Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách chiết gelatin từ da lợn và ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

Đáp ứng nhu cầu cầu nguyên liệu cho ngành công nghệ thực phẩm, trong các nhà máy sản xuất thịt lợn đóng hộp, nhà máy chế biến các sản phẩm thịt lợn chỉ sử dụng phần thịt và thải bỏ một l

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên ngành : Công nghệ Thực phẩm

Khóa học : 2010- 2014

Thái Nguyên, 2014

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên nghành : Công nghệ thực phẩm

Giảng viên hướng dẫn : ThS Nguyễn Văn Bình

Khoa CNSH&CNTP - Đại học Nông Lâm Thái Nguyên

Thái Nguyên, 2014

trung thực và chưa được sử dụng trước đó Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện khóa luận này đã được cảm ơn và các thông tin được trích dẫn trong khóa luận này đã được ghi rõ nguồn gốc

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2014

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Ngọc

bộ môn Công nghệ Thực phẩm thuộc khoa Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm - Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành tốt được đề tài khóa luận của mình

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Văn Bình, đã hướng dẫn và chỉ dạy tận tình giúp em hoàn thành tốt đề tài và tích lũy vốn kiến thức hữu ích về chuyên ngành trong suốt thời gian qua

Em xin gửi lời cảm ơn đến cán bộ phòng thí nghiệm và tập thể các bạn sinh viên lớp Công nghệ Tthực phẩm k42 đã nhiệt tình giúp đỡ đóng góp ý kiến và tạo điều kiện tốt cho em trong suốt thời gian thực tập vừa qua

Cuối cùng em xin kính chúc quý thầy cô dồi dào sức khỏe và chúc các bạn sinh viên lớp Công nghệ Tthực phẩm k42 bảo vệ thành công khóa luận tốt nghiệp của mình

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái nguyên, ngày tháng năm 2014

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Ngọc

Bảng 2.2 Sự khác biệt cơ bản của 2 loại gelatin 16

Bảng 2.3: khả năng ứng dụng gelatin vào các sản phẩm thực phẩm dựa 17

Bảng 2.4: Khả năng ứng dụng của gelatin trong dược phẩm tùy 18

Bảng 3.1 Một số hóa chất sử dụng trong thí nghiệm nghiên cứu 24

Bảng 3.2 Hệ số chuyển đổi đạm tổng số của một số nguyên liệu 37

Bảng 3.3 Bảng hệ số trọng lượng 38

Bảng 3.4 Bảng thang điểm đánh giá chất lượng cho sản phẩm 38

Bảng 3.5: Bảng cơ sở chấm điểm cảm quan 38

Bảng 4.1 Ảnh hưởng của loại acid xử lý nguyên liệu đến hàm lượng gelatin thu được 40

Bảng 4.2 Ảnh hưởng của nồng độ acid xử lý nguyên liệu 41

đến hàm lượng gelatin thu được 41

Bảng 4.3 ảnh hưởng của tỷ lệ ngâm nguyên liệu 43

acid đến hàm lượng gelatin thu được 43

Bảng 4.4 Ảnh hưởng của thời gian ngâm xử lý nguyên liệu đến hàm lượng gelati thu được 44

Bảng 4.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu: nước trích ly đến hàm lượng gelatin thu được 46

Bảng 4.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly đến khối lượng gelatin thu được 47

Bảng 4.7 Ảnh hưởng của thời gian trích ly đến hàm lượng gelatin thu được 49

Bảng 4.8 Lựa chọn tỷ lệ bổ xung gelatin vào sản phảm chả cá thích hợp 50

Hình 2.3 cấu trúc hóa học phân tử cơ bản của gelatine 10

Hình 2.4: Những nang thuốc có chứa gelatin theo độ Bloom 18

Hình 3.1 Sơ đồ nghiên cứu lựa chọn loại acid xử lý nguyên liệu 26

Hình 3.2 Sơ đồ thực hiện nghiên cứu lựa chọn nồng độ acid dùng trong xử lý nguyên liệu 27

Hình 3.3 Sơ đồ thực hiện nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ ngâm nguyên liệu : acid trong xử lý nguyên liệu 28

Hình 3.4 Sơ đồ thực hiện nghiên cứu lựa chọn thời gian xử lý nguyên liệu bằng acid 29

Hình 3.5 Sơ đồ thực hiện nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ nguyên liệu: nước cất trích ly thích hợp 30

Hình 3.6 Sơ đồ thực hiện nghiên cứu lựa chọn nhiệt độ trích ly 32

Hình 3.7 Sơ đồ thực nghiên cứu lựa chọn thời gian trích ly 33

Hình 3.8: Sơ đồ các bước làm chả cá và bổ xung gelatin 34

Hình 4.1 Đồ thị ảnh hưởng của loại acid xử lý nguyên liệu đến hàm lượng gelatin thu được 40

Hình 4.2 Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ nồng độ acid xử lý nguyên liệu đến hàm lượng gelatin thu được 42

Hình 4.3 biểu đồ ảnh hưởng của tỷ lệ ngâm nguyên liệu : acid đến hàm lượng gelatin thu được 43

Hình 4.4 Biểu đồ ảnh hưởng của thời gian ngâm xử lý nguyên liệu đến hàm lượng gelatin thu được 45

Hình 4.5 biểu đồ ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu : nước trích ly đến hàm lượng gelatin thu được 46

Hình 4.6 Đồ thị ảnh hưởng của nhiệt độ trích ly đến hàm lượng gelatin thu được 48

Hình 4.7 Biểu đồ ảnh hưởng của thời gian trích ly hàm lượng gelatin thu được 49

Hình 4.8: Biểu đồ ảnh hưởng của tỷ lệ bổ xung gelatin đến chất lượng sản phẩm chả cá 51

1.2 Mục đích đề tài 2

1.3 Yêu cầu đề tài 2

1.4 Ý nghĩa của đề tài 2

1.4.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài 2

1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 2

PHẦN 2 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Cơ sở khoa học của đề tài 3

