Nghiên cứu quá trình thủy phân phụ phẩm tôm để ứng dụng sản xuất nước chấm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
----------------------------------

HOÀNG THỊ NGA

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN
PHỤ PHẨM TÔM ĐỂ ỨNG DỤNG SẢN XUẤT NƢỚC CHẤM

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Hà Nội - 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
----------------------------------

HOÀNG THỊ NGA

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN
PHỤ PHẨM TÔM ĐỂ ỨNG DỤNG SẢN XUẤT NƢỚC CHẤM

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Đỗ Thị Yến

Hà Nội - 2017


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn : Hoàng Thị Nga
Đề tài luận văn: Nghiên cứu quá trình thủy phân phụ phẩm tôm để ứng dụng
sản xuất nước chấm.
Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
Mã số SV: CB150349
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác
giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 31/10/2017
với các nội dung sau:
STT Góp ý của hội đồng
Mục, nội dung và vị trí trang đã được chỉnh sủa trong
luận văn
1
Thông tin hóa chất, 2.1.3. Hóa chất
thiết bị sử dụng
Hóa chất dùng trong nghiên cứu thuộc loại
tinh khiết dùng cho phân tích được sản xuất tại
Merck hoặc Sigma.
- Thuốc thử Folin ( Merck), Nyhidrin ( Sigma)
- BSA, Tyrosin, Casein ( Đức)
- Hóa chất thông thường: NaOH, CuSO4,
Na2SO3...( Trung Quốc)

Trang 30
2.1.4. Thiết bị
Các dụng cụ, máy móc, thiết bị dùng trong nghiên
cứu thuộc bộ môn công nghệ thực phẩm, viện Công
Nghệ Sinh Học và Công Nghệ Thực Phẩm, trường
đại học Bách Khoa Hà Nội bao gồm: tủ sấy, máy li
tâm, máy voltex, bể ổn nhiệt, máy Kejldahl, máy
UV- Vis. Trang 30

SĐH.QT9.BM11

Ban hành lần 1 ngày 11/11/2014


2

Trích dẫn phương 2.3.1 Phương pháp nghiên cứu hóa sinh
pháp nghiên cứu
2.3.1.1Xác định hàm lượng protein tổng số theo
TCVN 3705 -90
2.3.1.2Xác định hoạt tính protease theo phương
pháp Amano
2.3.1.3Xác định nitơ amin bằng phương pháp
chuẩn độ formol
2.3.1.4Xác định α-axit amin tự do heo phương
pháp đo màu trực tiếp với Ninhidrin
Bản chất của phương pháp là dùng Ninhidrin
tác dụng với các α-axit amin nói chung và tạo phức
chất màu tím rồi đem so màu trực tiếp và có thêm
Piridin làm chất ổn định.

3

2.3.1.5Phương pháp xác định hiệu suất thủy phân
Hiệu suất thủy phân được tính dựa trên tỷ lệ
hàm lượng α-amino axit tạo ra trong một thời gian
thủy phân trên hàm lượng α-amino axit tối đa có
trong mẫu được thủy phân bằng axit HCl.
Trang 32
Bổ sung phần thảo 3.2.1 Ảnh hưởng của nống độ muối tới hoạt độ
luận
enzyme nội tại trong phụ phẩm tôm
Nhìn vào đồ thị 3.2 ta có thể thấy hoạt độ enzyme
tăng giảm theo một cơ chế.
Điều này có thể được giải thích như sau: hệ enzyme
tôm có hệ serin – protease bị ức chế bởi chuỗi
peptide 6 axit aim. Để tháo gỡ chuỗi phải nhờ đến
hoạt động của Cathepsin B. Cathepsin B hoạt động
tháo gỡ chuỗi peptide 6 a.a làm cho hoạt tính của hệ
serin protease hoạt động dẫn đến lúc tăng lúc giảm.
Đầu tiên hoạt độ enzyme tăng do chưa thủy phân tạo
thành chuỗi peptide 6 axit amin, khi xảy ra quá trình
thủy phân, chuỗi axit amin được tạo ra dẫn đến ức
chế hệ serin protease. Chờ Cathepsin B hoạt động
tháo gỡ chuỗi peptide 6 a.a thì hệ serin protease tiếp
tục hoạt động, do vậy có chu kỳ tăng –giảm hoạt tính

SĐH.QT9.BM11

Ban hành lần 1 ngày 11/11/2014

enzyme. Chu kỳ này tăng dần đến lúc muối ngày
càng thẩm thấu càng ức chế dần enzyme thì nó có
hiện tượng giảm, nhưng không về đáy 0 UI/ml.
Trang 37
4

5

Trình bày: Lỗi chính
tả, tên Vi sinh vật in
nghiêng, tài liệu tham
khảo

1.2.6 Tính chất một số enzyme thương mại được
sử dụng trong sản xuất nước mắm.
Bromelanin là nhóm protease thực vật có mã số EC3.4.33.22 được thu nhận từ họ Bromeliaceae
Enzyme Alcalase: Là một loại enzyme thủy phân
protein được tách chiết từ Bacillus licheniformis có
trọng lượng phân tử 27300 kDa
Enzyme Flavourzyme: Là một phức hợp enzyme
thủy phân protein được tách chiết từ nấm Aspergillus
oryzae
Trang 26
Viết lại kết luận ngắn KẾT LUẬN
gọn hơn
- Đã xây dựng được tiêu chuẩn PPT để thủy
phân: có mùi tanh, sáng bóng, không mùi lạ.
- Đã xác định được các yếu tố ảnh hưởng tới lên

men PPT theo phương pháp truyền thống:
nhiệt độ 50oC; hàm lượng muối bổ sung: 25%;
pH=6 thích hợp cho quá trình ủ chượp.
- Đã tối ưu hóa được quá trình thủy phân bằng
enzyme thương mại cho DH = 35,67 %. Điều
kiện thủy phân tối ưu: hàm lượng Alcalase
0,2%; hàm lượng Flavourzyme 0,4 %; nhiệt
độ thủy phân 59 oC; thời gian thủy phân 8,2 h;
pH = 7,5.
- Đã xác định được quy trình kết hợp bổ sung
enzyme thương mại Alcalase và Flavourzyme
vào giai đoạn đầu của quá trình thủy phân
theo phương pháp truyền thống cho chất
lượng dịch cao hơn và thời gian thủy phân rút
ngắn 2 tháng.Trang 58

SĐH.QT9.BM11

Ban hành lần 1 ngày 11/11/2014


6

7

Bổ sung nghiên cứu 1.2.5.3 Sử dụng enzyme trong sản xuất nước mắm
trong nước
ngắn ngày
Năm 2013,Phạm Thị Khánh Phương sử dụng kết hợp
2 enzyme Alcalase và Flavourzyme để cải tiến quy

trình sản xuất nước mắm. Nghiên cứu cho kết quả
khi bổ sung 0,4 % Alcalase + 0,6 % Flavourzyme, bổ
sung 25 % muối ( 4 lần) kết quả thu được Nts 2 tháng
= 24,64g/l; 3 tháng = 29,2 g/l; 5 tháng = 30,45 g/l. Tỷ
lệ Na.a/ Nts.Trang 25
Đánh giá cảm quan 3.3.5 Kết hợp quá trình thủy phân PPT bằng
cho sản phẩm cuối
enzyme thương mại và enzyme nội tại bằng
phương pháp lên men truyền thống.
Từ bảng 3.12 cho thấy dịch thủy phân kết hợp
enzyme Alcalase và Flavourzyme có chất lượng cao
hơn mẫu thủy phân theo phương pháp truyền thống:
hàm lượng N tổng số = 13,2 g/l cao hơn mẫu truyền
thống là 10,86 g/l; hàm lượng Na.a = 9,625 g/l cao
hơn mẫu truyền thống là 7,5 g/l; hàm lượng NH3 thấp
hơn mẫu truyền thống 0,54 lần. Thời gian rút ngắn
hơn 2 tháng.
Dịch thủy phân thu được sau 10 ngày có màu nâu
cánh gián, sáng, có mùi thơm đặc trưng của tôm, màu
sắc này là màu mong muốn trong quá trình thủy
phân. Trang 55 - 56

Ngày
Giáo viên hướng dẫn

SĐH.QT9.BM11

tháng

năm

Tác giả luận văn

Ban hành lần 1 ngày 11/11/2014


CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

SĐH.QT9.BM11

Ban hành lần 1 ngày 11/11/2014


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này, em đã nhận được sự giúp đỡ
tận tình của gia đình, thầy cô và bạn bè.
Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS. Đỗ Thị Yến, Giám đốc Trung tâm
đào tạo và phát triển sản phẩm thực phẩm Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, cảm
ơn cô đã truyền cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu và tận tình hướng dẫn
em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận.
Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô bộ môn Công nghệ thực phẩm, viện Công nghệ
Sinh học & Công nghệ Thực phẩm đã giảng dạy, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện tốt
nhất cho em trong quá trình học tập cũng như trong suốt quá trình làm thí nghiệm để
hoàn thành luận văn này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè và người thân, những người
đã luôn ủng hộ, động viên, chia sẻ và tạo mọi điều kiện cho tôi trong suốt thời gian
học tập tại trường.
Hà Nội, Ngày

tháng

năm 2017

Người viết báo cáo

Hoàng Thị Nga

i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nghiên cứu trong luận văn là trung thực, chưa được công bố trong các công trình
khác. Nếu không đúng như trên, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về đề tài của
mình.
Người cam đoan

Hoàng Thị Nga

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. i
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... ii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................. v
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................. vi
DANH MỤC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ ........................................................................... vii
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ....................................................................................... 3

1.1. Tổng quan ngành tôm Việt Nam.......................................................................................... 3
1.2. Tổng quan về phụ phẩm tôm................................................................................................ 5
1.2.1. Thành phần phế liệu tôm............................................................................................. 7
1.2.2. Ảnh hưởng của phụ phẩm tôm tới môi trường. ......................................................... 8
1.2.3. Các hướng tận thu phụ phẩm tôm .............................................................................. 9
1.2.4. Các sản phẩm lên men từ thủy sản. .......................................................................... 13
1.2.5 Các phương pháp cải tiến trong sản xuất nước mắm. .............................................. 20
1.2.6 Tính chất một số enzyme thương mại được sử dụng trong sản xuất nước mắm. .. 26
CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................... 29
2.1. Vật liệu nghiên cứu. ............................................................................................................ 29
2.1.1. Nguyên liệu đầu tôm. ................................................................................................ 29
2.1.2. Enzyme....................................................................................................................... 29
2.1.3. Hóa chất ..................................................................................................................... 30
2.1.4. Thiết bị ....................................................................................................................... 30
2.2. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................................... 30
2.2.1. Phân tích thành phần ban đầu của phế liệu tôm ...................................................... 30
2.2.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt độ enzyme protease nội tại trong phụ
phẩm tôm để lên men nước mắm theo phương pháp truyền thống. ................................. 30
2.2.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình thủy phân phụ phẩm tôm bằng
enzyme thương mại ............................................................................................................. 31
2.3. Các phương pháp phân tích đã áp dụng............................................................................. 32

iii


2.3.1 Phương pháp nghiên cứu hóa lí ................................................................................. 32
2.3.2 Phương pháp nghiên cứu hóa sinh ............................................................................ 32
2.4. Phương pháp xử lí số liệu ................................................................................................... 32
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BIỆN LUẬN.................................. 33
3.1. Phân tích thành phần ban đầu của phụ phẩm tôm............................................................. 33

3.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme protease nội tại theo phương
pháp truyền thống. ...................................................................................................................... 33
3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ muối tới hoạt độ của enzyme nội tại trong phụ phẩm tôm 33
3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt độ enzyme nội tại .............................................. 40
3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của PH đến hoạt độ enzyme nội tại. ...................................... 41
3.2.4. Đánh giá chất lượng dịch thủy phân PPT bằng phương pháp truyền thống.......... 42
Kết luận 1: .................................................................................................................. 43
3.3 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình thủy phân bằng enzyme thương mại .... 44
3.3.1. Ma trận Boxbenhken. ................................................................................................ 44
3.3.2 Bề mặt đáp ứng ........................................................................................................... 45
3.3.3. Tối ưu hóa qúa trình thủy phân protein.................................................................... 49
3.3.4. Khảo sát tính thích ứng của mô hình trên toàn vùng đã chọn. ............................... 51
3.3.5 Kết hợp quá trình thủy phân PPT bằng enzyme thương mại và enzyme nội tại bằng
phương pháp lên men truyền thống. ................................................................................... 53
3.3.6 Đề xuất quy trình ........................................................................................................ 56
Kết luận 2: .................................................................................................................. 56
CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................... 58
KẾT LUẬN ............................................................................................................................... 58
KIẾN NGHỊ .............................................................................................................................. 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 59
PHỤ LỤC ................................................................................................................... 63

iv


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

PPT

Phụ phẩm tôm

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

OD

Optical Density ( mật độ quang học)

Vasep

Vietnam Association of Seafood Exporters and Producers (
Hiệp hội Chế biến và Xuất khẩu Thủy sản Việt Nam)

DH

Degree of Hydrolysis ( mức độ thủy phân)

v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Bảng thành phần phế liệu tôm %. ................................................................ 6
Bảng 1.2 Thành phần phế liệu đầu và vỏ tôm ............................................................. 7
Bảng 2.1 Đặc tính của các enzyme sử dụng trong nghiên cứu .................................. 29
Bảng 3.1 Thành phần hóa học của phụ phẩm tôm ..................................................... 33
Bảng 3.2 Đánh giá cảm quan chất lượng ban đầu phụ phẩm tôm ............................. 33
Bảng 3.3 Đánh giá chất lượng cảm quan dịch thủy phân sau 24h ............................. 36
Bảng 3.4 Đánh giá chất lượng dịch thủy phân sau 7 ngày........................................ 38
Bảng 3.5 Chất lượng cảm quan dịch thủy phân sau 1 tháng ...................................... 39

Bảng 3.6 Chất lượng dịch thủy phân PPT bằng phương pháp truyền thống sau 2,5
tháng ........................................................................................................................... 43
Bảng 3.7 Bảng biến số thực của quy hoạch BoxBenhken. ........................................ 44
Bảng 3.8 Bảng phân tích phương sai cho mô hình hồi quy, hệ số tương quan của mô
hình R2 và tác động chính của các biến số trong quá trình thủy phân phụ phẩm tôm.
.................................................................................................................................... 50
Bảng 3.9 Kết quả điều kiện tối ưu cho quá trình thủy phân acid amin từ phụ phẩm
tôm.............................................................................................................................. 51
Bảng 3.10 Kết quả thí nghiệm kiểm tra sự thích ứng của ma trận............................ 52
Bảng 3. 11 Sự thay đổi hiệu suất thủy phân và hoạt tính enzyme của mẫu sau thủy
phân cho muối và không cho muối ............................................................................ 53
Bảng 3.12 Chất lượng dịch thủy phân khi sử dụng enzyme nội tại và ...................... 55
thương mại ................................................................................................................. 55

vi


DANH MỤC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ

ĐỒ THỊ
Đồ thị 3.1 Ảnh hưởng của nồng độ muối tới hoạt tính enzyme ở 18h đầu. ............... 34
Đồ thị 3.2 Ảnh hưởng của nồng độ muối 10, 15, 25 % tới hoạt tính enzyme sau 7
ngày. ........................................................................................................................... 37
Đồ thị 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt tính enzyme ở nồng độ muối 25% trong
12h đầu. ...................................................................................................................... 40
Đồ thị 3.4 Ảnh hưởng của các nhiệt độ khác nhau tới hoạt tính của các enzyme sau 7
ngày mẫu bổ sung 25 % muối. ................................................................................... 41
Đồ thị 3.5 Hoạt tính enzyme ở pH 4, 5, 6 của mẫu 25% muối, nhiệt độ 50 oC ........ 42
Đồ thị 3.6 Hoạt tính enzyme ở pH 4, 5, 6 mẫu 25 % muối, nhiệt độ 30 oC............... 42
Đồ thị 3.7 Sự thay đổi DH % của mẫu ủ chượp. ...................................................... 54

Đồ thị 3.8 Hoạt tính enzyme mẫu ủ chượp ................................................................ 54

HÌNH VẼ
Hình 1.1 Biểu đồ sản lượng nuôi trồng và khai thác thủy sản Việt Nam ................... 3
Hình 3.1 Bề mặt đáp ứng của nhiệt độ và thời gian đến mức độ thủy phân. ............. 46
Hình 3.2 Bề mặt đáp ứng của nhiệt độ thủy phân và pH thủy phân tới mức độ thủy
phân. ........................................................................................................................... 47
Hình 3.3 Bề mặt đáp ứng của nhiệt độ và pH đến mức độ thủy phân phụ ................ 48
phẩm tôm. ................................................................................................................... 48
Hình 3.4 Bề mặt đáp ứng của tỉ lệ enzyme Flavourzyme và pH đến mức độ thủy
phân. ........................................................................................................................... 49
Hình 3.5 Dịch trước thủy phân................................................................................... 52
Hình 3.6 Bã sau thủy phân ......................................................................................... 52
Hình 3.7 Dịch sau thủy phân. ..................................................................................... 52

vii


MỞ ĐẦU
ĐẶT VẤN ĐỀ
Sự phát triển nhanh của ngành nuôi trồng và chế biến tôm đã đem lại giá trị
xuất khẩu cao, chiếm tỷ trọng lớn trong ngành Chế biến thủy sản Việt Nam. Năm
2016, sản lượng tôm của cả nước đạt 650.000 tấn, xuất khẩu sang 93 thị trường với
tổng giá trị đạt trên 3,1 tỷ USD tăng 6,7% so với năm 2015[15]. Tôm dùng cho chế
biến được cung cấp từ hai nguồn: đánh bắt và nuôi trồng, trong đó nguồn nuôi tôm
đang chiếm ưu thế và nuôi tôm những năm gần đây đã trở thành ngành kinh tế quan
trọng.
Đồng thời với khối lượng lớn tôm xuất khẩu hàng năm thì phế liệu của ngành
công nghiệp chế biến tôm thải ra lớn. Phần lớn tôm xuất khẩu được đưa vào chế
biến dưới dạng boc vỏ bỏ đầu. Nếu tính rằng khối lượng đầu tôm trung bình chiếm

25 – 30 %, phần vỏ còn lại chiếm 10 – 15 % so với khối lượng toàn cơ thể thì song
song với lượng tôm xuất khẩu hàng năm, lượng phế liệu tôm thải ra ở nước ta ước
tính 100.000 tấn / năm. Trong đầu tôm chứa một lượng lớn protein, chitin, chất màu
astaxanthin và nhiều hợp chất sinh học khác. Phế liệu tôm chủ yếu được dùng làm
thức ăn gia súc, một phần để sản xuất chitin. Ngành công nghiệp sản xuất chitin
bằng phương pháp hóa học sử dụng NaOH và HCl ở nồng độ cao ( 6 – 10%) ảnh
hưởng xấu đến chất lượng chitin và đặc biệt gây ô nhiễm môi trường do lượng hóa
chất sử dụng và protein không được tận thu thải ra. Cách sử dụng như vậy cũng
mang lại hiệu quả kinh tế. Tuy nhiên, vẫn rất cần thiết để tìm ra những phương
hướng sử dụng nguồn phế liệu này một cách hiệu quả hơn, mang lại những lợi ích
cao hơn về kinh tế, kỹ thuật và môi trường.
Đề tài: “ Nghiên cứu quá trình thủy phân phụ phẩm tôm để ứng dụng sản
xuất nước chấm” được tiến hành với mong muốn thu lượng protein mà ngành công
nghiệp thu hồi chitin không tận thu được. Bã của quá trình thủy phân protein được
sử dụng để sản xuất chitin, từ đó giảm giá thành chitin và giải quyết bài toán về môi
trường.
MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Mục đích chung của đề tài là rút ngắn thời gian thủy phân để ứng dụng làm
nước chấm từ phụ phẩm tôm.

1


ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đề tài tập trung vào đối tượng nghiên cứu là phụ phẩm tôm thu mua ở nhà
máy chế biến Thủy hải sản Nam Định.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Để đạt được mục đích nghiên cứu chung đã đặt ra, đề tài tập trung vào các
nội dung cụ thể sau đây:
1. Xác định các yếu tố ảnh hưởng tới hoạt độ enzyme protease nội tại trong

PPT để lên men nước mắm theo phương pháp truyền thống.
-

Ảnh hưởng của nồng độ muối

-

Ảnh hưởng của pH dịch thủy phân

-

Ảnh hưởng của nhiệt độ.

2. Tối ưu hóa quá trình thủy phân PPT bằng enzyme thương mại.
-

Cố định nồng độ enzyme Alcalase : 0,2%

-

Tối ưu hóa các yếu tố bằng mô hình thực nghiệm BoxBenhken:
Nhiệt độ thủy phân : 45 – 65 oC
Thời gian : 5 – 13 giờ.
pH thủy phân: 6 – 9
Tỉ lệ Flavourzyme : 0,1 – 0,4 %

3. Kết hợp quá trình thủy phân PPT bằng enzyme thương mại vào thủy phân
PPT theo phương pháp truyền thống.
-

Xây dựng quy trình

-

Sơ bộ đánh giá dịch thủy phân thu được.

2


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan ngành tôm Việt Nam
Việt Nam nằm trên bờ tây của biển Đông, là một biển lớn của Thái Bình
Dương, có bờ biển dài 3260 km. Vùng nội thủy và lãnh hải rộng 226.000 km2, vùng
đặc quyền kinh tế rộng hơn 1 triệu km2 với hơn 4000 hòn đảo, tạo nên 12 vịnh, đầm
phá với tổng diện tích 1160 km2 được che chắn tốt, dễ trú đậu tàu thuyền.
Nước ta với hệ thống sông ngòi dày đặc và có đường bờ biển dài rất thuận lợi
phát triển hoạt động khai thác và nuôi trồng thủy sản. Sản lượng thủy sản Việt Nam
đã duy trì tăng trưởng liên tục trong 17 năm qua với mức tăng bình quân là 9,07%
năm. Với chủ trương thúc đẩy phát triển của chính phủ, hoạt động nuôi trồng thủy
sản đã có những bước phát triển mạnh, sản lượng liên tục tăng cao trong các năm
qua, bình quân đạt 12,77%/ năm, đóng góp đáng kể vào tăng trưởng tổng sản lượng
thủy sản cả nước.
Hình 1.1 Biểu đồ sản lượng nuôi trồng và khai thác thủy sản Việt Nam
Nuôi trồng
Khai thác

Y1995
Y1996
Y1997
Y1998

Y1999
Y2000
Y2001
Y2002
Y2003
Y2004
Y2005
Y2006
Y2007
Y2008
Y2009
Y2010
Y2011
Y2012
Y2013
Y2014
Y2015
Y2016

1000 MT

7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0

Năm

Nguồn: Vasep
Năm 2014, mặc dù phải đối mặt với nhiều khó khăn về thời tiết, dịch bệnh,
các rào cản thị trường và những biến động trên Biển Đông, ngành thủy sản vẫn
giành được thắng lợi với tổng sản lượng thủy sản đạt 6,3 triệu tấn, tăng 4,4% so với
cùng kỳ năm 2013. Giá trị xuất khẩu đạt 7,920 tỷ USD, tăng 18% so với năm 2013.
Trong đó, tổng giá trị xuất khẩu tôm có mức tăng trưởng mạnh ( 26,9 %) so với
cùng kỳ năm trước, đạt 3,95 tỷ USD chiếm 50,38 % tổng kim ngạch xuất khẩu thủy
sản[13]

3


Năm 2015, xuất khẩu thủy sản của cả nước ước đạt 6,7 tỷ USD, giảm 14,5 %
so với cùng kỳ năm 2014. Thị trường tiêu thụ kém, giá xuất khẩu hạ và biến động
giảm giá của các đồng ngoại tệ so với USD đã tác động mạnh đến xuất khẩu thủy
sản Việt Nam, ảnh hưởng sâu nhất là mặt hàng tôm. Mặc dù sụt giảm mạnh nhưng
tôm tiếp tục giữ ngôi vị số một với tỷ trọng giá trị xuất khẩu đạt 44% ( giảm so với
năm 2014 là 50,38%).Theo thống kê của Cục Thủy sản (Bộ NN & PTNT), năm
2015 tôm ước đạt gần 3 tỷ USD, giảm 25 % so với năm 2014. Trong đó, xuất khẩu
tôm thẻ chân trắng đạt 1,7 tỷ USD giảm 25 %, tôm sú đạt 977 triệu USD, chiếm 33
% giảm 29% so với năm 2014. Xuất khẩu sang các thị trường khác giảm đáng kể:
Mỹ ( giảm 39 % ), EU ( giảm 19 % ), Nhật Bản ( giảm 21% ), Trung Quốc ( giảm
19% ), Hàn Quốc ( giảm 24 % )[ 14].
Năm 2016, ngành thủy sản tiếp tục đối mặt với nhiều khó khăn, rét đậm, rét
hại ở các tỉnh Đồng Bằng Bắc Bộ, hạn hán ở các tỉnh Tây Nguyên và Nam Trung
Bộ, xâm nhập mặn ở các tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long. Đặc biệt trong năm
2016, ô nhiễm môi trường trên các sông xảy ra ở các tỉnh gây hiện tượng thủy sản
chết hàng loạt, trong đó thiệt hại nặng nhất là sự cố môi trường biển tại khu vực 4

tỉnh ven biển Miền Trung. Theo VASEP, năm 2016 tổng sản lượng thủy sản của cả
nước đạt hơn 6,7 triệu tấn, tăng 2,5% so với cùng kỳ năm 2015. Trong đó sản lượng
khai thác gần 3,1 triệu tấn ( tăng 1,7%), sản lượng nuôi trồng đạt 3,6 triệu tấn (tăng
3,3 %). Kim ngạch xuất khẩu thủy sản đạt khoảng 7 tỷ USD tăng 6,5 % so với cùng
kỳ. Trong đó, Việt Nam xuất khẩu tôm sang 93 thị trường, với tổng giá trị đạt trên
3,1 tỷ USD, tăng 6,7% so với năm 2015[15].
Hiện nay, Việt Nam là một trong năm quốc gia xuất khẩu thủy sản hàng đầu
thế giới, đã xuất khẩu tới 161 thị trường. Một số thị trường chủ lực của tôm Việt
Nam là: Mỹ, EU, Nhật Bản, Hàn Quốc, ASEAN, Australia, Brazil, Mexico. Tuy
nhiên, việc chế biến các sản phẩm giá trị gia tăng từ tôm chiếm khoảng 30%, còn lại
là xuất khẩu dưới dạng nguyên liệu, sơ chế, bán thành phẩm. Theo Tạp chí Khoa
học và Công nghệ Thủy sản ( số 2, năm 2005) các mặt hàng xuất khẩu tôm chủ yếu
của nước ta là tôm đông lạnh nguyên con, tôm vặt đầu, tôm nõn....

4


1.2. Tổng quan về phụ phẩm tôm
Phụ phẩm tôm chủ yếu là đầu tôm, vỏ tôm, và đuôi tôm là những thành phần
được vặt bỏ trong quá trình gia công, chế biến. Tùy vào từng loại tôm khác nhau và
phương pháp xử lí mà lượng phụ phẩm tôm thu được là khác nhau.
Theo tổ chức thương mại thế giới ( ITC) sản phẩm tôm nguyên con chiếm
46,7 %, tôm bỏ đầu chiếm 35,5 %, tôm bóc vỏ bỏ đầu chiếm 17,8 % tổng mặt hàng
về tôm. Trong chế biến tôm phế phẩm sinh ra từ các công đoạn: cắt xén sửa sang
hình dạng nguyên liệu để được sản phẩm có hình thức đẹp, công đoạn lặt đầu, rút
chỉ, bóc vỏ. Lượng phụ phẩm từ công đoạn lặt đầu từ 25 – 37 %, công đoạn lột vỏ
từ 6 – 10 %, chỉnh sửa hình thức 1- 2% so với nguyên liệu ban đầu.
Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy tỷ lệ phế liệu tôm từ 30 – 70 % , trung
bình khoảng 50 % so với khối lượng tôm chưa chế biến [18]. Honlada và Netto (
2006) cho rằng phế liệu tôm có thể chiếm từ 50 – 70 % so với nguyên liệu ban đầu

[30;2]. Phần lớn tôm được đưa vào dưới dạng bóc vỏ, bỏ đầu. Phần đầu thường
chiếm khối lượng 34 – 45 %, phần vỏ, đuôi và chân chiếm từ 10 – 15 % trọng lượng
của tôm nguyên liệu [33]. Tuy nhiên, tỷ lệ này tùy thuộc vào giống loài và giai đoạn
sinh trưởng của chúng [9]

5


Bảng 1.1: Bảng thành phần phế liệu tôm %.[9]
Loại tôm

Đầu tôm

Vỏ tôm

He

29,80

10,00

Thẻ

28,00

9,00

Sú

31,40

8,90

Rắn

33,90

10,40

Gân

33,14

11,27

Chì

31,85

11,07

Bộp

31,55

12,15

Rảo

33,20

12,20

Vàng

31,75

13,07

Sắt

42,38

11,62

Càng

51,95

8,56

Hùm

63,40

5,50

Mũ ni

52,02

12,57

Việc tận dùng nguồn phế liệu này sẽ đem lại giá trị kinh tế cao, và góp phần
vào việc bảo vệ môi trường.
Tỷ lệ phế liệu và chất thải rắn phụ thuộc vào mặt hàng sản xuất cũng như
chất lượng nguyên liệu. Ước tính lượng phụ phẩm như sau ( với sản lượng tôm
600.000 tấn / năm).
- Tôm nguyên con: 2.800 – 5.000 tấn/ năm.
- Tôm bỏ đầu: 53.000 – 79.000 tấn/ năm.
- Tôm bóc vỏ, bỏ đầu: 6.000 – 10.000 tấn/ năm.
Ước tính lượng phụ phẩm từ các nhà máy chế biến thủy sản là 62.000 –
94.000 tấn/ năm. Như vậy lượng phụ phẩm sinh ra trong quá trình chế biến tôm là
rất lớn. Các phụ phẩm trong quá trình chế biến tôm đã được xác định là một nguồn
protein lớn, đồng thời là nguồn quan trọng để sản xuất chitin, chitosan và
astaxanthin. Trong nhiều năm qua, các kĩ thuật đã được phát hiện trong việc khai
thác và thu hồi các chế phẩm sinh học chitin, chitosan từ nguồn phế liệu tôm để
được ứng dụng trong các ngành y dược, công nghệ sinh học, công nghệ thực phẩm,

6


công nghiệp, nông nghiệp...đã làm giảm giá thành chitin, chitosan, nâng cao giá trị
kinh tế cho phế liệu tôm. Tuy nhiên, lượng protein thải ra từ quá trình sản xuất
chitin, chitosan chưa được tận thu, được thải ra môi trường gây ô nhiễm môi trường
nặng nề. Protein tôm là nguồn protein hoàn hảo, vì vậy việc tận thu protein này là
cần thiết.
1.2.1. Thành phần phế liệu tôm
Theo kết quả phân tích của Meyers (1985) tính theo % chất khô tuyệt đối,
những thành phần chủ yếu có trong phế liệu đầu và vỏ tôm như trong bảng.

Bảng 1.2 Thành phần phế liệu đầu và vỏ tôm [34;18]
Thành phần hóa học (%)
Protein
Lipid
Chitin
Tro
Canxi
Photpho

Đầu tôm
35,5
8,9
11,1
22,6
7,2
1,68

Vỏ tôm
22,8
0,4
27,2
31,7
11,1
3,16

Thành phần chiếm tỷ lệ đáng kể trong phế liệu vỏ đầu tôm là protein, chitin,
canxi,các sắc tố... Tỷ lệ giữa các thành phần này không ổn định, chúng phụ thuộc
vào giống, loài, đặc điểm sinh thái, sinh lý, mùa vụ...[9]
Các thành phần chính của phụ phẩm tôm là protein, chitin, lipid, khoáng
chất, ngoài ra nó còn chứa một lượng carotenoid có giá trị.

 Protein: thành phần protein trong phụ phẩm tôm thường tồn tại ở hai dạng:
- Dạng tự do: dạng này là phần thịt tôm từ một số tôm bị biến đổi được vứt
lẫn vào phế liệu hoặc phần thịt còn sót lại trong đầu và nội tạng của đầu tôm. Nếu
công nhân vặt đầu tôm không đúng kĩ thuật thì phần protein bị tổn thất vào phế liệu
nhiều làm tăng định mức tiêu hao nguyên liệu, mặt khác phế liệu khó xử lí hơn.
- Dạng phức tạp: ở dạng này protein không hòa tan và thường liên kết với
chitin,

canxi

cacbonat,

với

lipid

tạo

lipoprotein,

với

sắc

tố

tạo

proteincarotenoit...như một phần thống nhất quyết định tính bền vững của vỏ tôm
[5].

7


 Chitin: tồn tại dưới dạng liên kết bởi những liên kết đồng hóa trị với các
protein dưới dạng phức hợp chitin – protein, liên kết với các hợp chất khoáng và các
hợp chất hữu cơ khác gây khó khăn cho việc tách chiết chúng.
 Canxi: trong vỏ, đầu tôm có chứa một lượng lớn muối vô cơ, chủ yếu là
muối CaCO3, hàm lượng Ca3(PO4)2 mặc dù không nhiều nhưng trong quá trình khử
khoáng dễ hình thành hợp chất CaHPO4 không tan trong HCl, gây khó khăn cho quá
trình khử khoáng.
 Sắc tố: trong vỏ tôm thường có nhiều loại sắc tố nhưng chủ yếu là chất
Astaxanthin.
 Enzyme: theo tạp chí Thủy sản (số 5/1993) hoạt độ enzyme protease của
đầu tôm khoảng 6,5 đơn vị hoạt độ/g tươi. Các enzyme chủ yếu là enzyme nội tại
trong đầu tôm và của vi sinh vật thường trú trên tôm nguyên liệu. Protease ở tôm
không có dạng pepsin, chủ yếu ở dạng trypsin hoặc protease serin tựa trypsin và có
khẳ năng hoạt động rất cao. Ngoài ra, còn có enzyme chymotrypsin, astacine,
collagenase...
Phế liệu của ngành công nghiệp chế biến tôm là nguồn nguyên liệu có giá trị
sử dụng cao. Nếu sử dụng hợp lí sẽ tận thu được một lượng chất dinh dưỡng lớn
góp phần gia tăng giá trị của phụ phẩm tôm, đồng thời hạn chế ô nhiễm môi trường.
1.2.2. Ảnh hƣởng của phụ phẩm tôm tới môi trƣờng.
Các chất thải thủy sản khi có mặt nước, dưới tác dụng của các vi khuẩn có
trong môi trường và enzyme nội tại trong phế liệu, các hợp chất phức tạp như
protein, lipid, gluxit sẽ bị phân hủy trong điều kiện hiếu khí, kị khí, thiếu khí tạo các
chất có mùi hôi thối như các acid béo không no, CH4, H2S, NH3, methylamine, các
chất khí có mùi thối, cũng như các khoáng chất: NO2-, NO3-, PO4-. Quá trình phân
hủy chất thải hữu cơ bao gồm các quá trình lên men chua, lên men thối, lên men
mốc vàng, mốc xanh, có mùi ôi thiu, hôi thối [3;25].

Quá trình phân hủy tạo ra các chất độc hại ở dạng hòa tan trong nước và cả
dạng khí phát tán trong không khí như: vi trùng, siêu vi trùng, vi khuẩn, nấm men,
nấm mốc, các khí có mùi nặng CH4, H2S, indol, các hợp chất cacbonyl, các acid

8


cacboxilic... gây ô nhiễm không khí và nguồn nước ngầm, gây bệnh cho người và
gia súc [25].
Hiện nay, phế liệu tôm ở Việt Nam mới chủ yếu tận dụng để sản xuất thức ăn
chăn nuôi, thu hồi chitin và một ít được sử dụng để sản xuất chitosan. Các khoáng
chất ( chủ yếu là canxi), lipid, carotenoprotein chưa được tận thu, chủ yếu thải ra
môi trường. Công nghệ sản xuất chitin bằng phương pháp hóa học sử dụng NaOH
và HCl ở nồng độ cao ( 6 – 10%) ảnh hưởng xấu đế chất lượng chitin, không thu hồi
được protein và đặc biệt gây ô nhiễm môi trường. Hiện nay, phương pháp thủy phân
protein bằng enzyme đang được chú trọng, theo đó phương pháp này đem lại lợi ích
lớn: tận thu protein từ phụ phẩm tôm, chất thải quá trình hủy phân bằng enzyme có
thể được dùng để thu hồi chitin, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, nâng cao giá trị
kinh tế cho phụ phẩm tôm.
1.2.3. Các hƣớng tận thu phụ phẩm tôm
1.2.3.1. Sản xuất thức ăn chăn nuôi
Phế liệu tôm ở nước ta chủ yếu được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi dưới
dạng tươi và dạng bột khô. Các phương pháp chế biến:
-

Phơi: sử dụng năng lượng mặt trời làm khô nguyên liệu sau đó bảo quản.

-

Sấy khô: sấy bằng thiết bị sấy sau khi khô đem nghiền mịn rồi trộn với thức

ăn gia súc.
Những phương pháp này có ưu điểm là đơn giản có thể chế biến nhanh một

khối lượng lớn phế liệu tôm, tuy nhiên nó cho sản phẩm có chất lượng kém, giá trị
dinh dưỡng không cao. Bột đầu tôm phơi nắng bị hao hụt nhiều protein. Bột tôm
phơi nắng chỉ chưa 20 – 30 % protein, bột tôm sấy có chất lượng cao hơn khoảng
38 – 40 % protein tuy nhiên nó có hạn chế là tốn kém về năng lượng.
-

Phương pháp ủ xi-lô: sử dụng hỗn hợp acid hữu cơ và vô cơ trong quá trình ủ
nhằm làm tăng tác dụng của enzyme, khử trùng và hạn chế sự phát triển của
vi sinh vật. Sau khi ủ, tiến hành trung hòa bằng các chất kiềm, chất ủ được
làm thức ăn cho chăn nuôi. Phương pháp này có ưu điểm là chất lượng sản
phẩm tốt nhưng giá thành cao, phức tạp và tính kinh tế không cao [32]

9


-

Phương pháp sinh học: phương pháp lên men lactic (ủ chua): đầu tôm được
lên men nhờ hệ vi sinh vật tự nhiên hay cấy thêm vi khuẩn lactic [32]. Sản
phẩm thu được được dùng trực tiếp hoặc dưới dạng bột. Đây là phương pháp
rẻ tiền có thể ổn định và giữ lại giá trị dinh dưỡng của phế liệu [32]. Dịch
thủy phân đem sấy phun có hàm lượng protein đạt 47%, còn đem cô đặc có
hàm lượng protein đạt 28% [22]
Phạm Thị Bích Trâm và Phạm Thu Cúc sử dụng tỉ lệ vỏ đầu tôm và mật

đường ở mức tỉ lệ 3:1 có bổ sung 0,1% polyenzyme để xử lý ủ chua. Kết quả
nghiên cứu sử dụng sản phẩm chế biến này nuôi vịt thịt ở mức bổ sung 17% trong

khẩu phần cho vịt tăng trọng nhanh (36,35g/con/ngày)[10].
Tuy nhiên, sử dụng phế liệu tôm làm thức ăn chăn nuôi gia súc mang lại hệu
quả kinh tế không cao. Vì vậy, hướng tận dụng phế liệu tôm nhằm chế biến các sản
phẩm có giá trị cao như chitin- chitosan, bột màu Astaxanthin... kết hợp tận thu các
sản phẩm trung gian làm thức ăn chăn nuôi gia súc đang không ngừng được nghiên
cứu và đẩy mạnh áp dụng vào sản xuất công nghiệp.
1.2.3.2. Sản xuất chitin – chitosan
Trong động vật thủy sản, đặc biệt là trong vỏ tôm, cua ghẹ, hàm lượng chitin
chiếm tỷ lệ khá cao từ 14 – 35 % so với trọng lượng khô, vì vậy tôm, cua ghẹ là
nguồn nguyên liệu tiềm năng sản xuất chitin – chitosan và các sản phẩm từ
chúng[9]
Chitosan là dẫn xuất đề axetyl hóa của chitin, và được ứng dụng trong nhiều
lĩnh vực như: y dược, nông nghiệp, bảo quản thực phẩm, môi trường...[3;5]. Trong
y dược: từ chitosan có thể sản xuất Glucosamin. Trong công nghiệp từ chitosan có
thể tạo nhiều sản phẩm có giá trị cao như vải Chitosan dùng cho may quần áo diệt
khuẩn trong y tế, làm tăng độ bền của giấy, sản xuất giấy. Sử dụng trong sản xuất
sơn chống mốc và chống thấm...
Nguyên tắc chung để sản xuất chitin[9]
Vỏ tôm khử khoáng  khử protein deacetyl  chitosan
Khử protein là một trong những công đoạn quan trọng trong sản xuất chitin
từ phụ phẩm tôm. Hiện nay, các cơ sở sản xuất chitin chủ yếu dùng NaOH để khử

10


protein. Phương pháp hóa học thường sử dụng nhiều hóa chất và các háo chất thải
từ nhà máy sản xuất chitin gây ô nhiễm môi trường. Để hạn chế sử dụng hóa chất,
phương pháp sử dụng enzyme đã được nghiên cứu sử dụng trong công đoạn khử
protein trong công nghệ sản xuất chitin từ đầu và vỏ tôm[30;7].
Việc sản xuất chitin và chitosan từ phụ phẩm tôm có ý nghĩa rất lớn về mặt

kinh tế và môi trường. Tuy nhiên quá trình này vẫn còn để lãng phí một lượng lớn
protein từ phụ phẩm tôm ( chủ yếu là ở đầu tôm), lượng protein này cần thiết phải
đượctận thu.
1.2.3.3. Sản xuất bột màu Astaxanthin
Trong các loài giáp xác thủy sản, astaxanthin chủ yếu tập trung ở phần vỏ
ngoài( chiếm 58 – 87 %tổng hàm lượng carotenoid). Nó thường tồn tại ở dạng tự
do, dạng mono-, hay đi-ester với các axit béo không no mạch dài, hoặc dưới dạng
phức của đồng phân quang học( 3S, 3‟S). Hàm lượng Astaxanthin trong vỏ tôm cua
thay đổi đáng kể tùy theo loài( 50 -700 mg/kg trọng lượng khô). Như vậy, vỏ tôm
cua chính là nguồn Astaxanthin tự nhiên đáng kể[9].
Biện pháp này là hướng đi đem lại giá trị cao cho nguồn phụ phẩm tôm tại
Việt Nam. Astaxanthin là chất chống oxy hóa mạnh, ngăn ngừa một số bệnh ung
thư, chống lại tác hại của một số tia tử ngoại.
Trong vỏ giáp xác astaxanthin tham gia vào trong thành phần của
lipoprotein, astaxanthin tồn tại ở dạng liên kết với protein và dễ bị tách ra bởi tác
dụng nhiệt.
Astaxanthin có màu đỏ, hòa tan trong dung môi hữu cơ: ete, aceton, cồn và
dễ bị tách ra dưới tác dụng của nhiệt, oxy không khí.
1.2.3.4. Tách chiết enzyme protease và ứng dụng vào thực phẩm.
Nguyễn Việt Dũng đã bước đầu tách chiết protease từ thịt tôm sú và đo độ
hoạt động của chúng ở các nhiệt độ và pH khác nhau, qua đó nhận biết protesae
trong loại tôm này hoạt động thích hợp nhất ở pH=6,6 và nhiệt độ 50oC[4]. Nguyễn
Thị Mỹ Trang cũng đã tách chiết và nghiên cứu một số tính chất của protease trong
đầu tôm bạc nghệ. Phạm Thị Trân Châu và cộng sự đã nghiên cứu protease trên đầu

11