Bước đầu nghiên cứu bổ sung Carotenoprotein thu nhận từ quá trình sản xuất chitin để tăng hàm lượng protein của bột cá

Nội dung text: Bước đầu nghiên cứu bổ sung Carotenoprotein thu nhận từ quá trình sản xuất chitin để tăng hàm lượng protein của bột cá

1. Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn Soá 3/2012 THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU BỔ SUNG CAROTENOPROTEIN THU NHẬN TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CHITIN ĐỂ TĂNG HÀM LƯỢNG PROTEIN CỦA BỘT CÁ PRELIMINARY STUDY ON THE ADDITION OF CAROTENOPROTEIN FROM CHITIN PRODUCTION PROCESS TO INCREASE PROTEIN CONTENT OF FISHMEAL Nguyễn Công Minh1, Phạm Thị Đan Phượng2, Trang Sĩ Trung3 Ngày nhận bài: 15/6/2012; Ngày phản biện thông qua: 06/8/2012; Ngày duyệt đăng: 12/9/2012 TÓM TẮT Bổ sung carotenoprotein thu nhận từ quá trình sản xuất chitin vào bột cá để tăng hàm lượng đạm được tiến hành nghiên cứu. Hàm lượng protein của chế phẩm carotenoprotein-bột cá tăng lên khi tăng lượng carotenoprotein bổ sung. Điều kiện sấy thích hợp chế phẩm carotenoprotein-bột cá là ở nhiệt độ thấp (500C) và có bổ sung chitosan (0,1%, w/w). Từ khóa: carotenoprotein, chitin, bột cá, hàm lượng protein ABSTRACT Addition of carotenoprotein from chitin production process to increase protein content of fi shmeal has been investigated. Protein content of a carotenoprotein-fi shmeal mixture improved with increased carotenoprotein addition. The optimal drying condition for the carotenoprotein-fi shmeal mixture should be at low temperature (50oC) with addition of chitosan (0.1%, w/w). Keywords: carotenoprotein, chitin, fi shmeal, protein content I. ĐẶT VẤN ĐỀ 2010), thấp hơn so với bột cá sản xuất từ cá biển Carotenoprotein là một sản phẩn được tạo ra (Ariyawansa, 2000). Theo Jensen (1990), bột cá từ quá trình sản xuất chitin từ phế liệu tôm theo chất lượng cao thường có hàm lượng protein cao quy trình cải tiến. Đây là một sản phẩm giàu protein để đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của một số loài thủy với hàm lượng trên 65% và chứa một lượng nhỏ sản hoặc trong những giai đoạn phát triển của chúng carotenoid (>250 mg/kg) nhưng có hoạt tính sinh (Jensen, 1990). Mặc khác, carotenoprotein đã học cao. Với lượng phế liệu tôm ước đạt khoảng được ứng dụng phổ biến trong nuôi trồng thủy sản 200000 tấn/năm (Trung và Phuong, 2012) thì như tạo màu cho thịt cá, tăng hệ miễn dịch, giảm đây là nguồn nguyên liệu dồi dào để sản xuất stress (Pana và cộng sự, 2003). Do vậy, việc bổ carotenoprotein cùng với sản phẩm chitin đã được sung carotenoprotein vào bột cá sẽ làm tăng độ đạm phát triển trong vài năm gần đây. và tăng cường hoạt chất sinh học (asthaxanthin) Trong những năm qua, ngành công nghiệp cá Tra phát triển nhanh đã đưa sản lượng cá tra góp phần nâng cao chất lượng bột cá đồng thời của Việt Nam trong những năm gần đây đạt trên sử dụng hiệu quả nguồn carotenoprotein thu nhận 1 triệu tấn/năm (Trong, 2010). Trong quá trình từ phế liệu tôm. Trong bài báo này, kết quả nghiên chế biến cá Tra, lượng phế liệu chiếm khoảng từ cứu bước đầu về bổ sung carotenoprotein trong 60 - 65% và chủ yếu được sản xuất bột cá với quá trình sản xuất chitin từ phế liệu tôm vào bột cá hàm lượng protein chỉ đạt mức trung bình (Thuy, để tăng độ đạm được trình bày. 1ThS Nguyễn Công Minh: Viện Công nghệ Sinh học & Môi trường - Trường Đại học Nha Trang 2 KS. Phạm Thị Đan Phượng: Khoa Công nghệ Thực phẩm - Trường Đại học Nha Trang 3 PGS.TS. Trang Sĩ Trung: Trường Đại học Nha Trang 20 O TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG
2. Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn Soá 3/2012 II. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP thống và carotenoprotein ở dạng bột nhão thu nhận NGHIÊN CỨU từ quy trình sản xuất chitin cải tiến được tiến hành phân tích một số chỉ tiêu về hóa học cơ bản và kết 1. Nguyên vật liệu quả được trình bày ở Bảng 2. Bột cá được sản xuất từ đầu và xương cá Tra Bảng 2. Thành phần hóa học cơ bản của bột cá theo quy trình của Trường Đại học Nha Trang. và carotenoprotein Carotenoprotein thu nhận từ quy trình sản xuất chitin cải tiến từ đầu vỏ tôm. Các hóa chất sử dụng Thành phần cơ bản* Bột cá Carotenoprotein trong nghiên cứu ở dạng tinh khiết. Độ ẩm (%) 10,3 ± 0,3 76,5 ± 1,5 2. Phương pháp nghiên cứu Hàm lượng protein (%) 50,5 ± 0,8 68,1 ± 1,3 Carotenoprotein (ở dạng bột nhão) và bột cá Hàm lượng khoáng (%) 21,3 ± 0,6 6,6 ± 0,7 (ở dạng bột khô) được phối trộn với các tỷ lệ khác nhau (Bảng 1) để tạo ra chế phẩm carotenoprotein - Hàm lượng lipid (%) 27,3 ± 0,5 20,8 ± 1,4 bột cá có hàm lượng protein khác nhau (phù hợp Hàm lượng 0 280 ± 15 với yêu cầu của vật nuôi). Sau khi phối trộn, hỗn asthaxanthin (mg/kg) hợp carotenoprotein - bột cá được sấy ở nhiệt độ (*): Tính theo khối lượng chất khô tuyệt đối 40, 50 và 600C. Nhiệt độ sấy thích hợp được xác Kết quả cho thấy hàm lượng của các thành phần định dựa vào thời gian cần thiết để sản phẩm đạt cơ bản trong carotenoprotein và bột cá là không độ ẩm < 10% và hạn chế sự hư hỏng do nhiệt của giống nhau, cụ thể: carotenoprotein có hàm lượng astaxanthin chứa trong sản phẩm. Chitosan với độ protein cao hơn rất nhiều so với bột cá (cao hơn deacetyl khác nhau được bổ sung vào chế phẩm 18%) trong khi đó hàm lượng khoáng và lipid của carotenoprotein-bột cá với nồng độ khác nhau đóng vai trò là chất bảo quản astaxanthin. Nồng độ bột cá lần lược cao gấp 3,2 lần và 1,3 lần so với bột chitosan được xác định dựa trên lượng astaxanthin carotenoprotein. Ngoài ra, carotenoprotein có chứa bị tổn thất ít nhất. asthaxanthin (280mg/kg) (Bảng 2). Lượng astaxanthin chứa trong carotenoprotein tuy nhỏ nhưng rất có giá Bảng 1. Tỷ lệ phối trộn giữa các mẫu trị vì có hoạt tính sinh học cao, được ứng dụng phổ Tỷ lệ bột cá/carotenoprotein Ký hiệu mẫu biến nuôi trồng thủy sản (Pan và cộng sự, 2003; (w/w) Higuera-Ciapara và cộng sự, 2006; Auerswald và M1 1/0,5 Gäde, 2008). Một điểm cần lưu ý là hàm lượng ẩm M2 1/1 của carotenoprotein khá cao (76,5%) nên sau khi phối trộn với bột cá thì cần phải tiến hành sấy loại M3 1/1,5 nước để chế phẩm carotenoprotein-bột cá đạt độ M4 1/2 ẩm theo yêu cầu (<10%). M5 1/2,5 Kết quả về thành phần khẳng định sự phù hợp khi bổ sung carotenoprotein vào bột cá tra để Hàm lượng protein, hàm lượng lipid, hàm lượng nâng cao hàm lượng protein và đồng thời bổ sung khoáng, độ ẩm được xác định theo phương pháp chuẩn của AOAC (1990). Hàm lượng asthaxanthin astaxanthin với nhiều đặc tính sinh học có lợi cho được phân tích theo phương pháp của Klomklao và động vật thủy sản. cộng sự (2009). 2. Ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn đến thành phần Số liệu báo cáo là trung bình của 3 lần phân chế phẩm carotenoprotein-bột cá tích. Kết quả được phân tích thống kê sử dụng phần mền Minitab. Giá trị của p < 0,05 được xem là có ý Carotenoprotein (CP) được bổ sung vào bột cá nghĩa về mặt thống kê. (BC) với các tỷ lệ khác nhau: BC/CP: 1/0,5 (M1); 1/1 (M2); 1/1,5 (M3); 1/2 (M4); 1/2,5 (M5). Sau khi III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN phối trộn, chế phẩm caroteioprotein-bột cá được 1. Thành phần hóa học cơ bản của carotenoprotein tiến hành phân tích các chỉ tiêu như hàm lượng ẩm, và bột cá hàm lượng protein và hàm lượng asthaxanthin. Kết Bột cá Tra thu từ quá trình sản xuất truyền quả được trình bày ở Hình 2. TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG O 21
3. Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn Soá 3/2012 Hình 2. Ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn đến hàm lượng ẩm, protein và asthaxanthin của chế phẩm carotenoprotein-bột cá Tỷ lệ BC/CP: 1/0,5 (M1); 1/1 (M2); 1/1,5 (M3); 1/2 (M4); 1/2,5 (M5) Tỷ lệ phối trộn ảnh hưởng rất lớn đến hàm lượng ẩm, asthaxanthin và protein của chế phẩm carotenoprotein-bột cá. Khi tăng tỷ lệ carotenoprotein thì hàm lượng ẩm, protein, asthaxanthin đều tăng (Hình 2). Cụ thể, ở tỷ lệ BC/CP là 1/0,5 (M1) thì hàm lượng ẩm, protein, asthaxanthin tương ứng là 45%, 53,4%, 137mg/kg, nếu tăng lượng carotenoprotein với tỷ lệ BC/CP là 1/2,5 thì hàm lượng ẩm, protein, asthaxanthin tăng đáng kể, tương ứng là 62%, 65,7%, 250 mg/kg. Kết quả chỉ ra rằng tùy theo nhu cầu về hàm lượng protein của đối tượng sử dụng mà có thể điều chỉnh tỷ lệ bổ sung carotenoprotein vào bột cá. Nếu cần những chế phẩm carotenoprotein-bột cá có Hình 3. Biến đổi về hàm lượng ẩm của chế phẩm hàm lượng protein thấp ( 60%) thì có thể sử dụng tỷ 1/2,5 (M5) lệ phối trộn M4, M5. Chế phẩm carotenoprotein-bột cá sau khi phối 3. Nghiên cứu điều kiện sấy thích hợp cho chế trộn sẽ được sấy ở các chế độ nhiệt khác nhau 40, o phẩm carotenoprotein-bột cá 50 và 60 C. Thời gian sấy được xác định khi độ ẩm của chế phẩm carotenoprotein-bột cá <10%. Sau khi bổ sung carotenoprotein vào bột cá, Kết quả cho thấy thời gian sấy cần thiết để chế vì carotenoprotein có hàm lượng ẩm cao (76,5%) phẩm carotenoprotein-bột cá đạt hàm ẩm theo yêu do đó khi phối trộn vào bột cá, hàm lượng ẩm của cầu phụ thuộc vào tỷ lệ phối trộn và nhiệt độ sấy chế phẩm carotenoprotein-bột cá sẽ tăng cao. Theo (Hình 3). Ở nhiệt độ 400C, tốc độ bay hơi nước diễn TCVN 1644 - 86 thì độ ẩm của sản phẩm bột cá phải ra chậm, đa số các mẫu chế phẩm phải cần trên 20 giờ mới đạt được độ ẩm yêu cầu. Thời gian sấy cần thấp hơn 10%, vì vậy, để đạt được yêu cầu này thì thiết đối với các mẫu M1, M2, M3, M4, M5 tương ứng điều kiện sấy thích hợp chế phẩm carotenoprotein- là 20, 23, 26, 29 và 33 giờ. Khi tăng nhiệt độ sấy thì bột cá được nghiên cứu và kết quả được trình bày thời gian sấy của chế phẩm giảm rõ rệt, chẳng hạn ở Hình 3. khi sấy các chế phẩm M1, M2, M3 ở 400C thì thời 22 O TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG
4. Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn Soá 3/2012 gian sấy tương ứng 20, 23, 26 giờ nhưng khi nhiệt nghiên cứu, cụ thể: chitosan 1(độ deacetyl = 79%) độ sấy tăng lên 600C thì thời gian sấy chế phẩm M1 và chitosan 2 (độ deacetyl = 91%) được hòa tan chỉ còn 7 giờ, M2 là 10 giờ, M3 là 15 giờ hay đối với trong dung dịch acid acetic 1% và được phối trộn vào 0 chế phẩm M4 nếu sấy ở nhiệt độ 40 C thì cần đến chế phẩm carotenoprotein-bột cá với các tỷ lệ 0,05, 29 giờ trong khi đó nếu chế phẩm này được sấy ở 0,1 và 0,15% (w/w). Chế phẩm carotenoprotein- nhiệt độ 500C thì thời gian còn lại chỉ 20 giờ. bột cá có bổ sung chitosan được sấy ở nhiệt độ Khi nhiệt độ sấy tăng thì thời gian sấy được rút 0 ngắn, tuy nhiên việc tăng nhiệt độ sấy sẽ gây hư 50 C và đánh giá hàm lượng astaxanthin sau khi hỏng lượng asthaxanthin có trong chế phẩm. Do sấy. Kết quả tổn thất astaxanthin của chế phẩm vậy việc phân tích hàm lượng asthaxanthin còn lại carotenoprotein-bột cá trong quá trình sấy được của mẫu chế phẩm khi đã đạt độ ẩm yêu cầu được trình bày ở Hình 5. tiến hành. Kết quả phân tích được trình bày ở Hình 4. Khi tăng nhiệt độ sấy thì hàm lượng asthaxanthin bị phá hủy tăng lên. Khi tăng nhiệt độ từ 40 lên 500C thì có khoảng 30 - 35% lượng asthaxanthin bị phá hủy, tuy nhiên nếu tăng nhiệt độ lên 600C thì hầu như toàn bộ lượng asthaxanthin trong chế phẩm bị mất, hàm lượng asthaxanthin còn lại chỉ khoảng 5 - 15 mg/kg. Hình 5. Ảnh hưởng của chitosan đến lượng asthaxanthin bị tổn thất của chế phẩm carotenoprotein-bột cá trong quá trình sấy ở nhiệt độ 500C Chitosan có khả năng hạn chế tổn thất astaxanthin của chế phẩm carotenoprotein-bột cá trong quá trình sấy. Chế phẩm có bổ sung chitosan Hình 4. Biến đổi về hàm lượng asthaxanthin của chế phẩm sau khi sấy thì có hàm lượng astaxanthin cao hơn carotenoprotein-bột cá được sấy ở các rất nhiều so với mẫu đối chứng (không bổ sung nhiệt độ khác nhau chitosan làm chất bảo quản) (Hình 5). Khả năng hạn Tỷ lệ BC/CP: 1/0,5 (M1); 1/1 (M2); 1;1,5 (M3); 1/2 (M4); chế tổn thất astaxanthin của chitosan cũng được 1/2,5 (M5) ghi nhận bởi Higuera-Ciapara và cộng sự (2004) Ở nhiệt độ 400C tuy tổn thất về lượng khi sử dụng chitosan làm màng vi bao cho asthaxanthin là thấp nhất nhưng thời gian sấy lại astaxanthin. quá dài không hiệu quả về mặt kinh tế, nếu sấy ở Bên cạnh đó, độ deacetyl của chitosan cũng có nhiệt độ 600C thì thời gian sấy được rút ngắn nhưng ảnh hưởng lớn đến khả năng bảo vệ asthaxanthin. hàm lượng asthaxanthin hầu như bị mất hoàn toàn. Đối với chitosan 1 (độ deacetyl = 79%), khi nồng 0 Khi sấy ở nhiệt độ 50 C, thời gian sấy có giảm đáng độ chitosan tăng từ 0,05 lên đến 0,1% thì lượng kể và hàm lượng asthaxanthin bị tổn thất là không astaxanthin bị tổn thất giảm đáng kể. So với mẫu 0 nhiều do đó việc sấy ở 50 C được cho là thích hợp không bổ sung chitosan thì tỷ lệ tổn thất asthaxanthin nhất đối với chế phẩm carotenoprotein-bột cá. giảm hơn 10%. Tuy nhiên, khi tăng nồng độ chitosan 4. Ứng dụng chitosan để hạn chế tổn thất của từ 0,1% lên 0,15% thì tỷ lệ tổn thất astaxanthin asthaxanthin trong quá trình sấy không giảm hoặc giảm không đáng kể. Vì vậy, có Để hạn chế tổn thất của hàm lượng astaxanthin thể bổ sung 0,1% chitosan để làm chất bảo quản, trong chế phẩm carotenoprotein-bột cá trong quá chống oxy hóa astaxanthin trong quá trình sấy. Đối trình sấy, chitosan được nghiên cứu sử dụng làm với chitosan 2 (độ deacetyl = 91%), khi tăng nồng tác nhân bảo vệ astaxanthin. Hai loại chitosan với độ chitosan từ 0 - 0,05% thì hiệu quả bảo quản độ deacetyl (DD) khác nhau được sử dụng trong asthaxanthin tăng mạnh, lượng asthaxanthin bị TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG O 23
5. Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn Soá 3/2012 tổn thất chỉ còn khoảng 20% so với mẫu không bổ 5. Đánh giá một số chỉ tiêu cơ bản của chế phẩm sung chitosan. Nếu tiếp tục tăng nồng độ chitosan carotenoprotein - bột cá trên 0,1% thì hiệu quả của quá trình bảo quản tăng Chế phẩm carotenoprotein-bột cá với lượng không nhiều và không có ý nghĩa về mặt thống kê. carotenoprotein bổ sung khác nhau, chitosan 79% Do vậy, việc bổ sung 0,05% chitosan có độ deacetyl DD được bổ sung vào chế phẩm trước khi sấy với = 91% vào chế phẩm carotenoprotein-bột cá sẽ làm hàm lượng là 0,1% (w/w) và quá trình sấy được tăng tính ổn định của asthaxanthin. thực hiện ở nhiệt độ 500C. Sau khi sấy, chế phẩm Tóm lại, để đảm bảo chất lượng chế phẩm carotenoprotein-bột cá được phân tích các chỉ tiêu carotenoprotein - bột cá thì nên sấy ở nhiệt độ 500C về cảm quan, hàm lượng đạm và astaxanthin và kết và bổ sung chitosan làm chất bảo quản. quả được trình bày ở Bảng 3. Bảng 3. Chỉ tiêu cơ bản của chế phẩm carotenoprotein-bột cá Astaxanthin Tỷ lệ BC/CP Màu sắc Hàm lượng protein (%) (mg/kg) M1 Đỏ, rất tươi 53,4 ± 2,2 60 ± 3,2 M2 Đỏ, rất tươi 55,2 ± 2,5 70 ± 2,7 M3 Đỏ tươi, rất tươi 57,3 ± 2,3 90 ± 4,1 M4 Đỏ đậm, tươi 61,4 ± 3,3 102 ± 4,5 M5 Nâu sẫm 65,7 ± 3,1 117 ± 5,9 Tỷ lệ BC/CP: 1/0,5 (M1); 1/1 (M2); 1;1,5 (M3); 1/2 (M4); 1/2,5 (M5) Tỷ lệ phối trộn khác nhau thì đòi hỏi phải có các quá trình xử lý khác nhau từ đó chất lượng của sản phẩm thu được cũng không giống nhau (Bảng 3). Đối với các mẫu M1, M2, M3 thời gian sấy thấp hơn 20 giờ, hàm lượng protein đạt được tương ứng là 53,4; 55,2 và 57,3%, sản phẩm có màu đỏ và mùi bột tôm đặc trưng, hàm lượng asthaxanthin còn lại không cao (thấp hơn 100 mg/kg). Đối với mẫu M4, M5, thời gian sấy cần thiết là trên 20 giờ, lúc này sản phẩm có màu đỏ đậm đến màu nâu sẫm hàm lượng protein còn lại tương ứng là 61,4 và 65,7%, hàm lượng asthaxanthin còn lại là 102 và 117mg/kg. IV. KẾT LUẬN Bổ sung carotenoprotein thu nhận từ quá trình sản xuất chitin vào bột cá sẽ thu được chế phẩm caroteno- protein - bột cá có độ đạm cao và chứa một lượng asthaxanthin có giá trị. Tuy nhiên, đây mới là kết quả nghiên cứu bước đầu, cần tiếp tục nghiên cứu giá trị dinh dưỡng và thử nghiệm ứng dụng chế phẩm carotenoprotein - bột cá trong sản xuất thức ăn động vật thủy sản. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. AOAC, 1990. Offi cial Method of Analysis, 15th ed. Arlington, VA: Association of offi cial analytical chemists, 70. 2. Ariyawansa, S. 2000. The evaluation of functional properties of fi sh meal. Report - The United Nations University. 3. Auerswald, L. , and G. Gäde, 2008. Simultaneous extraction of chitin and astaxanthin from waste of lobsters Jasus lalandii, and use of astaxanthin as an aquacultural feed additive. African Journal of Marine Science, 30: 35-44. 4. Higuera-Ciapara, I. , L. Felix-Valenzuela, F. M. Goycoolea, and W. Argüelles-Monal. 2004. Microencapsulation of astaxanthin in a chitosan matrix. Carbohydrate Polymers 56:41-45. 5. Higuera-Ciapara, I., L. Felix-Valenzuela, and F. M. Goycoolea, 2006. Astaxanthin: a review of its chemistry and applications. Crit Rev Food Sci Nutr, 46:185-96. 6. Jensen, N. C., 1990. Quality fi sh meal: specifi cations and use in aquaculture and fur farming. Proceedings of International By-Products Conference, Denmark. 7. Klomklao, S., S. Benjakul, W. Visessanguan, H. Kishimura, and B. K. Simpson, 2009. Extraction of carotenoprotein from black tiger shrimp shells with the aid of bluefi sh trypsin. Journal of Food Biochemistry 33:201-217. 8. Nguyen Thi Thuy, 2010. Evaluation of Catfi sh (Pangasius hypophthalmus) By-Products as Protein Sources for Pigs in the Mekong Delta of Vietnam. Doctoral Thesis Swedish University of Agricultural Sciences Uppsala. 9. Pan, C. H. , Y. H. Chien, and B. Hunter, 2003. The resistance to ammonia stress of Penaeus monodon Fabricius juvenile fed diets supplemented with astaxanthin. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology 297:107-118. 10. Trong, N.V., 2010. Overview aquaculture in Vietnam. Research Institute of Aquaculture, HCM City, Vietnam. 11. Trung, T. S., and P. T. D. Phuong. 2012. Bioactive Compounds from By-products of Shrimp Processing Industry in Vietnam. Journal of Food and Drug Analysis, 20: 194-197. 24 O TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG