Nghiên cứu quá trình tự phân cơ thịt đỏ cá ngừ nhằm thu hồi dịch đạm thủy phân

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL. 17, NO. 1.1, 2019<br /> <br /> 1<br /> <br /> NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TỰ PHÂN CƠ THỊT ĐỎ CÁ NGỪ NHẰM<br /> THU HỒI DỊCH ĐẠM THỦY PHÂN<br /> AUTOLYSIS OF TUNAS’ RED MUSCLES TO OBTAIN PROTEIN HYDROLYSATE<br /> Trần Trung Thanh Bình1*, Nguyễn Thị Nghĩa2, Bùi Xuân Đông2<br /> 1<br /> Trường Cao đẳng Bách khoa Đà Nẵng (Học viên cao học K32)<br /> 2<br /> Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng; xdbui@dut.udn.vn<br /> Tóm tắt - Cá ngừ (Thunuss spp.) và họ cá ngừ là nguồn thực phẩm<br /> đóng vai trò rất quan trọng đối với nền kinh tế Việt Nam. Cá ngừ<br /> thường được sử dụng tươi, chế biến phi-lê / thăn thịt hoặc chế biến<br /> đồ hộp. Quá trình chế biến đồ hộp chỉ sử dụng một phần ba khối<br /> lượng cá nguyên liệu. Do đó, ngành công nghiệp đồ hộp loại bỏ tới<br /> 70% phụ phẩm so với nguyên liệu ban đầu, cơ thịt đỏ là một trong<br /> nguồn phế liệu rắn đó. Dịch đạm thủy phân (PH) được chế biến từ<br /> phụ phẩm cá ngừ, có thể được ứng dụng như một loại gia vị trong<br /> công nghiệp chế biến thực phẩm nhằm tạo các hiệu ứng chức<br /> năng. Mục tiêu của nghiên cứu này là nghiên cứu quá trình tự phân<br /> cơ thịt đỏ cá ngừ để thu dịch đạm thủy phân. Đã xác định được<br /> điều kiện tối ưu cho quá trình tự phân protein cơ thịt đỏ cá ngừ là<br /> thời gian phản ứng là 6,0, tỷ lệ phối trộn nước : nguyên liệu là 2:1,<br /> nhiệt độ t=450C và pH của phản ứng là pH=5,0.<br /> <br /> Abstract - Tunas (Thunnus spp.) and tuna-like species are<br /> significant sources of food which play a very important role in<br /> Vietmam’s economy. Tunas are often consumed fresh or<br /> processed as raw fish flesh and marketed as loins/steaks or a type<br /> of canned food. In the tuna canning process, only about one-third<br /> of the whole fish is used. Consequently, the canning industry<br /> generates as much as 70% of solid waste from original fish<br /> materials, which includes tunas’ red muscles as a type of solid<br /> waste. Fish protein hydrolysate (PH), which is obtained through<br /> hydrolysis of tuna waste, can be used as an ingredient in the foodprocessing industry to create functional effects. This research is<br /> aimed at the autolysis of tunas’ red muscles to obtain protein<br /> hydrolysate. Optimal conditions for the protein autolysis have been<br /> identified as follows: reaction time is 6.0; ratio of water to raw<br /> material is 2:1; temperature is 45°C and pH of the reaction is 5.0.<br /> <br /> Từ khóa - tự phân; phế phẩm cá ngừ ; cơ thịt đỏ cá ngừ;<br /> cathepsine; calpain; collagenase; dịch đạm thủy phân<br /> <br /> Key words - autolysis; tuna waste; tunas’ red muscles; cathepsine;<br /> calpain; collagenase; protein hydrolysate.