SÁNG KIẾN MỚI VỀ VIỆC SỬ DỤNG PHỤ PHẨM TRONG CÔNG NGHIỆP THỦY SẢN Ở VIỆT NAM Trang Si Trung Khoa Hóa sinh Vi sinh vật Đại học Nha Trang 02, Nguyễn Đình Chiểu, Nha Trang, Việt Nam TÓM TẮT Sự phát triển nhanh chóng chế biến sản phẩm thủy sảnViệt Nam có tác động đáng kể đến phát triển kinh tế-xã hội đất nước Sự phát triển tạo số lượng lớn sản phẩm thủy sản / chất thải thủy sản Các sản phẩm chế biến thủy sản Việt Nam từ cá da trơn tôm với tổng khối lượng gần 600.000 150.000 Những phụ phẩm có giá trị chúng sử dụng làm nguyên liệu cho chế biến sản phẩm giá trị gia tăng Trước đây, sản phẩm phụ coi chất thải thường vận chuyển cho bãi rác / sử dụng sản xuất bột cá có giá trị kinh tế thấp Ngày nay, giá trị phụ phẩm ứng dụng nhiều Các phụ phẩm tôm (đầu, vỏ tôm) sử dụng để sản xuất chitin, chitosan, glucosamin,carotenoprotein Các phụ phẩm từ cá bò sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất gelatin collagen Những sản phẩm chứng minh có chức đặc tính dinh dưỡng sử dụng rộng rãi thực phẩm, mỹ phẩm y học Từ khóa: Thủy sản sản phẩm, chitin, chitosan, glucosamin, protein caroteno, astaxanthin, gelatin, collagen, dinh dưỡng, thực phẩm chức KHAI THÁC THÀNH PHẦN CÓ GIÁ TRỊ TỪ TÔM THẢI Việt Nam nước xuất tôm cho thị trường giới, nhờ vào lên việc nuôi tôm năm gần đây.Việc xuất tôm trung bình hàng năm từ 2005 đến 2008 160 nghìn tấn, trị giá khoảng 1.5 tỷUSD / năm.Tôm thường xử lý để có thịt tôm xuất Còn thừa 35-45% vỏ đầu coi chất thải Kết là, chế biến tôm dẫn đến lượng lớn chất thải tôm nuôi sinh học, ước tính có 150.000 (trọng lượng ướt) năm.Các thành phần chất thải tôm nuôi protein, chitin, khoáng chất Nó chứa lượng nhỏ carotenoid có giá trị Chitin, đặc biệt dạng deacetylated nó: chitosan, sản phẩm có giá trị, có nhiều ứng dụng hấp dẫn mặt kinh tế thực phẩm, nông nghiệp, công nghệ sinh học, mỹ phẩm, thuốc men xử lý chất thải (Hirano1996) Một thành phần khác từ chất thải trình chế biến tôm protein sử dụng rộng rãi thức ăn chăn nuôi Astaxanthin, carotenoid tìm thấy tôm, sử dụng màu bổ sung hiệu cho thịt cá hồi thịt gà Hiện chất thải chăn tôm nuôi sử dụng chủ yếu để thu hồi chitin Các thành phần khác protein carotenoid chưa thu hồi Quy trình sản xuất đưa đến việc sản xuất chitin, chitosan, glucosamine carotenoprotein từ chất thải có giá trị Các phương thức trình bày báo Chất thải chăn nuôi tôm thu thập từ nhà máy chế biến thủy sản địa bàn tỉnh Khánh Hòa, miền Trung Việt Nam Các chất thải bao gồm đầu vỏ Sau thu thập, chất thải từ tôm vận chuyển đến phòng thí nghiệm điều kiện đông lạnh Sau chúng rửa vòi nước chảy cắt dao nhà xưởng để thu miếng có kích thước 0,3 – 0,5 cm Mỗi phần (1000g) đóng gói vào túi nhựa đông lạnh -20 oC đến sử dụng.Enzyme Alcalase® Food Grade cung cấp đầy đủ Novozyme (Đan Mạch).Enzyme sản xuất từ trình lên men chìm Bacillus licheniformis Chiết tách Chitin kết hợp phương pháp sinh học hóa học Chất cặn bã từ tôm (10kg) làm tan trộn với lít nước cất ấm (50 oC) Sự khử protein enzyme Alcalase tiến hành điều kiện khác sau: tỉ lệ enzyme/ chất thải 0.2% v/w, pH 8, 55oC, thời gian xử lý nhiệt 8h Việc lấy protein thực bể nhựa Việc điều chỉnh pH thực cách sử dụng NaOH 1N Phản ứng ngừng 90oC phút Một phần chất thải từ trình tách protein xử lý tiếp dung dịch NaOH loãng nồng độ khác 2% (w/v) với thời gian xử lý nhiệt khác 12h, tỉ lệ chất rắn/ chất lỏng 1/5 (w/v) nhiệt độ phòng để loại bỏ protein lại Sau chất thải từ trình tách protein khử khoáng cách ngâm dung dịch HCl 4% 12h với tỉ lệ chất rắn/ chất lỏng 1/5 (w/v) nhiệt độ phòng để có chitin Sản xuất Chitosan Glucosamine Chitin acetyl hóa 50% (v/v) NaOH 65oC 20h để có Chitosan Glucosamine điều chế từ chitin phương pháp hóa học sử dụng HCl Chất thải nuôi tôm Thủy phân protein Ly tâm Phần không hòa tan Dịch nổi( từ trình thủy phân protein-SPH) Giải phóng protein NaOH Ly tâm Dịch Phục hồi Carotenprotein cách điều chỉnh pH thêm chitosan Phần không hòa tan Protein phục hồi Ly tâm Khử khoáng Sấy Trung hòa Carotenoprotein Rửa sấy Chitin Chitosan Glucosamine Hình Sơ đồ trình cho chitin, chitosan, glucosamin phục hồi carotenoprotein từ chất thải nuôi tôm Chất lượng chitin, chitosan carotenoprotein chiết xuất từ chất thải nuôi tôm Chitin sản xuất cách xử lý có màu trắng hồng với lượng protein lại tro bụi với số lượng 1% theo yêu cầu, có mức độ acetyl hóa cao (Bảng 1) Điều chứng tỏ chitin có chất lượng tốt sử dụng để sản xuất chitosan glucosamine Các chitin xử lý thêm với NaOH 50% 65 oC 24h để thu hồi chitosan Chitosan có đặc điểm kết thể Bảng Chitosan thu từ việc xử lý cho chất lượng tốt, hàm lượng protein tro bụi 1% theo yêu cầu (Raoet al 2007) Mức độ deacetyl hóa tôm đạt 83% độ nhớt chitosan cao, gần 1500 cPs Độ nhớt chitosan cao điều kiện xử lý ánh sáng enzyme kết hợp với dung dịch NaOH loãng Chitosan có khả hòa tan cao độ đục thấp Với đặc điểm này, chitosan có chất lượng tốt sử dụng thực phẩm nông nghiệp Chitin Đặc điểm Màu sắc Tro (%) Protein (%) Mức độ deacetyl hóa (%) Trắng hồng 0,98± 0,2 0,99 ± 0,1 6,1 ± 0,1 Chitosan Màu sắc Trắng Tro (%) 0,95 ± 0,2 Protein (%) 0,93 ± 0,1 Mật độ số lượng (g/ml) 0,51 ± 0,01 Khả liên kết nước (%) 484 ± 30 Độ nhớt (cps) 1436 ± 66 Mức độ deacetyl hóa (%) 83 ± 0,5 Độ hòa tan (%) 99,2 ± 0,2 Độ đục (NTU) 18,3 ± 0,8 Bảng 1:Chất lượng chitin chitosan Đặc tính việc thu hồi Carotenoprotein từ dung dịch thủy phân Protein Trong việc giải phóng protein chất thải tôm nuôi cách thủy phân enzym, protein bảo toàn chất lượng dinh dưỡng tốt so với xử lý hóa học (Kristinsson Rasco 2000; Holanda Netto 2006) Để phục hồi protein sau thủy phân, cần để kết tủa protein hòa tan dung dịch thủy phân Phương pháp điểm đẳng điện chọn cho kết tủa protein Độ pH dung dịch protein thủy phân điều chỉnh nhiều điểm khác như: 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0 Kết cho thấy thu hồi lại protein bị ảnh hưởng mạnh độ pH Tại pH 4-4,5, thu hồi protein cao nhất.Trong khoảng pH này, việc thu hồi protein bị giảm đáng kể (Bảng 2) Có thể phần lớn protein từ dung dịch hòa tan có điểm đẳng điện pH 4-4,5 Ph 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 21.8±2.9 28.3±2.7 31.2±2.9 26.7±3.8 22.8±3.4 26.3±3.2 36.4±2.8 40.3±3.4 38.1±3.7 30.3±2.7 31.5±3.4 41.2±3.0 51.2±2.9 50.4±2.3 40.8±2.8 29.5±3.8 47.5±3.4 55.9±3.0 54.6±3.5 45.8±3.3 Bảng 2.Ảnh hưởng thời gian độ pH đến hiệu suất thu hồi protein (%) Thời gian (h) 0.5 Tuy nhiên, với phương pháp pI, tỷ lệ thu hồi cao đạt 56% protein kết tủa có kích thước nhỏ, khó khăn để lắng xuống Để gia tăng hiệu suất thu hồi protein tăng tốc độ lắng, chitosan thêm vào dung dịch protein, pH điều chỉnh liều lượng khác nhau: 50, 100, 200, 300 ppm Thêm chitosan với liều lượng 100 ppm làm tăng hiệu suất thu hồi protein lên đến 66% tốc độ lắng tăng lên đáng kể nên thời gian xử lý giảm từ 4h đến 1h (Bảng 3) Nồng độ chitosan (ppm) 50 100 200 300 0.5 26.7±3.8 30.2±3.5 37.8±2.1 31.1±2.1 25.5±3.3 38.1±3.7 46.5±2.7 66.0±3.8 53.3±2.5 39.4±2.7 50.4±2.3 54.2±3.0 67.2±1.7 57.7±3.1 47.6±3.5 54.6±3.5 57.0±2.5 67.3±2.5 58.1±3.8 46.7±3.8 Bảng 3.Ảnh hưởng thời gian nồng độ chitosan đến hiệu suất thu hồi protein (%) Thời gian (h) Sự gia tăng việc thu hồi protein phạm vi pH thấp 4.0-4.5, số protein hòa tan bổ sung chitosan, chitosan điện tích dương tương tác với protein điện tích âm Sự tương tác thiết yếu làm cho protein kết tủa thu hồi Ngoài ra, chitosan có khả đóng vai trò cầu nối phân tử protein khả hấp phụ (Zeng et al 2008) Tuy nhiên, tăng liều lượng chitosan dẫn đến việc giảm thu hồi protein trình keo tụ cần số lượng thích hợp điện tích dương từ chitosan (Wibowo et al 2005) Protein sau thu hồi đặc trưng cho giá trị cảm quan, protein, lượng chất khoáng axit amin Các protein kết tủa có màu đỏ chứa phần hợp chất carotenoid có nguồn gốc từ phế liệu (xác) tôm bị bỏ Do protein gọi carotenoprotein Các đặc điểm carotenoprotein đượctrình bày (Bảng 4) (Bảng 5) Đặc tính Màu Hơi đỏ Mùi Bột tôm Chất khoáng (%) 8.3 ± 1.6 Protein (%) 58.5 ± 3.3 Lipid (%) 6.2 ± 1.4 Kitin (%) 5.4 ± 1.1 Carotenoid (%) 65.3 ± 4.3 Bảng 4.