CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU
1.4. Nghiên cứu trong và ngoài nước trong việc sử dụng enzyme protease thủy phân protein cá
Việc sử dụng các enzyme protease để thủy phân protein phụ phẩm cá đã được ứng dụng rất phổ biến trên thế giới do những ưu điểm là rút ngắn được thời gian cho quá trình sản xuất, tăng lượng protein không hòa tan chuyển thành protein hòa tan và tận dụng được các nguồn phụ phế phẩm của cá. Trong điều kiện thủy phân thích hợp, các mô cá được biến đổi nhanh chóng thành chất lỏng. Phản ứng thủy phân thường bao gồm 2 bước: bước đầu là những phân tử enzyme kết hợp với protein của cơ chất và bước 2 là sự thủy phân xảy ra dẫn tới sự phóng thích các polypeptide và acid amin tự do (Phạm Đình Dũng và Trần Văn Lâm, 2013).
Nhiều loài vi sinh vật có khả năng tổng hợp mạnh protease. Protease phân bố chủ yếu ở vi khuẩn, nấm mốc và xạ khuẩn… Bao gồm nhiều loài thuộc Aspergillus, Bacillus, Penicillium, Clotridium, Streptomyces và một số loại nấm men. Các enzyme này có thể ở trong tế bào (Protein nội bào) hoặc được tiết vào trong môi trường nuôi cấy (Protease ngoại bào). Cho đến nay các protease ngoại bào được nghiên cứu kỹ hơn các protease nội bào. Một số protease ngoại bào đã sản xuất trong quy mô công nghiệp và được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành kỹ nghệ khác nhau trong nông nghiệp và trong y học. Có thể thu nhận protease từ nhiều loài vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm mốc. Hiện nay trên thế giới sản xuất khoảng trên 600 tấn protease tinh khiết từ vi sinh vật, trong đó có 500 tấn từ vi khuẩn và 100 tấn từ nấm mốc. Nhịp độ sản xuất enzyme vi sinh vật ở quy mô công nghiệp ở các nước phát triển tăng trung bình hàng năm từ 5 - 15% và doanh thu sản xuất hàng năm ở các nước này khoảng 1,5 tỉ USD. Những nước có công nghệ sản xuất và ứng dụng protease tiên tiến nhất trên thế giới hiện nay là Nhật Bản, Mỹ, Anh, Pháp, Hà Lan, Trung Quốc, Đan Mạch, Đức, Áo,… Các nước này đầu tư thích đáng cho công tác nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng các chế phẩm protease của vi sinh vật. Nguồn nguyên liệu rất dồi dào để sản xuất enzyme nói chung và protease nói riêng.
Người ta sử dụng protease để sản xuất các dịch đạm thủy phân từ các phế liệu giàu protein như thịt vụn, đầu cá, da,… Dùng protease để thủy phân protein thường ít
bị hao hụt acid amin so với dùng phương pháp hóa học. Thủy phân protein bằng acid thường mất 10 - 25% các acid amin như tryptophan, tyrosin, cystein, arginin, histidin, serin, treonin.
Theo Winarno và Hwa (1964), khi sử dụng enzyme papain với nồng độ 4% để thủy phân phụ phế phẩm cá da trơn trong điều kiện nhiệt độ tối ưu là 600C, pH =5, và thời gian thủy phân là 48 giờ. Sản phẩm thủy phân chứa hàm lượng protein cao nhất là 39,03%.
Theo Diniz (1998), khi sử dụng enzyme endopeptidase từ vi khuẩn để thủy phân mô thịt cá mập (Squalus acanthias) trong 2 giờ thì lượng N thu được 76,2%.
Điều kiện để thủy phân tốt nhất là nhiệt độ 550C, pH = 8 với tỷ lệ enzyme là 40 mg/g cơ chất và hiệu suất thủy phân 18,6%.
