ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM
NGOÏC HOØA
GVHD: TS. PHAN
CHÖÔNG 1: COLLAGEN
1.1 GIÔÙI THIEÄU CHUNG VEÀ COLLAGEN
1.1.1 Khaùi quaùt veà Collagen [2]
Collagen laø moät protein coù caáu truùc baäc 4 ñieån hình, do
caùc ñôn vò tropocollagen
caáu truùc baäc 3 toå hôïp theo caùc höôùng doïc vaø ngang laøm collagen
coù nhieàu möùc caáu truùc. Collagen laø loaïi protein caáu truùc chính yeáu,
chieám khoaûng 25% - 35%
toång löôïng protein trong cô theå ôû caùc
ñoäng vaät coù xöông soáng. Collagen ñöôïc phaân boá trong caùc boä
phaän nhö da, cô, gaân, suïn, raêng, heä thoáng maïch maùu cuûa ñoäng
vaät vaø coù maët trong caùc lôùp maøng lieân keát bao quanh caùc cô vaø
laø thaønh phaàn chính cuûa daây chaèng vaø gaân,... Khoaûng 10% protein
trong cô ôû ñoäng vaät coù vuù laø collagen, caùc protein ngoaïi baøo (hôn
90% trong gaân, xöông vaø khoaûng 50% trong da) coù chöùa collagen.
Trong thaønh phaàn cuûa da, collagen chieám khoaûng 70% caáu
truùc da vaø ñöôïc phaân
boá chuû yeáu ôû lôùp haï bì cuûa da, taïo ra moät heä thoáng naâng ñôõ,
hoã trôï caùc ñaëc tính cô hoïc cuûa da nhö : söùc caêng, ñoä ñaøn hoài, duy
trì ñoä aåm,... Noù ñoùng vai troø keát noái teá baøo, kích thích quaù trình
trao ñoåi chaát, taïo ñoä ñaøn hoài cho da. Söï suy giaûm veà soá löôïng vaø
chaát löôïng collagen seõ daãn ñeán haäu quaû laõo hoùa cuûa cô theå maø
söï thay ñoåi treân laøn da, khuoân maët laø daáu hieäu deã nhaän bieát
nhaát: laøn da bò khoâ, nhaên nheo baét ñaàu töø caùc ñöôøng nhaên
maûnh treân khoùe maét, khoùe mieäng, laâu daàn thaønh neáp nhaên
saâu, caùc ñöôøng neùt khuoân maët bò chuøng nhaõo vaø chaûy xeä. Tuøy
theo töøng ñoä tuoåi, ñieàu kieän soáng vaø taùc ñoäng cuûa moâi tröôøng,
da coù theå bò laõo hoùa hoaëc toån thöông , khi ñoù sôïi collagen seõ maát
daàn tính ñaøn hoài vaø saên chaéc do caáu truùc collagen bò phaù huûy.
Chính vì vaäy maø collagen ñoùng vai troø laø moät trong nhöõng chaát quan
SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH
Trang 1
ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM
NGOÏC HOØA
GVHD: TS. PHAN
troïng haøng ñaàu cuûa ngaønh thaåm myõ, ñaëc bieät laø chaêm soùc da,
phaãu thuaät thaåm myõ, phaãu thuaät boûng...
Collagen cuõng ñöôïc phaân boá ôû giaùc maïc, vaø toàn taïi
döôùi daïng tinh theå. Trong
moâ cô, collagen chieám khoaûng töø 1% ñeán 2%. Trong cô theå ngöôøi,
collagen chieám töø 20 – 25% protein cuûa cô theå.
Collagen laø thaønh phaàn chính cuûa moâ lieân keát, coù chöùc
naêng taïo ñoä vöõng chaéc
vaø ñaøn hoài. Collagen coù taùc duïng gioáng nhö moät chaát keo lieân
keát caùc teá baøo laïi vôùi nhau ñeå hình thaønh caùc moâ vaø cô quan
neàn taûng trong cô theå.
Collagen cung caáp cho caùc moâ lieân keát
nhöõng ñaëc tính noåi troäi nhôø vaøo söï hieän dieän roäng khaép vaø söï
saép xeáp mang tính caáu truùc cuûa noù. Theo quan ñieåm y sinh, collagen
ñoùng vai troø quan troïng trong söï phaùt trieån, haøn gaén veát thöông, laø
thaønh phaàn hoaït hoaù caùc tieåu caàu trong maùu vaø söï hình thaønh
maïch. Theâm vaøo ñoù söï phaùt trieån cuûa moät soá beänh di truyeàn
ñöôïc xaùc ñònh laø do söï ñoät bieán trong caáu truùc gen cuûa collagen.
