Ước đầu xây dựng quy trình công nghệ và chế biến thử nghiệm bột huyết

177 trang huongle 5760

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Ước đầu xây dựng quy trình công nghệ và chế biến thử nghiệm bột huyết", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

uoc_dau_xay_dung_quy_trinh_cong_nghe_va_che_bien_thu_nghiem.pdf

Nội dung text: Ước đầu xây dựng quy trình công nghệ và chế biến thử nghiệm bột huyết

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HỒ CHÍ MINH VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC-THỰC PHẨM  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP BƯỚC ĐẦU XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ CHẾ BIẾN THỬ NGHIỆM BỘT HUYẾT GVHD : ThS. LÊ NHẤT TÂM SVTH : MAI NGUYỄN THỤC HIỀN MSSV : 07707701 LỚP : ĐHTP3 TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG 7/2011 i
Trường Đại học Công nghiệp Tp.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM VIỆN CÔNG NGHỆ Độc lập – Tự do – Hạnh phúc SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MÔN: PHÂN TÍCH THỰC PHẨM HỌ VÀ TÊN: MAI NGUYỄN THỤC HIỀN MSSV: 07707701 NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM. LỚP: ĐHTP3 1. Đầu đề luận án: BƯỚC ĐẦU XÂY DỰNG QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ CHẾ BIẾN THỬ NGHIỆM BỘT HUYẾT 2. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu): Khảo sát hàm lượng muối chống đông huyết, các yếu tố ảnh hưởng đến việc kết tủa protein trong chế biến sản phẩm bột huyết. Khảo sát quá trình sấy để sản phẩm đạt tỉ lệ chất hòa tan là tốt nhất. Chế biến thử nghiệm sản phẩm bột huyết. 3. Ngày giao nhiệm vụ luận án: 1/4/2011 4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 30/7/2011 5. Họ tên người hướng dẫn: Th.S Lê Nhất Tâm Nội dung và yêu cầu LATN đã được thông qua Bộ môn Ngày tháng năm 2011 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN   
Trong suốt thời gian 4 năm học tập tại trường Đại học Công Nghiệp TP.Hồ Chí Minh, tuy không phải là quá dài nhưng Quý Thầy Cô đã truyền đạt cho chúng em những kiến thức quý giá về chuyên ngành công nghệ thực phẩm, giúp chúng em nắm vững lý thuyết và từng bước tiếp cận thực tế, so sánh giữa thực tế và lý thuyết để tránh được sự bỡ ngỡ sau này khi làm việc tại các nhà máy thực phẩm. Trong suốt quá trình tiến hành thực hiện đề tài và viết báo cáo em đã nhận được sự giúp đỡ chân thành, nhiệt tình của Quý Thầy Cô trong Viện Công nghệ Sinh học và Thực phẩm và nhất là của giáo viên hướng dẫn, Thầy Lê Nhất Tâm. Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô Trường Đại Học Công Nghiệp TP.Hồ Chí Minh, Quý Thầy Cô trong Viện Công nghệ Sinh học và Thực Phẩm đã tận tình dạy dỗ, truyền đạt kiến thức, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi về phòng thí nghiệm, thiết bị và dụng cụ để em hoàn thành luận văn. Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn: Thầy Lê Nhất Tâm, Thầy Nguyễn Văn Ninh và Thầy Lê Văn Nhất Hoài đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành đề tài này. Con xin cảm ơn Ba Mẹ và gia đình đã quan tâm, lo lắng và là chỗ dựa to lớn cho con. Xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn lớp ĐHTP3 đã giúp đỡ mình rất nhiều trong thời gian qua. Với lượng kiến thức còn hạn chế và thời gian có hạn nên bài luận văn của em không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong Quý Thầy Cô và các bạn đóng góp ý kiến để em hoàn thành tốt đề tài. Cuối cùng, em kính chúc Quý Thầy Cô dồi dào sức khỏe và thành công trong cuộc sống. Xin chân thành cảm ơn! ii
TÓM TẮT Chăn nuôi ở nước ta hiện nay đang được xem là ngành chính của nông nghiệp nhằm đáp ứng nhu cầu thực phẩm trong và ngoài nước ngày càng tăng. Giá trị sản lượng ngành chăn nuôi tăng theo hàng năm với mức tăng trưởng từ 7- 8%. Cùng với sự phát triển của ngành chăn nuôi thì nhu cầu về thức ăn chăn nuôi là một vấn đề mà các nhà chăn nuôi quan tâm. Trong khi đó có đến 1/3 lượng phụ phẩm giết mổ không được con người sử dụng trong đó có huyết heo. Phần thừa này nếu được sử dụng để làm nguyên liệu sản xuất ra các sản phẩm thức ăn cho gia súc, gia cầm, thủy hải sản thì sẽ góp phần giải quyết được một phần về nhu cầu thức ăn chăn nuôi trong nước, đồng thời nó cũng góp phần bảo vệ môi trường. Ngoài ra trong thành phần của các phụ phẩm này có rất nhiều thành phần dinh dinh dưỡng quí giá như các axit amin nếu được sử dụng nghiên cứu tách chiết thì sẽ mang lại giá trị và lợi ích to lớn. Trước nhu cầu trên và một số quá trình nghiên cứu đã và đang được ứng dụng tại một số nơi trên thế giới và Việt Nam, luận văn tiến hành “ Bước đầu xây dựng qui trình công nghệ và chế biến thử nghiệm bột huyết” nhằm tận dụng phụ phẩm huyết (huyết heo) để chế biến thành sản phẩm bột huyết giàu dinh dưỡng dùng làm thức ăn chăn nuôi và tạo ra sản phẩm phụ vụ công tác nghiên cứu ở phòng thí nghiệm. Để xây dựng quy trình chúng tôi tiến hành các thí nghiệm sau: Thí nghiệm 1: Khảo sát và đánh giá khả năng chống đông huyết của muối ăn. So sánh kết quả (khối lượng kết tủa thu được) của các mẫu thí nghiệm với mẫu đối chứng (mẫu không có muối ăn). Qua kết quả cho thấy ở hàm lượng muối 5% so với khối lượng dịch huyết mà công ty đã cho sẵn có thời gian chống đông tốt nhất và ít hạn chế vị của sản phẩm về sau nên được chúng tôi sử dụng để tiến hành trong các thí nghiệm tiếp theo. Thí nghiệm 2: Khảo sát và đánh giá khả năng kết tủa protein trong dịch huyết bằng muối ăn (NaCl) và chỉnh pH ở các giá trị khác nhau. Chúng tôi chọn ra được iii
nồng độ muối bổ sung 11.21% và pH = 6.5 là cho kết tủa tốt nhất và không làm mất đi giá trị cảm quan của huyết. Thí nghiệm 3: Khảo sát thời gian đun cách thủy để sản phẩm bột huyết phục vụ công tác nghiên cứu ở phòng thí nghiệm đạt kết tủa tốt nhất. Dựa vào kết quả thu được, chúng tôi chọn nhiệt độ đun ở 70oC trong 3 giờ cho kết quả tốt nhất về lượng kết tủa thu được. Thí nghiệm 4: Khảo sát thời gian đun sôi để sản phẩm bột huyết huyết bổ sung vào thức ăn gia súc đạt kết tủa tốt nhất. Dựa vào kết quả thu được, chúng tôi chọn thời gian đun là 1h30 cho kết quả tốt nhất về lượng kết tủa thu được. Thí nghiệm 5: Khảo sát nhiệt độ sấy ảnh hưởng đến tỉ lệ các chất hòa tan đối với sản phẩm bột huyết bổ sung vào thức ăn chăn nuôi. Kết quả thu được là sấy ở nhiệt độ 550C trong 7 giờ sẽ giảm ẩm xuống 13% và đạt được tỉ lệ chất hòa tan tốt nhất là 50.98% Thí nghiệm 6: Khảo sát nhiệt độ sấy ảnh hưởng đến tỉ lệ các chất hòa tan đối với sản phẩm bột huyết phục vụ cho nghiên cứu ở phòng thí nghiệm. Kết quả thu được là sấy ở nhiệt độ 450C trong 10 giờ sẽ giảm ẩm xuống 27% và đạt được tỉ lệ chất hòa tan tốt nhất là 65.995% Thí nghiệm 7: Khảo ảnh hưởng của phụ gia chống vi sinh vật đến quá trình bảo quản sản phẩm. Do thời gian hạn chế nên luận văn chỉ mới khảo sát thời gian bảo quản trong 1 tháng. Và kết quả cho thấy hàm lượng protein, màu sắc, mùi vị của sản phẩm chưa bị thay đổi. iii
MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu 2 1.3. Ý nghĩa khoa học 2 1.4. Ý nghĩa thực tiễn 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 4 2.1. Tìm hiểu về phụ phẩm giết mổ động vật 4 2.1.1. Khái niệm 4 2.1.2. Tình hình chế biến và sử dụng phụ phẩm giết mổ ở VN và trên thế giới. 4 2.1.3. Vai trò của ngành chế biến phụ phẩm giết mổ 5 2.1.4. Các sản phẩm thu được từ phụ phẩm giết mổ đã qua chế biến 9 2.2. Tìm hiểu về thức ăn chăn nuôi 11 2.2.1. Khái niệm 11 2.2.2. Phân loại 11 2.2.3. Vai trò dinh dưỡng, sự tiêu hoá protein và sự biến dưỡng protein trong thức ăn chăn nuôi 12 2.2.4. Thành phần và tính chất của thức ăn ảnh hưởng đến độ tiêu hóa 13 2.2.5 . Độc tố trong thức ăn chăn nuôi 15 2.3. Tìm hiểu về bột huyết 17 2.3.1. Giới thiệu 17 2.3.2. Thành phần của bột huyết 21 2.3.3 Tỉ lệ bổ sung bột huyết sử dụng trong thức ăn chăn nuôi 24 2.3.4. Ứng dụng của bột huyết 25 2.3.5. Một số nghiên cứu về giá trị của bột huyết và các sản phẩm được chế biến từ máu. 26 2.3.6. Một số qui trình sản xuất bột huyết 29 2.4. Tìm hiểu về protein và protein trong máu động vật 31 2.4.1. Chức năng sinh học của protein 31 2.4.2. Cấu trúc của protein. 31 iv
2.4.3. Các loại liên kết trong phân tử protein 36 2.4.4. Một số tính chất quan trọng của protein 37 2.4.5. Protein trong máu 43 2.4.6. Một số phương pháp kết tủa protein 48 2.5. Tổng quan về các nguyên liệu sử dụng trong qui trình sản xuất bột huyết 50 2.5.1. Huyết heo 50 2.5.2. Các loại phụ gia 64 2.6. Tìm hiểu về sấy đối lưu và những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy bột huyết 68 2.6.1. Định nghĩa sấy đối lưu 68 2.6.2. Đặc điểm 69 2.6.3. Nguyên lý làm việc 69 2.6.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy bột huyết 69 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 72 3.1. Phương tiện thí nghiệm 72 3.1.1. Địa điểm 72 3.1.2. Thời gian 72 3.1.3. Nguyên vật liệu 72 3.2. Phương pháp nghiên cứu 73 3.3. Nội dung và sơ đồ bố trí thí nghiệm 74 3.3.1. Xây dựng qui trình sản xuất dự kiến bột huyết từ huyết heo 74 3.3.2. Thí nghiệm khảo sát hàm lượng NaCl để quá trình chống đông là tốt nhất 77 3.3.3. Thí nghiệm khảo sát hàm lượng muối và pH để khối lượng kết tủa thu được nhiều nhất 79 3.3.4. Thí nghiệm khảo sát thời gian đun cách thủy để thu được tủa lớn nhất 84 3.3.5. Thí nghiệm khảo sát thời gian đun sôi để thu được kết tủa lớn nhất. 88 3.3.6. Thí nghiệm khảo sát nhiệt độ sấy để sản phẩm đun cách thủy đạt tỉ lệ chất hòa tan tốt nhất 91 3.3.7. Thí nghiệm khảo sát nhiệt độ sấy để sản phẩm đun sôi có chỉ số chất hòa tan tốt nhất 94 3.3.8. Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của phụ gia chống vi sinh vật đến quá trình bảo quản 96 iv
3.4. Phương pháp luận 100 3.4.1. Mức cơ sở và bước nhảy bố trí thí nghiệm 100 3.4.2. Phương pháp xử lý số liệu 102 3.4.3. Phương pháp đánh giá chất lượng sản phẩm thông qua kiểm nghiệm 108 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 110 4.1. Thí nghiệm khảo sát hàm lượng muối để quá trình chống đông tụ là tốt nhất. 110 4.2. Thí nghiệm khảo sát hàm lượng muối và pH để kết tủa thu được nhiều nhất . 111 4.2.1. Thí nghiệm khảo sát hàm lượng muối bổ sung để kết tủa là nhiều nhất 111 4.2.2 Thí nghiệm khảo sát pH để quá trình kết tủa là nhiều nhất 113 4.2.3 Thí nghiệm tối ưu hóa hàm lượng muối và pH để kết tủa thu được nhiều nhất 115 4.3. Thí nghiệm khảo sát thời gian đun cách thủy để thu được tủa lớn nhất. 117 4.4. Thí nghiệm khảo sát thời gian đun sôi để thu được tủa lớn nhất. 121 4.5. Thí nghiệm khảo sát nhiệt độ sấy để sản phẩm đun cách thủy có tỉ lệ chất hòa tan tốt nhất 124 4.6. Thí nghiệm khảo sát nhiệt độ sấy để sản phẩm đun sôi có tỉ lệ chất hòa tan tốt nhất. 126 4.7. Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của phụ gia chống vi sinh vật đến quá trình bảo quản 129 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 131 5.1. Kết luận 131 5.1.1. Đối với sản phẩm làm thức ăn gia súc (sản phẩm đun sôi) 131 5.1.2. Đối với sản phẩm còn các hoạt tính sinh học cao phục vụ công tác nghiên cứu (sản phẩm đun cách thủy). 133 5.2. Kiến nghị 135 5.2.1. Đối với sản phẩm bột huyết bổ sung làm thức ăn gia súc (sản phẩm đun sôi) . 136 5.2.2 Đối với sản phẩm bột huyết phục vụ nghiên cứu trong phòng thí nghiệm (sản phẩm đun cách thủy) 136 TÀI LIỆU THAM KHẢO 137 PHỤ LỤC 141 iv
DANH SÁCH CÁC HÌNH & SƠ ĐỒ Trang Hình 2.1: Mối quan hệ qua lại giữa ngành chế biến phụ phẩm giết mổ và ngành chăn nuôi. 6 Hình 2.2: Xử lí không đúng cách các bao rác chứa xác động vật 9 Hình 2.3: Vứt xác động vật bất hợp pháp làm ô nhiễm nguồn nước 9 Hình 2.4: Sơ đồ thành phần các chất dinh dưỡng trong thức ăn 16 Hình 2.5: Cấu trúc bậc I của protein 32 Hình 2.6: Cấu trúc xoắn alpha. A: mô hình giản lược, B: mô hình phân tử, C: nhìn từ đỉnh, D: mô hình không gian. 33 Hình 2.7: Liên kết Hydro trong cấu trúc xoắn α 34 Hình 2.8: Cấu trúc nếp gấp β 34 Hình 2.9: Các liên kết tham gia tạo và giữ vững cấu trúc bậc 3 35 Hình 2.10: cấu trúc bậc bốn của protein. 35 Hình 2.11: Cấu trúc bậc IV của Hemoglobin. Hình 2.12: Cấu tạo của Hemoglobin . 45 Hình 2.13: Sơ đồ cấu trúc của Hem 46 Hình 2.14: Sơ đồ minh họa sự kết tủa protein 49 Hình 2.15: Hồng cầu, tiểu cầu và bạch cầu dưới kính hiển vi điện tử quét. 50 Hình 2.16: Sơ đồ cấu tạo của máu 53 Hình 2.17: Sơ đồ nguyên lý sấy đối lưu bằng không khí. 69 Hình 3.1: Hình vẽ mô tả thí nghiệm đa hợp tại tâm CCC. 108 Hình 4.1: Kết quả thử TCA dịch các mẫu đun cách thủy ở thời gian 10 phút, 20 phút, 30 phút. 117 Hình 4.2: Kết quả thử TCA dịch các mẫu đun cách thủy từ 1h-5h .119 v