2.1.1 Tổng quan về collagen 3

2.1.1.1 Định nghĩa về collagen 3

2.1.1.2 Thành phần và cấu trúc của collagen 3

2.1.1.3 Tính chất của colagen 5

2.1.2 Tổng quan về Gelatin 6

2.1.2.1 Lịch sử phát triển của ngành sản xuất gelatin 6

2.1.2.2 Định nghĩa và nguồn gốc của Gelatin 7

2.1.2.3 Thành phần và cấu trúc của gelatin. 8

2.1.2.4 Tính chất của gelatin. 10

2.1.2.5 Phân loại gelatin 15

2.1.2.6 Ứng dụng của gelatin 16

2.1.2.7 Phân hạng và kiểm tra. 19

2.1.2.8 Sự chuyển dạng từ collagen sang gelatin. 21

2.2 Tình hình nghiên cứu, sản xuất, và tiêu thụ gelatin 21

2.2.1 Tình hình nghiên cứu gelatin ngoài nước 21

2.2.2 Tình hình nghiên cứu gelatin trong nước 22

PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 24

3.2 Địa điểm và thời gian tiến hành nghiên cứu 24

3.3 Nội dung nghiên cứu. 25

3.4 Phương pháp nghiên cứu 25

3.4.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm 25

3.4.1.1 Thí ngiệm 1: Nghiên cứu lựa chọn loại acid xử lý nguyên liệu 25

3.4.1.2 Thí nghiệm 2: Nghiên cứu lựa chọn nồng độ acid xử lý nguyên liệu. 26

3.4.1.3 Thí nghiệm 3: Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ ngâm nguyên liệu : acid. 27

3.4.1.4 Thí nghiệm 4: Nghiên cứu lựa chọn thời gian xử lý nguyên liệu 28

3.4.1.5 Thí nghiệm 5: Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ collagen : nước cất trích ly 29

3.4.2.6 Thí nghiệm 6: Nghiên cứu lựa chọn nhiệt độ trích ly. 31

3.4.1.7 Thí nghiệm 7: Nghiên cứu lựa chọn thời gian trích ly. 32

3.4.2.8 Thí nghiệm 8: Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ bổ xung gelatin vào thực phẩm 33 3.4.2 Các phương pháp phân tích 34

3.4.2.1 Phương pháp xác định protein tổng số bằng phương pháp kjeldahl 34

3.4.2.2 Phương pháp đánh giá cảm quan 37

3.4.3 Phương pháp xử lý số liệu……… 39

PHẦN 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40

4.1 Kết quả nghiên cứu điều kiện xử lý nguyên liệu 40

4.1.1 Kết quả nghiên cứu lựa chọn loại acid xử lý nguyên liệu 40

4.1.2 Kết quả nghiên cứu lựa chọn nồng độ acid xử lý nguyên liệu 41

4.1.3 Kết quả nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ ngâm nguyên liệu : acid 43

4.1.4 Kết quả nghiên cứu lựa chọn thời gian ngâm xử lý nguyên liệu 44

4.2.1 Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ collagen : nước trích ly 46

4.2.2 Nghiên cứu lựa chọn nhiệt độ trích ly thích hợp 47

4.2.3 Nghiên cứu xác định thời gian trích ly 49

4.3 Nghiên cứu tỷ lệ bổ xung gelatin vào sản phẩm chả cá. 50

PHẦN 1

MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Nông nghiệp là ngành kinh tế trọng điểm của Việt Nam, trong đó nghành chăn nuôi chiếm 30 - 32% tỷ trọng nền nông nghiệp [12] Theo Cục thống kê (2012)

cả nước có hơn 23.500 trang trại chăn nuôi gia súc gia cầm và 4.13 triệu hộ chăn nuôi lợn, sản lượng thịt hơi các loại cả năm 2012 đạt 4,3 triệu tấn trong đó sản lượng thịt lợn hơi đạt 1.9 triệu tấn [11] Đến tháng 10/2013 sản lượng thịt lợn hơi xuất chuồng đã tăng thêm khoảng 2 - 2.5% [12] Đáp ứng nhu cầu cầu nguyên liệu cho ngành công nghệ thực phẩm, trong các nhà máy sản xuất thịt lợn đóng hộp, nhà máy chế biến các sản phẩm thịt lợn chỉ sử dụng phần thịt và thải bỏ một lượng lớn

da, xương và các phế phụ phẩm khác, lượng phế thải này chưa được sử lý sẽ gây ô nhiễm môi trường và gây lãng phí lớn Trong khi đó lượng phế phụ phẩm này là nguồn nguyên liệu để sản xuất gelatin

Gelatin là sản phẩm được thủy phân từ collagen có nguồn gốc tự nhiên từ da,

mô khớp nối, lông động vật [1] Trong thực phẩm, gelatin là một phụ gia có tính an toàn với sức khỏe người sử dụng, gelatin có vai trò quan trọng và ứng dụng nhiều trong quá trình chế biến thực phẩm nhằm ổn định cấu trúc cho sản phẩm, thay thế các phụ gia độc hại như hàn the, polyphosphate…, tăng giá trị dinh dưỡng và giá trị cảm quan cho sản phẩm

Gelatin được sử dụng phổ biến trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, phim ảnh, mỹ phẩm với lượng tiêu thụ hàng năm lên tới 300.000 tấn [2] năm 2012 toàn thế giới tiêu thụ 359.000 tấn gelatin [10] Nhận thấy nhu cầu sử dụng gelatin trên thế giới cũng như ở Việt Nam là rất lớn trong khi nguồn nguyên liệu để sản xuất gelatin ở nước ta lại sẵn có, ổn định, giá rẻ và có tiềm năng phát triển Do đó việc nghiên cứu ra phương pháp sản xuất gelatin từ phế thải của các nhà máy chế biến thịt gia súc gia cầm là hết sức cần thiết vừa đáp ứng nhu cầu sử dụng gelatin vừa mang lại hiệu quả kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường

Xuất phát từ thực tế trên chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu các yếu tố

ảnh hưởng đến quá trình tách chiết gelatin từ da lợn và ứng dụng trong công

nghệ thực phẩm”

- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách chiết gelatin từ da lợn

và ứng dụng trong ngành công nghệ thực phẩm

1.3 Yêu cầu đề tài

Nghiên cứu xác định được các điều kiện xử lý nguyên liệu

Nghiên cứu xác định được các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình trích ly

Nghiên cứu lựa chọn được tỷ lệ bổ sung gelatin vào thực phẩm

1.4 Ý nghĩa của đề tài

1.4.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

pháp nghiên cứu và phân tích tại phòng thí nghiệm

1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

- Tạo ra sản phẩm có giá trị cao và góp phần giảm ô nhiễm môi trường

- Tạo ra chế phẩm gelatin có ứng dụng rộng rãi

- Góp phần làm phong phú phụ gia dùng trong thực phẩm

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Cơ sở khoa học của đề tài

2.1.1 Tổng quan về collagen

2.1.1.1 Định nghĩa về collagen

Chữ collagen bắt nguồn từ chữ Hy Lạp, nó gồm 2 thành tố được Latinh hoá Tiếp đầu ngữ Kolla: colla có nghĩa là chất keo, và tiếp vị ngữ Gennan: gen có nghĩa

là tạo ra Collagen có nghĩa đen là chất tạo keo [6]

Theo từ điển Merriam Webster thì collagen là protein không hòa tan, dạng sợi và tham gia chủ yếu vào thành phần cấu tạo mô liên kết và xương ở động vật có xương sống [8]

Theo các nghiên cứu khoa học, Collagen bản chất của nó là amino acid - là chất đạm - là một loại protein, chiếm tới 25% tổng lượng protein trong cơ thể người

Theo quan điểm y sinh, Collagen là thành phần chính của các mô liên kết, có khả năng đàn hồi và chịu lực rất cao, là thành phần chính của da, gân, xương, dây chằng, sụn và răng trong cơ thể Khi cơ thể thiếu hụt chất này sẽ gây nên những vấn

đề nghiêm trọng cho sức khỏe, Collagen đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển, hàn gắn viết thương, là thành phần hoạt hóa các tiểu cầu trong máu và sự hình thành mạch Thêm vào đó sự phát triển của một số bệnh di truyền được xác định do đột biến trong cấu trúc gen của collagen Những rối loạn trong quá trình tổng hợp hoặc phân giải collagen đều được ghi lại như là nguyên nhân của nhiều căn bệnh phức tạp như viêm khớp, xơ gan, đái tháo đường, ung thư cũng như các bệnh liên quan đến sự lão hóa

Xét về mặt kinh tế, nguồn nguyên liệu giàu collagen dùng để sản xuất ra gelatin - chất có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau

2.1.1.2 Thành phần và cấu trúc của collagen

Collagen là một loại protein rất đặc biệt Cấu trúc của nó được tạo thành từ những amino acid với sự sắp xếp dạng sợi, mặt khác được biết như là protein cứng hình sợi Những sợi này là những chuỗi phân tử dài, chứa đến 19 loại amino acid Thành phần amino acid quan trọng của những sợi này gồm có: prolin, glicin,

protein nào khác

Collagen là một loại protein tương đối đơn giản, gồm có ba chuỗi amino acid riêng biệt xoắn lại với nhau giống như một sợi dây thừng Mỗi sợi collagen được tạo nên từ hàng nghìn amino acid, chủ yếu là hai loại acid amin: glycin và prolin

Đơn vị cấu trúc của nó là tropocollagen bao gồm 3 mạch polypeptide 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 này là 2,9 Å, một vòng xoắn là 3,3 gốc amino acid) Ba chuỗi polypeptide trong “dây cáp” nối với nhau bằng các liên kết hydrogen

Đầu tiên ba sợi của collagen này xoắn lại theo kiểu xoắn ốc xung quanh một sợi hình thành nên một bộ ba Sau đó những bộ ba này bắt với nhau và xoắn chung quanh mỗi bộ ba để hình thành nên một sợi siêu cáp Mỗi sợi này cũng liên kết với nhau bằng các liên kết ngang Sự kết hợp này được gọi là một collagen siêu xoắn Cấu trúc ba chiều phức tạp này quyết định chức năng sinh học của collagen Gần một nửa lượng amino acid của colagen là glycine và alanine Ở những vị trí có liên kết – NH – và = O của glycine và alanine của chuỗi này sẽ liên kết với nhóm –NH –

và = O của chuỗi kia ở vị trí tương ứng bằng liên kết hydro Cứ 3 chuỗi polypeptid

sẽ xoắn ốc lại với nhau tạo thành một chuỗi lớn hơn, đó chính là sợi colagen rất rắn chắc trong mô sống của động vật [4]

Một đặc điểm để phân biệt colagen với các loại protein khác là trình tự các acid amin được sắp xếp trong 3 chuỗi đơn vị của phân tử colagen Một mô hình phổ biến là Gly-X-Pro hoặc Gly-X-Hyp, trong đó X có thể là một phân tử acid amin bất kỳ: Gly-Pro-Hyp là mô hình xuất hiện nhiều nhất

Vì thế, gelatin được thu nhận từ colagen là một mạng lưới phân tử có tính đàn hồi nối với nhau bởi liên kết hydro

Hình 2.1 Cấu trúc Collagen

2.1.1.3 Tính chất của collagen

* Tính chất vật lý

Collagen là một proten không tan trong nước nhưng có khả năng giãn nở

tác động của acid hay kiềm hoặc muối Collagen ẩm đột ngột phồng lên co rút khoảng 1/3 hay 1/4 chiều dài của nó và nếu tiếp tục đun collagen sẽ tiếp tục phân hủy thành gelatin

* Tính chất hóa học

Collagen là chất duy có thể chuyển thành gelatin khi đun sôi với nước nóng

đó là kết quả của sự mở vòng xoắn 3 sợi kèm theo sự phá vỡ liên kết hydro Gelatone và gelatose là sản phẩm phân giải gelatin, tỷ lệ giữa gelatin gelatone và gelatose được quyết định bởi nhiệt độ và thời gian nấu

Collagen bị thủy phân chậm bởi trysin và pepsin, tan trong glycerin, acid acetid, ure nhưng không tan trong nước lạnh khi thêm cồn, muối hoặc aceton đặc biệt là thêm heparin thì chúng có sợi dày và kết tủa lại [4]

- Phản ứng với acid và kiềm :

Trên mạch collagen có các gốc amin và carboxyl nên collagen có tính chất lưỡng tính có thể tác dụng với acid lẫn kiềm

Trong môi trường acid các ion acid sẽ tác dụng với gốc amin, điện tích carboxyl bị ức chế hình thành acid yếu có độ ion hóa thấp Trái lại gốc amin bị ion hóa tạo NH3+

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

Dưới tác dụng của các acid và kiềm đủ mạnh sẽ làm cho collagen bị biến đổi, đây là biến đổi quan trọng trong qua trình chuyển hóa collagen thành gelatin Khi

trong mạch chính, phá vỡ các liên kết giữa các gốc – CO…NH- của mạch xung quanh, phân hủy acid amin trong mạch giải phóng amoniac Khi cấu trúc collagen

bị biến đổi thì pI của collagen hạ xuống thấp

Tác dụng thủy phân của aicd và kiềm tăng khi nhiệt độ môi trường tăng Mức độ thủy phân của acid và kiềm đối với collagen được đánh giá thông qua độ bền gel của gelatin – sản phẩm thủy phân của collagen [6]

Do đó trong quá trình trích ly gelatin cần phải khống chế nhiệt độ và thời gian thích hợp để đảm bảo chất lượng của gelatin thành phẩm

Do nước phân cực tác dụng lên liên kết hydro trong collagen làm giảm tính vững chắc của sợ gelatin từ 3 – 4 lần Khi nhiệt độ tăng lên cao, tính hoạt động của mạch polypeptide tăng mạnh, làm cho mạch bị yếu đi và bắt đầu đứt thành những

bị phân giải [6]

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

2.1.2 Tổng quan về Gelatin

2.1.2.1 Lịch sử phát triển của ngành sản xuất gelatin

Thuật ngữ gelatin có nguồn gốc từ Latin là từ ‘‘gelatus’’ nghĩa là màng hay chất tạo đông Theo các nghiên cứu cho thấy, từ hơn 2000 năm trước đây con người

đã biết sử dụng mô liên kết và các sản phẩm của nó trong chế biến thực phẩm để tạo

Năm 1850, công nghiệp sản xuất gelatin xuất hiện ở Mỹ với nguồn nguyên liệu chính lúc này là da chưa thuộc và xương từ heo và bò Sau đó, nhiều nghiên cứu về gelatin được tiến hành đã làm tăng thêm các ứng dụng và ổn định tính chất của geltin

Năm 1930 ngành sản xuất gelatin ở Châu Âu mới bắt đầu, nhưng sau đó không lâu Châu Âu lại trở thành khu vực sản xuất gelatin quan trọng nhất thế giới

Năm 1973 WHO đã đưa ra tiêu chuẩn nhận biết về độ tinh sạch của gelatin thực phẩm và xem gelatin như một loại thực phẩm chứ không phải phụ gia

Năm 1974, công nghiệp sản xuất gelatin phát triển vô cùng lớn mạnh dẫn đến yêu cầu thành lập Hiệp hội gelatin của Châu Âu (GME) để đại diện cho quyền lợi của các nhà sản xuất cũng như người tiêu dùng gelatin [6]

2.1.2.2 Định nghĩa và nguồn gốc của Gelatin

Hiện nay có nhiều định nghĩa khác nhau về gelatin

Năm 1967, Ramachandran định nghĩa gelatin là một polypeptide có phân tử lớn có nguồn gốc từ collagen – một thành phần protein chính của mô liên kết – có nhiều trong xương, da và nội tạng

Năm 1987, Rose định nghĩa gelatin là từ để chỉ những hợp chất protein có nguồn gốc từ collagen

Năm 1998, Bailey và Paul định nghĩa gelatin về căn bản là protein tinh sạch dùng trong thực phẩm được thu nhận từ collagen đã bị thoái hóa do nhiệt, có cấu trúc như protein động vật

Năm 1990, tổ chức Y khoa của Mỹ (USP – United States Pharmacopeia) định nghĩa gelatin là một sản phẩm của quá trình phân giải collagen có nguồn gốc

từ da, xương của động vật [6]

Theo Hofmeister: Gelatin là sản phẩm của sự thủy phân Collagen bởi nhiệt:

C102H149N31O38+ H2O C102H151N31O39

2.1.2.3 Thành phần và cấu trúc của gelatin

Thành phần hóa học

Thành phần hóa học cơ bản của gelatin bao gồm : 85 – 90% protein, 0.5 – 2

% muối khoáng, 8 – 13 % nước [1]

Gelatin có chứa gần đầy đủ các acid amin, ngoại trừ tryptophan và cysteine, cystine đôi khi chỉ tìm thấy ở dạng vết

Trong gelatin không chứa cholesterol và purines Gelatin chứa nhiều glycine

và proline, hàm lượng của 2 acid amin này trong gelatine cao gấp 10 – 20 lần so với các protein khác

Tỷ lệ giữa các acid amin trong gelatin có thể thay đổi, tỷ lệ này phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu và phương pháp sản xuất

Bảng 2.1 thành phần acid amin thu được khi thủy phân 100g mẫu gelatin [4]

Acid amin Khối lượng (gam)

Cấu trúc của gelatin

Gelatin là một protein tạo bởi axit amin sắp xếp trên một chuỗi đường thẳng

và được liên kết bởi sự kết hợp của hai hay nhiều axit amin, là hỗn hợp dị thể các sợi polypeptid sợi đơn và sợi đa, mỗi sợi có cấu hình proline xoắn ốc bên trái, chứa

Cấu trúc hóa học cơ bản là –Ala-Gly- Pro-Arg-Gly-4Hyp-Gly-Pro

Hình 2.3 cấu trúc hóa học phân tử cơ bản của gelatin

Hầu hết gelatin thương mại có khối lượng phân tử từ 15000 đến 25000 đvc, thường thì gelatin có khối lượng từ 50000 đến 70000 đvc

Gelatin cũng giống như những phân tử protein khác, thành phần cấu trúc chính của gelatin là chuỗi polypeptid lớn và phức tạp với thành phần amino acid giống như collagen.Có 18 loại amino aicd khác nhau: Glycine, Alanine, Valine, Leucine, Isoleucine, Serine, Threaonine, Methionine, Aspartic acid, Glutamic acid, Lysine, Huydroxylysine, Arginine, Histidine, Phenylalanne, Tytrosine, Prolin, Hydroxylproline

Phân tử Gelatin hướng các nhóm hoạt động ra ngoài môi trường, các nhóm như: Carboxyl, Imidazol, Amino, Guadino có thể ion hóa trong nước

Các nhóm không mang điện là các nhóm Hydroxyl (Serine, Threomin, hydroxyproline, hydroxylysine, tyrosine) và các nhóm peptide (-CO-NH-) quy định khả năng tạo liên kết hydro, quy định cấu trúc phân tử [4]

2.1.2.4 Tính chất của gelatin

Tính chất vật lý

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

- Tuy thành phần aicd amin trong gelatin và trong collagen rất giống nhau nhưng gelatin và collagen lại có tính chất rất khác nhau Trong nước nóng (< 50oC),

gelatin sẽ hút nước, trương nở và tạo ra dung dịch nhớt, còn collagen chỉ bị co rút lại Lượng nước gelatine hấp thụ có thể cao gấp 5 – 10 lần khối lượng của gelatin ban đầu Trong dung dịch acid và kiềm, collagen trương nở nhưng không hòa tan, còn gelatin thì hòa tan rất nhanh

- Gelatin có khả năng tan trong các polyol như glycerin, propylen glycol, sorbitol, manitol nhưng không tan trong cồn, aceton, CCl4, benzen, ether và các dung môi hữu cơ khác

- Khi tan trong nước nóng, dung dịch là một hỗn hợp gelatin và gelatose Tỷ

lệ giữa gelatin và gelatose ảnh hưởng đến chất lượng keo, gelatose càng nhiều thì chất lượng càng thấp

- Gelatin sẽ bị kết tủa ở nồng độ cao khi trong dung dịch có sự hiện diện của các muối phosphat, citrat, sulfat ở nồng độ thấp [6]

Tính chất lý hóa:

Độ nhớt

- Độ nhớt là một trong những tính chất quan trọng để đánh giá chất lượng của gelatin thành phẩm

- Độ nhớt của gelatin thương mại thường 2.7 cP, tối đa 3 cP

- Các dung dịch gelatin giống hệt nhau về khả năng tạo gel, thì độ nhớt của gelatin loại B thường cao hơn 30 – 50% độ nhớt của gelatin loại A

- Độ nhớt của gelatin phụ thuộc vào:

Nguồn nguyên liệu: các nguồn nguyên liệu khác nhau sẽ cung cấp các loại collagen khác nhau, trong quá trình phân giải sẽ tạo ra các dung dịch gelatin có sự phân bố khối lượng phân tử khác nhau và thành phần acid amin khác nhau, nên độ nhớt cũng khác nhau

Nồng độ dung dịch: độ nhớt của dung dịch gelatin tăng tỉ lệ thuận với sự tăng nồng độ gelatin Khi nồng độ dung dịch gelatin tăng thì tương tác thủy động học giữa các phân tử tăng làm cho tốc độ chảy của dung dịch giảm do đó độ nhớt của dung dịch tăng

Dung môi: dung môi có ảnh hưởng lớn đến các phân tử gelatin khi dung dịch có nồng độ thấp, ảnh hưởng này giảm khi nồng độ dung dịch tăng lên

pH dung dịch: độ nhớt dịch trích đạt giá trị thấp nhất khi pH = 6 – 8, pH

có ảnh hưởng lớn nhất đến độ nhớt khi pH = 3 hoặc pH = 10.5 và có ảnh hưởng ít

thì độ nhớt càng tăng mạnh

Nhiệt độ: dung dịch có nhiệt độ càng cao thì độ nhớt dung dịch càng thấp Trên 40oC thì độ nhớt giảm tỉ lệ mũ với độ tăng nhiệt độ

Điểm đẳng điện:

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 Và tại

pH này, dung dịch gelatin kém bền nhất, dễ kết tủa, có hàm lượng tối đa các phân tử protein không tích điện

điện tích dương cực đại (do điện tích nhóm amino và guanidino)

caboxyl tích điên âm Điên tích của phân tử ảnh hưởng đến tính chất của gelatin

= 8-9 và gelatin loại B có điểm đẳng điện là 5,2 phụ thuộc vào thời gian xử lý

hưởng đến khả năng ứng dụng của gelatin

và phương pháp sản xuất, ngoài ra còn phụ thuộc vào nồng độ muối trong dung dịch

Khả năng tạo gel:

• Là yếu tố quan trọng đánh giá chất lượng gelatin khi đông Nó được đặc trưng bằng độ Bloom

lên bề mặt gel tạo bởi ống có đường kính 14,7mm để khối gel lún xuống 4mm Khối

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

- Cơ chế tạo gel: gồm 2 giai đoạn

xảy ra khi gelatin được cho vào nước và gia nhiệt ở 45 – 46oC

không gian 3 chiều, giai đoạn sảy ra khi dung dịch gelatin được làm nguội ở 8 –

10oC

- Quá trình chuyển đổi giữa dạng dung dịch và dạng gel có tính thuận nghịch Trong quá trình tạo gel, amino acid của các chuỗi polypeptid tạo một hình thể xoăn ốc khi làm nguội các vòn xoắn này được ổn định nhờ các cầu hydro giữa các nhóm hydroxyl của acid amin và phân tử nước, tạo gel 3 chiều Một đặc điểm quan trọng của gel gelatin là có khả năng tan chảy ở nhiệt độ cơ thể tạo nên cảm giác tan trong miệng đây là một tính chất đặc biệt của gelatin so với các chất có khả năng tạo gel khác và tính chất này giúp gelatin được ứng dụng trong nhiều trong quá trình chế biến thực phẩm

- Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo gel và độ bền gel:

• Nhiệt độ tạo gel: nhiệt độ càng cao thì khả năng khuếch tán của nước

gel Ở nhiệt độ trong khoảng 20 – 30oC, dung dịch gelatin vừa tồn tại ở dạng gel, vừa ở dạng dịch nhớt, vừa dịch lỏng, phụ thuộc vào nhiệt độ và hàm lượng gelatin Nhiệt độ > 35oC, 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 Nhiệt độ gel càng thấp thì gel càng có độ bền càng lớn

• Thời gian tạo gel: thời gian tạo gel còn được gọi là thời gian trưởng thành Thời gian tạo gel càng dài thì các liên kết ngang hình thành càng nhiều và càng ổn định nên độ bền gel sẽ càng lớn

cao thì gel tạo thành có độ bền càng lớn

khả năng khuếch tán nước vào càng cao Tại điểm đẳng điện thì khả năng khuếch tán nước là cao nhất, gelatin trương nở nhanh nhất và khối gel tọa thành có độ bền gel cao nhất Nguyên nhân do ở pI các protein trung hòa về điện, các mạch gelatin

sẽ dễ tiến lại gần nhau tạo liên kết với nhau

phẩm, gelatin thường được dùng phối hợp với các chất khác để làm thay đổi khả năng tạo gel và độ bền gel của khối gel tạo thành theo yêu cầu của sản phẩm, ví dụ: trong dung dịch đường khi nồng độ đường trong hỗn hợp đường – gelatin < 30% thì hỗn hợp có khả năng tạo gel yếu và khi nồng độ hỗn hợp trên tăng > 30% thì hỗn hợp có tính chất của một chất lỏng Trong dung dịch có pectin thì gel tạo thành mềm hơn và ít dai hơn Trong dung dịch có agar thì gelatin tạo gel tốt hơn vì agar đóng vai trò là chất hỗ trợ, chất nền cho quy trình hòa tan gelatin Nhưng khi nồng

độ gelatin quá cao (cao hơn 2,5% ) thì vai trò này bị đảo ngược lại khối gel tạo thành từ hỗn hợp agar – gelatin cứng và bền hơn so với gel tạo thành từ gelatin nhưng lại mềm hơn gel tạo từ agar

Tính hòa tan của gelatin

gelatin và với thời gian là 30 phút, gelatin sẽ hòa tan hoàn toàn tạo thành dung dịch đồng nhất Mức độ hòa tan của gelatin phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ và kích thước phân tử

propylene, glycol, sorbitol…những dung môi này sử dụng để làm giảm độ cứng của các tấm gelatine phim

- Gelatin không tan trong alcohols, acetone, cacbon tetrachloride, benzen, petroleum và hầu hết trong các dung môi hữu cơ không phân cực

Tính ổn định gelatin

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 5-7

và nhiệt độ thấp

dịch gelatin và nó sẽ giảm khi nhiệt độ tăng

- Dung dịch hoặc gel gelatin có tính mẫn cảm với vi khuẩn và các enzym phân hủy protein

Tính đông đặc

đặc phụ thuộc vào hàm lượng proline và hydroproline

- Gelatin có nguồn gốc từ gia súc có nhiệt độ tạo gel cao 30 - 350C

thấp 8 - 100C [6]

2.1.2.5 Phân loại gelatin

* Gelatin được chia làm 2 loại: loại A và B

Gelatin loại A là gelatin được chế biến theo phương pháp acid, tức gelatin có nguồn gốc từ heo Da heo được cạo lông, khử mỡ, ngâm trong acid mạnh như HCl,

H2SO4 hay H3PO4 trong 8 – 30 giờ ở pH 1- 4 để trương nở Da heo đã xử lý acid được rửa nước để loại tạp rồi chiết với nước nóng Phần chiết xuất được lọc qua cột trao đổi ion để loại khoáng và giảm hàm lượng tro, sau đó được cô đặc bằng phương pháp chân không hay siêu lọc đến nồng độ 15 – 35%, chỉnh pH đến 3,5 – 6,

Gelatin loại B là gelatin được chế biến theo phương pháp kiềm, tức là gelatin

có nguồn gốc từ trâu bò, chủ yếu là da và xương Xương được nghiền, nấu ở 80 –

khoáng với HCl 4 – 6% trong 5 – 7 ngày, rửa thật sạch với rất nhiều nước Sau đó, xương được ngâm vào vôi 1 – 4% để chỉnh pH đạt 12 – 12,7 trong vòng 35 – 70 ngày kèm theo khuấy trộn và thay dung dịch vôi hàng tuần để tách hoàn toàn thành phần phần collagen Rửa xương bằng nước với tỉ lệ 50 – 100 kg nước/ kg gelatin

dư và chỉnh pH đến 3, pH cuối của công đoạn rửa là 5 – 7 Gelatin được tách khỏi xương bằng nước nóng không khoáng Để tăng độ tinh khiết, gelatin được đem lọc

và qua cột trao đổi ion, sau đó được cô đặc đến nồng độ 15 – 45 %, chỉnh pH đạt 5 – 7, khử trùng ở 138 – 143oC từ 8–12 giây, để nguội và làm khô bằng không khí nóng trong 1 – 3 giờ Sản xuất gelatin theo công nghệ này có thể mất 20 tuần (Poppe, 1997)

Bảng 2.2 Sự khác biệt cơ bản của 2 loại gelatin [4]

Gelatin cũng được dùng làm tác nhân kết dính hoặc bao phủ trong thịt và thịt đông, thịt hộp, thịt nguội , Gelatin chiếm 1 – 5% giúp giữ hương vị tự nhiên của sản phẩm

Do gelatin tan trong miệng tạo cảm giác ngon miệng nên được sử dụng làm chất thay thế chất béo Gelatin thiếu tryptophan, ít methionine, nhiều lysine, nhưng khi kết hợp với các nguồn cung cấp khác cũng thành protein tốt

Gelatin là thành phần cơ bản để sản xuất kẹo dẻo, kẹo mềm, kẹo nuga Gelatin cung cấp cho sản phẩm độ dẻo và dai, theo thống kế nếu trong kẹo dẻo chứa 1,7 – 2,5 % gelatin giúp ngăn chặn sự kết tinh đường vì vậy giữ cho kẹo mềm và dẻo hơn Các sản phẩm như vỏ kẹo có chứa 0,5 – 1% gelatin có vai trò làm giảm sự tan chảy Trong công nghiệp sản xuất kẹo mứt, gelatin sử dụng làm chất tạo gel, tạo xốp, làm chậm quá trình ta kẹo trong miệng với tỷ lệ 2 – 7%

Sản xuất kem cần gelatin để duy trì nhũ tương bền của các nguyên liệu, ngăn chặn sự mất nước và tạo hình cho cây kem Ngoài ra, trong sản phẩm bơ sữa gelatin đóng vai trò quan trọng trong việc tạo độ mịn, độ sánh cho sản phẩm

Hàm lượng gelatin sử dụng trong các món tráng miệng là 8 – 10% khối lượng khô, trong yogurt là 0,3 – 0,5% với chức năng là chất làm đặc, trong thịt đông

là 2 – 3%, trong bánh mứt là 1,5 – 2,5%

Trong công nghiệp sản xuất rượu bia và nước hoa quả, Gelatin sử dụng làm chất làm trong với tỉ lệ 0,002-0,15%

Gelatin có khả năng hấp thụ nước gấp 5-10 lần thể tích của nó nên được sử dụng trong công nghiệp sản xuất đồ hộp để tránh hiện tượng rỉ nước [8]

Khả năng ứng dụng của gelatin trong thực phẩm theo độ Bloom được minh họa như sau :

Bảng 2.3: khả năng ứng dụng gelatin vào các sản phẩm thực phẩm dựa

Ứng dụng trong công nghiệp dược phẩm

Trong công nghiệp dược phẩm, gelatin được dùng làm vỏ thuốc nhộng cứng

và mềm để bảo vệ dược phẩm không tiếp xúc với ánh sáng và ôxy Thành phần chính của vỏ là gelatin và các tá dược khác như glycerol hay sorbitol, những chất hoạt động bề mặt, chất màu cho phép, hương liệu Gelatin có mặt trong 2 loại nang

* Nang mềm:

Gelatin có độBloom thấp, loại A (150-200g), loại B(125-175g), hay hỗn hợp

A và B Thường có hình viên bi, có hình trứng, hình trụ, hình giọt, hình hạt đậu, dung lượng 0,1 - 0,5g chứa dịch lỏng sánh

Hình 2.4: Những nang thuốc có chứa gelatin

Gelatin có độ Bloom từ vừa đến cao, loại A (240-300g), loại B (200-250g) hay có sự kết hợp giữa A và B Gồm hai mảnh lồng khít vào nhau, hình con nhộng, thành mỏng, kích cỡ 1/40mm, chế tạo bằng máy với quy mô lớn, đựng chất rắn đã nghiền thành bột

Viên thuốc với vỏ bao gelatin đảm bảo cho bệnh nhân có thể nuốt viên thuốc một cách dễ dàng Trong khi việc xử lý khẩn cấp tình trạng giãn nở mạch máu, gelatin thường được sử dụng để thay thế lượng máu mất đi, từ đó sự hoàn trả lượng máu của bệnh nhân sẽ được cân bằng

Gelatin còn được sử dụng làm ra các gạc vô trùng sử dụng trong giải phẫu Gelatin còn là chất bổ sung vào khẩu phần và tăng cường sức khỏe, syro , chất nền cho thuốc mỡ và hồ như kem đánh răng [4]

Bảng 2.4: Khả năng ứng dụng của gelatin trong dược phẩm tùy

Ứng dụng trong kỹ thuật phim ảnh

Nhờ tính chất vật lý và hóa học độc đáo của gelatin mà chất này trở thành một phần quan trọng trong công nghiệp phim ảnh

Nguyên liệu chụp ảnh chứa nhiều lớp gelatin được bao phủ lên phim hoặc giấy

Gelatin vận dụng hơn một trăm năm nay như là chất kết dính, chức năng của gelatin hữu ích trong việc sản xuất phim ảnh

Gelatin mảnh có độ trương phồng cao và nhất là kết dính nhạy sáng giống như tinh thể bạc với hỗn hợp halogen Nó là cơ sở của phim và giấy được sử dụng cho kỹ thuật nhiếp ảnh chuyên và không chuyên, chiếu bóng, chiếu tia X

Ngày nay trong kỹ thuật in thạch bản, dichromate gelatin nhạy sáng được sử dụng Ánh sáng giúp cố định các liên kết của gelatin với sự hiện diện của dichromate và điều này được ứng dụng trong kỹ thuật in nổi

Sự có mặt của gelatin là rất cần thiết trong quá trình sản xuất nhũ, nhũ gelatin có vai trò quyết định bởi vì nó điều khiển quá trình tạo tinh thể của các halogen bạc, độ nhạy hóa học của ảnh ẩn và rất nhiều các nhân tố khác ảnh hưởng đến phim ảnh

Gelatin sử dụng làm phim phải có độ Bloom cao (250-310g)

Gelatin cung cấp cho cơ thể người những amino acid đặc biệt là glycine và proline có tác động ngăn ngừa và tái sinh lên bộ xương, đặc biệt là hệ thống vận động: xương, sụn, gân, dây chằng tốt cho người bệnh về xương và viêm khớp mãn tính Kiểm tra những người mắc bệnh viêm khớp được dùng gelatin thì có hiệu quả tốt trên xương

Gelatin còn là nguồn thực phẩm giàu protein, không cholesterol, không đường, không béo, dễ tiêu hóa và được phá hủy hoàn toàn trong cơ thể người mà hiếm sảy ra dị ứng, gelatin còn có tác dụng giảm lượng muối trong máu, có thể thay thế ở một mức độ nào đó cho các sản phẩm có hàm lượng chất béo cao Vì vậy gelatin được coi là một thực phẩm tốt cho chế độ ăn kiêng [8]

2.1.2.7 Phân hạng và kiểm tra

Gelatin được kiểm tra và phân hạng dựa vào cường độ, các hạng dựa vào Bloom test, số Bloom càng cao thì hạng càng cao và giá càng cao Bloom là lực được tính bằng gram khi dùng piston đường kính 12,5 mm ấn xuống 4 mm vào

C Các keo trên thị trường được phân hạng

từ 32 đến 512g, mẫu càng cứng, số Bloom càng cao [8]

Theo chức năng, độ nhớt của gelatin là thông số quan trọng thứ 2 sau cường

thấp (cường độ gel lớn) cần cho công nghiệp bánh kẹo và độ nhớt cao cần cho công nghiệp phim ảnh

Độ màu và độ đục hay độ trong là những thông số quan trọng hay không quan trọng tùy vào ứng dụng

pH dung dịch (1%) thường ở khoảng 5 nhưng cũng có thể thay đổi đáng kể

Ở pH này, độ nhớt của gelatin loại B đạt tối thiểu và cường độ gel là cực đại Do đó, theo quan điểm của nhà sản xuất, sản xuất gelatin ở pH này là có lợi Tuy nhiên do khả năng đệm tốt của gelatin nên pH này chưa hẳn là tốt nhất cho người sử dụng

Độ ẩm có thể lên đến 16%, thông thường là 10 – 13% vì ở độ ẩm 13%, nhiệt

chế biến dễ dàng hơn Ở độ ẩm 6 – 8%, gelatin có tính hút ẩm cao và khó xác định chính xác tính chất vật lý

lên đến 2,5% có thể chấp nhận được trong công nghiệp thực phẩm Tuy nhiên, bản chất của tro mới quan trọng, ví dụ như 2 % CaSO4 trong gelatin tạo độ trong rất tốt mặc dù vượt quá tích số tan (do hiện tượng biến đổi tinh thể của gelatin), nhưng khi pha loãng gelatin theo công thức làm kẹo, tro tạo tủa Hơn nữa, ammonia thường được sử dụng làm chất thay đổi pH trong các công đoạn chế biến gelatin và các

- SO2:

pháp xác định cho kết quả rất khác nhau Gelatin có khả năng thúc đẩy các phản

gelatin

Cách tốt nhất để xác định điểm đẳng điện của gelatin là cho dung dịch

giờ và đo pH của dòng ra Lưu ý là khi để nguội, gelatin đẳng điện có độ trong kém

và độ dẫn điện trong khoảng 1 và 5 s/cm đối với gelatin loại B

- Vi sinh vật:

Gelatin là dinh dưỡng rất tốt cho hầu hết các vi khuẩn nên quá trình sản xuất phải cẩn thận để tránh bị nhiễm Các vi khuẩn cần được kiểm tra là: Coliforms, E Coli, Salmonella, Clostridial spores, Staphylococci, và Pseudomonades

2.1.2.8 Sự chuyển dạng từ collagen sang gelatin

Sự chuyển đổi collagen thành gelatin là sự chuyển đổi chủ yếu xảy ra trong việc sản xuất gelatin Đó là sự chuyển đổi của những sợi collagen có tổ chức cao những sợi này không tan trong nước tạo thành hệ thống khử polymer gọi là gelatin

Sự phức tạp trong cấu trúc của collagen và sự đa dạng của các phương pháp xử lý bằng enzyem và hóa chất áp dụng trong sản xuất gelatin giải thích sự hiện diện sự

đa dạng của nhiều loại gelatin

Để chuyển đổi collgen thành gelatin là làm biến đổi tính tan của collagen Biến tính nhiệt có thể được thực hiện bằng cách gia nhiệt collagen trong môi trường acid yếu ở nhiệt độ 400C Ở chế độ xử lý này, các sợi collagen tách ra thành các đơn

vị tropocollagen do bị cắt đứt các liên kết hydro và liên kết kỵ nước, việc này giúp cho sự ổn định đường xoắn ốc của collagen (Jonsh và Courts, 1977) Giai đoạn tiếp theo trong sự thủy phân collgen là sự duỗi thẳng của mạch, bao gồm việc cắt đứt cầu nối giữa các phân tử của 3 chuỗi xoắn ốc và giúp gelatin hòa tan

2.2 Tình hình nghiên cứu, sản xuất, và tiêu thụ gelatin

2.2.1 Tình hình nghiên cứu gelatin ngoài nước

Năm 1754: Người Anh sử dụng Gelatin trong lĩnh vực chất kết dính và cũng vào năm này Anh đã sản xuất chất keo cho thợ mộc, trong loại keo này ngoài thành phần chính là Gelatin còn bổ sung một số chất khác để tăng độ kết dính của keo

Đến thế kỷ XVIII thì việc sản xuất Gelatin đã có mặt tại Pháp

mới quyết định cho ngành nhiếp ảnh Bác sĩ Maddox đã nghiên cứu những bản mỏng khô có phủ lớp Brom - bạc - gelatin sẽ có độ nhạy tốt hơn những bản mỏng ướt được sử dụng trước đây Những nghiên cứu xa hơn Charles Bennett đã sáng tạo

ra một phương pháp mới về chế tạo bản mỏng khô Một trong những ưu điểm của công nghệ này là thời gian rửa phim được rút ngắn lại

Năm 1974: hiệp hội Gelatin Châu Âu GME (Gelatin Manuafacture of Europe) được thành lập, thể hiện tầm quan trọng của việc sản xuất Gelatin ở các nước Châu Âu

Năm 2001: một công trình nghiên cứu quốc tế được bắt đầu thực hiện bởi GME vào năm 1999 dưới sự bảo hộ của hội đồng Châu Âu một lần nữa khẳng định những điều luật về vật liệu thô và quá trình sản xuất Gelatin ở những nơi đảm bảo cao nhất sự an toàn cho người tiêu dùng [4]

Càng về sau nhiều công trình nghiên cứu mới được thực hiện để đảm bảo chất lượng mục đích yêu cầu sử dụng trong các nhiều ngành công nghiệp khác nhau như: sản xuất keo, chế biến thực phẩm, phim ảnh, y dươc, mỹ phẩm

2.2.2 Tình hình nghiên cứu gelatin trong nước

Hiện nay ở Việt Nam gelatin được sử dụng rộng rãi với vai trò là chất phụ gia, chất tạo màng, bảo quản và đã có rất nhiều các nghiên cứu về sản xuất gelatin

từ các loại nguyên liệu khác nhau như da gà, da cá, thuộc da, gân xương động vật , đặc biệt là nguyên liệu từ da lợn

Quy trình sản xuất gelatin từ da lợn:

Nguyên liệu: các loại da lợn khác nhau, độ tuổi lợn khác nhau vị trí da ở các

bộ phận khác nhau thì có thành phần hóa học khác nhau vì vậy khi sử dụng cần phải phân loại và tiến hành xử lý riêng thì mới đảm bảo chất lượng của gelatin thành phẩm Sau khi lựa chọn nguyên liệu tiến hành loại bỏ tạp chất, cạo lông, khử mỡ

