Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ đồ án collagen kỹ thuật hóa học...

Tài liệu đồ án collagen kỹ thuật hóa học

.DOC
88
22
84

Mô tả:

ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM GVHD: TS. PHAN NGOÏC HOØA 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 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. SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH Trang 1 ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM GVHD: TS. PHAN NGOÏC HOØA  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 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 SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH Trang 2 ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM GVHD: TS. PHAN NGOÏC HOØA 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. 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 SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH Trang 3 ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM GVHD: TS. PHAN NGOÏC HOØA 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 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. SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH Trang 4 GVHD: TS. PHAN NGOÏC HOØA ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM - 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: 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 Caù chim traéng Sardine Caù thu Caù bôn Caù cheùp SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH Trang 5 GVHD: TS. PHAN NGOÏC HOØA ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM Caù ñoái Caù ngöø Caù maäp Caù ñuoái  0,94 0,25 1,19 5,89 1,06 0,39 1,45 7,35 2,13 0,86 2,99 13,11 2,3 0,5 2,8 13,39 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 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, SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH Trang 6 GVHD: TS. PHAN NGOÏC HOØA ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM 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 Thôøi gian sau khi söû duïng Hình 1.1 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 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 SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH Trang 7 ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM GVHD: TS. PHAN NGOÏC HOØA 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 Isoleucine Serin Threonine Cystein Methionine Aspatic acid Glutamic acid Lycine Hydroxylycine Arginine Histidine Phennylalanine Collagen 363 107 29 28 15 32 19 5 47 77 31 7 49 5 15 SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH Casein 30 43 54 60 49 60 41 2 17 63 153 61 25 19 28 Albumin 19 35 28 32 25 36 16 1 16 32 52 20 15 7 21 Trang 8 ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM Tyrosine Trytophan Proline Hydroxyproline 5 131 107 GVHD: TS. PHAN NGOÏC HOØA 45 8 65 - 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 C 5H9NO3, 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 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. SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH Trang 9 ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM GVHD: TS. PHAN NGOÏC HOØA 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 triple- helix 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 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-ProHyp.  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 10 ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM GVHD: TS. PHAN NGOÏC HOØA 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 SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH Trang 11 ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM GVHD: TS. PHAN NGOÏC HOØA 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. 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 12 ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM GVHD: TS. PHAN NGOÏC HOØA Hình 1.4 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 13 ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM Hình 1.5 GVHD: TS. PHAN NGOÏC HOØA 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:  Böôùc 1: Toång hôïp chuoãi alpha, giai ñoaïn tröôùc procollagen treân riboxom vaø trong maïng löôùi noäi chaát. SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH Trang 14 ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM GVHD: TS. PHAN NGOÏC HOØA  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.  Böôùc 6: Taïo caùc lieân keát ngang giöõa caùc phaân töû collagen ñöùng caïnh nhau. SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH Trang 15 ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM Hình 1.7 GVHD: TS. PHAN NGOÏC HOØA 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 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). SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH Trang 16 GVHD: TS. PHAN NGOÏC HOØA ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM Vi sôïi Phaân töû collagen Sôïi Boù sôïi Chuoãi polypeptide 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 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 SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH Trang 17 ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM GVHD: TS. PHAN NGOÏC HOØA 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. Hình 1.9 Söï saép xeáp cuûa phaân töû collagen trong moät sôïi SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH Trang 18 ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM 1.3 GVHD: TS. PHAN NGOÏC HOØA PHAÂN LOAÏI COLLAGEN [4]  Tính ñeán thôøi ñieåm hieän taïi, coù 42 loaïi chuoãi polypeptide ñöôïc nhaän daïng. Chuùng ñöôïc maõ hoùa bôûi 41 loaïi gene khaùc nhau, taïo thaønh 27 loaïi collagen. Hoï collagen ñöôïc phaân loaïi thaønh nhöõng phaân hoï khaùc nhau döïa vaøo söï toå hôïp cuûa caùc sieâu phaân töû. Söï phaân boá trong caùc moâ cuûa nhöõng loaïi protein khaùc nhau theå hieän tính ña daïng vaø phaïm vi ñaùng chuù yù, töø nhöõng loaïi collagen rieâng bieät nhö collagen II, X coù trong suïn ñeán nhöõng loaïi collagen daïng sôïi phaân boá roäng khaép nhö collagen I vaø V. Nhöõng loaïi collagen khaùc nhau thöïc hieän nhöõng chöùc naêng chuyeân duïng trong caùc moâ vaø coù phöông thöùc saép xeáp rieâng bieät cuûa caùc sieâu phaân töû. Moät soá loaïi ñöôïc caáu taïo töø moät tam phaân (homotrimer), trong khi ñoù nhöõng loaïi khaùc ñöôïc caáu taïo töø nhieàu tam phaân. Loaïi collagen phong phuù nhaát laø nhöõng collagen daïng sôïi hình thaønh nhöõng neàn taûng caáu truùc cuûa da, gaân, xöông, suïn vaø nhöõng loaïi moâ khaùc. SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH Trang 19 ÑAMH COÂNG NGHEÄ THÖÏC PHAÅM Hình 1.10 GVHD: TS. PHAN NGOÏC HOØA Moät vaøi daïng sinh hoïc cuûa collagen Döïa theo caáu truùc vaø caùch toå chöùc saép xeáp caùc phaân töû trong chuoãi, collagen ñöôïc phaân chia thaønh 7 nhoùm chính : collagen daïng hình sôïi, FACIT collagen, collagen daïng maïng, collagen daïng giöõ chaët, collagen chuyeån maøng, collagen maøng neàn vaø caùc loaïi collagen coù chöùc naêng duy nhaát khaùc. Nhöõng loaïi collagen naøy khaùc nhau veà chieàu daøi cuûa chuoãi xoaén oác cuõng nhö baûn chaát vaø kích côõ cuûa nhöõng phaàn khoâng xoaén oác. Baûng 1.4 Phaân loaïi vaø vò trí phaân boá caùc loaïi collagen Daïng collagen Loaïi I Caáu taïo phaân töû [α1(I)]2 α2(I)] II [α1(II)]3] III [α1(III)]3] V α1(V), α2(V),α3(V) XI α1(XI)α2(XI)α3(XI) Suïn, thuûy tinh theå,... Maøng neàn collagen IV Maøng neàn Collagen vi sôïi VI Sôïi neo collagen VII [α1(IV)]2 α2(IV)] α1 - α2 α1(VI), α2(VI),α3(VI) [α1(VII)]3 Daïng maïng löôùi luïc VIII [α1(VIII)]2 α2(VIII)] X IX [α3(X)]3 α1(IX)α2(IX)α3(IX) Suïn,... Suïn, dòch thuûy tinh, giaùc maïc,... XII [α1(XII)]3 Maøng suïn, daây chaèng, gan,... Collagen daïng sôïi giaùc collagen FACIT collagen SVTH: VOÕ THÒ HOÀNG LINH Phaân boá Xöông, gaân, daây chaèng, giaùc maïc,.. Suïn, thuûy tinh theå, ... Da,thaønh maïch maùu, löôùi soïi cuûa caù moâ( phoåi, gan, laùch,... Phoåi, giaùc maïc, xöông,... Suïn, phoåi, thaønh maïch maùu, Da, vuøng chuyeån tieáp bieåu bì - da, nieâm maïc mieäng,... Maøng teá baøo,... Trang 20
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan