BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
----o0o----

LÊ THỊ XUÂN THI

NGHIÊN CỨU THU HỒI HỖN HỢP CAROTEN-PROTEIN
TỪ ĐẦU TÔM THẺ CHÂN TRẮNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP
KẾT HỢP HCL VÀ FLAVOURZYME

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Nha Trang, tháng 07 năm 2015


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
----o0o----

LÊ THỊ XUÂN THI

NGHIÊN CỨU THU HỒI HỖN HỢP CAROTEN-PROTEIN
TỪ ĐẦU TÔM THẺ CHÂN TRẮNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP
KẾT HỢP HCL VÀ FLAVOURZYME

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM


Sinh viên thực hiện
Lê Thị Xuân Thi


ii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... i
DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT ...................................................................... iv
DANH MỤC CÁC HÌNH ..................................................................................... vi
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .................................................................................. 4
1.1.

Các nghiên cứu trong nước liên quan tới đề tài ........................................... 4

1.2.

Các nghiên cứu ngoài nước liên quan tới đề tài .......................................... 5

1.3.

Tìm hiểu về caroten-protein ........................................................................ 6

1.3.1.

Phức hợp carotenoprotein trong sinh vật biển ...................................... 6

1.3.2.


1.6.

Phương pháp thu hồi hỗn hợp C-P ............................................................ 20

CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ............................................ 23
2.1.

Đối tượng ................................................................................................. 23

2.1.1.

Đầu tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei) ..................................... 23

2.1.2.

Acid Clohydric .................................................................................. 24

2.1.3.

Enzyme Flavourzyme ........................................................................ 24

2.2.1.

Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát ....................................................... 25


iii

2.2.2.


trình thu nhận hỗn hợp C-P ............................................................................. 37
3.2.2. Điều kiện thủy phân thích hợp của Flavourzyme trong công đoạn sau
của quá trình thu nhận hỗn hợp C-P ................................................................ 41
3.3. Đề xuất quy trình thu nhận hỗn hợp C-P bằng phương pháp kết hợp HCl và
Flavourzyme ...................................................................................................... 45
3.4.

Kết quả phân tích chất lượng sản phẩm .................................................... 47

KẾT LUẬN ....................................................................................................... 49
KIẾN NGHỊ ....................................................................................................... 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 50


iv

DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT

Kí hiệu các từ viết tắt
C-P

Diễn giải
Caroten-protein


v

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Hàm lượng astaxanthin từ các nguồn phế liệu sinh học các loài giáp xác . 9

và hàm lượng astaxanthin của hỗn hợp C-P ........................................................... 42
Hình 3.4. Ảnh hưởng của thời gian xử lý Flavourzyme đến hiệu suất thu hồi và hàm
lượng astaxanthin của hỗn hợp C-P. ...................................................................... 44
Hình 3.5. Sơ đồ quy trình thu nhận hỗn hợp C-P bằng phương pháp kết hợp HCl và
Flavourzyme.......................................................................................................... 46


vii

Hình 3.6. Hỗn hợp C-P nhão sản xuất theo quy trình đề xuất (bên trái) và mẫu đối
chứng (bên phải).................................................................................................... 48


1

LỜI MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài
Ngành chế biến thủy sản xuất khẩu được đánh giá là ngành kinh tế mũi nhọn
của cả nước, hàng năm sản lượng khai thác và chế biến là rất lớn. Tuy nhiên, lượng
chất thải rắn từ thủy sản thải ra môi trường cũng là một con số đáng kể, đây cũng là
nguyên nhân hàng đầu gây ô nhiễm môi trường. Nếu chúng ta giải quyết tốt vấn đề
này sẽ làm gia tăng giá trị sử dụng của nguyên liệu, góp phần tạo ra giá trị kinh tế
cho doanh nghiệp, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường là điều cần thiết.
Ước tính phế liệu tôm khoảng hơn 200.000 tấn/năm, trong đó có khoảng
120.000 tấn đầu tôm. Đây là nguồn nguyên liệu dồi dào cho sản xuất chitin,
caroten-protein với tỷ lệ 50% protein và một lượng nhỏ carotenoid, tuy nhỏ nhưng
có hoạt tính sinh học cao cần được thu hồi ở dạng hỗn hợp caroten-protein(C-P)[9].
Hỗn hợp này sẽ có ý nghĩa để bổ sung vào làm thức ăn gia súc, nuôi trồng thủy sản,
làm tăng màu sắc cho cá hồi, các loài giáp xác, tăng hệ miễn dịch cho vật nuôi.

- Nghiên cứu điều kiện thủy phân bằng acid HClở công đoạn đầu.
- Nghiên cứu điều kiện thủy phân bằng enzyme Flavourzyme ở công đoạn sau.
- Đề xuất qui trình thu nhận hỗn hợp C-P bằng phương pháp xử lý kết hợp HCl
và Flavourzyme từ đầu tôm thẻ chân trắng.
- Đánh giá chất lượng sản phẩm thu hồi từ quy trình đề xuất.
Mục tiêu:
Xây dựng quy trình xử lý đầu tôm thẻ chân trắng bằng phương pháp kết hợp
HCl và Flavourzyme để thu nhận hỗn hợp C-Pcó hàm lượng carotenoidcao ứng
dụng làm thức ăn cho cá cảnh và cá hồi, giúp tạo màu cho cơ thịt cá và ngăn ngừa
bệnh tật, giảm stress, tăng hệ miễn dịch của vật nuôi.


3

Phạm vi nghiên cứu:
Phế liệu đầu tôm thẻ chân trắng (Paneus vannamei) thu nhận tại các nhà máy
chế biến thủy sản tại Khánh Hòa. Acid vô cơ sử dụng trong đề tài là HCl và enzyme
sử dụng là enzyme thương mại Flavourzyme.


4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1.

Các nghiên cứu trong nước liên quan tới đề tài
Phế liệu từ tôm hiện nay rất được các nhà khoa học chú trọng, chúng được

dùng để sản xuất chitin-chitosan, chiết rút các chất màu, chất mùi phục vụ cho
ngành công nghệ phẩm, đặc biệt trong thời gian gần đây để tận dụng được protein

(do hạn chế sử dụng hóa chất) nhưng tốn nhiều thời gian (ủ trong 3ngày). Vì vậy,
việc nghiên cứu thu nhận hỗn hợp C-P giàu carotenoid bằngphương pháp xử lý kết
hợp HCl và Flavourzyme trong công nghệsản xuất chitin-chitosan từ đầu tôm là
hướng đi mới, tạo thêm sản phẩm giá trị gia tăng bên cạnh sản phẩm chitin,
chitosan, nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn phế liệu tôm dồi dào của Việt Nam.
1.2.

Các nghiên cứu ngoài nước liên quan tới đề tài
Trên thế giới, việc tận dụng các phế liệu thủy sản ở các nước có nền công

nghiệp chế biến thủy sản phát triển để sản xuất ra các sản phẩm gia tăng có chất
lượng được các nhà nghiên cứu hết sức chú trọng và quan tâm. Đối với phế liệu
tômphần lớn các nghiên cứu tập trung thu nhận chitin và chitosan [30]. Bên cạnh
đó, việc thu nhận hỗn hợp C-P cũng được quan tâm nghiên cứu, carotenoid đặc biệt
là astaxanthin từ phế liệu tôm được chú trọng nhiều. Với những hiệu quả mà
astaxanthin mang lại thì nó rất phổ biến trong việc bổ sung làm thức ăn cho thủy sản
để tăng màu sắc cho cá cảnh, cá hồi và giáp xác, tăng hệ miễn dịch của vật nuôi.
Các nghiên cứu cũng cho thấy astaxanthin đóng vai trò quan trọng trong sinh sản và
phát triển của cá hồi. Carotenoid còn có tính chất chống oxy hóa [26]. Sử dụng thức
ăn có chứa carotenoid thường xuyên có khả năng bảo vệ tế bào và ngăn ngừa được
nhiều loại bệnh trong đó có cả bệnh ung thư và bệnh tim mạch [38]. Carotenoid
cũng có thể chống lại Hecolybacter pylori gây bệnh viêm loét dạ dày [26]. Vì vậy
thu hồi hỗn hợp C-P sao cho có hiệu quả là đều cần quan tâm.


6

1.3.

Tìm hiểu về caroten-protein

với thành phần apoprotein, về vị trí không gian, và chính bản chất cấu trúc của
astaxanthin.
1.3.2. Carotenoid từ sinh vật biển
Carotenoid là nhóm sắc tố phổ biến nhất được tìm thấy trong tự nhiên. Có
hơn 600 loại carotenoid khác nhau được tìm thấy ở động vật và thực vật. Ở thực vật,
carotenoid chịu trách nhiệm bảo vệ khỏi bức xạ, thu nhận ánh sáng, tách
khí oxy kích thích (singlet oxygen) trong quá trình quang hợp. Sắc tố này thường
được tìm thấy ở lục lạp của thực vật và các sinh vật quang hợp khác chẳng hạn
như tảo và vài loại vi khuẩn. Trái lại, động vật không thể tự tạo carotenoid cho
chính mình. Do đó, chúng phụ thuộc vào thực vật để có các sắc tố này.

Hình 1.2. Cấu trúc hóa học của astaxanthin [22]
Carotenoid có nguồn gốc từ sinh vật biển được sử dụng rộng rãi như là một
chất màu tự nhiên an toàn cho các ngành công nghệ thực phẩm, dược phẩm và mỹ
phẩm. Carotenoid có vai trò quan trọng để loại trừ hoặc ngăn chặn một số bệnh
thoái hóa cơ thể như chứng xơ vữa động mạch, ung thư, thoái hóa cơ thể và các
bệnh về mắt [27].


8

Carotenoid chiết tách từ các loài giáp xác có chức năng hình thành sắc tố
được xem như là một nguồn tiền tố vitamine A quan trọng và là nhóm chất chống
oxy hóa [29]. Carotenoid được xem là chất kích thích hệ thống miễn dịch, kích
thích tăng khả năng sinh trưởng và phát triển [32,39].
Trong phế liệu tôm, carotenoid chủ yếu là astaxanthin (trên 95%)
[21]. Astaxanthin là một carotenoid, thuộc nhóm chất phytochemical tecpen, là chất
sắc tố màu vàng đỏ. Giống như nhiều carotenoid, nó là một chất màu hòa tan trong
mỡ hoặc dầu. Astaxanthin có thể được tìm thấy trong vi tảo, men bia, cá hồi, cá,
loài nhuyễn thể, tôm, tôm càng, động vật giáp xác, và những chiếc lông của một số


9,69

Astaxanthin được thu nhận từ các loài sinh vật biển, có ảnh hưởng rất lớn đối
với cơ thể con người, như có khả năng ngăn chặn sự oxy hóa của các acid béo
không no có lợi, ngăn chặn ảnh hưởng của tia cực tím, tăng khả năng miễn dịch,
hình thành chất màu, quá trình sao chép và truyền dẫn thông tin [28].
Astaxanthin là chất chống oxy hóa rất hiệu quả, có khả năng bảo vệ
phospholipid của màng tế bào khỏi sự peroxid hóa, hoạt tính chống oxy hóa của
astaxanthin lớn hơn gấp 10 lần các carotenoid khác như zeaxanhin, lutein,
canthaxanthin và β-caroten. Astaxanthin cũng có tác dụng tăng cường khả năng
miễn dịch [26].
1.3.3. Hoạt tính sinh học của astaxanthin
Chất màu mang nguồn gốc tự nhiên như carotenoid ngày càng được ứng
dụng nhiều trong ngành công nghệ thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm để thay thế
các chất màu hóa học có mối nguy về sức khỏe cho người tiêu dùng. Sắc tố sử dụng
rộng rãi nhất là carotenoid màu đỏ cam được tìm thấy chủ yếu trong tôm, cua, cá
hồi, cá hồng là astaxanthin [20].


10

Astaxanthin có vai trò quan trọng để loại trừ hoặc ngăn chặn một số bệnh:
chứng xơ vữa động mạch, ung thư, thoái hóa cơ thể và các bệnh về mắt. Carotenoid
chiếttách từ các loài giáp xác xem như là một tiền tố vitamin A quan trọng và là
nhóm chất chống oxy hóa có hoạt tính sinh học mạnh, có hiệu quả đối với người và
động vật có vú [29]. Có khả năng nâng cao khả năng miễn dịch, ngăn ngừa triệu
chứng lão hóa, bệnh thái hóa võng mạc bệnh Alzheimer, Parkinson, các bệnh có
liên quan đến sự thừa cholesterol, một số căn bệnh ung thư. Trong phế liệu của các
loại giáp xác thì carotenoid chủ yếu là astaxanthin (trên 95%) theo Armenta và

Y dược

Mỹ phẩm

Tính chất
Chất mùi, chất màu, thực phẩm chức
năng
Tạo màu cho cá, tăng hệ miễn dịch,
giảm stress cho vật nuôi
Tăng hệ miễn dịch, chống lão hóa, ngăn
chặn khả năng gây ung thư, tim mạch,
bệnh về mắt...
Hạn chế và giảm nếp nhăn, chống lão
hóa

Với hàm lượng cao astaxanthin trong chế phẩm người ta sử dụng để làm thức
ăn cho các đối tượng nuôi trồng thủy sản.
- Trong kỹ thuật nuôi cá hồi: Chất lượng của cá hồi không chỉ được đánh giá
qua hàm lượng protein, lipid, acid amin mà còn được đánh giá qua chất lượng màu
sắc của cơ thịt của chúng. Trong khi đó, cá hồi nuôi thì màu sắc của chúng không
đáp ứng được các chỉ tiêu chất lượng và yêu cầu của khách hàng, vì vậy việc bổ
sung astaxanthin trong thức ăn của cá là đều cần thiết để tăng màu sắc hồng của cơ
thịt cá [10]. Trong bột đầu tôm có hàm lượng đạm cao 60% và có khả năng làm
tăng hàm lượng astaxanthin trong da và cơ cá hồi[8].
- Trong nuôi cá cảnh: Thức ăn có astaxanthin sẽ góp phần tạo màu sắc cho cá.
Nếu cho cá ăn thích hợp thì cá sinh trưởng và phát triển tốt, màu sắc đẹp.
1.4.

Thu nhận hỗn hợp caroten-protein trong quá trình sản xuất chitin từ
phế liệu đầu tôm

26,6 ± 1,45

Chất béo thô*

2,7 ± 0,24

Tro*

32,8 ± 0,36

Chitin*

20,4 ± 0,09

Carbohydrate*

17,5 ± 1,9

Astaxanthin μg/g*

96,9 ± 1,32

*Kết quả tính theo hàm lượng chất khô tuyệt đối.
Trong quá trình chế biến tôm hùm, khoảng 70% trọng lượng cơ thể tôm là
phếliệu. Phế liệu tôm hùm gồm vỏ, nội tạng, một ít thịt. Đây là một nguồn nguyên
liệu giàu protein (26,6%), chất béo thô (2,7%) và sắc tố (98 μg/g) được biết đến
dưới dạng ổn định là carotenoprotein (Bảng 1.3).


13

130 ± 13,9

*Kết quả tính theo hàm lượng chất khô tuyệt đối.
Các quy trình sản xuất chitin hiện nay chỉ mới thu hồi sản phẩm chitin mà
chưa quan tâm đến thu hồi thành phần protein và carotenoid rất có giá trị trong phế
liệu tôm [27]. Ngoài ra, thành phần khoáng của phế liệu tôm chủ yếu là Ca và một
số khoáng chất khác như P, K, Mg, Mn và Fe [13], đây là những khoáng chất cần
thiết cho cơ thể. Việc thu hồi các thành phần có giá trị như protein và carotenoid,
khoáng chất từ phế liệu tôm không những nâng cao hiệu quả quy trình chế biến
chitin, tận dụng bổ sung vào thực phẩm cho người hay động vật nuôi mà còn hạn
chế khả năng gây ô nhiễm của phế liệu tôm.


14

1.4.2. Các quy trình thu hồi hỗn hợp caroten-protein trong quá trình sản
xuất chitin từ phế liệu tôm

Phế liệu tôm

Nghiền nhỏ

Alcalase 55◦C,
pH 8,5 trong 4h

Lọc/tách bã

Thu hồi chitin

Kết tủa

Ly tâm

Hỗn hợp ĐGC

Hình 1.5. Quy trình chiết rút bột ĐGC từ phế liệu tôm sử dụng trypsin [24]
1.5.

Phương pháp ủ xilô thủy phân protein

1.5.1. Các tác nhân thủy phân protein
1.5.1.1.

Chất hóa học

Cơ chế của phương pháp này là dùng hóa chất để thủy phân protein trong
nguyên liệu thành dung dịch acid amin. Có thể dùng acid hoặc kiềm để thủy phân.
Sử dụng các acid HCl, H2SO4 để thủy phân mẫu ban đầu. Các ion dương của
acid hay kiềm sẽ gắn trên liên kết nhị dương tại nút mang điện phù hợp, còn các ion
dương sẽ gắn vào nút có độ âm điện phù hợp.Vì thế sẽ làm thay đổi mật độ điện tử


16

xung quanh liên kết nhị dương, làm cho liên kết căng ra hơn trước và dễ bị cắt đứt
khi có nước tham gia [23].
Nhận thấy rằng, phương pháp hóa học cho hiệu suất sản phẩm cao nhưng lại
có nhược điểm là ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sau này. Do đó, với hóa chất
nồng độ cao, hay nồng độ thấp nhưng thời gian dài, hay nhiệt độ cao… đều sẽ ảnh
hưởng chất lượng sản phẩm sau này. Vì vậy cần có hướng nghiên cứu kết hợp thêm
với phương pháp sinh học trong việc tận thu sản phẩm trong dịch thải có chất lượng