TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC – THỰC PHẨM Môn học: XỬ LÝ PHẾ, PHỤ LIỆU TRONG CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Đề tài: Tìm hiểu phương pháp trình sản xuất caroten-protein tận dụng từ phế phụ liệu Công nghệ chế biến thực phẩm GVHD: Lê Hương Thủy Nhóm Lớp: ĐHTP13C Thành viên Mssv Đào Lê Xuân Dung 17069761 Đoàn Thị Thanh Giang 17067761 Đinh Ngọc Liên Nhi 17049661 Nguyễn Thị Trang 17066911 Mục lục I Tổng quan phế liệu .1 Tình hình nghiên cứu .1 Giới thiệu phế liệu tôm Thành phần tính chất phế liệu tơm II Nguồn gốc chất chế phẩm caroten-protein III Các phương pháp tách chiết thu hồi chế phẩm caroten-protein từ phế liệu tơm q trình sản xuất chitin/chitosan 3.1 Phương pháp tách chiết chế phẩm caroten-protein từ phế liệu tôm .7 3.1.1 Tách chiết chế phẩm caroten-protein phương pháp hóa học 3.1.2 Tách chiết chế phẩm caroten-protein phương pháp sinh học .11 3.1.3 Tách chiết chế phẩm caroten-protein phương pháp kết hợp 14 3.2 IV Phương pháp thu hồi hỗn hợp caroten-protein từ phế liệu tôm 16 3.2.1 Phương pháp thu hồi pH đẳng điện (Pi) 16 3.2.2 Phương pháp thu hồi xử lý nhiệt 16 3.2.3 Phương pháp thu hồi polyme (chitosan) 16 Đề xuất ý tưởng 17 V Kết luận 19 Lời mở đầu: Sự phát triển nhanh ngành nuôi trồng chế biến tôm đem lại giá trị xuất cao chiếm tỷ trọng lớn ngành thủy sản Việt Nam với sản lượng tôm tăng dần theo năm Năm 2014 đạt 660.0000 đến năm 2018 sản lượng tôm chế biến đạt triệu lần với 160 doanh nghiệp chế biến tôm xuất 97 thị trường với tổng giá trị 3,6 tỷ USD Phần lớn tôm xuất đưa vào chế biến dạng bốc vỏ đầu, tỷ lệ đầu chiếm 35-45%, phần vỏ cịn lại chiếm 10-15% trọng lượng tơm ngun liệu lượng phế liệu tơm Việt Nam ước tính khoảng 325.000 tấn/năm Ngành tơm tăng trưởng nhanh kéo theo lượng phụ phẩm tôm tăng theo tỉ lệ thuận, lên đến 450.000 vào năm 2025, tương ứng ngày có 1000 phụ phẩm bị loại khỏi dây chuyền sản xuất Lượng phụ phẩm thải mơi trường khơng có đ ầu tư nghiên cứu tái sử dụng cho ngành thức ăn chăn ni dược phẩm Trước tình hình nhà nghiên cứu đưa giải pháp vừa giải vấn đề ô nhiễm môi trường, vừa nâng cao giá trị sử dụng cho phế liệu đem lại hiệu kinh tế cao Các phụ phẩm từ quy trình chế biến tơm xác định nguồn protein lớn, nguồn quan trọng để sản xuất chitin, astaxanthin Đặc biệt sản xuất caroten-protein ứng dụng công nghệ thực phẩm, y dược mỹ phẩm Và hơm nhóm tìm hiểu về: “Các phương pháp trình sản xuất caroten-protein tận dụng từ phế phụ liệu Công nghệ chế biến thực phẩm”, đồng thời đưa ý tưởng việc tận dụng phế phụ liệu để sản xuất catoten-protein tương lai Tìm hiểu phương pháp trình sản xuất carotenprotein tận dụng từ phế phụ liệu CNCBTP I Tổng quan phế liệu Tình hình nghiên cứu Trên giới, việc tận dụng phế liệu thủy sản nước có cơng nghiệp chế biến thủy sản phát triển để sản xuất sản phẩm gia tăng chất lượng nhà nghiên cứu trọng quan tâm… Hợp chất chitin, chitosan nhà nghiên cứu trọng có nhiều thành tựu lĩnh vực Bên cạnh đó, việc thu nhận bột giàu carotenoid quan tâm nghiên cứu Các sản phẩm protein thu ứng dụng chế biến chế biến thức ăn cho người gia súc dạng đạm giàu carotenoid chất mùi tôm Các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào phế liệu tôm sú loại tôm đặc thù khu vực Châu Âu hay Bắc Mỹ, nghiên cứu tơm thẻ trắng cịn hạn chế Với hiệu sử dụng astaxanthin làm thức ăn cho thủy sản mang lại, astaxanthin hay gọi carotenoid quan tâm, trọng nhà nghiên cứu Sử dụng thức ăn có chứa carotenoid thường xuyên có khả bảo vệ ngăn ngừa nhiều loại bệnh có bệnh ung thư tim mạch [8] Trong nước ta, việc sử dụng phế liệu đầu tôm nhiều nhà khoa học trọng Phần lớn sản xuất chitin – chitosan, chiết rút chất màu mùi, sử dụng phương pháp sinh học sử dụng protease hay lên men để thủy phân protein Các phương pháp sinh học thường có chi phí cao phương pháp hóa học, sử dụng phương pháp hóa học vào việc thu hồi hỗn hợp caroten-protein, quan tâm đến hiệu suất thu hồi hàm lượng astaxanthin cịn quan tâm đến việc giảm chi phí, thời gian ngắn cho việc thu hồi để ứng dụng vào công nghiệp Giới thiệu phế liệu tôm Đầu tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamel Penaeus vannamei) Ở nước ta, tôm mặt hàng chủ lực ngành thủy sản, sản phẩm từ tôm phong phú đa dạng Đặc biệt sản phẩm đông lạnh làm từ tôm loại bỏ phần vỏ đầu việc tận dụng phế phẩm để tạo sản phẩm có chất lượng có giá trị sử dụng vấn đề khuyến khích đẩy mạnh để tăng nguồn lợi đồng thời góp phần giảm thiểu mơi trường Thành phần tính chất phế liệu tôm Trong thành phần phế liệu tôm, phần đầu thường chiếm 35 – 45 % trọng lượng tôm nguyên liệu, phần vỏ tôm chiếm 10 -15% Tuy vậy, tỷ lệ cịn phụ thuộc vào giống lồi giai đoạn sinh trưởng Thành phần chiếm tỷ lệ đáng kể đầu tôm protein, chitin, canxi, cacbonate, sắc tố mà phục hồi Tỷ lệ thành phần khơng ổn định chúng thay đổi theo giống, đặc điểm sinh thái, sinh lý Thành phần chitin protein vỏ tươi tương ứng 4,50% 8,05%, vỏ tôm khô 11 - 27,50% 23,25% - 53% Hàm lượng chitin, protein, khoáng carotenoid phế liệu vỏ tôm thay đổi rộng phụ thuộc vào điều kiện bảo quản phụ thuộc vào loại, trạng thái dinh dưỡng, chu kỳ sinh sản Vỏ giáp xác chứa chủ yếu protein (30-40%), khoáng (3050%), chitin (13-42%) Thành phần hóa học phế liệu tơm thẻ chân trắng đông lạnh:  Protein: protein phế liệu tơm loại protein khơng hịa tan khó tách ly khỏi vỏ, tồn dạng: - Dạng tự do: dạng tồn quan nội tạng gắn phần vỏ - Dạng phức tạp: dạng liên kết với chitin CaC phần thống vỏ tôm  Chitin: tồn dạng liên kết với protein, khống nhiều hợp chất hữu khác, liên kết nguyên nhân gây khó khăn cho việc tách tinh chế chúng  Canxi: thành phần vỏ tơm có chứa lượng lớn muối vô mà chủ yếu cacbonat canxi (CaC  Astaxanthin: sắc tố chủ yếu vỏ tôm, astaxanthin dẫn xuất caroten, thường dạng liên kết với acid béo (ester hóa) hay với protein tạo nên phức hợp chặt chẽ có màu xanh đặc trưng cho tôm Khi liên kết bị phá vỡ astaxanthin dễ dàng bị oxy hóa thành astaxin Trong đầu tơm có chứa lượng nhỏ sắc tố có giá trị người ta có nhiều nghiên cứu nhằm thu hồi sắc tố cách triệt để phế liệu tôm kèm với việc thu hồi protein để từ làm tăng giá trị sản phẩm, tạo sản phẩm cải thiện môi trường đáng kể  Hệ enzyme: hệ enzyme tơm thường có hoạt độ mạnh đặc biệt quan nội tạng thuộc phần đầu tơm phận dễ bị hư hỏng Hệ enzyme tôm bao gồm: Protease enzyme chủ yếu đầu tôm, chủ yếu phân giải protein thành acid amin Lipase phân giải lipid thành glyxeryl acid béo Đối với Tyrozinaza có mặt oxi khơng khí biến đổi tyrozin thành melanin có màu đen ảnh hưởng đến giá trị cảm quan chất lượng sản phẩm Hoạt độ enzyme protease đầu tôm khoảng 6.5 đơn vị hoạt động tươi Qua nhiều nghiên cứu phương pháp sắc ký qua Coat Sephadex G 75 tách đầu tơm hai loại protease có khối lượng phân tử khác Ngồi cịn có số khống chất P, K, Mg Fe (Trang Sĩ Trung cơng sự, 2010) Bảng 1.1 Thành phần hóa học đầu tôm thẻ chân trắng Chỉ tiêu Hàm lượng ẩm (%) Hàm lượng protein (%) Hàm lượng 78.7 ± 1.4 51.4 ± 3.3 Hàm lượng khoáng (%) 20.4± 2.1 II Nguồn gốc chất chế phẩm caroten-protein Trong loài sinh vật biển, carotenoid protein thường liên kết với tạo thành phức carotenoprotein Ngoài ra, phức carotenoprotein liên kết với chất khác axit béo, chitin, khống chất (hình 1) Đặc biệt, phức carotenoprotein thường gặp loài động vật giáp xác thủy sản, tồn nhiều lớp ngoại bì, vỏ, quan nội tạng (trứng, dày hay bạch huyết) Carotenoprotein chia thành nhóm chính: carotenoid liên kết với lipo(glyco)protein, carotenoid liên kết với protein glycoprotein Phản ứng nhóm 4- 4’-keto vòng đầu mạch astaxanthin với nhóm chức amin protein điều kiện tiên để hình thành phức carotenoprotein astaxanthin protein [21] Phức hợp carotenoprotein tan nước có tính bền vững Trong vài trường hợp, màu sắc bền đến vài năm khơng khí điều kiện nhiệt độ phịng Các carotenoid có liên kết với protein bị oxi hóa so với chúng dạng tự Do vậy, carotenoid thể sinh vật bền vững so với carotenoid sau tách chiết dạng tự Carotenoid dạng tự thường có màu vàng, cam đỏ Tuy nhiên, thể lồi động vật biển khơng xương sống, phức hợp carotenoprotein tạo nên nhiều màu khác xanh cây, xanh dương tía Trong lồi giáp xác thủy sản có chứa loại crustacyanine α-, β- γcrustacyanine Cả loại có astaxanthin dạng nhóm liên kết (prosthetic group) Trong đó, astaxanthin thường liên kết với phân tử protein tạo thành phức hợp α-crustacyanin, hấp thụ cực đại bước sóng (λmax) 628 nm, có màu xanh đen đặc trưng thường thấy loài thủy sản sống Dưới tác dụng nhiệt, liên kết bị phá hủy giải phóng astaxanthin tự có màu đỏ cam (λmax = 480 nm) Cấu trúc carotenoid định chức sinh học chúng, phần lớn carotenoid có mạch 40 carbon liên kết với nhóm chức chứa oxy khác Trong phế liệu tôm, carotenoid chủ yếu astaxanthin (trên 95%), thuộc nhóm chất tetraterpenoid, sắc tố màu đỏ cam Tương tự carotenoid khác, có tính phân cực thấp hòa tan tốt mỡ dầu Astaxanthin tìm thấy vi tảo, men bia, cá hồi, cá, loài nhuyễn thể, động vật giáp xác thủy sản lơng số lồi chim Trong loài giáp xác thủy sản, astaxanthin chủ yếu tập trung phần vỏ ngồi Nó thường tồn dạng đồng phân quang học (3S, 3’S), chủ yếu dạng mono- hay di-ester với axit béo không no mạch dài, dạng phức hợp carotenoprotein [11] Hình Các liên kết hóa học astaxanthin với axit béo, chitin protein đầu vỏ tôm [11] III Các phương pháp tách chiết thu hồi chế phẩm caroten-protein từ phế liệu tôm trình sản xuất chitin/chitosan Trước đây, nhà khoa học tập trung nghiên cứu chiết tách thu hồi chất màu (carotenoid), chất mùi (protein) từ phế liệu tôm số dung môi hữu cơ, axit, nhiệt, nước hay nước muối loãng Để nâng cao chất lượng sản phẩm ứng dụng cơng nghệ thực phẩm, y dược mỹ phẩm, hợp chất tách chiết cách dùng dầu thực vật loại enzyme protease kết hợp phương pháp chiết nhằm thu hồi carotenoid protein [2, 12, 13, 23] Tuy nhiên, protein carotenoid nhanh chóng bị hư hỏng bị oxy hóa dạng tự sau tách chiết, dạng phức hợp lại bền ổn định [9] Điều chứng minh nghiên cứu công bố gần Hình trình bày quy trình thu hồi chế phẩm caroten-protein trình sản xuất chitin/chitosan Sản phẩm tách chiết sau thủy phân phân riêng thành phần bã (dùng để sản xuất chitin/chitosan) phần dịch thủy phân (dùng để kết tủa để thu hồi phức hợp carotenoprotein, protein tự do, carotenoid tự ) Để thu hồi chế phẩm dung dịch đạm thủy phân tách chiết từ giáp xác thủy sản nói chung phế liệu tơm q trình sản xuất chitin nói riêng, phải có phương pháp thích hợp để đạt hiệu suất thu hồi sản phẩm cao mức độ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm thấp nhất, đặc biệt hạn chế hư hỏng carotenoid Hiện nay, nhiều nhà khoa học nghiên cứu kết hợp sử dụng số phương pháp thu hồi để nâng cao chất lượng sản phẩm tăng hiệu suất thu hồi chế phẩm caroten-protein nhằm ứng dụng thức ăn chăn nuôi thực phẩm cho người Đồng thời, hướng theo phương pháp sản xuất III.1 Phương pháp tách chiết chế phẩm caroten-protein từ phế liệu tôm III.1.1 Tách chiết chế phẩm caroten-protein phương pháp hóa học Trong trình sản xuất chitin/chitosan cơng đoạn xử lý sử dụng hóa chất tùy theo ngun liệu, cơng nghệ yêu cầu chất lượng chitin/chitosan Các loại axit hữu thường dùng trình ủ xilo axit lactic, acetic, formic, propionic axit vô axit sunphuric, axit hydrochloric, axit phosphoric Đây phương pháp