Nhöõng roái loaïn trong quaù trình toång hôïp hoaëc phaân giaûi collagen
ñeàu ñöôïc ghi laïi nhö laø nguyeân nhaân cuûa nhieàu caên beänh phöùc
taïp nhö chöùng vieâm khôùp, xô gan, beänh ñaùi ñöôøng vaø ung thö cuõng
nhö nhöõng beänh coù lieân quan ñeán söï laõo hoaù. Collagen phaân boá
khaép nôi trong cô theå, töø choã gaân noái baép chaân vôùi goùt chaân cho
tôùi giaùc maïc. Trong gaân vaø daây chaèng, collagen coù taùc duïng
truyeàn löïc töø cô sang xöông vaø tích tröõ naêng löôïng ñaøn hoài. Chính
nhôø tính chaát naøy maø cô theå coù theå di chuyeån, vaän ñoäng moät
caùch nhòp nhaøng vaø uyeån chuyeån. Collagen coøn laø chaát neàn höõu
cô coù trong xöông vaø men raêng giuùp chuùng choáng laïi söï raïn nöùt.
Noù laø thaønh phaàn chính trong da, maïch maùu, caùc cô. Beân caïnh caùc
SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH
Trang 2
ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM
NGOÏC HOØA
GVHD: TS. PHAN
chöùc naêng cô hoïc, ôû giaùc maïc, thuûy tinh theå, traät töï caáu truùc
cuûa caùc sôïi collagen taïo neân söï trong suoát duy trì thò löïc.
Collagen ñöôïc xem nhö moät vaät lieäu mang tính xaây döïng.
Söï linh hoaït cuûa noù
laø nhôø vaøo caáu truùc caáp baäc phöùc taïp, taïo neân söï ña daïng trong
tính chaát nhaèm phuïc vuï nhöõng chöùc naêng nhaát ñònh. Xeùt veà maët
kinh teá, nguoàn nguyeân lieäu giaøu collagen duøng ñeå saûn xuaát ra
gelatine- chaát coù nhieàu öùng duïng trong nhieàu lónh vöïc khaùc nhau:
thöïc phaåm, y hoïc vaø döôïc phaåm,
myõ phaåm, coâng ngheä nhieáp
aûnh,...
1.1.2 Lòch söû phaùt trieån cuûa Collagen
Theo tieáng Hy Laïp, collagen coù nghóa laø “ngöôøi saûn xuaát
keo hoà”, noùi ñeán quaù trình naáu da vaø gaân cuûa ngöïa cuøng nhöõng
loaøi ñoäng vaät khaùc ñeå thu ñöôïc hoà. Keo daùn collagen ñaõ ñöôïc
ngöôøi Ai Caäp söû duïng caùch ñaây 4000 naêm vaø ngöôøi Myõ söû duïng
noù caùch ñaây khoaûng 1500 naêm.
Töø hôn 2000 naêm tröôùc, con ngöôøi ñaõ bieát söû duïng moâ
lieân keát vaø saûn phaåm cuûa noù trong cheá bieán thöïc phaåm ñeå taïo
ra caùc saûn phaûm daïng gel, caùc chaát dính. Ngöôøi Ai Caäp coå ñaïi ñaõ
saûn xuaát ra ñöôïc collagen vaø nhöõng nghieân cöùu cho thaáy trong
nhöõng theá kæ tieáp theo ñaõ thaät söï xuaát hieän collagen trong caùc
böõa tieäc, ví duï trong moùn caù hoài hay baùnh hoa quaû,...
Naêm 1682, moät ngöôøi Phaùp teân Papin ñaõ coâng boá moät
keát quaû laø ñaõ thu ñöôïc moät hoãn hôïp gioáng jelly töø xöông. Töø naêm
1700, thuaät ngöõ collagen trôû neân thoâng duïng.
Naêm 1754, baøi baùo ñaàu tieân trong lónh vöïc chaát dính ñöôïc
coâng nhaän ôû Anh veà vieäc saûn xuaát chaát daùn cuûa moät ngöôøi thôï
laøm ñoà goã. Caùc chaát hoà daùn töï nhieân ñöôïc saûn xuaát treân thaønh
phaàn cô baûn laø collagen vaø moät vaøi chaát khaùc.
SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH
Trang 3
ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM
NGOÏC HOØA
GVHD: TS. PHAN
Naêm 1850, coâng nghieäp saûn xuaát collagen xuaát hieän taïi
Myõ, nguoàn nguyeân lieäu chính luùc naøy laø xöông.
Naêm 1871, moät phaùt hieän quan troïng cuûa baùc só ngöôøi
Anh Richard Leach Maddox veà öùng duïng cuûa collagen ñaõ ñöa ñeán
böôùc ñoät phaù trong ngaønh coâng nghieäp hình aûnh, vò baùc só ñaõ caûi
tieán “dry plate” vôùi moät lôùp gelatin – baïc bromua vaø coøn nhaïy hôn
khi so vôùi “wet plate” . Sau ñoù nghieân cöùu cuûa Charles Bennet ñaõ
tieáp tuïc hoaøn thieän phöông phaùp duøng “dry plate”. Öu ñieåm lôùn
nhaát cuûa phöông phaùp naøy laø giaûm raát nhieàu thôøi gian trong coâng
nghieäp nhieáp aûnh.
Cuoái theá kæ 19, khi ngaønh coâng nghieäp saûn xuaát collagen
xuaát hieän ñaõ laøm taêng theâm caùc öùng duïng cuûa collagen trong
caùc ngaønh coâng nghieäp khaùc vaø oån ñònh tính chaát saûn phaåm.
Naêm 1930, ngaønh saûn xuaát collagen ñöôïc phaùt trieån maïnh
meõ khi da heo ñöôïc xem nhö laø moät nguoàn nguyeân lieäu thu nhaän
collagen. Ngaønh coâng nghieäp saûn xuaát collagen ôû Chaâu AÂu chæ
môùi baét ñaàu khoaûng nhöõng naêm 1930 nhöng Chaâu AÂu laïi trôû
thaønh khu vöïc saûn xuaát collagen quan troïng nhaát treân theá giôùi.
Naêm 1950, coâng nghieäp saûn xuaát collagen coù nhöõng
böôùc phaùt trieån ñaùng keå veà kó thuaät, töø ñoù laø neàn taûng cho
caùc tieâu chuaån trong saûn xuaát vaø chaát löôïng saûn phaåm ngaøy nay.
Ngaøy nay, söï hieåu bieát veà acid amin vaø protein noùi chung,
collagen cuõng nhö gelatin noùi rieâng ngaøy caøng nhieàu. Theâm vaøo
ñoù laø nhöõng tieán boä trong kó thuaät ñaõ giuùp saûn phaåm collagen
ñaït an toaøn veä sinh, chaát löôïng theo tieâu chuaån quoác teá vaø yeâu
caàu nghieâm ngaët cuûa caùc yeáu toá kó thuaät.
1.1.3 Nguoàn goác thu nhaän Collagen
Trong nhöõng naêm tröôùc ñaây, ñeå ñaùp öùng nhu caàu trong
coâng nghieäp,
collagen
SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH
Trang 4
ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM
NGOÏC HOØA
GVHD: TS. PHAN
ñöôïc trích ly chuû yeáu töø da, xöông cuûa caùc loaøi gia suùc vaø lôïn.
Khoaûng thôøi gian gaàn ñaây, söï buøng phaùt cuûa caùc loaïi beänh
truyeàn nhieãm nhö beänh boø ñieân (Bovine Spongiform Encephalopathy –
BSE, Tranmissible Spongiform Encephalopathy – TSE) vaø beänh lôû moàm
long moùng (Food and Mouth Disease – FMD) ôû lôïn vaø gia suùc ñaõ haïn
cheá phaïm vi söû duïng cuûa collagen coù nguoàn goác töø nhöõng loaøi
ñoäng vaät treân bôûi vì nhöõng beänh truyeàn nhieãm coù khaû naêng laây
truyeàn sang con ngöôøi thoâng qua caùc moâ cuûa ñoäng vaät. Beân caïnh
ñoù, ôû moät soá quoác gia, collagen trích ly töø lôïn khoâng ñöôïc söû duïng
vì raøo caûn toân giaùo. Vôùi nhöõng nguyeân nhaân treân, caùc nhaø khoa
hoïc ñang taäp trung vaøo caùc nghieân cöùu cuûa hoï ñeå tìm ra nhöõng
nguoàn collagen thay theá. Da, xöông, vaây, vaûy cuûa caû nhöõng loaøi caù
nöôùc ngoït, ñaëc bieät laø caù da trôn: caù tra, caù ba sa, caù bieån, da
gaø, da eách, da möïc,…coù theå ñöôïc söû duïng nhö nhöõng nguoàn thay
theá.
Trong soá nhöõng nguoàn thay theá, caù cung caáp moät
nguoàn nguyeân lieäu thoâ toát
nhaát vì:
- Deã tìm, saün coù ñeå söû duïng
- Khoâng coù söï laây truyeàn beänh
- Khoâng gaëp phaûi trôû ngaïi veà maët toân giaùo.
- Coù khaû naêng thu ñöôïc collagen vôùi hieäu suaát cao
Khoaûng 70% toång troïng löôïng cô theå cuûa caù bò boû ñi döôùi
daïng caùc pheá phaåm nhö da, xöông, vaây, ñaàu, vaûy, ruoät,…trong suoát
quaù trình cheá bieán. Vieäc taän duïng nhöõng chaát thaûi naøy coù theå
naâng giaù trò kinh teá cuûa caùc loaøi caù leân.
Döïa vaøo thaønh phaàn % cuûa toång löôïng collagen tính treân
toång löôïng protein,
caùc loaøi caù ñöôïc chia thaønh 3 nhoùm:
SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH
Trang 5
ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM
NGOÏC HOØA
GVHD: TS. PHAN
Nhoùm coù haøm löôïng collagen thaáp: toång löôïng
collagen chieám
ñeán 5 % so vôùi toång löôïng protein.
Nhoùm coù haøm löôïng collagen trung bình : toång löôïng
collagen
chieám töø 5 10 % toång löôïng protein.
Nhoùm coù haøm löôïng collagen cao: toång
löôïng
collagen treân
10 % toång löôïng protein.
Thòt cuûa nhöõng loaøi caù khaùc nhau chöùa haøm löôïng khaùc
nhau cuûa collagen hoøa tan trong acid (acid soluble collagen) vaø collagen
khoâng hoøa tan (insoluble collagen). Haøm löôïng collagen toång coäng dao
ñoäng töø 0,3 2,99 % so vôùi troïng löôïng töôi cuûa caùc moâ, töông öùng
vôùi phaïm vi töø 1,58 13,39 % so vôùi toång löôïng protein.
Baûng 1.1
Loaïi caù
Thaønh phaàn collagen trong thòt caù
Collagen hoøa tan
trong acid
(so vôùi troïng löôïng
töôi)
Collagen khoâng
hoøatan
(so vôùi troïng
löôïngtöôi)
Collagen toång
(so vôùi troïng
löôïngtöôi)
Collagen toång
(so vôùi protein
toång)
0,19
0,11
0,3
1,58
0,36
0,09
0,45
2,42
0,38
0,09
0,47
2,41
0,4
0,18
0,58
2,98
0,49
0,21
0,7
3,25
0,94
0,25
1,19
5,89
Caù chim
traéng
Sardine
Caù thu
Caù bôn
Caù
cheùp
Caù ñoái
SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH
Trang 6
ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM
NGOÏC HOØA
Caù ngöø
GVHD: TS. PHAN
1,06
0,39
1,45
7,35
2,13
0,86
2,99
13,11
2,3
0,5
2,8
13,39
Caù
maäp
Caù
ñuoái
Toång löôïng collagen trong cô theå thay ñoåi töø 3,26 % (ôû
caù thu) cho ñeán 6,97%
(ôû caù chình Nhaät Baûn). Löôïng collagen coù theå hoøa tan trong acid
(acid soluble collagen) naèm trong khoaûng töø 13,1 % (caù chình) ñeán 56,6
% (caù bôn). Haøm löôïng collagen thu ñöôïc seõ thay ñoåi tuøy theo loaøi
vaø loaïi moâ ñöôïc söû duïng trong quaù trình trích ly. Trong taát caû caùc
loaøi, khaû naêng hoøa tan cuûa collagen trong thòt töông ñoái cao nhöng
thaáp ñoái vôùi nhöõng loaïi collagen trong noäi taïng. Collagen trong da,
vaûy, xöông vaø vaây chieám phaàn lôùn trong toång löôïng Collagen.
Cho ñeán nay, haàu heát caùc loaïi myõ phaåm treân neàn
collagen ñeàu coù chöùa protein chieát xuaát töø gia suùc. Bôûi söï boäc
phaùt cuûa beänh boø ñieân BSE (Bovine Spongiform Encephalopathy – mad
cow disease), collagen töø gia suùc ñang daàn ruùt khoûi phaïm vi söû duïng,
thay vaøo ñoù laø nguoàn collagen ñöôïc trích töø caù, ñaëc bieät laø caù da
trôn: caù tra, caù ba sa.
Nguoàn collagen ñöôïc chieát taùch töø nguoàn
nguyeân lieäu naøy coù nhieàu ñaëc ñieåm toát hôn cho vieäc öùng duïng
trong thöïc phaåm, y hoïc vaø myõ phaåm. Trong coâng ngheä saûn xuaát
myõ phaåm, myõ phaåm treân neàn collagen töø gia suùc coù toác ñoä haáp
thuï raát chaäm treân da ngöôøi. Ñoái maët vôùi vaán ñeà naøy, lieäu phaùp
tieâm collagen vaøo da ñöôïc giôùi thieäu. Tuy nhieân, nhöõng baát lôïi cuûa
caùch thöùc naøy laø ñaét tieàn, ñau ñôùn vaø ñi keøm vôùi noù laø nhöõng
ruûi ro nguy hieåm cho con ngöôøi. Hieän nay, caùc nhaø khoa hoïc Phaàn
SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH
Trang 7
ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM
NGOÏC HOØA
GVHD: TS. PHAN
Lan ñaõ phaùt trieån moät tieán trình trích ly collagen töø caù. Khoâng
gioáng vôùi nhöõng loaïi collagen thu ñöôïc töø nhöõng phöông phaùp tröôùc
ñaây, collagen töø caù ñöôïc haáp thuï hoaøn toaøn treân da ngöôøi. Vì caù
soáng trong phaïm vi roäng lôùn vôùi caùc ñieàu kieän veà nhieät ñoä, ñoä
saâu vaø aùp suaát khaùc nhau. Ñieàu naøy coù nghóa laø collagen trích töø
da caù coù moät söùc choáng chòu ñaëc bieät vôùi caùc phaù huûy lyù vaø
hoùa hoïc.
Ñoái vôùi caùc thuoác hay thöùc uoáng coù chöùa collagen, collagen
töø caù cuõng ñöôïc chöùng minh laø coù toác ñoä haáp thuï vaøo maùu
nhanh hôn gaáp 1,5 laàn so vôùi collagen töø lôïn.
Khaû naêng haáp
thuï vaøo maùu
So saùnh khaû naêng haáp thuï vaøo maùu
giöõa collagen töø caù vaø collagen töø lôïn
Hình
Thôøi gian sau khi söû
1.1
duïng
Ñoà thò so saùnh khaû naêng haáp thuï vaøo maùu cuûa collagen
trích ly töø caù vaø töø lôïn
Vieät Nam laø moät nöôùc ñang phaùt trieån, coù neàn noâng
nghieäp vôùi caùc saûn phaåm
SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH
Trang 8
ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM
NGOÏC HOØA
GVHD: TS. PHAN
phong phuù. Trong ñoù, caùc saûn phaåm töø caù chieám moät phaàn lôùn
trong kim ngaïch xuaát khaåu. Nhöõng naêm gaàn ñaây, vieäc nuoâi caù da
trôn : caù tra, caù ba sa raát phaùt trieån, ñaëc bieät ôû Ñoàng baèng soâng
Cöûu Long. Trong quaù trình cheá bieán caù, song song vôùi nhöõng chính
phaåm duøng cho vieäc xuaát khaåu (chuû yeáu laø fillet) laø moät khoái
löôïng lôùn caùc phuï phaåm nhö da, xöông, vaây,… Ñaây laø nhöõng nguoàn
giaøu collagen, coù theå söû duïng thay theá cho nhöõng nguoàn cung caáp
Collagen coå ñieån nhö da, xöông töø lôïn, boø. Vieäc taän duïng nhöõng
nguoàn naøy seõ goùp phaàn laøm taêng giaù trò kinh teá cuûa caùc loaøi
caù da trôn ôû nöôùc ta.
1.2 CAÁU TAÏO COLLAGEN
1.2.1
1.2.1 Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa Collagen
[1]
Thaønh phaàn protein trong collagen coù gaàn ñaày ñuû caùc
loaïi acid amin, bao goàm
taát caû 20 loaïi acid amin ( Schrieber vaø Gareis,2007). Thaønh phaàn acid
amin coù theå thay ñoåi tuøy theo nguoàn goác cuûa collagen, nhöng vaãn
toàn taïi moät vaøi tính chaát chung vaø duy nhaát cho taát caû collagen.
Trong thaønh phaàn collagen khoâng chöùa cystein vaø
trytophan, nhöng chöùa moät löôïng lôùn glycine (Gly), chieám khoaûng 33%
vaø proline (Pro), chieám tæ leä 12% vaø hydroxyproline (Hyp), chieám tæ
leä 22% (Theo Balian vaø Bowes 1977). Collagen laø moät trong soá ít
nhöõng protein coù chöùa hydroxylysine (Hyl), ngoaøi ra trong thaønh phaàn
Collagen coøn chöùa khoaùng, chieám tæ leä 1%.
Baûng 1.2
So saùnh thaønh phaàn caùc acid amin trong collagen
vaø caùc loaïi protein khaùc
(soá goác/1000 goác)
Glycine
Alanin
Valine
Leucine
Collagen
363
107
29
28
SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH
Trang 9
Casein
30
43
54
60
Albumin
19
35
28
32
ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM
NGOÏC HOØA
Isoleucine
Serin
Threonine
Cystein
Methionine
Aspatic acid
Glutamic acid
Lycine
Hydroxylycine
Arginine
Histidine
Phennylalanine
Tyrosine
Trytophan
Proline
Hydroxyproline
15
32
19
5
47
77
31
7
49
5
15
5
131
107
GVHD: TS. PHAN
49
60
41
2
17
63
153
61
25
19
28
45
8
65
-
25
36
16
1
16
32
52
20
15
7
21
9
3
14
-
Proline vaø Hydroxyproline lieân quan tôùi caáu truùc baäc 2
cuûa collagen. Nhöõng amino acid naøy giuùp giôùi haïn söï quay cuûa boä
khung polypeptide, do ñoù goùp phaàn taïo neân söï beàn vöõng cho caáu
truùc xoaén oác baäc 3. Nhoùm hydroxyl cuûa hydroxylproline ñoùng vai troø
quan troïng trong söï beàn vöõng caáu truùc xoaén oác baäc 3 cuûa collagen.
Polypeptide cuûa collagen maø thieáu hydroxylproline seõ taïo neân caáu
truùc gaáp khuùc ôû nhieät ñoä thaáp vaø seõ khoâng beàn vöõng ôû nhieät
ñoä thaân nhieät.
Hydroxyproline laø moät acid amin ñaëc tröng cuûa collagen
maø caùc loaïi protein
khaùc khoâng coù. Hydroxyproline ñöôïc hình thaønh sau quaù trình ñieàu
chænh proline khi ñöôïc keát hôïp vaøo vò trí Y trong chuoãi Gly-X-Y.
Hydroxyproline coù coâng thöùc phaân töû laø C5H9NO3, khaùc vôùi proline,
trong coâng thöùc caáu taïo cuûa Hyp coù gaén nhoùm OH naèm ôû vò trí
cacbon gamma, acid amin naøy coù vai troø quan troïng trong söï oån ñònh
caáu truùc cuûa collagen, laø daãn xuaát cuûa proline trong quaù trình hình
thaønh chuoãi collagen coù söï xuùc taùc cuûa enzyme hydroxylase proline
SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH
Trang 10
ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM
NGOÏC HOØA
GVHD: TS. PHAN
vaø söï coù maët cuûa Vitamin C ñeå giuùp boå sung theâm Oxy, thieáu
vitamin C seõ laøm chaäm quaù trình toång hôïp hydroxyproline, aûnh
höôûng ñeán quaù trình xaây döïng caáu truùc protein gaây ra nhöõng roái
loaïn trong cô theå.
Hình 1.2 Coâng thöùc caáu taïo cuûa hydroxyproline
Phaân töû collagen bao goàm 3 chuoãi xoaén laïi vôùi nhau taïo
thaønh collagen triple-
helix taïo thaønh caáu truùc 3D- moät moâ hình lyù töôûng cho caùc lieân
keát hydro giöõa caùc chuoãi ( Te Nijenhuis, 1997). Moãi chuoãi trong triplehelix quay theo chieàu kim ñoàng hoà. Triple-helix daøi xaáp xæ 300nm vaø
chuoãi coù khoái löôïng phaân töû khoaûng 105 kDa (Papon, Leblon vaø
Meijer, 2007). Triple-helix ñöôïc oån ñònh bôûi lieân keát hydro noäi giöõa
caùc chuoãi. Trong caáu truùc phaân töû collagen, do töông taùc giöõa caùc
maïch polypeptide laøm cho phaân töû coù nhöõng vuøng kî nöôùc vaø
vuøng phaân cöïc mang ñieän tích seõ taïo neân khaû naêng haùo nöôùc
SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH
Trang 11
ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM
NGOÏC HOØA
GVHD: TS. PHAN
laøm tröông nôû collagen. Söï bieán tính collagen laøm cho caùc caàu noái
bò taùch moät phaàn hoaëc hoaøn toaøn gaây neân söï taùch rôøi caùc
chuoãi do phaù huûy caùc lieân keát hydro, chính ñieàu naøy laøm maát ñi
caáu truùc triple-helix. Moâ hình “ triple-helice” cuûa collagen döïa treân
nhöõng nghieân cöùu veà hieän töôïng nhieãu xaï sôïi. Chuoãi nhieãu xaï sôïi
theå hieän treân möùc trung bình cuûa toaøn boä phaân töû collagen , vaø
moâ hình ñaëc tröng theå hieän ñoù laø söï saép xeáp laëp ñi laëp laïi cuûa
caùc chuoãi polypeptid, thoâng thöôøng laø Gly-Pro-Hyp.
Moät ñaëc ñieåm ñaëc tröng cuûa collagen laø söï saép xeáp
ñeàu ñaën cuûa caùc amino acid
trong moãi maét xích cuûa töøng chuoãi xoaén oác collagen naøy. Moãi sôïi
collagen naøy ñöôïc caáu taïo töø ba chuoãi polypeptid noái vôùi nhau gioáng
nhö sôïi daây thöøng. Caáu truùc cuûa collagen töông töï nhö hình xoaén oác,
moãi moät chuoãi polypeptid trong collagen ñöôïc caáu taïo töø caùc acid
amin theo moät traät töï, thoâng thöôøng laø Gly – Pro – Y, hoaëc Gly – X –
Hyp.
SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH
Trang 12
ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM
NGOÏC HOØA
GVHD: TS. PHAN
Hình 1.3 Trình töï saép xeáp caùc acid amin trong phaân töû
Collagen
Trong ñoù X, Y laø nhöõng ñôn vò aminoacid khaùc nhau, coù
theå laø proline (Pro) vaø hydroxyproline ( Hyp) chieám khoaûng 1/6 chieàu
daøi chuoãi. Glycine chieám gaàn 1/3 trong toång soá caùc amino acid vaø
noù ñöôïc phaân boá moät caùch ñeàu ñaën taïi vò trí moãi 1/3 xuyeân suoát
trong phaân töû collagen. Do glycine coù caùc nhaùnh phuï nhoû nhaát neân
söï laëp laïi cuûa noù cho pheùp caùc chuoãi polypeptide keát hôïp chaët
cheõ vôùi nhau hình thaønh neân moät ñöôøng xoaén oác vôùi khoaûng
troáng nhoû ôû phaàn loõi. Toång coäng chæ rieâng proline, hydroxyproline
vaø glycine ñaõ chieám ½ chuoãi Collagen. Caùc acid amin coøn laïi chieám
½
Baûng 1.3
Söï phaân boá caùc amino acid trong chuoãi polypeptide
Triple helix
Gly – X – X
Gly – X – Y
Gly – Y – X
Gly – Y – Y
Tæ leä so vôùi toång boä ba(%)
44
20
27
9
Collagen cuõng chöùa caùc ñôn vò carbonhydrate, caû
monosaccharide galactose
hoaëc disaccharide glucosylgalactose, lieân keát vôùi phaàn dö hydroxylysine
thoâng qua nhoùm hydroxyl chöùc naêng cuûa amino acid. Tyû leä cuûa
mono/disaccharide phuï thuoäc vaøo loaïi collagen vaø tình traïng sinh hoïc.
Chöùc naêng cuûa caùc ñôn vò carbohydrate vaãn chöa ñöôïc hieåu bieát
ñaày ñuû, nhöng aûnh höôûng cuûa chuùng trong vieäc gaén keát phaàn
beân phaân töû collagen hình thaønh neân sôïi vaø baùn kính cuûa sôïi ñang
ñöôïc nghieân cöùu.
SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH
Trang 13
ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM
NGOÏC HOØA
GVHD: TS. PHAN
Ngoaøi ra, trong phaân töû collagen coù nhöõng vuøng
goàm khoaûng 9 26 amino acid taïi caùc ñieåm ñaàu muùt amino hay
carboxyl cuûa chuoãi. Caùc vuøng naøy khoâng saùp nhaäp vôùi caáu truùc
xoaén oác vaø ñöôïc goïi laø telopeptide.
1.2.2 Caáu truùc phaân töû Collagen [1]
Phaân töû collagen laø moät protein hình truï, coù caáu
truùc baäc 4, do caùc ñôn vò
tropocollagen caáu truùc baäc 3 toå hôïp theo caùc höôùng doïc vaø ngang
laøm collagen coù nhieàu möùc caáu truùc.. Ñôn vò cô baûn cuûa collagen
laø “Tropocollagen”, lieân keát vôùi nhau taïo thaønh nhöõng sôïi nhoû.
Tropocollagen laø moät caáu truùc daïng sôïi hình oáng chieàu daøi khoaûng
300nm, ñöôøng kính 1.5nm, goàm ba sôïi polypeptide (coøn goïi laø 3 chuoãi
α) cuoän laïi vôùi nhau, moãi chuoãi cuoän thaønh ñöôøng xoaén oác theo
höôùng töø phaûi sang traùi vôùi 3 goác treân moät voøng xoaén, hay coøn
goïi laø proline I ( xoaén traùi vôùi 3.3 goác aminoacid/ voøng, lieân keát
peptid coù hình theå cis ), ba chuoãi naøy xoaén laïi vôùi nhau theo höôùng
töø traùi sang phaûi taïo thaønh ñöôøng boä ba xoaén oác (triple helix) hay
coøn goïi laø proline II ( xoaén traùi vôùi 3 goác aminoacid/ voøng, lieân keát
peptid coù hình theå trans), khoaûng caùch giöõa hai goác tính
töø hình
chieáu cuûa chuùng leân caùc truïc laø 0,31nm. Hai caáu truùc naøy coù theå
chuyeån ñoåi cho nhau vaø thöôøng thì daïng II trong moâi tröôøng nöôùc thì
beàn hôn.
SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH
Trang 14
ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM
NGOÏC HOØA
Hình 1.4
GVHD: TS. PHAN
Caáu truùc cuûa Tropocollagen ( triple helix )
Caùc chuoãi collagen saép xeáp song song theo chieàu doïc lieân
keát vôùi nhau baèng caùc lieân keát ngang taïo thaønh caùc sôïi theo chu
kyø nhaát ñònh. Chuùng ñöôïc saép xeáp so le nhau moät khoaûng 67nm vaø
coù 1 khoaûng troáng 40nm ôû giöõa nhöõng phaân töû lieàn keà nhau.
Nhôø vaøo caáu truùc coù traät töï, ñoä beàn voán coù cuûa caùc chuoãi
xoaén oác ñöôïc chuyeån sang caùc sôïi collagen, cung caáp cho caùc moâ
ñoä cöùng, ñoä ñaøn hoài vaø nhöõng ñaëc tính cô hoïc rieâng. Vì theá
collagen raát chaéc, dai vaø beàn.
SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH
Trang 15
ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM
NGOÏC HOØA
Hình 1.5
GVHD: TS. PHAN
Lieân keát ngang giöõa caùc phaân töû
Tropocollagen
Caùc tropocollagen seõ lieân keát ngang vôùi nhau theo kieåu
coäng hoùa trò vaø chính nhôø vaøo lieân keát naøy maø caùc phaân töû
tropocollagen hình thaønh neân sôïi collagen. Caùc sôïi collagen raát daøi vaø
maûnh, chuùng saép xeáp taïo thaønh maïng collagen.
Hình1.6
Caáu truùc cuûa procollagen vaø söï chuyeån töø procollagen
sang tropocollagen
Caùc böôùc hình thaønh neân collagen:
SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH
Trang 16
ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM
NGOÏC HOØA
GVHD: TS. PHAN
Böôùc 1: Toång hôïp chuoãi alpha, giai ñoaïn tröôùc procollagen treân
riboxom vaø trong maïng löôùi noäi chaát.
Böôùc 2: Söï toå hôïp 3 chuoãi alpha hình thaønh procollagen.
Söï hình thaønh caàu noái disulphide giöõa caùc phaàn cuûa
chuoãi polypeptide taïi ñaàu C-
Ba chuoãi alpha lieân keát laïi, hình thaønh chuoãi xoaén oác,
taïo procollagen.
Böôùc 3: Söï giaáu caùc phaân töû procollagen baèng caùch hình
thaønh lôùp maøng theâm bao boïc.
Böôùc 4: Söï phaân caét caùc peptide ñònh danh taïi lôùp maøng bao
boïc, keát quaû laø hình thaønh neân phaân töû collagen.
Böôùc 5: Quaù trình töï saép xeáp cuûa collagen phaân töû hình thaønh
neân sôïi collagen.
SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH
Trang 17
ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM
NGOÏC HOØA
GVHD: TS. PHAN
Böôùc 6: Taïo caùc lieân keát ngang giöõa caùc phaân töû collagen
ñöùng caïnh nhau.
Hình 1.7
Söï hình thaønh chuoãi xoaén oác noäi phaân töû vaø giöõa
caùc chuoãi polypeptide
Moãi chuoãi polypeptide coù khoái löôïng phaân töû khoaûng 100
kDa, taïo neân toång khoái löôïng phaân töû cuûa collagen khoaûng 300 kDa.
Chuoãi ñöôïc caáu taïo bôûi khoaûng 1000 amino acid. Caùc chuoãi
khaùc nhau (1, 2 vaø 3) ôû thaønh phaàn amino acid. Söï phaân boá cuûa
caùc chuoãi 1, 2 vaø 3 trong caùc phaân töû collagen khaùc nhau tuøy
thuoäc vaøo söï khaùc nhau veà gene.
1.2.3 Caáu truùc sôïi cuûa collagen [3]
Phaàn lôùn collagen trong maïng löôùi ngoaïi baøo ñöôïc tìm
thaáy ôû daïng sôïi, bao
SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH
Trang 18
ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM
NGOÏC HOØA
GVHD: TS. PHAN
goàm nhöõng sôïi maûnh, nhoû. Thoâng qua quaù trình taïo sôïi, caùc phaân
töû collagen toå hôïp vôùi nhau hình thaønh neân caùc vi sôïi (microfibril) bao
goàm töø 4 8 phaân töû collagen hoaëc vôùi soá löôïng nhieàu hôn seõ taïo
thaønh caùc sôïi (fibril). Nhöõng sôïi naøy coù ñöôøng kính töø 10 500 nm
tuøy thuoäc vaøo loaïi moâ vaø giai ñoaïn phaùt trieån. Caùc sôïi collagen seõ
thieát laäp neân caùc sôïi lôùn hôn (fiber) vaø cao hôn nöõa laø caùc boù sôïi
(fiber bundle).
Vi
sôïi
Phaân
töû
collag
en
Sô
ïi
Boù sôïi
Chuoãi
polypepti
de
Hình 1.8
Caáu truùc sôïi cuûa collagen
Sôïi collagen laø caùc toå hôïp coù caáu truùc baùn keát tinh
cuûa caùc phaân töû collagen.
Caùc vi sôïi keát hôïp taïo neân sôïi lôùn hôn. Caùc sôïi lôùn hôn seõ keát
hôïp vôùi nhau taïo thaønh nhöõng boù sôïi collagen.
Caùc sôïi collagen
ñöôïc saép xeáp vôùi nhöõng caùch thöùc keát hôïp vaø möùc ñoä taäp trung
khaùc nhau trong caùc moâ khaùc nhau ñeå cung caáp caùc ñaëc tính khaùc
nhau cuûa moâ.
Caùc chuoãi collagen saép xeáp song song theo chieàu doïc
taïo thaønh caùc sôïi vôùi tính chu kyø nhaát ñònh. Chuùng ñöôïc saép xeáp
SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH
Trang 19
ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM
NGOÏC HOØA
GVHD: TS. PHAN
so le nhau moät khoaûng 67 nm vaø coù moät khoaûng troáng khoaûng 40
nm giöõa nhöõng phaân töû lieàn keà nhau.
Nhôø vaøo caáu truùc coù thöù baäc, ñoä beàn voán coù
cuûa caùc chuoãi xoaén oác ñöôïc chuyeån sang caùc sôïi collagen, taïo cho
caùc moâ coù ñöôïc ñoä cöùng, ñoä ñaøn hoài vaø nhöõng ñaëc tính cô hoïc
rieâng bieät.
Coù vaøi lieân keát beân trong moãi chuoãi triple helix vaø
moät soá löôïng bieán thieân caùc lieân keát ngang giöõa caùc chuoãi ñeå
hình thaønh neân nhöõng toå hôïp coù traät töï (nhö sôïi collagen). Caùc boù
sôïi lôùn hôn ñöôïc taïo neân nhôø vaøo söï trôï giuùp cuûa moät vaøi loaïi
protein (bao goàm nhöõng loaïi collagen khaùc nhau),
glycoprotein vaø
proteolycan ñeå hình thaønh caùc loaïi moâ khaùc nhau töø söï saép xeáp
luaân phieân cuûa nhöõng thaønh phaàn treân. Söï khoâng hoøa tan cuûa
collagen laø moät trôû ngaïi cho vieäc nghieân cöùu noù cho tôùi khi ngöôøi
ta phaùt hieän tropocollagen coù theå ñöôïc trích ly töø nhöõng ñoäng vaät
coøn non do chöa xaûy ra lieân keát ngang hoaøn toaøn. Tuy nhieân, söï
phaùt trieån cuûa kyõ thuaät hieån vi (Electron Microscopy (EM) vaø Atomic
Force Microscopy (AFM)) vaø söï nhieãu xaï tia X ñaõ cho pheùp caùc nhaø
nghieân cöùu thu ñöôïc nhöõng hình aûnh chi tieát veà caáu truùc cuûa
collagen. Nhöõng tieán boä naøy coù yù nghóa quan troïng trong vieäc hieåu
ñöôïc caùch thöùc maø collagen taùc ñoäng leân maïng löôùi teá baøo, söï
xaây döïng, phaùt trieån, phuïc hoài, thay ñoåi cuûa moâ trong quaù trình
phaùt trieån.
SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH
Trang 20
- Xem thêm -