Nghiên cứu sản xuất và ứng dụng dịch thủy phân từ xương gà

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

TRẦN THANH TÀI

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT VÀ ỨNG DỤNG
DỊCH THỦY PHÂN TỪ XƯƠNG GÀ

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
Mã số: 60540101

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, 01/2017


i

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA-ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: GS.TS Đống Thị Anh Đào
Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS Phan Ngọc Hòa

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS.TS Phạm Văn Hùng

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc Gia
Tp.HCM, ngày 12 tháng 01 năm 2017
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1. PGS.TS Đồng Thị Thanh Thu

Chủ tịch

2. PGS.TS Phan Ngọc Hòa

Phản biện 1

3. PGS.TS Phạm Văn Hùng

Phản biện 2

4. TS Tôn Nữ Minh Nguyệt

Ủy viên

5. TS Trần Thị Ngọc Yên

Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA


ii

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập-Tự do-Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Trần Thanh Tài

MSHV: 7140470

Ngày, tháng, năm sinh: 15/09/1989

Nơi sinh: Đồng Nai

Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm

Mã số: 60540101

I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT VÀ ỨNG DỤNG DỊCH THỦY
PHÂN TỪ XƯƠNG GÀ
II. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
-

Phân tích thành phần trong xương gà

-

Khảo sát quá trình hầm (xử lý nhiệt) xương

-

Khảo sát chọn các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân xương gà bằng
enzyme. Tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protein.
Xác định mức độ thủy phân, phân tử lượng của peptit và hàm lượng axit amin

-

trong dịch thủy phân ở điều kiện thủy phân tối ưu nhất.
Đánh giá chất lượng sản phẩm bột nêm từ dịch thủy phân xương gà thông qua

-

các chỉ tiêu: xác định một số thành phần (ẩm, protein, béo, carbohydrate,
đường tổng, tro), chỉ số peroxit, vi sinh, cảm quan.
III.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 11/01/2015

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2016
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: GS.TS ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO
Tp.HCM, ngày
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

tháng

năm 2017

TRƯỞNG KHOA
(Họ tên và chữ ký)


iii

LỜI CÁM ƠN

Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn Bộ mơn Cơng Nghệ Thực Phẩm, Khoa
Kỹ Thuật Hóa Học-Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM đã hỗ trợ trang thiết bị,
máy móc, vật tư và phịng thí nghiệm giúp em hoàn thành luận văn đúng tiến độ.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến GS. TS Đống Thị Anh Đào, người ln gắn
bó, trực tiếp hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Đồng thời, em cũng
xin gửi lời cám ơn đến các quý thầy cô Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm đã tận tình
hướng dẫn, hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn công ty VISSAN đã hỗ trợ nguyên vật liệu, trang
thiết bị máy móc giúp em hồn thành luận văn.
Em cũng xin cảm ơn các anh chị em đồng nghiệp, bạn bè, đặc biệt là em
Nguyễn Huỳnh Yến Linh đã đồng hành và hỗ trợ em trong thời gian vừa qua.
Cuối cùng, em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ông, Bà, Ba, Mẹ và
gia đình đã ln ở bên cạnh, chăm sóc và động viên tinh thần trong suốt thời gian
học tập và thực hiện luận văn.

Tp. HCM, tháng 01 năm 2017
Học viên

Trần Thanh Tài

iv

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Luận văn này tập trung nghiên cứu tìm điều kiện tối ưu để trích ly protein từ
xương gà bằng phương pháp enzyme nhằm thu được dịch thủy phân có hiệu suất thu
hồi protein hịa tan cao, khơng có vị đắng và ứng dụng dịch thủy phân đó để sản xuất
các sản phẩm có giá trị gia tăng. Trong nghiên cứu này, chúng tôi chọn Protamex để
thủy phân protein từ xương gà. Protamex có bản chất là một serinoprotease, giống
với chypsin, chymochypsin là những enzyme có trong hệ tiêu hóa ở người. Sản phẩm
sau q trình thủy phân bằng Protamex khơng tạo ra các peptit có vị đắng.
Khảo sát được thực hiện trong trường hợp có xử lý nhiệt xương gà nhằm nâng
cao hiệu quả quá trình thủy phân của enzyme Protamex. Cụ thể như sau:
Xương gà được xử lý nhiệt trong bồn tiệt trùng ở chế độ: tỷ lệ xương gà/nước
là 1/2 trong 90 phút ở 120oC; sau đó thủy phân bằng Protamex ở điều kiện tối ưu: tỷ
lệ E/S là 1,27% (0,0191AU/g), pH tự nhiên (6,4), nhiêt độ 55,360C, thời gian thủy
phân là 169 phút thì hiệu suất thu hồi protein hòa tan đạt được là 45,531 ± 0,56%.
Dịch xương gà thủy phân trong điều kiện này có DH là 35% và chứa các peptit
có phân tử lượng trung bình (Mw) là 9,45kDa (trong đó peptit có phân tử lượng <
4,09kDa chiếm khoảng 10%). Sấy phun thử nghiệm dịch xương gà thủy phân (đã
phối trộn gia vị) để sản xuất bột nêm thì sản phẩm đáp ứng được các yêu cầu về dinh
dưỡng, vi sinh, cảm quan và an toàn cho người sử dụng.


