Hiện nay, phế liệu tôm bao gồm cả đầu và vỏ đƣợc sử dụng chủ yếu trong chế biến chitin, chitosan và một phần nghiền ra để sản xuất thức ăn gia súc. Ngoài ra, cũng có một số nghiên cứu tách chiết chất mùi, chất màu từ phế liệu tôm.
Đối với sản xuất chitin và chitosan từ phế liệu tôm, tổng quan tài liệu cho thấy các quy trình sản xuất chitin từ phế liệu tôm ở quy mô lớn chủ yếu sử dụng phƣơng pháp hóa học (Trang Sĩ Trung, 2008) [12]. Trong đó, các công đoạn xử lý đều đƣợc sử dụng bằng hóa chất tùy theo loại nguyên liệu, công nghệ và yêu cầu về chất lƣợng sản phẩm chitin và chitosan mà các điều kiện xử lý sẽ khác nhau. Thông thƣờng, quá trình khử protein từ phế liệu thủy sản nói chung và tôm nói riêng có thể thực hiện với nhiều hóa chất nhƣ NaOH, Na2CO3, NaHCO3, KOH, K2CO3, Ca(OH)2. Trong đó, NaOH đƣợc sử dụng phổ biến ở nồng độ 1 đến 10%, nhiệt độ phòng hoặc nhiệt độ cao có khi lên đến 100oC, thời gian xử lý từ vài giờ đến vài ngày. Tùy theo tính chất của nguyên liệu mà chúng ta có thể chọn chế độ để khử protein phù hợp (Trang Sĩ Trung và cộng sự, 2010) [13].
Phƣơng pháp hóa học có ƣu điểm nhƣ nhanh, đơn giản, dễ thực hiện ở quy mô lớn. Tuy nhiên, phƣơng pháp hóa học cũng có nhiều nhƣợc điểm nhƣ sản phẩm chitin, chitosan có phân tử lƣợng thấp, độ nhớt thấp. Bên cạnh đó, các qui trình này thƣờng tạo ra một lƣợng hóa chất thải lớn gây ô nhiễm môi trƣờng trầm trọng (Trang Sĩ Trung và cộng sự, 2010) [13]. Đồng thời, quy trình sử dụng phƣơng pháp pháp hóa học chỉ
tập trung thu hồi chitin, chớ không định hƣớng thu protein trong dịch thủy phân vì protein trong dịch thủy phân bằng phƣơng pháp hóa học thƣờng bị hƣ hỏng nặng, khó có thể tận dụng trong chế biến thức ăn cho ngƣời và động vật. Do đó, đối với quá trình sản xuất chitin, chitosan bằng phƣơng pháp xử lý hóa học chỉ có thể thu đƣợc protein có chất lƣợng thấp, chỉ có thể tận dụng để chế biến phân bón hữu cơ.
Trong những năm gần đây, để cải tiến quy trình sản xuất chitin từ phế liệu tôm, thay thế việc sử dụng hóa chất, nâng cao chất lƣợng chitin, chitosan và giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng, Trần Thị Luyến và Trang Sĩ Trung đã nghiên cứu ứng dụng nhiều enzyme protease nhƣ papain, Flavourzyme, Alcalase để khử protein trong quy trình sản xuất chitin từ phế liệu tôm [5, 12]. Trong các quy trình này, quá trình khử protein đƣợc thực hiện bằng enzyme protease để thay thế xử lý bằng NaOH. Việc sử dụng papain cho phép hạn chế ô nhiễm môi trƣờng và sử dụng có hiệu quả lƣợng papain dồi dào thu nhận từ thực vật. Ngoài ra, protein trong dịch thủy phân có thể sử dụng bổ sung vào thức ăn động vật thủy sản (Phạm Thị Đan Phƣợng và cộng sự, 2008) [8].
Nhƣ vậy, nguồn phế liệu đầu tôm hiện nay chủ yếu đƣợc sử dụng để sản xuất sản phẩm chitin và chitosan (Trần Thị Luyến, 2000; 2004; Trang Sĩ Trung, 2008) [5, 6, 12], mà chƣa đƣợc tập trung nghiên cứu đầy đủ về việc thu hồi bột đạm giàu carotenoid. Ngoài ra, các quy trình sản xuất thực tế thì sử dụng phƣơng pháp hóa học, xử lý ở nồng độ cao, thời gian dài nên ảnh hƣởng đến chất lƣợng protein, làm hƣ hỏng lƣợng caroteinoid có trong nguyên liệu. Một số nghiên cứu ứng dụng phƣơng pháp sinh học (sử dụng vi sinh vật, enzyme protease) đã đƣợc nghiên cứu nhƣng chủ yếu tập trung ở quy mô phòng thí nghiệm, thời gian xử lý dài, chất lƣợng protein thu nhận thấp. Do đó, việc thu hồi và sử dụng bột đạm giàu carotenoid cùng với sản phẩm chitin chƣa đƣợc nghiên cứu đầy đủ nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên và sản xuất sản phẩm giá trị gia tăng từ phế liệu tôm.
Ngoài việc sử dụng phế liệu tôm để sản xuất chitin nhƣ đã trình bày ở trên, còn có một số nghiên cứu sử dụng phế liệu tôm để chiết chất mùi, hƣơng vị và chiết rút astaxanthin.
Vũ Ngọc Bội và cộng sự [2] đã nghiên cứu tiến hành sử dụng protease từ đầu tôm sú để cải thiện khả năng chiết tách chất mùi từ phế liệu tôm, ghẹ trƣớc khi xử lý bằng các loại dung môi khác nhau (dung dịch NaCl 0,9%; glycerin; sorbitol). Kết quả
cho thấy dịch chiết chất mùi thu đƣợc có cƣờng độ mùi cao hơn so với khi không xử lý enzyme. Ngoài ra, astaxanthin cũng đƣợc Hoàng Thị Huệ An [1] nghiên cứu chiết xuất từ phế liệu vỏ tôm bằng dung môi, tuy nhiên, một số vấn đề cần đề xuất là tiếp tục nghiên cứu các biện pháp nâng cao hiệu suất thu hồi astaxanthin cũng nhƣ giá thành sản phẩm.
Nói chung, các nghiên cứu đƣợc đề cập ở trên chỉ tập trung vào thu hồi một sản phẩm chính là chitin, hoặc astaxanthin, hoặc chất mùi từ phế liệu tôm hoặc có thu hồi protein chứa astaxanthin nhƣng với định hƣớng sử dụng làm thức ăn cho động vật thủy sản. Chƣa có nghiên cứu nào tiến hành thu nhận sản phẩm bột protein giàu carotenoid nhƣ là một sản phẩm chính, chất lƣợng cao và có tính chức năng, đáp ứng yêu cầu ứng dụng vào chế biến sản phẩm phụ gia thực phẩm và chất dinh dƣỡng.
Bên cạnh đó, các nghiên cứu đã triển khai hầu hết tập trung vào việc thu nhận sản phẩm chitin chất lƣợng cao từ phế liệu tôm (bao gồm cả đầu và vỏ) trên đối tƣợng tôm sú và tôm thẻ. Các quá trình xử lý khử protein chỉ sử dụng enzyme protease nhằm thay thế hóa chất để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trƣờng. Kết quả cho thấy các nghiên cứu trên xử lý bằng enzyme nhƣng ở thời gian dài (4-6 giờ, nhiệt độ tƣơng đối cao (70÷80oC)) để đáp ứng đƣợc yêu cầu loại protein trong sản xuất chitin. Vì protein không đƣợc ƣu tiên thu nhận nên protein thƣờng chất lƣợng thấp không cao, chỉ có thể ứng dụng trong chế biến thức ăn gia súc. Hơn nữa, carotenoid đƣợc thu nhận cùng với protein từ phế liệu tôm chƣa đƣợc quan tâm nghiên cứu đúng mức.
Năm 2011, Nguyễn Lệ Hà đã nghiên cứu tách chiết và ứng dụng chế phẩm enzyme protease từ đầu tôm sú vào mục đích thủy phân phế liệu đầu và vỏ tôm sú để thu nhận bột carotenoprotein với hàm lƣợng protein (70,7%) và carotenoid cao (0,706 mg/g). Trong quy trình này tỷ lệ chế phẩm enzyme sử dụng là 4,5%, nhiệt độ xử lý ở 53oC trong 10 giờ [4]. Chất lƣợng của bột carotenoprotein đƣợc đánh giá ban đầu về cảm quan và thành phần hóa học đạt kết quả tốt phù hợp cho mục đích ứng dụng chế biến thực phẩm. Bột carotenoprotein giàu đạm, giàu acid amin mà còn chứa hàm lƣợng carotenoid – astaxanthin, hợp chất chống oxy hóa từ thiên nhiên mang lại lợi ích về sức khỏe con ngƣời.
Bảng 1.11. Thành phần hóa học cơ bản của carotenoprotein thu nhận từ đầu và vỏ tôm sú [4] Thành phần Hàm lƣợng Protein* 70,68 ± 0,36 Lipid* 16,89 ± 0,23 Khoáng* 6,37 ± 0,18 Chitin* 3,25 ± 0,11 Carotenoid (mg/g) 0,7056 ± 0,0257
* Kết quả tính theo hàm lượng chất khô tuyệt đối.
Bảng 1.12. Thành phần acid amin của carotenoprotein thu nhận từ đầu và vỏ tôm sú [4] Thành phần Hàm lƣợng* (%) Thành phần Hàm lƣợng* (%) Alanin 0,95 Methionin 1,04 Glycine 2,12 4-hydroxyproline 0,77 Valine 1,26 Glutamine 3,51 Leucine 0,72 Phenylalanine 2,66 Isoleucine 1,71 Lysine 0,86 Threonine 0,39 Histidine 2,79 Serine 0,5 Tyrosine 3,38 Proline 1,13 Asparagine 1,40
* Kết quả tính theo hàm lượng chất khô tuyệt đối.