Luận án tiến sĩ nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự oxy hóa lipid và protein

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TRẦN BẠCH LONG NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ OXY HÓA LIPID VÀ PROTEIN TRONG THỊT CÁ LÓC (Channa striata) NUÔI VÀ SẢN PHẨM CÁ LÓC SẤY KHÔ LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC Mã ngành: 62 42 02 01 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TRẦN BẠCH LONG MÃ SỐ NCS: P0915004 NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ OXY HÓA LIPID VÀ PROTEIN TRONG THỊT CÁ LÓC (Channa striata) NUÔI VÀ SẢN PHẨM CÁ LÓC SẤY KHÔ LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC Mã ngành: 62 42 02 01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN GS. NGUYỄN VĂN MƯỜI 2021 LỜI CẢM ƠN Luận án hoàn thành là quá trình lao động miệt mài của bản thân và sự đóng góp, giúp đỡ nhiệt tình của nhiều cá nhân và tập thể. Có được kết quả này, tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến: - GS. Nguyễn Văn Mười và PGS.

Trần Thanh Trúc đã động viên tinh thần, hướng dẫn tận tâm để giúp tôi thực hiện luận án và hoàn thành khóa học. - Quý Thầy Cô Trường Đại học Cần Thơ, đặc biệt là quý Thầy Cô ở Viện Nghiên cứu & Phát triển Công nghệ Sinh học, Bộ môn Công nghệ Thực phẩm - Khoa Nông nghiệp, các anh chị nghiên cứu sinh, học viên cao học, các bạn sinh viên ngành Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm. - Gia đình với tất cả yêu thương và sự khuyến khích đã dành cho tôi trong chặng đường cam go để hoàn thành được luận án này. Trong quá trình thực hiện luận án, tôi đã tiếp thu thêm kiến thức mới và bổ ích, đồng thời đã rút ra được nhiều kinh nghiệm chuyên môn cho bản thân.

Tuy nhiên, do điều kiện và thời gian có hạn, chắc chắn luận án không thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong sự góp ý của quý thầy cô, các nhà khoa học để tôi có điều kiện sửa chữa, bổ sung cho chất lượng của luận án được tốt hơn. Trân trọng cảm ơn! Nghiên cứu sinh Trần Bạch Long i TÓM TẮT Nghiên cứu được thực hiện với mục tiêu chính là xác định các đặc điểm cơ bản của cá lóc (Channa striata) nuôi trong một số vùng sinh thái đặc trưng ở Đồng bằng sông Cửu Long cũng như đánh giá tác động của dung dịch nước muối ngâm đến sự oxy hóa lipid và protein trong cơ thịt cá sau khi giết mổ và bảo quản tiếp theo, làm cơ sở để hoàn thiện quy trình sản xuất sản phẩm cá lóc sấy khô có chất lượng tốt và thời gian bảo quản kéo dài. Nội dung nghiên cứu của luận án bao gồm 3 phần chính (i) đặc điểm sinh trắc, đặc tính sinh trưởng, mối liên hệ di truyền, các biến đổi sinh hóa của cá lóc sau khi giết mổ; (ii) tác động của quá trình ướp muối và nhiệt độ đến chất lượng nguyên liệu và khả năng bảo quản, đặc biệt là sự oxy hóa lipid và protein trong cơ thịt cá; (iii) áp dụng các kỹ thuật rào cản hữu hiệu để hạn chế sự oxy hóa lipid và protein trong khô cá lóc.

Kết quả đã xác định được cá lóc nuôi ở cả 4 tỉnh Hậu Giang, Trà Vinh, Đồng Tháp và Vĩnh Long có trình tự đoạn gen COI trên ti thể (cytochrome c oxidase subunit I) tương đồng với loài Channa striata (99-100%) khi so sánh với cơ sở dữ liệu trong Genbank. Ở cả 4 vùng nuôi, cá có khối lượng dao động từ 500 đến 800 g/con cho hiệu suất thu hồi phi lê cao nhất. Cá được nuôi ở Trà Vinh không chỉ cho hiệu suất thu hồi cao (62,63±0,71%) mà còn có chất lượng cơ thịt cá tốt hơn so với các vùng nuôi khác, có chứa đến 17 loại acid amin và nhiều acid béo không no (Omega 3 là 184,62 mg/100 g; Omega 6 là 417,4 mg/100 g). Nhiệt độ bảo quản cá lóc sau khi chết có ảnh hưởng đến hoạt động các enzyme nội bào, tác động đến sự oxy hóa và biến đổi chất lượng cơ thịt.

