thử nghiệm sản xuất gelatin từ phụ phẩm cá lau kiếng (hypostomus punctatus)

Để tìm ra được quy trình thích hợp để chiết rút gelatin từ phụ phẩm cá lau kiếng, các thí nghiệm được tiến hành để khảo sát các thông số: thời gian và nồng độ ngâm NaOH tối ưu để khử pro

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA THỦY SẢN

CAO QUÍ THU NGUYỆT

THỬ NGHIỆM SẢN XUẤT GELATIN

TỪ PHỤ PHẨM CÁ LAU KIẾNG ( Hypostomus punctatus)

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỦY SẢN

2014

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA THỦY SẢN

CAO QUÍ THU NGUYỆT

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỦY SẢN

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Ths.VƯƠNG THANH TÙNG

2014

Trang 3

Cao Quí Thu Nguyệt và Vương Thanh Tùng Khoa Thủy sản, Trường Đại Học Cần Thơ

TÓM TẮT

Đề tài thử nghiệm sản xuất gelatin từ phụ phẩm cá lau kiếng được thực hiện nhằm mục đích tận dụng nguồn phụ phẩm cá để sản xuất gelatin để làm tăng giá trị kinh tế, đồng thời góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường Để tìm ra được quy trình thích hợp để chiết rút gelatin từ phụ phẩm cá lau kiếng, các thí nghiệm được tiến hành để khảo sát các thông số: thời gian và nồng độ ngâm NaOH tối ưu để khử protein trong phụ phẩm cá ở nhiệt độ thường; ảnh hưởng của thời gian và nồng độ ngâm HCl tối ưu để khử khoáng trong nguyên liệu; ảnh hưởng của thời gian nấu chiết đến độ nhớt và hiệu suất thu hồi của dịch chiết; ảnh hưởng của thời gian sấy đến độ ẩm và hiệu suất thu hồi của gelatin thành phẩm Từ các kết quả của thí nghiệm có thể rút ra các thông số kỹ thuật tối ưu như sau: thời gian thích hợp để khử protein trong nguyên liệu là 24 giờ ứng với nồng độ NaOH là 0,4%; thời gian thích hợp để khử khoáng trong nguyên liệu là 2 ngày ứng với nồng độ HCl là 4%; thời gian nấu chiết gelatin thích hợp là 12 giờ, cho hiệu suất thu hồi dịch chiết là 23,8%; thời gian sấy thích hợp là 2 ngày, độ ẩm của gelatin đạt được 10,6%, hiệu suất thu hồi gelatin thành phẩm 4,13%.

Từ khóa: gelatin, ly trích, xương cá lau kiếng.

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Gelatin là sản phẩm thủy phân một phần của collagen, có nguồn gốc tự nhiên như da, mô của khớp nối và xương động vật Trong công nghiệp, gelatin có rất nhiều ứng dụng quan trọng, trong thực phẩm thì gelatin tạo ra độ nhớt, độ đông, độ chắc cho sản phẩm hoặc là một loại thực phẩm ăn kiêng rất tốt Trong dược phẩm làm vỏ nang bảo vệ thuốc Gelatin cũng được dùng trong phim ảnh, mỹ phẩm và ứng dụng nhiều trong lĩnh vực khác như: keo dán, môi trường cho vi sinh vật phát triển Năm 1860 gelatin được sản xuất từ da đã xuất hiện trên thị trường, nhưng sự hiểu biết về gelatin còn hạn chế Đến năm

