Khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa của các phân đoạn peptide thu nhận từ dịch thủy phân protein của phụ phẩm cá hồi

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----oOo----

NGUYỄN THÀNH PHƯƠNG

KHẢO SÁT HOẠT TÍNH KHÁNG OXY HÓA
CỦA CÁC PHÂN ĐOẠN PEPTIDE
THU NHẬN TỪ DỊCH THUỶ PHÂN
PROTEIN CỦA PHỤ PHẨM
CÁ HỒI
Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm
Mã số

: 60540101

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, 01/2018
i


&Ð1*75Ỵ1+ĈѬӦC HỒN THÀNH TҤI
75ѬӠ1*ĈҤI HӐC BÁCH KHOA –Ĉ+4*–TP.HCM
Cán bӝ Kѭӟng dn khoa hc: TS 9đẻ1+/ TM
Cỏn b chm nhn xột 1: PGS. TS: Hoàng Thӏ Kim Anh
Cán bӝ chҩm nhұn xét 2: TS: Lê Thӏ Nga
LuұQYăQWKҥFVƭÿѭӧc bҧo vӋ tҥL7UѭӡQJĈҥi hӑF%iFK.KRDĈ+4*7S+&0
1Jj\WKiQJQăP

Thành phҫn HӝLÿӗQJÿiQKJLiOXұQYăQWKҥFVƭJӗm:

(Ghi rõ hӑ, tên, hӑc hàm, hӑc vӏ cӫa HӝLÿӗng chҩm bҧo vӋ luұQYăQWKҥFVƭ

1. Chӫ Tӏch: GS. 76/r9ăQ9LӋt Mүn
2. Phҧn biӋn 1: PSG.TS. Hoàng Thӏ Kim Anh
3. Phҧn biӋn 2: TS. Lê Thӏ Nga
4. Ӫy viên: TS: Tôn Nӳ Minh NguyӋt
5. Ӫy viên, TKѭNê: TS. Trҫn Thӏ Ngӑc Yên
Xác nhұn cӫa Chӫ tӏch HӝLÿӗQJÿiQKJLiOXұQYăQYj7Uѭӣng Khoa quҧn lý
chuyên ngành sau khi luұQYăQÿmÿѭӧc sӱa chӳa (nӃu có).

CHӪ TӎCH HӜ,ĈӖNG

75ѬӢNG KHOA


ĈҤI HӐC QUӔC GIA TP.HCM
75ѬӠ1*ĈҤI HӐC BÁCH KHOA

CӜNG HÒA XÃ HӜI CHӪ 1*+Ƭ$9,ӊT NAM
Ĉӝc lұp - Tӵ do - Hҥnh phúc

NHIӊM VӨ LUҰ19Ă17+Ҥ&6Ƭ
+ӑWrQKӑFYLrQ1JX\ӉQ7KjQK3KѭѫQJ

MSHV: 1570436

1Jj\WKiQJQăPVLQK06/06/1987

1ѫLVLQKNinh Thuұn

Chuyên QJjQK&{QJQJKӋWKӵFSKҭP

0mVӕ

I. 7Ç1Ĉӄ TÀI: KHҦO SÁT HOҤT TÍNH KHÁNG OXY HĨA CӪ$&È&3+Ỉ1Ĉ2ҤN
PEPTIDE THU NHҰN TӮ DӎCH THӪY PHÂN PROTEIN PHӨ PHҬM CÁ HӖI.

II. NHIӊM VӨ VÀ NӜI DUNG:
1KLӋPYө :
Khҧo sát hoҥt tính kháng oxy hóa cӫDFiFSKkQÿRҥn peptide thu nhұn tӯ dӏch thӫy phân
protein phө phҭm cá Hӗi
1ӝLGXQJ:
Khҧo sát thành phҫn hóa hӑc cӫa phө phҭm cá Hӗi.
KhҧRViWÿLӅu kiӋn thӫy phân nhҵm thu dӏch thӫy phân có hoҥt tính kháng oxy hóa cao
nhҩt.
TӕLѭXKyDÿLӅu kiӋn thӫy phân nhҵm thu dӏch thӫy phân có hoҥt tính kháng oxy hóa cao
nhҩt.
7iFKSKkQÿRҥn dӏch thӫy phân và khҧo sát hoҥt tính kháng oxy hóa cӫDFiFSKkQÿRҥn.
III. NGÀY GIAO NHIӊM VӨ: 10-7-2017

III. NGÀY HỒN THÀNH NHIӊM VӨ: 03-12-2017
IV. CÁN BӜ +ѬӞNG DҮN: TS : 9}ĈuQK/Ӌ Tâm
Tp. HCM, ngày 03 tháng 01 QăP18.
CÁN BӜ +ѬӞNG DҮN

CHӪ NHIӊM BӜ 0Ð1Ĉ¬27ҤO

(Hӑ tên và chӳ ký)

(Hӑ tên và chӳ ký)

75ѬӢNG KHOA
(Hӑ tên và chӳ ký)


LỜI CẢM ƠN
Sau những gì học được cho tới ngày hôm nay, em xin chân thành cảm ơn tới
quý thầy cô bộ môn Công nghệ thực phẩm và những thầy cô giảng dạy em trong thời
gian qua. Thầy cô không những truyền đạt nhiều trong kiến thức chun mơn của
mình mà cịn có cả kiến thức về xã hội. Thầy cô là nguồn cảm hứng để khơi dạy sáng
tạo, những cái mới, tạo môi trường năng động và những kỹ năng làm việc nhóm mà
thầy cơ có được để chỉ dậy cho chúng em.
Em muốn cám ơn đặt biệt tới cơ TS.Võ Đình Lệ Tâm, đã ln tận tình theo sát
hướng dẫn và giúp đỡ em để em hoàn thành luận văn một cách tốt nhất. Qua đây em
cũng muốn cám ơn tới nhóm thí nghiệm được cơ Tâm hướng dẫn. Các bạn là những
người cộng sự tốt nhất, nhiệt tình và giỏi kiến thức chun mơn.
Em cũng xin chân thành cảm ơn q thầy cơ phịng thí nghiệm, đặt biệt cô KS.
Nguyễn Thị Nguyên đã giúp đỡ và tạo điều kiện về trang thiết bị, dụng cụ, hóa chất…
trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã hết lịng hỗ trợ, giúp đỡ trong
thời gian học tập và nghiên cứu vừa qua. Mặt dù có nhiều khó khăng và thiếu xót
nhưng nhờ có sự giúp đỡ của thầy cơ, các bạn, và sự quan tâm từ gia đình em đã hoàn
thành luận văn một cách tốt nhất.

Em xin gửi lời chúc sức khỏe đến tất cả thầy cô và bạn bè.
TP. Hồ Chí Minh, 25 tháng 12 năm 2017

Học viên thực hiện

Nguyễn Thành Phương

iv


TĨM TẮT
Hoạt tính kháng oxy hóa của các phân đoạn peptide thu nhận từ dịch thủy phân
protein phụ phẩm cá Hồi (Salmo salar) sử dụng chế phẩm enzyme được khảo sát
trong nghiên cứu này. Thành phần hóa học của phụ phẩm cá Hồi (Salmo salar) gồm
có độ ẩm khoảng 61,9%, hàm lượng protein khoảng 44,37%, hàm lượng lipid khoảng
45,4% và hàm lượng tro khoảng 10,2% (tính theo hàm lượng chất khơ). Sau đó, điều
kiện thủy phân được khảo sát nhằm thu nhận dịch thủy phân có hoạt tính kháng oxy
hóa cao nhất. Kết quả cho thấy hoạt tính kháng oxy hóa của dịch thủy phân đạt giá trị
cao nhất khi sử dụng chế phẩm enzyme Flavourzyme ở pH 7, nhiệt độ 50°C, tỉ lệ
enzyme/cơ chất (E/S) 50U/g protein, thời gian thủy phân 8 giờ. Tiếp theo, điều kiện
thủy phân được tối ưu hóa sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) với 2 yếu tố
tỉ lệ enzyme/cơ chất (E/S) và thời gian thủy phân theo phương pháp bắt gốc tự do
DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl). Sau khi tối ưu, dịch thủy phân có khả năng bắt
35,4% gốc DPPH, (cao hơn 1,01 lần so với trước tối ưu hóa) tại tỉ lệ E/S 49,83 U/g
protein, thời gian thủy phân 7,97 giờ, nhiệt độ 50°C, pH 7. Cuối cùng, dịch thủy phân
được tách phân đoạn peptide sử dụng thiết bị ly tâm siêu lọc theo kích thước phân tử
peptide lần lượt là 30 kDa, 10 kDa, 3 kDa và 1 kDa. Kết quả cho thấy hoạt tính kháng
oxy hóa của phân đoạn < 1 kDa cao nhất, giá trị IC50 cao hơn 250 lần so với IC50 của
vitamin C, giá trị FRAP thấp hơn 270 lần so với giá trị FRAP của vitamin C. Kết quả
này cho thấy tiềm năng sử dụng phụ phẩm cá Hồi như một nguồn protein tự nhiên
nhằm thu nhận các phân đoạn peptide có hoạt tính kháng oxy hóa.

v


ABSTRACT

The antioxidant activity of peptide fractions isolated from protein hydrolysate of
salmon by – product (Salmo salar) using enzyme preparation was investigated in this
study. The chemical composition of the by – product includded moisture of 61.9%,
the protein contnet of 44.4%, the lipid content of 45.4% and the mianeral content of
10.2% (on dry weight basis). After that, the hydrolysis condition was examined to
obtain the proteolysate with highest antioxidant activity. The result revealed reached
the highest value when using Flavourzyme at pH 7, 500C, enzyme/subtrate (E/S) ratio
of 50 U/g protein and hydrolysis time of 8 hours (h). Then, the hydrolysis condition
was optimized using reponse suface methodology (RSM) via enzyme/subtrate ratio
and hydrolysis time using DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl) free radical
scavenging assay (DPPH method). After optimization, the hydrolysate could scavenge
35.4% DPPH, higher 1.13% than before optimization with E/S ratio of 49.83 U/g
protein, hydrolysis time of 7.97 hours, at 500C, pH 7. Finally, the hydrolysate was
fractionated using centrifugal ultrfiltration devices with molecular sizes of 30kDa,
10kDa, 3kDa and 1 kDa. The result showed that the < 1kDa peptide fractions showed
highest antioxidant activity, with the IC50 250 – fold higher than that of vitamin C,
FRAP value 270 – fold lower than that of vitamin C. These findings indicated that the
potential in using salmon by – product as a natural protein source to obtain the
antioxidative peptide fractions.

vi


LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ iv
TÓM TẮT....................................................................................................................... v
ABSTRACT .................................................................................................................. vi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................... xi
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................... xii
DANH MỤC HÌNH..................................................................................................... xiv
Chương 1

1.1

TỔNG QUAN ............................................................................................ 2

Giới thiệu về cá Hồi .......................................................................................... 2

1.1.1

Cá Hồi ........................................................................................................ 2

1.1.2

Phân loại ..................................................................................................... 2

1.1.3

Đặc điểm sinh học ...................................................................................... 3

1.1.4

Tình hình ni, chế biến và thị trường cá Hồi trên thế giới ....................... 3

1.1.5

Phụ phẩm chế biến cá Hồi .......................................................................... 4

1.2

Dịch thuỷ phân protein ...................................................................................... 5

1.2.1

Tính chất của dịch thuỷ phân protein ......................................................... 5

1.2.2

Hoạt tính của dịch thuỷ phân ..................................................................... 6

1.2.3

Các phương pháp thuỷ phân protein .......................................................... 7

1.2.4

Dịch thuỷ phân protein từ cá ...................................................................... 8

1.2.5

Ứng dụng dịch thuỷ phân protein từ cá ...................................................... 8

1.3

Peptide có hoạt tính sinh học .......................................................................... 10

1.3.1

Peptide kháng oxy hóa ............................................................................. 10

1.3.2

Peptide kháng vi sinh vật ......................................................................... 11

1.3.3

Peptide liên kết Canxi .............................................................................. 12

1.3.4

Peptide ức chế enzyme chuyển đổi Angiotensin-I ................................... 13

1.4

Enzym protease ............................................................................................... 14
vii


1.4.1

Giới thiệu .................................................................................................. 14

1.4.2

Phân loại ................................................................................................... 14

1.4.3

Cơ chế xúc tác của Protease ..................................................................... 16

1.5

Chất kháng oxy hoá ........................................................................................ 17

1.5.1

Giới thiệu .................................................................................................. 17

1.5.2

Một số phương pháp khảo sát hoạt tính kháng oxy hoá .......................... 18

1.5.3

Dịch thuỷ phân và peptide kháng oxy hoá. .............................................. 20

1.6

Thu nhận peptide ............................................................................................. 22

1.6.1
1.7

Phương pháp thu nhận phân đoạn peptide ............................................... 22

Tổng quan tình hình nghiên cứu hoạt tính kháng oxy hố của dịch thủy phân

protein từ cá và các phân đoạn peptide..................................................................... 23
Chương 2
2.1

NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................... 27

Nguyên liệu ..................................................................................................... 27

2.1.1

Phụ phẩm cá hồi ....................................................................................... 27

2.1.2

Chế phẩm enzyme .................................................................................... 27

2.1.3

Hoá chất khác ........................................................................................... 28

2.2

Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 29

2.2.1

Sơ đồ nghiên cứu ...................................................................................... 29

2.2.2

Thuyết minh sơ đồ nghiên cứu ................................................................. 29

2.3

Các phương pháp nghiên cứu ......................................................................... 33

2.3.1

Phương pháp xử lý nguyên liệu ............................................................... 33

2.3.2

Phương pháp xác định thành phần hoá học nguyên liệu .......................... 33

2.3.3

Quy trình sản xuất dịch thuỷ phân từ phụ phẩm chế biến cá Hồi sử dụng

chế phầm enzyme ................................................................................................. 34
2.3.4

Phương pháp thuỷ phân............................................................................ 36
viii


2.3.5

Phương pháp xác định hoạt tính kháng oxy hố ...................................... 36

2.3.6

Phương pháp tối ưu hóa điều kiện thủy phân........................................... 37

2.3.7

Phương pháp tách phân đoạn peptide của dịch thuỷ phân ....................... 40

2.3.8

Phân tích thống kê .................................................................................... 41

Chương 3

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .................................................................... 42

3.1

Kết quả khảo sát thành phần hoá học của phụ phẩm chế biến cá Hồi ............ 42

3.2

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của loại enzyme thủy phân đến hoạt tính kháng

oxy hố của dịch thuỷ phân sử dụng phương pháp bắt gốc tự do DPPH và phương
pháp FRAP ............................................................................................................... 43
3.3

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hoạt tính kháng oxy hố của dịch

thuỷ phân sử dụng phương pháp bắt gốc tự do DPPH và phương pháp FRAP ....... 45
3.4

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt tính kháng oxy hố của

dịch thuỷ phân sử dụng phương pháp bắt gốc tự do DPPH và phương pháp FRAP 47

3.5

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ E/S đến hoạt tính kháng oxy hố của

dịch thuỷ phân sử dụng phương pháp bắt gốc tự do DPPH và phương pháp FRAP 49
3.6

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến hoạt tính kháng oxy

hoá của dịch thuỷ phân sử dụng phương pháp bắt gốc tự do DPPH và phương pháp
FRAP ........................................................................................................................ 51
3.7

Tối ưu hóa điều kiện thủy phân để thu dịch thủy phân có hoạt tính kháng oxi

hóa cao nhất .............................................................................................................. 53
3.7.1

Thí nghiệm sàng lọc yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính kháng oxy hóa của

dịch thủy phân ...................................................................................................... 53
3.7.2
3.8

Kết quả tách phân đoạn peptide dịch thủy phân ............................................. 59

Chương 4
4.1

Thí nghiệm tối ưu hóa .............................................................................. 55

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................. 61

Kết luận ........................................................................................................... 61

ix


4.2

Kiến nghị ......................................................................................................... 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 62
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 69

x


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
DPPH:

2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl

FRAP:

Ferric Reducing Ability of Plasma

Trolox:

6-hydroxy-2,5,7,8-tetramethylchroman-2-carboxylic acid

IC50:

Nồng độ ức chế 50% gốc tự do

BHT:

Butylated hydroxytoluene

ACE:

Enzyme chuyển hoá Angiotensin

E/S:

Tỉ lệ enzyme/cơ chất

ANOVA:

Analysis of variance

AOAC:

Association of Official Analytical Chemists

ORAC:

Oxygen radical absorbance capacity

TBA:

Thiobarbituric acid

CPP:

Casein Phospho Peptide

RP – HPLC: Reverse Phase – High Performance Liquid Chromatography
OPA:

ortho-Phthalaldehyde

DTT:

1,4 – Dithiothreitol

SDS:

Sodium Dodecyl Sulfate

AOAC:

Association of Official Analytical Chemists

CCC:

Central Composite Circumscribed

FFD:

Fractional factorial designs

xi


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Phân loại tên khoa học cá Hồi ......................................................................... 2
Bảng 1.2 Thành phần của dịch thuỷ phân từ protein của cá [18] ................................... 8
Bảng 1.3 Tên thương mại, tác dụng của thực phẩm chức năng trên thế giới sử dụng
dịch thuỷ phân protein từ cá [18].................................................................................... 9
Bảng 1.4 Peptide kháng oxy hoá từ động vật biển [13] ............................................... 11
Bảng 1.5 Peptide kháng vi sinh vật [16]....................................................................... 12
Bảng 1.6 Peptide liên kết Canxi ................................................................................... 13
Bảng 1.7 Peptide ức chế enzyme chuyển đổi Angiotensin-I ........................................ 13
Bảng 1.8 Phân loại enzyme theo vị trí xúc tác ............................................................. 16
Bảng 1.9 Hoạt tính kháng oxy hố của một số dịch thuỷ phân protein........................ 20
Bảng 2.1 Chế phẩm enzyme được sử dụng .................................................................. 27
Bảng 2.2 Các mức yếu tố trong ma trận thiết kế sàng lọc ............................................ 37
Bảng 2.3 Ma trận thiết kế thí nghiệm sàng lọc ............................................................. 38
Bảng 2.4 Các mức yếu tố thí nghiệm trong tối ưu hóa của hai thơng số được sàng lọc
là thời gian thủy phân và tỉ lệ E/S ................................................................................ 39
Bảng 2.5 Ma trận thiết kế thí nghiệm tối ưu................................................................. 40
Bảng 3.1 Thành phần hoá học của phụ phẩm chế biến cá Hồi..................................... 42
Bảng 3.2 Kết quả thí nghiệm sàng lọc các yếu tố đến phần trăm bắt gốc tự do DPPH53
Bảng 3.3 Mức độ ảnh hưởng của các thông số của điều kiện thủy phân sử dụng
phương pháp giai thừa phân số (FFD) .......................................................................... 54
Bảng 3.4 Ma trận thực nghiệm ..................................................................................... 55
Bảng 3.5 Hệ số phương trình hồi quy và độ tin cậy của các hệ số tương ứng với các
thơng số của q trình thuỷ phân .................................................................................. 56
Bảng 3.6 Kết quả kiểm tra tính tương thích của phương trình hồi quy so với thực

nghiệm .......................................................................................................................... 57
xii


Bảng 3.7 Giá trị IC50 của các phân đoạn peptide và chất kháng oxy hoá chuẩn .......... 59
Bảng 3.8 Giá trị FRAP của các phân đoạn peptide và chất kháng oxy hoá ................. 59

xiii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Cá Hồi .............................................................................................................. 3
Hình 1.2 Phụ phẩm chế biến cá Hồi ............................................................................... 4
Hình 1.3 Một số cơ chế hoá học và vật lý đại diện cho q trình kháng oxy hố của
peptide .......................................................................................................................... 10
Hình 1.4 Sơ đồ phản ứng của gốc tự do DPPH và chất kháng oxy hố ....................... 18
Hình 1.5 Sơ đồ phản ứng của phương pháp FRAP ...................................................... 19
Hình 1.6 Sơ đồ phản ứng của phương pháp ABTS ...................................................... 19
Hình 1.7 Sơ đồ điện di SDS - PAGE ............................................................................ 22
Hình 2.1 Sơ đồ nghiên cứu ........................................................................................... 32
Hình 2.2 Quy trình sản xuất dịch thuỷ phân từ phụ phẩm chế biến cá hồi .................. 35
Hình 3.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của loại enzyme thủy phân đến hoạt tính bắt gốc
tự do DPPH của dịch thủy phân ................................................................................... 43
Hình 3.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của loại enzyme thủy phân đến hoạt tính kháng
oxy hóa theo phương pháp FRAP ................................................................................ 43
Hình 3.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hoạt tính bắt gốc tự do DPPH của
dịch thủy phân .............................................................................................................. 45
Hình 3.4 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hoạt tính kháng oxy hóa của dịch
thuỷ phân theo phương pháp FRAP ............................................................................. 45
Hình 3.5 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt tính bắt gốc tự do DPPH

của dịch thuỷ phân ........................................................................................................ 47
Hình 3.6 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt tính của dịch thuỷ phân
theo phương pháp FRAP .............................................................................................. 47
Hình 3.7 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ E/S đến hoạt tính bắt gốc tự do DPPH
của dịch thuỷ phân ........................................................................................................ 49

xiv


Hình 3.8 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ E/S đến hoạt tính của dịch thuỷ phân
theo phương pháp FRAP .............................................................................................. 49
Hình 3.9 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến hoạt tính bắt gốc tự
do DPPH của dịch thuỷ phân........................................................................................ 51
Hình 3.10 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến hoạt tính của dịch
thuỷ phân theo phương pháp FRAP ............................................................................. 51
Hình 3.11 Biểu đồ thể hiện mức độ ảnh hưởng của các yếu tố của điều kiện thủy phân
đến hoạt tính kháng oxy hóa theo phương pháp bắt gốc tự do DPPH ......................... 54
Hình 3.12 Đồ thị bề mặt đáp ứng cho hoạt tính kháng oxy hóa của dịch thuỷ phân phụ
phẩm cá Hồi với phương pháp bắt gốc tự do DPPH .................................................... 58

xv


ĐẶT VẤN ĐỀ
Cá Hồi là nguồn lợi thủy sản có giá trị kinh tế cao. Thịt cá Hồi có nhiều giá trị
dinh dưỡng chứa nhiều hàm lượng protein, acid béo cần thiết như DHA,.., các vitamin
và nhiều nguyên tố vi lượng [1]. Nguồn phụ phẩm chế biến từ cá Hồi chiếm khoảng
45% khối lượng con cá nên lượng phụ phẩm thải ra ngồi mơi trường là rất lớn [2],
[3]. Trong đó, nội tạng và thịt vụn chiếm phần lớn với hơn 50% lượng phụ phẩm,
phần đầu và xương có tỉ lệ lần lượt là 7% và 8% [4]. Hiện nay, phụ phẩm cá hồi chủ

yếu đang được sử dụng để sản xuất bột cá, bột xương, dầu sinh học, chế phẩm
enzyme,.. Việc nghiên cứu để tận dụng nguồn phụ phẩm cá hồi tạo các sản phẩm có
giá trị gia tăng đã và đang là một trong những xu hướng được các nhà khoa học quan
tâm nhằm sử dụng hiệu quả hơn nguồn phụ phẩm này.
Q trình oxy hóa là một trong những quá trình thiết yếu trong tất cả sinh vật và
là nguồn gốc sinh ra gốc tự do. Gốc tự do được tạo ra trong quá trình trao đổi chất, do
stress kéo dài trong cơ thể, peroxide hóa lipid. Việc dư thừa gốc tự do dẫn đến gây phá
hoại các mô sống dẫn đến tổn thương tế bào, bệnh tật, ung thư, xơ vữa động mạnh, lão
hóa.... Đối với thực phẩm, q trình oxy hóa làm giảm thời gian bảo quản thực phẩm
và sinh ra những độc tố gây ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng [5]. Sự ức chế
q trình oxy hố trong thực phẩm và trong cơ thể người sẽ ngăn ngừa được vấn đề hư
hỏng của thực phẩm và ngăn ngừa các căn bệnh nghiêm trọng cho cơ thể. Hiện nay,
để giải quyết vấn đề trên, các chất kháng oxy hoá tổng hợp như butylated
hydroxyanisole (BHA), butylated hydroxytoluene (BHT), tert – butylhydroquinone
(TBHQ) hay propyl gallate được sử dụng như là phụ gia để bảo vệ thực phẩm khỏi sự
hư hỏng do q trình oxy hóa gây ra [6]. Mặc dù các chất này có hoạt tính cao hơn
những chất kháng oxy hố tự nhiên như α-tocopherol, ascorbic acid… nhưng lại chứa
nhiều mối nguy về vấn đề an tồn với sức khoẻ con người [7]. Vì thế, mối quan tâm
về việc tìm ra chất kháng oxy hố có nguồn gốc tự nhiên được đặt lên hàng đầu.
Vì vậy, nghiên cứu “Khảo sát hoạt tính kháng oxy hoá của các phân đoạn
peptide thu nhận từ dịch thuỷ phân protein phụ phẩm cá Hồi” được thực hiện nhằm
tìm ra chất kháng oxy hóa có nguồn gốc tự nhiên từ việc tận dụng phụ phẩm chế biến
hải sản.

1


Chương 1

TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về cá Hồi
1.1.1

Cá Hồi

Cá hồi là tên chung cho nhiều lồi cá có tên khoa học là Salmo salar. Sự khác
biệt về tên gọi thường được cho là cá hồi di cư (salmon) và cá hồi không di cư (trout).
Cá hồi sống dọc các bờ biển tại cả Bắc Đại Tây Dương (các họ di cư Salmo
salar) và Thái Bình Dương, và cũng đã từng được đưa tới Hồ lớn ở Bắc Mỹ. Cá hồi
được sản xuất nhiều trong ngành nuôi trồng thủy sản ở nhiều nơi trên thế giới.
Về đặc trưng, cá hồi là cá ngược sông để đẻ. Chúng sinh ra tại khu vực nước
ngọt, di cư ra biển, sau đó quay trở lại vùng nước ngọt để sinh sản. Chúng phân bố
rộng ở Đại Tây Dương, Bắc Mỹ, Bắc Âu, [8], [9].
1.1.2

Phân loại

Cá Hồi có tên tiếng Anh là Salmon, tên khoa học là Salmo salar, thuộc họ
Salmonidea trong bộ Salmoniformes [10]
Phân loại cá Hồi (Salmo salar) được trình bày trong bảng 1.1.
Bảng 1.1 Phân loại tên khoa học cá Hồi
Cá Hồi (Salmo salar)
Giới (regnum)

Animalia

Ngành (phylum)

Chordata

Phân ngành (subphylum)

Vertebrata

Lớp (class)

Actinopterygii

Phân lớp (subclass)

Teleostei

Liên bộ (superordo)

Protacanthopterygii

Bộ (ordo)

Salmoniformes

Họ (familia)

Salmonidea

2


1.1.3

Đặc điểm sinh học

Cá hồi được nuôi ở các thủy vực tự nhiên và trong các hệ thống nước chảy. Đặc
điểm sinh trưởng và phát triển của cá Hồi tốt nhất trong điều kiện nhiệt độ nước từ 10
– 20°C. Chúng cũng có khả năng chịu nhiệt độ cao hơn tới 24°C trong một thời gian
ngắn. Hàm lượng oxy hòa tan trong nước cần đạt > 7mg/l, pH thích hợp cho cá hồi từ
6,7 đến 8,6.

Hình 1.1 Cá Hồi
1.1.4

Tình hình nuôi, chế biến và thị trường cá Hồi trên thế giới

Ở Việt Nam, cá hồi được ươm, nuôi ở Sapa (Lào Cai), Đà Lạt (Lâm Đồng),
Lạng Sơn, Bắc Giang và một số địa phương khác. Bộ Nông nghiệp và Phát triển nơng
thơn ước tính tổng sản lượng ni cá nước lạnh đến năm 2015 đạt 3460 tấn (cá hồi là
1448 tấn), đến năm 2020, sản lượng nuôi đạt 10000 tấn (cá hồi là 2713 tấn) [11].
Theo ước tính, ở Mỹ có ba nhà cung cấp lớn là Canada, Na Uy và Chile. Tuy
nhiên, mỗi nhà cung cấp lại tập trung vào các thị trường ngách khác nhau. Canada
chiếm khoảng 44% tổng giá trị nhập khẩu cá hồi Đại Tây Dương của Mỹ, chủ yếu
cung cấp cá hồi nguyên con tươi sống (chiếm 91% tổng doanh thu sang thị trường
Mỹ). Na Uy đứng ở vị trí thứ hai, chiếm 20% về lượng, tập trung ở phân khúc sản
phẩm phile. 66% kim ngạch xuất khẩu cá hồi phile đông lạnh và 33% kim ngạch xuất
khẩu cá hồi tươi của Na Uy sang thị trường Mỹ. Với các nhà cung cấp Chile, khuynh

3


hướng phát triển thị trường có sự tương đồng lớn với Na Uy. Tuy nhiên, khác với Na
Uy, 78% tổng kim ngạch xuất khẩu cá hồi phile tươi của Chile đến thị trường Mỹ,

trong khi tỷ trọng cá hồi phile đông lạnh chỉ chiếm 16% [9], [12].
1.1.5

Phụ phẩm chế biến cá Hồi

Hình 1.2 Phụ phẩm chế biến cá Hồi
Theo Cục chế biến nông lâm thuỷ sản và nghề muối, hiện nay cá hồi Việt Nam
trên thị trường thế giới với 90% thị phần. Các sản phẩm chế biến từ cá hồi hiện chủ
yếu là sản phẩm cá hồi đông lạnh chiếm trên 92% (phi lê, nguyên con, cắt khúc), số
còn lại cũng chỉ là các sản phẩm có hình thức khác hơn một ít so với phi lê. Loại sản
phẩm giá trị gia tăng như sản phẩm cao cấp, chế biến sâu, phối chế, làm sẵn, ăn liền
tuy bước đầu có sản xuất (cá kho tộ, cá viên, chả cá, chà bông, bánh phồng, khô ăn
liền,…) nhưng với số lượng còn hạn chế.
Một số sản phẩm từ phụ phẩm cá hồi trên thị trường hiện nay gồm có: dầu đặc,
dầu lỏng, axit béo tự do FFA (công ty cổ phần Đầu tư và phát triển đa quốc gia – IDI
corp); bột cá (cơng ty cổ phần Gị Đàng – Godaco). Các phụ phẩm trong chế biến cá
hồi tuy đã tận dụng để sản xuất ra các sản phẩm mới, nhưng những sản phẩm cao cấp
dùng trong dược phẩm hoặc mỹ phẩm, thực phẩm chức năng chứa vi chất…có áp
dụng khoa học công nghệ và giá trị gia tăng cao chưa nhiều [4].

4


1.2 Dịch thuỷ phân protein
Dịch thuỷ phân protein là sản phẩm của q trình thuỷ phân tạo thành các
peptide có phân tử lượng nhỏ hơn, chứa 2-20 amino acid [13]. Một số dịch thuỷ phân
protein là hỗn hợp của các oligopeptide phân tử lượng cao; hỗn hợp của các
oligopeptide phân tử lượng trung bình; peptone; hỗn hợp các peptide mạch ngắn, hỗn
hợp các amino acid và các peptide phân tử lượng thấp hoặc hỗn hợp các amino acid tự
do [14].

1.2.1

Tính chất của dịch thuỷ phân protein

Tính tan và sự bền nhiệt là một trong những tính chất quan trọng của dịch thuỷ
phân. Độ tan của dịch thuỷ phân nằm trong khoảng rộng của pH, nhiệt độ, nồng độ
chất khô, nồng độ muối [14]. Dịch thuỷ phân với mức độ thuỷ phân thấp vẫn có thể
tan ở pH 4-5 vì nó khơng chỉ chứa các peptide có phân tử lượng nhỏ mà cịn có sự ion
hố mạnh hơn của các nhóm amino và carboxyl làm tăng tính ưa nước. Tính chất này
của dịch thuỷ phân là đặc biệt quan trọng trong sản xuất thực phẩm, nước ép trái cây,
thức uống cho trẻ em vì cho phép kiểm sốt độ thẩm thấu của sản phẩm.
Dịch thuỷ phân thì bền nhiệt hơn protein của nguyên liệu. Tính chất này quan
trọng trong sản xuất dịch thuỷ phân có sử dụng q trình tiệt trùng. Dịch thuỷ phân ở
mức độ thuỷ phân thấp (3-10%) với sự có mặt của ion kim loại hố trị II như CaCl2
bền nhiệt ở nhiệt độ 100-1300C trong khoảng pH 3-11. Tính tan và sự bền nhiệt có thể
được gia tăng bằng việc tạo thành phức chất với polysaccharide như acid galacturonic
[15].
1.2.1.1

Tính nhũ hố

Tính chất nhũ hóa của dịch thủy phân đặc biệt quan trọng trong sản xuất thực
phẩm. Nhiều nghiên cứu cho thấy sự phụ thuộc của khả năng nhũ hoá vào mức độ
thuỷ phân của dịch thuỷ phân. Chẳng hạn, khả năng nhũ hoá của dịch thủy phân gia
tăng đáng kể ở mức độ thuỷ phân 5-7% [14]. Dịch thuỷ phân có chứa peptide khoảng
20 gốc amino acid hoặc hơn cho thấy khả năng nhũ hoá mạnh hơn. Nhiều dịch thuỷ
phân có khả năng nhũ hố nhất định với thành phần peptide có khối lượng phân tử từ
2,4-2,5 kDa [14]. Nhiều bằng chứng cho thấy tính kị nước là tác nhân quan trọng của
khả năng nhũ hoá của dịch thuỷ phân. Tính đặc hiệu của enzyme thuỷ phân có ảnh
5

hưởng mạnh tới khả năng nhũ hoá của dịch thuỷ phân. Vì khả năng nhũ hố thấp của
dịch thuỷ phân có mức độ thuỷ phân cao, một giải pháp được đề xuất là trộn dịch
thủy phân với những dẫn xuất của tinh bột biến tính. Hỗn hợp này khơng chỉ tạo ra hệ
nhũ tương ổn định, nó cịn cho thấy sự bền nhiệt trong q trình tiệt trùng, lạnh đơng
hoặc bảo quản nhiều giờ ở nhiệt độ phòng [15].
1.2.1.2

Sự thẩm thấu

Đây là tính chất hố lý quan trọng đặc trưng cho chất lượng sản phẩm thực phẩm
dành cho trẻ em và chế độ ăn của người già. Thực phẩm có độ thẩm thấu cao làm tăng
lượng chất lỏng trong ruột non, gây rối loạn đường ruột và mất nước của ruột, rối loạn
cân bằng điện giải, buồn nơn, ói mửa, và tác dụng phụ khác. Sự thẩm thấu của dịch
thuỷ phân protein tăng đáng kể khi tăng mức độ thủy phân tạo thành hỗn hợp peptide
và các amino acid. Độ thẩm thấu của sản phẩm có chứa dịch thủy phân proteincó thể
được điều chỉnh bằng cách bổ sung tinh bột, điều này không chỉ làm giảm mức độ
thẩm thấu mà còn đảm bảo sự ổn định của sản phẩm khi chế biến [14].
1.2.1.3

Tính chất cảm quan

Dịch thuỷ phân được biết là có mùi vị đặc biệt và có thể được sử dụng để tạo
hương. Tuy nhiên, sản phẩm được thuỷ phân từ casein, lactalbumin và các protein
khác có vị đắng và không thể bổ sung trực tiếp vào sản phẩm thực phẩm. Các nghiên
cứu gần đây cho thấy vị đắng là do các peptide [16]. Tuy nhiên, vị đắng giảm ở mức
độ thuỷ phân cao. Vị đắng có thể được giảm bằng việc cắt các peptide gây vị đắng
thành amino acid tự do.
1.2.2

Hoạt tính của dịch thuỷ phân

Hoạt tính sinh học của dịch thuỷ phân bao gồm sự cộng hưởng hoạt tính của các
protein tan, các đoạn peptide, các amino acid, vitamin… Vì peptide chiếm phần lớn
trong dịch nên nó đóng vai trị quan trọng nhất. Peptide có hoạt tính sinh học hầu như
bị vơ hoạt khi nằm trong trình tự của protein [16]. Tuy nhiên, khi giải phóng các
peptide này ra khỏi protein thì nó sẽ thể hiện các hoạt tính sinh học như kháng oxy
hố, kháng vi sinh vật, liên kết Canxi, hạ huyết áp, chống đông máu... [17]–[19]

6


1.2.3

Các phương pháp thuỷ phân protein

Quá trình thuỷ phân là q trình phá vỡ các liên kết peptide khi có sự tham gia
của nước. Để cho quá trình thuỷ phân diễn ra thuận lợi, sự có mặt của chất xúc tác là
cần thiết (vì các liên kết peptide khá bền). Các tác nhân xúc tác: tác nhân hoá học
(acid hoặc base), tác nhân sinh học (enzyme hoặc vi sinh vật).
1.2.3.1

Thuỷ phân bằng tác nhân hoá học (acid hoặc base)

Phương pháp thuỷ phân bằng tác nhân hoá học và sinh học là các phương pháp
phổ biến trong công nghiệp thực phẩm, nhưng thường tác nhân hoá học sẽ được sử
dụng nhiều hơn, vì giá thành thấp và dễ tiến hành. Hiện nay, quá trình thủy phân
protein được ứng dụng rộng rãi vào các quá trình sản xuất thực phẩm như sản xuất
nước tương, các sản phẩm lên men. Đây là phương pháp thuỷ phân protein dưới xúc

tác của acid mạnh (HCl, H2SO4) ở nhiệt độ cao để cắt đứt liên kết peptide [20].
Khi thuỷ phân bằng acid; Tryptophan, Serine và Threonine bị phá huỷ,
Asparagine, Glutamine bị chuyển thành dạng acid và hầu hết các vitamin bị phá hủy.
Nguyên nhân là do điều kiện tiến hành của thuỷ phân bằng acid thường diễn ra ở nồng
độ acid cao (6 – 10N) và nhiệt độ phản ứng cao (100-180°C) [14].
Khi thuỷ phân bằng kiềm, hiện tượng racemic hoá làm giảm giá trị dinh dưỡng,
giảm lượng lysine có trong thành phần mặc dù vẫn bảo toàn được tryptophan, nên
phương pháp này hạn chế sử dụng trong công nghiệp [21].
1.2.3.2

Thuỷ phân bằng tác nhân sinh học (vi sinh hoặc enzyme)

Đây là phương pháp thuỷ phân protein bằng enzyme sinh ra từ q trình ni cấy
vi sinh vật. Ở phương pháp này, điều kiện yêu cầu của q trình thuỷ phân ơn hồ,
khơng u cầu nhiệt độ cao.
Khi thuỷ phân bằng vi sinh, protein được thuỷ phân nhờ xúc tác enzyme từ vi
sinh vật. Các enzyme này có thể được tạo ra từ việc ni cấy vi sinh vật trong mơi
trường riêng sau đó được đưa vào nguyên liệu giàu đạm như trong sản xuất nước
tương hoặc tận dụng các enzyme có sẵn trong nguyên liệu ban đầu như sản xuất nước
mắm. Thành phần thu được trong dung dịch bao gồm cả protein, pepton, peptide và
amino acid [20], [22].

7


Khi thuỷ phân bằng enzyme, phương pháp sử dụng từ các nguồn chế phẩm
enzyme thương mại, nhiều loại enzyme thường được dùng kết hợp để tăng hiệu suất
quá trình thuỷ phân. Các amino acid sinh ra trong quá trình thuỷ phân bằng enzyme
này được bảo toàn do phương pháp này hạn chế dùng hoá chất, dẫn đến sản phẩm thu
được an tồn và có giá trị dinh dưỡng cao hơn. Đặc biệt khác với thuỷ phân bằng

phương pháp hoá học, phương pháp sử dụng enzyme thuỷ phân các liên kết peptide có
tính đặc hiệu [13].
1.2.4

Dịch thuỷ phân protein từ cá

Nhiều nghiên cứu thu nhận dịch thuỷ phân trên nhiều loài cá khác nhau cho thấy
hàm lượng protein nằm trong khoảng 60 – 90% tổng thành phần. Khi thuỷ phân,
protein bị biến tính nên khả năng hồ tan sẽ tăng lên. Hàm lượng protein hòa tan trong
dịch thủy phân cao là một ứng dụng tiềm năng để bổ sung vào thực phẩm.
Bảng 1.2 Thành phần của dịch thuỷ phân từ protein của cá [18]

1.2.5

Thành phần

Hàm lượng (%)

Protein

60-90

Béo

<25

Ẩm

<12

Tro

0,45-26

Ứng dụng dịch thuỷ phân protein từ cá

Dịch thuỷ phân protein từ cá có thể bổ sung dinh dưỡng tốt và dễ dàng hấp thu
đối với các hoạt động sinh tổng hợp trong cơ thể. Hiện nay, dịch thuỷ phân protein từ
cá có tiềm năng ứng dụng như một thành phần chức năng trong thực phẩm vì nó thể
hiện nhiều đặc tính quan trọng và đặc trưng như: khả năng giữ nước, khả năng hấp thu
dầu, khả năng tạo gel, tạo bọt và khả năng nhũ hoá [18].

8


Bảng 1.3 Tên thương mại, tác dụng của thực phẩm chức năng trên thế giới sử
dụng dịch thuỷ phân protein từ cá [18]
Tên sản

Đặc điểm

Ứng dụng dinh dưỡng

Quốc gia

Chế phẩm từ dịch thuỷ

Thực phẩm bổ sung giúp

US và

phân cá biển trắng

hỗ trợ các tế bào trong

Canada

vùng nước sâu

đường tiêu hóa và điều

phẩm
Seacure®

tiết chức năng đường ruột.
Amizate®

Được sản xuất từ

Thực phẩm dinh dưỡng

protein cá hồi bằng quá

trong thể thao

Bắc Mĩ

trình tự thuỷ phân
Stabilium®

Được sản xuất từ

Hỗ trợ phản ứng của cơ

200

Molva dypterygia bằng

thể với căng thẳng và hỗ

quá trình tự thuỷ phân

trợ chức năng thần kinh

Được sản xuất từ quá

Thực phẩm bổ sung giúp

trình thuỷ phân protein

chống căng thẳng (rối

cá trắng

loạn cân nặng, áp lực

PROTIZEN®

UK

UK

cơng việc, khó ngủ, khó
tập trung)
Vasotensin®

PEPTACE®

Được sản xuất từ quá

Hỗ trợ chức năng mạch

US và Nhật

trình thủy phân cá ngừ

máu, làm cho lưu lượng

Bản

sọc bằng enzyme

máu tối ưu và mức huyết

thermolysin

áp ổn định

Được sản xuất từ quá

Giúp ổn định hàm lượng

trình thuỷ phân protein

glucose trong máu và

cá tuyết bằng enzyme

kiểm soát cân nặng

9

UK và USA