Luận văn Nghiên cứu các thành phần có hoạt tính sinh học cao từ dầu mỡ cá tra (Pangasius hypophthalmus) (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu các thành phần có hoạt tính sinh học cao từ dầu mỡ cá tra (Pangasius hypophthalmus) (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ÐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ÐIỂM NGHIÊN CỨU CÁC THÀNH PHẦN CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC CAO TỪ DẦU MỠ CÁ TRA (PangasiusS K C 0 0 3 9 5 9 hypophthalmus) MÃ SỐ: T2013-43TÐ S KC 0 0 4 3 0 0 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 - 2013
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƢỜNG TRỌNG ĐIỂM ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÁC THÀNH PHẦN CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC CAO TỪ DẦU MỠ CÁ TRA (Pangasius hypophthalmus) Mã số: T2013-43TĐ CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS.NGUYỄN TIẾN LỰC TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2013 0
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC VÀ THỰC PHẨM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƢỜNG TRỌNG ĐIỂM ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÁC THÀNH PHẦN CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC CAO TỪ DẦU MỠ CÁ TRA (Pangasius hypophthalmus) Mã số: T2013-43TĐ Chủ nhiệm đề tài: TS.Nguyễn Tiến Lực Đơn vị phối hợp: Trung tâm công nghệ sau thu hoạch - Viện nghiên cứu nuôi trồng thuỷ sản II Cán bộ phối hợp: TS. Nguyễn văn Nguyện Thành viên đề tài: ThS. Nguyễn Tấn Dũng CN. Nguyễn Anh Minh Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 12 năm 2013 1
4. MỤC LỤC Đề mục Trang Mục lục i Danh mục bảng .iii Danh mục hình .iv Thông tin về kết quả nghiên cứu .1 Mở đầu 5 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về cá tra 8 1.1.1. Cá tra 8 1.1.2. Thành phần khối lượng và dinh dưỡng cá tra 10 1.1.3. Dầu cá tra 11 1.1.3. Tình hình chế biến và xuất khẩu cá tra 13 1.2. Giới thiệu về dầu mỡ 15 1.2.1. Thành phần tính chất dầu mỡ 15 1.2.2. Các acid béo và tính chất 18 1.2.3. PUFA và Omega-3. 20 1.2.4. DHA và EPA 22 1.3. Tình hình nghiên cứu dầu mỡ trong và ngoài nước . 25 13.1. Nghiên cứu ngoài nước 25 1.3.2. Nghiên cứu trong nước 25 1.4. Một số phương pháp trích ly, tinh sạch và làm giàu DHA, EPA .27 CHƢƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên liệu 30 2.2. Phương pháp nghiên cứu 30 2.2.1. Phương pháp lấy mẫu 30 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu 30 2.3. Bố trí thí nghiệm 35 2.4. Thiết bị nghiên cứu 38 2.5. Xử lý số liệu 38 i
5. CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Tách chiết dầu và thành phần tính chất của dầu cá tra 39 3.1.1. Chọn phương pháp tách chiết dầu cá 39 3.1.2. Thành phần và tính chất hoá học của dầu cá tra 39 3.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thuỷ phân dầu cá 41 3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ KOH 41 3.2.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ KOH : Dầu cá 42 3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ 42 3.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng quá trình kết tủa ure 44 3.3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ etanol : ure 44 3.3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ ure : dầu cá 44 3.3.3. Ảnh hưởng của thời gian 45 3.3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ 46 3.4. Tối ưu hoá quá trình làm giàu DHA, EPA 46 3.4.1. Xây dựng mô hình toán thực nghiệm .46 3.4.2. Bài toán tối ưu một mục tiêu 49 3.4.3. Bài toán tối ưu ba mục tiêu. 50 3.4.4. Thực nghiệm kiểm chứng nghiệm pareto tối ưu 51 3.4.5. Đánh giá hiệu suất làm giàu các chất có hoạt tính sinh học .53 3.5. Quy trình công nghệ tinh sạch làm giàu DHA, EPA từ dầu cá tra 54 3.5.1. Quy trình công nghệ 54 3.5.2. Thuyết minh quy trình 54 3.6. Quy trình tinh chế dầu cá làm dầu thực phẩm .55 3.6.1. Nghiênn cứu chế độ khử màu 55 3.6.2. Nghiên cứu chế độ khử mùi 56 3.6.3. Quy trình tinh luyện dầu cá làm dầu thực phẩm 57 3.6.4. Xây dựng chỉ tiêu chất lượng dầu cá thực phẩm 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59 Tài liệu tham khảo 61 Phụ lục Bảng sao thuyết minh đề tài được phê duyệt. ii
6. DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần hóa học của cá tra 10 Bảng 1.2. Thành phần acid amin của cá tra 11 Bảng 1.3. Thành phần hoá học dầu cá tra .12 Bảng 1.4. Thành phần acid béo của dầu cá tra 12 Bảng 1.5. Thống kê sản lượng cá tra các năm 2000 – 2010 14 Bảng 1.6. Thống kê xuất khẩu cá tra của Việt Nam 14 Bảng 3.1. Chất lượng dầu thu được bằng các phương pháp tách chiết khác nhau 39 Bảng 3.2. Thành phần chỉ tiêu hoá học của dầu cá tra 40 Bảng 3.3. Thảnh phần acid béo trong dầu cá tra .40 Bảng 3.4. Hiệu suất phản ứng thuỷ phân dầu cá 43 Bảng 3.5. Khả năng hoà tan của ure trong etanol 44 Bảng 3.6. Các mức và các yếu tố ảnh hưởng 47 Bảng 3.7. Ma trận quy hoạch thực nghiệm phương án quay bậc 2 48 Bảng 3.8. Nghiệm bài toán tối ưu một mục tiêu quá trình làm giàu dầu cá 49 Bảng 3.9. Kết quả đánh giá sản phẩm dầu cá 53 Bảng 3.10. Sắc tố của dầu cá 56 Bảng 3.11. Ảnh hưởng nhiệt độ đến màu, mùi vị 57 Bảng 3.12. Một số chỉ tiêu chất lượng chủ yếu của dầu cá tra 58 iii
7. DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Cá tra (Pangasius hypophthalmus) 8 Hình 1.2. Sản lượng và giá trị xuất khẩu cá tra của Việt Nam 15 Hình 1.3. Cấu trúc cis- và tran - 20 Hình 1.4. Công thức cấu tạo của DHA và EPA 22 Hình 2.1. Sơ đồ quy trình công nghệ tách chiết dầu cá 30 Hình 2.2. Quy trình công nghệ phản ứng kết tủa ure 33 Hình 2.3. Thí nghiệm chọn nồng độ KOH 36 Hình 2.4. Thí nghiệm chọn tỷ lệ KOH/dầu cá 36 Hình 2.5. Thí nghiệm chọn nhiệt độ và thời gian 37 Hình 2.6. Thí nghiệm chọn tỷ lệ ure/dầu cá 37 Hình 2.7. Thí nghiệm chọn nhiệt độ và thời gian tủa ure .38 Hình 3.1. Ảnh hưởng của nồng độ KOH đến hiệu suất 41 Hình 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ KOH: dầu cá đến hiệu suất 42 Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ đến phản ứng thuỷ phân 43 Hình 3.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ ure: dầu cá đến hiệu suất 44 Hình 3.5. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất 45 Hình 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phản ứng 46 Hình 3.7. Bề mặt đáp ứng hàm y1 đến hiệu suất DHA 51 Hình 3.8. Bề mặt đáp ứng hàm y2 đến hiệu suất EPA 52 Hình 3.9. Bề mặt đáp ứng hàm y3 đến hiệu suất omega-3 52 Hình 3.10. Bề mặt đáp ứng hàm tổ hợp S(x) tại x1=2.1 52 Hình 3.11. Quy trình công nghệ làm giàu DHA, EPA .54 Hình 3.12. Quy trình công nghệ tinh luyện dầu thực phẩm .57 Hình 3.13. Sản phẩm dầu cá tra .58 iv
8. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Giải nghĩa DHA Docosahexaenoic acid EPA Eicosapentaenoic acid PUFA Polyunsaturated fatty acid ARA Arachidonic acid ω3 Acid béo omega-3 LDL Low Density Lipoproteins HDL High Density Lipoproteins QHTN Quy hoạch thực nghiệm BTTU Bài toán tối ưu VASEP Hiệp hội chế biến và xuất khẩu thuỷ sản GAP Chương trình nuôi tốt IQF Individual Quickly Freezer TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam v
9. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA CN HOÁ VÀ THỰC PHẨM Tp. HCM, Ngày 25 tháng 11 năm 2013 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung - Tên đề tài: Nghiên cứu các thành phần có hoạt tính sinh học cao từ dầu mỡ cá tra (Pangasius hypophthalmus) - Mã số: T2013-43TĐ - Chủ nhiệm: TS. Nguyễn Tiến Lực - Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: Từ tháng 2/2013 đến 12/2013 2. Mục tiêu Làm tăng hàm lượng Docosahexaenoic acid (DHA) và Eicosapentaenoic acid (EPA) từ nguyên liệu mỡ cá tra ban đầu, nâng cao giá trị của dầu mỡ cá tra trên thị trường. Đa dạng nguồn nguyên liệu chứa các hoạt tính sinh học cao để ứng dụng trong sản xuất các loại thực phẩm chức năng. 3. Tính mới và sáng tạo - Tối ưu hoá đa mục tiêu quá trình tủa ure đã xác lập mối quan hệ mật thiết giữa toán học và công nghệ làm giàu các acid béo không bão hoà, đây là cơ sở khoa học để lựa chọn chế độ công nghệ cho quá trình kết tủa ure nâng cao hiệu suất làm giàu DHA, EPA. - Xác định được thành phần và tính chất của dầu mỡ cá tra, đặc biệt là thành phần các acid béo của dầu mỡ cá tra, kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc hoàn thiện chế độ dinh dưỡng cá tra. - Xây dựng được quy trình công nghệ làm giàu DHA, EPA và quy trình tinh luyện dầu mỡ cá tra làm dầu mỡ thực phẩm, nâng cáo giá trị gia tăng của dầu mỡ cá tra 4. Kết quả nghiên cứu - Đã xác định được thành phần, tính chất của dầu cá tra, xác định được các acid béo chủ yếu bao gồm acid palmitic 31,55%, acid oleic 38,9% acid linoleic 13,9% và hai acid béo thiết yếu quan trọng trong dinh dưỡng đối với người là acid docosahexaenoic 0,5% acid eicosapentaenoic 0,45%. - Xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện thủy phân là xúc tác KOH 1N, nồng độ etanol làm dung môi 95%, tỉ lệ KOH: dầu cá là 2,5 nhiệt độ 70oC và thời gian 1h tạo được hiệu suất thuỷ phân đạt 94,9%. - Xác định được các yếu tố ảnh hưởng quá trình tủa ure là tỷ lệ ure: dầu cá là 2,5 nhiệt độ kết tủa – 100C và thời gian tủa ure là 18 giờ đã cho hiệu suất thu hồi cao. - Tối ưu hóa quá trình tủa urê cho thấy mối quan hệ giữa toán học và công nghệ để hiệu suất thu hồi hiệu quả cao, lúc đó tỉ lệ làm giàu DHA, EPA và hàm lượng ω3 trong sản phẩm tăng, với tỷ lệ urê/dầu cá là 2:1 thời gian kết tủa 18,6 giờ và nhiệt độ kết tủa -11oC thì hiệu suất thu hồi đạt giá trị cực đại, khi đó hàm lượng DHA với hiệu suất làm giàu 120,06%, hiệu suất làm giàu EPA là 58,4% và hiệu suất tổng ω3 là 179,5%. 1
10. - Đã xây dựng được quy trình công nghệ sản xuất dầu cá giàu DHA, EPA bằng phương pháp tủa ure. Xây dựng được quy trình công nghệ tinh chế dầu cá tra đạt yêu cầu chất lượng dầu thực phẩm gồm các thông số tối ưu của từng công đoạn: thuỷ phân với KOH 1N, nhiệt độ 70oC trong 30 phút, rửa trung tính bằng nước nóng 90 - 95oC, lượng nước rửa bằng 10 - 15% khối lượng dầu cá, khử mùi ở điều kiện chân không với nhiệt độ 220oC trong 15 phút. - Đánh giá chất lượng dầu cá có nhiệt độ đông đặc 12oC nhiệt độ nóng chảy 300C, độ ẩm của dầu < 0,2 % chỉ số acid của dầu là < 2 % (mg KOH/g), chỉ số peroxide < 1 (meq/kg), chỉ số iod của dầu là 65 %, chỉ số xà phòng là 197 %(mg KOH/g), dầu cá không có mùi tanh, vị lạ và có màu vàng nhạt. Các chỉ tiêu nằm trong giới hạn cho phép của thực phẩm và được sử dụng làm dầu mỡ thực phẩm. 5. Sản phẩm  Một bài báo khoa học đăng tạp chí Quốc tế: “Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình làm giàu thành phần hoạt tính sinh học cao từ dầu cá tra”  Một bài báo khoa học đăng tạp chí trong nước: Khoa học và công nghệ, Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn; “Nghiên cứu công nghệ chế biến dầu mỡ cá tra dùng làm dầu mỡ thực phẩm”  Quy trình Công nghệ sản xuất dầu cá có hàm lượng DHA, EPA cao  Sản phẩm mỡ cá tra đã tinh chế  Báo cáo khoa học 6. Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng Ý nghĩa khoa học  Gắn đào tạo giữa lý thuyết giảng dạy và thực tế sản xuất.  Nâng cao trình độ của các cán bộ tham gia nghiên cứu.  Xác định được thành phần, tính chất của mỡ cá tra.  Tối ưu hoá đa mục tiêu quá trình tủa ure làm giàu acid béo không bão hoà làm cơ sở lựa chọn công nghệ sản xuất dầu cá có hàm lượng giàu DHA, EPA. Ý nghĩa Kinh tế, xã hội - Xây dựng dây chuyền công nghệ chế biến các sản phẩm mới từ cá tra. - Đa dạng hóa sản phẩm, tạo sản phẩm có giá trị gia tăng. - Tạo mặt hàng mới nâng cao giá trị hàng chế biến xuất khẩu. Phương thức chuyển giao. Chuyển giao công nghệ và thiết bị, hướng dẫn vận hành và tạo sản phẩm dầu cá có hoạt tính sinh học cao. Khả năng áp dụng. Khả năng áp dụng và chuyển giao công nghệ cho các tổ chức và cá nhân có yêu cầu. Trƣởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên) (ký, họ và tên) NGUYỄN TIẾN LỰC 2
11. UNIVERSITY OF TECHNICAL EDUCATION SOCIALIST OF REPUBLIC OF VIETNAM HO CHI MINH CITY Independence – Freedom – Happiness DEPARTMENT OF FOOD AND CHEMISTRY TECHNOLOGY HCM City, 25th of November 2013 INFORMATION ON RESEARCH RESULTS 1. General Information - Project title: Determine the factors that affect the enrichment process of high bioactive substance from pangasius fish oil (Pangasius hypophthalmus) - Code Number: T2013-43TĐ - Coordinator: Dr. Nguyen Tien Luc - Implementing Institution: University of Technical Education Ho Chi Minh City - Duration: From February 2013 to December 2013 2. Objective(s): - To increase the content of Docosahexaenoic acid (DHA) and Eicosapentaenoic acid (EPA) from pangasius fish oil raw material and enhance value of pangasius fish oil in market. Diversifying the high bioactive substance materials to apply in production of food supplements. 