1956 Gustarson đã tiến hành các nghiên cứu của collagen Năm 1990, PGs.Ts Trần Thị Luyến đã nghiên cứu 50 loại keo từ xương cá của một số loài cá fillet Hiện nay Việt Nam vẫn phải nhập khẩu số lượng lớn gelatin để đáp ứng nhu cầu cho ngành thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm trong nước Trong các loài thủy sản ở Việt Nam, cá lau kiếng là một loài cá mới, lợi ích từ cá lau kiếng đem lại chưa được khai thác, cá lau kiếng hiện nay chỉ được sử dụng làm khô, lượng phụ phẩm của loài cá này bỏ đi rất lớn nhưng những phần phụ phẩm đó chứa nhiều protein và axit béo không sinh cholesterol, cộng với khoáng chất và các nguyên tố vi lượng, enzyme, kích thích tố, chất màu

và chất tạo hương, có thể sản xuất ra nhiều sản phẩm có giá trị như collagen, gelatin, hiện nay đã có một vài nghiên cứu ly trích gelatin từ phụ phẩm cá như:

nghiên cứu sản xuất thử nghiệm gelatin từ da cá ngừ (Vũ Thị Kim Duyên,

Trang 4

2007), nghiên cứu ly trích gelatin từ da cá tra (Phan Văn Trơn, 2009) nhằm

tận dụng được nguồn phụ phẩm của cá lau kiếng, giảm bớt ô nhiễm môi trường, đa dạng hơn các nguồn sản phẩm gelatin, đề tài thử nghiệm sản xuất gelatin từ phụ phẩm cá lau kiếng được thực hiện

2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Phương tiện thí nghiệm

Đề tài được thực hiện tại phòng thí nghiệm trường Đại Học Cần Thơ Nguyên liệu được sử dụng trong nghiên cứu là xương cá lau kiếng

Chuẩn bị nguyên liệu: xương cá lau kiếng được thu mua ở các chợ, nhà hàng Ven Sông ở quận Ninh Kiều, thành phố Cần Thơ Xương cá được rửa sạch bằng nước, sau đó đem đi hấp 1 phút để tách bỏ phần thịt còn sót lại trong xương, sau đó rửa sạch, cắt nhỏ khoảng 0,5 cm Sau đó đem đi nghiên cứu

2.2 Phương pháp thí nghiệm

Phương pháp phân tích các chỉ tiêu

Phương pháp sấy (TCVN 3700-90): xác định hàm lượng ẩm

Phương pháp Kjeldalh (TCVN 3705-90): xác định hàm lượng đạm

Phương pháp đốt (TCVN 5105-90): xác định hàm lượng tro

Đo độ nhớt của sản phẩm bằng máy đo độ nhớt Brookfield LV với tốc độ quay

100 vòng/phút

So màu sản phẩm: chuẩn bị dung dịch gelatin 6,67% làm mát ở nhiệt độ 10

10C trong 16-18h, màu sắc của gelatin được xác định bằng máy Minolta CR-400/410 Chroma Meter với chỉ số L* (từ màu sáng đến màu tối) (Cho et al., 2006).

pH: chuẩn bị mẫu gelatin 6,67% bằng cách pha 2,857g gelatin với 40 mL nước

cất (See et al., 2010), giá trị pH được xác định ở nhiệt độ phòng (2710C)

Độ bền gel (Bloom): là khối lượng tính bằng gam cần thiết tác dụng lên bề mặt gel tạo bởi ống có đường kính 12,7mm để khối gel lún xuống 4mm Khối gel

có hàm lượng gelatin là 6,67%, giữ ở nhiệt độ ổn định 100C trong 16-18h, được xác định bằng máy Texture Analyzer (TA.XT.Plus)

2.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm

2.3.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát

Quy trình sản xuất được tiến hành như sau: xương cá lau kiếng sau khi rửa sạch đem hấp sơ để loại bỏ thịt dư, sau đó rửa sạch, cắt nhỏ khoảng 0,5 cm Sau đó xương được ngâm trong dung dịch NaOH sau khi xử lý và rửa nhằm hòa tan, loại bỏ nhớt và các protein yếu, mucopolysaccharride và một lượng

nhỏ thành phần hữu cơ khác, tăng hiệu suất trích ly (Trần Bích Lam, 2012),

ngâm NaOH với nồng độ và thời gian khảo sát, nguyên liệu sau khi ngâm dung dịch NaOH được rửa bằng nước nóng, sử dụng giấy quỳ để kiểm tra công đoạn rửa Sau khi rửa xương cá đem ngâm trong dung dịch HCl với 3 nồng độ và 3 thời gian khảo sát Xương cá sau khi ngâm HCl đem đi rửa trung

