Nghiên cứu sản xuất gelatin từ da cá hồi bằng dịch enzyme của vi khuẩn lactic

Đoàn Thị Hoài Nam<br /> <br /> 84<br /> <br /> NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT GELATIN TỪ DA CÁ HỒI BẰNG DỊCH ENZYME<br /> CỦA VI KHUẨN LACTIC<br /> RESEARCH ON USING LACTIC BACTERIA TO PRODUCE GELATIN<br /> FROM SALMON SKIN<br /> Đoàn Thị Hoài Nam<br /> Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng; hoainamgvbk@yahoo.com.vn<br /> Tóm tắt - Gelatin là một loại protein có giá trị cao được thu nhận<br /> từ phụ phẩm thủy sản như da, xương cá... Trong công nghiệp,<br /> dung dịch acid và kiềm được sử dụng phổ biến để loại protein và<br /> khoáng nhằm thu nhận gelatin thành phẩm. Để tăng chất lượng<br /> gelatin và tìm giải pháp sản xuất thân thiện với môi trường, chủng<br /> vi khuẩn lactic phân lập từ nem chua có khả năng sinh acid lactic<br /> và enzyme protease được dùng để sản xuất gelatin. Khảo sát<br /> các yếu tố ảnh hưởng đến giai đoạn khử protein và khoáng trong<br /> nguyên liệu da cá hồi gồm tỷ lệ dịch enzyme bổ sung: 10%, 20%<br /> và 30%; thời gian xử lý: 2h, 4h, 6h, và 8h; nhiệt độ: 10°C, 20°C,<br /> 30°C và 40°C lên các chỉ tiêu hàm lượng protein hòa tan, hàm<br /> lượng khoáng hòa tan, hàm lượng chất béo và hiệu suất thu nhận<br /> gelatin. Kết quả cho thấy dịch chiết enzyme với tỷ lệ bổ sung 30%<br /> ở 30°C trong 6h sẽ thu được sản phẩm gelatin tốt nhất, đạt được<br /> các chỉ tiêu về chất lượng tương tự như gelatin được sản xuất<br /> bằng phương pháp hóa học.<br /> <br /> Abstract - Gelatin, a kind of high-value proteins used in food,<br /> pharmaceutical products and cosmetics can be obtained from by-products<br /> of seafood processing industries such as skin, bone ... In industry, acid<br /> and base solutions are used worldwide to eliminate protein and minerals<br /> in maritime by-products to produce gelatin. In order to increase the quality<br /> of gelatin product as well as set up the gelatin bio-process manufacture<br /> which is friendly to the environment, lactic bacteria, isolated from<br /> fermented pork roll, with high bio-activity in producing acid lactic and<br /> protease is used in this research. The paper also researches the impact<br /> of some factors on non-collagenous protein removal process and<br /> demineralized process in Salmon skin including the proportion of<br /> translated enzyme supplements at 10%, 20% and 30%; processing time<br /> of 2 hours, 4 hours, 6 hours and 8 hours and processing temperature at<br /> 10°C, 20°C, 30°C and 40°C on some norms such as dissolved proteins<br /> content, dissolved minerals content, fatty content and gelatin productivity.<br /> As a result, the optimal conditions for gelatin manufacture from Salmon<br /> skin are 30% of enzyme translated, processing time of 6 hours and<br /> processing temperature at 30°C. Gelatin product obtained from bioprocess has qualitative norms as gelatin produced from chemical process.<br /> <br /> Từ khóa - dịch enzyme bổ sung; gelatin; khử khoáng; khử protein;<br /> vi khuẩn lactic.<br /> <br /> Key words - translated enzyme supplement; gelatin;<br /> demineralized process; protein removal process; lactic bacteria.<br /> <br /> 1. Đặt vấn đề<br /> Gelatin là một polymer sinh học thu được từ sự biến<br /> tính collagen, một loại protein chính có nhiều trong các mô<br /> liên kết ở da cá và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác<br /> nhau như thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm v.v… Ngành<br /> công nghiệp chế biến thủy hải sản đang phát triển mạnh mẽ<br /> ở nước ta theo sau đó là một lượng lớn phụ phẩm thủy hải<br /> sản như da cá, đầu cá, xương cá… chúng có thể được thu<br /> nhận để sản xuất gelatin.<br /> Trong công nghiệp hiện nay, gelatin được sản xuất chủ<br /> yếu bằng phương pháp hóa học, sử dụng các dung dịch acid<br /> và kiềm khác nhau đòi hỏi các thiết bị sản xuất đắt tiền và<br /> quá trình sản xuất sử dụng nhiều hóa chất gây ảnh hưởng<br /> không nhỏ đến môi trường.<br /> Vi khuẩn lactic phân lập từ nguồn nem chua được<br /> chứng minh có hoạt tính sinh acid lactic cao cũng như khả<br /> năng sinh enzyme protease ngoại bào. Trong dịch enzyme<br /> thu nhận được sau khi nuôi cấy, enzyme protease có thể<br /> được sử dụng để loại bỏ protein và acid lactic dùng để khử<br /> khoáng để sản xuất gelatin bằng con đường sinh học.<br /> Bên cạnh đó, khi sử dụng dịch enzyme để sản xuất gelatin<br /> thì giai đoạn khử protein và khử khoáng sẽ được diễn ra đồng<br /> thời, giúp tiết kiệm thời gian và thiết bị sử dụng, dịch thủy<br /> phân thu được có thể thu nhận để làm thức ăn chăn nuôi.<br /> Do đó, việc nghiên cứu sản xuất gelatin từ phụ phẩm<br /> thủy sản bằng con đường sinh học sẽ giải quyết được nhiều<br /> vấn đề về môi trường, đồng thời góp phần tạo ra sản phẩm<br /> gelatin có giá trị kinh tế cao [8].<br /> <br /> 2. Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu<br /> 2.1. Nguyên liệu và hóa chất<br /> Da cá hồi của Công ty Thủy sản Sea Prodex Đà Nẵng<br /> được thu mua và bảo quản trong đá vận chuyển về Phòng<br /> thí nghiệm Công nghệ Sinh học – Trường Đại học Bách<br /> Khoa, Đại học Đà Nẵng. Nguyên liệu được rửa sạch, cắt<br /> thành miếng có kích thước 2x2 cm, bảo quản ở -22°C đến<br /> khi sử dụng. Thời gian trữ không quá 3 tháng.<br /> Nem chua mua tại chợ Hòa Khánh, Đà Nẵng. Nem<br /> được sử dụng phân lập vi sinh vật trong ngày.<br /> Hóa chất sử dụng bao gồm: Môi trường MRS của Merk<br /> (Đức), NaOH, ete dầu hỏa 30-60 (Trung Quốc), thuốc<br /> nhuộm Amino-black (Mỹ), ….<br /> 2.2. Thiết bị<br /> Các thiết bị chính gồm tủ ấm hãng Memmerk (Đức), tủ<br /> cấy vô trùng Esco Smart Control (Úc), kính hiển vi quang<br /> học CX31RTSS (Philippine), máy đo pH MP220<br /> (Thụy Sĩ), nồi hấp CL-40L (Nhật)….<br /> 2.3. Phương pháp<br /> 2.3.1. Xác định thành phần hóa học trong da cá hồi<br /> Da cá hồi được rã đông tự nhiên trong 2h ở nhiệt độ<br /> phòng (37°C), tiến hành xác định độ ẩm bằng phương pháp<br /> sấy đến khi độ ẩm không đổi [9], hàm lượng lipit bằng<br /> phương pháp Soxhlet [10], hàm lượng tro hòa tan bằng<br /> phương pháp đốt [11], hàm lượng protein tổng số bằng<br /> phương pháp Kjeldahl [1].<br /> <br /> ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018, Quyển 1<br /> <br /> 2.3.2. Sản xuất gelatin bằng phương pháp hóa học<br /> Sử dụng phương pháp trích ly kết hợp giữa kiềm và acid<br /> [4]. 30g da cá sau khi rã đông được ngâm với dung dịch<br /> NaOH 0,04 N ở 8°C, lặp lại 2 lần, mỗi lần 30 phút. Rửa<br /> sạch NaOH bằng nước lạnh. Tiếp tục ngâm da cá bằng<br /> dung dịch H2SO4 0,12 M trong 30 phút và ngâm tiếp trong<br /> dung dịch acid citric 0,005 M trong 30 phút. Rửa sạch với<br /> nước lạnh nhiều lần. Trích ly da cá 2 lần, mỗi lần 2 giờ.<br /> Đầu tiên trích ly bằng nước ấm 56°C tỷ lệ 1:1 (v/w), trích<br /> ly lần 2 bằng nước nóng 65°C tỷ lệ 1:1 (v/w). Dịch trích ly<br /> đem đi lọc và làm khô ở 60°C trong 38h thu được gelatin<br /> thành phẩm.<br /> 2.3.3. Phân lập vi khuẩn sinh acid lactic từ nem chua<br /> Đồng hóa mẫu nem trong nước cất khử trùng và pha<br /> loãng ở các nồng độ từ 10-1 đến 10-9. Cấy trải 30 µl các<br /> nồng độ pha loãng trên môi trường thạch MRS và ủ ở 30°C<br /> trong 48h. Quan sát hình thái khuẩn lạc và kiểm tra đặc tính<br /> phân giải CaCO3 trên môi trường MRS-CaCO3.<br /> 2.3.4. Xác định khả năng sinh acid lactic<br /> Khả năng sinh acid lactic được xác định thông qua sự giảm<br /> pH trong môi trường theo thời gian và nhiệt độ nuôi cấy.<br /> 2.3.5. Xác định hoạt tính sinh enzyme protease<br /> Sử dụng phương pháp đục lỗ thạch trên môi trường<br /> Casein-aga. Ly tâm dịch nuôi 5.000 vòng/phút, lấy 20 µl<br /> dịch nhỏ vào lỗ thạch, ủ trong tủ ấm 8h. Hoạt tính sinh<br /> enzyme protease được xác định bằng vòng phân giải quanh<br /> lỗ thạch, tức bằng D-d, mm. Với D là đường kính vòng<br /> phân giải (mm), và d là đường kính lỗ thạch (mm).<br /> 2.3.6. Xác định lượng protein hòa tan<br /> Dịch chiết enzyme trước và sau khi sử dụng để loại<br /> khoáng và loại protein được đem đi xác định hàm lượng<br /> protein hòa tan bằng phương pháp Bradford [6]. Lượng<br /> protein hòa tan thu được ở mỗi quá trình được xác định<br /> bằng lượng protein hòa tan có trong dịch sau xử lý trừ cho<br /> lượng protein hòa tan có trong dịch ban đầu.<br /> 2.3.7. Xác định hiệu suất thu hồi gelatin<br /> Sử dụng theo phương pháp nghiên cứu của Ratnasari và<br /> cộng sự, 2013 [7]. Trong đó X (g) là lượng da cá để ráo<br /> đem đi chiết, Y(g) là lượng gelatin thu được sau khi sấy từ<br /> X gam nguyên liệu.<br /> Hiệu suất thu hồi: H =<br /> <br />