Tách chiết và thu nhận chế p hẩm caroten-Protein từ phế liệu tôm và ứng dụng - Phạm Thị Đan Phượng

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 4/2015 142 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG VAÁN ÑEÀ TRAO ÑOÅI TÁCH CHIẾT VÀ THU NHẬN CHẾ P HẨM CAROTEN-PROTEIN TỪ PHẾ LIỆU TÔM VÀ ỨNG DỤNG EXTRACTION AND RECOVERY OF CAROTENOID–PROTEIN FROM SHRIMP WASTE AND ITS APPLICATION Phạm Thị Đan Phượng1, Trang Sĩ Trung2, Nguyễn Thị Như Thường3 Ngày nhận bài: 13/10/2014; Ngày phản biện thông qua: 15/10/2015; Ngày duyệt đăng: 15/12/2015 TÓM TẮT Trong quá trình sản xuất chitin/chitosan từ phế liệu tôm, chúng ta cũng có thể tách chiết và thu nhận chế phẩm caroten-protein có cao giá trị sử dụng cao, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Có hai phương pháp tách chiết chính đang được sử dụng phổ biến là phương pháp hóa học và sinh học. Để nâng cao hiệu suất thu hồi và chất lượng của chế phẩm caroten-protein, việc kết hợp các phương pháp tách chiết bằng hóa học và sinh học đã cải thiện được nhược điểm so với từng phương pháp xử lý đơn lẻ. Trong bài báo này, chúng tôi giới thiệu tổng quan về các phương pháp tách chiết và thu hồi chế phẩm caroten-protein trong quá trình sản xuất chitin/chitosan và khả năng ứng dụng của nó trong chăn nuôi thủy sản, công nghệ thực phẩm, y dược và mỹ phẩm. Từ khóa: caroten-protein, carotenoid, phế liệu tôm ABSTRACT In the process of producing chitin/chitosan from shrimp waste, carotenoid and protein should be recovered to provide added valuable products as well as to minimize environmental pollution. There are two main methods widely used to extract carotenoid-protein, which are including chemical method and biological method. In our study, a combination of chemical and biological methods was applied successfully, which enhance recovery effi ciency and quality of carotenoid-protein in compared to the single treatment method. This paper reviews the methods for extraction and recovery of carotenoid-protein from shrimp waste and its potential applications in aquaculture, food technology, medicine, and cosmetics. Keywords: carotenoid-protein, carotenoid, shrimp waste 1 ThS. Phạm Thị Đan Phượng: Khoa Công nghệ thực phẩm – Trường Đại học Nha Trang 2 PGS. TS. Trang Sĩ Trung: Trường Đại học Nha Trang 3 ThS. Nguyễn Thị Như Thường: Viện Công nghệ sinh học và Môi trường – Trường Đại học Nha Trang I. MỞ ĐẦU Trong công nghiệp chế biến tôm, tùy thuộc vào công nghệ, loại tôm và sản phẩm cuối cùng mà lượng phế liệu tôm có thể chiếm từ 25 – 40% so với khối lượng nguyên liệu ban đầu. Trước đây, nguồn phế liệu đầu và vỏ tôm chủ yếu được dùng để làm nguyên liệu chế biến thức ăn gia súc, gia cầm, phân bón... Sau đó, các nhà khoa học đã nghiên cứu và sản xuất sản phẩm có giá trị kinh tế cao từ phế liệu tôm như chitin và chitosan. Tuy nhiên, trong quá trình thu hồi chitin/chitosan, một số thành phần có giá trị khác gồm carotenoid, protein và khoáng chất (Ca, P, K, Mg, Mn và Fe) Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 4/2015 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 143 trong phế liệu tôm (đặc biệt có trong đầu tôm với hàm lượng đáng kể) chưa được nghiên cứu thu hồi và ứng dụng nhiều [3, 5, 18]. Trong đó, carotenoid được biết là một chất màu tự nhiên an toàn cho các ngành công nghệ thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm. Gần đây, nhiều phương pháp đã được sử dụng để tách chiết và thu nhận các chế phẩm đạm giàu carotenoid. Chúng có thành phần chính là protein và carotenoid ở dạng phức hợp caroten-protein và có nhiều trong phế liệu giáp