dễ dàng triển khai với quy mô lớn có chi phí sản xuất tương đối thấp Tuy nhiên, việc sử dụng hóa chất cơng nghệ sản xuất chitin, chitosan ảnh hưởng xấu đến chất lượng chế phẩm caroten-protein thu mà cịn gây nhiễm mơi trường trầm trọng hóa chất sau sử dụng thải phải tiêu tốn chi phí để xử lý nước thải Trong thực tế, phương pháp ủ xilô axit hữu kết hợp axit hữu với vô nghiên cứu ứng dụng phổ biến để thu hồi chế phẩm dịch ủ xilô dùng cho sản xuất thức ăn chăn nuôi gia súc thủy sản Tuy nhiên, sử dụng axit vô để ủ xilơ nhằm mục đích thu hồi chế phẩm caroten-protein khơng cho sản phẩm có chất lượng cao so với phương pháp ủ xilô axit hữu lên men vi sinh (vi khuẩn), acid vơ có khả phân hủy số carotenoid, đặc biệt có khả gây biến tính protein Như vậy, chế phẩm caroten-protein thu có chất lượng thấp lượng protein carotenoid thu thấp, đặc biệt ảnh hưởng lớn đến màu sắc sản phẩm carotenoid bị oxy hóa mạnh phù hợp làm thức ăn chăn nuôi Hơn nữa, để sử dụng chế phẩm caroten-protein thu từ trình ủ xilô axit vô cần phải trung hịa chế biến thức ăn chăn ni o Khử protein: Nhiệt độ 70℃, nồng độ bazo khoảng 3%, 5- o Thu hồi chế phẩm caroten - protein: giờ, phụ thuộc thiết bị phân riêng sử dụng - Thiết bị sử dụng quy trình sản xuất: Ở Việt Nam công đoạn thực cịn thủ cơng có hỗ trợ dụng cụ trình thực  Yêu cầu thiết bị sử dụng trình: Yêu cầu chung thiết bị sử dụng chúng phải đảm bảo thích hợp với điều kiện khác công đoạn, cho suất cao an tồn q trình thực sử dụng Vật liệu làm thiết bị phải đat yêu cầu: Chịu nồng độ acid kiềm cao, chịu nhiệt tốt, khơng gỉ, Thiết bị cần có khả quy trình sản xuất có khả điều chỉnh thông số kĩ thuật phù hợp: Nhiệt độ, thời gian, nồng độ hóa chất, Các thiết bị hệ thống yêu cầu phải đầy đủ van xả nước thải, an toàn cho người lao động  Một số thiết bị sử dụng: + Bộ truyền động + Bộ cấp hóa chất + Bộ gia nhiệt sấy + Bộ điều chỉnh nhiệt độ + Thùng quay đảo rửa + Thùng quay đựng dung dịch gia cơng + Các bình đựng hóa chất, trước thực cần kiểm tra, cung cấp đủ dung dịch hóa chất cần thiết cho thiết bị + Máy li tâm + Máy ép khung III.1.2 Tách chiết chế phẩm caroten-protein phương pháp sinh học Nhiệt độ: 30 Time: 48h Pediococucs pentosaceus -Phế liệu tôm -10% glucose khan Nuôi cấy Phối trộn Ủ 30, 48h Hệ dung môi (ete dầu hỏa: acetone: nước = 15:75:10) Lên men Khuấy Ly tâm Trích ly Làm khơ Caroten-protein - Nhiệt độ: 30 - Time : 48h 0.01% butylhydroxyanisol butylhydroxytoluen (1:1) - Time: 3h - 200rpm Để nâng cao chất lượng sản phẩm thu được, carotenoid tách chiết thu hồi phức hợp carotenoprotein nhằm giữ bền màu liên kết carotenoid protein Hơn nữa, protein có phế liệu tơm có chất lượng dinh dưỡng cao, bao gồm đầy đủ axit amin cần thiết [1, 22] Do vậy, việc thu hồi chế phẩm bao gồm carotenoid protein quan trọng ngành công nghệ thực phẩm chăn nuôi Lee cộng (1999) [14] so sánh khả tách chiết thu hồi carotenoid có chế phẩm caroten-protein phương pháp ủ xilô axit acetic phương pháp kết hợp sử dụng dung dịch đệm Na3-EDTA enzyme protease với mục đích sử dụng làm phẩm màu thực phẩm chức Kết nghiên cứu cho thấy hiệu tách chiết chế phẩm caroten-protein cao nhờ phương pháp kết hợp sử dụng Na3EDTA loại enzyme protease sinh từ vi sinh vật (không ủ xilô axit) Ngoài ra, việc sử dụng phương pháp sinh học sản xuất chitin/chitosan protease nhằm nâng cao chất lượng chế phẩm caroten-protein thu hồi mà hạn chế ô nhiễm môi trường chất thải sau sản xuất Khanafari cộng (2007) [15] khẳng định hiệu tách chiết carotenoid chế phẩm caroten-protein vi sinh vật (Lactobacillus plantarum, Lactobacillus acidophilus) cao nhiều so với phương pháp hóa học Các loại enzyme sử dụng để tách chiết phổ biến papain, trypsin, pepsin, số loại protease chiết rút từ vi sinh vật (Aspergillus melleus, Aspergillusoryzae, Bacillus Licheniforrnis, Bacillus subtilis, Pseudomonas…) loại protease thương mại khác (Alcalase, Protamex, Flavourzyme, Neutrase) [ 14] Đặc điểm chung enzyme có khoảng pH thích hợp rộng, thường từ 5,5 - 8,5; vậy, ứng dụng thủy phân thích ứng với pH mơi trường tự nhiên nguyên liệu thủy sản mà không cần điều chỉnh pH Nhiệt độ thích hợp enzyme dao động khoảng từ 45 – 600 C Sử dụng protease phá vỡ liên kết protein khác phế liệu tơm, làm giảm kết tủa protein điểm đẳng điện pI làm tăng khả thu hồi caroten-protein [16] Các enzyme thủy phân protein papain, pepsin, trypsin hoạt động tốt nhiệt độ phòng Tuy nhiên, loại enzyme có pH tối ưu khác pepsin hoạt động tối ưu pH 4,6, papain pH 6,2 trypsin pH 7,6 Trong đó, so với papain pepsin, hiệu suất thu hồi bột nhão caroten-protein trypsin thấp nhất, hàm lượng carotenoid protein chế phẩm caroten-protein thu cao Mặc dù, tổng lượng protein thu từ phế liệu tôm cao sử dụng trypsin có giá thành cao Do đó, papain dùng để thu hồi chế phẩm protein caroten-protein từ phế liệu tôm trước sản xuất chitin/chitosan [9] 3.1.3 Tách chiết chế phẩm caroten-protein phương pháp kết hợp a Phương pháp kết hợp hóa học sinh học Trong phế liệu tôm, chitin kết hợp chặt chẽ với protein, chất màu carotenoid khoáng Trong đó, protein, chất màu carotenoid tồn dạng phức chất carotenoprotein Do vậy, trình sản xuất chitin/chitosan, việc thu hồi đồng thời carotenoid, protein loại khoáng vấn đề đáng quan tâm Nhân tố quy trình sản xuất chitin tác nhân khử khoáng (EDTA, HCl, nhiệt) tác nhân kết tủa (HCl, (NH4)2 SO4), nhiệt) có khả ảnh hưởng đến chất màu carotenoid Vì vậy, nhằm nâng cao hiệu suất chiết caroten-protein giữ hoạt tính sinh học chất màu carotenoid trình loại protein khỏi phế liệu tôm, nhà khoa học kết hợp việc sử dụng hóa chất (axit vơ hay hữu cơ) enzyme protease để xử lý [7] Để hạn chế nhược điểm phương pháp ủ xilô, Trang Sĩ Trung cộng (2009) [6] sử dụng kết hợp axit hữu Alcalse, có bổ sung rỉ đường để chiết carotenoid từ phế liệu tôm Q trình axit hóa cho phép giảm nhanh pH đến mức ổn định nhằm ức chế vi sinh vật gây thối, tạo môi trường thuận lợi cho enzyme nội hoạt động, đồng thời tạo điều kiện cho vi khuẩn lactic có mặt nguyên liệu phát triển, thúc đẩy trình tự thủy phân Trong trình ủ xi lơ, bổ sung đường có vai trị quan trọng cho hoạt động vi sinh vật, tạo điều kiện thuận lợi cho q trình khử khống khử protein Mục đích ủ xilơ axit hữu nhằm tách khống protein khỏi phế liệu khơng ảnh hưởng lớn đến carotenoid Hơn nữa, tiếp tục tách protein Alcalase cho phép thu hồi chitin/chitosan hỗn hợp caroten-protein có chất lượng cao đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường đáng kể Hàm lượng protein carotenoid thu từ trình sản xuất chitin cải tiến kết hợp xử lý enzyme cao hẳn so với phương pháp xử lý hóa học [3] Ưu điểm phương pháp cải tiến dựa hạn chế thủy phân protein phần phân hủy phần lớn carotenoid sử dụng axit nồng độ cao thời gian ủ xilô kéo dài b Phương pháp sinh học kết hợp sử dụng hai enzyme protease - Khi thủy phân protease, hiệu suất thường đạt khơng cao enzyme mang hai đặc tính exoprotease endoprotease có tính đặc hiệu riêng Tuy nhiên, kết hợp hai enzyme nâng cao hiệu suất thủy phân nhờ hiệu ứng cộng hưởng [18] Enzyme có chất endoprotease (Alcalase, Protamex, Neutrase ) thủy phân liên kết peptide bên chuỗi polypeptid Enzyme có tính exoprotease (Flavourzyme, Corolase LAP ) cắt liên kết hai đầu tận chuỗi polypeptide Các exoprotease cắt đầu tận có nhóm carboxyl gọi carboxylpeptidase, exoprotease cắt đầu tận có nhóm amin gọi aminopeptidase [20] - Việc kết hợp hai protease có khả thủy phân tốt so với sử dụng đơn protease tác dụng protease xảy nhiều vị trí khác phân tử protein Bản chất mạch nhánh axit amin bên cạnh liên kết peptid có ảnh hưởng mạnh đến hoạt động enzyme Trên thực tế, protease đặc hiệu tỷ lệ liên kết peptid phân tử protein bị bẻ gãy protease khơng cao Ví dụ, trypsin thủy phân liên kết peptid lysine argininine, chymotrypsin thủy phân liên kết peptid tyrosine, phenylalanine, tryptophan Thậm chí, chymosin thủy phân liên kết peptid Phe105-Met106 kappa-casein [20] Để nâng cao hiệu suất thủy phân chất lượng sản phẩm thu được, nhiều cơng trình nghiên cứu sử dụng kết hợp hai enzyme protease thường tiến hành theo hai giai đoạn Enzyme có chất endoprotease sử dụng giai đoạn đầu sau bổ sung exoprotease cho giai đoạn sau Chức endoprotease tạo lượng lớn chuỗi peptid có đầu -C đầu -N tự để tạo điều kiện cho exoprotease hoạt động [19] Ví dụ, Alcalase (endoprotease) kết hợp với Flavourzyme (protease có tính chất endoprotease exoprotease, tính chất exoprotease trội hơn) Alcalase cho vào trước, sau thủy phân Flavourzyme tăng hiệu trình thủy phân, hiệu suất trình chiết rút chất lượng sản phẩm [19] Tuy nhiên, số nghiên cứu lại dựa sở thực nghiệm chất lượng sản phẩm (màu sắc, mùi vị sản phẩm), độ an tồn enzyme sử dụng, hiệu q trình thủy phân để chọn cặp enzyme thích hợp lại kết hợp hai protease có chất endoprotease Alcalase kết hợp với Protamex [17] III.2 Phương pháp thu hồi hỗn hợp caroten-protein từ phế liệu tôm III.2.1 Phương pháp thu hồi pH đẳng điện (Pi) Phương pháp thường sử dụng để kết tủa protein hoà tan dung dịch Khi điện tích protein khơng (tại pH = pI), lớp vỏ hydrate bên bị phá vỡ, phân tử protein tập hợp lại với hình thành kết tủa Sau đó, chúng có khả trở dạng phân tử protein hoà tan mà giữ hoạt tính sinh học cấu trúc phân tử loại bỏ tác nhân gây kết tủa Tuy nhiên, hiệu kinh tế phương pháp không cao thời gian kết tủa lâu, hiệu suất thu hồi thấp chi phí cao [4, 5] 3.2.2 Phương pháp thu hồi xử lý nhiệt Phương pháp cho phép thu hồi kết tủa triệt để thời gian ngắn gây nhiễm mơi trường, nhiên chi phí lượng cho q trình gia nhiệt cao Tuỳ thuộc loại protein, nhiệt độ biến tính, cường độ thời gian khác định mức độ biến tính hiệu thu hồi Khi nhiệt độ tăng mức độ biến tính tăng Tuy nhiên, gia nhiệt điểm đẳng điện (pI) tủa kết protein lại nhanh [4, 5] 3.2.3 Phương pháp thu hồi polyme (chitosan) Chitosan chất keo tụ, tạo bơng tốt ứng dụng có hiệu việc thu hồi chất hữu nước, đặc biệt protein Phân tử chitosan có khả hấp phụ, tạo cầu nối để liên kết hạt keo protein kết tủa thành phân tử có kích thước lớn lắng xuống Chitosan có độ deacetyl hóa cao thuận lợi để thu hồi protein hòa tan Lưu ý, nồng độ chitosan tăng, số điện dấu bề mặt phân tử protein tăng lên, dẫn đến tăng lực đẩy tĩnh điện chúng cản trở trình keo tụ sa lắng phân tử protein Phương pháp có nhiều ưu điểm khơng gây biến tính, khơng độc hại, hàm lượng sử dụng chitosan không lớn hiệu thu nhận caroten-protein lại cao [4, 5] IV Đề xuất ý tưởng Ngoài nguyên liệu để sản xuất carroten-protein chủ yếu phế liệu tôm( tôm hùm, tôm sú, tơm chì, tơm thẻ chân trắng) nhóm đề xuất ý tưởng sử dụng nguyên liệu khác để sản xuất carroten-protein phế liệu từ cua với phương pháp chiết tách thu hồi giống với phế liệu từ tơm q trình thực lâu cấu trúc vỏ cua cứng tôm cần thời gian để tác nhân thủy phân thủy phân triệt để vỏ cua Quy trình sản xuất: tương tự sản xuất từ phế liệu tôm  Tận dụng vỏ từ cua tuyết - Chất thải vỏ từ cua tuyết chứa khoảng 33 mg% tổng số astaxanthin, 28% protein, 28% kitin, 31% tro 1% chất béo thô sở vật chất khô (dmb) - Thủy phân trypsin chất thải vỏ, kết tủa phần vật liệu hòa tan amoni sulfat, thu hồi 9% chất khô dạng phần lipoprotein Phần gọi carotenoprotein, bao gồm 74% lipid thô, 66% astaxanthin 22% protein có vỏ Sản phẩm carotenoprotein chứa 239 mg% tổng số astaxanthin, 65% protein (dmb) chitin Carotenoprotein sử dụng nguồn cung cấp chất tạo màu protein chế độ ăn uống cho lồi cá hồi ni  Ưu điểm: chứa nhiều astaxanthin, chứa nhiều protein; dễ chiết tách thu hồi caroten-protein  Nhược điểm: vỏ cua tuyết không nhiều, nguồn nguyên liệu không đảm bảo  Tận dụng vụn cá hồi từ sản xuất cá hồi xuất - Màu đỏ đặc trưng cá hồi Đại Tây Dương chủ yếu diện astaxanthin (3,30-dihydroxy-b, b-caroten-4,40-dione) Chủ yếu dùng phương pháp hóa học, phương pháp dễ bị nhiễm mơi trường nên chiết carotenprotein phương pháp sinh học  Ưu điểm: cá hồi chứa nhiều thành phần dinh dưỡng, chứa nhiều astaxanthin  Nhược điểm: giá thành cao, đa số vụn cá bán cho tiêu dùng  Tận dụng vỏ cua xanh - Cua xanh: Tổng hàm lượng protein (N × 6,25), lipid carotenoid thịt cua, tính theo trọng lượng khơ (db), 80,6–83,5, 3,6–4,8% 5,1–19,2 mg% Vỏ loại bỏ, db, chứa 12,6–14,5% chitin, 2,6–3,11% tổng nitơ, 0,37–0,65% tổng số lipid 4,4–9,3 mg% tổng số carotenoid Axit béo bão hòa n −3 chiếm 19– 20,7% 37,4–40% tổng số axit béo Các axit béo khơng bão hịa đa (PUFA) chủ yếu axit eicosapentaenoic axit docosahexaenoic Thịt cua xanh cân thành phần axit amin thiết yếu, ngoại trừ tryptophan - Sản xuất caroten-protein từ vỏ cua xanh áp dụng phương pháp chiết xuất thu hồi tương tự từ tôm thẻ  Ưu điểm: chứa nhiều astaxanthin, chứa nhiều protein; dễ chiết tách thu hồi caroten-protein  Nhược điểm: nguồn ngun liệu ít, khơng đảm bảo sản xuất liên tục V Kết luận Bằng phương pháp tách chiết thu hồi phế phụ liệu tôm mà hạn chế nhiễm môi trường Đồng thời tạo chế phẩm caroten-protein tăng giá trị, tận dụng nguồn phế phụ liệu ngành chế biến thực phẩm Phương pháp hóa học cho phép tách chiết triệt để lượng protein lại làm biến màu carotenoid chất thải hóa học q trình thu hồi gây nhiễm mơi trường Phương pháp sinh học cho sản phẩm thu hồi protein carotenoid phức hợp carotenoprotein nên bền màu hiệu suất thu hồi chế phẩm thấp giá thành cao sử dụng enzyme Để nâng cao chất lượng chế phẩm caroten-protein từ phế liệu tôm thu hồi có hoạt tính sinh học hiệu suất thu cao, tùy mục đích ứng dụng sản phẩm thu hồi lựa chọn phương pháp xử lý sinh học sử dụng đơn hay kết hợp hai enzyme có chất endo- exo-protease hay kết hợp phương pháp xử lý hóa học sinh học nhằm mục đích tăng khả thu hồi sản phẩm với chất lượng cao, giảm thiểu hư hỏng hoạt chất sinh học ô nhiễm môi trường Phương pháp kết hợp hóa học sinh học kết hợp hai protease có chất endo- exo- cải thiện nhược điểm so với phương pháp xử lý đơn lẻ Chế phẩm caroten-protein tách chiết phương pháp kết hợp có chất lượng cao, ứng dụng cơng nghệ sản xuất thức ăn chăn nuôi, công nghệ chế biến thực phẩm, y dược mỹ phẩm TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Phạm Thị Đan Phượng, 2013 Chế biến bột nêm tôm từ chế phẩm đạm giàu carotenoid thu nhận từ đầu tơm thẻ chân trắng Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thủy sản, 3, 39 - 46 [2] Phạm Thị Đan Phượng Trần Thị Luyến, 2013 Chiết rút chế phẩm đạm giàu carotenoid từ đầu tôm thẻ chân trắng Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thủy sản, 1, 125 131 [3] Trang Sĩ Trung, 2009 Đánh giá chất lượng sản phẩm hiệu mơi trường qui trình sản xuất chitin cải tiến kết hợp xử lý enzyme Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thủy sản, 1, - [4] Trang Sĩ Trung, Nguyễn Anh Tuấn, Trần Thị Luyến, Nguyễn Thị Hằng Phương, 2010 Chitin-chitosan từ phế liệu thủy sản ứng dụng NXB Nông Nghiệp, Tp Hồ Chí Minh [5] Trang Sĩ Trung, Nguyễn Thị Phương, Phạm Thị Thanh Hải, Phạm Thị Đan Phượng, 2008 Nghiên cứu ứng dụng chitosan việc thu hồi protein từ nước rửa surimi Tạp chí Khoa học Công nghệ Thủy sản, 2, 25 - 30 [6] Trang Sĩ Trung, Phạm Thị Đan Phượng, Nguyễn