BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ ĐẠI HỌC Y DƯC TP.HỒ CHÍ MINH NGUYỄN THỊ XUÂN TỐI ƯU HÓA QUY TRÌNH SẢN XUẤT GELATIN TỪ DA CÁ BASA BẰNG PHƯƠNG PHÁP DÙNG ENZYM LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯC HỌC BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ ĐẠI HỌC Y DƯC TP.HỒ CHÍ MINH NGUYỄN THỊ XUÂN TỐI ƯU HÓA QUY TRÌNH SẢN XUẤT GELATIN TỪ DA CÁ BASA BẰNG PHƯƠNG PHÁP DÙNG ENZYM CHUYÊN NGÀNH KIỂM NGHIỆM DƯC PHẨM VÀ ĐỘC CHẤT MÃ SỐ : 60 _ 73 _ 15 LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯC HỌC Người hướng dẫn khoa học : TS. TRẦN THANH NHÃN Tp. Hồ Chí Minh -2006 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do tôi thực hiện. Các kết quả nêu trong luận văn này được đảm bảo tính trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào. Tác giả NGUYỄN THỊ XUÂN Tp. Hồ Chí Minh -2006 PHẦN MỞ ĐẦU Hiện nay, xuất khẩu thủy hải sản là một trong những mặt trận hàng đầu đã đem về nhiều ngoại tệ cho nước ta, trong đó cá Basa chiếm tỷ trọng khoảng 20%. Cá Basa, một loại cá da trơn được ưa chuộng ở nhiều nước trên thế giới, nhất là trên thò trường Mỹ do nó có giá trò dinh dưỡng cao : cung cấp nhiều acid amin và acid béo cần thiết cho cơ thể. Bên cạnh sản phẩm chính là nạc cá, còn có nhiều sản phẩm phụ trong quá trình chế biến như đầu cá, xương cá và da cá. Đây là nguồn phụ phẩm khổng lồ, phần lớn chỉ sử dụng ở dạng thô sơ, chủ yếu làm thức ăn cho gia súc. Hàng năm, Việt Nam chế biến khoảng 600.000 tấn cá Basa, cho ra khoảng 400.000 tấn phụ phẩm, trong đó da cá chiếm từ 4 – 6%. Từ da cá, có thể tạo ra những sản phẩm khác có giá trò kinh tế cao hơn và có nhiều ứng dụng trong thực tế. Đặc biệt là gelatin từ da cá có giá trò dinh dưỡng hơn và nhất là có thể thay thế gelatin từ động vật có vú trong thực phẩm của cộng đồng người Hồi giáo (do những quy đònh tôn giáo, ngăn cấm sử dụng những sản phẩm từ heo) và ở một số quốc gia xảy ra bệnh bò điên. Tuy nhiên, trong phương pháp sản xuất gelatin từ da cá, nếu dùng acid hay kiềm để thủy phân thì phải trang bò các thiết bò chòu acid, chòu kiềm, chòu nhiệt … và đồng thời có thể gây ô nhiễm môi trường, gây độc cho công nhân và nhất là có thể phá hủy một số acid amin (Lysin, Argynin, Cystein, Tryptophan …). Để khắc phục các nhược điểm trên thì phương pháp thủy phân bằng enzym là phương pháp hiện nay thường được áp dụng trong sản xuất. Trong quy trình thủy phân protein da cá nói chung cũng như quy trình chiết xuất gelatin nói riêng có nhiều yếu tố ảnh hưởng như : nồng độ enzym, nhiệt độ thủy phân, thời gian thủy phân, pH, nhiệt độ chiết gelatin … Để đạt hiệu suất cao nhất cần phải chọn những điều kiện thực nghiệm tối ưu nhất. Hiện nay, có một số phần mềm thiết kế và tối ưu hoá giúp cho dễ dàng hơn trong việc khảo sát các điều kiện thí nghiệm này. Xuất phát từ tình hình trên, chúng tôi chọn đề tài : “Tối ưu hóa quy trình sản xuất gelatin từ da cá Basa bằng phương pháp dùng enzym”, nhằm mục đích nâng cao giá trò kinh tế của một trong những phụ phẩm của ngành thủy sản, với các mục tiêu như sau: • Mục tiêu tổng quát: Tối ưu hoá quy trình thủy phân protein từ da cá Basa bằng phương pháp dùng enzym để chiết gelatin đạt hiệu suất tối ưu. • Mục tiêu chuyên biệt : - Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ enzym, pH, nhiệt độ, thời gian thủy phân, nhiệt độ chiết gelatin từ da cá Basa. - Thiết kế và tối ưu hoá quy trình thủy phân protein (collagen) từ da cá Basa để chiết gelatin với sự trợ giúp của các phần mềm vi tính. - Kiểm nghiệm gelatin sản phẩm được chiết xuất theo các thông số do quy trình tối ưu dự đoán. Đề tài này được thực hiện tại Bộ môn Sinh Hóa và phân môn Vi tính Dược - Khoa Dược – ĐHYD – TP.HCM và xí nghiệp Dược phẩm Cửu Long. Nguồn nguyên liệu được cung cấp bởi Công ty cổ phần xuất nhập khẩu thủy sản Agifish – An giang. DA CÁ BASA (100 g) MỤC LỤC Trang Bìa trong Lời cam đoan Mục lục Các từ viết tắt i Danh mục bảng ii Danh mục hình và sơ đồ iv Danh mục các phụ lục vi PHẦN MỞ ĐẦU 1 Chương 1 – TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 1.1. Tình hình nghiên cứu và sản xuất gelatin từ da cá 3 1.2. Cá Basa 4 1.2.1. Đònh loài 4 1.2.2. Giá trò dinh dưỡng của cá Basa 5 1.2.3. Sản lượng 5 1.2.4. Thành phần hóa học của da 5 1.3. Collagen 6 1.3.1. Cấu trúc 6 1.3.2. Tính chất 7 1.4. Sự chuyển collagen thành gelatin 9 1.5. Gelatin 9 1.5.1.Cấu trúc 9 1.5.2. Phân loại 12 1.5.3.Tính chất lý hóa 12 1.5.4. Ứng dụng 14 1.5.5. Hướng phát triển kinh tế của gelatin 15 1.6. Các phương pháp thủy phân protein 15 1.6.1. Phương pháp thủy phân bằng acid 15 1.6.2. Phương pháp thủy phân bằng kiềm 16 1.6.3. Phương pháp thủy phân bằng enzym 16 1.7. Enzym Alkalase 19 1.7.1. Nguồn gốc 19 1.7.2. Đặc tính sản phẩm 19 1.8. Thiết kế và tối ưu hoá với sự trợ giúp của phần mềm ứng dụng 20 1.8.1. Liên quan nhân quả 20 1.8.2. Tối ưu hoá thông minh 21 1.9. Đánh giá quy trình 26 1.9.1. Xem kết quả tối ưu hóa 26 1.9.2. Đánh giá công thức tối ưu 26 Chương 2 – NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 27 2.1. Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu 27 2.1.1. Nguyên liệu 27 2.1.2. Trang thiết bò 27 2.2. Phương pháp nghiên cứu 28 2.2.1. Chuẩn bò nguyên liệu 28 2.2.2. Pha chế dung dòch đệm pH 30 2.2.3. Quy trình thủy phân da cá Basa bằng phương pháp enzym 31 2.2.4. Thăm dò sơ bộ các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất gelatin từ da cá Basa 35 2.2.5. Thăm dò nhân quả 39 2.2.6. Tối ưu hóa các thông số quy trình 40 2.2.7. Đánh giá quy trình tối ưu 40 2.2.8. Kiểm nghiệm sản phẩm 42 Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 47 3.1. Kết quả thăm dò sơ bộ các yếu tố ảnh hưởng trên quá trình chiết xuất gelatin từ da cá Basa 47 3.1.1. Ảnh hưởng của nồng độ enzym 47 3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian thủy phân 49 3.1.3. Ảnh hưởng của pH 51 3.1.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân 52 3.1.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết gelatin 55 3.2. Thiết kế mô hình thực nghiệm 56 3.2.1. Các thông số đưa vào phần mềm Design – Expert để thiết kế các mô hình thực nghiệm 3.2.2. Kết quả thực nghiệm các mô hình 60 3.3. Nghiên cứu liên quan nhân quả và yếu tố ảnh hưởng 66 3.3.1. Xu hướng liên quan 66 3.3.2. Mức độ liên quan 67 3.3.3. Quy luật liên quan nhân quả 68 3.4. Tối ưu hóa quy trình 74 3.4.1. Luyện mạng thần kinh 74 3.4.2. Tối ưu hóa quy trình 76 3.4.3. Tính