Chiết rút chế phẩm đạm giàu carotenoid từ đầu tôm thẻ chân trắng

Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn<br /> <br /> Soá 1/2013<br /> <br /> KEÁT QUAÛ NGHIEÂN CÖÙU ÑAØO TAÏO SAU ÑAÏI HOÏC<br /> <br /> CHIẾT RÚT CHẾ PHẨM ĐẠM GIÀU CAROTENOID<br /> TỪ ĐẦU TÔM THẺ CHÂN TRẮNG<br /> EXTRACTION OF CAROTENOPROTEIN FROM WHITE SHRIMP HEADS<br /> Phạm Thị Đan Phượng1, Trần Thị Luyến2<br /> Ngày nhận bài: 10/7/2012; Ngày phản biện thông qua: 28/12/2012; Ngày duyệt đăng: 15/3/2013<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Chế phẩm đạm giàu carotenoid với hàm lượng đạm và carotenoid cao được chiết rút từ đầu tôm thẻ chân trắng<br /> bằng quá trình xử lý kết hợp Alcalase và Flavourzyme. Đầu tôm được xử lý ở chế độ tối ưu: đầu tiên xử lý bằng Alcalase<br /> ở nồng độ là 0,2% (w/w) trong 2 giờ, tiếp theo xử lý bằng Flavourzyme ở nồng độ 0,1% trong 1 giờ. Chế phẩm đạm giàu<br /> carotenoid thu được có hàm lượng protein đạt gần 65% và carotenoid đạt trên 250 mg/kg. Bên cạnh đó, chế phẩm có màu<br /> đỏ đẹp, mùi và vị đặc trưng của tôm. Hiệu suất thu hồi chế phẩm carotenoprotein cũng cao hơn khi xử lý bằng cặp enzyme<br /> so với sử dụng enzyme đơn.<br /> Từ khóa: carotenoprotein, đầu tôm thẻ chân trắng, Alcalase, Flavourzyme<br /> <br /> ABSTRACT<br /> Carotenoprotein with high protein and carotenoid content has been extracted from white shrimp heads by<br /> combination of Alcalase and Flavourzyme in extraction process. The shrimp heads were first treated with Alcalase (0.2%,<br /> w/w) for 2 h and then with Flavourzyme (0.1%, w/w) for 1 h. The obtained carotenoprotein has protein content of nearly<br /> 65% and carotenoid content of approximately 250 mg/kg. Besides, the carotenoprotein has red color and shrimp flavor.<br /> Recovery efficiency of carotenoprotein of the enzyme combination treatment was higher than that of single enzyme<br /> treatment.<br /> Keywords: carotenoprotein, white shrimp heads, Alcalase, Flavourzyme<br /> <br /> I. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Tôm là một trong những mặt hàng xuất khẩu<br /> quan trọng của Việt Nam. Trong quá trình chế biến<br /> tôm, ước khoảng hơn 200.000 tấn phế liệu tôm<br /> được thải ra hàng năm (Trung & Phuong, 2012).<br /> Phế liệu tôm bao gồm 2 thành phần chính là đầu<br /> và vỏ tôm. Trong phế liệu tôm có nhiều thành phần<br /> có giá trị như chitin, protein, khoáng và carotenoid<br /> (Trang Sĩ Trung và cộng sự, 2010). Đặc biệt, trong<br /> đầu tôm chứa một lượng lớn protein có thành phần<br /> acid amin rất cân bằng (Synowiecki & Al-Khateeb,<br /> 2000). Ngoài ra, đầu tôm còn chứa carotenoid<br /> (chủ yếu là astaxanthin) có hoạt tính sinh học cao,<br /> được ứng dụng vào lĩnh vực thực phẩm chức<br /> năng, mỹ phẩm và thức ăn thủy sản (Armenta &<br /> <br /> 1<br /> 2<br /> <br /> Guerrero-Legarreta, 2009; Higuera-Ciapara và cộng<br /> sự, 2006).<br /> Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu thu<br /> hồi protein và carotenoid ở dạng hỗn hợp<br /> carotenoid-protein (carotenoprotein) từ đầu tôm để<br /> làm nguyên liệu trong chế biến thực phẩm hoặc thức<br /> ăn cho động vật thủy sản (Chakrabarti, 2002; Holanda<br /> & Netto, 2006; Klomklao và cộng sự, 2009). Tại Việt<br /> Nam, đầu tôm chỉ mới được sử dụng làm nguyên<br /> liệu để thu hồi chitin ở các cơ sở chế biến phế liệu<br /> quy mô nhỏ, thành phần protein và carotenoid chưa<br /> được thu hồi mà thải bỏ vào hệ thống nước thải, làm<br /> giảm hiệu quả sử dụng nguyên liệu và gây ô nhiễm<br /> môi trường. Việc nghiên cứu thu hồi carotenoprotein<br /> trong quá trình sản xuất chitin từ phế liệu tôm và<br /> <br /> Phạm Thị Đan Phượng: Lớp Cao học Công nghệ Sau thu hoạch 2009 - Trường Đại học Nha Trang<br /> GS.TS. Trần Thị Luyến: Trường Đại học Nha Trang<br /> <br /> TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG ❖ 125<br /> <br /> Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn<br /> bước đầu đã được nghiên cứu bổ sung vào chế<br /> biến thức ăn cá đã được tiến hành ở quy mô nhỏ<br /> (Phượng và cộng sự, 2008; Trang Sĩ Trung và cộng<br /> sự, 2007). Bên cạnh đó, các nghiên cứu này chỉ<br /> sử dụng một loại enzyme protease mà chưa kết<br /> hợp nhiều loại protease có tính chất khác nhau<br /> (endoprotease và exoprotease) để nâng cao hiệu<br /> suất thu hồi cũng như chất lượng của sản phẩm<br /> thủy phân. Nhiều nghiên cứu cho thấy việc kết hợp<br /> endoprotease với exoprotease trong quá trình<br /> thủy phân protein sẽ góp phần nâng cao chất<br /> lượng và hiệu suất thu hồi sản phẩm thủy phân<br /> (Kamnerdpetch và cộng sự, 2007; Nchienzia và<br /> cộng sự, 2010). Trong nghiên cứu này, Alcalase và<br /> Flavourzyme được kết hợp trong quá trình thu hồi<br /> chế phẩm đạm giàu carotenoid (ĐGC) từ đầu tôm.<br /> II. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP<br /> NGHIÊN CỨU<br /> 1. Nguyên vật liệu<br /> Đầu tôm thu nhận từ Công Ty CP Nha Trang<br /> Seafoods F17, Khánh Hòa và được bảo quản ở 40C<br /> trong quá trình vận chuyển về phòng thí nghiệm.<br /> Alcalase (có tính endoprotease) và Flavourzyme<br /> (có tính exoprotease chủ yếu) được mua từ công ty<br /> Novozymes (Đan Mạch). Alcalase 2,4L có hoạt<br /> tính là 2,4 AU/g và Flavourzyme có hoạt tính 500<br /> LAPU/g. Hóa chất sử dụng trong nghiên cứu là các<br /> loại hóa chất tinh khiết.<br /> 2. Phương pháp nghiên cứu<br /> 2.1. Chiết rút chế phẩm đạm giàu carotenoid từ<br /> đầu tôm<br /> Nguyên liệu đầu tôm thẻ chân trắng sau khi<br /> rửa và loại bỏ tạp chất và xay nhỏ đến kích thước<br /> từ 2 - 3mm. ĐGC được tách chiết ra khỏi đầu tôm<br /> bằng phương pháp thủy phân dùng kết hợp 2<br /> enzyme protease: Alcalase và Flavourzyme. Trong<br /> nghiên cứu này, đầu tôm được thủy phân tuần tự<br /> với Alcalase trước và Flavourzyme sau để tăng hiệu<br /> quả thủy phân theo kết quả nghiên cứu của Je và<br /> cộng sự (2009).<br /> 2.1.1. Xác định điều kiện thủy phân thích hợp của<br /> Alcalase trong công đoạn đầu của quá trình thu<br /> nhận đạm giàu carotenoid từ đầu tôm<br /> Nguyên liệu được thủy phân bằng enzyme<br /> Alcalase với các nồng độ khác nhau từ 0; 0,1; 0,2;<br /> 0,3; 0,4% (w/w: khối lượng enzyme trên khối lượng<br /> đầu tôm) ở nhiệt độ 550C trong bể ổn nhiệt lắc đảo,<br /> thời gian là 2 giờ, ở pH tự nhiên (pH = 6,9) để xác<br /> định tỷ lệ Alcalase/nguyên liệu thích hợp. Để xác<br /> định ảnh hưởng của thời gian thủy phân, nguyên<br /> <br /> 126 ❖ TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG<br /> <br /> Soá 1/2013<br /> liệu được thủy phân bằng Alcalase với tỷ lệ Alcalase<br /> thích hợp đã được xác định ở thí nghiệm trên, ủ mẫu<br /> ở nhiệt độ 550C trong bể ổn nhiệt lắc đảo, thời gian<br /> thực hiện thí nghiệm là 1; 2; 3; 4; 5 giờ. Bất hoạt<br /> enzyme Alcalase ở nhiệt độ 850C trong thời gian 15<br /> phút, sau đó làm nguội đến nhiệt độ 550C, tiếp tục<br /> thủy phân mẫu thí nghiệm bằng Flavourzyme 0,2%<br /> (w/w) trong bể ổn nhiệt lắc đảo ở 550C trong 2 giờ.<br /> 2.1.2. Xác định điều kiện thủy phân thích hợp của<br /> Flavourzyme trong công đoạn sau của quá trình thu<br /> nhận đạm giàu carotenoid từ đầu tôm<br /> Sau khi thủy phân bằng Alcalase ở điều kiện<br /> thích hợp đã xác định, nguyên liệu được tiếp tục<br /> thủy phân bằng Flavourzyme với các tỷ lệ khác nhau<br /> từ 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4% (w/w) ở 550C trong 2 giờ để<br /> xác định tỷ lệ Flavourzyme/nguyên liệu thích hợp.<br /> Để xác định thời gian xử lý bằng Flavourzyme thích<br /> hợp, mẫu xử lý được xử lý bằng Flavourzyme với<br /> nồng độ thích hợp đã được xác định ở các khoảng<br /> thời gian khác nhau: 1; 2; 3; 4; 5 giờ ở 550C. Sau<br /> khi thủy phân tiến hành ép để tách riêng phần dịch<br /> thu hồi chế phẩm ĐGC bằng phương pháp điểm<br /> đẳng điện kết hợp xử lý nhiệt có bổ sung chitosan<br /> theo Trang Sĩ Trung và cộng sự (2008). Cụ thể: dịch<br /> thủy phân chứa ĐGC được điều chỉnh pH về pH<br /> 4,3 - 4,5 bằng HCl 10% để kết tủa protein sau đó<br /> kết hợp gia nhiệt ở nhiệt độ 700C trong thời gian 10<br /> phút và bổ sung chitosan ở nồng độ 100ppm. Việc<br /> chọn chế độ xử lý tối ưu dựa trên hiệu suất thu hồi<br /> chế phẩm ĐGC và hàm lượng protein và carotenoid<br /> chứa trong chế phẩm ĐGC.<br /> 2.2. Phương pháp phân tích<br /> Hàm lượng protein thô và khoáng được xác<br /> định theo phương pháp chuẩn của AOAC (1990).<br /> Hàm lượng lipid được xác định theo phương pháp<br /> của Folch và cộng sự (1951). Hàm lượng carotenoid<br /> được phân tích bằng phương pháp quang phổ<br /> (Klomklao và cộng sự, 2009; Sachindra và cộng<br /> sự, 2005).<br /> Hiệu suất thu hồi chế phẩm ĐGC (%) = (M*100)/<br /> Mo; M: Khối lượng chế phẩm ĐGC thu được (g),<br /> Mo: Khối lượng nguyên liệu (g).<br /> 2.3. Xử lý thống kê<br /> Số liệu báo cáo là giá trị trung bình của 3 lần<br /> lặp lại. Kết quả được phân tích thống kê bằng phần<br /> mền Excel. Giá trị của p < 0,05 được xem là có ý<br /> nghĩa về mặt thống kê.<br /> III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN<br /> 1. Thành phần hóa học cơ bản của đầu tôm<br /> Thành phần hóa học cơ bản của đầu tôm được<br /> phân tích và kết quả trình bày ở bảng1.<br /> <br /> Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn<br /> <br /> Soá 1/2013<br /> <br /> Bảng 1. Thành phần hóa học cơ bản<br /> của đầu tôm<br /> <br /> liệu thích hợp để thu hồi protein và carotenoid. Hàm<br /> lượng protein và carotenoid trong phế liệu tôm thẻ<br /> chân trắng tương đương với hàm lượng có ở phế<br /> liệu tôm sú của Nguyễn Lệ Hà (2011).<br /> <br /> Chỉ tiêu<br /> <br /> Hàm lượng*<br /> <br /> Hàm lượng protein (%)<br /> <br /> 51,4 ± 3,3<br /> <br /> Hàm lượng khoáng (%)<br /> <br /> 20,4 ± 2,1<br /> <br /> Hàm lượng lipid (%)<br /> <br /> 14,3 ± 2,3<br /> <br /> Chitin (%)<br /> <br /> 10,5 ± 1,9<br /> <br /> Carotenoid (mg/kg)<br /> <br /> 110,9 ± 9,9<br /> <br /> * Kết quả tính theo hàm lượng chất khô tuyệt đối.<br /> <br /> Đầu tôm chứa 4 thành phần chính là protein,<br /> khoáng, lipid và chitin trong đó protein chiếm hàm<br /> lượng lớn nhất, khoảng 50%. Ngoài ra, trong đầu<br /> tôm còn có carotenoid (bảng 1). Kết quả phân tích<br /> thành phần đã cho thấy đầu tôm là nguồn nguyên<br /> <br /> 2. Chiết rút chế phẩm đạm giàu carotenoid từ đầu<br /> tôm thủy phân bằng Alcalase và Flavourzyme<br /> 2.1. Điều kiện thủy phân thích hợp của Alcalase<br /> trong công đoạn đầu của quá trình thu nhận đạm<br /> giàu carotenoid từ đầu tôm<br /> Đầu tôm được thủy phân bằng phương pháp kết<br /> hợp Alcalase và Flavourzyme (theo tuần tự Alcalase<br /> trước, Flavourzyme sau) để tách chế phẩm đạm giàu<br /> carotenoid ra khỏi đầu tôm. Kết quả ảnh hưởng của<br /> tỷ lệ Alcalase/nguyên liệu đến hiệu suất thu hồi ĐGC<br /> và thành phần protein, carotenoid trong chế phẩm<br /> ĐGC được xác định và trình bày ở hình 1.<br /> <br /> Hình 1. Hiệu suất thu hồi, hàm lượng protein và carotenoid của chế phẩm đạm giàu carotenoid (ĐGC) chiết rút<br /> từ đầu tôm ảnh hưởng bởi tỷ lệ (trái) và thời gian thủy phân (phải) bằng Alcalase khi kết hợp Alcalase+Flavourzyme<br /> với điều kiện xử lý bằng Flavourzyme sử dụng là 0,2% trong 2 giờ<br /> Các giá trị trung bình của cột có các ký tự (a, b, c, d, e hoặc A, B, C, D, E) khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa về mặt thống kê (p