Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến sự biến đổi cấu trúc protein của thịt cá trong quá trình sản xuất surimi và các sản phẩm từ surimi cá nước ngọt (tt)

1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Việt Nam là một trong số ít quốc gia có nhiều lợi thế về tài nguyên biển.
Nằm ở phía tây Biển Đông, Việt Nam có 28 tỉnh, thành có biển, tổng chiều dài
bờ biển hơn 3.260 km với hơn 1 triệu km2.Trữ lượng cá toàn vùng biển Việt
Nam ước tính khoảng 4,2 triệu tấn, với ngưỡng khai thác bền vững 1,4 – 1,7
triệu tấn/năm. Chính vì vậy chế biến thuỷ sản xuất khẩu được coi là ngành
kinh tế mũi nhọn với kim ngạch xuất khẩu đạt 4 tỷ USD năm 2010. Cũng như
trên thế giới, sản lượng cá đánh bắt ngày càng sụt giảm trong khi nuôi thuỷ
sản nước ngọt ở Việt nam phát triển mạnh khắp các vùng trong cả nước, hình
thức nuôi đa dạng như nuôi trong ao hồ nhỏ, nuôi trong lồng bè trên sông, hồ
chứa, nuôi luân xen canh thuỷ sản - lúa… với diện tích mặt nước trên 1,7 triệu
hecta và tổng sản lượng ước tính khoảng 900.000 tấn. Ngoài cá Tra và cá Basa
được chế biến xuất khẩu thì phần lớn cá nước ngọt được bán ra thị trường
dưới dạng tươi nguyên con nên sản phẩm có giá trị gia tăng thấp
Surimi là thịt cá được tách xương, rửa sạch, nghiền nhỏ, không có mùi
vị và có màu sắc đặc trưng, có độ kết dính vững chắc, là một chế phẩm bán
thành phẩm để từ đó tạo ra các sản phẩm mô phỏng có giá trị kinh tế cao.
Trong những năm gần đây, nguồn nguyên liệu cá biển cho sản xuất surimi suy
giảm, nuôi trồng thủy sản phát triển và đa dạng nên cá nước ngọt được chú ý
với mục đích làm nguồn nguyên liệu thay thế. Một số nghiên cứu trên thế giới
đã đánh giá khả năng tạo gel và chất lượng cảm quan của surimi cá nước ngọt
cho thấy đặc tính của cơ thịt cá nước ngọt khác với cá biển, khả năng tạo gel
trung bình và đặc tính protein dễ bị thay đổi trong quá trình bảo quản lạnh
đông và chế biến. Chính vì vậy việc sử dụng cá nước ngọt làm nguyên liệu sản
xuất surimi vẫn còn hạn chế.
Vì những lý do trên chúng tôi chọn đề tài : « Nghiên cứu một số yếu
tố ảnh hưởng đến sự biến đổi cấu trúc protein của thịt cá trong quá trình
sản xuất surimi và các sản phẩm từ surimi cá nước ngọt» cho luận án tiến

sỹ.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu tổng quát : Nâng cao giá trị gia tăng của cá nước ngọt
Mục tiêu cụ thể :
- Xây dựng quy trình sản xuất surimi từ cá nước ngọt
- Nâng cao chất lượng cảm quan các sản phẩm surimi của cá nước ngọt
thông qua việc xác định sự biến đổi cấu trúc protein của thịt cá để từ
đó tạo các sản phẩm mô phỏng từ surimi
3. Nội dung nghiên cứu
- Khảo sát lựa chọn nguyên liệu sản xuất surimi từ cá nước ngọt
- Xác đinh quá trình rửa thịt cá trong sản xuất surimi

2
- Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự biến đổi cấu trúc protein
của surimi
- Nghiên cứu một số yếu tố để nâng cao khả năng tạo gel của surimi
- Nghiên cứu ứng dụng sản xuất các sản phẩm chả mực, chả tôm và xúc
xích từ surimi cá nước ngọt
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
4.1. Ý nghĩa khoa học:
- Bằng thực nghiệm đã chứng minh được rằng khi protein cá mè và cá
rô phi biến tính tạo gel thì tính chất cảm quan của chúng thay đổi theo
chiều hướng tích cực đối với người tiêu dùng
- Từ những kết quả nêu trên, mở ra phương pháp luận về khả năng định
hướng, đa dạng hóa mặt hàng thực phẩm từ surimi cá mè và cá rô phi.
4.1.2. Ý nghĩa thực tiễn :
- Việc sản xuất surimi và các sản phẩm mô phỏng từ surimi cá mè và cá
rô phi sẽ đảm bảo tính ổn định cho nguồn nguyên liệu sản xuất surimi,
thúc đẩy việc nuôi cá nước ngọt với quy mô lớn, đồng thời cơ cấu lại
thành phần và định hướng lại phương hướng phát triển ngư nghiệp,

tạo công ăn việc làm ổn định, thay đổi kinh tế nông thôn đặc biệt vùng
nuôi trồng thuỷ sản miền Bắc.
- Với kết quả nghiên cứu sự biến đổi cấu trúc của surimi trong quá trình
gia nhiệt đã xác đinh sự biến tính protein và các liên kết hình thành
trong qúa trình tạo gel của surimi. Từ đó cải thiện đặc tính protein tạo
sản phẩm sản phẩm mô phỏng từ surimi không những làm phong phú
thêm các sản phẩm thực phẩm đáp ứng yêu cầu đa dạng hóa sản phẩm
mà còn nâng cao giá trị gia tăng cho cá nước ngọt ở Việt nam
- Các kết quả đề tài có thể dùng làm tại liệu tham khảo cho giảng dạy,
nghiên cứu khoa học và cho sản xuất.
5. Những điểm mới của luận án
- Là công trình đầu tiên ở Việt nam nghiên cứu về sự biến đổi cấu trúc
protein của surimi cá mè và cá rô phi. Từ kết quả nghiên cứu đã minh
chứng được sự biến đổi cấu trúc protein dưới tác động của nhiệt độ và
ảnh hưởng của enzym nội tại trong quá trình chế biến các sản phẩm từ
surimi cá mè và cá rô phi
- Là công trình nghiên cứu một cách hoàn thiện từ cơ bản đến sản xuất
công nghiệp, đăng ký tiêu chuẩn quốc gia và công bố hợp chuẩn.
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
Surimi là thịt cá đã tách xương, rửa sạch, hầu như không có mùi, ít mỡ, có
màu trắng. Protein của bán thành phẩm này có khả năng tạo gel tốt. Nhờ đó
mà surimi có khả năng đông kết cao.
Do sự sụt giảm nguồn nguyên liệu cá biển nên trong những năm gần đây
(2012-2013) sản lượng surimi ở các nước như Mỹ, Nhật, Hàn quốc giảm trong

3
khi nhu cầu tiêu thụ các sản phẩm mô phỏng từ surimi ngày càng cao nên đã
có các nghiên cứu sử dụng cá nước ngọt để thay thế cá biển làm nguyên liệu
sản xuất surimi. Các nghiên cứu nhằm cải thiện chất lượng của surimi cá nước
ngọt như sử dụng chitosan để làm tăng đô bền chắc gel của chép và cải thiện

độ trắng, khả năng giữ nước của cá trê phi. Bổ sung chất kìm hãm protease và
Transglutaminase để tăng khả năng tạo gel surimi cá rô phi hoặc thay đổi các
thông số để loại bỏ protein chất cơ nhằm cải thiện màu sắc và khả năng tạo gel
trong chế biến cá chép, cá trôi Ân độ.
Việt nam là một trong những nước đứng đầu trong sản xuất surimi với 50 cơ
sở sản xuất và sản lượng surimi 100.000-140.000 tấn trong năm 2010-2012.
Tuy nhiên do không kiểm soát được mùa đánh bắt, công nghệ đánh bắt, kích
thước cá, và sự sụt giảm loài cá nên nhiều nhà máy sản xuất surimi ở Việt nam
đã tận dụng các loài cá tạp như cá bánh đường, cá sẫm màu sản xuất surimi
hỗn hợp có chất lượng thấp và trung bình.
Những năm gần đây, các nhà công nghệ thực phẩm đã và đang tập trung
nghiên cứu chế biến surimi và các sản phẩm mô phỏng gốc surimi từ các
nguồn nguyên liệu cá khác nhau.
CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu
+Cá mè trắng Việt Nam (Hypophthalmichthys Harmandi) có khối lượng 1.5
– 2.5 kg, chiều dài 40 – 55 cm. Cá rô phi (Oreochromis niloticus )có khối
lượng từ 300-500g. Cá trôi ( Cirrhinus molitorella) có kích thước từ 500g-
800g. Cá chim trắng nước ngọt ( Colossoma brachypomum) có khối lượng
1200-1500g và cá trê phi đen (Clarias focus) có khối lượng 900-1200g
Mỗi loài cá được thu mua tại đầm Việt trì – Hà nội. Sau khi thu mua, cá được
làm chết ngay và được ướp đá và vận chuyển đến phòng thí nghiệm đảm bảo
cá tươi.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp vật lý
Xác định độ trắng bằng máy đo màu Minolta Chroma Meter DP 301 (L*,
a*, b
*
). Độ trắng được tính theo công thức W= L* - 3b*.
Đo độ bền chắc gel bằng máy đo cấu trúc TA.XT.plus

Xác định vi cấu trúc bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM): Mẫu trước khi
quét được làm khô bằng cồn, được phủ vàng và quét ở độ phân giải từ 500
đến 10.000 lần
Xác định cấu trúc protein bằng quang phổ kế hồng ngoại (Raman) với bức
xạ kích thích tại bước sóng 612nm và quét từ bước sóng 400 đến 3500 cm
-1

Phương pháp hóa sinh
Xác định hàm lượng chất béo, protein, tro tổng, đo pH theo TCVN về thủy
sản (2001)

4
Xác định hoạt tính thủy phân và mức độ kìm hãm protease bằng phương
pháp xác định hàm lượng oligopeptide hòa tan trong TCA (µg Tyrosine/g
surimi)
Xác định nhóm sunfhydryl protein theo phương pháp Ellman sử dụng
thuốc thử DTNB. Hàm lượng sunfhydryl protein được tính theo hệ số hấp
thụ phân tử 13612.5 đơn vị đối với 2-nitro-5-tribenzoic acid ở cùng bước
sóng
Điện di trên gel polyacrylamide (SDS-PAGE): với gel polyacrylamide 3%
và 10%. Sử dụng β-mercaptolethanol để phá vỡ liên kết cầu disunfua
Phương pháp cảm quan:
Đánh giá độ dẻo surimi bằng phương pháp thử uốn gập.
Đánh giá chất lượng chả tôm, chả mực theo phương pháp thị hiếu
Phương pháp công nghệ
Surimi được chế biến theo qui trình: Nguyên liệu → Mổ rửa →Tách thịt
→Rửa →Ép tách nước →Phối trộn với chất chống biến tính →Cấp đông
→Bảo quản lạnh đông
Nghiên cứu quá trình rửa: Sử dụng nước lạnh thường và hỗn hợp dung dịch
muối kiềm (NaHCO

