1.3.6.1. Phương pháp thủy phân sử dụng hóa chất
Sử dụng hóa chất để thủy phân là phương pháp cổ điển được sử dụng từ lâu. Các hóa chất sử dụng trong quá trình thủy phân có thể là axit ( HCl, H2SO4) hoặc kiềm (NaOH). Hiệu suất của quá trình thủy phân phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhiệt độthủy phân, thời gian thủy phân và nồng độ của hóa chất sử dụng.
- Ưu điểm :
Quá trình này được thực hiện trong điều kiện nhiệt độ cao nên rút ngắn được thời gian thủy phân giảm chi phí sản xuất. Hơn nữa hóa chất dùng cho quá trình thủy phân là những acid , kiềm thông dụng dễ mua, giá thành rẻ.
- Nhược điểm:
+ Thủy phân bằng acid phá vỡ một phần amino axit và phân hủy hoàn toàn tryptophan.
+ Thủy phân bằng NaOH phá hủy một số axit min thiết yếu của cơ thể như cysteine, cystine, arginine và methionine. Mặt khác, thủy phân bằng kiềm làm tạo ra D-amino từ L-amino acid khi amino ở dạng này cơ thể con người không hấp thụ được nên làm giảm giá trị dinh dưỡng của sản phẩm [3].
+ Sau quá trình thủy phân phải trung hòa acid hoặc kiềm tiêu tốn thêm một lượng hóa chất và khó kiểm soát được lượng hóa chất dư.
+ Thủy phân bằng hóa chất độc hại hơn phương pháp thủy phân sử dụng enzyme.
1.3.6.2. Phương pháp thủy phân sử dụng enzyme
Enzyme là một protein xúc tác các phản ứng sinh hóa.
Cũng giống như chất xúc tác bất kì, enzyme được tìm thấy ở cuối quá trình thủy phân.
- Ưu điểm:
+ Enzym thủy phân có lợi thế là dễ dàng kiểm soát hơn so với thủy phân bằng hóa học, bảo tồn các giá trị dinh dưỡng của nguyên liệu và không cần hóa chất để loại bỏ các tác nhân thủy phân sau thủy phân (đối với thủy phân bằng enzyme, chỉ đơn giản là bất hoạt bằng cách đưa nhiệt độ lên nhiệt độ làm biến tính enzyme).
+ Không gây ảnh hưởng xấu đến môi trường.
- Nhược điểm: phản ứng thủy phân bằng enzyme chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố tác động nên quá trình thủy phân phải được kiểm soát trong điều kiện chặt chẽ.
Từ những tìm hiểu về hai phương pháp thủy phân ở trên ta đã thấy được những ưu và nhược điểm của mỗi phương pháp. Tùy thuộc vào mục đích, mong muốn sản phẩm của mình mà nhà sản xuất chọn phương pháp thủy phân phù hợp. Trong đề tài này, em chọn phương pháp thủy phân sử dụng enzyme để sản xuất bột khoáng từ đó chọn ra các thông số thích hợp cho quá trình sản xuất bột khoáng.
CHƯƠNG II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu
2.1.1. Cá ngừ vây vàng
Hình 2.1. Cá ngừ vây vàng
Tên tiếng Anh: yellowfin tuna
Tên khoa học: thunnus albacares (Bonnaterre, 1788) Ngành (phylum): Chordata
Lớp (class): Actinopterygii
Bộ (order): Perciformes
Họ (family): Scombridae
Giống (genus): Thunnus
Loài (species): Thunnus albacares
2.1.2. Xương cá ngừ vây vàng
Xương cá ngừ vây vàng (yellowfin tuna) có chất lượng còn tốt, không có dấu hiệu hư hỏng được thu mua tại công ty Trách Nhiệm Hữu Hạn Thịnh Hưng, khu công nghiệp Suối Dầu, Khánh Hòa. Khối lượng mỗi bộ xương khoảng 13 – 15 kg. Xương cá đã được cưa nhỏ và bảo quản lạnh trong thùng xốp có chứa đá và được vận chuyển về phòng thí nghiệm công nghệ chế biến. Tại đây, xương cá được xay nhỏ bằng máy xay và cân thành các túi nhỏ, mỗi túi gồm 200g và 500g. Các túi này được bảo quản trong tủ đông ở nhiệt độ từ -18 đến -200C cho đến khi sử dụng.
2.1.3. Enzyme Protamex (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Enzyme Protamex là proteaza có nguồn gốc từ vi sinh vật Bacillus của hãng Novozyme (Đan Mạch) được tổ chức FAO/WHO cho phép sử dụng. Nó được sản
xuất để thuỷ phân protein của thực phẩm. Hiện nay enzyme này đang được 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÷600C. Protamex bị mất hoạt tính trong 30 phút tại 500C hoặc cao hơn khi pH bằng 4 và trong 10 phút tại 850C hoặc cao hơn khi pH bằng 8. Sự bất hoạt enzyme Protamex còn phụ thuộc nhiều vào cơ chất, điều kiện môi trường hoạt động (nồng độ cơ chất, pH …)
Khi ở dạng bột enzyme này rất dễ tan trong nước. Khác với nhiều enzyme protease khác, Protamex thủy phân protein tạo ra dịch thủy phân không có vị đắng nên rất phù hợp trong thực phẩm.
2.2. Địa điểm nghiên cứu
Xác định các thành phần hóa học của xương cá ngừ, bột khoáng tại phòng thí nghiệm Hóa sinh và Viện Công nghệ sinh học và môi trường, Đại học Nha Trang.
Thủy phân xương cá ngừ tại phòng thí nghiệm Công nghệ thực phẩm,Đại học Nha Trang.
2.3. Nội dung nghiên cứu
2.3.1. Tìm hiểu về cá ngừ và phế liệu cá ngừ, enzyme và quá trình thủy phân bằng enzyme bằng enzyme
2.3.2. Xác định thành phần hóa học của xương cá ngừ vây vàng
2.3.3. Nghiên cứu chế độ thủy phân tối ưu xương cá ngừ vây vàng bằng enzyme Protamex 2.3.3.1. Tỉ lệ enzyme so với nguyên liệu 2.3.3.1. Tỉ lệ enzyme so với nguyên liệu
2.3.3.2. Nhiệt độ thủy phân 2.3.3.3. Thời gian thủy phân 2.3.3.3. Thời gian thủy phân
2.3.4. Sản xuất sản phẩm bột khoáng từ xương cá ngừ vây vàng và đánh giá chất lượng sản phẩm. lượng sản phẩm.
2.4. Phương pháp nghiên cứu
2.4.1. Xác định thành phần hóa học của phế liệu xương cá ngừ
Cân khối lượng của mẫu xương cá ngừ đã chuẩn bị để xác định các thành phần hoá học. Mỗi thành phần hoá học được lặp lại 3 lần. Kết quả của thí nghiệm là trung bình cộng của 3 lần thí nghiệm trên.
Xác định thành phần hóa học (nước, protein, lipid, khoáng, canxi, phospho)
Kết quả Xương cá ngừ
Nghiền nhỏ
Thành phần hóa học của xương cá ngừ được xác định theo sơ đồ sau:
Hình 2.2. Xác định thành phần hóa học của xương cá ngừ vây vàng. 2.4.2. Quy trình dự kiến sản xuất sản phẩm bột khoáng từ xương cá ngừ
Hình 2.3. Quy trình dự kiến sản xuất bột khoáng từ xương cá ngừ theo phương pháp thủy phân bằng enzyme.
- Tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu - Nhiệt độ thủy phân
- Thời gian thủy phân
Phần lỏng Xương cá ngừ đã xay nhỏ Rã đông Rửa bằng nước nóng Lọc Thủy phân Sấy Xay nhỏ Bất hoạt enzyme Phần rắn
Thuyết minh quy trình
Xương cá ngừ đã xay nhỏ và đông lạnh được rã đông ở trong tủ lạnh qua đêm, nhiệt độ khoảng 40C. Cân 200g mẫu và cho vào cốc thủy tinh 500ml, thêm nước vào. Sau đó khuấy đều hỗn hợp bằng đũa thủy tinh.
Thủy phân: Thực hiện quá trình thủy phân trong bể ổn nhiệt ở pH tự nhiên của cá, nhiệt độ và thời gian nhất định. Trong quá trình thủy phân thường xuyên khuấy đảo và theo dõi nhiệt độ của mẫu, chỉ cho phép nhiệt độ thủy phân dao dộng là 0,50C.
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. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Lọc: Dùng rây để lọc hỗn hợp sau khi thủy phân, tách riêng phần dịch lọc. Phần rắn đem đi rửa sạch bằng nước nóng để làm sạch lipit và các tạp chất khác.
Sấy : Phần rắn sau khi rửa sạch được đem đi sấy khô ở nhiệt độ 100 - 1050C trong thời gian 4h. Sau đó tiến hành xay nhỏ ta thu được bột khoáng.
2.4.3. Bố trí thí nghiệm xác định các thông số kĩ thuật trong quá trình thủy phân thủy phân
2.4.3.1. Bố trí thí nghiệm xác định tỉ lệ enzyme so với nguyên liệu
Tiến hành 5 mẫu thí nghiệm, mỗi mẫu có khối lượng 200g với các tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu là: 0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,4%, 0,5%. Thủy phân ở pH tự nhiên của cá, với nhiệt độ thủy phân là 500C, thời gian thủy phân là 3 giờ, tỷ lệ nước so với nguyên liệu là 1/1. Sau khi thủy phân, bất hoạt enzyme ở nhiệt độ 900C trong thời gian 15 phút. Dùng rây để lọc tách riêng phần rắn ( phần xương) và dịch lọc. Rửa sạch phần rắn rồi đem đi sấy ở nhiệt độ 100 – 1050C trong 4h rồi đem xay nhỏ thu được bột khoáng. Sau đó tiến hành xác định hàm lượng khoáng và hàm lượng protein còn lại trong bột khoáng.
