Tài liệu Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm trứng cầu gai lên men tự nhiên

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung thực hiện của luận văn này là kết quả nghiên cứu của bản thân, không sao chép kết quả nghiên cứu của bất kì người nào khác. Tôi xin chịu trách nhiệm hoàn toàn nếu có bất kì sự gian dối nào. Người cam đoan Phạm Thị Thùy ii LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Nha Trang cùng các thầy cô đã giảng dạy, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và học tập tại trường. Xin cảm ơn Phòng đào tạo Đại học và Sau Đại học; Phòng Khoa học Công nghệ và Hợp tác quốc tế; Khoa Chế biến; Viện nghiên cứu Công nghệ sinh học và Môi trường; Thư viện; Phòng thí nghiệm Chế biến thủy sản; Phòng thí nghiệm Công nghệ thực phẩm; Phòng thí nghiệm Hóa sinh; Phòng thí nghiệm Công nghệ sinh học; Phòng thí nghiệm Nhiệt lạnh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và hỗ trợ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài nghiên cứu. Xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Anh Tuấn – người đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện tốt và động viên tinh thần cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu đề tài. Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè thân thiết đã luôn ủng hộ, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Xin trân trọng cảm ơn! Học viên thực hiện Phạm Thị Thùy iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................................1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .................................................................................4 1.1 TỔNG QUAN VỀ CẦU GAI VÀ TRỨNG CẦU GAI ................................... 4 1.1.1 Tên gọi Cầu Gai.................................................................................4 1.1.2 Phân loại Cầu Gai ..............................................................................4 1.1.3 Đặc điểm sinh học Cầu Gai................................................................4 1.1.4 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của trứng Cầu Gai .......... 10 1.2 TỔNG QUAN VỀ LÊN MEN VÀ SẢN PHẨM THỦY SẢN LÊN MEN ... 11 1.2.1 Giới thiệu về lên men ....................................................................... 11 1.2.2 Sản phẩm thủy sản lên men.............................................................. 15 1.3 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHẾ BIẾN TRỨNG CẦU GAI ........................ 19 1.3.1 Phương pháp chế biến trứng Cầu Gai tổng quát .................................... 19 1.3.2 Một số phương pháp chế biến trứng Cầu Gai trên thế giới................ 19 1.3.3 Một số phương pháp chế biến trứng Cầu Gai trong nước ................. 22 1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, CHẾ BIẾN CẦU GAI VÀ TRỨNG CẦU GAI TRONG, NGOÀI NƯỚC........................................................................................... 23 1.4.1 Trên thế giới .................................................................................... 23 1.4.2 Trong nước ...................................................................................... 23 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...................... 25 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU........................................................................ 25 2.1.1 Cầu Gai Sọ Dừa ............................................................................... 25 2.1.2 Phụ liệu............................................................................................ 26 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................................................................. 26 2.2.1 Phương pháp tổng thể ...................................................................... 26 2.2.2 Phương pháp tối ưu hóa các thông số kỹ thuật.................................. 26 2.2.3 Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm ........................................... 