xác (tôm hùm, tôm sú, tôm chì, tôm thẻ chân trắng) và một số phế liệu hải sản khác. Việc tách chiết chúng không chỉ thu nhận được các sản phẩm có giá trị gia tăng mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường [3, 5, 12, 18](Chakrabarti, 2002 #268;Phạm Thị Đan Phượng, 2013 #260). Tuy nhiên, việc lựa chọn phương pháp để tách chiết và thu hồi chế phẩm caroten-protein đạt được hiệu suất cao và chất lượng tốt nhưng không ảnh hưởng đến chất lượng của chitin/chitosan rất cần được quan tâm. Trong bài báo này, chúng tôi trao đổi về việc lựa chọn phương pháp tách chiết chế phẩm caroten-protein và các ưu-nhược điểm của chúng. II. NỘI DUNG 1. Nguồn gốc và bản chất của chế phẩm caroten-protein Trong các loài sinh vật biển, carotenoid và protein thường liên kết với nhau tạo thành phức carotenoprotein. Ngoài ra, phức carotenoprotein còn liên kết với các chất khác như axit béo, chitin, khoáng chất (hình 1). Đặc biệt, phức carotenoprotein thường gặp ở các loài động vật giáp xác thủy sản, tồn tại nhiều ở lớp ngoại bì, trong vỏ, ở các cơ quan nội tạng (trứng, dạ dày hay bạch huyết). Carotenoprotein được chia thành 2 nhóm chính: (1) carotenoid liên kết với lipo(glyco)protein, (2) carotenoid liên kết với một protein hoặc glycoprotein [28]. Phản ứng giữa các nhóm 4- và 4’-keto trong các vòng đầu mạch của astaxanthin với các nhóm chức amin trong protein là điều kiện tiên quyết để hình thành phức carotenoprotein giữa astaxanthin và protein [12, 28]. Phức hợp carotenoprotein tan trong nước và có tính bền vững. Trong một vài trường hợp, màu sắc của nó bền đến vài năm trong không khí ở điều kiện nhiệt độ phòng. Các carotenoid có liên kết với protein ít bị oxi hóa hơn so với khi chúng ở dạng tự do. Do vậy, carotenoid ở trong cơ thể sinh vật bền vững hơn so với carotenoid sau tách chiết ở dạng tự do. Carotenoid ở dạng tự do thường có màu vàng, cam hoặc đỏ. Tuy nhiên, trong cơ thể những loài động vật biển không xương sống, các phức hợp carotenoprotein tạo nên nhiều màu khác nhau như xanh lá cây, xanh dương và tía. Trong các loài giáp xác thủy sản có chứa 3 loại crustacyanine là α-, β- và γ-crustacyanine. Cả 3 loại này đều có astaxanthin và ở dạng nhóm liên kết (prosthetic group). Trong đó, astaxanthin thường liên kết với các phân tử protein tạo thành phức hợp α-crustacyanin, hấp thụ cực đại ở bước sóng (λmax) 628 nm, có màu xanh đen đặc trưng thường thấy ở các loài thủy sản sống. Dưới tác dụng của nhiệt, liên kết trên bị phá hủy và giải phóng astaxanthin tự do có màu đỏ cam (λmax = 480 nm). Cấu trúc của carotenoid cũng quyết định các chức năng sinh học của chúng, trong đó phần lớn carotenoid đều có mạch 40 carbon liên kết với các nhóm chức chứa oxy khác nhau. Trong phế liệu tôm, carotenoid chủ yếu là astaxanthin (trên 95%), thuộc nhóm chất tetraterpenoid, là sắc tố màu đỏ cam. Tương tự như carotenoid khác, nó có tính phân cực thấp và hòa tan tốt trong mỡ hoặc dầu. Astaxanthin có thể được tìm thấy trong vi tảo, men bia, cá hồi, cá, loài nhuyễn thể, động vật giáp xác thủy sản và lông của một số loài chim. Trong các loài giáp xác thủy sản, astaxanthin chủ yếu tập trung ở phần vỏ ngoài. Nó thường tồn tại ở dạng đồng phân quang học (3S, 3’S), trong đó chủ yếu là ở dạng mono- hay di-ester với các axit béo không no mạch dài, hoặc dưới dạng phức hợp carotenoprotein [9, 11, 12]. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 4/2015 144 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG 2. Các phương pháp tách chiết và thu hồi chế phẩm caroten-protein từ phế liệu tôm trong quá trình sản xuất chitin/chitosan Trước đây, các nhà khoa học tập trung nghiên cứu chiết tách và thu hồi chất màu (carotenoid), chất mùi (protein) từ phế liệu tôm bằng một số dung môi hữu cơ, axit, nhiệt, nước hay nước muối loãng. Để nâng cao chất lượng sản phẩm và có thể ứng dụng trong công nghệ thực phẩm, y dược và mỹ phẩm, các hợp chất trên được tách chiết bằng cách dùng dầu thực vật và các loại enzyme protease hoặc kết hợp các phương pháp chiết nhằm thu hồi cả carotenoid và protein [3, 11, 13, 24]. Tuy nhiên, protein và carotenoid nhanh chóng bị hư hỏng hoặc bị oxy hóa khi ở dạng tự do sau tách chiết, trong khi ở dạng phức hợp lại bền và ổn định hơn [12, 23]. Điều này đã được chứng minh trong các nghiên cứu công bố gần đây. Hình 2 trình bày quy trình thu hồi chế phẩm caroten-protein trong quá trình sản xuất chitin/chitosan. Sản phẩm tách chiết sau khi thủy phân sẽ được phân riêng thành phần bã (dùng để sản xuất chitin/chitosan) và phần dịch thủy phân (dùng để kết tủa để thu hồi phức hợp carotenoprotein, protein tự do, carotenoid tự do...). Để thu hồi chế phẩm trong dung dịch đạm thủy phân được tách chiết từ giáp xác thủy sản nói chung và phế liệu tôm trong quá trình sản xuất chitin nói riêng, phải có phương pháp thích hợp để đạt hiệu suất thu hồi sản phẩm cao nhất nhưng mức độ ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm thấp nhất, đặc biệt là hạn chế sự hư hỏng carotenoid. Hiện nay, nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu kết hợp sử dụng một số các phương pháp thu hồi để nâng cao chất lượng sản phẩm và tăng hiệu suất thu hồi chế phẩm caroten-protein nhằm ứng dụng trong thức ăn chăn nuôi hoặc thực phẩm cho người. Đồng thời, đây là một hướng đi theo phương pháp sản xuất sạch hơn. 2.1. Phương pháp tách chiết chế phẩm caroten-protein từ phế liệu tôm 2.1.1. Tách chiết chế phẩm caroten-protein bằng phương pháp hóa học Trong quá trình sản xuất chitin/chitosan các công đoạn xử lý đều sử dụng hóa chất tùy theo nguyên liệu, công nghệ và yêu cầu Hình 1. Các liên kết hóa học giữa astaxanthin với axit béo, chitin và protein trong đầu vỏ tôm [9] Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 4/2015 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 145 chất lượng của chitin/chitosan. Các loại axit hữu cơ thường dùng trong quá trình ủ xilo như axit lactic, acetic, formic, propionic... hoặc axit vô cơ như axit sunphuric, axit hydrochloric, axit phosphoric. Đây là phương pháp dễ dàng triển khai với quy mô lớn và có chi phí sản xuất tương đối thấp. Tuy nhiên, việc sử dụng hóa chất trong công nghệ sản xuất chitin, chitosan không những ảnh hưởng xấu đến chất lượng của chế phẩm caroten-protein thu được mà còn có thể gây ra ô nhiễm môi trường trầm trọng do hóa chất sau khi sử dụng được thải ra hoặc sẽ phải tiêu tốn chi phí để xử lý nước thải này [5, 8]. Hình 2. Quy trình thu hồi chế phẩm caroten-protein chung trong quá trình sản xuất chitin/chitosan Trong thực tế, phương pháp ủ xilô bằng các axit hữu cơ hoặc kết hợp axit hữu cơ với vô cơ vẫn được nghiên cứu và ứng dụng khá phổ biến để thu hồi chế phẩm dịch ủ xilô dùng cho sản xuất thức ăn chăn nuôi gia súc và thủy sản. Tuy nhiên, sử dụng axit vô cơ để ủ xilô nhằm mục đích thu hồi chế phẩm caroten-protein sẽ không cho sản phẩm có chất lượng cao so với phương pháp ủ xilô bằng axit hữu cơ hoặc lên men vi sinh (vi khuẩn), do các acid vô cơ có khả năng phân hủy một số carotenoid, đặc biệt là có khả năng gây biến tính protein. Như vậy, chế phẩm caroten-protein thu được sẽ có chất lượng thấp do lượng protein và carotenoid thu được thấp, đặc biệt ảnh hưởng rất lớn đến màu sắc của sản phẩm do carotenoid bị oxy hóa mạnh và chỉ phù hợp làm thức ăn chăn nuôi. Hơn nữa, để sử dụng chế phẩm caroten-protein thu được từ quá trình ủ xilô bằng axit vô cơ cần phải được trung hòa chế biến thức ăn chăn nuôi [7]. 2.1.2. Tách chiết chế phẩm caroten-protein bằng phương pháp sinh học Để nâng cao chất lượng sản phẩm thu được, carotenoid được tách chiết và thu hồi trong phức hợp carotenoprotein nhằm giữ bền màu do liên kết giữa carotenoid và protein. Hơn nữa, protein có trong phế liệu tôm có chất lượng dinh dưỡng khá cao, bao gồm đầy đủ các axit amin cần thiết [1, 12, 23]. Do vậy, việc thu hồi chế phẩm bao gồm cả carotenoid và protein rất quan trọng trong ngành công nghệ thực phẩm và chăn nuôi. Lee và cộng sự (1999) [20] đã so sánh khả năng Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 4/2015 146 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG tách chiết và thu hồi carotenoid có trong chế phẩm caroten-protein bằng phương pháp ủ xilô axit acetic và phương pháp kết hợp sử dụng dung dịch đệm Na3-EDTA và enzyme protease với mục đích sử dụng làm phẩm màu thực phẩm chức năng. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả tách chiết chế phẩm caroten-protein cao nhờ phương pháp kết hợp sử dụng Na3-EDTA và một loại enzyme protease sinh từ vi sinh vật (không ủ xilô bằng axit). Ngoài ra, việc sử dụng phương pháp sinh học sản xuất chitin/chitosan bằng protease không những nhằm nâng cao chất lượng chế phẩm caroten-protein thu hồi mà còn hạn chế ô nhiễm môi trường do chất thải sau sản xuất. Khanafari và cộng sự (2007) [19] cũng khẳng định hiệu quả tách chiết carotenoid trong chế phẩm caroten-protein bằng vi sinh vật (Lactobacillus plantarum, Lactobacillus acidophilus) cao hơn nhiều so với phương pháp hóa học. Các loại enzyme được sử dụng để tách chiết phổ biến hiện nay là papain, trypsin, pepsin, một số loại protease chiết rút từ vi sinh vật (Aspergillus melleus, Aspergillus oryzae, Bacillus Licheniforrnis, Bacillus subtilis, Pseudomonas) và các loại protease thương mại khác (Alcalase, Protamex, Flavourzyme, Neutrase) [5, 12, 20]. Đặc điểm chung của các enzyme này là có khoảng pH thích hợp rộng, thường từ 5,5 - 8,5; vì vậy, khi ứng dụng thủy phân thì có thể thích ứng với pH môi trường tự nhiên của nguyên liệu thủy sản mà không cần điều chỉnh pH. Nhiệt độ thích hợp của các enzyme này dao động trong khoảng từ 45 – 600C. Sử dụng protease sẽ phá vỡ các liên kết của các protein khác trong phế liệu tôm, do đó làm giảm sự kết tủa protein tại điểm đẳng điện pI và làm tăng khả năng thu hồi caroten-protein [15]. Các enzyme thủy phân protein như papain, pepsin, trypsin đều hoạt động tốt ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, mỗi loại enzyme có pH tối ưu khác nhau như pepsin hoạt động tối ưu ở pH 4,6, papain ở pH 6,2 và trypsin ở pH 7,6. Trong đó, so với papain và pepsin, hiệu suất thu hồi bột nhão caroten-protein của trypsin thấp nhất, nhưng hàm lượng carotenoid và protein trong chế phẩm caroten-protein thu được cao nhất. Mặc dù, tổng lượng protein thu được từ phế liệu tôm cao nhất khi sử dụng trypsin nhưng nó có giá thành cao. Do đó, papain vẫn được dùng để thu hồi chế phẩm protein và caroten-protein từ phế liệu tôm trước khi sản xuất chitin/chitosan [12]. 2.1.3. Tách chiết chế phẩm caroten-protein bằng phương pháp kết hợp a. Phương pháp kết hợp hóa học và sinh học Trong phế liệu tôm, chitin kết hợp chặt chẽ với protein, chất màu carotenoid và khoáng. Trong đó, protein, chất màu carotenoid tồn tại dưới dạng phức chất carotenoprotein. Do vậy, trong quá trình sản xuất chitin/chitosan, việc thu hồi đồng thời carotenoid, protein và loại khoáng là một vấn đề đáng quan tâm. Nhân tố chính trong quy trình sản xuất chitin là các tác nhân khử khoáng (EDTA, HCl, nhiệt) và các tác nhân kết tủa (HCl, (NH4)2SO4), nhiệt) có khả năng ảnh hưởng đến chất màu carotenoid. Vì vậy, nhằm nâng cao hiệu suất chiết caroten-protein và giữ được hoạt tính sinh học của chất màu carotenoid trong quá trình loại protein ra khỏi phế liệu tôm, các nhà khoa học kết hợp việc sử dụng hóa chất (axit vô cơ hay hữu cơ) và enzyme protease để xử lý [7, 8, 15]. Để hạn chế nhược điểm của các phương pháp ủ xilô, Trang Sĩ Trung và cộng sự (2009) [7] đã sử dụng kết hợp axit hữu cơ và Alcalse, có bổ sung rỉ đường để chiết carotenoid từ phế liệu tôm. Quá trình axit hóa cho phép giảm nhanh pH đến mức ổn định nhằm ức chế vi sinh vật gây thối, tạo môi trường thuận lợi cho các enzyme nội tại hoạt động, đồng thời cũng tạo điều kiện cho vi khuẩn lactic có mặt trong nguyên liệu phát triển, thúc đẩy quá trình tự thủy phân. Trong quá trình ủ xi lô, bổ sung đường có vai trò quan trọng cho hoạt động của vi sinh vật, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình khử khoáng và khử protein. Mục đích ủ xilô bằng axit hữu cơ nhằm tách khoáng và protein ra khỏi phế liệu nhưng không ảnh hưởng lớn đến carotenoid. Hơn nữa, khi tiếp tục Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 4/2015 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 147 tách protein bằng Alcalase cho phép thu hồi chitin/chitosan và hỗn hợp caroten-protein có chất lượng cao đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường đáng kể. Hàm lượng protein và carotenoid thu được từ quá trình sản xuất chitin cải tiến kết hợp xử lý enzyme này cũng cao hơn hẳn so với phương pháp xử lý bằng hóa học [4]. Ưu điểm của phương pháp cải tiến này dựa trên sự hạn chế sự thủy phân protein một phần và sự phân hủy phần lớn carotenoid khi sử dụng axit ở nồng độ cao và thời gian ủ xilô kéo dài. b. Phương pháp sinh học kết hợp sử dụng hai enzyme protease Khi thủy phân một protease, hiệu suất thường đạt không cao do enzyme đó chỉ mang một trong hai đặc tính hoặc là exoprotease hoặc là endoprotease và có tính đặc hiệu riêng. Tuy nhiên, khi kết hợp hai enzyme sẽ nâng cao được hiệu suất thủy phân nhờ hiệu ứng cộng hưởng [8, 25, 27]. Enzyme có bản chất endoprotease (Alcalase, Protamex, Neutrase...) sẽ thủy phân các liên kết peptide ở bên trong chuỗi polypeptid. Enzyme có tính exoprotease (Flavourzyme, Corolase LAP...) thì cắt các liên kết ở hai đầu tận cùng của chuỗi polypeptide. Các exoprotease cắt ở đầu tận cùng có nhóm carboxyl được gọi là carboxylpeptidase, các exoprotease cắt ở đầu tận cùng có nhóm amin gọi là aminopeptidase [27]. Việc kết hợp hai protease sẽ có khả năng thủy phân tốt hơn so với sử dụng đơn protease vì tác dụng của các protease xảy ra trên nhiều vị trí khác nhau trong phân tử protein. Bản chất của các mạch nhánh của axit amin ở bên cạnh các liên kết peptid có ảnh hưởng mạnh đến hoạt động của các enzyme. Trên thực tế, các protease rất đặc hiệu và tỷ lệ những liên kết peptid trong một phân tử protein bị bẻ gãy bởi một protease là không cao. Ví dụ, trypsin chỉ thủy phân liên kết peptid giữa lysine và argininine, trong khi chymotrypsin chỉ thủy phân những liên kết peptid giữa tyrosine, phenylalanine, tryptophan. Thậm chí, chymosin chỉ thủy phân liên kết peptid giữa Phe105-Met106 của kappa-casein [27]. Để nâng cao hiệu suất thủy phân cũng như chất lượng của sản phẩm thu được, nhiều công trình nghiên cứu đã sử dụng kết hợp hai enzyme protease và thường được