- Thủy phân thịt heo nạc vai, độ nhớt, alcalase, mức độ thủy phân, tối ưu hóa theo phương pháp đáp ứng bề mặt Keywords:. - Nghiên cứu này được thực hiện nhằm xác định chế độ thủy phân tối ưu sử dụng chế phẩm Alcalase R cho loại nguyên liệu thịt than heo đồng thời đảm bảo tổn thất vitamin B1 là thấp nhất. - Quá trình thủy phân được tối ưu hóa theo độ nhớt tối thiểu bằng phương pháp bề mặt đáp ứng. - Tiến hành thủy phân thịt heo bằng chế phẩm enzyme Alcalase R 2,4 L nhằm đánh giá mức độ ảnh hưởng của pH (6,5 đến 8,5), nhiệt độ (55 đến 75°C), tỉ lệ enzym cơ chất (0,5% đến 2,5. - và thời gian thủy phân (180 phút đến 300 phút) lên độ nhớt của dịch thủy phân. - Từ nghiên cứu, tỉ lệ nguyên liệu: nước trộn trước khi thủy phân thích hợp nhất là 1,5/1, chế độ xử lý nhiệt trước khi thủy phân là ở nhiệt độ 80 0 C trong 5 phút trong khi vitamin B1 còn lại là 0,611 mg/100 g. - Điều kiện tối ưu của quá trình thủy phân như sau: nhiệt độ 64,6°C, tỉ lệ enzyme cơ chất 1,77% (w/w), thời gian 256 phút và pH 7,54. - Ở điều kiện này, độ nhớt của dịch thủy phân thấp nhất đạt 2,4 cP. - Trong khi đó, mức độ thủy phân đạt tối đa là 56,58%. - Phân tích dịch thủy phân cho thấy thành phần protein có khối lượng dưới 50 kDa chiếm 60,07%.. - Nghiên cứu thủy phân protein thịt heo bằng emzyme alcalase chế biến thức ăn nuôi qua sonde. - Với mục tiêu tạo ra sản phẩm nuôi ăn qua ống thông mũi dạ dày từ nguyên liệu tự nhiên của Việt Nam cung cấp đạm từ nguồn gốc động vật, nghiên cứu chế biến bột đạm nuôi ăn qua ống thông mũi dạ dày từ nguyên liệu thịt heo, dựa trên việc thủy phân thịt heo nhằm tạo ra dịch thủy phân có kích thước phân tử đã được cắt nhỏ phù hợp chảy qua ống thông nuôi ăn làm tiền đề cho chế biến sản phẩm nuôi ăn qua ống thông cho bệnh nhân được thực hiện.. - Có rất nhiều enzyme khác nhau được dùng để thủy phân protein (như Papain, Alcalase. - Enzyme có nguồn gốc từ vi sinh vật có nhiều ưu điểm hơn các nguồn gốc khác như hoạt tính thủy phân tốt hơn, có mức pH cao hơn và bền nhiệt (Diniz and Martin, 1997). - Alcalase ® là một enzyme protease vi khuẩn từ Bacillus licheniformis hiệu quả nhất để sản xuất các loại protein thủy phân (Kristinsson and Rasco, 2000). - Chính vì thế, enzyme Alcalase R AF 2.4 L (Novozyme – Đan Mạch) được lựa chọn trong nghiên cứu thủy phân thịt heo.. - Mức độ thủy phân (DH%). - 2.4 Trình tự thực hiện trong nghiên cứu Nguyên liệu thịt heo nạc vai được rửa sạch, cắt nhỏ (kích thước 10 x 10 mm) rồi đem đi xay làm giảm kích thước nguyên liệu (đến khoảng 0.5 – 1 mm) để tạo điều kiện cho quá trình xử lý nhiệt.. - Đem thịt sau khi xay đi xử lý nhiệt (ở nhiệt độ thay đổi từ 60 đến 100C, thời gian thay đổi từ 3,4,5 và 6 phút) và xay lần hai nhằm tách các phân tử thịt với nhau tạo điều kiện cho quá trình thủy phân.. - Tiến hành thủy phân thịt heo trong bể điều nhiệt với việc điều khiển pH môi trường, thay đổi từ 6,5 đến 8,5 (sử dụng NaOH 0,1N để điều chỉnh), nhiệt độ thủy phân (từ 55 đến 75C, thời gian thủy phân (150 phút, 180 phút, 210 phút, 240 phút, 270 phút, 300 phút) và tỉ lệ enzyme sử dụng (nồng độ [E/S] thay đổi từ . - Dựa trên ảnh hưởng của từng nhân tố riêng lẻ đến hiệu quả thủy phân thịt heo bằng enzyme Alcalase, quá trình thủy phân được tối ưu hóa theo độ nhớt của dịch thủy phân dùng phương pháp đáp ứng bề mặt.. - 3.2 Ảnh hưởng của điều kiện tiền xử lý (trước thủy phân) đến hiệu quả thủy phân. - Lượng nước bổ sung trước khi thủy phân ảnh hưởng đến khả năng tiếp xúc giữa enzyme và cơ chất. - Bảng 3 cho thấy mức độ thủy phân tăng khi tỉ lệ nguyên liệu : nước tăng theo thứ tự. - Sau đó, mức độ thủy phân giảm khi tỉ lệ nguyên liệu : nước tiếp tục tăng 2:1. - mức độ thủy phân thấp do tỉ lệ pha loãng cao nên nồng độ cơ chất giảm xuống, xác suất enzyme kết hợp với cơ chất thấp dẫn đến mức độ thủy phân thấp.. - Bảng 3: Ảnh hưởng của tỉ lệ nguyên liệu: nước đến mức độ thủy phân. - Tỉ lệ nguyên liệu : nước (w/w Mức độ thủy phân DH. - Khi tăng tỉ lệ nguyên liệu : nước lên thì mức độ thủy phân tăng do tăng khả năng tiếp xúc enzyme và cơ chất. - 2,5:1 thì mức độ thủy phân giảm do nồng độ cơ chất trong dung dịch cao, độ nhớt của dung dịch đồng thời cũng cao khiến cho enzyme khó khuếch tán trong dung dịch gây cản trở khả năng xúc tác thủy phân cơ chất nên mức độ thủy phân sẽ thấp.. - 3.3 Nhiệt độ xử lý nhiệt thịt trong quá trình tiền xử lý trước thủy phân. - Quá trình xử lý nhiệt ban đầu với mục đích làm biến tính protein, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thủy phân. - Tuy nhiên, khi xử lý nhiệt đồng thời cũng sẽ làm thất thoát vitamin B 1 do quá trình biền đổi nhiệt.. - Chế độ nhiệt độ xử lý nhiệt được lựa chọn sao cho vừa đảm bảo độ nhớt dịch thủy phân cuối cùng và làm hàm lượng vitamin B 1 tổn thất thấp nhất.. - Bảng 4: Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý nhiệt đến hàm lượng vitamin B 1 và độ nhớt của dịch sau thủy phân. - 3.4 Thời gian xử lý nhiệt thịt trước quá trình thủy phân. - Cùng nhiệt độ xử lý, thời gian xử lý nhiệt càng lâu thì mức độ biến tính của nguyên liệu càng lớn, dẫn đến độ nhớt dịch thủy phân càng giảm. - Ở thời gian xử lý nhiệt 5 và 6 phút thì độ nhớt dịch thủy. - Bảng 5: Ảnh hưởng thời gian xử lý nhiệt đến hàm lượng vitamin B 1 và độ nhớt của dịch sau quá trình thủy phân. - Thời gian. - 3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protein thịt heo. - 3.5.1 Ảnh hưởng của pH của môi trường đến độ nhớt dịch thủy phân. - Tại pH là 7,5 thì độ nhớt của dịch thủy phân là thấp nhất. - Bảng 6: Ảnh hưởng của pH đến độ nhớt của dịch sau thủy phân. - Độ nhớt (cP) 3,06807 d 2,85955 c 2,62686 ab 2,56108 a 2,61232 ab 2,6989 b ( a Các giá trị có ký tự ở trên giống nhau nằm trong cùng một hàng thì khác nhau không có ý nghĩa (p<0,05)). - 3.5.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến độ nhớt dịch thủy phân. - tính bất thuận nghịch protein, enzym protease bị vô hoạt, quá trình thủy phân sẽ bị ngừng lại. - Dù ở 65 hay 70 o C thì độ nhớt khác biệt không đáng kể, nên nhiệt độ được chọn cho quá trình thủy phân là 65 o C.. - Bảng 7: Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân đến độ nhớt của dịch sau thủy phân. - đến độ nhớt dịch thủy phân. - Tuy nhiên, việc tăng hàm lượng enzyme sử dụng sẽ tăng chi phí cho quá trình sản xuất.. - Bảng 8: Ảnh hưởng của nồng độ đến độ nhớt của dịch sau thủy phân. - 3.5.4 Ảnh hưởng của nồng độ thời gian thủy phân đến độ nhớt dịch thủy phân. - Thời gian càng dài số lượng liên kết bị cắt càng nhiều làm cho độ nhớt của dịch thủy phân giảm.. - Tuy nhiên, đến một giới hạn thời gian thì quá trình. - thủy phân sẽ xảy ra không đáng kể. - Quá trình thủy phân xảy ra nhanh ở giai đoạn đầu, khi mà có một lượng lớn liên kết peptide phù hợp bị phân cắt. - Tốc độ thủy phân sau đó giảm dần và dừng lại khi các liên kết peptide dễ bị thủy phân ít dần. - Sự có mặt của các peptide mạch ngắn mới sinh ra cũng làm ức chế phần nào tác dụng thủy phân của enzyme (Jun &. - Nhiệt độ ( o C . - phân tử chưa thủy phân hoặc đã thủy phân một phần (Souissi N. - Bảng 9: Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến độ nhớt của dịch thủy phân. - a Các giá trị có ký tự ở trên giống nhau nằm trong cùng một hàng thì khác nhau không có ý nghĩa (p<0,05)) Khi thời gian thủy phân đến 270 phút, dù có. - Do đó, thời gian thủy phân được chọn là 270 phút.. - 3.6 Tối ưu hóa quá trình thủy phân protein thịt heo bằng Alcalase. - Quá trình thủy phân sẽ cắt các phân tử có kích thước lớn thành các phân tử nhỏ hơn tạo điều kiện cho quá trình tiêu hóa được thực hiện dễ dàng [16].. - Độ nhớt dịch thủy phân càng thấp, kích thước phân tử càng nhỏ thì dịch thủy phân càng dễ hấp thụ.. - Tiến hành tối ưu hóa theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao bốn yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân gồm: pH, nhiệt độ, nồng độ và thời gian, với cấu trúc xoay tâm và hàm mục tiêu là độ nhớt của sản phẩm dịch thủy phân (Y).. - Sự thay đổi đồng thời của các yếu tố khảo sát trong quá trình quy hoạch có thể xác định quy luật ảnh hưởng của các yếu tố này đến hàm mục tiêu.. - Số thí nghiệm tối ưu trong quá trình này là N = 31 thí nghiệm, trong đó có 7 thí nghiệm ở tâm nhằm tăng mức độ chính xác của quá trình.. - Bảng 10: Thông số của quá trình tối ưu hóa Thông số -α -1 0 +1 +α. - X 4 (T) (phút Trong đó: X 1 là thông số pH của quá trình thủy phân. - X 2 là nhiệt độ của quá trình thủy phân ( o C);. - X 3 là nồng độ của quá trình thủy phân. - X 4 là thời gian của quá trình thủy phân (phút).. - Giải bài toán quy hoạch thực nghiệm cho hàm mục tiêu bằng phần mềm Modde 5.0 với phương pháp xoay tâm cấp 2, thu được phương trình hồi quy thể hiện mối quan hệ của các biến trong quá trình thủy phân như sau:. - Trong đó: Z 1 : là biến số thực của thông số pH quá trình thủy phân. - Z 2 : là biến số thực của thông số nhiệt độ quá trình thủy phân ( o C). - Z 3 : là biến số thực của thông số nồng độ quá trình thủy phân. - Z 4 : là biến số thực của thông số thời gian quá trình thủy phân (phút).. - Hình 1: Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH môi trường đến độ nhớt dịch thủy phân trong không. - Hình 2: Ảnh hưởng của nồng độ và thời gian thủy phân đến độ nhớt dịch thủy phân trong. - Điều kiện tối ưu cho quá trình thủy phân được xác định bằng phần mềm Modde 5.0, tương tác. - giữa nhiệt độ thủy phân và pH có đường cong có cực đại. - Hai yếu tố ảnh hưởng cao nhất đến độ nhớt của dịch thủy phân. - nồng độ E/S (v/w) là 1,7684% và thời gian 256,03 phút thì độ nhớt dịch thủy phân đạt cực tiểu là 2,4033 cP.. - Độ nhớt thu được của dịch thủy phân là cP. - 3.7 Đánh giá kích thước phân tử của sản phẩm dịch thủy phân. - Dịch sau thủy phân đưa đi lọc qua cột lọc và màng lọc Amicon – Milipore kDa), sau đó xác định hàm lượng protein hòa tan theo phương pháp Lowry, kết quả của thu được như sau:. - Bảng 12: Kết quả đánh giá kích thước phân tử của dịch thủy phân. - Kết quả cho thấy dịch thủy phân có kích thước phân tử nhỏ hơn 3kDa chiếm tỉ lệ khá cao (39,28. - 3.8 Xác định mức độ thủy phân. - Để xác định mức độ thủy phân tôi lựa chọn phương pháp TCA và kết quả được tóm tắt trong bảng sau:. - Bảng 13: Kết quả mức độ thủy phân Độ hấp thu. - Mức độ thủy phân alcalase khá cao (56,58%).. - So với cùng một loại chế phẩm enzyme alcalase thì quá trình thủy phân trên cơ chất thịt có mức độ cao hơn quá trình thủy phân máu cá ba sa (5,58%) (Trần Thanh Nhãn, Trần Nguyễn Tú Oanh, 2009), nhưng thấp hơn quá trình thủy phân da cá hồi (77,03%) (See et al., 2011).. - Quá trình thủy phân tạo ra dịch có độ cực tiểu là 2,46 cP phù hợp chảy qua ống sonde nuôi ăn với mức độ thủy phân đạt 44,18% và hàm lượng vitamin B 1 là 0,611 mg/100 g.. - Từ kết quả của các quá trình nghiên cứu trên, chúng tôi có thông số công nghệ cho quá trình thủy phân như sau:. - Loại enzyme sử dụng là alcalase, điều kiện thủy phân tối ưu tại pH 7,54. - Khi đó, độ nhớt dịch thủy phân đạt cực tiểu là 2,4033 cP, mức độ quá trình thủy phân đạt 56,58 % và khối lượng phân tử tập trung dưới 50 kDa chiếm 60,07%.