Tối ưu hóa quá trình thu nhận đạm thủy phân từ đầu cá ngừ sọc dưa (Sarda orientalis) bằng Flavourzyme

TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHÂM

Đề tài: Tối ưu hóa quá trình thu nhận đạm thủy
phân từ đầu cá ngừ sọc dưa (Sarda orientalis) bằng
Flavourzyme và ứng dụng sản xuất nước mắm

1


MỤC LỤC

Đặt vấn đề
Tổng quan
Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Kết luận và đề xuất ý kiến

2


1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Phương pháp hóa học
Phương pháp enzyme
Phương pháp vi sinh
Phương pháp kết hợp

Phế liệu: 50 - 65%
khối lượng nguyên liệu.

Chủ yếu là acid amin,

peptid, polypeptid tan..

Phương pháp enzyme không yêu cầu nhiệt độ cao, hạn
chế được biến đổi acid amin, có tính đặc hiệu

Tận dụng
nguồn phế liệu

Giảm ô nhiễm môi trường.
Tạo ra sản phẩm dinh dưỡng, đa dạng.
Tăng lợi nhuận cho doanh nghiệp.
3


2. TỔNG QUAN
2.1 CÁ NGỪ VÀ PHẾ LIỆU CÁ NGỪ
60%

Cá ngừ

20%
11%

Tên gọi chung của một số loài cá nổi

8%

Ngành động vật có xương sống Verterbrata
Lớp cá Pisces.

1%

Bộ cá vược Perciformes
Tên khoa học: Scombridae.

1%

Vây, vẩy

8%

11%

Nội tạng

20 %

Phân bố: Vùng nước trong, nồng độ
muối cao 32,6 – 34 ‰, nhiệt độ thích hợp
từ 21 – 310C

Xương

Đầu

60%

Thịt

Hình 1 - Thành phần khối lượng của cá ngừ

4


2.2. HƯỚNG TẬN DỤNG PHẾ LIỆU CÁ NGỪ
ĐẦU CÁ NGỪ
Sản xuất thức ăn
chăn nuôi, bột nêm
gia vị, bột đạm dinh
dưỡng, nước mắm…

NỘI TẠNG
Sử dụng làm chất thủy
phân protein.

BỘT XƯƠNG CÁ NGỪ
Bổ sung canxi trong thức ăn
chăn nuôi và thực phẩm

0

DA CÁ NGỪ
Sản xuất gelatin, làm
nguyên liệu phụ trong
sản xuất bánh điểm tâm,
lạp xưởng, đồ hộp….

5

2.3. QÚA TRÌNH THỦY PHÂN BẰNG ENZYM
Peptid

Protein

Acid amin

Polypeptid
pH môi trường

Bản thân nguyên liệu

Thời gian thủy phân

Hàm lượng nước

Nồng độ enzym
Chất hoạt hóa

Chất kìm hãm
Diện tích tiếp xúc
Nồng
độ
cơ
chất

Nhiệt độ

6

2.4. ĐẠM THỦY PHÂN

Dịch có màu vàng nhạt,
trong suốt, có mùi thơm
đặc trưng, thoảng mùi cá.

Bột đạm: sản phẩm bột dinh dưỡng
cao đạm, phụ gia, gia vị. Dịch đạm
cô đặc: tăng hương vị nước mắm,
tăng độ đạm và rút ngắn thời gian

Thành phần chủ yếu là các acid
amin, các peptid, polypeptid tan.
Ngoài ra còn chứa một lượng
nhỏ khoáng và lipid

Có thể được chế biến
từ bất kỳ loại phụ phế
phẩm của cá, thủy sản

ĐẠM THỦY PHÂN
7


3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Đầu cá ngừ được thu mua tại công ty
3.1.1. Đầu cá ngừ
TNHH MTV đồ hộp Hạ Long

Ướp lạnh bằng đá vảy
(Nhiệt độ dưới 40C)
Vận chuyển về phòng thí nghiệm

Làm nhỏ và xay nhuyễn
Đóng gói nhỏ 100g,
200g
Bảo quản lạnh đông -180C± 20C
Đưa vào các thí nghiệm

Hình 2 – Đầu cá ngừ sọc dưa

Hình 3– Sơ đồ xử lý nguyên liệu
8


3.1.2. Enzym Flavourzyme
Là enzym proteaza có nguồn gốc từ
nấm mốc Aspergillus oryzae.

Flavourzyme ở dạng bột và có cả
tính exopeptidaza và endoproteaza.

Điều kiện hoạt động tối ưu là nhiệt độ
khoảng 50-550C, pH = 5,0-7,0.

Được cung cấp từ bộ môn Công nghệ
Sinh học- ĐH Bách Khoa Đà Nẵng.
9

3.1.3. Gia vị và hương liệu dùng trong sản xuất nước mắm

Muối

Sorbitol

Caramel

Acid citric

Hương mắm

Tạo vị mặn, phòng thối, kéo dài thời gian bảo quản.
(E420i) phụ gia tạo vị ngọt, vị ngọt mát, 60% so với
đường mía tạo độ bóng và giữ độ ẩm cho thực phẩm.
Làm từ đường, tạo màu sắc và hương vị cho sản phẩm
(E330)chất tạo hương vị và chất bảo quản, dùng để
điều chỉnh độ pH trong thực phẩm.
Liều lượng sử dụng: 0,1% - 0,4% so với khối lượng
sản phẩm, tạo hương thơm đặc trưng cho nước mắm

10


3.2. SƠ ĐỒ BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM
3.2.1 QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN ĐẦU CÁ NGỪ
Đầu cá ngừ xay nhỏ

Enzym

Thủy phân bằng
enzym Flavourzyme

Nước

 
Bất hoạt enzyme
Lọc

Bã

Phần dịch lọc
Ly tâm

Dầu cá

Dịch thủy phân

Cặn ly tâm

Hình 4 - Sơ đồ quy trình thủy phân đầu cá ngừ bằng enzym Flavourzyme

11


3.2.2. TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN PHẾ LIỆU
ĐẦU CÁ NGỪ BẰNG FLAVOURZYME

“Chọn các yếu tố ảnh hưởng”

Nhiệt độ
[40; 60]
pH tự nhiên của cá

Thời gian
[3; 7]

E/NL
[0,4; 0,8]

Nước/ Nguyên liệu= 1/1

Hàm mục tiêu: Hàm lượng acid amin (g/l) Y= Max
Chọn phương trình hồi quy:
Y = b0 + b1x1 + b2x2 + b3x3 + b12x1.x2 + b23x2.x3 + b13x1.x3 + b123x1.x2.x3 (1)

12


3.2.2. TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN PHẾ LIỆU
ĐẦU CÁ NGỪ BẰNG FLAVOURZYME

Bảng 1 : Điều kiện thí nghiệm của các yếu tố được chọn
Yếu tố ảnh hưởng

Tỷ lệ E/NL (%)

Nhiệt độ (0C)

Thời gian (giờ)

Mức trên (+1)

0,8

60

7

Mức cơ sở (0)

0,6

50

5

Mức dưới (-1)

0,4

40

3

Khoảng biến thiên

0,2

10

2

13


3.2.2. TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN PHẾ LIỆU
ĐẦU CÁ NGỪ BẰNG FLAVOURZYME

Bảng 2 : Bảng bố trí thí nghiệm ở
á trị biên
Hệ tọa độ
không thứ

Số thí

Yếu tố thí nghiệm

nguyên

nghiệm

Bảng 3 : Bố trí thí nghiệm ở
tâm phương án

x1

x2

x3

Z1

Z2

Z3

N0

Z1 (%)

Z2 (0C)

Z3 (giờ)

1

-1

-1

-1

0,4

40

3

1

0,6

50

5

2

+1

-1

-1

0,8

40

3

2

0,6

50

5

3

-1

+1

-1

0,4

60

3

3

0,6

50

5

4

+1

+1

-1

0,8

60

3

5

-1

-1

+1

0,4

40

7

6

+1

-1

+1

0,8

40

7

7

-1

+1

+1

0,4

60

7

8

+1

+1

+1

0,8

60

7

14


3.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Xác định hàm lượng lipid bằng phương pháp Soxhlet.
Xác định hàm lượng tro bằng phương pháp nung.
Xác định hàm lượng ẩm bằng phương pháp sấy mẫu ở 100-1050C
đến khối lượng không đổi.
Xác định hàm lượng protein tổng số bằng phương pháp Kjeldahl.
Xác định hàm lượng đạm acid amin bằng TCVN 3708 – 90.
Xác định hàm lượng đạm focmol theo phương pháp Sorensen.
Xác định hàm lượng vi sinh vật hiếu khí bằng phương pháp đếm khuẩn lạc.
Đánh giá cảm quan nước mắm theo phương pháp
cảm quan theo TCVN 3215- 79
15


4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
4.1. THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA ĐẦU CÁ NGỪ
Bảng 4 : Thành phần hóa học của đầu cá ngừ
3; 2.83% 4; 5.56%

Nước
%

Protein
%

Lipid
%

Tro
%

Sọc dưa

68,11

17,17

4,4

10,32

Mắt to

63,11

18,31

7,34

8,13

Vây vàng

61,39

15,8

13,3

8,2

Tên đầu cá

Nư2; 16.86%
Prot
ớc
ein

Lipi
d

1; 74.75%

Tro

Hình 5 : Thành phần hóa học của đầu cá ngừ sọc dưa

16


4.2. KẾT QUẢ TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH THU NHẬN ĐẠM
THỦY PHÂN TỪ ĐẦU CÁ NGỪ BẰNG FLAVOURZYME
Bảng 5 : Bảng ma trận quy hoạch thực nghiệm
Yếu tố thí nghiệm trong tọa
Số thí
nghiệm

độ không thứ nguyên

Yếu tố thí nghiệm

Yếu tố tối
ưu (Y)

x1

x2

x3

Z1

Z2

Z3

1

-1

-1

-1

0,4

40

3

1,77

2

+1

-1

-1

0,8

40

3

2,52

3

-1

+1

-1

0,4

60

3

2,52

4

+1

+1

-1

0,8

60

3

3,08

5

-1

-1

+1

0,4

40

7

2,61

6

+1

-1

+1

0,8

40

7

2,99

7

-1

+1

+1

0,4

60

7

3,17

8

+1

+1

+1

0,8

60

7

3,73
17


4.2. KẾT QUẢ TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH THU NHẬN ĐẠM

THỦY PHÂN TỪ ĐẦU CÁ NGỪ BẰNG FLAVOURZYME
Bảng 4.2 : Các hệ số bj trong mô hình
Hệ số bj
b0
b1
b2
b3
b12
b23
b13
b123

Giá trị bj
2,800
0,280
0,327
0,327
0,000
0,000
-0,047
0,047

Bảng 4.3 : Các hệ số t
Hệ số tj
t0
t1
t2
t3
t12
t23

t13
t123

Giá trị tj
146,969
14,697
17,146
17,146
0,000
0,000
-2,449
2,449

So sánh chuẩn Student thực nghiệm (ttn) và chuẩn Student tra bảng (tb =4,3)
Y =2,8 + 0,28x1 + 0,327x2 + 0,327x3
Y =2,8 + 0,28 x1 + 0,327 x2 + 0,327 x3 –0,047x1x3 + 0,047 x1 x2 x3 (2)

18


4.2. KẾT QUẢ TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH THU NHẬN ĐẠM
THỦY PHÂN TỪ ĐẦU CÁ NGỪ BẰNG FLAVOURZYME
Bảng 6: Các giá trị kiểm tra sự tương thích với thực nghiệm theo chuẩn
Fisher
Giá trị theo PTHQ

Phương sai dư

Ftn

Fb(0,05; 4; 2)

Y

0,02105

7,2586

19,3

Phương trình hồi quy tương thích với thực nghiệm theo tiêu chuẩn Fissher và
phương trình này được sử dụng để tìm kiếm điều kiện tối ưu bằng phương
pháp leo dốc của Box và Wilson.

19


4.2. KẾT QUẢ TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH THU NHẬN ĐẠM
THỦY PHÂN TỪ ĐẦU CÁ NGỪ BẰNG FLAVOURZYME
Điều kiện tối ưu cho quá trình
thủy phân đầu cá ngừ sọc dưa
Bảng 4.5 - Kết quả thực nghiệm theo dốc đứng.
bằng enzym Flavourzyme:
TN

x1

Z1

x2

Z2

x3

Z3

Y

- Tỷ lệ E/NL: 0,7%.
- Nhiệt độ thủy phân: 560C.

Tâm

0

0,6

0

50

0

5

3,580

12

0,25

0,65

0,3

53

0,3

5,6

5,227

- Tỷ lệ N/NL: 1/1.

13

0,50

0,70

0,6

56

0,6

6,2

6,907

- pH tự nhiên của cá: 6,33.

14

0,75

0,75

0,9

59

0,9

6,8

5,787

- Thời gian thủy phân: 6,2h.

20


4.3. ĐỀ XUẨT QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT SẢN PHẨM THỦY
PHÂN TỪ ĐẦU CÁ NGỪ BẰNG FLAVOURZYME
Phế liệu đầu cá ngừ
Cặn ly tâm

Dịch đạm thủy phân

Xử lý sơ bộ

Lipid 

Ly tâm
Thủy phân bằng enzym Flavourzyme:

(5000 vòng/ phút, T= 30 phút )

N/NL=1/1, E/NL=0,7%
T0=560C, T= 6,2 giờ

Bất hoạt enzym

Dịch lọc 

Lọc bằng vải/rây

(Nhiệt độ 900C,
T= 15 phút)

Bã (chủ yếu là xương) 

Hình 6 - Sơ đồ quy trình sản xuất dịch đạm thủy phân đầu cá ngừ sọc dưa

21

4.3. HIỆU SUẤT THU HỒI VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG
SẢN PHẨM THỦY PHÂN
4.3.1. HIỆU SUẤT THU HỒI SẢN PHẨM
Bảng 7 : Các sản phẩm thu được từ quá trình thủy phân
Nguyên liệu đầu
vào (g) 

Thể tích dịch
đạm thu được
(ml)

Khối lượng
protein tương
ứng (g)

Khối lượng bột
xương (g)

Khối lượng bột
protein không
tan (g)

Đầu 500g

639

10,416 

47,09

19,22

22


4.3.2. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM THỦY PHÂN
 BỘT KHOÁNG
Bảng 8- Chất lượng cảm quan của bột khoáng.
Tên chỉ tiêu

Đánh giá

Trạng thái

Bột mịn khô, không vón cục

Màu

Hơi ngà vàng, vàng nhạt

Mùi

Mùi đặc trưng của bột khoáng

Hình 7 : Bột khoáng thu được từ quá trình thủy phân đầu cá ngừ
23


4.3.2. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM THỦY PHÂN
 BỘT ĐẠM KHÔNG TAN

Bảng 9 : Chất lượng cảm quan của bột đạm
không tan thu được.
Tên chỉ tiêu

Đánh giá

Trạng thái

Bột mịn khô, không vón cục

Màu

Nâu

Mùi

Mùi đặc trưng của bột đạm

Hình 8 : Bột protein không tan từ quá trình thủy phân đầu cá ngừ.
24


4.3.2. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM THỦY PHÂN
 DỊCH ĐẠM THỦY PHÂN
Bảng 11: Chất lượng cảm quan của dịch đạm thủy phân
Chỉ tiêu

Đánh giá

Màu

Vàng đậm

Mùi

Mùi đặc trưng của dịch đạm thủy phân

Vị

Ngọt nhẹ của đạm, không có vị đắng

Trạng thái

Dịch trong, không có vẩn đục

Bảng 12: Chỉ tiêu hóa học của dịch thủy phân
protein
Chỉ tiêu

Dịch dạm thủy phân

Hàm lượng NTS, g/l

 16,3

Hàm lượng Nfocmol, g/l

8,423

Hàm lượng Nacid amin, g/l

6,907

Hàm lượng NNH3, g/l

1,517

25