nghiên cứu kết hợp khử protein trong công đoạn khử khoáng của quy trình sản xuất chitin từ vỏ, đầu tôm thẻ chân trắng bằng pepsin và hcl

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG


ĐÀO THỊ TUYẾT MAI


NGHIÊN CỨU KẾT HỢP KHỬ PROTEIN TRONG
CÔNG ĐOẠN KHỬ KHOÁNG CỦA QUY TRÌNH SẢN
XUẤT CHITIN TỪ VỎ, ĐẦU TÔM THẺ CHÂN TRẮNG
BẰNG PEPSIN VÀ HCl


LUẬN VĂN THẠC SĨ





Nha Trang - 2012

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG


ĐÀO THỊ TUYẾT MAI

NGHIÊN CỨU KẾT HỢP KHỬ PROTEIN TRONG
CÔNG ĐOẠN KHỬ KHOÁNG CỦA QUY TRÌNH SẢN
XUẤT CHITIN TỪ VỎ, ĐẦU TÔM THẺ CHÂN TRẮNG

BẰNG PEPSIN VÀ HCl

Chuyên ngành: Công nghệ sau thu hoạch
Mã số: 60 54 10

LUẬN VĂN THẠC SĨ


NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. HUỲNH NGUYỄN DUY BẢO


Nha Trang - 2012
i


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết
quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kì công
trình nào khác.





ĐÀO THỊ TUYẾT MAI

ii

LỜI CÁM ƠN

Tôi xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến T.S Huỳnh Nguyễn Duy Bảo và
Th.S Ngô Thị Hoài Dƣơng đã trực tiếp và tận tình hƣớng dẫn khoa học giúp tôi hoàn
thành luận văn này.
Tôi xin đƣợc gửi lời cám ơn đến các thầy cô trong Ban Giám hiệu, Khoa Sau
Đại học, Khoa Công nghệ thực phẩm, Viện Công nghệ Sinh học và Môi trƣờng, Trung
tâm Thí nghiệm thực hành đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi trong suốt quá
trình thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cám ơn các thầy cô đã dày công dạy dỗ chỉ bảo chúng tôi
trong những năm học tập tại trƣờng.
Xin gửi lời biết ơn tới gia đình, bạn bè đã luôn bên cạnh động viên giúp đỡ tôi
trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu.

iii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CÁM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC BẢNG vi
DANH MỤC HÌNH vii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 3
1.1. Tổng quan về NLCL trong chế biến tôm đông lạnh 3
1.1.1. Tình hình xuất khẩu tôm đông lạnh ở Việt Nam 3
1.1.2. Thành phần tính chất của NLCL sau quá trình chế biến tôm đông lạnh xuất

khẩu 3
1.1.2.1. Thành phần NLCL sau chế biến tôm đông lạnh 3
1.1.2.2. Thành phần hóa học của đầu tôm 4
1.1.2.3. Thành phần hóa học của vỏ tôm 5
1.1.2.4. Một số nghiên cứu xác định thành phần hóa học của NLCL trong chế biến
tôm đông lạnh 5
1.1.3. Tận dụng NLCL của quá trình chế biến tôm đông lạnh 6
1.1.3.1. Sử dụng NLCL trong sản xuất thức ăn chăn nuôi 6
1.1.3.2. Sử dụng NLCL tách chiết protease bổ sung vào thực phẩm 7
1.1.3.3. Sử dụng NLCL tách chiết astaxanthin 7
1.1.3.4. Tận thu protein, peptid từ NLCL tôm sử dụng trong thực phẩm 7
1.1.3.5. Sử dụng sản xuất chitin, chitosan 8
1.2. Tổng quan về enzyme protease 9
1.2.1. Enzyme protease 9
1.2.1.1. Nguồn thu nhận enzyme protease 9
1.2.1.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt động của enzyme protease 9
1.2.1.3. Ứng dụng của enzyme protease 12
1.2.2. Enzyme Pepsin 15
1.3. Tổng quan về chitin và công nghệ sản xuất chitin 16
iv


1.3.1. Chitin 16
1.3.2. Ứng dụng của chitin 17
1.3.3. Công nghệ sản xuất chitin 17
1.3.3.1. Sản xuất chitin bằng phƣơng pháp hóa học 17
1.3.3.2. Sản xuất chitin bằng phƣơng pháp sinh học 18
1.3.3.3. Sản xuất chitin bằng phƣơng pháp hóa học kết hợp sinh học 19
CHƢƠNG II: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22
2.1. Nguyên vật liệu và hóa chất thiết bị 22

2.1.1. Đầu và vỏ tôm 22
2.1.2. Enzyme Pepsin 22
2.1.3. Hóa chất, thiết bị 22
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 23
2.3. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm 23
2.3.1. Bố trí thí nghiệm tổng quát 23
2.3.2. Xác định ảnh hƣởng của việc xử lý cơ học bằng phƣơng pháp ép đến hàm
lƣợng protein, khoáng của nguyên liệu đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng 25
2.3.3. Nghiên cứu ảnh hƣởng của quá trình xử lý với HCl đến hàm lƣợng protein,
khoáng trên đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng 26
2.3.4. Nghiên cứu chế độ xử lý đầu, vỏ tôm với Pepsin 27
2.3.5. Nghiên cứu chế độ xử lý NaOH trên đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng 37
2.3.6. So sánh chất lƣợng chitin của quy trình sản xuất chitin thu đƣợc với quy trình
tham khảo 40
2.4. Phƣơng pháp phân tích 40
2.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu 40
CHƢƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 41
3.1. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của việc xử lý cơ học bằng phƣơng pháp ép đến hàm
lƣợng protein, khoáng của nguyên liệu đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng 41
3.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của quá trình xử lý với HCl đến hàm lƣợng
protein, khoáng trên vỏ, đầu tôm thẻ chân trắng 41
3.3. Kết quả nghiên cứu chế độ xử lý đầu, vỏ tôm thẻ bằng enzyme Pepsin 44
3.3.1. Kết quả nghiên cứu chế độ xử lý vỏ tôm thẻ chân trắng bằng Pepsin 44
v


3.3.1.1. Kết quả khảo sát khả năng sử dụng Pepsin trên vỏ tôm thẻ chân trắng 44
3.3.1.2. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời điểm bổ sung Pepsin đến HQKP và
HQKK 46
3.3.1.3. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ xử lý với Pepsin đến HQKP và

