1.3.6.1. Độ hòa tan
Về phƣơng diện nhiệt động học sự hòa tan tƣơng ứng với một sự phân ly đồng thời các phân tử dung môi và các phân tử protein và tiếp đó là sự phân tán các phân tử protein vào dung môi để có một bề mặt tiếp xúc liên pha giữa protein và dung môi là tối đa. Nhƣ vậy để hòa tan đƣợc protein phải tƣơng tác với dung môi càng nhiều càng tốt. Sự hòa tan của protein phụ thuộc vào pH, lực ion, kiểu dung môi và nhiệt độ.
Khi pH cao hoặc thấp hơn điểm đẳng điện, protein sẽ tích điện âm hoặc dƣơng, khi đó các phân tử nƣớc sẽ tƣơng tác với những phần tích điện này do đó góp phần làm cho protein hòa tan. Ngoài ra các chuỗi protein mang điện tích cùng dấu sẽ đẩy nhau do đó làm cho chúng tự phân ly tự dãn mạch dễ dàng hơn.Các dung môi nhƣ etanol, axeton khi thêm vào dung dịch nƣớc
protein sẽ làm giảm hằng số điện môi của môi trƣờng. Các lực đẩy tĩnh điện giữa các phân tử protein sẽ giảm do đó làm protein tập hợp lại và kết tủa. Ngoài ra các dung môi cũng cạnh tranh với phân tử protein để giành lấy các phân tử nƣớc nên cũng làm giảm độ hòa tan của protein. Độ hòa tan của protein tăng khi nhiệt độ tăng từ 0 đến 500
C. Ở nhiệt độ cao hơn 500C, chuyển động nhiệt của các phân tử protein đủ lớn để phá vỡ các liên kết vốn làm bền cấu trúc bậc 2 và 3 của protein do đó protein sẽ tập hợp lại.
Không phải protein có độ hòa tan ban đầu cao thì có đƣợc các tính chất chức năng khác tốt. Sự hấp thu nƣớc của một protein đôi khi có thể tốt hơn khi đƣợc làm biến tính và làm “bất tan” đến một mức độ thích hợp. Chẳng hạn khả năng tạo gel của protein sẽ có đƣợc sau khi làm biến tính và làm “ bất tan” một phần. Khả năng tạo bọt và khả năng tạo nhũ tƣơng cũng liên quan đến mức độ giãn mạch, mức độ tập hợp lại và mức độ bất tan nhất định của protein. Ngƣợc lại các protein lactoserum và một số protein khác lại cần có độ hòa tan ban đầu khá cao để chúng tạo nhũ tƣơng, tạo bọt và tạo gel tốt. Có lẽ, điều lợi chủ yếu của độ hòa tan ban đầu là tạo tiền đề cho các phân tử hoặc các hạt protein khuếch tán đƣợc nhanh chóng do đó khi gel tạo ta sẽ có một kết cấu mịn và trơn. Độ hòa tan ban đầu cao cũng làm cho sự khuếch tán của protein đến bề mặt liên pha không khí/nƣớc và dầu nƣớc đƣợc dễ dàng do đó làm cho hoạt động bề mặt của protein tốt hơn[19].
Khả năng hòa tan là một trong những tính chất chức năng quan trọng nhất protein và sản phẩm thủy phân protein. Một số thuộc tính chức năng khác nhƣ nhũ tƣơng hóa và tạo bọt bị ảnh hƣởng bởi khả năng hòa tan[25].
Bột đạm thủy phân có khả năng hòa tan cao trên một phạm vi rộng của độ pH là một đặctính hữu dụng cho nhiều ứng dụng trong thực phẩm[22].
1.3.6.2.Khả năn c ống oxi hóa
Quá trình oxy hóa là quá trình tạo ra các gốc tự do và các sản phẩm khác [1].
Gốc tự do là phân tử thiếu đi một điện tử, điện tích của chúng luôn không cân bằng, có xu thế lấy điện tử từ phân tử khác và tạo ra gốc tự do mới gây ra sự rối loạn chức năng của tế bào (Afzal và Armstrong, 2002). Barry Halliwell (2001) đã chỉ ra gốc tự do ảnh hƣởng lên sức khỏe con ngƣời phổ biến theo 3 con đƣờng nhƣ: thích nghi với hệ thống chống oxy hóa, gây tổn thƣơng tế bào sống và làm chết tế bào sống trong cơ thể ngƣời. Trong đó cơ chế làm chết tế bào sống có thể là làm hoại tử hoặc làm chết tế bào sống một cách hệ thống. Những gốc nhƣ: superoxide, hydroxyl, peroxyl, alkoxyl, hydroperoxyl, nitric oxide và nitrogendioxide đƣợc coi là gốc tự do (Barry Halliwell, 2001).Theo nhiều tài liệu tham khảo cho thấy, gốc tự do đƣợc sinh ra do các tác nhân phổ biến nhƣ: Stress, chế độ dinh dƣỡng, thiếu oxy mô, bỏng, nhiễm xạ, hoá chất độc hại, nhiễm trùng, bệnh mãn tính, lao động quá sức,…(Sarma et al., 2010). Hiện nay gốc tự do đƣợc biết là nguyên nhân gây hơn 60 bệnh lý nhƣ: các bệnh do stress, ung thƣ, tim mạch, thần kinh, đục thuỷ tinh thể, thoái hoá võng mạc, viêm, bệnh do phóng xạ, não suy,... (Shailaja, 2012). Khi mắc các bệnh này thì các gốc tự do tăng cao, các chất chống oxy hoá giảm rất nhiều trong máu[3].
Khả năng chống oxy hóa
Khi sử dụng các chất chống oxy hóa, các gốc tự do sinh ra trong quá trình oxy hóa sẽ bị loại bỏ. Các chất chống oxy hóa ngoài khả năng loại bỏ gốc tự do còn giúp hạn chế tạo ra các sản phẩm thứ cấp khác. Một số chất chống oxy hóa trong tự nhiên nhƣ Tocopherol( là một chất chống oxy hóa đƣợc tách ra trong quá trình tinh luyện dầu ăn). Axid ascorbic, carotenoid (trong cà rốt, gấc cà chua…), flavanone và flavonol (trong các mô thực vật)…. Ngoài ra có thể sử dụng các chất chống oxi hóa tổng hợp nhƣ BHT, BHA, tocopherol tổng hợp, đoecylallate, TBHQ (tert-butyhydroquinone)[1].
Tuy nhiên, hiện nay, sử dụng các chất chống oxy hóa tổng hợp đang đƣợc kiểm soát nghiêm ngặt vì các nguy cơ ảnh hƣởng xấu đến sức khỏe. Chính vì vậy việc sử dụng các chất chống oxi hóa có nguồn gốc tự nhiên đang đƣợc khuyến khích sử dụng. Theo nhƣ nhiều nghiên cứu, sản phẩm thủy phân protein cá từ các loài khác nhau có thể làm chậm quá trình oxy hóa lipid và có tính khả thi để sử dụng nhƣ chất chống oxy hóa tự nhiên trong thực phẩm và các hệ thống sinh học. Quá trình thủy phân giải phóng các peptid tự do. Các peptid này có khả năng chống oxi hóa. Khả năng chống oxy hóa của các peptid liên quan đến cấu trúc của chúng. Ngƣời ta đã tìm thấy nhiều peptid khác nhau về kích thƣớc, thành phần và trình tự các acid amin. Sự khác nhau này có ảnh hƣởng đến khả năng chống oxy hóa của chúng[22,25].
1.3.6.3. Khả năn ữ nước
Rất nhiều sản phẩm thực phẩm là những hệ thống chất rắn ngậm nƣớc do đó tính chất lý hóa, tính chất lƣu biến và cả tính chất cảm quan của chúng sẽ phụ thuộc vào sự tƣơng tác của protein và các hợp phần khác với nƣớc nghĩa là phụ thuộc vào khả năng hydrat hóa. Hơn nữa các sản phẩm thực phẩm protein dạng khô khi sử dụng cũng phải đƣợc hydrat hóa. Nhƣ vậy quá trình hydrat hóa và tái hydrat hóa là rất phổ biến trong thực phẩm.
Quá trình hydrat hóa của một protein ở trạng thái khô bao gồm các giai đoạn nhƣ sau:
Protein khô Hấp thụ các phân tử nƣớc bởi các phần có cực Hấp thụ nƣớc thành một lớp dày Ngƣng tụ thành nƣớc lỏng Trƣơng nở Sovat hóa và phân tán Dung dịch
Các hạt không tan và bị trƣơng phồng.
Bốn giai đoạn đầu của quá trình hydrat hóa có liên quan với các hiện tƣợng nhƣ trƣơng nở, thấm nƣớc, giữ nƣớc, cố kết và bám dính. Giai đoạn cuối sẽ tạo ra độ phân tán độ nhớt hoặc độ đặc. Khi protein có độ hòa tan tức thời có nghĩa là các giai đoạn
đầu xảy rất nhanh chóng..
Protein tƣơng tác với nƣớc qua các nối peptit hoặc qua các acid amin của mạch bên. Các yếu tố nhƣ nồng độ, pH, nhiệt độ, thời gian, lực ion và sự có mặt của các hợp phần khác sẽ ảnh hƣởng đên tƣơng tác protein và protein – nƣớc.
Sự hấp thụ và sự giữ nƣớc của protein có vai trò rất lớn đến tính chất và kết cấu của nhiều thực phẩm. Khi nƣớc hấp thụ và làm tẩm ƣớt protein nhƣng không làm cho protein tan ra thì sẽ làm cho protein trƣơng lên do đó sẽ tạo cho thực phẩm có độ đặc, độ nhớt và bám dính[19].
1.3.6.4. Khả năn làm bền n ũ tươn
Các nhũ tƣơng là những hệ phân tán của hai chất lỏng không trộn lẫn với nhau mà một trong hai có mặt dƣới dạng những giọt nhỏ của pha bị phân tán, còn chất lỏng kia dƣới dạng pha bị phân tán liên tục. Phần nƣớc các nhũ tƣơng trong thực phẩm đều là dạng dầu trong nƣớc hoặc nƣớc trong dầu. Thuật ngữ “nƣớc” dùng để chỉ một chất lỏng có cực, ƣa nƣớc thƣờng là một dung dịch nƣớc. Còn thuật ngữ “dầu” để chỉ một chất lỏng ƣa béo.
Các protein là những chất làm bền nhũ tƣơng trong thực phẩm. Các protein đƣợc hấp thu vào bề mặt liên pha giữa các giọt dầu bị phân tán và pha nƣớc liên tục, sẽ tạo ra những tính chất cơ lý độ dày độ nhớt, độ đàn hồi, độ cứng có tác dụng chống lại sự hợp giọt. Sự ion hóa của các acid amin mạch bên của protein cũng tạo ra lực đẩy tĩnh điện làm cho độ bền của nhũ tƣơng tăng lên. Có thể là do bản chất háo nƣớc của đa số protein nên khi đƣợc hấp thụ thì phần lớn nhất của phân tử sẽ nằm về phía nƣớc của bề mặt liên pha[19].
1.3.6.5. Khả năn tạo bọt
Các bọt thực phẩm là những hệ phân tán của các bọt khí trong một pha liên tục là lỏng hoặc bán rắn có chứa một chất hoạt động bề mặt hòa tan. Trong nhiều trƣờng hợp khí là không khí ( thƣờng là khí cacbonic) và pha liên tục là một dung dịch hoặc huyền phù nƣớc chứa protein.
Sự hình thành bọt bao gồm sự khuếch tán các protein hòa tan đến bề mặt liên pha không khí/nƣớc. Tại đây chúng tự giãn mạch, tự tập trung và tự trãi ra một cách nhanh chóng để làm giảm sức căng bề mặt liên pha. Thƣờng thì các phân tử mềm dễ uốn nghèo cấu trúc bậc hai bậc ba sẽ có tác dụng một cách có hiệu quả nhƣ là một chất hoạt động bề mặt. Một sự giãn mạch thích hợp các protein hình cầu bằng cách gia nhiệt vừa phải bằng các tác nhân biến tính sẽ làm tăng khả năng tạo bọt. Thƣờng có một mối liên quan trực tiếp giữa độ ƣa béo bề mặt của một protein và khả năng làm giảm sức căng bề mặt liên pha của nó. Các dẫn xuất ƣa béo của các casein và protein khác có khả năng tạo bọt rất tốt vì chúng định hƣớng và trãi ra ở bề mặt liên pha không khí/nƣớc rất dễ dàng.
Còn để có bọt bền thì màng mỏng protein tạo thành xung quanh mỗi bọt khí phải dày, cố kết, đàn hồi liên tục và không thấm khí. Dƣờng nhƣ các protein hình cầu có khối lƣợng phân tử cao và khó bị giãn mạch ở bề mặt sẽ tạo đƣợc những màng hấp thụ dày do đó làm cho bọt bền. Có thể để tạo ra lớp bọt mỏng bền nhƣ thế thì nhiều lớp protein đã bị giãn mạch từng phần trƣớc tiên phải tự liên hợp lại với nhau ở bề mặt liên pha bằng các tƣơng tác ƣa béo và có thể bằng liên kết hydro và liên kết tĩnh điện[19].
Các protein có khả năng tạo bọt tốt là: lòng trắng trứng, globin và hemoglobin, gelatin, các protein của lactoserum, các misen casein, các protein của lúa mỳ, protein của đậu tƣơng và một số dịch thủy phân của protein. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1.4.Tình hình nghiên cứu về giá trị dinh dƣỡng, đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân protein trên thế giới và trong nƣớc
1.4.1.Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về một số đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân :
K. Elavarasan và cộng sự (2012) đã nghiên cứu hoạt tính chống oxy hóa và đặc tính chức năng của sản phẩm thủy phân protein từ cá Chép nƣớc
ngọt. Tác giả tiến hành thủy phân bằng các enzyme : Alcalase , Bromelain , Flavorzyme và Protamex. Kết quả cho thấy khả năng khử gốc tự do DPPH của sản phẩm thủy phân từ enzyme Bromelain cao hơn khi thủy phân bằng các enzyme còn lại. Ổn định nhũ tƣơng và chỉ số tạo bọt của sản phẩm thủy phân bằng enzyme Bromelain cũng cao hơn. Khả năng tạo bọt của sản phẩm thủy phân bằng enzyme Flavorzyme là tốt nhất[23].
Nabil Sousissi và cộng sự (2006) đã nghiên cứu về thuộc tính sinh hóa và chức năng của sản phẩm thủy phân từ đầu và nội tạng cá trích. Tiến hành thủy phân bằng enzyme Alcalase, dịch thủy phân đem đi sấy phun rồi xác định hàm lƣợng protein thô. Hàm lƣợng protein đạt từ 73 % đến 75 %. Hàm lƣợng chất béo thấp. Khi tăng độ thủy phân, khả năng hòa tan tăng trong khi khả năng tạo nhũ và khả năng tạo bọt lại giảm[25].
Chae (1998) ,sử dụng kết hợp 3 enzyme Neutrase, Alcalase và Flavourzyme để thủy phân protein sẽ cho độ thủy phân cao hơn khi sử dụng kết hợp hai enzyme Alcalase và Flavourzyme. Theo tác giả này, độ thủy phân đạt cao nhất khi sử dụng kết hợp 3 enzyme là 51% trong khi đó giá trị DH chỉ đạt 47% khi sử dụng hai enzyme[21].
Shamloo và cộng sự (2012) đã nghiên cứu về thành phần acid amin, khả năng khử gốc tự do DPPH của sản phẩm thủy phân protein từ cá rô phi đỏ. Sản phẩm thủy phân protein từ cá rô phi đỏ đƣợc sản xuất bằng các enzyme Alcalase, Flavourzyme, Protamex. Kết quả nghiên cứu cho thấy. Sau quá trình thủy phân, tỷ lệ các acid amin thiết yếu tăng lên trong tất cả các mẫu, khả năng khử gốc tự do DPPH mẫu thủy phân bằng enzyme Alcalase cao hơn hai mẫu còn lại, không có sự khác biệt đáng kể trong việc khử gốc tự do DPPH khi thủy phân bằng enzyme Flavourzyme và Protamex. Mức độ thủy phân của enzyme Flavourzyme thấp hơn hai enzyme Alcalase và Protamex[27].
Herpandi và cộng sự (2012) đã nghiên cứu độ thủy phân và lƣợng acid amin tryptophan tự do của sản phẩm thủy phân cá ngừ bằng các loại protease khác nhau.Sản phẩm thủy phân protein thịt cá ngừ vằn đƣợc sản xuất bằng các loại protease (Alcalase, Protamex, Neutrase và Flavourzyme) trong thời gian 60, 120,180 và 240 phút với tỷ lệ enzyme protease là 0,5, 1, 1,5 và 2% so với khối lƣợng của nguyên liệu. Kết quả cho thấy thời gian dài với tỷ lệ enzyme cao đã làm tăng độ thủy phân. Alcalase cho độ thủy phân cao nhất trong số tất cả các protease, tiếp theo là Protamex, Flavourzyme và Neutrase[24].
