Tổng quan tài liệu về gelatin và ứng dụng của nó trong công nghệ thực phẩm 3

ĐẶT VẤN ĐỀ Việt Nam là quốc gia có tiềm năng xuất khẩu thủy sản rất lớn. Năm 2006, tổng sản lượng cá tra, cá basa của các tỉnh ĐBSCL 825.000 tấn. Đầu năm 2008, đạt 1 triệu tấn, chủ yếu là mặt hàng cá cá phi lê. Tại các nhà máy chế biến thủy sản, cá tươi được lóc hai miếng phi lê để chế biến xuất khẩu. Phần còn lại chiếm 60% gồm da, xương, đầu bụng, mỡ, ruột, kỳ vi… Như vậy, sẽ có khoảng 600.000 tấn phụ phẩm sau xuất khẩu cần được xử lý. Hiện nay mỡ cá được nghiên cứu ứng dụng làm biodesel hoặc xuất thô sang Trung Quốc, các phần còn lại được sản xuất thành bột cá làm thức ăn cho gia súc.Ngoài ra, nghành giết mỗ và chế biến gia súc, gia cầm ở Việt Nam cũng đã thải ra một lượng phế phẩm khá lớn mà trong đó cũng chủ yếu là da và xương. Nếu như phế phẩm của các nghành công nghiệp này chỉ được chế biên thành bột thức ăn gia súc hay các dạng sản phẩm thô, giá trị thấp khác thì hiệu quả kinh tế mang lại không cao hoặc nếu như loại bỏ hẳn thì phải tốn thêm chi phí cho cho việc xử lý chất thải.Trong khi thành phần chính trong da, xương là collagen có rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp mỹ phẩm, dược phẩm và y học và gần đây được ứng dụng khá nhiều trong công nghệ thực phẩm. 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. Đồ án công nghệ với đề tài “ Tổng quan tài liệu về gelatin và ứng dụng của nó trong công nghệ thực phẩm” sẽ cung cấp một cái nhìn cụ thể hơn về tính chất và ứng dụng của loại protein này.

Đ T V N Đ ẶT VẤN ĐỀ ẤN ĐỀ Ề

Việt Nam là quốc gia có tiềm năng xuất khẩu thủy sản rất lớn Năm 2006,tổng sản lượng cá tra, cá basa của các tỉnh ĐBSCL 825.000 tấn Đầu năm 2008, đạt

1 triệu tấn, chủ yếu là mặt hàng cá cá phi lê Tại các nhà máy chế biến thủy sản, cátươi được lóc hai miếng phi lê để chế biến xuất khẩu Phần còn lại chiếm 60% gồm

da, xương, đầu bụng, mỡ, ruột, kỳ vi… Như vậy, sẽ có khoảng 600.000 tấn phụphẩm sau xuất khẩu cần được xử lý Hiện nay mỡ cá được nghiên cứu ứng dụnglàm biodesel hoặc xuất thô sang Trung Quốc, các phần còn lại được sản xuất thànhbột cá làm thức ăn cho gia súc.Ngoài ra, nghành giết mỗ và chế biến gia súc, giacầm ở Việt Nam cũng đã thải ra một lượng phế phẩm khá lớn mà trong đó cũng chủyếu là da và xương Nếu như phế phẩm của các nghành công nghiệp này chỉ đượcchế biên thành bột thức ăn gia súc hay các dạng sản phẩm thô, giá trị thấp khác thìhiệu quả kinh tế mang lại không cao hoặc nếu như loại bỏ hẳn thì phải tốn thêm chiphí cho cho việc xử lý chất thải.Trong khi thành phần chính trong da, xương làcollagen có rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp mỹ phẩm, dược phẩm và y học

và gần đây được ứng dụng khá nhiều trong công nghệ thực phẩm

Trong công nghiệp thực phẩm, gelatin là một trong những loại keo ưa nướchoặc 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 chỗtrong 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 ngoạitrừ tryptophane Hiện nay, lượng gelatin được sản xuất hàng năm trên thế giới ướctính khoảng 2000 tấn và lượng gelatin sử dụng trong thực phẩm mỗi năm tăngkhoảng 3%, chủ yếu trong sản xuất bánh kẹo và thực phẩm năng lượng thấp

Đồ án công nghệ với đề tài “ Tổng quan tài liệu về gelatin và ứng dụng của

nó trong công nghệ thực phẩm” sẽ cung cấp một cái nhìn cụ thể hơn về tính chất vàứng dụng của loại protein này

