Tên đề tài: Nghiên cứu thu nhận protein từ phụ phẩm cá lóc (Channa striata) và đánh giá khả năng phát triển sản phẩm

Tác giả: Trương Thị Mộng Thu, Khóa: 2020

Ngành: Công nghệ thực phẩm; Mã số: 9540101. Nhóm ngành: Công nghệ sản xuất và chế biến

Người hướng dẫn chính: PGS.TS. Trần Thanh Trúc - Trường Đại học Cần Thơ

Người hướng dẫn phụ: PGS.TS. Lê Thị Minh Thủy - Trường Đại học Cần Thơ

1. Tóm tắt nội dung luận án

   Phụ phẩm cá lóc chứa hàm lượng protein tương đối cao, là nguồn nguyên liệu rẻ tiền và giàu dinh dưỡng. Việc xác định các thông số kỹ thuật và tối ưu hóa quá trình thu nhận protein từ đầu, da và vảy cá lóc bằng công nghệ enzyme và kỹ thuật chiết tách để sản xuất các chế phẩm giàu protein như bột đạm thủy phân và collagen; đồng thời ứng dụng các chế phẩm protein trong sản xuất sản phẩm bột súp rau củ và nước ép giàu collagen đã được thực hiện là cần thiết, mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Từ nghiên cứu đã thu được những kết quả như sau: (1) Nguyên liệu đầu cá lóc vẫn đảm bảo chất lượng trong 3 tháng bảo quản lạnh đông ở -20±2°C thông qua các chỉ tiêu độ ẩm, pH, PV, TVB-N và tổng vi khuẩn hiếu khí. Tuy nhiên, hiệu suất thủy phân (DH) bằng alcalase, hiệu suất thu hồi protein (PR) cao và ổn định khi đầu cá lóc được bảo quản lạnh đông tối đa 2 tháng. Đầu cá lóc không tiền xử lý loại lipid trước khi thủy phân bằng alcalase cho hiệu suất tách lipid, DH, PR và hàm lượng đạm amin (N_aa) đều cao, có giá trị tương ứng lần lượt là 78,4%; 38,5%; 48,7% và 11,6 g/L, trong khi hàm lượng đạm ammoniac thấp 0,249 g/L. Bên cạnh đó, da cá lóc được tiền xử lý bằng dung dịch 0,1 M NaOH trong 6 giờ thì hàm lượng protein còn lại thấp là 24,5% với hiệu quả loại protein phi collagen cao đạt 25,7%. Trong khi đó, vảy cá lóc được khử khoáng trong dung dịch EDTA-2Na có nồng độ 0,8 M trong 24 giờ thì hàm lượng khoáng còn lại thấp 1,99% và hiệu quả khử khoáng lên đến 92,8%; (2) Quá trình thủy phân đầu cá lóc để thu hồi protein hoàn toàn có thể thực hiện với việc sử dụng flavourzyme và alcalase. Điều kiện thủy phân bằng flavourzyme thích hợp nhất là nồng độ enzyme 120 U/g protein trong thời gian thủy phân 30 giờ và nhiệt độ 50^oC cho DH, PR và N_aa cao tương ứng là 39,1%; 49,9% và 6,49 g/L. Trong khi đó, điều kiện thích hợp cho alcalase hoạt động là nồng độ enzyme 40 U/g protein và thời gian thủy phân 30 giờ ở nhiệt độ 50^oC với giá trị DH, PR và N_aa cao lần lượt là 40,8%; 50,2% và 13,0 g/L. Khi kết hợp đồng thời alcalase và flavourzyme, điều kiện thủy phân đầu cá lóc tối ưu là ở nhiệt độ 56°C trong thời gian 30 giờ, pH 7 và nồng độ enzyme alcalase và flavourzyme kết hợp đồng thời là 179 U/g protein cho DH, PR và N_aa cao tương ứng là 50,29%; 65,43% và 13,09 g/L. Việc tối ưu hóa bằng phương pháp bề mặt đáp ứng cho thấy, có thể nâng cao khả năng thu hồi protein từ đầu cá lóc theo trình tự bổ sung alcalase (nồng độ là 51 U/g protein) trước và flavourzyme (nồng độ là 112 U/g protein) sau, vào thời điểm bổ sung flavourzyme là 8,5 giờ và thời gian thủy phân là 33 giờ cho giá trị DH, PR và N_aa cao tương ứng là 53,05%; 66,68% và 14,01 g/L. Giá trị DH, PR và N_aa cao nhất và vị đắng của dịch đạm thủy phân thấp nhất (1,86 điểm), tổng hàm lượng amino acid và tổng hàm lượng amino acid thiết yếu của bột đạm thủy phân cao nhất lần lượt là 80,59 g/100 g bột đạm và 24,56 g/100 g bột đạm khi protein từ đầu cá lóc được thủy phân theo trình tự bổ sung alcalase trước và flavourzyme sau. Peptide có khối lượng phân tử nhỏ hơn 3 kDa chiếm 82,8% với điểm cảm quan về vị đắng rất yếu là 1,42 điểm khi dịch đạm thủy phân từ đầu cá lóc được lọc màng Amicon – Millipore với kích thước màng lọc 3 kDa. Để tiết kiệm chi phí lọc màng, dịch đạm thủy phân không lọc màng có điểm cảm quan về vị đắng yếu 1,86 điểm được sử dụng để sản xuất bột đạm thủy phân; (3) Sử dụng dung dịch 0,6 M acetic acid để chiết tách collagen từ hỗn hợp da-vảy cá lóc trong thời gian 3 ngày cho hiệu suất thu hồi collagen là 3,18% và màu sắc sáng với giá trị L* là 83,6. Bằng cách bổ sung pepsin với nồng độ enzyme là 0,1% (pha trong dung dịch đệm 0,6 M acetic acid) trong thời gian chiết tách 2 ngày có thể cải thiện hiệu suất thu hồi collagen lên đến 20,8% và màu sắc sáng với giá trị  L* là 87,9. Cả 2 mẫu collagen thành phẩm tốt nhất được chiết tách bằng acetic acid và pepsin đều thuộc collagen loại I thông qua kết quả phân tích điện di protein SDS-PAGE, hàm lượng amino acid và phổ FTIR, có độ hòa tan tốt ở pH 2 và nồng độ NaCl nhỏ hơn 0,4 M. Collagen được chiết tách bằng acetic acid có hàm lượng imino acid (proline và hydroxyproline) là 22,6% và nhiệt độ biến tính là 35,78°C, trong khi hàm lượng imino acid là 20% và nhiệt độ biến tính là 34,09°C đối với collagen được chiết tách bằng pepsin. Collagen thành phẩm từ hỗn hợp da-vảy cá lóc chiết tách bằng pepsin được thủy phân bằng alcalase với nồng độ enzyme là 2% trong thời gian thủy phân là 3 giờ cho hiệu suất thu hồi collagen thủy phân và độ nhớt lần lượt là 98,6% và 7,01 mPa.s; (4) Thời hạn sử dụng sản phẩm bột đạm thủy phân được dự đoán bằng phương pháp gia tốc cho hạn sử dụng là 10,3 tháng ở điều kiện bảo quản là nhiệt độ không khí 30^oC và độ ẩm tương đối của không khí 70%. Sản phẩm bột súp rau củ đạt giá trị cảm quan tốt (18,6 điểm) và cân bằng dinh dưỡng với hàm lượng protein, lipid, carbohydrate và năng lượng cung cấp đạt lần lượt là 10,1%; 4,42%; 67,8% và 351,4 kcal/100 g, khi phối trộn 8% bột đạm thủy phân từ đầu cá lóc và 24,9% bột kem béo thực vật. Sản phẩm nước ép dâu tằm giàu collagen có điểm cảm quan, giá trị DPPH và hàm lượng protein hòa tan cao với giá trị tương ứng lần lượt là 17,9 điểm; 60,1% và 26,5 mg/mL khi bổ sung 2% collagen thủy phân từ hỗn hợp da-vảy cá lóc vào nước ép. Các kết quả nghiên cứu đã đóng góp dữ liệu khoa học về giải pháp tận dụng nguồn protein từ phụ phẩm cá lóc để tạo các chế phẩm protein cũng như cho thấy khả năng phát triển các sản phẩm thực phẩm từ chế phẩm protein.

2. Những kết quả mới của luận án

- Luận án cho thấy khả năng thực tế cao của giải pháp tạo ra sản phẩm giàu protein từ phụ phẩm đầu, da và vảy cá lóc và đánh giá tính khả thi ứng dụng trong thực phẩm.

- Nâng cao giá trị của phụ phẩm chế biến cá lóc thông qua tạo ra sản phẩm có giá trị cao.

- Giúp định hướng chế biến các sản phẩm thực phẩm từ cá lóc không phụ phẩm.

3. Các ứng dụng/ khả năng ứng dụng trong thực tiễn, các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

Thủy sản là ngành quan trọng có đóng góp cao cho nền kinh tế và tạo nhiều việc làm cho người lao động. Mặc dù đạt được những con số ấn tượng, nhưng ngành thủy sản Việt Nam cũng đối mặt với nhiều thách thức và còn tồn tại nhiều hạn chế. Đặc biệt là việc tận dụng nguồn phụ phẩm trong chế biến thủy sản để sản xuất các sản phẩm giá trị gia tăng chưa được quan tâm đúng mức; nguồn phụ phẩm chủ yếu được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất thức ăn chăn nuôi. Do vậy, luận án nghiên cứu thu nhận protein thủy phân và collagen từ phụ phẩm cá lóc, đồng thời ứng dụng các chế phẩm protein trong sản xuất thực phẩm là hướng đi phù hợp, vừa có ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn. Kết quả nghiên cứu của luận án bổ sung thêm dẫn liệu khoa học về thủy phân protein và thu nhận collagen từ nguồn phụ phẩm chế biến thủy sản. Kết quả nghiên cứu là tiền đề quan trọng cho việc triển khai ứng dụng vào thực tiễn sản xuất nhằm tận dụng nguồn phụ phẩm chế biến thủy sản để sản xuất các sản phẩm giá trị gia tăng, qua đó nâng cao giá trị cho chuỗi nuôi và chế biến thủy sản nói chung và cá lóc nói riêng, góp phần phát triển bền vững ngành thủy sản, tạo việc làm cho người lao động, giúp ổn định xã hội.

Official thesis title: Study on protein recovery from snakehead fish (Channa striata) by-products and assessment of product development possibilities

Major: Food Technology                                                        Code: 954.01.01

Full name: Truong Thi Mong Thu

Supervisor:      Assoc. Prof. Tran Thanh Truc

Assoc. Prof. Le Thi Minh Thuy

Educational institution: Can Tho University

1. Summary of the objectives of the thesis:

Snakehead by-products with relatively high protein content are cheap resource and nutritional materials. Therefore, determination of the technical parameters and optimization of the protein recovery process from snakehead heads, skins sand scales were conducted by using enzyme technology and extraction technique to produce rich-protein products such as hydrolyzed protein powder and collagen. Simultaneously, the application of rich-protein products in the production of vegetable soup powders and rich-collagen juices has been performed very necessary, high scientific and practical significance. Results achieved from the research have been summarized as following: (1) Snakehead heads still maintained good quality within 3 months stored at -20±2^oC through moisture content, pH, PV, TVB-N and total aerobic bacteria. However, the degree of hydrolysis (DH) by using alcalase and protein recovery (PR) were high and stable as storing snakehead heads at -20±2^oC for up to 2 months. Snakehead heads weren’t pre-treatment to remove lipid before hydrolysing by using alcalase gave high lipid removing efficiency, DH, PR and amino acid content (N_aa) of  78.4%, 38.5%, 48.7% and 11.6 g/L, respectively whereas low ammonia content of 0.249 g/L. Besides, pretreating fish skins in 0.1 M NaOH solution for 6 hours achieved low protein content of 24.5% and non-collagen protein removement efficiency reached to 25.7%. Meanwhile, low mineral content of 1.99% and high mineral removement efficiency of 92.8% when snakehead scales were demineralized in 0.8 M EDTA-2Na solution for 24 hours; (2) The hydrolysis of snakehead head for protein recovery was able to perform by using flavourzyme and alcalase. The most suitable hydrolysis conditions for flavourzyme with enzyme concentration of 120 U/g protein, hydrolysis time of 30 hours and temperature of 50^oC gave high DH, PR and N_aa of 39.1 %, 49.9% and 6.49 g/L, respectively. Meanwhile, the enzyme concentration of 40 U/g of protein and the hydrolysis time of 30 hours at 50^oC was suitable for alcalase to obtain high DH, PR and N_aa of 40.8%, 50.2% and 13.0 g/L, respectively. When combining alcalase and flavourzyme with the optimum hydrolysis conditions for snakehead head at 56°C for 30 hours, pH 7, alcalase and flavourzyme concentration of 179 U/g protein achieved high DH, PR and N_aa of 50.29%, 65.43% and 13.09 g/L, respectively. The optimization by the response surface method showed that it is possible to improve hydrolyzed protein recovery from snakehead fish by adding alcalase (concentration of 51 U/g protein) first and flavourzyme (concentration of 112 U/g protein) after, at the flavourzyme addition time of 8.5 hours and hydrolysis time of 33 hours, which gave the high DH, PR and N_aa of 53.05%, 66.68% and 14.01 g/L, respectively. Snakehead heads were hydrolyzed by adding alcalase first and flavourzyme after gave the highest DH, PR, N_aa and lowest bitter taste score in hydrolysate (1.86 points), the highest total amino acid and total essential amino acid contents of 80.59 g/100 g powder and 24.56 g/100 g powder, respectively. Peptides with molecular weight less than 3 kDa accounted for 82.8% with a very weak bitter taste score of 1.42 points when protein hydrolysate from snakehead heads was filtered with an Amicon - Millipore membrane with filter size 3 kDa. The unfiltered protein hydrlysate with a weak bitter taste score of 1.86 points was used to produce hydrolyzed protein powder (HPP) to save cost of membrane filtration; (3) Collagen extraction from skins and scales mixtures of snakehead fish in 0.6 M acetic acid solution for 3 days gave collagen yield of 3.18% and bright color with L* value of 83.6. Besides, extracting collagen from snakehead skins and scales mixtures in 0.1% pepsin (preparing in 0.6 M acetic acid solution) for 2 days gave high collagen yield of 20.8% with light color (L^*= 87.9). Both of collagen products producing by acetic acid and pepsin were identified as type I collagen throught SDS-PAGE profile, amino acid composition, FTIR and the maximal solubility at pH 2 and NaCl concentration < 0.4 M.  Collagen product producing by acetic acid had imino acid content (proline and hydroxyproline) of 22.6% and denaturation temperature of 35.78°C, whereas imino acid content of 20% and denaturation temperature of 34.09°C as collagen product producing by pepsin. Hydrolyzing collagen from snakehead scale and skin mixtures by using alcalase with enzyme concentration of 2% for 3 hours gave the highest hydrolyzed collagen yield of 98.6% and viscosity of 7.01 mPa.s; (4) The shelf life of HPP was predicted by accelerated shelf-life testing method (ASLT) of 10.3 months at storage conditions such as storage temperature of 30^oC and humidity of 70%. Application of HPP from snakehead heads to produce vegetable soup powder with good sensory value (18.6 points) and nutritional balance with protein, lipid, carbohydrate content and energy of 10.1%; 4.42%, 67.8% and 351.4 kcal/100 g, respectively when mixing 8% HPP from snakehead head and 24.9% vegetable fat cream powder. The rich-collagen mulberry juice product had high sensory score, DPPH value and soluble protein content of 17.9 points, 60.1% and 26.5 mg/mL, respectively when adding 2% hydrolyzed collagen from snakehead scale and skin mixtures into the mulberry juice. The research had contributed to scientific data on the solution for utilizing protein sources from snakehead by-products to produce protein products as well as showing the possibility of developing food products from protein products.

2. The new findings of the thesis:

 - The thesis shows the high practical ability of the solution to create protein-rich products from by-products of snakehead fish head, skin and scales and evaluates the ability of application in food.

- Enhance the value of snakehead fish processing by-products through creating high-value products.

- Help orientation the processing of food products from snakehead fish without by-products.

3. Practical applicability / further research directions, if any:

Fisheries is an important industry that contributes highly to the economy and creates many jobs for workers. Despite achieving impressive numbers, Vietnam's seafood industry also meets many challenges and still has many limitations. In particular, the utilization of by-products in seafood processing to produce value-added products has not received adequate attention; by-products are mainly used as raw materials for animal feed production. Therefore, the thesis research topic on obtaining hydrolyzed protein and collagen from snakehead fish by-products, and applying protein-rich products in food production is a suitable direction, both scientifically and meaningfully practice. The research results of the thesis supplement scientific data on protein hydrolysis and collagen recovery from seafood processing by-products. The research results are an important premise for research and application into production practices to take advantage of seafood processing by-products to produce value-added products, thereby enhancing value for the chain raising and processing seafood in general and snakehead fish in particular, contributing to sustainable development of the seafood industry, creating jobs for workers, and helping to stabilize society.

• Xem chi tiết nội dung luận án
• Xem thông tin đăng tải tại Website Bộ giáo dục và Đào tạo. (Nhập tên NCS vào ô tìm kiếm)