Ứng dụng công nghệ enzyme để tách chiết và thu nhận collagen từ da cá tra

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU pHi hay pI isoeletric-điểm đẳng điện: Điểm đẳng điện của một protein OD Optical Density: mật độ quang CRP collagen related peptide : các mối liên kết peptide trong c

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐỖ CAO CƯỜNG

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ENZYME ĐỂ TÁCH CHIẾT VÀ THU NHÂN COLLAGEN TỪ DA CÁ

TRA

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Chuyên ngành Công nghệ sinh học

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS : KHUẤT HỮU THANH

HÀ NỘI - 2010

PHẦN I - MỞ ĐẦU 9

PHẦN II – TỔNG QUAN 11

2.1 PROTEIN VÀ CÁC KHÁI NIỆM 11

2.1.1 Thành phần các nguyên tố của protein 11

2.1.2 Cấu tạo của phân tử protein 11

2.1.3 Phân loại Protein 12

2.1.4 Một số tính chất cơ bản của protein 12

2.1.4.1 Tính tan của protein 12

2.1.4.2 Tính ngậm nước của protein 13

2.1.4.3 Độ nhớt của dung dịch protein 13

2.1.4.4 Hằng số điện môi của dung dịch protein 13

2.1.4.5 Tính chất điện li của protein 14

2.1.4.6 Sự kết muối của dung dịch protein 15

2.1.4.7 Biểu hiện quang học của protein 15

2.1.4.8 Kết tủa thuận nghịch và không thuận nghịch protein 15

2.1.4.9 Các phản ứng hóa học của protein 16

2.1.4.10 Biến tính protein 16

2.2 KHÁI QUÁT VỀ COLLAGEN 18

2.2.1 Collagen và lược sử nghiên cứu 18

2.2.2 Đại cương về cấu trúc của collagen 20

2.2.3 Phân loại collagen 24

2.2.4 Một số tính chất chủ yếu của collagen 27

2.2.5 Sự phân bố collagen trong một số loài động 28

2.2.5.1 Collagen trong động vật thủy sản 28

2.2.5.2 Collagen từ các loài động vật thân mềm 31

2.2.5.3 Collagen từ các loài gia súc , gia cầm 32

2.2.6 Vai trò của collagen trong cơ thể động vật và con người 33

2.2.6.1 Ý nghĩa của collagen đối với sinh vật sống và đối với con người 33

2.2.6.2 Các dạng tồn tại của collagen trong cơ thể 34

2.2.7 Ứng dụng của collagen 37

2.2.7.1 Trong công nghiệp 37

2.2.7.2 Ứng dụng trong y học và dược phẩm 39

2.2.8 Tiềm năng nguyên liệu sản xuất collagen từ da cá ở Việt Nam 41

2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH CHIẾT, TINH SẠCH VÀ XÁC ĐỊNH PROTEIN (COLLAGEN) 42

2.3.1 Các biện pháp cần thiết để nhận protein nguyên thể 42

2.3.1.1 Nhiệt độ 43

2.3.1.2 Nồng độ proton (pH) 43

2.3.1.3 Tác nhân hóa học 43

2.3.2 Phá vỡ tế bào và chiết rút protein 43

2.3.2.1 Phá vỡ tế bào 43

2.3.2.2 Tách chiết protein 43

2.3.3 Tinh sạch protein 43

2.3.3.1 Loại các tạp chất 43

2.3.3.2 Các kỹ thuật thu nhận và tinh sạch protein 44

2.4 MỘT SỐ KỸ THUẬT TÁCH VÀ TINH SẠCH COLLAGEN 47

2.4.1 Phương pháp tách chiết và thu nhận collagen 47

2.4.2 Một số quy trình tách chiết collagen thường sử dụng 49

2.4.2.1 Quy trình tách chiết collagen từ cá da trơn 49

2.4.2.2 Tách chiết collagen từ thịt cá chép, cá hồi (1986) 50

2.4.2.3 Tách chiết collagen từ thịt cá chép (1987) 51

2.4.2.4 Tách chiết collagen từ vẩy cá 51

2.4.2.5 Tách chiết collagen từ cá rô phi song Nile (cá Tilapia) 52

2.4.2.6 Quy trình tách chiết collagen từ da lợn 53

2.4.2.7 Quy trình tách chiết collagen từ xương gà 53

2.4.2.8 Quy trình tách chiết collagen từ xương trâu bò 54

PHẦN III – VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 55

3.1 ĐỐI TƯỢNG VÀ VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 55

3.2 THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT SỬ DỤNG 55

3.2.1 Thiết bị 55

3.2.2 dụng cụ 56

3.2.3 Hóa chất 56

3.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 58

3.3.1 Sơ chế nguyên liệu 58

3.3.2 Tách mỡ 58

3.3.3 Thủy phân protein 59

3.3.4 Thu nhận collagen 59

3.3.5 Xác đinh kết quả 60

3.3.6 Xây dựng sơ đồ công nghệ: 63

PHẦN IV – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 64

4.1.THU THẬP MẪU CÁ TRA 64

4.2.TÁCH MỠ 65

4.2.1 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của thời gian xử lý (ngâm) mẫu với NaOH 0.1M đến tỷ lệ mỡ bị loại 65

4.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến khả năng loại mỡ 67

4.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian xử lý (ngâm) mẫu trong C2H5OH 96% (cồn 960) đến khả năng loại mỡ 69

4.3 THỦY PHÂN VÀ THU NHẬN 71

4.3.1 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của thời gian đến quá trình thủy phân da cá tra bằng CH3COOH 0.5M 71

4.3.2 Nghiên cứu sự thủy phân da cá tra bằng CH3COOH 0.5M có bổ sung enzyme 73

4.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian khi thủy phân da cá Tra bằng CH3COOH 0.5M có bổ sung enzyme pepsin 76

4.3.4 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của nồng độ CH3COOH đến quá trình thủy phân da cá tra có bổ sung enzyme pepsin 79

4.4 NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ NaCl ĐẾN HIỆU SUẤT THU HỒI COLLAGEN TRONG DUNG DỊCH 81

4.5 NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH BẢO QUẢN CHẾ PHẨM CÁ TRA ĐẾN HIỆU SUẤT TÁCH CHIẾT COLLAGEN 82

4.6 KIỂM TRA SẢN PHẨM COLLAGEN: 86

PHẦN V - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

pHi hay pI (isoeletric-điểm đẳng điện): Điểm đẳng điện của một protein

OD (Optical Density): mật độ quang

CRP (collagen related peptide) : các mối liên kết peptide trong collagen

TEM (Transmission electron microscopy): kỹ thuật kính hiển vi điện tử

AFM (Atomic force microscopy): kính hiển vi năng lượng nguyên tử

RER (rough Endoplasmic Reticulum ): màng lưới nội chất

FACIT (Fibril associated collagen with interrupted triple helices)

MACIT ( Membranne asociated collagen with interrupted triple helices)

BSE (bovine spongiform encephalopathy): bệnh bò điên

RCF(relative centrifugal force): lực ly tâm

ATP (adenosin triphosphat): phân tử mang năng lượng

AND hay DNA (deoxyribonucleic axit)

RNA (Ribonucleic axit)

SDS PAGE (sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis): kỹ thuật điện

di trên gel polyacrylamide

PTC : phenylisothyocyanate

HPLC (high performance liquid chromatography): kỹ thuật sắc ký lỏng hiệu năng cao

MS (mass-spectrometry): Phương pháp khối phổ kế tiếp

Gly: Glycine

Pro: Proline

Hyp: Hydroxyproline

Ala: Alanine

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Hàm lượng các nguyên tố trong protein 11

Bảng 2.2 Độ nhớt của một số protein 13

Bảng 2.3 Giá trị pHi của một số protein 14

Bảng 2.4 Bảng phân loại collagen 27

Bảng 2.5 Bảng các axit amin trong thành phần collagen cá hồi 29

Bảng 2.6 Bảng tính ước tính doanh thu 42

Bảng 3.1 Bảng pha chế gel cô và gel tách 60

Bảng 4.1.1- Phân tích hàm lượng phụ phẩm từ cá tra 64

Bảng 4.2.1 – Tỷ lệ mỡ được loại khi ngâm mẫu trong 8h 65

Bảng 4.2.2 – Tỷ lệ mỡ bị loại khi ngâm mẫu trong 10h 65

Bảng 4.2.3 – Tỷ lệ mỡ bị loại khi ngâm mẫu trong 12h 66

Bảng 4.2.4 – Tỷ lệ mỡ bị loại khi ngâm mẫu trong NaOH nồng độ 0.05M 67

Bảng 4.2.5 – Tỷ lệ mỡ bị loại khi ngâm mẫu trong NaOH nồng độ 0.2M 68

Bảng 4.2.6 – Tỷ lệ mỡ được loại khi ngâm mẫu với C 2 H 5 OH trong 12h 69

Bảng 4.2.7 – Tỷ lệ mỡ được loại khi ngâm mẫu với C 2 H 5 OH trong 18h 69

Bảng 4.2.8 – Tỷ lệ mỡ được loại khi ngâm mẫu với C 2 H 5 OH trong 24h 70

Bảng 4.3.1 Tỷ lệ collagen thô thu được khi thủy phân da cá trong 24h 72

Bảng 4.3.2 – Tỷ lệ collagen thô thu được khi thủy phân da cá trong 48h 72

Bảng 4.3.3 – Tỷ lệ collagen thô thu được khi thủy phân da cá trong 72h 72

Bảng 4.3.4 – Tỷ lệ collagen thô thu được khi thủy phân da cá trong CH 3 COOH 0.5M có bổ sung Papain 74

Bảng 4.3.5 – Tỷ lệ collagen thô thu được khi thủy phân da cá trong CH 3 COOH 0.5M có bổ sung Pepsin 74

Bảng 4.3.6 – Tỷ lệ collagen thô thu được khi thủy phân da cá trong CH 3 COOH 0.5M có bổ sung endo protease 75

Bảng 4.3.7 – Tỷ lệ collagen thô thu được khi thủy phân da cá trong CH 3 COOH 0.5M có bổ sung Flavourzyme 75

Bảng 4.3.8 – Tỷ lệ collagen thô thu được khi thủy phân da cá trong CH 3 COOH

0.5M có bổ sung pepsin trong 12h .77

Bảng 4.3.9 – Tỷ lệ collagen thô thu được khi thủy phân da cá trong CH 3 COOH 0.5M có bổ sung pepsin trong 24h: 77

Bảng 4.3.10 – Tỷ lệ collagen thô thu được khi thủy phân da cá trong CH 3 COOH 0.5M có bổ sung pepsin trong 72h 78

Bảng 4.3.11 – Tỷ lệ collagen thu được khi thủy phân da cá trong CH 3 COOH 0.3M có bổ sung pepsin trong 24h 79

Bảng 4.3.12 – Tỷ lệ collagen thu được khi thủy phân da cá trong CH 3 COOH 0.4M có bổ sung pepsin trong 24h 80

Bảng 4.3.13 – Tỷ lệ collagen thu được khi thủy phân da cá trong CH 3 COOH 0.6M có bổ sung pepsin trong 24h 80

Bảng 4.4.1 – Tỷ lệ collagen thu được khi kết tủa dịch thủy phân bằng NaCl: 82

Bảng 4.5.1 – Tỷ lệ collagen thu được khi sử dụng da cá bảo quản -20 0 C 83

Bảng 4.5.2 – Tỷ lệ collagen thu được khi sử dụng da cá bảo quản 0 0 C 84

Bảng 4.5.3 – Tỷ lệ collagen thu được khi sử dụng da cá bảo quản -20 0 C từ nhà máy chế biến cá tra .84

Bảng 4.5.4 – Tỷ lệ collagen thu được khi sử dụng da cá bảo quản -20 0 C từ viện nghiên cứu nuôi trồng thủy sản 85

Bảng 4.6 Lượng collagen thu được sau khi đông khô 86

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Cấu trúc liên kết trong xoắn ba collagen .19

Hình 2.2 Cấu trúc dạng sợi của collagen 20

Hình 2.3 Cấu trúc soắn của collagen 21

Hình 2.4 Cấu trúc vi sợi collagen 22

Hình 2.5 Cấu trúc bó sợi của collagen 23

Hình 2.6 Sự hình thành collagen I 26

Hình 2.7 Cấu trúc da 35

Hình 2.8 Cấu tạo của mắt 35

Hình 2.9 Hệ thống tiêu hóa 36

Hình 2.10 Collagen ứng dụng trong thực phẩm 38

Hình 2.11 Gelatin ứng dụng trong thực phẩm 38

Hình 2.12 ứng dụng collagen trong miếng dán vết thương 39

Hình 2.13 Ứng dụng collagen trong da nhân tạo 40

Hình 2.14 Đưa collagen vào hai thành niệu đạo 40

Hình 2.15 Kem dưỡng da collagen ; son môi collagen và Gel collagen 41

Hình 2.16 Dầu gội đầu collagen; Sữa tắm collagen; tinh thể đắp mặt collagen 41

Hình 4.1.1 – Tỷ lệ % da cá thô trong nguyên liệu 64

Hình 4.2.1 - Ảnh hưởng của thời gian đến tỷ lệ mỡ được loại 67

Hình 3.1 Sơ đồ tách chiết collagen từ da cá 81

Hình 4.2.2 - Ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến tỷ lệ mỡ được loại 68

Hình 4.2.3 - Ảnh hưởng của thời gian đến tỷ lệ mỡ được loại bằng C 2 H 5 OH 70

Hình 4.3.1 - Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình thủy phân 73

Hình 4.3.2 Ảnh hưởng của enzyme đến quá trình thủy phân 76

Hình 4.3.3 Ảnh hưởng của thời gian khi thủy phân da cá tra bằng CH 3 COOH 0.5M có bổ sung pepsin 78

Hình 4.3.4 Ảnh hưởng của nồng độ CH 3 COOH đến quá trình thủy phân 81

Hình 4.4.1 Ảnh hưởng của nồng độ NaCl đến khả năng kết tủa collagen 82

Hình 4.5.1 Ảnh hưởng của phương pháp bảo quản đến hiệu suất tách chiết 85

Hình 4.6.1 Kết quả điện di collagen đã tăng nồng độ .87

Hình 4.6.2 Collagen trước khi đông khô (có bổ sung endo protease (trái), pepsin

(phải)) 87

Hình 4.6.3 Collagen thô đã đông khô 87

PHẦN I - MỞ ĐẦU

Trong những năm đầu của thế kỷ 21, thế giới đã chứng kiến rất nhiều những thành

tựu to lớn trong các lĩnh vực khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành công nghệ sinh học

Trong đó nghành công nghệ protein - enzyme đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể

Và có xu hướng phát triển mạnh mẽ trong tương lai

Trong công nghệ protein – enzyme việc nghiên cứu ứng dụng collagen trong khoa

học và đời sống ngày càng phát triển mạnh Collagen là loại protein cấu trúc chiếm tới

30% tổng lượng protein trong cơ thể Còn trong cuộc sống collagen có rất nhiều các

ứng dụng cho các nghành y tế, công nghiệp thực phẩm, nghành công nghiệp mỹ

phẩm… Thấy được khả năng ứng dụng cao của collagen trong cuộc sống nên hiện nay

trên thế giới đã xuất hiện rất nhiều những nghiên cứu để tăng khả năng chiết xuất

collagen từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau Trong cơ thể động vật chúng chiếm

30% tổng lượng protein và tồn tại chủ yếu trong các bộ phận như: răng, tóc, xương, da,

gân, sụn và các vách cơ

Trên thị trường thế giới hiện nay thì sản phẩm collagen đã được sử dụng và ứng

dụng rất nhiều trong cuộc sống Nhưng ở thị trường Việt Nam hiện nay collagen mới

chỉ được biết đến qua các sản phẩm về mỹ phẩm nhập khẩu từ nước ngoài và một số ít

công ty lớn ở Việt Nam cũng đã nhập khẩu collagen từ nước ngoài về để đưa vào sản

xuất Hầu như tất cả các loại mỹ phẩm có chứa collagen protein đều chiết xuất từ các

loài gia súc, gia cầm Trong khi đó mỹ phẩm dựa trên collagen từ protein của các loài

gia súc, gia cầm có một tỷ lệ hấp thụ rất thấp cho làn da của con người và đặc biệt dễ bị

ảnh hưởng từ những bệnh mà động vật mắc phải như: bệnh bò điên, các bệnh liên quan

đến hệ thần kinh và xương khớp Để khắc phục vấn đề hấp thụ này, collagen chiết xuất

từ cá đã được thay thế Vì collagen từ cá có nhiều ưu điểm tốt hơn về mặt mỹ phẩm và

dược tính Collagen từ cá được hấp thụ hoàn toàn trên da người [37]

Việt Nam với điều kiện thuận lợi về địa lý, trong những năm gần đây ngành thủy

hải sản của nước ta đang phát triển mạnh mẽ, sản phẩm thủy hải sản xuất khẩu đứng

thứ 2 trên thế giới Trong đó thì sản phẩm cá tra, cá basa chiếm tỷ lệ rất lớn Sản phẩm

xuất khẩu của cá tra và cá basa chủ yếu là dạng phile (đã lọc da, xương, vây), vì vậy

khi sản lượng tiêu thụ cá Tra, cá basa ngày càng tăng thì đồng nghĩa với việc các phụ

phẩm kèm theo đó là da, vây, xương … cũng ngày càng tăng Những phụ phẩm này

một lượng nhỏ được sử dụng làm phân bón, làm thức ăn gia súc còn phần lớn là bỏ đi

Vì vậy nếu chúng ta tận dụng nguồn phế phẩm đó để tách chiết collagen thì sẽ mang lại

giá trị kinh tế rất cao Vì lượng phụ phẩm chiếm 70% lượng nguyên liệu ban đầu

Trong khi giá của 1kg da cá tối đa 0.5USD/kg còn giá collagen thô trên thị trường

khoảng 25 – 30 USD/kg [38]

Từ những ứng dụng và hiệu quả kinh tế của collagen mang lại trong cuộc sống,

nhận thấy được tiềm năng trong nguồn cung cấp collagen của nước ta Chúng tôi tiến

hành nghiên cứu đề tài: “ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ENZYM ĐỂ TÁCH CHIẾT VÀ

THU NHẬN COLLAGEN TỪ DA CÁ TRA”

Mục đích của đề tài:

- Nghiên cứu quy trình công nghệ tách chiết và thu nhận collagen từ da cá tra

bằng công nghệ enzyme

Nội dung:

- Xác định tỉ lệ da cá thu được từ phụ phẩm chế biến cá tra

- Nghiên cứu lựa chọn enzyme trong tách chiết collagen từ da cá tra

- Xây dựng quy trình tách chiết và thu nhận collagen

PHẦN II – TỔNG QUAN 2.1 PROTEIN VÀ CÁC KHÁI NIỆM

2.1.1 Thành phần các nguyên tố của protein

Protein là các hợp chất cao phân tử cấu tạo bởi các nguyên tố C, H, O, N, S, đôi

khi còn gặp cả P hoặc các nguyên tố kim loại khác Khi protein bị thủy phân sẽ chuyển

thành các peptid ngắn hoặc axit amin

Tùy theo từng loại protein mà tỷ lệ phần trăm của các nguyên tố trong các loại

định hàm lượng protein thông thường có thể sử dụng phương pháp định lượng thông

qua hàm lượng N có trong phân tử protein đó [5]

2.1.2 Cấu tạo của phân tử protein

Protein cấu tạo từ các nguyên tố như C, H, O, N, S Ngoài ra, một số loại

protein còn chứa một lượng rất ít các nguyên tố khác như: P, Mn, Fe, Cu, Ca, Zn, …

Đơn vị cấu tạo cơ bản của các phân tử protein là các axit amin ( axit amino cacboxylic)

Các nhóm axit amin trong phân tử protein là:

- Axit amin trung tính mạch không vòng

- Hydroxyl axit amin

- Các axit amin chứa lưu huỳnh mạch không vòng

- Các axit amin và amit của chúng

- Các axit amin kiềm

- Iminoaxit (Prolin)

- Các axit amin thơm và dị vòng thơm

Ngoài ra trong một số phân tử protein còn chứa một số các axit amin khác, các

axit amin này thường là dạng hiệu chỉnh của các axit amin thường gặp trên Quá trình

hiệu chỉnh thường xảy ra sau khi chuỗi polypeptide đã được tổng hợp Ví dụ như:

Collagen có chứa Hidroxylizin và Hidroxyprolin, Protrombin có chứa cacboxyl –

glutamate, nhiều protein khác có chứa photphoxerin

Các axit amin này có vai trò quan trọng trong cấu trúc và chức năng của các

protein tương ứng Hidroxyproline làm tăng độ bền sợi của sợi collagen, cacboxyl –

glutamate đảm bảo thực hiện vai trò của protrombin trong quá trình đông máu

Ngoài ra còn gặp một số axit amin không có trong protein nhưng được tìm thấy

trong cơ thể sống và các axit amin không thay thế ( Là các axit amin mà cơ thể sống

không thể tự tổng hợp được phải đưa vào cơ thể từ nguồn bên ngoài qua đường thức

ăn)

Các axit amin này liên kết với nhau bằng liên kết peptide theo những trình tự

nhất định tạo nên các chuỗi polypeptide có cấu trúc khác nhau đặc trưng cho từng loại

protein

Trong protein ngoài các axit amin còn có hai hợp chất amid tương ứng với axit

asparaginic và glutamic là asparaginin và glutamine Trong một vài loại protein còn

phát hiện thấy một số axit amin ít gặp như oxyprolin, oxylizin, octinin [3,5]

2.1.3 Phân loại Protein

Có rất nhiều cách để phân loại protein, trong đó có những cách sau:

- Phân loại theo hình dạng của protein

- Phân loại theo chức năng của protein

- Phân loại theo giá trị dinh dưỡng của protein

- Phân loại theo cấu tạo hoá học của protein

2.1.4 Một số tính chất cơ bản của protein

2.1.4.1 Tính tan của protein

Các loại protein khác nhau có khả năng hoà tan dễ dàng trong một số loại dung

môi nhất định, chẳng hạn như albumin dễ tan trong nước; globulin dễ tan trong muối

loãng; prolamin tan trong ethanol, glutelin chỉ tan trong dung dịch kiềm hoặc axit

loãng v.v [4,7]

2.1.4.2 Tính ngậm nước của protein

Trong môi trường nước, protein kết hợp với nước trương lên trở thành dạng keo

hay nói cách khác protein ở trạng thái hydrate hoá, các phân tử nước bám vào các

nhóm ưa nước trong phân tử protein như –NH2, -COOH , lớp áo nước bao quanh

phân tử protein là một trong các yếu tố làm bền vững cấu trúc, ngăn cách các phân tử

protein không cho chúng dính vào nhau để tạo thành trạng thái kết tủa [4,7]

2.1.4.3 Độ nhớt của dung dịch protein

Khi protein hoà tan trong dung dịch, mỗi loại dung dịch của những protein khác

nhau có độ nhớt khác nhau (bảng 1) Người ta có thể lợi dụng tính chất này để xác định

khối lượng phân tử của protein (độ nhớt càng cao thì khối lượng phân tử càng cao)

2.1.4.4 Hằng số điện môi của dung dịch protein

Khi thêm các dung môi hữu cơ trung tính như ethanol, aceton vào dung dịch

protein trong nước thì độ tan của protein giảm tới mức kết tủa do giảm mức độ hydrate

hoá của các nhóm ion hoá của protein, lớp áo mất nước, các phân tử protein kết hợp

với nhau thành tủa Như vậy, hằng số điện môi của dung môi làm ngăn cản lực tĩnh

điện giữa các nhóm tích điện của protein và nước Mối liên hệ đó được đặc trưng bởi

biểu thức:

Trong đó:

D - hằng số điện môi của dung dịch

F- lực tĩnh điện giữa các ion tích điện

L1 , l2 - điện tích các ion, r - khoảng cách giữa các ion

Ở đây lực tĩnh điện giữa các ion tỷ lệ nghịch với hằng số điện môi và khoảng cách giữa

các ion protein [3,4, 7]

2.1.4.5 Tính chất điện li của protein

Cũng như các amino axit, protein là chất điện li lưỡng tính vì trong phân tử protein có

nhiều nhóm phân cực mạnh (gốc bên R) của amino axit ví dụ: nhóm COOH thứ hai của

Asp, Glu; nhóm NH2 của Lys; nhóm OH của Ser, Thr, Tyr v.v Trạng thái tích

điện của các nhóm này phụ thuộcvào pH của môi trường Ở một pH nào đó mà tổng

điện tích (+) và điện tích (-) của phân tử protein bằng không, phân tử protein không di

chuyển trong điện trường thì giá trị pH đó gọi là pHi (isoeletric-điểm đẳng điện) của

protein

Bảng 2.3 Giá trị pHi của một số protein

Trong môi trường có pH = pHi , protein dễ dàng kết tụ lại với nhau vì thế người

ta lợi dụng tính chất này để xác định pHi của protein cũng như để kết tủa protein Mặt

khác do sự sai khác nhau về pHi giữa các protein khác nhau, có thể điều chỉnh pH của

môi trường để tách riêng các protein ra khỏi hỗn hợp của chúng [3,4, 7]

2.1.4.6 Sự kết muối của dung dịch protein

Muối trung tính có ảnh hưởng rõ tới độ hoà tan của protein hình cầu: với nồng

độ thấp chúng làm hoà tan nhiều protein Tác dụng đó không phụ thuộc vào bản chất

của muối trung tính, mà phụ thuộc vào nồng độ muối và số điện tích của mỗi ion trong

dung dịch Khi tăng đáng kể nồng độ muối trung tính thì độ tan của protein bắt đầu

giảm và ở nồng độ muối rất cao, protein có thể bị tủa hoàn toàn

Các protein khác nhau tủa ở những nồng độ muối trung tính khác nhau Người ta sử

dụng tính chất này để chiết xuất và tách riêng từng phần protein khỏi hỗn hợp [3,4]

2.1.4.7 Biểu hiện quang học của protein

Cũng như nhiều chất hoá học khác, protein có khả năng hấp thụ và bức xạ ánh

sáng dưới dạng lượng tử hγ Vì vậy có thể đo cường độ hấp thụ của protein trong dung

dịch hay còn gọi là mật độ quang thường ký hiệu bằng chữ OD (Optical Density)

Trong thực tế thường đo độ hấp thụ của dung dịch protein ở bước sóng 220nm-240nm

Ở bước từ 250nm-300nm là vùng hấp thụ các amino axit thơm (Phe, Tyr, Trp) có trong

phân tử protein hấp thụ cực đại ở 280nm Có thể sử dụng phương pháp đo độ hấp thụ

của dung dịch protein ở bước sóng 280nm để định tính và định lượng các protein có

chứa các amino axit thơm Ngoài ra có nhiều chất khác trong dung dịch cũng có ảnh

hưởng đến độ hấp thụ protein Vì vậy, các phương pháp đo độ hấp thụ ở vùng ánh sáng

tử ngoại thường được dùng để định lượng protein đã được tinh sạch hoặc để xác định

protein trong các phân đoạn nhận được khi sắc ký tách các protein qua cột [4]

2.1.4.8 Kết tủa thuận nghịch và không thuận nghịch protein

Khi protein bị kết tủa đơn thuần bằng dung dịch muối trung tính có nồng độ

khác nhau hoặc bằng alcohol, aceton ở nhiệt độ thấp thì protein vẫn giữ nguyên được

mọi tính chất của nó kể cả tính chất sinh học và có thể hoà tan trở lại gọi là kết tủa

thuận nghịch Các yếu tố gây kết tủa thuận nghịch được dùng để thu nhận chế phẩm

protein Ngược lại, kết tủa không thuận nghịch là khi phân tử protein sau khi bị kết tủa

không thể phục hồi lại trạng thái ban đầu Sự kết tủa này thường được sử dụng để loại

bỏ protein ra khỏi dung dịch, làm ngưng phản ứng của enzyme [3,4, 35]

2.1.4.9 Các phản ứng hóa học của protein

Cũng như các amino axit và peptide protein có các phản ứng hoá học tương tự

đó là: phản ứng của các nhóm -COOH, -NH2, gốc R và phản ứng tạo màu đặc trưng

của liên kết peptide như phản ứng biure Ngoài ra, còn một số phản ứng màu đặc trưng

khác, có ý nghĩa quan trọng trong phát hiện protein và các gốc amio axit trong chuỗi

polypeptide:

