1. 5.2 Cấu trúc của enzyme
1.6.3. Vai trò của sản phẩm thủy phân
Dịch đạm cô đặc và bột đạm hòa tan có thể đƣợc ứng dụng trong sản xuất thức ăn chăn nuôi, đặc biệt là trong nuôi trồng thủy sản. Sản phẩm với nồng độ đạm cao, gồm hỗn hợp các acid amin cần thiết cho sự phát triển của tôm, cá. Khi phối trộn
sản phẩm vào viên thức ăn thì thức ăn dễ tiêu hóa, nên giảm đƣợc một lƣợng thức ăn dƣ thừa sau khi cho tôm, cá ăn. Vì vậy, môi trƣờng nƣớc ít bị ô nhiễm, tiết kiệm đƣợc chi phí xử lý nƣớc. Sản phẩm cũng chứa các chất kích thích tiêu hóa, làm tăng vị ngon và khả năng tiêu thụ thức ăn, với mùi hấp dẫn, giúp cho tôm, cá nhanh chóng phát hiện và ăn hết mồi, góp phần giảm lƣợng thức ăn đầu vào trong nuôi thủy, hải sản, đem lại hiệu quả kinh tế.
Bột đạm thủy phân cũng có thể đƣợc dùng trong thực phẩm sản xuất các sản phẩm bột dinh dƣỡng cao đạm đối với bột đạm thủy phân có chất lƣợng cao. Ngoài ra thì nó cũng có thể sử dụng làm phụ gia, gia vị trong thực phẩm.
Dich đạm cô đặc còn có thể sử dụng để bổ sung trong quá trình làm nƣớc mắm do nó có hàm lƣợng axit amin cao, làm tăng độ đạm của nƣớc mắm.
Dịch đạm thủy phân có thể dùng trong sản xuất nƣớc mắm công nghiệp khi thêm hƣơng vị của nƣớc mắm, rút ngắn thời gian sản xuất mà hàm lƣợng đạm axit amin trong đó lại cao.
PHẦN 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
2.1.1. Phế liệu đầu cá Đổng cờ
Tên tiếng Anh: Golden threadfin brème
Tên khoa hoc : NemipterusVirgatus
Hệ thống phân loài Ngành: Chordata Lớp : Actynopterygii Bộ : Perciformes Họ : Nemipteridea Chi : Nemipterus
Loài : NemipterusVirgatus
Phế liệu đầu cá Đổng cờ đƣợc mua tại công ty Dịch vụ và khai thác thủy sản, số 2 – Võ Thị Sáu – Nha Trang – Khánh Hòa. Khối lƣợng mỗi đầu cá là 100 – 150gam. Sau khi thu nhận, đầu cá Đổng cờ đƣợcvận chuyển về phòng thí nghiệm của trƣờng, tiến hành chặt nhỏ và xay bằng máy xay. Sau đó đƣợc cho vào túi nhựa, mỗi túi 200g. Các túi nguyên liệu này đƣợc bảo quản trong tủ đông ở Phòng Thực hành Công nghệ chế biến cho đến khi sử dụng.
2.1.2. Enzyme protamex.
Enzyme Protamex là proteaza có nguồn gốc từ vi sinh vật Bacillus của hãng Novozyme (Đan Mạch) đƣợc tổ chức FAO/WHO cho phép sử dụng. Nó đƣợc sản xuất để thuỷ phân protein của thực phẩm. Hiện nay enzyme này đang đƣợc sử dụng rộng rãi cả trong nghiên cứu và trong thực tiễn sản xuất.
Enzyme Protamex có hoạt độ 1,5 AU/g, hoạt động thích hợp trong khoảng
pH = 5,5÷7,5 nhiệt độ 35÷65oC. Protamex bị mất hoạt tính trong 30 phút tại 50o C hoặc cao hơn khi pH bằng 4 và trong 10 phút tại 85oC hoặc cao hơn khi pH bằng 8. Tuy nhiên sự khử hoạt tính của Protamex phụ thuộc nhiều vào cơ chất, điều kiện môi trƣờng hoạt động (nồng độ cơ chất, pH …).
2.2. Thời gian nghiên cứu.
Thời gian nghiên cứu đƣợc tiến hành từ 15/3 – 28/06/10.
