BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ----o0o---- LÊ THỊ XUÂN THI NGHIÊN CỨU THU HỒI HỖN HỢP CAROTEN-PROTEIN TỪ ĐẦU TÔM THẺ CHÂN TRẮNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT HỢP HCL VÀ FLAVOURZYME ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Nha Trang, tháng 07 năm 2015 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ----o0o---- LÊ THỊ XUÂN THI NGHIÊN CỨU THU HỒI HỖN HỢP CAROTEN-PROTEIN TỪ ĐẦU TÔM THẺ CHÂN TRẮNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT HỢP HCL VÀ FLAVOURZYME ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM GVHD: ThS. PHẠM THỊ ĐAN PHƯỢNG Nha Trang, tháng 07 năm 2015 i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô trong Khoa Công nghệ thực phẩm đã tận tâm giảng dạy, truyền đạt kiến thức quý báu và hết lòng giúp đỡ, tạo điều kiện cho em có được những nền tảng kiến thức không chỉ trong suốt 4 năm học tập tại trường và còn trên những bước đường sau này. Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới giáo viên hướng dẫn của mình, cô Ths. Phạm Thị Đan Phượng đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành bài báo cáo này. Em xin cảm ơn PGS. TS.Trang Sĩ Trung đã tạo điều kiện cho em được tham gia Đề tài: Nghiên cứu sản xuất các sản phẩm giá trị gia tăng từ phế liệu tôm để ứng dụng trong nông nghiệp do Bộ Khoa học và Công nghệ cấp. Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy Ths. Nguyễn Công Minh và cô Ths. Nguyễn Thị Như Thường đã luôn theo sát và trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn tận tình cho em trong suốt thời gian làm báo cáo. Bên cạnh đó, em cũng chân thành cảm ơn các thầy cô và cán bộ quản lý Phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Sinh học, Phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Chế biến, Phòng thí nghiệm Công nghệ và thiết bị cao đã tạo điều kiện, hỗ trợ cho em thực tập tại phòng thí nghiệm Qua đây em muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã động viên về tình thần giúp em hoàn thành bài tốt nghiệp này. Một lần nữa em xin cảm ơn! Nha Trang, ngày ….tháng….năm……. Sinh viên thực hiện Lê Thị Xuân Thi ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... i DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT ...................................................................... iv DANH MỤC CÁC HÌNH ..................................................................................... vi LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .................................................................................. 4 1.1. Các nghiên cứu trong nước liên quan tới đề tài ........................................... 4 1.2. Các nghiên cứu ngoài nước liên quan tới đề tài .......................................... 5 1.3. Tìm hiểu về caroten-protein ........................................................................ 6 1.3.1. Phức hợp carotenoprotein trong sinh vật biển ...................................... 6 1.3.2. Carotenoid từ sinh vật biển .................................................................. 7 1.3.3. Hoạt tính sinh học của astaxanthin ....................................................... 9 1.3.4. Ứng dụng của caroten-protein ............................................................ 10 1.4. Thu nhận hỗn hợp caroten-protein trong quá trình sản xuất chitin từ phế liệu đầu tôm ....................................................................................................... 11 1.4.1. Phế liệu đầu tôm ................................................................................ 11 1.4.2. Các quy trình thu hồi hỗn hợp caroten-protein trong quá trình sản xuất chitin từ phế liệu tôm ...................................................................................... 14 1.5. Phương pháp ủ xilô thủy phân protein ...................................................... 15 1.5.1. Các tác nhân thủy phân protein .......................................................... 15 1.5.2. Các quá trình ủ xilô thủy phân protein ............................................... 18 1.6. Phương pháp thu hồi hỗn hợp C-P ............................................................ 20 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ............................................ 23 2.1. Đối tượng ................................................................................................. 23 2.1.1. Đầu tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei) ..................................... 23 2.1.2. Acid Clohydric .................................................................................. 24 2.1.3. Enzyme Flavourzyme ........................................................................ 24 2.2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát ....................................................... 25 iii 2.2.2. Xác định nồng độ HCl ....................................................................... 27 2.2.3. Xác định thời gian xử lý HCl ............................................................. 29 2.2.4. Xác định tỷ lệ enzyme/đầu tôm .......................................................... 31 2.2.5. Xác định thời gian xử lý enzyme........................................................ 33 2.3. Các phương pháp phân tích sử dụng chính ............................................... 35 2.4. Phương pháp xử lý số liệu ........................................................................ 35 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................... 36 3.1. Thành phần hóa học cơ bản của đầu tôm thẻ chân trắng ........................... 36 3.2. Điều kiện xử lý đầu tôm thích hợp bằng phương pháp kết hợp HCl và Flavourzyme để thu nhận hỗn hợp C-P............................................................... 37 3.2.1. Điều kiện thủy phân thích hợp của HCl trong công đoạn đầu của quá trình thu nhận hỗn hợp C-P ............................................................................. 37 3.2.2. Điều kiện thủy phân thích hợp của Flavourzyme trong công đoạn sau của quá trình thu nhận hỗn hợp C-P ................................................................ 41 3.3. Đề xuất quy trình thu nhận hỗn hợp C-P bằng phương pháp kết hợp HCl và Flavourzyme ...................................................................................................... 45 3.4. Kết quả phân tích chất lượng sản phẩm .................................................... 47 KẾT LUẬN ....................................................................................................... 49 KIẾN NGHỊ ....................................................................................................... 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 50 iv DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT Kí hiệu các từ viết tắt C-P Diễn giải Caroten-protein v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Hàm lượng astaxanthin từ các nguồn phế liệu sinh học các loài giáp xác . 9 Bảng 1.2. Các ứng dụng chính của hỗn hợp protein và carotenoid ......................... 11 Bảng 1.3. Thành phần hóa học cơ bản của phế liệu tôm hùm ................................. 12 Bảng 1.4. Thành phần hóa học cơ bản của phế liệu tôm Penaaus vannamei .......... 13 Bảng 2.1. Điều kiện hoạt động thích hợp của một số protease thương mại thông dụng ...................................................................................................................... 17 Bảng 3.1. Thành phần hóa học cơ bản của đầu tôm thẻ chân trắng......................... 36 Bảng 3.2. Thành phần hóa học của hỗn hợp C-P.................................................... 47 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Các liên kết hóa học của astaxanthin trong đầu tôm ................................. 6 Hình 1.2. Cấu trúc hóa học của astaxanthin ............................................................. 7 Hình 1.3. Một số cấu trúc dạng đồng phân của astaxanthin ...................................... 8 Hình 1.4. Quy trình chiết rút hỗn hợp C-P từ phế liệu tôm sử dụng Alcalase ......... 14 Hình 1.5. Quy trình chiết rút bột ĐGC từ phế liệu tôm sử dụng trypsin ................ 15 Hình 1.6. Quá trình thu hồi caroten-protein bằng phương pháp ủ xi lô ................... 18 Hình 2.1. Nguyên liệu đầu tôm ............................................................................. 23 Hình 2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát ........................................................... 26 Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nồng độ HCl ....................................... 28 Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian xử lý HCl ............................. 30 Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ Flavourzyme/đầu tôm .................. 32 Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian xử lý Flavourzyme. .............. 34 Hình 3.1. Ảnh hưởng của nồng độ HCl sử dụng đến hiệu suất thu hồi và hàm lượng astaxanthin của hỗn hợp C-P. ................................................................................ 38 Hình 3.2. Ảnh hưởng của thời gian xử lý HCl đến hiệu suất thu hồi và hàm lượng astaxanthin của hỗn hợp C-P. ................................................................................ 40 Hình 3.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ Flavourzyme/đầu tôm sử dụng đến hiệu suất thu hồi và hàm lượng astaxanthin của hỗn hợp C-P ........................................................... 42 Hình 3.4. Ảnh hưởng của thời gian xử lý Flavourzyme đến hiệu suất thu hồi và hàm lượng astaxanthin của hỗn hợp C-P. ...................................................................... 44 Hình 3.5. Sơ đồ quy trình thu nhận hỗn hợp C-P bằng phương pháp kết hợp HCl và Flavourzyme.......................................................................................................... 46 vii Hình 3.6. Hỗn hợp C-P nhão sản xuất theo quy trình đề xuất (bên trái) và mẫu đối chứng (bên phải).................................................................................................... 48 1 LỜI MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Ngành chế biến thủy sản xuất khẩu được đánh giá là ngành kinh tế mũi nhọn của cả nước, hàng năm sản lượng khai thác và chế biến là rất lớn. Tuy nhiên, lượng chất thải rắn từ thủy sản thải ra môi trường cũng là một con số đáng kể, đây cũng là nguyên nhân hàng đầu gây ô nhiễm môi trường. Nếu chúng ta giải quyết tốt vấn đề này sẽ làm gia tăng giá trị sử dụng của nguyên liệu, góp phần tạo ra giá trị kinh tế cho doanh nghiệp, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường là điều cần thiết. Ước tính phế liệu tôm khoảng hơn 200.000 tấn/năm, trong đó có khoảng 120.000 tấn đầu tôm. Đây là nguồn nguyên liệu dồi dào cho sản xuất chitin, caroten-protein với tỷ lệ 50% protein và một lượng nhỏ carotenoid, tuy nhỏ nhưng có hoạt tính sinh học cao cần được thu hồi ở dạng hỗn hợp caroten-protein(C-P)[9]. Hỗn hợp này sẽ có ý nghĩa để bổ sung vào làm thức ăn gia súc, nuôi trồng thủy sản, làm tăng màu sắc cho cá hồi, các loài giáp xác, tăng hệ miễn dịch cho vật nuôi. Gần đây, các nhà nghiên cứu thường sử dụng các phương pháp sinh học (vi sinh vật và enzyme) sử dụng protease hay lên men để thủy phân protein trong quy trình sản xuất chitin để tách protein ra khỏi thành phần chitin trong phế liệu, thay thế cho các chất hóa học. Tuy nhiên, sử dụng phương pháp sinh học sẽ tốn kém chi phí và hiệu suất thu hồi hỗn hợp C-P có hàm lượng carotenoid không cao.Từ những nghiên cứu trước cho thấy nếu chỉ sử dụng một enzyme protease thì thời gian thủy phân protein kéo dài nên sản phẩm thủy