Công Minh, Ngô Thanh Lĩnh, 2009 Kết hợp ủ xi lô axit formic để nâng cao hiệu qui trình sản xuất chitin từ phế liệu tơm Tạp chí Khoa học Công nghệ Thủy sản, 4, 31 - 38 [7] Trang Sĩ Trung, Vũ Ngọc Bội, Phạm Thị Đan Phượng, 2007 Nghiên cứu kết hợp enzyme protease công nghệ sản xuất chitin từ phế liệu đầu vỏ tôm Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thủy sản, 3, 11 - 17 Tiếng Anh [8] RAO, A., & RAO, L (2007) Carotenoids and human health Pharmacological Research 207–216 [9] Chakrabarti, R., 2002 Carotenoprotein from tropical brown shrimp shell waste by enzymatic proc ess Food Biotechnol, 16, 81-90 [10].Zagal sky, P.F., 1976 Carotenoid-protein complexes Pure and Applied Chemistry, 47, 103-120 [11] Armenta, R.E and Guerrero, L.I., 2009 Amino aci d profi le and enhancement of enzymatic hydrolysis of fermented shrimp carotenoproteins Food Chemistry, 112, 310-315 [12] Buchwald, M and Jencks, W.P., 1968 Properties of the crustacyanins and the yellow lobster shell pigment Biochemistry, 7(2), 844-59 [13] Chen, H.M and Meyers, S.P., 1982 Extraction of Astaxanthin Plgment from Crawfi sh Waste Using a Soy Oil Process Journal of Food Science, 47(3), 892-896 [14] Lee, S.H., Roh, S.K., Park, K.H and Yoon, K.R., 1999 Effective extraction of astaxanthin pigment from shrimp using proteolytic enzymes Biotechnology and Bioprocess Engineering, 4(3), 199-204 [15] Khanafari, A., Saberi, A., Azar, M., Vosooghi, Gh., Jamili, Sh and Sabbaghzadeh, B., 2007 Extraction of astaxanthin esters from shrimp waste by ch emical and microbial methods Iranian Journal of Environmental, Health Science & Engineering, 4, 93 - 98 [16] Dauphin, L., 1991 Enhancing value of lobster waste by enzymatic methods A thesis of Master of Science [17] Gilmartin, L and Jervis, L., 2002 Pro duction of cod (Gadus morhua) muscle hydrolysates Infl uence of combinations of commercial enzyme preparations on hydrolysate peptide size range Jounal of Agricultural & Food Chemistry, 50(19), 5417-23 [18] Villanueva, A., Clemente, A., Bautista, J and Millán, F., 1999 Production of an extensive sunfl ower protein hydrolysate by sequential hydrolysis with endo-and exoproteases Grasas y Aceites, 50(6), 472-476 [19] Vioque, J., Sánchez-Vioque, R., Clemente, A., Pedroche, J., Bautista, J and Millan, F., 1999 Production and characterization of an e xtensive rapeseed protein hydrolysate Journal of the American Oil Chemists’ Society, 76(7), 819-823 27 Whitaker, J.R., Voragen, A.G.J and Wong, D.W.S., 2003 Handbook of food enzymology, Marcel Dekker Inc., New York [20] Whitaker, J.R., Voragen, A.G.J and Wong, D.W.S., 2003 Handbook of food enzymology, Marcel Dekker Inc., New York [21] Zagal sky, P.F., 1976 Carotenoid-protein complexes Pure and Applied Chemistry, 47, 103-120 [22] Simpson, B.K and Haard, N.F., 1985 The use of proteolytic enzy mes to extract carotenoproteins from shrimp wastes Journal of Applied Biochemistry, 7(3), 212-222 [23] Spinelli, J and Mahnken, C., 1978 Carotenoid deposition in pen-reared salmo nids fed diets containing oil extracts of red crab (Pleuroncodes planipes) Aquaculture, 13(3), 213-223 ... nguyên liệu để sản xuất carroten-protein chủ yếu phế liệu tôm( tôm hùm, tơm sú, tơm chì, tơm thẻ chân trắng) nhóm đề xuất ý tưởng sử dụng nguyên liệu khác để sản xuất carroten-protein phế liệu từ. .. với phế liệu từ tơm q trình thực lâu cấu trúc vỏ cua cứng tôm cần thời gian để tác nhân thủy phân thủy phân triệt để vỏ cua Quy trình sản xuất: tương tự sản xuất từ phế liệu tôm  Tận dụng vỏ từ. .. Mặc dù, tổng lượng protein thu từ phế liệu tôm cao sử dụng trypsin có giá thành cao Do đó, papain dùng để thu hồi chế phẩm protein caroten-protein từ phế liệu tôm trước sản xuất chitin/chitosan