Nghiên cứu tối ưu hóa công đoạn chiết rút kết tủa collagen từ da cá tra

Trong y học, nhờ tính chất tái tạo cấu trúc mô, Collagen được sử dụng rộng rãi để sản xuất da nhâ n tạo thay thế cho phần da chết của các vết bỏng, hay nó cũng được sử dụng cho các mục đ

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận v ăn này, em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại Học Nha Trang, Ban chủ nhiệm Khoa Chế Biến, Phòng thí nghiệm Hóa sinh-Vi sinh…đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy Lưu Hồng Phúc đã hướng dẫn tận tình,chỉ bảo em trong suốt thời gian nghiên cứu, giúp em hoàn thành luận văn một cách tốt nhất

Xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô trong bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm Trường Đại Học Nha Trang đã nhiệt tình truyền đạt k iến thức cho em trong suốt thời gian thực tập tại trường Đặc biệt các thầy cô phòng thí nghiệm Hóa sinh,Vi sinh, phòng thí nghiệm CNSH của viện Công Nghệ Sinh Học đã giúp đỡ, tạo điều kiện để luận v ăn được hoàn thành

Cuối cùng x in chân thành cảm ơn cha mẹ, gia đình bạn bè, những người luôn cổ

vũ động viên em v ề vật chất và tinh thần giúp đỡ em trong suốt quá trình thực tập

Nha Trang, ngày tháng 06 năm 2010

Sinh v iên thực hiện

Phạm Thị Trang

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH M ỤC CÁC BẢNG v

DANH M ỤC CÁC HÌNH vi

LỜI MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về cá Tra 4

1.1.1 Nguồn lợi cá Tra 4

1.1.2 Sản lượng nuôi và thị trường xuất khẩu cá Tra ở Việt Nam 5

1.1.3 Khái quát chung về cá Tra 8

1.1.4 Thành phần khối lượng và thành phần hóa học của cá Tra 13

1.1.5 Nguyên liệu da cá Tra 14

1.2 Tổng quan về Collagen 14

1.2.1 Khái niệm 14

1.2.2 Phân loại 15

1.2.3 Cấu tạo và cấu trúc 15

1.2.4 Tính chất của Collagen 17

1.2.5 Ứng dụng của Collagen 21

1.2.6 Các nghiên cứu trong và ngoài nước 24

1.3 Các phươ ng pháp kết tủa Collagen 26

1.3.1 Tủa bằng muối 26

1.3.2 Tủa bằng phương pháp đẳng điện 27

1.3.3 Tủa bằng ion kim loại 27

1.4 Hóa chất 27

1.4.1 Axit citric C6H8O7 27

1.4.2 Muối Natri C lorua NaC l 29

1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến công đoạn chiết – kết tủa 30

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯ ƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32

2.1 Đối tượng nghiên cứ u 33

2.1.1 Da cá Tra 33

2.1.2 Hóa chất 33

2.2 Phương pháp nghiên cứ u 34

2.2.1 Phương pháp thu và xử lý mẫu 34

2.2.2 Phương pháp phân tích 34

2.2.3 Phương pháp xử lý số liệu 35

2.2.4 Phương pháp tối ư u hóa các thông số kỹ thuật 35

2.2.5 Thiết bị sử dụng để thực hiện thí nghiệm 35

2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệ m 36

2.3.1 Sơ đồ quy trình nghiên cứu 36

2.3.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định chế độ chiết- kết tủa Collagen từ da cá Tra sau khi xử lý 38

Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 43

3.1 Kết quả phân tích thành phần hóa học cơ bản của da cá tra 44

3.2 Kết quả xác định chế dộ chiết – kết tủa Collagen từ da cá tra sau khi xử lý 44

3.2.1 Kết quả thăm dò chế độ chiết- kết tủa Collagen từ da cá Tra đã xử lý 44

3.2.2 Kết quả tối ưu chế độ chiết – kết tủa Collagen từ da cá đã xử lý 50

Chương 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 58

4.1 Kết luận 59

4.2 Đề xuất ý kiến 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

PHỤ LỤC 62

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ cá Tra 05

Bảng 1.2 Một số loài trong giống cá tra (Pagasius) ở Việt Nam 09

Bảng 1.3 Tỷ lệ khối lượng các thành phần khác nhau của cá Tra 13

Bảng 1.4 Thành phần hóa học cơ bản của cá Tra 13

Bảng 1.5 Một số tính chất muối ăn của NaCl 29

Bảng 3.1 Thành phần hóa học cơ bản của da cá Tra 44

Bảng 3.2 Kết quả các thí nghiệm quy hoạch thực nghiệm công đoạn chiết- kết tủa Collagen 50

Bảng 3.3 Kết quả thí nghiệ m ở tâm phương án 53

Bảng 3.4 Kết quả tối ư u hiệu suất thu Collagen trong công đoạn chiết- kết tủa 52

Bảng 3.5 Kết quả tối ư u độ nhớ t của Collagen trong công đoạn chiết kết tủa 54

Bảng 3.6 Kết quả thí nghiệ m xác định chế độ chiết –kết tủa Collagen tố ưu 56

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Hình ảnh trang thái bên ngoài của cá tra 08 Hình 1.2 Cấu trúc của Collagen 16 Hình 2.1 Nguyên liệu da cá Tra .33 Hình 3.1 Đồ thị biể u diễn sự ảnh hưởng của tỷ lệ dung dịch (dung dịch Axit citric/da cá) đến hiệu quả chiết Collagen .44 Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nồng độ Axit citric đến hiệu quả chiết Collagen 45

Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của thời gian ngâm da cá trong dung dịch Acid

citric đến hiệu quả chiết collagen 46

Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl đế n hiệu quả kết tủa

Collagen 48 Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn hiệu suất thu Collagen trong công đoạn chiết- kết tủa 52 Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn độ nhớ t của Collagen thu được ở công đoạn chiết- kết tủa 55

LỜ I MỞ ĐẦU

Collage n là một polyme với bản chất là protein dạng sợi chiế m tới 25% tổng lượng protein trong cơ thể người, có chức năng chính là kết nối các mô trong cơ thể lại với nhau Các nhà khoa học thường ví Collagen giống như một chất keo dính các bộ phận trong cơ thể người lại thành một khối hoàn chỉnh, nếu không có chúng cơ thể người sẽ chỉ là các phần rời rạc Colla gen có thể được thu nhậ n thông qua ăn uống thực phẩ m Tuy nhiê n, hiện nay nguồ n thực phẩm cung cấp Colla gen cho cơ thể con người hầu như rất ít, trong khi các triệu chứng thiếu Colla gen của cơ thể con người đang ngày càng nhiề u, biểu hiện rõ rệt như không thể tái tạo xương, thiếu tế bào sụn, viê m khớp xương, hay các bệnh về đĩa đệm cột sống….[20]

Bên cạnh đó, người ta đã khám phá ra rất nhiều ứng dụng hiệu quả của Collagen trong ngà nh y dược và mỹ phẩ m Trong y học, nhờ tính chất tái tạo cấu trúc mô, Collagen được sử dụng rộng rãi để sản xuất da nhâ n tạo thay thế cho phần da chết của các vết bỏng, hay nó cũng được sử dụng cho các mục đích điều trị về răng, điều trị sau phẫu thuật chấn thương, chỉnh hình Trong ngà nh mỹ phẩm, người ta sản xuất các sản phẩ m Collagen như một thứ vũ khí chống lão hóa và tái tạo da rất hiệu quả [20]

