Nghiên cứu làm sạch tạp chất phi Collagen trong quy trình sản xuất Collagen từ da cá tra bằng môi trường nước mát và Acid Citric

Để sử dụng có hiệu quả hơn nguồn phế liệu dồi dào này, việc nghiên cứu công nghệ sản xuất collagen một chất có rất nhiều ứng dụng trong y học, dược phẩm hiệu quả sử dụng phế phẩm từ da c

LỜI CẢM ƠN

Đề tài này được hoàn thành nhờ sự giúp đỡ tận tình của nhiều thầy cô giáo, bạn bè và gia đình Qua đây, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đến tấc

cả tập thể và cá nhân đã giúp đỡ em trong thời gian học tập và thực hiện đề tài

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với TS Nguyễn Anh Tuấn, người đã trực tiếp hướng dẫn tận tình, truyền đạt những kinh nghiệm quý báu và luôn động viên em trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Chế Biến và đặc biệt là thầy Nguyễn Thế Hân đã kịp thời chỉ bảo và cung cấp cho em những kinh nghiệm cùng kiến thức trong suốt thời gian học tập ở trường và quá trình thực hiện đề tài

Em xin chân thành cảm ơn Cán bộ phòng hóa sinh, phòng công nghệ chế biến đã tạo điều kiện cho em trong suốt thời gian thực tập ở phòng thí nghiệm Cuối cùng con xin cảm ơn gia đình đã luôn luôn động viên và tạo mọi điều kiện tốt về vật chất để cho con thực hiện đề tài này Bên cạnh đó là sự động viên

và giúp đỡ nhiệt tình của bạn bè trong suốt thời gian thực tập

Nha trang, tháng 6 năm 2010

Sinh viên Nguyễn Khoa Diệu Dung

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Một số loài cá Tra ở Việt Nam 4

Bảng 1.2: Thành phần hóa học của cá Tra 8

Bảng 1.3: Tỉ lệ khối lượng các thành phần khác nhau của cá Tra 9

Bảng1.4 : Dạng cấu trúc phân tử của một số loại collagen 14

Bảng 3.1: Thành phần hóa học của da cá Tra trước và sau khi xử lý cơ học 37

Bảng 3.2: Kết quả thí nghiệm quy hoạch thực nghiệm công đoạn xử lý acid citric cho da cá Tra 45

Bảng 3.3: Kết quả tối ưu hiệu suất khử khoáng trong công đoạn xử lý acid citric 46

Bảng 3.4: Kết quả tối ưu hiệu suất khử protein trong công đoạn xử lý acid citric 48

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ

Hình 1.1: Hình ảnh trạng thái bên ngoài của cá Tra 7

Hình 1.2: Cấu trúc của collagen 13

Hình 1.3: Dự kiến quy trình công nghệ sản xuất collagen từ da cá Tra 24

Hình 2.1: Nguyên liệu da cá Tra 26

Hình 3.1: Ảnh hưởng của thời gian ngâm nước lên hiệu quả xử lý da cá Tra 38

Hình 3.2: Ảnh hưởng của tỉ lệ nước ngâm lên hiệu quả xử lý da cá Tra 39

Hình 3.3: Ảnh hưởng của nồng độ acid citric lên hiệu quả xử lý da cá Tra 40

Hình 3.4: Ảnh hưởng của thời gian ngâm acid citric lên hiệu quả xử lý da cá Tra 43

Hình 3.5: So sánh kết quả khử tạp chất phi collagen bằng phương pháp xử lý cơ học, bằng môi trường nước mát và dung dịch acid citric 44

Hình 3.6: Hiệu suất khử khoáng khi xử lý da cá Tra bằng acid citric 47

Hình 3.7: Hiệu suất khử protein khi xử lý da cá Tra bằng acid citric 49

Sơ đồ 3.1: Sơ đồ quy trình công nghệ làm sạch tạp chất phi collagen trong quy trình sản xuất collagen từ da cá Tra bằng dung dịch acid citric 50

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I 3

TỔNG QUAN 3

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÁ TRA VÀ DA CÁ TRA 3

1.1.1 Phân bố và phân loại 3

1.1.2 Đặc điểm vụ mùa thu hoạch và quy mô nuôi trồng 5

1.1.3 Hình thái bên ngoài, đặc điểm cấu tạo 7

1.1.4 Thành phần hóa học của cá Tra 8

1.1.5 Thị trường xuất khẩu cá Tra ở Việt Nam 9

1.1.6 Đánh giá về phế liệu cá Tra 11

1.2 TỔNG QUAN VỀ COLLAGEN VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT COLLAGEN TỪ DA CÁ TRA 12

1.2.1 Khái niệm và phân loại collagen 12

1.2.2 Thành phần, cấu trúc, tính chất và ứng dụng của collagen 12

1.2.2.1 Thành phần và cấu trúc của collagen 12

1.2.2.2 Tính chất của collagen 15

1.2.2.3 Các nghiên cứu trong và ngoài nước 18

1.2.2.4 Ứng dụng của collagen 20

1.2.3 Nguyên liệu sản xuất collagen 23

1.2.4 Dự kiến quy trình công nghệ sản xuất collagen 24

CHƯƠNG II 26

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 26

2.1.1 Nguyên liệu 26

2.1.2 Hóa chất và thiết bị sử dụng 26

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28

2.2.1 Phương pháp thu và xử lý mẫu 28

2.2.2 Phương pháp phân tích 28

2.2.3 Phương pháp xử lý số liệu 30

2.2.4 Phương pháp tối ưu các thông số kỹ thuật 30

2.3 BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM …31

2.3.1 Sơ đồ quy trình nghiên cứu 31

2.3.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định chế độ xử lý nước để khử các tạp chất phi collagen 32

2.3.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định chế độ xử lý acid để khử các tạp chất phi collagen 34

CHƯƠNG III 37

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 37

3.1 KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA DA CÁ TRA TRƯỚC VÀ SAU KHI XỬ LÝ CƠ HỌC 37

3.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ NGÂM NƯỚC LÊN HIỆU QUẢ KHỬ TẠP CHẤT PHI COLLAGEN CHO DA CÁ TRA 38

3.2.1 Ảnh hưởng của thời gian ngâm nước lên hiệu quả xử lý da cá Tra 38

3.2.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ nước ngâm lên hiệu quả xử lý da cá Tra 39

3.3 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ XỬ LÝ ACID CITRIC LÊN HIỆU QUẢ KHỬ TẠP CHẤT PHI COLLAGEN CHO DA CÁ TRA 40

3.3.1 Ảnh hưởng của nồng độ acid citric lên hiệu quả xử lý da cá Tra 40

3.3.2 Ảnh hưởng của thời gian ngâm acid citric lên hiệu quả xử lý da cá Tra 42

3.4 KẾT QUẢ SO SÁNH HIỆU QUẢ KHỬ TẠP CHẤT PHI COLLAGEN BẰNG PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CƠ HỌC, BẰNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC MÁT VÀ DUNG DỊCH ACID CITRIC 44

3.5 KẾT QUẢ QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM TỐI ƯU HÓA CHẾ ĐỘ XỬ LÝ ACID CITRIC CHO DA CÁ TRA 45

3.5.1 Tối ưu hiệu suất khử khoáng 46

3.5.2 Tối ưu hiệu suất khử protein 48

3.6 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH TẠP CHẤT PHI COLLAGEN TRONG QUY TRÌNH SẢN XUẤT COLLAGEN TỪ DA CÁ TRA BẰNG DUNG DỊCH

ACID CITRIC 49

KẾT LUẬN VÀ Ý KIẾN ĐỀ XUẤT 52

I KẾT LUẬN 52

II ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 PHỤ LỤC

MỞ ĐẦU

Hiện nay, ngành thủy sản là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn của đất nước Gíá trị xuất khẩu của các mặt hàng thuỷ sản chiếm tỉ lệ ngày càng cao trong tỉ trọng xuất khẩu Nguồn lợi thủy sản Việt Nam phong phú không chỉ do khai thác mà còn do nuôi trồng Khu vực đồng bằng sông Cửu Long với hệ thống sông ngòi dày đặc cùng với khi hậu nhiệt đới là điều kiện thuận lợi cho việc nuôi trồng thủy sản Xu thế hiện nay là phát triển mạnh nguồn lợi thủy sản do nuôi trồng và giảm dần nguồn lợi do khai thác

Cá Tra hiện nay được coi là một trong những đối tượng nuôi chủ yếu ở đồng bằng sông Cửu Long bên cạnh đối tượng tôm sú Việc nuôi cá Tra đã đem lại thu nhập lớn cho nhiều hộ nông dân ở khu vực này và đóng góp không nhỏ vào việc phát triển kinh tế các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long Sản lượng nuôi cá Tra ngày càng tăng, thúc đẩy ngành chế biến thủy sản ở các tỉnh này phát triển rất mạnh, thu được nguồn lợi nhuận cao do xuất khẩu các mặt hàng chế biến từ cá Tra Theo ước tính của Hiệp Hội Chế Biến và Xuất Khẩu Thủy Sản Việt Nam (VASEP) (2006), nếu sản lượng nguyên liệu đạt 1 triệu tấn thì các nhà máy chế biến thủy sản sẽ loại bỏ ra hơn 600.000 tấn phế liệu cá Tra Do đó việc gia tăng giá trị sử dụng nguồn phế liệu này trở thành một yêu cầu bức thiết nhằm tăng hiệu quả sử dụng nguồn nguyên liệu cá Tra và giảm thiểu những tác động xấu của lượng phế liệu này lên môi trường Da cá là một trong những loại nguyên liệu chiếm tỉ trọng khá cao, khoảng 4,8  5,1% Nếu như mỗi ngày các doanh nghiệp chế biến các sản phẩm cá Tra ở Việt Nam tiêu thụ khoảng 4.000 tấn nguyên liệu thì cũng đồng nghĩa với việc họ loại ra khoảng 192  204 tấn da cá Tra Cho đến nay, hình thức xử lý lượng da cá này chỉ dừng lại ở việc một phần rất nhỏ đem đi chế biến thành thực phẩm như bánh phồng, da cá tẩm gia vị, một phần nhỏ lẻ khác sản xuất gelatin, còn hầu hết một lượng lớn da cá này được xuất khẩu đông lạnh với giá thành rất rẻ khoảng gần 6000 VNĐ/kg.18

Để sử dụng có hiệu quả hơn nguồn phế liệu dồi dào này, việc nghiên cứu công nghệ sản xuất collagen (một chất có rất nhiều ứng dụng trong y học, dược phẩm

hiệu quả sử dụng phế phẩm từ da cá Tra nhờ tạo ra sản phẩm collagen có giá trị cao hơn hẳn da cá Tra thô đông lạnh là cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

 Mục tiêu của đề tài

Nhằm tìm ra chế độ phù hợp để làm sạch tạp chất phi collagen (protein phi collagen, khoáng, lipid, sắc tố) trong quy trình sản xuất collagen từ da cá Tra, sử dụng phương pháp hóa học (môi trường nước mát, acid hữu cơ)

 Ý nghĩa khoa học

 Cung cấp các thông tin (loại hóa chất sử dụng, chế độ xử lý tương ứng) kèm theo quy trình làm tài liệu tham khảo cho các nhà nghiên cứu, giáo viên, sinh viên…

 Chế độ xử lý tách tạp chất phi collagen phù hợp sẽ góp phần nâng cao chất lượng collagen để có thể sử dụng trong y học, dược phẩm và thực phẩm

 Ý nghĩa thực tiễn

 Gia tăng giá trị sử dụng nguồn phế liệu từ cá Tra và giảm thiểu những tác động xấu của lượng phế liệu này lên môi trường nhằm giữ gìn môi trường sống của cộng đồng

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về cá Tra và da cá Tra

1.1.1 Phân bố và phân loại

Phân bố

Cá Tra (pangasius hypophthalmus) phân bố ở một số nước Đông Nam Á

như Campuchia, Thái Lan, Indonexia và Việt Nam Đây là một trong những loài

cá nuôi quan trọng có giá trị kinh tế cao Cá Tra được nuôi phổ biến ở các nước Ðông Nam Á, là một trong 6 loài cá nuôi quan trọng nhất khu vực này Bốn nước trong hạ lưu sông Mê Kông đã có nghề nuôi cá Tra truyền thống là Thái Lan, Campuchia, Lào và Việt Nam do có nguồn cá Tra tự nhiên phong phú.3, 16

Ở Việt Nam hiện nay, nuôi cá Tra đã phát triển ở nhiều địa phương, không chỉ ở Nam Bộ mà một số nơi ở miền Trung và miền Bắc cũng bắt đầu quan tâm nuôi các đối tượng cá nước ngọt này Nuôi thương phẩm thâm 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  300kg/m3 bè Ðồng bằng sông Cửu long (ĐBSCL) và các tỉnh Nam Bộ mỗi năm 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 nuôi và có năm đã chiếm tới 76% sản lượng nuôi cá bè của toàn vùng 18

Mặc dù điều kiện nuôi cá Tra ở miền Trung và miền Bắc không thuận lợi như ở đồng bằng sông Cửu Long nhưng người ta đã bắt đầu nuôi thử nghiệm từ 7 năm trở lại đây và thu được một số kết quả nhất định Điển hình như ở Hà Tây đã

có mô hình nuôi cá Tra đạt 80 tấn/ha, hay ở Nghệ An có mô hình nuôi đạt sản lượng 150 tấn/ha 18 Do vậy, việc mở rộng nuôi cá Tra ở những khu vực này là khả thi

Phân loại

Cá Tra thuộc: Giới (kingdom): Animalia

Ngành (phylum): Chordata Phân ngành (subphylum): Vertegrata Lớp (class): Actinopterygii

Phân lớp (subclass): Neopterygii Siêu bộ (superordo): Ostariophysi

Bộ (ordo): Siluiformes

Họ (famillia): Pangasiidae Các chi: Helicophagus và Pangasius.3

Cá Tra nuôi ở Việt Nam có thể phân loại như sau:

Cá Tra thuộc lớp cá Lưỡng Tiêm (Pisces)

Bộ cá Nheo: Silurifomes

Họ cá Tra: Pangasiidae Giống cá Tra: Pangasius Loài cá Tra: P.hypophthalmus

Một số loài cá Tra ở Việt Nam

Bảng 1.1: Một số loài cá Tra ở Việt Nam (Mai Đình Yến và các cộng tác

viên, 1992)

1.1.2 Đặc điểm vụ mùa thu hoạch và quy mô nuôi trồng 3

Thời điểm thu hoạch cá Tra là quanh năm, thông thường một vụ nuôi kéo dài khoảng 6  8 tháng, nếu thả cá nhỏ thì thời gian thu hoạch dài hơn (khoảng

10  12 tháng), hình thức nuôi thâm canh, bán thâm canh với các mô hình nuôi

bè, nuôi trong ao hầm

Các hình thức nuôi cá Tra

 Giới thiệu cá Tra nuôi bè

Khu vực đồng bằng sông Cửu Long có thể nuôi bè quanh năm đặc biệt là sông Tiền, sông Hậu và một số kênh rạch lớn có thể đặt bè nuôi cá Tra

Nơi đặt bè nuôi cá phải có nguồn nước ngọt sạch dồi dào quanh năm Độ sâu của sông neo bè phải sâu hơn bè khi nước thấp nhất ít nhất là 0.5m, có dòng nước chảy thẳng lưu, tốc độ của nước 0.2  0.5m/s

Thu hoạch

Sau thời gian nuôi 78 tháng khi cá đã đạt chất lượng thương phẩm và tùy theo yêu cầu của khách hàng mà có thể tiến hành thu hoạch cá nuôi Nên thu hoạch trong thời gian ngắn để tránh hao hụt và thất thoát làm giảm năng suất bè nuôi

Ưu điểm

Tốn ít diện tích nuôi, cá phát triển nhanh, có thể nuôi kết hợp cùng một số loại

cá khác nó làm sạch bè nuôi, thời gian thâm canh ngắn, nhanh thu hồi vốn, dễ dàng đánh bắt vận chuyển cá, cá có cơ thịt chắc hơn, màu đẹp nếu qúa trình nuôi đúng kỹ thuật

Giới thiệu cá Tra nuôi hầm

Yêu cầu kỹ thuật đối với ao nuôi: ao nuôi có diện tích từ 500m2 trở lên, độ sâu nước khoảng 2  3m Có cống để chủ động cấp thoát nước dễ dàng, môi trường nước ao trong quá trình nuôi vỗ phải đảm bảo các chỉ tiêu sau:

 Nhiệt độ nước ao nuôi từ 26  30C

 pH 7  8

 Hàm lượng oxy hòa tan lớn hơn 2mg/l

 Chất lượng nguồn nước cấp cho ao phải sạch, không bị ô nhiễm Thu hoạch

Sau thời gian nuôi từ 8  10 tháng khi cá đã đạt chất lượng thương phẩm và tùy theo yêu cầu của khách hàng mà có thể tiến hành thu hoạch toàn bộ cá nuôi

Ưu điểm

Ao nuôi có thể chủ động được nguồn nước nên có thể phòng bệnh cho cá và sự lây nhiễm kháng sinh, thuốc trừ sâu từ môi trường bên ngoài, sản lượng cá nuôi lớn

Nhược điểm

Chi phí ban đầu lớn, thời gian nuôi lâu, nếu chăm sóc cá không tốt thì màu cơ thịt cá xấu dẫn đến giảm giá thành, thiệt hại kinh tế

 Giới thiệu cá Tra nuôi quầng

Địa điểm đặt quầng phải có nguồn nước sạch quanh năm trong suốt thời gian nuôi cá Tra, mức nước sâu trung bình là 2m Quầng nuôi thường tận dụng vùng đất bãi bồi của các sông, đặc biệt là sông Tiền và sông Hậu

1.1.3 Hình thái bên ngoài, đặc điểm cấu tạo 3

Cá Tra có thân dài, không vẩy, màu sắc đen xám, bụng hơi bạc, miệng rộng

và có đôi râu dài, vây ngực và vây bụng có một tia vây cứng

Cá có xương hàm trên thường là thoái hóa, chỉ còn lại dấu vết có tác dụng làm chỗ dựa cho râu hàm

Không có xương liên kết, xương nắp mang dưới và xương đỉnh Các đốt sống thứ 2 và thứ 4 liền nhau Thân tương đối dài, đuôi dạng đuôi chẻ

Miệng ở phía mõm, răng nhọn, trên hai hàm xương lá mía và xương vòm miệng mọc thành từng dãy ghép liền có dạng hình cung Có hai đôi râu nhỏ Màng nắp mang không liền hẳn với ức

Mỗi bên đầu có hai lỗ mũi cách xa nhau Mắt tròn ở bên đầu, có viền mắt tách rời Vây lưng có gai, viền sau gai có răng cưa nhỏ Vây hậu môn rất dài có

20  30 tia vây Vây ngực có 1 gai cứng, vây bụng có thêm một gai mềm

Cá Tra có số lượng hồng cầu trong máu nhiều hơn các loài cá khác Có cơ quan hô hấp phụ và còn có thể hô hấp bằng bong bóng khí và da nên chịu đựng được môi trường nước thiếu oxy hòa tan, tiêu hao oxy và ngưỡng oxy của cá Tra thấp hơn 3 lần so với cá mè trắng

Hình 1.1: Hình ảnh trạng thái bên ngoài của cá Tra

1.1.4 Thành phần hóa học của cá Tra

Thành phần hóa học của thịt cá Tra bao gồm: nước, protein, lipid, glucid, khoáng chất, vitamin, enzym, hoocmon Cũng giống như những loài thủy sản khác, thành phần hóa học khác nhau về giống loài, trong cùng một loài nhưng sống ở môi trường khác nhau thì thành phần hóa học cũng khác nhau Tùy thuộc vào độ tuổi, môi trường, mùa vụ mà thành phần hóa học của cá Tra cũng khác nhau Sự khác nhau về thành phần hóa học của cá Tra làm ảnh hưởng đến cách chế biến, giá trị dinh dưỡng và mùi vị của sản phẩm

Bảng 1.2: Thành phần hóa học của cá Tra [17]

Tỉ lệ các thành phần khối lượng của cá Tra phụ thuộc vào trọng lượng cá khi thu

hoạch và hình thức nuôi Việc nghiên cứu tỉ lệ khối lượng của thành phần chính

so với các thành phần phụ trong sản phẩm thủy sản cũng được các nhà khoa học quan tâm Bảng 1.3 thể hiện sự so sánh tỉ lệ khối lượng của phần fillet bỏ da (thành phần chính) so với da, thịt, mỡ lá, nội tạng, đầu + xương + vây + đuôi (thành phần phụ) trong cá Tra khi nuôi bè hoặc trong ao nuôi [trang bên]

Từ số liệu thể hiện ở bảng 1.3 cho thấy miếng cá fillet thu được chỉ chiếm khoảng 1/3 khối lượng cá Phần còn lại là phế phẩm, lượng phế phẩm này rất lớn Vấn đề đặt ra là phải tìm các biện pháp để tận dụng nguồn phế phẩm này Việc nghiên cứu để sản xuất ra những sản phẩm giá trị gia tăng là nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm thiểu tác động cũng như việc xử lý chất thải là rất cần thiết

Thành phần dinh dưỡng trên 100g thành phẩm ăn được

Chất béo chưa bão hòa (có DHA, EPA)

Bảng1.3: Tỷ lệ khối lượng các thành phần khác nhau của cá Tra  23 

 Sản xuất dầu y học từ gan cá

 Sản xuất gelatin từ da cá, xương cá

 Sản xuất dầu cá, magarin từ mỡ bụng, mỡ lá

 Sản xuất enzym từ nội tạng

1.1.5 Thị trường xuất khẩu cá Tra ở Việt Nam

Về xuất khẩu, hiện nay tính chung trong cả nước có khoảng 168 doanh nghiệp xuất khẩu cá Tra, cá Basa, sản lượng cá Tra đông lạnh xuất khẩu tăng đều

từ năm 2003 và đến năm 2007 có sự tăng đột biến gấp 2 lần so với năm 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 triệu USD 16

