Những ứng dụng của enzyme từ động vật thủy sản trong công nghệ thực phẩm - Nguyễn Lệ Hà

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 3/2014 216 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG VAÁN ÑEÀ TRAO ÑOÅI NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA ENZYME TỪ ĐỘNG VẬT THỦY SẢN TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM APPLICATIONS OF ENZYME FROM FISH AND AQUATIC INVERTEBRATES IN FOOD TECHNOLOGY Nguyễn Lệ Hà1 Ngày nhận bài: 01/12/2013; Ngày phản biện thông qua: 20/3/2014; Ngày duyệt đăng: 13/8/2014 TÓM TẮT Bài viết điểm lại những kết quả nghiên cứu về ứng dụng của enzyme thu nhận từ nhiều loại thủy sản khác nhau vào chế biến thực phẩm, các điều kiện thích hợp để phản ứng xảy ra, ưu nhược điểm của sản phẩm thu được so với sản phẩm chế biến theo phương pháp truyền thống. Một số loại enzyme từ thủy sản tỏ ra rất có triển vọng, mở ra nhiều cơ hội ứng dụng, một số khác vẫn còn cần thêm nhiều nghiên cứu để có được giải pháp phù hợp cho chế biến. Từ khóa: enzyme, protease, ứng dụng của enzyme, thủy sản ABSTRACT The article reviews research results relating to applications of enzymes from fi sh and invertebrates in food technology, the optimal conditions for processing, advantages and disadvantages of enzymatic method and fi nal product as compared to traditional one. Some enzymes originated from fi sh and invertebrates showed potential possibilities and offered a wide range of applications, while others required further investigation before coming to successful solutions in food technology. Keywords: enzyme, protease, application of enzymes, fi sh and aquatic invertebrates 1 TS. Nguyễn Lệ Hà: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP. Hồ Chí Minh I. MỞ ĐẦU Enzyme đã được sử dụng như phương tiện trợ giúp hiệu quả ở rất nhiều lĩnh vực sản xuất và ngày càng đóng vai trò quan trọng hơn trong công nghệ thực phẩm. Trước đây, người ta chỉ chú trọng đến việc điều khiển hoạt động của các enzyme có sẵn trong thực phẩm, vì vậy, ứng dụng vào sản xuất thực phẩm của enzyme vẫn chỉ mới giới hạn ở phạm vi một số sản phẩm lên men nhờ enzyme nội tại và hệ vi sinh vật tự nhiên như nước mắm, cá muối hay dịch thủy phân làm thức ăn gia súc hoặc ứng dụng vào xử lý nước thải của các nhà máy chế biến thủy sản để làm giảm độ nhớt (Haard, Stefansson & Steigrimsdottir, 1990). Một số nghiên cứu mới ở Canada, Đan mạch, Ailen, Nhật, Hàn quốc, Nauy và Mỹ đã chú trọng phát triển những ứng dụng mới vào lĩnh vực thực phẩm. Người ta đã tinh sạch được nhiều enzyme như deoxyribonuclease, lipase, carboxypeptidase A và B, trypsin, chymotrypsin và elastase từ cá tuyết Atlantic để ứng dụng vào mục đích thực phẩm. Các enzyme cũng đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện năng suất và thông số kỹ thuật ở nhiều công đoạn sản xuất. II. NỘI DUNG 1. Ứng dụng của enzyme vào phân giải có chọn lọc mô thịt cá và thủy sản Do bản chất sinh hóa khác nhau giữa lớp da và cơ thịt động vật thủy sản, người ta có thể sử dụng enzyme để thực hiện quá trình phân giải một cách có định hướng, sao cho tế bào da cá bị hòa tan nhưng lại không gây ảnh hưởng đến cơ thịt (Strom & Raa, 1982, 1993). Điều này cho phép sử dụng enzyme như một công cụ đặc biệt vào công nghệ chế biến thực phẩm nhằm loại bỏ hoặc biến đổi có chọn lọc một số bộ phận nhất định ở nguyên liệu động vật thủy sản cần chế biến. 1.1. Loại da cá bằng phương pháp dùng enzyme Có thể sử dụng các enzyme protease nội bào tách chiết từ cá với mục đích loại lớp da của Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 3/2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 217 nguyên liệu này. Đây là phương pháp ưu việt hơn hẳn các phương pháp cơ, hóa học thường gây thương tổn và làm giảm hiệu suất thu sản phẩm (Haard & Simpson, 1994). Ở Iceland, hàng năm có khoảng 2000 tấn cá đuối bị thải trở lại biển vì công đoạn loại da thật sự quá khó khăn, thường phải thực hiện thủ công. Mặc dù có nhiều loại máy bóc/tách da cá nhưng hiệu quả không cao, nhiều trường hợp phải lặp lại nhiều lần, và sau cùng vẫn cần kiểm tra và loại da lần cuối bằng thủ công. Quá trình đó làm hao hụt khá nhiều cơ thịt cá và vì vậy có hiệu quả kinh tế thấp. Một số phòng thí nghiệm ở Iceland đã thử loại da cá đuối Raja radiate bằng enzyme. Đầu tiên, người ta biến tính collagen da cá bằng cách xử lý nước ấm trong thời gian ngắn, tiếp đó ngâm trong hỗn hợp chứa enzyme proteolytic và glycolytic 4 giờ ở 250C hoặc 10 - 12 giờ ở 50C (Stefanson, 1988), cuối cùng rửa sạch lớp da hòa tan này bằng nước. Cá trích cũng đã được thử nghiệm bóc tách da ở Nauy (Jokimsson, 1984). Người ta xử lý cá bằng dung dịch acid acetic 5% ở 100C nhằm biến tính collagen da cá, sau đó chuyển sang ngâm trong các bể chứa có pha protease acid tách chiết từ nội tạng cá tuyết (Gilberg, 1993). Sau quá trình xử lý như vậy, lớp vảy và da phía ngoài được loại ra để lại bề mặt màu bạc