- NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG THỦY PHÂN DỊCH PROTEIN CỦA THỊT ĐẦU TÔM SÚ BẰNG ENZYME PROTEASE NỘI TẠI Trần Thanh Trúc 1 , Vi Nhã Tuấn 2 , Võ Thị Anh Minh 3 và Nguyễn Văn Mười 1. - Thịt đầu tôm sú, thời gian thủy phân, tiền xử lý, pH môi trường, protease. - Mục tiêu của nghiên cứu là khảo sát khả năng thủy phân protein bằng enzyme protease nội bào có trong thịt đầu tôm sú. - Thông qua nội dung nghiên cứu, một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protein như thời gian thủy phân thích hợp, ảnh hưởng của pH môi trường thủy phân đã được quan tâm. - Đặc biệt, điều kiện tiền xử lý nhiệt nhằm kích hoạt enzyme protease nội bào đã được tối ưu hóa theo phương pháp bề mặt đáp ứng với 2 thừa số bao gồm 24 đơn vị thí nghiệm. - Từ các kết quả thí nghiệm cho thấy, thời gian thủy phân protein tốt nhất, dịch thủy phân không có mùi lạ là 8 giờ. - Đồng thời, quá trình thủy phân protein đạt tốt nhất khi điều chỉnh pH môi trường là 9, kết hợp với thông số tối ưu của điều kiện tiền xử lý nhiệt nguyên liệu là 50,73°C và thời gian 4,43 phút.. - Ngoài ra, dịch thủy phân protein được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp (Duarte de Holanda &. - Gần đây, thủy phân protein từ các nguyên liệu thủy sản. - Việc thủy phân protein làm giảm kích thước các peptide, dịch thủy phân là nguồn acid amin có sẵn cho sinh tổng hợp protein (Gildberg &. - Một số hóa chất được áp dụng để thủy phân phụ phẩm tôm, ví dụ HCl 1M (Kjartansson et al., 2006), sodium sulfite (Mizani et al., 2005) NaOH và KOH (Duarte de Holanda &. - Tuy nhiên, việc sử dụng acid mạnh hoặc bazơ mạnh để thủy phân protein là nguyên nhân tạo ra các sản phẩm phụ có tác hại với môi trường. - Vì vậy, thực hiện thủy phân protein từ thịt đầu tôm sú theo phương pháp enzyme có nhiều thuận lợi trong việc kiểm soát các quá trình thủy phân và do đó giảm thiểu các phản ứng không mong muốn, giảm ô nhiễm môi trường. - Tiến trình này có thể thực hiện bằng cách tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động của protease nội tại có trong thịt đầu tôm. - Trên cơ sở đó, việc nghiên cứu tác động của quá trình tiền xử lý đến hiệu quả thủy phân protein từ thịt đầu tôm sú bằng enzyme protease. - Thịt đầu tôm sú (Penaeus monodon) đã tách vỏ, được thu mua ở huyện Thới Bình, tỉnh Cà Mau (bảo đảm mẫu được giữ lạnh ở nhiệt độ dưới 4ºC và thời gian tối đa 12 giờ từ công đoạn tách đầu đến khi thu nhận thịt đầu tôm). - Nguyên liệu được chứa trong các bao PE (2 lớp), cột chặt miệng bao và bảo quản trong thùng xốp ở nhiệt độ từ 0 ÷ 4ºC bằng nước đá, sau đó đem về phòng thí nghiệm bộ môn Công nghệ thực phẩm, Trường Đại học Cần Thơ. - Thời gian vận chuyển tối đa là 5 giờ. - Nguyên liệu sau khi lấy về đến phòng thí nghiệm tiến hành xử lí sơ bộ, đóng gói với mỗi mẫu tiền xử lý có khối lượng 200g và cấp đông ở nhiệt độ 25C (đảm bảo tâm nguyên liệu đạt -18C).. - 2.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 2.2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm. - Hình 1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát. - Thí nghiệm 2, 3 Trữ đông. - Tiền xử lý. - Lọc, ly tâm ở nhiệt độ 4 °C Bã (bỏ) Tỉ lệ nguyên liệu và. - Thí nghiệm 1 Nguyên liệu – thịt đầu tôm sú. - hàm lượng protein hòa tan có trong dịch thủy phân.. - 2.2.3 Thí nghiệm 2: Tác động của điều kiện tiền xử lý giúp kích hoạt protease nội bào đến hiệu suất thủy phân protein từ thịt đầu tôm sú. - Mục đích thí nghiệm để xác định được điều kiện tiền xử lý thích hợp nhất giúp cải thiện hiệu suất thủy phân protein từ thịt đầu tôm. - Thí nghiệm được bố trí các khoảng nhiệt độ tiền xử lý thịt đầu tôm thay đổi từ 40ºC đến 65ºC và thời gian từ 1 đến 7 phút.. - Tuy nhiên, mẫu thịt đầu tôm sau khi nghiền với tỷ lệ dung môi (nước cất) cố định 1:1 sẽ được tiền xử lý ở các chế độ nhiệt độ và thời gian khác nhau. - Mẫu sau tiền xử lý được chuyển sang thuỷ phân ngay với thời gian thủy phân được lựa chọn từ thí nghiệm 1 và nhiệt độ thủy phân cũng cố định ở nhiệt độ phòng (30°C). - Chỉ tiêu theo dõi là hiệu suất thủy phân protein và hàm lượng protein hòa tan có trong dịch thủy phân.. - 2.2.4 Thí nghiệm 3: Ảnh hưởng pH môi trường đến hiệu suất thủy phân protein bằng enzyme protease nội bào trong thịt đầu tôm. - Sau quá trình thủy phân tiến hành xác định hiệu suất thủy phân protein và hàm lượng protein hòa tan có trong dịch thủy phân.. - Sử dụng quy hoạch thực nghiệm theo phương pháp đa nhân tố để thiết lập phương trình hồi quy thể hiện sự tương quan giữa nhiệt độ và thời gian tiền xử lý thịt đầu tôm thích hợp.. - Hàm lượng protein hòa tan Xác định bằng phương pháp Biuret, TCVN 8125:2009.. - Hiệu suất thủy phân Xác định bằng phương pháp Adler – Nissen, 1986.. - 3.1 Thời gian thủy phân thích hợp đến đặc tính cảm quan dịch thủy phân và hiệu suất thủy phân protein. - Thời gian là một trong những yếu tố ảnh hưởng lớn đến quá trình thuỷ phân. - Thời gian quá ngắn không đủ để enzyme protease nội bào hoạt động, hiệu quả thủy phân thấp. - Việc kéo dài thời gian. - thủy phân là nguyên nhân làm cho nguyên liệu chuyển sang hiện tượng tự phân, tạo ra mùi hôi thối, không chấp nhận được. - Chính vì vậy, việc xác định thời gian thuỷ phân thích hợp protein từ thịt đầu tôm sú là điều kiện cần thiết đầu tiên cần được quan tâm. - Sự thay đổi hiệu suất thuỷ phân protein từ thịt đầu tôm sú theo thời gian được thể hiện theo Hình 2.. - Hàm lượng protein hòa tan (mg/100gchất khô). - Hiệu suất thủy phân (%DH). - Thời gian (giờ). - %DH Hàm lượng protein hoà tan. - Hình 2: Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất thuỷ phân protein bằng protease nội bào trong thịt đầu tôm. - Từ kết quả thể hiện ở đồ thị Hình 2 cho thấy hàm lượng protein hoà tan tăng tuyến tính với sự gia tăng thời gian thủy phân. - Thời gian thuỷ phân 5 giờ, hàm lượng protein hoà tan chỉ có 3649,125 mg/100g chất khô nhưng khi tăng thời gian lên 9 giờ thì hàm lượng protein hoà tan đã tăng gần 2 lần. - Bên cạnh đó, hiệu suất thuỷ phân cũng tăng khi tăng thời