Khảo sát điều kiện hoạt động tối ưu của enzyme alcalase thủy phân protein từ thịt đầu tôm thẻ chân trắng

- Alcalase, chống oxy hóa, phương pháp bề mặt đáp ứng, thịt đầu tôm, thủy phân Keywords:.
- Nghiên cứu được thực hiện nhằm mục đích khảo sát điều kiện thủy phân protein từ thịt đầu tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei) thích hợp bằng enzyme alcalase.
- Quá trình thủy phân được tối ưu hóa theo phương pháp bề mặt đáp ứng với 2 nhân tố pH (6,5÷8,5) và nhiệt độ (50÷70 °C), bao gồm 11 đơn vị thí nghiệm, đồng thời, khảo sát ảnh hưởng của nồng độ enzyme alcalase được thay đổi ở 5 giá trị UI/g) và 6 mức thời gian giờ) đến hiệu suất thủy phân (DH%) và hoạt tính chống oxy hóa.
- DPPH) của dịch thủy phân.
- Kết quả cho thấy, sử dụng nồng độ enzyme alcalase 20 UI/g trong thời gian thủy phân 4 giờ ở pH 7,65 và nhiệt độ 58,78 °C là điều kiện thích hợp để hiệu suất thủy phân cao (37,6%) và hoạt tính chống oxy hóa của dịch thủy phân tốt (31,57%)..
- Khảo sát điều kiện hoạt động tối ưu của enzyme alcalase thủy phân protein từ thịt đầu tôm thẻ chân trắng.
- đặc biệt protease là enzyme thủy phân có giá trị thương mại rất lớn, chiếm khoảng 60% tổng lượng enzyme công.
- Nilsang et al., 2005.
- Slizyte et al., 2005;.
- Randriamahatody et al., 2011.
- Gunasekaran et al., 2015) để thủy phân protein nhằm làm giảm kích thước các peptit, tạo ra dịch thủy phân là nguồn acid amin có sẵn cho sinh tổng hợp protein (Gildberg and Stenberg, 2001), đồng thời hoạt tính sinh học của các phân đoạn peptit cũng được quan tâm.
- Việc thu hồi một phần protein từ phụ phẩm tôm bằng enzyme thủy phân cũng đã được nghiên cứu rộng rãi (Haard and Simpson, 2000;.
- Đặc biệt, alcalase thường được sử dụng để thủy phân protein từ phụ phẩm tôm (Synowiecki et al., 2000;.
- Bên cạnh vai trò dinh dưỡng, sản phẩm thủy phân protein còn là nguồn peptit có hoạt tính sinh học mang đến tiềm năng đáng kể trong dược phẩm như: khả năng chống oxy hóa, khả năng kiểm soát enzyme gây cao huyết áp (Holanda et al., 2006.
- Ở Việt Nam, Bùi Thị Hồng Thạnh (2012) tiến hành nghiên cứu thu nhận dịch đạm thủy phân từ vỏ đầu tôm bằng enzyme alcalase cố định ở điều kiện nhiệt độ, pH môi trường, tỉ lệ enzyme và cơ chất, thời gian phản ứng enzyme lần lượt là 56 o C, tự nhiên, 0,42%.
- (2013) sử dụng tối ưu hóa quá trình thủy phân protein từ đầu tôm thẻ chân trắng bằng alcalase theo phương pháp bề mặt đáp ứng, tuy nhiên lại cố định pH thủy phân của alcalase là 6,5.
- Vì thế, sử dụng enzyme thủy phân là một hướng tốt vì có thể dễ dàng kiểm soát quá trình thủy phân, tối ưu hoạt động của alcalase trong khoảng pH và nhiệt độ tạo ra sản phẩm thủy phân có các peptit ngắn có giá trị dinh dưỡng, tốt cho tiêu hóa đồng thời thu được dịch thủy phân có hoạt tính chống oxy hóa tốt..
