- ĐỖ THỊ HẢI VÂN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY PHÂN PROTEIN CÁ TẠP VÀ PHẾ LIỆU CÁ BẰNG ENZYME PROTEASE THƯƠNG PHẨM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN THỊ VIỆT ANH HÀ NỘI - 2010 Họ và tên: Đỗ Thị Hải Vân Lớp: Cao học CNTP LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các kết quả được công bố trong luận văn là trung thực, chính xác, được nghiên cứu bởi chính bản thân tôi. - Học viên: Đỗ Thị Hải Vân Họ và tên: Đỗ Thị Hải Vân Lớp: Cao học CNTP LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ của Viện đào tạo Sau đại học, Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và Bộn môn Lên men, Bộ môn Vi sinh, Viện Công nghiệp Thực phẩm. - Học viên: Đỗ Thị Hải Vân Họ và tên: Đỗ Thị Hải Vân Lớp: Cao học CNTP MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. - SƠ LƯỢC VỀ NGUỒN NGUYÊN LIỆU CÁ. - Nguồn cá tạp và phế liệu cá. - Hướng sử dụng nguồn cá tạp và phế liệu cá. - Hướng thủy phân cá tạp và phế liệu cá để sản xuất ra sản phẩm giàu axit amin. - PROTEIN VÀ AXIT AMIN. - Axit amin - đơn vị cấu tạo cơ sở của protein. - Vai trò của axit amin. - ENZYME PROTEASE. - Enzyme Protease. - Đặc điểm và phân loại enzyme protease. - Nguồn enzyme protease. - 30 Họ và tên: Đỗ Thị Hải Vân Lớp: Cao học CNTP I.3.2.3. - Một số enzyme protease vi sinh vật đã được thương mại hóa. - Cơ chế xúc tác của protease trong quá trình thủy phân protein. - Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protein bằng enzyme. - XU THẾ ỨNG DỤNG ENZYME PROTEASE TRONG THỦY PHÂN CÁ TẠP VÀ PHẾ LIỆU CÁ. - QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM. - Sự ra đời của quy hoạch thực nghiệm. - Ưu điểm của quy hoạch thực nghiệm so với các thực nghiệm cổ điển. - Các bước của quy hoạch thực nghiệm. - Các phương pháp kế hoạch hóa thực nghiệm cực trị chủ yếu. - Thuật toán tối ưu hóa. - Thuật toán tối ưu hóa theo phương pháp hàm mong đợi. - 43 CHƯƠNG II: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. - Nguyên liệu. - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. - Xác định độ ẩm nguyên liệu. - Định lượng axit amin bằng phương pháp so màu Tyrosine. - Quy trình thủy phân protein cá tạp và phế liệu cá bằng enzyme protease thương phẩm. - Quy hoạch thực nghiệm theo kế hoạch bậc hai trực giao. - 55 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. - KHẢO SÁT NGUYÊN LIỆU. - NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN ENZYME THỦY PHÂN. - 57 Họ và tên: Đỗ Thị Hải Vân Lớp: Cao học CNTP III.3.2. - NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN TỶ LỆ NƯỚC BỔ SUNG/NGUYÊN LIỆU. - NGHIÊN CỨU THỦY PHÂN PROTEIN CÁ TẠP VÀ PHẾ LIỆU CÁ BẰNG ENZYME PROTEASE THƯƠNG PHẨM. - Nghiên cứu thu hẹp miền khảo sát của các yếu tố ảnh hưởng. - 61 III.5.2.1.Thu hẹp miền khảo sát tỷ lệ enzyme/cơ chất. - 61 III.5.2.2.Thu hẹp miền khảo sát pH nước bổ sung. - 62 III.5.2.3.Thu hẹp miền khảo sát nhiệt