Nghiên cứu ứng dụng dung dịch thủy phân từ phụ phẩm cá bằng enzyme làm phân bón cho một số loại rau trong nhà màng

ỦY BAN NHÂN DÂN TP. HCM
SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

BAN QUẢN LÝ KHU NN CNC TP. HCM
TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN
NÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ CAO

BÁO CÁO NGHIỆM THU

ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG DUNG DỊCH THỦY PHÂN
TỪ PHỤ PHẨM CÁ BẰNG ENZYM LÀM PHÂN BÓN
CHO MỘT SỐ LOẠI RAU TRONG NHÀ MÀNG
CƠ QUAN QUẢN LÝ: SỞ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TP. HCM
CƠ QUAN CHỦ TRÌ: TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN
NÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ CAO
CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: ThS. PHẠM ĐÌNH DŨNG
KS. TRẦN VĂN LÂM

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
THÁNG 12/2013


ỦY BAN NHÂN DÂN TP. HCM
SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

BÁO CÁO NGHIỆM THU
(Đã chỉnh sửa theo góp ý của Hội đồng nghiệm thu)

ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG DUNG DỊCH THỦY PHÂN

TỪ PHỤ PHẨM CÁ BẰNG ENZYM LÀM PHÂN BÓN
CHO MỘT SỐ LOẠI RAU TRONG NHÀ MÀNG

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI
(Ký tên)

CƠ QUAN QUẢN LÝ
(Ký tên, đóng dấu xác nhận)

Phạm Đình Dũng Trần Văn Lâm
CƠ QUAN CHỦ TRÌ
(Ký tên, đóng dấu xác nhận)

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
THÁNG 12/2013


THÔNG TIN CHUNG CỦA ĐỀ TÀI
1. Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng dung dịch thủy phân từ phụ phẩm cá bằng enzym
làm phân bón cho một số loại rau trong nhà màng
2. Chủ nhiệm đề tài: ThS Phạm Đình Dũng và CN Trần Văn Lâm
3. Cơ quan chủ trì đề tài: Trung tâm Nghiên cứu & Phát triển Nông nghiệp Công
nghệ cao Tp. HCM
4. Cơ quan quản lý đề tài: Sở Khoa Học và Công Nghệ TP.HCM
5. Cán bộ tham gia thực hiện đề tài:
- ThS Phạm Đình Dũng
- KS. Trần Văn Lâm
- KS. Hoàng Đắc Hiệt
- ThS. Dương Thị Mỹ Thu
- KS. Nguyễn Hoàng Duy Lưu

- KS. Bùi Văn Sơn
- KS. Lê Thị Thu Mận
- ThS. Trần Quốc Tuấn
6. Thời gian thực hiện đề tài: Tháng 3 năm 2011 đến tháng 11 năm 2013. Xin gia hạn
thêm 8 tháng (4/2012 - 11/2013).
7. Kinh phí được cấp duyệt: 510 triệu đồng (Theo hợp đồng số: 58/HĐ-SKHCN ngày
07 tháng 4 năm 2011)
8. Mục tiêu đề tài:
Xây dựng quy trình sản xuất chế phẩm phân bón lá mới có nguồn gốc từ phụ
phẩm cá Tra và tiến hành khảo nghiệm trên dưa leo và cải xanh trong nhà màng tại TP.
Hồ Chí Minh.
9. Nội dung nghiên cứu:
Nội dung 1: Khảo sát q trình thủy phân phụ phẩm cá Tra bằng enzym
Thí nghiệm 1: Khảo sát hiệu quả thủy phân của một số loại enzym đến quá trình
thủy phân protein phụ phẩm cá Tra.
Thí nghiệm 2: Khảo sát hoạt độ của enzym Alcalase thủy phân phụ phẩm cá Tra
i


Thí nghiệm 3: Xác định thời gian thủy phân protein cá Tra tối ưu nhất.
Thí nghiệm 4: Ổn định dung dịch thủy phân bằng Natribenzoat
Nội dung 2: Phối chế dung dịch thuỷ phân thành phân bón lá để dùng cho rau ăn lá và
rau ăn quả
Nội dung 3: Khảo nghiệm chế phẩm phân bón lá từ cá Tra cho một số loại rau trong
nhà màng, ngồi đồng ruộng và cơng nhận phân bón mới.
Thí nghiệm 1: Khảo nghiệm chế phẩm phân bón lá cho cải xanh trồng trong
điều kiện nhà màng.
Thí nghiệm 2: Khảo nghiệm chế phẩm phân bón lá cho dưa leo trồng trong điều
kiện nhà màng.
Thí nghiệm 3: Khảo nghiệm chế phẩm phân bón lá (chế phẩm 1) cho cải xanh và

rau dền ngoài đồng ruộng
10. Sản phẩm của đề tài:
Yêu cầu khoa học dự kiến đạt được

Tên sản phẩm

TT

(tiêu chuẩn chất lượng)
1

2

3

Quy trình cơng nghệ sản xuất dịch thủy Đạt tiêu chuẩn làm chất nên để sản xuất
1

phân làm nguyên liệu cho việc sản xuất phân bón lá
phân bón lá từ phụ phẩm cá Tra
Sản xuất ra 20 lít 2 loại chế phẩm phân Được bộ NN & PTNT cơng nhận là

2

bón lá có nguồn gốc từ phụ phẩm cá cho phân bón mới
rau ăn lá, rau ăn quả và quy trình sử
dụng.

ii

TÓM TẮT
Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng dung dịch thủy phân từ phụ phẩm cá bằng enzym
làm phân bón cho một số loại rau trong nhà màng” đã được tiến hành từ tháng 03/2011
đến 11/2013. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là xây dựng quy trình sản xuất dịch thủy
phân làm nguyên liệu cho việc sản xuất phân bón lá từ phụ phẩm cá Tra. Đồng thời
tiến hành khảo nghiệm chế phẩm phân bón lá trên cải xanh, dưa leo trồng trong nhà
màng và khảo nghiệm trên diện rộng để cơng nhận phân bón mới. Đề tài được thực
hiện trong phịng thí nghiệm bằng cách sử dụng enzym thủy phân phụ phẩm cá Tra và
thử nghiệm chế phẩm phân bón lá ngồi đồng ruộng.
Kết quả nghiên cứu của đề tài đã cho thấy: Sử dụng enzym Alcalase thủy phân
phụ phẩm cá Tra tối ưu trong điều kiện pH = 8, nhiệt độ 650C và thời gian là 120 phút.
Để bảo quản dịch thủy phân thì bổ sung 0,5% natribenzoat cho hiệu quả cao nhất.
Dịch sau khi thủy phân phụ phẩm cá Tra có hàm lượng các chất: 1,2% N; 0,11%
P2O5; 0,12% K2O; 18 ppm Fe; 11 ppm Zn; 3,4 ppm Mn; 1 ppm Cu; 17 ppm Bo.
Từ dịch thủy phân phụ phẩm cá Tra đã phối trộn thành hai chế phẩm phân bón
lá có hàm lượng các chất như sau:
- Chế phẩm 1: dùng cho rau ăn lá: 5,06% N; 1,13% P2O5; 1,1% K2O; 252 ppm
Fe; 209 ppm Zn; 206 ppm Mn; 107 ppm Cu; 110 ppm Bo.
- Chế phẩm 2: dùng cho rau ăn quả: 3,25% N; 2,2% P2O5; 4,17% K2O; 323 ppm
Fe; 109 ppm Cu; 214 ppm Zn; 317 ppm Mn; 536 ppm Bo.
Trong 2 chế phẩm phân bón lá từ dịch thủy phân cá Tra có hàm lượng axit amin
(3,19%).
Khi khảo nghiệm chế phân bón lá trong nhà màng thì chế phẩm 1 với nồng độ
0,5% (5ml/ lít nước) cho hiệu quả cao nhất trên rau cải xanh và chế phẩm 2 với nồng
độ 0, 5% (5ml/ lít nước) có hiệu quả cao nhất trên dưa leo trồng trong nhà màng.
Sử dụng phân sinh học cá (chế phẩm 1) với liều lượng 10ml/ lít nước cho rau cải
xanh và rau dền trồng ngoài đồng cho năng suất và hiệu quả kinh tế cao nhất.
iii

SUMMARY OF RESEARCH CONTENT
"The

study

enzymatic

hydrolysis

of

by-product

catfish

(Pangasius

hypophthalmus) by enzymes as fertilizer for some vegetables" which was conducted
from March, 2011 to November, 2013 aimed production of protein hydrolysates from
the catfish by-product. At the same time, we also test this protein hydrolysates for
Brassica juncea and Cucumis sativus. The experiments on using enzymatic hydrolyse
were carried in laboratory and test at the field.
According to the study result, the protein waste of catfish (P. hypophthalmus)
hydrolyzed optimum conditions were pH 8 , 650C, 120 minutes by Alcalase. To
preserve protein hydrolysate by supplying natribenzoat 0.5 % is the highest efficiency.
Protein hydrolysate produced contained: 1.2 % N; 0.11 % P 2O5; 0.12 % K2O; 18
ppm Fe; 11 ppm Zn; 3.4 ppm Mn; 1 ppm Cu; 17 ppm Bo.
From Protein hydrolysate were mixed into two kinds:
- The first kind is used for leaves vegetables: 5.06 % N; 1.13 % P2O5; 1.1 %

K2O; 252 ppm Fe; 209 ppm Zn; 206 ppm Mn; 107 ppm Cu; 110 ppm Bo .
- The second kind is used for fruits vegetables: 3.25 % N; 2.2 % P2O5; 4.17 %
K2O; 323 ppm Fe; 109 ppm Cu; 214 ppm Zn; 317 ppm Mn; 536 ppm Bo. Two kinds
contained high amino acid (3.19%).
When the first kind tested with a concentration of 0.5 % (5 ml / liter) brought on
the highest efficiency on B. juncea and the second one with a concentration of 0,5 % (5
ml / liter) have the highest efficiency on C. sativus in the greenhouse.
The first kind used with concentration of 1% (10 ml / liter) for B. juncea and
Amaranthus mangostanus got the highest productivity and economic efficiency in the field.

iv


MỤC LỤC
Trang
Thơng tin chung của đề tài................................................................................................ i
Tóm tắt…... .................................................................................................................... iii
Mục lục….. … ................................................................................................................. v
Danh sách chữ viết tắt ................................................................................................... vii
Danh sách bảng ............................................................................................................ viii
Danh sách hình ................................................................................................................ x
ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................................ 1
I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU........................................................................................... 3
1.1. Thành phần hóa học của cá ....................................................................................... 3
1.2. Sử dụng enzym trong thủy phân protein .................................................................... 4
1.2.1. Nghiên cứu ngoài nước .......................................................................................... 4
1.2.2. Nghiên cứu trong nước ........................................................................................ 10
1.3. Quá trình thủy phân của cá ..................................................................................... 13
1.3.1. Các hệ enzyme tham gia phân giải ....................................................................... 14
1.3.2. Sự tham gia của vi sinh vật trong quá trình phân giải ........................................... 14

1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân cá ................................................ 14
1.4. Tình hình xuất khẩu rau quả của Việt Nam ............................................................. 17
1.5. Giới thiệu về cây dưa leo ........................................................................................ 18
1.5.1. Nguồn gốc và lịch sử phát triển cây dưa leo ......................................................... 18
1.5.2. Phản ứng của cây với điều kiện sinh thái ............................................................. 18
1.5.3. Nhu cầu dinh dưỡng của cây dưa leo ................................................................... 20
1.6. Giới thiệu về cây cải xanh....................................................................................... 21
1.7. Một số nghiên cứu về sử dụng phân bón trên cây trồng........................................... 23
II. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................... 25
2.1. Thời gian và địa điểm nghiên cứu ........................................................................... 25
v


2.2. Nội dung nghiên cứu .............................................................................................. 25
2.3. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................ 25
III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................................... 37
3.1. Hồn thiện quy trình thủy phân phụ phẩm cá Tra bằng enzym ................................ 37
3.1.1. Khảo nghiệm hiệu quả thủy phân protein của một số enzym ................................ 37
3.1.2. Xác định hoạt độ enzym Alcalase đến khả năng thủy phân protein cá Tra .................... 38
3.1.3. Xác định thời gian thủy phân protein phụ phẩm cá Tra bằng enzym Alcalase ...... 39
3.1.4. Ổn định dung dịch thủy phân ............................................................................... 39
3.2. Phối chế dung dịch thuỷ phân thành phân bón lá để dùng cho rau ........................... 42
3.3. Khảo nghiệm 2 chế phẩm phân bón từ dịch thủy phân cá Tra cho một số loại rau
trong nhà màng .............................................................................................................. 48
3.3.1. Khảo nghiệm chế phẩm phân bón lá cho cải xanh trồng trong nhà màng .............. 48
3.3.2. Khảo nghiệm chế phẩm phân bón lá cho dưa leo trồng trong nhà màng ................ 51
3.3.3. Khảo nghiệm phân sinh học cá trên rau cải trồng ngoài đồng ruộng ..................... 54
3.3.4. Khảo nghiệm phân sinh học cá trên rau dền trồng ngoài đồng ruộng.................... 55
3.3.5. Hiệu quả kinh tế khi sử dụng phân sinh học cá..................................................... 56
IV. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ................................................................................... 58

4.1. Kết luận................................................................................................................... 58
4.2. Đề nghị ................................................................................................................... 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 59

vi


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

VIẾT TẮT

THUẬT NGỮ TIẾNG VIẾT

ĐC

Đối chứng

NT

Nghiệm thức

CT

Công thức

NSLT

Năng suất lý thuyết

NSTT

Năng suất thực thu

vii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
SỐ

TÊN BẢNG SỐ LIỆU

TRANG

1.1.

Thành phần dinh dưỡng trong cá tra

5

1.2.

Tình hình xuất khẩu rau quả của Việt Nam

17

1.3

Lượng phân bón cho cải xanh

22

2.1

Hoạt tính enzym tiến hành thí nghiệm

25

2.2

2.3
3.1
3.2

Kết quả phân tích thành phần dinh dưỡng trong phân sinh học
cá
Kết quả phân tích kim loại nặng và vi sinh vật hại trong phân
sinh học cá
Hiệu quả thủy phân protein phụ phẩm cá của một số enzym
Ảnh hưởng của hoạt độ enzym Alcalase đến quá trình thủy phân
protein cá

33

34
37
38

3.3

Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình thủy phân protein cá Tra

39

3.4

Ổn định dịch thủy phân bằng natribenzoat

40

3.5

Hàm lượng các chất trong dịch thủy phân trước phối trộn

42

3.6

Hàm lượng hóa chất phối trộn trong dịch thủy phân

42

3.7

Hàm lượng các chất trong dịch thủy phân sau khi phối trộn

43

3.8

Hàm lượng các axit amin trong chế phẩm phân bón lá

44

viii


Chi phí sản xuất chế phẩm 1 từ dịch thủy phân cá Tra

45

3.10 Chi phí sản xuất chế phẩm 2 từ dịch thủy phân cá Tra

46

3.11 Ảnh hưởng của chế phẩm phân bón lá đến chiều cao cây rau cải

47

3.12 Ảnh hưởng của chế phẩm phân bón lá đến số lá rau cải

48

3.9

3.13

3.14

3.15

3.16

3.17

Ảnh hưởng của chế phẩm phân bón lá đến một số chỉ tiêu rau
cải
Ảnh hưởng của chế phẩm phân bón lá đến năng suất và nitrat
rau cải
Ảnh hưởng của chế phẩm phân bón lá đến thời gian sinh trưởng
dưa leo
Ảnh hưởng của chế phẩm phân bón lá đến một số chỉ tiêu quả
dưa leo
Ảnh hưởng của chế phẩm phân bón lá đến đến năng suất và hàm
lượng nitrat trong quả dưa leo

49

49

51

51

52

3.18 Ảnh hưởng của phân sinh học cá đến năng suất rau cải

53

3.19 Ảnh hưởng của phân sinh học cá đến năng suất rau dền

54

3.20 Hiệu quả kinh tế của rau cải

55

3.21 Hiệu quả kinh tế của rau dền

56

ix


DANH SÁCH HÌNH

SỐ

TÊN HÌNH ẢNH

TRANG

2.1.

Phụ phẩm cá Tra sau khi xay nhuyễn

26

3.1.

Phân sinh học cá

47

3.2

Rau cải sau trồng 10 và 14 ngày

48

3.3

Rau cải giai đoạn thu hoạch

50

3.4

Năng suất lí thuyết và năng suất thực thu dưa leo

53

x


ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong những năm gần đây thì ngành thủy sản ở nước ta ngày càng phát triển
mạnh mẽ. Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, năm 2011 diện tích ni cá
Tra của nước ta ước đạt 5571,6 ha với sản lượng là 1.136.253 tấn. Vùng nuôi cá Tra
tập trung ở các tỉnh An Giang, Đồng Tháp, Cần Thơ, Vĩnh Long, Bến Tre, Sóc Trăng,

Tiền Giang, Hậu Giang và Trà Vinh. Theo ước tính, phần phụ phẩm của cá Tra trong
chế biến philê chiếm đến từ 65 - 70% tổng khối lượng cá. Điều này đồng nghĩa với
việc phát sinh một lượng phụ phẩm rất lớn khoảng 700.000 - 800.000 tấn gồm đầu,
xương, ruột, vi cá ... Đây là nguồn chất thải có nguy cơ gây ơ nhiễm mơi trường rất lớn
nếu khơng có dây chuyền xử lý thích hợp. Tuy nhiên nếu biết cách xử lý với cơng nghệ
phù hợp thì chúng ta có thể thu được một lượng lớn nguồn đạm dễ hấp thu có giá trị
nhằm sản xuất phân bón lá phục vụ trong sản xuất nông nghiệp. Hiện nay, nông dân
cũng đã từng bước sử dụng phế phẩm từ cá để sản xuất phân bón lá với quy mơ nhỏ
phục vụ cho sản xuất nơng hộ.
Hiện nay thì phương pháp xử lý nguồn phụ phẩm cá bằng các biện pháp sinh học
đang rất được quan tâm, đặc biệt là sử dụng enzym thủy phân để tạo ra những sản phẩm
có nhiều cơng dụng như làm phân bón lá. Việc sử dụng các enzym protease để thủy phân
protein phụ phẩm cá đã được ứng dụng rất phổ biến trên thế giới do những ưu điểm là rút
ngắn được thời gian thủy phân và tận dụng được các nguồn phụ phẩm của cá.
Rau là một trong những cây thực phẩm quan trọng, là loại thức ăn cần thiết không
thể thiếu được trong bữa ăn hàng ngày. Theo Hiệp hội rau quả Việt Nam, kim ngạch
xuất khẩu rau hoa quả năm 2012 đạt 829 triệu USD, tăng 33,1% so với năm 2011. Như
vậy, có thể thấy vị trí quan trọng của cây rau trong đời sống và đối với nền kinh tế. Tuy
nhiên, năng suất rau của nước ta còn thấp, chỉ bằng 87% so với trung bình của thế giới.
Chất lượng rau chưa đảm bảo tiêu chuẩn an toàn vệ sinh thực phẩm đang là vấn đề bức
xúc của xã hội. Sản xuất rau an toàn hiện nay đang là vấn đề được hầu hết các địa
phương quan tâm. Các tỉnh đều đã xây dựng chương trình sản xuất rau an tồn. Tuy
1


nhiên, tình hình ngộ độc thức ăn do rau gây ra vẫn thường xuyên xảy ra và là mối lo ngại
cho người tiêu dùng.
Một trong những hướng đi quan trọng để giải quyết vấn đề trên là sản xuất rau
trong nhà màng, sử dụng các chế phẩm có nguồn gốc hữu cơ hướng tới việc tạo ra
những sản phẩm an toàn đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường. Trồng cây

không sử dụng đất là kiểu canh tác tiên tiến và phổ biến trong điều kiện nhà màng cho
phép nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Việc ứng dụng các phụ phẩm của
ngành chế biến thủy sản để sản xuất phân bón lá phục vụ cho sản xuất nông nghiệp là
việc làm cần thiết hiện nay. Nó vừa giảm thiểu ơ nhiễm mơi trường do nguồn phụ
phẩm thủy sản gây ra vừa góp phần thúc đẩy trồng trọt phát triển tạo ra sản phẩm an
toàn cho người sử dụng. Điều này là hoàn toàn phù hợp với định hướng hiện nay, đó là
ưu tiên phát triển nền nông nghiệp theo hướng hữu cơ nhằm tạo ra những sản phẩm
sạch cho thị trường.
Xuất phát từ những thực tế đó, việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng
dung dịch thủy phân từ phụ phẩm cá bằng enzym làm phân bón cho một số loại rau
trong nhà màng” là cần thiết.

2


I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Thành phần hóa học của cá
Thành phần hóa học của cơ thịt cá gồm có nước, protein, lipid, glucid, muối vô
cơ, vitamin, enzym, hormone.
Với thành phần hóa học của da cá: nước 60 ÷ 70 %, một ít chất vơ cơ cịn chủ
yếu là protein và chất béo. Protein của da cá chủ yếu là collagen, elastin, keratin, rutin,
globulin và albulmin. Công dụng của da cá chủ yếu là nấu keo, loại da dày như cá voi,
cá nhám dùng trong công nghiệp thuộc da.
Thành phần hóa học của vây cá: tương tự như xương sụn, protein trong vây cá
chủ yếu là chondromucoid, collagen, chondroalbumin, đối với vây cá sau khi chế biến
các chất tan phân ly thành arginin, histidin và lysine chiếm 1/3 tổng lượng acid amin.
Thường lấy vây đuôi, bụng, ngực của một số loài cá nhám để đem chế biến thành sản
phẩm vây cá.
Thành phần hóa học của xương cá: xương cá được chia làm hai nhóm, đó là
xương cứng và xương sụn. Xương sụn: thành phần chủ yếu là protein phức tạp, keo và

albumin; chất vô cơ nhiều nhất là Na, Ca, K, Mg, Fe…Các acid amin cấu tạo thành
protein trong xương sụn chủ yếu là acid amin tính bazơ như arginin, histidin,
lysin…Xương cứng: lượng chất hữu cơ và vô cơ tương đương, muối vơ cơ chủ yếu là
Ca3(PO4)2 ngồi ra cịn có CaCO3, Ca(OH)2,…
Thành phần hóa học của bong bóng cá: chủ yếu là collagen, dùng để nấu keo
hoặc phơi khô làm dược phẩm (Viện Cisdoma, 2005).

3


Theo Trương Công Phát, thành phần các chất trong cá Tra gồm:
Bảng 1.1. Thành phần dinh dưỡng trong cá tra (trên trọng lượng khô)
Chỉ tiêu

Kết quả

Protein thô (%)

46

N (%)

7,36

Đạm amin (%)

0,56

K2O (%)

1,07

P2O5 (%)

6,33

1.2. Sử dụng enzym trong thủy phân protein
1.2.1. Nghiên cứu ngồi nước
Trong những năm gần đây, có nhiều nghiên cứu để thủy phân phụ, phế phẩm từ
ngành thủy sản tạo ra sản phẩm hữu ích. Trong đó có hai nhóm phương pháp chính là
phương pháp hóa học và phương pháp sinh học. Phương pháp sinh học chủ yếu là dùng các
enzym protease để thủy phân. Nguồn protease có thể từ động vật, thực vật và vi sinh vật.
Bromelin là tên gọi chung cho nhóm enzym thực vật chứa nhóm sulfhydryl, có
khả năng phân giải protein được thu nhận từ họ Bromeliaceae đặc biệt là ở cây dứa
(Ananas comusus L.). Bromelin chiếm 50% protein trong quả dứa, có khả năng thủy
phân mạnh và hoạt động tốt ở pH từ 5 – 8. Bromelin có trọng lượng phân tử 33
kdalton, có tâm hoạt động chứa cystein với cầu nối S-S giữa 2 sợi peptid với nhau.
Bromelin hoạt động ở nhiệt độ từ 45 – 650C và mất hoạt tính ở 700C, biên độ pH từ 3 –
9 tùy thuộc vào loại cơ chất. Các chất có tác dụng hoạt hóa bromelin gồm cystein,
muối bisulfite, NaCN, H2S, Na2S và benzoate. Bromelin trong quả xanh có hoạt tính
phân giải casein cao nhất, kế đến là trong quả chín và cuối cùng là bromelin trong thân.
Đây là enzym được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm như
giúp làm mềm thịt, làm rượu bia, thủy phân các nguồn protein khác nhau để thu hồi sản
phẩm hòa tan là các axit amin có giá trị dinh dưỡng cao. Giống như các cấu trúc sinh
học khác, bromelin chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố như: cơ chất, nồng độ cơ chất, nồng
độ enzym, nhiệt độ, pH…Trên những loại cơ chất khá nhau thì bromelin có hoạt tính

4

khác nhau. Đối với cơ chất tổng hợp như BAA (Benzoyl-L-Arginine amide), BAEE
(Benzoyl-L-Arginine ethyl ester) thì khả năng thủy phân của bromelin yếu hơn papain.
* Giới thiệu enzym papain
Papain là một endoprotease có trong nhựa cây đu đủ (Carica papaya L.) chứa
16,1% N và 1,2% S. Theo kết quả phân tích bằng tia X thì phân tử Papain là một chuỗi
polypeptide gồm 212 amino acid, trọng lượng phân tử là 23.350 Da, phân tử là một
mạch polypeptide với đầu N là isoleucine, đầu C là asparagine, có 6 gốc cysteine tạo
thành 3 cầu disulfur ở các vị trí 22-63, 56-95, 153-200 khơng có chức năng sinh học,
chỉ làm tăng tính bền vững của cấu trúc và một nhóm –SH tự do ở vị trí 25.
- Cấu trúc khơng gian
Phân tử papain có dạng hình cầu với kích thước 36x48x36Ao và mạch chính bị
gấp thành hai phần riêng biệt bởi một khe. Trung tâm hoạt động nằm tại bề mặt của
khe này, nhóm -SH hoạt động của cysteine 25 nằm bên trái khe và nhóm histidine 159
nằm bên phải khe. Phần xoắn chiếm 20% tồn bộ các amino acid có trong phân tử.

Hoạt tính của papain dựa trên hai tâm hoạt động là Cys25 và His159. Khoảng
pH hoạt động của papain khá rộng (3.5 – 8.0) tùy thuộc vào cơ chất. Khi cơ chất là
casein thì hoạt tính tối ưu của papain trong vùng pH từ 5.7 – 7.0 và nhiệt độ thích hợp
là 50 – 570C.
5


- Cấu trúc tâm hoạt động của papain
Tâm hoạt động của papain gồm có nhóm –SH của cysteine 25 và nitrogen bậc 3
của histidine 159. Bên cạnh đó nhóm imidazole của His 159 cũng liên kết với Asp 175
bởi liên kết hydrogen.
Vùng tâm hoạt động của papain chứa mạch polypeptide với các amino acid là:
Lys-Asp-Glu-Gly-Ser-Cys-Gly-Ser-Cys.
Hoạt tính enzym và cơ chất tác dụng:
Papain thủy phân peotein thành các polypeptide và các polypeptide và các

amino acid, đóng vai trị vừa như endopeptidase vừa như exopeptidase.
Các endopeptidase thủy phân protein chủ yếu thành các peptid:
(-NH-CH(R)-CO-NH-CH(R)-CO-)n + HOH  (-NH-CH(R)-COOH)I + (H2NCH(R)-CO-)k
i+k=n
Các exopeptidase thủy phân các peptide thành các amino acid
(H2N-CH(R )-CO-NH-CH(R )-CO-)n + HOH  (H2N-CH(R)-COOH)n` +
(H2N-CH(R)-CO-)k
n`+k = n
So với các protease có nguồn gốc động vật và vi sinh vật khác thì papain có khả
năng thủy phân sâu hơn. Tính đặc hiệu cơ chất của papain rất rộng vì nó có khả năng
phân hủy hầu hết các liên kết peptide trừ các liên kết với proline và các glutamic acid
có nhóm carboxy tự do.
Hoạt hóa papain:
Papain chỉ thể hiện hoạt tính xác tác của mình khi nhóm –SH ở dạng tự do. Vì
vậy ta sử dụng chất hoạt hóa để đưa papain từ trạng thái không hoạt động sang trạng
thái hoạt động. do trung tâm hoạt động của papain có tính khử nên các chất hoạt hóa là
các chất có tính khử như cysteine, glytation aicd, hdrocyanic… trong đó cysteine là
chất hay dùng nhất. Khi có mặt các chất này thì nhóm –SH của papain được phục hồi
và làm tăng hoạt tính papain. Để thu được hoạt tính cao nhất thì thích hợp là dùng hỗn

6


hợp cysteine và EDTA, trong đó cysteine đóng vai trị là chất hoạt hóa papain, cịn
EDTA đóng vai trị chất liên kết tạo phức với ion kim loại nặng có trong nhựa đu đủ.
Bất hoạt:
Papain bị kìm hãm (ức chế bất thuận nghịch) bởi các chất oxy hóa như: O2, O3,
H2O2, iodur acetate, cysteine và các hợp chất disufur khác. Các chất này phản ứng với
nhóm –SH ở trung tâm hoạt động của papain làm phá vỡ cấu trúc tâm hoạt động của nó.
Papain bị bất hoạt thuận nghịch bởi khơng khí, cysteine ở nồng độ thấp. Các ion

kim loại như Cd+, Cu2+, Zn2+, Hg2+, Pb2+, Fe2+ và các tác nhân gây ức chế papain.
Papain tác dụng với chloromethyl cetone của phenylalanine và lysine thì mất hồn tồn
hoạt tính. Tuy nhiên papain lại rất bền với các tác nhân biến tính là dung mơi hữu cơ
(độ quay cực của papain hầu như không biến đổi trong ethanol 70%).
- Phản ứng của papain
Papain thủy phân protein thành các polypeptide và các acid amin, nó đóng vai
trị vừa như endopeptidase vừa như exopeptidase.

7


Đây là enzym chịu được nhiệt độ tương đối cao, ở dạng nhựa khơ papain khơng
bị biến tính ở 1000C trong 3 giờ. Ở dạng dung dịch, papain bị mất hoạt tính sau 30 phút
ở 82,50C. Nên lấy nhựa ở những quả còn xanh, khoảng 10 tuần tuổi là tốt nhất và lấy
vào lúc sáng sớm. Dùng dao inox rạch vài đường dọc theo quả, hứng nhựa cho vào lọ
thủy tinh có nắp kín, giữ trong tối và bảo quản ở 40C (Monti và cộng sự, 2000).
* Giới thiệu enzym Bromelin
- Đặc điểm enzym Bromelin
Bromelin là tên gọi chung cho nhóm enzyme thực vật chưa nhóm sulfhydryl, có
khả năng phân giải protein được thu nhận từ họ Bromeliaceae, đặc biệt là ở cây dứa.
Bromelin chiếm 50% protein trong quả dứa. Nó có khả năng thủy phân khá mạnh và
hoạt động tốt ở pH từ 6 – 8. Bromelin có hoạt tính xúc tác sự phân giải protein tương
tự như papain trong mủ đu đủ hay ficin trong cây họ Sung.

8


- Tính chất enzym Bromelin
Thành phần chủ yếu của bromelin có chứa nhóm sulfhydryl thủy phân protein.
Trong dịch chiết bromelin cịn có chứa một ít peroxidase, axit phosphatase và chất cản

protease.
+ Cấu trúc không gian của Bromelin
Bromelin là một protease trong tâm hoạt động có chứa cysreine và hai sợi
polypeptide lien kết với nhau bằng cầu nối –S – S-. Phân tử có dạng hình cầu do có
cách sắp xếp phức tạp.
+ Hoạt tính phân giải của Bromelin
Bromelin có ba hoạt tính khác nhau: peptidase, amidase và esterase. Bromelin
thân có nhiều cơ chất tự nhiên và có thể thủy phân cả cơ chất tự nhiên lẫn cơ chất tổng
hợp. Đối với cơ chất là casein, hoạt tính phân giải của Bromelin thân cao hơn Bromelin
quả xanh và Bromelin quả chín.
Việc sử dụng các enzym protease để thủy phân protein phụ phẩm cá đã được
ứng dụng rất phổ biến trên thế giới do những ưu điểm là rút ngắn được thời gian cho
q trình sản xuất, tăng lượng protein khơng hịa tan chuyển thành protein hòa tan và
tận dụng được các nguồn phụ phế phẩm của cá. Trong điều kiện thủy phân thích hợp,
các mơ cá được biến đổi nhanh chóng thành chất lỏng. Phản ứng thủy phân thường bao
gồm 2 bước: bước đầu là những phân tử enzym kết hợp với protein của cơ chất và
bước 2 là sự thủy phân xảy ra dẫn tới sự phóng thích các polypeptid và axit amin tự do.
Nhiều lồi vi sinh vật có khả năng tổng hợp mạnh protease. Protease phân bố
chủ yếu ở vi khuẩn, nấm mốc và xạ khuẩn… Bao gồm nhiều loài thuộc Aspergillus,
Bacillus, Penicillium, Clotridium, Streptomyces và một số loại nấm men. Các enzym
này có thể ở trong tế bào (Protein nội bào) hoặc được tiết vào trong môi trường nuôi
cấy (Protease ngoại bào). Cho đến nay các protease ngoại bào được nghiên cứu kỹ hơn
các protease nội bào. Một số protease ngoại bào đã sản xuất trong quy mô công nghiệp
và được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành kỹ nghệ khác nhau trong nông nghiệp và
trong y học. Có thể thu nhận protease từ nhiều lồi vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm mốc. Hiện
nay trên thế giới sản xuất khoảng trên 600 tấn protease tinh khiết từ vi sinh vật, trong
9


đó có 500 tấn từ vi khuẩn và 100 tấn từ nấm mốc. Nhịp độ sản xuất enzym vi sinh vật ở

qui mô công nghiệp ở các nước phát triển tăng trung bình hàng năm từ 5% - 15% và
doanh thu sản xuất hàng năm ở các nước này khoảng 1,5 tỉ USD. Những nước có cơng
nghệ sản xuất và ứng dụng protease tiên tiến nhất trên thế giới hiện nay là: Nhật Bản,
Mỹ, Anh, Pháp, Hà Lan, Trung quốc, Đan Mạch, Đức, Áo…Các nước này đầu tư thích
đáng cho công tác nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng các chế phẩm protease của vi sinh
vật. Nguồn nguyên liệu rất dồi dào để sản xuất enzym nói chung và protease nói riêng.
Người ta sử dụng protease để sản xuất các dịch đạm thủy phân từ các phế liệu
giàu protein như thịt vụn, đầu cá, da …. Dùng protease để thủy phân protein thường ít bị
hao hụt acidamin như khi dùng phương pháp hóa học. Thủy phân protein bằng acid
thường mất 10-25% các acidamin như tryptophan, tyrosin, cystein, arginin, histidin,
serin, treonin. Vi khuẩn có khả năng sinh ra cả hai loại enzym endopeptidase và
exopeptidase, do đó protease của vi khuẩn có tính đặc hiệu cơ chất cao. Chúng có khả
năng phân hủy tới 80% các liên kết peptide trong phân tử protein. Các chủng vi khuẩn có
khả năng tổng hợp mạnh protease là Bacillus subtilis, Bacillus mesentericus, Bacillus
thermorpoteoliticus và một số lồi thuộc Clostridium. Trong đó, B. subtilis có khả năng
tổng hợp protease mạnh nhất. Các vi khuẩn thường tổng hợp các protease hoạt động
thích hợp ở vùng pH trung tính và kiềm yếu. Các protease trung tính của vi khuẩn hoạt
động ở khoảng pH hẹp (pH 5 - 8) và có khả năng chịu nhiệt thấp. Các protease trung tính
tạo ra dịch thủy phân protein thực phẩm ít đắng hơn so với protease động vật và tăng giá
trị dinh dưỡng. Nhiều loại nấm mốc có khả năng tổng hợp một lượng lớn protease được
ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm như các chủng Aspergillus oryzae, A. terricola,
A. fumigatus, A. satoi, Penicillium chysogenum… Các loại nấm mốc này có khả năng
tổng hợp cả ba loại protease acid, kiềm và trung tính. Nấm mốc có bào tử đen tổng hợp
chủ yếu các protease acid, có khả năng thủy phân protein ở pH 2,5 - 3.
Theo Diniz (1998), khi sử dụng enzym endopeptidase từ vi khuẩn để thủy phân
mô thịt cá mập (Squalus acanthias) trong 2 giờ thì lượng nitơ thu được 76,2%. Điều
kiện để thủy phân tốt nhất là nhiệt độ 550C, pH = 8 với tỷ lệ enzym là 40 mg/ g cơ chất
và hiệu suất thủy phân 18,6%.
10

Dong (2005), khi sử dụng enzym papain để thủy phân cá mối dài thì sản phẩm
thủy phân chứa 84,7% protein thô, 7,1% tro và 3,5% mỡ. Sản phẩm thủy phân chứa 20
loại axit amin, trong đó tỷ lệ của 8 loại axit amin thiết yếu chứa 41,5% lượng axit amin.
Theo Min-Tian Gao (2005), thủy phân phụ phẩm cá gồm đầu và xương cá đã
được xử lí sơ bộ với nước ở 121 0C trong 20 phút bằng dung dịch acid được pha loãng
và pH dịch thủy phân được điều chỉnh về 1,0. Bằng cách này, thu được nguồn đạm
dùng cho lên men sản xuất acid lactic với giá thành thấp và làm tăng hiệu suất sản xuất
acid lactic gần 22 % so với việc dùng dịch chiết nấm men.
Theo Mahmoudreza và ctv (2009), khi sử dụng enzym Alcalase để thủy phân
protein của nội tạng cá tầm trắng ở điều kiện nhiệt độ 500C trong thời gian 120 phút thì
sản phẩm thủy phân có hàm lượng protein khá cao (66,43%), lipit thấp (1,34%) và hàm
lượng amino axit cao.
Theo See (2011), khi dùng enzym Alcalase với hàm lượng 2,5% để thủy phân
da cá hồi trong điều kiện nhiệt độ 55,30C, pH = 8,39 cho hiệu suất thủy phân cao nhất
(77,03%). Sản phẩm thủy phân chứa hàm lượng protein cao (89,53%).
Theo Muzaifa và ctv (2012), khi sử dụng enzym Alcalase và Flavourzyme thủy
phân phụ phẩm cá thì kết quả cho thấy: sử dụng Alcalase tạo ra lượng protein nhiều
hơn (82,66%) so với 73,5% khi dùng Flavourzyme. Bên cạnh đó thì độ tan, độ tạo bọt
của sản phẩm thủy phân khi dùng Alcalase cũng tốt hơn khi dùng Flavourzyme.
1.2.2. Nghiên cứu trong nước
Theo Nguyễn Thị Nếp (2005), tỷ lệ enzym protease từ B. subtilis S5 sử dụng để
thủy phân với cơ chất là phụ phẩm đầu xương cá tra đạt hiệu quả cao là 2,5 ÷ 3 %,
nhiệt độ thủy phân thích hợp là 50 0C, pH = 8,0 và trong thời gian là 10 giờ, hiệu suất
thủy phân cao nhất là 25,68 %.
Theo Đặng Thị Mộng Quyên (2006) và Trần Thị Xô (2006), để thủy phân cá
phèn, cá ngân dạng cá phế liệu thu được sau công đoạn fillet bằng phương pháp thủy
phân kết hợp, thủy phân bằng enzym trước, thủy phân bằng acid sau. Trong đó, sử
dụng chế phẩm enzym protease từ vi khuẩn B. subtilis C10. Kết quả với điều kiện thủy
phân bằng enzym: tỷ lệ muối 3%, tỷ lệ dịch chiết enzym 20 % (dạng lỏng), tỷ lệ nước

11


30 %, nhiệt độ 50 0C, điều kiện thủy phân bằng acid: tỷ lệ muối 3 %, nhiệt độ thủy
phân 90 0C, thể tích HCl 7N là 20 %, trung hòa bằng Na2CO3 20 % cho hiệu quả thủy
phân cao. Dịch đạm thu được có hàm lượng đạm tổng số 39 g/l, đạm amin 21,6 g/l,
đạm amoniac 3,95 g/l.
Dương Thị Hương Giang (2006), sử dụng enzym papain thơ ly trích trực tiếp từ
mủ đu đủ để thủy phân bánh dầu đậu nành tạo sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao ứng
dụng trong chăn ni. Kết quả thí nghiệm cho thấy điều kiện tối ưu cho enzym papain
o

trên cơ chất bánh dầu đậu nành là nhiệt độ 55 C và pH 7,0. Với tỉ lệ enzym:cơ chất là
0,75:100 (w:w), hoạt tính đặc hiệu của enzim là 91,12 TU/mg, thời gian thủy phân là
24 giờ cho hiệu suất thủy phân cao nhất 11,8%.
Lê Cơng Tồn (2007), phối trộn phế phẩm cá và mùn cưa theo các tỷ lệ 4 cá : 1
mùn cưa; 3 cá : 1 mùn cưa và 9 cá : 4 mùn cưa sau đó phun chế phẩm PMET vào các
mẫu đã phối trộn với liều lượng 1 lít/m3 và đem ủ kị khí. Trong q trình ủ có đảo trộn
và phun PMET định kỳ. Kết quả cho thấy các mẫu phân phối rộng theo tỷ lệ 3 : 1 và 9 :
4 đều đạt tiêu chuẩn quy định trong sản xuất phân bón về hàm lượng chất hữu cơ và
axit humic. Tuy nhiên cũng có một vài chất khơng đạt như hàm lượng kali vì vậy các
tác giả khuyến cáo cần bổ sung thêm chất này trong quá trình ủ phân.
Võ Thị Hạnh đã nghiên cứu chế phẩm sinh học từ trùn quế để làm thức ăn cho gia
súc, gia cầm, làm phân bón cho cây... Một ưu điểm nổi trội của các chế phẩm này là vẫn
giữ nguyên mùi trùn tươi, các chất dinh dưỡng không bị mất đi hoặc biến chất theo thời
gian. Chế phẩm BIO-BL, đã được dùng để bón cho cây trà ơ long và một số cây hoa
màu, cây kiểng...Kết quả sau khi sử dụng cho thấy búp trà tươi, màu sắc đẹp hơn, mùi
hương của trà cũng thơm hơn. BIO-BL được tạo thành từ trùn quế tươi phối trộn với hỗn
hợp vi sinh vật hữu ích và enzym dùng trong trồng trọt, lên men tạo sản phẩm có mùi
trùn, giàu đạm protein và amin cao, enzym tiêu hóa có hoạt lực cao, vi khuẩn có lợi.

Nhóm tác giả cho biết ưu điểm của phương pháp chế biến trùn quế bằng công nghệ
vi sinh là không cần dùng thiết bị đông lạnh hay thiết bị sấy nên khơng tốn chi phí điện,
năng lượng, đem lại hiệu quả kinh tế cao. Với công nghệ đơn giản, các hộ nông dân ở các

12


vùng xa xơi có thể áp dụng dễ dàng. Việc có thêm các chế phẩm sinh học mới có giá thành
rẻ góp phần làm cho ngành chăn ni, ni trồng thủy sản và trồng trọt phát triển tốt hơn.
Hiện nay, để xử lý các loại phế phẩm nông nghiệp, rác thải sinh hoạt thì có các
chế phẩm như BIMA (Trichoderma), Active cleaner (xạ khuẩn Streptomyces sp., nấm
Trichoderma sp., vi khuẩn Bacillus sp.) được sử dụng để ủ phân gia súc, chất thải hũu
cơ như rơm, rạ, rác thải sinh hoạt hữu cơ (đã tách riêng rác vô cơ). Việc sử dụng chế
phẩm có thể giúp rút ngắn thời gian ủ hoai phân chuồng, phân xanh, rác từ 2 - 3 lần so
với cách ủ thông thường.
Trung tâm công nghệ sinh học thành phố Hồ Chí Minh đã tạo 4 loại phân bón:
Bio trùn quế 01; Bio trùn quế 02; Bio trùn quế 03 và Bio trùn quế 04 có thành phần chủ
yếu là dịch chiết từ trùn quế tươi với hàm lượng axit amin cao (Aspartic acid – 2.000
ppm; Leucine – 1.200 ppm; Alanine – 1.000 ppm; Glutamic acid – 1.000 ppm; Valine
– 800 ppm). Ngồi ra cịn chứa một số nguyên tố đa lượng và vi lượng cần thiết. Đa
lượng: N – 5.0 %; P – 1.0 %; K – 3.0 %. Vi lượng: B – 200 ppm; Zn – 200 ppm; Mg –
120 ppm; Ca – 120 ppm; Fe – 100 ppm. Chúng có tác dụng kích thích tăng trưởng, ra
hoa và tăng tỷ lệ đậu trái.
Nguyễn Xuân Trình (2008), khi nghiên cứu cơng nghệ sản xuất bột cá, dịch đạm
từ phụ phẩm cá Da trơn và cá Basa. Kết quả cho thấy các tác giả đã xác định được 180
phút là thời gian thủy phân để lượng protein hòa tan và acid amin tạo thành đạt cao
nhất. Tỷ lệ enzym trên cơ chất cũng có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu suất thủy phân,
tỷ lệ enzym : cơ chất 0,2% ở nhiệt độ 600C và pH = 5 cho hiệu quả thủy phân cao nhất.
Khi so sánh hoạt tính giữa enzym dịch dứa, enzym tủa từ dịch dứa và enzym Alcalase
(là enzym thủy phân có nguồn gốc từ vi khuẩn Bacillus lischenifermic), kết quả cho

thấy mẫu thủy phân bằng Alcalase có hàm lượng protein hịa tan và acid amin cao nhất,
kế đến là enzym dịch dứa, mẫu có enzym tủa có hàm lượng protein và acid amin thấp
nhất có thể là do hoạt tính enzym bị mất đi trong quá trình tủa.
Trần Thanh Nhãn (2009), khi sử dụng alcalase để sản xuất Gelatin từ da cá basa
thì kết quả cho thấy nồng độ enzym là 0,05%; thời gian thủy phân 25 phút, nhiệt độ
thủy phân 430C và pH môi trường thủy phân tốt nhất là 8.
13