Những nguồn phụ phẩm thủy sản như các loại xương cá, vỏ hàu, vỏ sò… tại Việt Nam nói chung, Khánh Hòa nói riêng rất dồi dào và phong phú. Các phụ phẩm này chứa hàm lượng canxi cao nhưng chủ yếu tồn tại ở dạng thô, khó tận dụng. Hiện chưa có nghiên cứu thực hiện việc chiết xuất, thủy phân... để thu hồi lượng canxi trong phụ phẩm thủy sản phục vụ nhu cầu cuộc sống và sản xuất. Do vậy, nghiên cứu công nghệ phù hợp để chiết xuất canxi từ những phụ phẩm thủy sản không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường do những phế thải này gây ra mà còn tận thu được nguồn sản phẩm canxi có chất lượng tốt, đáp ứng yêu cầu làm phụ gia cho thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm.
Xuất phát từ thực tiễn nêu trên, chúng tôi thực hiện nghiên cứu sản xuất bột canxi từ phụ phẩm thủy sản bằng phương pháp thủy phân enzym Alcalase nồng độ 0,2% để làm phụ gia thực phẩm, thức ăn chăn nuôi phục vụ đời sống và sản xuất. Cụ thể, để hoàn thiện quy trình sản xuất canxi từ phụ phẩm thủy sản, chúng tôi đã thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian thủy phân phụ phẩm thủy sản bằng enzym Alcalase; ảnh hưởng của thời gian bảo quản ở nhiệt độ phòng đến sự biến đổi về chất lượng sản phẩm bột canxi từ phụ phẩm thủy sản. Kết quả đạt được như sau:
Ảnh hưởng của thời gian thủy phân phụ phẩm thủy sản bằng enzym Alcalase
Nghiên cứu được thực hiện bằng cách cân 100 g bột phụ phẩm thủy sản thô với 100 ml nước cho vào bình tam giác nút mài, cân tiếp 0,2 g enzym Alcalase (nồng độ 0,2%). Lắc đều mẫu rồi cho vào bể ổn nhiệt ủ ở nhiệt độ 55oC lần lượt trong 1, 2, 3, 4, 5 và 6 giờ. Với các mốc thời gian thủy phân khác nhau sẽ thu được hàm lượng protein, lipid, tro tổng (khoáng) và hiệu suất thu hồi khác nhau. Kết quả được trình bày ở hình 1.
Hình 1. Hàm lượng protein, lipid, tro tổng (khoáng) và hiệu suất thu hồi của phụ phẩm thủy sản sau khi thủy phân bằng enzym Alcalase với các mốc thời gian khác nhau.
Kết quả hình 1 cho thấy, khi tăng thời gian thủy phân từ 1 lên 5 giờ thì hàm lượng protein và lipid trong bột phụ phẩm thủy sản thô giảm dần và khoáng tăng. Cụ thể, hàm lượng protein trong 5 giờ thuỷ phân giảm từ 18,1 xuống còn 5,0%; hàm lượng lipid giảm từ 7,85 xuống còn 2,6%. Ngược lại, hàm lượng khoáng tăng sau 5 giờ thủy phân (từ 66,9 lên 85,2%) và không đổi ở thời điểm 6 giờ. Ở thời gian thủy phân là 6 giờ, hàm lượng lipid giảm không đáng kể và hàm lượng khoáng, protein không thay đổi so với thời gian thủy phân là 5 giờ.
Như vậy, đối với mẫu bột phụ phẩm thủy sản được thủy phân ở nhiệt độ 55oC trong 5 giờ bằng enzym Alcalase nồng độ 0,2% đạt hiệu quả loại protein và lipid tốt nhất.
Ảnh hưởng của thời gian sấy đến chất lượng bột canxi từ phụ phẩm thủy sản
Mục đích của thí nghiệm là nhằm tìm ra thời gian sấy thích hợp để bột canxi sau quá trình sấy ít bị biến đổi về chất lượng, màu sắc và cho hiệu suất thu hồi, hàm lượng tro tổng và độ hòa tan cao; độ ẩm phù hợp cho quá trình bảo quản mà không tốn kém nhiều thời gian và chi phí. Một trong những chỉ tiêu đánh giá chất lượng bột canxi chính là màu sắc của bột. Sự thay đổi màu sắc của bột canxi qua các mốc thời gian sấy khác nhau ở nhiệt độ 65oC được trình bày ở hình 2. Kết quả cho thấy, độ sáng của bột canxi tương đối ổn định sau 5 giờ sấy.
Hình 2. Ảnh hưởng của thời gian sấy đến màu sắc của bột canxi.