Hình 2.4. Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ enzyme/NL thích hợp Bất hoạt enzyme Lọc Rửa Bất hoạt enzyme Lọc Sấy Bất hoạt enzyme Lọc
Nguyên liệu đã nghiền nhỏ đông lạnh (200g) Rã đông Thủy phân (tg=3h, t0C=500C N/NL = 1/1, pH tự nhiên) Bất hoạt enzyme Lọc Mẫu 1 (0,1%) Mẫu 2 (0,2%) Mẫu 4 (0,4%) Phần lỏng Xay Bột khoáng Mẫu 3 (0,3%) Mẫu 5 (0,5%) Phần rắn
Xác định hàm lượng khoáng, protein
2.4.3.2. Bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ thủy phân thích hợp
Tiến hành 4 mẫu thí nghiệm với 4 nhiệt độ thủy phân khác nhau là 450C, 500C, 550C, 600C. Thủy phân ở pH tự nhiên của cá trong 3 giờ, với tỷ lệ nước so với nguyên liệu là 1/1, tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu thích hợp đã xác định ở thí nghiệm trước. Sau khi thủy phân, bất hoạt enzyme ở nhiệt độ 900C trong thời gian 15 phút, rồi tiến hành lọc để tách xương. Rửa sạch phần rắn rồi đem đi sấy ở nhiệt độ 100 – 1050C trong 4h rồi đem xay nhỏ thu được bột khoáng. Sau đó tiến hành xác định hàm lượng khoáng và hàm lượng protein còn lại trong bột khoáng.
Hình 2.5. Bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ thủy phân thích hợp
Nguyên liệu đã nghiền nhỏ
Bất hoạt enzyme
Lọc
Rửa
Nguyên liệu đã nghiền nhỏ
Bất hoạt enzyme
Lọc
Nguyên liệu đã nghiền nhỏ
Sấy
Bất hoạt enzyme
Lọc
Nguyên liệu đã nghiền nhỏ đông lạnh (200g)
Rã đông
Thủy phân (tg=3h, N/NL = 1/1, E/NLopt, pH tự nhiên)
Bất hoạt enzyme Lọc Mẫu 1 (450C) Mẫu 2 (500C) Mẫu 3 (550C Phần lỏng Xay Bột khoáng Mẫu 4 (600C Phần rắn
Xác định hàm lượng khoáng, protein
2.4.3.3. Bố trí thí nghiệm xác định thời gian thủy phân thích hợp
Tiến hành 6 mẫu thí nghiệm có thời gian thủy phân lần lượt 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 nước so với nguyên liệu là 1/1, tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu thích hợp và nhiệt độ thủy phân thích hợp đã xác định được ở các thí nghiệm trước. Sau khi thủy phân, bất hoạt enzyme ở nhiệt độ 900C trong thời gian 15 phút, rồi tiến hành lọc qua rây để tách xương. Rửa sạch phần rắn rồi đem đi sấy ở nhiệt độ 100 – 1050C trong 4h rồi đem xay nhỏ thu được bột khoáng. Sau đó tiến hành xác định hàm lượng khoáng và hàm lượng protein còn lại trong bột khoáng.
Hình 2.6. Bố trí thí nghiệm xác định thời gian thủy phân thích hợp (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Mẫu 6 (6h) Nguyên liệu đã nghiền
nhỏ
Bất hoạt enzyme
Lọc
Rửa
Nguyên liệu đã nghiền nhỏ
Bất hoạt enzyme
Lọc
Nguyên liệu đã nghiền nhỏ
Sấy
Bất hoạt enzyme
Lọc
Nguyên liệu đã nghiền nhỏ đông lạnh (200g)
Rã đông
Thủy phân ( E/NLopt , t0opt , N/NL = 1/1, pH tự nhiên) Bất hoạt enzyme Lọc Mẫu 1 (1h) Mẫu 2 (2h) Mẫu 4 (4h) Phần lỏng Xay Bột khoáng Mẫu 3 (3h) Mẫu 5 (5h) Phần rắn
Xác định hàm lượng khoáng, protein
2.5. Phương pháp phân tích
- Xác định hàm lượng nước bằng phương pháp sấy ở nhiệt độ 1050C [2] - Xác định hàm lượng khoáng bằng phương pháp nung ở nhiệt độ 550÷6000C - Xác định đạm tổng số bằng phương pháp Kjeldah [2]
- Xác định hàm lượng protein thô bằng công thức: NTS ×6,25 - Xác định hàm lượng lipit bằng phương pháp Folch.