chất dự đoán của quy trình tối ưu 76 3.4.4. Thực nghiệm kiểm chứng quy trình tối ưu 76 3.4.5. Đánh giá quy trình tối ưu 77 3.5. Kiểm tra chất lượng sản phẩm thực hiện theo các thông số do mô hình tối ưu hóa dự đoán (DĐVN III) 78 Chương 4 – KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 80 4.1. Kết luận 80 4.2. Đề nghò 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO CÁC PHỤ LỤC DANH MỤC BẢNG Bảng Trang 1.1.Thành phần % các acid amin trong gelatin 10 1.2. So sánh hàm lượng acid amin trong gelatin da cá với hàm lượng acid anin từ da bê 11 2.1. Pha dung dòch đệm pH 30 2.2. Thăm dò ảnh hưởng của nồng độ enzym trên hiệu suất chiết gelatin 35 2.3. Thăm dò ảnh hưởng của thời gian thủy phân trên hiệu suất chiết gelatin 36 2.4. Thăm dò ảnh hưởng của pH trên hiệu suất chiết gelatin 37 2.5. Thăm dò ảnh hưởng của nhiệt độ trên hiệu suất chiết gelatin 38 2.6. Thăm dò ảnh hưởng của nhiệt độ chiết trên hiệu suất chiết gelatin 39 3.1. Kết quả thăm dò sơ bộ ảnh hưởng của nồng độ enzym trên hiệu suất và lực gel 47 3.2. Kết quả thăm dò sơ bộ ảnh hưởng của thời gian thủy phân trên hiệu suất và lực gel 49 3.3. Kết quả thăm dò sơ bộ ảnh hưởng của pH trên hiệu suất và lực gel 51 3.4. Kết quả thăm dò sơ bộ ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân trên hiệu suất và lực gel 53 3.5. Kết quả thăm dò sơ bộ ảnh hưởng của nhiệt độ chiết gelatin trên hiệu suất và lực gel 55 3.6. Các biến số độc lập 57 3.7. Các biến số phụ thuộc 58 3.8. Mô hình Taguchi OA L 16 thăm dò nhân quả 58 3.9. Thông số thiết kế các mô hình Taguchi OA L 16 59 [...]... ưu hóa quy trình sản xuất gelatin từ da cá Basa bằng phương pháp dùng enzym - Nên nói rõ hơn về vấn đề thủy phân bằng enzym - Nên triển khai sản xuất * CÂU HỎI: 10 Nguồn gốc enzym alkalase? PGS TS Nguyễn Đức Tuấn: * GÓP Ý: Nên tiến hành nhiều lần khi đánh giá hiệu suất và lực gel mô hình tối ưu * CÂU HỎI: 11 Phân biệt gelatin sản xuất bằng gelatin sản xuất bằng con đường enzym và bằng con đường thủy... liệu tham khảo, và kinh nghiệm trong quá trình thăm dò 8 Ngoài da cá Basa, còn có thể sản xuất gelatin từ xương ,vây … từ các động vật khác Ở Việt Nam đã sản xuất gelatin nhiều bằng phương pháp acid hay kiềm, DA CÁ BASA (100 g) riêng phương pháp enzym chỉ thấy sản xuất từ da heo Riêng từ phế phụ liệu cá sản xuất một số chế phẩm trong đó có gelatin nhưng chưa thấy đưa vào sản xuất (Đại học Bách khoa)... được thực hiện nhiều lần 10 Enzym alkalase do hảng Novozym cung cấp, giá 35 đô la / kg 11 Phân biệt gelatin sản xuất bằng con đường enzym và gelatin thủy phân bằng acid hay kiềm: Gelatin sản xuất bằng con đường enzym có độ tro thấp (đạt yêu cầu hơn so với các phương pháp khác.mặt khác gelatin từ phương pháp enzym có độ gel cao, không bò phân hủy một số acid amin, có thể dùng phương pháp sắc ký lớp mõng... xuất gelatin từ da heo bằng enzym trong đó có alkalase, esperase, savinase.Trong đó alkase cho hiệu suất cao nhất, hơn nữa do thời gian có hạn nên chỉ khảo sát một enzym, nếu có điều kiện chúng tôi sẽ khảo sát thêm các enzym khác 3 Có thể dùng acid để thủy phân, Việc dùng acid để thủy phân đã dược ứng dụng từ lâu Nhưng so với phương pháp thủy phân bằng enzym( phương pháp sinh