Các yếu tố ảnh hưởng thủy phân protein từ phụ phẩm cá lưỡi trâu

Cá lưỡi trâu thường được chế biến thành các sản phẩm đông lạnh như nguyên con, philê thanh, philê ống, philê ghép miếng và có định mức philê là 2,85, như vậy còn lại là phụ phẩm chiếm 65% bao gồm đầu, xương, nội tạng, da. Thủy phân phụ phẩm bằng phương pháp enzyme để tận dụng protein là một hướng nghiên cứu đang được nhiều nhà khoa học quan tâm. Trong đó, xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân là việc quan trọng để thu được kết quả tối ưu nhất. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến thủy phân thủy phân protein từ phụ phẩm cá lưỡi trâu gồm: nhiệt độ, pH và tỷ lệ enzyne/cơ chất.

1. Nhiệt độ

Trong quá trình thủy phân, đạm formol (N_formol), đạm ammonia (N_ammonia), đạm amin (N_amin) và độ thủy phân ở hai mức nhiệt độ 50^oC và 55^oC luôn thấp hơn nghiệm thức mức 60^oC là do tốc độ phản ứng tỷ lệ thuận với nhiệt độ phản ứng. Điều này được giải thích dựa vào cơ chế hoạt động của Alcalase là một endopeptidase xúc tác sự phân cắt của các liên kết nội bộ trong một polypeptide hoặc protein. 

Khi nhiệt độ tăng, làm tăng năng lượng động học và tần số phức hợp enzyme - cơ chất phát triển trên một đơn vị thời gian do đó tốc độ phản ứng và sản phẩm tăng theo. Vì thế, hoạt độ enzyme càng cao thì sau quá trình thủy phân các protein được phân cắt thành các acid amin nhiều nên độ thủy phân tăng tỉ lệ thuận với nhiệt độ 60^oC > 55^oC > 50^oC. Theo Shahidi và ctv (1995), nhiệt độ tối ưu cho quá trình thủy phân phụ phẩm bằng enzyme Alcalase phụ thuộc vào thời gian thủy phân. Nhiệt độ tối ưu để thủy phân trong 60 phút là 60^oC, trong khi đó thủy phân trong 120 phút thì nhiệt độ là 55^oC.

2. pH 

Khi so sánh với các loại enzyme có nguồn gốc động – thực vật và đứng trên quan điểm kỹ thuật và kinh tế, đa số các tác giả đều công nhận việc sử dụng các loại enzyme có nguồn gốc vi khuẩn đem lại nhiều thuận lợi như có hoạt độ xúc tác phản ứng rộng, bền ở pH và nhiệt độ cao (Hoyle và Merritt, 1994; Guérard và ctv, 2001; Ovissipour và ctv, 2009a). Trong đó, enzyme Alcalase được xem là một trong những loại ezyme thủy phân phụ phẩm thủy sản hiệu quả nhất do đạt được độ thủy phân cao trong một thời gian tương đối ngắn. Các nghiên cứu đều cho rằng enzyme Alcalase là loại enzyme hoạt động tốt nhất trong môi trường kiềm nhẹ (pH = 8,0 – 8,5). 

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả quá trình thủy phân cho thấy, thời gian thủy phân càng dài thì càng tạo ra nhiều sản phẩm. Trong quá trình thủy phân các liên kết peptit nhạy cảm sẽ được phân cắt trước với tốc độ nhanh, sau đó các liên kết ít nhạy cảm hơn sẽ được phân cắt với tốc độ chậm hơn. Thời gian thủy phân càng dài thì lượng đạm formol sinh ra càng nhiều do các mạch protein đã được phân cắt thành các acid amin càng tăng từ 0, 2, 4 và 6 giờ thủy phân (Nguyễn Trọng Cẩn và ctv, 1998). Thời gian thủy phân còn ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình thủy phân, thời gian thủy phân càng dài thì protease càng có điều kiện thủy phân cơ chất triệt để.

3. Tỷ lệ enzyme/cơ chất

Khi enzyme được thêm vào cơ chất, enzyme sẽ hấp phụ trên bề mặt các hạt cơ chất tại đó sẽ xảy ra phản ứng thủy phân các liên kết peptide dễ bị thủy phân bởi enzyme. Theo các nghiên cứu trước, khi enzyme được thêm vào cơ chất, enzyme sẽ hấp phụ trên bề mặt các hạt cơ chất tại đó sẽ xảy ra phản ứng thủy phân các liên kết peptide dễ bị thủy phân bởi enzyme. Sau giai đoạn thủy phân nhanh ban đầu, tốc độ thủy phân có khuynh hướng giảm, đi vào giai đoạn ổn định. Tại thời điểm này, việc tăng nồng độ enzyme sẽ không làm tăng độ thủy phân vì nồng độ của các liên kết peptide dùng cho quá trình thủy phân trở nên giới hạn. 

Với cùng một lượng nguyên liệu, tiến hành phản ứng thủy phân với Alcalase ở các tỷ lệ enzym/cơ chất khác nhau, kết quả thu được cho thấy N_formol, N_ammonia, N_amin và độ thủy phân của nghiệm thức tỷ lệ enzyme/cơ chất 0,2% khác biệt không đáng kể so với ở tỷ lệ enzyme/cơ chất 0,1%. Vì vậy, chúng tôi kiến nghị sử dụng tỷ lệ enzyme/cơ chất 0,1% để nâng cao hiệu quả kinh tế.

Kết quả cho thấy nhiệt độ, pH và tỷ lệ enzyme/cơ chất có ảnh hưởng có ý nghĩa lên thành phần đạm của dịch thủy phân và độ thủy phân. Ngoài ra, hàm lượng N_formol, N_ammonia, N_amin và độ thủy phân trung bình ở các nghiệm thức tăng dần theo thời gian: thời gian thủy phân càng dài thì hàm lượng đạm của dịch thủy phân và độ thủy phân sinh ra càng nhiều do các mạch protein đã được phân cắt thành các acid amin. Dựa trên các kết quả của nghiên cứu này, chúng tôi đã rút ra kết luận điều kiện tối ưu cho quá trình thủy phân phụ phẩm cá lưỡi trâu khi sử dụng enzyme Alcalase là: pH, nhiệt độ và tỷ lệ enzyme/cơ chất lần lượt là 8,0; 60^oC và 0,2% trong thời gian 6h.

TLTK: Nguyễn Chí Thanh, Nguyễn Ngọc Hà, Nguyễn Phúc Cẩm Tú (2019). Ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình thủy phân protein từ phụ phẩm cá lưỡi trâu bằng enzyme alcalase, Tạp chí Khoa học – Công nghệ thủy sản trường Đại học Nha Trang.