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

LÊ THỊ DIỆU HẰNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN CÔ ĐẶC
ĐẾN CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM CAROTEN – PROTEIN
THỦY PHÂN TỪ ĐẦU TÔM

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 DIỆU HẰNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN CÔ ĐẶC
ĐẾN CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM CAROTEN – PROTEIN
THỦY PHÂN TỪ ĐẦU TÔM

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


Sinh viên

Lê Thị Diệu Hằng


ii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ..........................................................................................................i
MỤC LỤC ..............................................................................................................ii
MỞ ĐẦU .............................................................................................................viii
Chương 1: TỔNG QUAN........................................................................................1
1.1.TỔNG QUAN VỀ PHẾ LIỆU TÔM ..............................................................1
1.1.1 Tổng quan về phế liệu. .............................................................................1
1.1.2. Thành phần hóa học của phế liệu tôm......................................................1
1.2. TỔNG QUAN VỀ CAROTEN-PROTEIN ....................................................2
1.2.1. Bản chất của caroten-protein ...................................................................2
1.2.2. Tính chất vật lý của caroteniod................................................................3
1.2.3. Tính chất hóa học....................................................................................3
1.2.4. Hoạt tính sinh học và vai trò của caroten-protein.....................................4
1.3. TỔNG QUAN VỀ ASTAXANTHIN ............................................................5
1.3.1 Tính chất vật lý của astaxanthin ..............................................................6
1.3.2. Tính chất hóa học của astaxanthin ...........................................................7
1.3.3. Ứng dụng của astaxanthin .......................................................................9
1.3.4. Những biến đổi của astaxanthin trong quá trình bảo quản và chế biến ... 10
1.4. CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC .................................... 11
1.4.1.Nghiên cứu trong nước........................................................................... 11
1.4.2. Nghiên cứu ngoài nước ......................................................................... 12
1.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP THU NHẬN CAROTEN-PROTEIN ...................... 13
1.5.1. Thu nhận caroten-protein bằng phương pháp kết tủa ở điểm đẳng điện pI

2.4. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU ............................................................ 30
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.............................................................. 31
3.1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA DỊCH THỦY PHÂN CAROTEN
PROTEIN .......................................................................................................... 31
3.2. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ GIA NHIỆT ĐẾN CHẤT LƯỢNG SẢN
PHẨM CAROTEN-PROTEIN........................................................................... 32
3.2.1. Sự thay đổi hàm lượng chất khô theo thời gian cô đặc........................... 32
3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ gia nhiệt đến hiệu suất thu hồi protein và
astaxanthin từ dịch caroten-protein thủy phân ................................................. 33
3.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ gia nhiệt đến hàm lượng lipid trong quá trình cô
đặc dung dịch caroten-protein. ........................................................................ 35


iv

3.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ gia nhiệt trong quá trình cô đặc đến hàm lượng
phospholipid của sản phẩm caroten-protein..................................................... 37
3.2.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ gia nhiệt trong quá trình cô đặc đến chỉ số
peroxide (PV) trong sản phẩm caroten-protein ................................................ 39
3.2.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ quá trình cô đặc đến hàm lượng protein hòa tan
có trong hỗn hợp caroten-protein .................................................................... 40
3.2.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ quá trình cô đặc đến cảm quan màu và mùi hỗn
hợp caroten-protein......................................................................................... 42
3.3. Ảnh hưởng của nồng độ chitosan bổ sung đến hiệu suất thu hồi proten và
astaxanthin của dung dịch thủy phân caroten-protein. ........................................ 44
3.4. Đề suất quy trình cô đặc dung dịch thủy phân caroten-peotein .................... 45
Chương 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................. 47
4.1. KẾT LUẬN................................................................................................. 47
4.2. KIẾN NGHỊ ................................................................................................ 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 48

Hình 2.7. Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chitosan bổ
sung....................................................................................................................... 29
Hình 3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ gia nhiệt đến sự biến đổi hàm lượng chất khô
theo thời gian cô đặc.............................................................................................. 32
Hình 3.2. Ảnh hưởng của chế độ gia nhiệt đến hiệu suất thu hồi protein và
astaxanthin ............................................................................................................ 34
Hình 3.3. Ảnh hưởng của chế độ gia nhiệt trong quá trình cô đặc đến hàm lượng
lipid trong sản phẩm caroten-protein ..................................................................... 36
Hình 3.4. Ảnh hưởng của chế độ gia nhiệt trong quá trình cô đặc đến hàm lượng
phospholipid trong sản phẩm caroten-protein ........................................................ 38
Hình 3.5. Ảnh hưởng của chế độ gia nhiệt trong quá trình cô đặc đến hàm lượng
peroxide trong sản phẩm caroten-protein ............................................................... 39
Hình 3.6. Ảnh hưởng của chế độ gia nhiệt trong quá trình cô đặc đến hàm lượng
protein hòa tan trong sản phẩm caroten-protein ..................................................... 41


vii

Hình 3.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ quá trình cô đặc đến cảm quan màu và mùi của
hỗn hợp caroten-protein......................................................................................... 42
Hình 3.8. Ảnh hưởng của nồng độ chitosan bổ sung đến hiệu suất thu hồi protein và
astaxanthin từ dịch caroten-protein thủy phân........................................................ 44
Hình 3.9. Quy trình cô đặc dung dịch thủy phân caroten-peotein ........................... 46


viii

MỞ ĐẦU
Trong những năm qua, ngành thủy sản đã có sự phát triển nhanh và đạt được
những thành công nhất định. Thủy sản là một trong những ngành kinh tế trọng

Xác định được các thông số (nhiệt độ gia nhiệt và nồng độ chitosan bổ sung)
thích hợp trong quá trình cô đặc thu nhận caroten-protein từ dịch thủy phân đầu
tôm.
 Nội dung nghiên cứu
1. Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia nhiệt đến chất lượng sản phẩm
caroten-protein trong quá trình cô đặc
2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ chitosan bổ sung đến chất lượng
caroten-protein trong quá trình cô đặc
 Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu của đề tài là dữ liệu khoa học có giá trị tham khảo cho
các nhà khoa học và sản xuất, giảng viên và sinh viên ngành Công nghệ thực phẩm,
Công nghệ sinh học.
 Ý nghĩa thực tiễn
Thành công của đề tài sẽ góp phần hoàn thiện quy trình thu nhận carotenprotein từ dịch thủy phân đầu tôm. Kết quả này có thể được áp dụng trong thực tế
tại các nhà máy sản xuất chitin và chitosan từ phế liệu tôm nhằm nâng cao hiệu quả
kinh tế cho sản phẩm.


1

Chương 1: TỔNG QUAN
1.1.TỔNG QUAN VỀ PHẾ LIỆU TÔM
1.1.1 Tổng quan về phế liệu.
Ở nước ta, mặt hàng thủy sản là vô cùng phong phú. Trong đó, tôm là mặt
hàng chủ lực của ngành thủy sản, sản phẩm từ tôm sản xuất rất phong phú và đa
dạng. Phần lớn công nghệ chế biến đều loại bỏ đầu, vỏ. Tùy vào công nghệ chế biến
và loại tôm khác nhau mà lượng phế liệu khác nhau từ 35-45% so với khối lượng
nguyên liệu ban đầu [26]. Trong khi đó sản lượng tôm của nước ta năm 2013 là
541.000 tấn, sản lượng tôm sú đạt 268.000 tấn và sản lượng tôm thẻ chân trắng là
273.000 tấn. Như vậy, ứng với sản lượng thì có khoảng 200.000 tấn phế liệu [9].


1,68

Vỏ

22,8

27,2

0,4

11,7

11,1

3,16

Protein: protein trong phế liệu tôm thường là loại protein không hoà tan do đó
khó tách ly ra khỏi vỏ, tồn tại dưới 2 dạng:
- Dạng tự do: dạng này tồn tại trong cơ quan nội tạng và trong các cơ gắn phần vỏ.
- Dạng phức tạp: dạng này liên kết với chitin, CaCO3, như một phần thống nhất của
vỏ tôm.
Chitin: tồn tại dưới dạng liên kết với protein, khoáng và nhiều hợp chất hữu cơ
khác, chúng là nguyên nhân gây khó khăn cho việc tách và tinh chế chúng.


2

Calci: trong thành phần của vỏ tôm có chứa một lượng lớn muối vô cơ mà chủ
yếu là CaCO3.

xanh lá, xanh dương, màu tía. Carotenoid có nguồn gốc từ sinh vật biển được sử
dụng rộng rãi như là một chất màu tự nhiên an toàn trong chế biến thực phẩm, dược
phẩm và mỹ phẩm. Caroteinoid được tách từ các loại giáp xác có khả năng hình
thành sắc tố được xem là một nguồn tiền tố vitamine A và là nhóm chống ôxy hóa.
1.2.2. Tính chất vật lý của caroteniod
 Kết tinh ở dạng tinh thể, hình kim, hình khối lăng trụ, đa diện, dạng lá hình
thoi. Nhiệt độ nóng chảy cao.
 Có độ hòa tan cao, không tan trong nước. Hòa tan trong chất béo, các dung
môi chứa clor và các dung môi không phân cực khác làm cho hoa quả có màu vàng,
màu đỏ.
 Màu sắc của carotenoid được tạo ra nhờ sự có mặt của hệ nối liên hợp
trong phân tử. Phần lớn các cầu nối dạng trans. Khả năng hấp thụ sóng mạnh nhất ở
những bước sóng khác nhau của hệ nối đôi liên hợp được dử dụng để phân tích cấu
trúc, định lượng cũng như định tính carotenoid.
 Tính hấp thụ ánh sáng: chuỗi polyne liên hợp đặc trưng cho màu thấy được
của carotenoid. Dựa vào quang phổ thu của nó, người ta thấy khả năng hấp thụ ánh
sáng phụ thuộc vào nối đôi liên hợp, phụ thuộc vào nhóm C9 mạch thẳng hay mạch
vòng, cũng như các nhóm gắn trên vòng .
1.2.3. Tính chất hóa học
 Carotenoids nhạy cảm với ôxy và ánh sáng. Khi các tác nhân này bị loại bỏ
thì carotenoid trong thực phẩm rất bền, kể cả nhiệt độ cao.
 Một trong những đặc điểm của carotenoid là có nhiều nối đôi liên hợp tạo
nên những nhóm mang màu của chúng. Màu của chúng phụ thuộc vào những nhóm
mang màu này.
 Rất nhạy đối với acid và chất ôxy hóa, bền vững với kiềm. Do hệ thống nối
đôi liên hợp nên nó dễ bị ôxy hóa mất màu hoặc đồng phân hóa, hydro hóa tạo màu
khác.


4


5

1.3. TỔNG QUAN VỀ ASTAXANTHIN
Theo Armemte và guerero-Legarrata [21] cho thấy biết trong phế liệu tôm
astaxanthin chiếm 95% trong caroteniod.
Astaxanthin có cấu tạo là 3,3’-dihuydrôxyβ, β carotene-4,4- dione.

Hình 1.1 Cấu tạo của astaxanthin [9]

Astaxanthin là một sắc tố có màu đặc trưng là màu vàng đỏ và là dẫn xuất
của β – carotene.
Astaxanthin thuộc nhóm chức phytochemical tecpen. Astaxanthin có phân tử
là 596,8 Da và tan được trong lipit, astaxanthin thường tồn tại ở dạng tự do, dạng
mono- hay ester với các acid béo không no mạch dài, hoặc dưới dạng phức hợp
caroten-protein của đồng phân quang học, hàm lượng astaxanthin trong vỏ tôm thay
đổi tuy thuộc giống loài.
Điều này chứng tỏ ở vỏ các loài giáp xác chứa một nguồn astaxanthin tự
nhiên đáng kể [11]. Astaxanthin có thể tìm thấy trong vi tảo, men bia, cá hồi, cá, các
loài nhuyễn thể, tôm, động vật giáp xác và trong lông chim của một số loài chim.
Cấu tạo các đồng phân của Astaxanthin:


6

Hình 1.2 Các đồng phân cấu tạo của astaxanthin [24]
Các liên kết hóa học có thể có của astaxanthin với các phân tử khác trong tôm

Hình 1.3 Các liên kết hóa học có thể có của astaxanthin với các phân tử khác
trong tôm [24]

giải thích bởi khả năng bắt giữ các gốc tự do (ví dụ: gốc peroxide) tạo thành
gốc cacbon trung tâm bền vững nhờ hiệu ứng cộng hưởng [14].
 Phản ứng với acid: astaxanthin phản ứng với các acid yếu theo một cân bằng
thuận nghịch, tạo ra một phức hợp của các dạng cấu trúc (II) và (III) (Hình
1.5), gây ra sự dịch chuyển cực đại hấp thụ của nó về phía sóng dài; khi trung
hòa bằng các base yếu (như dioxan) cấu trúc phân tử astaxanthin ban đầu lại
được hồi phục. Tuy nhiên, khi phản ứng với các acid mạnh (như HCl, H2SO4 )
có thể xảy ra sự phân hủy chuỗi polyen của astaxanthin, làm nhạt màu đỏ cam
[14].


8

Hình 1.4: Sự thay đổi cấu trúc phân tử astaxanthin khi tương tác với acid yếu
[9]
Phản ứng với base: trong môi trường kiềm, khi có mặt không khí,
astaxanthin bị ôxy hóa nhanh chóng thành astacene có màu đỏ thẫm.

Hình 1.5. Astacene [10]

 Phản ứng khử: khi xử lý bằng tác nhân khử NaBH4/ EtOH, các nhóm keto
trong phân tử astaxanthin sẽ chuyển thành nhóm hydrrôxyl, tạo thành
crustaxanthin: làm chuyển dịch cực đại hấp thụ của astaxanthin khoảng 20-30
nm về phía sóng ngắn [8].

Hình 1.6. Crustaxanthin [9]
Astaxanthin là sắc tố thuộc nhóm carotenoid có màu đỏ, tím, kết tinh, điểm
nóng chảy 238-2400C. Astaxanthin dễ bị ôxy hóa khi có mặt của ôxy tạo thành




10

Astaxanthin có thể giúp giảm đau và viêm gân, khớp và cơ bắp. Astaxanthin
có thể ngăn ngừa việc tăng huyết áp, có thể bảo vệ não do đột quy và thiếu máu cục
bộ, có tác dụng trong việc cải thiện bộ nhớ trong chứng mất trí. Astaxanthin vai trò
như là một phòng ngừa ung thư. Astaxanthin có thể ngăn ngừa bệnh tim và giúp
những người bị bệnh tim giảm thiểu nguy cơ đau tim hay đột quy. Khả năng chống
ôxy hóa và giảm viêm là hai yếu tố có lợi cho tim mạch vì có thể giúp cải thiện lipid
máu bằng cách giảm cholesterol xấu và tăng cholesterol tốt [28]. Astaxanthin có thể
làm giảm đau nhức mắt, khô, mệt mỏi và mờ mắt. Vì vậy astaxanthin có hiệu quả
trong việc giảm viêm mắt.
Astaxanthin được bổ sung trong nhiều sản phẩm mỹ phẩm khác nhau.
Vitamin E là một chất chống ôxy hóa đầu tiên được sử dụng và vẫn còn có thể rộng
rãi. Nhưng từ khi Astaxanthin được biết đến là chất chống ôxy hóa mạnh hơn so với
vitamin E thì astaxanthin được bổ sung vào một loạt các sản phẩm mỹ phẩm như
các loại son môi và sản phẩm kem chống nắng. Trong kem chống nắng, astaxanthin
sẽ giúp bảo vệ da tốt hơn do bị cháy nắng và tổn hại do tia UV và nhờ có các thuộc
tính chất chống ôxy hoá nên sẽ giúp chữa lành da bị hư hại [21].
1.3.4. Những biến đổi của astaxanthin trong quá trình bảo quản và chế biến
Các hợp chất carotene thuộc nhóm chất chống ôxy hoá có khả năng loại gốc
tự do. Khả năng chống ôxy hóa của caroten dựa trên khả năng liên kết với ôxy
nguyên tử và gốc peroxide bằng cách tạo ra sản phẩm cộng giữa β-carotene và gốc
peroxide . Dưới một số điều kiện, các hợp chất caroten hoạt động như những chất
tiền ôxy hoá, dưới những điều kiện khác lại hoạt động như những chất chống ôxy
hoá, có chức năng như một chất chống ôxy hóa chuỗi ngăn ngừa sự lan truyền của
các phản ứng gốc tự do. Vì vậy, carotene và đặc biệt là astaxanthin rất dễ bị biến đổi
trong quá trình chế biến và bảo quản vì astaxanthin rất nhạy cảm với ánh sáng, ôxy
và nhiệt độ.
Astaxanthin trong phế liệu tôm có thể được tìm thấy trong ba dạng chính:

trong phế liệu tôm. Trong đó thu hồi hỗn hợp caroten-protein có trong đầu tôm
được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm như: năm 2004, Hoàng Thị Huệ An đã nghiên


12

cứu chiết xuất astaxanthin từ phế liệu vỏ tôm [1]. Năm 2009, Ngô Thanh Lĩnh cũng
đã nghiên cứu sử dụng acid hữu cơ ở nồng độ thấp trong quy trình sản xuất chitinchitosan để khử protein, khoáng nhưng đồng thời tận thu được dịch ủ, thu hồi
caroten-protein, phương pháp này tiết kiệm được chi phí nhưng tốn nhiều thời gian
[2]. Nguyễn Lệ Hà vào năm 2011 đã nghiên cứu tách chiết và ứng dụng chế phẩm
enzyme protease từ đầu tôm sú vào mục đích thủy phân phế liệu đầu và vỏ tôm sú
để thu nhận bột carotein-protein với hàm lượng protein (70,7%) và carotenoid cao
(0,706 mg/g) [8]. Năm 2012, Phạm Thị Đan Phượng cũng sử dụng đơn lẻ một
enzyme, kết hợp nhiều enzyme để thuỷ phân đầu tôm thẻ chân trắng thu hồi hỗn
hợp caroten-protein (Alcalase 0,2% trong 2 giờ, Flavourzyme 0,1% trong 1giờ)
cũng đã đạt được hiệu suất thu hồi đáng kể trong thời gian ngắn (chỉ mất 3 giờ),
chất lượng caroten-protein được nâng cao. Tuy nhiên, sử dụng enzyme protease
thương mại thì chi phí cao nên khó có thể mang lại nguồn lợi khi áp dụng vào công
nghiệp [10].
1.4.2. Nghiên cứu ngoài nước
Việc thu hồi hỗn hợp caroten-protein đã được nghiên cứu và ứng dụng trên
nhiều nước và cho ra nhiều thành quả đáng kể đến.
Năm 2006, Higura-Ciapara và cộng sự đã nghiên cứu tính chất chống ôxy
hóa của caroteinoid. Carotenoid cũng có thể chống lại Hecolybacter pylori gây bệnh
viêm loét dạ dày, 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 [24]. Cao và cộng sự năm 2009, đã sử dụng phương pháp tự thủy
phân sử dụng enzyme nội tại kết hợp với sự tăng dần nhiệt độ (nửa giờ tăng 5 oC từ
40-70 oC) đã cho thấy sự hiệu quả trong việc thu hồi protein trong đầu tôm thẻ chân
trắng. Hàm lượng protein của đầu tôm và dịch tự thủy phân bằng phương pháp tăng

điểm đẳng điện sẽ cho kết tủa nhanh hơn.
Kết tủa protein bằng nhiệt có rất nhiều ưu điểm trong việc tách protein từ
dung dịch mà khi chúng ta ít quan tâm đến hoạt tính hay cấu trúc của nó. Phương


14

pháp kết tủa này xảy ra nhanh, triệt để, ít gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, chi
phí năng lượng cho quá trình gia nhiệt quá lớn khi thực hiện ở quy mô công nghiệp.
1.5.3. Thu nhận caroten-protein bằng chitosan
Vì tính chất đặc trưng mang điện tích dương nên chitosan có thể tương tác
với phần lớn các chất hữu cơ mang điện tích âm. Chitosan thể hiện là một chất keo
tụ, tạo bông tốt, có hiệu quả trong việc thu hồi các chất hữu cơ trong nước, đặc biệt
là protein. Phân tử chitosan cũng có khả năng hấp phụ, tạo cầu nối để liên kết các
hạt keo protein đã kết tủa thành các phân tử có kích thước lớn hơn và lắng. Ngoài
ra, chitosan có độ deacetyl cao thì trong dung dịch có chứa nhiều gốc amin tích điện
dương sẽ trung hòa điện tích của các phân tử protein tích điện âm trong dung dịch
nước rửa, giảm khả năng hydrat hóa, tập hợp lại và keo tụ [13]. Nồng độ chitosan
cũng ảnh hưởng lớn đến hiệu quả thu hồi, cần sử dụng chitosan ở một nồng độ hợp
lý vì khi tăng nồng độ chitosan làm tăng số điện tích cùng dấu và đẩy nhau tạo nên
một mạng lưới keo cản trở quá trình keo tụ lắng xuống của các phân tử protein.
Chitosan có độ deacetyl hóa càng cao thì các nhóm tích điện dương trên mạch
chitosan càng nhiều, thuận lợi trong tương tác ion để thu hồi protein hòa tan.
Ưu điểm của phương pháp này là không gây biến tính protein, không độc hại
và hiệu quả thu nhận cao. Do đó, phương pháp này áp dụng để tận thu các chế phẩm
enzyme và các hợp chất có hoạt tính sinh học khác.
1.5.4. Thu nhận caroten-protein bằng cô đặc
Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ chất tan của dung dịch bằng cách đun
sôi và cho bay hơi dung môi. Đây là một trong những quá trình công nghệ quan
trọng được áp dụng trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm. Hiệu quả sử dụng