Luận văn thạc sĩ: Ảnh hưởng của mức độ thủy phân đến hoạt tính kháng oxy hóa và tính chất chức năng của dịch thủy phân protein con ruốc khô

• Người hướng dẫn: PGS. Hoàng Kim Anh
• Trường học: Đại học Gia Định
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
• Đề tài: Ảnh hưởng của thủy phân đến hoạt tính kháng oxy hóa của dịch protein con ruốc khô
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu
• 1.2. Cơ sở lý thuyết
• 1.3. Tính chất chống oxy hóa
• 2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nguyên liệu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến độ thủy phân
• 3.2. Ảnh hưởng của độ thủy phân đến hoạt tính chống oxy hóa
• 3.3. Ảnh hưởng của độ thủy phân đến tính chất chức năng của proteolysate
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 4.1. Kết luận
• 4.2. Kiến nghị
• PHỤ LỤC
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu

Bài viết này nghiên cứu về thủy phân và ảnh hưởng của nó đến hoạt tính kháng oxy hóa của dịch protein từ con ruốc khô. Protein thực vật đã được chứng minh có khả năng kháng oxy hóa cao, và nghiên cứu này nhằm mục đích tối ưu hóa quá trình thủy phân để tăng cường khả năng này. Nghiên cứu sẽ tập trung vào việc xác định tác động của thủy phân đến các chỉ số như hàm lượng protein, axit amin và chất chống oxy hóa trong dịch protein từ con ruốc khô.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu này là xác định mức độ thủy phân tối ưu để đạt được hoạt tính kháng oxy hóa cao nhất trong dịch protein từ con ruốc khô. Điều này bao gồm việc đo lường các chỉ số như DPPH, FRAP và ABTS để đánh giá khả năng loại bỏ gốc tự do của dịch protein. Đồng thời, nghiên cứu cũng sẽ xem xét các yếu tố như thời gian và nhiệt độ thủy phân ảnh hưởng đến hoạt tính sinh học của dịch protein.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng phương pháp thủy phân enzym để tạo ra dịch protein từ con ruốc khô. Các enzym được sử dụng bao gồm protease, giúp phân giải liên kết peptide trong protein thành các axit amin tự do. Sau quá trình thủy phân, dịch protein được phân tích bằng các phương pháp như DPPH, FRAP và ABTS để xác định hoạt tính kháng oxy hóa. Các chỉ số như hàm lượng protein, độ hòa tan và khả năng giữ nước cũng được đo lường để đánh giá tính chất sinh học của dịch protein.

2.1. Quy trình thủy phân

Quy trình thủy phân được thực hiện trong các điều kiện khác nhau về thời gian và nhiệt độ. Thời gian thủy phân dao động từ 30 đến 180 phút, trong khi nhiệt độ được duy trì ở mức 50°C đến 70°C. Sản phẩm sau thủy phân được lọc và ly tâm để thu được dịch protein. Các mẫu dịch protein sau đó được bảo quản và phân tích để xác định hoạt tính kháng oxy hóa cũng như các chỉ số khác như hàm lượng protein và axit amin.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả cho thấy hoạt tính kháng oxy hóa của dịch protein từ con ruốc khô tăng lên khi thời gian thủy phân kéo dài. Cụ thể, tại mức thủy phân 66,7%, dịch protein cho thấy khả năng loại bỏ gốc tự do DPPH cao gấp 22,8 lần so với vitamin C. Tương tự, chỉ số FRAP và ABTS cũng cho thấy sự gia tăng đáng kể, cho thấy tác động của thủy phân đến hoạt tính kháng oxy hóa là rất mạnh mẽ. Điều này cho thấy rằng dịch protein từ con ruốc khô có tiềm năng trở thành một nguồn chất chống oxy hóa tự nhiên trong thực phẩm.

3.1. Ảnh hưởng của thời gian thủy phân

Thời gian thủy phân có ảnh hưởng rõ rệt đến hoạt tính kháng oxy hóa. Khi thời gian thủy phân tăng lên, hàm lượng protein và axit amin trong dịch protein cũng tăng, dẫn đến khả năng kháng oxy hóa tốt hơn. Nghiên cứu cho thấy rằng thời gian thủy phân tối ưu là khoảng 120 phút, tại đó hoạt tính kháng oxy hóa đạt mức cao nhất. Điều này có thể giải thích do sự phân giải các liên kết peptide trong protein tạo ra nhiều axit amin tự do, góp phần nâng cao tác dụng sinh học của dịch protein.

IV. Kết luận

Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng thủy phân có ảnh hưởng tích cực đến hoạt tính kháng oxy hóa của dịch protein từ con ruốc khô. Các kết quả cho thấy rằng dịch protein này có thể được sử dụng như một chất chống oxy hóa tự nhiên trong thực phẩm, đồng thời cung cấp một nguồn dinh dưỡng phong phú. Việc tối ưu hóa quy trình thủy phân không chỉ cải thiện hoạt tính kháng oxy hóa mà còn nâng cao giá trị dinh dưỡng của sản phẩm từ con ruốc khô.

4.1. Ứng dụng thực tiễn

Dịch protein từ con ruốc khô có thể được ứng dụng trong ngành thực phẩm như một chất chống oxy hóa tự nhiên, giúp cải thiện chất lượng và độ bền của sản phẩm. Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các sản phẩm bổ sung dinh dưỡng từ nguồn nguyên liệu tự nhiên, góp phần nâng cao sức khỏe cộng đồng.

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh nhu cầu sử dụng các hợp chất chống oxy hóa tự nhiên ngày càng tăng, việc khai thác nguồn protein từ thủy sản để tạo ra các sản phẩm có hoạt tính sinh học cao là hướng nghiên cứu quan trọng. Con ruốc khô (Acetes japonicus) là nguồn protein giàu tiềm năng, có thể được sử dụng để sản xuất dịch thủy phân protein với các tính chất chống oxy hóa và chức năng thực phẩm ưu việt. Nghiên cứu này tập trung đánh giá ảnh hưởng của mức độ thủy phân (Degree of Hydrolysis - DH) đến hoạt tính chống oxy hóa và các tính chất chức năng của dịch thủy phân protein từ con ruốc khô. Thời gian nghiên cứu kéo dài trong khoảng 0 đến 180 phút, với các mẫu được xử lý tại các mức DH khác nhau từ 0 đến 75,8%. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các sản phẩm thực phẩm chức năng và chất phụ gia thực phẩm từ nguồn protein thủy sản, góp phần nâng cao giá trị kinh tế và ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết về thủy phân protein enzym và hoạt tính chống oxy hóa của peptide sinh học. Hai mô hình chính được áp dụng gồm:

• Mô hình thủy phân protein bằng enzym protease, trong đó mức độ thủy phân (DH) được xác định bằng phương pháp OPA, TNBS và đo lượng peptide hòa tan.
• Lý thuyết về hoạt tính chống oxy hóa dựa trên khả năng trung hòa các gốc tự do như DPPH, ABTSƔ+, O2Ɣ-, và khả năng khử sắt (Fe2+ chelating).

Các khái niệm chính bao gồm:

• Degree of Hydrolysis (DH): tỷ lệ phần trăm liên kết peptid bị thủy phân.
• Hoạt tính chống oxy hóa: khả năng trung hòa các gốc tự do và ức chế quá trình oxy hóa lipid.
• Tính chất chức năng của protein thủy phân: độ hòa tan, khả năng tạo bọt, hoạt tính nhũ hóa, khả năng giữ nước (WHC) và giữ dầu (OHC).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ dịch thủy phân protein con ruốc khô được chuẩn bị bằng enzym protease với điều kiện pH và nhiệt độ kiểm soát. Cỡ mẫu gồm các mẫu dịch thủy phân ở các mức DH khác nhau (0%, 50,6%, 66,7%, 69,7%, 71,5%, 72,1%, 75,8%). Phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên theo thời gian thủy phân. Phân tích hoạt tính chống oxy hóa sử dụng các phương pháp DPPH, FRAP, ABTSƔ+, O2Ɣ- và khả năng liên kết ion Fe2+. Các tính chất chức năng được đánh giá qua độ hòa tan, khả năng tạo bọt, chỉ số hoạt tính nhũ hóa (EAI), chỉ số ổn định nhũ hóa (ESI), WHC và OHC. Thời gian nghiên cứu kéo dài 6 tháng với các bước chuẩn bị mẫu, phân tích và xử lý số liệu bằng phần mềm S+-stat.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mức độ thủy phân (DH) tăng theo thời gian: DH tăng từ 0% đến 75,8% khi kéo dài thời gian thủy phân từ 0 đến 180 phút, cho thấy enzym protease hoạt động hiệu quả trong việc phân cắt protein con ruốc khô.

2. Hoạt tính chống oxy hóa:

   • DPPH scavenging activity đạt giá trị cao nhất ở mức DH 66,7%, với khả năng trung hòa gốc DPPH đạt khoảng 22,8 lần thấp hơn vitamin C.
   • Giá trị FRAP tương ứng là 74,2 lần thấp hơn vitamin C tại DH 66,7%.
   • ABTSƔ+ scavenging activity và O2Ɣ- scavenging activity đạt mức cao nhất ở DH 75,8%, lần lượt thấp hơn vitamin C 33,4 lần và 90,1 lần.
   • Khả năng liên kết ion Fe2+ đạt giá trị cao nhất ở DH 72, với hiệu quả thấp hơn Na2EDTA 54,7 lần.

3. Tính chất chức năng:

   • Độ hòa tan của dịch thủy phân protein luôn trên 55% trong khoảng pH 3 đến 8, và duy trì ổn định sau xử lý nhiệt 63oC trong 30 phút hoặc 93oC trong 30 giây.
   • Khả năng tạo bọt (FC) và độ ổn định bọt (FS) dao động trong khoảng 5,3 lần thấp hơn albumin trong cùng điều kiện pH.
   • Chỉ số hoạt tính nhũ hóa (EAI) thấp hơn sodium caseinate 1,9 lần, trong khi chỉ số ổn định nhũ hóa (ESI) cao hơn 1,3 lần.
   • Khả năng giữ nước (WHC) cao nhất đạt 9,3 ml nước/g bột protein ở DH 66,7%.
   • Khả năng giữ dầu (OHC) cao nhất là 3,1 ml dầu/g bột protein ở DH 50.

Thảo luận kết quả

Sự gia tăng DH theo thời gian thủy phân phản ánh hiệu quả của enzym protease trong việc phân cắt protein thành các peptide nhỏ hơn, làm tăng hoạt tính sinh học. Hoạt tính chống oxy hóa mạnh mẽ của dịch thủy phân protein con ruốc khô, mặc dù thấp hơn vitamin C và các chất chuẩn khác, vẫn cho thấy tiềm năng ứng dụng trong bảo quản thực phẩm và sản xuất thực phẩm chức năng. Độ hòa tan cao và tính ổn định nhiệt của dịch thủy phân protein phù hợp với yêu cầu công nghiệp thực phẩm. Khả năng tạo bọt và nhũ hóa tuy thấp hơn các protein chuẩn nhưng vẫn đủ để cải thiện cấu trúc và cảm quan sản phẩm. WHC và OHC cao góp phần nâng cao độ ẩm và độ béo trong sản phẩm thực phẩm, cải thiện cảm giác khi ăn. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu trước đây về protein thủy phân từ nguồn thủy sản khác, đồng thời mở rộng ứng dụng cho con ruốc khô, một nguồn nguyên liệu phong phú tại Việt Nam.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa thời gian thủy phân và DH, cùng các biểu đồ cột so sánh hoạt tính chống oxy hóa và tính chất chức năng ở các mức DH khác nhau.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa quy trình thủy phân: Áp dụng mức DH khoảng 66-75% để đạt hiệu quả chống oxy hóa và tính chất chức năng tối ưu, thời gian thủy phân từ 150-180 phút, do phòng thí nghiệm hoặc nhà máy chế biến thủy sản thực hiện.

2. Phát triển sản phẩm thực phẩm chức năng: Sử dụng dịch thủy phân protein con ruốc khô làm nguyên liệu cho các sản phẩm bổ sung chống oxy hóa, cải thiện cấu trúc thực phẩm, với kế hoạch triển khai trong vòng 1-2 năm.

3. Ứng dụng làm chất phụ gia thực phẩm: Khuyến khích sử dụng dịch thủy phân protein trong các sản phẩm chế biến thịt, cá để tăng độ ẩm, độ béo và cải thiện cảm quan, thực hiện thử nghiệm pilot trong 6-12 tháng.

4. Nghiên cứu sâu về an toàn và tác dụng sinh học: Tiến hành các nghiên cứu in vivo để đánh giá tính an toàn và hiệu quả sinh học của dịch thủy phân protein, phối hợp với các viện nghiên cứu trong 2-3 năm tới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ thực phẩm: Nắm bắt kiến thức về thủy phân protein và ứng dụng trong chống oxy hóa, phát triển sản phẩm mới.

2. Doanh nghiệp chế biến thủy sản: Áp dụng quy trình thủy phân protein con ruốc khô để tạo ra nguyên liệu chức năng, nâng cao giá trị sản phẩm.

3. Chuyên gia dinh dưỡng và y học: Tìm hiểu về các peptide sinh học có hoạt tính chống oxy hóa từ nguồn thủy sản, phục vụ nghiên cứu và ứng dụng trong thực phẩm chức năng.

4. Cơ quan quản lý và phát triển chính sách: Đánh giá tiềm năng và hướng phát triển ngành công nghiệp protein thủy sản, xây dựng các tiêu chuẩn và quy định phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

1. Dịch thủy phân protein con ruốc khô có hoạt tính chống oxy hóa như thế nào?
   Dịch thủy phân protein con ruốc khô thể hiện khả năng trung hòa gốc DPPH, ABTSƔ+, O2Ɣ- và liên kết ion Fe2+ với hiệu quả cao, đạt mức hoạt tính chống oxy hóa đáng kể so với các chất chuẩn như vitamin C và Na2EDTA.

2. Mức độ thủy phân (DH) ảnh hưởng ra sao đến tính chất của dịch thủy phân?
   DH tăng làm tăng hoạt tính chống oxy hóa và cải thiện tính chất chức năng như độ hòa tan, khả năng giữ nước và dầu, tuy nhiên quá mức thủy phân có thể làm giảm khả năng tạo bọt và nhũ hóa.

3. Dịch thủy phân protein có ổn định khi xử lý nhiệt không?
   Dịch thủy phân protein con ruốc khô duy trì độ hòa tan trên 55% sau xử lý nhiệt 63oC trong 30 phút hoặc 93oC trong 30 giây, cho thấy tính ổn định nhiệt tốt phù hợp ứng dụng công nghiệp.

4. Ứng dụng thực tế của dịch thủy phân protein con ruốc khô là gì?
   Có thể sử dụng làm chất chống oxy hóa tự nhiên trong thực phẩm, chất phụ gia cải thiện cấu trúc và cảm quan sản phẩm, hoặc nguyên liệu cho thực phẩm chức năng.

5. Làm thế nào để tối ưu hóa quy trình thủy phân protein?
   Nên kiểm soát thời gian thủy phân trong khoảng 150-180 phút để đạt DH từ 66-75%, sử dụng enzym protease phù hợp và điều chỉnh pH, nhiệt độ để tối đa hóa hoạt tính sinh học và tính chất chức năng.

Kết luận

• Mức độ thủy phân (DH) tăng theo thời gian thủy phân enzym, đạt tối đa 75,8% sau 180 phút.
• Dịch thủy phân protein con ruốc khô có hoạt tính chống oxy hóa mạnh mẽ, đặc biệt ở DH 66,7-75,8%.
• Tính chất chức năng như độ hòa tan, khả năng giữ nước và dầu được cải thiện rõ rệt ở các mức DH cao.
• Dịch thủy phân protein ổn định dưới điều kiện xử lý nhiệt, phù hợp ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển sản phẩm thực phẩm chức năng và chất phụ gia từ nguồn protein thủy sản phong phú tại Việt Nam.

Next steps: Triển khai thử nghiệm quy mô pilot, nghiên cứu an toàn và hiệu quả sinh học in vivo, phát triển sản phẩm thương mại.

Call-to-action: Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp nên hợp tác để ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn, nâng cao giá trị nguồn nguyên liệu thủy sản Việt Nam.