Hình 4.3: Kết quả thử TCA dịch các mẫu đun cách thủy ở thời gian 2h45, 3h, 3h15. 121 Hình 4.4: Kết quả thử TCA dịch các mẫu đun sôi ở thời gian 1h15, 1h30, 1h45. 123 Hình 4.5: Màu sắc của sản phẩm đun cách thủy khi sấy đưa ẩm về 10% và 27% 124 Hình 4.6: Màu sắc của sản phẩm đun sôi khi sấy đưa ẩm về 10% và 13% 126 Sơ đồ 2.1: Qui trình chế biến bột huyết. 30 Sơ đồ 2.2: Quá trình đông máu 62 Sơ đồ 3.1: Sơ đồ sản xuất dự kiến bột huyết. 75 Sơ đồ 3.2: Khảo sát hàm lượng NaCl chống đông tụ huyết. 78 Sơ đồ 3.3: Khảo sát hàm lượng NaCl tạo tủa huyết lớn nhất. 80 Sơ đồ 3.4: Khảo sát pH tạo tủa huyết lớn nhất. 82 Sơ đồ 3.5: Khảo sát thời gian đun cách thủy từ 1h đến 5h để tủa huyết lớn nhất. 85 Sơ đồ 3.6: Khảo sát thời gian đun cách thủy từ 2h30, 3h, 3h30 để tủa huyết lớn nhất.87 Sơ đồ 3.7: Khảo sát thời gian đun cách thủy ở 2h45, 3h, 3h15 để tủa huyết lớn nhất .88 Sơ đồ 3.8: Khảo sát thời gian đun sôi từ 30 phút đến 2h30 để tạo tủa huyết lớn nhất. 89 Sơ đồ 3.9: Khảo sát thời gian đun sôi ở 1h15, 1h30, 1h45 để tạo tủa huyết lớn nhất. . 91 Sơ đồ 3.10: Khảo sát nhiệt độ sấy để sản phẩm đun cách thủy có chỉ số hòa tan tốt nhất. 92 Sơ đồ 3.11: Khảo sát nhiệt độ sấy để sản phẩm đun sôi có chỉ số hòa tan tốt nhất 95 Sơ đồ 3.12: Khảo sát tác dụng của Natri Benzoat đến thời gian bảo quản sản phẩm. . 97 Sơ đồ 3.13: Khảo sát tác dụng của Kali Nitrat đến thời gian bảo quản sản phẩm. 98 Sơ đồ 3.14: Sơ đồ khảo sát tác dụng của Kali Sorbat đến thời gian bảo quản sản phẩm. 99 Sơ đồ 5.1: Quy trình tối ưu sản phẩm bột huyết đun sôi 133 Sơ đồ 5.2: Quy trình tối ưu sản phẩm bột huyết đun cách thủy 135 v
DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1: Thành phần dinh dưỡng của các protein động vật 7 Bảng 2.2: Tỷ lệ protein động vật sử dụng theo loài 14 Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật của qui trình sản xuất, thành phần protein thô (CP) và tỷ lệ tiêu hóa biểu kiến (ADC) của vật chất khô (DM), CP và năng lượng thô (GE) của các loại bột protein động vật phụ phẩm có nguồn gốc khác nhau. 19 Bảng 2.4: Tính khả dụng sinh học tương đối của Lysine trong bột máu có nguồn gốc khác nhau, so với Lysine-HCL (giả định là 100% khả dụng sinh học) và dựa trên các chỉ tiêu khác: tăng trọng, hiệu quả sử dụng thức ăn và nitơ tích lũy ở cá hồi vân 19 Bảng 2.5: Thành phần hóa học của bột huyết 21 Bảng 2.6: Hàm lượng protein thô của bột huyết so với một số loại thức ăn khác (% so với vật chất khô). 22 Bảng 2.7: Hàm lượng một số loại axit amin quan trọng trong bột huyết so với các loại thức ăn khác (g/kg vật chất khô). 22 Bảng 2.8: Thành phần chất khoáng của bột huyết 23 Bảng 2.9: Mức độ bổ sung tối đa các sản phẩm phụ giết mổ vào khẩu phần ăn vật nuôi (%) ở các nước Châu Âu. 24 Bảng 2.10: Hàm lượng CP tổng số và tỷ lệ % RUP của các sản phẩm chế biến từ phụ phẩm giết mổ chính được sử dụng làm nguyên liệu thức ăn cho bò sữa và bò thịt 27 Bảng 2.11: Giá trị pHi của một số protein 39 Bảng 2.12: Thành phần hóa học của máu động vật. 52 Bảng 2.13: Thành phần dinh dưỡng của huyết heo tươi (tính trên 100g thực phẩm ăn được) 53 Bảng 2.14: Các protein có trong huyết tương động vật 54 vi
Bảng 2.15: Các hợp chất hữu cơ không phải protein trong huyết tương 54 Bảng 2.16: Các thành phần vô cơ không phải protein trong huyết tương 54 Bảng 2.17: Thành phần hóa học của hồng cầu 56 Bảng 2.18: Số lượng hồng cầu của một số loài động vật (triệu/mm3) 56 Bảng 2.19: Số lượng bạch cầu của một số loài động vật (triệu/mm3) 58 Bảng 2.20: Thành phần % khối lượng máu so với cơ thể của các loài động vật 59 Bảng 2.21: Tỉ trọng máu của một số loài động vật 60 Bảng 2.22: Giá trị pH của một số loài động vật 61 Bảng 2.23: Các yếu tố tham gia vào quá trình đông máu 62 Bảng 2.24: Một số loại hóa chất bảo quản chống vi sinh vật 66 Bảng 3.1: Thông số kĩ thuật cho thí nghiệm. 74 Bảng 3.2: Các thí nghiệm thực hiện theo modde 5 84 Bảng 4.1: Khối lượng kết tủa thu được với các hàm lượng muối chống đông khác nhau. 110 Bảng 4.2: Khối lượng kết tủa thu được với các hàm lượng muối khác nhau. 111 Bảng 4.3: Khối lượng kết tủa thu được với các giá trị pH khác nhau 113 Bảng 4.4: Khối lượng kết tủa thu được khi thực hiện thí nghiệm theo Modde 5. 115 Bảng 4.5: Khối lượng kết tủa thu được khi đun cách thủy ở thời gian 10 phút, 20 phút, 30 phút. 117 Bảng 4.6: Khối lượng kết tủa thu được khi đun cách thủy ở thời gian từ 1-5h. 117 Bảng 4.7: Khối lượng kết tủa thu được khi đun cách thủy ở thời gian 2h30, 3h, 3h30. 119 Bảng 4.8: Khối lượng kết tủa thu được khi đun cách thủy ở thời gian 2h45, 3h, 3h15. 120 vi
Bảng 4.9: Khối lượng kết tủa thu được khi đun sôi ở thời gian từ 30 phút đến 2h30. 121 Bảng 4.10: Khối lượng kết tủa thu được khi đun sôi ở thời gian 1h15, 1h30, 1h45. .123 Bảng 4.11: Kết quả khảo sát tỉ lệ chất hòa tan khi sấy ở các nhiệt độ khác nhau đối với sản phẩm đun cách thủy. 124 Bảng 4.12: Kết quả khảo sát tỉ lệ chất hòa tan khi ở các nhiệt độ khác nhau đối với sản phẩm đun sôi 126 Bảng 4.13: Kết quả xác định tỉ lệ chất hòa tan của các sản phẩm đun cách thủy, đun sôi và sản phẩm thị trường 128 Bảng 4.14: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của phụ gia chống vi sinh vật đến quá trình bảo quản. 129 Bảng 5.1: Các thông số tối ưu cho sản phẩm bột huyết đun sôi 131 Bảng 5.2: Kết quả phân tích các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm đun sôi. 132 Bảng 5.3: Các thông số tối ưu cho sản phẩm bột huyết đun cách thủy. 134 Bảng 5.4: Kết quả phân tích các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm đun cách thủy. 134 vi
DANH SÁCH CÁC ĐỒ THỊ Trang Đồ thị 4.1: Đồ thị biểu diễn khối lượng tủa thu được theo nồng độ muối chống đông khác nhau. 110 Đồ thị 4.2: Đồ thị biểu diễn khối lượng tủa thu được theo hàm lượng muối đông tụ khác nhau. 112 Đồ thị 4.3: Đồ thị biểu diễn khối lượng tủa thu được theo giá trị pH khác nhau. 114 Đồ thị 4.4: Đồ thị tối ưu hóa khối lượng tủa thu được theo hàm lượng muối và pH. 116 Bảng 4.5: Khối lượng kết tủa thu được khi đun cách thủy ở thời gian 10 phút, 20 phút, 30 phút 117 Đồ thị 4.6: Đồ thị biểu diễn khối lượng tủa thu được khi đun sôi các thời gian khác nhau 122 Đồ thị 4.7: Đồ thị biểu diễn tỉ lệ chất hòa tan khi sấy sản phẩm đun cách thủy ở các nhiệt độ khác nhau. 125 Đồ thị 4.8: Đồ thị biểu diễn tỉ lệ chất hòa tan khi sấy sản phẩm đun sôi ở các nhiệt độ khác nhau. 129 vii
TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Diễn giải AFIA Hiệp hội Công nghiệp thực phẩm Mỹ ARC Tiêu chuẩn Anh BM Bột máu CF Xơ thô CP Protein thô cs Cộng sự FAO Tổ chức Nông lương thế giới Hb Hemoglobin PBM Bột phụ phẩm gia cầm MBM Bột thịt xương NRA Hiệp hội các nhà chế biến phụ phẩm giết mổ quốc gia NRC Tiêu chuẩn Mỹ TĂCN Thức ăn chăn nuôi TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TMEN Năng lượng trao đổi thực đã hiệu chỉnh theo N viii
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1. Đặt vấn đề Kinh tế Việt Nam là nền kinh tế nhiều thành phần nhưng nông nghiệp vẫn là ngành cơ bản để phát triển với hơn 20% GDP và 28% kim ngạch xuất khẩu cả nước vào năm 2010 [41]. Trong nông nghiệp thì ngành chăn nuôi có vai trò rất quan trọng vì ngoài vai trò cung cấp thịt, trứng, sữa là các thực phẩm cơ bản cho dân số của cả hành tinh mà còn góp phần đa dạng nguồn gene và đa dạng sinh học trên trái đất. Ở nước ta ngành chăn nuôi trong những năm qua đã có những bước phát triển đáng kể. Theo kết quả điều tra chăn nuôi của Tổng cục thống kê tại thời điểm 01/10/2010 đàn heo cả nước có 27,37 triệu con, đàn gia cầm có 300,5 triệu con, đàn trâu có 2,9134 triệu con, đàn bò có 5,9163 triệu con [38]. Là quốc gia có nhiều tiềm năng và thế mạnh về sản xuất nông nghiệp, có thể tự sản xuất được những nguyên liệu đầu vào hỗ trợ cho ngành chăn nuôi, nhưng Việt Nam vẫn phụ thuộc vào nguồn thức ăn gia súc nhập khẩu. Theo thống kê của Tổng cục Hải quan, tháng 9/2010 Việt Nam đã nhập khẩu 172,74 triệu USD thức ăn chăn nuôi và nguyên liệu thức ăn. Cả năm nay, Việt Nam cần nhập khẩu khoảng 17 triệu tấn thức ăn chăn nuôi để phục vụ cho nhu cầu, trong đó sản xuất trong nước mới đáp ứng được khoảng 10,6 triệu tấn. Trong giai đoạn từ năm 2009 cho đến 2020 nhập khẩu thức ăn chăn nuôi sẽ tăng khoảng 8 đến 9%. [41] Trong khi đó tại nước ta sau khi giết mổ động vật ngoài phần thịt được sử dụng làm thực phẩm cho con người, các phụ phẩm giết mổ còn lại có thể được sử dụng làm thực phẩm trong bữa ăn hằng ngày. Các sản phẩm không ăn được thường dùng làm phân bón, làm thức ăn chăn nuôi hay bỏ đi sẽ gây ô nhiễm môi trường. Một lượng lớn những phụ phẩm như da, xương, phủ tạng đã được tận dụng để chế biến thành những sản phẩm có giá trị: Gelatin, bột xương Còn phụ phẩm huyết động vật từ lâu nay tại các lò giết mổ gia súc ở nhiều nơi được xem là phế phẩm và đã bị thải bỏ. Hàm lượng huyết được tách ra khỏi cơ thể vật nuôi chiếm khoảng 3,2 - 4,5% trọng lượng con vật. Như vậy, trung bình khi giết mổ 1000 tấn gia súc (chủ yếu là heo, bò, trâu) chúng ta thu được 1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU từ 32- 45 tấn huyết. Nhưng chỉ có một lượng nhỏ được sử dụng làm thực phẩm như tiết canh, dồi máu, tiết luộc phần lớn còn lại không sử dụng đã gây lãng phí đáng kể. Nếu lượng huyết này được tận dụng để chế biến thành bột huyết thì không chỉ giải quyết được vấn đề vệ sinh môi trường, góp phần nâng cao giá trị của các phụ phẩm giết mổ mà nó còn trở thành nguồn bổ sung giàu đạm và các axit amin trong khẩu phần ăn của vật nuôi. Đồng thời nếu lượng huyết này được chế biến thành bột huyết thì sẽ giải quyết được một phần nhu cầu nguồn thức ăn chăn nuôi và làm giảm giá thành của sản phẩm thức ăn chăn nuôi. Ngoài ra, nó còn tạo ra được các sản phẩm có hoạt tính sinh học cao để phục vụ cho công tác nghiên cứu tại phòng thí nghiệm. Chính những ý nghĩa thiết thực trên, luận văn tiến hành nghiên cứu đề tài: “Bước đầu xây dựng qui trình công nghệ và chế biến thử nghiệm bột huyết”, nhằm tận dụng triệt để nguồn phụ phẩm huyết sau giết mổ động vật và nâng cao giá trị sử dụng phụ phẩm giết mổ cũng như làm phong phú thêm nguồn thức ăn gia súc giàu protein, giải quyết được vấn đề thức ăn chăn nuôi và góp phần bảo vệ môi trường. 1.1. Mục tiêu nghiên cứu Tìm hiểu về thành phần của huyết động vật. Xây dựng quy trình cơ sở cho quy trình sản xuất bột huyết làm thức ăn chăn nuôi và các sản phẩm trung gian có hoạt tính sinh học cao làm từ huyết heo để phục vụ cho công tác nghiên cứu tách chiết các thành phần dinh dưỡng trong huyết tại phòng thí nghiệm. 1.2. Ý nghĩa khoa học Việc xác định hàm lượng dinh dưỡng trong thức ăn chăn nuôi đã được chứng minh có vai trò quan trọng trong giảm thiểu ô nhiễm môi trường, một thách thức lớn của chăn nuôi tập trung hiện nay không những ở Việt Nam mà cả trên thế giới. Việc sử dụng bột huyết vào khẩu phần thức ăn có mức protein cao được cân đối các axit amin của gia súc, gia cầm nhằm cải thiện khả năng phát triển, sinh trưởng, tiêu hoá 2
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.3. Ý nghĩa thực tiễn Các cơ sở giết mổ heo tập trung hiện nay đang phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trường do việc đào thải các phụ phẩm giết mổ của heo, bò. Ngành chăn nuôi Việt Nam đang thiếu nguồn thức ăn lớn, giá nguyên liệu thức ăn ngày càng cao. Đề tài góp phần đưa ra giải pháp về vấn đề này, trên cơ sở tận dụng huyết heo chế biến bột huyết sử dụng trong thức ăn chăn nuôi nhằm nâng cao hiệu quả chăn nuôi, tận dụng nguồn nguyên liệu, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường, tăng giá trị kinh tế. 3
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2.1. Tìm hiểu về phụ phẩm giết mổ động vật 2.1.1. Khái niệm Phụ phẩm (offal) giết mổ động vật là phần ăn được và không ăn được của động vật ngoài thân thịt. Các phụ phẩm động vật bao gồm phần mỡ lọc bỏ thịt, nội tạng, xương, máu và lông vũ cũng được các cơ sở chế biến phụ phẩm giết mổ thu gom và xử lý. Các phụ phẩm này rất biến động về thành phần nhưng một cách chung nhất, nước chiếm khoảng 60%, protein và khoáng 20% và mỡ chiếm 20% còn lại. Chế biến phụ phẩm giết mổ là quá trình tái sử dụng các mô động vật tươi sống (trừ phần thân thịt) lấy từ gia súc, gia cầm thành các sản phẩm có giá trị hơn. Trong quá trình chế biến các yếu tố nhiệt độ, sấy khô, kỹ thuật chiết tách và chắt lọc được áp dụng để tiêu diệt vi sinh vật, chiết tách mỡ ra khỏi protein cũng như chiết tách các protein ra khỏi mỡ. 2.1.2. Tình hình chế biến và sử dụng phụ phẩm giết mổ ở VN và trên thế giới. 2.1.2.1. Việt Nam Ở Việt Nam, thức ăn chăn nuôi từ phụ phẩm giết mổ chưa được chế biến công nghiệp, nếu sử dụng những sản phẩm chế biến mới chỉ bắt đầu với những kết quả nuôi thử nghiệm của các nhà nghiên cứu chăn nuôi. Hầu như các công ty chăn nuôi đều phải nhập từ nước ngoài. Trong khi đó nhu cầu về các loại sản phẩm như bột huyết, bột thịt xương để phục vụ cho ngành chăn nuôi ngày càng cao. 2.1.2.2. Thế giới [28] Các nhà chế biến phụ phẩm giết mổ hiệu quả thời nay chủ yếu tập trung ở khu vực Bắc Mỹ nơi chế biến gần 25 triệu tấn nguyên liệu thô mỗi năm với khoảng 300 cơ sở chế biến phụ phẩm giết mổ, ở Liên minh châu Âu (EU) với khoảng 15 triệu tấn/năm và ở các nước dẫn đầu về chăn nuôi gia súc và chế biến thịt như Achentina, 4
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Australia, Brazil, Uruguay và New Zealand, với khoảng 10 triệu tấn/năm. Hàng năm Hoa Kỳ sản xuất khoảng 11.2 tỷ pound protein có nguồn gốc từ động vật và 10.9 tỷ pound mỡ đã chế biến. Khoảng 85% lượng sản phẩm tạo ra được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi. Giá trị sản phẩm bán ra của ngành chế biến phụ phẩm giết mổ trên toàn thế giới ước tính dao động từ 6-8 tỷ đô la mỗi năm. Ngành công nghiệp chế biến phụ phẩm giết mổ toàn cầu cung cấp sản phẩm có tính quyết định đối với các ngành công nghiệp khác trên thế giới và ngành cũng đang phát triển các sản phẩm mới như các nhiên liệu sinh học và các bao bì để đáp ứng nhu cầu đang thay đổi trên toàn thế giới. Các sản phẩm chế biến bao gồm các loại mỡ động vật nhai lại, mỡ lợn dạng rắn và mỡ mềm ăn được và không ăn được, các loại mỡ dùng trong thức ăn chăn nuôi (mỡ mềm vàng và mỡ gia cầm), các loại bột protein động vật, bao bì và xương dạng gel. Protein và mỡ chất lượng cao cải thiện mức dinh dưỡng cho gia súc, gia cầm và các sinh vật cảnh. Các nhà chế biến phụ phẩm còn phân phối các nguyên liệu cần thiết cho các sản phẩm công nghiệp như axit béo, chất bôi trơn, chất dẻo, mực in và các loại thuốc nổ; cũng như các sản phẩm tiêu dùng như xà phòng, mỹ phẩm, kem cạo râu, chất khử mùi, nước hoa, xi đánh giày, chất tẩy rửa, màu vẽ, nến và các chất keo dán. Triển vọng cho các sản phẩm chế biến từ phụ phẩm giết mổ, đặc biệt là các loại bột protein động vật là rất tốt. Cho dù có rất nhiều trở ngại trong công việc kinh doanh toàn cầu các sản phẩm chế biến từ phụ phẩm giết mổ nhưng nhu cầu các sản phẩm này vẫn tăng rất mạnh và nhu cầu này sẽ trở thành chất xúc tác cho sự phát triển trở lại của công việc kinh doanh. 2.1.3. Vai trò của ngành chế biến phụ phẩm giết mổ [34] Chế biến phụ phẩm giết mổ là giải pháp an toàn và kinh tế nhất để vô hoạt các vi sinh vật gây bệnh đồng thời sản xuất ra lượng hàng hóa có giá trị hàng tỷ đô la. Do dân số toàn cầu tăng nhanh, dẫn đến nhu cầu về sản phẩm động vật tăng mạnh (về thịt, sữa, trứng, v.v ), cho nên nhu cầu của thế giới về các nguồn protein động thực vật làm thức ăn chăn nuôi cũng không ngừng tăng lên. 5
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Làm thức ăn chăn nuôi là công dụng chính của các loại bột protein từ phụ phẩm của động vật. Các phụ phẩm protein động vật chính bao gồm bột thịt xương, bột thịt, bột máu, bột phụ phẩm gia cầm, bột gia cầm, bột lông vũ và bột cá. Mỗi năm, có khoảng 12.5 triệu tấn protein và 6 triệu tấn mỡ động vật đã được chế biến ra từ 66 triệu tấn phụ phẩm động vật. Xét trên góc độ toàn cầu, khối lượng này tương đương với khoảng 8% tổng lượng protein của thế giới được cung cấp làm thức ăn gia súc và 6% tổng lượng cung cấp dầu và mỡ thế giới. Các loại bột protein chính (MBM, bột thịt và PBM) là các thành phần thức ăn chăn nuôi quan trọng trong khẩu phần của gia súc, gia cầm, thủy hải sản và sinh vật cảnh trên toàn thế giới. Hàng năm các sản phẩm này đóng góp trên 3 triệu tấn nguyên liệu cho ngành công nghiệp chế biến thức ăn chăn nuôi của Hoa Kỳ. Ngoài protein, các sản phẩm này còn là những nguồn thức ăn giàu axit amin thiết yếu, mỡ, các axit béo không thay thế, khoáng và vitamin. Có một số thành phần đặc sản có nguồn gốc từ protein động vật chẳng hạn như huyết tương. Trong những năm gần đây huyết tương đã trở thành một thành phần phổ biến trong khẩu phần của lợn con và bê non. Huyết tương là một nguồn protein dễ tiêu hóa và có khả năng giúp cho gia súc non kháng bệnh tốt hơn. Hình 2.1: Mối quan hệ qua lại giữa ngành chế biến phụ phẩm giết mổ và ngành chăn nuôi. [34] 6
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Bảng 2.1: Thành phần dinh dưỡng của các protein động vật. [29] MBM Bột máu2 Bột lông vũ PBM Protein thô, % 50,4 88,9 81,0 60,0 Chất béo, % 10,0 1,0 7,0 13,0 Canxi, % 10,3 0,4 0,3 3,0 Photpho, % 5,1 0,3 0,5 1,7 3 TMEN, Kcal/kg 2666 3625 3276 3120 Axít amin, % Methionin 0,7 0,6 0,6 1,0 Cystin 0,7 0,5 4,3 1,0 Lysine 2,6 7,1 2,3 3,1 Threonine 1,7 3,2 3,8 2,2 Isolucine 1,5 1,0 3,9 2,2 Valine 2,4 7,3 5,9 2,9 Tryptophan 0,3 1,3 0,6 0,4 Arginine 3,3 3,6 5,6 3,9 Histidine 1,0 3,5 0,9 1,1 Leucine 3,3 10,5 6,9 4,0 Phenylalanine 1,8 5,7 3,9 2,3 Tyrosine 1,2 2,1 2,5 1,7 Glycine 6,7 4,6 6,1 6,2 Serine 2,2 4,3 8,5 2,7 1 NRA (Hiệp hội các nhà chế biến phụ phẩm giết mổ quốc gia (National Renderers Association), 1994) 2 Sấy khô theo công nghệ sấy nhanh hoặc quay vòng liên tục 3Dale, 1997. TMEN = Năng lượng trao đổi thực đã hiệu chỉnh theo N MBM: Bột thịt xương PBM: Bột phụ phẩm gia cầm Như có thể thấy trong bảng, tất cả các loại bột phụ phẩm giết mổ này đều có hàm lượng protein cao hơn của bột đậu tương và các protein thực vật khác. Ngoài ra BMB có hàm lượng P, năng lượng, sắt, và kẽm cao hơn bột đậu tương. Hàm lượng P trong MBM cao gấp bảy lần trong bột đậu tương và ở dạng rất dễ được gia súc gia cầm 7
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT hấp thu. Phốt pho trong MBM và bột gia cầm có hàm lượng Ca2HPO4 sinh học sẵn có tương đương nhau.  Ưu điểm của các nguồn protein chế biến từ các phụ phẩm giết mổ [33] Việc sử dụng các nguồn protein phụ phẩm chế biến có nhiều ưu điểm: - Giá cả tương đối cạnh tranh so với các nguồn protein thực vật. - Tổng chi phí thức ăn giảm khi sử dụng bột protein. - Là nguồn cung cấp protein chất lượng cao. - Phần lớn là dễ tiêu hóa. - Giúp cân bằng axit amin. - Hầu hết các trường hợp sẽ cho tăng trọng cao hơn so với chỉ sử dụng nguồn protein thực vật. - Cung cấp photpho sẵn có và các khoáng chất khác. Ngoài ra việc chế biến và sử dụng các phụ phẩm giết mổ cũng góp phần cải thiện chất lượng môi trường, sức khỏe gia súc và sức khỏe cộng đồng. Quá trình chế biến các phụ phẩm giết mổ cho phép việc vận chuyển và chế biến các sản phẩm động vật được thực hiện trong một hệ thống khép kín, an toàn và đáp ứng được tất cả các yêu cầu cơ bản của việc kiểm soát dịch bệnh và chất lượng môi trường. Quá trình chế biến các chất hữu cơ có giá trị kinh tế thấp lấy từ ngành chăn nuôi, chế biến thịt, chế biến thực phẩm và các ngành dịch vụ thực phẩm bởi ngành công nghiệp chế biến phụ phẩm giết mổ góp phần làm giảm lượng chất thải chở đến bãi rác và các cơ sở xử lý nước thải công cộng. Nếu ngành chế biến phụ phẩm không tồn tại thì mỗi năm vẫn có khoảng 66 triệu tấn (145.2 tỷ pound) phụ phẩm động vật chứa nhiều nước và rất dễ bị phân hủy được tạo ra trên toàn thế giới. Nếu không được xử lý một cách nhanh chóng, các nguyên liệu này sẽ phân hủy và gây ô nhiễm nhanh chóng bởi sự giải phóng một loạt các hợp chất, nguyên tố hoặc năng lượng vào môi trường theo cách hoàn toàn không được kiểm soát. Và nếu không có ngành chế biến phụ phẩm giết mổ thì có thể sẽ phải vứt bỏ hay tiêu hủy phụ phẩm và xác chết động vật ở các bãi rác công cộng, hố phân vi 8
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT sinh, khu chôn lấp, lò thiêu hoặc tệ hơn là những bãi rác thải bất hợp pháp gây nên những mối nguy tiềm ẩn cho sức khỏe cộng đồng. [24] Hình 2.2: Xử lí không đúng cách các bao rác chứa xác động vật Hình 2.3: Vứt xác động vật bất hợp pháp làm ô nhiễm nguồn nước 2.1.4. Các sản phẩm thu được từ phụ phẩm giết mổ đã qua chế biến Quá trình chế biến các phụ phẩm giết mổ đã chuyển hóa các mô động vật sống thành các sản phẩm dạng bột hoặc lỏng giàu protein, mỡ hoặc khoáng với các thành phần dinh dưỡng khác nhau. 9
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2.1.4.1. Phụ phẩm giết mổ sử dụng cho con người  Các loại mỡ Các loại mỡ lợn và mỡ động vật nhai lại ăn được dùng để sản xuất bơ, làm bánh xốp và nấu ăn. Người ta thường dùng kim để bơm mỡ vào thịt khô (thường là thịt lợn hoặc thịt lợn xông khói). Mục đích là tạo cho những miếng thịt khi nấu chín sẽ mọng và ngon hơn, giòn và đậm đà hương vị hơn.  Gelatin [17] Gelatin là sản phẩm của quá trình thủy phân một phần collagen. Gelatin có thể chiết tách ra từ rất nhiều loại nguyên liệu thô (da sống, da lợn, xương và chất xương). Ứng dụng gelatin Gelatin được ứng dụng rất phổ biến trong công nghiệp chế biến kẹo, sữa lên men, phomat và các sản phẩm tráng miệng. Một số lĩnh vực phổ biến sử dụng gelatin trong sản phẩm là: sản xuất kem, kẹo dẻo, công nghệ sản xuất bánh kẹo năng lượng thấp, sử dụng trong sản xuất bao thuốc của các dạng thuốc viên hình thoi giúp cho bao thuốc có độ dai cần thiết. Bên cạnh đó, gelatin còn được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp chế biến khác như công nghệ chế biến thịt, làm nước sốt, làm trong rượu Ngoài ra còn có rất nhiều phụ phẩm giết mổ khác được sử dụng cho con người như: tiết bò, lợn, cừu dùng làm xúc xích huyết, dồi tiết. Ruột của lợn, bò được sử dụng để bọc các nguyên liệu làm xúc xích. 2.1.4.2. Phụ phẩm giết mổ sử dụng trong công nghiệp và tạo năng lượng  Sản xuất năng lượng Đây là một lợi ích khá quan trọng vì nó chuyển đổi từ các sản phẩm chế biến không ăn được có giá trị thấp thành một loại nhiên liệu có hàm lượng năng lượng trung bình nhưng có giá trị cao hơn. Một quá trình như vậy sẽ vừa có tác dụng làm giảm tổng nhu cầu năng lượng của một địa điểm vừa có tác dụng cung cấp một loại nhiên liệu lỏng có giá trị cho ngành kinh doanh vận tải. Tỷ lệ sản xuất diesel sinh học gần như là 1:1 với lượng mỡ động vật đầu vào được tính theo khối lượng. 10
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT  Sử dụng trong công nghiệp Mỡ động vật nhai lại chủ yếu được dùng làm xà phòng. Ngoài ra các dòng sản phẩm protein chế biến từ phụ phẩm động vật rất phù hợp trong các ứng dụng làm keo dán vì chúng có nhiều chức năng hoá học đáp ứng cho việc tạo các mối liên kết. Ngoài ra chúng còn được sử dụng để làm chất dẻo (plastic). 2.2. Tìm hiểu về thức ăn chăn nuôi 2.2.1. Khái niệm Thức ăn chăn nuôi là những nguyên liệu có nguồn gốc động, thực vật, vi sinh vật và hoá học mà có chứa các chất dinh dưỡng có thể hấp thu được và không gây ra những tác động có hại đến sức khoẻ vật nuôi. 2.2.2. Phân loại [10] Có nhiều cách phân loại thức ăn chăn nuôi. Ở đây ta phân loại dựa vào thành phần dinh dưỡng. Phương pháp này dựa vào thành phần dinh dưỡng chính trong thức ăn như: protein, gluxit, lipid, nước để chia thành các nhóm. . Thức ăn giàu protein: Tất cả những thức ăn có hàm lượng protein thô chiếm trên 20% (tính theo vật chất khô) thì gọi là thức ăn giàu protein. Thức ăn giàu protein có nguồn gốc từ thực vật như: Hạt đậu tương, lạc, đậu xanh, đậu triều, khô dầu đậu tương Thức ăn giàu protein có nguồn gốc từ động vật: Bột thịt xương, bột phụ phẩm gia cầm, bột lông vũ thủy phân, bột huyết . Thức ăn giàu lipid: Là những thức ăn có hàm lượng lipid chiếm trên 20%. Mục đích sử dụng loại thức ăn này là để cung cấp một lượng lipid thích hợp trong khẩu phần ăn đã đủ hàm lượng vật chất khô nhưng giá trị năng lượng còn quá thấp. . Thức ăn giàu gluxit: Là loại thức ăn có hàm lượng gluxit 50% trở lên gồm các loại hạt ngũ cốc, thóc, ngô, bột khoai, bột sắn Thức ăn này chiếm một tỷ lệ rất lớn 11
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT trong khẩu phần thức ăn gia súc dạ dày đơn, nó là nguồn năng lượng dễ tiêu hóa và hấp thu, ít gây tai biến trong quá trình sử dụng mà giá thành rẻ. . Thức ăn nhiều nước: Là các loại thức ăn có hàm lượng nước từ 70% trở lên. Ví dụ như thức ăn củ, quả, rau xanh, bèo 2.2.3. Vai trò dinh dưỡng, sự tiêu hoá protein và sự biến dưỡng protein trong thức ăn chăn nuôi 2.2.3.1. Vai trò dinh dưỡng của protein trong thức ăn vật nuôi [10] Protein là nguồn cung cấp năng lượng của cơ thể. Khi thiếu protein trong khẩu phần thì con vật non gầy yếu, chậm lớn, dễ nhiễm bệnh đường tiêu hoá và hô hấp, sinh sản chậm động dục, tỉ lệ thụ thai kém, thai phát triển chậm, con đẻ ra yếu. Đối với gia cầm đẻ ít trứng, trứng nhỏ, tỉ lệ nở của trứng cũng giảm. Thí nghiệm trên con lợn con với khẩu phần 12% protein, lợn chỉ tăng trọng 490g/ngày trong khi khẩu phần 16% protein thì lợn tăng trọng 690g/ngày. Khi thừa protein so với nhu cầu thì thấy lợn giảm ăn, lông da thô, tiêu chảy và giảm thể trọng. Thiếu hay thừa protein thường do thiếu hay thừa về số lượng và mất cân đối axit amin trong khẩu phần. Khẩu phần thiếu một, hai axit amin thiết yếu sẽ dẫn đến những rối loạn như thiếu protein và đặc biệt làm giảm hiệu quả sử dụng protein. Nếu thừa một hai axit amin nào đó cũng có tác hại tương tự. Ví dụ thừa một trong 3 axit amin metionin, tryptophan, histidin thì khả năng tiêu thụ thức ăn và tốc độ sinh trưởng của con vật sẽ giảm rõ rệt. 2.2.3.2. Sự tiêu hoá protein [4]  Men tiêu hóa protein. Nhóm men phân giải protein chính gồm có pepsin, trypsin và chymotripsine. Tiền thân của pepsin là pepsinogen do tuyến dạ dày tiết ra và lại được hoạt hóa bởi HCl cũng do chính dạ dày tiết ra. Dưới tác dụng của men pepsin trong môi trường axit, protein được thuỷ phân thành polypeptid. Ở nhóm cá không có dạ dày không có tiết ra men pepsin. 12
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Polypeptid từ dạ dày được chuyển xuống ruột non và được tiêu hoá bởi men trypsin, chymotripsine. Trypsin là men phân giải các protein hỗn hợp, men này do tuyến tụy tiết ra, tiền thân của nó là trypsinogen, được hoạt hóa bởi Enterokinase của ruột. Đối với cá không có dạ dày (cá chép, mè trắng, rôhu ) thì trypsin là men chủ yếu phân giải protein. Trypsin ở đoạn ruột trước nhiều hơn đoạn ruột sau. Erepsin do tuyến ruột ở niêm mạc ruột tiết ra và tồn tại trong dịch ruột. 2.2.3.3. Sự biến dưỡng protein [4, 40-41] Protein trong thức ăn sau khi tiêu hoá được hấp thu vào máu dưới dạng axit amin và được chuyển hoá theo các hướng chủ yếu như sau: - Tổng hợp thành protein mới của các mô mới thay thế protein cũ không ngừng bị phân giải hoặc tham gia tạo thành các chất đặc biệt có chứa hormon, enzym. - Tạo thành glucogen dự trữ trong cơ thể. - Phân giải giải phóng năng lượng, tạo thành CO , H O và các sản phẩm có chứa 2 2 nitơ khác. Sản phẩm bài tiết chủ yếu của động vật thủy sản là ammonia, ngoài ra còn có một số hợp chất hữu cơ chứa nitrogen khác. 2.2.4. Thành phần và tính chất của thức ăn ảnh hưởng đến độ tiêu hóa [4, 24-25] Thức ăn có nguồn gốc thực vật thường có độ tiêu hoá thấp hơn thức ăn có nguồn gốc động vật. 2.2.4.1. Đối với protein Khi protein có nhiều thì tỷ lệ tiêu hóa của nó tăng, đồng thời làm tăng tỷ lệ tiêu hóa các thành phần hữu cơ khác. Điều này được lý giải bằng việc protein đã làm tăng hoạt động của các tuyến tiêu hóa, làm tăng men trypsin và men lipase, làm tăng sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật nhờ đó làm tăng phân giải các chất hữu cơ. Tuy nhiên, nếu quá nhiều protein trong khẩu phần thì sẽ có một số không được dịch dạ dày tác động xuống ruột. Do đó sẽ rất khó được dịch ruột tác động và tích lại 13
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT và vi khuẩn lên men thối rữa, kích thích màng ruột, làm cho nhiều chất dinh dưỡng bị thải ra ngoài. Như vậy tỷ lệ tiêu hóa protein và các chất hữu cơ khác bị giảm. Bảng 2.2: Tỷ lệ protein động vật sử dụng theo loài [35] Chó mèo Gia cầm Lợn Bò Khác 39% 38% 15% 5% 3% 2.2.4.2. Đối với chất bột đường Khả năng tiêu hóa chất bột đường của động vật thủy sản không cao. Do đó nếu phối chế hàm lượng chất bột đường cao trong thức ăn thì khả năng tiêu hóa sẽ giảm, đặc biệt là sự tiêu hóa protein. Sự tiêu hóa protein trong cá trơn giảm khi hàm lượng carbOH-ydrat tăng. Ngoài ra nguồn nguyên liệu cung cấp chất bột đường cũng ảnh hưởng đến quá trình tiêu hóa và hấp thu. 2.2.4.3. Đối với lipid Nếu quá nhiều lipid sẽ không được nhũ hóa hết, rối loạn tiêu hoá khi đó chất dinh dưỡng bị tống ra ngoài. Khả năng tiêu hóa các nguồn lipid cũng khác nhau. Lipid từ bột cá có thể được cá tiêu hóa 97% nhưng từ bột thịt xương chỉ là 73%. 2.2.4.4. Chất xơ Là thành phần khó tiêu, nó tham gia tạo nên vách tế bào thực vật bao bọc chất hữu cơ, ngăn cản tác động của dịch tiêu hóa đối với các chất hữu cơ bên trong tế bào, nên làm giảm độ tiêu hóa thức ăn. Khi hàm lượng xơ trong thức ăn cao dẫn tới thức ăn di chuyển nhanh trong ống tiêu hóa làm cho các chất này không kịp tiêu hóa. 2.2.4.5. Dạng thức ăn và phương thức cho ăn Độ tiêu hoá thức ăn tăng cao khi xay nhuyễn thức ăn vì kích cỡ thức ăn càng nhỏ men tiêu hoá càng dễ thấm vào từng phân tử thức ăn. Nấu chín thức ăn hay hồ hoá tinh bột trong quá trình ép đùn viên thức ăn có tác dụng tăng độ tiêu hoá protein và carbonhydrate. Ví dụ: Năng lượng tiêu hóa bột bắp chưa nấu chín của cá rô phi là 2.46kcal/g, nếu được gia nhiệt năng lượng tiêu hóa tăng lên 3.02 kcal/g. Một số tính chất vật lý của thức ăn cũng ảnh hưởng lên độ tiêu hóa thức ăn của tôm cá như mùi vị, độ cứng, kích thước và hình dạng. 14
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2.2.5 . Độc tố trong thức ăn chăn nuôi [10, 6] 2.2.5.1. Chất độc có sẵn trong thức ăn và trong quá trình chế biến Trong tự nhiên các loại thực vật cũng như một số loại động vật đặc biệt đều có chứa một số lượng độc tố nhất định. Đó là những chất tích lũy hoặc các sản phẩm trung gian trong quá trình trao đổi chất của chúng hoặc những chất được sinh vật tổng hợp. Ở thực vật nhất là cây họ đậu có nhiều chất kháng dinh dưỡng (nutrition antigonist). Nhiều loại thực vật có chứa các nhóm gluxit độc, trong một số loại động vật có chứa những amit gây dị ứng rất mạnh cho cơ thể. 2.2.5.2. Chất độc do bị biến chất trong quá trình bảo quản Sự tồn trữ nguyên liệu trong kho lâu ngày, do tác động của oxy không khí oxy hóa hoặc do enzym trong thực phẩm tác động làm biến đổi các chất dinh dưỡng tạo thành các chất độc hay chất kháng dinh dưỡng. Ví dụ: các chất dầu thực vật để lâu ngày trong không khí sẽ biến thành các peroxyt, aldehyt độc. Các axit amin như histidine trong thịt cá tươi dưới tác động của enzym decarboxylase khử nhóm carboxyl trở thành nhóm histamin độc gây dị ứng cho cơ thể. Một số vitamin bị oxy hóa trở thành chất kháng vitamin. 2.2.5.3. Chất độc do nấm mốc sinh ra Các loại thức ăn sau khi thu hoạch về không được làm khô và đem đi chế biến kip thời trước khi đem dự trữ trong kho. Nếu độ ẩm trên 14% sẽ rất dễ bị lên men hoặc nấm mốc phát triển sinh độc tố. Tùy theo loại độc tố, tùy theo hàm lượng cao hay thấp mà có thể gây độc cho người và động vật. 2.2.5.4. Chất độc do vi khuẩn gây ra Thức ăn do độc tố của vi khuẩn sinh ra thường xảy ra trên thực phẩm có nguồn gốc giàu protein động vật. 2.2.5.5. Các chất độc hại lẫn vào thức ăn Nguyên nhân có thể do: 15
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT - Cho thêm vào thức ăn các chất sát khuẩn, chất chống nấm mốc, chất kháng sinh, chất chống oxy hóa với liều lượng quá mức qui định. - Các chất cho vào thức ăn để tăng hương liệu, khẩu vị thức ăn với liều lượng quá mức qui định. - Các loại chất kích thích tố, hoặc các chất tăng đồng hóa, tăng giữ nước để gia súc tăng trọng. 2.2.5.6. Mối quan hệ giữa thức ăn chăn nuôi và nguồn thực phẩm của con người [15] Sản phẩm chăn nuôi là nguồn thực phẩm quan trọng của con người. Muốn cho sản phẩm chăn nuôi có giá trị dinh dưỡng cao thì thức ăn chăn nuôi phải cung cấp đầy đủ cả về số lượng và chất lượng. Thức ăn chăn nuôi tốt thì sản phẩm chăn nuôi tốt và ngược lại. Ví dụ: Vào mùa đông thiếu cỏ, bò sữa phải ăn cỏ khô, sữa bò trong mùa này thường nghèo caroten hơn sữa mùa mưa, nếu trẻ uống sữa loại này trẻ sẽ bị thiếu vitamin A và caroten. Như vậy giữa thức ăn chăn nuôi và thực phẩm có mối quan hệ mật thiết. Do đó giữ gìn vệ sinh an toàn thực phẩm phải bắt đầu từ chuồng nuôi và thức ăn chăn nuôi. THỨC ĂN ĐỘNG VẬT NUÔI NƯỚC CHẤT KHÔ KHOÁNG CHẤT HỮU CƠ (TRO) PROTEIN LIPID CÁC VI CHẤT CARBOHYDRAT (THÔ) (CHẤT BÉO) DINH DƯỠNG DẪN XUẤT VÔ ĐẠM (BỘT ĐƯỜNG) XƠ THÔ Hình 2.4: Sơ đồ thành phần các chất dinh dưỡng trong thức ăn [15] 16
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT - Chất khoáng còn gọi là tro, bao gồm các nguyên tố đa lượng (Ca, P, S, Mg, K, Na, K, Cl) và các nguyên tố vi lượng (Fe, Cu, Zn, Co, Mn, I, Se, Mo ). Chất khoáng còn được chia thành hai loại là khoáng hoà tan trong axit HCl và khoáng không tan trong axit HCl (thường gọi là cát sạn). - Protein thô gồm có protein thuần và các hợp chất N phi protein. - Lipid còn gọi là chất béo hay chiết chất ether, đó là các dầu mỡ động thực vật, các lipid phức tạp như glycolipid, phospholipid - Cacbonhydrat bao gồm hai nhóm chất, đó là dẫn xuất vô đạm (tinh bột, đường, pectin, inulin, một số axit hữu cơ ) và xơ thô (xenlulozơ, hemicelluloze và lignin). - Các vi chất dinh dưỡng như vitamin, enzym Một số chất hỗ trợ dinh dưỡng như kháng sinh, chất phụ sinh (probiotic), chất tiền sinh (prebiotic), các chất tạo màu, tạo mùi, chất chống oxi hoá cũng được xếp vào nhóm này. Thông thường thức ăn chăn nuôi thường thiếu các vi chất dinh dưỡng như vitamin và khoáng chất, do đó động vật ăn những loại thức ăn này thì cũng cho những sản phẩm nghèo vitamin và khoáng chất. 2.3. Tìm hiểu về bột huyết 2.3.1. Giới thiệu Bột huyết là sản phẩm được sản xuất từ máu tươi lấy từ lò giết mổ động vật (chủ yếu là heo, bò, trâu) không chứa lông, chất chứa dạ dày, nước tiểu ngoại trừ với lượng nhỏ đến mức ngay cả với những qui trình sản xuất tốt nhất cũng không thể tránh khỏi. Bột huyết sấy khô có hàm lượng protein (83-90%) và lysine (7-8%) khá cao, tuy 17
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT nhiên thiếu isoleucine. Thông thường bột huyết thường được sấy khô bằng cách sử dụng các phương pháp sấy: sấy thùng quay, dạng trống, sấy phun. Một số phương pháp sấy khô bột huyết trước đây đã phá hủy rất nhiều lysine và một số axit amin và làm giảm tính ngon miệng. Trong suốt những năm 1960 và 1970 nó bị hạn chế sử dụng. Vì thế trước kia bột huyết rất ít được sử dụng trong khẩu phần cho lợn. [29, 803-837] Chất lượng của bột huyết thay đổi tùy thuộc vào việc xử lý trong quá trình chế biến và có các sản phẩm khác nhau về hàm lượng protein. Loại bột huyết được xử lý bằng nhiệt có tỷ lệ protein là 90.7%, loại xử lý bằng vôi bột protein là 83.7%, loại xử lý bằng phương pháp hấp phụ cho hàm lượng protein từ 44.73-50% tùy thuộc vào bản chất và số lượng chất hấp phụ (bột chất chứa dạ cỏ, bột bã dứa, cám ). [9] Do hàm lượng protein cao (83 - 90.7%) nên bột huyết được sử dụng chủ yếu để bổ sung làm tăng hàm lượng protein của sản phẩm hay nói đúng hơn là làm cân đối các axit amin trong khẩu phần ăn. So với những thức ăn có nguồn gốc động vật khác, bột huyết là sản phẩm khá đặc biệt. Phần chủ yếu trong vật chất khô của bột huyết là protein. Vì vậy, trong dinh dưỡng động vật bột huyết được coi là một chất mang protein hữu hiệu nhất. [9] Trên cơ sở dinh dưỡng, bột huyết có giá trị dinh dưỡng cao nhất thường được phun khô, các protein chịu thiệt hại ít nhất và biến tính nhiệt trong quá trình làm khô. Các phần protein của bột huyết thường dễ tiêu hóa, với protein trong máu gồm các amino axit thiết yếu histidine (gần như gấp đôi so với protein tìm thấy trong nguồn thực phẩm khác) như leucine, tryptophan, phenylalanin, và lysine, nhưng thiếu isoleucine và methionine. Bột huyết là một nguồn thực phẩm giàu chất sắt, và là một nguồn biotin tốt. [26] Tỷ lệ tiêu hóa protein thô của bột huyết sản xuất từ những kỹ thuật khác nhau là rất khác nhau. Các protein trong máu đặc biệt mẫn cảm với sự phân hủy của nhiệt độ và do đó kỹ thuật sấy khô được sử dụng có ảnh hưởng rất lớn tới tỷ lệ tiêu hóa của bột huyết. Kết quả nghiên cứu của Cho và cộng sự (1982) cho thấy bột huyết được sấy khô bằng lửa có tỷ lệ tiêu hóa protein thô chỉ khoảng 12%, trong khi đó protein trong bột 18
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT huyết được sấy khô bằng phương pháp sấy phun có thể được tiêu hóa hoàn toàn. Bureau và cộng sự (1999) cũng cho biết tỷ lệ tiêu hóa của protein thô trong các sản phẩm máu được sấy khô bằng phương pháp sấy phun cao hơn rõ rệt so với bột huyết được sấy bằng các phương pháp khác (chảo xoay, ống dẫn hơi nước và sấy liên hồi- ring dried). [21, 25-41];[19, 345-358] Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật của qui trình sản xuất, thành phần protein thô (CP) và tỷ lệ tiêu hóa biểu kiến (ADC) của vật chất khô (DM), CP và năng lượng thô (GE) của các loại bột protein động vật phụ phẩm có nguồn gốc khác nhau. [19] CP ADC Dạng sử Thông số kỹ thuật của qui trình sản xuất DM CP GE dụng Bột lông vũ % % % % Thủy phân bằng hơi nước, 30 phút ở 276 1 75 82 81 80 kPa, sấy bằng đĩa sấy Thủy phân hơi nước, 5 phút ở 448 kPa, sấy 2 82 80 81 78 bằng đĩa sấy Thủy phân hơi nước, 40 phút ở 276 kPa, sấy 3 76 79 81 76 khô liên hồi Thủy phân hơi nước, 40 phút ở 276 kPa, sấy 4 75 84 87 80 khô bằng hơi nước Bột thịt xương 1 1250-1350C, 20-30 phút, 17-34 kPa 57 61 83 68 Giống như trên, nhưng phân loại không khí ở 2 sản phẩm cuối cùng để giảm hàm lượng 55 72 87 73 khoáng tổng số 3 1330C, 30-40 phút, 54 kPa 50 72 88 82 19
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 4 1280C, 20-30 phút, 17-34 kPa 48 66 87 76 5 1320-1380C, 60 phút 50 70 88 82 6 1270-1320C, 25 phút 54 70 89 83 Bột phế phụ phẩm gia cầm 1 1380C, 30 phút 65 76 87 77 2 1270-1320C, 30-40 phút, 54 kPa 63 77 91 87 Bột máu Làm đông bằng hơi nước, máy sấy dạng 1 83 82 82 82 chảo xoay 2 Đông bằng hơi nước, sấy khô liên hồi 84 87 88 88 3 Toàn bộ máu lỏng, sấy phun 83 92 96 92 4 Các tế bào máu, sấy phun 86 92 96 93 5 Huyết tương, sấy phun 71 99 99 99 6 Đông bằng hơi nước, sấy bằng hơi nước 91 79 84 79 7 Toàn bộ máu lỏng, sấy phun 82 94 97 94 8 Đông bằng hơi nước, sấy khô liên hồi 86 87 85 86 Một nghiên cứu gần đây trên cá hồi vân cho thấy tính khả dụng sinh học của lysine trong bột huyết được sấy bằng phương pháp sấy phun và sấy nhanh cao hơn một chút so với tính khả dụng sinh học của L-lysine HCl . Kết quả này cho thấy bột huyết có thể là một nguồn axit amin sinh học sẵn có rất tốt. Tuy nhiên, giữa các loại bột huyết cũng có sự khác biệt. Ví dụ: bột huyết được sấy khô bằng đĩa sấy có lượng lysine sẵn có thấp hơn so với bột huyết được sấy khô bằng phương pháp sấy phun hoặc sấy nhanh. [23] 20
