Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br />
<br />
Số 1/2015<br />
<br />
THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC<br />
<br />
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ VÀ pH LÊN HOẠT TÍNH<br />
CỦA ENZYME TIÊU HÓA TÔM HÙM BÔNG (Panulirus ornatus)<br />
VÀ TÔM HÙM XANH (Panulirus homarus)<br />
EFFECT OF TEMPERATURE AND pH ON THE ACTIVITY OF DIGESTIVE ENZYMES<br />
OF ORNATE SPINY LOBSTER (Panulirus ornatus) AND SCALLOPED SPINY LOBSTER<br />
(Panulirus homarus)<br />
Lại Văn Hùng1, Đỗ Lê Hữu Nam2, Trần Văn Dũng3<br />
Ngày nhận bài: 22/7/2014; Ngày phản biện thông qua: 06/8/2014; Ngày duyệt đăng: 10/2/2015<br />
<br />
TÓM TẮT<br />
Hoạt tính của enzyme tiêu hóa trên tôm hùm nói chung và giáp xác nói riêng chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố bên<br />
trong và bên ngoài cơ thể. Xác định ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường lên hoạt tính của enzyme tiêu hóa là cơ sở<br />
quan trọng trong sản xuất thức ăn cho tôm hùm. Nghiên cứu được thực hiện nhằm xác định ảnh hưởng của các mức nhiệt<br />
độ (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 và 900C) và pH (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 và 10) khác nhau lên hoạt tính của các enzyme tiêu<br />
hóa tôm hùm bao gồm protease, amylase và lipase. Kết quả nghiên cứu cho thấy, nhiệt độ và pH có ảnh hưởng rất lớn đến<br />
hoạt tính của các enzyme tiêu hóa tôm hùm. Protease hệ tiêu hóa tôm hùm hoạt động tối ưu ở nhiệt độ 600C và pH 7. Hoạt<br />
tính của enzyme amylase thể hiện mạnh nhất ở nhiệt độ 500C và pH 7. Chỉ số nhiệt độ và pH thích hợp cho enzyme lipase<br />
lần lượt là 300C và 6. Các enzyme này hầu như bất hoạt ở các mức nhiệt độ 10 và 900C hay pH 2 và 9.<br />
Từ khóa: amylase, enzyme tiêu hóa, lipase, protease, tôm hùm<br />
<br />
ABSTRACT<br />
The activities of digestive enzymes in spiny lobsters in particular and crustaceans in general depend on several<br />
internal and external factors. Determining the effects of some environmental factors on the activities of the digestive<br />
enzymes is an important basis in producing pellet feeds for spiny lobsters. This study was carried out in order to evaluate<br />
the effects of different temperature levels (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 and 900C) and pH (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 and 10)<br />
on the activities of the digestive enzymes of spiny lobsters including protease, amylase and lipase. The results show that<br />
temperature and pH had strong effects on activities of digestive enzymes of spiny lobsters. The optimal temperature and<br />
pH of protease were found to be 600C and 7. Amylase showed high activity at the temperature and pH of 500C and 7. The<br />
optimal temperature and pH of lipase were 300C and 6, respectively. The activities of enzymes were almost unactivated at<br />
the temperature of 10 and 900C or pH at 2 and 9.<br />
Keywords: amylase, digestive enzymes, lipase, protease, spiny lobster<br />
I. ĐẶT VẤN ĐỀ<br />
Tôm hùm bông (Panulirus ornatus) và tôm hùm<br />
xanh (Panulirus homarus) là những đối tượng giáp<br />
xác nuôi quan trọng, có giá trị kinh tế cao. Tôm hùm<br />
gai nói chung được nuôi phổ biến ở nhiều nước trên<br />
thế giới như: New Zealand, Nhật Bản, Việt Nam, Úc,<br />
Philippines, Singarpore và Đài Loan [14, 15, 16]. Ở<br />
Việt Nam, nghề nuôi tôm hùm bắt đầu từ năm 1992<br />
và không ngừng phát triển cho đến nay. Tuy nhiên,<br />
1<br />
2<br />
<br />
nghề nuôi tôm hùm cũng gặp phải một số khó khăn<br />
liên quan đến các vấn đề ô nhiễm môi trường và<br />
dịch bệnh mà nguyên nhân được cho là việc sử<br />
dụng nguồn thức ăn cá tạp thay vì sử dụng thức ăn<br />
công nghiệp [3, 4].<br />
Để khắc phục tình trạng trên, nhiều nỗ lực<br />
nghiên cứu sản xuất thức ăn cho tôm hùm được<br />
thực hiện trên thế giới và Việt Nam [4]. Hiện nay,<br />
thức ăn tổng hợp cho tôm hùm được sử dụng<br />
<br />
PGS.TS. Lại Văn Hùng, 3 ThS. Trần Văn Dũng: Viện Nuôi trồng thủy sản - Trường Đại học Nha Trang<br />
TS. Đỗ Lê Hữu Nam: Khoa Công nghệ thực phẩm - Trường Đại học Nha Trang<br />
<br />
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 23<br />
<br />
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br />
ở một số nước thay thế một phần cho nguồn cá tạp,<br />
đặc biệt khi nguồn cung gặp khó khăn trong mùa<br />
mưa bão [17]. Thức ăn cho tôm hùm nói chung bao<br />
gồm thành phần chính là protein, cacbonhydrat,<br />
lipid, sterol, cholesterol, lecithin và astaxanthin. Quá<br />
trình tiêu hóa thức ăn tôm hùm gồm một chuỗi các<br />
quá trình sinh hóa diễn ra trong miệng, dạ dày và<br />
ruột dưới tác dụng của các enzyme tiêu hóa. Cơ<br />
chế của quá trình tiêu hóa và hấp thụ thức ăn ở tôm<br />
hùm diễn ra phức tạp và cần có sự tham gia của các<br />
enzyme chính như protease, amylase và lipase [13].<br />
Các enzyme có trong đường tiêu hóa của tôm<br />
hùm gai đã được nghiên cứu trên các giống Japonicus<br />
panulirus, J. edwardsii, Panulirus interruptus và P.<br />
argus [6, 7, 8, 9, 11, 12]. Perera và ctv. (2008) đã chỉ<br />
ra rằng tôm hùm gai trong giai đoạn lột xác có sự<br />
thay đổi rõ rệt về phương thức sống, nhu cầu sinh<br />
lý, sinh hóa trong cơ thể do đó ảnh hưởng đến hoạt<br />
động enzyme tiêu hóa cũng như khả năng hấp thụ<br />
thức ăn [12]. Hoạt tính của enzyme tiêu hóa ở giáp<br />
xác nói chung có sự biến đổi tùy theo giai đoạn phát<br />
triển, trạng thái sinh lý và phụ thuộc vào một số yếu<br />
tố môi trường. Tuy nhiên, các nghiên cứu về vấn đề<br />
này trên tôm hùm ở Việt Nam hầu như chưa được<br />
đề cập. Chính vì vậy, việc nghiên cứu hoạt tính các<br />
enzyme hệ tiêu hóa tôm hùm góp phần quan trọng<br />
trong việc hoàn thiện công nghệ sản xuất thức ăn<br />
và gia tăng hiệu quả sử dụng thức ăn viên trong<br />
<br />
Số 1/2015<br />
nuôi tôm hùm ở nước ta. Nghiên cứu được thực<br />
hiện nhằm xác định nhiệt độ và pH tối ưu cho hoạt<br />
tính của enzyme tiêu hóa của tôm hùm bông và tôm<br />
hùm xanh.<br />
II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br />
1. Thời gian, địa điểm và đối tượng nghiên cứu<br />
Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 12 năm<br />
2012 đến tháng 4 năm 2013. Các thí nghiệm được<br />
