Tài liệu Nghiên cứu quy trình tách chiết gelatin từ vảy cá chẽm

BỘ GIÁO VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG ------------ NGUYỄN THỊ THƠM NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH TÁCH CHIẾT GELATIN TỪ VẢY CÁ CHẼM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM CÁN BỘ HƯƠNG DẪN: ThS. Phạm Thị Đan Phượng KHÁNH HÒA - 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và số liệu sử dụng trong luận văn là số liệu thực mà tôi đã nghiên cứu và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác. Tác giả đề tài Nguyễn Thị Thơm ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập và nghiên cứu làm đề tài để hoàn thành đợt đồ án tốt nghiệp này, ngoài nỗ lực của bản thân em còn nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của quý thầy cô, anh chị, gia đình, bạn bè. Lời đầu tiên em xin gửi tới Ban giám hiệu và các phòng ban các cá nhân trong Trường Đại học Nha Trang đã giúp em hoàn thành đề tài này. Em xin gửi lời cảm ơn đến các cán bộ thuộc Trung tâm thí nghiệm thực hành, Khoa Công nghệ thực phẩm đã tạo điều kiện thuận lợi về trang thiết bị, cơ sở vật chất giúp em hoàn thành đề tài. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô ThS. Phạm Thị Đan Phượng và thầy TS. Nguyễn Trọng Bách đã trực tiếp tận tình hướng dẫn và tập thể cán bộ nghiên cứu đã hết lòng giúp đỡ, quan tâm, dạy bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em có thể hoàn thành bài báo cáo tốt nghiệp này. Cuối cùng em xin cảm ơn đến gia đình, bạn bè và các anh chị đã luôn giúp đỡ động viên trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Trong quá trình thực hiện đề tài do những buổi đầu tiếp cận với công tác nghiên cứu khoa học cũng như hạn chế về kiến thức và chưa có kinh nghiệm thực tế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót mà bản thân em chưa thấy được. Em rất mong được sự góp ý của quý thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thành tốt hơn. Nha Trang, ngày 14 tháng 07 năm 2017 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Thơm iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................vi DANH MỤC HÌNH ........................................................................................................v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .....................................................v LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................................1 Chương 1. TỔNG QUAN................................................................................................ 3 1.1 Tìm hiểu về gelatin................................................................................................ 3 1.1.1 Tìm hiểu nguồn nguyên liệu ..........................................................................3 1.1.2 Tìm hiểu collagen, gelatin và các loại protein khác ......................................7 1.1.2.1 Collagen ......................................................................................................7 1.1.2.2Gelatin ..........................................................................................................9 1.1.2.3. Các lọai protein khác và một số thành phần khác ...................................15 1.1.3 Một số quy trình sản xuất gelatin tham khảo và ứng dụng của gelatin ......16 1.1.3.1. Một số quy trình sản xuất gelatin tham khảo ...........................................16 1.1.3.2 Ứng dụng của gelatin ................................................................................21 1.2 Các nghiên cứu trong nước liên quan đến đề tài .................................................24 1.3 Các nghiên cứu ngoài nước liên quan đến đề tài ................................................25 Chương 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................29 2.1 Nguyên vật liệu nghiên cứu ................................................................................29 2.2 Phương pháp nghiên cứu .....................................................................................29 2.2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát ................................................................ 