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Bảng 2.4: Tính khả dụng sinh học tương đối của Lysine trong bột máu có nguồn gốc khác nhau, so với Lysine-HCL (giả định là 100% khả dụng sinh học) và dựa trên các chỉ tiêu khác: tăng trọng, hiệu quả sử dụng thức ăn và nitơ tích lũy ở cá hồi vân. [23] Chỉ tiêu Lysine HCL Bột máu sấy Bột máu sấy Bột máu sấy phun nhanh Đĩa Tăng trọng, g/cá 100 138 150 84 Hiệu quả sử dụng 100 139 132 85 thức ăn, tăng trọng trên thức ăn ăn vào N tích lũy, g/cá 100 129 143 86 2.3.2. Thành phần của bột huyết 2.3.2.1. Thành phần hóa học (%) Bảng 2.5: Thành phần hóa học của bột huyết [36] Độ ẩm 10% Protein thô > 80% Chất béo thô 1,10% Khoáng chất 2.4-2.5% Thành phần không chứa nitơ 0.45% Khả năng tiêu hóa của protein 85% Giá trị năng lượng Đối với gia cầm 3.160 kcal/kg Đối với lợn 3.400 kcal/kg Do có hàm lượng protein cao nên bột huyết được sử dụng chủ yếu để bổ sung làm tăng hàm lượng protein của sản phẩm hay nói đúng hơn là cân đối các axit amin trong khẩu phần ăn. Ở trạng thái khô kiệt, tỷ lệ protein của bột huyết cao so với bột cá Hạ Long 1.78 lần; bột thịt 1.5 lần và khô dầu đậu tương 1.8 lần. [9] 21
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Bảng 2.6: Hàm lượng protein thô của bột huyết so với một số loại thức ăn khác (% so với vật chất khô). [5] Bột cá Hạ Khô dầu đậu Chỉ tiêu Bột huyết Bột thịt xương Long tương Protein thô (%) 89.50 59.13 50.32 49.44 Tỉ lệ so sánh 100.00 66.07 56.22 55.24 2.3.2.2. Thành phần axit amin Protein của bột huyết có chứa hầu hết các axit amin thiết yếu, trừ isoleucine, các axit amin không thay thế trong bột huyết đều cao hơn so với tất cả các loại thức ăn giàu protein có nguồn gốc động thực vật khác đặc biệt là lysine và tryptophan là hai loại axit amin rất cần thiết cho cơ thể non sau giai đoạn cai sữa. Bảng 2.7: Hàm lượng một số loại axit amin quan trọng trong bột huyết so với các loại thức ăn khác (g/kg vật chất khô). [5] Các loại axit amin Leucine Valine Lysine Arginin Leucine Threonine Izo Loại thức Methionine Tryptophan Phenylalamin ăn Bột máu 37.54 12.51 108.27 71.59 13.43 59.97 40.28 11.63 72.49 Bột thịt 18.56 10.09 24.62 21.80 6.09 11.06 12.25 - 17.17 xương Bột cá Hạ 32.66 22.04 42.41 37.62 15.59 21.53 19.52 - 24.16 Long Khô dầu 37.53 27.19 38.09 31.23 6.40 24.27 19.32 6.90 26.18 22
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT đậu tương Trứng gà 38.09 52.38 42.83 42.83 23.81 33.33 28.50 9.50 47.62 2.3.2.3. Thành phần chất khoáng Trong thành phần của bột huyết rất nghèo canxi, photpho nhưng rất giàu sắt. Hàm lượng sắt trong bột huyết dao động từ 2500 – 4000 mg/kg vật chất khô, cao hơn 4.6 lần so với bột gan, 6.82 lần bột thịt, 13.6 bột cá mòi. Vì vậy trong chế độ dinh dưỡng của động vật bột huyết là nguồn bổ sung sắt rất hữu hiệu. Bảng 2.8: Thành phần chất khoáng của bột huyết [36] Canxi 0.30 % Photpho 0,25 % Sodium 0,32 % Kali 0.10 % Clo 0.40 % Magie 0.22 % Lưu huỳnh 0,40 % Sắt 2,000 ppm Đồng 9 ppm Kẽm 150 ppm Mangan 6 ppm Selenium 0,80 ppm Cobalt 0,10 ppm Iốt 0.80 ppm 23
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2.3.3 Tỉ lệ bổ sung bột huyết sử dụng trong thức ăn chăn nuôi Một số thức ăn từ phụ phẩm có thể gây ảnh hưởng xấu đến các tiêu chuẩn cảm quan khi đánh giá chất lượng sản phẩm chăn nuôi (màu sắc, mùi vị của thịt và sữa) cho nên cần nghiên cứu xác định liều lượng tối đa và tối thiểu của các loại thức ăn này trong khẩu phần của gia súc. Các nước Châu Âu quy định lượng bổ sung thức ăn từ phụ phẩm trong khẩu phần ăn của các gia súc nhai lại ở các giai đoạn phát triển khác nhau như trong bảng 2.9. Bảng 2.9: Mức độ bổ sung tối đa các sản phẩm phụ giết mổ vào khẩu phần ăn vật nuôi (%) ở các nước Châu Âu. [11] Bột xương Bột Bột sản phẩm Khẩu phần ăn cho Bột lông thịt máu phụ gia cầm Gia cầm Gà 2,5-5 2 2 2-2,5 Sinh trưởng 5 2 2 2-5 Đẻ 6 2 2 5 Giống 5 2 2 0 Khởi động 3-6 1 1 2-2,5 Kết thúc giai đoạn gà dò 5-6 2 2 4-7,5 Khẩu phần khởi động 3 2 2 0 Gà Tây sinh trưởng 5 2 2 5 Gà tây nuôi thịt 5 2 2 5 Giai đoạn cuối 5 2 2 5 24
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Khẩu phần khởi động cho 5 2 2 2 vịt Giai đoạn kết thúc 5 2 2 4-5 Cai sữa (3 tuần -20kg) 0-5 0 0 0 Sinh trưởng (20-50kg) 2,5-5 0-1 0 0-2,5 Kết thúc (>50kg) 4-5 0-2 2,5 0-2,5 Thức ăn nhai lại Bò sữa 2,5-5 2,5-5 2,5 2,5-5 Bò đực 5 2,5-5 2,5 2,5-5 Dê, cừu 5 2,5-5 2,5 0-5 Đối với các sản phẩm thủy sản thì hàm lượng bột huyết được đề nghị sử dụng trong thức ăn cho tôm không quá 10%. Hàm lượng bột huyết đế nghị cho cá Tra không quá 7% và trong khẩu phần ăn của lợn là 2-3%. [4] 2.3.4. Ứng dụng của bột huyết [40] Bột huyết là sản phẩm có nguồn gốc từ máu động vật được thu thập tại các lò giết mổ được sử dụng trong: + Phân bón thực vật. + Thức ăn chăn nuôi, đặc biệt cho heo con, gia cầm và cho cá. Phun khô huyết tương giàu chất dinh dưỡng thiết yếu như protein, vitamin và khoáng chất. Đây là một thành phần trong thức ăn heo con, ví dụ, nó làm tăng sinh lực và sức đề kháng, đặc biệt là ở giai đoạn dễ bị tổn thương như cai sữa. Hemoglobin bột và bột máu là rất hữu ích trong việc sản xuất thức ăn cho nhiều loài cá nuôi. Mang lại dinh dưỡng có giá trị cho cá trong khí hậu lạnh hơn, chẳng hạn như cá hồi. Tương tự, 25
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT bột huyết đang được sử dụng để cải thiện thức ăn cho cá nước ấm như cá chẽm, cá rô bạc, cá ngừ, cá hồng, cá tráp biển, basa biển, cá rô phi và cá mú và cho động vật có vỏ, bao gồm cả tôm. 2.3.5. Một số nghiên cứu về giá trị của bột huyết và các sản phẩm được chế biến từ máu. Bột máu sản xuất theo phương pháp sấy phun và sấy liên hồi được sử dụng rộng rãi trong thức ăn cho các loài cá hồi do tỷ lệ tiêu hóa cao và chất lượng ổn định. Khả năng sản xuất của cá nuôi bằng khẩu phần có 8-20% bột máu, kết hợp với bột cá ở mức cao (>20%) là rất tốt. [26];[18] Rất nhiều nghiên cứu đã cho thấy khi phối hợp nhiều loại protein phụ phẩm động vật chất lượng cao với nhau thì có thể thay thế gần như hoàn toàn lượng bột cá trong khẩu phần truyền thống nuôi cá hồi vân mà vẫn duy trì tốc độ tăng trưởng rất cao. Dabrowski và cộng sự (1995) quan sát thấy cá hồi vân cho năng suất cao khi ăn khẩu phần chứa 20-30% loại thức ăn tương tự bột cá được phối trộn từ bột máu, bột thịt xương, bột phụ phẩm gia cầm và bột lông vũ đã thủy phân. Kết quả nghiên cứu của Legleiter và cộng sự (2005) cho thấy hàm lượng protein của phụ phẩm động vật trong đó có bột máu có chứa các axit amin không bị phân giải bởi hệ vi sinh vật dạ cỏ. Phần protein trong thức ăn không bị phân giải bởi hệ vi sinh vật dạ cỏ được gọi là protein không phân giải dạ cỏ hay protein thoát qua (Rumen Undegradable protein - RUP). Phần RUP đem theo toàn bộ các axit amin nguyên dạng trong thức ăn xuống thẳng ruột non của gia súc nhai lại, ở đó các axit amin được tiêu hóa và hấp thu. Phần RUP có thể giúp làm tăng sản lượng thịt và sữa nếu có chứa tỷ lệ thích hợp các axit amin thiết yếu cần thiết cho quá trình sinh tổng hợp protein ở các mô cơ thể. Hàm lượng RUP cao có thể gây ảnh hưởng xấu nếu bao gồm các axit amin không cần thiết cho các mô cơ thể hoặc các axit amin thành phần khó tiêu hóa ở ruột non. Hàm lượng RUP cao là do quá trình xử lý nhiệt của các phụ phẩm chế biến để loại bỏ nước và giúp quá trình tách chiết mỡ được dễ dàng. Xử lý nhiệt đã phá hủy cấu trúc tự nhiên của các protein và làm giảm khả năng thấm hút nước của chúng từ đó 26
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT làm giảm tốc độ phân giải protein của vi sinh vật. Một nghiên cứu gần đây cho thấy giá trị RUP của các phụ phẩm động vật chế biến luôn duy trì ở mức cao tại các mức nuôi dưỡng khác nhau. [25] Bảng 2.10: Hàm lượng CP tổng số và tỷ lệ % RUP của các sản phẩm chế biến từ phụ phẩm giết mổ chính được sử dụng làm nguyên liệu thức ăn cho bò sữa và bò thịt. [30];[32] CP, % vật chất khô RUP, %CP Bò thịt Bò sữa Bò thịt Bò sữa Bột máu 93,8 95,5 75,0 77,5 Bột lông vũ 85,8 92,0 70,0 65,4 Bột cá 67,9 68,5 60,0 65,8 Bột thịt xương 54,2 58,2 Bột thịt 58,2 55,0 Theo kết quả nghiên cứu của Cotanch và cộng sự (2006), bổ sung máu vào bột lông vũ không làm thay đổi hàm lượng protein nhưng làm tăng hàm lượng khoáng và làm giảm hàm lượng protein thô không tan trong môi trường axit. Do đó, bổ sung máu vào bột lông vũ làm tăng tỷ lệ tiêu hóa protein tổng số. Ngoài ra, nó có tác động tới axit amin không thay thế nhưng không tác động đến từng axit béo. Nhìn chung các sản phẩm bột lông vũ có bổ sung máu có hàm lượng methionine và lysine (thường được coi là những axit amin hạn chế nhất trong chăn nuôi gia súc cho thịt và cho sữa) cao hơn. [22] Nghiên cứu về sản phẩm huyết tương động vật và tế bào máu sấy khô. Hai sản phẩm tương đối mới và được sử dụng rộng rãi trong khẩu phần tập ăn và khẩu phần cho lợn con cai sữa sớm này được sản xuất từ máu lấy tại các lò giết mổ lợn và bò. Máu được xử lý với chất chống đông máu (Natri citrate), bảo quản lạnh, tách riêng huyết tương khỏi phần tế bào máu và sấy khô cẩn thận bằng phương pháp sấy phun. Huyết tương động vật sấy phun là nguồn protein tuyệt vời cho lợn con cai sữa sớm. Ngoài thành phần axit amin tuyệt hảo, lượng protein globular cao (gồm cả globulin 27
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT miễn dịch) trong huyết tương sấy khô có tác dụng kích thích sinh trưởng và khả năng thu nhận thức ăn ở giai đoạn sau cai sữa. Tế bào máu sấy khô là phần sản phẩm còn lại sau khi tách huyết tương, cũng là một loại nguyên liệu tuyệt vời cho khẩu phần lợn con cai sữa. Nói chung, sản phẩm này được sử dụng ở mức từ 2 đến 5% trong khẩu phần cho lợn cai sữa giai đoạn II sau khi rút bỏ thành phần huyết tương sấy khô có giá đắt hơn ra khỏi khẩu phần. Tế bào máu rất giàu lysine, nhưng nghèo isoleucine. Ngoài ra, hàm lượng sắt trong bột tế bào máu rất cao 2.700ppm do nồng độ Hemoglobin trong sản phẩm này cao. [31] Theo kết quả nghiên cứu NRC năm 1998 về sử dụng các nguồn protein chế biến từ phụ phẩm giết mổ dùng cho lợn cho thấy, các thức ăn bổ sung protein động vật là nguồn cung cấp lysine và các axit amin khác rất tốt. Ngoài ra, các thức ăn bổ sung này cũng chứa lượng khoáng chất và vitamin nhóm B cao hơn so với nguồn protein thực vật. Tuy nhiên, các thức ăn bổ sung protein động vật thường có hàm lượng dinh dưỡng không ổn định và chúng phải trải qua giai đoạn sấy ở nhiệt độ cao trong các công đoạn sấy khô và tiệt trùng. Nếu kiểm soát quy trình không chặt chẽ thì nhiệt độ cao có thể làm giảm tính khả dụng sinh học của các axit amin có trong sản phẩm. [31] Ở Việt Nam, thức ăn chăn nuôi từ phụ phẩm gia súc, hải sản chưa được chế biến công nghiêp, nếu sử dụng những sản phẩm chế biến mới chỉ bắt đầu với những kết quả nuôi thử nghiệm của các nhà nghiên cứu chăn nuôi. Các tác giả Lê Văn Liễn, Trần Xuân Hoàn và các cộng sự (1994) đã sử dụng các loại bột huyết (bột huyết sản xuất mà trước khi phơi, sấy đã được luộc chín, bột huyết xử lý 1.5 vôi bột và bột huyết hấp phụ bằng chất chứa dạ cỏ) này thay thế các loại bột cá có hàm lượng protein tương ứng với mức 100% cho lợn, 50% cho gà trứng và 75% cho vịt giống Khaki Campbell. [9] Bột máu ngoài việc kết hợp các loại thức ăn có nguồn gốc khác nhau với hàm lượng axit amin bổ sung (bao gồm cả protein thực vật như đậu nành và các chế độ ăn thích hợp) để đáp ứng được nhu cầu amino axit mong muốn cho các loài động vật còn có một điều đáng chú ý là hàm lượng sắt cao trong bột huyết có thể gây ảnh hưởng tiêu cực đến sự ổn định của chất dinh dưỡng khác (ví dụ: Bằng cách thúc đẩy quá trình 28
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT oxy hóa các chất dinh dưỡng quan trọng như sắc tố và axit ascorbic) hoặc bằng cách ức chế sự hấp thu và chuyển hóa các nguyên tố vi lượng thiết yếu khác như đồng, kẽm và mangan. 2.3.6. Một số qui trình sản xuất bột huyết Qui trình 1: [9] Qui trình 2: [42] Nguyên liệu huyết Huyết động vật Ổn định huyết Xử lý nhiệt Cô đặc Hơi nước Đông tụ Ép Dịch huyết Thiết bị lắng gạn Sấy Bột huyết độ ẩm cao Ngiền Xông Hơi Sấy Đóng bao Nước ngưng tụ Sản Phẩm Bột huyết sản phẩm 29
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Qui trình 3: [41] Nguyên liệu huyết Xử lý ban đầu Làm chín trong nước sôi Xử lý bằng vôi hoặc Rút nước hóa chất (Ép) Sấy khô Kiểm tra Đóng gói, ghi nhãn Sản phẩm Sơ đồ 2.1: Qui trình chế biến bột huyết. 30