độ thủy phân. - 63 III.5.2.4.Thu hẹp miền khảo sát thời gian thủy phân. - Quy hoạch thực nghiệm. - 66 III.5.3.1.Cá tạp. - 66 III.5.3.2.Phế liệu cá. - THỦY PHÂN PROTEIN CÁ THEO KẾT QUẢ TỐI ƯU HÓA. - 83 PHỤ LỤC 2: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH PHƯƠNG SAI ANOVA HÀM MỤC TIÊU HIỆU SUẤT THỦY PHÂN CÁ TẠP Y1. - 84 PHỤ LỤC 3: BẢNG SỐ LIỆU THỐNG KÊ SO SÁNH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VỚI KẾT QUẢ THEO MÔ HÌNH CỦA CÁ TẠP. - 86 PHỤ LỤC 4: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH PHƯƠNG SAI ANOVA HÀM MỤC TIÊU HIỆU SUẤT THỦY PHÂN PHẾ LIỆU CÁ Y2. - 87 PHỤ LỤC 5: BẢNG SỐ LIỆU THỐNG KÊ SO SÁNH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VỚI KẾT QUẢ THEO MÔ HÌNH CỦA PHẾ LIỆU CÁ. - 89 PHỤ LỤC 6: KẾT QUẢ TỐI ƯU HÓA. - 90 Họ và tên: Đỗ Thị Hải Vân Lớp: Cao học CNTP DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng một số loài cá tính trên 100g thực phẩm Bảng 1.2: Sản lượng cá tạp theo vùng tại Việt Nam năm 2001. - Bảng 3.1: Độ hấp thụ màu của dung dịch ở bước sóng λ = 660 nm Bảng 3.2: Kết quả khảo sát nguyên liệu cá tạp và cá phế liệu Bảng 3.3: Hoạt độ protease của một số enzyme thương phẩm Bảng 3.4: Khả năng thủy phân cá của một số enzyme thương phẩm Bảng 3.5: Ảnh hưởng của tỷ lệ nước bổ sung/nguyên liệu đến quá trình thủy phân Bảng 3.6: Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme/cơ chất đến quá trình thủy phân protein cá Bảng 3.7: Ảnh hưởng của pH đến quá trình thủy phân protein cá Bảng 3.8: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình thủy phân protein cá Bảng 3.9: Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình thủy phân protein cá Bảng 3.10: Mô hình thí nghiệm và kết quả thu được theo mô hình Bảng 3.11: Mục tiêu và tầm quan trọng của các yếu tố Bảng 3.12: Kết quả tối ưu hóa Bảng 3.13: Mô hình thí nghiệm và kết quả thu được theo mô hình Bảng 3.14: Mục tiêu và tầm quan trọng của các yếu tố Bảng 3.15: Kết quả tối ưu hóa Bảng 3.16: Kết quả khảo sát dịch thủy phân protein cá theo các thông số tối ưu Họ và tên: Đỗ Thị Hải Vân Lớp: Cao học CNTP DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Cá Hình 1.2: Thống kê lượng và kim ngạch xuất khẩu một số nhóm hàng thủy sản trong 6 tháng đầu năm Hình 1.3: Các hướng sử dụng cá tạp ở Khánh Hòa Hình 1.4: Mô hình Fisher (a) và mô hình Koshland (b Hình 1.5: Sơ đồ phân loại protease Hình 1.6: Sơ đồ đối tượng nghiên cứu Hình 3.1: Đường chuẩn tyrosine (λ = 660 nm Hình 3.2: Mặt đáp trị của hiệu suất thủy phân phụ thuộc vào thời gian và nhiệt độ......69Hình 3.3: Mặt đáp trị của hiệu suất thủy phân phụ thuộc nhiệt độ và tỷ lệ E/S Hình 3.4: Mặt đáp trị của hiệu suất thủy phân phụ thuộc vào nhiệt độ và pH Hình 3.5: Giá trị hàm mong đợi của các yếu tố và hàm mục tiêu khi tối ưu hóa Hình 3.6: Mặt đáp trị hiệu suất thủy phân phụ thuộc thời gian và tỷ lệ enzyme/cơ chất ..73Hình 3.7: Mặt đáp trị của hiệu