29 2.2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tách chiết gelatin bằng phương pháp hóa học .......31 2.2.2.1 Xác định điều kiện khử protein phi collagen bằng NaOH .......................31 2.2.2.2 Xác định điều kiện khử khoáng bằng HCl................................................33 2.2.2.3 Xác định điều kiện nấu chiết gelatin.........................................................34 2.3. Các phương pháp phân tích sử dụng trong đề tài ...............................................36 2.4. Các máy móc và hóa chất sử dụng trong đề tài .................................................36 2.5. Phương pháp xử lý số liệu ..................................................................................37 iv Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ...........................................38 3.2 Thành phần hóa học cơ bản của vảy cá chẽm .....................................................38 3.2 Điều kiện xử lý vảy cá thích hợp bằng NaOH ....................................................38 3.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ NaOH và thời gian sử dụng đến tổn thất nguyên liệu và hàm lượng protein còn lại trong nguyên liệu. ...........................................38 3.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến khả năng khử khoáng của của HCl ....40 3.3 Ảnh hưởng của nồng độ và số lần thay dung dịch HCl đến khả năng khử khoáng của HCl trong nguyên liệu ........................................................................................41 3.4 Tối ưu điều kiện nấu chiết thu nhận gelatin từ vảy cá chẽm .............................. 43 3.5 Quy trình đề xuất sản xuất gelatin từ vảy cá chẽm .............................................45 3.6 Thành phần hóa học và một số chí tiêu của gelatin thành phẩm ........................47 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................48 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 49 PHỤ LỤC v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải g gram % Phần trăm TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TLTH Tỷ lệ thu hồi GME Gelatin Manuafacture of Europe dd Dung dịch Da Dalton ` vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần hóa học cơ bản của vảy cá chẽm Châu Âu và ______________6 vảy cá hồng đỏ ________________________________________________________ 6 Bảng 1.2. Thành phần khối lượng của một số loài cá có giá trị kinh tế _____________6 Bảng 1.3. Tỷ lệ phần trăm các nguyên tố có trong gelatin ______________________ 10 Bảng 1.4. Bảng so sánh gelatin từ da cá với gelatin từ động vật _________________ 11 Bảng 1.5. So sánh gelatin loại A và gelatin loại B ____________________________ 14 Bảng 1.6. Thành phần acid amin của gelatin của một số loài cá_________________ 27 Bảng 3.1. Thành phần hóa học cơ bản của vảy cá chẽm _______________________ 38 Bảng 3.2 Các chỉ tiêu thành phần thể hiện chất lượng gelatin ___________________ 51 vii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cá chẽm ............................................................................................................3 Hình 1.2 Cấu trúc sợi của collagen..................................................................................8 Hình 1.3 Cấu trúc hóa học phân tử gelatin ......................................................................9 Hình 1.4. Tỷ lệ thành phần các amino acid cơ bản của gelatin .....................................10 Hình 1.5 Quy trình xử lý bằng acid thu gelatin loại A ..................................................14 Hình 1.6 Quy trình thu nhận gelatin B ..........................................................................14 Hình 1.7 Quy trình nghiên cứu sản xuất gelatin từ vảy cá hồng đỏ .............................. 17 Hình 1.8 Quy trình thu nhận gelatin từ vảy cá chẽm (Dicentrarchus labrax) ..............19 Hình 1.9 Quy trình thu nhận gelatin từ vảy và da cá lóc (Channa striata) ...................20 Hình 1.10 Kẹo dẻo có chứa gelatin ...............................................................................21 Hình 1.11 Nang thuốc mềm có chứa gelatin .................................................................23 Hình 1.12 Nang thuốc cứng có chứa gelatin .................................................................23 Hình 2.1. Nguyên liệu vảy cá chẽm ..............................................................................29 Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát ..................................................................30 Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nồng độ NaOH, thời gian xử lý thích hợp cho công đoạn khử bằng protein phi collagen bằng NaOH ..................................32 Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nồng độ HCl, số lần thay dung dịch HCl thích hợp cho công đoạn khử khoáng bằng HCl ..................................................33 Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ và thời gian xử lý thích hợp cho công đoạn nấu chiết gelatin ..................................................................................35 Hình 3.1: Ảnh hưởng của thời gian ngâm và nồng độ NaOH đến tổn thất nguyên liệu và hàm lượng protein sau thủy phân .....................................................................39 Hình 3.2: Ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến khả năng khử khoáng (nồng độ NaOH 2% ngâm trong thời gian 2 giờ) ............................................................................41 Hình 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ và số thay dùng dung dịch ngâm HCl đến khả năng khử khoáng (ngâm trong thời gian 2 giờ) ............................................................. 42 Hình 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian nấu đến độ Bloom và hiệu suất thu hồi chế phẩm gelatin ...................................................................................................44 Hình 3.5 Quy trình tách chiết gelatin từ vảy cá chẽm ...................................................46 1 LỜI MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Trên thế giới cũng như ở Việt Nam đã có nhiều công trình nghiên cứu khoa học về thu hồi gelatin từ các phế liệu thải ra từ ngành chế biến thủy sản, mang lại giá trị kinh tế cao và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như trong y học, trong công nghiệp thực phẩm, trong khoa học kỹ thuật, mỹ phẩm… Hiện nay, trên thế giới sản xuất khoảng 140.000- 160.000 tấn gelatin mỗi năm và lượng gelatin sử dụng trong thực phẩm mỗi năm tăng khoảng 3%, chủ yếu sử dụng trong kẹo mứt và những sản phẩm có năng lượng thấp [2]. Tuy nhiên, gelatin sử dụng trên thế giới thường được sản xuất từ nguyên liệu là xương bò, da heo nhưng những năm gần đây sự bùng nổ bệnh bò điên, bệnh heo tai xanh nên dẫn đến việc sử dụng gelatin tách chiết từ xương bò, da heo bị hạn chế. Chính vì thế sản lượng gelatin trên thế giới giảm dần và thay vào đó là gelatin được sản xuất ra từ các phế liệu thủy sản ra đời. Ở Việt Nam gelatin chưa được sản xuất nhiều, cũng có một số nghiên cứu về chiết rút gelatin từ phế liệu thủy sản như nghiên cứu thu nhận từ da cá basa [13], da cá ngừ [3], vảy cá hồng đỏ [19], vảy cá lóc và cá rô đồng [15], da cá thác lác [16]... nhưng chưa có nhiều nghiên cứu sản xuất gelatin từ cá chẽm và gelatin thu được chất lượng gelatin chưa cao còn sử dụng nhiều hóa chất gây hại cho con người. Trong khi tổng sản lượng đánh bắt trên thế giới khoảng 80 ngàn tấn (2010), bằng câu, vợt và nhiều nhất là kéo lưới [26]. Giá trị thu lại từ cá chẽm cũng rất lớn. Nuôi cá giống 10 cm, khoảng 6 tháng thì thu hoạch được, sản lượng cá chẽm khoảng 70 tấn/ha và với thời giá hiện nay thì có thể thu được 3,7 tỷ đồng/ha [25]. Cá chẽm (Lates calcarifer) được nuôi ở Thái Lan, Indonesia, Malaysia, Philippines,…Sản lượng 2.000 – 3.000 tấn/năm ở mỗi nước. Ở Việt Nam, ngành chế biến thủy hải sản là một trong những ngành phát triển rất mạnh mang lại nhiều lợi nhuận cho đất nước. Bên cạnh đó nó cũng là thánh thức khi làm ô nhiễm môi trường nặng do tạo nhiều chất thải như: nước thải, da, vây, nội tạng và các chất béo khác… và đặc biệt là chế biến cá với số lượng lớn.Trong quá trình chế biến cá phi lê chỉ thu được khoảng 30% - 40% thịt còn lại một lượng lớn phế liệu khoảng 60 -70% bao gồm vây, vảy, đầu, nội tạng, gan, xương,… [2, 23]. Trong khi những phần 2 phụ phẩm đó chứa nhiều protein và acid béo không sinh cholesterol, cộng với khoáng chất và các nguyên tố vi lượng, enzyme, kích thích tố, chất màu và chất tạo hương [4] có thể sản xuất ra nhiều sản phẩm có giá trị như collagen, gelatin…Tuy nhiên, lượng phế liệu này thường bị thải bỏ, dùng làm thức ăn chăn nuôi gia súc, gia cầm hoặc làm phân bón nên có giá trị rất thấp và đôi khi còn làm tăng chi phí cho việc xử lý nguồn phế liệu này. Vì thế, chúng cần được nghiên cứu thu nhận để sản xuất ra các sản phẩm có giá trị gia tăng để nâng cao hiệu quả kinh tế. Trong khi đó, Việt Nam vẫn phải nhập khẩu một số lượng lớn các loại gelatin để đáp ứng nhu cầu cho các ngành thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm…Nhận thấy nhu cầu rất lớn về gelatin trên thế giới cũng như ở Việt Nam trong những năm gần đây, thêm vào đó nguồn nguyên liệu để sản xuất gelatin ở nước ta khá dồi dào, ổn định, giá rẻ và có tiềm năng phát triển. Do đó, việc nghiên cứu ra công nghệ sản xuất gelatin từ phế thải cá của các nhà máy chế biến thủy hải sản ở Việt Nam là hết sức cần thiết. Xuất phát từ những thực tế nêu trên em xin chọn đề tài “Nghiên cứu quy trình tách chiết gelatin từ vảy cá chẽm” Mục tiêu của đề tài - Xây dựng quy trình sản xuất gelatin từ vảy cá chẽm. - Xác định một số chỉ tiêu cơ bản của gelatin thành phẩm. Nội dung nghiên cứu - Xác định thành phần hóa học cơ bản của vảy cá chẽm. - Nghiên cứu điều kiện khử protein phi collagen của vảy cá chẽm. - Nghiên cứu điều kiện khử khoáng của vảy cá chẽm. - Nghiên cứu điều kiện nấu chiết gelatin. - Đề xuất quy trình thu nhận gelatin từ vảy cá chẽm và đánh giá chất lượng sản phẩm thu được từ quy trình đề xuất. Phạm vi nghiên cứu -Phế liệu vảy cá chẽm (Lates calcarifer) thu nhận từ Công ty TNHH Thực phẩm Hải Sơn, Nha Trang. 3 Chương 1. TỔNG QUAN 1.1 Tìm hiểu về gelatin 1.1.1 Tìm hiểu nguồn nguyên liệu Hình 1.1 Cá chẽm Tên Tiếng Anh: Barramundi Tên Khoa học: Lates calcarifer Tên Tiếng Việt: Cá chẽm, cá vược Giới: Animalia Ngành: Chordata Lớp: Actianopteryga Bộ: Perciformes Họ: Centropomidae Giống: Lates Loài: Lates calcarifer (Bloch 1970) Cá chẽm hay còn gọi cá vược là một loài cá sống cả trong nước mặn lẫn nước ngọt, sống phổ biến tại các ao hồ, sông suối, chúng thường sống trong các hang đá hoặc vùng đáy có cỏ biển. Chúng cũng thích nghi với đáy rạn san hô. Chúng thuộc loài cá dữ điển hình ở cửa sông, chúng có số lượng đông trong các kênh rạch, đầm phá và nhất là trong các đầm nuôi tôm. 4 Đặc điểm hình thái: Thân hình thoi, dẹt bên, phần lưng hơi gò cao, bắp đuôi ngắn. Đầu dài nửa trước nhọn, từ gáy đến mút mõm cong xuống. Chiều dài thân bằng 3,2 lần chiều cao thân và bằng 2,9 lần chiều dài đầu. Miệng rộng, chếch, hàm dưới nhô dài hơn hàm trên. Răng nhọn, khỏe, xương khẩu cái và xương lá mia có nhiều răng nhỏ mọc thành đai [18]. Hai vây lưng tách rời nhau, vây lưng thứ nhất có 7 – 9 gai cứng và vây lưng thứ 2 có 10 – 11 tia mềm và vây ngực ngắn, tròn có những nếp cứng nơi đáy. Vây hậu môn tròn có 2 – 3 gai cứng và 7 – 8 tia mềm. Vây đuôi tròn lồi không chia thùy và thân màu xám, bụng trắng bạc [26]. Màu sắc thay đổi theo giai đoạn phát triển: cá mới nở không màu, trong suốt. Sau khoảng 10 – 12 ngày tuổi mới xuất hiện sắc tố màu đen, 20 – 25 ngày tuổi màu nhạt dần thường có màu trắng xanh. Giai đoạn cá giống thường có màu nâu ô liu ở phía trên với các màu bạc ở phía bên và bụng khi cá sống trong môi trường nước biển và màu vàng nâu trong môi trường nước ngọt. Giai đoạn trưởng thành cá có màu xanh lục hay vàng nhạt ở phần trên và màu bạc ở phần bụng [17]. Đặc điểm phân bố Cá chẽm (Lates calcarifer) là loài cá có giá trị kinh tế ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới thuộc Châu Á – Thái Bình Dương. Cá chẽm được nuôi thương phẩm nhiều tại Thái Lan, Indonesia, Malaysia, Hồng Kông, Singapore, Đài Loan, Australia, Trung Quốc, Việt Nam trong các ao nước lợ, nước ngọt cũng như nuôi lồng ở vùng ven biển. Do giá trị thương phẩm khá cao nên cá trở thành đối tượng nuôi hấp dẫn cho các cơ sở nuôi thủy sản quy mô nhỏ và vừa. Ở Việt Nam, cá chẽm chủ yếu được nuôi trong các ao đất ở các tỉnh miền Tây Nam bộ, hình thức nuôi bán quảng canh, bán thâm canh và thâm canh. Ở nước ta đã nghiên cứu sản xuất giống nhân tạo thành công, hàng năm có thể sản xuất đủ số lượng giống cung cấp cho nuôi thương phẩm. Hiện nay cá chẽm còn được nuôi thương phẩm bằng lồng, nuôi ao đất ở Trung Bộ và một số tỉnh phía Bắc với quy mô lớn. Sản lượng ngày càng tăng, cung cấp lượng hàng hóa lớn cho xuất khẩu. Cá chẽm là loài rộng muối, có thể sống được trong môi trường nước ngọt, lợ, mặn và có tính di cư xuôi dòng. Cá lớn lên chủ yếu ở vùng nước ngọt như sông, hồ. Khi thành thục (3-4 năm tuổi) chúng sẽ di cư ra vùng cửa sông, ven biển có độ mặn thích hợp khoảng 30% [26], để sinh sản và ấu trùng sau khi nở ra sẽ đưa vào vùng cửa sông, 5 ven bờ và lớn lên, cá con sẽ dần dần di cư vào các thủy vực nước ngọt sinh sống và phát triển thành cá thể trưởng thành. Cá chẽm là loài cá dữ rất điển hình. Khi cá còn nhỏ, tuy chúng có thể ăn các loài phiêu sinh thực vật (20%), nhưng thức ăn chủ yếu vẫn là cá, tôm nhỏ (80%). Khi cá lớn hơn 20cm thì 100% thức ăn là động vật bao gồm giáp xác khoảng 70% và cá nhỏ 30%. Cá chẽm bắt mồi rất dữ và có thể bắt con mồi có kích cỡ bằng cơ thể của chúng. Cá chẽm chỉ bắt mồi sống và di động. Đặc điểm nổi bậc trong việc sinh sản của cá chẽm là có sự thay đổi giới tính từ cá đực thành cá cái sau khi tham gia lần sinh sản đầu tiên và đây được gọi là cá chẽm thứ cấp. Tuy nhiên, cũng có những cá cái được phát triển trực tiếp từ trứng và được gọi là cá cái sơ cấp. Chính vì thế trong thời gian đầu (1,5- 2 kg) phần lớn là cá đực, nhưng khi cá đạt 4- 6 kg, phần lớn là cá cái. Cá chẽm được nhiều nước trên thế giới nhập khẩu như Trung Quốc, Mỹ, Anh. Trong đó Singapore là nước nhập khẩu thực phẩm cá biển lớn trong khu vực Châu Á tới 1000 tấn hàng năm. Phân loại Giống cá chẽm Lates gồm có 8 loài trong đó loài Lates calcarifer phân bố ở các vùng biển thuộc Tây Thái Bình Dương và Ấn Độ Dương, còn 7 loài khác phân bố ở Châu Phi. Mùa vụ sinh sản: Cá chẽm đẻ quanh năm nhưng thời gian chính vụ là từ tháng tư đến tháng tám. Ngoài tự nhiên, cá con có chiều dài 1cm có thể thu được nhiều vào tháng năm đến tháng tám. Cá đực và cái thành thục, trước khi đẻ 1 tuần cá ngừng ăn. Khi cá đực và cá cái chín muồi sinh dục sẽ bơi lội thành từng cặp, thường xuyên ở tầng mặt khi sắp đẻ trứng. Cá đẻ làm nhiều đợt kéo dài khoảng 1 tuần, thời gian đẻ trứng vào lúc chiều tối 18 – 22 [17]. Ở Việt Nam, cá chẽm được xem là giống cá mới rất có tiềm năng và được nuôi trong các ao đầm nước lợ hoặc nuôi quảng canh. Tổng số lồng nuôi trên biển năm 2001 nhiều hơn năm 2000 là 5.244 lồng và đạt mức 23.989 lồng, trong đó số lồng nuôi cá biển là 4.077 chiếc. Sản lượng nuôi cá lồng bè nước mặn năm 2001 là 2.635 tấn cao hơn năm 2000 là 853 tấn, trong đó sản lượng cá biển là 1.898 tấn. Năm 2004 với diện tích 6 nuôi cá biển trong ao là 1.750 ha, số lồng nuôi cá chẽm là trên 8.850 chiếc và đạt sản lượng 7.675 tấn. Ngoài ra tại các đầm nước lợi ven biển cá được thả nuôi ghép với các đối tượng khác. Sản lượng nuôi cá nước lợ, mặn đạt 13.865 tấn [5]. Nhìn vào Bảng 1.1 ta thấy hàm lượng ẩm của vảy cá ở 2 loài là rất cao, đặc biệt là cá hồng đỏ ≥ 50% khối lượng vảy. Trong 3 thành phần còn lại thì hàm lượng protein chiếm tỷ lệ cao nhất, ở cá hồng đổ là 31,75% ở cá chẽm Châu Âu là 28,47% và hàm lượng thấp nhất có trong vảy là lipid. Đối với cá hồng đỏ hàm lượng khoáng thấp chỉ chiếm 4,5% , nhưng ở cá chẽm Châu Âu lại chiếm rất cao 27,86%. Bảng 1.1. Thành phần hóa học cơ bản của vảy cá chẽm Châu Âu và vảy cá hồng đỏ [19],[21] Loài cá Vảy cá chẽm Châu Âu Vảy cá hồng đỏ Hàm lượng ẩm Hàm lượng khoáng Hàm lượng protein Hàm lượng lipid 40,95% 27,86% 28,47 0,1% 50,5% 4,5% 31,75% 0,98% Bảng 1.2. Thành phần khối lượng của một số loài cá có giá trị kinh tế [1] Thịt phi lê Đầu Xương Vây, vảy Nội tạng (%) (%) (%) (%) (%) Vược 54,50 22,60 10,50 8,00 5,00 Hồng 49,97 29,20 12,60 5,30 3,67 Đối 56,03 20,10 11,80 4,95 6,70 Tai tượng 44,70 20,80 19,30 4,61 8,80 Tên cá Nhìn vào Bảng 1.2 ta thấy các loài cá khác nhau thì có thành phần khối lượng là khác nhau và xét trong cùng một loài cá thì các thành phần khối lượng của các phần cũng khác nhau. Tuy nhiên, phần thịt phi lê luôn chiếm tỷ lệ lớn nhất chiếm khoảng một nữa khối lượng toan phần, tiếp sau đó là đến phần đầu và xương. So với ba loài cá còn lại thì ta thấy khối lượng vây và vảy ở các chẽm là chiếm tỷ lệ nhiều nhất là khoảng 8%. 7 1.1.2 Tìm hiểu collagen, gelatin và các loại protein khác 1.1.2.1 Collagen Collagen là một loại protein rất đặc biệt được tạo thành từ những amino acid với sự sắp xếp dạng sợi, mặt khác được bỉ đến như là protein cứng hình sợi. Những sợi này có những chuỗi phân tử dài, chứa đến 19 loại amino acid. Thành phần amino acid quan trọng này gồm có: proline, glycine, hydroxyproline và hydroxygilycine. Collagen là một loại protein hình sợi không đàn hồi chiếm tới 30% tổng lượng protein trong cơ thể người, collagen có chức năng chính là kết nối các mô trong cơ thể lại với nhau. Các nhà khoa học thường ví collagen giống như một chất keo dính các bộ phận trong cơ thể người lại thành một khối hoàn chỉnh, nếu không có chúng cơ thể người sẽ chỉ là các phần rời rạc. Chủ yếu được tìm thấy trong các mô xơ như dây chằng, gân và da đồng thời có nhiều trong giác mạc, sụn xương, mạch máu, ruột, đĩa đệm vì vậy có thê bảo vệ cơ chống lại sự kéo căng. Colagen chiếm 1-2% của các mô cơ và chiếm 6% trọng lượng cơ bắp, cơ gân. Gelatin được sử dụng trong thực phẩm và công nghiệp là collagen đã được thủy phân một phần. Collagen được cấu tạo từ tropocollagen, do 3 chuỗi polypeptide tạo thành bện vào nhau thành một dây cáp siêu xoắn (vì mỗi mạch đơn có cấu trúc xoắn, chiều cao của mỗi gốc xoắn trên trục siêu xoắn là 2,9A°, một vòng xoắn là 3,3 gốc amino acid). Ba chuỗi polypeptide trong dây cáp nối với nhau bằng các liên kết hydrogen. Một đặc điểm để phân biệt collagen với các loại protein khác là trình tự các acid amin được sắp xếp trong 3 chuỗi đơn vị của phân tử collagen.Một mô hình phổ biến là Gly-X-Pro hoặc GlyX-Hyp, trong X có thể là một phân tử acid amin bất kỳ: Gly-Pro-Hyp là mô hình xuất hiện nhiều nhất [24]. Trong môi trường acid hoặc kiềm thì collagen có khả năng hút nước cao hơn trong môi trường nước nguyên chất và làm giảm nhanh độ bền liên kết, đồng thời gây ra một số biến đổi như: + Bị cắt mạch muối (liên kết nội phân tử do nhóm NH3/ COO-) làm giảm độ bền liên kết mạch chính và dễ chuyển thành gelatin hơn + Bị cắt mạch bên giải phóng NH3 + Điểm đẳng điện bị thay đổi theo chiều hướng giảm. 8 Ở nhiệt độ ≥700C đối với collagen của động vật thủy sản và ở nhiệt độ ≥800C đối với collagen động vật trên cạn thi bị chuyển hóa thành gelatin. Tuy nhiên nguyên liệu sau khi xử lý kiềm, acid sẽ thuận lợi hơn cho quá trình sản xuất keo gelatin và có thể xử lý ở nhiệt độ thấp hơn cũng thu được gelatin 55 – 600C. Quá trình chuyển hóa collagen thành gelatin là sự chuyển đổi của những sợi collagen có tổ chức cao phân tử không tan trong nước tạo thành một hệ thống khử polyme gọi là gelatin có thể tan trong nước được mô tả bởi Veis năm 1964 (được trích dẫn bởi Cao Thị Huỳnh Châu). Collagen + H2O T0 Gelatin Nếu tiếp tục gia nhiệt thì phản ứng sẽ tiếp tục xảy ra sẽ phân hủy gelatin tạo ra sản phẩm khác như gelatone và gelatose: Gelatin T0 cao Gelatone + Gelatose Khi tiếp tục gia nhiệt lên cao thì sẽ cho ra các sản phẩm là các pepton, peptit, acid amin,…Các chất này sẽ làm ảnh hưởng đén chất lượng sản phẩm thu được. Vì vậy phải hạn chế sự thủy phân gelatin thành gelatone, gelatose và các sản phẩm thứ cấp khác [10]. Hình 1.2 Cấu trúc sợi của collagen 9 1.1.2.2 Gelatin 1). Định nghĩa và cấu tạo gelatin  Định nghĩa Gelatin là các polypeptide cao phân tử dẫn xuất từ collagen, là thành phần protein chính trong các tế bào liên kết của nhiều loài động vật bao gồm xương, da, vảy, vây…và côn trùng. Gelatin được tạo ra từ quá trình thủy phân collagen. Ở nhiệt độ cao nóng chảy, ở nhiệt độ thấp đông lại và có thể tan trong nước nóng. Collagen phân giải chuyển thành gelatin, theo Hofmeister. C102H149N31O38 + H2O C102H151N31O39 Gelatin Lúc xử lý ở nhiệt độ cao trong nước, keo dễ tiếp tục thủy phân thành gelatose và gelatone: C102H151N31O39 + 2 H2O C55H85N17O22 + C47H70O19+ 7 N2 ↑ Gelatose Gelatone Hình 1.3 Cấu trúc hóa học phân tử gelatin Gelatin có cấu trúc dạng chuỗi. Chuỗi gelatin gồm những phân tử có kích thước siêu nhỏ liên kết lại với nhau bằng liên kết hydro tạo thành mạng lưới gelatin. Công thức tiêu biểu cho một gelatin là –alanin-glycin-prolin-arginin-glycin-glutamic4hydroxyprolin-glycin-grolin. Hầu hết gelatin thương mại có khối lượng phân tử từ 15 đến 250 kDa. Gelatin cũng giống như các phân tử protein khác, thành phần cấu trúc chính của gelatin là chuỗi 10 polypeptide lớn và phức tạp với thành phần amino acid giống như collagen có 18 loại amino acid khác nhau: alanine, arginine, aspartic, acid glutamic, acid glycine, histidine, proline, isoleucine, hydroxylysine, leuine, lysine, hydroxyproline, serine, threonine, phenylalanine, tyrosine, valine, methionine.Các nhóm không mang điện là các nhóm Hydroxyl (serine, threonine, hydroxyproline, hydroxylysine, tyrosine) và các nhóm peptide (-CO - NH-) quy định khả năng tạo liên kết hydro, quy định cấu trúc phân tử.  Cấu tạo gelatin - Thành phần hóa học cơ bản của gelatin bao gồm 85 – 95% protein, 0,5 – 2% - Muối khoáng, 8 – 13% nước. - Gelatin có chứa hầu hết các amino acid, ngoại trừ: trytophan, và cysteine, cystine đôi khi chỉ tìm thấy ở dạng vết. Bảng 1.3. Tỷ lệ phần trăm các nguyên tố có trong gelatin [23] Nguyên tố Tỷ lệ % C 48,7 – 51,5 H 6,5 – 7,2 N 17,5 – 18,8 O 24,2 – 26,2 S 0,3 – 0,7 Other aminoarginine, 7,8% acid, 21,5% Aspartic acid, 6% Alanine, 9% Glutamic acid, 10% Glycine , 21,4% Proline và hydrozyprolin e, 24,3% Hình 1.4. Tỷ lệ thành phần các amino acid cơ bản của gelatin [23 11 2). Tính chất của gelatin  Tính chất vật lý Gelatin thương mại ở dạng tinh khiết, khô, không mùi, không vị, cứng, giòn, màu vàng nhạt đến hổ phách, trong suốt, có độ ẩm từ 8 – 13% và tỷ trọng 1,3 - 1,4. Nó là một thực phẩm, không phải là phụ gia thực phẩm nên không có giới hạn sử dụng. Tính chất gelatin phụ thuộc vào pH, nguyên liệu thu nhận, nhiệt độ, nồng độ, thời gian và phương pháp chế biến. Gelatin là một chất keo sinh học được ứng dụng nhiều trong sản xuất keo.  Tính chất hóa học - Độ bền gel Là yếu tố quan trọng đánh giá chất lượng gelatin khi đông. Nó được đặc trưng bởi độ Bloom. Độ bền gel phụ thuộc vào nồng độ gelatin và khả năng hình thành gel. Gelatin có khả năng hình thành và ổn định liên kết hydro với phân tử nước để hình thành dạng cấu trúc gel ổn định 3 chiều. Gelatin thu từ động vật có độ Bloom cao hơn và ổn định hơn từ cá. Bảng 1.4. Bảng so sánh gelatin từ da cá với gelatin từ động vật [23] Gelatin từ da cá - Khối lượng phân tử nhỏ - Mạch polypeptide ngắn - Nhiệt độ tạo gel thấp (8 – 100C) - Độ Bloom thấp - Hàm lượng proline và hydroxyproline thấp Gelatin từ động vật - Khối lượng phân tử lớn - Mạch polypeptide dài - Nhiệt độ tạo gel cao (30 – 350C) - Độ Bloom cao - Hàm lượng proline và hydroxyproline cao - Độ nhớt Độ nhớt cũng quan trọng như khả năng tạo gel và cũng phụ thuộc vào nhiệt độ cũng như nồng độ. Độ nhớt tỷ lệ thuận với nồng độ dung dịch và tỷ lệ nghịch với nhiệt độ. Dưới 200C dung dịch sẽ tồn tại ở dạng gel (ngoại trừ nồng độ quá thấp). Trong khoảng 20– 350C, dung dịch vừa tồn tại dạng gel vừa tồn tại dạng dung dịch nhớt hoặc ở dạng chất lỏng có độ nhớt không ổn định. Trên 350C, các phân tử gelatin trở nên rời rạc cho dù có tăng nồng độ trong dung dịch lên thì chúng vẫn không liên kết với nhau. 12 - Tính lưỡng tính Gelatin là một protein điển hình có khả năng hoạt động như một acid hay base. Tính chất lưỡng tính là do các nhóm cacboxyl (- COOH) thể hiện tính acid, còn nhóm amin (NH2) thể hiện tính kiềm trong suốt quá trình thủy phân. Hay còn được gọi là ion ''Zwitter'' tồn tại trong dung dịch dưới dạng lưỡng cực +NH3 -CH - COO-. - Điểm đẳng điện Phân tử gelatin tích điện trong dung dịch kiềm hay axit, chúng sẽ di chuyển trong điện trường. Ở pH = 2 tất cả nhóm cacboxyl không tích điện, phân tử gelatin mang điện tích dương cực đại. Khi pH tăng các nhóm cacboxyl bắt đầu tích điện và ở pH = 6,5 tất cả các nhóm cacboxyl tích điện âm. Điện tích của phân tử ảnh hưởng đến tính chất của gelatin. Ở pH mà không có sự di chuyển xảy ra gọi là điểm đẳng điện và tại điểm này dung dịch gelatin kém bền nhất, dễ kết tủa, có hàm lượng tối đa các phân tử protein không tích điện. Tính lưỡng tính và điểm đẳng điện của gelatin loại A nằm trong khoảng pH = 7 9 và phụ thuộc vào thời gian xử lý. Gelatin loại B có quá trình xử lý gelatin bằng kiềm, collagen chịu sự tác động trong môi trường kiềm trước khi trích ly. Sự thủy phân bằng kiềm làm cho acid amin asparagine và glutamine của chuỗi polypeptide trở thành acid aspatic và glutamic một cách nhanh chóng và kết quả tạo ra điểm đẳng điện là 4,8 - 5,2 [2]. Ngoài ra điểm đẳng điện còn phụ thuộc vào nồng độ muối trong dung dịch. - Tính hòa tan của gelatin Gelatin tan một phần trong nước. Lúc khô gelatin sẽ phồng lên hay ngậm nước khi khuấy ở trong nước. Ở nhiệt độ 400C sẽ chảy ra, hòa tan tạo thành dung dịch đồng nhất và tạo gel khi làm nguội. Mức độ hòa tan của gelatin phụ thuộc nhiệt độ, nồng độ và kích thước phân tử [2]. Gelatin tan trong các dung môi polyhydric alcohols như: glycerol, propylene, glycol,...những dung môi này sẽ sử dụng để làm giảm độ cứng của các tấm gelatin phim. Tuy nhiên, gelatin lại không tan trong alcohols, acetone, cacbon terachloride, benzen, petroleum và hầu hết các dung môi hữu cơ không phân cực. - Tính ổn định Gelatin khô được bảo quản trong điều kiện kín ở nhiệt độ phòng có thể bảo quản trong nhiều năm. Tính ổn định của gelatin phụ thuộc vào nhiệt độ và pH. Sự giảm độ bền gel và độ nhớt theo thời gian có thể hạn chế nếu giữ gelatin trong giới hạn pH từ 5-