2.3. Địa điểm nghiên cứu
- Xác định các thành phần hoá học của đầu cá đổng tại phòng thí nghiệm hóa sinh – vi sinh, khoa Chế biến.
- Thuỷ phân đầu cá ngừ tại Viện Công nghệ Sinh học và Môi trƣờng - Trƣờng Đại học Nha Trang.
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.4.1. Xác định thành phần hóa học của đầu cá đổng cờ.
Hình 2.1: Sơ đồ xác định thành phần hóa học của đầu cá đổng cờ.
Đầu cá đổng
Nghiền nhỏ
Xác định thành phần hóa học: Nƣớc, protein, lipid, khoáng
2.4.2. Quy trình dự kiến sản xuất sản phẩm thủy phân protein cá
Tỷ lệ nƣớc so với nguyên liệu. Tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu.
Nhiệt độ thủy phân. Thời gian thủy phân.
Hình 2.2: Sơ đồ quy trình dự kiến sản xuất sản phẩm thủy phân từ đầu cá Đổng . Xƣơng Nguyên liệu Xử lý Ly tâm Lọc Bất hoạt enzyme Thủy phân Nghiền nhỏ Tách riêng thành từng phàn Phần rắn(cặn) lipid Dịch thủy phân
Bột đạm hòa tan Bột đạm không tan
Thuyết minh quy trình dự kiến.
Đầu cá đổng cờ khi mua về vẫn còn tƣơi, đƣợc rửa sạch. Sau khi rửa cho vào rổ để ráo nƣớc. Sau đó tiến hành cắt thành từng khúc rồi đem đi nghiền.
Nghiền nhỏ: cá đƣợc cho vào máy nghiền, nghiền nhỏ qua lỗ sàng 0,5mm.
Thủy phân: cá sau khi nghiền nhỏ đƣợc đem đi thủy phân trong bể ổn nhiệt để giữ đƣợc nhiệt độ thủy phân đƣợc ổn định. Trong quá trình thủy phân cần chú ý đến nhiệt độ, thời gian thủy phân, tỷ lệ nƣớc so với nguyên liệu, tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu…sao cho thích hợp nhất để tạo đƣợc hiệu suất thủy phân là cao nhất.
Bất hoạt enzyme: bất hoạt enzyme trực tiếp trên thiết bị ổn nhiệt, nhiệt độ bất hoạt là 900C, khuấy đảo đều. Thời gian bất hoạt là 15 phút.
Lọc: bất hoạt enzyme xong ta tiến hành lọc để tách xƣơng và dịch lọc Ly tâm: Phần dịch lọc đƣợc đem đi ly tâm. Tốc độ ly tâm là 5000 vòng/phút, thời gian ly tâm là 30 phút. Ly tâm xong ta thu dƣợc 3 phần: là phần lipid nổi lên trên, tiếp đó là phần dịch lỏng và phần bột sệt ở dƣới đáy. Phần bột sệt ta đem đi sấy thu đƣợc bột đạm không tan.
Cô đặc: Phần dịch lỏng đƣợc đem đi cô đặc tới một dạng sền sệt thì ta thu đƣợc dịch đạm cô đặc. Tiếp tục đi đem đi sấy thì ta sẽ thu đƣợc bột đạm thủy phân.
2.4.3. Bố trí thí nghiệm xác định các thông số kỹ thuật trong quá trình thủy phân. phân.
2.4.3.1. Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ nƣớc so với nguyên liệu tối ƣu.
Tiến hành thí nghiệm thủy phân 4 mẫu với các tỷ lệ nƣớc so với nguyên liệu là 25%, 50%, 75% và 100%. Với cả 4 mẫu, tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu là 0,5%, pH tự nhiên của cá. Thủy phân trong 4 giờ với nhiệt độ thủy phân là 550C. Sau khi thủy phân, bất hoạt enzyme ở nhiệt độ 900C trong thời gian 15 phút, rồi tiến hành lọc để tách xƣơng. Dịch lọc đƣợc ly tâm rồi tiến hành tách riêng thành 3 phần: lipid,
dịch thủy phân, và phần cặn. Dịch thủy phân đƣợc đem đi xác định đạm tổng số, đạm axit amin, đạm amoniac. Sau đó tính lƣợng đạm thu đƣợc từ 200g nguyên liệu. Các mẫu thí nghiệm đƣợc tiến hành theo sơ đồ sau:
Hình 2.3: Sơ đồ thí nghiệm xác định tỷ lệ nƣớc so nguyên liệu tối ƣu.