suất thủy phân phụ thuộc vào nhiệt độ và pH Hình 3.8: Giá trị hàm mong đợi của các yếu tố và hàm mục tiêu khi tối ưu hóa Họ và tên: Đỗ Thị Hải Vân Lớp: Cao học CNTP MỞ ĐẦU Hiện nay, ngành thủy sản được xem là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn của cả nước. - Theo hiệp hội chế biến và xuất khẩu thủy sản Việt Nam, ước tính kim ngạch xuất khẩu cá tra và cá ba sa sẽ đạt ít nhất 7,5 đến 8 tỉ USD vào năm 2020 [11]. - Cùng với việc đánh bắt thủy hải sản, một lượng lớn cá tạp được khai thác quanh năm với sản lượng khá cao. - Cho đến nay cá tạp mới chỉ được sử dụng chủ yếu làm nguyên liệu cho chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản. - Đây thực sự là một nguồn nguyên liệu dồi dào để sản xuất ra nhiều sản phẩm có giá trị phục vụ đời sống con người. - Bên cạnh đó việc chế biến thủy sản luôn đi kèm một lượng phế phụ phẩm khá lớn. - Đặc điểm của loại phế liệu này là dễ bị thối rữa, nguyên nhân do hoạt động của vi sinh vật có ở phế liệu cùng với hệ enzyme proteaza trong ruột cá khiến chúng phân hủy rất nhanh dưới các điều kiện thời tiết nóng ẩm. - Việc phân hủy các chất thải này gây ảnh hưởng tới môi trường làm việc của người lao động tại các cơ sở chế biến thủy sản cũng như môi trường sống của dân cư ở vùng phụ cận. - Điều này đặt ra thực trạng là cần phải sử dụng hiệu quả nguồn phế liệu cá, nhằm tận thu nguồn protein có giá trị trong chăn nuôi và góp phần bảo vệ môi trường. - Trên thế giới, Nhật Bản là nước đi đầu trong việc tận thu nguồn phế liệu của các nhà máy chế biến cá. - Từ phế phụ phẩm của cá ngừ như xương cá được dùng để làm bột xương, có giá trị cao trong điều trị bệnh thiếu canxi cho trẻ em, mỡ cá và mật cá ngừ dùng để tách chiết axit béo không no DHA, EPA còn thịt cá ngừ được dùng để sản xuất các axit amin dùng cho y dược. - Theo các con số thống kê, nhu cầu axit amin tại Châu Á – Thái Bình Dương tăng 8 – 10% hàng năm, trong đó các nước sử dụng nhiều axit amin nhất là Thái Lan, Hàn Quốc, Việt Nam. - Các axit amin được sử dụng chủ yếu trong sản xuất các Họ và tên: Đỗ Thị Hải Vân Lớp: Cao học CNTP sản phẩm thực phẩm dùng cho con người và phục vụ cho chăn nuôi đặc biệt là ở các động vật còn non. - Xuất phát từ nhu cầu về axit amin và thực trạng sử dụng nguồn cá tạp, phế liệu cá, có thể thấy việc sản xuất ra sản phẩm giàu đạm amin từ hai nguồn nguyên liệu trên là một hướng đi phù hợp, giải quyết hài hòa các vấn đề đặt ra. - Với mục đích khai thác và tận dụng nguồn cá tạp và phế liệu cá dồi dào để tạo ra các sản phẩm giàu axit amin phục vụ đời sống của con người, các hoạt động chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường, tác giả đã đề xuất và thực hiện đề tài “Nghiên cứu xây dựng quy trình thủy phân protein cá tạp và phế liệu cá bằng enzyme protease thương phẩm” với các nội dung cơ bản như sau. - Mục tiêu nghiên cứu: Xây dựng được quy trình thủy phân protein cá tạp và phế