Collage n có thể tách chiết từ rất nhiều nguồn nguyê n liệu khác nhau như da, gân, xương, sụn của các loại động vật, hay có thế tách chiết Collagen từ vẩy, bong bóng cá Ở Việt Na m, lượng phế liệu da cá từ các nhà máy chế biế n cá Tra, cá Basa, cá Bớp… là rất lớn Hiện nay hầ u hết các doanh nghiệp chế biến cá Tra, cá Basa đều chưa tìm được hướng giải quyết lượng lớn phế liệ u này mà mới chỉ dừng lại ở việc xuất khẩu da dưới dạng nguyê n liệu thô (da cá tra-basa đông lạnh) cho các công ty nước ngoài chế biến tiếp Do vậy giá trị xuất khẩu không cao [20]

Chính vì vậy đề tài “Nghiên cứu tối ưu hóa công đoạn chiết rút-kết tủa Collagen từ da cá Tra” góp phần tìm ra giải pháp nâng cao hiệ u quả sử dụng phế liệu

da cá Tra nhờ tạo ra sản phẩ m Collagen có giá trị cao hơn hẳn da cá Tra thô đông lạnh

là cấp thiết Giúp các doanh nghiệp có khả năng sản xuất ra sản phẩm có giá trị cao hơn từ da cá, góp phần tăng thê m lợi nhuận cho doanh nghiệp thay vì xuất khẩu da thô

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng qua n về cá tra

1.1.1 Nguồn lợi cá Tra

Cá Tra phân bố ở một số nước Ðông Nam Á như Campuchia, Thái Lan, Indonexia và Việt Nam Ðây là một trong những loài cá nuôi quan trọng có giá trị kinh

tế Cá Tra được nuôi phổ biến hầu hết ở các nước Ðông Na m Á, là một trong 6 loài cá nuô i quan trọng nhất của khu vực này Bốn nước trong hạ lưu sông Mê kông đã có nghề nuô i cá Tra truyền thống là Thái la n, Campuc hia, Lào và Việt Nam do có nguồn

cá Tra tự nhiên phong phú Ở Ca mpuchia, tỷ lệ cá Tra thả nuôi chiế m 98% trong 3 loài thuộc họ cá Tra, chỉ có 2% là cá ba sa và cá vồ đém, sản lượng cá Tra nuô i chiếm một nửa tổng sản lượng các loài cá nuô i Một số nước trong khu vực như Thái Lan, Malaysia, Indonesia đã nuô i cá Tra có hiệ u quả từ nhữ ng thập niê n 70-80 [17]

Hiệ n na y nuôi cá Tra đã phát triển ở nhiều địa phương, không chỉ ở Na m bộ mà một số nơi ở miề n Trung và miền Bắc cũng bắt đầu quan tâ m nuôi các đối tượng này Nuôi thương phẩ m thâ m canh cho năng suất rất cao, cá Tra nuôi trong ao đạt tới 200 -

300 tấn/ ha, cá tra nuôi trong bè có thể đạt tới 100 - 300 kg/m3 bè Ðồng bằng sông Cửu Long ( ĐBSCL) và các tỉnh Na m bộ mỗ i nă m cho sản lượng cá tra nuôi hàng trăm ngàn tấn ÐBSCL có hơn 50% số tỉnh nuôi cá bè, nhưng tập trung nhất là hai tỉnh

An Giang và Ðồng Tháp, với hơn 60% số bè nuô i và có nă m đã chiếm tới 76% sản lượng nuô i cá bè của toàn vùng[17]

Nguồn giống cá Tra trước đây hoàn toàn phụ thuộc vào vớt trong tự nhiên Hàng năm vào khoảng đầu tháng 5 âm lịch, khi nước mưa từ thượng nguồn sông Cửu Long (MêKông) bắt đầu đổ về thì ngư dân vùng Tân châu (An Giang) và Hồng ngự (Ðồng Tháp) dùng một loại lưới hình phễu gọi là ’đáy’ để vớt cá bột Cá Tra bột được chuyển

về ao để ương nuô i thành cá giống cỡ 7-10cm và được vận chuyể n đi bán cho người nuô i trong ao và bè khắp vùng Na m Bộ Khu vực ương nuô i cá giống tập trung chủ yếu

ở các địa phương như Tân Châu, Châu Đốc, Hồng Ngự, các cù lao trên sông Tiền

Gia ng như Long Khánh, Phú Thuận Sản lượng vớt cá bột ngày càng giảm do biến động của điều kiện mô i trường và sự khai thác quá mức của con người Ðầu thập niên

90, sản lượng cá bột vớt hàng nă m chỉ đạt 150-200 triệu con [17]

Nghiên cứu sinh sản nhâ n tạo cá Tra được bắt đầu từ năm 1978 Từ nă m 1996, trường Ðaị học Cần Thơ, Viện nghiên cứu nuôi trồng Thủy sản II, công ty Agifis h An Gia ng đã nghiê n cứu nuôi vỗ thành thục cá bố mẹ và cho đẻ nhâ n tạo cá basa, cá Tra thành công, chủ động giải quyết con giống cho nghề nuôi cá này [17]

1.1.2 Sản lượng nuôi và thị trường xuất khẩu cá Tra ở Việ t Nam

Trong khoảng 7 năm gần đây, nhất là từ năm 2006 đến nay, nghề nuôi cá Tra đã phát triển mạnh ở ĐBSCL và cả nước Năm 2006, diện tích nuôi cá Tra của ĐBSCL chỉ 3.797 ha, năm 2008 đã tăng lên đến 5.700 ha Diện tích đã thu hoạch đến ngà y 19/

6/ 2009 là 1.133 ha, với sản lượng 312.337 tấn, năng suất bình quân 240 tấn/ha Không

tính lượng cá tồn đọng gần 7.000 tấn, sản lượng đến kỳ thu hoạch tính đến tháng 6/

2009 đã gần 120.000 tấn [23]

Nghề nuôi cá Tra còn phát triển lan rộng ra các tỉnh miền Trung và miề n Bắc Mặc dù chỉ mới tiếp cận với nghề nuô i cá nước ngọt này nhưng những hộ dân nơi đây

đã thu được những kết quả đáng kể Điển hình như ở Hà Tây đã có mô hình nuô i cá

Tra đạt 80 tấn/ha, hay ở Nghệ An có mô hình nuôi đạt sản lượng 150 tấn/ha [23]

Bảng 1.1 Tình hình sản x uất và tiêu thụ cá Tra

STT Địa phương Diệ n tích thả nuô i năm

cá Tra đông lạnh xuất khẩu tăng đều từ năm 2003 và đến nă m 2007 có sự tăng đột biến gấp 2 lần so với nă m 2006, ước đạt 400.000 tấn Mặt hàng cá Tra và Basa có sản lượng dẫn đầu trong tất cả các loài thủy sản xuất khẩu vào 6 tháng đầu năm 2007, với con số thống kê đạt khoảng 213.000 tấn tương ứng với khoảng trên 564 triệ u USD [20]

Theo thống kê đến hết năm 2008, doanh số xuất khẩu cá Tra, cá Basa ước đạt 1,4 tỷ USD Đánh giá chung tình hình xuất khẩu thuỷ sản nă m 2008 là nă m thành công của cá Tra, Basa Thời điể m đầu năm, giá xuất khẩu xuố ng thấp, các doanh nghiệp thiế u vốn thu mua cá khiến hàng ngà n tấn cá nguyên liệu tồn đọng ở các tỉnh ĐBSCL, gây tâ m lý lo ngại cho bà con nuôi cá Tra, Basa Nhưng sau một thời gian ngắn, nhờ đẩy mạnh xuất khẩu sang các nước Đông Âu, EU và mở rộng thị trường sang các nước vùng Trung Đông, nên mặt hàng cá Tra, Basa vẫn duy trì mức độ tăng trưởng cao Sau

11 tháng đã xuất khẩu được 584,7 ngà n tấn cá Tra, Basa đạt giá trị 1,33 tỷ USD, tăng 66,65%về khố i lượng và 48,84% về giá trị so với cùng kỳ năm 2007 Các thị trường

xuất khẩu cá Tra, Basa quan trọng là Nga (171,24 triệu USD, gấp 2,22 lần so với năm

2007, chiế m 12,84% giá trị xuất khẩu cá Tra, Basa) [22]

Năm 2009, xuất khẩu cá tra được 607.665 tấn, kim ngạch hơn 1,34 tỷ USD, so với nă m 2008 giả m theo thứ tự là 5,2 và 7,6% Năm 2009, cá tra Việt Na m xuất khẩu sang 133 thị trường Trong đó, ba thị trường hàng đầu đều có kim ngạch trên 100 triệu USD là Mỹ, Tây Ban Nha, Đức So với nă m 2008, cá tra mất 14 thị trường cũ, có thêm

17 thị trường mới Sản phẩ m cá tra xuất khẩu vẫn chủ yế u là filê đông lạnh nê n giá thấp So với nă m 2008, xuất khẩu cá tra năm 2009, giả m mạnh hơn ở hầu hết các thị trường Thậm chí, một số thị trường tăng được sản lượng mà kim ngạc h vẫn giảm, vào Tây Ban Nha sản lượng tăng 9% nhưng kim ngạch giả m 0,6% Các số liệu tương ứng ở Đức là tăng 0,2% giả m 1,7%, Trung Quốc tăng 4,6% giả m 2,4%, Hồng Kông tăng 3,9% giả m 3,3% Duy nhất ở thị trường Nga tăng được giá trị, nhưng không lớn, trong lúc sản lượng lại giảm lớn Trên thị trường thế giới, cá tra Việt Na m vẫn có thế mạnh gần như độc quyền Tuy nhiên, năm 2009 đã phải chứng kiến cá tra bị nói xấu nhiều nơi, một số thị trường đã cấm (sau mở lại) hoặc lă m le cấm như Nga, Ucraina [24]

Theo Hiệp hội Chế biến & Xuất khẩu Thủy sản Việt Na m, cả nước hiện có 281 doanh nghiệp xuất khẩu cá tra, trong đó chỉ khoảng 100 doanh nghiệp có nhà máy chế biến Năm 2010 duy trì diện tích và sản lượng cá tra tương đương năm 2009 là trên 6.000 ha và 1,2 triệu tấn Xuất khẩu ở mức 600.000 tấn như ng kim ngạch tăng lên 1,5

tỷ USD [24]

Nhìn chung với thế mạnh và hiệ u quả của nghề nuôi cá Tra, 10 nă m qua, từ một loài cá bản địa, cá Tra đã trở thành sản phẩm chiến lược quốc gia, sản lượng nuôi tăng gấp 65 lần, đóng góp khoảng 2% GDP của cả nước; chiế m hơn 1/2 tổng sản lượng thuỷ sản xuất khẩu cả nước Thị trường tiê u thụ cá Tra đã được mở rộng và có uy tín ở 130 nước và vùng lãnh thổ Một số nước, khu vực nhập khẩu lớn là Ucraina, Nga, EU, Bắc Phi, Trung Đông, Mỹ Nhó m sản phẩm cá Tra càng quan trọng bởi chỉ sử dụng một

diện tích rất nhỏ bé để nuôi (khoảng 6.000 ha mặt nước, bằng 1% diện tích nuôi tô m),

có năng lực cạnh tranh trên thị trường quốc tế, tạo việc là m cho hàng chục vạn công nhâ n, nông ngư dân, góp phần chuyể n dịch cơ cấu kinh tế, nhất là ở vùng nông thôn ĐBSCL[24]

1.1.3 Khái quát chung về cá Tra

1.1.3.1 Đặc điểm s inh học của cá Tra

Cá Tra là loại cá da trơn, một trong 11 loài thuộc họ cá tra (Pangasiidae) đã được xác định ở sông Cửu Long Tài liệu phân loại gần đây nhất của tác giả W.Rainboth xếp cá Tra nằ m trong giố ng cá Tra dầu Cá Tra dầu rất ít gặp ở nước ta và còn sống sót rất ít ở Thái Lan và Campuc hia, đã được xếp vào danh sách cá cần được bảo vệ nghiê m ngặt (sách đỏ) Cá Tra và Basa của ta cũng khác hoàn toàn với loài cá nheo Mỹ (Ictalurus punctatus) thuộc họ Ictaluridae

Hình 1.1 Hình ảnh trạng thái bên ngoài của cá Tra

1.1.3.2 Phân loại cá tra

Cá Tra thuộc lớp cá Lưỡng Tiêm (Pisces)

Bộ cá Nheo Silur iformes

Họ cá Tra Pangas iidae

Giố ng cá tra dầu Pangasia nodon

Loài cá tra Pangasia nodon hypophtha lmus (Sauvage 1878)

Bảng 1.2 Một số loài trong giống cá tra (Pagasius) ở Việt Nam

Các loài trong giống cá Tra Việt Nam STT Tên khoa học Tên Việt Nam

1.1.3.3 Phân bố

Cá Tra phân bố ở lưu vực sông Mêkong nên nó có mặt ở cả bốn nước Việt Nam, Lào, Ca mpuchia, Thái Lan Người ta còn tìm thấy cá Tra trên lưu vực sông Chaophraya của Thái Lan Ở Việt Nam rất ít bắt gặp cá Tra trưởng thành trên các con sông mà chủ yếu ở sông Tiền và sông Hậu là loại cá bột và cá giống Trước khi có phương pháp sinh sản nhân tạo, người dân thường có nghề vớt cá bột và cá giống này

về bán cho các ao, bè nuôi [17]

1.1.3.4 Hình thái sinh lý

Cá Tra là cá da trơn (không vẩy), thân dài, lưng xá m đen, bụng hơi bạc, miệng rộng, có 2 đôi râu dài Cá Tra sống chủ yếu trong nước ngọt, có thể sống được ở vùng nước hơi lợ, có thể chịu đựng được nước phèn với pH >5, dễ chết ở nhiệt độ thấp dưới 150C, nhưng chịu nóng tới 39oC Cá Tra có số lượng hồng cầu trong máu nhiều hơn các loài cá khác Cá có cơ quan hô hấp phụ và còn có thể hô hấp bằng bóng khí và

da nên chịu đựng được môi trường nước thiế u oxy hòa tan Tiê u hao oxy và ngưỡng oxy của cá Tra thấp hơn 3 lần so với cá mè trắng [17]

1.1.3.5 Ðặc điểm dinh dưỡng

Cá Tra khi hết noãn hoàng thì thích ăn mồi tươi sống, vì vậy chúng ăn thịt lẫ n nha u ngay trong bể ấp và chúng vẫn tiếp tục ăn nhau nếu cá ương không được cho ăn đầy đủ, thậm chí cá vớt trên sông vẫn thấ y chúng ăn nhau trong đáy vớt cá bột Ngoài

ra khi khảo sát cá bột vớt trên sông, còn thấy trong dạ dày của chúng có rất nhiều phần

cơ thể và mắt cá con các loài cá khác Dạ dày của cá phình to hình chữ U và co giãn được, ruột cá Tra ngắn, không gấp khúc lên nhau mà dính vào mà ng treo ruột ngay dưới bóng khí và tuyến sinh dục Dạ dày to và ruột ngắn là đặc điểm của cá thiên về ăn thịt Ngay khi vừa hết noãn hoàng cá thể hiệ n rõ tính ăn thịt và ăn lẫn nhau, do đó để tránh hao hụt do ăn nha u trong bể ấp, cần nhanh chóng chuyển cá ra ao ương Trong

quá trình ương nuô i thành cá giố ng trong ao, chúng ăn các loại phù du động vật có kích thước vừa cỡ miệ ng của chúng và các thức ăn nhân tạo Khi cá lớn thể hiện tính ăn rộng, ăn đáy và ăn tạp thiên về động vật nhưng dễ chuyển đổi loại thức ăn Trong điều kiện thiế u thức ăn, cá có thể sử dụng các loại thức ăn bắt buộc khác như mùn bã hữu

cơ, thức ăn có nguồn gốc động vật Trong ao nuô i cá Tra có khả năng thích nghi với nhiề u loại thức ăn khác nha u như cá m, rau, động vật đáy [17]

1.1.3.6 Ðặc điểm s inh trưởng

Cá Tra có tốc độ tăng trưởng tương đối nha nh, còn nhỏ cá tăng nha nh về chiều dài Cá ương trong ao sau 2 tháng đã đạt chiều dài 10-12c m (14-15gam) Từ khoảng 2,5 kg trở đi, mức tăng trọng lượng nhanh hơn so với tăng chiề u dài cơ thể Cá Tra trong tự nhiên có thể sống trên 20 nă m Ðã gặp cỡ cá trong tự nhiên18 kg hoặc có mẫu

cá dài tới 1,8 m Trong ao nuôi vỗ, cá bố mẹ cho đẻ đạt tới 25 kg ở cá 10 năm tuổi Nuôi trong ao 1 nă m cá đạt 1-1,5 kg/con ( nă m đầu tiên ), những nă m về sau cá tăng trọng nhanh hơn, có khi đạt tới 5- 6 kg/nă m tùy thuộc mô i trường sống và sự cung cấp thức ăn cũng như loại thức ăn có hàm lượng đạm nhiều hay ít Ðộ béo Fulton của

cá tăng dần theo trọng lượng và nha nh nhất ở những nă m đầu, cá đực thường có độ béo cao hơn cá cái và độ béo thường giả m đi khi vào mùa sinh sản [17]

1.1.3.7 Ðặc điểm s inh s ản

Tuổ i thành thục của cá đực là 2 tuổi và cá cái 3 tuổi, trọng lượng cá thành thục lần đầu từ 2,5-3kg Trong tự nhiên chỉ gặp cá thà nh thục trên sông ở địa phận của Campuchia và Thái Lan Ngay từ nă m 1966, Thá i Lan đã bắt cá Tra thành thục trên sông (trong đầm Bung Borapet) và kích thíc h sinh sản nhân tạo thành công Sau đó họ nghiên cứu nuô i vỗ cá tra trong ao Ðến nă m 1972 Thái Lan công bố quy trình sinh sản nhâ n tạo cá tra với phương pháp nuôi vỗ cá bố mẹ thành thục trong ao đất [17]

Cá Tra không có cơ quan sinh dục phụ (sinh dục thứ cấp), nên nếu chỉ nhìn hình dáng bên ngoài thì khó phân biệt được cá đực, cái Ở thời kỳ thành thục, tuyến sinh dục

ở cá đực phát triển lớn gọi là buồng tinh hay tinh sào, ở cá cái gọi là buồng trứng hay noãn sào Tuyến sinh dục của cá Tra bắt đầu phân biệt được đực cái từ giai đoạn II tuy màu sắc chưa khác nhau nhiều Các gia i đọan sau, buồng trứng tăng về kíc h thước, hạt trứng mà u vàng, tinh sào có hình dạng phân nhá nh, màu hồng chuyển dần sang màu trắng sữa Hệ số thành thục của cá Tra khảo sát được trong tự nhiên từ 1,76- 12,94 (cá cái) và từ 0,83-2,1 (cá đực) ở cá đánh bắt tự nhiê n trên sông cỡ từ 8-11kg Trong ao nuô i vỗ, hệ số thành thục cá tra cái có thể đạt tới 19,5% [17]

Mùa vụ thành thục của cá trong tự nhiên bắt đầu từ tháng 5- 6 dương lịch, cá có tập tính di cư đẻ tự nhiên trên nhữ ng khúc sông có điều kiệ n sinh thái phù hợp thuộc địa phận Campuchia và Thái Lan, không đẻ tự nhiên ở phần sông của Việt Nam Bãi

đẻ của cá nằ m từ khu vực ngã tư giao tiếp 2 con sông Mêkông và Tonlesap, từ thị xã Kratie (Ca mpuchia) trở lên đến thác Khone, nơi giáp biên giới Ca mpuc hia và Lào Nhưng tập trung nhất từ Ka mpi đến hết Koh Rongiev thuộc địa giới 2 tỉnh Kratie và Stung Treng Tại đây có thể bắt được những cá Tra nặng tới 15 kg với buồng trứng đã thành thục Cá đẻ trứng dính vào giá thể thường là rễ của loài cây sống ven sông Gimenila asiatica, sau 24 giờ thì trứng nở thành cá bột và trôi về hạ nguồn [17]

Trong sinh sản nhân tạo, ta có thể nuôi thành thục sớm và cho đẻ sớm hơn trong

tự nhiên (từ tháng 3 dương lịch hàng năm), cá Tra có thể tái phát dục 1- 3 lần trong một năm Số lượng trứng đếm được trong buồng trứng của cá gọi là sức sinh sản tuyệt đối Sức sinh sản tuyệt đối của cá Tra từ 200 ngàn đến vài triệu trứng Sức sinh sản tương đối có thể tới 135 ngàn trứng/kg cá cái Kích thước của trứng cá Tra tương đối nhỏ và

có tính dính Trứng sắp đẻ có đường kính trung bình 1mm Sau khi đẻ ra và hút nước đường kính trứng khi trương nước có thể tới 1,5-1,6mm [17]

1.1.4 Thành phầ n khối lượng và thành phầ n hóa học của cá Tra

Tỷ lệ các thành phần khối lượng của cá Tra phụ thuộc vào trọng lượng cá khi thu hoạch và hình thức nuôi… thành phần khố i lượng được phân ra các phần sau:cơ thịt,đầu, vẩy,da, xương, nội tạng…

Bảng 1.3 Tỷ lệ k hối lượng các thành phần khác nhau của cá Tra

Thịt cá (%) Mỡ cá (%) Xương, đầu, vây (%) Nội tạng (%) Da (%)

33- 38 15- 25 17-42 2,5-4 5-7,5

Thà nh phần hóa học của thịt cá Tra bao gồ m: nước, protein, lip it, gluxit, khoáng chất, vita min, enzym, hor mon Cũng giống như những loài thủy sản khác, thành phần hóa học khác nhau về giống loài, trong cùng một loài nhưng sống ở mô i trường nước khác nhau thì thành phần hóa học cũng khác nhau Thành phần hóa học của cá Tra còn phụ thuộc vào mùa vụ, thời tiết khí hậu, nguồn thức ăn, trạng thái sinh

lý của cá Thành phần hóa học ảnh hưởng rất lớn đến giá trị cảm quan và giá trị dinh dưỡng của sản phẩ m [4]

Bảng 1.4 Thành phần hóa học cơ bản của cá Tra

Thành phần dinh dưỡng trên 100g sản phẩ m ăn được

Calo Calo từ

chất béo

Tổng lượng chất béo

Chất béo bão hòa Cholesterol Natri Protein 124,52

cal

30,84 3,42g 1,64g 25,20 mg 70,60

mg 23,42g

1.1.5 Nguyê n liệ u da cá Tra

Hiệ n nước ta có khoảng 168 doanh nghiệp xuất khẩu cá Tra, cá Basa Các doanh nghiệp này có khả năng tiêu thụ khoảng 4.000 tấn nguyên liệ u/ngày Với tỷ lệ này, hằng ngày các nhà máy chế biến thủy sản thải ra môi trường một lượng rất lớn phụ phế phẩm gồ m đầu, xương, mỡ, da cá, … Theo ước tính của VASEP (2006), nếu sản lượng cá Tra nguyê n liệu đạt 1 triệu tấn trong năm 2008, thì các nhà máy chế biến thủy sản sẽ phải loại bỏ hơn 600.000 tấn phế phẩ m cá tra Do đó, việc gia tăng giá trị sử dụng nguồn phế liệu này trở thành một yêu cầu cấp thiết nhằm giải quyết vấn đề phát triển kinh tế xã hội đồng thời gìn giữ mô i trường sống của cộng đồng [18]

Da cá là một trong những loại nguyên liệ u còn lại chiế m tỷ trọng khá cao, khoảng 4,8% đến 5,1% tùy thuộc vào hình thức nuô i và kích cỡ cá khi thu hoạch Nếu như mỗi ngày các doanh nghiệp chế biến các sản phẩ m cá Tra ở Việt Nam tiêu thụ khoảng 4.000 tấn nguyên liệu thì cũng đồng nghĩa với việc họ loại ra khoảng 192 đến

204 tấn da cá Tra Cho đến nay, hình thức xử lý lượng da cá Tra này mới chỉ dừng lại

ở việc một phần rất nhỏ đe m chế biến thành thực phẩm như bánh phồng, da cá tẩm gia

vị, một phần nhỏ lẻ khác sản xuất Gelatin, còn hầu hết phần lớn lượng da cá này được xuất khẩu đông lạ nh với giá thành rất rẻ 35cent/kg hay khoảng gần 6000VNĐ/kg [18]

Thà nh phần hóa học của da cá nói chung thường bao gồ m khoảng 60- 70% là nước, một ít chất vô cơ, còn lại là protein và chất béo Protein của da cá chủ yếu là collagen, elastin, keratin, rutin, globulin, và alb ulmin[4]

Collagen chiế m khoảng 25- 35% tổng số protein trong động vật có vú Các phân tử Collagen có hình dạng và chức năng khác nha u đặc trưng cho từng loại [9]

1.2.2 Phân loại

Cho đến nay, người ta đã xác định được có hơn 20 loại Collage n khác nhau Các loại Collagen chiế m đa số là Collage n loại I, II, III, IV và V Tất cả các loại Colla gen đều chứa đơn vị cấu trúc là xoắn bộ ba Tuy nhiên, độ dài của xoắn bộ ba này và trạng thái tự nhiên cũng như kích thước của những phần không thuộc xoắn bộ ba trên phân

tử là rất khác nhau tùy thuộc vào loại Collagen Collagen loại I thường là thành phần chủ yếu trong da, gân và xương Collagen loại II lại chủ yếu có trong sụn, và Colla gen loại III lạ i thấy trong da của cơ thể trưởng thà nh.Các phân tử Collage n loại I, II, III tập hợp lại với nhau tạo thành dạng sợi mỏng, dài có cấu trúc đơn giản Ngược lại Collagen loại IV lạ i tạo ra mạ ng lưới 2 cấp phức tạp hơn Các loại Collagen khác cũng kết hợp thành dạng sợi liê n kết chúng với nha u hoặc liên kết với các thành phần mạng lưới khác [9]

1.2.3 Cấu tạo và cấu trúc

- Công thức hoá học: C4H6N2O3R2.(C7H9N2O2R)n.[22]

- Công thức cấu tạo:

- Cấu trúc phân tử colla gen:

Hình 1.2 Cấu trúc của Collagen a) cấu trúc của collagen; b) cấu trúc của xoắn bộ ba

Theo kết quả nghiên cứu, một sợi Colla gen là một bó các sợi lớn Mỗi sợi lớn lại là một bó gồm nhiều sợi nhỏ Sợi nhỏ lại bao gồ m nhiề u xoắn bộ ba Mỗi xoắn này

là tập hợp của 3 mạch polypeptid bện lại với nha u, được gọi là đơn vị cấu trúc của Collagen [26]

Đơn vị cấu trúc của phân tử Collagen, được gọi là tropoColla gen là một dải dài 300nm và có đường kính 1,5nm, tạo thành bởi 3 mạch polypeptid Một mạch polypeptid chứa chính xác 1050 amino acid Tất cả các Collage n đều chứa các phân đoạn có xoắn 3 thành phần của cấu trúc đơn giả n này [26]

Cấu trúc xoắn bộ 3 của Collagen tăng lê n từ 3 loại acid a min chủ yếu là Glyc ine, Proline, và Hydroxyproline Các acid amin này tạo nên các đoạn ren lặp lại Gly-Pro- X, trong đó X có thể là bất kỳ một acid amin nào Mỗi acid amin có một chức năng riêng biệt Mặt bên của Glyc ine, có một nguyê n tử H duy nhất khớp với trung tâm dày đặc của xoắn 3 thành phần Hydro trong liên kết NH của Glyc ine còn lạ i với một nhó m CO trong mạch peptid trong polypeptid liền kề giúp giữ vững 3 mạch với nhau Góc hợp bởi C và N trong vòng peptidyl của Proline hoặc Hydroxyproline cho phép mỗi mạch polypeptid tạo nếp gấp trong một đường xoắn với một cấu trúc hình học như

là các mạch polypeptid có thể xoắn lại với nhau tạo nên một xoắn 3 thành phần Điều đặc biệt là mặc dù liên kết không linh động peptidyl-proline phá vỡ sự xếp kín của các acid a min trong một xoắn anpha, nhưng chúng lại làm ổn định vòng xoắn Collage n 3 thành phần [26]

Các sợi Collage n loại I có sức bền chịu căng rất lớn- đây là loại Collage n có thể

bị kéo căng, vuốt dài ra mà khô ng bị đứt Các sợi này có đường kính sấp xỉ 50nm và chiề u dài khoảng và i micro met, chúng được tập hợp cạnh nhau trong các bó song song Các sợi Collagen trong gân liên kết với các bắp thịt và với xương nên bắt buộc chúng phải chịu được một lực khổng lồ Có thể ví Collage n loại I cứng hơn thép [26]

1.2.4 Tính chất của Collagen

1.2.4.1 Tương tác của Collage n với nước

Collagen hút nước trương nở là m tăng thể tíc h nguyên liệu, làm giả m độ bền liên kết trong phân tử Collagen Khi đó Collage n dễ chuyển thành ge llatin hơn Khi bị trương nước mạch Colla gen trở lên lỏng lẻo, khi hút nước chuỗi cực tính của Colla gen

bị ion hóa nhẹ[4]:

1.2.4.2 Tác dụng giữa Collage n với môi trường kiề m, acid

Trong môi trường kiề m hoặc acid thì Collagen có khả năng hút nước và trương

nở mạ nh hơn rất nhiều, kè m theo là quá trình tỏa nhiệt và là m giả m nhanh độ bền liên kết, đồng thời có các biế n đổi sau:

- Bị cắt mạch muối (liê n kết nội phân tử do nhó m NH3/COO- ) làm giả m độ bền liên kết mạch chính và dễ chuyển thành gellatin hơn

Trên mạch Collagen có các gốc cacboxyl (-COOH ) và các amin (- NH3 ) nên khi

có mặt NaOH thì ion của nó tác dụng với gốc cacboxyl và làm cho điệ n tích trên gốc amin bị ức chế

Dưới tác dụng của dung dịch kiề m thì Collagen bị phá hủy cấu trúc bậc cao, chuỗ i polypeptid giãn xoắn dẫn tới việc phá hủy từng cấu trúc Collagen để tạo ra gelatin khi gia nhiệt Nhờ đó mà là m cho nguyên liệu trở nên mề m mại hơn, tạo điều kiện thuậ n lợi cho các công đoạn xử lý tiếp theo Ngoài ra kiề m còn hòa tan các protein khác như : albumin, mucoid, keratin, sắc tố [4]

Collage n Gelatin

Trong điều kiện có acid, ion H+ của acid tác dụng với nhóm COO- , điện tích caboxyl bị ức chế (hình thành acid yếu có độ ion hóa thấp) Trái lại gốc amin bị ion hóa thành –NH3[4]

Trong điều kiện có kiềm mạnh thì ngược lại gốc a min bị ức chế

Trong điều kiện có nước, thì nước có thể tác dụng với các nhó m mang điện trong phân tử protein và những io n Na+, Cl- hình thành các nhó m hydrat của Collagen, khiế n cho Collagen trong môi trường acid, kiềm có độ hút nước cao hơn trong nước nguyên chất[4]

