Tiềm năng sản xuất protein thủy phân và peptide hoạt hóa từ vỏ tôm

Giới thiệu

Theo báo cáo của tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (FAO), sản lượng tôm đánh bắt trên thế giới hàng năm khoảng 3,4 triệu tấn, trong đó phần lớn là từ các nước thuộc khu vực Châu Á. Hơn hai thập kỷ qua, nhu cầu tiêu thụ tôm trên thế giới liên tục gia tăng. Tiêu thụ tôm ngày càng nhiều đồng nghĩa với việc các phụ phẩm từ quá trình chế biến tôm như vỏ tôm sẽ gia tăng và gây nhiều tác động xấu đến môi trường. Nhiều nghiên cứu cho thấy, phụ phẩm từ chế biến tôm tươi chiếm từ 45-48% trọng lượng tôm tùy thuộc vào từng loài.

Thành phẩn vỏ tôm sau khi chế biến chứa 18-40% protein, 35% khoáng và 14-30% chitin. Nhiều nghiên cứu sử dụng phụ phẩm từ quá trình chế biến tôm để sản xuất các chất có hoạt tính sinh học cao như chitin, chitosan, glucosamine, astaxanthin,…  

Protein thủy phân (protein hydrolysates) là sản phẩm protein mà các cấu trúc hóa học và sinh học đã được thủy phân thành các dạng peptide (acid amin) có kích cỡ khác nhau. Protein thủy phân được sử dụng rộng rãi trong các loại thuốc cho vận động viên thể thao vì các acid amin dễ hấp thu nhanh chóng và trực tiếp vào cơ thể, bổ sung các dưỡng chất cần thiết cho các mô cơ ngay lập tức. Ngoài ra, protein thủy phân còn được ứng dụng trong ngành công nghệ sinh học, nó là chất bổ sung cho quá trình nuôi cấy tế bào. Nghiên cứu này được thực hiện nhằm tìm ra phương pháp thích hợp để sản xuất protein thủy phân từ vỏ tôm và phân tích hoạt tính sinh học của sản phẩm.

Phương pháp nghiên cứu

Vỏ tôm dùng cho nghiên cứu lấy từ tôm tươi đông lạnh tại Carbonear, Canada. Vỏ tôm sau đó được sấy lạnh, nghiền mịn và trữ ở nhiệt độ -20oC trước khi thủy phân.

- Protein được ly trích từ bột vỏ tôm sử dụng 3 loại enzyme khác nhau là Trypsin (Tryp), Chymotrypsin (CTryp) và Pepsin (Pep). Tiếp theo protein được thủy phân bằng enzyme Alcalase (Al) sẽ cho ra sản phẩm protein thủy phân (SPH).  

- Vỏ tôm tươi sẽ được thủy phân trực tiếp bằng các enzyme: Alcalase (AL, pH = 8), trypsin (Tryp, pH = 8), Chymotrypsin (CTryp, pH = 8) và Pepsin (Pep, pH = 2); sẽ cho ra sản phẩm dung dịch vỏ tôm thủy phân (RSH).     

Sơ đồ ly trích protein và thủy phân vỏ tôm

- Các chỉ tiêu theo dõi, đánh giá sản phẩm RSH và SPH:

+ Hoạt động chống oxy hóa của protein thủy phân;
+ Hoạt động chống oxy hóa của protein thủy phân trong nhũ tương dầu trong nước (oil-inwater emulsions);
+ Khả năng ức chế ion cupric gây ra quá trình peroxy hóa lipoprotein mật độ thấp (LGL) trên người; 
+ Khả năng ức chế hoạt động phân cắt chuỗi DNA do quá trình peroxyl và hydroxyl gây ra của protein thủy phân;
+ Khả năng ức chế quá trình chuyển hóa của enzyme Angiotensin I (ACE) của protein thủy phân;
+ Xác định hoạt tính sinh học của các peptide từ protein thủy phân vỏ tôm.

Kết quả nghiên cứu

- RSH và SPH có khả năng gây ức chế hoạt động của các quá trình sinh hóa (ABTS, DPPH và hydroxyl), giảm tích điện và quá trình chuyển hóa qua lại của các ion sắt.

- RSH và SPH có khả năng gây ức chế hoạt động chống oxy hóa của protein thủy phân trong nhũ tương dầu trong nước (oil-inwater emulsions).

+ RSH và SPH có khả năng gây ức chế hoạt động của ion cupric gây ra quá trình peroxy hóa lipoprotein mật độ thấp (LGL) trên người. 

+ RSH và SPH có khả năng gây ức chế hoạt động phân cắt chuỗi DNA do quá trình peroxyl và hydroxyl gây ra.

+ Kết quả nghiên cứu trong ống nghiệm in vitro về khả năng ức chế enzyme ACE cho thấy, RSH và SPH có thể bổ sung vào thức ăn hoặc tinh chế thành thuốc điều trị bệnh huyết áp trên người.

+ Ngoài ra, mẫu protein thủy phân có khả năng ức chế men ACE cao nhất cũng được phân tích thêm bằng các phương pháp sắc ký lọc gel (gel filtration chromatography), phân tích quang phổ khối lượng (mass spectrometry) và giải trình tự gen peptide (peptide sequencing) để khẳng định tiềm năng sản xuất thuốc điều trị bệnh huyết áp trên người.