BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC gelatin libre

Những năm gần đây có một s đề tài nghiên cứu về các yếu t nh hư ng đến quá trình nấu keo từ da cá Basa như: Năm 2006, Trần Duy Phong đã nghiên cứu xử lý da cá bằng Na2CO3 để khử mỡ và đ

M Đ U

Cùng với sự phát triển m nh mẽ của ngành nuôi trồng và chế biến thủy s n

xuất khẩu nước ta, một lượng lớn các phế phụ phẩm bị th i ra như đầu, da, xương…lượng phế phụ phẩm này chưa được xử lý thích hợp dẫn đến ô nhiễm môi trư ng và gây lãng phí Trong khi các phế phẩm ấy chính là nguyên liệu để s n xuất ra

một chất keo sinh học có nhiều ứng dụng quan trọng đó là Gelatin Trong thực phẩm thì Gelatin t o ra độ nhớt, độ đông, độ chắc cho s n phẩm hoặc là một thực phẩm ăn kiêng rất t t Trong dược phẩm dùng làm v nang b o vệ thu c Gelatin cũng được dùng trong phim nh, mỹ phẩm và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: keo dán, môi trư ng cho Vi sinh vật phát triển…

Năm 1860 Gelatin từ da đã xuất hiện trên thị trư ng, nhưng sự hiểu biết về nó còn rất h n chế Đến năm 1956 Gustarson đã tiến hành nghiên cứu các kh năng ph n ứng của Collagen

Năm 1990, Trần Thị Luyến đã nghiên cứu 50 keo từ xương cá của một s loài

cá fillet

Những năm gần đây có một s đề tài nghiên cứu về các yếu t nh hư ng đến quá trình nấu keo từ da cá Basa như:

Năm 2006, Trần Duy Phong đã nghiên cứu xử lý da cá bằng Na2CO3 để khử

mỡ và điều chỉnh pH, nghiên cứu nh hư ng của pH trong nước nấu đến chất lượng gelatin và nghiên cứu nh hư ng của công đo n cô đặc và sấy l nh đến chất lượng gelatin

Nhận thấy nhu cầu rất lớn về Gelatin trên Thế Giới cũng như Việt Nam trong những năm gần đây, thêm vào đó nguồn nguyên liệu da và xương cá để s n xuất Gelatin nước ta khá dồi dào, ổn định, giá rẻ và có tiềm năng phát triển nên chúng tôi chọn đề tài “Tách Gelatin từ da cá Basa” với mong mu n góp phần nâng cao hiệu qu kinh tế cho các ngư dân và nhà s n xuất cá ; đồng th i cũng góp phần vào việc gi m thiểu ô nhiễm môi trư ng

* M c tiêu

- Xây dựng được quy trình s n xuất Gelatin từ da cá Basa

* Ph ng pháp nghiên c u

- Phương pháp phân tích vật lý

- Phương pháp phân tích định lượng

- Ph ương pháp quy ho ch thực nghiệm

* N i dung nghiên c u

- Thu thập tài liệu, tìm hiểu về cấu t o, tính chất, lợi ích của Gelatin; các phương pháp tách chiết Gelatin

- Tiến hành quá trình tách chiết, thu nhận sản phẩm

- Phân tích hàm lượng Gelatin trong nguyên liệu và Gelatin d ng thơ

* S n ph m c a đ tài : Gelatin d ng h t

Ch ng 1:

T NG QUAN

1.1 TI M NĔNG S N XU T GELATIN T DA CÁ:[5][6]

Đất nước Việt Nam có lợi thế là có b biển dài, nhiều sông ngòi, ao hồ nên việc khai thác và nuôi trồng thủy s n đã m ra một triển vọng lớn về việc cung cấp thủy s n cho nhu cầu đ i s ng nhân dân, cho xuất khẩu và phục vụ cho việc phát triển ngành nuôi trồng thủy s n Trong các lo i thủy s n xuất khẩu t i Việt Nam thì mặt hàng cá Tra, Basa và các s n phẩm chế biến từ chúng đang chiếm một s lượng lớn và đem về cho đất nước ta một nguồn ngo i tệ cao (gần 1 tỷ USD) Ngày nay, khi Việt Nam đã gia nhập tổ chức thương m i thế giới thì việc xuất khẩu các mặt hàng thủy s n sang các nước khác đã được m rộng, đặc biệt là các mặt hàng cá Tra và Basa S n

lượng thủy s n đánh bắt và nuôi trồng cá Tra và Basa cũng tăng lên theo đặc biệt là khu vực đồng bằng sông Cửu Long Do đó khai thác và sử dụng t t nguồn lợi thủy s n

để phục vụ cho loài ngư i là một vấn đề cực kỳ quan trọng Tuy nhiên trong quá trình

chế biến cá ta chỉ thu được 30 % thịt còn l i 70 % phụ phẩm Lượng phế phẩm này thư ng bị th i b , dùng làm thức ăn cho gia súc, làm phân bón hoặc xuất khẩu sang các nước khác

Hiện nay trên thế giới nhu cầu sử dụng Gelatin ngày càng lớn Các qu c gia

s n xuất Gelatin hàng đầu là Mỹ (kho ng 31000 tấn hàng năm), kế đến là Pháp, Đức, Anh, Nhật B n Các ngành tiêu thụ chủ yếu: công nghệ thực phẩm, công nghệ dược phẩm, công nghiệp phim nh, công nghệ s n xuất mỹ phẩm Gelatin sử dụng trên thế

giới thư ng được s n xuất từ nguyên liệu là xương bò, da heo nhưng những năm gần đây sự bùng nổ bệnh bò điên, bệnh heo tai xanh nên dẫn đến việc sử dụng Gelatin tách chiết từ xương bò, da heo bị h n chế Chính vì thế s n lượng Gelatin trên thế giới gi m

dần

Nhu cầu sử dụng lớn, nguồn nguyên liệu bị h n chế Trước tình hình đó sự ra

đ i của Gelatin từ da cá là bước ngoặt lớn, nó không những gi i quyết được tất c các vấn đề khó khăn trên mà còn góp phần tăng lợi ích kinh tế và còn gi m bớt một

lượng lớn phế th i trong ngành thủy s n đã gây ô nhiễm môi trư ng

Như vậy việc s n xuất Gelatin từ da cá không những góp phần làm gi m thiểu

ô nhiễm môi trư ng mà còn t o ra s n phẩm mới có giá trị Đây là một triển vọng lớn cho những qu c gia có ngành thủy s n phát triển

1.2 GI I THI U V COLLAGEN [3][4][7][9][10][11]

1.2.1 Collagen

Collagen là một lo i protein rất đặc biệt Cấu trúc của nó được t o thành từ những amino acid với sự sắp xếp d ng sợi, mặt khác được biết như là protein cứng hình sợi Những sợi này là những chuỗi phân tử dài, chứa đến 19 lo i amino acid Thành phần amino acid quan trọng của những sợi này gồm có: prolin, glicin, hydroxyprolin và hydroxygilicin Hai hợp chất cu i không thấy trong bất kỳ lo i protein nào khác

1.2.1.1 C ấu t o c a collagen

Collagen là một lo i protein tương

đ i đơn giãn, gồm có ba chuỗi amino acid

riêng biệt xoắn l i với nhau gi ng như một sợi

dây thừng Mỗi sợi collagen được t o nên từ

hang nghìn amino acid, chủ yếu là hai lo i

acid amin: glycin và prolin

Đơn vị cấu trúc của nó là

tropocollagen bao gồm 3 m ch polypeptide

bện vào nhau thành một dây cáp siêu xoắn (vì mỗi m ch đơn có cấu trúc xoắn, chiều cao của mỗi g c xoắn trên trục siêu xoắn này là 2,9 Å, một vòng xoắn là 3,3 g c amino acid) Ba chuỗi polypeptide trong “dây cáp” n i với nhau bằng các liên kết hydrogen

Đầu tiên ba sợi của collagen này xoắn l i theo kiểu xoắn c xung quanh một sợi hình thành nên một bộ ba Sau đó những bộ ba này bắt với nhau và xoắn chung quanh mỗi bộ ba để hình thành nên một sợi siêu cáp Mỗi sợi này cũng liên kết với nhau bằng các liên kết ngang Sự kết hợp này được gọi là một collagen siêu xoắn Cấu trúc ba chiều phức t p này quyết định chức năng sinh học của collagen

Gần một nửa lượng amino acid của colagen là glycine và alanine những vị trí có liên kết – NH – và = O của glycine và alanine của chuỗi này sẽ liên kết với nhóm –NH – và = O của chuỗi kia vị trí tương ứng bằng liên kết hydro Cứ 3 chuỗi

Hình 1.1 C ấu trúc collagen

polypeptid sẽ xoắn c l i với nhau t o thành một chuỗi lớn hơn, đó chính là sợi colagen rất rắn chắc trong mô s ng của động vật

Một đặc điểm để phân biệt colagen với các lo i protein khác là trình tự các acid amin được sắp xếp trong 3 chuỗi đơn vị của phân tử colagen Một mô hình phổ

biến là Gly-X-Pro hoặc Gly-X-Hyp, trong đó X có thể là một phân tử acid amin bất kỳ: Gly-Pro-Hyp là mô hình xuất hiện nhiều nhất

Vì thế, gelatin được thu nhận từ colagen là một m ng lưới phân tử có tính đàn hồi n i với nhau b i liên kết hydro

B ng 1.1: So sánh thành ph n amino acid c a phân tử protein có

Collagen là một protein không tan trong nước, nhưng có kh năng giãn n nhẹ

Tỉ lệ giãn n có giới h n co giãn kho ng 7% cho sợi ướt và 5% cho sợi khô

600C dưới tác động của acid hay kiềm hoặc mu i Collagen ẩm đột ngột, phồng lên,

co rút kho ng 1/3 hay 1/4 chiều dài của nó Và nếu tiếp tục đun Collagen sẽ tiếp tục thủy phân thành Gelatin

¬ Tính chất hóa học

Collagen là chất duy nhất có thể chuyển thành gelatin khi đun sôi với nước nóng, đó là kết qu của sự m vòng xoắn 3 sợi kèm theo sự phá vỡ liên kết hydro Gelatone và Gelatose là s n phẩm phân gi i gelatin Tỷ lệ giữa Gelatin, Gelatone và Gelatose được quyết định b i nhiệt độ và th i gian nấu

Collagen bị thủy phân chậm b i trysin và pepsin, trong khi đó Gelatin dễ bị phân hủy hơn

Collagen khi thêm cồn, mu i hoặc aceton đặc biệt là heparin thì chung có sợi dày và kết tủa l i

Collagen tan trong glycerin, acid acetid, ure nhưng không tan trong nước l nh

1.2.1.2 Ch c n ăng c a collagen

Protein collagen đóng vai trò là giá đỡ cho các mô, các cơ quan và liên kết các cấu trúc này với xương Collagen cũng có trong cấu trúc của da Nó tiêu biểu cho sự

kh e m nh và độ bền của da, thể hiện qua sự trơn láng, đầy đặn của da khi còn trẻ

Cấu trúc siêu xoắn bộ ba đã làm cho Collagen có sức căng m nh hơn c thép Sự mất cấu trúc 3-D cũng có nghĩa là mất đi sự giúp đỡ của khung sư n của da

Collagen này có nhiều trong các mô liên kết da cá Tương tự như sợi collagen trong động vật có vú, các sợi Collagen các mô của cá cũng t o nên cấu trúc

m ng lưới m ng với mức độ phức t p khác nhau Tuy nhiên, Collagen cá kém bền nhiệt hơn nhiều và ít có các liên kết chéo hơn nhưng nh y c m hơn Collagen động vật máu nóng có xương s ng (Phan Thị Thanh Quế 2005)

Collagen là lo i protein phổ biến nhất trong cơ thể (chiếm kho ng 1/4 tổng

lượng protein), là protein chính của mô liên kết, là một trong các thành phần chính của

da, cơ vân, sụn, dây chằng, gân, xương và răng; đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các mô trong cơ thể và củng c thành m ch; tồn t i trong giác m c và thuỷ tinh thể của mắt dưới d ng kết tinh Lớp bì, lớp đệm trong cùng của da chứa rất nhiều Collagen, mà chính các sợi Collagen này t o ra một hệ th ng nâng đỡ, hỗ trợ cho các đặc tính cơ học của da như sức căng, độ đàn hồi, duy trì độ ẩm…

1.2.1.3 ng d ụng c a collagen

Ngày nay Collagen được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực đặc biệt là lĩnh vực

y học và trong các ngành khoa học khác Ví dụ như các s n phẩm bông g c làm từ Collagen của Tập đoàn Suwelack sẽ giúp các vết thương nhanh lên da non và mau lành sẹo, các mỹ phẩm giúp làm đẹp da mặt cho phụ nữ, v.v

1.2.2 Các y u t nh h ng đ n collagen:

1.2.2.1 nh h ưởng c a không khí

các độ tuổi khác nhau, trong cơ thể s ng hay trong ng nghiệm, không khí có một vai trò quan trọng trong sự thay đổi cấu trúc hóa học của Collagen (Sobel và Hansen, 1989) Sự oxy hóa sẽ làm thay đổi cấu trúc phân tử của các protein, nguyên nhân là do sự thay đổi về mặt hóa học và các liên kết của vài amino acid đã vượt quá

th i gian

1.2.2.2 nh h ưởng c a nước

Nước nh hư ng đến Collagen theo những con đư ng khác Nó giữ vai trò trực tiếp trong các biến đổi hóa học của Collagen thông qua sự thủy phân, sự hydrat hóa của các g c tự do, sự ổn định của các liên kết hydro, và tỉ lệ của sự hình thành Gelatin

Bowes và Raistrick (1967) đã nghiên cứu nh hư ng của m i liên hệ của độ ẩm

và pH lên ph m vi suy gi m thủy phân của Collagen bằng sự phóng thích nitơ còn dư giai đo n cu i 400C trong tám tuần, sự thủy phân Collagen tăng lên với sự tăng

độ ẩm (từ 40% lên 80%) và gi m pH (từ 5,0 xu ng 2,5) Họ kết luận rằng khi sự suy

gi m thủy phân càng tiến xa, thì sự biến tính sẽ kéo theo và lần lượt tăng lên hơn là sự

ho t động thủy phân

1.2.2.3 nh h ưởng c a nhiệt độ

Đo lư ng nh hư ng của nhiệt độ lên sự hư h ng của Collagen bị giới h n b i

vì có sự hao hụt nhiệt độ t i hoặc trên nhiệt độ đo lư ng đưa ra những kết qu không đáng tin cậy (Bowes và Raistrick, 1964) M i quan tâm đặc biệt là collagen bị hư h ng

về mặt vật lý và hóa học sẽ bị hư h ng tỉ lệ nhanh hơn, nhưng điều này đã không được chứng minh và là một nội dung cho việc nghiên cứu sâu hơn Tính toàn vẹn về

mặt vật lý và hóa học của Collagen có thể được biểu thị qua sự ổn định thủy nhiệt, c khi gi m nhiệt độ sai lệch đ i với các sợi đã bị hư h ng

1.3 GELATIN: [3][7][12][13]

1.3.1 Định nghĩa:

Gelatin là một protein tinh s ch dùng trong thực phẩm, thu nhận từ sự biến tính nhiệt phân Collagen có trong da, xương, mô liên kết của động vật, là một lo i protein phổ biến trong giới động vật Gelatin hòa tan khi đun nóng (kho ng 40o

C) và

cô đặc khi làm l nh, cùng với nước điều kiện bình thư ng có d ng sệt

Theo Hofmeister: Gelatin là s n phẩm của sự thủy phân Collagen b i nhiệt:

C102H149N31O38 + H2O î C102H151N31O39

1.3.2 Tính ch ất c a Gelatin:

1.3.2.1 C ấu trúc Gelatin:

Gelatin là một protein t o b i axit amin sắp xếp trên một chuỗi đư ng thẳng

và được liên kết b i sự kết hợp của hai hay nhiều axit amin, là hỗn hợp dị hể các sợi polypeptid sợi đơn và sợi đa, mỗi sợi có cấu hình proline xoắn c bên trái, chứa từ 300 – 400 amino acid

Hình 1.2 C u trúc Gelatin

Cấu trúc của Gelatin được hình thành từ sự liên kết của 18 lo i amino acid khác nhau, liên kết theo một tr t tự nhất định, tuần hoàn Gelatin chứa một lượng lớn glycine, proline và 4- hydroxyproline

Cấu trúc hóa học cơ b n là –Ala-Gly- Pro-Arg-Gly-4Hyp-Gly-Pro

Hình 1.3: C u trúc hóa h c phân tử Gelatin

Hầu hết Gelatin thương m i có kh i lượng phân tử từ 15000 đến 250000 đvc, thư ng thì Gelatin có kh i lượng phân tử từ 50000 đến 70000 đvc

Gelatin cũng gi ng như những phân tử protein khác, thành cấu trúc chính của Gelatin là chuỗi polypeptid lớn và phức t p với thành phần amino acid gi ng như

Collagen.Có 18 lo i amino aicd khác nhau: Glycine, Alanine, Valine, Leucine,

Isoleucine, Serine, Threaonine, Methionine, Aspartic acid, Glutamic acid, Lysine, Huydroxylysine, Arginine, Histidine, Phenylalanne, Tytrosine, Prolin,

Béo (%)

Cacbohydrat (%)

Fiber (%)

Tro (%)

Với các thành phần trên thì tỷ lệ phần trăm các nguyên t có trong gelatin

B ng 1.3: Tỷ l ph n trĕm các nguyên t có trong gelatin

Thủy phân hoàn toàn gelatin sẽ thu được hỗn hợp 18 amino acid với tỷ lệ các

lo i acid amin này có thể thay đổi tùy theo nguyên liệu tách chiết gelatin và quá trình

chế biến gelatin Tuy nhiên, ta vẫn có giá trị tương đ i chính xác như sau:

