Nghiên cứu ứng dụng công nghệ enzyme để sản xuất sản phẩm protein thuỷ phân từ cá tạp và phế liệu trong nhà máy chế biến cá

CÔNG TY CP DỊCH VỤ VÀ NUÔI TRỒNG THỦY SẢN HẠ LONG
*********************


CHƯƠNG TRÌNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC NÔNG NGHIỆP, THỦY SẢN


BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI


Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ENZYME ĐỂ SẢN XUẤT
SẢN PHẨM PROTEIN THỦY PHÂN TỪ CÁ TẠP VÀ PHẾ LIỆU
TRONG NHÀ MÁY CHẾ BIẾN CÁ


Mã số:
Chủ nhiệm đề tài: CN Phạm Thị Hải Âu
Thời gian thực hiện: 1/2009 đến 06/2011


9393

HÀ NỘI – 2011


1
MỤC LỤC

MỞ ĐẦU_______________________________________________________________ 7
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU _____________________________________ 10
1.1. Tình hình khai thác, sử dụng cá tạp và phế liệu cá trong nước và trên thế giới
_______________________________________________________________10
1.1.1. Tính hình khai thác và sử dụng cá tạp trên thế giới và ở Việt Nam____10
1.1.2. Tình hình sử dụng phế liệu cá trên thế giới và ở Việt nam __________13
1.2. Tình hình ứng dụng enzym protease thương phẩm để thuỷ phân protein cá
trong nước và trên thế giới __________________________________________16
1.2.1. Tình hình ứng dụng enzym protease thương phẩm để thủy phân protein
cá trong nước và trên thế giới______________________________________16
1.2.2. Nguồn enzym protease ______________________________________19
1.2.3. Một số enzym protease vi sinh vật đã được thương mại hóa [24, 25, 31,
37; 41; 50]_____________________________________________________19
1.2.4. Cơ chế xúc tác của protease trong quá trình thủy phân protein _______20
1.2.5. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protein bằng enzym [3;
4; 16]_________________________________________________________20
1.3. Hệ vi sinh vật trong cá và giải pháp ức chế__________________________22
1.3.1. Hệ vi sinh vật trong cá và cơ chế hoạt động của vi khuẩn gây thối ở cá 22
1.3.2. Một số giải pháp ức chế vi sinh vật có hại cho quá trình thủy phân ___24
1.4. Nghiên cứu giải pháp thu hồi chất béo _____________________________27
1.4.1. Đặc điểm của chất béo trong dịch cá thủy phân___________________27
1.4.2. Một số phương pháp tách chất béo_____________________________28
1.5. Nghiên cứu giải pháp làm sạch dịch thủy phân_______________________29
1.5.1. Đặc điểm của dịch cá thủy phân_______________________________29
1.5.2. Một số phương pháp làm sạch dịch thủy phân____________________29
1.6. Một số phương pháp sấy để tạo chế phẩm dạng bột ___________________30
1.6.1. Bả
n chất của quá trình sấy [5] ________________________________30
1.6.2. Đặc điểm của phương pháp sấy thăng hoa và sấy phun _____________32
1.7. Một số chất bảo quản được phép sử dụng trong bảo quản thực phẩm _____32

CHƯƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
_________________________ 35
2.1. Nguyên liệu __________________________________________________35
2.1.1. Nguyên liệu_______________________________________________35
2.1.2. Hóa chất _________________________________________________35
2.2. Phương pháp _________________________________________________36
2.2.1. Phương pháp thu thập thông tin điều tra khảo sát _________________36
2.2.2. Phương pháp lấy mẫu _______________________________________36
2.2.3. Phương pháp phân tích ______________________________________36
2.2.4. Phương pháp công nghệ _____________________________________37
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
___________________________________ 43
3.1. Thu thập thông tin, điều tra, khảo sát ______________________________43


2
3.2. Phân tích thành phần sinh hóa của cá tạp và phế liệu cá trong các nhà máy
chế biến thủy sản _________________________________________________48
3.3. Nghiên cứu giải pháp ức chế hệ vi sinh vật phân hủy protein gây thối trong
quá trình thủy phân________________________________________________50
3.3.1. Xác định hệ vi sinh vật có mặt trong khối cá tạp và phế liệu của nhà máy
chế biến cá ____________________________________________________50
3.3.2. Nghiên cứu giải pháp ức chế hệ vi sinh vật có hại cho quá trình thủy
phân protein ___________________________________________________54
3.4. Nghiên cứu xây dựng qui trình thủy phân protein củ
a cá tạp và phế liệu cá
bằng enzym protease thương phẩm ___________________________________60
3.4.1. Xác định hoạt độ enzym thương phẩm sử dụng ___________________61
3.4.2. Khảo sát và lựa chọn enzym__________________________________61
3.4.3. Ảnh hưởng của một số ion kim loại đến hoạt tính xúc tác của enzym

alcalase _______________________________________________________63
3.4.4. Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ nước bổ sung/nguyên liêu ______________64
3.4.5. Lựa chọn các yếu tố ảnh hưởng _______________________________65
3.5. Nghiên cứu giải pháp thu hồi ch
ất béo _____________________________78
3.5.1. Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thu hồi chất béo __________________78
3.5.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng tách chất béo_______________78
3.5.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng chất béo trong dịch sau tách__79
3.6 .Nghiên cứu tạo sản phẩm từ dịch thủy phân _________________________79
3.6.1. Xác định điều kiện khử mùi cho dịch thủy phân dùng cho người _____79
3.6.2. Xác định thời gian cô đặc tạo sản phẩm giàu axit amin d
ạng lỏng cho
người và cho chăn nuôi___________________________________________81
3.6.3. Lựa chọn chất bảo quản thích hợp cho sản phẩm dạng dịch _________82
3.7. Nghiên cứu tạo sản phẩm giàu axit amin dạng bột ____________________84
3.8. Nghiên cứu qui trình sản xuất sản phẩm phụ từ sản phẩm thừa sau thủy phân
_______________________________________________________________86
3.9. Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất bột và dịch thủy phân protein cá giầu
axit amin ________________________________________________________87
3.10. Sản xuất protein thủy phân t
ừ cá tạp và phế liệu cá trên mô hình đã xây
dựng tại xưởng thực nghiệm_________________________________________95
3.11. Kết quả phân tích chất lượng sản phẩm dịch và bột đạm thủy phân cho
người và cho chăn nuôi sản xuất trên mô hình thực nghiệm ________________97
3.12. Ứng dụng và giới thiệu sản phẩm ________________________________98
3.13. Công bố TCCS và thiết kế bao bì, nhãn mác ______________________102
3.14. Tính giá thành sản phẩm ______________________________________103
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
__________________________________ 104
TÀI LIỆU THAM KHẢO _______________________________________________ 107

PHỤ LỤC_____________________________________________________________ 110


3

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

BOD Nhu cầu ô xy sinh học
COD Nhu cầu ô xy hóa học
CP Cổ phần
FAO Tổ chức lương thực và nông nghiệp của Liên Hiệp Quốc
Fishanimal
P
Bột dịch đạm thủy phân dùng cho chăn nuôi
Fishanimal
E
Dịch đạm thủy phân dùng cho chăn nuôi
Fisamin
P
Bột đạm thủy phân dùng cho người
Fisamin
E
Dịch đạm thủy phân dùng cho người
GTTB Giá trị trung bình
KPH Không phát hiện
KCN Khu công nghiệp
PCA Môi trường nuôi cấy để phát hiện vi khuẩn hiếu khí
TM Thương mại
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
TNHH Trách nhiệm hữu hạn

TSA Môi trường nuôi cấy đặc
TSB Môi trường nuôi cấy lỏng
TP Thủy phân
v/p Vòng/phút
VKHK Vi khuẩn hiếu khí
VK Vi khuẩn
XNK Xuất nhập khẩu
WL Môi trường nuôi cấy vi sinh vật tổng số



4
DANH MỤC CÁC HINH

TT Hình Nội dung
1 Hình 1 Thống kê lượng và kim ngạch xuất khẩu một số nhóm hàng thủy
sản trong 6 tháng đầu năm 2010
2 Hình 2 Hình thái tế bào của các chủng phân lập từ cá tạp và phế liệu cá
3 Hình 3 Hình thái khuẩn lạc một số chủng phân lập trên môi trường đặc hiệu
4 Hình 4 Ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl đến sinh trưởng của các chủng
phân lập
5 Hình 5 Ảnh hưởng của pH đến sinh trưởng của các chủng phân lập
6 Hình 6 Ảnh hưởng của nisin đến sinh trưởng của các chủng phân lập
7 Hình 7 Ảnh hưởng của pH và nisin đến sinh trưởng của các chủng phân lập
8 Hình 8 Mặt đáp trị của hiệu suất thủy phân phụ thuộc vào thời gian và nhiệt
độ
9 Hình 9 Hiệu suất thủy phân phụ thuộc nhiệt độ và tỷ lệ enzym/ nguyên liệu
10 Hình 10 Mặt đáp trị của hiệu suất thủy phân phụ thuộc vào nhiệt độ và pH
11 Hình 11 Mặt đáp trị của hiệu suất thủy phân phụ thuộc vào thời gian và tỷ lệ
enzym/ nguyên liệu

12 Hình 12 Mặt đáp trị của hiệu suất thủy phân phụ thuộc vào nhiệt độ và pH
13 H ình 13 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm ẩm và hiệu suất thu hồi
14 Hình 14 Ảnh hưởng của tốc độ nhập liệu đến hàm ẩm và hiệu suất thu hồi
15 Hình 15 Quy trình sản xuất sản phẩm giàu axit amin dạng bột (FISAMIN
P
)
dùng cho người
16 Hình 16 Quy trình sản xuất sản phẩm giàu axit amin dạng dịch (FISAMIN
E
)
dùng cho người
17 Hình 17 Quy trình sản xuất sản phẩm giàu axit amin dạng bột
(FISHANIMAL
P
) dùng cho chăn nuôi
18 Hình 18 Quy trình sản xuất sản phẩm giàu axit amin dạng dịch
(FISHANIMAL
E
) dùng cho chăn nuôi
19 Hình 19 Quy trình sản xuất bột cá từ các sản phẩm thừa của quá trình thủy
phân
20 Hình 20 Hình ảnh các thiết bị trong mô hình sản xuất quy mô pilot
21 Hình 21 Hình ảnh sản xuất thực nghiệm quy mô pilot
22 Hình 22 Biểu đồ sinh trưởng của lô thí nghiệm và lô đối chứng
23 Hình 23 Hình ảnh ứng dụng trong nuôi cá Giò tại Vân Đồn - Quảng Ninh
24 Hình 24 Hình ảnh nhãn mác và sản phẩm của đề tài.


5
DANH MỤC CÁC BẢNG

TT Bảng Nội dung
1 Bảng 1 Tỷ lệ cá tạp khai thác hàng năm giai đoạn 2000-2003 ở một số
nước
2 Bảng 2 Tổng hợp sản lượng khai thác của các vùng
3 Bảng 3 Số liệu điều tra loại hình sử dụng cá tạp
4 Bảng 4 Thành phần hóa học của phế liệu cá
5 Bảng 5 Tỷ lệ chất thải trong quá trình chế biến thủy sản
6 Bảng 6 Một số vi sinh vật thường tìm thấy trên cá
7 Bảng 7 Một số đặc tính chủ yếu của thiết bị sấy thông dụng
8 Bảng 8 Mục tiêu và tầm quan trọng của các yếu tố
9 Bảng 9 Danh sách các doanh nghiệp chế biến thủy sản gửi phiếu điều tra
10 Bảng 10 Tổng hợp kết quả về tình hình sử dụng cá tạp và phế liệu cá trong
các nhà máy chế biến thủy sản
11 Bảng 11 Kết quả đánh giá cảm quan mẫu cá tạp và phế liệu cá
12 Bảng 12 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu sinh hóa của cá tạp và phế liệu
cá
13 Bảng 13 Hình thái và đặc tính sinh hóa của các chủng phân lập
14 Bảng 14 Hình thái khuẩn lạc và kết quả thử sinh hóa của các nhóm vi sinh
vật phân lập từ cá tạp
15 Bảng 15 Hệ vi sinh vật trong khối cá tạp và phế liệu cá
16 Bảng 16 Ảnh hưởng của NaCl đến sự phát triển của các chủng vi sinh vật
phân lập từ cá tạp và phế liệu cá
17 Bảng 17 Ảnh hưởng của giải pháp ức chế bằng giảm pH đến sự sinh trưởng
của các chủng vi sinh vật trong cá.
18 Bảng 18 Ảnh hưởng của nisin đến sự phát triển của các chủng phân lập từ
cá tạp và phế liệu cá.
19 Bảng 19 Ảnh hưởng của việc sử dụng kết hợp giải pháp giảm pH môi
trường và nisin đến sự phát triển của các vi sinh vật có mặt trong
cá.

20 Bảng 20 Kết quả khảo sát nguyên liệu cá tạp và phế liệu cá
21 Bảng 21 Hoạt độ protease của một số enzym thương phẩm
22 Bảng 22 Khả năng thủy phân cá của một số enzym thương phẩm
23 Bảng 23 Thành phần axit amin trong dịch sau thủy phân bằng enzym
24 Bảng 24 Ảnh hưởng của các ion kim loại đến quá trình thủy phân phế liệu
cá
25 Bảng 25 Ảnh hưởng của tỷ lệ nước bổ sung đến quá trình thủy phân
26 Bảng 26 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzym/ nguyên liệu đến quá trình thủy phân
protein cá
27 Bảng 27 Ảnh hưởng của pH đến quá trình thủy phân protein cá
28 Bảng 28 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình thủy phân protein cá
29 Bảng 29 Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình thủy phân protein cá


6
30 Bảng 30 Mô hình thí nghiệm và kết quả thu được theo mô hình
31 Bảng 31 Kết quả tối ưu hóa quá trình thủy phân cá tạp
32 Bảng 32 Mô hình thí nghiệm và kết quả thu được theo mô hình
33 Bảng 33 Kết quả tối ưu hóa thủy phân phế liệu cá
34 Bảng 34 Kết quả thủy phân protein cá tạp và phế liệu cá theo các thông số
tối ưu
35 Bảng 35 Ảnh hưởng của phương pháp tách đến lượng chất béo thu được
36 Bảng 36 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến lượng chất béo thu hồi
37 Bảng 37 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng chất béo trong dịch sau
tách
38 Bảng 38 Ảnh hưởng của thời gian xử lý than hoạt tính
39 Bảng 39 Ảnh hưởng của tỷ lệ than hoạt tính đến chất lượng cảm quan
40 Bảng 40 Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý than hoạt tính đến chất lượng dịch
41 Bảng 41 Ảnh hưởng của thời gian cô chân không đến hàm lượng chất khô
42 Bảng 42 Ảnh hưởng của một số chất bảo quản đến tổng số vi khuẩn hiếu

khí trong sản phẩm dạng dịch (CFU/ml)
43 Bảng 43 Ảnh hưởng của phương pháp sấy tới hàm ẩm của bột xương
44 Bảng 44 Danh mục các thiết bị trong mô hình sản xuất quy mô pilot
45 Bảng 45 Kết quả thủy phân ptotein cá tạp ở quy mô xưởng thực nghiệm
46 Bảng 46 Kết quả thủy phân protein phế liệu cá ở quy mô xưởng thực
nghiệm
47 Bảng 47 Chất lượng sản phẩm dịch và bột đạm thủy phân
48 Bảng 48 Thành phần axit amin trong dịch thủy phân
49 Bảng 49 Kết quả kiểm tra tăng trưởng
50 Bảng 50 Bảng cân đối lượng thức ăn sử dụng
51 Bảng 51 Chất lượng nước mắm sau bổ sung bột đạm thủy phân từ cá tạp
52 Bảng 52 Sơ lược tính giá thành cho 100kg sản phẩm


7
MỞ ĐẦU

Việt Nam là nước có điều kiện thiên nhiên ưu đãi để phát triển nuôi trồng và
chế biến thủy sản. Ngành thuỷ sản Việt Nam đang từng bước khẳng định vị thế của
mình trong lĩnh vực xuất khẩu thủy sản. Hàng thủy sản của Việt Nam đã có mặt ở
164 quốc gia và vùng lãnh thổ trên thế giới với kim ngạch xuất khẩ
u đạt 4,3 tỷ USD
năm 2009. Theo Tổng cục thủy sản, xuất khẩu thủy sản năm 2010 đạt 4,94 tỷ USD.
Tổng sản lượng khai thác và nuôi trồng thủy sản ước đạt 5,2 triệu tấn (tăng 7,2% so
với năm 2009 và 30% so với mục tiêu kế hoạch 5 năm 2006 – 2010) [2]. Tổng sản
lượng thủy sản khai thác năm 2008 là 2136,41 nghìn tấn. Theo đó đến năm 2020,
kinh tế thủy sản đóng góp 30 – 35% GDP trong khối nông – lâm – ng
ư nghiệp, tốc
độ tăng giá trị sản xuất 8 – 10%/năm, kim ngạch xuất khẩu thủy sản đạt 8 – 9 tỷ
USD [2].

Việc đánh bắt, chế biến thủy sản xuất khẩu luôn luôn đi kèm theo một lượng
phế phụ phẩm khá lớn. Theo thống kê của tổ chức FAO lượng phế phụ phẩm bao
gồm: Đầu, xương, da vây vẩy, thịt vụn và ruột cá thải ra trong quá trình chế
biến đồ
hộp chiếm từ 30 – 65%; trong sản xuất cá phi-lê, cá khô, cá muối, cá xông khói
chiếm từ 50 – 75% [2].
Theo Hiệp hội thủy sản Việt Nam (VASEP), tại Đồng Bằng Sông Cửu Long
hiện có trên 70 nhà máy chế biến mặt hàng fillet cá tra trong năm 2006, với 800.000
tấn cá nguyên liệu được đưa vào chế biến, chỉ thu được chưa đầy 300.00 tấn fillet và
thải ra hơn 500.000 tấn phụ phẩm. Năm 2007, nếu sản lượng cá nguyên liệu đạ
t
1.000.000 tấn thì các nhà máy chế biến phải thải ra thị trường hơn 600.000 tấn phụ
phẩm cá tra [9].
Theo báo cáo "Đánh giá tác động môi trường trong lĩnh vực chế biến thủy
sản năm 2002" của Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn thì tác nhân gây hại cho
môi trường xác định với tổng lượng chất thải rắn (đầu, xương, da, vây, vẩy ) ước
khoảng 200.000 tấn/năm. Cho đến nay, phế thải của nhà máy vẫn đượ
c sử dụng để
sản xuất dầu diezel; phần lớn còn lại bán cho tư nhân dùng làm thức ăn chăn nuôi
hoặc tiêu hủy. Đặc điểm của loại chất thải này là dễ lên men thối rữa, nguyên nhân
do hoạt động của vi sinh vật có ở phế liệu và phân hủy rất nhanh dưới các điều kiện
thời tiết nóng ẩm. Việc phân hủy các chất thải này tuy không gây độc nhưng cũng
tạo ra sự thay đổi lớn cho chất lượng môi trường sống của người lao động tại các cơ
sở chế biến thủy sản cũng như dân cư sống ở vùng phụ cận.


8
Theo kết quả khảo sát của Dự án Cages (năm 2000) thì 25% cá tạp được
dùng để sản xuất nước mắm; 30% cho chăn nuôi heo, gà; 30% cho nuôi trồng thủy
sản; 15% cá tạp dùng cho các mục đích khác. Đây là nguồn nguyên liệu được đánh

giá vô cùng dồi dào cho sản xuất thức ăn cho người, cho nuôi trồng thủy sản và cho
chăn nuôi [19].
Một số nước trên thế giới đã sử dụng phế thải thủy sản
để sản xuất một số
sản phẩm có giá trị cao. Ở Nhật Bản, người ta sử dụng phế phụ phẩm của cá ngừ
như xương cá được dùng để làm bột xương, có giá trị cao trong điều trị bệnh thiếu
canxi cho trẻ em, mỡ cá, mật cá ngừ để tách chiết axit béo không no DHA, EPA và
các axit amin dùng cho y dược v.v. Tại Malaysia, cá tạp là nhóm cá không được sử
dụng trực tiếp cho nhu cầu của con người, mà ch
ủ yếu làm thức ăn trong nuôi trồng
thủy sản. Khoảng 90% trang trại nuôi cá biển sử dụng nhóm cá này làm thức ăn [27].
Ở Philippin, cá tạp chủ yếu được sử dụng làm thức ăn cho nuôi trồng thủy sản,
khoảng 144,638 tấn, chiếm 7% tổng sản lượng thủy sản năm 2003 [30].
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học
công nghệ, ngành công nghệ sinh họ
c đã có những bước phát triển vượt bậc. Những
thành tựu công nghệ sinh học đã mang lại cho ngành công nghiệp thực phẩm là cải
tiến quá trình chế biền từ nguyên liệu thô đến sản phẩm cuối cùng, góp phần nâng
cao chất lượng sản phẩm, nâng cao giá trị dinh dưỡng và đảm bảo an toàn vệ sinh
thực phẩm. Thêm vào đó, công nghệ sinh học cung cấp những phương pháp để cải
tiến nâng cao chất lượ
ng nguyên liệu thô, cải thiện hương liệu tự nhiên và các chất
màu, phụ gia thực phẩm (như là các enzyme, các chất tạo nhũ tương) và cải tiến các
quá trình sản xuất thân thiện hơn với môi trường, cũng như sản xuất ra các loại bao
bì thực phẩm dễ phân hủy và có khả năng kháng khuẩn.
Xuất phát từ tình hình thực tiễn trong chế biến tại các nhà máy chế biến cá
tại một số đị
a bàn trọng điểm. Với mong muốn nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn
đạm protein thủy phân từ cá tạp và phế liệu cá. Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng công
nghệ enzym để sản xuất sản phẩm protein thủy phân từ cá tạp và phế liệu trong nhà

máy chế biến cá” được thực hiện.


9
Mục tiêu nghiên cứu
- Xây dựng được qui trình công nghệ sản xuất dịch và bột protein cá thủy
phân bằng enzym proteaza thương phẩm sử dụng cho chăn nuôi.
- Xây dựng được qui trình công nghệ sản xuất dịch và bột protein thủy phân
bằng enzym proteaza thương phẩm sử dụng cho người.
- Xây dựng được qui trình sản xuất sản phẩm phụ từ sản phẩm thừa sau thủy
phân
Nội dung nghiên cứu
1. Thu thập thông tin,
điều tra khảo sát.
2. Phân tích thành phần sinh hóa của cá tạp và phế liệu cá
3. Nghiên cứu giải pháp ức chế vi sinh vật phân hủy protein gây thối trong quá
trình thủy phân.
4. Nghiên cứu xây dựng quy trình thủy phân protein của cá tạp và phế liệu cá
bằng enzym protease thương phẩm.
5. Nghiên cứu giải pháp thu hồi chất béo
6. Nghiên cứu công nghệ tạo chế phẩm giầu axit amin dạng lỏng và dạng bột
cho người và cho chă
n nuôi.
7. Nghiên cứu qui trình sản xuất sản phẩm phụ từ sản phẩm thừa sau thủy phân
8. Thiết kế bao bì, nhãn mác và công bố tiêu chuẩn cơ sở.
9. Ứng dụng sản phẩm giầu axit amin làm thức ăn cho người và cho chăn nuôi.


10
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Tình hình khai thác, sử dụng cá tạp và phế liệu cá trong nước và trên thế
giới
1.1.1. Tính hình khai thác và sử dụng cá tạp trên thế giới và ở Việt Nam
Cá tạp “bycatch” là sản phẩm đánh bắt nhưng không sử dụng hoặc đánh bắt
ngoài ý muốn [9]. Khai thác cá tạp đang là mối quan tâm lớn liên quan đến công tác
bảo vệ nguồn lợi thủy sản và chiến lược phát triển nghề cá nói chung. Việc khai
thác và sử dụng cá tạp đượ
c nhiều quốc gia đặc biệt là khu vực Châu Á Thái Bình
Dương quan tâm. Theo đánh giá của trung tâm phát triển nghề cá Đông Nam Á
(SEAFDEC), nguồn số liệu và thông tin xác thực về tính hình khai thác và sử dụng
cá tạp là chưa đầy đủ. Theo số liệu năm 2003, sản lượng khai thác hải sản của thế
giới đạt 85,88 triệu tấn, tỷ lệ cá tạp chiếm 40,4%, vậy sản lượng cá tạp khai thác
hàng năm là 34,69 triệu tấn [9]. Số liệ
u khảo sát tình hình khai thác thủy hải sản ở
một số quốc gia trong giai đoạn 2000 – 2004 và chỉ tập trung ở nghề kéo lưới cho
thấy (bảng 1).
Bảng 1. Tỷ lệ cá tạp khai thác hàng năm giai đoạn 2000 -2003 ở một số nước [9]
TT Quốc gia Tổng sản lượng hải sản
khai thác (tấn)
Số lượng cá tạp
(tấn)
Tỷ lệ cá tạp
(%)
1 Ác hen ti na 1.285.000 515.000 40
2 Băng la đét 1.261.000 1.207.000 95,7
3 Brazin 842.150 487.450 57,9
4 Canada 1.000.000 81.000 8,1
5 Chi lê 3.259.000 615.000 18,9
6 Indonexia - 4.350.000 62,6
7 New Zealand 497.000 122.262 24,6

8 Philippine 1.300.000 405.600 31,2
9 Sri Lanka 140.000 51,4
Ở Thái Lan, khoảng 95% sản lượng cá tạp được đánh bắt từ nghề lưới kéo
đáy và chiếm khoảng 45% tổng sản lượng của nghề, 60% tổng sản lượng khai thác
biển, trong đó chủ yếu là hai nhóm cá liệt Leiognathidae và nhóm cá lượng
Nemipteridae. Giá cá tạp tại Thái Lan khoảng 0,04 – 0,07 USD/kg, tùy thuộc vào
mùa khai thác. Giá cao nhất là từ tháng 1 -5 và tháng 8 - 9 [9].
Tại Malaysia, cá tạp là nhóm cá không được sử dụng trực tiếp làm thức ăn
cho người, mà chủ yếu làm thức
ăn trong nuôi trồng thủy sản. Có khoảng 90% trang
trại nuôi cá biển, sử dụng cá tạp làm thức ăn. Năm 2003, nhóm cá tạp chiếm khoảng


11
32% tổng sản lượng khai thác hải sản của Malaysia (khoảng 1,28 triệu tấn) [28]. Ở
Philippin, cá tạp chủ yếu được sử dụng làm thức ăn cho nuôi trồng thủy sản [9].
Theo thống kê chính thức của Trung Quốc năm 2003 cho thấy sản lượng
khai thác hải sản đạt 9.730.000 tấn, trong đó cá tạp chiếm 2,16 triệu tấn, chiếm
khoảng 22% tổng sản lượng khai thác [28].
Ở Việt Nam, cá tạp được khai thác bằ
ng hầu hết các loại hình như: Lưới kéo
đáy, lưới vây, chụp mực, vó, mành, te, đáy v.v trong đó chủ yếu được khai thác
bằng nghề lưới kéo đáy. Do nhu cầu tiêu thụ cá gia tăng, đặc biệt trong nuôi trồng
thủy sản nên cá tạp trở thành nhóm hàng hóa thu hút được sự quan tâm. Theo ước
tính của Viện Nghiên cứu Hải sản (2002), sản lượng cá tạp khoảng 0,93 triệu tấn
trong tổng sản lượng khai thác hải sản khoảng 2,56 tri
ệu tấn (chiếm 36,3% tổng sản
lượng khai thác) [15].
Theo số liệu thống kê của Hải quan Việt Nam, trong giai đoạn 2006-2008,
tốc độ tăng xuất khẩu hàng thuỷ sản đạt trung bình 19%/năm. Sau mức giảm 5,5%

của năm 2009, xuất khẩu thuỷ sản trong 6 tháng đầu năm 2010 đạt 2,02 tỷ USD,
tăng 14,5% so với cùng kỳ năm 2009. Cơ cấu mặt hàng xuất khẩu thủy sản của
nướ
c ta trong giai đoạn 6 tháng đầu năm 2010 chủ yếu bao gồm cá (52%), tôm
(35%), mực và bạch tuộc (9%), các loại thuỷ sản khác (4%), trong đó cá chiếm tỷ lệ
cao nhất [12].







Hình 1. Thống kê lượng và kim ngạch xuất khẩu một số nhóm hàng thủy sản
trong 6 tháng đầu năm 2010 [12]
Trong khuôn khổ dự án hợp tác giữa Úc và Việt Nam “Khảo sát tình hình sử
dụng cá tạp và phụ phẩm chế biến cá như là thành phần thức
ăn nuôi trồng thủy sản
ở Việt Nam” của các tác giả Peter Edwards, Geof L. Allan và Lê Anh Tuấn năm


12
2004 cho rằng tỷ lệ cá tạp chiếm khoảng 36% tổng sản lượng khai thác và số liệu
sản lượng cụ thể theo các vùng như sau (bảng 2) [19].
Bảng 2. Bảng tổng hợp sản lượng khai thác của các vùng [9]
Vùng đánh bắt Tổng sản lượng
(tấn)
Cá tạp
(tấn)
Giá trị cá tạp

(triệu đồng)
Miền bắc 303.152,3 42.173,6 73.166,0
Miền trung 833.243,6 37.496,9 82.916,1
Đông nam bộ 897.184,6 619.063,2 900.997,9
Tây nam bộ 433.989,5 234.448,9 333.335,9
Tổng 2.557.570,5 234.448,9 333.335,9
Theo Nguyễn Văn Lung và cộng sự (2009), tổng sản lượng khai thác hải sản
của Việt Nam (tính cho 10 tháng trong năm) khoảng 1.689,784 tấn, trong đó cá tạp
chiếm tỷ lệ 41,48%, cá non chiếm tỷ lệ 54,24% trong tổng sản phẩm cá tạp. Cá non
bị khai thác nhiều nhất trong thời gian từ tháng 5 -8 và tập trung khai thác ở vùng
biển ven bờ, độ sâu < 30m [9].
Cá tạp ở Việt Nam hiện đang được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau
trong
đó chủ yếu tập trung vào 6 hình thức chính bao gồm: Làm thức ăn trực tiếp
phục vụ nuôi trồng thủy sản, chế biến bột cá, chế biến cá khô (phơi, hấp), chế biến
chượp, nước mắm, chế biến chả cá và làm thực phẩm cho con người [9].
Bảng 3. Số liệu điều tra loại hình sử dụng cá tạp [9]
TT Hình thức sử dụng Lượt điều tra Tỷ lệ (%)
1 Bột cá (50 công ty lớn) 150 10,62
2 Thức ăn chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản 300 21,23
3 Cá khô 317 22,43
4 Làm thức ăn cho người 281 19,89
5 Chế biến nước mắm 13 0,92
6 Bán buôn lại cho các cơ sở nuôi trồng thủy
sản, chăn nuôi gia súc
323 22,86
7 Chượp 6 0,42
8 Đông lạnh, phi lê để chế biến chả cá 14 0,99
9 Chế biến các sản phẩm khác 9 0,64
1.413 100

Theo báo cáo tổng kết nhiệm vụ khoa học kỹ thuật cấp Bộ Nông nghiệp và
phát triển nông thôn, năm 2008 có khoảng 115 nghìn tấn nguyên liệu cá tạp được sử
dụng để sản xuất cá khô (ứng với 28767, 83 tấn cá khô); khoảng 160 nghìn tấn cá
tạp dùng cho sản xuất bột cá (ứng với 39 792,5 tấn bột cá). Lượng cá tạp sử dụng


13
trong sản xuất nước mắm khoảng 190 – 195 nghìn tấn. Các loài cá được dùng chủ
yếu là cá cơm Stolephorus sp, cá trích Sardinella sp, cá lẹp Thryssa [15].
Theo Nguyễn Văn Lung và cộng sự, cá tạp sử dụng trực tiếp làm thức ăn
nuôi trồng thủy sản chiếm khoảng 37% tổng sản lượng cá tạp (chế biến bột cá 36%,
27% còn lại dùng để chế biến cá khô, làm chượp, nước mắm, cá hấp, chả cá v.v).
Qua tính toán cho thấy nhu cầ
u cá tạp làm thức ăn cho nuôi trồng thủy sản năm
2009 là 2,9 – 3,0 triệu tấn (để đạt sản lượng nuôi 2,6 triệu tấn) [9]. Trong nuôi trồng
thủy sản, đặc biệt là nuôi cá bè, cá tạp được sử dụng làm thức ăn cho cá. Lượng cá
tạp dùng làm thức ăn nuôi thủy sản ước tính trong khoảng 176. 420 – 323.400 tấn.
Trong đó sử dụng trong nuôi trồng thủy sản nội địa khoảng 64.800-180.000 tấn và
nuôi thủy sản ven biể
n khoảng 71.820-143.640 tấn cá tạp [15].
Để nâng cao giá trị sử dụng của cá tạp, Nguyễn Văn Lệ và cộng sự năm 1999
đã nghiên cứu chế biến một số loại cá tạp thành các sản phẩm có giá trị như Surimi,
cá khô tẩm gia vị và chả cá [20].
1.1.2. Tình hình sử dụng phế liệu cá trên thế giới và ở Việt nam
Theo đánh giá của tổ chức FAO, hàng năm có khoảng 25-30 triệu tấn trong
tổng sản l
ượng cá thế giới bị loại bỏ do việc xử lý không tốt và nhiều lí do khác [30].
Bên cạnh đó, một số lượng tương đương cũng bị loại bỏ trong quá trình chế biến.
Các phế phụ phẩm của quá trình chế biến cá được sinh ra trong các bước sau:
Phân loại cá: cá bỏ đi.

Moi ruột, cắt và phi lê: Đầu, phần bỏ đi và đuôi.
Lột da và cắt: Da, vụn thịt và xương.
Các phế liệ
u cá sinh ra trong quá trình chế biến bao gồm: Phần bỏ đi, phế
liệu, đầu, da, đuôi và xương. Tỷ lệ phần trăm phụ phẩm và các chất thải rắn sinh ra
dao động từ 30 -65% (đối với chế biến đồ hộp); 50 -70% (đối với phi lê, làm khô,
ướp muối, xông khói) [30]. Phế phụ phẩm thủy sản là loại chóng bị hư hỏng do
chúng chứa nhiều vi sinh vật và nhiều enzym trong nội tạng. Thành phần hóa họ
c
của phế liệu cá được tổng hợp trong bảng 4.
Bảng 4 Thành phần hóa học của phế liệu cá [21]
Phế liệu Thịt
(%)
Xương
(%)
Nước
(%)
Mỡ
(%)
Protein
(%)
Tro
(%)
Đầu 12-21 ~ 56 52 -77 0,3 – 2,3 10 – 21 4 – 5
Xương + mang 8-12 ~ 34 53 -83 0,5 – 2,5 10 -21 2 – 12
Đuôi + vây 1,5- 4,0 ~ 10 46 – 80 0,5 – 3,7 12 – 21 3 – 15
Sụn 8 -12 62 - 63 1,4 – 2,5 12 -14 1 – 2,2


14

Cho đến nay, phần lớn phế liệu và phế phụ phẩm sinh ra trong quá trình chế
biến đều được đưa đến nhà máy để sản xuất bột cá và dầu cá. Bột cá được sử dụng
làm thức ăn nuôi động vật và phân bón và dầu cá có thể sử dụng làm dầu diezel sinh
học. Phần phế liệu da và xương còn được dùng để sản xuất gelatin và colagen [11].
Một số nước đã sử dụng phế th
ải thủy sản để sản xuất một số sản phẩm có
giá trị cao. Nhật Bản đã sử dụng phế phụ phẩm từ cá ngừ như: xương cá để sản xuất
bột xương có giá trị cao trong điều trị bệnh thiếu canxi cho trẻ em, mỡ cá, mật cá
ngừ để tách chiết axit béo không no DHA, EPA và các axit amin dùng cho y dược.
Ngoài ra, người ta còn dùng sụn cá nhám để tách chiết Natri chondroitin sulphat để
tăng độ
đàn hồi cho gân cốt và lưu thông máu [8; 11].
Ở một số nước phế liệu cá được ủ chua nhờ sử dụng chính hệ enzym trong
ruột cá để thủy phân làm thức ăn gia súc giàu dinh dưỡng. Để sản xuất cá ủ chua,
người ta nghiền nhỏ cá và thủy phân trong môi trường axit, làm protein bị thủy phân
thành các axit amin và peptit mạch ngắn. Cá ủ chua được thêm vào hỗn hợp thức ăn
theo lượng khác nhau (5 – 20% trọng lượng) tùy thuộc vào loài và tuổi của động vậ
t
nuôi. Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp ủ chua là mức độ thủy phân dao động từ
20-70% tùy thuộc vào thời gian và nhiệt độ ủ [15]
Thay cho việc ủ chua trong môi trường axit, phương pháp sử dụng enzym để
thu hồi protein từ nội tạng của cá và tạo ra sản phẩm hòa tan là dịch thủy phân
protein. Việc sản xuất dịch thủy phân protein cá bằng công nghệ enzym cũng là giải
pháp để nâng cao giâ trị của phế liệu cá. Bằng cách s
ử dụng enzym để thủy phân,
protein nhận được sẽ có giá trị dinh dưỡng cao hơn so với phương pháp thủy phân
bằng axit hay kiềm [15].
Các công đoạn chính của quá trình thủy phân bằng enzym bao gồm:
Cá phế phẩm → Đồng nhất khối cá bằng xay nhỏ → Bổ sung enzym thủy
phân → Bất hoạt enzym → Ly tâm → Cô đặc → Dịch thủy phân [6].

Sau khi loại nước, thu được dạng bột có hàm lượng protein cao và ổ
n định.
Việc sản xuất sản phẩm protein cá cô đặc (FPC) sử dụng cho người cũng được
nhiều nước quan tâm. Sản phẩm protein cá cô đặc có thể chia thành 2 nhóm:
FPC -A: Là dạng bột, không mùi, không vị với tối đa 0,75% chất béo và tối
thiểu 67% protein (có thể lên tới 80%). Việc sản xuất FPC –A dựa trên nguyên lý
chiết bằng dung môi isopropanol hoặc ethanol. Người ta sử dụng nó dưới dạng thực
phẩm như: bánh mì, ngũ cốc, thực ph
ẩm ăn kiêng và bánh qui [15].


15
FPC- B: Là dạng bột, có mùi vị như cá với hàm lượng chất béo tối đa là 3%
và protein từ 20-80%. Được sản xuất bằng chiết cơ học, loại dầu, sau đó loại nước
và làm khô bằng bay hơi như phương pháp sản xuất bột cá thông thường. Dạng
FPC-B này được sử dụng để nấu món súp và các món hầm [15].
Theo Nguyễn Xuân Thi và cộng sự (2008), lượng sản phẩm cá đông lạnh
năm 2006 là 418.614 tấn (ứ
ng với 163.259,46 tấn phế liệu cá), đồ hộp cá là
15.200,98 tấn (ứng với 2.941,32 tấn phế liệu) và các sản phẩm cá khô khoảng
28.767,83 tấn (ứng với 2.165,32 tấn) [15]. Như vậy, ước tính có khoảng 195.366,1
tấn phế liệu cá thải ra từ các cơ sở chế biến cá. Theo báo cáo đánh giá hiện trạng
môi trường trong chế biến thủy sản của Viện Nghiên cứu hải sản (2008) và tính toán
của Trung tâm tư vấ
n và quy hoạch phát triển thủy sản, một số chỉ tiêu về chất thải
trong chế biến thủy sản được thể hiện ở bảng 5.
Bảng 5. Tỷ lệ chất thải trong quá trình chế biến thủy sản [2]
TT Kiểu chế
biến
Chất thải

rắn
(tấn/tấn TP)
Nước thải
(m3/tấn
TP)
BOD5
(mg/l)
COD
(mg/l)
SS
(mg/l)
TN
(mg/l)
Tp
(mg/l)
1 Đông lạnh 0,07 – 8* 20 – 80 200-
1300
400-
1900
150-500 30-
150
10-30
2 Đồ hộp 1,7 30 – 50 427 776 100 25 12
3 Hong khô 0,5 – 1,0 6 – 25 60 -125 80 - 200 120-300 6-27 2-8
4 Nước mắm 0,2 – 0,28 - - - - - -
5 Agar-agar 5 – 6 3000 218 414 137 9,7 27,5
6 Bột cá 0 6,9 - - - - -
Ghi chú: (*) là tỷ lệ chất thải rắn của chế biến nhuyễn thể 2 mảnh vỏ.
Trong những năm gần đây, nghề nuôi cá tra vùng Đồng bằng sông Cửu Long,
nuôi tôm trên cả nước phát triển mạnh nên đòi hỏi nguồn cung bột cá tăng theo. Bên

cạnh nguồn cá tạp, phế liệu cùa các nhà máy chế biến cá cũng là nguồn cung cấp
nguyên liệu chính để sản xuất bột cá. Các nhà máy chế biến cá tra đông lạnh hàng
năm đã cung cấp từ 700 - 800 nghìn tấn phế liệu cho chế biến bột cá. Năm 2008 sản
lượng bột cá đạt 144 ngàn tấn (năm 2001 đạt 54,7 nghìn tấn), tốc độ tăng bình quân
14,8% năm. Theo ước tính, nhu cầu bột cá sử dụng làm thức ăn cho nuôi thủy sản
giao động khoảng 150.000 – 200.000 tấn/năm, vì vậy, hàng năm nước ta vẫn phải
nhập khẩu một lượng bột cá từ nước ngoài. Vi
ệc tận thu các phế phụ phẩm trong
nhà máy chế biến thủy sản nói chung và nhà máy chế biến cá nói riêng không
những góp phần giải quyết nhu cầu thức ăn cho nuôi thủy sản mà còn có ý nghĩa lớn
trong bảo vệ môi trường.


16
1.2. Tình hình ứng dụng enzym protease thương phẩm để thuỷ phân protein cá
trong nước và trên thế giới
1.2.1. Tình hình ứng dụng enzym protease thương phẩm để thủy phân protein
cá trong nước và trên thế giới
Việc sử dụng enzym protease trong chăn nuôi chủ yếu để tăng giá trị dinh
dưỡng của thức ăn thô đã được ứng dụng rộng rãi ở Mỹ. Enzym protease được dùng
để sản xuất dịch thủy phân giàu axit amin từ protein cá. Theo patent số 0204612
USPTO (Mỹ) n
ăm 2006, phế thải cá được thủy phân bằng enzym protease trung
tính và kiềm tính, sau đó protease được bất hoạt bằng gia nhiệt. Sản phẩm của quá
trình thủy phân protein cá được dùng để thay thế bột cá và các nguồn protein khác.
Dịch thủy phân protein cá có hàm lượng peptit và amin axit tự do cao hơn, dễ dàng
tiêu hóa hơn, đặc biệt là các động vật còn non hệ thống tiêu hóa chưa phát triển đầy
đủ. Ngoài ra, dịch thủy phân protein cá còn có một lợi ích khác đó là có thể sản xuất
từ ph
ế thải của công nghiệp đánh bắt và chế biến [43].

Ở Pháp, enzym protease được sử dụng trong chăn nuôi chủ yếu để sản xuất
sữa cho bê con và chế biến các phế liệu của kỹ nghệ thịt cá [16]. Guerard F. (2002)
đã ứng dụng công nghệ enzym trong sản xuất dịch đạm thủy phân từ phế thải của
nhà máy sản xuất cá hộp. Theo tác giả, dịch thủy phân protein cá (FPH) đang ngày
càng thu hút sự quan tâm vì khả n
ăng ứng dụng của chúng như một nguồn peptit có
hoạt tính sinh học hoặc như nguồn cơ chất nitơ để chuẩn bị môi trường lên men vi
sinh vật. Các phế thải của nhà máy chế biến cá hộp được thủy phân với enzym
protease thương phẩm “Umamizyme”. Quá trình thủy phân enzym được tiến hành
trong bình lên men 1 lít, ở pH 7 nhiệt độ 45°C. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình
thủy phân được nghiên cứu (tỷ lệ enzym/cơ ch
ất protein thay đổi trong khoảng từ
0.1 đến 1.5% (w/w), mức độ thủy phân protein, hàm lượng nitơ giải phóng ra, trọng
lượng phân tử của peptit. Mức độ thủy phân trên 22.5% nhận được khi tỷ lệ
enzym/cơ chất là 1.5%, sau 4 giờ thủy phân. Đã xác định được đường thẳng tuyến
tính giữa mức độ thủy phân và hàm lượng nitơ thu hồi. Nhân tố giới hạn quá trình
thủy phân được rút ra từ kết quả thí nghiệm là nhi
ệt độ 45°C và pH 7. Các kết quả
thí nghiệm cũng cho thấy khi thủy phân phế thải của quá trình chế biến cá hồi,
enzym “Umamizyme” có hiệu quả thủy phân tương đương với enzym Alcalase® 2,
4L. Tuy nhiên, tính ổn định của enzym Umamizyme thấp hơn enzym Alcalase® 2,
4L [33].


17
Nước Nga, đã sử dụng chế phẩm enzym trong chăn nuôi từ những năm 1972.
Hiện nay, nước Nga có khoảng trên 20 chế phẩm enzym thường dùng trong chăn
nuôi. Trong số đó có chế phẩm protease (còn gọi protomezenterin) nhận được từ
môi trường dịch thể nuôi cấy B. mesentericus, có chứa các enzym có khả năng làm
đông sữa, được dùng trong các kỹ nghệ chế biến để nuôi các động vật còn non [19].

Ở Rumani và Bungari, người ta đã tiến hành nhiều thí nghiệ
m sử dụng chế
phẩm protease để chuẩn bị thức ăn cho gia súc, nhằm làm tăng hệ số sử dụng thức
ăn. Các nhà nghiên cứu cũng kết luận rằng xử lý thức ăn chăn nuôi bằng enzym có
thể làm tăng hiệu quả sử dụng thức ăn lên khoảng 10%. Điều này có ý nghĩa đặc
biệt quan trọng khi chuẩn bị thức ăn cho động vật còn non [17; 18; 34].
Ngoài việc sử dụng enzym protease để thủy phân protein dùng trong chăn
nuôi, chúng còn được sử dụng trong chế biến thực phẩm nhằm cải tiến công nghệ
sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm. Nước mắm là một loại nước chấm được
sản xuất từ cá. Tùy theo công nghệ sản xuất và các phụ gia bổ sung mà mỗi Quốc
gia trong khu vực Đông Nam Á có sản phẩm đặc trưng của riêng mình với các tên
gọi khác nhau như: Nước mắm (Việt Nam), Shottsuru Uwo – shoyu (Nhật Bản),
Jeot - kal (Hàn Quốc), Nam - pla (Thái Lan), Budu (Malaysia), Patis (Philippines),
Ngapi (Brunei) [15].
Theo công nghệ cổ truyền, cá được trộn với muối theo một tỷ lệ nhất định
(khoảng 25%) đem gài nén (gọi là chượp nén) và đem phơi nắng để quá trình lên
men tự nhiên, nhờ hệ enzym protease có trong ruột cá, protein cá được thủy phân
thành peptit, axit amin và các hợp chất bay hơi khác. Tuy nhiên, quá trình này
thường diễn ra rất chậm và yếu. Thời gian để sản xuất các s
ản phẩm thủy phân từ cá
thường kéo dài từ 6 tháng đến 1 năm [14].
Việc đưa thêm protease từ ngoài vào sẽ làm tăng rõ rệt quá trình thủy phân,
rút ngắn thời gian chế biến. Trong sản xuất nước mắm, nhờ bổ sung enzym protease,
protein của cá bị thủy phân mạnh, nên quá trình loại mỡ, loại xương khỏi phần thịt
cá đã bị thủy phân được dễ dàng hơn, lượng nước mắm cốt thu được cũng nhi
ều
hơn hẳn so với mẫu đối chứng. Đối với sản phẩm cá xông khói, việc bổ sung
protease làm biến đổi nhanh chóng cấu tạo của mô cá, do đó muối và các chất gia vị
dễ dàng thấm vào, nhờ đó thời gian muối cá, thời gian xông khói cũng như thời gian
xử lý nhiệt khi chế biến cá được rút ngắn [14].

Thái Lan là nước đi đầu trong việc ứng dụng công nghệ enzym trong thủy
phân protein cá để rút ngắ
n thời gian sản xuất nước mắm. Các protease thương


18
phẩm được bổ sung theo trình tự như sau: 0,25% Alcalase 2.4L thủy phân ở 65
o
C
trong 2 giờ, tiếp đến bổ sung 0,5% Flavozyme 500L thủy phân ở 50
o
C trong 4 giờ.
Sau đó, 10% NaCl được bổ sung vào và mẫu được giữ ở 50
o
C trong 3 ngày và hàm
lượng muối được điều chỉnh đến 25% NaCl. Tiếp tục ủ ở 50
o
C trong khoảng thời
gian hơn 2 ngày trước khi được để ở nhiệt độ 35
o
C trong 7 tháng. Kết quả là sau 7
tháng nước mắm có hàm lượng α-amino cao. Điểm cảm quan của nước mắm thủy
phân nhờ enzym protease không khác với mẫu sản xuất theo công nghệ truyền
thống lên men 12 tháng [34].
Ing-Lung Shih (Đài Loan) năm 2003 đã nghiên cứu bổ sung enzym protease
dưới dạng koji đậu tương và ang-khak vào phế thải chế biến cá ngừ (bao gồm: ruột
và phủ tạng cá) để sản xuất nước mắm nhằm nâng cao giá trị của cá ng
ừ và giảm ô
nhiễm môi trường. Nước mắm làm từ cá ngừ nguyên con được dùng như mẫu đối
chứng. Kết quả cho thấy nước mắm sản xuất từ phế thải chế biến cá ngừ có chất

lượng tương đương với nước mắm làm từ cá ngừ nguyên con. Nước mắm bổ sung
ang-khak cho hương cảm quan tốt hơn. Các hợp chất bay hơi của các mẫu nước
m
ắm được tách và nhận biết nhờ máy sắc ký khí và sắc khí khối phổ (Gas
Chromatography-Mass Spectroscopy). Tổng số 23 hợp chất bay hơi tạo hương thơm
cho nước mắm đã được nhận biết. Những hợp chất thơm này được hình thành chủ
yếu từ các chất béo, các phức hợp amino và các loại đường có trong nguyên liệu bổ
sung, trong đó chất béo đóng vai trò chủ yếu [35; 36].
Taniguchi (Nhật Bản) năm 2003, đã bổ sung các enzym th
ủy phân protein là:
protease A, aroase, và papain W40 vào thịt cá và các nội tạng cá để sản xuất nước
mắm chất lượng cao. Những thay đổi về thành phần trong quá trình chín của nước
mắm được kiểm tra. Kết quả cho thấy các mẫu nước mắm bổ sung protease A và
papain, những thay đổi về pH và hàm lượng axit là tương tự nhau. Sau 120 ngày,
giá trị pH giảm xấp xỉ pH 5.6 và chuẩn độ axit không nhỏ hơn 3. Hàm lượng nitơ
tổng và nitơ formol ở mẫ
u nước mắm bổ sung protease A là cao nhất, tiếp đến là
mẫu nước mắm bổ sung papain và thấp nhất là enzym aroase. Sự khác nhau về tốc
độ thủy phân protein cá và sản phẩm thủy phân phụ thuộc và loại enzym protease
bổ sung vào cá. Có thể kết luận rằng, hàm lượng nitơ tổng, hàm lượng nitơ amin và
tốc độ amin hóa ở mẫu nước mắm bổ sung enzym là cao hơn mẫu không bổ sung.
Đặc biệt, mẫu nước mắm bổ
sung enzym protease A, một enzym chịu mặn, tốc độ
amin hóa cao nhất và sấp xỉ 62% [23].


19
Theo báo cáo của Ferderal Laboratories Corporation (Thái Lan), bột đạm
thủy phân được sản xuất từ nguồn phế phẩm của nhà máy chế biến cá và cá tạp sau
khi sử lý khử mầu và được sấy chân không ở nhiệt độ không lớn hơn 1400F sau đó

được nghiền và được sử dụng cho người dưới dạng bột súp cá [32].
1.2.2. Nguồn enzym protease
Enzym protease là enzym thủy phân protein có thể thu nhận từ nhiều nguồn
khác nhau như: động vật, thực vật và vi sinh vậ
t. Ở động vật, enzym protease được
tìm thấy trong các cơ quan và mô cơ của động vật: Các enzym được tạo ra từ tuyến
tuỵ của người (tripsin, chymotripsin), trong dịch dạ dày lợn và gia cầm (pepsin),
trong dịch dạ dày bê con (rennin) v.v và là những enzym được phát hiện sớm nhất.
Protease thực vật được phát hiện muộn hơn (bắt đầu từ cuối thế kỷ thứ 18). Đó là
các protease có trong đu đủ (papain), trong dứa (bromelin), trong các cây sung, si vả
thuộ
c họ Ficus (fisin) và trong các loại hạt nảy mầm [16].
Protease của vi sinh vật được phát hiện từ năm 1918, nhưng đến những năm
50 mới được chú ý nghiên cứu. Các vi sinh vật được sử dụng để sản xuất enzym
protease chủ yếu từ vi khuẩn, xạ khuẩn và nấm mốc thuộc các chi như: Bacillus (B.
subtilis, B. licheniformis, B. amyloliquefacien, B. mensentericus, B. firmus, B.
magaterium, B. pumilis ), Streptomyces (S. fradiae, S. griseus, S. redius ) và
Aspergillus (A. niger, A. sojae, A. oryzae, A. awamori ) [1; 3; 4; 18]. Ở vi sinh vật,
enzym protease có thể ở bên trong tế bào (protease nội bào) hoặc được tiế
t vào môi
trường nuôi cấy (protease ngoại bào). Ngày nay, hầu hết các protease sản xuất trên
qui mô công nghiệp là protease ngoại bào.
Các enzym protease thu được từ động vật và thực vật chủ yếu được sử dụng
trong y tế, dược phẩm và mỹ phẩm, chỉ một lượng rất ít được dùng trong chế biến
thực phẩm như: rennin (làm đông casein trong sản xuất phomat), papain (làm mềm
thịt) v.v [18]. Khác với protease thực vật và protease động vật, protease vi sinh vật
có tính đặ
c hiệu cao và có khả năng sản xuất trên qui mô công nghiệp.
1.2.3. Một số enzym protease vi sinh vật đã được thương mại hóa [24, 25, 31,
37; 41; 50]

Alcalase:
Được sản xuất từ chủng B. licheniformis, Subtilisin A là thành phần
enzym chính, đó là một endopeptidase. Nhiệt độ thích hợp cho enzym hoạt động từ
50-60
0
C, tùy thuộc vào cơ chất thủy phân. pH thích hợp cho quá trình thủy phân là
6,0-8,5 [24; 25].


20
Flavourzyme: Được sản xuất từ chủng A.oryzae, chế phẩm này bao gồm cả hoạt
tính endopeptidase và exopeptidase. pH thích hợp cho quá trình thủy phân là 5,0-7,0.
Nhiệt độ thích hợp 45-55
0
C [31].
Kojizyme:
Được sản xuất từ chủng A. oryzae, đây là enzym có cả hoạt tính
exopeptidase và endopeptidase. Nhiệt độ thích hợp cho enzym họat động từ 45-
55
0
C, pH thích hợp là 4,8 – 6,5 [37; 38].
Neutrase:
Được sản xuất từ B. subtilis. Là enzym thủy phân liên kết peptit nội
mạch (Endopeptidase). Neutrase là một endopeptidase kim loại, được ổn định bằng
Ca
++
, hoạt động tối ưu ở pH 5,5-7,5 & nhiệt độ 45-55
0
C. Sản phẩm thủy phân là các
polipeptide [41].

Protamex:
Là một enzym protease của Bacillus thủy phân protein. Khác với các
Endopeptidase khác protamex tạo ra dịch thủy phân protein không có vị đắng ngay
cả khi mức độ thủy phân rất thấp. Protamex hoạt động tối ưu ở pH 5,5-7,5, nhiệt độ
40-60
0
C [50].
1.2.4. Cơ chế xúc tác của protease trong quá trình thủy phân protein
Quá trình thủy phân protein thường xảy ra theo một trình tự nhất định. Lúc
đầu, enzym proteinase (endopeptidase) phân cắt các liên kết peptit của phân tử
protein từ giữa chuỗi polypeptit và cho các sản phẩm thủy phân có phân tử lượng
trung bình (albumoza, peptit và polypeptit). Tiếp đó các enzym peptidase
(exopeptidase) phân cắt các axit amin từ hai đầu của chuỗi polypeptit cho sản phẩm
thủy phân là các peptit mạch ngắn và các axit amin [40]. Bản chất của quá trình này
chính là quá trình thủy phân protein thành các amino axit hòa tan.
Quá trình thủy phân protein đến axit amin là một quá trình rất phức tạ
p.
Enzym protease phân cắt phân tử protein thành những phân tử nhỏ hơn. Cơ chế hoạt
động thủy phân protein của enzym protease được Boyce (1986) mô tả theo sơ đồ
sau [18]:
Endopeptidase (Proteinase)
Protein  Albumoza  Pepton  Polypeptit  Peptit
Exopeptidase (Peptidase)
Peptit  Peptit và axit amin
1.2.5. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protein bằng enzym
[3; 4; 16]
Quá trình thủy phân protein chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố, trong đó
điển hình là những yếu tố sau:

21
Ảnh hưởng của tỷ lệ enzym/ cơ chất
Tốc độ phản ứng của protease tỉ lệ thuận với nồng độ phức chất trung gian.
Nồng độ enzym/cơ chất càng cao, tốc độ phản ứng càng lớn. Khi toàn bộ lượng
enzym trong phản ứng đều tham gia vào phức enzym – cơ chất, tốc độ sẽ đạt cực
đại. Trong điều kiện thừa cơ chất, tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồ
ng độ enzym,
khi nồng độ enzym tăng, tốc độ phản ứng cũng tăng. Tuy nhiên, khi nồng độ enzym
bão hòa với nồng độ cơ chất thì dù có tăng nồng độ enzym lên thì tốc độ phản ứng
vẫn không thay đổi.
Ảnh hưởng của nhiệt độ

Theo quy luật của các phản ứng hóa học thông thường, tốc độ phản ứng
enzym càng tăng khi tăng nhiệt độ. Do enzym có bản chất là protein nên khi tăng
nhiệt độ tới một giới hạn nào đó thì tốc độ phản ứng enzym sẽ giảm do sự biến tính
của protein. Tại giá trị mà nhiệt độ tương ứng với tốc độ phản ứng cực đại gọi là
nhiệ
t độ tối thích. Nhiệt độ mà tại đó enzym bị mất hoàn toàn hoạt tính gọi là nhiệt
độ tới hạn. Nhiệt độ quá thấp cũng làm giảm hoạt tính của enzym, nhưng không làm
biến tính enzym, vì vậy khi đưa nhiệt độ trở lại điều kiện thích hợp thì hoạt tính của
enzym lại được phục hồi. Các enzym mang hoạt tính proteolytic có nguồn gốc khác
nhau thì khác nhau về nhiệt độ tối thích.
Ảnh hưởng củ
a pH
pH có ảnh hưởng lớn đến tốc độ phản ứng của protease. Enzym có pH tối
thích khác nhau nếu chúng có nguồn gốc khác nhau. Nói chung, pH tối thích của đa
số enzym nằm trong vùng axit yếu, kiềm yếu hoặc trung tính. Protease axit có pH
tối thích 4,0 – 5,5. Protease kiềm tính có pH tối thích từ 9,0 – 11 trong khi pH tối
thích của protease trung tính là 5,5– 7,5.
Ảnh hưởng của các chất kìm hãm và các chất hoạt hóa

Hoạt động của một số enzym mang hoạt tính proteolytic phụ thuộc vào sự có
mặt của các ion kim loại và một số hợp chất khác. Trong số đó, một số chất có tác
dụng làm tăng tính hoạt động, số khác lại có tác dụng kìm hãm hoạt động của các
enzym.
Protease của A. awamori 78-2 bị kìm hãm bởi các ion Co
2+
, Fe
2+
, Cu
2+
, Hg
2+
,
Ca
2+
, Mg
2+
,Mn
2+
, Zn
2+
, Ni
2+
và EDTA. Protease I, II, III của A. oryzae không bị kìm
hãm bởi các ion Ba
2+
, Ca
2+
, Mg

2+
, Mn
2+
, Zn
2+
nhưng bị kìm hãm bởi các ion kim
loại khác Cu
2+
, Co
2+
,Cd
2+
, Fe
3+
. Protease của B. subtilis bị mất hoạt tính bởi hợp
chất tạo phức và nồng độ urê cao. Ngoài ra nó còn bị kìm hãm bởi EDTA.


22
Ảnh hưởng của lượng nước bổ sung vào hỗn hợp enzym/cơ chất
Nước không những là môi trường để khuyếch tán hỗn hợp enzym – cơ chất
mà còn là tác nhân tham gia vào phản ứng. Nước không những có ảnh hưởng đến
vận tốc mà còn ảnh hưởng đến chiều hướng của phản ứng thủy phân từ enzym.
Nước làm nồng độ muối của chính nguyên liệu giảm xuống, tạo điều kiện
thích hợp cho enzym hoạt động và vi sinh vật tốt phát triển nhanh chóng. Nhờ có
n
ước bổ sung thêm vào hỗn hợp enzym-cơ chất, enzym protease chuyển protein
thành các thể trung gian như pepton, polypeptid đến các dạng axit amin.
Thông thường, các enzym protease hoạt động mạnh trong điều kiện muối
nhạt. Ngoài ra, nước còn làm cho nhiệt độ phân phối đều nguyên liệu làm chúng

mau nát [4]. Bổ sung thêm nước tạo môi trường lỏng giúp cho enzym và vi sinh vật
tốt hỗ trợ quá trình thủy phân hoạt động được dễ dàng, làm cho tế bào thịt cá được
thủy phân nhanh chóng và dễ dàng.
Lượng nước cho vào n
ếu ít quá thì tác dụng thủy phân của enzym kém
nhưng nếu nhiều quá thì không khống chế được quá trình thối rữa gây ảnh hưởng
đến chất lượng sản phẩm. Lượng nước bổ sung vào tùy thuộc vào đặc điểm của
nguyên liệu, thông thường từ 20 – 30% có khi tới 40% – 200% so với nguyên liệu
là cá [3].
Ảnh hưởng của thời gian thủy phân

Lý thuyết cũng như thực tế nghiên cứu cho thấy mức độ thủy phân tăng vọt
trong thời gian đầu của phản ứng (pha logarit), sau đó tốc độ phản ứng chậm dần lại.
Thời gian dài hơn và sử dụng lượng enzym lớn hơn thì mức độ thủy phân cao hơn.
Ảnh hưởng của diện tích tiếp xúc

Khi thủy phân bằng enzym, yếu tố quan trọng để thúc đẩy quá trình thủy
phân là diện tích tiếp xúc. Để tạo diều kiện tốt hơn cho sự thủy phân của enzym làm
tăng khả năng tiếp xúc giữa enzym và cơ chất, muốn vậy phải làm nhỏ kích thước
cơ chất là phế liệu cá trước khi thủy phân.
1.3. Hệ vi sinh vật trong cá và giải pháp ức chế
1.3.1. Hệ vi sinh vật trong cá và cơ chế hoạt
động của vi khuẩn gây thối ở cá
Cá dùng trong xuất khẩu thủy sản và chế biến là những loại sống trong môi
trường nước mặn. Trước khi chết, cơ thể cá vô trùng. Khi cá chết các hệ thống miễn
dịch tự nhiên của chúng ngừng hoạt động, cho phép các vi khuẩn xâm nhập vào cơ
thể. Tùy theo điều kiện bảo quản, cá bị phân huỷ với các tốc độ khác nhau và hệ vi
sinh vật xuất hi
ện trên cơ thể cá cũng khác nhau. Các vi sinh vật thường gặp trên cá

23
là các vi sinh vật hoại sinh, bào tử của nấm mốc, cũng có thể gặp một số vi khuẩn
gây bệnh cho người và thuỷ sản thường gặp trong môi trường biển, ao hồ, sông rạch
như: Aeromonas hydrophyla, Aeromonas sobria, Pseudomonas caviae,
Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas anguilliseptica, pseudomonas
chlororaphis, Edwardsiella tarda, Edwardsiella ictaluri, Bacillus subtilis, Bacillus
mesentericus, Bacillus mycoides, Bacillus megatherium, Clostridium sporogenes,
các loại cầu khuẩn khác nhau, các loại trực khuẩn đường ruột như: Escherichia coli,
Salmonella, Strephylococcus, Shigella sp, Vibrio cholera Các vi sinh vật thường
sinh sản trên da, mang và ruột cá sống. Tổng số lượng vi sinh vật giao
động từ 10
2
–
10
7
CFU/ 1cm
2
trên bề mặt da, tới 10
3
-10
9
CFU/ 1cm
2
mang và ruột. Các sinh vật
gây thối rữa cá thường là những vi sinh vật hoại sinh, chúng xâm nhập vào chượp,
dần dần các vi sinh vật bên ngoài tuỳ thuộc điều kiện độ ẩm, nhiệt độ sẽ xâm nhập
vào bên trong khối cá, một số ít trong số chúng tham gia vào quá trình thuỷ phân
protein (nhưng rất yếu vì bị ức chế bởi nồng độ muối cao) và một số gây thối hỏng
sản phẩm và trong quá trình sinh trưởng, phát triển chúng để

lại độc tố cho người sử
dụng.
Bảng 6. Một số vi sinh vật thường tìm thấy trên cá [13]
Vi khuẩn Gram Mức độ
phổ
biến
Nấm men Mức độ
phổ
biến
Nấm mốc

Mức độ
phổ
biến
Acinetobacter
- ×
Candida
××
Aspergillus
×
Aeromonas
- ××
Cryptococcus
××
Aureobasidium
××
Alcaligenes
- ×
Debaryomyces
×

Penicillium
×
Bacillus + × Hansenula × Scopulariopsis ×
Corynebacterium
+ ×
Pichia
×
Enterobacter
- ×
Rhodotorula
××
Enterococcus
+ ×
Sporobolomyces
×
Escherichia
- ×
Trichosporon
×
Flavobacterium
- ×
Lactobacillus
+ ×
Listeria
+ ×
Microbacterium
+ ×
Moraxella
- ×
Photobacterium - ×

Pseudomonas
- ××
Psychrobacter
- ×
Shewanella
- ××
Vibrio
- ××
Weissella
+ ×


24
Vi khuẩn gây thối rữa phát triển và hoạt động mạnh trên bề mặt thịt cá.
Những vi khuẩn này có hoạt tính proteaza cao, chính chúng tiết ra proteaza để phân
giải protein thành popeptit và axit amin, sau đó sẽ khử amin, các hợp chất thành các
axit béo và ammoniac tự do, các axit amin thơm cho những sản phẩm điển hình là
hydro sunfua, indol, skatol, axit butyric và các sản phẩm khác tạo thành mùi khó
chịu. Sự thối rữa của thịt cá xảy ra trong môi trường kỵ khí và hiếu khí:
Các vi khuẩn hiếu khí: Proteus vulgaris; Bacillus subtillis; Bacillus
mesentericus; Bacillus megatherium
Các vi khuẩn k
ỵ khí: Clostridium perfringeus; Clostridium putrificum
Quá trình thối rữa hiếu khí.
Quá trình này bắt đầu từ bề ngoài của thịt cá sau đó sẽ ăn sâu vào trong theo
các lớp tiếp giáp giữa cơ thể thịt với xương. Quá trình này xảy ra theo 3 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Trên bề mặt cá mọc khuẩn lạc của các vi khuẩn hiếu khí và
thay đổi cảm quan về cá chưa rõ ràng.
- Giai đoạn 2: Bắt đầu thấy rõ khuẩn lạc và bề mặt cá b
ị mềm, cá bị thay đổi

màu sắc và mùi, phản ứng thịt cá ngả sang kiềm.
- Giai đoạn 3: Vi khuẩn phát triển mạnh trong cá làm cho các mô liên kết bị
đứt và protein bị phân huỷ.
Quá trình gây thối rữa kị khí.
Là do các vi sinh vật hô hấp kị khí gây ra, chúng nhiễm vào cá bằng đường
ruột hoặc từ môi trường bên ngoài. Quá trình này xảy ra tương tự quá trình hiếu khí
theo trình tự sản phẩm phân huỷ, sự thối rữa thịt cá, cũng như các s
ản phẩm giàu
protein khác, còn gọi là sự lên men thối, sản phâm của sự lên men này là ammoniac
và axit béo, các chất có mùi thối khó chịu làm ô nhiễm môi trường sống và làm
giảm chất lượng sản phẩm sau thuỷ phân.
Trong quá trình thủy phân cá trừ nhóm vi khuẩn Bacillus sp có khả năng sinh
tổng hợp proteaza là nhóm có ích còn các vi khuẩn hiếu khí khác và nhóm vi khuẩn
kị khí Clostridium sp cần phải hạn chế sự sinh trưởng đến mức thấp nhất nhằm tạo
ra sản phẩm th
ủy phân có hương thơm và chất lượng cao, không chứa độc tố vi
khuẩn.
1.3.2. Một số giải pháp ức chế vi sinh vật có hại cho quá trình thủy phân
Để ức chế vi sinh vật tạp nhiễm, có một số giải pháp chính là giảm pH môi
trường, bổ sung muối và bổ sung các chất kháng sinh.
a) Giải pháp giảm pH môi trường