Nghiên cứu sản xuất bột đạm và bột canxi từ xương cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) bằng phương pháp thủy phân enzyme

- NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT BỘT ĐẠM VÀ BỘT CANXI TỪ XƯƠNG CÁ TRA (Pangasianodon hypophthalmus) BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY PHÂN ENZYME.
- Axit amin, bột canxi, bột đạm, xương cá tra.
- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của nồng độ enzyme Tegalase đến quá trình thủy phân protein cùng với việc khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian nâng nhiệt, chế độ sấy đến chất lượng của bột đạm và bột canxi từ xương cá Tra đã được thực hiện.
- Kết quả cho thấy khi mẫu được thủy phân ở 50°C trong 24 giờ với nồng độ enzyme Tegalase 0,1% thì khả năng thủy phân các phân tử protein tạo thành liên kết peptit là tốt nhất (2.935 liên kết peptit) và hàm lượng đạm amin là 14,8% đối với phần dịch đạm.
- Bên cạnh đó, mẫu xương cá tra cũng đạt hàm lượng khoáng cao nhất (37,4%) và hàm lượng protein là thấp nhất (17,5.
- Dịch đạm được nâng nhiệt ở 95-100 °C trong thời gian 6 phút sẽ thu được hàm lượng axit amin cao (17,7.
- Sau đó dịch đạm sấy ở 60°C trong 1 ngày đạt được ẩm độ, hiệu suất thu hồi và hàm lượng đạm lần lượt là 4,64.
- Xương cá cũng được sấy ở 60°C trong 4 giờ để được bột canxi có ẩm độ tốt nhất 10,8% và hàm lượng canxi là 22,9%..
- Nghiên cứu sản xuất bột đạm và bột canxi từ xương cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) bằng phương pháp thủy phân enzyme.
- Trong đó, xương cá được xem là nguồn sản xuất canxi tự nhiên đầy tiềm năng do có hàm lượng canxi cao khoảng 34-36%, tồn tại chủ yếu ở dạng muối canxi photphat (Hamada et al., 1995), rất cần thiết cho sức khỏe của con người, giúp ngăn ngừa các bệnh về xương khớp (Hamada et al., 1995;.
- Phương pháp hóa học được áp dụng phổ biến trong nhiều nghiên cứu sản xuất bột canxi từ xương cá (Techochatchawal et al., 2009;.
- Ngược lại, việc xử lí xương cá bằng phương pháp thủy phân enzyme còn khá hạn chế, do đó phương pháp này cần được nghiên cứu.
- Bên cạnh sản phẩm chính là bột canxi, phần thịt bám trên xương cá cũng được tận dụng triệt để để sản xuất ra bột đạm và sử dụng làm thức ăn cho gia súc hay trong nuôi trồng thủy sản (Nilsang et al., 2005), góp phần nâng cao hàm lượng đạm trong một số sản phẩm.
- Nghiên cứu này được thực hiện nhằm sản xuất các sản phẩm có giá trị kinh tế (bột đạm và bột canxi) từ nguồn phụ phẩm xương cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) bằng phương pháp thủy phân enzyme..
- Xương cá tra được thu từ công ty thủy sản Biển Đông, khu công nghiệp Trà Nóc và vận chuyển lạnh.
- Xương cá được rửa để loại bỏ tạp chất, vi sinh vật bám trên bề mặt và để ráo.
- Tiến hành cắt nhỏ xương cá khoảng 2-3 cm, đóng gói trong túi PE với khối lượng mỗi túi là 100 g và bảo quản ở -18C đến khi tiến hành thí nghiệm..
- Enzyme Tegalase (Tegaferm Holding GmBh, Áo) thủy phân protein thành axit amin có pH tối thích là 7,8 - 8,8 và hoạt động trong miền nhiệt độ 50 - 60C..
- 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến chất lượng của dịch đạm và hàm lượng khoáng của xương cá tra.
- Xương cá được rã đông trước khi tiến hành thủy phân bằng enzyme Tegalase ở các nồng độ khác nhau lần lượt là 0,1.