CH ƯƠNG 1 NG 1 GI I THI U CHUNG V GELATIN ỚI THIỆU CHUNG VỀ GELATIN ỆU CHUNG VỀ GELATIN Ề

Giới thiệu về collagen- nguồn nguyên liệu sản xuất gelatin

1.1.1. Định nghĩa và chức năng collagen

Colagen và elastine là 2 protein chiếm trên 50% protein có trong xương, da,gân, sụn và hệ thống tim mạch Nó là protein hình sợi đàn hồi được Do đó bảo vệ

cơ chống lại sự kéo căng Tropocolagen là đơn vị cơ sở của collagen có hình trụ( dài gần 30nm, đường kính 1,5 nm) do 3 chuỗi polypeptide cuốn lại thành xoắn ốckép với bước là 0,9nm Trong mỗi chuỗi polypeptide có các đoạn cấu trúc (Gly-X-Y)n lặp lại nhiều lần Trong đó n bằng 5 hoặc bằng 6,X : proteinoline/hidroproteinoline; Y: alanine/hidroproteinoline

Xen giữa các đoạn cấu trúc này là các vùng có cực Các gốc glycin ( chiếm 33% tổng lượng acid amin ) thường nằm trong xoắn ốc kép 3,còn các acid amin thìnằm ngoài xoắn ốc này Do đó có thể tương tác giữa các phân tử collagen đàn hồiđược là do các cầu đồng hóa trị giữa nhóm ɛ- NH2 của gốc hydrolysine và chứcandehyt của lysine hoặc gốc hydroxyllysine nằm ở phần không xoắn ốc

Ở động vật non các cầu đồng hóa trị nối các phân tử tropocolagen với nhautương đối không bền nên dễ dàng bị phá hủy bởi pH, nhiệt độ và tác nhân biên tính.Ngược lại ở động vật già các cầu này thường thay thế bởi các cầu khác bền hơn nênlàm tăng độ cứng của thịt

Trong quá trình chin của thịt,collagen chỉ bị biến đổi chút ít Trong quá trình

xử lý nhiệt độ trong môi trường ẩm, các sợi collagen co lại sau đó bị gelatin hóa khi

ở nhiệt độ cao.Trên 800C collagen bị hòa tan hay bị getin hóa do các sợi bị phân ly

và xoắn ốc kép 3 bị duỗi ra, phân tử bị thủy phân từng phần

Ở trạng thái tự nhiên, collagen bị peptine và colagenase thủy phân sau khibiến tính mới bị tripsine, chimotripsine, cacbonxypeptydase thủy phân

Trong quá trình gia nhiệt độ tới 500C, phân tử bị co ngắn 1/3 Khi đến 610C,gần ½ số sợi collagen bị co Khi nhiệt độ lên đến 1000C, collagen bị thủy phân vàtạo ra gelatin

Ngoài chức năng tự nhiên của nó trong cơ thể, collagen có cũng được sửdụng trong các ứng dụng kỹ thuật và y tế như là một mô hình sinh lý bề mặt chonuôi cấy tế bào, cấy ghép sinh học và chỉ đạo sự phát triển của tế bào.

1.1.2. Cấu tạo hóa học và hình dáng phân tử collagen

Collagen cấu thành nên khoảng 30% protein người, một tỉ lệ tương tự đượctìm thấy ở các loài động vật khác Phân tử collagen có cấu tạo xoắn ốc bậc ba, là sựlặp lại của chuỗi (Gly – X – Y), có các thành phần sau:

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

 Proline (Pro) và hydroxyproline (Hyp) cũng có một tỉ lệ khá lớn, khoảng22%

 Hydroxylysine (Hyl) chiếm khoảng 1%

Đơn vị cơ bản của collagen là tropocollagen, gồm 3 chuỗi  liên kết nhau tạothành những sợi nhỏ

Tropocollagen

Hình 1 Cấu tạo phân tử tropocollagenCác 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 2 Liên kết ngang giữa các phân tử tropocollagenNhờ các liên kết ngang này, các phân tử tropocollagen hình thành nên sợicollagen Các sợi collagen rất dài và mảnh, chúng sắp xếp tạo ra mạng collagen.

Hình 3 Cấu tạo phân tử collagen

Sự sắp xếp khác nhau của các chuỗi  đã hình thành nên cấu trúc xoắn bậc baphức tạp khác nhau của các loại collagen

1.1.3 Tính chất collagen

1.1.3.1 Tác dụng với nước

+ Collagen không hòa tan trong nước mà nó hút nước để nở ra, cứ 100gCollagen khô có thể hút được khoảng 200g nước, trong đó khoảng 70g là nước liênkết 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 củacollagen làm giảm tính vững chắc của sợi gelatin từ 3 – 4 lần Khi nhiệt độ tăng lêncao, tính hoạt động của mạch polypeptide tăng mạnh, làm cho mạch bị yếu và bắtđầu đứt thành những mạch polypeptide tương đối nhỏ Khi nhiệt độ tăng lên trongkhoảng 60 – 650C collagen hút nước bị phân giải Nhiệt độ phân giải của collagentrong nguyên liệu chưa xử lý tương đối cao Khi nguyên liệu đã khử hết chấtkhoáng, thì nhiệt độ phân giải sẽ giảm xuống

1.1.3.2 Tác dụng với acid và kiềm

+ Do trên mạch của collagen có gốc carboxyl và amin nên có thể tác dụngđược với acid và kiềm

+ Trong điều kiện có acid tồn tại, ion của nó tác dụng với gốc amin, điện tíchtrên 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 điệntrong kết cấu protide và những ion Na+, Cl- hình thành tác dụng hợp nước phụ củacollagen, khiến collagen trong môi trường acid, kiềm có độ hút nước cao hơn trongnước 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 peptidetrong 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.

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

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

NH

3 +

…Cl

COO H NH

3 +

…Cl

-NH 3 + …Cl -

-COO NH 3 + + H

C102H149N31O38 + H2O C102H151N31O39

Lúc xử lý ở nhiệt độ cao trong nước, keo dễ tiếp tục thủy phân thành:

C102 H151N31 O39 + 2H2O C55 H85 N17O22 + C47 H70O19 +7N2

(Gelstose) (Gletone)

Từ đó thấy rằng trong quá trình trích ly gelatin cần thiết phải khống chế nhiệt

độ và thời gian thích hợp để đảm bảo chất lượng của gelatin

1.1.3.3 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 cơhọc…) thì nó có tác dụng phân giải, với điều kiện thích hợp nhất là nhiệt độ 370C,

1.3 Lịch sử phát triển các ứng dụng của gelatin

Thời kì 1800–1865

t 0

Trong giai đoạn đầu này, gelatine được sản xuất với mục đích ăn và được ápdụng với một số tư nhân hoặc các doanh nghiệp nhỏ trên một quy mô bán thươngmại.Tuy nhiên, một số nhà sản xuất keo nhỏ đã tồn tại và nhìn thấy khả năng thayđổi sản xuất của họ để sản xuất gelatine.

+ Pháp

Sản xuất đầu tiên của gelatine quy mô công nghiệp của công ty Coignet đượcbáo cáo vào năm 1818 Ngay sau đó, họ đã mua keo hơn nữa và các nhàmáy nhỏ gelatine ở Pháp và Bỉ và cũng bắt đầu xuất khẩu

G

iai đoạn 1901-1914

Đây là giai đoạn tăng trưởng nhanh chóng cho ngành công nghiệp gelatin TạiPháp, cả Coignet và Rousselot phát triển doanh nghiệp của họ rất thành công G

iai đoạn 1915-1918

Chiến tranh thế giới thứ nhất đã có một tác động rất tiêu cực đến sản xuấtgelatin Châu Âu nhập khẩu nguyên liệu giảm, các tiện ích khan hiếm, và sảnxuất giảm ở Đức vào năm 1918 khoảng 1/3của mức bình thường Các nhà máy ở

Bỉ cũng đã ngừng sản xuất trong chiến tranh Nhưng ở Pháp, các nhà máyPháp, các nhà máy CoignetIsle-sur-Sorgue mở rộng, và rất sớm (năm 1918) đã lợidụng nhu cầu thị trường Chủ yếu thị trường sản xuất gelatin ứng dụng trong lĩnhvực nhiếp ảnh đã được phát triển liên quan đến tầm quan trọng của việc sử dụngquân sự của nhiếp ảnh

vụ cho mục đích chụp ảnh vì tầm quan trọng quân sự của mình, hầu hết các nhà máy khác ở lục địa châu Âu đã đóng cửa.

1.4 Cấu tạo gelatin

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

Hình 4: Cấu trúc Gly – X – Y thường gặp của gelatinGelatin chứa nhiều nhóm glycine, proline và 4-hydroxyproline Cấu trúc cơbản của chuỗi gelatin là: – Ala – Gly – Pro – Arg – Gly – Glu – Hyp – Gly – Pro

Hình 5 Cấu trúc cơ bản của gelatin

Cấu trúc bậc 2: tổ hợp của 3 chuỗi polypeptide xoắn lại theo hình xoắn ốc.

Cấu trúc bậc 3: chuỗi xoắn đó tự xoắn quanh nó, tạo nên cấu trúc phân tửdạng dây 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 còncác nhóm không mang điện tích là các nhóm hydroxyl (serine, threonine,hydroxyproline, hydroxylysine, tyrosine) và các nhóm peptide (-CO-NH-) quy địnhkhả năng tạo liên kết hydro, quy định cấu trúc phân tử.

1.5 Thành phần gelatin

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

Bảng 1.5.1 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

8 – 90,7 – 1

6 – 7

11 – 120,8 – 1,2

Hình 5 Thành phần phần trăm acid amin của gelatin.

Bảng 1.5.2 Tỷ lệ và thành phần các acid amin trong gelatin sản xuất từ da và xương

Có rất nhiều cách để phân loại gelatin tùy thuộc vào phương pháp sản xuất,nguyên liệu, đặc tính sản phẩm… sau đây là vài cách phân loại cơ bản:

1.6.1. Phân loại dựa theo nguồn gốc nguyên liệu

Dựa vào nguồn gốc nguyên liệu để sản xuất ra gelatin, người ta chia gelatinthành hai loại:

 Gelatin 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…

1.6.2. Phân loại dựa theo phương pháp sản xuất

Dựa vào phương pháp sản xuất ra gelatin, người ta chia gelatin thành hailoại:

 Gelatin loại A: quá trình sản xuất xử lý bằng acid, dùng khi sản xuất gelatin

đi từ da heo

 Gelatin loại B: quá trình sản xuất xử lý bằng kiềm, dùng khi sản xuất gelatin

đi từ da bò và xương gia súc

1.6.3. Phân loại dựa vào hình dáng bên ngoài

Dựa vào hình dáng bên ngoài, người ta chia gelatin thành hai loại:

 Gelatin dạng hạt

Hình 6 Gelatin dạng hạt

 Gelatin dạng tấm

Hình 7 Gelatin dạng tấm Phân loại dựa theo cấu trúc phân tử

Có 3 loại:

+ Là gelatin mất khả năng tạo gel khi bị thủy phân thành các polypeptitmạch ngắn

+ Các sản phẩm thủy phân này được tạo ra bằng cách sử dụng enzym thựchiện quá trình thủy phân, sau đó tiệt trùng, cô đặc và cuối cùng là sấy phun

Ứng dụng:

 Là 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 trìnhtạo hạt mà không làm biến đổi các tính chất vật lí, hóa học của hạt, chấttạo bọt…

 Gelatin ester hoá:

+ Gelatin ester hoá bởi các acid béo, giúp cải thiện khả năng tạo nhũ, mởrộng chức năng sinh học của acid béo (một số acid béo không thể bổ sung trựctiếp 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 củagelatin 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 kếtnội phân tử rất yếu nên nước có thể dễ dàng xâm nhập vào cấu trúc phân tửvới 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

CH ƯƠNG 1 NG 2 NGUYÊN LI U VÀ PH ỆU CHUNG VỀ GELATIN ƯƠNG 1 NG PHÁP S N XU T ẢN XUẤT ẤN ĐỀ

GELATIN

2.1 Nguyên liệu sản xuất gelatin

Nguyên liệu để sản xuất gelatin bao gồm:

 Nguyên liệu có nguồn gốc từ động vật có vú: da và xương động vật là nguồnnguyên liệu đầu tiên để sản xuất gelatin thương mại Hiện nay nguồn nguyênliệu này vẫn đóng vai trò chính của ngành công nghiệp sản xuất gelatin

 Da heo: có thể sử dụng ở dạng tươi, đông lạnh để sản xuất gelatin Daheo được cung cấp bởi các nhà sản xuất thịt

 Da chưa thuộc: trong công nghiệp chế biến da, da chưa thuộc đượcbảo quản bằng muối hoặc canxi hydroxit để giữ trạng thái tươi cho đếnkhi chúng được sử dụng trong quy trình sản xuất gelatin

 Mẩu xương: trong quy trình sản xuất thịt thì xương là sản phẩm phụ vàđược sử dụng để sản xuất gelatin Tuy nhiên trước khi được sử dụng

nó phải trải qua quá trình tiền xử lý nghiêm ngặt Bước đầu tiên làxương được cắt ra thành từng khúc dài khoảng từ 510mm Sau đó làcông đoạn xử lý tẩy nhớt bằng nước nóng, sấy khô và phân loại Cácmẩu xương này sẽ được lưu trữ trong các silo cho đến khi được đưavào sử dụng

 Ossein: là các mẫu xương qua quá trình khử khoáng Quá trình khửkhoáng sử dụng acid HCL loãng được tiến hành ở nhiệt độ thấp trongvài ngày sử dụng dòng chảy ngược để loại khỏi xương các phần chứaphosphate

 Nguyên liệu có nguồn gốc từ cá: da cá và bong bóng cá gần đây được quantâm để sản xuất gelatin Mặc dù chất lượng gelatin thu được từ nguồnnguyên liệu này là chưa ổn định nhưng đây là nguồn nguyên liệu giàu tiềmnăng trong tương lai

Hình 2.1 Tỉ lệ nguyên liệu dùng sản xuất gelatin năm 2006

Với:

Da heo : 144300 tấn

Da bò chưa thuộc : 89500 tấn

Xương : 76300 tấn

Loại khác :4900 tấn

2.2 Nguyên tắc sản xuất gelatin

Gelatin được sản xuất từ những nguyên liệu giàu collagen Thông qua các quátrình xử lý (bằng acid, kiềm, hoặc enzym kết hợp với nhiệt độ) các liên kết ngangtrong sợi collagen bị phân cách thành từng phần nhỏ, sau đó là sự duỗi thẳng mạchgiúp tạo thành gelatin hòa tan Quá trình thủy phân sẽ tạo ra:

 3 chuỗi alpha tự do

 1 chuỗi beta và 1 chuỗi alpha độc lập

 1 chuỗi gamma

Sự khác biệt giữa các chuỗi alpha, beta và gama là trọng lượng phân tử củachúng Chuỗi alpha=80000125000đvc, chuỗi beta=160000250000đvc, chuỗigamma=240000375000đvc

2.3 Sự thay đổi cấu trúc từ collagen sang gelatin

+ Một trong những thay đổi đáng chú ý từ collagen sang gelatin là sự thủyphân nhóm amide của asparagine và glutamine Sự chuyển đổi này làm tăng cácphần acid aspartic và glutamic trong gelatin

+ Trong quá trình sản xuất gelatin từ da heo (gelatin loại A) thì da heo được

xử lý trong môi trường acid loãng và thời gian ngắn do đó mà chỉ có một lượng nhỏnhóm amid bị loại bỏ cùng với sự tăng nhẹ lượng acid Gelatin loại B được sảnxuất qua quá trình xử lý kiềm khắc nghiệt hơn và thời gian tiến hành cũng dài hơn

do đó mà quá trình thủy phân nhóm amide của asparagine và glutamine trở nên triệt

để hơn Chính điều này giải thích sự khác biệt về điểm đẳng điện của gelatin loại A

và gelatin loại B

Hình 2.2 Sự thuỷ phân nhóm amid của collagen trong quá trình

chuyển sang gelatin

2.4 Phương pháp sản xuất gelatin trong công nghiệp

Hiện nay có hai quy trình khác nhau được sử dụng để sản xuất gelatin theoquy mô công nghiệp, hai quy trình này khác nhau về phương thức sử dụng để phântách mối liên kết collagen Quy trình được sử dụng sẽ ảnh hưởng đến những đặctính chính của sản phẩm gelatin thu được Nhìn chung quá trình sản xuất gelatin sẽbao gồm các bước cơ bản sau:

 Tiền xử lý nguyên liệu thô

2.4.1 Tiền xử lý nguyên liệu thô

Quá trình tiền xử lý sẽ giúp chuyển đổi collagen thành dạng thích hợp cho quátrình trích ly Mục đích của quá trình này:

+ Bẽ gãy các liên kết ngang cộng hóa trị của collagen để giải phóng ra nhữngchuỗi alpha tư do

+ Loại bỏ những thành phần hữu cơ khác như máu, đường, chất nhầy…rong

có trong nguyên liệu

Hiệu quả của quá trình xử lý collagen liên quan đến tỷ lệ liên kết ngang cótrong nguyên liệu Quá trình xử lý bằng acid ít có tác động đến các liên kết trongcollagen hơn so với dùng phương pháp kiềm nên thường được dùng cho da heo hayossein- các loại collagen còn trẻ, chưa trưởng thành Dựa vào phương pháp tiền xử

lý này mà người ta phân loại gelatin thành 2 loại: gelatin loại A (dùng phương phápacid), gelatin loại B (dùng phương pháp kiềm)

 Quá trình xử lý bằng acid

Heo thường được giết mổ ở độ tuổi tương đối trẻ khoảng 5- 7 tháng (khác vớinhiều loại gia súc khác) do đó ở da heo mức độ liên kết ngang chưa cao và da heođược xem là nguyên liệu thích hợp nhất để áp dụng phương pháp xử lý bằng acid.Acid sulfuric và acid clohydric thường được dùng, ngoài ra còn kết hợp với acidphotphoric nhằm làm chậm quá trình tạo màu

 Ưu điểm : Thời gian xử lý nhanh

 Nhược điểm :Ảnh hưởng đến mùi và hương vị của sản phẩm cuối cùngTiến hành: nguyên liệu sau khi xử lý sạch được đem ngâm vào dung dịch acidnồng độ không quá 5% Giá trị pH nằm trong khoảng 3,54,5, nhiệt độ tối thích là

15oC Quá trình xử lý bằng acid sẽ ngừng lại khi nguyên liệu đã được acid hoá hoàntoàn hay trương nở tối đa Sau đó lượng acid dư được tháo bỏ và nguyên liệu đượcđem rửa bằng nước lạnh

Sau khi xử lý bằng acid cần tăng pH lên khoảng 2-4 bằng cách tăng thêm chấtkiềm.Tiếp đó đưa da ngâm vào nước trong thời gian 24h Tỷ lệ độ săn chắc geltrong quá trình khai thác tiếp theo được quy định bởi độ pH và thời gian khai thác/

sử dụng nhiệt độ.Cả 2 yếu tố đó đề ảnh hưởng đến tốc độ khai thác.Vì vậy các nhàsản xuất phải tìm ra tỉ lệ tối ưu giữa việc khai thác nhanh chóng và hóa chất khôngmong muốn

Hình 2.3 Sự phụ thuộc giữa số lượng gelatin chiết xuất vào pH và nhiệt độ

Hình 2.4 Miếng da heo tươi để sản xuất gelatin

Quá trình xử lí bằng kiềm thường được dùng cho da bò, ossein

Tiến hành :Nguyên liệu được ngâm trong dung dịch kiềm trong vài tuần ởnhiệt độ môi trường Vôi là tác nhân phổ biến nhất, khá yếu, không làm tổn thấtnguyên liệu vì quá trình thuỷ phân quá mạnh Tuy nhiên, phản ứng xảy ra chậm,kéo dài đến 8 tuần hay hơn mới kết thúc Hỗn hợp gồm 3% vôi với lượng ít CaCl2

hay NaOH sẽ cho kết quả tốt hơn Nếu dùng NaOH thì quá trình xử lí sẽ kéo dàikhoảng 1014 ngày Quá trình này giúp làm phá vỡ các liên kết ngang trongcollagen và hình thành nên collagen tan được trong nước, đồng thời loại bỏ tạp chấtgiúp quá trình trích ly được thuận lợi hơn

Sau khi xử lý bằng dung dịch kiềm,vật liệu được rửa kiềm bằng dung dịchacid Hầu hết các muối trung tính được sản xuất trong quá trình này, sau đó về cơbản loại bỏ bằng cách rửa nhiều.

Ưu điểm : Sự có mặt của Ca(OH)2 sẽ giúp cân bằng sự khác biệt nhấtđịnh giữa các thành phần trong nguyên liệu thô.Từ đó giúp cho năng suất cao hơn

Nhược điểm : Nếu dùng với một lượng kiềm lớn thì collagen sẽ hòa tan trong

nước lạnh, năng suất giảm đi

Hình 2.5 Da bò cắt nhỏ chuẩn bị cho quá trình khai thác gelatin B

2.4.2 Quá trình trích ly

Dùng nước ấm trích ly nhằm rửa sạch các chất hoá học đã dùng trong quátrình tiền xử lý và tiếp tục làm đứt hẳn các liên kết trong nguyên liệu, hình thànhcác phân tử gelatin

Thông thường nhiệt độ trích ly khoảng 55900C, có thể trích ly nhiều lần đểtăng hiệu suất trích ly nhưng không được quá nhiều lần vì sẽ làm giảm chất lượngcủa gelatin (thường từ 24 lần, thời gian trích ly sau dài hơn lần trích ly trước)

2.4.3 Quá trình tinh sạch

Dịch trích ly được lọc qua cát lọc để tách huyền phù (lipid, sợi collagen chưathuỷ phân) sau đó qua cột trao đổi ion hay lọc tinh để tách muối vô cơ và chỉnh pH

về 5  5,8

Đối với các loại trọng lượng phân tử thấp của gelatine, nhà sản xuất có thể

sử dụng kỹ thuật màng vi lọc hiện đại thay vì máy ly tâm và các bộ lọc Với kíchthước lỗ chân lông khoảng 1 micron, hầu hết các phân tử gelatine tuyến

tính có thể đi qua màng, trong khi các hạt hình cầu chất béo hoặc chất rắn được giữ trở lại.(những thành phần này không thích hợp để sản xuất gelatin

Hình 2.6 Màng vi lọc ở nhà máy lọc gelatine trọng lượng phân tử thấp

2.4.4 Quá trình cô đặc

Thiết bị thường dùng là thiết bị cô đặc dạng màng rơi, tuần hoàn hay các thiết

bị bay hơi lớp mỏng , thực hiện trong điều kiện chân không với nhiệt độ vừa đủ đểtránh hiện tượng thoái hóa hoặc thay đổi tính chất vật lý của gelatin.Quá trình nàytiến hành ở nhiệt độ 520C hoặc trong khoảng 50-1000C tùy thuộc vào thiết bị côđặc Nước sau khi cô đặc được ngưng tụ được dùng để tái chế, tái sử dụng như làm

vệ sinh cho thiết bị.Nồng độ cuối cùng được điều chỉnh thong qua thiết bị bay hơi,kích thước trong đó.Tùy thuộc vào từng loại gelatin mà nồng độ gelatin khoảng50% là đạt được yêu cầu Dung dịch sau cô đặc có độ nhớt cao được đưa qua lướilọc để khử sạch lại

2.4.5 Quá trình sấy

Trước khi sấy, dung dịch gelatin đã được cô đặc sẽ đem tiệt trùng nhanh ở

1400C rồi làm lạnh nhanh tạo dạng gel Gel gelatin được đưa qua thiết bị sấy liêntục sử dụng không khí nóng 32600C (nhiệt độ không khí được giữ ổn định) rồi tạohình theo yêu cầu

Trong suốt quá trình sấy, hàm lượng nước được loại bỏ bởi sử dụng lọc,không khí tách ẩm và tiêu diệt vi sinh vật Bởi vì điểm nóng chảy thấp, gelatinkhông thể được sấy khô bằng cách sử dụng trực tiếp không khí ấm áp.Do đó, banđầu, độ ẩm tương đối của không khí khô là 10-15% Nhiệt độ không khí ban đầu là

khoảng 300 C, và sẽ dần tăng lên theo mức độ khô của các gelatine.Lúc này khôngkhí sẽ hấp thụ nước là sẽ làm khô gelatin.Đến cuối của quá trình, không khí vàokhoảng khí 600 C, có độ ẩm cao.Trước khi sẵn sàng cho việc lưu trữ trunggian, gelatin được nghiền và xay đến một kích thước rất nhỏ.

Ngoài ra, có thể dùng phương pháp sấy phun nhằm tránh thay đổi tính chấtcủa gelatin

Hình 2.7 Gelatin được đẩy từ trao đổi nhiệt trong hình dạng “mì sợi”sang thiết bị băng tải máy sấy

CH ƯƠNG 1 NG 3 Đ C TÍNH KỸ THU T GELATIN ẶT VẤN ĐỀ ẬT GELATIN

Khi gelatin được ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau, các đặctính kỹ thuật của gelatin là yếu tố được quan tâm hàng đầu Các đặc tính này ảnh