Hình 1.4: Tỷ l (%) các lo i acid amin trong gelatin

THE AMINO ACID COMPOSITION OF GELATIN

aspatic, 6%

arginine, 7.8%

Alanine, 9%

glutamic acid, 10%

glycine,

21.4%

other amino acids, 21.5%

proline and hydroxyproli

ne, 24.3%

B ng 1.5 : So sánh tỷ l các lo i acid amin trong gelatin cá và

gelatin t gia súc (dê)

Tính chất gelatin phụ thuộc vào pH, nguyên liệu thu nhận, nhiệt độ, nồng độ,

th i gian và phương pháp chế biến

Gelatin là một chất keo sinh học được ứng đụng nhiều trong s n xuất keo

1.3.2.2.2 Tính ch ất hóa học

a, Tính chất gel- độ bền gel

Là yếu t quan trọng đánh giá chất lượng gelatin khi đông Nó được đặc trưng bằng độ Bloom

Theo định nghĩa, độ Bloom là kh i lượng tính bằng gam cần thiết tác dụng lên

bề mặt gel t o b i ng có đư ng kính 14,7mm để kh i gel lún xu ng 4mm Kh i gel

có hàm lượng gelatin là 6,67%, được giữ 100

C trong 16-18h

Độ bền gel phụ thuộc vào nồng độ gelatin và kh năng hình thành gel Gelatin

có kh năng hình thành và ổn định liên kết hydro với phân tử nước để hình thành d ng

cấu trúc gel ổn định 3 chiều

Gelatin thu từ động vật có Bloom cao hơn và ổn định hơn từ cá

b, Độ nhớt:

Độ nhớt cũng quan trọng như kh năng t o gel và cũng phụ thuộc vào nhiệt độ, lẫn nồng độ Độ nhớt tỉ lệ thuận với nồng độ dung dịch và tỉ lệ nghịch với nhiệt độ Dưới 200C, dung dịch sẽ tồn t i d ng gel ( ngo i trừ nồng độ quá thấp) Trong kho ng 20-350C, dung dịch vừa tồn t i d ng gel vừa tồn t i d ng dung dịch nhớt hoặc d ng chất l ng có độ nhớt không ổ định Trên 350C, các phân tử gelatin tr nên

r i r c, cho dù có tăng nồng độ gelatin trong dung dịch thì chúng vẫn không liên kết với nhau

c, Tính lưỡng tính

Gelatin là một protein điển hình, có kh năng ho t động như một acid hay một base Tính chất lưỡng tính là do các nhóm cacboxyl (- COOH) thể hiện tính acid, và nhóm amin ( -NH2) thể hiện tính kiềm được t o ra trong su t quá trình thủy phân Một cách tổng quát gelatin tồn t i trong dung dịch dưới d ng lưỡng cực +

NH3 - CH2-COO-, thư ng được gọi là ion “Zwitter”

Do vậy, gelatin là một protein điện ly lưỡng tính:

- Trong môi trư ng acid, sự phân ly của nhóm acid bị kìm hãm, gelatin tác dụng như một bazo, tích điện “ + “ (Cation), chuyển về cực “ –“, trong điện trư ng

- Ngược l i trong môi trư ng kiềm sự phân ly của nhóm bazơ bị kìm hãm, gelatin tác dụng như một acid, tích điện “ –“ ( Anion) và chuyể về cực “ + “ trong điện

pH mà không có sự di chuyển x y ra gọi là điểm đẳng điện và t i pH này, dung dịch gelatin kém bền nhất, dễ tủa, có hàm lượng t i đa các phân tử protein không tích điện

Nó được xác định một cách dễ dàng b i hỗn hợp trao đổi ion resin và được

biểu hiện b i đơn vị pH

Tính lưỡng tính và điển đẳng điện của gelatin lo i A nằm trong kho ng pH = 8-9 và phụ thuộc vào th i gian xử lý

Trong khi đó, gelatin lọai B có điểm đẳng điện là 5,2 sau 4 tuần ngâm với nước vôi và giá trị này sẽ được gi m dần xu ng 4,8 nếu th i gian ngâm kéo dài hơn 4

tuần

Ngoài ra, điểm đẳng điện còn phụ thuộc vào nồng độ mu i trong dung dịch Điểm đẳng điện có thể xác định giá trị pH mà t i đó gelatin có độ cực đ i

e, Tính hòa tan của gelatin:

Gelatin tan một phần trong nước Gelatin khô sẽ phồng lên hay ngậm nước khi khuấy trong nước ( hỗn hợp không chứa quá 34% gelatn) nhiệt độ 400

C gelatin và với th i gian là 30 phút, gelatin sẽ hòa tan hoàn toàn t o thành dung dịch đồng nhất Mức độ hòa tan của gelatin phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ và kích thước phân tử

Gelatin tan trong các dung môi polyhydric alcohols như: glycerol, propylene, glycol, sorbitol…những dung môi này sữ dụng để làm gi m độ cứng của các tấm gelatin phim

Gelatin không tan trong alcohols, acetone, cacbon tetrachloride, benzen, petroleum và hầu hết trong các dung môi hữu cơ không phân cực

f, Tính ổn định gelatin

Gelatin khô được b o qu n trong điều kiện kín nhiệt độ phòng có thể b o

qu n trong nhiều năm

Tính ổn định của gelatin phụ thuộc vào nhiệt độ và pH Sự gi m độ bền gel và

độ nhớt theo th i gian có thể h n chế nếu giữ gelatin trong giới h n pH từ 5-7 và nhiệt

độ thấp

Duy trì tính ổn định là chức năng của pH và các chất điện gi i trong dungđịch gelatin và nó sẽ gi m khi nhiệt độ tăng

Dung dịch hoặc gel gelatin có tính mẫn c m với vi khuẩn và các enzym phân hủy protein

h, Tính trương phồng

Đặc tính trương phồng của gelatin không những quan trọng trong sự savon hóa mà còn trong quá trình s n xuất phim nh và sự hòa tan của bao con nhộng trong dược phẩm

Trong gelatin, những liên kết ngang được cho rằng có liên quan đến sự nh

hư ng đến nhau giữa các chuỗi và điều này làm gi m sự trương phồng Sự ổn định những liên kết ngang phụ thuộc vào pH, nhiệt độ, th i gian và chất điện gi i

Sự nh hư ng của pH và chất điện gi i đến sự trương phồng được gi i thích

b i thuyết cân bằng của Donnan khi xử lý gelatin như một màng bán thấm Điều này

đã gi i thích t i sao gelatin biểu hiện độ trương phồng thấp nhất điểm đẳng điện của chúng

Các chất điện gi i nh hư ng đến sự trương phồng của gelatin được sắp xếp theo trật tự của Hofmeister như sau: Ba2+

, Ca2+, Mg2+, Cs+, Rb+, NH4+, K+, Na+,Li+,

SO42-, CH3COO-, Cl-, Br-, NO3-, I-, SCN-

T i pH thấp hơn điểm đẳng điện, các anion sẽ nh hư ng đến sự phồng, trong khi pH cao hơn pH của điển đẳng điện, thì cation đóng vai trò làm gi m sự phồng Các anion sẽ phá vỡ sự liên kết hydro v n là nhân t làm gia tăng sự phồng

1.2.4 Phân lo i gelatin [8][14]

Có 3 lo i gelatin : phụ thuộc vào sự có hay không có bước xử lý với kiềm, chất sẽ làm biến đổi asparagine và glutamine thành acid asparagic và acid glutamic và

Dịch gelatin

Tùy theo s n phẩm thu nhận được có độ Bloom như thế nào mà ta có những ứng dụng riêng biệt trên các s n phẩm khác nhau

1.2.5.1 Gelatin trong th ực phẩm :

Trong thực phẩm ngày nay, dựa vào tính chất tan ch y nhiệt độ cao và đông đặc nhiệt độ thấp ngư i ta ứng dụng trong thực phẩm đông l nh Lúc này Gelatin đóng vai trò là một chất keo b o vệ ngăn chặn sự kết tinh của đư ng

Trong kem và phomát mềm, gelatin ngăn chặn sự mất nước Ngoài ra trong

s n phẩm bơ sữa gelatin đóng vai trò quan trọng trong việc t o độ mịn, độ sánh cho

s n phẩm Trong kẹo dẻo, gelatin cung cấp cho s n phẩm độ dẻo và dai Trong thông

kê nếu trong kẹo dẻo có chứa 1,7-2,5% gelatin giúp ngăn chặn sự kết tinh đư ng, vì vậy có thể giữ cho kẹo mềm và dẻo hơn Các s n phẩm như v kẹo có chứa 0,5-1% gelatin với vai trò làm gi m sự tan ch y

Hình 1.5: Các th c ph m có ch a gelatin

Trong công nghiệp s n xuất keo mứt, gelatin sử dụng làm chất t o gel, t o

x p, làm chậm quá trình tan kẹo trong miệng với tỉ lệ 2-7%

Trong các s n phẩm như thịt hộp, thịt nguội… Gelatin chiếm từ 1-5% giúp giữ hương vị tự nhiên của s n phẩm

Trong công nghiệp s n xuất rượu bia và nước hoa qu , Gelatin sử dụng làm chất làm trong với tỉ lệ 0,002-0,15%

Gelatin có kh năng hấp thụ nước gấp 5-10 lần thể tích của nó nên được sử dụng trong công nghiệp s n xuất đồ hộp để tránh hiện tượng rỉ nước

Kh năng ứng dụng của gelatin trong thực phẩm tùy theo độ Bloom được minh

họa như sau:

B ng 1.8: Kh nĕng ng d ng Gelatin d a vào đ Bloom

1.2.5.2 Gelatin trong d ược phẩm:

Gelatin được sử dụng trong s n xuất bao con nhộng cứng hay mềm Nó có tác

dụng b o vệ thu c ch ng những tác nhân có h i như ánh sáng và oxi Thành phần chính của v là Geltin và các tá dược khác như: glycerol hay sorbitol, những chất ho t động bề mặt, chất màu cho phép, hương liệu….Gelatin có mặt trong hai lo i nang

1.2.5.2.1 Nang mềm:

Gelatin có độ Bloom thấp, lo i A (150-200g), lo i B(125-175g), hay hỗn hợp

A và B Thư ng viên bi, có hình trứng, hình trụ, hình giọt, hình h t đâu, dung lượng 0,1-0,5g chứa dịch l ng sánh

Hình 1.7: Nh ng nang thu c có ch a gelatin

Quá trình s n xuất đòi h i kỹ thuật cao để s n xuất các nang v có độ dày đồng nhất

Hình 1.8: Nh ng nang thu c có ch a gelatin

Việc sử dụng glycerinated gelatin làm thu c đ n cho thấy những thuận lợi hơn hẳn việc sữ dụng carbowax hay mỡ từ cây ca cao

Gelatin còn được sữ dụng để làm ra các g c vô trùng sữ dụng trong gi i phẩu…

B ng 1.8: Kh nĕng ng d ng c a gelatin trong d c ph m tùy

1.2.5.3 Gelatin trong k ỹ thuật phim nh

Nguyên liệu chụp nh chứa nhiều lớp gelatin được bao phủ lên phim hoặc giấy

Gelatin vận dụng hơn một trăm năm nay như là chất kết dính, chức năng của gelatin hữu ích trong việc s n xuất phim nh

Gelatin khi m nh có độ trương phồng cao và nhất là kết dính nh y sáng gi ng như tinh thể b c với hỗn hợp halogen Nó là cơ s của phim và giấy được sữ dụng cho

kỹ thuật nhiếp nh chuyên và không chuyên, chiếu bóng, chiếu tia X

Hình 1.9: Các phim nh có ch a gelatin

Ngày nay trong kỹ thuật in th ch b n, dichromate gelatin nh y sáng được sử dụng.ánh sáng giúp c định các liên kết của gelatin với sự hiện diện của dichromate và điều này được ứng dụng trong kỹ thuật in nổi

Chức năng của gelatin trong kỹ nghệ phim nh:

1.2.3.5 Gelatin giúp cho ng ười bệnh về xương và viêm khớp mãn tính

Gelatin thiên nhiên có chức năng quan trọng trong việc cung cấp cho cơ thể ngư i những aminoacid đặc biệt là glycine và proline Vì vậy, Gelatin có tác động ngăn ngừa và tái sinh lên bộ xương, đặc biệt là hệ th ng vận động: xương, sụn, gân, dây chằng Kiểm tra ngư i mắc bệnh viêm khớp được cho dùng geltin thì có hiệu qu

t t trên xương

1.2.3.6 Gelatin m ột thực phẩm tốt cho chế độ ăn kiêng

Gelatin là nguồn thực phẩm giàu protein, không cholesterol, không đư ng, không béo, Nó dễ tiêu hóa và được phá hủy hoàn toàn trong cơ thể ngư i mà hiếm x y

ra dị ứng Nh vào những tính chất đặc biệt đó mà Gelatin chiếm vị trí quan trọng trong bữa ăn Hơn nữa, Gelatin còn có tác dụng làm gi m lượng mu i trong máu

Gelatin cũng đóng vai trò quan trọng trong việc gi m cân nh kh năng t o gel hóa Nó có thể thay thế một mức độ nào đó cho các s n phẩm có hàm lượng chất béo cao

1.2.3.7 Gelatin ng d ụng trong nghiên c u khoa học:

Gelatin là môi trư ng rất t t cho vi sinh vật phát triển, nên được ứng dụng trong nghiên cứu sự phát triển của vi sinh và một s ứng dụng khác

1.4 C s lý thuy t chung v s n xu t Gelatin

1.4.1 Nguyên li u s n xu t Gelatin:

Nguyên liệu để s n xuất gelatin là: vẩy, xương, bong bóng và da cá…Vì động

vật thủy s n chỉ có những lo i cá to, da dày mới bóc được da (như cá nhám, cá Voi, cá

Ba sa,….).Xương cá có thể chế ra gelatin nhưng về mặt kinh tế thì quá ít V y cá tuy chiếm tỷ lệ trọng lượng trong cá ít (1-4%), nhưng các lo i cá có v y rất lớn, mặt khác

v y cá thuộc vào bộ phận không ăn được Bong bóng cá tuy chỉ một s ít có thể dùng

để s n xuất geletin nhưng lượng keo nguyên (colagen) rất cao, do đó nó là nguyên liệu

t t dùng để s n xuất gelatin có chất lượng cao

1.4.2 Công ngh s n xu t Gelatin [6][ 8]

1.4.2.1 Nguyên lý chung:

Quá trình s n xuất gelatin gồm những bước sau:

- Xử lý nguyên liệu ( ngâm mu i, ngâm vôi, ngâm acid…)

a, Xử lý nguyên liệu:

- Ngâm mu i:

Ngâm mu i với nguyên liệu nhằm là rửa s ch các t p chất bẩn, tẩy mỡ, máu, mùi tanh, cắt đứt các m ch polypeptide của collagen thành các đo n peptide ngắn T o điều kiện cho quá trình trích ly được dễ dàng, hiệu suất thu hồi gelatin cao

- Ngâm vôi:

Ngâm vôi là bước xử lý kiềm đ i với nguyên liệu, tác dụng của kiềm làm cho

tổ chức nguyên liệu mềm m i và lo i b các chất hữu cơ như: Albumin, Mucin, sắc

t …Qua nhiều nghiên cứu ngư i ta thấy rằng ngâm vôi là phương pháp hiệu qu nhất trong việc xử lý nguyên liệu Vì trong quá trình ngâm vôi collagen ít bị tổn thất.Khi ngâm vôi ph i thư ng xuyên khuấy đ o và môi trư ng pH của nước vôi là 12,2 – 12,4

Để làm tăng độ mềm của nguyên liệu và hòa tan những thành phần các t p chất phi collagen, có thể cho thêm một ít NaOH để tăng độ kiềm tính Nhưng nếu dùng lượng

kiềm quá nhiều thì nh hư ng đến chất lượng của geletin sau này Nếu th i gian ngâm vôi quá dài cũng sẽ nh hư ng đến chất lượng collagen Lượng CaO thư ng dùng kho ng trên dưới 8-10% so với nguyên liệu

- Ngâm acid:

Nguyên liệu sau khi ngâm vôi ph i đem trung hòa rửa s ch dư lượng vôi và

t p chất Acid thư ng dùng là HCl, không dùng H2SO4 , dễ t o thành CaSO4 không hòa tan nh hư ng đến chất lượng s n phẩm theo ph n ứng:

Ph n ứng s n sinh trong điều kiện sự tuần hoàn của acid chậm, do đó trong quá trình ngâm acid ph i thư ng xuyên lo i b những mu i trên bằng cách khuấy đều

và thay nước nhiều lần Trong quá trình ngâm có bọt nổi lên đó là do CO2 thoát ra do

ph n ứng của cacbonat canxi với acid HCl:

CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2 + H2O

b, Nấu

Nấu gelatin là bước làm cho collagen biến thành keo dưới tác dụng của nhiệt Trước hết là đem nguyên lệu đã được xử lý cho vào nước đun nóng nhiệt độ nhất định, Collagen từ từ tách ra thành dung dịch keo Nếu nhiệt độ nấu quá cao (như đun sôi) thì quá trình thủy phân gelatin sẽ diễn ra m nh mẽ t o thành Gelatose và gelatone Khi x y ra biến đổi đó làm cho độ dính và sức đông của keo gi m xu ng Do đó nên nấu nhiệt độ thấp, để đ m b o chất lượng s n phẩm Th i gian nấu quá dài cũng nh

hư ng đến chất lượng keo, nếu th i gian nấu quá dài nhiệt độ cao không những làm cho độ dính và sức đông của keo gi m mà còn làm cho màu sắc của keo đậm l i Vì thế nấu keo nên tiến hành nấu nhiệt độ thấp và th i gian ngắn Nhưng trong thực tế thì hai điều kiện này mâu thuẫn với nhau, nghĩa là nấu nhiệt độ cao thì th i gian nấu ngắn hơn khi nấu nhiệt độ thấp Căn cứ vào kinh nghiệm thì nhiệt độ nh hư ng đến phẩm chất và màu sắc của gelatin hơn yếu t th i gian, do đó nấu nhiệt độ thấp th i gian dài t t hơn

c, Lọc và cô đặc dung dịch nấu:

Dung dịch sau khi nấu có thể dùng v i lọc qua để lo i b lớp da dư thừa Nếu yêu cầu chất lượng keo cao thì có thể dùng phương pháp lắng đọng Dưới đây giới thiệu đơn gi n các phương pháp đó

- Phương pháp lắng đọng tự nhiên: phương pháp này rất đơn gi n, keo nước

nấu lần thứ nhất hoặc lần thứ hai đem lọc rồi cho vào thùng đem giữ nhiệt độ 500

xương, trong điều kiện nhiệt độ 800C dung dịch keo dễ dàng lọt qua lớp than xương Dùng phương pháp này để đồng th i tẩy màu và tẩy mùi được

- Phương pháp hình thành kết tủa: Nếu trong dung dịch có chất keo điều kiện nhiệt độ từ 700

C – 800C, cho vào một ít acid phosphoric để t o kết tủa Ca3(PO4)2 Khi Ca3(PO4)2 lắng xu ng có thể kéo theo những t p chất có trong keo bị lắng xu ng

T p chất Ca+ còn trong dịch keo là do rửa chưa hết, chưa s ch, những h t keo mang điện âm giữ l i Ngoài ra H2SO3, H2SO4 cùng có những tác dụng tương tự nhiệt độ

700C – 800C,thư ng bổ sung SO2 (chất khử m nh) vào đến lúc cho kết tủa rồi dùng nước vôi trung hòa, sau đó để yên cho nó lắng xu ng Dùng H2SO4 có thể đồng th i

tẩy màu làm trắng s n phẩm và có tác dụng ch ng th i rữa, nhưng nhược điểm của nó

là cu i quá trình khó phân ly Đ i với lắng đọng và lọc keo nước thì phương pháp này

có hiệu qu nhất định nhưng chỉ dùng để s n xuất những mặt hàng đặc biệt

Nếu yêu cầu chất lượng của gelatin không cao lắm, có thể dùng v i lọc là được

mà không cần dùng những phương pháp trên

¬ Cô đặc dung dịch nấu:

Keo nấu lần thứ nhất rất đặc, làm l nh có thể đông l nh rất t t viì thế không

cần cô đặc nếu có thiết bị làm khô t t, khí hậu l nh Trên thực tế dung dịch keo có phẩm chất t t, nồng độ đ t 5% lúc làm l nh là có thể đông l i Vì dung dịch keo qua bước cô đặc làm gi m độ dính và sức đông của nó nên thư ng b qua bước này, vừa đơn gi n thao tác vừa đ m b o chất lượng

Trong điều kiện nhiệt độ dưới 100

C thì dung dịch keo sau khi lọc có thể đông đặc tự nhiên, ta cắt miếng rồi tiến hành làm khô mà không cần thiết ph i qua công

đo n cô đặc Nhưng những lần nấu sau nồng độ của gelatin gi m xu ng thấp và trong điều kiện nhiệt độ cao (như Việt Nam) thì công đo n cô đặc thì rất cần thiết Nếu có điều kiện cô đặc chân không là t t nhất, chất lượng và màu sắc của keo cũng tương đ i

t t Cũng cô đặc nhiệt độ thư ng trên dưới 600C, nhưng th i gian cô đặc tương đ i dài nh hư ng đến độ dính và kéo dài th i gian s n xuất keo Vì thế có thể tiến hành trong điều kiện áp suất thư ng có qu t thông gió để làm tăng t c độ b c hơi, rút ngắn được ½ th i gian cô đặc không có qu t thông gió

d, Làm đông, cắt miếng

Dung dịch sau khi đã xử lý trên cho vào các khay kim lo i (khay inox hay khay nhôm) kích thước không nhất định, thư ng chiều sâu là 1-1,5cm, chiều rộng 25-30cm là thích hợp

Về mùa đông nhiệt độ tương đ i thấp, có thể cho keo đông tự nhiên nhưng mùa hè nhiệt độ cao thì cho vào phòng l nh làm đông nhân t o Nói chung nhiệt độ dưới 150C, th i gian 12-18h thì gelatin có thể đông được hoàn toàn Sau khi keo đông

t c độ làm keo Làm khô vừa tránh tình tr ng keo bị r n nứt, keo có độ khô thích hợp

nhất là lượng nước trong keo còn l i 15-16% Trong th i gian làm khô tùy theo điều kiện làm khô mà quyết định, nhưng th i gian càng ngắn càng t t, thư ng trong kho ng 24h

1.5 Tình hình nghiên c u trong và ngoài n c v s n xu t Gelatin

1.5.1 Tình hình nghiên c u Gelatin ngoài n ước:

Năm 1754: Ngư i Anh sử dụng Gelatin trong lĩnh vực chất kết dính và cũng vào năm này Anh đã s n xuất chất keo cho thợ mộc, trong lo i keo này ngoài thành

phần chính là Gelatin còn bổ sung một s chất khác để tăng độ kết dính của keo

Đến thế kỷ XVIII thì việc s n xuất Gelatin đã có mặt t i Pháp

Năm 1871: Richard Leach (một bác sĩ ngư i Anh), đã m ra một bước ngoặt mới, quyết định cho ngành nhiếp nh Bác sĩ Maddox đã nghiên cứu những b n m ng khô có phủ lớp Brom-b c-gelatin sẽ có độ nh y t t hơn những b n m ng ướt được sử

dụng trước đây Những nghiên cứu xa hơn Charles Bennett đã sáng t o ra một phương pháp mới về chế t o b n m ng khô Một trrong những ưu điểm của công nghệ này là

th i gian rửa phim được rút ngắn l i

Năm 1960: Kenney và Ross bước đầu thử nghiệm s n xuất Gelatin từ da cá

Thực phẩm có sử dụng Gelatin cá được đưa ra thị trư ng từ năm 1981

Năm 1974: hiệp hội Gelatin Châu Âu GME (Gelatin Manuafacture of Europe) được thành lập, thể hiện tầm quan trọng của việc s n xuất Gelatin các nước Châu

Âu

Năm 2001: một công trình nghiên cứu qu c tế được bắt đầu thực hiện b i GME vào năm 1999 dưới sự b o hộ của hội đồng Châu Âu một lần nữa khẳng định những điều luật về vật liệu thô và quá trình s n xuất Gelatin những nơi đ m b o cao nhất sự an toàn cho ngư i tiêu dùng

Càng về sau nhiều công trình nghiên cứu mới được thực hiên để đ m b o chất

lượng mục đích yêu cầu sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau như : s n xuất keo, chế biến thực phẩm, phim nh , y dươc, mỹ phẩm

1.5.2 Tình hình nghiên c u trong n c [4][5]

1.5.2.1 Quy trình s n xu ất gelatin từ vẩy cá

Nguyên li ệu: Các lo i cá khác nhau thì có độ lớn thành phần hóa học của

vẩy cá cũng khác nhau do đó lúc sử dụng ph i phân loai to nh và tiến hành xử lý riêng, như thế mới nâng cao được chất lượng của gelatin Sau khi chọn nguyên liệu, tiến hành nhặt b t p chất, sau đó rửa và ngâm nước Đ i với vẩy cá tươi chỉ cần rửa

để lo i b t p chất và chất dính, đ i với vẩy cá khô ph i tiến hành ngâm nước để khôi

phục tr ng thái mềm m i ban đầu của nó, đ i với vẩy cá mu i thì qua bước này cũng

lo i b mu i đi nhiệt độ 200C thì th i gian ngâm kho ng 1-2 ngày nhưng ph i thư ng xuyên thay nước để tránh bị th i

Ngâm vôi: Nguyên liệu sau khi rữa s ch ta tiến hành ngâm vôi, nồng độ dùng trong nước vôi 3 lần ngâm là 0,2-0,4% Sau khi ngâm vẩy n ra và khử đi các chất hữu cơ có thể hòa tan trong kiềm Ngâm vôi lần 1: nồng độ vôi là 0,4% lượng nước vôi dùng kho ng 2,5 đến 3 lần lượng vẩy Th i gian ngâm 1-2 ngày, trong điều

kiện nhiệt độ tương đ i cao thì th i gian t t nhất không quá một ngày để tránh th i Trong quá trình ngâm nên khuấy đều để tránh hiện tượng tác dụng của vôi không đều lên nguyên liệu Ngâm vôi lần 2: Sau khi ngâm đủ th i gian thì x nước vôi rồi vớt ra, dùng nước trong rửa s ch t p chất và vôi bám trên nguyên liệu và cho vào bể ngâm lần

2 với nồng độ nước vôi là 0,3% với lượng dùng như trên, th i gian ngâm 2-3 ngày, trong th i gian ngâm ph i thư ng xuyên khuấy và kiển tra nước, nếu vẩy biến chất thì

ph i rút ngắn th i gian ngâm Kết thúc th i gian ngâm thì vớt ra, rửa s ch và đưa vào

bể ngâm lần 3 Nồng độ nước vôi là 0,2%, lượng dùng như trên, th i gian ngâm là 4-5 ngày, ngâm xong rửa s ch

Ngâm acid: Trong s n xuất thư ng dùng HCl công nghiệp Ngâm acid thư ng từ 3-4 lần nồng độ acid và th i gian đều khác nhau

+ Ngâm acid lần 1: acid 12%, th i gian ngâm từ 10-15 phút Lượng acid

thư ng dùng từ 2,5-3 lần so với nguyên liệu, sau khi ngâm đủ th i gian thì tiến hành

x acid, vớt vẩy cá ra dùng nước trong rửa s ch

+ Ngâm acid lần 2: Nồng độ acid 8%, lượng dung dịch acid dùng từ 2-2,5 lần so với nguyên liệu, th i gian ngâm 1/2h

+ Ngâm acid lần 3: Nồng độ acid 3-4% lượng acid dùng là 1,5- 2 lần so với nguyên liệu, th i gian ngâm kho ng 2h, sau đó vớt ra rửa s ch rồi sau đó đem ngâm lần 4

+ Ngâm acid lần 4: Nồng độ acid >1%, lượng dùng kho ng 3-5 lần so với nguyên liệu, th i gian ngâm kho ng 24h

+ Nấu: Vì nguyên liệu khác nhau nên điều kiện xử lý, nấu khác nhau, do đó ph i

căn cứ vào kinh nghiệm cụ thể để xác định

Lắng, lọc: Dung dịch sau lúc nấu có thể dùng vỉ để lọc hoặc có thể dùng các

phương pháp sau:

Lắng đọng tự nhiên

Lọc hấp thụ

Hình thành kết tủa

Cô đặc: Dung dịch gelatin đặc không cần cô đặc nữa, thư ng thì chỉ cô đặc

dung dịch gelatin nấu các lần thứ 3 tr về sau Nhiệt độ cô đặc càng thấp càng t t

Làm đông, cắt miếng: Dung dịch gelatin sau cô đặc cho vào các khay để

tiến hành làm đông gelatin Do đó chất lượng gelatin tương đ i t t, nồng độ cao nên nhiệt độ bình thư ng gelatin vẫn có thể tự đông được Sau khi gelatin đông có thể tiến hành cắt miếng, độ dày chừng 1cm nếu quá dày thì làm khô sẽ khó khăn hơn và c gắng cắt đều đặn

S đ quy trình s n xu t gelatin t v y cá:

Nguyên liệu Ngâm vôi

Ngâm acid

Lắng, lọc

B o qu n Bao gói

Làm đông, cắt miếng Làm khô Nấu chiết

Cô đặc

1.5.2.2 T các ngu n nguyên li u là x ng và da các lo i gia súc:

S đ 1 Quy trình thu nh n gelatin t da và x ng gia súc

độ 4-7% trong 2 tuần

Ossein

Ngâm vôi,5-15%, từ 5-12 tuần

Trích, l ọc

cô c n chân không,

s ấy

Gelatin