Thành phần hóa học và khả năng chống oxy hóa của protein Artemia thủy phân

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2014 32 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ KHẢ NĂNG CHỐNG OXY HÓA CỦA PROTEIN ARTEMIA THỦY PHÂN THE CHEMICAL COMPOSITIONS AND ATIOXIDANT ACTIVITY OF ARTEMIA PROTEIN HYDROLYSATES Nguyễn Hồng Ngân1, Huỳnh Nguyễn Duy Bảo2 Ngày nhận bài: 10/01/2014; Ngày phản biện thông qua: 04/4/2014; Ngày duyệt đăng: 02/6/2014 TÓM TẮT Nghiên cứu này nhằm xác định thành phần hóa học của sinh khối Artemia và khám phá hoạt tính chống oxy hóa của protein Artemia thủy phân (APH). Kết quả cho thấy, sinh khối Artemia có chứa: 8,13% protein, 3,77% lipid và 85,92% nước. Protein Artemia thủy phân bằng enzyme nội tại có hoạt tính khử gốc tự do DPPH cao nhất sau 5 giờ thủy phân và tổng năng lực khử cao nhất sau 4 giờ thủy phân ở 500C. Từ khóa: Artemia, enzyme nội tại, hoạt tính chống oxy hóa, protein thủy phân ABSTRACT The present study was aimed to investigate the chemical composition of Artemia and antioxidant activity of Artemia Protein Hydrolysates (APH). The results showed that the Artemia biomass contains approximately 8,13% protein, 3,77% lipid and 85,92% water. APH had the highest DPPH scavenging activity after 5h autolysis and total reducing power after 4h autolysis at 50oC. Keywords: Artemia, indogenous enzymes, antioxidant activity, protein hydrolysates 1 ThS. Nguyễn Hồng Ngân, 2 TS. Huỳnh Nguyễn Duy Bảo: Khoa Công nghệ thực phẩm - Trường Đại học Nha Trang I. ĐẶT VẤN ĐỀ Artemia là một loài giáp xác nhỏ có thể sống ở những vùng nước mặn có nồng độ muối dao động lớn từ vài phần nghìn đến 250‰. Với chu trình sinh trưởng ngắn, sau 10 - 15 ngày Artemia có thể đạt giai đoạn trưởng thành và tham gia sinh sản. Artemia có thể sinh sản lần đầu sau 8 ngày phát triển. Mỗi lần đẻ khoảng 300 trứng hoặc con, với chu kỳ đẻ 4 ngày/lần, vì vậy lượng sinh khối Artemia thu được trên một đơn vị diện tích nuôi trồng khá lớn [1]. Ở Việt Nam, Artemia được nuôi nhiều ở các tỉnh miền Tây Nam bộ như Bạc Liêu, Sóc Trăng với diện tích khoảng 1700 hecta. Hiện nay, Artemia được nuôi để thu trứng bào xác, phần sinh khối còn lại thường sử dụng làm thức ăn tươi trong nuôi thủy sản. Artemia là loại nguyên liệu thủy sản có hàm lượng protein cao (chiếm khoảng 56,4% trọng lượng chất khô) và có chứa nhiều acid amin không thay thế như lysine, phenylalanine [12] nhưng hiện tại Artemia chủ yếu được sản xuất thành thức ăn thô để nuôi thủy sản, các nghiên cứu chế biến Artemia còn rất hạn chế [2]. Phần sinh khối Artemia dư thừa có chứa hàm lượng protein cao nhưng hiện chưa được sử dụng một cách hiệu quả. Trong khi đó protein thủy phân từ sinh vật biển đang được ngành dược phẩm và thực phẩm quan tâm vì có chứa các peptide và các acid amin có hoạt tính chống oxy hóa. Do đó, nghiên cứu thành phần hóa học của Artemia và đánh giá hoạt tính chống oxy hóa của protein Artemia thủy phân để làm cơ sở cho việc sử dụng chúng chế biến thành các sản phẩm thực phẩm cho người là cần thiết nhằm nâng cao hơn nữa hiệu quả của nghề nuôi Artemia. II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Nguyên vật liệu và hóa chất Artemia sử dụng trong nghiên cứu này có tên khoa học là Artemia franciscana, có độ trưởng thành 15 ngày tuổi. Là đối tượng nuôi thương phẩm tại trại nuôi thuộc xã Ninh Ích - Ninh Hòa - Khánh Hòa. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 33 Gốc tự do 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) mua từ Công ty Hóa chất Sigma-Aldrich, Hoa Kỳ. Các hóa chất khác dùng trong nghiên cứu này là loại đạt tiêu chuẩn dùng cho phân tích. 2. Chuẩn bị mẫu Artemia sau khi thu hoạch được vận chuyển sống về phòng thí nghiệm, sốc lạnh cho Artemia chết đồng loạt, loại bỏ tạp chất, rửa sạch để ráo và đem đi xác định thành phần hóa học. Đối với mẫu thu dịch thủy phân, Artemia được xay nhỏ và thủy phân bằng enzyme nội tại (enzyme có sẵn trong bản thân nguyên liệu), quá trình thủy phân được ủ ở 50oC trong bể ổn nhiệt trong 8 giờ để quá trình tự phân giải xảy ra. Sau mỗi giờ thủy phân, lấy mẫu bất hoạt enzyme ở nhiệt độ 85oC trong 10 phút, rồi lọc tách bỏ phần bã thu dịch protein Artemia thủy phân (APH). 3. Phương pháp phân tích Hàm lượng protein, hàm lượng ẩm, tro xác định theo AOAC (1990). Hàm lượng lipid xác định bằng phương pháp Folch (1957). Thành phần acid amin phân tích theo phương pháp của Kechaou và cs (2009). Thành phần acid béo xác định theo phương pháp của Noriega – Rodríguez và cs (2009). Khả năng khử gốc tự do DPPH được xác định theo phương pháp của Fu và cs (2002) [8]. Tổng năng lực khử của dịch thủy phân được xác định theo phương pháp của Oyaizu (1986) [10]. 4. Phương pháp xử lý số liệu Số liệu trình bày trong bài báo này là giá trị trung bình của 3 lần thí nghiệm. Tính giá trị trung bình, vẽ đồ thị và so sánh sự khác biệt có ý nghĩa về mặt thống kê (p < 0,05) của các giá trị trung bình sử dụng phần mềm Microsoft Excel 2003. III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 1. Thành phần hóa học cơ bản của Artemia Thành phần hóa học cơ bản của Artemia được trình bày ở bảng 1. Bả ng 1. Thà nh phầ n hó a họ c cơ bản củ a sinh khố i Artemia STT Thà nh phầ n Hà m lượ ng (% so với trọng lượng tươi) 1 Protein 8,13 ± 0,025 2 Lipid 3,77 ± 0,026 3 Tro 1,10 ± 0043 4 Ẩm 85,92 ± 0,166 Kết quả ở bảng 1 cho thấy, hàm lượng protein của Artemia thấp hơn so với các loại nguyên liệu thủy sản khác như tôm (18 - 22%), cá (16 - 25%). Tuy nhiên, Artemia có vòng đời ngắn, dễ nuôi, sản lượng thu được trên một hecta trong cùng thời gian nuôi cao nên là nguồn cung cấp nguyên liệu dồi dào cho sản xuất [1]. Thành phần acid amin của sinh khối Artemia được thể hiện ở bảng 2. Bả ng 2. Thà nh phầ n acid amin của sinh khối Artemia STT Thành phần acid amin Hàm lượng (g/kg) 1 Alanine 0,04 ± 0,003 2 Glycine 0,01 ± 0,002 3 Valine* 0,77 ± 0,062 4 Leucine* 0,24 ± 0,026 5 Isoleucine* 0,61 ± 0,036 6 Threonine* 0,08 ± 0,0096 7 Serine 0,12 ± 0,0251 8 Proline 0,16 ± 0,01 9 Asparagine 1,13 ± 0,042 10 Methionine* 0,61 ± 0,035 11 4-Hydroxyproline 1,24 ± 0,04 12 Glutamine 0,02 ± 0,002 13 Phenylalanine* 0,83 ± 0,04 14 Lysine* 1,3 ± 0,05 15 Histidine 0,75 ± 0,07 16 Tyrosine 2,93 ± 0,075 Tổng hàm lượng acid amin 10,84 ± 0,376 *Acid amin không thay thế Kết quả ở bảng 2 cho thấy trong số 16 acid amin xác định được từ sinh khối Artemia có 7 acid amin không thay thế với hàm lượng cao là valine, isoleucine leucine, phenylalanine, lysine, threonine, methionine. Ngoài ra, sinh khối Artemia còn chứa hàm lượng cao các acid amin như tyrosine, histidine, proline. Theo một số nghiên cứu [5] thì protein chứa các acid amin kị nước aline, leucine; các acid amin có chứa lưu huỳnh như cystein, methionine hoặc các acid amin như histidine, tryptophan, proline khi thủy phân bằng enzyme thường cho sản phẩm là các peptide hoặc các acid amin có hoạt tính chống oxy hóa. Như vậy, sinh khối Artemia không chỉ rất giàu các chất dinh dưỡng thiết yếu đối với cơ thể mà còn là nguồn protein có chứa các acid amin có hoạt tính chống oxy hóa có thể sử dụng để phát triển thực phẩm chức năng có hoạt tính chống oxy hóa. Thành phần acid béo của sinh khối Artemia được thể hiện ở bảng 3. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2014 34 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Kết quả ở bảng 3 cho thấy sinh khối Artemia chứa hàm lượng cao các acid béo đặc biệt là các acid béo không no. Các acid béo không no chiếm 86,7% tổng hàm lượng acid béo, trong đó chủ yếu là các acid béo không no chưa bão hòa có nhiều nối đôi (có từ 2 nối đôi trở lên) như linoleic acid (C18:2w6), alpha linolenic acid (C18:3w3) và các acid béo bậc cao (có mạch từ 20 carbon trở lên và có từ 4 - 6 nối đôi) như arachidonic acid (C20:4w6), eicosapentaenoic acid (C20:5w3), docosahexaenoic aicd (C22:6w3). Đây là các acid béo không no rất cần thiết cho sự phát triển não bộ và thị giác của trẻ em [6]. Từ kết quả phân tích thành phần hóa học của Artemia cho thấy sinh khối Artemia có giá trị dinh dưỡng cao thể hiện ở hàm lượng protein, hàm lượng các acid amin không thay thế và acid béo không no. Do đó, nghiên cứu phát triển các thực phẩm cho người đặc biệt là các thực phẩm chức năng từ sinh khối Artemia là hướng đi có triển vọng để nâng cao giá trị của Artemia. 2. Khả năng chống oxy hóa của dịch protein Artemia thủy phân bằng enzyme nội tại Khả năng khử gốc tự DPPH của dịch protein Artemia thủy phân bằng enzyme nội tại được trình bày trên hình 1. Bả ng 3. Thà nh phầ n acid béo của sinh khối Artemia STT Acid béo Hàm lượng(% so với tổng lượng acid béo) STT Acid béo Hàm lượng (% so với tổng lượng acid béo) 1 C14:0 0,087 ± 0,0072 24 C22:0 - 2 C14:1w5 0,0650 ± 0,0061 25 C22:1w11 - 3 C15:0 - 26 C22:1w7 - 4 C16:0 0,12 ± 0,0129 27 C22:1w9 - 5 C16:1w7 0,150 ± 0,01 28 C22:2w6 - 6 C17:0 - 29 C22:3w3 - 7 C18:0 0,047 ± 0,0065 30 C22:3w6 - 8 C18:1w7 - 31 C22:4w6 - 9 C18:1w9 0092 ± 0,0049 32 C22:5w3 - 10 C18:2w6 0,120 ± 0,013 33 C22:5w6 - 11 C18:3w3 0,092 ± 0,0055 34 C22:6w3 0,16 ± 0,0665 12 C18:4w3 - 35 C24:0 - 13 C19:0 - 36 C24:1w9 - 14 C20:0 - 37 w3 1,05 ± 0,062 15 C20:1w11 - 38 w6 0,26 ± 0,036 16 C20:1w7 - 39 SFA 0,25 ± 0,026 17 C20:1w9 0,0850 ± 0,0068 40 MUFA 0,39 ± 0,02 18 C20:2w6 0,0210 ± 0,0026 41 PUFA 0,28 ± 0,036 19 C20:3w3 0,045 ± 0,005 42 HUFA 1,02 ± 0,017 20 C20:3w6 0,0058 ± 0,00034 43 Total FA 1,95 ± 0,046 21 C20:4w3 - 44 Lipid (%DM) 3,77 ± 0,115 22 C20:4w6 0,110 ± 0,002 45 TFA/Lipid (%) 51,67 ± 1,06 23 C20:5w3 0,750 ± 0,0458 Hình 1. Khả năng khử gốc tự do DPPH của dịch protein Artemia thủy phân bằng enzyme nội tại Các ký tự a, b, c, d, e trên đồ thị thể hiện (p<0,05) sự khác nhau có ý nghĩa của các giá