v

ABSTRACT


This thesis focused on researching conditions for protein extraction from
chicken bone by enzymatic method. The aim of this research was to get the highest
yield of soluble protein recovery and non-bitter taste in protein hydrolysates. This
hydrolysis was used to produce products with added value. Enzyme hydrolyzed
chicken bone was Protamex, there was essentially a serinoprotease, similar to
chypsin, chymochypsin were enzymes in the human digestive system. Product of
hydrolysis with Protamex not create bitter peptides.
The survey was carried out in the case of heat-treated chicken bones to
improve the efficiency of hydrolysis process by Protamex enzyme. In details as
follows:
Chicken bone were heat-treated in autoclave with ratio of chicken bone and
water was 1/2 (w/w) for 90 minutes at 120oC, then hydrolyzed by Protamex in optimal
conditions: E/S was 1,27% (0,0191AU/g), natural pH (6,4); 55,36oC; 169minutes, the
highest yield of soluble protein recovery was obtained 45,531 ± 0,56%
The chicken bone hydrolysates in this condition had DH 35% and contained
the peptide with the average molecular weight (Mw) was 9,45kDa (including peptides
with molecular weight <4,09kDa about 10%). The tested spray-dried chicken bones
(was mixed spice) to produce seasoning. This product was enough conditions about
nutrition, microbiological objective, sensory evaluation and safety for consumers.


vi

MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ.......................................................................... ii
LỜI CÁM ƠN ........................................................................................................... iii
TÓM TẮT LUẬN VĂN ........................................................................................... iv
ABSTRACT ................................................................................................................v
MỤC LỤC ................................................................................................................. vi
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. ix

DANH MỤC BẢNG ...................................................................................................x
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT................................................................................. xi
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU ..............................................................................................1
1.1 Lý do hình thành đề tài..........................................................................................1
1.2 Mục đích nghiên cứu .............................................................................................2
1.3 Phạm vi nghiên cứu ...............................................................................................2
1.4 Nội dung nghiên cứu .............................................................................................2
1.5 Ứng dụng nghiên cứu của đề tài ...........................................................................3
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .....................................................................4
2.1 Tổng quan về thịt gà ..............................................................................................4
2.1.1 Thành phần hóa học của thịt gà .........................................................................4
2.1.2 Giá trị dinh dưỡng của thịt gà ............................................................................4
2.2 Giới thiệu về protease ...........................................................................................7
2.2.1 Phân loại protease ..............................................................................................7
2.2.2 Giới thiệu enzyme Protamex sử dụng trong nghiên cứu....................................9
2.3 Quá trình thủy phân .............................................................................................10
2.3.1 Cơ sở khoa học .................................................................................................10
2.3.2 Phương pháp sinh học ......................................................................................10
2.3.3 Phương pháp hóa học .......................................................................................11
2.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân ...............................................11
2.3.5 Ứng dụng protein thủy phân ............................................................................12
2.4 Tình hình nghiên cứu thủy phân protein dùng enzyme ......................................13


vii

2.4.1 Trên thế giới .....................................................................................................13
2.4.2 Trong nước .......................................................................................................14
2.5 Hạt nêm ...............................................................................................................15
2.5.1 Tình hình tiêu thụ hạt nêm trên thị trường hiện nay ........................................15

2.5.2 Giá trị dinh dưỡng của hạt nêm .......................................................................15
2.5.3 Quy trình sản xuất hạt nêm cơ bản...................................................................16
CHƯƠNG 3: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..........17
3.1 Nguyên vật liệu ...................................................................................................17
3.1.1 Nguyên liệu ......................................................................................................17
3.1.2 Hóa chất ...........................................................................................................17
3.2 Dụng cụ, thiết bị ..................................................................................................17
3.3 Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................19
3.3.1 Sơ đồ nghiên cứu..............................................................................................19
3.3.2 Quy trình trích ly protein từ xương gà thực hiện trong nghiên cứu .................20
3.3.3 Khảo sát quá trình trích ly protein từ xương gà bằng phương pháp enzyme ...22
3.3.4 Khảo sát dịch thủy phân ...................................................................................26
3.3.5 Ứng dụng sản xuất hạt nêm..............................................................................26
3.4 Các phương pháp phân tích .................................................................................26
3.5. Phương pháp xử lý số liệu ..................................................................................31
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................32
4.1 Kết quả xác định thành phần nguyên liệu xương gà ...........................................32
4.2 Kết quả khảo sát quá trình trích ly protein từ xương gà bằng phương pháp
enzyme ......................................................................................................................32
4.2.1 Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protein xương
gà bằng Protamex ......................................................................................................32
4.2.2 Kết quả tối ưu hóa q trình thủy phân protein từ xương gà bằng Protamex ..40
4.3. Kết quả xác định mức độ thủy phân (DH), phân tử lượng của peptit và hàm
lượng axit amin trong dịch thủy phân ở điều kiện tối ưu ..........................................48
4.3.1 DH ....................................................................................................................48
4.3.2 Phân tử lượng ...................................................................................................50


viii

4.3.3 Xác định thành phần axit amin ........................................................................53
4.4 Kết quả đánh giá chất lượng sản phẩm bột nêm từ xương gà thủy phân ............54
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................59
5.1 Kết luận ...............................................................................................................59
5.2 Kiến nghị .............................................................................................................59
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................61
PHỤ LỤC ..................................................................................................................65
Phụ lục A: Các phương pháp phân tích.....................................................................65
Phụ lục B: Kết quả các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protein xương gà
bằng Protamex ...........................................................................................................70
Phụ lục C: Kết quả phân tích ANOVA các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy
phân protein xương gà bằng Protamex .....................................................................76
Phụ lục D: Kết quả đánh giá cảm quan sản phẩm bột nêm từ xương gà thủy phân và
phân tích ANOVA .....................................................................................................86
Phụ lục E: Các kết quả phân tích ..............................................................................90


ix

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Dự báo gia tăng tiêu thụ thịt các loại vào năm 2022...................................1
Hình 2.1. Tác dụng của endopeptidase và exopetidase lên cấu trúc protein ..............8
Hình 2.2 Vị trí thủy phân của endopeptidase và exopeptidase trên protein ...............8
Hình 3.1. Sơ đồ nghiên cứu.......................................................................................19
Hình 3.2. Sơ đồ trích ly protein từ xương gà ............................................................20
Hình 4.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ xương gà/nước đến quá trình thủy phân protein
xương gà bằng Protamex ...........................................................................33
Hình 4.2. Ảnh hưởng của thời gian xử lý nhiệt đến quá trình thủy phân protein
xương gà bằng Protamex ...........................................................................34
Hình 4.3. Ảnh hưởng của pH đến quá trình thủy phân protein xương gà bằng

Protamex ....................................................................................................36
Hình 4.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình thủy phân protein xương gà bằng
Protamex ....................................................................................................37
Hình 4.5. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình thủy phân protein xương gà bằng
Protamex ....................................................................................................38
Hình 4.6. Ảnh hưởng của tỷ lệ E/S đến quá trình thủy phân protein xương gà bằng
Protamex ....................................................................................................39
Hình 4.7. Tương quan hiệu suất thủy phân thực tế và dự đoán của quá trình thủy
phân. ...........................................................................................................43
Hình 4.8. Ảnh hưởng tỷ lệ E/S và thời gian đến hiệu suất thu hồi protein hòa tan ..45
Hình 4.9. Ảnh hưởng tỷ lệ E/S và nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi protein hịa tan ...46
Hình 4.10. Ảnh hưởng nhiệt độ và thời gian đến hiệu suất thu hồi protein hịa tan .47
Hình 4.11. Điều kiện thủy phân tối ưu cho protein từ xương gà. .............................48
Hình 4.12. Kết quả phân tích khối lượng phân tử peptit của dịch xương gà trước
thủy phân theo phương pháp sắc ký lọc gel (GPC) ...................................50
Hình 4.13. Kết quả phân tích khối lượng phân tử peptit của dịch xương gà sau thủy
phân bằng enzyme Protamex theo phương pháp sắc ký lọc gel (GPC).....51
Hình 4.14. Sơ đồ quy trình chế biến bột nêm từ xương gà thủy phân ......................56


x

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Thành phần hóa học trung bình của thịt ức gà trong 100g nguyên liệu .....4
Bảng 2.2: Thành phần axit amin trong 100g thịt ức gà...............................................5
Bảng 2.3: Thành phần chất béo trong 100g thịt ức gà ................................................6
Bảng 2.4: Hàm lượng vitamin trong 100g thịt ức gà ..................................................6
Bảng 2.5: Hàm lượng khoáng (mg) trong 100g thịt ức gà .........................................6
Bảng 2.6: Hàm lượng chất trích ly chứa nitơ phi protein trong mô cơ động vật .......7
Bảng 3.1: Bảng bố trí thí nghiệm khảo sát chế độ xử lý nhiệt ..................................22

Bảng 3.2: Bảng bố trí thí nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy
phân protein xương gà bằng Protamex ......................................................23
Bảng 3.3: Ma trận quy hoạch cấu trúc có tâm cấp hai, bốn yếu tố ...........................25
Bảng 3.4: Cơ sở xây dựng thang điểm đánh giá theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN
3215-79) .....................................................................................................28
Bảng 3.5: Danh mục chỉ tiêu cảm quan và hệ số quan trọng đối với sản phẩm bột
nêm từ xương gà thủy phân .......................................................................29
Bảng 3.6: Các cấp chất lượng đối với các sản phẩm thực phẩm (TCVN 3215-79) .29
Bảng 3.7: Bảng điểm đánh giá chất lượng cảm quan sản phẩm ...............................30
Bảng 4.1: Kết quả xác định thành phần xương gà ....................................................32
Bảng 4.2: Các thông số của thí nghiệm tối ưu hóa ...................................................41
Bảng 4.3: Ma trận quy hoạch cấu trúc có tâm cấp hai, ba yếu tố .............................41
Bảng 4.4: Hệ số hồi quy và giá trị p của phương trình hiệu suất thủy phân .............43
Bảng 4.5: Thành phần axit amin của dịch xương gà thủy phân trong điều kiện tối ưu
....................................................................................................................53
Bảng 4.6: Công thức sản xuất bột nêm từ xương gà thủy phân ................................55
Bảng 4.7: Kết quả xác định một số thành phần và chỉ số peroxit trong bột nêm từ
xương gà thủy phân....................................................................................56
Bảng 4.8: Chỉ tiêu vi sinh sản phẩm bột nêm từ xương gà thủy phân ......................57
Bảng 4.9: Kết quả trung bình đánh giá cảm quan sản phẩm bột nêm xương gà ......57
Bảng 4.10: Kết quả trung bình đánh giá cảm quan sản phẩm hạt nêm Knorr ..........58


