Đồ án tốt nghiệp đề tài nghiên cứu quy trình sản xuất dịch sốt hương tôm từ phế liệu đầu tôm

Đồ án nghiên cứu quy trình sản xuất dịch sốt hương tôm từ phế liệu đầu tôm, góp phần giảm thiểu lãng phí, tăng giá trị sản phẩm thủy sản.

• Tác giả: Đoàn Thị Mơ
• Người hướng dẫn: Th.s. Lê Hương Thủy
• Trường học: Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM
• Chuyên ngành: Công nghệ Thực phẩm
• Đề tài: Nghiên cứu quy trình sản xuất dịch sốt hương tôm từ phế liệu đầu tôm
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu sốt hương tôm từ phế liệu

Nghiên cứu quy trình sản xuất sốt hương tôm từ phế liệu đầu tôm là một đề tài quan trọng trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm hiện đại. Việc tận dụng phế liệu tôm để sản xuất các sản phẩm có giá trị cao không chỉ giảm lãng phí mà còn tạo ra sốt hương tôm chất lượng cao với hàm lượng dinh dưỡng phong phú. Phế liệu đầu tôm chứa nhiều protein và các chất dinh dưỡng quý giá có thể được khai thác thông qua các phương pháp thủy phân enzyme hiện đại. Nghiên cứu này được thực hiện tại Viện Công nghệ Sinh học và Thực phẩm, Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM, nhằm phát triển một quy trình sản xuất bền vững cho ngành công nghiệp thủy sản Việt Nam.

1.1. Ý nghĩa kinh tế và môi trường

Phế liệu tôm chiếm khoảng 40-50% khối lượng tôm nguyên con. Việc tận dụng phế liệu đầu tôm để sản xuất sốt hương tôm mang lại giá trị kinh tế cao và bảo vệ môi trường. Sản phẩm sốt hương tôm từ phế liệu không chỉ tăng thu nhập cho các doanh nghiệp mà còn giảm chi phí xử lý chất thải, góp phần phát triển kinh tế tuần hoàn trong ngành thủy sản.

1.2. Tiềm năng ứng dụng trong công nghiệp

Sốt hương tôm là một gia vị thực phẩm có nhu cầu cao trong các ngành chế biến thực phẩm. Sản phẩm này được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất thực phẩm tiện lợi, xúc xích, pâté và nhiều sản phẩm khác. Việc nghiên cứu quy trình sản xuất sốt hương tôm giúp tạo ra sản phẩm chất lượng ổn định có khả năng cạnh tranh cao trên thị trường.

II. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu quy trình sản xuất

Để thực hiện nghiên cứu quy trình sản xuất sốt hương tôm từ phế liệu, các nhà khoa học sử dụng phế liệu đầu tôm thẻ chân trắng làm nguyên liệu chính. Quá trình nghiên cứu bao gồm việc xác định thành phần hóa học của nguyên liệu, thực hiện thủy phân enzyme sử dụng Alcalase và Flavourzyme, và tối ưu hóa các điều kiện sản xuất. Các enzyme protease được lựa chọn do khả năng phân hủy protein hiệu quả tạo thành các peptide và amino acid có vị umami đặc trưng. Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng khảo sát việc bổ sung bột năng, muối và đường để cải thiện đặc tính cảm quan của sản phẩm.

2.1. Thành phần hóa học của phế liệu đầu tôm

Phế liệu đầu tôm là nguồn nguyên liệu phong phú chứa protein cao từ 15-20% trên cơ sở khô, carbohydrate, khoáng chất và lipid. Đầu tôm cũng chứa astaxanthin - một caratenoid có tác dụng chống oxy hóa mạnh. Những thành phần này là điều kiện lý tưởng để sản xuất sốt hương tôm giàu dinh dưỡng và có màu sắc tự nhiên.

2.2. Quy trình thủy phân enzyme

Thủy phân enzyme là bước quan trọng trong quy trình sản xuất sốt hương tôm. Sử dụng enzyme Alcalase và enzyme Flavourzyme để phân giải protein thành các peptide nhỏ và amino acid tự do. Quá trình này được tối ưu hóa theo nồng độ enzyme, nhiệt độ, pH và thời gian để đạt được hiệu suất thủy phân cao nhất và chất lượng sản phẩm tốt nhất.

III. Kết quả nghiên cứu và các chỉ tiêu chất lượng

Kết quả nghiên cứu quy trình sản xuất sốt hương tôm cho thấy điều kiện tối ưu đạt được khi sử dụng nồng độ enzyme Alcalase 1.5-2.0% và Flavourzyme 0.8-1.0% tại nhiệt độ 55-60°C và pH 7.0-7.5. Thời gian thủy phân khoảng 4-6 giờ cho kết quả tốt nhất. Sản phẩm sốt hương tôm cuối cùng đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng với hàm lượng protein 4-6%, độ muối thích hợp và không chứa vi sinh vật gây hại. Đặc tính cảm quan của sản phẩm được đánh giá cao với mùi thơm đặc trưng và vị umami đậm đà.

3.1. Thành phần hóa học của sản phẩm cuối cùng

Sốt hương tôm sản xuất có thành phần hóa học cân bằng với protein từ 4-6%, lipid từ 0.5-1.0%, carbohydrate từ 3-5% và khoáng chất đủ lượng. Hàm lượng muối được kiểm soát để đảm bảo an toàn thực phẩm theo tiêu chuẩn TCVN. Độ axit (pH) được duy trì ở mức 3.5-4.0 để bảo quản tốt và tăng hương vị.

3.2. Đánh giá vi sinh vật và cảm quan

Sản phẩm sốt hương tôm đáp ứng các tiêu chuẩn vi sinh vật của FAO/WHO với không phát hiện Salmonella, coliform âm tính và số lượng vi khuẩn hiếu khí nằm trong giới hạn cho phép. Đánh giá cảm quan cho thấy sản phẩm có màu nâu vàng tự nhiên, mùi tôm đặc trưng, vị mặn ngọt cân đối và độ sánh thích hợp.

IV. Đề xuất quy trình sản xuất và ứng dụng thương mại

Dựa trên kết quả nghiên cứu, quy trình sản xuất sốt hương tôm từ phế liệu được đề xuất bao gồm các bước: chuẩn bị nguyên liệu, rửa sạch đầu tôm, xay nhuyễn, thủy phân enzyme sử dụng Alcalase và Flavourzyme, lọc để loại bỏ chất rắn, bổ sung gia vị và bột năng, đóng gói và tiệt trùng. Quy trình này có thể được áp dụng trực tiếp tại các nhà máy chế biến thủy sản với mức đầu tư hợp lý. Giá thành sản phẩm cho phép lợi nhuận cạnh tranh cao trong khi vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm vượt trội. Sản phẩm sốt hương tôm có thể được sản xuất quy mô công nghiệp và xuất khẩu sang các thị trường quốc tế.

4.1. Các bước quy trình sản xuất chi tiết

Quy trình sản xuất sốt hương tôm bắt đầu từ việc chọn lọc phế liệu đầu tôm chất lượng tốt, rửa sạch để loại bỏ tạp chất. Tiếp theo xay nhuyễn nguyên liệu, đảo đều với enzyme ở điều kiện tối ưu. Sau khi thủy phân đủ lâu, tách lỏng, bổ sung gia vị, bột năng để điều chỉnh hương vị và độ sánh. Cuối cùng đóng gói và tiệt trùng sản phẩm.

4.2. Triển khai sản xuất và tiềm năng thương mại

Sốt hương tôm có thị trường tiêu thụ lớn trong các ngành sản xuất thực phẩm tiện lợi, gia vị. Sản phẩm này có thể bán buôn cho các nhà máy chế biến hoặc bán lẻ trên thị trường tiêu dùng. Tiềm năng xuất khẩu rất cao do chất lượng cao, giá thành cạnh tranh và nguồn nguyên liệu phong phú tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1. Đối tượng nghiên cứu 1. Tổng quan về phế liệu tôm Trong quy trình chế biến thủy sản đông lạnh cứ sản xuất được 1 tấn thành phẩm tôm thì sẽ thải ra môi trường 0,75 tấn phế thải. Trong đó chiếm phần lớn là phế liệu đầu, vỏ tôm.

Phần đầu tôm thường chiếm 34-35%, phần vỏ, đuôi và chân chiếm 10- 15% trọng lượng của tôm nguyên liệu. Tuy nhiên tỉ lệ này còn tùy thuộc vào giống loài, giai đoạn sinh trưởng của chúng. Dịch đạm thủy phân thủy sản có thành phần chủ yếu là các acid amin, peptid và polypeptide được ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm bột dinh dưỡng cao đạm, nước mắm, nước chấm, phụ gia, gia vị trong thực phẩm và sản xuất thức ăn chăn nuôi. Các nhà nghiên cứu đã và đang nghiên cứu ra nhiều hướng đi mới để giải quyết gánh nặng về phế phụ liệu đối với môi trường cũng như tận dụng triệt để nguồn phế liệu để tăng giá trị kinh tế.

Bên cạnh đó, chế biến dịch đạm thủy phân là một hướng đi mang lại hiệu quả kinh tế cao cũng như tận dụng được triệt để các giá trị dinh dưỡng có trong phế liệu. 11 Quy trình chế biến tôm vỏ bỏ đầu đông block Tiếp nhận nguyên liệu Rửa 1 Xử lí nguyên liệu Đầu tôm Rửa 2 Phân cỡ Rửa 3 Cân-xếp khuôn Chờ đông Cấp đông Mạ băng Bao gói-rà kim loại Bảo quản Thành phẩm Hình 1. 1 Quy trình chế biến tôm vỏ bỏ đầu đông block 12 Phế liệu từ các khâu chế biến được phân riêng sau đó thu gom vào kho chứa. Phế liệu bị ươn thối không thể sử dụng được hoặc không còn giá trị kinh tế.

Các phế liệu được phân riêng đầu, vỏ do thành phần dinh dưỡng, tiềm năng sử dụng và mục đích sử dụng khác nhau. Hiện tại phế liệu tôm của công ty được thu hồi và bán lại cho công ty sản xuất thức ăn gia súc.1 Thành phần hóa học của phế liệu Bảng 1. 1 Thành phần trọng lượng của tôm (%)[5] Loại tôm Tôm vỏ bỏ đầu Tôm thịt Đầu tôm Vỏ tôm He 61,19 52,05 29,80 10,00 Thẻ 62,95 53,62 28,00 9,00 Sú 61,96 52,84 31,40 8,90 Rằn 58,23 48,60 33,90 10,40 Gân 59,30 41,45 33,14 11,27 Chì 57,71 47,43 31,85 11,07 Bộp 60,32 49,02 31,55 12,15 Rảo 58,68 46,49 33,20 12,20 Vàng 60,25 48,04 31,75 13,07 Sắt 50,47 39,15 42,38 11,62 Càng 40,22 31,61 51,95 8,56 Hùm 28,07 22,20 63,40 5,50 Mũ ni 41,58 30,74 52,02 12,57 Trong phế liệu đầu, vỏ tôm thì protein, chitin, canxi carbonat, sắc tố chiếm tỉ lệ đáng kể. Tỉ lệ giữa các thành phần này là không ổn định, còn tùy thuộc vào giống loài, mùa vụ, đặc điểm sinh thái… Chitin tồn tại trong vỏ, đầu của tôm dưới dạng liên kết với protein, canxi cacbonat và nhiều hợp chất khác.

13 Protein trong đầu tôm: chiếm 53,10 % thuộc loại khó tiêu, khó trích ly, tồn tại ở hai dạng chính là dạng tự do (có trong nôi tạng và phần cơ có gắn với phần thân tôm) và dạng liên kết với chitin thành từng lớp xen kẽ hay liên kết với canxi cacbonat quyết định tính bền vững của vỏ tôm. 2 Thành phần hóa học của phế liệu đầu tôm[5] Thành phần Hàm lượng % trên tổng khối lượng đầu tôm Protein 53,10 Chitin 11,10 Lipit 8,90 Tro 22,60 Canxi 7,20 Phospho 1,68 Enzyme trong đầu tôm chủ yếu là protease. Ngoài ra còn có một số enzyme như: Tyrozinase, polyphenoloxydase,…Các enzyme này hoạt động khá mạnh, khiến cho phế liệu nhanh bị phân giải, do đó trong quá trình bảo quản chúng ta phải ức chế hoạt động của chúng để kéo dài thời gian bảo quản. Nhiệt độ thích hợp cho enzyme hoạt động là 22-55oC.

Các enzyme protease của tôm cũng như các loài động vật thủy sản khác chủ yếu là protease nội bào, nó tập trung chủ yếu ở các cơ quan tiêu hóa, gan tụy, sau đó là đến cơ thịt. Đặc biệt ở tôm do hệ tiêu hóa, gan tụy nằm ở phần đầu nên hệ enzyme protease nội taiij chủ yếu tập trung ở phần đầu là chủ yếu. Protease ở tôm không có dạng pepsin mà chủ yếu ở dạng tripsin hoặc protease serin và có khả năng hoạt động rất cao. Ngoài ra, còn có các enzyme chymotrypsin, astacine, collagenase…[1] Sắc tố ở tôm chủ yếu là một hỗn hợp có caroten.

Sắc tố chủ yếu ở tôm là astaxanthin, nó là một dẫn xuất của caroten kết tinh dạng vảy tím, tan trong CS2, piridin và không tan trong nước, quyết định màu nâu lục của tôm khi còn sống và màu vàng tới đỏ của tôm khi chết 14 Trong phế liệu đầu tôm còn tồn tại một số chất ngấm ra như: Trimethylalamin (TMA), Trimethylaminoxyt (TMAO), Betain, Taurin, Ure, các acid amin tự do. Các chất này không có giá trị về mặt dinh dưỡng nhưng chúng có ý nghĩa quyết định tới màu, mùi đặc trưng của sản phẩm. Ngoài các thành phần chính trên thì ở vỏ, đầu tôm còn có lipid, phospho, nước, enzyme nhưng chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ. 3 Thành phần hóa học của vỏ tôm[5] Thành phần Hàm lượng % trong vỏ tôm Khoáng 45,16 Protein 23,00 Chitin 27,20 Nước và các chất khác 36,4 Bảng 1.

4 Thành phần hóa học của vỏ tôm sú[5] Hàm lượng % trong vỏ Hàm lượng % trong vỏ Thành phần tôm tươi tôm khô Muối canxi-phospho 12,25 45,16 Protein 8,05 23,25 Chitin 4,50 27,50 Trong quá trình thủy phân ngoài các sản phẩm mong muốn là đạm amin còn có sự xuất hiện của các sản phẩm không mong muốn khác như: đạm focmon, đạm ammoniac, bột khoáng, lipid… làm ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm. Các sản phẩm không mong muốn này do bản chất nguyên liệu, do quá trình thủy phân các acid amin tự do và do hoạt động của các vi sinh vật xâm nhiễm không mong muốn trong quá trình, ta không thể loại bỏ được và chỉ có thể hạn chế tới mức tối đa. 15 Do đó, để đánh giá hiệu quả thủy phân dựa vào hàm lượng đạm amin (ni tơ acid amin) thu hồi so với nguyên liệu. Đạm amin là đạm tồn tại dưới dạng acid amin (g/l), quyết định giá trị dinh dưỡng của dịch đạm.2 Tổng quan về chất màu và hương vị tự nhiên của tôm Có 4 nhóm chất màu chính được tìm thấy trong thủy sản là carotenoids, pteridines, melanin, purines.

Trong tôm chất màu chính là carotenoids, tạo màu nâu lục cho tôm khi còn sống và màu từ vàng tới đỏ khi chết, carotenoids tồn tại ở dạng carotenoprotein và crustacyanin. Tính chất của carotenoids: - Không tan trong nước, tan trong dầu và dung môi hữu cơ. - Ổn định trong môi trường kiềm, nhạy cảm với môi trường acid. - Dễ bị oxy hóa, nhạy cảm với ánh sáng và nhiệt độ cao.

- Chịu được nhiệt độ ≤ 100oC, có thể ổn định ở nhiệt độ 100 oC trong vòng 15 phút Bảng 1. 5 Thành phần của carotenoids trong phế liệu tôm sú [9] Carotenoids Hàm lượng % Astaxanthin 3,95 ± 0,15 Astaxanthin monoester 19,72 ± 0,19 Astaxanthin dieste 74,29 ± 0,38 Zeaxanthin 0,62 ± 0,05 Trong phế liệu các loài giáp xác thủy sản, chất màu carotenoids chủ yếu là astaxanthin (chiếm 86-98% carotenoids). Astaxanthin chủ yếu tập trung ở lớp vỏ ngoài, nó tồn tại ở dạng tự do, dạng mono- hay di-ester với các acid béo không no mạch dài, hoặc dưới dạng phức carotenoprotein của đồng phân quang học. Khi gia nhiệt, protein bị biến tính làm đứt liên kết giữa phức hợp carotenprotein, giải phóng astaxanthin tự do.

Màu sắc cuối cùng và sự thấm màu phụ thuộc vào hàm lượng astaxanthin lắng đọng lại. Đối với những sản phẩm có nguồn gốc từ giáp xác bị 16 biến màu do giảm hoặc mất astaxanthin trong khi chế biến thì bổ sung astaxanthin như một phụ gia sẽ làm tăng giá trị cảm quan thực phẩm, hấp dẫn người tiêu dùng và tăng giá trị kinh tế. Trong công nghệ chế biến thực phẩm, hương vị tôm, cua đóng vai trò quan trọng, nó được dùng trong phối chế tạo ra các sản phẩm đặc trưng như bánh phồng tôm, mì sợi cua, tôm, bột canh cua, tôm… Các chế phẩm này được sản xuất, chiết rút từ phế liệu vỏ tôm, vỏ ghẹ, chúng có tính kinh tế xã hội cao và rẻ tiền. Tổng quan về enzyme thủy phân protein (enzyme protease) Enzym protease là một loại enzyme thủy phân có khả năng cắt đứt liên kết peptid của phân tử protein.

Nó được sử dụng như một chất xúc tác cho các phản ứng hóa học xảy ra nhanh chóng trong điều kiện sinh lí bình thường và chỉ một lượng nhỏ cũng chuyển hóa một lượng lớn cơ chất. Enzym protease được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm. Enzym protease có 2 loại Endoprotease và Exoprotease. Các loại Endoprotease như trypsin, chymotrypsin, chymosin…thủy phân các liên kết peptit trong chuỗi polipeptit.

Các loại Exoprotease cắt liên kết ở hai đầu tận cùng của chuỗi polypeptit các Exoprotease cắt vào đầu các nhóm carboxyl tận cùng được gọi là carboxylpeptidese còn những enzyme tác dụng vào đầu nhóm có amin tận cùng gọi là aminopeptidase. Enzym Alcalase [7] Enzym Alcalase là loại enzym protease thuộc nhóm Endoprotease. Được tách chiết từ Bacillus licheniformis. Là chất lỏng màu vàng nâu, dễ tan trong nước, màu sắc có thể thay đổi nhưng không ảnh hưởng tới chất lượng.

Enzyme tác động vào các vị trí của chuỗi insulin 4-5, 9-10, 11-12, 15-16, 26-27. M = 27300 Nhiệt độ hoạt động từ 55-70OC, pH = 6,6 – 8,5. Hoạt động tối ưu ở pH hơi kiềm, nhiệt độ 60OC. 17 Bị ức chế bởi DFD, PMFS, bất hoạt trong điều kiện ở pH = 4, tại nhiệt độ 50OC trong 30 phút hoặc pH = 8 tại nhiệt độ 85OC trong 10 phút.

Enzyme kém hoạt động trong môi trường khi hàm lượng muối bằng 5% so với nguyên liệu. Bảo quản ở 5OC sẽ kéo dài hoạt động 1 năm, ở 25OC chỉ hoạt động trong 3 tháng. 1 Ảnh hưởng của pH tới hoạt động của enzyme Alcalase. 2 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hoạt động của enzyme Alcalase 18 Enzyme Flavourzyme[8] Enzyme Flavourzyme là loại enzym protease thuộc cả hai nhóm Exoprotease và Endoprotease (chủ yếu là Exoprotease).

Được chiết xuất từ nấm men Aspergillus oryzae theo phương pháp lên men chìm. Có dạng bột màu nâu, được sử dụng để thu đạm thủy phân sử dụng trong công nghiệp hoặc nghiên cứu. Hoạt động ở pH 5-7, nhiệt độ 40-60OC. Hoạt động tối ưu ở điều kiện môi trường trung tính hoặc axit yếu, nhiệt độ tối ưu 500C, pH tối ưu là 7.

Bất hoạt ở 850C trong 5 phút. Bảo quản ở nhiệt độ 0-10OC, sử dụng trong vòng 24 tháng. 3 Ảnh hưởng của pH tới hoạt động của enzyme Flavourzyme. 4 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hoạt động của enzyme Flavourzyme.