<br /> <br /> 1. Đặt vấn đề<br /> Việt Nam là quốc gia có thế mạnh về xuất khẩu thủy<br /> sản, sản lượng thủy sản năm 2012 đạt 6,13 tỷ USD, trong<br /> năm 2013 – khoảng 5,9 triệu tấn, … Trong đó, cá ngừ là<br /> một trong những mặt hàng chủ lực [1]. Các phụ phẩm từ<br /> quy trình chế biến cá ngừ (thịt vụn, nội tạng, xương, đầu<br /> cá, da, cơ thịt đỏ, ...) đã được xác định là nguồn protein<br /> quan trọng để sản xuất các mặt hàng có giá trị gia tăng.<br /> Trong đó, nguồn phụ phẩm thịt đỏ cá ngừ (Hình 1) bị loại<br /> bỏ chiếm 7-12% trọng lượng cá ngừ nguyên con, hiện nay<br /> chưa được quan tâm nghiên cứu để chế biến [1].<br /> <br /> sinh tổng hợp protein [2]. Hai phương pháp được ứng dụng<br /> phổ biến hiện nay để sản xuất dịch đạm thủy phân là<br /> phương pháp hóa học và phương pháp sinh học. Phương<br /> pháp hóa học sử dụng một số hóa chất thủy phân phụ phẩm<br /> thủy sản chứa protein, ví dụ HCl 1M, sodium sulfite,<br /> NaOH, KOH,… phương pháp này rất được ưa chuộng vì<br /> công nghệ đơn giản và giá thành rẻ [2]. Nhưng việc sử<br /> dụng acid mạnh hoặc base mạnh để thủy phân protein là<br /> nguyên nhân tạo ra các sản phẩm phụ có tác hại với môi<br /> trường, sản phẩm dịch đạm bị hao hụt các acid amin quan<br /> trọng như cystine, cysteine, methionine và tryptophane,<br /> dịch đạm thủy phân thu được rất hạn chế dùng trong thực<br /> phẩm. So với phương pháp hóa học, phương pháp sinh học<br /> (sử dụng enzyme thủy phân) có nhiều ưu thế hơn, vì có thể<br /> kiểm soát các quá trình phản ứng, giảm thiểu các phản ứng<br /> không mong muốn, giảm ô nhiễm môi trường do ít sử dụng<br /> hóa chất vô cơ. Điểm yếu của phương pháp sinh học là<br /> việc dùng enzyme thương mại hiện nay còn khá đắt đỏ dẫn<br /> tới chi phí sản xuất cao [2]. Các nhà khoa học cũng đã<br /> chứng minh, quá trình thủy phân protein có thể được thực<br /> hiện nhờ các enzyme protease hoặc proteinase nội tại có<br /> sẵn trong thịt đỏ cá ngừ [4]. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng,<br /> trong thịt đỏ cá ngừ, cathepsine – là một proteinase hoạt<br /> động trong môi trường acid yếu, hoạt độ mạnh nhất đạt<br /> được ở pH=2,0÷5,0. Cathepsine là một enzyme nội bào,<br /> có vai trò quan trọng trong quá trình tự phân protein của<br /> thịt và thủy hải sản, quá trình tự thủy phân diễn ra rất mạnh<br /> mẽ ở điều kiện thích hợp [4].<br /> Từ những luận giải trên đây, mục tiêu của nghiên cứu<br /> là tìm ra điều kiện thích hợp cho quá trình tự phân protein<br /> cơ thịt đỏ cá ngừ dưới tác dụng của hệ enzyme nội tại, để<br /> thu hồi dịch đạm thủy phân và định hướng sử dụng trong<br /> công nghiệp thực phẩm.<br /> <br /> Hình 1. Thịt đỏ cá ngừ [2]<br /> <br /> Trong nhiều năm qua, các sản phẩm có giá trị sinh học<br /> cao [2] từ phế liệu cá ngừ như phân bón, thức ăn gia súc,<br /> thức ăn thủy sản... đã được sản xuất và ứng dụng rộng rãi<br /> [2]. Gần đây, dịch đạm thủy phân (PH) từ các nguyên liệu<br /> thủy sản đã dần trở nên phổ biến trong ngành công nghiệp<br /> thực phẩm nhờ giá trị dinh dưỡng cao [3], do quá trình<br /> thủy phân làm giảm kích thước protein