- Alcalase ® là enzyme có đặc tính thủy phân protein, được sản xuất từ quá trình lên men chìm (SmF) Bacillus lichenniformis, hiệu quả nhất để sản xuất các loại protein thủy phân (Kristinsson and Rasco, 2000).
- Hoạt tính enzyme alcalase được xác định trước khi sử dụng bằng phương pháp Anson cải tiến (1938)..
- Một đơn vị hoạt độ của enzyme được biểu thị là số micromole tyrosine sinh ra do thủy phân casein bởi 1 mL dung dịch hay 1 mg chế phẩm protease trong thời gian 1 phút ở điều kiện chuẩn (30C.
- Hiệu suất thủy phân.
- Hoạt tính chống oxy hóa.
- Các thử nghiệm được tiến hành dựa trên nồng độ dung dịch thủy phân..
- Cho 0,375 mL dung dịch thủy phân vào các ống thử nghiệm bổ sung thêm 2 mL 1, 1- diphenyl-2- picrylhydrazyl (DPPH) nồng độ 0,1 mmol L-1 DPPH được pha trong dung dịch methanol.
- 2.4 Phương pháp thủy phân protein Sau khi nghiền, mẫu được cân định lượng rồi tiến hành thủy phân bằng dung môi là nước với tỷ lệ 1:1.
- Nhiệt độ, pH, nồng độ và thời gian thủy phân bằng enzyme alcalase được điều chỉnh tùy theo điều kiện khảo sát.
- Quá trình thủy phân được thực hiện bằng máy khuấy từ liên tục, tốc độ 200 rpm nhằm tăng khả năng thủy phân.
- Sau quá trình thủy phân, mẫu được ly tâm ở tốc độ 6.000 rpm trong thời gian 20 phút, loại bỏ phần cặn, thu nhận phần dịch trong, gọi là dịch thủy phân protein.
- Tiến hành xác định mức độ thủy phân (DH%) và hoạt tính chống oxy hóa (DPPH%) nhằm chọn được điều kiện thủy phân protein từ thịt đầu tôm tốt nhất.
- 2.5 Phương pháp bố trí thí nghiệm 2.5.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát tương tác của pH và nhiệt độ đến hiệu suất thủy phân và hoạt tính chống oxy hóa.
- Thí nghiệm tiến hành với 2 nhân tố X 1 – pH (thay đổi từ và X 2 nhiệt độ (50 ÷ 70C) thích hợp cho hoạt động thủy phân.
- Tương ứng với từng điều kiện khảo sát, lọc và ly tâm, thu dịch thủy phân để xác định hiệu suất thủy phân và hoạt tính chống oxy hóa..
- Dựa vào kết quả thu được của hàm mục tiêu, Y 1 : hiệu suất thủy phân.
- Y 2 : hoạt tính chống oxy hóa.
- X 1 X 2 pH thủy phân Nhiệt độ ( o C).
- Thí nghiệm tiến hành khảo sát tỷ lệ sử dụng của enzyme thương mại UI/g) thích hợp nhằm đạt hiệu suất thủy phân và hoạt tính chống oxy hóa của dịch thủy phân từ thịt đầu tôm tốt nhất..
- 2.5.3 Thí nghiệm 3: Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến hiệu suất thủy phân và hoạt tính chống oxy hóa.
- Thí nghiệm được thực hiện tương tự như thí nghiệm 1 và 2 với điều kiện thủy phân được lựa chọn từ thí nghiệm 1 hoặc 2.
- Xác định hiệu suất thủy phân và hoạt tính chống oxy hóa dịch thủy phân thu được..
- Điều này chứng tỏ tiềm năng có thể khai thác nguồn nguyên liệu này cho quá trình thủy phân protein từ thịt đầu tôm thẻ.
- Do đó, việc thu hồi dịch thủy phân protein cần rút ngắn thời gian xử lý, nghiên cứu bổ sung enzyme thương mại để đảm bảo chất lượng dịch thủy phân thu nhận được..
- 3.2 Xác định pH và nhiệt độ hoạt động của enzyme alcalase ảnh hưởng đến hiệu suất thủy phân và hoạt tính chống oxy hóa.
- Hình 1: Đồ thị biểu diễn sự tương tác của pH và nhiệt độ đến quá trình thủy phân protein bằng enzyme alcalase.
- của dịch thủy phân thu được từ quá trình thủy phân protein bằng enzyme alcalase.
- Hình 1 và Hình 2 cho thấy pH và nhiệt độ có sự ảnh hưởng đồng thời đến quá trình thủy phân.
- Hình 3: Đồ thị bề mặt đáp ứng và đồng điểm tương tác nhiệt độ và pH đến hiệu suất thủy phân protein từ thịt đầu tôm thẻ chân trắng.
- Hình 4: Đồ thị bề mặt đáp ứng và đồng điểm tương tác nhiệt độ và pH đến hoạt tính chống oxy hóa dịch thủy phân protein.
- Kết quả thu nhận ở Hình 3 và Hình 4 cho thấy, hai nhân tố này thật sự có sự ảnh hưởng đồng thời đến quá trình thủy phân của enzyme alcalase.
- Nhiệt độ thủy phân thấp và pH thấp cho hiệu quả thủy phân kém, trong khi đó, nếu nâng nhiệt độ tiền xử lý nhiệt lên mức cao hơn 60 o C, vượt qua khỏi ngưỡng nhiệt độ thích hợp của enzyme alcalase thì hiệu suất thủy phân sẽ giảm do alcalase bị mất hoạt tính..
- Tương tự, hoạt tính chống oxy hóa tỷ lệ thuận với hiệu suất thủy phân, hiệu suất thủy phân càng cao thì hoạt tính chống oxy hóa càng lớn.
- tố quan trọng đối với hoạt động chống oxy hóa (Kim and Wijesekara, 2010.
- Đồ thị Hình 3 và Hình 4 một lần nữa khẳng định hai nhân tố nhiệt độ và pH có tương tác với nhau, ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protein từ thịt đầu tôm.
- Giá trị pH và nhiệt độ tối ưu cho quá trình thủy phân thịt đầu tôm thẻ bằng enzyme alcalase khi giải phương trình hồi quy (1) và (2) và Hình 3 cho với hàm mục tiêu Y 1 và Y 2 được thể hiện ở Bảng 3..
- Bảng 3: Kết quả tối ưu hóa điều kiện thủy phân với hàm mục tiêu Y 3 và Y 4.
- X 2 : nhiệt độ ( o C.
- hoạt tính chống oxy hóa được tính sau khi pha loãng 20 lần Hiệu suất thuỷ phân và hoạt tính chống oxy hóa.
- Hình 5: Tương quan giữa hiệu suất thủy phân và hoạt tính chống oxy hóa dịch thủy phân xác định bằng thực nghiệm và tính toán.
- Dịch thủy phân đáp ứng đáp ứng đồng thời cả hai hàm mục tiêu hiệu suất thủy phân và hoạt tính chống oxy hóa thể hiện ở đồ thị (Hình 6)..
- Kết quả thí nghiệm xác định giá trị nhiệt độ và pH tối ưu tương ứng là 58,78°C và pH 7,65 đáp ứng đồng thời cả hai hàm mục tiêu DH đạt 33,33% và DPPH 24,14% phù hợp với kết quả của Dey and Dora (2014) khi sử dụng mô hình bề mặt đáp ứng RSM (response surface methodology) để tối ưu hóa điều kiện thủy phân phụ phẩm tôm Penaeus monodon bằng enzyme alcalase thương mại, hiệu suất thủy phân đạt 33,13% ở điều kiện ở 59,37 o C và.
