Luận văn công nghệ thực phẩm Nghiên cứu phương pháp xử lí da cá thu nhận collagen

Luận văn tốt nghiệp Lời mở đầu Ngày nay đời sống ngày càng nâng cao, nhu cầu làm đẹp càng trở nên phổ biến hơn. Con người theo năm tháng phải già đi, làn da dễ bị lão hóa , vì thế để giữ được vẻ đẹp, sự căng mịn của làn da người ta sử dụng một loại protein có tính năng đàn hồi, giúp duy trì làn da trẻ mãi theo năm tháng, protein có tính năng kì diệu đó chính là collagen. Hiện nay collagen trở thành một protein được nghiên cứu phổ biến để bổ sung vào các thành phần kem dưỡng da, hay để chữa trị các vết bỏng… Collagen được chiết xuất từ nhiều nguồn động thực vật khác nhau và theo những nghiên cứu mới nhất thì collagen được chiết xuất từ da cá là tương thích với da người hơn. Không giống với những loại collagen thu được từ những phương pháp trước đây, collagen từ cá được hấp thụ hoàn toàn trên da người. Cá sống trong phạm vi rộng lớn với các điều kiện về nhiệt độ, độ sâu và áp suất khác nhau. Điều này có nghĩa là collagen trích từ da cá có một sức chống chịu đặc biệt với các phá hủy lý và hóa học. Ở Việt Nam chúng ta nổi bật là nghề nuôi trồng, khai thác và chế biến các loài cá da trơn ở các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long với hai đối tượng thủy sản nước ngọt chính yếu là cá tra và cá basa. Tổng sản lượng cá da trơn ở khu vực này trong năm 2004 đạt khoảng 200.000 tấn và theo dự kiến của Bộ thủy sản từ năm 2005 đến 2010 sẽ nâng tổng sản lượng lên 500.000 tấn/năm. Với sản lượng khai thác và chế biến lớn như vậy, có thể thấy lượng phế phụ liệu (chiếm khoảng 50 - 60% nguyên liệu) thải ra trong quá trình chế biến là rất lớn. Vì vậy đã có nhiều nghiên cứu cho việc tận thu nguồn phế liệu cá da trơn, và đặc biệt ở đây ta chú ý tới nguồn phế liệu da cá trơn để nghiên cứu trong công nghệ sản xuất collagen bởi vì da cá có chứa khá cao hàm lượng collagen. Vấn đề đặt ra ở đây là da cá có lẫn khá nhiều tạp chất, đặc biệt là màu và mùi là những thành phần rất khó loại bỏ, là một trong những vấn đề khó khăn để chiết và thu collagen tinh khiết. Vì thế để có thể thu được collagen tinh khiết, để đỡ tốn công trong quá trình chiết cũng như tinh sạch collagen về sau ta tiến hành nghiên cứu phương pháp rửa loại những phần phi collagen ra khỏi da cá. Do đó, ”Nghiên cứu phương pháp xử lí da cá thu nhận collagen” là đề tài nhằm giải quyết một vấn đề làm tiền đề cho quá trình chiết và tinh sạch collagen về sau. Mặc dù chúng tôi đã tập trung nghiên cứu nhưng do thời gian và năng lực có hạn, những kết quả đạt được mới chỉ là những khảo sát ban đầu. Chúng tôi mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn. i Luận văn tốt nghiệp MỤC LỤC Chương 1 - TỔNG QUAN 1 1.1 CẤU TẠO CỦA DA CÁ 1 1.1.1 Giải phẫu và chức phận của da cá: 2 1.1.2 Thành phần hóa học của da: 3 Các loại protein tạp 3 Các thành phần khác 5 1.2 KHÁI QUÁT VỀ COLLAGEN [2] 5 1.2.1 Cấu tạo của collagen 8 1.2.2 Phân loại collagen 17 1.2.3 Ứng dụng của collagen 20 1.3 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ DA CÁ ĐỂ THU NHẬN COLLAGEN 26 1.3.1 Một số phương pháp phân loại những phần phi collagen 26 1.3.2 Những nghiên cứu về