Thủy phân protein từ phụ phẩm cá tra bằng enzyme papain

  • Số trang: 61 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 41 |
  • Lượt tải: 0
minhtuan

Đã đăng 15929 tài liệu

Mô tả:

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  THÁI VĂN TRỌNG THỦY PHÂN PROTEIN TỪ PHỤ PHẨM CÁ TRA BẰNG ENZYME PAPAIN Luận văn tốt nghiệp đại học Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Cần Thơ, 12/2014 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  Luận văn tốt nghiệp Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM THỦY PHÂN PROTEIN TỪ PHỤ PHẨM CÁ TRA BẰNG ENZYME PAPAIN Giáo viên hƣớng dẫn: TS. NGUYỄN CÔNG HÀ Ths. PHAN NGUYỄN TRANG Cần Thơ, 12/2014 Sinh viên thực hiện: THÁI VĂN TRỌNG MSSV: 2111666 Lớp: CB1108A1 Luận văn tốt nghiệp ngành Công nghệ thực phẩm K37 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào trƣớc đây. Cần Thơ, ngày 16 tháng 12 năm 2014 Ký tên Thái Văn Trọng Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng - Đại Học Cần Thơ i Luận văn tốt nghiệp ngành Công nghệ thực phẩm K37 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu, mặc dù gặp không ít khó khăn nhƣng dƣới sự giúp đỡ của thầy cô, anh chị và bạn bè đã giúp em hoàn thành đƣợc đề tài nghiên cứu của mình. Trƣớc tiên, em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Công Hà, giảng viên Bộ môn Công nghệ thực phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng, Trƣờng Đại Học Cần Thơ đã tận tình hƣớng dẫn, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báo để giúp em hoàn thành tốt đề tài luận văn này. Qua đây, em cũng xin chân thành cảm ơn quí thầy cô Trƣờng Đại Học Cần Thơ, đặc biệt là các thầy cô trong Bộ môn Công nghệ thực phẩm đã truyền đạt những kiến thức và những kinh nghiệm thực tế trong suốt quá trình học tập và rèn luyện tại trƣờng. Xin cảm ơn các anh chị cán bộ phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ thực phẩm và Bộ môn Khoa học đất, các anh chị cao học và các bạn sinh viên khóa 37 luôn sẵn sàng hỗ trợ và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Cuối cùng, em xin cảm ơn đến ba mẹ và gia đình, những ngƣời luôn bên em và mong những gì tốt đẹp nhất đến với em. Xin chân thành cảm ơn! Cần Thơ, ngày 16 tháng 12 năm 2014 Sinh viên thực hiện Thái Văn Trọng Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng - Đại Học Cần Thơ ii Luận văn tốt nghiệp ngành Công nghệ thực phẩm K37 TÓM TẮT Hiện nay, hướng nghiên cứu sử dụng enzyme protease để thủy phân phụ phẩm từ các nhà máy chế biến thủy sản đang được quan tâm. Đề tài ứng dụng enzyme papain để thủy phân protein từ phụ phẩm cá Tra trên cơ sở khảo sát hai tham số động học Vmax, Km của enzyme papain; ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme/cơ chất (E/S) và thời gian đến hiệu suất của quá trình thủy phân. Giá trị pH và nhiệt độ được điều chỉnh tương ứng 7,5 và 55 oC cho hoạt động tối ưu của enzyme papain. Kết quả thu được hai tham số động học Vmax và Km của enzyme papain trên cơ chất protein từ phụ phẩm cá Tra lần lượt là 0,262 μmol tyrosine/phút và 0,101 g protein/10 ml. Hoạt động thủy phân cho hiệu quả nhất ở tỷ lệ E/S (mg/g) là 1/2,5 và hiệu suất thủy phân thu được sau 240 phút theo Tyrtp/Tyrt và theo phương pháp OPA tương ứng 29,186% và 7,53%. Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng - Đại Học Cần Thơ iii Luận văn tốt nghiệp ngành Công nghệ thực phẩm K37 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii TÓM TẮT ................................................................................................................. iii MỤC LỤC ..................................................................................................................iv DANH SÁCH BẢNG .............................................................................................. vii DANH SÁCH HÌNH............................................................................................... viii CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU .........................................................................................1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ...................................................................................................1 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU..............................................................................2 CHƢƠNG 2: LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU .....................................................................3 2.1 TỔNG QUAN VỀ CÁ TRA .............................................................................3 2.1.1 Giới thiệu, phân loại ...................................................................................3 2.1.2 Đặc điểm phân bố.......................................................................................3 2.2 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA ĐỘNG VẬT THỦY SẢN .........................4 2.2.1 Cấu trúc cơ thịt cá ......................................................................................4 2.2.2 Thành phần hóa học trong cơ thịt cá ..........................................................4 2.2.2.1 Nƣớc ....................................................................................................4 2.2.2.2 Protein và thành phần trích ly chứa nitơ phi protein ...........................5 2.2.2.3 Lipid ....................................................................................................6 2.2.2.4 Glucid ..................................................................................................7 2.2.2.5 Các vitamin và khoáng chất ................................................................7 2.3 SƠ LƢỢC VỀ NGUỒN PHỤ PHẨM CÁ TRA VÀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ...........................................................................................................7 2.3.1 Sơ lƣợc về nguồn phụ phẩm.......................................................................7 2.3.2 Ứng dụng enzyme protease trong công nghệ thực phẩm ...........................7 2.3.3 Các nghiên cứu về protein thủy phân .........................................................8 2.4 KHÁI QUÁT VỀ ENZYME .............................................................................9 2.4.1 Khái niệm về enzyme .................................................................................9 Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng - Đại Học Cần Thơ iv Luận văn tốt nghiệp ngành Công nghệ thực phẩm K37 2.4.2 Tính đặc hiệu của enzyme ..........................................................................9 2.4.3 Trung tâm hoạt động ................................................................................10 2.4.4 Động học phản ứng enzyme .....................................................................11 2.4.5 Những yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt động enzyme ....................................14 2.4.5.1 Nồng độ cơ chất ................................................................................14 2.4.5.2. Nồng độ enzyme ..............................................................................14 2.4.5.3 Ảnh hƣởng của nhiệt độ ....................................................................14 2.4.5.4 Ảnh hƣởng của pH ............................................................................15 2.5 ENZYME PAPAIN (E.C.3.4.22.2) .................................................................15 2.5.1 Giới thiệu về enzyme papain ....................................................................15 2.5.2 Đặc điểm chung........................................................................................15 2.5.3 Cấu trúc không gian .................................................................................16 2.5.4 Cấu trúc trung tâm hoạt động của papain ................................................16 2.5.5 Hoạt tính enzyme và cơ chế tác dụng ......................................................16 2.5.6 Tính chất của papain ................................................................................18 2.5.6.1 Chất hoạt hóa.....................................................................................18 2.5.6.2 Chất kìm hãm ....................................................................................18 2.5.6.3 Nhiệt độ môi trƣờng ..........................................................................18 2.5.6.4 pH môi trƣờng ...................................................................................19 2.5.6.5 Dung môi ...........................................................................................19 CHƢƠNG 3: PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................20 3.1 PHƢƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU ....................................................................20 3.1.1 Thời gian và địa điểm ..............................................................................20 3.1.2 Nguyên liệu ..............................................................................................20 3.1.3 Thiết bị sử dụng .......................................................................................20 3.1.4 Hóa chất ...................................................................................................20 3.2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...................................................................21 3.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu ...............................................................................21 3.2.2 Tiến hành thí nghiệm ...............................................................................22 Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng - Đại Học Cần Thơ v Luận văn tốt nghiệp ngành Công nghệ thực phẩm K37 3.2.3 Phƣơng pháp thí nghiệm ..........................................................................22 3.2.3.1 Xác định hàm lƣợng ẩm trong nguyên liệu .......................................22 3.2.3.2 Xác định hàm lƣợng đạm tổng số .....................................................22 3.2.3.3 Xác định hàm lƣợng lipid..................................................................22 3.2.3.4 Xác định hàm lƣợng tyrosine sinh ra ................................................22 3.2.3.5 Xác định hiệu suất đạm amin ............................................................23 3.2.4 Xử lý số liệu .............................................................................................23 3.3 NỘI DUNG BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM ..............................................................23 3.3.1 Thí nghiệm 1: Xác định các tham số động học của enzyme papain trên cơ chất protein từ phụ phẩm cá Tra. ......................................................................23 3.3.2 Thí nghiệm 2: xác định tỷ lệ enzyme/cơ chất (E/S) cho hiệu quả thủy phân tối ƣu .........................................................................................................24 3.3.3 Thí nghiệm 3: Xác định thời gian thủy phân tối ƣu cho tỷ lệ E/S thích hợp nhất .............................................................................................................24 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................26 4.1 XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HÓA HỌC TRONG NGUYÊN LIỆU ............26 4.2 ẢNH HƢỞNG CỦA ENZYME PAPAIN ĐẾN QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN PROTEIN TỪ PHỤ PHẨM CÁ TRA ..................................................................26 4.2.1 Xác định các tham số động học Vmax, Km của enzyme papain trên cơ chất là protein từ phụ phẩm cá Tra ...........................................................................26 4.2.2 Khảo sát tỷ lệ enzyme/cơ chất (E/S) thích hợp cho quá trình thủy phân .29 4.2.3 Khảo sát thời gian thủy phân tối ƣu .........................................................30 4.2.4. Kết quả chạy điện di................................................................................33 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ................................................................35 5.1 KẾT LUẬN .....................................................................................................35 5.2 ĐỀ NGHỊ ........................................................................................................35 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................36 PHẦN PHỤ LỤC .......................................................................................................ix Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng - Đại Học Cần Thơ vi Luận văn tốt nghiệp ngành Công nghệ thực phẩm K37 DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1 Thành phần dinh dƣỡng của cá Tra trên 100 g thành phẩm ăn đƣợc ..........4 Bảng 4.1 Thành phần hóa học của nguyên liệu thí nghiệm tính theo căn bản ƣớt ...26 Bảng 4.2 Hiệu suất Tyrtp/Tyrt và hiệu suất thủy phân theo phƣơng pháp OPA khi tiến hành tăng tỉ lệ E/S với các hệ số 1; 1,5; 2; 2,5; 3 trong 30 phút ........................29 Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng - Đại Học Cần Thơ vii Luận văn tốt nghiệp ngành Công nghệ thực phẩm K37 DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1. Cá Tra (Pangasianodon hypophthalmus) ...................................................3 Hình 2.2. Mô hình chìa khóa và ổ khóa của Fisher ..................................................10 Hình 2.3. Mô hình thuyết trung tâm hoạt động linh hoạt của Koshland...................11 Hình 2.4. Ảnh hƣởng của nồng độ cơ chất đối với tốc độ xúc tác ban đầu ..............13 Hình 2.5. Sự phụ thuộc của enzyme vào nhiệt độ.....................................................14 Hình 2.6. Sự phụ thuộc của enzyme vào pH .............................................................15 Hình 2.7. Cấu trúc không gian của enzyme papain ..................................................16 Hình 2.8. Sự sắp xếp tƣơng ứng của enzyme và chuỗi gồm 7 gốc amio acid của cơ chất ............................................................................................................................17 Hình 4.1: Đồ thị thể hiện phƣơng trình động học Michaelis-Menten của enzyme papain trên cơ chất protein từ phụ phẩm cá Tra........................................................27 Hình 4.2: Đồ thị thể hiện hiệu suất thủy phân Tyrtp/Tyrt và theo phƣơng pháp OPA ở cặp tỷ lệ 1 mg/2,5 g theo thời gian khác nhau. ......................................................31 Hình 4.3. Mật số hình thành pepide sau thủy phân của papain, bromelain và neutrase......................................................................................................................33 Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng - Đại Học Cần Thơ viii Luận văn tốt nghiệp ngành Công nghệ thực phẩm K37 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngành nuôi trồng và chế biến thủy sản ở nƣớc ta nói chung và ở Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) nói riêng chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân nhất là trong lĩnh vực nuôi trồng, chế biến và xuất khẩu cá Tra fillet. Điều này cho thấy con cá Tra thực sự là một thế mạnh của vùng ĐBSCL và cùng với điều kiện tự nhiên rất thuận lợi nên sản lƣợng các ao nuôi không ngừng gia tăng, song song với đó là tình hình chế biến cá Tra xuất khẩu ở các nhà máy cũng tăng theo. Năm 2013, diện tích nuôi đạt 5.910 ha; sản lƣợng cá thu hoạch đạt 1.255.500 tấn; kim ngạch xuất khẩu đạt 1,74 tỷ USD (Tổng Cục Thủy Sản, 2013). Theo Nguyễn Văn Mƣời (2013), ngành công nghiệp chế biến cá Tra fillet xuất khẩu gia tăng, các phụ phẩm đƣợc thải ra từ quá trình xử lý fillet nhƣ thịt vụn, xƣơng, đầu cá, nội tạng,... gây nhiều tác hại lớn cho môi trƣờng hoặc đƣợc tận dụng một phần trong chế biến thức ăn gia súc và đƣợc bán với giá rất rẻ nên hiệu quả kinh tế không cao. Bên cạnh đó, mục tiêu chiến lƣợc cho chế biến thủy sản hiện nay và trong những năm tiếp theo là tăng cƣờng nâng cao giá trị nguồn nguyên liệu thủy sản bằng các giải pháp nâng cao công nghệ, sử dụng thiết bị, cải tiến trình độ sản xuất các mặt hàng giá trị gia tăng từ thủy sản (Nguyễn Văn Mƣời, 2013). Chính vì thế, việc nghiên cứu, chế biến nguồn phụ phẩm từ các nhà máy chế biến cá Tra fillet xuất khẩu là rất cần thiết để thực hiện mục tiêu chiến lƣợc trên. Hiện nay có rất ít nghiên cứu về bột protein thủy phân, đây là loại bột có giá trị dinh dƣỡng cao có thể bổ sung vào trong thực phẩm. Hàm lƣợng protein cao từ nguồn phụ phẩm cá Tra sau khi filet có thể đƣợc sử dụng để sản xuất loại bột này; không chỉ tận dụng đƣợc nguồn nguyên liệu tại chỗ, rẽ tiền mà còn tạo một sản phẩm giá trị gia tăng góp phần nâng cao vị thế con cá Tra ở vùng ĐBSCL. Theo Abdulazeez et al., (2013) thì để thủy phân protein có thể sử dụng phƣơng pháp hóa học thông thƣờng là dùng dung môi hoặc hóa chất mạnh, việc sử dụng nhƣ vậy làm sản phẩm không phù hợp trong sản xuất thực phẩm, làm giảm giá trị dinh dƣỡng, nghèo các tính chất chức năng và không đƣợc sử dụng trong thƣơng mại. Phƣơng pháp thủy phân bằng enzyme cho hiệu quả cao và phù hợp để sản xuất các sản phẩm thủy phân protein với các tính chất mong muốn. Theo Ovissipour et al., (2010), sử dụng enzyme để thủy phân protein là một phƣơng pháp có thể cải thiện đặc tính hóa lý, tính chất chức năng, cảm quan và giá trị dinh dƣỡng. Trên thực tế, có rất nhiều loại protease và chế phẩm thƣơng mại khác nhau đƣợc sử dụng để thủy phân protein nhƣ bromelain, neutrase, alcalase, protamex,… Trong đó papain là một trong số các enzyme đƣợc quan tâm. Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng - Đại Học Cần Thơ 1 Luận văn tốt nghiệp ngành Công nghệ thực phẩm K37 Phƣơng pháp sử dụng enzyme cần phải có sự nghiên cứu chặt chẽ bởi enzyme nhạy cảm với các điều kiện nhƣ nhiệt độ, pH, nồng độ enzyme, nồng độ cơ chất,... (Nguyễn Công Hà và Lê Nguyễn Đoan Duy, 2011). Do đó, để sản xuất đƣợc bột protein thủy phân có chất lƣợng cao đảm bảo tính kinh tế cũng nhƣ giá thành sản phẩm hạ thì việc nghiên cứu các điều kiện tối ƣu cho enzyme hoạt động trong quá trình thủy phân là rất quan trọng. Chính vì thế mà đề tài “Thủy phân protein từ phụ phẩm cá Tra bằng enzyme papain” đƣợc thực hiện. 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Xác định động học enzyme papain trên cơ chất là protein từ phụ phẩm cá Tra (khung xƣơng và đầu cá) sau khi fillet. Trên cơ sở đó xác định tỷ lệ enzyme/cơ chất (E/S) và thời gian để hiệu suất thủy phân tối ƣu nhất. Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng - Đại Học Cần Thơ 2 Luận văn tốt nghiệp ngành Công nghệ thực phẩm K37 CHƢƠNG 2: LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 TỔNG QUAN VỀ CÁ TRA 2.1.1 Giới thiệu, phân loại Theo Nguyễn Thanh Phƣơng (2012), cá Tra có tên khoa học là Pangasianodon hypophthalmus và tên tiếng Anh là Striped catfish. Cá Tra đƣợc phân loại nhƣ sau: Bộ cá nheo: Siluriformes Họ cá tra: Pangasiidae Giống cá tra dầu : Pangasianodon Loài cá tra : Pangasianodon hypophthalmus Hình 2.1. Cá Tra (Pangasianodon hypophthalmus) (nguồn: www.de.wikipedia.org) 2.1.2 Đặc điểm phân bố Theo Trƣơng Thủ Khoa và Trần Thị Thu Hƣơng (1993); Roberts và Vidthayanon (1991) thì cá tra là loài có giá trị kinh tế và đƣợc nuôi phổ biến ở khu vực châu Á, đặc biệt là Đông Nam Á nhƣ Thái Lan, Lào, Cam-pu-chia và Việt Nam. Đồng bằng Nam Bộ có truyền thống nuôi cá tra và cá basa phổ biến trong ao, bè và hiện nay trở thành đối tƣợng xuất khẩu quan trọng trong nền kinh tế quốc dân (Bộ Thủy Sản, 2004). Cá Tra là một trong những loài cá có giá trị kinh tế cao. Đây là loài cá có kích thƣớc lớn, dễ nuôi, tăng trọng nhanh. Hiện nay cá Tra có nguồn gốc sinh sản nhân tạo đã đƣợc thả nuôi ổn định và là một trong những đối tƣợng nuôi trồng thủy sản phát triển với tốc độ nhanh tại các tỉnh ĐBSCL. Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng - Đại Học Cần Thơ 3 Luận văn tốt nghiệp ngành Công nghệ thực phẩm K37 2.2 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA ĐỘNG VẬT THỦY SẢN 2.2.1 Cấu trúc cơ thịt cá Theo Trần Thị Thanh Hiền (1999), cấu trúc của thịt cá gần giống cấu trúc của các động vật khác gồm có mô cơ, mô liên kết, mô mỡ và mô xƣơng; trong đó mô cơ đƣợc quan tâm hơn. Căn cứ vào chức năng cấu tạo, vị trí các loại cơ ngƣời ta chia ra ba nhóm: cơ vân ngang, cơ trơn, cơ tim. Trong đó, cơ vân ngang đƣợc quan tâm nghiên cứu vì nó cấu tạo nên cơ thịt động vật và là phần có giá trị thực phẩm cao nhất. Cơ vân ngang của cá thƣờng có màu đỏ thẩm và màu nhạt cấu tạo nên phần thịt đỏ và thịt trắng của cá. 2.2.2 Thành phần hóa học trong cơ thịt cá Thành phần hóa học của động vật thủy sản bao gồm: nƣớc, protein, lipid, glucid, muối khoáng và các vitamin. Lƣợng glucid trong động vật thủy sản thƣờng rất ít và tồn tại dƣới dạng glycogen (Trần Thị Thanh Hiền, 1999). Theo Phan Thị Thanh Quế (2006), thành phần thức ăn, môi trƣờng sống, kích cỡ cá và các đặc tính di truyền cũng ảnh hƣởng đến thành phần hóa học, đặc biệt là ở cá nuôi. Nói chung, động vật thủy sản đều có các thành phần hóa học nhƣ đã đề cập, chỉ khác nhau về hàm lƣợng có trong cơ thịt. Cũng nhƣ các loài cá khác, thịt cá Tra là nguồn protein động vật chất lƣợng cao, cung cấp nhiều protein, các chất khoáng quan trọng và có chứa nhiều loại vitamin cần thiết cho sức khỏe. Các protein trong cá nhìn chung dễ đồng hóa, dễ hấp thu hơn thịt và cung cấp đầy đủ các acid amin cần thiết (www.vinhhoan.com.vn) Bảng 2.1 Thành phần dinh dƣỡng của cá Tra trên 100 g thành phẩm ăn đƣợc Thành phần Tổng năng lƣợng cung cấp Protein Lipid Acid béo chƣa bão hòa (DHA, EPA) Cholesterol Natri Hàm lƣợng 124,52 Cal 23,42 g 3,42 g 1,78 g 0,025% 70,6 mg (nguồn: www.agroviet.gov.vn) 2.2.2.1 Nước Chiếm trung bình từ 55 - 83%, đóng vai trò và chức năng quan trọng cho sự sống của cá. Nƣớc tham gia vào phản ứng sinh hóa, các quá trình khuếch tán trong cá, ngoài ra liên kết với các chất protein (Lê Văn Hoàng, 2004). Nƣớc tồn tại trong tổ chức cơ thịt cá chia làm hai loại là nƣớc kết hợp và nƣớc tự do. Nƣớc tự do tồn tại trong kết cấu hình lƣới của các chất có đạm cấu thành, kết cấu hình lƣới đó ở trong Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng - Đại Học Cần Thơ 4 Luận văn tốt nghiệp ngành Công nghệ thực phẩm K37 màng sợi cơ, trong tơ cơ và các màng ngăn. Nƣớc kết hợp liên kết với protein ở trạng thái keo đặc hoặc ở trạng thái hòa tan trong các muối vô cơ (Trần Thị Thanh Hiền, 1999). 2.2.2.2 Protein và thành phần trích ly chứa nitơ phi protein Theo Lê Ngọc Tú et al., (2003), cơ thịt cá rất giống cơ thịt động vật máu nóng, chỉ khác nhau chủ yếu ở những điểm sau:  Hàm lƣợng mô liên kết trong cơ cá thấp hơn, các protein của chất đệm (khung mạng) chỉ chiếm 3-10% tổng lƣợng protein.  Các sợi cơ thịt cá ngắn hơn và đƣợc tổ chức thành những lớp mỏng.  Myosin chiếm 40% protein tổng số và rất khó tách ra khỏi actin. Protein này rất nhạy với biến tính nhiệt và rất dễ bị thủy phân bởi protease hơn myosin ở động vật máu nóng.  Hiện tƣợng co cứng và chín của thịt cá diễn ra nhanh hơn. Sau khi chết, pH giảm ít hơn từ 7 xuống 6,5-6,2, do đó rất không bền đối với vi sinh vật. Theo Phan Thị Thanh Quế (2006), protein của thịt cá có giá trị thực phẩm cao vì có tất cả những aicd amin cần thiết cho ngƣời. Protein ngũ cốc thƣờng thiếu lysine và các acid amin có chứa lƣu huỳnh (methionine, cysteine), trong khi protein của cá là nguồn giàu các acid amin này. Có thể chia protein của mô cơ cá thành ba nhóm: Protein cấu trúc (protein tơ cơ) Gồm các sợi myosin, actin, actomyosin, troponin và tropomyosin chiếm khoảng 6575% tổng hàm lƣợng protein trong cá. Các protein này có chức năng co rút đảm nhận các hoạt động của cơ, myosin và actin là các protein tham gia trực tiếp vào quá trình co duỗi cơ, chúng có khả năng hòa tan trong dung dịch muối trung tính có nồng độ ion khá cao (>0,5M) (Phan Thị Thanh Quế, 2006). Protein chất cơ (protein tƣơng cơ) Gồm myoglobin, myoalbumin, globulin và các enzyme, chiếm khoảng 25-30% hàm lƣợng protein trong cá. Các protein này hòa tan trong nƣớc, trong dung dịch muối trung tính có nồng độ ion thấp (<0,15M). Hầu hết protein chất cơ bị đông tụ khi đun nóng trong nƣớc ở nhiệt độ trên 50 oC (Phan Thị Thanh Quế, 2006). Protein mô liên kết Bao gồm các sợi collagen, elastin. Hàm lƣợng collagen ở cơ thịt cá thấp hơn động vật có vú, thƣờng khoảng 1-10% tổng lƣợng protein và 0,2-2,2% trọng lƣợng của cơ thịt, có trong mạng lƣới ngoại bào, không tan trong nƣớc, dung dịch kiềm hoặc dung dịch muối có nồng độ cao (Phan Thị Thanh Quế, 2006). Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng - Đại Học Cần Thơ 5 Luận văn tốt nghiệp ngành Công nghệ thực phẩm K37 Cũng theo Phan Thị Thanh Quế (2006), chất phi protein là thành phần hòa tan trong nƣớc có khối lƣợng phân tử thấp. Thành phần chính của các hợp chất này bao gồm các chất bay hơi (amoniac, amine, trimethylamin, dimethylamin), trimethylamineoxide (TMAO), dimethylamineoxide (DMAO), creatin, các acid amin tự do, nucleotide, urê,... Trimethylaminoxide (TMAO) TMAO có chủ yếu trong các loài cá nƣớc mặn và ít đƣợc tìm thấy trong các loài cá nƣớc ngọt. Hàm lƣợng TMAO trong cá khác nhau tùy theo loài, điều kiện sinh sống, kích cỡ. Cá hoạt động bơi lội nhiều, kích cỡ lớn chứa nhiều TMAO hơn cá nhỏ, ít bơi lội trong nƣớc. Acid amin tự do Các acid amin tự do chiếm khoảng 0,5-2% trọng lƣợng cơ thịt, chúng góp phần tạo nên mùi vị thơm ngon đặc trƣng của nguyên liệu. Urê Urê có phổ biến trong tất cả cơ thịt cá, trong quá trình bảo quản, urê phân hủy thành NH3 và CO2 dƣới tác dụng của enzyme urease của vi sinh vật. Amoniac (NH3) Trong cơ thịt cá tƣơi có một lƣợng nhỏ amoniac. Khi sự hƣ hỏng tiến triển, pH của cơ thịt chuyển sang môi trƣờng kiềm do lƣợng amoniac tăng tạo nên mùi ƣơn thối của cá. Creatin Là thành phần chính của hợp chất phi protein. Cá ở trạng thái nghỉ ngơi, creatin tồn tại dƣới dạng mạch vòng phospho và cung cấp năng lƣợng cho quá trình co cơ. 2.2.2.3 Lipid Thành phần chủ yếu của chất béo trong động vật thủy sản là triglyceride do acid béo bậc cao hóa hợp với glycerin (Trần Thị Thanh Hiền, 1999). Theo Phan Thị Thanh Quế (2006), lipid trong các loài cá xƣơng đƣợc chia thành hai nhóm chính: phospholipid và trigliceride. Phospholipid tạo nên cấu trúc của màng tế bào, vì vậy chúng đƣợc gọi là lipid cấu trúc. Triglyceride là lipid dự trữ năng lƣợng có trong các nơi dự trữ chất béo thƣờng ở trong các mô mỡ đặc biệt đƣợc bao quanh bằng một màng phospholipid và mạng lƣới collagen mỏng hơn. Một số loài cá có chứa este dạng sáp nhƣ một phần của lipid dự trữ. Thành phần chất béo trong cá khác xa so với các loài động vật có vú khác. Điểm khác nhau chủ yếu là chúng bao gồm các acid béo chƣa bão hòa cao. Chất béo trong Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng - Đại Học Cần Thơ 6 Luận văn tốt nghiệp ngành Công nghệ thực phẩm K37 cá chứa nhiều acid béo chƣa bão hòa do đó rất dễ bị oxi hóa, sinh ra các sản phẩm cấp thấp nhƣ aldehyde, ceton,... (Phan Thị Thanh Quế, 2006). 2.2.2.4 Glucid Hàm lƣợng glucid trong cơ thịt cá rất thấp, thƣờng dƣới 0,5%, tồn tại dƣới dạng năng lƣơng dự trữ glycogen. Sau khi chết, glycogen trong cơ thịt chuyển thành acid lactic, làm giảm pH của cơ thịt, mất khả năng giữ nƣớc của protein (Phan Thị Thanh Quế, 2006). 2.2.2.5 Các vitamin và khoáng chất Theo Phan Thị Thanh Quế (2006), cá là nguồn cung cấp chính vitamin nhóm B (B1, B2 và B12), vitamin A và D có chủ yếu trong các loài cá béo. Vitamin trong động vật thủy sản chủ yếu tập trung ở nội tạng đặc biệt là gan và một phần ở tuyến sinh dục (chủ yếu là nhóm A và D), một số khác phân bố trong cơ dƣới dạng hợp chất đơn giản (Trần Thị Thanh Hiền, 1999). Cũng theo Trần Thị Thanh Hiền (1999), nguồn khoáng quan trọng và chiếm số lƣợng nhiều trong động vật thủy sản là Ca, P, Fe, I,...trong đó hàm lƣợng Fe chiếm khoảng 12% tổng lƣợng khoáng. Chất khoáng của cá phân bố chủ yếu trong mô xƣơng, thịt cá là nguồn giàu Fe, Cu, S, I,... ngoài ra còn có Ni, Co, Pb, Zn (Phan Thị Thanh Quế, 2006). 2.3 SƠ LƢỢC VỀ NGUỒN PHỤ PHẨM CÁ TRA VÀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 2.3.1 Sơ lƣợc về nguồn phụ phẩm Phụ phẩm từ cá Tra cũng rất giàu protein có thể đƣợc sử dụng để sản xuất bột cá, dầu bio-diesel, thức ăn chăn nuôi và có thể chế biến các mặt hàng giá trị gia tăng nhƣ chả cá, surimi, cá viên, xúc xích... Theo Tanuja et al., (2012), một số lƣợng lớn phụ phẩm giàu protein (bao gồm đầu, khung xƣơng, nội tạng, da và mô cơ) đƣợc loại bỏ mỗi năm từ các nhà máy chế biến thủy sản không đƣợc thu hồi hoặc chuyển thành các sản phẩm giá trị thấp nhƣ bột cá hoặc phân bón. Do đó, thu hồi protein từ phần phụ phẩm và chuyển chúng thành các sản phẩm giá trị gia tăng không chỉ nâng cao giá trị kinh tế mà còn giảm thiểu tác hại đối với môi trƣờng. Hiện nay nguồn phụ phẩm từ các nhà máy chế biến thủy sản ở ĐBSCL là rất lớn hơn 1 triệu tấn/năm (VASEP, 2014), đó sẽ là nguồn nguyên liệu dồi dào nếu nhƣ các nghiên cứu đƣợc ứng dụng vào thực tiễn. 2.3.2 Ứng dụng enzyme protease trong công nghệ thực phẩm Quá trình thủy phân protein đóng vai trò quan trọng trong sản xuất nhiều loại thực phẩm. Trong nhiều trƣờng hợp, các tính chất thực phẩm của protein đƣợc cải thiện Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng - Đại Học Cần Thơ 7 Luận văn tốt nghiệp ngành Công nghệ thực phẩm K37 nhờ thủy phân hạn chế hoặc sâu sắc bằng các enzyme protease. Sự thủy phân hạn chế có tác dụng tăng khả năng nhũ hóa và tạo bọt của protein (do tăng tính hòa tan và khả năng khuếch tán đến bề mặt phân chia. Thủy phân hạn chế cũng đƣợc sử dụng để hòa tan các protein (do tạo đƣợc các polypeptide nhỏ hơn, háo nƣớc hơn, phân tán dễ dàng hơn), hoặc cũng có thể làm đông tụ protein. Nói chung thủy phân bằng protease làm tăng khả năng tiêu hóa của protein nên đặc biệt có lợi cho những ngƣời có hệ tiêu hóa kém. Bên cạnh đó, các protease cũng đƣợc dùng để xử lý, tận dụng các phế liệu từ thịt hoặc các nguyên liệu có nguồn gốc protein (thịt vụn, xƣơng, gelatin,...) để tạo ra các sản phẩm có giá trị kinh tế nhƣ dịch protein, các chất tăng vị, các chất cải thiện mùi,... (Hoàng Kim Anh, 2008). 2.3.3 Các nghiên cứu về protein thủy phân Ngành công nghiệp chế biến thủy sản đang phát triển mạnh không chỉ riêng Việt Nam mà còn ở các quốc gia khác. Việc nghiên cứu nhằm tìm ra phƣơng pháp làm tăng giá trị từ nguồn phụ phẩm này đã đƣợc quan tâm rất nhiều. Cao Xuân Thúy et al., (2014) tiến hành tối ƣu hóa quá trình thủy phân phụ phẩm cá Tra bằng enzyme Alcalase 2.4L thu đƣợc FPI (fish protein isoltae) có khả năng tạo bọt, nghiên cứu chỉ ra rằng khả năng tạo bọt của dung dịch sau thủy phân cao nhất đạt 94,92% ở tỷ lệ enzyme 0,2% (v/w) trong thời gian 92 phút và nhiệt độ 64 oC. Một nghiên cứu khác của Cao Xuân Thúy et al., (2014) khi tiến hành thủy phân protein từ phụ phẩm cá Tra thu đƣợc FPI (fish protein islolate) có những tính chất nhƣ khả năng tạo bọt, khả năng nhũ tƣơng hóa không thua kém các sản phẩm thủy phân protein từ đậu nành (SPI) và protein sữa (WPI). Tiếp nối thành công trên, Cao Xuân Thúy et al., (2014) tiến hành tối ƣu hóa công nghệ lọc nano để thu đƣợc các FPI, sau đó nghiên cứu điều kiện thích hợp để tạo liên kết với ion Ca2+ tăng hoạt tính sinh học và đƣợc sử dụng nhƣ một phụ gia bổ sung vào trong thực phẩm giúp nâng cao khả năng hấp thụ Ca2+ cho ngƣời sử dụng. Nguyễn Phƣớc Minh (2014), tiến hành so sánh khả năng thủy phân protein từ phụ phẩm cá Tra bằng hai enzyme bromelain và alcalase. Kết quả thu đƣợc enzyme alcalase cho hàm lƣợng protein hòa tan và đạm amin cao hơn nhiều so với bromelain. Trần Thị Hồng Nghi et al., (2008), nghiên cứu ứng dụng hệ enzyme protease từ vi khuẩn Bacillus subtilis để thủy phân phụ phẩm cá Tra và thử nghiệm sản xuất nƣớc mắm từ dịch thủy phân. Kết quả hàm lƣợng đạm tổng số đạt 16 g/l xếp hạng loại một theo yêu cầu chất lƣợng và kỹ thuật của sản xuất nƣớc mắm. Tanuja et al., (2012) sử dụng hai enzyme papain và bromelain cho quá trình thủy phân phụ phẩm cá Tra. Sau đó, so sánh thành phần, tính chất chức năng và hoạt tính chống oxi hóa của dịch thủy phân bởi hai loại enzyme này. Kết quả cho thấy, dịch đạm sau khi thủy phân bằng enzyme papain cho hàm lƣợng peptide hòa tan, chất khoáng, khả năng tạo bọt cao hơn so với bromelain. Một nghiên cứu khác của Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng - Đại Học Cần Thơ 8 Luận văn tốt nghiệp ngành Công nghệ thực phẩm K37 Tanuja et al., (2014) đƣợc tiến hành trên cơ thịt cá Tra (không phải phụ phẩm) với mục đích nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ enzyme alcalase đến hiệu suất thủy phân, các tính chất chức năng và hoạt tính chống oxi hóa. Nghiên cứu chỉ ra rằng các tính chất chức năng và hoạt tính chống oxi hóa tốt nhất ở nồng độ enzyme 0,5% (v/w). 