- Phản ứng với thuốc thử Folin-Ciocalteau

Thuốc thử Folin-Ciocalteau có chứa axit phosphomolipdic và axit phos

phovolframic Các chất này làm tăng độ nhạy của phản ứng biure, mặt khác phản ứng

với gốc Tyr và Trp trong phân tử protein Các gốc amino axit này tham gia trong quá

trình tạo phức chất màu xanh da trời

- Phản ứng với ninhydrin

Tất cả các amino axit trong phân tử protein đều phản ứng với hợp chất ninhydrin tạo

thành phức chất màu xanh tím

Protein cũng có thể tham gia nhiều phản ứng tạo màu khác như:

phản ứng xanthproteic, các gốc amino axit Tyr, Trp, Phe trong protein tác dụng với

HNO3 đặc tạo thành màu vàng và sau khi thêm kiềm sẽ chuyển thành màu nâu; phản

ứng Pauli; các gốc Tyr, His trong protein tác dụng với diasobenzosulfate axit tạo thành

màu đỏ anh đào; phản ứng Milon gốc Tyr tác dụng với thuỷ ngân nitrate trong HNO3

đặc tạo thành kết tủa màu nâu đất v.v [3,4,7,35]

2.1.4.10 Biến tính protein

- Khái niệm chung

Sau khi protein bị kết tủa, nếu loại bỏ các yếu tố gây kết tủa mà protein vẫn mất

khả năng tạo thành dung dịch keo bền như trước và mất những tính chất ban đầu,

chẳng hạn độ hoà tan giảm, tính chất sinh học bị mất gọi là sự biến tính protein Vì

vậy, đối với việc bảo quản protein, người ta thường để dung dịch protein ở nhiệt độ

thấp thường là 0-40C Song ở nhiệt độ này dung dịch protein dần dần cũng bị biến tính,

biến tính càng nhanh khi dung dịch protein càng loãng Sự biến tính ở nhiệt độ thấp

của dung dịch protein loãng được gọi là sự biến tính “bề mặt” Protein bị biến tính bề

mặt tạo nên một lớp mỏng trên bề mặt dung dịch, phần dưới lớp mỏng là những nhóm

ưa nước nằm trong dung dịch, phần trên lớp mỏng là những gốc kỵ nước của amino

axit kết hợp với nhau bởi lực Van der Waals Ở dung dịch đặc các phân tử protein kết

hợp với nhau chặt chẽ hơn do đó làm giảm bớt và hạn chế sự biến tính bề mặt Để bảo

quản tốt các chế phẩm protein như enzyme, hormon, g-globulin kháng độc tố v.v

người ta tiến hành làm đông khô (làm bốc hơi nước của dung dịch protein ở áp suất và

nhiệt độ thấp), bột thu được có thể bảo quản được ngay cả ở nhiệt độ phòng thí nghiệm

trong các ống hàn kín

- Các yếu tố gây biến tính

Có nhiều yếu tố tác động gây ra sự biến tính protein như: nhiệt độ cao, tia tử

ngoại, sóng siêu âm, axit, kiềm, kim loại nặng Vì vậy, trong thực tế người ta rất chú ý

tới ảnh hướng của các yếu tố có khả năng làm biến tính protein, ví dụ: khi chiết xuất và

tinh chế protein, đặc biệt là các protein enzyme, cũng như khi xác định hoạt độ của

chúng, phải chú ý đề phòng biến tính Muốn vậy phải đảm bảo những điều kiện thích

hợp nhất cho qui trình kỹ thuật, như tiến hành thí nghiệm trong lạnh và đảm bảo pH

thích hợp của các dung dịch sử dụng

+ Tác nhân lý học

Tác dụng của nhiệt độ: Khi đun nóng Protein rất dễ làm cho chúng bị biến tính

Tác dụng cơ học sự làm đông lạnh: đa số Protein không bị làm biến chất trong quá

trình làm đông lạnh trừ albumin trứng và lipoprotit…

Tác dụng của sóng âm thanh: sóng âm thanh có tần số cao hoặc sóng siêu âm có thể

làm biến tính Protein

Tác dụng của lực căng bề mặt

Tác dụng của lực nghiền cơ học

Tác dụng của tia tử ngoại

+ Tác nhân hóa học:

Tác dụng của dung môi hữu cơ: axeton, etylic

Tác dụng của ure, muối guanidin Ure gây biến tính Protein ở nồng độ 8M, muối

guanidin mạnh hơn ure

- Tính chất của protein biến tính

Nghiên cứu cấu trúc không gian cho thấy khi bị biến tính phân tử protein không

còn cuộn chặt như trước mà thường duỗi ra, kết quả là do bị phá vỡ cấu hình không

gian của protein Sự biến tính không làm đứt liên kết peptide mà làm đứt các liên kết

hydro vì vậy cấu trúc của nhóm kỵ nước của protein bị đảo lộn, các nhóm kỵ nước

quay ra phía ngoài và các nhóm ưa nước quay vào trong, sự hydrate hoá của protein

giảm (protein mất lớp áo nước) các phân tử protein dễ kết hợp với nhau, độ tan giảm và

có thể kết tủa Sự biến đổi cấu trúc khiến protein biến tính dễ được tiêu hoá hơn protein

nguyên thuỷ [1,4,7]

2.2 KHÁI QUÁT VỀ COLLAGEN

2.2.1 Collagen và lược sử nghiên cứu

- Collagen là gì

Là một nhóm protein tự nhiên dạng sợi chỉ có ở động vật và là protein dồi dào

nhất ở trong thịt, mô liên kết của động vật có vú Và nó là thành phần chính của mô

liên kết Chiếm khoảng 25% tới 35% toàn bộ lượng protein trong cơ thể Collagen ở

dạng sợi kéo dài chủ yếu tồn tại trong các mô xơ của gân, dây chằng và da Ngoài ra

còn tập trung rất nhiều ở giác mạc, sụn xương, mạch máu, ruột và các đĩa đệm

Collagen tạo nên 1% tới 2% của mô cơ, và chiếm 6% về trọng lượng của gân, xương,

dây chằng, sụn và răng trong cơ thể

- Lược sử nghiên cứu collagen

Cấu trúc phân tử collagen và cấu trúc các bó collagen đã gây được nhiều sự chú

ý của các nhà khoa học trong nhiều thập kỷ qua Và cấu trúc phân tử đầu tiên được

công bố vào giữa năm 1930 Kể từ đó rất nhiều các nhà khoa học nổi tiếng, trong đó có

cả những người đã đoạt giải nobel như Crick, Pauling, Rich, Yonath, Brodsky, Berman

và Ramachandran đã tập trung nghiên cứu về cấu tạo của phân tử collagen ở dạng đơn

thể Năm 1940, Astbury và Bell đã đưa ra cấu trúc phân tử collagen gồm có một chuỗi

peptide đơn kéo dài với tất cả các liên kết amide trong dang Cis Một tiến bộ đáng kể

đã đạt được trong năm 1951, tại học viện khoa học quốc gia Mỹ, Pauling và Corey đã

đưa ra cấu trúc đúng của chuỗi xoắn - α và dạng “ tờ”-β của collagen Trong đó cấu

trúc 3 sợi polypeptide được kết hợp với nhau thành một dạng xoắn ốc nhờ các liên kết

hidro Trong mỗi bộ 3 amino axit, các liên kết hidro chiếm 4 trong số 6 liên kết chính

với các nguyên tử khác Và cấu trúc của chúng cần thỏa mãn điều kiện là 2 trong số 3

liên kết peptide phải ở dạng Cis Trong năm 1954, Ramachandran và Kartha đã đưa ra

cấu trúc cao cấp hơn đó là các cấu trúc xoắn ba trên cơ sở của kỹ thuật nhiễu xạ sợi

Cấu trúc của chúng là dạng xoắn ba theo chiều từ phải sang so le nhau, Polyproline loại

II xoắn theo chiều từ trái sang với tất cả các liên kết peptide ở dạng Trans và hai liên

kết hidro trong mỗi bộ ba Vào năm 1955 Rich, Crick cùng các đồng nghiệp đã đưa ra

một cấu trúc và đã được chấp nhận cho đến nay Trong cấu trúc đó có một sợi liên kết

đơn N – H (Gly)….O = C (Xaa) là liên kết hidro cho mỗi bộ ba

Sử dụng phương pháp nhiễu xạ sợi nghiên cứu không thể phát hiện được cấu

trúc nguyên tử của collagen, và cấu trúc thứ bậc phức tạp của collagen đã gây rất nhiều

khó khăn khác cho việc phân tích hóa sinh của collagen Khi đó có một cách tiếp cận là

phương pháp đơn giản hóa chuỗi xoắn ba, các mối liên kết peptide trong collagen

(CRPs) đã được sử dụng rộng rãi từ cuối thập niên 1960

Đến năm 1994, Berman và các đồng nghiệp đã lần đầu tiên công bố cấu trúc

tinh thể cấp độ phân tích cao của chuỗi soắn ba (CRP)

Hình 2.1 Cấu trúc liên kết trong xoắn ba collagen (a,b,c)

Đây là cấu trúc đã chứng minh liên kết N – H (Gly) và H – N….C = O là liên kết hidro

(hình 2.1b, 2.1c) [16,17,36]

2.2.2 Đại cương về cấu trúc của collagen

- Cấu trúc phân tử collagen:

Hình 2.2 Cấu trúc dạng sợi của collagen Collagen có kết cấu rất phức tạp là những sợi protein không tan, cấu tạo từ

những tiểu đơn vị hòa tan là tropocollagen Tropocollagen hay "phân tử Collagen" là

một đơn vị lớn hơn của Collagen gọi là các sợi Tropocollagen là những phân tử không

đối xứng có trọng lượng phân tử khoảng 285 kDal, dài khoảng 300 nm và đường kính

là 1,5 nm; gồm 3 dãy polypeptide, mỗi dãy có cấu hình xoắn ốc bên trái được tạo bởi

các đoạn lặp lại của tripeptide là Gly-Hyp-Pro Ba chuỗi xoắn ốc này xoắn lại thành

một cuộn xoắn theo chiều xoắn phải gọi là siêu xoắn, lúc này chiều dài của chúng chỉ

bằng 1/4 so với lúc đầu (67 nm) Khoảng cách giữa các axit amin trong chuỗi xoắn là

2,9 A0 và cấu hình này đòi hỏi số gốc axit amin trong một vòng xoắn là 3,3 chứ không

phải là 3 axit amin

Các phân tử tropocollagen sau khi được thành lập sẽ di chuyển ra môi trường ngoài tế

bào, tập hợp lại một cách đều đặn tạo thành collagen Ba chuỗi polypeptide của

collagen gồm: 2 chuỗi α có cùng thành phần axit amin và một chuỗi β có thành phần

axit amin khác nhau

Hình 2.3 Cấu trúc chuỗi soắn đơn của collagen Gần một nửa lượng amino axit của collagen là glycine và alanine Ở những vị trí

có liên kết – NH – và = O của glycine và alanine của chuỗi này sẽ liên kết nhóm –

NH – và = O của chuỗi kia ở vị trí tương ứng bởi liên kết hydro Cứ 3 chuỗi

polypeptide sẽ xoắn ốc lại với nhau tạo thành một chuỗi lớn hơn, đó chính là sợi

collagen rắn chắc trong mô sống của động vật Ngoài ra, collagen cũng là một protein

rất giàu proline và hydroxyproline Cấu trúc của hydroxyproline tuân theo nguyên tắc

lập lại hai lần trong chuỗi

Một đặc điểm đặc trưng của collagen là sự sắp xếp đều đặn của các amino axit

trong mỗi mắt xích của từng chuỗi xoắn ốc collagen này Thông thường các chuỗi theo

mẫu sau: Y hoặc Gly-X-Hyp, ở đây X và Y là các axit amin còn lại,

Gly-Pro-Hyp là mô hình xuất hiện nhiều nhất Proline hoặc hydroxyproline tạo nên khoảng 1/6

tổng số chuỗi (Chuỗi α) Glycine chiếm 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 peptit collagen anfa Sự phân bố đều đặn với hàm lượng

glycine cao được tìm thấy ở một số ít loại prôtêin dạng sợi, như sợi tơ tằm Chiếm 75-

80% của tơ tằm là: Gly - Ala – Gly- Ala với 10% serine và elastin nhiều trong glycine,

proline và alanine (Ala), mà nhóm phụ này chiếm ít và là nhóm trơ với methyl Lượng

Glycine cao và lặp lại thường xuyên như vậy không tồn tại trong các protein hình cầu

để đảm bảo cho các đoạn ngắn trong chuỗi của nó [16,17,36]

- Cấu trúc vi sợi:

Với các đoạn cuối được đặt so le đều nhau, phần đơn nguyên tropocolagen tự

lắp ráp một cách tự nhiên thành các mảng lớn hơn trong không gian ngoại bào của các

mô Trong các sợi nhỏ collagen được tạo thành, các phân tử được đặt so le nhau

khoảng 67 nm (một đơn vị được gọi là “D” và thay đổi phụ thuộc vào độ hydrat hóa

toàn bộ phân tử) Mỗi đoạn D có chứa 4 phân tử collagen và một phần nhỏ collagen

nữa Điều này là do 300 nm chia cho 67 nm không ra một số nguyên ( độ dài của các

phân tử collagen được chia cho các khoảng cách đặt D so le) Vì vậy trong mỗi giai

đoạn lặp lại D của vi sợi, có một vùng chứa 5 phân tử theo mặt cắt ngang gọi là

“Overlap” và một vùng chỉ chứa có 4 phân tử, được gọi là “Gap” Ba chuỗi xen kẽ vào

nhau cũng được sắp xếp trong khối lục giác hoặc gần như lục giác ở mặt cắt ngang,

trong khoảng cách cả hai khu vực “Gap” và “Overlap”

Hình 2.4 Cấu trúc vi sợi collagen

Có một số liên kết cộng hóa trị chéo trong 3 chuỗi xoắn xen kẽ nhau và một số

liên kết công hóa trị chéo giữa các đường xoắn ốc tropocollagen hình thành lên tập hợp

khối được sắp xếp hợp lý (như dạng sợi) Những bó sợi nhiều thớ hơn được hình thành

với sự trợ giúp của các tầng lớp protein khác nhau (bao gồm các loại collagen khác

nhau), glucoprotein và protein polysacarit hình thành các loại mô trưởng thành khác

nhau từ sự kết hợp thay thế các nhân tố quan trọng như nhau Collagen không hòa tan

là một trở ngại đối với việc nghiên cứu collagen đơn thể cho đến khi tìm ra rằng

tropocollagen từ những động vật còn non có thể chiết xuất được bởi vì nó chưa đủ liên

kết chéo Tuy nhiên những tiến bộ trong kỹ thuật kính hiển vi điện tử (EM) và kính

hiển vi năng lượng nguyên tử (AFM) và nhiễu xạ X - quang cho phép các nhà nghiên

cứu có được hình ảnh càng chi tiết về cấu trúc collagen đúng vị trí của nó Những tiến

bộ sau này đặc biệt quan trọng để hiểu rõ hơn về cách thức mà cấu trúc collagen ảnh

hưởng tới liên kết tế bào - tế bào và tế bào – thể thông tin và bằng cách nào để các mô

được hình thành trong quá trình lớn lên và tái tạo cũng như sự thay đổi khi phát triển

hay bệnh tật [17]

Hình 2.5 Cấu trúc bó sợi của collagen

Sợi collagen là 1 bó các sợi nhỏ Các sợi collagen được bố trí trong các vị trí

khác nhau và có nồng độ khác nhau ở từng các mô khác nhau để tạo nên các đặc tính

riêng của từng loại mô Trong xương, ba đường xoắn ốc xen kẽ nhau của toàn bộ

collagen đều nằm song song và sắp xếp so le Khoảng cách 40 nm gữa hai đầu của đơn

nguyên phân tropocollagen ( xấp xỉ vùng “Gap”) phù hợp với vị trí cấu tạo hạt nhân

làm nên sự lắng đọng và đặc tính dài, cứng, khỏe của xương đó là do các tinh thể

khoáng chất Hydroxyapatite, Ca10(PO4)6(OH)2 và một số phân lân phốt phát Theo

cách này một số loại sụn biến thành xương Collagen loại I đem lại sức bền cho xương

- Những amino axit trong phân tử collagen:

Trình tự và vị trí của một số axit amin đáng chú ý trong phân tử collagen

+ Glycine (Gly) được tìm thấy ở hầu như mọi bộ 3 của các mắt xích

+ Proline (Pro) chiếm khoảng 9% của collagen

Collagen gồm hai axit amin không cùng dẫn xuất không trực tiếp tham gia vào quá

trình chuyển đổi Các axit amin được tìm thấy tại các khu vực cụ thể liên quan đến

glycine và bị biến đổi sau khi dịch mã bằng các enzyme khác nhau, chúng đều cần đến

vitamin c như một yếu tố đi cùng

+ Hydroxyproline (Hyp), được tạo ra từ proline

+ Hydroxylysine (Hyl), được tạo ra từ lysine (Lys) Tùy thuộc vào các loại

collagen, quá trình Glycosy thay đổi số lượng Hydroxylysine ( chủ yếu là do nhóm

disaccharide đính vào)

2.2.3 Phân loại collagen

Collagen tồn tại ở nhiều bộ phận trong cơ thể Đã có 29 loại collagen được tìm

thấy và thông báo trong các tài liệu khoa học Trên 90% collagen trong cơ thể là dạng

I, II, III và IV

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

xương)

Sự hình thành collagen loại I:

Hầu hết các collagen đều được hình thành theo một cách tương tự nhau, sau đây

là quá trình hình thành collagen loại I:

- Bên trong tế bào:

+ Hai chuỗi peptide được hình thành trong quá trình dịch mã trên các ribosome

dọc theo màng lưới nội chất (RER): Chuỗi α-1 và chuỗi α-2 Những chuỗi peptide

(được gọi là preprocollagen) có các đoạn peptide đăng ký ở cuối mỗi chuỗi và một

peptide đánh dấu

+ Chuỗi polypeptide được đưa vào lumen của màng lưới nội chất (RER)

+ Đoạn peptide đánh dấu được tách ra bên trong RER và các chuỗi này hiện nay

được gọi là chuỗi tiền alpha (α)

+ Sự hydroxyl hóa của các axit amin lysine và proline được xảy ra bên trong

lumen Quá trình này phụ thuộc vào axit ascorbic( Vitamin C)

+ Xảy ra quá trình Glycosyl hóa lượng dư hydroxylysine riêng

+ Cấu trúc ba đường xoắn ốc được hình thành bên trong màng nội chất từ mỗi

chuỗi α-1 và α -2

+ Procollagen được chuyển đến các bộ máy Golgi (thể lưới), ở đó nó được tạo

bó và được đưa ra bởi quá trình xuất bào

- Bên ngoài tế bào:

+ Các chuỗi axit amin tạo thành được tách ra và tropocollagen được hình thành

bởi peptidase procollagen

+ Nhiều hình thức phân tử tropocollagen có dạng collagen sợi nhỏ, thông qua

liên kết cộng hóa trị bởi lysyl oxydase mà tạo nên liên kết lysyl hydroxylysine và dư

lượng lysine Qua đó nhiều sợi collagen nhỏ hình thành lên các sợi collagen lớn

+ Collagen có thể gắn được vào các màng tế bào thông qua một số loại protein

bao gồm: fibronectin và intergrin

Hình 2.6 Sự hình thành collagen I

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

• Collagen III: có trong bắp, tử cung, da, ruột, màng tim, quai hàm ( thành phần chính

của bắp), tìm thấy bên cạnh collagen I

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

Bảng phân loại collagen: [17, 36]

I

Collagen loai I là loại collagen phong phú nhất của cơ thể con người thành phần cấu

tạo bao gồm các chuỗi α-1 và α -2 theo tỷ lệ (2:1), có khối lượng phân tử nằm trong

khoảng 100 kDal – 120kDal Nó được hiện diện trong mô sẹo, các sản phẩm cuối

cùng sau khi tế bào thương tổn được phục hồi Nó được tìm thấy trong gân, da, thành

động mạch, các bó cơ, mô sụn và phần hữu cơ của xương và răng

II Sụn trong, chiếm 50% của tất cả các loại protein sụn Dịch thủy tinh thể của mắt

III

Đây là collagen của liên kết mô, và được sản xuất một cách nhanh chóng bằng

nguyên bào sợi non trước khi sợi collagen bền vững loại I được tổng hợp Reticular

chất xơ Cũng được tìm thấy trong thành động mạch, da, ruột và tử cung

IV

Màng tế bào; thủy tinh thể Cũng như là một phần của hệ thống lọc trong mao mạch

và tiểu cầu của hệ thống bài tiết ở thận

V Trong các kẽ mô, cùng với loại I, liên kết với nhau thai

VI Trong các kẽ mô, cùng với loại I

VII Hình thành mấu sợi trong liên kết biểu bì dưới da

VIII Một số nội mô tế bào

IX FACIT collagen trong sụn, liên kết với loại II và loại XI

X Tạo nên hiện tượng phì đại và khoáng sụn

XI Sụn , đĩa đệm

XII FACIT collagen, kết hợp với các sợi loại I và chứa decorin, glycosaminoglycans

XIII Màng collagen, tương tác với integrin a1b1, fibronectin và các thành phần của màng tế tầng dưới như nidogen và perlecan

XIV Phổ biến trong: Xương, hạ bì, sụn

XV Sụn, Tinh hoàn, bầu dục, tim

XVI Hạ bì, bầu dục

XVII Màng một số biểu mô

XVIII Màng não, gan

XXI FACIT collagen trong dạ dày, bầu dục

XXIII MACIT collagen trong tim , võng mạc

XXIV Xương, giác mạc

XXV Não, tim, tinh hoàn

XXVI Tinh hoàn, buồng trứng

XXVII Sụn

XXVIII Hạ bì, dây thần kinh

XXIX biểu bì collagen

Bảng 2.4 Bảng phân loại collagen

2.2.4 Một số tính chất chủ yếu của collagen

Collagen bản chất là các protein nên bản thân nó cũng mang đầy đủ tính chất

của protein, sau đây là một vài tính chất nổi bật của collagen

- Collagen có thể tồn tại trong hai dạng:

+ Dạng sợi: có thể bảo quản lâu hơn và không bị phân hủy ở nhiệt độ thường

+ Dạng dịch lỏng: Khó bảo quản lâu được, nếu làm lạnh có thể bảo quản được 2

tháng

- Collagen là một protein không tan trong nước, nhưng có khả năng giãn nở nhẹ Tỉ lệ

giãn nở có giới hạn co giãn khoảng 7% cho sợi ướt và khoảng 5% cho sợi khô

- Dưới tác động của dung dịch axit, kiềm hay muối ở nồng độ cao collagen bị biến

tính khi đó collagen bị phồng lên và co rút chỉ còn khoảng 1/3 hay 1/4 chiều dài của

sợi

- Collagen bị cắt bởi các enzyme: collagenase, trypsin và pepsin

- Collagen bị kết tủa bởi các nhân tố gây kết tủa như: cồn, (NH4)2SO4 hoặc acetone

- Collagen tan trong glycerin, axit acetic, ure.[16,17,35]

2.2.5 Sự phân bố collagen trong một số loài động

2.2.5.1 Collagen trong động vật thủy sản

Nghành công nghiệp đánh bắt và chế biến thủy hải sản của nước ta trong những

năm gần đây đang trên đà phát triển mạnh, điều này đồng nghĩa với việc đó là các sản

phẩm phụ cũng sẽ tăng lên nhanh chóng, trước đây lượng da và các sản phẩm phụ khác

được dùng cho nghành chế biến thức ăn gia súc, hiện nay nguồn nguyên liệu này phần

nào được sử dụng cho nghành công nghiệp sản xuất protein-collagen Hàm lượng

collagen trong các phần cơ này là khoảng 0.2 – 1.4%

Collagen là thành phần có kích thước lớn của các mô liên kết có ảnh hưởng to

lớn đến chức năng và đặc tính của bắp thịt, là thành phần chính đóng vai trò quan trọng

trong sự co giãn của các bắp thịt Những nghiên cứu về cấu trúc mô đã cho thấy sự

mềm nhanh của thịt cá có nguyên nhân từ sự phân hủy các sợi collagen nhỏ kém bền

vững Những thí nghiệm trên cá hồi Đại Tây Dương cho thấy hàm lượng collagen

trong các bắp thịt ở phần lưng cá hồi đã thay đổi trong suốt thời gian bảo quản trong đá

3 ngày, ngoài ra nghiên cứu còn cho thấy sự thay đổi về tính hòa tan của các phần chiết

khác nhau trong suốt thời gian bảo quản lạnh

Một đặc thù của da cá là bề dầy của da cá rất mỏng và rất dễ bị phân giải trong

quá trình xử lý hóa học, mặt khác còn có rất nhiều sắc tố màu và các chất bẩn còn

chưa xử lý hết trong các giai đoạn trước, do đó chỉ có một lượng rất thấp collagen

nguyên chất được sản xuất Collagen có cấu trúc xoắn ốc của 3 chuỗi polypeptide với

trọng lượng phân tử khoảng 100.000 dalton Khi bị đốt nóng thì cấu trúc này sẽ bị phá

vỡ, các thuộc tính vật lý của nó sẽ bị thay đổi rất nhiều

Bảng các axit amin hợp thành collagen từ cá hồi:

Bảng 2.5 Bảng các axit amin trong thành phần collagen cá hồi

Đối với loài cá hồi trong thời gian bảo quản có sự thay đổi về hàm lượng chất

béo và tính chất hòa tan, trong ngày đầu tiên là 232 g/kg đối với protein dạng nguyên

thủy, 210 g/kg đối với chất béo và định mức 0.118 đã đạt được đối với protein hòa tan,

giữ mức 1/1000 tương đương của D- Leucin – Alpha – NH2 cho mỗi gram Protein

Hàm lượng collagen tổng số trong thịt cá hồi Alantic là 2.9g/kg trọng lượng ướt, định

mức này là thấp hơn so với hàm lượng collagen có trong các bắp thịt màu sáng ở phần

lưng của các loài cá khác Khi nghiên cứu trên 24 loại cá khác nhau người ta nhận thấy

sự thay đổi tổng lượng collagen trong khoảng 3.4-21.9 g/kg Năm 1998 Ekonoff đã xác

định được hàm lượng collagen trong cá hồi là 6.6 g/kg, và đồng thời phải có sự liên

quan giữa hàm lượng này với các giai đoạn sinh học khác nhau Ngoài ra Ysohinaka

(1990) đã chứng tỏ rằng hàm lượng collagen tổng số biến thiên trong khoảng giữa 3.7

g/kg đối với giống cá Vền (cá Tráp) vùng biển đỏ cho đến 12.8 g/kg đối với giống cá

kình Nhật Bản

Trong một vài nghiên cứu trước đây cũng đã chứng minh về sự tương quan giữa

hàm lượng collagen và độ bền, độ dai của thịt Nghiên cứu của stato (1986) cho thấy

tất cả các loài cá với hàm lượng collagen trong các bắp thịt từ 3.4 – 5.1 g/kg đều có

phần thịt mềm và dễ hỏng, dễ bị các điều kiện ngoại cảnh tấn công gây biến chất, gây

nên hiện tượng phân hủy từng phần mối quan hệ giữa hàm lượng collagen và chất

lượng bề mặt đã được khẳng định thêm bằng những chứng minh của Hatae – 1986 rằng

hàm lượng collagen cao chỉ tồn tại trong những phần thịt săn chắc khi hàm lượng

collagen protein của thịt cá càng cao thì chất lượng của cá sẽ tốt hơn trong thời gian

sản xuất

Collagen trong các loài cá phần lớn đều hòa tan tốt trong các dung dịch axit

axetic loãng, tính chất này tương đối khác so với collagen của các loài động vật có vú

Trong quá trình tách chiết có thể thêm vào pepsin để cắt đứt các liên kết trong vùng

không xoắn ốc của collagen Cấu trúc xoắn ốc và các liên kết chéo giữa các phân tử

trong collagen có mối quan hệ chặt chẽ với tính hòa tan của collagen [13, 26, 39 ]

- Trên cá (tính theo trọng lượng đông khô):

+ collagen từ da:

Chiếm 51.4% với cá mú Nhật bản

Chiếm 49.8% với cá thu Đại Tây Dương

Chiếm 50.1% với cá Mập, cá bống biển

+ Collagen trên xương:

Chiếm 42.3% với cá Ngừ, cá Ngừ vằn Chiếm 40.7% với mú Nhật bản Chiếm 53.6% với cá ngọt Chiếm 40.1% cá tráp (vền) vàng Chiếm 43.5% cá thu, (cá ngựa) + collagen trên vây:

Chiếm 5.2% với cá mú Nhật bản ( hòa tan trong axit) Chiếm 36.4% với cá mú Nhật bản ( không tan trong axit)

- Nhiệt độ biến tính của các collagens như sau:

+ collagen thu nhận từ da (25.0-26.5 ° C)

+ collagen thu nhạn từ xương (29.5-30.0 ° C)

+ collagen thu nhận từ vây (28.0-29.1 ° C)

Những nhiệt độ này đã thấp hơn khoảng 7-12 ° C so với collagen da lợn Qua số

liệu thống kể trên cho thấy đối với những phụ phẩm của ngành công nghiệp sản xuất cá

có tiềm năng thay thế da của các loài động vật có xương sống khác như một nguồn

collagen thay thế [23]

2.2.5.2 Collagen từ các loài động vật thân mềm

Collagen từ các loài động vật thân mềm đã được các nhà khoa học Tây Ban Nha

nghiên cứu thì hàm lượng collagen phụ thuộc vào từng vị trí trên cơ thể (Chân, đầu,

mình), phụ thuộc vào giới tính (đực, cái) và cả về độ trưởng thành Qua nghiên cứu thì

các nhà khoa học cho biết, hàm lượng collagen ở các vị trí : Tay, vòi, râu thì cao hơn

so với phần da bao bọc quanh thân mình Hàm lượng collagen tan được trong phần

thân mình thì cao hơn so với phần chân đầu, ở bạch tuộc đực thì hàm lượng collagen

tan ở phần vòi cao hơn các phần khác

Như vậy collagen không chỉ là một trong những thành phần có kích thước tương

đối lớn ở trong các mô cơ mà còn là thành phần có vai trò quan trọng trong việc duy trì

cấu trúc của mô, cấu tạo nên thịt và các bộ phận bơi như vây, đuôi… Nếu ở trong cơ

của cá có hàm lượng collagen xấp xỉ 0.2 – 2.2%, còn trong cơ của cá nhám là 10% thì

ở loài mực ống thì hàm lượng collagen chiếm 2.6% Tuy nhiên người ta nhận thấy loài

mực ống thịt của nó có tính chất như của cao su vì sau khi gia nhiệt thì thịt trở nên dai

hơn Điều này có thể giải thích được qua các yếu tố sau:

+ Tổng hàm lượng collagen có trong cơ

+ Sự phân bố và hình thái học của sợi collagen trong cơ

+ Hàm lượng của các thành phần trong các loại collagen

Khi nghiên cứu giải phẫu về chức năng của mỗi thành phần trong các sinh vật sống

người ta nhận thấy tầm quan trọng của tổng hàm lượng collagen có trong các cấu trúc

đó Ví dụ như những cái chân, xúc tu thực hiện nhiệm vụ bám, níu khi di chuyển nên

hàm lượng collagen có khả năng chịu lực nhiều hơn phần da trên phần mình Trong khi

đó phần da còn lại của mực ống lại có chức năng thực hiện nhiệm vụ co bóp và đẩy

nước để di chuyển nên hàm lượng collagen có tác dụng tăng tính đàn hồi chiếm tỷ lệ

tương đối cao Ngày nay những nghiên cứu đang hướng về những đặc tính sinh hóa

của collagen như: Thành phần các axit amin, kiểu collagen và các liên kết chéo trong

cấu trúc của chúng [11]

2.2.5.3 Collagen từ các loài gia súc , gia cầm

Ở Việt Nam hiện nay, mỗi năm có khoảng 280 triệu con gia cầm, 27 triệu con

lợn, 8.5 triệu con trâu, bò được nuôi Trong đó chủ yếu để lấy thịt, sữa và trứng phục

vụ cho nhu cầu thực phẩm tiêu dùng trong nước và xuất khẩu Tuy nhiên những phần

phụ còn lại sau khi chế biến như: móng, da, xương… thì bị thải loại giả sử rằng

khoảng 10% khối lượng động vật bị thải loại thì toàn bộ các sản phẩm phụ từ các

nghành công nghiệp có thể lên đến gần 2 triệu tấn mỗi năm

Sừng, móng, da, xương … chứa một lượng lớn collagen và keratin, collagen và

những chất sau thủy phân kết hợp với nhau sẽ có những đặc tính mới đem lại nhiều

ứng dụng khác nhau trong công nghiệp ví dụ như khả năng giữ ẩm, đàn hồi, làm mịn

da nên được sử dụng trong nghành công nghiệp mỹ phẩm, chế tạo các cơ quan nhân

tạo…[20]

2.2.6 Vai trò của collagen trong cơ thể động vật và con người

2.2.6.1 Ý nghĩa của collagen đối với sinh vật sống và đối với con người

- Collagen là một dạng protein cấu trúc sợi dài và hầu hết các chức năng của nó

khác với các dạng protein phổ biến khác như enzym Collagen là thành phần chính của

màng tế bào, cấu tạo nên hầu hết các mô bên trong và bên ngoài của tế bào

- Collagen chiếm 30% tổng khối lượng của các protein trong cơ thể của con người

Và nó có tác dụng làm săn chắc da, khả năng chịu nước, thường xuyên bổ xung tái tạo

các tế bào da Nó chiếm một phần quan trọng trong các chức năng sống còn của gần

như tất cả các hệ thống, các cơ quan và mô Collagen là protein chính của mô liên kết,

nó có sức bền tuyệt vời và là thành phần chính của dây chằng, sương, sụn và răng

Cùng với keratin mềm nó có tác dụng chính tạo nên sức mạnh và độ đàn hồi của da

Với những người có tuổi thì cơ thể mất khả năng tái tạo lại collagen, đặc biệt lượng

collagen bị mất nhiều khi hoạt động thể chất, va chạm trong thể thao, ngoài ra còn cả

với các bệnh tự miễn dịch như thoái hóa khớp Vì collagen tạo nên tính đàn hồi cho da

nên khi nó bị suy yếu dẫn đến sự hình thành nếp nhăn

Sự thiếu hụt collagen trong cơ thể cũng thay đổi tùy theo độ tuổi như: da thay đổi

màu sắc, khô, cứng Tóc và móng tay trở nên xỉn và sơ xác thiếu sức sống Thiếu

collagen là nguyên nhân gây lên rối loạn hệ thống miễn dịch và gây tổn hại nhất cho

sức khỏe Điều này là do collagen có chức năng bảo vệ rất quan trọng nó có khả năng

hạn chế sự xâm nhập và lây lan của các chất gây bệnh như: Các chất độc trong môi

trường, vi sinh vật, tế bào gây ung thư Các phân tử collagen được xây dựng từ 19 loại

axit amin khác nhau Những axit amin đó rất hiếm khi xuất hiện trong các protein hoặc

nếu có thì với số lượng rất ít Các axit amin này giúp cho việc định tính và định lượng

các loại collagen

Một số nghiên cứu đã chứng minh rõ ràng về quá trình lão hóa xảy ra trong mô liên

kết với thành phần chính là collagen Quá trình sinh lý của sự lão hóa đó là quá trình

phát triển luân phiên của collagen hòa tan, từ mô mới thành dạng không hòa tan như

kết quả của quá trình lão hóa sinh học của mô liên kết Da sẽ mất dần đi tính đàn hồi và

khả năng dãn nở của da vì khi đó khả năng giữ nước giảm Vì vậy sự giảm collagen

hòa tan là một hiện tượng tự nhiên trong quá trình lão hóa

Các sợi collagen được tổng hợp bên trong một tế bào Nó sản xuất bởi các lớp

keratinocyte tự do di chuyển trong không gian ngoại bào Màng dưới của da và bản

thân da cũng được xây dựng từ collagen loại I Khi bị lão hóa, các liên kết giữa các mô

bị yếu đi làm giảm sức căng của da, dẫn đến da bị trùng xuống và nhăn nheo

Collagen là một trong những protein hỗ trợ giúp cho da có độ căng mịn, không

thấm nước, giãn nở đàn hồi và tính mềm mại từ 40 tuổi trở đi, cơ da con người sẽ mất

dần các tính năng đàn hồi và giãn nở, làm giảm đi sức mạnh cơ bắp Tất cả những dấu

hiệu lão hóa của con người bắt nguồn từ sự thiếu hụt lượng collagen hòa tan trong cơ

thể, là do sự sinh tổng hợp collagen yếu hơn và yếu đi với từng độ tuổi Sau 40 tuổi thì

tuyến bã nhờn, tuyến mồ hôi bắt đầu giảm đi trong cơ thể của mỗi con người Và da bắt

đầu nhão, khô đi, nếp nhăn khi đó xuất hiện như một hệ quả của việc các sợi collagen

bắt đầu yếu đi Vì collagen là thành phần chính của lớp dưới của mô liên kết Chất độc

và một số enzym gây tổn thương các sợi protein ,và các nguyên tố vi lượng, nguyên

bào sợi, vitamin sẽ tác động đến việc giảm sản xuất collagen trong cơ thể Khi đó

collagen vẫn được sản xuất trong cơ thể nhưng khi cơ thể già đi thì quá trình thoái hóa

chiếm ưu thế hơn so với sự tổng hợp Đặc biệt là đối với collagen hòa tan [28,36]

2.2.6.2 Các dạng tồn tại của collagen trong cơ thể

Trên da collagen tồn tại chủ yếu trong: Biểu bì và hạ bì (lớp giữa)

+ Biểu bì (lớp bên ngoài): Đó là lớp mỏng nhất nhưng nó có trách nhiệm bảo vệ

cơ thể với môi trường bên ngoài Trong biểu bì có 5 tầng lớp riêng biệt: lớp

geminativum, spinosum, granulosum, lucidum, corneum Ngoài ra biểu bì còn chứa

các loại tế bào khác như: keratinocytes, melanocytes và tế bào langerhans

Keratinocytes sản suất ra 1 loại protein gọi la keratin là thành phần của biểu bì

Melanocytes tạo ra sắc tố cho da, được gọi là melanin Tế bào langerhans có khả năng

ngăn ngừa mọi vật thể lạ xâm nhập vào da

+ Hạ bì (lớp giữa của da): đây là lớp tạo ra nếp nhăn, hạ bì là một tổ chức phức

tạp bao gồm: mạch máu, nang nông và tuyến nhờn Tại đây có sự xuất hiện của

collagen và eslastin, hai loại protein này tạo nên tính đàn hồi cho da Trong hạ bì có tồn

tại các nguyên bào sợi là những tế bào sẽ tổng hợp collagen và elastin

Hình 2.7 Cấu trúc da Elastin: Protein này được tìm thấy với collagen ở hạ bì Đó là một protein, cùng với

collagen chịu trách nhiệm cho các cấu trúc của các cơ quan và da Khi các protein này

giảm sẽ gây ra cho làn da những nếp nhăn làm cho cơ da trùng xuống

Keratin: protein này trong da hình thành lên tóc, móng và lớp bề mặt của da Keratin

tạo nên độ săn chắc cho làn da

+ Lớp mỡ dưới da: Khi những mô mỡ ở lớp này giảm thì khi đó da sẽ bị trùng

xuống, lớp này được biết đến như lớp mô phụ Đây là nơi có tuyến mồ hôi, chất béo và

các tế bào collagen, có trách nhiệm giữ nhiệt

cho cơ thể và bảo vệ các cơ quan quan trọng

bên trong cơ thể

+ cơ quan thị giác: Collagen dạng ngậm

nước được tìm thấy trong thủy tinh thể, cùng

với polysaccharides nó tạo nên thủy tinh thể

Hình 2.8 Cấu tạo của mắt

+ Tóc: Collagen cấu thành nên các nang tóc, sắc tố của collagen trong tóc cũng

chính là sắc tố của tóc Một loại tế bào khác, melanocyte, tiết ra melanin, chất tạo ra

màu tóc, melanin được keratinocyte đưa vào phần cortex (lõi) của thân tóc, Màu tóc

được định sẵn từ khi con người chào đời Melanin chiếm khoảng 1% cấu trúc của sợi

tóc, và chỉ có 2 loại melanin: eumelanin cho tóc đậm màu và phaeomelanin cho loại

nhạt màu Tuy chỉ có hai loại melanin mà con người có cả chục màu tóc khác nhau từ

đen tuyền đến bạc trắng

+ Xương: Trong xương tồn tại chủ yếu là collagen loại I, cùng với các loại muối

canxi và photpho collagen loại I là những vật liệu cấu thành nên xương Nó tạo nên

95% khối xương Nó chịu tất cả những tác động thay đổi về sinh lý, chu kỳ sinh học,

bệnh tật, chế độ ăn kiêng

+ Dây thần kinh và mạch: Collagen là thành phần quan trọng cấu thành nên

màng ngoài sợi thần kinh myenin, tủy sống, màng não, màng tế bào thần kinh, thành

của tĩnh mạch, động mạch, mạch bạch huyết

+ Đường tiêu hòa: chủ yếu là collagen loại II, loại III tạo nên phần khung chống

đỡ cho dạ dày, ruột và tế bào thành thực quản

Hình 2.9 Hệ thống tiêu hóa + Collagen đối với độ tuổi mãn kinh: Việc giảm sự hấp thu collagen ở phụ nữ trong

thời kỳ mãn kinh là nguyên nhân một số bệnh của hệ thống xương và bộ phận sinh dục

Trong hệ thống tiết niệu sinh dục và đường tiết niệu thường có một số dấu hiệu của

việc rối loạn chức năng, ví dụ như cơ quan sinh dục bị suy yếu, khô màng nhầy, không

kìm chế được tiết niệu và các tình trạng viêm nhiễm, bị gây ra bởi sự thay đổi về số

lượng và chất lượng collagen Việc thiếu hoặc việc sản xuất collagen loại II và III bị

giảm bởi các tế bào mô liên kết làm giảm lượng collagen thủy phân trong không gian

ngoại bào

Quá trình sản xuất collagen xảy ra trong suốt cuộc đời của chúng ta, collagen

giúp phục hồi lại và thay thế các tế bào già yếu [28,36]

Collagen là thành phần protein tham gia nhiều cấu trúc, cơ quan quan trọng

trong cơ thể con người (mắt, da, nội tạng, tóc …) Vì vậy thiếu collagen sẽ sinh ra bệnh

cho cơ thể người

2.2.7 Ứng dụng của collagen

2.2.7.1 Trong công nghiệp

Mục đích sử dụng collagen trong công nghiệp nhằm phục vụ đời sống, nâng cao

sức khỏe, tăng tuổi thọ và giảm sự lão hóa cho con người Người ta đã tạo được rất

nhiều sản phẩm công nghiệp có bổ sung collagen

Trong công nghiệp thực phẩm hiện nay collagen được bổ xung rất nhiều trong

các sản phẩm như: Nước trái cây có bổ sung collagen (Pokka collagen water) của

Singapore theo tỷ lệ 2 mg collagen trong 0.5 lit nước trái cây Trong một số nước uống

của Nhật Bản có bổ sung collagen cùng với các bột trà xanh, bột trái cây được đóng

gói theo tỷ lệ 1mg collagen trong 1g sản phẩm Collagen còn được bổ sung cùng một

số phụ gia khác để chế tạo màng bọc thực phẩm collagen mà phổ biến trên thế giới là

xúc xích có màng bao collagen Một số bánh kẹo của Nhật Bản có bổ sung collagen

(collagen marshmallows), trong đó collagen được bổ sung cùng với gellatin, bột ngô,

và các phụ gia , hương liệu khác …Ở Việt Nam cũng có một số sản phẩm như cà phê

passiona của Trung Nguyên cũng bổ sung collagen [41,42,43,44,45]

Hình 2.10 Collagen ứng dụng trong thực phẩm

Trong quá trình sản xuất collagen từ da lợn, da trâu, da bò và da gia cầm khi thủy

phân da không hoàn toàn sẽ cho sản phẩm gellatin Trong công nghiệp để giảm chi phí,

giá thành nên một số sản phẩm có thể bổ sung gelatin

Dựa vào đặc tính chất tan chảy ở nhiệt độ cao và đông đặc ở nhiệt độ lạnh của

gelatin, đóng vai trò như một chất keo bảo vệ ngăn chặn sự kết tinh của đường Trong

phomat mềm, gelatin giúp ngăn chặn sự mất nước Ngoài ra, trong sản xuất bơ sữa

gelatin đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra độ mịn, độ sánh cho sản phẩm

Trong kẹo dẻo, gelatin cung cấp cho sản phẩm độ dẻo và dai Theo thống kê nếu

trong kẹo dẻo có chứa 1,7 – 2,5 % gelatin giúp ngăn chặn sự kết tinh đường, vì vậy có

thể giữ cho kẹo mềm và dẻo hơn

Hình 2.11 Gelatin ứng dụng trong thực phẩm

2.2.7.2 Ứng dụng trong y học và mỹ phẩm

Collagen đã được sử dụng rộng rãi trong phẫu thuật thẩm mỹ, như là hỗ trợ

chữa bệnh cho bệnh nhân bỏng, tái tạo xương và rất nhiều trong nha khoa, phẫu thuật

chỉnh hình Như một số ứng dụng sau:

- Da, mô (lợn) cũng được sử dụng rộng rãi để sản xuất các tấm collagen cho nhiều mục

đích phẫu thuật

- Collagen trong y tế được sản xuất từ thịt bò (trâu, bò) non , những động vật được xác

nhận không mắc phải bệnh BSE (bệnh bò điên) Nhưng hầu như các nhà sản xuất sử

nguồn nguyên liệu từ động vật như trên đều bị đóng cửa Chỉ trừ những nước chưa bao

giờ có báo cáo về việc nhiễm bệnh BSE như: Úc, Brazil, Newzeland [37]

- Lựa chọn sử dụng thay thế chất béo, axit hyaluronic hoặc gel polyacrylamide cho các

bệnh nhân cũng đã được thực hiện

- Collagen đang được dùng rộng rãi để thay thế da nhân tạo, được sử dụng trong việc

chữa trị bỏng nặng Những collagen có thể được bắt nguồn từ bò, ngựa hoặc lợn, thậm

chí cả con người và đôi khi được sử dụng kết hợp với silicones, glycosaminoglycan,

nguyên bào sợi, các yếu tố tăng trưởng và các chất khác

Hình 2.12 ứng dụng collagen trong miếng dán vết thương [40]