Proteaza ñược sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như công nghiệp thực phẩm, công nghiệp nhẹ, công nghiệp dược phẩm và nông nghiệp… Trong công nghiệp chế biến thịt, proteaza ñược dùng làm mềm thịt nhờ sự
thủy phân một phần protein trong thịt, kết quả làm cho thịt có một ñộ mềm thích hợp và có vị tốt hơn. Protease ñược sử dụng ñể làm mềm thịt và tăng hương vị thịt. (ngâm thịt vào dinh dưỡng protease ở pH và nhiệt ñộ xác ñịnh- phương pháp này phổ biến và thuận lợi nhất; Tẩm hỗn hợp làm mềm thịt (enzyme, muối, bột ngọt). Tiêm dung dịch enzyme vào thịt; tiêm dung dịch enzyme vào con vật trước khi giết mổ). Sử dụng proteaza ñể sản xuất dịch ñạm: từStreptomyces fradiae tách ñược chế
phẩm keratineza thuỷ phân ñược keratin rất có giá trị ñể sản xuất dịch ñạm từ da, lông vũ. Nếu dùng axit ñể thuỷ phân sẽ mất ñi hoàn toàn các axit amin chứa lưu huỳnh, nếu dùng kiềm ñể thuỷ phân sẽ bị raxemic hoá (chuyển dạng L sang D làm
giảm giá trị sinh học của axit amin). ðể thuỷ phân sâu sắc và triệt ñể protein (trong nghiên cứu, chế tạo dịch truyền ñạm y tế) cần dùng các proteaza có tính ñặc hiệu cao và tác dụng rộng, muốn vậy người ta thường dùng phối hợp cả 3 loại protease của 3 loài: vi khuẩn, nấm mốc, thực vật với tỷ lệ tổng cộng 1- 2% khối lượng protein cần thuỷ phân. Ưu ñiểm của việc thuỷ phân proteaza bởi enzyme là bảo toàn
ñược vitamin của nguyên liệu, không tạo ra các sản phẩm phụ, không làm sẫm màu dịch thuỷ phân.
Trong chế biến thuỷ sản: Khi sản xuất nước mắm (và một số loài mắm) thường thời gian chế biến thường là dài nhất, hiệu suất thuỷ phân (ñộ ñạm) lại phụ
thuộc rất nhiều ñịa phương, phương pháp gài nén, nguyên liệu cá. Nên hiện nay quy trình sản xuất nước mắm ngắn ngày ñã ñược hoàn thiện trong ñó sử dụng chế phẩm enzyme thực vật (bromelain và papain) và vi sinh vật ñể rút ngắn thời gian làm và cải thiện hương vị của nước mắm. Tuy nhiên vẫn còn một số tồn tại cần phải hoàn thiện thêm về công nghệ.
Trong công nghiệp sữa, proteaza ñược dùng trong sản xuất phomat nhờ hoạt tính làm ñông tụ sữa của chúng. Proteaza từ một số vi sinh vật nhưA. candidus, P. roquerti, B. mesentericus,… ñược dùng trong sản xuất pho mát. Trong công nghiệp sản xuất bánh mì, bánh quy... proteaza làm giảm thời gian trộn, tăng ñộ dẻo và làm nhuyễn bột, tạo ñộ xốp và nở tốt hơn.
Trong sản xuất bia, chế phẩm proteaza có ý nghĩa quan trọng trong việc làm tăng ñộ bền của bia và rút ngắn thời gian lọc. Proteaza của A. oryzaeñược dùng ñể
thủy phân protein trong hạt ngũ cốc, tạo ñiều kiện xử lý bia tốt hơn.