rất mỏng. Đối với cá thu, cá ngừ bò và cá ngừ đại dương cũng có thể loại da bằng cách tương tự (Borresen, 1992). Fehmerling (1973) đã sử dụng dung dịch hỗn hợp gồm nhiều enzyme khác nhau như proteolytic, glycoside, hydrolase và lypolytic với nồng độ khác nhau 0,003 - 3% để loại bỏ da, vỏ, những phần không mong muốn của nhiều loại thủy sản khác nhau như hàu, hến, tôm, mực, nghêu, cá da trơn, cá ngừ đại dương, cá hồi, cá tuyết và một số loài cá mình dẹt khác. Kim, Byun, Choi, Roh, Lee và Lee (1993) cũng đã thử dùng collagenase tách chiết từ nội tạng cá để loại phần da từ các miếng fi llet cá Novoden modestrus. Thí nghiệm cho thấy, quá trình thủy phân có thể thực hiện tốt ở 180C trong 4 giờ bằng dung dịch enzyme thô 0,3% (w/w) sau khi đã xử lý sơ bộ bằng dung dịch acid acetic 0,5 M trong 10 phút. 1.2. Dùng enzyme để bóc da mực Tính chất cơ học, lý học và hóa sinh của cơ thịt mực cũng như lớp da của nó rất khác so với cá (Nilsen, Viana, & Raa, 1989; Raa, 1990). Mặc dù thành phần chủ yếu của lớp da mực dày chứa sắc tố phía ngoài là collagen nhưng nó lại không đóng vai trò quyết định để tạo nên độ bền cơ học của lớp da đó, có những thành phần khác chiếm tỉ lệ khối lượng ít hơn nhưng quan trọng hơn, ví dụ như proteoglycans chẳng hạn (Raa và ctg, 1985). Ở nhiều nơi, người tiêu dùng cho rằng da mực quá dày và dai nên không muốn dùng nó để chế biến thực phẩm. Điều này là do mực có lớp màng dưới da cấu tạo từ mô liên kết dày đặc, lớp màng này vẫn còn nguyên trên thân mực sau khi bóc da và co lại lúc nấu tạo cho các miếng mực độ dai cứng khó nhai nuốt. Trong sản xuất thường lột lớp da như cao su của mực bằng phương pháp thủ công, nhưng đây là công việc không dễ dàng. Khi sản xuất mực ống lột da, thường người ta cũng chỉ loại lớp da ngoài cùng có chứa sắc tố bằng cách dùng máy, những máy này không loại được lớp da ở dưới không chứa sắc tố bao trùm cả bên trong lẫn bên ngoài thân mực. Để giải quyết vấn đề này, một số nhà nghiên cứu cho rằng, có thể dùng enzyme để phân giải có chọn lọc da mực mà không ảnh hưởng đến cơ thịt của nó (Strom & Raa, 1993). Hơn thế nữa, sản phẩm mực ống chế biến có sử dụng enzyme còn có khác biệt đáng kể so với sản phẩm thu nhận bằng máy hay thủ công ở chỗ nó không có lớp vỏ dai dày bao bọc. Mực ống lột da bằng phương pháp này có hình dạng như bình thường sau khi gia nhiệt và đặc biệt là không hề có lớp màng dai bên ngoài, đây thực sự là một ưu điểm đáng kể. Tuy nhiên, các glucosidase và collagenase thương mại lại hiếm và tương đối đắt, do đó thích hợp ứng dụng trong dinh dưỡng, còn các protease thương mại như trypsin, fi cin hay papain lại không thể phân giải được collagen nguyên thủy của lớp màng bọc thân mực, thêm vào đó, chúng lại có khả năng tấn công hữu hiệu vào cơ thịt mực, ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng bảo quản, mùi và vị của nó. Tuy vậy, có thể bổ sung có kiểm soát thêm protease vào quá trình chế biến mực theo cách thông thường, cơ thịt mực sẽ mềm mại hơn, đặc biệt là phần ria mực, và làm cho nó dường như ngon hơn (Nilsen và các tác giả, 1989; Strom & Raa, 1993). Strom & Raa (1993) nhận thấy trong nội tạng mực có mặt một số enzyme có khả năng phân giải da mực và đã sử dụng chúng để loại da một số loại như mực ống Illex, Todarodes, Nototodarus và mực nang. Phương pháp này đơn giản và không đòi hỏi chi phí cao. Quá trình thực hiện như sau: rửa mực đã moi ruột bằng nước lạnh, sau đó làm mềm da mực bằng enzyme trong bể ở nhiệt độ thấp (Raa và các tác giả, 1985). Các tác giả này cũng đã thử xử lý mực bằng cách ngâm trước trong dung dịch muối 5%, sau đó gia nhiệt nhẹ (450C, 10 phút) để hoạt hóa enzyme nội tại của mực và nhờ vậy làm Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 3/2014 218 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG mềm lớp da dai dày của nó. Leuba và ctg (1987) cũng đề xuất một phương pháp loại da mực bằng cách dùng chiết xuất gan mực trong dung dịch muối ăn 0,2 - 2%. 1.3. Dùng enzyme để đánh vảy cá và sản xuất cốt ngọc trai Ở một số thị trường, người ta ưa chuộng fi llet cá còn da nhưng đã loại sạch vảy. Các nhà nghiên cứu đã đề xuất qui trình làm sạch vảy cá bằng cách ứng dụng enzyme nhằm đạt hiệu suất cao và chất lượng tốt so với sản phẩm loại vảy bằng phương pháp cơ học. Quá trình xử lý bằng enzyme còn loại được cả các vi sinh vật trên bề mặt nguyên liệu, nhờ đó kéo dài thời gian bảo quản (Raa, 1997). Khi đánh vảy theo cách cơ học, một số loài cá như cá tuyết Melanogrammus aeglefi nus thường bị dập nát vì thịt chúng rất mềm (Stefansson & Steingrimsdottir, 1990). Các thí nghiệm thực hiện tại phòng thí nghiệm thủy sản Iceland đã chỉ ra rằng, nếu sử dụng enzyme thì có thể tránh được các tổn thương cho da và thịt cá, toàn bộ quá trình chỉ bao gồm xử lý nguyên liệu cá bằng dung dịch enzyme ở 00C, sau đó rửa sạch bằng cách phun tia nước (Stefansson, 1988). Hiện nay, có rất nhiều nhà nghiên cứu thực hiện các thí nghiệm khám phá thành phần hóa học của vảy cá nhằm tìm ra ứng dụng mới cho các protein dạng sợi thu được sau khi tách chiết phần cốt ngọc, sắc tố, các protein hòa tan và collagen (Raa, 1997). Có một sáng chế đã được cấp bản quyền ở Canada là sáng chế tách vảy và loại da cá bằng enzyme keratolytic kết hợp với một hay nhiều loại hợp chất hoạt động bề mặt (anion, lưỡng tính hoặc không mang điện tích) trong môi trường ít nước (Rudolf, 1990). Ở Nhật bản, người ta đã sử dụng phần cốt ngọc thu nhận từ vảy cá trích, cá mòi, hay cá hồi vào sản xuất ngọc trai nhân tạo và nhiều sản phẩm khác từ khá lâu. Thành phần tạo nên hợp chất có ánh xà cừ màu trắng bạc ở vảy cá là quanin (Tanikawa, 1985), hợp chất này có mặt ở lớp da ngoài hoặc lớp vảy của các loài cá sống nơi tầng nước mặt (Ockerman, 1992). Trong vảy cá, quanin kết hợp với collagen và calcium phosphate tạo nên màu trắng bạc óng ánh xà cừ. Người ta gọi dịch huyền phù có những tinh thể quanin lơ lửng là “cốt ngọc”. Có thể thu được cốt ngọc từ vảy cá bằng cách dùng các enzyme proteolytic như trypsin chẳng hạn (Windsor & Barlow, 1981). 1.4. Dùng enzyme để bóc tách các màng và cơ quan nội tạng thủy sản Trong sản xuất gan cá tuyết đóng hộp, việc bóc tách lớp màng gan cá là một nhiệm vụ quan trọng nhằm ngăn ngừa dòi phát triển ở lớp màng collagen bao bọc gan cá làm hư hỏng sản phẩm. Ở Iceland, người ta đã thử nghiệm bóc lớp màng này bằng phương pháp sử dụng enzyme và thu được kết quả khả quan: phương pháp này giúp tăng hiệu suất thu gan cá 20 - 30% so với phương pháp thủ công (Stefansson, 1990). Sản phẩm bong bóng cá tuyết muối rất được ưa chuộng ở một số nơi, tuy nhiên việc chế biến ra loại sản phẩm có màu trắng đẹp mà người tiêu dùng ưa chuộng lại thật sự khó thực hiện do lớp màng đen bao quanh bong bóng cá. Ở Iceland, thử nghiệm ứng dụng với enzyme đã cho kết quả rất đáng khích lệ: hiệu suất loại màng đen bằng enzyme cao hơn so với phương pháp thủ công ít nhất tám lần (Stefansson & Steingrimsdottir, 1990). Collagen thu được từ bong bóng cá tuyết còn được sử dụng như chất làm trong khi sản xuất bia rượu ở Nhật bản (Oshima, 1996). 2. Sử dụng enzyme protease trong tách chiết carotenoprotein từ phế liệu của quá trình chế biến các loài giáp xác Việc phát triển ngành chế biến thủy sản trong đó có chế biến tôm luôn song hành cùng với lượng lớn các phế liệu mà nếu được sử dụng một cách có hiệu quả và kinh tế sẽ giúp nâng cao lợi nhuận và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Các carotenoprotein, loại phụ phẩm thu nhận từ quá trình chế biến tôm thường được sử dụng như chất bổ sung cho sản xuất thức ăn chăn nuôi hoặc chất tạo màu trong công nghệ thực phẩm. Nếu tách carotenoid bằng dung môi hữu cơ hoặc dầu sẽ có tác dụng làm giảm lượng chitin và tro, nhờ đó hiệu suất thu chất màu cao. Tuy nhiên sản phẩm thu được bằng cách như vậy không đi kèm với protein nên giảm tính ổn định do dễ bị oxy hóa (Haard, 1992). Trong phế liệu chế biến thủy sản, protein chiếm khoảng 1/3 hàm lượng chất khô, vì vậy, người ta đã thử nghiệm dùng enzyme để tận thu chúng song song với quá trình thu nhận carotenoid ở dạng carotenoprotein nguyên thủy. Quá trình tách chiết carotenoprotein từ các phế liệu thủy sản như tôm, cua, tôm hùm đạt hiệu quả cao nếu trong dung dịch đệm để tách chiết có mặt trypsin (Cano-Lopez, Simpson & Haard, 1987). Cano-Lopez và các tác giả khác còn cho biết, nếu sử dụng trypsin từ cá tuyết Atlantic trong quá trình tách chiết carotenoprotein từ phế liệu tôm thì có thể thu nhận được 64% astaxanthin và 81% protein, trong khi nếu dùng bovine trypsin thì chỉ có thể thu được 49% astaxathin và 65% protein trong cùng điều kiện như nhau. Khi thực hiện trên vỏ tôm hùm Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 3/2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 219 thì Simpson, Dauphin và Smith (1992) lại thấy rằng, trypsin từ tụy tạng bò cho hiệu suất thu chất màu cao hơn so với khi sử dụng chế phẩm thô từ phế thải chế biến cá tuyết Atlantic. 3. Sử dụng protease trong việc thu nhận chitin và protein từ phế thải chế biến tôm Phế liệu tôm là nguồn cung cấp chitin dồi dào. Phế liệu tôm ướt có chứa 4 - 5% chitin. Để thu nhận chitin từ phế liệu cần phải loại bỏ các protein còn dính sót lại, sau đó khử khoáng. Người ta thường dùng kiềm để loại protein, nhưng cách này có thể gây nên hiện tượng deacetyl một phần và thậm chí thủy phân mạch polymer, do đó sản phẩm thu được sẽ có tính chất không bền. Các enzyme protease có thể cho hiệu quả rất tốt khi dùng để thực hiện quá trình loại protein từ phế liệu tôm. Simpson và cs (1994) đã dùng chymotrypsin để loại protein và đạt hiệu quả tốt khi tỉ lệ enzyme: cơ chất là 7:1000 (w/w) ở pH 8, thời gian xử lý là 72 giờ ở 400C. 4. Ứng dụng protease chiết rút từ cá và thủy sản thay thế rennet trong sản xuất phomai Rennet chiết xuất từ dạ dày bò là một chế phẩm đóng vai trò