Đặc tính carotenoprotein thu hồi Amino acids Alanine Glycine Proline Valine Serine Leucine Isoleucine Threonine Methionine Hydroxyproline Glutamic acid Phenylalanine Asparagine Arginine (%) 4.42 4.15 ND 0.45 3.43 4.75 3.78 1.81 1.45 ND 0.69 4.99 ND 1.93 Cysteine Glutamine Lysine Histidine Tyrosine Tryptophan 2.23 5.85 0.54 9.31 1.72 1.59 Bảng 5.Thành phần acid amin protein thu hồi Các carotenoprotein chứa 58% protein, 8% khoáng, 6% lipid,và 70mg/kg carotenoid Các protein có thành phần acid amin tốt (Bảng 4).Nghiên cứu trước cho thấy chất thải nuôi tôm có hàm lượng protein cao, cân acid amin có hàm lượng cao khoáng chất đặc biệt Ca, P, Na Zn Acid glutamic acid amin phong phú protein tôm Có thể khẳng định protein tôm nguồn bổ sung protein cho chế biến thức ăn để nuôi trồng thủy sản Đặc biệt Việt Nam, cá da trơn Việt nguồn protein quan trọng nuôi trồng thủy sản VIỆC SẢN XUẤT CÁC THÀNH PHẦN CÓ GIÁ TRỊ TỪ PHỤ PHẨM CÁ Ở Việt Nam, nhờ phát triển mạnh nuôi trồng thủy sản, cá da trơn (cá tra hypophthalmus) sản xuất tăng lên đáng kể đạt 1000000 năm 2009 Phi lê cá cho 33-38% sót lại phụ phẩm.Theo thuyền thống, tất phụ phẩm sử dụng cho sản xuất bột cá Tuy nhiên thời gian gần đây, da cá (57.5%) sử dụng để sản xuất gelatin (Bảng 6) Thành phần Tỉ lệ % Róc xương lạng 33-38 Chất béo 15-25 Đầu xương 27-42 Ruột 2.5-4 Da,bì 5-7.5 Bảng 6.Các cấu phần trình chế biến cá da trơn (Huỳnh Nguyễn Duy Bảo,2010) Da cá cắt thành miếng ngâm nước ấm 3-5h.Sau da xử lý NaOH 0,2M ngày.Sau da rửa xử lý với axit citric 0.05M giờ.Vùng da xử lý rửa cẩn thận chuyển sang khai thác gelatin.Các thông số tối ưu để khai thác gelatin axit citric 0.05M, nhiệt độ xử lý 50◦C 3-4h.Trong trường hợp sử dụng nhiệt độ cao 90◦C thời gian xử lý 3h Gelatin có trọng lượng phân tử 95-138 kDa với đặc tính lưu biến tốt Gelatin chứa 14 axit amin với Proline cao phân tử (Vo cộng 2008, Huynh 2010) Ngoài chiết gelatin từ da cá đề cập trên, sản phẩm giá trị gia tăng khác thu từ trình sản xuất cá da trơn protein máu Số liệu phân tích cho thấy máu thải chứa lượng protein cao ( xấp xỉ 1-1.2%), quan trọng cho việc thu hồi để sản phẩm giá trị gia tăng cho mục đích thực phẩm hay chăn nuôi Ngoài ra, việc thu hồi đưa đến giảm ô nhiễm Quá trình xử lý nhiệt kết hợp với bổ sung chitosan chất tạo đông chất kết chứng minh phương pháp hiệu cho việc thu hồi protein từ nước thải máu cá Đặc biệt, việc xử lý nước thải máu cá 68oC 8-10 phút có bổ sung chitosan cô đặc 50ppm đem lạitỷ lệ thu hồi tới 90% Protein thu hồi có chất lượng tốt chứa tất amino acid thiết yếu sử dụng cho việc sản xuất thức ăn chăn nuôi Thêm vào đó, việc sử dụng protein cho tiêu dùng người cần nghiên cứu thêm (Fig.2) Quá trình chiết tách thông thường cho collagen gelatin trình bày sau: Da cá da trơn Trước xử lý Xử lý kiềm Xử lý acid Collagen Chiết tách ` Fig.2 Sơ đồ quy trình cho chiết tách gelatin từ cá da trơn Gellatin KẾT LUẬN Dược phẩm dinh dưỡng thực phẩm chức chitin, chitosan, carotenoprotein, collagen, gelatin, protein máu chiết