Tài liệu Tinh sạch và xác định đặc tính của collagen từ da các tra (pangasius hypophthalmus)

MỤC LỤC Trang phụ bìa LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ..................................................................................3 1. Tổng quan về cá tra (pangasius hypophthalmus) ............................................3 1.1 Tên khoa học của cá tra [2], [3] ...................................................................3 1.2 Đặc điểm sinh học [3] ..................................................................................4 1.3 Tình hình phát triển cá tra ở Việt Nam [3] ................................................4 1.4 Thành phần hóa học của cá [1] ...................................................................4 2. Tổng quan về collagen .......................................................................................5 2.1 Cấu trúc phân tử của collagen [12], [14] ....................................................5 2.2 Cấu trúc sợi của collagen [14] .....................................................................6 2.3 Thành phần hóa học của collagen [1], [14] ................................................7 2.4 Phân loại collagen [14] ...............................................................................11 2.5 Tính chất của collagen [1], [7],[14] ...........................................................12 2.5.1 Tính chất vật lý ......................................................................................12 2.5.2 Tính chất hóa học .................................................................................12 2.6 Ứng dụng của collagen [7], [12].................................................................12 2.6.1 Trong y học và dược phẩm ...................................................................12 2.6.2 Trong công nghiệp thực phẩm .............................................................13 2.6.3 Trong mỹ phẩm....................................................................................14 3. Một số nghiên cứu tách chiết collagen từ phế phụ phẩm cá [13], [15], [16], [17], [19] ................................................................................................................15 3.1 Trích ly collagen từ da cá tuyết (Baltic cod) [11] .....................................15 3.2 Tách chiết collagen từ da của các loài cá Pecca Nhật Bản (lacteolabra japonicas), cá Thu (Samber japonus), cá Mập (Heterodonus japonius) .............17 3.3 Tách chiết collagen trên da của loài cá ngừ mắt to (Priacanthus tayenus) ............................................................................................................................19 CHƯƠNG II ............................................................................................................21 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................21 1. Nguyên vật liệu .................................................................................................21 2. Phương pháp nghiên cứu [5], [6], [7], [8], [9], [18] .......................................22 2.1 Phương pháp phân tích thành phần hóa sinh..........................................22 2.1.2 Xác định thành phần acid amin ...........................................................24 2.1.3 Xác định thành phần và phân tử lượng của các chuỗi trong phân tử collagen bằng phương pháp điện di trên gel SDS-polyacrylamide (SDSPAGE) .............................................................................................................25 2.1.4 Phương pháp xác định thành phần hóa học .......................................26 2.3 Phương pháp xác định cấu trúc bằng máy chụp SEM ...........................28 2.4 Phương pháp phân tích vi sinh .................................................................29 3. Quy