xi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
AU

: Ason Units

DH

: Degree of hydrolysis

E/S

: Enzyme/Cơ chất

GPC

: Gel permeation chromatography

Mw

: Weight-average molecular weights

NN&PTNT

: Nông nghiệp và phát triển nông thôn

TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam


1

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1 Lý do hình thành đề tài
Thịt gà là nguồn cung cấp đạm động vật phổ biến hiện nay trên thế giới, chứa

nhiều dưỡng chất mà cơ thể người có thể hấp thụ dễ dàng. Ngồi đạm, chất béo-đặc
biệt là omega-3, thịt gà cịn có nhiều vitamin và muối khoáng như vitamin A, B1, B2,
C, E, canxi, phốt pho, sắt…
Theo Bộ NN&PTNT, đàn gia cầm phát triển tốt, ước tính tổng số gia cầm của
cả nước vào tháng 9/2016 tăng khoảng 5-5,5%; Sản lượng thịt gia cầm hơi xuất
chuồng 9 tháng năm 2016 tăng 5,68% so với cùng kỳ năm 2015.[36]
Thịt gà với nhiều ưu thế về dinh dưỡng và khẩu vị, đã có mức tăng cao nhất
so với tất cả các loại thịt khác. Dự báo tiêu thụ thịt gà vào năm 2022 sẽ tăng đến
47% so với bình quân giai đoạn 2003-2013 , kéo theo công nghiệp chăn nuôi và chế
biến thịt gà phát triển mạnh. [35]

Hình 1.1. Dự báo gia tăng tiêu thụ thịt các loại vào năm 2022
Bên cạnh nền công nghiệp chăn nuôi và chế biến thịt gà phát triển mạnh mẽ sẽ
xuất hiện nhiều phụ phẩm (xương, da, nội tạng…), nếu khơng tận dụng và xử lý sẽ
lãng phí và gây ô nhiễm môi trường.
Do đó, chúng tôi đã thực hiện đề tài nghiên cứu phương pháp thu nhận protein
từ xương gà nhằm đem lại thực phẩm dinh dưỡng tạo giá trị gia tăng cho phụ phẩm
xương gà; đề tài cũng nhằm đáp ứng theo thực tế phát triển của ngành nông nghiệp.

HVTH: TRẦN THANH TÀI

CBHD: GS.Ts ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO


2

Ngày nay, ứng dụng của enzyme vào công nghệ thực phẩm được xem là kỹ
thuật thông dụng để chiết tách, trích ly, tăng hiệu suất thu hồi chất chiết. Enzyme thực
hiện thủy phân trong điều kiện ơn hịa, phản ứng xảy ra ít tạo sản phẩm phụ.
Chính vì vậy, chúng tôi chọn phương pháp thủy phân mô cơ và xương bởi xúc

tác của protease là để trích ly protein từ phụ phẩm xương gà nhằm thu được sản phẩm
có hàm lượng protein cao.
1.2 Mục đích nghiên cứu
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến q trình trích ly protein từ xương gà bằng
enzyme Protamex sao cho thu được dịch có hiệu suất thu hồi protein hịa tan cao nhất.
Từ đó chọn điều kiện tối ưu để thủy phân và trích ly protein từ xương gà thành các
peptit mạch ngắn, có phân tử lượng thấp hơn, dễ tan hòa tan trong nước, nhằm thu
được sản phẩm có hàm lượng protein hịa tan cao sử dụng làm gia vị thực phẩm.
1.3 Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu này được thực hiện trong quy mơ phịng thí nghiệm, đối tượng là
xương gà có nguồn gốc từ công ty cổ phần Việt Nam Kỹ Nghệ Súc Sản (VISSAN).
Q trình trích ly protein sử dụng chế phẩm enzyme Protamex của hãng Novozymes,
Đan Mạch. Tiến hành các khảo sát như trong nội dung nghiên cứu của đề tài.
1.4 Nội dung nghiên cứu
Nội dung luận văn bao gồm các phần:
-

Tổng quan tài liệu về nguyên liệu, enzyme dùng trong nghiên cứu và sản phẩm
bột nêm.

-

Phân tích một số thành phần hóa học của xương gà.

-

Khảo sát q trình hầm (xử lý nhiệt) xương.

-

Khảo sát q trình trích ly protein từ xương gà bằng phương pháp enzyme:
 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protein từ xương
gà bằng enzyme.
 Thực hiện tối ưu hóa q trình thủy phân để tìm điều kiện trích ly
protein tốt nhất.

-

Xác định mức độ thủy phân, phân tử lượng của peptit, và hàm lượng các axit
amine có trong dịch thủy phân ở điều kiện thủy phân tối ưu nhất.

HVTH: TRẦN THANH TÀI

CBHD: GS.Ts ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO


3

-

Sản xuất thử nghiệm và đánh giá chất lượng sản phẩm bột nêm từ xương gà
thủy phân: xác định một số thành phần hóa học, chỉ số peroxit, cảm quan và
vi sinh.

1.5 Ứng dụng nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu bước đầu, tìm điều kiện phù hợp thủy phân xương gà bằng enzyme
để trích ly protein, tận dụng nguồn phụ phẩm của nền công nghiệp chế biến thịt.
Tạo cơ sở cho việc nghiên cứu sản xuất sản phẩm bột nêm từ xương gà thủy
phân: sản phẩm có hàm lượng protein cao, chứa các peptit có phân tử lượng thấp.
Điều này có ý nghĩa quan trọng về mặt dinh dưỡng, ảnh hưởng đến khả năng hấp thu

protein trong cơ thể và các ý nghĩa sinh học khác.

HVTH: TRẦN THANH TÀI

CBHD: GS.Ts ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO


4

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Tổng quan về thịt gà
2.1.1 Thành phần hóa học của thịt gà
Sản phẩm thịt nói chung và thịt gà nói riêng được đánh giá như nguồn cung
cấp protein dồi dào cho cơ thể, đồng thời chất béo trong thịt gà cũng là nguồn năng
lượng phong phú (bảng 2.1).
Bảng 2.1: Thành phần hóa học trung bình của thịt ức gà trong 100g nguyên
liệu [10]
Thành phần

Hàm lượng (g)

Nước

66

Protid

19

Lipid

13,8

Pantothenic axit (mg)

0,9

Fe (mg)

0,9

Na (mg)

70

2.1.2 Giá trị dinh dưỡng của thịt gà
Sản phẩm thịt gà là loại thực phẩm có nguồn dinh dưỡng cao. Chất lượng
protein trong thịt cao vì chứa tất cả những axit amin cần thiết ở tỷ lệ khá cân đối và
dễ tiêu hóa. Thịt được cấu tạo bởi mô cơ và mô liên kết trong đó mơ cơ có giá trị năng
lượng cao và mơ liên kết có giá trị năng lượng thấp .
2.1.2.1 Protein và axit amin
Thịt gà không chỉ giàu protein mà protein trong thịt gà chứa nhiều hơn các loại
thịt đỏ, theo các báo cáo của Scott (1956) nguồn protein trong thịt gà khoảng 25-35%,
trong thịt bò khoảng 21-27%, thịt heo khoảng 23-24% và cừu khoảng 21-28%.
Thịt gà chứa protein có giá trị dinh dưỡng cao do được cấu trúc bởi hệ axit
amin đầy đủ và khá cân đối, được tóm tắt trong bảng 2.2

HVTH: TRẦN THANH TÀI

CBHD: GS.Ts ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO

5

Bảng 2.2: Thành phần axit amin trong 100g thịt ức gà [10].
Thành phần

Hàm lượng (g)

Arginine

1,39

Cystine

0,30

Histidine
Isoleucine

0,72
1,22

Leucine

2,73

Lysine

1,96

Methionine
Phenylalanine

0,64
0,92

Threonine

0,98

Tryptophan
Tyrosine

0,27
0,78

Valine
Alanin

1,15
1,26

Aspartic axit

2,06

Glutamic
Glycine

3,46
1,13

Proline
Serine

0,95
0,79

2.1.2.2 Lipid
Hàm lượng mỡ phụ thuộc vào lứa tuổi, giới tính và loại gia cầm (bảng 2.3).
Ngồi ra, nó cịn tùy thuộc vào từng bộ phận của gia cầm. Theo báo cáo của Scott
(1956) da gà tây chứa khoảng 33,8% mỡ. Hầu hết động vật thịt đỏ có mỡ ít ở phần
mơ. Phần ức gà chứa khoảng 1,3% mỡ, thịt bò chứa 13-30%.
Mỡ trong thịt gia cầm có khoảng 30% chất béo bão hịa. Chất béo ở gia cầm
có chứa ít axit béo bão hịa hơn bị và heo. Gia cầm có chứa từ 60-80mg
cholesterol/100g thịt sống gồm cả da.

HVTH: TRẦN THANH TÀI

CBHD: GS.Ts ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO


6

Bảng 2.3: Thành phần chất béo trong 100g thịt ức gà [10]
Lipid
Chất béo no

Hàm lượng (g)

0,33

Chất béo không no 1 nối đôi

0,30

Chất béo không no nhiều nối đôi

0,28

2.1.2.3 Vitamin
Theo Birt (1943) thịt gia cầm có nguồn niacin, riboflavin, thiamin, axit
ascorbic. Thịt gà sống có chứa 32.500 I.U vitamin A, 0,2mg thiamin, 2,46mg
riboflavin, 1 l,8mg niacin và 20g ascorbic axit (bảng 2.4).
Bảng 2.4: Hàm lượng vitamin trong 100g thịt ức gà [10]
Vitamin
Axit Ascobic
Thiamin

Hàm lượng (mg)
1,20
0,07

Riboflavin

0,09

Niacin

11,19

Vitamin B6

0,55

Folavin (meg)

4,00

Pantothenic axit
Vitamin B12

0,82
0,38

Vitamin A (IU)

21

Vitamin E

0,13

Tocopherol

0,04

Vitamin K

0,20

2.1.2.4 Chất khống
Trong thịt gà có chứa các chất khoáng như Na, K, Mg, Ca, Fe, P, S, Cl và Iot
(bảng 2.5). Hầu như các chất này đều cần thiết cho cơ thể với liều lượng thích hợp.
Bảng 2.5: Hàm lượng khoáng (mg) trong 100g thịt ức gà [10]
Chất khoáng
Ca
Fe

HVTH: TRẦN THANH TÀI

Hàm lượng
11
0,72

CBHD: GS.Ts ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO


7

Mg

28

p
K

196
255

Na

65

Zn

0,8

Cu

0,04

Mn

0,018

Se (mcg)

17,8

2.1.2.5 Chất trích ly chứa nitơ phi protein
Trong thịt, hàm lượng chất trích ly phi protein chiếm từ 10-26% so với tồn
bộ hợp phần chứa nitơ của mơ cơ. Chất trích ly chứa nitơ phi protein biến đổi theo
lượng béo, tuổi con vật và tạo ra mùi đặc trưng cho thịt. Đa số các chất này tạo nên
giá trị cảm quan của thịt trong quá trình thủy phân. Hàm lượng chất trích ly chứa nitơ
phi protein ở thịt gà so với các loại thịt khác được mô tả ở bảng 2.6.
Bảng 2.6: Hàm lượng chất trích ly chứa nitơ phi protein trong mơ cơ động vật
[10]
Hàm lượng (mg%)

Thịt
Carnosin

Anserin

Creatin

Bị

265

-

300

Heo

289

-

288

Gà

430

770

1100

2.2 Giới thiệu về protease
Trong các loại enzyme, protease là loại enzyme được ứng dụng vào nhiều lĩnh
vực khác nhau. Protease có nhiều tên gọi khác như peptidase, proteinase, proteolytic
enzyme, peptide hydrolase, là nhóm enzyme xúc tác sự thủy phân liên kết peptit (–
CO-NH –) (liên kết chủ yếu trong phân tử protein và polypeptit) [4] [12].
2.2.1 Phân loại protease
Có nhiều cách phân loại protease, cụ thể như sau:
HVTH: TRẦN THANH TÀI

CBHD: GS.Ts ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO


8

Dựa vào vị trí thủy phân của protease
Dựa vào vị trí của liên kết peptit ở nội mạch hay ở đầu mạch thì protease được
chia làm 2 nhóm: endopeptidase và exopeptidase.

Hình 2.1. Tác dụng của endopeptidase và exopetidase lên cấu trúc protein [27]
Các endopeptidase cắt các liên kết peptit bên trong các chuỗi polypeptit (cắt
giữa mạch), trong khi các exopeptidase cắt từng axit amin ở cuối mạch của chuỗi
polypeptit (cắt hai đầu mạch protein) [14].

Hình 2.2 Vị trí thủy phân của endopeptidase và exopeptidase trên protein [29]
Theo Kunst Ton (2003) thì tùy vào vị trí thủy phân của exopeptidase tại đầu
amino hay đầu carboxyl của chuỗi polypeptit mà exopeptidase được gọi là
carboxypeptidase hay aminopeptidase.
Dựa vào q trình thủy phân có thể chia protease thành 2 loại:
-

Proteinase: thủy phân liên kết peptit ở giữa chuỗi polypeptit, tạo thành
peptit có phân tử lượng nhỏ hơn. Enzyme này xúc tác cho quá trình thủy
phân liên kết peptit bên trong phân tử protein.

HVTH: TRẦN THANH TÀI

CBHD: GS.Ts ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO


9

-

Peptidase: thủy phân liên kết peptit ở 2 đầu của phân tử protein tạo thành
các dipeptit rồi thành axit amin tự do. Trong quá trình thủy phân, mối
liên kết peptit ở đầu amin hoặc đầu carboxyl sẽ dần dần bị thủy phân.
Chúng được chia tiếp thành những nhóm như sau:
o Aminopeptidase: là exoenzyme, xúc tác thủy phân liên kết peptit
từ đầu amino của phân tử protein tạo ra axit amin.
o Carboxypeptidase: là exoenzyme, xúc tác thủy phân liên kết peptit
từ đầu carboxyl của phân tử protein tạo ra axit amin.
o Dipeptidase: xúc tác thủy phân dipeptit, tạo ra hai axit amin [6].

Dựa vào bản chất trung tâm hoạt động của enzyme: chia thành 4 loại:
-

Serine protease: có trung tâm hoạt động là các axit amin như axit asparaginic,
histidin và serine. Thường gặp nhóm này là chymotrypsin, trypsin, trombin,
plasmin, alastase và một vài protease từ vi sinh vật.

-

Thiol protease: có trung tâm hoạt động chứa nhóm –SH, bao gồm: papain,
ficin, bromelain, chymopapain...

-

Protease axit: pH tối ưu nhỏ hơn 5,0, trong trung tâm hoạt động chứa các axit
amin có tính axit như pepsin, cathepsin và một số protease từ nấm sợi...

-

Metallo Protease: trung tâm hoạt động chứa ion kim loại. Đại diện cho nhóm
enzyme này là các protease trung tính có nguồn gốc từ vi sinh vật và một số
có nguồn gốc thực vật [6].
Dựa vào vùng pH hoạt động tối ưu của protease: được chia thành 3 nhóm:

-

Protease axit: pepsin, renin... hoạt động ở pH axit.

-

Protease kiềm: trypsin, chymotrypsin... hoạt động ở pH kiềm.

-

Protease trung tính: papain... hoạt động ở vùng pH trung tính [32] [1].
Ngồi ra, có thể phân loại theo nguồn gốc (động vật, thực vật, vi sinh vật).

2.2.2 Giới thiệu enzyme Protamex sử dụng trong nghiên cứu
Protamex® (E.C. 3.4.21.62/ 3.4.24.28) là một enzyme có nguồn gốc từ vi sinh

vật Bacillus. Protamex có bản chất là một serinoprotease, trung tâm hoạt động của

HVTH: TRẦN THANH TÀI

CBHD: GS.Ts ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO


10

nhóm enzyme này có các axit amin như axit asparaginic, histidine và serine. Một số
enzyme khác cũng thuộc nhóm serinoprotease này là trypsin, chymotrypsin, trombin,
plasmin, elastase,… [6]
Enzyme Protamex có hoạt độ 1,5 AU/g, điều kiện thích hợp cho enzyme này
hoạt động là pH = 5,5-7,5 và nhiệt độ 45-600C.[9]
Enzyme Protamex bị vơ hoạt ở nhiệt độ 950C trong vịng 15 phút. [9]
2.3 Quá trình thủy phân
2.3.1 Cơ sở khoa học
Cơ sở khoa học của quá trình thủy phân là quá trình phân giải một hợp chất
hóa học có phân tử lượng cao, với sự tham gia của nước để tạo ra những hợp chất hóa
học mới có phân tử lượng thấp hơn [6].
Trong công nghiệp thực phẩm hiện nay, để q trình thủy phân diễn ra nhanh
chóng và mức độ cao, các nhà sản xuất luôn phải sử dụng các chất xúc tác. Những
chất xúc tác thường là các enzyme (phương pháp sinh học) và phi enzyme (phương
pháp hóa học) [20].
Mục đích cơng nghệ của q trình thủy phân trong nghiên cứu này là thủy
phân protein từ xương gà của quy trình sản xuất thịt gà thành các peptit mạch ngắn
hơn, có phân tử lượng thấp hơn, dễ tan hịa tan trong nước, nhằm thu được sản phẩm

có hàm lượng protein hòa tan cao.
2.3.2 Phương pháp sinh học
Protein thực phẩm thường được thủy phân bằng cách sử dụng các protease. So
với phương pháp hóa học, phương pháp sinh học giữ được giá trị dinh dưỡng của sản
phẩm cao hơn. Quá trình này diễn ra dưới điều kiện ơn hịa, khơng xảy ra phản ứng
phụ, khắc phục được nhược điểm của thủy phân với axit hoặc kiềm và còn cho phép
kiểm sốt tốt q trình thủy phân với các đặc tính mong đợi của sản phẩm. Mặc dù,
phương pháp sinh học làm tăng khả năng sử dụng những phụ phẩm thực phẩm và cải
thiện giá trị dinh dưỡng của sản phẩm, nhưng phương pháp này có thể có nhược điểm
là tạo ra sản phẩm thủy phân có chất lượng cảm quan khơng mong muốn như có thể
có vị đắng [20].

HVTH: TRẦN THANH TÀI

CBHD: GS.Ts ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO


11

2.3.3 Phương pháp hóa học
Thủy phân protein bằng phương pháp hóa học là phá hủy các liên kết peptit
với axit hoặc base. Phương pháp này chi phí tương đối rẻ và khá đơn giản để thực
hiện. Hiệu suất của phương pháp khá cao, rút ngắn thời gian. Tuy nhiên, phương pháp
này có nhiều giới hạn do thực hiện ở điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao, pH và
áp suất cao. Thêm vào đó cịn sản sinh sản phẩm phụ, gây bất lợi cho sức khỏe con
người. Nhìn chung, phương pháp này làm giảm tính chất dinh dưỡng, tính chất chức
năng và hương vị của sản phẩm [20].
2.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân
Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của protease được lựa chọn của quá trình
thủy phân phụ thuộc vào các yếu tố sau:

2.3.4.1 Nhiệt độ và pH
Nhiệt độ và pH là yếu tố hai quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính protease, do
mỗi protease hoạt động tối ưu ở một vùng nhiệt độ và pH nhất định [6]. Nhiều nghiên
cứu đã khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và pH đến việc sản xuất sản phẩm thủy phân,
theo Ravallec Ple và cộng sự (2000) cho thấy rằng điều kiện thí nghiệm phải ở nhiệt
độ và pH tối ưu của protease mới đạt được mức độ thủy phân cao [26].
Khi tăng nhiệt độ trong khoảng nhất định thì hoạt tính enzyme sẽ tăng theo.
Do đó, phản ứng hóa sinh sẽ diễn ra nhanh hơn. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ tăng quá cao
sẽ làm biến tính bất thuận nghịch protein, enzyme bị vơ hoạt và phản ứng hóa sinh sẽ
ngừng lại. Và khi ở nhiệt độ thấp thì enzyme cũng bị vơ hoạt nhưng sự biến tính là
thuận nghịch. Nếu tăng nhiệt độ trở lại thì hoạt tính enzyme sẽ được phục hồi. Ở giá
trị nhiệt độ tối thích, hoạt tính enzyme là cao nhất, tốc độ chuyển hóa tạo thành sản
phẩm cũng là cao nhất.
2.3.4.2 Tỷ lệ cơ chất/nước
Mặc dù tỷ lệ cơ chất/nước ảnh hưởng không đáng kể như các yếu tố khác trong
phản ứng thủy phân, nhưng nhiều nghiên cứu ghi nhận những giá trị khác nhau cho
thấy tầm quan trọng tiềm ẩn trong việc ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình thủy
phân [6][24].

HVTH: TRẦN THANH TÀI

CBHD: GS.Ts ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO


12

Khi tăng nồng độ cơ chất thì tốc độ phản ứng hóa sinh sẽ gia tăng nhưng chỉ
đúng trong một khoảng giới hạn của nồng độ cơ chất. Nếu nồng độ cơ chất tăng quá
cao thì enzyme sẽ bị ức chế và tốc độ phản ứng sẽ giảm dần.
2.3.4.3 Nồng độ enzyme

Một lượng lớn sản phẩm hình thành trong thời gian cụ thể phụ thuộc vào nồng
độ enyme. Mối quan hệ giữa hoạt tính và nồng độ bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như
nhiệt độ, pH… Khi tăng nồng độ enzyme thì hiệu suất thủy phân protein tăng, nhưng
đến một hàm lượng enzyme và thời gian thủy phân tương ứng thì hiệu suất thủy phân
khơng tăng tuyến tính theo nồng độ enzyme. [6]
2.3.4.4 Thời gian thủy phân
Thời gian thủy phân là một yếu tố được nghiên cứu rộng rãi trong việc kiểm
sốt phản ứng thủy phân. Q trình thủy phân protein bằng enzyme xảy ra tăng nhanh
theo thời gian, trong đó phần lớn các liên kết peptit bị thủy phân. Sau đó, tốc độ phản
ứng giảm và đạt trạng thái cân bằng [6].
2.3.5 Ứng dụng protein thủy phân
Thủy phân protein nhằm phân giải các nguyên liệu có chứa thành phần protein
ở trạng thái phân tử lượng lớn thành các peptid ngắn mạch hay amino axit dễ hấp thụ
cho cơ thể sống. Sản phẩm của quá trình thủy phân protein là dịch đạm thủy phân
giàu peptit trọng lượng phân tử thấp, đặc biệt là di và tri-peptit với ít axit amin tự do,
được cho là có giá trị dinh dưỡng cao [13].
Khi thủy phân bằng enzyme, các enzyme phân giải protein phá vỡ protein
thành hai phần phân biệt, các thành phần hịa tan và khơng hịa tan. Các phần khơng
hồ tan có thể chứa các chất khơng mong muốn và chất béo có thể được sử dụng trong
thức ăn chăn ni. Các thành phần hịa tan có chứa protein thủy phân và hàm lượng
chất béo thấp có thể được sử dụng để tăng cường hương vị thực phẩm, bổ sung vào
thực phẩm chức năng, hoặc chỉ đơn giản là phụ gia dinh dưỡng vào thực phẩm chất
lượng protein thấp [21].

HVTH: TRẦN THANH TÀI

CBHD: GS.Ts ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO


13

2.4 Tình hình nghiên cứu thủy phân protein dùng enzyme
2.4.1 Trên thế giới
Những năm gần đây có rất nhiều nghiên cứu về thủy phân protein từ động vật
vì những tính chất nổi bật mà protein thủy phân mang lại. Trong đó bao gồm các
nghiên cứu về thủy phân protein thịt heo, gà, cá, vẹm, mực, phụ phẩm ngành chế biến
thủy sản…
Bhaskar và cộng sự (2007) đã thủy phân protein từ nội tạng cừu bao gồm dạ
dày, ruột lớn và nhỏ bằng enzyme protease từ nấm với tỷ lệ 1% tổng khối lượng chất
khô tại 43 ± 1oC với độ pH khoảng 7,0 trong 45 phút thì mức độ thủy phân đạt 34%
và tỷ lệ thu hồi nitơ lớn hơn 64%. Điện di SDS-PAGE theo phương pháp Laemmli
1970 ở nồng độ gel 12% cho thấy các peptit trong thủy phân protein có trọng lượng
phân tử trung bình lớn hơn 10kDa [13].
Kurozawa và cộng sự (2008), đã nghiên cứu tối ưu hóa thủy phân protein từ
thịt ức gà bằng enzyme protease thương mại Alcalase 2,4L và đánh giá ảnh hưởng
của nhiệt độ (43-77oC), tỷ lệ E/S (0,8-4,2%), và độ pH (7,16-8,84) trên mức độ thủy
phân và tỉ lệ thu hồi protein. Quá trình thủy phân bằng enzyme đã được tối ưu hóa
cho mức độ thủy phân protein và tỷ lệ thu hồi tối đa. Kết quả nghiên cứu cho thấy các
điều kiện tối ưu xác định được như sau: nhiệt độ 52,5oC, tỷ lệ E/S là 4,2% và pH 8.
Dưới những điều kiện này, mức độ thủy phân thu được 31% và tỷ lệ thu hồi protein
91%. Điện di SDS-PAGE cho thấy protein có trong thịt đã được phân cắt tạo nên axit
glutamic, axit aspartic, lysine và leucine với hàm lượng cao [21].
Silva và cộng sự (2010) đã nghiên cứu tối ưu hóa thủy phân protein thịt vẹm
bằng enzyme Protamex ở điều kiện nhiệt độ (46-64oC), tỷ lệ E/S (0,48-5,52%), và độ
pH (6,7-8,3) đến mức độ thủy phân. Phương pháp bề mặt đáp ứng cho thấy các điều
kiện tối ưu cho enzyme thủy phân cơ thịt vẹm là pH 6,85, nhiệt độ 51oC, và tỉ lệ E/S
là 4,5%. Mức độ thủy phân thu được 26,5% và tỷ lệ thu hồi protein 65% [28].
Ovissipour và cộng sự (2010) đã nghiên cứu thủy phân protein từ đầu cá ngừ
vây vàng sử dụng 1,5% Alcalase (v/w) và 1,5% Protamex (w/w) ở pH tự nhiên sau 4
và 24 giờ với tỷ lệ nước/nguyên liệu là 1:1 (w/w). Kết quả cho thấy mức độ thủy

phân, hàm lượng protein thu hồi của cả hai sản phẩm thủy phân bằng hai enzyme tăng

HVTH: TRẦN THANH TÀI

CBHD: GS.Ts ĐỐNG THỊ ANH ĐÀO