gian thuỷ phân. - Ở thời gian 5 giờ, hiệu suất thủy phân chỉ có 0,86% nhưng khi thời gian 9 giờ đã tăng gấp 5 lần. - Qua đó cho thấy thời gian thủy phân ảnh hưởng rất nhiều đến hiệu suất thủy phân lẫn hàm lượng protein hòa tan. - Khi thời gian thủy phân 5 ÷ 6 giờ thì không đủ để enzyme tiếp xúc và phân cắt protein nên hiệu suất thủy phân rất thấp dưới 1%. - Tăng thời gian thủy phân 7 ÷ 8 giờ, enzyme đủ thời gian để tiếp xúc và phân cắt protein nên hiệu suất thủy phân tăng mạnh. - Ở thời điểm 9 giờ hiệu suất thuỷ phân vẫn tăng nhưng dịch thuỷ phân có mùi hôi và bọt khí.. - Tuy nhiên, dịch thủy phân được sử dụng trong chế biến thức ăn gia súc. - Các nghiên cứu ứng dụng dịch thủy phân protein trong chế biến các sản phẩm thực phẩm, điển hình như nghiên cứu của Nilsang et al. - Nghiên cứu của Lý Thị Minh Phương (2013) đã đề nghị thời gian thủy phân 8 giờ là thích hợp để sản xuất dịch thủy phân từ thịt hàu biển và sau đó sử dụng trong chế biến thực phẩm. - Chính vì vậy, thời gian thủy phân thịt đầu tôm 8 giờ được lựa chọn để khảo sát biện pháp nâng cao hiệu quả thủy phân protein tiếp theo.. - 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ và thời gian tiền xử lý đến hiệu suất thủy phân protein bằng enzyme protease nội bào từ đầu tôm sú. - Đồng thời, tất cả giá trị P của các thừa số đều nhỏ hơn 0,05 đã chứng tỏ các nhân tố khảo sát đều ảnh hưởng đến quá trình thuỷ phân protein do tác động của việc kích hoạt protease nội bào từ thịt đầu tôm sú. - tiền xử lý đến hiệu suất thuỷ phân được thiết lập và sử dụng để dự đoán hiệu quả việc thuỷ phân protein. - Hiệu suất thuỷ phân mô phỏng (Y lý thuyết) được xác định bằng cách thay các biến với giá trị thực vào phương trình sau:. - Hiệu suất thuỷ phân thu được từ thực nghiệm và tính toán theo phương trình có độ tương thích cao ở giá trị R hình 3). - Hệ số tương quan cho biết 97,51% sự thay đổi hiệu suất thuỷ phân protein là do ảnh hưởng các biến độc lập X 1 , X 2 và chỉ có 2,59% sự thay đổi là do các yếu tố không xác định gây ra.. - Hình 3: Đồ thị tương quan giữa hiệu suất thuỷ phân theo thực nghiệm và tính toán theo phương trình hồi quy. - Đồ thị bề mặt đáp ứng và đồ thị đường đồng điểm biểu diễn sự tương tác của nhiệt độ và thời gian tiền xử lý nguyên liệu lên hiệu suất thủy phân protein của enzyme protease được biểu diễn ở Hình 4. - trong đầu tôm thể hiện hiệu suất thủy phân cao nhất trong khoảng nhiệt độ 50 ÷ 55°C và thời gian là 3 ÷ 5 phút. - Đồng thời, có sự tương tác giữa nhiệt độ và thời gian tiền xử lý đến hiệu suất thủy phân protein của thịt đầu tôm sú. - Hiệu suất thủy phân có giá trị thấp nhất ở điều kiện nhiệt độ thấp (40°C) và. - thời gian ngắn (1 phút). - Điều này cho thấy mức thời gian thấp là không đủ để kích hoạt hoạt tính enzyme protease trong thịt đầu tôm. - Hơn thế nữa, nhiệt độ 40°C cũng không nằm trong khoảng nhiệt độ tối ưu cho hoạt động của protease (55 ÷ 60°C, Nguyễn Lệ Hà, 2011). - Tuy nhiên, khi ở điều kiện nhiệt độ cao (65°C) và thời gian tiền xử lý kéo dài (7 phút) thì hiệu suất thủy phân vẫn thấp. - Điều này là do protease và ngay cả protein của thịt đầu tôm đã bị biến tính ở nhiệt độ cao trong thời gian dài.. - Với môi trường nhiệt độ trung bình (50 ÷ 55°C) thì hiệu suất thủy phân tăng nhanh trong khoảng thời gian xử lý (3 ÷ 5 phút).. - Qua đồ thị Hình 4, hiệu suất thủy phân đạt cực đại khi nhiệt độ 50,73°C và thời gian xử lý là 4,43 phút. - Kết quả này khá phù hợp với nghiên cứu tách chiết và ứng dụng enzyme protese từ đầu tôm sú Penaeus monodon vào chế biến thủy sản của Nguyễn Lê Hà (2011).. - Hình 4: Đồ thị biểu diễn sự tương tác của nhiệt độ và thời gian tiền xử lý nguyên liệu lên hiệu suất thủy phân protein bằng protease nội bào. - Hàm lượng protein hòa tan (mg/100g chất khô). - %DH Hàm lượng protein hoa tan. - %DH Hàm lượng protein hòa tan. - Hình 6: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hiệu suất thủy phân protein theo Ph Đồ thị biểu diễn ở Hình 6 cho thấy khi pH ban. - đầu của dung môi sử dụng để trích ly protease được điều chỉnh từ 4 đến 6, hiệu suất thủy phân protein thu được là rất thấp (<1%) và hàm lượng protein hòa tan cũng ở mức nhỏ hơn 1000mg/100g chất khô. - Khi pH tăng từ 7 đến 9 hiệu suất thủy phân tăng từ 6,18% lên 9,88% và hàm lượng protein hòa tan cũng tăng từ 10390,13 mg/100g chất khô lên 16610,75 mg/100g chất khô. - Tuy nhiên, khi tăng pH lên 10 hiệu suất thủy phân giảm từ 9,88% xuống 6,18% và hàm lượng protein hòa tan giảm từ 16610,75 mg/100g chất khô xuống 10390,13 mg /100g chất khô. - Hiệu suất thủy phân protein đạt cao nhất ở điều kiện pH của dung môi sử dụng là 9. - So sánh với mẫu đối chứng (sử dụng nước cất là dung môi cho quá trình thủy phân protein), hiệu suất thủy phân protein của mẫu sử dụng nước cất và mẫu có pH bằng 8 là không có sự khác biệt về mặt thống kê. - Tóm lại, hiệu quả thủy phân protein từ thịt đầu tôm bằng enzyme protease nội bào chịu sự chi phối rất lớn của các điều kiện kích hoạt enzyme, điển hình là nhiệt độ, thời gian và pH. - Ở điều kiện khảo sát, khi sử dụng dung môi hữu cơ glycine – NaOH có pH 9 và tỉ lệ nguyên liệu và dung môi là 1 : 1, tiến hành kích hoạt enzyme ở nhiệt độ và thời gian tối ưu được xác định (50,43ºC và 4,43 phút) giúp hiệu quả thủy phân protein từ thịt đầu tôm đạt cao nhất.. - Nghiên cứu thủy phân dịch protein từ thịt đầu tôm sú bằng phương thức kích hoạt protease nội bào đã cho thấy tính khả thi. - Việc kích hoạt protease nội bào ở nhiệt độ và thời gian lần lượt 50,73°C và 4,43 phút là điều kiện tiền xử lý thích hợp nhất giúp gia tăng hiệu quả trích ly protein.. - Dịch thủy phân protein từ thịt đầu tôm sú bằng protease nội bào đạt hiệu suất cao nhất khi tiến hành thủy phân ở nhiệt độ phòng (30ºC), thời gian thủy phân 8 giờ và điều chỉnh pH của dung môi sử dụng để thủy phân đến giá trị pH 9.. - Nghiên cứu sản xuất chế phẩm dịch thủy phân từ thịt hàu biển dùng trong thực phẩm. - Nghiên cứu ứng dụng enzyme protease từ vi khuẩn (Bacillus subtilis) để thủy phân phụ phẩm cá tra