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 thủy sản năm 2008 là năm thành công của cá Tra, Basa Thời điểm đầu năm, giá xuất khẩu xuống thấp, các doanh nghiệp thiếu vốn thu mua cá khiến hàng ngàn tấn cá nguyên liệu tồn đọng ở các tỉnh ĐBSCL, gây tâm lý lo ngại cho bà con nuôi cá Tra, Basa Nhưng sau một thời gian ngắn nhờ đẩy mạnh xuất khẩu sang các nước EU và mở rộng thị trường sang các nước vùng Trung Đông nên các mặt hàng cá Tra, Basa vẫn duy trì mức

độ tăng trưởng cao Sau 11 tháng đã xuất khẩu được 584,7 ngàn tấn cá Tra, Basa đạt giá trị 1,33 tỷ USD, tăng 66,65% về khối lượng và 48,84% về giá trị so với cùng kỳ năm 2007 Thị trường xuất khẩu cá Tra, Basa quan trọng là Nga (171,24 triệu USD, gấp 2,22 lần so với năm 2007, chiếm 12,84% về giá trị xuất khẩu cá Tra, Basa) Nếu tính năm 2007, Ucraina là nước nhập khẩu cá Tra, Basa lớn thứ

7 của Việt Nam thì đến năm 2009 đã vươn lên vị trí thứ hai (133,06 triệu USD, gấp 3,57 lần năm 2007 chiếm 9,98%) Tây Ban Nha từ thị trường tiêu thụ cá Tra, Basa đứng đầu trong năm 2007 đã tụt xuống vị trí thứ ba, nhưng vẫn tăng trưởng

cả về khối lượng (42,22 ngàn tấn, tăng 28,87% so với cùng kỳ năm 2007) và giá trị (111,34 triệu USD, tăng 20,54%) Các nước khác trong khối EU cũng là những khách hàng tiêu thụ cá Tra, Basa quan trọng của Việt Nam như Đức (99,24 triệu USD, chiếm 7,44%), Hà Lan (85,39 triệu USD, chiếm 6,4%), Ba Lan (78,12 triệu USD, chiếm 5,86%, nhưng giá trị xuất khẩu năm 2008 sang thị trường này lại có sự sụt giảm 6,55% so với cùng kỳ năm 2007), … Một thị trường khá mới nữa là A-rập Xê-út đã trở thành thị trường tiềm năng, từ vị trí thứ

76 năm 2007 (83,26 ngàn USD) đã vươn lên vị trí 14 (22,93 triệu USD) 1 Theo thống kê của Hiệp Hội Chế Biến và Xuất Khẩu Thủy Sản Việt Nam (VASEP), 3 tháng đầu năm 2010, tổng lượng cá Tra xuất khẩu xấp xỉ 150 ngàn tấn thành phẩm, với giá trị khoảng 310 triệu đô la xuất khẩu Trong đó, thị trường Châu Âu chiếm tỉ trọng lớn nhất với khoảng 38%, sau đó là thị trường Mỹ và các thị trường khác Tuy nhiên, bước vào tháng 4, tình hình thị trường tiêu thụ cá bắt

đầu có những dấu hiệu giảm sút khiến việc mua bán giữa doanh nghiệp trong nước và công ty nước ngoài bị chậm lại, ảnh hưởng đến việc xuất khẩu cá 21 Mặc dù tình hình hiện tại là như vậy nhưng có thể nói rằng, thị trường tiêu thụ

cá Tra ngày càng được mở rộng, có năng lực cạnh tranh trên thị trường quốc tế Việc phát triển chế biến cá Tra đã tạo việc làm cho hàng chục vạn công nhân, nông ngư dân, nhất là ở vùng nông thôn ĐBSCL, góp phần chuyển dịch cơ cấu kinh tế

1.1.6 Đánh giá về phế liệu cá Tra

Trong quy trình sản xuất cá Tra fillet đông lạnh xuất khẩu, lượng phế phẩm, phụ phẩm chiếm khoảng 70% nguyên liệu, được bán với giá rất rẻ Ước tính 700.000 tấn cá tra sẽ loại ra được 100.000 tấn mỡ và khoảng 50.000  70.000 tấn phế liệu da và xương Trong đó da cá chiếm tỷ trọng khá cao 4,8  5,1% tùy thuộc vào hình thức nuôi và kích cỡ cá khi thu hoạch Như vậy, nếu như mỗi ngày các doanh nghiệp chế biến các sản phẩm cá Tra ở Việt Nam tiêu thụ khoảng 1.000 tấn nguyên liệu thì cũng đồng nghĩa với việc họ loại ra khoảng 48  51 tấn

da cá Tra Cho đến nay, hình thức xử lý lượng da cá này chỉ dừng lại ở việc một phần rất nhỏ đem đi chế biến thành thực phẩm như bánh phồng, da cá tẩm gia vị, một phần nhỏ lẻ khác sản xuất gelatin, còn hầu hết một lượng lớn da cá này được xuất khẩu đông lạnh với giá thành rất rẻ khoảng gần 6000 VNĐ/kg 18

Như vậy, có thể thấy rằng nguồn nguyên liệu da cá Tra rất dồi dào Để sử dụng có hiệu quả hơn nguồn phế phẩm này, việc nghiên cứu công nghệ sản xuất collagen (một chất có rất nhiều ứng dụng trong y học, dược phẩm và thực phẩm)

từ da cá Tra là rất cần thiết

Thành phần hóa học của da cá nói chung, nước chiếm khoảng 6070%, một ít chất vô cơ, còn lại là protein và chất béo Protein của da cá chủ yếu là collagen, elastin, keratin, rutin, globumin và albumin

1.2 Tổng quan về collagen và công nghệ sản xuất collagen từ da cá Tra 1.2.1 Khái niệm và phân loại collagen

 Collagen I: có trong da, gân, mạch máu, các cơ quan, xương ( thành phần chính của xương)

 Collagen II: có trong sụn xương ( thành phần chính của sụn)

 Collagen III: có trong bắp thịt (thành phần chính của bắp thịt), tìm thấy bên cạnh collagen I

 Collagen IV: thành phần chính cấu tạo màng tế bào

Tất cả các loại collagen 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

1.2.2 Thành phần, cấu trúc, tính chất và ứng dụng của collagen

1.2.2.1 Thành phần và cấu trúc của collagen

Công thức hoá học: C4H6N2O3R2.(C7H9N2O2R)n 4

Công thức cấu tạo 4

Cấu trúc phân tử collagen

Collagen là một protein chiếm ưu thế của các cơ quan động vật, xấp xỉ 30% tổng số protein Có ít nhất 27 loại collagen khác nhau, có tên là I-XVIII Collagen có cấu trúc rất phức tạp, là một dạng protein cấu trúc sợi dài và hầu hết các chức năng của nó khác với dạng protein phổ biến khác như enzym Tropocollagen hay “phân tử collagen” là một đơn vị lớn hơn của collagen gọi là các sợi Nó dài khoảng 300nm, với đường kính 1,5nm tạo thành bởi 3 chuỗi polypeptid (peptid ), mỗi chuỗi này đều được sắp xếp theo một đường xoắn ốc phía tay trái tạo thành một trục siêu xoắn Ba chuỗi xoắn ốc được cuộn cùng nhau chiều thuận tay phải “đường xoắn ốc đặc biệt” hoặc đường xoắn ốc bộ ba, một cấu trúc bậc bốn được ổn định bởi nhiều liên kết hydro Một sợi collagen là một

a) b)

Hình 1.2 : Cấu trúc của collagen

a) Cấu trúc của collagen ; b) Cấu trúc xoắn của bộ ba

bó các sợi lớn Mỗi sợi lớn lại là một bó gồm nhiều sợi nhỏ Sợi nhỏ lại bao gồm nhiều xoắn bộ ba Mỗi xoắn này là tập hợp của 3 mạch polypeptid bện lại với nhau được gọi là đơn vị cấu trúc của collagen.4

Một đặc điểm đặc trưng của collagen là sự sắp xếp đều đặn của các amino acid trong mỗi mắc xích của từng chuỗi xoắn ốc collagen này Thông thường các chuỗi theo mẫu sau: Gly-Pro-Y hoặc Gly-X-HyP, ở đây X và Y là các acid amin còn lại Proline và hydroxyproline tạo nên khoảng 1/6 tổng số chuỗi Glycine chiếm khoảng 1/3 số chuỗi, điều này có nghĩa là khoảng nửa chuỗi collagen không chứa glycine, proline hoặc hydroxyproline, các nhóm GXY khác thường trong các chuỗi peptid collagen  15

Bảng 1.4: Dạng cấu trúc phân tử của một số loại collagen [7]

1.2.2.2 Tính chất của collagen

Tính chất collagen 5

-Tương tác của collagen với nước

Collagen không hòa tan trong nước, nhưng nó hút nước và trương nở, cứ

100 gram keo khô có thể hút 200 gram nước, trong đó khoảng 70 gram là nước liên kết và 20 gram là nước kết hợp rất vững chắc Phần nước kết hợp liên kết trên chuỗi là phần nước gốc cực tính ở mạch ngoài của collagen Ở các trung tâm thân nước này, vì có nước làm cho mạch chính của collagen trở nên lỏng lẽo Khi hút nước chuỗi cực tính của collagen bị ion hóa nhẹ do tác dụng lực giữa các phân tử (lực Vandervasl)

Cơ chế của quá trình hút nước như sau

H… OH- +H3N- CH- CO …NH-CH – CO –NH-CH – C = O

Do nước là phân tử phân cực tác dụng lên liên kết hydro (liên kết phối trí) làm cho mạch vốn có trong kết cấu của protein bị suy yếu đi Collagen kết hợp với nước và trương nở cho độ dày tăng lên khoảng 25%, nhưng độ dài tăng lên không đáng kể, tổng thể tích của phân tử collagen tăng lên 2  3 lần

Kết quả suy yếu của mạch chính trong liên kết phối trí của collagen làm giảm tính bền vững của sợi keo từ 3  4 lần Khi nhiệt độ tăng, tính hoạt động của mạch polypeptid tăng, làm cho mạch bị yếu dần và đến mức nào đó bị cắt đứt thành những mạch peptid tương đối nhỏ Khi nhiệt độ tăng lên đến 60  65C collagen hút nước và bị phân giải, nhiệt độ phân giải của collagen trong nguyên liệu chưa xử lý tương đối cao, khi nguyên liệu đã khử hết chất khoáng thì nhiệt

độ phân giải giảm xuống Vì collagen hút nước sau khi xử lý bằng kiềm, hoặc acid, lúc này liên kết trong phân tử collagen giảm và một phần bị phân giải nên nhiệt độ phân giải của keo có thể bị hạ thấp

R

R R O- H+ OH

Tương tác giữa collagen với môi trường acid, môi trường kiềm

Trong môi trường acid hoặc kiềm thì collagen có khả năng hút nước trương nở mạnh hơn rất nhiều so với trong nước nguyên chất (do trong điều kiện có nước, thì nước có thể tác dụng với các nhóm mang điện trong phân tử protein và những ion Na+ , Cl- hình thành các nhóm hydrat của collagen), kèm theo là quá trình tỏa nhiệt và làm tăng độ bền liên kết, đồng thời collagen có các biến đổi sau:

 Bị cắt mạch muối (liên kết nội phân tử do nhóm NH3

+

… COO-) làm đứt mạch peptid trong mạch chính

 Làm đứt liên kết hydrogen: trong gốc (–CO) và gốc (–NH+) của mạch xung quanh nó

 Acid amin bị phân hủy giải phóng amoniac

 Điểm đẳng điện bị thay đổi theo hướng giảm (vì những biến đổi đó mang tính chất thủy phân làm cho các nhóm gốc có tính hoạt động tăng lên nhiều).Theo nghiên cứu thì điểm đẳng điện nằm trong khoảng

từ 5,8  6,5

Chính vì vậy nguyên liệu sau khi xử lý acid, kiềm sẽ thuận lợi hơn cho quá trình sản xuất keo gelatin và có thể xử lý ở nhiệt độ thấp hơn cũng thu được gelatin

Trên mạch collagen có các gốc cacboxyl (–COOH) và gốc amin (–NH2) nên

sự có mặt của NaOH thì ion của nó tác dụng với gốc cacboxyl và làm cho gốc amin bị ức chế

-…Na+

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

Sản phẩm phân giải của collagen chủ yếu là gelatin, nếu tiếp tục phân giải ta thu được gelatose và gelatone

Collagen thủy phân thành gelatin theo lý thuyết của Hofmeister phản ứng được tiến hành như sau:

C102H149N31O38 + H2O C102H151N31O39

Collagen Gelatin

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

và gelatone theo phương trình sau:

C102H151N31O39 + H2O C55H85N17O22 + C47H70O19 + 7 N2 Gelatin Gelatose Gelatone

Tỉ lệ thành phần giữa gelatin, gelatose và gelatone được điều chỉnh bằng điều chỉnh nhiệt độ và thời gian nấu Thời gian nấu càng dài, nhiệt độ nấu càng cao thì hàm lượng gelatose và gelatone càng cao Nếu thời gian nấu quá dài hoặc nhiệt

độ nấu quá cao thì có thể còn tạo thành những sản phẩm thủy phân của gelatose

và gelatone nữa

NH+3 …Cl COOH

NH+3 …Cl-

NH+3 …Cl- COOH

COOH NH+3 …Cl- COOH

Những tính chất khác của collagen

Collagen trong dung dịch muối trung tính cùng với gốc cacboxyl (–COOH)

và gốc amin (–NH2) sinh thành các hợp chất muối Tác dụng phân giải collagen của NaCl mạnh hơn so với Na2SO4 (do điện ly của NaCl lớn hơn)

Tác dụng phân giải collagen của enzym pepsin mạnh hơn so với tripsin Điều kiện thích hợp cho enzym này là pH=1,65  1,70, nhiệt độ 37°C

Ở điều kiện bình thường enzym tripsin hầu như không tác dụng đến collagen Tuy nhiên, trong điều kiện nhiệt độ cao; có mặt của acid, kiềm, muối;

xử lý cơ học (khuấy đảo),… thì tripsin có khả năng phân giải mạnh collagen (đặc biệt ở điều kiện pH =8,1  8,2, nhiệt độ 37C)

1.2.2.3 Các nghiên cứu trong và ngoài nước

 Nghiên cứu trong nước

Hiện nay, công nghệ sản xuất collagen từ da cá Tra ở Việt Nam nghiên cứu còn rất hạn chế

Năm 2006, nhóm tác giả trường Đại Học Cần Thơ đã nghiên cứu chiết, tinh sạch gelatin từ da cá Tra Các tính chất cơ bản như (nhiệt độ biến tính, thành phần acid amin, màu sắc và khối lượng phân tử gelatin) đã được nghiên cứu Năm 2009, tác giả Trần Thị Huyền, Đại học Nha Trang đã sử dụng phương pháp hoá học để chiết collagen từ da cá Tra Tuy nhiên, nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở việc chiết ra sản phẩm collagen mà chưa xác định được tính chất, thành phần (khối lượng phân tử, bản đồ peptid, nhiệt độ biến tính, thành phần các acid amin) của collagen này

 Nghiên cứu nước ngoài

Trên thế giới ngày càng có nhiều nghiên cứu thu nhận collagen từ da cá và các nguồn nguyên liệu thủy sản khác:

Năm 2001, nhóm nghiên cứu Nhật Bản Takeshi Nagai và các cộng sự đã thực hiện nghiên cứu tách chiết collagen từ da mực bằng acid acetic kết hợp bổ sung 10% enzym pepsin Kết quả đạt được là hàm lượng collagen thu được là 35%, dạng cấu trúc mạch collagen là [α1]2 α2, nhiệt độ biến tính là 27°C 11

Năm 2003, nhóm tác giả Maria Sadowska và các cộng sự đã nghiên cứu thử nghiệm tách chiết collagen từ da cá Tuyết Baltic bằng phương pháp hóa học Đầu tiên da cá được xử lý kiềm để loại bỏ tạp chất phi collagen rồi đem khử sắc tố bằng H2O2 trong dung dịch đệm Sau đó các tác giả thử nghiệm chiết collagen bằng acid hữu cơ, đó là acid acetic và citric Kết quả cho thấy các acid này có thể loại bỏ các sắc tố trên da cá và khi chiết collagen bằng acid acetic thì hiệu suất chiết phụ thuộc nhiều vào kích thước nguyên liệu, nồng độ acid acetic, tỉ lệ dung môi so với nguyên liệu, thời gian chiết nhiều hơn so với việc chiết bằng acid citric Kết quả nghiên cứu cho phép kết luận là hàm lượng collagen trong da cá Tuyết Baltic khoảng 22% Trong cùng thời gian 24 giờ chiết với acid acetic tỉ lệ 1:6 và acid citric 1:4 thì cho hiệu suất chiết bằng nhau khoảng 20% Tuy nhiên, trong trường hợp chiết bằng acid citric thì hàm lượng không thể tăng lên được khi tăng tỉ lệ dung môi chiết so với nguyên liệu Còn nhược điểm của chiết bằng acetic là để lại mùi đặc trưng cuả acid acetic trên collagen 9

Năm 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 acid acetic rồi kết tủa bằng muối NaCl trong môi trường trung tính Kết quả đánh giá sản phẩm cho thấy hiệu suất thu collagen từ vẩy cá mòi là cao nhất (50,9%), từ vẩy

cá tráp Nhật Bản là thấp nhất (37,5%) Kết quả phân tích cho thấy mạch collagen

từ vẩy cá gồm hai loại mạch là α1 và α2; nhiệt độ biến tính của collagen từ vẩy cá mòi, cá tráp, cá vượt lần lượt là 28,5°C, 28°C, 28°C 10

Năm 2006, Senrsture cùng các cộng sự đã nghiên cứu đưa ra quy trình tách chiết collagen từ da cá da cóc với các công đoạn xử lý bằng kiềm kết hợp với enzym pepsin Hàm lượng collagen chiết được là 54,3% tính theo trọng lượng của collagen đã sấy khô, collagen có nhiệt độ biến tính là 28°C 8

Hầu hết các nghiên cứu được đăng trên các tạp chí khoa học đều cho thấy thành phần amino acid bao gồm: hydroxyproline, aspartic acid, threonine, serine, glutamic acid, proline, glycine, alanine, half-cystine, valine, methionine,

isoleucine, leucine, tyrosine, phenylalanine, lysine, histidine Trong đó glycine chiếm tỉ lệ lớn nhất 8, 9, 10, 11

1.2.2.4 Ứng dụng của collagen

Collagen là một loại protein chiếm tới 25% tổng protein trong cơ thể người,

có chức năng chính là kết nối các mô trong cơ thể lại với nhau

Collagen như là một chất keo dính các bộ phận trong cơ thể lại với nhau thành một khối hoàn chỉnh, nếu không có chúng, cơ thể người sẽ chỉ là các phần rời rạc

Collagen tạo nên độ bền của thành mạch máu và đóng vai trò quan trọng trong

sự phát triển mô tế bào, nó được dùng trong phẩu thuật thẩm mỹ và phẩu thuật bỏng

Collagen đã thủy phân có thể đóng vai trò trong việc điều chỉnh cân nặng, giống như protein, khi ta dùng nó có cảm giác cung cấp đủ năng lượng

Ứng dụng trong công nghiệp 15

Khi collagen được thủy phân đủ ta thu được một loại protein dễ tan trong nước, được gọi là gelatin Gelatin được sử dụng trong thực phẩm, dược phẩm,

mỹ phẩm, và công nghiệp nhiếp ảnh Xét về mặt dinh dưỡng, collagen và gelatin

là nguồn protein nghèo, chúng không cung cấp đầy đủ tất cả các amino axit cần thiết cho cơ thể con người - chúng là protein chưa đầy đủ Các nhà sản xuất collagen để làm thực phẩm bổ sung thông báo rằng sản phẩm của họ giúp tái tạo

da, móng tay và tăng cường sức khỏe Tuy nhiên, các định hướng nghiên cứu khoa học hiện nay không chỉ ra những bằng chứng cho điều này

Xuất phát từ Hy Lạp của từ keo (glue), kolla, collagen trên thế giới có nghĩa

là “nhà sản xuất keo” và cho rằng quá trình nấu da và gân của ngựa và động vật khác có thể thu được keo Keo dán collagen đã được xử dụng ở Ai Cập từ 4000 năm trước, và người châu Mỹ cổ đã dùng nó trong cung tên từ 1500 năm trước Collagen thường chuyển hóa thành gelatin nhưng thường đựợc tiến hành trong điều kiện khô Keo dán từ động vật có tính nhiệt dẻo, mềm trở lại khi gia nhiệt, vì vậy chúng được sử dụng làm dụng cụ âm nhạc như dây đàn violin, đàn guitar

Ứng dụng trong y học, mỹ phẩm

Collagen là protein cấu trúc quan trọng trong cơ thể động vật (đặc biệt là da

và xương) Dựa trên vai trò về cấu trúc và tính phù hợp với cơ thể của collagen,

nó được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp y học và dược phẩm, đặc biệt

sử dụng làm chất hỗ trợ chức năng của thuốc

Collagen loại I được sử dụng trong ngành công nghiệp thuốc và dược phẩm Collagen được thu từ các mô động vật như da, gân và xương rồi được chuyển thành dạng dung dịch sau khi xử lí acid Dung dịch collagen này được kết tủa bằng phương pháp thẩm tích Trong quá trình kết tủa, các sợi collagen hình thành Lúc này có thể tạo hình cho nó thành những tấm, 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 hiệu nhờ các băng y tế có collagen.[6]

Collagen đã được sử dụng rộng rãi trong phẩu thuật thẩm mỹ, hỗ trợ chữa bệnh cho bệnh nhân bỏng, làm tái tạo xương và rất nhiều trong nha khoa, phẫu thuật chỉnh hình 13

Collagen là một chuỗi liên kết amino acid trong sụn động vật, da, xương…và liên kết các mô trong cơ thể, đặc biệt có tác dụng tạo sự đàn hồi tốt cho làn da Với làn da, ngoài nhiệm vụ liên kết nó còn giúp tạo sự đàn hồi và là nhân tố quan trọng nhất giúp con người duy trì sự trẻ trung 13

Đối với vết thương: sẹo được hình thành do liên kết collagen và elastin của

da bị gãy và tổn thương Collagen có tác động tích cực để sản sinh ra các tế bào

da mới, giúp làn da hồi sinh nhanh chóng nên các vết thâm cũng sẽ bị làm mờ dần 12

Tác dụng với mạch máu: Những người dễ bị chảy máu trong có thể do nguyên nhân là mạch máu yếu, dễ bị tổn thương Collagen là hợp chất sản sinh ra mạch máu Collagen giúp đề phòng xơ cứng động mạch và cao huyết áp, rất hữu hiệu với người bị bệnh xơ cứng động mạch não, nhồi máu cơ tim 12

Tác dụng với xương: bên cạnh canxi, collagen chiếm 80% trong cơ cấu thành phần của xương Nếu so sánh cấu tạo xương như một ngôi nhà thì canxi chính là

xi măng, collagen là sợi sắt Theo sự lớn dần cùng tuổi tác, collagen cũng bị suy yếu và lão hoá làm giảm tính đàn hồi, dẻo dai của bộ xương Vì vậy bổ sung collagen giúp xương chắc khỏe hơn và phòng chống các bệnh như loãng xương, xốp xương 12

Tác dụng với sụn: collagen chiếm 50% trong cơ cấu thành phần sụn Thiếu collagen làm cho ma sát giữa các khớp xương lớn hơn, gây ra các biến dạng ở xương và sụn Việc bổ sung collagen giúp ngăn ngừa và giảm thiểu các bệnh liên quan đến khớp xương Ngoài ra collagen còn giúp phòng chống các bệnh như đau thắt lưng, thoát vị đĩa đệm và 1 số bệnh về xương, sụn khác 12

Tác dụng với mắt: collagen tồn tại nhiều trong giác mạc và thuỷ tinh thể của mắt dưới dạng kết tinh Thiếu collagen làm cho giác mạc hoạt động kém, gây ảnh hưởng đến thị lực của mắt và làm cho thủy tinh thể mờ đi do chất amino bị lão hóa, đây chính là nguyên nhân gây ra bệnh đục thủy tinh thể mắt

Phòng ngừa tế bào ung thư: các thí nghiệm khoa học tại Nhật đã chứng minh được rằng sử dụng collagen chiết xuất có tác dụng ngăn ngừa sự biến đổi tế bào gốc phôi (Tế bào ES) thành tế bào ung thư

Tác dụng với nội tạng: collagen cũng tồn tại trong nội tạng trong cơ thể người và có tác dụng giữ cho các bộ phận nội tạng luôn khỏe mạnh Bổ sung collagen sẽ hạn chế các bệnh về tim mach, gan, phổi, 12

Tác dụng với răng: collagen có nhiều trong lợi răng và được coi là tố chất đề kháng các bệnh về răng miệng như viêm nha chu 12

Tác dụng với tóc, móng chân – tay: collagen có trong chất sừng ở tóc, móng chân, móng tay và có tác dụng cung cấp chất dinh dưỡng hỗ trợ hoạt động của chất sừng này Do đó bổ sung collagen giúp cho tóc và móng chân, móng tay bóng mượt, mịn màng, chắc khỏe cũng như có tác dụng hạn chế rụng tóc Dầu gội đầu có chứa collagen có tác dụng giữ ẩm và làm suôn mượt tóc

Tác dụng tăng cường hệ miễn dịch: collagen tăng cường khả năng hoạt động của vi khuẩn có vai trò quan trọng trong cơ chế miễn dịch của cơ thể Collagen tạo môi trường thích hợp cho hoạt động các vi khuẩn có ích này trong cơ thể Vì thế, collagen có tác dụng cải thiện chứng táo bón hay gặp ở phụ nữ, giữ da đẹp và tăng cường khả năng hoạt động của não 13

Hơn nữa, collagen được sử dụng phổ biến trong công nghiệp sản xuất các sản phẩm mỹ phẩm dạng lỏng nhờ vào khả năng giữ nước của nó Collagen được sử dụng như một thành phần chính cho một số mỹ phẩm trang điểm (sản phẩm Beautee Collagen Cell Pure với hàm lượng collagen nguyên nhất lên tới 25%, có khả năng bổ sung và duy trì độ ẩm cho da, cung cấp dinh dưỡng và bảo vệ da chống lại môi trường ô nhiễm bên ngoài Ngoài ra, sản phẩm còn có khả năng xoá bỏ các nếp nhăn nông, cải thiện và làm 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 nhiên) Ngày nay, có nhiều nghiên cứu trong việc sử dụng collagen như một thực phẩm chức năng mà phổ biến nhất

ở các nước Đông Nam Á như: Hàn Quốc, Trung Quốc, Nhật Bản.12

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

1.2.3 Nguyên liệu sản xuất collagen

Cho đến nay collagen chủ yếu được chiết rút từ da, xương của động vật có vú như lợn, bò Tuy nhiên những động vật này có thể mang mầm bệnh Người ta đã chứng minh được rằng, collagen chiết từ da bò điên có thể gây hại cho da của phụ nữ khi sử dụng sản phẩm có chứa nguồn collagen này Trái lại với collagen của động vật có vú, collagen chiết rút từ cá dường như an toàn hơn, do vậy, nghiên cứu chiết collagen từ da cá là một hướng tiếp cận tiềm năng bởi những ứng dụng và tính an toàn của nó

Ở cá thì nguyên liệu dùng để chiết rút collagen chủ yếu là da, xương, vảy, bong bóng,…

Trên thị trường thế giới hiện nay, collagen được mua với giá 25  30 USD/kg, trong khi cá Tra fillet đông lạnh được bán với giá cao nhất cũng chỉ khoảng 3,5  4USD/kg Thực tế cho thấy nguồn nguyên liệu da cá Tra rất dồi dào, đáp ứng tốt nhu cầu nghiên cứu sản xuất và ứng dụng collagen của các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp

Vì vậy, quá trình chế biến phế phẩm để chuyển thành collagen đã ngày càng thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học trên khắp thế giới

1.2.4 Dự kiến quy trình công nghệ sản xuất collagen

Kế thừa các công trình nghiên cứu đã được công bố trên các tạp chí khoa học trên thế giới 7, 8, 9, 10, 11, dự kiến quy trình công nghệ sản xuất collagen từ da cá Tra như sau:

Hình 1.3: Dự kiến quy trình công nghệ sản xuất collagen từ da cá Tra

Xử lý cơ học

Xử lý tách tạp chất phi collagen

Da cá tra

Chiết, kết tủa collagen

Sấy lạnh

Collagen

Giải thích quy trình

 Nguyên liệu: da cá Tra được rã đông tự nhiên rồi tiến hành rửa sơ qua bằng nước sạch nhằm loại bỏ các phần thịt vụn và máu còn dính bám trên da trước khi chuyển sang công đoạn xử lý tiếp theo

 Xử lý cơ học: da cá Tra sau khi rửa sơ qua thì đem đi chà rửa bằng bàn chà nhằm tách bớt mỡ còn dính bám trên da, rửa lại bằng nước rồi cắt nhỏ kích thước 1x1cm để tăng diện tích tiếp xúc của da cá với hóa chất sau này, tạo điều kiện cho quá trình xử lý tốt hơn, để ráo rồi đem cân thành các mẫu nhỏ để phục vụ cho một thí nghiệm

 Xử lý tách tạp chất phi collagen: tách tạp chất phi collagen bằng các tác nhân hóa học, như: acid, kiềm, nước ở nhiệt độ thường hoặc nước nóng,… Tạp chất phi collagen ở đây là khoáng, lipit, sắc tố, protein phi collagen Ở nội dung đề tài này chỉ đi nghiên cứu sử dụng môi trường acid hữu cơ và môi trường nước ở nhiệt độ thường để khử tạp chất phi collagen tạo điều kiện thuận lợi cho công đoạn chiết collagen sau này

 Chiết, kết tủa collagen: mục tiêu của công đoạn này là đảm bảo tiếp tục loại bỏ các thành phần phi collagen ra khỏi nguyên liệu, chiết- kết tủa để thu collagen tinh sạch bằng các dung môi hữu cơ

 Sấy lạnh: collagen kết tủa được đem đi sấy lạnh ở 12 ± 2C, sau đó bao gói và bảo quản ở điều kiện lạnh

CHƯƠNG II

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Nguyên liệu đông lạnh ở dạng block (5kg/block), bao gói bằng túi PE

Hình 2.1: nguyên liệu da cá Tra

2.1.2 Hóa chất và thiết bị sử dụng

 Hóa chất

Kiềm NaOH

- Được sản xuất theo tiêu chuẩn GB/ T629- 1997

- Trạng thái: dạng tinh thể màu trắng đựng trong hộp nhựa

- Trạng thái: ở dạng tinh thể màu xanh, đựng trong hộp nhựa màu trắng

Chỉ thị màu methyl đỏ, phenolphthalein 1%

Tấc cả hóa chất này là các hóa chất thí nghiệm được cung cấp bởi nhà sản xuất Guangdong Guanghua Chemical Factory Co.,Ltd, Trung Quốc

Acid H2SO40.1M tiêu chuẩn

- Sản xuất và phân phối ở công ty cổ phần hóa chất và vật tư KHKT-thành phố

 Thiết bị chưng cất đạm bán tự động

(Xô, chậu, thau, cốc thủy tinh có nắp đậy và các thiết bị thông thường ở phòng

thí nghiệm)

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp thu và xử lý mẫu

Da cá Tra được vận chuyển bằng xe lạnh từ xí nghiệp chế biến cá Tra của xí nghiệp Chế Biến Thủy Sản Thái Bình Dương - Công ty cổ phần Nam Việt, tỉnh

An Giang về Nha Trang

Da cá đã được sơ chế và cấp đông ở dạng block, đóng gói bằng túi PE, có trọng lượng 5kg/block, đạt tiêu chuẩn xuất khẩu Nguyên liệu được cho vào thùng xốp cách nhiệt, duy trì ở nhiệt độ -20  -25°C bằng nước đá gel rồi vận chuyển về bảo quản tại kho đặc sản của nhà máy chế biến thủy sản F17, Nha Trang Seafood, sau đó vận chuyển về phòng thí nghiệm bằng xe máy, mỗi lần lấy như vậy chỉ khoảng 25kg, vì điều kiện tủ đông ở phòng thí nghiệm không cho phép bảo quản được nhiều Tại phòng thí nghiệm, mỗi mảng da cá được chặt thành nhiều bánh da cá đủ để làm một lô thí nghiệm, các bánh da cá tiếp tục được bảo quản đông cho tới khi sử dụng

Cách chuẩn bị nguyên liệu cho thí nghiệm: các bánh da cá sau khi được rã đông tự nhiên đem chà sạch bằng bàn chà rồi rửa sơ bộ để loại bỏ bớt mỡ, thịt vụn và máu còn sót lại, đem cắt thành những miếng nhỏ kích thước 1x1cm, để ráo rồi đem cân thành các mẫu nhỏ 100g phục vụ cho một thí nghiệm

Dùng sức nóng (550  600°C) nung cháy hoàn toàn các chất hữu

cơ Phần còn lại đem cân và tính ra hàm lượng tro toàn phần trong thực phẩm

Tính kết quả

Hàm lượng tro theo phần trăm (X1) tính bằng công thức:

X 1=

G G

G G

G1: khối lượng chén nung và mẫu (g)

G: khối lượng chén nung (g)

G2: khối lượng chén nung và tro trắng (g)

 Phương pháp xác định hàm lượng protein tổng số: phương pháp Kjeldahl theo tiêu chuẩn TCVN 4295-86 (thông qua phương pháp xác định nitơ tổng số theo phương pháp Kjeldahl) 2

0014

(gN/lit) (mẫu lỏng

Trong đó A: là số ml H2SO40.1N dùng trong cốc hứng

B: là số ml NaOH 0.1N dùng trong chuẩn độ

P: là khối lượng mẫu thử mẫu rắn) (g)

V: là thể tích mẫu thử (mẫu lỏng) (ml)

0.0014: là số g nitơ tương ứng với 1ml H2SO40.1N

A : khối lượng bình cầu và chất béo (g)

B : khối lượng bình cầu (g)

P : khối lượng mẫu thử (g)

ii Định lượng chất béo tổng số bằng phương pháp Folch (phụ lục 2)

2.2.3 Phương pháp xử lý số liệu

Số liệu thí nghiệm phân tích, thống kê và vẽ đồ thị trên phần mềm Microsoft

Excel

2.2.4 Phương pháp tối ưu các thông số kỹ thuật

Áp dụng phương pháp thăm dò cổ điển kết hợp phương pháp quy hoạch thực

nghiệm, tối ưu hóa các thông số theo đường dốc nhất

Các công đoạn cần tối ưu

 Công đoạn xử lý acid citric với biến nghiên cứu là nồng độ và thời gian xử lý; hàm mục tiêu là hiệu suất khử khoáng, khử lipit và khử protein

 Công đoạn xử lý bằng nước mát với biến nghiên cứu là tỉ lệ (w/v) và thời gian; hàm mục tiêu là hiệu suất khử khoáng, khử lipit và khử protein

2.3 Bố trí thí nghiệm

2.3.1 Sơ đồ quy trình nghiên cứu

Kế thừa các công trình nghiên cứu đã được công bố trên các tạp chí khoa học

trên thế giới, tác giả đề xuất sơ đồ quy trình nghiên cứu như sau: 7, 8, 9,

Công đoạn cần nghiên cứu là công đoạn xử lý acid citric và công đoạn xử lý bằng môi trường nước mát Mục đích của công đoạn xử lý acid citric là loại bớt

Môi trường acid citric

Chế độ khuấy đảo

Tỉ lệ Thời gian

Kiểm tra các chỉ tiêu lipid, khoáng, protein

Nhận xét, kết luận