Ở nhiệt độ 30±2°C, thời gian tê cứng diễn ra nhanh (từ 7,5 đến 9,5 giờ), pH sau giai đoạn tê cứng có sự tăng nhanh, tạo điều kiện thích hợp cho các enzyme lypoxygenase, protease trong cá hoạt động, thúc đẩy quá trình tự oxy hóa và biến tính protein nhanh hơn. Ngược lại, sự oxy hóa lipid diễn ra chậm, sự biến tính của protein cũng ít hơn, chất lượng của cơ thịt tốt hơn ở nhiệt độ bảo quản thấp (0÷4°C). Việc kết hợp ngâm muối cá lóc trong dung dịch NaCl 12%, pH 8 với bảo quản nhiệt độ thấp có hiệu quả ức chế hoạt tính enzyme, hạn chế sự oxy hóa. Sau 15 ngày bảo quản lạnh, cá lóc được ngâm muối NaCl 12% vẫn đảm bảo được chất lượng để sử dụng cho quá trình chế biến tiếp theo.

Trong khi đó, việc bảo quản lạnh đông phi lê cá lóc sau khi ngâm muối có tác động tích cực đến sự hạn chế quá trình oxy hóa lipid và oxy hóa protein. Sau 12 tuần trữ đông, hoạt tính enzyme lipoxygenase, enzyme protease giảm đáng kể, các chỉ số peroxide, TBARS, nhóm sulfhydryl tổng và tự do vẫn đảm bảo. Tuy nhiên, cần lưu ý nếu lạnh đông cá lóc ở giai đoạn tê cứng (có hoặc không qua ngâm muối 12%) đều cho chất lượng thấp và không thích hợp để sử dụng chế biến khô cá lóc. Chỉ khi lạnh đông cá lóc ở giai đoạn trước tê cứng và sau tê cứng thì sau 12 tuần trữ đông vẫn có thể sử dụng làm nguyên liệu chế biến khô cá lóc với chất lượng cao, tương đương như chế biến từ nguyên liệu cá lóc tươi.

ii Sử dụng công nghệ rào cản trong chế biến và bảo quản đã thể hiện được các ưu điểm của sản phẩm khô cá lóc. Rào cản hữu hiệu aw được xây dựng trên cơ sở sấy sản phẩm đến độ ẩm 20% kết hợp bổ sung glycerol (3%) và sorbitol (4%), acid ascorbic (0,04%) nhằm hạ độ hoạt động của nước và góp phần ngăn chặn quá trình oxy hóa lipid và protein của sản phẩm. Khi sấy ở nhiệt độ 50C với vận tốc không khí nóng đối lưu là 2 m/s được xem là thích hợp để chế biến khô cá lóc có giá trị dinh dưỡng và chất lượng cảm quan tốt. Khô cá lóc có thể bảo quản trong bao bì PA với độ chân không 80% ở nhiệt độ thường (28÷30C) trong 12 tuần, nhiệt độ lạnh (0÷4C) trong 32 tuần, trữ đông (-18÷-20C) trong 12 tháng vẫn đảm bảo chất lượng về chỉ số oxy hóa, đáp ứng được các chỉ tiêu chất lượng theo TCVN 10734:2015, chỉ tiêu về vi sinh, kim loại nặng và kháng sinh theo TCVN 5649:2006.

Sản phẩm được sự chấp nhận cao của người tiêu dùng khi so sánh với khô cá lóc có độ ẩm thấp trên thị trường. Từ khóa: cá lóc, công nghệ rào cản, dung dịch muối, độ hoạt động của nước, nhiệt độ thấp, protein. iii ABSTRACT The study was conducted to identify the essential characteristics of snakehead fish (Channa striata) cultured in some specific ecological zones in the Mekong Delta and the influences of the brine immersion in lipid and protein oxidation of fish muscle after slaughtering and subsequent storage. The result was to improve the quality of dried snakehead fish.

The research focused on (i) its biometric characteristics, the growth of characteristics, genetic relationships, and biochemical changes of snakehead fish after slaughter; (ii) the effects of salting and low temperature on the quality of fish muscle and its shelf-life, especially on the oxidation of lipid and protein; (iii) applying hurdle technology to prevent the lipid and protein oxidation in dried snakehead fish. The results of the DNA sequencing of 4 snakehead-fish samples cultured in Hau Giang, Tra Vinh, Dong Thap, and Vinh Long showed the strong similarity with Channa striata (99-100%). In the selected areas, the fishes of 500÷800 g obtained the highest fillet recovery. The fish cultured in Tra Vinh province not only showed high recovery efficiency (62.71%) but also had higher quality of fish muscle than the other farming areas.

The protein composition of fish contained 17 kinds of amino acids and polyunsaturated fatty acids (184.62 mg/100 g of Omega -3 and 417.4 mg/100 g of Omega 6). The storage temperature of snakehead fish after slaughter affected the activity of intracellular enzymes, oxidation, and changed the quality of muscle meat. The storage temperature of post-slaughter fish plays an important role in the meat quality. At the temperature of 30±2°C, the fish reached full rigor just 7.5 hours after death, and pH increased rapidly, leading to promote the activity of lipoxygenase, proteases and accelerating self-oxidation and protein degradation.

Conversely, lipid oxidation and protein degradation were slower at 0÷4°C. Slaughter fish soaked in 12% w/v NaCl, pH 8 at ambient temperature (28÷30ºC) in 3 hours prevented lipoxygenase and protease activities, therefore the quality of snakehead fish muscle was maintained. After 15 days of cold storage, brined fish maintained the good quality, expressed in the total aerobic bacteria; water holding capacity, the rate of exudate; peroxide value, TBARS index, total sulfhydryl-group, available sulfhydryl, and N-NH3 content. The frozen temperature could help prevent the lipid oxidation of brined fish fillets.

After 12 weeks of freezing, the activity of lipoxygenase enzyme, protease enzyme decreased significantly, while the peroxide index, TBARS, total and free sulfhydryl group still maintained. The quality of dried fish produced from the frozen snakehead fish at the pre-rigor or post-rigor stage after 12 weeks maintained as the same as fresh fish. Using the hurdle technology in processing and preservation showed the advantages in dried snakehead fish products. The effective hurdle aw constructed with iv the dry mode of product to a moisture content of 20% incorporated with glycerol (3%) and sorbitol (4%), acid ascorbic (0.04%) to decrease aw prevented oxidation.

Drying at 50°C with a hot airspeed of 2 m/s was suitable for the dried fish process to keep nutrition and high sensory quality. The product could be stored in PA with a vacuum degree of 80% at ambient temperature (28÷30ºC) for 12 weeks, cold storage (0÷4ºC) for 32 weeks, frozen storage (-18÷-20°C) for 12 months, and still maintained oxidation index, meeting the quality criteria according to TCVN 10734:2015, microbiological criteria, heavy metals and antibiotic following TCVN 5649:2006. The product got higher acceptance by customers than dried snakehead fish with low moisture content on the market. Key words: brine, hurdle technology, low temperature, snakehead-fish, protein, water activity.

v LỜI CAM ĐOAN Tôi tên là Trần Bạch Long, là NCS ngành Công nghệ sinh học, khóa 2015 (đợt 1). Tôi xin cam đoan luận án “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự oxy hóa lipid và protein trong thịt cá lóc (Channa striata) nuôi và sản phẩm cá lóc sấy khô” là công trình nghiên cứu khoa học thực sự của bản thân tôi được sự hướng dẫn của GS. Các thông tin được sử dụng tham khảo trong đề tài luận án được thu thập từ các nguồn đáng tin cậy, đã được kiểm chứng, được công bố rộng rãi và được tôi trích dẫn nguồn gốc rõ ràng ở phần Danh mục Tài liệu tham khảo.