và tạo ra các<br /> peptide, acid amin giúp cơ thể sinh vật dễ dàng sử dụng để<br /> <br /> 2<br /> <br /> 2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu<br /> 2.1. Đối tượng nghiên cứu<br /> Hỗn hợp thịt đỏ cá ngừ được lấy mẫu từ nhà máy đồ<br /> hộp Hạ Long (Đà Nẵng). Nguyên liệu được giữ lạnh và vận<br /> chuyển trong thùng xốp cách nhiệt về phòng thí nghiệm<br /> Công nghệ sinh học, Trường Đại học Bách khoa – Đại học<br /> Đà Nẵng. Tại phòng thí nghiệm, nguyên liệu được xay nhỏ<br /> bằng máy xay (Luxta, Việt Nam) với mắt sàng có đường<br /> kính lỗ sàng 3,0 - 3,5 mm và bổ sung chất bảo quản. Sau<br /> đó, nguyên liệu được chia nhỏ thành từng túi (250<br /> gram/túi) và lưu trữ ở -20°C ± 2°C phục vụ nghiên cứu.<br /> 2.2. Phương pháp nghiên cứu<br /> 2.2.1. Phương pháp bất hoạt vi sinh vật trong hỗn hợp<br /> nguyên liệu thịt đỏ cá ngừ<br /> Để xác định phương pháp bất hoạt vi sinh vật trong hỗn<br /> hợp nguyên liệu, nhóm nghiên cứu thực hiện loạt thí<br /> nghiệm gồm 05 mẫu: mẫu đối chứng không bổ sung chất<br /> bảo quản và không xử lý vật lí; mẫu 1 bổ sung 2,5% NaCl<br /> theo khối lượng; mẫu 2 bổ sung natri benzoat 1% theo khối<br /> lượng; mẫu 3 bổ sung kali sorbat 1% theo khối lượng; mẫu<br /> 4 không bổ sung chất bảo quản nhưng được xử lý bằng tia<br /> UV trong tủ nuôi cấy vi sinh. Các mẫu được khuấy trộn<br /> đồng đều, sau đó được đóng gói trong túi PE dán để đảm<br /> bảo vô trùng, sau đó bảo quản ở nhiệt độ -200C. Trong thời<br /> gian bảo quản, theo định kì sau mỗi tuần mẫu được kiểm<br /> tra độ phơi nhiễm vi sinh vật bằng cách định lượng tổng số<br /> vi sinh vật hiếu khí theo TCVN 4884 – 2005.<br /> Mẫu được lựa chọn là mẫu có lượng tổng số vi sinh vật<br /> hiếu khí ở mức thấp nhất so với các mẫu còn lại.<br /> 2.2.2. Khảo sát mức độ hoạt động của hệ enzyme nội tại<br /> trong thịt đỏ cá ngừ<br /> Các nhà khoa học đã chứng minh, trong cơ thịt cá biển<br /> các enzyme hoạt động mạnh và đóng vai trò chủ đạo trong<br /> quá trình tự phân gồm có cathepsin, calpain và collagenase<br /> [2; 4]. Vì vậy, nhóm nghiên cứu tiến hành xác định được<br /> mức độ thủy phân protein của nguyên liệu dưới tác dụng<br /> của 3 hệ enzyme calpain, cathepsin, collagenase.<br /> Nguyên liệu được rã đông, phối trộn với nước theo tỷ lệ<br /> 1:1, sau đó mẫu được xử lý siêu âm trong 15 phút để phá vỡ<br /> tế bào và bất hoạt vi sinh vật có trong mẫu, phản ứng tự thủy<br /> phân được tiến hành trong thời gian phản ứng cho cả 03 mẫu<br /> là 120 phút. Các mẫu được tiến hành ở điều kiện tối ưu cho<br /> mỗi enzyme. Cụ thể, mẫu 1 - với hệ enzyme calpain thì tiến<br /> hành ở pH = 7,0 ÷ 7,5, nhiệt độ là 350C; mẫu 2 - với hệ<br /> enzyme cathepsin tiến hành ở pH=4,0 ÷ 5,0 và nhiệt độ là<br /> 450C; mẫu 3 - với hệ enzyme collagenase tiến hành pH:<br /> 7,0÷7,5; nhiệt độ là 400C [4; 5; 6; 7; 8].