quan trọng trong công nghệ chế biến phomai. Lượng trâu bò giết mổ giảm trong khi nhu cầu tiêu dùng phomai trên thế giới lại tăng nhanh chóng đã đặt ra cho các nhà nghiên cứu một yêu cầu cấp bách tìm chất thay thế rennet vốn không rẻ lại hiếm hoi. Người ta đã tìm ra nhiều loại enzyme có tác dụng làm đông sữa từ nguồn thực vật, động vật và cả vi sinh vật. Tuy nhiên, cho đến hiện tại, pepsin bò và lợn vẫn là loại được sử dụng rộng rãi nhất vì có hoạt tính proteolytic cao. Mặc dù loại enzyme thay thế rennet thu nhận từ vi sinh vật đã được cho phép sử dụng trong sản xuất thực phẩm, nhưng người ta vẫn khá dè dặt khi sử dụng do tính đặc hiệu tương đối rộng của nó, dẫn đến hiệu suất thu sữa đông thấp, đồng thời sự phân giải protein quá mức có thể tạo ra các mùi lạ khi ủ chín phomai sau này (Brewer, Helbig, & Haard, 1984). Một nhược điểm nữa của các rennet có nguồn gốc vi sinh vật là bền nhiệt. Tuy nhiên, chymosin tương đối ít bền nhiệt hơn và vào cuối quá trình làm đông sữa thì nó cũng mất gần hết hoạt tính (Han, 1993). Chính vì lý do này mà chymosin thường được ưa chuộng hơn so với các protease khác (Haard, Feltham, Helbig & Squires, 1982). Một số protease từ dạ dày động vật thủy sản có tính chất khá tương đồng với chymosin trong quá trình làm đông sữa (Brewer và các tác giả khác, 1984; Han & Shahidi, 1995). Chymosin là endoproteinase có tính đặc hiệu cao, nó chỉ cắt K-casein thành glycomacropeptide và para-K-casein bằng cách làm đứt liên kết 105 - 106 giữa phenylalanine và methionine. Pepsin và các enzyme proteolytic khác thường ít đặc hiệu hơn do đó làm tăng số sản phẩm phân giải, gây vị đắng cho sản phẩm (Fox, 1981). Trong dịch chiết chất nhờn ở dạ dày hải cẩu con có bốn zymogen của protease acid A, B, C, D. Protease A là loại tương tự chymosin (Shamsuzzaman & Haard, 1984). Người ta thấy rằng, chế phẩm thô protease dạ dày hải cẩu Phoca groelandica có khả năng làm đông sữa ở khoảng pH rộng hơn so với pepsin lợn (Shamsuzzaman & Haard, 1983), thêm vào đó, phomai sản xuất bằng protease dạ dày hải cẩu có chất lượng cảm quan cao hơn nhiều so với sản phẩm cùng loại làm bằng rennet bò. Shamsuzzaman & Haard (1985) cho rằng, pepsin A chính là thành phần chủ yếu của pepsin tách chiết từ hải cẩu làm sữa đông tụ. Khi thử nghiệm với chế phẩm thô protease acid tách chiết từ cá tuyết, Han (1993) thấy rằng loại enzyme này không có tác dụng làm đông tốt bằng protease từ dạ dày hải cẩu hay chymosin từ bò, nó cũng không cho hiệu quả tốt khi pH lớn hơn 6,4. Hiện nay, người ta đang thử nghiệm dùng protease từ cá ngừ đại dương để làm đông sữa và thu được kết quả khá tốt: loại protease này cho hiệu quả cao trong khoảng pH 5,5 - 6,4, tương tự như rennet (Tavares và cs, 1997). 5. Khử mùi ôi của sữa bằng enzyme động vật thủy sản Trong sản xuất sữa, quá trình oxy hóa là quá trình cần tránh vì tạo cho sữa mùi vị khó chịu. Fox (1982) thấy rằng, nếu xử lý sữa bằng trypsin sẽ có tác dụng ổn định sữa và ngăn ngừa hiện tượng oxy hóa. Các enzyme tiêu hóa thu nhận từ các loài cá chịu lạnh tỏ ra hữu ích hơn cả khi sử dụng trong các trường hợp cần vô hoạt enzyme bổ sung mà không được dùng nhiệt độ cao quá (Simpson, 1984). Theo Simpson và Haard (1987a), cả trypsin bò và trypsin cá tuyết Greenland đều có tác dụng chống oxy hóa cho chất béo sữa giống nhau ở nồng độ lớn hơn 0,0013%; tuy nhiên trypsin cá tuyết dễ vô hoạt hơn trong quá trình thanh trùng, do đó sẽ không thể gây ra phản ứng thủy phân làm hư hỏng sữa khi bảo quản. 6. Enzyme protease trong lên men và muối cá Hàng năm có một khối lượng lớn cá đánh bắt bị loại ra và không đủ tiêu chuẩn để dùng làm thực phẩm vì chúng ít được người tiêu dùng ưa thích. Đây cũng là động lực để các nhà nghiên cứu cố gắng tìm ra phương pháp chế biến nhằm bảo quản hoặc tạo ra sản phẩm mới ngon hơn và dễ chấp nhận hơn. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 3/2014 220 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Một trong những phương pháp bảo quản đồng thời giúp cải thiện chất lượng cá là thực hiện lên men nhờ enzyme nội tạng hoặc bổ sung enzyme proteolytic từ nguồn ngoài để chuyển cá sang dạng dịch nước hay “làm chín” một số sản phẩm như “maatjes” (cá muối chín) hay cá muối ủ silage (Simpson, 1984). Đây là một quá trình vật lý và hóa học phức tạp, trong đó protein, lipid, carbohydrat chịu những biến đổi sâu sắc dưới tác dụng của nhiều loại enzyme và tạo ra mùi vị đặc biệt, rất riêng của sản phẩm cá muối. Ở một số nước Bắc Âu, người ta coi đây là một loại gia vị. Còn ở các nước Đông Nam Á, nhiều sản phẩm cá muối và dịch cá muối lại được sử dụng như thực phẩm. Các enzyme cá tuyết có thể ứng dụng vào quá trình lên men cá khá hiệu quả (Haard, 1998). Điểm ưu việt của các sản phẩm lên men truyền thống từ cá là được nhiều người ưa chuộng, giá thành thấp, dễ sản xuất, an toàn và có tác dụng cải thiện tiêu hoá, tăng cường hấp thu chất dinh dưỡng. Các sản phẩm lên men từ cá được chia làm hai nhóm chính: nhóm 1: qui trình chế biến chỉ sử dụng cá và muối, nhóm 2: sử dụng cá, muối và carbohydrate. Ở nhóm đầu, quá trình lên men xảy ra nhờ các enzyme phân giải có mặt trong nguyên liệu, đồng thời muối ăn ở nồng độ cao (> 20%) có tác dụng bảo quản, ngăn ngừa hư hỏng do vi sinh vật (Venugopal & Shahidi, 1995). 7. Sử dụng enzyme protease trong sản xuất dịch đạm cá (nước mắm) Dịch đạm cá (nước mắm) là sản phẩm lên men ở dạng lỏng được sản xuất nhờ quá trình thủy phân protein cá ở điều kiện nồng độ muối cao. Người ta thường sản xuất dịch đạm cá bằng cách trộn muối (20 - 30%) với cá nhỏ như cá cơm, cá nục, cá mòi, cá sòng và ủ trong thùng kín. Ở Châu Á và một số nước ven biển có thời tiết nóng như Việt Nam, Thái Lan, Cambodia, Malaysia, Philipine và Indonesia, đây còn là phương pháp bảo quản hữu hiệu lâu đời (Beddows, 1985). Trong quá trình lên men, các enzyme chịu muối trong cá và cả vi sinh vật bên ngoài tác động vào thủy phân thịt cá ở điều kiện độ mặn cao để tạo nên dịch nước mắm trong suốt màu hổ phách có hàm lượng acid amin tự do cao và mùi vị thơm ngon đặc trưng. Nếu chắt phần dịch lỏng trong thùng muối cá giữa chừng, hoặc thời gian muối ngắn, ta sẽ thu được bột cá nhão (Beddows, Saisithi, 1994). Orejana và Liston (1981) đã nghiên cứu vai trò của các enzyme proteolytic trong sản phẩm nước mắm và kết luận, enzyme đóng vai trò chủ yếu trong quá trình phân giải thịt cá là enzyme tựa trypsin, các protease khác như cathepsin B cũng đóng vai trò đáng kể và làm tăng hàm lượng protein hòa tan trong sản phẩm nước mắm. Mùi thơm của nước mắm là do các hợp chất mang mùi tạo thành, chúng bao gồm ba nhóm chính là: (a) mùi tanh khai chủ yếu do ammoniac và trimetylamine, (b) mùi hôi có lẽ do các acid béo thấp phân tử mà chủ yếu là acid ethanoic và n-butanoic, (c) mùi thịt: mùi này rất phức tạp và là tổ hợp của rất nhiều hợp chất bay hơi phụ thuộc vào nguyên liệu cá dùng để muối mắm (Beddows và cs, 1976). Brooks và Reineccius (1976) đã trích ly nước mắm bằng dichloromethane và phân tích các hợp chất trung tính và base bay hơi và đi đến kết luận: trimethylamine, dimethylamine, methylamine, 2-methylpyrazine, 2,5-dimetylpyazine, acid hydroxypentanoic, lactone và phenol là các hợp chất tham gia tạo nên mùi của nước mắm. Beddows cũng thông báo nhận diện được putrescine, cadaverine và histamine trong loại nước mắm được gọi là “budu” (Malaysia) và “nam-pla” (Thái lan). Saisithi (1994) tin rằng màu của nước mắm là do phản ứng biến nâu giữa các axit amin trong nước mắm với ribose, một sản phẩm của quá trình phân giải mô cơ cá sau khi chết từ ATP. Nhiều nhà nghiên cứu đã thử bổ sung enzyme, mà chủ yếu là các proteinase thực vật như bromelain, fi cin và papain để thúc đẩy quá trình sản xuất nước mắm từ cá hay hàu (Beddow, 1976; Chuapoehuk &Raksakulthai, 1992; Trần Thị Luyến, 1994). Thông thường, quá trình chín của cá trích muối mắm kéo dài 6 - 12 tháng. Bằng cách bổ sung các enzyme proteolytic như trypsin và chymotrypsin, người ta đã giảm được thời gian này xuống còn 2 tháng mà không ảnh hưởng đến chất lượng cảm quan của nước mắm loại 1 (Chaveesuk và cs, 1993). Gildberg và cs (1984) cũng thử nghiệm sản xuất nước mắm 2 tháng từ cá cơm Stolephorus và cho rằng mùi vị của sản phẩm hoàn toàn có thể chấp nhận được. Để rút ngắn thời gian, họ sử dụng kỹ thuật áp dụng nồng độ muối thấp 5% ở pH 4 vào lúc bắt đầu muối mắm. Tuy nhiên, ở hầu hết nước mắm ngắn ngày, sản phẩm thu được kém ngon và có vị đắng (Sikorski và cs, 1995). Ưu điểm lớn nhất của phương pháp lên men truyền thống là hoạt tính enzyme giảm dần và sản phẩm sau cùng ổn định, chỉ còn sót lại rất ít enzyme hoạt động (Gildberg, 1993). Ở Newfoundland Canada, Shahidi, Han & Synowiecki (1995) đã thử sản xuất nước mắm từ cá ốt đực vảy nhỏ. Nhiều nhà nghiên cứu khác cũng đã thu được sản phẩm tốt từ nguyên liệu cá ốt đực vảy nhỏ Mallotus villosus khi sử dụng tụy tạng mực Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 3/2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 221 xay nhỏ với nồng độ 2,5% (Raksakulthai, Lee & Haard, 1986). Các tác giả này cũng cho biết rằng, mẫu nước mắm xử lý bằng tụy tạng mực được ưa chuộng và có nồng độ acid amin cao nhất khi so sánh với những mẫu khác sản xuất nhờ protease, pronase, trypsin và chymotrypsin từ nấm mốc. 8. Protease và sản xuất dịch cá ủ chua Dịch cá ủ chua là sản phẩm ở dạng lỏng được làm từ cá nguyên con hay một phần nào đó của cá, trong quá trình sản xuất có bổ sung acid và sự phân giải cá là do các enzyme nội tại có mặt trong cá thực hiện. Gildberg và Almas (1986) thông báo rằng hai protease pepsin I và pepsin II là các enzyme chiếm ưu thế trong nội tạng cá tuyết hoạt động tốt ở điều kiện acid trong pha lỏng. Theo Arason, Thoroddson và Valdimarsson (1990), có thể sản xuất dịch cá ủ chua bằng cách dùng nội tạng, phế thải từ công đoạn fi llet và các loại cá