Nghiên cứu thu nhận, biến tính gelatin từ phế liệu thủy sản và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm

Luận án được nghiên cứu với mục tiêu nhằm xây dựng quy trình công nghệ thu nhận gelatin từ da cá với chất lượng và hiệu suất thu hồi cao; Xây dựng quy trình biến tính gelatin từ da cá phế liệu nhằm cải thiện các đặc tính chất lượng của gelatin; Đánh giá khả năng ứng dụng gelatin thu được trong sản xuất một số sản phẩm thực phẩm.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

ĐÀ NẴNG - 2019

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm

Mã số: 62.54.01.01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1 PGS.TS ĐẶNG MINH NHẬT

2 PGS.TS TRẦN THỊ XÔ

ĐÀ NẴNG - 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Người cam đoan

Châu Thành Hiền

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CHỮ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT iv

DANH MỤC CÁC BẢNG v

DANH MỤC CÁC HÌNH vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5

1.1 Tổng quan về collagen và gelatin 5

1.1.1 Tổng quan về collagen 5

1.1.2 Quá trình chuyển từ collagen thành gelatin 11

1.1.3 Tổng quan về gelatin 12

1.1.4 Tổng quan về gelatin từ cá 17

1.2 Tổng quan về gelatin biến tính 20

1.2.1 Tác nhân biến tính 20

1.2.2 Cơ chế tạo liên kết ngang trong quá trình biến tính 21

1.3 Ứng dụng của gelatin 22

1.3.1 Gelatin trong thực phẩm 22

1.3.2 Trong dược phẩm 24

1.3.3 Gelatin trong kỹ thuật phim ảnh 24

1.3.4 Gelatin làm chất bổ sung dinh dưỡng 24

1.4 Tổng quan về nguồn thủy sản và phế liệu thủy sản 25

1.5 Tổng quan tình hình nghiên cứu về gelatin từ phế liệu thủy sản 25

1.5.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 25

1.5.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 34

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38

2.1 Nguyên liệu 38

2.2 Hóa chất 38

2.3 Phương pháp nghiên cứu 39

2.3.1 Sơ đồ nghiên cứu 39

2.3.2 Bố trí thí nghiệm 41

2.3.3 Phương pháp phân tích hóa lý 46

2.3.4 Phương pháp phân tích hóa sinh 52

2.3.5 Phương pháp phân tích vi sinh 52

2.3.6 Phương pháp phân tích cảm quan 53

2.3.7 Phương pháp phân tích số liệu thực nghiệm 54

2.3.8 Tối ưu hóa điều kiện thực nghiệm 54

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 55

3.1 Nghiên cứu thu nhận gelatin từ phế liệu thủy sản 55

3.1.1 Khảo sát thành phần hóa học cơ bản của một số loại da cá 55

3.1.2 Nghiên cứu công đoạn xử lý nguyên liệu da cá 56

3.1.3 Nghiên cứu công đoạn trích ly gelatin 70

3.1.4 Nghiên cứu làm sạch gelatin 74

3.1.5 Xác định một số đặc tính của gelatin thành phẩm 85

3.1.6 Xác định chỉ tiêu an toàn vệ sinh thực phẩm và chỉ tiêu chất lượng của gelatin 91

3.1.7 Nghiên cứu chế độ bảo quản gelatin 92

3.1.8 Đề xuất quy trình thu nhận gelatin từ da cá quy mô phòng thí nghiệm 95

3.2 Nghiên cứu biến tính gelatin từ da cá Ngừ Đại Dương 97

3.2.1 Biến tính bằng enzyme transglutaminase, acid caffeic và acid tannic 97

3.2.2 Biến tính bằng polyphenol từ lá chè xanh 108

3.3 Nghiên cứu ứng dụng gelatin 117

3.3.1 Đánh giá khả năng ứng dụng làm chất tạo gel nhân kem marshmallow trong sản xuất bánh chocopie 117

3.3.2 Ứng dụng gelatin trong sản xuất kẹo dẻo hương cam 118

3.3.3 Ứng dụng gelatin biến tính bằng enzyme transglutaminase trong kỹ thuật vi bao chất màu anthocyanin 122

3.3.4 Đánh giá khả năng ứng dụng gelatin biến tính bằng polyphenol chè xanh làm màng bao bảo quản thịt 124

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 133 CÁC CÔNG T RÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PH Ụ LỤC

DANH MỤC CHỮ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT

E.coli Escherichia coli

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu

1.2 Thành phần acid amin trung bình của gelatin (‰) 13 1.3 Một số ứng dụng của gelatin trong sản phẩm thực phẩm 231.4 Tóm tắt một số nghiên cứu thu nhận gelatin từ da cá trên thế giới 261.5 Tóm tắt một số nghiên cứu biến tính gelatin từ da cá trên thế giới 32 1.6 Tóm tắt một số nghiên cứu thu nhận gelatin từ da cá ở Việt Nam 35 2.1 Một số hóa chất chính dùng trong nghiên cứu 38 3.1 Thành phần hóa học cơ bản của một số loại da cá 55

3.2 Kết quả xác định nồng độ acid và thời gian xử lý da cho độ bền

gel cao nhất cùng với độ nhớt và hiệu suất thu hồi gelatin 57 3.3

Kết quả xác định hàm lượng vôi và thời gian xử lý da cá thích hợp để thu được gelatin có độ bền gel cao nhất cùng với độ nhớt

và hiệu suất thu hồi

59

3.4 Kết quả xác định thời gian xử lý da trong huyền phù vôi, dung

dịch acid để thu được gelatin có độ bền gel cao nhất 61 3.5

So sánh kết quả xác định điều kiện tốt nhất để thu được gelatin từ

da cá khô và da cá lạnh đông bằng ba phương pháp acid, kiềm, kết hợp kiềm-acid

63

3.6 Điều kiện khảo sát sơ bộ làm sạch màu dịch gelatin bằng THT 79 3.7 Mức yếu tố ảnh hưởng của điều kiện xử lý 803.8 Điều kiện tối ưu làm sạch màu dịch gelatin bằng THT 81

3.10 Tổng điểm và điểm trung bình về độ mùi của các mẫu gelatin 83 3.11 Hàm lượng các hợp chất gây mùi của gelatin 83

3.13 Kết quả đánh giá các chỉ tiêu an toàn vệ sinh thực phẩm và chỉ

Số hiệu

3.14 Nồng độ gelatin thích hợp để biến tính 101

3.15 Điều kiện thích hợp nhất để biến tính gelatin bằng

transglutaminase, acid caffeic, acid tannic 1013.16 Kết quả đánh giá cảm quan gelatin sau khi biến tính 106

3.17 Kết quả phân tích các chỉ tiêu chất lượng polyphenol thô chè

3.18 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ nhớt, mức độ liên kết ngang và

3.19 Ảnh hưởng của hàm lượng polyphenol đến độ nhớt, mức độ liên

3.20 Ảnh hưởng của nồng độ gelatin đến độ nhớt, mức độ liên kết

3.21 Tóm tắt kết quả đánh giá chất lượng gelatin của nhà máy 117

3.23 Kết quả đánh giá các chỉ tiêu chất lượng của kẹo dẻo 1203.24 Một số chỉ tiêu của anthocyanin sau vi bao và không vi bao 123 3.25 Ưu điểm, nhược điểm của các màng phim 128

DANH MỤC CÁC HÌNH

Số hiệu

1.2 Trình tự sắp xếp các acid amin trong phân tử collagen 6

1.4 Tương tác tạo liên kết ngang của collagen 10

1.5 Phản ứng giữa phức có liên kết aldimine với histidine hình

thành liên kết ngang histidino-hydroxylysinonorleucine 101.6

Phản ứng giữa phức có liên kết keto- amine với hydroxylysine aldehyde, lysine aldehyde hình thành liên kết ngang

11

1.7 Các dạng gelatin, A: dạng hạt; B: dạng tấm; C: dạng sợi 13 1.8 Độ nhớt gelatin phụ thuộc nhiệt độ và hàm lượng gelatin 15

1.9 Mô hình phân bố điện tích của gelatin loại A và B trong dung

1.10 Quy trình thu nhận gelatin tổng quát từ da cá 18 1.11 Cơ chế tạo liên kết ngang của gelatin xúc tác bởi enzyme 21 1.12 Cơ chế tạo liên kết ngang của gelatin bởi tác nhân hóa học 22 1.13 Ứng dụng của gelatin trong sản phẩm kẹo, kem, thịt đông 23

2.2 Sơ đồ quy trình thu nhận gelatin từ da cá 41

3.1 Ảnh hưởng của biên độ siêu âm đến độ bền gel, độ nhớt và

3.2 Ảnh hưởng của chu kỳ đóng ngắt siêu âm đến độ bền gel, độ

3.3 Ảnh hưởng của thời gian siêu âm đến độ bền gel, độ nhớt và

3.4 Ảnh hưởng của thời gian siêu âm trong huyền phù vôi đến độ 69

Số hiệu

bền gel, độ nhớt và hiệu suất thu hồi gelatin

3.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly đến độ bền gel, độ nhớt và

3.6 Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến độ bền gel, độ nhớt và

3.7 Ảnh hưởng của tỷ lệ dung môi/ da cá đến độ bền gel, độ nhớt

3.8 Ảnh hưởng của loại tác nhân làm sạch màu đến độ đục và độ

3.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý THT đến độ đục và độ hấp thụ

3.10 Ảnh hưởng của thời gian xử lý THT đến độ đục và độ hấp thụ

3.11 Ảnh hưởng của hàm lượng THT đến độ đục và độ hấp thụ

3.12 Sự phân bố khối lượng phân tử của gelatin 85

3.13 Cấu trúc của gelatin thu nhận từ da cá Ngừ Đại Dương và da

3.14 Phổ hồng ngoại của gelatin da cá Ngừ Đại Dương và da cá

3.15 Gelatin từ da cá Ngừ Đại Dương và da cá Tra sau khi sấy khô 92

3.17 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến sự thay đổi độ nhớt và

3.18 Ảnh hưởng hàm lượng transglutaminase, acid caffeic, acid

tannic đến độ nhớt và độ bền gel gelatin 99

3.19 Ảnh hưởng của nồng độ gelatin đến mức độ tăng độ nhớt và

3.20 Ảnh điện di các mẫu gelatin biến tính và mẫu chuẩn marker 102

Số hiệu

3.21 Vi ảnh cấu trúc của gelatin trước và sau khi biến tính 103

3.23 Phổ hồng ngoại (FTIR) của gelatin trước và sau khi biến tính 105

3.24 Gelatin trước và sau khi biến tính bằng transglutaminase, acid

3.25 Ảnh điện di các mẫu gelatin và mẫu chuẩn marker 112

3.26 Ảnh vi cấu trúc gelatin trước và sau khi biến tính bằng

3.27 Phổ hồng ngoại của gelatin biến tính bằng polyphenol 114 3.28 Gelatin trước và sau khi biến tính bằng polyphenol chè xanh 114

3.30 Quy trình công nghệ sản xuất kẹo dẻo gelatin 118

3.33 Sản phẩm anthocyanin vi bao (MCR-A) và không vi bao

3.34 Sự thay đổi hàm lượng anthocyanin theo thời gian bảo quản 123

3.35 Ảnh hưởng của nồng độ gelatin, hàm lượng glycerol đến độ

3.36 Ảnh hưởng của nồng độ gelatin, hàm lượng glycerol đến độ

trương phồng và độ thấm hơi màng phim 126 3.37 Ảnh hưởng của nồng độ gelatin, hàm lượng glycerol đến độ

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Gelatin với bản chất là protein được tạo thành từ sự phân giải collagen có trong xương, da, gân, sụn, từ các loài động vật có vú và các loài thủy sản

Gelatin được ứng dụng nhiều trong các ngành y dược, mỹ phẩm, phim ảnh,

vì những tính chất chức năng độc đáo của nó Riêng trong ngành công nghệ thực phẩm, gelatin được sử dụng với vai trò là chất ổn định, chất kết dính, chất nhũ hóa, chất tạo gel, [98]

Theo tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc (FAO), sản lượng gelatin trung bình hàng năm trên thế giới khoảng 326.000 tấn và nhu cầu sử dụng không ngừng gia tăng Trong đó, gelatin được sản xuất từ da heo, da bò chiếm phần lớn, gelatin từ các nguồn nguyên liệu khác chiếm tỷ lệ rất ít [93] Tuy nhiên, do những lo ngại về khả năng gây bệnh truyền nhiễm như lở mồm, long móng và các vấn đề tôn giáo của gelatin từ động vật có vú, phế liệu chế biến thủy sản hiện đang nổi lên như là nguồn nguyên liệu thay thế để cung cấp gelatin đầy tiềm năng [88]

Cùng với sự phát triển của ngành khai thác và chế biến thủy sản, lượng phế liệu thủy sản thải ra môi trường ngày càng nhiều Theo khảo sát của FAO, hơn 158 triệu tấn hải sản được đánh bắt và nuôi trồng hàng năm, trong đó chỉ khoảng 50% được sử dụng làm thực phẩm, lượng còn lại được cho là phế liệu, không sử dụng trực tiếp cho con người [91] Ở Việt Nam, chỉ tính riêng khu vực Đồng bằng Sông Cửu long, lượng phế liệu thủy sản thải ra hàng năm vào khoảng 300 ngàn tấn [8],

gelatin thay thế gelatin có nguồn gốc từ động vật có vú đang là hướng đi được quan tâm, có khả năng đem lại giá trị kinh tế cao và định hướng góp phần giảm thiểu ô

Mặc dù trong thời gian gần đây đã có nhiều nghiên cứu trên thế giới và số ít

ở nước ta về công nghệ thu nhận gelatin từ các loại phế liệu thuỷ sản, nhưng do có

sự khác biệt về nguồn gốc nguyên liệu, điều kiện nghiên cứu, mục tiêu của nghiên

cứu – thu nhận gelatin với hiệu suất cao hay chất lượng cao - nên các kết luận đưa

ra không có sự thống nhất về phương pháp xử lý nguyên liệu, hoá chất sử dụng cho đến điều kiện trích ly gelatin Việc áp dụng các kỹ thuật tiên tiến như siêu âm trong công nghệ chưa được quan tâm Các loại phế liệu thủy sản phổ biến trong nước chưa được nghiên cứu nhiều và chưa toàn diện

Hơn nữa, hạn chế lớn nhất của gelatin từ phế liệu thủy sản là có khối lượng phân tử nhỏ, dẫn đến các tính chất chức năng như độ bền gel, nhiệt độ nóng chảy,

độ nhớt, thấp hơn so với gelatin từ động vật có vú Để khắc phục những hạn chế trên, một số nghiên cứu đã được thực hiện trên thế giới nhằm biến tính gelatin, cải thiện các tính chất chức năng bằng các tác nhân vật lý, hóa học, sinh học khác nhau, nhờ đó có thể mở rộng phạm vi ứng dụng của gelatin Trong khi ở Việt Nam, vấn đề này lại chưa được quan tâm đến

Ngoài ra, do có nguồn gốc từ nguồn nguyên liệu mới – phế liệu thuỷ sản hoặc do hệ quả của quá trình biến tính dẫn đến những thay đổi về chất lượng, khả năng ứng dụng của gelatin từ phế liệu thuỷ sản cũng là vấn đề cần thiết phải đánh giá

Xuất phát từ những phân tích trên, đề tài “Nghiên cứu thu nhận, biến tính

gelatin từ phế liệu thủy sản và ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm” có ý

nghĩa thiết thực về mặt khoa học lẫn thực tiễn Những kết quả thu được từ nghiên cứu này sẽ bổ sung những hiểu biết mới về gelatin thuỷ sản, phát triển công nghệ sản xuất và biến tính gelatin từ phế liệu này, cũng như đánh giá được khả năng ứng dụng gelatin thủy sản trong công nghiệp thực phẩm, qua đó nâng cao giá trị của các loại phế liệu thuỷ sản

2 Mục tiêu nghiên cứu

hiệu suất thu hồi cao;

tính chất lượng của gelatin;

phẩm thực phẩm

3 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được những mục tiêu nghiên cứu như trên, đề tài xác định các nội dung cần thực hiện như sau:

nhận gelatin;

suất thu hồi gelatin cao;

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Từ nội dung nghiên cứu được định ra trong luận án sẽ toát lên ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn chính như sau:

* Ý nghĩa khoa học

loại da cá phổ biến ở Việt Nam để thu nhận gelatin, cũng như khả năng làm sạch

da cá phổ biến ở Việt Nam, cũng như thành phần hóa học, cấu trúc và tính chất chức năng của gelatin thành phẩm thu được từ da cá phế liệu;

bằng enzyme transglutaminase, acid caffeic, acid tannic, polyphenol từ lá chè xanh, qua đó đề xuất các quy trình công nghệ biến tính gelatin từ da cá nhằm cải thiện tính chất chức năng của sản phẩm;

sau khi biến tính bởi enzyme transglutaminase, acid caffeic, acid tannic, polyphenol

từ lá chè xanh;

số sản phẩm thực phẩm

* Ý nghĩa thực tiễn

hiệu quả cao, thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp sản xuất gelatin từ da

cá, đưa gelatin từ da cá trở thành nguồn nguyên liệu thay thế cho gelatin truyền thống từ da heo, da bò trong công nghiệp thực phẩm cũng như các ngành công nghiệp khác;

phần giảm thiểu tình trạng ô nhiễm môi trường bởi chất thải thủy sản

thực phẩm cho người theo đạo Hồi, không sử dụng thịt heo, thịt bò

6 Cấu trúc của luận án

Luận án gồm 136 trang (không kể phần phụ lục), kết cấu bao gồm:

Mở đầu có 4 trang trình bày tính cấp thiết, mục tiêu, nội dung, ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn của luận án

Nội dung chính gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan tài liệu gồm 33 trang;

Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu, gồm có 17 trang;

Chương 3: Kết quả nghiên cứu gồm có 77 trang;

Phần kết luận và kiến nghị gồm 4 trang;

Các công trình nghiên cứu đã công bố 1 trang

Ngoài ra phần các công trình công bố và tài liệu tham khảo gồm 16 trang Trong luận án có tổng cộng có 33 bảng, 53 hình vẽ và đồ thị Có 131 tài liệu tham khảo tiếng Việt, tiếng Anh và trang web

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan về collagen và gelatin

Gelatin là protein hòa tan, được thu nhận bằng cách thủy phân một phần collagen có nguồn gốc từ da, mô sụn, xương động vật,… Gelatin có rất nhiều ứng

ảnh, bởi các tính chất chức năng độc đáo của nó

Để sản xuất gelatin, nguyên liệu giàu collagen được ngâm trong dung dịch

collagen Sau đó hỗn hợp được gia nhiệt, làm cho phân tử collagen được phân nhỏ đến mức tan được trong nước ấm, khi đó gelatin đã được hình thành [98]

Để thu được sản phẩm gelatin tốt, đảm bảo chất lượng, yêu cầu nguồn collagen phải tốt, phù hợp với yêu cầu sản phẩm gelatin Chất lượng collagen phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nguồn nguyên liệu (bò, heo, cá, ), độ tuổi của nguyên liệu, điều kiện sống của vật nuôi,…

1.1.1 Tổng quan về collagen

có nghĩa là “keo” và hai là “gennao” có nghĩa là “sản xuất”, nên “collagen” có nghĩa là “sản xuất keo” [44] Collagen có chức năng như một chất keo gắn các bộ phận trong cơ thể thành một khối hoàn chỉnh Nếu không có collagen, cơ thể người

và động vật chỉ là các phần rời rạc không liên kết được với nhau Đối với da của người và động vật, collagen còn có nhiệm vụ tạo sự đàn hồi Đây chính là lý do tại sao collagen ở da có hình dạng khác so với collagen ở bộ phận khác

Collagen là một trong những protein dạng sợi phong phú nhất và đáp ứng được các tính chất chức năng cơ học, đặc biệt là ở động vật có vú, chiếm khoảng 25÷35% protein của toàn bộ cơ thể Nó được tìm thấy chủ yếu ở các mô như: da,

trong các cấu trúc ngoại bào Ngoài ra collagen cũng có mặt trong các loài động vật không xương sống như các loại nhuyễn thể [44][102]

1.1.1.1 Cấu trúc của collagen

Collagen có cấu tạo tương đối phức tạp, cấu trúc đơn giản nhất là collagen phân tử hay tropocollagen Chúng có dạng hình sợi, được tạo thành từ 3 chuỗi

Hình 1.1 Cấu trúc xoắn ba của collagen [41]

Cấu trúc xoắn ba ổn định nhờ các liên kết hydro trong mỗi chuỗi và giữa các chuỗi với nhau Các chuỗi xoắn ba có chiều dài khoảng 300 nm và khối lượng phân

tử khoảng 105 kDa Cấu trúc đặc biệt này là do sự lặp lại gần như liên tục của trình

tự các acid amin Gly-X-Y với khoảng 334 đơn vị, trong đó proline thường xuất hiện

ở vị trí Y và hydroxyproline hầu như luôn xuất hiện ở vị trí X

Hình 1.2 Trình tự sắp xếp các acid amin trong phân tử collagen [44]

8,6 nm 0,87 nm

1,5 nm

Glycine (Gly) chiếm khoảng 33% các thành phần acid amin, proline (Pro) và hydroxyproline (Hyp) chiếm lần lượt khoảng 22% và 25%, các acid amin còn lại được phân phối ngẫu nhiên ở vị trí X và Y [52]

Hình 1.3 Cấu tạo phân tử collagen [44]

Trong tất cả các acid amin, hydroxyproline đóng vai trò rất quan trọng cho

sự ổn định của collagen, là một acid amin đặc trưng của collagen và không được tìm thấy trong bất kì một protein nào khác Trong hydroxyproline có gắn nhóm -OH nằm ở vị trí cacbon gamma Polypeptide của collagen nếu thiếu hydroxyproline sẽ tạo nên cấu trúc gấp khúc ở nhiệt độ thấp và sẽ không bền vững ở nhiệt độ thân nhiệt [44]

1.1.1.2 Phân loại collagen

Cho đến nay khoảng 28 loại collagen khác nhau được xác định Một số loại

Hơn 90% collagen trong cơ thể thuộc loại I, collagen loại I được sử dụng để sản xuất gelatin, bao gồm khoảng 1014 acid amin liên kết dưới dạng chuỗi với khối lượng phân tử xấp xỉ 100.000 g/mol

Bảng 1.1 Một số loại collagen phổ biến [98]

STT Loại

collagen

Cấu tạo phân tử Đặc trưng cấu trúc Nguồn collagen

chằng,

α1 α2 α3

Sợi kết hợp với loại I với hai đầu chuỗi hình cầu

Tương tự như loại I, cũng có ở tế bào đang phát triển, thai nhi

1.1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc của collagen

a Ảnh hưởng bởi nước

Nước giữ vai trò trực tiếp trong các biến đổi hóa học của collagen thông qua

sự thủy phân, sự ổn định các liên kết hydro và khả năng tạo thành gelatin

Phân tử nước có tính lưỡng cực nên tác động đến các thành phần mang điện tích âm và điện tích dương trong phân tử collagen, làm giảm sự thu hút tĩnh điện giữa các ion bằng cách hình thành vỏ ngậm nước xung quanh Collagen giữ nước ở hai hình thức: nước cấu trúc và nước tự do

trong các dạng đơn lớp hoặc đa lớp Mỗi nhóm phân cực trong collagen liên kết với

Phần nước tự do ảnh hưởng rất lớn đến cấu trúc không gian của collagen,

b Ảnh hưởng bởi acid và kiềm

vì collagen có bản chất là protein Trong phân tử collagen có chứa các nhóm mang

hoặc OH- làm phá vỡ các liên kết nội tại của chuỗi collagen để chúng liên kết với ion, làm tăng điện tích dương hoặc âm tùy thuộc vào môi trường Tuy nhiên, collagen không liên kết một cách tự do với các điện tích trong môi trường mà nó chỉ

đến sự đẩy nhau giữa các điện tích cùng dấu tạo nên một lớp màng điện thế Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho nước di chuyển vào trong chuỗi collagen tạo liên kết tĩnh điện với các nhóm mang điện và tạo liên kết hydro với các nhóm không mang điện [28][48]

c Ảnh hưởng bởi enzyme

Quá trình khử trùng hợp các đại phân tử tropocollagen có thể xảy ra nhờ các enzyme bẻ gãy các liên kết ở khu vực không tạo xoắn Cụ thể: pepsin hoặc trypsin tấn công vào khu vực giàu tyrosine và các acid amin có tính acid và không có

không có khả năng phá vỡ cấu trúc xoắn ốc của collagen Tuy nhiên, chymotrypsin

và enzyme lysozyme có thể chuyển đổi chuỗi β và γ thành chuỗi α bằng cách thủy phân các liên kết peptid giữa glycine – isoleucine hoặc giữa serine và valine của

Ngoài ra, enzyme collagenase thủy phân phân tử collagen có nguồn gốc tự

vị trí phân cắt chính xác trên các chuỗi xoắn ba collagen bởi enzyme collagenase ở

1.1.1.4 Các liên kết ngang trong collagen

Các liên kết ngang chính trong tropocollagen và giữa các tropocollagen với nhau thường được tạo thành do sự khử amin hóa của lysine với lysine để tạo thành lysine aldehyde được thể hiện minh họa ở Hình 1.4 như sau:

Hình 1.4 Tương tác tạo liên kết ngang của collagen [44]

Ngoài ra phần hai đầu của chuỗi có thể tạo liên kết với các acid amin của chuỗi xoắn như hydroxylysine (Hyl), glycine (Gly), histidine (His), arginine (Arg) được minh họa như sau:

Hình 1.5 Phản ứng giữa phức có liên kết aldimine với histidine hình thành liên

kết ngang histidino-hydroxylysinonorleucine [44]

Hình 1.6 Phản ứng giữa phức có liên kết keto- amine với hydroxylysine

aldehyde, lysine aldehyde hình thành liên kết ngang [44]

1.1.2 Quá trình chuyển từ collagen thành gelatin

tương tác kỵ nước và bị keo tụ Sự hấp thụ nước càng giảm khi nhiệt độ càng tăng

suy yếu nhất, cấu trúc xoắn ba của collagen được thủy phân ở những vị trí có liên kết cộng hóa trị, các liên kết giữa các phân tử đã bị đứt Lúc này collagen bị biến tính hoàn toàn, các nhóm bên của các acid amin ẩn ở bên trong trước đây được lộ ra bên ngoài Khi bị biến tính bởi nhiệt trong môi trường nước, chuỗi xoắn ba của collagen bị tháo xoắn và giải phóng ra các polypeptid đơn tức gelatin được hình thành [44]

Theo lý thuyết của Hofmeister, quá trình chuyển collagen thành gelatin được minh họa bằng phương trình [11]:

C102H149O38N31 + H2O  C102H151O39N31 Collagen Gelatin Bên cạnh đó, khi phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao và thời gian quá dài, ngoài quá trình chuyển collagen thành gelatin thì gelatin tạo thành cũng bị tác động bởi nhiệt độ dẫn đến sự tạo thành các sản phẩm không mong muốn như gelatose và gelatone [11]:

sử dụng chúng như một loại keo dán gỗ Ngày nay, gelatin đã được sản xuất ở quy

mô công nghiệp với những ứng dụng đa dạng trong nhiều lĩnh vực khác nhau [98] 1.1.3 1 Phân loại gelatin

a Phân loại dựa theo phương pháp xử lý nguyên liệu

Trong sản xuất gelatin, nguyên tắc xử lý nguyên liệu là phân cắt một phần các liên kết ngang trong cấu trúc của collagen để có thể tan trong nước nóng và loại

bỏ các hợp chất phi collagen có trong nguyên liệu Các phương pháp xử lý thông thường sử dụng acid loãng hoặc kiềm loãng Khi nguyên liệu được xử lý bằng dung dịch acid, gelatin thu được là gelatin loại A Với phương pháp này, các acid amin như: acid glutamic, acid aspartic không đổi so với nguyên liệu ban đầu Điểm đẳng điện của gelatin loại A khoảng 8÷9 Khi nguyên liệu được xử lý bằng dung dịch kiềm, gelatin được gọi là gelatin loại B Với phương pháp này, các acid amin như

điện của gelatin loại B khoảng 4÷5,5 [48]

Đối với mỗi phương pháp xử lý nguyên liệu khác nhau, thành phần acid amin của gelatin cũng khác nhau

Bảng 1.2 Thành phần acid amin trung bình của gelatin (‰) [98]

STT Acid amin Gelatin

b Phân loại theo nguồn gốc nguyên liệu

Dựa vào nguồn gốc nguyên liệu để sản xuất, gelatin được chia thành 2 loại:

như: heo, bò,

c Phân loại theo hình dạng

Dựa vào hình dạng, gelatin được chia thành 3 dạng: gelatin dạng hạt, dạng tấm và dạng sợi

Hình 1.7 Các dạng gelatin, A: dạng hạt; B: dạng tấm; C: dạng sợi [98][131]

1.1.3 2 Tính chất của gelatin

a Tính chất vật lý

Gelatin có màu vàng nhạt, trắng ngà hoặc hổ phách, màu gelatin phụ thuộc vào đặc tính nguyên liệu, phương pháp xử lý nguyên liệu, phương pháp sấy, Gelatin bền trong không khí khô nhưng trong không khí ẩm hoặc trong dung dịch

dễ bị vi sinh vật làm hỏng Gelatin không tan trong nước lạnh, etanol, ete Khi ngâm trong nước lạnh gelatin trương nở, mềm đồng thời hút nước với khối lượng gấp 5÷10 lần so với gelatin ban đầu Gelatin tan trong nước ấm, trong acid acetic nhưng

khi nguội thì đông lại [60]

b Tí nh chất chức năng

* Khả năng tạo gel

Sự tạo gel, tạo kết cấu của gelatin liên quan rất nhiều đến cấu trúc, kích thước phân tử và nhiệt độ môi trường

dịch keo Ở nhiệt độ lạnh, gelatin từ dạng dung dịch keo chuyển thành gel và khi ở nhiệt độ nóng chuyển từ dạng gel thành dạng dung dịch keo Về mặt lý thuyết, sự chuyển đổi này không có giới hạn vì vậy tính chất chức năng này của gelatin được xem là rất quan trọng Những sản phẩm có tính keo như alginate, carrageenan, pectin cũng tạo gel nhưng sự chuyển đổi trạng thái không được hoàn toàn như gelatin [48]

Khả năng tạo gel là tính chất rất quan trọng để đánh giá chất lượng của

tên của nhà khoa học người Mỹ, Oscar T Bloom, người đã sáng chế ra một thiết bị kiểm ra độ bền của keo, gelatin và những chất tương tự, được cấp bằng sáng chế vào ngày 09 tháng 6 năm 1925, số 1540979 Theo định nghĩa, độ Bloom là khối lượng tính bằng gam cần thiết để một piston có đường kính 12,7 mm nén lên bề mặt gel gelatin cho đến khi đâm xuyên đến độ sâu 4 mm Gel gelatin được chuẩn bị ở

Độ Bloom của gelatin nằm trong khoảng 50÷300 gam tùy theo từng loại

gelatin Gelatin có độ Bloom cao: 200÷300 gam, độ Bloom trung bình: 100÷200 gam và độ Bloom thấp: 50÷100 gam Gelatin với độ Bloom cao sẽ có điểm tan chảy, điểm tạo gel cao hơn, thời gian gel hóa ngắn hơn, cường độ gel mạnh hơn và ngược lại Khả năng tạo gel phụ thuộc rất nhiều vào nồng độ gelatin, nhiệt độ của gel, loại gelatin, thành phần acid amin,

Gel gelatin được tạo thành theo cơ chế: Gelatin hấp thụ nước và trương nở Khi được gia nhiệt đến nhiệt độ cao hơn điểm tan chảy, gelatin sẽ tan trong nước và hình thành mạng lưới đan xen, kết dính với nhau Giữa các mạng lưới có các lỗ hổng giữ nước và duy trì được tính rắn của hệ thống, chúng tạo thành gel khi làm nguội bởi các liên kết hydro Quá trình chuyển từ dạng dung dịch sang dạng gel của

Khi nhiệt độ dưới 200C dung dịch sẽ tồn tại ở dạng gel (ngoại trừ nồng độ

các phân tử gelatin trở nên rời rạc, cho dù tăng nồng độ gelatin trong dung dịch thì chúng cũng không liên kết với nhau

c Đặc tính bề mặt

Tính chất bề mặt của gelatin có được là do các acid amin ưa nước hay kỵ nước của chúng tạo nên Cả 2 phần ưa nước và kỵ nước đều có xu hướng di chuyển

về phía bề mặt do đó làm giảm sức căng bề mặt của nước Đồng thời gelatin cũng

có tính năng bảo vệ và ổn định bọt, nhũ tương [98]

d Điểm đẳng điện

Điểm đẳng điện của hệ phân tán được định nghĩa là giá trị pH của môi trường mà tại đó các hạt phân tán không chuyển động trong điện trường Tại pH này dung dịch gelatin kém bền nhất, dễ kết tủa, các phân tử không tích điện

Điểm đẳng điện có ảnh hưởng đến tính chất hoạt động bề mặt của gelatin Ở môi trường pH tương ứng với điểm đẳng điện gelatin trung hòa về điện Nếu pH cao hơn điểm đẳng điện thì gelatin tích điện âm và ngược lại, pH thấp hơn điểm đẳng điện gelatin tích điện dương [73] Sự phân bố điện tích của gelatin phụ thuộc vào

e Tính lưỡng tính

Gelatin là một protein điển hình có tính chất đặc trưng của protein, có khả năng thể hiện tính acid hoặc tính kiềm Tính chất lưỡng tính là do nhóm carboxyl (-

trong dung dịch dưới dạng lưỡng cực gọi là ion “Zwitter”

