CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu về cá hồi 1. Phân loại khoa học Cá hồi có tên khoa học Salmo salar, thuộc họ Salmonidea, bộ Salmoniformes [16]. Phân loại cá hồi (Salmo salar) được trình bày trong Bảng 1.
1 Phân loại tên khoa học cá hồi [16] Giới (regnum) Animalia Ngành (phylum) Chordata Phân ngành (subphylum) Vertebrata Lớp (class) Actinopterygii Phân lớp (subclass) Teleostei Liên bộ (superordo) Protacanthopterygii Bộ (ordo) Salmoniformes Họ (familia) Salmonidea 1. Đặc điểm sinh học của cá hồi Các khu vực biển ôn đới kề hai cực Đại Tây Dương là nơi tập trung phần lớn cá hồi (tên khoa học Salmo salar) trên thế giới. Ngoài ra, khu vực ven biển Bắc Âu hoặc Nam Mỹ cũng có điều kiện tự nhiên thích hợp với cá hồi nuôi lẫn cá hồi hoang dã [17]. 1 Cá hồi Đặc điểm của cá hồi có 3-4 vây lưng gồm 5-7 tia vây và 1-2 gai, vây hậu môn dài từ 7 đến 11 tia và vây đuôi khoảng 19 tia.
Đối với cá hồi trưởng thành sống khoảng 8 đến 13 năm, kích thước tối đa 150m, cân nặng 47 kg, có màu da bạc, trên lưng có đốm đen [17]. Tình hình nuôi, chế biến và thị trường cá hồi trên thế giới Nuôi cá hồi là một nghành đóng góp lớn vào sản lượng thủy sản trên toàn thế giới, chiếm khoảng 4,4%. Sản lượng cá hồi trên toàn thế giới tính đến năm 2016 lên tới 3,6 triệu tấn. Sản lượng đánh bắt và nuôi trồng cá hồi tăng khoảng 384% từ năm 1995 đến năm 2016.
Sản lượng cá hồi thu hoạch trong 6 tháng đầu năm 2017 gần 2,2 triệu tấn [18]. Do đặc tính sống chủ yếu ở vùng nước có nhiệt độ từ 8-14oC, cá hồi phân bố rộng ở Bắc Đại Tây Dương, khu ven biển Chile và New Zealand. Hai thị trường nhập khẩu cá hồi lớn nhất hiện nay là Châu Âu và Bắc Mỹ với tổng sản lượng nhập khẩu lên đến 74% thị trường nhập khẩu cá hồi của thế giới. Nước ta cũng là một trong những thị trường tiềm năng của các nhà cung cấp cá hồi, kim ngạch nhập khẩu cá hồi từ Na Uy vào Việt Nam đạt gần 1 triệu USD dự tính vào năm 2017 và sẽ tiếp tục tăng đến 2 triệu USD vào năm 2020 [18].
Phụ phẩm chế biến cá hồi 1.Sản lượng Hiện nay trên toàn cầu, đặc biệt là các quốc gia đứng đầu về nghành công nghiệp chế biến cá hồi như Na Uy, Chile, Anh chế biến cá hồi ở dạng phi lê, đông lạnh, đóng hộp hoặc ngâm tẩm. Hầu hết các quá trình này đều thải ra một số lượng lớn cá loại phụ phẩm [19]. Đối với công nghiệp chế biến cá hồi phi lê, phụ phẩm bao gồm máu, nội tạng, vây, đầu, da, thịt vụn và khung xương. Đây là những bộ phận chứa protein chất lượng cao, acid béo omega-3, vi chất dinh dưỡng (như vitamin A, D, riboflavin, niacin) và khoáng chất (như sắt, kẽm, selen và i-ốt) [20].
2 Phụ phẩm cá hồi Đại Tây Dương trong công nghệ chế biến thủy hải sản [21] 2 Cá hồi Đại Tây Dương được ưa chuộng nhất trên thị trường với khối lượng phụ phẩm gồm đầu cá (10%), nội tạng (12,5%), khung xương (10%) và da chiếm (3,5%) (Hình 1.Tình hình sử dụng Nghành công nghiệp chế biến cá hồi phi lê có truyền thống lâu đời trong việc tận dụng các phụ phẩm (Bảng 1. Phổ biến nhất vẫn là làm thức ăn cho tôm, cá, gia súc và tận dụng để sản xuất nước mắm, surimi, thức ăn cho vật nuôi; da cá hồi tạo ra gelatin; còn lại được chế biến thức ăn ủ chua [22]. 2 Tình hình sử dụng phụ phẩm cá hồi [22, 23, 24, 25, 26, 27] Phụ phẩm Thành phần có giá trị Ứng dụng hiện nay Đầu cá Protein, peptide, lipid, Thực phẩm, bột cá, dầu cá, thủy phân collagen, gelatine, cấp thực phẩm, thức ăn của thú cưng, khoáng chất chứa canxi, dược phẩm, mỹ phẩm. hương thơm Nội tạng Protein, petide, lipid, các Thủy phân cấp thực phẩm, thủy phân enzyme tương tự như cấp động vật, bột cá, dầu cá, nhiên chất được sản xuất ở liệu, phân bón tuyến tụy giúp cơ thể tiêu hóa lipid (chất béo và dầu) Khung Protein, petide, lipid, Thực phẩm, bột cá, dầu cá, thủy phân xương collagen, gelatine, cấp thực phẩm, thức ăn của thú cưng, khoáng chất chứa canxi, dược phẩm, mỹ phẩm.
hương thơm Thịt vụn Protein, petide, lipid Thực phẩm, bột cá, dầu cá, thủy phân cấp thực phẩm, thủy phân cấp động vật, thức ăn của thú cưng Da Collagen, gelatine, lipid, Bột cá, dầu cá, mỹ phẩm, thực phẩm, protein, petide, khoáng dược phẩm, da, nhiên liệu, phân bón chất, hương thơm Máu Protein, petide, lipid, Nhiên liệu, phân bón, trị liệu thrombin và fibrin Các nhà nghiên cứu đã tìm ra cách đùn lạnh để cải thiện cấu trúc thịt của phụ phẩm cá hồi, nhưng ứng dụng này vẫn chưa được phổ biến. 3 Cá hồi có khung xương chiếm 8,6% trọng lượng cơ thể, bao gồm khoảng 60-70% khoáng chất. Theo thống kê từ Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc (FAO) số 1027 [14], hàm lượng protein trong khung xương mang đến rất nhiều lợi ích, chiếm 40% khối lượng chất khô. Do đó, các chế phẩm protein cùng hoạt tính liên kết khoáng từ phụ phẩm cá hồi sẽ tạo ra rất nhiều sản phẩm giá trị gia tăng, đóng góp vào sự đa dạng hóa các sản phẩm chế biến từ phụ phẩm.
Hoạt tính sinh học của dịch thủy phân protein thủy hải sản 1. Giới thiệu Dịch thủy phân protein là sản phẩm tạo ra từ quá trình thủy phân protein sử dụng tác nhân hóa học như acid, base hoặc chế phẩm enzyme. Mỗi dịch thủy phân protein là một hỗn hợp các peptide có độ dài và trình tự acid amin khác nhau cùng với các acid amin tự do [28]. Trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm, dịch thủy phân protein được sử dụng trong sản xuất sữa thay thế, chất bổ sung protein, chất ổn định trong đồ uống và chất tăng cường hương vị trong sản xuất bánh kẹo.
Các chế phẩm từ dịch thủy phân protein được xem như thực phẩm bổ sung dinh dưỡng và giúp tạo ra thành phần protein chức năng [29]. Điểm hạn chế của dịch thủy phân protein là vị đắng do các peptide có trọng lượng phân tử thấp có thành phần là các acid amin kỵ nước (leucine, proline, phenylalanine, tyrosine…) gây ra [30]. Các phương pháp thuỷ phân protein Bản chất của quá trình thuỷ phân là quá trình cắt đứt các liên kết peptide trong protein có sự tham gia của phân tử nước khi sự có mặt của chất xúc tác [31] như: § Tác nhân hóa học: acid (HCl, H2SO4) hoặc base (NaOH) § Tác nhân hóa sinh học: enzyme thủy phân protein (protease) hoặc vi sinh vật. i) Thuỷ phân bằng tác nhân hoá học Dưới xúc tác của acid mạnh (HCl, H2SO4) hoặc base mạnh (NaOH) ở nhiệt độ cao mọi liên kết peptide trong protein cơ chất có thể cắt đứt, đồng thời một số acid amin như serine và threonine cũng bị phá hủy một phần.
Phương pháp này có một số hạn chế như sau: 4 § Phương pháp thủy phân bằng acid: Các acid amin như tryptophan, asparagine, glutamine và hầu hết các vitamin sẽ bị mất đi do quá trình thuỷ phân bằng acid thường diễn ra ở nồng độ acid cao (10N) và nhiệt độ cao (1180C). Dịch thủy phân protein thu được thường có giá trị dinh dưỡng thấp và tính chất chức năng kém. Ngoài ra, quá trình trung hòa sau khi thủy phân dẫn đến dịch chứa hàm lượng muối cao, ảnh hưởng đến giá trị cảm quan của sản phẩm [32]. Về khía cạnh kinh tế, chi phí sản xuất trả cho tiêu hao năng lương cho quá trình gia nhiệt, ăn mòn acid ở thiết bị và xử lý hóa chất sau sử dụng cao.
§ Phương pháp thuỷ phân bằng base: serine, cysteine và threonine bị biến đổi thành các chất độc như lysinoalanine, ornithinoalanine, lanthionine và β- amino alanine thông qua phản ứng tách β và phản ứng cộng; các acid amin chuyển từ đồng phân L thành đồng phân D do phản ứng racemic hóa, giảm giá trị dinh dưỡng của sản phẩm [32]. ii) Thủy phân bằng tác nhân sinh học Thủy phân protein bằng tác nhân sinh học là sử dụng các chế phẩm enzyme hoặc sử dụng enzyme vi sinh vật trong quá trình nuôi cấy vi sinh vật. Điều kiện thủy phân ở phương pháp này tương đối ôn hòa (thường 40oC-50oC), phụ thuộc vào điều kiện hoạt động của enzyme hoặc môi trư ờng nuôi cấy vi sinh vật. Khi thủy phân protein bằng enzyme, phương pháp này sử dụng các chế phẩm enzyme thương mại, để nâng cao hiệu suất quá trình thủy phân thường sử dụng kết hợp nhiều loại enzyme với nhau.
Các acid amine thu được trong phương pháp này an toàn và có gía trị dinh dưỡng cao. Đặc biệt, phương pháp sử dụng enzyme thủy phân protein này hiệu suất thu hồi cao nhờ tính đặc hiệu của loại enzyme sử dụng. Chẳng hạn, Papain cắt liên kết peptide trong chuỗi gần Arginine, Lysine và Phenylalanine; pepsine cắt chuỗi có liên kết với Phenylalanine hoặc leucine tham gia liên kết trong chuỗi [33]. Trong đó, protease (còn gọi là proteinase hoặc peptidase) là một nhóm enzyme có chức năng xúc tác cho quá trình thủy phân protein thành các peptide và acid amin.
Hiện nay, protease được chia thành 4 nhóm chính dựa trên tính đặc hiệu của nhóm chức chức năng ở trung tâm hoạt động bao gồm serine, thiol, carboxyl và metallo. Dựa vào cơ chế hoạt động, protease được chia làm 2 nhóm gồm endoprotease (thủy phân liên kết peptide trong protein, sinh ra những peptide lớn) và exoprotease 5 (aminopeptidase thủy phân liên kết peptide ở đầu N và carboxypeptidase thủy phân liên kết peptide đầu C của protein) [32]. Việc thủy phân protein bằng enzyme protease được xem là một phương pháp hiệu quả, đơn giản và có khả năng mở rộng với quy mô công nghiệp. Đồng thời phương pháp thủy phân bằng enzyme cũng đã được chứng minh là làm tăng hiệu suất thu hồi peptide và hoạt tính liên kết kim loại [34].
Khi thủy phân protein bằng vi sinh vật, protein được thủy phân nhờ enzyme ngoại bào do vi sinh vật tiết ra trong quá trình nuôi cấy. Các enzyme này có thể được tạo ra do quá trình nuôi cấy vi sinh vật trong môi trường riêng biệt sau đó bổ sung vào nguyên liệu giàu đạm để enzyme hỗ trợ quá trình thủy phân như sản xuất nước mắm. Thành phần thu được trong dịch thủy phân protein có thể là protein, peptide, pepton và acid amin [36]. Acid amin sinh ra trong quá trình thuỷ phân bằng protease hay vi sinh vật đều được bảo toàn do phương pháp này hạn chế việc dùng hoá chất, không xảy ra các phản ứng hóa học không mong muốn khác như racemic hóa nên sản phẩm thu được có giá trị dinh dưỡng và mức độ an toàn cao.