Ảnh hưởng của điều kiện thủy phân protein từ phụ phẩm cá rô phi làm phân bón cho chè

TÓM TẮT:

Thủy phân phụ phẩm cá rô phi bằng phương pháp enzym để thu nhận protein là một hướng nghiên cứu đúng đắn, mang lại hiệu quả kinh tế cao. Trong nghiên cứu này, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân protein từ phụ phẩm cá rô phi như tỷ lệ enzym papain và bromelin thô, thời gian và nhiệt độ thủy phân được đánh giá. Kết quả nghiên cứu đã xác định được tỷ lệ enzym papain/cơ chất là: 0,5/1,0%; thời gian: 48 giờ ở nhiệt độ 55^oC và cho chất lượng dịch cá rô phi tốt, hàm lượng Nts cao từ 0,050 - 0,057 mg/10ml. Sử dụng dịch cá thủy phân phun 3 lần ở nồng độ 0,1% cho tổng điểm chất lượng chè xanh thành phẩm đạt loại tốt, hàm lượng flavonoid hơn hẳn công thức đối chứng. Đây là nguồn nguyên liệu có tiềm năng dùng trong sản xuất phân bón lá trên chè tại Thái Nguyên thể hiện qua các chỉ tiêu cảm quan và hóa học đạt chất lượng tốt.

Từ khóa: cá rô phi, thủy phân protein, dịch thủy phân, phân bón, chất lượng chè.

1. Đặt vấn đề

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học, công nghệ enzym đã trở thành một ngành quan trọng và có nhiều đóng góp đáng kể vào sự phát triển chung của nền nông nghiệp nước ta. Trong đó, papain và bromelin - nhóm enzym protease được trích ly từ thực vật ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp và thực phẩm, đặc biệt là sử dụng trong thủy phân từ nguyên liệu thủy sản,…

Cá rô phi có hàm lượng protein cao (18,6%) và các nguyên tốt khoáng như canxi, phospho,... [1]. Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đã ước lượng sản lượng cá rô phi cả nước đạt 255.000 tấn và phát triển mạnh tại các tỉnh, thành phố như Hải Dương, Bắc Giang, Bắc Ninh, Phú Thọ, Hòa Bình, Hà Nội và một số tỉnh đồng bằng sông Cửu Long [2]. Trong quá trình chế biến, một lượng lớn sản phẩm phụ như xương, da, vụn thịt và cá nhỏ không đạt tiêu chuẩn thường bị loại bỏ gây ô nhiễm môi trường. Chính vì vậy, việc chế biến, xử lý các phụ phẩm nhằm thu hồi dịch làm phân bón là việc làm cần thiết [3].

Chè là loại cây trồng lâu năm chiếm vị trí quan trọng trong sự phát triển kinh tế, xã hội ở Việt Nam. Sự phát triển của cây chè phụ thuộc vào nhiều yếu tố như khí hậu, đất đai, lượng nước tưới và phân bón. Bón phân là biện pháp kĩ thuật có ảnh hưởng quyết định đến năng suất và chất lượng chè [4], [5]. Bằng cách cung cấp phân bón qua lá, hiệu quả sử dụng phân bón có thể tăng từ 8-20 lần so với bón phân thông thường [6].

Trong thí nghiệm này, chúng tôi xác định các điều kiện thủy phân phụ phẩm cá rô phi để thu nhận protein và đánh giá dịch cá thủy phân trên cây chè LDP1 6 năm tuổi tại Thái Nguyên.

2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

2.1. Vật liệu nghiên cứu

Phụ phẩm cá rô phi, vỏ dứa, đu đủ xanh được thu nhận tại khu vực chợ Thái, Thành phố Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên và vận chuyển về phòng thí nghiệm. Phụ phẩm cá rô phi tiếp tục được cắt nhỏ, xay nhuyễn và chia thành các phần khác nhau để tiến hành thí nghiệm. Mẫu được sử dụng ở -20^oC cho tới khi sử dụng.

Các thí nghiệm điều kiện thủy phân tiến hành tại khoa Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên. Dịch thủy phân cá thử nghiệm trên giống chè LDP1 6 năm tuổi tại xóm Cây Xanh, xã Quyết Thắng, thành phố Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên.

2.2. Phương pháp nghiên cứu

2.2.1. Bố trí thí nghiệm

Đề tài gồm 4 thí nghiệm (TN) nghiên cứu khác nhau. Trong đó, thí nghiệm TN1 gồm 6 công thức xác định tỷ lệ enzym/cơ chất cho 2 loại enzym thô là papain và bromelin nồng độ từ 40-60% tính theo khối lượng phụ phẩm cá; TN2 và TN3 gồm 5 công thức tương ứng với thí nghiệm thay đổi thời gian thủy phân từ 6-72 giờ và nhiệt độ thủy phân từ 40-60^oC. Mỗi thí nghiệm được nhắc lại 3 lần, theo dõi về hàm lượng Nts và điểm cảm quan của dịch sau thủy phân. TN5 đánh giá chỉ tiêu flavonoid tổng số, tanin và chất lượng chè thành phẩm (màu sắc, mùi, vị và trạng thái) thu được sau khi lựa chọn được nồng độ dịch cá thủy phân tốt nhất.

2.2.2. Các chỉ tiêu và phương pháp đánh giá

Hàm lượng Nitơ tổng số (Nts) xác định bằng phương pháp Kjeldhal [7]. Chất lượng cảm quan của dịch cá thủy phân đánh giá theo hướng dẫn của phương pháp cho điểm tổng hợp theo TCVN 3215-79 trên các chỉ tiêu màu sắc, mùi, trạng thái. Riêng sản phẩm chè xanh thành phẩm, sử dụng 4 chỉ tiêu: ngoại hình, màu nước pha, mùi và vị. Tiêu chuẩn sử dụng hệ 20 điểm xây dựng trên một hệ thang điểm thống nhất có 6 bậc (0 - 5) với điểm 5 là cao nhất cho 1 chỉ tiêu [8].

Thành phần flavonoid tổng số được xác định bằng phương pháp so màu trên máy UV-VIS V630, mẫu trắng sử dụng nước cất [9]. Xác định hàm lượng tanin bằng phương pháp Leventhan [10].

2.3. Xử lý số liệu

Tất cả số liệu thí nghiệm đều được tổng hợp và xử lý thống kê bằng chương trình Microsoft Excel 2010 và phần mềm SPSS 20.0.

3. Kết quả và thảo luận

3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ enzym thô thủy phân tới chất lượng dịch cá rô phi bán thành phẩm

Để tạo ra dịch cá rô phi bán thành phẩm có hàm lượng protein cao, đồng thời rút ngắn thời gian thủy phân, cần xác định được tỷ lệ enzym/nguyên liệu thích hợp. Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ 2 enzym thô (papain, bromelin) với các tỷ lệ khác nhau để thực hiện, cụ thể: 40%, 50%, 60% cho mỗi loại enzym so với cá rô phi nguyên liệu. Hai enzym được thủy phân trong cùng điều kiện với nguyên liệu cá rô phi trong 48 giờ, ở nhiệt độ 55^oC, pH cố định từ 4.5-8.5. Kết quả phân tích hàm lượng N tổng số (Nts) và đánh giá cảm quan dịch cá sau thủy phân được trình bày ở Bảng 1.

Bảng 1. Ảnh hưởng của tỷ lệ enzym thô thủy phân tới chất lượng
dịch cá rô phi bán thành phẩm

Ghi chú: Trong cùng một cột, các giá trị mang cùng chữ số mũ là không khác nhau ở ý nghĩa α = 0.05

Nguồn: Tác giả

Bảng 1 cho thấy ảnh hưởng của tỷ lệ enzym/nguyên liệu có ảnh hưởng rất lớn đến hàm lượng N tổng số, mùi và trạng thái của bán thành phẩm. Đối với việc sử dụng enzym bromelin trong quá trình thủy phân, mặc dù mùi của bán thành phẩm có điểm cảm quan cao nhưng về trạng thái và màu sắc kém hơn so với enzym papain. Ở CT2 với tỷ lệ enzym/nguyên liệu 50% cho hàm lượng Nts ở mức cao nhất (0.057 mg/10ml), tổng điểm chất lượng đạt cao nhất (15,23 điểm) đạt mức chất lượng khá so với các công thức khác trong đề tài. Do vậy, chúng tôi đã lựa chọn enzym papain, tỷ lệ enzym/nguyên liệu 50% để tiến hành cho các thí nghiệm tiếp theo.

3.2. Ảnh hưởng của thời gian thủy phân tới chất lượng dịch cá rô phi bán thàn phẩm

Mỗi quá trình thủy phân có một khoảng thời gian nhất định để đạt hiệu quả cao nhất. Nếu ta chọn thời gian thủy phân thấp hơn thời gian này thì hiệu quả thủy phân không cao do sự phân cắt các mối nối peptid chưa triệt để, lượng axit amin sinh ra ít. Ngược lại, thời gian thủy phân lâu thì các axit amin sinh ra sẽ bị phân hủy thành NH3, gây mùi thối. Vì vậy, chọn được thời gian thủy phân tối ưu để hiệu quả kinh tế và hiệu quả thủy phân cao nhất.

Với enzym papain đã chọn ở thí nghiệm trên, chúng tôi tiếp tục tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian thủy phân tới chất lượng dịch cá bán thành phẩm. Thí nghiệm tiến hành với thời gian thủy phân khác nhau để thực hiện, cụ thể trong: 6, 12, 24, 48, 72 giờ ở cùng nhiệt độ là 55^oC thu được kết quả trình bày ở Bảng 2.

Bảng 2. Ảnh hưởng của thời gian thủy phân tới chất lượng dịch cá rô phi bán thành phẩm

Ghi chú: Trong cùng một cột, các số có chỉ số mũ giống nhau là không khác nhau ở ý nghĩa α = 0.05

Nguồn: Tác giả

Bảng 2 cho thấy hàm lượng Nts thu được có xu hướng tăng theo thời gian thủy phân, tăng mạnh nhất tới thời điểm 48 giờ (0,050 mg/10ml). Sau 48 giờ, hàm lượng Nts không có sự khác biệt ý nghĩa thống kê giữa các công thức thí nghiệm. Kết hợp đánh giá tổng điểm chất lượng thông qua chỉ tiêu màu, mùi và trạng thái của dịch cá rô phi cho thấy thời gian thủy phân là: 24 giờ (15,20), 48 giờ (15,38) và 72 giờ (15,30) đều đạt chất lượng khá. Như vậy, để rút ngắn thời gian thủy phân mà chất lượng vẫn đảm bảo nên lựa chọn mốc 48 giờ để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo.

3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân tới chất lượng dịch cá bán thành phẩm

Mỗi enzym có khoảng nhiệt độ hoạt động thích hợp riêng và trong đó có điểm nhiệt độ hoạt động tối ưu cho hiệu quả cao nhất. Thí nghiệm tiến hành ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau là: 45, 50, 55, 60 và 65^oC. Kết quả phân tích và đánh giá cảm quan được trình bày ở Bảng 3.

Bảng 3. Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân tới chất lượng
dịch cá bán thành phẩm

Ghi chú: Trong cùng một cột, các số có chỉ số mũ giống nhau là không khác nhau ở ý nghĩa α = 0.05

Nguồn: Tác giả

Kết quả ở Bảng 3 cho ta thấy hàm lượng Nts của các thí nghiệm có sự sai khác có ý nghĩa ở mức ý nghĩa a = 0,05. Khi nhiệt độ tăng thì hiệu quả thủy phân protein tăng theo thể hiện ở các công thức: CT12 (0,035); CT13 (0,038); CT14 (0,044); CT15 (0,055) và cao nhất ở CT 15 về hàm lượng Nts. Khi tăng nhiệt độ lên 600C thì lượng N tổng số thu được lại giảm, điều này có thể giải thích do enzym papain thô bị ức chế khi ở nhiệt độ cao. Bên cạnh đó, xét về điểm cảm quan có trọng số ở các CT12, CT13, CT14, có điểm thấp do ở các CT này nhiệt độ thủy phân chưa đạt mức tối ưu cho enzym thủy phân nguyên liệu, dẫn tới điểm trạng thái và mùi của bán thành phẩm chưa đạt yêu cầu. Ở nhiệt độ 55^oC (CT15) và 60^oC (CT16), không có sự khác biệt giữa các ý nghĩa thống kê và đều đạt loại khá.

Như vậy, để đạt được hiệu quả thủy phân cao nhất, chúng tôi đã chọn nhiệt độ tối ưu là 55^oC (CT15). Kết quả nghiên cứu này phù hợp với kết quả nghiên cứu của Nguyễn Thị Xuân Dung (2005) [11], khi tiến hành thủy phân protein trên bánh dầu đậu nành thì papain hoạt động trong khoảng 45-65^oC, nhiệt độ tối ưu là 55^oC. Tuy nhiên, kết quả này có sự sai khác với nghiên cứu của Nguyễn Quang Vinh (2010) [12] khi tiến hành thủy phân trên cá nục thì papain hoạt động trong điều kiện nhiệt độ tối ưu là 60^oC. Sự sai khác này có thể xuất phát từ nguyên liệu cá nục chứa hàm lượng lipit lớn hơn so với cá rô phi.

3.4. Ảnh hưởng của dịch thủy phân cá rô phi thủy phân tới chất lượng chè xanh thành phẩm

Với dịch cá rô phi thủy phân thu được, tiến hành phun theo hướng dẫn của tác giả Tuân và cộng sự (2019) trên cây chè LDP1 6 năm tuổi ở nồng độ 0,1%, mỗi lần phun cách nhau 7-10 ngày và so sánh với công thức đối chứng sử dụng nước lã tại cùng thời điểm. Chất lượng chè xanh thành phẩm được so sánh về các chỉ tiêu cảm quan (màu sắc, mùi, vị và trạng thái), hàm lượng tanin và flavonoid. Kết quả được trình bày ở Bảng 4.

Bảng 4. Ảnh hưởng của dịch cá rô phi thủy phân đến các chỉ tiêu cảm quan và hóa học trong chè

Nguồn: Tác giả

Kết quả phân tích về các chỉ tiêu cảm quan của mẫu chè được phun dịch cá rô phi cho tổng điểm chất lượng đạt loại tốt (18,40 điểm) so với tổng điểm chất lượng cảm quan của công thức đối chứng (15,22 điểm). Như vậy, bên cạnh yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng cảm quan chè như chất đất, khí hậu,... thì việc sử dụng dịch cá thủy phân trong canh tác cũng góp phần nâng cao chất lượng cảm quan chè thành phẩm về mùi và vị. Chè có mùi thơm tự nhiên, dễ chịu, có vị chát dịu và hậu ngọt đặc trưng của sản phẩm phân hạng từ khá tới tốt.

Tanin và flavonoid là hai thành phần chiếm tỷ lệ cao trong chè. Hàm lượng tanin quyết định đến vị chát trong chè, trong khi hàm lượng flavonoid quyết định đến màu sắc và hương thơm của chè. Bảng 4 cho thấy hàm lượng tanin trong chè đối chứng cao hơn nhưng hàm lượng flavonoid lại thấp hơn khi so sánh với chè có sử dụng dịch cá rô phi thủy phân. Kết quả này phù hợp với tổng điểm chất lượng cảm quan giữa hai mẫu chè được đánh giá.

4. Kết luận

Điều kiện thủy phân protein từ phụ phẩm cá rô phi để thu nhận dịch như sau: Tỷ lệ enzym papain/nguyên liệu: 0,5/1; nhiệt độ thủy phân: 55⁰C; thời gian thủy phân 48 giờ cho chất lượng dịch cá tốt, hàm lượng Nts cao từ 0,050-0,057 mg/10ml.

Sử dụng dịch cá thủy phân phun 3 lần ở nồng độ 0,1% cho tổng điểm chất lượng chè xanh thành phẩm đạt loại tốt (18,40 điểm). Các chỉ tiêu về ngoại hình, màu sắc, mùi, vị và hàm lượng flavonoid của chè thí nghiệm hơn hẳn công thức đối chứng.

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

Phạm Thị Nhung Lụa (2014). Xác định đặc điểm cấu trúc và thành phần hóa học cơ thịt cá của một số loài cá nước ngọt. Luận văn tốt nghiệp Đại học, Trường Đại học Cần Thơ.
Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (2019). Diễn đàn ứng dụng KHCN phát triển sản xuất cá rô phi. Hòa Bình.
Hà Kiều Anh, Nguyễn Hà Trung, Nguyễn Khánh Hoàng Việt, Nguyễn Thị Hồng Loan, Phạm Kiên Cường (2017). Nghiên cứu các điều kiện thủy phân phụ phẩm cá hồi (Salmo salar) nhằm thu nhận peptit mạch ngắn có hoạt tính chống oxi hoá. Tạp chí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, 33, 7-13.
Anonymous. (2002). Tea Growers Hand Book. 5th Edition, Tea Research Foundation of Kenya. Nairobi: Elizer Services Publishers, Times Printing Services,
Drinnan, E. (2008). Fertilizer Strategies for Mechanical Tea Production. [Online] Avalabile at https://www.agrifutures.com.au/wp-content/uploads/publications/08-030.pdf
Woldegebriel, D. (2007). Levels of Essential and Non-Essential Metals in Commercially Available Ethiopian Black Teas. Ethiopia: Addis Ababa University.
Nguyễn Văn Mùi (2001). Thực hành Hóa sinh học. NXB Đại học Quốc gia Hà Nội.
Phạm Xuân Vượng (2007). Giáo trình kiểm tra chất lượng thực phẩm. NXB Hà Nội.
Chang C.C., Yang M.H., Chern J.C. (2002). Estimation of total flavonoid content in Propolis by two complementary colorimetric methods. Journal of Food and Drug Analysis, 10(3), 178-182.
Vũ Thị Thư, Đoàn Hùng Tiến, Đỗ Thị Gấm, Giang Trung Khoa (2001). Các hợp chất có trong chè và một số phương pháp phân tích thông dụng trong sản xuất chè ở Việt Nam. NXB Nông nghiệp Hà Nội, 72-110.
Nguyễn Thị Xuân Dung (2005). Sử dụng enzym papain để thủy phân bánh dầu đậu nành và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân. Luận văn tốt nghiệp Đại học, Trường Đại học Cần Thơ.
Nguyễn Quang Vinh (2010). Nghiên cứu thủy phân protein cá nục thành đạm hòa tan bằng enzyme papain, kết hợp nấm mốc Aspergillus oryzae và vi khuẩn Bacillus subtilis. Luận văn tốt nghiệp Đại học, Trường Đại học Cần Thơ.
Nguyễn Đức Tuân (2019). Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm phân bón lá phục vụ sản xuất chè an toàn. Đề tài NCKH cấp cơ sở năm 2019, Mã số T2019-08-ĐH.

FACTORS AFFECTING THE PROTEIN HYDROLYSIS

OF TILAPIA BY-PRODUCTS

TO MAKE FOLIAR FERTILIZER FOR TEA

• NGUYEN DUC TUAN¹

• LE SY LUY¹

¹Faculty of Biotechnology and Food Technology,

Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry

ABSTRACT:

Enzyme hydrolysis of tilapia by-products to obtain protein is a right research direction, bringing high economic efficiency. In this study, factors affecting protein hydrolysis from tilapia by-products such as the ratio of crude papain and bromelin enzymes, time and temperature of hydrolysis were evaluated. Research results have determined the papain enzyme/substrate ratio: 0.5/1.0%; time: 48 hours at 55oC and gives good quality tilapia hydrolysate, high Nts content from 0.050 to 0.057 mg/10ml. Using hydrolyzed fish solution sprayed 3 times at a concentration of 0.1%, the total quality score of the finished green tea was good, the flavonoid content was much higher than the control formula. This is a potential source of raw materials to be used in the production of foliar fertilizer on tea in Thai Nguyen, as shown by its sensory and chemical indicators of good quality.

Keywords: Tilapia, protein hydrolyzate, hydrolysate, fertilizer, tea quality.