1.4.2.Tình hình nghiên cứu trong nước
Tại Việt Nam, những năm gần đây việc nghiên cứu các quá trình thủy phân cũng đã đƣợc quan tâm rất nhiều và đạt đƣợc những kết quả nhất định. Tuy nhiên, việc nghiên cứu về độ thủy phân, thành phần hóa, độ hòa tan và khả năng chống oxi hóa của sản phẩm thủy protein từ cá vẫn còn rất ít. Một số công trình nghiên về quá trình thủy phân:
Vũ Ngọc Bội (2004) đã nghiên cứu quá trình thủy phân cábằngenzymeprotease từB.subtilisS5.Chếphẩmproteasekỹthuậtnàycó nhiệtđộthíchhợplà550C,pHthích hợplà6,0vàcóthểsửdụngrấttốttrongthủyphâncơthịtcátạpđểsảnxuấtbộtđạm
thủyphânvàthủyphâncácơmtrongsảnxuấtnƣớcmắmngắnngày[2]. NguyễnThịMỹHƣơng(2011)đãnghiêncứusảnxuấtsảnphẩmthủyphân
proteintừđầucángừvâyvàngvà sửdụngsảnphẩmthủyphânnàytrongthứcăncho tôm.Kếtquảnghiêncứuchothấyrằng,việcbổsungbộtprotein thủyphântừđầucá ngừvàotrongthứcăn chotômđãcảithiệnsựtăngkhốilƣợngcủatôm, hệsố chuyển hóathứcăn và hiệuquảsửdụngprotein[5].
ĐỗVănNinh(2004)đãnghiêncứuthunhậnproteasetừnộitạngcávàgan
mực.Kếtquảchothấyrằngchếphẩmproteasethuđƣợctừnộitạngcávà ganmựccó nhiệtđộthíchhợptừ50-550Cvàhoàntoàncóthểsửdụngproteasenàytrongviệc
cũngnhƣbộtdinhdƣỡng.[13]
Phạm Thị Đan Phƣợng (2012) với nghiên cứu thu nhận bột đạm giàu carotenoid từ đầu tôm thẻ chân trắng bằng phƣơng pháp xử lí kết hợp hai enzymeprotease. Kết quả nghiên cứu cho thấy chế độ thủy phân sử dụng kết hợp 2 loạienzyme protease thích hợp nhƣ sau: Giai đoạn đầu xử lí bằng Alcalase ở nhiệt độ550C, pH tự nhiên, tỷ lệ Alcalase/đầu tôm là 0,2%, 2 giờ; sau đó xử lý tiếp bằngFlavourzyme: tỷ lệ Flavourzyme/đầu tôm là 0,1%, 1 giờ. Chế phẩm protein giàucarotenoid thu đƣợc phối trộn với các thành phần gia vị khác bao gồm: bộtcarotenoprotein sấy khô: 41g, muối ăn: 41g , đƣờng: 9g, mì chính: 9g để chế biến bộtcanh tôm với kết quả cảm quan tốt, sản phẩm bột nêm có màu đỏ gạch, mùi thơm hàihòa, có hƣơng thơm của tôm, vị ngọt nhẹ[14].
PGS.TSTrầnThịXôvà Ths.ĐặngThịMộngQuyên(2007)đã thựchiện đềtài: Nghiên cứu tận dụng các phế liệu để sản xuất sản phẩm dẫn mùi giàu đạm dùng trong thức ăn nuôi tôm, cá. Với công nghệ sản xuất đơn giản sử dụng chất xúc tác enzym của vi khuẩn đã phân lập đƣợc bổ sung vào phế liệu thủy sản (đầu, xƣơng cá), chúng sẽ tự tách phần thịt ra khỏi xƣơng. Với phần thịt đƣợc cô đặc giàu chất đạm trộn với thức ăn cho tôm, phần xƣơng đƣợc làm sạch, sấy khô, nghiền thành bột khoáng dùng cho chăn nuôi gia súc[15].
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU