Tài liệu Thu nhận dịch đạm từ thịt đỏ cá ngừ bằng phương pháp enzyme tt

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  NGÔ THỊ NGỌC BÍCH THU NHẬN DỊCH ĐẠM TỪ THỊT ĐỎ CÁ NGỪ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ENZYME Chuyên Ngành : Mã Ngành : CÔNG NGHỆ SINH HỌC 60420201 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2017 Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS. BÙI XUÂN ĐÔNG Phản biện 1: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh Phản biện 2: PGS.TS Trần Thị Xô Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 29 tháng 12 năm 2017. Có thể tìm hiểu luận văn tại: Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Cá ngừ là nguồn lợi hải sản có giá trị dinh dưỡng, giá trị sinh học và giá trị kinh tế cao. Việt Nam là một trong những quốc gia có nguồn nguyên liệu cá ngừ với trữ lượng lớn (Vũ Trung Tạng, 1979; Nguyễn Nhật Thi, 1991). Hiện nay, cả nước có hơn 100 doanh nghiệp chế biến cá ngừ với sản lượng nguyên liệu ước tính khoảng 91.356 tấn (số liệu tính tới tháng 11 của năm 2015 của Bộ NN và PTNN). Theo ước tính của Hiệp hội chế biến cá ngừ (Vinatuna) sản lượng chế biến và tiêu thụ cá ngừ hàng năm có thể đạt 200.000 tấn, với kim ngạch xuất khẩu đạt trên 400 triệu USD/năm, là một trong những mặt hàng hải sản xuất khẩu chính của Việt Nam chỉ sau cá Tra và tôm. Các sản phẩm xuất khẩu chủ lực là cá ngừ đông lạnh (sashima), cá ngừ đóng hộp dầm dầu, cá ngừ xông khói, xúc xích cá ngừ,...Trong công nghiệp chế biến cá ngừ, sản lượng phần cơ thịt để chế biến các sản phẩm truyền thống trên đây tương đối cao, đạt 64,1-72,5%. Phân tích thành phần hóa học của thịt các loài cá ngừ nhỏ cho thấy chúng thuộc nhóm hải sản ít béo (chứa khoảng 4,0% lipit), nhưng ngược lại, hàm lượng protein rất cao (tới 26%). Một đặc tính đặc biệt quan trọng của cá ngừ là sự khác biệt về màu sắc giữa hai phần cơ thịt gọi là cơ thịt sáng màu và thịt đỏ. Cá ngừ có kích thước càng lớn thì phần thịt đỏ càng nhiều. Trong cơ thể cá ngừ, phần thịt đỏ phân bố dọc theo xương sống từ mang tới đuôi, màu sắc thịt đỏ có xu hướng xâm lấn vào phần thịt sáng màu khi con cá bị giết. Trong công nghiệp chế biến người ta chủ yếu sử dụng phần cơ thịt sáng màu để sản xuất ra các mặt hàng như phi-lê, đồ hộp và xông khói, trong khi đó cần loại bỏ phần thịt đỏ, phần này ước tính chiếm 10-12 % tổng trọng lượng nguyên liệu phi-lê (Phạm Thị Hiền et al., 2014). Thịt đỏ khác biệt rất lớn so với cơ thịt sáng màu (thịt trắng) vì chúng có hàm lượng glycogen, lipit lớn hơn, mioglobin, sắt (75% sắt không phải của Hem) và chytocrome C. Trong thịt đỏ, hàm lượng protein tan trong muối thấp hơn 14% so với cơ thịt trắng, hoạt lực các enzyme protease cao, dẫn tới tốc độ quá trình tự phân hủy cũng mạnh hơn. Ví dụ, thịt đỏ 2 cá Minh Thái chiếm 6,7% khi đánh bắt và đạt tới 1/3 khối lượng con cá khi giết mổ công nghiệp. Khả năng tiêu hóa (tính theo trùng lông Tetrachimina pyriformis) tương đối so với sữa của thịt đỏ là 62,5%, trong khi đó đối với cơ thịt sáng màu cũng chỉ đạt 62,5%. Thế nhưng thời gian bảo quản thịt đỏ ở âm 180C tính theo mức độ tích tụ malonic aldehyde không vượt quá 2 tháng (Batista, 1999; Imm et al., 1999; Baidalinova et al., 2006) Hiện nay, trên thế giới và tại Việt Nam vẫn còn ít những công trình nghiên cứu về thịt đỏ cá ngừ nói riêng, và một số loài cá khác nói chung. Ví dụ, trên thế giới, người ta đã nghiên cứu sử dụng phần thịt đỏ để sản xuất các sản phẩm giá trị gia tăng như đồ hộp pa-tê, chế biến xúc xích (LB Nga), sản xuất hạt nêm TOPVALU cá Ngừ (Nhật Bản) để giảm tổn thất sau thu hoạch (Batista, 1999; Baidalinova et al., 2006). Riêng tại Việt Nam, lượng thịt tối màu và thịt đỏ cá ngừ mới chỉ được tận dụng làm thức ăn chăn nuôi với giá thành khá rẻ từ 4000-5000 đồng/kg, giá bán phụ phẩm tại nhà máy (Phạm Thị Hiền et al., 2014). Chính vì những luận giải khoa học trên đây, mục tiêu của luận văn này đặt ra là nghiên cứu quá trình thủy phân protein thịt đỏ cá ngừ bằng enzyme protease thương mại, nhằm đưa ra giải pháp công nghệ để tận dụng và chế biến thịt đỏ cá ngừ. 2. Mục đích nghiên cứu Đề tài được tiến hành nhằm các mục đích sau đây: - Xác định được thành phần hóa học của nguyên liệu thịt đỏ cá ngừ, thu hồi trên địa bàn thành phố Đà Nẵng - Xác định được các thông số phản ứng enzyme để thủy phân protein thịt đỏ cá ngừ bằng phương pháp khảo sát đơn biến - Xác định được các thông số tối ưu cho phản ứng enzyme để thủy phân protein thịt đỏ cá ngừ bằng mô hình toán học - Đề xuất quy trình công nghệ sản xuất dịch đạm thủy phân từ thịt đỏ cá ngừ bằng phương pháp enzyme, nhằm tiến tới sản xuất bột dinh dưỡng sử dụng trong thực phẩm. 3 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu: - Thịt đỏ cá ngừ sọc dưa được cung cấp bởi nhà máy đồ hộp Hạ Long, Đà Nẵng. Nguyên liệu được xay nhỏ bằng máy xay (Luxta, Việt Nam) và lựa chọn bằng sàng phân loại có đường kính lỗ sàng 3 - 3,5 mm. Sau đó, nguyên liệu được chia nhỏ thành từng khối (100 gram/khối) và lưu trữ ở -20°C - 2°C cho các phân tích tiếp theo. - Enzyme protamex được cung cấp bởi Công ty TNHH XNK vật tư khoa học quốc tế STECH International. Enzyme protamex thu nhận từ vi khuẩn Bacillus và được phép sử dụng trong thực phẩm theo qui định của tổ chức Nông lương thế giới (FAO) và tổ chức Y tế thế giới (WHO). 3.2. Phạm vi nghiên cứu - Sử dụng thịt đỏ cá ngừ thu mua ở thành phố Đà Nẵng để làm cơ chất để nghiên cứu phản ứng enzyme với xúc tác là enzyme thương mại protamex - Nghiên cứu sẽ được thực hiện ở quy mô PTN 4. Phương pháp nghiên cứu 4.1. Phương pháp vật lý Xác định nhiệt độ bảo quản, rã đông nguyên liệu thịt đỏ cá ngừ. Xác định nhiệt độ tiến hành phản ứng enzyme và nhiệt độ bất hoạt enzyme và vi sinh vật sau phản ứng 4.2. Phương pháp hóa lý Xác định độ pH hỗn hợp nguyên liệu trước phản ứng, pH của hỗn hợp phản ứng và pH của dịch đạm thu được sau phản ứng enzyme. 4.3. Phương pháp hóa sinh - Xác định hàm lượng protein - Xác định hàm lượng lipit - Xác định hàm lượng nước - Xác định hàm lượng tro - Xác định hàm lượng ni-tơ amin 4 4.4. Phương pháp xử lý số liệu - Kết quả thí nghiệm và độ lệch chuẩn (SD) được xử lý và tính toán bằng chương trình Microsoft Excel 2010. - Phần mềm Minitab (Version 16, Minitab Inc., Pennsylvania State, USA) được sử dụng để xây dựng ma trận thực nghiệm cho mô hình toán học 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu 5.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài - Làm cơ sở khoa học cho việc định hướng khai thác và sử dụng hiệu quả nguồn thịt đỏ cá ngừ để sản xuất các sản phẩm giá trị gia tăng như dịch đạm, bột đạm dinh dưỡng tại địa bàn Quảng Nam - Đà Nẵng - Xác định điều kiện tối ưu để thu nhận được dịch thủy phân protein từ thịt đỏ cá ngừ đạt yêu cầu về chất lượng. 5.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài - Tận dụng nguồn nguyên liệu thịt đỏ cá ngừ từ các nhà máy, công ty chế biến thủy sản trên địa bàn thành phố Đà Nẵng để sản xuất các sản phẩm giá trị gia tăng, nhằm tăng doanh thu cho các doanh nghiệp. - Quy trình thu hồi dịch thủy phân protein từ thịt đỏ cá ngừ dễ áp dụng trong thực tiễn để chuyển giao cho các công ty hoạt động trong lĩnh vực chế biến cá ngừ có nhu cầu. 6. Bố cục của luận văn Luận văn gồm những chương mục sau: Mở đầu Chương 1: Tổng quan Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết quả và thảo luận Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo Phụ lục 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tổng quan về tình hình khai thác và xuất khẩu cá ngừ 1.1.1. Tình hình khai thác cá ngừ trên thế giới và Việt Nam 1.1.2. Tình hình xuất khẩu cá ngừ ở Việt nam 1.2. Tổng quan về cá ngừ 1.2.1. Một số loài cá ngừ 1.2.2. Thành phần hóa học của cá ngừ 1.2.3. Những sản phẩm chế biến từ cá ngừ đại dương 1.2.4. Phế liệu từ công nghệ chế biến cá ngừ Theo Glitnir seafood team (2007), trong quá trình sản xuất các sản phẩm từ cá ngừ trên 40% là phế liệu chế biến. Phế liệu cá ngừ gồm vây, đầu, xương, nội tạng cá… và một phần không nhỏ lượng thịt đỏ loại ra trong một số sản phẩm chế biến từ cá ngừ. 1.2.5. Tổng quan về thịt đỏ cá ngừ Phần thịt đỏ của cá ngừ có vị trí nằm sát và dọc theo xương sống, màu sậm, mùi tanh và hương vị ít thơm ngon như phần thịt trắng. Trong thịt đỏ chứa một lượng lớn protein, acid amine tự do, carbohydrate và một số chất khoáng. Bên cạnh đó, màu sắc của thịt đỏ là do các hợp chất mang màu mà chủ yếu là myoglobin (Mb) và hemoglobin (Hb), hàm lượng của chúng trong thịt đỏ cá ngừ cao hơn gấp 5 lần so với thịt trắng (Chinnamma, 1975). Thịt đỏ dễ bị biến đổi màu sắc do sự oxi hóa nguyên tử sắt trong nhóm hem của protein khi tiếp xúc với không khí để hình thành dạng metMb (Mb-Fe3+) có màu nâu (Cameron, 2015). Hàm lượng các chất có trong thịt đỏ cá ngừ được thể hiện trong bảng 1.6, 1.7, 1.8 (Mukundan et al., 1978). 1.3. TỔNG QUAN VỀ ENZYME PROTEASE 1.3.1. Khái niệm chung về enzyme 1.3.2. Enzyme protease 1.3.3. Phân loại enzyme protease 1.3.4. Thủy phân protein bằng enzyme Quá trình thủy phân là quá trình phân cắt một số liên kết nhị dương 6 trong hợp chất hữu cơ thành các thành phần đơn giản dưới tác dụng của các chất xúc tác và có sự tham gia của các yếu tố nước trong phản ứng. Quá trình thủy phân protein diễn ra như sau: Protein → polypeptide → pepton → peptide → acid amine Như vậy, sản phẩm thủy phân protein gồm các polypeptide, peptone, peptide và acid amine. 1.3.5. Sản phẩm của quá trình thủy phân và ứng dụng a) Dịch đạm thủy phân, bột đạm thủy phân Dịch đạm thủy phân là một trong những sản phẩm của quá trình thủy phân. Dịch đạm thủy phân có màu vàng nhạt, trong, có mùi đặc trưng. Còn bột đạm thủy phân (bột đạm hòa tan): Là sản phẩm thu được từ dịch đạm thủy phân được đem đi cô đặc và sấy khô. Bột đạm thủy phân có màu trắng ngà, vàng nhạt hay vàng nâu tùy thuộc vào nguyên liệu ban đầu và có mùi thơm đặc trưng, khi cho vào nước dễ tan, có khả năng tạo gel, dẻo dính. b) Các sản phẩm phụ của quá trình thủy phân Bột cặn thủy phân (protein không tan), bột khoáng , dầu cá c) Ứng dụng Trong y dược: Dịch thủy phân dùng sản xuất môi trường dinh dưỡng nuôi vi sinh vật, sản xuất huyết thanh miễn dịch đã tinh chế hoàn toàn truyền cho người bệnh suy kiệt, người không tự ăn uống được, người bị chấn thương nặng, bệnh nhân phẫu thuật. Trong thực phẩm: Dịch thủy phân dùng sản xuất bột đạm, nước chấm, nước mắm, tương, chao, bánh kẹo, thức ăn bổ sung, thực phẩm chức năng… Dịch đạm cô đặc còn có thể sử dụng để bổ sung trong quá trình làm nước mắm do nó có hàm lượng acid amin cao, làm tăng độ đạm của nước mắm. Trong chăn nuôi: Dịch đạm thủy phân và bột đạm hòa tan ứng dụng trong sản xuất thức ăn chăn nuôi, đặc biệt là trong nuôi trồng thủy sản. Sản phẩm với hàm lượng đạm cao, gồm các acid amine không thay thế cần thiết cho sự phát triển của tôm, cá và sản phẩm cũng chứa chất kích 7 thích tiêu hóa, nên khi được phối trộn với thức ăn cho tôm, cá theo tỷ lệ nhất định sẽ làm tăng vị ngon, mùi hấp dẫn của thức ăn. 1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.4.1. Trong nước Nguyễn Trọng Cẩn (1990) thì có thể sản xuất dịch đạm thủy phân từ nguyên liệu cá bằng cách sử dụng Aspergillus Orizae hoặc vi khuẩn. Phạm Thị Hiền (2012), Nghiên cứu tách chiết protein từ thịt đỏ cá ngừ bằng phương pháp điều chỉnh pH Nguyễn Thị Mỹ Hương (2012), Sản xuất sản phẩm thủy phân protein từ đầu cá ngừ vây vàng bằng protease thương mại Trần Thị Bích Thủy (2016), Nghiên cứu ứng dụng enzyme protamex để thủy phân cá trích (Sardinella Gibbosa) thu dịch đạm” 1.4.2. Nghiên cứu nước ngoài Ở Mỹ, Ling Lin Liu và CS (1979) đã sản xuất dịch đạm thủy phân từ cá bằng enzyme pepsin bằng dịch thô enzyme từ dạ dày lợn. Cũng ở Mỹ, Chervan, Munir và CS (1984) cũng đã sử dụng enzyme một thành phần là enzyme alkaline. Ở Anh, J.Y.Imm và C.M.Lee (1999) đã nghiên cứu sản xuất bột gia vị thủy sản từ cá tuyết Urophycis chuss bằng enzyme thủy phân. Ở Pháp, F. Guérard và cộng sự (2001) nghiên cứu đã nghiên cứu tận dụng, thu hồi lượng dầu và protein từ phế liệu cá ngừ để sản xuất gia vị cho thực phẩm. Cũng ở Pháp, Guerard F. (2002) đã ứng dụng công nghệ enzyme trong sản xuất dịch đạm thủy phân từ phế thải của nhà máy sản xuất cá hộp. Ở Malaysia, S.Y.YU, L.K.Tan (2002) đã sử dụng enzyme alkalase 0.61 để sản xuất dịch đạm thủy phân từ cá rô phi Oreochromis mossambicus. Ở Mỹ, Le Blanc và cs (2005) đã thủy phân cá ngừ (Katsuobushi oligopeptide - KO) làm tăng hương vị của bột gia vị và có thể được sử dụng để thay thế muối trong thực phẩm và đồ uống. 8 Ở Canada, Anusha G.P và cộng sự (2007) cũng đã tiến hành nghiên cứu thu nhận dịch thủy phân từ cá Mecluc Thái Bình Dương. Ở Malaysia, Herpandi và cộng sự (2011) đã nghiên cứu tận dụng các phế phẩm này để sản xuất thực phẩm chức năng cũng sử dụng chính các enzyme nội tại trong ruột cá để thủy phân. 1.5. Mô hình nghiên cứu tổng quan và thực nghiệm Phân tích tổng quan tài liệu Tình hình khai thác và xuất khẩu cá Tổng quan về cá ngừ và thịt đỏ cá ngừ ngừ Tổng quan về enzyme protease và quá trình thủy phân bằng enzyme Tình hình nghiên cứu và thành tựu Mục tiêu và nội dung nghiên cứu Lựa chọn đối tượng để nghiên cứu Xác định thành phần hóa học và đặc điểm hóa sinh Xác định các thông số phản ứng enzyme Xác định các thông số phản ứng enzyme protease bằng protease bằng pp khảo pp toán học sát đơn biến Thiết lập quy trình công nghệ Hình 1.13. Mô hình nghiên cứu tổng quan và thực nghiệm 9 CHƯƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu 2.1.1. Nguyên liệu - Thịt đỏ cá ngừ sọc dưa được cung cấp bởi nhà máy đồ hộp Hạ Long, Đà Nẵng. Nguyên liệu được đóng thành các block khối lượng là 1,0 kg được bảo quản và vận chuyển về phòng thí nghiệm bằng thùng xốp cách nhiệt ở 0 - 40C. Ở phòng thí nghiệm, nguyên liệu của đề tài được đóng trong các bao nilon với khối lượng 0,8 - 1,0 kg. Nguyên liệu được lạnh đông và bảo quản ở nhiệt độ -20 ± 20C cho tới khi làm thí nghiệm. - Enzyme protamex được cung cấp bởi Công ty TNHH XNK vật tư khoa học quốc tế STECH International. Protamex là protease của Bacillus (Bagsvaerd, Denmark). Enzyme này có hoạt tính endoprotease. Điều kiện hoạt động tối ưu của protamex trong khoảng pH = 5,5 -7,5 ở nhiệt độ 35 – 600C. Protamex có hoạt tính 1,5 AU/g. Enzyme này cũng bị bất hoạt ở 850C trong 10 phút hoặc ở pH thấp (Protamex Product Sheet, Novozymes AS, Bagsvaerd, Denmark, 2001) 2.1.2. Dụng cụ và máy móc thiết bị Sử dụng các thiết bị có trong phòng thí nghệm Công nghệ sinh học của trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Phương pháp vật lý Sử dụng nhiệt kế để xác định nhiệt độ 2.2.2. Phương pháp hóa lý Sử dụng máy đo pH để bàn TOLEDO MP220 - Thụy Sĩ để đo PH 2.2.3. Phương pháp hóa sinh a) Xác định hàm lượng protein Theo phương pháp Kjeldahl (NMKL No.6, 4th 2003) b) Xác định hàm lượng lipit Theo phương pháp chiết Soxhlet (NMKL số 131, 1989) c) Xác định hàm lượng nước 10 Theo tiêu chuẩn NMKL số 23 - 1991 d) Xác định hàm lượng tro Theo tiêu chuẩn NMKL số 173-2005 e) Xác định hàm lượng ni-tơ amin Theo phương pháp chuẩn độ foocmon TCVN 3707-90 f) Xác định mức độ thủy phân (DH) Độ thủy phân DH được xác định theo Shironina A.U. (2015): Trong đó: NAA: hàm lượng nitơ acid amin trong dịch đạm thủy phân (%); NAA0 : hàm lượng nitơ acid amin trong nguyên liệu trước khi thủy phân (%); N0A : hàm lượng nitơ tổng trong nguyên liệu ban đầu (%); 2.2.4. Xác định các thông số phản ứng enzyme protease bằng phương pháp khảo sát đơn biến Khi tiến hành thí nghiệm, nguyên liệu được rã đông qua đêm trong không khí ở nhiệt độ phòng sau đó tiến hành xay nhỏ, trộn đều, phân chia thành các mẫu với khối lượng 100g và đem đi thí nghiệm. Trong quá trình làm thí nghiệm, hoạt độ enzyme protease được kiểm tra thường xuyên, kết quả cho thấy hoạt độ enzyme hầu như không thay đổi theo thời gian bảo quản (thời gian tiến hành nghiên cứu tương đối ngắn), nên thông số tỷ lệ emzyme/cơ chất được tính theo %. Vì enzyme protemax hoạt động ở vùng pH = 5,5 ÷ 7,5 nên phản ứng enzyme được tiến hành ở pH tự nhiên của cá, tỷ lệ phối trộn nước:nguyên liệu được chọn xác suất là 1:1. - Xác định thời gian thủy phân thích hợp: Bố trí các thí nghiệm ở thời gian τ = 0 ÷ 5,0 giờ, bước nhảy δ = 1,0 giờ; nhiệt độ lấy xác suất ở t=45±20C, nồng độ enzyme trên cơ chất (E/S) là 0,3%; tỷ lệ nước: nguyên liệu (W/NL) = 1/1, pH môi trường phản ứng là pH tự nhiên của thịt đỏ cá ngừ. 11 - Xác định tỷ lệ enzyme - cơ chất: Bố trí các thí nghiệm với nồng độ enzyme trên cơ chất E/S = 0,1 ÷ 0,7%, bước nhảy δ = 0,1%, nhiệt độ lấy xác suất ở t=45±20C, thời gian tìm được ở thí nghiệm trước, W/NL = 1/1, pH môi trường phản ứng là pH tự nhiên của thịt đỏ cá ngừ. - Xác định nhiệt độ phản ứng thủy phân thích hợp: Bố trí ở các mức nhiệt độ t= 35 ÷ 600C, bước nhảy δ = 50C ; thời gian, tỷ lệ enzyme - cơ chất (E/S) tìm được ở các thí nghiệm trước, W/NL = 1/1, pH môi trường phản ứng là pH tự nhiên của thịt đỏ cá ngừ. - Để đánh giá hiệu quả quá trình thủy phân nhóm nghiên cứu xác định 02 chỉ tiêu: hàm lượng nitơ acid amin (%) và mức độ thủy phân (DH). Các thông số trên đây được chọn để đánh giá vì nó có độ chính xác cao và tiêu tốn ít công lao động. Thông số được chọn là thích hợp trong thí nghiệm phải thỏa mãn tốt nhất 2 điều kiện đồng thời: là hàm lượng nitơ acid amin và mức độ thủy phân (DH) cao nhất. 2.2.5. Xác định các thông số phản ứng enzyme protease bằng phương pháp toán học a. Xử lý số liệu bằng phương pháp thống kê Thống kê số liệu và biểu diễn số liệu thống kê bằng công cụ Microsoft Office Excel. b. Tối ưu hóa quy hoạch thực nghiệm Sau khi có được số liệu nghiên cứu quá trình tiền xử lý thì sử dụng phương pháp tối ưu hóa quy hoạch thực nghiệm để tính toán điều kiện tối ưu cho quá trình thu nhận dịch thủy phân từ thịt đỏ cá ngừ để đạt được mức thủy phân cao và chất lượng tốt nhất. Để nhanh chóng tiến tới miền tối ưu chọn phương trình hồi quy cấp I với các khai triển đa thức có dạng tổng quát sau: (TS Giang Thị Kim Liên, tr.35, quy hoạch thực nghiệm, ĐH Sư Phạm Đà Nẵng): Y = b0 + b1x1 +…+ bkxk +…+ bijxixj +…+ bịjkxixjxk; với i ≠ j ≠ k = 1,2,3…k Trong đó: b0: Hệ số hồi quy; bj: Hệ số tuyến tính; bij: Hệ số tương tác đôi; bijk: Hệ số tương tác ba 12 Phương án quy hoạch trực giao cấp I (TYT 2k) thực nghiệm yếu tố toàn phần 2 mức, k (k=3) yếu tố ảnh hưởng, phương trình hồi quy có dạng (TS Giang Thị Kim Liên, tr.35, quy hoạch thực nghiệm, ĐH Sư Phạm Đà Nẵng): Y = b0 + b1x1 + b2x2 + b3x3 + b12x1x2 + b13x1x3 + b23x2x3 + b123x1x2x3 Trong đó: b0: Hệ số hồi quy; b1, b2, b3: Hệ số tuyến tính; b12, b23, b13: Hệ số tương tác đôi; b123: Hệ số tương tác ba Trong nghiên cứu này: Mỗi hệ số b đặc trưng cho ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình thủy phân; Y là hàm mục tiêu (mức độ thủy phân DH); x1: Thời gian thủy phân (h); x2: Tỉ lệ enzyme protamex:thịt đỏ cá ngừ (w:w); x3: Nhiệt độ thủy phân (0C). 13 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả xác định thành phần hóa học của thịt đỏ cá ngừ Hình 3.1. Thành phần hóa học cơ bản của thịt đỏ cá ngừ sọc dưa Hình 3.1 cho thấy thịt đỏ cá ngừ sọc dưa chứa hàm lượng protein tổng số cao (27%), giá trị này tương đương hoặc cao hơn so với hàm lượng protein trong một số loài cá ở một số nghiên cứu khác ví như cá trích là 19,25% (Trần Thị Bích Thủy và Đỗ Thị Thanh Thủy, 2016), hay so với nghiên cứu của Bruce, 1924, hay Shigeo, 1958 thì cao hơn so với mực (17-21%); hàm lượng lipit thấp (0,53%), nên được xếp vào loại nguyên liệu (cá) gầy rất thích hợp cho việc sản xuất dịch đạm thủy phân. 3.2. Kết quả xác định các thông số thích hợp cho phản ứng enzyme protease bằng phương pháp khảo sát đơn biến 3.2.1. Kết quả xác định thời gian thích hợp cho phản ứng thủy phân protein thịt đỏ cá ngừ Hình 3.2. Sự phụ thuộc của độ tích tụ nitơ acid amin và mức độ thủy phân protein vào thời gian Hình 3.2 cho thấy độ tích tụ nitơ acid amin và mức độ thủy phân protein tăng tuyến tính với thời gian phản ứng. Trong giờ phản ứng thứ 14 nhất, hai chỉ tiêu này tăng rất nhanh và sau đó tăng chậm. Trong 4 giờ đầu độ tích tụ nitơ acid amin tăng từ 0,343% lên 0,575%. Không có sự khác biệt có ý nghĩa về mức độ thủy phân giữa các mẫu với thời gian thủy phân 4,0 giờ và 5,0 giờ. Các công trình nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng mức độ thủy phân tăng theo thời gian phản ứng thủy phân (Souissi et al., 2007; Chun et al., 2006; Amiza et al., 2012; Wachirattanapongmetee et al., 2009; Ovissipour et al., 2010; Shamloo et al., 2012). Điều này được giải thích như sau: thời gian thủy phân phải đảm bảo để enzyme có thể phân cắt các liên kết trong cơ chất, tạo được sản phẩm cuối cùng mong muốn theo mục tiêu của đề tài. Thời gian tác động kéo dài thì enzyme có điều kiện thủy phân protein triệt để. Nhưng nếu kéo dài thời gian thủy phân quá mức sẽ tạo điều kiện cho vi sinh vật gây thối hoạt động làm sản sinh ra nhiều sản phẩm cấp thấp như: NH3, H2S, indol, scaptol… ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm (Trần Thị Bích Thủy, Đỗ Thị Thanh Thủy, 2016). 3.2.2. Kết quả xác định tỷ lệ enzyme/cơ chất thích hợp cho phản ứng enzyme Hình 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến sự tích tụ nitơ acid amin trong dịch đạm và mức độ thủy phân protein thịt đỏ cá ngừ Hình 3.3 cho thấy khi tăng nồng độ enzyme từ 0,1% lên 0,4% thì độ tích tự nitơ acid amin trong dịch đạm tăng đáng kể từ mức 0,376% lên 0,628% và mức độ thủy phân protein cũng tăng tương tự. Tuy nhiên, các chỉ tiêu này sau đó giảm đáng kể khi nồng độ E/S tăng từ 0,5% lên 0,7 %. Các công trình nghiên cứu trước đây cũng đã cho thấy có sự hòa tan 15 nitơ dưới tác dụng của enzyme trong quá trình thủy phân và tỷ lệ thu hồi nitơ trong sản phẩm thủy phân, cũng như sự cắt đứt các liên kết peptide tăng theo nồng độ enzyme (Wachirattanapongmetee et al., 2009; Motamedzadegan et al., 2010; Trần Thị Bích Thủy, Đỗ Thị Thanh Thủy, 2016). Mức độ thủy phân protein tăng khi tăng E/S có thể được giải thích là do khi tăng tỷ lệ enzyme thì tác dụng cắt mạch sẽ tăng dẫn đến độ thủy phân tăng (Haslaniza et al., 2010) Từ kết quả phân tích trên cho thấy ở tỷ lệ enzyme so với cơ chất là 0,4% thì độ thủy phân và hàm lượng nitơ acid amin ở mức hợp lý. Vì vậy, chọn tỷ lệ enzyme thích hợp là 0,4%. 3.2.3. Kết quả xác định nhiệt độ thích hợp để tiến hành phản ứng thủy phân Hình 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng enzyme đến sự tích tụ nitơ acid amin trong dịch đạm và mức độ thủy phân protein thịt đỏ cá ngừ Kết quả thể hiện trên hình 4 cho thấy nhiệt độ thủy phân có ảnh hưởng lớn đến mức độ thủy phân protein thịt đỏ cá ngừ dước xúc tác của enzyme protamex. Khi tăng nhiệt độ thủy phân từ 350C lên 400C thì mức độ thủy phân tăng đáng kể từ 3,68% lên 4,17%. Mức độ thủy phân này giảm đáng kể khi nhiệt độ tăng lên 40 lên 450C. Sau đó, mức độ thủy phân lại tăng dần khi tăng nhiệt độ từ 450C lên 550C. Khi nhiệt độ tiếp tục tăng đến 600C thì hàm lượng nitơ acid amin và mức độ thủy phân protein thịt đỏ cá ngừ bắt đầu giảm. Kết quả này cũng tương ứng với kết quả thủy phân protein cá hồi Atlantic và và cá trích. Điều này có thể giải thích khi tăng nhiệt độ thủy phân thì tốc độ phản ứng cũng tăng 16 lên do các phân tử enzyme có động năng lớn hơn, tăng cường khả năng tiếp xúc giữa enzyme protamex và cơ chất, do đó quá trình thủy phân sẽ được tăng cường và đạt cực đại tại nhiệt độ tối thích của enzyme protamex trong khoảng 50 - 550C. Tuy nhiên khi tăng nhiệt độ thủy phân vượt quá 500C, hoạt tính của enzyme protamex sẽ bị giảm và đồng thời enzyme cũng bị biến tính tại nhiệt độ này (Trần Thị Bích Thủy, Đỗ Thị Thanh Thủy, 2016; Nguyễn Thị Mỹ Hương, 2012). 3.2.4. Kết luận khảo sát đơn biến - Thịt đỏ cá ngừ sọc dưa thuộc nhóm nguyên liệu giàu protein và thuộc nhóm nguyên liệu (cá) gầy. Cụ thể, hàm lượng protein xác định được là 27%, còn hàm lượng lipit ở mức 0,53% - Nghiên cứu đã tìm ra điều kiện thích hợp để thực hiện phản ứng thủy phân thu dịch đạm giàu amino acid từ protein thịt đỏ cá ngừ sọc dưa bằng enzyme protamex là: thời gian phản ứng 4,0 giờ, tỷ lệ enzyme/cơ chất là 0,4% và nhiệt độ phản ứng là 550C Nhóm nghiên cứu đang tiếp tục khảo sát đặc tính của dịch đạm và nghiên cứu tối ưu hóa quá trình thủy phân để tìm ra điều kiện tối thích thực hiện phản ứng thủy phân protein thịt đỏ cá ngừ bằng enzyme Promatex 3.3. Kết quả xác định các thông số phản ứng enzyme protease bằng phương pháp toán học Mục tiêu của thí nghiệm là tìm mối quan hệ giữa 3 yếu tố: thời gian, nồng độ enzyme, nhiệt độ với mức độ thủy phân. Từ đó xác định các điều kiện tối ưu cho quá trình thủy phân thịt đỏ cá ngừ bằng phương pháp enzyme. Lượng thí nghiệm cần thiết N khi hoạch định theo yếu tố toàn phần được xác định bằng công thức: N = 2k (k: số yếu tố). (Nguyễn Cảnh, 1993; Nguyễn Minh Tuyển et al., 2001) Với mục tiêu khảo sát ba yếu tố ảnh hưởng là thời gian thủy phân, nồng độ enzyme, nhiệt độ thủy phân thì số thí nghiệm cần phải tiến hành N = 23 = 8 thí nghiệm. Mỗi thí nghiệm lặp lại 2 lần và lấy giá trị 17 hiệu suất trung bình (ytb). Các mức và khoảng biến thiên của 3 yếu tố được cho ở bảng sau: Bảng 3.1. Mức, khoảng biến thiên của các yếu tố ảnh hưởng Biến Mức nghiên cứu Đơn Biến nghiên cứu mã vị -α -1 0 +1 +α hóa Thời gian thủy x1 Giờ -1 3 4 5 +1 phân Nồng độ enzyme x2 % 0,3 0,4 0,5 +0,1 0,1 Nhiệt độ thuỷ 0 x3 C -5 50 55 60 +5 phân Từ cách chọn phương án và điều kiện thí nghiệm tiến hành xây dựng ma trận thực nghiệm theo biến mã và tiến hành thí nghiệm theo ma trận. Kết quả được ghi ở bảng 3.2. Bảng 3.2. Ma trận thực nghiệm Biến mã STT Y x1 x2 x3 x1x2 x1x3 x2x3 x1x2x3 1 + + + 4.608 2 + + 6.841 3 - + + 4.608 4 + + + 7.076 5 - + + + 1.318 6 + - + + + 4.608 7 - + + + + 3.433 8 + + + + + + + 7.311 9 0 0 0 0 0 0 0 4.843 10 0 0 0 0 0 0 0 5.079 11 0 0 0 0 0 0 0 4.608 Các hệ số phương trình hồi quy được xác định theo công thức: 18 bj  1 1 N ( x ju yu ) với j = (1, k); bij   N 1 N N  N N 1 ( xiu x ju ) yu với i ≠ j = (1, k); bijk  1  N ( xiu x ju xku ) yu với i ≠ j ≠ ks = (1, k) N N 1 Từ số liệu thực nghiệm bảng ma trận, áp dụng công thức tính được các hệ số b: Bảng 3.3. Hệ số b Hệ số Hệ số b Giá trị Hằng số b0 38,0435 Thời gian (X1) b1 -0,37533 Nồng độ enzyme (X2) b2 -41,3600 Nhiệt độ (X3) b3 -0,725175 X1X2 b12 -3,8350 X1X3 b13 0,026325 X2X3 b23 0,79208 X1X2X3 b123 0,088417 Kiểm định mức ý nghĩa của các hệ số b trong phương trình: Các hệ số được kiểm định theo tiêu chuẩn student (t): tj  bj Sb j Trong đó: bj là hệ số trong phương trình hồi quy đã chọn Sbj là độ lệch của các hệ số bj Nếu tj>tp(f) thì hệ số bj có nghĩa Nếu tj - Xem thêm -