tiến hành theo hai giai đoạn. Enzyme có bản chất endoprotease được sử dụng ở giai đoạn đầu và sau đó bổ sung exoprotease cho giai đoạn sau. Chức năng chính của endoprotease tạo ra một lượng lớn các chuỗi peptid có đầu -C và đầu -N tự do để tạo điều kiện cho các exoprotease hoạt động [3, 26, 27]. Ví dụ, khi Alcalase (endoprotease) được kết hợp với Flavourzyme (protease có cả tính chất endoprotease và exoprotease, nhưng tính chất exoprotease trội hơn) thì Alcalase được cho vào trước, sau đó mới thủy phân bằng Flavourzyme sẽ tăng hiệu quả của quá trình thủy phân, hiệu suất quá trình chiết rút và chất lượng sản phẩm [3, 26]. Tuy nhiên, một số nghiên cứu lại dựa trên cơ sở thực nghiệm như chất lượng sản phẩm (màu sắc, mùi vị của sản phẩm), độ an toàn của enzyme sử dụng, hiệu quả của quá trình thủy phân để chọn cặp enzyme thích hợp lại kết hợp hai protease có cùng bản chất endoprotease như Alcalase kết hợp với Protamex [16]. 2.2. Phương pháp thu hồi hỗn hợp caroten-protein từ phế liệu tôm 2.2.1. Phương pháp thu hồi bằng pH đẳng điện (pI) Phương pháp này thường được sử dụng để kết tủa protein hoà tan trong dung dịch. Khi điện tích của protein bằng không (tại pH = pI), lớp vỏ hydrate bên ngoài bị phá vỡ, các phân tử protein tập hợp lại với nhau hình thành kết tủa. Sau đó, chúng có khả năng trở về dạng phân tử protein hoà tan mà vẫn giữ được hoạt tính sinh học và cấu trúc phân tử khi loại bỏ tác nhân gây kết tủa. Tuy nhiên, hiệu quả kinh tế của phương pháp này không cao do thời gian kết tủa lâu, hiệu suất thu hồi thấp và chi phí cao [5, 6]. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 4/2015 148 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG 2.2.2. Phương pháp thu hồi bằng xử lý nhiệt Phương pháp này cho phép thu hồi kết tủa triệt để trong thời gian ngắn và ít gây ô nhiễm môi trường, tuy nhiên chi phí năng lượng cho quá trình gia nhiệt cao. Tuỳ thuộc từng loại protein, nhiệt độ biến tính, cường độ và thời gian khác nhau sẽ quyết định mức độ biến tính và hiệu quả thu hồi. Khi nhiệt độ tăng thì mức độ biến tính tăng. Tuy nhiên, khi gia nhiệt ở điểm đẳng điện (pI) thì tủa kết protein lại nhanh hơn [5, 6]. 2.2.3. Phương pháp thu hồi bằng polyme (chitosan) Chitosan là một chất keo tụ, tạo bông tốt và ứng dụng có hiệu quả trong việc thu hồi các chất hữu cơ trong nước, đặc biệt là protein. Phân tử chitosan cũng có khả năng hấp phụ, tạo cầu nối để liên kết các hạt keo protein đã kết tủa thành các phân tử có kích thước lớn hơn và lắng xuống. Chitosan có độ deacetyl hóa càng cao thì càng thuận lợi để thu hồi protein hòa tan hơn. Lưu ý, khi nồng độ chitosan tăng, số điện cùng dấu trên bề mặt của phân tử protein tăng lên, dẫn đến sự tăng lực đẩy tĩnh điện giữa chúng do đó cản trở quá trình keo tụ và sa lắng của các phân tử protein. Phương pháp này có nhiều ưu điểm như không gây biến tính, không độc hại, hàm lượng sử dụng chitosan không lớn nhưng hiệu quả thu nhận caroten-protein lại cao [5, 6]. 3. Tiềm năng ứng dụng Trước đây, chế phẩm caroten-protein được thu hồi và chế biến thức ăn chăn nuôi [2, 21]. Hiện nay, chế phẩm caroten-protein ngày càng được quan tâm sử dụng trong thực phẩm, đặc biệt trong chế biến thực phẩm chức năng. Thành phần dinh dưỡng trong chế phẩm caroten-protein như carotenoid, protein mạch ngắn (peptid), các axit amin góp phần tạo màu và mùi trong công nghệ chế biến thực phẩm. Trong đó, carotenoid sau khi được tinh chế có hoạt tính chống oxy hóa tốt nên được ứng dụng nhiều trong ngành y dược và mỹ phẩm [1, 12, 18]. Ngoài ra, carotenoid cũng được dùng trong công nghiệp thực phẩm do chúng có khả năng chống oxy hóa, kích thích hệ thống miễn dịch, kích thích tăng khả năng sinh trưởng và sinh sản. Nó còn có thể giúp làm giảm stress và ngăn ngừa một số bệnh thoái hóa cơ thể như chứng xơ vữa động mạch, ung thư và các bệnh về mắt [10, 14, 17, 19, 22](Britton, 1995 #286). Protein cũng là một chất dinh dưỡng tốt cần được quan tâm thu hồi. Hơn nữa, carotenoid và protein nằm trong phức carotenoprotein sẽ bền vững hơn so với dạng đơn lẻ [12, 23]. Chế phẩm caroten-protein được sử dụng bổ sung vào hỗn hợp thức ăn cho cá hồi hấp dẫn và tốt hơn so với việc chỉ sử dụng carotenoid tự do [21]. III. KẾT LUẬN Phương pháp hóa học tuy cho phép tách chiết triệt để lượng protein nhưng lại làm biến màu carotenoid và chất thải hóa học của quá trình thu hồi gây ô nhiễm môi trường. Phương pháp sinh học cho sản phẩm thu hồi protein và carotenoid trong phức hợp carotenoprotein nên rất bền màu nhưng hiệu suất thu hồi chế phẩm thấp hơn và giá thành cao do sử dụng enzyme. Để nâng cao chất lượng chế phẩm caroten-protein từ phế liệu tôm thu hồi có hoạt tính sinh học và hiệu suất thu cao, tùy mục đích ứng dụng sản phẩm thu hồi chúng ta có thể lựa chọn phương pháp xử lý sinh học sử dụng đơn hay kết hợp hai enzyme có bản chất endo- và exo-protease hay kết hợp phương pháp xử lý hóa học và sinh học nhằm mục đích tăng khả năng thu hồi sản phẩm với chất lượng cao, giảm thiểu sự hư hỏng các hoạt chất sinh học và ô nhiễm môi trường. Phương pháp kết hợp hóa học và sinh học hoặc kết hợp hai protease có bản chất endo- và exo- có thể cải thiện được nhược điểm so với từng phương pháp xử lý đơn lẻ. Chế phẩm caroten-protein được tách chiết bằng các phương pháp kết hợp có chất lượng cao, có thể ứng dụng trong công nghệ sản xuất thức ăn chăn nuôi, công nghệ chế biến thực phẩm, y dược và mỹ phẩm. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 4/2015 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 149 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Phạm Thị Đan Phượng, 2013. Chế biến bột nêm tôm từ chế phẩm đạm giàu carotenoid thu nhận từ đầu tôm thẻ chân trắng. Tạp chí Khoa học Công nghệ Thủy sản, 3, 39 - 46. 2. Phạm Thị Đan Phượng, Phạm Thị Minh Hải, Trang Sĩ Trung, Trình Văn Liễn, và Ngô Văn Lực, 2008. Ứng dụng carotenoprotein thu được từ quá trình sản xuất chitin để sử dụng chế biến thức ăn chăn nuôi. Tạp chí Khoa học Công nghệ Thủy sản, 2, 37 - 43. 3. Phạm Thị Đan Phượng và Trần Thị Luyến, 2013. Chiết rút chế phẩm đạm giàu carotenoid từ đầu tôm thẻ chân trắng. Tạp chí Khoa học Công nghệ Thủy sản, 1, 125 - 131. 4. Trang Sĩ Trung, 2009. Đánh giá chất lượng sản phẩm và hiệu quả môi trường của qui trình sản xuất chitin cải tiến kết hợp xử lý e nzyme. Tạp chí Khoa học Công nghệ Thủy sản, 1, 3 - 9. 5. Trang Sĩ Trung, Nguyễn Anh Tuấn, Trần Thị Luyến, và Nguyễn Thị Hằng Phương, 2010. Chitin-chitosan từ phế liệu thủy sản và ứng dụng. NXB Nông Nghiệp, Tp. Hồ Chí Minh. 6. Trang Sĩ Trung, Nguyễn Thị Phương, Phạm Thị Thanh Hải, và Phạm Thị Đan Phượng, 2008. Nghiên cứu ứng dụng chitosan trong việc thu hồi protein từ nước rửa surimi. Tạp chí Khoa học Công nghệ Thủy sản, 2, 25 - 30. 7. Trang Sĩ Trung, Phạm Thị Đan Phượng, Nguyễn Công Minh, và Ngô Thanh Lĩnh, 2009. Kết hợp ủ xi lô bằng axit formic để nâng cao hiệu quả qui trình sản xuất chitin từ phế liệu tôm. Tạp chí Khoa học Công nghệ Thủy sản, 4, 31 - 38. 8. Trang Sĩ Trung, Vũ Ngọc Bội, và Phạm Thị Đan Phượng, 2007. Nghiên cứu kết hợp enzyme protease trong công nghệ sản xuất chitin từ phế liệu đầu vỏ tôm. Tạp chí Khoa học Công nghệ Thủy sản, 3, 11 - 17. Tiếng Anh 9. Armenta, R.E. and Guerrero, L.I., 2009. Amino aci d profi le and enhancement of enzymatic hydrolysis of fermented shrimp carotenoproteins. Food Chemistry, 112, 310-315. 10. Britton, G., 1995. Structure and properties of carotenoids in relation to function. FASEB J, 9 (15), 1551-8. 11. Buchwald, M. and Jencks, W.P., 1968. Properties of the crustacyanins and the yellow lobster shell pigment. Biochemistry, 7(2), 844-59. 12. Chakrabarti, R., 2002. Carotenoprotein from tropical brown shrimp shell waste by enzymatic proc ess. Food Biotechnol, 16, 81-90. 13. Chen, H.M. and Meyers, S.P., 1982. Extraction of Astaxanthin Plgment from Crawfi sh Waste Using a Soy Oil Process. Journal of Food Science, 47(3), 892-896. 14. Chien, Y.H., Pan, C.H. and Hunter, B., 2003. The resistance to physical stresses by Penaeus monodon juveniles fed diets supplemented with astaxanthin. Aquaculture, 216(1–4), 177-191. 15. Dauphin, L., 1991. Enhancing value of lobster waste by enzymatic methods. A thesis of Master of Science. 16. Gilmartin, L. and Jervis, L., 2002. Pro duction of cod (Gadus morhua) muscle hydrolysates. Infl uence of combinations of commercial enzyme preparations on hydrolysate peptide size range. Jounal of Agricultural & Food Chemistry, 50(19), 5417-23. 17. Higuera, C.I., Felix, V.L. and Goycoolea, F.M., 2006. Astaxanthin: a revie w of its chemistry and applications. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 46, 185-96. 18. Holanda, H.D.D. and Netto, F.M., 2006. Recovery of components from shrimp (Xiphopenaeus Kroyeri) processing waste by enzymatic hydrolysis. Journal of Food Science, 71, 29 8-303. 19. Khanafari, A., Saberi, A., Azar, M., Vosooghi, Gh., Jamili, Sh. and Sabbaghzadeh, B., 2007. Extraction of astaxanthin esters from shrimp waste by ch emical and microbial methods. Iranian Journal of Environmental, Health Science & Engineering, 4, 93 - 98. 20. Lee, S.H., Roh, S.K., Park, K.H. and Yoon, K.R., 1999. Effective extraction of astaxanthin pigment from shrimp using proteolytic enzymes. Biotechnology and Bioprocess Engineering, 4(3), 1 99-204. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 4/2015 150 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG 21. Long A.M and Haard N.F, 1988. The effect of carotenoid-protein association on pigmentation and growth rates of rainbow trout (Salmo qairdneri). Proceeding of the Aquaculture International Congress, Vancouver, BC, 2, 98 - 100. 22. Mayne , S.T., 1996. Beta-carotene, carotenoids, and disease prevention in humans. FASEB Journal, 10(7), 690-701. 23. Simpson, B.K. and Haard, N.F., 1985. The use of proteolytic enzy mes to extract carotenoproteins from shrimp wastes. Journal of Applied Biochemistry, 7(3), 212-222. 24. Spinelli, J. and Mahnken, C., 1978. Carotenoid deposition in pen-reared salmo nids fed diets containing oil ex- tracts of red crab (Pleuroncodes planipes). Aquaculture, 13(3), 213-223. 25. Villanueva, A., Clemente, A., Bautista, J. and Millán, F., 1999. Production of an extensive sunfl ower protein hydrolysate by sequential hydrolysis wi th endo-and exo-proteases. Grasas y Aceites, 50(6), 472-476. 26. Vioque, J., Sánchez-Vioque, R., Clemente, A., Pedroche, J., Bautista, J. and Millan, F., 1999. Production and characterization of an e xtensive rapeseed protein hydrolysate. Journal of the American Oil Chemists’ Society, 76(7), 819-823. 27. Whitaker, J.R., Voragen, A.G.J. and Wong, D.W.S., 2003. Handbook of food enzymology, Marcel Dekker Inc., New York. 28. Zagal sky, P.F., 1976. Carotenoid-protein complexes. Pure and Applied Chemistry, 47, 103-120.