- Xác định hàm lượng Canxi bằng phương pháp quang phổ hấp phụ nguyên tử (AAS).
- Xác định hàm lượng Phospho theo AOAC.
2.6. Phương pháp xử lý số liệu
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả xác định thành phần hóa học của xương cá ngừ vây vàng 3.1.1. Kết quả
Kết quả xác định thành phần hóa học của xương cá ngừ vây vàng được trình bày trong bảng 3.1 như sau:
Bảng 3.1. Thành phần hóa học của xương cá ngừ vây vàng (%)
Nước (%) Protein (%) Lipid (%) Khoáng (%)
15,53
Canxi (%) Phospho(%)
63,35 10,63 6,99
7,83 2,64 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.1.2. Nhận xét và thảo luận
Từ kết quả xác định thành phần hóa học cơ bản của xương cá ngừ vây vàng chúng ta thấy hàm lượng nước là 63,35% tức hàm lượng chất khô là 36,65%; hàm lượng khoáng cao (15,53%). Do đó, triển vọng nghiên cứu sử dụng phế liệu này vào việc sản xuất bột khoáng bổ sung vào thực phẩm là một hướng đi quan trọng vừa tận dụng được nguồn phế liệu, vừa tránh gây ô nhiễm môi trường. Bên cạnh đó, việc tận dụng nguồn protein có trong phế liệu cũng mang lại hiệu quả rất lớn do hàm lượng protein trong xương cá ngừ cũng tương đối cao (10,63%).
3.2. Kết quả xác định các thông số thích hợp cho quá trình sản xuất bột khoáng khoáng
Quá trình thủy phân xương cá ngừ bằng enzyme được xem là tối ưu khi tạo được điều kiện thích hợp nhất cho hoạt động của enzyme để thu được hàm lượng khoáng là cao nhất, đồng thời hàm lượng protein còn lại trong bột khoáng của quá trình thủy phân là thấp.Từ đó chọn điều kiện thích hợp cho quá trình sản xuất bột khoáng.
3.2.1. Kết quả xác định tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu
Tiến hành 5 mẫu thí nghiệm với tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu là 0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,4% và 0,5% . Điều kiện thủy phân được trình bày ở sơ đồ bố trí thí
nghiệm ở hình 2.4. Số liệu về hàm lượng khoáng, hàm lượng protein trong bột khoáng thu được khi thủy phân xương cá ngừ được thể hiện ở bảng 1 & 2 trong phụ lục 1.
Kết quả được thể hiện ở hình 3.1 và 3.2.
Hình 3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu đến hàm lượng khoáng trong bột khoáng.
Hình 3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu đến hàm lượng protein còn lại trong bột khoáng.
3,15 3,06 2,8 2,81 2,82 2,6 2,7 2,8 2,9 3 3,1 3,2 0,1%P 0,2%P 0,3%P 0,4%P 0,5%P Tỷ l ệ E/NL (%) Hàm l ượn g pr ote in (%) 88,64 89,27 90,23 90,16 90,05 87,5 88 88,5 89 89,5 90 90,5 0,1%P 0,2%P 0,3%P 0,4%P 0,5%P Tỷ l ệ E/NL (%) H à m lượ n g k h o á n g ( %)
Nhận xét:
Trong phản ứng thủy phân do enzyme xúc tác, tốc độ phản ứng thủy phân phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu, pH, nhiệt độ, thời gian…Trong đó tỷ lệ enzyme có ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ phản ứng. Khi tỷ lệ enzyme càng tăng thì enzyme thủy phân cắt đứt liên kết trong phân tử protein càng mạnh. Các phân tử protein bị thủy phân thành các thành phần như polypeptid, peptid, amino acid,…
Từ hình 3.1 và 3.2 ta thấy:
Khi tăng tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu từ 0,1 đến 0,3% thì hàm lượng khoáng có trong bột khoáng thu được tăng và đạt giá trị cao nhất (90,23%) tại 0,3% enzyme. Đồng thời, hàm lượng protein còn lại trong bột khoáng sau quá trình thủy phân giảm dần và đạt giá trị thấp nhất tại tỷ lệ E/NL là 0,3%.
Khi tăng tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu từ 0,3 đến 0,5% thì hàm lượng khoáng không tăng lên nữa. Đồng thời, hàm lượng protein cũng không giảm nữa. Điều này có thể giải thích là do khi tăng tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu thì tốc độ thủy phân càng nhanh, khả năng protein bị cắt mạch đến acid amin càng nhiều.Tuy nhiên nếu tăng tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu quá cao thì vận tốc phản ứng thủy phân không tăng lên nữa.
Từ hình 3.1 và 3.2 ta thấy rằng ở tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu là 0.3% cho