Tổng quan nghiên cứu

Phụ phẩm cá hồi (Salmo salar) chiếm khoảng 45% khối lượng con cá, tạo ra lượng lớn phế phẩm trong chế biến thủy sản. Thành phần hóa học của phụ phẩm cá hồi gồm độ ẩm khoảng 61,9%, protein 44,37%, lipid 45,4% và tro 10,2% (tính theo hàm lượng chất khô). Quá trình oxy hóa trong thực phẩm và cơ thể sinh vật gây ra các gốc tự do, làm hư hỏng thực phẩm và tổn thương tế bào, dẫn đến các bệnh lý nghiêm trọng như ung thư, xơ vữa động mạch và lão hóa. Do đó, việc tìm kiếm các chất kháng oxy hóa tự nhiên có nguồn gốc từ phụ phẩm cá hồi là rất cần thiết nhằm nâng cao giá trị sử dụng phụ phẩm và bảo vệ sức khỏe con người.

Mục tiêu nghiên cứu là khảo sát hoạt tính kháng oxy hóa của các phân đoạn peptide thu nhận từ dịch thủy phân protein phụ phẩm cá hồi, tối ưu hóa điều kiện thủy phân để thu được dịch thủy phân có hoạt tính kháng oxy hóa cao nhất, đồng thời phân tách và đánh giá hoạt tính kháng oxy hóa của các phân đoạn peptide theo kích thước phân tử. Nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh trong khoảng thời gian từ tháng 7 đến tháng 12 năm 2017.

Kết quả nghiên cứu góp phần phát triển nguồn nguyên liệu protein tự nhiên có hoạt tính sinh học cao, đồng thời mở ra hướng ứng dụng phụ phẩm cá hồi trong sản xuất thực phẩm chức năng và dược phẩm, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường do phụ phẩm thủy sản.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết hoạt tính kháng oxy hóa của peptide: Peptide có khối lượng phân tử nhỏ (2-20 amino acid) có khả năng bắt gốc tự do, khử các ion oxy hóa và ngăn chặn quá trình peroxy hóa lipid, nhờ vào các amino acid kỵ nước như Histidine, Proline, Methionine, Cysteine, Tyrosine, Tryptophan và Phenylalanine.

  • Mô hình thủy phân enzyme: Sử dụng các chế phẩm enzyme protease (Flavourzyme, Alcalase, Neutrase, Protamex, Corolase) để thủy phân protein phụ phẩm cá hồi, với các điều kiện pH, nhiệt độ, tỉ lệ enzyme trên cơ chất (E/S) và thời gian thủy phân được khảo sát và tối ưu hóa.

  • Phương pháp phân tách peptide: Sử dụng kỹ thuật ly tâm siêu lọc phân đoạn peptide theo kích thước phân tử (30 kDa, 10 kDa, 3 kDa, 1 kDa) để thu nhận các phân đoạn peptide có hoạt tính kháng oxy hóa cao nhất.

  • Khái niệm hoạt tính kháng oxy hóa: Đánh giá qua các phương pháp bắt gốc tự do DPPH, phương pháp FRAP (Ferric Reducing Ability of Plasma), IC50 (nồng độ ức chế 50% gốc tự do), so sánh với chất chuẩn vitamin C.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Phụ phẩm cá hồi thu thập từ công ty TNHH quốc tế AN NA S.A, gồm đuôi, xương, vây và thịt bụng, được xử lý tách béo, xay nhuyễn và bảo quản ở -20°C.

  • Phân tích thành phần hóa học: Xác định độ ẩm, protein tổng, lipid và tro theo tiêu chuẩn AOAC (2000).

  • Thủy phân protein: Thủy phân phụ phẩm cá hồi bằng các chế phẩm enzyme thương mại với các điều kiện pH, nhiệt độ, tỉ lệ E/S và thời gian khác nhau. Các điều kiện được khảo sát lần lượt để xác định điều kiện tối ưu.

  • Tối ưu hóa điều kiện thủy phân: Sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng (Response Surface Methodology - RSM) với hai yếu tố chính là tỉ lệ enzyme/co chất (E/S) và thời gian thủy phân, đánh giá hoạt tính kháng oxy hóa bằng phương pháp DPPH.

  • Phân tách peptide: Dịch thủy phân được phân đoạn bằng thiết bị ly tâm siêu lọc theo kích thước phân tử peptide 30 kDa, 10 kDa, 3 kDa và 1 kDa.

  • Đánh giá hoạt tính kháng oxy hóa: Sử dụng phương pháp bắt gốc tự do DPPH và phương pháp FRAP để đo hoạt tính kháng oxy hóa của dịch thủy phân và các phân đoạn peptide. So sánh hoạt tính với vitamin C.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mẫu phụ phẩm cá hồi được lấy đại diện từ lô sản xuất, các thí nghiệm được thực hiện lặp lại ít nhất ba lần để đảm bảo độ tin cậy.

  • Phân tích thống kê: Sử dụng phân tích phương sai (ANOVA) để đánh giá sự khác biệt giữa các nhóm mẫu, kiểm định tính tương thích của mô hình hồi quy với dữ liệu thực nghiệm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Thành phần hóa học phụ phẩm cá hồi: Độ ẩm 61,9%, protein 44,37%, lipid 45,4%, tro 10,2% (tính theo chất khô), cho thấy phụ phẩm là nguồn nguyên liệu giàu protein và lipid có thể tận dụng.

  2. Ảnh hưởng của loại enzyme đến hoạt tính kháng oxy hóa: Dịch thủy phân sử dụng enzyme Flavourzyme đạt hoạt tính kháng oxy hóa cao nhất với khả năng bắt gốc DPPH đạt khoảng 30%, vượt trội so với các enzyme Alcalase, Neutrase, Protamex và Corolase.

  3. Tối ưu hóa điều kiện thủy phân: Qua phương pháp bề mặt đáp ứng, điều kiện tối ưu là tỉ lệ enzyme/co chất (E/S) 49,83 U/g protein, thời gian thủy phân 7,97 giờ, pH 7 và nhiệt độ 50°C. Dịch thủy phân thu được có khả năng bắt gốc DPPH đạt 35,4%, tăng 1,01 lần so với trước tối ưu.

  4. Phân tách peptide và hoạt tính kháng oxy hóa: Phân đoạn peptide có kích thước <1 kDa thể hiện hoạt tính kháng oxy hóa cao nhất, với giá trị IC50 gấp hơn 250 lần so với vitamin C theo phương pháp DPPH, tuy nhiên giá trị FRAP thấp hơn 270 lần so với vitamin C, cho thấy peptide có cơ chế kháng oxy hóa khác biệt.

Thảo luận kết quả

Hoạt tính kháng oxy hóa cao của dịch thủy phân phụ phẩm cá hồi khi sử dụng enzyme Flavourzyme có thể do enzyme này có khả năng thủy phân protein thành các peptide có kích thước nhỏ và chứa các amino acid kỵ nước có hoạt tính sinh học cao. Điều kiện pH trung tính và nhiệt độ 50°C phù hợp với hoạt động của enzyme, giúp tối ưu hóa quá trình thủy phân.

Phân đoạn peptide <1 kDa có hoạt tính vượt trội nhờ kích thước nhỏ giúp peptide dễ dàng tương tác và bắt gốc tự do. So sánh với các nghiên cứu trước đây trên các loài cá khác, kết quả tương đồng về việc peptide nhỏ có hoạt tính kháng oxy hóa cao, khẳng định tiềm năng ứng dụng trong thực phẩm chức năng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện hoạt tính DPPH và FRAP của các phân đoạn peptide, bảng so sánh IC50 giữa peptide và vitamin C, giúp minh họa rõ ràng sự khác biệt về hiệu quả kháng oxy hóa.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Ứng dụng peptide kháng oxy hóa từ phụ phẩm cá hồi trong sản xuất thực phẩm chức năng: Khuyến khích các doanh nghiệp chế biến thủy sản phát triển sản phẩm bổ sung peptide kháng oxy hóa nhằm nâng cao giá trị gia tăng, dự kiến triển khai trong 1-2 năm tới.

  2. Tối ưu hóa quy trình thủy phân enzyme trong công nghiệp: Áp dụng điều kiện thủy phân tối ưu (E/S 49,83 U/g protein, thời gian 7,97 giờ, pH 7, nhiệt độ 50°C) để sản xuất dịch thủy phân có hoạt tính cao, giảm chi phí và tăng hiệu quả sản xuất.

  3. Phát triển công nghệ phân tách peptide quy mô lớn: Đầu tư thiết bị ly tâm siêu lọc và công nghệ phân tách peptide để thu nhận phân đoạn <1 kDa có hoạt tính sinh học cao, phục vụ cho ngành dược phẩm và thực phẩm chức năng.

  4. Nghiên cứu sâu về cơ chế hoạt động và an toàn của peptide: Thực hiện các nghiên cứu tiếp theo về tác dụng sinh học, độ an toàn và khả năng hấp thu peptide trong cơ thể người, nhằm đảm bảo hiệu quả và an toàn khi ứng dụng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực nghiệm và phương pháp tối ưu hóa thủy phân protein, hỗ trợ phát triển đề tài liên quan đến peptide sinh học.

  2. Doanh nghiệp chế biến thủy sản: Tham khảo quy trình tận dụng phụ phẩm cá hồi để sản xuất dịch thủy phân và peptide có hoạt tính kháng oxy hóa, nâng cao giá trị sản phẩm và giảm thiểu lãng phí.

  3. Ngành công nghiệp thực phẩm chức năng và dược phẩm: Tìm hiểu tiềm năng ứng dụng peptide kháng oxy hóa từ nguồn nguyên liệu tự nhiên, phát triển sản phẩm mới an toàn và hiệu quả.

  4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách khuyến khích sử dụng phụ phẩm thủy sản, thúc đẩy phát triển bền vững ngành thủy sản và bảo vệ môi trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Peptide kháng oxy hóa là gì và tại sao quan trọng?
    Peptide kháng oxy hóa là các chuỗi amino acid nhỏ có khả năng bắt gốc tự do và ngăn chặn quá trình oxy hóa gây hại. Chúng quan trọng vì giúp bảo vệ tế bào, kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm và hỗ trợ sức khỏe con người.

  2. Tại sao sử dụng enzyme Flavourzyme trong thủy phân protein cá hồi?
    Flavourzyme có khả năng thủy phân protein thành các peptide nhỏ có hoạt tính sinh học cao, hoạt động hiệu quả ở pH trung tính và nhiệt độ 50°C, giúp thu nhận dịch thủy phân có hoạt tính kháng oxy hóa tối ưu.

  3. Phân đoạn peptide <1 kDa có ưu điểm gì?
    Kích thước nhỏ giúp peptide dễ dàng tương tác với các gốc tự do, tăng hiệu quả kháng oxy hóa và khả năng hấp thu trong cơ thể, làm tăng giá trị sinh học của sản phẩm.

  4. Hoạt tính kháng oxy hóa được đánh giá bằng phương pháp nào?
    Nghiên cứu sử dụng phương pháp bắt gốc tự do DPPH và phương pháp FRAP để đo khả năng khử gốc tự do và khử ion sắt, từ đó đánh giá hiệu quả kháng oxy hóa của dịch thủy phân và peptide.

  5. Ứng dụng thực tế của peptide kháng oxy hóa từ phụ phẩm cá hồi?
    Peptide có thể được sử dụng trong sản xuất thực phẩm chức năng, dược phẩm, mỹ phẩm chống lão hóa và bảo quản thực phẩm, góp phần nâng cao giá trị phụ phẩm và bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng.

Kết luận

  • Phụ phẩm cá hồi chứa hàm lượng protein và lipid cao, là nguồn nguyên liệu tiềm năng để thu nhận peptide kháng oxy hóa.
  • Enzyme Flavourzyme cho hiệu quả thủy phân tốt nhất, với điều kiện tối ưu pH 7, nhiệt độ 50°C, tỉ lệ E/S 49,83 U/g protein và thời gian 7,97 giờ.
  • Phân đoạn peptide <1 kDa có hoạt tính kháng oxy hóa vượt trội, IC50 gấp hơn 250 lần so với vitamin C theo phương pháp DPPH.
  • Nghiên cứu mở ra hướng ứng dụng phụ phẩm cá hồi trong sản xuất thực phẩm chức năng và dược phẩm, góp phần phát triển bền vững ngành thủy sản.
  • Các bước tiếp theo bao gồm nghiên cứu cơ chế tác dụng peptide, đánh giá an toàn và phát triển quy trình công nghiệp quy mô lớn.

Khuyến khích các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp tiếp tục khai thác tiềm năng này để tạo ra các sản phẩm giá trị cao, đồng thời giảm thiểu tác động môi trường từ phụ phẩm thủy sản.