trình công nghệ ........................................................................................30 3.1 Nguyên liệu ..................................................................................................31 3.2 Loại béo .......................................................................................................31 3.3 Tẩy màu .......................................................................................................31 3.4 Cắt nhỏ ........................................................................................................31 3.5 Chiết collagen ..............................................................................................32 3.6 Lọc thu dịch chiết .......................................................................................32 3.7 Kết tủa phân đoạn thu collagen ................................................................32 3.8 Phương pháp thẩm tích loại muối ra khỏi dung dịch bằng ống màng cellulose - RCDMB (Regenerated Cellulose Dialysis Membrane Tubing) .32 CHƯƠNG III ...........................................................................................................34 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BIỆN LUẬN .......................................................34 1. Phân tích thành phần nguyên liệu..................................................................34 2. Khảo sát hàm lượng lipid sau khi loại béo ....................................................36 3. Khảo sát quá trình chiết ..................................................................................37 4. Phân tích thành phẩm collagen thu được ......................................................38 4.1 Thành phần hóa học trong collagen .........................................................38 4.2 Thành phần acid amin trong collagen ......................................................40 4.3 Phân tử lượng collagen được xác định bằng phương pháp điện di .......43 5. Xác định nhiệt độ biến tính bằng phương pháp đo độ nhớt .......................44 6. Xác định cấu trúc collagen ..............................................................................46 7. Phân tích vi sinh ...............................................................................................48 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ .......................................................49 4.1 Kết luận ...........................................................................................................49 4.2 Kiến nghị .........................................................................................................49 PHỤ LỤC .................................................................................................................50 MỘT SỐ HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU TÍNH TOÁN .......................................50 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................54 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hóa học của cá (%) ..............................................................5 Bảng 1.2 So sánh thành phần các acid amin trong collagen và các loại protein khác (số gốc/1000 gốc) ...............................................................................................8 Bảng 1.3 Sự phân bố các amino acid trong chuỗi polypeptide ...........................10 Bảng 1.4 Phân loại collagen ....................................................................................11 Bảng 3.1 Hàm lượng các thành phần hóa học trong da cá nguyên liệu .............34 Bảng 3.2 Hàm lượng lipid sau khi loại béo ...........................................................36 Bảng 3.3 Kết quả khảo sát chiết collagen..............................................................37 Bảng 3.4 Hàm lượng các thành phần hóa học trong collagen (phụ lục 2) .........38 Bảng 3.5 Thành phần acid amin trong collagen ...................................................40 Bảng 3.6 So sánh thành phần acid amin (hydroxyproline, proline) của collagen tách chiết từ da một số loài cá ................................................................................42 Bảng 3.7 Bảng biểu thị độ nhớt thông qua nhiệt độ ............................................44 Bảng 3.8 So sánh nhiệt độ biến tính collagen da cá tra với các loài khác ..........45 Bảng 3.9 Kết quả phân tích vi sinh ........................................................................48 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cá Tra (pangasius hypophthalmus) ..........................................................3 Hình 1.2 Cấu trúc của phân tử collagen (triple helix) ...........................................6 Hình 1.3 Từng bậc cấu trúc trong chuỗi collagen ..................................................7 Hình 1.4 Tổ chức bó sợi collagen .............................................................................7 Hình 1.5 Công thức cấu tạo của hydroxyproline .................................................10 Hình 1.6 Collagen Blemish Balm Cellio - Mỹ phẩm trắng da, chống nhăn, chống nắng ...............................................................................................................14 Hình 1.7 Quy trình trích ly collagen từ da cá tuyết .............................................15 Hình 1.8 Quy trình tách chiết collagen từ da cá ...................................................17 Hình 1.9 Sắc kí điện di SDS-PAGE collagen loại I của collagen da cá. (Điện di trên 3.5% gel chứa urea 3.5M: (A) Cá Pecca; (B) Cá mập; (C) cá thu ...18 Hình 2.1 Sơ đồ quy trình phân tích hydroxyproline ............................................24 Hình 2.2 Nhớt kế Ubbelohde ..................................................................................26 Hình 2.3 Quy trình tinh sạch collagen từ da cá Tra (pangasius hypophthalmus) ...................................................................................................................................30 Hình 3.1 Biểu đồ biểu thị hàm lượng các thành phần hóa học trong da cá tra 35 Hình 3.2 Kết quả chiết collagen bằng acid acetic 0.5M ở 4oC, tỉ lệ 1/50 (w/v) ..37 Hình 3.3 Biểu đồ biểu thị hàm lượng các thành phần hóa học trong collagen từ da cá Tra (pangasius hypophthalmus) ...................................................................39 Hình 3.4 Biểu đồ biểu thị acid amin trong collagen .............................................41 Hình 3.5 Hình chụp điện di của dung dịch tách từ da cá Tra (Pangasius hypophthalmus)collagen trên SDS – PAGE ..........................................................43 Hình 3.6 Đường cong biến tính nhiệt của dung dịch collagen ..........................44 Hình 3.7 Ảnh chụp SEM cấu trúc collagen từ da cá Tra (pangasius hypophthalmus) ........................................................................................................47 LỜI CẢM ƠN Qua khoảng thời gian được học tập và rèn luyện tại nhà trường, chúng tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến tất cả các thầy cô trong nhà trường đã truyền đạt cho chúng tôi nhiều kiến thức bổ ích và cần thiết trong lĩnh vực kĩ thuật và cuộc sống. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn đến: Thầy cô khoa Công nghệ sinh học – Môi trường đã nhiệt tình hướng dẫn và truyền đạt kiến thức chuyên môn trong suốt thời gian học tập. Th.S Lê Thị Thu Hương đã tận tuỵ hướng dẫn, giúp đỡ chúng tôi hoàn thành bài báo cáo này. Tập thể Lớp 09Sh111, bạn bè đã giúp đỡ trong suốt quá trình học tập. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn Trung tâm Ứng dụng Công nghệ sinh học Đồng Nai và các anh chị trong trung tâm đã tạo mọi điều kiện để chúng tôi hoàn thành tốt bài báo cáo. Cuối cùng, chúng tôi xin biết ơn gia đình và những người thân đã luôn sát cánh, chia sẻ, động viên và hỗ trợ chúng tôi. Xin chân thành cảm ơn! 1 MỞ ĐẦU Trên thế giới, việc nghiên cứu về collagen đã tiến hành từ năm 1930 bởi người Đức; ở thời kỳ đó, người ta tách chiết collagen chủ yếu từ da và xương của trâu, bò, lợn. Tuy nhiên, đến năm 1990 đã bắt đầu một hướng chuyển biến mới: “tách collagen từ da cá”, phát minh này của các nhà khoa học thuộc viện Hóa học Gdansk (Ba Lan) đã gây tiếng vang mạnh mẽ trên toàn cầu. Trong những năm gần đây nhiều quốc gia như: Mỹ, Đức, Pháp, Ba Lan, Nhật Bản, Hàn Quốc đã đầu tư hàng triệu đôla vào nghiên cứu thu nhận collagen để làm nguyên liệu sản xuất da nhân tạo, chỉ tự tiêu, thuốc mỡ điều trị bỏng và các sản phẩm làm đẹp như mặt nạ, kem dưỡng da, dầu dưỡng tóc,… Ở Việt Nam, trải qua 10 năm phát triển, từ một loài cá bản địa, cá tra đã trở thành sản phẩm chiến lược, đóng góp khoảng 2% GDP của cả nước và chiếm hơn 1/2 tổng sản lượng thủy sản xuất khẩu cả nước. Đặc biệt, đồng bằng sông Cửu Long có điều kiện tự nhiên khá thuận lợi cho việc phát triển cá tra. Theo bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn, các tra vẫn đang là mặt hàng chiếm tỉ trọng giá trị xuất khẩu cao nhất trong nhóm thủy sản. Năm 2012, cá tra Việt Nam được xuất khẩu sang 142 quốc gia và vùng lãnh thổ, tăng so với 136 quốc gia và vùng lãnh thổ của năm 2011. Đạt giá trị 1744 tỷ USD. 10 thị trường chiếm thị phần chính gồm: châu Âu, Mỹ, ASEAN, Trung Quốc và Hồng Kông, Mexico, Brazil, Ai Cập, Ảrập Xêut, Colombia, Australia, chiếm tỉ trọng 77,5% tổng giá trị xuất khẩu cá tra năm 2012. Cá tra đa phần được xuất khẩu dưới hình thức philê vì thế mà phế liệu thải ra trong quá trình chế biến sẽ rất nhiều (chiếm 50 - 60%). Hiện nay nước ta đã có nhiều nghiên cứu để dùng da cá làm nguyên liệu sản xuất collagen vì da cá tra chứa hàm lượng collagen khá cao, chất lượng của nó lại không thua kém các loại nguyên liệu khác, vì thế việc sử dụng da cá để sản xuất collagen đã mở một hướng đi mới cho ngành thủy sản. Như vậy, với nhu cầu rất lớn về collagen trên thế giới cũng như ở Việt Nam trong những năm gần đây, thêm vào đó nguồn nguyên liệu da cá để sản xuất collagen ở nước ta khá dồi dào, giá rẻ và có tiềm năng phát triển nên chúng tôi chọn 2 đề tài “Tinh sạch và xác định đặc tính của collagen từ da cá Tra (pangasius hypophthalmus)” với mong muốn tạo ra nhiều sản phẩm có chất lượng từ collagen để phục vụ cho sức khỏe và đời sống con người, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế cho các ngư dân và nhà sản xuất cá; đồng thời cũng góp phần bảo vệ, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.  Mục tiêu - Tinh sạch collagen từ da cá tra. - Xác định một số đặc tính hóa lý, hóa sinh của collagen từ da cá tra.  Phương pháp nghiên cứu: phương pháp phân tích tổng hợp tài liệu. Phương pháp phân tích hóa lý, vi sinh, cảm quan. Phương pháp thống kê xử lý số liệu.  Nội dung nghiên cứu - Tìm hiểu về các phương pháp tinh sạch collagen, các phương pháp xác định đặc tính hóa lý của collagen. - Phân tích nguyên liệu (da cá tra): xác định độ ẩm, độ tro, lipid, hàm lượng collagen,… - Xử lý da cá và tinh sạch collagen từ da cá tra: xử lý da cá bằng NaOH, tách béo bằng LASNa, tẩy màu bằng H2O2, trích ly collagen bằng acid acetic, kết tủa phân đoạn để thu nhận collagen, thẩm tích, đông khô. - Xác định một số đặc tính hóa lý của dịch chiết collagen: xác định phân tử lượng bằng SDS-PAGE, xác định nhiệt độ biến tính, hàm lượng tro, hàm lượng béo, hàm lượng collagen, acid amin, độ nhớt,…  Sản phẩm của đề tài: collagen dạng bột 3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về cá tra (pangasius hypophthalmus) 1.1 Tên khoa học của cá tra [2], [3] Cá tra là một trong số 11 loài thuộc họ cá tra (Pangasiidae) đã được xác định ở sông Cửu Long và lưu vực các sông lớn cực nam. Cá tra có tên tiếng Anh là : Shutchi catfish Tên khoa học: Pangasius hypophthalmus Bộ cá nheo: Siluriformes Họ cá tra: Pangasiidae Giống cá tra dầu: Pangasianodon Loài cá tra: Pangasinodon hypophthalmus Hình 1.1 Cá Tra (pangasius hypophthalmus) 4 1.2 Đặc điểm sinh học [3]  Đặc điểm hình thái và sinh thái Cá tra có thân dẹp, da trơn, có râu ngắn, màu đen xám trên lưng, bụng hơi bạc, miệng rộng, giống cá trê nhưng không ngạnh. Sống trong nước ngọt, có thể sống ở vùng nước hơi lợ (10 - 14% độ muối) . Điều kiện thích hợp: pH ≥ 4, nhiệt độ từ 15oC - 39oC.  Phân bố Cá tra phân bố ở lưu vực sông Mekong, có mặt ở cả 4 nước: Lào, Việt Nam, Campuchia và Thái Lan. Ở Thái Lan còn gặp chúng ở lưu vực sông Mekong và Chao Phraya. 1.3 Tình hình phát triển cá tra ở Việt Nam [3] Cá tra được nuôi tập trung tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long với diện tích thả nuôi cá tính đến tháng 6/2011 vào khoảng 3980ha, tăng 385ha so với cùng kỳ năm 2010, năng suất bình quân 309 tấn/ha. Trong đó, các tỉnh có diện tích nuôi nhiều nhất là Đồng Tháp với 1188ha, An Giang 787ha, Cần Thơ 665ha. Bên cạnh những thuận lợi thì có những rủi ro, thách thức: rào cản thương mại, nguồn nguyên liệu thiếu hụt, giá cả biến động khá mạnh… 1.4 Thành phần hóa học của cá [1] Thành phần hóa học của một số loài cá thường đánh bắt được có thể biểu diễn trong phạm vi sau: - Protid chiếm từ 15.77 - 24% hầu hết các loài cá có protid từ 17 - 21%, rất ít loại trên 22% và dưới 16%. - Lipid chiếm từ 0.57 – 9.25%. - Nước chiếm từ 72.9 – 81.5%. - Tro chiếm từ 0.9 – 1.68%. Đặc điểm nổi bật nhất của cá nước ta hầu hết là loài cá gầy có hàm lượng protid cao và lipid thấp. 5 Lượng protein trong cá tra vào khoảng 23% đến 28%, tương đối cao hơn các loài cá nước ngọt khác (16 - 17% tùy loại cá). Về chất béo, hàm lượng chất béo trong cá tra ít hơn so với thịt nhưng chất lượng mỡ cá lại tốt hơn. Các acid béo chưa no hoạt tính cao chiếm từ 50% đến 70% trong tổng số lipid bao gồm oleic, linoleic, linolenic, arachidonic, klupanodonic... Các acid béo này là vật chất quan trọng hỗ trợ cho nhiều cơ quan trong cơ thể như hệ thần kinh, hệ tuần hoàn. Nhiều nghiên cứu khoa học đã phát hiện rằng trong chất béo chưa bão hòa của cá tra có chứa nhiều acid béo Omega_3 (EPA và DHA). Bảng 1.1 Thành phần hóa học của cá (%) Thành phần Nước Protein Lipid Muối vô cơ Thịt cá 48 – 85.1 10.3 – 24.4 0.1 – 5.4 0.5 – 5.6 Trứng cá 60 – 70 20 – 30 1 - 11 1–2 Gan cá 40 – 75 8 – 18 3-5 0.5 – 1.5 Da cá 60 – 70 7 – 15 5 - 10 1–3 chỉ tiêu 2. Tổng quan về collagen 2.1 Cấu trúc phân tử của collagen [12], [14] Trong những năm 30 của thế kỷ trước, collagen lần đầu tiên được phát hiện là cấu trúc phân tử. Sau những nghiên cứu về một chuỗi peptide riêng biệt, mô hình cuối cùng đã được phát triển là mô hình Madras. Mô hình này cung cấp một cách chính xác mô hình của cấu trúc bậc bốn của phân tử. Đó là một cấu trúc xoắn ba. 6 Hình 1.2 Cấu trúc của phân tử collagen (triple helix) Collagen là một đoạn trong cấu trúc sợi dài protein tạo nên cấu trúc tế bào từ bên ngoài. Như một acid amin, collagen được làm từ các gốc amin (-NH2) và nhóm chức năng acid cacboxylic (-COOH). Phân tử collagen (hay còn gọi là tropocollagen) là một protein hình trụ, dài khoảng 300 nm, đường kính khoảng 1.5 nm. Nó bao gồm 3 chuỗi polypeptide (gọi là chuỗi α) cuộn lại với nhau. Mỗi chuỗi α cuộn thành đường xoắn ốc theo hướng từ phải sang trái với 3 gốc trên một vòng xoắn. Ba chuỗi này xoắn lại với nhau theo hướng từ trái sang phải tạo thành đường bộ ba xoắn ốc triple helix (hình 1.2). 2.2 Cấu trúc sợi của collagen [14] Phần lớn collagen trong mạng lưới ngoại bào được tìm thấy ở dạng sợi, bao gồm những sợi mảnh, nhỏ. Đầu tiên, ba sợi của collagen này xoắn lại theo kiểu xoắn ốc xung quanh một sợi hình thành nên bộ ba tropocollagen. Sau đó tropocollagen liên kết với nhau hình thành sợi collagen siêu cáp - collagen fiber (Hình 1.3). 