- Synowiecki and Khateeb (2000) khi nghiên cứu ứng dụng enzyme thương mại alcalase ở 55 o C và pH 8,5 để khử protein của phế liệu vỏ tôm Crangon crangon đã được khử khoáng sơ bộ bằng dung dịch HCl 10% ở 20 o C trong 30 phút nhằm thu hồi chitin và protein, hiệu suất thủy phân cao nhất là 30%.
- Kết quả thu được tương đồng với hàm lượng DDPH bị khử 0,4794 mM/g khi sử dụng nhiệt độ để thủy phân alcalase là 56 o C trong thời gian 8,8 giờ..
- Hình 6: Đồ thị bề mặt đáp ứng và đồng điểm tương tác của nhiệt độ và pH đến hiệu suất thủy phân protein và hoạt tính chống oxy hóa của dịch thủy phân.
- 3.3 Xác định tỷ lệ enzyme alcalase đến hiệu quả thủy phân và hoạt tính chống oxy hóa của quá trình thủy phân protein từ thịt đầu tôm thẻ.
- Kết quả thống kê ở Bảng 3 cho thấy, có sự khác biệt ý nghĩa thống kê khi tiến hành thủy phân protein từ thịt đầu tôm thẻ bằng alcalase thương mại ở các nồng độ khác nhau..
- Hiệu suất thủy phân tăng khoảng 12,5% khi hoạt.
- Tương tự, hoạt tính chống oxy hóa đạt cực đại ở nồng độ enzyme 20 UI/g, dịch thủy phân thu được ở các nồng độ enzyme có hoạt tính và 50 UI/g là không có khác biệt ý nghĩa về mặt thống kê.
- Rõ ràng hoạt tính chống oxy hóa tăng tỷ lệ thuận với hiệu suất thủy phân.
- (2013) khi thủy phân cá ngừ và nghiên y = 0,9931x + 0,1548.
- Hiệu suất thủy phân thực tế (%DH).
- Hiệu suất thủy phân lý thuyết (%DH).
- Nhiệt độ ( o C).
- đầu tôm sú với tỷ lệ alcalase bổ sung thích hợp là 1%, hiệu suất thủy phân đạt 24,55%.
- (2015) cho thấy tỷ lệ alcalase bổ sung đến 1,8% khi thủy phân phụ phẩm tôm Metapenaeus dobsoni đạt DH 40.31%, DPPH 38.93% và nghiên cứu của và Herpandi et al..
- (2012) là 1,5%, 240 phút DH tương ứng 25% tương ứng cho quá trình thủy phân phần mô cơ sậm màu ở cá ngừ.
- (2011) lại đề xuất tỷ lệ alcalase lên đến 2,5% để giúp quá trình thủy phân da cá hồi đạt hiệu quả, nghiên cứu này cũng.
- cho thấy việc gia tăng hàm lượng alcalase lên mức cao hơn còn cho hiệu quả ngược, hiệu quả thủy phân giảm.
- Rõ ràng tỷ lệ enzyme bổ sung phù hợp giúp protein được phân cắt làm thay đổi đáng kể trình tự các mạch peptit và mức độ hình thành các acid amin (Liu et al., 2013), ảnh hưởng quan trọng đến khả năng chống oxy hóa bởi vì hoạt tính chống oxy hóa phụ thuộc rất lớn vào trình tự và thành phần acid amin được hình thành từ quá trình thủy phân (Moure et al., 2006)..
- Bảng 3: Kết quả biểu diễn sự thay đổi hiệu suất thủy phân và hoạt tính chống oxy hóa theo tỷ lệ enzyme alcalase (UI/g) bổ sung.
- Nồng độ enzyme alcalase (UI/g) Hiệu suất thủy phân DH.
- Hoạt tính chống oxy hóa DPPH.
- hoạt tính chống oxy hóa được tính sau khi pha loãng 20 lần Điều này cho thấy, việc bổ sung tỷ lệ enzyme thích hợp giúp gia tăng hiệu quả thủy phân protein còn tùy thuộc vào đặc điểm từng loại nguyên liệu..
- Trong trường hợp khảo sát, alcalase ở 20 UI/g giúp quá trình thủy phân protease đạt hiệu quả tốt nhất..
- 3.4 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất thủy phân và hoạt tính chống oxy hóa của quá trình thủy phân protein từ thịt đầu tôm.
- Hình 7: Đồ thị ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất thủy phân và hoạt tính chống oxy hóa của dịch thủy phân thịt đầu tôm thẻ bằng enzyme alcalase.
- Đồ thị Hình 7 thể hiện sự phụ thuộc đáng kể của thời gian thủy phân đến hiệu suất thủy phân protein và hoạt tính chống oxy hóa từ dịch thủy phân.
- Khi thời gian thủy phân tăng từ 1 đến 4 giờ, hiệu suất thủy phân tăng từ 19,58% lên 37,60% và hoạt tính.
- chống oxy hóa tăng từ 16,54% lên 31,57%.
- Khi kéo dài thời gian thủy phân đến 5 và 6 giờ, hiệu suất thủy phân và hoạt tính chống oxy hóa đều giảm dần.
- Thời gian thủy phân cần đủ dài để enzyme phân cắt các liên kết trong cơ chất tạo thành các sản phẩm cần 20 a.
- Thời gian thủy phân protein (giờ).
- thiết của quá trình thủy phân.
- Khi cơ chất cần thủy phân đã thủy phân hết, quá trình thủy phân kết thúc..
- Tuy nhiên, thời gian thủy phân càng kéo dài khi cơ chất đã hết thì các sản phẩm của quá trình thủy phân tiếp tục phân cắt làm giảm hiệu suất thủy phân (See et al., 2011).
- (2011) cũng đề nghị nhiệt độ 50 o C và thời gian 4 giờ cho quá trình thủy phân dịch protein từ phụ phẩm các loại cá tạp trong dây chuyền chế biến thủy sản ở Indonesia.
- Nghiên cứu của Dey and Dora (2014) tiến hành thủy phân phụ phẩm tôm Penaeus monodon bằng enzyme alcalase thương mại ở 59,37 o C, pH 8,25, nồng độ enzyme/cơ chất 1,84% chỉ 84,42 phút với DH đạt 33,13%.
- Tương tự hiệu suất thủy phân, hoạt tính chống oxy hóa tăng trong 4 giờ đầu tiên và không có sự khác biệt trong các giờ tiếp theo.
- Kết quả này phù hợp với khả năng kháng gốc tự do khi thủy phân cá thu tăng nhẹ trong 5 giờ đầu và sau đó không khác biệt ý nghĩa thống kê (Wu et al., 2003) và kết quả thu được khả năng khử gốc tự do 45,7±3,09 µM/mg protein hòa tan (Nguyễn Thị Ngọc Hoài và ctv., 2013) khi thủy phân đầu tôm thẻ chân trắng bằng enzyme alcalase..
- Tóm lại, ở điều kiện khảo sát, khi thủy phân thịt đầu tôm bằng enzyme alcalase, hiệu suất thủy phân và hoạt tính chống oxy hóa thích hợp ở pH 7,65, nhiệt độ 58,78 o C, thời gian thủy phân 4 giờ, kết hợp bổ sung alcalase thương mại với tỷ lệ 20 UI/g giúp hiệu quả thủy phân protein từ thịt đầu tôm thẻ đạt cao nhất là 37,6% và DPPH% đạt 31,57%..
- dịch protein từ dịch thủy phân đầu tôm thẻ chân trắng bằng alcalase và đánh giá một số tính chất chức năng của sản phẩm.
- Tối ưu hóa quá trình thủy phân protein từ đầu tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei) bằng alcalase theo phương pháp mặt đáp ứng