Trong công nghiệp da, proteaza ñược sử dụng làm mềm da nhờ sự thủy phân một phần protein của da, chủ yếu là collagen, thành phần chính làm cho da bị cứng. Kết quả ñã loại bỏ khỏi da các chất nhớt và làm cho da có ñộ mềm dẻo nhất ñịnh, tính chất ñó ñược hoàn thiện hơn sau khi thuộc da. Trước ñây, ñể làm mềm da người ta dùng protease ñược phân lập từ cơ quan tiêu hóa của ñộng vật. Hiện nay, việc ñưa các protease tách từ vi khuẩn (B. mesentericus, B. subtilis), nấm mốc (A.
oryzae, A. flavus) và xạ khuẩn (S. fradiae, S. griseus, S. rimosus...) vào công nghiệp thuộc da ñã ñem lại nhiều kết quả và dần dần chiếm một vị trí quan trọng.
Trong công nghiêp dệt: Proteinaza vi sinh vật ñược sử dụng ñể làm sạch tơ
tằm, tẩy tơ nhân tạo (các sợi nhân tạo ñược bằng các dung dịch cazein, gelatin) ñể
sợi ñược ñược bóng, dể nhuộm. Proteaza có tác dụng thủy phân lớp protein serisin
ñã làm dính bết các sợi tơ tự nhiên, làm bong và tách rời các loại tơ tằm, do ñó làm giảm lượng hoá chất ñể tẩy trắng.
Ngoài ra, proteaza còn ñược ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều ngành khác như:
- ðiều chế dịch ñạm thủy phân dùng làm chất dinh dưỡng, chất tăng vị trong thực phẩm và sản xuất một số thức ăn kiêng.
- Proteaza của nấm mốc và vi khuẩn phối hợp với amylase tạo thành hỗn hợp enzyme dùng làm thức ăn gia súc có ñộ tiêu hóa cao, có ý nghĩa lớn trong chăn nuôi gia súc và gia cầm.
- Sản xuất keo ñộng vật, chất giặt tổng hợp ñể giặt tẩy các chất bẩn protein, sản xuất mỹ phẩm,…
1.1.7 Các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình thủy phân protein bằng enzym a. Ảnh hưởng của nồng ñộ enzym
Khi nồng ñộ enzym thấp, lượng cơ chất lớn, vận tốc phản ứng thủy phân phụ
thuộc tuyến tính vào nồng ñộ enzym. Khi nồng ñộ enzym tăng thì vận tốc tăng. Khi nồng ñộ enzym bão hòa với nồng ñộ cơ chất thì nồng ñộ enzym tăng vận tốc phản
ứng thủy phân rất ít thay ñổi.
b. Ảnh hưởng của nồng ñộ cơ chất
Khi lượng cơ chất ít, nếu tăng nồng ñộ cơ chất, tốc ñộ phản ứng thủy phân tăng nhưng không tăng vô hạn mà khi nồng ñộ cơ chất tăng quá giới hạn cho phép, vận tốc phản ứng enzym có thể giảm.
Với từng enzym nồng ñộ tới hạn của cơ chất cũng như với từng cơ chất, nồng ñộ tới hạn của từng enzym phụ thuộc vào ñiều kiện của quá trình thủy phân. Chính vì vậy, với từng enzym khi dùng ñể thủy phân một cơ chất cụ thể, trong những ñiều kiện cụ thể, cần nghiên cứu ñể xác ñịnh nồng ñọ tới hạn của enzym.
c. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ
Enzym có bản chất protein nên kém bền với nhiệt, chúng chỉ có tác dụng xúc tác trong một khoảng nhiệt ñộ thấp hơn nhiệt ñộ làm chúng bị biến tính. Trong khoảng nhiệt ñộ ñó, khi tăng nhiệt ñộ, tốc ñộ phản ứng thủy phân tăng. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ (trong khoảng giới hạn nhiệt ñộ giới hạn biến tính) ñến tốc ñộ phản
ứng thủy phân bằng enzym ñược ñặc trưng bằng hệ số:
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Với kt: hằng số tốc ñộ phản ứng tại nhiệt ñộ t
Với kt+10: hằng số tốc dộ phản ứng tại nhiệt ñộ cao hơn 100C.
Người ta ñã xác ñịnh ñược hệ số Q10 của các loại enzym trong cơ thể cá trong khoảng 2 ÷ 3, cá biệt có thể ñến 7 như phản ứng thủy phân hemoglobin trong máu cá.