3
có nồng độ từ 0-0,3% và NaCl có nồng độ 0-0,25%)
Phương pháp quy hoạch thực nghiệm: 3 yếu tố (nhiệt độ nước rửa, tỷ lệ thịt
cá/nước, thời gian ngâm rửa) được thiết kế thí nghiệm với 3 lặp tâm theo
phương pháp Box – Behnken
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Lựa chọn cá nước ngọt làm nguyên liệu sản xuất surimi
Kết quả xác định tỷ lệ thịt cá và thành phần hóa học của 5 loài cá nước ngọt
(bảng 3.1) cho thấy ngoài cá trê phi có thịt cá sẫm màu và pH không thích hợp
cho quá trình tạo gel thì 4 loại cá còn lại đều phù hợp làm nguyên liệu cho sản
xuất surimi. Theo khảo sát thống kê của FAO năm 2010, sản lượng cá rô phi
ước tính 50.000 tấn /năm và cá mè 40.000 tấn/năm do đó cá mè và cá rô phi là
2 loài cá có triển vọng làm nguyên liệu trong công nghiệp sản xuất surimi
Bảng 3.1. Tỷ lệ thịt cá và 5 thành phần hóa học của một số loại cá nước ngọt

TT
Thành
phần
Tỷ lệ (%)
Cá rô phi
Cá chim
trắng
Cá trê phi
Cá mè
Cá trôi
1
Thịt cá
43,14
34,78
44,26

32,54
38,27
2
Hàm lượng
nước
78,23±0,1
75,02±0,2
79,7±0,1
78,41±0,1
78,85±0,3
3
Protein
19,49±0,7
18,72±0,4
17,5±0,3
16,5±0,7
19,48±0,7
4
Tro tổng
1,40±0,1
1,50±0,1
1,60±0,19
1,50±0,23
1,40±0,1

5
5
Lipit
0,82±0,19
3,80± 0,67

3,20±0,3
2,80±0,04
0,71±0,1
6
pH
6,5±0,1
6,6±0,04
5,5±0,1
6,5±0,07
6,5±0,04
7
Độ trắng
39,49±2,57
34,70±1,99
27,67±0,7
45,34±1,31
44,56±4,37
Dựa trên đặc tính và thành phần hóa học của thịt cá và sản lượng nuôi trồng,
cá rô phi và cá mè được chọn làm nguyên liệu cho các nghiên cứu tiếp theo.
3.2. Nghiên cứu quá trình rửa trong qui trình sản xuất surimi từ cá nước
ngọt
Rửa là bước quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng surimi. Quá trình rửa
không chỉ loại bỏ chất béo và các thành phần không mong muốn như protein
chất cơ, máu và các hợp chất nitơ khác để cải thiện màu sắc, mùi của sản
phẩm mà còn làm tăng nồng độ protein tơ cơ do đó làm tăng khả năng tạo gel
và làm giảm sự biến tính protein trong suốt quá trình bảo quản lạnh đông. Kết
quả được thể hiện ở bảng 3.2.
Kết quả bảng 3.2 cho thấy việc rửa bằng nước lạnh cho surimi có độ bền chắc
gel vẫn thấp, hàm lượng chất béo vẫn cao và có mùi tanh. Khi cố định nồng độ
NaCl 0,15% và nồng độ NaHCO

3
thay đổi từ 0-0,3% cho thấy hàm lượng
protein còn lại trong surimi gần như không thay đổi nhiều (14,28-14,69%) khi
nồng độ NaHCO
3
tăng. Nồng độ NaHCO
3
ít ảnh hưởng đến khả năng hòa tan
protein chất cơ khi có mặt NaCl 0,15%. Khả năng tạo gel thể hiện độ bền chắc
gel và độ dẻo tăng khi nồng độ NaHCO
3
tăng. Hiện tượng này là do NaHCO
3
loại bỏ được hầu hết chất béo mà có thể làm giảm khả năng tạo gel của surimi.
Khi rửa bằng dung dịch muối kiềm với nồng độ NaCl 0,1 và 0,15% cho độ
bền chắc gel tăng gấp 1,78 lần so với rửa đơn thuần bằng dung dịch kiềm
NaHCO
3
0,2%. Tuy nhiên khi nồng độ muối cao trên 0,2%, một phần protein
tơ cơ hòa tan trong dung dịch muối loãng dẫn đến tổn thất protein tơ cơ. Hệ
lụy cuối cùng dẫn đến là độ bền chắc gel sau này sẽ giảm.
 Dung dịch rửa NaHCO
3
0,2% và NaCl 0,15% được lựa chọn cho các
nghiên cứu tiếp theo

6
Bảng3.2 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch rửa đến chất lượng của surimi cá mè
Dung dịch ngâm rửa
pH

Độ ẩm (%)
Protein
(%)
Lipit
(%)
Độ trắng (%)
Mùi
Độ
uốn
dẻo
Độ bền chắc
gel (g.cm)
Không rửa
(nguyên liệu)
6,5±1,44
78,41±1,17
16,50±0,82
2,27±0,17
44,56
Rất tanh
D
76,92
a
±3,42
Nước thường
6,6±0,07
80,06±1,62
15,18±0,53
1,65±0,39
66,92±

Tanh
C
112,43
b
±2,14
NaCl
0,15%
NaHCO
3
0%
7,0±0,17
80,37±1,44
14,47
ab
±0,18
1,56
a
±0,02
69,97
a
±1,65
Tanh
A
141,30
c
±2,17
NaHCO
3
0,1%
6,8±0,22

79,56±1,34
14,79
a
±0,08
1,06
b
±0,03
73,16
a
±1,04
Tanh nhẹ
A
189,10
d
±1,08
NaHCO
3

0,15%
6,8±0,37
79,83±0,82
14,35
a
±0,08
0,88
c
±0,02
77,27
b
±1,73

Tanh nhẹ
A
205,16
de
±3,14
NaHCO
3

0,2%
7,0±0,29
79,87±0,10
14,28
b
±0,12
0,74
d
±0,04
82,00
c
±1,34
Hầu như
không mùi
AA
238,12
e
±3,14
NaHCO
3

0,25%

7,1±0,1
80,02±0,05
14,30
b
±0,08
0,67
de
±0,02
83,49
c
±1,78
Thoảng mùi
xà phòng
AA
247,20
e
±1,87
NaHCO
3

0,3%
7,1±0,05
80,05±0,18
14,28
b
±0,12
0,62
e
±0,02
83,13

c
±0,07
Thoảng mùi
xà phòng
AA
240,38
e
±1,92




NaHCO
3

0,2%
NaCl 0%
6,6±0,12
80,06±1,62
14,9
a
±0,10
1,56
a
±0,05
76,41
a
±2,84
Tanh nhẹ
A

135,54
a
±2,68
NaCl
0.1%
6,8±0,04
79,64±0,04
13,56
b
±0,49
1.09
c
±0.03
77,11
ab
±3,14
Hầu như
không mùi
AA
241,27
b
±3,14
NaCl
0.15%
7,0±0,29
79,87±0,10
14,40
c
±0,23
0.76

ab
±0.03
82,10
b
±1,10
Hầu như
không mùi
AA
240,12
b
±1,87
NaCl
0.2%
6,9±0,42
79,90±0,05
12,45
d
±0,82
0.71
a
±0.03
82,60
b
±1,10
Hầu như
không mùi
A
201,65
c
±1,64

NaCl
0.25%
6,8±0,59
80,09±0,22
12,03
e
±0,88
0.69
a
±0.02
82,52
b
±1,42
Hầu như
không mùi
A
212,09
c
±2,05

7

Tối ưu hóa quấ trình rửa
Tiến hành nghiên cứu quá trình rửa với 3 yếu tố ảnh hưởng chính: thời gian
(15-55 phút), nhiệt độ (2-10
0
C), tỷ lệ nước rửa/thịt cá (1/1 -6/1) với 3 hàm
mục tiêu: Mức độ giảm hàm lượng protein (Y1), mức độ giảm hàm lượng lipit
(Y2) và độ bền chắc gel (Y3). Kết quả thực nghiệm quá trình rửa surimi cá mè
theo quy hoạch trực giao 3 yếu tố được cho trong bảng 3.3.

Bảng 3.3. Các thí nghiệm tiến hành và kết quả
STT
A
B
C
Mức độ giảm
protein -Y
1
(%)
Mức độ giảm
lipit -Y
2
(%)
Độ bền chắc gel -
Y
3
(g.cm)
1
2
1
30
8.3
49.33
170.54
2
10
1
30
9.27
40.96

130.34
3
2
6
30
13.51
69.33
302.5
4
10
6
30
13.33
51.98
217.76
5
2
3.5
15
12.5
64.55
242.61
6
10
3.5
15
12.32
49.2
217.3
7

2
3.5
45
12.24
68.51
209.54
8
10
3.5
45
13.21
57.98
131.84
9
6
1
15
9.03
47.13
169.23
10
6
6
15
14.36
66.19
320.72
11
6
1

45
9.57
56.4
170.23
12
6
6
45
13.47
69.16
215.16
13
6
3.5
30
12.72
69.04
345
14
6
3.5
30
12.54
68.28
329.73
15
6
3.5
30
13.15

68.48
317.76

Chuẩn F của ba mô hình lần lượt bằng 90,02 (Y
1
), 1782,799 (Y
2
) và
79,85165(Y
3
) cho thấy ba mô hình hoàn toàn có ý nghĩa thống kê với độ tin
cậy 99,99% ( p<0,0001). Thêm vào hệ số tương quan bội (R
2
) của 3 mô hình
lần lượt bằng 0,9939, 0,9997 và 0,9931. Quá trình rửa thịt cá trong sản xuất
surimi cần tiến hành sao cho thu được surimi có mức độ giảm hàm lượng
protein thấp, mức độ giảm hàm lượng lipit cao và độ bền chắc gel cao. Kết
quả tối ưu hóa theo phương pháp hàm mong đợi bằng phần mềm Design-
Expert 7.1 như sau: Nhiệt độ 5
0
C, tỷ lệ 3,5/1 và thời gian 27,32 phút. Khi đó
mức độ giảm hàm lượng protein đạt 12,77%, mức độ giảm hàm lượng lipit
69,33% và độ bền chắc gel đạt 336,67g.cm.Với điều kiện tối ưu này mục tiêu
chung đạt 82,52%
Kết quả kiểm tra thực nghiệm cho thấy mức độ giảm hàm lượng protein đạt
12,68%, mức độ giảm hàm lượng lipit 69,04% và độ bền chắc gel đạt
348,24g.cm. Vậykết quả tối ưu bằng mô hình hoàn toàn tương thích với kết
quả kiểm tra lại bằng thực nghiệm

8

3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự biến đổi cấu trúc của protein surimi
cá nước ngọt
3.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cấu trúc protein (protein structure)
của suirmi cá rô phi
Các mẫu gel của protein được chuẩn bị theo mục 2.2.2 và được gia nâng nhiệt
từ nhiệt độ 10
0
C đến 30
0
C, 40
0
C, 50
0
C, 60
0
C và 70
0
C trong thời gian 30 phút
để tâm sản phẩm đạt đến nhiệt độ trên sau đó được làm nguội và phân tích dao
động các dải băng từ bước sóng 400-3500cm
1
bằng quang phổ kế hồng ngoại
Raman. Kết quả phân tích các dao động tương ứng với các dải băng trong phổ
Raman của surimi cá rô phi được thể hiện ở bảng 3.4
Bảng 3.4. Các dao động tương ứng với các dải băng chính trong phổ Raman của
surimi cá rô phi
Bước sóng tương
ứng với dao động
(cm
-1

)
Bước sóng trong
surimi cá rô phi
Kiểu dao động
500-650
548, 576
Liên kết S-S
760
758
tryptophan
830-850
831,854
tyrosine
1225-1245
1230-1240
Sự biến đổi cấu trúc gấp nếp β
1280-1350
1290
Dao động bẻ cong C-H của axit
amin kị nước
1440-1465
1452
Dao động uốn CH
2
và CH
3
trong
axit amin mạch thẳng kị nước
1645-1685
1656, 1665, 1668

Sự biến đổi cấu trúc xoắn α sang
gấp nếp β và cuộn xoắn ngẫu
nhiên
2800-3000
2930
Dao động kéo căng đối xứng CH
3

trong phân tử axit amin kị nước
3000-3200
3061-3068
Dao động kéo căng C-H của axit
amin vòng thơm
3200-3500
3266
Liên kết O-H của nước
 Sự biến đổi liên kết cầu disunfit và cấu trúcprotein
Các dải băng từ 500-650cm
-1
thường tập trung liên kết disunfit. Kết quả phân
tích phổ Raman trong vùng 400-1200cm
-1
của gel surimi cá rô phi khi xử lý ở
các nhiệt độ khác nhau cho thấy có sự xuất hiện dải băng gần 548-576 cm
-1
ở
nhiệt độ 30
0
C và 40
0

C cho sự liên kết cầu disunfit và hầu như không xuất hiện
khi nhiệt độ tăng.





9
450 600 750 900 1050
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
70
0
C
60
0
C
50
0
C
40
0
C
30
0

C
Surimi
576
548
Intensity
Wave length (cm
-1
)

1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
1449
1665
Amide I
70
0
C
60
0
C
50
0
C

40
0
C
30
0
C
surimi
Intensity
Wave length (cm
-1
)


Hình 3.1: Phổ Raman trong vùng 400-1100 cm
-1
và 1200-1800cm
-1
của surimi cá rô phi tại
các điều kiện gia nhiệt khác nhau
Các dải băng Raman hữu ích nhất cho việc xác định cấu trúc bậc 2 của protein
là các dải amide I (1645-1685 cm
-1
).Dải băng amide I bao gồm nhiều băng gối
lên nhau rơi vào khoảng 1658-1650, 1680-1665, và 1665-1660 cm
-1
tương ứng
với các cấu trúc xoắn , gấp nếp ß, và lõi xoắn ngẫu nhiên. Đối với các mẫu
surimi, vùng amide I quan sát được tại 1656 cm
-1
tương ứng với cấu trúc xoắn

α. Sự dịch chuyển băng tần được quan sát thấy ở các mẫu khi được gia nhiệt.
Hầu hết các mẫu khi gia nhiệt từ 30 đến 50
0
C, dải băng nằm trong khoảng
1661-1665 cm
-1
, điều này có nghĩa đây là cấu trúc cuộn xoắn ngẫu nhiên. Ở
vùng nhiệt độ 60-70
0
C, dải băng nằm trong khoảng 1668 tương ứng với cấu
trúc gấp nếp . Như vậy cấu trúc bậc 2 của protein tơ cơ cá rô phi đã có sự
thay đổi khi gia nhiệt. Khi gia nhiệt ở khoảng 30-50
0
C, cấu trúc xoắn α chuyển
đổi sang cuộn xoắn ngẫu nhiên và khi nhiệt độ tăng lên 60-70
0
C thì cấu trúc
xoắn α chuyển sang dạng gấp nếp .
 Sự thay đổi tính kị nước của protein tơ cơ cá rô phi và sự tạo thành
tương tác kị nước
Môi trường phân tử cho biết thông tin cấu trúc bậc 4 của protein như
tryptophan (544, 577, 760, 879, 1014, 1340, 1363, 1553, và 1582 cm
-1
), cặp
đôi tyrosin (850 và 830 cm
-1
), và các mạch thẳng kỵ nước (các dao động uốn
CH
2
và CH

3
, 1450 cm
-1
) trong phổ Raman thông tin về cấu trúc bậc 4 của
protein.
Nếu vòng tryptophan bị lặn hay hướng vào trong, môi trường kị nước
được lộ ra và cường độ dải băng gần 760cm
-1
giảm. Kết quả nghiên cứu gel
surimi cá rô phi cho thấy không xuất hiện dải băng ở vùng 760cm
-1
khi nhiệt
độ ở 30 và 40
0
C. Sự xuất hiện dải băng ở bước sóng 758cm
-1
khi nhiệt độ tăng
lên 50
0
C cho thấy môi trường kị nước xuất hiện trong chuỗi protein

10
 Tỷ số cường độ của cặp đôi pic gần 850 cm
-1
và 830 cm
-1
là dải tần
của các đơn phân tử tyrosine. Kết quả tỷ số cường độ cặp đôi pic của dải
băng ở bước sóng 853 và 826cm
-1

được thể hiện ở hình 3.2.
Kết quả hình 3.2 cho thấy tỷ lệ cặp đôi tyrosin của protein cá rô phi nằm trong
vùng từ 0,992 đến 1,099. Điều này cho thấy rằng ở đây có sự hình thành liên
kết hydro yếu. Khi tăng nhiệt độ, tỷ số cường độ cặp đôi tyrosin (I
853/ 825
)
trong quá trình tạo gel của protein tơ cơ cá rô phi giảm dần do đó làm tăng khả
năng các đơn phân tử tyrosine bị lặn hoặc hướng vào trong trong môi trường
kỵ nước khi làm biến tính protein.

2600 2700 2800 2900 3000
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
2872
2930
70
0
C
60
0
C
50

0
C
40
0
C
30
0
C
Surimi
Intensity
Wave length (cm
-1
)


Hình 3.2: Tỷ lệ cường độ của cặp đôi tyrosin và dải raman trong 2600-3050 cm
-1
của
protein tơ cơ cá rô phi khi được gia nhiệt ở các nhiệt độ khác nhau.
Kiểu dao động kéo căng và bẻ cong của C-H trong các đơn phân tử axit amin
kị nước xảy ra ở các dải tần tương ứng 2800-3000 cm
-1
, và các dao động này
cho biết các thay đổi xung quanh các axit amin kị nước và sự hình thành tương
tác kị nước. Ở surimi nguyên liệu, cường độ dải băng này là ở bước sóng
2930. Các dải băng này có xu thế chuyển dịch sang bước sóng cao hơn khi
tăng nhiệt độ từ 30
0
C đến 70
0

C. Tuy nhiên mức độ chuyển dịch từ bước sóng
2930 sang bước sóng 2932cm
-1
là rất ít. Cường độ của dải băng này giảm khi
gia nhiệt từ 30-50
0
C, khi nhiệt độ tăng trên 60
0
C thì cường độ của dải băng lại
tăng.
Sự thay đổi các dải băng ở nhiệt độ 60-70
0
C ở các bước sóng trên là do sự tạo
thành tương tác kị nước của chuỗi axit amin kị nước
 Dao động kéo căng của C-H trong vùng 2800-3400cm
-1

Các axit amin, peptit và protein kị nước có các dải băng tần dao động
kéo căng C–H nằm trong khoảng 2800–3400 cm
-1
. Kết quả sự biến đổi dao
động của C-H trong vùng 2800-3500 được thể hiện ở hình 3.3
0.920
0.960
1.000
1.040
1.080
1.120
Tỷ lệ cường độ Raman
Nhiệt độ (

0
C)
Tỷ lệ I853/I826

11
2800 3000 3200 3400
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
3289
2872
3062
2930
70
0
C
60
0
C
50
0
C
40
0

C
30
0
C
Surimi
Intensity
Wave length (cm
-1
)

Hình 3.3. Phổ Raman trong vùng 2800-3400 cm
-1
của surimi cá rô phi tại
các điều kiện gia nhiệt khác nhau
Dải tần tìm thấy gần 2874–2879 cm
-1
được cho là dao động kéo căng đối xứng
CH
3
và kéo căng R
3
C–H của các amino acid kị nước, dao động kéo căng C–H
của các axit amin có vòng thơm được tìm thấy trong khoảng 3061-3068 cm
-1

.Cường độ dải băng tại 3289 cm
-1
phản ánh cường độ kéo căng O-H thấp ở tất
cả các mẫu. Điều này cho thấy các mẫu surimi khi được gia nhiệt đã trải qua
quá trình tách nước do tương tác protein-protein theo cơ chế đông tụ.

Sự biến đổi cấu trúc và thay đổi liện kết bởi nhiệt độ cũng được nhận thấy
với kết quả tương tự khi phân tích phổ raman của surimi cá mè ( kết quả
không được thể hiện ở bản tóm tắt luận án)
 Như vậy, dưới tác dụng của nhiệt độ, protein của surimi cá rô phi và
cá mè bị biến tính gây ra sự phá hủy cấu trúc bậc 4 và cấu trúc bậc 2. Sự biến
tính là quá trình trong đó mạch xoắn α duỗi ra hình thành cuộn xoắn ngẫu
nhiên ở vùng nhiệt độ 30 – 50
0
C; hình thành cấu trúc gấp nếp β khi nhiệt độ
trên 60
0
C và liên kết giữa các phần tử bị đứt, các nhóm bên của axit amin
trước ẩn phía trong bây giờ xuất hiện ra ngoài. Khi các mạch polypeptit duỗi
ra tiếp xúc với nhau và liên kết lại với nhau bằng các liên kết cầu disunfit ( ở
vùng nhiệt độ 30-40
0
C), tương tác kị nước ( 60-70
0
C). Quá trình tiếp theo là
sự đông tụ trong do các phân tử protein bị biến tính tự xắp xếp lại và tương
tác với nhau tại các điểm đặc hiệu tạo thành mạng lưới không gian ba chiều.
Như vậy sự biến tính và duỗi mạch của protein là cần thiết cho sự tạo thành
mạng lưới gel của protein tơ cơ của surimi cá rô phi và cá mè
3.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cấu trúc (texture) của gel protein
surimi cá nước ngọt
Các mẫu surimi cá rô phi và cá mè được thiết lập ở các nhiệt độ khác nhau
(suwari gel) sau đó được gia nhiệt ở 90
0
C trong thời gian 15 phút (kamaboko
gel) được đánh giá cấu trúc bằng độ bền chắc gel. Kết quả được thể hiện ở

hình 3.4

12


Hình 3.4: Độ bền chắc gel của gel của suwari và kamaboko cá rô phi và cá mè khi
thiết lập ở các nhiệt độ khác nhau
Kết quả hình 3.4 cho thấy ở cả hai mẫu suwari và kamaboko, độ bền chắc gel
của cả hai surimi cá rô phi và cá mè đều tăng khi nhiệt độ tăng từ 30
0
C lên
40
0
C nhờ sự hình thành liên kết cầu disunfit. Khi nhiệt độ tăng lên 50-60
0
C,
cấu trúc gel của surimi cá rô phi và cá mè bị phá vỡ thể hiện độ bền chắc gel
giảm mạnh và độ dẻo đạt D. Điều này có thể do các enzym protease có trong
thịt cá phân hủy protein tơ cơ đặc biệt myosin
3.4. Nghiên cứu một số yếu tố nhằm nâng cao khả năng tạo gel của surimi
cá nước ngọt
3.4.1. Ảnh hưởng của nồng độ muối
Surimi sau khi băm nhuyễn, phối trộn với NaCl với nồng độ từ 0-3% được
định hình và gia nhiệt ở nhiệt độ 90
0
C trong thời gian 15 phút. Kết quả đánh
giá cấu trúc gel của surimi thông qua hai chỉ tiêu cơ lý là độ bền chắc và độ
dẻo được thể hiện ở bảng 3.6
Bảng 3.6: Ảnh hưởng của hàm lượng muối cấu trúc gel của surimi cá rô phi
Hàm lượng muối ( % )

Độ bền chắc gel (g.cm)
Độ dẻo
0
135,37
a
±3,45
D
0,5
218,98
b
±4,85
A
1
247,69
c
±2,57
AA
1,5
235,37
c
±5,69
AA
2
240,94
d
±4,26
AA
2,5
192,00
d

±4,72
B
3
180,67
d
±5,42
B
Kết quả bảng 3.6 cho thấy với hàm lượng muối 1-1,5% vừa cho vị phù hợp
trong các sản phẩm thực phẩm vừa tăng cường độ bền chắc gel lên 1,83 lần so
với gel khi không có muối. Tiến hành quan sát hình ảnh vi cấu trúc của gel
surimi bằng kính hiển bi điện tử quét (SEM) giữa 2 mẫu không bổ sung NaCl
và bổ sung NaCl 1,5%.
0
50
100
150
30
40
50
60
70
Độ bền chắc gel (g.cm)
Nhiệt độ (
0
C)
Cá rô phi
Cá Mè
0
50
100

150
200
250
300
Độ bền chắc gel (g.cm)
Nhiệt độ (
0
C)
Cá rô phi
Cá Mè

13

Không có NaCl

NaCl 1,5%
Hình 3.5.Ảnh chụp trên kính hiển vi điện tử quét của gel surimi cá rô phi. Độ phóng
đại 7.500 lần, bar = 1µm
Vi cấu trúc của các sợi tơ cơ hoàn toàn biến mất ở mẫu 1,5% NaCl trong khi
đó chúng vẫn nguyên ở mẫu kiểm chứng. Điều này khẳng định việc thêm
muối vào hỗn hợp surimi làm các protein tơ cơ hòa tan vào nước. Đồng thời
các myosin trong dung dịch đã liên kết với các sợi actin để tạo nên các phân
tử lớn actomyosin.Cả hai loại myosin và actomyosin đều đóng vai trò chủ đạo
trong việc hình thành hệ gel
 Nồng độ muối NaCl 1,5% được lựa chọn để bổ sung vào surimi
3.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian thiết lập tới cấu trúc gel của
surimi cá rô phi
Kết quả nghiên cứu ở phần 3.3 cho thấy quá trình gia nhiệt ở nhiệt độ dưới
40
0

C là bước đầu tiên cho việc thiết lập cấu trúc gel (gel suwari) rắn chắc nhờ
sự hình thành liên kết cầu disunfit và bước gia nhiệt tiếp theo ở nhiệt độ cao
(90
0
C) sẽ làm ổn định cấu trúc gel (gel kamaboko) hơn. Kết quả nghiên cứu
ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian thiết lập đến độ bền chắc gel suwari và
kamaboko của surimi cá rô phi (hình 3.6) cho thấy gel nhiệt độ 35
0
C và 40
0
C
đều cho độ bền chắc gel suwari cao và điều này dẫn đến gel kamaboko có cấu
trúc tốt nhất với độ bền chắc gel đạt 419-465g.cm khi thiết lập ở 35
0
C trong
thời gian từ 1-2h và 390g.cm ở 40
0
C trong 1h.


Hình 3.6: Độ bền chắc gel của suwari và kamaboko cá rô phi ở nhiệt độ và thời gian
thiết lập khác nhau
0
200
400
30
35
40
Độ bền chắc gel (g.cm)
Nhiệt độ (

0
C)
30min
60min
120min
0
100
200
300
400
500
25
30
35
40
Kiểm
chứng
Độ bền chắc gel (g.cm)
Nhiệt độ (
0
C)
30min
60min
120min

14
Tiến hành quan sát trên kính hiển vi điện tử quét các mẫu suwari và kamaboko ở nhiệt
độ 35 và 40
0
C. kết quả được thể hiện ở hình 3.7.

Suwari 35
0
C/30 min

Kamaboko 35
0
C/30 min

Suwari 35
0
C/1 h

Kamaboko 35
0
C/1 h

Suwari 35
0
C/2 h

Kamaboko 35
0
C/2 h

Suwari 40
0
C /30 min

Kamaboko 40

0
C /30 min

Suwari 40
0
C /1 h

Kamaboko 40
0
C /1 h

Suwari 40
0
C /2 h

Kamaboko 40
0
C /2 h
Hình 3.7 : Ảnh chụp vi cấu trúc của gel suwari và kamaboko cá rô phi ở các nhiệt
độvà thời gian khác nhau. Độ phóng đại 7,500 lần, bar=1µm
Cấu trúc ba chiều của gel kamaboko ở tất cả các mẫu đều có hình ảnh dày đặc,
không rỗng và nhẵn trong khi cấu trúc của suwari lỏng lẻo hơn. Khi nhiệt độ
tăng cấu trúc mạng lưới gel của cả suwari và kamaboko trở nên mịn và đặc
hơn tương ứng với độ bền chắc gel của kamaboko tăng.
3.4.3. Ảnh hưởng của cystein đến khả năng tạo gel của surimi cá rô
phi
Để nghiên cứu ảnh hưởng của cystein đến khả năng tạo gel của protein cá rô
phi, tiến hành băm nhuyễn phối trộn surimi với cystein với nồng độ 0, 2,
4µmol/g, được định hình và ủ ở 35
0

C và 40
0
C trong thời gian 0, 30, 60,
120min sau đó gia nhiệt ở 90
0
C trong thời gian 15 phút.
4.3.1.Ảnh hưởng của cystein đến độ bền chắc gel của surimi cá rô phi

15
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của cysein đến độ bền chắc gel của surimi cá
rô phi được thể hiện ở hình 3.8

Suwari (35
0
C)

Kamaboko (35
0
C)

Suwari (40
0
C)

Kamaboko (40
0
C)
Hình 3.8. Ảnh hưởng của cystein lên đặc tính gel của suwari (a) và kamaboko (b)
surimi cá rô phi ở nhiệt độ 35 và40
0

C
Việc bổ sung 2µmol/g cystein làm tăng độ bền chắc gel ở nhiệt độ 35
0
C và
40
0
C lên 1,1 và 1,4 lần. Ở cả hai nhiệt độ 35
0
C và 40
0
C, việc bổ sung 4µmol/g
cystein làm giảm độ bền chắc gel. Điều này cho thấy cystein kìm hãm khả
năng tạo thành gel qua liên kết bởi enzym Transglutaminase (TGase) trong
suốt quá trình thiết lập. Enzym TGase bị vô hoạt bởi nhóm gốc –SH. Tuy
nhiên ở nồng độ 2 µmol/g cystein vẫn ảnh hưởng độc lập lên khả năng tạo gel
của myosin.
3.4.3.2.Ảnh hưởng của cystein đến hàm lượng protein-SH của surimi
Hàm lượng Protein-SH giảm là kêt quả của sự tạo thành liên kết cầu disunfit
thông qua quá trình oxy hóa nhóm sulfhydryl được thể hiện ở hình 3.9
0
100
200
300
0 30 60 90 120 150
Độ bền chắc gel (g.cm)
Thời gian (phút)
Control
Cys.2µM
0
200

400
600
0 30 60 90 120 150
Độ bền chắc gel (g.cm)
Thời gian (phút)
Control
Cys.2µM
0
100
200
300
400
0 30 60 90 120 150
Độ bền chắc gel (
g.cm)
Thời gian ủ ( min)
Control
Cys.2µM
100
200
300
400
500
600
0 30 60 90 120 150
Độ bền chắc gel ( g.cm)
Thời gian ( min)
Control
Cys.2µM

16

Suwari (35
0
C)

Kamaboko (35
0
C)

Suwari (40
0
C)

Kamaboko (40
0
C)
Hình 3.8: Hàm lượng protein-SH của suwari (a) và kamaboko (b) cá rô phi ở nhiệt độ
35
0
C và 40
0
C
Ở cả hai nhiệt độ 35
0
C và 40
0
C, hàm lượng Protein-SH giảm khi bổ sung
cystein ở cả mẫu suwari và kamaboko. Kết quả này cho thấy khi bổ sung
cystein sẽ làm tăng cường quá trình oxy hóa protein-SH của surimi cá rô phi

để tạo thành liên kết cầu disunfit. Vậy việc bổ sung 2µmol/g cystein làm đẩy
nhanh sự di chuyển liên kết cầu disunfit nội phân tử thành liên kết cầu disunfit
ngoại phân tử cho gel có độ rắn chắc.
3.4.3.3.Ảnh hưởng của cystein đến sự tạo thành liên kết cầu disunfit
Sự tạo thành các liên kết protein của surimi cá rô phi khi thiết lập ở nhiệt độ
35
0
C và 40
0
C và bổ sung cystein ở nồng độ 2 µmol/g được thể hiện ở bản
điện di SDS-PAGE trên gel 3% polyacrylamide (Hình 3.9).
Ở mẫu đối chứng khi thiết lập 35 và 40
0
C cho thấy các vạch myosin vẫn xuất
hiện ở cả hai mẫu suwari và kamaboko nhưng cường độ vạch myosin giảm
dần theo thời gian thiết lập. Ở mẫu có bổ sung 2µmol/g cystein, sự hình thành
liên kết cầu disunfit ngoại phân tử được hình thành ngay ở giai đoạn thiết lập
và được ổn định khi gia nhiệt 90
0
C thể hiện ở cả hai mẫu suwari và kamaboko
khi không có β-mercaptoethanol các vạch myosin hoàn toàn biến mất. Sự phục
0
2
4
6
8
10
0
30
60

120
hàm lượng Protein-SH
(µmol/g)
Thời gian (phút)
0µM/g
Cys 2µM/g
Cys 4µM/g
0
2
4
6
8
10
12
0
30
60
120
Hàm lượng Protein-SH
(µmol/g)
thời gian (phút)
0µM/g
Cys 2µM/g
Cys 4µM/g
0
2
4
6
8
10

0
30
60
120
Hàm lượng protein-SH
(µmol/g)
thời gian ủ (min)
0µM/g
Cys 2µM/g
Cys 4µM/g
0
2
4
6
8
10
12
0
30
60
120
Hàm lượng protein-SH
(µmol/g)
thời gian ủ (min)
0µM/g
Cys 2µM/g