Tài liệu Tổng quan về nước mắm và phương pháp sản xuất nước mắm (nxpowerlite copy)

Chƣơng 1: Tổng quan tài liệu Chương 1: Trang 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1.TỔNG QUAN VỀ NƢỚC MẮM VÀ PHƢƠNG PHÁP SẢN XUẤT NƢỚC MẮM: 1.1.1. Giới thiệu: [7] Nước mắm là sản phẩm lên men từ các loại cá là sản phẩm truyền thống của người Việt Nam. Nước mắm là loại thực phẩm và là loại gia vị giàu dinh dưỡng, vì nó chứa khá đầy đủ acid amin không thay thế và có vị thơm ngon đặc biệt. 1.1.2. Nguồn gốc: [7] Xuất xứ của nước mắm Việt Nam là một vấn đề từ trước đến nay chưa có một cuốn sách nào ghi chép lại. Một số tác giả người Pháp cho rằng nguồn gốc nước mắm là do người Nhật Bản truyền sang từ thế kỷ 16-17 (người Nhật đến Trung bộ vào khoảng thời gian này). Bác sĩ Tiran cũng nhắc đến một thứ nước chấm khác của những dân tộc thuộc bờ biển Địa Trung Hải, nhất là người Hi Lạp và người La Tinh ưa dùng; năm 1915, nước chấm này mới được bán vào vùng Viễn Đông. Tuy nước mắm Việt Nam và các loại nước chấm này có điểm giống nhau nhưng chưa vì thế mà kết luận nước mắm Việt Nam có nguồn gốc từ các loại nước chấm đó, vì nó có các điểm khác nhau: - Nước chấm Nhật Bản shogu có nguyên liệu là thực vật và sử dụng enzym của nấm mốc để chuyển hóa, nước mắm Việt Nam có nguyên liệu là động vật và sử dụng enzym tiêu hóa và enzym của hệ vi sinh vật có trong nội tạng cá thủy phân dần dần . - Nước chấm sản xuất từ cá của người cổ Hi Lạp có tên là Garum hoặc Garu có mùi vị khó chịu, chế biến bằng các loại cá trích, cá cơm dầm trong nước muối đã cho lên men theo một cách riêng. Loại nước mắm này cũng rất ngon nhưng mùi vị không thích hợp với người Việt Nam. Hơn nữa người Hi Lạp mới sang Việt Nam buôn bán trong thế kỷ gần đây, vì vậy nước mắm Việt Nam không thể do người Hi Lạp truyền sang. Chƣơng 1: Tổng quan tài liệu Trang 2 Nước mắm Việt Nam chắc chắn do người Việt Nam làm ra: Bờ biển Việt Nam dài hơn 3.200 km, hơn nữa đất nước có nhiều sông ngòi, có dòng nước nóng thuộc vùng biển nhiệt đới nên tập trung nhiều cá; nhân dân Việt Nam sống bằng nghề đánh bắt cá; nghề muối cũng dần dần được phát triển; cá nhiều, muối nhiều dẫn đến nghề muối cá được hình thành. Xuất phát từ nghề muối cá mà nghề làm nước mắm từ đó cũng hình thành và phát triển rộng khắp miền ven biển. Mỗi địa phương có kinh nghiệm muối cá và làm nước mắm riêng, được cải tiến theo thị hiếu của nhân dân địa phương mình. Do đó, nước mắm của người Việt Nam có nguồn gốc từ Việt Nam không phải bắt nguồn từ các nước khác. 1.1.3.Giá trị dinh dƣỡng và thành phần hóa học của nƣớc mắm: [7,11] 1.1.3.1. Thành phần acid amin: Mỗi loại cá có thành phần hóa học khác nhau, nước mắm của các loại cá khác nhau cũng có vị ngon khác nhau. Trong nước mắm đã tìm thấy các loại acid amin: Lysine, Threonine, Valine, Methionine, Isoleucine, Phenylalanine, Leucine, Tryptophan, Cysteine, Arginine, Asparagine, Serine, Glycine, Alanine, Tyrosine, Proline, Glutamic acid. Tùy theo nguyên liệu cá mà tỉ lệ giữa các loại acid amin này cũng khác nhau. 1.1.3.2. Vitamin: Thành phần, hàm lượng vitamin thay đổi tùy theo loại cá khác nhau (cá nổi, cá tầng giữa, cá đáy), và cũng thay đổi theo độ tươi, ươn hoặc phương pháp bảo quản, phương pháp chế biến. Theo phân tích của Drian. J. A trong nước mắm có: vitamin B1, B2, B12, PP. 1.1.3.3. Các hợp chất vô cơ khác: Trong nước mắm ngoài NaCl còn có Photpho, Canxi, Magie, lưu huỳnh, trong đó: - Canxi và magie chỉ có ở dạng vô cơ: Canxi oxit, magie oxit. Chƣơng 1: Tổng quan tài liệu Trang 3 - Photpho vừa ở dạng vô cơ (anhidrit photphoric), vừa ở dạng hữu cơ (adenosintriphotphat). - Lưu huỳnh chỉ tồn tại ở dạng hữu cơ trong Cysteine. Ngoài ra, trong nước mắm còn có brom, iôt ở dạng muối vô cơ hoặc tự do. 1.1.3.4.Chất đạm (chất có Nitơ): Chủ yếu và quyết định giá trị chất lượng của nước mắm. Gồm 3 loại đạm: - Đạm tổng số (Nitơ tổng số): tổng lượng Nitơ có trong nước mắm (g/l), quyết định phân hạng của nước mắm - Đạm amin (nitơ amin): là tổng lượng nitơ nằm dưới dạng amin (g/l), quyết định giá trị dinh dưỡng của nước mắm - Đạm amon (đạm thối): là nitơ NH3, nếu lượng nitơ này càng nhiều nước mắm càng kém chất lượng. 1.1.4. Nguyên lý chung của quá trình sản xuất nƣớc mắm: [11,15,25] Cơ sở sinh hóa: là sự thủy phân protein của cá thành acid amin và peptid nhờ enzym protease của hệ vi sinh vật có trong ruột cá. Nước mắm là dung dịch acid amin, NaCl, các chất thơm được tạo trong quá trình lên men. Bản chất của quá trình sản xuất nước mắm gồm 2 giai đoạn: - Chuyển hóa protein thành acid amin: đây là quá trình chính trong sản xuất nước mắm. protease protease Protein poly peptid protease peptid acid amin Quá trình này xảy ra nhờ enzym protease của vi sinh vật và protease có trong tụy tạng của cá. Trong điều kiện tự nhiên quá trình này gồm 2 giai đoạn: + Giai đoạn I: từ khi bắt đầu ướp cá đến tháng thứ 3. Trong giai đoạn này hệ enzym metalo protease chủ động thủy phân protein từ đầu N trở đi và hình thành các acid amin như: Alanine, isoleucine, Arginine, acid Aspartic,... đồng thời “tháo gỡ” sự ức chế trong cấu trúc enzym Serin protease. Chƣơng 1: Tổng quan tài liệu Trang 4 + Giai đoạn II: sau khi chuỗi ức chế được “tháo gỡ” Serin- protease hoạt động mạnh thủy phân các peptid và protein còn lại cho đến khi chượp chín. Các acid amin được hình thành trong thời kỳ này là Proline, Valine, Tyrosine, phenylalanine,... Như vậy, muốn tăng nhanh quá trình thủy phân và “tháo gỡ” chuỗi ức chế cần giảm bớt độ mặn ở thời gian đầu và tạo điều kiện cho bể chượp ở to= 40-45oC hoặc bổ sung vào chượp những chế phẩm enzym protease. - Quá trình tạo hương thơm: Nước mắm là loại dung dịch không chỉ có acid amin, NaCl mà còn có hương thơm đặc trưng riêng của nó. Quá trình tạo thành hương thơm là do các quá trình lên men do VSV tạo ra các amin, acid hữu cơ bay hơi và các chất có mùi thơm khác. Đây là một quá trình phức tạp, đòi hỏi thời gian cần thiết. Do đó, trong công nghệ sản xuất nước mắm cần thời gian để sản phẩm tích lũy hương thơm đặc trưng, nếu thiếu quá trình này thì nước mắm chỉ là dung dịch acid amin thuần túy, không có hương vị thơm ngon đặc trưng. 1.1.5. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình chế biến nƣớc mắm: [15] Quá trình chế biến nước mắm là quá trình lên men với sự tham gia của enzym trong nội tạng cá và enzym vi sinh vật. Do đó, quá trình chế biến nước mắm cũng chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố: - Nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến quá trình chế biến nước mắm, bởi nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt lực của enzym và tốc độ thủy phân protid cá. Nhiều kết quả nghiên cứu đã cho thấy chượp được tiếp nhiệt từ 40-50oC đã rút ngắn được thời gian chín từ 6 tháng xuống còn 3 tháng. -pH của môi trường cũng ảnh hưởng đến quá trình chế biến nước mắm. Hệ protease trong cá có thể hoạt động thích hợp ở môi trường trung tính, acid và bazơ. Qua thực nghiệm nếu điều chỉnh pH môi trường về 1,5 đến 2,5 thì màu sắc của chượp đẹp nhưng mùi vị kém hơn môi trường tự nhiên. Nếu điều chỉnh pH về 7,5 đến 8,5 thì tốc độ thủy phân nhanh nhưng đạm thối nhiều và màu sắc sẫm. Do vậy, người ta duy Chƣơng 1: Tổng quan tài liệu Trang 5 trì môi trường chế biến là môi trường tự nhiên của chượp (pHchượp ≈ 6), ở môi trường này cho màu sắc và mùi vị ưu việt hơn cả. - Muối NaCl là vật liệu quan trọng trong chế biến nước mắm. Muối này có vai trò bảo quản nguyên liệu và các vật chất sinh ra khỏi bị thối rữa do vi sinh vật và tạo vị mặn cho nước mắm. Muối lẫn nhiều tạp chất sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của nước mắm. Nồng độ muối cũng ảnh hưởng đến tốc độ thủy phân thịt cá, nếu nồng độ muối cao ngay từ đầu thì quá trình thủy phân sẽ rất chậm do kìm hãm vi sinh vật và hoạt động của protease. - Diện tích tiếp xúc giữa enzym với cơ chất: Nếu thịt cá được cắt nhỏ, đập dập, xay vụn thì tốc độ thủy phân được tăng lên. Trong các phương pháp làm nhỏ cá thì phương pháp đập dập cá là ưu việt hơn cả. Đánh đảo chượp trong quá trình chế biến cũng làm rút ngắn thời gian chượp chín. - Nguyên liệu ban đầu cũng ảnh hưởng lớn đến quá trình chế biến và chất lượng nước mắm. Cá có thành phần dinh dưỡng cao, có độ tươi nhất định sẽ cho nước mắm chất lượng tốt. Cá có kết cấu cơ thịt lỏng lẻo, ít vẩy thì chượp mau chín hơn. Cá có hàm lượng chất béo cao thường làm cho nước mắm có mùi khét. 1.1.6. Nguồn nguyên liệu sản xuất nƣớc mắm: [1,7,11] 1.1.6.1. Nguyên liệu dùng sản xuất nước mắm nói chung: [1,7,11] Nguyên liệu dùng để sản xuất nước mắm là các loại cá, chất lượng nước mắm phụ thuộc rất nhiều vào từng loại cá. Cá dùng để chế biến nước mắm có thể là cá biển và cá nước ngọt. Cá biển thường được dùng loại con mình nhỏ, nhiều thịt, như cá nục, cá trích; cá mềm xương như cá cơm, cá sọc phấn; cá thịt dai nhiều mỡ như cá mòi, cá lẹp; cá thịt dai cứng như cá chuồn, cá căng; cá tạp gồm các loại cá như cá ớt, cá phèn, cá lưỡng, cá mối,... Trong những loại cá biển làm nước mắm cá nổi tốt hơn cá đáy, cá đánh ngoài khơi xa bờ tốt hơn cá ven bờ, vì cá ven bờ, cá đáy thường ăn những rong rêu bùn đất, ăn tạp chất trong phù sa của các con sông lớn đổ ra biển. Chƣơng 1: Tổng quan tài liệu Trang 6 Cá nước ngọt chế biến nước mắm chất lượng ngon không kém nước mắm cá biển. Một số loại cá nước ngọt làm nước mắm ngon như cá mương, cá rô phi. Bảng 1.1. Thành phần hóa học của một số loài cá nước ngọt [7] Thành phần hóa học (% khối lƣợng) STT 1 2 3 4 5 6 Tên cá Cá diếc Cá chép Cá trắm đen Cá mè hoa Cá mè trắng Cá lành canh Nƣớc 85 79 77 82 86 76 Protein 13,0 18,1 17,9 14,5 10,0 15,6 Lipit NaCl 1,1 1,5 3,8 0,6 1,0 2,3 0,8 1,1 1,2 1,2 0,7 1,3 Bảng 1.2. Thành phần hóa học một số loài cá biển [7] STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Thành phần hóa học (% khối lƣợng) Tên cá Cá nục sồ Cá mối thường Cá trích xương Cá phèn hai sọc Cá lương ngắn Cá cơm Cá mồi Cá lẹp Cá chuồn Nƣớc Protein Lipit NaCl 76,80 77,50 75,90 76,20 79,30 75,14 76,66 81,84 76,17 21,75 19,26 21,76 20,35 19,03 11,25 9,37 10,00 9,75 1,80 0,85 3,15 2,20 1,21 2,10 14,40 1,40 7,50 1,32 1,80 1,70 1,62 1,36 0,90 0,56 0,60 1,12 1.1.6.2. Giới thiệu về nguồn nguyên liệu cá (dùng nghiên cứu trong luận văn) cá phèn: [30,39] - Cá phèn một sọc ((Upeneus mollucensis): thuộc họ Cá phèn (Mullidae), chi Upeneus, chi cá biển. Họ Cá phèn (Mullidae) gồm các loài cá nhỏ, vây lưng trước có 6 - 8 tia cứng, vây hậu môn có 1 - 2 tia mềm, dưới cằm có đôi râu dài. Sống ở đáy, nơi có nhiều bùn hoặc cát pha bùn, ở độ sâu trên 30 m, ăn các loài giáp xác. Ở Việt Nam, có một số Chƣơng 1: Tổng quan tài liệu Trang 7 loài: Cá phèn một sọc (Upeneus mollucensis), Cá phèn hai sọc (U. sulfureus), Cá phèn khoai (U. bensasi). Thịt cá phèn chắc, thường dùng ăn tươi, phơi khô hay làm nước mắm. [30]. Hình 1.1: Cá phèn một sọc (Upeneus mollucensis)[37] Vào thời gian ban ngày, nhiều loài cá phèn sẽ tạo thành các bầy lớn không hoạt động (không kiếm ăn): các bầy đàn này có thể chứa cả cá cùng loài lẫn cá khác loài. Vào thời gian ban đêm, các bầy cá phân tán và mỗi con cá phèn sẽ bơi theo hướng riêng của nó để bới cát. Cá phèn sống ở vùng nước nông và chúng không lặn sâu quá 110 m. [39] Cá phèn được khai thác quanh năm, loại cá này với kích thước nhỏ được xem là nguồn “cá rác” do giá trị kinh tế không cao. Hiện nay, tại tỉnh Bà Rịa- Vũng Tàu nguồn cá phèn này đánh bắt được cung cấp làm thức ăn gia súc. Việc sử dụng cá phèn và quá trình sản xuất nước mắm sẽ tận dụng được nguồn nguyên liệu rẻ và dồi dào. Bên cạnh đó, nước mắm được sản xuất từ cá phèn có màu sắc đẹp, hương vị thơm ngon không kém so với nước mắm sản xuất từ cá loài cá khác . Tuy nhiên, do kích thước cá lớn nên thời gian thủy phân lâu hơn một số loài cá nhỏ bên cần có biện pháp để khắc phụ nhược điểm này. 1.1.7. Các phƣơng pháp sản xuất nƣớc mắm: [1,7,11,25] 1.1.7.1. Các phương pháp sản xuất nước mắm truyền thống:[1,7,11,25] Phương pháp sản xuất nước mắm truyền thống được phát triển hầu hết các tỉnh ven biển ở khắp ba miền Bắc, Trung, Nam như: đảo Cát Hải, tỉnh Quảng Ninh, Nam Hà, Thái Bình, Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh, Phan Rang, Phan Thiết, Phú Quốc,... Chƣơng 1: Tổng quan tài liệu Trang 8 Quy trình sản xuất nước mắm đơn giản gồm các bước được trình bày ở sơ đồ 1.1: Muối ăn (NaCl) Cá Phương pháp chượp và chăm sóc chượp (gài nén, ủ vài tháng, nhiệt độ thường) Chượp chín Lọc, kéo rút Nước mắm nguyên chất Bã chượp chín Nước chan - Nước muối -Nước mắm nấu chượp xấu. -Nước nấu pha bã chượp chín Nước chan thành phẩm Bã mắm Pha đấu Nước mắm thành phẩm Phân bón hay sấy khô làm thức ăn gia súc Sơ đồ 1.1. Quy trình sản xuất nước mắm truyền thống Công thức chế biến mỗi nơi đều có đặc điểm riêng, tạo ra nhiều dòng nước mắm nổi tiếng như: - Nước mắm Vạn Vân, Cát Hải, Hải Phòng: Đặc điểm khi muối cá có cho thêm nước, cho muối nhiều lần, hương vị nước mắm thơm ngon. Chƣơng 1: Tổng quan tài liệu Trang 9 - Nước mắm Cường Gian (Hà Tĩnh), nước mắm Vạn Phần (Nghệ An): Đặc điểm sử dụng nguyên liệu làm nước mắm là cá nục, công thức chế biến theo tỉ lệ một đấu muối và 2 đấu cá trộn đều, nén bằng đá, luôn khuấy trộn nước bổi, phơi nắng, đến 4-5 tháng sau thì cho thêm nước đường đắng (nước hàng: caramen) hòa với muối, ướp sau một năm thì rút được nước mắm ngon. - Nước mắm Ba Làng (Thanh Hóa): Nguyên liệu làm nước mắm phần lớn là cá nục, cá cơm. Người ta lấy nước rút trong thùng chứa cá đã lên men được 6 tháng đun sôi lên rồi tưới vào thùng cá ngấu chín đã ướp trên 1 năm. Trong