26 2.2.4 Phương pháp phân tích..................................................................... 26 2.2.5 Thiết bị và dụng cụ sử dụng để thực hiện thí nghiệm........................ 27 2.3 BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM................................................................................... 28 iv 2.3.1 Sơ đồ quy trình nghiên cứu .............................................................. 28 2.3.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát ..................................................... 30 2.3.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm chi tiết ......................................................... 31 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................ 40 3.1 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA CẦU GAI KHAI THÁC TẠI VÙNG BIỂN KHÁNH HÒA............................................................................. 40 3.1.1 Kết quả thí nghiệm xác định TPKL của Cầu Gai ................................... 40 3.1.2 Kết quả thí nghiệm xác định TPHH cơ bản của trứng Cầu Gai .............. 40 3.2 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THÍCH HỢP CHO QUY TRÌNH .. 42 3.2.1 Kết quả thí nghiệm xác định thời gian xử lý cồn thích hợp .................... 42 3.2.2 Kết quả thí nghiệm xác định tỉ lệ muối thích hợp................................... 43 3.2.3 Kết quả thí nghiệm xác định loại rượu thích hợp.................................... 46 3.2.4 Kết quả thí nghiệm xác định tỉ lệ đường thích hợp................................. 47 3.2.5 Kết quả thí nghiệm xác định tỉ lệ rượu thích hợp ................................... 48 3.2.6 Kết quả thí nghiệm xác định chế độ lên men thích hợp .......................... 49 3.3 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ............................................................. 56 3.3.1 Sơ đồ quy trình:..................................................................................... 58 3.3.2 Thuyết minh quy trình: .......................................................................... 57 3.4 KẾT QUẢ SẢN XUẤT THỬ THEO QUY TRÌNH TÌM ĐƯỢC ...................... 59 3.4.1 Đánh giá chất lượng sản phẩm............................................................... 59 3.4.2 Xây dựng định mức tiêu hao nguyên liệu, dự tính giá thành sản phẩm... 61 3.5 PHÂN TÍCH TÍNH KHẢ THI CỦA QUY TRÌNH............................................. 62 3.5.1 Phân tích tính khả thi về mặt kĩ thuật ..................................................... 62 3.5.2 Phân tích tính khả thi về mặt kinh tế ...................................................... 63 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN .................................................................. 64 I. KẾT LUẬN............................................................................................................. 64 II. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN ............................................................................................... 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................... 65 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CLCQ: Chất lượng cảm quan Naa: Ni tơ acid amin N.NH3: Ni tơ NH3 QHTN: Quy hoạch thực nghiệm QTCN: Quy trình công nghệ TPHH: Thành phần hóa học TPKL: Thành phần khối lượng VSV: Vi sinh vật W: Độ ẩm vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần hóa học của trứng Cầu Gai ................................................. 10 Bảng 1.2: Tên gọi của các sản phẩm lên men theo nước sản xuất .......................... 16 Bảng 2.1: Bố trí thí nghiệm theo QHTN 2 yếu tố, xác định các thông số thích hợp cho công đoạn lên men .......................................................................... 39 Bảng 3.1: TPHH cơ bản của trứng Cầu Gai ........................................................... 40 Bảng 3.2: Thành phần acid amin của trứng Cầu Gai .............................................. 41 Bảng 3.3: So sánh giữa TPHH cơ bản của trứng Cầu Gai với trứng một số loài thủy sản khác ................................................................................................. 41 Bảng 3.4: Kết quả ma trận thực nghiệm yếu tố toàn phần 2k mở rộng.................... 54 Bảng 3.5: Kết quả thí nghiệm tại tâm phương án .................................................. 55 Bảng 3.6: Kết quả tối ưu hàm lượng Naa trong công đoạn lên men......................... 55 Bảng 3.7: Điểm cảm quan của sản phẩm sản xuất thử theo quy trình tìm được ...... 59 Bảng 3.8: TPHH cơ bản của sản phẩm sản xuất thử theo quy trình tìm được ......... 60 Bảng 3.9: Kết quả phân tích thành phần acid amin của sản phẩm sản xuất thử theo quy trình tìm được ................................................................................. 60 Bảng 3.10: Kết quả kiểm tra VSV của sản phẩm sản xuất thử theo quy trình tìm được....................................................................................................... 61 Bảng 3.11: Định mức tiêu hao nguyên vật liệu ...................................................... 61 Bảng 3.12: Dự tính giá thành sản phẩm ................................................................. 62 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cầu Gai Sọ Dừa. ......................................................................................6 Hình 1.2: Cầu Gai bút chì (Nhum đá). .....................................................................6 Hình 1.3: Cầu Gai đen. ............................................................................................7 Hình 1.4: Cầu Gai Echinothrix calamaris.................................................................6 Hình 1.5: Cầu Gai Diadema antillarum....................................................................6 Hình 1.6: Cầu Gai Heterocentrotus trigonarius. .......................................................7 Hình 1.7: Cấu tạo của Cầu Gai. ...............................................................................7 Hình 1.8: Tuyến sinh dục của Cầu Gai. ...................................................................8 Hình 1.9: Hình ảnh Cầu Gai con............................................................................ 10 Hình 1.10: Món Uni sushi ..................................................................................... 21 Hình 1.11: Món Uni - pasta ................................................................................... 21 Hình 1.12: Món Mako-uni ..................................................................................... 21 Hình 1.13: Món Sea urchin panna cotta ................................................................. 21 Hình 1.14: Món Sea-Urchin Sandwich .................................................................. 22 Hình 1.15: Món Sea Urchin Spaghetti ................................................................... 22 Hình 2.1: Cầu Gai Sọ Dừa. .................................................................................... 25 Hình 3.1 TPKL của Cầu Gai.................................................................................. 40 Hình 3.2: Ảnh hưởng của thời gian xử lý cồn tới giá trị cảm quan của sản phẩm trứng Cầu Gai lên men ............................................................................ 42 Hình 3.3: Ảnh hưởng của tỉ lệ muối tới giá trị cảm quan của sản phẩm trứng Cầu Gai lên men ............................................................................................ 43 Hình 3.4: Ảnh hưởng của tỉ lệ muối tới hàm lượng Naa, N.NH3 của sản phẩm trứng Cầu Gai lên men ..................................................................................... 44 Hình 3.5: Ảnh hưởng của tỉ lệ muối và thời gian lên aw của sản phẩm trứng Cầu Gai lên men ............................................................................................ 44 Hình 3.6: Ảnh hưởng của loại rượu tới giá trị cảm quan của sản phẩm trứng Cầu Gai lên men ............................................................................................ 46 Hình 3.7: Ảnh hưởng của tỉ lệ đường tới giá trị cảm quan của sản phẩm trứng Cầu Gai lên men ............................................................................................ 47 viii Hình 3.8: Ảnh hưởng của tỉ lệ rượu tới giá trị cảm quan của sản phẩm trứng Cầu Gai lên men ............................................................................................ 48 Hình 3.9: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men tới giá trị cảm quan của sản phẩm trứng Cầu Gai lên men ..................................................................................... 49 Hình 3.10: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men tới hàm lượng Naa, N.NH3 của sản phẩm trứng Cầu Gai lên men .................................................................. 49 Hình 3.11: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian tới aw của sản phẩm trứng Cầu Gai lên men ............................................................................................ 50 Hình 3.12: Ảnh hưởng của thời gian lên men tới giá trị cảm quan của sản phẩm trứng Cầu Gai lên men ............................................................................ 52 Hình 3.13: Ảnh hưởng của thời gian lên men tới hàm lượng Naa, N.NH3 của sản phẩm trứng Cầu Gai lên men .................................................................. 52 Hình 3.14: Ảnh hưởng của thời gian lên men tới aw của sản phẩm trứng Cầu Gai lên men......53 Hình 3.15: Nguyên liệu Cầu Gai............................................................................ 57 Hình 3.16: Cầu Gai đã được tách một phần vỏ và nội tạng .................................... 57 Hình 3.17: Phần vỏ và nội tạng của Cầu Gai.......................................................... 58 Hình 3.18: Trứng Cầu Gai sau khi được làm sạch.................................................. 58 Hình 3.19: Sản phẩm Trứng Cầu Gai lên men ....................................................... 59 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Ở Việt Nam, Cầu Gai được sử dụng chủ yếu là để ăn tươi, các sản phẩm chế biến từ trứng Cầu Gai chưa phổ biến, mới chỉ một vài địa phương sử dụng trứng Cầu Gai để chế biến thành một số sản phẩm như: cháo Cầu Gai (Phan Thiết); mắm Cầu Gai, chả Cầu Gai (Trung Bộ)… Các nước phát triển trên thế giới chế biến và tiêu thụ trứng Cầu Gai rất nhiều, các sản phẩm làm từ trứng Cầu Gai đã trở nên quen thuộc, đặc biệt là ở Nhật Bản, các nước Châu Âu, Nam Mỹ. Thời xa xưa, người Hy Lạp và La Mã đã biết thưởng thức món Cầu Gai, họ thường dọn món này trong các bữa tiệc, ăn chung với sò huyết. Một số nghiên cứu về Cầu Gai cho thấy: thành phần ăn được của Cầu Gai (tuyến sinh dục hay thường gọi là trứng) có giá trị dinh dưỡng và giá trị dược học rất cao. Các nhà nghiên cứu hiện nay đang dùng Cầu Gai để tìm hiểu về các bệnh như ung thư, Alzheimer's, Parkinson và bệnh teo cơ (muscular dystrophy). Bởi vì có khá nhiều di thể trong Cầu Gai liên hệ đến các bệnh Alzheimer, Parkinson và một số di thể gây ung thư nơi người. Vấn đề hiếm muộn cũng có thể có giải đáp từ các nghiên cứu về Cầu Gai (mỗi Cầu Gai cái có thể sản xuất đến 20 triệu trứng). Ngoài ra, tuy Cầu Gai không có mắt, tai hay mũi nhưng chúng lại có những di thể mà con người có để tạo ra thị giác, thính giác và khứu giác (ScienceDaily March 1, 2007). Trong trứng Cầu Gai còn có các sắc tố thuộc nhóm fucoxanthin (như fuco xanthol và amarouciaxanthin A), nhóm carotenoid (lutein, beta-carotene); hợp chất loại cannabinoid: anandamide có tác dụng kích thích thần kinh. Trứng Cầu Gai còn là món ăn rất tốt cho sức khỏe sinh sản của nam giới. Từ đó thấy rằng trứng Cầu Gai là nguồn nguyên liệu để chế biến các sản phẩm thơm ngon, có giá trị dinh dưỡng cao. Vì vậy rất cần thiết để nghiên cứu chế biến các sản phẩm từ trứng Cầu Gai Mặt khác, hiện nay trên toàn thế giới đang bùng phát nhiều loại bệnh dịch nguy hiểm như: cúm gà, bệnh lở mồm long móng ở lợn, bệnh bò điên và gần đây nhất 2 mới xuất hiện thêm bệnh cúm heo. Vì vậy, các sản phẩm được chế biến từ những nguồn nguyên liệu này hầu như bị ngừng chế biến trong những thời điểm có bệnh dịch. Vì vậy việc tìm ra nhiều sản phẩm mới bổ dưỡng, an toàn đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trở nên cấp thiết Vì lí do trên luận văn này chọn đề tài “Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm trứng Cầu Gai lên men tự nhiên” để góp phần vào việc đưa trứng Cầu Gai thành món ăn quen thuộc, bổ dưỡng, góp phần mang lại sự phong phú và đa dạng cho các sản phẩm làm từ Cầu Gai nói riêng và sản phẩm thủy sản nói chung, giúp người tiêu dùng có thêm lựa chọn. 2. Mục tiêu của đề tài Xây dựng được quy trình công nghệ (QTCN) sản xuất sản phẩm trứng Cầu Gai lên men tự nhiên, với các thông số thích hợp, tạo ra được sản phẩm đảm bảo chất lượng vệ sinh và an toàn thực phẩm 3. Ý nghĩa khoa học của đề tài  Góp thêm các dẫn liệu khoa học về thành phần cơ bản của Cầu Gai, trứng Cầu Gai.  Tạo thêm tài liệu tham khảo về công nghệ chế biến trứng Cầu Gai cho những người công tác trong ngành công nghệ thực phẩm, thủy sản 4. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài  Tạo ra sản phẩm mới từ trứng Cầu Gai, làm phong phú thêm các mặt hàng cho ngành chế biến thủy sản.  Góp phần khai thác, sử dụng có hiệu quả nguồn tài nguyên thủy sản. 3 5. Nội dung nghiên cứu  Xác định TPKL của Cầu Gai và TPHH cơ bản của trứng Cầu Gai khai thác tại vùng biển Khánh Hòa.  Xác định các thông số thích hợp cho quy trình.  Sản xuất thử theo quy trình tìm được, đánh giá chất lượng sản phẩm, xây dựng định mức tiêu hao nguyên liệu, giá thành sản phẩm và phân tích tính khả thi của quy trình. 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ CẦU GAI VÀ TRỨNG CẦU GAI 1.1.1 Tên gọi Cầu Gai [24] Cầu Gai (hay còn gọi là Nhum biển, chôm chôm); Cầu Gai nhìn giống như một con nhím nhỏ, vỏ có gai tua tủa về mọi phí, vì vậy nó có tên tiếng Anh là Sea urchin (Urchin là danh từ tiếng Anh cổ có nghĩa là con Nhím; Sea urchin là Nhím biển). Tên gọi của Cầu Gai ở một số nước: Âu Mỹ: Oursin; Pháp: Châtaigne de mer; Ðức: Seeigel; Ý: Riccio di mare; Tây Ban Nha: Erizo de mar; Hy Lạp: Achinós; Nhật: Uni; Philippines: Tinikangitim; Miến Điện: ye-khu; Hong Kong: hoy daam. 1.1.2 Phân loại Cầu Gai Cầu Gai thuộc ngành động vật da gai (Echinodermata), lớp Cầu Gai (Echinoidea); có hai phân lớp: Cầu Gai đều (Regularia) xuất hiện vào kỉ Silua, Cầu Gai không đều (Regualaria) xuất hiện vào kỉ Jura. Cầu Gai có khoảng 800 loài hiện sống và 2.500 loài đã tuyệt chủng. Ở vùng biển Việt Nam, thường gặp Cầu Gai ở bờ đáy đá, các vùng san hô. Hiện đã biết hơn 70 loài thuộc các chi Salmacis, Temnopleurus, Diadema, Clypeaster. Các loài thường gặp: Diadema setosum, Tripneustes gratilla, Peronella orbicularis, Clypeaster reticulates [20]. Một số loài có giá trị kinh tế cao như: Strongylocentrotus (Cầu Gai xanh), S. nudues (Cầu Gai đỏ), Tripneustes gratilla (Cầu Gai sọ dừa) [7], Diadema setosum (Cầu gai đen), Heterocentrotus mammillatus (Cầu gai bút chì hay Nhum Đá) [5]. 1.1.3 Đặc điểm sinh học Cầu Gai a. Phân bố  Trên thế giới Cầu Gai có mặt ở hầu hết các vùng biển trên toàn thế giới và thường phân bố theo chiều thẳng đứng từ vùng giữa triều đến vùng biển khơi, sâu ở mức 5000m. Sống trên thềm biển và vùi trong cát biển. Tại Ðịa Trung Hải, Cầu Gai ăn được nổi tiếng nhất là Paracentrotus lividus; tại vùng biển Bắc Ðại Tây Dương, từ eo biển Anh quốc sang đến New Jersey (Hoa Kỳ), loài thường gặp nhất là Strongylocentrus droebachiensis; xa hơn về phía Nam 5 Ðại Tây Dương, có nhiều loại Cầu Gai nhỏ hơn, ít ăn được (trừ loài Cidaris tribuloides trong vùng West Indies); dọc ven Thái Bình Dương từ Vancouver xuống đến Baja có Cầu Gai tím; tại Ðông Nam Á, đa số Cầu Gai chỉ to bằng cỡ quả táo tây, loài Diadema setosum tuy rất dồi dào nhưng cũng chỉ được tiêu thụ tại một số địa phương (ngay tại Thái Lan loài này chỉ được dân tại đảo Kor Samuy ăn) [24]. Tại 7 vị trí san hô xung quanh đảo Taiping (còn có tên là đảo Itu – Aba, thuộc quần đảo trường Sa) đã phát hiện 6 loài Cầu Gai thuộc các họ: Diadematidae, Stomopneustidae, Toxopneustidae và Echinometridae [5].  