Nguyên liệu (200g)
Tỷ lệ nƣớc so với nguyên liệu
Thủy phân trong 4 giờ, nhiệt độ thủy phân là 550C, tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu: 0,5%, pH tự nhiên
Bất hoạt enzyme Lọc Ly tâm Tách riêng từng phần Dịch thủy phân Xác định đạn tổng số, đạm axit amin, đạm NH3, Xƣơng Lpid Cặn ly tâm Chọn tỷ lệ nƣớc tối ƣu
2.4.3.2. Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ enzyme với nguyên liệu tối ƣu.
Tiến hành 4 mẫu thí nghiệm với các tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu là 0,1%, 0,3%, 0,5% và 0,7%. Thủy phân ở Ph tự nhiên của cá, với nhiệt độ thủy phân là 550C, thời gian thủy phân là 4 giờ, tỷ lệ nƣớc so với nguyên liệu tối ƣu. Sau khi thủy phân, bấthoạt enzyme ở nhiệt độ 900C trong thời gian 15 phút, rồi tiến hành lọc để tách xƣơng.Dịch lọc đƣợc ly tâm rồi tiến hành tách riêng thành 3 phần: lipid, dịch thủy phân, và phần cặn. Dịch thủy phân đƣợc đem đi xác định đạm tổng số, đạm axit amin, đạm amoniac. Sau đó tính lƣợng đạm thu đƣợc từ 200g nguyên liệu. Bốn mẫu thí nghiệm đƣợc tiến hành theo sơ đồ sau:
Hình 2.4: Sơ đồ thí nghiệm xác định tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu tối ƣu
Thủy phân 4 giờ, nhiệt độ thủy phân 550C, tỷ lệ nƣớc so với nguyên liệu tối ƣu, pH tƣ nhiên.
Tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu Nguyên liệu (200 g) Bất hoạt enzyme Lọc Ly tâm Tách riêng từng phần Dịch thủy phân Xác định đạm tổng số, đạm axit amin, đạm NH3 Xƣơng Lipid Cặn ly tâm Chọn tỷ lệ enzyme thích hợp
2.4.3.3. Bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ thủy phân tối ƣu
Tiến hành 4 mẫu thí nghiệm với 4 nhiệt độ thủy phân khác nhau là 450C, 500C, 550C và 600C. Thủy phân ở ph tự nhiên của cá trong 4 giờ, với tỷ lệ nƣớc so với nguyên liệu tối ƣu, tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu tối ƣu. Sau khi thủy phân, bất hoạt enzyme ở nhiệt độ 900C trong thời gian 15 phút, rồi tiến hành lọc để tách xƣơng. Dịch lọc đƣợc ly tâm rồi tiến hành tách riêng thành 3 phần: lipid, dịch thủy phân, và phần cặn. Dịch thủy phân đƣợc đem đi xác định đạm tổng số, đạm axit amin, đạm amoniac. Sau đó tính lƣợng đạm thu đƣợc từ 200g nguyên liệu.
Hình 2.5: Sơ đồ thí nghiệm xác định nhiệt độ thủy phân tối ƣu.
Thủy phân trong 4 giờ, tỷ lệ nƣớc tối ƣu, tỷ lệ enzyme tối ƣu,pH tự nhiên với các nhiệt độ thủy phân
Nguyên liệu (200 g)
Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4
Bất hoạt enzyme Lọc Ly tâm Tách riêng từng phần Dịch thủy phân Xác định đạm tổng số, đạm axit amin, đạm NH3 Xƣơng Lipid Cặn ly tâm
2.4.3.4. Bố trí thí nghiệm xác định thời gian thủy phân tối ƣu
Tiến hành 6mẫu thí nghiệm có thời gian thủy phân lần lƣợt là 1 giờ, 2 giờ, 3
giờ, 4 giờ, 5 giờ và 6 giờ. Thủy phân ở ph tự nhiên của cá , với tỷ lệ nƣớc so với nguyên liệu tối ƣu, tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu tối ƣu và nhiệt độ thủy phân tối ƣu. Sau khi thủy phân, bất hoạt enzyme ở nhiệt độ 900C trong thời gian 15 phút, rồi tiến hành lọc để tách xƣơng. Dịch lọc đƣợc ly tâm rồi tiến hành tách riêng thành 3 phần: lipid, dịch thủy phân, và phần cặn. Dịch thủy phân đƣợc đem đi xác định nitơ tổng số, nitơ acid amin, nitơ ammoniac. Sau đó tính lƣợng đạm thu đƣợc từ 200g nguyên liệu.