phân có mùi ít thơm và màusậm; đồng thời hiệu suất thu hồi sản phẩm thủy phân có sự khác biệt rõ ràng, ví dụnhư: khả năng thủy phân của enzyme Alcalase sẽ cho hiệu suất thu hồi cao nhưng sản phẩm thủy phân có vị đắng, còn enzyme Flavourzyme cho hiệu suất thu hồi thấp nhưng sản phẩm thủy phân có vị ngọt. Chính vì thế, nghiên cứu phương pháp kết hợp acid HCl và Flavourzyme trong việc thu hồi hỗn hợp C-P giàu carotenoid là một hướng đi 2 mới để khắc phục những nhược điểm trên, nếu đề tài này thành công sẽ đánh dấu bước đi quan trọng trong công tác nghiên cứu về tận thu hỗn hợp C-P: tìm ra phương pháp tách chiết mới (kết hợp acid vô cơ và enzyme) thu hồi hỗn hợp CPgiàu carotenoid đạt hiệu quả cao, chất lượng sản phẩm tốt, tiết kiệm chi phí. Có thể áp dụng công nghệ sản xuất hỗn hợp C-P vào trong công nghiệp để sản xuất thức ăn cho cá cảnh và cá hồi. Nhận thấy được tính cấp thiết của vấn đề, đồng thời giúp sinh viên làm quen với công tác nghiên cứu khoa học. Tôi đã được Khoa Công nghệ thực phẩm giao cho đề tài: “Nghiên cứu thu hồihỗn hợp caroten-protein từ đầu tôm thẻ chân trắng bằng phương pháp kết hợp acid hydrochloric và Flavourzyme” để làm đề tài tốt nghiệpdưới sự hướng dẫn tận tình của ThS. Phạm Thị Đan Phượng. Tên đề tài: Nghiên cứu thu hồi hỗn hợp C-P từ đầu tôm thẻ chân trắng bằng phương pháp kết hợp acid hydrochloric và Flavourzyme. Nội dung: - Xác định thành phần hóa học của đầu tôm. - Nghiên cứu điều kiện thủy phân bằng acid HClở công đoạn đầu. - Nghiên cứu điều kiện thủy phân bằng enzyme Flavourzyme ở công đoạn sau. - Đề xuất qui trình thu nhận hỗn hợp C-P bằng phương pháp xử lý kết hợp HCl và Flavourzyme từ đầu tôm thẻ chân trắng. - Đánh giá chất lượng sản phẩm thu hồi từ quy trình đề xuất. Mục tiêu: Xây dựng quy trình xử lý đầu tôm thẻ chân trắng bằng phương pháp kết hợp HCl và Flavourzyme để thu nhận hỗn hợp C-Pcó hàm lượng carotenoidcao ứng dụng làm thức ăn cho cá cảnh và cá hồi, giúp tạo màu cho cơ thịt cá và ngăn ngừa bệnh tật, giảm stress, tăng hệ miễn dịch của vật nuôi. 3 Phạm vi nghiên cứu: Phế liệu đầu tôm thẻ chân trắng (Paneus vannamei) thu nhận tại các nhà máy chế biến thủy sản tại Khánh Hòa. Acid vô cơ sử dụng trong đề tài là HCl và enzyme sử dụng là enzyme thương mại Flavourzyme. 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Các nghiên cứu trong nước liên quan tới đề tài Phế liệu từ tôm hiện nay rất được các nhà khoa học chú trọng, chúng được dùng để sản xuất chitin-chitosan, chiết rút các chất màu, chất mùi phục vụ cho ngành công nghệ phẩm, đặc biệt trong thời gian gần đây để tận dụng được protein trong quá trình sản xuất chitin-chitosan thì cũng đã có nhiều nghiên cứu thu hồi hỗn hợp C-P vừa giảm thiểu được ô nhiễm môi trường, vừa mang lại hiệu quả kinh tế. Hỗn hợp caroten-protein có thể được bổ sung vào thức ăn thủy sản nhằm làm tăng màu sắc cho cá hồi, các loài giáp xác nhờ hàm lượng astaxanthin, đồng thời tăng hệ miễn dịch cho vật nuôi. Astaxanthin được Hoàng Thị Huệ An (2004) nghiên cứu chiết xuất từ phế liệu vỏ tôm bằng dung môi [1].Năm 2004, Vũ Ngọc Bội và cộng sự đã nghiên cứu tiến hành sử dụng protease từ đầu tôm sú để cải thiện khả năng tách chất mùi từ phế liệu tôm, ghẹ trước khi xử lý bằng các loại dung môi khác nhau [2].Các nghiên cứu này chỉ tập trung vào thu hồi một sản phẩm chính là chitin, hoặc astaxanthin, hoặc chất mùi từ phế liệu tôm hoặc có thu hồi protein chứa astaxanthin chứ chưa có nghiên cứu nào tiến hành thu nhận sản phẩm hỗn hợp C-P như là một sản phẩm chính, chất lượng cao và hiệu quả. Nhận thấy được điều đó thì các nhà khoa học trong những năm gần đây cũng đã chú trọng hơn về việc thu hồi hỗn hợp C-P trong quá trình sản xuất chitinchitosan để bổ sung vào thức ăn của động vật thủy sản, nhằm tận thu được chất thải và góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm dành cho thủy sản nhờ hàm lượng cao protein và astaxanthin. Trang Sĩ Trung và Trần Thị Luyến (2010) cũng đã có nhiều nghiên cứu về sử dụng enzyme protese như papain, Flavourzyme, Alcalase để khử protein. Sản phẩm tạo ra mùi ít thơm, màu sậm, thời gian thủy phân dài [13]. Theo nghiên cứu của Phạm thị Đan Phượng và cộng sự (2012) sử dụng kết hợp 2 enzyme là Flavourzyme và Alcalase để thu nhận carotein-protein và chế biến chế phẩm bột nêm[9]. Phương pháp này cho sản phẩm có chất lượng tốt, thời gian rút ngắn hơn so 5 với phương pháp sử dụng 1 enzyme protease nhưng chi phí cao. Ngô Thanh Lĩnh (2009) cũng đã nghiên cứu sử dụng acid hữu cơ ở nồng độ thấp trong quy trình sản xuất chitin-chitosan để khử protein, khoáng nhưng đồng thời tận thu được dịch ủ [5]. Phương pháp này thì tiết kiệm được chi phí và giảm thiểu ô nhiễm môi trường (do hạn chế sử dụng hóa chất) nhưng tốn nhiều thời gian (ủ trong 3ngày). Vì vậy, việc nghiên cứu thu nhận hỗn hợp C-P giàu carotenoid bằngphương pháp xử lý kết hợp HCl và Flavourzyme trong công nghệsản xuất chitin-chitosan từ đầu tôm là hướng đi mới, tạo thêm sản phẩm giá trị gia tăng bên cạnh sản phẩm chitin, chitosan, nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn phế liệu tôm dồi dào của Việt Nam. 1.2. Các nghiên cứu ngoài nước liên quan tới đề tài Trên thế giới, việc tận dụng các phế liệu thủy sản ở các nước có nền công nghiệp chế biến thủy sản phát triển để sản xuất ra các sản phẩm gia tăng có chất lượng được các nhà nghiên cứu hết sức chú trọng và quan tâm. Đối với phế liệu tômphần lớn các nghiên cứu tập trung thu nhận chitin và chitosan [30]. Bên cạnh đó, việc thu nhận hỗn hợp C-P cũng được quan tâm nghiên cứu, carotenoid đặc biệt là astaxanthin từ phế liệu tôm được chú trọng nhiều. Với những hiệu quả mà astaxanthin mang lại thì nó rất phổ biến trong việc bổ sung làm thức ăn cho thủy sản để tăng màu sắc cho cá cảnh, cá hồi và giáp xác, tăng hệ miễn dịch của vật nuôi. Các nghiên cứu cũng cho thấy astaxanthin đóng vai trò