nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm trứng cầu gai lên men tự nhiên

i
LỜI CAM ĐOAN


Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung thực hiện của luận văn này là kết quả
nghiên cứu của bản thân, không sao chép kết quả nghiên cứu của bất kì người nào
khác. Tôi xin chịu trách nhiệm hoàn toàn nếu có bất kì sự gian dối nào.
Người cam đoan
Phạm Thị Thùy
ii
LỜI CẢM ƠN


Xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Nha Trang cùng các
thầy cô đã giảng dạy, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và học tập tại trường.
Xin cảm ơn Phòng đào tạo Đại học và Sau Đại học; Phòng Khoa học Công
nghệ và Hợp tác quốc tế; Khoa Chế biến; Viện nghiên cứu Công nghệ sinh học và
Môi trường; Thư viện; Phòng thí nghiệm Chế biến thủy sản; Phòng thí nghiệm
Công nghệ thực phẩm; Phòng thí nghiệm Hóa sinh; Phòng thí nghiệm Công nghệ
sinh học; Phòng thí nghiệm Nhiệt lạnh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và hỗ trợ tôi
trong quá trình học tập, thực hiện đề tài nghiên cứu.
Xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Anh Tuấn – người đã tận tình hướng
dẫn, tạo điều kiện tốt và động viên tinh thần cho tôi trong suốt quá trình học tập,
nghiên cứu đề tài.
Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè thân thiết đã luôn ủng
hộ, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài.
Xin trân trọng cảm ơn!

Học viên thực hiện
Phạm Thị Thùy

iii
MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4
1.1 TỔNG QUAN VỀ CẦU GAI VÀ TRỨNG CẦU GAI 4
1.1.1 Tên gọi Cầu Gai 4
1.1.2 Phân loại Cầu Gai 4
1.1.3 Đặc điểm sinh học Cầu Gai 4
1.1.4 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của trứng Cầu Gai 10
1.2 TỔNG QUAN VỀ LÊN MEN VÀ SẢN PHẨM THỦY SẢN LÊN MEN 11
1.2.1 Giới thiệu về lên men 11
1.2.2 Sản phẩm thủy sản lên men 15
1.3 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHẾ BIẾN TRỨNG CẦU GAI 19
1.3.1 Phương pháp chế biến trứng Cầu Gai tổng quát 19
1.3.2 Một số phương pháp chế biến trứng Cầu Gai trên thế giới 19
1.3.3 Một số phương pháp chế biến trứng Cầu Gai trong nước 22
1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, CHẾ BIẾN CẦU GAI VÀ TRỨNG CẦU GAI
TRONG, NGOÀI NƯỚC 23
1.4.1 Trên thế giới 23
1.4.2 Trong nước 23
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25
2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 25
2.1.1 Cầu Gai Sọ Dừa 25
2.1.2 Phụ liệu 26
2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26
2.2.1 Phương pháp tổng thể 26
2.2.2 Phương pháp tối ưu hóa các thông số kỹ thuật 26
2.2.3 Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm 26
2.2.4 Phương pháp phân tích 26

2.2.5 Thiết bị và dụng cụ sử dụng để thực hiện thí nghiệm 27
2.3 BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM 28
iv
2.3.1 Sơ đồ quy trình nghiên cứu 28
2.3.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát 30
2.3.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm chi tiết 31
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 40
3.1 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA CẦU GAI KHAI THÁC
TẠI VÙNG BIỂN KHÁNH HÒA 40
3.1.1 Kết quả thí nghiệm xác định TPKL của Cầu Gai 40
3.1.2 Kết quả thí nghiệm xác định TPHH cơ bản của trứng Cầu Gai 40
3.2 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ THÍCH HỢP CHO QUY TRÌNH 42
3.2.1 Kết quả thí nghiệm xác định thời gian xử lý cồn thích hợp 42
3.2.2 Kết quả thí nghiệm xác định tỉ lệ muối thích hợp 43
3.2.3 Kết quả thí nghiệm xác định loại rượu thích hợp 46
3.2.4 Kết quả thí nghiệm xác định tỉ lệ đường thích hợp 47
3.2.5 Kết quả thí nghiệm xác định tỉ lệ rượu thích hợp 48
3.2.6 Kết quả thí nghiệm xác định chế độ lên men thích hợp 49
3.3 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 56
3.3.1 Sơ đồ quy trình: 58
3.3.2 Thuyết minh quy trình: 57
3.4 KẾT QUẢ SẢN XUẤT THỬ THEO QUY TRÌNH TÌM ĐƯỢC 59
3.4.1 Đánh giá chất lượng sản phẩm 59
3.4.2 Xây dựng định mức tiêu hao nguyên liệu, dự tính giá thành sản phẩm 61
3.5 PHÂN TÍCH TÍNH KHẢ THI CỦA QUY TRÌNH 62
3.5.1 Phân tích tính khả thi về mặt kĩ thuật 62
3.5.2 Phân tích tính khả thi về mặt kinh tế 63
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 64
I. KẾT LUẬN 64
II. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65



v
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

CLCQ: Chất lượng cảm quan
N
aa
: Ni tơ acid amin
N.NH
3
: Ni tơ NH
3

QHTN: Quy hoạch thực nghiệm
QTCN: Quy trình công nghệ
TPHH: Thành phần hóa học
TPKL: Thành phần khối lượng
VSV: Vi sinh vật
W: Độ ẩm

vi
DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của trứng Cầu Gai 10
Bảng 1.2: Tên gọi của các sản phẩm lên men theo nước sản xuất 16
Bảng 2.1: Bố trí thí nghiệm theo QHTN 2 yếu tố, xác định các thông số thích hợp
cho công đoạn lên men 39
Bảng 3.1: TPHH cơ bản của trứng Cầu Gai 40
Bảng 3.2: Thành phần acid amin của trứng Cầu Gai 41
Bảng 3.3: So sánh giữa TPHH cơ bản của trứng Cầu Gai với trứng một số loài thủy
sản khác 41
Bảng 3.4: Kết quả ma trận thực nghiệm yếu tố toàn phần 2
k
mở rộng 54
Bảng 3.5: Kết quả thí nghiệm tại tâm phương án 55
Bảng 3.6: Kết quả tối ưu hàm lượng N
aa
trong công đoạn lên men 55
Bảng 3.7: Điểm cảm quan của sản phẩm sản xuất thử theo quy trình tìm được 59
Bảng 3.8: TPHH cơ bản của sản phẩm sản xuất thử theo quy trình tìm được 60

