nghiên cứu chế độ thủy phân thu dịch đạm hòa tan giàu acid amine từ protein cá nục gai

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
***************





ĐỖ THỊ THANH THỦY





NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ THỦY PHÂN THU DỊCH ĐẠM
HÒA TAN GIÀU ACID AMINE TỪ PROTEIN CÁ NỤC GAI



LUẬN VĂN THẠC SĨ







KHÁNH HÒA, 2013

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

***************




ĐỖ THỊ THANH THỦY





NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ THỦY PHÂN THU DỊCH ĐẠM
HÒA TAN GIÀU ACID AMINE TỪ PROTEIN CÁ NỤC GAI

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


LUẬN VĂN THẠC SĨ


CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS. NGUYỄN ANH TUẤN




KHÁNH HÒA, 2013
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 đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình
nào khác. Nếu có gì không đúng tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Tác giả luận văn
Đỗ Thị Thanh Thủy


ii


LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và nghiên cứu để thực hiện luận văn, tôi đã nhận đƣợc
sự quan tâm tận tình của quý thầy cô hƣớng dẫn khoa học, các tập thể, các cá nhân
trong và ngoài trƣờng, đã góp phần vào sự hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Khoa Sau đại học, Khoa Công nghệ
Thực phẩm và cán bộ viên chức Trƣờng Đại học Nha Trang đã tạo điều kiện cho tôi
thuận lợi trong quá trình học tập, nghiên cứu và bảo vệ luận văn.
Xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo hƣớng dẫn TS. Nguyễn
Anh Tuấn, ngƣời hƣớng dẫn khoa học, ngƣời thầy đã hết lòng chỉ bảo và hƣớng dẫn
tận tình, thƣờng xuyên theo dõi quá trình thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Minh Trí, TS. Nguyễn Thị Mỹ Hƣơng,
ThS. Đặng Thị Thu Hƣơng, các thầy cô Bộ môn Đảm bảo chất lƣợng và An toàn Thực
phẩm, tập thể cán bộ nghiên cứu tại Viện Công nghệ Sinh học - Môi trƣờng, phòng thí
nghiệm Công nghệ Thực phẩm, Hóa - Vi sinh vì những ý kiến đóng góp, gánh vác
công việc và sự giúp đỡ trong quá trình thực nghiệm.
Xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo hƣớng dẫn TS. Nguyễn

Anh Tuấn, ngƣời hƣớng dẫn khoa học, ngƣời thầy đã hết lòng chỉ bảo và hƣớng dẫn
tận tình, thƣờng xuyên theo dõi quá trình thực hiện đề tài.
Xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, ngƣời thân, bạn bè đã quan tâm, chia
sẻ khó khăn và động viên để tôi hoàn thành công việc.
iii


MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC BẢNG vi
DANH MỤC HÌNH vii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT x

ĐẶT VẤN ĐỀ 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 3
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÁ NỤC VÀ TÌNH HÌNH KHAI THÁC CÁ NỤC 3
1.1.1. Phân loại cá nục 3
1.1.2. Đặc điểm hình thái cá nục gai 4
1.1.3. Tình hình khai thác cá nục 4
1.1.4. Thành phần hóa học và dinh dƣỡng của cá nục 6
1.2. TỔNG QUAN VỀ ENZYME PROTEASE 6
1.2.1. Khái niệm enzyme protease 6
1.2.2. Phân loại enzyme protease 7
1.2.3. Cơ chế tác dụng của enzyme protease 8
1.2.4. Nguồn gốc thu nhận enzyme protease 8
1.3. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN PROTEIN 10
1.3.1. Quá trình thủy phân protein bằng enzyme protease 10

1.3.2. Các phƣơng pháp thủy phân protein 11
1.3.3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình thủy phân protein bằng enzyme
protease 12
1.3.4. Sản phẩm thủy phân 14
1.3.5. Ứng dụng của dịch đạm thủy phân, bột đạm thủy phân 15
1.4. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC LIÊN QUAN ĐẾN
ĐỀ TÀI 16
1.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 16
1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc 19
iv


CHƢƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21
2.1. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ HÓA CHẤT THIẾT BỊ 21
2.1.1. Cá nục gai 21
2.1.2. Enzyme protease thƣơng mại 21
2.1.3. Hóa chất, thiết bị 21
2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22
2.2.1. Phƣơng pháp nghiên cứu chung 23
2.2.2. Phƣơng pháp phân tích 23
2.2.3. Phƣơng pháp xử lý số liệu thực nghiệm 23
2.3. BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM 24
2.3.1. Thu nhận và xử lý mẫu 24
2.3.2. Xác định thành phần khối lƣợng và thành phần hóa học cơ bản của cá nục
gai 25
2.3.3. Bố trí thí nghiệm tổng quát 27
2.3.4. Nghiên cứu thăm dò tìm tác nhân thủy phân phù hợp 29
2.3.5. Nghiên cứu chế độ thủy phân tối ƣu thu hồi dịch đạm hòa tan giàu acid
amine từ protein cá nục gai 44
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 48

3.1. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN KHỐI LƢỢNG VÀ THÀNH PHẦN
HÓA HỌC CƠ BẢN CỦA CÁ NỤC GAI 48
3.2. KẾT QUẢ THĂM DÒ TÌM TÁC NHÂN THỦY PHÂN PHÙ HỢP 48
3.2.1. Kết quả thăm dò chế độ thủy phân thích hợp bằng Alcalase 48
3.2.2. Kết quả thăm dò chế độ thủy phân thích hợp bằng Protamex 53
3.2.3. Kết quả thăm dò chế độ thủy phân thích hợp bằng Flavourzyme 58
3.2.4. Kết quả thăm dò chế độ thủy phân thích hợp bằng hỗn hợp Alcalase và
Favourzyme 62
3.2.5. Kết quả thăm dò chế độ thủy phân thích hợp bằng hỗn hợp Protamex và
Favourzyme 68
3.2.6. Kết quả so sánh chế độ thủy phân khi sử dụng các loại enzyme đơn lẻ và
hỗn hợp khác nhau 74
3.3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ THỦY PHÂN TỐI ƢU THU HỒI DỊCH
ĐẠM HÒA TAN GIÀU ACID AMINE TỪ PROTEIN CÁ NỤC GAI 77
v


3.3.1. Kết quả xác định mô hình hồi qui 77
3.3.2. Tìm thông số tối ƣu của quá trình thủy phân 79
3.4. ĐỀ XUẤT CHẾ ĐỘ THỦY PHÂN THỬ NGHIỆM TRÊN CÁ NỤC GAI.
XÁC ĐỊNH HIỆU QUẢ CỦA CHẾ ĐỘ THỦY PHÂN TÌM ĐƢỢC 80
3.4.1. Đề xuất chế độ thủy phân thử nghiệm trên cá nục gai 80
3.4.2. Xác định hiệu quả của chế độ thủy phân tìm đƣợc 82
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 84
Kết luận 84
Đề xuất ý kiến 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO 85


vi

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Sản lƣợng cá nục gai đánh bắt trên thế giới năm 1997-2007 4
Bảng 1.2. Thành phần hóa học và dinh dƣỡng của cá nục 6
Bảng 2.1. Qui hoạch thực nghiệm 3 yếu tố theo mô hình Box-Behnken 44
Bảng 2.2. Bố trí thí nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm với biến ảo của công
đoạn thủy phân protein cá nục gai bằng hỗn hợp (E
2
+ E
3
) 46
Bảng 2.3. Bố trí thí nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm với biến thật của công
đoạn thủy phân protein cá nục gai bằng hỗn hợp (E
2
+ E
3
) 47
Bảng 3.1. Thành phần khối lƣợng của cá nục gai 48
Bảng 3.2. Thành phần hóa học cơ bản của cá nục gai 48
Bảng 3.3. Đánh giá cảm quan của dịch đạm thủy phân thu nhận từ cá nục gai 75
Bảng 3.4. Tiên đoán một số thí nghiệm tối ƣu cho quá trình thủy phân 79
Bảng 3.5. Kết quả tối ƣu theo tiên đoán và thực nghiệm 79
Bảng 3.6. Đánh giá chất lƣợng dịch đạm thủy phân protein cá nục gai 82
Bảng 3.7. Thành phần acid amine của dịch đạm thủy phân protein cá nục gai 83


vii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Cá nục thuôn 3
Hình 1.2. Cá nục đỏ 3
Hình 1.3. Cá nục sồ 3
Hình 1.4. Cá nục heo 3
Hình 1.5. Cá nục gai 3
Hình 1.6. Biểu đồ sản lƣợng cá nục gai đánh bắt trên thế giới năm 1950 ÷ 2010 5
Hình 1.7. Phản ứng thủy phân protein xúc tác bởi enzyme protease 8
Hình 2.1. Cá nục gai 21
Hình 3.1-I. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến DH, HSTH của dịch đạm thủy phân bằng E
1
49
Hình 3.1-II. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến N
aa
/N
TS
, TVB-N của dịch đạm thủy phân
bằng E
1
49
Hình 3.2-I. Ảnh hƣởng của E/S đến DH, HSTH của dịch đạm thủy phân bằng E
1
50
Hình 3.2-II. Ảnh hƣởng của E/S đến N
aa
/N
TS
, TVB-N của dịch đạm thủy phân bằng E

1
51
Hình 3.3-I. Ảnh hƣởng của thời gian đến DH, HSTH của dịch đạm thủy phân bằng E
1
52
Hình 3.3-II. Ảnh hƣởng của thời gian đến N
aa
/N
TS
, TVB-N của dịch đạm thủy phân
bằng E
1
52
Hình 3.4-I. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến DH, HSTH của dịch đạm thủy phân bằng E
2
54
Hình 3.4-II. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến N
aa
/N
TS
, TVB-N của dịch đạm thủy phân
bằng E
2
54
Hình 3.5-I. Ảnh hƣởng của E/S đến DH, HSTH của dịch đạm thủy phân bằng E
2
55
Hình 3.5-II. Ảnh hƣởng của E/S đến N
aa
/N

TS
, TVB-N của dịch đạm thủy phân bằng E
2
56
Hình 3.6-I. Ảnh hƣởng của thời gian đến DH, HSTH của dịch đạm thủy phân bằng E
2
57
Hình 3.6-II. Ảnh hƣởng của thời gian đến N
aa
/N
TS
, TVB-N của dịch đạm thủy phân
bằng E
2
57
Hình 3.7-I. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến DH, HSTH của dịch đạm thủy phân bằng E
3
58
Hình 3.7-II. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến N
aa
/N
TS
, TVB-N của dịch đạm thủy phân
bằng E
3
59
Hình 3.8-I. Ảnh hƣởng của E/S đến DH, HSTH của dịch đạm thủy phân bằng E
3
60
Hình 3.8-II. Ảnh hƣởng của E/S đến N

aa
/N
TS
, TVB-N của dịch đạm thủy phân bằng E
3
60
Hình 3.9-I. Ảnh hƣởng của thời gian đến DH, HSTH của dịch đạm thủy phân bằng E
3
61
viii


Hình 3.9-II. Ảnh hƣởng của thời gian đến N
aa
/N
TS
, TVB-N của dịch đạm thủy phân
bằng E
3
61
Hình 3.10-I. Ảnh hƣởng của tỷ lệ E
1
và E
3
đến DH, HSTH của dịch đạm thủy phân . 62
Hình 3.10-II. Ảnh hƣởng của tỷ lệ E
1
và E
3
đến N

aa
/N
TS
, TVB-N của dịch đạm thủy
phân 63
Hình 3.11-I. Ảnh hƣởng của (E
1
+ E
3
)/S đến DH, HSTH của dịch đạm thủy phân 64
Hình 3.11-II. Ảnh hƣởng của (E
1
+E
3
)/S đến N
aa
/N
TS
, TVB-N của dịch đạm thủy phân 64
Hình 3.12-I. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến DH, HSTH của dịch đạm thủy phân bằng
hỗn hợp (E
1
+ E
3
) 65
Hình 3.12-II. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến N
aa
/N
TS
, TVB-N của dịch đạm thủy phân

bằng hỗn hợp (E
1
+ E
3
) 65
Hình 3.13-I. Ảnh hƣởng của thời gian đến DH, HSTH của dịch đạm thủy phân bằng
hỗn hợp (E
1
+ E
3
) 66
Hình 3.13-II. Ảnh hƣởng của thời gian đến N
aa
/N
TS
, TVB-N của dịch đạm thủy phân
bằng hỗn hợp (E
1
+ E
3
) 67
Hình 3.14-I. Ảnh hƣởng của tỷ lệ E
2
và E
3
đến DH, HSTH của dịch đạm thủy phân 68
Hình 3.14-II. Ảnh hƣởng của tỷ lệ E
2
và E
3

đến N
aa
/N
TS
, TVB-N của dịch đạm thủy
phân 68
Hình 3.15-I. Ảnh hƣởng của (E
2
+ E
3
)/S đến DH, HSTH của dịch đạm thủy phân 69
Hình 3.15-II. Ảnh hƣởng của (E
2
+ E
3
)/S đến N
aa
/N
TS
, TVB-N của dịch đạm thủy phân 70
Hình 3.16-I. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến DH, HSTH của dịch đạm thủy phân bằng
hỗn hợp (E
2
+ E
3
) 71
Hình 3.16-II. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến N
aa
/N
TS

, TVB-N của dịch đạm thủy phân
bằng hỗn hợp (E
2
+ E
3
) 71
Hình 3.17-I. Ảnh hƣởng của thời gian đến DH, HSTH của dịch đạm thủy phân bằng
hỗn hợp (E
2
+ E
3
) 72
Hình 3.17-II. Ảnh hƣởng của thời gian đến N
aa
/N
TS
, TVB-N của dịch đạm thủy phân
bằng hỗn hợp (E
2
+ E
3
) 73
Hình 3.18-I. DH, HSTH của dịch đạm thủy phân khi sử dụng các loại enzyme đơn lẻ
và hỗn hợp khác nhau 74
Hình 3.18-II. N
aa
/N
TS
, TVB-N của dịch đạm thủy phân khi sử dụng các loại enzyme
đơn lẻ và hỗn hợp khác nhau 74

ix


Hình 3.19. Đồ thị đƣờng đồng mức biểu diễn ảnh hƣởng của nhiệt độ và (E
2
+ E
3
)/S
đến N
aa
/N
TS
của dịch đạm thủy phân 78
Hình 3.20. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hƣởng của nhiệt độ và (E
2
+ E
3
)/S đến N
aa
/N
TS
của
dịch đạm thủy phân 78
Hình 3.21. Đồ thị đƣờng đồng mức biểu diễn ảnh hƣởng của nhiệt độ và thời gian đến
N
aa
/N
TS
của dịch đạm thủy phân 78
Hình 3.22. Đồ thị 3D biểu diễn ảnh hƣởng của nhiệt độ và thời gian đến N

aa
/N
TS
của
dịch đạm thủy phân 78
Hình 3.23. Chế phẩm dịch đạm hòa tan giàu acid amine sản xuất theo qui trình đề xuất 82



x


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DH

Degree of Hydrolysis (Độ thủy phân)
EAA
Essential amino acids (Acid amine không thay thế)
E/S
Tỷ lệ enzyme so với cơ chất
E
1
Alcalase
E
2
Protamex
E
3
Flavourzyme

(E
1
+ E
3
)/S
Tỷ lệ hỗn hợp Alcalase và Flavourzyme so với cơ chất
(E
2
+ E
3
)/S
Tỷ lệ hỗn hợp Protamex và Flavourzyme so với cơ chất
N
aa
Nitơ acid amine
HSTH
Hiệu suất thu hồi nitơ
N
aa

Nitơ acid amine
N
aa
/N
TS

Tỷ lệ nitơ acid amine so với nitơ tổng số
N
F
Nitơ formon

N
NH3

Nitơ amoniac
N
TS

Nitơ tổng số
pH
opt

pH thích hợp
SĐBTTN
Sơ đồ bố trí thí nghiệm
TAA
Total amino acids (Tổng acid amine)
TCVN
Tiêu chuẩn Việt Nam
TEAA
Total essential amino acids (Tổng acid amine không thay thế)
tg
Thời gian thủy phân
t
o

Nhiệt độ thủy phân
t
opt

Nhiệt độ thích hợp

TVB-N
Total volatile basic nitrogen (tổng nitơ bazơ bay hơi)
v
Tốc độ
v/p
Vòng/phút
VSV
Vi sinh vật
W/NL
Tỷ lệ nƣớc so với nguyên liệu

xi


DANH MỤC SƠ ĐỒ

2.1. Sơ đồ thu nhận và xử lý mẫu 24
Sơ đồ 2.2. Xác định thành phần khối lƣợng và thành phần hóa học cơ bản của
cá nục gai 25
Sơ đồ 2.3. Bố trí thí nghiệm tổng quát 27
Sơ đồ 2.4. Bố trí thí nghiệm ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hiệu quả thủy phân
bằng E
1
, E
2
, E
3
29
Sơ đồ 2.5. Bố trí thí nghiệm ảnh hƣởng của E/S đến hiệu quả thủy phân bằng
E

1
, E
2
, E
3
31
Sơ đồ 2.6. Bố trí thí nghiệm ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu quả thủy phân
bằng E
1
, E
2
, E
3
33
Sơ đồ 2.7. Bố trí thí nghiệm ảnh hƣởng của tỷ lệ E
1
và E
3
, E
2
và E
3
đến hiệu
quả thủy phân 35
Sơ đồ 2.8. Bố trí thí nghiệm ảnh hƣởng của tỷ lệ hỗn hợp enzyme so với cơ
chất đến hiệu quả thủy phân 37
Sơ đồ 2.9. Bố trí thí nghiệm ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hiệu quả thủy phân
bằng hỗn hợp (E
1
+ E

3
), (E
2
+ E
3
) 39
Sơ đồ 2.10. Bố trí thí nghiệm ảnh hƣởng của thời gian đến hiệu quả thủy phân
bằng hỗn hợp (E
1
+ E
3
), (E
2
+ E
3
) 41
Sơ đồ 2.11. Bố trí thí nghiệm so sánh chế độ thủy phân khi sử dụng các loại
enzyme đơn lẻ và hỗn hợp khác nhau 43





1


ĐẶT VẤN ĐỀ

1. Tính cấp thiết của đề tài
Acid amine là đơn vị cấu trúc cơ bản của protein và là một dƣỡng chất không

thể thiếu của sự sống. Acid amine có nhiều ứng dụng trong công nghiệp. Khoảng 65%
các acid amine đƣợc ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm; 31% trong chăn nuôi;
4% trong y tế, mỹ phẩm và là nguyên liệu trong công nghiệp hóa học. Trong công
nghiệp thực phẩm, acid amine đƣợc sử dụng riêng hoặc kết hợp để tăng vị, chất chống
oxy hóa trong một số loại thực phẩm. Bổ sung các acid amine không thay thế vào thực
phẩm là rất có ý nghĩa về mặt dinh dƣỡng. Nhiều acid amine đƣợc ứng dụng trong y
học, đặc biệt là chế thuốc để điều trị sau phẫu thuật. Trong công nghiệp hóa học, acid
amine đƣợc sử dụng nhƣ nguyên liệu sản xuất polymer, sợi polyalamine… [17].
Có nhiều nguồn cũng nhƣ phƣơng pháp sản xuất ra acid amine, nhƣng phƣơng
pháp thủy phân protein từ cá tạp thì chƣa đƣợc các nhà khoa học đặc biệt quan tâm tới.
Trong các loài cá kém giá trị kinh tế, cá nục gai là loài có sản lƣợng rất lớn. Hiện nay,
cá nục gai chỉ đƣợc sử dụng ăn tƣơi, làm khô, nƣớc mắm, thức ăn thô trong chăn nuôi,
một ít xuất khẩu dƣới dạng đông lạnh để làm mồi câu, nhƣng đem lại hiệu quả kinh tế
chƣa cao Trƣớc tình hình đó, vấn đề sử dụng tiết kiệm và hiệu quả nguồn tài nguyên .
thiên nhiên là yêu cầu bức thiết để phát triển kinh tế bền vững, cần thiết phải tận dụng
thu hồi các thành phần tốt của các loại nguyên liệu nhỏ, sản lƣợng lớn, giá thành rẻ…
để tạo ra các sản phẩm giá trị gia tăng, đáp ứng nhu cầu của ngƣời tiêu dùng trong và
ngoài nƣớc, đem lại lợi nhuận cao cho các công ty Chế biến Thủy sản cũng nhƣ đẩy
mạnh sự phát triển của nền kinh tế Việt Nam.
Xuất phát từ những lý do trên đề tài: “Nghiên cứu chế độ thủy phân thu dịch
đạm hòa tan giàu acid amine từ protein cá nục gai” là cần thiết, có ý nghĩa khoa học
và thực tiễn.
2. Mục tiêu của đề tài
Tìm ra hệ enzyme protease và chế độ thủy phân phù hợp làm cơ sở để nghiên
cứu tìm ra qui trình công nghệ thu dịch đạm hòa tan giàu acid amine từ protein cá nục
gai với hiệu suất cao.
3. Nội dung nghiên cứu
3.1. Xác định thành phần hóa học cơ bản của đối tƣợng nghiên cứu
2

3.2. Nghiên cứu thăm dò tìm tác nhân thủy phân phù hợp
3.3. Nghiên cứu chế độ thủy phân tối ƣu thu dịch đạm có hàm lƣợng acid amine cao
3.4. Đề xuất chế độ thủy phân thử nghiệm trên cá nục gai. Xác định hiệu quả của chế
độ thủy phân tìm đƣợc
4. Điểm mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
4.1. Điểm mới của đề tài
Đây là nghiên cứu đầu tiên về sự thủy phân protein của cá nục gai bằng enzyme
với mục đích thu hồi dịch đạm thủy phân có đặc tính hòa tan cao với thành phần chủ
lực là acid amine và các peptide, hạn chế đến mức thấp nhất sự có mặt của các sản
phẩm peptone, peptide và các đoạn mạch polypeptide ngắn. Khác với các nghiên cứu
trƣớc đây ở chỗ các nghiên cứu trƣớc chỉ quan tâm tới sản phẩm là dịch đạm thủy
phân chung, bao gồm cả acid amine, peptide, peptone và các đoạn mạch polypeptide
ngắn.
4.2. Ý nghĩa khoa học
+ Kết quả của đề tài là dữ liệu khoa học hữu ích cho các nhà nghiên cứu, nhà
sản xuất, giảng viên, sinh viên, học viên cao học, nghiên cứu sinh…tham khảo.
+ Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo sâu hơn,
rộng hơn về sản xuất và ứng dụng chế phẩm giàu acid amine. Chẳng hạn nhƣ nghiên
cứu tinh sạch, nghiên cứu quá trình làm khô, nghiên cứu ứng dụng acid amine…
4.3. Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng cá nục gai, từ đó tạo ra đƣợc sản
phẩm giàu acid amine rất cần thiết trong sản xuất và cuộc sống hàng ngày.

3



Hình 1.1. Cá nục thuôn

Hình 1.2. Cá nục đỏ



Hình 1.3. Cá nục sồ



Hình 1.4. Cá nục heo





Hình 1.5. Cá nục gai



CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. TỔNG QUAN VỀ CÁ NỤC VÀ TÌNH HÌNH KHAI THÁC CÁ NỤC
1.1.1. Phân loại cá nục
Cá nục đƣợc phân ra làm nhiều loại, mỗi loại cá nục mang đặc điểm, giá trị
kinh tế, giá trị sử dụng khác nhau [40],
[93].
+ Cá nục thuôn
Tên thƣờng gọi tiếng Việt là cá
nục thuôn, tên khoa học là Decapterus

macrosoma (Bleeker, 1851).
+ Cá nục đỏ
Tên thƣờng gọi bằng tiếng Việt
là cá nục đỏ, tên khoa học là
Decapterus kurroides (Bleeker, 1855).
+ Cá nục sồ
Tên thƣờng gọi bằng tiếng Việt
là cá nục sồ, tên khoa học là
Decapterus maruadsi (Teminck &
Schlegel, 1842).
+ Cá nục heo
Tên thƣờng gọi bằng tiếng Việt
là cá nục heo cờ, tên khoa học là
Coryphaena hippurus (Linnaeus,
1758).
+ Cá nục gai
Tên thƣờng gọi bằng tiếng Việt
là cá nục gai, tên khoa học là
Decapterus russelli (Rüppell, 1830).
Trong tất cả các loại cá nục nhƣ cá nục thuôn, cá nục đỏ, cá nục sồ, cá nục heo,
cá nục gai thì ở Việt Nam cá nục thuôn và cá nục gai chiếm sản lƣợng nhiều nhất [16],
[33]. Tuy nhiên, cá nục thuôn có mình tròn đẹp, nƣớc da xanh, thịt ít có xƣơng dăm
4


nên trên thực tế cá nục thuôn có giá trị cảm quan và giá trị kinh tế cao hơn cá nục gai.
Vì vậy, cá nục gai là đối tƣợng thích hợp cho nghiên cứu của đề tài.
1.1.2. Đặc điểm hình thái cá nục gai
Cá nục gai có cơ thể thuôn dài. Bề dày thân, chiều dài đầu lần lƣợt chiếm 18,8 ÷
22,7% và 26,7 ÷ 28,5% so với chiều dài cá. Môi cá chiếm 34,1 ÷ 38,3% so với chiều

dài đầu, bên trong môi là hai hàm có răng nhỏ đều đặn. Chiều dài môi lớn hơn đƣờng
kính mắt. Các vây có chứa nhiều tia, cụ thể là vây bụng (5 tia), vây lƣng thứ nhất (8
tia), vây lƣng thứ hai (28 ÷ 33 tia), vây hậu môn (25 ÷ 29 tia). Vây ngực và vây hậu
môn gồm có các tia nhỏ cách xa nhau. Vây ngực dài bằng 76,5 ÷ 97,0% chiều dài của
đầu cá. Màu sắc trên cơ thể cá nục gai khác nhau, xanh lục phía trên, bạc phía dƣới,
vết đen nhỏ phía mép mang. Vây đuôi trong suốt đến nâu đục, vây lƣng thứ hai trong
suốt, đục sáng về phía ngoài, các vây khác hầu nhƣ trong suốt, trừ vây bụng của các
con cái trƣởng thành màu hơi tối. Cá nục gai có 10 ÷ 14 chiếc xƣơng mang trên và 30
÷ 39 chiếc xƣơng mang dƣới [51].
1.1.3. Tình hình khai thác cá nục
a. Tình hình khai thác và sử dụng cá nục gai trên thế giới
Trên thế giới, cá nục gai phân bố rộng khắp chủ yếu ở các vùng biển của Ấn Độ
Dƣơng, từ Đông Phi tới Indonesia và ở phía tây Thái Bình Dƣơng, từ Nhật Bản đến
Úc. Cá nục gai cũng đã đƣợc tìm thấy ở đông Địa Trung Hải (Golani 2006). Đây cũng
là một trong những loài cá nổi ven biển phổ biến nhất ở Đông Nam Á nhƣ:
Campuchia, Malaysia, Indonesia, Thái Lan, Việt Nam… Sản lƣợng cá nục gai trên thế
giới đƣợc thống kê ở bảng 1.1 và hình 1.6 [94], [96].
Bảng 1.1. Sản lƣợng cá nục gai đánh bắt trên thế giới năm 1997-2007
Đơn vị: tấn (FAO-FIGIS 2008)
Năm
Sản lƣợng
Năm
Sản lƣợng
Năm
Sản lƣợng
1997
150.027
2001
171.701
2005

167.975
1998
145.747
2002
195. 422
2006
175. 770
1999
162.437
2003
179. 011
2007
164.016
2000
182.499
2004
168.625



5



Hình 1.6. Biểu đồ sản lượng cá nục gai đánh bắt trên thế giới năm 1950 ÷ 2010
Các nƣớc trên thế giới thƣờng sử dụng cá nục gai ở dạng tƣơi, dạng sấy khô
hoặc ƣớp muối, cũng đƣợc bán đông lạnh và đóng hộp…
b. Tình hình khai thác và sử dụng cá nục ở Việt Nam
+ Ở nƣớc ta, cá nục gai thƣờng phân bố ở các vùng biển Trung Bộ, Đông và
Tây Nam Bộ, thƣờng bắt gặp cá nục gai với sản lƣợng lớn ở các tỉnh Đà Nẵng, Quảng

Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa…
Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Tổng Cục Thủy Lợi, tháng
5/2012, tại cảng cá Thuận An (Thừa Thiên - Huế) cá nục gai có giá 7.000 ÷ 10.000
đồng/kg. Sản lƣợng khai thác cá nục gai từ đầu tháng 1 đến tháng 5/2012 trong toàn
tỉnh đạt khoảng 10.000 tấn, tăng 20% so cùng kỳ năm 2011 [36]. Còn ở nam miền
Trung, ngƣ dân tại Khánh Hòa liên tục trúng đậm cá nục. Mỗi ngày có gần hai chục
chiếc thuyền khai thác cá nục cập cảng cá Vĩnh Lƣơng Thành phố Nha Trang, Khánh
Hòa. Mỗi chuyến đi biển tàu đƣa về 5 ÷ 7 tấn cá nục (cá nục gai và cá nục thuôn), có
tàu khai thác đƣợc 10 tấn [16].
Cũng nhƣ ở Huế tháng 5/2012, tại cảng cá Ninh Chữ (Ninh Thuận), trong 4
ngày, trung bình mỗi ngày lƣợng cá nục thuôn và cá nục gai vào cảng khoảng 100 tấn.
Tại huyện Tuy An (Phú Yên), bình quân mỗi ghe, tàu đánh bắt sau một đêm gần 3 tấn
cá nục thuôn, cá nục gai [33].
Theo Phòng Nông nghiệp và phát triển Nông thôn, tháng 5/2012, sản lƣợng cá
nục thuôn và cá nục gai từ đầu năm đến tháng 5/2012 ở huyện Tuy An lên hơn 4.950
tấn, đạt 48% so với kế hoạch năm và tăng 5% so với cùng kỳ năm 2011 [28], [98].
6


Thống kê của Cục Khai thác và bảo vệ nguồn lợi thủy sản Việt Nam cho biết,
cá nục gai thƣờng xuất hiện nhiều vào thời điểm đầu tháng 5 đến hết tháng 8 âm lịch.
Tháng 7/2012, ở Quảng Ngãi, đặc biệt là huyện đảo Lý Sơn, ngƣ dân đã trúng đậm cá
nục gai. Chỉ sau một đêm đánh bắt, mỗi tàu khai thác từ 5 ÷ 10 tấn cá, với giá bán từ
5.000 ÷ 6.000 đồng/kg.
+ Ở nƣớc ta hiện nay cá nục gai chỉ đƣợc sử dụng ăn tƣơi, làm khô, nƣớc mắm,
thức ăn thô trong chăn nuôi, một ít xuất khẩu dƣới dạng đông lạnh để làm mồi câu,
nhƣng đem lại hiệu quả kinh tế chƣa cao .
1.1.4. Thành phần hóa học và dinh dƣỡng của cá nục
Thành phần hóa học và dinh dƣỡng của cá nục phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ:
giống loài, kích thƣớc, mùa vụ, vị trí địa lý khu vực khai thác, thời kỳ sinh sản…

Thành phần hóa học và dinh dƣỡng của cá nục đƣợc thể hiện ở bảng 1.2 [98].
Bảng 1.2. Thành phần hóa học và dinh dƣỡng của cá nục
Thành phần dinh dƣỡng trong 100 g thực phẩm ăn đƣợc
Năng
lượng
Thành phần chính
Muối khoáng
Vitamin
Nƣớc
Protein
Lipid
Tro
Ca
P
Fe
Na
K
A
B
1

B
2

PP
Kcal
g
mg
µg
mg

93
76,4
21,3
0,8
1,3
58
216
2,3
67
246
27
0,05
0,23
3,4

1.2. TỔNG QUAN VỀ ENZYME PROTEASE
1.2.1. Khái niệm enzyme protease
Enzyme nói chung và enzyme protease nói riêng là chất xúc tác sinh học mang
bản chất là protein có tính đặc hiệu cao, phân tử lƣợng lớn từ 20.000 ÷ 1.000.000 Da.
Enzyme protease có khả năng tƣơng tác lên các liên kết peptide (- CO - NH
2
-) trong
phân tử protein và cơ chất tƣơng tự, làm cho các liên kết này bị suy yếu và dễ dàng bị
đứt ra khi có yếu tố nƣớc tham gia [35].
Hiệu suất xúc tác của enzyme protease cũng nhƣ các loại enzyme khác gấp
hàng trăm, hàng nghìn hoặc hàng triệu lần so với các chất xúc tác vô cơ khác. Quan
trọng hơn, enzyme protease có khả năng xúc tác cho phản ứng hóa học xảy ra trong
điều kiện nhẹ nhàng, nhiệt độ và áp suất bình thƣờng, pH môi trƣờng gần pH sinh lý
[12], [35].
7

Trong khi các chất xúc tác vô cơ không có khả năng xúc tác đặc hiệu cho các
phản ứng hóa học thì không những enzyme protease mà tất cả các loại enzyme đều có
khả năng xúc tác đặc hiệu cao đối với kiểu phản ứng cũng nhƣ cơ chất mà nó tác dụng,
sản phẩm tạo ra thuần khiết, ít tạp chất [14].
1.2.2. Phân loại enzyme protease
Việc phân loại enzyme protease có thể căn cứ vào các tiêu chí nhƣ sau [12].
+ Cơ chế phản ứng của enzyme protease tham gia.
+ pH tối thích cho hoạt động của enzyme gồm protease acid, protease kiềm hay
protease trung tính.
+ Những vị trí khu trú của enzyme nhƣ enzyme protease nội tạng, enzyme
protease cơ thịt
Theo Barett và Donald (1956), protease đƣợc chia ra thành hai nhóm lớn là
nhóm endopeptidase và nhóm exopeptidase.
+ Nhóm 1: Endopeptidase là các enzyme protease phân cắt các liên kết peptide
nằm trong mạch polypeptide. Dựa vào động học của cơ chế xúc tác endopeptidase
đƣợc chia thành bốn phân nhóm:
- Phân nhóm 1: Proteinase - Serin là những protease mà trong trung tâm hoạt
động của nhóm enzyme này có nhóm (- OH) của acid amine Serin. Phân nhóm này
gồm các enzyme nhƣ Trypsin, Chymotrypsin.
- Phân nhóm 2: Proteinase - Cystein là những protein mà trong trung tâm hoạt
động của nhóm enzyme này có nhóm thiol (- SH) của acid amine Cystein. Phân nhóm
này gồm các enzyme Cathepsin.
- Phân nhóm 3: Proteinase - Aspartic là những protease mà trong trung tâm hoạt
động của nhóm enzyme này có nhóm carboxyl (- COOH) của acid amine Aspartic nhƣ
Pepsin.
- Phân nhóm 4: Proteinase - kim loại là những protease trong trung tâm hoạt
động của nhóm này có ion kim loại. Nhóm enzyme này hoạt động trong môi trƣờng
trung tính.

+ Nhóm 2: Exopeptidase là nhóm enzyme protease có khả năng thủy phân liên
kết peptide ngoài cùng của chuỗi polypeptide, hoặc đầu amine hoặc đầu carboxyl, tuần
tự tách từng acid amine ra khỏi chuỗi polypeptide.
8



- Aminopeptidase: Là những protease xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu
nitơ tự do của chuỗi polypeptide để giải phóng ra một acid amine, một dipeptide hoặc
một tripeptide.
- Carboxypeptidase: Là những protease xúc tác thủy phân liên kết peptide ở đầu
cacbon của chuỗi polypeptide và giải phóng ra một acid amine, một dipeptide hoặc
một tripeptide.
1.2.3. Cơ chế tác dụng của enzyme protease
Thông thƣờng, enzyme nói chung và enzyme protease nói riêng tác dụng và
chuyển hóa cơ chất trải qua ba giai đoạn:
+ Giai đoạn 1: Enzyme kết hợp với cơ chất bằng liên kết yếu tạo thành phức
hợp enzyme - cơ chất (ES) không bền, phản ứng xảy ra nhanh và đòi hỏi năng lƣợng
thấp, các liên kết yếu tạo thành giữa enzyme và cơ chất trong phức hợp ES là tƣơng
tác tĩnh điện, liên kết hydrogen, tƣơng tác Van der Waals.
+ Giai đoạn 2: Là giai đoạn tạo phức chất hoạt hóa xảy ra sự biến đổi cơ chất,
dƣới tác dụng của một số nhóm chức trong trung tâm hoạt động của enzyme làm cho
cơ chất từ không hoạt động trở thành hoạt động, một số liên kết trong cơ chất bị kéo
căng ra và mật độ electron trong cơ chất bị thay đổi.
+ Giai đoạn 3: Là giai đoạn tạo ra sản phẩm của phản ứng và giải phóng
enzyme. Đây là giai đoạn cuối của phản ứng, từ cơ chất sẽ hình thành sản phẩm và
enzyme đƣợc giải phóng ra dƣới dạng tự do nhƣ ban đầu.
Hình dƣới đây minh họa cơ chế xúc tác của protease trong phản ứng thủy phân
protein:

Hình 1.7. Phản ứng thủy phân protein xúc tác bởi enzyme protease
Trong đó: E, S, ES, P lần lƣợt là enzyme, cơ chất, phức hợp enzyme - cơ chất,
sản phẩm.
1.2.4. Nguồn gốc thu nhận enzyme protease
Enzyme là chất xúc tác sinh học, có nhiều trong cơ thể sống. Việc điều chế
chúng bằng phƣơng pháp hóa học với số lƣợng lớn là việc làm rất khó khăn và tốn
kém, nên enzyme thƣờng thu nhận từ các nguồn sinh học. Có ba nguồn nguyên liệu
E
+
S
E
P
E
ES
+
9


sinh học cơ bản: Các mô và cơ quan động vật, mô và cơ quan thực vật, tế bào vi sinh
vật (VSV).
+ Enzyme protease đƣợc tách ra từ các mô nhƣ tụy tạng, dạ dày, ruột và nội
tạng của một số động vật thủy sản thƣờng là Trypsin, Pepsin, Chymotrypsin,
Cathepsin.
- Pepsin: Enzyme do màng nhầy dạ dày tiết ra, phân tử lƣợng của Pepsin là
4200 Da, điểm đẳng điện ở pH = 3,7. Tùy vào mỗi loài thủy sản mà Pepsin của chúng
có pH và nhiệt độ thích hợp khác nhau, pH thích hợp từ 1,6 ÷ 3,8; nhiệt độ thích hợp
từ 31 ÷ 55
o
C [11].

- Trysin: Enzyme này ở trong dịch tụy tạng, trong ruột non, gan… Trysin là loại
protease tính kiềm, phân tử lƣợng khoảng 23.800 Da, điểm đẳng điện ở pH = 10,5. Đa
số Trysin hoạt động ở pH tối ƣu là 8, khả năng tác dụng của Trysin khá mạnh với các
loại protein, với các phân tử thấp không chỉ ở liên kết peptide mà còn cả liên kết amid
và cả liên kết este. Nhiệt độ thích hợp của Trysin cá tuyết trong khoảng 38 ÷ 50
o
C và
pH = 6,4 ÷ 8,2 [11].
- Peptidase, Ereptase (Erepsin) và các loại khác: Khả năng tác dụng cũng nhƣ
tính đặc hiệu của các enzyme này phụ thuộc vào bản chất của các nhóm nằm kề bên
liên kết peptide [11].
+ Ở thực vật, thông thƣờng enzyme protease hay có mặt ở các cơ quan dự trữ
nhƣ hạt, củ, quả. Cơ quan dự trữ giàu chất gì thì nhiều enzyme chuyển hóa chất ấy. Ví
dụ Papain thu đƣợc từ mẫu nhựa đu đủ xanh, Bromelain thu đƣợc từ các bộ phận (lá,
thân, quả) cây dứa… [12].
+ Đối với VSV, đây là nguồn nguyên liệu vô tận để sản xuất enzyme protease
và cũng là nguồn nguyên liệu mà con ngƣời chủ động tạo ra đƣợc. Đặc điểm của VSV
là chu kỳ sinh trƣởng ngắn, tốc độ sinh sản cực kỳ nhanh chóng, khối lƣợng lại nhỏ,
kích thƣớc bé, nhƣng tỷ lệ enzyme trong tế bào tƣơng đối lớn. Hệ enzyme VSV vô
cùng phong phú, VSV có khả năng tổng hợp nhiều loại enzyme khác nhau, trong đó có
những loại enzyme ở động, thực vật không tổng hợp đƣợc. VSV rất nhạy cảm đối với
sự tác động của môi trƣờng, thành phần dinh dƣỡng nuôi chúng cũng nhƣ một số tác
nhân lý hóa khác. Do đó, có thể thay đổi những điều kiện nuôi cấy để chọn giống tạo
những chủng đột biến cho hàm lƣợng enzyme lớn với hoạt tính xúc tác cao.
10


Đối với enzyme protease từ VSV, nguồn thu nhận chủ yếu là từ vi khuẩn, nấm
mốc và xạ khuẩn… gồm nhiều loài thuộc Aspergillus, Bacillus, Penicillium,
Clotridium, Streptomyces và một số loại nấm men [12].

Protease của động vật hay thực vật chỉ chứa một trong hai loại endopeptidase
hoặc exopeptidase, riêng vi khuẩn có khả năng sinh ra cả hai loại trên, do đó protease
của vi khuẩn có tính đặc hiệu cơ chất cao. Chúng có khả năng phân hủy tới 80% các
liên kết peptide trong phân tử protein. Trong các chủng vi khuẩn có khả năng tổng hợp
mạnh protease là Bacillus subtilis, Bacillus mesentericus và một số giống thuộc chi
Clostridium. Trong đó, Bacillus subtilis có khả năng tổng hợp protease mạnh nhất
[12]. Các vi khuẩn thƣờng tổng hợp các protease hoạt động thích hợp ở vùng pH trung
tính và kiềm yếu. Các protease trung tính của vi khuẩn hoạt động ở khoảng pH hẹp (5
÷ 8) và có khả năng chịu nhiệt thấp. Các protease trung tính tạo ra dịch đạm thủy phân
protein thực phẩm ít đắng hơn so với protease động vật. Nhiều loại nấm mốc có khả
năng tổng hợp một lƣợng lớn protease đƣợc ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm là
các chủng: Aspergillus oryzae, Aspergillus terricola, Aspergillus fumigatus,
Aspergillus saitoi, Penicillium chrysogenum… Các loại nấm mốc này có khả năng
tổng hợp cả ba loại protease acid, protease kiềm và protease trung tính.
Về phƣơng diện tổng hợp protease, xạ khuẩn đƣợc nghiên cứu ít hơn vi khuẩn
và nấm mốc. Tuy nhiên, ngƣời ta cũng đã tìm đƣợc một số chủng có khả năng tổng
hợp protease cao nhƣ: Streptomyces grieus, Streptomyces fradiae, Streptomyces
trerimosus…
1.3. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN PROTEIN
1.3.1. Quá trình thủy phân protein bằng enzyme protease
Quá trình thủy phân là quá trình phân cắt một số liên kết nhị dƣơng trong hợp
chất hữu cơ thành các thành phần đơn giản dƣới tác dụng của các chất xúc tác và có sự
tham gia của các yếu tố nƣớc trong phản ứng.
Dƣới sự xúc tác của enzyme protease quá trình thủy phân protein diễn ra nhƣ sau:


Nhƣ vậy, sản phẩm thủy phân protein gồm các polypeptide, peptone, peptide và
acid amine. Tùy thuộc vào từng loại enzyme protease khác nhau cũng nhƣ chế độ thủy
phân khác nhau mà sản phẩm thủy phân thu đƣợc các thành phần có tỷ lệ cũng khác nhau.
Protein

Polypeptide
Pepton
e
Peptide
Acid amine
11


1.3.2. Các phƣơng pháp thủy phân protein
Thủy phân protein có hai phƣơng pháp là bằng con đƣờng hóa học (tác nhân
xúc tác là acid hay kiềm) và con đƣờng sinh học (sử dụng enzyme protease là chất xúc
tác phản ứng).
a. Thủy phân protein bằng acid
Hóa chất đƣợc sử dụng trong quá trình thuỷ phân là acid HCl 6N dƣ thừa ở
nhiệt độ 100 ÷ 120
o
C trong khoảng 24 giờ. Sản phẩm thu đƣợc chủ yếu là các acid
amine tự do [18].
+ Ưu điểm: Đơn giản, hiệu quả, cuối quá trình thủy phân dùng kiềm để trung
hòa acid dễ dàng.
+ Nhược điểm: Một số acid amine nhƣ Serine và Threonine bị giảm nhiều,
Tryptophan bị phá hủy, Cysteine bị oxy hóa thành Cystine, không thân thiện với môi
trƣờng, ăn mòn thiết bị máy móc.
b. Thủy phân protein bằng kiềm
Hóa chất đƣợc sử dụng trong quá trình thuỷ phân là NaOH, bằng cách đun nóng
trong nhiều giờ [18].
+ Ưu điểm: Tryptophan không bị phá hủy. Vì vậy, phƣơng pháp thuỷ phân bằng
kiềm thƣờng chỉ dùng để xác định Tryptophan.
+ Nhược điểm: Sản phẩm thu đƣợc hầu hết là các acid amine nhƣng đều bị
racemic hóa (thủy phân bằng kiềm làm cho L-acid amine chuyển thành D-acid amine,

ở dạng này cơ thể không thể hấp thụ đƣợc làm giảm giá trị sản phẩm), các acid amine
Cysteine, Serine, Arginine bị phá huỷ hoàn toàn.
c. Thủy phân protein bằng enzyme protease
Để thu nhận chế phẩm acid amine, ngày nay việc thủy phân protein bằng
enzyme protease đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học khác nhau.
Quá trình thủy phân bằng phƣơng pháp này đƣợc thực hiện ở nhiệt độ thấp và cũng
nhƣ chất xúc tác bất kỳ, enzyme đƣợc tìm thấy ở cuối quá trình thủy phân.
+ Ưu điểm: Khi thủy phân protein bằng enzyme protease không có sản phẩm
phụ do enzyme có tính đặc hiệu cao, thủy phân trong điều kiện nhiệt độ thấp nên ít ảnh
hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm, tốn ít năng lƣợng. Dùng enzyme protease thủy phân
protein dễ dàng kiểm soát hơn so với thủy phân bằng hóa chất, không cần dùng hóa
chất để loại bỏ các tác nhân thủy phân sau quá trình thủy phân.
12


+ Nhược điểm: Phản ứng thủy phân protein không triệt để khi dùng một enzyme
protease để thủy phân protein vì mỗi enzyme đặc hiệu tại các liên kết peptide khác nhau.
Từ ưu, nhược điểm của các phương pháp thủy phân protein, để thủy phân
protein cá nục gai thu hồi dịch đạm thủy phân giàu acid amine, đề tài sử dụng phương
pháp thủy phân protein bằng enzyme. Để khắc phục nhược điểm của phương pháp
này, cần sử dụng kết hợp nhiều loại enzyme thuộc nhóm exopeptidase và
endopeptidase với mục đích thu hồi dịch đạm thủy phân có có đặc tính hòa tan cao với
thành phần chủ lực là acid amine và các peptide mạch ngắn, hạn chế đến mức thấp
nhất sự có mặt của các sản phẩm peptone, peptide và các đoạn mạch polypeptide.
1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protein bằng enzyme protease
a. Ảnh hƣởng của nhiệt độ
Bản chất của enzyme là protein nên khi tăng hay giảm nhiệt độ thƣờng ảnh
hƣởng tới hoạt tính của enzyme, enzyme chỉ thể hiện hoạt tính cao nhất ở một giới hạn
nhiệt độ nhất định.
Vùng nhiệt độ mà enzyme thể hiện hoạt tính cao nhất gọi là vùng nhiệt độ thích

hợp của enzyme. Thông thƣờng, đối với đa số enzyme thì nhiệt độ thích hợp nằm
trong khoảng 40

÷ 50
o
C, nhiệt độ lớn hơn 70
o
C đa số enzyme bị mất hoạt tính [2].
Trong khoảng nhiệt độ thích hợp cho hoạt độ của enzyme, nếu nhiệt độ tăng lên
10
o
C thì tốc độ thủy phân tăng lên 1,5 ÷ 2 lần. Nhiệt độ thích hợp đối với một enzyme
có thể thay đổi khi có sự thay đổi về pH và cơ chất [2].
b. Ảnh hƣởng của pH
Enzyme rất nhạy cảm đối với sự thay đổi pH môi trƣờng thủy phân. Mỗi
enzyme nói chung và enzyme protease nói riêng chỉ hoạt động ở một vùng pH nhất
định gọi là pH tối thích. pH tối thích của đa số protease nằm trong vùng trung tính,
acid yếu hoặc kiềm yếu, chỉ có rất ít protease có thể hoạt động trong vùng rất acid
chẳng hạn Pepsin hay rất kiềm nhƣ Trypsin.
Thịt cá có thể bị thủy phân bởi protease bổ sung thêm từ bên ngoài và bị thuỷ
phân bởi các protease nội tại có sẵn trong nguyên liệu nhƣ: Cathepsin, Pepsin, Trypsin,
Chymotrypsin… Vì thế, cần phải chọn xem protease nào đóng vai trò là enzyme chính
xúc tác cho quá trình thủy phân để tạo môi trƣờng có pH thích hợp cho các protease
này. Mặt khác, giá trị pH sử dụng lại phải ít ảnh hƣởng đến các protease khác.