Luận Văn Nghiên cứu điều kiện chiết rút carotenoprotein từ đầu vỏ tôm thẻ chân trắng bằng các enzyme protease

Đồ án tốt nghiệp năm 2012
Đề tài: Nghiên cứu điều kiện chiết rút carotenoprotein từ đầu vỏ tôm thẻ chân trắng bằng các enzyme protease thương mại


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN i
MỤC LỤC . ii
DANH MỤC CÁC BẢNG . iv
DANH MỤC CÁC HÌNH v
LỜI MỞ ĐẦU 1
Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2
1.1. Tổng quan về phế liệu tôm. . 2
1.2. Tổng quan về carotenoprotein. 3
1.2.1. Sự tồn tại của carotenoprotein. . 3
1.2.2. Tính chất của carotenoprotein 4
1.2.3. Ứng dụng của carotenoprotein. 6
1.3. Tổng quan về enzyme protease. . 7
1.3.1. Đặc tính của enzyme protease. . 7
1.3.2. Ứng dụng của enzyme protease. . 9
1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. 12
1.4.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước. 12
1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước. 16
Chương 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 20
2.1. Nguyên vật liệu: . 20
2.1.1Nguyên liệu đầu tôm: 20
2.1.2. Enzyme Alcalase . 20
2.1.3. Enzyme Flavourzyme. 20
2.2. Phương pháp nghiên cứu. 21
2.2.1. Sơ đồ tổng quát thí nghiệm . 21
2.2.2. Xác định chế độ thích hợp để tách chiết protein giàu carotenoid từ đầu
tôm bằng Alcalase. 22
2.2.2.1. Xác định tỷ lệ enzyme/phế liệu thích hợp cho công đoạn thủy phân
bằng Alcalase. . 22
2.2.2.2. Xác định thời gian xử lý thích hợp cho công đoạn thủy phân bằng
Alcalase. 24
iii
2.2.3.Xác định chế độ thích hợp để tách chiết carotenoid từ đầu tôm ở giai đoạn
hai bằng enzyme Flavourzyme (sau khi đã xử lý bằng Alcalase) 25
2.2.3.1. Xác định tỷ lệ enzyme/ phế liệu thích hợp cho công đoạn thủy phân
bằng Flavourzyme . 25
2.2.3.2. Xác định thời gian xử lý thích hợp cho công đoạn thủy phân
Flavourzyme. . 26
2.3. Các phương pháp phân tích sử dụng trong đề tài. 27
2.4.Phương pháp xử lý số liệu 27
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 28
3.1. Thành phần hóa học cơ bản của phế liệu tôm đầu thẻ chân trắng. . 28
3.2. Nghiên cứu điều kiện thủy phân carotenoprotein từ đầu tôm bằng enzyme
Alcalase. 29
3.2.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Alcalase/ phế liệu đến hiệu suất thu hồi
protein và astaxanthin. 29
3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme Alcalase/ phế liệu đến hiệu suất
thu hồi protein và astaxanthin. 32
3.3. Nghiên cứu điều kiện thủy phân carotenoprotein từ đầu tôm bằng enzyme
Flavourzyme. 34
3.3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme Flavourzyme/ phế liệu đến hiệu suất thu hồi
protein và astaxanthin. 34
3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian xử lý enzyme Flavourzyme/ phế liệu đến hiệu
suất thu hồi protein và astaxanthin. 36
3.4. Thành phần hóa học của carotenoprotein . 38
3.5. Đề xuất quy trình thu hồi carotenoprotein bằng hỗn hợp hai enzyme. 38
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 39
4.1. Kết luận. . 39
4.2. Đề nghị. 39
TÀI LIỆU THAM KHẢO. . 40
PHỤ LỤC . 45


LỜI MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế trong và ngoài nước, ngành thủy sản
trong những năm gần đây đã đạt được những thành tựu đáng kể về nuôi trồng, chế
biến cũng như xuất nhập khẩu. Trong các mặt hàng xuất khẩu của nước ta thì mặt
hàng tôm xuất khẩu luôn chiếm tỷ lệ lớn, chiếm hơn 50% tổng kim ngạch xuất
khẩu. Theo Hiệp hội Chế biến và Xuất khẩu thủy sản Việt Nam (VASEP), trong sáu
tháng đầu năm 2011, cả nước đã xuất khẩu 101.872 tấn tôm, trị giá 971,109 triệu
USD; tăng 16,9% về khối lượng và 35,2% về giá trị so với cùng kì năm 2010 và là
nhóm hàng có mức tăng trưởng cao nhất trong các nhóm hàng thủy sản xuất khẩu
của Việt Nam. Mặc dù gặp nhiều khó khăn, xuất khẩu tôm vẫn đạt mức kỉ lục gần
2,4 tỉ USD. Theo VASEP cho biết dự kiến xuất khẩu tôm 2012 sẽ đạt 2,5 tỷ USD.
Do đó lượng phế liệu tôm thải ra từ các nhà máy chế biến là khá lớn khoảng
100.000 tấn/ năm. Đây là nguồn nguyên liệu dồi dào để sản xuất protein,
astaxanthin, chitin, chitosan và các sản phẩm có giá trị kinh tế khác. Hiện nay đã
có nhiều công trình nghiên cứu tận thu phế liệu tôm nhưng chủ yếu tập tru ng vào
quá trình thu hồi chitin–chitosan. Các quá trình sản xuất chitin– chitosan này
thường là các quá trình hóa học, sử dụng acid và base mạnh để khử khoáng và
protein do vậy vừa gây ô nhiễm môi trường do hóa chất vừa gây lãng phí về kinh tế
vì không thể tận thu được các thành phần có giá trị như protein và carotenid.
Nhằm giảm ô nhiễm môi trường và tận thu được các thành phần có giá trị
như protein và astaxanthin đề tài “Nghiên cứu điều kiện chiết rút carotenoprotein từ
đầu vỏ tôm thẻ chân trắng bằng các enzyme protease thương mại” được thực hiện.
Nội dung thực hiện:
- Xác định thành phần hóa học của đầu tôm the chân trắng.
- Nghiên cứu điều kiện chiết carotenoprotein từ đầu tôm thẻ chân trắng bằng
các enzyme Alcalase, Flavourzyme.
- Đánh giá chất lượng carotenoprotein thu được.
- Đề xuất quy trình.


Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan về phế liệu tôm.
Phế liệu tôm chủ yếu là đầu và các mảnh vỏ, ngoài ra còn kể đến các mảnh
thịt vụn do bóc nõn không cẩn thận, một số tôm bị hỏng. Tùy theo giống loài,
phương pháp gia công chế biến mà lượng phế liệu có thể lên đến 60% sản lượng
khai thác được. Ví dụ tôm càng xanh, phần đầu tôm chiếm 60% khối lượng tôm, với
tôm sú thì phần đầu chiếm khoảng 40% khối lượng tôm. Đối với sản phẩm tôm bóc
nõn, rút ruột mất mát theo vỏ và đuôi khoảng 25% khối lượng tôm. Đối với tôm
thẻ, lượng phế liệu đầu tôm chiếm 28% và vỏ chiếm 9%, như vậy tổng khối lượng
phế liệu vỏ, đầu tôm thẻ chiếm khoảng 37% [4]. Lượng phế liệu này có thể được
giảm xuống bằng cách nâng cao hiệu quả lột vỏ nhờ các thiết bị và công nghệ chế
biến tốt hơn. Giảm lượng phế liệu từ khâu chế biến hoặc tìm giải pháp tái sử dụng
chúng đang trở nên phổ biến như một phương cách giúp làm tăng lợi nhuận cho
ngành thuỷ sản. Nó không chỉ đem lại giá trị kinh tế cao mà còn có ý nghĩa trong
việc bảo vệ môi trường.
Thành phần hóa học trong đầu tôm.
Thành phần chiếm tỷ lệ đáng kể trong đầu tôm là protein, chitin, sắc tố,
khoáng và enzyme tỷ lệ các thành phần này không ổn định, chúng thay đổi theo
giống, loài đặc điểm sinh lí, thành phần chitin và protein trong vỏ tôm tươi tương
ứng là 4,50% và 8,05%. Trong vỏ tôm khô là 11 – 27,50% và 23,25 – 53%
Hàm lượng chitin, khoáng, protein và carotenoid trong phế liệu vỏ tôm thay
đổi rất rộng phụ thuộc vào điều kiện bóc vỏ trong quá trình chế biến cũng như phụ
thuộc vào loài, trạng thái dinh dưỡng, chu kì sinh sản. Vỏ giáp xác chứa chủ yếu là
protein (30-40%), khoáng (30-50%), chitin (13-42%) [34].
- Protein: protein trong phế liệu tôm thường là loại protein không hòa tan, do
đó khó trích ly ra khỏi vỏ, nó tồn tại dưới hai dạng:
- Dạng tự do: Tồn tại trong các cơ quan nội tạng và các cơ gắn ở phần vỏ.
- Dạng phức tạp: Liên kết với Chitin, CaCO3
như một phần thống nhất của
vỏ tôm.
3
- Chitin: Tồn tại dưới dạng liên kết với protein, khoáng và những hợp chất
hữu cơ khác, chủ yếu là CaCO
3
– thành phần chính tạo nên vỏ tôm, chính sự liên
kết này gây khó khăn trong việc tách chiết và tinh chế.
- Canxi: Trong thành phần vỏ, đầu tôm có chứa một lượng lớn muối vô cơ,
chủ yếu là cacbonat canxi (CaCO
3
).
- Astaxanthin: là sắc tố chủ yếu trong vỏ tôm, astaxanthin là dẫn xuất của
carotenoid, thường ở dạng liên kết với acid béo (ester hóa) hay với protein tạo nên
một phức hợp chặt chẽ có màu xanh của tôm. Khi liên kết này bị phá vỡ thì
astaxanthin dễ dàng bị oxy hóa thành astaxin.
- Lipid: Chứa một lượng đáng kể, chủ yếu là các axit béo chưa no bão hòa
như eicosapentaenoic acid (EPA), decosahexaenoic (DHA). Đây là những acid béo
rất có lợi cho sức khỏe con người và có nhiều ứng dụng trong y học.
- Enzyme: Trong phế liệu tôm cũng có chứa một số loại enzyme, theo tạp chí
Khoa học và Công nghệ Thủy sản (số 5/1993) thì hoạt độ enzyme protease của đầu
tôm khoảng 6,5 đơn vị hoạt độ/gam tươi. Trong đầu tôm có chứa enzyme tiêu hóa
chymotrypsin, được sử dụng trong điều trị ung thư. Một vài loại enzyme khác có
mặt trong phế liệu tôm như alkaline phosphatase, β-N-acetyl glucosaminease,
chitinase cũng được ứng dụng nhiều trong thực tế.
1.2. Tổng quan về carotenoprotein.
1.2.1. Sự tồn tại của carotenoprotein.
Carotenoprotein là tên gọi chung của phức hợp bao gồm một protein và một
carotenoid liên kết với nhau. Phức hợp protein và sắc tố này được tìm thấy rất phổ
biến trong cơ thể động vật biển không xương sống [24]. Sự tương tác giữa
carotenoid và protein là một đặc điểm sinh lý quan trọng trong cơ thể một số sinh
vật sống. Carotenoid ở trong cơ thể sinh vật có tính bền vững hơn so với khi đã
được tách chiết. Trong những hệ thống quang hợp, các sắc tố như carotenoid,
chlorophyll hoặc bacteriochlorophyll đều được định vị trong những phức hợp
protein - sắc tố nhằm đảm bảo vị trí và sự định hướng chính xác của các loại sắc tố
này, đóng vai trò quan trọng trong quá trình truyền năng lượng ở cơ thể sinh vật.


TÀI LIỆU THAM KHẢO.
TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT.
1. Hoàng Thị Huệ An, 2002. Nghiên cứu chiết xuất Astaxanthin từ phế liệu vỏ
tôm. Luận văn thạc sĩ, Trung tâm KHTN -CN Quốc gia, Hà Nội.
2. Trần Ngọc Châu, 2000. Nghiên cứu quy trình chiết rút astaxanthin từ vỏ tôm.
Luận văn tốt nghiệp, Đại học Nha Trang, Việt Nam.
3. Phạm Thị Trân Châu, Trần Thị Áng. Hóa sinh học – nhà xuất bản giáo dục.2003
4. Nguyễn Hữu Dũng (2005), Tận dụng phế liệu tôm, Dự án cải thiện chất
lượng và xuất khẩu thủy sản SEAQID, Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội.
5. Trần Thị Luyến, 2000. Hoàn thiện quy trình sản xuất Chitin – Chitosan và
chế biến một số sản phẩm công nghiệp khác từ phế liệu tôm. Báo cáo đề tài
cấp Bộ.
6. Trần Thị Luyến, Đỗ Minh Phụng, Nguyễn Anh Tuấn (2004), Sản xuất các
chế phẩm kỹ thuật và y dược từ phế liệu Thủy sản – Nhà xuất bản Nông
nghiệp, 10-25.]
7. Đào Thị Tuyết Mai, 2010. Nghiên cứu quá trình thủy phân dịch ép đầu tôm
thẻ chân trắng bằng enzyme Protamex. Luận văn tốt nghiệp, Đại học Nha
Trang, Việt Nam.
8. Trần Lê Minh. 2011. So sánh khả năng thủy phân protein của 3 loại enzyme
protease thương mại: Alcalase, Flavourzyme và Protamex trong quá trình
thu nhận phức hợp carotenoprotein từ phế liệu đầu tôm. Luận văn tốt nghiệp,
Đại học Nha Trang, Việt Nam
9. Lê Văn Nhật, 2005. Nghiên cứu thu hồi protein và astaxanthin trong quy
trình sản xuất chitin. Luận văn tốt nghiệp Đại học Nha Trang, Việt Nam.
10. Phùng Văn Phú, 2010. Nghiên cứu kết hợp quá trình ép và khử protein bằng
enzyme Neutrase trong công nghệ sản xuất Chitin – Chitosan từ nguyên liệu
đầu tôm thẻ chân trắng. Luận văn tốt nghiệp Đại học Nha Trang, Việt Nam.
41
11. Ninh Thị Tâm, 2010. Nghiên cứu kết hợp quá trình ép và sử dụng enzyme
Alcalase trong quy trình sản xuất chitin, chitosan từ phế liệu đầu tôm. Luận văn
tốt nghiệp, Đại học Nha Trang, Việt Nam.
12. Trang Sĩ Trung, 2008. Nghiên cứu kết hợp phương pháp sinh học để nâng
cao hiệu quả quy trình sản xuất chitin – chitosan từ phế liệu vỏ đầu tôm. Báo
cáo đề tài cấp Bộ.
13. Trang Sĩ Trung, 2009. Đánh giá chất lượng sản phẩm và hiệu quả môi trường
của quy trình sản xuất Chitin cải tiến kết hợp sử dụng enzyme. Tạp chí Khoa
học – Công nghệ Thủy sản, số 1, Trường Đại Học Nha Trang. TÀI LIỆU
TIẾNG ANH
14. AOAC, 1990. Official methods of analysis. 15
th
edition, Washington DC:
Association of Analytical Chemists.
15. Adriena. D. K., Anne. P., Pertti. M., Ladi. C., Hannu. J., Korhonen. T. 2010.
Antioxidant properties of whey protein hydrolysates as measured by three
methods. Eur Food Res Technol (2010) 230:865–874
16. Angel U. V. P., Judith D., Perez. E., Georgina. C Fabian. S., Balagurusamy.
N., Adriana Hernandez-Rivera, Iliana M. De-la-Garza-Rodriguez, and Juan
Carlos Contreras-Esquivel. (2010). Screening of Industrial Enzymes for
Deproteinization of Shrimp Head for Chitin Recovery. Food Sci.
Biotechnology 19(2): 553 – 557, 2010.
17. Bautista J., Corpas R., Cremandes O., Hernandez-Pinzon I., Ramos R.,
Villanueva A., Sanchez-Vioque R., Clemente A., Pedroche J., Vioque J.,
Parrado J., & Millan F., (2000). Sunflower protein hydrosylates for dietary
treatment of patients with liver failures. Journal American Oil Chemist
Society 77: 121-12
18. Babu C.M., Chakrabarti R., and Sambasivarao K.R., (2008). Enzymatic
isolation of carotenoid-protein complex from shrimp head waste and its use
as a source of carotenoids. ScienceDirect 41: 227-235.
42
19. Cristina Megías & Justo Pedroche &María del Mar Yust & Manuel Alaiz &
Julio Girón-Calle & Francisco Millán & Javier Vioque, (2009) Sunflower
Protein Hydrolysates Reduce Cholesterol Micellar Solubility, Springer
Science and Business Media, LLC
20. Chokkara M. B.,, Rupsankar C., Krothapalli R. S. S,. (2007). Enzymatic
isolation of carotenoid-protein complex from shrimp head waste and its use
as a source of carotenoids. Food Science and Technology
21. Chulaporn Kamnerdpetch, Martina Weiss, Cornelia Kasper, Thomas
Scheper, (2007), An improvement of potato pulp protein hydrolyzation
process by the combination of protease enzyme systems, Enzyme and
Microbial Technology 40 (2007) 508514
22. Gudjon Thorkelsson and Hordur G. Kristinsson (2009) Bioactive Peptides
from Marine Sources. State of Art. Report to the NORA fund.
23. Haslaniza, H., Maskat, M. Y., Wan Aida, W. M. and Mamot, S. 2010. The
effects of enzyme concentration, temperature and incubation time on
nitrogen content and degree of hydrolysis of protein precipitate from cockle
(Anadara granosa) meat wash water. International Food Research Journal
17: 147-152 (2010).
24. Hendry G.A.F., and Houghton J.D., 1996. Natural Food Colorants. 2
nd
edition, Blackie Academic & Professional, Glasgow, UK, 359 pages.
25. Holanda H.D.D., Netto F.M., 2006. Recovery of components from shirmp
(Xiphopenaeus kroyeri) processing waste by enzymatic hydrolysis. Journal
of Food Science 71: 298-303.
26. Hee Jeong Chae, Man-Jin In, and Min-Hong Kim, (1998), Process
Development for the Enzymatic Hydrolysis of Food Protein: Effects of Pretreatment and Post-treatments on Degree of Hydrolysis and Other Product
Characteristics, Biotechnol. Bioprocess Eng. 1998, 3, 35-39.
27. John R. Whitaker, Alphon G. J. Voragan, Dominic W. S. Wong, (2003),
Handbook of food enzymology, Marcer Dekker, Inc, New York.
43
28. Javier Vioque, Raul Sánchez-Vioque, Alfonso Clemente, Justo Pedroche,
Juan Bautista, and Francisco Millan, (1999), Production and Characterization
of an Extensive Rapeseed Protein Hydrolysate, JAOCS 76, 819–823.
29. Liaset. B , Nortvedt. R., Lied. E., Espe. M.,. 2002. Studies on the nitrogen
recovery in enzymic hydrolysis of Atlantic salmon (Salmo salar, L.) frames
by Protamex™ protease. Process Biochemistry 37 (2002) 1263–1269
30. Meyers S.P., 1994. Developments in world aquaculture, feed formulations,
and role of carotenoids. Pure Applied Chemistry 66: 1069-1076.
31. Mizani A.M., Aminlari B.M., 2007. A New Process for Deproteinization of
Chitin from Shrimp Head Waste. In Proceedings of European Congress of
Chemical Engineering, Copenhagen, Denmark, 16-20 September 2007.
32. Oshima T., 1998. Recovery and use of Nutraceutical products from marine
resources. Food Technology 52: 50-54.
33. Rebeca.B, Pena – Vera. MT, Diaz – Castande. M., (1991), Producttion of
fish protein hydrolysates with bacterial proteases yield and nitritional value , J
Food Sci 56, pp.14 – 309.
34. Synowiecki and Al-Khateeb, 2000. The recovery of protein hydrosate during
enzymatic íolation of Chitin form shirmp Crangon crangon processing
discards,pp. 147-152.
35. Synowiecki and Al-Khateeb, 2001. Production, Properties, and Some New
Applications of Chitin and Its Derivatives, Deparment of Food Chemistry
and Technology, Poland,pp. 154-156.
36. Shahidi F., and Synowiecki J., 1991. Isolation and characterization of
nutrients and value-added products from snow crab (Chinoecetes opilio) and
shrimp (Pandalus borealis) processing discards. Journal of Agricultural and
Food Chemistry 39: 1527-1532.
37. Vioque. J., Raul. S. V., Alfonso C., Justo P., Juan B., and Francisco M. 1999.
Production and Characterization of an Extensive Rapeseed Protein
Hydrolysate. JAOCS 76, 819–823, 1999.