Bảng 3.9: Kết quả phân tích thành phần acid amin của sản phẩm sản xuất thử theo
quy trình tìm được 60
Bảng 3.10: Kết quả kiểm tra VSV của sản phẩm sản xuất thử theo quy trình tìm
được 61
Bảng 3.11: Định mức tiêu hao nguyên vật liệu 61
Bảng 3.12: Dự tính giá thành sản phẩm 62





vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Cầu Gai Sọ Dừa 6
Hình 1.2: Cầu Gai bút chì (Nhum đá). 6
Hình 1.3: Cầu Gai đen 7
Hình 1.4: Cầu Gai Echinothrix calamaris 6
Hình 1.5: Cầu Gai Diadema antillarum 6
Hình 1.6: Cầu Gai Heterocentrotus trigonarius. 7
Hình 1.7: Cấu tạo của Cầu Gai. 7
Hình 1.8: Tuyến sinh dục của Cầu Gai. 8
Hình 1.9: Hình ảnh Cầu Gai con 10
Hình 1.10: Món Uni sushi 21
Hình 1.11: Món Uni - pasta 21
Hình 1.12: Món Mako-uni 21
Hình 1.13: Món Sea urchin panna cotta 21
Hình 1.14: Món Sea-Urchin Sandwich 22
Hình 1.15: Món Sea Urchin Spaghetti 22
Hình 2.1: Cầu Gai Sọ Dừa 25

Hình 3.1 TPKL của Cầu Gai 40
Hình 3.2: Ảnh hưởng của thời gian xử lý cồn tới giá trị cảm quan của sản phẩm
trứng Cầu Gai lên men 42
Hình 3.3: Ảnh hưởng của tỉ lệ muối tới giá trị cảm quan của sản phẩm trứng Cầu
Gai lên men 43
Hình 3.4: Ảnh hưởng của tỉ lệ muối tới hàm lượng N
aa
, N.NH
3
của sản phẩm trứng
Cầu Gai lên men 44
Hình 3.5: Ảnh hưởng của tỉ lệ muối và thời gian lên a
w
của sản phẩm trứng Cầu
Gai lên men 44
Hình 3.6: Ảnh hưởng của loại rượu tới giá trị cảm quan của sản phẩm trứng Cầu
Gai lên men 46
Hình 3.7: Ảnh hưởng của tỉ lệ đường tới giá trị cảm quan của sản phẩm trứng Cầu
Gai lên men 47
viii
Hình 3.8: Ảnh hưởng của tỉ lệ rượu tới giá trị cảm quan của sản phẩm trứng Cầu
Gai lên men 48
Hình 3.9: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men tới giá trị cảm quan của sản phẩm trứng
Cầu Gai lên men 49
Hình 3.10: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên men tới hàm lượng N
aa
, N.NH
3
của sản
phẩm trứng Cầu Gai lên men 49

Hình 3.11: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian tới a
w
của sản phẩm trứng Cầu
Gai lên men 50
Hình 3.12: Ảnh hưởng của thời gian lên men tới giá trị cảm quan của sản phẩm
trứng Cầu Gai lên men 52
Hình 3.13: Ảnh hưởng của thời gian lên men tới hàm lượng N
aa
, N.NH
3
của sản
phẩm trứng Cầu Gai lên men 52
Hình 3.14: Ảnh hưởng của thời gian lên men tới a
w
của sản phẩm trứng Cầu Gai lên men 53
Hình 3.15: Nguyên liệu Cầu Gai 57
Hình 3.16: Cầu Gai đã được tách một phần vỏ và nội tạng 57
Hình 3.17: Phần vỏ và nội tạng của Cầu Gai 58
Hình 3.18: Trứng Cầu Gai sau khi được làm sạch 58
Hình 3.19: Sản phẩm Trứng Cầu Gai lên men 59
1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Ở Việt Nam, Cầu Gai được sử dụng chủ yếu là để ăn tươi, các sản phẩm chế
biến từ trứng Cầu Gai chưa phổ biến, mới chỉ một vài địa phương sử dụng trứng
Cầu Gai để chế biến thành một số sản phẩm như: cháo Cầu Gai (Phan Thiết); mắm
Cầu Gai, chả Cầu Gai (Trung Bộ)…
Các nước phát triển trên thế giới chế biến và tiêu thụ trứng Cầu Gai rất nhiều,

các sản phẩm làm từ trứng Cầu Gai đã trở nên quen thuộc, đặc biệt là ở Nhật Bản,
các nước Châu Âu, Nam Mỹ. Thời xa xưa, người Hy Lạp và La Mã đã biết thưởng
thức món Cầu Gai, họ thường dọn món này trong các bữa tiệc, ăn chung với sò
huyết.
Một số nghiên cứu về Cầu Gai cho thấy: thành phần ăn được của Cầu Gai (tuyến
sinh dục hay thường gọi là trứng) có giá trị dinh dưỡng và giá trị dược học rất cao.
Các nhà nghiên cứu hiện nay đang dùng Cầu Gai để tìm hiểu về các bệnh như ung
thư, Alzheimer's, Parkinson và bệnh teo cơ (muscular dystrophy). Bởi vì có khá
nhiều di thể trong Cầu Gai liên hệ đến các bệnh Alzheimer, Parkinson và một số di
thể gây ung thư nơi người. Vấn đề hiếm muộn cũng có thể có giải đáp từ các nghiên
cứu về Cầu Gai (mỗi Cầu Gai cái có thể sản xuất đến 20 triệu trứng). Ngoài ra, tuy
Cầu Gai không có mắt, tai hay mũi nhưng chúng lại có những di thể mà con người
có để tạo ra thị giác, thính giác và khứu giác (ScienceDaily March 1, 2007).
Trong trứng Cầu Gai còn có các sắc tố thuộc nhóm fucoxanthin (như fuco
xanthol và amarouciaxanthin A), nhóm carotenoid (lutein, beta-carotene);
hợp chất loại cannabinoid: anandamide có tác dụng kích thích thần kinh. Trứng
Cầu Gai còn là món ăn rất tốt cho sức khỏe sinh sản của nam giới.
Từ đó thấy rằng trứng Cầu Gai là nguồn nguyên liệu để chế biến các sản phẩm
thơm ngon, có giá trị dinh dưỡng cao. Vì vậy rất cần thiết để nghiên cứu chế biến
các sản phẩm từ trứng Cầu Gai
Mặt khác, hiện nay trên toàn thế giới đang bùng phát nhiều loại bệnh dịch nguy
hiểm như: cúm gà, bệnh lở mồm long móng ở lợn, bệnh bò điên và gần đây nhất
2