tạp, cá nổi. Ngày nay, người ta cho rằng, ủ chua cá là phương cách hữu hiệu để giải quyết vấn đề phế thải trong chế biến cá. Quá trình sản xuất cá ủ chua gồm một số công đoạn chính như sau: xay nhỏ phế liệu cá, bổ sung lượng acid thích hợp để bảo quản, khuấy đảo đều sao cho các enzyme nội tại ở cá được tạo điều kiện acid thích hợp để hoạt động (đôi khi người ta tạo ra môi trường lên men là bazơ thay vì acid, tuy nhiên trường hợp này hiếm khi xảy ra) (Arason, 1994). Raa và Gildberg (1976) đã ghi nhận môi trường acid lý tưởng để sản xuất cá ủ chua là pH 4. Các tác giả này cũng cho rằng, các yếu tố như hoạt độ enzyme trong nguyên liệu lúc ban đầu, điều kiện sinh lý của cá khi đánh bắt, pH, nhiệt độ và môi trường acid bảo quản đóng vai trò quan trọng cho quá trình chín sau đó. Môi trường pH thấp là yếu tố quan trọng để ngăn ngừa vi sinh vật phát triển, và sau thời gian nhất định cần phải vô hoạt enzyme bằng cách gia nhiệt trong thời gian ngắn chừng 10 phút ở 800C (Arason, 1994). Các nhà nghiên cứu Raa, Gildberg và Strom (1983) đã đề nghị phương pháp ủ chua cá bằng cách phối trộn với hỗn hợp acid formic và propionic 1,5 - 2% và giữ trong ba ngày ở nhiệt độ 30 - 350C. Quá trình tự phân giải như vậy có tác dụng tạo điều kiện thuận lợi cho việc tách lớp mỡ ra khỏi dịch cá. Tuy nhiên, Backoff (1976) nhận thấy rằng, sau một tuần ở nhiệt độ 23 - 300C, chỉ có khoảng 80% protein trong hỗn hợp ủ chua hòa tan và quá trình ủ chua diễn ra chậm là do các enzyme tham gia có hoạt độ proteolytic thấp. Sau một tuần bảo quản, hỗn hợp dịch cá ủ thường lắng thành ba tầng: tầng bề mặt là dịch lipid - protein, tầng giữa là dịch lỏng chứa các chất hòa tan và tầng cặn ở dưới. Thành phần acid amin hầu như giữ nguyên không đổi sau khi kết thúc quá trình ủ chua, tuy nhiên, tryptophan có thể bị phân giải ở điều kiện môi trường acid. Raa & Gildberg (1976) cũng nhận ra rằng thành phần của lớp hòa tan trong thùng cá ủ chua khác so với lớp cặn, trong lớp cặn không có hydroxyproline nhưng giàu cysteine/cystine, hàm lượng amino acid tạo mùi ở đây cũng khá cao. Raa (1997) thông báo rằng, có một số peptids sinh ra trong quá trình ủ chua có tác dụng kích thích hệ miễn dịch, nhiều hợp chất giúp cải thiện sức khỏe của các động vật sử dụng dịch cá ủ chua làm thức ăn bổ sung. Nguyên nhân của điều này có lẽ là do một số chất kháng sinh thực chất là các peptid mạch ngắn và quá trình ủ chua đã tạo ra các sản phẩm tương tự (Shahidi, 1994). 9. Sử dụng protease trong sản xuất bột đạm cá thủy phân Dùng protease xử lý để sản xuất bột đạm cá thủy phân là cách tốt để sử dụng nguồn nguyên liệu cá tạp rẻ tiền, phụ phẩm từ qui trình chế biến cá fi llet và cả phế thải cá nhằm tạo ra các sản phẩm mới với những tính chất chức năng vượt trội (Mohr, 1980; Shahidi, 1995; Stefansson, 1990). Phương pháp này được sử dụng rộng rãi nhằm cải thiện tính hòa tan và một số tính chất chức năng phụ thuộc độ hòa tan của protein cá (Mohr, 1980; Shahidi và cs, 1995). Các nghiên cứu sản xuất bột đạm cá thủy phân đã bắt đầu từ những năm 1960 và đạt được kết quả đáng khích lệ. FDA (Food and Drug Administration - Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm của Mỹ) đã thông qua tên gọi bột đạm cá thủy phân “fi sh protein concentrate” thay cho tên gọi trước kia đơn giản là bột cá “fi sh powder”. Protein cá có thể dùng để bổ sung giá trị dinh dưỡng cho các sản phẩm từ ngũ cốc, cũng có thể dùng như một nguyên liệu thành phần cho sản xuất các loại bột và dịch uống cho người ăn kiêng, hoặc sản xuất thức ăn gia súc. Đây cũng là một giải pháp đầy hứa hẹn để sản xuất ra dịch thay thế sữa mẹ cho các vật nuôi còn nhỏ và tạo nên những tính chất ưu việt cho chế độ dinh dưỡng vật nuôi (Strom & Raa, 1991). Onodenalore và Shahidi (1996) thông báo rằng, quá trình thủy phân protein cá bằng enzyme đóng vai trò thật sự quan trọng để tạo ra các sản phẩm với tính chất chức năng độc đáo và có lợi cho sức khỏe. Để sản xuất bột đạm cá thủy phân, có thể áp dụng một trong hai qui trình cơ bản: tự phân giải kiểu truyền thống hoặc qui trình ngắn ngày. Ở cả hai Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 3/2014 222 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG quy trình này, các enzyme proteolytic xúc tác thủy phân cắt liên kết peptid trong phân tử protein và các polypeptid để sản sinh ra các peptid thấp phân tử và amino acid. Cả hai qui trình này đều khá đơn giản: cá sau khi xay nhỏ được trộn đều với enzyme (có thể là enzyme của bản thân cá hoặc từ nguồn thực vật, động vật, vi sinh vật bên ngoài), sau đó ủ ở điều kiện tối ưu cho enzyme hoạt động (Mohr, 1980; Owens & Mendoza, 1985). Loại enzyme sử dụng và thông số của quá trình chế biến sẽ quyết định đặc tính của sản phẩm thu được. Hơn thế nữa, điều kiện phân giải nhẹ nhàng (thời gian thủy phân ngắn, nhiệt độ vừa phải) là thật sự quan trọng để thu được sản phẩm với tính chất như hệ nhũ tương dạng gel (Sikorski và cs, 1995). Venugopal và Shahidi (1995) thông báo rằng, quá trình thủy phân kéo dài và thiếu kiểm soát có thể sẽ tạo ra sản phẩm peptid ngắn mạch thiếu các tính chất chức năng của protein nguyên thủy và làm sản phẩm bị đắng. Như vậy, mức độ thủy phân protein đóng vai trò quan trọng trong việc thu nhận sản phẩm. Trong nghiên cứu của Đỗ Văn Ninh (2004), protease nội tạng cá (thu, ngừ) và gan mực ống đã được ứng dụng thành công khi thủy phân thịt cá mối để thu dịch đạm đậm đặc và bột đạm cá. Sản phẩm thu được có các chỉ tiêu hóa học không khác nhau nhiều, nhưng dịch đạm và bột đạm thu được khi sử dụng protease từ cá thu cho giá trị cảm quan cao nhất. Nhìn chung, quá trình thủy phân protein cá có bổ sung enzyme từ nguồn ngoài phức tạp hơn và cũng đắt hơn vì chi phí cho lượng enzyme cần bổ sung chiếm tỉ lệ đáng kể trong giá thành sản phẩm. Một vấn đề nữa liên quan đến qui trình ngắn ngày là sự tạo thành của các peptid không ưa nước tạo nên vị đắng (Simpson & Haard, 1987a). Haard (1998) cũng đã thông báo rằng, ruột các loài thủy sản không xương sống có chứa nhiều loại amino- và carbopeptidase có thể ứng dụng để khử đắng cho sản phẩm thủy phân từ cá. So với các protease từ nguồn vi sinh vật đang được áp dụng, các protease nội tại cá có tính đặc hiệu khá độc đáo và chuyên biệt, vì vậy, có thể đáp ứng tốt hơn các yêu cầu của qui trình sản xuất đạm cá thủy phân (Han, 1993). III. KẾT LUẬN Như vậy, so với các enzyme đang được sử dụng trong sản xuất thực phẩm, ứng dụng của các enzyme có nguồn gốc thủy sản còn rất hạn chế. Cho dù được coi là một trong những phương tiện hữu ích đầy hứa hẹn và đã được ứng dụng thành công trong một số lĩnh vực, việc nghiên cứu về các enzyme từ nguyên liệu thủy sản vẫn đang đòi hỏi sự đầu tư nghiên cứu nghiêm túc. Việc tận thu enzyme ở qui mô công nghiệp cũng mới đang trong giai đoạn thử nghiệm và cần được nghiên cứu tiếp tục. Để có hướng phát triển tốt, chúng ta rất cần đầu tư để có thêm hiểu biết không chỉ về enzyme mà cả các qui trình sản xuất đang áp dụng và phát triển các công nghệ mới để đáp ứng các yêu cầu khác nhau của nhiều loại thực phẩm. Bên cạnh mong muốn tận dụng các enzyme vào mục đích chế biến thực phẩm, cần phải chú trọng đến khía cạnh kinh tế của quá trình, cần kiểm chứng về khả năng ứng dụng vào thực tế. Điều này chủ yếu liên quan đến giá thành của các sản phẩm được sản xuất bằng cách ứng dụng enzyme, vì việc tách chiết chúng ra khỏi nguồn tự nhiên trước khi sử dụng là một hạn chế lớn làm tăng giá thành. Chúng ta sẽ cần thực hiện nhiều nghiên cứu để nhận diện được loại enzyme nào là đặc chủng nhất, tiềm năng nhất và các điều kiện hoạt động tối ưu của chúng, khi đó sẽ có nhiều hy vọng ứng dụng loại enzyme ấy vào sản xuất và tạo ra sản phẩm giá thành rẻ. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Đỗ Văn Ninh, 2004. Tối ưu hóa quá trình phân giải protein của proteza trong thịt cá và thử nghiệm sản xuất sản phẩm mới từ protein được thủy phân. Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật. Trường Đại học Thủy sản Nha Trang. Tiếng Anh 2. An, H., Peters, M.Y., & Seymour, T.A., 1996. Role of endogenous enzymes in surimi gelation. Trends in Food Science & Technology, 7: 321-327. 3. Beddows, C.G., & Ardeshir, A.G., 1979. The production of soluble fi sh protein solution for use in fi sh sauce manufacture I. The use of added enzyme. Journal of Food Technology, 14: 603-612. 4. Borresen, T., 1992. Biotechnology, by-products and aquaculture. In E. G.Bligh (Ed.). Seafood science and technology. Oxford, UK: Maston Book Services Ltd.: 278-287 5. Brewer, P., Helbig, N., Haard, N.F., 1984. Atlantic cod pepsin. Characterization and use as a rennet substitute. Canadian International Food Science and Technology Journal, 17: 38-43. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 3/2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 223 6. Cano-Lopez, A., Simpson, B.K., & Haard, N.F., 1987. Extraction of carotenoprotein from shrimp process wastes with the aid of trypsin from Atlantic cod. J. Food Science, 52: 503-504, 506. 7. Chaveesuk, R., Smith, J.P, & Simpson, B.K., 1993. Production of fi sh sauce and acceleration of sauce fermentation using proteolytic enzymes. J. Aquatic Food Product Technology, 2 (3): 59-77. 8. Chuapoehuk, P., & Raksakulthai, N., 1992. Use of papain and bromelin in the production of oyster. Asean Food Journal, 7: 196-199. 9. De-Vecchi, S.D., & Coppers, Z., 1996. Marine fi sh digestive proteases- relevance to food industry and south-west Atlantic region- a review. J. Food Biochemistry, 20: 193-214. 10. Fehmerling, G.B. Separation of edible tissue from fl esh of mariine creatures, 1973,US Patent 3729324. 11. Haard, N.F., 1986. Atlantic cod protease. Characterization with casein and milk subtrate and infl uence of separose immobilization on salt activation, temperature characteristics and milk clotting reaction. Journal of Food Science, 51: 313-316, 326. 12. Haard, N.F., 1992. A review of proteolytic enzymes from marine organisms and their application in the food industry. Journal of Aquatic Food Product Technology, 1 (1): 17-35. 13. Haard, N.F., 1998. Speciality enzymes from marine organisms. Food Technology, 53 (7): 64-67. 14. Haard, N.F., Simpson,B.K. & Sikorski, Z.E., 1994. Biotechnological applications of seafood proteins and other nitrogenous compounds. In Z.E. Sikorski, B.S.Pan & F.Shahidi (Eds.), Seafood proteins. New York, NY: Chapman and Hall: 194-216. 15. Han, X.Q., & Shahidi, F., 1995. Extraction of darp seal gastric proteases and their immobilization on chitin. Food chemistry, 52: 71-76. 16. Kim, S. K., Byun, H. G., Choi, K. D., Roh, H. S., Lee, W. H., & Lee, E.H., 1993. Removal of skin from fi lefi sh using enzymes. Bulletin of the Korean Fisheries Society, 26: 159-172. 17. Mohr, V., 1980. Enzymes technology in the meat and fi sh industries. Proc. Biochem.: 18-21, 32. 18. Nilsen, K., Viana, M. T., & Raa, J., 1989. Biotechnology in squid processing: removing skins enzymatically. Infofi sh International, 2: 27-28. 19. Ockerman, H. W., 1992. Fishery by-products. In G. M. Hall (Ed.), Fish processing technology. Glasgow, UK: Blackie Academic and Professional: 155-192. 20. Orejana, F. M., & Liston, J., 1981. Agents of proteolysis and its inhibition in patis (fi sh sauce) fermentation. Journal of Food Science, 47: 198-203, 209. 21. Oshima, T., 1996. By-products and seafood production in Japan. Journal of Aquatic Food Product Technology, 5 (4): 27-42. 22. Owens, J. D., & Mendoza, L. S., 1985. Enzymically hydrolysed and bacterially fermented fi shery products. Journal of Food Technology, 20: 273-293. 23. Patton, J. S., & Nevenzel, J. C., 1974. Fat digestion in fi sh. Journal of American Oil Chemists Society, 51 (abstr. No. 85). 24. Raa, J., 1990. Biotechnology in aquaculture and the fi sh processing industry: a success story in Norway. In M. N. Voigt, & J. R. Botta (Eds.). Advances in fi sheries technology for increased profi tability. Lancaster, PA: Technomic Publication Company: 509-524. 25. Raa, J., 1997. Newcommercial products from waste of the fi sh processing industry. In A. Bremner, C. Davis and B. Austin (Eds.) Making the most of the catch. Proceedings of the Seafood Symposium, AUSEAS, Brisbane, Australia: 33-36 . 26. Rudolf, E., 1990. Process for the preparation of fi sh skin. Canadian Patent 1267753. 27. Shahidi, F., 1994. Proteins from seafood processing discards. In Z.E. Sikorski, B. S. Pan, & F. Shahidi (Eds.). Seafoods proteins. NewYork, NY: Chapman and Hall: 171-193. 28. Shamsuzzaman, K., & Haard, N. F., 1983. Evaluation of harp seal gastric protase as a rennet substitute for cheddar cheese. Journal of Food Science, 48: 179-182. 29. Shamsuzzaman, K., & Haard, N. F., 1984. Purifi cation and characterization of a chymosin-like protease from gastric mucosa of harp seal (Paophilus groenlandicus). Canadian Journal of Biochemistry and Cell Biology, 62: 699-708. 30. Simpson, B. K., & Haard, N. F. (a), 1984. Trypsin fromGreenland cod as a food-processing aid. Journal of Applied Biochemistry, 6: 135-143. 31. Simpson, B. K., & Haard, N. F. (b), 1984. Trypsin from Greenland cod, Gadus ogac. Isolation and comparative properties. Comparative Biochemistry and Physiology, 79B: 613-622. 32. Simpson, B. K., & Haard, N. F., 1987. Cold-adapted enzymes from fi sh. In D. Knorr (Ed.), Food Biotechnology. New York, NY: Marcel Dekker: 495-527. 33. Simpson, B. K., Marshall, M. R., & Otwell, W. S., 1988. Phenoloxidases from pink and white shrimp: kinetic and other properties. Journal of Food Biochemistry, 12: 205-217. 34. Simpson, B. K., Smith, J. P., & Haard, N. F., 1991. Marine enzymes. In Y. H. Hui (Ed.), Encyclopedia of Food Science and Technology. NewYork, NY: John Wiley and Sons: 1645-1653. 35. Simpson, B. K., Simpson, M. V., & Haard, N. F., 1989. On the mechanism of enzyme action: digestive proteases from selected marine organisms. Biotechnology and Applied Biochemistry, 11: 226-234. 36. Simpson, B. K., Dauphin, L., & Smith, J. P., 1992. Recovery and characterization of carotenoprotein from lobster (Homarus americanus) waste. Journal of Aquatic Food Product Technology, 1 (3): 129-146. 37. Stefansson, G., 1988. Enzymes in the fi shing industry. Food Technology, 42 (3): 64-65. 38. Strom, T., & Raa, J. A., 1982. Newprocessing method for small pelagic fi shes. Infofi sh Marketing Digest, 3: 24-27. 39. Strom, T., & Raa, J., 1982. Marine biotechnology in Norway. Journal of Marine Biotechnology, 1: 3-7. 40. Venugopal, V., & Shahidi, F., 1993. Value-added products from underutilized fi sh species. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 35:, 431-453. 41. Windsor, M., & Barlow, S., 1981. Introduction to fi shery by-products. Farnham, UK: Fishing News Books.