Theo Salwanee và cộng sự (2013) khi sử dụng enzyme Alcalase thủy phân protein của nội tạng cá ngừ ở điều kiện nhiệt độ 40 trong thời gian 240 phút, pH 8 với nồng độ enzyme 1,5% thì hàm lượng protein thu được khá cao từ phụ phẩm nội tạng cá ngừ là 78,17 2,91% và hàm lượng chất béo thấp 0,23 0,15%.
Dong (2005), khi sử dụng enzyme papain để thủy phân cá mối dài thì sản phẩm thủy phân chứa 84,7% protein thô, 7,1% tro và 3,5% mỡ. Sản phẩm thủy phân chứa 20 loại acid amin, trong đó tỷ lệ của 8 loại acid amin thiết yếu chứa 41,5% lượng acid amin.
Bhaskar và Mahendrakar (2008), khi sử dụng enzyme Alcalase thủy phân chất thải nội tạng của cá Hô (Catla catla) thì kết quả cho thấy tỷ lệ enzyme là 1,5%
(v/w), pH 8,5, nhiệt độ 500C và thời gian thủy phân trong 135 phút là điều kiện tối ưu để có được mức độ thủy phân cao khoảng 50%.
Theo Mahmoudreza và cộng sự (2009), khi sử dụng enzyme Alcalase để thủy phân protein của nội tạng cá tầm trắng ở điều kiện nhiệt độ 500C trong thời gian 120 phút thì sản phẩm thủy phân có hàm lượng protein khá cao (66,43%), lipid thấp (1,34%) và hàm lượng amino acid cao.
Theo See (2011), khi dùng enzyme Alcalase với hàm lượng 2,5% để thủy phân da cá hồi trong điều kiện nhiệt độ 55,30C, pH = 8,39 cho hiệu suất thủy phân cao nhất (77,03%). Sản phẩm thủy phân chứa hàm lượng protein cao (89,53%).
Theo Muzaifa và cộng sự (2012), khi sử dụng enzyme Alcalase và Flavourzyme thủy phân phụ phẩm cá thì kết quả cho thấy, sử dụng Alcalase tạo ra lượng protein nhiều hơn (82,66%) so với 73,5% khi dùng Flavourzyme. Bên cạnh đó thì độ tan, độ tạo bọt của sản phẩm thủy phân khi dùng Alcalase cũng tốt hơn khi dùng Flavourzyme.
Theo Bagus Sediadi Bandol Utomo và cộng sự (2014), nhiệt độ tối ưu cho quá trình thủy phân phụ phế phẩm cá Tra là 600C, pH 5, enzyme papain nồng độ là 4%
(w/w) và thời gian thủy phân là 48 giờ. Kết quả thu được hàm lượng protein cao nhất của sản xuất theo điều kiện tối ưu là 39,03%.
Theo Nguyễn Thị Nếp (2005), tỷ lệ enzyme protease từ B. subtilis S5 sử dụng để thủy phân với cơ chất là phụ phẩm đầu xương cá da trơn đạt hiệu quả cao là 2,5 - 3%, nhiệt độ thủy phân thích hợp là 500C, pH = 8 và trong thời gian là 10 giờ, hiệu suất thủy phân cao nhất là 25,68%.
Theo Đặng Thị Mộng Quyên (2006) và Trần Thị Xô (2006), để thủy phân cá phèn, cá ngân dạng cá phế liệu thu được sau công đoạn fillet bằng phương pháp thủy phân kết hợp, thủy phân bằng enzyme trước, thủy phân bằng acid sau. Trong đó, sử dụng chế phẩm enzyme protease từ vi khuẩn B. subtilis C10. Kết quả với điều kiện thủy phân bằng enzyme tỷ lệ muối 3%, tỷ lệ dịch chiết enzyme 20% (dạng lỏng), tỷ lệ nước 30%, nhiệt độ 500C, điều kiện thủy phân bằng acid tỷ lệ muối 3%, nhiệt độ thủy phân 900C, thể tích HCl 7N là 20%, trung hòa bằng Na2CO3 20% cho hiệu quả thủy phân cao. Dịch đạm thu được có hàm lượng đạm tổng số 39 g/l, đạm formol 21,6 g/l, đạm amoniac 3,95 g/l.