mới xuất hiện thêm bệnh cúm heo. Vì vậy, các sản phẩm được chế biến từ những
nguồn nguyên liệu này hầu như bị ngừng chế biến trong những thời điểm có bệnh
dịch. Vì vậy việc tìm ra nhiều sản phẩm mới bổ dưỡng, an toàn đáp ứng nhu cầu
tiêu dùng trở nên cấp thiết
Vì lí do trên luận văn này chọn đề tài “Nghiên cứu xây dựng quy trình công
nghệ sản xuất sản phẩm trứng Cầu Gai lên men tự nhiên” để góp phần vào việc đưa

trứng Cầu Gai thành món ăn quen thuộc, bổ dưỡng, góp phần mang lại sự phong
phú và đa dạng cho các sản phẩm làm từ Cầu Gai nói riêng và sản phẩm thủy sản
nói chung, giúp người tiêu dùng có thêm lựa chọn.
2. Mục tiêu của đề tài
Xây dựng được quy trình công nghệ (QTCN) sản xuất sản phẩm trứng Cầu Gai
lên men tự nhiên, với các thông số thích hợp, tạo ra được sản phẩm đảm bảo chất
lượng vệ sinh và an toàn thực phẩm
3. Ý nghĩa khoa học của đề tài
 Góp thêm các dẫn liệu khoa học về thành phần cơ bản của Cầu Gai,
trứng Cầu Gai.
 Tạo thêm tài liệu tham khảo về công nghệ chế biến trứng Cầu Gai cho
những người công tác trong ngành công nghệ thực phẩm, thủy sản
4. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
 Tạo ra sản phẩm mới từ trứng Cầu Gai, làm phong phú thêm các mặt
hàng cho ngành chế biến thủy sản.
 Góp phần khai thác, sử dụng có hiệu quả nguồn tài nguyên thủy sản.
3

5. Nội dung nghiên cứu
 Xác định TPKL của Cầu Gai và TPHH cơ bản của trứng Cầu Gai khai
thác tại vùng biển Khánh Hòa.
 Xác định các thông số thích hợp cho quy trình.
 Sản xuất thử theo quy trình tìm được, đánh giá chất lượng sản phẩm,
xây dựng định mức tiêu hao nguyên liệu, giá thành sản phẩm và phân
tích tính khả thi của quy trình.
4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 TỔNG QUAN VỀ CẦU GAI VÀ TRỨNG CẦU GAI
1.1.1 Tên gọi Cầu Gai [24]

Cầu Gai (hay còn gọi là Nhum biển, chôm chôm); Cầu Gai nhìn giống như một
con nhím nhỏ, vỏ có gai tua tủa về mọi phí, vì vậy nó có tên tiếng Anh là Sea urchin
(Urchin là danh từ tiếng Anh cổ có nghĩa là con Nhím; Sea urchin là Nhím biển).
Tên gọi của Cầu Gai ở một số nước: Âu Mỹ: Oursin; Pháp: Châtaigne de mer;
Ðức: Seeigel; Ý: Riccio di mare; Tây Ban Nha: Erizo de mar; Hy Lạp: Achinós;
Nhật: Uni; Philippines: Tinikangitim; Miến Điện: ye-khu; Hong Kong: hoy daam.
1.1.2 Phân loại Cầu Gai
Cầu Gai thuộc ngành động vật da gai (Echinodermata), lớp Cầu Gai
(Echinoidea); có hai phân lớp: Cầu Gai đều (Regularia) xuất hiện vào kỉ Silua, Cầu
Gai không đều (Regualaria) xuất hiện vào kỉ Jura. Cầu Gai có khoảng 800 loài hiện
sống và 2.500 loài đã tuyệt chủng.
Ở vùng biển Việt Nam, thường gặp Cầu Gai ở bờ đáy đá, các vùng san hô. Hiện
đã biết hơn 70 loài thuộc các chi Salmacis, Temnopleurus, Diadema, Clypeaster.
Các loài thường gặp: Diadema setosum, Tripneustes gratilla, Peronella orbicularis,
Clypeaster reticulates [20].
Một số loài có giá trị kinh tế cao như: Strongylocentrotus (Cầu Gai xanh), S.
nudues (Cầu Gai đỏ), Tripneustes gratilla (Cầu Gai sọ dừa) [7], Diadema setosum
(Cầu gai đen), Heterocentrotus mammillatus (Cầu gai bút chì hay Nhum Đá) [5].
1.1.3 Đặc điểm sinh học Cầu Gai
a. Phân bố
 Trên thế giới
Cầu Gai có mặt ở hầu hết các vùng biển trên toàn thế giới và thường phân bố
theo chiều thẳng đứng từ vùng giữa triều đến vùng biển khơi, sâu ở mức 5000m.
Sống trên thềm biển và vùi trong cát biển.
Tại Ðịa Trung Hải, Cầu Gai ăn được nổi tiếng nhất là Paracentrotus lividus; tại
vùng biển Bắc Ðại Tây Dương, từ eo biển Anh quốc sang đến New Jersey (Hoa
Kỳ), loài thường gặp nhất là Strongylocentrus droebachiensis; xa hơn về phía Nam
5

Ðại Tây Dương, có nhiều loại Cầu Gai nhỏ hơn, ít ăn được (trừ loài Cidaris

tribuloides trong vùng West Indies); dọc ven Thái Bình Dương từ Vancouver xuống
đến Baja có Cầu Gai tím; tại Ðông Nam Á, đa số Cầu Gai chỉ to bằng cỡ quả táo
tây, loài Diadema setosum tuy rất dồi dào nhưng cũng chỉ được tiêu thụ tại một số
địa phương (ngay tại Thái Lan loài này chỉ được dân tại đảo Kor Samuy ăn) [24].
Tại 7 vị trí san hô xung quanh đảo Taiping (còn có tên là đảo Itu – Aba, thuộc
quần đảo trường Sa) đã phát hiện 6 loài Cầu Gai thuộc các họ: Diadematidae,
Stomopneustidae, Toxopneustidae và Echinometridae [5].
 Ở Việt Nam
Tại các vùng biển của Việt Nam cũng đã phát hiện được nhiều loài Cầu Gai:
Ở vùng biển Côn Đảo, phát hiện được 13 loài thuộc 9 họ, bao gồm: họ
Cidaridae (Eucidaris metularia), họ Echinothuridae (Asthenosoma varium), họ
Diadematidae (Diadema setosum, Eremopyga denudate, Echinothrix calamaris), họ
Temnopleuridae (Temnopleurus toreumaticus), họ Toxopneustidae (Toxopneustes
pileolus, Tripneustes gratilla), họ Echinometridae (Echinometra mathaei), họ
Echinoneidae (Echinoneus cyclostomus), họ Clypeasteridae (Clypeaster humilis)
và họ Brissidae (Brissus latecarinatus, Metalia sternalis).
Tại 8 điểm rạn và 2 điểm đáy cát ở Vịnh Nha Trang phát hiện được 7 loài Cầu
Gai: Diadema savignyi, Diadema setosum, Echinothrix calamaris, Echinothrix
diadema, Toxopneustes pileolus, Tripneustes gratilla và Lovenia elongate
(Diadema setosum là loài chiếm ưu thế nhất, chiếm 74% số cá thể thu được và mật
độ chung là 100,55 ± 80 cá thể/400 m
2
).
Tại vùng biển vịnh Vân Phong - Bến Gỏi và vịnh Thái Lan phát hiện được loài
Heterocentrotus mammillatus (Cầu gai bút chì) là loài có giá trị kinh tế cao (làm
thuốc và làm hàng mỹ nghệ [5].
Ở vùng biển của Phú Yên, Khánh Hoà (đặc biệt là ở huyện đảo Trường Sa),
Ninh Thuận, Bình Thuận và Côn Đảo đều có loài Tripneustes gratilla (Cầu Gai sọ
dừa) là loài thường được sử dụng để chế biến làm món ăn nhất. Riêng ở vùng ven
biển Phan Thiết (Bình Thuận) được xem là xứ của Cầu Gai do đó có một số địa

danh liên hệ đến Cầu Gai như: sông Nhum, cầu Nhum, bến Nhum… [16].
6

b. Hình dạng, kích thước, cấu tạo
Cầu Gai có hình dạng, kích thước rất phong phú, thay đổi tùy theo loài và độ
tuổi. Cầu gai đực và Cầu gai cái có hình dạng bên ngoài rất giống nhau, chỉ có thể
phân biệt đực và cái bằng tuyến sinh dục dưới kính hiển vi. Nhìn chung cơ thể Cầu
Gai thường có dạng hình cầu và dạng bán cầu [20]; trung bình đường kính của một
con Cầu Gai trưởng thành khoảng 10 cm [15]; loài có kích thước lớn nhất là
Strongylocentratus franciscanus, đường kính khoảng 18 cm [17].
Dưới đây là hình ảnh một số loài Cầu Gai thường gặp ở Việt Nam và trên thế
giới:

Hình 1.1: Cầu Gai Sọ Dừa.
Cầu Gai Sọ Dừa Tripneustes gratilla [20]
phân bố ở vùng biển của Phú Yên, Khánh
Hòa, Côn Đảo, Đà Nẵng.
Hình 1.4: Cầu Gai Echinothrix calamaris.
Cầu Gai Echinothrix calamaris phân bố ở
vùng Ấn Độ - Tây Thái Bình Dương [14].

Hình 1.2: Cầu Gai bút chì (Nhum đá).
Cầu Gai bút chì Heterocentrotus
mammillatus phân bố ở vùng biển của Phú
Yên, Khánh Hòa, Trường Sa [5].
Hình 1.5: Cầu Gai Diadema antillarum.
Cầu Gai Diadema antillarum phân bố ở
vùng biển của Florida [14].
7

Hình 1.3: Cầu Gai đen.
Cầu Gai đen Diadema setosum phân bố ở
vùng ven biển miền Trung, vịnh Bắc Bộ,
Trường Sa, Côn Đảo, Phú Quốc [5].
Hình 1.6: Cầu Gai Heterocentrotus
trigonarius.
Cầu Gai Heterocentrotus trigonarius
phân bố ở vùng biển của Hawaii [14].