7 Hình 1.3 Từng bậc cấu trúc trong chuỗi collagen Hình 1.4 Tổ chức bó sợi collagen Các chuỗi collagen sắp xếp song song theo chiều dọc liên kết với nhau bằng các liên kết ngang tạo thành các sợi theo chu kỳ nhất định. Nhờ vào cấu trúc có trật tự, độ bền vốn có của các chuỗi xoắn ốc được chuyển sang các sợi collagen, cung cấp cho các mô độ cứng, độ đàn hồi và những đặc tính cơ học riêng. Vì thế collagen rất chắc, dai và bền (hình 1.4). 2.3 Thành phần hóa học của collagen [1], [14]  Thành phần protein trong collagen có gần đầy đủ các loại acid amin (Schrieber và Gareis, 2007). Thành phần acid amin có thể thay đổi tùy theo nguồn 8 gốc của collagen, nhưng vẫn tồn tại một vài tính chất chung và duy nhất cho tất cả collagen. Trong thành phần collagen không chứa cystein và tryptophan, nhưng chứa một lượng lớn glycine (Gly), chiếm khoảng 33% và protein (Pro), chiếm tỉ lệ 12% và hydroxyproline (Hyp), chiếm tỉ lệ 22% (Theo Balian và Bowes 1977). Collagen là một trong số ít những protein có chứa hydroxylysine (Hyl), ngoài ra trong thành phần collagen còn chứa khoáng, chiếm tỉ lệ 1%. Bảng 1.2 So sánh thành phần các acid amin trong collagen và các loại protein khác (số gốc/1000 gốc) Collagen Casein Albumin Glycine 363 30 19 Alanin 107 43 35 Valine 29 54 28 Leucine 28 60 32 Isoleucine 15 49 25 Serin 32 60 36 Threonine 19 41 16 Cystein - 2 1 Methionine 5 17 16 Aspatic acid 47 63 32 Glutamic acid 77 153 52 Lycine 31 61 20 Hydroxylycine 7 - - Arginine 49 25 15 Histidine 5 19 7 Phennylalanine 15 28 21 Tyrosine 5 45 9 9 Trytophan - 8 3 Proline 131 65 14 Hydroxyproline 107 - - 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 đó góp phần tạo nên sự bền vững cho cấu trúc xoắn ốc bậc 3. Nhóm hydroxyl của hydroxylproline đóng vai trò quan trọng trong sự bền vững cấu trúc xoắn ốc bậc 3 của collagen.  Hydroxyproline là một acid amin đặc trưng của collagen mà các loại protein khác không có. Hydroxyproline được hình thành sau quá trình điều chỉnh proline khi được kết hợp vào vị trí Y trong chuỗi Gly - X - Y. Hydroxyproline có công thức phân tử là C5H9NO3 khác với proline, trong công thức cấu tạo của Hyp có gắn nhóm OH nằm ở vị trí cacbon gamma, acid amin này có vai trò quan trọng trong sự ổn định cấu trúc của collagen, là dẫn xuất của proline trong quá trình hình thành chuỗi collagen có sự xúc tác của enzyme hydroxylase proline và sự có mặt của vitamin C để giúp bổ sung thêm Oxy, thiếu vitamin C sẽ làm chậm quá trình tổng hợp hydroxyproline, ảnh hưởng đến quá trình xây dựng cấu trúc protein gây ra những rối loạn trong cơ thể. 10 Hình 1.5 Công thức cấu tạo của hydroxyproline Mỗi một chuỗi polypeptide trong collagen được cấu tạo từ các amino acid theo một trật tự, thông thường là Gly - Pro - Y, hoặc Gly - X - Hyp. Trong đó, X, Y là những đơn vị amino acid khác. Proline (Pro) và hydroxyproline (Hyp) chiếm khoảng 1/6 chuỗi, glycine chiếm khoảng 1/3 chuỗi. Tổng cộng chỉ riêng proline, hydroxyproline, và glycine chiếm 1/2 chuỗi collagen. Các amino acid còn lại chiếm 1/2. Glycine đóng vai trò hết sức quan trọng trong cấu trúc sợi siêu xoắn của collagen. Các amino acid sắp xếp trong chuỗi xoắn ốc theo các dãy với sự phân bố như sau: Bảng 1.3 Sự phân bố các amino acid trong chuỗi polypeptide Triplet Tỉ lệ Gly – X – X 0.44 Gly – X – I 0.2 Gly – I – X 0.27 Gly – I – I 0.09 Trong đó, I là amino acid (proline và hydroxyproline), X là các amino acid khác. Glycine chiếm gần 1/3 trong tổng số các amino acid và nó được phân bố một cách đều đặn tại vị trí mỗi 1/3 xuyên suốt trong phân tử collagen. Do 11 glycine có các nhánh phụ nhỏ nhất nên sự lặp lại của nó cho phép các chuỗi polypeptide kết hợp chặt chẽ với nhau hình thành nên một đường xoắn ốc với khoảng trống nhỏ ở phần lõi. 2.4 Phân loại collagen [14] Bảng 1.4 Phân loại collagen Loại collagen I II Cấu tạo của chuỗi (α1(I))2α2(I), Phân bố trimer Da, gân, xương, giác mạc, (α1(I))3 men răng, sụn, mạch máu (α1(II))3 Sụn, thủy tinh thể,… Mạch máu, van tim, hạ bì, III (α1(III))3 ruột, nướu răng, thành tử cung IV (α1(IV))2α2(IV) α1(V)α2(V)α3(V) hoặc V (α1(V))2α2(V) hoặc (α1(V))3 Màng nhầy Giác mạc, xương, mạch máu, sụn, nướu răng VI α1(VI) α2(VI) α3(VI) Da, cơ tim VII (α1(VII))3 VIII Chưa biết Tạo ra từ tế bào màng trong IX α1(IX) α2(IX) α3 (IX) Sụn X (α1(X))3 Sụn XI α1(XI) α2(XI) α3(XI) XII (α1(XII))3 Gân, dây chằng XIII Chưa biết Da, xương Da, phổi, sụn, giác mạc, nhau Sụn, đĩa đệm cột sống, dịch thủy tinh 12 2.5 Tính chất của collagen [1], [7],[14] 2.5.1 Tính chất vật lý Collagen không hòa tan trong nước mà hút nước để nở ra, nguyên nhân là vì tương tác giữa các mạch polypeptide làm cho phân tử có những vùng kỵ nước và vùng phân cực mang điện tích sẽ tạo nên khả năng háo nước làm trương nở collagen. Cứ 100g collagen khô có thể hút được khoảng 200g nước. 2.5.2 Tính chất hóa học Collagen có thể tác dụng với acid và kiềm, do trên mạch của collagen có gốc carboxyl và amin. Collagen là chất duy nhất có thể chuyển thành gelatin khi đun sôi với nước nóng, đó là kết quả của sự mở vòng xoắn 3 sợi kèm theo sự phá vỡ liên kết hydro. Collagen bị thủy phân chậm bởi trysin và pepsin. Collagen khi thêm cồn, muối hoặc aceton đặc biệt là heparin thì chúng có sợi dày và kết tủa lại. Collagen tan trong glycerin, acid acetid, ure nhưng không tan trong nước lạnh. 2.6 Ứng dụng của collagen [7], [12] 2.6.1 Trong y học và dược phẩm Collagen là vật liệu có khả năng phân hủy sinh học, có tính tương thích sinh học cũng như khả năng cầm máu nên có thể được chế tạo thành những dạng khác nhau, là một loại vật liệu sinh học lý tưởng cho việc sản xuất các sản phẩm y học. Màng collagen được sử dụng cho hàng loạt những ứng dụng như làm chất bịt kín sinh học và cải thiện tính đáp ứng sinh học đối với những mô cấy. Collagen được sử dụng như một hệ thống phân hủy sinh học cho ra các loại thuốc bao gồm thuốc tránh thai, kháng sinh, insulin, hormone tăng trưởng,… Collagen được sử dụng rộng rãi trong phẩu thuật thẩm mỹ, chữa lành vết thương cho các bệnh nhân bị phỏng, tái tạo xương và nhiều mục đích khác thuộc nha khoa, phẫu thuật, chỉnh hình. Collagen còn được dùng trong việc xây dựng cấu trúc da nhân tạo để chữa trị cho các vết bỏng nghiêm trọng. 13 Trong nha khoa, collagen được chế tạo thành các mảnh bọt biển (sponges), chúng là một tác nhân cầm máu. Một ứng dụng khá hay trong nha khoa là các bác sĩ tạo ra một lớp men răng nhân tạo bằng collagen hydrolysate có chứa các ion calcium, phosphate, flouoride áp lên bề mặt răng thật, vì thế răng được bảo vệ khỏi các tác nhân gây sâu răng. 2.6.2 Trong công nghiệp thực phẩm Collagen được dùng để làm vỏ bao xúc xích, màng bọc kẹo, làm nguyên liệu sản xuất một số loại thực phẩm dinh dưỡng, thực phẩm chức năng. Trong các sản phẩm phomat, người ta thêm vào một hàm lượng collagen hydrolysate nhằm ngăn chặn sự mất nước. Ngoài ra, trong sản phẩm bơ sữa, collagen đóng vai trò quan trọng trong việc tạo độ mịn, độ sánh cho sản phẩm, cũng như thay thế hàm lượng chất béo trong các loại thực phẩm này. Trong sản phẩm kẹo dẻo, sự có mặt của collagen hydrolysate cung cấp cho sản phẩm độ dẻo, dai và mềm do chúng ngăn chặn sự kết tinh của đường. Các sản phẩm như vỏ kẹo có chứa 0.5 - 1% hàm lượng collagen hydrolysate với vai trò làm giảm sự tan chảy. Trong công nghiệp sản xuất kẹo mức, collagen hydrolysate được sử dụng làm chất tạo gel, chất kết dính, tạo xốp, làm chậm quá trình tan kẹo trong miệng. Collagen có khả năng hấp thụ nước gấp 5 - 10% lần thể tích của nó nên được sử dụng trong công nghiệp sản xuất đồ hộp để tránh hiện tượng rỉ nước.