Nghiên cứu đánh giá khả năng kết dính của gelatin và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

Bên cạnh đó tồn tại một tiềm năng lớn của chất keo thực phẩm là khả năng kết dính được ứng dụng trong công nghiệp thủy sản, nhằm tạo hình các sản phẩm thủy sản, đồng thời cũng nhờ khả

Trang 2

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KẾT DÍNH CỦA GELATIN

VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm và đồ uống

Mã số: 60 54 01 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: HD1:TS.Phan Thế Anh

HD2: PGS.TS Đặng Minh Nhật

Đà Nẵng – Năm 2016

Trang 3

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Đinh Văn Bình

Trang 4

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 5

6 Tổng quan tình hình nghiên cứu của đề tài 5

7 Kết cấu luâ ̣n văn 7

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 8

1.1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT KEO THỰC PHẨM 8

1.1.1 Giới thiệu về chất keo thực phẩm 8

1.1.2 Phân loại và tính chất chung của keo thực phẩm 8

1.2 TỔNG QUAN VỀ COLLAGEN 11

1.2.1 Giới thiệu chung về collagen 11

1.2.2 Thành phần và cấu tạo của collagen 11

1.2.3 Sự thay đổi cấu trúc từ collagen sang gelatin 13

1.3 TỔNG QUAN VỀ GELATIN 15

1.3.1 Giới thiệu gelatin 15

1.3.2 Thành phần hóa học của gelatin 15

1.3.3 Tính chất của gelatin 16

1.3.4 Phân loại gelatin 18

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19

2.1 NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT 19

2.2 QUY TRÌNH THU NHẬN GELATIN 20

2.3 XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT, CẤU TRÚC CỦA GELATIN 23

2.3.1 Xác định hàm lượng protein 23

Trang 5

2.3.2 Xác định hàm lượng lipid 25

2.3.3 Xác định hàm lượng ẩm 25

2.3.4 Xác định độ tro 26

2.3.5 Xác định hàm lượng kim loại nặng (As, Hg, Cd, Pb) 27

2.3.6 Xác định độ bền gel của gelatin 29

2.3.7 Xác định độ nhớt của dịch gelatin 29

2.3.8 Xác định độ kết dính 31

2.3.9 Xác định góc nghỉ 32

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 34

3.1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA CHẾ PHẨM KEO THỰC PHẨM, GELATIN THƯƠNG MẠI VÀ THU NHẬN TỪ DA CÁ NGỪ 34

3.2 ĐÁNH GIÁ ĐỘ BỀN GEL CỦA CHẾ PHẨM KEO THỰC PHẨM, GELATIN THƯƠNG MẠI VÀ THU NHẬN TỪ DA CÁ NGỪ 37

3.3 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG KẾT DÍNH CỦA CỦA CHẾ PHẨM KEO THỰC PHẨM, GELATIN THƯƠNG MẠI VÀ THU NHẬN TỪ DA CÁ NGỪ 38

3.3.1 Nồng độ gelatin 38

3.3.2 Thời gian chờ 41

3.3.3 Nhiệt độ bảo quản 42

3.4 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA GELATIN Ở CÁC MÔ HÌNH THỰC PHẨM KHÁC NHAU 45

3.4.1 Vật liệu nghiên cứu làm nền là bánh tráng Đại Lộc 45

3.4.2 Vật liệu nghiên cứu làm nền là gluten bột mỳ 51

3.4.1 Vật liệu nghiên cứu làm nền là màng đâ ̣u nành 58

3.4.2 Tổng hợp các k ết quả nghiên cứu về độ kết dính trên các bề mă ̣t nền thực phẩm khác nhau 64

Trang 6

PHỤ LỤC

Trang 7

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

AOAC Association of analytical communities

ISO International Standard of Organization

NMKL Nordic Committee on Food Analysis

PPM Part per million

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

Trang 8

3.1 Thành phần hóa học của các nguyên liệu nghiên cứu 35 3.2 Góc nghỉ của các nguyên liệu nghiên cứu 65

Trang 9

DANH MỤC HÌNH ẢNH

1.2 Trình tự sắp xếp của các amino acid trong chuỗi α của

1.3 Sự chuyển đổi từ collagen sang gelatin 13 1.4 Sự phân bố điện tích chuỗi peptit trong phân tử collagen 14 1.5 Tỉ lệ các thành phần acid amin cơ bản của gelatin 16 1.6 Ảnh hưởng của nồng độ, nhiệt độ lên độ nhớt của gelatin 17 1.7 Hình ảnh của sản phẩm gelatin dạng bột và dạng miếng 18

Trang 10

gelatin nghiên cƣ́u

3.2 Giá trị Bloom của các mẫu gelatin thu nhận từ da cá ngừ,

3.3 Độ nhớt của các dung dịch gelatin ở các nồng độ khác nhau 39

3.4 Độ kết dính của dung dịch gelatin ở các nồng độ khác nhau

3.5 Độ kết dính của dung dịch gelatin ở các thời gian chờ khác

nhau trên bề mặt nền nhựa PE tại nồng độ 15% 42

3.6 Độ kết dính ở nồng độ 15%, thời gian chờ 25 giờ trên bề

mặt nhƣ̣a PE ở các điều kiện sử dụng khác nhau 43 3.7

Độ kết dính ở các n ồng độ 10% theo thời gian chờ khác

nhau, nhiệt đô ̣ bảo quản 25o

C, bề mặt bánh tráng Đa ̣i Lô ̣c 46 3.8

C, bề mặt bánh tráng Đa ̣i Lô ̣c 47

3.10 Độ kết dính ở các n ồng độ 25% theo thời gian chờ khác

nhau, nhiệt đô ̣ bảo quản 4o

Trang 11

Số hiệu Tên hình Trang

nhau, nhiệt đô ̣ bảo quản <-18o

nhau, nhiệt đô ̣ bảo quản 40o

C, bề mặt gluten bô ̣t mỳ 52 3.15

Độ kết dính ở các n ồng độ 25% theo thời gian chờkhác

C, bề mặt gluten bô ̣t mỳ 54

3.18 Độ kết dính ở thời gian chờ 25 giờ theo nồng độ khác nhau,

nhiê ̣t đô ̣ bảo quản 4o

nhiê ̣t đô ̣ bảo quản <-18o

C, bề mặt màng đâ ̣u nành 59 3.22

C, bề mặt màng đâ ̣u nành 59 3.23

C, bề mặt màng đâ ̣u nành 60

Trang 12

nhiê ̣t đô ̣ bảo quản <-18o

C, bề mặt màng đâ ̣u nành

62

C, bề mặt màng đâ ̣u nành

63

3.28

Mối tương quan giữa các bề mă ̣t nền nghiên cứu và đô ̣ kết

dính tại điểm cực đại : nồng đô ̣ 15%, thời gian chờ 25 giờ

và bảo quản ở <-18o

C

64

Trang 13

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay việc sử dụng keo thực phẩm chủ yếu để làm các hợp chất ổn định/làm bền, chất làm đặc hay là chất tạo gel Bên cạnh đó tồn tại một tiềm năng lớn của chất keo thực phẩm là khả năng kết dính được ứng dụng trong công nghiệp thủy sản, nhằm tạo hình các sản phẩm thủy sản, đồng thời cũng nhờ khả năng kết dính để tăng cường sự hình thành khối trong ngành bánh kẹo Chính vì sự lạm dụng quá mức các sản phẩm keo thực phẩm có nguồn công nghiệp làm ảnh hưởng đến sức khỏe của con người, điều đó làm cho sự lên ngôi của keo thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên Gelatin là một trong những loại keo thực phẩm có nguồn gốc tự nhiên, tuy nhiên điều đó không có nghĩa là gelatin có thể sử dụng được trong bất cứ ngành nghề nào trong lĩnh vực thực phẩm mà cần khảo sát để biết được mức độ và khả năng ứng dụng của gelatin như thế nào trong công nghiệp thực phẩm

Gelatin là sản phẩm thủy phân một phần của collagen, có nguồn gốc tự nhiên từ da, mô của khớp mối và xương động vật Gelatin có rất nhiều ứng dụng quan trọng như: đóng vai trò là chất tạo kết cấu, làm bền hệ nhũ tương trong sản xuất thực phẩm; là thành phần để sản xuất vỏ thuốc viên nhộng, mỹ phẩm; là chất bổ sung vào khẩu phần ăn để tăng sức khỏe; là một thành phần trong sản xuất phim ảnh và được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như kỹ thuật đúc điện, chống thấm nước, môi trường nuôi cấy vi sinh Ngoài ra, gelatin còn là chất sử dụng trong điều tra, quản lý nhân sự để xác định, nhận dạng dấu vân tay, … [18]

Trước đây việc sản xuất gelatin thường được sử dụng nguyên liệu từ phế thải chế biến gia súc, không thể đáp ứng nhu cầu sử dụng gelatin của người

Do Thái và Hồi Giáo [8] Ngoài ra, tình hình trên thế giới hiện nay thường có nhiều bệnh dịch đối với gia súc, có thể gây ảnh hướng đến sức khỏe như bệnh

Trang 14

lớn các phế phụ phẩm bị thải ra như: đầu, da, vây, xương, nội tạng, chất béo khác, nước thải sau chế biến… Lượng phế phụ phẩm này chưa được xử lý thích hợp dẫn đến ô nhiễm môi trường và gây lãng phí Trong khi đó lượng phế phẩm này là một nguồn nguyên liệu chứa thành thành phần giá trị cao, có nhiều ứng dụng quan trọng trong công nghiệp và đời sống đó là gelatin Việc nghiên cứu công nghệ sản xuất gelatin từ phế thải của công nghiệp chế biến thủy hải sản ở Việt Nam cũng đã được tiến hành rất nhiều Tuy nhiên, việc đánh giá khả năng kết dính của gelatin thu nhận từ da cá ngừ nhằm thay thế cho gelatin từ động vật có vú trong lĩnh vực thực phẩm vẫn chưa được quan

tâm nghiên cứu Do đó, tôi đề xuất và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu đánh giá khả năng kết dính của gelatin và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm”

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Đánh giá thành phần hóa học của gelatin thương mại (Knox), chế phẩm gelatin (Powder), gelatin thu nhận từ da cá ngừ

- Khảo sát tính chất kết dính của các loại gelatin trên

- Đánh giá khả năng ứng dụng của gelatin ở các mô hình thực phẩm khác nhau

Trang 15

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng:

