BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ----o0o---- HUỲNH THỊ LOAN NGHIÊN CỨU THU HỒI HỖN HỢP CAROTEN-PROTEIN TỪ ĐẦU TÔM BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT HỢP ACID LACTIC VÀ FLAVOURZYME ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Nha Trang, tháng 07 năm 2015 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ----o0o---- HUỲNH THỊ LOAN NGHIÊN CỨU THU HỒI HỖN HỢP CAROTEN-PROTEIN TỪ ĐẦU TÔM BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT HỢP ACID LACTIC VÀ FLAVOURZYME ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM GVHD: ThS. PHẠM THỊ ĐAN PHƯỢNG Nha Trang, tháng 07 năm 2015 i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập và nghiên cứu để thực hiện đề tài tốt nghiệp, tôi đã nhận được sự quan tâm tận tình của quý thầy cô hướng dẫn khoa học, Khoa công nghệ Thực phẩm và các cá nhân trong trường Đại học Nha Trang đã giúp tôi hoàn thành báo cáo này. Tôi xin chân thành gởi lời cảm ơn sâu sắc tới giáo viên hướng dẫn Ths. Phạm Thị Đan Phượng, PCS- TS. Trang Sĩ Trung đã hết lòng chỉ bảo, tạo điều kiện, hỗ trợ kinh phí thuộc đề tài Nghị định thư Việt- Đức: ˝Nghiên cứu sản xuất các sản phẩm giá trị gia tăng từ phế liệu tôm để ứng dụng trong nông nghiệp˝ và hướng dẫn tận tình, thường xuyên theo dõi quá trình thực hiện đề tài. Cảm ơn sự giúp đỡ của ThS. Nguyễn Công Minh, ThS. Nguyễn Thị Như Thường đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu. Xin chân thành cám ơn Ban Giám hiệu, Khoa Công nghệ Thực phẩm Trường Đại học Nha Trang đã tạo điều kiện cho tôi thuận lợi trong quá trình học tập, nghiên cứu đề tài. Xin chân thành cảm ơn gia đình, tất cả bạn bè đã bên cạnh ủng hộ tôi trong suốt quá trình làm đề tài. Trong quá trình nghiên cứu và tiến hành thực hiện đề tài cũng như quá trình hoàn thành báo cáo thì do kinh nghiệm thực tiễn, vốn kiến thức khoa học chưa sâu nên khả năng lập luận còn nhiều thiếu sót. Mong thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để bài báo cáo được hoàn thiện. Nha trang, tháng 6 năm 2015 Sinh viên thực hiện Huỳnh Thị Loan ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... i MỤC LỤC .............................................................................................................. ii DANH MỤC BẢNG .............................................................................................. iv DANH MỤC HÌNH ................................................................................................ v MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................... 4 1.1. Các nghiên cứu trong nước liên quan đến đề tài ........................................ 4 1.2. Các nghiên cứu ngoài nước liên quan đến đề tài ........................................ 5 1.3. Tổng quan về phế liệu ............................................................................... 6 1.3.1. Giới thiệu chung về phế liệu tôm ........................................................... 6 1.3.2. Thành phần tính chất của phế liệu tôm ................................................... 6 1.4. Tìm hiểu về caroten-protein ...................................................................... 9 1.4.1. Bản chất của caroten-protein.................................................................. 9 1.4.2. Carotenoid ........................................................................................... 10 1.4.3. Ứng dụng của caroten-protein .............................................................. 12 1.5. Các tác nhân thủy phân hỗn hợp caroten-protein ......................................... 15 1.5.1. Acid lactic ............................................................................................. 15 1.5.2. Flavourzyme ........................................................................................ 16 1.6. Phương pháp thu hồi caroten-protein ........................................................... 17 1.6.1. Phương pháp thu hồi bằng pH đẳng điện (pI) ....................................... 17 1.6.2. Phương pháp thu hồi bằng xử lý nhiệt.................................................. 17 1.6.3. Phương pháp thu hồi bằng polymer (chitosan) ..................................... 18 Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................... 19 2.1. Đối tượng .................................................................................................... 19 2.1.1. Đầu tôm thẻ chân trắng ......................................................................... 19 2.1.2. Các hóa chất, máy móc và dụng cụ sử dụng phân tích trong đề tài ........ 20 2.2. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 20 iii 2.2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát .......................................................... 20 2.2.2. Xác định nồng độ acid lactic ................................................................. 22 2.2.3. Xác định thời gian xử lý acid lactic ....................................................... 23 2.2.4. Xác định tỷ lệ Flavourzyme/đầu tôm ..................................................... 24 2.2.5. Xác định thời gian xử lý Flavourzyme ................................................... 26 2.3. Các phương pháp phân tích và kiểm tra ....................................................... 28 2.4. Phương pháp phân tích số liệu ..................................................................... 28 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................. 29 3.1. Thành phần hóa học cơ bản của nguyên liệu đầu tôm .................................. 29 3.2. Điều kiện xử lý đầu tôm thích hợp bằng phương pháp kết hợp acid lactic và Flavourzyme để thu nhân hỗn hợp caroten-protein ............................................. 