Vùng nhiệt ñộ tạo cho enzym có hoạt ñộ cao nhất gọi là vùng nhiệt ñộ thích hợp của enzym, trong ñó có một giá trị nhiệt ñộ mà ởñó hoạt ñộ của enzym ñạt cực
ñại gọi là nhiệt ñộ tối thích. Với ña số enzym, vùng nhiệt ñộ thích hợp là 40 ÷ 500C. Nhiệt ñộ làm cho enzym mất hoàn toàn hoạt tính gọi là nhiệt ñộ tới hạn. ða số
enzym có nhiệt ñộ tới hạn khoảng 700C, với các enzym bền nhiệt ( bromelin; papin, …) nhiệt ñộ thích hợp có thể cao hơn nhiều.
Q10 =
kt+10 kt
Tuy nhiên với từng enzym, nhiệt ñộ thíc hợp có thể thay ñổi khi có sự thay
ñổi pH, cơ chất, thời gian phản ứng…
d. Ảnh hưởng của pH môi trường
pH có ảnh hưởng mạnh mẽ ñến quá trình thủy phân vì nó ảnh hưởng ñến mức ñộ ion hóa cơ chất, ion hóa enzym và ñộ bền của protein – enzym. ða số
enzym bền trong khoảng pH = 5 ÷ 9 và ñộ bền của chúng tăng lên khi có cơ chất, có ion Ca++.
Với nhiều enzym proteaza pH thích hợp ở vùng trung tính, nhưng cũng có một số enzym có pH thích hợp rất thấp (pepsin, proteaza acid của vi sinh vật…) hoặc khá cao như(Subtilin có pH thích hợp > 10). Với từng enzym, giá trị pH thích hợp không cố ñịnh mà phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác: nhiệt ñộ, cơ chất, dung dịch ñệm…
e. Ảnh hưởng của thời gian thủy phân
Thời gian thủy phân bởi enzym dài, ngắn khác nhau tùy thuộc vào nồng ñộ
các các chất trong nguyên liệu, mức ñộ nghiền nhỏ vật liệu, nồng ñộ dịch hỗn hợp, các ñiều kiện pH, nhiệt ñộ,… thời gian thủy phân cần ñủ dài ñể enzym phân cắt các liên kết trong cơ chất, tạo thành các sản phẩm cần thiết của quá trình thủy phân. Khi cơ chất cần thủy phân ñã hết, quá trình thủy phân kết thúc. Thời gian thủy phân phải thích hợp ñể ñảm bảo hiệu suất thủy phân cao ñồng thời ñản bảo chất lượng sản phẩm tốt.
Trong thực tế, thời gian thủy phân phải xác ñịn bằng thực nghiệm và kinh nghiệm thực tế cho từng quá trình thủy phân cụ thể.
f. Ảnh hưởng của chất kìm hãm.
Chất kìm hãm (hay các chất ức chế) là những chất mà khi trong phản ứng có sự hiện diện của chúng, enzym có thể bị giảm hoặc mất hoạt tính. Các chất này có thể là các ion, các phân tử chất vô cơ, hữu cơ. Các chất kìm hãm có thể gây biến
tính hoặc không gây biến tính protein, kìm hãm thuận nghịch hoặc không thuận nghịch, cạnh tranh hoặc không cạnh tranh.
Người ta xác ñịnh ñược với từng loại enzym, chất kìm hãm là những chất gì, cơ chế kìm hãm của từng chất, mức ñộ kìm hãm,… Khi sử dụng enzym vào từng quá trình thủy phân cụ thể, ta phải biết rõ các chất kìm hãm của nó ñể ñiều chỉnh phản ứng.