3. Creativeness and innovativeness: - Optimization multi-object of urea complexation process has established the relationship between mathematics and enriching unsaturated fatty acid technology. This was the scientific standard to select technology mode for urea complexation process and enhance the enriching efficiency of DHA and EPA. - Determined the components and properties of pangasius fish oil, especially the composition of fatty acids of pangasius fish oil. The research result is standard to complete the nutrition mode of pangasius. - Build up the enriching of DHA and EPA technology process and crystallization process of pangasius to make food oil to enhance value of fish oil. 4. Research Result - Determined the components, properties of fish oil and the content of fatty acids in pangasius oil which were palmitic acid (31.55%), oleic acid (38.9%), linoleic acid (13.9%), and two fatty acid: docosahexaenoic acid (0.5%) and eicosapentaenoic acid (0.45%) which were essential to human’s nutrition. - Determined the factors which affected aydrolysis process were 1N KOH catalyst, solvent ethanol concentration of 95%, the KOH-to-fish oil ratio of 2.5, temperature of 70°C and time of 1 hour. Under these conditions, the hydrolysis efficiency reached to 94.9%. - Determined the factors which affected a urea complexation process were the urea to fatty acid of 2.5, complexation temperature of -10°C and complexation time of 18 hours. Under these conditions, the efficiency reached highest value. - Optimization of urea complexation process showed the relationship between mathematics and technology to get the highest efficiency, meanwhile the enrichment rate of DHA, EPA and content of ω3 in product increased. Under these conditions: the ratio of urea- to-fish oil of 2.1, complexation time of 18.6 hours and complexation temperature of -11°C, the recovery efficiency reached maximum value and the enrichment efficiency of DHA, EPA , ω3 were 120.06%, 58.4%, 179.5%, respectively. - Built up the technology process of producing high DHA, EPA fish oil by urea complexation method. Built up the technology process of refining pangasius fish oil to 3
12. satisfy the high quality of food oil which included the optimal parameters of each stage: hydrolysis with 1N KOH at 70°C in 30 minutes; neutral washing with hot water 90 – 95°C by 10-15% fish oil mass; conducted the chrominance elimination solution at 220°C in 15 minutes under vacuum condition. - Evaluated the quality of pangasius fish oil: freezing temperature of 12°C, melting temperature of 30°C, humidity of oil < 0.2%, acid index of oil < 2%, peroxide index < 1, iodine index of oil of 65%, alkaline index of 197%, the fish oil was pale yellow, feature taste and no fishy odor. These indexes stayed in allowed limitation of food and can be used to make the food oil. 5. Products  A scientific paper published in the International Journal: Current Research Journal of Biological Sciences - Maxwell Science Publication: "Determine the factors that affect the enrichment process of high bioactive substance from pangasius fish oil”  A scientific paper published in Vietnam journal: Science and Technology journal of Agriculture and Rural Development “Research technology treatment of fish oil from pangasius hypophthalmus used as food oil”  Manufacturing process of fish oil containing high DHA, EPA  Technology process of refining fish oil to be food oil  Purified fish oil products  Scientific Report 6. Effects, transfer alternatives of research results and applicability The scientific meaning: - Training combination of teaching theory and productive practice. - Raising the level of the staff involved in the research. - Determining the mass components and properties of Pangasius fish oil. - Optimization multi-object of urea complexation process of Pangasius fish oil which enriched the unsaturated fatty