30 3.2.1. Điều kiện thủy phân thích hợp của acid lacic trong công đoạn đầu của quá trình thu nhận hỗn hợp caroten-protein từ đầu tôm .................................. 30 3.2.2. Điều kiện thủy phân thích hợp của Flavourzyme trong công đoạn sau của quá trình thu nhận hỗn hợp caroten-protein từ đầu tôm ................................... 34 3.2.3. Đánh giá hiệu suất thu hồi và hàm lượng astaxanthin của hỗn hợp caroten-protein từ đầu tôm bằng phương pháp kết hợp acid lactic với Flavourzyme ................................................................................................... 39 3.3. Thành phần hóa học của hỗn hợp caroten-protein ........................................ 39 3.4. Đề xuất quy trình thu nhận hỗn hợp caroten-protein bằng phương pháp kết hợp acid lactic và Flavourzyme .......................................................................... 40 Chương 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................. 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 43 PHỤ LỤC.............................................................................................................. 47 iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần hóa học cơ bản của đầu tôm thẻ chân trắng........................... 8 Bảng 1.2. Các ứng dụng chính của hỗn hợp protein và carotenoid ......................... 14 Bảng 3.1. Thành phần hóa học cơ bản của đầu tôm thẻ chân trắng......................... 29 Bảng 3.2. Đánh giá cảm quan của hỗn hợp caroten-protein thu nhận từ đầu tôm ... 39 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Các liên kết hóa học của astaxanthin trong tôm ........................................ 9 Hình 1.2. Cấu tạo của astaxanthin ......................................................................... 11 Hình 1.3. Cấu trúc hóa học của một số astaxanthin ................................................ 12 Hình 2.1. Đầu tôm thẻ chân trắng ......................................................................... 19 Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát ........................................................... 20 Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nồng độ acid lactic .............................. 22 Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian xử lý acid lactic .................... 24 Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ Flavourzyme/đầu tôm .................. 25 Hình 2.6. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian xử lý Flavourzyme ............... 27 Hình 3.1. Ảnh hưởng của nồng độ acid lactic sử dụng đến hiệu suất thu hồi và hàm lượng astaxanthin của hỗn hợp caroten-protein từ đầu tôm .................................... 31 Hình 3.2. Ảnh hưởng của thời gian xử lý bằng acid lactic đến hiệu suất thu hồi và hàm lượng astaxanthin của chế phẩm caroten-protein từ đầu tôm .......................... 33 Hình 3.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ Flavourzyme sử dụng đến hiệu suất thu hồi và hàm lượng astaxanthin trong hỗn hợp caroten-protein từ đầu tôm ................................. 35 Hình 3.4. Ảnh hưởng của thời gian xử lý bằng Flavourzyme đến hiệu suất thu hồi và hàm lượng astaxanthin của hỗn hợp caroten- protein từ đầu tôm ....................... 37 Hình 3.5. Mẫu tách astaxanthin sau khi cô quay ................................................... 38 Hình 3.6. Quy trình thu nhận hỗn hợp caroten-protein ........................................... 40 Hình 3.7. Hỗn hợp caroten-protein tối ưu .............................................................. 41 Hình 3.8. Mẫu đối chứng ....................................................................................... 41 1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài: Trong thời gian gần đây ngành công nghệ thực phẩm đang được mọi người quan tâm, đặc biệt là chế biến thủy sản là ngành mũi nhọn của nước ta. Công nghiệp chế biến tôm ở Việt Nam đang phát triển mạnh đã đem lại nguồn ngoại tệ quan trọng, mặt khác cũng tạo ra một lượng phế liệu tôm rất lớn, ước khoảng 200 000 tấn/năm trong đó có khoảng 120 000 tấn đầu tôm [4]. Mặt khác trong thành phần phế liệu tôm có nhiều thành phần có giá trị như chitin, protein, carotenoid, khoáng chất,... vì vậy, việc tận thu các phế thải, phế liệu từ các nhà máy thủy sản để sản xuất ra các sản phẩm phụ có giá trị sử dụng cao hơn, góp phần tạo ra giá trị kinh tế cho doanh nghiệp, đất nước, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường là điều thiết yếu. Đặc biệt protein chiếm khoảng 50% trong đầu tôm và có một lượng nhỏ carotenoid mang tính chất chức năng rất quan trọng không nên lãng phí được thu hồi ở dạng carotenoprotein [10]. Cho nên trong quá trình sản xuất chitin, chitosan cần chú ý quan tâm đến chất lượng carotenoid. Hiện nay đa số các cơ sở sản xuất chitin-chitosan đều sử dụng công nghệ chế biến hóa học, sử dụng nhiều hóa chất và chưa có một hệ thống xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn, dẫn đến nhiều cơ sở sản xuất gây ô nhiễm ngày càng trầm trọng bên cạnh đó chất lượng sản phẩm thu được có chất lượng không cao, đặc biệt là hỗn hợp caroten-protein dễ bị oxi hóa có mùi hôi, có chất lượng thấp chỉ có thể sử dụng trong sản xuất thức ăn gia súc hay động vật thủy sản. Hầu hết các nghiên cứu sử dụng một hoặc kết hợp hai loại enzyme trong quá trình thủy phân nhưng vẫn có nhiều nhược điểm khác nhau. Khi ủ xilô bằng acid thì thời gian thủy phân kéo dài nên sản phẩm thu được có mùi ít thơm và có màu sậm. Khi sử dụng một Alcalase thì hiệu suất thu hồi cao hơn Flavourzyme nhưng cho vị đắng, màu sậm hơn. Bên cạnh đó, khi sử dụng đơn lẽ Flavourzyme thì hiệu suất thu hồi thấp hơn nhưng cho vị ngọt, màu đậm hơn khi sử dụng