Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất bột trứng Cầu gai thủy phân (Khóa luận tốt nghiệp)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
----------------

TRẦN THỊ DIỆU LINH
“NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT
BỘT TRỨNG CẦU GAI THỦY PHÂN”

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Hệ đào tạo
Chuyên ngành
Lớp
Khoa
Khóa học

: Chính quy
: Công nghệ Thực phẩm
: K45 - CNTP
: CNSH - CNTP
: 2013 - 2017

Thái Nguyên - 2017


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
----------------

TRẦN THỊ DIỆU LINH
“NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT
BỘT TRỨNG CẦU GAI THỦY PHÂN”

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Hệ đào tạo
Chuyên ngành
Lớp
Khoa
Khóa học
Giảng viên hƣớng dẫn

: Chính quy
: Công nghệ Thực phẩm
: K45 - CNTP
: CNSH - CNTP
: 2013 - 2017
: 1. TS. Trần Quốc Toàn
Viện Hóa học các Hợp chất Thiên nhiên
2. ThS. NCS Đinh Thị Kim Hoa
Khoa CNSH - CNTP
Trƣờng Đại học Nông Lâm Thái Nguyên

Thái Nguyên - 2017


i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong khóa luận này là
trung thực.
Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện khóa luận này đã

đƣợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong chuyên đề này đã đƣợc ghi rõ
nguồn gốc.
Thái Nguyên, ngày 01 tháng 06 năm 2017
Sinh viên

Trần Thị Diệu Linh


ii

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành khóa luận này lời đầu tiên cho phép tôi gửi lời cảm ơn chân
thành nhất đến Ban lãnh đạo Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên – Viện Hàn
lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện cho tôi đƣợc thực tập tại
Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên.
Tôi xin bày tỏ sâu sắc đến TS. Trần Quốc Toàn, Th.S Hoàng Thị Bích và Kỹ
sƣ Lê Xuân Duy cùng anh (chị) phòng trung tâm nghiên cứu và phát triển sản phẩm
thiên nhiên – Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên đã tận tình, chu đáo hƣớng
dẫn, giúp đỡ tôi thực hiện và hoàn thành tốt đƣợc khóa luận này.
Tôi xin cảm ơn sâu sắc đến ThS. NCS Đinh Thị Kim Hoa giảng viên Khoa
Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm trƣờng Đại học Nông Lâm Thái
Nguyên đã tận tình, chu đáo hƣớng dẫn, giúp đỡ tôi thực hiện và hoàn thành tốt
khóa luận tốt nghiệp này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã luôn ở bên cạnh động viên,
tạo mọi điều kiện cho tôi trong suốt thời gian học tập và hoàn thành khóa luận tốt
nghiệp.
Mặc dù đã nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất, xong
do buổi đầu mới làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, tiếp cận với thực tế
sản xuất cũng nhƣ hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên không tránh khỏi
những thiếu sót nhất định mà bản thân chƣa thấy đƣợc. Tôi rất mong đƣợc sự góp ý

của quý Thầy, Cô giáo và các bạn để khóa luận của tôi đƣợc hoàn chỉnh hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày……tháng….năm 2017
Sinh viên

Trần Thị Diệu Linh


iii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1: Khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ nƣớc bổ sung đến quá trình thủy phân ...23
Bảng 3.2: Khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ enzyme bổ sung đến quá trình thủy
phân ........................................................................................................23
Bảng 3.4: Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian tới quá trình thủy phân ....................25
Bảng 3.5: Thành phần axit amin tự do trƣớc và sau thủy phân .............................25
Bảng 4.1: Thành phần hóa học cơ bản của trứng Cầu gai (Diadema setosum) .....31
Bảng 4.2: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ nƣớc bổ sung đến quá trình
thủy phân trứng Cầu gai (Diadema setosum) bằng enzyme Alcalase. ..32
Bảng 4.3: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ bổ sung enzyme đến quá trình
thủy phân trứng Cầu gai (Diadema setosum), bằng enzyme Alcalase ..34
Bảng 4.4: Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình
thủy phân trứng Cầu gai, bằng enzyme Alcalase ..................................35
Bảng 4.5: Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hƣởng thời gian đến quá trình thủy
phân ........................................................................................................37
Bảng 4.6: Hàm lƣợng thành phần acid amin tự do trƣớc và sau thủy phân của
trứng Cầu gai (Diadema setosum) bằng enzyme Alcalase. ...................41
Bảng 4.7: Thành phần axit béo của lipid tổng trƣớc và sau thủy phân của trứng
Cầu gai (Diadema setosum), bằng enzyme Alcalase .............................43

iv

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1:

Cầu Gai Bút chì (Nhum đá) .....................................................................5

Hình 2.2:

Diadema antillarum .................................................................................5

Hình 2.3:

Cầu gai đen ..............................................................................................5

Hình 2.4:

Cầu gai Echinothrix calamaris ................................................................5

Hình 2.5:

Cấu tạo của Cầu gai .................................................................................6

Hình 2.6:

Các kiểu gai của da gai (theo Hickman) ..................................................7

Hình 2.7:

Tuyến sinh dục của Cầu gai ....................................................................7

Hình 2.8:

Hình ảnh Cầu gai con ............................................................................11

Hình 2.9:

Sự hình thành liên kết peptid trong protein ...........................................14

Hình 4.1:

Sản phẩm bột trứng Cầu gai (Diadema setosum) bằng enzyme
Alcalase ..................................................................................................38

Hình 4.2:

Kết quả đánh giá thành phần axit amin tự do trƣớc thủy phân của
mẫu trứng Cầu gai (Diadema setosum) .................................................39

Hình 4.3:

Kết quả đánh giá thành phần axit amin tự do sau thủy phân của mẫu
trứng Cầu gai (Diadema setosum) .........................................................40


v

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................2

LỜI CẢM ƠN. ........................................................................................................... ii
DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC HÌNH ......................................................................................... iv
MỤC LỤC.......... .........................................................................................................v
PHẦN 1. MỞ ĐẦU .....................................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................1
1.2. Mục đích, yêu cầu ................................................................................................3
1.2.1. Mục đích ............................................................................................................3
1.2.2. Yêu cầu ..............................................................................................................3
1.3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài ................................................3
1.3.1. Ý nghĩa khoa học ..............................................................................................3
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ...............................................................................3
PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ...........................................................................4
2.1. Cầu gai và trứng Cầu gai ......................................................................................4
2.1.1. Tên gọi, hình dạng, kích thƣớc và cấu tạo của Cầu gai ....................................4
2.1.2. Đặc tính sinh sống và phân bố ..........................................................................7
2.2. Thành phần hóa học của trứng Cầu gai ..............................................................11
2.3. Hệ enzyme protease và cơ chế thủy phân ..........................................................13
2.3.1. Hệ enzyme protease ........................................................................................13
2.3.2. Enzyme Alcalase .............................................................................................13
2.3.3. Bản chất, cơ chế của quá trình thủy phân .......................................................14
2.4. Tình hình nghiên cứu về thành phần hóa học của trứng Cầu gai trong nƣớc và
trên thế giới ...............................................................................................................16
2.4.1.Tình hình nghiên cứu về thành phần hóa học của trứng Cầu gai trong nƣớc ..16
2.4.2. Tình hình nghiên cứu về thành phần hóa học của trứng Cầu gai trên thế giới .........18
PHẦN 3. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .........21
3.1. Đối tƣợng, địa điểm, thời gian nghiên cứu .......................................................21
3.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu.....................................................................................21
3.1.2. Dụng cụ, hóa chất, thiết bị .............................................................................21

vi

3.1.3. Địa điểm, thời gian nghiên cứu ......................................................................21
3.2. Nội dung nghiên cứu .........................................................................................22
3.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................................22
3.3.1. Nội dung 1: .....................................................................................................22
3.3.2. Nội dung 2: .....................................................................................................22
3.3.3. Nội dung 3: .....................................................................................................25
3.3.4. Đánh giá thành phần axit béo của lipit tổng trƣớc và sau thủy phân của trứng
Cầu gai (Diadema setosum) bằng enzyme Alcalase. ................................................26
3.4. Phƣơng pháp phân tích ......................................................................................26
3.4.1. Xác định độ ẩm theo phƣơng pháp sấy ở nhiệt độ 100-1050C (TCVN 370090)..............................................................................................................................26
3.4.2. Xác định hàm lƣợng tro toàn phần theo phƣơng pháp nung mẫu ở 500-5500C
(TCVN 5105-90) .......................................................................................................27
3.4.3. Xác định hàm lƣợng protein hòa tan tổng số theo phƣơng pháp Lowry ........28
3.4.4. Xác định hàm lƣợng lipit tổng theo phƣơng pháp Bligh – Dyer ....................29
3.4.5. Xác định thành phần và hàm lƣợng axit amin tự do .......................................30
3.4.6. Xác định chỉ tiêu vi sinh vật ............................................................................30
3.4.7. Xác định hàm lƣợng một số nguyên tố vi lƣợng .............................................30
PHẦN 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................31
4.1. Kết quả xác định thành phần sinh hóa của trứng Cầu gai đen (Diadema
setosum).....................................................................................................................31
4.2. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của một số yếu tố đến quá trình thủy phân trứng
Cầu gai (Diadema setosum) bằng enzyme Alcalase. ................................................32
4.2.1. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ nƣớc bổ sung đến quá trình thủy phân
trứng Cầu gai (Diadema setosum) bằng enzyme Alcalase. ......................................32
4.2.2. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ bổ sung enzyme đến quá trình thủy
phân trứng Cầu gai (Diadema setosum) bằng enzyme Alcalase. ..............................33
4.2.3. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ đến quá trình thủy phân trứng Cầu

gai (Diadema setosum) bằng enzyme Alcalase.........................................................35
4.2.4. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến quá trình thủy phân trứng Cầu
gai (Diadema setosum) bằng enzyme Alcalase.........................................................36


vii

4.3. Kết quả đánh giá thành phần axit amin tự do trƣớc và sau thủy phân trứng Cầu
gai (Diadema setosum) bằng enzyme Alcalase.........................................................39
4.4. Kết quả đánh giá thành phần acids béo của lipid tổng trƣớc và sau thủy phân
của trứng Cầu gai (Diadema setosum) bằng enzyme Alcalase. ................................42
4.5. Đánh giá chỉ tiêu vi sinh vật của mẫu trứng Cầu gai (Diadema setosum) sau quá
trình thủy phân bằng enzyme Alcalase. ....................................................................43
4.4. Đề xuất quy trình công nghệ sản xuất bột trứng Cầu gai thủy phân ..................44
PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................46
5.1. Kết luận ..............................................................................................................46
5.2 Kiến nghị .............................................................................................................46
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................48
Tài liệu tiếng Việt: ....................................................................................................48
Tài liệu tiếng Anh. .....................................................................................................49


1

PHẦN 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Cầu gai là lớp có giá trị kinh tế cao thuộc động vật ngành Da gai ở Việt Nam
còn ít đƣợc chú ý đến. Trứng Cầu gai đã đƣợc biết đến từ lâu trong y học dân tộc
nhƣ là loại thực phẩm có giá trị dinh dƣỡng và giá trị dƣợc học cao. Mặt khác, trứng

Cầu gai chiến tỷ lệ lớn trong cơ thể của chúng, nhất là trong mùa sinh sản, vì vậy
việc đánh bắt, thu hoạch sẽ có đƣợc sản lƣợng đáng kể (dự đoán vài tấn/năm/vùng).
Ở Việt Nam Cầu gai chủ yếu đƣợc sử dụng để ăn tƣơi, trong khi các sản phẩm
chế biến từ Cầu gai còn chƣa phổ biến và chỉ một vài địa phƣơng sử dụng trứng Cầu
gai để sản xuất một vài sản phẩm nhƣ: Cháo Cầu gai (Phan Thiết); mắm Cầu gai,
chả Cầu gai (Trung bộ)…
Ở các nƣớc phát triển trên thế giới, trứng Cầu gai đƣợc chế biến và tiêu thụ rất
nhiều, các sản phẩm từ trứng Cầu gai đã trở nên quen thuộc, đặc biệt là Nhật Bản,
các nƣớc Châu Âu và Nam Mỹ. Từ xa xƣa, ngƣời Hy Lạp và La Mã đã biết thƣởng
thức món Cầu gai, họ thƣờng dọn những món này trong các bữa tiệc và ăn chung
với Sò Huyết [4].
Một số nghiên cứu về Cầu gai cho thấy: Thành phần đƣợc tiêu thụ chủ yếu của
Cầu gai là tuyết sinh dục hay (thƣờng gọi là trứng Gầu gai) có giá trị dinh dƣỡng và
giá trị dƣợc học rất cao. Kết quả nghiên cứu đã cho thấy sự có mặt của các axit
amin, vitamin A, vitamin E, các nguyên tố vi lƣợng (Fe, Mg và Zn), đây là các chất
có hàm lƣợng dinh dƣỡng rất cao, là những chất cần thiết cho sự miễn dịch của cơ
thể [14]. Các nghiên cứu gần đây đang ứng dụng trứng Cầu gai vào việc tìm hiểu về
các bệnh nhƣ ung thƣ, Alzheimer’s, Parkinson và bệnh teo cơ (muscular dystrophy).
Điều này là do, trong trứng Cầu gai có khá nhiều dị thể liên quan đến bệnh
Alzheimer’s, Parkinson và một số dị thể gây ung thƣ nơi ngƣời [25, 26]. Vấn đề
hiếm muộn cũng có thể giải đáp từ các nghiên cứu về trứng Cầu gai (mỗi Cầu gai có
thể sản xuất đƣợc 20 triệu trứng). Ngoài ra, mặc dù Cầu gai không có mắt, tai hay


2

mũi nhƣng chúng lại có những di thể mà con ngƣời có sử đụng để tạo ra thị giác,
thính giác, khứu giác (ScienceDaily March 1, 2007).
Trong trứng Cầu gai còn có các sắc tố thuộc nhóm fucoxanthin (nhƣ fucoxanthol
và amarouciaxanthin A), nhóm carotenoid (lutein, beta-carotene); hợp chất loại

cannabinoid; anandamide có tác dụng kích thích thần kinh. Trứng Cầu gai còn là món
ăn rất tốt cho sức khỏe sinh sản của nam giới [3, 20]
Đồng thời nhận thấy, protein là một trong những thành phần quan trọng nhất của
cơ thể sống: Động vật, thực vật và vi sinh vật. Hàng ngày chúng ta thu nhận protein
chủ yếu từ các loại thực phẩm có nguồn gốc động vật. Protein là nguồn cung cấp chủ
yếu về các peptid, axit amin, đặc biệt là các axit amin không thay thế. Các axit amin
không thay thế đều là những nguyên liệu của sự sinh tổng hợp protein với tƣ cách là
những phân tử có chức năng sinh học.
Những năm gần đây ngƣời ta đã phát hiện thấy rằng khi các peptid (protein có
trọng lƣợng phân tử thấp) đƣợc đƣa vào cơ thể con ngƣời bằng đƣờng tiêu hóa, chúng
có thể tham gia vào việc kiểm tra một số chức năng sinh lý của cơ thể sống. Trong lĩnh
vực nghiên cứu về các peptid có chuỗi mạch ngắn và trọng lƣợng phân tử thấp, có hoạt
tính sinh lý nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới đã phát hiện ra nhiều loại peptid có
hoạt tính sinh học.
Thủy phân bằng enzyme đƣợc ƣa dùng hơn so với phƣơng pháp hóa học để
tạo ra các dịch thủy phân, các chế phẩm sinh học giàu peptid có chuỗi ngắn, trọng
lƣợng phân tử thấp, axit amin dễ tiêu hóa, phù hợp với trẻ em, ngƣời cao tuổi, hoặc
cơ thể suy nhƣợc dùng trong dinh dƣỡng. Thủy phân bằng enzyme với điều kiện
nhất định có thể tạo nên các dịch thủy phân có tỷ lệ thành phần peptid xác định. Các
công trình nghiên cứu khoa hoạc gần đây đã chứng minh rằng các chế phẩm sinh
học có nguồn gốc từ sinh vật biển, có ứng dụng công nghệ enzyme không những là
nguồn thực phẩm chức năng giàu peptid, axit amin mà còn chứa phong phú các
nguồn hoạt chất sinh học khác nữa.
Nhận thấy rằng trứng Cầu gai là nguyên liệu có giá trị dinh dƣỡng rất cao, mùi
vị thơm ngon. Tuy nhiên, rất dễ hƣ hỏng, giảm giá trị dinh dƣỡng nếu nhƣ không


3

đƣợc bảo quản kịp thời cũng nhƣ đúng phƣơng pháp. Vì vậy, việc tạo ra nhiều sản

phẩm mới bổ dƣỡng, an toàn, tiện lợi với nguồn nguyên liệu là trứng Cầu gai đáp
ứng nhu cầu tiêu dùng lại càng trở nên cấp thiết.
Trên cơ sở đó, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu xây dựng
quy trình sản xuất bột trứng Cầu gai thủy phân” nhằm góp phần vào việc đƣa
trứng Cầu gai thành sản phẩm có giá trị dinh dƣỡng cao và góp phần mang lại sự
phong phú và đa dạng cho các sản phẩm từ nguồn thủy sản.
1.2. Mục đích, yêu cầu
1.2.1. Mục đích
- Đánh giá đƣợc một số thành phần hóa học có trong trứng Cầu gai;
- Xây dựng thành công quy trình sản xuất bột trứng Cầu gai thủy phân.
1.2.2. Yêu cầu
- Phân tích đƣợc một số chỉ tiêu chất lƣợng của trứng Cầu gai;
- Xác định đƣợc một số yêu tố ảnh hƣởng tới quá trình thủy phân;
- Tối ƣu các thông số kỹ thuật ảnh hƣởng tới quá trình thủy phân trứng Cầu
gai;
- Đánh giá chất lƣợng sản phẩm sau khi thủy phân.
1.3. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
1.3.1. Ý nghĩa khoa học
- Kết quả nghiên cứu là nguồn tƣ liệu hữu ích phục vụ cho công tác học tập,
nghiên cứu ở các trƣờng Đại học và cao đẳng, các trung tâm nghiên cứu về thực phẩm,
đặc biệt là các sản phẩm thực phẩm nguồn gốc từ sinh vật biển;
- Xây dựng đƣợc quy trình sản xuất bột trứng Cầu gai thủy phân.
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Góp phần khai thác và sử dụng có hiệu quả nguồn trứng Cầu gai;
- Tạo ra sản phẩm mới từ trứng Cầu gai, làm phong phú thêm các sản phẩm
cho ngành chế biến thực phẩm cũng nhƣ thủy hải sản.


4

PHẦN 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Cầu gai và trứng Cầu gai
2.1.1. Tên gọi, hình dạng, kích thước và cấu tạo của Cầu gai
Tên gọi: Cầu gai có tên khoa học là Echinoidia (còn gọi là nhum biểm hay
chôm chôm) thuộc họ cƣớc bì (còn gọi là da gai – Echidermata); Cầu gai nhìn
giống nhƣ một con nhím nhỏ, vỏ có gai tua tủa về các phía, vì vậy nó có tên tiếng
Anh là Sea urchin (Urchin là danh từ tiếng Anh cổ có nghĩa là con Nhím, Sea
urchin là nhím biển) là một trong những nhóm động vật không xƣơng sống đƣợc
phân bố rộng rãi tại các vùng biển Việt Nam. Đây là một loài có giá trị kinh tế cao
nhƣng còn ít đƣợc chú ý đến.
Tên gọi của Cầu gai tại một số nƣớc: Âu Mỹ: Oursin; Đức: Seeigel; Ý: Riccio
di mare; Tây Ban Nha: Erizo de mar; Hy Lạp: Achinos; Nhật: Uni; Philippines:
Tinikangitim; Hong Kong: hoy daam…
Hình dạng: Lớp Cầu gai (Echinoidea) thuộc phân ngành Eleutherozoa, thuộc
họ cƣớc bì (còn gọi là Da gai – Echidermata). Có hai phân lớp:
- Phân lớp Cầu gai đều (Regularia): Cơ thể cấu tạo điển hình, hình cầu
- Phân lớp Cầu gai không đều (Irregularia): Cơ thể dẹt theo hƣớng miệng –
đối miệng, hình đĩa hay hình túi, hậu môn không ở trên trục đối xứng mà chuyển
sang mặt phẳng gian phóng xạ. Một số nội quan của một số nhóm bị tiêu giảm một
phần [9].
Kích thƣớc: Nhìn chung, cơ thể Cầu gai có dạng hình cầu hoặc bán cầu [29].
Cầu gai đực và Cầu gai cái có hình dạng rất giống nhau, chỉ có thể phân biệt đực và cái
bằng tuyến sinh dục dƣới kính hiển vi. Trung bình đƣờng kính của một con Cầu gai
trƣởng thành khoảng 10cm [28]. Loài có kích thƣớc lớn nhất là Strongylocentus
franciscanus, đƣờng kính khoảng 18cm [30].
Dƣới đây là hình ảnh một số loài Cầu gai ở Việt Nam và trên thế giới:


5

Hình 2.1: Cầu gai Bút chì (Nhum đá)

Hình 2.2: Diadema antillarum

Cầu gai Bút chì Heterocentrotus

Cầu gai Diadema antillarum phân bố

mammillatus phân bố ở vùng biển của

chủ yếu ở vùng biển Florida

Hình 2.3: Cầu gai đen

Hình 2.4: Cầu gai Echinothrix

Cầu gai đen Diadema setosum phân bố

calamaris

chủ yếu ở vùng biển miền Trung, vịnh

Cầu gai Echinothrix calamaris phân bố

Bắc Bộ, Trƣờng Sa, Côn Đảo, Phú Quốc.

ở vùng Ấn Độ, Tây Thái Bình Dƣơng.

(Theo Nguyễn Hữu Khánh (2009), Nghiên cứu các đặc trƣng sinh học của lớp

Sao biển và Cầu gai trong các rạn san hô ở Vịnh Vân Phong – Bến Gỏi, tỉnh Khánh
Hòa, Luận văn thạc sĩ kĩ thuật, Đại học Nha Trang)


6

Cấu tạo: Cấu tạo của trứng Cầu gai gồm: Vỏ ngoài cứng do chất đá vôi tạo
thành; trên bề mặt của vỏ có rất nhiều gai cứng, các chân ống xếp thành 5 hàng đôi.
Miệng của Cầu gai nằm ở mặt dƣới do một lớp màng mỏng gọi là màng bọc miệng
tạo thành và phồng lên thành dạng hình cung, bên trong có 5 mảng xƣơng nhỏ nhƣ
răng ở các loài động vật khác [29]. Đa số miệng của Cầu gai nằm ở giữa trung tâm
của bề mặt chứa lỗ miệng hoặc hƣớng về một phía ở loài có cấu trúc không đối
xứng. Ở mặt trên, đối diện với lỗ miệng là khu vực bao quanh lỗ hậu môn; khu vực
này bao gồm các tấm cứng, số lƣợng các tấm này thay đổi theo loài [31].

Hình 2.5: Cấu tạo của Cầu Gai

Hình 2.5: Cấu tạo của Cầu gai (Nguồn: )
Trên bề mặt các tấm có các gai khớp với các hố nên có thể di động theo
mọi hƣớng. Có hai loại gai là gai thƣờng (gai di chuyển) làm nhiệm vụ vận
chuyển và gai kìm (cặp) để làm chức phận tự vệ. Gai kìm rất linh hoạt, có chứa
chất độc, là cơ quan thu dọn rác bám vào thân động vật Cầu Gai và để bảo vệ cơ
thể rất hiệu quả. [18]


7

A: Kẹp hai nhánh; B: Hình nón;

C: Xoắn;

D: Nhô cao; E: Ba cạnh

Hình 2.6: Các kiểu gai của da gai (theo Hickman)
Bên trong vỏ là cơ quan sinh dục và nội tạng của Cầu gai. Cơ quan sinh dục
gồm 5 tuyến sinh dục to, xếp thành thùy và dính vào vách miền trung gian (miền có
nhiều nhúm gai).

Hình 2.7: Tuyến sinh dục của Cầu gai (Nguồn: )
2.1.2. Đặc tính sinh sống và phân bố
Đặc tính sinh sống: Đa số Cầu gai là những loài sống ở đáy biển ấm, chỗ có
đá và lƣới rạn san hô, từ vùng giữ triều trở lại. Ban ngày chúng vùi trong cát bùn,
ban đêm ra hoạt động nhờ vào các chân ống và các gai vận động, tiến hành bắt mồi
nhờ vào bộ phận nhai nuốt.


8

Cầu gai là động vật thiên về ăn thức ăn thực vật, chủ yếu là các loài rong tảo
biển nhƣ rong bẹ (laminania), rong đuôi ngựa (gulfweed)… Cầu gai khi đói cũng ăn
các loài rong tảo tạp khác, thậm chí ăn cả vẹm, động vật dạng rêu (Bryozoans) [29].
Phân bố:
- Trên thế giới: Cầu gai có mặt hầu hết trên các vùng biển trên thế giới và
thƣờng phân bố theo chiều thẳng đứng từ giữa triều đến vùng biển khơi, sâu ở mức
5000m. Sống trên thềm biển và vùi trong cát biển.
- Tại Địa Trung Hải, Cầu gai ăn đƣợc nổi tiếng nhất là: Paracentrotus lividus;
tại vùng biển Bắc Đại Tây Dƣơng từ eo biển Anh Quốc sang đến New Jersey (Hoa
Kỳ), loài thƣờng gặp nhất: Strongylocentus dorbachiensis; xa hơn về phía Nam Đại
Tây Dƣơng, có nhiều loại Cầu gai nhỏ hơn, ít ăn đƣợc (trừ loài: Cidaris tribuloides
trong vùng West Indies); dọc ven biển Thái Bình Dƣơng từ Vancouver xuống đến

Baja có Cầu gai tím; tại Đông Nam Á, đa số Cầu gai chỉ to bằng quả táo tây, loài
Diadema setosum tuy rất dồi dào nhƣng cũng chỉ đƣợc tiêu thụ tại một số địa
phƣơng (ngay tại Thái Lan loài này chỉ đƣợc dân tại đảo Kor Samuy ăn) [32].
Tại 7 vị trí san hô xung quanh đảo Taiping (còn có tên là đảo Itu-Aba, thuộc
quần đảo Trƣờng Sa) đã phát hiện 6 loại Cầu gai thuộc các họ: Diadematidae,
Stomopneustidase, Toxopneustidase và Echinometridae [7].
- Tại Việt Nam: Tại các vùng biển của Việt Nam cũng đã phát hiện nhiều loài
Cầu gai:
Ở vùng biển Côn Đảo, phát hiện 13 loài thuộc 9 họ, bao gồm: họ Cidaridae
(Eucidaris metularia), họ Echinothuridae (Asthenosoma), họ Diadematidae
(Temnopleurus toreumaticus), họ Toxopneustidae (Toxopneustidae pileolus,
Tripneustes gratilla), họ Echinometra mathaei, họ Echinoneidae (Echinoneus
cylostomus), họ Clypeasteridae (Clypeaster humilis) và họ Brissidae (Brissus
latecarinatus, Metalia sternalis).
Tại 8 điểm rạn và 2 điểm đáy cát ở Vịnh Nha Trang phát hiện 7 loài Cầu gai:
Diadema savignyi, Diadema setosum, Echinothrix calamaris, Echinotrix diadema,
Toxopneustes pileolus, Tripneustes gratilla và lovenia elongate (Diadema setosum)


9

là loài chiếm ƣu thế nhất, chiếm 74% số cá thể thu đƣợc và mật độ chung là 100,55
80 cá thể/400m2).
Tại vùng biển Vân Phong – Bến Gỏi và vịnh Thái Lan phát hiện đƣợc loài
Heterocentrotus mammillatus (Cầu gai bút chì) là loài có giá trị kinh tế cao (làm
thuốc và làm mỹ nghệ) [7].
Ở vùng biển Phú Yên, Khánh Hòa (đặc biệt là huyện đảo Trƣờng Sa), Ninh
Thuận, Bình Thuận và Côn Đảo đều có loài Tripneustes gratilla (Cầu gai sọ dừa) là
loài thƣờng đƣợc sử dụng để chế biến làm món ăn ngon nhất. Riêng ở vùng ven
biển Phan Thiết (Bình Thuận) đƣợc xem là xứ của Cầu gai do đó có một số địa danh

liên hệ đến Cầu gai nhƣ: Sông Nhum, cầu Nhum, bến Nhum… [33]
2.1.3. Đặc điểm sinh sản
Cơ quan sinh dục của trứng Cầu gai: Tuyến sinh dục của trứng Cầu gai
gồm 4 giai đoạn phát triển:
 Giai đoạn 1: Giai đoạn nghỉ
Cầu gai có tuyến sinh dục ở giai đoạn này bao gồm những cá thể còn non hoặc
đẻ xong. Chúng có noãn sào là một dải mỏng màu nâu sậm nằm ở mặt phẳng đƣờng
xích đạo trung gian. Rất khó phân đực cái ở giai đoạn này vì các tế bào sinh dục có
kích thƣớc rất bé (3-5 µm). Đối với cá thể sau khi đẻ xong, vách của nang chứa
noãn hay tinh bào thƣờng nhăn nheo; ở bên trong nang, ngoài các tế bào sinh dục có
kích thƣớc rất bé còn dễ dàng nhận biết một số tế bào noãn hay tinh trùng giai đoạn
4 còn sót lại. Phần lớn các tế bào sinh dục này không có nhân sẽ bị hấp thụ bởi các
thực bào. Nếu nhìn các nang chứa tế bào sinh dục theo mặt cắt ngang sẽ có mặt trải
dài không đều [10].
 Giai đoạn 2: Giai đoạn hồi
Tuyến sinh dục hơi dài hai cực, tuy nhiên vẫn còn ở trạng thái có nếp nhăn
và còn chứa các tế bào giai đoạn 4. Nhìn chung, ở giai đoạn 1 và 2 khá giống
nhau ở mặt tổ chức, nhƣng sai khác cơ bản là: Ở giai đoạn phục hồi các nang
chứa noãn hay tinh hoàn hình cầu tròn, vách của trứng bằng phẳng. Ở giai đoạn
này đã bắt đầu xuất hiện các tế bào sinh dục ở giai đoạn 3 nằm ở ngoại vi của


10

nang chứa noãn hay tinh. Nhƣ vậy, sự hình thành noãn và tinh bào của Cầu gai
xảy ra kiểu hƣớng tâm [10].
 Giai đoạn 3: Giai đoạn thành thục
Tuyến sinh dục dày lên và đồng thời dài ra hai cực, có màu kem nhạt hay hồng
nhạt. Màng bào tuyến sinh dục và vách của nang chứa tế bào sinh dục vẫn còn
mỏng, tuyến sinh dục lúc này mềm nhão. Lúc này noãn giai đoạn 4 còn sót lại bị

thực bào hoàn toàn. Các tinh trùng bắt đầu có đuôi và hoạt động [10].
 Giai đoạn 4: Giai đoạn chín muồi
Tuyến sinh dục đạt kích thƣớc tối đa, dài đến hai cực, phủ đến các miền trung
gian của vỏ và mọng chắc, lúc này mỗi tuyến có một múi cam. Tuyến sinh dục
thƣờng có màu cam tƣơi, còn tuyến đực thì có màu kem, tuy nhiên dựa vào màu sắc
để phân biệt đực cái không hoàn toàn chính xác vì màu sắc tuyến sinh dục có thể
thay đổi tùy theo nguồn thức ăn. Do đó, có thể sử dụng kính hiển vi; dƣới kính hiển
vi, noãn bào thƣờng có đƣờng kính dao động từ 20-30 µm, đƣờng kính nhân dao
động từ 18-25 µm, tinh trùng hoạt động mạnh, thƣờng nằm ở trung tâm nang chứa
tinh và bắt phẩm màu nhuộm đậm [10].
Khoảng tháng 10 hệ số sinh dục cực đại (rộ chín muồi); qua tháng 12 thì giảm
nhanh (đẻ rộ), sau đó giảm dần và có giá trị cực tiểu vào tháng 1 (nghỉ sinh dục).
Bắt đầu khoảng tháng 3 hệ số sinh dục phát triển và phát triển dần đến tháng 5-6
(phục hồi); trong các tháng 7, 8, 9 phát triển nhanh (thành thục) cho đến tháng 10
thì cực đại. Vì vậy khi khai thác đánh bắt Cầu gai, nên chọn thời điểm từ tháng 7-11
[33]
Quá trình sinh sản:
Trƣớc tiên, tinh trùng của con đực bắn ra ngoài, con cái đi tới phóng trứng ra
để tinh trùng và trứng gặp nhau. Khi trứng đƣợc thụ tinh, vỏ bọc của chúng tăng
kích thƣớc, tự nó phân ra thành 2, sau đó thành 4, thành 8 thế bào; quá trình này sảy
ra tự do trong biển. Khi số lƣợng tế bào phân chia thành 64 (sau 6 lần phân chia
trong khoảng 2-3 giờ), một ấu trùng bơi ra khỏi màng trứng. Ấu trùng có bộ phận
đầu tiên là lỗ hậu môn, sau đó lỗ miệng xuất hiện. Giai đoạn tiếp theo xảy ra sau 1
tuần: Ấu trùng thay đổi hoàn toàn, bộ khung xƣơng bắt đầu xuất hiện, ấu trùng
trông giống nhƣ hình mũi tên, giai đoạn này ấu trùng đƣợc gọi là ấu trùng gai [33].


11

Một tháng sau đó sự thay đổi hình dáng sảy ra, điều này làm hình thành

một con Cầu gai con có tất cả các đặc điểm đặc trƣng của một con Cầu gai
thông thƣờng [10].

Hình 2.8: Hình ảnh Cầu gai con (Nguồn: )
2.2. Thành phần hóa học của trứng Cầu gai
Hiện nay ở Việt Nam chƣa có nhiều công trình khoa học nghiên cứu về thành
phần hóa học cũng nhƣ hoạt tính sinh học của trứng Cầu gai. Dƣới đây là một số kết
quả nghiên cứu đã công bố về thành phần hóa học và hoạt tính sinh học của trứng
Cầu gai ở trong nƣớc cũng nhƣ trên thế giới.
Bảng 2.1: Thành phần hóa học của trứng Cầu gai
STT

Thành phần

Giá trị

Đơn vị

1

Độ ẩm

71

%

2

Protein

15,80

%

3

Lipid

8,50

%

4

Carbonhydrate

2,20

%

5

IMP

2,00

%

6

Glucose

103,00

mg%


12

Một phần ăn từ trứng Cầu gai (10g, chừng 2 thìa cafe) chứa:
+ Chất đạm: 0, 9 – 1,1g
+ Chất béo: 0, 23 – 0,42g
+ Cholesterol: 20mg
+ Axit béo loại omega-3: 48mg
+ Carbonhydrates: 0, 2 – 0,25g
+ Natri: 20mg [23].
Kết quả các nghiên cứu về thành phần hóa học của trứng Cầu gai trên thế giới
đã phát hiện ra trong dịch cơ thể của Cầu gai có tác dụng kháng khuẩn [4]. Ngoài ra
trứng Cầu gai còn có chứa các axit amin thiết yếu, β-carotene và
Docosahexaenoic acid (DHA) [16]. Chen và các đồng sự của ông chỉ ra rằng thành
phần của trứng Cầu Gai chứa 80% axit béo không bão hòa (PUFA), ngoài ra còn
chứa eicosapentaenoic acids – Omega-3 (EPA), arachidonic acid – Omega-6 (AA)
và carotene tự nhiên có chứa các chất chống oxy hóa chẳng hạn nhƣ: echinenone, β
- carotene và fucoxathine [13].
Ngoài ra các Vitamin A, Vitamin E, protein, sắt, kẽm, magie còn đƣợc tìm
thấy trong trứng Cầu gai.
Bảng 2.2: Hàm lƣợng dinh dƣỡng trong dạ con của Cầu gai

Stt

Thành
phần

Đơn
vị

Hàm lƣợng dinh dƣỡng
trên 100 gr trứng Cầu gai

Phƣơng pháp

1

Vitamin E

mg

23,47

Quang phổ

2

Vitamin A

mg

1,79

Quang phổ

3

Albumin

gr

1,24

Quang phổ

4

Protein

gr

11,03

Kjeldahl

5

Iron

mg

0,96

Atomization

6

Magie

mg

1,90

Atomization

7

Kẽm

mg

0,02

Atomization


13

2.3. Hệ enzyme protease và cơ chế thủy phân
2.3.1. Hệ enzyme protease
Cho tới nay, ngƣời ta đƣợc khoảng hơn ba nghìn enzyme, trong đó, số các
enzyme thủy phân thuộc lớp 3-hydrolase chiếm hơn 1200. Số lƣợng các enzyme
thủy phân lớn nhƣ vậy cũng có nghĩa là vai trò của các enzyme này rất quan trọng
trong đời sống của con ngƣời.

Trong các enzyme hydrolase, thì protease có ý nghĩa vô cùng lớn.
Protease là enzyme thủy phân protein, bẻ gãy các mạch liên kết peptide của
polypeptide hoặc protein. Vì vậy, ngày nay để nói rõ bản chất là thủy phân các liên
kết peptide trong protein nên từ “protease” thƣờng hay đƣợc thay bằng “peptidase”.
2.3.2. Enzyme Alcalase
Đề tài sử dụng enzyme Alcalase đƣợc mua tại công ty Novozyme, Tp. Hồ Chí
Minh. Enzyme Alcalase 2.4 FG thu đƣợc từ Bacillus licheniformis. Đây là enzyme
đƣợc phân tách và tinh sạch từ nguồn vi sinh vật. Sử dụng enzyme Alcalase cho
phép điều chỉnh dễ dàng độ thủy phân, tính toán đƣợc lƣợng base yêu cầu để duy trì
pH không đổi trong suốt quá trình thủy phân. Việc lựa chọn enzyme này cũng dựa
trên đặc trƣng của nó cho khả năng không hút nƣớc của các axit amin vào giai đoạn
cuối, dẫn đến sản phẩm thủy phân không có vị đắng (Adler-Nissen, 1986), đồng
thời sản phẩm có sự cân bằng tốt các axit amin thiết yếu (Kristinsson và Rasco,
2000). Hoạt tính 2,4 AU-A/g. Nhiệt độ bảo quản tốt nhất là 0÷100C. Điều kiện hoạt
động tối ƣu cho enzyme Alcalase AF 2.4 L: pH = 8, nhiệt độ: 50 ÷ 600C (122 ÷
1400F) DH (%) tối đa 15 ÷ 25. Để kiểm soát đặc tính chức năng của sản phẩm thủy
phân thì nên dừng phản ứng enzyme gần với DH % xác định. Tất cả protease có thể
bị bất hoạt bằng cách xử lý nhiệt ở 850C, thời gian 10 phút hoặc protease Alcalase
bị bất hoạt tại pH = 4 hay thấp hơn trong khoảng 30 phút. Phản ứng có thể dừng tức
thời bằng cách thêm vào các acid thích hợp nhƣ: axxit hydrochloric, phosphoric,
malic, lactic, acetic. Tăng nhiệt độ tức thời khó đạt đƣợc dƣới các điều kiện công


14

nghiệp và nó có thể khó để kiểm soát DH % do sự thủy phân vẫn tiếp tục trong suốt
giai đoạn bất hoạt.
2.3.3. Bản chất, cơ chế của quá trình thủy phân
Các liên kết peptide trong protein, đƣợc tạo thành do nhóm carboxyl của axit
amin này kết hợp với nhóm axit của axit amin bên cạnh tạo thành (Hình 2.9). Các liên

kết peptide nối tiếp nhau tạo thành mạch protein bền vững.

Hình 2.9: Sự hình thành liên kết peptid trong protein
Quá trình thủy phân là quá trình phân cắt một số liên kết nhị dƣơng (-CO-NH-)
trong hợp chất hữu cơ thành các đơn phân dƣới tác dụng của chất xúc tác có sự
tham gia của nƣớc trong phản ứng.
Cơ sở lý thuyết về tác dụng của enzyme thủy phân vào liên kết nhị dƣơng. Đa
số enzyme thủy phân (hydrolase) không có nhóm ngoại. Trong trung tâm hoạt động
của chúng có chứa gốc axit amin đặc hiệu. Đối với hydrolase thƣờng chứa hai nhóm
chức.Ví dụ: Vòng imidazol của histidin; Nhóm hydroxy (một số axit amin: serine,
threonine). Sự tƣơng tác giữa hai nhóm đặc hiệu (-OH, -imidazol) đã hình thành ái
nhân. Xung quanh trung tâm hoạt động của hydrolase còn chứa nhiều các axit amin,
vai trò của serine có chứa nhóm –OH có tác động rất lớn làm thay đổi trung tâm


15

hoạt động theo hƣớng có lợi cho hoạt động xúc tác của enzyme. Do cấu trúc bậc 3
của phân tử protein-enzyme là nhóm hydroxyl của serine và vòng imidazol của
histidin gần gũi nhau, tạo nên liên kết hydroxyl giữa gốc –OH của serin với nito bậc
3 của histidin. Nhờ quá trình đó mà nhóm hydroxyl xuất hiện tính chất ái nhân và có
thể tƣơng tác đƣợc với liên kết nhị dƣơng của cơ chất.
Sự thủy phân của enzyme càng dễ dàng khi sự khuyết điện tử trong liên kết
nhị dƣơng càng mạnh mẽ. Sự khuyết điện tử có thể đƣợc tăng lên khi tăng tổng điện
tích dƣơng của hai nguyên tử tạo thành liên kết hóa học hoặc chỉ tăng điện tích của
một trong hai khi cơ chất tƣơng tác với enzyme. Nếu trong hai phân tử cơ chất có
nhiều liên kết giống nhau thì liên kết nào nhị dƣơng hơn cả sẽ bị phân ly thủy phân
trƣớc bởi enzyme (với điều kiện không có án ngữ không gian và đặc hiệu lập thể
của từng liên kết).
Cơ chế tác dụng của enzyme hydrolase lên cơ chất thủy phân cũng tuân theo

cơ chế chung sau:
E + S

ES

P + E

Trong đó: E là enzyme, S là cơ chất, ES là phức hợp enzyme và cơ chất, P là
sản phẩm tạo thành.
Giai đoạn đầu có sự hình thành phức hợp trung gian ES, sự tạo thành phức
hợp này có thể theo hai kiểu sau:
- Kiểu cơ chế thứ nhất: Là kiểu hình thành đơn giản, tâm ái nhân (-) của
enzyme tƣơng tác nhanh với một trong hai nguyên tử tích điện dƣơng của liên kết
nhị dƣơng. Sau khi tƣơng tác sẽ làm thay đổi mật độ electron (e) và làm suy yếu
liên kết nhị dƣơng tạo điều kiện cắt đứt liên kết. Các nhà nghiên cứu cho rằng kiểu
cơ chế này xảy ra khi tâm ái nhân của enzyme mạnh và sự khuyết điện tử của liên
kết nhị dƣơng lớn.
- Kiểu cơ chế thứ hai: Lúc đầu các nguyên tử khuyết điện tử trong liên kết nhị
dƣơng chƣa thể dính trực tiếp vào tâm ái nhân của trung tâm hoạt động của enzyme
mà cơ chất gắn vào tâm ái nhân bằng một phản ứng hóa học nào đó giữa tâm ái
nhân ở trung tâm hoạt động enzyme với một nhóm hóa học ở vị trí liền kề với liên


16

kết nhị dƣơng trong cơ chất. Dƣới ảnh hƣởng của trung tâm hoạt động của enzyme
sẽ dần dần làm tăng mức độ khuyết điện tử vốn đã tồn tại trƣớc đó, bằng cách tạo
liên kết tƣơng ứng với cơ chất ở những vị trí gần gũi với liên kết nhị dƣơng. Nhờ
vậy, làm cho sự phân bố điện tử trong phân tử cơ chất bị thay đổi theo chiều hƣớng
cần thiết, khiến cho liên kết nhị dƣơng đƣợc tăng cƣờng và có thể tƣơng tác với các

ai nhân của trung tâm hoạt động của enzyme và tiến hành làm yếu liên kết, dẫn đến
liên kết bị thủy phân khi có yếu tố nƣớc tham gia.
Có thể thu nhận protease từ nhiều nguồn khác nhau nhƣ động vật, thực vật hay
vi sinh vật. Tuy nhiên, protease thực vật đã nhận đƣợc sự chú ý đặc biệt trong y học
và công nghệ sinh học do tính chất của chúng. Các protease cây Hồng ngọ nổi tiếng
với giá trị thƣơng mại nhƣ papain từ cây đu đủ, ficin từ sung Ficusspp và bromelain
từ dứa họ Bromeliaceae trong đó có cây dứa (Ananas comosus) (Hebbar et al.,
2008).
2.4. Tình hình nghiên cứu về thành phần hóa học của trứng Cầu gai trong
nƣớc và trên thế giới
2.4.1.Tình hình nghiên cứu về thành phần hóa học của trứng Cầu gai trong
nước
Hiện nay trong nƣớc đã có một số nghiên cứu về thành phần của Cầu gai cũng
nhƣ trứng Cầu gai. Dƣới đây là một số nghiên cứu về Cầu gai:
Phòng Thủy sinh (Viện nghiên cƣ́u biể n Nha Tra ng) (1981 – 1986): Đã triển
khai 2 chuyế n điề u tra thu mẫu sinh vật ta ̣i quầ n đảo Trƣờng Sa , có 23 loài Da gai
đƣợc xác đinh
̣ , trong đó có 3 loài Cầ u gai (Nguyễn Văn Chung và Cộng tác viên
(1991) “Sinh vật đáy vùng biể n Thuận Hải – Minh Hải” [1, 9].
Lâm Ngo ̣c Trâm và các cộng tác viên

(1993) nghiên cƣ́u về thành phần hoá

học của trƣ́ng Cầ u gai . Công trình này chỉ nghiên cƣ́u về thành phầ n lipid

–

phosphor lipid và các axit béo của trƣ́ng các loài Cầ u gai , chƣa nghiên cƣ́u về các
thành phần hoá học khác [27].