collagen ở Việt Nam và trên thế giới 30 1.3.3 So sánh collagen từ cá và collagen từ các loại gia súc 31 Chương 2 - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33 2.1 MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI: 33 2.2 NGUYÊN LIỆU - HÓA CHẤT – DỤNG CỤ: 33 2.2.1 Nguồn nguyên liệu 33 2.2.2 Hóa chất: 33 2.2.3 Dụng cụ - thiết bị 34 2.3 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 34 2.3.1 Phương pháp thí nghiệm: 34 ii Luận văn tốt nghiệp 2.3.2 Phương pháp phân tích 35 2.3.3 Quy trình nghiên cứu: 47 2.3.4 Đánh giá nguyên liệu 49 2.3.5 Các thông số khảo sát trong quá trình thí nghiệm 49 Chương 3 - KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 51 3.1 ĐÁNH GIÁ NGUỒN NGUYÊN LIỆU 51 3.1.1 Khảo sát các thành phần của da cá tra 51 3.1.2 Nhận xét trên nguồn nguyên liệu 51 3.2 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH LOẠI LIPID 52 3.2.1 Nồng độ LASNa và NaOH 52 3.2.2 Nồng độ NaCl 54 3.2.3 Đánh giá quy trình loại béo 56 3.3 KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH TẨY MÀU 58 3.3.1 Nồng độ NaOH và thời gian tẩy màu 58 3.3.2 Nồng độ H2O2 và thời gian tẩy màu 61 3.3.3 Tỉ lệ da/dung dịch 63 3.3.4 Đánh giá quá trình tẩy màu: 65 3.4 HÀM LƯỢNG COLLAGEN TRONG DA CÁ 66 3.5 Nhận xét trên quy trình thí nghiệm 68 3.5 Đánh giá da cá đã xử lí: 70 Chương 4 - KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 71 4.1 KẾT LUẬN 71 4.2 KIẾN NGHỊ 71 DANH MỤC BẢNG iii Luận văn tốt nghiệp Bảng 1.1 – Sự phân bố các amino acid trong chuỗi polypeptide 8 Bảng 1.2 – Kết cấu chuỗi và sự phân bố của các loại collagen trong cơ thể người [1] 19 Bảng 3.3 – Thành phần da cá tra nguyên liệu 51 Bảng 3.4 – Các phương pháp xử lý da cá 56 Bảng 3.5 – Hàm lượng (%) lipid & tro của da 56 Bảng 3.6 – Đường chuẩn của độ hấp thu theo nồng độ của hydroxyproline 66 Bảng 3.7 – Hàm lượng (%) collagen trong da cá (Phụ lục) 67 Bảng 3.8 – So sánh kết quả xử lý của 2 phương pháp 68 Bảng 3.9 – Thành phần da sau xử lý 70 iv Luận văn tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH Chương 1 -TỔNG QUAN 1 Hình 1.1- Hình dạng cá tra (Pangasius hypophthalmus) 1 Hình 1.2 – Cấu tạo da cá 2 Hình 1.3 – Vị trí của collagen trong da 6 Hình 1.4 – Các liên kết sợi ở collagen 7 Hình 1.5 – Cấu trúc của phân tử collagen (triple helix) 9 Hình 1.6 – Cấu trúc của procollagen và sự chuyển từ procollagen sang tropocollagen 10 Hình 1.7 – Sự hình thành các liên kết ngang 10 Hình 1.8 – Cấu trúc bậc 2 của collagen 11 Hình 1.9 – Cấu trúc bậc 3 của collagen 12 Hình 1.10 – Cấu trúc bậc 4 của collagen 12 Hình 1.11 – Cấu trúc sợi của collagen 13 Hình 1.12 – Quá trình tổ hợp tạo sợi của các phân tử collagen 14 Hình 1.13 – Sự sắp xếp của phân tử collagen trong một sợi 15 Hình 1.14 – Hình ảnh của bó sợi (a) và sợi (b) collagen 16 Hình 1.15 – Một vài dạng sinh học của collagen 18 Hình 1.16 – Keo dán collagen 20 Hình 1.17 – Collagen áp dụng trong việc điều trị vết bỏng 22 Hình 1.18 – Bột collagen sản xuất từ da và vảy cá 25 Hình 1.19 – Collagen dạng gel 26 Hình 1.20 – Quy trình xử lý da của Gudmundsson và Hafsteinsson 28 v Luận văn tốt nghiệp Hình 1.21 – Đồ thị so sánh khả năng hấp thụ vào máu của collagen