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2.4. Tìm hiểu về protein và protein trong máu động vật 2.4.1. Chức năng sinh học của protein Protein là hợp chất hữu cơ có ý nghĩa quan trọng bậc nhất trong cơ thể sống về mặt số lượng, nó chiếm không dưới 50% trọng lượng khô của tế bào. Từ lâu, đã biết rằng protein tham gia mọi hoạt động sống trong cơ thể sinh vật, ngoài vai trò là thành phần chính trong cấu trúc của tế bào và mô, protein còn có nhiều chức năng phong phú khác quyết định những đặc điểm cơ bản của sự sống như sự truyền đạt thông tin di truyền, sự chuyển hoá các chất cho các enzym, các kháng thể chống lại bệnh tật, các hormon dẫn truyền các tín hiệu trong tế bào đều có bản chất là các protein. Trong cơ thể protein có một số vai trò sau đây: Chức năng tạo hình, chức năng xúc tác, chức năng bảo vệ, chức năng vận chuyển, chức năng vận động, chức năng dự trữ và dinh dưỡng, chức năng dẫn truyền tín hiệu thần kinh, chức năng điều hoà và chức năng cung cấp năng lượng. [13] Protein cũng là nguồn cung cấp năng lượng quan trọng cho mọi hoạt động sống trong cơ thể. Trong cơ thể các protein bị phân giải thành các amino axit, từ đó tiếp tục tạo thành hàng loạt các sản phẩm, trong đó có các aldehyde và carboxylic axit. Các chất này đều bị oxy hoá dần dần tạo thành CO2 và H2O đồng thời giải phóng ra năng lượng. 2.4.2. Cấu trúc của protein. Cấu trúc của protein được xác định dựa trên hai đặc tính chủ yếu: bản chất, vị trí của axit amin trong mạch polypeptide (gốc R của axit amin), các tính chất hóa học và hình học của liên kết peptide. Các liên kết huydro đóng vai trò quan trọng đối với cấu trúc bậc hai của protein như “xoắn kép α”, “tấm xếp gấp β” và cả đối với cấu trúc bậc 3. 31
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2.4.2.1. Cấu trúc bậc 1 [13] Hình 2.5: Cấu trúc bậc I của protein Cấu trúc bậc I biểu thị trình tự các gốc amino axit trong chuỗi polypeptide, cấu trúc này được giữ vững bằng liên kết peptide (liên kết cộng hóa trị). Cấu trúc bậc I là phiên bản của mã di truyền. Cấu trúc bậc một cho biết quan hệ họ hàng và lịch sử tiến hóa của thế giới sống. Việc xác định được cấu trúc bậc I là cơ sở để tổng hợp nhân tạo protein bằng phương pháp hoá học hoặc bằng kỹ thuật của công nghệ sinh học. 2.4.2.2. Cấu trúc bậc 2 [13];[7] Sự sắp xếp thích hợp trong không gian của một chuỗi polypeptide tạo ra cấu trúc bậc hai. Do các nguyên tử cacbon α có thể quay tự do xung quanh trục tạo thành bởi các liên kết đồng hóa trị đơn làm cho chuỗi polypetite có rất nhiều hình thể. Nói cách khác, cấu trúc bậc II là dạng không gian cục bộ của từng phần trong mạch polypeptide. Cấu trúc này được làm bền nhờ các liên kết hydrogen được tạo thành giữa liên kết peptide ở kề gần nhau, cách nhau những khoảng xác định. Theo Pauling và Cori cấu trúc bậc II của protein bao gồm 2 kiểu chính là xoắn α và phiến gấp β. Liên kết hydrogen giữ vị trí đặc biệt quan trọng trong tính cơ động, linh hoạt của các phân tử sinh học, của protein cũng như mô bào. Chính cấu trúc bậc hai đã làm cho phân tử protein mềm dẻo có thể đàn hồi được. 32
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Cấu trúc xoắn α Hình 2.6: Cấu trúc xoắn alpha. A: mô hình giản lược, B: mô hình phân tử, C: nhìn từ đỉnh, D: mô hình không gian. Cấu trúc xoắn α là cấu trúc có trật tự, rất bền vững, tương tự lò xo. Trong cấu trúc xoắn α, mạch polypeptide cuộn lại như một cái lò xo. Các nguyên tử Cacbon α nằm trên đường sinh của hình trụ bao quanh xoắn ốc. Các mạch bên R hướng ra phía ngoài. Đường kính của xoắn ốc (không kể đến các mạch bên R) là vào khoảng 0.6nm. Bước xoắn là 0.54 nm. Góc xoắn là 260. Liên kết tạo và giữ vững cấu trúc xoắn α là liên kết hydro. Các liên kết hydro gần như song song với trục xoắn ốc và nối nhóm –NH- của liên kết peptide này với nhóm –CO- của liên kết peptide thứ ba kề đó. Như vậy mỗi nhóm –CO-NH- có thể tạo hai liên kết hydro với các nhóm –CO-NH- phía trước và phía sau nó. Số lượng liên kết hydro do đó rất lớn, thêm vào đó cấu trúc xoắn α có mật độ dày đặc, là giảm tương tác với các phân tử khác. Chính vì lý do trên cấu trúc α bền, tương tự cái lò xo. Xoắn α rất phổ biến trong mọi protein. Có protein chiếm tỉ lệ xoắn đến 75% như trong Hemoglobin và Myoglobin nhưng cũng có protein tỉ lệ xoắn thấp hơn như albumin huyết tương chiếm tỉ lệ 50%. 33
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Hình 2.7: Liên kết Hydro trong cấu trúc xoắn α Cấu trúc gấp nếp β [7] Cấu trúc gấp nếp β là một cấu trúc có hình chữ chi. Khi các đoạn mạch của cùng chuỗi polypeptide hoặc hai chuỗi polypeptide tiến lại gần nhau sẽ có sự tạo thành liên kết hydro giữa các nhóm –CO-NH- đảm bảo cho sự hình thành cấu trúc gấp nếp β. Trong cấu trúc gấp nếp β, bộ khung sợi polypeptide được xếp theo dạng ziczac. Các nguyên tử của liên kết peptide nằm trong cùng một mặt phẳng, nguyên tử cacbon α nằm trên giao tuyến của hai mặt phẳng chứa hai liên kết peptide kề nhau, các gốc R hướng vuông góc với mặt phẳng lớn nếp gấp. Các đường ziczac nằm song song với nhau hoặc đối song song tạo cấu trúc dạng tấm. Cấu trúc nếp gấp β được giữ chặt bởi các liên kết hydro bởi các nhóm –CO-NH-. Hình 2.8: Cấu trúc nếp gấp β 34
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2.4.2.3. Cấu trúc bậc 3 [13];[1];[7] Chuỗi peptide với các vùng có cấu trúc bậc hai xác định (xoắn α, gấp nếp β, xoắn β) và kém xác định (xoắn ngẫu nhiên) sắp xếp lại thành cấu trúc ba chiều sẽ tạo ra một dạng cấu trúc gọi là cấu trúc bậc ba. Có hai dạng cấu trúc bậc 3 chính: cấu trúc hình sợi và cấu trúc hình cầu. Trong cấu trúc bậc 3 liên kết disulfide là liên kết đóng vai trò quan trọng nhất trong việc duy trì cấu trúc bậc 3 của chuỗi polypeptide và làm cho phân tử protein có cấu trúc ổn định. Ngoài ra còn có các loại liên kết khác như liên kết hydro, liên kết của các nhóm kỵ nước, liên kết ion, liên kết peptide, lực Valderval. Hình 2.9: Các liên kết tham gia tạo và giữ vững cấu trúc bậc 3 Do có cấu trúc bậc ba mà các protein có được hình thù đặc trưng và phù hợp với chức năng của chúng. Ở các protein chức năng như enzym và các kháng thể, protein của hệ thống đông máu thông qua cấu trúc bậc ba mà hình thành được các trung tâm hoạt động là nơi thực hiện các chức năng của protein. 2.4.2.4 Cấu trúc bậc 4 Hình 2.10: Cấu trúc bậc bốn của protein. 35
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Các “phần dưới đơn vị” có cấu trúc bậc ba liên kết với nhau bằng các liên kết phi đồng hóa trị tạo ra gọi là cấu trúc bậc 4. Các phần dưới đơn vị có thể là giống nhau hoặc không giống nhau và sự sắp xếp của chúng không bắt buộc phải đối xứng. Ví dụ: Hemoglobin do bốn “phần dưới đơn vị” gồm hai chuỗi α và hai chuỗi β. Nếu các chuỗi này tách rời nhau thì mỗi chuỗi không thể vận chuyển được oxy. Khi cả bốn chuỗi này kết hợp lại thành một trạng thái không gian đặc thù gần như hình tứ diện thì mới có khả năng kết hợp và vận chuyển oxy. Liên kết tạo và giữ vững cấu trúc bậc 4 là liên kết hydro, liên kết ion, tương tác kỵ nước. Đây là các liên kết phi đồng hóa trị, là các liên kết yếu do đó cấu trúc bậc 4 dễ bị phá hủy. Protein có cấu trúc bậc 4 đảm bảo các chức năng vận chuyển (Hemoglobin), xúc tác (enzym), điều hòa . 2.4.3. Các loại liên kết trong phân tử protein 2.4.3.1. Liên kết peptide (-CO - NH-) Được tạo thành do phản ứng kết hợp giữa nhóm - cacboxyl của một axit amin này với α- amin của một axit amin khác, loại một phân tử nước. Liên kết peptide là một liên kết bền vững nó chỉ bị bẻ gãy dưới tác dụng của peptidase hoặc trong dung dịch axit đặc ở nhiệt độ cao, trong thời gian dài. 2.4.3.2. Liên kết Hydro Là liên kết hóa học được tạo thành khi có lực hút tĩnh điện giữa H mang điện dương với nguyên tố có độ âm điện mạnh như N, Cl, O, F 36
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2.4.3.3. Liên kết disulfide Liên kết được hình thành từ hai phân tử cystein nằm xa nhau trên mạch peptid nhưng gần nhau trong cấu trúc không gian. Đây là liên kết đồng hoá trị nên rất bền vững. 2.4.3.4. Liên kết ion (liên kết tĩnh điện) Là liên kết được tạo thành do lực hút tĩnh điện giữa các ion mang điện tích trái dấu hay giữa 2 nguyên tử khác nhau lớn về độ âm điện (ví dụ giữa nhóm –COO- và - + NH3 ). Liên kết này yếu hơn liên kết disulfide. 2.4.3.5. Liên kết của các nhóm kỵ nước Những nhóm không phân cực hay các phần không phân cực của 1 phân tử như (- CH2; -CH3), leucine, isoleucine, phenylalanin do không tích điện nên không có khả năng liên kết với các phân tử nước, đó là gốc kỵ nước. Khi các gốc kỵ nước ở gần nhau, giữa chúng hình thành lực hút, đó là lực hút kỵ nước tạo nên liên kết kỵ nước. 2.4.3.6. Lực hấp dẫn Valderval Là các tương tác không đặc hiệu xuất hiện giữa hai nguyên tử khi chúng tiến lại gần nhau. Liên kết Vanderval là kết quả của lực hút và lức đẩy. Hai lực này cân bằng ở một khoảng cách nhất định, đặc trưng cho từng loại nguyên tử. Khoảng cách này được gọi là bán kính Vanderval. Đây là lực liên kết yếu. 2.4.4. Một số tính chất quan trọng của protein [13] Tính chất protein phụ thuộc vào thành phần trình tự sắp xếp các gốc axit amin trong phân tử của nó. Do cách kết hợp giữa các axit amin trong phân tử protein dễ dàng thấy rằng protein còn mang dấu ấn rõ rệt tính chất các mạch bên của gốc axit 37
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT amin cấu tạo nên nó như một số phản ứng màu đặc trưng, tính chất điện ly Tuy nhiên, protein có những tính chất hòan toàn khác axit amin, đó là những tính chất phụ thuộc vào liên kết peptide, phụ thuộc vào cấu trúc không gian phân tử lớn của protein. Sau đây sẽ trình bày chi tiết hơn một số tính chất này. 2.4.4.1. Khối lượng và hình dạng protein Protein có khối lượng phân tử tương đối lớn và thay đổi trong một dãy rộng từ hơn hai mươi nghìn đến hàng trăm nghìn Dalton hoặc lớn hơn nữa. Các phân tử này có thể có dạng hình cầu (hình hạt, hình bầu dục) hoặc dạng sợi. Giữa hai nhóm protein này có khác nhau về một số tính chất. . Các protein hình cầu tan trong nước hoặc dung dịch muối loãng, rất hoạt động về mặt hóa học. Thuộc nhóm này có hầu hết protein có hoạt tính xúc tác: albumin, globulin, mioglobin, Hemoglobin Tỉ lệ giữa trục dài và trục ngắn của phân tử bé hơn 20. . Các protein hình sợi tương đối trơ về mặt hóa học, chủ yếu có chức năng cơ học. Ví dụ như: Collagen của da, xương, sụn, gân, răng; keratin của tóc, lông; fibroin của tơ, miozin của cơ 2.4.4.2. Tính chất lưỡng tính và đẳng điện [13];[7] Protein có tính lưỡng tính nghĩa là vừa có tính axit vừa có tính bazơ do nó chứa các nhóm phân cực (amin và carboxyl) của mạch bên R của các amino axit. Tùy thuộc vào số lượng amino axit kiềm tính, axit tính và pH môi trường mà protein tích điện âm hay dương và khi đặt nó vào điện trường nó sẽ di chuyển về cực dương hay cực âm. 38
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Ở một pH nào đó mà tổng số điện tích dương và điện tích âm của phân tử protein bằng không, phân tử protein không di chuyển trong điện trường gọi là pHi của protein. Như vậy nếu protein có chứa nhiều Asp, Glu (axitamin axit) pHi của nó ở vùng axit và ngược lại, nếu chứa nhiều axit amin kiềm (Lys, Arg, His) thì pHi của nó ở vùng kiềm. Bảng 2.11: Giá trị pHi của một số protein [13] Protein pHi Protein pHi Pepsin 1,0 Globulin sữa 5,2 Albumin trứng 4,6 Hemoglobin 6,8 Casein 4,7 Ribonuclease 7,8 Albumin huyết thanh 4,9 Cytochrom C 10,6 Gelatin 4,9 Prolamin 12,0 Trypsin 10,5 Ở môi trường có pH pHi phân tử protein thể hiện tính axit, cho ion H , do đó số điện tích âm lớn hơn số điện tích dương, protein là đa anion, tích điện âm. Ở trong môi trường có pH = pHi protein dễ dàng kết tụ lại với nhau có thể sử dụng tính chất này để xác định pHi của protein cũng như để kết tủa protein. Mặt khác, do sự sai khác về pHi giữa các protein khác nhau, có thể điều chỉnh pH môi trường để tách các protein ra khỏi hỗn hợp của chúng. 2.4.4.3. Tính chất dung dịch keo protein, sự kết tủa protein [13];[2] Khi hòa tan, protein tạo thành dung dịch keo. Các phân tử keo có kích thước lớn, không đi qua màng bán thấm. Sử dụng tích chất này, có thể tinh sạch protein ra khỏi các phân tử thấp bằng phương pháp thẩm tích. Do trên bề mặt phân tử protein có các nhóm phân cực, khi hòa tan vào nước, các phân tử nước lưỡng cực cao được hấp phụ bởi các nhóm này tạo thành màng nước bao quanh phân tử protein gọi là các lớp vỏ hydrat. Những phần tử nước ở xa sắp xếp ít trật tự hơn. Độ bền của dung dịch keo 39