acid nhưng chất lượng hỗn hợp caroten-protein vẫn không bằng phương pháp kết hợp hai enzyme với nhau. Mặt khác, khi sử dụng hai enzyme cho sản phẩm có chất lượng cao nhưng chi phí cao và khó ứng dụng do 2 khó kiểm soát được hoạt độ của enzyme. Vì vậy, việc nghiên cứu thu nhập hỗn hợp caroten-protein bằng phương pháp xử lý kết hợp acid hữu cơ và một enzyme trong quá trình thủy phân là hướng đi mới, tạo sản phẩm có giá trị cao, đem lại hiệu quả kinh tế đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường và có thể áp dụng cao trong công nghiệp. Nhận thấy được tính cấp thiết và tầm quan trọng của vấn đề, đồng thời giúp sinh viên làm quen với công tác nghiên cứu khoa học. Tôi đã được Khoa Công nghệ thực phẩm giao cho đề tài: “Nghiên cứu thu hồi hỗn hợp caroten-protein từ đầu tôm bằng phương pháp kết hợp acid lactic và Flavourzyme” để làm đề tài tốt nghiệp dưới sự hướng dẫn tận tình của ThS. Phạm Thị Đan Phượng. Tên đề tài: Nghiên cứu quá trình tách chiết hỗn hợp caroten-protein từ đầu tôm bằng phương pháp kết hợp acid lactic và Flavourzyme. Nội dung: 1. Xác định thành phần hóa học của đầu tôm. 2. Xác định điều kiện thủy phân bằng acid lactic (nồng độ acid, thời gian ủ) ở giai đoạn đầu. 3. Xác định điều kiện thủy phân bằng Flavourzyme (tỷ lệ enzyme/đầu tôm, thời gian ủ) ở giai đoạn sau. 4. Đề xuất quy trình thu hồi hỗn hợp caroten-protein bằng phương pháp xử lý kết hợp acid lactic và Flavourzyme từ đầu tôm. 5. Đánh giá chất lượng sản phẩm thu hồi từ quy trình đề xuất. Mục tiêu: Xây dựng quy trình thu nhận hỗn hợp caroten-protein bằng phương pháp hợp acid lactic và Flavourzyme từ đầu tôm thẻ chân trắng. Ý nghĩa khoa học: Phương pháp kết hợp xử lý acid lactic với enzyme, dùng acid để tách khoáng trong đầu tôm, tạo điều kiện cho enzyme dễ dàng tiếp xúc với cơ chất, từ đó tăng hiệu quả của quá trình thủy phân, giảm thời gian xử lý, tăng hàm lượng astaxanthin trong hỗn hợp caroten-protein. Ý nghĩa thực tiễn: Sự thành công của đề tài trên quy mô phòng thí nghiệm sẽ là cơ sở để triển khai thực nghiệm với quy mô lớn tại nhà máy chế biến thủy sản 3 với mục đích tận dụng nguồn caroten-protein từ đầu tôm. Khả năng áp dụng của những nghiên cứu trong đề tài vào thực tiễn rất cao do tận dụng được nguồn phế liệu thải ra từ nhà máy, quá trình sản xuất đơn giản hơn, hóa chất sử dụng ít và thời gian được rút ngắn nên phù hợp với quy mô sản xuất công nghiệp. Việc tận dụng phế liệu đầu tôm sẽ mang lại lợi ích to lớn cho các nhà máy chế biến thủy sản, đem lại hiệu quả kinh tế cao vì tận thu được hỗn hợp caroten-protein giàu astaxanthin để bổ sung vào thức ăn chăn nuôi, sử dụng hóa chất ít, hạn chế tác động đến môi trường do nguyên liệu và hóa chất gây ra. Phạm vi nghiên cứu: Đầu tôm thẻ chân trắng thu nhận tại công ty cổ phần Nha Trang seafood (F17). Sử dụng acid lactic và Flavourzyme. 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Các nghiên cứu trong nước liên quan đến đề tài Đầu tôm và vỏ tôm hiện nay được các nhà khoa học chú trọng rất nhiều, dùng để sản xuất chitin-chitosan, chiết rút các chất màu, chất mùi phục vụ cho ngành công nghệ phẩm, đặc biệt trong thời gian gần đây để tận dụng được protein và carotenoid trong quá trình sản xuất chitin-chitosan thì cũng đã có nhiều nghiên cứu thu hồi hỗn hợp caroten-protein bằng phương pháp sinh học, vừa giảm thiểu được ô nhiễm môi trường, vừa mang lại hiệu quả kinh tế. Hỗn hợp caroten-protein có thể được bổ sung vào thức ăn thủy sản nhằm làm tăng màu sắc cho cá hồi, các loài giáp xác nhờ hàm lượng astaxanthin, đồng thời tăng hệ miễn dịch cho vật nuôi. Astaxanthin được Hoàng Thị Huệ An [1] nghiên cứu chiết xuất từ phế liệu vỏ tôm bằng dung môi. Ngoài ra, Vũ Ngọc Bội và cộng sự (2004) đã nghiên cứu tiến hành sử dụng protease từ đầu tôm sú để cải thiện khả năng chiết tách chất mùi từ phế liệu tôm, ghẹ trước khi xử lý bằng các loại dung môi khác nhau (dung dịch NaCl 0,9%; glycerin; sorbitol). Kết quả cho thấy dịch chiết chất mùi thu được có cường độ mùi cao hơn so với khi không xử lý enzyme. Ngô Thanh Lĩnh (2009) cũng đã nghiên cứu sử dụng acid hữu cơ ở nồng độ thấp trong quy trình sản xuất chitin-chitosan để khử protein, khoáng nhưng đồng thời tận thu được dịch ủ [5]. Phương pháp này thì tiết kiệm được chi phí nhưng tốn nhiều thời gian. Trang Sĩ Trung và Trần Thị Luyến (2010) cũng đã có nhiều nghiên cứu về sử dụng enzyme protese như papain, Flavourzyme, Alcalase để khử protein [14]. Trong các quy trình này, quá trình khử protein được thực hiện bằng enzyme protease để thay thế xử lý bằng NaOH. Việc sử dụng papain cho phép hạn chế ô nhiễm môi trường và sử dụng có hiệu quả lượng papain dồi dào thu nhận từ thực vật. Ngoài ra, protein trong dịch thủy phân có thể sử dụng bổ sung vào thức ăn động vật thủy sản [14]. Đồng thời Phạm Thị Đan Phượng và (2012) sử dụng Flavourzyme, Alcalase để thu nhận carotein-protein từ đầu tôm thẻ chân trắng và chế biến chế phẩm bột nêm [10]. Tuy sản phẩm có chất lượng cao nhưng khó ứng dụng vào thực tế bởi vì việc 5 kiểm soát hoạt độ enzyme gặp nhiều khó khăn và sử dụng enzyme protease thương mại thì chi phí cao nên khó có thể mang lại nguồn lợi khi áp dụng vào công nghiệp. Năm 2011, Nguyễn Lệ Hà đã nghiên cứu tách chiết và ứng dụng chế phẩm enzyme protease từ đầu tôm sú vào mục đích thủy phân phế liệu đầu và vỏ tôm sú để thu nhận bột caroten-protein với hàm lượng protein (70,7%) và carotenoid cao (0,706 mg/g). Bột caroten-protein giàu đạm, giàu acid amin mà còn chứa hàm lượng carotenoid – astaxanthin, hợp chất chống oxy hóa từ thiên nhiên mang lại lợi ích về sức khỏe con người [3]. 