quan trọng trong sinh sản và phát triển của cá hồi. Carotenoid còn có tính chất chống oxy hóa [26]. Sử dụng thức ăn có chứa carotenoid thường xuyên có khả năng bảo vệ tế bào và ngăn ngừa được nhiều loại bệnh trong đó có cả bệnh ung thư và bệnh tim mạch [38]. Carotenoid cũng có thể chống lại Hecolybacter pylori gây bệnh viêm loét dạ dày [26]. Vì vậy thu hồi hỗn hợp C-P sao cho có hiệu quả là đều cần quan tâm. 6 1.3. Tìm hiểu về caroten-protein 1.3.1. Phức hợp carotenoprotein trong sinh vật biển Cấu trúc của phức hợp carotenoprotein hầu như được hình thành từ các xoắn ngẫu nhiên (random coil) và có dạng cấu hình phiến β. Một minh chứng rõ rệt là trong thành phần carotenoprotein, hàm lượng amino acid leucine (giúp làm bền kiểu cấu hình xoắn α) rất thấp nhưng hàm lượng các loại amino acid khác như proline, serine, glycine và asparagine (làm phá vỡ cấu trúc xoắn α) tương đối cao. Điển hình như trong phức hợp crustacyanin, tỉ lệ cấu trúc xoắn α chỉ chiếm khoảng 6% [17]. Bên cạnh đó, trong thành phần phức hợp carotenoprotein, các amino acid thường thấy trong dạng cấu hình β như isoleucine, valine, threonine và glutamine hiện diện với tỉ lệ không nhỏ, đồng thời một số lượng lớn các “cấu trúc quay ngược” β (β-bends) cũng được tìm thấy (cấu trúc này hỗ trợ sự hình thành của dạng cấu hình phiến β đối song song). Hình 1.1. Các liên kết hóa học của astaxanthin trong đầu tôm [21] Phức hợp carotenoprotein hòa tan trong nước và có tính bền vững, trong một vài trường hợp, màu sắc của nó bền đến vài năm trong không khí ở điều kiện nhiệt độ phòng. Ngoài ra, sự tương tác giữa protein và astaxanthin dẫn đến sự thay đổi lớn về bước sóng của bức xạ hấp thụ cực đại (spectral shift), từ đó dẫn đến sự thay 7 đổi về màu sắc của nó. Chẳng hạn, trong cơ thể động vật giáp xác, astaxanthin thường liên kết với các phân tử protein tạo thành phức hợp α-crustacyanin, hấp thụ cực đại bức xạ ở bước sóng 628 nm, tạo nên màu xanh đen đặc trưng thường thấy ở các loài thủy sản sống. Dưới tác dụng của nhiệt, liên kết trên bị phá hủy và giải phóng astaxanthin tự do (có bước sóng hấp thụ cực đại chỉ là 480 nm) màu đỏ cam. Sự thay đổi bước sóng của bức xạ hấp thụ cực đại của astaxanthin trong phức hợp carotenoprotein so với dạng phân tử tự do phụ thuộc vào sự liên kết của nó với thành phần apoprotein, về vị trí không gian, và chính bản chất cấu trúc của astaxanthin. 1.3.2. Carotenoid từ sinh vật biển Carotenoid là nhóm sắc tố phổ biến nhất được tìm thấy trong tự nhiên. Có hơn 600 loại carotenoid khác nhau được tìm thấy ở động vật và thực vật. Ở thực vật, carotenoid chịu trách nhiệm bảo vệ khỏi bức xạ, thu nhận ánh sáng, tách khí oxy kích thích (singlet oxygen) trong quá trình quang hợp. Sắc tố này thường được tìm thấy ở lục lạp của thực vật và các sinh vật quang hợp khác chẳng hạn như tảo và vài loại vi khuẩn. Trái lại, động vật không thể tự tạo carotenoid cho chính mình. Do đó, chúng phụ thuộc vào thực vật để có các sắc tố này. Hình 1.2. Cấu trúc hóa học của astaxanthin [22] Carotenoid có nguồn gốc từ sinh vật biển được sử dụng rộng rãi như là một chất màu tự nhiên an toàn cho các ngành công nghệ thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm. Carotenoid có vai trò quan trọng để loại trừ hoặc ngăn chặn một số bệnh thoái hóa cơ thể như chứng xơ vữa động mạch, ung thư, thoái hóa cơ thể và các bệnh về mắt [27]. 8 Carotenoid chiết tách từ các loài giáp xác có chức năng hình thành sắc tố được xem như là một nguồn tiền tố vitamine A quan trọng và là nhóm chất chống oxy hóa [29]. Carotenoid được xem là chất kích thích hệ thống miễn dịch, kích thích tăng khả năng sinh trưởng và phát triển [32,39]. Trong phế liệu tôm, carotenoid chủ yếu là astaxanthin (trên 95%) [21]. Astaxanthin là một carotenoid, thuộc nhóm chất phytochemical tecpen, là chất sắc tố màu vàng đỏ. Giống như nhiều carotenoid, nó là một chất màu hòa tan trong mỡ hoặc dầu. Astaxanthin có thể được tìm thấy trong vi tảo, men bia, cá hồi, cá, loài nhuyễn thể, tôm, tôm càng, động vật giáp xác, và những chiếc lông của một số loài chim. Hình 1.3. Một số cấu trúc dạng đồng phân của astaxanthin [26] Trong các loài giáp xác thủy sản, astaxanthin chủ yếu tập trung ở phần vỏ ngoài (chiếm 58 – 87% tổng hàm lượng carotenoid). Astaxanthin thường tồn tại ở dạng tự do, dạng mono- hay di-ester với các acid béo không no mạch dài, hoặc dưới dạng phức hợp carotenoprotein của đồng phân quang học (3S, 3’S). Hàm lượng astaxanthin trong vỏ tôm, cua thay đổi đáng kể theo tùy loài (từ 10-140 mg/kg trọng 9 lượng ướt hay là khoảng 50-700 mg/kg trọng lượng khô), chứng tỏ ở vỏ các loài giáp xác chứa một nguồn astaxanthin tự nhiên đáng kể [6]. Bảng 1.1. Hàm lượng astaxanthin từ các nguồn phế liệu sinh học các loài giáp xác [25,26] Nguồn Hàm lượng astaxanthin tổng (mg/100g) Tôm sú 14,77 Cua 11,96 Tôm hùm 9,69 Astaxanthin được thu nhận từ các loài sinh vật biển, có ảnh hưởng rất lớn đối với cơ thể con người, như có khả năng ngăn chặn sự oxy hóa của các acid béo không no có lợi, ngăn chặn ảnh hưởng của tia cực tím, tăng khả năng miễn dịch, hình thành chất màu, quá trình sao chép và truyền dẫn thông tin [28]. Astaxanthin là chất chống oxy hóa rất hiệu quả, có khả năng bảo vệ phospholipid của màng tế bào khỏi sự peroxid hóa, hoạt tính chống oxy hóa của astaxanthin lớn hơn gấp 10 lần các carotenoid khác như zeaxanhin, lutein, canthaxanthin và β-caroten. Astaxanthin cũng có tác dụng tăng cường khả năng miễn dịch [26]. 1.3.3. Hoạt tính sinh học của astaxanthin Chất màu mang nguồn gốc tự nhiên như carotenoid ngày càng được ứng dụng nhiều trong ngành công nghệ thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm để thay thế các chất màu hóa học có mối nguy về sức khỏe cho người tiêu dùng. Sắc tố sử dụng rộng rãi nhất là carotenoid màu đỏ cam được tìm thấy chủ yếu trong tôm, cua, cá hồi, cá hồng là astaxanthin [20]. 