Đặt vấn đề Tình hình chăn nuôi gia cầm, đặc biệt là chăn nuôi gà ở Việt Nam phát triển nhanh chóng trong những năm qua. Năm 2013, sản lƣợng thịt gà hơi là 640,5 ngàn tấn và tiếp tục tăng mạnh đến năm 2015, là 700,9 ngàn tấn. Theo tờ Poutry Internationnal số tháng 06/2015, dự báo sản lƣợng thịt gia cầm giết mổ ở nƣớc ta đến năm 2023 sẽ tăng lên đạt 1,75 triệu tấn, trong đó sản lƣợng thịt gà chiếm 70% đến 75% và lƣợng tiêu thụ bình quân trên đầu ngƣời là 11,5 kg/ngƣời/năm. Sau quá trình giết mổ và sản xuất thịt gà, các nhà máy cho ra phụ phẩm hằng ngày nhƣ xƣơng, sụn, đặc biệt là sụn ức gà với số lƣợng rất lớn; và bán ra thị trƣờng với giá rẻ.
Nhƣng phần sụn ức gà lại chứa nhiều hợp chất quý nhƣ glycosaminoglycans, trong có hợp chất chondroitin sulfate có chức năng tái tạo các mô sụn và xƣơng, nuôi dƣỡng tế bào giác mạc mắt … Trên thế giới, đã có nhiều công trình nghiên cứu về chiết tách chondroitin sulfate từ sụn ức gà và đƣa vào ứng dụng trong ngành dƣợc phẩm rất phổ biến nhƣ thực phẩm chức năng, giúp phòng ngừa và hỗ trợ điều trị các bệnh về xƣơng khớp. Tuy vậy, ở nƣớc ta lại có rất ít công trình nghiên cứu về vấn đề này. Trƣớc thực trạng này, việc triển khai nhằm nghiên cứu thêm về vấn đề này là cần thiết. Tuy nhiên, do nghiên cứu chỉ dừng lại ở thu nhận chế phẩm thô và trong chế phẩm còn chứa một số chất ngoài chondroitin sulfate nên đề tài của luận văn là “Trích ly và thu nhận Glycosaminoglycans từ sụn ức gà bằng enzyme papain”.
Đề tài nghiên cứu này nhằm góp phần giải quyết vấn đề đầu ra và giúp nâng cao giá trị gia tăng cho phụ phẩm của ngành chăn nuôi – giết mổ 2 gia cầm nói chung và gà nói riêng. Mang lại doanh thu cho các công ty gia cầm, đặc biệt là giúp cho ngƣời nông dân có thêm nguồn thu nhập. Đồng thời, tạo ra một sản phẩm có lợi cho sức khỏe của ngƣời tiêu dùng với giá thành hợp lý, hỗ trợ thêm cho ngành y tế trong việc điều trị các bệnh về xƣơng khớp.2 Mục tiêu nghiên cứu Tìm đƣợc các điều kiện thuận lợi nhất để trích ly và thu nhận glycosaminoglycans từ sụn ức gà bằng enzyme papain. Tối ƣu hóa quá trình xử lý nhiệt sụn và quá trình thủy phân sụn ức gà bằng enzyme papain.3 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu này đƣợc thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm.
Đối tƣợng nghiên cứu là sụn ức gà mua tại Công ty TNHH Phạm Tôn. Enzyme papain sử dụng cho nghiên cứu là sản phẩm của Công ty Sigma – Aldrich (Hoa Kỳ).4 Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu này tập trung vào các nội dung sau: - Tổng quan tài liệu về nguyên liệu sụn ức gà và enzyme dùng trong việc thủy phân. - Phân tích một số thành phần hóa học cơ bản của sụn ức gà. - Thiết lập quy trình công nghệ trích ly và thu nhận glycosaminoglycans từ sụn ức gà.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến hàm lƣợng glycosaminoglycans thu nhận đƣợc trong quá trình xử lý nguyên liệu, thủy phân, … từ sụn ức gà. 3 - Tối ƣu hóa quá trình xử lý nhiệt sụn ức gà và quá trình thủy phân sụn bằng enzyme papain. - Phân tích thành phần chế phẩm glycosaminoglycan thu đƣợc khi nghiên cứu.5 Ứng dụng Từ kết quả nghiên cứu thu đƣợc, ta có sự hiểu biết, nắm rõ hơn về quy trình trích ly và thu nhận glycosaminoglycans từ sụn ức gà bằng enzyme papain. Tạo bƣớc đầu cho những nghiên cứu về sau.