trích ly từ cá và tự lợn 32 Hình 2.22 – Máy xác định ẩm bằn tia hồng ngoại 36 Hình 2.23 – Không gian màu CIELAB 42 Hình 2.24 – Không gian màu CIELCH 44 Hình 2.25 – Quy trình nghiên cứu xử lý da cá tra bằng muối 48 Hình 3.26 – Biểu đồ biểu thị ảnh hưởng của nồng độ LASNa va NôH lên quá trình loại lipid từ da cá 53 Hình 3.27 – Biểu đồ biểu thị ảnh hưởng của nồng độ NaCl lên quá trình loại lipid từ da cá 55 Hình 3.28 – Đồ thị biểu thị ảnh hưởng của nồng độ NaOH và thời gian lên quá trình tẩy màu 60 Hình 3.29 – Đồ thị biểu thị ảnh hưởng của nồng độ H2O2 và thời gian lên quá trình tẩy màu 63 Hình 3.30 – Đồ thị biểu thị ảnh hưởng của tỉ lệ da/dung dịch lên quá trình tẩy màu 65 Hình 3.31 – Đồ thị biểu diễn đường chuẩn của độ hấp thụ theo nồng độ hydroxyproline 67 Hình 3.32 – Quy trình sản xuất collagen từ da cá 69 vi Luận văn tốt nghiệp DANH MỤC MỘT SỐ THUẬT NGỮ VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii Chương 1 – Tổng quan Chương 1 - TỔNG QUAN 1.1 CẤU TẠO CỦA DA CÁ Họ cá tra (Pangasiidae) bao gồm một số loài cá có kích thước lớn, phân bố khá rộng từ Tây Nam Á đến Đông Nam Á. Họ cá tra hiện nay có 2 giống: Pangasiidae (gồm 15 loài) và Helicophagus (có 2 loài được phát hiện). Tên tiếng Anh của cá tra: Shutchi catfish Tên khoa học của cá tra: Pangasius hypothalamus (Sauvage, 1878). Cá tra được xếp vào nhóm cá da trơn và được phân loại theo hệ thống như sau : giống Pangasiidae, họ Pangasius, bộ Siluriformes, lớp Actinopterygii, ngành Chordata, giới Animalia. Hình 1.1- Hình dạng cá tra (Pangasius hypophthalmus) Theo Tyson Roborts và Chavalit Vidthayamon (1991) có khoảng 20 loài trong giống cá tra được tìm thấy ở Châu Á., riêng ở Việt Nam có 9 loài thuộc giống này (Mai Đinh Yến, 1992) 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. Với một năng suất lớn như vậy nhưng tỉ lệ thịt fillet của cá Tra thịt fillet là 39,3% thì lượng phụ phẩm là cực kỳ lớn. Để giải quyết vấn đề này, người ta sử dụng da cá để sản xuất collagen, gelatine và nguyên liệu dùng để sản xuất collagen và gelatine từ da cá chiếm khoảng 5 – 6%. 1 Chương 1 – Tổng quan 1.1.1 Giải phẫu và chức phận của da cá: Da là một màng mô dai mềm dẻo che phủ toàn bộ cơ thể, là cơ quan có diện tích rộng nhất của cơ thể. Da có tổ chức cấu tạo khá phức tạp, gồm 3 lớp: lớp biểu bì, tuyến dịch và lớp bì kết hợp chặt chẽ với nhau. Hình 1.2 – Cấu tạo da cá  Lớp biểu bì (Epidermis) Lớp biểu bì là lớp ngoài cùng của da, là một lớp mỏng được làm từ những tế bào sống. Epidermis là một lớp da ngoài trên bề mặt, hình thành nên một màng nhầy không bào. - Chức năng của lớp biểu bì: Lớp biểu bì có chức năng bảo vệ cơ thể chống những ảnh hưởng có hại của môi trường bên ngoài, chống lại sự xâm nhập của vi khuẩn đồng thời tạo thành một hàng rào sinh học cách điện và nhiệt, giữ nước cho cơ thể. Nếu mất lớp biểu bì sự mất nước qua da sẽ tăng nhiều lần hơn so với bình thường.  Tuyến dịch (Epidermal Glands): Tuyến dịch bao gồm dịch nhày và những tế bào hình hạt - Dịch nhầy: Cấu tạo từ nước nhày glycoprotein và những dạng khác nhau bao gồm cả dịch gelatine. 