g. Ảnh hưởng của các chất hoạt hóa
Chất hoạt hóa là những chất có tác dụng làm tăng hoạt tính của enzym. Các chất này có bản chất hóa học khác nhau, có thể là ion kim loại, anion hoặc các chất hữu cơ. Tuy nhiên, các chất hoạt hóa chỉ có tác dụng trong nồng ñộ giới hạn nhất
ñịnh. Khi dùng qúa nồng ñộ cho phép, hoạt ñộ enzm sẽ giảm. Cơ chế của sự kích hoạt có thể là do các chất trên trực tiếp kết hợp với enzym, làm thay ñổi cấu trúc không gian của nó theo hướng có lợi cho hoạt ñộng xúc tác của enzym, hoặc có thể
tác ñộng gián tiếp như các yếu tốức chế ra khỏi môi trường.
h. Ảnh hưởng của hàm lượng nước.
Với phản ứng thủy phân bởi enzym thì nước vừa là môi trường phân tán enzym và cơ chất, lại vừa trực tiếp tham gia phản ứng. Nước có ảnh hưởng ñến tốc
ñộ thủy phân và chiều hướng của phản ứng thủy phân bởi enzym. Vì thế, nước là một yếu tố ñiều chỉnh phản ứng thủy phân bởi enzym. Nó có thể tăng cường hoặc
ức chế các phản ứng do enzym xúc tác. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
i. Ảnh hưởng của nồng ñộ muối ăn.
Trong quá trình thủy phân thường bổ sung muối ăn bởi muối ăn có tác dụng
ức chế hoạt ñộng của vi sinh vật gây thối rữa và các loại vi sinh vật không chịu muối.
Nếu bổ sung nồng ñộ muối loãng vào quá trình thủy phân thịt cá thì nó có tác dụng kích thích thúc ñẩy tác dụng của enzym làm cho protein bị thuy phân nhanh hơn. Nhưng nếu nồng ñộ muối bổ sung vào quá cao thì sẽ làm tê liệt hoạt ñộng của
enzym, vì bản chất hóa học của enzym cũng là protein nên cũng bị kết tủa bởi các muối trung tính bão hòa trong dung dịch. Mặt khác, khi nồng ñộ muối quá cao sẽ ảnh hưởng ñến chất lượng sản phẩm, làm sản phẩm có vị mặn.
1.2 TÌM HIỂU VỀ NGUỒN PHẾ LIỆU TÔM
1.2.1 Sản lượng phế liệu tôm.
Thủy sản nước ta ngày càng có vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Ngoài việc cung cấp một lượng lớn ñáng kể làm thực phẩm truyền thống và ña dạng cho nhân dân, một lượng nguyên liệu quan trọng cho một số ngành công nghiệp và thức ăn chăn nuôi, ngành thủy sản còn thu về một lượng ngoại tệ lớn từ
xuất khẩu.
Trữ lượng thủy sản của nước ta vào khoảng 3 ÷ 3,5 triệu tấn, mỗi năm khai thác ñược 1 ÷ 1,5 triệu tấn trong ñó có 50.000 ÷ 60.000 tấn tôm biển. Riêng vùng biển miền Trung có 50 loài tôm thuộc họ tôm he, tôm hùm, tôm rồng, tôm vỏ, tôm gai; ước tính sản lượng khai thác tự nhiên của vùng biển này trong phạm vi 50m nước là khoảng 10.000 tấn / năm. (Theo nguồn lợi thủy sản – Bộ thủy sản – 1998).
Tôm là một trong những mặt hàng thủy sản có giá trị kinh tế cao, thịt thơm ngon, dễ tiêu hóa. Nhu cầu về thực phẩm tôm trên thế giới ngày càng lớn, ñặc biệt là ở những nước phát triển. Cũng như nhiều nươc trong khu vực Châu Á – Thái Bình Dương, nguồn tôm nguyên liệu không chỉ dưa vào khai thác mà phần lớn dựa vào sản lượng tôm nuôi. Tôm nuôi càn chiếm tỉ lệ lớn trong lượng tôm nguyên liệu
ñưa vào chế biến tôm ñông lạnh. Mặt hàng tôm ñông lạnh xuất khẩuc của nước ta hiện nay chủ yếu ở 2 dạng chính: tôm vỏ (vặt ñầu, rút ruột) và tôm thịt (còn gọi là tôm nõn; bỏñầu, bỏ vỏ và rút ruột).
Trong quá trình chế biến thì các nhà máy thải ra một lượng phế liệu. Theo số
liệu sở thủy sản Khánh Hòa sản lượng tôm ñông lạnh trong các năm 1995 ÷ 2000 là 3000 ÷ 8000 tấn / năm, phế liệu tôm chiếm gần 40% (khoảng 1200 ÷ 3200 tấn). Tuy nhiên tỉ lệ phế liệu tôm và chất lượng của phế liệu còn phụ thuộc vào từng quy trình, ñối tượng tôm ñược chế biến, sản lượng nguyên liệu…
- Quy trình tôm vỏ bỏñầu ñông lạnh: tôm nguyên liệu ñược thu mua vềñem rửa, tách ñầu, rút ruột, làm sạch, phân cỡ, rửa, cân, cấp ñông. Tỷ lệ phế liệu chiếm khoảng 30%.
- Quy trình tôm thịt ñông lạnh: tôm nguyên liệu ñược thu mua về ñem rửa, bóc vỏ, bỏ ñầu, rút ruột, làm sạch, phân cỡ, xử lý, cân, cấp ñông. Tỷ lệ phế liệu chiếm khoảng 45%.
- Quy trình tôm thịt luộc ñông lạnh: tôm nguyên liệu ñược thu mua về, ñem rửa, bóc vỏ, bỏñầu, rút ruột, làm sạch, phân loại, luộc, cân, cấp ñông. Tỷ lệ phế liệu chiếm khoảng 45%.
- Quy trình tôm nguyên con ñông lạnh: tôm nguyên liệu ñược thu mua về,
ñem rửa, phân cỡ, cân. Với loại sản phẩm này, tỷ lệ phế liệu dường như không có. Như vây, sản lượng phụ phẩm tôm ngoài việc phụ thuộc vào sản lượng nguyên liệu còn phụ thuộc vào mặt hàng chế biến. ðối với dây chuyền chế biến sản xuất tôm thịt thì tỷ lệ phế liệu tôm chiếm khoảng 40 ÷ 50%. Còn ñố với sản phẩm tôm luộc ñông lạnh thì tỷ lệ phế liệu chiếm khoảng 20 ÷ 30%. ðối với sản phẩm tôm ñông lạng nguyên con thì tỷ lệ phế liệu hầu như không có.
1.2.2 Thành phần, tính chất phế liệu tôm
Trong thành phần phế liệu tôm, phần ñầu thường chiếm khoảng 35 ÷ 45% trọng lượng của tôm nguyên liệu, phần vỏ chiếm 10 ÷ 15%. Tỷ lệ này cũng còn phụ
thuộc vào giống loài, giai ñoạn sinh trưởng, mùa vụ, phương pháp chế biến… Trong phế liệu tôm có chứa những thành phần có giá trị như: protein, chitin, cacbonat canxi, sắc tố,enzym,… tỷ lệ giữa các thành phần này không ổn ñịnh.
− Protein trong ñầu tôm tồn tại dưới hai dạng:
o Dạng tự do tồn tại trong nội tạng và các cơ gắn phần vỏ.
Hàm lượng protein trong phế liệu tôm khá lớn và như chúng ta ñã biết protein có nhiều ứng dụng trong thực tế. Vì vậy song song với quá trình sản xuất chitin – chitosan thì việc thu hồi lượng protein trong quá trình sản xuất này là rất có ý nghĩa.
− Chitin: tồm tại dưới dạng liên kết với protein, khoáng và những hợp chất hữu cơ khác gây khó khăn cho việc tách chiết và tinh chế chúng.
−Canxin: trong thành phần vỏ, ñầu tôm có chứa một lượng lớn muối vô cơ, chủ yếu là cacbonat canxi.
−Sắc tố: trong vỏ tôm có nhiều sắc tố nhưng chủ yếu là Astaxanthin. Trong