Nhằm đƣa vào sản xuất các sản phẩm thực phẩm chức năng giúp phòng ngừa và hỗ trợ điều trị các bệnh về xƣơng khớp tại Việt Nam mà không cần phải nhập nguyên liệu từ nƣớc ngoài. 4 Chƣơng 2: TỔNG QUAN 2.1 Sụn ức gà Sụn chứa một lƣợng lớn glycosaminoglycans, chiếm từ 10% đến 40% khối lƣợng chất khô), có thể đƣợc sản xuất thành các sản phẩm có lợi cho sức khỏe [40]. Nhiều loại sụn từ các nguồn nguyên liệu khác nhau là nguồn cung cấp GAGs nhƣ sụn từ vi cá mập, khí quản cá sấu, hàm cá sấu, khí quản vịt,… trong đó sụn ức gà là một trong những loại nguyên liệu tiềm năng [19], [20].1: Sụn ức gà: khi còn mô và mỡ (a) và sau khi đƣợc làm sạch (b). Sụn ức gà nằm ở phần chóp của bộ xƣơng ức gà, có dạng hình khía, một đầu nhọn, đƣợc bao bọc xung quanh bởi lớp mô thịt và mỡ.
Có chiều dài từ 6 cm đến 7 cm, có đƣờng kính đầu lớn khoảng từ 1 cm đến1,5 cm rồi nhỏ dần. Khối lƣợng một cái sụn ức gà khi còn mô thịt và mỡ khoảng từ 8,5 g đến 11,5 g; khi đƣợc loại đi lớp mô thịt và mỡ thì khối lƣợng còn khoảng 2,5 g đến 3 g. Sụn khi đƣợc làm sạch có màu trắng đục (Hình 2.2 Chăn nuôi ở Việt Nam 2.1 Tình hình chăn nuôi gà ở Việt Nam Chăn nuôi là ngành kinh tế quan trọng của Việt Nam, là nguồn cung cấp thực phẩm chủ yếu cho ngƣời dân. Đây cũng là ngành kinh tế giúp cho nông dân tăng thu nhập, giải quyết vấn đề việc làm cho ngƣời lao động.1: Sản lƣợng thịt gia súc, gia cầm của Việt Nam năm 2013 – 2015 [1], [2].
Năm Đơn vị 2013 2014 2015 Lợn Tấn 3.634 Gia cầm Tấn 830.887 Theo số liệu thống kê cho thấy ngành chăn nuôi gia cầm chiếm ở vị trí cao, chỉ xếp thứ hai – sau ngành chăn nuôi lợn. Năm 2013, sản lƣợng thịt gia cầm hơi khoảng 830,9 ngàn tấn; năm 2014 có khoảng 874,9 ngàn tấn và tiếp tục tăng ở năm 2015 là khoảng 908,1 ngàn tấn (Bảng 2. 6 Đồng bằng sông Cửu Long Đông Nam Bộ 2014 Tây Nguyên 2013 Bắc Trung Bộ và DHMT 2012 2011 Trung du miền núi phía Bắc Đồng bằng sông Hồng 0 20 40 60 80 100 Triệu con Hình 2.2: Biểu đồ thể hiện sự phân bố sản lƣợng gia cầm theo địa phƣơng năm 2011 – 2014 [1], [3]. Đàn gia cầm tập trung chủ yếu ở vùng Đồng bằng sông Hồng khoảng trên 80 triệu con; tiếp đó vùng trung du miền núi phía Bắc, Bắc Trung Bộ và duyên hải miền Trung có khoảng trên 60 triệu con; và đàn gia cầm vùng đồng bằng sông Cửu Long tập trung khoảng trên 50 triệu con.
Tây Nguyên và Đông Nam Bộ là hai vùng có sản lƣợng gia cầm thấp nhất, lần lƣợt khoảng 20 triệu con và 30 triệu con (Hình 2.2: Sản lƣợng gà và thịt gà năm 2013 – 2015 [1], [2], [3]. Chỉ tiêu Đơn vị 2013 2014 2015 Đàn gia cầm Triệu con 317,7 327,7 341,9 Đàn gà Triệu con 234,5 246,0 259,3 Thịt gia cầm hơi Ngàn Tấn 830,9 875,0 908,1 Thịt gà hơi Ngàn Tấn 640,5 677,1 700,9 7 Tình hình chăn nuôi gà ở Việt Nam phát triển mạnh trong những năm qua. Theo số liệu thống kê thì năm 2013 sản lƣợng gà trên cả nƣớc là 234,5 triệu con, năm 2014 tăng lên 246 triệu con, đến năm 2015 là 259,3 triệu con tăng khoảng 11,5% so với cùng kỳ năm 2014 (Bảng 2. Đồng bằng sông Cửu Long Đông Nam Bộ 2015 Tây Nguyên 2014 Bắc Trung Bộ và DHMT 2013 2012 Trung du miền núi phía Bắc Đồng bằng sông Hồng 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Triệu con Hình 2.3: Sản lƣợng gà phân theo địa phƣơng [1], [3].3 ta thấy, sản lƣợng gà tập trung đông nhất – gần 70 triệu con ở đồng bằng sông Hồng.
Ở vùng Bắc Trung Bộ và duyên hải miền Trung và vùng trung du miền núi phía Bắc, sản lƣợng gà cũng chiếm lần lƣợt khoảng gần 50 triệu con và 60 triệu con. Ở đồng bằng sông Cửu Long và Đông Nam Bộ có sản lƣợng gà chiếm thấp hơn, khoảng 30 triệu con. Và Tây Nguyên là vùng có sản lƣợng gà thấp nhất nƣớc, khoảng 15 triệu con.2 Tình hình tiêu thụ thịt gà ở Việt Nam Lƣợng tiêu thụ thịt gia cầm cũng tăng mạnh, năm 2005 lƣợng tiêu thụ là khoảng hơn 350 ngàn tấn, tăng dần đến năm 2015 ƣớc tính sẽ tiêu thụ khoảng trên 820 ngàn tấn (Hình 2.4: Tình hình tiêu thụ thịt gia cầm ở Việt Nam năm 1997 – 2015 [4].3: Lƣợng thịt gà nhập khẩu vào Việt Nam năm 2012 – 2015 [1]. Năm 2012 2013 2014 2015 Lƣợng thịt gà 39,5 49,6 80,3 124,4 (Đơn vị: Ngàn tấn) Ngoài việc tiêu thụ thịt gà trong nội địa, nƣớc ta còn nhập khẩu thêm thịt gà từ nƣớc ngoài.
Từ năm 2012 đến 2015, lƣợng thịt gà nhập khẩu dao động từ 39,5 ngàn tấn đến 124,4 ngàn tấn (Bảng 2. Trong 6 tháng đầu năm 2015, theo bài viết “Nhập khẩu gần 42.000 tấn thịt gà từ Mỹ” đăng trên website baohaiquan.vn, tổng lƣợng thịt gà nhập khẩu là 69.800 tấn, chủ yếu từ các nƣớc nhƣ Mỹ, Brazil và Hàn Quốc (gần 100% gà nguyên con đƣợc nhập từ Hàn Quốc, trong khi 98% đùi gà đƣợc nhập từ Mỹ; còn 70% cánh gà đƣợc nhập từ Brazil), ba quốc gia này chiếm trên 80% tổng lƣợng thịt gà nhập khẩu cả nƣớc.3 Tổng quan về Glycosaminoglycans Các glycosaminoglycans (GAGs) là các polysaccharide không phân nhánh dài, trong đó có chứa các đơn vị disaccharide lặp lại. Trong mỗi đơn 9 vị disaccharide có chứa các đơn phân N-acetylgalactosamine hoặc N- acetylglucosamine và các acid uronic nhƣ iduronic hoặc glucuronic [5], [6]. GAGs tích nhiều điện tích âm; chủ yếu hiện diện ở bề mặt tế bào hoặc trong khuôn nền ngoại bào.
GAGs bao gồm các loại nhƣ chondroitin sulfate (CS), dermatan sulfate (DS), hyaluronan hay acid hyaluronic (HA), keratan sulfate (KS), heparin sulfate và heparin [7] (Hình 2. GAGs là một mucopolysaccharide liên kết với protein tạo thành proteoglycan, là một thành phần quan trọng trong cấu tạo các mô liên kết, mô sụn, mô mắt và thành mạch máu. GAGs có độ nhớt cao, khả năng chịu nén thấp và rất lý tƣởng trong việc bôi trơn các khớp xƣơng [7].5: Cấu tạo hóa học của các GAGs [8] 10 2.4 Tổng quan về Chondroitin sulfate 2.1 Cấu tạo Chondroitin sulfate (CS) là một hợp chất hữu cơ thuộc nhóm mucopolysaccharides sulfate, đƣợc cấu tạo từ các monomer là disaccharide. Các disaccharide gồm hai đơn phân là D-acid glucuronic (GlcA) và N- acetyl-galactosamine (GalNAc) thông qua liên kết glycoside GlcA β(13) GalNAc; mạch không phân nhánh [7], [9], [10].
Thƣờng đƣợc điều chỉnh bằng việc thay thế các nhóm sulfate vào một hoặc nhiều nhóm –OH ở carbon C-4 và C-6 của GalNAc; ở carbon C-2 và C-3 của GlcA. Việc điều chỉnh này làm tạo ra các đồng phân của CS [11]. CS đƣợc tìm thấy trong khuôn ngoại bào và trên bề mặt tế bào trong các mô khác nhau từ các loài động vật có vú hoặc gia cầm và có phong phú nhất trong khuôn ngoại bào của mô sụn [4].6: Cấu tạo hóa học của CS.