10 Astaxanthin có vai trò quan trọng để loại trừ hoặc ngăn chặn một số bệnh: chứng xơ vữa động mạch, ung thư, thoái hóa cơ thể và các bệnh về mắt. Carotenoid chiếttách từ các loài giáp xác xem như là một tiền tố vitamin A quan trọng và là nhóm chất chống oxy hóa có hoạt tính sinh học mạnh, có hiệu quả đối với người và động vật có vú [29]. Có khả năng nâng cao khả năng miễn dịch, ngăn ngừa triệu chứng lão hóa, bệnh thái hóa võng mạc bệnh Alzheimer, Parkinson, các bệnh có liên quan đến sự thừa cholesterol, một số căn bệnh ung thư. Trong phế liệu của các loại giáp xác thì carotenoid chủ yếu là astaxanthin (trên 95%) theo Armenta và Guerrore-Legarreta (2009) [21]. Astaxanthin cũng giống như các carotenoid khác tan trong lipid, có khối lượng phân tử là 596,8 Da, chủ yếu tập trung ở phần vỏ, thường tồn tại ở dạng tự do, dạng mono- hay ester với các acid béo không no mạch dài, hoặc dưới các phức hợp caroten-protein của đồng phân quang học. Hàm lượng astaxanthin trong tôm khác nhau tùy theo loài. Do cấu trúc có nhiều nối đôi nên astaxanthin là một chất chống oxy hóa hiệu quả, có khả năng bảo vệ màng tế bào và các mô khỏi bị tổn thương. Đặc tính chống oxy hóa thể hiện ở sự ngăn cản hình thành các gốc tự do bằng cách loại bỏ oxy tự do, trong trường hợp gốc tự do đã hình thành thì astaxanthin có thể liên kết với các gốc tự do đó để vô hoạt chúng, nhờ đó astaxanthin bảo vệ lipid khỏi oxy hóa. Các nghiên cứu cho thấy: đặc tính chống oxy hóa của astaxanthin là cao nhất trong các hợp chất carotenoid, gấp 10 lần so với beta-caroten [26]. 1.3.4. Ứng dụng của caroten-protein Các chếphẩm C-P (hay còn gọi là hỗn hợp protein và carotein, hoặc carotenoprotein) ngày càng được sử dụng phổ biến trong thực phẩm, đặc biệt sử dụng trong chế biến thực phẩm chức năng; vì ngoài tính dinh dưỡng do protein mang lại thì nó còn có tính chức năng của carotenoid và protein mạch ngắn (peptide) mang lại như tính chống oxy hóa. Bên cạnh đó, các acid amin cũng góp phần tạo màu và mùi trong công nghệ chế biến thực phẩm [24]. Ngoài ra, 11 carotenoprotein còn được ứng dụng trong ngành y dược và mỹ phẩm. Một số ứng dụng chính của hỗn hợp protein và carotenoid được trình bày ở Bảng 1.2. Bảng 1.2. Các ứng dụng chính của hỗn hợp protein và carotenoid [26] Lĩnh vực Công nghệ thực phẩm Nuôi trồng thủy sản Y dược Mỹ phẩm Tính chất Chất mùi, chất màu, thực phẩm chức năng Tạo màu cho cá, tăng hệ miễn dịch, giảm stress cho vật nuôi Tăng hệ miễn dịch, chống lão hóa, ngăn chặn khả năng gây ung thư, tim mạch, bệnh về mắt... Hạn chế và giảm nếp nhăn, chống lão hóa Với hàm lượng cao astaxanthin trong chế phẩm người ta sử dụng để làm thức ăn cho các đối tượng nuôi trồng thủy sản. - Trong kỹ thuật nuôi cá hồi: Chất lượng của cá hồi không chỉ được đánh giá qua hàm lượng protein, lipid, acid amin mà còn được đánh giá qua chất lượng màu sắc của cơ thịt của chúng. Trong khi đó, cá hồi nuôi thì màu sắc của chúng không đáp ứng được các chỉ tiêu chất lượng và yêu cầu của khách hàng, vì vậy việc bổ sung astaxanthin trong thức ăn của cá là đều cần thiết để tăng màu sắc hồng của cơ thịt cá [10]. Trong bột đầu tôm có hàm lượng đạm cao 60% và có khả năng làm tăng hàm lượng astaxanthin trong da và cơ cá hồi[8]. - Trong nuôi cá cảnh: Thức ăn có astaxanthin sẽ góp phần tạo màu sắc cho cá. Nếu cho cá ăn thích hợp thì cá sinh trưởng và phát triển tốt, màu sắc đẹp. 1.4. Thu nhận hỗn hợp caroten-protein trong quá trình sản xuất chitin từ phế liệu đầu tôm 1.4.1. Phế liệu đầu tôm Tôm là mặt hàng chủ lực của ngành thủy sản ở nước ta, các sản phẩm sản xuất từ tôm rất phong phú và đa dạng. Ta thấy được phần lớn công nghệ chế biến 12 tôm đều loại bỏ đầu, vỏ. Tùy vào công nghệ chế biến và loại tôm khác nhau mà lượng phế liệu khác nhau từ 35-45% so với khối lượng nguyên liệu ban đầu [23]. Trong khi đó sản lượng tôm của nước ta năm 2014 là 569.000 tấn, trong đó sản lượng tôm sú đạt 241.000 tấn và sản lượng tôm thẻ chân trắng là 328.000 tấn [16]. Như vậy, ứng với sản lượng thì có khoảng 200.000 tấn phế liệu (trong đó, gần 120.000 tấn đầu tôm). Sản lượng tôm thẻ chân trắng trong những năm gần đây tăng một cách đáng kể, hiện là mặt hàng được sản xuất có sản lượng lớn nhất tại các cơ sở chế biến thủy sản ở Nha Trang.Vì vậy sản lượng phế liệu cũng tăng rất nhiều, việc tận dụng phế phẩm để tạo ra sản phẩm chất lượng có giá trị sử dụng là vấn đề được khuyến khích và đẩy mạnh để tăng nguồn lợi đồng thời góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Bảng 1.3. Thành phần hóa học cơ bản của phế liệu tôm hùm [25] Thành phần Hàm lượng (%) Độ ẩm 34,5 ± 1,89 Protein* 26,6 ± 1,45 Chất béo thô* 2,7 ± 0,24 Tro* 32,8 ± 0,36 Chitin* 20,4 ± 0,09 Carbohydrate* 17,5 ± 1,9 Astaxanthin μg/g* 96,9 ± 1,32 *Kết quả tính theo hàm lượng chất khô tuyệt đối. Trong quá trình chế biến tôm hùm, khoảng 70% trọng lượng cơ thể tôm là phếliệu. Phế liệu tôm hùm gồm vỏ, nội tạng, một ít thịt. Đây là một nguồn nguyên liệu giàu protein (26,6%), chất béo thô (2,7%) và sắc tố (98 μg/g) được biết đến dưới dạng ổn định là carotenoprotein (Bảng 1.3). 