Tổng quan luận án

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Trong công nghiệp chế biến thủy sản, đặc biệt là quy trình sản xuất cá phi lê đông lạnh xuất khẩu, lượng phụ phẩm thải ra chiếm tỷ lệ rất lớn, dao động từ 50% đến 70% khối lượng nguyên liệu thô, bao gồm da, xương, đầu, vây, vảy và nội tạng. Hầu hết các phụ phẩm này hiện nay chỉ được sử dụng để chế biến thức ăn chăn nuôi hoặc phân bón với giá trị kinh tế thấp. Riêng đối với cá ngừ vây vàng (Thunnus albacares), lượng phụ phẩm chiếm khoảng 50% đến 60%, trong đó da cá chiếm khoảng 14%. Tại Việt Nam, nghề câu cá ngừ đại dương phát triển mạnh với hơn 2.000 tàu câu và sản lượng khai thác hàng năm đạt khoảng 17.000 tấn, chủ yếu tập trung tại ba tỉnh Bình Định, Phú Yên và Khánh Hòa.

Trước đây, nguồn nguyên liệu truyền thống để sản xuất collagen và gelatin chủ yếu lấy từ da và xương của động vật trên cạn như lợn, trâu bò và gia cầm. Tuy nhiên, sự bùng phát của các dịch bệnh truyền nhiễm như bệnh bò điên (BSE), lở mồm long móng và cúm gia cầm đã gây tâm lý e ngại cho người tiêu dùng. Bên cạnh đó, các rào cản tôn giáo liên quan đến luật thực phẩm Kosher của người Do Thái và Halal của người Hồi giáo không cho phép sử dụng các sản phẩm có nguồn gốc từ thịt lợn hoặc động vật không được giết mổ theo đúng nghi thức. Do đó, việc tìm kiếm nguồn collagen thay thế từ phụ phẩm thủy sản biển, đặc biệt là da cá ngừ vây vàng, trở thành một nhu cầu cấp thiết.

Tại Việt Nam, các nghiên cứu về collagen và gelatin từ phụ phẩm thủy sản chủ yếu dừng lại ở việc sản xuất phụ gia thực phẩm thông thường. Lĩnh vực tách chiết, tinh sạch và phân đoạn collagen thủy phân (collagen hydrolysate) bằng enzyme để thu nhận các chuỗi peptide có khối lượng phân tử xác định và hoạt tính sinh học cao (như chống oxy hóa, chống đông, tạo nhũ, tạo bọt) vẫn còn mới mẻ và chưa có quy trình công nghệ hoàn chỉnh. Luận án được thực hiện nhằm giải quyết khoảng trống này, nâng cao chuỗi giá trị cho ngành chế biến cá ngừ xuất khẩu theo định hướng của Quyết định số 339/QĐ-TTg ngày 11 tháng 3 năm 2021 của Thủ tướng Chính phủ về Chiến lược phát triển thủy sản Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2045.

Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

  • Mục tiêu nghiên cứu: Nâng cao giá trị nguồn phụ phẩm da cá ngừ vây vàng (Thunnus albacares), tạo ra collagen thủy phân có hoạt tính sinh học và tính năng công nghệ phục vụ ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm.
  • Nội dung nghiên cứu (được đánh số theo văn bản):
    1. Nghiên cứu quy trình xử lý phi collagen từ da cá ngừ vây vàng.
    2. Nghiên cứu quy trình thủy phân collagen da cá bằng enzyme.
    3. Tinh sạch, phân đoạn và xác định hoạt tính của collagen thủy phân.
    4. Thử nghiệm ứng dụng collagen thủy phân vào một số sản phẩm thực phẩm.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Da cá ngừ vây vàng (Thunnus albacares) thu nhận từ các nhà máy chế biến cá phi lê đông lạnh; các enzyme protease thương mại (pepsin, flavourzyme, alcalase); màng siêu lọc sợi rỗng; các sản phẩm thực phẩm mô hình (nước uống chanh dây và sữa chua).
  • Phạm vi không gian: Các thí nghiệm được triển khai tại Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm - Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh, phối hợp với Khoa Thủy sản và Trung tâm thí nghiệm thực hành - Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP. Hồ Chí Minh.
  • Phạm vi thời gian: Số liệu thống kê ngành thủy sản và cá ngừ tham chiếu từ năm 2015 đến năm 2020; các nội dung thực nghiệm được thực hiện và hoàn thành bảo vệ vào năm 2022.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước trong và ngoài nước

Tác giả đã điểm lại hệ thống tài liệu khoa học liên quan đến cấu trúc collagen, công nghệ tiền xử lý kiềm, công nghệ thủy phân enzyme và kỹ thuật phân đoạn màng:

  1. Về cấu trúc và tính chất của collagen: Các công trình của Di Lullo và ctv (2002), Hulmes (2008), Jenkins và Raines (2002), Tang và ctv (2017), Silvipriya và ctv (2015) xác định collagen là protein cấu trúc chiếm khoảng 30% tổng lượng protein động vật, có cấu trúc chuỗi xoắn ba với mô hình lặp lại Gly-X-Y (chủ yếu là proline và hydroxyproline). Gelatin và collagen thủy phân được định nghĩa theo Djagny và ctv (2001), Zague (2008), Boonmaleerat và ctv (2017) là các chuỗi peptide có khối lượng phân tử dưới 20 kDa thu được từ quá trình cắt mạch bằng enzyme.
  2. Về phương pháp xử lý loại bỏ phi collagen bằng kiềm:
    • Benjakul và ctv (2010) xử lý da cá ngừ mắt to bằng dung dịch NaOH 0,05–0,1 N với tỷ lệ mẫu/dung dịch 1:10 (w/v) trong 6 giờ kết hợp dung dịch butyric 100 g/lít.
    • Cho và ctv (2014) xử lý da bốn loài cá biển (Paralichthys olivaceus, Sebastes schlegeli, Lateolabrax maculatus, Pagrus major) bằng NaOH 0,1 N trong 24 giờ ở 5 °C.
    • Thuanthong và ctv (2016) xử lý da cá rô phi bằng NaOH 0,05 N, tỷ lệ 1:10 (w/v) trong 6 giờ.
    • Liu và ctv (2015) xử lý vảy, da và bong bóng cá trắm cỏ bằng NaOH 0,1 M trong 36 giờ, khử canxi bằng EDTA 0,5 M và khử béo bằng butyl alcohol 10%.
    • Cho, Gu và Kim (2005) nghiên cứu da cá ngừ vây vàng tại Hàn Quốc, xác định điều kiện tối ưu gồm NaOH 1,89%, thời gian 2,87 ngày, tỷ lệ 8:1 (v/w) ở 10 °C.
    • Woo và ctv (2008) xử lý da cá ngừ vây vàng tại Hàn Quốc với điều kiện NaOH 0,92 N, tỷ lệ 5:1 (v/w), thời gian 24 giờ ở 9 °C.
    • Các nghiên cứu khác của Zhong Rui và ctv (2013), Phanat và ctv (2010), Min và ctv (2009), Jin-Wook và ctv (2008), Sitthipong Nalinanon và ctv (2007), Ahmed và Chun (2017) (dùng CO₂ siêu tới hạn ở 40 °C, 250 bar), và Trần Kiều Anh và ctv (2017) (so sánh tách béo nhiệt và dung môi).
  3. Về quá trình thủy phân collagen bằng enzyme:
    • Qiu và ctv (2019) so sánh độ thủy phân phụ phẩm cá ngừ sọc dưa giữa pepsin (18,39%), papain (15,39%), trypsin (19,64%), neutrase (21,67%) và alcalase (25,35%).
    • Raghavan & Kristinsson (2009) nghiên cứu flavourzyme trên protein cá rô phi đạt độ thủy phân 25%; Nguyen và ctv (2011) dùng protamex trên đuôi cá ngừ vây vàng đạt độ thủy phân 22,5%.
    • Các nghiên cứu thủy phân da cá bằng enzyme chuyên biệt của Rawlings và Barrett (2013), Ng và Mohd Khan (2012), Nikoo và ctv (2015), Chen và ctv (2017), Hema và ctv (2017), Wu và ctv (2018).
  4. Về phân đoạn và tinh sạch: Các nghiên cứu ứng dụng sắc ký lọc gel Sephadex G-100 của Chi và ctv (2014); các cơ chế kết tủa muối của Green & Hughes (1955), Rupley và ctv (1983), Wingfield (2016); ứng dụng màng siêu lọc của Chen và ctv (2016) trên da và vảy cá.

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Mặc dù đã có các công bố quốc tế về da cá ngừ vây vàng tại Hàn Quốc, các nghiên cứu trước đây chưa công bố tỷ lệ phi collagen thực tế được loại bỏ qua xử lý kiềm, chưa xây dựng hệ số chuyển đổi riêng giữa hydroxyproline và collagen cho cá ngừ vây vàng tại vùng biển Việt Nam. Hơn nữa, luận án tập trung tối ưu hóa quá trình phân đoạn bằng màng siêu lọc tiếp tuyến (TFF) để tạo ra các phân đoạn peptide có dải khối lượng phân tử xác định, đánh giá toàn diện các tính chất công nghệ (tạo bọt, tạo nhũ, chống đông, chống oxy hóa) và trực tiếp thử nghiệm bổ sung vào quy trình sản xuất thực phẩm.


Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

  • Lý thuyết biến tính và làm giàu collagen: Sử dụng dung dịch kiềm (NaOH) để cắt đứt một phần liên kết chéo liên phân tử, loại bỏ protein phi collagen tan trong kiềm, xà phòng hóa và hòa tan lipid, khử sắc tố nhưng giữ lại cấu trúc collagen dạng sợi không tan ở nhiệt độ thấp (< 10 °C).
  • Lý thuyết thủy phân enzyme protease: Tác dụng xúc tác sinh học của endoprotease (alcalase - serine protease subtilisin A từ Bacillus licheniformis) cắt các liên kết peptide nội mạch tạo thành các chuỗi peptide ngắn có phân tử lượng dưới 5 kDa, không gây vị đắng và giải phóng các gốc axit amin có hoạt tính chức năng.
  • Lý thuyết phân tách màng dòng chảy tiếp tuyến (Tangential Flow Filtration - TFF): Ứng dụng màng siêu lọc với khối lượng phân tử cắt (NMWC = 1 kDa) dựa trên chênh lệch áp suất xuyên màng (TMP) để phân riêng dịch thủy phân thành dòng thẩm thấu (permeate) và dòng hồi lưu (retentate) mà không làm biến tính các peptide có hoạt tính sinh học.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

  • Thiết kế thực nghiệm và tối ưu hóa: Sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng (Response Surface Methodology - RSM) theo mô hình Box-Behnken để thiết kế và tối ưu hóa hai công đoạn chính:
    1. Công đoạn loại bỏ phi collagen bằng NaOH: 3 biến độc lập gồm nồng độ NaOH ($X_1$), tỷ lệ dung dịch NaOH/nguyên liệu ($X_2$), thời gian xử lý ($X_3$); hàm mục tiêu là tỷ lệ hydroxyproline/protein ($Y_1$) và hàm lượng lipid còn lại ($Y_2$).
    2. Công đoạn thủy phân bằng alcalase: 4 biến độc lập gồm nồng độ enzyme ($X_1$), nhiệt độ ($X_2$), pH ($X_3$), thời gian ($X_4$); hàm mục tiêu là độ thủy phân DH ($Y_1$) và hiệu suất thu hồi nitơ NR ($Y_2$).
  • Phương pháp tinh sạch và phân đoạn:
    • Lọc sơ bộ kết hợp ly tâm lạnh tốc độ cao để tách bã và lipid nổi.
    • Sắc ký lọc gel (GPC) để phân tích phân bố khối lượng phân tử và phân đoạn quy mô nhỏ.
    • Màng siêu lọc UFP-1-C-6 (NMWC 1 kDa) để phân đoạn quy mô công nghệ; khảo sát các yếu tố nhiệt độ, pH, áp suất và lưu lượng dòng nhập liệu.
  • Phương pháp phân tích chỉ tiêu:
    • Hóa lý: Xác định độ ẩm, protein tổng số, lipid tổng số, tro, hàm lượng hydroxyproline (Hyp), độ thủy phân (DH) theo phương pháp formol/ninhydrin, hiệu suất thu hồi nitơ (NR).
    • Đặc tính chức năng: Độ hòa tan theo dải pH (pH 2–10); chỉ số hoạt động nhũ hóa (EAI) và chỉ số ổn định nhũ hóa (ESI); khả năng tạo bọt (FC) và độ bền bọt (FS); hoạt tính chống oxy hóa qua khả năng khử gốc tự do DPPH, năng lực khử sắt và ức chế oxy hóa trong hệ dầu - nước; khả năng chống đông (chống kết tinh đá).
    • Kiểm tra an toàn: Định lượng kim loại nặng (Pb, Cd, As, Hg) và các chỉ tiêu vi sinh (tổng số vi sinh vật hiếu khí, Coliforms, E. coli, Salmonella, Staphylococcus aureus) theo TCVN.
    • Đánh giá cảm quan: Đánh giá điểm cảm quan theo phương pháp cho điểm thị hiếu trên sản phẩm nước uống chanh dây và sữa chua.

Nguồn tư liệu và dữ liệu

Dữ liệu nghiên cứu bao gồm số liệu thực nghiệm gốc thu được từ các đợt bố trí thí nghiệm lặp lại 3 lần, các sắc ký đồ phân bố khối lượng phân tử, phương trình hồi quy đa thức bậc hai từ phần mềm xử lý thống kê ANOVA và RSM, cùng các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia (TCVN) và quốc tế (AOAC, ISO).


Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa các tư liệu lý thuyết và thực tiễn về chuỗi giá trị cá ngừ và collagen thủy phân:

  • Thống kê sản lượng và kim ngạch xuất khẩu cá ngừ của Việt Nam từ 2015 đến 2019 (tăng từ 455 triệu USD lên 719 triệu USD, chiếm 21–22% tổng kim ngạch xuất khẩu hải sản).
  • Phân tích cơ sở sinh học của cá ngừ vây vàng (Thunnus albacares), thành phần phụ phẩm da cá (chiếm 14% khối lượng cá, chứa 27,1% collagen).
  • Phân tích cấu trúc phân tử collagen type I, cơ chế hình thành collagen thủy phân và các tính chất công nghệ: độ hòa tan, cơ chế tạo nhũ (EAI, ESI), tạo bọt (FC, FS), chống oxy hóa của các axit amin kỵ nước (Val, Ile, Leu, Met, Phe, Trp, Cys) và cơ chế chống đông của các đoạn lặp peptide (-Gly-Pro-X-, -Gly-X-X-).
  • Tổng quan các phương pháp trích ly hóa học, thủy phân enzyme, phân tách màng siêu lọc và các tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng collagen thủy phân thương phẩm.

Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả toàn bộ quy trình công nghệ, hóa chất và thiết bị thực nghiệm:

  • Sơ đồ thu gom da cá ngừ vây vàng từ khâu phi lê, làm sạch cơ học, rửa, cấp đông bảo quản ở -20 °C.
  • Phương pháp bố trí thí nghiệm đơn yếu tố và ma trận thực nghiệm Box-Behnken cho công đoạn xử lý kiềm và công đoạn thủy phân bằng alcalase.
  • Mô tả hệ thống sắc ký lọc gel và thiết bị siêu lọc tiếp tuyến UFP-1-C-6 (hãng GE Healthcare, kích thước cắt 1 kDa).
  • Quy trình chế biến thử nghiệm nước uống chanh dây collagen (bổ sung phân đoạn SP1) và sữa chua collagen (bổ sung phân đoạn SP2).
  • Các công thức toán học và phương pháp phân tích tiêu chuẩn dùng để tính toán DH, NR, EAI, ESI, FC, FS, DPPH và xử lý phương sai ANOVA.

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 3 trình bày các phát hiện thực nghiệm và thảo luận kết quả nghiên cứu qua từng công đoạn:

1. Xử lý loại bỏ phi collagen bằng dung dịch NaOH

Thành phần hóa học ban đầu của da cá ngừ vây vàng được xác định gồm ẩm, protein, lipid và khoáng. Quá trình xử lý NaOH đơn yếu tố và tối ưu hóa bằng mô hình Box-Behnken đã xác định các thông số công nghệ tối ưu:

  • Nồng độ NaOH: 0,93 N;
  • Tỷ lệ dung dịch NaOH/da cá: 5/1 (v/w);
  • Thời gian xử lý: 28 giờ (ở nhiệt độ ≤ 10 °C).