HQKK 48
3.3.1.4. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian xử lý với Pepsin đến HQKP và
HQKK 49
3.3.1.5. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng và tƣơng tác của các yếu tố đến HQKP và HQKK
của Pepsin 51
3.3.1.6. Tối ƣu hóa quá trình khử protein bằng enzyme Pepsin trên vỏ tôm thẻ chân
trắng 52
3.3.2. Kết quả nghiên cứu chế độ xử lý với Pepsin trên bã đầu tôm thẻ chân trắng 58
3.3.2.1. Kết quả khảo sát khả năng sử dụng Pepsin trên bã đầu tôm thẻ chân trắng 58
3.3.2.2. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời điểm bổ sung Pepsin đến HQKP và
HQKK 59
3.3.2.3. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng và tƣơng tác của các yếu tố đến HQKP của Pepsin
trên bã đầu tôm thẻ chân trắng 60
3.3.2.4. Tối ƣu hóa quá trình khử protein bằng Pepsin trên đầu tôm thẻ chân trắng 61
3.4. Kết quả khảo sát chế độ xử lý đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng bằng NaOH 66
3.4.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ NaOH đến hàm lƣợng protein còn
lại trên chitin từ đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng 66
3.4.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của thời gian xử lý NaOH đến hàm lƣợng protein
còn lại trên chitin thô 67
3.4.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ xử lý NaOH đến hàm lƣợng protein
còn lại trên chitin thô 68
3.4.4. Đề xuất quy trình sản xuất chitin từ đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng 70
3.5. Kết quả đánh giá chất lƣợng chitin đầu, vỏ tôm thu đƣợc từ quy trình đề xuất 71
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO 74
PHỤ LỤC 78

vi

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Bảng mã hóa các nhân tố nghiên cứu 32
Bảng 2.2. Bảng mã hóa các nhân tố nghiên cứu 36
Bảng 3.1. Thành phần hóa học vỏ, đầu tôm thẻ trƣớc và sau khi ép 41
Bảng 3.2. Mức độ ảnh hƣởng của các yếu tố trong quá trình khử protein bằng Pepsin
trên vỏ tôm thẻ chân trắng 51
Bảng 3.3. Giá trị các thông số tối ƣu cho quá trình khử protein bằng enzyme Pepsin
trên vỏ tôm thẻ chân trắng 52
Bảng 3.4. Phân tích chọn mô hình 52
Bảng 3.5. Bảng phân tích tính phù hợp của mô hình tối ƣu đã chọn 53
Bảng 3.6. Kết quả phân tích các chỉ số thống kê tƣơng ứng với mô hình tối ƣu 54
Bảng 3.7. Chế độ tối ƣu đề xuất từ phần mềm 57
Bảng 3.8. Kết quả kiểm định sự chính xác của phƣơng trình hồi quy 57
Bảng 3.9. Đánh giá mức độ ảnh hƣởng của các yếu tố trong quá trình khử protein bằng
Pepsin trên đầu tôm thẻ chân trắng 61
Bảng 3.10. Giá trị các thông số tối ƣu cho quá trình khử protein bằng Pepsin trên đầu
tôm thẻ chân trắng 62
Bảng 3.11. Phân tích chọn mô hình 62
Bảng 3.12. Bảng phân tích tính phù hợp của mô hình tối ƣu đã chọn 63
Bảng 3.13. Kết quả phân tích các chỉ số thống kê tƣơng ứng với mô hình tối ƣu 64
Bảng 3.14. Chế độ tối ƣu đề xuất 65
Bảng 3.15. Kiểm định sự chính xác của phƣơng trình hồi quy 66
Bảng 3.16. Kết quả so sánh chitin theo quy trình (*) và quy trình tham khảo 71
Bảng 3.17. Kết quả so sánh chitosan sản xuất theo qui trình (*) và qui trình tham khảo71


vii


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Sự sắp xếp các chuỗi polyme của α-chitin, β-chitin, γ-chitin 16
Hình 2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát 23
Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thành phần hóa học cơ bản của đầu, vỏ tôm
nguyên liệu, bã ép đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng 25
Hình 2.3. Sơ đồ khảo sát ảnh hƣởng của quá trình xử lý với HCl đến hàm lƣợng
protein, khoáng trên vỏ tôm thẻ chân trắng 26
Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát nghiên cứu chế độ xử lý với Pepsin trên vỏ
tôm thẻ chân trắng 27
Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát khả năng sử dụng Pepsin trên vỏ tôm thẻ
chân trắng 28
Hình 2.6. Sơ đồ khảo sát ảnh hƣởng của thời điểm bổ sung enzyme đến HQKK và
HQKP của enzyme Pepsin 29
Hình 2.7. Sơ đồ khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến khả năng khử khoáng, khử
protein trong vỏ tôm khi kết hợp xử lý bằng HCl và Pepsin 30
Hình 2.8. Sơ đồ khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng khử khoáng, khử
protein trong vỏ tôm khi kết hợp xử lý bằng HCl và Pepsin 31
Hình 2.9. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát chế độ xử lý với Pepsin trên đầu tôm thẻ
chân trắng 33
Hình 2.10. Sơ đồ khảo sát khả năng sử dụng Pepsin trên đầu tôm thẻ chân trắng 34
Hình 2.11. Sơ đồ khảo sát ảnh hƣởng của thời điểm bổ sung Pepsin đến khả năng tách
protein, khoáng trên vỏ tôm thẻ 35
Hình 2.12. Sơ đồ khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ NaOH đến hàm lƣợng protein còn
lại trên chitin từ đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng 37
Hình 2.13. Sơ đồ khảo sát ảnh hƣởng của thời gian xử lý NaOH đến hàm lƣợng protein
còn lại trên chitin từ đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng 38
Hình 2.14. Sơ đồ khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ xử lý NaOH đến hàm lƣợng protein
còn lại trên chitin từ đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng 39
Hình 3.1. Ảnh hƣởng thời gian xử lý với HCl đến HQKP 42
Hình 3.2. Ảnh hƣởng của thời gian xử lý với HCl đến HQKK 42
viii

Hình 3.3. Ảnh hƣởng của việc loại/không loại dịch sau xử lý với HCl và nồng độ
Pepsin bổ sung đến HQKP 44
Hình 3.4. Ảnh hƣởng của việc loại/không loại dịch sau xử lý với HCl và nồng độ
Pepsin bổ sung đến HQKK 45
Hình 3.5. Ảnh hƣởng của thời điểm bổ sung Pepsin đến HQKP 46
Hình 3.6. Ảnh hƣởng của thời điểm bổ sung Pepsin đến HQKK 47
Hình 3.7. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến HQKP khi xử lý với Pepsin 48
Hình 3.8. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến HQKK khi xử lý với Pepsin 49
Hình 3.9. Ảnh hƣởng của thời gian xử lý với Pepsin đến HQKP 50
Hình 3.10. Ảnh hƣởng của thời gian xử lý với Pepsin đến HQKK 50
Hình 3.11. Đồ thị không gian 3D và 2D biểu diễn HQKP theo các biến khảo sát: theo
nhiệt độ và nồng độ (A và B); theo thời gian và nhiệt độ (B và E); theo thời gian và
nồng độ (C và F) 56
Hình 3.12. Ảnh hƣởng của việc xử lý cơ học và bổ sung Pepsin đến HQKP 58
Hình 3.13. Ảnh hƣởng của việc xử lý cơ học và bổ sung Pepsin đến HQKK 59
Hình 3.14. Ảnh hƣởng của thời điểm bổ sung Pepsin đến HQKP, HQKK 60
Hình 3.15. Đồ thị không gian 3D và 2D biểu diễn HQKP theo nồng độ và thời gian 64
Hình 3.16. Ảnh hƣởng của nồng độ NaOH đến hàm lƣợng protein còn lại trên chitin
từ đầu, vỏ tôm thẻ 67
Hình 3.17. Ảnh hƣởng của thời gian xử lý NaOH đến đến hàm lƣợng protein còn lại
trên chitin từ đầu, vỏ tôm thẻ 68
Hình 3.18. Ảnh hƣởng của nhiệt độ xử lý NaOH đến hàm lƣợng protein còn lại trên
chitin từ đầu, vỏ tôm thẻ 69
ix


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Kí hiệu viết tắt

Diễn giải
E
Enzyme
XĐ
Xác định
HL
Hàm lƣợng
E/S
Enzyme/ cơ chất
[E]
Nồng độ enzyme
NLCL
Nguyên liệu còn lại
XLCH
Xử lý cơ học
HQKP
Hiệu quả khử protein
HQKK
Hiệu quả khử khoáng
PTO
Tôm lột vỏ chừa đuôi
HLSO
Tôm vỏ bỏ đầu
PD
Tôm lột vỏ rút chỉ
PUD
Tôm lột vỏ không rút chỉ
STT
Số thứ tự
V

Thể tích
dd
Dung dịch
1


LỜI MỞ ĐẦU
Xuất khẩu tôm chiếm vị trí quan trọng trong kim ngạch xuất khẩu thủy sản của
cả nƣớc. Thịt tôm chế biến xuất khẩu chiếm khoảng 25% nguyên liệu, phần còn lại
chiếm đến 40%. Trên thế giới ƣớc tính hàng năm nguyên liệu còn lại (NLCL) từ các
loài giáp xác khoảng 1,44 triệu tấn trọng lƣợng khô trong đó phần lớn là khoáng,
protein, chitin…[33]. Đây là nguồn nguyên liệu quan trọng cho công nghiệp sản xuất
chitin, chitosan và các sản phẩm giá trị khác.
Chitin và các dẫn xuất đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhƣ nông
nghiệp, công nghiệp, phim ảnh, công nghệ in ấn, công nghệ môi trƣờng, thực phẩm,
dƣợc phẩm và mỹ phẩm. Trong đó chitin, chitosan dùng trong thực phẩm, mỹ phẩm,
dƣợc phẩm yêu cầu phải có chất lƣợng cao an toàn đối với ngƣời sử dụng.
Trong nƣớc và trên thế giới sản xuất chitin, chitosan theo quy mô công nghiệp
chủ yếu sử dụng phƣơng pháp hóa học. Những năm gần đây sử dụng enzyme trong sản
xuất chitin, chitosan đƣợc đánh giá là một phƣơng pháp thay thế phƣơng pháp hóa học
có hiệu quả. Phƣơng pháp này giảm tổn thất protein, astaxanthin, nâng cao chất lƣợng
chitin nhờ tăng khối lƣợng phân tử, nâng cao độ nhớt, hạn chế nhiễm kim loại nặng do
hóa chất và đƣợc coi là công nghệ thân thiện với môi trƣờng.
Tuy nhiên, sử dụng enzyme khử protein thƣờng tốn thời gian khá dài, ảnh
hƣởng lớn đến sản xuất quy mô công nghiệp. Rút ngắn thời gian sản xuất và nâng cao
chất lƣợng chitin là vấn đề cần đƣợc quan tâm.
Enzyme Pepsin là enzyme hệ tiêu hóa, hoạt động trong môi trƣờng acid. Nghiên
cứu sử dụng enzyme Pepsin trong quá trình sản xuất chitin có thể kết hợp quá trình
khử protein trong quá trình khử khoáng bằng HCl.
Từ thực tế trên cho thấy việc Nghiên cứu kết hợp khử protein trong công đoạn

khử khoáng của quy trình sản xuất chitin từ vỏ, đầu tôm thẻ chân trắng bằng
Pepsin và HCl
mang tính cấp thiết nhằm tìm ra quy trình sản xuất chitin có chất lƣợng cao để
sử dụng trong thực phẩm, dƣợc phẩm, mỹ phẩm, rút ngắn thời gian sản xuất, nâng cao
hiệu quả sử dụng nguồn NLCL sau chế biến tôm đông lạnh.


2


 Mục tiêu của đề tài:
Nghiên cứu kết hợp khử protein bằng enzyme Pepsin trong công đoạn khử
khoáng bằng HCl để rút ngắn thời gian sản xuất và giảm lƣợng hóa chất sử dụng trong
sản xuất chitin từ đầu, vỏ tôm thẻ chân trắng.
 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài:
- Ý nghĩa thực tiễn:
+ Thành công của đề tài là cơ sở khoa học để triển khai quy trình sản xuất
chitin chất lƣợng cao.
+ Rút ngắn thời gian sản xuất chitin.
+ Hạn chế tác động tiêu cực của việc sử dụng hóa chất trong quá trình sản xuất
chitin đến môi trƣờng.
+ Mở rộng khả năng ứng dụng của enzyme Pepsin trong xử lý NLCL sau chế
biến tôm đông lạnh.
- Ý nghĩa khoa học:
+ Làm phong phú thêm nguồn tài liệu khoa học về lĩnh vực ứng dụng enzyme
trong sản xuất chitin từ đầu, vỏ tôm.
+ Làm cơ sở để triển khai ứng dụng enzyme Pepsin vào sản xuất chitin chất
lƣợng cao. Rút ngắn thời gian sản xuất ở quy trình sản xuất chitin quy mô lớn.
 Nội dung nghiên cứu:
- Xác định thành phần hóa học cơ bản của vỏ, đầu tôm nguyên liệu và đầu vỏ

tôm sau tách dịch ép.
- Xác định thời điểm bổ sung enzyme Pepsin.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu quả khử protein (HQKP) của
enzyme Pepsin.
- Tối ƣu hóa quá trình khử khoáng kết hợp với khử protein bằng enzyme
Pepsin.
- Hoàn thiện và đề xuất quy trình sản xuất chitin kết hợp khử protein trong
công đoạn khử khoáng bằng enzyme Pepsin và HCl.
3


CHƢƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về NLCL trong chế biến tôm đông lạnh
1.1.1. Tình hình xuất khẩu tôm đông lạnh ở Việt Nam
Xuất khẩu tôm có tốc độ tăng trƣởng rất lớn và đƣợc xem là mặt hàng chủ lực
của thủy sản Việt Nam. Kể từ năm 2008, sau khi đƣợc phép nuôi tôm thẻ chân trắng
đại trà trong cả nƣớc, tôm thẻ chân trắng đã có vị trí quan trọng trong cơ cấu sản xuất
và xuất khẩu.
Năm 2009 xuất khẩu gần 210 nghìn tấn tôm với kim ngạch xuất khẩu trên 1,67
tỷ USD tăng 9,4% về khối lƣợng và 3% về giá trị so với năm 2008.
Năm 2010 xuất khẩu tôm đạt trên 2 tỷ USD chiếm hơn 1/3 tổng kim ngạch xuất
khẩu (5 tỷ USD) trong đó tôm thẻ chân trắng chiếm 26% giá trị xuất khẩu [2].
Xuất khẩu tôm năm 2011 đạt 2,39 tỷ USD chiếm tỷ trọng lớn nhất trong tổng
kim ngạch xuất khẩu của cả nƣớc. Mặc dù nhu cầu tôm sú giảm nhƣng nhu cầu tôm
thẻ chân trắng tăng nhanh ở các nƣớc giúp kim ngạch xuất khẩu tôm vẫn tăng 14%.
Xuất khẩu sú đạt 1,43 tỷ USD chiếm 60% tổng giá trị, giảm 0,6% trong khi tôm thẻ
chân trắng đạt 704 triệu USD chiếm 29,3% tăng 70% so với năm 2010 [40]. Theo tính
toán của một số tổ chức thủy sản quốc tế, tiêu thụ tôm thẻ chân trắng chiếm 2/3 sản
lƣợng tôm tiêu thụ toàn cầu. Tỷ lệ tôm thẻ chân trắng có xu hƣớng tăng dần trong cơ
cấu chung bởi l và giá cả tôm phù

hợp nhu cầu tiêu dùng thế giới.
g các sản phẩm chế biến từ tôm thẻ chân trắng
trong quá trình chế biến tôm đông lạnh chiếm 40 – 50% tổng khối lƣợng tôm [27].
Ƣớc tính chỉ riêng 6 tháng đầu năm 2011 NLCL của tôm thẻ chân trắng thải ra từ các
nhà máy chế biến tôm lên đến hơn 10
chitin, chitosan,
astaxanthin …
1.1.2. Thành phần tính chất của NLCL sau quá trình chế biến tôm đông lạnh xuất
khẩu
1.1.2.1. Thành phần NLCL sau chế biến tôm đông lạnh
4


NLCL sau chế biến tôm đông lạnh bao gồm đầu, vỏ và đuôi tôm. Ngoài ra trong
quá trình sản xuất còn có các mảnh tôm đứt gãy, tôm biến đỏ, biến đen nhƣng lƣợng ít.
Nguyên liệu còn lại chủ yếu là đầu tôm. Đầu tôm đƣợc loại bỏ qua công đoạn sơ chế
ban đầu, vỏ tôm đƣợc loại ở các công đoạn xử lý tiếp theo tùy theo từng dạng sản
phẩm vì vậy chúng đƣợc thu gom riêng biệt sau đó mới nhập chung trong kho phế liệu.
1.1.2.2. Thành phần hóa học của đầu tôm
Thành phần hóa học chiếm tỷ lệ đáng kể trong đầu tôm là protein, chitin,
khoáng, enzyme, sắc tố, lipid. Trong đó hàm lƣợng protein chiếm trên 50%.
+ Protein trong đầu tôm tồn tại ở 2 dạng:
Dạng tự do: Dạng này tồn tại trong nội tạng tôm hay trong cơ thịt.
Dạng liên kết: Đây là protein không hòa tan, thƣờng liên kết với chitin, canxi
carbonate, với lipid tạo thành lipoprotein, với sắc tố tạo proteincarotenoid tạo nên
tính bền vững của vỏ, đầu tôm.
Thành phần protein tôm chủ yếu là các acid aspartic, acid glutamic,
phenylalanine, lysine và arginine [17].
+ Enzyme: Trong đầu tôm chứa một lƣợng đáng kể enzyme protease có hoạt độ
khoảng 6,5 đơn vị hoạt độ/g tƣơi. Ngoài ra còn có enzyme alkaline phosphatesa,

chitinase, -N-acetyl glucosamidase. Enzyme nội tại tôm hoạt động ổn định trong môi
trƣờng trung tính, môi trƣờng kiềm, không ổn định trong môi trƣờng acid [33].
Theo nghiên cứu của Omondi (2005) trong nội tạng tôm trƣởng thành ở bờ biển
Kenya chứa enzyme Chymotrypsin, Trypsin và Elastase, không có enzyme Pepsin.
Trong đó pH hoạt động tối ƣu của Trypsin là 7,5 – 8,0 Chymotrypsin 7,2 – 7,8,
Elastase 6,8 – 8,5 [26].
+ Chitin: Tồn tại dƣới dạng liên kết với protein, khoáng và những hợp chất hữu
cơ khác.
+ Khoáng: Trong thành phần đầu tôm có chứa một lƣợng muối vô cơ, chủ yếu
là canxi carbonate. Trong đầu, vỏ và đuôi tôm hồng Pandalus borealis và tôm
Trachypena curvirostris đánh bắt tại Tongyeong Hàn Quốc hàm lƣợng canxi chiếm
3000 mg/100g cao hơn photpho (400 mg/100 g), natri (270 mg/100 g) và magie (100
mg/100 g) trong khi mangan và sắt chỉ xuất hiện dạng vết [17].
5


+ Sắc tố: Sắc tố trong đầu tôm, vỏ tôm chủ yếu là astaxanthin. Astaxanthin liên
kết khá bền với protein, nhờ liên kết này mà astaxanthin đƣợc bảo vệ. Khi liên kết giữa
astaxanthin và protein không còn thì astaxanthin dễ dàng tách ra khỏi đầu tôm và bị
oxy hóa thành astaxin.
+ Lipid: Lipid trong đầu tôm chiếm hàm lƣợng nhỏ, tồn tại dƣới dạng liên kết
với protein.
1.1.2.3. Thành phần hóa học của vỏ tôm
Thành phần hóa học của vỏ tôm bao gồm: Chitin, khoáng, protein, sắc tố và một
số thành phần khác. Protein, chitin và khoáng ở vỏ tôm chiếm tới 90% khối lƣợng chất
khô [33]. Lƣợng protein trong vỏ tôm thấp hơn trong đầu tôm, chiếm khoảng 25 –
30%, chủ yếu là protein dạng liên kết. Cũng giống nhƣ trong đầu tôm, khoáng trong vỏ
tôm chủ yếu là canxi carbonate. Hàm lƣợng Ca, Fe, Cu và Mn trong vỏ tôm Penaeus
semisulcatus 168; 35; 58; 38; 28 và 6,72 mg/l [19].
1.1.2.4. Một số nghiên cứu xác định thành phần hóa học của NLCL trong chế

biến tôm đông lạnh
Đầu chiếm khoảng 33%, thịt tôm chiếm 51% và phần NLCL là 49% tổng khối
lƣợng [11]. Thành phần hóa học của đầu, vỏ và đuôi tôm Farfantepenaeus paulensis
đƣợc xác định bởi Camargo và cộng sự (2001) cho thấy hàm lƣợng protein chiếm 49%
và khoáng 27%, hàm lƣợng lipid 4,9% khối lƣợng chất khô [13, 32].
Thành phần, chất dinh dƣỡng của đầu, vỏ, đuôi tôm Pandalus borealis và tôm
Trachypenacurvirostris đánh bắt gần Tongyeong, Hàn Quốc chứa 9,3 – 11,6% protein
thô, 0,7% lipid. Các acid amin chủ yếu trong phần protein tôm là acid aspartic, acid
glutamic, phenyl alanine, lysine, và arginine. Hàm lƣợng canxi (3000mg/100g) cao
hơn so với photpho (400mg/100g), natri (270mg/100g) và magie (100mg/100g). Hàm
lƣợng acid amin tự do trong NLCL (2000mg/100g) cao hơn 15% so với các phần ăn
đƣợc (1700 mg/100g). Protein tôm Pandalus borealis và tôm Trachypenacurvirostris
không có các acid amin tự do taurine, threonine, leucine, tryrosine và phenylalanine
[20].
Nghiên cứu trên vỏ, thịt và đầu tôm Macrobrachium rosenbergii (nƣớc ngọt),
Palaemon serratus (nƣớc lợ), Panaeusnotialis và Parapenaeopsis Atlantica (nƣớc
mặn) ở Nigeria cho thấy hàm lƣợng protein khoảng 26,30 ± 0,34% và 22,35 ± 0,30%
6


trong thịt của tất cả các loài tôm; hàm lƣợng lipid thấp, dao động trong khoảng 0,79 ±
0,03% và 1,11 ± 0,18%; hàm lƣợng canxi, magiê, kali, natri, phot pho, mangan, đồng,
sắt và kẽm trong đầu cao hơn so với vỏ và thịt.
Thành phần hóa học của vỏ tôm Crangon crangon và tôm Pandulas borealis
đƣợc Synowiecki (2000) chỉ ra có 40,6 ± 5,43%, 41,9 ± 0,02% protein; 27,5 ± 0,13%,
29,2 ± 0,02% khoáng; 9,95 ± 0,22%, 10,23 ± 0,41% lipid; 17,8 ± 0,91%, 17,0 ± 0,25%
chitin.
Trong nghiên cứu khác của Trang Sĩ Trung (2010) đã chỉ ra thành phần protein
của vỏ và đầu tôm thẻ chân trắng là 47,4% trong đó protein ở vỏ 25 – 28%, ở đầu tôm
50 – 53%; khoáng chiếm 24,6%; ẩm 77,5%; chitin 18,3%; lipid 4,2% và carotenoids

110 mg/kg theo hàm lƣợng chất khô.
Từ các nghiên cứu trên cho thấy protein và khoáng là thành phần chính tồn tại
trên đầu, vỏ và đuôi tôm. Ngoài ra còn có một lƣợng đáng kể caroteinoids. Vì vậy cần
nghiên cứu chế độ xử lý hợp lý để khử protein, khoáng theo hƣớng thu hồi các thành
phần hóa học có giá trị khác.
1.1.3. Tận dụng NLCL của quá trình chế biến tôm đông lạnh
Từ các số liệu trên cho thấy sản lƣợ ớn và tăng nhanh qua các
năm. Phần lớ ƣợ ến dƣới dạng tôm HLSO hoặc tôm PTO, PD,
PUD ầ ầu
và vỏ chiếm 50 – 70% nguyên liệu ban đầu, trong đó phần đầu thƣờng chiếm 34 –
45%, phần vỏ 10 – 15% trọng lƣợng tôm nguyên liệu [4].
1.1.3.1. Sử dụng NLCL trong sản xuất thức ăn chăn nuôi
Nguồn NLCL có thể tận dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Do hàm lƣợng
protein cao, đầu vỏ tôm có thể dùng sản xuất thức ăn gia súc. Trƣớc đây chúng đƣợc sử
dụng để sản xuất thức ăn chăn nuôi theo phƣơng pháp thủ công. Ở từng địa phƣơng
nguồn nguyên liệu này có thể đƣợc sản xuất từ dạng tƣơi hoặc khô khác nhau. Đầu, vỏ
tôm đƣợc nghiền nhỏ và bổ sung vào thức ăn tôm cá. Phƣơng pháp này đem lại hiệu
quả kinh tế thấp và chất lƣợng sản phẩm không cao. Hiện nay sản xuất thức ăn chăn
nuôi theo phƣơng pháp cải tiến nâng cao đƣợc chất lƣợng sản phẩm và hiệu quả kinh tế
nhƣng chƣa thực sự hiệu quả và tạo ra sản phẩm có giá trị.

7


1.1.3.2. Sử dụng NLCL tách chiết protease bổ sung vào thực phẩm
Một hƣớng sử dụng khác đã đƣợc nghiên cứu và áp dụng là tách chiết protease
từ đầu tôm để bổ sung vào chƣợp nƣớc mắm. Quy trình nƣớc mắm truyền thống có
thời gian sản xuất khá dài do chỉ sử dụng enzyme nội tại của nguyên liệu và enzyme
sinh ra từ vi sinh vật. Bổ sung enzyme protease giúp thúc đẩy quá trình thủy phân
protein, rút ngắn thời gian sản xuất. Ngoài ra phƣơng pháp này còn giúp tăng hàm

lƣợng đạm cho nƣớc mắm.
1.1.3.3. Sử dụng NLCL tách chiết astaxanthin
Hiện nay có nhiều nghiên cứu tách chiết astaxanthin từ đầu tôm có ứng dụng
cao trong thực phẩm, chăn nuôi và y học. Astaxanthin là dẫn xuất của caroten. Trong
vỏ giáp xác astaxanthin tham gia vào trong thành phần của lipoprotein, tồn tại ở dạng
liên kết với protein và dễ bị tách dƣới tác dụng của nhiệt. Hàm lƣợng astaxanthin trong
vỏ tôm, cua thay đổi đáng kể tùy theo loài (từ 10÷140 mg/kg trọng lƣợng ƣớt hay là
khoảng 50÷700 mg/kg trọng lƣợng khô) [4]. Trong vỏ của các loài giáp xác thủy sản,
astaxanthin liên kết chặt chẽ với canxi carbonat, chitin, gây khó khăn cho việc chiết
xuất astaxanthin. Nhiều công trình nghiên cứu đã sử dụng acid hay hỗn hợp các acid
để loại bỏ canxi carbonat (ở giai đoạn khử khoáng) trƣớc khi chiết xuất astaxanthin
bằng dung môi thích hợp. Bằng phƣơng pháp sử dụng Alcalase thủy phân protein từ
NLCL tôm Holanda và Netto (2006) đã thu đƣợc 64,6% protein và astaxanthin 5,7
mg/100g chất khô.
Ở Việt Nam, Hoàng Thị Huệ An đã nghiên cứu chiết xuất astaxanthin từ vỏ
tôm, đạt hiệu suất thu hồi trung bình là 49% hàm lƣợng astaxanthin có trong đầu, vỏ
tôm. Trong vỏ tôm tƣơi, hàm lƣợng astaxanthin chiếm 59 ± 3,4 mg astaxanthin/kg, còn
trong vỏ tôm khô hàm lƣợng này là 19,2 ± 1,7 mg astaxanthin/kg. Từ kết quả này cho
thấy NLCL trƣớc khi sản xuất chitin, chitosan cần đƣợc chiết xuất astaxanthin để cung
cấp cho các ngành công nghiệp khác, nhằm nâng cao giá trị của nó.
Astaxanthin từ đầu tôm đƣợc nghiên cứu bổ sung vào thức ăn cá hồi bƣớc đầu
có hiệu quả. Astaxanthin còn đƣợc bổ sung vào thức ăn làm tăng màu sắc của cá cảnh
hay tăng sắc tố cho lòng đỏ trứng gà.
1.1.3.4. Tận thu protein, peptid từ NLCL tôm sử dụng trong thực phẩm
Carotenoprotein thu hồi từ đầu, vỏ tôm chứa 58% protein, hơn 8% khoáng, 6%
lipid và 70 mg/kg carotenoid (Trang Sĩ Trung, 2010). Đây là nguồn dinh dƣỡng có giá
8


trị, có thể bổ sung vào thức ăn chăn nuôi để tăng hàm lƣợng đạm, nâng cao giá trị sản

phẩm. Ngoài ra sản phẩm protein chất lƣợng tốt đƣợc bổ sung vào thành phần bột canh
và các sản phẩm giá trị gia tăng khác từ tôm.
Các peptid thu đƣợc từ dịch thủy phân NLCL đã và đang đƣợc nghiên cứu ứng
dụng bổ sung vào thực phẩm tăng khả năng chống oxy hóa. Đây là một ứng dụng quan
trọng có thể phát triển trong tƣơng lai.
1.1.3.5. Sử dụng sản xuất chitin, chitosan
Nghiên cứu và ứng dụng sản xuất nhiều nhất là sản xuất chitin, chitosan và các
dẫn xuất của nó đồng thời thu hồ ất màu axtaxanthin, protein, khoáng Dạng
tồn tại, cấu trúc, tính chất lý hóa và ứng dụng của chitin, chitosan đã đƣợc công bố từ
những năm 30 của thế kỷ XX. Những nƣớc đã thành công trong lĩnh vực nghiên cứu
sản xuất chitin, chitosan là Nhật, Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ, Pháp. Trong đó Nhật Bản là
nƣớc đầu tiên trên thế giới sản xuất 20 tấn/năm, và đến nay đã lên tới 700 tấn/ năm.
Đứng thứ 2 là Mỹ với sản lƣợng 300 tấn/năm. Theo Know (1991) thị trƣờng tiềm năng
của chitin chitosan là Nhật, Mỹ, Anh, Đức. Ở Việt Nam cũng đang có những nghiên
cứu sản xuất và ứng dụng chitin chitosan vào sản xuất và phục vụ đời sống.
Ở Việt Nam, tháng 6 năm 2002, dự án sản xuất chitosan bắt đầu đƣợc thực hiện
tại trƣờng Đại học Thủy sản Nha Trang. Đến nay đã có nhiều công ty chuyên sản xuất
các sản phẩm chitin – chitosan. Trong đó, công ty Phƣơng Duy, khu công nghiệp và
chế xuất Cần Thơ mỗi năm sản xuất 2000 tấn chitin, 50 tấn chitosan và 1200 tấn D-
Glucosamine xuất khẩu đi thị trƣờng Mỹ, Nhật [35]. Công ty TNHH kỹ nghệ sinh hóa
Quốc Thành Việt Trung - hàng năm tiêu thụ gần 30000 tấn NLCL sau chế biến tôm
đông lạnh, sản xuất 2000 tấn chitin/năm, 1700 tấn D-glucosamin/năm cũng chủ yếu
qua thị trƣờng Mỹ, Nhật.
Tuy nhiên các công ty sản xuất chitin hiện nay phần lớn chỉ tập trung vào sản
xuất chitin theo phƣơng pháp hóa học nên chất lƣợng thành phẩm chƣa cao, đồng thời
không thu hồi đƣợ Các phụ
phẩm này đặc biệt là protein khi thải ra ngoài cùng với các hóa chất xử lý sẽ gây ô
nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng. Vì vậy nghiên cứu phƣơng pháp cải tiến giảm thiểu
việc sử dụng hóa chất, tận thu các thành phần có giá trị khác vừa giúp tăng hiệu quả sử
dụng NLCL, vừa góp phần bảo vệ môi trƣờng tốt hơn là cần thiết.

9


1.2. Tổng quan về enzyme protease
1.2.1. Enzyme protease
Enzyme là protein có khối lƣợng phân tử lớn trung bình từ 6 000 – 1 000 000
dalton. Enzyme t trong dung dịch muối trong các dung dịch
đệm, không tan trong dung môi không phân cực. Các tác nhân vật lý và hóa học gây
biến tính protein nhƣ nhiệt độ cao, acid hoặc kiềm đặc, muối kim loại nặng cũng gây
biến tính enzyme.
1.2.1.1. Nguồn thu nhận enzyme protease
Enzyme protease là protein đƣợc sinh vật sinh tổng hợp trong tế bào và tham gia
xúc tác cho mọi phản ứng sinh học. Mọi sinh vật đều đƣợc xem là nguồn thu nhận để
sản xuất enzyme nhƣng chủ yếu là ba nguồn chính: động vật, thực vật và vi sinh vật.
− Từ động vật: Chủ yếu là các enzyme từ nội tạng, bao gồm enzyme Trypsin,
Pepsin Ngoài ra trong ngăn thứ tƣ của dạ dày bê có tồn tại enzyme thuộc nhóm
protease là Renin đƣợc sử dụng phổ biến trong công nghệ phomat.
− Từ thực vật: Papain thu đƣợc từ nhựa của lá, thân, quả đu đủ. Bromelain thu
từ quả, chồi dứa, vỏ dứa. Ficin thu đƣợc từ nhựa cây cọ.
− Từ vi sinh vật: Vi sinh vật là nguồn sản xuất protease phong phú nhất.
Protease có mặt ở hầu hết các vi sinh vật nhƣ vi khuẩn, nấm mốc, xạ khuẩn gồm nhiều
loài thuộc Aspergillus, Bacillus, Penicillium, Clotridium, Streptomyces và một số loại
nấm men [3].
1.2.1.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt động của enzyme protease
Enzyme mang bản chất protein, ảnh hƣởng bởi các yếu tố nhiệt độ, pH môi
trƣờng, nồng độ enzyme, chất kìm hãm, chất hoạt hóa và nồng độ cơ chất, ánh sáng
Hoạt lực của enzyme cao nhất khi tất cả các yếu tố trên là phù hợp với hoạt động của
nó và ngƣợc lại. Thay đổi một trong số các yếu tố ảnh hƣởng sẽ làm giảm khả năng
xúc tác hoặc bất hoạt enzyme đó.
− Nhiệt độ: Enzyme hoạt động trong một vùng nhiệt độ gọi là nhiệt độ hoạt

động của enzyme. Giá trị nhiệt độ thấp nhất hoặc cao nhất mà tại đó enzyme mất hoạt
tính gọi là nhiệt độ tới hạn của enzyme. Giá trị nhiệt độ mà enzyme thể hiện cao nhất
khả năng xúc tác của mình gọi là nhiệt độ tối thích. Trong thực tế nhiệt độ tối thích của
enzyme là một vùng lân cận hẹp. Nhiệt độ tối thích của một enzyme không phải là một
10


hằng số, nó còn phụ thuộc vào pH môi trƣờng, nồng độ cơ chất. Đặc biệt enzyme xúc
tác với thời gian dài nhiệt độ tối thích giảm. Nhiệt độ môi trƣờng hoạt động của
enzyme quá cao enzyme biến tính không thuận nghịch. Nhiệt độ thấp enzyme biến tính
thuận nghịch. Enzyme protease thƣờng có nhiệt độ tối thích từ 40 - 60
o
C. Enzyme của
những chủng ƣa nhiệt có nhiệt độ tối thích cao. Enzyme Pepsin, Trypsin,
Chymotrypsin có nhiệt độ hoạt động thấp hơn, nằm trong khoảng nhiệt độ của cơ thể
35 - 37
o
C.
− pH: Giá trị pH có vai trò tạo trạng thái ion hóa cho enzyme và cơ chất. Sự
phân li khác nhau của một phân tử protein ở các giá trị pH khác nhau làm thay đổi
tính chất của trung tâm liên kết cơ chất và hoạt động ở phân tử enzyme, dẫn đến khả
năng xúc tác khác nhau phụ thuộc vào giá trị pH. Giá trị pH tối thích là giá trị tại đó
cả enzyme và cơ chất đạt đến trạng thái ion hóa phù hợp nhất. Chúng dễ dàng tƣơng
tác với nhau nên hiệu quả xúc tác của enzyme tăng. pH môi trƣờng cũng liên quan đến
độ bền của enzyme. Môi trƣờng quá acid hay quá kiềm enzyme đều kém bền. Hầu hết
các enzyme hoạt động tốt ở môi trƣờng pH xấp xỉ 7. Riêng Pepsin (enzyme tiêu hóa
trong dạ dày) có pH hoạt động thấp hơn do hoạt động trong môi trƣờng acid. pH tối
thích của các enzyme Pepsin… thƣờng là 1 - 4.
− Nồng độ enzyme: Trong điều kiện thừa cơ chất, vận tốc phản ứng phụ thuộc
tuyến tính vào nồng độ enzyme. Nồng độ enzyme thấp tốc độ và hiệu quả thủy phân

không cao. Nồng độ enzyme quá lớn vận tốc phản ứng tăng chậm.
− Thời gian xử lý: Thời gian có ảnh hƣởng đáng kể đến hoạt động của
enzyme. Thời gian xử lý ngắn hiệu quả thủy phân thấp do enzyme và cơ chất chƣa tiếp
xúc triệt để. Khi hiệu quả thủy phân là cao nhất, tiếp tục tăng thời gian xử lý enzyme
không làm tăng hiệu quả thủy phân.
− Nồng độ cơ chất: Nồng độ cơ chất có ảnh hƣởng đến tốc độ phản ứng của
enzyme. Tại nồng độ nhất định enzyme tiếp xúc với cơ chất triệt để, tốc độ phản ứng
nhanh. Dƣới nồng độ cơ chất đó, enzyme và cơ chất khó tiếp xúc phản ứng thủy phân
xảy ra chậm chạp không hiệu quả. Khi nồng độ enzyme và cơ chất bão hòa tăng nồng
độ enzyme hiệu quả thủy phân không tăng.
11


− Ảnh hƣởng của tỷ lệ nƣớc bổ sung: Nƣớc có khả năng điều chỉnh phản ứng
thủy phân, nƣớc là môi trƣờng tăng cƣờng quá trình phân cắt các liên kết nhị dƣơng và
là môi trƣờng khuyếch tán enzyme và cơ chất tạo điều kiện cho phản ứng xảy ra.
− Ảnh hƣởng của diện tích tiếp xúc: Diện tích tiếp xúc càng lớn thì quá trình
thủy phân xảy ra càng nhanh. Vì vậy đối với nguyên liệu có kích thƣớc lớn thƣờng
đƣợc làm nhỏ để hiệu quả thủy phân cao hơn.
− Ảnh hƣởng của chất kìm hãm: Chất kìm hãm là chất làm giảm khả năng xúc
tác hoặc vô hoạt enzyme. Chúng là các chất hữu cơ phân tử thấp, ion kim loại, phi kim
và có thể là chất kìm hãm thuận nghịch hay bất thuận nghịch. Chất kìm hãm thuận
nghịch có thể là cạnh tranh, không cạnh tranh hay hỗn tạp.
+ Chất kìm hãm cạnh tranh xảy ra với enzyme thiếu tính đặc hiệu cơ chất
tuyệt đối. Enzyme không nhận ra chất lạ nên kết hợp với trung tâm hoạt động của chất
lạ đó chiếm chỗ cơ chất chính, sản phẩm sinh ra ít hơn. Khi cơ chất dƣ thừa, nồng độ
chất kìm hãm thấp có thể loại bỏ tác dụng của chất kìm hãm. Nồng độ cơ chất thấp và
nồng độ chất kìm hãm cao lại có tác dụng kìm hãm hoàn toàn. Trƣờng hợp đặc biệt
chất kìm hãm cạnh tranh là kìm hãm bằng sản phẩm. Trƣờng hợp này xảy ra khi một
sản phẩm phản ứng tác dụng trở lại enzyme và chiếm vị trí hoạt động của phân tử

enzyme.
+ Chất kìm hãm không cạnh tranh là chất không kết hợp vào trung tâm
hoạt động mà kết hợp vào các điểm dị không gian làm thay đổi cấu trúc trung tâm hoạt
động của enzyme không có lợi cho quá trình xúc tác. Đặc trƣng của kiểu kìm hãm này
là chất kìm hãm chỉ liên kết với phức hợp enzyme cơ chất mà không liên kết với
enzyme tự do.
+ Chất kìm hãm hỗn tạp là chất kìm hãm không những liên kết với enzyme
tự do mà còn liên kết với cả phức hợp ES tạo thành phức hợp EIS không tạo đƣợc sản
phẩm. Hiện tƣợng kìm hãm chỉ phụ thuộc vào nồng độ chất kìm hãm. Trƣờng hợp kìm
hãm enzyme bằng nồng độ cao của cơ chất gọi là kìm hãm cơ chất. Nhìn chung sự kìm hãm
phụ thuộc nồng độ chất kìm hãm, nồng độ enzyme, thời gian tác dụng.
− Ảnh hƣởng của chất hoạt hóa: Chất hoạt hóa là chất làm tăng hoạt động của
enzyme, enzyme từ không hoạt động sang hoạt động hoặc hoạt động ít chuyển sang
hoạt động nhiều. Chất hoạt hóa có tác dụng cắt một vài đoạn peptid đang ức chế hoạt
12


động của enzyme để hình thành lại trung tâm hoạt động của enzyme, enzyme trở nên
hoạt động. Mỗi enzyme đòi hỏi một số chất hoạt hóa mang bản chất khác nhau. Chất
hoạt hóa có thể là các ion kim loại, phi kim làm cầu nối giữa enzyme và cơ chất hoặc
làm tăng diện tích tiếp xúc giữa enzyme và cơ chất. Chất hoạt hóa có thể kết hợp vào
các điểm dị không gian giúp trung tâm hoạt động biến đổi theo hƣớng có lợi với chất
xúc tác.
− Ảnh hƣởng của các yếu tố khác
+ Ánh sáng có ảnh hƣởng khác nhau đến từng loại enzyme, các bƣớc sóng
khác nhau có ảnh hƣởng khác nhau, thƣờng ánh sáng trắng có tác động mạnh nhất,
ánh sáng đỏ có tác động yếu nhất. Ánh sáng vùng tử ngoại cũng có thể gây nên những
bất lợi, enzyme ở trạng thái dung dịch bền hơn khi đƣợc kết tinh ở dạng tinh thể,
nồng độ enzyme trong dung dịch càng thấp thì càng kém bền, tác động của tia tử
ngoại sẽ tăng lên khi tăng nhiệt độ.

+ Sự chiếu điện: Điện chiếu với cƣờng độ càng cao thì tác động phá hủy
càng mạnh. Tác động sẽ mạnh hơn đối với dịch enzyme có nồng độ thấp.
+ Sóng siêu âm có tác động khác nhau đối với từng loại enzyme, có
enzyme bị mất hoạt tính, có enzyme lại không chịu ảnh hƣởng.
1.2.1.3. Ứng dụng của enzyme protease
Enzyme protease đƣợc ứng dụng rộng rãi trong y học, nông nghiệp, hóa học,
công nghiệp dệt, mỹ phẩm, công nghiệp da, phim ảnh và đặc biệt là trong công nghiệp
thực phẩm nhƣ: công nghiệp chế biến thịt, cá, sữa, bánh mì, bánh kẹo, bia, sản xuất sữa
bột và bột trứng. Ngoài ra enzyme protease còn đƣợc ứng dụng trong xử lý nguyên liệu
còn lại để thu hồi các sản phẩm có giá trị bƣớc đầu đem lại hiệu quả đáng kể.
- Trong nông nghiệp
Có thể sử dụng các loại chế phẩm enzyme khác nhau để chuyển hóa nguyên liệu
còn lại cải tạo đất phục vụ nông nghiệp. Công nghệ này khá phổ biến ở nhiều quốc gia.
Ở nƣớc ta việc dùng enzyme vi sinh vật trong sản xuất phân hữu cơ đang đƣợc khai
thác để thay thế cho phân hóa học.
- Trong hóa học
Sử dụng chất mang để gắn enzyme xúc tác cho phản ứng trong tổng hợp
glutathion, acid béo, alcaloid, sản xuất hormone…Cũng bằng cách tạo phức, ngƣời ta
13


gắn vi sinh vật để sử dụng trong công nghệ xử lý nƣớc thải, sản xuất alcohol, amino
acid… Sử dụng enzyme protease để nghiên cứu cấu trúc protein, dùng endonuclease
nghiên cứu cấu trúc acid nucleic. Ngoài ra enzyme còn đƣợc dùng làm thuốc thử trong
hóa phân tích.
- Trong công nghiệp thực phẩm:
Protease dùng làm mềm thịt nhờ thủy phân protein trong thịt; sử dụng để sản xuất
nƣớc mắm ngắn ngày rút ngắn thời gian chế biến; sử dụng trong sản xuất phomat nhờ
tác dụng làm đông tụ sữa; trong sản xuất bánh mì, bánh quy protease làm giảm thời
gian nhào trộn, tăng độ dẻo và làm nhuyễn bột, tạo độ xốp và độ nở tốt hơn; trong sản

xuất nƣớc giải khát làm tăng độ bền của bia và rút ngắn thời gian lọc; làm trong và ổn
định nƣớc quả, rƣợu vang; sử dụng trong sản xuất dịch đạm thủy phân dùng làm chất
dinh dƣỡng, chất tăng vị trong thực phẩm và sản xuất một số thức ăn kiêng. Ngoài ra
enzyme pectinase đƣợc ứng dụng trong chiết rút các chất màu, tanin và các chất hòa
tan khác do đó làm tăng chất lƣợng thành phẩm và tận dụng tối đa lƣợng nguyên liệu
trái cây sản xuất dịch quả.
Trong các ngành công nghiệp khác: Protease của nấm mốc và vi khuẩn phối hợp
với amylasa tạo thành hỗn hợp enzyme dùng làm thức ăn gia súc có độ tiêu hóa cao, có
ý nghĩa lớn trong chăn nuôi gia súc và gia cầm. Protease dùng để sản xuất vaccine,
kháng sinh, sản xuất keo động vật, chất giặt tổng hợp để giặt chất bẩn protein, sản xuất
mỹ phẩm
- Trong y học
Protease dùng làm thuốc tắc nghẽn tim mạch, tiêu mủ vết thƣơng, làm thông
đƣờng hô hấp, chống viêm, làm thuốc tăng tiêu hóa protein, thành phần của các loại
thuốc dùng trong da liễu và mỹ phẩm. Trong y học protease cũng dùng để sản xuất môi
trƣờng dinh dƣỡng nuôi cấy vi sinh vật sản xuất ra kháng sinh, chất kháng độc. Ngoài
ra còn dùng để cô đặc và tinh chế các huyết thanh kháng độc để chữa bệnh.
- Trong xử lý nguyên liệu còn lại
Ngày nay tốc độ ô nhiễm môi trƣờng đang gia tăng, các phƣơng pháp xử lý hoá
học và sinh học thông thƣờng ngày càng khó đạt đƣợc mức độ cần thiết để loại bỏ các
chất ô nhiễm này. Do đó, những phƣơng pháp xử lý nhanh hơn, rẻ hơn, đáng tin cậy
14


hơn đƣợc đƣa vào áp dụng. Hiện nay số lƣợng enzyme đã biết đạt tới con số hơn 3000
enzyme. Trong đó enzyme protease là enzyme quan trọng trong xử lý protein.
Protease có thể thủy phân protein có trong chất thải để sản xuất thức ăn có giá
trị dinh dƣỡng cho cá hoặc vật nuôi. Điều này giúp xử lý protein tồn đọng trong nƣớc
thải và giảm ô nhiễm môi trƣờng.
Lông chiếm 5% trọng lƣợng cơ thể gia cầm và có thể đƣợc coi nhƣ là nguồn

protein cao tạo nên cấu trúc keratin cứng. Lông có thể đƣợc hoà tan sau khi xử lý với
NaOH, xử lý bằng cơ học và bằng các enzyme thủy phân nhƣ protease kiềm từ
Bacillus subtilis. Sản phẩm tạo thành có dạng bột, màu xám với hàm lƣợng protein cao
có thể đƣợc sử dụng làm thức ăn chăn nuôi. Protease ngoại bào đƣợc tiết ra từ Bacillus
polymyxa, Bacillus megaterium, Pseudomonas marinoglutinosa và Acromonas
hydrophila cố định trong canxi alginat để thực hiện các phản ứng liên tục thu đƣợc sản
lƣợng cao trong thủy phân thịt cá [6].
Enzyme protease đƣợc dùng để thủy phân protein trong sản xuất chitin,
astaxanthin, bột đạm Các quy trình sản xuất chitin, chitosan quy mô lớn tại Việt
Nam chủ yếu là quy trình hóa học. Việc sử dụng hóa chất với nồng độ cao dẫn đến
chất lƣợng chitin, chitosan thu đƣợc chƣa tốt và nhiều tạp chất. Mặt khác, các quy
trình này chỉ tập trung vào việc thu nhận chitin, chitosan chƣa chú trọng đến việc tận
thu các sản phẩm khác của nguyên liệu còn lại tôm nhƣ protein, chất màu. Sử dụng
enzyme protease trong việc thu hồi một phần protein từ nguyên liệu còn lại tôm cũng
là một hƣớng tận dụng đƣợc nghiên cứu rộng rãi (Simpson và Hard, 1985; Cano –
Lopezandothers, 1987; Synowiecki và Al-Khateeb, 2000; Gildberg và Stenberg, 2001;
Mizani và cộng sự, 2005). Enzyme Alcalase đã đƣợc sử dụng để thủy phân protein từ
đầu, vỏ tôm (Chabeaud, Guerard, Laroque và Dufosse 2007; Mizani, Aminlari, 2005)
Trypsin, Papain, Pepsin (Synowiecki và Al-Khateeb, 2000; Chakrabarty, 2002),
enzyme Neutrase và protease ( Rutanapornvareeskul, 2006).
Enzyme protease đƣợc dùng để thủy phân nguyên liệu còn lại cá để sản xuất chế
phẩm giàu đạm dùng trong thức ăn nuôi tôm, cá hạn chế ô nhiễm môi trƣờng. Với công
nghệ sản xuất đơn giản sử dụng enzyme từ vi khuẩn bổ sung vào đầu, xƣơng cá tách
phần thịt ra khỏi xƣơng. Phần thịt đƣợc cô đặc trộn với thức ăn cho tôm, phần xƣơng
đƣợc làm sạch, sấy khô, nghiền thành bột dùng cho chăn nuôi gia súc. Biện pháp này