thực hiện trong phòng thí nghiệm thuộc Viện Công<br />
nghệ sinh học và Môi trường, Trường Đại học Nha<br />
Trang và Viện Sinh học Nhiệt đới Thành phố Hồ Chí<br />
Minh. Đối tượng nghiên cứu là hệ enzyme tiêu hóa<br />
của tôm hùm bông (Panulirus ornatus) và tôm hùm<br />
xanh (Panulirus homarus) giai đoạn thương phẩm<br />
(khối lượng 600 - 700 g/con với tôm hùm bông và<br />
120 - 140 g/con với tôm hùm xanh). Tôm hùm được<br />
thu tại đảo Bình Ba, Cam Ranh và vận chuyển sống<br />
về phòng thí nghiệm. Tôm đưa vào thí nghiệm khỏe<br />
mạnh, vận động linh hoạt, màu sắc tự nhiên, đầy đủ<br />
các phần phụ và không có biểu hiện nhiễm bệnh.<br />
2. Phương pháp nghiên cứu<br />
2.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm<br />
Phương pháp thu mẫu:<br />
Mẫu tôm hùm: Tôm hùm sống sau khi vận<br />
chuyển về phòng thí nghiệm được tiến hành giải<br />
phẫu tách bỏ phần vỏ, thân tôm và cơ quan tiêu hóa.<br />
<br />
Hình 1. Giải phẫu tôm hùm bông (trái) và tôm hùm xanh (phải)<br />
<br />
Trích ly enzyme: Tiến hành nghiền hệ tiêu hóa<br />
của tôm bằng máy xay. Trong quá trình xay, nhiệt<br />
độ được giữ ổn định khoảng 40C bằng đá vụn nhằm<br />
tránh sự biến tính của các enzyme tiêu hóa. Phối<br />
trộn nguyên liệu đã xay nghiền với dung môi đệm<br />
phosphate 0,1 M, pH 7,2 theo tỷ lệ mẫu/dung môi<br />
tối ưu là 1/3 [2]. Tiến hành khuấy liên tục hỗn hợp<br />
trên máy khuấy từ trong 40 phút. Trong quá trình<br />
này, enzyme trong cơ quan tiêu hóa của tôm hùm<br />
sẽ hòa tan và khuyếch tán vào dung môi. Sau đó,<br />
tiến hành ly tâm lạnh hỗn hợp ở 40C với tốc độ 9.000<br />
<br />
24 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG<br />
<br />
vòng/10 phút nhằm mục đích loại bỏ tạp chất không<br />
tan có trong dịch enzyme và thu dịch ly tâm. Kết tủa<br />
enzyme từ dịch ly tâm bằng cách bổ sung các dung<br />
môi hữu cơ (ethanol 960) vào dịch chiết theo tỷ lệ tối<br />
ưu dịch chiết/dung môi là 1/4 [2, 5]. Hỗn hợp được<br />
giữ ở 40C trong 60 phút, ly tâm với vận tốc 6.000<br />
vòng/10 phút để thu nhận phần kết tủa là chế phẩm<br />
emzyme dạng thô. Sau đó, tiến hành hòa tan lại<br />
enzyme và lấy dịch enzyme để xác định sự phụ<br />
thuộc của hoạt tính enzyme protease, lipase và<br />
amylase vào hai yếu tố nhiệt độ và pH.<br />
<br />
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br />
<br />
Số 1/2015<br />
<br />
Hình 2. Trích ly, kết tủa và chuẩn độ hoạt tính của enzyme<br />
<br />
Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt<br />
tính của enzyme:<br />
Xác định hoạt tính của enzyme protease:<br />
Enzyme tiêu hóa của tôm hùm sau khi ly trích được<br />
ủ với casein 2%, pH 7,0 trong vòng 60 phút ở các<br />
mức nhiệt độ: 100C, 200C, 300C, 400C, 500C, 600C,<br />
700C, 800C và 900C. Xác định hoạt tính protease theo<br />
phương pháp Anson cải tiến [1]. Xác định hoạt tính<br />
của enzyme amylase: Enzyme tiêu hóa của tôm hùm<br />
sau khi ly trích được ủ với tinh bột 1%, pH 7,0 trong<br />
vòng 4 giờ ở các mức nhiệt độ: 100C, 200C, 300C,<br />
400C, 500C, 600C, 700C, 800C và 900C. Xác định<br />
hoạt tính amylase theo phương pháp Heinkel [1].<br />
Xác định hoạt tính của enzyme amylase: Enzyme<br />