2 Chương 1 – Tổng quan - Tế bào hạt: lớp này chứa nhiều mạch máu, cơ và tế bào, đa phần khó loại bỏ được. Hình thành bởi những hợp chất hữu cơ dạng alkaloid (chất độc) và những nguyên tố hóa học khác.  Lớp bì (Dermis): Đây là phần da có thành phần chính là collagen quy định đặc điểm cấu trúc của da. Những sợi collagen phân bố trong những sợi bundles. Tất cả nằm trong mạng lưới nội bào. Những sợi bundles đan dệt với nhau làm cho da có khả năng co dãn hai chiều. Hạ bì là một lớp mô liên kết-mỡ, dạng sợi đặc điểm: - Lớp collagen nghiêng đều 45 0 C so với trục cơ thể. - Sắp thành từng lớp, hình thành nên dạng xoắn ốc như gỗ dán, gia tăng độ bền. - Chống lại lực mà lớp da biến dạng gây ra và có tác dụng như một đầu máy kéo  Các bộ phận khác: • Placoid (Dermal Denticles): - Giảm trọng lượng cơ thể, gia tăng sự mềm dẻo, cải thiện tính linh hoạt cho cơ thể. - Một số cấu tạo có thể làm giảm đến mức tối thiểu những ảnh hưởng do các dao động trong nước tác động đến cơ thể. • Rhomboid (Ganoid/Cosmoid): - Ngoài chức năng bảo vệ cơ thể, rhomboid còn giữ vai trò duy trì mức độ giới hạn giữa tính mềm dẻo và cứng nhắc của cơ thể. • Elasmoid (Cycloid & ctenoid): - Điều tiết tỉ lệ cũng như khoảng cách gối lên nhau của các lớp vảy để đảm bảo tính linh hoạt cho cơ thể cá. - Những tế bào này có trọng lượng rất nhẹ, giúp giảm trọng lượng cho cơ thể cá. - Chúng cũng có chức năng bảo vệ. 1.1.2 Thành phần hóa học của da:  Các loại protein tạp Da cá có thành phần chủ yếu là collagen, ngoài ra còn có các chất 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.  Albumin 3 [...]... da cá để loại phần phi collagen khỏi da cá, - dưới ảnh hưởng của muối da cá đồng thời được tẩy nhờn và khử mùi Bước 2: Loại muối và các phần phi collagen khỏi da, đặc biệt là loại chất béo và khử mùi 28 Chương 1 – Tổng quan - Bước 3: Da sau khi xử lí sẽ được đem đi chiết để thu được collagen Phương pháp sử dụng muối được dùng hiệu quả trong quá trình loại các phần phi collagen từ da, đó là phương pháp. .. như màu, mùi, chất béo và một số các thành phần khác để công đoạn chiết về sau trở nên dễ dàng và collagen thu được tinh khiết Đó cũng là nội dung nghiên cứu của đề tài này 1.3 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ DA CÁ ĐỂ THU NHẬN COLLAGEN 1.3.1 Một số phương pháp phân loại những phần phi collagen 1.3.1.1 Phương pháp theo Nagai và Suzuki [6] - Nguyên liệu: 26 Chương 1 – Tổng quan Cá ocellate puffer (T rubripes)... mùi: Ngâm da cá trên trong dd NaCl 10%, nhiệt độ phòng (250C), trong 24h Ngâm da cá trong dung dịch Na0H 0.01 M có H2O2 1% Tỉ lệ da/ dung dịch: 100g/1l 27 Chương 1 – Tổng quan Hình 1.20 – Quy trình xử lý da của Gudmundsson và Hafsteinsson Da sau khi xử lí sẽ được chiết trong acid acetic trong 3 ngày để thu được collagen 1.3.1.3 Phương pháp dùng muối [8] Trộn lẫn muối với da cá, sau đó để da cá có lẫn... của tế bào da bằng cách kết hợp với các mô liên kết trong da để cải thiện cấu trúc và tính đàn hồi  Các dạng collagen thu được từ da cá • Collagen dạng bột Hình 1.18 – Bột collagen sản xuất từ da và vảy cá Bột collagen từ da và vảy cá biển (marine fish collagen powder): là loại bột trắng, không mùi, tan hoàn toàn trong nước ở nhiệt độ phòng, tạo thành dung dịch trong suốt; được hấp