Nghiên cứu phương pháp sản xuất và tính năng của fpi (fish protein isolate) từ phụ phẩm cá tra

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CAO XUÂN THỦY

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT VÀ TÍNH NĂNG
CỦA FPI (FISH PROTEIN ISOLATE) TỪ PHỤ PHẨM CÁ TRA

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

TP. HỒ CHÍ MINH NĂM 2018


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CAO XUÂN THỦY

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT VÀ TÍNH NĂNG
CỦA FPI (FISH PROTEIN ISOLATE)TỪ PHỤ PHẨM CÁ TRA

Chuyên ngành: Chế biến thực phẩm và đồ uống
Mã số chuyên ngành: 62540201

Phản biện độc lập 1: GS.TS. Trần Thị Luyến
Phản biện độc lập 2: PGS.TS. Nguyễn Thị Xuân Sâm

Phản biện 1: GS.TS. Lê Văn Việt Mẫn
Phản biện 2: PGS.TS. Ngô Đại Nghiệp
Phản biện 3: PGS.TS. Phạm Văn Hùng

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. TS. Trần Bích Lam
2. GS.TS. Hà Thanh Tồn


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết
quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, và không sao chép từ bất
cứ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã
được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng theo yêu cầu.

Tác giả luận án

Cao Xuân Thủy

i


TĨM TẮT
Với mục tiêu khai thác tính năng cơng nghệ và giá trị sinh học của protein cá Tra
(Pangasius hypophthalmus), luận án “Nghiên cứu phương pháp sản xuất và tính năng
của FPI (Fish Protein Isolate) từ phụ phẩm cá Tra” đã khảo sát quá trình thủy phân phụ
phẩm cá Tra bằng enzyme alcalase 2.4L dưới các điều kiện thủy phân được kiểm soát
chặt chẽ; nghiên cứu tính năng cơng nghệ, hoạt tính sinh học của FPI và ứng dụng cơng
nghệ lọc màng để thu nhận FPI có tính năng tạo nhũ, tạo bọt, cố định canxi. Luận án đã
đạt được một số kết quả chính như sau:
(1) Về mặt lý thuyết


Nghiên cứu thành cơng quá trình thuỷ phân, xác định được quy luật ảnh hưởng của

các thông số kỹ thuật trong quá trình thủy phân phụ phẩm cá Tra; xác định mối liên
hệ giữa thời gian thủy phân với mức độ thủy phân (DH) và tính năng tạo nhũ, tạo
bọt, cố định canxi của FPI.



Xây dựng được phương trình hồi quy thực nghiệm mô tả ảnh hưởng đồng thời của
các yếu tố pH (X1), tỷ lệ enzyme (X2), nhiệt độ (X3) và thời gian (X4) đến quá trình
thuỷ phân, tối ưu hóa các điều kiện thủy phân với từng hàm mục tiêu là khả năng
tạo bọt, tạo nhũ, cố định canxi.

YBọt = 93,39 + 0,33X1 + 1,06X2 + 0,99X4 – 0,51X12 – 1,74 X22 – 0,36X42 + 0,41X1X3 +
0,57X1X4 + 1,08X2X3 – 1,02X3X4
YNhũ = 29,93 + 0,41X1 + 1,05X2 + 1,16X4 – 1,17X12 – 1,07 X22+ 1,27X32 –1,13X42 +
0,41X1X3 + 0,57X1X4 + 1,08X2X3 – 1,02X3X4
YCa = 30,36 + 1,19X2 + 0,76X4 – 0,55X12 – 1,02 X22 – 0,54 X42 + 0,42X1X3 + 0,45X1X4
+ 1,27X2X3 – 0,42X2X4 – 1,05X3X4


Xác định được mối tương quan giữa kích thước phân tử của FPI phụ phẩm cá tra
với tính năng ứng dụng của nó. Nhóm protein trong FPI có khả năng tạo nhũ tốt có
phân tử lượng từ 7 đến 10kDa. Nhóm protein có khả năng tạo bọt tốt có phân tử
lượng từ 5 đến 7kDa. Riêng hoạt tính cố định canxi của FPI được xác định bởi các
protein có kích thước nhỏ (nhỏ hơn 5 kDa). FPI cá tra có hoạt tính cố định canxi rất
tốt, khả năng cố định canxi thực tế của FPI đạt 38,36mg Ca2+/g FPI, trong đó có
trên 94% liên kết giữa Ca+2 với FPI tạo được cấu trúc EF-hand.

ii

(2)Về mặt thực tiễn


Xây dựng được quy trình cơng nghệ thu nhận các sản phẩm FPI có giá trị cao từ
phụ phẩm chế biến cá Tra gồm phương pháp thủy phân giới hạn và phương pháp
lọc màng phân riêng các nhóm phân tử.



Đã sử dụng thành cơng quá trình lọc nano với 2 loại màng là GE-5-DL, 5 kDa và
SRM 347, 10 kDa; xác định các điều kiện tối ưu để phân riêng và thu nhận các FPI
có khả năng tạo nhũ, tạo bọt, cố định canxi cao nhất. Hiệu suất thu hồi protein sau
lọc màng cao nhất ở màng GE-5-DL (màng 5 kDa) là 76,06% trong điều kiện vận
hành: nhiệt độ 450C, lưu lượng 34 L/h, áp suất 25 bar. Hiệu suất thu hồi protein sau
lọc màng cao nhất ở màng SRM 347 (màng 10 kDa) khi sử dụng để thu hồi FPI có
tính năng tạo bọt là 64,02% trong điều kiện vận hành: nhiệt độ là 350C, lưu lượng
39 L/h, áp suất: 22 bar. Khi sử dụng màng SRM 347 để thu hồi FPI có tính năng
tạo nhũ, hiệu suất thu hồi protein cao nhất đạt 65,31% trong điều kiện vận hành:
nhiệt độ 400C, lưu lượng 44 L/h, áp suất: 22 bar.



Khả năng tạo bọt của FPI từ phụ phẩm chế biến cá Tra tối đa đạt 112,18%, tương
đương với khả năng tạo bọt của WPI và cao hơn SPI. Khả năng tạo nhũ của FPI tối
đa đạt 39,88%, cao hơn khả năng tạo nhũ của SPI và WPI. Đặc biệt là khả năng cố
định canxi của FPI rất cao. Các khám phá này mở ra nhiều hướng ứng dụng mới
của FPI cá tra trong công nghiệp thực phẩm.
Những kết quả trên bước đầu tạo tiền đề cho việc triển khai công nghệ, ứng dụng

vào thực tế, đồng thời là nguồn tham khảo tin cậy cho những nghiên cứu tiếp theo trong

cùng lĩnh vực.

iii


ABSTRACT
As targets of striving towards the technological and the biological values of fish
protein; the thesis "Research of features and production technology of FPI (Fish Protein
Isolate) from byproducts of Pangasius hypophthalmus" has conducted research on
hydrolysis of Pangasius hypophthalmus byproducts by enzymes alcalasa 2.4L under the
strictly controlled hydrolysis conditions. To research on technology features, biological
activities. Apart from that, membrane technology has been applied for collecting FPI
with the emulsifying, foaming, calcium-binding espectively features. The thesis has
reached some key results as follows:
(1) The theoretical results
 Researching successfully the hydrolysis process, identify rules affected by
technical parameters during hydrolysis of Pangasius hypophthalmus byproduct;
determining the relationship between the degree of hydrolysis (DH) and emulsifying,
foaming, calcium binding abilities of FPI
 Conducting the optimization, building the empirical regression equation
describing the simultaneous influences of pH factor (X1), the E/S ratio (X2), temperature
(X3) and time (X4) to the hydrolysis; optimization the hydrolysis conditions for each
objective function of foaming, emulsifying, calcium binding:
Yfoaming = 93,39 + 0,33X1 + 1,06X2 + 0,99X4 – 0,51X12 – 1,74 X22 – 0,36X42 +
0,41X1X3 + 0,57X1X4 + 1,08X2X3 – 1,02X3X4
Yemulsifying = 29,93 + 0,41X1 + 1,05X2 + 1,16X4 – 1,17X12 – 1,07 X22+ 1,27X32 –
1,13X42 + 0,41X1X3 + 0,57X1X4 + 1,08X2X3 – 1,02X3X4
Ycalcium

binding

= 30,36 + 1,19X2 + 0,76X4 – 0,55X12 – 1,02 X22 – 0,54 X42 +

0,42X1X3 + 0,45X1X4 + 1,27X2X3 – 0,42X2X4 – 1,05X3X4
 Determining the correlation between molecular weight cut-off (MWCO) of
protein in FPI with the features of its application. The group of proteins with MWCO
from 7 to 10 kDa has good emulsifying ability. The one with MWCO from 5 to 7 kDa
has good foaming ability. Particularly, the calcium binding capacity of FPI has been
determined by the relatively small proteins (less than 5 kDa). The maximum calcium
binding of FPI from Pangasius hypophthalmus is high, reaching 38,36 mg Ca2+/g FPI,

iv


which has over 94% of the links between Ca+ 2 with FPI by creating structured EF-hand
(2) Experimental results
• To develop a technological process for producing of high quality FPI from
Pangasius hypophthalmus byproducts, including limited hydrolysis process and
membrane application for separating protein clusters with different mocular weight.
• To use successfully the 5 kDa GE-5-DL and 10 kDa SRM 347 membranes.
Thereby, determining the optimum conditions of the membranes filtration process for
acquiring FPI with the emulsifying, foaming, calcium binding abilities. The highest
proteins yield of membrane GE-5-DL membrane (5 kDa membrane) is 76.06%; in
operating conditions: temperature of 450C, flow 34 L/h, pressure: 25 bar. The one of
SRM 347 (10 kDa membrane) for colleting FPI with foaming ability is 64.02%; in
operating conditions: temperature of 350C, flow 39 L/h, pressure: 22 bar. The highest
proteins yield of SRM 347 membrane with emulsifying ability is 65.31% in the
operating conditions: temperature 400C, flow 44 L/h, pressure: 22 bar.
• The maximum foaming ability of FPI from Pangasius hypophthalmus byproducts
reached 112.18%, equivalent to the foaming capability of WPI and higher than the one

of SPI. Maximum emulsifying ability of FPI reaches 39.88%, higher than the ones of
SPI and WPI. Especially the calcium binding ability of FPI is very high. The discovery
opens up many new application directions of FPI fish in food industry
The above initial results, on the premise, have been contributed to the application
for food production, and considered as a reliable reference source for further studies in
the same field.

v


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện luận án, tơi đã nhận được sự hướng dẫn tận tình, sự động
viên đúng lúc của TS. Trần Bích Lam. Từ đáy lịng mình, bằng những tình cảm chân
thành nhất cùng với sự kính trọng sâu sắc, tơi muốn bày tỏ lời biết ơn của mình đến Cơ.
Cảm ơn Cơ đã cho em nhiều suy nghĩ về sự phấn đấu không ngừng để trở thành một nhà
khoa học chân chính. Cảm ơn Cơ đã trang bị thêm cho em cách tiếp cận với các phương
pháp luận khoa học để em tự tin hơn trên con đường phía trước. Xin cảm ơn GS.TS. Hà
Thanh Tồn đã giúp đỡ, góp nhiều ý kiến cho luận án kể từ những ngày đầu tiên xây
dựng đề cương nghiên cứu đến nay.
Lúc này đây, con xin được nói lời cảm ơn cha; kính cẩn chắp tay và thâm tâm
hướng về vong linh của mẹ. Muôn vàn lời cảm ơn cũng khơng thể nói hết được tình
thương của cha mẹ với con. Con cảm ơn cha mẹ đã cho con hình hài này, cảm ơn cha mẹ
ln ln ở bên con kể cả những hồn cảnh khó khăn nhất để con thêm vững bước trong
cuộc sống.
Nhân dịp này, với tư cách là người chồng, người cha, tôi muốn gửi thật nhiều lời
cảm ơn sâu sắc, tình cảm yêu thương vơ bờ của tơi đến gia đình nhỏ bé, nơi đó có vợ và
hai con trai u q - Huy Hồng, Minh Trí. Tổ ấm ấy đã là điểm tựa tinh thần vững chắc
cho tôi trong suốt thời gian nghiên cứu đầy gian nan vừa qua. Cảm ơn vợ và các con đã
mang lại năng lượng và niềm vui để bố được yên tâm trong sự nghiệp phấn đấu.
Xin bày tỏ niềm tri ân vì những giúp đỡ, tạo điều kiện của Ban Giám hiệu trường

Đại học Công nghiệp Thực phẩm Tp. Hồ Chí Minh, sự động viên tinh thần của các đồng
nghiệp, bạn bè.
Tôi cũng xin cảm ơn khoa Kỹ thuật Hóa học - Trường Đại học Bách khoa; các
thầy, cô đang công tác tại khoa Công nghệ Thực phẩm; các cán bộ, viên chức phịng
Cơng tác chính trị - Học sinh sinh viên, Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Tp.
Hồ Chí Minh đã giúp đỡ và chia sẻ vui - buồn với tôi trong thời gian vừa qua.
Cao Xuân Thủy

vi


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN
TÓM TẮT
ABSTRACT
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

i
ii
iv
vi
vii
ix

xii
xiv
xv
1

1.1. Cá Tra và phụ phẩm chế biến cá Tra

1

1.2. Các chế phẩm protein thủy sản

4

1.3. Các enzyme sử dụng trong thủy phân protein cá

8

1.4. Sử dụng kỹ thuật membrane trong sản x́t FPI và BP

11

1.5. Tính chất cơng nghệ của các chế phẩm protein

15

1.6. Hoạt tính sinh học của các chế phẩm protein

19

1.7. Những vấn đề tồn tại trong nghiên cứu thu nhận và tính năng của FPI

25

1.8. Hướng nghiên cứu và nội dung nghiên cứu của luận án

28

CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

30

2.1. Nguyên liệu

30

2.2. Hóa chất

32

2.3. Màng lọc nano

32

2.4. Thiết bị

34

2.5. Phương pháp nghiên cứu

35

2.6. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu

40

2.7. Sơ đồ nghiên cứu tổng quát

41

2.8. Sơ đồ bố trí thí nghiệm

42

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN

54

3.1. Nghiên cứu quá trình thuỷ phân phụ phẩm cá Tra

54

3.2. Nghiên cứu tính năng cơng nghệ của FPI từ phụ phẩm cá Tra

65

3.2.1. Mối quan hệ giữa thời gian thủy phân với mức độ thuỷ phân (DH) và
khả năng tạo bọt, tạo nhũ của FPI.
vii

66

3.2.2. Nghiên cứu điều kiện tối ưu thu nhận FPI có tính năng tạo bọt

70

3.2.3. Nghiên cứu điều kiện tối ưu thu nhận FPI có tính năng tạo nhũ

77

3.2.4. So sánh khả năng tạo bọt, tạo nhũ của FPI với các chế phẩm protein

83

thương mại (SPI và WPI)
3.3. Nghiên cứu hoạt tính cố định canxi của FPI từ phụ phẩm cá Tra
3.3.1. Mối quan hệ giữa thời gian thủy phân với mức độ thuỷ phân (DH) và

88
89

hoạt tính cố định/liên kết canxi của FPI
3.3.2. Nghiên cứu hoạt tính cố định canxi của đạm cá phân lập
3.4. Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật lọc membrane để phân riêng các nhóm phân tử

91
100

protein trong FPI
3.4.1. Lựa chọn loại membrane

101

3.4.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân riêng các nhóm protein

103

mục tiêu trong FPI bằng kỹ thuật lọc màng
3.4.3. Lựa chọn các thơng số cơng nghệ thích hợp cho quá trình lọc màng để

118

thu nhận các nhóm protein trong FPI có tính năng ứng dụng khác nhau
3.5. Kiểm tra thành phần hóa học và tính năng cơng nghệ của FPI sau quá trình lọc

125

membrane.
3.5.1. Kiểm tra thành phần hóa học của FPI

126

3.5.2. Kiểm tra khả năng tạo bọt

128

3.5.3. Kiểm tra khả năng tạo nhũ

132

3.6. Kiểm tra hoạt tính cố định canxi của FPI sau quá trình lọc màng.

135

3.7. Đề xuất phương pháp sản x́t các chế phẩm FPI có tính năng cơng nghệ, hoạt

141

tính sinh học từ phụ phẩm cá Tra
3.7.1. Sơ đồ quy trình

141

3.7.2. Thuyết minh quy trình

142

CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN, ĐỀ XUẤT

146

4.1. Kết luận

146

4.2. Đề xuất

146

CÁC TÀI LIỆU CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ

TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

148

viii

150


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc khơng gian của Alcalase

9

Hình 1.2. Minh họa 2 giai đoạn tác động của alcalase đến cơ chất

10

Hình 1.3. DH của phản ứng thủy phân bằng alcalase và flavourzyme trên cơ chất là cá

11

chép bạc
Hình 1.4. Sử dụng các loại membrane dựa trên khối lượng phân tử các chất trong dịng

13

qua màng (dịng permeate)
Hình 1.5. Mơ hình cấu trúc EF-Hand

23

Hình 1.6. Mơ hình liên kết giữa Ca+2 với axit amin khởi đầu mạch peptid của protein

23

trong FPI
Hình 2.1. Phụ phẩm cá Tra

30

Hình 2.2. Sơ đồ thu nhận, vận chuyển, bảo quản phụ phẩm cá Tra

31

Hình 2.3. Sơ đồ nghiên cứu tổng quát

41

Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát quá trình thủy phân

42

Hình 2.5. Sơ đồ bố trí hệ thống lọc membrane (thu nhận protein ≤ 5 kDa)

43

Hình 2.6. Sơ đồ bố trí hệ thống lọc membrane (thu nhận protein >5 kD10 kDa)

43

Hình 2.7. Sơ đồ thí nghiệm khảo sát quá trình lọc membrane

44

Hình 3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme/cơ chất đến mức độ thủy phân

56

Hình 3.2. Ảnh hưởng của pH đến mức độ thủy phân

58

Hình 3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến mức độ thủy phân

60

Hình 3.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ cơ chất/nước đến mức độ thủy phân

61

Hình 3.5. Đạm cá phân lập (FPI) từ phụ phẩm cá Tra

64

Hình 3.6. Mối quan hệ giữa thời gian thủy phân với mức độ thủy phân và khả năng tạo

67

bọt của FPI
Hình 3.7. Mối quan hệ giữa thời gian thủy phân với mức độ thủy phân và khả năng tạo

69

nhũ của FPI
Hình 3.8. Bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của các yếu tố thí nghiệm lên khả năng

73

tạo bọt của PI.
Hình 3.9. Kết quả phân tích LC-MS xác định phân bố khối lượng phân tử protein trong

76

FPI có khả năng tạo bọt tốt nhất
Hình 3.10. Bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của các yếu tố thí nghiệm lên khả năng

79

tạo nhũ của FPI
Hình 3.11. Kết quả phân tích LC-MS xác định phân bố khối lượng phân tử protein

ix

82


trong FPI có khả năng tạo nhũ tốt nhất
Hình 3.12. Khả năng tạo bọt của WPI, FPI, SPI

84

Hình 3.13. Khả năng tạo nhũ của FPI, SPI, WPI

86

Hình 3.14. Mối quan hệ giữa thời gian thủy phân với mức độ thủy phân và khả năng

90

cố định canxi của FPI
Hình 3.15. Bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của các yếu tố thí nghiệm lên hoạt tính

93

cố định canxi của FPI.
Hình 3.16. Liên kết giữa Ca+2 và các protein trong FPI từ phụ phẩm cá tra

97

Hình 3.17. Kết quả phân tích LC-MS xác định thành phần khối lượng của các phân tử

98

protein trong FPI có khả năng cố định canxi tốt nhất
Hình 3.18. Ảnh hưởng của lưu lượng tới độ phân riêng, thơng lượng dịng qua màng 108
GE-5-DL
Hình 3.19. Ảnh hưởng của lưu lượng tới hiệu suất thu hồi protein trong FPI sau khi lọc 109
màng GE-5-DL

Hình 3.20. Ảnh hưởng của lưu lượng tới tới độ phân riêng, thơng lượng dịng qua 110
màng SRM347 để thu nhận FPI có tính năng tạo bọt (SRM 347*)
Hình 3.21. Ảnh hưởng của lưu lượng tới tới độ phân riêng, thơng lượng dịng qua 110
màng SRM347 để thu nhận FPI có tính năng tạo nhũ (SRM 347**)
Hình 3.22. Ảnh hưởng của lưu lượng tới tới hiệu suất thu hồi protein trong FPI sau khi 111
lọc màng SRM347 để thu nhận FPI có tính năng tạo bọt (SRM 347*)
Hình 3.23. Ảnh hưởng của lưu lượng tới tới hiệu suất thu hồi protein trong FPI sau khi 111
lọc màng SRM347 để thu nhận FPI có tính năng tạo nhũ (SRM 347**)
Hình 3.24. Ảnh hưởng của áp suất tới độ phân riêng, thơng lượng dịng qua màng GE- 114
5-DL
Hình 3.25. Ảnh hưởng của áp suất tới hiệu suất thu hồi protein trong FPI sau khi lọc 114
màng GE-5-DL
Hình 3.26. Ảnh hưởng của áp suất tới độ phân riêng, thơng lượng dịng qua màng 115
SRM347 để thu nhận FPI có tính năng tạo bọt (SRM 347*)
Hình 3.27. Ảnh hưởng của áp śt tới độ phân riêng, thơng lượng dịng qua màng 115
SRM347 để thu nhận FPI có tính năng tạo nhũ (SRM 347**)
Hình 3.28. Ảnh hưởng của áp suất tới hiệu suất thu hồi protein trong FPI sau khi lọc 116
màng SRM347 để thu nhận FPI có tính năng tạo bọt (SRM 347*)
Hình 3.29. Ảnh hưởng của áp suất tới hiệu suất thu hồi protein trong FPI sau khi lọc 116
màng SRM347 để thu nhận FPI có tính năng tạo nhũ (SRM 347**)

x


Hình 3.30. Đường đồng mức thể hiện ảnh hưởng của các yếu tố thí nghiệm lên hiệu 122
suất thu hồi protein trong FPI ở màng GE-5-DL và màng SRM 347*.
Hình 3.31. Bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của các yếu tố thí nghiệm khi lọc màng 124
SRM 347** lên hiệu suất thu hồi protein trong FPI có khả năng tạo nhũ.
Hình 3.32. Kết quả phân tích LC-MS xác định phân bố khối lượng phân tử protein 129
trong FPI có khả năng tạo bọt tốt nhất sau khi lọc màng SRM 347*

Hình 3.33. Khả năng tạo bọt của FPI trước và sau khi lọc membrane và so sánh với 130
khả năng tạo bọt của SPI, WPI.
Hình 3.34. Kết quả phân tích LC-MS xác định phân bố khối lượng phân tử protein 132
trong FPI có khả năng tạo nhũ tốt nhất sau khi lọc màng SRM 347**
Hình 3.35. Khả năng tạo nhũ của FPI trước và sau khi lọc membrane và so sánh với 134
khả năng tạo nhũ của SPI, WPI.
Hình 3.36. Kết quả phân tích LC-MS xác định phân bố khối lượng phân tử protein 137
trong FPI có khả năng cố định canxi cao nhất sau khi lọc màng GE-5-DL
Hình 3.37. Kết quả xử lý trong mơi trường tia bức xạ đơn sắc để xác định mật độ các

139

liên kết canxi với protein trong FPI sau khi lọc membrane.
Hình 3.38. Sơ đồ quy trình sản xuất các loại FPI từ phụ phẩm cá Tra.

xi

142


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. So sánh các phương pháp thủy phân để sản xuất chế phẩm protein thuỷ

8

phân và PI
Bảng 2.1. Đặc tính kỹ thuật của màng GE-5-DL

33

Bảng 2.2. Đặc tính kỹ thuật của màng G57

33

Bảng 2.3. Đặc tính kỹ thuật của màng SRM347

33

Bảng 2.4. Đặc tính kỹ thuật của màng M-Pr2516A8

34

Bảng 2.5. Bố trí thí nghiệm nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lọc

45

màng GE-5-DL
Bảng 2.6. Bố trí thí nghiệm nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lọc

45

màng SRM 347
Bảng 2.7. Các mức của yếu tố trong thí nghiệm tối ưu hóa (trong bài toán tối ưu

46

hoá các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo bọt của FPI)
Bảng 2.8. Ma trận thực nghiệm (trong bài toán tối ưu hoá các yếu tố ảnh hưởng

46

đến khả năng tạo bọt của FPI)
Bảng 2.9. Các mức của yếu tố trong thí nghiệm tối ưu hóa (trong bài toán tối ưu

47

hoá các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo nhũ của FPI)
Bảng 2.10. Ma trận thực nghiệm (trong bài toán tối ưu hoá các yếu tố ảnh hưởng

48

đến khả năng tạo nhũ của FPI)
Bảng 2.11. Các mức của yếu tố trong thí nghiệm tối ưu hóa (trong bài toán tối ưu

49

hoá các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng cố định canxi của FPI)
Bảng 2.12. Ma trận thực nghiệm (trong bài toán tối ưu hoá các yếu tố ảnh hưởng

49

đến khả năng cố định canxi của FPI)
Bảng 2.13. Mức của các yếu tố trong thí nghiệm tối ưu hóa (trong bài toán tối ưu

51

hoá các yếu tố ảnh hưởng đến HSTH protein của FPI khi lọc membrane)
Bảng 2.14. Ma trận thực nghiệm (trong bài toán tối ưu hoá các yếu tố ảnh hưởng

52

đến hiệu suất thu hồi protein của FPI)
Bảng 2.15. Các bước chung xây dựng bài toán tối ưu

53

Bảng 3.1. Thành phần khối lượng của phụ phẩm cá Tra

54

Bảng 3.2. Thành phần hóa học của phụ phẩm cá Tra dùng để thủy phân

54

Bảng 3.3. Thành phần hóa học của chế phẩm protein từ phụ phẩm cá Tra

63

Bảng 3.4. Hàm lượng một số nguyên tố khoáng trong chế phẩm protein từ phụ

63

phẩm cá Tra

xii


Bảng 3.5. Kết quả kiểm tra tính tương thích của phương trình hồi quy (trong bài

72

toán tối ưu hoá các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo bọt của FPI)
Bảng 3.6. Kết quả xác định phân bố khối lượng phân tử protein trong FPI có khả

77

năng tạo bọt tốt nhất
Bảng 3.7. Kết quả kiểm tra tính tương thích của phương trình hồi quy (trong bài

79

tốn tối ưu hoá các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo nhũ của FPI)
Bảng 3.8. Kết quả xác định phân bố khối lượng phân tử protein trong FPI có khả

81

năng tạo nhũ tốt nhất
Bảng 3.9. Kết quả kiểm tra tính tương thích của phương trình hồi quy (trong bài

92

toán tối ưu hoá các yếu tố ảnh hưởng đến cố định canxi của FPI)
Bảng 3.10. Kiểm tra khả năng cố định canxi thực tế của FPI

95

Bảng 3.11. Kết quả phân tích kiểm định liên kết giữa Ca+2 và protein trong FPI

96

Bảng 3.12. Kết quả phân tích tỷ lệ thành phần khối lượng phân tử của FPI có khả

99

năng cố định canxi cao nhất
Bảng 3.13. Kết quả khảo sát sơ bộ các loại màng sử dụng trong quá trình phân tách

102

các nhóm protein trong FPI
Bảng 3.14. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình lọc của các loại màng

104

Bảng 3.15. Kết quả kiểm tra tính tương thích của các phương trình hồi quy (trong

121

bài toán tối ưu hoá các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi protein
của FPI)
Bảng 3.16. Thành phần hoá học của các loại protein isolate

127

Bảng 3.17. Kết quả xác định phân bố khối lượng phân tử protein trong FPI có khả

129

năng tạo bọt tốt nhất sau khi lọc màng SRM 347*
Bảng 3.18. Kết quả xác định phân bố khối lượng phân tử protein trong FPI có khả

133

năng tạo nhũ tốt nhất sau khi lọc màng SRM 347**
Bảng 3.19. Hàm lượng một số nguyên tố khoáng trong FPI từ phụ phẩm cá Tra sau

135

khi lọc màng có khả năng cố định canxi cao nhất
Bảng 3.20. Kết quả xác định phân bố khối lượng phân tử protein trong FPI có khả

136

năng cố định canxi cao nhất sau khi lọc màng GE-5-DL
Bảng 3.21. Kiểm tra khả năng cố định canxi thực tế của FPI sau khi lọc màng

138

Bảng 3.22. So sánh khả năng cố định canxi thực tế và kiểm định liên kết giữa

138

Ca+2 với protein của FPI trước và sau khi lọc membrane
Bảng 3.23. Hiệu suất thu hồi FPI mục tiêu

145

xiii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Chữ viết Thuật ngữ tiếng Anh

Thuật ngữ tiếng Việt

tắt
ACE

Angiotensin Converting Enzyme

Enzyme ức chế chuyển hóa
angiotensin

BP

Biopeptide

Protein có hoạt tính sinh học

CBP

Calcium Binding Peptide

Protein có hoạt tính liên kết canxi

DF

Diafiltration

Có sử dụng biện pháp pha lỗng

DH

Degree of Hydrolysis

Mức độ thủy phân

DHA

Docosa Hexaenoic Acid

A-xít docosa hexaenoic

EPA

Eicosa Pentaenoic Acid

A-xít Eicosa Pentaenoic

FBP

Fish Biopeptide

Đạm cá có hoạt tính sinh học

HPLC

High Performance Liquid

sắc ký lỏng hiệu năng cao/sắc ký

Chromatography/High Pressure

lỏng cao áp

Liquid Chromatography
MF

Microfiltration

Vi lọc

NF

Nanofiltration

Lọc na-nô

PC/FPC

Protein Concentrate/Fish Protein

Đạm cô đặc/Đạm cá cô đặc

Concentrate
PH/FPH

Protein Hydrolysate/Fish Protein

Dịch đạm/Dịch đạm cá

Hydrolysate
PI/FPI

Protein Isolate/Fish Protein Isolate

Đạm phân lập/Đạm cá phân lập

RO

Reverse Osmosis

Thẩm thấu ngược

SPI

Soyabean Protein Isolate

Đạm đậu tương phân lập

UF

Ultrafiltration

Siêu lọc

VASEP

Vietnam Association of Seafood

Hiệp hội Chế biến và xuất khẩu Thủy

Exporters and Producers

sản Việt nam

Whey Protein Isolate

Đạm sữa phân lập

WPI

xiv


MỞ ĐẦU
Ngành công nghiệp nuôi trồng và chế biến cá Tra (Pangasius hypophthalmus) ở
Việt Nam phát triển không ngừng, kỹ thuật quản lý sản xuất ngày một cao. Trong năm
2014, sản lượng nuôi cá Tra của Việt Nam đạt trên 1,22 triệu tấn, tổng giá trị xuất khẩu
khoảng 1,8 tỷ USD, chiếm 24,81% tổng giá trị thương mại của ngành thuỷ sản. Với sản
lượng cá Tra ni như trên thì sau khi chế biến philê sẽ tạo ra lượng phụ phẩm cá Tra
khổng lồ (khoảng 0,65÷0,69 triệu tấn). Việc sử dụng hiệu quả nguồn phụ phẩm này để
sản xuất ra các sản phẩm có giá trị gia tăng vừa mang lại hiệu quả kinh tế, vừa có ý
nghĩa khoa học và thực tiễn.
Đạm cá phân lập (FPI) là một dạng chế phẩm protein cao cấp từ cá. Ngoài giá trị
dinh dưỡng rất cao, FPI cịn có nhiều tính năng cơng nghệ có thể ứng dụng tốt vào cơng
nghiệp thực phẩm như: khả năng hòa tan, tạo màng, tạo nhũ, tạo bọt, tạo gel… Một số
sản phẩm FPI cịn có các hoạt tính sinh học: hoạt tính cố định canxi, kháng khuẩn, chống
đơng máu, chống oxy hóa, tác động tích cực gây an thần hoặc hưng phấn hệ thần kinh…
Việc nghiên cứu phương pháp sản xuất FPI từ nguồn nguyên liệu trong nước dồi

dào như phụ phẩm cá Tra và tìm hiểu các tính năng cơng nghệ cũng như hoạt tính sinh
học của FPI là vấn đề thực sự cần thiết, có ý nghĩa khoa học, có giá trị thực tiễn và tính
xã hội cao.
Mục tiêu của luận án:
Khai thác giá trị sử dụng mới của phụ phẩm cá Tra để làm cơ sở ứng dụng trong
lĩnh vực công nghiệp thực phẩm.
Nội dung nghiên cứu tổng quát của luận án
(1) Nghiên cứu quá trình thủy phân phụ phẩm cá Tra bằng enzyme alcalase 2.4L
nhằm thu nhận các sản phẩm đạm cá phân lập có tính năng cơng nghệ và hoạt tính sinh
học. Nghiên cứu tập trung vào khai thác tính năng tạo bọt, tạo nhũ và hoạt tính cố định
canxi của các sản phẩm FPI từ phụ phẩm cá Tra. Thông qua các mơ hình tối ưu hóa xác
định các thơng số kỹ thuật thích hợp nhất cho quá trình thủy phân với các hàm mục tiêu
là khả năng tạo nhũ, tạo bọt và hoạt tính cố định canxi.
(2) Xác định kiểu liên kết giữa ion canxi với các peptide trong FPI từ phụ phẩm cá
Tra

xv


(3) Nghiên cứu ứng dụng công nghệ lọc màng để phân riêng các nhóm protein có
khối lượng phân tử khác nhau trong FPI theo tính năng cơng nghệ (tạo nhũ, tạo bọt) và
hoạt tính sinh học (khả năng cố định canxi) đã được xác định.
Tính mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
(1) Đã xác định được quy luật của mối quan hệ giữa khối lượng phân tử của các
protein trong FPI với khả năng tạo nhũ, tạo bọt, cố định canxi của FPI theo thời gian
thủy phân. Trong đó, lần đầu tiên đã xác định và chứng minh được FPI từ phụ phẩm cá
Tra có hoạt tính cố định canxi. Đây là nội dung mang tính mới trong các nghiên cứu của
luận án, có ý nghĩa về khoa học và thực tiễn. Các kết quả nói trên sẽ được sử dụng cho
việc tham khảo của các nhà khoa học khi nghiên cứu về ứng dụng của FPI.
(2) Đã nghiên cứu một cách có hệ thống về quá trình thủy phân phụ phẩm cá Tra

bằng enzyme alcalase 2.4L để thu nhận FPI; chứng minh rằng mỗi một tính năng cơng
nghệ hay hoạt tính sinh học của FPI phụ thuộc vào mức độ thủy phân (DH) và phải kiểm
soát được các thơng số của quá trình thủy phân nhằm thu được FPI có tính năng cơng
nghệ và hoạt tính sinh học phù hợp. Điều này sẽ là cơ sở quan trọng cho việc chủ động
trong sản xuất FPI, hướng tới quy mơ cơng nghiệp.
(3) Đã có các khảo sát, đánh giá và so sánh khả năng tạo nhũ, tạo bọt của FPI từ
phụ phẩm chế biến cá Tra với các sản phẩm tương đương đang được sử dụng trong sản
xuất thực phẩm. Điều này mở ra các hướng ứng dụng thực tiễn của FPI sau khi được sản
xuất.
(4) Đã xác lập được chế độ lọc màng (membrane) thích hợp để phân riêng các phân
tử protein nhằm thu được FPI có khả năng tạo nhũ, tạo bọt, cố định canxi cao nhất.
(5) Đã nghiên cứu thành công phương pháp sản xuất chế phẩm FPI từ phụ phẩm cá
Tra có hoạt tính cố định canxi cao (38,36 mg Ca+2/g FPI); mở ra triển vọng sản xuất các
sản phẩm mới giúp tăng cường hấp thu can-xi cho con người.
Luận án được trình bày trong 162 trang, bao gồm:
 Phần mở đầu (16 trang).
 Chương 1: Tổng quan (29 trang).
 Chương 2: Nguyên vật liệu và phương pháp nghiên cứu (23 trang).
 Chương 3: Kết quả nghiên cứu và bàn luận (92 trang).
 Chương 4: Kết luận và kiến nghị (2 trang).
xvi


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Cá Tra và phụ phẩm chế biến cá Tra
1.1.1. Nguồn lợi và tình hình ni, chế biến, xuất khẩu cá Tra của Việt Nam
Cá Tra là loài cá da trơn rất quan trọng trong lĩnh vực nuôi trồng và chế biến thủy
sản xuất khẩu ở nước ta [1], [2]. Nghề nuôi cá Tra đã và đang phát triển nhanh chóng.
Từ năm 2006 đến năm 2013, sản lượng nuôi cá Tra của Việt Nam tăng khoảng 3,5 lần.
Hiện nay, sản lượng cá Tra hàng năm ổn định và đạt khoảng trên dưới 1,22 triệu tấn [3]

[4], [5], [6].

.

Diện tích ni cá Tra tập trung chủ yếu tại các tỉnh Đồng bằng Sông Cửu Long,
cao nhất là Đồng Tháp (1.489 ha, chiếm 28,9%), Cần Thơ (1.110 ha, chiếm 21,5%), An
Giang (1.023 ha, chiếm 19,9%). Chỉ riêng 3 tỉnh trên đã chiếm khoảng 70,3% diện tích
ni và hơn 80% sản lượng cá Tra toàn vùng [7], [8], [9], [10], [11].
Theo VASEP (2014), cả nước có 281 doanh nghiệp xuất khẩu cá Tra, trong đó chỉ
khoảng 100 doanh nghiệp có nhà máy chế biến. Hầu hết cá Tra đến tay người tiêu dùng
dưới dạng các sản phẩm đông lạnh như: cá nguyên con, cá cắt khúc, xiên que, cá
philê…[12]. Trong đó sản phẩm philê là mặt hàng chủ lực và giá trị lớn nhất. Giá trị xuất
khẩu cá Tra đóng góp rất lớn vào sự tăng trưởng xuất khẩu thủy sản của Việt Nam [13],
[14], [15].
1.1.2. Sản lượng phụ phẩm cá Tra
Cùng với sự phát triển của ngành chế biến cá Tra, theo VASEP (2014), lượng phế
phụ liệu (gọi chung là phụ phẩm) cá Tra hiện nay khoảng 645.000÷685.000 tấn/năm và
sẽ ổn định vào khoảng năm 2020 ở mức 720.000 tấn. Từ 685.000 tấn phụ phẩm thơ hiện
nay, có thể tạo ra khoảng 137.000 tấn bột cá và khoảng 177.000 tấn mỡ [8], [12], [16],
[17], [18].
1.1.3. Thành phần khối lượng và thành phần hóa học của phụ phẩm cá Tra.
Thành phần khối lượng của phụ phẩm chế biến cá Tra thông thường được chia ra 4
phần: Đầu - xương - vây - thịt bám, mỡ bụng, nội tạng, mỡ lá. Khi phân tích tỷ lệ khối
lượng của phụ phẩm cá Tra: đầu - xương - vây - thịt bám chiếm tỷ lệ lớn nhất (64,23%).
Đây cũng là phần phụ phẩm quan trọng nhất do giàu protein, phải được tận dụng để sản

1


xuất ra các sản phẩm có giá trị gia tăng khác. Tỷ lệ các phần khác: mỡ bụng 18,71%, nội

tạng 10,97%, mỡ lá 6,1% [18].
Theo kết quả của một số nghiên cứu (Trần Thị Hồng Nghi và cộng sự (2012);
Nguyễn Duy Tân và cộng sự (2009): thành phần hóa học của phụ phẩm cá Tra sau khi
tách philê có hàm lượng protein tương đối cao (10,32±1,85%); khoáng (8,35±0,83);
lipid (23,80±1,48); hàm ẩm (57,37±2,25) [18], [19].
Với thành phần hóa học như trên, phụ phẩm cá Tra có thể được chế biến thành các
sản phẩm riêng rẽ, có giá trị sử dụng khác nhau như FPI, mỡ cá, bột xương cá…[8], [9].
1.1.4. Tình hình sử dụng phụ phẩm cá Tra
Với lượng phụ phẩm cá Tra ở Việt Nam hiện nay từ 645.000 đến 685.000 tấn [8],
[12], [16], nếu được tận dụng tối đa để sản xuất ra các sản phẩm có giá trị sẽ đem lại
nguồn lợi to lớn cho người nuôi trồng và chế biến thủy sản.
1.1.4.1. Tận dụng phụ phẩm cá Tra cho tiêu dùng con người
Về mặt cơ sở khoa học và thực tiễn thì hầu hết các thành phần của phụ phẩm chế
biến cá Tra có thể tận dụng cho nhu cầu của con người: ức, bong bóng, bao tử cá Tra sử
dụng làm thực phẩm; gan có thể đóng hộp hoặc chế biến thành dầu cá - một sản phẩm
được sử dụng ngày càng phổ biến do những lợi ích về sức khỏe của Omega-3 đã được
cơng nhận gần đây [14], [20], [21].
Mỡ cá Tra là sản phẩm có giá trị cao dành cho con người do chứa nhiều axit béo
không no thiết yếu cho cơ thể, nhất là EPA, DHA. DHA, EPA là những axit béo đặc
biệt quan trọng đối với não người và khơng tìm thấy trong dầu thực vật. Cả DHA và
EPA thường được bổ sung trong các thực phẩm như bánh mì, sữa chua, sữa và sữa cơng
thức cho trẻ sơ sinh. Ngồi ra, mỡ cá Tra còn chứa nhiều Vitamin A, D, E… [9], [20].
Da cá Tra có thể tận dụng để sản xuất các sản phẩm cao cấp dùng trong dược phẩm
hoặc mỹ phẩm như collagen, gelatine, thực phẩm chức năng chứa vi chất. Ruột và nội
tạng cá Tra có thể được tận dụng để sản xuất enzyme protease, lipase...
Tuy nhiên, việc sử dụng phụ phẩm chế biến cá Tra phổ biến hiện nay ở Việt Nam
chủ yếu mới chỉ tập trung tận dụng thịt vụn hay phần thịt màu sẫm để làm chả cá hoặc
xúc xích. Một số phần khác sử dụng làm thực phẩm trực tiếp cho con người. Tận dụng
phụ phẩm cá Tra để sản xuất ra các sản phẩm có giá trị cao hầu như chưa được nghiên
cứu và áp dụng [20], [21].

2


1.1.4.2. Tận dụng phụ phẩm cá Tra làm thức ăn chăn ni
Nhu cầu bột cá chăn ni trên tồn cầu đang có xu hướng gia tăng mạnh mẽ, giá
bán bột cá ngày càng cao [6], [18]. Theo Hiệp hội Chế biến và xuất khẩu thủy sản Việt
Nam - VASEP (2014), tỷ lệ bột cá sản xuất từ phụ phẩm cá Tra so với tổng số bột cá sản
xuất tại Việt Nam tăng từ 22,6% trong năm 2009 lên 35,9% trong năm 2013. Đối với
dầu cá, ước tính đã có khoảng 71% sản lượng được dùng làm thức ăn thủy sản và 26%
dành cho con người [12], [22].
Phụ phẩm cá Tra có nguồn khoáng chất, đặc biệt là canxi dồi dào. Nguồn canxi này
có vai trị rất lớn trong việc tăng trọng gia súc, gia cầm. Vì vậy, phụ phẩm cá Tra thường
được nghiền nhỏ, gia nhiệt, ủ lên men. Sản phẩm sau đó được hịa trộn cùng với dầu cá
làm thức ăn cho heo, gia cầm và các loài cá khác (trừ cá hồi) [3], [21].
1.1.4.3. Tận dụng phụ phẩm cá Tra trong sản xuất axit béo hoặc các chất có hoạt tính
sinh học.
EPA và DHA có lẽ là các axit béo thương mại thành cơng nhất có nguồn gốc từ
dầu cá Tra. Mặc dù việc phát triển sản xuất ở Việt Nam khá chậm từ năm 2000, thị
trường omega-3 hiện nay đã có những tăng trưởng rất đáng kể.
Mặc dù đã có một số báo cáo của Lưu Thị Hà (2008) đã đề cập tới sự hiện diện của
một số protein có giá trị sinh học có nguồn gốc từ thủy sản nói chung với nhiều cơng
dụng như chống oxy hóa, cố định canxi, chống đơng máu, kháng khuẩn, hạ huyết áp
hoặc có các đặc tính sinh học khác [23]. Tuy nhiên các nghiên cứu cụ thể về các hoạt
tính sinh học của protein với đối tượng là cá Tra nói chung và phụ phẩm chế biến cá Tra
nói riêng hầu như khơng có [15], [18].
Như vậy, từ các tài liệu về nguồn lợi cá Tra và tình hình sử dụng phụ phẩm chế
biến cá Tra cho thấy: sản lượng cá Tra của Việt Nam ngày càng tăng, số lượng phụ
phẩm cá Tra hiện nay khoảng từ 0,65 đến 0,69 triệu tấn. Thành phần hoá học của phụ
phẩm cá Tra có hàm lượng các chất có thể sử dụng để sản xuất ra các sản phẩm giá trị
gia tăng. Lượng phụ phẩm khổng lồ này đang được tận dụng để phục vụ cho các nhu

cầu của con người nhưng chưa thực sự hiệu quả. Vì vậy, địi hỏi cấp bách phải đẩy
mạnh các nghiên cứu khoa học để sản xuất được các sản phẩm cao cấp, có giá trị hơn
nữa nhằm mang lại lợi ích kinh tế cho người nơng dân, góp phần đảm bảo sự phát triển
ổn định, bền vững của ngành thuỷ sản.

3


1.2. Các chế phẩm protein thủy sản
1.2.1. Các loại chế phẩm protein
1.2.1.1. Bột cá
Bột cá được sản xuất phổ biến trên thế giới về bản chất là một sản phẩm giàu
protein tiềm năng và rẻ tiền, nhưng không sử dụng cho con người, mà dùng trong sản
xuất thức ăn gia súc [4], [8]. M. Ovissipour và cộng sự (2010); R. Ravallec-ple (2001)
cho rằng: bột cá nguyên thủy không phù hợp làm thực phẩm cho con người vì 3 nguyên
nhân sau: (1) Bột cá chỉ đạt yêu cầu là được sản xuất trong các điều kiện hợp vệ sinh
nhằm loại trừ nguy cơ bị nhiễm bẩn bởi vi khuẩn gây bệnh. (2) Bột cá thường chứa chất
béo dễ bị ơxy hóa làm phá hủy các vitamin và có thể làm giảm giá trị dinh dưỡng của
protein, vì vậy nếu dùng bột cá cho bữa ăn có thể làm tăng sự thiếu vitamin ở những
người nghèo. Hơn nữa mùi vị của chất béo bị ôi đối với nhiều người là không thể chấp
nhận. (3) Chất béo ơi có thể thúc đẩy sự tích lũy độc tố gây ảnh hưởng lên người tiêu
dùng sau một giai đoạn dài [29], [30]. Khi nghiên cứu về sản xuất bột cá, S. Sathivel
(2003) đã khẳng định: trong 3 nguyên nhân trên, nguyên nhân đầu tiên là quan trọng
nhất. Do vậy loại bột cá được sản xuất với công nghệ cao và các điều kiện hợp vệ sinh
được gọi là bột cá tiêu chuẩn [31].
1.2.1.2. FPC (Fish Protein Concentrate) - Đạm cá đậm đặc
Trong FPC, hàm lượng protein chiếm khoảng 70% tuỳ phương pháp chế biến. Tổ
chức Nơng - Lương Liên Hiệp Quốc (FAO) xác định có 2 loại FPC là: FPC.A và FPC.B:
(1) Loại A: là bột cá ít mùi, có thành phần chất béo <2,75%, phương pháp chế biến FPC
loại A dạng bột mịn sấy trong chân không, chủ yếu là lấy nước, chất béo ra khỏi nguyên

liệu. (2) Loại B: dạng bột đạm cá cịn mùi cá, thành phần chất béo chiếm 3÷5% [27],
[28], [29].
1.2.1.3. FPI (Fish Protein Isolate) - Đạm cá phân lập
FPI thực chất là các sản phẩm chứa nhiều protein có khối lượng phân tử nhỏ, hàm
lượng protein chiếm khoảng trên 90%, lipid <1,0% [24]. Đến nay, công nghệ sản xuất và
tìm hiểu các ứng dụng của FPI vẫn cịn mới mẻ ở Việt Nam.
Trên thế giới, nguồn nguyên liệu chủ yếu trong sản xuất FPI là các loại cá biển

4


nguyên con có giá trị kinh tế thấp như cá tuyết, cá đù vàng, cá san… Một số nước sản
xuất FPI từ nguồn nguyên liệu là các loại surimi.
Từ năm 1986, FPI đã được sản xuất tại Mỹ nhưng theo cơng nghệ lọc màng đơn
giản nên độ tinh khiết cịn thấp và ít được ứng dụng trong các sản phẩm thực phẩm có
giá trị dinh dưỡng cao [29], [32]. Sản xuất FPI từ phụ phẩm của cá sẽ gặp khó khăn do
nguồn nguyên liệu sản xuất rất lớn nhưng hàm lượng FPI thu được lại ít hơn so với việc
sản xuất FPI từ nguồn nguyên liệu là cá nguyên con hay surimi [22], [27]. Tuy nhiên,
sản xuất FPI từ phụ phẩm có lợi ích kinh tế lớn hơn nhiều do không phải cạnh tranh
nguồn nguyên liệu đầu vào và quan trọng nhất là giá trị khác biệt của sản phẩm thu
được.
Đề cập tới việc ứng dụng FPI trong công nghệ thực phẩm - các nghiên cứu thực
nghiệm đã cho thấy rằng khi sử dụng FPI có thể cải thiện rất rõ các đặc tính của thực
phẩm. Một ưu điểm rất lớn của FPI là các protein trong FPI có khối lượng phân tử nhỏ,
có các tính chất cơng nghệ như: tạo màng, tạo bọt, tạo nhũ, có tính đàn hồi, tạo độ kết
dính, độ nhớt, khả năng giữ nước... nên sau khi khử mùi có thể được sử dụng để phối
trộn hay thay thế một số chất phụ gia trong chế biến thực phẩm [28],[30].
Năm 2011, M.B.K Foh và cộng sự đã công bố kết quả nghiên cứu về khả năng tạo
gel của FPI từ cá Oreochromis niloticus, cho thấy FPI có khả năng tạo gel ở ngay trong
điều kiện nhiệt độ thường, có khả năng giữ được màu sắc, cố định mùi cho sản phẩm

thực phẩm, làm tăng giá trị cảm quan của các sản phẩm cuối cùng [32].
FPI sau khi khử mùi cịn có thể ứng dụng làm nguồn dinh dưỡng nitơ trong sản
xuất các môi trường nuôi cấy vi sinh vật, lên men vi sinh vật [33].
1.2.1.4. Các peptide có hoạt tính sinh học (BP)
Nhìn chung các protein có hoạt tính sinh học là các protein có kích thước phân tử
tương đối nhỏ gọi là biopeptide [26], [34], [35]. Theo H.G. Kristinsson (2000): hoạt tính
sinh học của các FPI, FPH được qui định bởi một số peptide trong thành phần của
chúng. Theo đó, peptide có hoạt tính sinh học được định nghĩa là các phân đoạn protein
đặc biệt có tác động tích cực lên các chức năng (có điều kiện) của cơ thể [36].
Theo kết quả nghiên cứu của S. Sathivel và cộng sự (2003), A.D. Neklyuddov và
cộng sự (2000), B. Liaset và cộng sự (2002): các peptide sinh học có nguồn gốc thủy sản
đã được chứng minh là có nhiều chức năng sinh lý đặc biệt, bao gồm khả năng chống
tăng huyết áp hay chức năng ức chế enzyme angiotensin-I-converting (ACE), chức năng

5


chống oxi hóa, khả năng chống đơng máu, khả năng liên kết khống và khả năng kháng
khuẩn. Thêm vào đó, một vài trong số các peptide này cịn có tiềm năng tăng cường sức
khỏe và giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch [31], [37], [38].
1.2.1.5. FPH (Fish Protein Hydrolysate) - Đạm cá thủy phân
FPH là sản phẩm thủy phân protein từ cá, thành phần bao gồm các axit amin tự do,
các polypeptide với chiều dài mạch khác nhau. FPH có thể tiếp tục được phân riêng một
cách chọn lọc để thu các đoạn peptide đồng nhất hơn về kích thước phân tử và có hoạt
tính sinh học cao [23], [24].
Khi nghiên cứu về tính chất chức năng và hoạt tính sinh học của FPH, FPI từ một
số loài cá da trơn, A. E. Theodore (2005) cho rằng: hoạt tính sinh học của biopeptide
được quy định bởi khối lượng phân tử, thành phần và trật tự sắp xếp các axit amin của
protein trong biopeptide [25]. FPH có thể được sản xuất từ các nguyên liệu thô hoặc thủy
phân một phần các sản phẩm giàu protein. Mức độ thủy phân tùy thuộc vào yêu cầu sản

phẩm và các quá trình xử lý [24], [26].
1.2.2. Các phương pháp sản xuất chế phẩm giàu protein từ cá
Dạng chế phẩm giàu protein đơn giản nhất là bột cá, việc sản xuất bột cá hiện nay
trên thế giới được thực hiện theo 2 phương pháp: (1) sản xuất bột cá tách nước nhưng
không tách chất béo; (2) sản xuất bột cá tách chất béo và tách nước. Việc sản xuất bột cá
thường dùng nguyên liệu là cá nguyên con hoặc phụ phẩm của công nghiệp chế biến cá
và gồm các cơng đoạn: hấp chín, làm nguội, tách béo, khử mùi, nghiền nhỏ, sấy khô, ổn
định rồi đóng bao [8], [23].
Cơng nghệ sản x́t FPC theo phương pháp truyền thống bao gồm việc loại bỏ hầu
hết nước và một phần hoặc triệt để nhất chất béo bằng dung môi hữu cơ như ethanol hay
propanol; ethylene dichloride… bột cá sau đó được loại sạch dung mơi, nghiền và đóng
gói. Tuy nhiên, ngày nay FPC cịn có thể được sản x́t bằng cơng nghệ enzyme nhằm
mục đích thu được FPC có chất lượng cao hơn [23], [30], [31].
Sản xuất FPH phải thực hiện quá trình thủy phân protein cá bằng enzyme trong
những điều kiện kiểm soát để thu nhận được những peptide có các tính chất mới, được
sử dụng như những thành phần của thực phẩm. Nhiều enzyme protease đã được nghiên
cứu ứng dụng để thủy phân protein cá, trong đó phổ biến nhất là các enzyme thương mại
như: papain, alcalase, neutrase, flavourzyme, protamex... [22], [24], [25]. Từ FPH người

6


ta sẽ tiến hành quá trình tinh sạch để sản xuất các chế phẩm có giá trị kinh tế cao hơn
nữa như FPI, FBP... [14], [20]
Khi thủy phân phụ phẩm cá để sản xuất PH có thể sử dụng axit, base hoặc enzyme.
Tuy nhiên việc sử dụng enzyme ngày càng phổ biến và được áp dụng ở quy mô rộng
lớn. Theo các kết quả nghiên cứu của N. Souissi và cộng sự (2007), N. Bhaskara và cộng
sự (2008), A.D. Neklyuddov và cộng sự (2000): để tăng hiệu quả sản xuất FPH từ cá
Sardinella aurita [33], phụ phẩm cá Catla catla [39] hay từ phụ phẩm chế biến lươn
đầm lầy (Eri siljk) [37], người ta có thể thực hiện bằng các phương pháp: thủy phân bằng

axit, thủy phân base, thủy phân sơ bộ bằng enzyme sau đó thủy phân bằng axit, thủy
phân khơng hồn tồn bằng enzyme sau đó thủy phân bằng base... thì hiệu śt thu hồi
protein trong PH có thể tăng lên đáng kể và đạt từ 72,08% đến 75,31%.
Theo Foh và cộng sự (2011), Neklyuddov và cộng sự (2000): khi thủy phân phụ
phẩm cá Oreochromis niloticus, áp dụng phương pháp thủy phân bằng enzyme, sau đó
ứng dụng membrane để tinh sạch sản phẩm sau thủy phân thì có thể thu được FPC có
hàm lượng protein từ 77,3% đến 83,6%...[32], [37]
Theo A.E. Theodore (2005), S. Arason và cộng sự (2009): khi sản xuất các chế
phẩm protein có giá trị kinh tế cao như FPI, BP phải sử dụng các công nghệ hỗ trợ và kỹ
thuật hiện đại: sắc ký lọc gel, kỹ thuật membrane...[25], [35]. Trong đó, kỹ thuật
membrane đã trở thành giải pháp hiệu quả trong việc thu nhận các chế phẩm protein với
nhiều ưu thế hơn các kỹ thuật truyền thống. Các kết quả nghiên cứu của G.A.Bogouri và
cộng sự (2004), N. Souissi và cộng sự (2007) còn cho thấy: một trong những ưu điểm
nổi trội là khi sử dụng kỹ thuật membrane có thể khơng sử dụng hóa chất và xử lí nhiệt
[26], [33]. Vì vậy, kỹ thuật membrane có thể hạn chế những biến đổi làm giảm chất
lượng bán thành phẩm và thành phẩm. Nhờ đó, kỹ thuật membrane được ứng dụng ngày
càng phổ biến trong sản xuất PI để phân riêng protein sau quá trình thủy phân.
Bảng 1.1 dưới đây tóm tắt các phương pháp công nghệ đang được sử dụng trong
sản xuất FPH và FPI.

7