tách từ chất thải công nghiệp thủy sản trình thích hợp việc sử dụng tốt chất thải công nghiệp thủy sản đưa đến bảo vệ môi trường cải tiến hiệu nguồn công nghiệp thủy sản TÀI LIỆU THAM KHẢO • Hirano, S 1996 Chitin biotechnology application Biotechnology Annual Review, 2, 237-258 • Holanda, H D D, Netto, F M, 2006 Recovery of components from shrimp (Xiphopenaeus Kroyeri) processing waste by enzymatic hydrolysis Journal of Food Science, 71, 298-303 • Huynh, N D B, 2010 Personal communications • Ibrahim, H M., Salama, M F., El-Banna, H A., 1999 Shrimp's waste: Chemical composition, nutritional value and utilization Nahrung, 43, 418 _ 423 • Kristinsson, H G., Rasco, B A., 2000 Fish protein hydrolysates: Production, biochemical, and functional properties Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 40(1), 43-81 • Luyen, T T, 2004 Report of the ministerial level project on production of chitin-chitosan from fishery waste • Rao, M.S., Kyaw Aye Nyein, Trang Si Trung and Willem F Stevens, 2007 Optimum parameters for production of Chitin and Chitosan from Squilla (S empusa) Journal of Applied Polymer Science, 103, 3694-3700 • Trung, T.S., 2008 Report of the ministerial level project on combined biological method for improving the efficiency of chitin-chitosan production from shrimp processing waste • Trung, T.S., 2010 Recovery of valuable components from shrimp waste Report of research project E/4343-1 funded by International Foundation for Science, Sweden • Vo, Q.V., Pham, V.H., Ha, T.T., 2008 Study on gelatin processing from "Tra" (Pangasius hypophthalmus) catfish skin Proceedings of the 1st International conference on Food Science and Technology-Mekong River Delta-Vietnam Agriculture Publishing House • Wibowo S., Velazquez G., Savant V., Torres, J.A., (2005), Surimi wash water treatment for protein recovery: effect of chitosan-alginate complex concentration and treatment time on protein adsorption.Bioresource Technology, 96, 665-671 • Zeng D., Wu, J., Kennyday, J, F., (2008), Application of a chitosan flocculated to water treatment.Carbohydrate polymers, 71, 135-139  ... biến sản phẩm thủy sảnViệt Nam có tác động đáng kể đến phát triển kinh tế-xã hội đất nước Sự phát triển tạo số lượng lớn sản phẩm thủy sản / chất thải thủy sản Các sản phẩm chế biến thủy sản Việt. .. trồng thủy sản Đặc biệt Việt Nam, cá da trơn Việt nguồn protein quan trọng nuôi trồng thủy sản VIỆC SẢN XUẤT CÁC THÀNH PHẦN CÓ GIÁ TRỊ TỪ PHỤ PHẨM CÁ Ở Việt Nam, nhờ phát triển mạnh nuôi trồng thủy. .. phụ phẩm từ cá bò sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất gelatin collagen Những sản phẩm chứng minh có chức đặc tính dinh dưỡng sử dụng rộng rãi thực phẩm, mỹ phẩm y học Từ khóa: Thủy sản sản phẩm,