tam giác chịu nhiệt tiến hành thủy phân với các yếu tố cố định là: tỉ lệ H2O/NL = 1:1, pH tự nhiên của cá 6,3 – 6,5, nhiệt độ 500C, T = 3 giờ, tỉ lệ giữ hai loại enzyme thích hợp.
Tiến hành cho mẫu vào bình tam giác cho vào bể ổn nhiệt khi bể đạt 500C, tiếp tục đo nhiệt độ thông qua nhiệt kế. Khi tâm của mẫu đạt 500C thì bổ sung enzyme: - Mẫu 1: 0,1% - Mẫu 2: 0,2% - Mẫu 3: 0,3% - Mẫu 4: 0,4% - Mẫu 5: 0,5%
Khi đạt thời gian thủy phân tiến hành bất hoạt enzyme: cho mẫu thủy phân vào lò vi sóng quay đến khi đạt 900C thì lấy ra cho vào bể ổn nhiệt ở 900C trong 15 phút rồi lấy ra tiến hành lọc. Sau đó li tâm dịch lọc trong 30 phút với tốc độ 4000 vòng/ phút. Tiến hành tách riêng từng phần: lipid, chất lơ lửng, dịch đạm, cặn. Cuối cùng lấy dịch đạm đi xác định các chỉ tiêu: Naa, Nts, NNH3, TVB _ N, hiệu suất thu hồi.
Kết quả: dựa vào các chỉ tiêu hóa học ta chọn được tỉ lệ E/S thích hợp để cố định tiến hành thăm dò các yếu tố tiếp theo.
Sơ đồ 2.6 bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ thủy phân. T=3h pH tự nhiên tỉ lệ E/NLopt H2O/NL=1/1 Tỉ lệ 2 En = 1:1 Bất hoạt enzyme Xác định Nts Cá NL được xử lí theo sơ đồ 2.1 Rã đông Thủy phân 450C 500C 550C 600C 650C 4000 vòng/phút, T= 30 phút
Kiểm tra các chỉ tiêu: Nts, Naa, TVB_N, hiệu suất thu hồi
Lọc Li tâm Dịch đạm li tâm Lipid Chất lơ lửng Cặn
Thu được kết quả
Bã
Thảo luận
Kết luận
Mục đích: tìm ra được vùng biên nhiệt độ mà hai enzyme cùng hoạt động tốt nhất rồi dựa vào thực nghiệm đó để tối ưu nhiệt độ của quá trình thủy phân.
Tiến hành: mẫu được xử lí theo sơ đồ 2.1 thu và xử lý mẫu, lấy năm túi mẫu đem rã đông rồi tiến hành trộn đều với nhau, một lượng nhỏ để xác định Nts, còn lại cân 100g cho vào các bình tam giác chịu nhiệt tiến hành thủy phân với các yếu tố cố định là: tỉ lệ H2O/NL = 1:1, pH tự nhiên của cá 6,3 – 6,5, T = 3 giờ, tỉ lệ E/S thích hợp, tỉ lệ giữa hai loại enzyme thích hợp.
Tiến hành cho mẫu vào bình tam giác cho vào bể ổn nhiệt khi bể đạt nhiệt độ nhiệt độ nghiên cứu và tâm mẫu cũng đạt nhiệt độ đó thì bổ sung enzyme với tỉ lệ thích hợp đã tìm được ở thí nghiệm trên ứng với các nhiệt độ:
- Mẫu 1: 450C - Mẫu 2: 500C - Mẫu 3: 550C - Mẫu 4: 600C - Mẫu 5: 650C
Khi đạt thời gian thủy phân tiến hành bất hoạt enzyme: cho mẫu thủy phân vào lò vi sóng quay đến khí đạt 900C thì lấy ra cho vào bể ổn nhiệt ở 900C trong 15 phút rồi lấy ra tiến hành lọc. Sau đó li tâm dịch lọc trong 30 phút với tốc độ 4000 vòng/ phút. Sau đó tiến hành tách riêng từng phần: lipid, chất lơ lửng, dịch đạm, cặn. Cuối cùng lấy dịch đạm đi xác định các chỉ tiêu: Naa, Nts, NNH3, TVB_N, hiệu suất thu hồi.
Kết quả: dựa vào các chỉ tiêu hóa học ta chọn được nhiệt độ thích hợp để cố định tiến hành thăm dò yếu tố tiếp theo.
Sơ đồ 2.7 bố trí thí nghiệm xác định thời gian thủy phân.
Bất hoạt enzyme
Xác định Nts Cá NL được xử lí theo sơ
đồ 2.1 2 giờ 3 giờ 4 giờ 5 giờ 6giờ Rã đông Thủy phân topt pH tự nhiên tỉ lệ E/NLopt H2O/NL=1/1) tỉ lệ 2 En = 1:1 Kết luận
Kiểm tra các chỉ tiêu: Nts, Naa, TVB_N, hiệu suất thu hồi 4000 vòng/phút,
T= 30 phút
Lọc Bã
Thu được kết quả
Dịch li tâm Lipid Chất lơ lửng Cặn Li tâm Thảo luận Dịch lọc
Mục đích: đây cũng là một trong a yếu tố quan trọng của quá trình thủy phân, sau khi thăm dò sẽ tìm ra được khoảng thời gian thích hợp nhất tiến hành tối ưu.
Tiến hành: mẫu được xử lí theo sơ đồ 2.1 thu và xử lý mẫu, lấy 5 túi mẫu đem rã đông rồi tiến hành trộn đều với nhau, một lượng nhỏ để xác định Nts, còn lại cân 100g cho vào các bình tam giác chịu nhiệt tiến hành thủy phân với các yếu tố cố định là: tỉ lệ H2O/NL = 1:1, pH tự nhiên của cá 6,3 – 6,5, nhiệt độ thích hợp, tỉ lệ giữa hai loại enzyme thích hợp, tỉ lệ E/S thích hợp.
Tiến hành cho mẫu vào bình tam giác, cho vào bể ổn nhiệt khi bể đạt nhiệt độ thích hợp và tâm mẫu cũng đạt tới nhiệt độ đó tiến hành bổ sung enzyme thỷ phân ứng với các mốc thời gian:
- Mẫu 1: 2 giờ - Mẫu 2: 3 giờ - Mẫu 3: 4 giờ - Mẫu 4: 5 giờ - Mẫu 5: 6 giờ
Khi đạt thời gian thủy phân tiến hành bất hoạt enzyme: cho mẫu thủy phân vào lò vi sóng quay đến khí đạt 900C thì lấy ra cho vào bể ổn nhiệt ở 900C trong 15 phút rồi lấy ra tiến hành lọc. Sau đó li tâm dịch lọc trong 30 phút với tốc độ 4000 vòng/ phút. Tiến hành tách riêng từng phần: lipid, chất lơ lửng, dịch đạm, cặn. Cuối cùng lấy dịch đạm đi xác định các chỉ tiêu: Naa, Nts, NNH3, TVB_N, hiệu suất thu hồi.
Kết quả: dựa vào các chỉ tiêu hóa học ta chọn được thời gian thích hợp.
* Tối ưu hóa công đoạn thủy phân cá nục gai bằng hỗn hợp enzyme Protamex và Flavouzyme.
Có nhiều phương pháp tối ưu hóa quá trình thủy phân. Ở đây em chọn tối ưu hóa theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm nhiều yếu tố, một trong những phương
pháp hiện đại, có hiệu quả cao, đang được sử dụng phổ biến trong nghiên cứu các quá trình hóa học và sinh học.
Để xác định bài toán tối ưu thực nghiệm cần phân tích các yếu tố đầu vào, các thông số của quá trình thủy phân và hàm mục tiêu.
Theo các tài liệu mà em tham khảo được em đã chọn các thông số tối ưu cho quá trình thủy phân cá nục gai đối với hỗn hợp hai enzyme như sau:
+ Yếu tố cố định:
pH tự nhiên của cá (6,3 – 6,5) Tỉ lệ H2O/NL = 1/1.
+ Các yếu tố cần tối ưu:
Sau khi tiến hành cá thí nghiệm thăm dò thì em rút ngắn được khoảng biến thiên các thông số cần tối ưu trong quá trình thủy phân cá nục gai là:
U1 là tỉ lệ E/S ( % ) : [0,1 ; 0,3]. U2 là nhiệt độ ( 0C ) : [50 ; 60]. U3 là thời gian ( giờ ) : [4 ; 6]. + Hàm mục tiêu:
Quá trình thủy phân cá nục gai thực chất là quá trình cắt các mạch protein thành các peptid rồi thành các acid amine có lợi cho cơ thể và con người có thể hấp thụ được như vậy hàm mục tiêu ở đây bao gồm: tỉ lệ lượng Naa/Nts là max, hiệu suất thu hồi max và TVB_N là min. Tuy nhiên đối với nghiên cứu này thì hàm mục tiêu quan trọng nhất là tỉ lệ Naa/Nts max.
Từ các điều Kiện biên của các yếu tố quy hoạch thực nghiệm, ta lập về mức và khoảng biến thiên của các yếu tố thực nghiệm.
Công đoạn thủy phân U1
U2 U3
Bảng 2.1. Mức thí nghiệm của các yếu tố Yếu tố U1 Tỉ lệ E/S (%) U2 Nhiệt độ thủy phân(0C) U3 Thời gian thủy
phân (giờ)
Mức trên 0,3 60 6
Mức dưới 0,1 50 4
Khoảng biến thiên 0,1 5 1
Mức cơ sở 0,2 55 5
Với 3 yếu tố tối ưu (k=3) số thí nghiệm phải thực hiện là N = 23 = 8 thí nghiệm (TN). Và số thí nghiệm bổ sung ở tâm phương án là N0 =3. Như vậy có tất cả 8 + 3 = 11 TN.
Bảng 2.2. Bảng bố trí thí nghiệm ở giá trị biên.
Số thí nghiệm
Yếu tố thí nghiệm trong hệ tọa độ không thứ nguyên Yếu tố thí nghiệm X1 X2 X3 U1 U2 U3 1 – 1 – 1 – 1 0,1 50 4 2 +1 – 1 – 1 0,3 50 4 3 – 1 +1 – 1 0,1 60 4 4 +1 +1 –-1 0,3 60 4 5 – 1 – 1 +1 0,1 50 6 6 +1 – 1 +1 0,3 50 6 7 – 1 +1 +1 0,1 60 6 8 +1 +1 +1 0,3 60 6
Bảng 2.3. Bố trí thí nghiệm ở tâm phương án
N0 U1 (%) U2 (0C) U3 (giờ)
1 0,2 55 5
2 0,2 55 5
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN