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.
- Xem thêm -