Nghiên cứu ứng dụng enzyme protease thương mại tegalase r660l để thu nhận chất màu astaxanthin ở dạng carotenoprotein từ phế liệu đầu tôm sú

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ENZYME PROTEASE
THƯƠNG MẠI TEGALASE R660L ĐỂ THU NHẬN
CHẤT MÀU ASTAXANTHIN Ở DẠNG
CAROTENOPROTEIN TỪ PHẾ LIỆU ĐẦU TÔM SÚ.

Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Giảng viên hướng dẫn: GVC.TS. Nguyễn Lệ Hà
Sinh viên thực hiện: Văn Thị Công Tâm
MSSV: 1311110775

Lớp: 13DTP08

TP. Hồ Chí Minh, 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ENZYME PROTEASE
THƯƠNG MẠI TEGALASE R660L ĐỂ THU NHẬN
CHẤT MÀU ASTAXANTHIN Ở DẠNG
CAROTENOPROTEIN TỪ PHẾ LIỆU ĐẦU TÔM SÚ.

Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Giảng viên hướng dẫn: GVC.TS. Nguyễn Lệ Hà
Sinh viên thực hiện: Văn Thị Công Tâm
MSSV: 1311110775

Lớp: 13DTP08

TP. Hồ Chí Minh, 2017


Khoa: Công nghệ Sinh Học – Thực Phẩm – Môi Trường

PHIẾU ĐĂNG KÝ
ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Hệ:Đại học chính quy (CQ, LT, B2, VLVH)
1. Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên đăng ký đề tài (sĩ số trong nhóm): 1
Văn Thị Công Tâm
MSSV: 1311110775
Lớp: 13DTP08
Ngành: Công nghệ thực phẩm
Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
2. Tên đề tài đăng ký: Nghiên cứu ứng dụng enzyme protease thương mại
Tegalase R660L trong tận thu chất màu astaxanthin ở dạng carotenprotein từ phế
liệu tôm sú.
3. Giảng viên hướng dẫn: GVC.TS. Nguyễn Lệ Hà.
Sinh viên đã hiểu rõ yêu cầu của đề tài và cam kết thực hiện đề tài theo tiến độ

và hoàn thành đúng thời hạn.
Ý kiến giảng viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)

TP. HCM, ngày … tháng … năm ……….

Trưởng khoa ký duyệt

Sinh viên đăng ký

(Ký và ghi rõ họ tên)


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu độc lập của riêng tôi. Các tài liệu
và số liệu sử dụng để phân tích trong nghiên cứu đều đã được công bố trên các tạp chí,
giáo trình theo đúng quy định. Bên cạnh đó, kết quả nghiên cứu trong luận văn là do tôi
tự tìm hiểu, thực hiện thí nghiệm, phân tích một cách khách quan và phù hợp với thực
tiễn. Và các số liệu của kết quả này chưa được công bố trong các nghiên cứu đã được
thực hiện trước đây.

Sinh viên thực hiện

Văn Thị Công Tâm


LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô trong Khoa Công nghệ Sinh học
– Thực phẩm – Môi trường đã truyền dạy các kiến thức cũng như sự đam mê về ngành

học cho em trong suốt bốn năm em học tại trường. Vì đây là những kiến thức nền tảng
để em có thể thực hiện đề tài nghiên cứu này và sẽ là hành trang kiến thức cho em áp
dụng vào thực tiễn công việc sau này. Bên cạnh đó, em cũng gửi lời cảm ơn đến ban
lãnh đạo Khoa đã tạo điều kiện về phòng ốc, trang thiết bị, dụng cụ cũng như hoá chất
để em thực hiện đề tài nghiên cứu.
Và em cũng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giảng viên Nguyễn Lệ Hà đã tận tình
hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện nghiên cứu, hoàn thành báo cáo tốt
nghiệp. Em không chỉ học được thêm những kiến thức mới từ cô, ngoài ra, cô còn
truyền dạy về các kỹ năng sống bổ ích cho công việc sau này.
Cuối lời, em kính chúc quý thầy cô luôn dồi dào sức khoẻ để có thể truyền dạy
kiến thức và sự đam mê với ngành, nghề cho các thế hệ sau. Một lần nữa, em xin chân
thành cảm ơn quý thầy cô.

Sinh viên thực hiện

Văn Thị Công Tâm


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................... vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU................................................................................. vi
DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................. vii
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ................................................................................ 3
1.1. Tổng quan về phế liệu đầu tôm sú Penaeus monodon .............................. 3
1.1.1.

Giới thiệu về tôm sú Penaeus monodon ...................................... 3

1.1.2.

Phế liệu đầu tôm sú Penaeus monodon ...................................... 4

1.1.3.

Tình hình xử lý đầu và vỏ tôm .................................................... 6

1.2. Carotenprotein trong động vật thuỷ sản và một số phương pháp chiết
rút 7
1.2.1.

Carotenoid ................................................................................. 7

1.2.2.

Astaxanthin ................................................................................ 9

1.2.3.

Caotenprotein ........................................................................... 11

1.2.4.

Các ứng dụng astaxanthin: ...................................................... 13

1.3. Enzyme protease ....................................................................................... 15
1.3.1.

Giới thiệu chung về enzyme protease ........................................ 15

1.3.2.

Phân loại proease ..................................................................... 15

i


1.3.3.

Tính chất chung của enzyme ................................................... 16

1.3.4.

Yếu tố ảnh hưởng hoạt độ enzyme ............................................ 17

1.4. Quá trình thuỷ phân protein [4] ............................................................... 19
1.4.1.

Khái niệm và bản chất của quá trình thuỷ phân protein: .......... 19

1.4.2.

Các phương pháp thuỷ phân protein ......................................... 19

1.5. Các nghiên cứu tách chiết carotenoprotein trong và ngoài nước: ........ 21
1.5.1.

Các nghiên cứu trong nước: ..................................................... 21

1.5.2.

Các nghiên cứu ngoài nước: .................................................... 24

CHƯƠNG II: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................ 27
2.1. Nguyên liệu cứu:......................................................................................... 27
2.1.1. Đầu tôm: ......................................................................................... 27
2.1.2. Enzyme protease: ............................................................................ 27
2.1.3. Hoá chất ......................................................................................... 27
2.2. Dụng cụ và thiết bị ..................................................................................... 27
2.3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu ..................................................... 29
2.3.1.

Nội dung nghiên cứu ................................................................ 29

2.3.2.

Bố trí thí nghiệm ...................................................................... 30

ii


Phế liệu đầu tôm trước khi được đưa vào thủy phân được xử lý theo thứ tự
trình bày trong hình 2.2.............................................................................. 30
2.3.3.

Phương pháp nghiên cứu: .......................................................... 37

2.3.4.

Xử lý số liệu: ............................................................................. 37

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................... 38
3.1. Các thông số cơ bản của nguyên vật liệu dùng trong thí nghiệm .................. 38
3.1.1. Biến đổi số đơn vị hoạt tính enzyme .................................................. 38
3.1.2. Thành phần nguyên liệu ................................................................... 39
Bảng 3.2. Thành phần nguyên liệu đầu tôm P.monodon ...................................... 39
3.2. Điểm pI của dịch thuỷ phân ........................................................................... 40
3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thuỷ phân phế liệu đầu tôm bằng enzyme
prtotease Tegalase R660L ...................................................................................... 42
3.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình thuỷ phân phế liệu đầu tôm bằng
enzyme protease Tegalase R660L ............................................................... 42
3.3.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng acid amin trong dịch thủy
phân và hiệu suất thu hồi acid amin ................................................................. 42
3.3.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng astaxanthin thu nhận trong
dịch thủy phân và hiệu suất thu hồi astaxanthin............................................... 45
3.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme (số đơn vị hoạt độ enzyme) protease
Tegalase R660L đến quá trình thuỷ phân.................................................. 48

iii


3.3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme (số đơn vị hoạt độ enzyme) protease
Tegalase R660L đến hàm lượng acid amin thu được trong dịch thủy phân và
hiệu suất thu hồi acid amin ............................................................................... 48
3.3.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ enzyme (số đơn vị hoạt độ enzym) đến hàm lượng
astaxanthin và hiệu suất thu hồi astaxanthin ........................................................ 52
3.3.3. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình thuỷ phân ............................. 57
3.3.3.1. Ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng acid amin trong dịch thủy
phân .................................................................................................................. 57
3.4. Tối ưu hoá nhiệt độ và thời gian thuỷ phân phế liệu đầu tôm để thu sản phẩm
bột carotenoprotein ............................................................................................... 60

3.4.1. Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thuỷ phân .................... 61
3.4.2. Xác định chỉ tiêu tối ưu của quá trình thuỷ phân ................................ 61
3.4.3. Thiết lập phương trình hồi qui của hàm lượng acid amin AP và xác định
nhiệt dộ và thời gian tối ưu của quá trình thuỷ phân thu nhận carotenoprotein.
................ ........................................................................................................ 62
3.4.3.1 Thiết lập phương trình hồi qui và phân tích ảnh hưởng của nồng độ,
nhiệt độ và thời gian tới thu hồi hàm lượng acid amin .................................... 62
3.4.3.2. Thiết lập phương trình hồi qui và phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ và
thời gian tới thu hồi astaxanthin. ..................................................................... 65
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................... 70
4.1. Kết luận .......................................................................................................... 70

iv


4.2. Kiến nghị........................................................................................................ 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................. 73
PHỤ LỤC

v


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
C

Nồng độ enzyme

Tg

Thời gian

T

Nhiệt độ

AP

Hàm lượng acid amin

AsP

Hàm lượng astaxanthin

EDTA

Ethylendiamin Tetraacetic Acid

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Đặc tính của enzyme protease Tegalase R660L............................. 27
Bảng 3.1. Thành phần nguyên liệu đầu tôm P.monodon (tính trên nguyên liệu
khô) .................................................................................................................. 39
Bảng 3.2: Khoảng biến thiên của các yếu tố cần tối ưu khi thuỷ phân đầu tôm61
Bảng 3.3. Thông số nhiệt độ và thời gian tối ưu của quá trình thu nhận bột
carotenoprotein ................................................................................................ 67
Bảng 3.4: Thành phần hóa học trong bột carotenoprotein .............................. 68

vi

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Sản lượng nuôi trồng và khai thác thuỷ sản Việt Nam ...............................5
Hình 1.2. Cấu trúc hoá học của carotenoid .................................................................9
Hình 2.1. Nội dung nghiên cứu .................................................................................29
Hình 2.2. Chuẩn bị đầu tôm ......................................................................................30
Hình 2.4. Bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ thuỷ phân phế liệu đầu tôm. ............34
Hình 2.5. Bố trí thí nghiệm xác định nồng độ enzyme dùng thuỷ phân phế liệu đầu
tôm.............................................................................................................................36
Hình 3.3. Hàm lượng acid amin theo thời gian ở các nhiệt độ khác nhau. ...............42
Hình 3.4. Hàm lượng acid amin của dịch thủy phân theo nhiệt độ ở thời gian thủy
phân là 6 giờ ..............................................................................................................43
Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn hiệu suất thu hồi acid amin theo thời gian ở các nhiệt độ
khác nhau...................................................................................................................44
Hình 3.6. Đồ thị biểu diễn hiệu suất thu hồi protein ở các nhiệt độ thủy phân sau 6
giờ thủy phân .............................................................................................................44
Hình 3.7. Hàm lượng astaxanthin theo thời gian ở các nhiệt độ khác nhau ............46
...................................................................................................................................46
Hình 3.8. Hàm lượng astaxanthin sau 6 giờ thủy phân ở các nhiệt độ khác nhau. ...46
Hình 3.9. Hiệu suất thu hồi astaxanthin qua các thời gian thủy phân ở các nhiệt độ
khác nhau...................................................................................................................47

vii


Hình 3.10. Hiệu suất thu hồi astaxanthin sau 6 giờ thủy phân ở các nhiệt độ khác
nhau. ..........................................................................................................................47
Hình 3.11. Biểu đồ thể hiện hàm lượng astaxanthin và acid amin của dịch thuỷ phân
sau 6 giờ với hoạt độ enzyme là 20UI ở các nhiệt độ khác nhau. .............................48
Hình 3.12. Hàm lượng acid amin theo thời gian ở các các số đơn vị hoạt độ enzyme
khác nhau...................................................................................................................49

Hình 3.13. Hàm lượng acid amin sau 6 giờ thuỷ phân theo các số đơn vị hoạt độ
enzyme khác nhau .....................................................................................................50
Hình 3.14. Hiệu suất thu hồi protein theo thời gian ở các các số đơn vị hoạt độ khác
nhau ...........................................................................................................................51
Hình 3.15. Hiệu suất thu hồi protein sau 6 giờ thủy phân ........................................51
Hình 3.16. Hàm lượng astaxanthin theo thời gian ở các số đơn vị hoạt độ enzyme
khác nhau...................................................................................................................53
Hình 3.17. Hàm lượng astaxanthin thu được trong bột nhão carotenoprotein từ dịch
thủy phân sau 6 giờ thủy phân ở các số đơn vị hoạt độ enzyme khác nhau .............54
Hình 3.18. Hiệu suất thu hồi astaxanthin trong bột nahxo caroteinoprotein từ dịch
thủy phân ở các số đơn vị hoạt độ enzyme khác nhau. .............................................55
Hình 3.19. Hiệu suất thu hồi astaxanthin trong bột nhão carotenoprotein từ dịch
thủy phân phân sau 6 giờ thủy phân ở các số đơn vị hoạt độ enzyme khác nhau.....55
Hình 3.20. Hàm lượng acid amin và astaxanthin của dịch thuỷ phân sau 6 giờ với
các số đơn vị hoạt độ khác nhau, 550C .....................................................................56

viii


Hình 3.21. Ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng acid amin thu được khi thủy
phân ở 30UI và 550C .................................................................................................58
Hình 3.22. Ảnh hưởng của thời gian đến hàm lượng astaxanthin thu được khi thủy
phân ở 30UI và 550C .................................................................................................59
Hình 3.23. Bề mặt đáp ứng của hàm AP ở nồng độ C= 5% .....................................64
Hình 3.24. Bề mặt đáp ứng của hàm AsP ở nồng độ enzyme C= 5% ......................66
Hình 4.1. Quy trình thu nhận bột nahxo carotenoprotein ....................................... 72

ix

MỞ ĐẦU
ĐẶT VẤN ĐỀ
Astaxanthin được biết đến là một chất chống oxy hoá mạnh với năng lượng
chống oxy hoá gấp 10 lần so với ß- carotene và 500 lần so với vitamin E.[23].
Chính vì lý do này, hiện nay, chất màu này được sử dụng nhiều trong y học, thực
phẩm, mỹ phẩm và cả trong thức ăn thuỷ sản, đặc biệt là thức ăn cho cá hồi. Tính
đến hiện tại, astaxanthin chủ yếu được thu nhận từ tảo Haematococcus pluvialis và
nấm men Phaffia. Và những năm gần đây, lớp vỏ của các loài giáp sát được chú ý
đến trong các nghiên cứu chiết rút astaxanthin, đặc biệt là phế liệu đầu và vỏ tôm.
Ngày nay, ngành chế biến tôm đông lạnh xuất khẩu là một trong những
ngành kinh tế mũi nhọn, tạo ra nhiều công ăn việc làm và mang lại nhiều ngoại tệ
cho đất nước. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế trong và ngoài nước, ngành
thủy sản trong những năm gần đây đã đạt được những thành tựu đáng kể về nuôi
trồng, chế biến cũng như xuất khẩu. Trong công nghệ chế biến thủy sản xuất khẩu
của Việt Nam, tỷ lệ các mặt hàng giáp xác đông lạnh chiếm từ 70 – 80% sản lượng
chế biến. Trong các mặt hàng xuất khẩu của nước ta thì mặt hàng tôm xuất khẩu
luôn chiếm tỷ lệ lớn, chiếm hơn 50% tổng kim ngạch xuất khẩu. Cùng với khối
lượng tôm xuất khẩu hằng năm thì phế thải liệu của nó bao gồm đầu và vỏ tôm
cũng khá lớn. Thông thường đầu tôm chiếm 25 – 40% so với khối lượng toàn cơ
thể thì cùng với lượng tôm xuất khẩu năm 2016 là 6.7 triệu tấn sẽ suy ra được lượng
phế liệu đầu tôm là 1 – 3 triệu tấn được thải ra trong quá trình chế biến. Trong phế
liệu đầu tôm chứa một lượng lớn protein, chitin, chất màu astaxanthin và một số
hợp chất sinh học khác. Tuy nhiên, hiện nay phế liệu đầu tôm chỉ được sử dụng chủ
yếu để làm thức ăn gia súc, một phần nhỏ để sản xuất chitin. Đây là một cách tận
thu phế liệu mang lại hiệu quả kinh tế nhưng không mang lại hiệu quả cao. Vì vậy,
cần thiết phải có nhiều nghiên cứu hơn nữa để tìm ra hướng sử dụng nguồn phế liệu
này hiệu quả hơn, mang lại lợi ích kinh tế, kỹ thuật và môi trường. Và hiện nay
cũng đã có nhiều nghiên cứu về việc chiết rút astaxanthin từ nguồn phế liệu tôm
bằng việc thuỷ phân bằng tác nhân hoá học hay trích ly astaxanthin bằng dung môi

1


....Tuy vậy, các tác nhân hoá học ảnh hưởng đến chất lượng màu của sản phẩm cũng
như không thể sử dụng làm thực phẩm cho người.
Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng enzyme protease trong việc thuỷ phân phế
liệu tôm sú Penaeus monodon nhằm tận thu astaxanthin ở dạng bột
carotenprotein cho mục đích thực phẩm” được tiến hành với mong muốn nâng
cao hiệu suất thu được astaxanthin với sự có mặt của protein hoà tan để có thể
ứng dụng vào mỹ phẩm, thực phẩm.
MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Mục đích chung của đề tài này nhằm xác định các thông số của quá trình
thủy phân để nâng cao hiệu suất thu nhận carotenprotein cao nhất và bước đầu thăm
dò điều kiện thủy phân tối ưu dựa vào bề mặt đáp ứng.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Để đạt được mục tiêu đề ra, chúng tôi thực hiện các bước nghiên cứu như
sau:
+ Khảo sát điểm pH có thể tủa carotenprotein nhiều nhất.
+ Khảo sát các điều kiện của quá trình thuỷ phân (nồng độ enzyme, nhiệt
độ và thời gian thủy phân).
+ Bước đầu tối ưu hóa nhiệt độ và thời gian thủy phân dựa vào bề mặt đáp
ứng.
+ Xác định các thông số của bột nhão carotenprotein: màu sắc, mùi, hàm
lượng astaxanthin.

2


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1.

Tổng quan về phế liệu đầu tôm sú Penaeus monodon
1.1.1. Giới thiệu về tôm sú Penaeus monodon
Tôm sú (Tên Tiếng Anh: Giant/ Black Tiger Shrimp) được định loại là:
Ngành: Arthropoda – Ngành chân khớp
Lớp: Crusstacea – Lớp giáp xác
Bộ: Decaoda – Bộ mười chân
Họ chung: Penaeidea
Họ: Penaeus Fabricius
Giống: Penaeus
Loài: Monodon
Tên khoa học: Penaeus monodon Fabricius
Cấu tạo của tôm gồm 2 phần: phần đầu và phần thân. Hầu hết các cơ quan

nằm ở phần đầu ngực, phần thân chỉ có ruột và động mạch chủ, thịt tôm nằm gần
như hoàn toàn ở thân. Vỏ tôm thường được tạo thành từ nhiều lớp protein, khoáng,
lipid bao phủ khung chitin. Toàn bộ lớp vỏ này không sinh trưởng vì vậy tôm phải
lột xác từng thời kì sinh trưởng của bản thân. Dưới lớp vỏ là lớp biểu bì có vai trò
quan trọng trong việc lột xác bỏ lớp vỏ cũ và hình thành lớp vỏ mới của tôm. Kề
trong lớp biểu bì là lớp trung bì có chứa sắc tố chủ yếu là astaxanthin. Chính nhờ sự
biến đổi của sắc tố này mà ta có thể phân biệt được chất lượng tôm. Phần đầu
thường chiếm khoảng 35 – 45% trọng lượng, phần vỏ chiếm 10 – 15% trọng lượng.
Tỷ lệ các phần đầu, thân, vỏ luôn thay đổi phụ thuộc vào giống loài.
Vỏ tôm được cấu tạo từ một phức hợp chitin – protein liên kết với một số hợp
chất hữu cơ khác (astaxanthin, lipid), bị hóa cứng do kết hợp với canxi cacbonat.
Chitin là các loại polysaccharide phổ biến trong tự nhiên chỉ sau cellulose. Nó được
cấu tạo bởi các cầu nối 1,4 glucozit. Ngoài lớp màng sáp bao phủ bên ngoài lớp vỏ
epicuticle, lipid còn tồn tại dưới dạng phức chất sterol- protein chứa trong lớp

3

endocuticle. Bên cạnh các thành phần trên, trong phế liệu đầu và vỏ tôm chứa lượng
lớn protein. Protein trong vỏ tôm thường là loại protein không hòa tan, liên kết với lớp
vỏ chitin bởi liên kết cộng hóa trị bền vững tương tự như liên kết giữa các phân tử
amino acid với nhau trong phân tử protein. Do đó nó không bị tách ra khỏi vỏ tôm.
Thành phần trong vỏ tôm mà đề tài quan tâm nhất, đó là astaxanthin. Chất này có màu
xanh, và liên kết với protein, khi gia nhiệt, chúng chuyển thành carotenoprotein có màu
cam.
1.1.2. Phế liệu đầu tôm sú Penaeus monodon
Việt Nam nằm bên bờ Tây của Biển Đông, là một biển lớn của Thái Bình
Dương, có diện tích khoảng 3.448.000 km2, có bờ biển dài 3260 km. Vùng nội thuỷ
và lãnh hải rộng 226.000 km2, vùng biển đặc quyền kinh tế rộng hơn 1 triệu km2 với
hơn 4.000 hòn đảo, tạo nên 12 vịnh, đầm phá với tổng diện tích 1.160km2 được che
chắn tốt dễ trú đậu tàu thuyền. Biển Việt Nam có tính đa dạng sinh học khá cao,
cũng là nơi phát sinh và phát tán của nhiều nhóm sinh vật biển vùng nhiệt đới ấn Độ
- Thái Bình Dương với chừng 11.000 loài sinh vật đã được phát hiện. Bên cạnh đó,
nước ta với hệ thống sông ngòi dày đặc và có đường 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
của cả nước. Trong khi đó, trước sự cạn kiệt dần của nguồn thủy sản tự nhiên và
trình độ của hoạt động khai thác đánh bắt chưa được cải thiện, sản lượng thủy sản từ
hoạt động khai thác tăng khá thấp trong các năm qua, với mức tăng bình quân
6,42%/năm [1].

4

Hình 1.1. Sản lượng nuôi trồng và khai thác thuỷ sản Việt Nam
Theo báo cáo của Tổng cục Thủy sản, tổng sản lượng thủy sản sản xuất năm
2016 đạt hơn 6,7 triệu tấn, tăng 2,5% so với năm 2015. Năm 2016, mặc dù tình hình
hạn mặn và dịch bệnh làm ảnh hưởng nhiều tới nuôi tôm nước lợ trong 9 tháng đầu
năm. Tuy nhiên, mưa nhiều trong những tháng cuối năm, độ mặn giảm...cùng với sự
chỉ đạo sát sao của các cấp trong việc kiểm soát dịch bệnh nên sản lượng thu hoạch
tăng vào những tháng cuối năm. Sản lượng tôm nước lợ cả nước ước đạt 650 nghìn
tấn. Tại các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long, diện tích tốm sú ước đạt 569.500 ha,
sản lượng đạt 251 nghìn tấn. Diện tích tôm thẻ chân trắng ước đạt 64.440 ha, tăng
11,5% so với năm 2015, sản lượng ước đạt 253,1 nghìn tấn. Tính trên cả nước,
trong những năm gần đây, diện tích và sản lượng tôm nuôi không ngừng tăng, đến
năm 2015, diện tích nuôi tôm nước lợ đạt trên 700.000 ha với sản lượng trên
650.000 tấn. Bên cạnh diện tích nuôi trồng rộng lớn, số lượng doanh nghiệp tham
gia chế biến và xuất khẩu cũng không ngừng gia tăng. Trên cả nước có khoảng 160
doanh nghiệp tham gia chế biến, xuất khẩu tôm, tập trung chủ yếu ở Miền Trung,
Nam Trung Bộ (Khánh Hòa, Phú Yên, Ninh Thuận, Bà Rịa – Vũng Tàu…), Đồng
Bằng Sông Cửu Long (Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Cà

5


Mau, Kiên Giang), với tổng công suất chế biến đạt gần 1 triệu tấn sản phẩm/năm.
Cùng với sự phát triển của ngành thuỷ hải sản, một lượng lớn đầu và vỏ tôm được
thải ra môi trường, gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, đây lại là nguồn phế liệu
chứa nhiều thành phần mang giá trị kinh tế cao: protein, chintin, astaxanthin.... Phế
liệu tôm chủ yếu là đầu và mảnh vỏ, ngoài ra, còn có phần thịt vụn… tùy theo giống
loài và phương pháp chế biến mà lượng phế liệu tôm có thể vượt quá 60% sản
lượng tôm khai thác được. Ví dụ tôm càng xanh, phê liệu chiếm khoảng 60% khối
lượng toàn bộ, với tôm sú thì phế liệu chiếm 40% [1].

1.1.3. Tình hình xử lý đầu và vỏ tôm
Trước đây vấn đề xử lý phụ phế phẩm tôm từ các cơ sở chế biến, các công ty
gặp nhiều khó khăn, chủ yếu đem đỗ bỏ. Gần đây phụ phế phẩm tôm đã được dùng
làm thức ăn cho gia súc, góp phần làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên
phương pháp này không đem lại hiệu quả kinh tế cao, việc làm thức ăn đòi hỏi phải
sấy mà quá trình này không làm giảm khoáng và chitin, 2 chất này gây khó tiêu cho
gia súc.
Vì vậy người ta hướng đến một giải pháp mới là sản xuất Chitin – Chitosan.
Chất Chitin- Chitosan chứa trong vỏ tôm là một loại nguyên liệu có thể ứng dụng
cho nhiều ngành kinh tế. Theo đó, phế liệu tôm được thu gom tại các cơ sở chế biến
đông lạnh, sau khi rửa sạch, sấy khô được đưa vào nồi phản ứng để loại bỏ muối vô
cơ (muối can xi, muối phốt pho) và các protein. Sản phẩm thu được từ công đoạn
này có tên là chitin; sau đó lại được đưa vào ngâm trong dung dịch kiềm khoảng 2
giờ sẽ cho ra một chất mới là Chitosan. Theo một số nhà khoa học, Chitosan có khả
năng khống chế sự gia tăng của tế bào ung thư; đã được ứng dụng rộng rãi và có
hiệu quả khá cao trong công nghệ bào chế dược phẩm (làm thuốc chữa bỏng
(phỏng), thuốc giảm đau, hạ cholesterol, thuốc chữa bệnh dạ dày, thuốc chữa chứng
đau xương khớp, chống viêm cấp trên mô lành...). Một số kết quả nghiên cứu của
các bác sĩ ở Bệnh viện K Hà Nội, Trường Đại học Y Hà Nội, Viện Hóa học những
năm gần đây đã chứng minh những tác dụng đó của chất Chitosan trong vỏ tôm. Và
trên thị trường dược phẩm hiện nay, loại thuốc chữa bệnh khớp làm từ vỏ tôm có tên

6


Glucosamin ngày càng được sử dụng rộng rãi do ít gây tác dụng phụ. Ngoài ra, chất
Chitosan cũng được ứng dụng trong một số ngành công nghiệp: hóa chất, mỹ phẩm,
xử lý nước thải...Các nhà nghiên cứu trên thế giới từ lâu đã quan tâm đến lĩnh vực
nghiên cứu sản xuất chitin – chitosan, protein và carotenoid từ phế liệu tôm bằng
nhiều phương pháp như phương pháp hóa học, phương pháp sinh học hay kết hợp

giữa phương pháp hóa học và sinh học.
Tuy nhiên, khi xử lý phế liệu tôm để thu chitin và chitosan thì sử dụng acid
và bazo sẽ phần nào gây ảnh hưởng môi trường, tăng chi phí xử lý nước thải nhưng
chỉ thu được một phần thành phần hoá học có giá trị kinh tế trong đầu tôm. Từ đó
đã có thêm nhiều nghiên cứu tách chiết carotenprotein trong qui trình sản xuất
chintin bằng HCl, HCOOH, thu protein, tách chiết astaxanthin bằng phương pháp
lên men lactic và enzyme nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế.
1.2.

Carotenprotein trong động vật thuỷ sản và một số phương pháp chiết
rút
1.2.1. Carotenoid
Carotenoid là nhóm hợp chất màu được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp

thực phẩm. Carotenoid tồn tại rộng rãi trong tự nhiên, tất cả chất màu của rau quả
đều là nguồn hợp chất màu tốt. Carotenoid được sử dụng trong công nghiệp được
tổng hợp bằng phương pháp hoá học, một lượng nhỏ được tách từ thực vật hoặc tảo.
Tất cả sinh vật quang hợp ( bao gồm tảo thực vật và khuẩn tảo lục) và một số vi
khuẩn không quang hợp và nấm tổng hợp carotenoid. Nhóm chất màu này tan trong
chất béo bao gồm hơn 700 hợp chất tạo ra màu đỏ, cam, vàng. Carotenoid là một
mạch hydrocabon dài gồm 40 nguyên tử cacbon và 2 vòng cuối [23].
Hai loại carotenoid được tìm thấy trong tự nhiên: ß – caroten, dẫn xuất oxy
hoá của caroten như là lutein, violaxanthin, neoanxanthin, và zeanxanthin, được biết
như là xanthophylls. Từ hàng trăm hợp chất carotenoid hiện diện trong tự nhiên, chỉ
50 có hoạt tính sinh học và chúng có thể được chia thành 2 nhóm, tiền vitamin A và
không tiền vitamn A. Vitamin A có vai trò quan trọng cho sự phát triển, duy trì một

7

loạt biểu mô, tái sản xuất hệ thống miễn dịch, và đặc biệt trong vòng tái sinh tế bào
tiếp nhận kích thích ánh sáng của thị giác. Carotenoid được biến đổi thành vitamin
A khi cơ thể cần. Tiền vitamin A được tìm thấy trong lá xanh đậm hoặc vàng cam.
Những màu tối hơn được liên kết với tiền vitamin này cao hơn.Từ những hợp chất
không enzyme, với vai trò chống oxy hoá, một số chất khoáng, vitamin, carotenoid,
và tannin có thể bị tách ra. Cả hai carotenoid là tiền vitamin A và không tiền
vitamin A, như là lutein, zeaxanthin, và lycopene, có tác động ngăn ngừa ung thư.
Từ những hợp chất có hoạt tính sinh học quan trọng này, sự ngăn chặn bệnh tật bị
tách ra nơi mà các gốc tự do đóng vai trò chủ chốt như trong bệnh xơ vữa động
mạch, đục thủy tnh thể, ...
Carotenoid là hợp chất kỵ nước, ưa dầu mỡ, không tan trong nước và tan
trong các dung môi như acetone, alcohol và chloroform. Bởi vì carotenoid là chất
màu tan trong chất béo phổ biến trong tự nhiên, chúng có ích bởi màu của chúng
[23]

8


Hình 1.2. Cấu trúc hoá học của carotenoid (a) xanthophylls; (A) zeaxanthin, (B) lutein,
(C) beta – cryptoxnthin, (D) astaxanthin; (b) Carotenes; (E) neurosporene, (F)
lycopene, (G) ß – carotene, (H) α – carotene [Reference: Britton et al]
1.2.2. Astaxanthin
Astaxanthin (3,3’ – dyhydroxy – ß – carotene – 4,4’ – dione) với công thức
hoá hoc là C40H52O4, là chất màu đỏ, làm thay đổi màu của tôm hồng, tôm hùm,
cua, các loài nhuyễn thể và giáp sát khác [28]. Ở nhiều loài động vật không xương
sống, đặc biệt là ở động vật giáp xác, màu sắc rực rỡ ở lớp mô phía ngoài, của máu,

9

trứng và cơ thịt dưới da là kết quả của sự tương tác giữa carotenoid với protein.
Loại carotenoid thường kết hợp với protein là ketocarotenoid, trong đó thường gặp
nhất là astaxanthin và các hợp chất có chứa gốc này. Astaxanthin có khung cấu tạo
gần giống ß – carotene nhưng tính chất hoá hoc lại khác nhau, nó có tính chống oxy
hoá mạnh hơn nhiều các chất chống oxy hoá khác như ß – caroten và thậm chí cả α
– tocopherol [21]. Astaxnthin là chất màu được tìm thấy ở động vật sống dưới nước,
như là tôm hùm, cua, tôm. Một sự quan tâm trong sử dụng astaxanthin cho nuôi
trồng cá và gia cầm được phát triển, chất màu này không tổng hợp bởi động vật và
phải cho thêm vào khẩu phần ăn nhằm mục đích có màu hấp dẫn để tiêu thụ.
Xanthophyll này có tính chống oxy hoá gấp 10 lần ß - carotene và 500 lần vitamin
E. Ngoài ra, chất màu này được xem là quan trong trong việc phòng ngừa và chữa
bệnh với đặc tính chống oxy hoá và chống lại gốc tự do. Trong sự sát nhập của
astaxnthin trong thức ăn cho nuôi trồng thuỷ hải sản là kết quả của sự tạo màu cho
cá hồi và loài giáp sát, vì vậy sự hiện diện của nó trong tôm, tôm hùm, cua và động
vật có vỏ xương ngoài. Trong tự nhiên, astaxanthin được tìm thấy nhiều ở tảo
Haematococus [20]. Astaxanthin tồn tại dưới 3 dạng: sterified, phân tử tự do, phân
tử phức tạp với protein, carotenoprotein. Protein này thường tồn tại ở loài giáp sát
[17]. Trong vỏ của loài giáp sát, lớp protein đan xen với lớp chitin nơi mà chúng
cùng tồn tại [29]. Trong tự nhiên, astaxanthin thường kết hợp với các phân tử khác
nhau. Nó thường tồn tại ở dạng phức chất với protein và tạo ra nhiều màu sắc ở
nhiều động thực vật khác nhau. Ví dụ, nó là chromophore trong sắc xanh biển, xanh
lá và vàng của tôm hùm. Có nhiều trường hợp, astaxanthin chỉ đơn giản hoà tan
trong dầu mỡ của các phân tử phức tạp như lipoprotein ở trứng, cũng có thể kết hợp
với các phân tử acid béo chẳng hạn bằng một liên kết hoá học thật sự và tạo thành
ester [15]. Đúng với bản chất màu của carotenoid, astaxanthin được sử dụng trong
công nghiệp thực phẩm, dược, mỹ phẩm, và công nghiệp thức ăn động vật. Ngoài
ra, chúng được sử dụng rộng rãi trong việc tạo màu, làm bền vững thực phẩm bởi vì
hoạt động của chúng như vitamin A và hoạt tính sinh học của chúng tốt cho sức

10

khoẻ, như là cũng cố hệ thống miễn dịch, giảm nguy cơ bệnh thoái hoá, đặc tính
chống oxy hoá
1.2.3. Carotenprotein
1.2.3.1. Sự tồn tại của carotenoprotein:
Trong các loài động vật biển không xương sống, ketocaroten thường tồn tại ở
dạng phức chất carotenoprotein. Phức chất này là sự kết hợp giữa caroenoid và
protein, lipo-protein hoặc glycoprotein. Mặt khác, carotenprotein kết hợp chặt chẽ
với các chất thuộc cấu trúc lớp da như: chitin, calcium cacbonate [8]. Sự tồn tại của
carotenoprotein là nguyên nhân thay đổi sự hấp thu quang phổ, do đó phức chất
thường có màu tía, màu lam, màu xanh lục, tương phản lại màu vàng và màu cam
của carotenoid ở dạng tự do. Nhóm keto của carotenoid thường là astaxanthin hoặc
cantaxanthin [27]. Carotenoprotein tồn tại 2 dạng chính: (1) carotenoid liên kết với
lipoprotein hoặc glycoprotein, (2) carotenoid liên kết với một protein hay một
glycoprotein. Phản ứng giữa các nhóm 4 và 4’ keto trong các vòng đầu mạch của
axtaxanthin với các nhóm chức của protein là điều kiện tiên quyết để hình thành
phức carotenoprotein giữa astaxanthin và protein.
1.2.3.2.

Bản chất và tính chất chung của carotenoprotein

Bản chất của carotenoprotein
Qua một số protein thu được khi tinh chế carotenoprotein, người ta thấy
rằng, các protein có mặt trong phân tử này thuộc nhiều nhóm khác nhau.
Crustacyanin, loại protein màu xanh biển ở vỏ tôm hùm được tách ra sau khi loại
nhóm carotenoid dường như là một protein thuần tuý chỉ gồm các gốc amino acid
tạo thành. Ngoài ra, còn có cả thành phần carbonhydrate có chứa hexosamin và gốc
đường không chứa nhóm amino chiếm 4,8% trọng lượng phân tử [16].
Tính chất chung của carotenoprotein

Carotenoid và carotenoprotein, cả hai dều được xem là chất màu tự nhiên và
có hoạt tính sinh học như: chống oxy hoá, kháng khuẩn [26]. Phức hợp
carotenoprotein tan trong nước và có tính bền vững. Trong một vài trường hợp, màu

11