Cấu tạo của Cầu Gai gồm: vỏ ngoài cứng do chất đá vôi tạo thành; trên bề mặt
của vỏ có rất nhiều gai cứng, các chân ống xếp thành 5 hàng đôi. Miệng của Cầu
Gai nằm ở mặt dưới do một lớp màng mỏng gọi là màng bọc miệng tạo thành và
phồng lên thành dạng hình cung, bên trong có 5 mảnh xương nhỏ như là răng ở các
loài động vật khác [20] . Đa số miệng của Cầu Gai nằm ở giữa trung tâm của bề mặt
chứa lỗ miệng hoặc hướng về một phía ở những loài có cấu trúc không cân xứng. Ở
mặt trên, đối diện với lỗ miệng là khu vực bao quanh lỗ hậu môn; khu vực này bao
gồm các tấm cứng, số lượng các tấm thay đổi tùy theo loài [14].
Hình 1.7: Cấu tạo của Cầu Gai.
Lỗ miệng
Khu vực phía dưới
Màng bọc
miệng
5 mảnh
xương nhỏ
(răng)
Khu vực phía trên
Lỗ hậu
môn

Các tấm
xương
cứng
Vỏ
Gai
8

Bên trong vỏ là nội tạng và cơ quan sinh dục của Cầu gai. Cơ quan sinh dục gồm
5 tuyến sinh dục to, xếp thành thùy và dính vào vách miền trung gian (miền có
nhiều nhúm gai):

Hình 1.8: Tuyến sinh dục của Cầu Gai.
c. Đặc tính sống
Ða số Cầu Gai là những loài sống ở đáy biển ấm, chỗ có đá và dưới rạn san hô,
từ vùng giữa triều trở lại. Ban ngày chúng vùi trong cát bùn, ban đêm ra hoạt động
nhờ vào các chân ống và các gai vận động, tiến hành bắt mồi nhờ vào bộ phận nhai
nuốt.
Cầu Gai thuộc động vật thiên về ăn thức ăn thực vật, chủ yếu là các loài rong tảo
biển như rong bẹ (laminaria), rong đuôi ngựa (gulfweed)… Cầu Gai khi đói cũng ăn
các loại rong tảo tạp khác, thậm chí ăn cả vẹm, động vật dạng rêu (Bryozoans) [20].
d. Đặc điểm sinh sản
 Cơ quan sinh dục của Cầu Gai [6]
Tuyến sinh dục của Cầu Gai có 4 giai đoạn phát triển, sự phân chia thành các
giai đoạn dựa vào phân tích mô học và dựa vào màu sắc, hình dạng, độ bền chắc của
tuyến sinh dục:
Giai đoạn I (giai đoạn nghỉ)
Cầu gai có tuyến sinh dục ở giai đoạn này bao gồm những cá thể còn non hoặc
đẻ xong. Chúng có noãn sào là một dải mỏng màu nâu sậm nằm ở mặt phẳng đường
xích đạo trung gian. Rất khó phân biệt đực cái trong giai đoạn này vì các tế bào sinh
dục có kích thước rất bé (3-5 µm). Đối với cá thể sau khi đẻ xong, vách của nang

chứa noãn hay tinh bào thường nhăn nheo; ở bên trong nang, ngoài các tế bào sinh
9

dục kích thước rất bé còn dễ dàng nhận biết một số tế bào noãn hay tinh trùng giai
đoạn IV sót lại. Phần lớn các tế bào sinh dục này không có nhân sẽ bị hấp thụ bởi
các thực bào. Nếu nhìn các nang chứa tế bào sinh dục theo mặt cắt ngang sẽ có mặt
trải dài không đều.
Giai đoạn II (giai đoạn hồi)
Tuyến sinh dục hơi dài hai cực, tuy nhiên vẫn còn ở trạng thái có nếp nhăn và
còn chứa các tế bào giai đoạn IV. Nhìn chung ở giai đoạn I và II khá giống nhau về
mặt tổ chức, nhưng sai khác cơ bản là: ở giai đoạn phục hồi các nang chứa noãn hay
tinh bào hình cầu tròn, vách của trứng bằng phẳng. Ở giai đoạn này đã bắt đầu xuất
hiện các tế bào sinh dục ở giai đoạn III nằm ở ngoại vi của nang chứa noãn hay tinh.
Như vậy sự hình thành noãn và tinh bào của Cầu gai xảy ra kiểu hướng tâm.
Giai đoạn III (giai đoạn thành thục)
Tuyến sinh dục dày lên đồng thời dài ra hai cực, có màu kem nhạt hay hồng
nhạt. Màng bao tuyến sinh dục và vách của nang chứa tế bào sinh dục vẫn còn
mỏng, tuyến sinh dục lúc này mềm nhão. Lúc này các noãn giai đoạn IV còn sót lại
bị thực bào hoàn toàn. Các tinh trùng bắt đầu có đuôi và hoạt động.
Giai đoạn IV (giai đoạn chín muồi)
Tuyến sinh dục đạt kích thước tối đa, dài ra đến hai cực, phủ kín các miền trung
gian của vỏ và mọng chắc, lúc này mỗi tuyến có dạng một múi cam. Tuyến sinh dục
cái thường có màu cam tươi, còn tuyến đực có màu kem, tuy nhiên dựa vào màu sắc
để phân biệt đực cái không chính xác hoàn toàn vì màu sắc của tuyến sinh dục có
thể thay đổi tùy theo thức ăn. Do đó, có thể sử dụng kính hiển vi; dưới kính hiển vi,
noãn bào thường có đường kính dao động từ 20-30 µm, đường kính nhân dao động
từ 18-25 µm; tinh trùng hoạt động mạnh, thường nằm ở trung tâm nang chứa tinh và
bắt màu phẩm nhuộm đậm.
Khoảng tháng 10 hệ số sinh dục cực đại (rộ chín muồi); qua tháng 12 thì giảm
nhanh (đẻ rộ), sau đó giảm dần và có giá trị cực tiểu ở tháng 1 (nghỉ sinh dục). Bắt

đầu khoảng tháng 3 hệ số sinh dục phát triển và phát triển dần đến tháng 5 – 6 (phục
hồi); trong các tháng 7,8,9 phát triển nhanh (thành thục) cho đến tháng 10 cực đại.
Vì vậy khi khai thác đánh bắt Cầu Gai, nên chọn thời điểm từ tháng 7 – 11.
10

 Quá trình sinh sản [21]
Trước tiên, tinh trùng của con đực bắn ra ngoài, con cái đi tới và phóng trứng ra
để tinh trùng và trứng gặp nhau. Khi trứng được thụ tinh, vỏ bọc của chúng tăng
thêm kích thước; tự nó phân ra thành 2, sau đó thành 4, thành 8 tế bào; quá trình này
xảy ra tự do trong biển. Khi số lượng tế bào phân chia khoảng 64 (sau 6 lần phân
chia trong khoảng 2 hoặc 3 giờ ), một ấu trùng bơi ra khỏi màng trứng. Ấu trùng có
bộ phận đầu tiên là lỗ hậu môn, sau đó lỗ miệng xuất hiện. Giai đoạn tiếp theo xảy
ra sau 1 tuần: ấu trùng thay đổi hoàn toàn, bộ khung xương bắt đầu xuất hiện, ấu
trùng trông giống như hình mũi tên, giai đoạn này ấu trùng được gọi là ấu trùng gai.
Một tháng sau đó sự thay đổi hình dáng xảy ra, điều này làm hình thành một con Cầu
Gai con có tất cả những đặc điểm đặc trưng của một con Cầu Gai thông thường.

Hình 1.9: Hình ảnh Cầu Gai con.
1.1.4 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của trứng Cầu Gai
Bảng 1.1: Thành phần hóa học của trứng Cầu Gai [7]
Thành phần Đơn vị Thành phần Đơn vị
Độ ẩm
Protein
Lipid
71 (%)
15,8 (%)
8,5 (%)
Hydrocarboxyl
IMP
Glucose

2,2 (mg %)
2,0 (%)
103,0 (mg %)

Cách gọi “trứng Cầu Gai” là cách gọi theo thói quen khi ăn, khi chế biến; thực
chất bộ phận này chính là tuyến sinh dục của Cầu Gai như đã trình bày ở phần trên.
Một phần ăn từ trứng Cầu Gai (10 g, chừng 2 thìa cà phê) chứa: [24]
+ Chất đạm: 0,9 – 1,1 g
+ Chất béo: 0,23- 0,42 g
+ Cholesterol: 20 mg
+ Acid béo loại Omega-3: 48 mg
11

+ Carbohydrates: 0,2 – 0,25 g
+ Sodium: 20 mg
1.2 TỔNG QUAN VỀ LÊN MEN VÀ SẢN PHẨM THỦY SẢN LÊN MEN
1.2.1 Giới thiệu về lên men
a. Khái niệm chung [8]
Lên men là quá trình trao đổi chất, qua đó các chất hữu cơ bị biến đổi dưới tác
dụng bởi enzyme của VSV.
Phân loại lên men có thể dựa theo cơ chế, tác nhân, nguyên liệu, sản phẩm…
 Phân loại dựa theo tác nhân
+ Lên men bởi enzyme của nấm mốc
+ Lên men bởi enzyme của nấm men
+ Lên men bởi enzyme của vi khuẩn
+ Lên men bởi enzyme của nấm mốc và vi khuẩn
+ Lên men bởi enzyme của nấm men và vi khuẩn
+ Lên men bởi enzyme của nấm mốc và nấm men
 Phân loại theo nguồn nguyên liệu

+ Sản phẩm lên men từ tinh bột, đường
+ Sản phẩm lên men từ rau quả
+ Sản phẩm lên men từ cá, tôm…
+ Sản phẩm lên men từ sữa…
 Phân loại theo sản phẩm
+ Lên men rượu
+ Lên men beer
+ Lên men glyxeryl
+ Lên men lactic
+ Lên men axetic
+ Lên men sữa chua…
 Phân loại theo điều kiện lên men
+ Lên men yếm khí
+ Lên men hiếu khí
12

 Phân loại theo tính chất của công nghệ [12]
Dựa theo tính chất công nghệ, người ta thường chia ra: công nghệ lên men cổ
điển và công nghệ lên men hiện đại
+ Công nghệ lên men cổ điển: thực hiện quá trình lên men theo công nghệ
truyền thống, đã có từ lâu đời, chủ yếu là áp dụng những kinh nghiệm dân gian có
được trong quá trình sản xuất (ví dụ như: quy trình làm rượu gạo, mắm tôm, mắm
ruốc, nem chua …); thường sử dụng máy móc, thiết bị đơn giản, áp dụng trong quy
mô sản xuất vừa và nhỏ.
+ Công nghệ lên men hiện đại: thực hiện quá trình lên men với những ứng dụng
khoa học hiện đại đã được nghiên cứu để đưa vào thực tiễn sản xuất (ví dụ như: sử
dụng công nghệ cố định tế bào nấm men trong quá trình lên men chính, phụ trong
công nghệ lên men bia liên tục); thường sử dụng máy móc, thiết bị phức tạp, áp
dụng trong quy mô sản xuất lớn.
b. Bản chất của quá trình lên men [8]

Lên men là quá trình phức tạp gồm có nhiều phản ứng khác nhau, trong đó phản
ứng oxy hóa khử xảy ra trong cơ thể VSV là phản ứng chủ đạo, nhằm cung cấp
năng lượng và các hợp chất trung gian cho tế bào VSV, bởi lẽ cơ thể sống luôn luôn
cần năng lượng mà năng lượng đó được tàng trữ dưới dạng ATP.
Các phản ứng sinh hóa trong quá trình lên men là phản ứng tách và vận chuyển
hydro ở dạng (H
+
+ e) dưới tác dụng của các enzyme dehydrogenase. Trong quá
trình đó hydro được tách khỏi cơ chất chuyển đến chất tiếp nhận cuối cùng là các
hợp chất hữu cơ. Hợp chất hữu cơ đó được khử tạo thành sản phẩm lên men rồi tích
tụ lại trong môi trường dinh dưỡng. Tùy theo sản phẩm tích lũy nào chiếm ưu thế
mà ta có lên men rượu, lên men lactic…
Vì vậy bản chất của quá trình lên men là quá trình oxy hóa khử, quá trình oxy
hóa khử đó lại xảy ra trong cơ thể sinh vật dưới tác dụng của hệ thống enzyme cho
nên quá trình lên men còn được gọi là quá trình oxy hóa khử sinh học.
Lên men khác với hô hấp yếm khí và hô hấp hiếu khí. Hô hấp yếm khí được tiến
hành trong điều kiện không có oxy tham gia, hydro được chuyển qua mạch hô hấp
đến chất tiếp nhận cuối cùng như nitrat hoặc sunfat. Hô hấp hiếu khí được tiến hành
13

trong điều kiện có oxy tham gia, hydro được chuyển qua mạch hô hấp đến chất tiếp
nhận cuối cùng là oxy tạo thành nước.
Còn lên men có thể thực hiện cả trong điều kiện yếm khí và hiếu khí nhưng
hydro được chuyển qua hệ thống enzyme oxy hóa khử và chất tiếp nhận cuối cùng
là một hợp chất hữu cơ, chất hữu cơ bị khử tạo thành sản phẩm lên men tích lũy
trong môi trường. Tuy nhiên lên men và hô hấp đều là quá trình oxy hóa khử sinh học.
Cần phân biệt quá trình oxy hóa khử sinh học và quá trình đốt cháy các vật liệu
tương tự trong lò hay nhiệt lượng kế mặc dù các cơ chất ban đầu và sản phẩm cuối
cùng là giống nhau. Khi đốt cháy, năng lượng tỏa ra cùng một lúc dưới dạng nhiệt,
trong khi đó hô hấp và lên men thì chỉ có một phần năng lượng thoát ra dưới dạng

nhiệt. Phần nhiệt chủ yếu được tích lũy dưới dạng những hợp chất photpho giàu
năng lượng hoặc trong các liên kết cao năng. Từ đó có thể chuyển thành hóa năng,
nhiệt năng hoặc cơ năng để cung cấp cho hoạt động sống. Hợp chất giàu năng lượng
quan trọng của cơ thể là ATP. Trong cơ thể sinh vật sự tích lũy năng lượng và sự
giải phóng năng lượng sử dụng cho hoạt động cơ thể là những quá trình thuận
nghịch theo sơ đồ hóa học như:









c. Điều kiện của quá trình lên men [8]
 Cấu tử của môi trường lên men
1. Nguồn gluxit
Nguồn gluxit cần thiết cho VSV để tạo năng lượng, cung cấp khung carbon để
sinh tổng hợp cấu tử cần thiết cho tế bào.
Trong quá trình sống, VSV cần năng lượng để duy trì các hoạt động như:
Oxy hóa khử sinh học Năng lượng
ADP + H
3
PO
4
ATP
Năng lượng Cung cấp cho
hoạt động của
cơ thể

14

+ Duy trì hệ thống khi nhiệt độ môi trường xung quanh cao hơn (nghĩa là để
thoát nhiệt)
+ Sinh tổng hợp các chất xây dựng tế bào
+ Nếu hệ thống tạo khí lớn hơn yêu cầu cần thoát khí, lúc này VSV đòi hỏi
phải có năng lượng
+ VSV cần có năng lượng để đảm bảo độ bền cơ học cho các tế bào VSV ở
trạng thái trương
+ Năng lượng cần thiết cho sự chuyển động của các tiên mao, sợi nấm
Nguồn gluxit trong nghiên cứu, thí nghiệm thường dùng glucose, còn trong sản
xuất thường dùng gluxit rẻ tiền như rỉ đường mía, nước chiết ngô …
2. Phốt phát
Phốt phát có vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa năng lượng của hệ
thống sinh học. Dạng sử dụng thường là phốt phát kali, phốt phát amon hoặc có thể
dùng lượng nhỏ dưới dạng hợp chất hữu cơ. Hàm lượng trong môi trường thường là
0,1 – 0,5 %.
3. Nitơ
Nitơ là thành phần nguyên tố tạo nên acid amin, protein, acid nucleic và các chất
khác. Dạng thường dùng là amoni (ion) hoặc nitrat hoặc hợp chất nitơ có nguồn gốc
hữu cơ khác.
4. Các nguyên tố khác
Các nguyên tố vi lượng như: Mn, Zn, Cu, Ni, Na, Co, … rất cần thiết cho đời
sống VSV. Các nguyên tố khoáng tham gia vào cấu trúc enzyme và là yếu tố sinh
trưởng của VSV.
Các nguyên tố khoáng này thường được cung cấp từ nước chiết nguyên liệu tự
nhiên như nước chiết Malt, nước chiết thịt, peptone …
5. Vitamin
Vitamin rất cần thiết cho VSV khi lên men như vitamin B
1

, B
2
, PP, B
6
… các
vitamin hầu hết tham gia vào cấu trúc các enzyme, nhất là các enzyme tham gia
trong các chu trình và quá trình oxy hóa. Biotin (vitamin H) rất cần thiết cho quá
trình sinh trưởng của VSV.
15

Khi sử dụng vitamin tạo môi trường lên men cần chú ý đến khả năng kém bền
vững của các vitamin để tránh hiện tượng vô hoạt vitamin. Chẳng hạn vitamin nhóm
B rất nhạy cảm và dễ bị vô hoạt bởi nhiệt độ và pH môi trường.
 Các tác nhân bên ngoài
1. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ ảnh hưởng tới cấu trúc của protein, enzyme, do đó ảnh hưởng tới hoạt
động của enzyme và ảnh hưởng tới quá trình trao đổi chất của VSV. Ngoài ra nhiệt
độ môi trường lên men còn có tác dụng trên các phương diện sau:
+ Tốc độ tạo thành và giải phóng sản phẩm
+ Trạng thái vật lý của hệ thống như sự hợp thể hoặc tạo các hạt của hệ sợi
+ Đảm bảo lọc chất lỏng khỏi sinh khối dễ dàng hơn
+ Nhiệt độ còn điều hòa chất lượng nước giải khát, bia trong quá trình lên
men (lên men bia ở nhiệt độ thấp)
Do nhiệt độ ảnh hưởng tới quá trình trao đổi chất của VSV nên trong thực tế có
thể từ một chủng VSV nếu điều kiện lên men khác nhau sẽ cho các sản phẩm lên
men khác nhau. Chẳng hạn người ta xác định rằng nếu nuôi cấy vi khuẩn
clostridium axetobotilicum bắt đầu ở 25
0
C sau đó tăng dần lên 37
0