học mới) có nhiều ưu điểm... của các yếu tố khảo sát trên lực gel 73 Sơ đồ 2.1 Sơ đồ quy trình chiết xuất gelatin từ da cá Basa 33 DANH SÁCH CÁC PHỤ LỤC Phụ lục 1 Kết quả kiểm nghiệm gelatin về độ ẩm (của 16 thí nghiệm trong mô hình Taguchi OA L 16) Phụ lục 2 Kết quả kiểm nghiệm gelatin về lực gel (của 16 thí nghiệm trong mô hình Taguchi OA L 16) Phụ lục 3 Kết quả kiểm nghiệm gelatin về độ tro (của 16 thí nghiệm trong mô hình Taguchi... rửa sạch - Bổ sung nước với tỉ lệ da / dung dòch đệm là 1 / 2.5 - Bổ sung enzym (endopeptidase hoặc exopeptidase) với nồng độ, pH, thời gian thích hợp - Hủy tác động của enzym - Tinh chế, thu hồi sản phẩm  Các loại enzym thủy phân protein [16],[17],[26] Enzym thủy phân protein có nguồn gốc động vật : a) Endopeptidase Là các enzym xúc tác sự thủy phân các liên kết peptid trong chuỗi polypeptid - Pepsin... quả thực nghiệm mô hình tối ưu về hiệu suất và độ Bloom 77 3 16 So sánh tính chất sản phẩm giữa hai lần thực nghiệm của mô hình tối ưu hoá 77 3.17 So sánh tính chất sản phẩm giữa trung bình hai lần thực nghiệm so với dự đoán của mô hình tối ưu hóa 78 3.18 Kết quả kiểm nghiệm gelatin thực hiện theo các thông số của mô hình tối ưu hóa 79 DANH MỤC HÌNH VÀ SƠ ĐỒ Hình Trang 1.1 Cá Basa 4 1.2 Cấu trúc collagen... diện di trên gel để phân biệt Chương 1 – TỔNG QUAN 1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SẢN XUẤT GELATIN TỪ DA CÁ [22], [24], [32], [33] Gelatin được tạo thành từ sự thủy phân không hòan toàn collagen, là thành phần protein chủ yếu của mô liên kết ở da và xương động vật hữu nhũ Từ lâu, việc chiết xuất gelatin từ da heo hay từ da các loài động vật hữu nhũ đã được nghiên cứu và ứng dụng trong sản xuất rất nhiều... sản phẩm từ cá đã tạo ra một nguồn phụ phẩm lớn chiếm đến 67% tổng khối lượng cá như da và xương Vì vậy, việc sử dụng da cá Basa để chiết xuất gelatin đã góp phần rất lớn vào việc giải quy t nguồn phụ phẩm của ngành thủy sản và tạo ra những sản phẩm mới có giá trò kinh tế hơn Ngoài ra, gelatin còn được sản xuất từ da của nhiều loại cá : - Cá tuyết (Norland Products 1985, Grossman & Bergman 1992; Holzer,... trê kênh đào … Ở nước ta, xuất khẩu cá Basa ở dạng phi–lê đang là một thế mạnh và có tiềm năng lâu dài Do đó, nguồn phụ phẩm da cá là rất lớn ; thuận lợi cho việc chiết xuất gelatin từ da cá Basa nói riêng và da các loại cá nói chung góp phần nâng cao giá trò kinh tế của các phụ phẩm của ngành chế biến thủy sản 1.2 CÁ BA SA [1], [10], [15] 1.2.1 Đònh loài Cá Basa (Pangasius bocourti) Theo phân loại . ƯU HÓA QUY TRÌNH SẢN XUẤT GELATIN TỪ DA CÁ BASA BẰNG PHƯƠNG PHÁP DÙNG ENZYM LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯC HỌC BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ ĐẠI HỌC Y DƯC TP.HỒ CHÍ MINH NGUYỄN THỊ XUÂN TỐI ƯU HÓA QUY. 30 2.2.3. Quy trình thủy phân da cá Basa bằng phương pháp enzym 31 2.2.4. Thăm dò sơ bộ các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất gelatin từ da cá Basa 35 2.2.5. Thăm dò nhân quả 39 2.2.6. Tối ưu. :” Tối ưu hóa quy trình sản xuất gelatin từ da cá Basa bằng phương pháp dùng enzym . - Nên nói rõ hơn về vấn đề thủy phân bằng enzym. - Nên triển khai sản xuất. * CÂU HỎI: 10. Nguồn gốc enzym