Hình 2.6: Sơ đồ thì nghiệm xác định thời gian thủy phân tối ƣu.
Tỷ lệ nƣớc tối ƣu, tỷ lệ enzyme tối ƣu, nhiệt độ thủy phân tối ƣu, pH tự nhiên, thời gian thủy phân:
Nguyên liệu (200 g)
Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5 Mẫu 6
Bất hoạt enzyme Lọc Ly tâm Tách riêng từng phần Dịch thủy phân Xác định đạm tổng số, đạm axit amin, đạm NH3 xƣơng lipid Cặn ly tâm
2.5. Phƣơng pháp phân tích.
Xác định hàm lƣợng nƣớc bằng phƣơng pháp sấy ở nhiệt độ 1050C.
Xác định hàm lƣợng tro bằng phƣơng pháp nung ở nhiệt độ 550÷6000C.
Xác định đạn tổng số bằng phƣơng pháp Kjeldah.
Xác định hàm lƣợng protein thô bằng công thức: NTS ×6,25.
Xác định hàm lƣợng đạm focmon axit amin theo phƣơng pháp Sorensen
Đạm axit amin = đạm formon – đạm amoniac
Xác định đạm amoniac theo phƣơng pháp chƣng cất.
Xác định hàm lƣợng lipid tổng số bằng phƣơng pháp Folch.
2.6. Phƣơng pháp xử lý số liệu.
PHẦN 3: KẾT QUẢ
3.1. Kết quả xác định thành phần hóa học đầu cá đổng.
Tiến hành xác định thành phần hóa học của đầu cá đổng, kết quả đƣợc thể hiện ở bảng 3.1.
Bảng 3.1: Thành phần hóa học của đầu cá đổng cờ.
Nƣớc (%) Protein (%) Lipit (%) Khoáng (%)
69,89 14,42 6,21 9,48
Từ kết quả thí nghiệm trên ta thấy đầu cá đổng cờ có chứa hàm lƣợng protein cao, chiếm 14,42%. Hàm lƣợng lipid và khoáng trong đầu cá đổng cờ cũng khá cao, vì vậy cần nghiên cứu sử dụng loại phế liệu này để sản xuất thành các sản phẩm có giá trị, mở ra thêm nhiều hƣớng ứng dụng mới
3.2. Kết quả xác định các thông số kỹ thuất tối ƣu.
Quá trình thủy phân đƣợc xem là tối ƣu khi tạo đƣợc điều kiện thích hợp nhất
cho hoạt động của enzyme, lƣợng protein đƣợc thủy phân nhiều nhất, lƣợng đạm acid amin thu đƣợc là nhiểu nhất, tỷ lệ đạm axit amin trên đạm tổng số lớn nhất. Mặt khác, trong quá trình thủy phân luôn tạo ra các sản phẩm cấp thấp do sự phân hủy của acid amin do hoạt động của vi sinh vật, làm giảm chất lƣợng của sản phẩm. Quá trình này là không mong muốn nhƣng không thể tránh khỏi nên phải hạn chế tối đa, có nghĩa là hàm lƣợng đạm amoniac là thấp.