sản xuất dùng thính để tăng thêm hương vị. - Nước mắm Đồng Hới và Cảnh Dương (Quảng Bình). Công thức chế biến theo tỉ lệ 4 đấu cá, 1 đấu muối, trộn đều để 3-4 ngày, sau đó rút nước bổi, rồi nén cá thật chặt mới đổ nước bổi trở lại. Thời gian chế biến trên 1 năm. - Nước mắm Nam Ổ: Nguyên liệu sản xuất chủ yếu là cá cơm, công thức chế biến 10 đấu cá : 4 đấu muối, sản xuất theo phương pháp gài nén đảo trộn kĩ, phơi nắng, sau 7 tháng thì kéo rút thành nước mắm. - Nước mắm Phú Quốc: Chỉ dùng thùng gỗ để chứa đựng, sử dụng phương pháp gài nén và cho muối một lần từ đầu. Cách gài nén như sau: cứ một lớp cá, một lớp muối, một quả dứa, một lớp thính, theo tỷ lệ 100kg cá: 25 kg muối: 2kg thính: 10 quả dứa hoặc 1-2 quả mít. Nhìn chung, hiện nay có các phương pháp chế biến chượp như sau: * Phương pháp muối cá có thêm nước lã: đây là phương pháp sản xuất của huyện Cát Hải, Hải Phòng. Đặc điểm của phương pháp này là: - Cho nước lã vào khối cá đã ướp muối: tác dụng chủ yếu của việc cho nước lã làm loãng khối cá sẽ làm tăng tốc độ hoạt động thủy phân của enzym protease và vi khuẩn làm cho thịt cá nhanh thủy phân trong môi trường muối lạt. Nước lã cho vào làm cho độ loãng khối chượp tăng, dễ đánh khuấy, nhiệt độ phân phối được đều cho toàn bộ khối cá, thịt cá mau nát. Chƣơng 1: Tổng quan tài liệu Trang 10 - Cho muối nhiều lần: tạo điều kiện cho hệ enzym protease hoạt động tốt trong điều kiện muối lạt, không bị kìm hãm bởi nồng độ muối cao ban đầu. - Phơi nắng, đánh khuấy: Phơi nắng nhằm mục đích hấp thu nhiệt tạo điều kiện cho hệ enzym hoạt động mạnh, tốc độ phân giải nhanh, cá nhanh ngấu, chượp mau chín. Ngoài ra việc đánh khuấy là tác dụng cơ học làm cho thịt cá nhanh rã, làm tăng diện tích tiếp xúc của enzym, nhiệt độ được đều từ trên xuống dưới, làm cho muối nhanh chóng tan và đều khắp ang. * Phương pháp gài nén của khu 4 cũ: Đây là phương pháp sản xuất nước mắm của vùng khu 4 cũ. Trong phương pháp này cá được trộn đều với muối đủ ngay từ đầu hoặc nhiều lần (2 lần hoặc 3 lần), sau đó được ướp vào thùng hoặc bể rồi gài nén không cho nước lã và không đánh đảo. Đối với cách cho muối nhiều lần thì các lần sau muối sẽ được bổ sung vào trong nước bổi (nước muối cá rút ra từ khối chượp), đánh đều cho tan hết rồi đổ trở ngược lại khối cá. Nước bổi được rút ra, phơi nắng và lắng trong, khối cá được nén thật chặt, xong cho nước bổi đã phơi nắng trở lại khối cá trong bể. Hệ enzym protease nội tại trong cá và hệ vi sinh vật thủy phân protein thành acid amin trong điều kiện được tiếp nhiệt bằng cách phơi nắng. * Phương pháp đánh khuấy: Đánh khuấy có hai cách: nén rồi khuấy, khuấy ngay từ đầu. - Phương pháp nén rồi khuấy: Theo phương pháp này trong 1 tháng đầu khối chượp được gài nén bằng vĩ tre, sau đó vĩ được lấy ra và đánh khuấy như phương pháp đánh đảo và phơi nắng của Cát Hải. - Phương pháp đánh khuấy ngay từ đầu: Phương pháp này chủ yếu đánh đảo nhiều và phơi nắng nhiều như ở vùng Cát Hải nhưng không thêm nước lã. Thời gian chế biến của phương pháp này dài hơn phương pháp ở vùng Cát Hải, ngắn hơn phương pháp gài nén, nhưng độ đạm cao hơn và ít bị tổn thất đạm như phương pháp Cát Hải. Chƣơng 1: Tổng quan tài liệu Trang 11 * Phương pháp chế biến ở đảo Phú Quốc: Phương pháp chế biến ở Đảo Phú Quốc giống như phương pháp gài nén ở khu Bốn cũ, nhưng ở đây chượp được chứa trong các thùng gỗ hay bể lớn với sức chứa 1-5 tấn hoặc 10 tấn. Muối được cho vào một lần, ngoài ra còn bổ sung thêm một số quả như: mít, dứa và thính. * So sánh ưu nhược điểm một số phương pháp chế biến nước mắm truyền thống: So sánh các phương pháp sản xuất nước mắm trên có thể rút ra một số nhận xét sau: - Phương pháp chế biến nước mắm của vùng Cát Hải: + Ưu điểm: có thời gian chế biến ngắn nhất vì cho áp dụng chế độ cho muối nhiều lần, cho thêm nước lã, phơi nắng tiếp nhiệt và đánh đảo. + Nhược điểm: nước mắm có độ đạm thấp, lượng đạm hao hụt cao, đòi hỏi theo dõi hằng ngày, tốn nhiều nhân công và cần người có kinh nghiệm lâu năm biết cho muối kịp thời. - Phương pháp sản xuất của khu 4 cũ: + Ưu điểm: Tỉ lệ đạm thối trong sản phẩm nước mắm thấp hơn so với các phương pháp khác, độ đạm cao, hương vị nước mắm thơm ngon. + Nhược điểm: Thời gian chế biến dài nhất, song nếu sử dụng phương pháp cho muối nhiều lần , tiếp nhiệt bằng cách phơi nắng thì thời gian chế biến rút ngắn hơn. - Phương pháp sản xuất nước mắm của Phú Quốc: + Ưu điểm: Tỉ lệ đạm thối (nitơ NH3) thấp, độ đạm cao, bổ sung thêm mít, thính, dứa (chứa enzym bromelin) tăng sức thủy phân khối cá, tăng hương vị nước mắm, lợi dụng sức nóng mặt trời để tăng tốc độ phân giải. + Nhược điểm: Thời gian chế biến dài do áp dụng chế độ cho muối một lần. Chƣơng 1: Tổng quan tài liệu Trang 12 - Phương pháp đánh khuấy: Phương pháp này kết hợp hai phương pháp gài nén và Cát Hải: lợi dụng tác động cơ học, phơi nắng và cho muối nhiều lần rút ngắn thời gian chế biến. Thời gian chế biến trung bình. Nhìn chung chế biến nước mắm theo phương pháp truyền thống thời gian sản xuất dài từ 6-12 tháng nên hiệu quả kinh tế còn thấp. Để rút ngắn thời gian sản xuất, nhiều công trình đã nghiên cứu nhằm tăng cường hoạt động của hệ enzym protease có sẵn trong cá và hệ vi sinh vật tự nhiên bằng cách tiếp nhiệt, cho muối nhiều lần, đánh đảo hay bổ sung thêm enzym từ bên ngoài để rút ngắn thời gian sản xuất nước mắm. 1.1.7.2. Các phương pháp sản xuất nước mắm không truyền thống (nước mắm ngắn ngày): * Phương pháp hóa học: cơ chế của phương pháp này là dùng hóa chất để thủy phân thịt cá thành dung dịch acid amin, người ta thường sử dụng acid chlohydric. - Ưu điểm: thời gian sản xuất ngắn, màu sắc của sản phẩm đẹp, đạm thối ít, sự tổn thất acid amin thấp. - Nhược điểm: mùi vị đặc trưng của nước mắm còn hạn chế, tồn đọng độc tố 3MCPD trong sản phẩm do quá trình chế biến do sử dụng HCl nhiệt độ cao trong quá trình sản xuất lâu dài. * Phương pháp sử dụng protease để thủy phân: nguyên lý là sử dụng các loại protease để thủy phân protein của cá thành dung dịch acid amin, sau đó đem lọc trong, điều chỉnh chất lượng cho đạt yêu cầu rồi đóng chai, bình,... ra các loại thành phẩm. - Ưu điểm: thời gian chế biến ngắn, lượng mắm cốt thu được nhiều, ít độc hại. - Nhược điểm: sản phẩm có mùi vị và màu sắc kém hơn nước mắm sản xuất theo phương pháp truyền thống, để cải thiện mùi vị người ta cho chạy qua chượp tốt để lấy hương vị nước mắm, chi phí sản xuất cao. Như vậy, các phương pháp chế biến nước mắm không truyền thống chủ yếu là để thủy phân protein thịt cá một cách nhanh chóng tạo ra acid amin, còn hương vị của sản phẩm không bằng nước mắm sản xuất theo phương pháp truyền thống. Muốn tạo Chƣơng 1: Tổng quan tài liệu Trang 13 thành nước mắm có hương vị như nước mắm truyền thống phải cho dịch thủy phân chạy qua chượp tốt hoặc pha đấu với nước mắm cốt sản xuất theo phương pháp truyền thống. Trong các phương pháp sản xuất nước mắm không truyền thống thì phương pháp bổ sung enzym protease từ bên ngoài để rút ngắn thời gian sản xuất nước mắm có nhiều ưu điểm hơn. Vì vậy, nghiên cứu sản xuất nước mắm theo phương pháp bổ sung protease cần được nghiên cứu. 1.1.8. Các nghiên cứu và cải tiến trong quá trình sản xuất nƣớc mắm ngắn ngày:[1,2,14,16,20,22] Nhìn chung phương pháp chế biến nước mắm theo phương pháp cổ truyền ở nước ta còn thô sơ, thời gian chế biến còn dài (6-12 tháng) hiệu quả kinh tế còn thấp. Chính vì vậy, nhiều công trình nghiên cứu trong và ngoài nước nhằm tăng cường quá trình thủy phân, rút ngắn thời gian sản xuất, các công trình nghiên cứu được chia làm hai hướng: - Hướng thứ 1: Tạo điều kiện thích hợp để enzym có sẵn trong cá hoạt động phân giải cá mạnh nhất bằng cách: tiếp nhiệt, điều khiển quá trình cho muối, khuấy đảo,... Với các công trình nghiên cứu của các tác giả như: Lê Hải Lưu (1973), Hồ Hoàng Thành và Đoàn Nguyệt Huy (1975), Hồ Hoàng Thành (1979), Hồ Trạch (1987). Từ kết quả nghiên cứu đã đưa ra một số kết luận. [13,14,16] + Nhiệt độ tốt nhất để thủy phân cá là khoảng 45oC. + Áp dụng phương pháp cho muối nhiều lần, kết hợp với đánh khuấy sẽ tăng cường khả năng thủy phân thịt cá, tuy nhiên cần theo dõi để khống chế quá trình phân hủy. + Nguyên liệu băm nhỏ, đập dập có tác dụng rút ngắn thời gian chế biến chượp hơn so với để nguyên con. + Trong điều kiện muối tự nhiên, pH≈ 6, không thật sự tối ưu cho hoạt động của enzym nào trong cá, nhưng cả hai loại enzym chính đều hoạt động được, mặt khác lại có tác dụng ức chế vi sinh vật gây thối. Chƣơng 1: Tổng quan tài liệu Trang 14 Tuy nhiên, theo hướng này thì chỉ sử dụng enzym có sẵn trong nguyên liệu nên thời gian chế biến vẫn còn dài, hiệu suất thu hồi đạm chưa cao. Vì vậy đã có các công trình nghiên cứu theo hướng sau. - Hướng thứ 2: Bổ sung protease hoặc các vi sinh vật tổng hợp enzym protease ngoại bào để rút ngắn thời gian thủy phân cá, nâng cao hiệu suất thủy phân thu hồi đạm trong nguyên liệu thủy phân. Đã có nhiều loại enzym protease được ứng dụng trong chế biến nước mắm: papain, bromelin, protease từ nấm mốc Asp. Oryzae, vi khuẩn Bacillus subtilis. Theo hướng này đã có nhiều công trình của các tác giả trong nước và ngoài nước. Nguyễn Lân Dũng, Đào Trọng Hùng và Ngô Khắc Duy (1964) đã sử dụng protease từ nấm mốc Asp. Oryzae để rút ngắn thời gian sản xuất. [22] Nguyễn Lân Dũng, Phạm Văn Ty (1967) đã phân lập và tuyển chọn chủng nấm mốc thuộc giống Aspergillus có năng lực phân giải protein cá, nghiên cứu điều kiện tốt nhất để sản xuất lớn các loại nấm mốc này trên môi trường đơn giản. Trộn nấm mốc với cá để từ 1-3 ngày ở nhiệt độ 55oC, kết quả cho thấy bã và xương lắng xuống, nước cốt ở trên trong, nhưng hương vị không bằng nước mắm cổ truyền. [16] Năm 1975, một nhóm cán bộ nghiên cứu của viện nghiên cứu Hải sản Hải Phòng, đã nghiên cứu và ứng dụng chế phẩm protease của vi khuẩn Bacillus pumillus vào quá trình thủy phân cá, kết quả cho thấy: khi cho thêm protease ngoại bào của Bacillus pumillus với tỉ lệ 1% (so với cá) thì tăng nhanh quá trình thủy phân một cách rõ rệt ở 24 giờ đầu, dịch thủy phân thu được có màu cánh gián, vị ngọt, mùi thơm nước mắm, không có mùi lạ, và hàm lượng đạm cao hơn mẫu đối chứng. [14] Theo kết quả nghiên cứu của tác giả Ngô Thị Mai, Nguyễn Thị Dự (1991) dùng protease của vi khuẩn Bacillus subtilis bổ sung vào chượp cho thấy: với lượng 0,3% chế phẩm protease của Bac.subtilis bổ sung vào chượp, trong điều kiện ổn định ở 50oC, thời gian chế biến rút ngắn còn 10 ngày và 30-35 ngày trong điều kiện tiếp nhiệt tự nhiên vào mùa hè. Dịch lọc sau khi thủy phân được đánh giá tốt về thành phần hóa học và cảm quan. Tăng hiệu suất thu hồi đạm so với phương pháp cổ truyền. [16] Chƣơng 1: Tổng quan tài liệu Trang 15 Nguyễn Trọng Cẩn và các cộng sự (1993) đã nghiên cứu ứng dụng bổ sung canh trường nuôi cấy nấm mốc Asp.oryzae 29A vào chượp để rút ngắn thời gian chế biến nước mắm. Kết quả cho biết, dùng 2,5%-3% canh trường nuôi cấy nấm mốc Asp.oryzae 29A bổ sung vào chượp, ở điều kiện pH=6,5-6,8, nhiệt độ 35oC- 40oC, tỉ lệ muối ban đầu là 6%, và cứ 3 ngày cho muối 1 lần với lượng 3% cho đến khi đủ muối, kết hợp với đánh khuấy thì sau 15-20 ngày chượp đã ổn định, có thể đem lọc và rút nước mắm. Tuy nhiên nước mắm chưa có mùi vị đặc trưng, khâu lọc rút nước mắm còn gặp nhiều khó khăn vì chượp tạo thành hỗn hợp đặc nhuyễn có độ nhớt cao. [2] Trần Thị Luyến (1994) đã nghiên cứu bổ sung rỉ đường kết hợp với sục khí và cho muối nhiều lần để rút ngắn thời gian chế biến chượp, nâng cao hiệu suất thu hồi đạm trong sản xuất nước mắm.[15] Đặng Văn Hợp (2000) với công trình nghiên cứu Hoàn thiện Công nghệ chiết xuất protease từ Asp. Oyzae và ứng dụng vào sản xuất nước mắm thu được kết quả: khi bổ sung 0,1% chế phẩm protease (so với cá), tỉ lệ muối ban đầu là 8% và cứ 3 ngày thì bổ sung muối một lần, mỗi lần 3% cho đến khi đủ tổng số là 25% muối. Nếu thủy phân trong điều kiện tiếp nhiệt tự nhiên là phơi nắng thì thời gian thủy phân rút ngắn còn 1520 ngày, hiệu suất thu hồi đạm từ cá tăng 20% so với phương pháp cổ truyền. Nếu tiếp nhiệt trong điều kiện ổn định là 52oC thì thời gian thủy phân chỉ còn 7 ngày.[9] Vũ Ngọc Bội (2004) đã nghiên cứu kiểm nghiệm sử dụng protease Bac.subtilis S5 trong chế biến nước mắm từ cá cơm cho kết quả là: Có thể sử dụng protease Bac.subtilis S5 để rút ngắn thời gian thủy phân thịt cá trong chế biến nước mắm từ cá cơm, nước mắm cao đạm sản xuất bằng protease Bac.subtilis có hàm lượng và thành phân acid amin cao hơn nước mắm cốt sản xuất theo phương pháp truyền thống.[1] Lê Văn Việt Mẫn, Trần Thị Ánh Tuyết (2006) đã nghiên cứu đặc tính của enzym protease từ Asp. Oryzae và ứng dụng vào quá trình lên men nước mắm đã kết luận: hàm lượng enzym protease càng nhiều thì quá trình thủy phân càng mạnh mẽ và hàm lượng acid amin càng cao.[19] Chƣơng 1: Tổng quan tài liệu Trang 16 Ngoài các công trình công bố trong nước, còn nhiều tác giả nước ngoài đã nghiên cứu ứng dụng chế phẩm protease và vi sinh vật trong sản xuất nước mắm và nước chấm. Ravipim- Chaveesuk và các cộng sự (1993) đã nghiên cứu ảnh hưởng khi thêm chế phẩm hỗn hợp trypsin và chimotrypsin với lượng là 0,3% theo khối lượng cá, tỷ lệ trypsin/chimotrypsin trong hỗn hợp thay đổi theo thứ tự là 100/0, 50/50, 0/100 để tăng nhanh quá trình chế biến nước mắm từ cá trích. Kết quả đã làm tăng nhanh quá trình thủy phân protein của cá một cách đáng kể, nước mắm có hàm lượng nitơ toàn phần và acid amin tự do cao hơn mẫu đối chứng. Trong đó ở mẫu bổ sung hỗn hợp trypsin và chimotrypsin với tỉ lệ 50/50 cho kết quả tốt nhất với quá trình thủy phân cá. [29] Các nhà khoa học Nhật Bản (1996) đã bổ sung histidin với tỉ lệ từ 0,1%- 2% so với cá, kết quả làm tăng nhanh quá trình thủy phân cá trong thời gian lên men, sau 4 tháng cho một sản phẩm tương tự như nước mắm chế biến theo phương pháp cổ truyền và mức độ thủy phân cá triệt để hơn, hàm lượng acid amin trong nước mắm cao hơn so với mẫu đối chứng. Kết quả còn cho thấy khi thêm histidin vào chượp trong quá trình lên men không làm tăng histamin trong nước mắm.[32] Như vậy mục tiêu rút ngắn thời gian chế biến nước mắm được nghiên cứu rất nhiều trong đó các công trình theo hướng thứ 2 đạt được kết quả khả quan, với việc bổ sung enzym protease từ nhiều nguồn khác nhau rút ngắn được thời gian chế biên nước mắm đáng kể, nhưng việc kết hợp cả hai hướng trên vào sản xuất nước mắm ngắn ngày cần được nghiên cứu để đem lại hiệu quả cao hơn. Hơn nữa cần phải cần nghiên cứu đa dạng hơn các loại enzym protease khác nhau, cũng như sử dụng thêm nguồn nguyên liệu khác để chế biến nước mắm, để làm phong phú sản phẩm. Chƣơng 1: Tổng quan tài liệu Trang 17 1.2 TỔNG QUAN VỀ ENZYM PROTEASE: 1.2.1. Định nghĩa:[12] Protease là nhóm enzym xúc tác sự thủy phân liên kết peptid (-CO-NH-) trong phân tử protein, polypeptid thành những phân tử peptid ngắn và các acid amin. 1.2.2. Phân loại protease: [1,12,15] 1.2.2.1. Phân loại dựa trên cơ chất enzym sử dụng: Dựa trên cơ chất enzym sử dụng thì protease được chia thành hai nhóm: proteinase và peptidase. - Proteinase phân hủy protein thành polypeptid, pepton. Chúng có tính đặc hiệu tương đối rộng không đòi hỏi phải có nhóm carboxyl hay amin tận cùng ở gần kề liên kết peptid. Chúng tác dụng vào liên kết peptid ở trong phân tử protein vì vậy những enzym này còn được gọi là endo-peptidase. - Peptidase phân hủy các phân tử peptid có phân tử lượng nhỏ (pepton, polypeptid) thành các acid amin tự do. Những enzym này đòi hỏi peptid phải có các nhóm –COOH và –NH2 tự do tận cùng ở gần kề liên kết peptid bị phân cắt. Peptidase đặc hiệu tương đối hẹp, chủ yếu thủy phân các liên kết ở hai đầu của phân tử protein nên gọi là exo-peptidase (hay peptidase phân cắt đầu mạch). Nếu phân cắt ở đầu mạch có gốc amin tự do thì được gọi là enzym amino-peptidase. Nếu phân cắt ở đầu mạch có gốc carboxyl tự do thì được gọi là enzym carboxyl-peptidase. Cả 2 enzym endo-peptidase và exo-peptidase kết hợp với nhau một cách có hiệu quả trong việc thủy phân phân tử protein, có thể nói rằng chức năng chính của endopeptidase là tạo một lượng lớn những peptid có đầu tận cùng là nhóm carboxyl tự do và nhóm amin tự do để tạo điều kiện cho exo-peptidase hoạt động. 1.2.2.1. Phân loại dựa trên cơ chế xúc tác, trung tâm hoạt động: Căn cứ vào cơ chế phản ứng, dựa vào đặc trưng của trung tâm họat động, pH hoạt động thích hợp,... Năm 1960, Hartley đã phân loại proteinase của vi sinh vật thành 4 nhóm theo cơ chế xúc tác: proteinase- serin, proteinase- thiol, proteinase kim loại, proteinase acid. Nhưng do các hiểu biết mới về mặt hóa học trung tâm hoạt động của Chƣơng 1: Tổng quan tài liệu Trang 18 enzym nên Barret đã phân chia lại và được Ủy ban Danh pháp Hóa sinh Quốc tế công nhận (1984). Theo Barret proteinase được chia thành 4 nhóm nhỏ, tên các nhóm này gồm tên các acid amin quan trọng nhất có vai trò xúc tác trong trung tâm hoạt động enzym: - Proteinase Serine (EC.3.4.21): là những proteinase có nhóm (-OH) của serin nằm trong trung tâm hoạt động. Các serin proteinase này thường hoạt động ở vùng pH kiềm và có tính đặc hiệu tương đối rộng. Tính đặc hiệu của chúng thể hiện về phía gốc acid amin chứa nhóm (-CO-) của liên kết peptid bị thủy phân. Nhóm (-OH) này có vai trò đặc biệt quan trọng đối với hoạt động xúc tác của enzym. Chúng bị ức chế mạnh dưới tác dụng của DFP và một số protein đặc hiệu khác như antitrypsin có ở hạt đậu tương. Gồm có 2 họ chính: + Họ chymotrypsin: bao gồm các enzym của động vật có vú như: chymotrypsin, trypsin, elastase,... + Họ substilisin: bao gồm các enzym vi khuẩn như subtilizin. - Proteinase Thiol (Cystein protease) (EC.3.4.22): là các proteinase có nhóm thio (-SH) của acid amin cystein trong trung tâm hoạt động. Nhóm (-SH) này có vị trí đặc biệt trong trung tâm hoạt động xúc tác của enzym, vì nó có khả năng phản ứng cao, tham gia nhiều biến đổi hóa học như acid hóa, phosphoryl hóa, oxy hóa,… Các proteinase cystein thường hoạt động mạnh ở vùng pH trung tính và có hoạt tính đặc hiệu rộng, chúng chỉ hoạt động khi nhóm thiol trong trung tâm hoạt động không bị bao vây. Nhóm này bao gồm các protease thực vật như: papain, bromelin,.. - Proteinase Acid (Aspartic proteinase) (EC.3.4.23) : là những proteinase chứa nhóm (-COOH) trong trung tâm hoạt động. Các nhóm (-COOH) này thuộc mạch bên của acid Aspactic hoặc acid Glutamic hay cũng có thể là nhóm (-COOH) đầu C của chuỗi polypeptid. Các proteinase aspartic thường hoạt động mạnh ở vùng pH acid, bị ức chế bởi diazoacetyl norleucine methyl ester (DNME) và có tính đặc hiệu với các acid amin có vòng thơm hoặc acid amin kỵ nước ở cả hai phía của liên kết peptid bị Chƣơng 1: Tổng quan tài liệu Trang 19 thủy phân. Hầu hết proteinase nhóm này đều thuộc họ pepsin gồm: pepsin, chymosin và protease của vi nấm. Trung tâm hoạt động có 3 acid amin: 2 aspartic acid và 1 tyrosine. - Protease Metallo (EC.3.4.24): là những proteinase trong trung tâm hoạt động của chúng có các ion kim loại như: Zn, Mg, Co,... Các proteinase metallo thường hoạt động mạnh nhất ở vùng pH trung tính và có tính đặc hiệu về phía gốc acid amin chứa nhóm (-NH-) của acid amin kỵ nước có kích thước lớn hoặc liên kết peptid được tạo thành từ acid amin có phân tử lượng thấp. Nhóm này bao gồm các họ protease của vi nấm và vi khuẩn. 1.2.2.3. Phân loại dựa trên pH tối ưu: Căn cứ vào khoảng pH hoạt động tối ưu thì protease được chia thành 3 nhóm: - Protease acid: pH tối ưu từ 2-5. Nhóm enzym này xúc tác cho sự thủy phân các peptid và protein ở vùng pH acid. Ngoài ra, chúng còn có khả năng thủy phân một số di- tri peptid do có sự hiện diện của enzym carboxylpeptidase. - Protease trung tính : pH tối ưu lân cận 7, là những enzym có trung tâm hoạt động là kim loại, chứa nhiều Zn, kém bền với nhiệt độ, bị kích thích bởi Zn2+, Co2+, Mn2+ và bị ức chế bởi các hóa chất cô lập kim loại. - Protease kiềm: pH tối ưu từ 9-11 * Các hệ enzym trong sản xuất nước mắm:[15] - Hệ enzym protease metallo (Aminodipeptidase): Hệ enzym này tồn tại trong nội tạng của cá và chịu nồng độ muối cao trong sản xuất nước mắm nên ngay từ đầu nó hoạt động rất mạnh, và giảm dần trong tháng thứ 3 trở về sau. Loại enzym này có hoạt tính khá mạnh, có khả năng thủy phân rộng rãi đối với các loại peptid. Đây là nhóm thủy phân enzym trung tính, pH tối thích 5-7, pI= 4-5, nó ổn định với ion Mg2+, Ca2+ và mất hoạt tính vói Zn2+, Ni2+, Pb2+, Hg2+,… - Hệ enzym serin protease: Điển hình là enzym trypsin, tồn tại nhiều trong nội tạng của cá. Ở giai đoạn đầu của quá trình sản xuất nước mắm hoạt động của nó yếu. Hoạt tính tăng dần từ tháng Chƣơng 1: Tổng quan tài liệu Trang 20 thứ 2 và phát triển dần cực đại ở tháng thứ 3 rồi giảm dần đến khi chượp chín (protein phân giải gần như hoàn toàn không còn ở dạng pepton). Hệ enzym này luôn bị ức chế bởi chuỗi acid amin trong cấu trúc của enzym. Để “tháo gỡ” chuỗi này phải nhờ đến hoạt động của men cathepsin B nhưng men Cathepsin B dễ bị ức chế bởi nồng độ muối cao. Vì vậy để men cathepsin hoạt động tốt người ta thực hiện phương pháp cho muối nhiều lần. Enzym serin-protease hoạt động mạnh từ pH 5-10, mạnh nhất ở pH=9. - Hệ enzym protease acid: Có trong thịt và nội tạng cá, điển hình là enzym Cathepsin D. Hệ enzym này dễ bị ức chế bởi nồng độ muối khoảng 15% nên thường nó chỉ tồn tại trong thời gian ngắn ở đầu thời kỳ của quá trình thủy phân. Loại enzym này đóng vai trò thứ yếu trong quá trình sản xuất nước mắm. 1.2.3. Nguồn thu nhận enzym protease [8,12,25] Hiện nay người ta thu nhận và khai thác enzym protease từ 3 nguồn khác nhau: 1.2.3.1. Từ thực vật:[12] a/ Bromelin (E.C.3.4.4.24) thu nhận từ cây dứa (Ananas comusus):[12] Bromelin là tên gọi chung của nhóm enzym thực vật chứa nhóm sulfhydryl, có khả năng phân giải protein được thu nhận từ họ Bromeliaceae, đặc biệt là ở cây dứa (thân và trái). Cây dứa (Ananas comusus) thuộc lớp đơn tử diệp, họ Bromeliaceae có nguồn gốc từ Nam Mỹ. Hiện nay, ở nước ta loại dứa được trồng nhiều nhất là Ananas comusus được sử dụng như nguồn thực phẩm tươi, đóng hộp, nguồn thu enzym và ngoài ra còn được sử dụng trong một số lĩnh vực khác như dược, mỹ phẩm,… Phần thân và lá sau thu hoạch có thể được sử dụng làm giấy, lấy sợi hoặc làm phân bón. Trước đây, cây dứa được sử dụng như một loại cây làm thuốc. Năm 1957, Heinicke nhận thấy trong cây dứa có một lượng lớn bromelin và người ta bắt đầu tìm cách chiết tách nó và sản xuất dưới dạng thuốc để chữa bệnh. Tuỳ theo các bộ phận của cây dứa thu bromelin mà người ta phân biệt bromelin thân hay bromelin quả và bromelin thân là nhóm enzym có giá trị kinh tế.