Ở Việt Nam Tại các vùng biển của Việt Nam cũng đã phát hiện được nhiều loài Cầu Gai: Ở vùng biển Côn Đảo, phát hiện được 13 loài thuộc 9 họ, bao gồm: họ Cidaridae (Eucidaris metularia), họ Echinothuridae (Asthenosoma varium), họ Diadematidae (Diadema setosum, Eremopyga denudate, Echinothrix calamaris), họ Temnopleuridae (Temnopleurus toreumaticus), họ Toxopneustidae (Toxopneustes pileolus, Tripneustes gratilla), họ Echinometridae (Echinometra mathaei), họ Echinoneidae (Echinoneus cyclostomus), họ Clypeasteridae (Clypeaster humilis) và họ Brissidae (Brissus latecarinatus, Metalia sternalis). Tại 8 điểm rạn và 2 điểm đáy cát ở Vịnh Nha Trang phát hiện được 7 loài Cầu Gai: Diadema savignyi, Diadema setosum, Echinothrix calamaris, Echinothrix diadema, Toxopneustes pileolus, Tripneustes gratilla và Lovenia elongate (Diadema setosum là loài chiếm ưu thế nhất, chiếm 74% số cá thể thu được và mật độ chung là 100,55 ± 80 cá thể/400 m2 ). Tại vùng biển vịnh Vân Phong - Bến Gỏi và vịnh Thái Lan phát hiện được loài Heterocentrotus mammillatus (Cầu gai bút chì) là loài có giá trị kinh tế cao (làm thuốc và làm hàng mỹ nghệ [5]. Ở vùng biển của Phú Yên, Khánh Hoà (đặc biệt là ở huyện đảo Trường Sa), Ninh Thuận, Bình Thuận và Côn Đảo đều có loài Tripneustes gratilla (Cầu Gai sọ dừa) là loài thường được sử dụng để chế biến làm món ăn nhất. Riêng ở vùng ven biển Phan Thiết (Bình Thuận) được xem là xứ của Cầu Gai do đó có một số địa danh liên hệ đến Cầu Gai như: sông Nhum, cầu Nhum, bến Nhum… [16]. 6 b. Hình dạng, kích thước, cấu tạo Cầu Gai có hình dạng, kích thước rất phong phú, thay đổi tùy theo loài và độ tuổi. Cầu gai đực và Cầu gai cái có hình dạng bên ngoài rất giống nhau, chỉ có thể phân biệt đực và cái bằng tuyến sinh dục dưới kính hiển vi. Nhìn chung cơ thể Cầu Gai thường có dạng hình cầu và dạng bán cầu [20]; trung bình đường kính của một con Cầu Gai trưởng thành khoảng 10 cm [15]; loài có kích thước lớn nhất là Strongylocentratus franciscanus, đường kính khoảng 18 cm [17]. Dưới đây là hình ảnh một số loài Cầu Gai thường gặp ở Việt Nam và trên thế giới: Hình 1.1: Cầu Gai Sọ Dừa. Cầu Gai Sọ Dừa Tripneustes gratilla [20] phân bố ở vùng biển của Phú Yên, Khánh Hòa, Côn Đảo, Đà Nẵng. Hình 1.4: Cầu Gai Echinothrix calamaris. Hình 1.2: Cầu Gai bút chì (Nhum đá). Cầu Gai bút chì Heterocentrotus mammillatus phân bố ở vùng biển của Phú Yên, Khánh Hòa, Trường Sa [5]. Hình 1.5: Cầu Gai Diadema antillarum. Cầu Gai Diadema antillarum phân bố ở vùng biển của Florida [14]. Cầu Gai Echinothrix calamaris phân bố ở vùng Ấn Độ - Tây Thái Bình Dương [14]. 7 Hình 1.3: Cầu Gai đen. Cầu Gai đen Diadema setosum phân bố ở vùng ven biển miền Trung, vịnh Bắc Bộ, Trường Sa, Côn Đảo, Phú Quốc [5]. Hình 1.6: Cầu Gai Heterocentrotus trigonarius. Cầu Gai Heterocentrotus trigonarius phân bố ở vùng biển của Hawaii [14]. Cấu tạo của Cầu Gai gồm: vỏ ngoài cứng do chất đá vôi tạo thành; trên bề mặt của vỏ có rất nhiều gai cứng, các chân ống xếp thành 5 hàng đôi. Miệng của Cầu Gai nằm ở mặt dưới do một lớp màng mỏng gọi là màng bọc miệng tạo thành và phồng lên thành dạng hình cung, bên trong có 5 mảnh xương nhỏ như là răng ở các loài động vật khác [20] . Đa số miệng của Cầu Gai nằm ở giữa trung tâm của bề mặt chứa lỗ miệng hoặc hướng về một phía ở những loài có cấu trúc không cân xứng. Ở mặt trên, đối diện với lỗ miệng là khu vực bao quanh lỗ hậu môn; khu vực này bao gồm các tấm cứng, số lượng các tấm thay đổi tùy theo loài [14]. Khu vực phía dưới Khu vực phía trên Gai Lỗ miệng Vỏ 5 mảnh xương nhỏ (răng) Màng bọc miệng Các tấm xương cứng Hình 1.7: Cấu tạo của Cầu Gai. Lỗ hậu môn 8 Bên trong vỏ là nội tạng và cơ quan sinh dục của Cầu gai. Cơ quan sinh dục gồm 5 tuyến sinh dục to, xếp thành thùy