3.2.1. Kết quả xác định tỷ lệ nƣớc so với nguyên liệu.
Tiến hành thủy phân 4 mẫu với tỉ lệ nƣớc so với nguyên liệu là 25%, 50%, 75% và 100%. Điều kiện thủy phân đã đƣợc trình bày trong sơ đồ bố trí thí nghiệm
ở hình 2.3. Kết quả lƣợng đạm trong dịch thủy phân thu đƣợc từ 200 g nguyên liệu đƣợc thể hiện ở bảng 3.2
Bảng 3.2: Lƣợng đạm trong dịch thủy phân thu đƣợc khi thủy phân 200 g đầu cá ở các tỷ lệ nƣớc khác nhau. Chỉ tiêu xác định Đạm tổng số Đạm axit amin Đạm NH3 Tỷ lệ đạm axit amin/đạm tổng số (%)
Mẫu thí nghiệm g/200g nguyên liệu
Mẫu 1 (25% nƣớc) 2, 7 0, 77 0, 09 28, 52 Mẫu 2 (50% nƣớc ) 2, 95 0, 91 0, 18 30, 85 Mẫu 3 (75% nƣớc) 3, 09 1, 08 0, 25 34, 95 Mẫu 4 (100% nƣớc) 3, 12 0, 97 0, 28 31, 09 g N / 200 g n gu yê n li ệu
Tỷ lệ nƣớc so với nguyên liệu (%)
Hình 3.1 Ảnh hƣởng của tỉ lệ nƣớc đến lƣợng đạm trong dịch thủy phân thu đƣợc từ 200 g đầu cá
Nhận xét: Nƣớc có ảnh hƣởng rất lớn đến hiệu quả phản ứng của enzyme vì nƣớc vừa là môi trƣờng để phân tán enzyme và cơ chất vừa trực tiệp tham gia vào phản ứng. Từ kết quả ở bảng 3.2 và hình 3.1 ở trên ta thấy. Ứng với mỗi một tỷ lệ nƣớc so với nguyên liệu khác nhau thu đƣợc một lƣợng đạm tổng số, lƣợng đạm axit amin và lƣợng đạm NH3 khác nhau.
Đạm axit amin là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lƣợng của sản phẩm thủy phân. Lƣợng axit amin thu đƣợc trong dịch thủy phân cao hoặc thấp phụ thuộc vào các tỷ nƣớc khác nhau. Trong khoảng tỷ lệ nƣớc so với nguyên liệu nghiên cứu (25% đến 100%) thì lƣợng đạm axit amin thu đƣợc trong khoảng từ 0, 77 đến 1,08 g. Và khi tỉ lệ nƣớc so với nguyên liệu là 75% thì lƣợng đạm axit amin là cao nhất.
Tỷ lệ nƣớc so với nguyên liệu tăng thì lƣợng đạm NH3 cũng tăng theo. Lƣợng đạm NH3 cao nhất là 0,28g.
Lƣợng đạm tổng số thu đƣợc là từ 2,7 đến 3,12 g tƣơng ứng với sự tăng của tỷ lệ nƣớc so với nguyên liệu. Lƣợng đạm tổng số cao nhất khi tỷ lệ nƣớc là 100%. Tuy nhiên, tỷ lệ đạm axit amin so với đạm tổng số lại không tăng đều mà cao nhất ở tỷ lệ nƣớc so với nguyên liệu là 75% (34,95%).
Từ những phân tích trên, ta chọn tỷ lệ nƣớc so với nguyên liệu = 75% là thích hợp nhất.
3.2.2.Kết quả xác định tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu.
Tiến hành thủy phân 4 mẫu với tỉ lệ enzyme so với nguyên liệu là 0,1%, 0,3%, 0,5% và 0,7%. Điều kiện thủy phân đƣợc trình bày trong sơ đồ bố trí thí nghiệm ở hình 2.4. Kết quả lƣợng đạm trong dịch thủy phân thu đƣợc từ 200 g nguyên liệu đƣợc thể hiện ở bảng 3.3
Bảng 3.3: Lƣợng đạm trong dịch thủy phân thu đƣợc khi thủy phân 200 g đầu cá ở các tỷ lệ enzyme khác nhau. Chỉ tiêu xác định Đạm tổng số Đạm axit amin Đạm NH3 Tỷ lệ đạm axit amin/đạm tổng số (%)
Mẫu thí nghiệm g/200 g nguyên liệu
Mẫu 1 (0.1% enzyme) 2,43 0, 63 0, 22 25, 92
Mẫu 2 (0.3% enzyme) 2,76 0, 86 0, 26 31, 16
Mẫu 3 (0.5% enzyme) 3,02 1, 07 0, 27 35, 43
Mẫu 4 (0.7% enzyme) 3,16 1, 07 0, 31 33, 68
Hình 3.2: Ảnh hƣởng của tỉ lệ enzyme đến lƣợng đạm trong dịch thủy phân thu đƣợc từ 200 g đầu cá. g N / 200 g n gu yê n li ệu
Tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu (%)
Nhận xét: Tỉ lệ enzyme cũng ảnh hƣởng rất lớn đến quá trình thủy phân. Khi