Để biểu thị sự biến đổi của Colla gen dưới tác dụng của kiề m, acid nói chung đều dùng độ keo thủy phân là m chỉ tiêu Độ keo phân giả i là chỉ hà m lượng keo tạo thành sản phẩ m có thể tan trong nước (thường là trong điều kiện đun nóng), những sản phẩ m này dưới nồ ng độ tương ứng trong điều kiện làm lạnh có thể biến thành keo[4]

Collage n thủy phân thành gelatin phản ứng được tiến hành như sau:

Khi xử lý ở nhiệt độ cao trong nước, keo tiếp tục thủy phân thành:

COOH

Nhiệt độ

Từ đó cho thấy trong quá trình xử lý keo cần thiết phải khống chế nhiệt độ và thời gian thíc h hợp để thu được sản phẩm keo có chất lượng cao

Collage n của động vật trên cạn thì ở nhiệt độ ≥ 80oC mới chuyển thành Gelatin Còn với Colla gen của động vật thủy sản thì ở nhiệt độ ≥ 70oC thì đã chuyể n hóa thành Gelatin Tuy nhiên với nguyê n liệu đã qua xữ lý kiề m và acid thì nhiệt độ có thể xuông còn 50-60oC thì Collage n đã chuyển thành Gelatin[4]

Quá trình chuyển hóa Collage n thành Gelatin :

Colla gen + H2O Gelatin

Nếu tiếp tục gia nhiệt thì sản phẩ m tạo thành là Gelaton và Gelatose và nếu tiếp tục gia nhiệt thì tạo ra cá sản phẩ m là Peptone, Peptid, Acid a min, NH3…[4]

1.2.4.4 Những tính chất khác của Collage n

Collage n trong dung dịc h muố i trung tính cùng với gốc –COOH và –NH2 sinh thành các hợp chất muối Tác dụng phân giải Colla gen của NaCl so với Na2SO4 mạnh hơn (do độ điện li của NaCl lớn hơn) [4]

Nhiều thực nghiệ m cho thấy rằng: tác dụng của enzym trypsin đối với Colla gen

tự nhiên rất nhỏ, nhưng đối với Collagen đã qua xử lý (như đun nóng, ngâ m acid, kiềm, muố i ) thì nó có tác dụng phân giải khá mạnh ở điều kiện thích hợp nhất là pH =8,1-8,2, nhiệt độ 370C[4]

Tác dụng phân giải Collagen của enzym pepsin mạnh hơn so với enzym trypsin Điề u kiện thích hợp của nó là pH =1,65-1,7, nhiệt độ t=370C

1.2.5 Ứng dụng của Collagen

Theo tiếng Hy Lạp, Collagen nghĩa là keo hồ dính Người ta thực hiện quá trình đun sôi da và gân ngựa để thu được loại hồ dính này Tính chất dính kết của Colla gen được người Ai Cập sử dụng khoảng 4.000 nă m trước đây, và người Mỹ dùng nó trong các vĩ kéo của đàn violo n khoảng 1.500 nă m trước [19]

1.2.5.1 Ứng dụng trong thực phẩ m

Nếu Collagen được thủy phân một phần, 3 chuỗi tropoCollagen sẽ phân tách thành các cuộn xoắn hình cầu, và sinh ra gelatin- loại được dùng nhiề u trong thực phẩ m Bên cạnh đó gelatin được dùng trong y dược, mỹ phẩ m và công nghệ phim ảnh Collagen và ge latin là các protein chất lượng thấp vì chúng không chứa tất cả các acid amin cần thiết đáp ứng nhu cầu của cơ thể con người, hay nói cách khác nó không phải

là protein hoàn hảo Các nhà sản xuất Collage n dựa trên việc bổ sung Colla gen trong chế độ ăn hàng ngà y, họ sản xuất ra các loại sản phẩn Collage n có thể cải thiện tính chất của da và móng tay, móng chân Tuy nhiên, về cơ bản các nghiên cứu khoa học chưa chỉ ra bất kỳ một bằng chứng nào ủng hộ cho các mục đích này [19]

Hiệp hội chế biế n phụ phẩ m giết mổ Hoa kỳ đã sử dụng Collage n để nhồi vào

vỏ xúc xích nhằm cải thiện trạng thá i của sản phẩ m nà y [8]

1.2.5.2 Ứng dụng trong mỹ phẩ m

Người từ tuổi 25 trở đi, Collagen bắt đầu suy yếu và giả m quá trình sinh thêm khoảng 1,5% mỗ i nă m Đến độ tuổi 40, cơ thể con người ngừng sản sinh ra Collagen Mặt khác, Colla gen là thành phần cấu trúc cơ bản của da Nó đe m lại cho da

sự vững chắc, mề m mạ i và khỏe mạnh, nó giúp duy trì sự đàn hồi và độ ẩ m của da Khi

độ tuổi tăng, khi gặp phải những yếu tố có hại đặc biệt là tia sáng mặt trời, Collagen rất

dễ bị tổn thương Sự thoái hoá của nó dẫn tới những nếp nhă n trên da phát triển theo độ tuổi Collage n cũng được bổ sung vào giác mạc để bảo vệ thuỷ tinh thể Nó cũng được

sử dụng trong ngành mỹ phẩ m như kem dưỡng mô i, dưỡng da Với làn da, ngoài nhiệm

vụ liên kết Collagen còn có nhiệm vụ tạo sự đàn hồi Đây chính là lý do tại sao Collagen ở da có định dạng khác so với Collagen ở các bộ phận khác, các liê n kết sợi Collagen ở da lỏng hơn nhằ m giúp là m tăng sự đàn hồ i và tính linh hoạt của Collagen,

vì chúng có thể đàn hồ i theo 4 chiề u, tuy nhiê n cũng chính vì vậy mà chúng dễ bị tổn thương ha y đứt gẫy do tác động ở bên ngoài Colla gen của da khoẻ mạnh, liê n kết tốt

sẽ giúp da có sự đàn hồi như không bị rạn khi mang thai, không bị da thừa khi giảm cân, không bị nếp nhăn khi chuyển động cơ lặp đi lặp laị, không bị chùng nhão da mặt

và không bị sẹo sau tổn thương

Hiệ n nay có rất nhiề u sản phẩm mỹ phẩ m chứa Colla gen Ví như sản phẩm Phia ls of Collage n and Elastin với các thành phần chính là Colla gen, elastin và vita min

F, trong đó Colla gen được chiết xuất từ da heo giúp kíc h thích tế bào và sửa chữa các khiế m khuyết ở mô nhờ đó phục hồi khả năng đàn hồi của da Đồng thời, sản phẩm còn

có thể điều trị các vết rạn do tăng cân hay mang thai Điề u trị trẻ hoá bằng Colla gen 25% được sử dụng cho những phụ nữ từ 35 tuổi bắt đầu có dấu hiệu lão hoá với sự xuất hiệ n của các nếp nhăn, da bị mất nước, chùng nhão, chảy xệ không còn căng mịn như trước nữa Sản phẩ m Beautee Colla gen Cell Pure với hà m lượng Collagen nguyên nhất lên tới 25%, có khả năng bổ sung và duy trì độ ẩ m cho da, cung cấp dinh dưỡng

và bảo vệ da chống lạ i mô i trường ô nhiễ m bên ngoài Ngoài ra, sản phẩ m còn có khả năng xoá bỏ các nếp nhăn nông, cải thiện và là m mờ các nếp nhăn sâu do tuổi tác, phục hồi lại khả năng đàn hồi tự nhiên cho da, ngăn chặn sự hình thành nếp nhăn trên

da, thúc đẩy trẻ hoá tế bào theo cơ chế tự nhiê n [22]

Nắ m bắt được tính năng tuyệt vời của Colla gen, Tập đoàn Suwe lack đã quyết định ứng dụng vào ngành mỹ phẩ m và mặt nạ sinh học MATRICOL đã ra đời Đây là sản phẩ m chă m sóc da hoàn hảo được là m từ Colla gen nguyê n chất Mặt nạ MATRICOL được tinh chế từ Collagen bò nguyên chất qua các quá trình ướp lạnh và

sấy khô, vẫn mang đầy đủ những đặc tính và công dụng ưu việt của nó Colla gen bò có cấu trúc hoàn toàn tương đồng với cấu trúc Collagen của người vì vậy khả năng hấp thụ và tương hợp rất dễ dàng, cho hiệu quả nhanh chóng, tự nhiên với cảm giác thư giãn, nhẹ nhà ng [22]

Chính vì vậy, Collagen đóng vai trò đặc biệt quan trọng về sức khoẻ cũng như sắc đẹp của con người

1.2.5.3 Ứng dụng trong y học

Collage n là một trong những chất liệu sinh học quan trọng nhất trong các ứng dụng y học hiệ n đại ngày nay Collage n là hợp chất sản sinh ra các khớp xương và mạc h máu Các sản phẩ m bông gạc làm từ Colla gen của Tập đoàn Suwe lack sẽ giúp các vết thương nhanh lê n da non và mau lành sẹo [22]

Collage n sử dụng trong ngành y học phải qua công đoạn tiệt trùng Nhờ các tính chất lý sinh học của nó, Collage n đang được sử dụng khá hiệu quả trong việc điều trị các vết thương, điều trị sau chấn thương, chỉnh hình, điều trị răng, làm màng bảo vệ thủy tinh thể ở mắt Theo các nghiên cứu của Lazovic G., Colic M., Grubor M., Jovanovic M thuộc trung tâm điều trị bỏng ở Serbia, sử dụng màng Collage n đắp lên các vết bỏng nặng có thể giúp phục hồ i chúng sau 10 ngày [22]

Điề u trị bằng Collagen có độ an toàn cao: phần lớn các sản phẩ m Colla gen nguyên chất đều được chiết xuất trực tiếp từ da động vật là lợn, bò, cừu và cá da trơn, đặc biệt hơn, có một số loại Collagen được chiết xuất trực tiếp từ cơ thể người Chính nhờ Collagen không có hoặc có tính kháng nguyên rất thấp nên chúng hoàn toàn không

có các chất hoá học hay độc tố, khả năng tương thích với cơ thể con người có thể lên tới 100% mà không hề có phản ứng đào thải hay loại bỏ Tất cả mọ i người ở mọ i lứa tuổi đều có thể sử dụng chúng vì sự là nh tính của chúng [24]

Collage n loại I được sử dụng trong ngành công nghiệp thuốc và dược phẩ m Collagen được thu từ các mô động vật như da, gân và xương rồi được chuyển thành dạng dung dịc h sau khi xử lí acid Dung dịc h Collagen nà y được kết tủa bằng phương pháp thẩ m tích Trong quá trình kết tủa, các sợi Colla gen hình thành Lúc này có thể tạo hình cho nó thành những tấ m, miếng 0,5- 2 cm để sản xuất vỏ thuốc hoặc thuốc điều trị bỏng hoặc tạo ra kích thước phù hợp để phối trộn vào các kem mỹ phẩm sau khi đã được thanh trùng Các nhà nghiên cứu cho rằng kể cả những vết bỏng sâu cũng

có thể được điều trị nhanh và hữu hiệ u nhờ các băng y tế có Collage n [21]

Số lượng các liên kết mạch ngang trong cấu trúc dưới phân tử Collagen có thể điều chỉnh thời gian phân giả i của tia UV lên niê m mạc mắt Vì vậy họ đã nghiên cứu chế tạo các màng bảo vệ mắt [22]

Ngoài ra Collage n còn được ứng dụng trong công nghệ sinh học, Colla gen phối hợp với vật liệu nhu mô có thể được sử dụng như một chất mang bề mặt mới trong nuô i cấy tế bào động vật [26]

Tó m lại bên cạnh những ứng dụng trong ngành công nghiệp thuộc da, Collagen được sử dụng rộng rãi trong ngà nh mỹ phẩm, phẫu thuật, nha khoa, thuốc viê m mắt, cũng như các ứng dụng khác trong ngành công nghệ sinh học

1.2.6 Các nghiên cứu trong và ngoài nước

1.2.6.1 Nghiê n cứu trong nước

Đến thời điể m hiện nay, tác giả chưa tìm thấy công trình nghiên cứu nào về việc thu nhận Colla gen từ da cá Tra tại Việt Nam, ngoại trừ nghiên cứu gần đây của tác giả Trần Thị Huyền, đại học Nha Trang, nghiê n cứu quy trình sản xuất Collage n

từ da cá Tra, luận văn thạc sỹ kỹ thuật

1.2.6.2 Nghiê n cứu nước ngoài

Nă m 2000, Takeshi Nagai- phòng thí nghiệm hóa sinh học biển, khoa nuô i trồng, trường đại học Kyus hu, Nhật Bản, và Nobutaka Suzuk i, trường đại học quốc gia, Nhật Bản, đã nghiê n cứu và đề xuất các quy trình tách chiết Colla gen từ các phế liệu cá như xương, da, vây [15]

Nă m 2001, Nhó m nghiê n cứu Takeshi Nagai, Eiji Yamashita, Kei Taniguc hi, Norio Kanamori, và Nobutaka Suzuki đã thực hiện nghiên cứu tách chiết Collagen từ

da mực, nhiệt độ biế n tính là 270C [16]

Nă m 2003, Maria Sadowska, Ilona Kolodziejska, Celina Niecikowska, trường đại học công nghệ Gdansk Balan đã nghiên cứu thử nghiệ m tách chiết Collagen từ da

cá tuyết Baltic bằng phương pháp hóa học [12]

Nă m 2004, các giáo sư Nhật Bản Takeshi Nagai, Masami Izumi, Masahide Ishii

đã nghiên cứu tách chiết Collagen từ vẩy của một số loài cá bằng axit acetic rồi kết tủa bằng muố i NaCl trong môi trường trung tính [14]

Nă m 2005, công trình nghiê n cứu của hai giáo sư Vittayanont và Bebjakul, khoa công nghệ thực phẩm, trường đại học Songkhla, Had Yai, Songk hla, Thá i Lan đã đưa ra quy trình chiết Colla gen từ chân gà với các công đoạn xử lý bằng acid acetic, enzyme pepsin và kiề m NaOH

Nă m 2006, LS Sensrsture, Pyo-Ja mPark, Se-Kwon Kim nghiê n cứu đưa ra quy trình tách chiết Colla gen da cá da cóc với các công đoạn xử lý bằng kiềm, enzyme pepsin Sản lượng chiết thu được là 54,3% tính theo trọng lượng của Collagen đ ã sấy khô lạ nh Theo mô hình điện di, Colla gen từ da cá này chứa 3 mạ ch xoắn anpha 1, 2, 3 Nhiệt độ biến tính là 280C [11]

Nă m 2007, giá o sư Sang Moo Kim và các cộng sự, khoa công nghệ sinh học biển, trường đại học quốc gia Kangnung, Hàn Quốc đã nghiên cứu và đưa ra quy trình chiết Collage n từ da mực với công đoạn xử lý bằng kiềm NaOH Kết quả cho thấy hiệu suất thu Collagen đạt 70- 76% Công trình nghiên cứu cũng đưa ra được thành phần

acid a min, mô hình các đơn vị cấu trúc của Collagen loại I trong da mực, xác định được nhiệt độ biến tính 27,30C và khả năng giữ nước của nó 997% Tương tự, giá o sư Sang Moo Kim và K.S Choi còn đưa ra quy trình chiết Colla gen từ màng ngoài của sò bằng enzyme pepsin của heo [10]

Nă m 2009, nhó m nghiên cứu của giáo sư A Sionkowska, khoa hoá học, trường đại họ c Nicolas Copernicus ở Torũn, Ba Lan đã có bề dày lịch sử về nghiên cứu chiết Collagen từ gân đuôi chuột Họ nghiên c ứu một số phương pháp chiết Collagen khác nha u từ gân đuôi chuột và ứng dụng của chúng cho y họ c

1.3.1 Các phương phá p kết tủa Collage n

1.3.2 Tủa bằng muối

Đây là cách phổ biến để tủa protein Khả năng hòa tan của protein tùy thuộc vào nhiề u yếu tố: đặc tính lý hóa tự nhiên của protein, pH, nhiệt độ, nồng độ của muối… Ở nồng độ muối thấp, tính tan của protein tăng nhẹ (salting in) Tuy nhiên, ở nồng độ

muố i cao, tính tan của protein giả m mạnh (salting out)[21]

Cơ chế của quá trình kết tủa protein bằng dung dịch muố i có nồng độ cao: Hầu hết protein ở dạng hòa tan trong dịch tế bào (ví dụ như enzyme) đều tan tốt trong dung dịch muối sinh lý có nồng độ ion khoảng 0,5- 2 M và ở pH trung tính Khi tiến hành tách chiết protein ra khỏi tế bào thì các điều kiện môi trường thay đổi dẫn đến protein

bị kết tủa Độ tan của protein phụ thuộc vào sự tương tác có cực của protein với dung môi, sự tương tác ion của protein với các phân tử muố i hiện diệ n trong dung dịch và sự tương tác tĩnh điện giữa phân tử ma ng điện tíc h hay những nhó m phân tử ma ng điện tích của protein kết dính lạ i với nhau Quá trình kết tủa protein bằng dung dịch muối có nồng độ cao phụ thuộc rất lớn vào tính kỵ nước của phân tử protein.Trong dung dịch, các gốc kỵ nước của phân tử protein tập trung trên bề mặt, tiếp xúc trực tiếp với các phân tử nước Các phân tử nước này ngăn cản quá trình hình thành liên kết để tạo kết tủa giữa các phân tử protein với nhau Khi nồng độ dung dịch muối tăng, các phân tử

muố i bị solvate hóa là m giả m số phân tử nước xung quanh bề mặt các phân tử protein tạo điều kiện cho các bề mặt kỵ nước tiế n đến gần nhau và kết tủa xuống Mặc dù quá trình kết tủa bằng dung dịch muối có nồng độ cao phụ thuộc nhiề u vào các phân tử kỵ nước của protein nhưng các yếu tố khác như pH, nhiệt độ cũng gây ảnh hưởng đến quá trình này Ở pH gầ n điể m đẳng điện pI thì quá trình kết tủa xảy ta dễ dàng hơn và khi nhiệt độ tăng ở nồng độ muối cao thì độ hòa tan của protein cũng giả m Ngoài ra trong quá trình kết tủa protein bằng muố i có nồng độ cao cần lưu ý đến bản chất của muố i

dùng để kết tủa[21]

1.3.3 Tủa bằng phương pháp đẳng điệ n

Khi thay đổi pH của môi trường, mức độ tủa của protein cũng thay đổi Ở pH thấp, protein tích điện dương vì nhó m amide bị proton hóa (thu nhậ n proton) Ở giá trị

pH cao, protein tích điện âm vì các nhó m carbocyl trong phân tử protein bị mất đi proton ( mất H+) Tại giá trị pI (Isoelectrics point - điể m đẳng điện), protein không tích điện Điều này là m giả m 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 mô i trường Phương pháp này thường áp dụng cho protein đậu nành (có điểm đẳng điện khoảng 4,6) [21]

1.3.4 Tủa bằng ion kim loại

Trong phương pháp tủa này, ion kim loại sẽ gắn với một phầ n của phân tử protein Thuận lợi của phương pháp này là có thể tủa được protein trong một dung dịch rất loãng Các ion kim loại có thể chia là m ba nhóm Các ion như Mn2 +, Fe2+, Co2+,

Ni2+, Zn2+ và Cd2+ sẽ gắn chặt vào các acid carboxylic và các hợp chất có chứa nitrogen Các ion như Ca2+, Ba2 +, Mg2+ và Pb2+ sẽ gắn với nhóm chức acid carboxylic Các ion như Ag2+, Hg2+, và Pb2+ sẽ gắn chặt với các nhó m có chứa lưu huỳnh[21]

1.4 Hóa chất

1.4.1 Axit citric C 6 H 8 O 7

Axít Citr ic hay axít xitric là một axít hữu cơ yếu, và là một axít ba lần axít Nó

là một chất bảo quản tự nhiê n và cũng được sử dụng để bổ sung vị chua cho thực phẩm hay các loại nước ngọt Trong hóa sinh học, nó là tác nhân trung gia n quan trọng trong chu trình Axít citric và vì thế xuất hiện trong trao đổi chất của gần như mọi sinh vật

Nó cũng được coi là tác nhân là m sạch tốt về mặt môi trường và đóng vai trò của chất chống ôxi hóa Axít citric tồn tại trong một loạt các loại rau quả, chủ yếu là các loại quả của chi Citrus Các loài chanh có hà m lượng cao axít Citric; có thể tới 8% khối lượng khô trong quả của chúng (1,38-1,44 ga m trên mỗi nước quả) Hà m lượng của axít citr ic trong quả ca m, chanh nằm trong khoảng từ 0,005 mo l/L đối với các loài cam

và bưởi chùm tới 0,03 mol/l trong các loài chanh [20]

- Tên theo IUPAC: 2- hydroxypropane-1,2,3- tricarboxylic acid

- Tên thông thường: axit chanh

1.4.2 Muối Natri Clorua NaCl

Muối ăn hay trong dân gia n còn gọi đơn giản là muố i (tuy rằng theo đúng thuật ngữ khoa học thì không phải muố i nào cũng là muối ăn) là một khoáng chất, được con người sử dụng như một thứ gia vị tra vào thức ăn Có rất nhiều dạng muối ăn: muố i thô, muố i tinh, muố i iốt Đó là một chất rắn có dạng tinh thể, có màu từ trắng tới có vết của màu hồng hay xá m rất nhạt, thu được từ nước biể n hay các mỏ muối Muố i thu được từ nước biển có các tinh thể nhỏ hoặc lớn hơn muố i mỏ Trong tự nhiên, muố i ăn bao gồm chủ yếu là Natri Clorua (NaCl), nhưng cũng có một ít các khoáng chất khác (khoáng chất vi lượng) Muố i ăn thu từ muối mỏ có thể có mà u xá m hơn vì dấu vết của các khoáng chất vi lượng Muố i ăn là cần thiết cho sự sống của mọ i cơ thể sống, bao gồm cả con người Muối ăn tha m gia vào việc điều chỉnh độ chứa nước của cơ thể (cân bằng lỏng) Vị của muố i là một trong nhữ ng vị cơ bản Sự thèm muối có thể phát sinh

do sự thiếu hụt khoáng chất vi lượng cũng như do thiếu clor ua nátri.Muối ăn là bắt buộc cho sự sống, nhưng việc sử dụng quá mức có thể là m tăng độ nguy hiểm của các vấn đề sức khỏe, chẳng hạn như bệnh cao huyết áp Trong việc nấu ăn, muối ăn được

sử dụng như là chất cũng như là gia vị [20]

Bảng 1.5 Một số tính chất của muối ăn NaCl

Tên hệ thống Natri Clorua

Tên khác Halua, muố i thường, muố i ăn

Công thức phân tử NaCl

Phân tử gam (g/mol) 58,4428

Khối lượng nguyên tử Na 22,989

Khối lượng nguyên tử Cl 35,452