2.4 KHÁI QUÁT VỀ ENZYME 2.4.1 Khái niệm về enzyme Theo Nguyễn Công Hà và Lê Nguyễn Đoan Duy (2011), hầu hết các phản ứng trong tế bào đòi hỏi sự hiện diện của một enzyme cụ thể, chức năng chính của các enzyme trong một hệ thống sống là xúc tác cho việc tạo ra và phá vỡ các liên kết hóa học. Do đó, giống nhƣ bất kỳ chất xúc tác khác, chúng làm gia tăng tốc độ phản ứng mà không tự làm thay đổi về mặt hóa học của bản thân nó. Enzyme xúc tác phản ứng khác với các phản ứng hóa học nhƣ sau:  Chất xúc tác enzyme mang tính đặc hiệu cao và xúc tác chỉ có một hoặc một số nhỏ các phản ứng hóa học.  Tốc độ của phản ứng enzyme xúc tác thƣờng là nhanh hơn nhiều so với các phản ứng tƣơng tự khi đƣợc xúc tác bởi các chất xúc tác không phải sinh học.  Các điều kiện phản ứng nhƣ nhiệt độ, áp suất và pH cho các phản ứng enzyme là rất nhạy cảm.  Enzyme là các phân tử tƣơng đối nhạy cảm và thƣờng không ổn định do vậy cần phải thận trọng khi sử dụng. 2.4.2 Tính đặc hiệu của enzyme Cũng theo Nguyễn Công Hà và Lê Nguyễn Đoan Duy (2011), đặc tính quan trọng nhất của enzyme đó là tính đặc hiệu. Tính đặc hiệu của enzyme là khả năng xúc tác có chọn lọc, xúc tác cho sự chuyển hóa một hay một số chất nhất định theo một kiểu phản ứng nhất định. Tính đặc hiệu của enzyme đƣợc biểu hiện nhƣ sau: Đặc hiệu phản ứng: kiểu đặc hiệu này biểu hiện đối với cơ chất có mang một loại liên kết hóa học nhất định hay các enzyme chỉ có thể xúc tác cho một trong những kiểu phản ứng chuyển hóa cơ chất nhất định. Đặc hiệu cơ chất: mỗi cơ chất có một loại enzyme tƣơng tác tƣơng ứng, enzyme có thể phân biệt đƣợc những cơ chất mà nó sẽ tác dụng. Khả năng này còn thấy rõ khi trong quá trình phản ứng tồn tại các dạng đồng phân. Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng - Đại Học Cần Thơ 9 Luận văn tốt nghiệp ngành Công nghệ thực phẩm K37 2.4.3 Trung tâm hoạt động Theo Nguyễn Đức Lƣợng et al., (2004), không phải toàn bộ các phần của enzyme tham gia vào hoạt động xúc tác, mà chỉ có những bộ phận rất đặc biệt mang tính đặc hiệu trong phân tử protein enzyme mới tham gia xúc tác phản ứng. Bộ phận đặc hiệu này đƣợc gọi là trung tâm hoạt động của enzyme. Trung tâm hoạt động của enzyme thƣờng chứa các amino acid có nhóm hóa học hoạt động mạnh nhƣ serine, histidine, cysteine, lysine, arginine, glutamic acid, aspartic acid, trypthophan. Trong trung tâm hoạt động của enzyme còn sự hiện diện của các ion kim loại có vai trò xúc tác lớn. Ngoài nhóm các gốc amino acid, ion kim loại, các nhà khoa học cho thấy các nhóm chức của coenzyme cũng đƣợc coi nhƣ một thành phần cấu tạo của trung tâm hoạt động của enzyme (Nguyễn Đức Lƣợng et al., 2004). Hoạt động xúc tác của trung tâm hoạt động enzyme Một số các tƣơng tác vật lý và hóa học xảy ra tại trung tâm hoạt động xúc tác cho phản ứng nhất định nào đó của enzyme (Nguyễn Công Hà và Lê Nguyễn Đoan Duy, 2011). Theo Nguyễn Đức Lƣợng et al., (2004), hoạt động xúc tác của trung tâm hoạt động có liên quan đến cơ chất. Các cơ chất tiến gần tới trung tâm hoạt động tạo phức enzyme – cơ chất, về mặt nhiệt động học, phức enzyme – cơ chất làm giảm năng lƣợng hoạt hóa làm phản ứng xảy ra dễ dàng (Trần Đình Toại và Nguyễn Thị Vân Hải, 2005). Năm 1894, Fisher giả thuyết rằng enzyme hoạt động theo kiểu chìa khóa và ổ khóa, đối với từng loại cơ chất coi là chìa khóa thì chỉ vừa một loại enzyme nào đấy (tức ổ khóa) (Trần Đình Toại và Nguyễn Thị Vân Hải, 2005). Hình 2.2. Mô hình chìa khóa và ổ khóa của Fisher (www.blogscientificamerican.com) Thuyết trung tâm hoạt động linh hoạt của Koshland đƣợc nhiều nhà khoa học chấp nhận hơn. Chính cơ chất là tác nhân tác động làm thay đổi cấu trúc không gian của trung tâm hoạt động của enzyme. Tác động cảm ứng này của cơ chất làm cho các gốc amino acid, các nhóm chức của trung tâm hoạt động di chuyển, định hƣớng một Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng - Đại Học Cần Thơ 10
- Xem thêm -