Nghiên cứu thu hồi protein và chitin từ đầu tôm thẻ chân trắng bằng hệ enzyme nội tại

i

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
----o0o----

NGUYỄN THỊ THANH HƯNG

NGHIÊN CỨU THU HỒI PROTEIN VÀ CHITIN
TỪ ĐẦU TÔM THẺ CHÂN TRẮNG
BẰNG HỆ ENZYME NỘI TẠI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH : CHẾ BIẾN THỦY SẢN

GVHD : ThS. NGÔ THỊ HOÀI DƯƠNG

Nha Trang, tháng 07 năm 2013


i

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đề tài này, em đã nhận được sự giúp từ nhiều cá nhân, tổ chức và
gia đình. Qua đây em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
Cô giáo Ngô Thị Hoài Dương, người trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo và
hỗ trợ trong suốt thời gian thực hiện đề tài này.
Quý thầy cô giáo và đặc biệt quý thầy cô trong khoa Chế Biến trường Đại Học
Nha Trang đã tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm trong suốt thời

gian học tập tại trường.
Ban giám đốc và các anh chị quản lí phòng thí nghiệm viện Công Nghệ Sinh
Học và Môi Trường, trường Đại Học Nha Trang đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận
lợi để chúng em thực hiện đề tài.
Cảm ơn quý bạn bè đã giúp đỡ trong suốt thời gian cùng thực hiện đề tài tốt
nghiệp.
Cuối cùng, con xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ba mẹ, gia đình đã động viên
tinh thần cũng như vật chất lớn nhất, giúp con vượt qua khó khăn trong suốt bốn năm
ngồi trên ghế giảng đường và trong thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn!
Nha trang, tháng 7 năm 2013
Sinh viên
Nguyễn Thị Thanh Hưng


ii

MỤC LỤC
Trang
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN........................................................................................ 3
1.1. NGUỒN NGUYÊN LIỆU CÒN LẠI TRONG CHẾ BIẾN

TÔM VÀ CÁC

HƯỚNG TẬN DỤNG ................................................................................................. 3
1.1.1. Nguồn nguyên liệu còn lại trong chế biến tôm ................................................... 3
1.1.2. Thành phần, tính chất của nguyên liệu còn lại trong chế biến tôm. ..................... 4
1.1.3. Các hướng khai thác sử dụng nguyên liệu còn lại trong chế biến tôm................. 5
1.1.3.1. Thu hồi chitin.................................................................................................. 5

1.1.3.2. Thu hồi dịch thủy phân.................................................................................... 7
1.1.3.3. Thu hồi protease.............................................................................................. 9
1.1.3.1. Thu hồi các hợp chất sinh học khác. ...............................................................10
1.2. ENZYME NỘI TẠI VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU CÒN
LẠI.............................................................................................................................12
1.2.1 Protease của tôm ................................................................................................12
1.2.2 Tính chất của hệ enzym nội tại trong nguyên liệu tôm còn lại ............................13
1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng hoạt động của enzyme nội tại .....................15
1.2.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ .................................................................................15
1.2.3.2. Ảnh hưởng của pH: ........................................................................................15
1.2.3.3. Ảnh hưởng của thời gian: ...............................................................................15
1.2.3.4. Ảnh hưởng của diện tích tiếp xúc: ..................................................................16
1.2.3.5. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme: ...................................................................16
1.2.3.6. Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất: ....................................................................16
1.2.3.6. Độ tươi của nguyên liệu .................................................................................16
1.2.3.7. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước bổ sung vào hỗn hợp thủy phân.............................17
1.2.3.8. Ảnh hưởng của chất kìm hãm.........................................................................17
1.2.3.9. Ảnh hưởng của chất kích hoạt, chất hoạt hóa..................................................17


iii

1.3. TÍNH CHẤT CỦA DỊCH THỦY PHÂN PROTEIN............................................18
1.3.1. Quá trình thủy phân Protein .............................................................................18
1.3.2. Khả năng chống oxy hóa của dịch thủy phân....................................................20
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................21
2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU..............................................................................21
2.1.1. Nguyên liệu đầu tôm .........................................................................................21
2.1.2. Hóa chất nghiên cứu.........................................................................................22
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................................22

2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU .....................................22
2.3.1. Phương pháp thu nhận mẫu ...............................................................................22
2.3.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm ..........................................................................22
2.3.2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát ...................................................................22
2.3.3 Phương pháp phân tích và xác định các chỉ tiêu. ................................................27
2.3.3.1 Xác định hàm ẩm bằng phương pháp sấy ở nhiệt độ 105oC theo TCVN 3700 1990............................................................................................................................27
2.3.3.2. Xác định hàm lượng protein còn lại trên bã:...................................................27
Hàm lượng protein còn lại trên chitin và hàm lượng protein hòa tan trong dịch được
xác định dựa vào phương pháp được giới thiệu bởi Gornall AG và cộng sự................27
2.3.3.3. Xác định hiệu quả khử protein........................................................................29
2.3.3.4. Hiệu suất thu hồi protein ................................................................................30
2.3.3.5. Xác định hàm lượng nitơ bazơ bay hơi tổng số...............................................30
2.3.3.6. Các phương pháp đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của dịch thủy phân từ đầu
tôm. ............................................................................................................................31
2.3.4. Phương pháp xử lí số liệu..................................................................................33
2.3.5. Thiết bị .............................................................................................................33
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN......................................34
3.1. KẾT QUẢ KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ TỚI HIỆU QUẢ
KHỬ PROTEIN CỦA ENZYME NỘI TẠI ................................................................34
3.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu quả khử protein. .............................................34


iv

3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian tới hiệu quả khử protein.............................................36
3.1.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/nước tới hiệu quả khử protein........................38
3.2. KẾT QUẢ KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ TỚI CHẤT
LƯỢNG DỊCH THỦY PHÂN CỦA ENZYME NỘI TẠI ..........................................44
3.2.1. Ảnh hưởng của các yếu tối tới lượng protein hòa tan của dịch..........................44
3.2.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới lượng protein hòa tan của dịch............................44

3.2.1.2. Ảnh hưởng của thời gian tới lượng protein hòa tan của dịch...........................46
3.2.1.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/nước tới lượng protein hòa tan của dịch......48
3.2.2. Ảnh hưởng của các yếu tối tới lượng bazo nito bay hơi của dịch.......................54
3.2.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới lượng bazo nito bay hơi của dịch. .......................54
3.2.2.2. Ảnh hưởng của thời gian tới lượng bazơ nitơ bay hơi của dịch.......................56
3.2.2.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/nước tới lượng bazơ nitơ bay hơi của dịch..58
3.2.3. Khả năng chống oxy hóa của dịch thủy phân protein.........................................64
3.2.3.1. Khả năng khử gốc tự do DPPH. .....................................................................64
3.2.3.2. Tổng năng lực khử. ........................................................................................66
3.2.4. Ảnh hưởng của các yếu tối tới hiệu suất thu hồi protein ....................................69
3.24.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu suất thu hồi protein......................................69
3.2.4.2 Ảnh hưởng của thời gian thủy phân tới hiệu suất thu hồi protein. ....................71
3.2.4.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/nước tới hiệu suất thu hồi protein. ..............73
3.3. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH THU HỒI....................................................................79
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN..........................................................................81
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................82
PHỤ LỤC...................................................................................................................86


v

DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Tỷ lệ nguyên liệu còn lại của các loại tôm.................................................... 3
Bảng 1.2 Thành phần hóa học cơ bản của vỏ tôm thẻ chân trắng.................................. 4
Bảng 3.1. Kết quả đánh giá mức độ ảnh hưởng của các nhân tố khảo sát đến hiệu quả
khử protein (thông qua % contribution đóng góp). ......................................................40
Bảng 3.2. Kết quả đánh giá mức độ ảnh hưởng của các nhân tố khảo sát đến lượng
protein hòa tan qua % contribution đóng góp. .............................................................49
Bảng 3.3 Kết quả đánh giá mức độ ảnh hưởng của các nhân tố khảo sát đến lượng

bazơ nitơ bay hơi dựa vào % contribution đóng góp. ..................................................59
Bảng 3.4. Kết quả đánh giá mức độ ảnh hưởng của các nhân tố khảo sát đến hiệu suất
thu hồi protein thông qua % contribution đóng góp....................................................74


vi

DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Phản ứng thủy phân protein.........................................................................18
Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố tới hiệu quả
khử và chất lượng dịch protein thủy phân ...................................................................26
Hình 2.3. Công thức của phức biure............................................................................28
Hình 3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu quả khử protein trên vỏ đầu......................35
Hình 3.2. Ảnh hưởng của thời gian tới hiệu quả khử protein trên vỏ đầu.....................37
Hình 3.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/nước tới hiệu quả khử protein. .................39
Hình 3.4. Ảnh hưởng của tương tác giữa hai yếu tố nhiệt độ, thời gian đến hiệu quả
khử protein. ................................................................................................................41
Hình 3.5. Ảnh hưởng của tương tác giữa hai yếu tố nhiệt độ, tỷ lệ nguyên liệu/nước
đến hiệu quả khử protein.............................................................................................42
Hình 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới lượng protein hòa tan của dịch ở các tỷ lệ
nguyên liệu/nước khác nhau: ......................................................................................45
Hình 3.7. Ảnh hưởng của thời gian tới lượng protein hòa tan của dịch ở các tỷ lệ
nguyên liệu/nước khác nhau: ......................................................................................47
Hình 3.8. Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/nước tới lượng protein hòa tan của dịch ở
nhiệt độ khác nhau:.....................................................................................................48
Hình 3.9. Đồ thị đánh giá tương tác hai yếu tố nhiệt độ, thời gian đến lượng protein
hòa tan trong dịch. ......................................................................................................51
Hình 3.10. Đồ thị đánh giá tương tác giữa hai yếu tố nhiệt độ, tỷ lệ nguyên liệu/nước
đến lượng protein hòa tan trong dịch...........................................................................52

Hình 3.11. Đồ thị đánh giá tương tác giữa hai yếu tố thời gian, tỷ lệ nguyên liệu/nước
đến lượng protein hòa tan trong dịch...........................................................................53
Hình 3.12. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới lượng bazơ nitơ bay hơi của dịch ở các tỷ lệ
nguyên liệu/nước khác nhau: ......................................................................................55
Hình 3.13. Ảnh hưởng của thời gian tới lượng bazơ nitơ bay hơi của dịch ở các tỷ lệ
nguyên liệu/nước khác nhau: ......................................................................................57


vii

Hình 3.14. Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/nước tới lượng bazơ nitơ bay hơi của
dịch ở nhiệt độ khác nhau: ..........................................................................................58
Hình 3.15. Đồ thị đánh giá ảnh hưởng của tương tác giữa hai yếu tố nhiệt độ, thời gian
đến lượng bazơ nitơ trong dịch. ..................................................................................61
Hình 3.16. Đồ thị đánh gía ảnh hưởng của tương tác giữa hai yếu tố nhiệt độ, tỷ lệ
nguyên liệu/nước đến lượng bazơ nitơ bay hơi trong dịch. ..........................................62
Hình 3.17. Đồ thị đánh giá ảnh hưởng của tương tác giữa hai yếu tố thời gian, tỷ lệ
nguyên liệu/nước đến lượng bazơ nitơ bay hơi trong dịch. ..........................................63
Hình 3.18. Đồ thị đánh giá khả năng khử gốc tự do DPPH ở các tỷ lệ nguyên liệu/nước
khác nhau: ..................................................................................................................65
Hình 3.19. Đồ thị đánh giá tổng năng lực khử của dịch thủy phân ở các tỷ lệ nguyên
liệu/nước khác nhau....................................................................................................67
Hình 3.20. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu suất thu hồi protein.................................70
Hình 3.21. Ảnh hưởng của thời gian thủy phân tới hiệu suất thu hồi protein ...............72
Hình 3.22. Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/nước tới hiệu suất thu hồi protein ở nhiệt
độ khác nhau:..............................................................................................................74
Hình 3.23. Đồ thị ảnh hưởng của tương tác giữa thời gian và nhiệt độ thủy phân đến
hiệu suất thu hồi protein..............................................................................................76
Hình 3.24. Đồ thị ảnh hưởng của tương tác giữa thời gian và nhiệt độ thủy phân đến
hàm lượng protein hòa tan. .........................................................................................77

Hình 3.25. Sơ đồ quy trình thu hồi protein dịch thủy phân có hoạt tính chống oxy hóa.79


1

LỜI MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ở Việt Nam số lượng đầu, vỏ tôm còn lại sau quá trình chế biến tôm đông lạnh
xuất khẩu khá lớn, ước tính trên 100 ngàn tấn/năm [21]. Nguyên liệu còn lại trong chế
biến tôm có rất nhiều thành phần có giá trị như chitin, protein, astaxanthin, khoáng
hữu cơ. Tuy nhiên, hiện nay lượng nguyên liệu còn lại này chủ yếu được sử dụng
để làm nguyên liệu cho quá trình sản xuất chitin. Trong đó, hầu hết các quy trình sản
xuất chitin đang sử dụng là các quy trình hóa học, chỉ tập trung thu hồi chitin mà
không thu hồi các thành phần khác có giá trị như protein và astaxanthin do chất lượng
của protein và astaxanthin thấp vì chịu ảnh hưởng của các hóa chất xử lí, việc này
không những gây thất thoát, lãng phí nguồn tài nguyên mà còn dẫn đến ô nhiễm môi
trường xung quanh các cơ sở chế biến phế liệu tôm [6].
Để khắc phục các vấn đề tồn tại trên nhiều công trình nghiên cứu sử dụng
enzyme trong sản xuất chitin đã được thực hiện tuy nhiên các nghiên cứu chủ yếu tập
trung vào việc bổ sung protease thương mại mà chưa tập trung vào hướng tận dụng
nguồn enzyme nội tại có sẵn trong đầu tôm.
Thêm vào đó, protein trên đầu tôm chiếm một tỷ lệ đáng kể và được chứng
minh là có giá trị dinh dưỡng cao vì vậy rất cần được khai thác như một sản phẩm
chính bên cạnh chitin.
Vì vậy vấn đề đặt ra là tận dụng nguồn enzyme nội tại để thu hồi các sản phẩm
có ích.
Đề tài “Nghiên cứu thu hồi protein và chitin từ đầu tôm thẻ chân trắng
bằng hệ enzyme nội tại” được đề xuất nhằm góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng tài
nguyên và giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong chế biến thủy sản và sản xuất chitin
tại Việt Nam. Kết quả của đề tài cũng sẽ là cơ sở để khuyến khích áp dụng công nghệ

thân thiện với môi trường trong thu hồi protein có giá trị sinh học từ nguyên liệu còn
lại trong quá trình sản xuất tôm tại Việt Nam.
2. Mục đích của đề tài


2

Xác định điều kiện thuận lợi cho quá trình tự thủy phân bằng hệ protease nội tại
trên đầu tôm để thu chitin và dịch thủy phân protein có hoạt tính chống oxy hóa.
3. Nội dung của đề tài
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng khử protein của hệ protease
nội tại (nhiệt độ, thời gian, tỷ lệ nước bổ sung)
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dịch protein thủy phân bởi
hệ protease nội tại (nhiệt độ, thời gian, tỷ lệ nước bổ sung)
- Đề xuất chế độ xử lý cho phép sử dụng hiệu quả hệ protease nội tại.


3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. NGUỒN NGUYÊN LIỆU CÒN LẠI TRONG CHẾ BIẾN TÔM VÀ CÁC
HƯỚNG TẬN DỤNG
1.1.1. Nguồn nguyên liệu còn lại trong chế biến tôm
Trong công nghiệp chế biến thủy sản xuất khẩu Việt Nam, tỷ lệ các mặt hàng
giáp xác đông lạnh chiếm từ 50-80% sản lượng chế biến.
Nguyên liệu còn lại sau quá trình chế biến tôm xuất khẩu gồm có: đầu, vỏ, thịt
vụn…. Tỷ lệ của các thành phần này được trình bày cụ thể ở bảng 1.1.
Mặt khác có nhiều công trình nghiên cứu cho thấy tỷ lệ của nguyên liệu còn lại
sau quá trình chế biến tôm từ 30-70%, trung bình khoảng 50% so với khối lượng tôm
chưa chế biến (Watkin và cộng sự, 1982; Evers và Carroll).

Trong đó, phần đầu thường chiếm 34-45% và phần vỏ 10-15% so với lượng
tôm nguyên liệu đưa vào chế biến [6]. Tuy nhiên, tỷ lệ này tùy thuộc vào giống loài và
giai đoạn sinh trưởng của chúng [11], [6].
Nguồn nguyên liệu còn lại sau quá trình chế biến tôm này nếu biết tận dụng
triệt để sẽ đem lại nguồn lợi nhuận khổng lồ. Nó không chỉ đem lại giá trị kinh tế cao
mà còn có ý nghĩa bảo vệ môi trường.[9].
Bảng 1.1. Tỷ lệ nguyên liệu còn lại của các loại tôm [11]. Đơn vị (%)
Loại tôm
Tôm vỏ bỏ đầu
Tôm thịt
Đầu tôm
Vỏ tôm
He

61,19

52,05

29,80

10,00

Thẻ

62,95

53,62

28,00

9,00

Sú

62,96

52,84

31,40

8,90

Rằn

58,23

48,60

33,90

10,40

Gân

59,36

41,45

33,14

11,27

Chì

57,71

47,43

31,85

11,07

Bộp

60,32

49,02

31,55

12,15

Rảo

58,68

46,49

33,20

12,20

Vàng

60,25

48,04

31,75

13,07


4

Sắt

50,47

39,15

42,38

11,62

Càng

40,21

31,61

51,95

8,56

Hùm

28,08

22,20

63,40

5,50

Mủ ni

41,51

30,74

52,02

12,57

1.1.2. Thành phần, tính chất của nguyên liệu còn lại trong chế biến tôm.
Thành phần hóa học chiếm tỷ lệ đáng kể trong đầu tôm là protein, chitin,
khoáng, enzyme và sắc tố. Trong đó, hàm lượng protein lên chiếm tới trên 50%.
Các kết quả nghiên cứu cho thấy các thành phần cơ bản của tôm thẻ chân trắng
cũng tương tự như các giống tôm khác, được trình bày cụ thể theo bảng 1.2.

Bảng 1.2 Thành phần hóa học cơ bản của vỏ tôm thẻ chân trắng [10]. Đơn vị:
(%)
Bộ phận

Protein

Chất béo

Chitin

Tro

Canxi

Photpho

Đầu

53,5

8,9

11,1

22,6

7,2

1,69

Vỏ

28,8

0,4

27,2

31,7

11,1

3,16

Thành phần hóa học chiếm tỷ lệ đáng kể trong đầu tôm là protein, chitin,
khoáng, enzyme và sắc tố. Trong đó, hàm lượng protein lên chiếm tới 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, thường liên kết với chitin, calci
carbonate, với lipid tạo thành lipoprotein, sắc tố tạo proteincarotenoid... như một
phần thống nhất quyết định tính bền vững của vỏ tôm.
- Enzyme:
Trong nguyên liệu còn lại sau chế biến tôm có chứa một một lượng không nhỏ
enzyme nội tại, chủ yếu là enzyme protease tồn tại trong nội tạng nên chủ yếu nằm
trong đầu tôm.
Hoạt độ enzyme của protease của đầu tôm khoảng 6,5 đơn vị hoạt độ/g tươi
(Tạp chí Khoa học và Công nghệ Thủy sản số 05/1993). Trong đầu tôm có chứa


5

enzyme tiêu hóa chymotrypsin và một vài loại enzyme khác có mặt trong nguyên liệu
còn lại sau chế biến tôm như alkaline phosphatase, -N-acetyl glucosaminse, chitinase
cũng được ứng dụng nhiều trong thực tế.
- Chitin: tồn tại dưới dạng liên kết với protein, khoáng và những hợp chất hữu
cơ khác.
- Khoáng: trong thành phần đầu tôm có chứa một lượng muối vô cơ, chủ yếu là
calci carbonate.
- Sắc tố: sắc tố trong đầu tôm cũng như vỏ tôm chủ yếu là astaxanthin. Chất
này kết hợp với protein một cách chặt chẽ, nhờ liên kết này mà thành phần astaxanthin
trong vỏ được bảo vệ, khi liên kết giữa astaxanthin và protein không còn nữa thì
astaxanthin dễ dàng tách ra khỏi đầu tôm và bị oxy hóa thành astaxin.
1.1.3. Các hướng khai thác sử dụng nguyên liệu còn lại trong chế biến tôm
1.1.3.1. Thu hồi chitin
Trong phế liệu tôm hàm lượng chitin chiếm tỷ lệ tương đối cao 11,1% [11], vì
nghiên cứu tận dụng phế liệu tôm theo hướng thu hồi chitin rất được quan tâm và triển
khai rộng rãi nhất hiện nay.
+ Nghiên cứu trong nước
Nguyễn Văn Thiết, Đỗ Ngọc Tú [17] đã nghiên cứu thu hồi chitin bằng phương
pháp sinh học từ phế liệu đầu vỏ tôm thông qua việc sử dụng enzyme papain từ dứa.
Vật liệu dùng trong quá trình nghiên cứu là phụ phẩm đầu và vỏ tôm khô. Phụ phẩm
sau khi mua về sấy lại cho khô giòn ở nhiệt độ 40oC rồi nghiền nhỏ thành bột. Tiến
hành quy trình thu nhận chitin bằng phương pháp enzym sử dụng dịch ép vỏ dứa được
thực hiện ở 3 quy mô với 100g, 500g và 2 kg nguyên liệu đầu vỏ tôm. Kết quả cho
thấy, cứ 100g nguyên liệu ban đầu được xử lý với 300ml dịch ép bã dứa là thích hợp.
Toàn bộ quy trình thực hiện trong 8h. Qua việc tiến hành thu nhận chitin bằng phương
pháp hóa học và so sánh kết quả của 2 phương pháp, đề tài cho thấy, sử dụng phương
pháp chế biến sinh học có nhiều ưu điểm hơn như: không cần axit để lọai khoáng, tiêu
tốn ít xút cho loại bỏ protein, hiệu quả thu hồi chitin cao hơn mà chất lượng chitin thu

6

được lại tốt hơn, ít gây ô nhiễm môi trường hơn. Nhược điểm duy nhất là sử dụng
bromelain trong dịch ép vỏ dứa mất nhiều thời gian thực hiện hơn.
Theo Trang Sỹ Trung và cộng sự (2008) [23] nghiên cứu ứng dụng ủ xi lô bằng
acid focmic kết hợp với enzyme nâng cao chất lượng của chitin và chitosan từ phế
liệu tôm và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Kết quả là đã loại được 83.1% protein và
66,1% khoáng từ phế liệu tôm trong quá trình sản xuất chitin. Tiếp tục khử protein
bằng Alcalase và khử khoáng bằng acid lacic cho phép thu được sản phẩm chitin,
chitosan có chất lượng tốt, đặc biệt chitosan có độ nhớt cao. Bên cạnh đó, quy trình
mới cho phép thu được dịch ủ có giá trị dinh dưỡng cao, có thể sử dụng trong chế biến
thức ăn gia súc.
+ Nghiên cứu ngoài nước
Asbjørn Gildberg và Even Stenberg (2000) [25] đã nghiên cứu thu hồi protein
trong quá trình sản xuất chitosan chất lượng cao dùng trong mỹ phẩm. Trong quá trình
thủy phân, tác giả dùng enzyme thương mại có sẵn (alcalase) và protein thủy phân
được thành các acid amin thiết yếu với hàm lượng cao, tuy nhiên chúng không làm ảnh
hưởng tới chất lượng chitosan. Hàm lượng protein thu được 68,5% cao hơn so với
việc thu hồi theo phương pháp thông thường là 12,8%. Ngoài ra, sau khi ly tâm để thu
hồi protein còn thu được một lượng astaxanthin để bổ sung vào thức ăn cho cá hồi.
Y. Xu & C. Gallert & J. Winter (2008) [33] đã nghiên cứu thu chitin tinh chế từ
vỏ tôm Penaeus monodon và Crangon crangon bằng cách sử dụng một quá trình có
hai giai đoạn lên men kỵ khí để thủy phân potein sau đó khử khoáng thông qua quá
trình lên men lactic acid. Kết quả là tại pH = 3,6 canxi cacbonat của vỏ được hòa tan.
Sau khi khử protein và khử khoáng, vỏ của Tôm sú và C.crangon, hàm lượng protein
đã khử được 5,8% hoặc 6,7%, và hàm lượng canxi khử được là 0,3% hoặc 0,4%,
tương ứng. Độ nhớt của chitin từ tôm sú và C. crangon là 45 và 135 mPa s tương ứng,
trong khi chitn từ vỏ cua (thực tế cấp) có độ nhớt của 21 mPa s. Qua đó cho thấy chất
lượng chitin tinh khiết hơn [19].

7

1.1.3.2. Thu hồi dịch thủy phân.
Theo nhiều công trình nghiên cứu cho thấy tỷ lệ của nguyên liệu còn lại sau quá
trình chế biến tôm từ 30-70%, trung bình khoảng 50% so với khối lượng tôm chưa chế
biến (Watkin và cộng sự (1982) Evers và Carroll).
Trong phế liệu tôm, phần đầu thường chiếm 34-45% và phần vỏ 10-15% so với
lượng tôm nguyên liệu đưa vào chế biến [6]. Tuy nhiên, tỷ lệ này tùy thuộc vào giống
loài và giai đoạn sinh trưởng của chúng. Trong đầu tôm hàm lượng protein chiếm 53,5
%, vì vậy việc tận dụng nguồn protein này là một vấn đề đang được các nhà khoa học
rất quan tâm, đặc biệt là hướng thu hồi dịch thủy phân để bổ sung vào các sản phẩm
thực phẩm cho người và động vật có giá trị dinh dưỡng cao.
* Trên Thế giới
Việc thu hồi một phần protein từ phế liệu tôm bằng enzyme thủy phân đã được
nghiên cứu rộng rãi (Simpson và Haard, 1985; Cano -Lopezandothers,1987;
Synowiecki và Al -Khateeb, 2000; Gildberg vàStenberg, 2001; Mizani và cộng sự,
2005). Các enzyme protease như Alcalase đã được sử dụng để thủy phân protein từ
phế liệu tôm (Chabeaud, Guerard, Laroque & Dufosse 2007; Mizani, Aminlari, 2005)
và trypsin , papain, pepsin (Synowiecki & Al-Khateeb,2000; Chakrabarty,2002),
neutrase và protease (Rutanapornvareeskul, 2006); Józef Synowiecki và cộng sự
(1999) nghiên cứu ứng dụng Alcalase để khử protein của phế liệu vỏ tôm Crangon
crangon nhằm thu hồi Chitin và protein.
Ban đầu vỏ tôm Crangon được khử khoáng sơ bộ bằng dung dịch HCl 10% ở
20oC trong 30 phút và khử protein bởi enzyme thương mại Alcalase ở 55oC và pH 8,5.
Độ thủy phân (DH) cao nhất là 30% và dịch thuỷphân thu được chứa 63% protein so
với vật chất khô (N x 6,25), 6,24% lipid, 23,4% NaCl. Holanda và Netto, 2006 nghiên
cứu thu hồi 3 thành phần chính của phế liệu tôm, protein, chitin, asthaxanthin bằng
việc sử dụng enzyme Alcalase và Pancreatin. Theo tác giả trong phế liệu tôm

Xiphopenaeus kroyeri có chứa 39,42% protein, 31,98 % tro, và 19,92 % chitin. Tiến
hành thủy phân khử protein bằng enzyme Alcalase tại các điều kiện: tỷ lệ
enzyme/nguyên liệu (E/S) 3%, nhiệt độ 60oC, pH=8,5. Kết quả cho thấy khi tăng độ


8

thủy phân (DH) từ 6% tới 12% thì thu được 26% và 28% protein tương ứng. Alcalase
có ảnh hưởng nhiều hơn pancreatin, có thể thu hồi protein từ 57,5% đến 64,6% và
asthaxanthin từ 4,7 đến 5,7 mg asthaxanthin/100g phế liệu khô tại DH 12%. Gildberg
và Stenberg, 2001 thu được 68,5% protein từ phế liệu tôm Pandalus borealis sau 2 giờ
thủy phân với enzyme Alcalase. Wenhong Cao và các cộng sự, 2008 đã nghiên cứu
thu hồi protein của phế liệu đầu tôm thẻ chân trắng bằng cách cho đầu tôm tự thủy
phân và có sự điều chỉnh nhiệt độ bằng cách nâng nhiệt độ dần lên từ 40oC÷70oC, cứ
sau 30 phút thì tăng lên 5oC, pH tự nhiên. Kết quả cho thấy tại điều kiện nhiệt độ 40oC,
50oC, 60oC thì hàm lượng protein thu hồi được tương ứng là 43,6%, 73,6%, 87,4%. Và
kết quả cũng chỉ ra là khi nhiệt độ tăng từ 45oC ÷ 60oC là nhiệt độ mà enzyme nội tạng
hoạt động mạnh nhất thì độ thủy phân (DH) tăng từ 0 ÷ 48% sau 180 phút khi nâng
nhiệt dần lên, lượng protein thu hồi cao nhất là 87,4% tại 60oC.
* Ở Việt Nam
Vũ Ngọc Bội đã sử dụng protease ở đầu tôm sú để thủy phân phế liệu tôm
nhằm thu được dịch chiết và chất mùi từ phế liệu tôm [1].
Trần Thị Luyến và Đỗ Thị Bích Thủy (2006), cũng đã nghiên cứu sử dụng
Lactobacillus plantarum lên men đầu tôm sú để thu hồi chitin. Lên men đầu tôm có tác
dụng bảo quản và cho phép thu hồi một số sản phẩm có giá trị : chitin, protein, lipid,
sắc tố. Trong quá trình này sự khử protein là do sự hoạt động của hệ protease trong
đầu tôm, hệ protease từ các vi khuẩn trong phế liệu ở giai đoạn đầu và hoạt tính
protease yếu của vi khuẩn Lactic. Ngoài ra acid lactic sinh ra cũng có tác dụng làm
mềm protein, hoạt hóa protein, và thúc đẩy quá trình thủy phân tạo điều kiện cho một
số protease hoạt động. Sau 24h phần trăm protein còn lại trong phế liệu tôm so với

mẫu chưa xử lý là 12,99%.
Đặng Thị Hiền (2008) đã sử dụng enzyme Alcalase để tiến hành thuỷ phân phế
liệu tôm và tận thu protein và astaxanthin trong công nghệ sản xuất chitin - chitosan.
Tại nhiệt độ 54oC, 8h, tỷ lệ enzyme bổ sung là 0,22%; pH 8, tỷ lệ nước/nguyên liệu là
1/1 thì thu hồi được 52,7% protein so với ban đầu [5].


9

Trang Sỹ Trung đã sử dụng enzyme Flavouzyme để tiến hành thuỷ phân phế
liệu tôm. Tại nhiệt độ 50oC, 6h, tỷ lệ enzyme bổ sung là 0,1; pH 6,5, thì hiệu suất thu
hồi protein khoảng 92 ÷ 95%.
1.1.3.3. Thu hồi protease
Nghiên cứu sản xuất và ứng dụng enzyme được phát triển rất mạnh từ đầu thế kỷ 20
đến nay. Công nghệ sản xuất enzyme đã đem lại lợi nhuận lớn cho nhiều nước, sản
lượng và kim ngạch mua bán các chế phẩm enzyme trên thị trường thế gới tăng 2030% mỗi năm. Việt Nam là nước có nhiều nghiên cứu và ứng dụng enzyme. Trong đó
protease là enzyme thủy phân có giá trị thương mại rất lớn. Nó được ứng dụng rộng
rãi trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, nông nghiệp, mỹ phẩm đặc biệt trong y học
hiện đại. Chính vì thế đã có nhiều nghiên cứu tách chiết thu nhận protease từ nhiều
nguồn gốc khác nhau: động vật, thực vật, vi sinh vât. Gần đây, do những nhu cầu về vệ
sinh, an toàn thực phẩm ngày càng nghiêm ngặt, chi phí cho kiểm tra chất lượng và do
đó, chế phẩm protease từ vi sinh vật ngày càng cao. Trong khi đó, chế phẩm protease
thu nhận từ thực vật và mô động vật luôn được coi là tuyệt đối an toàn nên ngày càng
thu hút được sự quan tâm của các phòng thí nghiệm cũng như các nhà sản xuất, cung
ứng chế phẩm protease thương mại.
+ Nghiên cứu trong nước
Ở nước ta hiện nay, công bố nhiều công trình nghiên cứu protease. Chủ yếu là
nghiên cứu tách chiết tinh sạch và ứng dụng của enzyme các lĩnh vực công nghê thực
phẩm và mỹ phẩm, dược phẩm.
Đỗ Văn Ninh (2004), công bố các nghiên cứu về protease thu nhận từ nội tạng

cá và mực, cho thấy chế phẩm protease thu được từ nội tạng cá và mực là một hỗn hợp
gồm nhiều protease có nhiệt độ thích hợp từ 50-55oC và hoàn toàn có thể sử dụng
protease này trong thủy phân cơ thịt cá để sản xuất dịch đạm thủy phân ứng dụng trong
sản xuất pasta cá cũng như bột dinh dưỡng [14].
Vũ Ngọc Bội (2004), nghiên cứu quá trình thủy phân protein cá mối bằng
protease từ Bacillus subtilis S5. Qua nghiên cứu cho thấy protease từ Bacillus subtilis
S5 có thể thủy phân mạnh mẽ cơ thịt cá mối và hoàn toàn có thể sử sụng enzyme này


10

trong sản xuất bột đạm thủy phân. Khi bổ sung protease từ Bacillus subtilis S5 với
nồng độ 0,3% vào hỗn hợp thịt cá mối và thủy phân ở 55oC [1].
+ Nghiên cứu ngoài nước
Corvisat (1857) chiết tách trypsin từ dịch tụy, đây là protease đầu tiên được
thu nhận nhưng chưa tinh sạch. Danivevski (1862) chiết tách trypsin, amylase tụy tạng
bằng phương pháp hấp phụ. Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong chiết tách và
nghiên cứu các tính chất của enzyme cũng như protein. Tiếp theo đó là Hommarsten
(1872) chiết tách được Chymosin. Wurtz (1879) chiết tách được papain, Crassman và
Ambros (1926) chiết tách được bromelain…
Theo Salem và các cộng sự (1995) đã sử dụng tỷ lệ là 0.3% enzyme so với cá
gồm papain, trypsin, ficin và bromelain thêm vào cùng với 25% muối ngay từ lúc đầu
của quá trình sản xuất nước mắm trên năm loại cá (sardine, macaroni, bolti, bourri và
shark). Kết quả cho thấy với 0.3% papain cho hàm lượng đạm tổng số cao nhất so với
các enzyme còn lại trên mẫu cá mòi (sardine) sau 180 ngày lên men và cao hơn so với
mẫu đối chứng lên men cổ truyền là 30%. Liang và các cộng sự (1999) nghiên cứu
hoạt tính của bromelain sau khi bổ sung polyphenol trà trích ly từ trà xanh của Trung
Quốc cho thấy tính bền nhiệt của bromelain được tăng lên. Nielsen (2001) nghiên cứu
cải tiến phương pháp xác định mức độ thủy phân protein cho kết quả nhanh chóng và
chính xác. Stein (2004) sử dụng protease nội sinh thủy phân nội tạng cá tuyết Đại Tây

Dương cho hiệu suất thủy phân khá cao [34].
1.1.3.1. Thu hồi các hợp chất sinh học khác.
Thành phần của protein thủy phân gồm các peptid và các axit amin khi sự phân
giải protein được gây ra bởi protease nội tại và enzyme bổ sung. Nó dường như là
thành phần ứng dụng khoa học dinh dưỡng của protein thủy phân không tinh chế, nó
có thể giúp ích chút ít hơn peptid tinh chế từ sự hút của oligopeptid được tăng lên sự
do có mặt của nó đường và axit amin.
Peptid từ thực phẩm được coi là hợp chất an toàn và có lợi cho sức khỏe, chúng có cấu
trúc đơn giản, có nhiều tính chất ổn định. Chúng có giá trị dinh dưỡng cao và nhiều
chức năng sinh học như chống tăng huyết áp, điều hòa miễn dịch…[20] trong đó có


11

chức năng chống oxi hóa. Có sự ức chế quá trình peroxid lipid, lọc sạch các gốc tự do
và kiềm hãm sự chuyển đổi ion kim loại của các peptid chống oxi hóa. Khả năng
chống oxi hóa của các peptid có liên quan tới kết cấu của chúng, cấu trúc và tính
không ưa nước. Sự hiện diện ở vị trí thích hợp của các axit amin cấu thành các peptid
trong chuỗi peptid giữ một vai trò quan trọng trong chức năng chống oxi hóa của
peptid. Liên kết peptid phản ánh cấu trúc rõ ràng, cụ thể của peptid, đồng thời cũng
được khẳng định là có ảnh hưởng đến phạm vi chất chống oxi hóa của peptid. Khối
lượng phân tử của peptid cũng ảnh hưởng đến hoạt động chống oxi hóa của nó, peptid
có khối lượng phân tử trong khoảng 500 – 1500 Da là có hoạt động chống oxi hóa tốt
nhất [3].
Nguồn protein trong dịch thủy phân thường được tận thu bằng ba phương pháp
chủ yếu là dùng nhiệt, pH và các chất trợ lắng. Sản phẩm protein thu được thường
được tận dụng bổ sung vào thức ăn gia súc. Tuy nhiên, một số nghiên cứu gần đây cho
thấy dịch thủy phân thu được khi thủy phân nguyên liệu còn lại trong chế biến tôm
bằng các enzyme khác nhau có hoạt tính sinh học. Điều này mở ra hướng tận dụng cao
hơn cho sản phẩm thủy phân, có thể ứng dụng sản phẩm thủy phân này trong thực

phẩm chức năng và y dược. Ví dụ như sử dụng enzyme protease trong chiết rút
carotenoprotein từ phế liệu của quá trình chế biến các loài giáp xác là một hướng
nghiên cứu đang rất được chú ý hiện nay vì giúp nâng cao lợi nhuận sản xuất nhờ tạo
ra sản phẩm giá trị gia tăng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Các carotenoprotein,
thường được sử dụng như chất bổ sung cho sản xuất thức ăn chăn nuôi hoặc chất tạo
màu trong công nghệ thực phẩm, có tính chất bền vững và dễ bảo quản hơn nhiều so
với carotenoid riêng lẻ. Carotenoprotein từ đầu, vỏ tôm hiện đang rất được quan tâm
để sử dụng làm thực phẩm chức năng cho người vì thành phần carotenoid chủ yếu là
astaxanthin, một hợp chất chống oxy hóa thiên nhiên với các lợi ích kỳ diệu
cho sức khỏe đang được phát hiện và khẳng định [4].


12

1.2. ENZYME NỘI TẠI VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU CÒN
LẠI
1.2.1 Protease của tôm
Sự tiêu hoá và trao đổi chất protein và các hợp chất nitơ khác giữa các loài
giáp xác khác nhau rất nhiều. Hầu hết, các cơ chế tiêu hoá và hấp thụ khác với động
vật có xương sống. Các enzyme tiêu hoá, đặc biệt các enzyme tiêu hoá protein ở giáp
xác nói chung và của tôm nói riêng khá giống với enzyme có trong dạ dày của cá.
Protease ở tôm không có dạng pepsin, chủ yếu ở dạng trypsin hoặc protease serin dạng
trypsin và có khả năng hoạt động rất cao. Ngoài ra, còn có enzyme chymotrypsin,
astacine, collagenase…
Protease của tôm cũng như của các loài động vật thuỷ sinh khác là các protease
nội bào, nó tập trung nhiều nhất ở cơ quan tiêu hoá, sau đó đến nội tạng và cơ thịt. Đặc
biệt ở tôm do đặc điểm hệ tiêu hoá nội tạng nằm ở phần đầu nên hệ enzyme sẽ tập
trung nhiều nhất ở phần đầu sau đó đến các cơ quan khác. Có nhiều cách phân loại
protease, tuỳ vào khả năng thuỷ phân khác nhau mà các protease có đặc tính khác
nhau. Nhóm enzyme này có tác dụng thuỷ phân protien, có tính đặc hiệu rộng rãi,

chúng không chỉ thuỷ phân liên kết peptid mà còn có thể thuỷ phân các liên kết ester
và cũng có thể xúc tác cho chuyển về gốc acid amin. Tuy nhiên, mức độ tác dụng khác
nhau. Phần lớn các nhóm enzyme thuộc protease của tôm thường có tính chất chung
của một enzyme: Hòa tan được trong nước, dung dịch nước muối sinh lý đệm
phosphate trung tính, đệm Tris-HCl và một số dung môi hữu cơ nên dựa vào những
đặc tính này để tách chiết chúng.
Bị kết tủa thuận nghịch bởi một số muối trung hòa (sulfate amonium), ethanol,
acetone…để thu nhận chế phẩm enzyme. Hoạt tính của enzyme có thể tăng hoặc giảm
dưới tác dụng của các chất hoạt hóa hay ức chế. Độ hoạt động của enzyme chịu ảnh
hưởng rất lớn bởi các yếu tố: nhiệt độ, pH môi trường. Theo kết quả nghiên cứu của
Phạm Thị Trân Châu cùng cộng tác viên về protease đầu tôm biển và Th.s Nguyễn Thị
Mỹ Trang về protease đầu tôm bạc nghệ cho thấy các enzyme tiêu hoá protein là các


13

enzyme hoạt động mạnh trong môi trường kiềm. Theo Nguyễn Việt Dũng thì protease
của tôm sú lại thể hiện hoạt tính cao ở môi trường gần trung tính.
Khả năng hoạt động của các enzyme tiêu hoá protein khác nhau tuỳ theo loài.
Chuang (1985) nhận thấy khả năng hoạt động của protease thô được xác định như khả
năng hoạt động phân giải casein ở tôm càng xanh (Macrobrachium rosenbergii) và tôm
đất (Metapenaecus ensis) thấp hơn ở Penaeus pencillatus, Penaeus monodon và
Penaeus japonnicus [34].
1.2.2 Tính chất của hệ enzym nội tại trong nguyên liệu tôm còn lại
Các enzyme tiêu hóa, đặc biệt các enzyme tiêu hóa ở protein ở giáp xác nói
chung và ở tôm nói riêng khá giống với enzyme có trong dạ dày của cá. Protease của
tôm không có dạng pepsin, chủ yếu ở dạng trypsin hoặc protease serin dạng trypsin
và có khả năng hoạt động rất cao. Ngoài ra còn có enzyme chymotrypsin, astacine,
collagenase…
Protease của tôm cũng như các loài động vật thủy sinh khác là các protease nội

bào, nó tập trung nhiều nhất ở cơ quan tiêu hóa, sau đó đến nội tạng và cơ thịt. Đặc
biệt ở tôm do đặc điểm hệ tiêu hóa nội tạng nằm ở phần đầu nên hệ enzyme sẽ tập
trung nhiều nhất ở phần đầu sau đó đến các cơ quan khác. Các enzyme có tác dụng
thủy phân protein, tính đặc hiệu rộng rãi, không chỉ thủy phân các liên kết peptide mà
còn thủy phân cả liên kết este, liên kết amin…. Phần lớn các enzyme thuộc protease
của tôm thường có tính chất chung của một protease:
- Hòa tan được trong nước, dung dịch nước muối sinh lý đệm phosphate trung
tính, đệm Tris-HCl và một số dung môi hữu cơ khác, nên dựa vào những đặc tính này
để tách chiết chúng.
- Bị kết tủa thuận nghịch bởi một số muối trung hòa (sulfate amonium),
ethanol, acetone…để thu nhận chế phẩm enzyme.
- Hoạt tính của enzyme có thể tăng hoặc giảm dưới tác dụng của các chất hoạt
hóa hay ức chế.
- Độ hoạt động của enzyme chịu ảnh hưởng rất lớn bởi các yếu tố: Nhiệt độ,
pH môi trường.


14

Trypsin: Có nhiều trong dịch vị tụy tạng, có tác dụng mạnh với các loại protid
có phân tử lượng thấp ở các mối liên kết peptide, amit, este. Trypsin từ ruột tôm có pH
thích hợp là 7,8 ở 38oC. Peptidase, ereptase, và các loại khác: Tham gia xúc tác thủy
phân liên kết peptide trong phân tử protein và các polypeptide. Khả năng tác dụng
cũng như tính đặc hiệu của các loại enzyme này tùy thuộc vào bản chất của các nhóm
nằm liền kề mối liên kết peptide. Cacbonhydrase: Enzyme này xúc tác thủy phân các
glucid và glucozit.
Hiện nay, có nhiều công trình trong và ngoài nước nghiên cứu về hệ enzyme
protease của tôm. Phan Thị Trân Châu và cộng sự nghiên cứu protease trên tôm biển
miền Bắc
Việt Nam cho thấy phạm vi hoạt động của chúng khá rộng từ pH 6 đến 9 và pH

hoạt động tối ưu là 7,5 và 8,5 [2].
Nguyễn Văn Lệ (1996) nghiên cứu về protease đầu tôm bộp cho thấy khi tách
protease đầu tôm qua cột lọc gel sephadex H – 75 thu được hai protease có nhiệt độ
thích hợp là 60oC và 50oC với pH tương ứng là 7,5 và 8,5. Tác giả còn cho thấy có thể
sử dụng protease đầu tôm bộp để thủy phân thu bột đạm từ phế liệu đầu tôm và ứng
dụng trong thủy phân cá [8]. Nguyễn Văn Truyền (2006) đã nghiên cứu chiết xuất
protease từ đầu tôm càng xanh Macrobrachium rosenbergii và thu được enzyme
protease có nhiệt độ tối thích là 55oC, pH tối thích là 8 [24]. Nguyễn Lệ Hà (2011) đã
nghiên cứu tách chiết và ứng dụng enzyme protease từ tôm sú Penaeus monodon vào
chế biến thủy sản. Kết quả nghiên cứu đã phát hiện hệ protease ở đầu và gan tụy tôm
sú có ít nhất 5 loại khác nhau với phân tử lượng từ 20.200 đến 40.200 Da, riêng đầu
tôm còn có thêm hai protease với phân từ lượng là 49.200 và 76.000 Da. Ba protease
chiếm vai trò hoạt động chủ đạo có phân tử lượng 20.200 đến 25.000 Da. Protease tôm
sú bền nhiệt, có nhiệt độ tối thích là 62oC, pH hoạt động tối ưu là 7,5 với nồng độ
muối NaCl thích hợp cho hoạt động là 1%. Hoạt động của protease gan tụy và đầu tôm
giảm khi có mặt của một số ion kim loại, đặc biệt là Hg2+, Ion Mn2+ làm tăng hoạt tính
của protease tôm sú [4].


15

Trên thế giới, các nhà nghiên cứu cũng dành sự quan tâm đến khía cạnh này.
Doek S.N và các cộng sự cho biết protease của thịt tôm he Ấn Ðộ (P.inducus) là một
protease kiềm, hoạt động cực đại ở pH 8,0 bền với nhiệt, hoạt động phụ thuộc vào ion
kim loại [26].
Shann Tzong Jiang và cộng sự đã tách chiết được Cathepsin D từ một loài tôm
nuôi ở Ðài loan, đồng thời cũng xác định được nhiệt độ, pH tối thích cho enzyme này
hoạt động, cũng như các yếu tố hoạt hóa và ức chế [29].
1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng hoạt động của enzyme nội tại [32]
1.2.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ

Bản chất của enzyme là protein nên khi tăng hay giảm nhiệt độ thường ảnh
hưởng tới hoạt tính của enzyme và enzyme chỉ thể hiện hoạt tính cao nhất ở một giới
hạn nhiệt độ nhất định. Thông thường đối với đa số enzyme thì nhiệt độ thích hợp nằm
trong khoảng 40 ÷ 50oC và nhiệt độ lớn hơn 70oC đa số enzyme bị mất hoạt tính. Do
vậy nhiệt độ 70oC gọi là nhiệt độ tới hạn của enzyme.
Trong khoảng nhiệt độ thích hợp cho hoạt độ của enzyme, nếu nhiệt độ tăng
10oC thì tốc độ thủy phân của enzyme tăng từ 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.
1.2.3.2. Ảnh hưởng của pH:
Enzyme rất nhạy cảm đối với sự thay đổi của pH. Mỗi enzyme chỉ hoạt động ở
một vùng pH nhất định gọi là pH tối thích. pH tối thích của đa số enzyme nằm trong
vùng trung tính, axit yếu hoặc kiềm yếu, chỉ rất ít enzyme hoạt động mạnh trong vùng
axit hay kiềm. Nguyên liệu còn lại trong chế biến tôm có thể bị thủy phân bởi enzyme
protease có sẵn trong đầu tôm vì thế chúng ta phải chọn enzyme nào đóng vai trò là
enzyme chính xúc tác cho quá trình thủy phân để tạo môi trường có pH thích hợp cho
nó hoạt động và hạn chế ảnh hưởng của các enzyme khác.
1.2.3.3. Ảnh hưởng của thời gian:
Thời gian thủy phân kéo dài hay rút ngắn đều ảnh hưởng đến hiệu quả của quá
trình thủy phân và chất lượng của sản phẩm. Thời gian tác dụng kéo dài thì enzyme có


16

điều kiện để cắt mạch triệt để, dẫn đến sự biến đổi sâu sắc của cơ chất. Nhưng nếu kéo
dài thời gian thủy phân quá mức sẽ tạo điều kiện cho vi sinh vật hoạt động làm sản
sinh ra nhiều sản phẩm cấp thấp như: NH3, H2S, indol, scaptol…đồng thời khi kéo dài
hiệu quả kinh tế kém. Khi rút ngắn thời gian thủy phân, sự thủy phân protein chưa triệt
để dẫn tới hiệu suất thủy phân kém, gây lãng phí nguyên liệu và gây khó khăn cho
khâu lọc rửa để thu dịch protein.
1.2.3.4. Ảnh hưởng của diện tích tiếp xúc:

Khi thủy phân diện tích tiếp xúc giữa enzyme protease và nguyên liệu còn lại
trong chế biến tôm cũng ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ thủy phân. Để tạo điều kiện cho
enzyme protease hoạt động tốt người ta thường xay nhỏ phế liệu tôm. Khi diện tích
tiếp xúc giữa enzyme protease với protein càng lớn thì quá trình thủy phân càng dễ
dàng và ngược lại.
1.2.3.5. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme:
Trong điều kiện thừa cơ chất, nếu càng tăng nồng độ enzyme protease thì quá
trình thủy phân xảy ra càng mãnh liệt. Khi nồng độ enzyme bão hòa với nồng độ cơ
chất, dù tăng nồng độ enzyme bao nhiêu đi nữa vận tốc của quá trình thủy phân rất ít
thay đổi.
1.2.3.6. Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất:
Khi enzyme protease kết hợp với cơ chất là nguyên liệu còn lại trong chế biến
tôm, sẽ tạo thành phức trung gian enzyme và cơ chất. Phức chất này sẽ kéo căng liên
kết peptid, chuyển hóa thành sản phẩm dịch đạm và giải phóng enzyme. Quá trình này
cứ tiếp tục xảy ra đến khi cơ chất hết, nếu nồng độ cơ chất thích hợp với lượng enzyme
sẽ làm cho quá trình thủy phân diễn ra đều đặn, nhanh chóng.
1.2.3.6. Độ tươi của nguyên liệu
Thành phần hóa học của đầu tôm ngoài chitin, protein, astaxanthin, còn có một
lượng lớn enzyme nội tạng tại thuộc họ protease. Theo các nghiên cứu của các nhà
khoa học trường Đại Học Nha Trang đã chứng minh rằng hoạt độ enzyme protease của
đầu tôm khoảng 6,5 đơn vị hoạt độ/g. Các enzyme này chủ yếu tồn tại trong nội tạng


17

của đầu tôm nguyên liệu tươi. Chính vì vậy mà độ tươi nguyên liệu có ảnh hưởng lớn
tới hoạt động của protease nguyên liệu càng tươi thì lượng enzyme càng nhiều hoạt
động càng mạnh và mgược lại).
Do vậy chất lượng của nguyên liệu là mối quan tâm hàng đầu của các nhà nghiên cứu
về thủy phân protein để đảm bảo chất lượng sản phẩm mà còn ảnh hưởng nhiêu tới

hiệu quả thủy phân của protease [15].
1.2.3.7. Ảnh hưởng của tỷ lệ nước bổ sung vào hỗn hợp thủy phân
Nước là yếu tố ảnh hưởng quan trọng đến phản ứng thủy phân. Nó có khả năng
điều chỉnh phản ứng thủy phân, bởi lẽ nước là môi trường tăng cường quá trình phân
cắt các liên kết nhị dương, là môi trường khuyếch tán enzyme và cơ chất tạo điều kiện
cho tốc độ phản ứng xảy ra. Do vậy quá trình thủy phân nguyên liệu đầu tôm nếu ta bổ
sung nước với tỷ lệ thấp sẽ hạn chế được hoạt động của vi sinh vật nhưng đồng thời ức
chế hoạt động của enzyme làm giảm hiệu suất thủy phân. Nhưng nếu bổ sung nước với
tỷ lệ quá cao, vi sinh vật hoạt động và phát triển phân hủy sản phẩm thành các sản
phẩm thứ cấp. Vì vậy, ta phải xác định tỷ lệ nước bổ sung thích hợp cho quá trình thủy
phân.
1.2.3.8. Ảnh hưởng của chất kìm hãm
Là chất làm giảm khả năng xúc tác hoặc vô hoạt enzyme, chất kìm hãm kết hợp
thuận nghịch với enzyme. Chúng là chất hữu cơ phân tử thấp, ion kim loại, phi kim.
Nó có thể là chất kìm hãm thuận nghịch hay bất thuận nghịch. Kìm hãm thuận nghịch
có thể là cạnh tranh, không cạnh tranh hay hỗn tạp.
1.2.3.9. Ảnh hưởng của chất kích hoạt, chất hoạt hóa
Là chất làm tăng hoạt động của enzyme, enzyme từ không hoạt động sang hoạt
động hoặc ít hoạt động chuyển sang hoạt động nhiều. Chất hoạt hóa có tác dụng cắt
một vài đoạn peptid đang ức chế hoạt động củ enzyme để hình thành lại trung tâm hoạt
động của enzyme và enzyme trở nên hoạt động. Mỗi enzyme đòi hỏi một số chất hoạt
hóa mang bản chất khác nhau. Chất hoạt hóa có thể làm cho các ion kim loại, phi kim
làm cầu nối giũa enzyme và cơ chất hoặc làm tăng diện tích tiếp xúc giữa enzyme và