<br /> Sau quá trình phản ứng các mẫu được bất hoạt ở nhiệt<br /> độ t=95±20C trong 15 phút [9] và sau đó để nguội, lọc bỏ<br /> cặn và đem đi xác định hàm lượng ni-tơ acid amin trong<br /> dịch đạm thủy phân (PH). Mẫu có hàm lượng ni-tơ acid<br /> amin trong dịch đạm thủy phân cao nhất là mẫu có hệ<br /> enzyme nội tại hoạt động mạnh nhất (đánh giá gián tiếp).<br /> 2.2.3. Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng tự thủy<br /> phân thịt đỏ cá ngừ dưới tác dụng của enzyme cathepsine<br /> Sau khi đã xác định được hệ enzyme nội tại mạnh nhất<br /> trong cơ thịt đỏ cá ngừ là cathepsin, nhóm nghiên cứu tiến<br /> <br /> Trần Trung Thanh Bình, Nguyễn Thị Nghĩa, Bùi Xuân Đông<br /> <br /> hành loạt thí nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến tốc<br /> độ phản ứng tự phân (phản ứng enzyme) như tỷ lệ phối trộn<br /> nguyên liệu với nước, pH môi trường phản ứng, thời gian<br /> phản ứng. Phản ứng enzyme được tiến hành trên máy lắc<br /> ổn nhiệt STUART SI500 (Anh)<br /> - Để xác định tỷ lệ phối trộn thích hợp giữa nước và<br /> nguyên liệu theo khối lượng cho phản ứng tự phân, các mẫu<br /> thí nghiệm được tiến hành với tỷ lệ nước: nguyên liệu<br /> (w:w) là 2:1, 3:1, 4:1, 5:1, 6:1, 7:1, 8:1, mô hình thí nghiệm<br /> này được lựa chọn dựa trên nghiên cứu của Bùi Trường<br /> Bích Ngân (2013) [10]. Các thông số khác của phản ứng tự<br /> phân được cố định ở nhiệt độ 450C, pH = 4÷5 là pH tối ưu<br /> của cathepsin, thời gian tiến hành thủy phân là 4 giờ [9;<br /> 10]. Tỷ lệ phối trộn thích hợp giữa nước và nguyên liệu<br /> được lựa chọn dựa trên hàm lượng ni-tơ acid amin trong<br /> dịch đạm sau quá trình thủy phân.<br /> - Để xác định ảnh hưởng của pH môi trường lên quá<br /> trình tự phân, nhóm nghiên cứu đã tiến loạt thí nghiệm với<br /> độ pH khác nhau là 3, 4, 5, 6. Các thông số khác của phản<br /> ứng tự phân được cố định ở nhiệt độ 45 0C, thời gian phản<br /> ứng là 4 giờ, tỷ lệ phối trộn nước:nguyên liệu xác định được<br /> từ loạt thí nghiệm đã tiến hành trước là 2:1. pH tối ưu cho<br /> phản ứng được xác định dựa trên hàm lượng ni-tơ acid<br /> amin trong dịch đạm sau quá trình thủy phân<br /> - Nhóm nghiên cứu tiến hành xác định thời gian thích<br /> hợp cho quá trình tự phân bằng loạt thí nghiệm với thời<br /> gian thủy phân khác nhau là 2 giờ, 3 giờ, 4 giờ, 5 giờ, 6<br /> giờ, 7 giờ. Các thông số khác của phản ứng tự phân được<br /> cố định ở nhiệt độ 450C, tỷ lệ phối trộn nước: nguyên liệu<br /> là 2:1, pH=5,0. Thời gian tối ưu cho phản ứng được xác<br /> định dựa trên hàm lượng ni-tơ acid amin trong dịch đạm<br /> sau quá trình thủy phân<br /> 2.3. Các phương pháp phân tích<br /> Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các<br /> phương pháp phân tích đạt chuẩn, được áp dụng hiện nay,<br /> cụ thể:<br /> - Định lượng vi sinh vật trên đĩa thạch bằng cách đếm<br /> khuẩn lạc trong nguyên liệu và sản phẩm dịch đạm thủy<br /> phân theo TCVN 4884 – 2005.<br /> - Hàm lượng ni-tơ acid amin trong dịch đạm thủy phân<br /> (PH) được xác định theo tiêu chuẩn TVCN 3708-90. Hàm<br /> lượng ni-tơ axit amin (X) tính bằng g/l, theo công thức:<br />