Nghiên cứu chế biến Gelatin từ da cá tra bằng Acid Acetic

T Ó M T Ắ TChế biến gelatin bằng phương pháp acid acetic từ da cá tra đã được tiến hành nghiên cứu trong phạm vi phòng thí nghiệm nhưng ở các nhiệt độ thủy phân lớn hơn 60°c.. Thí nghiệm

B ộ M ÔN CÔ NG NGHỆ T H ự C PHẨM

LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU CHÉ BIỂN GELATIN ' DA CÁ TRẢBẰNG ACD) ACEHC

i)ẠI HỌC CẦM THỚ

Giáo viên hướng dẫn:

T.s Bùi Hữu Thuận

Sinh Viên Thực hiện:

Ngô Thị Thúý H ằng

M SSV: LT10013 Lớp: CB1008L1

L Ờ I C A M Đ O A N

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân Các số liệu và kết quả được trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất

kỳ công trình luận văn nào trước đây

Sinh viên thực hiện Ngô Thị Thúy Hằng

L Ờ I C Ả M Ơ N

Trong suốt quá trình làm luận văn tôi đã gặp không ít khó khăn về nhiều mặt, nhờ

sự động viên giúp đờ nhiệt tình của cha mẹ, thầy cô và bạn bè đã giúp tôi hoàn thành tốt đề tài này Qua đây tôi xin chân thành cảm ơn:

Cha, mẹ đã luôn ủng hộ tinh thần giúp tôi có thêm nghị lực thực hiện tốt luận văn này

Tất cả các thầy, cô bộ môn Công Nghệ Thực Phấm khoa Nông N ghiệp và Sinh Học

ứ n g Dụng, trường Đại học c ầ n Thơ đã truyền đạt cho tôi những kinh nghiệm quỷ báu

Cảm ơn thầy Bùi Hữu Thuận đã hướng dẫn tận tình, truyền đạt những kinh nghiệm quý báu và tạo điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành tốt đợt luận văn này

Toàn thế cán bộ quản lý phòng thí nghiệm , các bạn sinh viên lớp Công Nghệ Thực Phẩm K36LT và K34 đã giúp đờ tôi trong suốt thời gian qua

Cần Thơ, ngày tháng năm 2012

Sinh viên thực hiệnNgô Thị Thúy Hằng

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 11

T Ó M T Ắ T

Chế biến gelatin bằng phương pháp acid acetic từ da cá tra đã được tiến hành nghiên cứu trong phạm vi phòng thí nghiệm nhưng ở các nhiệt độ thủy phân lớn hơn 60°c Nhằm đê hoàn thiện thêm quy trình sản xuất gelatin bằng acid acetic từ

da cá tra, đề tài “ nghiên cứu chế biến gelatin từ da cá tra bằng acid acetic” được thực hiện Thí nghiệm được tiến hành khảo sát các yếu tố:

Thời gian, nhiệt độ và nồng độ NaOH trong công đoạn làm sạch nguyên liệu

Thời gian, nhiệt độ và nồng độ CH3COOH đến độ bền gel của gelatin

Tính toán hiệu suất thu hồi potein

Xác định một số chỉ tiêu của gelatin thành phẩm và so sánh với gelatin Trung Quốc, gelatin được sản xuất từ NaOH và gelatin sản xuất bằng acid acetic ở nhiệt độ 60°c.Ket quả thí nghiệm cho thấy:

Nồng độ NaOH thích hợp đế làm sạch nguyên liệu là 0,1 N ở nhiệt độ 40°c và thời gian 20 phút

Quá trình thủy phân thích hợp được thực hiện ở nhiệt độ 55°c với nồng độ acid acetic 0,9% và thời gian thủy phân là 7 giờ

Hiệu suất thu hồi protein của tiến trình là 75,67% Độ bền gel của gelatin có được theo phương pháp này đạt được 3,91 g lực/ m m 2 cao hơn gelatin trên thị trường của Trung Quốc và gelatin được sản xuất bằng phương pháp kiềm cũng như gelatin được sản xuất bằng acid aceic ở 60°c

M Ụ C L Ụ C

LỜI CAM Đ O A N i

LỜI CẢM Ơ N ii

TÓM TẮT iii

MỤC L Ụ C iv

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN Đ È 1

1.1 ĐẶT VẤN Đ Ề 1

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN c ứ u 1

CHƯƠNG 2: L ư ợ c KHẢO TÀI L IỆ U 2

2.1 NGUYÊN LIỆU CÁ T R A 2

2.1.1 Phân loại 2

2.1.2 Phân bố 2

2.1.3 Hình thái sinh lý 2

2.1.4 Đặc điêm dinh dưỡng 2

2.1.5 Đặc điểm sinh sản 3

2.2 NaOH 3

2.3 ACID ACETIC 3

2.4 COLLAGEN VÀ GELATIN 3

2.4.1 Collagen 3

2.4.2 Gelatin 4

2.5 QUY TRÌNH VÀ THIẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 11

2.5.1 sơ đồ quy trình công nghệ 11

2.5.2 Thuyết minh quy trình 12

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 14

3.1 PHƯƠNG TIỆN THÍ N G HIỆM 14

3.1.1 Thời gian và địa d iê m 14

3.1.2 Nguyên vật liệu 14

3.1.3 Hóa chất sử dụ n g 14

3.1.4 Thiết b ị , dụng c ụ 14

3.2 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 15

3.2.1 Mục đích thí nghiệm 15

3.2.2 Phương pháp lấy mẫu và phương pháp thí nghiệm 15

3.2.3 Phương pháp phân tích 15

3.2.4 Một số thiết bị được sử dụng trong thí nghiệm 17

3.3 NỘI DUNG VÀ BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM 19

Ngành Công Nghệ Thực Phấm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ưng Dụng iv

3.3.1 Phân tích thành phần hóa học có trong nguyên liệu da cá tra 19 3.3.2 Thí nghiệm 1: Khảo sát quá trình rửa nguyên liệu bằng NaOH với các nồng độ 0,1N; 0,2N; 0,3; 0,4N và nhiệt độ 40°c, 45°c, 50°c ở những thời gian khác nhau 10

phút, 15 phút và 20 p h ú t 19

3.3.3 Thí nghiệm 2: Kháo sát ánh hưởng của nhiệt độ, nồng độ và thời gian thủy phân lên độ bền gel của gelatin 20

3.3.4 Tính hiệu suất thu hồi và so sánh với gelatin thưong mại và gelatin được sản xuất bằng phương pháp kiềm, so sánh với gelatin sản xuất bằng acid acetic ở nhiệt độ cao hơn 21

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THẢO LUẬN 22

4.1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA NGUYÊN LIỆU 22

4.2 THÍ NGHIỆM 1: Ánh hưởng của thời gian, nồng độ và nhiệt độ của quá trình rủa băng NaOH đên ti lệ thu hôi nguyên liệu sau khi r ử a 22

4.3 THÍ NGHIỆM 2: Ánh hưởng của nồng độ acid acetic, nhiệt độ và thời gian thủy phân đến độ bền gel của gelatin 26

4.4 THÍ NGHIỆM 3: Tính hiệu suất thu hồi và so sánh với gelatin thương mại và gelatin được sản xuất bằng phương pháp kiềm, so sánh với gelatin sản xuất bằng acid acetic ở nhiệt độ cao h o n 30

4.4.1 Tính hiệu suất thu hồi 30

4.4.2 So sánh với gelain của Trung Quốc và gelatin sản xuất bằng kiềm 30

4.4.3 So sánh với gelatin được sản xuất bằng acid acetic ở nhiệt độ cao 32

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 33

5.1 KẾT LUẬN 33

5.2 ĐỀ N G H Ị 33

TÀI LIỆU THAM KH Ả O 34

PHỤ L Ụ C ix

PHỤ LỤC A - CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ix

Phụ lục AI - Phương pháp xác định ấm ix Phụ lục A2 - Phương pháp xác định hàm lượng t r o X Phụ lục A3 - Phương pháp phân xác định hàm lượng đạm tống số ( Phương pháp Kjeldahl) xi

Phụ lục A4 - Phương pháp xác định hàm lượng lipid xii

Phụ lục A5 - Xác định độ bền gel của gelatin xiii PHỤ LỤC B - XỬ LÝ SỐ LIỆU THỐNG K Ê XV

1 ẢNH HƯỞNG CỦA NaOH ĐẾN TỈ LỆ THƯ HỒI DA CÁ TRONG CÔNG ĐOẠN LÀM SẠCH DA CÁ TRA XV

D A N H S Á C H H ÌN H

Hình 1: Cá tra 2

Hình 2 : Đoạn cấu trúc của gelatin 6

Hình 5: Quy trình sản xuất gelatin từ da cá tra 11

Hình 3: Cân điện t ử 17

Hình 5: Water b ath 17

Hình 6: Thiết bị vô cơ hóa m ẫ u 18

Hình 8: Tủ sấy 18

Hình 10: Da cá trước khi rửa N aO H 22

Hình 12: Ảnh hưởng của thời gian đến tỉ lệ thu hồi ở công đoạn rử a 23

Hình 13: Ánh hưởng của nhiệt độ đến tỉ lệ thu hồi ở công đoạn rửa 24

Hình 14: Ảnh hưởng của nồng đ ộ 24

Hình 15: Đồ thị thể hiện sự tương tác của thời gian và nhiệt độ đến tỉ lệ thu h ồ i 25

Hình 16: Đồ thị thế hiện sự tương tác giữa nồng độ và nhiệt độ đến tỉ lệ thu h ồ i 25

Hình 17: Đổ thị thể hiện sự tương tác của thời gian và nồng đô đến tỉ lệ thu h ồ i 26

Hình 18: Da cá sau khi thủy phân 27

Hình 19: Ánh hưởng của nhiệt độ đền độ bền g e l 27

Hình 20: Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến độ bền g e l 28

Hình 21: Ánh hưởng của nồng độ acid acetic thủy phân đến độ bền gel của gelatin 28

Hình 22: Đồ thị biêu hiện sự tương tác của nhiệt độ và thời gian thủy phân đến độ bền gel của Gelatin 29

Hình 23: Đồ thị thế hiện sự tương tác giữa nhiệt độ và nồng độ acid acetic thủy phân ảnh hưởng đến độ bền gel của gelatin 29

Hình 24: Đồ thị thê hiện sự tương tác giữa thời gian và nồng độ acid acetic thủy phân ảnh hưởng đến độ bền gel của gelatin 30

Ngành Công Nghệ Thực Phấm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng vi

D A N H S Á C H B Ả N G

Bảng 1: Thành phần hóa học của gelatin 6

Bảng 2: Thành phần acid amin trong gelatin 7

Bảng 3: Phân loại gelatin 9

Báng 4: Thành phần hóa học của da cá tra 22

Bảng 5: Bảng so sánh gelatin Trung Quốc với glatin da cá tra với hai phuơng pháp khác nhau 31

