Tên đề tài: “Nghiên cứu chế biến các sản phẩm giàu protein từ cá lóc (Channa striata) nuôi”.

Tác giả: Võ Hoàng Ngân, Khóa: 2015

Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm; Mã số: 62540101. Nhóm ngành: Công nghệ sản xuất và chế biến

Người hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Mười, Trường Đại học Cần Thơ.

1. Tóm tắt nội dung luận án:

Luận án được thực hiện nhằm tối ưu hóa hiệu quả thu nhận các thành phần khác nhau của nguyên liệu để chế biến các sản phẩm giàu protein từ cá lóc nuôi (Channa striata) - nguồn thủy sản được phát triển mạnh ở vùng đồng bằng sông Cửu Long trong những năm gần đây. Trước tiên, thành phần hóa lý của nguồn nguyên liệu cá lóc được xác định. Kết quả phân tích cho thấy, cá lóc nuôi có hàm lượng protein khá cao không chỉ trong thịt phi lê mà cả trong phụ phẩm, tương ứng 18,52% và 15,36%. Trên cơ sở hàm lượng protein cao của nguyên liệu cá lóc thu nhận được, nghiên cứu đã tiến hành theo 4 nội dung chính nhằm đáp ứng mục tiêu đề ra. Trích ly protein hòa tan từ thịt cá lóc nuôi là nội dung đầu tiên được tiến hành. Nghiên cứu đã khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu với các dung môi khác nhau, hàm lượng muối bổ sung và pH của dung môi đến quá trình trích ly. Bên cạnh đó, việc tối ưu hóa nhiệt độ và thời gian bằng phương pháp bề mặt đáp ứng cũng đã được thực hiện nhằm đạt được hiệu quả trích ly protein cao nhất. Kết quả cho thấy, sử dụng dung môi nước có bổ sung NaCl 0,15M điều chỉnh pH10 ở nhiệt độ 35°C với thời gian trích ly là 14 phút, tỷ lệ nguyên liệu: dung môi ở mức 1:2 (w/v) sẽ thu được sản phẩm có hàm lượng protein hòa tan trung bình là 13,69 mg/mL. Trong điều kiện này, hiệu suất trích ly protein hòa tan và hiệu suất trích ly protein tổng số so với protein tổng số của nguyên liệu tương ứng 14,39% và 25,45%, đồng thời dịch trích ly có hàm lượng lipid là 3,5%. Trong nội dung thứ hai, việc nghiên cứu nâng cao hoạt tính sinh học về khả năng ức chế enzyme chuyển hóa angiotensin và kháng oxy hóa của dịch protein hòa tan sau khi thủy phân bằng cách sử dụng các protease khác nhau đã được thực hiện. Kết quả nghiên cứu đã xác định được tỷ lệ kết hợp 25%:75% của alcalase và flavourzyme cho hiệu quả thủy phân cao. Tiến hành thủy phân trong thời gian 6 giờ ở nhiệt độ 50°C và pH7 bằng hỗn hợp enzyme có hoạt tính 600 U/g protein cho sản phẩm có hoạt tính sinh học cao. Quá trình thủy phân thu hồi được 82,20% protein, trong đó sản phẩm là dịch protein có đầy đủ thành phần acid amin thiết yếu, có khối lượng phân tử thấp (phân bố xung quanh 14,4 kDa), có khả năng ức chế ACE và kháng oxy hóa cao. Nồng độ dịch thủy phân có thể ức chế 50% hoạt tính enzyme chuyển hóa angiotensin là 4,55 mgN/mL và thu nhận 50% gốc tự do DPPH là 1,55 mgN/mL. Ngoài ra, bên cạnh dịch trích ly còn thu được phần paste thịt cá với tỷ lệ 70,76%, trong đó bao gồm 78,47% ẩm và 16,75% protein. Đây là nguyên liệu được sử dụng trong nội dung nghiên cứu tiếp theo về chế biến surimi cá lóc và chả cá lóc chiên với sự hỗ trợ của hợp chất chống đông (1,5% sucrose và 1,5% sorbitol), sodium tripolyphosphate và đặc biệt là enzyme transglutaminase. Kết quả nghiên cứu cho thấy, paste thịt cá sau khi phối trộn 3% hợp chất chống đông và 0,2% sodium tripolyphosphate có khả năng duy trì đặc tính của protein trong thời gian 5 tháng. Việc ứng dụng enzyme transglutaminase 0,28 U/g surimi kết hợp thời gian ủ 4 giờ đã xúc tác hình thành được các peptide có khối lượng phân tử khoảng 70 kDa mang đến hiệu quả cao trong cải thiện chất lượng chả từ surimi cá lóc lạnh đông. Việc tiền xử lý nhiệt sơ bộ để tạo gel ở 55°C trong 40 phút trước khi làm chín bằng cách chiên nhúng trong dầu ở 175°C trong 2,5 phút cho sản phẩm có chất lượng tốt và an toàn về vi sinh. Chả cá lóc chiên có thể duy trì chất lượng và an toàn đến 2 tuần bảo quản lạnh (4±2°C) và 12 tuần trữ đông (-18±2°C). Thu nhận protein từ phụ phẩm cá lóc với việc sử dụng chế phẩm vi sinh đã được thực hiện trong nội dung cuối cùng của nghiên cứu thông qua tối ưu hóa quá trình ủ phụ phẩm bằng chế phẩm Bacillus subtilis. Tối ưu hóa nhiều hàm đáp ứng đã giúp xác định được chế độ ủ tương ứng với 2,5% vi sinh có bổ sung 7,74% muối ở giá trị pH6,72 và thực hiện trong 28,89 ngày. Trong điều kiện đó, hiệu suất thu hồi protein là 57,68%, hàm lượng nitơ amin đạt 22,53% và hàm lượng nitơ amoniac sinh ra là 3,71%. Sản phẩm dịch protein thu hồi có khối lượng phân tử rất thấp (<14,4 kDa) và chất lượng cao nhờ có đầy đủ các acid amin thiết yếu với hàm lượng cao. Nghiên cứu đã mở ra triển vọng cho việc sử dụng một cách toàn diện nguồn protein từ nguyên liệu cá lóc để chế biến thành những thực phẩm có giá trị gia tăng cũng như các chế phẩm giàu protein khác, phục vụ cho sức khỏe của con người.

2. Những kết quả mới của luận án:

Luận án đã đóng góp giải pháp thiết thực, có hiệu quả cao trong việc thu nhận và chế biến sản phẩm giàu protein từ thịt cá lóc nuôi. Protein hòa tan được trích ly từ phi lê cá sau quá trình thủy phân đã tạo ra một sản phẩm có hoạt tính sinh học cao không chỉ về khả năng kháng oxy hóa mà còn cả về khả năng ức chế enzyme chuyển hóa angiotensin (ACE), từ đó mang đến tiềm năng ứng dụng trong chế biến các sản phẩm thực phẩm chức năng. Paste thịt cá giàu protein sau trích ly protein hòa tan được ứng dụng thành công trong chế biến surimi cá lóc lạnh đông có khả năng bảo quản dài. Sản phẩm chả chiên được chế biến từ surimi lạnh đông với sự hỗ trợ của transglutaminase có cấu trúc gel tốt cả về khả năng giữ nước và độ bền gel. Cuối cùng, tối ưu hóa cho quá trình ủ với chế phẩm Bacillus subtilis đã giúp thu nhận khá triệt để lượng protein từ phụ phẩm cá lóc thể hiện qua hiệu suất và chất lượng protein thu hồi cao. Có thể nói, đóng góp của luận án là giải pháp tổng thể của quá trình thu nhận và chế biến một cách hiệu quả nguồn protein từ cá lóc nuôi.

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

Các sản phẩm surimi cá lóc, chả cá lóc và các dịch protein thủy phân có tiềm năng rất lớn để ứng dụng thực tiễn. Tuy nhiên, cần thực hiện một số khảo sát làm cơ sở cho việc phát triển sản phẩm với quy mô công nghiệp, cụ thể như sau:

- Nghiên cứu bảo quản các chế phẩm dịch protein và ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm nhằm tạo ra các sản phẩm đa dạng hơn.

- Đánh giá hoạt tính sinh học của sản phẩm thủy phân trong các nghiên cứu in-vivo, tiến đến thử nghiệm hiệu quả của sản phẩm đối với dinh dưỡng người.

- Đẩy mạnh xây dựng mô hình hóa việc chế biến các sản phẩm nghiên cứu từ cá lóc đã thực hiện, cơ giới hóa quá trình sản xuất theo quy trình khép kín kết hợp với các công nghệ tiên tiến nhằm đem lại hiệu quả tối đa.

1. Research abstract

The thesis was conducted to optimize the efficiency of receiving different components of raw materials to process high-protein products from snakehead fish (Channa striata) - a fisheries resource that has been strongly developed in the Mekong Delta in recent years. The basic content in the study is the determination of the physicochemical composition of raw materials. The analytical results show that the cultured snakehead fish has relatively high protein content not only in fillets but also in by-products, respectively 18.52% and 15.36%. Based on the high protein content of the snakehead fish material obtained, the thesis has been carried out according to 4 main contents to meet the set objectives. Extracting soluble protein from cultured snakehead fish is the first content that has been conducted. The study investigated the effect of different ratios of raw materials to solvent, salt addition and pH on extraction. In addition, the optimization of temperature and time by response surface method had also been carried out to achieve the highest protein extraction efficiency. The results showed that using water solvent with addition NaCl 0.15M, adjusting pH10 at 35°C, the extraction time of 14 minutes, the ratio of raw materials and solvent at level 1:2 (w/v) will receive products containing 13.69 mg/mL soluble protein. Under this condition, soluble protein extraction efficiency and total protein extraction efficiency calculated on the total protein of raw materials were 14.39% and 25.45% respectively, and lipid content in extraction was 3.5%. In the second content, the study to improve the bioactivity of angiotensin-converting enzyme inhibition and oxidation resistance of soluble protein by proteases using the hydrolysis method was carried out. The results of the study had determined a combination of 25%: 75% of alcalde and flavorsome giving high hydrolysis efficiency. Hydrolysis was carried out for 6 hours at a temperature of 50°C and pH7 with an enzyme mixture with an activity of 600 U/gprotein for products with high biological activity. The hydrolysis process recovers 82.20% of protein, in which the product is a soluble protein with full of essential amino acids, low molecular weight components (distributed around 14.4 kDa), capable of ACE inhibitor and high oxidation resistance. The concentration of hydrolyzate may inhibit 50% of ACE at 454.72 mgN/100 mL and receive 50% of DPPH free radicals at 155.30 mgN/100 mL. In addition, besides the extract, the fish paste was also collected with a ratio of 70.76%, including 78.47% moisture and 16.75% protein. This is the material used in the next research content on processing snakehead surimi and fried snakehead fish cake with the support of cryoprotectant (1.5% sucrose and 1.5% sorbitol), sodium tripolyphosphate and especially transglutaminase. The study results showed that fish paste after mixing 3% cryoprotectant and 0.2% sodium tripolyphosphate had the ability to maintain protein properties for 5 months. The application of the transglutaminase 0.28 U/g surimi combined with 4-hour incubation time had catalyzed the formation of peptides with a molecular weight of about 70 kDa to bring high efficiency in quality improvement of fish cake from frozen surimi. Setting treatment for gel formation at 55°C for 40 minutes before cooking by deep-frying at 175°C for 2.5 minutes gave the product good quality and microbiological safety. The fried fish cake can maintain quality and safety up to 2 weeks of cold storage (4±2°C) and 12 weeks in frozen storage (-18±2°C). The recovery of protein from the by-product of snakehead fish processing by using microbial inoculants was carried out in the final content of the study through the optimization of the incubation process using Bacillus subtilis. Optimizing multiple responses helped determine the incubation conditions corresponding to 2.5% of Bacillus subtilis with 7.74% NaCl at pH 6.72 and carried out in 28.89 days. In that condition, the protein recovery efficiency was 57.68%, the amino nitrogen content reached 22.53% and the ammonia nitrogen content was 3.71%. Recovered protein products have a very low molecular weight (<14.4 kDa) and high-quality thanks to the full range of essential amino acids with high content. The resulting research has opened up the prospect of comprehensive use of protein in snakehead fish for processing into value-added foods as well as other fish protein concentrate for human health.

2. The new findings of the dissertation

The thesis has contributed practical and highly effective solutions in recovering and processing rich protein products from snakehead fish. The soluble protein extracted from fish fillets after hydrolysis has created a product with high biological activity in terms of antioxidant capacity and in angiotensin-converting enzyme inhibition. That brings potential applications in the processing of functional foods. The fish paste obtained from the extraction process is rich in protein that has been successfully applied in the processing of frozen snakehead surimi with long-term storage capacity. Fried fish cake made from frozen surimi with the supporting effect of transglutaminase have good gel structure, both water retention and gel strength. Finally, optimizing the incubation process by Bacillus subtilis has helped to obtain quite a thorough amount of protein from by-product expressed through high efficiency and quality of recovered protein. It can be said that the contributions of the thesis are the overall solution of the process of effectively collecting and processing protein from cultured snakehead fish.

3. Application/applicability in practice and further studies

Snakehead fish surimi, fish cake, and fish hydrolyzed protein have great potential for practical applications. However, a number of surveys should be conducted as a basis for product development on an industrial scale, specifically as follows:

- Study the preservation of protein preparations and wide application in the food industry in order to create more diverse products.

- Assess the biological activity of hydrolyzed products in in-vivo studies, proceed to test the effectiveness of the product for human nutrition.

- Promote the modeling of processing of researched products from snakehead fish, mechanize the production in a closed process combined with advanced technologies to bring maximum efficiency.

• 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)