C thì thu được
nhiều rượu butanol. Hoặc trong quá trình lên men sản xuất penicillin có hai pha đòi
hỏi nhiệt độ khác nhau, pha đầu là để phát triển, pha sau là để nấm mốc penicilium
tiết ra penicillin (24 – 28
0
C).
2. Ảnh hưởng của pH môi trường
pH môi trường ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình trao đổi chất của VSV. Do vậy
pH ảnh hưởng lớn đến quá trình lên men. Chẳng hạn nấm mốc penicilium phát triển
tốt ở môi trường có pH 4,5 nhưng sinh tổng hợp penicillin lại thích hợp ở pH 7,5.
 Tác nhân gây lên men
VSV là nhân tố chủ yếu gây lên men, song khả năng lên men mỗi loại VSV là
khác nhau, ngay cả trong cùng một loại VSV cũng không giống nhau nếu điều kiện
lên men là khác nhau. Do vậy trong công nghiệp cần tuyển lựa chủng có hệ enzyme
đặc trưng cho quá trình sản xuất nào đó. VSV thường sử dụng gây lên men là nấm
men, nấm mốc, vi khuẩn.
1.2.2 Sản phẩm thủy sản lên men
16

a. Giới thiệu chung [8]
Sản phẩm thủy sản lên men chủ yếu được sản xuất từ nguồn nguyên liệu là cá
nhỏ, tôm nhỏ. Thủy sản lên men được chế biến theo phương pháp: trộn thủy sản với
muối sau đó cho lên men.
Thủy sản lên men thường có các dạng chế phẩm như nước sốt (fish sauce) hoặc
Paste. Các sản phẩm lên men phổ biến ở các nước Đông Nam Châu Á. Dạng nước
chiết cổ truyền như Fish sauce được chế biến bằng phương pháp lên men bởi
enzyme và VSV có sẵn trong thủy sản, sau đó chất lỏng được chiết ra khỏi hỗn hợp
lên men. Ngày nay các nhà nghiên cứu có thể bổ sung enzyme từ ngoài vào như
enzyme protease của động vật, thực vật, VSV để rút ngắn thời gian chế biến Fish
sauce. Dạng sản phẩm Paste như mắm ruốc, mắm tôm hoặc sản phẩm mắm nêm,

mắm chua, … các sản phẩm lên men dạng này không chiết nước ra khỏi cái mà để
nước và cái hỗn hợp thành dạng đặc, sệt.
Các loại sản phẩm này có hàm lượng đạm hòa tan cao, song mức độ tiêu thụ có
giới hạn vì hàm lượng NaCl cao, chỉ sử dụng làm gia vị cho các sản phẩm khác. Tên
gọi của chúng ở các nước sản xuất như bảng sau đây:
Bảng 1.2: Tên gọi của các sản phẩm lên men theo nước sản xuất
Loại sản phẩm Tên gọi theo các nước sản xuất Nước sản xuất
Fish sauce Kerapikan
Nampla
Nước mắm
Patis
Shottsuru
Indonesia
Thailand
Việt Nam
Philippine
Japan
Paste Bagoong
Belachan
Kapi
Mắm tôm, mắm ruốc
Ngapi
Padec
Prahoc
Shiokara
Trassi
Philippine
Malaysia
Thailand
Việt Nam

Myanma
Laos
Kampuchia
Japan
Indonesia

17

Các sản phẩm thủy sản lên men giàu acid amin nên rất dễ bị tác động bởi những
VSV gây thối rữa, hoạt động của chúng tạo ra những sản phẩm cấp thấp như H
2
S,
NH
3
, indol, scatol, cresol, phenol … gây mất vệ sinh an toàn thực phẩm; đồng thời
làm cho sản phẩm có mùi vị khó chịu. Chính vì vậy, các sản phẩm này có hàm
lượng muối cao để chống lại hoạt động của các VSV gây thối rữa, nhưng đồng thời
lại không ức chế hoạt động của những VSV có lợi vì chúng là các VSV chịu muối.
Những VSV có lợi này có khả năng tạo hương cho sản phẩm, làm cho sản phẩm
thủy sản lên men có mùi thơm đặc trưng.
Vai trò của VSV có lợi trong lên men sản phẩm thủy sản:
+ Tạo hương cho sản phẩm
+ Tiết enzyme, các enzyme này tham gia thủy phân protein, lipid, gluxit
cùng với các enzyme hiện có trong nguyên liệu
+ Ngoài ra các VSV còn sinh tổng hợp nhiều chất (ví dụ như vitamin, acid
amin…) cho các sản phẩm lên men
+ Nếu môi trường có nhiều đường lên men (trường hợp bổ sung gluxit) các
VSV còn có vai trò là lên men gluxit tạo ra các sản phẩm lên men như acid
lactic, acid acetic, …
Một số nghiên cứu cho thấy các vi khuẩn sau đây có khả năng tạo ra nhiều acid

bay hơi trong quá trình lên men thủy sản: halophilic bacillus, leuconostoc
mensenteroides, p.cerevisae và lactobacillus plantarum.
Khi nghiên cứu về quá trình phát triển của vi khuẩn trong thủy sản lên men các
tác giả cho thấy bacillus pumilus phát triển ngay ở giai đoạn đầu của quá trình lên
men, bacillus lichemiformis xuất hiện trong toàn bộ các quá trình lên men. Trong
khi đó micrococcus colpogenes và micrococcus varians chỉ xuất hiện sau một tháng
của quá trình lên men. Các vi khuẩn gây hương cho sản phẩm chỉ phát triển ở giai
đoạn sau của quá trình. Trong các sản phẩm thủy sản lên men người ta không tìm
thấy yeast và candida clausenii.
b. Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình lên men sản phẩm thủy sản
Có nhiều nhân tố ảnh hưởng đến quá trình lên men như nguyên liệu, nồng độ
muối, độ pH, tác dụng cơ học, nhiệt độ,…Trong các nhân tố thì nồng độ muối, độ
pH và nhiệt độ là quan trọng hơn cả. Tuy vậy trong thực tế sản xuất người ta không
điều chỉnh độ pH mà chỉ để lên men tự nhiên.