acids is the standard of selecting technology to create high DHA and EPA fish oil. Significance of Economic and Social: - Setting up processing line of new products from Pangasius fish. - Diversifying and creating value-added products. - Creating new products enhances (and enhancing) the value of export processing Transfer method: - Transfer of technology and equipment, operating instructions and creating high bioactive substances products of pangasius fish oil. The applicability: The ability to apply and technology transfer to requested organizations and individuals requested. Head of Department Coordinator (signature, full name) (signature, full name) NGUYEN TIEN LUC 4
13. MỞ ĐẦU Dầu cá tra có chứa các thành phần có hoạt tính sinh học cao Docosahexaenoic acid (DHA) và Eicosapentaenoic acid (EPA) là hai acid béo không bão hòa thuộc nhóm omega-3. Các acid béo này là thành phần cấu tạo của não và võng mạc, giúp ngăn ngừa các bệnh về mắt và suy giảm trí nhớ ở người lớn tuổi. Bên cạnh đó Docosahexaenoic acid đóng vai trò rất quan trọng cho sự phát triển của não bộ, chữa lành các vết bỏng và võng mạc trẻ em nói chung, đặc biệt là nguồn dinh dưỡng phát triển cho thai nhi ba tháng cuối và trẻ sơ sinh. Ngoài ra các acid béo này còn có tác dụng làm giảm cholesterol và triglyceride trong máu, giúp ngăn ngừa các bệnh về tim mạch, đồng thời sẽ làm giảm nguy cơ đột quỵ do bệnh tim. Acid béo thiết yếu omega-3 là tiền chất của eicosanoids, omega-3 giúp tăng cường lưu thông máu, điều chỉnh chức năng của tiểu cầu và kích thích giãn mạch, do đó nó ảnh hưởng tích cực đối với bệnh nhồi máu cơ tim. Trên thế giới, phần lớn các công trình nghiên cứu đều tập trung vào nghiên cứu hàm lượng DHA, EPA trong thực phẩm; phát hiện DHA, EPA trong một số loại tảo và tạo sản phẩm giàu DHA từ tảo; nghiên cứu các tính chất, vai trò, chức năng của DHA trong sự phát triển não bộ ở trẻ em và trong chuyển hóa cholesterol thành những dẫn xuất không gây tắc nghẽn mạch máu, làm giảm nhịp tim, giảm nhồi máu cơ tim. Những nghiên cứu về việc phân lập, trích ly DHA, EPA chủ yếu trên các đối tượng các loại cá biển như cá hồi, cá thu, cá ngừ và các loại vi tảo biển đang được ứng dụng rộng rãi trong việc sản xuất các sản phẩm: viên nang dầu cá, sữa có hàm lượng DHA cao, dầu thực phẩm có bổ sung thêm các loại acid béo (DHA, EPA) Tuy nhiên các hoạt chất sinh học cao DHA, EPA giá nhập khẩu cao, nhu cầu sử dụng của người tiêu dùng ngày càng lớn, góp phần thúc đẩy việc nghiên cứu các chất có học tính sinh học từ các nguồn động vật, thực vật đẻ sản xuất các loại thuốc, mỹ phẩm và thực phẩm chức năng này của người tiêu dùng ngày càng cao. Cá tra (Pangasius hypophthalmus) là cá nước ngọt, được nuôi phổ biến ở vùng đồng bằng sông Cửu Long, là một trong những loài cá có tốc độ phát triển nhanh và có giá trị xuất khẩu cao. Theo hiệp hội chế biến và xuất khẩu thuỷ sản (VASEP) những năm qua sản lượng, chất lượng và số lượng xuất khẩu không ngừng tăng lên, nếu như năm 2000 sản lượng cá tra nuôi là 70 ngàn tấn, xuất khẩu 689 tấn, năm 2005 sản lượng cá tra nuôi là 400 ngàn tấn, xuất khẩu 140.707 tấn, thì năm 2012 sản lượng nuôi đạt 1,4 triệu tấn, sản lượng cá xuất khẩu 659.400 tấn, kinh ngạch xuất khẩu đạt 1,744 tỷ USD. Tuy 5
14. nhiên một thực tế xuất khẩu chủ yếu là thịt cá fillet đông lạnh chiếm 30% tỷ trọng của cá, một lượng lớn phụ phế phẩm còn lại là đầu, xương, da, mỡ, trong đó lượng dầu trong cá chiếm trên 15,3%, hàng năm từ các nhà máy chế biến có trên 214 ngàn tấn dầu dầu cá tra chưa được nâng cao giá trị và sử dụng hiệu quả. Lượng dầu cá tra hiện nay chủ yếu được sử dụng để bổ sung thêm hàm lượng lipid trong thức ăn cho gia súc, thức ăn công nghiệp nuôi tôm cá, bên cạnh đó một số công ty đang tận dụng dầu cá tra để sản xuất biodiesel làm nhiên liệu sinh học cho động cơ. Ở Việt Nam, nghiên cứu về dầu mỡ chủ yếu trên cá basa như: khảo sát khả năng làm giàu docosahexaenoic acid (DHA) và eicosapentaenoic acid (EPA) trong dầu cá basa (Pangasius bocoutrti) bằng phương pháp dùng enzyme lipase và chưng cất phân đoạn” của Nguyễn Diên Sanh; Phương pháp trích ly, thu nhận và làm giàu acid docosahexaenoic (DHA) từ dầu cá basa Pangasius bocoutrti Sauvage của Lê Hoàng Anh; Nghiên cứu ứng dụng mỡ cá basa làm nhiên liệu cho động cơ diesel của Nguyễn Hữu Hường và cộng sự (2009); Nghiên cứu lipid, acid béo từ nguồn cá biển của Phạm Quốc Long - Viện hoá học các hợp chất thiên nhiên v.v. Các công trình nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào nghiên cứu tính chất thành phần hoá học trong dầu mỡ, xây dựng phương pháp phân tích acid béo, phương pháp tạo dầu biodiesel, đồng thời bước đầu đã phân lập, trích ly DHA và EPA cho dầu mỡ cá cá basa, cá biển (cá thu, cá ngừ hoặc vi tảo biển) bằng các phương pháp khác nhau và tỷ lệ thu hồi mới đạt 50-60%. Đối với dầu mỡ cá tra các nghiên cứu còn ít, nhất là nghiên cứu làm giàu các hợp chất sinh học cao với sản lượng hàng năm trên 200 ngàn tấn phụ phế phẩm dầu mỡ cá tra từ các nhà máy sản xuất fillet cá tra xuất khẩu, thì khả năng ứng dụng mỡ cá tra để sản xuất dầu có hoạt tính sinh học cao là là cần thiết. Nếu chỉ tận dụng dầu cá để xuất khẩu dưới dạng thô, sản xuất dầu biodiesel hay bổ sung vào thức ăn cho gia súc thì chưa khai thác hết được giá trị sẵn có trong nguyên liệu và giá trị gia tăng của cá tra. Do đó, cần tận dụng nguồn nguyên liệu dầu cá này sản xuất dầu thực phẩm, có hoạt tính sinh học cao, ứng dụng trong y dược và thực phẩm chức năng làm tăng giá trị của dầu cá tra và đem lại hiệu quả kinh tế cao. Trước những nhu cầu thiết thực đó, việc tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu làm giàu các thành phần có hoạt tính sinh học cao Docosahexaenoic acid (DHA) và Eicosapentaenoic acid (EPA) từ dầu cá tra (Pangasius hypophthalmus)” là vô cùng cần thiết và cấp bách. 6
15. 1.Mục tiêu: Làm tăng hàm lượng Docosahexaenoic acid (DHA) và Eicosapentaenoic acid (EPA) từ nguyên liệu dầu cá tra ban đầu, nâng cao giá trị của dầu cá tra trên thị trường. Đa dạng nguồn nguyên liệu chứa các hoạt tính sinh học cao để ứng dụng trong sản xuất các loại thực phẩm chức năng. 2. Nội dung chính 1. Nghiên cứu tách chiết dầu cá và xác định thành phần, tính chất dầu cá tra 2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thuỷ phân và tủa ure dầu cá 3. Nghiên cứu tối ưu hoá hoá quá trình làm giàu DHA, EPA của tủa ure dầu cá 4. Xây dựng công nghệ sản xuất dầu cá tra thực phẩm 5. Xây dựng chỉ tiêu đánh giá dầu cá tra thực phẩm 3. Phƣơng pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, kết hợp nghiên cứu hóa sinh có sự hỗ trợ của công cụ toán học và thuật toán tối ưu để phát hiện các tính chất mới và mối quan hệ giữa các đại lượng, xử lý thống kê với sự hỗ trợ của phần mềm Microsoft Excel, lập trình Matlab V.7.01 và được kiểm chứng bằng thực tế. 4. Kết quả đạt đƣợc  Một bài báo khoa học đăng tạp chí Quốc tế: “Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình làm giàu thành phần hoạt tính sinh học cao từ dầu cá tra”  Một bài báo khoa học đăng tạp chí Khoa học và công nghệ, Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn: “Nghiên cứu công nghệ chế biến dầu cá tra dùng làm dầu thực phẩm”  Quy trình Công nghệ sản xuất dầu cá có hàm lượng DHA, EPA cao  Quy trình tinh chế dầu cá làm dầu thực phẩm  Sản phẩm dầu cá tra đã tinh chế  Báo cáo khoa học 5. Điểm mới của đề tài - Xác định được thành phần và tính chất của dầu cá tra, đặc biệt là thành phần các acid béo của dầu cá tra, kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc hoàn thiện chế độ dinh dưỡng cá tra. - Tối ưu hoá đa mục tiêu quá trình tủa ure, đã xác lập mối quan hệ mật thiết giữa toán học và công nghệ làm giàu các acid béo không bão hoà, đây là cơ sở khoa học để lựa chọn chế độ công nghệ cho quá trình kết tủa ure nâng cao hiệu suất làm giàu DHA, EPA - Xây dựng được quy trình công nghệ làm giàu DHA, EPA và quy trình tinh luyện dầu cá tra làm dầu thực phẩm, nâng cao giá trị gia tăng của dầu cá tra. 7