Bảng 6: Bảng so sánh gelatin sản xuất bằng phương pháp ở nhiệt độ 55°c và 60°c 32

Bảng 7: Bảng phân tích phương sai ảnh hưởng của thời gian, nhiệt độ và nồng độ đến tỉ lệ thu hồi da cá ở công đoạn rử a XV Bảng 8: Kiêm định LSD (ở khoảng tin cậy 95%) ảnh hưởng của thời gian đến tỉ lệ thu hồi da cá tại công đoạn rử a xvi

Bảng 9: Kiếm định LSD (ở khoảng tin cậy 95%) ảnh hưởng của nhiệt độ đến tỉ lệ thu hồi da cá tại công đoạn rử a xvi

Bảng 10: Kiếm định LSD (ở khoảng tin cậy 95%) ảnh hưởng của nồng độ đến tỉ lệ thu hồi da cá tại công đoạn rử a xvi

Bảng 11: Bảng trung bình bình phương tối thiếu cho TI LE THƯ HOI với khoảng tin cậy 95% xvii

Bảng 12: Báng phân tích phương sai ảnh hưởng của thời gian, nhiệt độ và nồng độ đến độ bền gel của gelatin xix Bảng 13: Kiểm định LSD (ở khoảng tin cậy 95%) ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền gel

XX

Bảng 14: Kiểm định LSD (ở khoảng tin cậy 95%) ảnh hưởng của thời gian đến độ bền gel

XX

Bảng 15: Kiểm định LSD (ở khoảng tin cậy 95%) ảnh hưởng của nồng độ đến độ bền XX

Báng 16: Bảng trung bình bình phương tối thiếu cho DO BEN GEL với khoảng tin cậy 95% XXĨ

C H Ư Ơ N G 1: Đ Ặ T V Á N Đ È 1.1 ĐẶT VÁN ĐÈ

Thủy sản Việt Nam đang trên đà phát triến và trở thành một trong những nền kinh

tế mũi nhọn, chủ yếu là sản phấm cá tra phi lê đông lạnh Phần thịt cá được sử dụng trong sản xuất cá tra phi lê đông lạnh chiếm khoảng 30% trọng lượng cá nguyên con, phụ phâm thải ra chiêm khoảng 70% (da chiêm khoảng 5 - 7%) Phụ phâm thường được bán cho các xí nghiệp chế biến thức ăn thủy sản với giá rất thấp Neu có thế tận dụng được nguồn phụ phẩm này để tạo ra các sản phẩm có giá trị kinh tế cao hơn sẽ góp phần đưa ngành chế biến thủy sản của nước ta tiến xa hơn nừa Với mục tiêu đó nhiều nghiên cứu sản xuất gelatin từ da cá tra với các phương pháp khác nhau như: phương pháp enzyme, bằng kiềm hay bằng acid đã và đang được thực hiện

Gelatin được xem như là một phụ gia trong sản xuất sản phẩm thực phẩm Gelatin

là các polypeptid cao phân tử, có được nhờ sự thủy phân collagen thu được từ da,

mô liên kết và xương động vật Gelatin có thế hòa tan trong nước được sử dụng như một tác nhân ồn định dạng keo Ngày nay gelatin ngày càng được sử dụng rộng rãi

và phổ biến trong nhiều lĩnh vực: thực phẩm, y học, khoa học kỳ thuật Hầu hết các ứng dụng của gelatin là sử dụng tính chất vật lý đặc biệt của nó hơn là vì giá trị dinh dường của nó

Trên cơ sở sản xuất tham khảo và thực hiện các thí nghiệm thăm dò, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất được tiến hành khảo sát để tìm ra phương pháp sản xuất tốt nhất gelatin từ da cá tra để đưa vào sản xuất công nghiệp

1.2 M ỤC TIÊU NG H IÊN c ứ u

Tìm các thông số kỹ thuật về nồng độ acid acetic, nhiệt độ, thời gian thủy phân để

có được gelatin có độ bền gel tốt

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng

C H Ư Ơ N G 2: L ư ợ c K H Ả O T À I L IỆ U 2.1 NG UY ÊN LIỆU CÁ TRA

Hình 1: Cá tra

2.1.1 Phân loại

Bộ cá nheo Siluriíòrm es

Họ cá tra Pangasiidae

Giống cá tra dầu Pangasianodon

Loài cá tra Pangasianodon hypopthaỉmus

2.1.2 Phân bố

Cá tra phân bố ở lun vục sông Mê kông, có m ặt ở cả bốn nước V iệt Nam, Lào, Cam puchia và Thái Lan Ớ nước ta nhừng năm rước đây khi chưa có cá sinh sản nhân tạo, cá bột và cá giống được tìm thấy trên sông Tiền và sông Hậu Cá trưởng thành chỉ thấy trong ao nuôi, ít gặp trong tự nhiên do cá có đặc tính di cư ngược dòng sông Mê Kông đế sinh sống và tìm nơi sinh sản tự nhiên

2.1.3 Hình thái sinh lý

Cá tra là loài cá da trơn, thân dài, lưng xám đen, bụng hơi bạc, miệng rộng, có hai đôi râu dài số n g chủ yếu trong nước ngọt, có thể sống được ở vùng nước hơi lợ (nồng độ muối 0,7 - 1%), chịu được nước phèn với pH > 5, không chịu được nhiệt

độ thấp dưới 15°c, chịu nóng tới 39°c

2.1.4 Đặc điểm dinh dưõng

Cá tra là loài ăn tạp, có thế ăn các loại thức ăn như mùn bã hữu cơ, thức ăn có nguồn gốc động vật Trong ao nuôi cá tra có khả năng thích nghi với nhiều loại thức

ăn khác nhau như cám, rau, động vật đáy

2.1.5 Đặc điếm sinh sản

Cá sinh sản tự nhiên vào khoảng tháng 5 - 6 (dương lịch), cá có tập tính di cư đẻ tự nhiên trên những khúc sông có điều kiện sinh thái phù hợp thuộc địa phận Cam puchia và Thái Lan, không đẻ tự nhiên ở phần sông V iệt Nam, ở Việt Nam chủ yếu được sinh sản nhân tạo trong ao nuôi

Nguồn: http//www.aigiviet.com.vn

2.2 NaO H

Natri hidroxit có công thức hóa học NaOH, thường được gọi là xút Natri hidroxit tạo thành dung dịch kiềm mạnh khi hòa tan trong dung môi Được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp như giấy, dệt, nhuộm, xà phòng và chất tẩy rửa, ngoài

ra còn được sử dụng nhiều trong phòng thí nghiệm

Natri hidroxit tinh khiết là chất rắn có màu trắng ở dạng viên, vảy, hạt hoặc ở dạng dung dịch bão hòa 50% Dễ hấp phụ C Ơ 2 trong không khí, phản ứng mạnh với nước

và giải phóng một lượng nhiệt lớn, hòa tan trong ethanol, m ethanol, ete và các dung môi hữu cơ không phân cực, khi tiếp xúc với giấy hoặc sợi sẽ để lại màu vàng

2.3 ACID ACETIC

Acid acetic là hợp chất hừu cơ có công thức hóa học C H 3COOH, là một chất lỏng không màu Acid acetic là thành phần chính của dấm, có vị chua và mùi hăng đặc biệt.Trong phân tử gồm có nhóm m ethyl (-CH3) liên kết với nhóm carboxyl (- COOH)

Acid acetic là một acid đơn giản, ở dạng đậm đặc ăn mòn và tấn công da, nó là thuốc thử hóa học và hóa chất công nghiệp, chủ yếu được sử dụng trong sản xuất cellulose acetate dùng cho phim ảnh và polyvinyl acetate gỗ keo và các loại vải tổng hợp Trong công nghiệp thực phẩm, cacid acetic được sử dụng theo mã phụ gia thực phấm E260 được xem như một thứ gia vị điều chỉnh độ chua

- 15% Hydroxyprolin là thành phần đặc trưng của collagen, nó chỉ chiếm 2% trong

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 3

elastin Khi xử lý nhiệt trong môi trường ẩm, các sợi collagen co lại, sau đó bị gelatin hóa khi ở nhiệt độ cao (Nguyễn Thảo Trang, 2011).

2.4.2 Gelatin

2.4.2.1 Khải quát vê gelatin

Gelatin là các polypeptid cao phân tử dẫn xuất từ colagen, là thành phần protein chính trong các tế bào liên kết của nhiều loại động vật , bao gồm: xưong, d a T ên gelatin được sử dụng từ tiếng Latin “G elatus” (Võ Tấn Thành, 2000 )

Tổ chức y tế thế giới FAOAVHO 1973, giới hiệu tiêu chuẩn, sự nhận dạng và phân loại gelatin như là m ột thực phâm có thê ăn được

Dưới tác dụng của nhiệt các mối liên kết chéo giữa chuồi polypeptide của collagen

bị phá hủy tạo thành gelatin Trong thưong mại gelatin được sản xuất chú yếu từ xương hoặc da trâu, bò, lợn Gần đây việc sản xuất gelatin từ các phụ phấm trong ngành chế biến thủy sản đang được quan tâm và có xu hướng phát triển mạnh

2.4.2.2 Sự chuyên đôi Ctìllagen - gelatin

Sự chuyển đối collagen thành gelatin là sự chuyển đổi chủ yếu xảy ra trong việc sản xuất gelatin Đó là những sợi collagen có tổ chức cao, nhùng sợi này không tan trong nước tạo thành một hệ thống khử polym e gọi là gelatin có thế tan trong nước

do sự giảm phân tử (Võ Tấn Thành, 2000)

Đe sản xuất gelatin có thế sử dụng bất kỳ nguồn nguyên liệu nào có chứa collagen như da, xương là nguồn nguyên liệu được sử dụng nhiều nhất Sản xuất gelatin theo qui mô công nghiệp ở M ỹ được bắt đầu vào năm 1850, nguồn nguyên liệu chính để sản xuất là da và xương thú, việc sản xuất gia tăng đáng kế vào năm 1930, ở thời điếm này thì da heo được sử dụng như là nguồn nguyên liệu chính Ớ châu Âu bằng sáng chế đầu tiên về sản xuất gelatin được cấp ở Anh vào năm 1754 Hiện nay châu

Âu là khu vực sản xuất gelatin nhiều nhất

Ớ Việt Nam, việc sản xuất gelatin cũng đã và đang được nghiên cứu, chủ yếu là tận dụng nguồn phế phấm từ việc sản xuất sản phẩm cá tra file đông lạnh đế sản xuất gelatin bằng nhiều phương pháp khác nhau trong quy mô phòng thí nghiệm

M ặc dù có nhiều phương pháp để sản xuất gelatin nhưng quá trình sản xuất vẫn phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm M ục đích cuối cùng trong sản xuất gelatin là biến collagen thành gelatin với hiệu suất cao và đạt nhùng tính chất hóa lỷ tốt Năng suất

và phẩm chất của gelatin bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố: phương pháp sản xuất, nguyên liệu, hóa chất sử dụng, cũng như kinh nghiệm của người sản xuất

Quá trình sản xuất bao gồm: thủy phân nguyên liệu với acid, kiềm hoặc enzyme tạo thành gelatin hòa tan trong nước Phương pháp đơn giản nhất để chuyển collagen

thành gelatin là làm biến tính nhiệt trong môi trường acid nhẹ với nhiệt độ khoảng 40°c Tại chế độ xử lỷ này các sợi collagen bị mất liên kết hydrogen và hydrophobic (giúp đỡ sự tạo xoắn của các phân tử collagen (Võ Tấn Thành,2000)) Giai đoạn tiếp theo là sự duỗi thắng của mạch giúp gelatin hòa tan.

2.4.23 Một sô phương pháp sản xuât gelatin

Có hai phương pháp chủ yếu thường được dùng đế sản xuất gelatin là phương pháp dùng acid và phương pháp dùng kiềm Gần đây việc sử dụng enzyme đế thủy phân collagen thành gelatin cũng đang được nghiên cứu

a Phương pháp thủy phân băng acid

Việc thủy phân bằng acid ngày càng phổ biến, quá trình thủy phân bằng acid có thể rút ngắn thời gian thủy phân xuống còn 10 - 48h

Trong quá trình sản xuất nguyên liệu được ngâm trong dung dịch acid với nồng độ tối đa là 5%, các acid thường được sử dụng là: HC1, H2SO4, H3PO4, với nhiệt độ thích hợp nhất là 15°c Quá trình thủy phân được ngừng lại khi nguyên liệu bị acid hóa hoàn toàn và đạt được đến độ phồng tối đa, cuối tiến trình xử lý nguyên liệu được rửa lại bằng nước có nhiệt độ bằng với nhiệt độ thủy phân (Fereidoon Shahidi, 2007)

b Phương pháp thủy phân bằng dung dịch kiềm

Nguyên liệu được ngâm trong môi trường kiềm (thường xử dụng vôi hoặc NaOH) trong nhiều ngày ở nhiệt độ môi trường Dung dịch thu được sau quá trình xử lý bảo đảm loại trừ hiệu quả chất béo, các protein không bền và các phân tử nhỏ ở dạng polysaccharide và các hợp chất hữu cơ nhỏ khác Từ sự loại trừ này, mục đích quan trọng của quá trình thủy phân bằng kiềm là để tiêu hủy một vài liên kết hóa học trong collagen làm cho collagen có thế hòa tan trong nước, quá trình xử lý kiềm kéo dài từ 6 - 20 tuần

Phương pháp xử lý bằng kiềm có thế loại bỏ được một lượng đáng kế phi collagen (Fereiđoon Shahidi, 2007)

2.4.2.4 Cấu tạo và thành phần hóa học của gelatin

a Cẩu tạo

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 5

Ngoài 3 acid amin trên trong gelatin chứa 18 trong 20 loại acid amin được tìm thấy trong protein: tyrosin, m ethionin, histidin, hyđroxylysin, isoleucin, phenylalanin, threonin, valin, leucin, lysin, serin, aspatic acid, arginin, glutamic acid, alanin, hydroxyprolin, prolin, glycin Mỗi loại chứa một hàm lượng nhất định trong gelatin Các acid amin được liên kết với nhau bởi liên kết peptid Gelatin là loại protein không hoàn hảo vì không chứa tryptophan và thiếu isoleucine, threonin và methionine Những acid amin chứa lưu huỳnh khác như cysteine cũng thiếu hoặc không có.

Hai chuỗi cấu trúc đặc trưng của gelatin là:

(ỷ -Ala-G A rg-G ly-G lu-4H yp-G

ly-Pro-& Gly-X-Y (trong đó X chủ yếu là Prolin và Y thường là Hydroxyprolin)

h Thành phân hóa học của gelatin

Bản chất của gelatin là protein, trong gelatin thành phần chủ yếu là protein, còn lại

là lượng ấm còn lại trong quá trình sấy và m uối khoáng

Bảng 1: Thành phần hóa học của gelatỉn

Bảng 2: Thành phần acid amin trong gelatin

Nguồn: Brínging Chemistry to Lyfe, 2003 được trích dẫn hởi Nguyễn Thị Thúy Hằng, 2011

2.4.2.5 Tỉnh chât của gelatin

Độ hòa tan của gelatin bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố: nhiệt độ, nồng độ và kích thước hạt gelatin Gelatin không tan trong alcohol và hầu hết các dung môi hữu cơ khác

b Điêm đăng điện

Gelatin hoạt động trong môi trường acid và môi trường kiềm khác nhau, tùy thuộc vào pH, trong môi trường acid, gelatin hoạt động mạnh hơn trong môi trường kiềm

Ớ pH trung tính, gelatin hoạt động không đáng kê và được xem như là pH đắng điện hay diêm đăng điện

Điểm đẳng điện của gelatin có thể thay đổi khoảng 4,8 - 9,4 (Lâm Trọng Hiếu, 2003) Quá trình xử lỷ gelatin bằng acid tạo điếm đắng điện cao pl = 7 - 9, sự thủy phân bằng kiềm làm cho acid amin asparagine và gutam ine của chuỗi polypeptide trở thành acid aspatic và acid glutamic một cách nhanh chóng và kết quả là gelatin được tạo ra có điểm đẳng điện thấp pl = 4,8 - 5,2

c Khả năng tạo gel

Thành phần của gelatin là các acid amin thu được từ sự thủy phân collagen Khi các phân tử protein bị biến tính tập hợp lại tạo thành một m ạng lưới không gian có trật

tự gọi là sự tạo gel

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 7

Khi protein bị biến tính các cấu trúc (trù' cấu trúc bậc 1) bị phá hủy, liên kết giữa các phân tử bị đứt Các mạch polypeptide duỗi ra gần nhau tiếp xúc và liên kết với nhau tạo thành mạng luới không gian 3 chiều, mỗi vị trí tiếp xúc của các mạch tạo thành một nút Các thành phần còn lại tạo thành một m ạng lưới không gian vô định hình đầy pha phân tán (H 20 ) khi nồng độ tăng thì khả năng gel hóa tăng vì khả năng tiếp xúc giữa các mạch tăng Các m ắt lưới trong gel gelatin chủ yếu là các liên kết hydro, liên kết hydro là liên kết yếu tạo ra sự linh động làm cho gel có được độ dẻo nhất định Khi nhiệt độ tăng liên kết hydro bị đứt và gel nóng chảy, khi đế nguội liên kết trở lại và gel được hình thành Sự tạo ra các nút hướng trong gel cũng có thể

do sự tham gia của các liên kết tĩnh điện, liên kết cầu nối giữa các nhóm tích điện ngược dấu hoặc do liên kết giữa các nhóm điện cùng dấu qua các ion đa hóa trị như Ca2+, trường hợp này gel cứng chắc và bền hơn (Phạm Thu Cúc, 2002)

Để tạo gel tốt hơn, nguyên liệu có thể được acid hóa nhẹ hoặc kiềm nhẹ để đưa pH của protein về điểm đẳng điện làm cho lực đẩy trong gel bị triệt tiêu

Độ bền gel là thuộc tính quan trọng nhất của gelatin và được định nghĩa là trọng lượng (gram lực) cần thiết đế đặt lên bề mặt gel với diện tích tiếp xúc là ĩ r x r 2 (với r

là bán kính đầu đo, r = 2,5mm) làm cho gel bắt đầu vờ, tiêu chuẩn đế đo độ bền gel

là ở nhiệt độ khoảng 10°c

d Độ nhớt

Độ nhớt là tính chất quan trọng thứ hai của gelatin, độ nhớt phụ thuộc nhiều vào nồng độ, độ nhớt tỉ lệ thuận với nồng độ của gelatin Độ nhớt cũng phụ thuộc vào nhiệt độ (trên 40°c độ nhớt bắt đầu giảm, độ nhớt giảm càng nhanh khi nhiệt độ càng tăng), độ nhớt đạt cực tiểu tại điểm đang điện (pH = pĩ) của gelatin

Độ nhớt làm ảnh hưởng đến đặc tính của gel

e Điếm nóng chảy

Điếm nóng chảy là nhiệt độ mà ở đó có thế làm mềm gel của gelatin

Các yếu tố ảnh hưởng đến điểm nóng chảy:

& Thời gian ôn định: diêm nóng chảy của gelatin ở nhiệt độ cao, phụ thuộc vào nhùng điều kiện trong thời gian ổn định đầu tiên

íỷ Nồng độ: độ tinh khiết của gelatin càng cao thì điểm nóng chảy càng cao.Muối: NaCl hạ thấp điếm nóng chảy của gelatin

f Độ trong

Độ trong của gelatin phụ thuộc vào phương pháp trích ly và điều kiện trích ly Lần trích ly đầu tiên cho gelatin có độ trong cao nhất, độ trong giảm dần ở những lần

trích ly tiếp theo Dung dịch gelatin có độ trong kém nhất tại điểm đắng điện Đe cải tiến độ trong của gelatin, trong quá trình trích ly có thế tiến hành lọc, tây trắng hoặc lăng trong.

g Màu sắc

Gelatin thường có màu hơi vàng cho đến vàng sậm, tuy nhiên màu sắc của gelatin phụ thuộc rất nhiều vào nguồn nguyên liệu, phương pháp sản xuất và số lần trích ly

h Độ âm

Hàm ẩm của gelatin có thể lên đến 16%, nhưng gelatin thường được bảo quản ở độ

ấm 10 - 13%, ở nhiệt độ 25°c và độ ấm là 13% thì gelatin cân bằng với độ ấm tương đối của không khí RH = 6 0 - 6 5 %

2.4.2 ố Phân loại gelatin

Gelatin thương phẩm có hai dạng A và B được ứng dụng rất khác biệt

& Độ nhớt: cho lực bền gel tương đương nhưng A ít hơn B

Ịp Điểm đẳng điện: khi cần sử dụng điện tích âm như carrageenan, sử dụng loại B thích hợp (Võ Tấn Thành, 2002)

Gelatin loại A là gelatin được sản xuất theo phương pháp acid với nguồn nguyên liệu chủ yếu là da (động vật có da mềm)

Gelatin loại B là loại geletin được sản xuất thao phương pháp kiềm, với nguồn nguyên liệu có nguồn gốc từ trâu, bò, bao gồm cả da và xương

Bảng 3: Phân loại gelatin

2.4.2.7 Ưng dụng của gelatin

a Trong công nghệ thực phâm

Hầu hết ứng dụng của gelatin là lợi dụng tính chất vật lý đặc biệt của nó hơn là giá trị dinh dưỡng Các tính chất quan trọng của gelatin là:

(ỷ Tạo geĩ thuận nghịch

(ỷ Nhiệt độ nóng chảy thấp

& Tạo gel một m ình

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 9

Gelatin được sử dụng nhiều trong công nghệ thực phẩm với những tác dụng như:

• Tạo đông: gelly, jam

h Trong y học

Trong công nghệ dược phẩm, gelatin được dùng làm vỏ thuốc nhộng cứng và mềm

đế bảo vệ dược phấm không tiếp xúc với ánh sáng và oxy

Gelatin còn là chất bố sung vào khấu phần làm tăng sức khỏe, làm chất nền cho thuốc mỡ và hồ như kem đánh răng

c Trong nhiếp ảnh

Gelatin rất có ít trong các công đoạn pha chế nhũ tương bạc halogenua để sản xuất phim Gelatin rất quan trọng khi phim tiếp xúc với ánh sáng hay khi phim được rửa

d Trong khoa học kỹ thuật

Gelatin được sử dụng rộng rãi trong khoa học như kỹ thuật đúc điện, chống thấm nước, nhuộm và phủ lam kính hiến vi Gelatin là tác nhân nhũ tương hóa, rất có ích

đế kết hợp các chất lỏng và những chất phun xịt khác Ớ dạng ít tinh khiết hơn, gelatin được dùng làm keo và chất hồ vải, keo có nguồn gốc từ gelatin được dùng

đê dán nhãn trên trái cây và rau q u ả

2.5 QUY TRÌNH VÀ TH IÉT M INH QUY TRÌNH CÔ NG NGHỆ

2.5.1 SO’ đồ quy trình công nghệ

Da cá

Y

Xử lỷ sơ bộVRửa

Thủy phânVTrích ly

I

Lọc

I

Cô đặc1Sấy1Nghiền

1

Thành phâmHình 5: Quv trình sản xuất gelatin từ da cá tra

] 1

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng

2.5.2 Thuyết minh quy trình

2.5.2.1 Da cả

Da cá được sử dụng để sản xuất gelatin chủ yếu là da cá tra, là nguồn phụ phẩm được thải ra trong quá trình sản xuất cá tra file đông lạnh

2.5.2.2 Xử lý sơ bộ

Da cá từ nhà máy chế biến thủy sản đem về được tiến hành rửa sạch bằng nước sạch,

đế ráo và cắt nhỏ (cắt từng khúc nhỏ), tùy từng điều kiện và dụng cụ thí nghiệm m à cắt nhỏ phù hợp Neu chưa được sử dụng ngay thì đem cấp đông và bảo quản ởnhiệt độ -20°c

2.5.2.5 Trích ly

Thủy phân xong da cá được đem trích ly gelatin trong nước nóng

2.5.2.6 Lọc

Hỗn hợp sau khi trích ly được tiến hành lọc bằng vải lọc, sau đó lọc bằng bông gòn

đế loại bỏ chất béo và các tạp chất còn lại sau quá trình thủy phân

C H Ư Ơ N G 3 P H Ư Ơ N G T IỆ N V À P H Ư Ơ N G P H Á P T H Í N G H IỆ M 3.1 PH Ư Ơ N G TIỆN THÍ NGHIỆM

3.1.1 Thời gian và địa điếm

Địa điêm thí nghiệm: Phòng thí nghiệm bộ m ôn Công N ghệ Thực Phâm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học ứ n g Dụng, Trường Đại học c ầ n Thơ

íỷ NaOH độ tinh khiết 96,0% , sản phấm của Trung Quốc

tỷ Acid acetic có độ tinh khiết lớn hơn hoặc bằng 96,0% , sản phẩm củaTrung Quốc

tỷ Petroleum ether 60 - 90, sản phẩm của Trung Quốc

íỷ Acid boric độ tinh khiết lớn hơn hoặc bằng 99,5% , sản phấm của Trung Quốc

íỷ H2SO4 đậm đặc, độ tinh khiết 95 - 98%, sản phấm của Trung Quốc

& K2S 0 4, CuSƠ4, selenium tinh khiết, sản phẩm của Trung Quốc

s Thiết bị ly tâm tay

'C Dụng cụ thủy tinh phòng thí nghiệm và nhiều dụng cụ khác nhu: rỗ nhựa, thao, k éo

3.2 PH Ư Ơ NG PHÁP THÍ NG H IỆM

3.2.1 Mục đích thí nghiệm

Mục đích: tìm ra nhiệt độ, nồng độ thích hợp cho quá trình rửa và thủy phân thu được gelatin có độ bền gel, hiệu suất thu hồi tương đối cao với nhiệt độ tương đối thấp, đồng thời cũng xác định được các thành phần cơ bản có trong gelatin da cá tra

và so sánh sự khác biệt của gelatin da cá tra với một số loại gelatin thương mại khác

3.2.2 Phương pháp lấy mẫu và phương pháp thí nghiệm

& Phương pháp lấy mẫu

Da cá tra sau khi đuợc loại bở tạp chất và rửa sạch bằng nước sạch tiến hành cắt nhỏ,

đế ráo sử dụng cho các thí nghiệm, mẫu chỉ lấy một lần tại công ty cổ phần XNK Casimex Neu da cá chưa được sử dụng thì chia thành từng bọc nhỏ mỗi bọc khoảng 200g (để dễ dàng khi lấy ra sử dụng) rồi đem trừ đông ở nhiệt độ -20°c Suốt quá trình thí nghiệm sử dụng cùng một nguồn nguyên liệu để tránh sai số

& Phương pháp thí nghiệm

Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 3 nhân tố được lặp lại từ 2 đến 3 lần tùy thí nghiệm, kết quả được tính toán và xử lý bằng phần m ềm Excel 2003 và Staragaphics Centurion V 15.2 Thông số tối ưu của thí nghiệm trước được chọn làm

cơ sở để khảo sát thí nghiệm tiếp theo

Ngành Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng 15

♦> Xác định nồng độ NaOH thích hợp để làm sạch da cá

Thí nghiệm được thực hiện bằng cách cho 25g da cá đã được xử lý bằng nước sạch

và ly tâm hết nước, đem đi ngâm rửa bằng NaOH với các nồng độ 0,1 N; 0,2N; 0,3N

và 0,4N, các mức nhiệt độ 40°c, 45°c, 50°c và thời gian 10 phút, 15 phút và 20 phút Quá trình ngâm rỉra được thực hiện trong thiết bị water bath, tỉ lệ ngâm rửa là 1:5 (da cá:dung dịch NaOH)

♦> Xác định nồng độ CH3COOH thích hợp đế thủy phân da cá

Thí nghiệm được thực hiện bằng cách cho 25g da cá được thực hiện ngâm rửa (với chế độ rửa tối ưu ở thí nghiệm 1) vào cốc thủy tinh đã chứa sẵn dung dịch CH3COOH với các nồng độ 0,5%; 0,7%; 0,9% được gia nhiệt đến các mức nhiệt độ 45°c, 50°c, 55°c và giữ trong các khoảng thời gian khác nhau 5 giờ, 6 giờ và 7 giờ, ngâm xong được tiến hành lọc và cho vào các cốc cùng thế tích, cho vào tủ mát 8 - 10°c sau 1 giờ tiến hành đo độ bền gel

♦♦♦ Tính hiệu suất thu hồi protein sản phấm

Gọi X(g) là lượng protein có trong A(g) da cá

w (g) là lượng nước có trong A(g) da cá

Y (g) là lượng protein có trong gelatin thu được từ A(g) da cá (tính theo căn bản khô)

Lượng protein có trong A(g) da cá tính theo căn bản khô

Y

Hiệu suât thu hôi = —T x 100(%)

3.2.4 M ột số thiết bị được sử dụng trong thí nghiệm

Hình 5: W ater bath

Ngành Công Nghệ Thực Phàm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ửng Dụng 17

Hình 8: Tủ sấy Hình 9: Thiết bị đo độ bền gel

3.3 NỘI DU NG VÀ BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM

3.3.1 Phân tích thành phần hóa học có trong nguyên liệu da cá tra

• M ục đích: xác định được các thành phần có trong nguyên liệu như ẩm, protein, lip id .đê làm cơ sở cho các thí nghiệm sau

tỷ Bố trí thí nghiệm: Ket quả thí nghiệm là giá trị trung bình của 3 lần lặp lại

3.3.2 Thí nghiệm 1: Khảo sát quá trình rửa nguyên liệu bằng NaOH vói các nồng độ 0, 1N; 0,2N; 0,3; 0,4N và nhiệt độ 40°c, 45°c, 50wc ở những thòi gian khác nhau 10 phút, 15 phút và 20 phút

• Mục đích: Tìm ra chế độ xử lý thích hợp nhằm đảm bảo vừa loại bỏ một lượng tạp chất đáng kể vừa thu hồi lại nguyên liệu với tỷ lệ thu hồi cao

• Chuẩn bị mẫu:

M ầu được chuấn bị là da cá đã được rửa sạch bằng nước sạch và cắt nhỏ, đế ráo nước Neu cần rút ngắn thời gian làm ráo có thể tiến hành ly tâm để tách nước bằng thiết bị ly tâm tay Mồi mẫu nguyên liệu được dùng cho thí nghiệm có khối lượng là 20g, ngâm trong NaO H có nồng độ, nhiệt độ và thời gian khác nhau với tỉ lệ da cá/NaOH là 1:5

và thải gian tương ứng của thí nghiệm và được gia nhiệt bằng thiết bị water bath để đảm bảo nhiệt độ được ôn định.

Thí nghệm được bố trí theo thể thức thừa số 3 nhân tố và 3 lần lặp lại

Nhân tô A: Thời gian gia nhiệt có 3 mức AI A2 A3

Nhân tố B: Nhiệt độ gia nhiệt có 3 mức nhiệt độ BI B2 B3

Kết quả ghi nhận là tỉ lệ thu hồi da cá sau khi rửa bằng NaOH

3.3.3 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hương của nhiệt độ, nồng độ và thời gian thủy phân lên độ bền gel của gelatin

• M ục đích: Tìm ra nhiệt độ, thời gian và nồng độ thủy phân cho ra gelatin có

độ bền cao, ở nhiệt độ thủy phân thấp hơn những tác giả nghiên cứu trước

• Chuấn bị mẫu: Da cá sau khi rửa bằng NaOH (đã chọn được chế độ lừa thích hợp) rửa sạch lại bằng nước sạch, đế ráo và ngâm mẫu trong dung dịch acid acetic với nồng độ, nhiệt độ và thời gian khác nhau, tỉ lệ nguyên liệu/dung dịch acid acetic

là 1:3

• Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm được bố trí theo thế thức thừa số 3 nhân tố và

2 lần lặp lại, mỗi nhân tố có 3 mức độ khảo sát