13 Trong thời gian gần đây, nghề nuôi tôm thẻ chân trắng (Penaaus vannamei) thương phẩm phát triển mạnh, sản lượng chế biến ngày càng lớn nên nguồn phế liệu tôm thẻ trở thành nguồn nguyên liệu chính để sản xuất chitin. Ngoài ra, trong phế liệu tôm thẻ chân trắng còn chứa một lượng đáng kể astaxanthin. Đây là nguồn nguyên liệu phong phú để tận thu astaxanthin và protein (Bảng 1.4). Bảng 1.4. Thành phần hóa học cơ bản của phế liệu tôm Penaaus vannamei [11] Chỉ tiêu phân tích Hàm lượng * Hàm lượng khoáng(%) 24,6 ± 0,8 Hàm lượng chitin(%) 18,3 ± 0,9 Hàm lượng protein (%) 47,4 ± 1,8 Hàm lượng lipid (%) 4,7 ± 0,3 Hàm lượng astaxanthin(ppm) 130 ± 13,9 *Kết quả tính theo hàm lượng chất khô tuyệt đối. Các quy trình sản xuất chitin hiện nay chỉ mới thu hồi sản phẩm chitin mà chưa quan tâm đến thu hồi thành phần protein và carotenoid rất có giá trị trong phế liệu tôm [27]. Ngoài ra, thành phần khoáng của phế liệu tôm chủ yếu là Ca và một số khoáng chất khác như P, K, Mg, Mn và Fe [13], đây là những khoáng chất cần thiết cho cơ thể. Việc thu hồi các thành phần có giá trị như protein và carotenoid, khoáng chất từ phế liệu tôm không những nâng cao hiệu quả quy trình chế biến chitin, tận dụng bổ sung vào thực phẩm cho người hay động vật nuôi mà còn hạn chế khả năng gây ô nhiễm của phế liệu tôm. 14 1.4.2. Các quy trình thu hồi hỗn hợp caroten-protein trong quá trình sản xuất chitin từ phế liệu tôm Phế liệu tôm Nghiền nhỏ Alcalase 55◦C, pH 8,5 trong 4h Lọc/tách bã Thu hồi chitin Kết tủa Ly tâm Hỗn hợp C-P Hình 1.4. Quy trình chiết rút hỗn hợp C-P từ phế liệu tôm sử dụng Alcalase [36] Để nâng cao chất lượng sản phẩm thủy phân và hạn chế ô nhiễm môi trường, phương pháp sử dụng enzyme được nghiên cứu ứng dụng phổ biến trên thế giới. Enzyme protease đã được ứng dụng rộng rãi để xử lý phế liệu thủy sản nhằm thu nhận chitin, protein và chất màu. Nhiều loại enzyme đã được ứng dụng trong việc xử lý phế liệu tôm như papain, protease chiết rút từ vi sinh vật như Bacillus subtilis, Pseudomonas… và các loại protease thương mại như Alcalase, Protamex, Flavourzyme, Neutrase. 15 Phế liệu tôm Nghiền nhỏ Trypsin 28◦C, pH 7,6 trong 4h Lọc/tách bã Thu hồi chitin Kết tủa Ly tâm Hỗn hợp ĐGC Hình 1.5. Quy trình chiết rút bột ĐGC từ phế liệu tôm sử dụng trypsin [24] 1.5. Phương pháp ủ xilô thủy phân protein 1.5.1. Các tác nhân thủy phân protein 1.5.1.1. Chất hóa học Cơ chế của phương pháp này là dùng hóa chất để thủy phân protein trong nguyên liệu thành dung dịch acid amin. Có thể dùng acid hoặc kiềm để thủy phân. Sử dụng các acid HCl, H2SO4 để thủy phân mẫu ban đầu. Các ion dương của acid hay kiềm sẽ gắn trên liên kết nhị dương tại nút mang điện phù hợp, còn các ion dương sẽ gắn vào nút có độ âm điện phù hợp.Vì thế sẽ làm thay đổi mật độ điện tử 16 xung quanh liên kết nhị dương, làm cho liên kết căng ra hơn trước và dễ bị cắt đứt khi có nước tham gia [23]. Nhận thấy rằng, phương pháp hóa học cho hiệu suất sản phẩm cao nhưng lại có nhược điểm là ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sau này. Do đó, với hóa chất nồng độ cao, hay nồng độ thấp nhưng thời gian dài, hay nhiệt độ cao… đều sẽ ảnh hưởng chất lượng sản phẩm sau này. Vì vậy cần có hướng nghiên cứu kết hợp thêm với phương pháp sinh học trong việc tận thu sản phẩm trong dịch thải có chất lượng tốt hơn, giảm được lượng hóa chất sử dụng, nâng cao chất lượng cho sản phẩm carotene-protein, mà còn giải quyết được ô nhiễm môi trường trong quá trình sản xuất về sau. 1.5.1.2. Enzyme Enzyme là chất xúc tác mang bản chất protein, enzyme có khả năng tương tác lên các liên kết nhị dương và làm thay đổi các liên kết thủy phân trong phân tử cơ chất, làm cho các liên kết này bị suy yếu và dễ dàng bị đứt ra khi có yếu tố nước tham gia. Đặc điểm của chất xúc tác enzyme: Tính đặc hiệu cao, điều kiện nhẹ nhàng, dễ bị ảnh hưởng của các yếu tố môi trường, pH, to, kim loại nặng, nồng độ enzyme [E], nồng độ cơ chất [S], chất hoạt hóa và chất ức chế, hoạt lực của enzyme được xác định giá trị hoạt động của nó và mỗi enzyme yêu cầu có những điều kiện hoạt động riêng [10]. Cơ chế tác dụng của enzyme lên cơ chất trải qua 3 giai đoạn theo sơ đồ sau: Trong đó: E: Enzyme S: Cơ chất ES: phức hợp của enzyme-cơ chất P: Sản phẩm 17 Giai đoạn 1: Phức E – S tồn tại tạm thời bằng các liên kết hydro (H…O, H…N) và liên kết Vander wall (tương tác giữa các nhóm nguyên tử, nhóm phân tử), ngoài ra còn có tương tác yếu giữa các nhóm phân cực và các nhóm không phân cực. Phản ứng này xảy ra nhanh và đòi hỏi năng lượng hoạt hóa thấp. Giai đoạn thứ hai: Xảy ra sự biến đổi trong phức E-S dẫn đến sự kéo căng và phá vỡ các liên kết, sự chuyển biến, phản ứng giữa E và S trong phức hết sức quyết liệt, rất đặc hiệu và rất nhanh. Giai đoạn thứ ba: Các liên kết giứa E và S bị phá vỡ hoàn toàn giải phóng E tự do và tạo thành sản phẩm. Bảng 2.1. Điều kiện hoạt động thích hợp của một số protease thương mại thông dụng[34] Enzyme Alcalase Ph 6,5 – 8,25 Nhiệt độ (oC) 55 – 70 Nguồn Bacillus Phân loại Endoprotease licheniformis Protamex 5,5 – 7,5 35 – 60 Bacillus sp, Endoprotease Neutrase 5,5 – 7,5 45 – 55 Bacillus subtilis Endoprotease Corolase LAP 6 – 9 < 70 Bacillus subtilis Exopeptidase Flavourzyme* 5,5 – 7,5 50 – 55 Aspergillus Exopeptidase oryzae * Flavourzyme có cả tính endopeptidase và exopeptidase tuy nhiên tính exopeptidase mạnh hơn, nên thường được xếp vào loại là exopeptidase. Khi thủy phân bằng HCl ở công đoạn đầu sẽ giúp khử khoáng trong đầu tôm, tạo các lỗ trống giúp Flavourzyme tiếp xúc tốt với cơ chất và tạo màu sắc đẹp cho sản phẩm. Đồng thời HCl cũng thủy phân 1 phần protein làm tăng số lượng chuỗi 18 peptide, do đó tăng số lượng đầu –C và đầu –N tận cùng để các exopeptidase hoạt động. Vì Flavourzyme có tính exopeptidase nên khi được bổ sung vào ở công đoạn thủy phân sau sẽ cắt 2 đầu tận cùng của chuỗi polypeptide, 1 đầu có nhóm cacboxyl và 1 đầu có nhóm amin, cho ra các amino acid tạo hương vị đặc trưng. Vì thế việc kết hợp HCl và Flavourzyme để thủy phân đầu tôm sẽ giúp cho quá trình thủy phân được triệt để hơn, chất lượng của sản phẩm tốt hơn. 1.5.2. Các quá trình ủ xilô thủy phân protein Tôm ủ xi lô là một phương pháp thu hồi protein từ phế liệu tôm phổ biến hiện nay. Như vậy, khi áp dụng phương pháp này, đã tận thu phần lớn protein để làm thức ăn trong chăn nuôi từ nguồn phế liệu tôm. Bã tôm sau khi ủ được tách riêng khỏi dịch ép, sẽ sử dụng cho việc sản xuất chitin. Có thể minh họa bằng sơ đồ quy trình Hình 1.6. Đầu tôm Ủ xilô Ép Bã ép Sản xuất chitin Dịch ép Tận thu làm thức ăn trong chăn nuôi Hình 1.6.Quá trình thu hồi caroten-protein bằng phương pháp ủ xi lô 19 Việc ủ xi lô có bổ sung acid nhằm mục đích hạ thấp pH ban đầu, khống chế quá trình gây thối do vi sinh vật gây thối, bảo quản nguyên liệu đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lên men lactic và các enzyme nội tại hoạt động. Vai trò của acid: Việc sử dụng các acid hữu cơ như acid lactic để bảo quản phế liệu từ nguyên liệu tươi đã được dùng trong thực phẩm bắt đầu từ rất lâu và rất phổ biến. Sử dụng nguyên liệu hoặc phế liệu thủy sản để ủ xi lô là một dạng thức ăn cho động vật nuôi vừa rẻ lại vừa đơn giản. Người ta có thể sử dụng cá sau khi đánh bắt hoặc phế liệu từ cá sau các quá trình gia công chế biến, cùng với việc bổ sung thêm lượng acid hữu cơ. Trong suốt thời gian ủ, enzyme nội tại phân giải protein sẽ phá vỡ cấu trúc tế bào phân tử protein hình thành nên các peptid, amino acid với khả năng hòa tan và ổn định trong dịch ủ. Sự hiện diện của acid lactic sẽ làm giảm pH của môi trường, ức chế sự phát triển của vi khuẩn gây thối rữa, do đó kéo dài thời gian bảo quản cho nguyên liệu. Việc bổ sung acid ở nồng độ thấp có những tác dụng đáng kể sau [5]. + Có tác dụng thủy phân protein trong phế liệu tôm do hoạt động của enzyme protease nội tại. + Ức chế hoạt động, sự phát triển của vi sinh vật gây thối, nấm mốc, bảo quản cho vỏ tôm không bị hỏng, đảm bảo chất lượng chitin sau này. + Mặt khác còn tạo thành dịch protein lỏng có giá trị về mặt dinh dưỡng khi thu hồi tận dụng làm thức ăn cho gia súc động vật nuôi, có tác dụng ngăn chặn sự oxy hóa astaxanthin, ổn định hàm lượng này để có thể tận thu dịch. Các chủng lactic có mặt trong sản phẩm sẽ làm thay đổi các tính chất cảm quan và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm. Việc sử dụng acid vô cơ trong quá trình ủ được khuyến cáo hạn chế sử dụng do tác động xấu đến chất lượng chitin, môi trường và chất lượng dịch ủ (nếu sử 20 dụng phải trung hòa dịch ủ), các acid hữu cơ mang tính ưu việc hơn nó khắc phục được những nhược điểm của acid vô cơ, tuy nhiên giá thành cao hơn. Enzyme: Cơ chế phân giải protein cũng giống như sử dụng xút để khử protein. Trong quá trình ủ xi lô các enzym trong phế liệu đầu tôm đóng vai trò chính của quá trình phân giải protein. Tuy nhiên, việc sử dụng enzyme đem đến nhiều mặt tích cực hơn so với sử dụng phương pháp hóa học như nâng cao chất lượng chitin, chitosan, hàm lượng caroten-protein. Trong phế liệu tôm có chứa một số loại enzyme, theo tạp chí Khoa học và Công nghệ Thủy sản (số 05/1993) thì hoạt độ enzyme của protease của đầu tôm khoảng 6,5 đơn vị hoạt độ/g tươi. Trong đầu tôm có chứa enzyme tiêu hóa chymotrypsin và một vài loại enzyme khác có mặt trong phế liệu tôm như alkaline phosphatase,  -N-acetyl glucosaminse, chitinase cũng đượcứng dụng nhiều trong thực tế có tác dụng thủy phân hiệu quả. 1.6. Phương pháp thu hồi hỗn hợp C-P Khi hòa tan protein tạo thành dung dịch keo.Trên bề mặt phân tử protein có các nhóm phân cực khi hòa tan vào nước, các phân tử nước lưỡng cực được hấp thụ bởi các nhóm này tạo thành màng nước bao quanh phân tử protein gọi là lớp vỏ hydrat. Độ bền của dung dịch keo protein phụ thuộc vào nhiều yếu tố, ví dụ: sự tích điện của phân tử protein, mức độ hydrat hóa, nhiệt độ. Khi thay đổi các yếu tố này như làm trung hòa về điện phân tử protein, loại bỏ lớp vỏ hydrat các phân tử protein sẽ kết tụ lại với nhau tạo thành khối lớn tách khỏi dung dịch, thường gọi là kết tủa protein [14]. Phương pháp thu hồi bằng pH đẳng điện (pI) Giá trị pH mà tại đó phân tử protein trung hòa điện gọi là điểm đẳng điện của protein (pI), ở giá trị pH = pI phân tử protein trung hòa điện, điện tích của protein bằng không, tương tác tĩnh điện giữa các phân tử protein và các phân tử nước bị giảm. Các phân tử protein tập hợp lại với nhau do lớp vỏ hydrat bên ngoài bị phá 21 vỡ. Người ta lợi dụng tính chất này để kết tủa protein. Do không có sự thay đổi cấu trúc phân tử nên sau khi loại bỏ tác nhân gây kết tủa ra khỏi dung dịch thì các phân tử protein có thể hòa tan trở lại (Trang sĩ Trung, 2008) [12]. Cơ chế kết tủa bằng pH đẳng điện có thể mang tính thuận nghịch nên áp dụng để tách hợp chất protein có hoạt tính sinh học ra khỏi hỗn hợp mà vẫn đảm bảo giữ được hoạt tính và cấu trúc phân tử. Tuy nhiên thời gian tủa thường xảy ra rất lâu, hiệu suất thu hồi lại thấp và chi phí cao nên hiệu quả kinh tế không cao. Phương pháp thu hồi bằng xử lý nhiệt Với phương pháp thu hồi protein bằng xử lý nhiệt thì với nhiệt độ cao sẽ loại bỏ được lớp vỏ hydrat của protein, làm giảm khả năng hấp thụ của nước. Các phân tử protein kết tụ lại với nhau thành khối. Do mỗi loại protein khác nhau thì có độ biến tính khác nhau vì vậy độ biến tính của protein tỷ lệ thuận vào cường độ và thời gian khác nhau. Đa số protein biến tính ở nhiệt độ 45 – 500C. Protein khi được gia nhiệt ở điểm đẳng điện sẽ cho kết tủa nhanh hơn. Kết tủa protein bằng nhiệt có rất nhiều ưu điểm trong việc tách protein từ dung dịch mà khi chúng ta ít quan tâm đến hoạt tính hay cấu trúc của nó. Phương pháp kết tủa này xảy ra nhanh, triệt để, ít gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, chi phí năng lượng cho quá trình gia nhiệt quá lớn khi thực hiện ở quy mô công nghiệp. Phương pháp thu hồi bằng polyme (chitosan) Tính chất đặc trưng mang điện tích dương nên chitosan có thể tương tác với phần lớn các chất hữu cơ mang điện tích âm. Chitosan thể hiện là một chất keo tụ, tạo bông tốt, có hiệu quả trong việc thu hồi các chất hữu cơ trong nước, đặc biệt là protein. Phân tử chitosan cũng có khả năng hấp phụ, tạo cầu nối để liên kết các hạt keo protein đã kết tủa thành các phân tử có kích thước lớn hơn và lắng. Ngoài ra, chitosan có độ deacetyl cao thì trong dung dịch có chứa nhiều gốc amin tích điện dương sẽ trung hòa điện tích của các phân tử protein tích điện âm trong dung dịch nước rửa, giảm khả