16. CHƢƠNG I. TỔNG QUAN 1.1. GIÓI THIỆU CÁ TRA 1.1.1. Cá tra Cá tra (Pangasius hypophthalmus) là loài cá da trơn được nuôi phổ biến ở Nam bộ, đặc biệt các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long [23,29]. Cá sống chủ yếu ở nước ngọt, chịu được môi trường nước lợ nhẹ, độ muối dưới 10% và nước phèn. Cá tra có cơ quan hô hấp phụ, có thể hô hấp bằng bóng khí và da, nên chịu đựng được môi trường nước thiếu oxy hòa tan. Do đặc điểm sinh học của cá tra có cơ quan hô hấp phụ nên cá có thể sống được ở những ao hồ chật hẹp sống được cả thủy vực nước tĩnh và thủy vực nước chảy. Hiện nay cá tra được nuôi đăng quần, nuôi trong ao hồ và nuôi trong lồng bè, mật độ cá nuôi đạt 50 con/m2 và là một trong những loài cá có giá trị kinh tế, cá có kích thước lớn, dễ nuôi, tăng trọng nhanh [22,29] Hình 1.1. Cá tra (Pangasius hypophthalmus) Phân loại về sinh học Họ cá tra (Pangasiidae) phân bố tương đối rộng ở khu vực từ Tây Nam Á đến Đông Nam Á. Đây là một họ bao gồm một số cá có kích thước tương đối lớn. Đã từ lâu họ cá tra được gọi là Schilbeidae, xuất phát từ tên giống xa xưa nhất Schill. Weber và De Beaufort cùng một số người khác đặt tên cho họ cá này là pangasiidae. Họ cá hiện nay có 2 giống đó là: pangasius (Valencien 1840) và Helicophagus (Bleeker 1858) [23,29]. Cá tra có tên khoa học là: Pangasius hypophthalmus và tên tiếng Anh là: Shutchi catfish 8
17. Trong hệ thống phân loại, cá tra được xác định vị trí, sắp sếp như sau: - Lớp cá Pisces - Bộ cá nheo Siluriformes efs - Họ cá tra Pangasiidae - Giống cá tra Pangasius - Loài cá tra Pangasius hypophthalmus Cá tra thuộc họ pangasiidae. Theo [29] cá tra có 3 chi: chi sinopangasius (1 loài), chi helicophagus (3 loài) và chi pangasius (27 loài). Đặc điểm dinh dưỡng Cá tra sống chủ yếu trong nước ngọt, có thể sống được ở vùng nước hơi lợ (nồng độ muối 7-10%) cá có thể chịu đựng được môi trường nước phèn với pH > 5, cá dễ chết ở nhiệt độ nước thấp hơn 150C nhưng cá tra có thể chịu nóng tới 390C. Cá có tập tính ăn tạp thiên về động vật, thích ăn mồi có nguồn gốc động vật và cũng dễ dàng chuyển đổi thức ăn. Trong vòng đời của cá, giai đoạn cá bột hết noãn hoàng thì thích ăn mồi tươi sống, ăn các loài động vật phù du có kích thước vừa cỡ miệng của chúng. Khi cá lớn, tính ăn tạp thiên về động vật và dễ chuyển đổi loại thức ăn. Trong ao nuôi cá tra có khả năng thích nghi với nhiều loại thức ăn, kể cả thức ăn bắt buộc như: mùn, bã hữu cơ, cám, rau, phân hữu cơ, động vật đáy,v.v .Khi nuôi công nghiệp trong ao hoặc bè với mật độ 50 con/m2 người nuôi thường sử dụng thức ăn công nghiệp với hàm lượng protein sử dụng từ 25 - 35% và hàm lượng lipid từ 6 - 8% [19,22] Đặc điểm sinh trưởng Cá tra có tốc độ tăng trưởng tương đối nhanh, khi còn nhỏ, cá tăng nhanh về chiều dài. Cá ương trong ao sau 2 tháng đã đạt chiều dài 10-12 cm (14-15g). Khi cá đạt trọng lượng khoảng 2,5 kg/con trở đi, mức tăng trọng lượng nhanh hơn so với tăng chiều dài cơ thể. Cá trong tự nhiên, có thể sống trên 20 năm. Nuôi trong ao một năm cá đạt 1,0 - 1,5 kg/con (năm đầu tiên), những năm về sau cá tăng trọng nhanh hơn, có khi đạt tới 5- 6 kg/năm tùy thuộc môi trường sống và sự cung cấp thức ăn cũng như loại thức ăn có hàm lượng protein nhiều hay ít. Ðộ béo của cá tăng dần theo trọng lượng và nhanh nhất ở những năm đầu, cá đực thường có độ béo cao hơn cá cái và độ béo thường giảm đi khi vào mùa sinh sản. 9
18. Đặc điểm sinh sản [12,23] Tuổi thành thục cá tra đực là hai tuổi và cá cái là ba tuổi, trọng lượng cá thành thục lần đầu là 2,5 – 3,0kg/con. Cá tra không có cơ quan sinh dục phụ (thứ cấp), nên nhìn hình dáng ngoài khó phân biệt đực - cái. Ở thời kì thành thục, tuyến sinh dục ở cá đực phát triển lớn gọi là buồng tinh, ở cá cái gọi là buồng trứng. Mùa vụ thành thục của cá trong tự nhiên bắt đầu từ tháng 5 - 6 (dương lịch), cá đẻ tự nhiên trên sông ở những khúc sông có điều kiện sinh thái phù hợp. Hiện nay ngành thuỷ sản Việt Nam đã cho sinh sản nhân tạo cá tra, nên hoàn toàn chủ động được nguồn giống và mùa vụ nuôi [12]. Trong sinh sản nhân tạo, cá có thể nuôi thành thục sớm và cho đẻ sớm hơn trong tự nhiên, cá tra có thể tái phát dục 1- 3 lần trong một năm. Số lượng trứng đếm được trong buồng trứng của cá tra, gọi là sức sinh sản tuyệt đối. Sức sinh sản tuyệt đối của cá tra có thể đạt từ 200.000 đến vài triệu trứng [12, 23]. 1.1.2. Thành phần khối lƣợng và dinh dƣỡng cá tra Theo [21] khi nghiên cứu thành phần khối lượng cá tra như sau: đầu xương đuôi chiếm tỷ lệ cao 44%, kế đến là thịt cá fillet chiếm 29%, lượng mỡ lá chiếm 15,3%, da 6,3% còn lại nội tạng chiếm 5,4%. Thịt cá tra fillet có giá trị dinh dưỡng cao, đây là nguồn cung cấp thực phẩm giàu protein và lipid, thịt cá tra thơm ngon, màu sắc trắng sáng và có giá hợp lý nên được nhiều người ưa chuộng. Thành phần hóa học của cá tra [21] được xác định theo bảng 1.1 sau Bảng 1.1. Thành phần hóa học của thịt cá tra [21] TT Thành phần Hàm lƣợng (%) 1 Protein 19,62 ± 0,18 2 Lipid 1,93 ± 0,21 3 Khoáng 3,52 ± 0,27 4 Nước 74,86 ± 0,22 Kết quả bảng trên cho thấy thịt cá tra có giá trị về dinh dưỡng bởi thịt trắng, có hàm lượng protein trong thịt cá trung bình 19,62%, hàm lượng lipid 1,93%, hàm lượng khoáng 3,52% và hàm lượng nước 74,86% nên thịt cá tra fillet xuất khẩu được nhiều nước ưa chuộng, thành phần acid amin thịt cá tra fillet được thể hiện bảng 1.2 sau 10
19. Bảng 1.2. Thành phần acid amin của thịt cá tra [19,22] TT Acid amin Thịt cá tra (mg/g) 1 Arginine 4,33 2 Histidine 24,22 3 Isoleucine 0,82 4 Leucine 1,34 5 Lysine 2,76 6 Methionine 2,64 7 Phenylanin 3,94 8 Threonine 0,49 9 Valine 4,96 10 Tryptophan 4,0 1.1.3. Mỡ cá tra. Mỡ cá tra chứa 90 – 98 % triglyceride, là ester của các acid béo và glycerin. Ngoài ra còn có các màu, chất mùi, các vitamintan trong dầu như A, E, D Trong mỡ cá chứa chủ yếu là acid béo không bão hòa có hoạt tính sinh học cao: linoleic, axit lioneic, axit arachodonic. Vai trò sinh học của các axit béo chưa no rất quan trọng đối với gan, não, tim, các tuyến sinh dục. Tỷ lệ acid béo bão hòa và không bão hòa khá cân đối. Sản lượng mỡ thu được từ các nhà máy chế biến khá lớn, khu vực đồng bằng sông Cửu Long sản xuất mỗi năm trên 1.400.000 tấn cá nguyên liệu, tỷ lệ lượng mỡ chiếm 15,3 thì có trên 214.000 tấn mỡ [21]. Mỡ cá tra có thể sử dụng để bổ sung thêm hàm lượng lipid trong bữa ăn người lao động, trong cung cấp hàm lượng lipid cho thức cho nuôi tôm cá và gia súc. Bên cạnh đó, cũng có những công ty đang tận dụng mỡ cá tra để sản xuất biodiesel sử dụng cho động cơ diesel, dầu nhờn, mỡ bôi trơn nhằm tiết kiệm được chi phí nhiên liệu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Hiện nay trong chế biến dầu biodiesel từ mỡ cá tra là Công ty cổ phần xuất nhập khẩu thủy sản An Giang (Agifish) và Công ty TNHH Minh Tú (phường Phước Thới, quận Ô Môn, TP Cần Thơ). Các đơn vị này đã sản xuất được dầu biodiesel và bước đầu kiểm nghiệm chỉ tiêu lý hoá đạt chỉ tiêu dầu dùng cho động cơ diesel. 11
20. Khi phân tích thành phần hoá học mỡ cá tra và thành phần acid béo mỡ cá tra theo [17,22] thành phần hoá học mỡ cá được thể hiện bảng 1.3 và bảng 1.4 Bảng 1.3. Thành phần hoá học mỡ cá tra [17,22] TT Thành phần Hàm lƣợng 1 Hàm lượng nước 0,3% - 0,4% 2 Chỉ số acid (AV) 0,3 – 0,5 mg KOH 3 Chỉ số peroxide (PoV) 1 – 3 ml Na2S2O3 N/500 4 Chỉ số iod (IV) 78,50 g I2/100g 5 Chỉ số sà phòng hoá (SV) 193 mg KOH 6 Hàm lượng phosphatide 0,034% 7 Hàm lượng cholesterol 85,7 mg% Bảng 1.4. Thành phần acid béo của mỡ cá tra so với mỡ heo [25,29] Tên acid béo và Hàm lƣợng (%) Công thức Mỡ cá tra, basa Mỡ heo A. myristic C14:O 1,0 – 1,3 1,4 – 2,4 A. palmitic C16:O 22,0 – 25,0 24,3 – 29,2 A. stearic C18:O 6,9 - 7,0 12,8 – 18,2 A. oleic C18:1 46,9 - 50,0 39,0 – 45,9 A. linoleic C18:2 11,6 - 14,5 4,4 – 9,4 A. docosahexaenoic C22:6 0,23 0 Từ kết quả trên cho thấy trong thành phần dinh dưỡng, hàm lượng lipid trong cá tra ít hơn so với thịt nhưng chất lượng mỡ cá lại tốt hơn. Các acid béo chưa no hoạt tính cao chiếm từ 50% - 70% trong tổng số lipid bao gồm oleic, linoleic, linolenic, docosahexaenoic. v.v Các acid béo này là vật chất quan trọng hỗ trợ cho nhiều cơ quan trong cơ thể như hệ thần kinh, hệ tuần hoàn, trong chất béo chưa bão hòa của cá tra có chứa nhiều acid béo Omega- 3 (EPA và DHA). Đây là các acid béo quan trọng mà cơ thể không thể tự tổng hợp được nên bắt buộc phải được cung cấp từ bên ngoài vào qua khẩu phần thức ăn hàng ngày. Mỡ cá da trơn có hàm lượng phosphatide thấp 0,034% so với các loại dầu thực vật (0,5 – 3%), Hàm lượng cholesterol chiếm 85,7 mg% và có các acid béo cần thiết cho cơ thễ con người [25] 12
21. S K L 0 0 2 1 5 4