Hàm lượng tro tổng, độ ẩm, độ hòa tan và hiệu suất thu hồi của bột canxi được sấy ở nhiệt độ 65oC với các mốc thời gian từ 1, 2, 3, 4 và 5 giờ được trình bày ở hình 3.
Hình 3. Ảnh hưởng của thời gian sấy đến hàm lượng tro tổng, độ ẩm, độ hòa tan và hiệu suất thu hồi.
Kết quả hình 3 cho thấy, khi tăng thời gian sấy từ 1 lên 4 giờ thì độ ẩm giảm từ 7,4 xuống 5,1% và đến giờ thứ 5 thì độ ẩm gần như không biến đổi; hiệu suất thu hồi giảm từ 87,0 còn 80%. Nguyên nhân là do tác động của nhiệt độ cao và thời gian sấy dài nên nước tự do có trong mẫu sẽ thoát ra nhiều dẫn đến độ ẩm giảm, kéo theo khối lượng giảm nên hiệu suất thu hồi của sản phẩm giảm. Ngược lại, hàm lượng tro tổng tăng theo thời gian sấy từ 87,1 lên 89,8% do hàm lượng ẩm giảm, chất khô tăng. Độ hòa tan sản phẩm cũng tăng theo thời gian sấy (từ 19,0 lên 29,7%) do ảnh hưởng từ độ mịn của bột khi ẩm độ thấp mẫu sau sấy sẽ giòn dễ nghiền mịn nên độ hòa tan càng cao.
Độ ẩm thích hợp bảo quản bột canxi là 5-7%, độ ẩm này hỗ trợ khả năng chống vi sinh vật có trong bột canxi, hạn chế quá trình hư hỏng xảy ra và kéo dài thời gian bảo quản cho sản phẩm. Vì vậy, khi sấy trong 2 giờ ở nhiệt độ 65oC thì sản phẩm đạt chất lượng tốt nhất với hàm lượng tro tổng, độ ẩm, độ hòa tan, hiệu suất thu hồi lần lượt đạt 89,1, 5,6, 24,5 và 86,0. Kết hợp với màu sắc (độ trắng 88,5%, hình 2) của sản phẩm, nhóm nghiên cứu chọn thời gian sấy là 2 giờ ở nhiệt độ 65oC để tiến hành thí nghiệm tiếp theo.
Ảnh hưởng của thời gian bảo quản ở nhiệt độ phòng đến sự biến đổi về chất lượng sản phẩm bột canxi từ phụ phẩm thủy sản
Thí nghiệm này được nhóm nghiên cứu thực hiện nhằm xác định được thời gian bảo quản thích hợp và duy trì được chất lượng, màu sắc của bột canxi đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm. Hàm lượng tro tổng, độ ẩm và tổng số vi sinh vật hiếu khí của bột canxi trong quá trình bảo quản ở điều kiện nhiệt độ phòng được thể hiện ở hình 4.
Hình 4. Kết quả phân tích hàm lượng tro tổng, độ ẩm và tổng số vi sinh vật hiếu khí ở các mốc thời gian bảo quản khác nhau.
Kết quả hình 4 cho thấy, sản phẩm bột canxi được bảo quản ở nhiệt độ phòng sau 12 tuần có độ ẩm tăng nhẹ (từ 5,6 lên 5,9%) và sau 9 tuần độ ẩm không tăng thêm. Ngược lại, hàm lượng khoáng giảm nhẹ từ 89,1 xuống 88,7% (mức giảm không đáng kể).
Bột canxi bảo quản 12 tuần được đánh giá thông qua chỉ tiêu tổng số vi sinh vật hiếu khí nhằm quyết định chất lượng của sản phẩm về mặt vi sinh vật, nguy cơ hư hỏng, thời hạn bảo quản và mức độ vệ sinh an toàn trong quá trình chế biến cũng như bảo quản. Kết quả cho thấy, tổng số vi sinh vật hiếu khí tăng dần từ 0,8 102 lên 1,7 102 CFU/g sau 12 tuần bảo quản ở điều kiện nhiệt độ phòng. Tổng số vi sinh vật nằm trong giới hạn cho phép theo quy định của Bộ Y tế.
Hình 5. Kết quả đo màu bột canxi trong thời gian bảo quản 12 tuần .
Kết quả hình 4 và 5 cho thấy, bột canxi sau 12 tuần bảo quản ở điều kiện nhiệt độ phòng vẫn giữ được hàm lượng khoáng cao, màu sắc tươi sáng, đạt yêu cầu về chất lượng và an toàn vệ sinh thực phẩm. Như vậy, có thể thấy sau 12 tuần theo dõi độ ổn định của sản phẩm và sự biến đổi chất lượng sản phẩm là không đáng kể.
Để hoàn thiện quy trình sản xuất bột canxi, chúng tôi tiến hành so sánh sự thay đổi về thành phần dinh dưỡng bột phụ phẩm thủy sản thô và chất lượng bột canxi thành phẩm. Trong quá trình sản xuất bột canxi trải qua nhiều công đoạn xử lý khác nhau nên thành phần dinh dưỡng giữa bột phụ phẩm thủy sản thô với bột canxi khoáng có sự khác nhau đáng kể (hình 6).
Hình 6. Thành phần dinh dưỡng bột phụ phẩm thủy sản thô và bột canxi thành phẩm.
Kết quả hình 6 cho thấy, thành phần dinh dưỡng của sản phẩm bột canxi thành phẩm đã thay đổi khá nhiều so với bột phụ phẩm thủy sản thô ban đầu. Cụ thể, độ ẩm giảm từ 15,7 xuống 5,6% do khi sấy ở 65oC trong 2 giờ chịu tác dụng của nhiệt độ cao nên nước tự do có trong bột canxi sẽ thoát ra ngoài. Độ ẩm giảm tạo điều kiện thuận lợi để kéo dài thời gian bảo quản và giảm tốc độ phát triển của vi sinh vật gây hại. Bên cạnh đó, hàm lượng protein giảm từ 21,4 xuống 4,2% nguyên nhân là do các peptide của protein bị cắt mạch tạo thành các amino acid, những cơ thịt sẽ bị thoát ra trong quá trình thủy phân bằng enzym Alcalase. Đồng thời, lượng lipid cũng thoát ra bên ngoài cùng với dung dịch thủy phân nên sau quá trình thủy phân hàm lượng lipid còn 1,60%. Ngược lại, hàm lượng tro tổng tăng mạnh từ 35,2 lên 89,1% và hàm lượng canxi chiếm tới 35,3%.
Từ kết quả nghiên cứu nêu trên, quy trình sản xuất bột canxi từ phụ phẩm thủy sản được đề xuất như sau: Bột phụ phẩm thủy sản thô được thủy phân bằng enzym Alcalase (nồng độ 0,2%) trong 5 giờ ở nhiệt độ 55oC rồi bất hoạt enzym ở nhiệt độ 90-100oC trong 2-3 phút. Sau đó, sấy ở nhiệt độ 65oC trong 2 giờ và bảo quản ở nhiệt độ phòng khô ráo, thoáng mát trong 12 tuần thì bột canxi thành phẩm đạt yêu cầu về chất lượng, màu sắc và an toàn vệ sinh thực phẩm.
Xu hướng sử dụng các biện pháp sinh học loại protein và lipid bằng enzym là lựa chọn tối ưu, tiết kiệm thời gian, chi phí, mang lại hiệu quả tốt hơn phương pháp truyền thống, đặc biệt hạn chế ô nhiễm môi trường. Việc sử dụng enzym để thủy phân nguồn phụ phẩm xương cá, vỏ hàu, vỏ sò, vỏ ốc... để thu hồi bột canxi là hướng đi phù hợp và hiệu quả.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Đặng Thị Thu, Lê Ngọc Tú, Tô Kim Anh, Phạm Thu Thủy, Nguyễn Xuân Sâm (2012), Công nghệ enzym, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật.
2. Đống Thị Anh Đào (2012), Bao bì thực phẩm, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh.
3. Đinh Hữu Đông, Vũ Ngọc Bội, Nguyễn Thị Mỹ Trang (2021), “Tối ưu hóa quá trình thủy phân sụn cá mập (Carchrhinus dussumieri) bằng hỗn hợp enzyme Alcalase-Papain theo phương pháp mặt đáp ứng”, Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, 3, tr.65-73.
4. Nguyễn Văn Mùi (2012), Enzym học, Nhà xuất bản Giáo dục.
5. Bộ Y tế (2007), Quyết định 46/2007/QĐ-BYT về Quy định giới hạn tối đa ô nhiễm sinh học và hóa học trong thực phẩm.
7. https://tepbac.com/document/cat/8-bao-tap-chi/.
8. F. Bubel, et al. (2015), “Production of calcium preparations by technology of saltwater”, Open Chemistry, 13, DOI: 10.1515/chem-2015-0146.
9. B.O. Hemung (2013), “Properties of tilapia bone powder and its calcium bioavailability based on transglutaminase assay”, International Journal of Bioscience: Biochemistry and Bioinformatics, 3(4), pp.306-309.
10. S.M. Hixson (2014), “Fish nutrition and current issues in aquaculture: The balance in providing safe and nutritious seafood, in an environmentally sustainable manner”, Journal of Aquaculture Research and Development, 5(3), pp.2155-9546.