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 -