1.2. Các nghiên cứu ngoài nước liên quan đến đề tài Trên thế giới, việc nghiên cứu sản xuất các sản phẩm giá trị gia tăng từ phế liệu thủy sản đã thu hút được sự quan tâm của rất nhiều nhà nghiên cứu ở các nước có công nghiệp chế biến thủy sản phát triển. Phần lớn các nghiên cứu tập trung thu nhận chitin và chitosan từ phế liệu tôm. Bên cạnh đó, việc thu nhận bột đạm giàu carotenoid cũng được quan tâm nghiên cứu, các sản phẩm protein thu được có thể ứng dụng trong chế biến thức ăn cho người hoặc gia súc ở dạng đạm giàu carotenoid hoặc chất mùi tôm. Các nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào phế liệu của tôm sú hay các loại tôm đặc thù ở khu vực Châu Âu hay Bắc Mỹ, các nghiên cứu trên phế liệu tôm thẻ chân trắng thì còn rất hạn chế. Một số nghiên cứu tiêu biểu như sau: Higuera-Ciapara và cộng sự (2006) nghiên cứu tính chất chống oxy hóa của carotenoid. Carotenoid cũng có thể chống lại Hecolybacter pylori gây bệnh viêm loét dạ dày, sử dụng thức ăn có chứa carotenoid thường xuyên có khả năng bảo vệ tế bào và ngăn ngừa được nhiều loại bệnh trong đó có cả bệnh ung thư và bệnh tim mạch [26]. Cao và cộng sự (2009) đã sử dụng phương pháp tự thủy phân sử dụng enzyme nội tại kết hợp với sự tăng dần nhiệt độ (nửa giờ tăng 5oC từ 40-70oC) đã cho thấy sự hiệu quả trong việc thu hồi protein trong đầu tôm thẻ chân trắng. Hàm lượng protein của đầu tôm và dịch tự thủy phân bằng phương pháp tăng dần nhiệt độ đạt 60,6% và 88,8% [21]. Armenta và cộng sự (2002) đã cho thấy một hàm lượng amino acid cao của caroten-protein trong quá trình lên men, có thể được sử dụng trong chế độ ăn của con người và 6 động vật do nồng độ acid amin thiết yếu cao [18]. Armenta và cộng sự (2009) đã nghiên cứu về tác động của các tác nhân gây oxi hóa như nhiệt độ, oxi, ánh sáng lên astaxanthin tự do được chiết tách từ đầu tôm bằng phương pháp lên men [19]. Tóm lại: Những nghiên cứu trước đây đã thu nhận hỗn hợp caroten-protein theo phương pháp ủ xilô bằng acid hữu cơ hoặc acid vô cơ hay kết hợp cả hai loại aicd mà chưa có công đoạn tiền xử lý bằng acid trước khi ủ. Ngoài ra, việc thu nhận hỗn hợp caroten-protein cũng chỉ dùng một loại enzyme hoặc 2 loại enzyme khác nhau. Vì vậy, trong đề tài sẽ tiến hành xử lý bằng acid lactic kết hợp với Flavourzyme nên sẽ rút ngắn được thời gian ủ, tạo điều kiện cho acid hữu cơ hoạt động tốt hơn, duy trì pH thích hợp cho vi khuẩn lactic phát triển, ức chế vi sinh vật gây thối hoạt động và hạn chế sự hư hỏng astaxanthin trong hỗn hợp carotenprotein. Đồng thời, nghiên cứu thu nhận caroten-protein giàu astaxanthin bằng phương pháp kết hợp xử lý bằng acid với enzyme nhằm tăng hiệu suất thu hồi và nâng cao chất lượng hỗn hợp caroten-protein và thu được nhiều astaxanthin. 1.3. Tổng quan về phế liệu 1.3.1. Giới thiệu chung về phế liệu tôm Đầu tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei hoặc Penaeus vannamei). Ở nước ta, tôm là mặt hàng chủ lực của ngành thủy sản, sản phẩm từ tôm rất phong phú và đa dạng. Đặc biệt đa số các sản phẩm đông lạnh làm từ tôm đều loại bỏ phần vỏ và đầu vì thế việc tận dụng phế phẩm để tạo ra các sản phẩm có chất lượng có giá trị sử dụng là vấn đề được khuyến khích và đẩy mạnh để tăng nguồn lợi đồng thời góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường. 1.3.2. Thành phần tính chất của phế liệu tôm Trong thành phần phế liệu tôm, phần đầu thường chiếm khoảng 35 ÷ 45% trọng lượng của tôm nguyên liệu, phần vỏ chiếm 10 ÷ 15%. Tuy vậy, tỷ lệ này còn phụ thuộc vào giống loài, giai đoạn sinh trưởng [4]. Thành phần chiếm tỷ lệ đáng kể trong đầu tôm là protein, chitin, canxi cacbonate, sắc tố mà có thể được phục hồi [4]. Tỷ lệ các thành phần này không ổn định vì chúng thay đổi theo giống, đặc điểm sinh thái, sinh lý,… Thành phần chitin 7 và protein trong vỏ tươi tương ứng là 4,50% và 8,05%, trong vỏ tôm khô là 11 – 27,50% và 23,25 – 53%. Hàm lượng chitin, protein, khoáng và carotenoid trong phế liệu vỏ tôm thay đổi rất rộng phụ thuộc vào điều kiện bảo quản cũng như phụ thuộc vào loài, trạng thái dinh dưỡng, chu kỳ sinh sản. Vỏ giáp xác chứa chủ yếu là protein (30 – 40%), khoáng (30 – 50%), chitin (13 – 42%) [6]. Thành phần hóa học của phế liệu tôm thẻ chân trắng đông lạnh [6]: Protein: protein trong phế liệu tôm thường là loại protein không hoà tan do đó khó tách ly ra khỏi vỏ, tồn tại dưới 2 dạng: - Dạng tự do: Dạng này tồn tại trong cơ quan nội tạng và trong các cơ gắn phần vỏ. - Dạng phức tạp: Dạng này liên kết với chitin, CaCO3, như một phần thống nhất của vỏ tôm. Chitin: Tồn tại dưới dạng liên kết với protein, khoáng và nhiều hợp chất hữu cơ khác, chính sự liên kết này là nguyên nhân gây khó khăn cho việc tách và tinh chế chúng. Canxi: Trong thành phần của vỏ tôm có chứa một lượng lớn muối vô cơ mà chủ yếu là cacbonat canxi (CaCO3). Astaxanthin: Là sắc tố chủ yếu trong vỏ tôm, astaxanthin là dẫn xuất của caroten, thường ở dạng liên kết với acid béo (ester hóa) hay với protein tạo nên một phức hợp chặt chẽ có màu xanh đặc trưng cho tôm. Khi liên kết này bị phá vỡ thì astaxanthin dễ dàng bị oxy hóa thành astaxin. Trong đầu tôm có chứa một lượng nhỏ sắc tố nhưng nó cực kỳ có giá trị vì vậy người ta đã có nhiều nghiên cứu nhằm thu hồi sắc tố một cách triệt để nhất trong phế liệu tôm và đi kèm với nó là việc thu hồi protein để từ đó làm tăng giá trị sản phẩm, tạo sản phẩm mới và cải thiện môi trường đáng kể. Hệ enzyme: Hệ enzyme của tôm thường có hoạt độ mạnh hơn đặc biệt ở cơ quan nội tạng thuộc phần đầu tôm do đó bộ phận này rất dễ bị hư hỏng. Hệ enzyme của tôm bao gồm: Protease là enzyme chủ yếu trong đầu tôm, chủ yếu phân giải protein thành acid amin. Lipase phân giải lipid thành glyxeryl và acid béo. Đối với 8 Tyrozinaza thì khi có mặt của oxi không khí thì sẽ biến đổi tyrozin thành melanin có màu đen ảnh hưởng đến giá trị cảm quan và chất lượng của sản phẩm. Hoạt độ enzyme protease của đầu tôm khoảng 6,5 đơn vị hoạt độ/g tươi. Qua nhiều nghiên cứu bằng phương pháp sắc ký qua Coat Sephadex G 75 đã tách được ở đầu tôm 2 loại protease có khối lượng phân tử khác nhau. Ngoài ra còn có một số khoáng chất như P, K, Mg, Mn và Fe (Trang Sĩ Trung và cộng sự, 2010) [14]. Bảng 1.1. Thành phần hóa học cơ bản của đầu tôm thẻ chân trắng [10]. Chỉ tiêu Hàm lượng Hàm lượng ẩm (%) 78,7 ± 1,4 Hàm lượng protein (%)* 51,4 ± 3,3 Hàm lượng khoáng (%)* 20,4 ± 2,1 Hàm lượng lipid (%)* 14,3 ± 2,3 Chitin (%)* 10,5 ± 1,9 Carotenoid (mg/kg)* 110,9 ± 9,9 *Kết quả tính theo hàm lượng chất khô tuyệt đối. Lipid: Chứa một lượng đáng kể, chủ yếu gồm các acid béo chưa no bão hòa như EPA, DHA. Đây là những acid béo rất có lợi cho sức khỏe con người và có nhiều ứng dụng khác trong y học. Chất ngấm ra ở đầu tôm: Trymethylamin (TMA), Trymethinlaminoyt (TMAO), Betain, bazo purin, các acid amin tự do, ure… Từ thành phần, tính chất nguồn phế liệu đầu, vỏ tôm, nhận thấy đây là nguồn nguyên liệu phong phú không chỉ sản xuất chitin-chitosan mà còn chứa một lượng protein, astaxanthin và các acid béo không no có lợi cho cơ thể cần được thu hồi. Vậy trong phế liệu tôm có chứa rất nhiều thành phần giá trị nên cần có chế độ xử lý thích hợp đối với nguồn phế liệu tôm bao gồm đầu và vỏ nhằm thu được thành phẩm có chất lượng cao. Việc tách phần lớn protein, khoáng, chất màu đặc biệt là astaxanthin trước khi sản xuất chitin, chitosan bằng cách sử dụng kết hợp giữa acid lactic và Flavourzyme đang được quan tâm nhằm góp phần nâng cao hiệu quả kinh 9 tế, vừa giảm được sự ô nhiễm môi trường do nguồn phế liệu tôm thải ra, bảo vệ môi trường đưa ngành thủy sản phát triển bền vững. 1.4. Tìm hiểu về caroten-protein 1.4.1. Bản chất của caroten-protein Caroten-protein đa dạng trong tự nhiên và là phức hợp liên kết hóa trị giữa protein và carotenoid. Ở động vật giáp xác như tôm, cua , ghẹ… chúng thường tồn tại ở lớp ngoại bì, trong vỏ, các bộ phận cơ quan như trứng, dạ dày hay bạch huyết. Ngoài ra chúng còn tìm thấy 1 lượng lớn của grana của lục lạp ở 1 số loài thực vật [34]. Caroten-protein chia thành 2 nhóm chính: (1) carotenoprotein thật: có sự liên kết giữa carotenoid với protein đơn giản hoặc glycoprotein, (2) carotenolipoprotein: carotenoid liên kết với một lipo(glyco)protein [34]. Phản ứng giữa các nhóm 4 và 4’ keto trong các vòng mang điện của β-astaxanthin là điều kiện tiên quyết cho phản ứng giữa nhóm carbonyl trong carotenoid với các gốc amin để hình thành carotenoprotein. Hình 1.1. Các liên kết hóa học của astaxanthin trong tôm [19] 10 Tất cả các carotenoprotein đều được tách ra thành carotenoid và apoprotein bằng aceton hoặc ethanol. Crustacyanin và ovorudin là những carotenoprotein có thể được khôi phục lại dạng tự nhiên khi trộn hỗn hợp dung dịch aceton của carotenoid với dung dịch protein, pha loãng với nước, tách aceton ra. Các carotenoid có liên quan đến protein thì ít bị oxi hóa hơn các carotenoid khác ở dạng tự do [19]. Armenta và Guerrero-Legarreta cho biết trong phế liệu tôm, carotenoid chủ yếu là astaxanthin (trên 95%) [19]. Astaxanthin là một carotenoid, thuộc nhóm chất phytochemical tecpen, là chất sắc tố màu vàng đỏ. Giống như nhiều carotenoid, astaxanthin là một chất màu hòa tan trong mỡ hoặc dầu. 1.4.2. Carotenoid Chất màu mang nguồn gốc tự nhiên như carotenoid ngày càng được ứng dụng nhiều trong ngành công nghệ thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm để thay thế các chất màu hóa học có mối nguy về sức khỏe cho người tiêu dùng. Sắc tố sử dụng rộng rãi nhất là carotenoid màu đỏ cam được tìm thấy chủ yếu trong tôm, cua, cá hồi, cá hồng là astaxanthin [18]. Astaxanthin có vai trò quan trọng để loại trừ hoặc ngăn chặn một số bệnh: chứng xơ vữa động mạch, ung thư, thoái hóa cơ thể và các bệnh về mắt. Carotenoid chiết tách từ các loài giáp xác xem như là một tiền tố vitamin A quan trọng và là nhóm chất chống oxy hóa [30] có hoạt tính sinh học mạnh, có hiệu quả đối với người và động vật có vú. Có khả năng nâng cao khả năng miễn dịch, ngăn ngừa triệu chứng lão hóa, bệnh thái hóa võng mạc bệnh Alzheimer, Parkinson, các bệnh có liên quan đến sự thừa cholesterol, một số căn bệnh ung thư. Trong phế liệu của các loại giáp xác thì carotenoid chủ yếu là astaxanthin (trên 95%) theo Amenta và Guerrore-Legarreta [19]. Vì vậy trích ly carotenoid như trích ly astaxanthin. Astaxanthin cũng giống như các carotenoid khác tan trong lipid, có khối lượng phân tử là 596,8 Da, chủ yếu tập trung ở phần vỏ, thường tồn tại ở dạng tự do, dạng mono- hay ester với các acid béo không no mạch dài, hoặc dưới các phức hợp 11 caroten-protein của đồng phân quang học. Hàm lượng astaxanthin trong tôm khác nhau tùy theo loài. Do cấu trúc có nhiều nối đôi nên astaxanthin là một chất chống oxy hóa hiệu quả, có khả năng bảo vệ màng tế bào và các mô khỏi bị tổn thương. Đặc tính chống oxy hóa thể hiện ở sự ngăn cản hình thành các gôc tự do bằng cách loại bỏ oxy tự do, trong trường hợp gốc tự do đã hình thành thì astaxanthin có thể liên kết với các gốc tự do đó để vô hoạt chúng, nhờ đó astaxanthin bảo vệ lipid khỏi oxy hóa. Các nghiên cứu cho thấy: đặc tính chống oxy hóa của astaxanthin là cao nhất trong các hợp chất carotenoid, gấp 10 lần so với beta-caroten [26] gấp 100-500 lần so với Vitamin E. Astaxanthin là dẫn xuất của caroten và có tên gọi là 3,3’ -dihydroxy – 4,4 – dixeto -β–caroten và có công thức cấu tạo như Hình 1.2. Hình 1.2. Cấu tạo của astaxanthin [22] 12 Hình 1.3. Cấu trúc hóa học của một số astaxanthin [22] 1.4.3. Ứng dụng của caroten-protein Astaxanthin là chất chống oxy hóa rất hiệu quả, có khả năng bảo vệ phospholipid của màng tế bào khỏi sự peroxid hóa, hoạt tính chống oxy hóa của astaxanthin lớn hơn gấp 10 lần các carotenoid khác như zeaxanhin, lutein, canthaxanthin và β-caroten và lớn hơn gấp 100 lần so với vitamin E [30]. Khả năng chống oxi hóa của astaxanthin dựa trên chiều dài của phân tử và cấu trúc vòng ở hai đầu. Astaxanthin có tiềm năng đầy hứa hẹn đối với sức khỏe con người và ứng dụng vào thực phẩm chức năng [27]. Astaxanthin có thể nâng cao khả năng miễn dịch, ngăn ngừa triệu chứng lão hóa, bệnh thái hóa võng mạc bệnh Alzheimer, Parkinson, các bệnh có liên quan đến sự thừa cholesterol, một số căn bệnh ung thư…. [27]. Đặc tính kháng viêm của astaxanthin có mối liên hệ chặt chẽ với hoạt 13 động chống oxy hóa. Astaxanthin là chất chống oxy hóa nên cũng là một rất hiệu quả chống viêm [22]. Astaxanthin là một chất dinh dưỡng cần thiết cho nhiều loài cá và động vật giáp xác. Astaxanthin được sử dụng rộng rãi cho cá do khả năng tạo màu sắc, tăng tốc thành thục sinh dục, tăng khả năng thụ tinh và tăng khả năng sống sót, phát triển của phôi. Một nghiên cứu về ảnh hưởng của astaxanthin về sự sống còn và tăng trưởng cá hồi Đại Tây Dương cho thấy rằng khi không bổ sung astaxanthin vào thức ăn cho cá thì chỉ có 17% con cá nhỏ sống sót đến khi trưởng thành. Khi các tăng số lượng astaxanthin trong chế độ ăn uống từ cách 0,4 ppm, đến 1,0 ppm và cuối cùng lên đến 13,7 ppm, tỷ lệ phần trăm của chiên mà sống sót tăng lên từ 17% tất cả con đường lên đến 87%. Và khi đạt đến mức tối đa được sử dụng trong nghiên cứu này 13,7ppm, tỷ lệ sống tăng lên đến hơn 98% [22]. Astaxanthin làm tăng khả năng sống sót cho cá con, khả năng phát triển của cá nhanh hơn nhiều, giúp nâng cao chất lượng của trứng, cải thiện khả năng miễn dịch bệnh cho cá [29]. Astaxanthin giảm tỷ lệ mắc của đục thủy tinh trong cá hồi [35]. Astaxanthin có thể lưu trong cơ bắp, trên da nhờ được hấp thụ tốt trong đường tiêu hóa [33]. Vì vậy, thịt cá hồi và vỏ giáp xác có màu đỏ hồng. Màu hồng này là một thuộc tính cảm quan, có liên quan chặt chẽ đến chất lượng và giá trị của sản phẩm. Bên cạnh việc tạo màu sắc, astaxanthin còn có tác dụng bảo vệ chất béo của cá hồi tránh sự oxi hóa trong suốt quá trình bảo quản đông. Bổ sung astaxanthin vào trong thức ăn chăn nuôi để điều trị các bệnh cơ bắp hay tăng khả năng phát triển của vật nuôi [28]. Chế độ ăn uống có astaxanthin làm tăng khả năng sinh sản, cải thiện tình trạng sức khỏe tổng thể của các loài động vật, và giảm tỷ lệ tử vong gà, màu vàng của lòng đỏ cũng tăng lên, trong khi việc nhiễm Salmonella giảm đáng kể [28]. Astaxanthin cũng tạo màu sắc tốt hơn cho cơ thịt gà, một thuộc tính mong muốn cho một số người tiêu dùng [16]. Trong ngành thực phẩm và dinh dưỡng, astaxanthin được quan tâm nhiều vì được xem như chất màu tự nhiên (là vốn có thành phần hoặc là phụ gia), có vai trò trong quá trình oxy hóa chất béo, tạo nên màu sắc hương vi cho từng loại thực 14 phẩm. Astaxanthin có thể được bổ sung vào bơ thực vật, nước sốt bơ, mì ống, salad trộn, salad dầu, pho mát, kem, sữa chua, sản phẩm thịt và cá, gelatin và món tráng miệng. Chức năng sinh học mới bao gồm kích hoạt gen mã hóa để sản xuất protein và điều chế hoạt động của enzyme lipoxygenases. Astxanthin được bổ sung làm thực phẩm chức năng để giảm sự tiến triển của bệnh tim mạch, một số loại bệnh ung thư, nguy cơ bị đục thủy tinh và các rối loạn ánh sáng và tăng cường miễn dịch ở những bệnh nhân nhiễm HIV [20]. Astaxanthin cũng được xem là một chất màu thực phẩm. Một lượng rất nhỏ astaxanthin có thể làm tăng màu sắc cho cá hồi khi được phối trộn phù hợp. Astaxanthin được bổ sung trong nhiều sản phẩm mỹ phẩm khác nhau. Vitamin E là một chất chống oxy hóa đầu tiên được sử dụng và vẫn còn có thể rộng rãi. Nhưng từ khi Astaxanthin được biết đến là chất chống oxi hóa mạnh hơn so với vitamin E thì astaxanthin được bổ sung vào một loạt các sản phẩm mỹ phẩm như các loại son môi và sản phẩm kem chống nắng. Trong kem chống nắng, astaxanthin sẽ giúp bảo vệ da tốt hơn do bị cháy nắng và tổn hại do tia UV và nhờ có các thuộc tính chất chống oxy hoá nên sẽ giúp chữa lành da bị hư hại [17]. Bảng 1.2. Các ứng dụng chính của hỗn hợp protein và carotenoid [26] Lĩnh vực Công nghệ thực phẩm Nuôi trồng thủy sản Y dược Tính chất Chất mùi, chất màu, thực phẩm chức năng Tạo màu cho cá, tăng hệ miễn dịch, giảm stress cho vật nuôi Tăng hệ miễn dịch, chống lão hóa, ngăn chặn khả năng gây ung thư, tim mạch, bệnh về mắt… Mỹ phẩm Hạn chế và giảm nếp nhăn, chống lão hóa Như vậy, astaxanthin có rất nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực: y dược, mỹ phẩm, công nghệ thực phẩm, thức ăn chăn nuôi cho thủy sản… 15 1.5. Các tác nhân thủy phân hỗn hợp caroten-protein 1.5.1. Acid lactic Acid lactic là hợp chất hữu cơ thu được bằng phương pháp lên men do tác nhân chủ yếu là vi sinh vật. Acid lactic (tên IUPAC: 2-hydroxypropanoic acid) hay acid sữa là một hợp chất hoá học đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sinh hóa. Acid lactic là một acid carboxylic với công thức hóa học C3H6O3, có một nhóm hydroxyl đứng gần nhóm carboxyl, làm cho nó có một alpha hydroxy acid (AHA). Trong dung dịch, nó có thể mất một proton từ nhóm acid tạo ra lactate CH3CH(OH)COO− có thể tan với nước hoặc ethanol [24]. Trong công nghiệp, quá trình lên men acid lactic được thực hiện bởi vi khuẩn Lactobacillu. Trong y học, lactate thường được sử dụng cho các chất lỏng hồi sức sau khi mất máu do chấn thương, phẫu thuật, hoặc một chấn thương đốt. Tính chất: acid lactic là dịch lỏng dạng tinh thể, tan trong H2O, cồn, không tan trong CH3Cl, nhiệt độ nóng chảy 16,80C, nhiệt độ sôi 1220C. - Acid lactic có khối lượng phân tử là 98,08; là chất hữu cơ không màu, mùi nhẹ. - Acid lactic là một chất có độ hút ẩm cao là chất lỏng sánh đặc có sẵn trên thị trường ở những dạng khác nhau về chất lượng, và phụ thuộc vào độ tinh sạch có nhiều tiêu chuẩn khác nhau: acid lactic kỹ thuật, thực phẩm, dược phẩm và acid lactic plastic. - Chú ý là ở dạng đồng phần D-acid lactic hoặc L-acid lactic lần lượt có nhiệt độ nóng chảy là nhiệt độ sôi là 28 và 103 (0C). - Một tiêu chuẩn chất lượng quan trọng của acid lactic tinh sạch cao là sự bền nhiệt, ví dụ: không màu tạo thành khi làm nóng dung dịch 80% acid lactic đến 1800C. Acid lactic sử dụng trong thí nghiệm là acid lactic được sản xuất tại Hubei Green Home Fine Chemical, được phân phối bởi công ty Trách Nhiệm Hữu Hạn Hóa chất Long H có độ tinh khiết 85-90%. 16 1.5.2. Flavourzyme Flavourzyme là enzyme protease (peptidase) mang cả 2 hoạt tính endoprotease và exoprotease, trong đó tính exoprotease thì chiếm ưu thế nên thường được xem là một exoprotease. Flavourzyme được chiết xuất từ Aspergillus oryzae bằng kỹ thuật lên men chìm, hòa tan tốt trong nước. Enzyme này hoạt động thủy phân protein trong điều kiện trung tính hoặc acid yếu. Điều kiện hoạt động tối ưu của Flavourzyme 500L là pH 5,0-7,0 ở nhiệt độ khoảng 55 . Flavourzyme 500L có hoạt tính 500 LAPU/g. Đơn vị LAPU là lượng enzyme cần thiết để thủy phân 1 của L-Leucine-p-nitroanilide thành L-Leucin. Enzyme là chất xúc tác mang bản chất protein, enzyme có khả năng tương tác lên các liên kết nhị dương và làm thay đổi các liên kết thủy phân trong phân tử cơ chất, làm cho các liên kết này bị suy yếu và dễ dàng bị đứt ra khi có yếu tố nước tham gia. Đặc điểm của chất xúc tác enzyme: Tính đặc hiệu cao, điều kiện nhẹ nhàng, dễ bị ảnh hưởng của các yếu tố môi trường, pH, to, kim loại nặng, nồng độ enzyme [E], nồng độ cơ chất [S], chất hoạt hóa và chất ức chế, hoạt lực của enzyme được xác định giá trị hoạt động của nó và mỗi enzyme yêu cầu có những điều kiện hoạt động riêng [6.]. Cơ chế tác dụng của enzyme lên cơ chất trải qua 3 giai đoạn theo sơ đồ sau: Trong đó: E: Enzyme S: Cơ chất ES: phức hợp của enzyme-cơ chất P: Sản phẩm Giai đoạn 1: Phức E – S tồn tại tạm thời bằng các liên kết hydro (H…O, H…N) và liên kết Vander wall (tương tác giữa các nhóm nguyên tử, nhóm phân tử), ngoài ra còn có tương tác yếu giữa các nhóm phân cực và các nhóm không phân cực. Phản ứng này xảy ra nhanh và đòi hỏi năng lượng hoạt hóa thấp. Giai đoạn thứ hai: Xảy ra sự biến đổi trong phức E-S dẫn đến sự kéo căng và 17 phá vỡ các liên kết, sự chuyển biến, phản ứng giữa E và S trong phức hết sức quyết liệt, rất đặc hiệu và rất nhanh. Giai đoạn thứ ba: Các liên kết giứa E và S bị phá vỡ hoàn toàn giải phóng E tự do và tạo thành sản phẩm. 1.6. Phương pháp thu hồi caroten-protein Khi hòa tan, protein tạo thành dung dịch keo. Trên bề mặt phân tử protein có các nhóm phân cực khi hòa tan vào nước, các phân tử nước lưỡng cực được hấp thụ bởi các nhóm này tạo thành màng nước bao quanh phân tử protein gọi là lớp vỏ hydrat. Độ bền của dung dịch keo protein phụ thuộc vào nhiều yếu tố, ví dụ: sự tích điện của phân tử protein, mức độ hydrat hóa, nhiệt độ. Khi thay đổi các yếu tố này như làm trung hòa về điện phân tử protein, loại bỏ lớp vỏ hydrat các phân tử protein sẽ kết tụ lại với nhau tạo thành khối lớn tách khỏi dung dịch, thường gọi là kết tủa protein [2]. 1.6.1. Phương pháp thu hồi bằng pH đẳng điện (pI) Giá trị pH mà tại đó phân tử protein trung hòa điện gọi là điểm đẳng điện của protein (pI), ở giá trị pH = pI phân tử protein trung hòa điện, điện tích của protein bằng không, tương tác tĩnh điện giữa các phân tử protein và các phân tử nước bị giảm. Các phân tử protein tập hợp lại với nhau do lớp vỏ hydrat bên ngoài bị phá vỡ. Người ta lợi dụng tính chất này để kết tủa protein. Do không có sự thay đổi cấu trúc phân tử nên sau khi loại bỏ tác nhân gây kết tủa ra khỏi dung dịch thì các phân tử protein có thể hòa tan trở lại [6]. Cơ chế kết tủa bằng pH đẳng điện có thể mang tính thuận nghịch nên áp dụng để tách hợp chất protein có hoạt tính sinh học ra khỏi hỗn hợp mà vẫn đảm bảo giữ được hoạt tính và cấu trúc phân tử. Tuy nhiên thời gian tủa thường xảy ra rất lâu, hiệu suất thu hồi lại thấp và chi phí cao nên hiệu quả kinh tế không cao. 1.6.2. Phương pháp thu hồi bằng xử lý nhiệt Với phương pháp thu hồi protein bằng xử lý nhiệt thì với nhiệt độ cao sẽ loại bỏ được lớp vỏ hydrat của protein, làm giảm khả năng hấp thụ của nước. Các phân tử protein kết tụ lại với nhau thành khối. Do mỗi loại protein khác nhau thì có độ 18 biến tính khác nhau vì vậy độ biến tính của protein tỷ lệ thuận vào cường độ và thời gian khác nhau. Đa số protein biến tính ở nhiệt độ 45 – 500C. Protein khi được gia nhiệt ở điểm đẳng điện sẽ cho kết tủa nhanh hơn. Kết tủa protein bằng nhiệt có rất nhiều ưu điểm trong việc tách protein từ dung dịch mà khi chúng ta ít quan tâm đến hoạt tính hay cấu trúc của nó. Phương pháp kết tủa này xảy ra nhanh, triệt để, ít gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, chi phí năng lượng cho quá trình gia nhiệt quá lớn khi thực hiện ở quy mô công nghiệp. 1.6.3. Phương pháp thu hồi bằng polymer (chitosan) Vì tính chất đặc trưng mang điện tích dương nên chitosan có thể tương tác với phần lớn các chất hữu cơ mang điện tích âm. Chitosan thể hiện là một chất keo tụ, tạo bông tốt, có hiệu quả trong việc thu hồi các chất hữu cơ trong nước, đặc biệt là protein. Phân tử chitosan cũng có khả năng hấp phụ, tạo cầu nối để liên kết các hạt keo protein đã kết tủa thành các phân tử có kích thước lớn hơn và lắng. Ngoài ra, chitosan có độ deacetyl cao thì trong dung dịch có chứa nhiều gốc amin tích điện dương sẽ trung hòa điện tích của các phân tử protein tích điện âm trong dung dịch nước rửa, giảm khả năng hydrat hóa, tập hợp lại và kết tụ [14]. Nồng độ chitosan cũng ảnh hưởng lớn đến hiệu quả thu hồi, cần sử dụng chitosan ở một nồng độ hợp lý vì khi tăng nồng độ chitosan làm tăng số điện tích cùng dấu và đẩy nhau tạo nên một mạng lưới keo cản trở quá trình keo tụ lắng xuống của các phân tử protein. Chitosan có độ deacetyl hóa càng cao thì các nhóm tích điện dương trên mạch chitosan càng nhiều, thuận lợi trong tương tác ion để thu hồi protein hòa tan. Ưu điểm của phương pháp này là không gây biến tính protein, không độc hại và hiệu quả thu nhận cao. Do đó phương pháp này áp dụng để tận thu các chế phẩm enzyme và các hợp chất có hoạt tính sinh học khác. 19 Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng 2.1.1. Đầu tôm thẻ chân trắng Đầu tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei hoặc Penaeus vannamei) được thu nhận công ty cổ phần Nha Trang seafood (F17). Chất lượng đầu tôm tươi, không bị biến đổi màu sắc như đen đầu hay đỏ đầu, không bẩn nhiễm rác và tạp chất, được lưu giữ lạnh bằng thùng xốp cách nhiệt ([...]... độ acid lactic (v/w) thích hợp để thu hồi hỗn hợp caroten- protein đạt hiệu quả cao Đầu tôm Xử lý sơ bộ Xử lý bằng acid lactic với các nồng độ khác nhau (v/w), trong 2 giờ và ở nhiệt độ phòng 0% 0,1% 0,2% 0,3% 0,4% 0,5% 0,6% 0,7% Xử lý bằng Flavourzyme (tỷ lệ enzyme/ đầu tôm là 0,2% (w/w), ở nhiệt độ 55OC trong 2 giờ) [14] Thu hồi hỗn hợp caroten- protein Đánh giá hiệu suất thu hồi hỗn hợp caroten- protein. .. hiệu suất thu hồi và hàm lượng carotenoid có trong hỗn hợp caroten- protein và từ đó chọn ra thời gian xử lý acid lactic thích hợp Chỉ tiêu đánh giá: Hiệu suất thu hồi, hàm lượng astaxanthin 27 Kết quả mong muốn: Chọn thời gian xử lý Flavourzyme thích hợp để đạt hiệu suất thu hồi cao và chất lượng hỗn hợp caroten- protein tốt nhất Đầu tôm Xử lý sơ bộ Xử lý bằng acid lactic theo nồng độ thích hợp đã xác... gian xử lý acid lactic Xác định hiệu suất thu hồi và hàm lượng astaxanthin có trong hỗn hợp caroten- protein và từ đó chọn ra thời gian xử lý acid lactic thích hợp Chỉ tiêu đánh giá: Hiệu suất thu hồi, hàm lượng astaxanthin Kết quả mong đợi: Chọn thời gian xử lý acid lactic thích hợp để đạt hiệu suất thu hồi cao và chất lượng hỗn hợp caroten- protein cao nhất 2.2.4 Xác định tỷ lệ Flavourzyme /đầu tôm Mục... trong hỗn hợp carotenprotein Đồng thời, nghiên cứu thu nhận caroten- protein giàu astaxanthin bằng phương pháp kết hợp xử lý bằng acid với enzyme nhằm tăng hiệu suất thu hồi và nâng cao chất lượng hỗn hợp caroten- protein và thu được nhiều astaxanthin 1.3 Tổng quan về phế liệu 1.3.1 Giới thiệu chung về phế liệu tôm Đầu tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei hoặc Penaeus vannamei) Ở nước ta, tôm là... tỷ lệ Flavourzyme /đầu tôm (w/w) thích hợp để thu hồi hỗn hợp caroten- protein đạt hiệu quả cao 25 Đầu tôm Xử lý sơ bộ Xử lý bằng acid lactic theo nồng độ thích hợp đã xác định ở thí nghiệm 2.2.2 và thời gian xử lý thích hợp theo thí nghiệm 2.2.3 Xử lý bằng Flavourzyme ở các tỷ lệ enzyme /đầu tôm (w/w) khác nhau ở nhiệt độ 55OC trong 2 giờ) [14] 0% 0,1% 0,2% 0,3% 0,4% 0,5% Thu hồi hỗn hợp caroten- protein. .. của con người và 6 động vật do nồng độ acid amin thiết yếu cao [18] Armenta và cộng sự (2009) đã nghiên cứu về tác động của các tác nhân gây oxi hóa như nhiệt độ, oxi, ánh sáng lên astaxanthin tự do được chiết tách từ đầu tôm bằng phương pháp lên men [19] Tóm lại: Những nghiên cứu trước đây đã thu nhận hỗn hợp caroten- protein theo phương pháp ủ xilô bằng acid hữu cơ hoặc acid vô cơ hay kết hợp cả hai... thích hợp Chỉ tiêu đánh giá: Hiệu suất thu hồi, hàm lượng astaxanthin Kết quả mong đợi: Chọn tỷ lệ Flavourzyme so với nguyên liệu thích hợp để đạt hiệu suất thu hồi cao và chất lượng hỗn hợp caroten- protein tốt nhất 2.2.5 Xác định thời gian xử lý Flavourzyme Mục đích thí nghiệm: Xác định thời gian xử lý enzyme thích hợp để thu hồi hỗn hợp caroten- protein đạt hiệu quả cao Thuyết minh quy trình: Đầu tôm. .. dịch và phần bã Thu hồi caroten- protein từ phần dịch bằng cách kết hợp cả ba phương pháp (điều chỉnh pH 4,3 - 4,5; gia nhiệt 70OC/10 phút và bổ sung chitosan 100ppm), để lắng qua đêm ở 4OC Sau đó ly tâm bằng máy ly tâm thể tích lớn trong 15 phút với tốc độ 3500 vòng [14] Xác định hiệu suất thu hồi và hàm lượng astaxanthin có trong hỗn hợp caroten- protein và từ đó chọn ra thời gian xử lý acid lactic. .. Các phương pháp phân tích và kiểm tra 1 Độ ẩm, hàm lượng khoáng được phân tích theo phương pháp chuẩn của AOAC 2 Xác định hàm lượng astaxanthin tổng số bằng phương pháp quang phổ 3 Hiệu suất thu hồi chế phẩm được tính theo phương pháp của Dauphin cụ thể: Hiệu suất thu hồi hỗn hợp caroten- protein (%) = (M*100)/M0; M: Khối lượng hỗn hợp caroten- protein thu được (g); M0: Khối lượng nguyên liệu (g) 2.4 Phương. .. ion để thu hồi protein hòa tan Ưu điểm của phương pháp này là không gây biến tính protein, không độc hại và hiệu quả thu nhận cao Do đó phương pháp này áp dụng để tận thu các chế phẩm enzyme và các hợp chất có hoạt tính sinh học khác 19 Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng 2.1.1 Đầu tôm thẻ chân trắng Đầu tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei hoặc Penaeus vannamei) được thu nhận ... suất thu hồi hàm lượng astaxanthin hỗn hợp caroten- protein từ đầu tôm phương pháp kết hợp acid lactic với Flavourzyme 3.3 Thành phần hóa học hỗn hợp caroten- protein Thành phần hóa học hỗn hợp caroten- protein. .. astaxanthin hỗn hợp caroten- protein từ đầu tôm phương pháp kết hợp acid lactic với Flavourzyme 39 3.3 Thành phần hóa học hỗn hợp caroten- protein 39 3.4 Đề xuất quy trình thu nhận hỗn hợp. .. lý kết hợp acid lactic Flavourzyme từ đầu tôm Đánh giá chất lượng sản phẩm thu hồi từ quy trình đề xuất Mục tiêu: Xây dựng quy trình thu nhận hỗn hợp caroten- protein phương pháp hợp acid lactic