Vì gelatin có tính lưỡng tính nên trong môi trường acid, sự phân ly nhóm acid bị kìm hãm, gelatin thể hiện như một chất có tính kiềm, tích điện dương “+” ,

di chuyển về phía cực âm “–” trong điện trường Ngược lại, trong môi trường kiềm

sự phân ly của nhóm kiềm bị kìm hãm, gelatin thể hiện tính acid, tích điện “-”, di chuyển về phía cực dương “+” trong điện trường [76]

f Khả năng tạo màng

Gelatin có khả năng tạo màng, màng gelatin được tạo ra do khả năng tạo gel chủ yếu bằng liên kết hydro nên gel có tính thuận nghịch Màng gelatin có khả năng chịu lực cơ học tốt tùy thuộc vào nguồn gốc gelatin Độ thấm hơi nước của màng

gelatin cũng phụ thuộc vào nguồn gelatin từ cá hay từ bò, heo [48]

1.1.4 Tổng quan về gelatin từ cá

như gelatin từ động vật có vú nhưng ở mức độ thấp hơn Các tính chất của gelatin chịu ảnh hưởng bởi hai yếu tố chính: đặc tính của collagen trong nguyên liệu da và điều kiện thu nhận Các liên kết ngang trong phân tử collagen từ da cá không bền chắc như liên kết ngang trong collagen của da bò, da heo Do đó khi xử lý da cá để thu nhận gelatin chỉ cần dùng các tác nhân có tính acid hoặc kiềm nhẹ cũng đủ để phá vỡ các liên kết ngang trong phân tử collagen Bên cạnh đó, khối lượng phân tử

thấp cũng ảnh hưởng đến tính chất của gelatin [23][60]

Hiệu suất thu hồi và chất lượng gelatin phụ thuộc vào loại nguyên liệu và điều kiện thu nhận Hiệu suất thu hồi trung bình của gelatin từ phế liệu thủy sản dao động từ 6÷19% (gam gelatin khô/100 g nguyên liệu sạch ướt) [65] Trong đó, hiệu

suất thu hồi từ da cá cao nhất: 15÷24% [23][116]; từ vảy: 10÷11% [101][127]; từ xương: 3÷3,5% [24][63] Vì hiệu suất thu hồi gelatin từ da cá khá cao, trong khi độ

Hình 1.10 Quy trình thu nh ận gelatin tổng quát từ da cá [107][116]

được xử lý bằng acid loãng (acid acetic, acid citric, ) hoặc kiềm loãng (NaOH,

Một số tính chất tiêu biểu của gelatin cá

Tính chất chức năng của gelatin cá chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, trong đó chủ yếu phụ thuộc vào điều kiện thu nhận và các đặc tính của collagen nguyên liệu

Gelatin thành phẩm

Phương pháp thu nhận (xử lý bằng acid hoặc kiềm) đều ảnh hưởng đến tính chất của gelatin, cũng như điều kiện trích ly như nhiệt độ, thời gian, pH, [23]

* Tính chất bề mặt

phẩm khác

Khả năng tạo bọt của dung dịch gelatin chịu ảnh hưởng bởi nguồn gelatin, tính chất nội tại của gelatin, thành phần các acid amin trong gelatin, Sự ổn định bọt của dung dịch gelatin thường có tương quan với khối lượng phân tử của các polypeptide

Tính chất tạo bọt của gelatin đóng vai trò rất quan trọng và hữu ích trong chế biến thực phẩm, đặc biệt trong sản xuất kem marshmallow [23][60]

* Khả năng tạo màng của gelatin cá

Gelatin cá có khả năng tạo màng tốt, màng gelatin thu được khá dẻo, trong suốt, không màu, Tuy nhiên, màng gelatin cá có độ thấm hơi nước cao và tính chất cơ học thấp so với màng gelatin từ bò hoặc heo Đó là do khối lượng phân tử, thành phần acid amin của gelatin, đặc biệt là hàm lượng proline và hydroxyproline

Các đặc tính của màng gelatin có thể được cải thiện bằng cách kết hợp gelatin với các protein hoặc polysaccharide khác hoặc các tác nhân tạo liên kết ngang nội phân tử hoặc giữa các phân tử Ngoài ra, các chất làm dẻo khác nhau có thể được sử dụng để cải thiện các tính chất cơ học của màng gelatin Các tác nhân thêm vào để cải thiện đặc tính màng gelatin có thể làm giảm đặc tính ưa nước của gelatin hoặc thúc đẩy sự hình thành các liên kết đồng hóa trị trong cấu trúc mạng protein của màng [23][60]

* Tính chất lưu biến của gelatin cá

Gelatin cá thường có độ bền gel dao động từ 0÷270 gam Độ bền gel gelatin của các loài cá sống ở nước lạnh thường khoảng 100 gam hoặc thấp hơn, trong khi gelatin từ các loài cá nước ấm thường có giá trị lớn hơn 200 gam [23]

Ngoài độ bền gel, độ nhớt là tính chất quan trọng thứ hai của gelatin Sự

khác biệt về độ nhớt có thể do điều kiện thu nhận, sự khác nhau giữa các loài cá và khối lượng phân tử gelatin [23]

Gelatin cá có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đông đặc tương đối thấp so với gelatin bò, heo và gia súc vì chúng có lượng proline và hydroxyproline thấp hơn

(nước nóng) có thể có tính ổn định nhiệt tương đương gelatin động vật có vú, đặc tính này cũng phụ thuộc vào từng loài, loại nguyên liệu và điều kiện thu nhận Khi

1.2 Tổng quan về gelatin biến tính

Theo kết quả của nhiều nghiên cứu cho thấy, gelatin từ da cá có những điểm khác biệt so với gelatin da động vật có vú: Gelatin từ da cá có khối lượng phân tử nhỏ, mạch polypeptide ngắn, hàm lượng proline và hydroxyproline thấp, dẫn đến một số tính chất chức năng của chúng hạn chế hơn: độ nhớt, độ bền gel (Bloom), thấp, do đó khả năng ứng dụng của chúng cũng hạn chế hơn Vì vậy, để thay đổi tính chất chức năng của gelatin cần có sự tác động của tác nhân bên ngoài, đó là quá trình biến tính gelatin

Mục đích của quá trình biến tính nhằm tạo ra các liên kết cộng hóa trị (liên kết ngang) để tăng kích thước, khối lượng phân tử gelatin thông qua nhóm amin,

tăng độ nhớt, độ Bloom [34][85]

1.2 1 Tác nhân biến tính

Nhiều nhóm tác nhân vật lý, hóa học, sinh học khác nhau đã được nghiên cứu sử dụng trong các quá trình biến tính gelatin Mức độ tạo liên kết ngang phụ thuộc vào loại gelatin, nhiệt độ phản ứng, thời gian phản ứng, pH và tác nhân sử dụng

(formaldehyde, glutaraldehyde, glyoxal, acid phenolic, ) Trong nhóm tác nhân hóa học chỉ có acid phenolic an toàn dùng trong thực phẩm [124]

peroxidase, transglutaminase, , trong đó transglutaminase được sử dụng phổ biến

1.2 2 Cơ chế tạo liên kết ngang trong quá trình biến tính

Tùy thuộc tác nhân biến tính, cơ chế tạo thành các liên kết ngang giữa các phân tử gelatin có thể khác nhau Một số cơ chế tạo liên kết ngang của gelatin được giải thích như sau:

* Đối với nhóm tác nhân sinh học (enzyme)

OH

Protein 1

O O Tyrosinase,O 2

Hình 1.11 Cơ chế tạo liên kết ngang của gelatin xúc tác bởi enzyme [130]

hydroxyl đã bị oxy hóa (enzyme laccase, enzyme peroxidase)

Protein 2

O OH

hoặc hoặc

Protein 2

Protein 1

O

- Đối với enzyme transglutaminase: Enzyme này xúc tác sự tạo thành liên kết isopeptide giữa nhóm amine của protein này (có chứa lysine) và nhóm acyl của

* Đối với nhóm hóa học:

Hợp chất phenolic bị oxy hóa thành quinone, sau đó phản ứng với nhóm amine tự do ở mạch bên của chuỗi polypeptide tạo liên kết đồng hóa trị C–N cùng với sự tái sinh của hydroquinone Tiếp theo có thể bị oxy hóa tiếp và kết hợp polypeptide thứ hai Kết quả tạo thành liên kết ngang giữa các polypeptide

Hình 1.12 Cơ chế tạo liên kết ngang của gelatin bởi tác nhân hóa học [110]

COOH HO

COOH HO

HO HOOC

NH2HOOC

O

O

OH OH

dime hóa

O

HN HOOC

O O

NH2

HN

NH

OH OH HOOC

dime hóa

OH OH HN

HOOC

bọt, tạo đàn hồi, tạo hệ keo, Tùy theo từng loại sản phẩm mà gelatin được dùng với độ Bloom và hàm lượng khác nhau

Một số ứng dụng của gelatin trong thực phẩm dựa vào độ Bloom và hàm lượng gelatin được thể hiện ở Bảng 1.3

Bảng 1.3 Một số ứng dụng của gelatin trong sản phẩm thực phẩm [76]

Loại sản phẩm

ứng dụng Độ Bloom, g

Hàm lượng gelatin, %

Chức năng chính Chức năng phụ

hồi, độ trong suốt

1.3 2 Trong dược phẩm

Trong công nghiệp sản xuất dược phẩm gelatin được sử dụng để sản xuất bao viên thuốc con nhộng (viên nang) Gelatin có tác dụng bảo vệ thành phần thuốc chống lại các tác nhân có hại như ánh sáng và chất oxy hóa Thành phần chính của

vỏ thuốc là gelatin, ngoài ra còn có bổ sung thêm các thành phần như: Glycerol, sorbitol, những chất hoạt động bề mặt khác, các chất màu cho phép sử dụng và hương liệu Gelatin dùng làm vỏ thuốc có hai loại: nang cứng và nang mềm Nang mềm: Gelatin có độ Bloom thấp, loại A (170÷180 g), loại B (150÷175 g) Nang cứng: Gelatin có độ Bloom từ trung bình đến cao, loại A (250÷280 g), loại B (225÷250 g) Gelatin còn được sử dụng trong sản xuất gạc vô trùng trong hoạt động giải phẫu [59]

1.3.3 Gelatin trong kỹ thuật phim ảnh

Gelatin được sử dụng trong các sản phẩm phim cuộn cách đây cả hàng trăm năm như một chất kết dính Chức năng của gelatin trong công nghệ phim chụp ảnh:

điều khiển quá trình tạo tinh thể của các halogen bạc, tăng độ nhạy, ổn định hình ảnh và giảm thời gian rửa ảnh đi một cách đáng kể

Yêu cầu về chất lượng của gelatin dùng trong phim ảnh rất cao, hầu hết các tạp chất được giới hạn xuống dưới 10 ppm, độ Bloom cao (215÷310 g) [28]

1.3 4 Gelatin làm chất bổ sung dinh dưỡng

Gelatin tự nhiên có chức năng quan trọng trong việc cung cấp cho cơ thể người những acid amin, đặc biệt là glycine và proline Gelatin là nguồn thực phẩm giàu protein, không cholesterol, không đường, không béo Nó dễ dàng được cơ thể hấp thụ hoàn toàn mà không sinh ra phản ứng phụ Nhờ những tính chất đặc biệt đó

mà gelatin chiếm vị trí quan trọng trong bữa ăn Ngoài ra, gelatin cũng đóng vai trò quan trọng trong việc giảm cân nhờ khả năng tạo gel nên tạo cảm giác giống chất

béo Vì vậy gelatin có thể thay thế một phần cho các sản phẩm giàu béo [23]

1.4 Tổng quan về nguồn thủy sản và phế liệu thủy sản

Theo Tổng cục Thủy sản Việt Nam, sản lượng khai thác thủy sản đã duy trì tăng trưởng liên tục trong nhiều năm qua với mức tăng bình quân 9,07%/năm Năm

2016 tổng sản lượng thủy sản ước đạt hơn 6,7 triệu tấn, với 2 mặt hàng chủ yếu là

phần còn lại là mực và các loại thủy sản khác Trong các loại cá thì cá Tra và cá Ngừ Đại Dương là 2 loại cá chủ lực của ngành với sản lượng lần lượt khoảng 697,6 nghìn tấn và 26,02 nghìn tấn trong năm Mùa vụ thu hoạch chính của cá Ngừ Đại Dương vào khoảng tháng 10 đến tháng 3 âm lịch; Mùa vụ thu hoạch chính cá Tra vào khoảng tháng 2 đến tháng 7 và mùa vụ thu hoạch phụ vào khoảng tháng 9 đến tháng 12 âm lịch [16]

Xét về thành phần khối lượng của cá theo tỷ lệ phần trăm, phần thịt cá chiếm trung bình khoảng 55,26% khối lượng cá, phần còn lại gồm đầu, da, xương, vảy, vây và nội tạng Ước tính để sản xuất được 1 tấn thành phẩm cá fillet lượng chất thải rắn thải ra môi trường khoảng 1,8 tấn, trong đó da chiếm phần lớn [65][91]

Phế liệu thủy sản được coi là có giá trị thấp và thường được xử lý với một cách tiện lợi nhất như đốt, sản xuất khí sinh học, sản xuất bột cá làm thức ăn cho vật

nhau [93]

sản phẩm có giá trị phải kể đến là protein và lipid, trong đó hàm lượng protein trung bình chiếm từ 10÷23% (w/w) Riêng với phế liệu từ cá, da có hàm lượng protein

0,1÷0,8% [65][101]

1.5 Tổng quan tình hình nghiên cứu về gelatin từ phế liệu thủy sản

1.5 1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Gelatin từ các nguồn nguyên liệu truyền thống như da heo, da bò đã được

các nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu từ lâu Tuy nhiên, cho đến những năm gần đây, gelatin từ phế liệu thủy sản mới được quan tâm nghiên cứu nhiều nhằm xác định điều kiện thu nhận, đặc tính của gelatin thành phẩm…

1.5 1.1 Các nghiên cứu về thu nhận gelatin từ phế liệu thuỷ sản

xương và vảy, trong đó chủ yếu nghiên cứu về các phương pháp xử lý da cá, nhiều nhất là các phương pháp xử lý bằng acid, kiềm hoặc kết hợp vừa kiềm vừa acid Một số nghiên cứu tiêu biểu được thể hiện ở Bảng 1.4

B ảng 1.4 Tóm tắt một số nghiên cứu thu nhận gelatin từ da cá trên thế giới

và 50 mM

Nhiệt độ:

450C, Thời gian:12 giờ

- Hiệu suất: 21,35%

(acid acetic 50 mM);

20,39% (acid lactic 50 mM); 18,14% (acid lactic 25 mM)

- Độ Bloom: 158,7 g (acid acetic 25 mM);

118,17 g (acid lactic 50 mM); 11,70 g (acid lactic 50 mM)

B Gimenez

và cộng sự (2005) [46]

Cá Minh Thái

(P virens)

Acid acetic 10

mM và 100mM

Nhiệt độ:

220C, 450C,

600C Thời gian:12, 18, 24 giờ

- Hiệu suất cao nhất ở điều kiện: acid acetic 1mM, trích ly trong 24 giờ ở 450C Khối lượng phân tử gelatin cao nhất

ở điều kiện: 0,01M trích

ly trong 18 giờ, 220C

Jonhard Eysturskaro

và cộng sự (2009) [43]

Nguyên li ệu

Nhiệt độ:

800C; thời gian:2 giờ; tỷ

lệ da cá/ nước

= 1/3 (w/v)

- Hiệu suất: da tươi và khô tương đương nhau (52,56% và 51,03%)

- Độ Bloom da cá khô cao hơn (245 g) da cá tươi (218 g)

Pranoto Y và cộng sự (2011) [94]

Nhiệt độ:

450C, thời gian:12 giờ; tỷ

lệ da cá/ nước

= 1/6 (w/v)

- Cá Rô phi sông Nile:

hiệu suất: 21,8%; khối lượng phân tử gelatin:

120 kDa;

- Cá da trơn: hiệu suất:

25,6%; khối lượng phân

tử gelatin: 100 kDa

Qiang Zhang

và cộng sự (2016) [96]

ở điều kiện: huyền phù vôi 1,5%; trích ly ở

700C, thời gian 6 giờ

Soung-Hun Cho và cộng

thời gian 4 giờ;

tỷ lệ da cá/

dung dịch NaOH = 1/7 (w/v)

Nhiệt độ:

700C; thời gian:1,5 giờ; tỷ

lệ da cá/ nước

= 1/7 (w/v)

Hàm lượng protein chiếm 89,4%; lipid 0,3%; ẩm 7,3%; tro 0,4%; độ bền gel 238 g;

độ nhớt đạt 17,8 mPs

Panida Songchotikunpan và cộng

sự (2008) [105]

Cá da trơn

(Ictalurus

punctatus)

Huyền phù vôi 19,6 g/l; thời gian 68,8 giờ

Nhiệt độ:

43,20C;

Thời gian: 5,73 giờ

Độ Bloom: 276 g Hai Ying Liu

và cộng sự (2008) [74]

B Jamilah và cộng sự (2011) [54]

Nguyên li ệu

- Acid acetic 0,1M trong 0÷

180 phút

Nhiệt độ:

500C; Thời gian:3 giờ; Tỷ

lệ da cá/ nước

= 1/6 (w/v)

Hiệu suất và độ Bloom cao nhất (24% và 203 g tương ứng) với điều

kiện: xử lý bằng NaOH 0,05M, thời gian 30 phút trước, sau đó dùng acid acetic 0,1M trong

60 phút

Hongshun Yang và cộng

sự (2008) [125]

(Carcharhinus

dussumieri)

- Dung dịch NaOH (0,01÷1 N)

- Acid sulfuric (0,01÷1 N)

Nhiệt độ:

600C; Thời gian:5,45 giờ;

tỷ lệ da cá/

nước = 1/4 (w/v)

Ở nồng độ NaOH 0,92N và HCl 0,01N cho kết quả cao nhất:

- Hiệu suất: 23,4%;

- Độ Bloom: 358 g;

- Độ nhớt: 10,2 mPa.s

Mina Esmaeili Kharyeki và cộng sự (2011) [62]

Cá Ngừ mắt to

(Priacanthus

tayenus)

- Dung dịch NaOH 0,025N trong 2 giờ;

- Acid acetic 0,02M trong 2 giờ

2 giờ

Sukkwai, S

và cộng sự (2011) [111]

(Acipenser

schrenckii)

- Dung dịch NaOH 0,1M trong 6 giờ;

- Dung dịch

H3PO4 0,2M trong 24 giờ, tỷ

lệ da/ dung dịch = 1/10

Nhiệt độ:

500C; Thời gian:5 giờ; Tỷ

lệ da cá/ nước

= 1/5 (w/v)

Hiệu suất: 19,59%; độ Bloom: 216,2 g; khối lượng phân tử gelatin:

66 kDa; hàm lượng proline: 5,3% và hydroxyproline: 4,5%

Mehdi Nikoo

và cộng sự (2011) [83]

Nguyên li ệu

- Dung dịch HCl 0,2% trong

40 phút

Nhiệt độ:

600C; Thời gian:16 giờ; Tỷ

lệ da cá/ nước

= 1/7 (w/v)

- Độ nhớt: 8,41cP; Hàm lượng hydroxyproline:

8,73%; pH 5,5; Khối lượng phân tử gelatin:

56 kDa

Jitender Kumar Jakhar

và cộng sự (2012) [53]

Cá Rô phi

(Oreochromis

niloticus)

- Dung dịch NaOH 0,3M trong 1 giờ;

- Dung dịch acid acetic, acid citric và HCl với nồng

độ khác nhau trong 1 giờ

Nhiệt độ:

500C; Thời gian:3 giờ

- Dung dịch acid acetic 0,2M trong 24 giờ

Nhiệt độ:

450C; Thời gian:12 giờ; Tỷ

lệ da cá/ nước

= 1/10 (w/v)

Hiệu suất: 19,7% (cá Mập chó); 17,2% (cá Ngừ vằn) và 11,3% (cá Rohu);

Độ Bloom: cá Mập chó,

cá Ngừ vằn và cá Rohu lần lượt là 206 g; 177 g

và 124 g

K Shyni và cộng sự (2014) [104]

Cá Chẽm (L

calcarifer)

- Dung dịch NaOH 0,1M trong 3 giờ;

- Dung dịch acid acetic 0,05M trong 2 giờ;

- Isopropanol

để loại bỏ lipid

Tỷ lệ cá/ dung dịch = 1/10

Nhiệt độ:

550C; Thời gian:6 giờ Tỷ

lệ cá/ dung

dịch = 1/3 (w/v)

Độ Bloom 191,9 g;

Khối lượng phân tử từ 70÷85 kDa

Thanasak Sae-leaw và

cộng sự (2016) [100]