Trang 5

tính bằng nước nóng Sau khi rửa trung tính lấy xương cá đem đi nấu chiết ở nhiệt độ 750C với 4 thời gian khảo sát Dịch chiết đem đi lọc và làm đông ở nhiệt độ nhỏ hơn 150C trong thời gian 12-18 giờ tạo thành dạng miếng, cắt sợi, sau đó đem đi sấy ở t0 550C với 4 mốc thời gian khảo sát, gelatin được tạo thành dạng vẩy, đem đi nghiền mịn bỏ vào túi PE bảo quản

Hình 1 Quy trình sản xuất gelatin từ phụ phẩm cá lau kiếng tổng quát 2.3.2 Bố trí thí nghiệm

Khảo sát nồng độ và thời gian ngâm NaOH

Thí nghiệm được tiến hành với mục đích xác định nồng độ và thời gian ngâm NaOH thích hợp để khử các thành phần hữu cơ khác và protein yếu Bố trí ngẫu nhiên với nhân tố thời gian và nồng độ, 3 lần lặp lại, 9 nghiệm thức: thời gian 16 giờ: nồng độ 0,2%; thời gian 16 giờ: nồng độ 0,4%; thời gian 16 giờ: nồng độ 0,6%; thời gian 20 giờ: nồng độ 0,2%; thời gian 20 giờ: nồng độ 0,4%; thời gian 20 giờ: nồng độ 0,6%; thời gian 24 giờ: nồng độ 0,2%; thời gian 24 giờ: nồng độ 0,4%; thời gian 24 giờ: nồng độ 0,6% Mẫu sau khi lấy ra rửa với nước nóng rồi đem mẫu phân tích đạm để chọn ra nồng độ và thời gian tối ưu

Khảo sát nồng độ và thời gian ngâm HCl

Thí nghiệm được tiến hành với mục đích xác định nồng độ và thời gian ngâm HCl thích hợp để khử khoáng và phân giải collagen Bố trí ngẫu nhiên với

Xương cá Rửa-xử lí Ngâm NaOH Rửa Ngâm HCl Rửa Trích ly 750C Làm đông Sấy 50-600C

TN 1

TN 2

TN 4

TN 3

t 0 C <15 0 C

t =12-18 giờ

Trang 6

nhân tố thời gian và nồng độ, 3 lần lặp lại, 9 nghiệm thức: thời gian 1 ngày: nồng độ 3%; thời gian 1 ngày: nồng độ 4%; thời gian 1 ngày: nồng độ 5%; thời gian 2 ngày: nồng độ 3%; thời gian 2 ngày: nồng độ 4%; thời gian 2 ngày: nồng độ 5%; thời gian 3 ngày: nồng độ 3%; thời gian 3 ngày: nồng độ 4%; thời gian 3 ngày: nồng độ 5% Mẫu sau khi lấy ra rửa với nước sạch và nước nóng rồi đem mẫu phân tích khoáng để chọn ra nồng độ và thời gian tối ưu

Khảo sát thời gian nấu chiết

Mục đích: Tìm ra thời gian trích ly để thu hiệu suất cao nhất Mẫu tối ưu ở thí nghiệm 2 đem rửa bằng nước nóng, và tiến hành nấu chiết ở nhiệt độ 70-800C với thời gian khác nhau (6 giờ, 9 giờ, 12 giờ, 15 giờ), rồi tính hiệu suất thu hồi và đo độ nhớt Khảo sát ảnh hưởng thời gian sấy đến hiệu suất thu hồi và

độ ẩm

Khảo sát thời gian sấy

Mục đích của thí nghiệm là: tìm ra thời gian sấy thích hợp để thu được hiệu suất cao Sử dụng mẫu tối ưu thí nghiệm 1, 2, 3 đem đi lọc, làm đông và sấy ở nhiệt độ 50-600C trong khoảng thời gian khác nhau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày, 4 ngày

2.3.3 Phương pháp xử lí số liệu

Từ các số liệu của các thí nghiệm sẽ được xử lý bằng chương trình Excel 2007

để tính các giá trị trung bình, độ lệch chuẩn Xử lý thống kê ANOVA với mức

ý nghĩa p< 0,05 bằng chương trình SPSS 17.0 để so sánh sự khác biệt giữa các nghiệm thức trong cùng một thí nghiệm bằng phép thử DUNCAN Thông số tối ưu của thí nghiệm trước được chọn để khảo sát thí nghiệm tiếp theo

3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Thành phần hóa học của nguyên liệu xương cá lau kiếng

Thành phần hóa học của nguyên liệu là cơ sở để có biện pháp xử lí thích hợp,

để cho ra sản phẩm đạt chất lượng tốt và có hiệu suất cao Kết quả phân tích thành phần hóa học của nguyên liệu xương cá được thể hiện trong bảng 1 Qua kết quả phân tích thấy được thành phần chủ yếu của nguyên liệu là khoáng và protein, nên công đoạn khử protein và khử khoáng quan trọng để thuận lợi trong quá trình chiết rút và nâng cao giá trị gelatin thành phẩm

Bảng 1: Thành phần hóa học của nguyên liệu xương cá lau kiếng ( tính trên căn bản khô)

3.2 Ảnh hưởng của nồng độ và thời gian ngâm dung dịch NaOH đến khả năng khử protein trong nguyên liệu

Trang 7

Qua kết quả phân tích cho thấy hàm lượng protein còn lại trong mẫu cao nhất

là mẫu 1 (nồng độ 0,2% và thời gian là 16 giờ), thấp nhất là mẫu 8 (nồng độ 0,4% và thời gian 24 giờ) Mẫu 8 là mẫu có hàm lượng đạm thấp nhất, khác biệt có ý nghĩa thống kê so với các mẫu còn lại (p<0,05) Sau khi được xử lí bằng dung dịch NaOH nhìn chung hàm lượng protein trong nguyên liệu đều giảm khi gia tăng nồng độ dung dịch NaOH và thời gian ngâm Tuy nhiên sự chênh lệch hàm lượng protein giữa các mẫu không nhiều, do hàm lượng protein trong xương cá lau kiếng phần lớn ở dạng liên kết khó phá vỡ Do nguyên liệu cứng cần có thời gian ngâm dung dịch NaOH dài hơn để khử protein được tốt hơn, dễ dàng phá vỡ các liên kết hóa học trong collagen làm cho collagen dễ hòa tan trong nước Nồng độ dung dịch NaOH tăng và thời gian càng dài thì hàm lượng protein càng giảm là vì collagen có tính lưỡng tính nên chịu tác động NaOH Dưới tác dụng NaOH, collagen bị cắt đứt mạch muối (liên kết NH3+ ….COO-) làm đứt mạch peptit trong mạch chính, đứt liên

kết hydrogen và acid amin bị phân hủy giải phóng khí amoniac (Vũ Thị Kim Duyên, 2007), một phần khác NaOH khử đi các protein yếu, mucopolysacharide và một số sắc tố (Trần Bích Lam, 2010) dẫn đến hàm

lượng protein càng thấp So với kết quả nghiên cứu ly trích gelatin từ vảy và

da cá lau kiếng (Phan Thị Thùy Dương, 2012) khử protein bằng dung dịch

NaOH với nồng độ 1N và thời gian là 9 giờ thì hàm lượng đạm còn lại là 20,4% Do nguyên liệu khác nhau, vì vậy mà nồng độ và thời gian ngâm cũng khác nhau Hàm lượng đạm trong xương cá nhiều hơn vảy cá nên cần có thời gian ngâm dài để khử loại bỏ protein yếu, nếu tăng nồng độ dung dịch NaOH lên và thời gian ngâm quá dài sẽ ảnh hưởng đến chất lượng gelatin thành phẩm Theo kết quả trên thì mẫu 8 là mẫu thích hợp nhất vì khử được lượng protein nhiều hơn các mẫu còn lại

Bảng 2: Hàm lượng protein còn lại trong xương cá sau thủy phân bằng dung dịch NaOH

8 24 0,4 21,610,39 e

Ghi chú: Trong cùng một cột các chữ cái kí hiệu chữ (a, b, c, d ) khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa thống kê (p<0,05).

Trang 8

3.3 Ảnh hưởng của nồng độ và thời gian ngâm dung dịch HCl đến khả năng khử khoáng trong nguyên liệu

Kết quả phân tích cho thấy hàm lượng khoáng còn lại trong mẫu 1 (thời gian 1 ngày, nồng độ 3%) là cao nhất, mẫu 5 (thời gian 2 ngày, nồng độ 4%) là thấp nhất, mẫu 5 khác biệt có ý nghĩa thống kê với các mẫu còn lại (p<0,05) trừ mẫu 6 Từ kết quả thí nghiệm trên, cho thấy khi xử lí dung dịch HCl ở nồng độ thấp và thời gian ngắn thì lượng khoáng bị khử không nhiều Do nguyên liệu ban đầu chứa hàm lượng khoáng khá cao, hàm lượng khoáng còn lại càng nhiều sẽ ảnh hưởng đến độ trong và màu sắc của gelatin, vì vậy phải chọn

nồng độ acid cao nhưng phải nhỏ hơn 5% (Tô Văn Tèo 2011) để khử khoáng

Theo kết quả bảng 3.3 khử khoáng trong xương cá bằng acid HCl 4% với thời gian ngâm 2 ngày thì lượng khoáng còn lại rất thấp là 2,41% So với kết quả

nghiên cứu ly trích gelatin từ vảy và da cá lau kiếng (Phan Thị Thùy Dương, 2012) khử khoáng bằng dung dịch CH3COOH 15% với thời gian 12h hàm lượng khoáng còn lại 4,9% Theo yêu cầu của gelatin thành phẩm thì hàm lượng khoáng còn lại trong nguyên liệu càng thấp càng tốt, vì vậy mẫu 5 là thích hợp nhất, vì khử được lượng khoáng nhiều nhất

Bảng 3: Hàm lượng khoáng còn lại trong xương cá sau khi thủy phân bằng dung dịch HCl

5 2 4 2,410,53 d

3.4 Ảnh hưởng của thời gian nấu chiết đến hiệu suất thu hồi và độ nhớt của gelatin

Qua kết quả khảo sát cho thấy độ nhớt của gelatin ở mẫu 3 (thời gian nấu 12h)

là cao nhất 4.98 (mPa.s) và khác biệt có ý nghĩa thống kê (p<0,05) so với 3 mẫu còn lại Khi tăng thời gian trích ly gelatin từ 6 giờ đến 12 giờ thì độ nhớt của gelatin tăng dần Khi trích ly gelatin hàm lượng collagen chuyển hóa thành gelatin sẽ tăng dần theo thời gian Tuy nhiên thời gian trích ly quá dài thì độ

Trang 9

nhớt của gelatin giảm xuống vì dưới tác dụng của nhiệt, cấu trúc của gelatin bị phá hủy và chuyển hóa thành chất khác làm cho chất lượng cũng như độ nhớt của gelatin giảm

Bảng 4: Ảnh hưởng của thời gian nấu chiết đến độ nhớt của gelatin

Theo kết quả thí nghiệm khi ly trích gelatin ở 4 mốc thời gian khác nhau thì mẫu 1 (thời gian nấu 6h) có hiệu suất thu hồi thấp nhất, mẫu 3 có hiệu suất thu hồi cao nhất, và khác biệt có ý nghĩa so với 3 mẫu còn lại Khi tăng thời gian trích ly thì hiệu suất thu hồi gelatin càng tăng, lý do là vì khi thời gian nấu càng dài thì dưới tác dụng nhiệt collagen chuyển hóa thành gelatin càng nhiều nhưng thời gian quá lâu thì độ nhớt giảm vì dưới tác dụng nhiệt trong thời gian dài làm cho mạch của gelatin bị thủy phân thành gelatone và gelatose làm cho

độ nhớt và hiệu suất giảm dần (Lê Thị Thu Hương và ctv, 2013) Kết quả thí

nghiệm cho thấy khi trích ly ở thời gian 12 giờ thì thu được độ nhớt cao 4,98 (mPa.s) và hiệu suất thu hồi tốt nhất 23,8%

Bảng 5 Ảnh hưởng của thời gian nấu chiết đến hiệu suất thu hồi

NT Thời gian nấu chiết (h) Hiệu suất thu hồi (%)

3.5 Ảnh hưởng của thời gian sấy đến độ ẩm của gelatin và hiệu suất thu hồi gelatin

Qua các kết quả thí nghiệm thấy được gelatin sấy càng lâu thì độ ẩm càng giảm, theo tiêu chuẩn về chỉ tiêu độ ẩm của gelatin thương phẩm phải nhỏ hơn 12% nhưng khi độ ẩm 8% thì gelatin có tính hút ẩm cao và khó xác định

chính xác tính chất vật lý (Triệu Đức Huân ctv, 2010) Nếu sấy quá lâu thì độ

ẩm gelatin giảm nhưng hiệu suất thu hồi không cao và sản phẩm dễ bị hút ẩm trở lại, ảnh hưởng đến màu sắc của gelatin, vì vậy mẫu 2 với thời gian sấy 2 ngày có hiệu suất 4,13% và có độ ẩm 10,6% là mẫu tốt nhất và khác biệt có ý

Trang 10

nghĩa thống kê (p<0,05) so với các mẫu khác và đáp ứng được yêu cầu của gelatin thương phẩm Kết quả được thể hiện qua bảng 6 và 7

Bảng 6: Độ ẩm của gelatin qua các mốc thời gian sấy

Bảng 7: Hiệu suất thu hồi gelatin qua các mốc thời gian

3.6 Kết quả so sánh gelatin từ xương cá lau kiếng và gelatin Trung Quốc trên thị trường

Độ bền gel là thông số quan trọng để xác định chất lượng của gelatin (Cheow

et al., 2007) Độ bền gel càng cao thì chất lượng gelatin càng tốt Theo Imeson

(1997) trong gelatin có chứa nhiều glycine, proline và acid amin

hydroxylproline (Sarabia et al, 2000; Arnesen & Gilberg, 2002; See et al, 2010) thì có độ bền gel cao hơn so với gelatin có ít các acid amin đó (Muyonga et al, 2004; Cho et al, 2006) Qua bảng 3.8 thấy được độ bền gel

gelatin từ xương cá lau kiếng tốt hơn so với gelatin Trung Quốc chứng tỏ gelatin ly trích từ xương cá lau kiếng có nhiều proline và hydroxylproline hơn gelatin Trung Quốc Hàm lượng khoáng còn lại trong sản phẩm gelatin từ xương cá lau kiếng 1,9% thấp hơn so với gelatin Trung Quốc 5,1% Trong nghiên cứu này, gelatin có độ nhớt cao hơn so với gelatin Trung Quốc, sự khác nhau về độ nhớt của gelatin chịu ảnh hưởng từ trọng lượng phân tử, kích

thước phân tử gelatin và giá trị pH (Sperling, 1985; Cho et al, 2006) Về màu

sắc, màu gelatin từ xương cá lau kiếng tối hơn màu của gelatin Trung Quốc chỉ số màu sắc được thể hiện qua bảng 3.8 Theo Ockerman và Hansen (1999) màu của gelatin bị ảnh hưởng bởi nguyên liệu, màu sắc không ảnh hưởng đến tính chất của gelatin Về độ pH ảnh hưởng đến cấu trúc của gelatin và độ pH

gần tới điểm đẳng điện (pH 5,0) thì có cường độ trương nở cao (Gudmundsson

Định dạng
Số trang	13
Dung lượng	288,06 KB