liệu cá bằng enzyme protease thương phẩm nhằm tạo ra dịch thủy phân giàu axit amin. - Đối tượng nghiên cứu. - Cá tạp và phế liệu cá do Công ty Cổ phần Dịch vụ nuôi trồng Thuỷ sản Hạ Long cung cấp. - Phạm vi nghiên cứu. - Nghiên cứu lựa chọn enzyme protease trong thủy phân cá tạp và phế liệu cá. - Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ nước bổ sung/nguyên liệu. - Họ và tên: Đỗ Thị Hải Vân Lớp: Cao học CNTP Nghiên cứu lựa chọn các yếu tố của quá trình thủy phân và thu hẹp miền khảo sát của các yếu tố đó. - Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình thủy phân protein cá tạp và phế liệu cá bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm cực trị. - Ứng dụng enzyme proteaza thương phẩm sẵn có trên thị trường với độ tinh sạch và chất lượng cao, nguồn cung cấp ổn định để sản xuất axit amin từ nguồn cá tạp và phế liệu cá làm thức ăn cho người và cho chăn nuôi, nâng cao hiệu quả kinh tế, góp phần bảo vệ môi trường. - Việc ứng dụng quy hoạch thực nghiệm toán học để xây dựng ma trận thực nghiệm nhằm tìm ra các điều kiện tối ưu cho quá trình thủy phân không những tiết kiệm thời gian và chi phí nguyên vật liệu, hóa chất mà còn đánh giá được vai trò của sự tác động qua lại giữa các yếu tố và ảnh hưởng của chúng tới hàm mục tiêu. - Đóng góp mới của tác giả thể hiện ở việc xây dựng quy trình thủy phân protein trên hai nguồn nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có là cá tạp và phế liệu cá để sản xuất ra sản phẩm giàu axit amin. - Trước đây, hầu hết các nghiên cứu tại Việt Nam đều tập trung chủ yếu vào sản xuất nước mắm cao đạm, hoặc bột cá, chưa tập trung vào sản xuất sản phẩm giàu axit amin. - Phương pháp nghiên cứu. - Xác định độ ẩm nguyên liệu + Xác định hàm lượng protein tổng số theo phương pháp Kjeldahl + Xác định hoạt độ enzyme theo phương pháp Anson cải tiến + Định lượng axit amin bằng phương pháp so màu Tyrosine + Quy hoạch thực nghiệm theo kế hoạch bậc hai trực giao Họ và tên: Đỗ Thị Hải Vân Lớp: Cao học CNTP Xử lý số liệu: phần mềm xử lý số liệu thống kê SPSS (Statistical Package for Social Sciences) phiên bản 16.0 và phần mềm tối ưu hóa Design Expert 8 của tập đoàn Start Ease. - Họ và tên: Đỗ Thị Hải Vân Lớp: Cao học CNTP CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I.1. - SƠ LƯỢC VỀ NGUỒN NGUYÊN LIỆU CÁ Cá là tên gọi chỉ các loài động vật có dây sống hầu hết là biến nhiệt (máu lạnh) có mang, một số có phổi và sống dưới nước. - Hàm lượng các axit amin không thay thế quyết định giá trị dinh dưỡng của protein trong thực phẩm. - Protein của ngũ cốc thường thiếu lysine và tryptophan, trong khi protein của cá là nguồn giàu các axit amin này. - Các chuyên gia dinh dưỡng đã chứng minh được rằng Hình 1.1: Cá Họ và tên: Đỗ Thị Hải Vân Lớp: Cao học CNTP thực phẩm từ động vật không có chân (cá) tốt hơn từ động vật có hai chân (gia cầm) và loài gia cầm có hai chân thì tốt hơn loài