Dương Thị Hương Giang (2006), sử dụng enzyme papain thô ly trích trực tiếp từ mủ đu đủ để thủy phân bánh dầu đậu nành tạo sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao ứng dụng trong chăn nuôi. Kết quả thí nghiệm cho thấy điều kiện tối ưu cho enzyme papain trên cơ chất bánh dầu đậu nành là nhiệt độ 550C và pH = 7. Với tỉ lệ
enzyme/cơ chất là 0,75/100 (w/w), hoạt tính đặc hiệu của enzyme là 91,12 IU/mg, thời gian thủy phân là 24 giờ cho hiệu suất thủy phân cao nhất 11,8%.
Lê Công Toàn (2007), phối trộn phế phẩm cá và mùn cưa theo các tỷ lệ 4 cá : 1 mùn cưa; 3 cá : 1 mùn cưa và 9 cá : 4 mùn cưa sau đó phun chế phẩm PMET vào các mẫu đã phối trộn với liều lượng 1 lít/m3 và đem ủ kị khí. Trong quá trình ủ có đảo trộn và phun PMET định kỳ. Kết quả cho thấy các mẫu phân phối rộng theo tỷ lệ 3 : 1 và 9 : 4 đều đạt tiêu chuẩn quy định trong sản xuất phân bón về hàm lượng chất hữu cơ và acid humic. Tuy nhiên cũng có một vài chất không đạt như hàm lượng kali vì vậy các tác giả khuyến cáo cần bổ sung thêm chất này trong quá trình ủ phân.
Võ Thị Hạnh (2009) đã nghiên cứu chế phẩm sinh học từ trùn quế để làm thức ăn cho gia súc, gia cầm, làm phân bón cho cây... Một ưu điểm nổi trội của các chế phẩm này là vẫn giữ nguyên mùi trùn tươi, các chất dinh dưỡng không bị mất đi hoặc biến chất theo thời gian. Chế phẩm BIO-BL, đã được dùng để bón cho cây trà ô long và một số cây hoa màu, cây kiểng... Kết quả sau khi sử dụng cho thấy búp trà tươi, màu sắc đẹp hơn, mùi hương của trà cũng thơm hơn. BIO-BL được tạo thành từ trùn quế tươi phối trộn với hỗn hợp vi sinh vật hữu ích và enzyme dùng trong trồng trọt, lên men tạo sản phẩm có mùi trùn, giàu đạm protein và amin cao, enzyme tiêu hóa có hoạt lực cao, vi khuẩn có lợi.
Nhóm tác giả cho biết ưu điểm của phương pháp chế biến trùn quế bằng công nghệ vi sinh là không cần dùng thiết bị đông lạnh hay thiết bị sấy nên không tốn chi phí điện, năng lượng, đem lại hiệu quả kinh tế cao. Với công nghệ đơn giản, các hộ nông dân ở các vùng xa xôi có thể áp dụng dễ dàng. Việc có thêm các chế phẩm sinh học mới có giá thành rẻ góp phần làm cho ngành chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản và trồng trọt phát triển tốt hơn.
Hiện nay, để xử lý các loại phế phẩm nông nghiệp, rác thải sinh hoạt thì có các chế phẩm như BIMA (Trichoderma), Active cleaner (xạ khuẩn Streptomyces sp nấm Trichoderma sp, vi khuẩn Bacillus sp) được sử dụng để ủ phân gia súc, chất thải hũu cơ như rơm, rạ, rác thải sinh hoạt hữu cơ (đã tách riêng rác vô cơ). Việc sử
dụng chế phẩm có thể giúp rút ngắn thời gian ủ hoai phân chuồng, phân xanh, rác từ 2 - 3 lần so với cách ủ thông thường.
Theo Phạm Đình Dũng và Trần Văn Lâm (2013), sử dụng enzyme Alcalase thủy phân phụ phẩm cá Tra trong điều kiện pH = 8, nhiệt độ 650C và thời gian là 120 phút. Sản phẩm chứa hàm lượng protein cao (N tổng số 1,94% và N formol 12,13%).