trị trung bình Kết quả nghiên cứu trên hình 1 cho thấy dịch chiết từ Artemia nguyên liệu xay nhỏ (mẫu 0 giờ thủy phân) có khả năng khử gốc tự do DPPH. Điều đó chứng tỏ Artemia nguyên liệu chứa các thành phần có khả năng chống oxy hóa. Khi thủy phân protein Artemia ở nhiệt độ 500C thì khả năng khử gốc tự do DPPH của dịch protein Artemia thủy phân tăng dần trong khoảng thời gian thủy phân từ 0 đến 5 giờ và đạt cao nhất sau 5 giờ Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 35 thủy phân. Điều đó cho thấy, thành phần có hoạt tính khử gốc tự do DPPH trong dịch thủy phân tăng dần theo thời gian thủy phân và đạt hàm lượng cao nhất sau 5 giờ thủy phân. Tại thời điểm này, đa số protein được thủy phân thành các peptide mạch ngắn và các acid amin có khả năng chống oxy hóa. Bên cạnh đó, quá trình thủy phân còn giải phóng carotenoid ra khỏi phức hợp carotenoprotein góp phần làm tăng hoạt tính khử gốc tự do DPPH của dịch protein Artemia thủy phân. Sau 5 giờ thủy phân, nếu tiếp tục thủy phân thì hoạt tính khử gốc tự do DPPH của dịch protein Artemia thủy phân không tăng và bắt đầu giảm sau 6 giờ thủy phân. Kết quả đó có thể được lý giải là do khi kéo dài thời gian thủy phân các peptide có hoạt tính chống oxy hóa bị thủy phân triệt để thành các acid amin, một số acid amin bị tổn thất do bay hơi, carotenoid tự do bị phân hủy ở nhiệt độ cao và thời gian thủy phân kéo dài [7]. Thêm vào đó, thời gian thủy phân kéo dài vi sinh vật có điều kiện hoạt động phân hủy các acid amin thành các sản phẩm cấp thấp làm giảm hoạt tính chống oxy hóa của dịch thủy phân và gây ra mùi khó chịu cho dịch thủy phân [7]. Tổng năng lực khử của dịch protein Artemia thủy phân bằng enzyme nội tại được trình bày trên hình 2. Kết quả nghiên cứu trên hình 2 cho thấy có sự khác biệt về tổng năng lực khử của dịch protein Artemia thủy phân ở các thời điểm thủy phân khác nhau. Dịch thủy phân protein Artemia tại thời điểm 0 giờ (dịch chiết nguyên liệu) đã có khả năng khử và tổng năng lực khử của dịch thủy phân tăng dần khi tăng thời gian thủy phân từ 1 giờ tới 4 giờ. Tổng năng lực khử của dịch protein Artemia thủy phân đạt cao nhất tại thời điểm 4 giờ thủy phân. Khi tăng thời gian thủy phân lên 5 giờ thì tổng năng lực khử của dịch thủy phân bắt đầu giảm. Kết quả này có thể được giải thích là do khi thời gian thủy phân kéo dài các thành phần có hoạt tính chống oxy hóa bị phân hủy làm giảm độ hấp phụ của dịch thủy phân. Từ kết quả đánh giá khả năng khử gốc tự do DPPH và tổng năng lực khử của dịch protein Artemia thủy phân bằng enzyme nội tại cho thấy bản thân Artemia nguyên liệu đã có các thành phần có hoạt tính chống oxy hóa và Artemia cũng có các enzyme có khả năng thủy phân protein Artemia thành các thành phần có hoạt tính chống oxy hóa. Tuy nhiên, hoạt tính và tính đặc hiệu của các enzyme có sẵn trong nguyên liệu Artemia không cao nên hoạt tính chống oxy hóa của dịch thủy phân thấp hơn khi thủy phân bằng các enzyme thương mại [3]. IV. KẾT LUẬN Thành phần hóa học cơ bản của Artemia bao gồm: 85,92% nước, 3,77% lipid và 8,13% protein cho thấy Artemia có tiềm năng sử dụng để sản xuất các sản phẩm giàu đạm như nước mắm, bột đạm, dịch đạm, bột dinh dưỡng, bột nêm canh gia vị... Sản phẩm thủy phân Artemia bằng enzyme nội tại có hoạt tính chống oxy hóa thể hiện ở khả năng khử gốc tự do DPPH cao nhất sau 5 giờ thủy phân và tổng năng lực khử cao nhất sau 4 giờ thủy phân ở 500C. Vì vậy, có thể sử dụng protein Artemia thủy phân trong sản xuất các thực phẩm chức năng có hoạt tính chống oxy hóa. Hình 2. Tổng năng lực khử của dịch protein Artemia thủy phân bằng enzyme nội tại Các ký tự a, b, c, d, e, f, g, h trên đồ thị thể hiện (p<0,05) sự khác nhau có ý nghĩa của các giá trị trung bình TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Nguyễn Thị Ngọc Anh và ctv, 1997. Đánh giá tiềm năng thu sinh khối Artemia trên ruộng muối Vĩnh Châu. Báo cáo khoa học Hội nghị công nghệ sinh học toàn quốc. NXB Khoa học Kỹ thuật. Hà Nội: 410 - 417. 2. Nguyễn Văn Hòa, 2005. Nâng cao hiệu quả của việc nuôi sinh khối Artemia trên ruộng muối. Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ. Đại học Cần Thơ. 3. Nguyễn Hồng Ngân, Nguyễn Anh Tuấn, Huỳnh Nguyễn Duy Bảo, 2013. Ảnh hưởng của loại enzyme và điều kiện thủy phân đến hoạt tính khử gốc tự do DPPH của protein Artemia thủy phân. Tạp chí Khoa học - Công nghệ thủy sản. Trường Đại học Nha Trang, số 1. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 2/2014 36 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG 4. Hà Thanh Toàn, 2004. Khả năng sử dụng sinh khối Artemia để sản xuất thức ăn cho thủy sản. Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ. Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ sinh học. Đại học Cần Thơ. Tiếng Anh 5. Bahared, B.H. and Ismail, A., 2010. Antioxidative peptides from food proteins: A review. Peptides. Elsevier Applied Science Publishers, New York. 6. Eilander A, Hundscheid, D.C., Osendarp.S.J., Transler.C., Zock.P.L., 2007. Effects of n-3 long chain polyunsaturated fatty acid supplementation on visual an cognitive development throughout chilhood. A review of human studies. Prostaglandins, Leukotrienes and Essential Fatty Acids, 76: 189-203. 7. Foh, M.B.K., Amadou, I., Foh, B.M., Kamara, M.T. and Xia, W., 2010. Functionality and antioxidant properties of Tilapia (Oreochromis niloticus) as infl uenced by the degree of hydrolysis. International Journal of Molecular Sciences, 11: 1851-1869. 8. Fu, H., Shieh, D., Ho, C., 2002. Antioxidant and free radical scavenging activities of edible mushrooms. Journal of Food lipids, 9: 35-46. 9. Klompong, V., Benjakul, S., Kantachote, D., Shahidi, F., 2004. Antioxidant activity and functional properties of protein hydolysate of yellow stripe trevally (Selaroides leptolepis) as infl uenced by the degree of hydrolysis and enzyme. Songkla University. Thailand. 10. Oyaizu, M., 1986. Studies on products of browing reactions: antioxidative activities of productions of browning reaction prepared from glucosamine. Jpm. J. Nutri, 44: 307-315. 11. Rajaram, D. and Nazeer, R.A., 2010. Antioxidant properties of protein hydrolysates obtained from Marine fi sh Lepturacanthus savala and Sphyraena barracud. Internatonal Journal of Biotechnology and Biochemistry, 6 (3): 435-444. 12. Sorgellos, P., Bengtsen, D.A., Decleir, W. and Jaspers, E., 1987. Artemia reseach and its application Universa Press. Wetteren, Belgium. 3, 556.