Ngâm acid: sau khi nguyên liệu được làm sạch Tiến hành ngâm trong acid mạnh như HCl, H2SO4 hay H3PO4 trong 8 – 30 giờ ở pH từ 1 – 4 Mục đích để trương nở và giải phóng collagen để thuận lợi cho việc trích ly gelatin sau này, nồng

xuất trích ly gelatin Nhiệt độ thấp quá < 500 thì quá trình chuyển hóa chưa diễn ra hoặc diễn ra chưa triệt để giảm hiệu suất trích ly, nếu trích ly ở nhiệt độ càng cao và thời gian càng dài thì sự phân giải collagen ngoài tạo thành gelatin còn có thể sinh

ra các sản phẩm phân giải là gelatone và gelatose gây tổn thất gelatin thành phẩm Ngoài ra ở nhiệt độ cao thì các acid amin trong gelatin sẽ bị biến tính gây ảnh hưởng đến chất lượng gelatin thu được Do đó trong quá trình trích ly cần khảo sát nhiệt độ và thời gian phù hợp để đảm bảo chất lượng gelatin

Lọc, cô đặc dung dịch: sau khi trích ly ta thu được một dung dịch sệt, tiến hành lọc bằng vải để loại bỏ lớp màng da Đem dung dịch đó qua máy lọc chân không với chất trợ lọc celite để loại bỏ bớt tạp chất và mỡ Tiến hành cô đặc ở nhiệt

độ tương ứng trong thời gian từ 5 – 6 giờ để bay hơi bớt hơi nước tạo điều kiện cho công đoạn sấy

Sấy, nghiền và bảo quản: sau khi cô dặc đổ dung dịch ra khay rồi tiến hành sáy ở nhiệt độ 60 – 700C, khi khô đem sản phẩm nghiền mịn rồi bảo quản nơi thoáng mát [4]

Sơ đồ quy trình sản xuất:

ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu

- Da lợn được thu mua tại chợ trung tâm thái nguyên, thành phố thái nguyên

3.1.2 Hóa chất

Bảng 3.1 Một số hóa chất sử dụng trong thí nghiệm nghiên cứu

Blue metyl : 0.5%

Trung quốc

3.1.3 Dụng cụ và thiết bị phục vụ nghiên cứu

- Bể ổn nhiệt: 220V – 50Hz, P : 500w, tomax :99,90C, xuất xứ Trung Quốc

3.2 Địa điểm và thời gian tiến hành nghiên cứu

khoa Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm – Đại học Nông Lâm Thái Nguyên

3.3 Nội dung nghiên cứu

Nội dung 1: Nghiên cứu điều kiện xử lý nguyên liệu

Nội dung 2: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình trích ly

Nội dung 3: Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ bổ sung gelatin vào thực phẩm

3.4 Phương pháp nghiên cứu

3.4.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm

3.4.1.1 Thí ngiệm 1: Nghiên cứu lựa chọn loại acid xử lý nguyên liệu

Da lợn sau được xử lý sạch loại bỏ lông, mỡ, tạp chất sau đó đem cắt nhỏ 0,2 – 0,5cm, tiến hành ngâm trong các loại acid mạnh khác nhau để có thể lựa chọn được loại acid thích hợp nhất

Chúng tôi tiến hành khảo sát ở các loại acid:

Ban đầu chúng tôi cố định các điều kiện để dễ dàng cho nghiên cứu:

Khối lượng mẫu: 20g

Nồng độ acid: 5%

Tỷ lệ nguyên liệu : Acid là 1 : 2

Thời gian ngâm nguyên liệu trong aicd: 22 giờ

Tỷ lệ collagen : nước trích ly là 1 : 8

Trích ly, thời gian: 5 giờ, Nhiệt độ: 650C

phân tích TKN (TKN - Total Kjeldahl Nitrogen là phương pháp phân tích hàm lượng protein tức lượng gelatin trong dịch gelatin bằng phương pháp kjeldah) Dựa vào kết quả phân tích so sánh hàm lượng gelatin tạo thành để lựa chọn được loại acid thích hợp nhất và làm cơ sở cho các thí nghiệm tiếp theo

Mỗi thí nghiệm được lặp lại 3 lần

Hình 3.1 Sơ đồ nghiên cứu lựa chọn loại acid xử lý nguyên liệu

3.4.1.2 Thí nghiệm 2: Nghiên cứu lựa chọn nồng độ acid xử lý nguyên liệu

Trong quá trình xử lý nguyên liệu đặc biệt giai đoạn ngâm, nồng độ các acid dung để xử lý nguyên liệu có ảnh hưởng rất lớn hàm lượng gelatin thu được

Chúng tôi tiến hành khảo sát ở các nồng độ acid:

Công thức 4: sử dụng nồng độ là 3%

Công thức 5: sử dụng nồng độ là 4%

Công thức 6: sử dụng nồng độ là 5%

Công thức 7: sử dụng nồng độ là 6%

Để dễ dàng nghiên cứu chúng tôi cố định các điều kiện sau:

Khối lượng mẫu: 20g

Loại acid: sử dụng kết quả của thí nghiệm 1

Tỷ lệ nguyên liệu: acid là 1 : 2

Tỷ lệ collagen : nước cất trích ly là 1 : 8

Dung dịch gelatin Phân tích TKN

Thay đổi các loại acid: H2SO4, HCl, H3PO4

Thời gian ngâm nguyên liệu trong acid: 22 giờ

Trích ly, thời gian: 5 giờ, Nhiệt độ: 650C

Dịch thô thu được đem lọc Sau đó phân tích TKN, dựa vào kết quả phân tích

so sánh hàm lượng gelatin tạo thành để lựa chọn được nồng độ acid thích hợp nhất

và làm cơ sở cho các thí nghiệm tiếp theo

Mỗi thí công thức lặp lại 3 lần

Hình 3.2 Sơ đồ thực hiện nghiên cứu lựa chọn nồng độ acid dùng trong xử lý

nguyên liệu

3.4.1.3 Thí nghiệm 3: Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ ngâm nguyên liệu : acid

Tỷ lệ ngâm nguyên liệu : acid thích hợp sẽ tạo điều kiện tiếp xúc giữa nguyên liệu với acid tạo điều kiện cho sự trương nở của collagen, độ trương nở khác nhau ảnh hưởng đến khả năng thu hồi gelatin khác nhau

Chúng tôi tiến hành khảo sát ở các tỷ lệ:

Công thức 8: Sử dụng các tỷ lệ nguyên liệu: acid là 1 : 1

Công thức 9: Sử dụng các tỷ lệ nguyên liệu : acid là 1 : 2

Công thức 10: Sử dụng các tỷ lệ nguyên liệu : acid là 1 : 3

Để dễ dàng nghiên cứu chúng tôi cố định các điều kiện sau:

Khối lượng mẫu: 20g

Loại acid: Sử dụng kết quả của thí nghiệm 1

Dung dịch gelatin

Phân tích TKN

Ngâm acid HCl

Thay đổi nồng độ acid: 3%, 4%, 5%,

6%