Nghiên cứu ảnh hưởng của gelatin, sorbitol, tinh bột biến tính đến độ bền đông kết surimi cá hố (Trichiurus haumenla)

22 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2017 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA GELATIN, SORBITOL, TINH BỘT BIẾN TÍNH ĐẾN ĐỘ BỀN ĐÔNG KẾT SURIMI CÁ HỐ (Trichiurus haumenla) EFFECTS OF GELATIN, SORBITOL, MODIFIED STARCH ON THE GEL STRENGTH OF HAIRTAIL SURIMI (Trichiurus haumenla) Thái Văn Đức1 Ngày nhận bài: 15/11/2016; Ngày phản biện thông qua: 04/01/2017; Ngày duyệt đăng: 10/3/2017 TÓM TẮT Kết quả nghiên cứu chế độ phối trộn phụ gia sản xuất surimi cá hố với tỷ lệ phối trộn tối ưu tinh bột biến tính là 3.0 %, sorbitol là 4.2% và gelatin là 0.74% cho thấy độ bền đông kết của surimi cá hố tăng từ 332 g.cm lên 867 g.cm, cao gấp 2,61 lần so với độ bền đông kết của surimi cá hố ở mẫu đối chứng [3]. Từ khóa: Cá hố (Trichiurus haumenla), độ bền đông kết, surimi, tinh bột biến tính ABSTRACT The results of the study indicated that the folding grade of hairtail surimi was rather stable at different additive concentrations. At the optimal concentration of additives (3.20% modifi ed starch, 4.00% sorbitol, 0.74% gelatin), the gel strength value increased from 332 g.cm to 867 g.cm, which was 2.61 times higher compared to the control sample [3]. Keywords:hairtail, gel strength, surimi, modifi ed starch 1 Khoa Công nghệ thực phẩm - Trường Đại học Nha Trang THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC I. ĐẶT VẤN ĐỀ Độ bền đông kết là chỉ tiêu quan trọng trong đánh giá chất lượng surimi và sản phẩm mô phỏng, chỉ tiêu đề cập đến khả năng liên kết của mạng lưới gel trong cấu trúc surimi dưới tác dụng của lực nén. Surimi là bán thành phẩm, là nền protein để phục vụ sản xuất sản phẩm mô phỏng. Surimi có độ bền đông kết thấp dẫn đến chất lượng sản phẩm mô phỏng sẽ kém đi do khả năng liên kết mạng lưới gel yếu, sản phẩm dễ bị nứt, gãy khi tác động của lực trong công đoạn chế biến và sử dụng. Có nhiều phương pháp cải thiện độ bền đông kết của surimi, tuy nhiên phối trộn phụ gia bao gồm chọn lựa loại, chất lượng, tỷ lệ bổ sung các chất phụ gia là công đoạn được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Vì vậy việc tiến hành nghiên cứu “Ảnh hưởng của gelatin, sorbitol, tinh bột biến tính đến độ bền đông kết surimi cá hố” là cần thiết để cải thiện chất lượng cho surimi sản xuất từ cá hố phục vụ cho thị trường nội tiêu và xuất khẩu. II. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Nguyên vật liệu 1.1. Nguyên liệu cá hố Cá hố nguyên liệu (Trichiurus haumenla) sử dụng trong suốt quá trình thí nghiệm là cá hố câu, được đánh bắt tại vùng biển Khánh Hòa, thu mua ở cảng cá Lương Sơn, cá tươi được lựa chọn đạt tiêu chuẩn TCVN 3215:1988. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 23 Cá hố được thu mua có kích thước đồng đều với chiều dài thân từ 50-60cm, khối lượng trung bình dao động từ 350-400 g/con. 1.2. Chất phụ gia thực phẩm sử dụng trong nghiên cứu Chất phụ gia dùng trong nghiên cứu bao gồm: Gelatin, Sorbitol, tinh bột phosphate (còn gọi là tinh bột biến tính phosphate). Tất cả đều đạt tiêu chuẩn tinh khiết dùng trong thực phẩm, do Nhật Bản sản xuất, Công ty TNHH Hoàng Anh - TP. HCM nhập khẩu và phân phối. 2. Phương pháp nghiên cứu 2.1. Bố trí thí nghiệm Cá hố tươi sau khi thu mua được bảo quản bằng nước đá vẩy ở nhiệt độ 0 - 40C, vận chuyển về phòng thí nghiệm trong thời gian 1 giờ. Tiến hành xử lý rửa, tách thịt, nghiền thô, rửa bằng dung dịch cồn. Từ số liệu về quá trình phối trộn phụ gia tinh bột biến tính 2,6%; 2,8% và 3,0%, 0,6%, 0,8% và 1,0%, sorbitol 3,8%, 4,0% và 4,2% sử dụng phân tích trên phần mềm Design Expert 6.0 và tìm phương trình hồi qui. Thông số tối ưu hóa của quá trình được suy ra từ những phân tích bề mặt đáp ứng thu được. Kết quả tối ưu được kiểm tra lại bằng thực nghiệm nhằm đảm bảo sự thống nhất giữa lý thuyết tối ưu và thực tế trước khi rút ra kết luận cuối cùng về các thông số của quá trình phối trộn phụ gia. Để đánh giá hiệu quả sử dụng tinh bột biến tính, tác giả đã bố trí mẫu đối chứng dựa trên qui trình sản xuất surimi cá hố bổ sung phụ gia gồm tinh bột lúa mì 2,0%, sorbitol 2,0% và gelatin 0,3% cho độ bền đông kết của surimi cá hố là 332 g.cm, tham khảo theo Giáo trình Khoa học về surimi và sản phẩm mô phỏng [3]. Phối trộn phụ gia: hiện nay có rất nhiều loại phụ gia bổ sung trong sản xuất surimi cá hố. Qua quá trình nghiên cứu của bản thân và kế thừa các nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước, trong nghiên cứu này 3 biến được chọn (Xi, i=1, 2, 3) là các chất phụ gia thực phẩm: tinh bột biến tính X1 (%), gelatin X2 (%) và sorbitol X3 (%); hàm mục tiêu (Y) là độ bền đông kết của surimi cá hố, với khoảng nghiên cứu được xác định: + Tỷ lệ tinh bột biến tính bổ sung (X1): 2,6 - 3,0% + Tỷ lệ sorbitol bổ sung (X2): 3,8 - 4,2% + Tỷ lệ gelatin bổ sung (X3): 0,6 - 1,0% Bảng 1. Điều kiện thí nghiệm lựa chọn tỷ lệ phối trộn phụ gia sản xuất surimi cá hố Các mức Các yếu tố ảnh hưởng X1 (%) X2 (%) X3 (%) Mức trên (+1) 3,0 4,2 1,0 Mức cơ sở (0) 2,8 4,0 0,8 Mức dưới (-1) 2,6 3,8 0,6 Khoảng biến thiên 0,2 0,2 0,2 Chọn phương trình hồi quy tuyến tính có dạng: Sử dụng phần mềm Design Expert 6.0 đưa ra phương trình hồi quy, mô hình toán học và các biểu đồ, đồ thị thể hiện sự ảnh hưởng và mối tương quan giữa các yếu tố: tỷ lệ tinh bột biến tính, gelatin và sorbitol đến độ bền đông kết của surimi cá hố. 2.2. Phương pháp đánh giá độ bền đông kết surimi Xác định độ bền đông kết theo TCVN 8289:2011 2.3. Xử lý số liệu Các thí nghiệm được thực hiện lặp lại mỗi mẫu năm lần, độ tin cậy là 95% và ứng dụng phần mềm Excel 2007, Design Expert 6.0 để phân tích ANOVA nhiều yếu tố, phân tích hồi qui tuyến tính, mô hình hồi qui và bề mặt đáp ứng được áp dụng để làm rõ ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến quá trình phối trộn phụ gia trong sản xuất surimi 24 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2017 cá hố, số liệu phân tích được sử dụng để tính toán, vẽ đồ thị. III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 1. Xác định tỷ lệ phụ gia tối ưu bổ sung vào surimi bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Để nghiên cứu xác định được tỷ lệ tối ưu của các loại phụ gia, sử dụng phần mềm Design Expert 6.0 để phân tích ANOVA nhiều yếu tố nhằm tìm hiểu mối quan hệ giữa các loại phụ gia gồm tinh bột biến tính, gelatin, sorbitol với độ bền đông kết của surimi cá hố làm cơ sở cho việc lựa chọn tỷ lệ phụ gia tối ưu cho quá trình sản xuất surimi. Kết quả tối ưu hóa nhằm xác định tỷ lệ phụ gia bổ sung vào surimi được thể hiện ở Bảng 2. Bảng 2. Kết quả xác định độ bền đông kết của surimi cá hố theo tỷ lệ phối trộn phụ gia có bổ sung tinh bột biến tính sản xuất surimi Số TN I1 I2 I3 X1 X2 X3 X12 X13 X23 X123 Y2 Số thí nghiệm trong phương án 2k 1 2,6 0,6 3,8 - - - + + + - 806 2 3,0 0,6 3,8 + - - - - + + 852 3 2,6 1,0 3,8 - + - - + - + 837 4 3,0 1,0 3,8 + + - + - - - 874 5 2,6 0,6 4,2 - - + + - - + 842 6 3,0 0,6 4,2 + - + - + - - 867 7 2,6 1,0 4,2 - + + - + + - 845 8 3,0 1,0 4,2 + + + + + + + 859 Số thí nghiệm ở tâm 9 2,8 0,8 4,0 0 0 0 0 0 0 0 863 10 2,8 0,8 4,0 0 0 0 0 0 0 0 860 11 2,8 0,8 4,0 0 0 0 0 0 0 0 868 Giải bài toán quy hoạch thực nghiệm bằng phần mềm Design expert 6.0 cho các kết quả trình bày ở Bảng 3 và Hình 1A, 1B, 1C. Bảng 3. Kết quả phân tích ANOVA về độ bền đông kết surimi cá hố theo tỷ lệ phối trộn phụ gia đã chọn Độ bền đông kết Hệ số Prob>F Mô hình (modern) 0,005 (Có ý nghĩa) Hằng số (Constant) +847,75 X1 +15,25 0,001 X2 +6,00 0,015 X3 +5,50 0,018 X1*X2 -2,50 0,123 X1*X3 -5,50 0,018 X2*X3 -7,25 0,008 R2 0,989 R2 hiệu chỉnh 0,968 Mức độ không tương thích (Lack of fi t) Không có ý nghĩa (not signifi cant) Từ kết quả thu được ở Bảng 3 căn cứ vào trị số Prob>F của mô hình có giá trị nhỏ hơn 0,05 và mức độ không tương thích của mô hình lớn hơn 0,05 cho phép đánh giá mô hình có ý nghĩa, giữ lại các hệ số có trị số Prob>F của các biến nhỏ hơn 0,05, loại bỏ các hệ số có trị số Prob>F lớn hơn 0,05 thu được phương trình hồi quy độ bền đông kết của surimi cá hố như sau: Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 25 Kết quả phân tích ANOVA về yếu tố độ bền đông kết của surimi cá hố được trình bày trên Bảng 3. căn cứ vào trị số Prob>F có giá trị bằng 0,005 nhỏ hơn 0,05 cho thấy mô hình hồi qui hoàn toàn tương thích và có ý nghĩa. Các giá trị R bình phương và R bình phương hiệu chỉnh có giá trị cao lần lượt là 0,989 và 0,968. Kết quả này cho thấy hàm hồi qui thu được và các biến độc lập có mức độ phù hợp và tương quan cao. Các kết quả thực nghiệm thể hiện ở Bảng 4 cũng cho thấy không có sự khác biệt đáng kể giữa kết quả tính toán và kết quả thực nghiệm. Kết quả tối ưu hóa theo phương trình hồi qui và kết quả thực nghiệm đánh giá độ bền đông kết của các mẫu surimi cá hố sản xuất có bổ sung tinh bột biến tính để kiểm chứng kết quả tối ưu được thể hiện ở Bảng 4. Y = 847,75 + 15,25X1 + 6,00X2 + 5,50X3 - 5,5X1X3 – 7,25X2X3 (1) Bảng 4. Kết quả tối ưu hóa tỷ lệ phụ gia bổ sung vào surimi theo phương trình hồi qui và kết quả thực nghiệm kiểm chứng số liệu tối ưu hóa STT Điều kiện Độ bền đông kết (g.cm) X1 X2 X3 Theo phương trình hồi quy Theo kết quả thực nghiệm 1 2,62 0,87 3,88 832,79 831,00 2 2,72 0,70 4,06 339,88 339,00 3 2,99 0,85 3,99 863,27 860,00 4 3,00 0,74 4,20 864,01 866,00 Kết quả đánh giá độ bền đông kết của các mẫu surimi cá hố sản xuất thể hiện ở Bảng 4 cho thấy có tương thích giữa kết quả đánh giá độ bền đông kết của các mẫu surimi cá hố thực nghiệm và kết quả tối ưu theo phương trình hồi quy. Kết quả này chứng tỏ phương trình hồi quy toán học đã xây dựng phù hợp với thực tế sản xuất surimi và phù hợp với các đặc tính của surimi. Hình 1A. Ảnh hưởng và mối tương tác của tinh bột biến tính và sorbitol bổ sung đến độ bền đông kết của surimi cá hố Hình 1A. Ảnh hưởng và mối tương tác của tinh bột biến tính và sorbitol bổ sung đến độ bền đông kết của surimi cá hố 26 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2017 Từ kết quả nghiên cứu trình bày ở các Hình 1A, 1B và 1C và phương trình hồi qui có thể nhận định bước đầu khi giảm tỷ lệ các chất phụ gia bổ sung vào surimi, đặc biệt là giảm tỷ lệ tinh bột biến tính bổ sung thì độ bền đông kết của surimi cá hố giảm. Kết quả này có thể lý giải là do trong cấu trúc của tinh bột biến tính có nhiều nhóm hydroxy và có chứa các nhóm phosphate, chính các nhóm này đã tham gia tạo thành các liên kết hydro và liên kết ion nối các chuỗi polypeptid với nhau cũng như nối chuỗi polypeptid với mạch tinh bột. Mặt khác, các nhóm hydroxy (-OH) và các nhóm phosphate chưa tham gia liên kết còn có thể liên kết với nước tự do trong khối gel surimi làm cho khối gel có cấu trúc chặt chẽ, khối gel Hình 1B. Ảnh hưởng và mối tương tác của gelatin và sorbitol bổ sung đến độ bền đông kết của surimi cá hố Hình 1C. Ảnh hưởng và mối tương tác của tinh bột biến tính và gelatin bổ sung đến độ bền đông kết của surimi cá hố Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 27 trở nên đồng nhất và hạn chế sự tách nước khi gia nhiệt và bảo quản đông. Chính vì thế khi có mặt của các loại phụ gia có khả năng đồng tạo gel tạo lên kết với chuỗi polypeptid của protein thịt cá như gelatin là protein có chứa các acid amin có thể tạo liên kết ưa béo và liên kết hydro, sorbitol là polyol có chứa nhiều nhóm hydroxy có khả năng tạo liên kết hydro và liên kết với nước và đặc biệt là tinh bột biến tính vốn có chứa nhiều nhóm hydroxy và nhóm phosphate có thể tạo liên kết hydro, liên kết ion, liên kết hydro với nước sẽ làm cho surimi có cấu hài hòa về các loại liên kết nên khối gel surimi sẽ có độ bền đông kết tốt nhất và trạng thái cấu trúc đồng đều, hài hòa nhất, hạn chế việc kết tinh nước tạo tinh thể nước đá khi bảo quản đông và hạn chế việc thoát nước khi rã đông [3], [4], [5]. Từ kết quả nghiên cứu cho thấy tỷ lệ bổ sung các loại phụ gia tối ưu được chọn trong sản xuất surimi cá hố là: tỷ lệ tinh bột biến tính 3,0%, tỷ lệ gelatin 0,74%, tỷ lệ sorbitol 4,2%. 2. Kết quả so sánh chất lượng surimi cá hố giữa qui trình đề xuất và qui trình tham khảo Sau khi tiến hành tối ưu hóa quá trình phối trộn phụ gia. Tiến hành sản xuất surimi theo qui trình đề xuất với tỷ lệ các phụ gia đã tối ưu và qui trình tham khảo [3] và so sánh đánh giá kết quả chất lượng surimi sản xuất theo hai qui trình đề xuất và qui trình tham khảo nhằm mục đích đánh giá được hiệu quả của việc sử dụng tinh bột biến tính làm chất phụ gia nâng cao độ bền đông kết của surimi cá hố. Kết quả đánh giá độ bền đông kết của surimi được trình bày trên Hình 2. Hình 2. So sánh độ bền đông kết surimi cá hố giữa qui trình đề xuất và qui trình tham khảo So sánh kết quả độ bền đông kết của surimi cá hố giữa qui trình đề xuất với tỷ lệ các phụ gia đã tối ưu và qui trình tham khảo [3] được thể hiện trên Hình 2 cho thấy tỷ lệ phối trộn phụ gia trong sản xuất surimi cá hố tối ưu được lựa chọn: tỷ lệ tinh bột biến tính 3,0%, tỷ lệ gelatin 0,74%, tỷ lệ sorbitol 4,2% thì độ bền đông kết của surimi cá hố tăng từ 332 g.cm lên 867 g.cm, cao gấp 2,61 lần so với độ bền đông kết của surimi cá hố ở mẫu đối chứng. IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sử dụng phụ gia sản xuất surimi cá hố với tỷ lệ tinh bột biến tính 3,0%, tỷ lệ gelatin 0,74%, tỷ lệ sorbitol 4,2% cho thấy surimi cá hố có độ bền đông kết cao gấp 2,61 lần so với 28 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2017 độ bền đông kết của surimi cá hố ở mẫu đối chứng đã góp phần nâng cao độ bền đông kết, là một chỉ tiêu rất quan trọng trong đánh giá chất lượng surimi. Kết quả nghiên cứu bước đầu áp dụng thành công ở Công ty TNHH Thủy sản Hòa Thắng - Bà Rịa, Vũng Tàu đã xuất khẩu được hơn 500 tấn surimi vào thị trường Nhật Bản. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Thái Văn Đức, 2004. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số chất đồng tạo gel đến chất lượng surimi cá mối trong bảo quản đông và thử nghiệm sản xuất sản phẩm mô phỏng. Luận văn thạc sỹ, Trường Đại học Nha Trang. 2. Thái Văn Đức, Vũ Ngọc Bội, 2013. Nghiên cứu ảnh hưởng của công đoạn rửa đến chất lượng của surimi cá hố. Tạp chí Khoa học và Công nghệ Thuỷ sản số 01: 19-24. 3. Trần Thị Luyến, Nguyễn Trọng Cẩn, Đỗ Văn Ninh, Vũ Ngọc Bội, Trang Sĩ Trung, Nguyễn Anh Tuấn (2010), Khoa học - Công nghệ Surimi và các sản phẩm mô phỏng, NXB. Nông nghiệp, Hà Nội. Tiếng Anh 4. Md. Sarker, M. Elgadir, T. Noda, 2012. Effect of some Biopolymers on the rheological Behavior of surimi gel. Molecules 17: 5733-5744. 5. Niwa E., 1992. Chemistry of Surimi Gelation, Marcel Dekker - New Yord.