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT protein phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: sự tích điện của phân tử protein, mức độ hydrat hóa, nhiệt độ Khi thay đổi các yếu tố này như trung hòa điện phân tử protein, loại bỏ lớp vỏ hydrat các phân tử protein sẽ kết tụ lại với nhau thành một khối lớn, tách khỏi dung dịch thường gọi là kết tủa protein. Như vậy, để kết tủa protein có thể thay đổi pH dung dịch đến pHi của protein bằng cách thêm muối trung hòa, dung môi hữu cơ (axeton, etanol) ở nồng độ cao, tăng nhiệt độ  Kết tủa thuận nghịch và không thuận nghịch protein Khi protein bị kết tủa đơn thuần bằng dung dịch muối trung tính có nồng độ khác nhau hoặc bằng alcOH-ol, acetone ở nhiệt độ thấp thì protein vẫn giữ nguyên được mọi tính chất của nó kể cả tính chất sinh học và có thể hoà tan trở lại gọi là kết tủa thuận nghịch. Các yếu tố kết tủa thuận nghịch được dùng để thu nhận chế phẩm protein. Trong quá trình kết tủa thuận nghịch muối trung tính vừa làm trung hoà điện vừa loại bỏ lớp vỏ hydrate hoá của protein, còn dung môi hữu cơ vốn háo nước sẽ phá hủy lớp vỏ hydrate nhanh chóng. Trong chế phẩm protein nhận được còn lẫn các chất đã dùng để kết tủa, cần sử dụng phương pháp thích hợp để loại bỏ các chất này. Ví dụ có thể dùng phương pháp thẩm tích để loại bỏ muối. Ngược lại kết tủa không thuận nghịch là protein sau khi bị kết tủa không thể phục hồi lại trạng thái ban đầu. Sự kết tủa này thường được sử dụng để loại bỏ protein ra khỏi dung dịch, làm ngưng phản ứng của enzym. Một trong những yếu tố gây kết tủa không thuận nghịch đơn giản nhất là đun sôi dung dịch protein. 2.4.4.4. Các yếu tố ảnh hưởng độ tan của dung dịch keo protein [13] Trạng thái keo của protein bền vững là nhờ có lớp vỏ hydrat hoá bao bọc bên ngoài các hạt keo và các sự tích điện cùng dấu của các phân tử protein làm cho các phân tử protein ngăn cách và không dính vào nhau. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tính tan của protein. 40
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT - Ảnh hưởng của pH. Độ tan của protein thấp nhất ở pH = pI của nó, độ tan của protein tăng lên khi pH nằm xa pHi vì khi pH = pI thì phân tử protein không tích điện nên chúng không có lực đẩy tĩnh điện và dễ bị đông kết. Khi pH khác pHi thì các phân tử protein tích điện cùng dấu và đẩy nhau cho nên không bị đông kết, do đó độ tan tăng lên. - Ảnh hưởng của nồng độ muối. Muối trung tính ở nồng độ thấp làm tăng độ tan của nhiều loại protein. Khi tăng nồng độ muối tới một giới hạn nhất định thì độ tan của protein giảm xuống và nếu nồng độ muối tiếp tục tăng lên thì protein có thể đông kết hoàn toàn. Do ở nồng độ muối cao các phân tử nước không đủ để solvat hóa protein vì chúng đã liên kết gần hết với muối. Tương tác protein-protein sẽ trội hơn tương tác protein-nước, protein sẽ tự tập hợp và đông kết. Tính chất này được ứng dụng để tách các loại protein theo phương pháp diêm tích. - Ảnh hưởng của dung môi. Khi cho các dung môi như cồn, aceton, cloroform vào dung dịch protein thì độ tan của protein bị giảm và có thể dẫn đến đông kết. Do làm giảm hằng số điện môi của môi trường. Các lực đẩy tĩnh điện của các phân tử protein sẽ giảm do đó sẽ làm protein tập hợp và kết tủa. Ngoài ra các dung môi cũng cạnh tranh với protein để giành lấy các phân tử nước nên cũng làm giảm độ hòa tan của protein. - Ảnh hưởng của nhiệt độ. Trong khoảng nhiệt độ từ 0 đến 450 C, độ tan của protein tăng khi nhiệt độ tăng. Còn ở khoảng nhiệt độ từ 45 – 750 C đa số protein mất tính keo và có thể bị biến tính (trừ protein của một số loại sinh vật chịu nhiệt). Do chuyển động nhiệt của các phân tử protein đủ lớn để phá hủy các liên kết vốn làm bền cấu trúc bậc hai và bậc ba do đó protein tự tập hợp lại. Độ hòa tan của đa số protein bị giảm một cách mạnh mẽ và không thuận nghịch trong quá trình đun nóng. 41
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2.4.4.5. Biểu hiện quang học của protein [2] Cũng như nhiều chất hoá học khác, protein có khả năng hấp thụ và bức xạ ánh sáng dưới dạng lượng tử hγ. Vì vậy có thể đo cường độ hấp thụ của protein trong dung dịch hay còn gọi là mật độ quang thường ký hiệu bằng chữ OD (Optical Density). Nhìn chung protein đều có khả năng hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến (từ 350nm- 800nm) và vùng tử ngoại (từ 320nm xuống tới 180nm). Trong vùng ánh sáng khả kiến protein kết hợp với thuốc thử hấp thụ mạnh nhất ở vùng ánh sáng đỏ 750nm. Đối với vùng tử ngoại dung dịch protein có khả năng hấp thụ ánh sáng tử ngoại ở hai vùng bước sóng khác nhau: 180nm-220nm và 250nm-300nm. 2.4.4.6. Sự biến tính của protein [13] Dưới tác dụng của các tác nhân vật lý như tia cực tím, sóng siêu âm, khuấy cơ học hay tác nhân hóa học như axit, kiềm mạnh, muối kim loại nặng các cấu trúc bậc hai, ba và bậc bốn của protein bị biến đổi nhưng không phá vỡ cấu trúc bậc một của nó, kèm theo đó là sự thay đổi các tính chất của protein so với ban đầu. Đó là hiện tượng biến tính protein. Sau khi bị biến tính, protein thường thu được các tính chất sau: Độ hòa tan giảm do làm lộ các nhóm kỵ nước vốn đã chui vào bên trong phân tử protein. Khả năng giữ nước giảm. Mất hoạt tính sinh học ban đầu. Tăng độ nhạy đối với sự tấn công của enzym protease do làm xuất hiện các liên kết peptide ứng với trung tâm hoạt động của protease. Tăng độ nhớt nội tại. Mất khả năng kết tinh.  Các yếu tố gây biến tính Có nhiều yếu tố tác động gây ra sự biến tính protein như nhiệt độ cao, tia tử ngoại, sóng siêu âm, axit, kiềm, kim loại nặng Vì vậy, trong thực tế người ta rất chú 42
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ý ảnh hưởng của các yếu tố có khả năng làm biến tính protein, ví dụ: Khi chiết xuất và tinh chế protein, đặc biệt là các protein enzym, cũng như khi xác định hoạt độ của chúng, phải chú ý đề phòng biến tính. Muốn vậy phải đảm bảo những điều kiện thích hợp nhất cho quy trình kỹ thuật như tiến hành thí nghiệm trong điều kiện nhiệt độ lạnh và đảm bảo pH thích hợp cho các dung dịch sử dụng.  Tính chất của protein biến tính Những thay đổi dễ thấy nhất ở protein biến tính là thay đổi tính tan, khả năng phản ứng hóa học và hoạt tính sinh học như: Hemoglobin bị biến tính không kết hợp với oxy được, trypsin khi bị biến tính không thủy phân được protein, kháng thể biến tính mất khả năng kết hợp với kháng nguyên Nghiên cứu cấu trúc không gian cho thấy khi bị biến tính phân tử protein không còn cuộn chặt như trước mà thường duỗi ra hơn, kết quả là phá vỡ cấu hình không gian cần thiết để thực hiện hoạt tính sinh học. Sự biến tính không làm đứt liên kết peptide mà làm đứt các liên kết hydro, liên kết muối nối các khúc của chuỗi polypeptide hoặc các chuỗi polypeptide với nhau, vì vậy cấu trúc của nhóm kỵ nước của protein bị đảo lộn, các nhóm kỵ nước quay ra phía ngoài và các nhóm ưa nước quay vào trong, sự hydrate hóa của protein giảm (protein mất lớp áo nước) các phân tử protein dễ kết hợp với nhau, độ tan giảm và có thể kết tủa. 2.4.5. Protein trong máu [12] Hàm lượng protein trong huyết chủ yếu có trong thành phần huyết tương. Trong đó protein chiếm khoảng 7- 9%, gluxit 0.12%, lipid 0.5 – 1%, muối khoáng 1%. 2.4.5.1. Protein đơn giản Đấy là những protein khi bị thuỷ phân hoàn toàn sẽ cho ta các axit amin. Trong huyết động vật thường có chứa albumin và globulin. Là hai loại protein dạng cầu. Thành phần gồm các axit amin trong đó tỷ lệ axit amin có tính axit khá cao. 43
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT a. Albumin Albumin là protein đơn giản phổ biến nhất, có hình cầu. Nó tìm thấy ở trong máu, dịch tế bào, dịch tủy sống. Albumin hoà tan trong nước và các dung dịch muối. Albumin của huyết thanh đông khi đun nhưng ở nhiệt độ 670C . Albumin huyết thanh máu động vật khi thuỷ phân cho 19 axit amin và thành phần các axit amin ít khác nhau ở các động vật (trừ vịt). Albumin thường chứa số lượng lớn các axit amin sau: leucine, axit glutamic, axit aspartic L, còn các axit amin như methionine, tryptophan số lượng ít hơn. Trọng lượng phân tử của albumin khoảng 35.000 - 70.000, điểm đẳng điện là pH=4.9. Albumin thường tạo thành các phức chất với lipid, axit béo, axit amin, kháng thể nên có quan điểm cho rằng nó giữ vai trò tích cực trong trao đổi vật chất. b. Globulin Globulin là protein có hình cầu và có nhiều trong máu động vật, trong các cơ quan, tế bào, trong các dịch lỏng của cơ thể. Globulin khó tan hoặc hoàn toàn không tan trong nước, nhưng tan trong các dung dịch của muối trung tính, kiềm, axit. Globulin chứa khoảng 14-19 axit amin quan trọng như: leucine, lysin, axit glutamic, treonin. Trọng lượng phân tử của globulin khoảng 90.000 - 1.500.000 hoặc lớn hơn, điểm đẳng điện pHi = 5.4) c. Fibrinogen Fibrinogen là chất tiền thân của fibrin, là chất làm cho máu đông được. Phân tử rất dài, do ba kiểu mạch peptide Aα, Bβ và Bγ tạo nên. Khối lượng phân tử của fibrinogen là 340.000 dalton. Khi đông máu, mạng fibrin không tan được tạo ra từ fibrinogen dưới tác dụng của thrombin là một protease có 44
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT trong máu dưới dạng tiền thrombin không hoạt động. Tiền thrombin được hoạt hóa nhờ tromboplastin, ion canxi và các yếu tố phức hợp khác. 2.4.5.2. Protein phức tạp a. Hemoglobin (Hb) [13] Hemoglobin là một protein phức tạp, có nhiều trong hồng cầu, bao gồm bốn chuỗi polypeptide (globin), mỗi chuỗi kết hợp với một nhóm ngoại heme. Thành phần của nó gồm: - Phần protein đơn giản là globin chiếm 94% trọng lượng Hb. - Phần nhóm ghép là nhân Hem chiếm 6%. Trọng lượng phân tử của Hb gần 67.000. Mỗi phân tử Hemoglobin có 4 tiểu phần protein: 2 tiểu phần α và 2 tiểu phần β. - 2 tiểu phần α mỗi tiểu phần có 141 axit amin. - 2 tiểu phần là β mỗi tiểu phần có 146 axit amin. Bốn tiểu phần này liên kết với nhau theo cấu trúc bậc IV, được bố cục trong không gian thành hình tứ diện đều, đường kính 50A0. Mỗi tiểu phần gắn với một hem. Như vậy phân tử Hemoglobin có 4 hem. Hình 2.11: Cấu trúc bậc IV của Hemoglobin. Hình 2.12: Cấu tạo của Hemoglobin 45
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT b. Cấu tạo của nhóm ngoại hem [13] Cấu tạo của nhóm ngoại hem ở các loại máu đều giống nhau, có vòng protoporphyrin gắn với 1 nguyên tử Fe2+. Vòng protoporphyrin được cấu tạo từ bốn vòng pirol, các vòng này nối với nhau qua cầu meten tạo thành vòng tetrapiron. Bốn nhóm metyl (- CH3), hai nhóm vinyl (- CH = CH2), hai nhóm propionic (- CH2 -CH2- COOH ), tạo thành protoporfirin. Các nhóm này có thể gắn vào các vị trí khác nhau của vòng theo 15 cách khác nhau nhưng chỉ có một cách có trong hệ thống sinh học gọi là protoporfirin IX (1, 3, 5, 8 – tetrametyl; 2,4 – divinyl; 6,7 – dipropionic). Hình 2.13: Sơ đồ cấu trúc của Hem Sự liên kết giữa hem và globin: Mỗi chuỗi polypeptid của globin kết hợp với một hem qua 2 liên kết phối trí giữa Fe2+ và N của vòng Imidazol của a.a histidin (tại vị trí phối trí thứ năm) Sự liên kết giữa hem và oxy: Hem kết hợp với oxy qua liên kết phối trí thứ sáu với sắt. Hb + O2 HbO2. Trong đó sắt có hóa trị hai. Khi Hem bị oxy hóa: HEM HEMATIN HEMIN (tím) Fe+2 Fe+3 (tinh thể Teichman) N N N N Fe OH Fe Cl N N N N 46
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT c. Tính chất của Hemoglobin [12] Chức năng sinh lý của Hemoglobin thể hiện ở tính liên kết với các loại khí như O2, CO, CO Tùy áp lực riêng của chúng, sự liên kết này thực hiện qua mạch phụ của nguyên tử sắt với globin nên không bền và các khí sẽ dễ đẩy nhau tuỳ áp suất mỗi loại. Các liên kết và dẫn suất của Hemoglobin là: - OxyHemoglobin Hb.O2 (Hb kết hợp với oxy). - CarboxyHemoglobin Hb.Co (Hb kết hợp với oxit cacbon). - Met-Hemoglobin Hb.OH- (khi Hb bị oxy hoá chuyển từ Fe2+ Fe3+). Kết hợp thuận nghịch với oxy tạo oxyHemoglobin. Hb (Đỏ thẫm) + O2 = HbO2 (Đỏ tươi) Sự kết hợp và phân ly giữa O2 và Hb được xác định bởi phân áp oxygen ở môi trường chung quanh Hb chức năng của Hb trong hô hấp. Kết hợp với carbondioxyd (CO2) tạo carbonyl Hb (CO2Hb) có màu đỏ thẫm. Kết hợp với oxit cacbon (CO): tạo carbon monoxyt Hb (HbCO) rất bền vững. CO có ái lực với Hb gấp 210 lần so với oxy. CO có thể đẩy O2 ra khỏi HbO2. Hb + CO HbCO HbO2 + CO HbCO + O2 Oxy hóa Hb tạo MetHemoglobin (MetHb): Hb MetHb + e- (Fe+2) (Fe+3) 47
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Tương quan giữa Hemoglobin và các dẫn suất của nó như OxyHemoglobin, CarboxyHemoglobin và metHemoglobin có thể biểu diễn như sau: 2.4.6. Một số phương pháp kết tủa protein [13][13] 2.4.6.1. Tủa bằng muối Đây là cách phổ biến để tủa protein. Khả năng hòa tan của protein tùy thuộc vào nhiều yếu tố như: đặc tính lý hóa tự nhiên của protein, pH, nhiệt độ, nồng độ của muối Độ hòa tan của protein phụ thuộc vào sự tương tác của các nhóm tích điện trong phân tử protein với phân tử nước. Ở nồng độ muối thấp, tính tan của protein tăng nhẹ. Tuy nhiên, ở nồng độ muối cao, tính tan của protein giảm mạnh. Trong dung dịch, protein được bao bọc xung quanh bởi các ion muối mang điện tích trái dấu. Đặc tính này làm gia tăng hoạt tính của các dung môi, làm giảm các phân tử protein không mang điện tích, do đó làm tăng tính tan của protein trong dung môi. Ngược lại sự gia tăng lượng ion muối trong dung dịch làm giảm quá trình solvat hóa, giảm tính hòa tan của protein dẫn đến sự tủa. 2.4.6.2. Tủa protein bằng phương pháp đưa pH về điểm đẳng điện Khả năng phân ly của nhóm quan và nhóm carboxyl thay đổi phụ thuộc vào điều kiện môi trường. Khi độ pH thấp, ion H+ ở môi trường nhiều thì nhóm -COOH giảm sự phân ly. Ngược lại, nếu môi trường kiềm, tức ion OH- nhiều thì NH2+ sẽ bớt phân ly. Vì số lượng nhóm quan và carboxyl trong phân tử protein khác nhau, cho nên nếu số lượng nhóm -COOH trội hơn nhóm NH2+ thì sau khi phân ly, điện tích tổng số của hạt keo protein sẽ có dấu âm và ngược lại. 48
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Sự phân ly của nhóm NH2+ và carboxyl chịu sự chi phối của phản ứng môi trường, do đó bằng cách thêm axit hoặc kiềm mà ở đó sự phân ly của NH2+ và -COOH bằng nhau. Độ pH này người ta gọi là điểm đẳng điện của protein (ký hiệu là pI). Tại điểm đẳng điện các hạt keo có điện tích bằng 0. Điều này làm giảm tính tan của protein vì protein không còn khả năng tương tác với môi trường, khi đó, các phân tử protein sẽ tách ra khỏi môi trường. Kết quả protein bị đông tụ. Anion protein Protein ở pHi Cation protein - - - + + + - - + + + - Thêm kiềm Thêm axit - - - + + + + - Tăng pH Giảm pH c c c ớ ớ ớ ư ư ư n n n i i i ạ ạ ạ o o o - - - L - - - L + +L + + - - - - - + + + - - - Protein kết tủa + Hình 2.14: Sơ đồ minh họa sự kết tủa protein 2.4.6.3. Tủa bằng nhiệt độ Trạng thái keo của dịch huyết bền vững là do sự liên kết các ion trong phân tử protein với phân tử nước tạo thành một lớp màng bao bọc quanh phân tử protein gọi là hiện tượng thủy hóa, khi bị tác nhân nhiệt độ tác động thì làm giảm sự thủy hóa hay solvat hóa làm tách các phân tử ra khỏi phân tử protein làm cho các phân tử protein liên kết nhau do sự tương tác tĩnh điện giữa các phân tử mang điện tích, và protein bị tủa và vón cục. Trong khoảng nhiệt độ từ 0 đến 450C, độ tan của protein tăng khi nhiệt độ tăng. Còn ở khoảng nhiệt độ từ 45 - 750C đa số protein mất tính keo và có thể bị biến tính (trừ protein của một số loại sinh vật chịu nhiệt). 49
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2.5. Tổng quan về các nguyên liệu sử dụng trong qui trình sản xuất bột huyết 2.5.1. Huyết heo 2.5.1.1. Khái niệm Máu là một tổ chức di động được tạo thành từ thành phần hữu hình là các tế bào (hồng cầu, bạch cầu, tiểu cầu) và huyết tương. Chức năng chính của của máu là cung cấp các chất nuôi dưỡng và cấu tạo các tổ chức cũng như loại bỏ các chất thải trong quá trình chuyển hóa của cơ thể như khí carbonic và axit lactic. Máu cũng là phương tiện vận chuyển các của các tế bào (cả tế bào có chức năng bảo vệ cơ thể lẫn tế bào bệnh lý) và các chất khác nhau (các amino axit, lipid, hormone) giữa các tổ chức và cơ quan trong cơ thể. Hình 2.15: Hồng cầu, tiểu cầu và bạch cầu dưới kính hiển vi điện tử quét. 2.5.1.2. Chức năng chính của máu [3] a. Chức năng vận chuyển Máu là chất vận chuyển của các chất dinh dưỡng sau quá trình tiêu hóa và hấp thu ở nhung mao ruột, của khí O2 từ phổi đến mô và khí CO2 từ mô đến phổi, của các hormon do các tuyến nội tiết tiết ra, các sản phẩm thừa của quá trình trao đổi chất Cả huyết tương và tế bào máu là hồng cầu tham gia vào việc vận chuyển này bằng cách hoà tan hay kết hợp các chất trong huyết tương và trong hồng cầu. Nhờ chức năng này mà cơ thể được cung cấp các chất dinh dưỡng và đào thải các sản phẩm thừa của quá trình trao đổi chất. 50
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT b. Chức năng cân bằng nước và muối khoáng Máu đảm bảo sự cân bằng nước và muối khoáng cho cơ thể. Nước là thành phần không thể thiếu được của sự sống. Các phản ứng hóa học cơ bản của sự sống đều được thực hiện trong môi trường nước. Vì vậy, cân bằng nước đảm bảo sự sống còn của cơ thể. Thông qua chức năng này, máu tham gia duy trì áp suất thẩm thấu và độ pH của dịch thể luôn luôn ổn định. c. Chức năng điều hoà nhiệt Máu tham gia điều hoà thân nhiệt, đặc biệt là ở những động vật đồng nhiệt. Duy trì sự ổn định nhiệt độ bên trong cơ thể và thích ứng với nhiệt độ môi trường ngoài là chức năng quan trọng của máu thông qua sự lưu thông phân phối máu trên toàn cơ thể, nhất là hệ mao mạch dưới da. d. Chức năng bảo vệ Máu tham gia bảo vệ cơ thể. Chức năng này do tế bào bạch cầu đảm nhiệm. Một nhóm bạch cầu thực hiện quá trình thực bào các vi khuẩn, các vật lạ, các độc tố xâm nhập vào cơ thể. Một nhóm bạch cầu sinh ra kháng thể thực hiện các phản ứng miễn dịch bảo vệ cơ thể. Protein hoà tan trong huyết tương loại globulin nó cũng tham gia chức năng này. e. Chức năng thống nhất cơ thể Máu lưu thông trong hệ mạch và chạy đến tất cả các đơn vị cấu tạo trong cơ thể để cung cấp mọi dạng vật chất cần thiết đồng thời thu nhận các sản phẩm thừa, cặn bã của quá trình trao đổi chất. Chính chức năng này của máu đã cùng với hệ thần kinh làm cho cơ thể luôn luôn là một khối toàn vẹn, thống nhất hay là một hệ thống sống hoàn chỉnh luôn luôn cân bằng trong nội môi và cân bằng với ngoại môi. 2.5.1.3. Thành phần hóa học của máu Máu ngoài thành phần cơ bản là protein, trong máu còn có một số thành phần khác như muối khoáng, carbonhydrat, lipid, các vitamin, sắc tố 51
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Protein của máu là albumin, globulin và fibrinogen tan trong huyết tương và hemoglobin tan trong hồng cầu. Một phân tử hemoglobin có 4 nguyên tử sắt, nếu được sử dụng làm thức ăn, máu không chỉ là nguồn protein có chất lượng cao, mà còn là nguồn cung cấp sắt rất hữu hiệu. Hàm lượng nước của máu dao động từ 74.9 – 82.0% tùy theo loài và tuổi gia súc. Khoảng 90% vật chất khô của máu là protein, hàm lượng protein này còn phụ thuộc vào thể trạng, trọng lượng gia súc và thành phần dinh dưỡng So với các protein của trứng thì protein của máu thiếu isoleucine và methionine. Đáng chú ý là sắt trong heme của hemoglobin có giá trị dinh dưỡng rất cao, vì ở dang này sắt rất dễ được ruột hấp thụ. Bảng 2.12: Thành phần hóa học của máu động vật. [12] STT Thành phần Hàm lượng (%) 1 Nước 74,9 – 82 2 Vật chất khô 21 3 Protein 9 4 Lipid và lipoid 1 5 Lucid 0.1 6 Chất hữu cơ 0.14 7 Chất vô cơ 0.9 52
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Bảng 2.13: Thành phần dinh dưỡng của huyết heo tươi (tính trên 100g thực phẩm ăn được) [42] TÊN THỨC ĂN % Kcal g g g g mg mg mg mg mg mg mcg mcg mg mg 0 25 5,7 0,1 0,2 0,0 0 7 7,0 20,4 0 0 0 25,8 0,00 0,0 Huyết Huyết tươi heo 2.5.1.4. Thành phần cấu tạo của máu Máu gồm hai phần chính: Huyết tương và các tế bào máu (Hồng cầu, bạch cầu, tiểu cầu). Hình 2.16: Sơ đồ cấu tạo của máu a. Huyết tương [3] Huyết tương là thành phần quan trọng của máu, chiếm 55-60% thể tích máu, có màu hơi vàng. Độ nhớt riêng của huyết tương so với nước là 1.7-2.2. Trong thành phần huyết tương: nước chiếm 90-92%, chất khô 8- 10%, thành phần chất khô có protein, lipid, gluxit, muối khoáng, các hợp chất hữu cơ chứa nitơ không phải protein (cũng gọi là đạm cặn). Ngoài ra còn có các enzym, hormon, vitamin. Protein huyết tương chiếm 7-9% trọng lượng huyết tương, bao gồm 3 loại chính: fibrinogen, albumin, globulin hầu hết được tổng hợp từ gan. 53
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Bảng 2.14: Các protein có trong huyết tương động vật [3] Loài Albumin (%) Globulin (%) Lợn 4,4 3,9 Bò 3,3 4,1 Chó 3,1 2,2 Ngựa 2,7 4,6 Bảng 2.15: Các hợp chất hữu cơ không phải protein trong huyết tương [3] Hàm lượng mg/100 ml Các chất có nitơ Ure 30 Axit uric 4,5 Axit amin tự do 50 Creatin-Creatinin 3 Bilirubin 0.5 Amoniac 0.1 -0.2 Các chất không có nitơ Glucose Lipid 100 Cholesterol 400-600 Photpholipid 150 Axit lactic 10 Bảng 2.16: Các thành phần vô cơ không phải protein trong huyết tương. [3] Hàm lượng mg/100 ml Cation Na+ 300 – 540 54
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT K+ 18 – 20 Ca++ 10 Mg++ 2.5 Cu++ 1.8 – 2 Zn++ 0.3 Fe++ 0.1 Anion Cl- 360 – 390 2- 9.5 – 10.5 PO4 2- 2.2 – 4.5 SO4 - 160 HCO3 Iod 0.007 5.1.4.2. Hồng cầu [3] Là những tế bào hình cầu, lõm hai mặt, không có nhân, không có khả năng sinh sản, kích thước rất nhỏ 7.5x2.3 m. Hồng cầu có màng bán thấm lipoprotein bao quanh. Màng hồng cầu có khả năng đàn hồi và thấm có chọn lọc. Thời gian sống của hồng cầu 100-120 ngày. Hồng cầu già được tiêu hủy ở gan, tỳ. Hồng cầu non được sinh ra ở tủy đỏ của xương. Chức năng chủ yếu của hồng cầu là: - Vận chuyển oxy và CO2 nhờ Hb, Hb kết hợp lỏng lẻo với Oxy và CO2 tạo thành OxyHemoglobin và CarboxyHemoglobin. - Góp phần tạo áp suất keo loại. 55
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT - Điều hoà sự cân bằng axit - base. Bảng 2.17: Thành phần hóa học của hồng cầu [3] Thành phần Tỉ lệ % Nước 63-67 Chất khô 33-37 Protein (Hemoglobin) 28 Các chất chứa nitơ 0,2 Urê Ure 0,02 Gluxit 0,075 Lipid các loại (lecithin, 0,3 cholesteron) Bảng 2.18: Số lượng hồng cầu của một số loài động vật (triệu/mm3) [37] TT Loài Số lượng hồng cầu TT Loài Số lượng hồng cầu Người VN 6 Chó 6 – 8 1 Nam 4,2 ± 0,21 7 Gà 2,5 – 3,2 Nữ 3,8 ± 0,16 8 Thỏ 5,5 – 6,5 2 Ngựa 7 – 10 9 Mèo 6 - 8 3 Bò 6 – 8 4 Lợn 5 – 5,8 5 Dê 13 – 14 56
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 5.1.4.3. Bạch cầu [3] Bạch cầu là những tế bào máu có kích thước lớn hơn hồng cầu, trung bình vào khoảng 5-25 micromet đường kính, nhưng số lượng thì ít hơn nhiều lần so với hồng cầu. Hình dáng của bạch cầu không cố định. Bạch cầu không chỉ tồn tại trong máu mà còn có mặt trong dịch bạch huyết, dịch não tủy, các hạch bạch huyết và tổ chức liên kết Bạch cầu là những tế bào có nhân, và chia làm hai nhóm:  Một nhóm nhân tròn lớn, trong bào tương có các bào quan và không có các hạt bắt màu đặc trưng. Nhóm bạch cầu này chiếm khoảng 1/3 tổng số bạch cầu. Được chia làm hai loại: bạch huyết bào hay còn gọi Lympho bào, bạch cầu đơn nhân lớn hay hay còn gọi là monoxit.  Một nhóm nhân thường chia thành nhiều thùy và có các hạt bắt màu đặc trưng trong bào tương. Bạch cầu nhóm này chiếm khoảng 2/3 tổng số bạch cầu trong máu. Căn cứ vào sự bắt màu của các hạt, chúng được chia ra: bạch cầu trung tính, bạch cầu ưa axit, bạch cầu ưa kiềm. Trong thành phần cấu tạo ngoài nước, bạch cầu có nhiều lipid như cholesterol, lecithin, mỡ trung tính và axit béo. Sự giàu lipid có liên quan với chức năng chống nhiễm trùng của bạch cầu. Bạch cầu còn có axit ascorbic (vitamin C), các hạt glycogen và các enzym như oxydase, peroxydase, catalase, lipase, amilase, protease. Ngoài ra còn một số chất diệt trùng. Đời sống bạch cầu rất ngắn, bạch cầu ở trong máu khoảng 6 - 8 giờ sau đó xuyên qua mạch máu vào các mô và ở đó 2-3 ngày. Riêng bạch cầu Limpho sống được 100 - 300 ngày. 57
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Bạch cầu được sinh ra ở tủy xương, gan, tỳ, hạch bạch huyết. Chức năng chủ yếu của bạch cầu là bảo vệ cơ thể nhờ hai khả năng: Thực bào và tiết ra kháng thể. Bảng 2.19: Số lượng bạch cầu của một số loài động vật (triệu/mm3) [37] TT Loài Số lượng bạch cầu TT Loài Số lượng bạch cầu 1 Người VN 7 6 Chó 9,4 2 Ngựa 8 7 Gà 30 3 Bò 8,2 8 Thỏ 8 4 Lợn 15 – 20 9 Trâu 13 5 Dê 9,6 5.1.4.4. Tiểu cầu [3] Tiểu cầu là những thể nhỏ có hình dạng không cố định (có thể tròn, thoi, sao, gậy). Kích thước trung bình khoảng 2-4 micromet. Bào tương bắt màu lơ xám hay tím nhạt. Khi máu chảy ra khỏi mạch, thường tiểu cầu bị phá hủy ngay nên rất khó xác định. Ước tính số lượng của tiểu cầu vào khoảng 200.000-400.000/mm3 máu. Đời sống của tiểu cầu khó xác định chính xác, ước lượng là khoảng 9-11 ngày. Chức năng chính của tiểu cầu như sau: - Chức năng co mạch: Khi mạch máu bị thương tổn, chất serotonin do tiểu cầu giải phóng tham gia vào quá trình làm co mạch. - Chức năng đông máu: Chất thromboplastin do tiểu cầu giải phóng là yếu tố quan trọng tham gia vào quá trình đông máu, biến protein fibrinogen hoà tan thành dạng sợi fibrin, rồi thành cục máu đông bịt kín vết thương. 58
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT - Chức năng làm co cục máu đông: Tiểu cầu có khả năng tiết ra một chất làm cho cục máu đông co lại, củng cố sự cầm máu khi bị thương. 2.5.1.5. Tính chất hóa lý của máu a. Khối lượng máu [37] Khối lượng máu thay đổi theo loài. Người ta tính theo đơn vị ml/kg thể trọng. Trong trạng thái sinh lý bình thường có khoảng 1/2 máu lưu thông trong mạch, còn 1/2 được dự trữ ở các kho chứa, cụ thể là ở lách khoảng 16%, gan 20%, dưới da 10%. Máu ở trong kho dự trữ thường "đặc" hơn máu lưu thông do lượng nước được hấp thu bớt. Máu dự trữ được huy động bổ sung cho máu lưu thông trong mạch khi cơ thể mất máu, khi lao động cơ bắp kéo dài, khi nhiệt độ cơ thể tăng (do sốt nóng) hoặc trong trạng thái ngạt thở, xúc cảm mạnh. Bảng 2.20: Thành phần % khối lượng máu so với cơ thể của các loài động vật [37] Loài % Máu so với KL cơ thể Cá 3 Ếch 5.7 Thỏ 5.5 Mèo 6.6 Chó 8 -9 Bồ câu 9.2 Ngựa 9.8 Bò 8 8 Lợn 4.6 Gà 8.5 59