thụ một cách dễ dàng,... Yamaguchi Prefecture, Nhật Da được loại ra, sau đó cắt thành từng miếng nhỏ, và tồn trữ ở -250C cho đến lúc sử dụng - Phương pháp: Collagen được xử lý theo phương pháp của Nagai và Suzuki (2000a) Tất cả các bước được tiến hành ở nhiệt độ 4 0C Da được xử lý với NaOH 0.1N để loại những phần protein phi collagen và các sắc tố, sau đó được rửa với nước cất và làm khô lạnh Da lạnh khô được xử lý với rượu butylic... mĩ quan tâm Collagen ngày càng được nghiên cứu nhiều hơn, nhu cầu sử dụng nhiều hơn Vì vậy mà việc chiết collagen tinh khiết từ các nguồn nguyên liệu ngày càng trở nên phổ biến Ở Việt Nam chúng ta có nguồn phế liệu da cá phong phú rất giàu collagen Muốn tận dụng chúng để chiết collagen thì vấn đề đặt ra là ta phải xử lý da cá như thế nào để có thể loại được hoàn toàn các phần protein phi collagen như... trong thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm và nền công nghiệp phim ảnh Các nhà sản xuất các chất bổ sung dựa trên nền là collagen cho chế độ ăn kiêng khẳng định rằng sản phẩm của họ có thể cải thiện chất lượng làn da, móng tay và sức khỏe xương khớp Theo tiếng Hy Lạp, collagen có nghĩa là “người sản xuất keo hồ”, nói đến quá trình nấu da và gân của ngựa cùng những loài động vật khác để thu được hồ Keo dán collagen. .. lượng lớn collagen Collagen là một polymer tự nhiên, nó được dùng trong phẫu thu t tạo hình như bơm môi, căng da mặt,… Mặc dù không thể hấp thụ qua da nhưng hiện nay collagen đang được dùng làm thành phần chính trong các sản phẩm mỹ phẩm 21 Chương 1 – Tổng quan Hình 1.17 – Collagen áp dụng trong việc điều trị vết bỏng  Collagen dạng sợi Collagen ở dạng sợi được dùng trong việc làm lành các vết thương,... 1.3.1.4 Phương pháp đề nghị [9] Da chứa những phần phi collagen như lipid, chất béo, sắc tố, chất nhờn, protein phi collagen, elastin, và một số thành phần phức tạp khác Có nhiều phương pháp khác nhau được dùng để loại phần phi collagen Một số phương pháp phổ biến sử dụng một hoặc nhiều dung dịch kiềm loãng như Na 2CO3 hoặc NaOH Với phương pháp này, ngoài hiệu quả trong việc loại protein phi collagen. .. Chưa biết Da, xương 19 Chương 1 – Tổng quan Hơn 90% collagen trong cơ thể là các collagen loại I, II, III và IV Những bệnh tật liên quan đến collagen là do sự khuyết tật về gene ảnh hưởng đến sự sinh tổng hợp, sự sắp xếp cũng như các quá trình khác trong sự sản sinh collagen một cách bình thường 1.2.3 Ứng dụng của collagen 1.2.3.1 Ứng dụng trong công nghiệp Nếu collagen bị thủy phân thì các chuỗi polypeptide . khác 5 1.2 KHÁI QUÁT VỀ COLLAGEN [2] 5 1.2.1 Cấu tạo của collagen 8 1.2.2 Phân loại collagen 17 1.2.3 Ứng dụng của collagen 20 1.3 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ DA CÁ ĐỂ THU NHẬN COLLAGEN 26 1.3.1 Một. trí của collagen trong da 6 Hình 1.4 – Các liên kết sợi ở collagen 7 Hình 1.5 – Cấu trúc của phân tử collagen (triple helix) 9 Hình 1.6 – Cấu trúc của procollagen và sự chuyển từ procollagen. sinh học của collagen 18 Hình 1.16 – Keo dán collagen 20 Hình 1.17 – Collagen áp dụng trong việc điều trị vết bỏng 22 Hình 1.18 – Bột collagen sản xuất từ da và vảy cá 25 Hình 1.19 – Collagen dạng