năng hydrat hóa, tập hợp lại và kết tụ [13]. Nồng độ chitosan cũng ảnh hưởng lớn đến hiệu quả thu hồi, cần sử dụng chitosan ở một nồng độ hợp 22 lý vì khi tăng nồng độ chitosan làm tăng số điện tích cùng dấu và đẩy nhau tạo nên một mạng lưới keo cản trở quá trình keo tụ lắng xuống của các phân tử protein. Chitosan có độ deacetyl hóa càng cao thì các nhóm tích điện dương trên mạch chitosan càng nhiều, thuận lợi trong tương tác ion để thu hồi protein hòa tan. Ưu điểm của phương pháp này là không gây biến tính protein, không độc hại và hiệu quả thu nhận cao. Do đó phương pháp này áp dụng để tận thu các chế phẩm enzyme và các hợp chất có hoạt tính sinh học khác. 23 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1. Đối tượng 2.1.1. Đầu tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei) Hình 2.1. Nguyên liệu đầu tôm Chất lượng đầu tôm tươi, không bị biến đổi màu sắc như đen đầu hay đỏ đầu, không bẩn nhiễm rác và tạp chất, được lưu giữ lạnh bằng thùng xốp cách nhiệt ([...]... nghiên cứu khoa học Tôi đã được Khoa Công nghệ thực phẩm giao cho đề tài: Nghiên cứu thu hồihỗn hợp caroten- protein từ đầu tôm thẻ chân trắng bằng phương pháp kết hợp acid hydrochloric và Flavourzyme để làm đề tài tốt nghiệpdưới sự hướng dẫn tận tình của ThS Phạm Thị Đan Phượng Tên đề tài: Nghiên cứu thu hồi hỗn hợp C-P từ đầu tôm thẻ chân trắng bằng phương pháp kết hợp acid hydrochloric và Flavourzyme. .. của đầu tôm - Nghiên cứu điều kiện thủy phân bằng acid HCl công đoạn đầu - Nghiên cứu điều kiện thủy phân bằng enzyme Flavourzyme ở công đoạn sau - Đề xuất qui trình thu nhận hỗn hợp C-P bằng phương pháp xử lý kết hợp HCl và Flavourzyme từ đầu tôm thẻ chân trắng - Đánh giá chất lượng sản phẩm thu hồi từ quy trình đề xuất Mục tiêu: Xây dựng quy trình xử lý đầu tôm thẻ chân trắng bằng phương pháp kết hợp. .. để kết tủa protein sau đó kết hợp gia nhiệt ở nhiệt độ 70◦C trong thời gian 10 phút và bổ sung chitosan ở nồng độ 100 ppm[12] Đầu tôm Xử lý sơ bộ Xác định nồng độ HCl bổ sung và thời gian ủ xilô Xác định tỷ lệ Flavourzyme /đầu tôm và thời gian thủy phân Đánh giá hiệu suất thu hồi hỗn hợp C-P, hàm lượng carotenoid Đề xuất quy trình thu nhận hỗn hợp C-P bằng phương pháp xử lý kết hợp HCl và Flavourzyme. .. tương tác ion để thu hồi protein hòa tan Ưu điểm của phương pháp này là không gây biến tính protein, không độc hại và hiệu quả thu nhận cao Do đó phương pháp này áp dụng để tận thu các chế phẩm enzyme và các hợp chất có hoạt tính sinh học khác 23 CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Đối tượng 2.1.1 Đầu tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei) Hình 2.1 Nguyên liệu đầu tôm Chất lượng đầu tôm tươi, không... Tiến hành ly tâm bằng máy ly tâm thể tích lớn trong 15 phút với tốc độ 3500 vòng Thu hồi hỗn hợp caroten- protein và đánh giá hiệu suất thu hồi, hàm lượng carotenoid của hỗn hợp 2.2.2 Xác định nồng độ HCl Mục đích: Xác định được nồng độ HCl sử dụng ủ xi lô phù hợp để tách chiết hỗn hợp C-P có hàm lượng carotenoid cao nhất Tiến hành thí nghiệm: Đầu tôm được rửa sạch loại bỏ rác, đầu tôm ươn hỏng Cân... sự đã nghiên cứu tiến hành sử dụng protease từ đầu tôm sú để cải thiện khả năng tách chất mùi từ phế liệu tôm, ghẹ trước khi xử lý bằng các loại dung môi khác nhau [2].Các nghiên cứu này chỉ tập trung vào thu hồi một sản phẩm chính là chitin, hoặc astaxanthin, hoặc chất mùi từ phế liệu tôm hoặc có thu hồi protein chứa astaxanthin chứ chưa có nghiên cứu nào tiến hành thu nhận sản phẩm hỗn hợp C-P như... tác nghiên cứu về tận thu hỗn hợp C-P: tìm ra phương pháp tách chiết mới (kết hợp acid vô cơ và enzyme) thu hồi hỗn hợp CPgiàu carotenoid đạt hiệu quả cao, chất lượng sản phẩm tốt, tiết kiệm chi phí Có thể áp dụng công nghệ sản xuất hỗn hợp C-P vào trong công nghiệp để sản xuất thức ăn cho cá cảnh và cá hồi Nhận thấy được tính cấp thiết của vấn đề, đồng thời giúp sinh viên làm quen với công tác nghiên. .. phút và bổ sung chitosan 100ppm), để lắng mẫu qua đêm trong ngăn mát của tủ lạnh Ly tâm bằng máy ly tâm thể tích lớn trong 15 phút với tốc độ 3500 vòng [12] Xác định hiệu suất thu hồi và hàm lượng carotenoid có trong hỗn hợp caroten- protein và từ đó chọn ra nồng độ acid HCl thích hợp Chỉ tiêu đánh giá: Hiệu suất thu hồi hỗn hợp C-P, hàm lượng axtaxanthin Kết quả thăm dò: Chọn nồng độ HCl thích hợp để... pháp kết hợp HCl và Flavourzyme để thu nhận hỗn hợp C-Pcó hàm lượng carotenoidcao ứng dụng làm thức ăn cho cá cảnh và cá hồi, giúp tạo màu cho cơ thịt cá và ngăn ngừa bệnh tật, giảm stress, tăng hệ miễn dịch của vật nuôi 3 Phạm vi nghiên cứu: Phế liệu đầu tôm thẻ chân trắng (Paneus vannamei) thu nhận tại các nhà máy chế biến thủy sản tại Khánh Hòa Acid vô cơ sử dụng trong đề tài là HCl và enzyme sử... Flavourzyme /đầu tôm và thời gian xử lý Flavourzyme tối ưu) Sau đó, ép tách bã, lấy dịch thủy phân Quá trình kết tủa protein được thực hiện bằng phương pháp kết hợpxử lý nhiệt và điểm đẳng điện, trong quá trình này có sử dụng chitosan đóng vai trò là chất tạo tủa và keo tụ để tăng hiệu quả quá trình kết tủa protein [12] Cụ thể: dịch thủy phân chứa hỗn hợp C-P được điều chỉnh pH về pH 4,3-4,5 bằng HCl 10% để kết ... KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM o0o LÊ THỊ XUÂN THI NGHIÊN CỨU THU HỒI HỖN HỢP CAROTEN- PROTEIN TỪ ĐẦU TÔM THẺ CHÂN TRẮNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT HỢP HCL VÀ FLAVOURZYME ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành... Phượng Tên đề tài: Nghiên cứu thu hồi hỗn hợp C-P từ đầu tôm thẻ chân trắng phương pháp kết hợp acid hydrochloric Flavourzyme Nội dung: - Xác định thành phần hóa học đầu tôm - Nghiên cứu điều kiện... Điều kiện xử lý đầu tôm thích hợp phương pháp kết hợp HCl Flavourzyme để thu nhận hỗn hợp C-P Điều kiện thủy phân thích hợp HCl Flavourzyme trình xử lý đầu tôm để thu hồi hỗn hợp C-P xác định