Giới thiệu về GELATIN

Giới thiệu về GELATIN

I Gelatin da cá [1, 4, 5, 6, 9]

1 Gelatin

1.1 Giới thiệu chung

Gelatin là sản phẩm thu được từ collagen Sản phẩm gelatin thương mại đầu tiên xuất hiện ở Hà Lan vào khoảng năm 1685, sau đó xuất hiện ở Anh vào khoảng năm 1700 Cuối thế kỷ 19, ngành công nghiệp sản xuất gelatin xuất hiện, làm tăng thêm ứng dụng và ổn định tính chất sản phẩm Năm 1850, công nghiệp sản xuất gelatin xuất hiện tại Mỹ Nguồn nguyên liệu chính lúc này là da chưa thuộc và xương Đến năm 1930, ngành sản xuất này phát triển mạnh mẽ khi da heo được xem như một nguồn nguyên liệu

Trong công nghiệp thực phẩm, gelatin là một trong những loại keo ưa nước hoặc hợp chất cao phân tử tan được trong nước có thể sử dụng như tác nhân tạo gel, tạo độ đặc hoặc tác nhân ổn định cấu trúc Gelatin khác với các loại keo khác ở chỗ trong khi hầu hết các loại keo khác là polysaccharide (như carrageenan, pectin, agar,…) thì gelatin lại là một loại protein chứa tất cả các acid amin thiết yếu ngoại trừ tryptophane Hiện nay, lượng gelatin được sản xuất hàng năm trên thế giới ước tính khoảng 2000 tấn và lượng gelatin sử dụng trong thực phẩm mỗi năm tăng khoảng 3%, chủ yếu trong sản xuất bánh kẹo và thực phẩm năng lượng thấp

1.2 Định nghĩa

Gelatin là polypeptit cao phân tử thu nhận từ collagen - thành phần protein chủ yếu của mô liên kết động vật - bao gồm xương, da và gân Tên “gelatin” được sử dụng phổ biến từ khoảng năm 1700 có nguồn gốc từ chữ Latin “gelatus” Thuật ngữ gelatin mặc dù đôi khi được dùng để đề cập đến các tác nhân tạo gel nói chung nhưng lại riêng dùng để nói đến vật liệu protein tạo ra từ collagen đã bị thoái hoá

do nhiệt

1.3 Cấu tạo

Cấu trúc phân tử gelatin gồm có 18 amino acid khác nhau liên kết với nhau theo một trật tự xác định, tuần hoàn, tạo nên chuỗi polypeptide với khoảng 1000 acid amin, hình thành nên cấu trúc bậc 1 Chuỗi peptide có chiều dài khác nhau phụ thuộc nguồn nguyên liệu, chuỗi có một đầu là nhóm amino, một đầu là nhóm carboxyl Cấu trúc thường gặp của gelatin là Gly – X – Y (với X chủ yếu là nhóm proline còn Y chủ yếu là nhóm hydroxyproline)

Hình 1.1 Cấu trúc Gly – X – Y thường gặp của gelatin.

Gelatin chứa nhiều nhóm glycine, proline và 4-hydroxyproline Cấu trúc cơ bản của chuỗi gelatin là: – Ala – Gly – Pro – Arg – Gly – Glu – Hyp – Gly – Pro

Hình 1.2 Cấu trúc cơ bản của gelatin.

Cứ 3 chuỗi polypeptide xoắn lại theo hình xoắn ốc tạo nên cấu trúc bậc 2 Ở cấu trúc bậc 3, chuỗi xoắn đó tự xoắn quanh nó, tạo nên cấu trúc phân tử dạng dây

2

SVTH:Trần Lưỡng Đại

thừng, gọi là proto fibril.

Trong phân tử gelatine có một số nhóm tích điện: carboxyl, imidazole, amino, guanidino Tỷ lệ các nhóm này ảnh hưởng đến pH và pI của gelatin Ngoài ra còn các nhóm không mang điện tích 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

1.4 Thành phần

Tất cả các acid amin có mặt trong protein đều hiện diện ở gelatin ngoại trừ tryptophane và cystine mặc dù cũng phát hiện ra vết của chúng

Bảng 1.1 Thành phần acid amin thu được khi thủy phân 100g mẫu gelatin.

2 – 3-2,9 – 4,22,2 – 4,40,2 – 1

15 – 18

13 – 150,7 – 1-vết

4 – 5

6 – 7

11 – 120,8 – 1,2

1.5.1 Phân loại dựa theo nguồn gốc nguyên liệu

Có các loại như:

- Gelatin có nguồn gốc động vật: là gelatin sản xuất từ da, xương, gân động

vật có vú

- Gelatin cá: gelatin sản xuất từ da các loại cá như cá tuyết, cá trắm cỏ…

Gelatin từ cá có hàm lượng proline và hydroxyproline thấp nên có nhiệt độ tạo gel thấp (vì số liên kết hidro hình thành thấp)

4

SVTH:Trần Lưỡng Đại

1.5.2 Phân loại dựa theo phương pháp sản xuất

Có 2 loại:

- Gelatin loại A: Quá trình sản xuất xử lý bằng acid, dùng khi sản xuất

gelatin từ da heo

- Gelatin loại B: Quá trình sản xuất xử lý bằng kiềm, dùng khi sản xuất

gelatin từ da và xương gia súc

1.5.3 Phân loại dựa theo cấu trúc phân tử

Có 3 loại:

- Gelatin thuỷ phân: là gelatin mất khả năng tạo gel khi bị thủy phân thành

các polypeptit mạch ngắn Các sản phẩm thủy phân này được tạo ra bằng cách sử dụng enzym thực hiện quá trình thủy phân, sau đó tiệt trùng, cô đặc và cuối cùng là sấy phun Không giống như các protein khác, các sản phẩm thủy phân từ gelatin không có vị đắng nên có thể sử dụng cho nhiều sản phẩm thực phẩm: chất tạo cấu trúc cho các sản phẩm sữa, chất tạo nhũ trong công nghệ chế biến các sản phẩm từ thịt, là nguồn protein trong thực phẩm ăn kiêng, chất mang trong quá trình tạo hạt mà không làm biến đổi các tính chất vật lí, hóa học của hạt, chất tạo bọt…

- Gelatin ester hoá: gelatin ester hoá bởi các acid béo, giúp cải thiện khả

năng tạo nhũ, mở rộng chức năng sinh học của acid béo (một số acid béo không thể bổ sung trực tiếp vào thực phẩm do mùi vị kém, dễ bị oxy hoá, không tan trong nước… Quá trình ester hoá gelatin giúp bổ sung acid béo vào thực phẩm)

- Gelatin tan trong nước lạnh (gelatin sử dụng liền – instant gelatins): đây là

loại gelatin khi sấy không qua pha tạo gel, có cấu trúc vô định hình, không tạo tinh thể Cấu trúc vô định hình của gelatin loại này cho phép nó trương nở rất nhanh và rất mạnh Mạng phân tử ba chiều của nó liên kết lỏng lẻo, sự sắp xếp của các phân tử là hoàn toàn ngẫu nhiên, lực liên kết giữa các phân tử cũng như lực liên kết nội phân tử rất yếu nên nước có thể dễ dàng xâm nhập vào cấu trúc phân tử với một lượng lớn nhất có thể và tạo thành cấu trúc tương tự gel Loại gelatin này hút ẩm mạnh và khó tạo gel khi nồng độ thấp

1.6 Tính chất

Gelatin là chất rắn dạng miếng, vảy, bột hoặc hạt, không mùi, không vị, trong suốt, có màu từ vàng nhạt đến màu trắng Ở nhiệt độ thường và độ ẩm thường, gelatin chứa từ 9-12% ẩm và có tỉ trọng riêng từ 1,3-1,4

Các hạt gelatin rắn khi ngâm trong nước sẽ hút nước và trương nở Gelatin có thể hấp thu một lượng nước gấp 5-10 lần khối lượng của nó Khi gia nhiệt, gelatin đã hydrat hóa sẽ nhanh chóng chuyển thành dạng dung dịch

Gelatin tan trong các polyol như glycerin, propylen glycol, sorbitol, manitol, không tan trong cồn, aceton, CCl4, benzen, ether và các dung môi hữu cơ khác.Các muối phosphat, citrat, sulfat ở nồng độ thấp cũng làm gelatin trong dung dịch nồng độ cao kết tủa

Gelatin là một thực phẩm, có chứa 9 loại amino acid cần thiết cho con người Gelatin không phải là phụ gia thực phẩm nên không có giới hạn sử dụng

Bảng 1.2 Tỷ lệ và thành phần các acid amin trong gelatin sản xuất từ da

Isoleucine 1,1 1,2

1.6.1 Độ nhớt và khả năng tạo gel

Độ nhớt và khả năng tạo gel của gelatin phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ Ở nhiệt độ < 200C, dù hàm lượng gelatin rất thấp vẫn có khả năng tạo gel Ở nhiệt độ trong khoảng 20 ÷ 300C, dung dịch gelatin vừa tồn tại dạng gel, vừa dạng dịch nhớt, vừa dịch lỏng, phụ thuộc nhiệt độ và hàm lượng gelatin Ở nhiệt độ > 350C, phân tử gelatin rời rạc Dù hàm lượng gelatin cao chúng vẫn không liên kết với nhau, không tạo gel bền mà chỉ tăng độ nhớt

Khả năng tạo gel là một trong những tính chất chức năng quan trọng nhất của gelatin, là một trong những yếu tố quan trọng để đánh giá chất lượng gelatin Độ bền của gel khi đông được đặc trưng bởi độ Bloom Theo định nghĩa, độ bloom là khối lượng tính bằng gam cần thiết tác dụng lên bề mặt gel tạo bởi ống có đường kính 13 mm để khối gel lún xuống 4mm Khối gel có hàm lượng gelatin là 6,67%; được giữ ổn định ở 100C trong 16 ÷ 18h Gelatin trên thị trường có độ Bloom trong khoảng 50 ÷ 300 Bloom (gam)

1.6.2 Khối lượng phân tử và sự phân bố khối lượng phân tử

Gelatin có bloom cao thường chứa một tỉ lệ lớn (30 – 35%) các phân tử có kích thước giống nhau dưới dạng các chuỗi α-và β- Phần lớn các gelatin cũng chứa các tổ hợp với phân tử có khối lượng trên 10 triệu và các polypeptit với các phân tử có khối lượng ít hơn 80.000

Sự phân bố khối lượng phân tử: các dạng gelatin thường gặp bao gồm các chuỗi δ với khối lượng phân tử 230.000-340.000, chuỗi β với khối lượng phân tử 123.000 – 230.000, chuỗi α với khối lượng phân tử 80.000 – 125.000 và các chuỗi

α nhỏ 10.000 – 80.000

1.6.3 Điểm đẳng điện

Cũng giống như các protein khác, gelatin có thể hoạt động như một acid hoặc một base, tùy thuộc vào pH Trong dung dịch acid gelatin tích điện dương và trong dung dịch kiềm nó tích điện âm Điểm trung gian ở đó sự tích điện bằng 0 gọi là pI

hoặc điểm đẳng điện.

Sự thay đổi trong tỉ lệ của các nhóm carboxyl, amin có liên quan đến sự khác nhau trong điểm đẳng điện của gelatin Ởû collagen, 35% nhóm acid nằm ở dạng amid Do đó, collagen là một protein cơ bản có điểm đẳng điện là 9,4 Trong suốt quá trình điều chế gelatin, quá trình xử lí bằng acid hoặc base sẽ thủy phân nhóm amid trong phạm vi lớn hoặc nhỏ hơn

Điểm đẳng điện của gelatin có thể thay đổi từ 9,4 (không thay đổi nhóm amid) đến 4,8 (90 – 95% các nhóm acid carboxylic tự do)

Gelatin được điều chế bằng phương pháp acid có điểm đẳng điện cao vì điều kiện thao tác công nghệ duy trì được giá trị gần với điểm đẳng điện của collagen.Gelatin được điều chế bằng phương pháp kiềm qua quá trình xử lí bằng kiềm dài hơn và chỉ có một phần nhỏ các nhóm amin còn lại nên gelatin này có pH đẳng điện acid và thường nằm trong khoảng 4,8 – 5,2

1.6.4 Cơ chế tạo gel

Gelatin trương nở khi được cho vào nước, hấp thụ một thể tích nước bằng 5-10 lần thể tích của bản thân nó Khi được gia nhiệt đến nhiệt độ cao hơn điểm tan chảy, gelatin đã trương nở hòa tan và tạo thành gel khi được làm nguội Quá trình chuyển đổi giữa dạng dung dịch và dạng gel có tính thuận nghịch Tính chất này được lợi dụng trong nhiều quá trình chế biến thực phẩm

Ngoài ra, gel của gelatin bắt đầu tan chảy ở 27-340C và có khuynh hướng tan trong miệng Tính chất này đươc ứng dụng nhiều trong thực phẩm Cơ chế cơ bản của sự tạo gel là sự thay đổi ngẫu nhiên của dạng xoắn ốc Iminoacid của các chuỗi polypeptit khác nhau tạo một hình thể xoắn ốc khi làm nguội và các vòng xoắn này được ổn định nhờ các cầu hydro, tạo gel ba chiều Sự tạo gel của gelatin được xem như sự tái tạo một phần collagen và phần đã được tái tạo này hoạt động như một đoạn chức năng của gel

1.7 Ứng dụng 1.7.1 Trong công nghiệp thực phẩm

Gelatin chủ yếu được dùng làm phụ gia tạo gel, tạo ra dạng gel mềm dẻo, trong suốt, nghịch đảo nhiệt khi làm nguội dưới 350C Gelatin tan trong nước, tạo ra cảm giác sản phẩm tan trong miệng

8

SVTH:Trần Lưỡng Đại

Do gelatin khi tan trong miệng tạo cảm giác đầy miệng nên được sử dụng làm chất thay thế chất béo Gelatin thiếu tryptophane, ít methionine, nhiều lysine nhưng khi phối hợp với các nguồn cung cấp protein khác cũng thành nguồn cung cấp protein tốt Gelatin không chứa chất béo, đường, purine hay cholesterol, cung cấp ít năng lượng (3,5 kcal/g) nên được dùng làm thực phẩm cho người ăn kiêng

Trong CNSX kem: gelatin giúp tạo cấu trúc mềm mại cho sản phẩm, ngăn cản quá trình tách lỏng khi làm lạnh đông kem Sử dụng kết hợp với các chất ổn định khác nhằm tạo độ tan chậm nhờ điều chỉnh độ nhớt của hỗn hợp Gelatin có khả năng điều khiển quá trình kết tinh Nếu lạnh đông nước có 0,5% gelatin, nước không đông thành khối băng cứng mà tạo thành nhiều tinh thể nhỏ Tính chất này có ứng dụng trong khi bảo quản kem

Trong CNSX kẹo mứt, gelatin được sử dụng làm chất tạo gel, tạo xốp, làm chậm quá trình tan kẹo trong miệng với tỷ lệ 2 – 7%

Trong CNSX rượu, bia và nước hoa quả, gelatin sử dụng làm chất làm trong Gelatin có khả năng hấp thụ nước gấp 5 ÷ 10 lần thể tích của nó nên được sử dụng trong CNSX đồ hộp thịt để tránh hiện tượng rỉ nước Đối với các sản phẩm thịt có hàm lượng nước và hàm lượng chất béo cao rất dễ xảy ra hiện tượng tách nước, tách béo ảnh hưởng đến cấu trúc sản phẩm Gelatin giúp liên kết nước, làm bền hệ nhũ tương, tạo cấu trúc đồng nhất

1.7.2 Trong công nghiệp dược phẩm

Gelatin là thành phần của viên ngậm, thuốc đạn, dung dịch đẳng trương chứa từ 0,5-0,77% gelatin hoặc là thành phần của một loại thuốc sát trùng được sử dụng như nước mắt nhân tạo Gelatin còn được ứng dụng làm viên bao nang trong dược phẩm Viên bao nang gồm 2 loại: vỏ cứng và vỏ mềm Với viên bao cứng, sử dụng gelatin có độ bloom cao và độ nhớt của dung dịch giúp điều chỉnh độ dày của thành viên bao Viên bao nang mềm sử dụng gelatin có độ bloom thấp hơn, thông thường từ 150-200 và có bổ sung chất hóa dẻo (sorbitol, propylenglycol, saccharose và thường gặp nhất là glycerine)

Ngoài ra, trong nha khoa, gelatin còn có trong thành phần của bọt biển sử dụng để thấm và cầm máu

1.7.3 Trong công nghiệp nhiếp ảnh

Gelatin được sử dụng trong nhiếp ảnh với 3 chức năng:

- Tác nhân liên kết.

- Tạo ra nhũ tương trong đó gelatin hút nước, tạo thành dung dịch khi gia

nhiệt và chuyển thành dạng gel khi làm nguội, sau khi chiết hết nước hình thành một trạng thái bền

- Thể tích trương nở của gelatin bảo đảm cho các phản ứng hóa học diễn ra

trong suốt quá trình tráng phim

Gelatin được dùng như thực phẩm, không có giới hạn sử dụng vì các lý do:

- Nguyên liệu sản xuất gelatin có nguồn gốc từ động vật phải được bác sỹ

thú y kiểm tra và đảm bảo

- Nguồn gốc của các nguyên liệu thô phải được đảm bảo theo tiêu chuẩn

ISO 9000

- Quy trình sản xuất gelatin phải được đảm bảo vệ sinh, độ tinh sạch cao.

Tổ chức sức khoẻ thế giới WHO kết luận gelatin là an toàn cho sức khoẻ

1.9 Tiêu chuẩn sản phẩm

Tiêu chuẩn gelatin ứng dụng trong các ngành

1.9.1 Gelatin ứng dụng trong thực phẩm

Bảng 1.4 Tiêu chuẩn gelatin ứng dụng trong thực phẩm.

Độ bền gel (6,67%)

Thông số

120bloom

100-140bloom

120-150-170bloom

190bloom

170-210bloom

190-230bloom

210-260bloom

10

SVTH:Trần Lưỡng Đại

1.9.2 Gelatin ứng dụng trong dược phẩm

Bảng 1.5 Tiêu chuẩn gelatin ứng dụng trong dược phẩm.

Độ bền gel (6,67%)

Thông số

150-170Bloom

170-190Bloom

190-210Bloom

210-230Bloom

230-250Bloom

1.9.3 Gelatin ứng dụng trong công nghiệp

Bảng 1.6 Tiêu chuẩn gelatin ứng dụng trong công nghiệp.

Độ bền gel (Bloom/12,5%)

Thông số

260Bloom

240-290Bloom

260-310Bloom

290-330Bloom

310-360Bloom

Tiêu chuẩn của gelatin theo phương pháp trích ly

1.1 Gelatin loại A (trích ly theo phương pháp acid)

Bảng 1.7 Tiêu chuẩn gelatin loại A.

1.2 Gelatin loại B (trích ly theo phương pháp base)

Bảng 1.8 Tiêu chuẩn gelatin loại B.

2 Nguyên liệu da cá sản xuất Gelatin

2.1 Cá tra

Họ cá tra có tên khoa học là Pangasiidae phân bố tương đối rộng ở khu vực

Tây Nam Á Cá tra được biết đến là loài cá ăn tạp Trong tự nhiên, cá tra ăn được mùn bã hữu cơ, rễ cây thủy sinh, rau quả, các loài cá tạp nhỏ, tôm tép, cua, và các loại côn trùng có sẵn trong môi trường sống

Pangasius taeniurus (Cá bông lau)

(Cá tra nghệ)

Hình 1.3 Hình ảnh một số loài trong giống cá Tra ở Việt Nam.

Ở nước ta hiện nay, cá Tra đang được coi là loại cá nuôi có năng suất cao nhất trong nghề nuôi trồng thủy sản, năng suất trung bình khoảng 30 – 45 tấn/ha

2.2 Da cá

Nguyên liệu để trích ly gelatin trong bài nghiên cứu này là da cá Da cá chủ yếu thu nhận dưới dạng phế phẩm trong quy trình chế biến fillet cá

2.2.1 Công nghiệp chế biến cá da trơn

Trong chế biến công nghiệp, cá Tra thường được chế biến dạng fillet đông lạnh phục vụ chủ yếu cho thị trường xuất khẩu Ngoài sản phẩm fillet cá đông lạnh, các sản phẩm khác chế biến từ cá Tra có mặt trên thị trường rất ít, một phần do quy trình kỹ thuật chưa được hoàn thiện và một phần khác là do nhu cầu của thị trường Các sản phẩm mới có thể dùng trong chế biến cá Tra cũng như cá Basa:

- Dạng món ăn gia đình chế biến sẵn: cá kho tộ, đồ hộp fillet sốt cà, cà chua

dồn…

- Dạng món ăn tự chế biến: fillet, cá cắt khoanh, đầu cá, bao tử cá, chả cá…

- Dạng sản phẩm khô: cá nguyên con sấy khô, fillet hun khói, chà bông, khô

cá ăn liền, cá Tra phồng…

Kiểm tra vi sinh Làm sạch Cấp đông

Đóng gói, bảo quản

Sản phẩm Fillet

Da

Fillet

Sấy khô Nghiền

Sản phẩm bột cá

Mỡ cá Phần rắn

Phụ phẩm

Sơ chế và làm sạch

Nấu

Đầu xương, thịt vụn, mỡ dư

Mỡ cá

Phụ phẩ m

Hình 1.1 Qui trình chế biến các sản phẩm từ cá da trơn.

Trong các quy trình công nghệ chế biến cá da trơn, tỷ lệ thịt fillet của cá Basa chỉ chiếm 24,11%, còn lại 75,89% là phụ phẩm Tương tự với cá Tra thịt fillet là 39,31%, còn lại 60,69% là phụ phẩm, trong đó nguyên liệu dùng để sản xuất gelatin là da cá chiếm khoảng 5 – 6% Nếu so với sản lượng cá hàng năm thì số lượng phụ phẩm hàng năm thải ra là một con số vô cùng lớn

Bảng 1.9 Tổng sản lượng cá hàng năm.

3000 tấn, trong đó cá fillet chỉ chiếm chưa tới 1200 tấn, còn lại hơn 1800 tấn là phụ phẩm với sản lượng da cá thải ra chiếm khoảng 150 tấn/ngày Như vậy vấn đề đang đặt ra hiện nay là ta phải sử dụng phần phụ phẩm này sao cho có hiệu quả, mang lại lợi ích kinh tế, không ô nhiễm môi trường, tạo thêm nhiều việc làm cho người lao động, góp phần nâng cao và phát triển ngành công nghiệp nước ta, và thực hiện mục tiêu nâng tổng sản lượng cá tra và basa năm 2010 là 1 triệu tấn, đạt kim ngạch xuất khẩu 800 triệu USD mà Bộ Thủy Sản đề ra Hiện nay (2007) sản lượng hai công ty lớn của An Giang là AGIFISH đạt gần 300000 tấn nguyên liệu/ngày, và Cty TNHH Nam Việt đạt 500 tấn/ngày, nếu cộng thêm nhà máy ở Cần Thơ là 500 tấn/ngày, thì đây là điều kiện hết sức thuận lợi cho việc tập trung phụ phẩm da cá để sản xuất gelatin công nghiệp.

2.3 Đặc điểm cấu tạo của da cá

Da cá là một trong các nguyên liệu được dùng để chế biến gelatin Da cá có thể chia làm ba lớp: lớp trong, lớp giữa và lớp ngoài Lớp trong chủ yếu là lipid và thịt vụn còn sót, lớp giữa có thành phần chủ yếu là collagen, còn lớp ngoài thì thành phần chủ yếu là các protein tạp (như albumin, globulin,…), sắc tố và chất khoáng Tính chất và hàm lượng của chúng có ảnh hưởng rất lớn đến qui trình sản xuất và phẩm chất của gelatin

2.3.1 Các loại protein tạp

Da cá có thành phần chủ yếu là collagen, ngoài ra còn có các protein tạp như albumin, globulin, chất béo và chất khoáng… Tính chất và hàm lượng của chúng có ảnh hưởng rất lớn đến qui trình sản xuất và phẩm chất của gelatin

khâu ngâm nước nguyên liệu, đại bộ phận có thể khử đi.

 Globultin

Không tan trong nước mà tan trong dung dịch muối trung tính (8% - 18% NaCl) tan trong dung dịch acid loãng và kiềm loãng Lúc đun nóng dễ đông đặc hơn albumin

 Mucin và mucoid

Là một trong những thành phần cấu tạo thành niêm dịch Chúng đều hòa tan trong dung dịch kiềm loãng Giữa hai chất này rất khó phân biệt, nói chung trong dung dịch loãng, khi cho acid vào thì mucin kết tủa tách ra, còn mucoid không kết tủa Trong nước chúng đều nở ra và hòa tan trong dung dịch muối loãng, nhưng không tan trong muối bão hòa

Đối với acid nó tương đối ổn định là vì liên kết disulfit của nó không bị acid thủy phân Keratin có thể bị phá hủy trong môi trường kiềm tại liên kết disulfit của nó

 Elastin

Trong tổ chức mô liên kết của nguyên liệu da còn có elastin, nhưng cho tới nay việc nghiên cứu elastin còn rất ít Những tính chất đã được xác định là elastin tương đối ổn định trong môi trường acid, kiềm, không tan trong nước Trong quá trình trích ly gelatin, nó có ảnh hưởng nhất định, nhưng có lợi cho quá trình

2.3.2 Các thành phần khác

 Chất béo

Sự tồn tại của chất béo ảnh hưởng xấu đến chất lượng của gelatin Do đó trong quá trình chế biến gelatin phải tìm cách khử nó đi bằng cách rửa sạch nhiều lần với nước ấm và nước lạnh hoặc ngâm vôi (môi trường kiềm)

 Khoáng

Chủ yếu là phosphate calci (Ca3(PO4)2) và carbonat canci (CaCO3) Sự tồn tại của chúng làm cho chất lượng của gelatin giảm xuống Do đó trước lúc trích ly phải khử bằng cách ngâm acid (chủ yếu là HCl) để nó phân giải và khử đi

- Glycine (Gly) chiếm số lượng lớn, khoảng 33%.

- Proline (Pro) và hydroxyproline (Hyp) cũng có một tỉ lệ khá lớn, khoảng

22%

- Hydroxylysine (Hyl) chiếm khoảng 1%.

Đơn vị cơ bản của collagen là tropocollagen, gồm 3 chuỗi α liên kết nhau tạo thành những sợi nhỏ

20

SVTH:Trần Lưỡng Đại

Hình 1.2 Tropocollagen

Các phân tử tropocollagen sẽ liên kết ngang với nhau theo kiểu cộng hóa trị Loại liên kết này không thông dụng, thường chỉ có ở collagen hay các chất dẻo

Hình 1.3 Liên kết ngang giữa các phân tử tropocollagen

Nhờ các liên kết ngang này, các phân tử tropocollagen hình thành nên sợi collagen Các sợi collagen rất dài và mảnh, chúng sắp xếp tạo ra mạng collagen

Hình 1.4 Cấu tạo phân tử collagen

Sự sắp xếp khác nhau của các chuỗi α đã hình thành nên cấu trúc xoắn bậc ba phức tạp khác nhau của các loại collagen

2.4.2 Tính chất của collagen

2.4.2.1 Tác dụng với nước

Collagen không hòa tan trong nước mà nó hút nước để nở ra, cứ 100g Collagen khô có thể hút được khoảng 200g nước, trong đó khoảng 70g là nước liên kết và 20g là liên kết vững chắc Collagen kết hợp với nước nở ra trong nước, độ dày tăng lên chừng 25% nhưng độ dài tăng lên không đáng kể, tổng thể tích của phân tử collagen tăng lên 2 – 3 lần

Do nước phân cực tác dụng lên liên kết hydro trong liên kết phối trí của collagen làm giảm tính vững chắc của sợi gelatin từ 3 – 4 lần Khi nhiệt độ tăng lên cao, tính hoạt động của mạch polypeptide tăng mạnh, làm cho mạch bị yếu và bắt đầu đứt thành những mạch polypeptide tương đối nhỏ Khi nhiệt độ tăng lên trong khoảng 60 – 650C collagen hút nước bị phân giải Nhiệt độ phân giải của collagen trong nguyên liệu chưa xử lý tương đối cao Khi nguyên liệu đã khử hết chất khoáng, thì nhiệt độ phân giải sẽ giảm xuống

22

SVTH:Trần Lưỡng Đại

2.4.2.2 Tác dụng với acid và kiềm

Collagen có thể tác động với acid và kiềm, do trên mạch của collagen có gốc carboxyl và amin Hai gốc này quyết định hai tính chất của nó Trong điều kiện có acid tồn tại, ion của nó tác dụng với gốc amin, điện tích trên carboxyl bị ức chế (hình thành acid yếu có độ ion hóa thấp) Trái lại gốc amin bị ion hóa tạo NH3+.Môi trường H+

Môi trường OH

-Trong điều kiện có nước, nước có thể tác dụng với nhóm gốc có mang điện trong kết cấu protide và những ion Na+, Cl- hình thành tác dụng hợp nước phụ của collagen, khiến collagen trong môi trường acid, kiềm có độ hút nước cao hơn trong nước nguyên chất

Ngoài ra acid và kiềm có thể làm cho collagen biến đổi như sau

- Cắt đứt mạch muối (liên kết giữa –NH3+…COO-) làm đứt mạch peptide trong mạch chính

- Làm đứt liên kết hydrogen giữa gốc –CO…NH– của mạch xung quanh nó.

- Làm acid amin bị phân hủy giải phóng amoniac.

NH3 +

…Cl

COOHNH

3 +

…Cl-

-Cùng với những biến đổi đó, điểm đẳng điện của collagen hạ xuống thấp, (vì những biến đổi đó mang tính chất thủy phân làm cho các nhóm gốc có tính hoạt động tăng lên nhiều).

Acid và kiềm đều có thể phân hủy collagen, nhưng sự phân hủy của collagen cho tới nay vẫn chưa có khái niệm chính xác Để biểu thị sự biến đổi chính xác của collagen dưới tác dụng của acid, kiềm nói chung đều dùng độ keo phân giải làm chỉ tiêu Độ keo phân giải là chỉ keo sinh thành sản phẩm có thể tan trong nước (thường là trong điều kiện đun nóng), những sản phẩm này dưới nồng độ tương ứng tiến hành làm lạnh có thể biến thành keo

Theo kết quả nghiên cứu tác dụng của vôi đối với collagen có thể làm tăng độ phân giải của nó rất mạnh, trong điều kiện nhiệt độ thường thời gian dài có thể xúc tiến sự phân giải của collagen (tùy độ phân giải của nó rất thấp) lúc nhiệt độ tăng lên hoặc xử lý bằng kiềm thì độ phân giải tăng lên

Collagen phân giải biến thành gelatin, căn cứ vào giả thuyết của Hofmeister phản ứng sẽ tiến hành như sau:

2.4.2.3 Các tính chất khác của collagen

Collagen trong dung dịch muối trung tính cùng với gốc –COOH và –NH2 tạo thành các hợp chất muối Tác dụng phân giải collagen của NaCl so với Na2SO4

mạnh hơn (độ điện ly của NaCl lớn hơn)

Nhiều thực nghiệm cho thấy rằng tác dụng của trypsine đối với collagen đã xử lý (như đun nóng, ngâm acid, kiềm, muối, tác dụng của pepsine, tác dụng cơ học…) thì nó có tác dụng phân giải, với điều kiện thích hợp nhất là nhiệt độ 370C, pH = 8,1 – 8,2

24

SVTH:Trần Lưỡng Đại

t0 ;xt

t0