và dính vào vách miền trung gian (miền có nhiều nhúm gai): Hình 1.8: Tuyến sinh dục của Cầu Gai. c. Đặc tính sống Ða số Cầu Gai là những loài sống ở đáy biển ấm, chỗ có đá và dưới rạn san hô, từ vùng giữa triều trở lại. Ban ngày chúng vùi trong cát bùn, ban đêm ra hoạt động nhờ vào các chân ống và các gai vận động, tiến hành bắt mồi nhờ vào bộ phận nhai nuốt. Cầu Gai thuộc động vật thiên về ăn thức ăn thực vật, chủ yếu là các loài rong tảo biển như rong bẹ (laminaria), rong đuôi ngựa (gulfweed)… Cầu Gai khi đói cũng ăn các loại rong tảo tạp khác, thậm chí ăn cả vẹm, động vật dạng rêu (Bryozoans) [20]. d. Đặc điểm sinh sản  Cơ quan sinh dục của Cầu Gai [6] Tuyến sinh dục của Cầu Gai có 4 giai đoạn phát triển, sự phân chia thành các giai đoạn dựa vào phân tích mô học và dựa vào màu sắc, hình dạng, độ bền chắc của tuyến sinh dục: Giai đoạn I (giai đoạn nghỉ) Cầu gai có tuyến sinh dục ở giai đoạn này bao gồm những cá thể còn non hoặc đẻ xong. Chúng có noãn sào là một dải mỏng màu nâu sậm nằm ở mặt phẳng đường xích đạo trung gian. Rất khó phân biệt đực cái trong giai đoạn này vì các tế bào sinh dục có kích thước rất bé (3-5 µm). Đối với cá thể sau khi đẻ xong, vách của nang chứa noãn hay tinh bào thường nhăn nheo; ở bên trong nang, ngoài các tế bào sinh 9 dục kích thước rất bé còn dễ dàng nhận biết một số tế bào noãn hay tinh trùng giai đoạn IV sót lại. Phần lớn các tế bào sinh dục này không có nhân sẽ bị hấp thụ bởi các thực bào. Nếu nhìn các nang chứa tế bào sinh dục theo mặt cắt ngang sẽ có mặt trải dài không đều. Giai đoạn II (giai đoạn hồi) Tuyến sinh dục hơi dài hai cực, tuy nhiên vẫn còn ở trạng thái có nếp nhăn và còn chứa các tế bào giai đoạn IV. Nhìn chung ở giai đoạn I và II khá giống nhau về mặt tổ chức, nhưng sai khác cơ bản là: ở giai đoạn phục hồi các nang chứa noãn hay tinh bào hình cầu tròn, vách của trứng bằng phẳng. Ở giai đoạn này đã bắt đầu xuất hiện các tế bào sinh dục ở giai đoạn III nằm ở ngoại vi của nang chứa noãn hay tinh. Như vậy sự hình thành noãn và tinh bào của Cầu gai xảy ra kiểu hướng tâm. Giai đoạn III (giai đoạn thành thục) Tuyến sinh dục dày lên đồng thời dài ra hai cực, có màu kem nhạt hay hồng nhạt. Màng bao tuyến sinh dục và vách của nang chứa tế bào sinh dục vẫn còn mỏng, tuyến sinh dục lúc này mềm nhão. Lúc này các noãn giai đoạn IV còn sót lại bị thực bào hoàn toàn. Các tinh trùng bắt đầu có đuôi và hoạt động. Giai đoạn IV (giai đoạn chín muồi) Tuyến sinh dục đạt kích thước tối đa, dài ra đến hai cực, phủ kín các miền trung gian của vỏ và mọng chắc, lúc này mỗi tuyến có dạng một múi cam. Tuyến sinh dục cái thường có màu cam tươi, còn tuyến đực có màu kem, tuy nhiên dựa vào màu sắc để phân biệt đực cái không chính xác hoàn toàn vì màu sắc của tuyến sinh dục có thể thay đổi tùy theo thức ăn. Do đó, có thể sử dụng kính hiển vi; dưới kính hiển vi, noãn bào thường có đường kính dao động từ 20-30 µm, đường kính nhân dao động từ 18-25 µm; tinh trùng hoạt động mạnh, thường nằm ở trung tâm nang chứa tinh và bắt màu phẩm nhuộm đậm. Khoảng tháng 10 hệ số sinh dục cực đại (rộ chín muồi); qua tháng 12 thì giảm nhanh (đẻ rộ), sau đó giảm dần và có giá trị cực tiểu ở tháng 1 (nghỉ sinh dục). Bắt đầu khoảng tháng 3 hệ số sinh dục phát triển và phát triển dần đến tháng 5 – 6 (phục hồi); trong các tháng 7,8,9 phát triển nhanh (thành thục) cho đến tháng 10 cực đại. Vì vậy khi khai thác đánh bắt Cầu Gai, nên chọn thời điểm từ tháng 7 – 11. 10  Quá trình sinh sản [21] Trước tiên, tinh trùng của con đực bắn ra ngoài, con cái đi tới và phóng trứng ra để tinh trùng và trứng gặp nhau. Khi trứng được thụ tinh, vỏ bọc của chúng tăng thêm kích thước; tự nó phân ra thành 2, sau đó thành 4, thành 8 tế bào; quá trình này xảy ra tự do trong biển. Khi số lượng tế bào phân chia khoảng 64 (sau 6 lần phân chia trong khoảng 2 hoặc 3 giờ ), một ấu trùng bơi ra khỏi màng trứng. Ấu trùng có bộ phận đầu tiên là lỗ hậu môn, sau đó lỗ miệng xuất hiện. Giai đoạn tiếp theo xảy ra sau 1 tuần: ấu trùng thay đổi hoàn toàn, bộ khung xương bắt đầu xuất hiện, ấu trùng trông giống như hình mũi tên, giai đoạn này ấu trùng được gọi là ấu trùng gai. Một tháng sau đó sự thay đổi hình dáng xảy ra, điều này làm hình thành một con Cầu Gai con có tất cả những đặc điểm đặc trưng của một con Cầu Gai thông thường. Hình 1.9: Hình ảnh Cầu Gai con. 1.1.4 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của trứng Cầu Gai Bảng 1.1: Thành phần hóa học của trứng Cầu Gai [7] Thành phần Đơn vị Thành phần Đơn vị Độ ẩm 71 (%) Hydrocarboxyl 2,2 (mg %) Protein 15,8 (%) IMP 2,0 (%) Lipid 8,5 (%) Glucose 103,0 (mg %) Cách gọi “trứng Cầu Gai” là cách gọi theo thói quen khi ăn, khi chế biến; thực chất bộ phận này chính là tuyến sinh dục của Cầu Gai như đã trình bày ở phần trên. Một phần ăn từ trứng Cầu Gai (10 g, chừng 2 thìa cà phê) chứa: [24] + Chất đạm: 0,9 – 1,1 g + Chất béo: 0,23- 0,42 g + Cholesterol: 20 mg + Acid béo loại Omega-3: 48 mg 11 + Carbohydrates: 0,2 – 0,25 g + Sodium: 20 mg 1.2 TỔNG QUAN VỀ LÊN MEN VÀ SẢN PHẨM THỦY SẢN LÊN MEN 1.2.1 Giới thiệu về lên men a. Khái niệm chung [8] Lên men là quá trình trao đổi chất, qua đó các chất hữu cơ bị biến đổi dưới tác dụng bởi enzyme của VSV. Phân loại lên men có thể dựa theo cơ chế, tác nhân, nguyên liệu, sản phẩm…  Phân loại dựa theo tác nhân + Lên men bởi enzyme của nấm mốc + Lên men bởi enzyme của nấm men + Lên men bởi enzyme của vi khuẩn + Lên men bởi enzyme của nấm mốc và vi khuẩn + Lên men bởi enzyme của nấm men và vi khuẩn + Lên men bởi enzyme của nấm mốc và nấm men  Phân loại theo nguồn nguyên liệu + Sản phẩm lên men từ tinh bột, đường + Sản phẩm lên men từ rau quả + Sản phẩm lên men từ cá, tôm… + Sản phẩm lên men từ sữa…  Phân loại theo sản phẩm + Lên men rượu + Lên men beer + Lên men glyxeryl + Lên men lactic + Lên men axetic + Lên men sữa chua…  Phân loại theo điều kiện lên men + Lên men yếm khí + Lên men hiếu khí 12  Phân loại theo tính chất của công nghệ [12] Dựa theo tính chất công nghệ, người ta thường chia ra: công nghệ lên men cổ điển và công nghệ lên men hiện đại + Công nghệ lên men cổ điển: thực hiện quá trình lên men theo công nghệ truyền thống, đã có từ lâu đời, chủ yếu là áp dụng những kinh nghiệm dân gian có được trong quá trình sản xuất (ví dụ như: quy trình làm rượu gạo, mắm tôm, mắm ruốc, nem chua …); thường sử dụng máy móc, thiết bị đơn giản, áp dụng trong quy mô sản xuất vừa và nhỏ. + Công nghệ lên men hiện đại: thực hiện quá trình lên men với những ứng dụng khoa học hiện đại đã được nghiên cứu để đưa vào thực tiễn sản xuất (ví dụ như: sử dụng công nghệ cố định tế bào nấm men trong quá trình lên men chính, phụ trong công nghệ lên men bia liên tục); thường sử dụng máy móc, thiết bị phức tạp, áp dụng trong quy mô sản xuất lớn. b. Bản chất của quá trình lên men [8] Lên men là quá trình phức tạp gồm có nhiều phản ứng khác nhau, trong đó phản ứng oxy hóa khử xảy ra trong cơ thể VSV là phản ứng chủ đạo, nhằm cung cấp năng lượng và các hợp chất trung gian cho tế bào VSV, bởi lẽ cơ thể sống luôn luôn cần năng lượng mà năng lượng đó được tàng trữ dưới dạng ATP. Các phản ứng sinh hóa trong quá trình lên men là phản ứng tách và vận chuyển hydro ở dạng (H+ + e) dưới tác dụng của các enzyme dehydrogenase. Trong quá trình đó hydro được tách khỏi cơ chất chuyển đến chất tiếp nhận cuối cùng là các hợp chất hữu cơ. Hợp chất hữu cơ đó được khử tạo thành sản phẩm lên men rồi tích tụ lại trong môi trường dinh dưỡng. Tùy theo sản phẩm tích lũy nào chiếm ưu thế mà ta có lên men rượu, lên men lactic… Vì vậy bản chất của quá trình lên men là quá trình oxy hóa khử, quá trình oxy hóa khử đó lại xảy ra trong cơ thể sinh vật dưới tác dụng của hệ thống enzyme cho nên quá trình lên men còn được gọi là quá trình oxy hóa khử sinh học. Lên men khác với hô hấp yếm khí và hô hấp hiếu khí. Hô hấp yếm khí được tiến hành trong điều kiện không có oxy tham gia, hydro được chuyển qua mạch hô hấp đến chất tiếp nhận cuối cùng như nitrat hoặc sunfat. Hô hấp hiếu khí được tiến hành