- 0,2 và 0,3% so với nguyên liệu (v/w) trong thời gian 24 giờ, tỉ lệ nước cất và nguyên liệu là 1: 10 (v/w), nhiệt độ trong suốt quá trình thủy phân là 50C.
- Sau khi quá trình thủy phân kết thúc, tiến hành lọc thu dịch đạm và rửa sạch phần xương để phân tích ẩm độ, khoáng, protein.
- Phần dịch đạm được phân tích hàm lượng axit amin và số liên kết peptit tạo thành nhằm tìm ra nồng độ enzyme tối ưu nhất cho quá trình thủy phân.
- 2.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nâng nhiệt đến sự thủy phân protein thành axit amin từ quá trình thủy phân xương cá tra.
- Dịch đạm sau khi thủy phân ở nồng độ enzyme tối ưu (kết quả thí nghiệm 1) được nâng nhiệt bằng thiết bị ủ ở 90-95C trong các thời gian lần lượt là 2, 4 và 6 phút.
- Mẫu được phân tích lại chỉ tiêu axit amin nhằm chọn được thời gian nâng nhiệt thích hợp để quá trình thủy phân protein thành axit amin là tốt nhất.
- 2.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian sấy đến chất lượng của bột đạm và bột canxi.
- Kết thúc quá trình sấy, mẫu được phân tích ẩm độ, hàm lượng đạm và tính hiệu suất thu hồi sau từng mốc thời gian nhằm tìm ra thời gian sấy tối ưu nhất để cho chất lượng bột đạm tốt nhất..
- Phần xương cá sau khi thủy phân với nồng độ enzyme tối ưu (kết quả thí nghiệm 1) được rửa sạch và sấy trong thời gian 2, 4 và 6 giờ ở nhiệt độ 60°C..
- Mẫu sau khi sấy với từng mốc thời gian được phân tích ẩm độ, độ hòa tan và hiệu suất thu hồi nhằm tìm ra thời gian sấy tối ưu nhất để cho bột canxi đạt chất lượng tốt nhất.
- Nhiệt độ 60°C được chọn để sấy sản phẩm bột đạm và bột canxi vì chất lượng của sản phẩm cuối cùng hầu như không bị biến đổi, ngược lại nếu sấy mẫu ở nhiệt độ thấp hơn sẽ tăng thời gian sấy hoặc sấy với nhiệt độ cao hơn sẽ thúc đẩy quá trình oxy hóa xảy ra và ảnh hưởng không tốt đến chất lượng sản phẩm (màu sắc, mùi) thu được..
- 2.4 Phương pháp phân tích.
- Phân tích hàm lượng ẩm bằng phương pháp sấy, hàm lượng khoáng bằng phương pháp đốt, hàm lượng đạm tổng số bằng phương pháp Kjehdal, hàm lượng lipid bằng phương pháp Soxhlet và xác định tổng số vi sinh vật hiếu khí theo phương pháp đổ đĩa (AOAC, 2000)..
- Xác định hàm lượng đạm amin bằng phương pháp Nitơ formol theo TCVN 3708:1990..
- Xác định hàm lượng canxi theo AOAC .
- 3.1 Thành phần hóa học của xương cá tra Kết quả phân tích thành phần hóa học của xương cá tra được thể hiện trong Bảng 1..
- Bảng 1: Thành phần hóa học của xương cá tra theo căn bản khô.
- Chỉ tiêu Hàm lượng.
- Kết quả ở Bảng 1 cho thấy hàm lượng protein và khoáng chiếm tỷ lệ khá cao lần lượt là 36,1 và 18,8%, nên cần được tận dụng để sản xuất bột đạm và bột canxi có chất lượng cao nhằm gia tăng giá trị nguồn phụ phẩm này.
- Để thúc đẩy quá trình thủy phân phần thịt cá còn sót lại trên xương nhằm mục đích vừa sản xuất bột đạm, vừa tận dụng nguồn xương để tạo ra bột canxi, tiến hành bổ sung enzyme Tegalase để quá trình thủy phân protein diễn ra một cách tốt nhất và nâng cao chất lượng sản phẩm..
- 3.2 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến chất lượng của dịch đạm và hàm lượng khoáng trong xương cá tra.
- Số liên kết peptit và hàm lượng đạm amin của dịch đạm sau quá trình thủy phân xương cá trong 24 giờ ở 50 C với các nồng độ enzyme khác nhau được thể hiện trong Bảng 2..
- Bảng 2: Ảnh hưởng của nồng độ enzyme Tegalase đến chất lượng dịch đạm Mẫu.
- Nồng độ enzyme Tegalase.
- Liên kết peptit (liên kết).
- Kết quả thủy phân xương cá tra cho thấy khi tăng nồng độ enzyme từ 0,1 lên 0,3 % thì hàm lượng đạm amin tăng, số liên kết peptit tạo thành từ 2935 tăng lên 2962 liên kết do enzyme tương tác lên các liên kết nhị dương và làm thay đổi các liên kết trong phân tử cơ chất.
- Ban đầu khi chưa bổ sung enzyme vào nguyên liệu thì quá trình thủy phân chỉ xảy ra dưới tác dụng của hệ protease nội tại nên so với mẫu đối chứng thì số liên kết peptit được bẻ gãy ở nồng độ 0,1% tăng lên một cách rõ rệt, cao hơn ban đầu 1741 liên kết.
- Dưới tác dụng của enzyme, phân tử protein bị thủy phân tại các liên kết peptit và tạo thành các chuỗi peptit mạch ngắn, sau đó các chuỗi này tiếp tục được phân cắt thành các axit amin, do đó hàm lượng axit amin sẽ tăng lên và số liên kết peptit tạo thành cũng tăng khi tăng tỉ lệ enzyme (Nguyễn Đức Lượng, 2004).
- Tỉ lệ enzyme bổ sung tăng như số liên kết peptit cũng như hàm lượng đạm amin tăng không đáng kể, xu hướng này khá tương thích với sự giải thích của Guérard et al..
- (2011), cụ thể, các chuỗi peptit mạch ngắn có trong hỗn hợp phản ứng được tạo thành từ quá trình thủy phân protein có thể là tác nhân làm bất hoạt tác dụng thủy phân của enzyme và là đối thủ cạnh tranh cơ chất đối với protein.Tuy nhiên, nồng độ liên kết peptit dùng cho quá trình thủy phân cũng giới hạn nên khả năng thủy phân ổn định mặc dù gia tăng nồng độ enzyme (Salwanee et al., 2013).
- Qua đó cho thấy, chế độ thủy phân mẫu xương cá tra ở nồng độ enzyme 0,1% ở nhiệt độ 50C là tối ưu nhất..
- Bảng 3: Ảnh hưởng của nồng độ enzyme Tegalase đến hàm lượng khoáng trong xương cá tra Mẫu Nồng độ enzyme.
- Kết quả nghiên cứu ở Bảng 3 cho thấy khi nồng độ ezyme càng tăng thì hàm lượng protein càng giảm, hàm lượng khoáng theo xu hướng tăng dần..
- Do trong quá trình thủy phân, khi tăng nồng độ enzyme thì tốc độ thủy phân protein xảy ra nhanh do sự cắt mạch của các chuỗi peptit (Đặng Thị Thu, 2012) dẫn đến phần thịt vụn bám trên xương được tách ra càng nhiều và hàm lượng protein còn lại trong xương sẽ giảm xuống.
- So với mẫu đối chứng thì hàm lượng protein trong xương ở nồng độ 0,1%.
- giảm xuống một cách rõ rệt từ 33,9 xuống 17,7% và hàm lượng khoáng tăng lên rất mạnh từ 9,57 lên 37,4%.
- Đối với thí nghiệm này khi dùng enzyme Tegalase để thủy phân xương cá nhằm loại protein ra khỏi xương thì hiệu suất loại protein ở nồng độ.
- Phương pháp này không những giúp giảm thiểu lượng hóa chất thải ra môi trường so với phương pháp truyền thống, mà còn tận dụng được nguồn protein từ quá trình thủy phân xương cá cho các mục đích khác.
- Ở nồng độ 0,1% cho kết quả hàm lượng khoáng cao nhất là 37,4% khá tương đồng với nghiên cứu về hàm lượng khoáng ở nhiều loài cá khác nhau (xấp xỉ 40%) của Toppe et al.
- (2007) và hàm lượng protein thấp nhất 17,5%.
- Kết hợp với chất lượng dịch đạm ở Bảng 2 thì nồng độ enzyme 0,1% được kiến nghị cho sự thủy phân xương cá..
- 3.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nâng nhiệt đến sự thủy phân protein thành axit amin từ quá trình thủy phân xương cá.
- Hàm lượng đạm amin trong mẫu dịch đạm sau khi nâng nhiệt trung hòa được thể hiện trong Bảng 4..
- Bảng 4: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nâng nhiệt đến sự thủy phân protein thành axit amin từ quá trình thủy phân xương cá Mẫu Thời gian nâng.
- Kết quả thí nghiệm cho thấy thời gian nâng nhiệt càng dài thì hàm lượng đạm amin càng tăng.
- nhiệt sẽ làm giảm độ nhớt của khối hỗn hợp thủy phân, làm thúc đẩy nhanh quá trình giãn nở mạch phân tử và làm thay đổi hình dạng protein nên làm tăng khả năng thủy phân cắt mạch protein và tạo ra nhiều axit amin nhất, đồng thời quá trình này giúp tiêu diệt vi sinh vật, đông tụ protein và giảm bớt mùi (Nguyễn Đức Lượng, 2006).
- Mẫu đối chứng có hàm lượng axit amin thấp hơn nhiều so với mẫu được nâng nhiệt.
- Mặc khác, theo Nguyễn Lệ Hà (2009) thì nhiệt độ càng cao và thời gian nâng nhiệt càng dài thì hàm lượng axit amin càng giảm vì enzyme có bản chất là protein nên bị biến tính bởi nhiệt độ cao và ảnh hưởng đến hiệu quả thủy phân.
- Như vậy, ở thời gian nâng nhiệt 6 phút cho hàm lượng đạm axit amin cao nhất, thích hợp để làm thông số cho bố trí thí nghiệm tiếp theo..
- 3.4 Ảnh hưởng của chế độ sấy đến chất lượng của bột đạm và bột canxi.
- Độ ẩm, hàm lượng protein và hiệu suất thu hồi của bột đạm và chất lượng của bột canxi từ quá trình thủy phân xương cá tra bằng enzyme Tegalase khi sấy ở 60°C trong các thời gian sấy khác nhau được thể hiện trong Bảng 5..
- Bảng 5: Ảnh hưởng của thời gian sấy đến chất lượng của bột đạm và bột canxi Mẫu Thời gian sấy.
- Bột đạm.
- Hàm lượng protein.
- Mẫu Thời gian sấy.
- (giờ) Bột canxi.
- Kết quả thí nghiệm ở Bảng 5 cho thấy khi thời gian sấy càng dài thì hàm lượng protein càng tăng, độ ẩm và hiệu suất thu hồi càng giảm.
- Khi tăng thời gian sấy từ 1 lên 3 ngày thì độ ẩm giảm từ 4,64 xuống còn 2,37%, hiệu suất thu hồi giảm từ 5,48 xuống còn 3,77%, riêng hàm lượng protein tăng từ 68,9 lên 73,7%.
- Lượng nước trong sản phẩm càng thấp thì nồng độ chất khô càng cao, nên hàm lượng protein có xu hướng tăng dần.
- hàm lượng protein thay đổi từ 68,9 tới 73,7% và và cao hơn so với kết quả bột đạm thủy phân từ phụ phẩm cá (Pangasius sp) được công bố bởi Amiza et al.
- Bột đạm có hàm lượng ẩm <10% là thích hợp cho quá trình bảo quản, hạn chế được các biến đổi không mong muốn (Trần Thị Luyến, 1996).
- Vì vậy, mẫu dịch đạm được sấy 1 ngày ở 60°C có độ ẩm, hàm lượng protein và hiệu suất thu hồi lần lượt là 4,64.
- Chất lượng của bột canxi thu được cũng có khuynh hướng biến đổi tương tự như bột đạm.
- 15,5%,còn độ hòa tan tăng dần theo thời gian sấy..
- Đối với nghiên cứu sản xuất các chế phẩm canxi từ cá nước mặn (Bubel et al., 2015) sản phẩm sấy ở nhiệt độ 60°C cho đến khi độ ẩm đạt 10% thì thu được bột canxi.
- Vậy mẫu có thời gian sấy 4 giờ ở nhiệt độ 60°C cho sản phẩm có ẩm độ là 10,8%.
- phù hợp cho bảo quản các sản phẩm dạng bột (Lê Thị Minh Thủy, 2014)..
- 3.5 Kết quả thành phần hóa học của sản phẩm bột đạm và bột canxi từ xương cá tra.
- Thành phần hóa học của sản phẩm bột đạm và bột canxi từ xương cá tra được thể hiện trong Bảng 6..
- Bảng 6: Kết quả phân tích thành phần hóa học của bột đạm và bột canxi thành phẩm Chỉ tiêu Bột đạm Bột canxi.
- Từ kết quả phân tích thành phần hóa học (Bảng 6) cho thấy bột đạm từ nguồn xương cá tra có giá trị dinh dưỡng cao, hàm lượng protein của bột đạm chiếm đến 68,9% đạt yêu cầu, qui cách của bột cá thực phẩm (Lê Thị Minh Thủy, 2014) và phù hợp để bổ sung vào thức ăn, các sản phẩm bánh, snack hay được sử dụng để tăng cường hàm lượng đạm trong thức ăn cho động vật nuôi.
- Bột canxi thu được có hàm lượng ẩm tối ưu 10,8% và hàm lượng canxi chiếm 22,9%.
- Do hàm lượng canxi trong sản phẩm bột canxi thu được cao nên đây có thể được xem như là một nguồn cung cấp canxi tiềm năng cho con người thông qua việc bổ sung với liều lượng hợp lý vào khẩu phần ăn.
- Vì nguồn canxi tự nhiên từ xương cá chủ yếu ở dạng hợp chất canxi photphat và tương tự như thành phần xương của con người nên chúng rất dễ được hấp thu vào cơ thể hiệu quả và an toàn (Hemung, 2013).
- Sản phẩm bột canxi này có thể được bổ sung vào các sản phẩm thực phẩm thông.
- thường khác như sữa và các sản phẩm từ sữa, các sản phẩm bột, mì, cũng như các loại đồ uống khác nhằm cải thiện hàm lượng canxi trong thực phẩm và thay thế các muối canxi thương mại đang được sử dụng như canxi cacbonat, canxi citrat (Singh et al., 2007).
- Để sản xuất bột đạm và bột canxi từ xương cá tra đạt chất lượng cao cần thủy phân mẫu xương cá tra với nồng độ enzyme Tegalase là 0,1% (v/w) trong thời gian 24 giờ ở nhiệt độ 50C.
- Đối với bột canxi sau khi thủy phân cũng sẽ được sấy ở 60C trong vòng 4 giờ để đạt được chất lượng tốt nhất.
- Sản phẩm bột đạm và bột canxi trong phạm vi nghiên cứu này có thể được tận dụng để làm thực phẩm cho con người hoặc bổ sung vào thức ăn cho động vật nuôi nhằm tăng cường giá trị dinh dưỡng cho bữa ăn..
- Thử nghiệm thủy phân hỗn hợp máu và gan cá ba sa bằng chế phẩm enzyme protease tách chiết từ đầu tôm sú (Penaeus.
- Thủy sản - phương pháp xác định hàm lượng nitơ axit amin, ngày truy cập 23/04/2019