Tài liệu Phambienphong

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG MÔN CÔNG NGHỆ ENZYM Thảo luận: ỨNG DỤNG ENZIM TRONG CHẾ BIẾN THỦY SẢN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN DR. LÝ NGUYỄN BÌNH HỌC VIÊN THỰC HIỆN PHẠM BIÊN PHÒNG . Trang NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TRONG LĨNH VỰC CHẾ BIẾN THỦY SẢN I.ỨNG DỤNG ENZYME TRONG SẢN XUẤT BỘT CANXI TỪ XƯƠNG CÁ TRA Xương cá được xem như một nguồn tiềm năng cung cấp canxi, một nguyên tố rất cần thiết cho sức khỏe của con người. Thông thường canxi được thu nhận thông qua ăn uống thực phẩm một cách tự nhiên. Xương cá được xem như một nguồn tiềm năng cung cấp canxi, một nguyên tố rất cần thiết cho sức khỏe của con người. Thông thường canxi được thu nhận thông qua ăn uống thực phẩm một cách tự nhiên. Tuy nhiên, do nhiều người không có điều kiện ăn uống thực phẩm giàu canxi tự nhiên nên cơ thể thiếu canxi trầm trọng, có nguy cơ bị loãng xương, nên cần được bổ sung canxi dưới dạng viên thuốc, dịch hoặc sử dụng thực phẩm có bổ sung canxi. Các nghiên cứu cho thấy việc bổ sung canxi thông qua thực phẩm có lợi hơn là thông qua uống viên canxi, vì hấp thụ tốt hơn và tránh việc lắng đọng canxi tạo sỏi thận. Vì vậy, việc nghiên cứu tìm các nguồn canxi bổ sung vào chế độ ăn uống là vấn đề rất cần thiết. Những tài liệu khoa học cho thấy những con cá nhỏ là nguồn thực phẩm dinh dưỡng giàu canxi và cũng đã có nhiều nghiên cứu về hấp thụ canxi từ xương cá vào cơ thể bằng phương pháp in vivo. Tuy nhiên, cũng rất ít tài liệu nói về lợi ích của xương những con cá lớn đối với sức khỏe con người. Xương của những con cá lớn cũng là một nguyên liệu rất giàu canxi. Để có thể bổ sung xương cá vào một số loại thực phẩm để tăng cường canxi thì cần phải làm mềm cấu trúc của nó. Một số phương pháp có thể làm mềm xương như: sử dụng nước nóng, đun nóng với dung dịch acid acetic, NaOH hay dùng enzyme để thủy phân xương cá. Viện Nghiên cứu Nuôi trồng Thủy sản II đang tiến hành nghiên cứu quy trình công nghệ sử dụng hóa chất và enzyme để thủy phân và trích ly canxi từ phế liệu xương cá tra. Nghiên cứu này chẳng những vừa tận dụng nguồn phế liệu từ các nhà máy chế biến thủy sản, vừa gia tăng giá trị sử dụng của phế liệu, đồng thời giải quyết một phần nhu cầu canxi cho con người. Đề tài tiến hành khảo sát một số thành phần hóa sinh của từng bộ phận phế liệu cá tra (đầu, xương, vây, đuôi) để chọn ra loại nguyên liệu giàu canxi thích hợp cho quá trình chiết tách. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ly trích canxi theo phương pháp hóa học (NaOH) và enzyme được khảo sát nhằm tối ưu hóa qui trình thu nhận canxi. Chất lượng sản phẩm cuối cùng được đánh giá thông qua các chỉ tiêu hóa sinh và cảm quan. Kết quả khảo sát phụ phế liệu cá tra cho thấy trong các bộ phận phụ phẩm, xương cá có hàm lượng tro khá cao (20,11%) với thành phần canxi chiếm tỷ lệ cao nhất (4,49%) so với các bộ phận khác. Do đó, xương cá tra được lựa chọn làm nguyên liệu cho các nghiên cứu tiếp theo. Dựa trên kết quả nghiên cứu quá trình thủy phân xương cá bằng NaOH đã xác định được điều kiện tối ưu cho quá trình là nhiệt độ 80 độ C trong thời gian 90 phút, với tỷ lệ NaOH : nguyên liệu là 1:1 và nồng độ NaOH dùng để thủy phân là 2%. Trong khi đó, điều kiện tối ưu cho phương pháp tách chiết bằng enzyme được xác định: nhiệt độ 55oC, tỷ lệ enzyme/cơ chất 5: 10 trong thời gian 48 giờ. Sản phẩm bột xương thu được từ cả hai phương pháp đều được đánh giá tốt về mặt cảm quan. Tuy nhiên, để sản phẩm có thể được ứng dụng trong lĩnh vực thực phẩm, đặc biệt dùng làm chất bổ sung canxi cho thực phẩm con người, cần có nhiều nghiên cứu sâu hơn về quy trình tinh chế và sản xuất bột xương, đồng thời giá trị sinh học canxi của bột xương cũng cần được nghiên cứu nhằm xác định rõ giá trị, chất lượng của sản phẩm, từ đó xác định giới hạn khả năng ứng dụng của sản phẩm thu được. II.ỨNG DỤNG ENZYME VÀO SẢN XUẤT NƯỚC MẮM Enzyme (men tiêu hoá) có vai trò quan trọng trong quá trình thuỷ phân cá để tạo ra nước mắm. Quá trình thuỷ phân tự nhiên sẽ diễn ra rất chậm và yếu (từ 12-24 tháng) nhờ chính hệ enzyme protease có trong nội tạng cá. Việc bổ sung enzyme từ ngoài vào sẽ giúp tăng quá trình thuỷ phân protein cá và đẩy nhanh quá trình sản xuất. Tuy nhiên, mỗi loại enzyme tách chiết từ các nguồn khác nhau có hoạt tính thuỷ phân protein khác nhau. Mặt khác, mỗi loại cá có hàm lượng protein, lipit, nước khác nhau nên tác dụng của từng loại enzyme lên quá trình thuỷ phân protein từng loại cá cũng khác nhau. Từ đó, nhóm nghiên cứu đã chọn 2 loại enzyme: Alcalase và Flavourzyme của hãng Novozyme để sản xuất nước mắm từ 3 loại cá phổ biến là cá nục, cá trích và cá cơm. Từ năm 2011, nhóm bắt đầu tiến hành nghiên cứu và tìm tỷ lệ kết hợp thích hợp 2 loại enzyme và tỷ lệ bổ sung muối cho kết quả tốt nhất. Sau nhiều lần thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã triển khai kiểm nghiệm toàn bộ quy trình sản xuất tại Công ty CP Thuỷ sản Cái Rồng, với quy mô 120kg cá/lần chượp cá trên 3 loại cá, dựa theo công thức có tỷ lệ 0,4% Alcalase + 0,6% Flavourzyme. Kết quả cho thấy, sau 8 tháng, nhóm nghiên cứu thu được nước mắm cốt có hàm lượng Nito tổng số đạt 28,7g/lít đối với cá cơm, 28,14g/lít đối với cá nục và 28,77g/lít đối với cá trích. Trong khi đó, mẫu đối chứng không bổ sung enzyme ở cùng thời điểm có hàm lượng Nito tổng chỉ đạt lần lượt là 22,01g/lít, 19,17g/lít và 19,45g/lít. Để sản phẩm có hương vị thơm ngon và đậm đà hơn, các nhà nghiên cứu tiếp tục cải tiến hương vị bằng cách ủ với bã chượp truyền thống trong thời gian từ 20-30 ngày. Sau đó, bã chượp thu được đem chan với 300l nước muối 25%, ủ tiếp từ 1-2 tháng thì cho hương vị nước mắm tương đương với hương vị truyền thống. III. SỬ DỤNG ENZYME PROTEASE TRONG TÁCH CHIẾT CAROTENOPROTEIN TỪ PHẾ LIỆU CỦA QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN CÁC LOÀI GIÁP XÁC. Việc phát triển ngành chế biến thủy sản trong đó có chế biến tôm luôn song hành cùng với lượng lớn các phế liệu mà nếu được sử dụng một cách có hiệu quả và kinh tế sẽ giúp nâng cao lợi nhuận và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Các carotenoprotein, loại phụ phẩm thu nhận từ quá trình chế biến tôm thường được sử dụng như chất bổ sung cho sản xuất thức ăn chăn nuôi hoặc chất tạo màu trong công nghệ thực phẩm. Nếu tách carotenoid bằng dung môi hữu cơ hoặc dầu sẽ có tác dụng làm giảm lượng chitin và tro, nhờ đó hiệu suất thu chất màu cao. Tuy nhiên sản phẩm thu được bằng cách như vậy không đi kèm với protein nên giảm tính ổn định do dễ bị oxy hóa (Haard, 1992). Trong phế liệu chế biến thủy sản, protein chiếm khoảng 1/3 hàm lượng chất khô, vì vậy, người ta đã thử nghiệm dùng enzyme để tận thu chúng song song với quá trình thu nhận carotenoid ở dạng carotenoprotein nguyên thủy. Quá trình tách chiết carotenoprotein từ các phế liệu thủy sản như tôm, cua, tôm hùm đạt hiệu quả cao nếu trong dung dịch đệm để tách chiết có mặt trypsin (Cano-Lopez, Simpson & Haard, 1987). Cano-Lopez và các tác giả khác còn cho biết, nếu sử dụng trypsin từ cá tuyết Atlantic trong quá trình tách chiết carotenoprotein từ phế liệu tôm thì có thể thu nhận được 64% astaxanthin và 81% protein, trong khi nếu dùng bovine trypsin thì chỉ có thể thu được 49% astaxathin và 65% protein trong cùng điều kiện như nhau. Khi thực hiện trên vỏ tôm hùm thì Simpson, Dauphin và Smith (1992) lại thấy rằng, trypsin từ tụy tạng bò cho hiệu suất thu chất màu cao hơn so với khi sử dụng chế phẩm thô từ phế thải chế biến cá tuyết Atlantic. SỬ DỤNG ENZYME PROTEASE TRONG SẢN XUẤT DỊCH ĐẠM CÁ. IV. Dịch đạm cá (nước mắm) là sản phẩm lên men ở dạng lỏng được sản xuất nhờ quá trình thủy phân protein cá ở điều kiện nồng độ muối cao. Người ta thường sản xuất dịch đạm cá bằng cách trộn muối (20 - 30%) với cá nhỏ như cá cơm, cá nục, cá mòi, cá sòng… và ủ trong thùng kín. Ở Châu Á và một số nước ven biển có thời tiết nóng như Việt Nam, Thái Lan, Cambodia, Malaysia, Philipine và Indonesia, đây còn là phương pháp bảo quản hữu hiệu lâu đời (Beddows, 1985). Trong quá trình lên men, các enzyme chịu muối trong cá và cả vi sinh vật bên ngoài tác động vào thủy phân thịt cá ở điều kiện độ mặn cao để tạo nên dịch nước mắm trong suốt màu hổ phách có hàm lượng acid amin tự do cao và mùi vị thơm ngon đặc trưng. Nếu chắt phần dịch lỏng trong thùng muối cá giữa chừng, hoặc thời gian muối ngắn, ta sẽ thu được bột cá nhão (Beddows, Saisithi, 1994). Orejana và Liston (1981) đã nghiên cứu vai trò của các enzyme proteolytic trong sản phẩm nước mắm và kết luận, enzyme đóng vai trò chủ yếu trong quá trình phân giải thịt cá là enzyme tựa trypsin, các protease khác như cathepsin B cũng đóng vai trò đáng kể và làm tăng hàm lượng protein hòa tan trong sản phẩm nước mắm. Mùi thơm của nước mắm là do các hợp chất mang mùi tạo thành, chúng bao gồm ba nhóm chính là: (a) mùi tanh khai chủ yếu do ammoniac và trimetylamine, (b) mùi hôi có lẽ do các acid béo thấp phân tử mà chủ yếu là acid ethanoic và n-butanoic, (c) mùi thịt: mùi này rất phức tạp và là tổ hợp của rất nhiều hợp chất bay hơi phụ thuộc vào nguyên liệu cá dùng để muối mắm (Beddows và cs, 1976). Brooks và Reineccius (1976) đã trích ly nước mắm bằng dichloromethane và phân tích các hợp chất trung tính và base bay hơi và đi đến kết luận: trimethylamine, dimethylamine, methylamine, 2-methylpyrazine, 2,5-dimetylpyazine, acid hydroxypentanoic, lactone và phenol là các hợp chất tham gia tạo nên mùi của nước mắm. Beddows cũng thông báo nhận diện được putrescine, cadaverine và histamine trong loại nước mắm được gọi là “budu” (Malaysia) và “nam-pla” (Thái lan). Saisithi (1994) tin rằng màu của nước mắm là do phản ứng biến nâu giữa các axit amin trong nước mắm với ribose, một sản phẩm của quá trình phân giải mô cơ cá sau khi chết từ ATP. Nhiều nhà nghiên cứu đã thử bổ sung enzyme, mà chủ yếu là các proteinase thực vật như bromelain, ficin và papain để thúc đẩy quá trình sản xuất nước mắm từ cá hay hàu (Beddow, 1976; Chuapoehuk &Raksakulthai, 1992; Trần Thị Luyến, 1994). Thông thường, quá trình chín của cá trích muối mắm kéo dài 6 - 12 tháng. Bằng cách bổ sung các enzyme proteolytic như trypsin và chymotrypsin, người ta đã giảm được thời gian này xuống còn 2 tháng mà không ảnh hưởng đến chất lượng cảm quan của nước mắm loại 1 (Chaveesuk và cs, 1993). Gildberg và cs (1984) cũng thử nghiệm sản xuất nước mắm 2 tháng từ cá cơm Stolephorus và cho rằng mùi vị của sản phẩm hoàn toàn có thể chấp nhận được. Để rút ngắn thời gian, họ sử dụng kỹ thuật áp dụng nồng độ muối thấp 5% ở pH 4 vào lúc bắt đầu muối mắm. Tuy nhiên, ở hầu hết nước mắm ngắn ngày, sản phẩm thu được kém ngon và có vị đắng (Sikorski và cs, 1995). Ưu điểm lớn nhất của phương pháp lên men truyền thống là hoạt tính enzyme giảm dần và sản phẩm sau cùng ổn định, chỉ còn sót lại rất ít enzyme hoạt động (Gildberg, 1993). Ở Newfoundland Canada, Shahidi, Han & Synowiecki (1995) đã thử sản xuất nước mắm từ cá ốt đực vảy nhỏ. Nhiều nhà nghiên cứu khác cũng đã thu được sản phẩm tốt từ nguyên liệu cá ốt đực vảy nhỏ Mallotus villosus khi sử dụng tụy tạng mực xay nhỏ với nồng độ 2,5% (Raksakulthai, Lee & Haard, 1986). Các tác giả này cũng cho biết rằng, mẫu nước mắm xử lý bằng tụy tạng mực được ưa chuộng và có nồng độ acid amin cao nhất khi so sánh với những mẫu khác sản xuất nhờ protease, pronase, trypsin và chymotrypsin từ nấm mốc. V.ỨNG DỤNG CỦA ENZYME BROMELAIN THÔ TRONG SẢN XUẤT MẮM CÁ LÓC Trong công nghệ thực phẩm Bromelain được sử dụng làm mềm thịt, thủy phân protein, đông tụ sữa, phá đục bia, thủy phân protein gluten trong sản xuất bánh mì làm khối bột nhào mềm dẻo hơn, tăng hương vị và chất lượng bánh. Nghiên cứu ứng dụng Enzym Bromelain thô trong sản xuất mắm cá lóc được thực hiện từ tháng 3/2014 đến tháng 11/2014 tại khoa Thủy Sản, trường ĐH Cần Thơ với 2 thí nghiệm chính (i) khảo sát ảnh hưởng của xử lý cơ học theo thời gian ướp muối (5, 10, 15,20, 25 và 30 ngày) đến thành phần hóa học và cấu trúc của sản phẩm ướp muối. Mẫu đối chứng không xử lý cơ học và ướp muối 30 ngày; (ii) khảo sát ảnh hưởng của Enzym Bromelain thô với tỷ lệ enzym thay đổi lần lượt là 2, 3, 4 và 5% và thời gian lên men thay đổi lần lượt là 2, 4, 6 và 8 tuần đến chất lượng của sản phẩm mắm cá lóc. Mẫu đối chứng không bổ sung Enzym Bromelain thô và lên men 8 tuần. Kết quả cho thấy: (i) cá lóc được xử lý cơ học và ướp muối 20 ngày đạt được thành phần hóa học (hàm lượng muối 20,62%, ẩm 55,53%, protein 18,94%) và độ cứng (20091 gr lực) tốt nhất; (ii) cá sau khi ướp muối 20 ngày lên men với tỷ lệ Enzym Bromelain thô 3% và thời gian lên men 6 tuần cho sản phẩm đạt chất lượng về thành phần hóa học (hàm lượng muối 20,67%, ẩm 56,45%, protein 19,79%, nitơ axit amin 8,02 mgr.10-2 gr), độ cứng (16607 gr lực) và điểm cảm quan màu, mùi, vị và tổng quát cao nhất (6,13, 6,07, 6,00, 6,20 điểm tương ứng). Như vậy, có thể ứng dụng Enzym Bromelain thô để rút ngắn thời gian chế biến sản phẩm mắm cá lóc mà sản phẩm vẫn đạt được chất lượng dinh dưỡng và cảm quan tốt như phương pháp truyền thống. VI. Ứng dụng protease chiết rút từ cá và thủy sản thay thế rennet trong sản xuất phomai Rennet chiết xuất từ dạ dày bò là một chế phẩm đóng vai trò quan trọng trong công nghệ chế biến phomai. Lượng trâu bò giết mổ giảm trong khi nhu cầu tiêu dùng phomai trên thế giới lại tăng nhanh chóng đã đặt ra cho các nhà nghiên cứu một yêu cầu cấp bách tìm chất thay thế rennet vốn không rẻ lại hiếm hoi. Người ta đã tìm ra nhiều loại enzyme có tác dụng làm đông sữa từ nguồn thực vật, động vật và cả vi sinh vật. Tuy nhiên, cho đến hiện tại, pepsin bò và lợn vẫn là loại được sử dụng rộng rãi nhất vì có hoạt tính proteolytic cao. Mặc dù loại enzyme thay thế rennet thu nhận từ vi sinh vật đã được cho phép sử dụng trong sản xuất thực phẩm, nhưng người ta vẫn khá dè dặt khi sử dụng do tính đặc hiệu tương đối rộng của nó, dẫn đến hiệu suất thu sữa đông thấp, đồng thời sự phân giải protein quá mức có thể tạo ra các mùi lạ khi ủ chín phomai sau này (Brewer, Helbig, & Haard, 1984). Một nhược điểm nữa của các rennet có nguồn gốc vi sinh vật là bền nhiệt. Tuy nhiên, chymosin tương đối ít bền nhiệt hơn và vào cuối quá trình làm đông sữa thì nó cũng mất gần hết hoạt tính (Han, 1993). Chính vì lý do này mà chymosin thường được ưa chuộng hơn so với các protease khác (Haard, Feltham, Helbig & Squires, 1982). Một số protease từ dạ dày động vật thủy sản có tính chất khá tương đồng với chymosin trong quá trình làm đông sữa (Brewer và các tác giả khác, 1984; Han & Shahidi, 1995). Chymosin là endoproteinase có tính đặc hiệu cao, nó chỉ cắt K-casein thành glycomacropeptide và para-K-casein bằng cách làm đứt liên kết 105 - 106 giữa phenylalanine và methionine. Pepsin và các enzyme proteolytic khác thường ít đặc hiệu hơn do đó làm tăng số sản phẩm phân giải, gây vị đắng cho sản phẩm (Fox, 1981). Trongdịchchiếtchấtnhờnởdạdàyhảicẩuconcó bốn zymogen của protease acid A, B, C, D. Protease A là loại tương tự chymosin (Shamsuzzaman & Haard, 1984). Người ta thấy rằng, chế phẩm thô protease dạ dày hải cẩu Phoca groelandica có khả năng làm đông sữa ở khoảng pH rộng hơn so với pepsin lợn (Shamsuzzaman & Haard, 1983), thêm vào đó, phomai sản xuất bằng protease dạ dày hải cẩu có chất lượng cảm quan cao hơn nhiều so với sản phẩm cùng loại làm bằng rennet bò. Shamsuzzaman & Haard (1985) cho rằng, pepsin A chính là thành phần chủ yếu của pepsin tách chiết từ hải cẩu làm sữa đông tụ. Khi thử nghiệm với chế phẩm thô protease acid tách chiết từ cá tuyết, Han (1993) thấy rằng loại enzyme này không có tác dụng làm đông tốt bằng protease từ dạ dày hải cẩu hay chymosin từ bò, nó cũng không cho hiệu quả tốt khi pH lớn hơn 6,4. Hiện nay, người ta đang thử nghiệm dùng protease từ cá ngừ đại dương để làm đông sữa và thu được kết quả khá tốt: loại protease này cho hiệu quả cao trong khoảng pH 5,5 - 6,4, tương tự như rennet (Tavares và cs, 1997). TÀI LIỆU THAM KHẢO. Giáo trình enzyme – Dr Lý Nguyễn Bình. Nghiên cứu ứng dụng enzyme protease từ vi khuẩn (bacillus subtilis) để thủy phân phụ phẩm cá tra - Trần Thị Hồng Nghi, Lê Thanh Hùng, Trương Quang Bình* Book Seafood Enzymes: Utilization and Influence on Postharvest Seafood Quality. By Norman F.Haard, & Benjamin K. Simpson Hóa sinh công nghiệp – Lê Ngọc Tú. Luận án nghiên cứu thu nhận enzyme từ phế liệu cá/Nghiên cứu Protease trong thuỷ sản – GHVD Nguyễn Lệ Hà. Các bài báo khoa học về các biến đổi của thuỷ hải sản sau khi chết.