Sau khi xử lý tại điều kiện tối ưu, tỷ lệ collagen trong mẫu tăng từ 69,68% lên 85,58%, hàm lượng lipid giảm từ 11,07% xuống còn 5,60% (tính theo cơ sở chất khô), và phần lớn chất màu đã được loại bỏ. Tỷ lệ hydroxyproline/protein trong collagen đạt cực đại là 9,86%. Từ đó, tác giả đã xác định hệ số chuyển đổi giữa hydroxyproline và collagen của da cá ngừ vây vàng là $k = 9,3$.

2. Thủy phân collagen bằng enzyme

So sánh khả năng thủy phân của 3 loại enzyme (pepsin, flavourzyme và alcalase) cho thấy enzyme alcalase đạt hiệu quả vượt trội:

Loại Enzyme Độ thủy phân (DH, %) Hiệu suất thu hồi Nitơ (NR, %)
Pepsin Thấp hơn Thấp hơn
Flavourzyme Trung bình Trung bình
Alcalase 23,92 92,56

Tối ưu hóa điều kiện thủy phân của enzyme alcalase bằng phương pháp bề mặt đáp ứng Box-Behnken xác định được các thông số tối ưu:

  • Nhiệt độ thủy phân: 54,7 °C;
  • pH môi trường: 8,0;
  • Nồng độ enzyme alcalase: 0,034 AU/g nguyên liệu;
  • Thời gian thủy phân: 5,2 giờ.

Kết quả kiểm chứng thực nghiệm tại điều kiện tối ưu đạt độ thủy phân DH = 24,51% và hiệu suất thu hồi nitơ NR = 96,35% (tương thích chặt chẽ với giá trị dự đoán của mô hình).

3. Tinh sạch, phân đoạn và đánh giá tính chất chức năng

Dịch thủy phân sau khi ly tâm làm sạch sơ bộ được phân đoạn qua hai hệ thống:

  • Qua sắc ký lọc gel: Thu được 3 phân đoạn: F1 (< 416 Da), F2 (416 Da – 1 kDa) và F3 (1 kDa – 5 kDa). Khả năng hòa tan của cả 3 phân đoạn đều đạt trên 97%. Phân đoạn F3 có hoạt tính tạo bọt, tạo nhũ và chống đông cao nhất; phân đoạn F1 và F2 thể hiện hoạt tính khử gốc tự do DPPH và chống oxy hóa cao hơn F3.
  • Qua màng siêu lọc sợi rỗng UFP-1-C-6 (NMWC = 1 kDa): Điều kiện vận hành màng tối ưu được xác định ở nhiệt độ 25 °C, pH 6,5, áp suất 12 psi, đạt thông lượng qua màng là 3,4 l/m²·h, hiệu suất thu hồi nitơ đạt 80,81% và độ phân riêng đạt 27,45%. Sản phẩm qua siêu lọc được tách thành 2 phân đoạn:
    1. Phân đoạn SP1 (khối lượng phân tử < 3 kDa): Chiếm tỷ lệ 10% thể tích; có khả năng hòa tan tốt ở pH < 8,0 và thể hiện hoạt tính chống oxy hóa cao.
    2. Phân đoạn SP2 (khối lượng phân tử 3 – 5 kDa): Chiếm tỷ lệ 90% thể tích; có khả năng tạo nhũ tương, độ bền bọt và hoạt tính chống đông tốt hơn SP1.

Cả hai phân đoạn SP1 và SP2 đều đáp ứng đầy đủ các chỉ tiêu an toàn vệ sinh thực phẩm về kim loại nặng và giới hạn vi sinh vật theo quy chuẩn.

4. Thử nghiệm ứng dụng vào sản phẩm thực phẩm

  • Bổ sung phân đoạn SP1 vào nước uống chanh dây với tỷ lệ 0,1% giúp nâng cao hàm lượng peptide sinh học mà không làm thay đổi tiêu cực đến màu sắc, mùi vị và độ trong của sản phẩm.
  • Bổ sung phân đoạn SP2 vào sữa chua với tỷ lệ 0,05% giúp cải thiện độ mịn, độ sánh và duy trì chất lượng cảm quan tốt của khối đông lên men.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học

  1. Xác định được hệ số chuyển đổi thực nghiệm giữa hàm lượng hydroxyproline và collagen của da cá ngừ vây vàng (Thunnus albacares) tại vùng biển Việt Nam là $k = 9,3$.
  2. Xây dựng được mô hình toán học bề mặt đáp ứng mô tả chính xác tương tác giữa các yếu tố công nghệ trong quá trình xử lý kiềm NaOH và quá trình thủy phân bằng enzyme alcalase trên cơ chất da cá ngừ vây vàng.
  3. Làm rõ mối quan hệ giữa kích thước khối lượng phân tử peptide của các phân đoạn (SP1, SP2, F1, F2, F3) với các hoạt tính chức năng cụ thể: peptide khối lượng phân tử nhỏ (< 3 kDa) ưu thế về tính hòa tan và chống oxy hóa; peptide khối lượng phân tử lớn hơn (3 – 5 kDa) ưu thế về khả năng tạo cấu trúc nhũ tương, tạo bọt và ức chế đóng băng.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

  1. Thiết lập hoàn chỉnh quy trình công nghệ 4 bước khép kín: Tiền xử lý kiềm $\rightarrow$ Thủy phân enzyme $\rightarrow$ Tinh sạch/Phân đoạn màng siêu lọc $\rightarrow$ Ứng dụng thực phẩm.
  2. Tận dụng hiệu quả phụ phẩm da cá ngừ từ các nhà máy cá phi lê xuất khẩu, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và gia tăng giá trị kinh tế cho ngành thủy sản.
  3. Ứng dụng thành công hai chế phẩm peptide collagen (SP1 và SP2) vào hai dòng sản phẩm thực phẩm cụ thể là nước giải khát chanh dây và sữa chua ăn, chứng minh tính khả thi trong sản xuất thực phẩm chức năng và thực phẩm chế biến.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

  • Quy mô thử nghiệm công nghệ lọc màng siêu lọc và sản xuất thử nghiệm thực phẩm mới được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm và mẻ nhỏ, chưa vận hành liên tục ở quy mô công nghiệp (pilot/industrial scale).
  • Nghiên cứu chưa khảo sát ảnh hưởng của quá trình bảo quản dài hạn đến sự biến đổi hoạt tính sinh học của peptide collagen trong nền sản phẩm thực phẩm hoàn chỉnh.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Nghiên cứu mở rộng quy mô hệ thống lọc tiếp tuyến (TFF) trên thiết bị pilot để hoàn thiện các thông số kinh tế - kỹ thuật cho sản xuất công nghiệp.
  • Mở rộng thử nghiệm bổ sung collagen thủy phân vào các hệ sản phẩm thực phẩm khác (như bánh kẹo, đồ hộp, thực phẩm bảo vệ sức khỏe dạng bột hoặc viên nang) và nghiên cứu ứng dụng trong mỹ phẩm, y dược.
  • Đánh giá độ ổn định hoạt tính sinh học của peptide và thời hạn sử dụng của các sản phẩm thực phẩm bổ sung collagen trong các điều kiện bảo quản khác nhau.

Giá trị tham khảo

  • Đối với nghiên cứu sinh, học viên và giảng viên ngành Công nghệ Thực phẩm, Công nghệ Sau thu hoạch và Công nghệ Sinh học: Luận án cung cấp hệ thống phương pháp luận chuẩn xác về tối ưu hóa RSM Box-Behnken, các kỹ thuật phân tích hydroxyproline, xác định độ thủy phân, phân đoạn peptide bằng màng siêu lọc và đo lường hoạt tính sinh học (in vitro).
  • Đối với các doanh nghiệp chế biến thủy hải sản và sản xuất phụ gia thực phẩm: Cung cấp thông số kỹ thuật thực chứng (nồng độ NaOH, tỷ lệ phối trộn, nhiệt độ, pH, enzyme alcalase, áp suất lọc màng) để xây dựng dây chuyền chế biến phụ phẩm da cá ngừ vây vàng thành sản phẩm collagen peptide giá trị gia tăng cao.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao enzyme alcalase lại được lựa chọn thay vì pepsin hay flavourzyme để thủy phân da cá ngừ vây vàng?

Kết quả khảo sát thực nghiệm cho thấy alcalase thể hiện khả năng thủy phân collagen vượt trội nhất với độ thủy phân đạt 23,92% và hiệu suất thu hồi nitơ đạt 92,56%, cao hơn rõ rệt so với pepsin và flavourzyme. Alcalase là một endopeptidase có nguồn gốc vi sinh vật (Bacillus licheniformis), có hoạt tính xúc tác mạnh, bền nhiệt và ổn định trong dải pH rộng, tạo ra các peptide mạch ngắn không bị đắng và có chi phí sử dụng hợp lý.

2. Hệ số chuyển đổi giữa hydroxyproline và collagen của cá ngừ vây vàng ($k$) được xác định là bao nhiêu và có vai trò gì?

Hệ số chuyển đổi $k$ được tác giả xác định là 9,3. Hệ số này được tính toán dựa trên mẫu da cá sau khi xử lý kiềm tối ưu đạt tỷ lệ hydroxyproline/protein cao nhất (9,86%) và lipid thấp nhất. Giá trị $k = 9,3$ là căn cứ định lượng chính xác để quy đổi hàm lượng hydroxyproline phân tích được sang tổng hàm lượng collagen đặc trưng cho đối tượng da cá ngừ vây vàng.

3. Quá trình phân đoạn bằng màng siêu lọc UFP-1-C-6 (1 kDa) thu được những sản phẩm nào và đặc tính của chúng ra sao?

Quá trình siêu lọc tách dòng dịch thủy phân thành 2 phân đoạn:

  • Phân đoạn SP1 (< 3 kDa, chiếm 10% thể tích): Có độ hòa tan cao ở dải pH rộng và hoạt tính chống oxy hóa vượt trội.
  • Phân đoạn SP2 (3 – 5 kDa, chiếm 90% thể tích): Có khả năng tạo nhũ tương, độ bền bọt và khả năng chống đông (ức chế kết tinh đá) tốt hơn SP1.

4. Các thông số công nghệ tối ưu của công đoạn tiền xử lý da cá bằng dung dịch NaOH là gì?

Các thông số tối ưu nhận được từ mô hình bề mặt đáp ứng gồm: nồng độ dung dịch NaOH là 0,93 N, tỷ lệ dung dịch NaOH/da cá là 5/1 (v/w), thời gian ngâm xử lý là 28 giờ ở nhiệt độ $\le 10\ ^\circ\text{C}$. Điều kiện này giúp nâng hàm lượng collagen lên 85,58% và giảm chất béo xuống còn 5,60% tính theo chất khô.

5. Hai phân đoạn collagen thủy phân SP1 và SP2 được ứng dụng thử nghiệm vào những sản phẩm thực phẩm nào?

Phân đoạn SP1 được ứng dụng bổ sung vào nước uống chanh dây với tỷ lệ phối trộn 0,1%. Phân đoạn SP2 được ứng dụng bổ sung vào sữa chua ăn với tỷ lệ phối trộn 0,05%. Cả hai sản phẩm sau khi bổ sung peptide collagen đều duy trì được cấu trúc hóa lý ổn định và đạt điểm đánh giá cảm quan tốt.


Kết luận

Luận án của nghiên cứu sinh Nguyễn Công Bỉnh đã xây dựng thành công quy trình công nghệ toàn diện từ khâu làm giàu collagen, thủy phân bằng enzyme alcalase đến tinh sạch và phân đoạn bằng màng siêu lọc sợi rỗng đối với nguồn phụ phẩm da cá ngừ vây vàng (Thunnus albacares). Công trình đã xác định chính xác các thông số tối ưu công nghệ, thiết lập hệ số chuyển đổi hydroxyproline ($k = 9,3$), và chứng minh các đặc tính chức năng sinh học đặc thù của từng phân đoạn peptide thu nhận. Kết quả thử nghiệm ứng dụng thành công các phân đoạn SP1 và SP2 vào nước uống chanh dây và sữa chua khẳng định tiềm năng ứng dụng thực tế cao của đề tài, đóng góp giải pháp kỹ thuật có giá trị cho ngành công nghệ thực phẩm và chuỗi chế biến phụ phẩm thủy sản Việt Nam.