tiêu hóa của tôm hùm sau khi ly trích được ủ với<br />
nhũ tương dầu đậu phộng, pH 7,0 trong vòng 2 giờ<br />
ở các mức nhiệt độ: 100C, 200C, 300C, 400C, 500C,<br />
600C, 700C, 800C và 900C. Xác định hoạt tính lipase<br />
theo phương pháp chuẩn độ Cherry-Crandall [1].<br />
Tất cả các thí nghiệm được thực hiện với 3 lần lặp.<br />
Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt<br />
tính của enzyme:<br />
Xác định hoạt tính của enzyme protease:<br />
Enzyme tiêu hóa của tôm hùm sau khi ly trích được<br />
ủ với casein 2%, trong vòng 60 phút ở các mức pH:<br />
2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 và 10. Xác định hoạt tính protease<br />
<br />
theo phương pháp Anson cải tiến [1]. Xác định hoạt<br />
tính của enzyme amylase: Enzyme tiêu hóa của tôm<br />
hùm sau khi ly trích được ủ với tinh bột 1% trong<br />
vòng 4 giờ ở các mức pH: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 và<br />
10. Xác định hoạt tính amylase theo phương pháp<br />
Heikel [1]. Xác định hoạt tính của enzyme lipase:<br />
Enzyme tiêu hóa của tôm hùm sau khi ly trích được<br />
ủ với nhũ tương dầu đậu phộng trong vòng 2 giờ<br />
ở các mức pH: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 và 10. Xác<br />
định hoạt tính lipase theo phương pháp chuẩn độ<br />
Cherry-Crandall [1]. Tất cả các thí nghiệm được<br />
thực hiện với 3 lần lặp.<br />
2.2. Phương pháp xử lý số liệu<br />
Các số liệu được xử lý bằng phần mềm SPSS<br />
16.0. Sử dụng phương pháp phân tích phương sai<br />
một yếu tố (oneway - ANOVA) và phép kiểm định<br />
Duncan để so sánh sự khác biệt có ý nghĩa thống kê<br />
(p < 0,05) về ảnh hưởng của nhiệt độ và pH lên hoạt<br />
tính của enzyme protease, amylase và lipase. Toàn<br />
bộ số liệu được trình bày dưới dạng giá trị trung<br />
bình (TB) ± sai số chuẩn (SE).<br />
III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN<br />
1. Ảnh hưởng nhiệt độ đến hoạt tính enzyme tiêu<br />
hóa của tôm hùm<br />
<br />
Hình 3. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt tính của enzyme protease<br />
<br />
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 25<br />
<br />
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br />
Kết quả nghiên cứu cho thấy, protease của tôm<br />
hùm thể hiện hoạt tính tốt ở khoảng 50 - 700C, đạt<br />
giá trị tối ưu ở 600C. Hoạt tính protease ở nhiệt độ tối<br />
ưu này của tôm hùm xanh cao hơn tôm hùm bông.<br />
<br />
Số 1/2015<br />
Protease hoạt động yếu ở nhiệt độ 100C, tăng đều<br />
và mạnh lên cho đến khi đạt giá trị cực đại ở 600C.<br />
Khi nhiệt độ tăng từ 70 - 900C, hoạt tính của enzyme<br />
protease giảm nhanh và gần như bất hoạt ở 900C.<br />
<br />
Hình 4. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt tính của enzyme amylase<br />
<br />
Enzyme amylase của tôm hùm thể hiện hoạt<br />
tính cao trong khoảng nhiệt độ 50 - 600C. Trong<br />
đó, enzyme của tôm hùm xanh hoạt động tốt hơn<br />
so với tôm hùm bông trong khoảng nhiệt độ tối ưu<br />
này (hình 4). Trên cả hai loài tôm hùm, hoạt tính<br />
của enzyme amylase đều đạt giá trị tối ưu ở 500C.<br />
<br />
Khi tăng hay giảm quanh nhiệt độ tối ưu này 100C,<br />
hoạt tính amylase tôm hùm giảm rõ rệt. Enzyme<br />
amylase hoạt động yếu ở nhiệt độ 100C, tăng đều<br />
và mạnh lên cho đến khi đạt giá trị cực đại ở 500C.<br />
Khi tăng nhiệt độ từ 60 - 900C, hoạt tính của enzyme<br />
amylase giảm đều và gần như bất hoạt ở 900C.<br />
<br />
Hình 5. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt tính của enzyme lipase<br />
<br />
Enzyme lipase của tôm hùm thể hiện hoạt tính<br />
tốt ở khoảng nhiệt độ từ 30 - 500C, đạt giá trị tối ưu<br />
ở nhiệt độ 300C. Hoạt tính của enzyme lipase tăng<br />
mạnh trong khoảng nhiệt độ từ 10 - 300C nhưng<br />
<br />
giảm chậm đều khi mức nhiệt tăng từ 50 - 900C.<br />
Lipase hoạt động yếu ở nhiệt độ 100C. Nhiệt độ tăng<br />
trong khoảng 70 - 900C làm giảm rõ rẹt hoạt tính của<br />
enzyme lipase và gần như bất hoạt ở nhiệt độ 900C.<br />
<br />
2. Ảnh hưởng pH đến hoạt tính enzyme hệ tiêu hóa tôm hùm<br />
<br />
Hình 6. Ảnh hưởng của pH lên hoạt tính của enzyme protease<br />
<br />
26 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG<br />
<br />
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br />
Hoạt tính của enzyme protease ở tôm hùm tăng<br />
dần trong khoảng pH từ 2 - 6. Khi tăng pH trong<br />
vùng này bằng cách giảm dần độ a xít thì hoạt tính<br />
protease tăng đều nhưng chậm điều này có thể là<br />
do protease tôm hùm cũng giống các loài tôm he<br />
<br />
Số 1/2015<br />
nói chung đều không có pepsin hoạt động trong môi<br />
trường a xít [2]. Hoạt tính của enzyme protease tôm<br />
hùm đạt giá trị cực đại ở pH 7. Việc tăng hay giảm<br />
pH từ giá trị tối ưu về phía kiềm hay a xít đều làm<br />
giảm đáng kể hoạt tính của enzyme này.<br />
<br />
Hình 7. Ảnh hưởng của pH lên hoạt tính của enzyme amylase<br />
<br />
Amylase của tôm hùm thể hiện tăng dần trong khoảng pH từ 2 đến 6, đạt giá trị cực đạt tại pH 7 đến 8. Khi<br />
tiếp tục gia tăng pH, hoạt tính của enzyme amylase giảm đột ngột và gần như bất hoạt ở mức pH 10.<br />
<br />
Hình 8. Ảnh hưởng của pH lên hoạt tính của enzyme lipase<br />
<br />
Hoạt tính lipase tôm hùm đạt giá trị cực đại ở<br />
pH 6, quanh giá trị pH tối ưu này về cả hai phía kiềm<br />
và a xít, hoạt tính của enzyme lipase đều giảm đi rõ<br />
rệt (hình 8).<br />
<br />
hoạt động tối ưu ở nhiệt độ 500C và pH 7. Lipase<br />
<br />
IV. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ<br />
Enzyme protease hệ tiêu hóa tôm hùm hoạt<br />
động tối ưu ở nhiệt độ 60˚C và pH 7. Amylase<br />
<br />
Đồng thời, nghiên cứu ảnh hưởng một số yếu tố<br />
<br />
hoạt động tối ưu ở nhiệt độ 300C và pH 6.<br />
Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung xác<br />
định độ bền nhiệt của enzyme hệ tiêu hóa tôm hùm.<br />
khác lên hoạt tính của enzyme tiêu hóa như nồng độ<br />
muối, ion kim loại, probiotics và kháng sinh.<br />
<br />
TÀI LIỆU THAM KHẢO<br />
Tiếng Việt:<br />
1.<br />
<br />
Lâm Thị Kim Châu, Nguyễn Như Nhứt, 2006.Phương pháp kiểm tra một số enzyme dùng trong chăn nuôi. Đại học Khoa học<br />
Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh.<br />
<br />
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 27<br />
<br />