Luận văn Nghiên cứu thu nhận và ứng dụng enzyme protease nội tạng để sản xuất bột canh tôm từ đầu tôm thẻ chân trắng

ắng tĩnh điện Phổ biến nhất là phương pháp lắng xoáy tâm, sử dụng cyclon. + Quạt: Để tăng lưu lượng tác nhân sấy, người ta sử dụng quạt ly tâm. Ở quy mô công nghiệp, các thiết bị sấy phun được trang bị hệ thống hai quạt. Quạt chính được đặt sau thiết bị thu hồi bột sản phẩm từ dòng khí thoát. Còn quạt phụ đặt trước thiết bị gia nhiệt không khí trước khi vào buồng sấy. Ưu điểm của việc sử dụng hệ thống hai quạt là người ta có thể kiểm soát dễ dàng áp lực trong buồng sấy. Trong trường hợp chỉ sử dụng một quạt ly tâm đặt sau cyclon thu hồi sản phẩm, buồng sấy sẽ hoạt động dưới áp lực chân không rất cao. Chính áp lực chân không này sẽ ảnh hưởng đến lượng bột sản phẩm bị cuốn theo dòng khí thoát, do đó sẽ ảnh hưởng đến năng suất hoạt động và hiệu quả thu hồi bột sản phẩm của cyclon. 26 b. Nguyên tắc hoạt động Hình 1.3 : Sơ đồ hệ thống sấy phun 1. Buồng sấy. 5. Cơ cấu phun mẫu. 2. Caloriphe. 6. Cyclon thu hồi sản phẩm từ khí thoát ra. 3. Thùng chứa nguyên liệu cần sấy. 7. Cyclon vận chuyển sản phẩm. 4. Bơm nguyên liệu. 8. Hệ thống quạt hút và màng lọc. Nguyên liệu từ thùng chứa (3) được bơm số (4) bơm vào buồng sấy (1), khi vào buồng sấy được phân bố mấu thành hạt nhỏ li ti (dạng mù) nhờ cơ cấu phun. 1 lít dung dịch có thể được phun thành 1,5*1010 giọt với tổng diện tích bề mặt lên đến 120m2. Không khí nóng thổi qua caloriphe (2) đưa vào buồng sấy. Không khí nóng và nguyên liệu ở dạng mù tiếp xúc với nhau trong vài giây tại cơ cấu phun mẫu (5) đặt trong buồng sấy, nước từ nguyên liệu bốc hơi sau đó thoát ra ngoài, sản phẩm khô được thu gom tại đáy cyclon (6), được làm nguội và thu hồi. Một phần bụi mịn theo không khí qua cyclon (7), sau đó qua bộ lọc vải (8) nhằm thu hồi lại các hạt bụi mịn còn sót lại và thải ra ngoài. * Không khí nhờ quạt thổi qua bộ trao đổi nhiệt caloriphe và nâng lên nhiệt độ cần thiết theo yêu cầu của chế độ sấy. Không khí trước khi qua bộ trao đổi nhiệt được lọc sạch bởi thiết bị lọc. 1.4.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy - Nồng độ chất khô của nguyên liệu: + Nồng độ cao: Giảm được thời gian bốc hơi nhưng lại tăng độ nhớt của nguyên liệu, gây khó khăn cho quá trình sấy phun. +Nồng độ thấp: Tốn nhiều thời gian và năng lượng cho quá trình. 27 Thực tế nồng độ vào khoảng: 45- 52%. - Nhiệt độ tác nhân sấy: Đây là yếu tố ảnh hưởng quyết định đến độ ẩm của sản phẩm sau khi sấy phun. Khi cố định thời gian sấy, độ ẩm của bột sản phẩm thu được sẽ giảm đi nếu ta tăng nhiệt độ tác nhân sấy. Tuy nhiên, việc gia tăng nhiệt độ cao có thể gây phân hủy một số cấu tử trong nguyên liệu mẫn cảm với nhiệt và làm tăng mức tiêu hao năng lượng cho toàn bộ quá trình. Kích thước, số lượng và quỹ đạo chuyển động của các hạt nguyên liệu trong buồng sấy. Các yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy phun là tốc độ bơm đưa dòng nguyên liệu vào cơ cấu phun sương, lưu lượng không khí nóng vào buồng sấy, cấu tạo và kích thước buồng sấy 1.4.2.4 Phân loại thiết bị sấy phun - Phân loại theo chiều của tác nhân sấy : + Cùng chiều. Ví dụ: Máy sấy phun sương + Ngược chiều. + Kết hợp. - Phân loại theo cấp độ sấy: + Sấy một cấp. + Sấy hai cấp. 1.4.2.5. Ưu và nhược điểm của công nghệ sấy phun * Ưu điểm - Quá trình sấy nhanh. - Có thể điều khiển được tỷ trọng sản phẩm. - Bột sau khi sấy có độ hòa tan cao (90- 100%), độ ẩm thấp (3- 4%). - Vận hành liên rục và có thể tự động hóa hoàn toàn. - Chi phí nhân công thấp. - Vận hành và bảo dưỡng đơn giản. - Thiết kế đa dạng cho từng loại sản phẩm, từng loại qui mô nhà máy. - Áp dụng được cho các sản phẩm bền nhiệt và không bền nhiệt, nguyên liệu ở dạng dung dịch, gel, paste, hồ vữa, huyền phù 28 - Chất lượng bột được bảo đảm trong suốt quá trình sấy. - Vật liệu hầu như không tiếp xúc với bề mặt kim loại của thiết bị. * Nhược điểm - Chi phí đầu tư cao. - Yêu cầu độ ẩm ban đầu cao để đảm bảo nguyên liệu có thể bơm đến thiết bị tạo giọt lỏng. - Chi phí năng lượng cao hơn (để tách ẩm). - Thất thoát các chất dễ bay hơi cao hơn. 1.4.3. Tổng quan Dextrin – chất bổ sung trong quá trình thu hồi bột đạm thủy phân. Dextrin là một polysaccharide được sử dụng như một phụ gia thực phẩm, là chất không ngọt, là sản phẩm thủy phân tinh bột không hoàn toàn bằng acid hoặc enzyme, hoặc bằng acid và enzyme là hỗn hợp các polyme có đơn vị là D-glucoza có đương lượng dextroza DE dưới 20. Đương lượng Dextroza Equivelent, viết tắt là DE, là đại lượng chỉ khả năng khử đối với chuẩn là 100% ở đường glucoza (dextrose), hay là số đương lượng gam tương đương D-glucoza trong 100g chất khô của sản phẩm. Dextrin có tên gọi khác là Pyrodextrin hoặc Torrefaction dextrin. Công thức phân tử: (C6H10O5)n.xH2O (O’Neil, 2006) [44], được xây dựng bởi các D-glucose gồm 6 nguyên tử carbon, 12 nguyên tử hydro và 6 nguyên tử oxy. Cấu trúc phân tử: Hình 1.4 Cấu trúc Dextrin Sản phẩm có DE 4-7 được sử dụng để tạo màng mỏng dễ tan và tự hủy được dùng để bọc kẹo, bọc trái cây khi bảo quản, đưa vào kem, làm phụ gia cho các loại nước sốt, làm chất độn tạo viên trong công nghiệp dược, Sản phẩm DE từ 9-12 được dùng trong công nghệ sản xuất đồ uống, đặc biệt là đồ uống dành cho trẻ em, cho vận động viên thể thao, làm kẹo mềm, gum, làm chất trợ sấy, chất giữ hương, yếu tố tạo hình. 29 Sản phẩm DE từ 15-18 được làm chất kết dính, chất tăng vị cho đồ uống, đưa vào thành phần bơ, sữa bột, cà phê hòa tan, làm vật mang các thành phần không phải đường, làm tá dược chính trong công nghệ thực phẩm. Trên thị trường thương mại có ba loại dextrin là dextrin dạng bột trắng, dextrin dạng bột vàng và dextrin dạng gum hồ (USDA, 2011). [52] - Dextrin trắng: được sản xuất bằng cách sấy khô tinh bột với acid HCl ở nhiệt độ thấp dưới 1500C, trong thời gian ngắn đến khi tinh bột bị biến tính ở kích cỡ phân tử nhỏ. Dextrin trắng có độ hòa tan trong nước thấp. - Dextrin vàng: được sản xuất giống Dextrin trắng nhưng với lượng acid sử dụng thấp, điều kiện nhiệt độ cao hơn, thời gian dài hơn. Dextrin vàng có độ hòa tan trong nước cao hơn Dextrin trắng. - Gum hồ Dextrin: được sản xuất bằng cách bổ sung một lượng acid rất ít hoặc không dùng acid để thủy phân. Sản phẩm có độ dẻo cao. 1.4.4. Muối ăn (NaCl) Muối ăn được loài người sử dụng từ rất xa xưa và vẫn được tiếp tục sử dụng rộng rãi trong đời sống sinh hoạt hàng ngày cũng như trong công nghệ sản xuất thực phẩm. Có rất nhiều dạng muối ăn: muối thô, muối tinh, muối iod. Muối ăn là một chất rắn có dạng tinh thể có màu từ trắng tới có vế của màu hồng hay xám rất nhạt, là sản phẩm thu được bằng cách cho bay hơi nước biển hay khai thác từ các mỏ muối. Các phân tử NaCl tạo thành các tinh thể có cấu trúc lập phương cân đối. Trong các tinh thể này, các ion clorua lơn hơn được sắp xếp trong khối lập phương khép kín, trong khi các ion natri nhỏ hơn điền vào các lỗ hổng bát diện giữa chúng. Mỗi ion được bảo quanh bởi 6 ion khác. Muối thu được từ nước biển có các tinh thể nhỏ hoặc lớn hơn muối mỏ. Trong tự nhiên, muối ăn bao gồm chủ yếu là Clorua natri (NaCl) và một số khoáng chất vi lượng khác. Muối ăn cần thiết cho mọi cơ thể sống, bao gồm cả con người. Nồng độ các ion natri trong máu có mối liên quan trực tiếp tới sự điều chỉnh các mức an toàn của hệ cơ thể - chất lỏng. Sự truyền các xung thần kinh bở sự truyền tính trạng tín hiệu được điều chỉnh bởi các ion natri. Dung dịch clorua natri 0,9% được gọi là nước đẳng trương hay dung dịch sinh lý do nó là đẳng trương với huyết tương. Dung dịch này được sử dụng rộng rãi trong y 30 học để ngăn chặn sự mất nước hay xử lý sự mất nước, truyền ven để ngăn sốc do mất máu. Muối ăn được sử dụng chủ yếu như là chất điều vị cho thực phẩm và được xác định như là một trong các vị cơ bản (vị mặn). Khi sử dụng muối ăn với liều lượng hợp lý thì nó có tác dụng tốt cho sức khỏe con người nhưng khi ăn một lượng muối vượt quá mức cần thiết cho cơ thể thì sẽ dẫn đến sự tăng huyết áp ở một số người, mà trong nhiều trường hợp là nguyên nhân của chứng nhồi máu cơ tim. Có rất nhiều lý do để sử dụng muối ăn trong ngành công nghiệp thực phẩm như để bảo quản các sản phẩm tươi sống như tôm, cua, thịt, cá trước khi chế biến để tránh bị ươn thối, hay dùng để bảo quản cho các thực phẩm, kiện để sản xuất các sản phẩm như: muối dưa, muối cà, làm nước mắm, cá muối, thịt muối, trứng cá muối, nhưng lý do chính là do nó có khả năng nâng cao tính chất cảm quan theo hướng có lợi cho thực phẩm như tăng mùi, vị cho thực phẩm. Muối ăn ngày nay, khi mua về dùng thường không phải là clorua natri nguyên chất mà nó đã được bổ sung thêm các thành phần khác như thêm Carbonate magie vào để muối ít vón cục, natri iodua, kali iodua được thêm vào nhằm giảm thiểu tỷ lệ mắc bệnh bướu cổ. Tóm lại: với nhu cầu tiêu thụ mặt hàng tôm thẻ chân trắng rất lớn nên tiềm năng xuất khẩu tôm thẻ chân trắng sẽ ngày càng phát triển mạnh, kéo theo nó là khối lượng phế liệu đầu và vỏ tôm cũng tăng theo. Nếu không tận thu được nguồn phế liệu này để tăng lợi nhuận cho doanh nghiệp thì đó là sự lãng phí vô cùng lớn và sẽ là nguồn ô nhiễm môi trường xung quanh nếu nguồn phế liệu này không được xử lý đúng cách do đặc điểm của chúng là mau ươn, chóng thối.Với mong muốn góp một phần nhỏ bé vào việc nâng cao giá trị của nguồn phế liệu đầu và vỏ tôm, đề tài hướng vào việc tận dụng phế liệu đầu tôm để tận thu chế phẩm enzyme protease và ứng dụng nó vào trong việc sản xuất bột canh tôm. 31 Chương 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên vật liệu dùng trong nghiên cứu 2.1.1 Nguyên liệu dùng để tách chiết enzyme và dùng trong quá trình thủy phân Đầu tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei) được chọn là đối tượng nghiên cứu. Đầu tôm được lấy từ nguyên liệu tôm Thẻ chân trắng chế biến tại Công ty Cổ phần Nha Trang Seafoods (F17), Khánh Hòa. Nguyên liệu sau khi lấy được vận chuyển ngay bằng thùng xốp cách nhiệt có bảo quản nước đá, nhiệt độ < 50C về phòng thí nghiệm. Nguyên liệu trước khi sử dụng được rửa sạch, để ráo trong thời gian 5 phút. Trong trường hợp chưa làm ngay thì rửa sạch → bao gói → bảo quản đông ở điều kiện nhiệt độ -200C tại phòng thí nghiệm. 2.1.2 Dụng cụ và hóa chất dùng trong nghiên cứu - Dụng cụ: sử dụng các thiết bị sẵn có trong phòng thí nghiệm như: cân điện tử Shimazu (Nhật), máy ly tâm lạnh Rotina (Đức), pipet, micropipette, ống nghiệm, ống ly tâm eppendorff, bình tam giác, cốc thủy tinh, bình định mức, phễu - Hóa chất: hóa chất sử dụng trong nghiên cứu đều thuộc loại tinh khiết dùng cho phân tích của hãng Merck – Đức. Các hóa chất thông dụng như NaOH, HCl, Na2HPO4, NaHPO4, sản xuất tại Trung Quốc. 32 2.2 Phương pháp nghiên cứu: 2.2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát: Sơ đồ 2.1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát. Đầu tôm thẻ chân trắng Xay nhỏ Ly tâm lạnh DC Kết tủa Chiết rút Ly tâm lạnh CPE Đầu tôm nguyên liệu Thủy phân Lọc Dịch lọc - Xác định các điều kiện thủy phân Sấy khô Bột tôm Thử nghiệm sản xuất sản phẩm bột canh tôm Bã - Dung môi chiết - Tỷ lệ dung môi/ nguyên liệu - Xác định hoạt độ - Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt độ: t0; pH; nồng độ muối - Tác nhân tủa - Thời gian tủa - Nồng độ 33 2.2.2 Chiết rút thu dịch chiết (DC) và chế phẩm enzyme (CPE) từ đầu tôm thẻ chân trắng Toàn bộ quá trình tách chiết enzyme được thực hiện ở nhiệt độ từ 0-40C. Đầu tôm thẻ chân trắng được xay nhỏ, hòa tan vào trong dung môi chiết rồi đem ly tâm với tốc độ 7000 vòng/phút trong 900 giây ở 40C, loại bỏ cặn, thu DC. CPE thu được bằng cách kết tủa DC với các tác nhân tủa trong thời gian xác định, ly tâm 7000 vòng/phút trong 900 giây ở 40C, thu cặn. 2.2.2.1 Xác định dung môi chiết và tỷ lệ dung môi chiết thích hợp  Xác định dung môi chiết thích hợp Tiến hành chiết rút enzyme bằng các dung môi: nước cất, nước muối sinh lý, đệm phosphate pH=7,0, tỷ lệ 1/1, giữ ở 0-40C trong 40 phút bằng đá vụn, lọc lấy dịch, đem đi ly tâm lạnh ở 40C với tốc độ 7000 vòng/phút trong 900 giây, thu DC, sau đó xác định hoạt độ enzyme, so sánh và chọn dung môi chiết thích hợp. Sơ đồ bố trí thí nghiệm: Sơ đồ 2.2 Bố trí thí nghiệm xác định dung môi chiết thích hợp. Nước muối sinh lý Đầu tôm thẻ chân trắng Xay, nghiền Chiết rút bằng các dung môi Xác định hoạt độ của enzyme Chọn dung môi chiết thích hợp Nước cất Đệm phosphate (Ph=7) 34  Xác định tỷ lệ dung môi chiết/nguyên liệu thích hợp Sau khi chọn được dung môi chiết thích hợp, tiếp tục nghiên cứu xác định tỷ lệ dung môi chiết và nguyên liệu (NL) với các tỷ lệ dung môi/NL lần lượt là 1:1; 2:1; 3:1; 4:1 trong thời gian 40 phút rồi tiến hành lọc và xác định hoạt độ của enzyme với các bước như ở phần xác định dung môi chiết thích hợp (như trên) để chọn ra được tỷ lệ dung môi chiết/NL thích hợp. Sơ đồ bố trí thí nghiệm Sơ đồ 2.3 Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ dung môi chiết thích hợp Đầu tôm thẻ chân trắng Xay, nghiền Chiết rút bằng dung môi với các tỷ lệ Xác định hoạt độ của enzyme Chọn tỷ lệ dung môi chiết thích hợp 1/1 2/1 3/1 4/1 35  Xác định thời gian chiết rút thích hợp Sau khi chọn được dung môi và tỷ lệ dung môi/NL thích hợp, tiếp tục nghiên cứu xác định thời gian chiết thích hợp với các thời gian chiết lần lượt là 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80 phút rồi tiến hành lọc và xác định hoạt độ của enzyme để chọn ra thời gian chiết thích hợp. Sơ đồ bố trí thí nghiệm: Sơ đồ 2.4 Bố trí thí nghiệm xác định thời gian chiết thích hợp Đầu tôm thẻ chân trắng Xay, nghiền Chiết rút bằng dung môi với các thời gian (phút) Xác định hoạt độ của enzyme Chọn tỷ lệ dung môi chiết thích hợp 20 30 70 80 40 50 60 36 2.2.2.2 Xác định điều kiện kết tủa thích hợp thu CPE  Xác định tác nhân kết tủa Tiến hành kết tủa enzyme bằng các tác nhân: aceton 70%, ethanol 70% (tỷ lệ 3/1); đệm phosphate 70% trong thời gian 30 phút, nhiệt độ 40C, sau đó ly tâm lạnh thu tủa CPE, hòa CPE với dung dịch đệm phosphate pH=7, đưa về cùng thể tích, sau đó tiến hành xác định hoạt độ protease, so sánh và chọn tác nhân kết tủa thích hợp. Sơ đồ bố trí thí nghiệm: Sơ đồ 2.5 Bố trí thí nghiệm xác định tác nhân tủa thích hợp. DC Kết tủa bằng các tác nhân Xác định hoạt độ của enzyme Chọn tác nhân kết tủa thích hợp Aceton đệm phosphate Ethanol 37  Xác định nồng độ tác nhân kết tủa Sau khi chọn được tác nhân kết tủa thì tiến hành chọn tác nhân kết tủa ở các nồng độ 40%; 50%; ; 90% ( tỷ lệ 1/1- 7/1 với ethanol) trong thời gian 30 phút, nhiệt độ 40C sau đó ly tâm lạnh thu tủa CPE, hòa CPE với dung dịch đệm phosphate pH=7, đưa về cùng thể tích, sau đó tiến hành xác định hoạt độ protease, so sánh và chọn nồng độ tác nhân kết tủa thích hợp. Sơ đồ bố trí thí nghiệm: Sơ đồ 2.6 Bố trí thí nghiệm xác định nồng độ tác nhân kết tủa thích hợp. DC Kết tủa bằng tác nhân kết tủa thích hợp ở các nồng độ (%) Xác định hoạt độ của enzyme Chọn nồng độ tác nhân kết tủa thích hợp 40 90 80 50 60 70 38  Xác định thời gian kết tủa thích hợp Tiến hành tủa protease với tác nhân kết tủa và nồng độ đã chọn lần lượt trong các thời gian 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90 phút, nhiệt độ 40C sau đó ly tâm lạnh thu tủa CPE, hòa CPE với dung dịch đệm phosphate pH=7, đưa về cùng thể tích, sau đó tiến hành xác định hoạt độ protease, so sánh và chọn nồng độ tác nhân kết tủa thích hợp. Sơ đồ bố trí thí nghiệm: Sơ đồ 2.7 Bố trí thí nghiệm xác định thời gian tủa thích hợp. DC Kết tủa bằng tác nhân kết tủa thích hợp ở các thời gian (phút) Xác định hoạt độ của enzyme Chọn thời gian kết tủa thích hợp 20 30 50 90 80 40 60 70 39 2.2.3 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt độ protease của CPE 2.2.3.1 Xác định ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt độ protease của CPE Nhiệt độ là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme. Xác định nhiệt độ thích hợp (topt ) cho protease bằng cách cho protease tác động với cơ chất casein 1% pH=7 ở các nhiệt độ khác nhau: 300C; 350C; 400C; 450C; 500C; 550C; 600C; 650C; 700C trong thời gian 30 phút, sau đó nhanh chóng làm lạnh, tiến hành xác định hoạt tính protease, chọn ra nhiệt độ tối thích cho CPE. Sơ đồ bố trí thí nghiệm: Sơ đồ 2.8 Bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng của nhiệt độ tới hoạt độ của protease CPE. 2.2.3.2 Xác định ảnh hưởng của pH đến hoạt độ của protease CPE pH cũng là một trong những yếu tố quan trọng có ảnh lớn đến hoạt tính enzyme, mỗi enzyme có một khoảng pH hoạt động thích hợp và một giá trị tối ưu nhất. Tiến hành ủ enzyme protease của CPE với dung dịch casein 1% có môi trường pH thay đổi từ 3 đến 9 trong thời gian 30 phút, sau đó xác định hoạt độ enzyme. CPE Cho tác dụng với casein ở các nhiệt độ (0C) Xác định hoạt độ của enzyme Chọn topt cho enzyme 30 35 65 70 40 45 50 55 60 40 Sơ đồ bố trí thí nghiệm: Sơ đồ 2.9 Bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng của pH tới hoạt độ của protease CPE. 2.2.3.3 Xác định ảnh hưởng của nồng độ muối ăn đến hoạt độ protease của CPE Tiến hành xác định khả năng chịu muối của protease ở các nồng độ từ 0% đến 12%, xác định hoạt tính protease của CPE và đưa ra kết luận. Sơ đồ bố trí thí nghiệm: Sơ đồ 2.10 Bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng của nồng độ muối ăn tới hoạt độ của protease CPE. CPE Cho tác dụng với casein ở các nồng độ muối ăn (%) Xác định hoạt độ của enzyme Chọn nồng độ muối ăn thích hợp 0 1 11 12 2 10 3 4 5 6 7 8 9 DC; CPE Cho tác dụng với casein ở các pH Xác định hoạt độ của enzyme Chọn pHopt cho enzyme 3 4 8 9 5,5 5 6,5 6 7 7,5 41 2.2.3.4 Xác định độ bền nhiệt của protease CPE Xử lý nhiệt protease bằng cách giữ enzyme ở nhiệt độ 600C trong các khoảng thời gian khác nhau: 0; 10; 20; ; 70 phút. Sau đó nhanh chóng làm lạnh enzyme về nhiệt độ thường và xác định hoạt độ của protease. Sơ đồ bố trí thí nghiệm: Sơ đồ 2.11. Bố trí thí nghiệm xác định độ bền nhiệt của protease CPE. 2.2.4 Nghiên cứu các điều kiện tối ưu cho quá trình thủy phân đầu tôm thẻ chân trắng bằng chế phẩm protease nội tạng 2.2.4.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ enzyme đến quá trình thủy phân Thủy phân nguyên liệu đầu tôm bằng CPE bổ sung với các nồng độ khác nhau từ 1% đến 4% so với nguyên liệu. Quá trình thủy phân được tiến hành ở nhiệt độ phòng, pH tự nhiên của nguyên liệu với tỷ lệ nước bổ sung là 1:1 (v/w), mỗi mẫu thủy phân 100g, sau các thời điểm 0; 2; 4; 6; 8 giờ lấy mẫu gia nhiệt ở 900C trong 10 phút để bất hoạt enzyme, lọc thu dịch và đem dịch đi ly tâm với tốc độ 6000 vòng/phút trong 15 phút, thu lấy dịch lọc đem đi xác định hàm lượng protein hòa tan, từ đó lựa chọn nồng độ CPE bổ sung thích hợp. Vì nguyên liệu đầu tôm chứa nhiều vi sinh vật gây ươn thối, hư hỏng nên nguyên liệu đầu tôm thẻ chân trắng sau khi được loại bỏ tạp chất, xay nhỏ thì được gia nhiệt ở nhiệt độ 900C trong 10 phút để tiêu diệt vi sinh vật gây hư hỏng cho tôm và bất hoạt enzyme nội tại, sau đó đưa về nhiệt độ phòng và bổ sung CPE để thủy phân. CPE Giữ ở nhiệt độ 600C trong các thời gian (phút) Xác định hoạt độ của enzyme Kết luận về sự bền nhiệt của enzyme 0 10 50 60 20 70 30 40 42 Sơ đồ bố trí thí nghiệm: Sơ đồ 2.12.Bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến quá trình thủy phân. 2.2.4.2 Bố trí thí nghiệm xác định chế độ thủy phân tối ưu Mục đích: Phương pháp quy hoạch thực nghiệm được sử dụng là phương pháp hàm đáp ứng bề mặt-thiết kế có cấu trúc tâm (RSM-CCD), đây cũng là tính mới của đề tài, nhằm mục đích thu được dịch thủy phân có hàm lượng protein hòa tan cao. Phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) là một phương pháp thống kê sử dụng các dữ liệu định lượng từ các thí nghiệm để xác định và giải thích nhiều biến phương trình. RSM khám phá các mối quan hệ giữa các biến giải thích và một hay nhiều biến phản ứng. Phương pháp này đã được giới thiệu bởi GEP Box và KB Wilson vào năm 1951. Ý tưởng chính của RSM là sử dụng một chuỗi các thí nghiệm được thiết kế để có được một phản ứng tối ưu. Để làm điều này, Box và Wilson đã sử dụng một mô hình đa thức bậc hai. Mô hình này chỉ là tương đối nhưng lại dễ dàng áp dụng. Trong trường hợp chung, người ta gọi là bề mặt đáp ứng, đại diện hình học hàm mục tiêu của một quá trình vật lý không gian – thời gian ngẫu nhiên cho những biến kích thích. Đặc tính được nghiên cứu, hay hàm mục tiêu Y là kết quả của sự chuyển Nguyên liệu Xử lý Bổ sung enzyme với các tỷ lệ (%) 1 Thủy phân Kiểm tra hàm lượng protein hòa tan Chọn tỷ lệ enzyme thích hợp 2 3 4 43 đổi bằng một chức năng đáp ứng rõ ràng (hay còn gọi là chức năng chuyển đổi). Sự thay đổi giá trị của các biến đầu vào sẽ kéo theo sự thay đổi chức năng của hàm mục tiêu. Những mô hình thí nghiệm của mặt đáp ứng lưu ý đến sự lựa chọn các biến kích thích, xác định các giai đoạn quan sát và tính toán sai số. Những biến đầu vào Xi (i = 1, ,n) cũng được gọi là những biến cơ sở. Chúng được đặc trưng bởi một loạt các thông tin thống kê µj (j = 1,,p) (chức năng phân phối độc lập hoặc tương quan, cơ hội chuẩn hóa). Trong trường hợp chung, những biến Xi là những biến thay đổi theo không gian – thời gian. Nói chung, hình thức rõ ràng của chức năng chuyển đổi này tùy thuộc vào các biến cơ sở là không được biết đến, và việc nghiên cứu về tính xấp xỉ được gọi là chức năng đáp ứng trở nên cần thiết. Thông thường hơn, nó xuất hiện trong một họ chức năng thường là tuyến tính hoặc phi tuyến tính và được đặc trưng hóa bởi những thông số Xk (k=1,,l) một cách ngẫu nhiên hay xác định. Việc điều chỉnh mục tiêu phải dựa trên một cơ sở của những số liệu thí nghiệm (thí nghiệm vật lý hay số học) và một hệ mét cho việc tính toán các sai số, nó cho phép ta suy ra được các thông số Xk. Sự biểu diễn hình học của chức năng đáp ứng dưới dạng một đường cong, một mặt phẳng hoặc một mặt phẳng gia tăng được gọi là bề mặt đáp ứng. Phương án có cấu trúc tâm (CCD) là một trường hợp đặc biệt trong các nhóm mô hình quy hoạch thực nghiệm. Nó được cấu thành từ ba thành phần: -Nhân: là một phương án tuyến tính với 2k đỉnh của một hình khối đều trong không gian k chiều. Nếu k>5, có thể giảm bớt số thí nghiệm bằng cách sử dụng phương án yếu tố từng phần 2k-1. -2k điểm sao (*) nằm trên các trục tọa độ của không gian yếu tố. Các tọa độ điểm sao là (±α, 0,0,,0), (0,±α,0,0), (0,0,,0,±α). α là khoảng cách từ tâm phương án đến điểm sao gọi là cánh tay đòn sao. Các điểm sao là cần thiết để mở rộng không gian nghiên cứu khảo sát tác động của một yếu tố đơn để có thể tìm được các ước lượng của hệ số bij và bii trong phương trình hồi quy bậc 2. -n0 thí nghiệm ở tâm phương án để tìm phương sai tái hiện. Cánh tay đòn sao α và bố trí thí nghiệm n0 ở tâm được chọn phụ thuộc vào tiêu chuẩn tối ưu, thường là phương án trực giao hay phương án quay. Phương trình hồi quy (mô hình hóa) được biểu diễn bằng phương trình sau: Y=b0+b1X1+b2X2+b3X3+b12X1X2+b23X2X3+b13X1X3+b11X12+b22X22+b33X32 44 Trong đó: b0: là hệ số tự do b1, b2, b3: là hệ số bậc 1 b11, b22, b33: là hệ số bậc 2 b12, b23, b13: hệ số của từng cặp yếu tố. X1,X2,X3 : là các biến Y : là hàm mục tiêu Để xác định bài toán tối ưu hóa thực nghiệm, cần phân tích các thông số đầu vào, các thông số đầu ra. Cần nghiên cứu các thông số quá trình thủy phân và hàm mục tiêu. Nguyên liệu đầu tôm, được bổ sung tỷ lệ nước/nguyên liệu = 1/1. Gia nhiệt ở 900C trong 10 phút. Sau đó được thủy phân theo mô hình qui hoạch thực nghiệm Composit. + Các yếu tố cố định: Tỷ lệ nước/ nguyên liệu= 1/1, pH tự nhiên. + Các yếu tố cần tối ưu: - Nồng độ CPE (X1): trong khoảng [2-5%] - Nhiệt độ thủy phân (X2): trong khoảng [50-700C] - Thời gian thủy phân (X3): trong khoảng [2-6 giờ] + Hàm mục tiêu: Hàm lượng protein hòa tan Y(mg/ml) càng cao càng tốt. 45 Bảng 2.1 Bố trí thí nghiệm theo qui hoạch thực nghiệm với biến thực của công đoạn thủy phân protein từ đầu tôm thẻ chân trắng bằng CPE STT Biến mã hoá Biến độc lập Hàm mục tiêu X1 X2 X3 Nồng độ CPE (%) (X1) Nhiệt độ (0C) (X2) Thời gian (giờ) (X3) Hàm lượng Pr (mg/ml) (Y) 1 -1 -1 -1 2 50 2 2 1 -1 -1 5 50 2 3 -1 1 -1 2 70 2 4 1 1 -1 5 70 2 5 -1 -1 1 2 50 6 6 1 -1 1 5 50 6 7 -1 1 1 2 70 6 8 1 1 1 5 70 6 9 -1,682 0 0 0.98 60 4 10 1,682 0 0 6.02 60 4 11 0 -1,682 0 3.5 43.18 4 12 0 1,682 0 3.5 76.81 4 13 0 0 -1,682 3.5 60 0.64 14 0 0 1,682 3.5 60 7.36 15 0 0 0 3.5 60 4 16 0 0 0 3.5 60 4 17 0 0 0 3.5 60 4 18 0 0 0 3.5 60 4 19 0 0 0 3.5 60 4 20 0 0 0 3.5 60 4 46 2.2.5 Xác định tỷ lệ phối trộn bột đạm với các nguyên liệu phụ để thử nghiệm sản xuất bột canh tôm Tỷ lệ phối trộn bột đạm với các nguyên liệu phụ để sản xuất thử nghiệm 100g bột canh tôm được bố trí theo bảng sau: Bảng 2.2 Thành phần phối trộn nguyên liệu trong 100g bột canh tôm Thành phần H