 Chế phẩm keo thực phẩm từ gelatin dùng để kết dính thủy sản tại Công ty chế biến và xuất khẩu thủy sản Thọ Quang được cung cấp bởi Công ty Ajinomoto Nhật Bản

 Gelatin thương mại ứng dụng trong lĩnh vực dược phẩm được cung cấp bởi Công ty Tam Long Gelatin

 Gelatin nghiên cứu thu được từ quy trình chiết tách da cá ngừ của nhà máy chế biến thủy sản Bình Định

- Mô hình:

 Sản phẩm mô hình thực phẩm dùng để khảo sát tính kết dính: tinh bột (bánh tráng Đại Lộc), protein không tan trong nước (gluten bột mỳ), protein ưa nước (màng của bột đậu nành)

Trang 16

b Phương pháp hóa lý

- Xác định độ tro theo phương pháp NMKL số 173-2005.: Mẫu được tro hóa trong lò nung ở 550oC cho đến khi tro xuất hiện màu xám trắng Hàm lượng tro được xác định từ khối lượng tro còn lại sau khi tro hóa

- Xác định độ pH: Sử dụng pH kế

- Xác định độ bền của gelatin: Đo giá trị Bloom

- Xác định hàm lượng kim loại nặng Mẫu thực phẩm làm đồng nhất được vô cơ hóa bằng acid HNO3, H2O2 và HCl trên thiết bị microwave Hàm lượng từng kim loại có trong mẫu được xác định bằng kỹ thuật khối phổ phát

xạ plasma (ICP-MS) [12]

c Phương pháp hóa sinh

- Xác định hàm lượng protein: Mẫu được vô cơ hóa bằng acid sulfuric đậm đặc Hỗn hợp phản ứng được kiềm hóa bởi NaOH và lượng NH3 giải phóng ra sẽ được chưng cất và thu hồi trong dung dịch acid boric Hàm lượng

ni tơ của mẫu được xác định bằng cách chuẩn độ boric acid với HCl

- Xác định hàm lượng lipid: Mẫu được xử lý với acid hydrochloric 8M

và sau đó thêm vào ethanol 95%, chất béo giải phóng được trích ly bởi hỗn hợp diethyl ether và petroleum ether Dung môi được làm bay hơi và lượng chất béo còn lại được xác định bằng cách cân

Trang 17

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Đề xuất các điều kiện sử dụng thích hợp của keo gelatin

6 Tổng quan tình hình nghiên cứu của đề tài

a Các nghiên cứu trong nước

Hiện nay các đề tài nghiên cứu trong nước chỉ dừng ở việc tối ưu các điều kiện chiết tách gelatin từ nguồn phụ phế phẩm của các loại cá khác nhau

- Năm 2007, Vũ Thị Kim Duyên, Nghiên cứu sản xuất thử nghiệm gelatin từ da cá ngừ [3] Trong nghiên cứu này tác giả đã tối ưu hóa được quá trình xử lý bằng NaOH, quá trình trích ly và đề xuất được quy trình sản xuất gealatin từ da cá ngừ

- Năm 2012, Nguyễn Thị Thảo đã có nghiên cứu thu nhận gelatin từ da

cá thác lác bằng phương pháp kiềm và đề xuất ứng dụng trong công nghệ thực phẩm [6] Trong nghiên cứu này tác giả đã tìm ra các thông xử lý da cá thác lác bằng phương pháp kiềm, xây dựng được phương trình hồi quy của hiệu

Trang 18

b Các nghiên cứu ngoài nước

Trong các đề tài nghiên cứu được thực hiện ở nước ngoài, ngoài việc tối

ưu các điều kiện chiết tách gelatin cũng có một số đề tài nghiên cứu khả năng bám dính của gelatin trên mô hình gỗ và khả năng bám dính của gelatin biến tính

- 2007, Jae-Hwan Yoon đã nghiên cứu tối ưu hóa độ kết dính của gelatin chế biến từ da lưng của cá ngừ vây vàng [18] Trong nghiên cứu này tác giả

đã tối ưu hóa độ kết dính của gelatin từ da cá ngừ vây vàng bằng hai biến độc lập là nồng độ gelatin và thời gian làm cứng (độ kết dính tối đa 49,84 kgf /cm2 trong điều kiện điều trị nồng độ gelatin 15,85% và thời gian làm cứng 25,68 giờ)

- 2008, Hai Ying Liu đã có nghiên cứu về sự thu nhận và tính chất của gelatin từ da cá tra [15] Gelatin được chiết xuất từ da cá tra được bảo quản bằng các phương pháp khác nhau (khô, đông lạnh và tươi) So với gelatin từ

da tươi và đông lạnh, gelatin từ da cá da tra khô có độ bền gel cao hơn

- 2009, Jonhard Eysturskaro đã có nghiên cứu về ảnh hưởng của đặc tính

về cấu trúc và tính chất cơ lý của gelatin theo điều kiện xử lý gelatin [21] 18 điều kiện khác nhau về năng suất, trọng lượng phân tử trung bình, điều kiện bảo quản đã được nghiên cứu Gelatin được trích xuất từ da cá với năng suất trung bình 8,9 ± 0,8% (trung bình ± SD; n = 54), trên cơ sở khối lượng ướt, với trọng lượng phân tử trung bình lên đến 250 kg / mol

Trang 19

- 2011, Ju-Yeon Kim đã có nghiên cứu ảnh hưởng của glutaraldehyde vào khả năng keo sinh học giữa da thỏ và màng sinh học chế biến từ gelatin của cá ngừ vây vàng [20] Tại đây tác giả đã cho kết quả gelatin từ da cá ngừ sau khi xử lý với 0,5M glutaraldehyde ở 60oC và độ pH trung tính trong 2 giờ

đã cho độ kết dính gấp 5 lần so với gelatin từ da cá ngừ ban đầu chưa xử lý

- 2012, Jittender Kumar Jakhar đã nghiên cứu về đặc điểm của gelatin từ

da cá da mú [19] Trong nghiên cứu này tác giả đã tìm ra các thông xử lý da

cá mú bằng phương pháp kiềm, xây dựng được quy trình sản xuất gelatin từ

da cá mú

7 Kết cấu luâ ̣n văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, trong luận văn gồm có các chương như sau :

- Chương 1: Tổng quan

- Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

- Chương 3: Kết quả và bàn luận

Trang 20

và phụ gia gọi theo những ứng dụng của chúng là: các hợp chất ổn định/làm bền, chất làm đặc hay là chất tạo gel Trong tự nhiên các hợp chất này vốn có sẵn trong cơ thể sinh vật và chúng có chức năng quan trọng giúp sinh vật phát triển tốt Trong công nghiệp thực phẩm, nhiều hợp chất loại này được chiết xuất từ nguyên liệu tự nhiên bao gồm các nguồn thực vật trên cạn, dưới nước hay động vật, vi sinh vật Hợp chất keo đưa vào thực phẩm để tạo ra sự thay đổi về cấu trúc ngoại quan, tính lưu biến hay tính chất cảm quan tùy theo yêu cầu của người tiêu dùng Với những ứng dụng hiệu quả trong lĩnh vực công nghiệp, keo thực phẩm được xem là chủ đề hấp dẫn và đầy hứa hẹn, thu hút

sự quan tâm của các nhà nghiên cứu cũng như doanh nghiệp ứng dụng sản phẩm Có thể liệt kê 4 vai trò lợi ích mà keo thực phẩm mang lại như sau:

- Cung cấp sự tiện lợi vì sự sẵn có trong tự nhiên và cơ thể sinh vật

- Cải thiện và nâng cao chất lượng vì các đặc tính quan trọng: tạo gel, tạo

1.1.2 Phân loại và tính chất chung của keo thực phẩm

Về mặt phân loại keo thực phẩm, người ta thường phân loại theo nguồn gốc, xuất xứ trong tự nhiên cũng như bản chất tự nhiên hay bán tổng hợp của chúng, một cách khái quát có thể phân thành 2 loại: keo thực phẩm tự nhiên

Trang 21

và keo thực phẩm bán tổng hợp Bảng 1 liệt kê các loại keo thực phẩm tự nhiên và keo thực phẩm bán tổng hợp.

Bảng 3.1 Các loại keo thực phẩm thông dụng

Keo thực phẩm tự nhiên

Trong dịch chiết từ cây (nhựa cây)

Gum Aribic (acacia gum) Gum Tracaganth

Nguồn khác

Pectin Gelatin Tinh bột

Keo thực phẩm bán tổng hợp

Dẫn xuất từ cellulose

Carboxymethyl cellulose ( CMC) Methyl cellulose

Microcrystalline celluse (MC)

Dẫn xuất từ tinh bột (tinh bột biến tính)

Carboxylmethyl starch Hydroxyethyl starch Hydropropyl starch

Tổng hợp từ vi sinh vật

Xanthan gum Dextran

Trang 22

Tính chất chung của keo thực phẩm là tạo độ nhớt và tạo gel [21]

 Tạo độ nhớt

Khi kết hợp với nước, keo thực phẩm tạo ra một dung dịch hoặc phân tán

có độ nhớt cao Độ nhớt này phụ thuộc vào nồng độ chất keo trong nước, bản chất hóa học, cấu trúc phân tử kết quả là các loại keo thực phẩm khác nhau

có thể là có độ nhớt rất khác nhau ở cùng nồng độ Chính tính chất tạo nhớt này làm chúng được ứng dụng để tạo nhớt, tạo đặc cho các sản phẩm dạng lỏng; là chất tạo nhũ và làm bền hệ nhũ tương; là chất chống lắng các nguyên liệu dạng hạt rắn lơ lửng trong thực phẩm lỏng; chất giữ ẩm để làm mềm; chất làm ổn định để tạo xốp cho các sản phẩm bánh nướng và kiểm soát sự hình thành các tinh thể đá trong các sản phẩm lạnh đông

 Tạo gel

Chỉ có một số loại gel thực phẩm có tính chất này Sự tạo gel là sự tạo thành mạng lưới liên kết chặt chẽ, có cấu trúc của keo thực phẩm với nhau và với nước, kết quả là đem lại trạng thái rắn (hóa rắn) cho các thực phẩm ban đầu có trạng thái lỏng Nồng độ và điều kiện tạo gel của các loại keo thực phẩm cũng rất khác nhau Tính chất tạo gel này có vô số ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm để sản xuất ra các sản phẩm có cấu trúc gel từ mềm, đàn hồi đến cứng mềm dễ gãy Ngoài ra, trong những năm gần đây người ta đã sử dụng một số keo thực phẩm như một nguồn chất xơ hòa tan Nhiều bằng chứng khoa học đã chứng tỏ các lợi ích chức năng của một số keo thực phẩm,

Trang 23

chẳng hạn như gum arabic và guar gum Khoa học cũng cho thấy khả năng tiềm tàng của chúng trong việc hạ thấp cholesterol và làm giảm nguy cơ ung thư Việc sử dụng các chất keo này trong các chương trình giảm cân cho người tiêu dùng đã được thực hiện và chắc chắn chúng sẽ được sử dụng rộng rãi trong tương lai

1.2 TỔNG QUAN VỀ COLLAGEN

1.2.1 Giới thiệu chung về collagen

Collagen là protein không hòa tan, dạng sợi và tham gia chủ yếu vào thành phần cấu tạo mô liên kết và xương ở động vật có xương sống [3]

Giống như những protein khác, collagen tồn tại dạng cấu trúc bậc 1, bậc

2, bậc 3 và bậc 4 Collagen chiếm khoảng 25% - 30% tổng lượng protein có trong cơ thể ở các động vật có xương sống

Collagen được phân bố trong các bộ phận như da, cơ, gân, sụn, răng, hệ thống mạch máu của động vật và có mặt trong các lớp màng liên kết bao quanh các cơ và là thành phần chính của dây chằng và gân [12]

1.2.2 Thành phần và cấu tạo của collagen

Đơn vị cơ bản của collagen là tropocollagen, gồm 3 chuỗi α liên kết xoắn ốc với nhau tạo thành những sợi nhỏ Mỗi phân tử tropocollagen dài 300nm, dày 1.5nm Các phân tử tropocollagen sẽ liên kết ngang với nhau bằng liên kết cộng hóa trị Nhờ các liên kết ngang này, các phân tử tropocollagen hình thành nên sợi collagen Các sợi collagen rất dài và mảnh, chúng sắp xếp tạo ra mạng collgen [3]

Hiện nay có khoảng 27 loại collagen khác nhau đã được xác định Loại I được tìm thấy rộng rãi trong da, xương, gân và dây chằng Loại II thường ở trong sụn, thủy tinh thể của mắt Loại III trong thành mạch máu Các loại khác có mặt với hàm lượng thấp trong một số cơ quan xác định

Trang 24

Hình 1.1 Cấu tạo phân tử collagen [3]

90% collagen trong cơ thể người và động vật là collagen loại I, II, III Collagen loại I phổ biến nhất và được sử dụng trong sản xuất gelatin Cấu trúc

cơ bản của collagen loại I gồm 1014 amino acid liên kết với nhau hình thành nên chuỗi có khối lượng phân tử vào khoảng 100000 g.mol-1 Chuỗi này được gọi là chuỗi α gồm 334 đơn vị lặp lại của chuỗi Gly-X-Y (hình 1.2) Chỉ tại điểm kết thúc N-, C-, có chuỗi ngắn gồm 15 – 26 amino acid không tuân theo cấu trúc này Trong đó, Glycine chiếm khoảng 33% các amino acid, proline và hydroxyproline chiếm khoảng 22% Proline thường xuất hiện ở vị trí X và hydroxyproline hầu như luôn xuất hiện ở vị trí Y Và 45% các amino acid còn lại sẽ kết hợp với các amino acid này tạo nên mạng không gian và tính chất tĩnh điện cho collagen [21]

Hình 1.2 Trình tự sắp xếp của các amino acid trong

chuỗi α của collagen loại I ở bò [24]

Proline và hydroxyproline liên quan tới cấu trúc bậc 2 của collagen Những amino acid này giúp giới hạn sự quay của bộ khung polypeptide, do

Trang 25

đó góp phần tạo nên sự bền vững cho cấu trúc xoắn ốc bậc 3 Nhóm hydroxyl của hydroxyproline đóng vai trò quan trọng trong sự bền vững cấu trúc xoắn bậc 3 của collagen Polypeptide của collagen mà thiếu hydroxyproline sẽ tạo nên cấu trúc gấp khúc ở nhiệt độ thấp và sẽ không bền vững ở nhiệt độ thân nhiệt [21]

1.2.3 Sự thay đổi cấu trúc từ collagen sang gelatin

Collagen là chất duy nhất có thể chuyển thành gelatin dưới tác dụng của nước và nhiệt, đó là kết quả của sự mở vòng xoắn 3 sợi kèm theo sự phá vỡ liên kết hydro Hình 1.3 thể hiện sơ đồ của quá trình chuyển đổi từ collagen sang gelatin

Hình 1.3 Sự chuyển đổi từ collagen sang gelatin [22]

Collagen có thể tác dụng với axit và kiềm Mạch của collagen có gốc carboxyl và amin, trong môi trườ ng axit, ion H+ tác dụng với gốc amin tạo NH3+ Trong môi trườ ng kiềm thì gốc amin bị ức chế và hình thành COO- [3] Hình 1.4 thể hiện sự phân bố điện tích trên chuỗi peptit trong phân tử collagen

Trang 26

Hình 1.4 Sự phân bố điện tích chuỗi peptit trong phân tử collagen [3] Axit và kiềm gây ra một số biến đổi như sau:

 Cắt đứt mạch muối (liên kết giữa –NH3

+

và COO-) làm đứt mạch peptit trong mạch chính

 Làm đứt liên kết hydro giữa gốc –CO, NH- của mạch xung quanh nó

 Làm axit amin bị phân hủy giải phóng amoniac

Trong điều kiện thường, thời gian dài có thể làm cho collagen bị phân giải (mức độ phân giải thấp, khi nhiệt độ tăng thì độ phân giải cũng tăng lên nhanh chóng) [5]

Căn cứ vào giả thuyết của Anne Simon phản ứng chuyển đổi từ collagen sang gelatin tiến hành như sau:

Trang 27

1.3 TỔNG QUAN VỀ GELATIN

1.3.1 Giới thiệu gelatin

Hiện nay, có nhiều cách khác nhau để định nghĩa gelatin:

Theo từ điển về lĩnh vực của Mỹ (American Pharmacopoeia-USP 29-NF

24, 2006) gelatin là sản phẩm thu được bởi sự thủy phân một phần collagen

có nguồn gốc từ da, mô liên kết hoặc xương của động vật [3]

Theo từ điển về dược của Châu Âu (European Pharmacopoeia 5, 2005): gelatin là một loại protein tinh chế, thu được bởi sự thủy phân một phần collagen bằng phương pháp acid (gelatin loại A), kiềm (gelatin loại B) hoặc enzyme [3]

Theo “Food Chemical Codex 5th, 2003”: gelatin là sản phẩm thu được bằng phương pháp thủy phân kiềm, acid hoặc enzyme từ collagen-thành phần chính của da, xương và mô liên kết ở động vật [3]

Năm 1973, WHO đã đưa ra tiêu chuẩn nhận biết và độ tinh sạch của gelatin thực phẩm và xem gelatin như là một loại thực phẩm Tương tự EC – European Community cũng đã xếp gelatin vào thực phẩm chứ không phải là phụ gia nên gelatin không có số đăng kí của phụ gia „E‟ [2]

1.3.2 Thành phần hóa học của gelatin

Phân tử gelatin bao gồm [3]: 85- 90% protein; 0.5- 2% muối khoáng; 8- 13% nước

Thành phần protein trong gelatin có gần đủ các loại acid amin, ngoại trừ tryptophan và cystein chỉ đôi khi tìm thấy dạng vết (Hình 1.5) Tỉ lệ giữa các acid amin có thể khác nhau, phụ thuộc vào nguyên liệu và phương pháp sản xuất Các acid amin liên kết với nhau theo liên kết peptide tạo thành phân tử gelatin [3]

Trang 28

Hình 1.5 Tỉ lệ các thành phần acid amin cơ bản của gelatin [3]

Cấu trúc phân tử của gelatin khoảng 20 acid amin khác nhau liên kết theo một trật tự xác định, tuần hoàn, tạo nên chuỗi polypeptide khoảng 1000 acid amin, hình thành nên cấu trúc bậc 1 Chuỗi polypeptid có chiều dài khác nhau, phụ thuộc nguồn nguyên liệu, chuỗi có một đầu là nhóm amin, một đầu

là nhóm cacboxyl Cấu trúc thường gặp của gelatin là Gly – X – Y [3]

Với: X chủ yếu là nhóm proline

Gelatin tan trong các polyol như glycerin, propylen glycol, mannitol, không tan trong cồn, acetone, benzen, ether và các dung môi hữu cơ

Trang 29

Gelatin có thể hấp thu một lượng nước gấp 510 lần khối lượng của nó Khi gia nhiệt, gelatin đã sẽ nhanh chóng chuyển thành dạng dung dịch và tạo thành gel khi được làm nguội Quá trình chuyển đổi giữa dạng dung dịch và dạng gel có tính thuận nghịch Cơ chế cơ bản của sự tạo gel là sự thay đổi ngẫu nhiên của dạng xoắn ốc Acid amin của các chuỗi polypeptide khác nhau tạo một hình thể xoắn ốc khi làm nguội và các vòng xoắn này được ổn dịnh nhờ các cầu hydro [22] Tính chất này được lợi dụng trong nhiều quá trình chế biến thực phẩm

Độ kết dính của gelatin được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: làm chất kết dính, dùng trong phim ảnh, Độ kết dính của gelatin phụ thuộc nồng độ, thời gian gia công, thời gian xử lý nguyên liệu ban đầu hay khối lượng phân tử của gelatin [7]

Chất lượng của gelatin có thể đánh giá thông qua độ nhớt của dung dịch gelatin trong nước Độ nhớt của gelatin phụ thuộc vào đặc tính của nó như: khối lượng phân tử, thành phần acid amin của gelatin, nhiệt độ, pH, nồng độ của dung dịch gelatin [11] Hình 1.6 là một thí dụ điển hình cho thấy ảnh hưởng của nồng độ và nhiệt độ đến độ nhớt của gelatin

Hình 1.6 Ảnh hưởng của nồng độ, nhiệt độ lên độ nhớt của gelatin [22] Đặc tính bề mặt: tính chất bề mặt của gelatin có được là do chuỗi gelatin

có các nhóm mang điện tích, có các amino acid ưa nước và kị nước Gelatin làm giảm sức căng bề mặt của nước và hình thành lớp điện tích bao quanh các

Trang 30

gelatin [22]

Tính lưỡng tính: gelatin là một protein có khả năng hoạt động như một acid hay một bazơ Tính chất này do các nhóm cacboxyl (-COOH) thể hiện tính acid, nhóm amin (-NH2) thể hiện tính bazơ [22]

1.3.4 Phân loại gelatin

a Dựa vào nguồn gốc

- Gelatin động vật: gelatin sản xuất từ da, xương, gân động vật có vú

- Gelatin cá: gelatin sản xuất từ da các loại cá

b Dựa vào phương pháp sản xuất

- Gelatin loại A: Quá trình sản xuất xử lí bằng acid

- Gelatin loại B: Quá trình sản xuất xử lí bằng kiềm

c Dựa vào hình dạng bên ngoài

Theo hình dạng bên ngoài, gelatin được chia thành 2 loại: Gelatin dạng tấm và gelatin dạng bột (hình 1.7)

Hình 1.7 Hình ảnh của sản phẩm gelatin dạng bột và dạng miếng [22]

Trang 31

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT

- Chế phẩm keo thực phẩm từ gelatin (Powder): gelatin được dùng để kết dính các sản phẩm thủy sản tại Công ty chế biến và xuất khẩu thủy sản Thọ Quang – Đà Nẵng Chế phẩm này là sản phẩm được cung cấp bởi Công ty Ajinomoto Nhật Bản có các thành phần được phối trộn sẵn với các tỷ lệ như sau: transgltaminase:0,5%; Silicon dioxide:2%; gelatin: 97,5%

- Gelatin thương mại (Knox): gelatin được chiết xuất từ da động vật có vú) ứng dụng trong lĩnh vực dược phẩm được cung cấp bởi Công ty Tam Long Gelatin

- Gelatin thu được thông qua quá trình chiết tách da cá ngừ của nhà máy chế biến thủy sản Bình Định, có sử dụng kỹ thuật ngâm acid (mẫu A)

- Gelatin thu được thông qua quá trình chiết tách da cá ngừ của nhà máy chế biến thủy sản Bình Định, có sử dụng kỹ thuật ngâm bazơ (mẫu B)

- Gelatin thu được thông qua quá trình chiết tách da cá ngừ của nhà máy chế biến thủy sản Bình Định, có sử dụng kỹ thuật ngâm acid và bazơ kết hợp (mẫu AB)

- Sản phẩm dán là các mô hình thực phẩm để khảo sát độ kết dính:

Trang 32

Hình 2.1 Nền nhựa PE Hình 2.2 Nền bánh tráng Đa ̣i Lô ̣c

Hình 2.3 Nền màng đậu nành Hình 2.4 Nền gluten

- Hóa chất: Ca(OH)2, CH3COOH, MgCO3đạt tiêu chuẩn phân tích

- Hóa chất chuẩn: Chuẩn kim loại nặng (As, Cd, Pb, Hg)

- Nền mẫu: bánh tráng Đại Lộc, màng đậu nành (thu mua từ các cơ sở sản xuất đậu phụ trên địa bàn Hòa Khánh, Đà Nẵng, sau đó được sấy khô), gluten bột mỳ (thu nhận sau quá trình phân tích hàm lượng gluten khô của công ty bột mỳ Việt Ý)

2.2 QUY TRÌNH THU NHẬN GELATIN [3]

 Chuẩn bị mẫu da cá

Khi nào thao tác thí nghiệm thì lấy ra một lượng da cá vừa phải đủ dùng

để rã đông ở điều kiện môi trường Dùng dao loại bỏ phần thịt thừa, vảy, vây, xương còn sót lại trong da, tiến hành rửa sạch các chất bẩn da bằng nước đá lạnh để tránh làm giảm chất lượng da Da cá được cắt thành miếng nhỏ 2 – 3

cm2 rồi rửa sạch, vắt khô, trộn đều và chia thành các mẫu, mỗi mẫu có khối lượng xấp xỉ 50 gam Hình 2.5 là hình ảnh của da cá trước và sau khi xử lý

Trang 33

Hình 2.6 Da cá được ngâm với axit (bên trái) và kiềm (bên phải)

da cá trước và sau khi xử lý trích ly

Hình 2.5 Da cá trước và sau khi xử lý

Trang 34

Sau đó, đưa vào bể ổn nhiệt, nhiệt độ nâng lên 58 – 620C để trích ly, trong quá trình trích ly chú ý khuấy nhẹ dung dịch và thường xuyên theo dõi nhiệt độ trong bình tam giác

Dịch huyền phù thu được sau trích ly sẽ được lọc qua vải màng và phễu

có giấy lọc để loại bỏ phần xác còn lại Dịch sau khi lọc được nâng nhiệt đến

600C để đo độ nhớt và nồng độ chất khô dung dịch để khảo sát sự ảnh hưởng của các yếu tố ở trên

 Sấy

Dịch sau khi lọc có hàm lượng nước khá cao tuy nhiên vì điều kiện ở phòng thí nghiệm hạn hẹp nên không thể cô đặc mà trực tiếp đưa đi sấy khô Sấy khô ở nhiệt độ 450C kết hợp quạt gió trong thời gian 12 – 16h Mục đích của quá trình sấy làm loại bỏ hết ẩm tạo ra sản phẩm khô bền vững tạo điều kiện cho quá trình bảo quản được thuận lợi Sản phẩm sau khi sấy khô cân lấy khối lượng và tính ra hiệu suất Sau đó bao gói và bảo quản

Hình 2.7 Da cá trước và sau khi trích ly

Trang 35

2.3 XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT, CẤU TRÚC CỦA GELATIN

2.3.1 Xác định hàm lượng protein

Thực hiện th eo phương pháp NMKL No 6, 4th Ed 2003 Hình 2.8 thể hiê ̣n thiết bi ̣ vô cơ hóa Chưng cất và chuẩn độ trên thiết bị chưng cất đạm hình 2.9

 Nguyên tắc

Mẫu được vô cơ hóa bằng Acid Sulfuric đậm đặc với xúc tác Potassium Sulphate (K2SO4) và Copper (II) Sulphate (CuSO4) K2SO4 làm tăng nhiệt độ sôi còn CuSO4 là chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng Hỗn hợp phản ứng được kiềm hóa bởi NaOH và lượng NH3 giải phóng ra sẽ được chưng cất và thu hồi trong dung dịch Acid Boric Hàm lượng nitrogen của mẫu được xác định bằng cách chuẩn độ boric acid với hydrochloric acid Hàm lượng Protein thô được tính bằng cách nhân hàm lượng Nntrogen với 6,25; đối với các sản phẩm từ sữa là 6,38

Hình 2.8 Thiết bi ̣ vô cơ hóa

Trang 36

100 )

 VS: số ml hydrochloric acid 0,1N sử dụng chuẩn mẫu

 VB: số ml hydrochloric acid 0,1N sử dụng chuẩn độ mẫu trắng

 C: nồng độ hydrochloric acid = 0.1N

 MW: phân tử lượng của nitrogen (14,01g/mol)

 m: khối lượng mẫu cân

 Tính hàm lượng protein:

% protein = %N x 6,25 (2.2)

Hình 2.9 Thiết bi ̣ chưng cất đa ̣m

Trang 37

(2.3) Trong đó:

 x = hàm lượng chất béo trong mẫu (g/100 g)

 a = khối luợng chất béo trích ly đã làm khô (g)

 b = khối lượng chất béo trong mẫu trắng (g)

 c = khối lượng của mẫu (g)

Trang 38

 Làm nguội mẫu đến nhiệt độ phòng trong bình hút ẩm

 Cân khối lượng chính xác đến 0,0001g bằng cân phân tích

Hình 2.11 Lò nung

Trang 39

 Đặt chén có chứa mẫu vào lò nung và tăng nhiệt ở tốc độ 1 (hoặc đặt chương trình thời gian nâng nhiệt 1giờ) để đạt nhiệt độ 250o

C, Giữ ở nhiệt độ

250oC trong 2giờ, Tăng nhiệt ở tốc độ 1 (hoặc đặt chương trình thời gian nâng nhiệt 3giờ) lên 550oC, Sau đó Tro hóa trong lò nung ở 550oC cho đến khi tro xuất hiện màu xám trắng (khoảng 18giờ)

 Làm nguội mẫu đến nhiệt độ phòng trong bình hút ẩm và cân tro thu được chính xác đến 0,0001g trên cân phân tích

2.3.5 Xác định hàm lượng kim loại nặng (As, Hg, Cd, Pb)

Theo phương pháp AOAC official method 999.10.2007 Hình 2.12 thể hiện thiết bị lò vi sóng dùng để vô cơ hóa ướt mẫu kim loại nặng (MAR 6 của hãng CEM)

 Chuẩn bi ̣ mẫu thử:

 Cân chính xác 1.0g±0.1g mẫu ướt (có hàm lượng nước lớn hơn 70%), 0.5g ±0.05g mẫu khô vào ống teflon 100ml Hút 5 ml HNO3dd, 1 ml H2O2 , 1

ml HCldd vào các ống teflon trên

 Vô cơ hóa mẫu trên thiết bị phá mẫu vi sóng Microwave

Hình 2.12 Lò vi sóng (áp lực cao)

Trang 40

2 (giữ nhiệt) 15 180 160

 Sau đó chuyển dung dịch mẫu qua ống ly tâm nhựa 50 ml, tráng ống teplon và nắp ít nhất 3 lần bằng nước ultra pure, pha loãng mẫu và định mức đến vạch (50 ml) hoặc cân (50 g)

 Phân tích trên thiết bi ̣ ICP-MS 7700x của hãng Agilent (hình 2.13)

 Kiểm tra tình trạng máy và cài đặc các thông số phù hợp

Bảng 2.2 Chế độ phân tích của thiết bị ICP-MS Mass Element Intergration Time

 C: Hàm lượng kim loại trong mẫu thử (g/kg)

 C0: Hàm lượng kim loại trong mẫu thử đọc từ máy (g/kg)

 b: Hàm lượng kim loại trong dung dịch thuốc thử trắng (g/kg)

Định dạng
Số trang	99
Dung lượng	6,56 MB