có bốn chân (gia súc)” [22]. - Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng một số loài cá tính trên 100g thực phẩm [10] Khoáng chất Vitamin Năng lượng Protein Chất béo Cholesterol Ca P Fe Na K A B1 C STT Tên loài kcal g g g mg mg mg mg mg µg mg mg1 Cá đối Cá hồi Cá mòi Cá mỡ Cá nạc Cá ngừ Cá nục Cá phèn Cá thu Họ và tên: Đỗ Thị Hải Vân Lớp: Cao học CNTP I.1.2. - Nguồn cá tạp và phế liệu cá [11, 12] Việt Nam là nước có điều kiện thiên nhiên ưu đãi để phát triển nuôi trồng và chế biến thủy sản. - Ngành thuỷ sản Việt nam đang từng bước khẳng định vị thế của mình trong lĩnh vực xuất khẩu thủy sản. - Hàng thủy sản của Việt Nam đã có mặt ở nhiều nước trên thế giới với kim ngạch xuất khẩu hàng tỷ USD mỗi năm. - Theo hiệp hội chế biến và xuất khẩu thủy sản Việt Nam, ước tính kim ngạch xuất khẩu cá tra và cá ba sa đạt ít nhất 7,5 – 8 tỷ USD vào năm 2020. - Tổng sản lượng thủy sản khai thác năm 2006 (sơ bộ) theo số liệu của Tổng Cục thống kê là 2001,7 nghìn tấn [11]. - Cơ cấu mặt hàng xuất khẩu thủy sản của nước ta trong giai đoạn 6 tháng đầu năm 2010 chủ yếu bao gồm cá (52. - Hình 1.2: Thống kê lượng và kim ngạch xuất khẩu một số nhóm hàng thủy sản trong 6 tháng đầu năm 2010 [12] Họ và tên: Đỗ Thị Hải Vân Lớp: Cao học CNTP Cá tạp” được hiểu là các loại cá, giáp xác và động vật thân mềm ở biển, thường ít có giá trị làm thực phẩm cho con nguời (giá trị kinh tế) hoặc là loại có giá trị kinh tế nhưng chưa đạt kích cỡ thương phẩm đã bị đánh bắt hoặc đôi khi là cá kinh tế nhưng ươn (thối) do bảo quản kém sau đánh bắt. - Có trên 100 giống, loài cá tạo thành cá tạp ở biển được sử dụng làm thức ăn trực tiếp hoặc làm nguyên liệu chế biến thức ăn trong nuôi trồng thủy sản ở Việt Nam. - Ở nước ta cá tạp được khai thác quanh năm với sản lượng khá cao. - Năm 2008, sản lượng khai thác biển là 2137 nghìn tấn, khoảng 70% trong số đó là cá tạp [18]. - Nhằm bảo vệ nguồn lợi Thủy sản, Chính phủ Việt Nam đã đề ra chương trình Phát triển nuôi trồng Thủy sản giai đoạn MOFI, 1999) cụ thể là sản lượng nuôi trồng thủy sản năm 1999 là 0,65 triệu tấn và tăng lên 1,15 triệu tấn vào năm 2010 [32]. - Bảng 1.2 : Sản lượng cá tạp theo vùng tại Việt Nam năm 2001[38]. - Vùng Tổng sản lượng cá (tấn) Sản lượng cá tạp (tấn) Giá trị cá tạp (triệu đồng) Miền Bắc Miền Trung Miền Đông Nam Bộ Miền Tây Nam Bộ Tổng Ngoài ra, việc đánh bắt, chế biến thủy sản luôn kèm theo một lượng phế phụ phẩm khá lớn. - Cho đến nay cả nước có khoảng 500 doanh nghiệp chế biến thủy sản trong đó có 275 doanh nghiệp đạt tiêu chuẩn xuất khẩu vào thị trường Châu Âu. - Theo Hiệp hội thủy sản Việt Nam (VASEP), tại Đồng Bằng Sông Cửu Long có trên 70 nhà máy chế biến mặt hàng fillet cá tra trong năm 2006, với 800.000 tấn cá nguyên liệu được đưa vào chế biến, chỉ thu được chưa đầy 300.00 tấn fillet và thải ra hơn 500.000 tấn phụ phẩm
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt