Đặt vấn đề Nƣớc mắm là một loại gia vị ƣa chuộng thƣờng có mặt trong bữa ăn của ngƣời Việt Nam. Trong nƣớc mắm có rất nhiều thành phần dinh dƣỡng nhƣ hàm lƣợng protein cao, các amino acid thiết yếu nhƣ valin, methionine, phenylalanin, isoleucine, lysin… và khoáng chất (Lopetcharat và cộng sự, 2001). Tuy có giá trị dinh dƣỡng cao nhƣng trong nƣớc mắm đang vƣớng phải sự có mặt của một lƣợng lớn histamine gây ảnh hƣởng xấu đến sức khỏe của ngƣời sử dụng (Zaman và cộng sự, 2010). Histamine hàm lƣợng cao có thể gây ngộ độc, biểu hiện nhƣ ngứa, phát ban, nổi mề đay, nhức đầu, đau bụng, tiêu chảy, mạch nhanh, khó thở, co thắt khí quản, hạ huyết áp do giãn mạch…(Nguyễn Trần Thị Giáng Hƣơng, 2006).
Vì vậy cần tìm ra giải pháp nhằm làm giảm hàm lƣợng histamine có trong nƣớc mắm. Hiện nay có một số phƣơng pháp có thể làm giảm hàm lƣợng histamine nhƣ phƣơng pháp vật lý, hóa học, vi sinh…, tuy nhiên phƣơng pháp vật lí, hóa học lại gây ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời cũng nhƣ gây tốn chi phí. Do đó, phƣơng pháp sinh học đang đƣợc hƣớng đến bởi tính an toàn của nó và đặc biệt việc ứng dụng các vi khuẩn có khả năng phân giải histamine mang lại hiệu quả cao (Leuscher và cộng sự, 1998; Mah và cộng sự, 2009;. Hiện nay, có 2 cách tiếp cận để ứng dụng vi khuẩn trong phân giải histamin trong nƣớc mắm là: (1) bổ sung trực tiếp vi khuẩn vào trong chƣợp mắm, (2) hoặc ứng dụng vi sinh vật cố định trong chất mang để phân giải trực tiếp histamin trong nƣớc mắm thành phẩm.
Tuy nhiên phƣơng pháp bổ sung trực tiếp vi sinh vật tự do vào quá trình lên men nƣớc mắm lại khó kiểm soát các yếu tố hay các chủng vi khuẩn khác có trong nƣớc mắm. Do đó, hƣớng ứng dụng tế bào vi khuẩn cố định để phân giải histamin trong nƣớc mắm thành phẩm cần đƣợc nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu trƣớc của PGS. Nguyễn Hoàng Anh (kết quả chƣa công bố) đã chỉ ra rằng cố định chủng vi khuẩn Virgibacillus campisalis TT8.5 (do nhóm phân lập đƣợc) bằng phƣơng pháp hấp phụ luôn đạt hiệu suất cố định và khả năng phân giải histamin cao.
Trong đó, chất mang pigbone (bột xƣơng lợn) rẻ tiền, dễ dàng ứng dụng ở quy mô công nghiệp cho hiệu suất cố định và khả năng phân giải histamin cao. Bên cạnh việc tìm ra chất mang phù hợp thì việc lựa chọn loại 1 bioreactor để tăng hiệu quả phân giải histamin cũng nhƣ độ tái sử dụng của chất mang cũng rất cần phải quan tâm. Các bioreactor cố định tế bào có thể đƣợc vận hành ở các dạng khác nhau: bioreactor dạng nén; bioreactor dạng khuấy đảo; bioreactor tầng sôi; bioreactor nâng khí. Hiện nay, các bioreactor dạng nén (fixed bed bioreactor) đƣợc sử dụng rộng rãi vì sự đơn giản của chúng, có thể dễ dàng kiểm soát hoạt động, tiết kiệm chi phí với thiết lập đơn.
Xuất phát từ những lý do trên, đề tài “Nghiên cứu điều kiện xử lý histamine trong nƣớc mắm bằng phƣơng pháp cố định tế bào vi khuẩn Virgibacillus campisalis TT8.5 sử dụng bioreactor loại nén (fixed bed bioreactor) với chất mang pigbone” đƣợc thực hiện.2 Mục đích và yêu cầu 1.1 Mục đích Nghiên cứu điều kiện xử lý histamine trong nƣớc mắm bằng phƣơng pháp cố định tế bào vi khuẩn Virgibacillus campisalis TT8.5 sử dụng bioreactor loại nén (fixed bed bioreactor) với chất mang pigbone 1. Yêu cầu - Nghiên cứu sự ảnh hƣởng của tốc độ dòng chảy qua bioreactor nén (chứa tế bào vi khuẩn Virgibacillus campisalis TT8.5 cố định trên chất mang pigbone) đến hiệu suất phân giải histamine trong nƣớc mắm. - Nghiên cứu khả năng tái sử dụng của chế phẩm tế bào cố định trong bioreactor nén thông qua đánh giá hiệu suất phân giải histamine trong nƣớc mắm. - Đánh giá chất lƣợng nƣớc mắm sau khi xử lý histamin qua bioreactor nén và sau một tháng bảo quản.
- Khảo sát hiệu quả phân giải histamine trong một số loại nƣớc mắm của chế phẩm cố định trong bioreactor nén. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Giới thiệu về nƣớc mắm 2. Giới thiệu chung về nước mắm Nƣớc mắm là sản phẩm lên men từ các loại cá, là sản phẩm truyền thống của ngƣời Việt Nam.
Bản chất của quá trình sản xuất nƣớc mắm gồm 2 giai đoạn: chuyển hóa protein thành các amino acid và tạo hƣơng thơm. Đối với quá trình chuyển hóa protein thành amino acid: đây là quá trình chính trong sản xuất nƣớc mắm. Quá trình này xảy ra nhờ enzym protease của vi sinh vật và protease có trong tụy tạng của cá. Trong điều kiện tự nhiên quá trình này gồm 2 giai đoạn: + Giai đoạn I: từ khi bắt đầu ƣớp cá đến tháng thứ 3.
Trong giai đoạn này hệ enzym metalo protease chủ động thủy phân protein từ đầu N trở đi và hình thành các acid amin nhƣ: alanine, isoleucine, arginine, acid aspartic,. đồng thời “tháo gỡ” sự ức chế trong cấu trúc enzym serin protease. + Giai đoạn II: sau khi chuỗi ức chế đƣợc “tháo gỡ” serin protease hoạt động mạnh, thủy phân các peptid và protein còn lại cho đến khi chƣợp chín. Các amino acid đƣợc hình thành trong thời kỳ này là proline, valine, tyrosine, phenylalanine,.
Nhƣ vậy, muốn tăng nhanh quá trình thủy phân và “tháo gỡ” chuỗi ức chế cần giảm bớt độ mặn ở thời gian đầu và tạo điều kiện cho bể chƣợp ở t0= 40-45 OC hoặc bổ sung vào chƣợp những chế phẩm enzym protease. Tạo mùi là hoàn thiện quá trình thủy phân, hình thành hƣơng vị đặc trƣng của nƣớc mắm từ các sản phẩm phụ của quá trình lên men. Hiện nay nƣớc ta có khoảng 600 nhà máy chế biến nƣớc mắm phân bố trong cả nƣớc, với nhiều thƣơng hiệu nổi tiếng nhƣ nƣớc mắm Phú Quốc, Phan Thiết, Khánh Hòa, Cát Hải (Lƣơng Đức Phẩm, 2010). Quy trình sản xuất nước mắm 2.
Quy trình sản xuất Cá + muối Trộn Lên men Chiết rút lần 1 Bã chƣợp chín Nƣớc mắm nguyên chất Nƣớc mắm chiết Chiết rút lần 2 Pha đấu rút lần 2 Bã Nƣớc mắm thành phẩm Làm phân bón hoặc thức ăn gia súc Hình 2. Sơ đồ công nghệ sản suất nƣớc mắm (Lƣơng Đức Phẩm, 2010) 2. Thuyết minh quy trình Xử lý nguyên liệu: Nguyên liệu phải đƣợc rửa sạch, loại bỏ tạp chất và chuẩn bị chế biến. Ƣớp muối: Trƣớc khi chế biến, phải tiến hành vệ sinh thùng chƣợp và tính toán lƣợng muối cho vào khi chƣợp.
Cho cá và muối vào thùng, cứ một lớp cá thì một lớp muối và dùng bàn cào gỗ để dàn đều lớp cá và lớp muối. Nên rải nhiều lớp muối mỏng thay vì ít lớp nhƣng dày. Phủ một lớp muối mặt dày khoảng 2 – 3 cm trên cùng. Thời gian ủ 2 ngày, đây là giai đoạn lên men khô, cả khối chƣợp nóng lên đến gần 400C.
Lên men khô yếm khí vừa có tác dụng phân giải tốt, vừa tạo hƣơng vị thơm ngon. 4 Giai đoạn lên men chế biến chƣợp cổ truyền đây là quá trình thủy phân protein trong cá nhờ hệ enzyme protease. Sản phẩm cuối cùng là amino acid hoặc peptide cấp thấp. Chiết rút: Quá trình kéo rút nƣớc mắm là quá trình rút đạm trong bã bằng cách dùng lƣợng nƣớc bổi hoặc nƣớc thuộc ít đạm cho chuyển lƣợt từ thùng này qua thùng khác để tăng đạm và tăng hƣơng vị.
Sau khi chƣợp chín, nƣớc mắm chỉ có mùi thơm thuần túy, không còn mùi hỗn tạp của chƣợp nữa. Tuy vậy, phần bã vẫn còn mùi tanh, rút phần nƣớc có màu vàng trong phía trên (nƣớc mắm cốt). Còn lại phần xƣơng thịt cá chƣa phân giải hết tiếp tục cho lên men. Với mỗi lần chiết rút ta lại bổ sung nƣớc muối vào để làm nƣớc thuộc.
Quá trình lên men tiếp tục phân giải hết lƣợng thịt cá còn sót lại. Quá trình lên men và chiết rút dừng lại khi tất cả thịt cá đã hoàn toàn đƣợc phân giải. Phối trộn: Muốn thu đƣợc nƣớc mắm có hƣơng vị thơm ngon và có hàm lƣợng nitơ nhƣ mong muốn, ta phải pha các loại nƣớc mắm có hàm lƣợng nitơ khác nhau, thƣờng pha nƣớc mắm có hàm lƣợng nitơ cao với nƣớc mắm có lƣợng nitơ thấp thành loại nƣớc mắm có hàm lƣợng nitơ trung bình. Giới thiệu chung về histamine Histamine là một amine sinh học, có công thức phân tử là C5H9N3, danh pháp hóa học là 2-(3H-imidazol-4-yl) ethanamine.
Nó là 1 hợp chất dị vòng, có 2 nhóm amine (diamines), dạng tinh thể, dễ hút ẩm, nhiệt độ nóng chảy 83,5 ºC, nhiệt độ sôi 209,50C, dễ hòa tan trong nƣớc và ethanol, tan rất ít trong diethyl ether. Histamine có đặc tính chịu nhiệt, thậm chí khi đƣợc nấu chín histamine vẫn không bị phá hủy (Luten và cộng sự, 1992).a Công thức cấu tạo Hình 2.b Cấu trúc không gian Trong cơ thể ngƣời, histamine là một chất nội sinh đƣợc tạo ra một cách tự 5 nhiên qua quá trình decarboxyl hóa amino acid histidine với sự xúc tác của histidine decarboxylase (FAO, 2013). Histamine đƣợc tìm thấy trong các tế bào mast, tập trung nhiều ở mũi, miệng, thành mạch máu…. Mặc dù có vai trò quan trọng với cơ thể con ngƣời.
Tuy nhiên số lƣợng cần thiết cho các hoạt động sinh lý là có giới hạn. Do đó nếu histamine đƣợc đƣa vào cơ thể qua việc tiêu hóa thực phẩm vƣợt quá giới hạn sẽ gây ảnh hƣởng nguy hiểm tới sức khoẻ con ngƣời nhƣ gây ngộ độc và ung thƣ (Shalaby, 1996). Các amine sinh học trong thực phẩm nói chung đƣợc hình thành chủ yếu do sự loại nhóm α-carboxyl của các amino acid tƣơng ứng. Histamine đƣợc hình thành bởi sự tách nhóm α-carboxyl ra khỏi amino acid histidine.
Histidine là một trong các amino acid không thay thế mà cơ thể ngƣời không tự tổng hợp, đƣợc cung cấp từ thức ăn. Histidine thƣờng đƣợc tìm thấy trong thực phẩm nhƣ cá, thịt, trứng và các sản phẩm từ sữa (Wickham, 2011) Histidine Histamine Hình 2. Chuyển hóa histidine thành histamine bởi histidine decarboxylase 2. Tác hại của histamine đối với cơ thể con người Ngộ độc thực phẩm do thức ăn chứa histamine cao xảy ra ở rất nhiều nƣớc và đƣợc phát hiện đầu tiên ở cá ngừ, cá nục, cá thu.
Nguyên nhân ngộ độc thực phẩm do sự chuyển hóa từ histtidine thành histamine trong thức ăn chín. Theo Nguyễn Trần Thị Giáng Hƣơng, 2007 thì histamine xâm nhập vào cơ thể ngƣời với liều lƣợng lớn sẽ gây ngộ độc cho một loạt các cơ quan: Đối với mạch máu: histamine gây dãn cơ trơn mạch máu, tăng thấm của thành mạch dẫn đến các triệu chứng nhƣ phù, nổi mề đay và tăng độ nhớt máu. Histamine tác động lên các mạch máu ngoại biên, động mạch chủ gây hạ huyết áp, đỏ bừng và nhức đầu. 6 Đối với tim: histamine làm tăng co bóp tim tăng cả về tốc độ và cƣờng độ của sự co bóp.